JP6285112B2 - Light splitter - Google Patents
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Description
本発明は、外部からの光を分割して結像する光分割装置に関する。 The present invention relates to a light splitting device that splits external light to form an image.
ライフサイエンス等の技術分野では、試料からの観察光(例えば、蛍光など)を波長に応じて分光し、その結果分光された複数の光像を観察することが行われている。例えば、下記非特許文献1には、1つのカメラを用いたデュアルビューの顕微鏡検査技術が開示され、この技術では顕微鏡本体の外部に取り付けられる光分割アセンブリが使用される。この光分割アセンブリは、顕微鏡によって形成された中間像をカメラに投影する1組のレンズの間に設けられた2つのダイクロイックミラーと、2つのダイクロイックミラーに隣接する2つのミラーとを内蔵している。 In technical fields such as life science, observation light (for example, fluorescence) from a sample is dispersed according to wavelength, and as a result, a plurality of dispersed light images are observed. For example, the following Non-Patent Document 1 discloses a dual-view microscopy technique using one camera, and this technique uses a light splitting assembly that is attached to the outside of the microscope body. The light splitting assembly includes two dichroic mirrors provided between a pair of lenses that project an intermediate image formed by a microscope onto a camera, and two mirrors adjacent to the two dichroic mirrors. .
このような光分割アセンブリにより、顕微鏡によって形成された観察光を異なる波長成分の2種類の光像として同時に観察させることができる。さらに、上記光分割アセンブリにおいて、ダイクロイックミラーを取り外し、カメラの位置をずらせば従来の単一光像の顕微鏡検査にも使用することができる。 With such a light splitting assembly, observation light formed by a microscope can be simultaneously observed as two types of light images having different wavelength components. Furthermore, in the above light splitting assembly, if the dichroic mirror is removed and the position of the camera is shifted, it can be used for conventional single light image microscopy.
しかしながら、上記の従来の光分割アセンブリにおいては、2種類の光像を観察するモードから単一の光像を観察するモードに変更したい場合には、光分割アセンブリに固定されるカメラを移動させる必要がある。そのため、比較的重量の大きいカメラの移動により、装置全体のバランスが不安定になりがちであるとともに、カメラの位置調整が困難になる場合があった。 However, in the above-described conventional light splitting assembly, when it is desired to change from the mode for observing two types of light images to the mode for observing a single light image, it is necessary to move the camera fixed to the light splitting assembly. There is. For this reason, movement of a relatively heavy camera tends to make the balance of the entire apparatus unstable, and it may be difficult to adjust the position of the camera.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、観察モードの変更の際の設定操作を容易にするとともに、装置全体のバランスの安定化が容易な光分割装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a light splitting device that facilitates a setting operation when changing the observation mode and easily stabilizes the balance of the entire device. With the goal.
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる光分割装置は、外部からの観察光の結像面での視野範囲を制限するための視野絞りと、視野絞りを通過した観察光を受けて、観察光を平行光に変換して出力するコリメータレンズと、コリメータレンズの光軸上に配置されて、平行光を透過させて第1の分割光として出力すると共に、平行光を反射させて第2の分割光として出力するビームスプリッタと、ビームスプリッタから出力された第2の分割光を反射する反射光学素子と、コリメータレンズの光軸上に配置されて、ビームスプリッタから出力された第1の分割光を結像することにより第1の光像を出力すると共に、ビームスプリッタから反射光学素子を経由して出力された第2の分割光を結像することにより第2の光像を出力する結像レンズと、結像レンズをコリメータレンズの光軸に交差する方向に移動させる結像レンズ移動機構と、を備える。 In order to solve the above-described problem, a light splitting device according to an embodiment of the present invention includes a field stop for limiting a field range on an imaging plane of observation light from the outside, and observation light that has passed through the field stop. The collimator lens that receives and converts the observation light into parallel light and outputs the collimated light, and is arranged on the optical axis of the collimator lens, transmits the parallel light and outputs it as the first split light, and reflects the parallel light. A beam splitter that outputs the second split light, a reflective optical element that reflects the second split light output from the beam splitter, and a first optical output that is output from the beam splitter, disposed on the optical axis of the collimator lens. A first optical image is output by imaging one split light, and a second optical image is output by imaging the second split light output from the beam splitter via the reflective optical element. Output Comprising an imaging lens, an imaging lens moving mechanism for moving in a direction intersecting the imaging lens to the optical axis of the collimator lens, the.
このような光分割装置によれば、視野絞りを通過した観察光がコリメータレンズによって平行光に変換され、その平行光がビームスプリッタによって第1及び第2の分割光に分割されて出力され、第1の分割光が結像レンズによって結像されて第1の光像として出力されるとともに、第2の分割光が反射光学素子によって反射された後に結像レンズによって結像されて第2の光像として出力される。これにより、観察光を2つの光像として同時に出力することができ、試料の2つの像を同時に観察させることができる。このとき、結像レンズの位置をコリメータレンズの光軸に交差する方向に移動可能に構成されているので、試料の観察光を2つの光像に分割するモードと、試料の観察光を1つの光像として出力するモードとで切り替える際に、結像レンズの位置を変更して光像の受光面における光像の結像位置を調整することができる。その結果、これらのモード切替時の設定作業が容易にされるとともに、モード切替前後における装置全体のバランスを安定化させることができる。 According to such a light splitting device, the observation light that has passed through the field stop is converted into parallel light by the collimator lens, and the parallel light is split into the first and second split light by the beam splitter and output. The first divided light is imaged by the imaging lens and output as a first optical image, and the second divided light is reflected by the reflective optical element and then imaged by the imaging lens to be the second light. Output as an image. Thereby, observation light can be simultaneously output as two light images, and two images of a sample can be observed simultaneously. At this time, since the position of the imaging lens is configured to be movable in a direction crossing the optical axis of the collimator lens, a mode for dividing the observation light of the sample into two optical images, and the observation light of the sample as one When switching between the modes for outputting as an optical image, the position of the imaging lens can be changed to adjust the imaging position of the optical image on the light receiving surface of the optical image. As a result, the setting operation at the time of mode switching can be facilitated, and the balance of the entire apparatus before and after mode switching can be stabilized.
ここで、結像レンズ移動機構は、コリメータレンズ及び結像レンズによる結像倍率がmであり、視野絞りのコリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅がwであるとき、結像レンズの光軸がコリメータレンズの光軸からm×w/2以上ずれるように移動させるように構成されている、ことが好適である。かかる構成を採れば、受光面に結像される第1及び第2の光像がその受光面上で重なり合うことを確実に防止することができる。 Here, the imaging lens moving mechanism is configured such that when the imaging magnification by the collimator lens and the imaging lens is m and the width in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens of the field stop is w, the light of the imaging lens It is preferable that the axis is configured to move so as to deviate by more than m × w / 2 from the optical axis of the collimator lens. By adopting such a configuration, it is possible to reliably prevent the first and second light images formed on the light receiving surface from overlapping on the light receiving surface.
また、結像レンズ移動機構は、結像レンズの光軸がコリメータレンズの光軸からm×w/2ほどずれるように移動させるように構成されている、ことも好適である。この場合、受光面に結像される第1及び第2の光像が受光面上で近接して配置されるので、試料の2つの光像を受光面を有効活用して効率的に観察することができる。 It is also preferable that the imaging lens moving mechanism is configured to move the optical axis of the imaging lens so that it deviates by about m × w / 2 from the optical axis of the collimator lens. In this case, since the first and second light images formed on the light receiving surface are arranged close to each other on the light receiving surface, the two light images of the sample are efficiently observed using the light receiving surface effectively. be able to.
さらに、視野絞りは、コリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅を可変に設定可能なように構成されている、ことも好適である。こうすれば、試料の観察光を2つの光像に分割するモードと、試料の観察光を1つの光像として出力するモードとで切り替えて観察する場合に、受光面を有効活用して効率的に観察することができる。具体的には、2つの光像に分割するモードでは視野絞りの幅を小さくし、1つの光像を出力するモードでは視野絞りの幅を大きくすることで、受光面のより広い範囲を観察に利用することができる。 Furthermore, it is also preferable that the field stop is configured so that the width in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens can be variably set. In this way, when the observation light is switched between a mode in which the observation light of the sample is divided into two light images and a mode in which the observation light of the sample is output as one light image, the light receiving surface is effectively used to efficiently perform the observation. Can be observed. Specifically, in the mode that divides into two light images, the width of the field stop is reduced, and in the mode that outputs one light image, the width of the field stop is increased, so that a wider range of the light receiving surface can be observed. Can be used.
またさらに、ビームスプリッタは、ダイクロイックミラーにより構成されている、ことも好適である。こうすれば、観察光を2つの異なる波長域の光像として同時に出力することができ、試料の異なる波長域の像を同時に観察させることができる。 Furthermore, it is also preferable that the beam splitter is constituted by a dichroic mirror. In this way, the observation light can be output simultaneously as light images in two different wavelength ranges, and images of different wavelength ranges of the sample can be observed simultaneously.
さらにまた、結像レンズから出力される第1及び第2の光像の結像位置に受光面を有する撮像素子をさらに備え、コリメータレンズ及び結像レンズによる結像倍率がmであり、受光面のコリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅がwcであるとき、視野絞りのコリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅wが、wc/(2×m)に設定される、ことも好適である。このような構成によれば、第1及び第2の光像の結像範囲を受光面全体に分離して配置させることができるので、受光面を有効活用してさらに効率的に試料像を観察することができる。 Furthermore, the image pickup device further includes an image pickup device having a light receiving surface at an image forming position of the first and second optical images output from the image forming lens, the image forming magnification by the collimator lens and the image forming lens is m, and the light receiving surface. It is also preferable that when the width in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens is wc, the width w in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens of the field stop is set to wc / (2 × m). It is. According to such a configuration, the imaging range of the first and second optical images can be separated and arranged over the entire light receiving surface, so that the sample image can be observed more efficiently by effectively using the light receiving surface. can do.
また、ビームスプリッタは、コリメータレンズの光軸上から離脱可能に構成されており、結像レンズ移動機構は、結像レンズを、結像レンズの光軸とコリメータレンズの光軸とが一致する第1の状態と、結像レンズの光軸がコリメータレンズの光軸からずれる第2の状態とのいずれか一方の状態になるように、結像レンズを移動可能に構成させる、ことも好適である。かかる構成を採れば、試料の観察光を2つの光像に分割するモードと、試料の観察光を1つの光像として出力するモードとで切り替えて観察する場合に、受光面に効率的に光像を結像させることができる。具体的には、1つの光像を観察する場合には受光面の中心に光像を結像させ、2つの光像を観察する場合には受光面に2つの光像を分離して結像させることができる。 The beam splitter is configured to be detachable from the optical axis of the collimator lens, and the imaging lens moving mechanism is configured so that the imaging lens has a first optical axis that coincides with the optical axis of the imaging lens. It is also preferable that the imaging lens is configured to be movable so that it is in one of the state 1 and the second state in which the optical axis of the imaging lens is shifted from the optical axis of the collimator lens. . With this configuration, when the observation light of the sample is switched between a mode in which the observation light of the sample is divided into two light images and a mode in which the observation light of the sample is output as one light image, the light is efficiently applied to the light receiving surface. An image can be formed. Specifically, when observing one light image, the light image is formed at the center of the light receiving surface, and when observing two light images, the two light images are separated and formed on the light receiving surface. Can be made.
さらに、本発明の一実施形態においては、反射光学素子を経由した第2の分割光をさらに反射する第2の反射光学素子と、コリメータレンズの光軸上に配置されて、ビームスプリッタから出力された第1の分割光を透過させて出力すると共に、第2の反射光学素子を経由した第2の分割光を反射して出力する第2のビームスプリッタとをさらに備え、結像レンズは、第2のビームスプリッタから出力された第1の分割光を結像することにより第1の光像を出力すると共に、第2のビームスプリッタから出力された第2の分割光を結像することにより第2の光像を出力する、ことでもよい。 Furthermore, in one embodiment of the present invention, a second reflective optical element that further reflects the second split light that has passed through the reflective optical element and an optical axis of the collimator lens are output from the beam splitter. And a second beam splitter that transmits and outputs the first split light and reflects and outputs the second split light that has passed through the second reflective optical element. The first split light output from the second beam splitter is imaged to output a first light image, and the second split light output from the second beam splitter is imaged to generate the first light image. It is also possible to output two optical images.
本発明によれば、観察モードの変更の際の設定操作を容易にするとともに、装置全体のバランスの安定化が容易な光分割装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light splitting device that facilitates the setting operation when changing the observation mode and can easily stabilize the balance of the entire device.
以下、添付図面を参照しながら本発明による光分割装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。 Embodiments of a light splitting device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Each drawing is made for the purpose of explanation, and is drawn so as to particularly emphasize the target portion of the explanation. Therefore, the dimensional ratio of each member in the drawings does not necessarily match the actual one.
図1は、本発明の一実施形態の光分割光学装置1の内部構成を示す透視図である。本実施形態による光分割光学装置1は、顕微鏡装置などの外部の観察光形成装置に取り付けられ、観察光形成装置から入力された試料の観察光を波長成分で分割し、光分割光学装置1に取り付けられたカメラ内の撮像素子の受光面上に、分割された2つの波長成分の光像を結像する光学系である。 FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of a light splitting optical device 1 according to an embodiment of the present invention. The light splitting optical device 1 according to the present embodiment is attached to an external observation light forming device such as a microscope device, and splits the observation light of the sample input from the observation light forming device by the wavelength component. This is an optical system that forms an optical image of two divided wavelength components on the light receiving surface of an image sensor in the attached camera.
同図に示すように、光分割光学装置1は、筐体2内に、コリメータレンズ3、結像レンズ4、前段ダイクロイックミラー(ビームスプリッタ)5a、後段ダイクロイックミラー(第2のビームスプリッタ)5b、前段ミラー(反射光学素子)6a、後段ミラー(第2の反射光学素子)6b、補正レンズ7、及び結像レンズ移動機構8が内蔵されて構成されている。以下、光分割光学装置1の各構成要素の構成について詳細に説明する。
As shown in the figure, a light splitting optical device 1 includes a
筐体2の一部を構成する円筒部2aの一端側端面の中心部には、円形状の視野絞り9が設けられている。この視野絞り9は、その内径(幅)が可変に設定できる絞り調整機構14を有している。そして、コリメータレンズ3は、その光軸L1が円筒部2aの中心軸、すなわち、視野絞り9の中心軸に一致するように、円筒部2aの他端側の内部に固定されている。このような構造により、視野絞り9は、光軸L1に対して垂直な方向の幅を可変に設定可能にされる。そして、この筐体2の円筒部2aの端面が顕微鏡装置に取り付けられ、顕微鏡装置で形成された試料の観察光が視野絞り9から光軸L1に沿って筐体2の内部に入力される。そして、コリメータレンズ3は、視野絞り9を通過した観察光を受けて、その観察光を平行光に変換して筐体2の内部に光軸L1に沿って出力する。視野絞り9の開口を調整することにより、試料からの観察光の結像面での視野範囲を制限することが可能となる。
A
筐体2の円筒部2aの反対側には、円筒部2aに対して同軸上に位置する円筒部2bが一体的に形成されており、この円筒部2bの端面の中心部には、円筒部2a側から入力された観察光を基に結像された光像を外部に通過させるための円形の窓部10が設けられている。そして、この筐体2の円筒部2bの端面にカメラ装置101が取り付けられる。カメラ装置101は、撮像素子102を内蔵し、その撮像素子102の受光面102aが窓部10に対向し、受光面102aの中心がコリメータレンズ3の光軸L1上に位置し、かつ、受光面102aが窓部10から出力される光像の結像位置に一致するように取り付けられる。このような取り付け構造により、顕微鏡装置に対して光分割光学装置1及びカメラ装置101が同軸上に配置された状態で、カメラ装置101によって光分割光学装置1によって結像された光像を撮像することが可能にされる。
A
さらに、円筒部2a,2bの間の筐体2の内部の光軸L1上には、前段ダイクロイックミラー5a及び後段ダイクロイックミラー5bが、着脱可能に配置されている。これらのダイクロイックミラー5a,5bは、一体化されて筐体2内の光軸L1上から着脱可能に構成されている。なお、ダイクロイックミラー5a,5bは、後述する前段ミラー6a、後段ミラー6b、及び補正レンズ7とも一体化されて着脱可能にされていてもよい。
Further, the
前段ダイクロイックミラー5aは、コリメータレンズ3に隣接した位置において、光軸L1上にその中心が位置し、かつ、その受光面が光軸L1の直交面に対して45度傾斜するように配置されている。この前段ダイクロイックミラー5aは、コリメータレンズ3から出力された平行光のうちの所定の第1波長領域の光(以下、「第1の分割光」と呼ぶ。)を分光して透過させて、第1の分割光を光軸L1に沿って出力する。同時に、前段ダイクロイックミラー5aは、平行光のうち第1波長領域と異なる所定の第2波長領域の光(以下、「第2の分割光」と呼ぶ。)を分光して反射して、第2の分割光を光軸L1に対して垂直な方向(図1の下方向)に出力する。
Front
後段ダイクロイックミラー5bは、前段ダイクロイックミラー5aから窓部10側に離間した位置において、その中心が光軸L1上から後段ミラー6b側に所定距離ずれて、かつ、その受光面が光軸L1の直交面に対して45度傾斜するように配置されている。後段ダイクロイックミラー5bは、前段ダイクロイックミラー5aと同様な波長透過特性及び波長反射特性を有する光学部材で構成され、前段ダイクロイックミラー5aを透過した第1の分割光をさらに透過することにより、第1の分割光を光軸L1に沿って窓部10に向けて出力する。同時に、後段ダイクロイックミラー5bは、前段ダイクロイックミラー5aで反射された後に前段ミラー6a、補正レンズ7、及び後段ミラー6bを経由した第2の分割光を反射して、その第2の分割光を光軸L1に対して傾斜した方向に沿って窓部10に向けて出力する。
Subsequent
すなわち、これらのダイクロイックミラー5a,5bは、コリメータレンズ3からの平行光を第1及び第2の分割光に分割するビームスプリッタである。なお、第1及び第2の分割光に分割するビームスプリッタとして、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。これにより、偏光成分によって第1及び第2の分割光に分割することが可能となる。また、ビームスプリッタとして、ハーフミラーを採用してもよい。
That is, these
前段ミラー6aは、前段ダイクロイックミラー5aに対して第2の分割光の反射方向に離間して設けられ、前段ミラー6aの受光面の角度は、光軸L1の直交面に対して45度傾斜するように設定されている。この前段ミラー6aは、前段ダイクロイックミラー5aから出力された第2の分割光を光軸L1に平行な方向に反射する。後段ミラー6bは、前段ミラー6aに対して第2の分割光の反射方向に離間し、後段ダイクロイックミラー5bの受光面に向かい合うように設けられ、後段ミラー6bの受光面の角度は、光軸L1の直交面に対して45+α度(αは予め設定された角度)だけ傾斜するように設定されている。この後段ミラー6bは、前段ミラー6aを経由した第2の分割光を光軸L1に交差する方向に沿って後段ダイクロイックミラー5bの受光面に向けて反射する。補正レンズ7は、前段ミラー6aと後段ミラー6bとの間に配置され、第2の分割光の倍率補正や色補正を行う機能を有する。
さらに、後段ダイクロイックミラー5bと窓部10との間の光軸L1上には、結像レンズ移動機構8によって位置調整可能に支持された結像レンズ4が設けられている。この結像レンズ4は、その光軸L2が光軸L1に平行になるように支持され、結像レンズ移動機構8によって、光軸L2が光軸L1に対して平行な状態を保ったまま光軸L1に垂直な方向に移動可能に構成されている。詳細には、結像レンズ4は、結像レンズ移動機構8によって、光軸L2が光軸L1に一致する第1の状態と、光軸L2が光軸L1から所定距離Aだけずれた第2の状態とに設定可能にされている。このとき、後段ダイクロイックミラー5bの中心が結像レンズ4の光軸上に位置する。これにより、ケラレを低減することができる。このような結像レンズ移動機構8としては、結像レンズ4の位置を連続的に調整可能なスライド機構であってもよいし、第1及び第2の状態に対応した位置に二段階で切り替える切替機構であってもよい。結像レンズ4は、結像レンズ移動機構8によって第2の状態に設定された際には、ダイクロイックミラー5a,5bを経由して観察光から分割された第1及び第2の分割光を受けて、それらの分割光を窓部10の外部に取り付けられたカメラ装置101内の受光面102a上に分離された第1及び第2の光像として結像させる。一方、結像レンズ4は、結像レンズ移動機構8によって第1の状態に設定され、ダイクロイックミラー5a,5bが取り外された際には、観察光をコリメータレンズ3のみを経由して受けて、その観察光を窓部10の外部に取り付けられたカメラ装置101内の受光面102a上に単一の光像として結像させる。
Further, on the optical axis L 1 between the rear stage
このような構成の光分割光学装置1は、カメラ装置101によって観察光を単一の光像で観察する観察モード(以下、「シングルビューモード」と言う。)と、カメラ装置101によって観察光を2つの光像に分離して観察する観察モード(以下、「ダブルビューモード」と言う。)との両方に兼用することができる。
In the light splitting optical device 1 having such a configuration, an observation mode (hereinafter referred to as “single view mode”) in which observation light is observed with a single light image by the
次に、図2を参照して、光分割光学装置1のダブルビューモードでの使用時に出力される2つの光像の分離の仕組みについて説明する。 Next, with reference to FIG. 2, a mechanism for separating two light images output when the light splitting optical apparatus 1 is used in the double view mode will be described.
視野絞り9から入力された観察光の光束B1は、コリメータレンズ3によって平行光にされた後、ダイクロイックミラー5a,5bにより、その平行光から第1の分割光B2が分割されて光軸L1に沿って結像レンズ4に入力される。結像レンズ4はその光軸L2が光軸L1から所定距離Aだけずれているので、結像レンズ4を通過した第1の分割光B2は、結像レンズ4のずれ量A及びずれ方向に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心からずれた位置(例えば、図2に示す受光面102aの下半分の位置)に結像される。これは、結像レンズ4に対してその光軸L1に関して非対称な光が入力されるためである。同時に、コリメータレンズ3から出力された平行光がダイクロイックミラー5aによって第2の分割光B3に分割された後、第2の分割光B3は、ミラー6a,6bを経由してからダイクロイックミラー5bによって反射されて結像レンズ4に入力される。このとき、後段ミラー6bの光軸L1の直交面に対する傾斜角は45+α度に設定されており、後段ダイクロイックミラー5bの位置は光軸L1から結像レンズ4と同じ方向にずれて配置されているので、第2の分割光B3は、光軸L1に対して斜めの方向に沿って結像レンズ4に入射する。その結果、結像レンズ4を通過した第2の分割光B3は、後段ミラー6bの傾斜角及び後段ダイクロイックミラー5bの位置に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心から結像レンズ4のずれ方向とは反対方向にずれた位置(例えば、図2に示す受光面102aの上半分の位置)に結像される。これにより、第1及び第2の分割光が結像された第1及び第2の光像を、受光面102a上で分離して配置させることができる。
The observation light beam B 1 input from the
ここで、光分割光学装置1において、ダブルビューモードでの使用時の第2の状態での結像レンズ4のずれ量A及び視野絞り9の内径の設定値の好適値について述べる。図3は、光分割光学装置1によってカメラ装置101の受光面102a上に結像された光像のイメージを示す図である。
Here, in the light splitting optical device 1, preferred values for the set value of the deviation amount A of the imaging lens 4 and the inner diameter of the
第2の状態での結像レンズ4のずれ量Aは、コリメータレンズ3及び結像レンズ4による結像倍率がm、視野絞り9の内径(前段ダイクロイックミラー5aによって平行光が反射される方向(図1の下方向)の幅)がwと設定されている際には、A≧m×w/2と設定される。言い換えれば、結像レンズ4の光軸L2が光軸L1からm×w/2以上ずれるように結像レンズ4の位置調整が可能となるように、結像レンズ移動機構8が構成される。この理由は、次の通りである。撮像素子102の受光面102aに分光された2つの光像を収めたい場合は、視野絞り9の内径wは、受光面102aの光軸L1に垂直な方向であり、前段ダイクロイックミラー5aによって平行光が反射される方向(図1の下方向)の幅がwcであるときは、1つの光像の幅が受光面102aの幅wcの半分以下となるように、w≦wc/(2×m)に設定される。そして、2つの光像が受光面102a上で重なり合わないようにするためには、シングルビューモード時の光像の中心である受光面102aの中心からダブルビューモード時の光像の中心のずれ量を、受光面102a上で結像される光像の幅の1/2以上に設定することが必要となる。図3(b)には、結像レンズ4のずれ量A及び視野絞り9の内径が上記好適値の範囲に設定された場合の受光面102a上に結像された光像のイメージを示している。この場合、受光面102aの中心C0からダブルビューモード時の1つの光像G1の中心C1までのずれ量Aが2つの光像G1,G2が重ならない範囲に設定されることになる。ただし、この場合には、2つの光像G1,G2が受光面102aの端からはみ出さないように、視野絞り9の内径に対応して結像レンズ4のずれ量Aが所定値を超えないように設定される。
The shift amount A of the imaging lens 4 in the second state is such that the imaging magnification by the
さらに、受光面102aの受光領域を最大限に利用する場合には、視野絞り9の前段ダイクロイックミラー5aによって平行光が反射される方向(図1の下方向)の内径wは、受光面102aの光軸L1に垂直な方向であり、前段ダイクロイックミラー5aによって平行光が反射される方向(図1の下方向)の幅がwcであるときは、1つの光像の幅が受光面102aの幅wcの半分となるように、w=wc/(2×m)に設定される。それに加えて、第2の状態での結像レンズ4のずれ量Aは、A=m×w/2と設定される。言い換えれば、結像レンズ4の光軸L2が光軸L1からm×w/2ほどずれるように結像レンズ4の位置調整が可能となるように、結像レンズ移動機構8が構成される。図3(a)には、結像レンズ4のずれ量A及び視野絞り9の内径が上記好適値の範囲に設定された場合の受光面102a上に結像された光像のイメージを示している。この場合、受光面102aの中心C0からダブルビューモード時の光像G1の中心C1までのずれ量Aが、2つの光像G1,G2が受光面102aの2分割された範囲で重ならないような値に設定されることになる。
Furthermore, when the light receiving area of the
さらに、ダブルビューモードにおいて2つの光像を受光面102aに収めるための後段ミラー6bの傾斜角45+α度の設定条件について述べる。受光面102aの光軸L1に垂直な方向の幅をwc、結像レンズ4の焦点距離をfとすると、角度値αが、下記式;
α=arctan(wc/2f)/2
を満たすように、後段ミラー6bの傾斜角が設定される。視野絞り9の内径wと受光面102aの幅wcとが、下記式;
m×w=wc/2
を満たすように設定されている場合には、角度値αは、下記式;
α=arctan(m×w/2)/2
と設定される。
Furthermore, the setting condition of the
α = arctan (wc / 2f) / 2
The tilt angle of the
m × w = wc / 2
If the angle value α is set to satisfy the following condition:
α = arctan (m × w / 2) / 2
Is set.
なお、後段ミラー6bの角度値αに対して後段ミラー6bで反射された光束は、2×αの角度をもって後段ダイクロイックミラー5bで再び反射され結像レンズ4に導かれるが、その光束が結像レンズ4の瞳のほぼ中心を通過するように、後段ミラー6b及び後段ダイクロイックミラー5bを配置することが好ましい。このとき、結像レンズ4の瞳との距離や、後段ミラー6bと後段ダイクロイックミラー5bとの距離等のパラメータを考慮して後段ミラー6bと後段ダイクロイックミラー5bとが配置される。
Note that the light beam reflected by the
以上説明した光分割光学装置1によれば、顕微鏡装置で形成された観察光を波長で分光された2つの光像として同時に出力することができ、試料の2波長の像を同時に観察させることができる。このとき、結像レンズ4の位置をコリメータレンズ3の光軸L1に交差する方向に移動可能に構成されており、ダイクロイックミラー5a,5bが光軸L1上から離脱可能に構成されている。これにより、ダブルビューモードとシングルビューモードとで切り替える際に、結像レンズ4の位置を変更するとともにダイクロイックミラー5a,5bを着脱して、受光面102aにおける光像の結像位置を調整することができる。具体的には、シングルビューモードでの使用時には受光面102aの中心に1つの光像を結像させ、ダブルビューモードでの使用時には、受光面102aに2つの光像を分離して結像させることができる。その結果、観察モード切替時の設定作業が容易にされるとともに、観察モード切替前後における装置全体のバランスを安定化させることができる。すなわち、顕微鏡装置にカメラ装置101とともに光分割光学装置1を取り付ける際に、観察モードに関係なく、筐体2の円筒部2a,2b、カメラ装置101の軸が同軸上に配置されているので、カメラ装置101が傾くことなくその位置が安定化されやすい。また、観察モード切替時に比較的重量の大きいカメラ装置101の位置調整が不要であるのでモード切替時の操作も容易である。
According to the light splitting optical device 1 described above, the observation light formed by the microscope device can be output simultaneously as two light images that are spectrally separated by the wavelength, and two-wavelength images of the sample can be observed simultaneously. it can. At this time, the position of the image forming lens 4 is configured so as to be movable in a direction intersecting the optical axis L 1 of the
ここで、第2の状態における結像レンズ4のずれ量Aがm×w/2以上に設定されるので、受光面102aに結像される2つの光像がその受光面102a上で重なり合うことを確実に防止することができる。さらには、結像レンズ4のずれ量Aがm×w/2に等しく設定されているときは、受光面102aに結像される2つ光像が受光面102a上で近接して配置されるので、試料の2つの光像を受光面102aを有効活用して効率的に観察することができる。このとき、視野絞り9の内径wがwc/(2×m)に等しくなるようにあわせて設定されることにより、2つの光像の結像範囲を受光面102a全体に2分割して配置させることができるので、受光面102aを有効活用してさらに効率的に試料像を観察することができる。
Here, since the shift amount A of the imaging lens 4 in the second state is set to m × w / 2 or more, the two light images formed on the
さらに、視野絞り9はその内径を可変に設定可能なように構成されているので、ダブルビューモードとシングルビューモードとで切り替えて観察する場合に、受光面102aを有効活用して効率的に観察することができる。具体的には、ダブルビューモードでは視野絞り9の内径を小さくし、シングルビューモードでは視野絞り9の内径を大きくすることで、受光面102aのより広い範囲を観察に利用することができる。
Further, the
また、2つのダイクロイックミラー5a,5bは、同一の光学特性を有する光学部材により構成されているので、製造コストを削減することができる。
Further, since the two
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
図4は、本発明の変形例に係る光分割光学装置1Aの内部構成を示す透視図、図5は、図4の光分割光学装置1Aにおける2つの光像の分光状態を示す図である。この光分割光学装置1Aでは、後段ミラー6bの光軸L1の直交面からの傾斜角を45度からα度ずらして設定されるのに代えて、後段ダイクロイックミラー5bの光軸L1の直交面からの傾斜角を45度からずらして45−α度に設定されている。このような構造によっても、第2の分割光B3が光軸L1に対して斜めの方向に沿って結像レンズ4に入射することができる。その結果、結像レンズ4を通過した第2の分割光B3は、後段ダイクロイックミラー5bの傾斜角及び位置に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心から結像レンズ4のずれ方向とは反対方向にずれた位置(例えば、図5に示す受光面102aの上半分の位置)に結像される。これにより、第1及び第2の分割光が結像された第1及び第2の光像を、受光面102a上で分離して配置させることができる。
FIG. 4 is a perspective view showing an internal configuration of a light splitting
また、図6は、本発明の別の変形例に係る光分割光学装置1Bの内部構成を示す透視図、図7は、図6の光分割光学装置1Bにおける2つの光像の分光状態を示す図である。この光分割光学装置1Aでは、後段ミラー6bの光軸L1の直交面に対する傾斜角の45度から角度のずれ方向が光分割光学装置1とは逆方向に設定され、その傾斜角が45−α度に設定される。さらに、光分割光学装置1Aでは、結像レンズ4が、結像レンズ移動機構8Bによって、光軸L2が光軸L1から光分割光学装置1とは逆方向に所定距離Aだけずれた第2の状態に設定可能にされている。このような構造によれば、結像レンズ4を通過した第1の分割光B2は、結像レンズ4のずれ量A及びずれ方向に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心からずれた位置(例えば、図7に示す受光面102aの上半分の位置)に結像される。同時に、第2の分割光B3は、ミラー6a,6bを経由してからダイクロイックミラー5bによって反射されて結像レンズ4に入力される。このとき、後段ミラー6bの光軸L1の直交面に対する傾斜角は45−α度に設定されており、後段ダイクロイックミラー5bの位置は光軸L1から結像レンズ4と同じ方向にずれて配置されているので、第2の分割光B3は、光軸L1に対して斜めの方向に沿って結像レンズ4に入射する。その結果、結像レンズ4を通過した第2の分割光B3は、後段ミラー6bの傾斜角及び後段ダイクロイックミラー5bの位置に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心から結像レンズ4のずれ方向とは反対方向にずれた位置(例えば、図7に示す受光面102aの下半分の位置)に結像される。これにより、第1及び第2の分割光が結像された第1及び第2の光像を、受光面102a上で分離して配置させることができる。
6 is a perspective view showing an internal configuration of a light splitting
また、図8は、本発明の別の変形例に係る光分割光学装置1Cの内部構成を示す透視図、図9は、図8の光分割光学装置1Cにおける2つの光像の分光状態を示す図である。この光分割光学装置1Cでは、後段ダイクロイックミラー5b及び後段ミラー6bが省かれており、補正レンズ7が前段ダイクロイックミラー5aと結像レンズ4との間の光軸L1上に配置されている。また、光分割光学装置1Cでは、前段ミラー6aの光軸L1の直交面に対する傾斜角が45+α度に設定されている。ここで、前段ミラー6aの傾斜角の45度からのずれ角α、第2の状態における結像レンズ4の光軸L2のずれ量Aは、光分割光学装置1と同一の条件で設定される。このような構造によっても、ダイクロイックミラー5aを透過した第1の分割光B2は、結像レンズ4のずれ量A及びずれ方向に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心からずれた位置(例えば、図9に示す受光面102aの下半分の位置)に結像される。同時に、ダイクロイックミラー5a及びミラー6aによって反射された第2の分割光B3は、光軸L1に対して斜めの方向に沿って結像レンズ4に入射される結果、ミラー6aの傾斜角に対応して、カメラ装置101の受光面102a上の中心から結像レンズ4のずれ方向とは反対方向にずれた位置(例えば、図9に示す受光面102aの上半分の位置)に結像される。これにより、第1及び第2の分割光が結像された第1及び第2の光像を、受光面102a上で分離して配置させることができる。
8 is a perspective view showing an internal configuration of a light splitting
1,1A,1B,1C…光分割光学装置、3…コリメータレンズ、4…結像レンズ、5a…前段ダイクロイックミラー(ビームスプリッタ)、5b…後段ダイクロイックミラー(第2のビームスプリッタ)、6a…前段ミラー(反射光学素子)、6b…後段ミラー(第2の反射光学素子)、7…補正レンズ、8,8B…結像レンズ移動機構、9…視野絞り、101…カメラ装置、102…撮像素子、102a…受光面、L1,L2…光軸。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記視野絞りを通過した観察光を受けて、前記観察光を平行光に変換して出力するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの光軸上に配置されて、前記平行光を透過させて第1の分割光として出力すると共に、前記平行光を反射させて第2の分割光として出力するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから出力された第2の分割光を反射する反射光学素子と、
前記コリメータレンズの光軸上に配置されて、前記ビームスプリッタから出力された前記第1の分割光を結像することにより第1の光像を出力すると共に、前記ビームスプリッタから前記反射光学素子を経由して出力された前記第2の分割光を結像することにより第2の光像を出力する結像レンズと、
前記結像レンズを前記コリメータレンズの光軸に交差する方向に、前記コリメータレンズに対して移動させる結像レンズ移動機構と、
を備える光分割装置。 A field stop for limiting the field of view on the imaging plane of the external observation light; and
A collimator lens that receives observation light that has passed through the field stop, converts the observation light into parallel light, and outputs the parallel light;
A beam splitter disposed on the optical axis of the collimator lens to transmit the parallel light and output it as first split light, and to reflect the parallel light and output as second split light;
A reflective optical element that reflects the second split light output from the beam splitter;
A first optical image is output by imaging the first split light output from the beam splitter and disposed on the optical axis of the collimator lens, and the reflective optical element is output from the beam splitter. An imaging lens that outputs a second optical image by imaging the second split light output via
An imaging lens moving mechanism for moving the imaging lens relative to the collimator lens in a direction intersecting the optical axis of the collimator lens ;
A light splitting device.
前記コリメータレンズ及び前記結像レンズによる結像倍率がmであり、前記視野絞りの前記コリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅がwであるとき、前記結像レンズの光軸が前記コリメータレンズの光軸からm×w/2以上ずれるように移動させるように構成されている、
請求項1記載の光分割装置。 The imaging lens moving mechanism is
When the imaging magnification by the collimator lens and the imaging lens is m and the width of the field stop in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens is w, the optical axis of the imaging lens is the collimator lens. Configured to move so as to deviate by more than m × w / 2 from the optical axis of
The light splitting device according to claim 1.
前記結像レンズの光軸が前記コリメータレンズの光軸からm×w/2ほどずれるように移動させるように構成されている、
請求項2記載の光分割装置。 The imaging lens moving mechanism is
The optical axis of the imaging lens is configured to move so as to deviate by about m × w / 2 from the optical axis of the collimator lens.
The light splitting device according to claim 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光分割装置。 The field stop is configured to be able to variably set the width in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens.
The light splitting device according to claim 1.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光分割装置。 The beam splitter is constituted by a dichroic mirror,
The light splitting device according to claim 1.
前記コリメータレンズ及び前記結像レンズによる結像倍率がmであり、前記受光面の前記コリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅がwcであるとき、前記視野絞りの前記コリメータレンズの光軸に垂直な方向の幅wが、wc/(2×m)に設定される、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光分割装置。 An imaging device having a light receiving surface at the imaging position of the first and second optical images output from the imaging lens;
When the imaging magnification by the collimator lens and the imaging lens is m and the width of the light receiving surface in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens is wc, the optical axis of the collimator lens of the field stop is The width w in the vertical direction is set to wc / (2 × m).
The light splitting device according to any one of claims 1 to 5.
前記結像レンズ移動機構は、前記結像レンズを、前記結像レンズの光軸と前記コリメータレンズの光軸とが一致する第1の状態と、前記結像レンズの光軸が前記コリメータレンズの光軸からずれる第2の状態とのいずれか一方の状態になるように、前記結像レンズを移動可能に構成される、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の光分割装置。 The beam splitter is configured to be removable from the optical axis of the collimator lens,
The imaging lens moving mechanism includes a first state in which the optical axis of the imaging lens and the optical axis of the collimator lens coincide with each other, and the optical axis of the imaging lens is that of the collimator lens. The imaging lens is configured to be movable so as to be in any one of the second state shifted from the optical axis.
The light splitting device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の光分割装置。 The reflective optical element causes the second split light to enter the imaging lens along a direction oblique to the optical axis of the imaging lens;
The light splitting device according to claim 1.
前記コリメータレンズの光軸上に配置されて、前記ビームスプリッタから出力された前記第1の分割光を透過させて出力すると共に、前記第2の反射光学素子を経由した前記第2の分割光を反射して出力する第2のビームスプリッタとをさらに備え、
前記結像レンズは、前記第2のビームスプリッタから出力された前記第1の分割光を結像することにより第1の光像を出力すると共に、前記第2のビームスプリッタから出力された前記第2の分割光を結像することにより第2の光像を出力する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の光分割装置。 A second reflective optical element that further reflects the second split light via the reflective optical element;
The second split light, which is disposed on the optical axis of the collimator lens, transmits the first split light output from the beam splitter and outputs the second split light via the second reflective optical element. A second beam splitter that reflects and outputs,
The imaging lens outputs a first optical image by imaging the first divided light output from the second beam splitter, and also outputs the first optical image from the second beam splitter. Outputting a second optical image by imaging the two split lights;
The light splitting device according to claim 1.
前記結像レンズ移動機構は、前記結像レンズを前記撮像素子の前記受光面に対して移動させる、 The imaging lens moving mechanism moves the imaging lens relative to the light receiving surface of the imaging element.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の光分割装置。The light splitting device according to any one of claims 1 to 9.
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