JPH0247724B2 - Keeraashomeikogakukei - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学機器の照明装置、特に顕微鏡、
投影検査機などのように拡大像を得るための光学
機器に用いられる照明装置の光学系に関する。

顕微鏡や投影検査機などのように、極めて小さ
い物体を拡大観察または拡大撮影する場合には、
その物体（以下「標本」と称する。）を強い光で
照明しなければ明るい拡大像は得られない。しか
も、標本の細部まで明瞭な像を得るためには、そ
の照明光は、対物レンズの開口数を充分満すよう
にその開口一ぱいに拡がつていなければならな
い。このような条件を満足する方法として、光源
とコンデンサーレンズとの間に補助集光レンズを
設けて、光源の像を標本面上に結ばせるようにし
た臨界照明法が古くから知られている。しかし、
この臨界照明では、標本と光源像とが重なるた
め、対物レンズを通して両者の拡大像が一緒に見
えることになり、従つて照明むらを生ずる恐れが
有る。

この照明むらを除く最も優れた照明方法として
従来からケーラー照明法が広く用いられている。
このケーラー照明は、通常、光源像をコンデンサ
ーレンズの前側焦点（ただし、反射照明の場合に
は対物レンズの後側焦点）位置近傍に形成し、こ
のコンデンサーレンズ（反射照明の場合には対物
レンズ）から射出されるほぼ平行な照明光束によ
り標本を照明するように構成される。この場合、
その光源像は、各種の異つた開口数の対物レンズ
に適合するように充分な大きさでかつ均等な明る
さをもつようにしなければ、対物レンズの開口数
に対応する分解能は得られない。

それ故、ケーラー照明法による光学系におい
て、上記のような照明状態を得るために、光学系
内の視野絞りの前方に拡散板を設けたり、光源の
後方に凹面鏡を配置して、並列する２個の光源像
を形成したものが公知である。しかしながら、前
者は、周辺部まで均等な明るさが得られるように
拡散度の強い拡散板を使用するので、コンデンサ
ーに向う光の損失が大きく、標本像が暗くなる欠
点がある。また後者にあつては、光源からの直接
像と凹面鏡からの反射像との明るさの差が大き
く、従つて同一視野内において部分的に著しく分
解能が低下する恐れがある。また光源像を形成す
る光学系を切り換えて、光源像の拡大率が数段階
に変えられるものや、ズーム変倍光学系を内蔵し
たものも公知であるが、これらはいずれも、構造
が複雑で高価なものとなる欠点がある。

また一方、ケーラ照明法における上記のような
従来の光源像形成方法の欠点を回避する一つの方
法として、高倍率の対物レンズに対しては、ケー
ラー照明を臨界照明に切り換えて使用する照明光
学系が、例えば特公昭44−4513号の特許公報によ
り公知である。しかしながら、この臨界照明法
は、前述の如く照明むらを生じる恐れがあるの
で、少なくとも高倍率の対物レンズの実視野に生
ずる光源像が、一様な輝度をもつように光源を移
動調整して、輝度の一様な部分を選ぶ必要があ
り、その調整操作が煩雑である。しかもその選ば
れた位置が、光源の片側に偏した位置にあるとき
は、ケーラー照明に切り換えたとき、再び光源像
が原位置（光軸中心）に復帰するように光源位置
を再調整しなければならない。

本発明は、上記のような従来装置の欠点を解決
し、光源からの光の光量損失が少く、明るく、し
かも、高倍率の対物レンズに対しても、その開口
数に応じた分解能が全視野にわたりむらなく得ら
れるようなケーラー照明光学系を安価に提供する
ことを目的とする。そのため、本発明において
は、ケーラー照明光学系の光源と視野絞りとの間
の照明光路上に、照明光束を互いに異なる所定の
方向に偏向して複数の光束に分割する光束分割手
段を設けて、コンデンサーレンズ（または対物レ
ンズ）の開口絞り位置（瞳位置）近傍の同一平面
上に複数の光源像を形成するようにし、コンデン
サーレンズ（または対物レンズ）を介して標本を
照明することを特徴としている。

以下、添付の図面に従つて本発明を詳しく説明
する。

第１図は、従来からよく顕微鏡等に使用されて
いる公知のケーラ照明装置の原理的光学系の配置
図である。フイラメント光源１から放射された光
は、コレクターレンズ２によつて集光され、結像
レンズ３を介してコンデンサーレンズ４の前側焦
点位置に設けられた開口絞り５の近傍に光源像６
を形成し、更にコンデンサーレンズ４を通過して
ほぼ平行光束となり、標本Ｓを照明する。照明さ
れた標本Ｓの像は図示されていない対物レンズに
よつて周知の如く拡大して結像される。またコン
デンサーレンズ４と結像レンズ３との合成光学系
に関し、標本Ｓと共役な位置に視野絞り７が設け
られ、コレクターレンズ２と結像レンズ３との間
の照明光束がほぼ平行光束となるように光源１と
コレクターレンズ２との間隔は設定されている。

上記のような顕微鏡の一般的ケーラー照明光学
系において重要なことは、各種の異つた開口数を
もつ対物レンズに適合するように、開口絞り５の
面に十分な大きさで且つ均等な明るさになるよう
な光源像を作ることである。しかしながら、フイ
ラメント光源を明るさの均一な面光源とすること
は困難である。それ故、光源像６を拡散して拡大
するために、第１図に鎖線にて示したようにコレ
クターレンズ２と視野絞り７との間の光路中に拡
散度の強い拡散板８が置かれるが、そのため集光
レンズ５に向う光が減少し、高倍率の対物レンズ
に対しては標本像が暗くなり、明瞭な像の観察ま
たは撮影が不可能となる。

第２図、第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明の光
束分割フイルターを照明光路上に設けたケーラ照
明光学系の実施例を示す光学系配置図である。な
お、フイラメント光源１、コレクターレンズ２、
集光レンズ３、コンデンサーレンズ４、開口絞り
５および視野絞り７は、いずれも第１図のそれと
同一であるので説明を省略する。第２図は第１図
の拡散板８のかわりに後で詳しく述べられる本発
明による透明な光束分割フイルター９がコレクタ
ーレンズ２と視野絞り７との間の照明光路上に設
けられたもの、第３Ａ図は、第２図の光束分割フ
イルター９の近傍に更に拡散度の弱い拡散板８′
を付加したもの、第３Ｂ図は光束分割フイルター
９をモーターＭで回転可能になしたものである。

第４Ａ図は本発明の光束分割フイルター９の一
部を切除した斜視図で、その一面に第４Ｂ図の如
く傾角θの斜面にて形成された平行な多数の山形
９ａが形成されている。第２図のコレクターレン
ズ２からの光束は、光束分割フイルター９の傾角
θにより偏角αおよび−αだけ屈折偏向される。
この偏角αおよび−αに偏向して分割された光束
は第２図の如く結像レンズ３により開口絞り５の
面上に集光され、同一の光源像６ａおよび６ｂが
結像される。第４ｃ図は開口絞り面における光源
像の平面図である。この場合、山形９ａの斜面の
幅をすべて等しくすると、その２組の光源像６ａ
および６ｂの明るさは等しくなる。この光源像を
全く等しい２個の光源像に分割する光束分割フイ
ルター９は、第４ｃ図に示されているようにフイ
ラメントの輪郭が縦横比率の大きい矩形状の場合
に、光の損失が極めて少なく合理的である。

第２図において、コレクターレンズ２から平行
光束が結像レンズ３に入射するものとし、この結
像レンズ３の焦点距離をｆ、光源像の光軸中心か
らの偏位量をｘとすると、光束分割フイルターの
山形斜面の傾角θは次式によつて求めることがで
きる。

θ＝tan^-1sin（tan−１ｘ／ｆ）／ncos（tan−１ｘ／
ｆ／ｎ）−１ ただし、ｎは光束分割フイルターの屈折率であ
る。この傾角θを適当に選ぶことにより、互いに
重なることの無い同一の明るさの光源像を２個作
ることができる。

第５Ａ図および第５Ｂ図は光束分割フイルター
９の他の実施例で、第５Ａ図は隣接する各山形９
ａの間の谷部に平行平面部９ｂを設けたもの、第
５Ｂ図は各山形の頂点部分に平行平面部９ｃを設
けたものである。このように平行平面部９ｂ，９
ｃを設けることにより、光軸上にもう１個の光源
像を作ることができる。第５ｃ図は平行平面部９
ｂ，９ｃを追加することにより分割形成された３
個の光源像を示すものである。この場合も山形の
傾角θは前記の算式によつて求めることができ
る。なお、傾角θをもつ山形またはＶ字谷形の幅
をＰとすると、平行平面部の幅はＰ／２とするこ
とにより３個の光源像は等しい明るさとなる。

第６Ａ図は、傾角θ₁およびθ₂の２つの異なる角
度を有する山形が交互に配置された光束分割フイ
ルターの実施例を示すもので、これにより４個の
光源像が第６Ｂ図の如く得られる。この場合、各
山形のピツチＰを等しくすれば、４個の光源像は
等しい明るさとなる。この場合の傾角θ₁およびθ₂
は、前記の傾角θの算式から求めることができ、
第６Ｂ図の光源像６ａおよび６ｂは傾角θ₁から、
光源像６′ａおよび６′ｂは傾角θ₂によつて得られ
る。

第７Ａ図は第４Ｂ図のような傾角θをもつ山形
列を両面に形成した光束分割フイルター９′の平
面図で、第７Ｂ図は第７Ａ図の断面図である。こ
の場合、表面の山形９ａと裏面の山形９ｄとは互
いに直交するように形成されているので、これに
より、光束は４つの所定の方向に偏向され、光源
像は第７Ｃ図の如く上・下２個ずつ計４個の像に
分割される。この場合は、フイラメント光源の輪
郭形状はほぼ正方形ないし円形に近いものが有利
である。なお第４Ａ図の光線分割フイルターを２
枚使用し、その山形列を互いに直交する如く配置
しても同様に４個の像が得られる。

第７Ａ図の光束分割フイルター９′の表、裏い
ずれか一方の面の山形を第６Ａ図のように傾角θ₁
およびθ₂の山形に形成すると、光源像は第８図の
如く、縦２列、横４列、合計８個の光源像が得ら
れる。また、第６Ａ図のような傾角θ₁とθ₂をもつ
山形列が両面に形成された光束分割フイルターを
用いると、光源像は第９図の如く縦、横それぞれ
４列、合計16個の光源像が得られる。

上記のように、種々の光束分割フイルターによ
り光源像の形成個数およびその配置がそれぞれ異
なるが、フイラメント光源の輪郭形状およびフイ
ラメントの粗密の程度に従つて、その光束分割フ
イルターの山形をどのようにするかを決定すれば
よい。なお、より多くの異なつた傾角をもつ山形
を形成すれば多数の光源像が得られることは言う
までもない。また、山形の傾角θが等しい場合に
は、片面のみに互いに交差した山形列を形成して
もよい。この場合には第７Ｃ図と同様な４個の光
源像を得ることができる。

光源１のフイラメントの粗密の程度、輪郭の大
きさおよび光源像の拡大倍率（コレクターレンズ
２と結像レンズの焦点距離の比）によつては、光
源像の光輝部分が極めて粗くなつたり、複数の光
源像が部分的に重なり合つて明るさの均一を欠
き、そのため、視野内において部分的に分解能に
むらを生じる場合がある。このようなときは、第
３Ａ図のように、光束分割フイルター９に近接し
て拡散度の比較的弱い拡散板８′を設けることに
よつて、連続した一様な明るさの拡散光源像が得
られる。この場合、拡散板８′は、第１図の従来
の拡散板８のように拡散度の強いものを用いる必
要がなく、拡散度が弱いので、拡散板８′による
光量損失は極めて少い。またこの場合、少なくと
も一方の面に化学腐蝕などの表面処理を施し、そ
の面をマツト面になして、光束分割フイルターと
拡散板とを一体に形成してもよい。

また、前述のように視野内において部分的に分
解能にむらを生じる場合の対策として、第３Ｂ図
の如く光束分割フイルター９，９′をモーターＭ
によつて照明光軸を中心として回転するように構
成すれば、光源像６ａ，６ｂは照明光軸を中心に
大きい回転速度をもつて旋回するので、照明光は
平均化され、分解能のむらが解消される。

なお第１図乃至第３Ｂ図におけるケーラー照明
光学系は、透過型ケーラー照明として説明した
が、反射型ケーラー照明においては、対物レンズ
の後側焦点位置に光源像を形成した後、対物レン
ズを通して標本Ｓを照明するように構成される。
従つて、本発明を反射型ケーラー照明に適用する
ときは、コンデンサーレンズ４のかわりに対物レ
ンズが使用されるに過ぎないから、その詳しい説
明は省略する。

なお、光源像を形成するためのコレクターレン
ズと結像レンズを含む照明光源装置中に設けられ
る上記の光束分割フイルターを透明な合成樹脂に
て型成形すれば、製作が容易で、極めて安価に製
作することができる。

以上の如く本発明によれば、ケーラー照明光学
系の照明光路中に光束分割手段を設けて複数の光
源像をコンデンサーレンズの前側焦点面または対
物レンズの後側焦点位置近傍の同一面上に形成
し、その複数の光源像をもつてそれ等のレンズ開
口をほぼ満すように構成したので、光量損失が極
めて少く、高倍率の対物レンズに対しても明る
く、全視野にわたり明るさと分解能にむらの無い
照明を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のケーラー照明光学系の説明図、
第２図は本発明の一実施例を示す光学系配置図、
第３Ａ図、第３Ｂ図はそれぞれ本発明の別の実施
例を示す光学系配置図で、第３Ａ図は第２図に拡
散板を付加したもの、第３Ｂ図は第２図のフイル
ターを回転可能としたものを示し、第４Ａ図は第
２図乃至第３Ｂ図の実施例に使用される光線分割
フイルターの斜視図、第４Ｂ図は第４Ａ図の光束
分割フイルターの山形列の拡大断面図、第４Ｃ図
は第２図の開口絞り位置における光源像の配置
図、第５Ａ図および第５Ｂ図はそれぞれ第４Ｂ図
とは異なる山形列の拡大断面図、第５Ｃ図は第５
Ａ図、第５Ｂ図の山形列をもつ光束分割フイルタ
ーによる光源像配置図、第６Ａ図は別の山形列の
拡大断面図で第６Ｂ図はその第６Ａ図の山形列を
もつ光束分割フイルターを用いた場合に光源像配
置図、第７Ａ図は第４Ｂ図の山形列を両面に施し
た光束分割フイルターの平面図、第７Ｂ図はその
断面図で第７Ｃ図はこれを使用したときに形成さ
れる光源像配置図、第８図、第９図はそれぞれ両
面に山形列を施した別の光束分割フイルターを用
いたときの光源像配置図である。 １……光源、２……コレクターレンズ、３……
集光レンズ、４……コンデンサーレンズまたは対
物レンズ、５……開口絞り、６，６ａ，６ｂ……
光源像、７……視野絞り、９，９′……光束分割
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーラー照明装置中の光源と視野絞りとの間
   の照明光路中に、光束を互いに異なる所定の方向
   に偏向して複数の光束に分割する光束分割手段を
   設け、同一平面上に複数の光源像を形成する如く
   構成したことを特徴とするケーラー照明光学系。 ２ 前記光束分割手段は、所定の傾角の傾斜面に
   よつて形成された複数の平行な山形列を有する透
   明フイルター９，９′であつて、前記光源１から
   の光束を前記傾斜面の所定の傾角θに従つて屈折
   偏向し、結像レンズ３を介して複数の光源像を同
   一平面上に形成する如く構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のケーラー照明光学
   系。 ３ 前記複数の光源像は、前記透明フイルター
   ９，９′に隣接して前記光束中に設けられた拡散
   板８′によりそれぞれ拡散されるように構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のケ
   ーラー照明光学系。 ４ 前記透明フルイター９，９′は、照明光軸を
   中心として回軸可能に構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のケーラー照明
   光学系。