JP5189509B2 - 顕微鏡用照明光学系、及び顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡用の照明光学系に関し、特に様々な倍率の観察において利用される照明光学系に関する。

顕微鏡で観察に用いられる倍率は広範囲に及び、これに伴い照明光学系に求められる機能もさまざまである。一般に、低倍率での観察では観察範囲が大きくなるため、照明光学系にはより広い照明範囲を照明する機能が求められる。一方、高倍率での観察では観察範囲は小さくなるが、高い解像力を発揮するために、照明光学系には高い開口数（ＮＡ）が要求される。このように、照明光学系に求められる機能は高倍率時と低倍率時とで異なるため、通常、照明光学系は利用に適した倍率が予め決められている。

図８は、照明光学系のタイプと各タイプの利用に適した倍率を例示した概念図である。図８に例示されるように、照明光学系としては、高倍率での観察に適した高ＮＡタイプの照明光学系や、低倍率での観察に適した広視野タイプの照明光学系、照明光学系の一部のレンズを挿脱することにより高倍率に適した照明と低倍率に適した照明を切り替えることができる、いわゆるハネノケタイプの照明光学系などが設計され、実用化されている。

このような高ＮＡタイプの照明光学系と広視野タイプの照明光学系の交換により、または、ハネノケタイプの照明光学系における一部のレンズを挿脱するハネノケ操作により、観察倍率に応じて照明環境を最適化することができる。例えば、特許文献１、特許文献２ではハネノケタイプの照明光学系が開示されている。

特開平５−１３４１９０号公報 特開平６−１０１３４４号公報

上述したように、従来の照明光学系は観察倍率に応じて照明環境を最適化することができる。その一方で、例えば、低倍率（例えば、４０倍未満）から高倍率（例えば、４０倍以上）へ観察倍率を変更して観察を継続する際、ハネノケタイプの照明光学系を用いた場合でさえ、対物レンズの切替えなどの観察光学系の操作に加えて照明光学系の操作も必要となり、検鏡者へ負担を強いることが課題となっていた。

ところで、顕微鏡で利用される倍率には、使用頻度の高い倍率と低い倍率が存在する。例えば、４００倍を超える高倍率（例えば、１０００倍）での観察では、液浸対物レンズが用いられるが、液浸対物レンズを使用した後は、標本上に残ったオイル等を拭き取る手間を伴う。このような作業が必要となるため、液浸対物レンズが必要とされる高倍率（範囲Ａ）の使用頻度はそれほど高くない。また、極低倍率（例えば、１０倍）の場合、スクリーニングによる観察箇所の特定が困難な場合が多い。このため、このような極低倍率（範囲Ｂ）も使用する機会が少なく、使用頻度も低い。

以上のような実情を踏まえて、本発明は、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍程度の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減する照明光学系、及びそれを備えた顕微鏡を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、光源側から順に、コレクタレンズと、視野絞りと、正のパワーを有するフィールドレンズと、開口絞りと、正のパワーを有する集光レンズと、を含み、前記視野絞りから標本面の間がおよそ両側テレセントリックな光学系であり、前記集光レンズは、前記開口絞り側に曲率半径が標本側より小さな凸面を向けた正のパワーを有するレンズを含み、前記フィールドレンズは、少なくとも前記光源側から正のパワーを有する第１及び第２のレンズ群を含み、Ｄ_ＦＳは前記視野絞りの直径、βは前記標本面から前記視野絞りまでの倍率、ＮＡは照明光学系の前記標本面側の開口数、ｆは前記集光レンズと前記第２のレンズ群の合成焦点距離、Ｌは前記第２のレンズ群の前記光源側の端部から前記標本面までの距離とするとき、以下の条件式を満たす照明光学系を提供する。
１５≧Ｄ _ＦＳ ／β≧９ ・・・（１）
０．８５≧ＮＡ≧０．５ ・・・（２）
０．５≧ｆ／Ｌ≧０．３ ・・・（３）

本発明の第２の態様は、光源側から順に、コレクタレンズと、視野絞りと、正のパワーを有するフィールドレンズと、開口絞りと、正のパワーを有する集光レンズと、を含み、さらに、前記コレクタレンズと前記視野絞りとの間に、光源側から順に、光拡散素子と、正のパワーを有する調整レンズと、を含み、前記視野絞りから標本面の間がおよそ両側テレセントリックな光学系であり、Ｄ _ＦＳ は前記視野絞りの直径、βは前記標本面から前記視野絞りまでの倍率、ＮＡは照明光学系の前記標本面側の開口数、ｆ１は前記調整レンズの焦点距離、ｄは前記調整レンズから前記視野絞りまでの距離とするとき、以下の条件式を満たす照明光学系を提供する。
１５≧Ｄ _ＦＳ ／β≧９ ・・・（１）
０．８５≧ＮＡ≧０．５ ・・・（２）
１５≧ｆ１／ｄ≧２ ・・・（４）

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の照明光学系と、前記照明光学系に光を入射させる光源と、を含む顕微鏡を提供する。

本発明によれば、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍程度の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減する照明光学系、及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る照明光学系の全体構成の一例を示す概略図である。 本発明の一実施の形態に係る照明光学系のレンズ構成を例示する図である。 本発明の一実施の形態に係る照明光学系のレンズ構成の変形例を例示する図である。 本発明の一実施の形態に係る照明光学系の全体構成の変形例を示す概略図である。 図４に例示される光学素子の作用を説明するための概念図である。 光拡散素子に入射する光線の射出時における光量と光軸に対する角度の分布を例示した図である。 本発明の一実施の形態に係る照明光学系を備えた顕微鏡の構成を例示した図である。 照明光学系のタイプと各タイプの利用に適した倍率を例示した概念図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について詳細に説明する。

図１は、本実施例に係る照明光学系の全体構成の一例を示す概略図である。
本実施例に係る照明光学系１０は、透過照明光学系であり、光軸１の光源側から順に、光源２と、コレクタレンズ３と、視野絞り４（ＦＳ）と、フィールドレンズ５と、開口絞り６（ＡＳ）と、集光レンズ７と、を標本面８に向かって含んで構成されている。

光源２から射出された光は、コレクタレンズ３によりコリメートされ、視野絞り４を介してフィールドレンズ５に入射する。さらに、フィールドレンズ５に入射した光は、開口絞り６を介して集光レンズ７に入射し、標本面８を照明する。照明光学系１０は、視野絞り４から標本面８まではおよそ両側テレセントリックな光学系として構成されている。つまり、視野絞り４及び標本面８へ入射する光の主光線は、光軸１とおよそ平行である。このため、フィールドレンズ５と集光レンズ７は、それぞれ正のパワーを有し、フィールドレンズ５と集光レンズ７の間に位置する開口絞り６上にフィールドレンズ５の焦点及び集光レンズ７の焦点が位置する構成となっている。なお、光学的な特性が極端に低下してしまわない限り、視野絞り４から標本面８までは厳密にテレセントリック性が維持される必要はない。

図２は、本実施例に係る照明光学系のレンズ構成を例示する図である。図２では、視野絞り４から標本面８までの構成が例示されている。
図２に例示されるように、本実施例の照明光学系１０のフィールドレンズ５は、正のパワーを有する２つのレンズ群（レンズ群ＬＧ１、レンズ群ＬＧ２）から構成され、レンズ群ＬＧ１とレンズ群ＬＧ２の間はアフォーカルに構成されている。

また、集光レンズ７も、同様に、正のパワーを有する２つのレンズ群（レンズ群ＬＧ３、レンズ群ＬＧ４）から構成されている。集光レンズ７の正のパワーは標本面８を光軸１と平行に照明するために必要とされるが、収差補正の観点からは、開口絞り６側で先に大きく屈折させて標本面８の直前では大きく屈折させない構成が望ましい。このため、集光レンズ７を構成する２つのレンズ群は、開口絞り６（光源２）側に曲率半径の小さな凸面を有する正レンズを含んで構成されている。なお、小さな凸面は、集光レンズ７を構成する２つのレンズ群内のどのレンズにあってもよい。また、小さな凸面は、その小さな凸面を有するレンズの標本面８の凸面に比べて小さくてもよいし、集光レンズ７を構成する２つのレンズ群内の他の標本面８側の凸面に比べて小さくても良い。

以降、本明細書では、レンズ群ＬＧ２、レンズ群ＬＧ３、レンズ群ＬＧ４を、全体でコンデンサレンズと記す。
なお、図２に例示される光線１ａは、視野絞り４の端を通って標本面８の最端部を照明する光線であり、照明範囲を規定している。一方、光線１ｂは、光軸１上のマージナル光線であり、開口絞り６の端を通って標本面８に入射し、標本面８側のＮＡを規定している。

また、本実施例に係る照明光学系１０は、以下の条件式を満たしている。
１５≧Ｄ_ＦＳ／β≧９ ・・・（１）
０．８５≧ＮＡ≧０．５ ・・・（２）
ただし、Ｄ_ＦＳは、視野絞り４の直径を示し、βは、標本面８から視野絞り４までの倍率（つまり、フィールドレンズ５と集光レンズ７による倍率）を示す。ＮＡは、照明光学系１０の標本面８側の開口数を示す。

また、本実施例に係る照明光学系１０は、さらに好ましくは以下の条件式を満たしている。
０．５≧ｆ／Ｌ≧０．３ ・・・（３）
ただし、ｆは、コンデンサレンズ（レンズ群ＬＧ２、ＬＧ３、ＬＧ４）の焦点距離を示し、Ｌは、コンデンサレンズの光源２側の端部から標本面８までの距離を示す。

以下、各条件式について詳細に説明する。
まず、条件式（１）は、より大きな照明範囲が必要とされる低倍率（例えば、２０倍）時に、十分な照明範囲を確保するための条件を示している。より具体的には、直径Ｄ_ＦＳを倍率βで割った値は、視野絞り４（ＦＳ）が標本面８上に投影される大きさを示している。このため、条件式（１）の下限値９を下回ると、視野絞り４により光が遮られることにより、低倍率の観察時に十分な照明範囲が確保できない。一方、条件式（１）の上限値１５を超えると、例えば、視野絞り４や各種レンズの大型化やレンズ構成の複雑化などが伴い、照明光学系１０の大きさや製造コスト等が犠牲となってしまう。

また、条件式（２）は、より解像力が必要とされる高倍率（例えば、４００倍）時に、十分な解像を確保するための条件を示している。より具体的には、標本面８に入射する光のＮＡを示している。本実施例の照明光学系１０がカバーする最大の倍率は４００倍であるが、４００倍の観察において使用する対物レンズ側のＮＡは、通常およそ０．６５から０．９５の範囲である。これに対して照明光学系のＮＡは、一般的に対物レンズ側のＮＡの０．８倍程度が必要とされる。つまり、さまざまな対物レンズで用いられる照明光学系としては、少なくとも０．７５以上（≒０．９５×０．８）のＮＡが必要となる。また、対物レンズにはさまざまな仕様のものがあり、対物レンズの仕様によっては必要とされるＮＡはさらに小さくても良いものも存在する。以上を考慮すると、条件式（２）の下限値０．５を下回ると、比較的ＮＡが小さい対物レンズを用いた場合でも高倍率の観察時に十分な解像を得ることができない。一方、条件式（２）の上限値０．８５を超えると、視野絞り４や各種レンズの大型化やレンズ構成の複雑化などが伴い、照明光学系１０の大きさや製造コスト等が犠牲となってしまう。

さらに、条件式（３）は、条件式（１）と同様に、低倍率（例えば、２０倍）時に十分な照明範囲を確保するための条件である。ただし、条件式（３）はコンデンサレンズの光軸方向の大きさとの関係で、十分な照明範囲を確保するための条件が示されている。コンデンサレンズの焦点距離ｆは、視野絞り４（ＦＳ）の投影倍率に影響を及ぼす。一方、距離Ｌは、コンデンサレンズの全長に関係し、コンデンサレンズの全長は通常一定の範囲に収まるように設計されている。以上を考慮すると、条件式（３）の下限値０．３を下回ると、低倍率の観察時に十分な照明範囲が確保できなくなってしまう。これに対して条件式（３）の上限値０．５を上回ると、照明範囲が十分に確保できるが、その代りにコンデンサレンズ自体が大型化し、顕微鏡内に収まらなくなってしまう。

以上から、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とするためには、視野絞り４より標本面８側では上記の条件式を満たすように照明光学系を構成することが望ましい。

以下、図２に例示される本実施例に係る照明光学系１０の各種の諸元データを示す。なお、視野絞り４より標本面８側のデータのみを記載している。
r₁= ∞ d₁= 85.5 n₁= 1.0
r₂= 117.34 d₂= 4.0 n₂= 1.67 ν₂= 32.1
r₃= 40.12 d₃= 12.5 n₃= 1.52 ν₃= 64.14
r₄=-57.25 d₄= 37.36 n₄= 1.0
r₅= 65.35 d₅= 6.0 n₅= 1.52 ν₅= 64.14
r₆= ∞ d₆= 38.05 n₆= 1.0
r₇= 23.83 d₇= 12.0 n₇= 1.74 ν₇= 52.64
r₈=-30.16 d₈= 2.50 n₈= 1.85 ν₈= 23.78
r₉= 52.8 d₉= 1.74 n₉= 1.0
r₁₀= 20.16 d₁₀= 15.8 n₁₀= 1.74 ν₁₀= 52.64
r₁₁=-42.21 d₁₁= 1.55 n₁₁= 1.0
r₁₂= ∞ d₁₂= 1.2 n₁₂= 1.52 ν₁₂= 58.93
r₁₃= ∞ d₁₃= 0 n₁₃=1.0
ここで、ｒ₁からｒ₁₃はそれぞれ面番号s₁からs₁₃の各レンズ面の曲率半径（ｍｍ）を示し、ｄ₁からｄ₁₃は各レンズの間隔または厚さ（ｍｍ）を示し、ｎ₁からｎ₁₃は各レンズのｄ線に対する屈折率を示し、ν₁からν₁₂は各レンズのｄ線に対するアッベ数を示す。なお、ここで、面番号s₁は視野絞り４を示し、面番号s₁₂及び面番号s₁₃は標本を配置するスライドガラスの両面を示し、面番号s₁₃は標本面８を示す。例えば、レンズの間隔ｄ₁は、面番号s₁と面番号s₂の間隔または厚さを示す。

また、照明光学系１０において、レンズ群ＬＧ１の焦点距離ｆｇ１、レンズ群ＬＧ２の焦点距離ｆｇ２、レンズ群ＬＧ３の焦点距離ｆｇ３、レンズ群ＬＧ４の焦点距離ｆｇ４、コンデンサレンズの焦点距離ｆは、以下のとおりである。

ｆｇ１＝９４（ｍｍ）
ｆｇ２＝１２６．６（ｍｍ）
ｆｇ３＝６１．１（ｍｍ）
ｆｇ４＝２０．６（ｍｍ）
ｆ＝２７．６（ｍｍ）
また、照明光学系１０の標本面８側の開口数ＮＡ、視野絞り４の直径Ｄ_ＦＳ、標本面８から視野絞り４までの倍率β、コンデンサレンズの光源２側の端部から標本面８までの距離Ｌは、それぞれ以下のとおりである。

ＮＡ＝０．８
Ｄ_ＦＳ＝３８（ｍｍ）
β≒３．４
Ｌ＝７８．８４（ｍｍ）
なお、距離Ｌはs₅からs₁₃までの間隔として算出され、倍率βはレンズ群ＬＧ１の焦点距離ｆｇ１とコンデンサレンズの焦点距離ｆの比（＝ｆｇ１／ｆ）として算出される。

以上より、本実施例の照明光学系１０は、それぞれ式（Ｃ１）から（Ｃ３）で示すように、条件式（１）から（３）を満たしている。
Ｄ_ＦＳ／β＝３８／３．４≒１１．１８ ・・・（Ｃ１）
ＮＡ＝０．８ ・・・（Ｃ２）
ｆ／Ｌ＝２７．６／７８．８４≒０．３５ ・・・（Ｃ３）
以上のように構成された本実施例の照明光学系１０は、使用頻度の高い倍率間（２０倍から４００倍の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減することができる。

本実施例の照明光学系は、実施例１の変形例であり、実施例１の照明光学系１０に対してレンズの形状やレンズ間隔等を変更したものである。基本的な構成は実施例１の照明光学系１０と同様であるので、以降、照明光学系１０との相違点のみ説明する。

照明光学系２０の全体構成は、照明光学系１０と共通であり、図１に例示されるとおりである。図３は、本実施例に係る照明光学系のレンズ構成を例示する図である。
以下、図３に例示される本実施例に係る照明光学系２０の各種の諸元データを示す。なお、視野絞り４より標本面８側のデータのみを記載している。

r₁= ∞ d₁= 85.5 n₁= 1.0
r₂= 117.34 d₂= 4.0 n₂= 1.67 ν₂= 32.1
r₃= 40.12 d₃= 12.5 n₃= 1.52 ν₃= 64.14
r₄=-57.25 d₄= 34.0 n₄= 1.0
r₅= 45.93 d₅= 6.0 n₅= 1.52 ν₅= 64.14
r₆= 125.0 d₆= 36.88 n₆= 1.0
r₇= 40.19 d₇= 12.0 n₇= 1.74 ν₇= 52.64
r₈=-17.82 d₈= 2.5 n₈= 1.85 ν₈= 23.78
r₉= ∞ d₉= 0.5 n₉= 1.0
r₁₀= 23.31 d₁₀= 20.0 n₁₀= 1.74 ν₁₀= 49.34
r₁₁=-32.27 d₁₁= 3.0 n₁₁= 1.0
r₁₂= ∞ d₁₂= 1.2 n₁₂= 1.52 ν₁₂= 58.93
r₁₃= ∞ d₁₃= 0 n₁₃= 1.0
ここで、ｒ₁からｒ₁₃はそれぞれ面番号s₁からs₁₃の各レンズ面の曲率半径（ｍｍ）を示し、ｄ₁からｄ₁₃は各レンズの間隔または厚さ（ｍｍ）を示し、ｎ₁からｎ₁₃は各レンズのｄ線に対する屈折率を示し、ν₁からν₁₂は各レンズのｄ線に対するアッベ数を示す。なお、面番号s₁は視野絞り４を示し、面番号s₁₂及び面番号s₁₃は標本を配置するスライドガラスの両面を示し、面番号s₁₃は標本面８を示す。例えば、レンズの間隔ｄ₁は、面番号s₁と面番号s₂の間隔または厚さを示す。

また、照明光学系２０において、レンズ群ＬＧ１の焦点距離ｆｇ１、レンズ群ＬＧ２の焦点距離ｆｇ２、レンズ群ＬＧ３の焦点距離ｆｇ３、レンズ群ＬＧ４の焦点距離ｆｇ４、コンデンサレンズの焦点距離ｆは、以下のとおりである。

ｆｇ１＝９４（ｍｍ）
ｆｇ２＝１３７．１（ｍｍ）
ｆｇ３＝７５．４（ｍｍ）
ｆｇ４＝２１．５（ｍｍ）
ｆ＝２７．５（ｍｍ）
また、照明光学系２０の標本面８側の開口数ＮＡ、視野絞り４の直径Ｄ_ＦＳ、標本面８から視野絞り４までの倍率β、コンデンサレンズの光源２側の端部から標本面８までの距離Ｌは、それぞれ以下のとおりである。

ＮＡ＝０．７４
Ｄ_ＦＳ＝３８（ｍｍ）
β≒３．４２
Ｌ＝８２．０８（ｍｍ）
なお、距離Ｌはs₅からs₁₃までの間隔として算出され、倍率βはレンズ群ＬＧ１の焦点距離ｆｇ１とコンデンサレンズの焦点距離ｆの比（＝ｆｇ１／ｆ）として算出される。

以上より、本実施例の照明光学系２０は、それぞれ式（Ｃ１）から（Ｃ３）で示すように、条件式（１）から（３）を満たしている。
Ｄ_ＦＳ／β＝３８／３．４２≒１１．１１ ・・・（Ｃ１）
ＮＡ＝０．７４ ・・・（Ｃ２）
ｆ／Ｌ＝２７．５／８２．０８≒０．３３５ ・・・（Ｃ３）
以上のように構成された本実施例の照明光学系２０は、実施例１の照明光学系１０と同様に、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減することができる。

図４は、本実施例に係る照明光学系の全体構成を示す概略図である。図４に例示される照明光学系３０は、コレクタレンズ３と視野絞り４の間に光学素子３１をさらに含む点が照明光学系１０と異なっている。その他の構成は図１と共通であり、視野絞り４から標本面８側のレンズ構成は図２に例示される構成である。

光学素子３１は、高倍率での観察時に必要とされるＮＡを十分に確保できない場合、つまり、ＮＡを規定する光線の高さが光軸より離れすぎる場合に用いられる光学素子である。以下、光学素子３１の作用について説明する。

図５は、図４に例示される光学素子の作用を説明するための概念図である。図５（ａ）は光学素子３１がない場合、図５（ｂ）は光学素子３１がある場合を例示している。図５（ｂ）に例示されるように、光学素子３１は、光源側から順に、光拡散素子３２と、光拡散素子３２に近接して配置される正のパワーを有する調整レンズ３３を含んで構成されている。なお、説明を簡略化するため、照明範囲を規定する光線１ａ及びＮＡを規定する光線１ｂを不図示の標本面８から光源２に向かって追跡した場合を例に説明する。

図５（ａ）に例示されるように光学素子３１がない場合、照明範囲を規定する光線１ａは視野絞り４を光軸と平行に通過し、不図示のコレクタレンズ３を介して光源２へ到達することになる。一方、ＮＡを規定する光線１ｂはフィールドレンズ５から光軸１に対して大きな角度を持って視野絞り４を通過する。このため、角度が大きすぎると光線１ｂは不図示のコレクタレンズ３の有効径内からそれてしまい、光源２へ到達できない。このため、より小さな角度を有する光線のみが光源２へ到達することになり、高倍率での観察に必要なＮＡが確保できないことがある。

図５（ｂ）に例示されるように光学素子３１がある場合、照明範囲を規定する光線１ａは視野絞り４を光軸に対して平行に通過する。その後、正のパワーを有する調整レンズ３３により内向きに曲げられて、光軸１に対してわずかに角度を有する状態で光拡散素子３２へ入射する。一方、ＮＡを規定する光線１ｂはフィールドレンズ５から光軸１に対して大きな角度を持って視野絞り４を通過する。その後、正のパワーを有する調整レンズ３３により内向きに曲げられて、光軸１に対する角度をわずかに小さくした状態で光拡散素子３２へ入射する。このため、光線１ｂは、光学素子３１がない場合には光源２へ到達できないような大きな角度を持って視野絞り４を通過した場合であっても、調整レンズ３３及び光拡散素子３２を介して光源２へ到達することができる。なお、光拡散素子３２は光を拡散することにより光源２に到達できる光線の角度の許容範囲を広げる効果を有する。このため、光拡散素子３２を配置することで、視野絞り４通過時に大きな角度を有する光の光源２への到達を補助することができる。なお、光拡散素子３２と調整レンズ３３の位置関係については、光拡散素子３２により拡散した光が光路外へ出てしまうことを抑制するために、光拡散素子３２と調整レンズ３３は近接して配置されることが望ましい。

このように、光学素子３１を用いることで高倍時に必要とされるより高いＮＡを確保することができる。さらに具体的には、光学素子３１を用いることで、光線１ａの光量がわずかに少なくなるのと引き換えに光線１ｂの光量を確保し、それによって高倍時に必要とされるより高いＮＡを確保することができる。

図６は、光拡散素子３２に入射する光線の射出時における光量と光軸１に対する角度の分布を例示した図である。縦軸は射出光の光量、横軸は射出光の光軸１に対する角度を示している。以降、図６を参照しながら、光源２から標本面８に向かって進む光を例に、光学素子３１の作用をさらに詳細に説明する。

コレクタレンズ３によりコリメートされて光拡散素子３２に入射した光は、図６（ａ）に例示されるように光軸１と平行（θ＝０）に射出される光量が最も多く、大きな角度を持つほど射出される光量は小さくなる。しかし、光線１ａは調整レンズ３３での屈折を考慮すると光軸１に対してわずかに角度を有する光線として光拡散素子３２から射出される必要があるため、光軸１と平行に射出される場合に比べて光源２まで到達する光線１ａの光量Ｉａはわずかに小さくなる。それに対して、光線１ｂは調整レンズ３３での屈折を考慮すると、光軸１に対して比較的小さな角度を有する光線として光拡散素子３２から射出され、光源２に到達することになる。このため、光線１ｂの光量Ｉｂとして、ある程度の光量を確保することができる。

図６（ｂ）は、光学素子３１の調整レンズ３３を省略した場合の光線１ａと光線１ｂの光量を例示している。光学素子３１の調整レンズ３３を省略した場合は、光線１ａは光軸１に平行となるため光量Ｉａは十分に確保される。その代わりに、光線１ｂは角度が調整されないため光量Ｉｂは少なくなってしまい、光学素子３１本来の目的である高いＮＡを確保する観点からは好ましくない。

以上、調整レンズ３３の作用を考慮すると、照明光学系３０は、以下の条件式を満たしていることが望ましい。
１５≧ｆ１／ｄ≧２ ・・・（４）
ただし、ｆ１は調整レンズ３３の焦点距離を示し、ｄは調整レンズ３３から視野絞り４までの距離を示す。

条件式（４）は、視野絞り４に対する位置を基準として調整レンズ３３が好ましい特性を示す条件を示している。より具体的には、調整レンズ３３における光線角度の調整度合いを示している。例えば、ｆ１／ｄ＝１の場合、光拡散素子３２から最も多く射出される光軸１と平行な光線は、視野絞り４上に集光されてしまい、光線の角度は過剰に調整された状態となってしまう。このように、条件式（４）の下限値２を下回ると、照明範囲を規定する光線１ａの光量が確保できず、低倍時に十分な範囲を照明することができない。つまり、図６（ａ）に比べて、光線１ｂはさらに分布の中心に近づくが、光線１ａが分布の中心から大きくずれた状態となってしまう。一方、条件式（４）の上限値１５を超えると、調整レンズ３３による光線角度の調整機能はほとんど作用せず、ＮＡを規定する光線１ｂの光量が確保できない。つまり、図６（ｂ）とほぼ同じ状態となり、光学素子３１を配置する効果を十分に得ていない状態となる。

また、光学素子３１の光拡散素子３２を省略した場合は、図６に例示される角度に対する光量の広がりが存在しないため、調整レンズ３３により屈折した光が光源２まで到達するかしないかのいずれかとなり、高いＮＡの確保する観点からは好ましくない。

なお、光学素子３１の光拡散素子３２としては、図６に例示される拡散特性が適切な分布を示す光拡散素子を選択することが望ましい。具体的には、光拡散素子３２による光量の損失を抑制する観点から、図６に例示される光量の広がりが必要以上に大きくないものが望ましい。

また、光拡散素子３２としては、拡散板やマイクロレンズアレイなどを用いることができる。ただし、マイクロレンズアレイを用いる場合は、マイクロレンズアレイとともにさらに拡散板をマイクロレンズアレイの視野絞り４側に配置する構成が望ましい。これは、マイクロレンズアレイのような表面のパターンが大きな素子が瞳付近に存在すると、パターンが標本面８上に投影されてしまうことがあるためである。拡散板を視野絞り４とマイクロレンズアレイの間に配置することでマイクロレンズアレイのパターンを目立たなくすることができる。

以上のように構成された本実施例の照明光学系３０は、実施例１の照明光学系１０及び実施例２の照明光学系２０と同様に、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減することができる。

また、光学素子３１を追加することにより、実施例１の照明光学系１０及び実施例２の照明光学系２０以上に高いＮＡを確保することができる。
図７は、実施例１及び実施例２に係る照明光学系を備えた顕微鏡の構成を例示した図である。なお、図７に例示される顕微鏡４０では、照明光学系と、照明光学系に光を入射させる光源とを含んで構成されている。なお、ここでは、照明光学系中に実施例３に例示される光学素子３１を有していない場合が例示されているが、特にこれに限定されない。コレクタレンズ３と視野絞り４の間に光学素子３１を含めて顕微鏡を構成してもよい。このように、実施例１乃至実施例３の照明光学系を備えることにより、使用頻度の高い倍率間（例えば、２０倍から４００倍の間）の倍率変換において照明光学系の操作を不要とし、それによって検鏡者の操作負担を低減する顕微鏡を提供することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１・・・ 光軸
２・・・ 光源
３・・・ コレクタレンズ
４・・・ 視野絞り
５・・・ フィールドレンズ
６・・・ 開口絞り
７・・・ 集光レンズ
８・・・ 標本面
１０、２０、３０・・・ 照明光学系
３１・・・ 光学素子
３２・・・ 光拡散素子
３３・・・ 調整レンズ
４０・・・ 顕微鏡
１ａ、１ｂ・・・ 光線
Ａ、Ｂ・・・ 範囲
Ｉａ、Ｉｂ・・・ 光量
ＬＧ１、ＬＧ２、ＬＧ３、ＬＧ４・・・ レンズ群

Claims (3)

1. 光源側から順に、
   コレクタレンズと、
   視野絞りと、
   正のパワーを有するフィールドレンズと、
   開口絞りと、
   正のパワーを有する集光レンズと、
   を含み、
   前記視野絞りから標本面の間がおよそ両側テレセントリックな光学系であり、
   前記集光レンズは、前記開口絞り側に曲率半径が標本側より小さな凸面を向けた正のパワーを有するレンズを含み、
   前記フィールドレンズは、少なくとも前記光源側から正のパワーを有する第１及び第２のレンズ群を含み、
   Ｄ_ＦＳは前記視野絞りの直径、βは前記標本面から前記視野絞りまでの倍率、ＮＡは照明光学系の前記標本面側の開口数、ｆは前記集光レンズと前記第２のレンズ群の合成焦点距離、Ｌは前記第２のレンズ群の前記光源側の端部から前記標本面までの距離とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明光学系。
   １５≧Ｄ_ＦＳ／β≧９ ・・・（１）
   ０．８５≧ＮＡ≧０．５ ・・・（２）
   ０．５≧ｆ／Ｌ≧０．３ ・・・（３）
2. 光源側から順に、
   コレクタレンズと、
   視野絞りと、
   正のパワーを有するフィールドレンズと、
   開口絞りと、
   正のパワーを有する集光レンズと、
   を含み、
   さらに、前記コレクタレンズと前記視野絞りとの間に、光源側から順に、
   光拡散素子と、
   正のパワーを有する調整レンズと、
   を含み、
   前記視野絞りから標本面の間がおよそ両側テレセントリックな光学系であり、
   Ｄ_ＦＳは前記視野絞りの直径、βは前記標本面から前記視野絞りまでの倍率、ＮＡは照明光学系の前記標本面側の開口数、ｆ１は前記調整レンズの焦点距離、ｄは前記調整レンズから前記視野絞りまでの距離とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明光学系。
   １５≧Ｄ_ＦＳ／β≧９ ・・・（１）
   ０．８５≧ＮＡ≧０．５ ・・・（２）
   １５≧ｆ１／ｄ≧２ ・・・（４）
3. 請求項１または請求項２に記載の照明光学系と、
   前記照明光学系に光を入射させる光源と、を含むことを特徴とする顕微鏡。