JPH09171141A

JPH09171141A - 顕微鏡照明装置

Info

Publication number: JPH09171141A
Application number: JP33174095A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yamashita; 日出人山下
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】照明ランプ近傍のコレクターレンズ部及びコレ
クターレンズ自体を簡単に変更することにより、低倍率
から高倍率までの対物レンズの切り換えに対し明るくム
ラのない照明が簡単な構造で安価に得られる顕微鏡照明
装置を提供する。【解決手段】観察対象物に光源１の光を均一に照射する
ようにしたケーラー照明系を備えた顕微鏡照明装置にお
いて、光源１の光の一部を、光源１の近傍に配置された
コレクターレンズ２と光源１との間に光学部材７を配置
し、この光学部材７による光源１の像を、観察標本と共
役の位置に結像させるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡におい
て対象物を観察するために光源からの光を対象物に照射
する顕微鏡照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学顕微鏡の照明方法には、一般に、図
８に示すように、例えば集光レンズ１７等を介して光源
１より射出した光束による光源ランプフィラメント１ａ
の像１８を観察標本位置６に直接結像させるようにした
クリティカル照明や、図９に示すように、光源１より射
出した光束による光源ランプフィラメント１ａの像１８
を顕微鏡光学系の瞳位置に結像させるようにしたケーラ
ー照明等がある。クリティカル照明では、光源ランプフ
ィラメント１ａの像１８が標本面上に直接投影されるた
め明るくなる反面、低倍率の対物レンズを用いたときに
照明ムラが目立ち易い。他方、ケーラー照明では、光源
１の光が球面状に広がるがその球面上では光の強度が一
定であるため、コンデンサーレンズ５を通過後の標本面
上においても光の強度が一定となり、照明ムラが生じな
い。このため、光学顕微鏡の照明方法としてケーラー照
明が広く用いられている。このとき、ケーラー照明系で
は、ｉ）光源の開口数に比例して照明視野の大きさが決ま
る、ii）光源の大きさに比例して照明の開口数が決ま
る、等の特徴があるため、ケーラー照明を採用する場合
は、一般に、高倍率から低倍率までの対物レンズの倍率
切り換えに応じてコンデンサーレンズの焦点距離を変え
ることで照明ムラを抑えるとともに明るさを確保してい
る。

【０００３】また、上記とは別に、ケーラー照明からク
リティカル照明へ変換する方式の照明方法がある。この
ような方式を用いた照明装置としては、例えば、特公昭
４４−４５１３号公報に記載の従来例のように、図１０
に示すコレクターレンズ２の後側（標本側）の光路中に
凸レンズ１９または拡散板２０を挿脱可能にしたもの
や、図１１に示すような、本出願人により出願された顕
微鏡照明装置（特願平７−２４６１２８号）があり、こ
れらの照明装置によれば、凹レンズ２１或いは凸レンズ
１９（図１０）のような、負のパワー或いは正のパワー
を持つ光学部材をコレクターレンズ２の後側（標本側）
の光路中に挿入することでケーラー照明から切り換えて
クリティカル照明の効果を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、顕微
鏡用光学系では、高倍率で高ＮＡから低倍率で低ＮＡま
での対物レンズの使用に同時に適応でき、かつ、照明ム
ラを最小限に抑えることができるようなケーラー照明系
を採用している。従って、対物レンズの倍率が低倍率で
ある場合に照明視野を確保するためには、光源の開口数
を確保し、また、これと同様に対物レンズの倍率が高倍
率である場合の照明の開口数を確保するためには、フィ
ラメントサイズの大きな照明光源を用いる必要がある。

【０００５】しかし、実際には、光学顕微鏡の照明光源
としてよく用いられるハロゲンランプ等のフィラメント
サイズには限度があるため、図１２に示すように、光源
ランプフィラメント１ａの大きさｌ₁、及び光源１によ
る実際のＮＡ光束２２の径が、高倍率の対物レンズを使
用したときのＮＡに対応した最大光束１０の径に満たな
い場合が頻繁に生ずる。これを防ぐために、通常、図１
３に示すような拡散板２０をコレクターレンズ２の光源
側に設けて２次光源的な効果を持たせることにより、拡
散板２０による散乱光２３が光源１からの光のうちコレ
クターレンズ２に平行に入射する光束の径を、高倍率対
物レンズを使用した時のＮＡに対応した最大光束１０の
径まで拡げて、高倍率の対物レンズを使用した時の照明
の開口数を確保するようにした顕微鏡用光学系が多い
が、このような拡散板を用いた場合、拡散板を通過する
光の拡散，吸収により、透過率が下がり、明るさが著し
く減少してしまうという欠点があった。

【０００６】このように、顕微鏡の限られたスペース
で、照明光による標本のＮＡ及び明るさの確保と照明ム
ラの抑止を同時に満たすことは難しく、特に、対物レン
ズの倍率切り換えにおいては、低倍率で明るく、また、
高倍率で暗くなるため、その都度、減光，増光等の調光
作業を必要としていた。

【０００７】更に、特公昭４４−４５１３号公報に記載
の装置は、上述のように図１０に示す光路中のコレクタ
ーレンズ２より後の観察標本側に凸レンズ１９等を入れ
ることによりクリティカル照明を得ることが可能である
が、この場合、凸レンズ１９等を顕微鏡の照明光路の途
中の顕微鏡ベース部に挿入するような構成となっている
ため構造が複雑化し、コスト高となってしまう等の問題
があった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、照明
ランプ近傍のコレクターレンズ部及びコレクターレンズ
自体の構成に簡単に変更を加えることにより、低倍率か
ら高倍率までの対物レンズの切り換えに対し明るくムラ
のない照明が簡単な構造で安価に得られる顕微鏡照明装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による顕微鏡照明装置は、観察対象物に光源
の光を均一に照射するようにしたケーラー照明系を備え
た顕微鏡照明装置において、前記光源の光の一部を、前
記光源近傍に備えられた光学部材により、本来の集光位
置とは別の位置に集光させるようにしたことを特徴とす
るものである。

【００１０】また、本発明による顕微鏡照明装置は、好
ましくは、前記ケーラー照明系において、前記光源の近
傍に配置された正のパワーを持つコレクターレンズ部材
と前記光源との間に、正のパワーを持つ光学部材を配置
し、該光学部材による前記光源の像を、観察標本と共役
の位置に結像させるようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００１１】また、本発明による顕微鏡照明装置は、好
ましくは、前記ケーラー照明系において、前記光源より
前記光源の近傍に配置された正のパワーを持つコレクタ
ーレンズ部材とは反対側に凹面鏡を配置し、前記凹面鏡
による前記光源の像を、観察標本と共役の位置に結像さ
せるようにしたことを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図示説
明する。図１は、本発明による顕微鏡照明装置の一実施
形態の概略構成を示す。本実施形態の顕微鏡照明装置
は、例えば、光源１，コレクターレンズ２，視野絞り
３，開口絞り４，コンデンサーレンズ５等より構成され
たケーラー照明系において、図１（ｂ）に拡大して示す
ように焦点距離ｆ＝ｌ₂となる凸レンズ７が光源ランプ
フィラメント１ａとコレクターレンズ２との間に設けら
れており、光源１より射出した光のうち凸レンズ７の有
効径内を通過する光線の像を、光源ランプフィラメント
１ａと観察標本とが共役となるような位置に結像させる
ようになっている。

【００１３】本実施形態によれば、光源１より射出した
光のうち凸レンズ７の有効径内を通過する光が観察標本
位置６上に結像せしめられるので、クリティカル照明が
得られ、また、凸レンズ７がない場合のＮＡ光束１３の
径に比べてハロゲンランプ等のフィラメントサイズｌ₁
が小さくても、凸レンズ７の有効径がＮＡ光束１３の径
を満たしていれば、高倍率の対物レンズを使用したとき
のＮＡに対応した最大光束１０の径を満たす。他方、こ
の凸レンズ７の有効径の外部を通過する光線は、コレク
ターレンズ２を通過し、開口絞り４の位置で結像された
後、コンデンサーレンズ５を経て観察標本の周辺を満た
すケーラー照明系の光線の状態を維持しているため低倍
率対物レンズを使用したときの照明視野を満たす。

【００１４】従って、本実施形態によれば、対物レンズ
が高倍率の場合でも明るい照明が得られるので対物レン
ズの倍率変換による光量の調整は不要となる。他方、低
倍率の対物レンズを使用した時には、観察視野の中心部
等が多少明るくなるが、これは程度としては小さなもの
であり光路途中に通常よりも拡散度の小さい拡散板８等
を使用することにより、照明ムラを除去することができ
る。或いは、上記のような拡散板８を使用する代わり
に、凸レンズ７を挿脱可能に構成し、対物レンズの倍率
切り換えに合わせて、高倍率に切り換えたときに挿入
し、低倍率に切り換えたときに抜脱させるような簡単な
機構，構造をとれば、低倍率の対物レンズを使用する時
でも観察視野に照明ムラを生ずることがなく、又、高倍
率の対物レンズを使用するときも明るい照明を得ること
ができる。

【００１５】図２は、本発明による顕微鏡照明装置の他
の実施形態を示す。本実施形態では、光源１に対してコ
レクターレンズ２とは反対の側に凹面鏡１１が設けられ
ており、凹面鏡１１は、図２に拡大して示すように該凹
面鏡１１による反射光が光源１の位置ではなく、光源と
観察標本とが共役となるような位置に集光するように、
曲率半径Ｒが選定されている。このため、凹面鏡１１の
焦点距離をｆ_Mとすると、一般的に球面状の凹面鏡にお
いてｆ_M＝Ｒ／２であるので、凹面鏡１１は、Ｒ／２の
位置に置かれている。本実施形態によれば、光源１より
射出した光の一部が凹面鏡１１で反射し、光源ランプフ
ィラメント１ａの像が光源と観察標本とが共役となるよ
うな位置に結像する。従って、本実施形態によれば、図
１の実施形態において凸レンズ７を挿入した場合と同様
に高倍率対物レンズ使用時のＮＡに対応した最大光束１
０の径が確保されると共に明るい照明が得られる。な
お、図２の実施形態においても図１の実施形態と同様
に、対物レンズの倍率切り換えに合わせて凹面鏡１１を
挿脱可能としたり、また、拡散板８を挿入するような構
成としてもよい。

【００１６】図３乃至図５は、本発明による光学顕微鏡
照明装置の他の実施形態の要部を示す。本実施形態で
は、例えば図１の実施形態において焦点距離ｆ＝ｌ₂と
なる凸レンズ７とコレクターレンズ２とを一体的に構成
した変形コレクターレンズ１２を用いている。図３の実
施形態では凸面部１２ａが光源側に形成され、図４の実
施形態では光源とは反対の側に形成されている。これら
の変形コレクターレンズ１２は、ガラス成形（型）によ
り容易に製造可能である。また、図５に示すように凸レ
ンズ７とコレクターレンズ２を組み合わせて接合剤１４
等により接合したものを変形コレクターレンズ１２とし
て用いてもよい。本実施形態によれば、凸面部１２ａが
ない場合のＮＡ光束１３の径に比べて光源のフィラメン
トサイズｌ₁が小さくても光源１の光は、変形コレクタ
ーレンズ１２の凸面部１２ａにより高倍率対物レンズ使
用時のＮＡに対応した最大光束１０の径を確保可能であ
り、上記各実施形態と同様の効果が得られる。。

【００１７】図６は、本発明による光学顕微鏡照明装置
の他の実施形態の要部を示す。本実施形態では、レンズ
の焦点位置が、例えば、中間ＮＡ光束ａ乃至ｃで示すよ
うに、光源の射出角に対応して段階的に変わるように非
球面の曲率半径を持たせて形成した非球面コレクターレ
ンズ１５を用いて、観察標本の瞳位置に対して光源１の
共役位置を連続的に変化させるように構成している。
尚、非球面コレクターレンズ１５の光軸を中心とした所
定範囲の同心円内には、図３の実施形態における凸面部
１２ａ等と同様に凸面部１５ａが形成されている。本実
施形態によれば、上記各実施形態と同様の効果が得られ
ることに加えて、観察視野の中心と周辺での明るさが段
階的に徐々に変化するため、対物レンズを低倍率にして
観察標本を観察するときの照明ムラを軽減することがで
きる。

【００１８】図７は、本発明による光学顕微鏡照明装置
の他の実施形態の要部を示す。本実施形態では、図２の
実施形態のように光源１に対してコレクターレンズ２と
は反対の側に凹面鏡１１を備えるような反射光学系にお
いて、凹面鏡１１に代えて、型成形による製造法を利用
して形成した非球面凹面鏡１６を用いて反射による焦点
位置を、例えば、中間ＮＡ光束ａ乃至ｃで示すように、
段階的に変化させるようにしている。尚、非球面凹面鏡
１６の光軸を中心とした所定範囲の同心円内には、図２
の実施形態における球面鏡１１と同様に曲率半径が選定
された球面部１６ａが形成されている。その他の構成
は、図６の実施形態の構成と略同様である。本実施形態
においても、図６の実施形態と同様に、上記他の各実施
形態と同様の効果が得られることに加えて、観察視野の
中心と周辺での明るさが段階的に徐々に変化するため、
対物レンズを低倍率にして観察標本を観察するときの照
明ムラが軽減される。

【００１９】以上説明したように、本発明の顕微鏡照明
装置は、前述の特許請求の範囲に記載した特徴の他に
も、以下のような特徴を有している。

【００２０】（１）前記ケーラー照明系において、前記
コレクターレンズ部材の光軸を中心とした所定範囲の同
心円内のレンズ面の曲率を変え、この部分を通る光線
を、前記光源と前記観察標本とが共役となるような位置
に結像させるようにしたことを特徴とする請求項２に記
載の顕微鏡照明装置。

【００２１】（２）前記コレクターレンズ部材が非球面
を有することにより、前記光源の像をその射出角に対応
して、前記観察標本から、該標本の瞳位置に対して前記
光源の共役位置を連続的に変化させるようにしたことを
特徴とする請求項２又は上記（１）に記載の顕微鏡照明
装置。

【００２２】（３）前記凹面鏡が非球面を有することに
より、前記光源の像をその射出角に対応して、前記観察
標本から、該標本の瞳位置に対して前記光源の共役位置
を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする請求
項３に記載の顕微鏡照明装置。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、顕微鏡照明装置
において、照明ランプ部（コレクターレンズ部及びコレ
クターレンズ自体）の簡単な変更により、ケーラー照明
からクリティカル照明の切り換えまたはケーラー照明と
クリティカル照明の同時照明が可能となり、対物レンズ
を高倍率にしたとき明るい照明が安価に得られ、対物レ
ンズの倍率変換による明るさの変化を抑えた照明装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による顕微鏡照明装置の一実施形態の概
略構成図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図であ
る。

【図２】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
概略構成図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図で
ある。

【図３】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
要部を示す図である。

【図４】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
要部を示す図である。

【図５】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
要部を示す図である。

【図６】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
要部を示す図である。

【図７】本発明による顕微鏡照明装置の他の実施形態の
要部を示す図である。

【図８】顕微鏡照明装置の従来例の概略構成図である。

【図９】顕微鏡照明装置の従来例の概略構成図である。

【図１０】顕微鏡照明装置の従来例の概略構成図であ
る。

【図１１】顕微鏡照明装置の従来例の概略構成図であ
る。

【図１２】顕微鏡照明装置の従来例の要部を示す図であ
る。

【図１３】顕微鏡照明装置の従来例の要部を示す図であ
る。

【符号の説明】

１光源１ａ光源ランプフィラメント２コレクターレンズ３視野絞り４開口絞り５コンデンサーレンズ６観察標本位置７，１９凸レンズ８，２０拡散板９低倍率対物レンズ使用時の周辺光束１０高倍率対物レンズ使用時のＮＡに適合する最大光
束１１凹面鏡１２変形コレクターレンズ１３凸面部（凸レンズ）がない場合のＮＡ光束１４接合剤１５非球面コレクターレンズ１６非球面凹面鏡１７集光レンズ１８光源ランプフィラメントの像２１凹レンズ２２ランプによる実際のＮＡ光束２３拡散板による散乱光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察対象物に光源の光を均一に照射する
ようにしたケーラー照明系を備えた顕微鏡照明装置にお
いて、前記光源の光の一部を、前記光源近傍に備えられ
た光学部材により、本来の集光位置とは別の位置に集光
させるようにしたことを特徴とする顕微鏡照明装置。
【請求項２】前記ケーラー照明系において、前記光源
の近傍に配置された正のパワーを持つコレクターレンズ
部材と前記光源との間に、正のパワーを持つ光学部材を
配置し、該光学部材による前記光源の像を、観察標本と
共役の位置に結像させるようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項３】前記ケーラー照明系において、前記光源
より前記光源の近傍に配置された正のパワーを持つコレ
クターレンズ部材とは反対側に凹面鏡を配置し、前記凹
面鏡による前記光源の像を、観察標本と共役の位置に結
像させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
顕微鏡照明装置。