JPH10142514A

JPH10142514A - コンデンサレンズおよびこれを用いた顕微鏡照明光学系

Info

Publication number: JPH10142514A
Application number: JP8298628A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Futaboshi; 俊明二星
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 1998-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: EP0841584A2; JP3783888B2; EP0841584A3

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で且つ容易な操作で、１倍から１
００倍程度の範囲の対物レンズの超広視野の照明条件に
対応可能なコンデンサレンズを得る。【解決手段】光源から照明対象面に至る光軸上に、負
屈折力の第１レンズ群１３と、正屈折力の第２レンズ群
１１と、正屈折力の第３レンズ群１２とを配置してコン
デンサレンズ１０が構成される。第１レンズ群１３およ
び第３レンズ群１２はそれぞれ、光軸上に位置する使用
位置と光軸外に位置するハネノケ位置とに移動可能であ
る。顕微鏡高倍使用状態では、第１レンズ群１３をハネ
ノケ位置に位置させるとともに第３レンズ群１２を使用
位置に位置せしめてコンデンサレンズ全体として正の屈
折力を有し、低倍使用状態では、第１レンズ群１３を使
用位置に位置させるとともに第３レンズ群１２をハネノ
ケ位置に位置させてコンデンサレンズ全体を実質的にア
フォーカル系とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡による標本等
の観察に際して、観察標本等を照明するための照明光学
系に関し、さらに詳しくは、この照明光学系に用いられ
るコンデンサレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡の観察対象、観察態様は多岐にわ
たっており、これに応じて対物レンズの種類も低倍から
高倍まで幅広く使用されている。顕微鏡による標本等の
観察に際しては、通常、標本等を照明する照明光学系が
用いられるのであるが、このように幅広い倍率の全てに
同一の照明光学系で対応するのは難しく、一般的に一種
類の光学レンズ系（コンデンサレンズ系）で対応できる
範囲は、対物レンズの倍率幅で略１０倍程度でしかな
い。これは、開口数（Ｎ．Ａ．）と照野とに対する要求
は倍率変化に応じて相反する要求であり、広い範囲の倍
率に対してこれら両者を同時に満足するには限度がある
ためである。すなわち、高倍になるほど大きな開口数が
必要となるのに対して、低倍になるほど大きな照野が必
要となるという背景があるためである。

【０００３】したがって対物レンズの倍率幅が１０倍程
度を越える場合には、何らかの切換手段によって照明光
学系の開口数および照野を切り換える必要がある。この
ような切換は、一般的にコンデンサレンズの焦点距離を
切り換えて行われている。

【０００４】従来から行われている切換方法としては、
図４に示すように、コンデンサレンズを二個のレンズＬ
８１，Ｌ８２から構成するとともに一方のレンズＬ８２
をハネノケ可能としたものがある。このコンデンサレン
ズの場合には、対物レンズを高倍で使用するときには両
レンズを光軸上の位置（使用位置）に位置させ、低倍で
使用するときにはレンズＬ８２をハネノケ位置に位置さ
せる。

【０００５】さらに、図５に示すように、光軸上に固定
されたレンズＬ８３と、ハネノケ可能な高倍用レンズＬ
８４と、ハネノケ可能な二個の低倍用レンズＬ８５，Ｌ
８６とからコンデンサレンズを構成するものもある。こ
のコンデンサレンズでは、高倍の対物レンズを使用する
ときには低倍用レンズＬ８５，Ｌ８６をハネノケるとと
もに高倍用レンズＬ８４を光軸上の使用位置に位置さ
せ、一方低倍用の対物レンズを使用するときには高倍用
レンズＬ８４をハネノケ、低倍用レンズＬ８５，８６を
ともに光軸上の使用位置に位置させる。この例として
は、例えば、特開昭５２−１５５５５２号公報、特表平
７−５０１６３５号公報に開示のコンデンサレンズがあ
る。

【０００６】また、図６に示すように、光軸上に固定さ
れたレンズＬ８７と、それぞれ独立してハネノケ可能な
高倍用レンズＬ８８および低倍用レンズＬ８９とからコ
ンデンサレンズを構成するものもある。このコンデンサ
レンズでは、高倍対物レンズを用いるときには高倍用レ
ンズＬ８８を使用位置に位置させるとともに低倍用レン
ズＬ８９をハネノケ、低倍用対物レンズを用いるときに
は両レンズＬ８８，Ｌ８９をハネノケ、極低倍用対物レ
ンズを用いるときには低倍用レンズＬ８９を使用位置に
位置させる。この例としては、例えば、特開昭６３−１
８３４１４号公報に開示のものがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず、図４に示す方法
は従来から一般的に使用されており簡単な構成ではある
が、適用可能な対物レンズの倍率範囲が狭い範囲に限ら
れるという問題がある。図５に示す方法の場合は、低倍
対物レンズへの対応が難しく上記公報に開示のように２
倍程度までの対物レンズまでしか対応ができないという
問題がある。また、図６に示す方法の場合は、三段階の
レンズ切換が必要であり、使用上で不便という問題に加
えて、構造が複雑化しやすく寸法も大きくなりやすいと
いう問題がある。なお、図６の方法を用いた上記公報
（特開昭６３−１８３４１４号）のコンデンサレンズの
場合には、１．２５倍までの低倍対物レンズにしか対応
できず、例えば、１．０倍程度の対物レンズには対応で
きないという問題もある。

【０００８】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
簡単な構成で且つ容易な操作で、１倍から１００倍程度
の範囲の対物レンズの超広視野（視野数２５以上）の照
明条件に対応可能なコンデンサレンズを提供し、さら
に、このコンデンサレンズを用いた顕微鏡照明光学系を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】このような目
的達成のため、本発明に係るコンデンサレンズは、光源
から照明対象面に至る光軸上において、最も光源側に負
屈折力の第１レンズ群を配設し、最も照明対象面側に正
屈折力の第３レンズ群を配設し、第１レンズ群および第
３レンズ群の間に正屈折力の第２レンズ群を配置して構
成され、第１レンズ群および第３レンズ群はそれぞれ、
光軸上に位置する使用位置と光軸外に位置するハネノケ
位置とに移動可能である。第１の使用状態では、第１レ
ンズ群をハネノケ位置に位置させるとともに第３レンズ
群を使用位置に位置せしめてコンデンサレンズ全体とし
て正の屈折力を有するようになっており、第２の使用状
態では、第１レンズ群を使用位置に位置させるとともに
第３レンズ群をハネノケ位置に位置させてコンデンサレ
ンズ全体を実質的にアフォーカル系とするようになって
いる。

【００１０】このような構成のコンデンサレンズの場合
には、第１の使用状態および第２の使用状態という２段
階の切換のみにより、１倍から１００倍程度という広範
囲にわたる対物レンズの照明条件に対応可能となる。

【００１１】なお、第２レンズ群の有効径は１倍の対物
レンズに要求される２５ｍｍという広視野を照明可能と
するためにも、２６ｍｍ以上であることが望ましい。さ
らに、第２の使用状態におけるコンデンサレンズの倍率
βが、１．１＜ β ＜１．５なる条件を満足することが望ましく、これにより視野が
不足することなく、且つ開口数も不足することがないコ
ンデンサレンズを得ることができる。

【００１２】また、本発明の顕微鏡照明光学系は、上記
のコンデンサレンズと、このコンデンサレンズおよび光
源の間の光路中に配設されて光源の像を形成するリレー
光学系とにより構成することができる。こ照明光学系に
おいては、第１の使用状態は顕微鏡の高倍使用状態であ
り、第２の使用状態は前記顕微鏡の低倍使用状態であ
り、第１の使用状態では、光源から照明対象面に至る光
学系がケーラー照明係を構成し、第２の使用状態では、
光源から照明対象面に至る光学系がクリティカル照明係
を構成する。

【００１３】なお、第１の使用状態での照明対象面と共
役な位置に視野絞りを配置し、リレー光学系による光源
の像が形成される位置は開口絞りを配置し、第１の使用
状態でのコンデンサレンズの光源側の焦点位置と開口絞
りの位置とが一致するように構成するのが好ましい。こ
の場合に、使用位置に位置した第１レンズ群と第２レン
ズ群との間に開口絞りを位置させるのが望ましい。ま
た、第２の使用状態における視野絞りは、照明対象面に
おける開口数を決定するように位置決めされる。

【００１４】以上の構成の顕微鏡照明光学系では、顕微
鏡の対物レンズを高倍（例えば、１０〜１００倍）で使
用するときにはコンデンサレンズを第１の使用状態に
し、低倍（例えば、１〜４倍）で使用するときには第２
の使用状態にするだけで高倍から低倍まで全範囲の照明
が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照して説明する。まず、本発明に係る
コンデンサレンズを用いた顕微鏡照明光学系を模式的に
図１に示している。この光学系では、光源１から照明対
象面２に至る光軸上に、正の屈折力を有するコレクタレ
ンズ３、同じく正の屈折力を有するフィールドレンズ４
およびコンデンサレンズ１０がこの順で配設されてい
る。なお、コレクタレンズ３およびフィールドレンズ４
によりリレー光学系が構成される。

【００１６】コレクタレンズ３の前側焦点位置に光源１
が配設されており、図１において実線で示すように、光
源１を出た光はコレクタレンズ３を通った後、平行光束
となってフィールドレンズ４に入射する。コレクタレン
ズ３の後側焦点位置に視野絞り５が配設されており、こ
の平行光束の大きさを視野絞り５により可変調節可能で
ある。なお、視野絞り５がフィールドレンズ４の前側焦
点位置となるようにフィールドレンズ４が配設されてい
る。

【００１７】フィールドレンズ４に入射した平行光束は
フィールドレンズにより収れんされてその後側焦点位置
に集まった後、発散光となってコンデンサレンズ１０に
入射する。フィールドレンズ４の後側焦点位置に開口絞
り６が配設されており、このことから分かるように、光
源１と開口絞り６とはリレー光学系（コレクタレンズ３
およびフィールドレンズ４）に対して共役な位置にあ
る。

【００１８】一方、図において破線で示すように、光源
１からコレクタレンズ３に入射する平行光束はコレクタ
レンズ３により収れんされてコレクタレンズ３の後側焦
点位置に集まる。この位置には視野絞り５が配設されて
いるが、このように一点に集まるために、破線で示す光
は視野絞り５の影響を受けることがない。このように収
れんした光は再び発散光となるが、コレクタレンズ３の
後側焦点位置にフィールドレンズ４の前側焦点位置が重
なって位置するため、この発散光はフィールドレンズ４
を通過して平行光束となる。この平行光束の大きさは開
口絞り６により可変調節可能である。なお、開口絞り６
の位置において実線で示す光が一点に収れんしているた
め、この実線で示す光は開口絞り６の影響を受けること
がない。

【００１９】以上の構成の照明光学系を構成するコンデ
ンサレンズ１０の具体的な構成を図２に示している。コ
ンデンサレンズ１０は、光軸上に固定配置された固定凸
レンズ１１（第２レンズ群）と、光軸上からハネノケ可
能な高倍用凸レンズ１２（第３レンズ群）と、同じく光
軸上からハネノケ可能な低倍用凹レンズ１３（第１レン
ズ群）とから構成される。高倍用対物レンズを用いると
きには、図２（ａ）に示すように、高倍用凸レンズ１２
を光軸上の位置（使用位置）に位置させ、低倍用凹レン
ズ１３は光軸上からハネノケる。一方、低倍用対物レン
ズを用いるときには、図２（ｂ）に示すように、低倍用
凹レンズ１３を光軸上の使用位置に位置させ、高倍用凸
レンズ１２は光軸上からハネノケるようになっている。

【００２０】

【実施例】このようにして高倍用対物レンズと低倍用対
物レンズとでコンデンサレンズを切換使用する場合の照
明光学系の構成を図３に示している。まず、高倍用対物
レンズを用いる場合について、図３（ａ）を参照して説
明する。

【００２１】前述のように、実線で示す光源１からの発
散光はコレクタレンズ３を通過して平行光束となってフ
ィールドレンズ４に入射し、フィールドレンズ４を通過
して収れん光となって開口絞り６の配設位置Ｂに集まっ
た後、発散光となってコンデンサレンズ１０（固定凸レ
ンズ１１）に入射する。ここで、位置Ｂはこの状態のコ
ンデンサレンズ１０（固定凸レンズ１１と高倍用凸レン
ズ１２とからなるレンズ群）の前側焦点位置に位置して
おり、コンデンサレンズ１０を通過して光は平行光束と
なって照明対象面２を照明する。この構成から分かるよ
うに、この光学系はケーラー照明系を構成する。このと
きコンデンサレンズ１０を通過した平行光束が当たる照
明対象面２の大きさ、すなわち照野ｈは視野絞り５によ
り調節可能である。

【００２２】このようにケーラー照明系を構成する図３
（ａ）の照明光学系では、図において破線で示す光源１
からの平行光束は、コレクタレンズ３により視野絞りの
配設位置Ａに収れんされた後、発散光となってフィール
ドレンズ４を通過して平行光束となる。この平行光束の
大きさは開口絞り６により調節可能であり、開口絞り６
により調節された平行光束は、コンデンサレンズ１０に
入射する。

【００２３】このコンデンサレンズ１０（固定凸レンズ
１１と高倍用凸レンズ１２とからなるレンズ群）の後側
焦点位置に照明対象面２が位置しており、コンデンサレ
ンズ１０に入射した平行光束は照明対象面２上の一点に
収れんされる。このときの収れん光１０のなす角θによ
り開口数Ｎ．Ａ．＝ｓｉｎθが決まる。このことから分
かるように、開口絞り６により開口数Ｎ．Ａ．を可変調
整可能である。また、この照明系では視野絞り５と照明
対象面２とが共役な位置関係となる。

【００２４】このようにケーラー照明を構成する図３
（ａ）の照明系は、１０倍〜１００倍の対物レンズの照
明用に用いられ、本実施例では具体的には次のように設
定されている。まず、コンデンサレンズ１０の焦点距離
ｆcon ＝１２、フィールドレンズの焦点距離ｆfl＝１０
０、視野絞り最大径Ｄ１＝３６φ、開口絞り最大径Ｄ２
＝２１．６φと設定されている。この結果、最大照野ｈ
(max) ＝３６×（１２／１００）＝４．３φが得られ
る。また、最大開口数Ｎ．Ａ．＝０．９（＝１０．８／
１２）が得られる。ここで、視野絞りのフィールドレン
ズ４に張る角度（α）が開口絞り６の最大径を与える。
この角度の最大値αmax ＝１０．８／１００＝０．１０
８である。

【００２５】次に、低倍用対物レンズを用いる場合につ
いて、図３（ｂ）を参照して説明する。この図におい
て、実線で示す光源１からの平行光束はコレクタレンズ
３を通過して視野絞りの配設位置Ａに収れんした後、発
散しながらフィールドレンズ４を通過して平行光束とな
る。この平行光束はコンデンサレンズ１０を構成する低
倍用凹レンズ１３を通過して若干発散される光となって
拡大されて固定凸レンズ１１に入射する。低倍用凹レン
ズ１３と固定凸レンズ１１とは略アフォーカル系を構成
しており、固定凸レンズ１１に入射した光は再び平行光
束となって照明対象面２を照射する。

【００２６】一方、図において破線で示す発散光はコレ
クタレンズ３を通過して平行光束となり、その大きさが
視野絞りで可変調整された後、フィールドレンズ４に入
射する。そして、フィールドレンズ４により収れんされ
てコンデンサレンズ１０に入射し、このコンデンサレン
ズ１０を通過して照明対象面２の一点に集まる。このこ
とから分かるように、光源１の像が照明対象面２に結像
するようになっており、この照明系全体としてクリティ
カル照明となる。

【００２７】このようにクリティカル照明を構成する本
実施例は、１倍〜４倍程度の対物レンズの照明用に用い
られ、本実施例では上述のように略アフォーカル系を構
成する低倍用凹レンズ１３と固定凸レンズ１１とは横倍
率β＝１．２に設定された。この結果、フィールドレン
ズ４とコンデンサレンズ１０との合成焦点距離ｆfc＝ｆ
fl×１．２＝１２０となる。従って、この照明系の最大
照野ｈ(max) ＝１２０×αmax ×２＝２６となり、１倍
の対物レンズに必要な照野ｈ＝２５を満足する。なお、
このとき、開口絞り６は照野ｈの大きさを調整する役
割、すなわち、照野絞りとしての役割を果たす。

【００２８】一方、このように略クリティカル照明であ
るため、視野絞り５が開口絞りの役割を果たす。従っ
て、開口数Ｎ．Ａ．＝（視野絞り半径）／（合成焦点距
離）＝１８／１２０＝０．１５となり、一般的な４倍対
物レンズの開口数の照明条件を十分満足することができ
る。

【００２９】ここで、１倍の対物レンズに必要な照野ｈ
＝２５を満足するには、固定凸レンズ１１は少なくとも
２５φの有効径が必要で若干の余裕をみて２６φの有効
径を有することが必要である。また、この２６φの有効
径を上記実施例では低倍用凹レンズ１３と固定凸レンズ
１１とは横倍率β＝１．２を有するアフォーカル系に設
定されているが、この横倍率βは、１．１＜β＜１．５
の範囲で設定するのが好ましい。横倍率が下限値を下回
ると照野が不足し、上限値を上回ると開口数が不足する
ためである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるコ
ンデンサレンズは、光源と照明対象面との間に、ハネノ
ケ可能な負屈折力の第１レンズ群と、固定配設される正
屈折力の第２レンズと、ハネノケ可能な正屈折力の第３
レンズ群とを配設して構成され、第１の使用状態では、
第１レンズ群をハネノケ位置に位置させるとともに第３
レンズ群を使用位置に位置せしめてコンデンサレンズ全
体として正の屈折力を有するようになっており、第２の
使用状態では、第１レンズ群を使用位置に位置させると
ともに第３レンズ群をハネノケ位置に位置させてコンデ
ンサレンズ全体を実質的にアフォーカル系とするように
なっていので、このような構成のコンデンサレンズの場
合には、第１の使用状態および第２の使用状態という２
段階の切換のみにより、１倍から１００倍程度という広
範囲にわたる対物レンズの照明条件に対応可能である。

【００３１】なお、１倍の対物レンズに要求される２５
ｍｍという広視野を照明可能とするために、第２レンズ
群の有効径は２６ｍｍ以上であることが望ましい。

【００３２】さらに、第２の使用状態におけるコンデン
サレンズの倍率βが、１．１＜β ＜１．５な
る条件を満足することが望ましく、これにより視野が不
足することなく、且つ開口数も不足することがないコン
デンサレンズを得ることができる。

【００３３】また、本発明の顕微鏡照明光学系は、上記
のコンデンサレンズと、このコンデンサレンズおよび光
源の間の光路中に配設されて光源の像を形成するリレー
光学系とにより構成され、顕微鏡の高倍対物レンズ使用
時には第１の使用状態のコンデンサレンズが用いられ、
低倍対物レンズ使用時には第２の使用状態のコンデンサ
レンズが使用される。その上で、第１の使用状態では、
光源から照明対象面に至る光学系がケーラー照明係を構
成し、第２の使用状態では、光源から照明対象面に至る
光学系がクリティカル照明係を構成するので、顕微鏡の
対物レンズを高倍（例えば、１０〜１００倍）で使用す
るときにはコンデンサレンズを第１の使用状態にし、低
倍（例えば、１〜４倍）で使用するときには第２の使用
状態にするだけで高倍（１００倍）から低倍（１倍）ま
で全範囲の照明が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る顕微鏡照明光学系の構成を示す概
略図である。

【図２】上記光学系に用いられる本発明に係るコンデン
サレンズ構成を示す図である。

【図３】高倍対物レンズを使用する場合の本発明に係る
顕微鏡照明光学系と、低倍対物レンズを使用する場合の
本発明に係る顕微鏡照明光学系とをそれぞれ示す構成図
である。

【図４】従来のコンデンサレンズの構成図である。

【図５】従来のコンデンサレンズの構成図である。

【図６】従来のコンデンサレンズの構成図である。

【符号の説明】

１光源２照明対象面３コレクタレンズ４フィールドレンズ５視野絞り６開口絞り１０コンデンサレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から照明対象面に至る光軸上に配置
される照明光学系用のコンデンサレンズであって、最も光源側に配置される負屈折力の第１レンズ群と、最も前記照明対象面側に配置される正屈折力の第３レン
ズ群と、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群の間に配置さ
れる正屈折力の第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群および第３レンズ群はそれぞれ、前記
光軸上に位置する使用位置と、前記光軸外に位置するハ
ネノケ位置とに移動可能であり、第１の使用状態では、前記第１レンズ群をハネノケ位置
に位置させるとともに前記第３レンズ群を使用位置に位
置せしめ、前記コンデンサレンズ全体として正の屈折力
を有し、第２の使用状態では、前記第１レンズ群を使用位置に位
置させるとともに前記第３レンズ群をハネノケ位置に位
置させ、前記コンデンサレンズ全体を実質的にアフォー
カル系とすることを特徴とするコンデンサレンズ。
【請求項２】前記第２レンズ群の有効径が２６ｍｍ以
上であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ
レンズ。
【請求項３】前記第２の使用状態における前記コンデ
ンサレンズの倍率βが、１．１＜ β ＜１．５なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２
に記載のコンデンサレンズ。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のコン
デンサレンズと、このコンデンサレンズおよび前記光源
との間の光路中に配設されて前記光源の像を形成するリ
レー光学系とを備えた顕微鏡照明光学系であって、前記第１の使用状態は前記顕微鏡の高倍使用状態であ
り、前記第２の使用状態は前記顕微鏡の低倍使用状態で
あり、前記第１の使用状態では、前記光源から前記照明対象面
に至る光学系がケーラー照明係を構成し、前記第２の使用状態では、前記光源から前記照明対象面
に至る光学系がクリティカル照明係を構成することを特
徴とする顕微鏡照明光学系。
【請求項５】前記第１の使用状態での前記照明対象面
と共役な位置には視野絞りが配置され、前記リレー光学系による前記光源の像が形成される位置
には開口絞りが配置され、前記第１の使用状態での前記コンデンサレンズの前記光
源側の焦点位置と、前記開口絞りの位置とが一致するよ
うに構成されることを特徴とする請求項４に記載の顕微
鏡照明光学系。
【請求項６】使用位置に位置した前記第１レンズ群と
前記第２レンズ群との間に前記開口絞りが位置すること
を特徴とする請求項５に記載の顕微鏡照明光学系。
【請求項７】前記第２の使用状態における前記視野絞
りは、前記照明対象面における開口数を決定するように
位置決めされることを特徴とする請求項５に記載の顕微
鏡照明光学系。