JP5219111B2 - Optical unit - Google Patents

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本発明は顕微鏡などの観察装置で試料を照明するための光学ユニットに関するもので、特に光源光束中に波長変換フィルタのような中間物を装着し、任意の特定波長で試料を照明して安定した品質の像を受光部に投影できるようにしたものである。 The present invention relates to an optical unit for illuminating a sample with an observation device such as a microscope. In particular, an intermediate such as a wavelength conversion filter is mounted in a light source beam, and the sample is illuminated and stabilized at an arbitrary specific wavelength. A quality image can be projected onto the light receiving section.

試料を拡大して形状や寸法を精密測定する観察装置は、非接触で高精度の測定が容易に行えるため各種の分野で広く利用されている。また近年は前記観察装置としての顕微鏡や投影機を用いて、採取した植物を一定波長で照明し、その観察結果から植物の生育状況などを把握するということが実施されている。また工業用の試料においても色々な光吸収の原理を用いて微小な変位部を鮮明画像として観察することが実施されている。 An observation apparatus for enlarging a sample and measuring its shape and dimensions precisely is widely used in various fields because it can easily perform high-precision measurement without contact. In recent years, it has been practiced to use a microscope or a projector as the observation device to illuminate a collected plant at a certain wavelength and to grasp the growth status of the plant from the observation result. Further, even in industrial samples, it is practiced to observe a minute displacement portion as a clear image using various principles of light absorption.

ところで顕微鏡や投影機などの観察装置を用いて各種の試料を観察する場合、光学系受光部全体での像品質を安定化するため、例えば濃度を均一にするための工夫や、波長を一定にするための工夫が求められる。このようなことに対処するため光調整用としての波長変換フィルタ、例えば干渉フィルタ(波長可変液晶フィルタなど)や色フィルタが中間物として照明光学系中に設置されることが行われている。
顕微鏡の光源として一般的なハロゲンランプを使用すると、その波長は連続的なスペクトルとなる。このスペクトルの中から特定の波長を選択するため波長変換フィルタなどを中間物として設置したとしても、平行光束で使用することが前提となっている中間物に対して斜光線が入射してしまえば、観察する画像中の中央部と周辺部とでは品質が変わってしまう恐れがある。具体的には光軸外からの斜光線が波長変換フィルタに入射してしまうと拡散が生じて波長の特性に差が生じ、波長変換フィルタの中心光軸に沿って進行してきた光と光軸外から斜光線として進行してきた光の間で色の違いが発生してしまう。このように平行光束で使用することが前提となっている中間物に対して斜光線が入射してしまうと、観察結果に差が生じ、特定波長で観察することの目的が失われてしまう。
By the way, when observing various samples using an observation device such as a microscope or a projector, in order to stabilize the image quality of the entire optical system light receiving unit, for example, a device for making the density uniform and the wavelength constant. Ingenuity to do is required. In order to cope with such a situation, a wavelength conversion filter for adjusting light, for example, an interference filter (wavelength variable liquid crystal filter or the like) or a color filter is installed as an intermediate in the illumination optical system.
When a general halogen lamp is used as a light source for a microscope, the wavelength becomes a continuous spectrum. Even if a wavelength conversion filter or the like is installed as an intermediate to select a specific wavelength from this spectrum, if oblique rays are incident on the intermediate that is supposed to be used with a parallel beam, The quality may change between the central part and the peripheral part in the observed image. Specifically, if oblique rays from the outside of the optical axis enter the wavelength conversion filter, diffusion occurs, resulting in a difference in wavelength characteristics, and light traveling along the central optical axis of the wavelength conversion filter and the optical axis A color difference occurs between light traveling as oblique rays from the outside. When oblique rays are incident on an intermediate that is supposed to be used with a parallel light beam in this way, a difference in observation results occurs, and the purpose of observation at a specific wavelength is lost.

一方、光源と試料間に光フアイバを使用した顕微鏡などの照明光学系は、これまで多くの例が提案されている。例えば特許文献1では入射端32aを結束し、出射端32bをライン状に配列したファイバ束32を介して光源31からの光をスリット33に向かわせる。このスリット33の像を光学系を経て試料22に投影し、その反射光をイメージセンサ24に入射させるようにしている。それによって出射端32bからの光はスリット33の形状に対応してライン状となるから、スリット33を通過する光量を均一に出来るという効果が得られる。
また、特許文献2では、ハロゲンランプ21を内蔵した光源装置20からの光をファイバーケーブル30から集光レンズ10に向かわせる。この集光レンズ10は顕微鏡の接眼レンズの代わりに取り付けられるので、集光レンズ10を通過した光は試料Aに垂直に当てられる。それによって照明光量不足を解消できるという効果が得られる。
上記のようにこれまでの光ファイバを利用した顕微鏡などの照明光学系は、光源からの光を試料に導くためのライトガイドとして使用しているものが殆どとなっている。
On the other hand, many examples of illumination optical systems such as a microscope using an optical fiber between a light source and a sample have been proposed so far. For example, in Patent Document 1, the incident end 32a is bundled, and the light from the light source 31 is directed to the slit 33 through the fiber bundle 32 in which the emission ends 32b are arranged in a line. The image of the slit 33 is projected onto the sample 22 through the optical system, and the reflected light is incident on the image sensor 24. As a result, the light from the emission end 32 b becomes a line shape corresponding to the shape of the slit 33, so that the amount of light passing through the slit 33 can be made uniform.
Moreover, in patent document 2, the light from the light source device 20 incorporating the halogen lamp 21 is directed from the fiber cable 30 to the condenser lens 10. Since the condensing lens 10 is attached in place of the eyepiece of the microscope, the light passing through the condensing lens 10 is applied to the sample A perpendicularly. As a result, an effect that the shortage of illumination light quantity can be solved is obtained.
As described above, most of the conventional illumination optical systems such as a microscope using an optical fiber are used as a light guide for guiding light from a light source to a sample.

前記特許文献に示されているようなライトガイドとしての光ファイバを用いて光を中間物に向かわせ、中間物で選択した特定波長で試料を照明するようにした光学系を推測することは可能である。この場合、中間物に向かわせる光源からの光束は光ファイバの利用によって比較的容易に中間物に近づけることができる。しかし光ファイバを設置しただけでは完全な平行光束を得ることは難しく、どうしても斜光線が残ってしまう。そして斜光線が残ると中間物の機能が損なわれ、前記したような波長ムラや顕微鏡受光部での濃度ムラが発生する。従がって光ファイバを設置しただけでは斜光線の問題は何も解決されず、特定波長での安定した照明光を得ることが出来ない。また設置する中間物の種類や材質、その厚みなどを変化させたものを使用するようにした場合にも、波長ムラなどの発生が予測される。結局、中間物と光ファイバを照明光学系中に設置しただけでは、それらの特長を活かした照明と観察を自由に行うことが出来ない。
特開平10−104523号公報 特開2000−292706号公報
It is possible to infer an optical system that uses an optical fiber as a light guide as shown in the above-mentioned patent document to direct light to an intermediate and illuminate the sample at a specific wavelength selected by the intermediate It is. In this case, the light beam from the light source directed toward the intermediate can be brought relatively close to the intermediate by using an optical fiber. However, it is difficult to obtain a perfect parallel light beam only by installing an optical fiber, and oblique rays always remain. If oblique rays remain, the function of the intermediate is impaired, and the above-described wavelength unevenness and density unevenness at the microscope light receiving portion occur. Therefore, simply installing an optical fiber does not solve the problem of oblique rays, and stable illumination light at a specific wavelength cannot be obtained. The type and material of the intermediate to be installed, even if you choose to use what was changed and its thickness, occurrence of wavelength unevenness is predicted. In the end, simply installing the intermediate and the optical fiber in the illumination optical system makes it impossible to freely perform illumination and observation utilizing these features.
JP-A-10-104523 JP 2000-292706 A

従って本発明の課題は、顕微鏡など観察装置の試料照明光学系中に各種の中間物、特に波長変換フィルタを装着自在とし、装着した中間物の特性、特定の単一波長光源という特徴を生かしたまま試料を照明出来る様にして、その像を受光部上で観察できるようにする事である。それによって観察装置としての機能を高め、汎用性を向上できるようにする事である。 Therefore, the problem of the present invention is that various intermediates, particularly wavelength conversion filters, can be freely mounted in the sample illumination optical system of an observation apparatus such as a microscope, and the characteristics of the mounted intermediates and the characteristics of a specific single wavelength light source are utilized. In this way, the sample can be illuminated as it is, and the image can be observed on the light receiving part. Thus, the function as an observation apparatus is enhanced so that versatility can be improved.

上記課題を解決するため本発明は、連続スペクトルを発光する光源からの光束をほぼ平行光束として中間物に向かわせるランダム配列とした第1光ファイバ光学系と、この第1光ファイバ光学系から分散光としての光束を受け光源光束中から任意特定波長を選択する中間物と、この中間物で選択された特定波長の光束を受け観察装置の試料に向かわせるランダム配列の第2光ファイバ光学系とから成り、前記第1光ファイバ光学系と中間物及び中間物と第2光ファイバ光学系との間に倍率変換用のアフォーカル光学系を設置して、中間物を通過して入射した光束を分散光として試料に向かわせて照明するようにした事を特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first optical fiber optical system having a random arrangement in which a light beam from a light source emitting a continuous spectrum is directed to an intermediate as a substantially parallel light beam , and a dispersion from the first optical fiber optical system. and intermediates for selecting any particular wavelength from within the source light beam by receiving the light beam as a light, a second optical fiber optically random sequence for directing the sample observation apparatus receives the light beam of a specific wavelength selected by the intermediate And an afocal optical system for magnification conversion is installed between the first optical fiber optical system and the intermediate and between the intermediate and the second optical fiber optical system, and enters through the intermediate. It is characterized in that the light beam is directed toward the sample as dispersed light.

本発明では顕微鏡などの試料照明用光学系中に中間物を装着自在とし、しかもこの中間物が持つ平行光において最良な効果が出るという特性と、特定の単一波長光にするという特徴を生かしたまま試料を照明することができる。そして中間物に向かう光源からの光束は、ほぼ平行光束に変換するようにしたから斜光線の発生を少なくした光学ユニットとすることが出来る。さらに中間物に向かう光束をほぼ平行光束としたことによって、単位面積当たりの光エネルギー量を減少させ、中間物に与えるダメージを少なくすることが出来る。これらによって中間物を通過した光束に予測できない現象、例えば平行光束の精度不足や中間物の材質変換などによって悪影響が発生したとしても、それを救済して照明ムラを抑制し試料を照明することができる。そのため顕微鏡などの受光部にC−MOSやCCDなどを設置したとしても、選択した波長による安定像を投影することが出来、観察装置としての機能を高め汎用性を向上することが出来る。 In the present invention, an intermediate can be freely mounted in a sample illumination optical system such as a microscope, and the best effect can be obtained with the parallel light of the intermediate, and the feature of using a specific single wavelength light is utilized. The sample can be illuminated as it is. Since the light beam from the light source toward the intermediate is converted into a substantially parallel light beam, an optical unit with less generation of oblique rays can be obtained. Furthermore, the amount of light energy per unit area can be reduced and the damage given to the intermediate can be reduced by making the light flux toward the intermediate substantially parallel. Even if an adverse effect occurs due to an unpredictable phenomenon of the light flux that has passed through the intermediate, such as insufficient accuracy of the parallel light flux or material conversion of the intermediate, it is possible to remedy it and suppress the illumination unevenness to illuminate the sample. it can. Therefore, even if a C-MOS, CCD, or the like is installed in a light receiving unit such as a microscope, a stable image with a selected wavelength can be projected, and the function as an observation apparatus can be improved and versatility can be improved.

本願発明によるものはハロゲンランプなど連続的スペクトルを発する光源からの光を試料に向かわせる照明光学系中の光学ユニットについてなしたものである。具体的には光源からの光を第1光ファイバ光学系で装着自在とした中間物に向かわせ、この中間物で選択された特定波長の光束を第2光ファイバ光学系で試料に向かわせるようにしたものである。以下にこの発明による光学ユニットについて添付図面に基づいて説明する。 The present invention is an optical unit in an illumination optical system that directs light from a light source that emits a continuous spectrum, such as a halogen lamp, to a sample. Specifically, the light from the light source is directed to an intermediate that can be mounted by the first optical fiber optical system, and the light beam having a specific wavelength selected by the intermediate is directed to the sample by the second optical fiber optical system. It is a thing. An optical unit according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は観察装置1全体の構成について説明する概略図である。図においてハロゲンランプなど連続的スペクトルを発光する光源部2からの光は、光学ユニット3を経て観察光学系部4中に設置された試料5を照明する。照明された試料5の反射光、又は透過光は対物レンズ6によって受光部7に投影され、設置されたC−MOSやCCD8などに伝えられる。CCD8に投影された像は制御部(パソコン)9を経由して表示部10に送り出されて表示される。パソコン9にはキーボードやマウスなどの入力部11と、CD−RやMOなど各種記憶装置やプリンタなどの出力部12が接続される。
観察光学系部4やパソコン9、表示部10の内部構成は一般のものを採用すればよく、特に観察光学系部4の構成は使用目的に応じて各種に変形したものを使用することが出来る。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the entire observation apparatus 1. In the figure, light from a light source unit 2 that emits a continuous spectrum such as a halogen lamp illuminates a sample 5 installed in an observation optical system unit 4 through an optical unit 3. The reflected or transmitted light of the illuminated sample 5 is projected onto the light receiving unit 7 by the objective lens 6 and transmitted to the installed C-MOS, CCD 8, or the like. The image projected on the CCD 8 is sent to the display unit 10 via the control unit (personal computer) 9 and displayed. The personal computer 9 is connected to an input unit 11 such as a keyboard and a mouse, and various storage devices such as a CD-R and MO, and an output unit 12 such as a printer.
The observation optical system unit 4, the personal computer 9, and the display unit 10 may have general internal configurations. In particular, the configuration of the observation optical system unit 4 may be modified in various ways according to the purpose of use. .

図2は光学ユニット3の内部構造を示した説明図である。図において光源部2に収容されたハロゲンランプ13からの光はレンズ14を経て第1光ファイバ光学系15の入力端15aに向かう。入力端15aに入射した光は第1光ファイバ光学系15内を通って出力端15bから倍率変換用の第1アフォーカル光学系16に向かう。この光学系16には2つのレンズ17、18が収容され、倍率を変換しながらほぼ平行な光束に変換し中間物19に向かわせる。中間物19をほぼ平行に変換された光束で通過した光束は倍率変換用の第2アフォーカル光学系20に向かう。この光学系20には2つのレンズ21、22が収容され、倍率を変換して第2光ファイバ光学系23の入力端23aに送り出す。第1アフォーカル光学系16と第2アフォーカル光学系20は実質的にほぼ同じものであり、レンズ17、18の配置が逆になってレンズ21、22となり、第1アフォーカル光学系16で拡大した倍率を第2アフォーカル光学系20で縮小するようになっている。第2光ファイバ光学系23はランダム配列の光ファイバで構成するが、その詳細については後に説明する。この第2光ファイバ光学系23の入力端23aに入射した光は、光ファイバ光学系23内を通って出力端23b(図1)から観察光学系部4内の試料5を照明する。
第1と第2の光ファイバ光学系15、23の長さは任意に定めることが出来、光源部2、観察光学系部4の配置も任意に定めることが出来る。中間物19は前記したように各種のものを採用でき、図では省略してあるが2つのアフォーカル光学系16、20間で装着自在にできる機構が設置されていて、第1アフォーカル光学系16からの光を受けて通過した光束を、第2アフォーカル光学系20に伝えられるよう位置づけられている。
FIG. 2 is an explanatory view showing the internal structure of the optical unit 3. In the figure, the light from the halogen lamp 13 accommodated in the light source unit 2 travels through the lens 14 to the input end 15 a of the first optical fiber optical system 15. The light incident on the input end 15a passes through the first optical fiber optical system 15 and travels from the output end 15b to the first afocal optical system 16 for magnification conversion. Two lenses 17 and 18 are accommodated in the optical system 16 and converted into a substantially parallel light beam while changing the magnification and directed toward the intermediate 19. The light beam that has passed through the intermediate 19 with the light beam converted to be substantially parallel goes to the second afocal optical system 20 for magnification conversion. Two lenses 21 and 22 are accommodated in the optical system 20, and the magnification is converted and sent to the input end 23 a of the second optical fiber optical system 23. The first afocal optical system 16 and the second afocal optical system 20 are substantially the same, and the arrangement of the lenses 17 and 18 is reversed to become lenses 21 and 22. The enlarged magnification is reduced by the second afocal optical system 20. The second optical fiber optical system 23 is composed of randomly arranged optical fibers, details of which will be described later. The light incident on the input end 23 a of the second optical fiber optical system 23 passes through the optical fiber optical system 23 and illuminates the sample 5 in the observation optical system unit 4 from the output end 23 b (FIG. 1).
The lengths of the first and second optical fiber optical systems 15 and 23 can be arbitrarily determined, and the arrangement of the light source unit 2 and the observation optical system unit 4 can also be arbitrarily determined. As described above, various kinds of intermediates 19 can be adopted. Although not shown in the figure, a mechanism that can be freely mounted between the two afocal optical systems 16 and 20 is provided, and the first afocal optical system is provided. 16 is positioned so that the light beam that has passed through the light from 16 is transmitted to the second afocal optical system 20.

図3は第1アフォーカル光学系16の説明図である。図において第1光ファイバ光学系15の出力端15bからレンズ17に向かう光の射出角をθ1としたとき、レンズ18の光軸24上から射出されて中間物19に向かう光の射出角度θ2は、
θ2=θ1/M (M=倍率)
で求められる。即ち、倍率Mを大きくするとθ2の値は小さくなり、中間物19に向かう光は平行光束に近づく。従がって2つのレンズ17、18の設計値や位置関係を選択し、倍率Mを設定してやれば中間物19は必要とする平行光束を得ることが出来る。それによって中間物19は斜光線を排除し中間物の特性、特徴を生かして単一波長を選択することが出来る。またレンズ17と18とで光束径を大きくし倍率を変換することは、前記のように光束の平行性を高めることになるが、単位面積あたりの光エネルギー量も減少するので、中間物19に与えるダメージを少なくすることができる。
第2アフォーカル光学系20は前記したように第1アフォーカル光学系16と同様なもので、第1アフォーカル光学系16で拡大した倍率を縮小して第2光ファイバ23の入力端23aに向かわせる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the first afocal optical system 16. In the figure, when the emission angle of light from the output end 15b of the first optical fiber optical system 15 toward the lens 17 is θ1, the emission angle θ2 of light emitted from the optical axis 24 of the lens 18 toward the intermediate 19 is ,
θ2 = θ1 / M (M = magnification)
Is required. That is, when the magnification M is increased, the value of θ2 decreases, and the light traveling toward the intermediate 19 approaches a parallel light flux. Accordingly, if the design values and positional relationships of the two lenses 17 and 18 are selected and the magnification M is set, the intermediate 19 can obtain the required parallel light flux. Accordingly, the intermediate 19 can select a single wavelength by eliminating oblique rays and taking advantage of the characteristics and characteristics of the intermediate. Further, increasing the beam diameter and converting the magnification with the lenses 17 and 18 increases the parallelism of the beam as described above, but also reduces the amount of light energy per unit area. The damage done can be reduced.
As described above, the second afocal optical system 20 is the same as the first afocal optical system 16, and the magnification enlarged by the first afocal optical system 16 is reduced to the input end 23 a of the second optical fiber 23. Let go.

図4は第2光ファイバ光学系23の説明図である。図Aは第2光ファイバ光学系23の入力端23aを、図Bは出力端23bを示している。そしてまた図Aは中間物19を通過した光束が第2アフォーカル光学系20を経て入力端23aに入射したとき、その入力端23a面中の任意領域25、26、27を表したものとなっている。この入力端23aの任意領域中の1つの領域、例えば25には、第2光ファイバ光学系23を構成している全繊維中の繊維a1、a2、a3が含まれている。また2つ目の任意領域26には繊維b1、b2、b3、b4が含まれている。3つ目の領域27にはc1、c2、c3、c4の繊維が含まれた例となっている。このように構成された入力端23a全域を照射した光束は、第2光ファイバ光学系23内を通って出力端23bに向かう。このとき第2光ファイバ光学系23は前記したようにランダム配列の光ファイバで構成してあるので、領域25、26、27から出力端23bに向かう光束は、入力端23aの繊維配列とは大きく変化した繊維配列となって射出される。例えば図Bに示したように出力端23bの繊維配列は、入力端23aで特定した任意の領域25、26、27の各領域が全て崩れ、内部の繊維a1乃至a3、b1乃至b4、c1乃至c4がランダムに分散配列された状態となる。そのため仮に1つの特定領域、例えば25に斜光線による中間物19通過光が入射したとしても、その光は出力端23b側では繊維a1、a2、a3によって出力端23b全域に分散配列され、斜光線による影響を平均化する。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the second optical fiber optical system 23. FIG. A shows the input end 23a of the second optical fiber optical system 23, and FIG. B shows the output end 23b. FIG. A also shows arbitrary regions 25, 26, and 27 in the surface of the input end 23 a when the light beam that has passed through the intermediate 19 enters the input end 23 a through the second afocal optical system 20. ing. One region in the arbitrary region of the input end 23a, for example, 25 includes fibers a1, a2, and a3 in all the fibers constituting the second optical fiber optical system 23. The second arbitrary region 26 includes fibers b1, b2, b3, and b4. The third region 27 is an example in which fibers of c1, c2, c3, and c4 are included. The light beam irradiated on the entire area of the input end 23 a configured as described above travels through the second optical fiber optical system 23 toward the output end 23 b. At this time, since the second optical fiber optical system 23 is composed of the optical fibers of the random arrangement as described above, the light beam directed from the regions 25, 26, 27 to the output end 23b is larger than the fiber arrangement of the input end 23a. Injected into a changed fiber array. For example, as shown in FIG. B, in the fiber arrangement of the output end 23b, each of the arbitrary regions 25, 26, and 27 specified by the input end 23a collapses, and the fibers a1 to a3, b1 to b4, c1 to c4 is in a randomly distributed arrangement. Therefore, even if light passing through the intermediate 19 due to oblique rays is incident on one specific area, for example, 25, the light is dispersed and arranged in the entire output end 23b by the fibers a1, a2, and a3 on the output end 23b side, and oblique rays Average the effects of.

また別の領域26、27に輝度の高い光が仮に集中して入射したとしても、その光は出力端23bでは分散配列された繊維b1乃至b4、c1乃至c4によって出力端23b全域に分散され、平均化した輝度となって試料5を照明する。この出力端23bでの分散配列は領域25、26、27だけでなく、入力端23a全域の配列が全て分散されて試料5を照明するから、中間物19を通過した光束が平行性精度に不備あったとしても、つまり第1アフォーカル光学系16で完全な平行光束に変換できなかった光束であったとしても、第2光ファイバ光学系23はそれを救済するよう機能する。同様に中間物19の品質や精度が高級でないような場合や他種のものに変換したような場合であったとしても、第2光ファイバ光学系23はそれを救済して試料5を照明する。このことは中間物19通過光束に予測できないような現象が生じたとしても、第2光ファイバ光学系23の設置はそれをカバーするということになる。
このように本発明は、光学ユニット3の第2光ファイバ光学系23をランダム配列の光ファイバで構成したことによって、安定した単一波長の照明を受けた像を受光部7で得ることが出来る。
Further, even if light with high luminance is incident on the other regions 26 and 27 in a concentrated manner, the light is dispersed throughout the output end 23b by the fibers b1 to b4 and c1 to c4 that are dispersed and arranged at the output end 23b. The sample 5 is illuminated with an averaged luminance. The dispersive arrangement at the output end 23b is not limited to the regions 25, 26, and 27, but the entire arrangement of the entire input end 23a is dispersed to illuminate the sample 5. Therefore, the light flux that has passed through the intermediate 19 is inadequate in parallelism accuracy. Even if it exists, that is, even if it is a light beam that could not be converted into a completely parallel light beam by the first afocal optical system 16, the second optical fiber optical system 23 functions to relieve it. Similarly, even if the quality and accuracy of the intermediate 19 are not high-grade or converted to another type, the second optical fiber optical system 23 relieves it and illuminates the sample 5. . This means that even if an unpredictable phenomenon occurs in the light flux passing through the intermediate 19, the installation of the second optical fiber optical system 23 covers it.
As described above, according to the present invention, the second optical fiber optical system 23 of the optical unit 3 is configured by a random array of optical fibers, so that an image subjected to stable single-wavelength illumination can be obtained by the light receiving unit 7. .

図5は第1光ファイバ光学系15と輝度の関係を示した説明図で、A列は入力端15aとこの入力端15aが光源部2から受ける照射光の輝度を示している。B列は出力端15bとこの出力端15bが第1アフォーカル光学系16を経て中間物19に送り出す光の輝度を示している。
A列において第1光ファイバ光学系15の入力端15aには、光源部2からの光が照射されていて、図4Aと同じように任意の特定領域25、26、27を示してある(図では各領域の位置関係を明確化するため斜線を加えてある)。そしてこの入力端15aの全域に照射された光の平均輝度が曲線28である。この曲線28によればハロゲンランプ13からの光は400から800μm付近の波長で、750μm付近が最大ピーク値(100%)となっている。このような輝度の照射を受けた入力端15aからの光が出力端15bに伝えられると、その明るさは図のB1列に示したように曲線28aとなる。この曲線28aは曲線28と殆ど同じであるが、第1光ファイバ光学系15の長さを通過した分だけ光が消失した状態となっていて、図では参考のため曲線28も点線で示してある。またB1列に示した出力端15b上の任意の領域25、26、27はA列の入力端15aのそれと同じ配列状態となっている。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the first optical fiber optical system 15 and the luminance. Column A shows the input end 15a and the luminance of the irradiation light received from the light source unit 2 by the input end 15a. Column B shows the output end 15b and the brightness of the light that the output end 15b sends to the intermediate 19 through the first afocal optical system 16.
In row A, the input end 15a of the first optical fiber optical system 15 is irradiated with light from the light source unit 2, and arbitrary specific regions 25, 26, and 27 are shown as in FIG. (In order to clarify the positional relationship of each area, diagonal lines are added.) The average luminance of the light applied to the entire area of the input end 15a is a curve 28. According to this curve 28, the light from the halogen lamp 13 has a wavelength in the vicinity of 400 to 800 μm, and the maximum peak value (100%) is in the vicinity of 750 μm. When the light from the input end 15a that has been irradiated with such luminance is transmitted to the output end 15b, the brightness becomes a curve 28a as shown in the B1 column of the figure. The curve 28a is almost the same as the curve 28, but the light has been lost by the length of the first optical fiber optical system 15, and the curve 28 is also indicated by a dotted line for reference in the figure. is there. Arbitrary regions 25, 26, and 27 on the output end 15b shown in the B1 column are in the same arrangement state as that of the input end 15a in the A column.

しかし一般的に光ファイバ光学系入力端側の任意特定領域は、出力端側では領域単位でその配列を大きく変化するのが普通であり、例えば一方に偏ったり1箇所に集中してしまう割合が高い。図5のB2列はそのような場合を示したもので、出力端15bには入力端15aからの領域25、26、27が領域単位で配列されてはいるが、その配列位置は大きく変化していて、しかも一箇所に集中した例となっている。このような例でA列の各領域25、26、27に、例えば赤系統の光(700から800μm)が強く照射されたと仮定すると、それが伝えられる図B2列の出力端15bでは各領域25、26、27が1箇所に集中配列されているため、中間物19に向かう光の輝度が曲線29のように750μm付近をピークとする赤系統の強い波長の光となってしまい、青から緑の400から500μm付近の波長が弱まった光となってしまっている。このように入力端15aと出力端15bとでその任意領域の配列が領域単位で変化してしまうような光ファイバを使用している場合、上記したような仮定例の場合も含めて出力端15b側でどのように変化するか予測することが出来ない。従がって1つ1つテストし、その結果を見ることが必要となる。このような出力端15bからの光を中間物19に向かわせたとすれば、中間物19の精度や品質が高級でない場合や、中間物の種類、厚さなどを変更したような場合も想定すると、中間物を通過する光束は一層予測不能となる。 However, in general, the arbitrary specific region on the input end side of the optical fiber optical system usually changes its arrangement greatly in units of region on the output end side. For example, there is a ratio of being biased to one side or concentrated in one place. high. The B2 column of FIG. 5 shows such a case. Although the regions 25, 26, and 27 from the input end 15a are arranged in units of regions at the output end 15b, the arrangement position changes greatly. And it is an example concentrated in one place. In this example, assuming that each region 25, 26, 27 in the A row is strongly irradiated with, for example, red light (700 to 800 μm), each region 25 is output at the output end 15b in FIG. , 26 and 27 are concentrated in one place, the brightness of the light toward the intermediate 19 becomes a light having a strong red wavelength with a peak near 750 μm as shown by the curve 29. The wavelength in the vicinity of 400 to 500 μm is weakened. In this way, when an optical fiber is used in which the arrangement of the arbitrary regions at the input end 15a and the output end 15b changes in units of regions, the output end 15b including the case of the above-described hypothetical example is also used. I can't predict how it will change on the side. Therefore, it is necessary to test one by one and see the result. Assuming that the light from the output end 15b is directed to the intermediate 19, it is assumed that the accuracy and quality of the intermediate 19 are not high-grade, or that the type and thickness of the intermediate are changed. The light flux passing through the intermediate becomes even more unpredictable.

図6は第2光ファイバ光学系23と中間物を通過した光の輝度の関係を示した説明図で、A列は入力端23aとこの入力端23aが受ける第2アフォーカル光学系20からの射出光輝度を示している。B列は出力端23bとこの出力端23bが試料5に送り出す光の輝度を示している。
A1列において第2光ファイバ光学系23の入力端23aには、中間物19、第2アフォーカル光学系20からの光が照射されていて、図では図5B1列の任意特定領域25、26、27からの光がそのまま同じ配列の領域25、26、27として受けた状態となっている。そしてこの入射した光は輝度が曲線30のようになる。この曲線30によれば、図5B1列の曲線28aによる光束が中間物19を通過することによって600μm付近の波長が選択され、他の波長はカットされた波形となっている。
しかし実際には曲線30によって表現される波長以外の光も入力端23aに入射してしまうことも予測される。つまり前記したように中間物19に向かう第1光ファイバ光学系15からの平行光束精度が低いような場合には、600μm付近の波長以外の光束も中間物19から入力端23aに入射してしまう。図A2列はこのような場合の入射光の例を示したもので、400から500μm付近の波長と、700から800μm付近の波長が入射した状態となっていて、夫々曲線31、曲線32として示してある。この曲線31、32は図5の出力端15bがB1列からB2列に変化したようなときや、或いは中間物19の材質を変更するなどして予測できないような現象が生じたようなときにも発生する。このような光をそのまま照明光として試料5に供給すれば安定しない照明光となる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the second optical fiber optical system 23 and the luminance of the light that has passed through the intermediate, and column A is from the input end 23a and the second afocal optical system 20 received by the input end 23a. The emission light luminance is shown. The row B indicates the output end 23b and the luminance of the light sent from the output end 23b to the sample 5.
In the A1 column, the input end 23a of the second optical fiber optical system 23 is irradiated with light from the intermediate 19 and the second afocal optical system 20, and in the figure, arbitrary specific regions 25, 26, In this state, light from 27 is received as it is as regions 25, 26, and 27 of the same arrangement. The incident light has a luminance as indicated by a curve 30. According to this curve 30, a wavelength near 600 μm is selected by passing the light flux by the curve 28 a in the first row of FIG. 5B through the intermediate 19, and other wavelengths have a cut waveform.
However, it is also predicted that light other than the wavelength represented by the curve 30 will actually enter the input end 23a. That is, as described above, when the accuracy of the parallel light beam from the first optical fiber optical system 15 toward the intermediate 19 is low, light beams other than wavelengths near 600 μm also enter the input end 23a from the intermediate 19. . FIG. A2 column shows an example of incident light in such a case, where a wavelength in the vicinity of 400 to 500 μm and a wavelength in the vicinity of 700 to 800 μm are incident, which are shown as curve 31 and curve 32, respectively. It is. These curves 31 and 32 are obtained when the output end 15b of FIG. 5 is changed from the B1 row to the B2 row or when an unpredictable phenomenon occurs by changing the material of the intermediate 19 or the like. Also occurs. If such light is directly supplied to the sample 5 as illumination light, the illumination light becomes unstable.

図のB列は第2光ファイバ光学系23の出力端23bと、この出力端23bから射出される光の輝度を示している。この出力端23bは図4Bでも説明したように、その繊維配列が入力端23aの繊維配列と大きく変化するよう構成されるから、例えば領域25、26、27もその領域が崩れ、内部の繊維a1乃至a3、b1乃至b4、c1乃至c4が全てランダムに分散して配列される。図ではこの分散した配列を図4Bの配列と合わせて同じにしてあるが、この分散配列によって出力端23bから射出される光の明るさは図の曲線33のようになる。この曲線33によれば図6A2列の曲線31、32を作り出していた波長は分散して曲線33に吸収されて一体となり、600μm付近をピーク値とする明るさとなっている。即ち、入力端23aに入射した第2アフォーカル光学系20からの光束は、第2光ファイバ光学系23を通って出力端23bに向かうが、このとき第2光ファイバ光学系23を構成している繊維のランダム配列によって出力端23b全域に分散して伝えられる。この分散化によって試料5に向かう光束は波長ムラのない平均化されたものとなる。従がって領域25、26、27に輝度の高い光が入射したようなときや、或いは斜光線が中間物19を通過したことによって曲線31、32のような光が入射したようなときも含めて、予め予測不能な変化をした光が入力端23aに入射したとしても、出力端23bは常に平均化した光を試料5に供給することになる。 The row B in the figure shows the output end 23b of the second optical fiber optical system 23 and the luminance of light emitted from the output end 23b. As described in FIG. 4B, the output end 23b is configured so that its fiber arrangement greatly changes from the fiber arrangement of the input end 23a. For example, the areas 25, 26, and 27 are also collapsed, and the internal fiber a1 Through a3, b1 through b4, and c1 through c4 are all randomly distributed. In the figure, the dispersed arrangement is the same as the arrangement of FIG. 4B, but the brightness of the light emitted from the output end 23b by the dispersed arrangement is as shown by a curve 33 in the figure. According to this curve 33, the wavelengths that created the curves 31 and 32 in FIG. 6A2 are dispersed and absorbed by the curve 33 so as to be integrated, and the brightness has a peak value in the vicinity of 600 μm. That is, the light beam from the second afocal optical system 20 incident on the input end 23a passes through the second optical fiber optical system 23 toward the output end 23b. At this time, the second optical fiber optical system 23 is configured. It is distributed and transmitted throughout the output end 23b by a random arrangement of fibers. By this dispersion, the light beam directed to the sample 5 is averaged without wavelength unevenness. Therefore, when light with high luminance is incident on the regions 25, 26, and 27, or when light such as the curves 31 and 32 is incident due to oblique rays passing through the intermediate 19. In addition, even if light that has been changed in advance unpredictably enters the input end 23a, the output end 23b always supplies the sample 5 with averaged light.

上記説明してきたことは、光学ユニット3内の第1光ファイバ光学系15を通常の光ファイバで構成し、第2光ファイバ光学系23をランダム配列の光ファイバで構成したものとなっている。しかし本願の趣旨からすれば、第1光ファイバ光学系15もランダム配列の光ファイバとすることによって更なる効果を得ることが出来る。この場合、図4Aの入力端23aを第1光ファイバ光学系15の入力端15a、図4Bの出力端23bを第1光ファイバ光学系15の出力端15bと読み替えればよい。即ち、光源部2内のハロゲンランプ14からの光を第1光ファイバ光学系15の入力端15aが受けると、その入力端15aの全域中の任意領域25、26、27(図4A)に入射した光は出力端15bに向かってa1乃至a3、b1乃至b4、c1乃至c4(図4B)に分散される。この分散した光を第1アフォーカル光学系16が平行光束にほぼ変換して中間物19に向かわせる。それによって図5で説明したような問題が発生することなく、中間物19は所定の波長を選択して第2アフォーカル光学系20から第2光ファイバ光学系23に向かわせ試料5を照明する。これで試料5は第1と第2の光ファイバ光学系15、23で分散された光で照明されるようになり、中間物19通過後の光束を一層確かなものとする。このようにこの実施例では第1と第2の光ファイバ光学系15、23をランダム配列の光ファイバとすることを特徴としている。 What has been described above is that the first optical fiber optical system 15 in the optical unit 3 is configured by a normal optical fiber, and the second optical fiber optical system 23 is configured by a random array of optical fibers. However, according to the purpose of the present application, the first optical fiber optical system 15 can also be obtained as a further effect by using a random array of optical fibers. In this case, the input end 23a in FIG. 4A may be read as the input end 15a of the first optical fiber optical system 15, and the output end 23b in FIG. 4B may be read as the output end 15b of the first optical fiber optical system 15. That is, when the light from the halogen lamp 14 in the light source unit 2 is received by the input end 15a of the first optical fiber optical system 15, the light enters the arbitrary regions 25, 26, and 27 (FIG. 4A) in the entire area of the input end 15a. The dispersed light is dispersed into a1 to a3, b1 to b4, and c1 to c4 (FIG. 4B) toward the output end 15b. The first afocal optical system 16 substantially converts this dispersed light into a parallel light beam and directs it to the intermediate 19. Accordingly, without causing the problem described with reference to FIG. 5, the intermediate 19 selects a predetermined wavelength and illuminates the sample 5 from the second afocal optical system 20 toward the second optical fiber optical system 23. . As a result, the sample 5 is illuminated with the light dispersed by the first and second optical fiber optical systems 15 and 23, and the light beam after passing through the intermediate 19 is made more reliable. As described above, this embodiment is characterized in that the first and second optical fiber optical systems 15 and 23 are randomly arranged optical fibers.

以上、実施例1、2として本発明の光学ユニットについて説明してきた。これら実施例において第1、第2光ファイバ光学系15、23と第1、第2アフォーカル光学系16、20の連結方法、光源部2と光学ユニット3の連結方法などについては特に詳しく説明していない。同様に中間物19と両アフォーカル光学系16、20の連結方法についても詳しく説明していない。しかしこれらは既存のものの組み合わせや許容範囲内での設計をすることで解決することが出来る。 The optical unit of the present invention has been described as the first and second embodiments. In these embodiments, the connection method between the first and second optical fiber optical systems 15 and 23 and the first and second afocal optical systems 16 and 20 and the connection method between the light source unit 2 and the optical unit 3 will be described in detail. Not. Similarly, a method for connecting the intermediate 19 and the afocal optical systems 16 and 20 is not described in detail. However, these can be solved by combining existing ones and designing within an allowable range.

観察装置全体の構成を説明する概略図。Schematic explaining the structure of the whole observation apparatus. 光学ユニットの内部構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the internal structure of the optical unit. 第1アフォーカル光学系の説明図。Explanatory drawing of a 1st afocal optical system. 第2光ファイバ光学系の説明図。Explanatory drawing of a 2nd optical fiber optical system. 第1光ファイバ光学系と輝度の関係を示した説明図。Explanatory drawing which showed the relationship between a 1st optical fiber optical system and a brightness | luminance. 第2光ファイバ光学系と中間物通過光の輝度関係を示した説明図。Explanatory drawing which showed the brightness | luminance relationship of a 2nd optical fiber optical system and intermediate body passage light.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・観察装置 2・・・光源部 3・・・光学ユニット 4・・・観察光学系部 5・・・試料 7・・・受光部 8・・・CCD 9・・・制御部 10・・・表示部 13・・・ハロゲンランプ 15・・・第1光ファイバ光学系 16・・・第1アフォーカル光学系 19・・・中間物 20・・・第2アフォーカル光学系 23・・・第2光ファイバ光学系 25、26、27・・・特定領域


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Observation apparatus 2 ... Light source part 3 ... Optical unit 4 ... Observation optical system part 5 ... Sample 7 ... Light-receiving part 8 ... CCD 9 ... Control part 10 * ··· Display unit 13 · · · Halogen lamp 15 · · · First optical fiber optical system 16 · · · First afocal optical system 19 · · · Intermediate 20 · · · Second afocal optical system 23 · · · Second optical fiber optical system 25, 26, 27 ... specific region


Claims (1)

連続スペクトルを発光する光源からの光束をほぼ平行光束として中間物に向かわせるランダム配列とした第1光ファイバ光学系と、この第1光ファイバ光学系から分散光としての光束を受け光源光束中から任意特定波長を選択する中間物と、この中間物で選択された特定波長の光束を受け観察装置の試料に向かわせるランダム配列の第2光ファイバ光学系とから成り、前記第1光ファイバ光学系と中間物及び中間物と第2光ファイバ光学系との間に倍率変換用のアフォーカル光学系を設置して、中間物を通過して入射した光束を分散光として試料に向かわせて照明するようにした事を特徴とする光学ユニット。
A first optical fiber optical system in which a random sequence that directs the intermediate light flux from the light source which emits a continuous spectrum as substantially parallel light beam, the light source light beam in receiving a light beam as a dispersed light from the first optical fiber optical system An intermediate for selecting an arbitrary specific wavelength from the first optical fiber , and a second optical fiber optical system having a random array for receiving a light beam having the specific wavelength selected by the intermediate and directing it toward the sample of the observation apparatus. An afocal optical system for magnification conversion is installed between the optical system and the intermediate and between the intermediate and the second optical fiber optical system, and the incident light beam passing through the intermediate is directed to the sample as dispersed light. An optical unit characterized by illumination.
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