JPWO2012053241A1

JPWO2012053241A1 - 顕微鏡装置

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Publication number: JPWO2012053241A1
Application number: JP2012539621A
Authority: JP
Inventors: 中島　康晴; 康晴中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: TW201217831A; WO2012053241A1; JP5527718B2

Abstract

優れた光学性能を保持しながらも、小型化と低コスト化とを図ることが可能な顕微鏡装置を提供する。顕微鏡装置１００を、結像光学系１０と、撮像素子３０と、この結像光学系１０の外周に環状に配置された照明装置２０と、で構成する。また、この照明装置２０を、光源２２と、この光源２２からの光が入射する入射面２３ａ、この入射面２３ａから入射した光を反射して集光する第１の光学面２３ｂ、及び、第１の屈折面２３ｆが形成された第１部材２３Ｐ，並びに、第２の屈折面２３ｇ、当該第１の光学面２３ｂで反射した光を反射する第２の光学面２３ｃ及び第３の光学面２３ｄ、並びに、第３の光学面２３ｄで反射した光が射出する射出面２３ｅが形成された第２部材２３Ｓからなる集光部材２３とで構成し、射出面２３ｅから射出した光を試料面Ｏに照射するよう構成する。

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

従来、顕微鏡装置や画像測定機のリング照明、スチルカメラのマクロレンズ用ストロボ等、輪帯状の照明光を射出するための輪帯照明装置が知られており、このような輪帯照明装置として、多数のＬＥＤを同心円状に配列して備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３２８０９４号公報

しかしながら、上述のような従来の輪帯照明装置は、多数のＬＥＤを備えることで装置が大型化するとともに、顕微鏡装置等への取り付け（位置決め）が難しく、また、構造が複雑であり、製造コストが増大してしまうという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、優れた光学性能を保持しながら、小型化と低コスト化とを図ることが可能な顕微鏡装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る顕微鏡装置は、試料からの光を集光してこの試料の像を結像する結像光学系と、光源から放射された光の少なくとも一部を反射する第１の光学面、所定の屈折力を有し、光源から放射された光及び第１の光学面で反射された光を透過する第１の屈折面、所定の屈折力を有し、第１の屈折面を透過した光が透過する第２の屈折面、第２の屈折面を透過した光を反射する第２の光学面、及び、第２の光学面で反射された光を反射する第３の光学面を有し、第１の屈折面と第２の屈折面との距離が、結像光学系の光軸に略平行な光軸に沿って変化可能に構成してなる集光部材が、結像光学系の外周に離散的に２以上配置された照明装置と、を有することを特徴とする。

このような顕微鏡装置において、集光部材は、第３の光学面が中心を向くように配置されていることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の光学面は、回転対称な曲面であり、該回転対称な曲面の回転対称軸は、結像光学系の光軸に略平行であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、回転対称な曲面は、光源を焦点の１つとする略コーニック面であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の屈折面と第２の屈折面とは互いに密接して接合可能な形状であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の屈折面及び第２の屈折面は、球面であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の屈折面及び第２の屈折面は、非球面であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の屈折面及び第２の屈折面は、複数のマイクロレンズが２次元状に配置された形状であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、集光部材は、光を透過する部材で構成され、この部材の表面に形成された、光源から放射された光が入射する入射面、第１の光学面、及び、第１の屈折面を有する第１部材と、光を透過する部材で構成され、この部材の表面に形成された第２の屈折面、第２の光学面、第３の光学面、及び、第３の光学面で反射された光が射出する射出面を有する第２部材と、から構成され、第１の屈折面と第２の屈折面とが対向するように第１部材及び第２部材を配置することが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の光学面、第２の光学面、及び、第３の光学面の少なくとも１つは、前記部材の表面に設けられた反射部材で構成されていることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第１の光学面、第２の光学面、及び、第３の光学面の少なくとも１つは、前記部材の空気との境界面において光源からの光が全反射する角度で入射するように配置されていることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、第２の光学面と射出面とは、第２部材の連続する面上に形成されていることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、入射面は、光源を中心とする略球面の一部であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置は、隣接する第１部材同士を第１の結合部で結合して一体に構成し、隣接する第２部材同士を第２の結合部で結合して一体に構成することが好ましい。

また、このような顕微鏡装置は、２以上の集光部材の各々に取り付けられた光源を有することが好ましい。

また、本発明に係る顕微鏡装置は、試料からの光を集光して試料の像を結像する結像光学系と、所定の屈折力を有し、光源から放射された光を透過し、この光を射出する第１の屈折面を有する第１部材と、所定の屈折力を有し、第１の屈折面から射出した光が透過する第２の屈折面を有する第２部材とを含み、第１の屈折面と第２の屈折面との距離が結像光学系の光軸に略平行な光軸に沿って変化可能に構成してなる集光部材が、前記結像光学系の外周に２以上配置された照明装置と、を有し、２以上の第１部材は、一体化された成型品であるとともに、２以上の第２部材は、一体化された成型品であることを特徴とする。

このような顕微鏡装置において、成型品は、モールドによって形成されることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、成型品は、樹脂からなることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、集光部材は、曲率を有する面を少なくとも一つ備えることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、曲率を有する面は、全反射面であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置は、２以上の第１部材の各々に取り付けられた光源を有することが好ましい。

本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、優れた光学性能を保持しながらも、小型化と低コスト化とを図ることができる。

第１の実施形態に係る照明装置を備えた顕微鏡装置の構成を示す説明図である。第１の実施形態に係る照明ユニットにおける光路を示す説明図である。第１の実施形態に係る照明ユニットにおいて、第１部材及び第２部材を相対的に移動した状態を説明するための図面であって、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は斜視図を示す。照明ユニットと照明エリアとの関係を示す説明図である。照明ユニットの仕様を説明するための説明図である。集光部材の外形寸法を説明するための説明図である。第１の実施形態における照明エリアの状態を示す説明図である。第２の実施形態に係る集光ブロックを示す説明図である。第３の実施形態における照明エリアの状態を示す説明図である。第４の実施形態に係る集光ブロックを示す説明図である。第４の実施形態における照明エリアの状態を示す説明図である。第１の実施形態に係る照明ユニットの変形例において、第１部材及び第２部材を相対的に移動した状態を説明するための断面図である。第１の実施形態に係る照明ユニットの他の変形例において、第１部材及び第２部材を相対的に移動した状態を説明するための断面図である。集光部材を構成する第１部材と第２部材とを相対移動させるカム機構の分解斜視図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、第１の実施形態に係る輪帯照明装置（以下、単に「照明装置」と呼ぶ）を備えた顕微鏡装置の構成について説明する。この図１に示すように、第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００は、標本（試料面Ｏ）からの光を集光して、この試料面Ｏの像を像面Ｉに結像させる結像光学系１０と、像面Ｉ上に配置され、試料面Ｏの像を検出するＣＣＤ等で構成された撮像素子３０と、この結像光学系１０の外周を囲むように環状に配置され、試料面Ｏに照明光を照射するための照明装置２０と、を有して構成される。ここで、顕微鏡装置１００は、結像光学系１０により標本の縮小像（例えば、０．４倍）を形成する観察装置と、結像光学系１０により標本の拡大像（例えば、４０倍）を形成する観察装置と、を含む概念である。

結像光学系１０は、試料面Ｏ側から順に、この試料面Ｏからの光を集光する第１対物レンズ１１と、ＮＡを規定するための開口絞り１２と、第１対物レンズ１１より出射した光を像面Ｉに結像する第２対物レンズ１３と、から構成されている。また、照明装置２０は、第１対物レンズ１１の外周に配置されている。なお、試料面Ｏは、第１対物レンズ１１、開口絞り１２、及び、第２対物レンズ１３を介して、撮像素子３０の像面Ｉと共役な位置にある。

照明装置２０は、第１対物レンズ１１の外周に、等間隔で環状に配置された８つの照明ユニット２１を有して構成される。これら８つの照明ユニット２１は、それぞれが試料面Ｏの被照射領域に対して略均一に照明光を射出するものであり、いずれも同じ構成を有している。なお、以降の説明では、照明装置２０を８つの照明ユニット２１で構成した場合について説明しているが、本発明がその個数に限定されることはなく、２以上の照明ユニット２１を有していれば良い。

以下、照明ユニット２１の詳細な構成について、図２〜図７及び図１２〜図１４を参照して説明する。照明ユニット２１は、ＬＥＤ等の光源２２と、この光源２２からの光を集光する集光部材２３と、から構成されている。また、各々の集光部材２３は、光を透過する２つの部材２３Ｐ，２３Ｓで構成されている。この集光部材２３において、第１部材２３Ｐには、光源２２から放射された光が内部に入射する入射面２３ａと、この部材の内部で入射面２３ａから入射した光を反射する第１の光学面２３ｂと、所定の屈折力を有し、光源２２から放射された光及び第１の光学面２３ｂで反射された光を出射させて第２部材２３Ｓに導く第１の屈折面２３ｆと、が形成されており、また、第２部材２３Ｓには、第１の屈折面２３ｆと密着して接合可能な形状で、且つ、所定の屈折力を有し、第１部材２３Ｐから出射した光が入射する第２の屈折面２３ｇと、この第２の屈折面２３ｇから入射した光を反射する第２の光学面２３ｃ、及び、第３の光学面２３ｄと、この第２部材２３Ｓから外部に光を射出させる射出面２３ｅと、が形成されている。ここで、入射面２３ａは略球面の一部を構成する凹面として形成され、その球心に光源２２が配置される。また、第１の光学面２３ｂは、入射面２３ａを囲んだ、光源２２と図２に示す点Ｆとを焦点とする略コーニック面（例えば、楕円面）として形成される。なお、第１の光学面２３ｂは略コーニック面に限らず、回転対称な曲面であればよい。また、第２の光学面２３ｃ、第３の光学面２３ｄ及び射出面２３ｅは略平面で形成されており、また、第２の光学面２３ｃ及び射出面２３ｅは、この集光部材２３（第２部材２３Ｓ）の同一面上に形成されている。また、第３の光学面２３ｄは、回転対称な曲面である第１の光学面２３ｃの回転対称軸Ｘ′に略平行に形成されている。なお、第２の光学面２３ｃ、第３の光学面２３ｄ及び射出面２３ｅは略平面に限らず、曲面であってもよい。さらに、第１の屈折面２３ｆは凸状の曲面に形成され、第２の屈折面２３ｇは、第１の屈折面２３ｆと接合可能な凹状の曲面に形成されている。そのため、第１の屈折面２３ｆ及び第２の屈折面２３ｇを接合させると、第１及び第２部材２３Ｐ，２３Ｓは、一体の光学部材となるように構成されている。なお、第１の屈折面２３ｆと第２の屈折面２３ｇとは、互いに密接して接合可能な形状（一体の光学部材となる）に限らず、互いに異なる屈折力（曲率半径）であってもよい。

このような構成の顕微鏡装置１００において、光源２２より放射された光は、この光源２２を概ね球心とする入射面２３ａより集光部材２３の第１部材２３Ｐ内に入射し、さらに、その光の一部は第１の光学面２３ｂにより反射される。ここで、第１の光学面２３ｂは、上述のように光源２２及び点Ｆを焦点とする略コーニック面として形成されているため、この第１の光学面２３ｂに入射した光は点Ｆに集光するように反射する。また、入射面２３ａを略球面とすることにより、光源２２からの光が入射面２３ａに垂直に入射するため、この面で反射する光を少なくすることができる。そして、入射面２３ａから入射した光の残りの一部及び第１の光学面２３ｂにより反射された光は、第１の屈折面２３ｆ及び第２の屈折面２３ｇを透過して第２部材２３Ｓに入射し、さらに、第２の光学面２３ｃ及び第３の光学面２３ｄで全反射した後、射出面２３ｅから集光部材２３の外に射出される。そして、集光部材２３より射出された光は、焦点Ｆに集光した後、試料面Ｏ上に照射される。図１に示すように、照明装置２０を構成する８つの照明ユニット２１は、第１対物レンズ１１の周りに照明ユニット２１の光軸（光源２２の法線、略コーニック面の回転対称軸）Ｘ′が結像光学系１０の光軸Ｘと略平行になるように環状に配置されている。また、第３の光学面２３ｄ及び射出面２３ｅがこの環の中心に向くように配置されているため、試料面Ｏの第１対物レンズ１１を含む結像光学系１０の光軸上を中心に、この試料面Ｏを周囲から照明することができる。また、照明ユニット２１は略等間隔で配置されているため、試料面Ｏを均一に照明することができる。ここで、８つの集光部材２３は、図示しない部材により固定されて集光ブロックを形成し、照明装置２０として顕微鏡装置１００に取り付けられる。

また、上述のように、第１部材２３Ｐに形成された第１の屈折面２３ｆは凸面として形成されており、第２部材２３Ｓに形成された第２の屈折面２３ｇは凹面として形成されている。そのため、図３に示すようにこれらの屈折面２３ｆ，２３ｇが接合しているときは、第１部材２３Ｐ及び第２部材２３Ｓが同じ材質で形成されているとすると、光はこれらの面をそのまま通過するが、第１の屈折面２３ｆと第２の屈折面２３ｇとの間に空気間隔があると、これらの面２３ｆ，２３ｇを通過する光が屈折するため、この集光部材２３から出射する光が集光する点Ｆ及び、それらの光の発散角ηが変化する。具体的には、図４に示す第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓとの間隔（光軸上の距離）Ｄ２が小さいほど、点Ｆは射出面２３ｅから遠ざかり、また、発散角ηは小さくなる。反対にこれらの間隔Ｄ２が大きいほど、点Ｆは射出面２３ｅに近づき、発散角ηは大きくなる。

また、第１の屈折面２３ｆは、試料面Ｏ側に凸面であり、第２の屈折面２３ｇは、試料面Ｏ側に凹面であるが、これに限らず、例えば、図１２に示すように、第１の屈折面２３ｆを試料面Ｏ側に凹面にし、第２の屈折面２３ｇを光源２２側に凸面にしてもよいし、図１３に示すように、第１の屈折面２３ｆを試料面Ｏ側に凸面にし、第２の屈折面２３ｇを光源２２側に凸面にしてもよい。この場合も同様に、第１の屈折面２３ｆと第２の屈折面２３ｇとの間の空気間隔が変化すると、これらの面２３ｆ，２３ｇを通過する光が屈折で変化するため、この集光部材２３から出射する光が集光する点Ｆ及び、それらの光の発散角ηが変化する。具体的には、第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓとの間隔（光軸上の距離）Ｄ２が小さいほど、点Ｆは射出面２３ｅから遠ざかり、また、発散角ηは小さくなる。反対にこれらの間隔Ｄ２が大きいほど、点Ｆは射出面２３ｅに近づき、発散角ηは大きくなる。

このような第１部材２３Ｐ及び第２部材２３Ｓで構成される集光部材２３は、例えば図１４に示すカム機構２６によって光軸方向に移動されるように構成することが望ましい。このカム機構２６は、第１部材２３Ｐを保持する第１保持部２６Ｐ、第２部材２３Ｓを保持する第２保持部２６Ｓ、及び、円筒カム２６Ｃにより構成されている。このカム機構２６の各構成要素は略円筒形状を有しており、内側から第１保持部２６Ｐ、第２保持部２６Ｓ及び円筒カム２６Ｃの順に嵌合している。

具体的には、第１保持部２６Ｐは、円柱状に形成された基部２６ａの外周部に、この基部２６ａの軸（円柱の回転軸）を囲むように照明ユニット２１の個数分の第１保持溝２６ｂが形成されており、この第１保持溝２６ｂの各々に第１部材２３Ｐ及び光源２２が保持されている。また、この基部２６ａの物体側には、基部２６ａの軸と同心円状に物体側に延びる円筒状の軸部２６ｃが形成されており、これらの基部２６ａ及び軸部２６ｃには、軸方向に貫通する貫通孔２６ｄが形成されている。また、第２保持部２６Ｓは円柱状に形成された基部２６ｅの外周面に、上述の第１保持溝２６ｂと位置整合する照明ユニット２１の個数分の第２保持溝２６ｆが形成されており、この第２保持溝２６ｆの各々に第２部材２３Ｓが保持されている。また、この第２保持部２６Ｓの基部２６ｅには、軸方向に貫通する貫通孔２６ｇが形成されている。更に、基部２６ｅの外周面には外方に突出するピン２６ｈが形成されている。また、円筒状に形成された円筒カム２６Ｃは、その外周面に沿ってカム溝２６ｉが形成されている。そして、第１保持部２６Ｐの軸部２６ｃが第２保持部２６Ｓの貫通孔２６ｇに挿入され、第２保持部２６Ｓはこの軸部２６ｃに対して円筒軸方向にのみ摺動可能に配置される。また、円筒カム２６Ｃの円筒内には第２保持部２６Ｓが挿入され、第２保持部２６Ｓに形成されているピン２６ｈがカム溝２６ｉに挿入される。また、第１保持部２６Ｐに形成された貫通孔２６ｄの軸は、結像光学系１０の光軸と略一致するように配置されるため、この貫通孔２６ｄは結像光学系１０の光路を囲むように配置される。

このようなカム機構２６において、円筒カム２６Ｃは不図示の調整リングと固定されており、調整リングを手動にて回すことにより回転される。そのため、第２保持部２６Ｓは第２部材２３Ｓとともにピン２６ｈにより円筒カム２６Ｃのカム溝２６ｉに案内されて光軸方向に移動し、これにより第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓとの光軸方向の間隔を変化させることができる。

図７は、以下の表１に示す諸元の照明ユニット２１を、第１対物レンズ１１の周りに等間隔に８つ配置し、これらの照明ユニット２１を点灯させたときの被照射領域（試料面Ｏ）での照度の状態（シミュレーション結果）を示している。なお、この図７は、第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓの間隔Ｄ２を０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍにしたときの状態を示しており、座標（０ｍｍ，０ｍｍ）の位置が、結像光学系１０の光軸Ｘ上の位置である（以降の説明においても同様である）。

ここで、以下の表１において、集光部材２３の外形寸法は、図６に示すように、幅をＷとし、高さをＨとし、また、図４に示すように、第１部材２３Ｐの奥行きをＤ１とし、第２部材２３Ｓの奥行きをＤ３とし、これらの部材の間隔をＤ２として定義している。また、第１の光学面２３ｂを構成するコーニック面の形状は、次式（１）で表されるものとし、表１には、この式（１）における基準球面の曲率半径ｒ、及び、コーニック定数Ｋを示している。なお、式（１）において、ｙは光軸からの垂直方向の高さ（入射高）を示し、Ｓ（ｙ）はコーニック面の頂点における接平面から高さｙにおけるコーニック面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）を示している。

Ｓ（ｙ）＝（ｙ²／ｒ／｛１＋（１−（１＋Ｋ）／ｙ²／ｒ²）^1/2｝（１）

また、図４に示すように、表１におけるＲは結像光学系１０の光軸Ｘと光源２２の法線Ｘ′との距離を示し、ＷＤは第１対物レンズ１１の作動距離を示し、ｎは集光部材２３を構成する第１及び第２部材２３Ｐ，２３Ｓの媒質の屈折率を示す。また、ｒ１は第１の屈折面２３ｆの曲率半径を示し、ｒ２は第２の屈折面２３ｇの曲率半径を示す。また、図５に示すように、Δｚは第１の光学面２３ｂの曲面頂点と光源２２との距離を示し、αは光源２２の法線と第２の光学面２３ｃの法線とのなす角度を示し、δは光源２２の法線と第３の光学面２３ｄの法線とのなす角度を示す。ここで、この表１に示す集光部材２３においては、第１及び第２の屈折面２３ｆ，２３ｇは、球面として形成している。

なお、この表１に示す集光部材２３の外形寸法等の長さの単位は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大・比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な長さの単位を用いることができる。また、これらの諸元値の説明は、以降の実施形態においても同様である。

（表１）
Ｄ１＝14
Ｄ３＝14.5
Ｗ＝ 9
Ｈ＝ 7
Ｒ＝18
ＷＤ＝40
ｎ＝ 1.585
α ＝68.7°
δ ＝90°
ｒ＝ 1.6
Ｋ＝-1
ｒ１＝6
ｒ２＝6
Δｚ＝ 0.8

上述したように、第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓの間隔Ｄ２が広くなるほど、焦点Ｆが射出面２３ｅに近づき、且つ、発散角ηが大きくなるため、図７から、この間隔Ｄ２が広くなるにしたがって、被照射領域が広くなっていることがわかる。そのため、結像光学系１０のズーム倍率に応じて、第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓの間隔Ｄ２を変化させることにより、視野に相当する領域に適切な配光を制御することができる。

なお、本実施形態において、集光部材２３は、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂によるモールド成型品とし、さらに、上述の第１〜第３の光学面２３ｂ〜２３ｄにクロムやアルミを蒸着した反射部材を用いることが好ましい。あるいは、この集光部材２３は、第１〜第３の光学面２３ｂ〜２３ｄ及び射出面２３ｅが、以下の条件（１）〜（４）を満足するように形成されていることが好ましい。すなわち、（１）第１の光学面２３ｂで反射した光が、第２の光学面２３ｃに対してこの第２の光学面２３ｃで全反射する角度で入射する。（２）第３の光学面２３ｄで反射された光が、射出面２３ｅ（第２の反射面２３ｃと連続する面）を透過する角度で入射する。また、（３）入射面２３ａから入射した光が、第１の光学面２３ｂに対してこの第１の光学面２３ｂで全反射する角度で入射する。（４）第２の光学面２３ｃで反射した光が、第３の光学面２３ｄに対してこの第３の光学面２３ｄで全反射する角度で入射する。このように構成することで、集光部材２３の表面にアルミ蒸着膜などの加工を施すことなく、この集光部材２３の空気との境界面で光を全反射させることにより上記反射面（第１〜第３の光学面２３ｂ〜２３ｄ）を構成することができる。

以上のように、第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００においては、照明装置２０により、試料面Ｏを均一に照明することができ、この試料面Ｏの観察に好適で優れた光学性能を得ることができる。また、集光部材２３により、上述したような光路を形成することにより、光源２２の法線（照明ユニット２１の光軸Ｘ′）を結像光学系１０の光軸Ｘに略平行に配置できるため、照明装置２０及びこの照明装置２０が装着された顕微鏡装置１００を小型化することができる。しかも簡易な構造で廉価な材料製の照明ユニット２１を用いているので、優れた光学性能を保持しながら、照明装置２０及び顕微鏡装置１００の小型化と低コスト化とを図ることができる。さらに、上述のように集光部材２３を構成する第１部材２３Ｐ及び第２部材２３Ｓを相対移動させて間隔Ｄ２を変化させることにより、被照射領域の大きさを変化させることができるので、結像光学系１０のズーム倍率に応じて適切な配光とすることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態で示した顕微鏡装置１００は、第１対物レンズ１１の周囲に８個の集光ユニット２１を並べて配置した照明装置２０を有しているが、図８に示すように、隣接する集光部材２３の第１部材２３Ｐ同士を第１の結合部２４Ｐで結合し、第２部材２３Ｓ同士を第２の結合部２４Ｓで結合して、これらの集光部材２３を第１対物レンズ１１の周りに照明ユニット２１の光軸Ｘ′が結像光学系１０の光軸Ｘと略平行になるように環状に配置可能な集光ブロック２５として構成することもできる。すなわち、この照明装置２０は、複数の集光部材２３（２３Ｐ，２３Ｓ）が結合部２４（２４Ｐ，２４Ｓ）で結合されて輪帯状に配置された集光ブロック２５と、この集光ブロック２５が有する各々の集光部材２３に取り付けられた光源２２とからなる照明ユニット２１として構成されている。このように、複数の集光部材２３を一体化した集光ブロック２５としても、熱可塑性樹脂によるモールド成型品として構成することが可能であり、また、照明ユニット２１を個々に第１対物レンズ１１の周りに配置したときと比較して、複数部品の組み立ての手間が省けるとともに、部品点数の削減によるコストダウンが可能となる。同様に、顕微鏡装置１００にこの照明装置２０を取り付けたときの各集光部材２３（２３Ｐ，２３Ｓ）の位置決めが容易になる。また、第１部材２３Ｐと第２部材２３Ｓとを相対移動させて間隔Ｄ２を変化させるときも、これらの部材を一体に移動させることができるので、被照射領域の大きさの調整を容易にすることができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、集光部材２３の第１部材２３Ｐに形成された第１の屈折面２３ｆと、第２部材２３Ｓに形成された第２の屈折面２３ｇとを、球面で形成した場合について説明したが、被照射領域における照度を均一にするために、これらの面を非球面とすることも可能である。

図９は、以下の表２に示す諸元の照明ユニット２１を、第１対物レンズ１１の周りに等間隔に８つ配置し、これらの照明ユニット２１を点灯させたときの被照射領域（試料面Ｏ）での照度の状態（シミュレーション結果）を示している。なお、この表２に示す照明ユニット２１を構成する集光部材２３において、第１及び第２の屈折面２３ｆ，２３ｇは、上述の式（１）で表される非球面として形成されており、ｒ１は第１の屈折面２３ｆの基準球面の曲率半径を、Ｋ１は第１の屈折面２３ｆのコーニック定数を、ｒ２は第２の屈折面２３ｇの基準球面の曲率半径を、Ｋ２は第２の屈折面２３ｇのコーニック定数をそれぞれ示している。

（表２）
Ｄ１＝14
Ｄ３＝14.5
Ｗ＝ 9
Ｈ＝ 7
Ｒ＝18
ＷＤ＝40
ｎ＝ 1.585
α ＝68.7°
δ ＝90°
ｒ＝ 1.6
Ｋ＝-1
ｒ１＝4
Ｋ１＝-2.5
ｒ２＝4
Ｋ２＝-2.5
Δｚ＝ 0.8

この図９から明らかなように、第１及び第２の屈折面２３ｆ，２３ｇを適切な非球面形状とすることで、第１及び第２部材２３Ｐ，２３Ｓの間隔Ｄ２を変化させても、照度ムラが抑えられ、均一な照明が実現されていることが分かる。

（第４の実施形態）
また、集光部材２３の第１部材２３Ｐに形成された第１の屈折面２３ｆと、第２部材２３Ｓに形成された第２の屈折面２３ｇの形状は、図１０に示すように、複数のマイクロレンズ２２３ｆ，２２３ｇを２次元状に配置した形状としても良い。図１０は、第１の屈折面２３ｆを、９つの凸面状のマイクロレンズ２２３ｆを格子状に配置した場合を示し、また、これに対応して、第２の屈折面２３ｇを、第１の屈折面２３ｆと接合可能な、９つの凹面状のマイクロレンズ２２３ｇを格子状に配置した場合を示している。

図１１は、以下の表３に示す諸元の照明ユニット２１を、第１対物レンズ１１の周りに等間隔に８つ配置し、これらの照明ユニット２１を点灯させたときの被照射領域（試料面Ｏ）での照度の状態（シミュレーション結果）を示している。なお、この表３に示す照明ユニット２１を構成する集光部材２３において、第１及び第２の屈折面２３ｆ，２３ｇは、球面状に形成された３×３のマイクロレンズ２２３ｆ，２２３ｇで構成されており、ｒ１は第１の屈折面２３ｆの１つのマイクロレンズ２２３ｆの曲率半径を、ｒ２は第２の屈折面２３ｇの１つのマイクロレンズ２２３ｇの曲率半径をそれぞれ示している。

（表３）
Ｄ１＝10.5
Ｄ３＝17
Ｗ＝ 9
Ｈ＝ 7
Ｒ＝18
ＷＤ＝40
ｎ＝ 1.585
α ＝68.7°
δ ＝90°
ｒ＝ 1.6
Ｋ＝-1
ｒ１＝3
ｒ２＝3
Δｚ＝ 0.8

この図１１から明らかなように、第１及び第２の屈折面２３ｆ，２３ｇを２次元状に配置されたマイクロレンズ２２３ｆ，２２３ｇとすることにより、第１及び第２部材２３Ｐ，２３Ｓの間隔Ｄ２を変化させても、照度ムラが抑えられ、均一な照明が実現されていることが分かる。

１０結像光学系２０照明装置２１照明ユニット２２光源
２３集光部材２３Ｐ第１部材２３Ｓ第２部材
２３ａ入射面２３ｂ第１の光学面２３ｃ第２の光学面
２３ｄ第３の光学面２３ｅ射出面２３ｆ第１の屈折面
２３ｇ第２の屈折面２２３ｆ，２２３ｇマイクロレンズ
２４Ｐ第１の結合部２４Ｓ第２の結合部２５集光ブロック
Ｏ試料面１００顕微鏡装置

Claims

試料からの光を集光して前記試料の像を結像する結像光学系と、
光源から放射された光の少なくとも一部を反射する第１の光学面、所定の屈折力を有し、前記光源から放射された光及び前記第１の光学面で反射された光を透過する第１の屈折面、所定の屈折力を有し、前記第１の屈折面を透過した光が透過する第２の屈折面、前記第２の屈折面を透過した光を反射する第２の光学面、及び、前記第２の光学面で反射された光を反射する第３の光学面を有し、前記第１の屈折面と前記第２の屈折面との距離が、前記結像光学系の光軸に略平行な光軸に沿って変化可能に構成してなる集光部材が、前記結像光学系の外周に離散的に２以上配置された照明装置と、を有することを特徴とする顕微鏡装置。
前記集光部材は、前記第３の光学面が中心を向くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記第１の光学面は、回転対称な曲面であり、該回転対称な曲面の回転対称軸は、前記結像光学系の光軸に略平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の顕微鏡装置。
前記回転対称な曲面は、前記光源を焦点の１つとする略コーニック面であることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡装置。
前記第１の屈折面と前記第２の屈折面とは互いに密接して接合可能な形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記第１の屈折面及び前記第２の屈折面は、球面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記第１の屈折面及び前記第２の屈折面は、非球面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記第１の屈折面及び前記第２の屈折面は、複数のマイクロレンズが２次元状に配置された形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記集光部材は、
前記光を透過する部材で構成され、前記部材の表面に形成された、前記光源から放射された光が入射する入射面、前記第１の光学面、及び、前記第１の屈折面を有する第１部材と、
前記光を透過する部材で構成され、前記部材の表面に形成された前記第２の屈折面、前記第２の光学面、前記第３の光学面、及び、前記第３の光学面で反射された光が射出する射出面を有する第２部材と、から構成され、
前記第１の屈折面と前記第２の屈折面とが対向するように前記第１部材及び前記第２部材を配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記第１の光学面、前記第２の光学面、及び、前記第３の光学面の少なくとも１つは、前記部材の表面に設けられた反射部材で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡装置。
前記第１の光学面、前記第２の光学面、及び、前記第３の光学面の少なくとも１つは、前記部材の空気との境界面において前記光源からの光が全反射する角度で入射するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡装置。
前記第２の光学面と前記射出面とは、前記第２部材の連続する面上に形成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記入射面は、前記光源を中心とする略球面の一部であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
隣接する前記第１部材同士を第１の結合部で結合して一体に構成し、隣接する前記第２部材同士を第２の結合部で結合して一体に構成することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
２以上の前記集光部材の各々に取り付けられた光源を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
試料からの光を集光して前記試料の像を結像する結像光学系と、
所定の屈折力を有し、光源から放射された光を透過し、前記光を射出する第１の屈折面を有する第１部材と、所定の屈折力を有し、前記第１の屈折面から射出した光が透過する第２の屈折面を有する第２部材とを含み、前記第１の屈折面と前記第２の屈折面との距離が前記結像光学系の光軸に略平行な光軸に沿って変化可能に構成してなる集光部材が、前記結像光学系の外周に２以上配置された照明装置と、
を有し、
２以上の前記第１部材は、一体化された成型品であるとともに、２以上の前記第２部材は、一体化された成型品であることを特徴とする顕微鏡装置。
前記成型品は、モールドによって形成されたことを特徴とする請求項１６記載の顕微鏡装置。
前記成型品は、樹脂からなることを特徴とする請求項１７記載の顕微鏡装置。
前記集光部材は、曲率を有する面を少なくとも一つ備えることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記曲率を有する面は、全反射面であることを特徴とする請求項１９に記載の顕微鏡装置。
２以上の前記第１部材の各々に取り付けられた光源を有することを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。