照明装置及びそれに用いる投光管
【課題】簡単な操作で、異なる波長で観察しても対物レンズの後側焦点位置の変化による影響を受けることなく、標本に対して照明効率の高い照明を実現できる照明装置及びそれに用いる投光管を提供する。
【解決手段】光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管２を有する。投光管２は、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、投光管２を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子２２を、コリメートレンズ２１と視野絞り２３との間に挿脱可能に備えている。さらに、次の条件式を満足する。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは軸上色収差補正光学素子２２の所定基準波長における焦点距離、Ｌは光源部の出射位置から投光管２の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【解決手段】光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管２を有する。投光管２は、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、投光管２を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子２２を、コリメートレンズ２１と視野絞り２３との間に挿脱可能に備えている。さらに、次の条件式を満足する。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは軸上色収差補正光学素子２２の所定基準波長における焦点距離、Ｌは光源部の出射位置から投光管２の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、顕微鏡観察において観察対象を照明するために用いる照明装置及びそれに用いる投光管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の照明装置は、光源からの光を対物レンズの後側焦点位置に集光させ、対物レンズを介して観察対象に照明するように構成されている。
このような照明装置を備えた顕微鏡では、例えば、倍率の異なる対物レンズへの交換などにより、対物レンズの後側焦点位置が変化する。その結果、照明装置の集光位置と対物レンズの後側焦点位置とがすれるため、光を観察対象に効率よく照明することができない。
そこで、対物レンズの後側焦点位置の変更に合わせて、対物レンズの後側焦点位置と光源の位置とが共役になるように、光源の集光位置を調整することができるようにした照明装置が例えば次の特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２７２６０６号公報（図８）
【０００３】
特許文献１に記載の照明装置は、レーザ光源と、光ファイバと、光ファイバを出射した光を試料に照射する照射光学系と、光ファイバから出射されたレーザ光を集光する集光レンズ系と、集光レンズ系あるいは光ファイバを光軸方向に移動させる移動機構とを備え、対物レンズの交換に伴って生じる後側焦点位置の変化に応じて、集光レンズ系或いは光ファイバを光軸方向に移動させることによって集光位置を調整することができるように構成されている。このように構成された特許文献１に記載の照射装置によれば、使用する対物レンズによって後側焦点位置が異なっても、光ファイバから射出されたレーザを常にその対物レンズの後側焦点位置に集光させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レンズには色収差があり、レンズを通る波長ごとに焦点位置や集光位置は異なるという特性がある。このため、特許文献１に記載の照明装置を用いても、顕微鏡観察において複数の波長を用いる場合、波長ごとに異なる対物レンズの後側焦点位置にそれぞれの波長を同時に集光させることはできない。
例えば、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、特許文献１に記載の照明装置では、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように照明系の調整を行っても、他方の波長における光ファイバの出射端の共役位置は、対物レンズの瞳の色収差が原因で対物レンズの後側焦点位置からずれる。また、照射光学系による集光位置も双方の波長において異なったものとなる。そのため、対物レンズの後側焦点位置からずれた位置に集光した他方の波長の主光線と周辺光線とは、対物レンズを射出する際に平行とはならない。その結果、他方の波長の一部の光線は、カバーガラスと試料との境界で全反射を生じない角度でカバーガラスに入射するため、エバネッセント光を生じさせるための照明光を効率よく発生させることができなくなる。
【０００５】
また、例えば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行うような場合においても、照明波長を変えた場合、対物レンズの後側焦点位置が異なることによって標本位置での照明光束の大きさや強度が変わり、標本へ効率良く光を照射することができなくなる。このため、特許文献１に記載の照明装置では、照明波長を変えた場合には、集光レンズ系や光ファイバを光軸方向に移動して、照明波長ごとに対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように集光位置の調整を行うことによって照明光束の大きさや強度を調整する必要がある。しかし、観察対象によって異なる照明波長を用いる毎に、その都度、集光レンズ系や光ファイバを光軸方向に移動して集光位置を調整するのでは操作が煩雑となってしまう。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてさなれたものであり、簡単な操作で、異なる波長で観察しても対物レンズの後側焦点位置の変化による影響を受けることなく、標本に対して照明効率の高い照明を実現できる照明装置及びそれに用いる投光管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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による照明装置は、光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、前記投光管の内部に備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の照明装置においては、前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の照明装置においては、次の条件式を満足するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００１１】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有しているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００１３】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による投光管は、光源部を有する照明装置に用いられ、該光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管であって、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、これらの波長の集光位置を補正する軸上色収差補正光学素子を管の内部に備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の投光管においては、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有するとともに、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の投光管においては、次の条件式を満足するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００１８】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有するのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００２０】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単な操作で、異なる波長で観察しても対物レンズの後側焦点位置の変化による影響を受けることなく、標本に対して照明効率の高い照明を実現できる照明装置及びそれに用いる投光管が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の照明装置及びそれに用いる投光管では、光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、投光管の内部に備えた構成となっている。
対物レンズの瞳の色収差により、対物レンズを通過する波長ごとに焦点位置が異なる。また、照明装置を構成するレンズの色収差により、照明装置を構成するレンズを通過する波長ごとに集光位置が異なる。このため、例えば、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、従来の照明装置では、２波長のそれぞれにおける対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが同時に共役となるように照明系を調整することはできない。
【００２３】
例えば、全反射蛍光観察では、レーザ光源と光ファイバを備えた光源部と、投光管と、対物レンズを有する顕微鏡を用いて、カバーガラスと、試料（標本）が入った液体との間の屈折率差を利用し、レーザ光を全反射させる。そして、このときに液体側に数１００ｎｍしみだすエバネッセント光を励起光としてカバーガラスの極く近傍に位置する試料中の蛍光分子のみを励起し、励起された蛍光を観察光学系を介して観察する。この場合における試料への照明は、レーザ光を対物レンズの後方から光軸に平行に入射させ、対物レンズの先端から角度をつけて出射させることによって行う。
このとき、従来の顕微鏡において、照明に用いるレーザ光の波長が１種類の場合には、対物レンズからの出射光が平行となるように照明系の調整を行なえば、主光線から周辺光線までのいずれのレーザ光線もカバーガラス面に対して同じ角度で入射し、カバーガラスと標本との境界面の照射範囲においてムラなく全反射し、エバネッセント光を発生させるために効率のよい照明となる。
【００２４】
しかし、マルチ染色した試料（標本）を２波長同時に全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように照明系の調整を行うと、他方の波長における光ファイバの出射端の共役位置は、対物レンズの瞳の色収差が原因で対物レンズの後側焦点位置からずれる。このため、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが共役になるように調整しても、他方の波長では対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが共役にはならない。そして、この対物レンズの後側焦点位置からずれた位置に集光した他方の波長の主光線と周辺光線とは、対物レンズを射出する際に平行とはならない。
その結果、他方の波長の一部の光線がカバーガラスと標本との境界面で全反射しないで透過してしまい、エバネッセント光を生じさせるための照明光を効率よく照射することができなくなる。
【００２５】
しかるに、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管のように、複数の波長に関し、対物レンズの瞳の色収差を原因とする後側焦点位置のずれに応じて、集光位置を変えるように投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を投光管の内部に備えれば、夫々の所定波長において主光線と周辺光線とが、対物レンズを射出する際に平行となる。
このため、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）場合、その２波長に関し、対物レンズの瞳の色収差分に応じて、集光位置を変えるようにした軸上色収差補正光学素子を光路に備えれば、それぞれの波長の照明光をカバーガラスと試料に対し、エバネッセント光を生じさせるために効率よく照射することができる。
【００２６】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管によれば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行う場合において、観察に用いる照明波長を変えても、それぞれの波長に関し、対物レンズの瞳の色収差分に応じて集光位置を変える軸上色収差補正光学素子によって、光ファイバの出射端や集光レンズ系の位置を光軸方向へ移動する等の集光調整を行うことなく、標本へ効率良く光を照射することができる。
【００２７】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、光学素子を投光管内に挿脱可能に備えれば、例えば多重波長によるＴＩＲＦＭ観察に用いる波長の組み合わせを変更するような場合、その波長の組み合わせに応じた軸上色収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に入れ替えるだけの簡単な操作で、それぞれ波長における対物レンズの後側焦点位置に励起光を集光させることができる。
なお、挿脱可能な構成としては、例えば、夫々異なる波長に対応して夫々異なる収差特性を持つ複数種類の軸上色収差補正光学素子を回転円板やスライダに設けて、回転円板を回転させるか、或いはスライダを移動させることで、所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子が投光管の光路上に位置するようにすればよい。
【００２８】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、瞳追跡光線の光線高が高くなる。このため、波長ごとに異なる対物レンズの後側焦点位置に合う位置に集光するための所望の軸上色収差を、投光管を構成する光学系に効率よく発生させて、集光位置を補正させ易くなる。
また、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、視野絞りの像ボケがない。このため、マルチカラーによる観察をする場合に、絞りの色づきがなくて済む。また、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、これらの間ではいずれの位置に配置しても前記軸上色収差補正光学素子に入射する光束の径が同じになる。このため、前記軸上色収差補正光学素子の光軸方向の配置スペースを広くとることができる。
【００２９】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、次の条件式(1)を満足するように構成するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3 …(1)
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００３０】
本発明に用いる軸上色収差補正光学素子には、基準となる波長の集光位置を変えることなく所望の波長の集光位置を補正するために、焦点距離が長く、パワーを持たない特性を有することが求められる。条件式(1)は、それを満足するための条件である。
条件式(1)を満足すれば、軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿脱しても、光源部の出射端から対物レンズに至るまでの長さがほとんど変化しない。このため、軸上色収差補正光学素子を、投光管の光路に挿脱したり、投光管の光路に挿入する軸上色収差補正光学素子を交換しても、光ファイバの出射端や投光管を移動させる構成する光学系の位置を調整しなくて済む。
また、軸上色収差補正光学素子のパワーが大きいと、偏心による光軸ずれが大きくなってしまう。しかし、本発明のように、条件式(1)を満足するように、軸上色収差補正光学素子のパワーを小さくすれば、偏心の影響を受けにくくなる。
また、本発明のように、条件式(1)を満足するように、軸上色収差補正光学素子のパワーを小さくすれば、像位置や倍率を変えることなく、対物レンズの色収差を原因とする後側焦点位置に集光するように、色収差を発生させることができる。
【００３１】
つまり、軸上色収差補正光学素子のパワーが条件式(1)を下回る程度に大きいと、軸上色収差補正光学素子を光路に出し入れする際に、光ファイバの出射端等、光源部の出射端との共役位置が変化するため、光ファイバや投光管を光軸方向に移動させることが必要になる。
しかるに、本発明のように、軸上色収差補正光学素子のパワーが条件式(1)を満足する程度に小さくすれば、光ファイバや投光管を移動させる必要がない。
【００３２】
更に、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、次の条件式(1-1)を満足するのが、像位置や倍率を変えることなく、対物レンズの色収差を原因とした後側焦点位置に集光するように、色収差を発生させるために、より一層好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4 …(1-1)
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００３３】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとを接合し、且つ、接合面に曲率を有した構成とすれば、軸上色収差補正光学素子の構成を非常に単純化することができる。また、対物レンズの瞳の軸上色収差に対応した位置に投光管の光学系からの光を集光させるための軸上色収差を接合面で発生させることができ、集光位置が調整し易くなる。
【００３４】
また、本発明の照明装置及びそれを備えた投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、接合面以外の少なくとも１面に非球面を備えて構成すれば、投光管の光学系で発生する球面収差を補正することができ、対物レンズの後側焦点位置に集光するスポット径の広がりを抑えることができる。
全反射顕微鏡観察では、対物レンズからのレーザ出射角度（試料への入射角）の最大値は対物レンズの開口数（ＮＡ）によって定まり、全反射するためには、「対物レンズのＮＡが、標本の屈折率よりも大きいこと」が絶対条件となる。
細胞の屈折率は１．３７〜１．３８である。このため、レーザ光を全反射させるには、対物レンズの開口数ＮＡが１．４以上の極めて狭い領域にレーザ光を集光させる必要がある。
しかるに、本発明の照明装置及びそれを備えた投光管において、軸上色収差補正光学素子が、接合面以外の少なくとも１面に非球面を備えれば、集光スポット径を小さくすることができる。このため、全反射しない領域にレーザ光が広がることなく、観察に必要な範囲を効率よく照明できる。
【００３５】
接合面を非球面で構成した場合、上述のように対物レンズの色収差による後側焦点位置のずれに対応した位置に、投光管を経た光が集光するように、色収差を発生させることができる一方、球面収差を補正することはできない。即ち、本発明に用いる焦点位置補正光学素子は、接合レンズ同士の屈折率差を非常に小さくして、パワーを極力少なくした状態で色収差を発生させている。このため、球面収差を補正する能力は低い。しかるに、接合面でない空気に接した面を非球面にすれば、屈折率差が大きくなるため、球面収差を効率よく補正することができる。
【００３６】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子における接合レンズのアッベ数と屈折率の関係ΔＧが、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3 …(2)
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００３７】
条件式(2)を満足する程度にアッベ数の差の絶対値△ν（＝｜ν1−ν2｜）が大きくなるようにすれば、色収差の発生量が多くなる。このため、曲率をきつくする必要が無くて済み、接合レンズのパワーを大きくさせずに済む。
また、条件式(2)を満足する程度に屈折率差の絶対値△ｎ（＝｜（ｎ1−ｎ2）｜）が小さくなるようにすれば、接合レンズのパワーが大きくならない。このため、平行平面ガラスとしての作用をし、すなわち球面収差補正として作用する。
【００３８】
更に、次の条件式(2-1)を満足するのがより好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4 …(2-1)
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００３９】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成する、例えば、レンズと、ＤＯＥとを用いて構成するのが好ましい。
ＤＯＥを用いれば、軸上色収差補正光学素子の基盤に厚みを持たせずに済む。このため、軸上色収差補正光学素子の投光管内の光路への挿脱が容易となる。また、軸上色収差補正光学素子に、高価な非球面ガラスを使わないで球面収差の補正が可能となる。
【００４０】
なお、回折型光学素子（ＤＯＥ）を用いた従来の光学系としては、特開昭６３−７７００３号、特開昭６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３６３６号、特開昭６０−２４７６１１号、特開平２−１１０９号、特開平４−３６１２０１号の各公報に記載されたもの等がある。
又前記の回折現象を利用した回折型光学素子即ちディフラクチブ オプティクス エレメンツ［Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ＤＯＥ）］は、オプトロニクス社発行の「光学デザイナーのための光学エレメント」第６，第７章、およびＷｉｌｌｉａｍ Ｃ．Ｓｗｅａｔｔ著『ＮＥＷＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＤＥＳＩＧＮＩＮＧ ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ』（ＳＰＩＥ．ＶＯＬ．１２６，Ｐ４６−５３，１９７７）等に記載されているが、その原理を簡単に述べると下記の通りである。
通常の光学ガラスは、次の式(3)で表わされるスネルの法則に従って屈折する。
ｎｓｉｎθ＝ｎ’ｓｉｎθ’ …(3)
但し、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ’は出射側媒質の屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の出射角である。
一方、回折現象では、図５(a)に示すように、光は次の式(4)で表わす回折の法則にしたがって曲げられる。
ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ …(4)
但し、ｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔である。
上記の式(4)に従って光線を屈折させるようにした光学素子が回折型光学素子である。尚、図５(a)では遮蔽部と透過部が間隔ｄで並設されたものを示したが、図５(b)に示すように透明体の表面に断面鋸歯状の回折面を設けてブレーズ化するか、図５(c)に示すようにそのバイナリー近似を行うと高い回折効率を得ることが出来る。
【００４１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
まず、以下の各実施例において、共通の構成について説明する。
図１は本発明の各実施例の照明装置を適用可能な顕微鏡の一例として全反射顕微鏡の概略構成を示す概念図、図２は本発明の各実施例の照明装置に用いる投光管に共通の構成を示す光軸に沿う断面図である。図３は本発明の各実施例の照明装置に適用可能な軸上色収差補正光学素子の挿脱ユニットの一例を示す説明図である。図４は図２の照明装置において軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入しない状態における軸上色収差を示すグラフである。
図１の顕微鏡は、レーザ光源１１と光ファイバ１２を備えた光源部１と、投光管２と、対物レンズ３を有している。このような全反射顕微鏡では、レーザ光源１１から出射し光ファイバ１２を経たレーザ光を、その光軸が投光管２の光軸に平行となるように、投光管２を介して対物レンズ３の後方から入射させることによって、対物レンズ３の先端から角度をつけて出射させ、カバーガラス４と、試料（標本）５が入った液体との間の屈折率差を利用し、レーザ光を全反射させる。このとき液体側に数１００ｎｍしみだすエバネッセント光を励起光としてカバーガラスの極く近傍に位置する試料中の蛍光分子のみが励起される。この励起された蛍光を図示省略した観察光学系で観察するように構成されている。
【００４２】
本発明の各実施例の照明装置は、図１の顕微鏡における光源部１と、光源部１からの光を対物レンズ３へ向けて集光する投光管２を有している。また、投光管２の内部には、軸上色収差補正光学素子２２が投光管２の光路に挿脱可能に備えられている。
光源部１は、レーザ装置１１と光ファイバ１２とを有して構成されている。光ファイバ１２にはマイクロメータ１３が設けられている。マイクロメータ１３は、投光管２の内部の光学系の光軸に垂直な方向に光ファイバ１２を移動させるようになっている。そして、図１の照明装置では、マイクロメータ１３を介して、投光管２の内部の光学系の光軸上に光ファイバ１２の出射端が位置するときに、通常のケーラー照明が行うことができ、光軸から平行にずれて位置するときに、全反射照明が行うことができるように構成されている。
【００４３】
投光管２は、図２に示すように、コリメートレンズ２１と、軸上色収差補正光学素子２２と、視野絞り２３と、フィールドレンズ２４を有している。なお、図２の投光管では、便宜上、図１に示すミラーを備えていないが、図１に示すミラーを備えた投光管と等価な構成となっている。
コリメートレンズ２１は、光源側から順に、両凹レンズ２１1と両凸レンズ２１2との接合レンズと、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２１3と両凸レンズ２１4との接合レンズとで構成されている。
フィールドレンズ２４は、光源側から順に、両凸レンズ２４1と光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２４2との接合レンズと、両凸レンズ２４3と両凹レンズ２４4との接合レンズとで構成されている。
【００４４】
軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、所定波長の集光位置を補正する軸上色収差を生じる光学特性を有している。
また、各実施例の投光管２は、図３(a)に示すように、夫々異なる波長に対応して対物レンズの瞳の後側焦点位置に投光管の光学系からの光を集光させるように、夫々異なる軸上色収差特性を持つ複数種類の軸上色収差補正光学素子２２ａ〜２２ｄを着脱可能な回転円板２５を備えている。そして、回転円板２５を軸２５ａを中心に回転させることで、所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子を投光管の光路上に挿脱することができるようになっている。なお、各実施例の投光管２において、回転円板２５の代わりに、例えば図３(b)に示すようなスライダ２６を用いて所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子２２ａ，２２ｂを光路上に挿脱するようにしてもよい。
【００４５】
また、各実施例の照明装置では、組み合わせる対物レンズ３として、波長４８８ｎｍにおける後側焦点位置を基準としたときの、波長と対物レンズの後側焦点位置のずれ（対物レンズの瞳の軸上色収差）との関係が次の表１に示す特性を持つ６０倍対物レンズを用いた。
表１
また、各実施例の照明装置において、軸上色収差補正光学素子２２以外の光学系（コリメートレンズ２１、視野絞り２３、フィールドレンズ２４）は全体で、投光管２に軸上色収差補正光学素子２２を挿入していない状態での波長４８８ｎｍにおける後側焦点位置を基準としたときの、波長と投光管２の光学系の集光位置のずれ（投光管２の光学系全体の軸上色収差）との関係が、次の表２に示す特性を持つように構成されている。
表２
表１，２からわかるように、各実施例の照明装置は、軸上色収差補正光学素子２２を投光管２の光路に挿入していない状態において、４８８ｎｍの波長のみが対物レンズ３の後側焦点位置に集光するように構成されており、それ以外の波長の集光位置は、夫々の波長における対物レンズ３の後側焦点位置とは一致しない。
【００４６】
次に、各実施例の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、各実施例における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入しない状態で示す。
なお、数値データ中、ｒ1、ｒ2、・・・は投光管を構成する光学部材の曲率半径、ｄ1、ｄ2、・・・は投光管を構成する光学部材の面間隔、ｎd1、ｎd2は投光管を構成するレンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2は投光管を構成するレンズのｄ線におけるアッベ数、Ｌは光ファイバの出射端から投光管を構成する光学系の波長４８８ｎｍにおける集光位置までの長さである。
これらの記号は、以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
【００４７】
数値データ０（各実施例共通：軸上色収差補正光学素子を光路に挿入しない状態）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝296
ｒ7＝68.7541 ｄ7＝7.7321 ｎd7＝1.48749 νd7＝70.2
ｒ8＝-37.5679 ｄ8＝3.4745 ｎd8＝1.8061 νd8＝40.95
ｒ9＝-102.8477 ｄ9＝0.6973
ｒ10＝84.3099 ｄ10＝6.0238 ｎd10＝1.834 νd10＝37.16
ｒ11＝-50.71 ｄ11＝3.0298 ｎd11＝1.6445 νd11＝40.82
ｒ12＝40.6619 ｄ12＝157.6152
ｒ13＝∞（集光面） ｄ13＝0
Ｌ：５．６３×１０2
【００４８】
また、本発明の以下の実施例において用いられる回折型光学素子（ＤＯＥ）は上述した通りのものであるが、このような回折型光学素子を含む光学系の設計法として、ウルトラ−ハイ インデックス法（ｕｌｔｒａｈｉｇｈｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄｓ）と呼ばれるものが知られている。これは、回折型光学素子を屈折率をきわめて大きい仮想的なレンズ（ウルトラーハイインデックス レンズ）に置き換えて設計する方法である。このことについては、ＳＰＩＥ １２６巻４６−５３頁（１９７７年）に記載されているが図５(d)を用いて簡単に説明する。図５(d)において、１はウルトラ−ハイ インデックスレンズ、２は法線である。このウルトラ−ハイ インデックス レンズにおいては、次の式(5)で表わされる関係が成立つ。
（ｎU−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’ …(5)
但し、ｎUはウルトラ−ハイ インデックス レンズの屈折率、ｚはウルトラ−ハイ インデックス レンズの光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ，ｎ’はそれぞれ入射側媒質および射出側媒質の屈折率、θ，θ’は光線の入射角および射出角である。なお、後に示す実施例の数値データ（実施例６、７における数値データ６、７）ではｎU＝１０００１としている。上記式(4)および式(5)から次の式(6)が求まる。
（ｎU−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ …(6)
即ち、ウルトラ−ハイ インデックス レンズ（屈折率が極めて大きい屈折型レンズ）の面形状と回折型光学素子のピッチとの間には式(6)で与えられる等価関係が成立し、この式を通じてウルトラ−ハイ インデックス 法で設計したデータから回折型光学素子のピッチを定めることができるのである。
【００４９】
また、一般的な軸対称非球面は、下記のように表わすことができる。
ｚ＝ｃｈ2／［｛１−ｃ2（ｋ＋１）ｈ2｝1/2］＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ10＋・・・・
…(7)
但し、ｚは光軸（像の方向を正）、ｈは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、ｃは基準面の曲率、ｋは円錐定数でＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は夫々，４次，６次，８次，１０次，・・・の非球面係数である。
【００５０】
また、式(6)，(7)より、ある光線高における上記非球面と等価の回折型光学素子のピッチｄは、次の式(8)で表わされる。
ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛ｃｈ／（１−ｃ2（１＋ｋ）ｈ2）1/2＋４Ａｈ3＋
６Ｂｈ5＋８Ｃｈ7＋１０Ｄｈ9＋・・・・｝］ …(8)
なお、以下の各実施例では、非球面項は１０次まで使用しているが、１２次，１４次，・・・の非球面項を使用してもよい。
【実施例１】
【００５１】
図６は本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図７は本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる投光管の、図６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例１の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２1と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２2との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
【００５２】
次に、実施例１の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例１における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
なお、ｆは軸上色収差補正光学素子の波長４８８ｎｍにおける焦点距離である。この記号は、以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
数値データ１（実施例１）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5723.3204 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝288.9202 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6496.2042 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
ｆ：−７．０９×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．２６×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例２】
【００５３】
図８は本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図９は本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる投光管の、図８の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例２の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と、光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと５４３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、５４３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００５４】
次に、実施例２の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例２における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ２（実施例２）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-7359.9135 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-148.6175 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-5769.1511 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
ｆ：−７．５８×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．３４×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例３】
【００５５】
図１０は本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１１は本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる投光管の、図１０の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例３の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と、光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと６３３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、６３３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
【００５６】
次に、実施例３の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例３における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ３（実施例３）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.65535 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.84944 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.81961 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.49218 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-8093.0997 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-99.2828 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-5551.3679 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面）
ｆ：−７．３４×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．３０×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例４】
【００５７】
図１２は本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１３は本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる投光管の、図１２の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例４の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２1と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２2との接合レンズで構成されている。軸上色収差補正光学素子２２の接合面は、非球面に形成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００５８】
次に実施例４の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例４における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ４（実施例４）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.65535 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.84944 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.81961 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.49218 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5723.3281 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝288.9203（非球面） ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6496.1943 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面）
非球面係数
第８面
ｋ＝-1
Ａ＝-5.91×10-9 Ｂ＝-1.08×10-9 Ｃ＝-9.76×10-12 Ｄ＝9.03×10-13
ｆ：-7.23×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝1.28×105
ΔＧ＝2.03×101
【実施例５】
【００５９】
図１４は本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１５は本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる投光管の、図１４の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例５の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズと、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２3と光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２4との接合レンズとで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６０】
次に、実施例５の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例５における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ５（実施例５）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5958.4707 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-298.8792 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6797.9643 ｄ9＝10
ｒ10＝∞ ｄ10＝3 ｎd10＝1.58913 νd10＝61.1
ｒ11＝147.1384 ｄ11＝3 ｎd11＝1.58921 νd11＝41
ｒ12＝∞ ｄ12＝254
ｒ13＝68.7541 ｄ13＝7.7321 ｎd13＝1.48749 νd13＝70.2
ｒ14＝-37.5679 ｄ14＝3.4745 ｎd14＝1.8061 νd14＝40.95
ｒ15＝-102.8477 ｄ15＝0.6973
ｒ16＝84.3099 ｄ16＝6.0238 ｎd16＝1.834 νd16＝37.16
ｒ17＝-50.71 ｄ17＝3.0298 ｎd17＝1.6445 νd17＝40.82
ｒ18＝40.6619 ｄ18＝157.6152
ｒ19＝∞（集光面）
ｆ：-4.06×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝7.21×104
【実施例６】
【００６１】
図１６は本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１７は本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる投光管の、図１６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例６の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、光源側に負パワーの回折面を持つＤＯＥ２２1”と光源側が平面で対物レンズ側が凸面の平凸レンズ２２2”との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６２】
次に、実施例６の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例６における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ６（実施例６）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-7.29×107（非球面）ｄ7＝0.15 ｎu＝1.0001 νd7＝-3.45
ｒ8＝∞ ｄ8＝3 ｎd8＝1.51633 νd8＝64.14
ｒ9＝-4580.6345 ｄ9＝272.85
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
非球面係数
第７面
ｋ＝-1
Ａ＝3.87×10-14 Ｂ＝-1.80×10-16 Ｃ＝-2.95×10-17 Ｄ＝3.95×10-17
ｆ：-1.22×108
Ｌ：563.4044323
｜ｆ／Ｌ｜＝2.17×105
【実施例７】
【００６３】
図１８は本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１８は本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる投光管の、図１９の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例７の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、光源側に正パワーの回折面を持つＤＯＥ２２1”’と光源側が平面で対物レンズ側が凹面の平凹レンズ２２2”’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと５４３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、５４３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６４】
次に、実施例７の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例７における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ７（実施例７）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝7.18×107（非球面） ｄ7＝0.15 ｎu＝1.0001 νd7＝-3.45
ｒ8＝∞ ｄ8＝3 ｎd8＝1.51633 νd8＝64.14
ｒ9＝4509.1212 ｄ9＝272.85
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
非球面係数
第７面
ｋ＝-1
Ａ＝5.97×10-16 Ｂ＝-1.65×10-17 Ｃ＝2.20×10-17 Ｄ＝3.88×10-17
ｆ：7.72×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝1.37×105
【００６５】
次に、各実施例における基準波長を４８８ｎｍとしたときの対物レンズの瞳の軸上色収差と投光管の光学系の軸上色収差との関係を次の表３に示す。
表３
【００６６】
以上、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の実施例を全反射顕微鏡に用いた例で示したが、これらの実施例以外にも、通常の顕微鏡においてケーラー照明を行なう照明装置及びそれに用いる投光管にも本発明は適用可能である。
図２０は通常の顕微鏡に用いた場合の本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の一構成例を示す概念図である。
図２０の例の顕微鏡は、光源１１’からなる光源部１’と、投光管２’と、対物レンズ３を有している。
投光管２’は、コレクトレンズ２１’と、軸上色収差補正素子２２’と、照明レンズ２３’と、開口絞り２４’と、視野絞り２５’と、照明レンズ２６’を有している。
軸上色収差補正光学素子２２’は、上記実施例１〜７のいずれかと同様の光学部材で構成されている。また、上記実施例１〜７と同様に、図３に示したような回転円板やスライダを介して光路上に挿脱可能に設けられている。
【００６７】
そして、図２０に示す照明装置は、軸上色収差補正光学素子２２’を光路に挿入しない状態において、光源１１’から出射した所定波長（ここでは第１の波長とする）の光が投光管２’の光軸上を通り対物レンズ３の後側焦点位置に一旦集光してから対物レンズ３に集光し、対物レンズ３から出射した光は平行光束となり、標本５がケーラー照明によって照明されるように構成されている。
また、図２０に示す照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２’を光路に挿入した状態において、光源１１’から第１の波長とは異なる第２の波長が出射された場合に、第２の波長が投光管２’の光軸上を通り対物レンズ３の後側焦点位置に集光するように、軸上色収差補正光学素子２２’が軸上色収差特性を有している。
図２０の例の照明装置によれば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行う場合において、観察に用いる照明波長を変えても、それぞれの波長に関し、対物レンズ３の瞳の色収差分に応じて集光位置を変える軸上色収差補正光学素子２２’によって、光源部１の出射端や投光管を構成するレンズ系の位置を光軸方向へ移動する等の調整を行うことなく、標本５へ効率良く光を照射することができる。
【００６８】
以上のように、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特徴を有している。
【００６９】
（１）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００７０】
（２）前記軸上色収差補正光学素子は、前記接合面以外の少なくとも１面が、非球面に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【００７１】
（３）次の条件式を満足することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７２】
（４）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）、（２）のいずれかに記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７３】
（５）前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の照明装置。
【００７４】
（６）次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の投光管。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００７５】
（７）前記軸上色収差補正学素子は、前記接合面以外の少なくとも１面が、非球面に構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の投光管。
【００７６】
（８）次の条件式を満足することを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７７】
（９）次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０、上記（６）、（７）のいずれかに記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７８】
（１０）前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする上記（６）〜（９）のいずれかに記載の投光管。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の照明装置及びそれに用いる投光管は、射出瞳位置に照明光を集光する顕微鏡観察等に用いるもので、複数の波長での蛍光を多重観察したときの対物レンズの瞳の色収差に応じた集光レンズの色収差補正ができ、特に、多重波長による全反射蛍光観察を行う顕微鏡に適している。その他、通常のケーラー照明での多重波長による蛍光観察、多重波長による微分干渉観察等を行う顕微鏡にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の各実施例の照明装置を適用可能な顕微鏡の一例として全反射顕微鏡の概略構成を示す概念図である。
【図２】本発明の各実施例の照明装置に用いる投光管に共通の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図３】本発明の各実施例の照明装置に適用可能な軸上色収差補正光学素子の挿脱ユニットの一例を示す説明図である。
【図４】図２の照明装置において軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入しない状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図５】回折光学素子（ＤＯＥ）の説明図であり、(a)は回折光学素子の回折現象による光の屈折状況を表す説明図、(b)は回折光学素子のブレーズ化した状態での断面図、(c)は回折光学素子のバイナリー近似を行った状態での断面図、(d)ウルトラ−ハイ インデックスレンズにおける光の屈折状況を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる投光管の、図６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図９】本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる投光管の、図８の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１１】本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる投光管の、図１０の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１３】本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる投光管の、図１２の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１５】本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる投光管の、図１４の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１７】本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる投光管の、図１６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１９】本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる投光管の、図１９の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図２０】通常の顕微鏡に用いた場合の本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の一構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，１’ 光源部
２，２’ 投光管
３ 対物レンズ
４ カバーガラス
５ 試料（標本）
１１ レーザ光源
１１’ 光源
１２ 光ファイバ
１３ マイクロメータ
２１ コリメートレンズ
２１’ コレクトレンズ
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２１’ 軸上色収差補正光学素子
２３、２５’ 視野絞り
２３’、２６’ 照明レンズ
２４ フィールドレンズ
２４’ 開口絞り
２５ 回転円板
２５ａ 軸
２６ スライダ
２１1、２４4 両凹レンズ
２１2、２１4、２４1、２４3 両凸レンズ
２１3、２２1、２２3 対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
２４2、２２2’ 光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
２２2、２２4 光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
２２1’ 対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
２２1” 光源側に負パワーの回折面を持つＤＯＥ
２２2” 光源側が平面で対物レンズ側が凸面の平凸レンズ
２２1”’ 光源側に正パワーの回折面を持つＤＯＥ
２２2”’ 光源側が平面で対物レンズ側が凹面の平凹レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、顕微鏡観察において観察対象を照明するために用いる照明装置及びそれに用いる投光管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の照明装置は、光源からの光を対物レンズの後側焦点位置に集光させ、対物レンズを介して観察対象に照明するように構成されている。
このような照明装置を備えた顕微鏡では、例えば、倍率の異なる対物レンズへの交換などにより、対物レンズの後側焦点位置が変化する。その結果、照明装置の集光位置と対物レンズの後側焦点位置とがすれるため、光を観察対象に効率よく照明することができない。
そこで、対物レンズの後側焦点位置の変更に合わせて、対物レンズの後側焦点位置と光源の位置とが共役になるように、光源の集光位置を調整することができるようにした照明装置が例えば次の特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２７２６０６号公報（図８）
【０００３】
特許文献１に記載の照明装置は、レーザ光源と、光ファイバと、光ファイバを出射した光を試料に照射する照射光学系と、光ファイバから出射されたレーザ光を集光する集光レンズ系と、集光レンズ系あるいは光ファイバを光軸方向に移動させる移動機構とを備え、対物レンズの交換に伴って生じる後側焦点位置の変化に応じて、集光レンズ系或いは光ファイバを光軸方向に移動させることによって集光位置を調整することができるように構成されている。このように構成された特許文献１に記載の照射装置によれば、使用する対物レンズによって後側焦点位置が異なっても、光ファイバから射出されたレーザを常にその対物レンズの後側焦点位置に集光させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レンズには色収差があり、レンズを通る波長ごとに焦点位置や集光位置は異なるという特性がある。このため、特許文献１に記載の照明装置を用いても、顕微鏡観察において複数の波長を用いる場合、波長ごとに異なる対物レンズの後側焦点位置にそれぞれの波長を同時に集光させることはできない。
例えば、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、特許文献１に記載の照明装置では、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように照明系の調整を行っても、他方の波長における光ファイバの出射端の共役位置は、対物レンズの瞳の色収差が原因で対物レンズの後側焦点位置からずれる。また、照射光学系による集光位置も双方の波長において異なったものとなる。そのため、対物レンズの後側焦点位置からずれた位置に集光した他方の波長の主光線と周辺光線とは、対物レンズを射出する際に平行とはならない。その結果、他方の波長の一部の光線は、カバーガラスと試料との境界で全反射を生じない角度でカバーガラスに入射するため、エバネッセント光を生じさせるための照明光を効率よく発生させることができなくなる。
【０００５】
また、例えば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行うような場合においても、照明波長を変えた場合、対物レンズの後側焦点位置が異なることによって標本位置での照明光束の大きさや強度が変わり、標本へ効率良く光を照射することができなくなる。このため、特許文献１に記載の照明装置では、照明波長を変えた場合には、集光レンズ系や光ファイバを光軸方向に移動して、照明波長ごとに対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように集光位置の調整を行うことによって照明光束の大きさや強度を調整する必要がある。しかし、観察対象によって異なる照明波長を用いる毎に、その都度、集光レンズ系や光ファイバを光軸方向に移動して集光位置を調整するのでは操作が煩雑となってしまう。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてさなれたものであり、簡単な操作で、異なる波長で観察しても対物レンズの後側焦点位置の変化による影響を受けることなく、標本に対して照明効率の高い照明を実現できる照明装置及びそれに用いる投光管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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による照明装置は、光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、前記投光管の内部に備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の照明装置においては、前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の照明装置においては、次の条件式を満足するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００１１】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有しているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００１３】
また、本発明の照明装置においては、前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による投光管は、光源部を有する照明装置に用いられ、該光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管であって、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、これらの波長の集光位置を補正する軸上色収差補正光学素子を管の内部に備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の投光管においては、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有するとともに、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の投光管においては、次の条件式を満足するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００１８】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有するのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００２０】
また、本発明の投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単な操作で、異なる波長で観察しても対物レンズの後側焦点位置の変化による影響を受けることなく、標本に対して照明効率の高い照明を実現できる照明装置及びそれに用いる投光管が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の照明装置及びそれに用いる投光管では、光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、投光管の内部に備えた構成となっている。
対物レンズの瞳の色収差により、対物レンズを通過する波長ごとに焦点位置が異なる。また、照明装置を構成するレンズの色収差により、照明装置を構成するレンズを通過する波長ごとに集光位置が異なる。このため、例えば、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、従来の照明装置では、２波長のそれぞれにおける対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが同時に共役となるように照明系を調整することはできない。
【００２３】
例えば、全反射蛍光観察では、レーザ光源と光ファイバを備えた光源部と、投光管と、対物レンズを有する顕微鏡を用いて、カバーガラスと、試料（標本）が入った液体との間の屈折率差を利用し、レーザ光を全反射させる。そして、このときに液体側に数１００ｎｍしみだすエバネッセント光を励起光としてカバーガラスの極く近傍に位置する試料中の蛍光分子のみを励起し、励起された蛍光を観察光学系を介して観察する。この場合における試料への照明は、レーザ光を対物レンズの後方から光軸に平行に入射させ、対物レンズの先端から角度をつけて出射させることによって行う。
このとき、従来の顕微鏡において、照明に用いるレーザ光の波長が１種類の場合には、対物レンズからの出射光が平行となるように照明系の調整を行なえば、主光線から周辺光線までのいずれのレーザ光線もカバーガラス面に対して同じ角度で入射し、カバーガラスと標本との境界面の照射範囲においてムラなく全反射し、エバネッセント光を発生させるために効率のよい照明となる。
【００２４】
しかし、マルチ染色した試料（標本）を２波長同時に全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）する場合、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端が共役になるように照明系の調整を行うと、他方の波長における光ファイバの出射端の共役位置は、対物レンズの瞳の色収差が原因で対物レンズの後側焦点位置からずれる。このため、一方の波長で対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが共役になるように調整しても、他方の波長では対物レンズの後側焦点位置と光ファイバの出射端とが共役にはならない。そして、この対物レンズの後側焦点位置からずれた位置に集光した他方の波長の主光線と周辺光線とは、対物レンズを射出する際に平行とはならない。
その結果、他方の波長の一部の光線がカバーガラスと標本との境界面で全反射しないで透過してしまい、エバネッセント光を生じさせるための照明光を効率よく照射することができなくなる。
【００２５】
しかるに、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管のように、複数の波長に関し、対物レンズの瞳の色収差を原因とする後側焦点位置のずれに応じて、集光位置を変えるように投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を投光管の内部に備えれば、夫々の所定波長において主光線と周辺光線とが、対物レンズを射出する際に平行となる。
このため、マルチ染色した試料（標本）を２波長で全反射蛍光顕微鏡観察（ＴＩＲＦＭ観察）場合、その２波長に関し、対物レンズの瞳の色収差分に応じて、集光位置を変えるようにした軸上色収差補正光学素子を光路に備えれば、それぞれの波長の照明光をカバーガラスと試料に対し、エバネッセント光を生じさせるために効率よく照射することができる。
【００２６】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管によれば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行う場合において、観察に用いる照明波長を変えても、それぞれの波長に関し、対物レンズの瞳の色収差分に応じて集光位置を変える軸上色収差補正光学素子によって、光ファイバの出射端や集光レンズ系の位置を光軸方向へ移動する等の集光調整を行うことなく、標本へ効率良く光を照射することができる。
【００２７】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、光学素子を投光管内に挿脱可能に備えれば、例えば多重波長によるＴＩＲＦＭ観察に用いる波長の組み合わせを変更するような場合、その波長の組み合わせに応じた軸上色収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に入れ替えるだけの簡単な操作で、それぞれ波長における対物レンズの後側焦点位置に励起光を集光させることができる。
なお、挿脱可能な構成としては、例えば、夫々異なる波長に対応して夫々異なる収差特性を持つ複数種類の軸上色収差補正光学素子を回転円板やスライダに設けて、回転円板を回転させるか、或いはスライダを移動させることで、所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子が投光管の光路上に位置するようにすればよい。
【００２８】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、瞳追跡光線の光線高が高くなる。このため、波長ごとに異なる対物レンズの後側焦点位置に合う位置に集光するための所望の軸上色収差を、投光管を構成する光学系に効率よく発生させて、集光位置を補正させ易くなる。
また、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、視野絞りの像ボケがない。このため、マルチカラーによる観察をする場合に、絞りの色づきがなくて済む。また、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えれば、これらの間ではいずれの位置に配置しても前記軸上色収差補正光学素子に入射する光束の径が同じになる。このため、前記軸上色収差補正光学素子の光軸方向の配置スペースを広くとることができる。
【００２９】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、次の条件式(1)を満足するように構成するのが好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3 …(1)
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００３０】
本発明に用いる軸上色収差補正光学素子には、基準となる波長の集光位置を変えることなく所望の波長の集光位置を補正するために、焦点距離が長く、パワーを持たない特性を有することが求められる。条件式(1)は、それを満足するための条件である。
条件式(1)を満足すれば、軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿脱しても、光源部の出射端から対物レンズに至るまでの長さがほとんど変化しない。このため、軸上色収差補正光学素子を、投光管の光路に挿脱したり、投光管の光路に挿入する軸上色収差補正光学素子を交換しても、光ファイバの出射端や投光管を移動させる構成する光学系の位置を調整しなくて済む。
また、軸上色収差補正光学素子のパワーが大きいと、偏心による光軸ずれが大きくなってしまう。しかし、本発明のように、条件式(1)を満足するように、軸上色収差補正光学素子のパワーを小さくすれば、偏心の影響を受けにくくなる。
また、本発明のように、条件式(1)を満足するように、軸上色収差補正光学素子のパワーを小さくすれば、像位置や倍率を変えることなく、対物レンズの色収差を原因とする後側焦点位置に集光するように、色収差を発生させることができる。
【００３１】
つまり、軸上色収差補正光学素子のパワーが条件式(1)を下回る程度に大きいと、軸上色収差補正光学素子を光路に出し入れする際に、光ファイバの出射端等、光源部の出射端との共役位置が変化するため、光ファイバや投光管を光軸方向に移動させることが必要になる。
しかるに、本発明のように、軸上色収差補正光学素子のパワーが条件式(1)を満足する程度に小さくすれば、光ファイバや投光管を移動させる必要がない。
【００３２】
更に、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、次の条件式(1-1)を満足するのが、像位置や倍率を変えることなく、対物レンズの色収差を原因とした後側焦点位置に集光するように、色収差を発生させるために、より一層好ましい。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4 …(1-1)
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００３３】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとを接合し、且つ、接合面に曲率を有した構成とすれば、軸上色収差補正光学素子の構成を非常に単純化することができる。また、対物レンズの瞳の軸上色収差に対応した位置に投光管の光学系からの光を集光させるための軸上色収差を接合面で発生させることができ、集光位置が調整し易くなる。
【００３４】
また、本発明の照明装置及びそれを備えた投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、接合面以外の少なくとも１面に非球面を備えて構成すれば、投光管の光学系で発生する球面収差を補正することができ、対物レンズの後側焦点位置に集光するスポット径の広がりを抑えることができる。
全反射顕微鏡観察では、対物レンズからのレーザ出射角度（試料への入射角）の最大値は対物レンズの開口数（ＮＡ）によって定まり、全反射するためには、「対物レンズのＮＡが、標本の屈折率よりも大きいこと」が絶対条件となる。
細胞の屈折率は１．３７〜１．３８である。このため、レーザ光を全反射させるには、対物レンズの開口数ＮＡが１．４以上の極めて狭い領域にレーザ光を集光させる必要がある。
しかるに、本発明の照明装置及びそれを備えた投光管において、軸上色収差補正光学素子が、接合面以外の少なくとも１面に非球面を備えれば、集光スポット径を小さくすることができる。このため、全反射しない領域にレーザ光が広がることなく、観察に必要な範囲を効率よく照明できる。
【００３５】
接合面を非球面で構成した場合、上述のように対物レンズの色収差による後側焦点位置のずれに対応した位置に、投光管を経た光が集光するように、色収差を発生させることができる一方、球面収差を補正することはできない。即ち、本発明に用いる焦点位置補正光学素子は、接合レンズ同士の屈折率差を非常に小さくして、パワーを極力少なくした状態で色収差を発生させている。このため、球面収差を補正する能力は低い。しかるに、接合面でない空気に接した面を非球面にすれば、屈折率差が大きくなるため、球面収差を効率よく補正することができる。
【００３６】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管においては、前記軸上色収差補正光学素子における接合レンズのアッベ数と屈折率の関係ΔＧが、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3 …(2)
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００３７】
条件式(2)を満足する程度にアッベ数の差の絶対値△ν（＝｜ν1−ν2｜）が大きくなるようにすれば、色収差の発生量が多くなる。このため、曲率をきつくする必要が無くて済み、接合レンズのパワーを大きくさせずに済む。
また、条件式(2)を満足する程度に屈折率差の絶対値△ｎ（＝｜（ｎ1−ｎ2）｜）が小さくなるようにすれば、接合レンズのパワーが大きくならない。このため、平行平面ガラスとしての作用をし、すなわち球面収差補正として作用する。
【００３８】
更に、次の条件式(2-1)を満足するのがより好ましい。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4 …(2-1)
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００３９】
また、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管において、前記軸上色収差補正光学素子を、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成する、例えば、レンズと、ＤＯＥとを用いて構成するのが好ましい。
ＤＯＥを用いれば、軸上色収差補正光学素子の基盤に厚みを持たせずに済む。このため、軸上色収差補正光学素子の投光管内の光路への挿脱が容易となる。また、軸上色収差補正光学素子に、高価な非球面ガラスを使わないで球面収差の補正が可能となる。
【００４０】
なお、回折型光学素子（ＤＯＥ）を用いた従来の光学系としては、特開昭６３−７７００３号、特開昭６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３６３６号、特開昭６０−２４７６１１号、特開平２−１１０９号、特開平４−３６１２０１号の各公報に記載されたもの等がある。
又前記の回折現象を利用した回折型光学素子即ちディフラクチブ オプティクス エレメンツ［Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ＤＯＥ）］は、オプトロニクス社発行の「光学デザイナーのための光学エレメント」第６，第７章、およびＷｉｌｌｉａｍ Ｃ．Ｓｗｅａｔｔ著『ＮＥＷＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＤＥＳＩＧＮＩＮＧ ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ』（ＳＰＩＥ．ＶＯＬ．１２６，Ｐ４６−５３，１９７７）等に記載されているが、その原理を簡単に述べると下記の通りである。
通常の光学ガラスは、次の式(3)で表わされるスネルの法則に従って屈折する。
ｎｓｉｎθ＝ｎ’ｓｉｎθ’ …(3)
但し、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ’は出射側媒質の屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の出射角である。
一方、回折現象では、図５(a)に示すように、光は次の式(4)で表わす回折の法則にしたがって曲げられる。
ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ …(4)
但し、ｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔である。
上記の式(4)に従って光線を屈折させるようにした光学素子が回折型光学素子である。尚、図５(a)では遮蔽部と透過部が間隔ｄで並設されたものを示したが、図５(b)に示すように透明体の表面に断面鋸歯状の回折面を設けてブレーズ化するか、図５(c)に示すようにそのバイナリー近似を行うと高い回折効率を得ることが出来る。
【００４１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
まず、以下の各実施例において、共通の構成について説明する。
図１は本発明の各実施例の照明装置を適用可能な顕微鏡の一例として全反射顕微鏡の概略構成を示す概念図、図２は本発明の各実施例の照明装置に用いる投光管に共通の構成を示す光軸に沿う断面図である。図３は本発明の各実施例の照明装置に適用可能な軸上色収差補正光学素子の挿脱ユニットの一例を示す説明図である。図４は図２の照明装置において軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入しない状態における軸上色収差を示すグラフである。
図１の顕微鏡は、レーザ光源１１と光ファイバ１２を備えた光源部１と、投光管２と、対物レンズ３を有している。このような全反射顕微鏡では、レーザ光源１１から出射し光ファイバ１２を経たレーザ光を、その光軸が投光管２の光軸に平行となるように、投光管２を介して対物レンズ３の後方から入射させることによって、対物レンズ３の先端から角度をつけて出射させ、カバーガラス４と、試料（標本）５が入った液体との間の屈折率差を利用し、レーザ光を全反射させる。このとき液体側に数１００ｎｍしみだすエバネッセント光を励起光としてカバーガラスの極く近傍に位置する試料中の蛍光分子のみが励起される。この励起された蛍光を図示省略した観察光学系で観察するように構成されている。
【００４２】
本発明の各実施例の照明装置は、図１の顕微鏡における光源部１と、光源部１からの光を対物レンズ３へ向けて集光する投光管２を有している。また、投光管２の内部には、軸上色収差補正光学素子２２が投光管２の光路に挿脱可能に備えられている。
光源部１は、レーザ装置１１と光ファイバ１２とを有して構成されている。光ファイバ１２にはマイクロメータ１３が設けられている。マイクロメータ１３は、投光管２の内部の光学系の光軸に垂直な方向に光ファイバ１２を移動させるようになっている。そして、図１の照明装置では、マイクロメータ１３を介して、投光管２の内部の光学系の光軸上に光ファイバ１２の出射端が位置するときに、通常のケーラー照明が行うことができ、光軸から平行にずれて位置するときに、全反射照明が行うことができるように構成されている。
【００４３】
投光管２は、図２に示すように、コリメートレンズ２１と、軸上色収差補正光学素子２２と、視野絞り２３と、フィールドレンズ２４を有している。なお、図２の投光管では、便宜上、図１に示すミラーを備えていないが、図１に示すミラーを備えた投光管と等価な構成となっている。
コリメートレンズ２１は、光源側から順に、両凹レンズ２１1と両凸レンズ２１2との接合レンズと、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２１3と両凸レンズ２１4との接合レンズとで構成されている。
フィールドレンズ２４は、光源側から順に、両凸レンズ２４1と光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２４2との接合レンズと、両凸レンズ２４3と両凹レンズ２４4との接合レンズとで構成されている。
【００４４】
軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、所定波長の集光位置を補正する軸上色収差を生じる光学特性を有している。
また、各実施例の投光管２は、図３(a)に示すように、夫々異なる波長に対応して対物レンズの瞳の後側焦点位置に投光管の光学系からの光を集光させるように、夫々異なる軸上色収差特性を持つ複数種類の軸上色収差補正光学素子２２ａ〜２２ｄを着脱可能な回転円板２５を備えている。そして、回転円板２５を軸２５ａを中心に回転させることで、所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子を投光管の光路上に挿脱することができるようになっている。なお、各実施例の投光管２において、回転円板２５の代わりに、例えば図３(b)に示すようなスライダ２６を用いて所望の収差特性を持つ軸上色収差補正光学素子２２ａ，２２ｂを光路上に挿脱するようにしてもよい。
【００４５】
また、各実施例の照明装置では、組み合わせる対物レンズ３として、波長４８８ｎｍにおける後側焦点位置を基準としたときの、波長と対物レンズの後側焦点位置のずれ（対物レンズの瞳の軸上色収差）との関係が次の表１に示す特性を持つ６０倍対物レンズを用いた。
表１
また、各実施例の照明装置において、軸上色収差補正光学素子２２以外の光学系（コリメートレンズ２１、視野絞り２３、フィールドレンズ２４）は全体で、投光管２に軸上色収差補正光学素子２２を挿入していない状態での波長４８８ｎｍにおける後側焦点位置を基準としたときの、波長と投光管２の光学系の集光位置のずれ（投光管２の光学系全体の軸上色収差）との関係が、次の表２に示す特性を持つように構成されている。
表２
表１，２からわかるように、各実施例の照明装置は、軸上色収差補正光学素子２２を投光管２の光路に挿入していない状態において、４８８ｎｍの波長のみが対物レンズ３の後側焦点位置に集光するように構成されており、それ以外の波長の集光位置は、夫々の波長における対物レンズ３の後側焦点位置とは一致しない。
【００４６】
次に、各実施例の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、各実施例における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入しない状態で示す。
なお、数値データ中、ｒ1、ｒ2、・・・は投光管を構成する光学部材の曲率半径、ｄ1、ｄ2、・・・は投光管を構成する光学部材の面間隔、ｎd1、ｎd2は投光管を構成するレンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2は投光管を構成するレンズのｄ線におけるアッベ数、Ｌは光ファイバの出射端から投光管を構成する光学系の波長４８８ｎｍにおける集光位置までの長さである。
これらの記号は、以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
【００４７】
数値データ０（各実施例共通：軸上色収差補正光学素子を光路に挿入しない状態）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝296
ｒ7＝68.7541 ｄ7＝7.7321 ｎd7＝1.48749 νd7＝70.2
ｒ8＝-37.5679 ｄ8＝3.4745 ｎd8＝1.8061 νd8＝40.95
ｒ9＝-102.8477 ｄ9＝0.6973
ｒ10＝84.3099 ｄ10＝6.0238 ｎd10＝1.834 νd10＝37.16
ｒ11＝-50.71 ｄ11＝3.0298 ｎd11＝1.6445 νd11＝40.82
ｒ12＝40.6619 ｄ12＝157.6152
ｒ13＝∞（集光面） ｄ13＝0
Ｌ：５．６３×１０2
【００４８】
また、本発明の以下の実施例において用いられる回折型光学素子（ＤＯＥ）は上述した通りのものであるが、このような回折型光学素子を含む光学系の設計法として、ウルトラ−ハイ インデックス法（ｕｌｔｒａｈｉｇｈｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄｓ）と呼ばれるものが知られている。これは、回折型光学素子を屈折率をきわめて大きい仮想的なレンズ（ウルトラーハイインデックス レンズ）に置き換えて設計する方法である。このことについては、ＳＰＩＥ １２６巻４６−５３頁（１９７７年）に記載されているが図５(d)を用いて簡単に説明する。図５(d)において、１はウルトラ−ハイ インデックスレンズ、２は法線である。このウルトラ−ハイ インデックス レンズにおいては、次の式(5)で表わされる関係が成立つ。
（ｎU−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’ …(5)
但し、ｎUはウルトラ−ハイ インデックス レンズの屈折率、ｚはウルトラ−ハイ インデックス レンズの光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ，ｎ’はそれぞれ入射側媒質および射出側媒質の屈折率、θ，θ’は光線の入射角および射出角である。なお、後に示す実施例の数値データ（実施例６、７における数値データ６、７）ではｎU＝１０００１としている。上記式(4)および式(5)から次の式(6)が求まる。
（ｎU−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ …(6)
即ち、ウルトラ−ハイ インデックス レンズ（屈折率が極めて大きい屈折型レンズ）の面形状と回折型光学素子のピッチとの間には式(6)で与えられる等価関係が成立し、この式を通じてウルトラ−ハイ インデックス 法で設計したデータから回折型光学素子のピッチを定めることができるのである。
【００４９】
また、一般的な軸対称非球面は、下記のように表わすことができる。
ｚ＝ｃｈ2／［｛１−ｃ2（ｋ＋１）ｈ2｝1/2］＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ10＋・・・・
…(7)
但し、ｚは光軸（像の方向を正）、ｈは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、ｃは基準面の曲率、ｋは円錐定数でＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は夫々，４次，６次，８次，１０次，・・・の非球面係数である。
【００５０】
また、式(6)，(7)より、ある光線高における上記非球面と等価の回折型光学素子のピッチｄは、次の式(8)で表わされる。
ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛ｃｈ／（１−ｃ2（１＋ｋ）ｈ2）1/2＋４Ａｈ3＋
６Ｂｈ5＋８Ｃｈ7＋１０Ｄｈ9＋・・・・｝］ …(8)
なお、以下の各実施例では、非球面項は１０次まで使用しているが、１２次，１４次，・・・の非球面項を使用してもよい。
【実施例１】
【００５１】
図６は本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図７は本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる投光管の、図６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例１の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２1と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２2との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
【００５２】
次に、実施例１の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例１における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
なお、ｆは軸上色収差補正光学素子の波長４８８ｎｍにおける焦点距離である。この記号は、以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
数値データ１（実施例１）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5723.3204 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝288.9202 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6496.2042 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
ｆ：−７．０９×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．２６×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例２】
【００５３】
図８は本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図９は本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる投光管の、図８の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例２の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と、光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと５４３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、５４３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００５４】
次に、実施例２の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例２における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ２（実施例２）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-7359.9135 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-148.6175 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-5769.1511 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
ｆ：−７．５８×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．３４×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例３】
【００５５】
図１０は本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１１は本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる投光管の、図１０の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例３の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と、光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと６３３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、６３３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
【００５６】
次に、実施例３の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例３における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ３（実施例３）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.65535 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.84944 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.81961 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.49218 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-8093.0997 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-99.2828 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-5551.3679 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面）
ｆ：−７．３４×１０7
Ｌ：５．６３×１０2
｜ｆ／Ｌ｜＝１．３０×１０5
ΔＧ＝２．５１×１０5
【実施例４】
【００５７】
図１２は本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１３は本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる投光管の、図１２の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例４の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２1と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２2との接合レンズで構成されている。軸上色収差補正光学素子２２の接合面は、非球面に形成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００５８】
次に実施例４の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例４における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ４（実施例４）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.65535 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.84944 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.81961 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.49218 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5723.3281 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝288.9203（非球面） ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6496.1943 ｄ9＝270
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面）
非球面係数
第８面
ｋ＝-1
Ａ＝-5.91×10-9 Ｂ＝-1.08×10-9 Ｃ＝-9.76×10-12 Ｄ＝9.03×10-13
ｆ：-7.23×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝1.28×105
ΔＧ＝2.03×101
【実施例５】
【００５９】
図１４は本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１５は本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる投光管の、図１４の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例５の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２1’と光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２2’との接合レンズと、対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２3と光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２２4との接合レンズとで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６０】
次に、実施例５の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例５における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ５（実施例５）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-5958.4707 ｄ7＝3 ｎd7＝1.58913 νd7＝61.1
ｒ8＝-298.8792 ｄ8＝3 ｎd8＝1.58921 νd8＝41
ｒ9＝-6797.9643 ｄ9＝10
ｒ10＝∞ ｄ10＝3 ｎd10＝1.58913 νd10＝61.1
ｒ11＝147.1384 ｄ11＝3 ｎd11＝1.58921 νd11＝41
ｒ12＝∞ ｄ12＝254
ｒ13＝68.7541 ｄ13＝7.7321 ｎd13＝1.48749 νd13＝70.2
ｒ14＝-37.5679 ｄ14＝3.4745 ｎd14＝1.8061 νd14＝40.95
ｒ15＝-102.8477 ｄ15＝0.6973
ｒ16＝84.3099 ｄ16＝6.0238 ｎd16＝1.834 νd16＝37.16
ｒ17＝-50.71 ｄ17＝3.0298 ｎd17＝1.6445 νd17＝40.82
ｒ18＝40.6619 ｄ18＝157.6152
ｒ19＝∞（集光面）
ｆ：-4.06×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝7.21×104
【実施例６】
【００６１】
図１６は本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１７は本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる投光管の、図１６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例６の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、光源側に負パワーの回折面を持つＤＯＥ２２1”と光源側が平面で対物レンズ側が凸面の平凸レンズ２２2”との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと４０５ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、４０５ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６２】
次に、実施例６の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例６における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ６（実施例６）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝-7.29×107（非球面）ｄ7＝0.15 ｎu＝1.0001 νd7＝-3.45
ｒ8＝∞ ｄ8＝3 ｎd8＝1.51633 νd8＝64.14
ｒ9＝-4580.6345 ｄ9＝272.85
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
非球面係数
第７面
ｋ＝-1
Ａ＝3.87×10-14 Ｂ＝-1.80×10-16 Ｃ＝-2.95×10-17 Ｄ＝3.95×10-17
ｆ：-1.22×108
Ｌ：563.4044323
｜ｆ／Ｌ｜＝2.17×105
【実施例７】
【００６３】
図１８は本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図、図１８は本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる投光管の、図１９の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
実施例７の照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２は、光源側から順に、光源側に正パワーの回折面を持つＤＯＥ２２1”’と光源側が平面で対物レンズ側が凹面の平凹レンズ２２2”’との接合レンズで構成されている。
また、軸上色収差補正光学素子２２は、投光管２の光路に挿入したときに、４８８ｎｍと５４３ｎｍの２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる対物レンズ３の夫々の後側焦点位置に集光するように、５４３ｎｍの波長の集光位置を補正する軸上色収差を発生するように構成されている。
その他の光学部材の構成は実施例１の照明装置とほぼ同じである。
【００６４】
次に、実施例７の照明装置に用いる投光管を構成する光学部材の数値データを、実施例７における軸上色収差補正光学素子を光路に挿入した状態で示す。
数値データ７（実施例７）
ｒ0＝∞ ｄ0＝78.353
ｒ1＝-20.331 ｄ1＝1.5149 ｎd1＝1.6445 νd1＝40.82
ｒ2＝25.355 ｄ2＝3.0119 ｎd2＝1.834 νd2＝37.16
ｒ3＝-42.1549 ｄ3＝0.3487
ｒ4＝51.4239 ｄ4＝1.7373 ｎd4＝1.8061 νd4＝40.95
ｒ5＝18.784 ｄ5＝3.8661 ｎd5＝1.48749 νd5＝70.2
ｒ6＝-34.377 ｄ6＝20
ｒ7＝7.18×107（非球面） ｄ7＝0.15 ｎu＝1.0001 νd7＝-3.45
ｒ8＝∞ ｄ8＝3 ｎd8＝1.51633 νd8＝64.14
ｒ9＝4509.1212 ｄ9＝272.85
ｒ10＝68.7541 ｄ10＝7.7321 ｎd10＝1.48749 νd10＝70.2
ｒ11＝-37.5679 ｄ11＝3.4745 ｎd11＝1.8061 νd11＝40.95
ｒ12＝-102.8477 ｄ12＝0.6973
ｒ13＝84.3099 ｄ13＝6.0238 ｎd13＝1.834 νd13＝37.16
ｒ14＝-50.71 ｄ14＝3.0298 ｎd14＝1.6445 νd14＝40.82
ｒ15＝40.6619 ｄ15＝157.6152
ｒ16＝∞（集光面） ｄ16＝0
非球面係数
第７面
ｋ＝-1
Ａ＝5.97×10-16 Ｂ＝-1.65×10-17 Ｃ＝2.20×10-17 Ｄ＝3.88×10-17
ｆ：7.72×107
Ｌ：5.63×102
｜ｆ／Ｌ｜＝1.37×105
【００６５】
次に、各実施例における基準波長を４８８ｎｍとしたときの対物レンズの瞳の軸上色収差と投光管の光学系の軸上色収差との関係を次の表３に示す。
表３
【００６６】
以上、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の実施例を全反射顕微鏡に用いた例で示したが、これらの実施例以外にも、通常の顕微鏡においてケーラー照明を行なう照明装置及びそれに用いる投光管にも本発明は適用可能である。
図２０は通常の顕微鏡に用いた場合の本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の一構成例を示す概念図である。
図２０の例の顕微鏡は、光源１１’からなる光源部１’と、投光管２’と、対物レンズ３を有している。
投光管２’は、コレクトレンズ２１’と、軸上色収差補正素子２２’と、照明レンズ２３’と、開口絞り２４’と、視野絞り２５’と、照明レンズ２６’を有している。
軸上色収差補正光学素子２２’は、上記実施例１〜７のいずれかと同様の光学部材で構成されている。また、上記実施例１〜７と同様に、図３に示したような回転円板やスライダを介して光路上に挿脱可能に設けられている。
【００６７】
そして、図２０に示す照明装置は、軸上色収差補正光学素子２２’を光路に挿入しない状態において、光源１１’から出射した所定波長（ここでは第１の波長とする）の光が投光管２’の光軸上を通り対物レンズ３の後側焦点位置に一旦集光してから対物レンズ３に集光し、対物レンズ３から出射した光は平行光束となり、標本５がケーラー照明によって照明されるように構成されている。
また、図２０に示す照明装置では、軸上色収差補正光学素子２２’を光路に挿入した状態において、光源１１’から第１の波長とは異なる第２の波長が出射された場合に、第２の波長が投光管２’の光軸上を通り対物レンズ３の後側焦点位置に集光するように、軸上色収差補正光学素子２２’が軸上色収差特性を有している。
図２０の例の照明装置によれば、通常のケーラー照明による顕微鏡観察を行う場合において、観察に用いる照明波長を変えても、それぞれの波長に関し、対物レンズ３の瞳の色収差分に応じて集光位置を変える軸上色収差補正光学素子２２’によって、光源部１の出射端や投光管を構成するレンズ系の位置を光軸方向へ移動する等の調整を行うことなく、標本５へ効率良く光を照射することができる。
【００６８】
以上のように、本発明の照明装置及びそれに用いる投光管は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特徴を有している。
【００６９】
（１）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００７０】
（２）前記軸上色収差補正光学素子は、前記接合面以外の少なくとも１面が、非球面に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【００７１】
（３）次の条件式を満足することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７２】
（４）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）、（２）のいずれかに記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７３】
（５）前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の照明装置。
【００７４】
（６）次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の投光管。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０4
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【００７５】
（７）前記軸上色収差補正学素子は、前記接合面以外の少なくとも１面が、非球面に構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の投光管。
【００７６】
（８）次の条件式を満足することを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７７】
（９）次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０、上記（６）、（７）のいずれかに記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０4
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【００７８】
（１０）前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする上記（６）〜（９）のいずれかに記載の投光管。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の照明装置及びそれに用いる投光管は、射出瞳位置に照明光を集光する顕微鏡観察等に用いるもので、複数の波長での蛍光を多重観察したときの対物レンズの瞳の色収差に応じた集光レンズの色収差補正ができ、特に、多重波長による全反射蛍光観察を行う顕微鏡に適している。その他、通常のケーラー照明での多重波長による蛍光観察、多重波長による微分干渉観察等を行う顕微鏡にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の各実施例の照明装置を適用可能な顕微鏡の一例として全反射顕微鏡の概略構成を示す概念図である。
【図２】本発明の各実施例の照明装置に用いる投光管に共通の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図３】本発明の各実施例の照明装置に適用可能な軸上色収差補正光学素子の挿脱ユニットの一例を示す説明図である。
【図４】図２の照明装置において軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入しない状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図５】回折光学素子（ＤＯＥ）の説明図であり、(a)は回折光学素子の回折現象による光の屈折状況を表す説明図、(b)は回折光学素子のブレーズ化した状態での断面図、(c)は回折光学素子のバイナリー近似を行った状態での断面図、(d)ウルトラ−ハイ インデックスレンズにおける光の屈折状況を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施例１にかかる照明装置に用いる投光管の、図６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図９】本発明の実施例２にかかる照明装置に用いる投光管の、図８の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１１】本発明の実施例３にかかる照明装置に用いる投光管の、図１０の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１３】本発明の実施例４にかかる照明装置に用いる投光管の、図１２の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１５】本発明の実施例５にかかる照明装置に用いる投光管の、図１４の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１７】本発明の実施例６にかかる照明装置に用いる投光管の、図１６の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる軸上色収差補正光学素子の光軸に沿う断面図である。
【図１９】本発明の実施例７にかかる照明装置に用いる投光管の、図１９の軸上色収差補正光学素子を投光管の光路に挿入した状態における軸上色収差を示すグラフである。
【図２０】通常の顕微鏡に用いた場合の本発明の照明装置及びそれに用いる投光管の一構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，１’ 光源部
２，２’ 投光管
３ 対物レンズ
４ カバーガラス
５ 試料（標本）
１１ レーザ光源
１１’ 光源
１２ 光ファイバ
１３ マイクロメータ
２１ コリメートレンズ
２１’ コレクトレンズ
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２１’ 軸上色収差補正光学素子
２３、２５’ 視野絞り
２３’、２６’ 照明レンズ
２４ フィールドレンズ
２４’ 開口絞り
２５ 回転円板
２５ａ 軸
２６ スライダ
２１1、２４4 両凹レンズ
２１2、２１4、２４1、２４3 両凸レンズ
２１3、２２1、２２3 対物レンズ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
２４2、２２2’ 光源側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
２２2、２２4 光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
２２1’ 対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
２２1” 光源側に負パワーの回折面を持つＤＯＥ
２２2” 光源側が平面で対物レンズ側が凸面の平凸レンズ
２２1”’ 光源側に正パワーの回折面を持つＤＯＥ
２２2”’ 光源側が平面で対物レンズ側が凹面の平凹レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、
前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、前記投光管の内部に備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の該所定基準波長における集光位置までの長さである。
【請求項５】
前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【請求項７】
前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
光源部を有する照明装置に用いられ、該光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管であって、
前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を管の内部に備えたことを特徴とする投光管。
【請求項９】
前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えたことを特徴とする請求項８に記載の投光管。
【請求項１０】
光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の投光管。
【請求項１１】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の投光管。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【請求項１２】
前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の投光管。
【請求項１３】
前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１２に記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【請求項１４】
前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の投光管。
【請求項１】
光源部と、光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管を有し、
前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を、前記投光管の内部に備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記投光管が、光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の該所定基準波長における集光位置までの長さである。
【請求項５】
前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【請求項７】
前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
光源部を有する照明装置に用いられ、該光源部からの光を対物レンズへ向けて集光する投光管であって、
前記光のうち少なくとも２つの波長が夫々、これらの波長ごとに異なる前記対物レンズの夫々の後側焦点位置に集光するように、前記投光管を構成する光学系全体の軸上色収差を補正する軸上色収差補正光学素子を管の内部に備えたことを特徴とする投光管。
【請求項９】
前記軸上色収差補正光学素子を前記投光管内に挿脱可能に備えたことを特徴とする請求項８に記載の投光管。
【請求項１０】
光源側から順に、コリメートレンズと、視野絞りと、フィールドレンズを有し、前記軸上色収差補正光学素子を前記コリメートレンズと視野絞りとの間に備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の投光管。
【請求項１１】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の投光管。
｜ｆ／Ｌ｜＞１０3
但し、ｆは前記軸上色収差補正光学素子の所定基準波長における焦点距離、Ｌは前記光源部の出射位置から前記投光管の所定基準波長における集光位置までの長さである。
【請求項１２】
前記軸上色収差補正光学素子が、負パワーを持つレンズと正パワーを持つレンズとの接合レンズからなり、且つ、接合面に曲率を有していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の投光管。
【請求項１３】
前記軸上色収差補正光学素子が、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１２に記載の投光管。
ΔＧ＝｜（ν1−ν2）／（ｎ1−ｎ2）｜＞１０3
但し、ν1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズのアッベ数、ν2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズのアッベ数、ｎ1は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記光源部側に配置されたレンズの屈折率、ｎ2は前記軸上色収差補正光学素子を構成する前記接合レンズのうち前記対物レンズ側に配置されたレンズの屈折率である。
【請求項１４】
前記軸上色収差補正光学素子が、回折光学素子（ＤＯＥ）を有して構成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の投光管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−１３３６３８（Ｐ２００６−１３３６３８Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２４７４０（Ｐ２００４−３２４７４０）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【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１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【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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