JPS59211014A

JPS59211014A - 変倍観察装置

Info

Publication number: JPS59211014A
Application number: JP58085459A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1983-05-16
Publication date: 1984-11-29
Also published as: US4530578A

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】（発明の技術分野）本発明はオプティカルファイバーを用いた照明光学系を
有する変倍可能な観察装置に関する。

（発明の背景）一般にケーラー照明では光源が面光源であることが望ま
しい。七のため光源像をファイバーの一方の端面に結像
させれば、ファイバーの他（１）方の端面は、二次的な面光源とすることができる。

その代表的な光学系を第１図および第２図に示す。図示
のごとく視野絞り（３）と物体面（７）がコレクターレ
ンズ（４）及びコンデンサーレンズ（６）に関して共役
であり、開口絞シ（２）とコンデンサーレンズ（６）の
入射瞳面（５）がコレクターレンズ（４）に関して共役
となっている。一般に低倍光学系では開口絞りを小さく
し視野絞りを大きくする必要があり、高倍では、その反
対となる。ところがオプティカルファイバー（１）から
出る光線は一様な角度分布を持たず指向性があるためフ
ァイバ一端面（１ａ）と射出光線の角度が垂直からある
程度以上ずれるに従って光量は急激に弱くなる。第１図
の低倍の照明系では、このようなフ〒イバーの特性によ
りファイバー中心から視野絞り（３）の周辺に達する光
線（８）は視野絞り中心に達する光線（９）に比べて弱
く、極端な場合として、光線（８）の角度がファイバー
（１）の光束の開口角（Ｎ、Ａ、）より大きい場合には
、視野絞りの周（２）辺に達する光は存在しなくなり、視野周辺が暗くなる。

すなわち照明むらが生ずるという欠点がある。また第２
図の高倍の照明系では照明むｊ５にらは生じないものの、斜祢部で示した射出角の大きな光
束（１０）はファイバ一端面（１ａ）から垂直に出る光
束（１１）（１１’）に比べて弱いので照明光を効率よ
く利用できないという欠点があった。

（発明の目的）本発ＥＡＦｉオプティカルファイバーを用いた照明系に
おいて照明むらが少なく、大きな変倍に際しても効率良
く照明光を供給することのできる変倍観察装置を提供す
ることを目的とする。

（発明の概要）本発明による変倍可能な観察装置は、照明光を供給する
オプティカルファイバーの射出面ト視野絞シとの間に、
負レンズ又は正レンズを挿脱可能に設け、観察倍率の切
換に応じて低倍の時に負レンズを、高倍の時に正レンズ
を配置する構成としたものである。すなわち、オプティ
カルファイバーからの光束を集光するだめの集光レンズ
とオプティカルファイバーの射出面との間には、まず射
出面の近傍に開口絞シ、そして開口絞りの射出光側に所
定距離だけ離れて視野絞りが配置されるが、低倍率の観
察時には開口絞りと視野絞りとの間に負レンズが配置さ
れ、高倍率の観察時には開口絞りの近傍に正レンズが配
置される。従って、照明系において、負レンズを挿入す
る低倍率用照明と正レンズを挿入する高倍率用照明並び
に何らレンズを挿入しない中間倍率用照明の３段階の切
換が可能であり、これら３段階のうち必要に応じて２段
階の切換とすることもできる。

（実施例）以下図面に基づいて本発明を説明する。

第３図Ａは本発明による照明系の低倍率の照明状態を示
す光路図であり、第３図Ｂはオプティカルファイバー単
独による中倍率の照明状態、第３図Ｃは本発明による照
明系の高倍率の照明状態を表わす光路図である。各図に
は開口絞り及び視野絞りそれぞれの共役関係を示す光線
を示した。第３図Ａに示すごとく低倍率用の照明状態で
は、オプティカルファイバー（１）の射出面（１ａ）の
近傍に配置された開口絞り（２）ととれから所定距離だ
け離れて配置された視野絞り（３）との間に負レンズ（
２０）が配置されている。負レンズ（２０）の発散作用
によりオプティカルファイバー（１）から射出する光束
はオプティカルファイバー（１）に固有の開口角（Ｎ、
Ａ）より大きな角度に拡がって視野絞り（３）の大きな
開口を均一に照明することができ、このため集光レンズ
（４）によりコレクターレンズ（６）の入射瞳（５）へ
大きな角度の照明光束が供給され、コンデンサーレンズ
（６）を介して物体面（７）の広い範囲０を均一に照明
することができる。第３図Ｂに示した中倍率の状態では
視野絞り（３）を照明するオプティカルファイバー　（
１）からの光束の開き角はオプティカルファイバー（１
）に固有の開口角（Ｎ、Ａ、）で制限されるため視野絞
り（３）の開口を大きくしてもその周辺部に光束は存在
せず物体面（７）の狭い範囲（Ｄｏ　）Ｌか照明するこ
とができない。

この負レンズ（２０）の発散作用について考察すれば、
第４図の拡大図に示すごとく、ファイバー（１）の射出
面（１ａ）より角度θ。で射出され、開口絞り（２）の
中心を通る光線（８）が負レンズ（２０）の作用により
角度θで視野絞り（３）の周縁に達する。

開口絞シ（２）よシ負レンズ（２０）までの距離をａ、
負レンズ（２０）が無い場合に光線（８）が′光軸と交
わる点（負レンズが無い場合の開口絞りの位置）より負
レンズ（２０）までの距離をｂ（第４図の場合ｂ＜ｏ　
）ｈするときθ〉θ。〉０であり、レンズの結像関係よ
り負レンズ（２０）の焦点距離ｆについて、掻＋几−脅　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・　（１）が成り立ち、また正弦条件よりａｓｉｎｉ６二−ｂ　ａｉｎθ・・・・・・・・・・・
・・・・（２）が成立する。

（１）（２）式よりｆ、−ｂ。

ｓｉｎも＝］７Ｓｌｎθ　・・・・・・・・・・・・・
・・（３）が導かれる。

（６）ここで一様な照明を得る為にはここで用いられるオプテ
ィカルファイバーの開口数をＮ、Ａ、とすると、０　＜　ｓｉｎθｏ（’Ｎ、Ａ。

であることが必要である。この範囲ならばオプティカル
ファイバーからの射出光束はほぼ一様とみなすことがで
きる。従って、（３）式よりよって、の条件を満たすことが必要である。

（４）式の条件を満たす負レンズを配置することにより
、低倍率用の照明系として物体面の大きな範囲を均一に
照明することが可能となる。この条件の下限よシｆ、が
負に大きくなると負レンズの発散作用が小さいため視野
絞シの周辺まで十分に照明することができない。逆に条
件の上限を越えてｆｌが負で小さくなると負レンズの発
散作用が強過ぎるため光束の多くが視野絞シの開口部外
へ達するため照明効率が低下してしまう。

また、オプティカルファイバーの射出面近傍に位置すべ
き開口絞シとコンデンサーレンズの入射瞳との共役関係
が維持できなくなる。

また、本発明による高倍率用照明状態の照明系の光路図
は第３図Ｃに示すごとくであり、図中第３図Ａで示した
低倍率用照明状態と同じ機能を有する部材には同一の番
号が付されている。

この場合には正レンズ（３０）がオプティカルファイバ
ー（１）の射出面（１ａ）の近傍で開口絞シ（２）の直
前に配置される。ここでは、第５図の説明図に示すごと
くオプティカルファイバー（１）の射出面（１ａ）の広
い範囲から垂直に射出する光束（１１）が正レンズ（３
０）の収斂作用を受けて比較的小さな開口の視野絞り（
３）のほぼ中心部に達するため、高倍率用の狭い物体面
（７）上に効率よく集光される。すなわる、第３図Ｃに
示したごとくオプティカルファイバー（１）の周辺部か
らの光束が正レンズ（３０）の収斂作用によシ視野絞り
（３）の開口部に大きな角度で導かれるため、コンデン
サーレンズ（６）の入射瞳（５）の大きな範囲を一様に
照明することができ、この結果物体面（７）を大きな角
度ａで照明することができる。従って、第３図Ｂに示し
た中間倍率の照明状態における照明光の角度α。よシ大
きな角度αでしかも効率良く高倍率照明が達成される。

一般に高倍社用の照明状態では視野絞り（３）の開口よ
り開口後シ（２）の開口の方が犬きく、このために正レ
ンズ（３０）の焦点距離ｆ、とすると、開口絞り（２）
と視野絞シ（３）との間隔ｄに関してｄ≦ｆ、≦２．５ｄ　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・　（５）であることが望ましい。正レンズの焦点
距離ｆ！は上記条件の範囲内で開口絞りの口径と、視野
絞りの口径との関係から適切な値に選ばれなければなら
ない。上記条件の範囲を外れる場合にはいずれも効率良
い高倍率照明を行なうことは難しい。

第６図は、本発明による１実施例の光路図であり、落射
照明系を有する変倍光学系を構成している。物体（０）
からの光束は、第１対物レンズ（９）（１２）、ハーフミラ−（１３）、第２対物レンズ（１
４）を経て中間像（１５）を形成する。レンズ（１６）
〜（１９）はガリレオ変倍系（１７）　（１８）を含む
リレー光学系でありガリレオ変倍系（１７）　（１８）
を有する回転鏡筒（５０）を１８０°回転させることに
より変倍可能となる。このリレー光学系により中間像（
１５）は第２中間像（３０）として再結像される。なお
図の状態は中間像（１５）がガリレオ変倍系で縮小され
て第２中間像（３０）が結像される低倍率観察の状態で
ある。本装置の照明系において、低倍の時にはオプティ
カルファイバー（２８）の射出面近傍で開口絞り（２３
）と視野絞り（２２）との間に負レンズ（２４）が配置
されており、−万高倍の時には開口絞り（２３つの前に
正レンズ（２６）が配置される。開口絞り（２３）を通
った光束は視野絞り（２２）を通りコレクターレンズ（
２１）を通り、ミラー　（２５）ハーフミラ−（１３）
、第１対物レンズ（１２）を介して物体（０）を照明す
る。

ここで、負レンズ（２４）は上記（４）式の条件を満足
しつつ支持部材（６０）により一体に設けられて（１０
）おり、また、正レンズ（２６）と高倍率照明用の開口絞
、？　（２３’）　　と視野絞り（２２’）とは上記（
５）式の条件を満足しつつ支持部材（７０）により一体
に設けられている。そして、ガリレオ変倍系の回転鏡筒
（５０）の回転に連動して照明系中で開口絞り、視野絞
り、レンズを有する２つの支持部材（６０）（７０）が
交互に挿脱され、高倍率及び低倍率の観察時にそれぞれ
最適の照明光が供給される。

尚、本実施例では高倍率と低倍率との照明系の切換えに
伴って、正レンズ及び負レンズそれぞれと共に開口絞り
（２３，２３つと視野絞Ｄ　（２２，２２’）を同時に
交換する構成としたが、視野絞り（２２゜２２″）の位
置は常に一定であるため、正レンズと負レンズとの交換
の際にはそれぞれ開口絞り（２３，２３つのみを交換す
ることとし、視野絞り（２２，２２’）はその開口径の
みを変える構成とすることも可能である。

上記実施例は低倍率と高倍率との２段階の切換を行なう
構成であったが、ガリレオ変倍系（５０）を第６図の状
態から９０°だけ回転すれば、中間倍率を得ることがで
き、この時、第３図Ｂに示したごとく照明系中にはオプ
ティカルファイバー（２８）の射出面とコレクターレン
ズとの間に何らレンズを配置しないようにしたシ、或は
別のレンズを配置することによって中間倍率用の最適照
明状態を得るこ七ができ、実質的に３段階の切換を行な
うことができる。そして、この中間倍率を基準としてよ
り高倍率かより低倍率かの一方のみを用いた２段階切換
の構成とすることもできる。また、第６図に示したごと
き落射照明系に限らず透過照明系においても本発明は十
分有効であり、落射照明系においては、対物レンズがコ
ンデンサーレンズとしての機能を兼ね備えることはいう
までもない。

（発明の効果）以上のごとく、本発明によれば、オプティカルファイバ
ーによって照明光を供給する観察装置において、観察系
の倍率を大きく変えても常に効率良く照明むらのない優
れた照明状態を得ることができ、オプティカルファイバ
ーの便利さを損なうことなく最も有効に用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はオプティカルファイバーを用いた従来
の照明系で、第１図は低倍の、第２図は高倍の照明系の
各光路図、第３図Ａ１第３図Ｂ１第３図Ｃどはそれぞれ
本発明に係る装置の低倍率用、中間倍率用及び高倍率用
の各照明状態の照明系の光路図、第４図は負レンズの発
散作用の説明図、第５図は正レンズの作用の説明図、第
６図は本発明による１実施例の光路図である。〔主要部分の符号の説明〕１、’、　’　、、　。１．２８　　　　オプティカルファイバ□゛Ｌ２０　、
２４　　　負レンズ３０　、２６　　　正レンズ５０　　　　　ガリレオ変倍系の回転鏡筒出願人　日本
光学工業株式会社代理人　渡　　辺　　隆　　男

Claims

【特許請求の範囲】

オプティカルファイバーを通して照明光を供給する照明
光学系を有し、所定の倍率より低倍率への変倍が可能な
変倍観察装置において、該オプティカルファイバーの射
出面の近傍に配置された開口絞りと該開口絞りから所定
距離だけ離れて配置された視野絞シとの間に、低倍率観
察への切換に応じて負レンズを配置する構成としたこと
を特徴とする変倍観察装置。