JPH04125609A - Optical microscope - Google Patents

Optical microscope

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JPH04125609A
JPH04125609A JP24936590A JP24936590A JPH04125609A JP H04125609 A JPH04125609 A JP H04125609A JP 24936590 A JP24936590 A JP 24936590A JP 24936590 A JP24936590 A JP 24936590A JP H04125609 A JPH04125609 A JP H04125609A
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JP
Japan
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illumination
light
light source
image
led
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Application number
JP24936590A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kawada
聡 河田
Shigeo Minami
南 茂夫
Akihiro Yamamoto
明弘 山本
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Original Assignee
Individual
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Abstract

PURPOSE:To realize manifold illumination and easy space coherence control by employing such constitution that the light source of the illumination system of an optical microscope is formed in a LED array, and the shape itself of the light source can be changed by light control. CONSTITUTION:The light source of the illumination system is comprised of high luminance light emitting diodes 2 on each of which the light control can be applied independently, and it is arranged on the front side focal point plane of a condenser lens 4. The illumination strength can be controlled by the number of light of light emitting diodes 1, and also, the shape of the light source itself is changed by selecting the pattern of the light emitting diode to be lit, thereby, zonal illumination, oblique illumination, and dark field illumination can be performed. In such a way, the miniaturization and light weight of a chemical microscope can be attained, and also, the manifold illumination i.e. a various kinds of space coherence control can be easily and quickly performed.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光学顕微鏡に関し、より詳しくは、その試料
照明のための手段に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an optical microscope, and more particularly to means for illuminating a sample thereof.

(背景) 光学顕微鏡は、3世紀を超える長い歴史を持ち、基本的
にはほとんど完成されつくされているともいえる光学機
器である。その性能は理論的限界に近いものが得られて
いる。長年にわたる光学技術の結晶ともいえる光学顕微
鏡にも、時代の進展とともに改良が加えられつつある。
(Background) The optical microscope is an optical instrument that has a long history of over three centuries and can be said to be basically perfected. Its performance is close to the theoretical limit. Optical microscopes, which can be said to be the result of many years of optical technology, are undergoing improvements as the times progress.

近年では、撮像系のエレクトロニクス化、コンピユータ
化などが進んでおり、また様々なタイプの光学顕微鏡が
提案されている。近年における発展の背景には、とりわ
け医学、生物工学の分野における研究と密接な関連をも
ち、生物試料を傷めず、生きたままで観察できる特長を
もつ光学顕微鏡に対する要請は高まるばかりである。
In recent years, the use of electronics and computers in imaging systems has progressed, and various types of optical microscopes have been proposed. Background to recent developments is the ever-increasing demand for optical microscopes, which are closely related to research in the medical and bioengineering fields in particular, and have the feature of not damaging biological samples and allowing observation of living specimens.

このようなことから、盛んに開発されている光学顕微鏡
であるが、その試料照明のための手段、とりわけ光源に
関しては、レーザの導入以外は全くといっていいほど考
究されていない、そのレーザにしても、フヒーレンスの
高さが難となって、スペックルや干渉縞などのコヒーレ
ントノイズを生むという欠点がある。コヒーレントノイ
ズを避けるために、拡散板などを使ってコヒーレンスを
落として使うか、共焦、σ型走査顕微鏡などの特殊な用
途に限定された利用の仕方しかない。
For these reasons, optical microscopes are being actively developed, but the means for illuminating the sample, especially the light source, have not been studied at all, other than the introduction of lasers. However, the drawback is that high coherence is a problem, producing coherent noise such as speckles and interference fringes. In order to avoid coherent noise, the only way to use it is to reduce the coherence by using a diffuser, or to use it only for special purposes such as confocal or sigma scanning microscopes.

(従来の技術とその問題点) 光学顕微鏡の一般的な照明系の光源としては、従来から
のタングステンランプ、及びタングステンランプに比較
して輝度が高く色温度も高いという特性から、最近では
ハロゲンランプが多用されている。
(Conventional technology and its problems) As a light source for the general illumination system of optical microscopes, tungsten lamps have been used in the past, and halogen lamps have recently been used because of their higher brightness and color temperature compared to tungsten lamps. is frequently used.

しかしながら、この両光源とも、高電力を直接、光に変
換するものであるから、多量の発熱を伴い、これを放熱
するための7Tン等力f必要であり、また、試料面から
相当の跋離をおいて設ける必要もあり、さらには遮へい
用のランプハウス、およびこれにケーブル接続された明
るさ調節用のトランス装置(スライダック等)も必要で
ある。
However, since both of these light sources directly convert high power into light, they generate a large amount of heat, which requires an equivalent force f of 7T to dissipate, and also requires considerable distance from the sample surface. It is necessary to provide a lamp house at a distance, and furthermore, a lamp house for shielding and a transformer device (such as a slider) for controlling brightness connected to the lamp house by a cable are also required.

このため、従来の光源を用いた光学顕微鏡は、全体とし
て大型であり、商用電源のある場所で据え置いて用いる
というのが一般的であり、可搬化できるほどに小型、軽
量にすることは著しく困難である。
For this reason, optical microscopes that use conventional light sources are generally large and used stationary in locations with commercial power, and it is extremely difficult to make them small and lightweight enough to be portable. Have difficulty.

他方、利用の仕方に関し、従来の光学顕微鏡においては
、照明光の空間コヒーレンス制御は、コンデンサー紋り
を切換えることにより行っている。
On the other hand, in terms of usage, in conventional optical microscopes, the spatial coherence of illumination light is controlled by switching the condenser pattern.

すなわち、従来の光学顕微鏡の照明系を示す第2図にお
いて、拡散板等で一様化された光源(21)からの光は
集光レンr(22)によりコンデンサー紋り(23)の
位置で結像させ、次いでコンデンサーレンズ(24)に
より平行光束化して試料面(25)を−様に照明する構
成であり、ここで例えば、試料面(25)に入射角の大
きい光束(26)のみを照射させたい場合、コンデンサ
ー紋り(23)を輪帯開口のものに取替えてこの空間コ
ヒーレンス制御を行っている。
That is, in FIG. 2, which shows the illumination system of a conventional optical microscope, light from a light source (21), which has been made uniform by a diffuser plate, is focused by a condenser lens r (22) at the position of a condenser pattern (23). It is configured to form an image and then convert it into a parallel light beam using a condenser lens (24) to illuminate the sample surface (25) in a −-like manner. When irradiation is desired, the condenser pattern (23) is replaced with one with an annular opening to perform spatial coherence control.

コンデンサー紋り(23)の取替えは、挿脱式のもので
は差し替えて、ターレット円盤によるレボルバ−形式の
ものでは回転させて行っている。また、例えば、暗視野
照明を行う場合には、コンデンサーレンr(24)とそ
の紋り(23)を1つの筐体にユニット化した明視野コ
ンデンサーユニットを、別に構成された暗視野用コンデ
ンサーユニットとそっくり入れ換えて、この空間コヒー
レンス制御を行っており、いずれにしても、従来の空間
コヒーレンス制御は煩わしい機械的操作を伴ない、連応
性に欠ける問題点を有していた。
The capacitor crest (23) is replaced by replacing it in the removable type, and by rotating it in the revolver type with a turret disc. For example, when performing dark-field illumination, a bright-field condenser unit in which a condenser lens r (24) and its crest (23) are integrated into one housing can be used as a separate dark-field condenser unit. In any case, conventional spatial coherence control involves cumbersome mechanical operations and lacks coordination.

(発明の目的) 本発明は、上記の問題点を解消するものであり、光学顕
微鏡の小型化、軽量化を可能にするとともに、多様な照
明すなわち各種の空間コヒーレンス制御を簡単かつ迅速
に行える光学顕微鏡を提供することを目的としている。
(Object of the Invention) The present invention solves the above-mentioned problems, and makes it possible to reduce the size and weight of an optical microscope, as well as to provide an optical system that can easily and quickly control various types of illumination, i.e., various types of spatial coherence. The purpose is to provide a microscope.

(目的を達成するための手段) 上記目的を達成するため、本発明の光学顕微鏡において
は、その照明系の光源を、2次元に配列されそれぞれ独
立に、く可制御可能な高輝度発光ダイオードにより構成
したことを基本的な特徴とするものである。
(Means for Achieving the Object) In order to achieve the above object, in the optical microscope of the present invention, the light source of the illumination system is composed of two-dimensionally arranged and independently controllable high-brightness light emitting diodes. The basic feature is that it is structured.

また、小型化、軽量化をより徹底させるとともに照明光
の効率を上げるために、上記高輝度発光ダイオードのア
レイ光源をコンデンサーレンズの前側焦点面に配設する
ものである。
Furthermore, in order to further reduce the size and weight and increase the efficiency of illumination light, the array light source of the high-brightness light emitting diodes is arranged on the front focal plane of the condenser lens.

(作用) 試料面を一様に照明する場合においては、基本的に1個
の発光ダイオードを点灯すればよく、その照明強度は発
光ダイオードの点灯個数で制御できるとともに、点灯さ
せる発光ダイオードのパターンを選択すれば、光源それ
自体の形をかえることにより輪帯照明や偏斜照明、暗視
野照明を自在に竹うことができる。そして、2点灯パタ
ーンナなわち照明パターンの変更は電気的に瞬時に切換
えることができる。
(Function) When uniformly illuminating the sample surface, it is basically enough to turn on one light emitting diode, and the illumination intensity can be controlled by the number of light emitting diodes lit, and the pattern of the light emitting diodes to be lit can be controlled. If selected, annular illumination, oblique illumination, and dark field illumination can be freely achieved by changing the shape of the light source itself. The two lighting patterns, that is, the lighting pattern can be changed instantly electrically.

試料面と結像関係にある場合においては、試料面の特定
の点、fI域を試料ステークを動がすことなく点灯する
発光ダイオードを選択して電気的に瞬時に照明すること
ができる。
When in an imaging relationship with the sample surface, a specific point on the sample surface, the fI region, can be electrically illuminated instantaneously by selecting a light emitting diode that lights up without moving the sample stake.

(実施例) 実施例について図面を参照して説明すると、第1図にお
いて、(1)は高輝度発光ダイオード(2)(以下、発
光ダイオードをLEDと略記する)を2次元に配列した
LEDアレイで、顕微鏡(3)は、その光軸(3a)上
に、LEDアレイ光源(1)、コンデンサーレンズ(4
)、対物レンズ(5)、接眼レンズ(6)を備え、物体
面(7)に置かれた試料を、LEDアレイ光源(1)の
LED(2)を点灯させて一様に照明し、照明された試
料の像を対物レンズ(5)により瞳面(8)に拡大して
形成し、接眼レンズ(6)により明視の匪離にこれを更
に拡大した虚像を作り眼球(9)を通してその網膜上に
試料の拡大像を得る。第1図(A)は上記の光学顕微鏡
を模式的に示したものである。
(Example) An example will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, (1) is an LED array in which high-brightness light emitting diodes (2) (hereinafter, light emitting diodes are abbreviated as LED) are arranged in a two-dimensional manner. The microscope (3) has an LED array light source (1) and a condenser lens (4) on its optical axis (3a).
), an objective lens (5), and an eyepiece lens (6), the sample placed on the object plane (7) is uniformly illuminated by lighting the LED (2) of the LED array light source (1). The objective lens (5) magnifies and forms an image of the sample on the pupil plane (8), and the eyepiece lens (6) further magnifies the image to create a virtual image that is visible through the eyeball (9). Obtain a magnified image of the sample on the retina. FIG. 1(A) schematically shows the above optical microscope.

LEDアレイ(1)は、第1図(B)に示されるように
、高輝度のLED(2)を正方格子状に多数個配列して
形成され、同図(C)に示すように、各LED(2)、
(2>、・・・・・・の光点(21)、(2&)、・・
・・・・により離散的な光源面(10)を形成し、この
光源面(10)がコンデンサーレンズ(4)の焦点距離
(f)の位置になるようにLEDアレイ(1)の位置決
めがなされている。コンデンサーレンズ(4)は、物体
面(7)からその焦点距fi(f)だけ離れた位置に固
定されているので、各LED(2)、(2)、・・・・
・・が発散する光束はコンデンサーレンズ(4)により
平行光束化され、いずれも物体面(7)の中央部を照明
する。
The LED array (1) is formed by arranging a large number of high-intensity LEDs (2) in a square lattice, as shown in FIG. 1(B). LED (2),
(2>,... light spot (21), (2&),...
... forms a discrete light source surface (10), and the LED array (1) is positioned so that this light source surface (10) is at the focal length (f) of the condenser lens (4). ing. Since the condenser lens (4) is fixed at a position away from the object plane (7) by its focal length fi (f), each LED (2), (2),...
The light beams diverging are converted into parallel light beams by the condenser lens (4), and both illuminate the center of the object plane (7).

LEDアレイ(1)を構成する各LED(2)、(2)
、・・・は、電池等の直流電源(12)から電力の供給
を受け、LED駆動回路(11)によりそれぞれ独立に
点灯制御される。点灯パターン選択器(13)は、LE
Dアレイ(1)を構成するLED(2)、(2)、・・
・のどれを又はどのグループを点灯するか、並びに点灯
時間に関する情報をLED駆動回路(11)に与えるも
のであり、これにより照明の強度、光源の形が自在に設
定できるとともに、点灯走査などの逐次照明も自在に行
うことができる。
Each LED (2), (2) that makes up the LED array (1)
, . . . receive power from a DC power source (12) such as a battery, and are each independently controlled to be lit by an LED drive circuit (11). The lighting pattern selector (13) is LE
LEDs (2), (2), etc. that make up D array (1)
・Information regarding which of the lights or groups to light and the lighting time is given to the LED drive circuit (11).This allows the lighting intensity and shape of the light source to be freely set, as well as lighting scanning, etc. Sequential illumination can also be performed freely.

LEDアレイ(1)は、より具体的には、プリント基板
上に複数個のLED(2)を取り付けて形成し、第1図
(C)に示すように、コンデンサーレンズ(4)を固定
する筐体(14)に組み込み、所定位置に固定してユニ
ット化される(コンデンサーユニットとする)。なお、
(15)はカバーガラスにより挟持される試料(16)
を載置する試料ステージであり、試料(16)の位置が
物体面(7)の位置に相当する。
More specifically, the LED array (1) is formed by attaching a plurality of LEDs (2) on a printed circuit board, and as shown in FIG. It is assembled into a body (14) and fixed at a predetermined position to form a unit (referred to as a condenser unit). In addition,
(15) is the sample (16) held between cover glasses.
This is a sample stage on which the sample (16) is placed, and the position of the sample (16) corresponds to the position of the object plane (7).

LEDアレイ(1)を構成するLED(2)は、高輝度
のものであり、ここで高輝度とは発光強度が150mc
d以上をいう。もっとも、アレイの配列密度との関連で
、比較的密に配列できる場合は、80〜100mcdの
LEDを用いることができる。なお、配列の仕方は、第
1図(B)には正方格子状の場合を示したが、六方格子
状に配列してもよい。
The LEDs (2) constituting the LED array (1) are of high brightness, and here, high brightness means that the light emission intensity is 150mc.
d or more. However, in relation to the arrangement density of the array, if the LEDs can be arranged relatively densely, 80 to 100 mcd LEDs can be used. Although the arrangement is shown in a square lattice in FIG. 1(B), it may be arranged in a hexagonal lattice.

又、LED(2)の指向性は、視野を一様に照明するた
めに、ある程度の広がりが必要である。しかし、指向性
が拡がり過ぎると、視野外にまで照明光が照射され、像
にハローが生じたり、コンデンサーレンズホルダーなど
で散乱されて迷光が増加したりする。実際の対物レンズ
で得られる視野から計算すると、各LEDの指向性の拡
がりの半値角は5〜7 (deg)程度が望ましい。
Further, the directivity of the LED (2) needs to have a certain degree of spread in order to uniformly illuminate the field of view. However, if the directivity spreads too much, the illumination light will irradiate outside the field of view, causing a halo to appear in the image, or increasing stray light due to scattering by a condenser lens holder. When calculated from the field of view obtained with an actual objective lens, the half-value angle of the spread of directivity of each LED is preferably about 5 to 7 (deg).

さらに、実用上、個々のLED(2)の光軸は、なるべ
く光源面(10)に直交するように配列しなければなら
ない。直交していなければ、それぞれのLEDが作るス
ポットが試料面(7)で面方向にずれ、照明むらを生じ
る。LEDの光軸のずれの許容範囲は、対物レンズの倍
率が低いほど厳しくなる。実用上、3〜4 (deg)
以下にすることが望ましい。
Furthermore, in practice, the optical axes of the individual LEDs (2) must be arranged as perpendicular to the light source plane (10) as possible. If they are not orthogonal, the spots created by the respective LEDs will shift in the plane direction on the sample surface (7), resulting in uneven illumination. The tolerance range for the deviation of the optical axis of the LED becomes stricter as the magnification of the objective lens becomes lower. Practically, 3-4 (deg)
It is desirable to do the following.

ところで、照明光のコヒーレンスは、画質や像ノ見え方
に大きく影響する。コヒーレンスが高い照明を行うと、
焦点深度は深くなる一方、干渉縞やリンギングなどが現
われ、物体像を正確に表現しなくなる。他方、コヒーレ
ンスの低い照明を行えば、コヒーレン)ノイズは現れな
いが、焦点深度が浅くなるために、厚みのある試料を観
察したとき、デフォーカス像が重なり、やはり、像は見
づらいものとなってしまう。そこで、光学顕微鏡を用い
るときは、照明光のコヒーレンスを変化させて試料をW
L寮し、総合的な判断をすることが望まれる訳である。
Incidentally, the coherence of illumination light greatly affects image quality and how the image looks. When using illumination with high coherence,
As the depth of focus becomes deeper, interference fringes and ringing appear, making it impossible to accurately represent the object image. On the other hand, if low-coherence illumination is used, no coherence noise will appear, but since the depth of focus will be shallow, when observing a thick sample, the defocused images will overlap, making the image difficult to see. Put it away. Therefore, when using an optical microscope, the coherence of the illumination light is changed to
This means that it is desirable for students to study in the L dormitory and make comprehensive decisions.

LED7レイを照明光源に用いた場合、光源自身のコヒ
ーレンスは複雑である。そこで、本発明者らはこれを考
究し、下記の解析を以って、物体面上の二点間の距離の
関数であるフヒーレンス度は、LEDアレイを用いた場
合、複数の極大値(ピ−り〉をもち、その分布は次の三
つの要因に支配されることを見い出した。すなわち、 ■コヒーレンス度の極大となる二点間の距離は、LED
アレイの間隔の逆数によって決まる。
When the LED7 ray is used as an illumination light source, the coherence of the light source itself is complicated. Therefore, the present inventors studied this and found out from the analysis below that the degree of coherence, which is a function of the distance between two points on the object plane, has multiple maximum values (peaks) when using an LED array. We have found that the distribution is controlled by the following three factors: ■ The distance between two points at which the degree of coherence is maximum is
Determined by the reciprocal of the array spacing.

■各ピークの拡がりはLEDアレイの点灯パターンによ
って決まる。
■The spread of each peak is determined by the lighting pattern of the LED array.

■極大値をつないだエンベローフハ、一つのしEDの発
光部分の強度分布によって決まる。
■The envelope that connects the maximum values is determined by the intensity distribution of the light emitting part of one ED.

ここでは、LEDアレイの点灯パターンとコヒーレンス
の関係を導き、とくに、インコヒーレントな連続光源と
等価な偉を得るための条件を求める。まずLEDの間隔
と、LEDアレイの点灯パターンと、発光部分の強度分
布に具体的な値を与えて、物体面上の二点間のコヒーレ
ンス度が実際にどのようになるか、計算する。
Here, we will derive the relationship between the lighting pattern of the LED array and its coherence, and in particular, find the conditions for obtaining a power equivalent to that of an incoherent continuous light source. First, we give specific values to the distance between the LEDs, the lighting pattern of the LED array, and the intensity distribution of the light emitting part, and calculate the actual degree of coherence between two points on the object plane.

第3図に、光学系を示す。各LEDは同品質のものを使
い、その発光強度分布が空間座標×に対してw(x)で
与えられ(同図(a))、それらが光源面X。
FIG. 3 shows the optical system. Each LED is of the same quality, and its emission intensity distribution is given by w(x) with respect to the spatial coordinate x (see figure (a)), and these are the light source planes X.

釉上に一列だけ、等間隔りで2m+1個並んだとする(
同図(b))。これらのLEDが全て点灯したとき、光
源の強度分布1s(xs)は、 で与えられる。このとき、物体面の二点X、とX、十\
での強度のコヒーレンス度「(×)は、van C1t
tert−Zernikeの定理より、l5(xs)の
×5に対する7−りエ変換で与えられ、 ・W(yrxzλfc)       ・=<2)とな
る。ここで、5inc(x)=si口(×/π×)と定
義し、Kは定数、W(πx/λfc)は、−(x、)の
7−リエ変換を表わす、 (2)式において、コヒーレ
ンス度r(X>は二点の絶対位置には依存せず、二点間
の「離の関数となっている。
Suppose that there is only one row of 2m+1 pieces lined up at equal intervals on the glaze (
Figure (b)). When all of these LEDs are lit, the intensity distribution 1s (xs) of the light source is given by: At this time, two points X on the object plane, and
The degree of coherence of the intensity at “(×) is van C1t
According to the tert-Zernike theorem, it is given by the 7-Rier transformation for x5 of l5(xs), and becomes: ・W(yrxzλfc) ・=<2). Here, it is defined as 5inc(x)=si (×/π×), K is a constant, and W(πx/λfc) represents the 7-Lier transform of −(x,). In equation (2), , the degree of coherence r(X> does not depend on the absolute positions of the two points, but is a function of the distance between the two points.

LEDアレイがあるパターンで点灯しているとき、この
点灯パターンをp(x=)であられすと、光源の強度分
布は(1)式の代わりに、 l5(x、)”Σp(x、) ・w(x、−nD ) 
 ・−(3)jlt−哨 となる。物体面上での光のコヒーレンス度は、点灯パタ
ーンp(x=)の7−リエ変換なP(x)とすると、(
3)式を7−リエ変換して、 r’ (x)= KΣP(x−λre/D)・W(πX
/λfc) −(4)となる。
When the LED array is lit in a certain pattern, if this lighting pattern is expressed as p(x=), the intensity distribution of the light source is expressed as l5(x,)''Σp(x,) instead of equation (1).・w(x, -nD)
・-(3) jlt-becomes a sentry. The degree of coherence of light on the object plane is expressed as (
3) Perform 7-lier transformation on the equation to obtain r' (x) = KΣP(x-λre/D)・W(πX
/λfc) −(4).

次に、LEDアレイ光源を用いて、連続光源による照明
で得られる像と等価な像を得るための条件を考える。長
さ2toDの連続直線光源の場合、物体面上の光のコヒ
ーレンス度は、次式で与えられる。
Next, consider conditions for obtaining an image equivalent to an image obtained by illumination by a continuous light source using an LED array light source. In the case of a continuous linear light source with a length of 2 to D, the degree of coherence of light on the object plane is given by the following equation.

r(x)=sinc(πx/2mD A fc)   
  −(5)この連続光源と完全に等価な照明系をLE
Dアレイで実現するためには、コヒーレンス度が(5)
式に一致しなければならない。しかし、試料面でのコヒ
ーレンス度が異なっていても、像面におり1て、等価的
に観察像を同じにすることは可能である。
r(x) = sinc(πx/2mD A fc)
-(5) LE illumination system completely equivalent to this continuous light source
In order to realize this with a D array, the degree of coherence must be (5)
must match the expression. However, even if the degrees of coherence at the sample surface are different, it is possible to equivalently make the observed images the same at the image plane.

すべてのLEDが点灯しているときの物体面上での光の
コヒーレンス度「(×)はすでに(2)式で与えたが、
この関数は複数のピークを持つ。このうち、隣り合う二
つのピークの距離×=λfc/Dだけ離れた二点物体に
ついて考える。この二点が対物レンズによって像面に結
像したとき、第4図(a)て各点の像は拡がる。第4図
(a)に示すように、対物レンズのf値が小さいとき、
それぞれの点像が重なれば、この二点間の距離Xのコヒ
ーレンス度はピークをとるので、これら二点の重なりは
、互いに干渉する。一方、対物レンズのf値が大きいと
き、第4図(b)に示すように、それぞれの点像が十分
小さくなり、互いに重ならないなら、像面で二点は干渉
しない。14図(b)のような場合は、インコヒーレン
トな連続光源で照明された像と等価な像を与える。
The degree of coherence of light on the object plane when all LEDs are lit (×) has already been given in equation (2), but
This function has multiple peaks. Among these, consider a two-point object separated by the distance between two adjacent peaks ×=λfc/D. When these two points are imaged on the image plane by the objective lens, the image of each point expands as shown in FIG. 4(a). As shown in FIG. 4(a), when the f value of the objective lens is small,
When the respective point images overlap, the degree of coherence of the distance X between these two points reaches a peak, so the overlap of these two points interferes with each other. On the other hand, when the f-number of the objective lens is large, as shown in FIG. 4(b), if each point image becomes sufficiently small and does not overlap with each other, the two points will not interfere on the image plane. In the case as shown in FIG. 14(b), an image equivalent to an image illuminated by an incoherent continuous light source is provided.

点像の拡がりは対物レンズの開口数N−Aおよび倍率M
で決まり、その拡がりの半径Rは、R=0.61・λM
/N A       ・・・(6)で与えられる。^
re/Dだけ離れた二点からの、光の複素振幅の拡がり
が重なり合わないための条件は、 λfc/D >2R・=(7) これをDに対する条件に書き直せば、 Dくλfc/2R となる。
The spread of the point image is determined by the numerical aperture NA and magnification M of the objective lens.
The radius of its expansion is R=0.61・λM
/N A ... is given by (6). ^
The condition that the spreads of the complex amplitudes of light from two points separated by re/D do not overlap is λfc/D > 2R・= (7) If we rewrite this as a condition for D, then D decreases λfc/2R becomes.

具体的に、コンデンサーレンズの焦点距離を15111
f1%倍率を40倍としたとき、(8)式より、インコ
ヒーレントな照明と等価な像を得るためのLEDの開隔
りの値は、 D < 0.26 (mm)         −(9
)となる。しかし、現在、これほど小さいLEDはない
。あるいはLEDの直径を2■とすれば、NA=0.8
5、倍率40倍の対物レンズに対して、(8)式を満足
するコンデンサーレンズの焦点距離fcは、fc>11
5 (em)         −(10)となる。ま
た現在の小型の高輝度LEDは直径が4m1m程度なの
で、NAが0.85、倍率40倍の対物レンズに対して
、コンデンサーレンズの焦点匪離fcは、 fc>230 (m+o)          −(1
1)となる。以上は、完全にインコヒーレントな照明で
得られる像と等価な像を与えるための条件であったが、
実際の市販の顕微鏡の光源は、完全なインコヒーレント
照明を与えてはおらず、部分コヒーレント照明系となっ
ている。したがって、現在の顕微鏡の照明系と同程度の
像を与えるLEDアレイ光源の条件は(9)〜(11)
式の条件より、はるかに緩い。
Specifically, the focal length of the condenser lens is 15111
When the f1% magnification is 40 times, from equation (8), the value of the LED aperture to obtain an image equivalent to incoherent illumination is D < 0.26 (mm) - (9
). However, currently there are no LEDs as small as this. Or, if the diameter of the LED is 2■, NA=0.8
5. For an objective lens with a magnification of 40 times, the focal length fc of a condenser lens that satisfies equation (8) is fc>11
5 (em) - (10). Furthermore, the diameter of current small high-brightness LEDs is about 4m1m, so the focal distance fc of the condenser lens is fc>230 (m+o) - (1
1). The above were the conditions for giving an image equivalent to the image obtained with completely incoherent illumination, but
The light source of an actual commercially available microscope does not provide completely incoherent illumination, but is a partially coherent illumination system. Therefore, the conditions for an LED array light source that provides an image comparable to that of current microscope illumination systems are (9) to (11).
The conditions are much looser than those in the formula.

(ル×丁、#白) 上記の結果を踏まえて、光源面上の強度分布と物体面上
の2点間のコヒーレンス度の関係を計算し、求めてみた
。計算に際し、対象とした現実のLED(東芝製−T 
L RA 160R)ノ平面図を第5図に示す。直径が
3.81で中心の発光部すなわちp−n接合部(50)
から射出される光が反射板(50’)にフヒーレンF光
源と考え、また、LEDアレイは格子間隔4mmの六方
格子状に配列したものである。
(Le×Ding, #White) Based on the above results, the relationship between the intensity distribution on the light source plane and the degree of coherence between two points on the object plane was calculated and determined. When calculating, the actual LED (Toshiba-T
A plan view of LRA 160R) is shown in FIG. The diameter is 3.81 and the central light emitting part or p-n junction (50)
The light emitted from the reflector plate (50') is considered to be a Fheelen F light source, and the LED array is arranged in a hexagonal lattice shape with a lattice interval of 4 mm.

第6図に計算結果の一例を図解して示す。離散的輪帯照
明(中心から半径13.2mmの円周上の18点による
照明)を行ったときの光源面上の強度分布(同図(a)
)と物体面上のコヒーレンス度分布(同図(b))の関
係を示している。
FIG. 6 illustrates an example of the calculation results. Intensity distribution on the light source surface when performing discrete annular illumination (illumination at 18 points on the circumference with a radius of 13.2 mm from the center) (Figure (a)
) and the coherence degree distribution on the object plane ((b) in the same figure).

上記の例と対照するために、第7図には、連続的輪帯照
明の場合を示している。即ち、第6図(a)に示した場
合と内径及び外径が等しいが、円周上に連続的に発光部
分があるとした場合の輪帯照明? であり、第7図(a)に強度分布を、第合図(b)には
その物体面上のコヒーレンス度を示す。第6図。
To contrast with the above example, FIG. 7 shows the case of continuous annular illumination. That is, what is annular illumination in the case where the inner and outer diameters are the same as in the case shown in FIG. 6(a), but where there are continuous light-emitting parts on the circumference? FIG. 7(a) shows the intensity distribution, and FIG. 7(b) shows the degree of coherence on the object plane. Figure 6.

第7図から、離散的な輪帯照明の場合には、連続的な輪
帯照明の場合よりも、フヒーレンスの高い領域が広くな
ることがわかる。このため、離散的輪帯照明の場合、実
際の観察像には干渉縞が現れやすくなると推測できる。
It can be seen from FIG. 7 that in the case of discrete annular illumination, the region of high coherence becomes wider than in the case of continuous annular illumination. Therefore, in the case of discrete annular illumination, it can be assumed that interference fringes are more likely to appear in the actual observed image.

さて、上記の第1図では最良の実施例を示したが、第8
図〜第10図には他の実施例に係る照明系を示している
Now, although FIG. 1 above shows the best embodiment, the eighth
Figures 1 to 10 show illumination systems according to other embodiments.

第8図は、ケーラー照明系を示し、従来のフィラメント
光源をLEDアレイ光源(81)で代替した構成を示し
ている。集光レンズ(82)によりコンデンサーレンズ
(83)の前側焦点面にLEDアレイ光源(81)の像
を作り、コンデンサーレンX’(83)の後備焦点面に
位置する、試料ステージ(83)上の試料(85)を平
行光束で照明し、対物レンX″(86)によりその拡大
像を得るものである。なお、破線は結像関係を示してい
る。視野絞り(87)は、集光レンズ(82)の前側ま
たは後側に設置されるが、この例のような場合、視野絞
り(87)により、顕微鏡の光学系の′II4整を容易
化する利点をもつ。
FIG. 8 shows a Kohler illumination system in which a conventional filament light source is replaced by an LED array light source (81). An image of the LED array light source (81) is created on the front focal plane of the condenser lens (83) by the condenser lens (82), and an image of the LED array light source (81) is formed on the sample stage (83) located at the rear focal plane of the condenser lens X' (83). The sample (85) is illuminated with a parallel beam of light, and an enlarged image thereof is obtained using the objective lens (82), but in a case like this example, the field stop (87) has the advantage of facilitating adjustment of the optical system of the microscope.

尚、実際の顕微鏡では、照明系の光路は、顕微鏡全体の
高さを低くするようにL字形にされる。
Note that in an actual microscope, the optical path of the illumination system is L-shaped so as to reduce the height of the entire microscope.

第9図はより実際に近い形での実施例を示している。反
射[(91)によって照明光の光路をL字形にしている
。同図(b)は、結像レンズ系(92)を用いて通常の
フィラメント光源のある位置(93)に、LEDアレイ
光源(81)を縮小投影して構成する場合を示している
。なおここで、第8図と同一の参照符号のものは同一な
いし相当のものを示し、(94)はコンデンサー絞りを
示す。
FIG. 9 shows a more realistic embodiment. The optical path of the illumination light is made L-shaped by reflection [(91). FIG. 2B shows a case in which an LED array light source (81) is reduced and projected onto a position (93) where a normal filament light source is located using an imaging lens system (92). Here, the same reference numerals as in FIG. 8 indicate the same or equivalent components, and (94) indicates the condenser diaphragm.

第10図(A)、(B)は、臨界照明系を示し、特に同
図(A)は、従来のフィラメント光源をLEDアレイ光
源(101)で代替した構成を示している。同図(B)
はコンデンサーレンズ(107)の前側にLEDアレイ
光源(108)を設けた構成を示している。(104)
は試料ステーノ、(105)は試料、(10B)は対物
レンズである。このLEDアレイ光!(101)、 (
108)を用l、+1だ臨界照明系の場合、試料(10
5)の特定の点、′WR域は、試料ステーノ(104)
を動かすことなく、LED7レイ光源(101)、(1
08)の対応のLEDを選択的に点灯制御するだけで照
明することができる9顕微測光や顕微分光、偏光解析に
活用できるものである。
10(A) and 10(B) show a critical illumination system, and in particular, FIG. 10(A) shows a configuration in which a conventional filament light source is replaced with an LED array light source (101). Same figure (B)
shows a configuration in which an LED array light source (108) is provided in front of a condenser lens (107). (104)
is a sample steno, (105) is a sample, and (10B) is an objective lens. This LED array light! (101), (
108) is used for the critical illumination system, the sample (10
5) The specific point, 'WR region, is the sample steno (104)
LED 7 ray light source (101), (1
9) It can be used for microscopic photometry, microspectroscopy, and polarization analysis, which can be illuminated simply by selectively controlling the lighting of the LEDs corresponding to 08).

上記の実施例に示されるLEDアレイは、ディスクリー
トのLEDを2次元に配列構成する、または面状LED
を多数組み合わせて構成する、もしくはモジュール化さ
れたものを所定形状に形成してそのまま利用する、この
いずれでもよい。面状LEDの場合、樹脂等で一体にモ
ールドされているので、このモールドが光拡散の作用を
なし、発光強度分布を一様化するので好ましい。
The LED array shown in the above embodiments may be a two-dimensional arrangement of discrete LEDs or a planar LED array.
Either can be constructed by combining a large number of components, or can be modularized into a predetermined shape and used as is. In the case of a planar LED, since it is integrally molded with resin or the like, this mold acts as a light diffuser and makes the emission intensity distribution uniform, which is preferable.

ディスクリートなLEDを使用する場合、第11図(a
)に示す単色のLEDの他、同図(b)、(c)に示さ
れるような2色、3色のLEDを用いることができる。
When using discrete LEDs, Figure 11 (a
In addition to the single-color LED shown in ), two-color and three-color LEDs as shown in FIGS.

また、単色のものにあって、赤、緑、青のいずれを用い
てもよい。2色のものでは、赤、緑。
Moreover, if it is a monochrome one, any of red, green, and blue may be used. Two colors, red and green.

青の2つの組合わせ、合計3通りの場合のいずれでもよ
い。同図(c)の3色の場合、各色を同時点灯すると白
色光となり、選択的に点灯すれば特定波長(波長域)の
照明になる。このような場合、従来用いられている干渉
フィルタを使用せずに済ますことができる。なお、ディ
スクリートのLEDでLEDアレイを構成する場合、単
色、2色、3色の各LEDを混在させることを妨げるも
のではない。また、多色のLEDでは、1個のLEDに
つき発光強度がトータルで300mcd以上を高輝度と
する。
Any of three combinations of two blue colors may be used. In the case of the three colors shown in FIG. 3(c), when each color is turned on simultaneously, it becomes white light, and when it is turned on selectively, it becomes illumination of a specific wavelength (wavelength range). In such a case, it is possible to dispense with the use of conventionally used interference filters. Note that when configuring an LED array using discrete LEDs, it is not prohibited to mix single-color, two-color, and three-color LEDs. Furthermore, in the case of multicolor LEDs, a total emission intensity of 300 mcd or more per one LED is defined as high brightness.

ディスクシートなLEDは、また、赤外域のLEDをも
利用することができる。さらに、レーザダイオードを用
いることもできる。ケーラー照明系において、レーザダ
イオードを多数個点灯させると、試料面で空間的にはイ
ンコヒーレントに近い状態を実現できる。照明と言うよ
りは、光のエネルギーを利用する場合に好適である。
Disk sheet LEDs can also utilize infrared LEDs. Furthermore, a laser diode can also be used. In the Kohler illumination system, by lighting a large number of laser diodes, it is possible to achieve a nearly spatially incoherent state on the sample surface. It is suitable for using light energy rather than illumination.

ディスク毅ノートなLEDを2次元に配列してLEDア
レイ光源とする場合、そのアレイの上面に光拡散板を設
け、全体としての発光強度分布を平担化するのが好まし
い。より好ましくは、第12図J乳 (a)に示すように、径の違う    の拡散板(31
)、(32)、(33)、(34)、(35)を組み合
わせて構成するのがよい。また、輪帯状の拡散板(34
)で示されるように、輪帯拡散板を放射状に複数のセグ
メントに分割したもので構成してもよい。なお、図示に
おいて、L E D (30)は、拡散板の下に位置す
るものであるが、説明のため実線で示している。また、
斜線で示した輪帯部(33)が発光していることを示し
、この部分は輪帯拡散板で区切られいるので、その内外
の輪帯部にLED発光光が拡散し光らせるということを
防止している。拡散板を設けない場合は、LEDアレイ
の発光強度分布は第12図(b)で示される離散的なも
のとなるが、拡散板を設ければ、同図(c)のMLで示
されるように、強度は概ね一様、平担化され、インコヒ
ーレントな照明を与えやすくなる。尚、拡散板を設ける
と、照明強度は低下するが、低下分に相応じるようによ
り高輝度なLEDを適用すればよい。
When LEDs are arranged two-dimensionally to form an LED array light source, it is preferable to provide a light diffusing plate on the top surface of the array to flatten the overall emission intensity distribution. More preferably, as shown in FIG. 12 (a), diffuser plates (31
), (32), (33), (34), and (35) are preferably combined. In addition, an annular diffuser plate (34
), the annular diffuser plate may be radially divided into a plurality of segments. In addition, in the illustration, L E D (30) is located below the diffuser plate, but is shown as a solid line for explanation. Also,
The diagonally shaded annular zone (33) indicates that it emits light, and since this area is separated by an annular diffuser plate, it is possible to prevent the LED emitted light from diffusing and illuminating the internal and external annular zones. are doing. If a diffuser plate is not provided, the emission intensity distribution of the LED array will be discrete as shown in Figure 12(b), but if a diffuser plate is provided, it will be as shown by ML in Figure 12(c). In addition, the intensity is generally uniform and flattened, making it easier to provide incoherent illumination. Note that when a diffuser plate is provided, the illumination intensity decreases, but a higher brightness LED may be used to compensate for the decrease.

実施例の光学顕微鏡は、いずれもが透過型のもので示さ
れているが、一部構成を変更して反射型とすることはも
ちろん可能であり、また、下方がら照明を与える王立型
のもの以外に、上方から照明を与える倒立型のものも同
様にLEDアレイ光源を適用できる。
All of the optical microscopes in the examples are shown as transmission type, but it is of course possible to change some of the configurations to make them reflective, and there is also a royal type that provides illumination from below. In addition, the LED array light source can be similarly applied to an inverted type that provides illumination from above.

第13図に倒立型光学顕微鏡の例を部分模式的に示す。FIG. 13 partially schematically shows an example of an inverted optical microscope.

試料ステージ(41)の下に対物レンズ(42)が設け
られ、培養細胞などの試料(44)を収容したスライド
グラスあるいはシャーレ(43)をLEDアレイ光源(
45)とコンデンサーレンズ(46)よりなる照明系で
上方から照明するものであり、像を観察しながらマイク
ロマニュピレータ(47)など(こより試料(44)を
操作することができる。
An objective lens (42) is provided below the sample stage (41), and a slide glass or petri dish (43) containing a sample (44) such as cultured cells is placed under the LED array light source (
An illumination system consisting of a condenser lens (45) and a condenser lens (46) illuminates from above, and the sample (44) can be manipulated by means of a micromanipulator (47) while observing the image.

従来のこの種顕微鏡においても、試料像の見え方を変え
るために、コンデンサー絞りを操作しているが、操作は
機械的であり、手を使うことから、試料操作等と競合し
て不都合であり、また機械的振動を与えることから試料
の静的状!!維持という点でも不都合な面があった。こ
れに対し、実施例のものでは、照明系がコンパクトであ
るから、このまわりに操作器共等の配置は容易であり、
また、熱的な悪影響は一切考慮せずに済むうえ、試料像
の見え方は電気的に瞬時に切り替えることができるから
、機械振動はなくミクロな操作がやりやすくなり、使い
勝手、操作性を大幅に向上させうるちのである。
In conventional microscopes of this type, the condenser aperture is operated to change the appearance of the sample image, but this operation is mechanical and requires the hands, which is inconvenient as it competes with sample manipulation. , and the static state of the sample from giving mechanical vibration! ! There were also disadvantages in terms of maintenance. On the other hand, in the example, since the illumination system is compact, it is easy to arrange the operating devices etc. around it.
In addition, there is no need to consider any adverse thermal effects, and the way the sample image is viewed can be electrically switched instantly, so there is no mechanical vibration, making micro operations easier, and greatly improving usability and operability. It's a good idea to improve your skills.

次に、実施例のLEDアレイ光源顕微鏡により得た試料
像の実例を示す。
Next, an example of a sample image obtained by the LED array light source microscope of the example will be shown.

第14図は、試料像を得るのに用いた顕微鏡システムの
概略を示しでいる。LEDアレイ(51)はコンデンサ
ーレンズ(52)を収容したコンデンサーレンズユニッ
) (53)の絞り位置(すなわち上記コンデンサーレ
ンズの前側焦点面)に固定した。(54)はLED駆動
回路、(55)は電池等の直流電圧源もしくは直流可変
電圧電源、(56)は点灯パターン選択器である。(5
7)は試料ステーク、(58)は試料、(59)は対物
レンズ、(60)はリレーレンズ、(61)はCCDカ
メラで、顕微鏡の基体としてはオリンパス社製のBH−
2、CCDカメラ(61)はソニー社製のX C−77
を使用し、これにより得たIl察整像TVモニタ(62
)に映出し、モニタ画面上の偉を写真撮影した。なお、
LEDアレイ(51)を構成するLEDは、中心波長6
60nLm、発光強度700mcdの超高輝度LED(
東芝製・TLRA160R)であり、アレイ配列は37
個を用いた第15図(d)に示される六方格子状である
FIG. 14 schematically shows the microscope system used to obtain the sample image. The LED array (51) was fixed at the aperture position (ie, the front focal plane of the condenser lens) of a condenser lens unit (53) that housed a condenser lens (52). (54) is an LED drive circuit, (55) is a DC voltage source such as a battery or a DC variable voltage power source, and (56) is a lighting pattern selector. (5
7) is a sample stake, (58) is a sample, (59) is an objective lens, (60) is a relay lens, (61) is a CCD camera, and the base of the microscope is BH- manufactured by Olympus.
2. CCD camera (61) is Sony XC-77
and the resulting Il-sensing image TV monitor (62
) and took a photo of the image on the monitor screen. In addition,
The LEDs constituting the LED array (51) have a center wavelength of 6
Ultra-high brightness LED with 60nLm and emission intensity of 700mcd (
Toshiba TLRA160R), and the array arrangement is 37
This is a hexagonal lattice shape shown in FIG.

第15図は、20倍の対物レンズ(NAは0.65)を
用いたアオミドロのi整像を示している。
FIG. 15 shows Aomidoro's i-imaging using a 20x objective lens (NA is 0.65).

(a)は全点灯照明したときのデフォーカス像である。(a) is a defocused image when fully lit.

全点灯照明の場合、多くの方向からの照明光束による像
が重畳するため、焦点深度は浅くなる。また、物体面上
ではほぼインコヒーレントの状態となっており、このよ
うにデフォーカスさせても、干渉縞は目立っては現れて
いない。(b)は中央のLEDを1@だけ点灯させた場
合のデフォーカス像である。−点からの照明の場合、焦
点深度が深くなるため、(a)と同じ状態で撮影しても
、はるかに鮮明な像が得られている。(e)は(d)に
示すように、最も外側に位置する6個のみを点灯させた
場合である。物体による散6L光のみによる像、すなわ
ち暗視野像が得られている。これから明らかなように、
従来のように暗視野像を得るためにコンデンサーユニッ
トを取り替える必要がない。
In the case of fully lit illumination, the depth of focus becomes shallow because images from illumination light beams from many directions are superimposed. Furthermore, the object plane is almost incoherent, and even when defocused in this way, interference fringes do not appear conspicuously. (b) is a defocused image when the central LED is lit by 1@. - In the case of illumination from a point, the depth of focus becomes deeper, so even if the image is taken under the same conditions as in (a), a much clearer image is obtained. (e) is a case where only the outermost six lights are turned on as shown in (d). An image based only on the 6L light scattered by the object, that is, a dark field image is obtained. As is clear from this,
There is no need to replace the condenser unit in order to obtain dark-field images, as is the case with conventional methods.

第16図は、40倍(NAo、85)を用いたタバコ培
養細胞の観察像である。
FIG. 16 is an observation image of cultured tobacco cells using 40x magnification (NAo, 85).

(a)は全点灯照明したときのフォーカス偉である。上
記アオミドロの場合と同様に、焦点深度が浅しまた、試
料が位相物体であるためにコントラストは低く、構造は
ほとんど見えない、(b)は中央のLEDを1個だけ点
灯させたときの像である。(a)ではほとんど見えなか
った部分(矢線p、qの交差部)が、二の場合矢@ r
 、 sの交差部で見られるように、鮮明に見えるよう
になっている。また、焦点深度が深いために、奥行き方
向の構造もはっきり見えるようになっている。 しかし
、コヒーレンスが高いため、矢線r+tの交差部から判
るように、干渉縞が目立ってあられれている。(c)は
、偏斜照明による観察像である。この場合には、例えば
、矢線ulVの交差部に見られるように、一部のエッソ
のみが鮮明に見えるようになっている。
(a) shows the focus level when all lights are on. As in the case of Aomidro, the depth of focus is shallow and the sample is a phase object, so the contrast is low and the structure is almost invisible. (b) is an image when only one LED in the center is lit. It is. The part that was almost invisible in (a) (the intersection of arrows p and q) is the arrow @ r in case 2.
, as can be seen at the intersection of s. Also, because the depth of focus is deep, structures in the depth direction can be clearly seen. However, since the coherence is high, the interference fringes are conspicuous as can be seen from the intersection of the arrows r+t. (c) is an image observed with oblique illumination. In this case, only a part of the esso is clearly visible, for example, as seen at the intersection of the arrows ulV.

従って、このような像を多数用いることにより、CTす
なわち光によるコンピユーティラド・トモグラフィー(
光CT)を行うことが可能である。
Therefore, by using a large number of such images, CT, or optical computed tomography (
Optical CT) can be performed.

第17図は、40倍の対物レンズ(NAは0.85)を
用いたシングルモード光ファイバの観察像を示している
FIG. 17 shows an observed image of a single mode optical fiber using a 40x objective lens (NA is 0.85).

(a)は全点灯照明による7オーカス像である。(a) is a seven-orcus image with full lighting.

内部の構造はほとんど見られない。(b)は中央のLE
Dを1個点灯させた場合の像である。この観察像から判
るように、この照明を用いると、光ファイバの内部構造
を比較的明瞭に見ることができる。
Almost no internal structure can be seen. (b) is the central LE
This is an image when one D is lit. As can be seen from this observation image, using this illumination allows the internal structure of the optical fiber to be seen relatively clearly.

これは、コヒーレンスの高い光が位相の変化をも伝達す
るからである。しかし、コヒーレンスが高いために、矢
繰り、Xの交差部に見られるように、目立った干渉縞が
生じている。(C)は偏斜照明による観察像である。こ
の照明法でも(b)に見られるのと同様に、区分された
構造を見ることができる。また、構造別に濃淡による陰
影もついており、微分干渉法を用いたときと同じような
像が得られている。
This is because highly coherent light also transmits changes in phase. However, due to the high coherence, noticeable interference fringes occur, as seen at the intersections of the arrows and X's. (C) is an image observed with oblique illumination. With this illumination method, the segmented structure can also be seen, similar to that seen in (b). In addition, each structure is shaded by shading, and an image similar to that obtained using differential interference method is obtained.

上記の観察像はいずれも、第14図示の構成において、
モニタ(62)上に映出した画像を写真撮影したもので
ある。他方、予め所望の口的に沿って画像を加工して得
たい場合すなわち画像を処理する場合は、CCDカメラ
(61)により撮像した顕微fIt画像の信号を画像取
込装置(63)によって取り込み、コンピュータ(64
)のメモリに記憶させ、所定の処理を施し、処理結果を
モニタ(62)に映出させることができる。
All of the above observed images show that in the configuration shown in Figure 14,
This is a photograph of the image displayed on the monitor (62). On the other hand, when it is desired to obtain an image by processing it in advance according to a desired shape, that is, when processing the image, the signal of the microscopic fIt image captured by the CCD camera (61) is captured by the image capture device (63), Computer (64
), predetermined processing can be performed, and the processing results can be displayed on the monitor (62).

例えば、先に言及した光りによるコンピユーティY・ト
モグラフィー(CT)を行うには、例えば第18図に示
されるように、円周上のL E D (71,)、(7
2)、(73)、・・・・・・を順次点灯させ、各点灯
による像をコンピュータ(64)により演算処理してモ
ニタ(132)f:、試料の3次元像を映出させること
ができる。本発明者らは先に、ケーラー照明系における
コンデンサー絞りの位置にパルス回転ステージを設けo
ff−axisな開口をフンピユータ制御で回転させる
ことにより、他方向からの投影像を撮像し処理するシス
テムを提案したが(学術雑誌「光学Jvol、14+n
o、5(1985)pp、333−342)、本発明に
係るLEDアレイ光源を有する顕微鏡において、この光
CTをL E Dを単に点灯切換え制御するだけの簡単
な方法で行えるようにした。
For example, in order to perform the computer Y tomography (CT) using the light mentioned above, for example, as shown in FIG.
2), (73), . can. The present inventors previously installed a pulse rotation stage at the position of the condenser diaphragm in the Koehler illumination system.
We proposed a system that captures and processes projected images from other directions by rotating an ff-axis aperture under computer control (academic journal "Optics Jvol, 14+n
o, 5 (1985) pp. 333-342), in a microscope having an LED array light source according to the present invention, this optical CT can be performed by a simple method of simply controlling the lighting of the LEDs.

また、実施例において、対物レンズをLEDアレイの点
灯パターンに応じて設定しうる位相差用対物レンズを構
成すると、実体顕微鏡としてだけでなく、位相差顕微鏡
としても用いることができる。すなわち、本発明に係る
光学顕微鏡は、照明系の光源それ自体の形を自在に変え
ることができるので、容易に上記の光CTや位相差顕微
鏡への応用が可能になるものである。
Furthermore, in the embodiment, if a phase contrast objective lens is configured in which the objective lens can be set according to the lighting pattern of the LED array, it can be used not only as a stereoscopic microscope but also as a phase contrast microscope. That is, since the optical microscope according to the present invention can freely change the shape of the light source itself of the illumination system, it can be easily applied to the optical CT or phase contrast microscope described above.

(発明の効果) 以上のように、本発明は、光学顕微鏡の照明系の光源を
LEDアレイとし点灯制御により光源の形そのものを変
えうる構成であるから、点灯させるLEDの組み合わせ
によりきわめて多様な照明を行うことができるとともに
、機械的操作を一切伴うことなく電気的に簡単かつ迅速
に空間コヒーレンス制御を竹うことができる。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention has a structure in which the light source of the illumination system of an optical microscope is an LED array, and the shape of the light source itself can be changed by lighting control. In addition, spatial coherence control can be performed simply and quickly electrically without any mechanical operations.

また、LEDアレイ光源は、低消豐電力で発熱は極めて
小さいから、従来の光学I[@鏡におけるフィラメント
熱光源の放熱にまつわる問題は一切なく、また電源とし
て電池を使えるので特定の廖所、場所で据装置いて使用
するといった制約がなくなる。すなわち、小型・軽1化
できることとも相まって、可搬化が可能となった。
In addition, LED array light sources have low power dissipation and generate very little heat, so there are no problems with heat dissipation of filament thermal light sources in conventional optical I[@ mirrors, and since batteries can be used as a power source, they can be used in specific locations. This eliminates the restriction of using a stationary device. That is, combined with the fact that it can be made smaller and lighter, it has become possible to make it portable.

サラ1こ、LEDアレイをコンデンサーユニントニ組み
込む形のものでは、コンデンサーユニ・ントそれ自体が
照明系となり、従来の光学顕微鏡に比べれば大幅な小型
化、軽量化を達成することができる。
When an LED array is incorporated into a condenser unit, the condenser unit itself becomes the illumination system, making it possible to achieve a significant reduction in size and weight compared to conventional optical microscopes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)、第1図(B)、第1図(C)は本発明の
一実施例を示す説明図である。 第2図は従来の光学顕微鏡の光学系を示す図である。 第3図(a)、(b)はコヒーレンス度の解析に供した
光学系を示す図である。 第4図(a)=(b)はコヒーレンス度を説明する説明
図である。 第5図は解析結果の実証のために適用したLEDの平面
模式図である。 第6図(a)、(b)及び第7図(a)、仙)は、光源
面上の強度分布と物体面上の2点間のフヒーレンス度を
示す図である。 第8図、第9図(A>、CB)、第10図(A)、(B
)は他の実施例の照明光学系を示す図である。 第11図は適用できる各種LEDの平面的模式第12図
は拡散板の利用を説明する説明図である。 第13図は倒立型顕微鏡の部分的横弐図である。 第14図は試料像の実例を得るために構成した本発明の
一実施例に係る顕微鏡システムを示す図である。 第15図(a)f(b)、(c )はアオミドロの顕微
鏡写真を示し、第15図(d)は同図(C)を撮影する
ときに点灯させたLEDを示す図である。 第16図(a)、(b)、(C)はタバコ培養細胞の顕
微鏡写真である。 第17図(a)、(b)、(c)はシングルモード光7
アイバの顕微鏡写真である。 第18図は光CTを行うときのLEDの点灯制御の説明
図である。 1.81,101,108.51・・・LEDアレイ光
源、2・・・高輝度発光ダイオード(LED)、4,5
2・・・コンデンサーレンズ、5,59・・・対物レン
ズ、7・・・物体面、10・・・光源面、11.54・
・・LED駆動回路、12.55・・・電源、14.5
3・・・コンデンサーユニ・ノド、16,85,105
.58・・・試料。
FIG. 1(A), FIG. 1(B), and FIG. 1(C) are explanatory diagrams showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the optical system of a conventional optical microscope. FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams showing an optical system used for analyzing the degree of coherence. FIGS. 4(a) and 4(b) are explanatory diagrams illustrating the degree of coherence. FIG. 5 is a schematic plan view of the LED used to verify the analysis results. FIGS. 6(a), (b) and FIG. 7(a) are diagrams showing the intensity distribution on the light source plane and the degree of coherence between two points on the object plane. Figure 8, Figure 9 (A>, CB), Figure 10 (A), (B
) is a diagram showing an illumination optical system of another embodiment. FIG. 11 is a plan view of various applicable LEDs, and FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the use of a diffuser plate. FIG. 13 is a partial horizontal view of the inverted microscope. FIG. 14 is a diagram showing a microscope system according to an embodiment of the present invention configured to obtain an example of a sample image. FIGS. 15(a), f(b), and (c) show microscopic photographs of Aomhidoro, and FIG. 15(d) is a diagram showing the LED that was turned on when photographing the same figure (C). FIGS. 16(a), (b), and (C) are micrographs of cultured tobacco cells. Figure 17 (a), (b), and (c) show single mode light 7.
This is a microscopic photograph of Aiva. FIG. 18 is an explanatory diagram of LED lighting control when performing optical CT. 1.81,101,108.51...LED array light source, 2...High brightness light emitting diode (LED), 4,5
2... Condenser lens, 5,59... Objective lens, 7... Object surface, 10... Light source surface, 11.54.
...LED drive circuit, 12.55...Power supply, 14.5
3...Condenser Uni Nod, 16, 85, 105
.. 58...Sample.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)照明装置を備える透過型の光学顕微鏡において、 前記照明装置が、コンデンサーレンズと、該コンデンサ
ーレンズの前側焦点面に2次元に配列されそれぞれ独立
に点灯制御可能な高輝度発光ダイオードからなる光源と
で構成されたことを特徴とする光学顕微鏡。
(1) In a transmission type optical microscope equipped with an illumination device, the illumination device is a light source consisting of a condenser lens and high-intensity light emitting diodes that are arranged two-dimensionally in the front focal plane of the condenser lens and can each be lit and controlled independently. An optical microscope characterized by comprising:
(2)ケーラー照明系または臨界照明系を備える光学顕
微鏡において、 前記照明系の光源が、2次元に配列されそれぞれ独立に
点灯制御可能な高輝度発光ダイオードからなることを特
徴とする光学顕微鏡。
(2) An optical microscope equipped with a Köhler illumination system or a critical illumination system, characterized in that the light source of the illumination system is comprised of high-intensity light-emitting diodes that are arranged two-dimensionally and can each be independently controlled to turn on.
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