JP5371531B2

JP5371531B2 - 照明装置、及びそれを備えた顕微鏡

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Publication number: JP5371531B2
Application number: JP2009104243A
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Inventors: 将人土肥; 健司川崎
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Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2013-12-18
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Description

本発明は、照明装置、及びそれを備えた顕微鏡に関する。

一般に、照明装置は、光源から射出される発散光を取り込むためのコレクタレンズを光源の近くに含んで構成されている。コレクタレンズにより発散光を効率良く取り込むためには、コレクタレンズの焦点距離を短くしコレクタレンズと光源との距離を短くすることが有効である。

このため、照明装置では、コレクタレンズの最も光源側に、光源側に凹面を向けたメニスカスレンズを用いる構成が一般的である。このような構成の照明装置は、例えば、特許文献１で開示されている。

特開２００５−２０８５７１号公報

ところで、短い焦点距離を実現するためには、メニスカスレンズの凹面は、曲率半径の小さなある程度強い凹面となる。このようなメニスカスレンズでは、光学性能が光源とメニスカスレンズの相対的な位置の変化に敏感に反応する。つまり、光源の位置のわずかな偏心やメニスカスレンズの製造上のばらつき（製造誤差）によって光学性能が大きく劣化してしまう。このため、このようなメニスカスレンズを含む照明装置は、照明装置の個体間で安定した照明性能を実現することが難しい。

また、強い凹面では大きな球面収差が生じるため、コレクタレンズに強い非球面が必要となる。しかし、非球面係数が大きい非球面も、メニスカスレンズと同様に、製造誤差よる影響を受けやすく、同様に照明性能が安定しにくい。

さらに、このようにわずかな製造誤差で光学性能が大きく劣化してしまう照明装置では、製造誤差の許容範囲は非常に小さくなる。このため、非常に高い精度でのレンズ成形が必要となる。その結果、製造の困難さが増し、照明装置の製造性も悪化してしまう。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、製造性の優れ、安定した照明性能を実現する照明装置、及びそれを備えた顕微鏡を提供することを課題とする。

本発明の第１の観点は、光源と、前記光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータ光学系と、を含み、前記コリメータ光学系は、前記光源側から順に、略平面の光源側の第1面及び非球面の第２面をもつ正のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する第２レンズと、からなり、以下の条件式を満たす照明装置を提供する。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＜０．５・・・（１）
ＦＬ１＜ＦＬ２・・・（２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１・・・（３）
ここで、ＦＬ１は前記第１レンズの焦点距離、ＦＬ２は前記第２レンズの焦点距離、Ｄ１は前記第１レンズの厚さ、Ｄ２は前記第２レンズの厚さ、ＤＬは前記光源と前記第１レンズとの距離、Ｒ１は前記第１レンズの第１面の曲率半径、Ｒ２は前記第１レンズの第２面の曲率半径である。

本発明によれば、製造性に優れ、安定した照明性能を実現する照明装置、及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。

本発明の一実施例に係る照明装置を備えた顕微鏡の構成を説明する図である。本発明の実施例１に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図２に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例２に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図４に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例３に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図６に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例４に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図８に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。参考例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図１０に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例５に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図１２に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例６に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図１４に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例７に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図１６に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。本発明の実施例８に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。図１８に例示されるコレクタレンズの照明性能を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る照明装置を備えた顕微鏡の構成を説明する図である。図１に例示されるように、顕微鏡１００は、照明装置２０と、対物光学系８と、結像光学系９を含んで構成されている。また、照明装置２０は、光源１と、コレクタレンズ１０と、視野絞り２と、リレーレンズ３と、ミラー４と、開口絞り５と、コンデンサレンズ６とを含んで構成されている。

光源１から射出された照明光は、まず、コリメータ光学系として構成されたコレクタレンズ１０に入射する。コレクタレンズ１０は、照明光を略平行光に変換し、視野絞り２を介してリレーレンズ３に入射させる。リレーレンズ３は、照明光をコンデンサレンズ６の焦点位置に設けられた開口絞り５上に結像させる。さらに、開口絞り５上に結像した照明光は、コンデンサレンズ６で平行光に変換された状態で標本面７を照明する。なお、照明装置２０では、照明装置をコンパクトに構成するため、リレーレンズ３と開口絞り５の間にミラー４が設けられている。また、ここでは、照明装置２０が透過照明装置として用いられる例を示したが、特にこれに限定されない。照明装置２０は、例えば、落射照明装置として用いられても良い。
以下、コレクタレンズ１０について、更に詳細に説明する。

コレクタレンズ１０は、光源側から順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とを含んで構成されている。第１レンズＬ１は、光源側から順に、略平面である第１面と、非球面である第２面を有している。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、光源１からの照明光を、４面のそれぞれでバランスよく屈折させるように設計されている。これにより、コレクタレンズ１０では、収差の発生が抑制され、良好な照明性能が実現される。また、このようなコレクタレンズ１０では、各面の曲率半径も比較的大きくなるため、製造誤差当たりの照明性能の劣化（以下、製造誤差の影響と記す）が小さくなる。このため、コレクタレンズ１０の個体間で照明性能が安定し、コレクタレンズ１０の製造の容易さ（製造性）も向上する。

なお、４面のそれぞれでバランスよく照明光を屈折させるためには、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。ここで、Ｄ１は第１レンズＬ１の厚さであり、Ｄ２は第２レンズＬ２の厚さである。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＜０．５・・・（１）

条件式（１）は、第１レンズＬ１の厚さと第２レンズＬ２の厚さの関係を規定している。条件式（１）を満たすことで、第１レンズＬ１の厚さと第２レンズＬ２の厚さは比較的近い値を示す。このため、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の各面の曲率半径も近くなり、各面でバランスよく照明光を屈折させることが可能となる。

また、照明光を十分に取り込み、照明範囲を均一に照明するためには、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。ここで、ＦＬ１は第１レンズＬ１の焦点距離であり、ＦＬ２は第２レンズＬ２の焦点距離である。
ＦＬ１＜ＦＬ２・・・（２）

条件式（２）は、第１レンズＬ１の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離の関係を規定している。光源に近い第１レンズＬ１の焦点距離を第２レンズＬ２に比べて短くすることで、第１レンズＬ１は、強い屈折力により照明光をバランスよく取り込んで、第２レンズＬ２に導くことができる。これにより、照明の均一性が向上することになる。

さらに、第１レンズＬ１の形状も、製造性と照明性能の安定性に寄与する。最も光源側に強い凹面を有するメニスカスレンズを用いる場合と比較すると、第１面が略平面であるため、第１レンズＬ１の成形で生じる製造誤差が小さくなり、製造性が改善される。また、第１レンズＬ１には強い凹面がないため、第１レンズＬ１で生じる球面収差は比較的小さくなる。このため、収差の補正に用いられる非球面の非球面係数を小さくすることができる。その結果、非球面で生じる製造誤差の影響が小さくなり、照明性能の安定性とレンズの製造性が改善される。また、第１レンズＬ１の形状は、メニスカスレンズと比べて、光源との相対的な位置の変化による影響を受けにくい。このことも、レンズの製造性と照明性能の安定性の向上に寄与する。

なお、第１レンズＬ１の第１面は、以下の条件式（３）を満たす程度の平面性を有することが望ましい。ここで、ＤＬは光源１と第１レンズＬ１との距離であり、Ｒ１は第１レンズＬ１の第１面の曲率半径であり、Ｒ２は第１レンズＬ１の第２面の曲率半径である。
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１・・・（３）

条件式（３）は、第１レンズＬ１の厚さと各面の曲率半径について規定している。条件式（３）の第１項は、第１レンズＬ１の厚さが薄いほど小さな値となる。つまり、第１項は、第１レンズＬ１の厚さを制限することで第１レンズＬ１の各面が取りうる曲率半径を制限している。

また、第２項は、第１レンズＬ１の各面の曲率半径の比であり、基本的には第１面の形状が平面に近いほど小さな値になる。ただし、第２面の曲率半径が非常に小さい場合は、第１面の曲率半径が小さい場合、つまり、第１面の形状が平面から離れている場合であっても、第２項は小さな値となる。しかし、第１項により第１レンズＬ１の厚さが制限されるため、取りうる曲率半径は比較的大きくなる。従って、実際には第２項は、第１レンズＬ１の形状が平面に近い場合にのみ小さな値を示すことになる。
以上から、条件式（３）の第１項と第２項の和を小さな値、つまり、１以下に保つことで、第１面の形状は略平面となる。

以上、コレクタレンズ１０を上述のように構成することで、コレクタレンズ１０を含む照明装置２０及び顕微鏡１００では、優れた製造性と安定した照明性能を実現することができる。

さらに、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の少なくとも一方は、樹脂材料で成形されることが望ましい。樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社の商品名）などを用いるとよい。樹脂材料を用いることで、ガラス材料を用いた場合に比べて、製造コストを削減することができる。また、樹脂材料を用いたレンズ成形では、非球面を精度良く成形しやすいため、製造性が向上し、照明性能も安定する。

一方で、樹脂材料は、通常、ガラス材料と比べて屈折率が小さくなる。しかし、コレクタレンズ１０は、４面でバランスよく光を屈折させることで、樹脂材料のような比較的小さな屈折率の材料を用いた場合であっても良好な照明性能を実現することができる。また、樹脂材料を用いる場合、レンズの厚さが厚すぎると、樹脂レンズを冷やす際にレンズ内部でひずみが生じてしまうことがある。しかし、コレクタレンズ１０では、すでに上述したように、第１レンズＬ１の厚さと第２レンズＬ２の厚さは比較的近くなり、一方のレンズが極端に厚くなることはない。なお、樹脂材料を用いる場合に、コレクタレンズ１０が条件式（１）を満たすことは、ひずみの発生を抑制する観点からも好ましい。

また、光源１は、ＬＥＤ光源であってもよい。光源１は、光ファイバを含み、光ファイバの一方の端面から入射した光を他方の端面から射出するように構成された光源であってもよい。特に、樹脂材料を用いる場合、樹脂材料は熱の影響を受けやすいため、光源１としてＬＥＤ光源など熱の発生が少ない光源を使用することが好ましい。また、光ファイバを含む光源も、熱の伝達を抑制するフィルタを内部に設けることで、熱の発生を抑制することができる。このため、ＬＥＤ光源と同様の理由から樹脂材料を用いる場合に、特に好適である。
以下、各実施例のコレクタレンズについて、具体的に説明する。

図２は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１１は、光源１側から順に、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２を含み、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、第３面Ｓ３と第４面Ｓ４を含み、正のパワーを有する第２レンズＬ２から構成されている。

なお、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料は、いずれもポリカーボネート樹脂である。また、第１面Ｓ１は平面であり、第２面Ｓ２は非球面である。第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４は、いずれも凸面（球面）である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１１の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１１の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２５．８ｍｍ、ＦＬ１＝３９．８ｍｍ、ＦＬ２＝６５．４ｍｍ

コレクタレンズ１１のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を、外径はレンズの外径（ｍｍ）を示す。また、面番号０が示す面は、光源１上の面である。
コレクタレンズ１１
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 17.5278
1 INF 10.0338 1.52 55.7 19
2* -35.058 0.5787 19
3 78.0124 10.0261 1.52 55.7 22
4 -58.7476 22
第２面Ｓ２の非球面係数は、以下のとおりである。
K=0, A2=-9.62×10^-3, A4=3.60×10^-6, A6=-1.63×10^-8, A8=3.70×10^-11

コレクタレンズ１１は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ１１）から（Ｃ１３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜≒０．０００７６８＜０．５・・・（Ｃ１１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−２５．６＜０・・・（Ｃ１２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５７＜１・・・（Ｃ１３）

図３（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１１の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１１から射出された照明光の照度分布を示している。なお、ここで例示される照度分布は、光源１が面発光する直径１ｍｍの光源であり、面内の輝度及び配光角が一様な理想光源である場合の分布である。図３（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、略均一な照度分布を有する照明が実現されている。より厳密には、コレクタレンズ１１では、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する良好な照度分布を示している。

以上、本実施例によれば、製造性に優れ、安定した照明性能を実現する照明装置、及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。また、本実施例では、照明の均一性も高く、照度分布も良好である。

図４は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１２は、レンズ構成は、実施例１と同様である。ただし、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料は、いずれもアクリル樹脂である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１２の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１２の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２７ｍｍ、ＦＬ１＝４１．８ｍｍ、ＦＬ２＝７０ｍｍ

コレクタレンズ１２のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を、外径はレンズの外径（ｍｍ）を示す。また、面番号０が示す面は、光源１上の面である。
コレクタレンズ１２
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 18.9873
1 INF 10 1.49 57.8 19
2* -20.5938 0.75 19
3 58 9.5 1.49 57.8 22
4 -80.5 22
第２面Ｓ２の非球面係数は、以下のとおりである。
K=-1, A2=0, A4= -2.62×10^-6, A6= 2.60×10^-8, A8= -6.84×10^-12

コレクタレンズ１２は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ２１）から（Ｃ２３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜≒０．０５３＜０．５・・・（Ｃ２１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−２８．２＜０・・・（Ｃ２２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５３＜１・・・（Ｃ２３）

図５（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１２の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１２から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図５（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、略均一な照度分布を有する照明が実現されている。より厳密には、コレクタレンズ１２では、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する良好な照度分布を示している。

図６は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１３は、第１面Ｓ１が弱い凸面となっている点が、実施例２のコレクタレンズ１２と異なっている。なお、この程度の凸面は製造性にはほとんど影響を与えない。その他の構成や材料は、実施例２と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１３の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１３の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２５．１ｍｍ、ＦＬ１＝３７．１ｍｍ、ＦＬ２＝６９．２ｍｍ
コレクタレンズ１３のレンズデータは以下のとおりである。
コレクタレンズ１３
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 17.6028
1 150 10 1.49 57.8 19
2* -20.3545 0.75 19
3 56.7764 9.5 1.49 57.8 22
4 -80.5036 22
第２面Ｓ２の非球面係数は、以下のとおりである。
K=-1, A2=0, A4= -2.62×10^-6, A6= 2.60×10^-8, A8= -3.76×10^-13

コレクタレンズ１３は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ３１）から（Ｃ３３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０．０５３＜０．５・・・（Ｃ３１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−３２．１＜０・・・（Ｃ３２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．７０＜１・・・（Ｃ３３）

図７（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１３の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１３から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図７（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、コレクタレンズ１３でも略均一な照度分布を有する照明が実現されている。また、より厳密には、コレクタレンズ１２と同様に、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する良好な照度分布を示している。

図８は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１４は、第１面Ｓ１が弱い凹面となっている点が、実施例２のコレクタレンズ１２と異なっている。なお、この程度の凹面は製造性にはほとんど影響を与えない。その他の構成や材料は、実施例２と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１４の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１４の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２７ｍｍ、ＦＬ１＝４２．２ｍｍ、ＦＬ２＝６９．２ｍｍ
コレクタレンズ１４のレンズデータは以下のとおりである。
コレクタレンズ１４
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 18.8996
1 -800 10 1.49 57.8 19
2* -20.3545 0.75 19
3 56.7764 9.5 1.49 57.8 22
4 -80.5036 22
第２面Ｓ２の非球面係数は、以下のとおりである。
K=-1, A2=0, A4= -2.62×10^-6, A6= 2.60×10^-8, A8= -3.76×10^-13

コレクタレンズ１４は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ４１）から（Ｃ４３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０．０５３＜０．５・・・（Ｃ４１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−２７．０＜０・・・（Ｃ４２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５５＜１・・・（Ｃ４３）

図９（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１４の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１４から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図９（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、コレクタレンズ１４でも略均一な照度分布を有する照明が実現されている。また、より厳密には、コレクタレンズ１２と同様に、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する良好な照度分布を示している。

参考例

図１０は、参考例に係るコレクタレンズ構成を例示した図である。参考例のコレクタレンズ１５は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２が、いずれも正のパワーを有している。第１面Ｓ１は凸面（球面）、第２面Ｓ２は非球面、第３面Ｓ３は平面、第４面Ｓ４は凸面（球面）である。また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料はガラスである。

なお、コレクタレンズ１５では、第１面Ｓ１は、比較的小さな曲率半径を有している。しかし、第１面Ｓ１が凸面であるため、凹面の場合のように、大きく製造性が劣化することはない。
以下、参考例のコレクタレンズ１５の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１５の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２４．４ｍｍ、ＦＬ１＝２６ｍｍ、ＦＬ２＝２８０．４ｍｍ
コレクタレンズ１５のレンズデータは以下のとおりである。
コレクタレンズ１５
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 10.8
1 53.4 22.5 1.52 59.8 22
2* -15.6 1.1 22
3 INF 4 1.51 64.1 22
4 -144.8 22
第２面Ｓ２の非球面係数は、以下のとおりである。
K=-1, A2=0, A4=-1.1×10^-5, A6=-3.8×10^-10, A8=1.0×10^-10, A10=-9.3×10^-14

コレクタレンズ１５は、以下のとおり、条件式（２）を満たすが、条件式（１）及び（３）を満たさない。なお、式（Ｃ５１）から（Ｃ５２）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝４．６２５＞０．５・・・（Ｃ５１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−２５４．５＜０・・・（Ｃ５２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒２．２７＞１・・・（Ｃ５３）

図１１（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１５の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１５から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図１１（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、コレクタレンズ１５では、光軸付近の照度がその周辺に対して低くなっている。このため、中心が暗く、周辺が明るく照明されてしまい、好ましくない。
以上、参考例によっても、比較的製造性がよく、安定した照明性能を実現する照明装置、及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。

図１２は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１６は、第４面Ｓ４が非球面となっている点が、実施例１のコレクタレンズ１１と異なっている。このように、コレクタレンズ１６は、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれに非球面を含むため、実施例１に比べて収差の補正を行いやすい構成となっている。また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料は、いずれもＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社の商品名）である。その他の構成は、実施例１と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１６の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１６の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２８．３ｍｍ、ＦＬ１＝４６．４ｍｍ、ＦＬ２＝６４．７ｍｍ

コレクタレンズ１６のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を、外径はレンズの外径（ｍｍ）を示す。また、面番号０が示す面は、光源１上の面である。
コレクタレンズ１６
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 19.5492
1 INF 10 1.52 55.7 20
2* -35.058 0.543 20
3 100.1267 10 1.52 55.7 22
4* -58.7476 22
第２面Ｓ２及び第４面Ｓ４の非球面係数は、以下のとおりである。
第２面Ｓ２
K=0, A2=-6.25×10^-3, A4=3.60×10^-6, A6=-1.63×10^-8, A8=2.61×10^-11
第４面Ｓ４
K=0, A2=-1.54×10^-3, A4= 2.74×10^-6, A6= 5.00×10^-10, A8= -7.95×10^-13

コレクタレンズ１６は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ６１）から（Ｃ６３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０＜０．５・・・（Ｃ６１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−１８．３＜０・・・（Ｃ６２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５１＜１・・・（Ｃ６３）

図１３（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１６の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１６から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図１３（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、略均一な照度分布を有する照明が実現されている。より厳密には、コレクタレンズ１６では、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する照度分布を示している。

図１４は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１７は、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料がポリカーボネート樹脂である点が、実施例５のコレクタレンズ１６と異なっている。その他の構成は、実施例５と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１７の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１７の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２５．９ｍｍ、ＦＬ１＝４１．６ｍｍ、ＦＬ２＝６０．７ｍｍ

コレクタレンズ１７のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を、外径はレンズの外径（ｍｍ）を示す。また、面番号０が示す面は、光源１上の面である。
コレクタレンズ１７
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 17.5136
1 INF 10 1.58 30.4 20
2* -35.0497 0.543 20
3 116.016 10 1.58 30.4 22
4* -58.6457 22
第２面Ｓ２及び第４面Ｓ４の非球面係数は、以下のとおりである。
第２面Ｓ２
K=0, A2=-6.28×10^-3, A4=2.32×10^-9, A6=1.06×10^-9, A8=5.45×10^-11
第４面Ｓ４
K=0, A2=-1.58×10^-3, A4=-5.05×10^-11, A6=-3.48×10^-10, A8=0

コレクタレンズ１７は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ７１）から（Ｃ７３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０＜０．５・・・（Ｃ７１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−１９．１＜０・・・（Ｃ７２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５７＜１・・・（Ｃ７３）

図１５（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１７の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１７から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図１５（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、略均一な照度分布を有する照明が実現されている。より厳密には、コレクタレンズ１７では、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する照度分布を示している。

図１６は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１８は、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料がアクリル樹脂である点が、実施例５のコレクタレンズ１６と異なっている。その他の構成は、実施例５と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１８の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１８の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝２７ｍｍ、ＦＬ１＝４１．８ｍｍ、ＦＬ２＝７０ｍｍ

コレクタレンズ１８のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を、外径はレンズの外径（ｍｍ）を示す。また、面番号０が示す面は、光源１上の面である。
コレクタレンズ１８
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 18.987
1 INF 10 1.49 57.8 19
2* -20.5938 0.75 19
3 58 9.5 1.49 57.8 22
4* -80.5 22
第２面Ｓ２及び第４面Ｓ４の非球面係数は、以下のとおりである。
第２面Ｓ２
K=-1, A2=0, A4=-2.62×10^-6, A6=2.60×10^-8, A8=-6.84×10^-12
第４面Ｓ４
K=-1, A2=0, A4=-3.45×10^-6, A6=1.08×10^-8, A8=-9.63×10^-12

コレクタレンズ１８は、以下のとおり条件式（１）から（３）を満たしている。なお、式（Ｃ８１）から（Ｃ８３）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０．０５＜０．５・・・（Ｃ８１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝−２８．２＜０・・・（Ｃ８２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．５２＜１・・・（Ｃ８３）

図１７（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１８の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１８から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図１７（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、略均一な照度分布を有する照明が実現されている。より厳密には、コレクタレンズ１８では、光軸上が最も照度が高く、光軸から離れるに従って緩やかに照度が低下する照度分布を示している。

図１８は、本実施例に係るコレクタレンズの構成を例示した図である。本実施例のコレクタレンズ１９では、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料がアクリル樹脂である点と、第１レンズＬ１の焦点距離が第２レンズＬ２の焦点距離よりも長い点が、実施例５のコレクタレンズ１６と異なっている。その他の構成は、実施例５と同様である。
以下、本実施例のコレクタレンズ１９の各種データについて記載する。
コレクタレンズ１９の焦点距離ＦＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ＦＬ１、第２レンズＬ１の焦点距離ＦＬ２は、それぞれ以下のとおりである。
ＦＬ＝３０．７ｍｍ、ＦＬ１＝７１．１ｍｍ、ＦＬ２＝４９．５ｍｍ
コレクタレンズ１９のレンズデータは以下のとおりである。
コレクタレンズ１９
ｓｒｄｎｄｖｄ外径
0 INF 20.307
1 INF 10 1.49 57.8 20
2* -35.0373 0.5431 20
3 116.016 10 1.49 57.8 21
4* -29.9899 21
第２面Ｓ２及び第４面Ｓ４の非球面係数は、以下のとおりである。
第２面Ｓ２
K=-1, A2=0, A4= 2.92×10^-8, A6= 3.22×10^-9, A8= -1.06×10^-10
第４面Ｓ４
K=-1, A2=0, A4= -8.97×10^-8, A6= 8.07×10^-9, A8= 2.06×10^-11

コレクタレンズ１９は、以下のとおり、条件式（１）及び（３）を満たすが、条件式（２）を満たさない。なお、式（Ｃ９１）から（Ｃ９２）はそれぞれ条件式（１）から（３）に対応している。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＝０＜０．５・・・（Ｃ９１）
ＦＬ１−ＦＬ２＝２１．６＞０・・・（Ｃ９２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜≒０．４９＜１・・・（Ｃ９３）

図１９（ａ）及び（ｂ）は、コレクタレンズ１９の照明性能を説明するための図であり、コレクタレンズ１９から射出された照明光の照度分布を示している。なお、光源１は、実施例１と同様の理想光源である。図１９（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、コレクタレンズ１９では、光軸を含む照明範囲の中心部の照度が、照明範囲の外周部の照度に対して低くなっている。このため、外周部に対して中心部が暗く照明されてしまい、好ましくない。
以上、本実施例によっても、比較的製造性がよく、安定した照明性能を実現する照明装置、及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。

１・・・光源
２・・・視野絞り
３・・・リレーレンズ
４・・・ミラー
５・・・開口絞り
６・・・コンデンサレンズ
７・・・標本面
８・・・対物光学系
９・・・結像光学系
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９・・・コレクタレンズ
２０・・・照明装置
１００・・・顕微鏡
Ｌ１・・・第１レンズ
Ｌ２・・・第２レンズ

Claims

光源と、
前記光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータ光学系と、を含み、
前記コリメータ光学系は、前記光源側から順に、
略平面の光源側の第1面及び非球面の第２面をもつ正のパワーを有する第１レンズと、
正のパワーを有する第２レンズと、
からなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明装置。
｜（Ｄ１／Ｄ２）−１｜＜０．５・・・（１）
ＦＬ１＜ＦＬ２・・・（２）
（Ｄ１／ＤＬ）＋｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１・・・（３）
ここで、ＦＬ１は前記第１レンズの焦点距離、ＦＬ２は前記第２レンズの焦点距離、Ｄ１は前記第１レンズの厚さ、Ｄ２は前記第２レンズの厚さ、ＤＬは前記光源と前記第１レンズとの距離、Ｒ１は前記第１レンズの第１面の曲率半径、Ｒ２は前記第１レンズの第２面の曲率半径である。
請求項１に記載の照明装置において、
前記第２レンズの光源側の面は球面であることを特徴とする照明装置。
請求項１または請求項２に記載の照明装置において、
前記第１レンズ及び前記第２レンズの少なくとも一方は、樹脂材料で成形されることを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置において、
前記光源は、ＬＥＤ光源であることを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の照明装置において、
前記光源は、光ファイバを備え、
前記光ファイバの一方の端面から入射した光を他方の端面から射出することを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の照明装置において、
前記第２レンズは、非球面を含むことを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置により照明された標本からの観察光を取り込む対物光学系と、
前記対物レンズを通過した前記観察光を結像させる結像光学系と、を含むことを特徴とする顕微鏡。