JP2000347107A

JP2000347107A - 照明光学系

Info

Publication number: JP2000347107A
Application number: JP11157983A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Otaki; 達朗大瀧
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら、明るく照明むらの少
ない照明を行うことのできる照明光学系を提供する。【解決手段】光源１と、第１集光レンズ２と、拡散板３
と、第２集光レンズ５とを光軸６上に順に備える。光源
１は、第１集光レンズ２の前側焦点位置に配置され、拡
散板３は、第２集光レンズ５の前側焦点位置に配置され
ている。これにより、光源１からの光は、第１集光レン
ズによって平行光束となって拡散板３に照射される。拡
散板３は、第２集光レンズの前側焦点位置に位置するた
め、拡散板３の発した拡散光の多くは、第２集光レンズ
によって平行光となって被検物体に照射され、強度むら
の少ない照明を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系に関
し、特に、倒立型顕微鏡等の顕微鏡に用いるのに好適な
照明光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の顕微鏡の照明光学系としては、た
とえば鈴木達朗著「応用光学Ｉ（朝倉書店,1982,PP.113
-114）」に記載されているように、ケーラー照明法やク
リティカル（臨界）照明法が知られている。

【０００３】ケーラー照明法は、光源側に集光レンズ
を、物体側にコンデンサレンズを配置し、光源の像をコ
ンデンサレンズの前側焦点に作るとともに、集光レンズ
に近接するある面の像をコンデンサレンズによって物体
面に結像させる照明法である。ケーラー照明法では光源
のコンデンサによる像が無限遠にできるので、照明むら
が少ないという特徴がある。

【０００４】一方、クリティカル照明法は、光源と集光
レンズとコンデンサレンズを用い、光源からの光を集光
レンズで平行光束にして、コンデンサレンズで物体面上
に結像させる構成が一般的である。なお、光源からの光
を必ずしも平行光束にしなくてもよいし、最も簡単な構
成としてはレンズが１枚の構成でもよい。クリティカル
照明法は、ケーラー照明法と比較して構成が簡単である
という利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のク
リティカル照明法は、光源の像が、そのまま観察すべき
視野に結像するので、光源の輝度むらがそのまま視野の
照明むらとなるという問題がある。

【０００６】本発明は、簡単な構成でありながら、明る
く照明むらの少ない照明を行うことのできる照明光学系
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような照明光学系が提供さ
れる。

【０００８】すなわち、光源と、第１集光レンズと、拡
散板と、第２集光レンズとを光軸上に順に備え、前記光
源は、前記第１集光レンズの前側焦点位置に配置され、
前記拡散板は、前記第２の集光レンズの前側焦点位置に
配置されていることを特徴とする照明光学系である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の照明光学
系について説明する。

【００１０】まず、第１の実施の形態の照明光学系を用
いた顕微鏡について、図１および図３を用いて説明す
る。

【００１１】第１の実施の形態の顕微鏡は、図１のよう
に照明光学系１０１と、観察光学系１０２と、照明光学
系１０１と観察光学系１０２との間に被検物体面７を保
持するステージ（不図示）とを有している。照明光学系
１０１は、ハロゲンランプなどの光源１、集光レンズ
２、拡散板３、開閉可能な可変の開口絞り４、コンデン
サレンズ５を光軸６上に順に配置した構成である。光源
１は、集光レンズ２の前側焦点面付近に配置されてい
る。また、拡散板３は、コンデンサレンズ５の前側焦点
面付近に配置されている。

【００１２】また、拡散板３は、光源１側から光が入射
すると、図３のように、光を拡散して、拡散板３の表面
を構成する多数の拡散部分３５、３６等から光を発する
構成である。拡散板３は、各部分３５、３６等の拡散角
に方向性がないように設計されている。すなわち、拡散
板３上の各部分３５、３６等から発せられる光束の強度
分布は、それぞれの部分の法線を中心とした各方向につ
いて偏りなく均一になるように構成されている。特に、
レンズ５から見て、拡散板３がランバート面に見えるよ
うに構成されていることが望ましい。

【００１３】なお、被検物体面７は、コンデンサレンズ
５の後側焦点８よりも距離ｄだけ離れる位置（図１、図
３ではコンデンサレンズ５寄りの位置）に配置する。こ
のｄは、本実施の形態では、以下の式（１）を満たす値
に設定されている。

【００１４】 λ／（２(ＮＡ)²）＜｜ｄ｜・・・（１）ただし、λは光源１の波長、ＮＡはコンデンサレンズ５
の開口数である。

【００１５】このような構成において、光源１から発せ
られた光束は、光源１が集光レンズ２の焦点面付近に配
置されているため、集光レンズ２を通過することにより
ほぼ平行光束となって拡散板３に導かれる。拡散板３
は、上述のように集光レンズ２からの平行光束を拡散し
て、拡散板３上の各部分３５、３６等から拡散光束を発
する。

【００１６】拡散板３は、コンデンサレンズ５の前側焦
点付近に配置されているため、拡散板３上の中心の部分
３５から発せられた拡散光束は、コンデンサレンズ５に
より平行光束となって被検物体７を照明する。拡散板の
部分３５から発せられる光束の強度は法線（光軸６）を
中心に均一であるため、この拡散光束がコンデンサレン
ズ５を通過することによって得られる平行光束には、強
度のむらがなく、被検物体７を均一に照明することがで
きる。また、部分３５の近傍の部分３６等で拡散された
光も、コンデンサレンズ５によりほぼ平行光束となって
被検物体７を照明するため、同様にほとんど強度のむら
がなく、被検物体７をほぼ均一に照明することができ
る。一方、拡散板３上の光軸６から離れた部分からの拡
散光束の一部は、光軸６に平行にコンデンサレンズ５に
入射するため、コンデンサレンズ５の後側焦点８付近に
結像する。これにより、拡散板３の回折像の一部が後側
焦点８付近に結像する。しかしながら、本実施の形態で
は上式（１）を満たす距離ｄに被検物体面７を配置して
いるため、被検物体面７は、後側焦点８を中心として前
側および後側にそれぞれλ／（２(ＮＡ)²）ずつの深さ
で形成される焦点深度の外側に位置する。そのため、被
検物体面７上では拡散板３の回折像が結像することはな
く、結像による強度むらの影響が少なくなる。

【００１７】このように、本実施の形態の照明光学系
は、拡散板３以外は従来のクリティカル照明法と同様の
簡単な構成でありながら、拡散板３を適切な位置に配置
したことにより、光源１からの光の多くを平行光束とし
て被検物体面７に照射することができるため、被検物体
面７をむらなく照明することができる。また、光源１か
らの光の一部は結像するが、本実施の形態では、被検物
体面７を上記式（１）を満たすような位置に配置してい
るため、被検物体面７が結像位置からずれる。よって、
被検物体面７上に一部の光束が結像することがなく、結
像による照明むらの影響も受けにくい。

【００１８】なお、可変の開口絞り４は、被検物体面７
の所望の観察範囲の径に応じて開閉する。開口絞り４を
絞って開口径を小さくすると、被検物体面７上の照明光
の開口角が小さくなり、開口径を大きくすると、照明光
の開口角が大きくなる。開口絞り４の開口径が小さいほ
ど、拡散板３の光軸６から離れた部分で拡散された光束
が遮蔽されるため、コンデンサレンズ５により結像する
光を減少させることができる。よって、開口絞り４の開
閉によって余分な光束を遮断することができるのでフレ
アの少ない照明を行うことができる。

【００１９】また、拡散板３の拡散角θが大きすぎる
と、コンデンサレンズ５に入射しない光束が増加し、照
明の効率が低下するため、コンデンサレンズ５の有効径
に合わせて拡散角θを定めることが望ましい。また、被
検物体面７の観察範囲がコンデンサレンズ５の有効径よ
りも小さい場合には、被検物体面７の観察範囲の径に合
わせて拡散角θを定めることができる。これにより、被
検物体面７に照射される光量が増加するため、明るさの
点から有利である。本実施の形態では、対物レンズ９が
２倍であるとして視野φ１０ｍｍを観察範囲とし、これ
を満たす拡散角θを下式から求め、θ＝３．５８゜に設
定している。

【００２０】φ／２＝ｆ₂・ｔａｎθ ただし、ｆ₂はコンデンサレンズ５の焦点距離であり、
本実施の形態では、ｆ₂＝８０ｍｍである。

【００２１】また、第１の実施の形態の観察光学系１０
２は、通常の顕微鏡の観察光学系と同じ構成であり、対
物レンズ９、光路折り曲げプリズム１０、リレーレンズ
１１、接眼レンズ１２とを光軸６上に順に配置したもの
である。なお、被検物体面７は、図１には不図示のステ
ージ上に搭載される。観察光学系１０２は、照明された
被検物体面７からの光束を、対物レンズ９により集光
し、拡大像１４を結像する。リレーレンズ１１は、像１
４をリレーして観察像１５を結像する。観察像１５は、
接眼レンズ１２で拡大され、観察者の肉眼１３によって
観察される。

【００２２】つぎに、第２の実施の形態の照明光学系を
用いた顕微鏡について、図２を用いて説明する。

【００２３】第１の実施の形態の顕微鏡の照明光学系１
０３は、第１の実施の形態の図１の照明光学系と似た構
成であるが、コンデンサレンズ５を用いない点が図１と
は異なる。光源１は、集光レンズ２の前側焦点位置に配
置されている。拡散板３および開口絞り３は、集光レン
ズよりも被検物体面７側に配置されている。

【００２４】図２の照明光学系１０３では、拡散板３上
の各部分が発した拡散光束が、重なり合って被検物体面
７に達し、被検物体面７を照明する。拡散板３は、第１
の実施の形態で説明したように拡散角に方向性がないた
め、拡散板３上の各部分で発せられた拡散光束が重なり
合うことにより、拡散板３上の強度むらが均一化され、
強度分布が均一な照明で被検物体面７を照明することが
できる。

【００２５】このように、第２の実施の形態では、簡単
な構成でありながら、均一に被検物体面を照明できる照
明光学系を提供できる。しかも、図２からわかるよう
に、この照明光学系１０３の作動距離は、拡散板３と被
検物体面７との間隔になるため、作動距離を大きくとれ
る。よって、厚みのある被検物体等にも適用可能な、作
動距離の大きな照明光学系であって、しかも、均一に被
検物体面を照明できる照明光学系を得ることができる。

【００２６】なお、照明光学系１０３の開口角は、拡散
板３の半径（開口絞り４の半径）と被検物体面の中心で
作る角となる。なお、図２の顕微鏡の観察光学系１０２
の構成および動作は、図１の顕微鏡と同じである。

【００２７】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
簡単な構成でありながら、明るく照明むらの少ない照明
を行うことのでき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】

【図１】本発明の第１の実施の形態の照明光学系を用い
て顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の照明光学系を用い
て顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図３】図１の照明光学系の光束の広がりを示す説明
図。

【符号の説明】

１・・・光源、２・・・集光レンズ、３・・・拡散板、
４・・・開口絞り、５・・・コンデンサレンズ、６・・
・光軸、７・・・被検物体面、８・・・コンデンサレン
ズ５の後側焦点、９・・・対物レンズ、１０・・・光路
折り曲げプリズム、１１・・・リレーレンズ、１２・・
・接眼レンズ、１３・・・観察者の肉眼、１０１・・・
照明光学系、１０２・・・観察光学系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸上に順に配置された、光源と、第１集
光レンズと、拡散板と、第２集光レンズとを有し、前記光源と第１集光レンズと第２集光レンズは、前記拡
散板が備えられていないとき、照明すべき被検物体面付
近に前記光源の像を結像する位置に配置され、前記拡散板は、前記第２集光レンズの前側焦点付近に配
置されてい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
記拡散板は、当該拡散板上の前記第２集光レンズ側の複
数の部分からそれぞれ拡散光束を発するものであり、前
記拡散光束内の強度分布は、前記拡散板の法線を中心と
して均一であることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】請求項１または２に記載の照明光学系おい
て、前記第２集光レンズは、後側焦点位置が、照明すべ
き被検物体面から下式を満たす距離ｄだけ離れるように
配置されていることを特徴とする照明光学系。 λ／（２(ＮＡ)²）＜｜ｄ｜ただし、λは前記光源の波長、ＮＡは前記第２集光レン
ズの開口数である。
【請求項４】光軸上に順に配置された、光源と、集光レ
ンズと、拡散板とを有し、前記光源は、前記集光レンズの前側焦点付近に配置され
ていることを特徴とする照明光学系。