WO2012053241A1 - 顕微鏡装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a microscope apparatus.
- annular illumination device for emitting annular illumination light, such as a ring illumination of a microscope device or an image measuring machine, a strobe for a macro lens of a still camera, is known, and as such an annular illumination device, There has been proposed one having a large number of LEDs arranged concentrically (see, for example, Patent Document 1).
- the conventional annular illumination device as described above has a large number of LEDs and is difficult to attach (position) to a microscope device or the like, has a complicated structure, and has a manufacturing cost. There has been a problem that increases.
- the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a microscope apparatus that can be reduced in size and cost while maintaining excellent optical performance.
- a microscope apparatus includes an imaging optical system that focuses light from a sample to form an image of the sample, and reflects at least part of the light emitted from the light source.
- Condensing light having a third optical surface and configured such that the distance between the first refracting surface and the second refracting surface is variable along an optical axis substantially parallel to the optical axis of the imaging optical system.
- the member has an illuminating device that is discretely arranged on the outer periphery of the imaging optical system.
- the condensing member is arranged so that the third optical surface faces the center.
- the first optical surface is preferably a rotationally symmetric curved surface, and the rotationally symmetric axis of the rotationally symmetric curved surface is preferably substantially parallel to the optical axis of the imaging optical system.
- the rotationally symmetric curved surface is preferably a substantially conic surface having the light source as one of the focal points.
- the first refracting surface and the second refracting surface have a shape that can be closely bonded to each other.
- the first refracting surface and the second refracting surface are preferably spherical surfaces.
- the first refracting surface and the second refracting surface are preferably aspherical surfaces.
- the first refracting surface and the second refracting surface have a shape in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged.
- the light condensing member is composed of a light transmitting member, and is formed on the surface of the member.
- At least one of the first optical surface, the second optical surface, and the third optical surface is configured by a reflecting member provided on the surface of the member. Is preferred.
- At least one of the first optical surface, the second optical surface, and the third optical surface is such that light from the light source is totally reflected at the boundary surface with air of the member. It is preferable that they are arranged so as to be incident at an angle.
- the second optical surface and the emission surface are formed on a continuous surface of the second member.
- the incident surface is preferably a part of a substantially spherical surface centered on the light source.
- such a microscope apparatus is configured such that adjacent first members are coupled together by a first coupling portion and are integrally configured, and adjacent second members are coupled by a second coupling portion. It is preferable.
- such a microscope apparatus preferably has a light source attached to each of the two or more light collecting members.
- the microscope apparatus has an imaging optical system that focuses light from a sample to form an image of the sample, and has a predetermined refractive power, transmits light emitted from a light source, A first member having a first refracting surface that emits the light, and a second member having a second refracting surface that has a predetermined refractive power and transmits light emitted from the first refracting surface.
- a condensing member configured such that the distance between the first refracting surface and the second refracting surface can be changed along an optical axis substantially parallel to the optical axis of the imaging optical system.
- two or more first members are integrated molded products
- the two or more second members are integrated molded products. It is characterized by.
- the molded product is preferably formed by molding.
- the molded product is preferably made of a resin.
- the light collecting member has at least one surface having a curvature.
- the surface having the curvature is preferably a total reflection surface.
- such a microscope apparatus has a light source attached to each of the two or more first members.
- the microscope apparatus according to the present invention is configured as described above, it is possible to achieve downsizing and cost reduction while maintaining excellent optical performance.
- the microscope apparatus 100 collects light from a specimen (sample surface O) and forms an image of the sample surface O on an image plane I.
- the microscope apparatus 100 includes an observation apparatus that forms a reduced image (for example, 0.4 times) of a specimen by the imaging optical system 10 and an enlarged image (for example, 40 times) of the specimen by the imaging optical system 10. And an observation device to be formed.
- the imaging optical system 10 emits light from the first objective lens 11, a first objective lens 11 that collects light from the sample surface O, an aperture stop 12 for defining NA, and the first objective lens 11 in order from the sample surface O side. And a second objective lens 13 that forms an image on the image plane I.
- the illumination device 20 is disposed on the outer periphery of the first objective lens 11.
- the sample surface O is at a position conjugate with the image plane I of the image sensor 30 via the first objective lens 11, the aperture stop 12, and the second objective lens 13.
- the illumination device 20 is configured to include eight illumination units 21 arranged in an annular shape at equal intervals on the outer periphery of the first objective lens 11. Each of these eight illumination units 21 emits illumination light substantially uniformly to the irradiated area of the sample surface O, and all have the same configuration.
- the lighting device 20 is configured by eight lighting units 21 is described.
- the present invention is not limited to the number, and the lighting device 20 includes two or more lighting units 21. Just do it.
- the illumination unit 21 includes a light source 22 such as an LED, and a light collecting member 23 that condenses light from the light source 22.
- Each condensing member 23 is composed of two members 23P and 23S that transmit light.
- the first member 23P includes an incident surface 23a on which light emitted from the light source 22 is incident, and a first optical that reflects light incident on the incident surface 23a inside the member.
- a first refracting surface 23f having a predetermined refractive power and emitting light emitted from the light source 22 and light reflected by the first optical surface 23b to guide the light to the second member 23S.
- the light emitted from the first member 23P is incident on the second member 23S so that the second member 23S has a shape capable of being in close contact with the first refracting surface 23f and having a predetermined refractive power.
- An injection surface 23e to be injected is formed.
- the incident surface 23a is formed as a concave surface that constitutes a part of a substantially spherical surface, and the light source 22 is disposed on the spherical center thereof.
- the first optical surface 23b is formed as a substantially conic surface (for example, an elliptical surface) that surrounds the incident surface 23a and has a focus on the light source 22 and the point F shown in FIG.
- the first optical surface 23b is not limited to a substantially conic surface and may be a rotationally symmetric curved surface.
- the second optical surface 23c, the third optical surface 23d, and the exit surface 23e are substantially flat, and the second optical surface 23c and the exit surface 23e are the condensing member 23 (second assembly). It is formed on the same surface of the member 23S).
- the third optical surface 23d is formed substantially parallel to the rotational symmetry axis X ′ of the first optical surface 23c, which is a rotationally symmetric curved surface.
- the second optical surface 23c, the third optical surface 23d, and the exit surface 23e are not limited to being substantially flat, and may be curved surfaces.
- the first refracting surface 23f is formed into a convex curved surface
- the second refracting surface 23g is formed into a concave curved surface that can be joined to the first refracting surface 23f. Therefore, when the first refracting surface 23f and the second refracting surface 23g are joined, the first and second members 23P and 23S are configured to be integrated optical members.
- the first refracting surface 23f and the second refracting surface 23g are not limited to shapes that can be intimately joined to each other (become an integral optical member), but may have different refractive powers (curvature radii). Good.
- the light emitted from the light source 22 enters the first member 23P of the light collecting member 23 from the incident surface 23a having the light source 22 as a substantially spherical center, and further, the light. Is reflected by the first optical surface 23b.
- the first optical surface 23b is formed as a substantially conic surface having the light source 22 and the point F as the focal points as described above, the light incident on the first optical surface 23b is collected at the point F. Reflects like light.
- the light from the light source 22 is perpendicularly incident on the incident surface 23a by making the incident surface 23a substantially spherical, the light reflected on this surface can be reduced.
- the eight illumination units 21 constituting the illumination device 20 are arranged around the first objective lens 11 with the optical axis of the illumination unit 21 (the normal of the light source 22 and the rotationally symmetric axis of the substantially conic surface) X. 'Is arranged in an annular shape so as to be substantially parallel to the optical axis X of the imaging optical system 10. Further, since the third optical surface 23d and the exit surface 23e are arranged so as to face the center of the ring, the optical axis of the imaging optical system 10 including the first objective lens 11 on the sample surface O is the center. The sample surface O can be illuminated from the surroundings. Moreover, since the illumination unit 21 is arrange
- the eight light collecting members 23 are fixed by members (not shown) to form a light collecting block, and are attached to the microscope apparatus 100 as the illumination device 20.
- the first refractive surface 23f formed on the first member 23P is formed as a convex surface
- the second refractive surface 23g formed on the second member 23S is formed as a concave surface. . Therefore, as shown in FIG. 3, when these refracting surfaces 23f and 23g are joined, if the first member 23P and the second member 23S are formed of the same material, the light passes through these surfaces as they are. Although it passes, if there is an air gap between the first refracting surface 23f and the second refracting surface 23g, the light passing through these surfaces 23f and 23g is refracted and is emitted from the light collecting member 23.
- a point F where light is collected and a divergence angle ⁇ of the light are changed.
- the distance (distance on the optical axis) D2 between the first member 23P and the second member 23S shown in FIG. 4 is smaller, the point F is farther from the exit surface 23e, and the divergence angle ⁇ is smaller.
- the larger the distance D2 the closer the point F is to the exit surface 23e and the larger the divergence angle ⁇ .
- first refracting surface 23f is a convex surface on the sample surface O side
- second refracting surface 23g is a concave surface on the sample surface O side
- present invention is not limited to this, for example, as shown in FIG.
- the first refractive surface 23f may be concave on the sample surface O side
- the second refractive surface 23g may be convex on the light source 22 side.
- the first refractive surface 23f is the sample surface.
- a convex surface may be formed on the O side
- the second refractive surface 23g may be convex on the light source 22 side.
- the air gap between the first refracting surface 23f and the second refracting surface 23g changes, the light passing through these surfaces 23f and 23g changes due to refraction.
- the point F where the light emitted from the light 23 is collected and the divergence angle ⁇ of the light change.
- the smaller the distance (distance on the optical axis) D2 between the first member 23P and the second member 23S the farther the point F is from the exit surface 23e, and the smaller the divergence angle ⁇ .
- the larger the distance D2 the closer the point F is to the exit surface 23e and the larger the divergence angle ⁇ .
- the condensing member 23 composed of the first member 23P and the second member 23S is configured to be moved in the optical axis direction by a cam mechanism 26 shown in FIG.
- the cam mechanism 26 includes a first holding portion 26P that holds the first member 23P, a second holding portion 26S that holds the second member 23S, and a cylindrical cam 26C.
- Each component of the cam mechanism 26 has a substantially cylindrical shape, and the first holding portion 26P, the second holding portion 26S, and the cylindrical cam 26C are fitted in this order from the inside.
- the first holding part 26P has a first holding part for the number of the lighting units 21 so as to surround the axis of the base part 26a (the rotation axis of the cylinder) on the outer peripheral part of the base part 26a formed in a columnar shape.
- a groove 26b is formed, and the first member 23P and the light source 22 are held in each of the first holding grooves 26b.
- a cylindrical shaft portion 26c extending to the object side concentrically with the shaft of the base portion 26a is formed. The base portion 26a and the shaft portion 26c penetrate in the axial direction.
- a through hole 26d is formed on the object side of the base portion 26a.
- the second holding portion 26S has second holding grooves 26f as many as the number of illumination units 21 aligned with the first holding grooves 26b described above formed on the outer peripheral surface of the base portion 26e formed in a columnar shape.
- the second member 23S is held in each of the second holding grooves 26f.
- a through hole 26g penetrating in the axial direction is formed in the base portion 26e of the second holding portion 26S.
- a pin 26h protruding outward is formed on the outer peripheral surface of the base portion 26e.
- the cylindrical cam 26C formed in a cylindrical shape has a cam groove 26i formed along the outer peripheral surface thereof.
- the shaft portion 26c of the first holding portion 26P is inserted into the through hole 26g of the second holding portion 26S, and the second holding portion 26S is disposed so as to be slidable only in the cylindrical axis direction with respect to the shaft portion 26c. . Further, the second holding portion 26S is inserted into the cylinder of the cylindrical cam 26C, and the pin 26h formed on the second holding portion 26S is inserted into the cam groove 26i. Further, since the axis of the through hole 26d formed in the first holding portion 26P is arranged so as to substantially coincide with the optical axis of the imaging optical system 10, the through hole 26d passes through the optical path of the imaging optical system 10. Arranged to surround.
- the cylindrical cam 26C is fixed to an adjustment ring (not shown), and is rotated by manually turning the adjustment ring. Therefore, the second holding portion 26S is guided by the pin 26h together with the second member 23S to the cam groove 26i of the cylindrical cam 26C and moves in the optical axis direction, whereby the optical axis direction between the first member 23P and the second member 23S. The interval can be changed.
- FIG. 7 shows an illuminated area (sample) when eight illumination units 21 having the specifications shown in Table 1 below are arranged around the first objective lens 11 at equal intervals, and these illumination units 21 are turned on.
- the illuminance state (simulation result) on plane O) is shown.
- FIG. 7 shows a state where the distance D2 between the first member 23P and the second member 23S is 0 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 4 mm.
- the position of the coordinates (0 mm, 0 mm) This is the position on the optical axis X of the image optical system 10 (the same applies to the following description).
- the outer dimensions of the light collecting member 23 are W as the width and H as shown in FIG. 6, and the first member 23P as shown in FIG.
- the depth is defined as D1
- the depth of the second member 23S is defined as D3
- the interval between these members is defined as D2.
- the shape of the conic surface constituting the first optical surface 23b is expressed by the following equation (1).
- Table 1 shows the curvature radius r of the reference spherical surface in the equation (1) and the conic.
- K is shown.
- y represents the height (incident height) in the vertical direction from the optical axis
- S (y) represents the distance from the tangential plane at the apex of the conic surface to the position on the conic surface at height y.
- the distance (sag amount) along the optical axis is shown.
- R in Table 1 indicates the distance between the optical axis X of the imaging optical system 10 and the normal line X ′ of the light source 22, WD indicates the working distance of the first objective lens 11, n indicates the refractive index of the medium of the first and second members 23P and 23S constituting the light collecting member 23.
- R1 represents the radius of curvature of the first refracting surface 23f
- r2 represents the radius of curvature of the second refracting surface 23g.
- ⁇ z indicates the distance between the curved surface vertex of the first optical surface 23b and the light source 22, and ⁇ is the angle formed between the normal line of the light source 22 and the normal line of the second optical surface 23c.
- ⁇ represents an angle formed between the normal line of the light source 22 and the normal line of the third optical surface 23d.
- the first and second refracting surfaces 23f and 23g are formed as spherical surfaces.
- the unit of length of the light collecting member 23 shown in Table 1 is generally “mm” unless otherwise specified, but the optical system has the same optical performance even when proportionally enlarged or reduced. Therefore, the unit is not limited to “mm”, and other appropriate length units can be used. The description of these specification values is the same in the following embodiments.
- the focal point F approaches the exit surface 23e and the divergence angle ⁇ increases, so that the distance D2 increases from FIG. It can be seen that the irradiated area becomes wider. Therefore, by changing the distance D2 between the first member 23P and the second member 23S in accordance with the zoom magnification of the imaging optical system 10, it is possible to control the appropriate light distribution in the region corresponding to the visual field.
- the light condensing member 23 is a molded product made of a thermoplastic resin such as an acrylic resin, and further, a reflective member in which chromium or aluminum is vapor-deposited on the first to third optical surfaces 23b to 23d. Is preferably used.
- the condensing member 23 is preferably formed so that the first to third optical surfaces 23b to 23d and the exit surface 23e satisfy the following conditions (1) to (4). That is, (1) The light reflected by the first optical surface 23b is incident on the second optical surface 23c at an angle at which it is totally reflected by the second optical surface 23c.
- the light reflected by the third optical surface 23d is incident at an angle that allows the light to pass through the exit surface 23e (a surface continuous with the second reflective surface 23c).
- the light incident from the incident surface 23a is incident on the first optical surface 23b at an angle at which the light is totally reflected by the first optical surface 23b.
- the light reflected by the second optical surface 23c is incident on the third optical surface 23d at an angle at which it is totally reflected by the third optical surface 23d.
- the reflecting surface (the first reflecting surface) is formed by totally reflecting light at the boundary surface with the air of the light collecting member 23 without performing processing such as an aluminum vapor deposition film on the surface of the light collecting member 23.
- the first to third optical surfaces 23b to 23d) can be configured.
- the illumination device 20 can uniformly illuminate the sample surface O, and obtains excellent optical performance suitable for observation of the sample surface O. be able to. Further, by forming the optical path as described above by the light collecting member 23, the normal line of the light source 22 (the optical axis X ′ of the illumination unit 21) can be arranged substantially parallel to the optical axis X of the imaging optical system 10. Therefore, the illuminating device 20 and the microscope apparatus 100 to which the illuminating device 20 is attached can be reduced in size. In addition, since the illumination unit 21 made of an inexpensive material with a simple structure is used, the illumination device 20 and the microscope device 100 can be reduced in size and cost while maintaining excellent optical performance.
- the size of the irradiated region can be changed by moving the first member 23P and the second member 23S constituting the light collecting member 23 relative to each other and changing the distance D2, as described above.
- An appropriate light distribution can be obtained according to the zoom magnification of the image optical system 10.
- the microscope apparatus 100 shown in the first embodiment includes an illumination apparatus 20 in which eight light collecting units 21 are arranged around the first objective lens 11.
- the first members 23P of the condensing member 23 to be coupled are coupled by the first coupling portion 24P
- the second members 23S are coupled by the second coupling portion 24S
- these condensing members 23 are coupled to the first objective lens.
- 11 can also be configured as a condensing block 25 that can be arranged in an annular shape so that the optical axis X ′ of the illumination unit 21 is substantially parallel to the optical axis X of the imaging optical system 10.
- the illuminating device 20 includes a light collecting block 25 in which a plurality of light collecting members 23 (23P, 23S) are coupled by a coupling portion 24 (24P, 24S) and arranged in a ring shape, and the light collecting block 25 includes It is comprised as the illumination unit 21 which consists of the light source 22 attached to each condensing member 23 to have.
- the light collecting block 25 in which the plurality of light collecting members 23 are integrated can also be configured as a molded product made of a thermoplastic resin, and the illumination unit 21 is individually set to the first objective lens 11. Compared to the case of arranging around, it is possible to save time and labor for assembling a plurality of parts and to reduce the cost by reducing the number of parts.
- each light condensing member 23 (23P, 23S) when the illumination device 20 is attached to the microscope device 100 is facilitated. Also, when the distance D2 is changed by relatively moving the first member 23P and the second member 23S, these members can be moved together, so that the size of the irradiated region can be easily adjusted. be able to.
- first refracting surface 23f formed on the first member 23P of the light collecting member 23 and the second refracting surface 23g formed on the second member 23S are formed as spherical surfaces.
- these surfaces can be aspherical.
- FIG. 9 shows an illuminated area (sample) when eight illumination units 21 having the specifications shown in Table 2 below are arranged around the first objective lens 11 at equal intervals, and these illumination units 21 are turned on.
- the illuminance state (simulation result) on plane O) is shown.
- the first and second refracting surfaces 23f and 23g are formed as aspheric surfaces represented by the above formula (1).
- r1 is the radius of curvature of the reference spherical surface of the first refractive surface 23f
- K1 is the conic constant of the first refractive surface 23f
- r2 is the radius of curvature of the reference spherical surface of the second refractive surface 23g
- K2 is the second radius of curvature.
- the conic constant of the refractive surface 23g is shown.
- the first and second refracting surfaces 23f and 23g are appropriately aspherical, so that the illuminance can be obtained even when the distance D2 between the first and second members 23P and 23S is changed. It can be seen that unevenness is suppressed and uniform illumination is realized.
- the micro lenses 223f and 223g may be two-dimensionally arranged.
- FIG. 10 shows a case where the first refracting surface 23f and nine convex microlenses 223f are arranged in a lattice pattern.
- the second refracting surface 23g is changed to the first refracting surface 23g.
- nine concave microlenses 223g that can be joined to the surface 23f are arranged in a lattice pattern.
- FIG. 11 shows an illuminated area (sample) when eight illumination units 21 having the specifications shown in Table 3 below are arranged around the first objective lens 11 at equal intervals, and these illumination units 21 are turned on.
- the illuminance state (simulation result) on plane O) is shown.
- the first and second refracting surfaces 23f and 23g are constituted by 3 ⁇ 3 microlenses 223f and 223g formed in a spherical shape.
- R1 represents the radius of curvature of one microlens 223f of the first refractive surface 23f
- r2 represents the radius of curvature of one microlens 223g of the second refractive surface 23g.
- the first and second refracting surfaces 23f and 23g are microlenses 223f and 223g arranged two-dimensionally, whereby the distance D2 between the first and second members 23P and 23S. It can be seen that even if the illuminance is changed, uneven illumination is suppressed and uniform illumination is realized.
- Imaging optical system 20 Illuminating device 21 Illumination unit 22 Light source 23 Condensing member 23P 1st member 23S 2nd member 23a Incident surface 23b 1st optical surface 23c 2nd optical surface 23d 3rd optical surface 23e Output surface 23f 1st refracting surface 23g 2nd refracting surface 223f, 223g Micro lens 24P 1st coupling
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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)。
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)
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。
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
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。
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
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。
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
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
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 (21)
- 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。
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2011
- 2011-05-13 JP JP2012539621A patent/JP5527718B2/ja active Active
- 2011-05-13 WO PCT/JP2011/061015 patent/WO2012053241A1/ja active Application Filing
- 2011-05-16 TW TW100117020A patent/TW201217831A/zh unknown
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