光学系、照明装置および顕微鏡装置
【課題】簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる汎用性の高い光学系、照明装置および顕微鏡装置を提供すること。
【解決手段】反射部材１３，１５を用いて少なくとも１回の反射を行う照明光学系１１において、照明光を反射させる反射部材１３，１５の反射面Ａ，Ｂ前面を、照明光学系１１が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材１３ｂ，１５ｂで覆う。
【解決手段】反射部材１３，１５を用いて少なくとも１回の反射を行う照明光学系１１において、照明光を反射させる反射部材１３，１５の反射面Ａ，Ｂ前面を、照明光学系１１が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材１３ｂ，１５ｂで覆う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系、これを用いた照明装置および顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、顕微鏡装置は、光源から発せられる照明光を標本まで導く照明装置を備えている。この光源としてＬＥＤを用いると、光源自体の小型化が可能となり、照明装置を小型化することができる。さらに、光源から発せられる照明光を反射ミラーによって折り曲げて標本まで導く照明光学系とすることによって、一層、照明装置の小型化を促進することができる。
【０００３】
ここで、反射ミラーを用いて照明光を折り曲げる場合、反射ミラーの反射率は、入射角依存性をもつため、反射ミラーへの入射角の違いによって、照明光の反射率が変化することになる。このため、反射ミラーが、入射角が大きく異なる広角の照明光を反射する場合、反射された照明光の強度分布が大きく変化し、結果として照明ムラが発生するという問題があった。
【０００４】
このため、特許文献１では、共役な位置にある２つの反射ミラーを設け、各反射ミラーでの入射角依存性を相殺するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、入射角の大きい側の面の反射率と入射角の小さい側の面の反射率が同じになるように厚みを変化させた傾斜膜を反射面上に形成し、輝度ムラを相殺するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４８５２９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたものでは、２つの反射ミラーを用いることが前提となり、光学系が限定されたものになり、柔軟性にかけるという問題点があった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載されたものでは、傾斜膜を反射面上で異なる膜厚となるように精度高く形成しなければならず、製造が困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる汎用性の高い光学系、照明装置および顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学系は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系において、前記反射部材の反射面前面を、当該光学系が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材で覆うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材を介した前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化は、前記透過部材を介さない前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化よりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射面への入射角範囲で、前記反射面での反射量変化に比して前記透過部材での透過量変化が小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材は、ガラス基板であり、前記反射面は、金属膜表面であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射部材は、ハーフミラーであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射部材は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材の表面に反射防止膜を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の照明装置は、上記のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の顕微鏡装置は、上記のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置によれば、反射部材の光を反射させる反射面の前面が、光学系が配置される雰囲気の屈折率に比して大きく、光を透過させる透過部材で覆われるだけで、前記透過部材を介さないで前記光を前記反射面で反射させる場合に比して、前記反射面での前記光の反射率の差を小さくすることができる。このため、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる。しかも、前記反射部材は、少なくとも１回の反射を行えばよい。すなわち、前記反射部材の設置数が限定されないので、汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した反射ミラーの反射面に入射する照明光の入射角を示す図である。
【図３】図３は、反射率の入射角依存性の一例を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した反射ミラーの反射面に入射する照明光の入射角を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した反射ミラーの変形例を示す模式図である。
【図６】図６は、図１に示した顕微鏡装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である光学系、照明装置および顕微鏡装置について説明する。
【００２２】
（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態にかかる光学系を備えた顕微鏡装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、顕微鏡装置１は、標本Ｓが載置されるステージ２、ステージ２を支持する本体部３、本体部３の上部に支持された照明装置としての照明部１０、照明部１０の上部に載置された鏡筒４、および鏡筒４の上部に載置された撮像部５を有する。
【００２３】
ステージ２は、本体部３の側面部に突設されたハンドル３ａの回動操作に連動し、図示しない焦準機構によって移動される。標本Ｓは、ステージ２の昇降移動に伴って観察光軸ＯＡ方向に焦準移動されて、焦点合わせ（ピント合わせ）される。また、ステージ２は、図示しない駆動機構によって観察光軸ＯＡに垂直な平面内で自在に移動される。これによって、標本Ｓ上の観察位置が調整される。
【００２４】
照明部１０は、ステージ２上の標本Ｓに対して対物レンズ１６ａを介して落射照明を行うものである。照明部１０は、筐体１０ａを有し、筐体１０ａに照明光学系１１を設けている。照明光学系１１は、光学系として反射ミラー１３，１５を用いて反射を行う。照明光学系１１は、光源１２、反射ミラー１３、コレクタレンズ１４、反射ミラー１５およびレボルバ１６に取り付けられた対物レンズ１６ａを有する。光源１２は、筐体１０ａの上部に設置され、筐体１０ａ内の反射ミラー１３に向けて照明光を発する。
【００２５】
反射ミラー１３は、ダイクロイックミラーである。反射ミラー１３は、筐体１０ａ内で照明光の光軸に対して４５°で設置される。反射ミラー１３は、反射部材として照明光を反射させてコレクタレンズ１４に入射させる。反射ミラー１３は、反射膜１３ａおよび透過部材１３ｂを有する。反射膜１３ａは、反射ミラー１３に入射された照明光を反射させる反射面Ａを形成する。反射膜１３ａは、ダイクロイックミラーの構成における反射膜である。
【００２６】
透過部材１３ｂは、照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射面Ａの前面を覆う。透過部材１３ｂは、ダイクロイックミラーの構成におけるガラス基板である。反射ミラー１３は、反射膜１３ａの面からでなく透過部材１３ｂの面から照明光が入射するように配置される。すなわち、反射ミラー１３は、入射される照明光に対して従来のダイクロックミラーと表裏逆にして配置される。なお、反射ミラー１３は、照明光の光軸に対して４５°で設置されるものを例示したが、これに限らず、照明光を反射させてコレクタレンズ１４に入射させることができれば、他の角度であってもよい。コレクタレンズ１４は、筐体１０ａ内の照明光の光軸上に設置され、入射した照明光を集光する。
【００２７】
反射ミラー１５は、ハーフミラーである。反射ミラー１５は、筐体１０ａ内で照明光の光軸に対して４５°で設置される。反射ミラー１５は、反射部材として照明光を反射させて対物レンズ１６ａに入射させる。反射ミラー１５は、反射膜１５ａおよび透過部材１５ｂを有する。反射膜１５ａは、反射ミラー１５に入射された照明光を反射させる反射面Ｂを形成する。反射膜１５ａは、ハーフミラーの構成における反射膜である。
【００２８】
透過部材１５ｂは、透過部材１３ｂと同様に照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射面Ｂの前面を覆う。透過部材１５ｂは、ハーフミラーの構成におけるガラス基板である。反射ミラー１５は、反射膜１５ａの面からでなく透過部材１５ｂの面から照明光が入射するように配置される。すなわち、反射ミラー１５は、入射される照明光に対して従来のハーフミラーと表裏逆にして配置される。なお、反射ミラー１５は、照明光の光軸に対して４５°で設置されるものを例示したが、これに限らず、照明光を反射させて対物レンズ１６ａに入射させることができれば、他の角度であってもよい。
【００２９】
透過部材１３ｂ，１５ｂは、入射する照明光が減衰しないように透過率が高いことが好ましい。具体的には、反射面Ａ，Ｂへの入射角範囲で、反射面Ａ，Ｂでの反射量変化に比して透過部材１３ｂ，１５ｂでの透過量変化が小さいことが好ましい。また、照明光が入射される透過部材１３ｂ，１５ｂの表面には反射を防ぐための反射防止コートがなされていることが好ましい。
【００３０】
レボルバ１６は、複数の対物レンズ１６ａを保持する。対物レンズ１６ａは、レボルバ１６の回転操作に応じて観察光軸ＯＡ上に配置される。これにより、観察に用いる倍率の対物レンズ１６ａが択一的に切り換えられる。
【００３１】
鏡筒４は、照明部１０によって照明される標本Ｓの標本像を結像させる結像レンズ４ａを有する。結像レンズ４ａは、観察光軸ＯＡ上に配置され、対物レンズ１６ａを経て平行化した観察光を集束し、標本像を撮像部５の撮像面上に結像する。なお、標本像は、図示しない双眼部内へ導入され、図示しない接眼レンズを介して操作者に目視観察されるようにしてもよい。撮像部５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサで実現され、撮像面上に結像された標本像を撮像し、画像信号を図示しないモニタ等に出力する。
【００３２】
顕微鏡装置１では、光源１２から発せられた照明光が、反射ミラー１３，１５によって反射され、対物レンズ１６ａによって平行化されて標本Ｓに照射される。その後、標本Ｓに照射された照明光は、観察光として反射され、この観察光は対物レンズ１６ａによって平行化されて鏡筒４に導入される。その後、鏡筒４に導入された観察光は、結像レンズ４ａによって撮像部５の撮像面上に結像される。
【００３３】
ここで、反射ミラー１３の反射面Ａに入射する照明光の入射角について説明する。図２は、反射ミラー１３の反射面Ａに入射する照明光の入射角を示す図である。図中の実線は、光源１２から発せられ、透過部材１３ｂを介して反射膜１３ａの反射面Ａに入射し反射された照明光Ｌ１，Ｌ２を示す。また、図中の点線は、光源１２から発せられ、透過部材１３ｂを介さずに反射膜１３ａの反射面Ａに入射し反射された照明光Ｌ１，Ｌ２を示す。この図２において点線が光源１２から示されていないのは、実線と光路が重なる部分を実線で示しているためである。なお、透過部材１３ｂの屈折率ｎ１は、空気の屈折率ｎ０に比して大きい。
【００３４】
照明光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ入射角４５°−θ１、入射角４５°＋θ１で透過部材１３ｂに入射し、透過部材１３ｂで屈折し、反射膜１３ａの反射面Ａに対してそれぞれ入射角θ２、入射角θ３で入射する。透過部材１３ｂでの照明光の屈折により、入射角θ２は、入射角４５°−θ１より小さくなり、入射角θ３は、入射角４５°＋θ１より小さくなる。一方、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合、照明光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ入射角４５°−θ１、入射角４５°＋θ１で反射面Ａに入射する。すなわち、透過部材１３ｂの屈折率ｎ１を空気の屈折率ｎ０より大きくすることによって、反射面Ａへの照明光Ｌ１，Ｌ２の入射角が小さくなる。
【００３５】
図３は、反射率の入射角依存性の一例を示す図である。グラフの横軸が入射角を示し、縦軸が反射率を示す。ここで、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合と、照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合とで、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２の入射角の差を算出する。照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合、図２に示すように、照明光Ｌ１は、入射角４５°−θ１で反射面Ａに入射し、照明光Ｌ２は、入射角４５°＋θ１で反射面Ａに入射する。従って、照明光Ｌ１，Ｌ２の入射角の差Ｄ１１は２θ１となる。
【００３６】
照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合、照明光Ｌ１の入射角θ２は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°−θ１）／ｎ１）、照明光Ｌ２の入射角θ３は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°＋θ１）／ｎ１）となる。従って、入射角の差（θ３−θ２）は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°＋θ１）／ｎ１）−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°−θ１）／ｎ１）で求められる。ただし、照明光Ｌ１，Ｌ２は、空気中を通過してきたものとし、空気の屈折率ｎ０は１としている。
【００３７】
ここで、θ１を１０°とし、屈折率ｎ１を空気の屈折率ｎ０である１に比して大きい１．４６とした場合、入射角の差Ｄ２１が１１°となる。一方、入射角の差Ｄ１１（２θ１）は、θ１を１０°とすると、２０°となる。すなわち、入射角の差Ｄ１１に比して、入射角の差Ｄ２１が小さくなる。
【００３８】
従って、照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合に比して、照明光Ｌ１，Ｌ２それぞれの入射角、および照明光Ｌ１と照明光Ｌ２との入射角の差が小さくなる。このため、図３に示すように、反射率の入射角依存性によって、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合の反射率の差Ｄ１２に比して、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合の反射率の差Ｄ２２が小さくなる。
【００３９】
図４は、図１に示した反射ミラー１５の反射面Ｂに入射する照明光の入射角を示す図である。反射ミラー１５は、反射ミラー１３と同様に屈折率ｎ２が空気の屈折率ｎ０に比して大きい透過部材１５ｂを用いている。このため、図に示すように、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１５ｂを介さないで反射膜１５ａの反射面Ｂに入射した場合に比して、照明光Ｌ１，Ｌ２それぞれの入射角、および照明光Ｌ１と照明光Ｌ２との入射角の差が小さくなる。従って、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１５ｂを介さないで反射面Ｂに入射する場合の反射率の差に比して、透過部材１５ｂを介して反射面Ｂに入射する場合の反射率の差が小さくなる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態にかかる照明光学系１１、照明部１０および顕微鏡装置１では、照明光Ｌ１，Ｌ２を反射させる反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が、照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率ｎ０に比して大きく、照明光Ｌ１，Ｌ２を透過させる透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われるだけで、透過部材１３ｂ，１５ｂを介さないで照明光Ｌ１，Ｌ２を反射面Ａ，Ｂで反射させる場合に比して、反射面Ａ，Ｂでの照明光Ｌ１，Ｌ２の反射率の差を小さくすることができる。このため、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる。しかも、反射ミラー１３，１５の設置数が限定されないので、汎用性が高い。
【００４１】
また、この実施の形態では、反射ミラー１５は、ハーフミラーであるので、入射された光の反射および透過を可能とするハーフミラーとしての機能を有することができる。
【００４２】
また、この実施の形態では、反射ミラー１３はダイクロイックミラーであるので、所定の波長の照明光のみを反射するダイクロイックミラーとしての機能を有することができる。
【００４３】
なお、この実施の形態では、照明光学系１１は、２つの反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われるものを例示したが、これに限らず、少なくとも一つの反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われていればよい。すなわち、照明光学系１１は、反射ミラー１３，１５を用いて少なくとも１回の反射を行えばよい。例えば、反射ミラー１３は、実施の形態と同様にして配置し、反射ミラー１５は、透過部材１５ｂの面からでなく反射膜１５ａの面から照明光が入射するように配置する。すなわち、反射ミラー１５は、従来のハーフミラーと同様にして配置してもよい。
【００４４】
また、この実施の形態では、反射ミラー１３，１５は、ダイクロイックミラーあるいはハーフミラーであるものを例示したが、これに限らず、照明光学系１１が配置される雰囲気の屈折率に比して大きい屈折率であり、反射ミラー１３，１５に入射された照明光を透過させる透過部材１３ｂ，１５ｂによって反射ミラーの反射面Ａ，Ｂの前面を覆うようにすればよい。例えば、透過部材１３ｂが、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射膜１３ａをこのガラス基板面に形成される金属材料の単層膜にしてもよい。これにより、反射ミラー１３は、ガラス基板に銀等の金属膜を蒸着させた市販の鏡とほぼ同様の簡易な構成とすることができる。この場合、反射ミラー１３は、金属膜の面からでなくガラス基板の面から照明光が入射するように配置する。また、ガラス基板は、光学ガラスを用いるのが好ましい。
【００４５】
さらに、この実施の形態では、反射ミラー１３，１５は、１つの屈折率の透過部材１３ｂ，１５ｂを１層のみ有するものを例示したが、これに限らず、異なる屈折率の透過部材を多層にして組み合わせてもよい。図５は、図１に示した反射ミラー１３の変形例を示す模式図である。図５に示すように、透過部材１３ｄが、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂと、屈折率ｎ１に比して大きい屈折率ｎ３の透過部材１３ｃとの２層からなり、屈折率の大きい透過部材１３ｃが、反射膜１３ａの反射面Ａ側に配置される。この場合、照明光の透過方向で屈折率が可及的に大きくなるので、入射角を可及的に小さくすることができる。これにより、反射面Ａでの反射率の差を小さくすることができる。
【００４６】
また、この実施の形態では、対物レンズ１６ａを介して標本Ｓを落射照明する顕微鏡装置１を例示したが、これに限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。図６は、図１に示した顕微鏡装置の変形例を示す模式図である。図６に示すように、顕微鏡装置１００は、ステージ２に対して対物レンズ１６ａと反対側に集光レンズとしてのコンデンサレンズ２０ｂを設けている。照明装置としての照明部２０は、筐体２０ａを有し、筐体２０ａに光学系としての照明光学系２１を設けている。照明部２０は、コンデンサレンズ２０ｂを介して標本Ｓの下方から標本Ｓを照明する。すなわち、顕微鏡装置１００は、透過型の顕微鏡装置として機能する。
【００４７】
なお、この実施の形態では、標本Ｓに照明光を照射する照明光学系１１が、反射ミラー１３，１５を有するものを例示したが、これに限らず、少なくとも１回の反射を行う光学系であれば他の光学系に反射ミラー１３，１５を用いてもよい。例えば、観察光学系に反射ミラー１３，１５を用いてもよい。具体的には、観察光の光路を変更するため、反射ミラー１３を観察光軸上に設ける。この場合、反射ミラー１３の反射面Ａで反射される観察光の反射率の差を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系、これを用いた照明装置および顕微鏡装置に有効である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００ 顕微鏡装置
２ ステージ
３ 本体部
４ 鏡筒
４ａ 結像レンズ
５ 撮像部
１０，２０ 照明部
１０ａ，２０ａ 筐体
１１，２１ 照明光学系
１２ 光源
１３，１５ 反射ミラー
１３ａ，１５ａ 反射膜
１３ｂ，１５ｂ 透過部材
１４ コレクタレンズ
１６ レボルバ
１６ａ 対物レンズ
２０ｂ コンデンサレンズ
Ａ，Ｂ 反射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系、これを用いた照明装置および顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、顕微鏡装置は、光源から発せられる照明光を標本まで導く照明装置を備えている。この光源としてＬＥＤを用いると、光源自体の小型化が可能となり、照明装置を小型化することができる。さらに、光源から発せられる照明光を反射ミラーによって折り曲げて標本まで導く照明光学系とすることによって、一層、照明装置の小型化を促進することができる。
【０００３】
ここで、反射ミラーを用いて照明光を折り曲げる場合、反射ミラーの反射率は、入射角依存性をもつため、反射ミラーへの入射角の違いによって、照明光の反射率が変化することになる。このため、反射ミラーが、入射角が大きく異なる広角の照明光を反射する場合、反射された照明光の強度分布が大きく変化し、結果として照明ムラが発生するという問題があった。
【０００４】
このため、特許文献１では、共役な位置にある２つの反射ミラーを設け、各反射ミラーでの入射角依存性を相殺するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、入射角の大きい側の面の反射率と入射角の小さい側の面の反射率が同じになるように厚みを変化させた傾斜膜を反射面上に形成し、輝度ムラを相殺するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４８５２９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたものでは、２つの反射ミラーを用いることが前提となり、光学系が限定されたものになり、柔軟性にかけるという問題点があった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載されたものでは、傾斜膜を反射面上で異なる膜厚となるように精度高く形成しなければならず、製造が困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる汎用性の高い光学系、照明装置および顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学系は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系において、前記反射部材の反射面前面を、当該光学系が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材で覆うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材を介した前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化は、前記透過部材を介さない前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化よりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射面への入射角範囲で、前記反射面での反射量変化に比して前記透過部材での透過量変化が小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材は、ガラス基板であり、前記反射面は、金属膜表面であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射部材は、ハーフミラーであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記反射部材は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる光学系は、上記の発明において、前記透過部材の表面に反射防止膜を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の照明装置は、上記のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の顕微鏡装置は、上記のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置によれば、反射部材の光を反射させる反射面の前面が、光学系が配置される雰囲気の屈折率に比して大きく、光を透過させる透過部材で覆われるだけで、前記透過部材を介さないで前記光を前記反射面で反射させる場合に比して、前記反射面での前記光の反射率の差を小さくすることができる。このため、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる。しかも、前記反射部材は、少なくとも１回の反射を行えばよい。すなわち、前記反射部材の設置数が限定されないので、汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した反射ミラーの反射面に入射する照明光の入射角を示す図である。
【図３】図３は、反射率の入射角依存性の一例を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した反射ミラーの反射面に入射する照明光の入射角を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した反射ミラーの変形例を示す模式図である。
【図６】図６は、図１に示した顕微鏡装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である光学系、照明装置および顕微鏡装置について説明する。
【００２２】
（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態にかかる光学系を備えた顕微鏡装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、顕微鏡装置１は、標本Ｓが載置されるステージ２、ステージ２を支持する本体部３、本体部３の上部に支持された照明装置としての照明部１０、照明部１０の上部に載置された鏡筒４、および鏡筒４の上部に載置された撮像部５を有する。
【００２３】
ステージ２は、本体部３の側面部に突設されたハンドル３ａの回動操作に連動し、図示しない焦準機構によって移動される。標本Ｓは、ステージ２の昇降移動に伴って観察光軸ＯＡ方向に焦準移動されて、焦点合わせ（ピント合わせ）される。また、ステージ２は、図示しない駆動機構によって観察光軸ＯＡに垂直な平面内で自在に移動される。これによって、標本Ｓ上の観察位置が調整される。
【００２４】
照明部１０は、ステージ２上の標本Ｓに対して対物レンズ１６ａを介して落射照明を行うものである。照明部１０は、筐体１０ａを有し、筐体１０ａに照明光学系１１を設けている。照明光学系１１は、光学系として反射ミラー１３，１５を用いて反射を行う。照明光学系１１は、光源１２、反射ミラー１３、コレクタレンズ１４、反射ミラー１５およびレボルバ１６に取り付けられた対物レンズ１６ａを有する。光源１２は、筐体１０ａの上部に設置され、筐体１０ａ内の反射ミラー１３に向けて照明光を発する。
【００２５】
反射ミラー１３は、ダイクロイックミラーである。反射ミラー１３は、筐体１０ａ内で照明光の光軸に対して４５°で設置される。反射ミラー１３は、反射部材として照明光を反射させてコレクタレンズ１４に入射させる。反射ミラー１３は、反射膜１３ａおよび透過部材１３ｂを有する。反射膜１３ａは、反射ミラー１３に入射された照明光を反射させる反射面Ａを形成する。反射膜１３ａは、ダイクロイックミラーの構成における反射膜である。
【００２６】
透過部材１３ｂは、照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射面Ａの前面を覆う。透過部材１３ｂは、ダイクロイックミラーの構成におけるガラス基板である。反射ミラー１３は、反射膜１３ａの面からでなく透過部材１３ｂの面から照明光が入射するように配置される。すなわち、反射ミラー１３は、入射される照明光に対して従来のダイクロックミラーと表裏逆にして配置される。なお、反射ミラー１３は、照明光の光軸に対して４５°で設置されるものを例示したが、これに限らず、照明光を反射させてコレクタレンズ１４に入射させることができれば、他の角度であってもよい。コレクタレンズ１４は、筐体１０ａ内の照明光の光軸上に設置され、入射した照明光を集光する。
【００２７】
反射ミラー１５は、ハーフミラーである。反射ミラー１５は、筐体１０ａ内で照明光の光軸に対して４５°で設置される。反射ミラー１５は、反射部材として照明光を反射させて対物レンズ１６ａに入射させる。反射ミラー１５は、反射膜１５ａおよび透過部材１５ｂを有する。反射膜１５ａは、反射ミラー１５に入射された照明光を反射させる反射面Ｂを形成する。反射膜１５ａは、ハーフミラーの構成における反射膜である。
【００２８】
透過部材１５ｂは、透過部材１３ｂと同様に照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射面Ｂの前面を覆う。透過部材１５ｂは、ハーフミラーの構成におけるガラス基板である。反射ミラー１５は、反射膜１５ａの面からでなく透過部材１５ｂの面から照明光が入射するように配置される。すなわち、反射ミラー１５は、入射される照明光に対して従来のハーフミラーと表裏逆にして配置される。なお、反射ミラー１５は、照明光の光軸に対して４５°で設置されるものを例示したが、これに限らず、照明光を反射させて対物レンズ１６ａに入射させることができれば、他の角度であってもよい。
【００２９】
透過部材１３ｂ，１５ｂは、入射する照明光が減衰しないように透過率が高いことが好ましい。具体的には、反射面Ａ，Ｂへの入射角範囲で、反射面Ａ，Ｂでの反射量変化に比して透過部材１３ｂ，１５ｂでの透過量変化が小さいことが好ましい。また、照明光が入射される透過部材１３ｂ，１５ｂの表面には反射を防ぐための反射防止コートがなされていることが好ましい。
【００３０】
レボルバ１６は、複数の対物レンズ１６ａを保持する。対物レンズ１６ａは、レボルバ１６の回転操作に応じて観察光軸ＯＡ上に配置される。これにより、観察に用いる倍率の対物レンズ１６ａが択一的に切り換えられる。
【００３１】
鏡筒４は、照明部１０によって照明される標本Ｓの標本像を結像させる結像レンズ４ａを有する。結像レンズ４ａは、観察光軸ＯＡ上に配置され、対物レンズ１６ａを経て平行化した観察光を集束し、標本像を撮像部５の撮像面上に結像する。なお、標本像は、図示しない双眼部内へ導入され、図示しない接眼レンズを介して操作者に目視観察されるようにしてもよい。撮像部５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサで実現され、撮像面上に結像された標本像を撮像し、画像信号を図示しないモニタ等に出力する。
【００３２】
顕微鏡装置１では、光源１２から発せられた照明光が、反射ミラー１３，１５によって反射され、対物レンズ１６ａによって平行化されて標本Ｓに照射される。その後、標本Ｓに照射された照明光は、観察光として反射され、この観察光は対物レンズ１６ａによって平行化されて鏡筒４に導入される。その後、鏡筒４に導入された観察光は、結像レンズ４ａによって撮像部５の撮像面上に結像される。
【００３３】
ここで、反射ミラー１３の反射面Ａに入射する照明光の入射角について説明する。図２は、反射ミラー１３の反射面Ａに入射する照明光の入射角を示す図である。図中の実線は、光源１２から発せられ、透過部材１３ｂを介して反射膜１３ａの反射面Ａに入射し反射された照明光Ｌ１，Ｌ２を示す。また、図中の点線は、光源１２から発せられ、透過部材１３ｂを介さずに反射膜１３ａの反射面Ａに入射し反射された照明光Ｌ１，Ｌ２を示す。この図２において点線が光源１２から示されていないのは、実線と光路が重なる部分を実線で示しているためである。なお、透過部材１３ｂの屈折率ｎ１は、空気の屈折率ｎ０に比して大きい。
【００３４】
照明光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ入射角４５°−θ１、入射角４５°＋θ１で透過部材１３ｂに入射し、透過部材１３ｂで屈折し、反射膜１３ａの反射面Ａに対してそれぞれ入射角θ２、入射角θ３で入射する。透過部材１３ｂでの照明光の屈折により、入射角θ２は、入射角４５°−θ１より小さくなり、入射角θ３は、入射角４５°＋θ１より小さくなる。一方、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合、照明光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ入射角４５°−θ１、入射角４５°＋θ１で反射面Ａに入射する。すなわち、透過部材１３ｂの屈折率ｎ１を空気の屈折率ｎ０より大きくすることによって、反射面Ａへの照明光Ｌ１，Ｌ２の入射角が小さくなる。
【００３５】
図３は、反射率の入射角依存性の一例を示す図である。グラフの横軸が入射角を示し、縦軸が反射率を示す。ここで、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合と、照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合とで、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２の入射角の差を算出する。照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合、図２に示すように、照明光Ｌ１は、入射角４５°−θ１で反射面Ａに入射し、照明光Ｌ２は、入射角４５°＋θ１で反射面Ａに入射する。従って、照明光Ｌ１，Ｌ２の入射角の差Ｄ１１は２θ１となる。
【００３６】
照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合、照明光Ｌ１の入射角θ２は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°−θ１）／ｎ１）、照明光Ｌ２の入射角θ３は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°＋θ１）／ｎ１）となる。従って、入射角の差（θ３−θ２）は、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°＋θ１）／ｎ１）−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（４５°−θ１）／ｎ１）で求められる。ただし、照明光Ｌ１，Ｌ２は、空気中を通過してきたものとし、空気の屈折率ｎ０は１としている。
【００３７】
ここで、θ１を１０°とし、屈折率ｎ１を空気の屈折率ｎ０である１に比して大きい１．４６とした場合、入射角の差Ｄ２１が１１°となる。一方、入射角の差Ｄ１１（２θ１）は、θ１を１０°とすると、２０°となる。すなわち、入射角の差Ｄ１１に比して、入射角の差Ｄ２１が小さくなる。
【００３８】
従って、照明光Ｌ１，Ｌ２が、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合に比して、照明光Ｌ１，Ｌ２それぞれの入射角、および照明光Ｌ１と照明光Ｌ２との入射角の差が小さくなる。このため、図３に示すように、反射率の入射角依存性によって、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１３ｂを介さないで反射面Ａに入射する場合の反射率の差Ｄ１２に比して、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂを介して反射面Ａに入射する場合の反射率の差Ｄ２２が小さくなる。
【００３９】
図４は、図１に示した反射ミラー１５の反射面Ｂに入射する照明光の入射角を示す図である。反射ミラー１５は、反射ミラー１３と同様に屈折率ｎ２が空気の屈折率ｎ０に比して大きい透過部材１５ｂを用いている。このため、図に示すように、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１５ｂを介さないで反射膜１５ａの反射面Ｂに入射した場合に比して、照明光Ｌ１，Ｌ２それぞれの入射角、および照明光Ｌ１と照明光Ｌ２との入射角の差が小さくなる。従って、照明光Ｌ１，Ｌ２が、透過部材１５ｂを介さないで反射面Ｂに入射する場合の反射率の差に比して、透過部材１５ｂを介して反射面Ｂに入射する場合の反射率の差が小さくなる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態にかかる照明光学系１１、照明部１０および顕微鏡装置１では、照明光Ｌ１，Ｌ２を反射させる反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が、照明光学系１１が配置される雰囲気（空気）の屈折率ｎ０に比して大きく、照明光Ｌ１，Ｌ２を透過させる透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われるだけで、透過部材１３ｂ，１５ｂを介さないで照明光Ｌ１，Ｌ２を反射面Ａ，Ｂで反射させる場合に比して、反射面Ａ，Ｂでの照明光Ｌ１，Ｌ２の反射率の差を小さくすることができる。このため、簡易な構成で照明ムラや観察像のムラを低減することができる。しかも、反射ミラー１３，１５の設置数が限定されないので、汎用性が高い。
【００４１】
また、この実施の形態では、反射ミラー１５は、ハーフミラーであるので、入射された光の反射および透過を可能とするハーフミラーとしての機能を有することができる。
【００４２】
また、この実施の形態では、反射ミラー１３はダイクロイックミラーであるので、所定の波長の照明光のみを反射するダイクロイックミラーとしての機能を有することができる。
【００４３】
なお、この実施の形態では、照明光学系１１は、２つの反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われるものを例示したが、これに限らず、少なくとも一つの反射ミラー１３，１５の反射面Ａ，Ｂの前面が透過部材１３ｂ，１５ｂで覆われていればよい。すなわち、照明光学系１１は、反射ミラー１３，１５を用いて少なくとも１回の反射を行えばよい。例えば、反射ミラー１３は、実施の形態と同様にして配置し、反射ミラー１５は、透過部材１５ｂの面からでなく反射膜１５ａの面から照明光が入射するように配置する。すなわち、反射ミラー１５は、従来のハーフミラーと同様にして配置してもよい。
【００４４】
また、この実施の形態では、反射ミラー１３，１５は、ダイクロイックミラーあるいはハーフミラーであるものを例示したが、これに限らず、照明光学系１１が配置される雰囲気の屈折率に比して大きい屈折率であり、反射ミラー１３，１５に入射された照明光を透過させる透過部材１３ｂ，１５ｂによって反射ミラーの反射面Ａ，Ｂの前面を覆うようにすればよい。例えば、透過部材１３ｂが、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率のガラス基板であり、反射膜１３ａをこのガラス基板面に形成される金属材料の単層膜にしてもよい。これにより、反射ミラー１３は、ガラス基板に銀等の金属膜を蒸着させた市販の鏡とほぼ同様の簡易な構成とすることができる。この場合、反射ミラー１３は、金属膜の面からでなくガラス基板の面から照明光が入射するように配置する。また、ガラス基板は、光学ガラスを用いるのが好ましい。
【００４５】
さらに、この実施の形態では、反射ミラー１３，１５は、１つの屈折率の透過部材１３ｂ，１５ｂを１層のみ有するものを例示したが、これに限らず、異なる屈折率の透過部材を多層にして組み合わせてもよい。図５は、図１に示した反射ミラー１３の変形例を示す模式図である。図５に示すように、透過部材１３ｄが、空気の屈折率ｎ０に比して大きい屈折率ｎ１の透過部材１３ｂと、屈折率ｎ１に比して大きい屈折率ｎ３の透過部材１３ｃとの２層からなり、屈折率の大きい透過部材１３ｃが、反射膜１３ａの反射面Ａ側に配置される。この場合、照明光の透過方向で屈折率が可及的に大きくなるので、入射角を可及的に小さくすることができる。これにより、反射面Ａでの反射率の差を小さくすることができる。
【００４６】
また、この実施の形態では、対物レンズ１６ａを介して標本Ｓを落射照明する顕微鏡装置１を例示したが、これに限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。図６は、図１に示した顕微鏡装置の変形例を示す模式図である。図６に示すように、顕微鏡装置１００は、ステージ２に対して対物レンズ１６ａと反対側に集光レンズとしてのコンデンサレンズ２０ｂを設けている。照明装置としての照明部２０は、筐体２０ａを有し、筐体２０ａに光学系としての照明光学系２１を設けている。照明部２０は、コンデンサレンズ２０ｂを介して標本Ｓの下方から標本Ｓを照明する。すなわち、顕微鏡装置１００は、透過型の顕微鏡装置として機能する。
【００４７】
なお、この実施の形態では、標本Ｓに照明光を照射する照明光学系１１が、反射ミラー１３，１５を有するものを例示したが、これに限らず、少なくとも１回の反射を行う光学系であれば他の光学系に反射ミラー１３，１５を用いてもよい。例えば、観察光学系に反射ミラー１３，１５を用いてもよい。具体的には、観察光の光路を変更するため、反射ミラー１３を観察光軸上に設ける。この場合、反射ミラー１３の反射面Ａで反射される観察光の反射率の差を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる光学系、照明装置および顕微鏡装置は、反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系、これを用いた照明装置および顕微鏡装置に有効である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００ 顕微鏡装置
２ ステージ
３ 本体部
４ 鏡筒
４ａ 結像レンズ
５ 撮像部
１０，２０ 照明部
１０ａ，２０ａ 筐体
１１，２１ 照明光学系
１２ 光源
１３，１５ 反射ミラー
１３ａ，１５ａ 反射膜
１３ｂ，１５ｂ 透過部材
１４ コレクタレンズ
１６ レボルバ
１６ａ 対物レンズ
２０ｂ コンデンサレンズ
Ａ，Ｂ 反射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系において、
前記反射部材の反射面前面を、当該光学系が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材で覆うことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記透過部材を介した前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化は、前記透過部材を介さない前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記反射面への入射角範囲で、前記反射面での反射量変化に比して前記透過部材での透過量変化が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記透過部材は、ガラス基板であり、
前記反射面は、金属膜表面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項５】
前記反射部材は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項６】
前記反射部材は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項７】
前記透過部材の表面に反射防止膜を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１】
反射部材を用いて少なくとも１回の反射を行う光学系において、
前記反射部材の反射面前面を、当該光学系が配置される雰囲気の屈折率よりも大きな屈折率を有する透過部材で覆うことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記透過部材を介した前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化は、前記透過部材を介さない前記反射面への入射角範囲における該反射面での反射率変化よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記反射面への入射角範囲で、前記反射面での反射量変化に比して前記透過部材での透過量変化が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記透過部材は、ガラス基板であり、
前記反射面は、金属膜表面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項５】
前記反射部材は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項６】
前記反射部材は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項７】
前記透過部材の表面に反射防止膜を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学系。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２３３３（Ｐ２０１１−２２３３３Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６６９９０（Ｐ２００９−１６６９９０）
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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