光拡散素子を有する照明光学系
【課題】複数の光源ユニットを選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系を提供する。
【解決手段】顕微鏡本体２に着脱可能な複数の光源ユニット１を顕微鏡本体２に選択的に装着する顕微鏡１０の照明光学系１０ａは、光源ユニット１内に配置された照明光を射出する光源と、光源ユニット１内に配置された照明光を顕微鏡本体２に導く第１の光学系と、顕微鏡本体２内に配置された照明光を標本面に照射する第２の光学系１０ｂと、を含む。そして、各光源ユニット１内の第１の光学系は、光拡散素子４を含み、光源ユニット１から射出される照明光の状態を、第２の光学系１０ｂに対して最適化する。
【解決手段】顕微鏡本体２に着脱可能な複数の光源ユニット１を顕微鏡本体２に選択的に装着する顕微鏡１０の照明光学系１０ａは、光源ユニット１内に配置された照明光を射出する光源と、光源ユニット１内に配置された照明光を顕微鏡本体２に導く第１の光学系と、顕微鏡本体２内に配置された照明光を標本面に照射する第２の光学系１０ｂと、を含む。そして、各光源ユニット１内の第１の光学系は、光拡散素子４を含み、光源ユニット１から射出される照明光の状態を、第２の光学系１０ｂに対して最適化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に関し、特に、光拡散素子を有する照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、顕微鏡の照明光学系では、用途に合わせて最適な照明を実現するために、光拡散素子が広く用いられている。例えば、特許文献１では、光拡散素子が用いられた顕微鏡透過照明装置が開示されている。特許文献１は、光拡散素子をコレクタレンズの射出面側に配置する構成を開示し、また、照明光学系内で複数の光拡散素子を使用する構成も開示している。
【０００３】
一般に、図７に例示されるように、顕微鏡１００の照明光学系は、光源ユニット１０１内に配置された光源及び／または光学系と、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３内に配置された光学系とから構成されている。また、光源ユニット１０１（光源ユニット１０１ａ、光源ユニット１０１ｂ、光源ユニット１０１ｃ）は、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３に対して着脱可能に構成されている。このような構成は、光源が劣化し故障した場合などには、故障した光源を新しい光源に光源ユニット１０１毎交換することで、容易且つ迅速に顕微鏡１００を修理することが可能であり、メンテナンス作業の負担が軽減される点で好ましい。光拡散素子１０４は、このような構成では、通常、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３内に配置されている。
【０００４】
図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）は、それぞれ従来の顕微鏡の照明光学系の構成を例示した図である。図８（ａ）から図８（ｃ）に例示される照明光学系では、いずれも顕微鏡本体のフレーム部内に、光拡散素子が配置されている。
【０００５】
図８（ａ）に例示される照明光学系２００は、光源ユニット２０１内に配置された、光源２０４及びコレクタレンズ２０５と、フレーム部内の光学系２０２内に配置された、光拡散素子２０６と、視野絞り２０７と、ミラー２０８と、視野絞りレンズ２０９と、開口絞り２１０と、及び、コンデンサレンズ２１１と、から構成され、標本面２０３を照明する。照明光学系２００では、光拡散素子２０６は、コレクタレンズ２０５から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系２０２に配置されている。
【０００６】
また、図８（ｂ）に例示される照明光学系３００は、光源ユニット３０１内に配置された光源３０４と、フレーム部内の光学系３０２内に配置された、コレクタレンズ３０５と、光拡散素子３０６と、視野絞り３０７と、ミラー３０８と、視野絞りレンズ３０９と、開口絞り３１０と、及び、コンデンサレンズ３１１と、から構成され、標本面３０３を照明する。照明光学系３００は、コレクタレンズ３０５がフレーム部内の光学系３０２に配置されている点が、図８（ａ）に例示される照明光学系２００と異なっている。照明光学系３００でも、光拡散素子３０６は、図８（ａ）に例示される光拡散素子２０６と同様に、コレクタレンズ３０５から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系３０２に配置されている。
【０００７】
また、図８（ｃ）に例示される照明光学系４００は、光源ユニット４０１内に配置された光源４０４と、フレーム部内の光学系４０２内に配置された、第１の光拡散素子４０５と、コレクタレンズ４０６と、第２の光拡散素子４０７と、視野絞り４０８と、ミラー４０９と、視野絞りレンズ４１０と、開口絞り４１１と、及び、コンデンサレンズ４１２から構成され、標本面４０３を照明する。照明光学系４００は、光源４０４とコレクタレンズ４０６の間であって、フレーム部内の光学系４０２に、第１の光拡散素子４０５を含む点が、図８（ｂ）に例示される照明光学系３００と異なっている。照明光学系４００でも、第２の光拡散素子４０７は、図８（ｂ）に例示される光拡散素子３０６と同様に、コレクタレンズ４０６から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系４０２に配置されている。
【０００８】
なお、光拡散素子としては、入射光を散乱させて拡散する、例えば、拡散板などの光学素子や、入射光を分割して屈折させる、例えば、フライアイレンズなどの光学素子などが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１３３３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光源ユニットは、光源の故障等により、同じ特性の光源ユニットと交換される場合の他に、顕微鏡での観察方法及び／または観察対象の変更に伴って、異なる特性の光源ユニットと交換される場合もある。
光拡散素子は、最適な照明を実現するために用いられるため、特定の光源及び／または光学系からなる光源ユニットに合わせて設定されている。このため、従来の構成では、特定の光源ユニットに最適化された光拡散素子と、異なる特性の光源ユニットとを組み合わせると、照明は最適化されない。従って、照明の最適化の観点からは、異なる特性の光源ユニット間の交換は望ましくない。
【００１１】
しかしながら、近年では、顕微鏡用の光源の多様化が進み、光源として、さまざまな異なる特性の光源が使用されるに至っている。それに伴い、異なる特性の光源ユニットを交換して使用したいという要請は強まっている。また、光源の多様化が進んだ結果、現在では、光源間の特性の違いも従来に比べて大きくなっているため、光源ユニットの交換前後での照明性能の維持はさらに困難となっている。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、複数の光源ユニットを選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、顕微鏡本体に着脱可能な複数の光源ユニットを顕微鏡本体に選択的に装着する顕微鏡の照明光学系であって、光源ユニット内に配置された、照明光を射出する光源と、光源ユニット内に配置された、照明光を顕微鏡本体に導く第１の光学系と、顕微鏡本体内に配置された、照明光を標本面に照射する第２の光学系と、を含み、第１の光学系は、光拡散素子を含み、光源ユニットから射出される照明光の状態を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の照明光学系において、光源と標本面の間の照明光路中の第１の光学系内にのみ、光拡散素子を含む照明光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットの各々は、照明光を略平行光束として射出し、複数の光源ユニットは、略同一の光束径の照明光を射出する照明光学系を提供する。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットは、照明光の光束の中心軸に対する角度と角度に射出される照明光の強度との関係を示す配光分布の形状が略同一である照明光を射出する照明光学系を提供する。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、光源ユニットから射出される照明光の配光分布を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の照明光学系において、第１の光学系は、さらに、コレクタレンズを含み、コレクタレンズは、照明光を略平行光束に変換し、光源ユニットから射出される照明光の光束径を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１８】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、コレクタレンズと顕微鏡本体の間に配置される第１の光拡散素子である照明光学系を提供する。
【００１９】
本発明の第８の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、光源とコレクタレンズの間に配置される第２の光拡散素子である照明光学系を提供する。
【００２０】
本発明の第９の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、第１の光拡散素子と、第２の光拡散素子と、を含み、第１の光拡散素子は、コレクタレンズと顕微鏡本体の間に配置され、第２の光拡散素子は、光源とコレクタレンズの間に配置される照明光学系を提供する。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、第７の態様または第９の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットに含まれる第１の光拡散素子は、顕微鏡本体と光源ユニットの接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置される照明光学系を提供する。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、第６の態様乃至第１０の態様のいずれか１つに記載の照明光学系において、複数の光源ユニットから選択される任意の２つの光源ユニットをそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとし、ｆｃ１を第１の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離とし、ｆｃ２を第２の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離とし、ＮＡＬ１を第１の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数とし、ＮＡＬ２を第２の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数とするとき、以下の条件式
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
を満たす照明光学系を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の光源ユニットを選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットの構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の光束径について説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の配光分布について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光源ユニットの構成を例示した図である。
【図６】本発明の実施例１に係る光源ユニットの他の構成を例示した図である。
【図７】従来の顕微鏡の構成を例示した図である。
【図８】従来の顕微鏡の照明光学系を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示した図である。図１に例示される顕微鏡１０は、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）と、顕微鏡本体２と、を含んで構成されている。また、顕微鏡１０の照明光学系１０ａは、光源ユニット１内に配置され、照明光を射出する光源と、光源ユニット１内に配置され、照明光を顕微鏡本体２に導く光学系（第１の光学系）と、顕微鏡本体２のフレーム部３内に配置され、照明光を標本面に照射する光学系１０ｂ（第２の光学系）と、を含んで構成されている。
【００２７】
複数の光源ユニット１は、顕微鏡本体２のフレーム部３に対して着脱可能に構成されていて、顕微鏡本体２のフレーム部３に選択的に装着される。また、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、それぞれの光学系（第１の光学系）内に光拡散素子４（光拡散素子４ａ、光拡散素子４ｂ、光拡散素子４ｃ）を含んでいる。光拡散素子としては、例えば、フロスト型の拡散板、オパール型の拡散板、フライアイレンズなどを用いることができる。一方、フレーム部３内に配置された光学系１０ｂ（第２の光学系）には、光拡散素子を含まない。
【００２８】
顕微鏡１０は、光源が劣化し故障した場合などには、故障した光源を新しい光源に光源ユニット１毎交換することで、容易且つ迅速に顕微鏡１０を修理することが可能である。このため、顕微鏡１０は、メンテナンス作業の負担が軽減される点に関しては、従来の顕微鏡１００と同様である。
図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットの構成例を説明するための図である。
【００２９】
図２（ａ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ａの構成を例示した図である。図２（ａ）に例示される光源ユニット１ａは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ａと、コレクタ６ａと、光拡散素子４ａ（第１の光拡散素子）と、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ａ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ａ及びコレクタ６ａから構成され、光拡散素子４ａは、コレクタレンズ６ａと顕微鏡本体２の間に配置されている。
【００３０】
図２（ｂ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ｂの構成を例示した図である。図２（ｂ）に例示される光源ユニット１ｂは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ｂと、光拡散素子４ｂ（第２の光拡散素子）と、コレクタ６ｂと、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ｂ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ｂ及びコレクタ６ｂから構成され、光拡散素子４ｂは、光源５ｂとコレクタレンズ６ｂの間に配置されている。
【００３１】
図２（ｃ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ｃの構成を例示した図である。図２（ｃ）に例示される光源ユニット１ｃは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ｃと、光拡散素子４ｅ（第２の光拡散素子）と、コレクタ６ｃと、光拡散素子４ｄ（第１の光拡散素子）と、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ｃ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ｃ（光拡散素子４ｄ及び光拡散素子４ｅ）及びコレクタ６ｃから構成されている。また、光拡散素子４ｄは、コレクタレンズ６ｃと顕微鏡本体２の間に配置され、光拡散素子４ｅは、光源５ｃとコレクタレンズ６ｃの間に配置されている。
【００３２】
光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、及び、光源ユニット１ｃは、いずれも、図１に例示される顕微鏡本体２のフレーム部３に装着されたときに、光源（光源５ａ、光源５ｂ、光源５ｃ）から射出された照明光を効率良く標本面に照射し、且つ、標本面を均一に照明するように、設計されている。つまり、各光源ユニット１は、フレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に対して最適化されている。これは、各光源ユニット１内の光学系（第１の光学系）が、光源ユニット１から射出される照明光の状態（光束径や配光分布など）を、フレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に対して最適化するように作用することにより、実現される。
図３は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の光束径について説明するための図である。
【００３３】
図３に例示されるように、各光源ユニット１内のコレクタレンズ６は、光源５からおよそコレクタレンズ６の焦点距離ｆｃだけ離れた位置に配置されている。従って、コレクタレンズ６は、光源５から射出された照明光を略平行光束に変換し、光源ユニット１の各々は、照明光を略平行光束として射出する。
【００３４】
また、各光源ユニット１は、上述したようにフレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に最適化されていて、フレーム部３内の光学系１０ｂに最適な光束径Ｄの照明光を射出する。このため、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、略同一の光束径Ｄの照明光を射出する。これは、コレクタレンズ６が光源ユニット１から射出される照明光の光束径を、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化することにより実現される。
【００３５】
より具体的には、複数の光源ユニット１から選択される任意の２つの光源ユニット１をそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとするとき、光源ユニット１は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。これにより、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、略同一の光束径の照明光を射出することができる。
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
【００３６】
ここで、ｆｃ１は、第１の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離であり、ｆｃ２は第２の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離である。また、ＮＡＬ１は第１の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数であり、ＮＡＬ２を第２の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数である。
図４は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の配光分布について説明するための図である。
【００３７】
各光源ユニット１は、上述したようにフレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に最適化されていて、フレーム部３内の光学系１０ｂに最適な配光分布の照明光を射出する。このため、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、配光分布の形状が略同一の照明光を射出する。これは、光拡散素子４が光源ユニット１から射出される照明光の配光分布を、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化することにより実現される。ここで、配光分布とは、光源ユニット１から射出される照明光の光束の中心軸に対する角度θoutと、その角度θoutに射出される照明光の強度と、の関係を示す分布のことである。
【００３８】
光源ユニット１から射出される照明光の配光分布は、主に、図４に例示される光源５の大きさＨＬと光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦによって変化する。なお、ここで、拡散角度ＮＡＦとは、光拡散素子４が平行光束として入射する照明光を拡散させる角度のことである。
【００３９】
光源５の大きさＨＬが十分に小さい場合には、光源５は点光源とみなすことができる。この場合、光拡散素子４に入射する照明光は、コレクタレンズ６で変換された略平行光束のみであるので、光拡散素子４に入射する照明光の配光分布は、０度近傍が極端に強い急峻な分布形状を示す。従って、照明光の配光分布を最適な配光分布に変換するためには、比較的大きな光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦが必要となる。
【００４０】
一方、光源５の大きさＨＬが比較的大きい場合であっても、光源５内の各点から射出される照明光は、それぞれコレクタレンズ６で略平行光束に変換される。しかし、この場合、光源５の中心付近（つまり、コレクタレンズ６の光軸近傍）から射出された照明光は、コレクタレンズ６の光軸と平行な略平行光束に変換されるのに対して、光源５の中心からずれた位置から射出された照明光は、コレクタレンズ６の光軸に対して傾いた略平行光束に変換される。光拡散素子４には光源５の各点から射出された照明光が重なって入射するので、光拡散素子４に入射する照明光の配光分布は、光源５の大きさＨＬが大きいほど角度０度を中心に比較的広い範囲で強い強度を示す。このため、照明光の配光分布を最適な配光分布に変換するために必要な光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦは、光源５の大きさＨＬが小さい場合に比べて、比較的小さくなる。
このように、光源５の大きさＨＬによって、必要とされる光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦは変化する。
【００４１】
なお、図４では、光源ユニット１ａの構成が例示されているが、特にこれに限られない。光源の大きさと光拡散素子の拡散角度の関係は、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃでも同様の傾向を示す。
【００４２】
また、光源ユニット１から射出される照明光の配光分布の形状が同じであっても、フレーム部３内の光学系１０ｂまでの距離が異なる場合には、フレーム部３内の光学系１０ｂに入射した時点での照明光の状態が光源ユニット１毎に異なることになり、好ましくない。このため、各光源ユニット１に含まれる最もフレーム部３に近い光拡散素子４は、顕微鏡本体２と光源ユニット１との接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることが望ましい。特に、光源ユニット１ａの光拡散素子４ａ（第１の光拡散素子）と、光源ユニット１ｃの光拡散素子４ｄ（第１の光拡散素子）は、顕微鏡本体２と光源ユニット１との接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることが望ましい。
また、例えば、赤外線カットフィルタなどのフィルタ類を、必要により適宜、光源ユニット内に配置してもよい。
【００４３】
以上のように各光源ユニット１が構成されることにより、照明光学系１０ａは、複数の光源ユニット１を選択的に使用することができ、且つ、どの光源ユニット１が選択された場合であっても、良好な照明性能を実現することができる。
【００４４】
以下、図面を参照しながら、図１に例示される顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に対して着脱可能に構成され、フレーム部３に選択的に装着される、光源ユニットの実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００４５】
図５は、本実施例に係る光源ユニットの構成を例示した図である。図６は、本実施例に係る光源ユニットの他の構成を例示した図である。図５に例示される光源ユニット２０と図６に例示される光源ユニット３０は、図１に例示される顕微鏡本体２のフレーム部３に選択的に装着されて、使用される。
図５に例示される光源ユニット２０は、光源側から順に、光源２１と、レンズ２２ａと、レンズ２２ｂと、光拡散素子２３と、を含んで構成されている。
レンズ２２ａ及びレンズ２２ｂは、光源２１から射出される照明光を略平行光に変換するコレクタレンズ２２として機能し、光源ユニット２０から射出される照明光の光束径を、図１に例示されるフレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化する。
なお、光源２１は、ＬＥＤ光源であり、レンズ２２ａは、光源側に平面を向けた平凸レンズであり、レンズ２２ｂは、両凸レンズである。
以下、光源ユニット２０の各種データについて記載する。
【００４６】
光源２１から射出される照明光の波長λ、光源２１が有する開口数ＮＡＬ、光源２１の大きさＨＬ、コレクタレンズ２２の焦点距離ｆｃ、光拡散素子２３の拡散角度ＮＡＦは、それぞれ以下のとおりである。
λ＝５８７．５６ｎｍ、ＮＡＬ＝０．６３０７、ＨＬ＝５ｍｍ、
ｆｃ＝２７．０３ｍｍ、ＮＡＦ＝０．０７１４９
【００４７】
光源ユニット２０に含まれる光学系のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を示す。また、第１面Ｓ１は、光源２１上の面である。また、第３面Ｓ３及び第５面Ｓ５は非球面である。
光源ユニット２０
s r d nd vd
S1 INF 18.9873
S2 INF 10.0000 1.49236 57.86
S3* -20.5940 0.7500
S4 58.0000 9.5000 1.49236 57.86
S5* -80.5000 10.0000
S6 INF 2.0000 1.49236 57.86
S7 INF
【００４８】
第３面Ｓ３の非球面係数は、以下のとおりである。
S3 K=-1.0000, A2=0, A4=-2.6200×10-6, A6=2.6000×10-8, A8=-6.8400×10-12, A10=0
【００４９】
第５面Ｓ５の非球面係数は、以下のとおりである。
S5 K=-1.0000, A2=0, A4=-3.4500×10-6, A6=1.0800×10-8, A8=-9.6000×10-12, A10=0
【００５０】
光源ユニット２０を、顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に装着することにより、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【００５１】
また、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化された任意の複数の光源ユニットから、観察方法及び／または観察対象に応じて、光源ユニット２０を選択的に使用することができる。
【００５２】
図６に例示される光源ユニット３０は、光源側から順に、光源３１と、光拡散素子３３ａと、コレクタレンズ３２と、光源から発せられる熱を吸収する赤外線カットフィルタ３４と、光拡散素子３３ｂと、を含んで構成されている。光拡散素子３３（光拡散素子３３ａ、光拡散素子３３ｂ）は、光源ユニット３０から射出される照明光の配光分布を、図１に例示されるフレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化する。
なお、光源３１は、ハロゲン光源であり、コレクタレンズ３２は、両凸レンズである。
以下、光源ユニット３０の各種データについて記載する。
【００５３】
光源３１から射出される照明光の波長λ、光源３１が有する開口数ＮＡＬ、光源３１の大きさＨＬ、コレクタレンズ３２の焦点距離ｆｃ、光拡散素子３３ａの拡散角度ＮＡＦａ、光拡散素子３３ｂの拡散角度ＮＡＦｂは、それぞれ以下のとおりである。
λ＝５８７．５６ｎｍ、ＮＡＬ＝０．７６０８、
ＨＬ＝２ｍｍ、ｆｃ＝２６．００ｍｍ、
ＮＡＦａ＝０．０９４１、ＮＡＦｂ＝０．１１３２
【００５４】
光源ユニット３０に含まれる光学系のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を示す。また、第１面Ｓ１は、光源３１上の面である。また、第５面Ｓ５は非球面である。
光源ユニット３０
s r d nd vd
S1 INF 10.8411
S2 INF 2.0000 1.52287 59.89
S3 INF 0.8500
S4 68.2150 22.0000 1.52287 59.89
S5* -15.1000 1.0000
S6 INF 4.0000 1.52287 59.89
S7 INF 10.1500
S8 INF 2.0000 1.51633 64.15
S9 INF
【００５５】
第５面Ｓ５の非球面係数は、以下のとおりである。
S5 K=-1.0000, A2=0, A4=-1.3000×10-5, A6=-3.8100×10-9, A8=5.0500×10-11, A10=0
【００５６】
光源ユニット３０を、顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に装着することにより、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【００５７】
また、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化された任意の複数の光源ユニットから、観察方法及び／または観察対象に応じて、光源ユニット３０を選択的に使用することができる。
【００５８】
さらに、図５に例示される光源ユニット２０と図６に例示される光源ユニット３０は、いずれも、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化されている。また、光源ユニット２０を第１の光源ユニットとし、光源ユニット３０を第２の光源ユニットとすると、光源ユニット２０及び光源ユニット３０は、以下のとおり、条件式（１）を満たしている。
（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）≒１９．７８／１７．０４≒１．１６
従って、本実施例によれば、光源ユニット２０及び光源ユニット３０を選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、２０、３０、１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１、３０１、４０１・・・光源ユニット、２、１０２・・・顕微鏡本体、３、１０３・・・フレーム部、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、２３、３３、３３ａ、３３ｂ、１０４、２０６、３０６、４０５、４０７・・・光拡散素子、３４・・・赤外線カットフィルタ、２０３、３０３、４０３・・・標本面、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、２１、３１、２０４、３０４、４０４・・・光源、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、２２、３２、２０５、３０５、４０６・・・コレクタレンズ、１０、１００・・・顕微鏡、１０ａ、２００、３００、４００・・・照明光学系、１０ｂ、２０２、３０２、４０２・・・フレーム部内の光学系、２２ａ、２２ｂ・・・レンズ、２０７、３０７、４０８・・・視野絞り、２０８、３０８、３０９・・・ミラー、２０９、３０９、４１０・・・視野絞りレンズ、２１０、３１０、４１１・・・開口絞り、２１１、３１１、４１２・・・コンデンサレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に関し、特に、光拡散素子を有する照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、顕微鏡の照明光学系では、用途に合わせて最適な照明を実現するために、光拡散素子が広く用いられている。例えば、特許文献１では、光拡散素子が用いられた顕微鏡透過照明装置が開示されている。特許文献１は、光拡散素子をコレクタレンズの射出面側に配置する構成を開示し、また、照明光学系内で複数の光拡散素子を使用する構成も開示している。
【０００３】
一般に、図７に例示されるように、顕微鏡１００の照明光学系は、光源ユニット１０１内に配置された光源及び／または光学系と、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３内に配置された光学系とから構成されている。また、光源ユニット１０１（光源ユニット１０１ａ、光源ユニット１０１ｂ、光源ユニット１０１ｃ）は、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３に対して着脱可能に構成されている。このような構成は、光源が劣化し故障した場合などには、故障した光源を新しい光源に光源ユニット１０１毎交換することで、容易且つ迅速に顕微鏡１００を修理することが可能であり、メンテナンス作業の負担が軽減される点で好ましい。光拡散素子１０４は、このような構成では、通常、顕微鏡本体１０２のフレーム部１０３内に配置されている。
【０００４】
図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）は、それぞれ従来の顕微鏡の照明光学系の構成を例示した図である。図８（ａ）から図８（ｃ）に例示される照明光学系では、いずれも顕微鏡本体のフレーム部内に、光拡散素子が配置されている。
【０００５】
図８（ａ）に例示される照明光学系２００は、光源ユニット２０１内に配置された、光源２０４及びコレクタレンズ２０５と、フレーム部内の光学系２０２内に配置された、光拡散素子２０６と、視野絞り２０７と、ミラー２０８と、視野絞りレンズ２０９と、開口絞り２１０と、及び、コンデンサレンズ２１１と、から構成され、標本面２０３を照明する。照明光学系２００では、光拡散素子２０６は、コレクタレンズ２０５から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系２０２に配置されている。
【０００６】
また、図８（ｂ）に例示される照明光学系３００は、光源ユニット３０１内に配置された光源３０４と、フレーム部内の光学系３０２内に配置された、コレクタレンズ３０５と、光拡散素子３０６と、視野絞り３０７と、ミラー３０８と、視野絞りレンズ３０９と、開口絞り３１０と、及び、コンデンサレンズ３１１と、から構成され、標本面３０３を照明する。照明光学系３００は、コレクタレンズ３０５がフレーム部内の光学系３０２に配置されている点が、図８（ａ）に例示される照明光学系２００と異なっている。照明光学系３００でも、光拡散素子３０６は、図８（ａ）に例示される光拡散素子２０６と同様に、コレクタレンズ３０５から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系３０２に配置されている。
【０００７】
また、図８（ｃ）に例示される照明光学系４００は、光源ユニット４０１内に配置された光源４０４と、フレーム部内の光学系４０２内に配置された、第１の光拡散素子４０５と、コレクタレンズ４０６と、第２の光拡散素子４０７と、視野絞り４０８と、ミラー４０９と、視野絞りレンズ４１０と、開口絞り４１１と、及び、コンデンサレンズ４１２から構成され、標本面４０３を照明する。照明光学系４００は、光源４０４とコレクタレンズ４０６の間であって、フレーム部内の光学系４０２に、第１の光拡散素子４０５を含む点が、図８（ｂ）に例示される照明光学系３００と異なっている。照明光学系４００でも、第２の光拡散素子４０７は、図８（ｂ）に例示される光拡散素子３０６と同様に、コレクタレンズ４０６から射出される略平行光の光路上であって、フレーム部内の光学系４０２に配置されている。
【０００８】
なお、光拡散素子としては、入射光を散乱させて拡散する、例えば、拡散板などの光学素子や、入射光を分割して屈折させる、例えば、フライアイレンズなどの光学素子などが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１３３３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光源ユニットは、光源の故障等により、同じ特性の光源ユニットと交換される場合の他に、顕微鏡での観察方法及び／または観察対象の変更に伴って、異なる特性の光源ユニットと交換される場合もある。
光拡散素子は、最適な照明を実現するために用いられるため、特定の光源及び／または光学系からなる光源ユニットに合わせて設定されている。このため、従来の構成では、特定の光源ユニットに最適化された光拡散素子と、異なる特性の光源ユニットとを組み合わせると、照明は最適化されない。従って、照明の最適化の観点からは、異なる特性の光源ユニット間の交換は望ましくない。
【００１１】
しかしながら、近年では、顕微鏡用の光源の多様化が進み、光源として、さまざまな異なる特性の光源が使用されるに至っている。それに伴い、異なる特性の光源ユニットを交換して使用したいという要請は強まっている。また、光源の多様化が進んだ結果、現在では、光源間の特性の違いも従来に比べて大きくなっているため、光源ユニットの交換前後での照明性能の維持はさらに困難となっている。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、複数の光源ユニットを選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、顕微鏡本体に着脱可能な複数の光源ユニットを顕微鏡本体に選択的に装着する顕微鏡の照明光学系であって、光源ユニット内に配置された、照明光を射出する光源と、光源ユニット内に配置された、照明光を顕微鏡本体に導く第１の光学系と、顕微鏡本体内に配置された、照明光を標本面に照射する第２の光学系と、を含み、第１の光学系は、光拡散素子を含み、光源ユニットから射出される照明光の状態を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の照明光学系において、光源と標本面の間の照明光路中の第１の光学系内にのみ、光拡散素子を含む照明光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットの各々は、照明光を略平行光束として射出し、複数の光源ユニットは、略同一の光束径の照明光を射出する照明光学系を提供する。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットは、照明光の光束の中心軸に対する角度と角度に射出される照明光の強度との関係を示す配光分布の形状が略同一である照明光を射出する照明光学系を提供する。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、光源ユニットから射出される照明光の配光分布を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の照明光学系において、第１の光学系は、さらに、コレクタレンズを含み、コレクタレンズは、照明光を略平行光束に変換し、光源ユニットから射出される照明光の光束径を、第２の光学系に対して最適化する照明光学系を提供する。
【００１８】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、コレクタレンズと顕微鏡本体の間に配置される第１の光拡散素子である照明光学系を提供する。
【００１９】
本発明の第８の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、光源とコレクタレンズの間に配置される第２の光拡散素子である照明光学系を提供する。
【００２０】
本発明の第９の態様は、第６の態様に記載の照明光学系において、光拡散素子は、第１の光拡散素子と、第２の光拡散素子と、を含み、第１の光拡散素子は、コレクタレンズと顕微鏡本体の間に配置され、第２の光拡散素子は、光源とコレクタレンズの間に配置される照明光学系を提供する。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、第７の態様または第９の態様に記載の照明光学系において、複数の光源ユニットに含まれる第１の光拡散素子は、顕微鏡本体と光源ユニットの接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置される照明光学系を提供する。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、第６の態様乃至第１０の態様のいずれか１つに記載の照明光学系において、複数の光源ユニットから選択される任意の２つの光源ユニットをそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとし、ｆｃ１を第１の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離とし、ｆｃ２を第２の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離とし、ＮＡＬ１を第１の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数とし、ＮＡＬ２を第２の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数とするとき、以下の条件式
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
を満たす照明光学系を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の光源ユニットを選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットの構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の光束径について説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の配光分布について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光源ユニットの構成を例示した図である。
【図６】本発明の実施例１に係る光源ユニットの他の構成を例示した図である。
【図７】従来の顕微鏡の構成を例示した図である。
【図８】従来の顕微鏡の照明光学系を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示した図である。図１に例示される顕微鏡１０は、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）と、顕微鏡本体２と、を含んで構成されている。また、顕微鏡１０の照明光学系１０ａは、光源ユニット１内に配置され、照明光を射出する光源と、光源ユニット１内に配置され、照明光を顕微鏡本体２に導く光学系（第１の光学系）と、顕微鏡本体２のフレーム部３内に配置され、照明光を標本面に照射する光学系１０ｂ（第２の光学系）と、を含んで構成されている。
【００２７】
複数の光源ユニット１は、顕微鏡本体２のフレーム部３に対して着脱可能に構成されていて、顕微鏡本体２のフレーム部３に選択的に装着される。また、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、それぞれの光学系（第１の光学系）内に光拡散素子４（光拡散素子４ａ、光拡散素子４ｂ、光拡散素子４ｃ）を含んでいる。光拡散素子としては、例えば、フロスト型の拡散板、オパール型の拡散板、フライアイレンズなどを用いることができる。一方、フレーム部３内に配置された光学系１０ｂ（第２の光学系）には、光拡散素子を含まない。
【００２８】
顕微鏡１０は、光源が劣化し故障した場合などには、故障した光源を新しい光源に光源ユニット１毎交換することで、容易且つ迅速に顕微鏡１０を修理することが可能である。このため、顕微鏡１０は、メンテナンス作業の負担が軽減される点に関しては、従来の顕微鏡１００と同様である。
図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットの構成例を説明するための図である。
【００２９】
図２（ａ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ａの構成を例示した図である。図２（ａ）に例示される光源ユニット１ａは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ａと、コレクタ６ａと、光拡散素子４ａ（第１の光拡散素子）と、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ａ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ａ及びコレクタ６ａから構成され、光拡散素子４ａは、コレクタレンズ６ａと顕微鏡本体２の間に配置されている。
【００３０】
図２（ｂ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ｂの構成を例示した図である。図２（ｂ）に例示される光源ユニット１ｂは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ｂと、光拡散素子４ｂ（第２の光拡散素子）と、コレクタ６ｂと、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ｂ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ｂ及びコレクタ６ｂから構成され、光拡散素子４ｂは、光源５ｂとコレクタレンズ６ｂの間に配置されている。
【００３１】
図２（ｃ）は、図１に例示される顕微鏡１０の光源ユニット１ｃの構成を例示した図である。図２（ｃ）に例示される光源ユニット１ｃは、光源側から順に、照明光を射出する光源５ｃと、光拡散素子４ｅ（第２の光拡散素子）と、コレクタ６ｃと、光拡散素子４ｄ（第１の光拡散素子）と、を含んで構成されている。ここで、照明光を顕微鏡本体２に導く光源ユニット１ｃ内の光学系（第１の光学系）は、光拡散素子４ｃ（光拡散素子４ｄ及び光拡散素子４ｅ）及びコレクタ６ｃから構成されている。また、光拡散素子４ｄは、コレクタレンズ６ｃと顕微鏡本体２の間に配置され、光拡散素子４ｅは、光源５ｃとコレクタレンズ６ｃの間に配置されている。
【００３２】
光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、及び、光源ユニット１ｃは、いずれも、図１に例示される顕微鏡本体２のフレーム部３に装着されたときに、光源（光源５ａ、光源５ｂ、光源５ｃ）から射出された照明光を効率良く標本面に照射し、且つ、標本面を均一に照明するように、設計されている。つまり、各光源ユニット１は、フレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に対して最適化されている。これは、各光源ユニット１内の光学系（第１の光学系）が、光源ユニット１から射出される照明光の状態（光束径や配光分布など）を、フレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に対して最適化するように作用することにより、実現される。
図３は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の光束径について説明するための図である。
【００３３】
図３に例示されるように、各光源ユニット１内のコレクタレンズ６は、光源５からおよそコレクタレンズ６の焦点距離ｆｃだけ離れた位置に配置されている。従って、コレクタレンズ６は、光源５から射出された照明光を略平行光束に変換し、光源ユニット１の各々は、照明光を略平行光束として射出する。
【００３４】
また、各光源ユニット１は、上述したようにフレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に最適化されていて、フレーム部３内の光学系１０ｂに最適な光束径Ｄの照明光を射出する。このため、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、略同一の光束径Ｄの照明光を射出する。これは、コレクタレンズ６が光源ユニット１から射出される照明光の光束径を、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化することにより実現される。
【００３５】
より具体的には、複数の光源ユニット１から選択される任意の２つの光源ユニット１をそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとするとき、光源ユニット１は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。これにより、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、略同一の光束径の照明光を射出することができる。
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
【００３６】
ここで、ｆｃ１は、第１の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離であり、ｆｃ２は第２の光源ユニットに含まれるコレクタレンズの焦点距離である。また、ＮＡＬ１は第１の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数であり、ＮＡＬ２を第２の光源ユニットに含まれる光源が有する開口数である。
図４は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の光源ユニットから射出される照明光の配光分布について説明するための図である。
【００３７】
各光源ユニット１は、上述したようにフレーム部３内の光学系１０ｂ（第２の光学系）に最適化されていて、フレーム部３内の光学系１０ｂに最適な配光分布の照明光を射出する。このため、複数の光源ユニット１（光源ユニット１ａ、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃ）は、配光分布の形状が略同一の照明光を射出する。これは、光拡散素子４が光源ユニット１から射出される照明光の配光分布を、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化することにより実現される。ここで、配光分布とは、光源ユニット１から射出される照明光の光束の中心軸に対する角度θoutと、その角度θoutに射出される照明光の強度と、の関係を示す分布のことである。
【００３８】
光源ユニット１から射出される照明光の配光分布は、主に、図４に例示される光源５の大きさＨＬと光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦによって変化する。なお、ここで、拡散角度ＮＡＦとは、光拡散素子４が平行光束として入射する照明光を拡散させる角度のことである。
【００３９】
光源５の大きさＨＬが十分に小さい場合には、光源５は点光源とみなすことができる。この場合、光拡散素子４に入射する照明光は、コレクタレンズ６で変換された略平行光束のみであるので、光拡散素子４に入射する照明光の配光分布は、０度近傍が極端に強い急峻な分布形状を示す。従って、照明光の配光分布を最適な配光分布に変換するためには、比較的大きな光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦが必要となる。
【００４０】
一方、光源５の大きさＨＬが比較的大きい場合であっても、光源５内の各点から射出される照明光は、それぞれコレクタレンズ６で略平行光束に変換される。しかし、この場合、光源５の中心付近（つまり、コレクタレンズ６の光軸近傍）から射出された照明光は、コレクタレンズ６の光軸と平行な略平行光束に変換されるのに対して、光源５の中心からずれた位置から射出された照明光は、コレクタレンズ６の光軸に対して傾いた略平行光束に変換される。光拡散素子４には光源５の各点から射出された照明光が重なって入射するので、光拡散素子４に入射する照明光の配光分布は、光源５の大きさＨＬが大きいほど角度０度を中心に比較的広い範囲で強い強度を示す。このため、照明光の配光分布を最適な配光分布に変換するために必要な光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦは、光源５の大きさＨＬが小さい場合に比べて、比較的小さくなる。
このように、光源５の大きさＨＬによって、必要とされる光拡散素子４の拡散角度ＮＡＦは変化する。
【００４１】
なお、図４では、光源ユニット１ａの構成が例示されているが、特にこれに限られない。光源の大きさと光拡散素子の拡散角度の関係は、光源ユニット１ｂ、光源ユニット１ｃでも同様の傾向を示す。
【００４２】
また、光源ユニット１から射出される照明光の配光分布の形状が同じであっても、フレーム部３内の光学系１０ｂまでの距離が異なる場合には、フレーム部３内の光学系１０ｂに入射した時点での照明光の状態が光源ユニット１毎に異なることになり、好ましくない。このため、各光源ユニット１に含まれる最もフレーム部３に近い光拡散素子４は、顕微鏡本体２と光源ユニット１との接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることが望ましい。特に、光源ユニット１ａの光拡散素子４ａ（第１の光拡散素子）と、光源ユニット１ｃの光拡散素子４ｄ（第１の光拡散素子）は、顕微鏡本体２と光源ユニット１との接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることが望ましい。
また、例えば、赤外線カットフィルタなどのフィルタ類を、必要により適宜、光源ユニット内に配置してもよい。
【００４３】
以上のように各光源ユニット１が構成されることにより、照明光学系１０ａは、複数の光源ユニット１を選択的に使用することができ、且つ、どの光源ユニット１が選択された場合であっても、良好な照明性能を実現することができる。
【００４４】
以下、図面を参照しながら、図１に例示される顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に対して着脱可能に構成され、フレーム部３に選択的に装着される、光源ユニットの実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００４５】
図５は、本実施例に係る光源ユニットの構成を例示した図である。図６は、本実施例に係る光源ユニットの他の構成を例示した図である。図５に例示される光源ユニット２０と図６に例示される光源ユニット３０は、図１に例示される顕微鏡本体２のフレーム部３に選択的に装着されて、使用される。
図５に例示される光源ユニット２０は、光源側から順に、光源２１と、レンズ２２ａと、レンズ２２ｂと、光拡散素子２３と、を含んで構成されている。
レンズ２２ａ及びレンズ２２ｂは、光源２１から射出される照明光を略平行光に変換するコレクタレンズ２２として機能し、光源ユニット２０から射出される照明光の光束径を、図１に例示されるフレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化する。
なお、光源２１は、ＬＥＤ光源であり、レンズ２２ａは、光源側に平面を向けた平凸レンズであり、レンズ２２ｂは、両凸レンズである。
以下、光源ユニット２０の各種データについて記載する。
【００４６】
光源２１から射出される照明光の波長λ、光源２１が有する開口数ＮＡＬ、光源２１の大きさＨＬ、コレクタレンズ２２の焦点距離ｆｃ、光拡散素子２３の拡散角度ＮＡＦは、それぞれ以下のとおりである。
λ＝５８７．５６ｎｍ、ＮＡＬ＝０．６３０７、ＨＬ＝５ｍｍ、
ｆｃ＝２７．０３ｍｍ、ＮＡＦ＝０．０７１４９
【００４７】
光源ユニット２０に含まれる光学系のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を示す。また、第１面Ｓ１は、光源２１上の面である。また、第３面Ｓ３及び第５面Ｓ５は非球面である。
光源ユニット２０
s r d nd vd
S1 INF 18.9873
S2 INF 10.0000 1.49236 57.86
S3* -20.5940 0.7500
S4 58.0000 9.5000 1.49236 57.86
S5* -80.5000 10.0000
S6 INF 2.0000 1.49236 57.86
S7 INF
【００４８】
第３面Ｓ３の非球面係数は、以下のとおりである。
S3 K=-1.0000, A2=0, A4=-2.6200×10-6, A6=2.6000×10-8, A8=-6.8400×10-12, A10=0
【００４９】
第５面Ｓ５の非球面係数は、以下のとおりである。
S5 K=-1.0000, A2=0, A4=-3.4500×10-6, A6=1.0800×10-8, A8=-9.6000×10-12, A10=0
【００５０】
光源ユニット２０を、顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に装着することにより、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【００５１】
また、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化された任意の複数の光源ユニットから、観察方法及び／または観察対象に応じて、光源ユニット２０を選択的に使用することができる。
【００５２】
図６に例示される光源ユニット３０は、光源側から順に、光源３１と、光拡散素子３３ａと、コレクタレンズ３２と、光源から発せられる熱を吸収する赤外線カットフィルタ３４と、光拡散素子３３ｂと、を含んで構成されている。光拡散素子３３（光拡散素子３３ａ、光拡散素子３３ｂ）は、光源ユニット３０から射出される照明光の配光分布を、図１に例示されるフレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化する。
なお、光源３１は、ハロゲン光源であり、コレクタレンズ３２は、両凸レンズである。
以下、光源ユニット３０の各種データについて記載する。
【００５３】
光源３１から射出される照明光の波長λ、光源３１が有する開口数ＮＡＬ、光源３１の大きさＨＬ、コレクタレンズ３２の焦点距離ｆｃ、光拡散素子３３ａの拡散角度ＮＡＦａ、光拡散素子３３ｂの拡散角度ＮＡＦｂは、それぞれ以下のとおりである。
λ＝５８７．５６ｎｍ、ＮＡＬ＝０．７６０８、
ＨＬ＝２ｍｍ、ｆｃ＝２６．００ｍｍ、
ＮＡＦａ＝０．０９４１、ＮＡＦｂ＝０．１１３２
【００５４】
光源ユニット３０に含まれる光学系のレンズデータは以下のとおりである。なお、ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはｄ線に対するアッベ数を示す。また、第１面Ｓ１は、光源３１上の面である。また、第５面Ｓ５は非球面である。
光源ユニット３０
s r d nd vd
S1 INF 10.8411
S2 INF 2.0000 1.52287 59.89
S3 INF 0.8500
S4 68.2150 22.0000 1.52287 59.89
S5* -15.1000 1.0000
S6 INF 4.0000 1.52287 59.89
S7 INF 10.1500
S8 INF 2.0000 1.51633 64.15
S9 INF
【００５５】
第５面Ｓ５の非球面係数は、以下のとおりである。
S5 K=-1.0000, A2=0, A4=-1.3000×10-5, A6=-3.8100×10-9, A8=5.0500×10-11, A10=0
【００５６】
光源ユニット３０を、顕微鏡１０の顕微鏡本体２のフレーム部３に装着することにより、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【００５７】
また、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化された任意の複数の光源ユニットから、観察方法及び／または観察対象に応じて、光源ユニット３０を選択的に使用することができる。
【００５８】
さらに、図５に例示される光源ユニット２０と図６に例示される光源ユニット３０は、いずれも、フレーム部３内の光学系１０ｂに対して最適化されている。また、光源ユニット２０を第１の光源ユニットとし、光源ユニット３０を第２の光源ユニットとすると、光源ユニット２０及び光源ユニット３０は、以下のとおり、条件式（１）を満たしている。
（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）≒１９．７８／１７．０４≒１．１６
従って、本実施例によれば、光源ユニット２０及び光源ユニット３０を選択的に使用し、且つ、良好な照明性能を実現する照明光学系１０ａを提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、２０、３０、１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１、３０１、４０１・・・光源ユニット、２、１０２・・・顕微鏡本体、３、１０３・・・フレーム部、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、２３、３３、３３ａ、３３ｂ、１０４、２０６、３０６、４０５、４０７・・・光拡散素子、３４・・・赤外線カットフィルタ、２０３、３０３、４０３・・・標本面、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、２１、３１、２０４、３０４、４０４・・・光源、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、２２、３２、２０５、３０５、４０６・・・コレクタレンズ、１０、１００・・・顕微鏡、１０ａ、２００、３００、４００・・・照明光学系、１０ｂ、２０２、３０２、４０２・・・フレーム部内の光学系、２２ａ、２２ｂ・・・レンズ、２０７、３０７、４０８・・・視野絞り、２０８、３０８、３０９・・・ミラー、２０９、３０９、４１０・・・視野絞りレンズ、２１０、３１０、４１１・・・開口絞り、２１１、３１１、４１２・・・コンデンサレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡本体に着脱可能な複数の光源ユニットを前記顕微鏡本体に選択的に装着する顕微鏡の照明光学系であって、
前記光源ユニット内に配置された、照明光を射出する光源と、
前記光源ユニット内に配置された、前記照明光を前記顕微鏡本体に導く第１の光学系と、
前記顕微鏡本体内に配置された、前記照明光を標本面に照射する第２の光学系と、を含み、
前記第１の光学系は、
光拡散素子を含み、
前記光源ユニットから射出される前記照明光の状態を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学系において、
前記光源と前記標本面の間の照明光路中の前記第１の光学系内にのみ、光拡散素子を含むことを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットの各々は、前記照明光を略平行光束として射出し、
前記複数の光源ユニットは、略同一の光束径の前記照明光を射出することを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
請求項３に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットは、前記照明光の光束の中心軸に対する角度と前記角度に射出される前記照明光の強度との関係を示す配光分布の形状が略同一である前記照明光を射出することを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記光源ユニットから射出される前記照明光の前記配光分布を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の照明光学系において、
前記第１の光学系は、さらに、コレクタレンズを含み、
前記コレクタレンズは、
前記照明光を略平行光束に変換し、
前記光源ユニットから射出される前記照明光の光束径を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記コレクタレンズと前記顕微鏡本体の間に配置される第１の光拡散素子であることを特徴とする照明光学系。
【請求項８】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記光源と前記コレクタレンズの間に配置される第２の光拡散素子であることを特徴とする照明光学系。
【請求項９】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、第１の光拡散素子と、第２の光拡散素子と、を含み、
前記第１の光拡散素子は、前記コレクタレンズと前記顕微鏡本体の間に配置され、
前記第２の光拡散素子は、前記光源と前記コレクタレンズの間に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項１０】
請求項７または請求項９に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットに含まれる前記第１の光拡散素子は、前記顕微鏡本体と前記光源ユニットの接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットから選択される任意の２つの前記光源ユニットをそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとし、
ｆｃ１を前記第１の光源ユニットに含まれる前記コレクタレンズの焦点距離とし、ｆｃ２を前記第２の光源ユニットに含まれる前記コレクタレンズの焦点距離とし、ＮＡＬ１を前記第１の光源ユニットに含まれる前記光源が有する開口数とし、ＮＡＬ２を前記第２の光源ユニットに含まれる前記光源が有する開口数とするとき、以下の条件式
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
を満たすことを特徴とする照明光学系。
【請求項１】
顕微鏡本体に着脱可能な複数の光源ユニットを前記顕微鏡本体に選択的に装着する顕微鏡の照明光学系であって、
前記光源ユニット内に配置された、照明光を射出する光源と、
前記光源ユニット内に配置された、前記照明光を前記顕微鏡本体に導く第１の光学系と、
前記顕微鏡本体内に配置された、前記照明光を標本面に照射する第２の光学系と、を含み、
前記第１の光学系は、
光拡散素子を含み、
前記光源ユニットから射出される前記照明光の状態を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学系において、
前記光源と前記標本面の間の照明光路中の前記第１の光学系内にのみ、光拡散素子を含むことを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットの各々は、前記照明光を略平行光束として射出し、
前記複数の光源ユニットは、略同一の光束径の前記照明光を射出することを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
請求項３に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットは、前記照明光の光束の中心軸に対する角度と前記角度に射出される前記照明光の強度との関係を示す配光分布の形状が略同一である前記照明光を射出することを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記光源ユニットから射出される前記照明光の前記配光分布を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の照明光学系において、
前記第１の光学系は、さらに、コレクタレンズを含み、
前記コレクタレンズは、
前記照明光を略平行光束に変換し、
前記光源ユニットから射出される前記照明光の光束径を、前記第２の光学系に対して最適化することを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記コレクタレンズと前記顕微鏡本体の間に配置される第１の光拡散素子であることを特徴とする照明光学系。
【請求項８】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、前記光源と前記コレクタレンズの間に配置される第２の光拡散素子であることを特徴とする照明光学系。
【請求項９】
請求項６に記載の照明光学系において、
前記光拡散素子は、第１の光拡散素子と、第２の光拡散素子と、を含み、
前記第１の光拡散素子は、前記コレクタレンズと前記顕微鏡本体の間に配置され、
前記第２の光拡散素子は、前記光源と前記コレクタレンズの間に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項１０】
請求項７または請求項９に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットに含まれる前記第１の光拡散素子は、前記顕微鏡本体と前記光源ユニットの接触面から、略同一の距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記複数の光源ユニットから選択される任意の２つの前記光源ユニットをそれぞれ第１の光源ユニット、第２の光源ユニットとし、
ｆｃ１を前記第１の光源ユニットに含まれる前記コレクタレンズの焦点距離とし、ｆｃ２を前記第２の光源ユニットに含まれる前記コレクタレンズの焦点距離とし、ＮＡＬ１を前記第１の光源ユニットに含まれる前記光源が有する開口数とし、ＮＡＬ２を前記第２の光源ユニットに含まれる前記光源が有する開口数とするとき、以下の条件式
０．８＜（ＮＡＬ２×ｆｃ２）／（ＮＡＬ１×ｆｃ１）＜１．２ ・・・（１）
を満たすことを特徴とする照明光学系。
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１】
【図４】
【図７】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１】
【図４】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６４１５８（Ｐ２０１１−１６４１５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７５４（Ｐ２０１０−２３７５４）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【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８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【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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