JPH02289808A

JPH02289808A - 照明光学系

Info

Publication number: JPH02289808A
Application number: JP1111291A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kashima; 伸悟鹿島
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-29
Also published as: US5142462A

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〕本発明は、微小スーリット状ビームをそれを必要とする
測光系に照射するための照明光学系に関する。

〔従来の技術〕

この種従来の照明光学系としては、■コリメート光をス
リットによってスリット状光とし、該スリット状光を対
物レンズを介さずにそのまま標本に当てるもの、■光源
によって照明されたスリットを対物レンズによって縮小
投影し、そのスリット像を標本に当てるもの、■２つの
レーザー光を干渉させて発生するフリンジパターンを標
本の近傍に形成し、そのフリンジパターンの最も光強度
の強い部分のみを標本の直前に置いたスリットによって
標本に当てるものなどがあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、■の光学系では、微小なスリット状ビームを
得ようとするとスリットが非常に細いものとなり、その
結果製造上の困難が生じ、光量損失も大きいという問題
があった。

又、■の光学系では、あまり対物レンズと標本との距離
（作動距離）が狭まると、標本の近傍に対物レンズのた
めの広いスペースが必要になるという問題があった。又
、２つの対物レンズを同時使用するような場合は対物レ
ンズの幅が邪魔になるので、あまり縮小率の大きな対物
レンズは使用できず、微小なスリット状光を得るには■
のもの程ではないにしろ細いスリットが必要であり、■
と同様な問題があった。又、例えばフローサイトメータ
（以下、Ｆ　Ｃ　Ｍと称す。）を用いた側先のように、
対物レンズと標本との間にシリンドリ力ルレンズのよう
なもの（例えば微小水流）があると、シリンドリ力ルレ
ンズのようなものは縦と横で屈折率が異なっているため
、共軸系である対物レンズだけで収差の良好に補正され
たスリッ七先の像を得ることはできないという問題があ
った。

更に、■の光学系では、回折光の場合ほとんど標本上に
フリンジパターンを形成しないとぼけてしまうので、ス
リットを標本にほとんどくっつけてしまわなければなら
ず、その結果操作性が非常に悪くなるという問題があっ
た。又、この光学系では、フリンジパターンの中央部分
だけを使うので、光量損失も大きいという問題があった
。

本発明は、上記問題点に鑑み、１ノンズ系の収差補正が
簡単であり、光員損失が少なく、操作性が良く、製造も
容易である照明光学系を提供することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明の照明光
学系は、断面形状が細長く且つ光軸にそって平行な光束
を発生させる光源と、該光束を標本上に集光する集光レ
ンズとを備えていることにより、幅広いコリメート光全
体を用いることができると共に、標本面上に結像させな
いようにしたものである。

又、一般に収差及びデフォーカスの量が大きいと回折像
の形がくずれる。例えば、集光位置と対物レンズ２との
間に、スリット状ビームの断面の長手方向とそれに直交
する方向の屈折力の異なる物体（例えば水流）がある場
合、収差補正が非常に困難であるため、無収差系のフー
リエ変換像と大きく異なってしまう。しかし、本発明の
ように瞳形状がスリット状のものでは、その長手方向で
収差補正しておけば、それと直交する方向は収差及びデ
フォーカスにより回折像の形のくずれが小さいので、非
常に有利である。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明する
。

第１図は第１実施例を示しており、これは入射レーザ光
（コリメート光）をスリット絞りｌに通すことにより形
成されたスリット状のコリメート光を対物レンズ２（集
光レンズ）に入射させることにより、その集光位置にス
リット状ビームを形成するものである。ここでいうスリ
ット状ビームとはその断面形状の少なくとも長手方向の
長さが短手方向の長さの２倍以上あるビームのことであ
り、矩形だけでなく楕円その他の形状も含まれるものと
する。円形絞り１″を通ったコリメート光を対物レンズ
２により標本面３上に集光させる場合、対物レンズ２が
無収差であれば、その軸上の回折像は瞳形状（通常は円
形）のフーリエ変換像となる（第２図参照）。これに対
して、本実施例ではスリット絞りｌを通ったコリメート
光を入射させるため、対物レンズ２を含めた全系の瞳形
状がスリット状となるため、軸上の回折像はこのスリッ
ト形状をフーリエ変換したスリット状のものになる（第
３図参照）。

以下、代表的な例として矩形スリット状のものについて
説明する。

対物レンズ２の焦点距離をｆ、スリット状コリメート光
の断面の大きさを２ａＸ２ｂ、使用波長をλとする。標
本面３（集光位置）にｘ，　ｙ座標をとると、標本面３
での回折像の強度分布Ｉ　（ｘ，ｙ）は、２π　　　　　　　　　　２π 但し、Ｘ　＝　　　　　　ｘ　，Ｙミ　　　　　ｙλ　
ｆ　　　　　　　　　λ　ｆとなる。

１次回折像の強度は高々Ｏ次回折像の強度の数％であり
、光量の８０％以上が０次回折像の中にあるので、回折
像としてはほぼＯ次回折像だけを考えれば良い（第３図
参照）。

０次回折像の大きさ即ちビームの大きさは、Ｉ（ｘ．ｙ
）＝Ｏとなる最初のｘ．ｙ（これらをＸ．，ｙ．とする
。）を求めると、 λ ｆ λ ｆとなるので、ビームの大きさはとなる。従って、ａ，ｂを変化させることにより、任意
形状のスリット状ビームを得ることができる。

ところで、従来技術■のようなスリット縮小像投影方式
では、水流がシリンドリ力ルレンズの役目をするために
、縮小レンズが共軸系（回転対称系）である場合は、ｘ
＋Ｖ両方向の収差補正をすることは不可能であり、一般
にシリンドリ力ルレンズを使ったとしても収差補正は極
めて困難である。しかし、本実施例では、収差補正は軸
上だけで良い。又、ＦＣＭで通常必要とされるビーム形
状が非常に細く、それに伴いスリット絞りも非常に細く
なるので、標本側でのＮＡがＸ方向とｙ方向とで極端に
異なり、小さい方のＮＡは非常に小さなものとなる。そ
れ故、ＮＡが小さい方の、シリンドリカルな水流と対物
レンズを含めた全系の収差及びデフォーカスによる回折
像の劣化は、ほとんど無視でき、対物レンズの収差補正
はＮＡの大きな方向だけで行なえば十分である（第４図
参照）。

以上のように、本実施例は、コリメートなスリット光を
対物レンズで集光させて標本に当てる構成となっている
ので、従来例■のような微小スリットを用いる必要はな
く、その結果光量損失は少なく、製造も容易である。又
、従来例■のような結像方式と異なり、対物レンズと標
本との間にシリンドリ力ルレンズのようなものがあって
も回折光の長袖方向のみを収差補正すれば良く、又微小
な像を得るために対物レンズが標本に近づくといったこ
ともないのでスペース上の問題もない。又、従来例■の
ように０次光のみを使用し、１次光以降をカットするよ
うなことがないので、光量損失が少ない。而も本実施例
の場合の回折光はフリンジパターンは０次光が極端に大
きく１次光以降は無視できる程小さいのでスリットを標
本面近くに設ける必要がな《、その操作性も良い。

次に、本発明の照明光学系において、スリット状コリメ
ート光を得る方法として、上記第ｌ実施例のように通常
の円形コリメート先の中にスリット絞りを置いてスリッ
ト状コリメート光を得る方法の他に、次の第２実施例の
ようにシリンドリ力ルレンズの組み合わせによって円形
コリメート光の断面の縦横比を変えてスリット状コリメ
ート光を得る方法がある。

第５図は第２実施例の光源を示しており、図示しない通
常光源からの光はすでに円形ビームにコリメートされて
いるものとし、このコリメート光のビーム径をＤとする
。Ｘ方向に屈折力を持つシリンドリ力ルレンズ４．５の
焦点距離．をｆｆｔ＋Ｖ方向に屈折力を持つシリンドリ
力ルレンズ６．７の焦点距離をｆｓ，ｆ，とする。これ
らの４つのシリンドリ力ルレンズ４，５．６．７をこの
順に、レンズ４の後側焦点位置とレンズ５の前側焦点位
置とが一致するように配置すれば、このレンズ系を通過
した後のビームの断面形状は、となり、ｆ，．ｆ，，ｆ
．，ｆ．をｉ当に選べば、任意の断面形状のスリット状
ビームが得られる。

尚、光量の有効利用、回折像の鮮明さ等を考慮すると、
上記２つの実施例を組み合わせるのが望ましい。

以下に数値例を示す。

散１』口． λ＝０．５μｍのレーザー光を１μ×１００μのスリッ
ト状ビームに集光させるものを考える。対物レンズの焦
点距離をｆ＝２０１とする。すると、ビームの大きさは
、 λｆ　　　　　λｆ × ａ　　　　　　　ｂとなるので、ａｂより、ａ＝　１　（ｌａｗＳｂ＝０．１　ａｒｍとなる
。

つまり、２０ｍｍＸ０．２ｍｍのスリット絞りを用いれ
ば、ほぼ１μ×１００μのスリット状ビームが得られる
。

又、円形ビームにコリメートされた光の直径をＤ　＝　
２　ｍ＋ａとし、シリンドリ力ルレンズの焦点距離をｆ
＋　＝１０叩，　ｆｔ　＝１００　ａｍ，　ｆｓ　＝５
０口，ｆ＋＝５＋ａｍとすると、射出スリット状コリメ
ート光の形状は、り、２（ｌｎｍＸｏ，２　　となり、２０閣Ｘ０，２ｍ
ａのスリット状ビームが得られる。

一般にＦＣＭで必要とされるビーム形状は（０．５〜２
μ）Ｘ（５０〜２００μ）位なので、その時のｆａ　＜
ａ＝　　ｆｂ　＜ｌ）は、λ＝０．５Ｈ＋＋とじて、と
なり、Ｘ方向，ｙ方向で大きさが非常に異なり、且つ小
さい方のＮＡ　（ＮＡ．）が非常に小さいことがわかる
。

敗ＩＬ主ＦＣＭで標本が８０μの水流中にあるとする。

λ＝０．５μｍレーザーでその水流の中心に１μ×８０
μのスリット状ビームを形成する場合を考える。水流が
シリンドリ力ルレンズの役目をするため、対物レンズを
含めた、全系の焦点距離がＸ方向とｙ方向で異なるので
、それをｆ．＝２０ｔｒｍ、ｆｂ＝１６ｍとする。

従って、ビームの大きさは、ａ　　　　　　　　　　　　ｂとなるので、の範囲となる。又、標本側ＮＡとして、１＞ＮＡ．　＞
０．２５０．０１＞ＮＡ．　＞０．００２５ａ　　　　　　　　　　　　　　ｂより、ａ＝１　０ｍ，　　ｂ＝ｏ．１　ｒｍとなる。

つまり、２０■Ｘ０，２ｍｍのスリット絞りによってほ
ぼ１μ×８０μのスリット状ビームが得られる。

尚、断面形状が細長く且つ光軸に沿って平行な光束は、
縦と横の縮小率の異なるプリズム等を用いてもできるこ
とは言うまでも無い。又、集光レンズと標本との間には
さまれる部材で所定方向とそれに垂直な方向とで屈折力
の異なる部材としてはＦＣＭに限らないことは言うまで
も無い。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による照明光学系はレンズ系の収差
補正が簡単であり、光量損失が少なく、操作性が良く、
製造も容易であるという実用上重要な利点を有している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の概略図、第２図及び第３図は絞り
の形状とそれらの場合の標本面上の軸上の回折像を示す
図、第４図（Ａ），（Ｂ）は夫々ｌ実施例において標本
と対物レンズとの間に水流が介在する場合の側面図及び
平面図、第５図（Ａ）．（Ｂ）は夫々第２実施例のスリ
ット状コリメート光を得るための光学系の側面図及び平
面図である。 ■・・・絞り、２・・・対物レンズ、３・・・標本面、
４，５，６．７・・・シリンドリ力ルレンズ。１Ｐ１図１Ｆ２図手続補正書（自発）才５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）断面形状が細長く且つ光軸にそって平行な光束を
発生させる光源と、該光束を標本上に集光する集光レン
ズとを備えた照明光学系。
（２）集光レンズと標本との間に、所定方向とそれに垂
直な方向とで屈折力の異なる部材をはさんだ状態で標本
を照射することを特徴とする請求項（１）に記載の照明
光学系。