JP6845562B2 - Lighting system - Google Patents
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Description
本発明は、光源から出射された光の照度分布に対応させて前記光源から顕微鏡などの観察領域側への透過率を局部的に設定することを可能にした照明システムに関する。 The present invention relates to an illumination system that makes it possible to locally set the transmittance from the light source to the observation region side such as a microscope in correspondence with the illuminance distribution of the light emitted from the light source.
特許文献１に開示されているように、顕微鏡においては標本を観察あるいは写真撮影する場合、何らかの光源により標本を照明することが行われている。特許文献１によれば、拡大された標本像は倍率の２乗に反比例して暗くなるため、高倍率になるほど強力な照明装置を必要とするものである。 As disclosed in Patent Document 1, when observing or photographing a sample with a microscope, the sample is illuminated with some kind of light source. According to Patent Document 1, the enlarged sample image becomes darker in inverse proportion to the square of the magnification, so that the higher the magnification, the more powerful the lighting device is required.
最近では、照明用の光源としてＬＥＤが多く用いられているが、高照度な光を得るためにはＬＥＤを駆動するために大容量の電源が必要となっている。大容量の電源を用いると、その電源から発する発熱量が過大となり、ＬＥＤによる照明装置を顕微鏡に組み込むことができなくなる。何故ならば、ＬＥＤの電源が発する熱が顕微鏡の光学系に悪影響を与えてしまうからである。そこで、ＬＥＤが出力する光を光ファイバーバンドルで顕微鏡に導光するシステムが開発されている。 Recently, LEDs are often used as a light source for lighting, but in order to obtain high-intensity light, a large-capacity power supply is required to drive the LEDs. When a large-capacity power supply is used, the amount of heat generated from the power supply becomes excessive, and it becomes impossible to incorporate the LED lighting device into the microscope. This is because the heat generated by the power source of the LED adversely affects the optical system of the microscope. Therefore, a system has been developed that guides the light output from the LED to the microscope with an optical fiber bundle.
上述した顕微鏡の応用例の一例として、特許文献２に開示されているように、ガラス等透明な基板上に形成されたパターンに光を照射して、顕微鏡を介して得られるパターン像を、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：以下、ＣＣＤと表記する）等の撮像素子で撮像した画像を画像処理して寸法を測定する線幅測定装置に応用されている。 As an example of the application example of the microscope described above, as disclosed in Patent Document 2, a pattern formed on a transparent substrate such as glass is irradiated with light, and a pattern image obtained through the microscope is obtained as a CCD. It is applied to a line width measuring device that measures dimensions by image processing an image captured by an image sensor such as (Charge Coupled Device: hereinafter referred to as CCD).
特許文献２では、ランプの光量が低下したときに測定に必要な光量が確保できないため、測定システム内にランプの光量低下量を測定するためのシステムを構築し、低下量に応じた光源の透過率を光軸付近及び周辺領域で照度ムラは定率（均一の割合）にコントロールすることで測定に必要な光量を確保し、測定を継続することを意図している。そのため、光路に反射鏡を装備し、ＣＣＴＶカメラの映像信号を利用して、ランプの光量低下量を測定し、画像処理ユニット内に照明装置の照度特性を記憶しておき、その情報を利用して、測定に必要な光量が得られるように照明装置の光量を光軸付近及び周辺領域で照度ムラはそのままで定率に制御している。 In Patent Document 2, since the amount of light required for measurement cannot be secured when the amount of light of the lamp decreases, a system for measuring the amount of decrease in the amount of light of the lamp is constructed in the measurement system, and the transmission of the light source according to the amount of decrease is established. It is intended to secure the amount of light required for measurement by controlling the illuminance unevenness at a constant rate (uniform ratio) near the optical axis and in the peripheral region, and to continue the measurement. Therefore, a reflector is installed in the optical path, the amount of decrease in the amount of light of the lamp is measured by using the image signal of the CCTV camera, the illuminance characteristic of the lighting device is stored in the image processing unit, and the information is used. Therefore, the amount of light of the lighting device is controlled at a constant rate in the vicinity of the optical axis and in the peripheral region while maintaining the uneven illuminance so that the amount of light required for the measurement can be obtained.
特許文献２で開示されたように、ランプにＬＥＤを用いることにより、ＬＥＤによる光量低下を回避することは可能になっており、ＬＥＤを照明系の光源に用いることにより必要な光量を確保することができる。 As disclosed in Patent Document 2, it is possible to avoid a decrease in the amount of light due to the LED by using the LED for the lamp, and to secure the required amount of light by using the LED as the light source of the lighting system. Can be done.
特許文献１に示した線幅測定装置において、ＣＣＤ等の撮像素子で撮像した画像を画像処理して寸法を測定するが、光軸付近及び周辺領域で均一に制御しているため、撮像素子で撮像した画像を目視すると、被測定材の長さ方向で中央部と両端付近とで照度の差が生じており、寸法を測定するための画像処理に加えて、不均一な照度分布を均一に補正するための画像処理が実施されているのが実情である。 In the line width measuring device shown in Patent Document 1, an image captured by an image sensor such as a CCD is image-processed to measure the dimensions, but since the image is uniformly controlled in the vicinity of the optical axis and the peripheral region, the image sensor is used. When the captured image is visually observed, there is a difference in illuminance between the central part and the vicinity of both ends in the length direction of the material to be measured, and in addition to the image processing for measuring the dimensions, the uneven illuminance distribution is made uniform. The reality is that image processing for correction is being carried out.
上述したように、現時点で開発されている照明装置では、不均一な照度分布を均一に補正するために画像処理を行う必要があり、被測定体に光を照射する段階において照度分布を均一に補正する技術が要求されている。 As described above, in the lighting device currently being developed, it is necessary to perform image processing in order to uniformly correct the non-uniform illuminance distribution, and the illuminance distribution is made uniform at the stage of irradiating the object to be measured with light. A technique for correction is required.
本発明の目的は、光源から出射された光の照度分布に対応させて前記光源から顕微鏡などの観察領域側への透過率を局部的に設定することを可能にした照明システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an illumination system capable of locally setting the transmittance from the light source to the observation region side such as a microscope in correspondence with the illuminance distribution of the light emitted from the light source. is there.
観察領域に光源からの光を出射する光学系は、光源からの光を結像レンズに透過させて前記観察領域に照射する構成として構築されている。前記光学系の構成からすると、光源からの光の照度分布が前記観察領域にそのまま反映される構成であるから、本発明者等は、顕微鏡などの観察領域上に照度分布の不均一性を生じさせている原因は、前記観察領域を照射している光源から放射される光の照度分布に不均一性が潜んでいることに着目した。 The optical system that emits the light from the light source to the observation area is constructed so as to transmit the light from the light source through the imaging lens and irradiate the observation area. From the configuration of the optical system, since the illuminance distribution of the light from the light source is directly reflected in the observation region, the present inventors cause non-uniformity of the illuminance distribution on the observation region such as a microscope. We focused on the fact that the illuminance distribution of the light emitted from the light source irradiating the observation area has lurking non-uniformity.
本発明者等は図１（ａ）に示すように、光源１から出射される光が進む光軸１ａに交差させて仮想面１ｂを光源１の前方であって観察領域２の手前の位置に設定し、その照射面１ｂ上での光の照度分布をシミュレーションによって解析した。そのシミュレーションの結果を図示すると、図１（ａ）に示すように、仮想面１ｂの中央領域１ｃの照度が高く、その周辺領域１ｄに向けて照度が低下するという凸型の照度分布Ａを呈しているとの知見を得た。
このシミュレーションの結果からすると、従来のように光源から出射される光の照度分布が均一であるとして観察領域２を照射した場合に上述した問題が生じるとの知見を得た。
As shown in FIG. 1A, the present inventors have placed the virtual surface 1b in front of the light source 1 and in front of the observation region 2 so as to intersect the optical axis 1a through which the light emitted from the light source 1 travels. The setting was made, and the illuminance distribution of the light on the irradiation surface 1b was analyzed by simulation. When the result of the simulation is illustrated, as shown in FIG. 1A, it exhibits a convex illuminance distribution A in which the illuminance in the central region 1c of the virtual surface 1b is high and the illuminance decreases toward the peripheral region 1d. I got the knowledge that it is.
From the results of this simulation, it was found that the above-mentioned problem occurs when the observation region 2 is irradiated assuming that the illuminance distribution of the light emitted from the light source is uniform as in the conventional case.
そこで、本発明においては、透過率設定部３を用いることにより、仮想面１ｂでの照度分布に対応させて光源１から観察領域２側への光の透過率を局部的に低下させることにより、観察領域２上での照度分布Ｂを均一に補正している。
次に、透過率設定部３を用いて仮想面１ｂでの照度分布Ａに対応させて光源１から観察領域２側への光の透過率を局部的に設定したことによる観察領域２上の照度分布Ｂの特性について検証した。その検証では、透過率設定部３に遮光体を用い、その遮光体（３）で仮想面１ｂでの凸型の照度分布Ａの光軸１ａ及びその周辺（中央領域１ｃ）における光源１から観察領域２側への光を局部的に遮光（制御）した場合を検証した。その結果を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示す観察領域２の右側に本発明における補正後の照度分布Ｂを示している。
図１（ａ）から明らかなように、透過率設定部３により仮想面１ｂでの照度分布Ａに対応させて光源１から観察領域２側への光の透過率を局部的に低下させると、補正後の照度分布Ｂの中央領域１ｃの照度レベルが抑制されて中央領域１ｃの照度レベルが周辺領域１ｄの照度レベルに近似して補正され、観察領域２上での照度分布Ｂが均一に補正されていることが分かる。
Therefore, in the present invention, by using the transmittance setting unit 3, the transmittance of light from the light source 1 to the observation region 2 side is locally reduced in correspondence with the illuminance distribution on the virtual surface 1b. The illuminance distribution B on the observation area 2 is uniformly corrected.
Next, the illuminance on the observation region 2 is obtained by locally setting the transmittance of light from the light source 1 to the observation region 2 side in correspondence with the illuminance distribution A on the virtual surface 1b using the transmittance setting unit 3. The characteristics of distribution B were verified. In the verification, a light-shielding body is used for the transmittance setting unit 3, and the light-shielding body (3) is observed from the light source 1 in the optical axis 1a of the convex illuminance distribution A on the virtual surface 1b and its periphery (central region 1c). The case where the light to the region 2 side was locally blocked (controlled) was verified. The result is shown in FIG. 1 (a). The corrected illuminance distribution B in the present invention is shown on the right side of the observation area 2 shown in FIG. 1 (a).
As is clear from FIG. 1A, when the transmittance setting unit 3 locally reduces the transmittance of light from the light source 1 to the observation region 2 side in correspondence with the illuminance distribution A on the virtual surface 1b, The illuminance level in the central region 1c of the corrected illuminance distribution B is suppressed, the illuminance level in the central region 1c is corrected to be close to the illuminance level in the peripheral region 1d, and the illuminance distribution B on the observation region 2 is uniformly corrected. You can see that it is done.
本発明によれば、照明用の光を出射させる光源系と、光源系から出射された光を観察領域に照射する照射光学系とを有する光学系を構築し、光源から観察領域への透過率を設定する透過率設定部を光源系に備えており、観察領域の前方に設定した仮想面での異なる照度レベルの照度分布に対応させて光源から観察領域への透過率を透過率設定部で局部的に低下させて、観察領域上での照度分布を均一に補正することができる。 According to the present invention, an optical system having a light source system that emits light for illumination and an irradiation optical system that irradiates the observation region with the light emitted from the light source system is constructed, and the transmission rate from the light source to the observation region is constructed. The light source system is equipped with a transmission rate setting unit that sets the transmission rate from the light source to the observation area in correspondence with the illuminance distribution of different illuminance levels on the virtual surface set in front of the observation area. It can be reduced locally to uniformly correct the illuminance distribution over the observation area.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１（ａ）に示すように、光源１の前方位置に設定した仮想面１ｂ上での照度分布Ａの中央領域１ｃの照度レベルが高く、周辺領域１ｄに向けて照度レベルが漸次低くなるという原因を解析した。光源１として光ファイバーバンドルを用いた場合を例にとって説明する。 As shown in FIG. 1A, the illuminance level in the central region 1c of the illuminance distribution A on the virtual surface 1b set at the position in front of the light source 1 is high, and the illuminance level gradually decreases toward the peripheral region 1d. The cause was analyzed. A case where an optical fiber bundle is used as the light source 1 will be described as an example.
図２（ａ）に示すように、光ファイバーバンドル１のうち１本の光ファイバーに注目すると、光源であるＬＥＤ１０から入射した光の一部は光軸１ａに添ってコア１２内を直進する光Ｌ１と、光ファイバーのクラウド１１の内壁で反射を繰り返して光軸方向に進行する光Ｌ２とが存在する。そして、光Ｌ１は光軸１ａに沿う方向に出射し、光Ｌ２は出射角θの範囲で斜め方向に出射する。従って、光ファイバーの前方に設定した仮想面１ｂ上で照度を観察すると、中央領域（光軸１ａ及びその付近を含む）１ｃでの照度レベルが高く、周辺領域１ｄでの照度レベルが低い凸型の照度分布Ａを呈するという知見を得た。この知見に基づけば、１本の光ファイバーからの光が仮想面１ｂ上で凸型の照度分布Ａを呈するのであるから、複数本の光ファイバーを束ねた光ファイバーバンドル１の出射面から出射された光の仮想面１ｂ上での照度分布は同様に凸型の照度分布Ａを呈するという知見を得た。 As shown in FIG. 2 (a), when focusing on one optical fiber of the optical fiber bundle 1, a portion of the light incident from LED10 is light travels straight in the core 1 2 along the optical axis 1a of light L 1, repeatedly reflected in the cloud 1 1 of the inner wall of the optical fiber there is a light L 2 traveling in the optical axis direction. Then, the light L 1 is emitted in the direction along the optical axis 1a, and the light L 2 is emitted in the oblique direction within the range of the emission angle θ. Therefore, when observing the illuminance on the virtual surface 1b set in front of the optical fiber, the illuminance level in the central region (including the optical axis 1a and its vicinity) 1c is high, and the illuminance level in the peripheral region 1d is low. It was found that the illuminance distribution A is exhibited. Based on this finding, since the light from one optical fiber exhibits a convex illuminance distribution A on the virtual surface 1b, the light emitted from the exit surface of the optical fiber bundle 1 in which a plurality of optical fibers are bundled is exhibited. It was found that the illuminance distribution on the virtual surface 1b also exhibits a convex illuminance distribution A.
図２（ｂ）は、円柱形状の透明なガラス体１３の基部に点光源Ｌ ３を埋設し、その点光源Ｌ ３から光を出射した場合、ガラス体１３の出射面の前方に設定した仮想面１ｂ上での照度分布を検証した例を示している。ガラス体１３の外周面は遮光膜１６で被覆している。
図２（ｂ）の例では、点光源Ｌ ３から出射面に直進する光Ｌ４と、ガラス体１３の遮光膜１６の内壁で反射を繰り返して光軸方向に進行する光Ｌ５とが存在する。これらの光Ｌ４，Ｌ５がガラス体１３の出射面から出射された場合、仮想面１ｂの周辺領域１ｄ，１ｄでの照度レベルが高く、中央領域（光軸１ａ及びその付近を含む）１ｃでの照度レベルが低いというリング状の照度分布Ａを呈するという知見を得た。図２（ｂ）に示す照度分布Ａは、仮想面１ｂの周辺領域１ｄの照度レベルが高く、中央領域１ｃの照度レベルが低い凹リング状の曲線形状で示している。
2 (b) is, if buried point light source L 3 on a transparent base of the glass body 1 3 cylindrical, emitted light from the point light source L 3, set in front of the exit surface of the glass body 1 3 An example of verifying the illuminance distribution on the virtual surface 1b is shown. The outer peripheral surface of the glass body 1 3 is covered with the light shielding film 1 6.
In the example of FIG. 2 (b), the light L 4 traveling straight to the exit surface from the point light source L 3, the light L 5 traveling in the optical axis direction is repeatedly reflected by the inner wall of the light shielding film 1 6 of the glass body 1 3 Exists. When these light L 4, L 5 is emitted from the emission surface of the glass body 1 3, the peripheral region 1d of the virtual surface 1b, higher illumination level at 1d, the central region (including the optical axis 1a and the vicinity thereof) It was found that a ring-shaped illuminance distribution A in which the illuminance level at 1c is low is exhibited. The illuminance distribution A shown in FIG. 2B is shown as a concave ring-shaped curved shape in which the illuminance level of the peripheral region 1d of the virtual surface 1b is high and the illuminance level of the central region 1c is low.
以上の知見に基づいて、本発明では、光源１から出射された光の照度分布（図２（ａ）又は図２（ｂ））に対応させて光源１から観察領域２側への透過率を透過率設定部３で局部的に制御することにより、観察領域２上での照度分布Ｂを均一に補正している。ここで、均一に補正するとは、観察領域２での照度レベルをできるだけ平坦化（照度ムラを設定）することを意味している。
なお、図１（ａ）に示す透過率設定部３は遮光体に限られるものではなく、スリットガラス，磨りガラスなどの半透明体であってもよい。
Based on the above findings, in the present invention, the transmittance from the light source 1 to the observation region 2 side is determined in correspondence with the illuminance distribution (FIG. 2 (a) or 2 (b)) of the light emitted from the light source 1. The illuminance distribution B on the observation region 2 is uniformly corrected by locally controlling the transmittance setting unit 3. Here, uniform correction means flattening the illuminance level in the observation region 2 as much as possible (setting the illuminance unevenness).
The transmittance setting unit 3 shown in FIG. 1A is not limited to a light-shielding body, and may be a translucent body such as slit glass or frosted glass.
次に、図１（ａ）に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに密着させた場合の補正後の照度分布Ｂ、図３に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに距離Ｓ３離した場合の補正後の照度分布Ｂ、図４に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに距離Ｓ４（Ｓ３＜Ｓ４）離した場合の補正後の照度分布Ｂをそれぞれシミュレーションした。
図１（ａ）及び図３並びに図４のいずれの場合でも、光源１から出射された光の照度分布（図２（ａ）又は図２（ｂ））に対応させて光源１から観察領域２側への透過率を透過率設定部３で局部的に制御することにより、観察領域２上での照度分布Ｂを均一に補正することができることが分かった。
Next, as shown in FIG. 1A, the corrected illuminance distribution B when the transmittance setting unit 3 is brought into close contact with the emission surface 1e of the light source 1, and as shown in FIG. 3, the transmittance setting unit 3 the illuminance distribution B after correction when the separated distance S 3 on the exit surface 1e of the light source 1, as shown in FIG. 4, the distance the transmission rate setting unit 3 to the exit surface 1e of the light source 1 S 4 (S 3 <S 4 ) The corrected illuminance distribution B when separated was simulated.
In any of FIGS. 1 (a), 3 and 4, the observation region 2 from the light source 1 corresponds to the illuminance distribution (FIG. 2 (a) or 2 (b)) of the light emitted from the light source 1. It was found that the illuminance distribution B on the observation region 2 can be uniformly corrected by locally controlling the transmittance to the side by the transmittance setting unit 3.
次に、図１（ａ）及び図３並びに図４に示す透過率設定部３の材質、図１（ａ）及び図３並びに図４に示す光源１の出射面１ｅの直径と透過率設定部３の直径との関係、図１（ａ）及び図３並びに図４に示す光源１の出射面１ｅに対する透過率設定部３の距離との関係を図５（ａ）に基づいて検証した。
図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅの直径Ｄを図５（ｂ）に示すように８ｍｍ、透過率設定部３の直径Ｗを２．５ｍｍ、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを図５（ｂ）に示すように６．８ｍｍにそれぞれ設定し、且つ透過率設定部３として遮光体を用いた場合における補正後の照度分布Ｂについて考察した。その結果を図５（ｂ）の特性図に示している。
図５（ｂ）の特性図において、横軸は光源１の出射面１ｅからの光の照射角度を示しており、縦軸は照度分布を示している。図５（ｂ）において、補正前の照度分布Ａは、図１（ａ）の仮想面１ｂの照度分布Ａに対応しており、その中央付近１ｃ１の照度レベルが高く、周辺領域１ｄ１の照度レベルが低い傾向を示している。図５（ａ）の寸法を図５（ｂ）の寸法に設定して透過率を局部的に低下させた結果、中央付近１ｃ２の照度レベルが周辺領域１ｄ２の照度レベルに近似した補正後の照度分布Ｂに補正されている。
Next, the material of the transmittance setting unit 3 shown in FIGS. 1 (a), 3 and 4, and the diameter and transmittance setting unit of the emission surface 1e of the light source 1 shown in FIGS. 1 (a), 3 and 4. The relationship with the diameter of FIG. 3 and the relationship with the distance of the transmittance setting unit 3 with respect to the emission surface 1e of the light source 1 shown in FIGS. 1 (a), 3 and 4 were verified based on FIG. 5 (a).
The diameter D of the exit surface 1e of the light source 1 shown in FIG. 5 (a) is 8 mm as shown in FIG. 5 (b), the diameter W of the transmittance setting unit 3 is 2.5 mm, and the light source 1 shown in FIG. 5 (a). After correction when the distance d between the light source surface 1e and the transmittance setting unit 3 is set to 6.8 mm as shown in FIG. 5 (b) and a light-shielding body is used as the transmittance setting unit 3. The illuminance distribution B of the above was considered. The result is shown in the characteristic diagram of FIG. 5 (b).
In the characteristic diagram of FIG. 5B, the horizontal axis represents the irradiation angle of light from the emission surface 1e of the light source 1, and the vertical axis represents the illuminance distribution. In FIG. 5 (b), the illuminance distribution A before correction corresponds to the illuminance distribution A of the virtual surface 1b of FIG. 1 (a), the illuminance level of 1c 1 near the center thereof is high, and the peripheral region 1d 1 The illuminance level tends to be low. As a result of setting the dimension of FIG. 5 (a) to the dimension of FIG. 5 (b) and locally reducing the transmittance , the illuminance level of 1c 2 near the center is approximated to the illuminance level of the peripheral region 1d 2. It is corrected to the illuminance distribution B of.
図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅの直径Ｄを図５（ｃ）に示すように８ｍｍ、透過率設定部３の直径Ｗを１．８ｍｍ、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを図５（ｃ）に示すように７ｍｍにそれぞれ設定し、且つ透過率設定部３として透過率が零の遮光体を用いた場合における補正後の照度分布Ｂについて検証した。その結果を図５（ｃ）の特性図に示している。
図５（ｃ）の特性図において、横軸は光源１の出射面１ｅからの光の照射角度を示しており、縦軸は照度分布を示している。図５（ｃ）において、補正前の照度分布Ａは、図１（ａ）の仮想面１ｂの照度分布Ａに対応しており、その中央付近１ｃ１の照度レベルが高く、周辺領域１ｄ１の照度レベルが低い傾向を示している。図５（ａ）の寸法を図５（ｃ）の寸法に設定して透過率を局部的に制御した結果、中央付近１ｃ２の照度レベルが周辺領域１ｄ２の照度レベルにより近似した補正後の照度分布Ｂに補正されている。
The diameter D of the exit surface 1e of the light source 1 shown in FIG. 5 (a) is 8 mm as shown in FIG. 5 (c), the diameter W of the transmittance setting unit 3 is 1.8 mm, and the light source 1 shown in FIG. 5 (a). When the distance d between the light source surface 1e and the transmittance setting unit 3 is set to 7 mm as shown in FIG. 5 (c), and a light-shielding body having zero transmittance is used as the transmittance setting unit 3. The corrected illuminance distribution B in the above was verified. The result is shown in the characteristic diagram of FIG. 5 (c).
In the characteristic diagram of FIG. 5C, the horizontal axis represents the irradiation angle of light from the emission surface 1e of the light source 1, and the vertical axis represents the illuminance distribution. In FIG. 5 (c), the illuminance distribution A before correction corresponds to the illuminance distribution A of the virtual surface 1b of FIG. 1 (a), the illuminance level of 1c 1 near the center thereof is high, and the peripheral region 1d 1 The illuminance level tends to be low. As a result of setting the dimension of FIG. 5 (a) to the dimension of FIG. 5 (c) and locally controlling the transmittance, the illuminance level of 1c 2 near the center is approximated by the illuminance level of the peripheral region 1d 2 after correction. It is corrected to the illuminance distribution B.
次に、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅの直径Ｄを８ｍｍ、透過率設定部３の直径Ｗを７．５ｍｍ、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを１１ｍｍにそれぞれ設定し、且つ透過率設定部３として透過効率４０％のすりガラスを用いた場合における補正後の照度分布Ｂについて検証した。
この検証結果によれば、透過率設定部３が透過効率を有する場合には、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅの直径より長く設定しても、図５（ｃ）に示すような補正後の照度分布Ｂに補正できることが分かった。その理由は、透過率設定部３が透過効率を有することにより、透過制御部３を透過した光で透過率設定部３を透過した光があたかも光源があるように図１（ａ）の観察領域２を照明しているからであると考えられる。
Next, the diameter D of the exit surface 1e of the light source 1 shown in FIG. 5 (a) is 8 mm, the diameter W of the transmittance setting unit 3 is 7.5 mm, and the light source 1 is transmitted to the exit surface 1e shown in FIG. 5 (a). The corrected illuminance distribution B was verified when the distance d between the rate setting unit 3 and the distance d was set to 11 mm and frosted glass having a transmittance of 40% was used as the transmittance setting unit 3.
According to this verification result, when the transmittance setting unit 3 has the transmittance, the distance d between the emission surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 shown in FIG. 5A is set by the light source 1. It was found that even if the diameter is set longer than the diameter of the exit surface 1e, the corrected illuminance distribution B as shown in FIG. 5C can be corrected. The reason is that the transmittance setting unit 3 has transmission efficiency, so that the light transmitted through the transmittance control unit 3 and the light transmitted through the transmittance setting unit 3 has a light source as if it were a light source. It is considered that this is because 2 is illuminated.
以上の結果からして、透過率設定部３に円形の遮光体を用いた場合、図５（ａ）に示す透過率設定部３の直径Ｗを光源１の出射面１ｅの直径Ｄよりも短くし、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅの直径Ｄよりも短く設定する必要がある。具体的には、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに対して距離（Ｓ３，Ｓ４）を保って配置する場合、透過率設定部３の面積を光源１の出射面１ｅより小さく設定し、且つ光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅの直径Ｄよりも短く設定する。さらに、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに接近して配置する場合、透過率設定部３の面積（直径Ｗ）を光源１の出射面１ｅの面積（直径Ｄ）よりもより小さく、さらに、透過率設定部３の面積を光源１の出射面１ｅよりより小さく設定することにより、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに密着させて配置することも可能である。 From the above results, when a circular light-shielding body is used for the transmittance setting unit 3, the diameter W of the transmittance setting unit 3 shown in FIG. 5A is shorter than the diameter D of the emission surface 1e of the light source 1. Then, it is necessary to set the distance d between the emission surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 shown in FIG. 5A to be shorter than the diameter D of the emission surface 1e of the light source 1. Specifically, when the transmittance setting unit 3 is arranged with a distance (S 3 , S 4 ) from the light source 1 emission surface 1e, the area of the transmittance setting unit 3 is set from the light source 1 emission surface 1e. It is set small, and the distance d between the exit surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 is set shorter than the diameter D of the emission surface 1e of the light source 1. Further, when the transmittance setting unit 3 is arranged close to the emission surface 1e of the light source 1, the area (diameter W) of the transmittance setting unit 3 is smaller than the area (diameter D) of the emission surface 1e of the light source 1. Further, by setting the area of the transmittance setting unit 3 to be smaller than the emission surface 1e of the light source 1, the transmittance setting unit 3 can be arranged in close contact with the emission surface 1e of the light source 1.
一方、透過率設定部３にすりガラスなどの半透明体を用いた場合、透過率設定部３の一部を透過する光を二次光源として利用して図１（ａ）の観察領域２を照明することから、図５（ａ）に示す光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを遮光体の場合と比較して光源１の出射面１ｅの直径より長く設定することができ、半透明体の場合、透過率設定部３の位置が制限される場合等に有効である。具体的には、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに対して距離（Ｓ３，Ｓ４）を保って配置する場合、透過率設定部３の面積を光源１の出射面１ｅより小さく設定し、且つ光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅの直径Ｄよりも長く設定する。さらに、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに接近して配置する場合、透過率設定部３の面積（直径Ｗ）を光源１の出射面１ｅの面積（直径Ｄ）よりもより短くし、さらに、透過率設定部３の面積を光源１の出射面１ｅよりより小さく設定することにより、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに密着させて配置することも可能である。 On the other hand, when a translucent material such as frosted glass is used for the transmittance setting unit 3, the light transmitted through a part of the transmittance setting unit 3 is used as a secondary light source to illuminate the observation area 2 in FIG. 1 (a). Therefore, the distance d between the emission surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 shown in FIG. 5A is set longer than the diameter of the emission surface 1e of the light source 1 as compared with the case of the light-shielding body. This is effective when the position of the transmittance setting unit 3 is restricted in the case of a semi-transparent body. Specifically, when the transmittance setting unit 3 is arranged with a distance (S 3 , S 4 ) from the light source 1 emission surface 1e, the area of the transmittance setting unit 3 is set from the light source 1 emission surface 1e. It is set small, and the distance d between the exit surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 is set longer than the diameter D of the emission surface 1e of the light source 1. Further, when the transmittance setting unit 3 is arranged close to the emission surface 1e of the light source 1, the area (diameter W) of the transmittance setting unit 3 is shorter than the area (diameter D) of the emission surface 1e of the light source 1. Further, by setting the area of the transmittance setting unit 3 to be smaller than the emission surface 1e of the light source 1, the transmittance setting unit 3 can be arranged in close contact with the emission surface 1e of the light source 1.
以上のように、透過率設定部３に遮光体或いは半透明体を用いること、及び透過率設定部３のサイズを光源１の出射面１ｅのサイズより小さく設定することにより、光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅのサイズに対応させて設定して、透過率設定部３の配置を適宜設定することができる。 As described above, by using a light-shielding body or a translucent body for the transmittance setting unit 3 and setting the size of the transmittance setting unit 3 to be smaller than the size of the emission surface 1e of the light source 1, the emission surface of the light source 1 is set. The distance d between 1e and the transmittance setting unit 3 can be set according to the size of the emission surface 1e of the light source 1, and the arrangement of the transmittance setting unit 3 can be appropriately set.
以上の実施形態では、図１（ａ）に示すように、光源１で観察領域２の全体を広く照明する必要があるエリアセンサなどに用いる照明システムについて説明したが、本発明の照明システムはラインセンサ型撮像装置の照明にも適用できるものである。以下に、本発明に係る照明システムをラインセンサ型撮像装置に適用した例を図６に基づいて説明する。この場合、観察領域２は照射対象である観察試料５の光照射側に存在している。
ラインセンサ型撮像装置は図６に示すように、照射用の光を出射させる光源系４と、光源系４から出射された光を観察試料５の観察領域２を照射する照射光学系６とを有している。
In the above embodiment, as shown in FIG. 1A, a lighting system used for an area sensor or the like in which the entire observation area 2 needs to be widely illuminated by the light source 1 has been described, but the lighting system of the present invention is a line. It can also be applied to the lighting of a sensor-type image pickup device. An example in which the lighting system according to the present invention is applied to a line sensor type imaging device will be described below with reference to FIG. In this case, the observation region 2 exists on the light irradiation side of the observation sample 5 to be irradiated.
As shown in FIG. 6, the line sensor type image pickup apparatus includes a light source system 4 that emits light for irradiation and an irradiation optical system 6 that irradiates the observation region 2 of the observation sample 5 with the light emitted from the light source system 4. Have.
ラインセンサ型撮像装置は図６に示すように、観察試料５を、直交するＸ−Ｙの座標面上で１次元移動するステージ７上に設置し、ステージ７を１次元ラインセンサ毎に矢印で示す１次元方向（Ｘ軸方向或いはＹ軸方向）に順次移動させ、１次元ラインセンサ８に対応させて観察試料５の観察領域２を照明光学系６で照射し、１次元ラインサンセー８で観察試料５の画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎを取込み、それらの取り込んだ画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎを１フレーム分の画像Ｇに合成し、その合成画像Ｇで観察試料５の観察領域２の全体を撮像している。 As shown in FIG. 6, the line sensor type image pickup device installs the observation sample 5 on a stage 7 that moves one-dimensionally on the orthogonal XY coordinate planes, and the stage 7 is indicated by an arrow for each one-dimensional line sensor. It is sequentially moved in the indicated one-dimensional direction (X-axis direction or Y-axis direction), and the observation area 2 of the observation sample 5 is irradiated with the illumination optical system 6 corresponding to the one-dimensional line sensor 8 and observed with the one-dimensional line sanctuary 8. Images G 1 , G 2 ... G n of sample 5 are captured, and the captured images G 1 , G 2 ... G n are combined into one frame of image G, and the composite image G is used as an observation sample. The entire observation area 2 of 5 is imaged.
図７（ｂ）（ｃ）は、仮想面１ｂでの照度分布Ａが中央の照度が高い凸型の照度分布の形状をなしていることを前提とした支持構造である。図７（ｂ）（ｃ）に示すように、光ファイバーバンドル１の先端には筒状体９が装着され、筒状体９には直方形状の透過率設定部３（以下の説明では角形形状の透過率設定部と表記する）が光ファイバーバンドル１の光軸１ａと交差させて出射面1ｅに添って支持している。 7 (b) and 7 (c) are support structures on the premise that the illuminance distribution A on the virtual surface 1b has a convex illuminance distribution with a high central illuminance. As shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c), a tubular body 9 is attached to the tip of the optical fiber bundle 1, and the tubular body 9 has a rectangular transmittance setting unit 3 (in the following description, a rectangular shape). A transmittance setting unit) intersects the optical axis 1a of the optical fiber bundle 1 and supports it along the emission surface 1e.
図７（ａ）（ｄ）に基づいて、角形形状の透過率設定部３と１次元ラインセンサ８との関係について説明する。図７（ｄ）に示すように、１次元ラインセンサ８をＸ方向に添って配置した場合、角形形状の透過率設定部３は１次元ラインセンサ８と交差するＹ方向に沿って配置する。角形形状の透過率設定部３は、１次元ラインセンサ８の長さ方向（Ｘ方向）に添う寸法がα、１次元ラインセンサ８の幅方向（Ｙ方向）に添う寸法がβである斜線部３ａで光源１から観測領域２への光を局部的に制御する。 The relationship between the square-shaped transmittance setting unit 3 and the one-dimensional line sensor 8 will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (d). As shown in FIG. 7D, when the one-dimensional line sensor 8 is arranged along the X direction, the square-shaped transmittance setting unit 3 is arranged along the Y direction intersecting with the one-dimensional line sensor 8. The square-shaped transmission rate setting unit 3 is a shaded portion in which the dimension along the length direction (X direction) of the one-dimensional line sensor 8 is α and the dimension along the width direction (Y direction) of the one-dimensional line sensor 8 is β. The light from the light source 1 to the observation area 2 is locally controlled by 3a.
図７（ａ）に示す透過率設定部３は遮光体からなり、光ファイバーバンドル１の光軸１ａ上及びその近傍（中央領域１ｃ）での光を局部的に遮光している。すなわち、照度レベルが高い光軸１ａ上及びその付近の領域（中央領域１ｃ）で局部的に光ファイバーバンドル１から観察領域２への光の透過率を透過率設定部３で局部的に制御している。
なお、図７（ａ）に示す透過率設定部３は遮光体に限られるものではなく、スリットガラス，磨りガラスなどの半透明体であってもよい。
The transmittance setting unit 3 shown in FIG. 7A is composed of a light-shielding body, and locally blocks light on the optical axis 1a of the optical fiber bundle 1 and in the vicinity thereof (central region 1c). That is, the transmittance of light from the optical fiber bundle 1 to the observation region 2 is locally controlled by the transmittance setting unit 3 in the region (central region 1c) on and near the optical axis 1a having a high illuminance level. There is.
The transmittance setting unit 3 shown in FIG. 7A is not limited to a light-shielding body, and may be a translucent body such as slit glass or frosted glass.
図７（ａ）において、光ファイバーバンドル１から出射した光は、図７（ａ）に楕円形で描いた範囲に制限されて照射光学系６に通して１次元ラインセンサ８に対応する細長い形状の観察領域２を照射する。なお、図７（ａ）では、１次元ラインセンサ８を用いて観察領域２の画像を撮像しているため、光ファイバーバンドル１から出射した光はスリット等に通して１次元ラインセンサ８に対応する細長い形状の観察領域２を照明するのに十分な範囲に絞られる。 In FIG. 7 (a), the light emitted from the optical fiber bundle 1 is limited to the range drawn in the ellipse in FIG. 7 (a), passes through the irradiation optical system 6, and has an elongated shape corresponding to the one-dimensional line sensor 8. Irradiate the observation area 2. In FIG. 7A, since the image of the observation region 2 is captured by using the one-dimensional line sensor 8, the light emitted from the optical fiber bundle 1 passes through a slit or the like and corresponds to the one-dimensional line sensor 8. It is narrowed down to a range sufficient to illuminate the elongated observation area 2.
図７（ａ）に示す例では、光ファイバーバンドル（光源）１から出射した光の仮想面１ｂ上での凸型形状をなす照度分布Ａに対応させて、光軸１ａ上及びその近傍（中央領域１ｃ）での光を透過率設定部３で局部的に遮光する。
図７（ａ）に、観察領域２側から光ファイバーバンドル１の出射面１ｅと角形形状の透過率設定部３との関係を示している。
観察領域２上に照射される光の形状を、角形形状の透過率設定部３による遮光率との関係で光軸１ａを交差する方向で観察すると、観察領域２の中央領域２ａの光束の形状は図７（ａ）に示すように円形であって、しかも光軸１ａ及びその付近（中央領域１ｃ）が角形形状の制御部３で遮光された形状となる。観察領域２の中央領域２ａから周辺領域２ｂに漸次離れた光束の形状は図７（ａ）に示すように、横長の度合いが漸次変化した楕円形状を呈し、且つ角形形状の透過率設定部３による遮光領域が小さくなる形状となる。
従って、観察領域２の中央領域２ａ側への透過率を短冊状の透過率設定部３で局部的に設定して、観察領域２上の中央領域２ａでの照度レベルを周辺領域２ｂの照度レベルに接近させて照度ムラを補正し、観察領域２上での照度分布Ｂを平坦（均一）に補正する。
In the example shown in FIG. 7A, the light emitted from the optical fiber bundle (light source) 1 corresponds to the convex illuminance distribution A on the virtual surface 1b on the optical axis 1a and its vicinity (central region). The light in 1c) is locally blocked by the transmittance setting unit 3.
FIG. 7A shows the relationship between the exit surface 1e of the optical fiber bundle 1 and the square-shaped transmittance setting unit 3 from the observation region 2 side.
When the shape of the light emitted on the observation area 2 is observed in the direction intersecting the optical axis 1a in relation to the light shielding rate by the rectangular transmittance setting unit 3, the shape of the light flux in the central area 2a of the observation area 2 is observed. Is circular as shown in FIG. 7A, and the optical axis 1a and its vicinity (central region 1c) are shaded by the square-shaped control unit 3. As shown in FIG. 7A, the shape of the luminous flux gradually separated from the central region 2a of the observation region 2 to the peripheral region 2b has an elliptical shape in which the degree of laterality gradually changes, and the transmittance setting unit 3 has a rectangular shape. The shape is such that the light-shielding area is reduced.
Therefore, the transmittance of the observation region 2 toward the central region 2a is locally set by the strip-shaped transmittance setting unit 3, and the illuminance level in the central region 2a on the observation region 2 is set as the illuminance level in the peripheral region 2b. The illuminance unevenness is corrected by approaching the area 2, and the illuminance distribution B on the observation area 2 is corrected to be flat (uniform).
図７の例において、筒状体９を光ファイバーバンドル１の周方向に回転させることが可能な構造、すなわち、透過率設定部３は光源１からの光が観察領域２側へ直進する光軸１ａに直交する面内で回転可能な構造に構成してもよいものである。従って、筒状体９を光ファイバーバンドル１の周方向に時計方向或いは反時計方向に角回転させることにより、透過率設定部３の光ファイバーバンドル１の出射面１ｅに対する姿勢が前記直交姿勢から周方向への姿勢が適宜変更することになり、これにより、透過率設定部３は直交姿勢から周方向への姿勢を変更した状態で光軸１ａ及びその周辺（中央領域１ｃ）で局部的に観察領域２の中央領域２ａ側への光の透過率を制御することができる。また、透過率設定部３とラインセンサの１ラインとの位置ズレがある場合などに、その位置ズレなどを補正することができる。 In the example of FIG. 7, a structure capable of rotating the tubular body 9 in the circumferential direction of the optical fiber bundle 1, that is, the transmittance setting unit 3 is an optical axis 1a in which the light from the light source 1 travels straight toward the observation region 2. The structure may be configured to be rotatable in a plane orthogonal to. Therefore, by rotating the tubular body 9 clockwise or counterclockwise in the circumferential direction of the optical fiber bundle 1, the attitude of the transmittance setting unit 3 with respect to the exit surface 1e of the optical fiber bundle 1 is changed from the orthogonal posture to the circumferential direction. As a result, the transmittance setting unit 3 locally changes the observing region 2 in the optical axis 1a and its periphery (central region 1c) in a state where the stance in the circumferential direction is changed from the orthogonal posture. It is possible to control the transmittance of light to the central region 2a side of the. Further, when there is a positional deviation between the transmittance setting unit 3 and one line of the line sensor, the positional deviation can be corrected.
次に、図７（ａ）に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに密着させた場合での補正後の照度分布Ｂ、図８に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに距離Ｓ３離した場合での補正後の照度分布Ｂ、図９に示すように、透過率設定部３を光源１の出射面１ｅに距離Ｓ４（Ｓ３＜Ｓ４）離した場合での補正後の照度分布Ｂをそれぞれシミュレーションした。
図７（ａ）及び図８並びに図９のいずれの場合でも、光源１から出射された光の照度分布（図２（ａ）又は図２（ｂ））に対応させて光源１から観察領域２側への透過率を透過率設定部３で局部的に制御することにより、観察領域２上での照度分布Ｂを均一に補正することができることが分かった。
Next, as shown in FIG. 7A, the corrected illuminance distribution B when the transmittance setting unit 3 is brought into close contact with the emission surface 1e of the light source 1, and as shown in FIG. 8, the transmittance setting unit 3 illuminance distribution after the correction in the case where apart distance S 3 on the exit surface 1e of the light source 1 B, as shown in FIG. 9, the distance the transmission rate setting unit 3 to the exit surface 1e of the light source 1 S 4 (S 3 <S 4 ) The corrected illuminance distribution B at the time of separation was simulated.
In any of FIGS. 7 (a), 8 and 9, the observation region 2 from the light source 1 corresponds to the illuminance distribution (FIG. 2 (a) or 2 (b)) of the light emitted from the light source 1. It was found that the illuminance distribution B on the observation region 2 can be uniformly corrected by locally controlling the transmittance to the side by the transmittance setting unit 3.
図７（ａ）の例においても、透過率設定部３にすりガラスなどの半透明体を用いた場合、透過率設定部３の一部を透過する光を二次光源として利用して図７（ａ）の観察領域２を照明することが可能となる。さらに、図７（ａ）に示す例において、図１（ａ）の例と同様に、透過率設定部３に遮光体或いは半透明体を用いること、及び透過率設定部３のサイズを光源１の出射面１ｅのサイズより小さく設定することにより、光源１の出射面１ｅと透過率設定部３との間の距離ｄを光源１の出射面１ｅのサイズに対応させて設定して、透過率設定部３の配置を適宜設定することができる。 Also in the example of FIG. 7A, when a translucent material such as frosted glass is used for the transmittance setting unit 3, the light transmitted through a part of the transmittance setting unit 3 is used as a secondary light source in FIG. 7 (a). It is possible to illuminate the observation area 2 of a). Further, in the example shown in FIG. 7A, similarly to the example of FIG. 1A, a light-shielding body or a translucent body is used for the transmittance setting unit 3, and the size of the transmittance setting unit 3 is set to the light source 1. By setting the size smaller than the size of the emission surface 1e of the light source 1, the distance d between the emission surface 1e of the light source 1 and the transmittance setting unit 3 is set corresponding to the size of the emission surface 1e of the light source 1, and the transmittance is set. The arrangement of the setting unit 3 can be set as appropriate.
図７（ａ）に示す照明システムの有効性を検証するために、本発明に係る照明システムで１次元ラインセンサが撮像する１ライン分の観察領域を照射した画像を図１０（ａ）に示し、比較例として本発明に係る照明システムを用いないで１次元ラインセンサが撮像する１ライン分の観察領域を照射した画像を図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）（ｂ）において、横軸は１次元ラインセンサの１ライン分の位置（中央領域１ｃ，周辺領域１ｄ）を示しており、縦軸は１次元センサーが撮像した画像の輝度レベルを示している。 To verify the validity of the lighting system shown in FIG. 7 (a), an image one-dimensional line sensor in the illumination system irradiates an observation region of one line for imaging according to the present invention in FIG. 1 0 (a) As a comparative example, FIG. 10B shows an image obtained by irradiating an observation area for one line captured by a one-dimensional line sensor without using the lighting system according to the present invention. In FIGS. 10A and 10B, the horizontal axis represents the position of one line of the one-dimensional line sensor (central region 1c, peripheral region 1d), and the vertical axis represents the brightness level of the image captured by the one-dimensional sensor. Is shown.
図１０（ｂ）から明らかなように、従来のように光源から出射される光の輝度分布が均一であるとして観察領域を照射し、観察領域上での輝度分布を観察すると、１次元ラインセンサ４の１ラインの中央領域４ａ（図７（ａ）の中央領域１ｃに対応している）での輝度レベルが高く、１次元ラインセンサ４の１ラインの両端付近４ｂ（図７（ａ）の周辺領域１ｄに対応している）での輝度レベルが中央領域４ａの輝度レベルより低く、１次元ラインセンサ４が撮像した画像の輝度分布に不均一性が生じていることが分かる。 As is clear from FIG. 10B, when the observation area is irradiated assuming that the brightness distribution of the light emitted from the light source is uniform and the brightness distribution on the observation area is observed as in the conventional case, a one-dimensional line sensor is used. The brightness level in the central region 4a of one line of 4 (corresponding to the central region 1c of FIG. 7A) is high, and the vicinity of both ends of one line of the one-dimensional line sensor 4 4b (in FIG. 7A). It can be seen that the luminance level in the peripheral region 1d) is lower than the luminance level in the central region 4a, and the luminance distribution of the image captured by the one-dimensional line sensor 4 is non-uniform.
これに対して、本発明に係る照明システムでは図１０（ａ）から明らかなように、１次元ラインセンサ４の１ラインの中央領域４ａ（図１の中央領域１ｃに対応している）及び両端付近４ｂ（図７（ａ）の周辺領域１ｄに対応している）で１次元ラインセンサが撮像した画像の輝度がほぼ均一（平坦）であり、１次元ラインセンサ４で撮像した画像の輝度分布が均一に補正されていることが分かる。従って、１次元ラインセンサ４で撮像した画像の輝度分布の不均一を解消するための画像処理を施す必要がないことが分かる。 On the other hand, in the lighting system according to the present invention, as is clear from FIG. 10A, the central region 4a of one line of the one-dimensional line sensor 4 (corresponding to the central region 1c of FIG. 1) and both ends. The brightness of the image captured by the one-dimensional line sensor is almost uniform (flat) in the vicinity 4b (corresponding to the peripheral region 1d in FIG. 7A), and the brightness distribution of the image captured by the one-dimensional line sensor 4. Can be seen to be uniformly corrected. Therefore, it can be seen that it is not necessary to perform image processing for eliminating the non-uniformity of the brightness distribution of the image captured by the one-dimensional line sensor 4.
図１１（ａ）（ｂ）は図７に示す透過率設定部３を支持する筒状体９を光ファイバーバンドル１に支持する構造の変形例を示している。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、基台１１に設けた方形の貫通孔１１ａの中心を光ファーバーバンドル１の光軸１ａに一致して光ファイバーバンドル１の出射面１ｅの前方に固定する。図７（ａ）に示す短冊状の透過率設定部３を光ファイバーバンドル１の出射面１ｅに沿う方向に向けて筒状体９に支持し、筒状体９を方形の支持枠１２に取付け、支持枠１２を基台１１の方形の貫通孔１１ａ内に嵌合し、支持枠１２を基台１１に光ファイバーバンドル１の光軸１ａに添って摺動可能に支持する。
図１１（ａ）（ｂ）に示すように、基台１１の隣接する２辺に２本の設定ねじ１３，１４を支持枠１２の隣接する２辺に向けて進退可能に螺合する。支持枠１２には、設定ねじ１３，１４の先端を受け入れる凹部１５，１６を形成する。
11 (a) and 11 (b) show a modified example of the structure in which the tubular body 9 supporting the transmittance setting unit 3 shown in FIG. 7 is supported by the optical fiber bundle 1. As shown in FIGS. 11A and 11B, the center of the rectangular through hole 11a provided in the base 11 is fixed in front of the exit surface 1e of the optical fiber bundle 1 so as to coincide with the optical axis 1a of the optical fiber bundle 1. To do. The strip-shaped transmittance setting unit 3 shown in FIG. 7A is supported on the tubular body 9 in the direction along the exit surface 1e of the optical fiber bundle 1, and the tubular body 9 is attached to the square support frame 12. The support frame 12 is fitted into the square through hole 11a of the base 11, and the support frame 12 is slidably supported on the base 11 along the optical axis 1a of the optical fiber bundle 1.
As shown in FIGS. 11A and 11B, two setting screws 13 and 14 are screwed on two adjacent sides of the base 11 so as to be able to advance and retreat toward the two adjacent sides of the support frame 12. The support frame 12 is formed with recesses 15 and 16 for receiving the tips of the setting screws 13 and 14.
２本の筒状のバネ受け１７，１８を２本の設定ねじ１３，１４に対向させて設け、バネ受け１７，１８内にバネ１９，２０及び固定駒２１，２２を内装し、固定駒２１，２２をバネ１９，２０で支持枠１２側に付勢し、固定駒２１，２２を支持枠１２に２箇所で当接し、設定ねじ１３，１４と固定駒２１，２２とで支持枠１２を基台１０の貫通孔１１ａ内に固定する。設定ねじ１３，１４と固定駒２１，２２との設定により、光軸１ａに直交する２軸方向及び光軸１ａに添う方向での支持枠１２の位置設定が行われる。 Two tubular spring receivers 17 and 18 are provided so as to face the two setting screws 13 and 14, and the springs 19 and 20 and the fixing pieces 21 and 22 are installed in the spring receivers 17 and 18, and the fixing piece 21 is installed. , 22 are urged to the support frame 12 side by springs 19 and 20, the fixing pieces 21 and 22 are brought into contact with the support frame 12 at two points, and the support frame 12 is formed by the setting screws 13 and 14 and the fixing pieces 21 and 22. It is fixed in the through hole 11a of the base 10. By setting the setting screws 13 and 14 and the fixing pieces 21 and 22, the position of the support frame 12 is set in the biaxial direction orthogonal to the optical axis 1a and in the direction along the optical axis 1a.
光ファイバーバンドル１の出射面１ａに対する透過率設定部３の距離を設定する際には、２本の設定ねじ１３，１４を緩めて支持枠１２の固定を解除する。次に、支持枠１２を基台１１の貫通孔１１ａ内で光ファイバーバンドル１の光軸１ａに添って前後に移動させることにより、透過率設定部３の設置位置を設定する。設定後、２本の設定ねじ１３，１４と固定駒２１，２２とで支持枠１２を基台１１の貫通孔１１ａ内に固定し、光ファイバーバンドル１の出射面１ａの中央領域１ｃを透過率設定部３で覆う。 When setting the distance of the transmittance setting unit 3 with respect to the exit surface 1a of the optical fiber bundle 1, the two setting screws 13 and 14 are loosened to release the fixing of the support frame 12. Next, the installation position of the transmittance setting unit 3 is set by moving the support frame 12 back and forth along the optical axis 1a of the optical fiber bundle 1 in the through hole 11a of the base 11. After setting, the support frame 12 is fixed in the through hole 11a of the base 11 with the two setting screws 13 and 14 and the fixing pieces 21 and 22, and the transmittance is set in the central region 1c of the exit surface 1a of the optical fiber bundle 1. Cover with part 3.
上述した構成によれば、光軸１ａに直交する２軸方向で透過率設定部３の光軸１ａに対する位置決めを行うことができ、透過率設定部３により観察領域２側への光の透過率を的確にコントロールすることができる。さらには、透過率設定部３の出射面１ａに対する距離を設定することにより、照度分布Ｂの明るさ等を設定することができる。 According to the above-described configuration, the transmittance setting unit 3 can be positioned with respect to the optical axis 1a in the biaxial direction orthogonal to the optical axis 1a, and the transmittance setting unit 3 allows the light transmittance to the observation region 2 side. Can be controlled accurately. Furthermore, the brightness of the illuminance distribution B can be set by setting the distance of the transmittance setting unit 3 with respect to the exit surface 1a.
次に、透過率設定部３の変更例を図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２（ａ）に示す透過率設定部３は図１２（ｂ）に示すように円盤状の形状を呈しており、図１３に示すように光軸１ａ及びその周辺領域（中央領域１ｃ）に対応する円盤３ｂには口径の小さい透孔２４が複数開口され、円盤３ｂの半径の外方向に沿って口径が徐々に大きくなる透孔２５が複数開口されている。
従って、円盤３ｂの中央領域には口径の小さい透孔２４が存在するため、円盤３ｂの中央領域では、光源１から観察領域（図１（ａ）の観察領域２に対応する）への光の透過率が制限される。円盤３ｂの中央領域から半径外方向に向けては、透孔２５の口径が徐々に大きくなるように設定されているから、光源１から観察領域（図１（ａ）の観察領域２に対応する）への光を多く透過することになる。
これにより、図１（ａ）で説明したと同様に、光源１の前方に設定した仮想面１ｂ上での凸型形状の照度分布（図１（ａ）の照度分布Ａに対応する）に対応させて光源１から観察領域２側への透過率を透過率設定部３で局部的に制御することにより、観察領域（図１（ａ）の観察領域２に対応する）上での照度分布Ｂを均一に補正している。
Next, a modification of the transmittance setting unit 3 will be described with reference to FIGS. 12 and 13. The transmittance setting unit 3 shown in FIG. 12A has a disk-like shape as shown in FIG. 12B, and is located on the optical axis 1a and its peripheral region (central region 1c) as shown in FIG. A plurality of through holes 24 having a small diameter are opened in the corresponding disk 3b, and a plurality of through holes 25 whose diameter gradually increases along the outer direction of the radius of the disk 3b are opened.
Therefore, since the through hole 24 having a small diameter exists in the central region of the disk 3b, in the central region of the disk 3b, the light from the light source 1 to the observation area (corresponding to the observation area 2 in FIG. 1A) is transmitted. Transmittance is limited. Since the diameter of the through hole 25 is set to gradually increase from the central region of the disk 3b toward the outer radius, it corresponds to the observation region 2 of the light source 1 to the observation region (FIG. 1 (a)). ) Will transmit a lot of light.
Thereby, as described in FIG. 1A, the convex illuminance distribution on the virtual surface 1b set in front of the light source 1 (corresponding to the illuminance distribution A in FIG. 1A) is supported. By locally controlling the transmittance from the light source 1 to the observation area 2 side by the transmittance setting unit 3, the illuminance distribution B on the observation area (corresponding to the observation area 2 in FIG. 1A). Is corrected uniformly.
図１４は、図７（ａ）の例に結像レンズ２８を適用した例におけるシミュレーションの結果を示している。図１４では、図７（ａ）の光学系に結像レンズ２８を適用した場合、光源１の前方に設定した仮想面１ｂ上での凸型照度分布Ａと、透過率設定部３で補正した観察領域２上での照度分布Ｂとに結像レンズ２８を用いたことによる影響が生じる否かをシミュレーションしている。
シミュレーションの結果、仮想面１ｂ上での凸型照度分布Ａの形状は図７（ａ）に示す初度分布Ａと同一であり、しかも透過率設定部３で光源１から観察領域２への光の透過率を局部的に設定して得られた補正後の照度分布Ｂの形状も図７（ａ）に示す初度分布Ｂと同一であった。
この結果からして、結像レンズ２８を用いたことによる照度分布Ａ，Ｂの変化は見られず、本発明は結像レンズ２８の有無に拘わらず所期の目的を達成することができることが分かった。但し、結像レンズ２８を用いているため、光源１から光の集光率が高まるため、補正後の照度分布Ｂにおける照度レベルが全体として向上したことが分かった。
FIG. 14 shows the results of a simulation in an example in which the imaging lens 28 is applied to the example of FIG. 7A. In FIG. 14, when the imaging lens 28 is applied to the optical system of FIG. 7A, it is corrected by the convex illuminance distribution A on the virtual surface 1b set in front of the light source 1 and the transmittance setting unit 3. It is simulating whether or not the effect of using the imaging lens 28 on the illuminance distribution B on the observation region 2 occurs.
As a result of the simulation, the shape of the convex illuminance distribution A on the virtual surface 1b is the same as the initial distribution A shown in FIG. 7 (a), and the light from the light source 1 to the observation area 2 is transmitted by the transmittance setting unit 3. The shape of the corrected illuminance distribution B obtained by locally setting the transmittance was also the same as the initial distribution B shown in FIG. 7 (a).
From this result, no change in the illuminance distributions A and B due to the use of the imaging lens 28 is observed, and the present invention can achieve the intended purpose regardless of the presence or absence of the imaging lens 28. Do you get it. However, since the imaging lens 28 is used, the light condensing rate from the light source 1 is increased, so that it is found that the illuminance level in the corrected illuminance distribution B is improved as a whole.
図１５は、光源１からの光を集光するための結像レンズ２６と、その集光した光を観察領域２に向けて照射するための結像レンズ２７とを用いた例を示している。
図１５では、第１の仮想面１ｂ３を出射面１ｅと第１の結像レンズ２６との間、第２の仮想面１ｂ４共役像１ｅ１が結像される共役位置と第２の結像レンズ２７との間、第３の仮想面１ｂ５を共役像１ｅ４結像される共役位置と第２の結像レンズ２７との間の少なくとも１箇所に設定している。点線で示す領域は観察領域２である。
そして、第１の透過率設定部３１を出射面１ｅと第１の仮想面１ｂ３第２の透過率設定部３２を共役像１ｅ１が結像される共役位置と第２の仮想面１ｂ４の間、第３の透過率設定部３３を共役像１ｅ２が結像される共役位置と観察領域２との間の少なくとも１箇所に設定している。共役像１ｅ１，１ｅ２が結像される共役位置における出射面の寸法は光源１の出射面１ｅと同一である。したがって、図１５で示す共役像１ｅ１，１ｅ２が結像される位置での出射面は光源１の出射面１ｅと同一の寸法であり、出射面１ｅと透過率設定部３１，
出射面１ｅと透過率設定部３１，出射面１ｅ１と透過率設定部３２，出射面１ｅ２と透過率設定部３３の関係は図５で説明した寸法に規制される。
FIG. 15 shows an example using an imaging lens 26 for condensing the light from the light source 1 and an imaging lens 27 for irradiating the condensed light toward the observation region 2. ..
In FIG. 15, the first virtual surface 1b 3 is formed between the exit surface 1e and the first imaging lens 26, and the second virtual surface 1b 4 conjugated image 1e 1 is imaged at the conjugate position and the second connection. between the image lens 27, is set to at least one location between the third virtual plane 1b 5 position conjugate being a conjugate image 1e 4 imaging the second imaging lens 27. The area shown by the dotted line is the observation area 2.
Then, the first transmittance setting unit 3 1 is formed on the exit surface 1e and the first virtual surface 1b 3 and the second transmittance setting unit 3 2 is formed on the conjugate position where the conjugate image 1e 1 is formed and the second virtual surface. during 1b 4, are set to the third transmission rate setting unit 3 3 in at least one place between the conjugate position conjugate image 1e 2 is imaged observation region 2. The dimensions of the exit surface at the conjugate position where the conjugate images 1e 1 and 1e 2 are imaged are the same as the exit surface 1e of the light source 1. Therefore, the emission surface at the position where the conjugated images 1e 1 and 1e 2 shown in FIG. 15 are formed has the same dimensions as the emission surface 1e of the light source 1, and the emission surface 1e and the transmittance setting unit 3 1 ,.
The relationship between the exit surface 1e and the transmittance setting unit 3 1 , the exit surface 1e 1 and the transmittance setting unit 32, and the exit surface 1e 2 and the transmittance setting unit 3 3 is restricted to the dimensions described in FIG.
図１５のように結像レンズ２６，２７を配置することにより、観察領域２を照射する光の明るさ（照度）を明るくすることができるとともに、光軸１ａ及びその近傍（中央領域１ｃ）での照度レベルを周辺領域の照度レベルに接近させて照度ムラを補正することができる。 By arranging the imaging lenses 26 and 27 as shown in FIG. 15, the brightness (illuminance) of the light irradiating the observation region 2 can be brightened, and at the optical axis 1a and its vicinity (central region 1c). It is possible to correct the illuminance unevenness by bringing the illuminance level of the above to the illuminance level of the peripheral region.
図１５に示す例では、結像レンズ２６，２８を２個配置する構成としたが、結像レンズ２６，２８を配置する個数は図示のものに限定されるものではなく、光源系４と照射光学系６との少なくとも一方に結像レンズを設ける構成としてもよいものである。さらには、結像レンズ２６，２８として凸レンズを用いて出射面１ｅからの光の明るさ（照度）を向上させるようにしたが、結像レンズに凹レンズを用いて照射範囲を拡大するようにしてもよいものである。 In the example shown in FIG. 15, two imaging lenses 26 and 28 are arranged, but the number of imaging lenses 26 and 28 arranged is not limited to the one shown in the drawing, and the light source system 4 and irradiation An imaging lens may be provided on at least one of the optical system 6. Furthermore, although convex lenses were used as the imaging lenses 26 and 28 to improve the brightness (illuminance) of the light from the exit surface 1e, a concave lens was used as the imaging lens to expand the irradiation range. Is also good.
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、照明用の光を出射させる光源系と、前記光源系から出射された光を観察領域に照射する照射光学系とを有する光学系を構築し、光源から観察領域への透過率を設定する透過率設定部を光源系に備えており、観察領域の前方に設定した仮想面での異なる照度レベルの照度分布に対応させて光源から観察領域への透過率を透過率設定部で局部的に設定して、観察領域上での照度分布を均一に補正することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, an optical system including a light source system that emits light for illumination and an irradiation optical system that irradiates the observation region with the light emitted from the light source system is constructed. However, the light source system is equipped with a transmission rate setting unit that sets the transmission rate from the light source to the observation area, and the light source to the observation area corresponds to the illuminance distribution of different illuminance levels on the virtual surface set in front of the observation area. The transmission rate to the light source can be locally set by the transmission rate setting unit to uniformly correct the illuminance distribution on the observation area.
本発明の実施形態によれば、光源の前方に設定した仮想面内での異なる照度レベルの照度分布のうち他の領域より照度レベルが高い領域で局部的に光の透過率を設定して、観察領域上での照度分布を均一に補正することができる。 According to the embodiment of the present invention, the light transmittance is locally set in the region where the illuminance level is higher than the other regions among the illuminance distributions of different illuminance levels in the virtual plane set in front of the light source. The illuminance distribution on the observation area can be corrected uniformly.
本発明の実施形態によれば、透過率設定部のサイズを光源の出射面のサイズより小さく設定して、透過率設定部を前記光源に対向して設置して、透過率設定部を前記光源に接近させて設置することができる。 According to the embodiment of the present invention, the size of the transmittance setting unit is set smaller than the size of the exit surface of the light source, the transmittance setting unit is installed facing the light source, and the transmittance setting unit is set as the light source. Can be installed close to.
本発明の実施形態によれば、遮光体からなる透過率設定部の直径を光源の出射面の直径よりも短く、光源の出射面と透過率設定部との間の距離を前記光源の出射面の直径よりも短く設定することができる。これにより、照明システムを組み込む専有面積を小さくすることができ、照明システムの小型化を図ることができる。 According to the embodiment of the present invention, the diameter of the transmittance setting portion made of the light-shielding body is shorter than the diameter of the emission surface of the light source, and the distance between the emission surface of the light source and the transmittance setting portion is set to the emission surface of the light source. Can be set shorter than the diameter of. As a result, the area occupied by the lighting system can be reduced, and the lighting system can be miniaturized.
本発明の実施形態によれば、透過率設定部に半透明体を用い、透過率設定部に透過光による二次光源を生じさせて観察領域における照度レベルを上昇させることができる。これにより、新たな二次光源を用いることなく照度レベルの上昇に寄与することができるばかりでなく、照明システムの小型化を図ることができる。 According to the embodiment of the present invention, a translucent material can be used in the transmittance setting unit, and a secondary light source by transmitted light can be generated in the transmittance setting unit to increase the illuminance level in the observation region. This not only makes it possible to contribute to an increase in the illuminance level without using a new secondary light source, but also makes it possible to reduce the size of the lighting system.
本発明の実施形態によれば、透過率設定部に半透明体を用い、透過率設定部の直径を光源の出射面の直径よりも短く、光源の出射面と透過率設定部との間の距離を光源の出射面の直径より長く設定することができ、光源に対する透過率設定部の設置が制限される場合のも対応することができる。 According to the embodiment of the present invention, a translucent material is used for the transmittance setting unit, the diameter of the transmittance setting unit is shorter than the diameter of the emission surface of the light source, and the distance between the emission surface of the light source and the transmittance setting unit is set. The distance can be set longer than the diameter of the emission surface of the light source, and it is possible to cope with the case where the installation of the transmittance setting unit with respect to the light source is restricted.
本発明の実施形態によれば、光源から出射された光の観察領域への透過率を設定する口径の異なる複数の透過孔を有することにより、半透明体以外の構成であっても、透過率設定部に二次光源を生じさせることができる。 According to the embodiment of the present invention, by having a plurality of transmission holes having different diameters for setting the transmittance of the light emitted from the light source to the observation region, the transmittance is set even if the configuration is other than the translucent body. A secondary light source can be generated in the setting unit.
以上の説明では、光源としてＬＥＤと光ファイバーバンドルとの組合せによる構造のものを用いたが、これ以外の点光源などを用いてもよいものである。要は、光源の特性によって照度の異なる照度分布を呈する光源であれば、いずれのものであってもよいものである。 In the above description, a light source having a structure consisting of a combination of an LED and an optical fiber bundle is used, but a point light source or the like other than this may be used. In short, any light source that exhibits an illuminance distribution with different illuminance depending on the characteristics of the light source may be used.
本発明によれば、光源から出射された光の照度分布に対応させて前記光源から顕微鏡などの観察領域側への透過率を局部的に設定して、観察領域での照度レベルが異なる照度分布を補正することに寄与するものである。 According to the present invention, the transmittance from the light source to the observation area side such as a microscope is locally set corresponding to the illuminance distribution of the light emitted from the light source, and the illuminance level in the observation area is different. It contributes to the correction of.
１ 光源（光ファイバーバンドル）
２ 観察領域
３ 透過率設定部
1 Light source (optical fiber bundle)
2 Observation area 3 Transmittance setting unit
Claims (4)
照明用の光を出力させる光源系と、前記光源系から出力された光を前記観察領域に照射する照射光学系とを有し、
前記光源系は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光の前記観察領域への透過率を設定する透過率設定部とを有し、
前記透過率設定部に遮光体或いは半透明体を用い、前記透過率設定部のサイズを前記光源の出射面のサイズより小さく設定することにより、前記光源の出射面と前記透過率設定部との間の距離を前記光源の出射面のサイズに対する関係で前記透過率設定部の種類に応じて長短変化させることにより、前記透過率設定部の配置を設定したことを特徴とする照明システム。 In a lighting system that illuminates the observation area with light
It has a light source system that outputs light for illumination and an irradiation optical system that irradiates the observation region with the light output from the light source system.
The light source system includes a light source that emits light and a transmittance setting unit that sets the transmittance of the light emitted from the light source to the observation region.
By using a light-shielding body or a translucent body for the transmittance setting unit and setting the size of the transmittance setting unit to be smaller than the size of the emission surface of the light source, the light emitting surface of the light source and the transmittance setting unit can be set. A lighting system characterized in that the arrangement of the transmittance setting unit is set by changing the length between the distances according to the type of the transmittance setting unit in relation to the size of the emission surface of the light source.
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