JPH0216517A - 顕微鏡の照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は顕微鏡の試料を照明するためのテレセンドリ
ンク照明光学系、特に顕微鏡の拡大倍率に対応させて照
明領域を変え得る照明光学系に関するものである。

（従来の技術） この種の照明光学系としては、従来より例えば第１０図
〜第１２図に示すものが知られている（Ｗ開明５６−１
６５１１１号公報）。

それは、光源Ｓ側より順次コレクターレンズＬＡと複数
のレンズＬＢ＋　’ＬＢ２からなるリレーレンズＬ８と
、コンデンサレンズＬｃとを配置して［徴鏡の被照射面
Ｐに対してテレセンシリツタなケラ−照明系を構成し、
リレーレンズＬ、を構成する各レンズＬＢ＋・Ｌ日、を
光軸に沿って相対移動させることにより、顕微鏡の拡大
倍率に対応させて被照射面Ｐの照明領域ＰＡを変更可能
に構成したものである。

なお、第１０図は顕微鏡の拡大倍率が高い場合、第１１
図は拡大倍率が中間の場合、第１２図は拡大倍率が低い
場合を示し、それぞれ照明領域ＰＡが変化している状態
を示している。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来例のものは、リレーレンズＬＢがそれぞれ光軸
に沿って相対移動可能な収斂性レンズＬＢＩと発散性レ
ンズＬ日、とによって構成されており、光源Ｓの像Ｓ、
を収斂性レンズＬＢ、とコンデンサーレンズＬｃとの開
に形成するようにしているため、次のような問題点が指
摘される。

イ、瞳位置を固定した状態でズーミングすることができ
る上うにはなっていない。このため、例えば拡大倍率が
高培率の場合（第１０図）に完全なケラ−照明が成立し
たとしても、他の低倍率の場合（第１１図、第１２図）
には、ケラ−照明が崩れた状態になる。

口、また、リレーレンズＬＢのズーミングに伴って光源
像Ｓ、の位置が変動するため、光源像の位置に開口絞り
を配置しようとしても無理があり、強いて配置しようと
すれば、構造が複雑となり、コスト高を招く。

ハ、一般に光源の配光強度は出射角により異なるため、
光源の有効面積が一定であるならば、光源から出射する
光束の取込み角２θは小さい方が望ましい。殊にいわゆ
る落射照明系にあっては対物レンズの入射瞳が設定倍率
によって高倍になるほど通常は小さくなることから、光
源の有効利用可能な面積も高倍になるほど小さ（なるが
、上記取込み角が小さくなっても光源の利用面積を大き
くできれば、それだけ光量の有効利用を図ることができ
る。しかるに上記従来例のものはこのような配慮がされ
ていない。

本発明は上記イ０ロ、へに記載した事項を、解決すべき
技術課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するものであって、以下のよう
に構成される。

即ち、光源側より順次コレクターレンズと、リレーレン
ズと、コンデサレンズとを配置して、顕微鏡の被照射面
に対してテレセントリックなケラ−照明系を構成し、リ
レーレンズを構成する複数のレンズを相対移動させるこ
とにより、顕微鏡の拡大倍率に対応させて被照射面の照
明領域を変更可能に構成した顕微鏡の照明光学系におい
て、コレクターレンズを出射側にテレセントリックな光
学系で構成するとともに、リレーレンズを入射側及び出
射側にテレセンドリンクで、かつ変倍可能な光学系で構
成したことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明では、リレーレンズが入射側及び出射側にテレセ
ントリックな関係を維持した状態でズーミングによる変
倍が可能に構成されていることから、リレーレンズの前
方及び後方に形成される光源像の位置は移動しない。

つまり、リレーレンズをズーミングしても顕微鏡の被照
射面に対して、テレセントリックで、かつ完全なケラ−
照明系が維持されることになる。

また、いわゆる落射照明系のように、拡大倍率によって
対物レンズの入射瞳の大きさが変化することが一般的な
場合において、限られた条件下ではあるが、リレーレン
ズをズーミングすることによって光源から出射する光束
の取込み角を小さく、かつ光源の有効利用面積を大きく
設定して光量の有効利用をはかることができる。

（実　施　例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図は本発明に係る照明光学系を模式的に示
す図であり、第１図は顕微鏡（図示せず）の拡大倍率が
高い場合、第２図は拡大倍率が中間の場合、第３図は拡
大倍率が低い場合を示している。

この照明光学系は、光源Ｓ側より順次コレクターレンズ
ＬＡと、リレーレンズＬＢと、コンデンサーレンズＬｃ
とを配置して顕微鏡の被照射面（試料載置面）Ｐに対し
てテレセントリックなケラ−照明系を構成し、書し−レ
ンズＬｓを構成する複数のレンｘＬＢ、〜Ｌ日Ｎを光軸
Ｚに沿って相対移動させることに工す、顕微鏡の拡大倍
率に対応させて被照射面Ｐの照明領域ＰＡを変更し得る
ように構成されている。

上記コレクターレンズＬＡは２群の収斂性レンズＬＡｌ
　”　ＬＡ２から成り、出射側にテレセントリックな光
学系を構成するように配置されている。

リレーレンズＬＢは後述するように複数のレンズＬＢ＋
〜Ｌ８Ｍを光軸Ｚに沿って相対移動可能に配置し、入射
側及び出射側にテレセントリックな光学系をなすように
構成されている。即ち、所定位置に形成された上記２次
光源側Ｓｌの像（３次光源像）Ｓ２は所定位置に形成さ
れる。

コンデンサーレンズＬｃは収斂性レンズから成り、この
コンデンサーレンズＬｃの光源側焦点位置に上記３次光
源像Ｓ２が形成れ、試料側焦点位置に被照射面Ｐが配置
されている。

なお、第５図〜第７図中符号Ｑ１は視野絞り、Ｑ２は開
口絞り、Ｑ、はコンデンサーレンズＬｃの入射瞳に相当
する絞りである。

上記実施例では、リレーレンズＬＢが入射側及び出射側
にテレセントリックな光学系を維持したまま、ズーミン
グによる変倍が可能であり、リレーレンズＬＢの前方及
び後方焦点位置に形成される各光源像Ｓ、・Ｓ２の位置
は移動せず、顕微鏡の被照射面Ｐに対して常に完全なケ
ラ−照明系が維持されることになる。なお、照明領域ｒ
Ａの太きさに対応して、光源Ｓの有効利用域ＳＡも変化
する。

また、前記各光源像Ｓ１・Ｓ２の位置が変動しないので
視野絞りＱｌや開口絞りＱ２、コンデンサーレンズＬｃ
の入射瞳に相当する絞りＱ、は常に固定配置のままでよ
く、可動式のものに比べてそれだけ構造が簡素化できる
。

第４図は、上記照射光学系をいわゆる落射照明方式に用
いた場合を示す模式図である。この図において、第１図
に示したものと同一の構成要素については同一の符号を
用いて示し、その説明を省略する。

第４図において、符号１は顕微鏡全体を示し、符号２は
照明用光学系全体を示す。この顕微鏡１は、対物レンズ
Ｌ１と、結像レンズＬ２とから成り、対物レンズＬ１の
、光源側から見て後側焦点位置に測定対象物である試料
の被照射面Ｐを配置し、結像レンズＬ２の、試料側から
見て後側焦点位置に像面Ｐ゛を配置して構成されている
。

そして、対物レンズＬ１と結像レンズＬ２との開に配置
されたハーフミラ−Ｍを介してリレーレンズＬＢから出
射される光束を顕微鏡１内に取り込み、対物レンズＬ１
を介して被照射面Ｐを照明するように構成されている。

即ち、この場合、照明光学系２のコンデンサレンズＬｃ
は顕微鏡１の対物レンズＬ１を兼用している。

第５図〜第７図は上記照明用光学系２において、対物レ
ンズＬ、を低培率用のものから高倍率用のものに切換え
た場合において、リレーレンズＬＢが奏する作用を説明
するための模式図である。

第５図は前記第１図と同様、顕微鏡１の拡大倍率が高い
場合を示している。即ち、対物レンズＬ１を低倍用のも
のから高倍用のものへ切換えたとき、両対物レンズ間で
入射瞳Ｑ、の大きさが同一である場合を想定した図であ
る。

第６図は、上記同様、対物レンズＬ、を低倍用のものか
ら高倍用のものへ切換えたとき、一般には対物レンズＬ
、の入射瞳Ｑ、も小さくなることか呟光源Ｓの有効利用
域ＳＡも小さくな右ことを示す図である。

第７図は、第６図において、リレーレンズＬＢをズーミ
ングすることにより、光源Ｓの有効利用域ＳＡを大きく
、かつ光源Ｓがらの光速の取込角２θを小さくできるこ
とを示す図である。

このことは、光源Ｓの配光強度が実際には均一でない場
合を想定したとき、有効利用域ＳＡが大島く、取込角２
θが小さくなれば、その分だけ実質上光量が増えること
を意味する。

また、光源Ｓを変更するような場合において、その光源
Ｓの大きさをＳＡを被照射面Ｐの必要な照明領域ＰＡに
適合させるような最適条件で照明系を構成し得ることを
意味する。

実際にそのようなリレーレンズＬＢを実現することは可
能であり、以下、そのようなリレーレンズＬｅの一例に
ついて説明する。

第８図は、本照明光学系に使用されるリレーレンズＬＢ
の原理を説明するための概要図であり、ここでは説明を
簡単にするため単レンズを使用している。図示する如く
、第１．２．３レンズＬＦ１＋＋ＬＢ２１ＬＢ３の焦点
距離をそれぞれ１００、各レンズ間隔をそれぞれ１００
とし、第２レンズＬＢ２の前方５０に物体を置いた場合
を想定すると、第３レンズＬ、３の後方５０の位置に像
が結像され、その結像倍率は１となる。

今、第８図破線で示す如く第２レンズＬ日、を光軸上で
後方（第３レンズＬＢ３方向）に１０移動した場合、第
１および第２レンズの合成後側焦点位置は第２レンズＬ
に１．１だけ移動する。したがって、完全なテレセント
リック光学系を保つためには第３レンズＬ、３を前方に
１．１移動する必要があるが、その移動量は、第３レン
ズのしＢ３焦点距離と比較するとわずか１％程度にすぎ
ないため、第３レンズＬ、３を固定したままの状態でも
実用上テレセントリック光学系と考えても支障は生じな
い、また、この場合物体の位置が同じ位置とすれば、像
位置の変化は＋０．２２６となるが、この値はレンズの
収差量とほぼ同程度であり、レンズの明るさにもよるが
、無視できるオーダである。

なお、この場合第１および第２レンズの合成焦点距離は
１１１．１となり、結像倍率は０．９となる。

逆に、第２レンズＬＢ２を光軸上で第１図実線の位置よ
り前方（第２レンズＬＢ２の方向）に１０移動した場合
、第１および第２レンズの合成焦点距離は９０．９０９
となり、結増倍率は１．１となり、第２レンズＬＢ２の
前後１０の移動で、１．２２の倍率変化が可能となる。

上記した原理説明では、図示、説明を簡単にするため、
第１、第２、第３の各レンズを単レンズとしたが、実際
にはそれぞれ複数枚のレンズで第１群レンズ、第２群レ
ンズ、第３群レンズとして構成される０例えば第１群（
各主点：Ｈ０、Ｈ３２）および第３群レンズ（各主点：
Ｈ１２、Ｈ１２）がそれぞれ球面収差をもっている場合
には光軸に平行に入射した光線が焦点位置を通らず、そ
のため第９図に示す如く、焦点位置に球面収差量ΔＳ（
ΔＳ３、ΔＳ２）を加算した位置を第２群レンズの各主
点Ｈ２１、Ｈ２２と一致させる必要がある。

なお、球面収差量ΔＳの値は、第１群および第３群レン
ズの構成によって正になる場合と負になる場合がある。

即ち、上記リレーレンズＬ８は次の如（構成される。正
の焦点距離を有する３群のレンズから成り、物体側から
見た第２レンズＬＢ２の後側焦点位置と第１群レンズＬ
ＢＩの前側焦点位置とをほぼ合致させて配置し、両群レ
ンズＬＨＩＩＬＢ２の焦点合致位置近傍に第１群レンズ
ＬＢ□を光軸Ｚに沿って移動可能に配置構成したもので
ある。

＃Ｓ２群レンズを移動すると、第１群および第１群レン
ズ″の合成焦点位置が変動するため、テレセントリック
光学系の特性を保つためには、その変動量に対応して第
３群レンズを移動し、その前側焦点位置を第１群レンズ
と第２群レンズの合成焦点位置と一致させる必要がある
。しかしながら、第３群のレンズの各焦点距離を適切に
選択することにより、第２群レンズの移動が小さい場合
、第１群および第２群レンズの合成焦点位置の変動量は
極めて微量に保つことができ、第３群レンズを固定して
おいてもほぼテレセントリック光学系を保持することが
可能である。

また、結像倍率を大きく変化させるためには、第２群レ
ンズの移動量を大きくとる必要がある。

この場合、第１群および第２群レンズの合成焦点位置の
変動も大きくなるため、その変動量に応じて第３群レン
ズを移動し、その前側焦点位置を第１群レンズと第２群
レンズの合成焦点位置に一致させる必要がある。かかる
如く構成すればテレセントリック結像光学系が保持され
るため、大きく変化させた結像倍率は物体距離を変化さ
せても維持されたまま変化しない。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明による照明光学系
によれば次のような効果を奏する。

イ、リレーレンズが入射側及び出射側にテレセントリッ
クな光学系を維持したままでズーミングによる変倍が可
能に構成されることから、リレーレンズの前方及び後方
に形成される光源像の位置は固定したままでよい。

これにより、顕微鏡の拡大倍率を変化させる場合に、被
照射面に対して常にテレセントリックでかつ完全なケラ
−照明系を維持することができる。

口、また、光源像の位置が移動しないので、そこへ開口
絞り等を配置した場合、常に固定配置のままでよく、可
動式のものに比べて、構造が簡素化でき、それだけ安価
に実施できる。

ハ、さらに、落射照明系のように、拡大倍率によって対
物レンズの入射瞳の大きさが変化する場合において、リ
レーレンズをズーミングすることによって、光源からの
出射光束の取込み角を小さく、光源の有効利用面積を大
きく設定し得るので、その分だけ実質上光量が増える。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に係る照明光学系に関し、第１
図は顕微鏡の拡大倍率が高い場合、第２図は拡大倍率が
中間の場合、第３図は拡大倍率が低い場合にそれぞれ対
応する照明光学系の模式図、第４図は上記照明光学系を
落射照明方式に用いた場合を示す模式図、第５図〜第７
図はそれぞれ上記落射照明光学系において、リレーレン
ズの作用を説明するための模式図、第８図は本照明光学
系のリレーレンズの原理を説明するための概要図、第９
図は第８図において球面収差を考慮した場合を示す原理
図、第１０図〜第１２図は従来の照明光学系に関し、そ
れぞれ第１図〜第３図に相当する模式図である。 Ｓ・・・光源、　ＬＡ・・・コレクターレンズ、ＬＢ・
・・リレーレンズ、　　Ｌｃ・・・コンデンサーレンズ
、　Ｌ、・・・対物レンズ、　Ｐ・・・被照射面、ＰＡ
・・・被照射面の照明領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源側より順次コレクターレンズと、リレーレンズ
   と、コンデサレンズとを配置して、顕微鏡の被照射面に
   対してテレセントリックなケラー照明系を構成し、リレ
   ーレンズを構成する複数のレンズを相対移動させること
   により、顕微鏡の拡大倍率に対応させて被照射面の照明
   領域を変更可能に構成した顕微鏡の照明光学系において
   、 コレクターレンズを出射側にテレセントリックな光学系
   で構成するとともに、リレーレンズを入射側及び出射側
   にテレセントリックで、かつ変倍可能な光学系で構成し
   たことを特徴とする顕微鏡の照明光学系