JPS597325A - ケ−ラ−照明光学系 - Google Patents

ケ−ラ−照明光学系

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JPS597325A
JPS597325A JP11637582A JP11637582A JPS597325A JP S597325 A JPS597325 A JP S597325A JP 11637582 A JP11637582 A JP 11637582A JP 11637582 A JP11637582 A JP 11637582A JP S597325 A JPS597325 A JP S597325A
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Hidehiko Furuhashi
古橋 英彦
Toshiaki Futaboshi
俊明 二星
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Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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    • G02B21/08Condensers
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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】 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だ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1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
充分溝すようにその開口−ぽいに拡がっていなければな
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
ンザ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
源像とが重々るため、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、従っ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l〜て従来か
らり一−−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L、反射照明の場合には対物レンズ
の後側焦点)位肪″近傍に形成し、このコンデンサ−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、各種の異った開口数の
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
対応干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
ようん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、周辺部才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。捷だ後者にあっては、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、従って同−視
野内において部分的に著1−<分解能が低ドする恐れが
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(〜たものも公知であるが、これらはいずれ
も、構造が複雑で高仙1なものとなる欠点がある。
捷だ一方、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1〜ては、ケーラー照明を臨界照明
((切り換えて使用する照明光学系が、例えば特公昭4
4−4513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#
軸調整して、輝度の一様な部分を選ぶ仏間があり、その
調整操作が畑雑である。(−かもその、巽ばれた位置が
、光源の片側に偏した位f!’、 (/Cあるときd−
、ケーラー照明に切り換えだとき、再び光源像がll+
位置(光tlQi+中+ly’ )に復帰寸Z、」、う
に光源位宿゛究内調整しなければ々らない。
本発明は、上記のような従来装置の欠点を解決(7、光
源からの光の光融損失が少く、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13・らなく得られるようなり−ラー照
明光学系を安価に提供することを間約とする。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υ乙照明光束を互いに異なる所
定の方向に偏向して検数の光束に分割子る光束分割手段
を設けて、コンデンサーレンズ(捷たは対物レンズ)の
開口絞り位置(瞳位置)近傍の同一平面」二に複数の光
源像を形成+るようにし、コンデンサーレンズ(才たは
対物レンズ)f介して標本を1」(イ明することを特徴
と1.ている。
以1、添付の1シー而に従一つで本発明を訂しく説明−
J−る。
/ /′ /′ / / =、 J l゛;!l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
r図である。フィラメント光源1から放射された光は、
コレクターレンズ2によって州党され、結像レンズ:3
を介してコンデンザーレンズ4の前側焦点位1飾゛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
ンデンザーレンズ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
ないダj物レンズによって周知の如く拡大して結像され
る。まだコンデンザーレンズ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1笹に視野絞り7が設
けられ、コレクターレンズ2と結イSI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′m、1とコ
レクターレンズ2七の間隔は設定されている。
上記のような顕微鍋1の一般面ケーラー照明光学系にお
いて重要なことは、各種の異った開口数をもつ対!jI
V#+レンズに適合するように、開口絞り5の而に十分
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。Iかしながら、フィラメント光源を明るき
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2だめに、第1図に鉛線Vこて示
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(r(′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1、高倍率の対物
レンズに対1〜ては標本像が暗くなり、明瞭な像の観、
察せたけ操影が不可能となる。
第2図、第3A図および第3B図は本発明の光束分割フ
ィ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、フィラメント光臨
1、コレクターレンズ2、集光レンズ3、コンデンザー
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
明による透明な光栄分割フィルター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−けられた本
の、ら′!、 3 A図は、第2図の光束分割フィルタ
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、筑3BIXiは光束分割フィルター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ィルター9の一部を切除
した斜視図で、その−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
フィルター9の傾角θにより偏角αおよび一部だけ屈折
仏;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の而−ヒに集光
され、同一の光源像6aおよび6bが結像される。第4
c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
フィルター9は、第4C図に示されているようにフィラ
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2の焦
点距離をf1光源像の光軸中心からの偏位置を又とする
と、光束分割フィルターの山形斜面の傾角θは次式によ
って求めることができる。
だだL、nは光束分割フィ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。
卯、5A図および第5B図は光束分割フィルター9の他
の実施例で、第5A図は隣接する各山形9a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9b19cf設けることにより、光軸上に
もう1個の光佇像を作ることができる。第5c図は平行
平面部9b、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は前記の算式によって求めることができる。
なお、傾角θをもつ山形またけ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ィルターの実
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。この嚇合、各山形のピッチ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ffl角θの算式から
求めることができ、@6B図の光源イ@) 5 aおよ
び6bは傾角θ1から、光源像6′aおよび6’bld
(El’l角02シζよって摺られる。
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ィルター9′の平面図で、第7B
図は第7A図のIO[面図である。この場合、表面の山
形9aと裏面の山形9dとは互いに山交するように形成
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、フィラメント光源
の輪郭形状はほぼ正方形ないl−円形に近いものが有利
である。なお第4A図の光線分割フィルターを2枚使用
し、その山形列を〃いに直交−する如く配置しても同様
に411I!ilの像がイ!tられる。
第7A図の光束分割フィルター9′の表、裏いずれか一
方の面の山形を第6A図のように何1角l)、およびθ
2の山形に形成−t5モと、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。捷た、第
6A図のような1…角01とθ、をもつ山形列が両面に
形成された光束分割フィルターを用いると、元帥、像は
゛第9図の如く細、横それぞれ4列、合計16個の光源
像がイ!手られる。
上記のように、穐々の光束分割フィ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、フィラ
メント光源の輪郭形状およびフィラメントの粗密の程度
に従って、その光束分割フィルターの山形をどのように
するかを決定−fiIげよい。なお、より多くの異なっ
た傾角をもつ山形を形成中れば多数の光源像が得られる
ことは貢う捷でもない。また、山形の傾角θが等しい場
合にtよ、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m、像
を得ることがでへる。
光源1のフィ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)によっては、光源像の光輝部分が極め
て粗くなったり、複数の光源像が部分的に重なり合って
明るさの均一を欠き、そのため、視野内において部分的
処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、光束分割フィルター9に近接して
拡散度の比較的弱い拡散板8′を設けることによって、
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
うに拡散庫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、その而をマット而に々して、光束分割フィル
ターと拡散板とを一体に形hvシてもよい。
寸だ、Ail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
分割フィルター9、(蛸をモー!’−Mによって照明光
1111 f中心として回転するように構成すれば、光
#、像5a、(5bは照明光軸を中心に大きい回転速I
Qをもって族1川するので、照明光は平均化され、分解
能のむらが解消さ〕]5る。
なお第1図乃至第3B図におけるケーラー照明光学系C
」5、透過型ケーラー照明として説明しだが、反射型ケ
ーラー照明に卦いては、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。従って、本発明を反射型ケーラー
照明に適用゛するときは、コンデンザーレンズ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d、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圓中に設けられる上記の光束分
割フィ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−ヒの如く本発明により、け、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凍だは対物1/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
もっ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1
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21ン1に拡散板を付加したもの、
第3B図は第2図のフィルターを回転口J能としプrも
のを示し、第4A図は第2M乃至第3B図の実施例に使
用さシ1.る光線分割フィルターの斜視図、第4B図は
第4A図の光束分割フィ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rfij ll&l、第5C図は第
5A図、第5B図の山形列をもつ光束分割フィルターに
よる光源像配置1ゾ、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
ィルターを用いた場合の光源像配置図、第7A図は第4
B図の山形列を両面に施17だ光束分割フィルターの平
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1箱に山形列を施l−だ別の光束分割フィルタ
ーを用いたと、きの光源像配置図である。 1・・・・・光tlf、、   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 出1幀人 日本光学工業株式会社 代理人 渡 辺 隆 男 第1図 イー7図 矛3A図 74A[D         之す4汗層口     
  鍔″、ゴーC口司/;lI′5A図 2−5B図 
則−5C因オ6△図 オフA図 第8図 、t6t3図 矛7B区矛7C図 矛CI図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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
    i−て複数の光束に分割する光束分割手段を設け、同一
    平面−Hに複数の光源[象を形成する如く構成したこと
    を特徴とするクーラー照明光学系。
  2. (2)前記光束分割手段は、所定の知角の傾斜面に、し
    って形成された複数の平行な山形列を有する透明フィル
    ター (9,9′)であって、MiJ記光源(1)から
    の光束を前記傾斜面の所定の卸角1) Ii(従って)
    1−6折偏向し、^1[紀結伶レンズ(3)を介し7て
    複数の光#、像を同一平面−)二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. (3)前記複数の光源像Cよ、前記透明フィルター(9
    ,9′)に隣接1.て前記光束中に設けられた拡散板(
    (イ)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項記載のり。 −ラー照明光学系。
  4. (4)前記透明フィルター(9、q′)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?R2項記載のケーラー照明光学系。
JP11637582A 1982-07-05 1982-07-05 Keeraashomeikogakukei Expired - Lifetime JPH0247724B2 (ja)

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