[go: up one dir, main page]

JP5603761B2 - Illumination optics for fluorescent microscopes - Google Patents

Illumination optics for fluorescent microscopes Download PDF

Info

Publication number
JP5603761B2
JP5603761B2 JP2010265703A JP2010265703A JP5603761B2 JP 5603761 B2 JP5603761 B2 JP 5603761B2 JP 2010265703 A JP2010265703 A JP 2010265703A JP 2010265703 A JP2010265703 A JP 2010265703A JP 5603761 B2 JP5603761 B2 JP 5603761B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
illumination
optical system
fluorescence microscope
illumination optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010265703A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012118139A5 (en
JP2012118139A (en
Inventor
和彦 細野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2010265703A priority Critical patent/JP5603761B2/en
Publication of JP2012118139A publication Critical patent/JP2012118139A/en
Publication of JP2012118139A5 publication Critical patent/JP2012118139A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5603761B2 publication Critical patent/JP5603761B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

本発明は、蛍光顕微鏡用照明光学系に関し、特にオプティカルインテグレータを備える蛍光顕微鏡用照明光学系する。   The present invention relates to an illumination optical system for a fluorescence microscope, and more particularly to an illumination optical system for a fluorescence microscope provided with an optical integrator.

顕微鏡の代表的な照明方法として、クリティカル照明とケーラー照明が知られている。
クリティカル照明は、試料上に光源像を形成する照明方法である。クリティカル照明では、明るい照明を実現できるが、光源像の照度分布がそのまま試料上での照度分布となるため、試料を均一に照明することが難しい。一方、ケーラー照明は、対物レンズの瞳位置に光源像を形成する照明方法である。ケーラー照明では、光源像が試料面に投影されることがなく、試料上の照度分布が光源の輝度分布に依存しないため、試料をより均一に照明することができる。
Critical illumination and Koehler illumination are known as typical illumination methods for microscopes.
Critical illumination is an illumination method for forming a light source image on a sample. In the critical illumination, bright illumination can be realized, but since the illuminance distribution of the light source image becomes the illuminance distribution on the sample as it is, it is difficult to uniformly illuminate the sample. On the other hand, Koehler illumination is an illumination method that forms a light source image at the pupil position of an objective lens. In Koehler illumination, the light source image is not projected onto the sample surface, and the illuminance distribution on the sample does not depend on the luminance distribution of the light source, so that the sample can be illuminated more uniformly.

顕微鏡では、一般に照明の均一性がより重視されるため、ケーラー照明を実現する照明光学系、または、ケーラー照明とクリティカル照明とを任意に切り換えて実現する照明光学系が広く採用されている。   In the microscope, since uniformity of illumination is generally more important, an illumination optical system that realizes Koehler illumination or an illumination optical system that realizes by arbitrarily switching between Koehler illumination and critical illumination is widely adopted.

ケーラー照明を実現する照明光学系は、試料面と共役な位置に設けられた視野絞りで、照明領域の範囲(以降、照明範囲と記す。)を調整し、対物レンズの瞳と共役な位置に設けられた開口絞りで、照明領域での単位面積当たりの照明強度(以降、単に、照明強度と記す。)を、照明範囲を変更することなく調整することができる。しかしながら、視野絞りや開口絞りによる照明範囲や照明強度の調整は、照明光の光束の一部を遮断することになるため、光量の損失は避けられない。   The illumination optical system that realizes Koehler illumination adjusts the range of the illumination area (hereinafter referred to as the illumination range) with a field stop provided at a position conjugate with the sample surface, and is located at a position conjugate with the pupil of the objective lens. With the aperture stop provided, the illumination intensity per unit area in the illumination area (hereinafter simply referred to as illumination intensity) can be adjusted without changing the illumination range. However, adjustment of the illumination range and illumination intensity by the field stop or aperture stop interrupts a part of the luminous flux of the illumination light, and thus a loss of light quantity is inevitable.

このような課題に対して有効な技術として、例えば、特許文献1に開示されているような、光源ユニットと投光管の間の光束径を可変する技術、即ち、光源を対物レンズの瞳へ投影する倍率を可変する技術が知られている。   As an effective technique for such a problem, for example, as disclosed in Patent Document 1, a technique for changing a light beam diameter between a light source unit and a projector tube, that is, a light source to the pupil of an objective lens. A technique for changing the projection magnification is known.

図7(a)及び図7(b)は、光源ユニットと投光管の間の光束径を可変する従来技術について説明するための図である。図7(a)及び図7(b)に例示される照明光学系100は、光源111とコレクタレンズ112を含む光源ユニット110と、投光管ユニット120と、対物レンズ130と、を含み、さらに、必要に応じて、光源ユニット110と投光管ユニット120の間の光路中に挿入されて光束径を可変する変倍レンズユニット140を含んでいる。なお、図7(a)及び図7(b)では、変倍レンズユニット140を挿入した状態での光線が破線で表されて、変倍レンズユニット140を外した状態での光線が実線で表されている。   FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams for explaining the prior art for changing the beam diameter between the light source unit and the light projection tube. The illumination optical system 100 illustrated in FIGS. 7A and 7B includes a light source unit 110 including a light source 111 and a collector lens 112, a light projection tube unit 120, and an objective lens 130. The zoom lens unit 140 includes a variable power lens unit 140 that is inserted into an optical path between the light source unit 110 and the light projecting tube unit 120 to change the diameter of the light beam, as necessary. In FIG. 7A and FIG. 7B, the light beam with the variable power lens unit 140 inserted is represented by a broken line, and the light beam with the variable power lens unit 140 removed is represented by a solid line. Has been.

照明光学系100は、開口絞りASと対物レンズ130の瞳PLが共役となり、視野絞りFSと対物レンズ130の前側焦点位置が共役となるように構成されている。照明光学系100は、コレクタレンズ112が光源ユニット110内で移動することで、光源111の像が形成される位置を変更することができる。図7(a)は、光源111の像が開口絞りASに形成されて、ケーラー照明が実現されている状態を示した図である。また、図7(b)は、光源111の像が視野絞りFSに形成されて、クリティカル照明が実現されている状態を示した図である。   The illumination optical system 100 is configured such that the aperture stop AS and the pupil PL of the objective lens 130 are conjugate, and the front focal position of the field stop FS and the objective lens 130 is conjugate. The illumination optical system 100 can change the position where the image of the light source 111 is formed by moving the collector lens 112 within the light source unit 110. FIG. 7A is a view showing a state in which an image of the light source 111 is formed on the aperture stop AS and Koehler illumination is realized. FIG. 7B is a diagram showing a state where an image of the light source 111 is formed on the field stop FS and critical illumination is realized.

照明光学系100では、変倍レンズユニット140がアフォーカル光学系として構成されている。このため、図7(a)に例示されるように、光源ユニット110から平行光束が射出されるケーラー照明では、変倍レンズユニット140の有無によらず、光源111と開口絞りASの共役関係は維持される。このため、変倍レンズユニット140の挿入により、光束径が変化して照明範囲とそれに付随する照明強度が変化するが、光量の損失はほとんど生じない。   In the illumination optical system 100, the variable power lens unit 140 is configured as an afocal optical system. For this reason, as illustrated in FIG. 7A, in the Koehler illumination in which a parallel light beam is emitted from the light source unit 110, the conjugate relationship between the light source 111 and the aperture stop AS is independent of the presence or absence of the variable power lens unit 140. Maintained. For this reason, insertion of the variable power lens unit 140 changes the light beam diameter and changes the illumination range and the illumination intensity associated therewith, but almost no loss of light quantity occurs.

また、照明光学系100では、図7(b)に例示されるように、クリティカル状態でも、光源ユニット110から射出される照明光は略平行光束であるため、変倍レンズユニット140の有無によらず、光源111と視野絞りFSの共役関係はほぼ維持される。このため、変倍レンズユニット140の挿入により、光束径が変化して照明範囲とそれに付随する照明強度が変化するが、光量の損失はほとんど生じない。   Further, in the illumination optical system 100, as illustrated in FIG. 7B, the illumination light emitted from the light source unit 110 is a substantially parallel light beam even in the critical state. The conjugate relationship between the light source 111 and the field stop FS is substantially maintained. For this reason, insertion of the variable power lens unit 140 changes the light beam diameter and changes the illumination range and the illumination intensity associated therewith, but almost no loss of light quantity occurs.

以上のように、特許文献1で開示されるような、光源ユニットと投光管ユニットの間の光束径を可変する技術によれば、照明範囲とそれに付随する照明強度を調整することで、光量の損失が抑制された効率の良い照明を実現することができる。   As described above, according to the technique for changing the beam diameter between the light source unit and the light projecting tube unit as disclosed in Patent Document 1, the amount of light can be adjusted by adjusting the illumination range and the illumination intensity associated therewith. It is possible to achieve efficient illumination with reduced loss.

特開2002−250867号公報JP 2002-250867 A

ところで、顕微鏡の分野では、さらなる照明の均一性の向上が求められており、近年では、オプティカルインテグレータを用いてケーラー照明における照明の均一性を更に改善した照明光学系が実用化されている。   Meanwhile, in the field of microscopes, further improvement in illumination uniformity is required, and in recent years, an illumination optical system that further improves the illumination uniformity in Koehler illumination using an optical integrator has been put into practical use.

しかしながら、オプティカルインテグレータを用いた照明光学系に対しては、光源ユニットと投光管ユニットの間の光束径を可変する技術は有効ではなく、照明範囲とそれに付随する照明強度を調整することができない。   However, for an illumination optical system using an optical integrator, a technique for changing the beam diameter between the light source unit and the light projection tube unit is not effective, and the illumination range and the illumination intensity associated therewith cannot be adjusted. .

オプティカルインテグレータとして例えばフライアイレンズを用いた照明光学系に上記技術を適用すると、変倍レンズによりフライアイレンズに入射する光束径が変化するため、フライアイレンズにより形成される光源像の個数が変化することになる。しかしながら、これらの光源像の各々から射出された照明光は、試料面では互いに重なり合うことになるため、照明範囲自体は光源像の個数によって変化しない。   When the above technique is applied to an illumination optical system using, for example, a fly-eye lens as an optical integrator, the diameter of the light beam incident on the fly-eye lens is changed by the variable power lens, so the number of light source images formed by the fly-eye lens changes. Will do. However, since the illumination lights emitted from each of these light source images overlap each other on the sample surface, the illumination range itself does not change depending on the number of light source images.

従って、光源ユニットと投光管ユニットの間の光束径を可変する技術では、照明範囲及びそれに付随する単位面積当たりの照明強度の調整と、オプティカルインテグレータによる照明の高い均一性とを、同時に実現することはできない。   Therefore, the technology for changing the beam diameter between the light source unit and the light projecting tube unit simultaneously achieves adjustment of the illumination range and the associated illumination intensity per unit area and high uniformity of illumination by the optical integrator. It is not possible.

以上のような実情を踏まえ、本発明では、照明の高い均一性を実現しながら、照明範囲とそれに付随する照明強度を調整することで、光量の損失が抑制された効率の良い照明を実現し得る、照明光学系の技術を提供することを課題とする。   Based on the above circumstances, the present invention realizes efficient illumination with reduced light loss by adjusting the illumination range and the associated illumination intensity while realizing high uniformity of illumination. It is an object of the present invention to provide an illumination optical system technique.

本発明の第1の態様は、蛍光顕微鏡用照明光学系であって、光源側から順に、光源と、照明の均一性を向上させるためのオプティカルインテグレータと、リレーレンズと、変倍レンズと、対物レンズと、リレーレンズと対物レンズの間に、ダイクロイックミラーと、を含み、変倍レンズは、可変倍率を有するレンズ、または、異なる倍率を有するレンズと切り換え可能なレンズであり、リレーレンズとダイクロイックミラーの間に配置される、蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。 A first aspect of the present invention is an illumination optical system for a fluorescence microscope, and in order from the light source side, a light source, an optical integrator for improving illumination uniformity, a relay lens, a variable power lens, an objective lens and the lens, between the relay lens and the objective lens, comprising: a dichroic mirror, a zoom lens, a lens with variable magnification, or Ri lens and switchable lens der having different magnifications, a relay lens and the dichroic Provided is an illumination optical system for a fluorescence microscope disposed between mirrors .

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、リレーレンズは、変倍レンズがない状態で、オプティカルインテグレータの射出面と前記対物レンズの瞳面とを共役とする蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
According to a second aspect of the present invention, in the illumination optical system for a fluorescence microscope according to the first aspect, the relay lens has an exit surface of the optical integrator and a pupil plane of the objective lens in a state where there is no variable power lens. Provided is an illumination optical system for a fluorescence microscope that is conjugated .

本発明の第3の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、変倍レンズは、アフォーカル光学系である蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the fluorescent microscope illumination optical system according to the first or second aspect, wherein the zoom lens is an afocal optical system .

本発明の第4の態様は、第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つに記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、対物レンズの前側焦点位置と共役である視野絞りを含む蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, the illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of the first to third aspects further includes a field stop that is conjugate with the front focal position of the objective lens. Provided is an illumination optical system for a fluorescence microscope.

本発明の第5の態様は、第1の様態乃至第4の様態のいずれか1つに記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、光源とオプティカルインテグレータの間にコレクタレンズを含み、コレクタレンズの位置によりオプティカルインテグレータは、射出面に複数の光源の像を形成、または射出面から平行光を射出する蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
本発明の第6の態様は、第1の様態乃至第4の様態のいずれか1つに記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、光源とオプティカルインテグレータの間に移動可能なコレクタレンズを含み、コレクタレンズの移動によりケーラー照明とクリティカル照明との間に変更可能である蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
発明の第の態様は、第1の様態乃至第の様態のいずれか1つに記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、前記オプティカルインテグレータは、フライアイレンズである蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
本発明の第の態様は、第1の様態乃至第の様態のいずれか1つに記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、変倍レンズは、試料面への投影変倍の選択により照明範囲を任意に調整する蛍光顕微鏡用照明光学系を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of the first to fourth aspects, the collector lens further includes a collector lens between the light source and the optical integrator. Depending on the position, the optical integrator provides an illumination optical system for a fluorescence microscope that forms images of a plurality of light sources on the exit surface or emits parallel light from the exit surface.
According to a sixth aspect of the present invention, in the illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of the first to fourth aspects, further includes a collector lens movable between the light source and the optical integrator. Provided is an illumination optical system for a fluorescence microscope that can be changed between Kohler illumination and critical illumination by moving a collector lens.
According to a seventh aspect of the present invention, in the illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of the first to sixth aspects, the optical integrator is a fly-eye lens. I will provide a.
According to an eighth aspect of the present invention, in the illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of the first aspect to the seventh aspect, the variable power lens is illuminated by selecting a projection variable power on the sample surface. Provided is an illumination optical system for a fluorescence microscope that can arbitrarily adjust the range.

本発明によれば、照明の高い均一性を実現しながら、照明範囲とそれに付随する照明強度を調整することで、光量の損失が抑制された効率の良い照明を実現し得る、照明光学系の技術を提供することができる。   According to the present invention, an illumination optical system capable of realizing efficient illumination with reduced loss of light quantity by adjusting the illumination range and the associated illumination intensity while realizing high uniformity of illumination. Technology can be provided.

本発明の一実施形態に係る照明光学系の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the illumination optical system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に例示される照明光学系を含む蛍光顕微鏡の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the fluorescence microscope containing the illumination optical system illustrated by FIG. 変倍レンズユニットの挿入位置を説明するため図である。It is a figure for demonstrating the insertion position of a variable magnification lens unit. 変倍レンズユニットが光路上に挿入されていない照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating states of an entrance surface and an exit surface of a fly-eye lens, a pupil surface of an objective lens, and a sample surface in an illumination optical system in which a variable power lens unit is not inserted on the optical path. 光源ユニットと投光管ユニットの間に変倍レンズユニットが挿入された照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating states of an entrance surface and an exit surface of a fly-eye lens, a pupil plane of an objective lens, and a sample surface in an illumination optical system in which a variable power lens unit is inserted between a light source unit and a light projection tube unit. is there. 投光管ユニットと対物レンズの間に変倍レンズユニットが挿入された照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating states of an entrance surface and an exit surface of a fly-eye lens, a pupil plane of an objective lens, and a sample surface in an illumination optical system in which a variable power lens unit is inserted between a light projection tube unit and an objective lens. is there. 光源ユニットと投光管の間の光束径を可変する従来技術について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the prior art which changes the light beam diameter between a light source unit and a light projection tube.

図1(a)及び図1(b)は、本発明の一実施形態に係る照明光学系の構成を例示した図である。図1(a)及び図1(b)に例示される照明光学系1は、蛍光顕微鏡用照明光学系であって、光源側から順に、照明光を射出する光源11と光軸AXに沿って移動可能なコレクタレンズ12とを含む光源ユニット10と、投光管ユニット20と、変倍レンズ43を含む変倍レンズユニット40と、対物レンズ30と、を含んでいる。   FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams illustrating the configuration of an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. An illumination optical system 1 illustrated in FIGS. 1A and 1B is an illumination optical system for a fluorescence microscope, and sequentially from the light source side along the light source 11 that emits illumination light and the optical axis AX. The light source unit 10 including the movable collector lens 12, the light projecting tube unit 20, the variable power lens unit 40 including the variable power lens 43, and the objective lens 30 are included.

照明光学系1は、変倍レンズ43が光路上にない状態で、開口絞りASと対物レンズ30の瞳PLとが共役となり、視野絞りFSと対物レンズ30の前側焦点位置とが共役となるように構成されている。照明光学系1では、コレクタレンズ12が光源ユニット10内で移動することで、光源11の像が形成される位置が変化する。図1(a)は、光源11の像が開口絞りASに形成されて、ケーラー照明が実現されている状態を示した図である。また、図1(b)は、光源11の像が視野絞りFSに形成されて、クリティカル照明が実現されている状態を示した図である。   In the illumination optical system 1, the aperture stop AS and the pupil PL of the objective lens 30 are conjugated while the variable magnification lens 43 is not on the optical path, and the field stop FS and the front focal position of the objective lens 30 are conjugated. It is configured. In the illumination optical system 1, when the collector lens 12 moves in the light source unit 10, the position where the image of the light source 11 is formed changes. FIG. 1A is a diagram illustrating a state in which an image of the light source 11 is formed on the aperture stop AS and Koehler illumination is realized. FIG. 1B is a diagram showing a state in which an image of the light source 11 is formed on the field stop FS and critical illumination is realized.

投光管ユニット20は、光源側から順に、複数の光源11の像を形成するオプティカルインテグレータ21と、レンズ22及びレンズ23からなるリレーレンズ24と、含んでいる。さらに、投光管ユニット20は、開口絞りASと視野絞りFSを備えている。   The light projecting tube unit 20 includes, in order from the light source side, an optical integrator 21 that forms images of a plurality of light sources 11, and a relay lens 24 including a lens 22 and a lens 23. Furthermore, the light projection tube unit 20 includes an aperture stop AS and a field stop FS.

リレーレンズ24は、変倍レンズ43が光路上にない状態で、オプティカルインテグレータ21により形成された複数の光源11の像を対物レンズ30の瞳PLと共役にするように構成されている。より具体的には、図1(a)で例示されるように、リレーレンズ24を構成するレンズ22は、オプティカルインテグレータ21により形成された複数の光源11の像と開口絞りASとが共役となるように、また、リレーレンズ24を構成するレンズ23は、開口絞りASと対物レンズ30の瞳PLとが共役になるように、構成されている。さらに、図1(b)で例示されるように、リレーレンズ24を構成するレンズ23は、視野絞りFSに集光した光を平行光に変換して、レンズ23と対物レンズ30とで視野絞りFSを対物レンズ30の前側焦点位置と共役にするように構成されている。   The relay lens 24 is configured to conjugate the images of the plurality of light sources 11 formed by the optical integrator 21 with the pupil PL of the objective lens 30 in a state where the zoom lens 43 is not on the optical path. More specifically, as illustrated in FIG. 1A, in the lens 22 constituting the relay lens 24, the images of the plurality of light sources 11 formed by the optical integrator 21 and the aperture stop AS are conjugate. Similarly, the lens 23 constituting the relay lens 24 is configured such that the aperture stop AS and the pupil PL of the objective lens 30 are conjugate. Further, as illustrated in FIG. 1B, the lens 23 constituting the relay lens 24 converts the light condensed on the field stop FS into parallel light, and the field stop is formed by the lens 23 and the objective lens 30. The FS is configured to be conjugate with the front focal position of the objective lens 30.

オプティカルインテグレータ21は、試料面上での照明の均一性を向上させるための光学素子であり、例えば、フライアイレンズやロッドレンズなどが挙げられる。なお、図1(a)及び図1(b)では、光源11の像を射出面に形成するフライアイレンズが例示されている。このため、リレーレンズ24は、変倍レンズ43がない状態で、フライアイレンズ(オプティカルインテグレータ21)の射出面を対物レンズ30の瞳PLと共役とする。   The optical integrator 21 is an optical element for improving the uniformity of illumination on the sample surface, and examples thereof include a fly-eye lens and a rod lens. 1A and 1B illustrate a fly-eye lens that forms an image of the light source 11 on the exit surface. For this reason, the relay lens 24 conjugates the exit surface of the fly-eye lens (optical integrator 21) to the pupil PL of the objective lens 30 in the absence of the zoom lens 43.

変倍レンズユニット40は、レンズ41とレンズ42からなる変倍レンズ43を含んでいる。変倍レンズ43は、可変倍率を有するレンズ、例えば、ズームレンズとして構成されても良い。また、変倍レンズ43は、変倍レンズユニット40の交換により、異なる倍率を有するレンズと切り換え可能なレンズであってもよい。レンズの切り換えは、不図示の切り換え機構、例えば、スライダ、ドラム、ターレットなどにより行われても良い。なお、図1(a)及び図1(b)では、変倍レンズ43(変倍レンズユニット40)を挿入した状態での光線が破線で表されて、変倍レンズ43(変倍レンズユニット40)を外した状態での光線が実線で表されている。   The variable power lens unit 40 includes a variable power lens 43 including a lens 41 and a lens 42. The variable magnification lens 43 may be configured as a lens having a variable magnification, for example, a zoom lens. The variable power lens 43 may be a lens that can be switched to a lens having a different magnification by exchanging the variable power lens unit 40. The lens switching may be performed by a switching mechanism (not shown), for example, a slider, a drum, a turret, and the like. In FIGS. 1A and 1B, the light beam in a state where the variable power lens 43 (the variable power lens unit 40) is inserted is represented by a broken line, and the variable power lens 43 (the variable power lens unit 40). The light beam with the) removed is represented by a solid line.

以上のように構成された照明光学系1によれば、図1(a)に例示されるように、オプティカルインテグレータ21により形成された複数の光源11の像の各々を対物レンズ30の瞳PLへ投影する倍率を、変倍レンズ43により可変することができる。また、図1(b)に例示されるように、光源11を対物レンズ30の前側焦点位置に投影する倍率を、変倍レンズ43により可変することができる。このため、照明光学系1は、オプティカルインテグレータ21により照明の高い均一性を実現しながら、照明範囲とそれに付随する単位面積当たりの照明強度を調整することが可能である。その結果、照明光学系1は、光量の損失を抑制して、必要な領域を効率良く照明することができる。   According to the illumination optical system 1 configured as described above, each of the images of the plurality of light sources 11 formed by the optical integrator 21 is applied to the pupil PL of the objective lens 30 as illustrated in FIG. The magnification to be projected can be changed by the variable power lens 43. Further, as illustrated in FIG. 1B, the magnification at which the light source 11 is projected onto the front focal position of the objective lens 30 can be varied by the variable power lens 43. Therefore, the illumination optical system 1 can adjust the illumination range and the associated illumination intensity per unit area while realizing high uniformity of illumination by the optical integrator 21. As a result, the illumination optical system 1 can efficiently illuminate a necessary area while suppressing a loss of light amount.

ただし、照明光学系1では、変倍レンズ43が追加された状態では、開口絞りASと対物レンズ30の瞳PLの共役関係は、厳密には維持されない。その結果、図1(a)に例示されるように、光源11の像が対物レンズ30の瞳PLからずれた位置に形成されることになる。このため、厳密なケーラー照明を実現することはできない。このことは、光源から射出された照明光が試料面で反射した光や透過した光を検出する明視野観察では、観察性能を劣化させる原因となる。   However, in the illumination optical system 1, the conjugate relationship between the aperture stop AS and the pupil PL of the objective lens 30 is not strictly maintained in the state where the variable power lens 43 is added. As a result, as illustrated in FIG. 1A, the image of the light source 11 is formed at a position shifted from the pupil PL of the objective lens 30. For this reason, exact Koehler illumination cannot be realized. This is a cause of deterioration in observation performance in bright field observation in which illumination light emitted from a light source detects light reflected by a sample surface or transmitted light.

しかしながら、蛍光観察では、必ずしも厳密なケーラー照明は必要とされない。これは、第1に、蛍光観察では、励起光である照明光自体は検出対象ではなく、試料に導入されている蛍光色素や蛍光蛋白質(以降、蛍光物質と記す。)から射出される蛍光が検出対象であること、第2に、蛍光は、照明光の照射により新たな光源として機能する蛍光物質から、等方的に発せられること、が主な理由である。このため、照明光学系1は、蛍光顕微鏡用の照明光光学系として、特に好適である。   However, strict Koehler illumination is not necessarily required for fluorescence observation. First, in fluorescence observation, illumination light itself as excitation light is not a detection target, but fluorescence emitted from a fluorescent dye or fluorescent protein (hereinafter referred to as a fluorescent substance) introduced into a sample. The main reason is that it is a detection target and secondly, fluorescence is emitted isotropically from a fluorescent material that functions as a new light source by irradiation of illumination light. For this reason, the illumination optical system 1 is particularly suitable as an illumination light optical system for a fluorescence microscope.

また、照明光学系1では、変倍レンズ43が追加された状態では、開口絞りASと対物レンズ30の瞳PLの共役関係だけではなく、視野絞りFSと対物レンズ30の前側焦点位置の共役関係も維持されない可能性がある。視野絞りFSと対物レンズ30の前側焦点位置の共役関係が崩れると、対物レンズ30の前側焦点位置、即ち、試料面に投影される視野絞りFSの像がボケてしまう。このため、観察者は、視野絞りFSを明瞭に観察することができず、視野絞りFSにより視野を絞っている範囲を正確に認識することができない。   Further, in the illumination optical system 1, not only the conjugate relationship between the aperture stop AS and the pupil PL of the objective lens 30 but also the conjugate relationship between the field stop FS and the front focal position of the objective lens 30 in the state where the variable magnification lens 43 is added. May not be maintained. When the conjugate relationship between the field stop FS and the front focal position of the objective lens 30 is broken, the front focal position of the objective lens 30, that is, the image of the field stop FS projected on the sample surface is blurred. For this reason, the observer cannot clearly observe the field stop FS, and cannot accurately recognize the range in which the field of view is narrowed by the field stop FS.

従って、変倍レンズ43は、アフォーカル光学系として構成されることが望ましい。変倍レンズ43がアフォーカル光学系として構成されることで、視野絞りFSと対物レンズ30の前側焦点位置の共役関係を維持することができるため、観察者は、視野絞りFSを明瞭に観察することができる。また、照明光学系1が用いられる蛍光顕微鏡では、試料面と共役な関係にある視野絞りFSの位置にさまざまな光学素子、例えば、共焦点効果を得るための共焦点絞りなど、が配置されることがある。変倍レンズ43をアフォーカル光学系として構成することで、照明光学系1は、変倍レンズ43が光路上に挿入された状態にあっても、視野絞りFSの位置に配置される光学素子によって得られる効果を維持することができる。   Therefore, it is desirable that the variable power lens 43 is configured as an afocal optical system. Since the variable power lens 43 is configured as an afocal optical system, the conjugate relationship between the field stop FS and the front focal position of the objective lens 30 can be maintained, so the observer clearly observes the field stop FS. be able to. In the fluorescence microscope using the illumination optical system 1, various optical elements, for example, a confocal stop for obtaining a confocal effect, are arranged at the position of the field stop FS that is conjugated with the sample surface. Sometimes. By configuring the variable power lens 43 as an afocal optical system, the illumination optical system 1 can be controlled by an optical element disposed at the position of the field stop FS even when the variable power lens 43 is inserted in the optical path. The effect obtained can be maintained.

図2は、図1に例示される照明光学系を含む蛍光顕微鏡の構成を例示した図である。図2に例示されるように、蛍光顕微鏡50に含まれる照明光学系2は、励起光である照明光と検出光である蛍光とを分離するために、投光管ユニット20(リレーレンズ24)と対物レンズ30の間に、ダイクロイックミラー51を含んでいる点が、図1に例示される照明光学系1と異なっている。   FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a fluorescence microscope including the illumination optical system illustrated in FIG. As illustrated in FIG. 2, the illumination optical system 2 included in the fluorescence microscope 50 separates the projection light unit 20 (relay lens 24) in order to separate the illumination light that is excitation light and the fluorescence that is detection light. 1 and the objective lens 30 is different from the illumination optical system 1 illustrated in FIG. 1 in that a dichroic mirror 51 is included.

ダイクロイックミラー51を含む照明光学系2では、変倍レンズ43は、リレーレンズ24とダイクロイックミラー51の間に配置されることが望ましい。変倍レンズ43をリレーレンズ24とダイクロイックミラー51の間に配置することで、変倍レンズ43は励起光である照明光のみに作用し、蛍光には作用しないからである。これにより、観察倍率を変更することなく、照明範囲とそれに付随する照明強度のみを調整することが可能となる。   In the illumination optical system 2 including the dichroic mirror 51, the zoom lens 43 is preferably disposed between the relay lens 24 and the dichroic mirror 51. This is because by arranging the zoom lens 43 between the relay lens 24 and the dichroic mirror 51, the zoom lens 43 acts only on the illumination light that is the excitation light and does not act on the fluorescence. This makes it possible to adjust only the illumination range and the illumination intensity associated therewith without changing the observation magnification.

以下、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズを用いた照明光学系を例として、変倍レンズユニット(変倍レンズ)の挿入位置による作用の違いについて具体的に説明する。   The difference in action depending on the insertion position of the variable power lens unit (variable power lens) will be specifically described below by taking an illumination optical system using a fly-eye lens as an optical integrator as an example.

図3は、変倍レンズユニットの挿入位置を説明するため図である。図3に例示される照明光学系3は、光源ユニット60と、フライアイレンズ71を含む投光管ユニット70と、対物レンズ80と、を含んでいる。なお、光源ユニット60、投光管ユニット70、対物レンズ80は、それぞれ、図1に例示される照明光学系1の光源ユニット10、投光管ユニット20、対物レンズ30と同様の構成要素により構成されていて、光学的な位置関係についても同様である。このため、同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。ただし、投光管ユニット70は、オプティカルインテグレータ21の代わりにフライアイレンズ71を含んでいる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the insertion position of the variable magnification lens unit. The illumination optical system 3 illustrated in FIG. 3 includes a light source unit 60, a light projecting tube unit 70 including a fly-eye lens 71, and an objective lens 80. The light source unit 60, the light projecting tube unit 70, and the objective lens 80 are configured by the same components as the light source unit 10, the light projecting tube unit 20, and the objective lens 30 of the illumination optical system 1 illustrated in FIG. The same applies to the optical positional relationship. For this reason, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. However, the light projecting tube unit 70 includes a fly-eye lens 71 instead of the optical integrator 21.

また、照明光学系3は、変倍レンズユニット90を光路上に挿入することができる。変倍レンズユニット90は、図1に例示される照明光学系1の変倍レンズユニット40と同様の構成要素からなり、光源ユニット60と投光管ユニット70の間、または、投光管ユニット70と対物レンズ80の間に挿入され得る。   Further, the illumination optical system 3 can insert the variable magnification lens unit 90 on the optical path. The variable power lens unit 90 includes the same components as the variable power lens unit 40 of the illumination optical system 1 illustrated in FIG. 1, and is between the light source unit 60 and the light projecting tube unit 70 or the light projecting tube unit 70. And the objective lens 80.

なお、光源ユニット60と投光管ユニット70の間に変倍レンズユニット90を挿入した構成は、投光管ユニット70にフライアイレンズ71が含まれる点を除くと、上述した特許文献1に開示される構成に近い構成である。また、投光管ユニット70と対物レンズ80の間に変倍レンズユニット90を挿入した構成は、図1に例示される照明光学系1と同様の構成である。   The configuration in which the variable power lens unit 90 is inserted between the light source unit 60 and the light projecting tube unit 70 is disclosed in Patent Document 1 described above except that the light projecting tube unit 70 includes a fly-eye lens 71. This is a configuration close to the configuration to be performed. Further, the configuration in which the variable power lens unit 90 is inserted between the light projecting tube unit 70 and the objective lens 80 is the same as the configuration of the illumination optical system 1 illustrated in FIG.

図4は、変倍レンズユニットが光路上に挿入されていない照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。図5は、光源ユニットと投光管ユニットの間に変倍レンズユニットが挿入された照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。図6は、投光管ユニットと対物レンズの間に変倍レンズユニットが挿入された照明光学系における、フライアイレンズの入射面及び射出面、対物レンズの瞳面、試料面の各々の状態を示した図である。   FIG. 4 is a diagram showing states of the entrance surface and exit surface of the fly-eye lens, the pupil surface of the objective lens, and the sample surface in the illumination optical system in which the variable power lens unit is not inserted on the optical path. FIG. 5 shows the states of the entrance surface and exit surface of the fly-eye lens, the pupil surface of the objective lens, and the sample surface in the illumination optical system in which the variable power lens unit is inserted between the light source unit and the light projection tube unit. FIG. FIG. 6 shows the states of the entrance surface and exit surface of the fly-eye lens, the pupil surface of the objective lens, and the sample surface in the illumination optical system in which the variable power lens unit is inserted between the projection tube unit and the objective lens. FIG.

なお、図4、図5、及び図6では、光源11の像IMは黒丸で、照明光束が通過する領域の範囲Rはハッチング線で示されている。また、図4(c)、図5(c)、図6(c)に示される径D1は、対物レンズ80の瞳径を示している。   4, 5, and 6, the image IM of the light source 11 is indicated by a black circle, and the range R of the region through which the illumination light beam passes is indicated by a hatching line. Further, the diameter D1 shown in FIGS. 4C, 5C, and 6C indicates the pupil diameter of the objective lens 80. FIG.

図4(a)から図4(d)を参照しながら、変倍レンズユニット90が光路上に挿入されていない状態でのケーラー照明における各面の状態について説明する。
図4(a)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、フライアイレンズ71の外径に略等しい光束径を有する照明光が平行光として入射する。
With reference to FIGS. 4A to 4D, the state of each surface in the Koehler illumination in a state where the variable power lens unit 90 is not inserted on the optical path will be described.
As illustrated in FIG. 4A, illumination light having a light beam diameter substantially equal to the outer diameter of the fly-eye lens 71 is incident on the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71 as parallel light.

図4(b)に例示されるように、フライアイレンズ71に入射した光は、フライアイレンズ71の各要素Eにより集光されて、フライアイレンズ71の射出面71bに要素E毎に光源11の像IMを形成する。   As illustrated in FIG. 4B, the light incident on the fly-eye lens 71 is collected by each element E of the fly-eye lens 71, and a light source for each element E on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. Eleven images IM are formed.

フライアイレンズ71の射出面71bは、共役関係にある対物レンズ80の瞳面にリレーレンズ24によって定まる所定の倍率で投影される。ここでは、投影倍率が1.18倍の例が示されているため、図4(c)に例示されるように、対物レンズ80の瞳面での光源11の像IM及び要素Eの大きさは、フライアイレンズ71の射出面71bでの光源11の像IM及び要素Eの大きさの1.18倍になっている。   The exit surface 71b of the fly-eye lens 71 is projected at a predetermined magnification determined by the relay lens 24 onto the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship. Here, since an example in which the projection magnification is 1.18 times is shown, the size of the image IM and the element E of the light source 11 on the pupil plane of the objective lens 80 as illustrated in FIG. Is 1.18 times the size of the image IM and the element E of the light source 11 on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71.

図4(c)に例示されるように、複数の光源11の像IMは、対物レンズ80の瞳径D1で示される領域をはみ出すことなく適度に満している。このため、図4(a)から図4(d)で示されるケーラー照明では、光量を損失することなく効率的に試料面を照明することが可能であり、明るい照明が実現されている。   As illustrated in FIG. 4C, the images IM of the plurality of light sources 11 are adequately filled without protruding the area indicated by the pupil diameter D <b> 1 of the objective lens 80. For this reason, the Koehler illumination shown in FIGS. 4A to 4D can illuminate the sample surface efficiently without losing the amount of light, and bright illumination is realized.

なお、対物レンズ80の瞳面に形成された各光源像から射出された照明光は、試料面上に互いに重なり合って照射されるため、図4(d)に例示されるように、それぞれ試料面上の同一の領域を照明する。このため、均一な照明が実現される。   In addition, since the illumination light emitted from each light source image formed on the pupil plane of the objective lens 80 is irradiated onto the sample surface so as to overlap each other, as illustrated in FIG. Illuminate the same area above. For this reason, uniform illumination is realized.

図4(e)から図4(f)を参照しながら、変倍レンズユニット90が光路上に挿入されていない状態でのクリティカル照明における各面の状態について説明する。
図4(e)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、単一の光源11の像IMが形成される。複数の要素Eに跨って光源11の像IMが形成されているため、単一の光源11の像IMは、それらの複数の要素Eにより分割される。
A state of each surface in the critical illumination in a state where the variable power lens unit 90 is not inserted on the optical path will be described with reference to FIGS. 4 (e) to 4 (f).
As illustrated in FIG. 4E, the image IM of the single light source 11 is formed on the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71. Since the image IM of the light source 11 is formed across the plurality of elements E, the image IM of the single light source 11 is divided by the plurality of elements E.

図4(f)に例示されるように、分割された光源11の像IMからの光は、各要素Eにより平行光に変換されて、フライアイレンズ71の射出面71bから射出される。
フライアイレンズ71の射出面71bは、上述したように、共役関係にある対物レンズ80の瞳面に1.18倍で投影される。このため、図4(g)に例示されるように、照明光は、フライアイレンズ71の射出面71bの領域Rの1.18倍の大きさを有する、対物レンズ80の瞳面上の領域Rに入射する。対物レンズ80の瞳面上の領域Rは、対物レンズ80の瞳径D1で示される領域内に収まっている。このため、図4(e)から図4(h)で示されるクリティカル照明でも、光量を損失することなく効率的に試料面を照明することが可能であり、明るい照明が実現されている。
As illustrated in FIG. 4F, the light from the divided image IM of the light source 11 is converted into parallel light by each element E and is emitted from the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71.
As described above, the exit surface 71b of the fly-eye lens 71 is projected at 1.18 times on the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship. For this reason, as illustrated in FIG. 4G, the illumination light has a region on the pupil plane of the objective lens 80 having a size 1.18 times larger than the region R of the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. Incident to R. The region R on the pupil plane of the objective lens 80 is within the region indicated by the pupil diameter D1 of the objective lens 80. Therefore, even with the critical illumination shown in FIGS. 4E to 4H, it is possible to efficiently illuminate the sample surface without losing the amount of light, and bright illumination is realized.

なお、対物レンズ80の瞳面に入射した照明光は、試料面上に集光し、試料面上に光源11の像を形成する。照明範囲は、フライアイレンズの要素Eの大きさと、要素Eの試料面への投影倍率によって定まる。この点については、ケーラー照明とクリティカル照明との間で違いはない。このため、図4(h)に示される照明範囲は、図4(d)に示される照明範囲と同様である。   The illumination light incident on the pupil surface of the objective lens 80 is condensed on the sample surface, and an image of the light source 11 is formed on the sample surface. The illumination range is determined by the size of the element E of the fly-eye lens and the projection magnification of the element E onto the sample surface. In this regard, there is no difference between Kohler lighting and critical lighting. For this reason, the illumination range shown in FIG. 4 (h) is the same as the illumination range shown in FIG. 4 (d).

変倍レンズユニット90を含まない照明光学系は、ケーラー照明とクリティカル照明のいずれの状態においても、要素Eの試料面への投影倍率が固定されているため、照明範囲を任意に調整することができず、それに付随する単位面積当たりの照明強度を調整することもできない。従って、照明光学系3による照明範囲と実際に照明が必要な領域の範囲が一致しない場合には、必要な領域のみを効率を良く照明することができない。   In the illumination optical system that does not include the zoom lens unit 90, the projection magnification of the element E onto the sample surface is fixed in both the Koehler illumination and the critical illumination, so that the illumination range can be arbitrarily adjusted. It is not possible to adjust the illumination intensity per unit area associated therewith. Therefore, when the illumination range by the illumination optical system 3 and the range of the area that actually needs illumination do not match, only the necessary area cannot be efficiently illuminated.

図5(a)から図5(d)を参照しながら、光源ユニット60と投光管ユニット70の間の光路上に変倍レンズユニット90が挿入された状態でのケーラー照明における各面の状態について説明する。   With reference to FIGS. 5A to 5D, the state of each surface in Kohler illumination in a state where the variable power lens unit 90 is inserted on the optical path between the light source unit 60 and the light projection tube unit 70. Will be described.

図5(a)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、変倍レンズ43により光束径が可変された照明光が平行光として入射する。なお、図5(a)では、図4(a)に比べて光束径が細くなった場合が例示されている。   As illustrated in FIG. 5A, illumination light whose beam diameter is changed by the variable power lens 43 is incident on the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71 as parallel light. FIG. 5A illustrates the case where the beam diameter is smaller than that in FIG.

図5(b)に例示されるように、フライアイレンズ71に入射した照明光は、照明光が入射した各要素Eにより集光されて、フライアイレンズ71の射出面71bに要素E毎に光源11の像IMを形成する。即ち、変倍レンズユニット90の挿入により、フライアイレンズ71の射出面71bに形成される光源11の像の個数が変化する。   As illustrated in FIG. 5B, the illumination light incident on the fly-eye lens 71 is collected by each element E on which the illumination light is incident, and is incident on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71 for each element E. An image IM of the light source 11 is formed. In other words, the number of images of the light source 11 formed on the exit surface 71b of the fly-eye lens 71 changes due to the insertion of the variable power lens unit 90.

フライアイレンズ71の射出面71bは、共役関係にある対物レンズ80の瞳面に1.18倍で投影される。このため、図5(c)に例示されるように、対物レンズ80の瞳面での光源11の像IM及び要素Eの大きさは、フライアイレンズ71の射出面71bでの光源11の像IM及び要素Eの大きさの1.18倍になっている。   The exit surface 71b of the fly-eye lens 71 is projected at 1.18 times on the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship. For this reason, as illustrated in FIG. 5C, the size of the image IM and the element E of the light source 11 on the pupil plane of the objective lens 80 is the image of the light source 11 on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. 1.18 times the size of IM and element E.

図5(c)に例示されるように、複数の光源11の像IMは、対物レンズ80の瞳径D1で示される領域内に収まっている。このため、図5(a)から図5(d)で示されるケーラー照明では、光量を損失することなく効率的に試料面を照明することが可能であり、明るい照明が実現されている。   As illustrated in FIG. 5C, the images IM of the plurality of light sources 11 are within the region indicated by the pupil diameter D <b> 1 of the objective lens 80. For this reason, the Koehler illumination shown in FIGS. 5A to 5D can illuminate the sample surface efficiently without losing the amount of light, and bright illumination is realized.

なお、対物レンズ80の瞳面に形成された各光源像IMから射出された照明光は、試料面上に互いに重なり合って照射されるため、図5(d)に例示されるように、それぞれ試料面上の同一の領域を照明する。このため、均一な照明が実現される。
また、照明範囲は、フライアイレンズの要素Eの大きさと、要素Eの試料面への投影倍率によって定まるため、図5(d)で示される照明範囲は、図4(d)及び図4(h)で示される照明範囲と同様である。
The illumination light emitted from each light source image IM formed on the pupil plane of the objective lens 80 is irradiated on the sample surface so as to overlap each other, and therefore, as illustrated in FIG. Illuminate the same area on the surface. For this reason, uniform illumination is realized.
In addition, since the illumination range is determined by the size of the element E of the fly-eye lens and the projection magnification of the element E onto the sample surface, the illumination range shown in FIG. 5D is shown in FIGS. This is the same as the illumination range indicated by h).

図5(e)から図5(f)を参照しながら、変倍レンズユニット90が光路上に挿入されていない状態でのクリティカル照明における各面の状態について説明する。
図5(e)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、単一の光源11の像IMが形成される。なお、変倍レンズ43の存在により、光源11がフライアイレンズ71の入射面に投影される倍率は、図4(e)と異なるため、光源11の像IMの大きさも図4(e)とは異なっている。複数の要素Eに跨って光源11の像IMが形成されているため、単一の光源11の像IMは、それらの複数の要素Eにより分割される。
The state of each surface in the critical illumination in a state where the variable power lens unit 90 is not inserted on the optical path will be described with reference to FIGS. 5 (e) to 5 (f).
As illustrated in FIG. 5E, the image IM of the single light source 11 is formed on the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71. Since the magnification at which the light source 11 is projected onto the incident surface of the fly-eye lens 71 due to the presence of the zoom lens 43 is different from that in FIG. 4E, the size of the image IM of the light source 11 is also the same as that in FIG. Is different. Since the image IM of the light source 11 is formed across the plurality of elements E, the image IM of the single light source 11 is divided by the plurality of elements E.

図5(f)に例示されるように、分割された光源11の像IMからの光は、各要素Eにより平行光に変換されて、フライアイレンズ71の射出面71bから射出される。即ち、変倍レンズユニット90の挿入により、平行光として照明光が射出される射出面71b上の要素数が変化する。   As illustrated in FIG. 5F, the light from the divided image IM of the light source 11 is converted into parallel light by each element E and is emitted from the emission surface 71 b of the fly-eye lens 71. That is, the number of elements on the emission surface 71b from which the illumination light is emitted as parallel light is changed by the insertion of the zoom lens unit 90.

フライアイレンズ71の射出面71bは、上述したように、共役関係にある対物レンズ80の瞳面に1.18倍で投影される。このため、図5(g)に例示されるように、照明光は、フライアイレンズ71の射出面71bの領域Rの1.18倍の大きさを有する、対物レンズ80の瞳面上の領域Rに入射する。   As described above, the exit surface 71b of the fly-eye lens 71 is projected at 1.18 times on the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship. Therefore, as illustrated in FIG. 5G, the illumination light has a region on the pupil plane of the objective lens 80 having a size 1.18 times larger than the region R of the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. Incident to R.

図5(g)に例示されるように、対物レンズ80の瞳面上の領域Rは、対物レンズ80の瞳径D1で示される領域内に収まっている。このため、図5(e)から図5(h)で示されるクリティカル照明でも、光量を損失することなく効率的に試料面を照明することが可能であり、明るい照明が実現されている。   As illustrated in FIG. 5G, the region R on the pupil plane of the objective lens 80 is within the region indicated by the pupil diameter D <b> 1 of the objective lens 80. Therefore, even with the critical illumination shown in FIGS. 5E to 5H, it is possible to efficiently illuminate the sample surface without losing the amount of light, and bright illumination is realized.

なお、対物レンズ80の瞳面に入射した照明光は、試料面上に集光し、試料面上に光源11の像を形成する。また、照明範囲は、フライアイレンズの要素Eの大きさと、要素Eの試料面への投影倍率によって定まるため、図5(h)で示される照明範囲は、図4(d)、図4(h)及び図5(d)で示される照明範囲と同様である。   The illumination light incident on the pupil surface of the objective lens 80 is condensed on the sample surface, and an image of the light source 11 is formed on the sample surface. Since the illumination range is determined by the size of the element E of the fly-eye lens and the projection magnification of the element E onto the sample surface, the illumination range shown in FIG. 5 (h) is shown in FIGS. h) and the illumination range shown in FIG. 5 (d).

光源ユニット60と投光管ユニット70の間の光路上に変倍レンズユニット90を含む照明光学系では、変倍レンズ43の倍率を変更しても、要素Eの試料面への投影倍率は変化しない。つまり、ケーラー照明とクリティカル照明のいずれの状態においても、要素Eの試料面への投影倍率は固定されている。このため、照明範囲を任意に調整することができず、それに付随する単位面積当たりの照明強度を調整することもできない。従って、図4に例示される照明光学系と同様に、照明光学系3による照明範囲と実際に照明が必要な領域の範囲が一致しない場合には、必要な領域のみを効率を良く照明することができない。また、対物レンズの瞳径に合わせて投影倍率を変更することができないため、瞳径が小さな対物レンズを使用する場合には、光束の一部が試料面に到達できず、照明効率が悪化してしまう。   In the illumination optical system including the variable power lens unit 90 on the optical path between the light source unit 60 and the light projecting tube unit 70, the projection magnification of the element E onto the sample surface changes even if the magnification of the variable power lens 43 is changed. do not do. That is, the projection magnification of the element E onto the sample surface is fixed in both the Kohler illumination and the critical illumination. For this reason, an illumination range cannot be adjusted arbitrarily and the illumination intensity per unit area accompanying it cannot be adjusted. Therefore, similarly to the illumination optical system illustrated in FIG. 4, when the illumination range by the illumination optical system 3 does not coincide with the range of the area that actually needs illumination, only the necessary area is efficiently illuminated. I can't. In addition, since the projection magnification cannot be changed according to the pupil diameter of the objective lens, when using an objective lens with a small pupil diameter, part of the light beam cannot reach the sample surface, resulting in poor illumination efficiency. End up.

図6(a)から図6(d)を参照しながら、投光管ユニット70と対物レンズ80の間の光路上に変倍レンズユニット90が挿入された状態でのケーラー照明における各面の状態について説明する。   6A to 6D, the state of each surface in Koehler illumination with the variable power lens unit 90 inserted on the optical path between the light projecting tube unit 70 and the objective lens 80. Will be described.

図6(a)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、フライアイレンズ71の外径に略等しい光束径を有する照明光が平行光として入射する。
図6(b)に例示されるように、フライアイレンズ71に入射した光は、フライアイレンズ71の各要素Eにより集光されて、フライアイレンズ71の射出面71bに要素E毎に光源11の像IMを形成する。
As illustrated in FIG. 6A, illumination light having a light beam diameter substantially equal to the outer diameter of the fly-eye lens 71 enters the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71 as parallel light.
As illustrated in FIG. 6B, the light incident on the fly-eye lens 71 is collected by each element E of the fly-eye lens 71, and a light source for each element E on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. Eleven images IM are formed.

フライアイレンズ71の射出面は、変倍レンズ43の倍率に応じて、およそ共役関係にある対物レンズ80の瞳面に任意の倍率で投影される。ここでは、図4と同様に、1.18倍で投影する例が示されている。このため、図6(c)に例示されるように、対物レンズ80の瞳面での光源11の像IM及び要素Eの大きさは、フライアイレンズ71の射出面71bでの光源11の像IM及び要素Eの大きさの1.18倍になっている。   The exit surface of the fly-eye lens 71 is projected at an arbitrary magnification on the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship depending on the magnification of the zoom lens 43. Here, as in FIG. 4, an example of projection at 1.18 times is shown. Therefore, as illustrated in FIG. 6C, the size of the image IM and the element E of the light source 11 on the pupil plane of the objective lens 80 is the image of the light source 11 on the exit surface 71 b of the fly-eye lens 71. 1.18 times the size of IM and element E.

図6(c)に例示されるように、複数の光源11の像IMは、対物レンズ80の瞳面上の径D1で示される領域をはみ出すことなく適度に満している。このため、図6(a)から図6(d)で示されるケーラー照明では、光量の損失がなく、且つ、明るい照明が実現されている。   As illustrated in FIG. 6C, the images IM of the plurality of light sources 11 are adequately filled without protruding the region indicated by the diameter D <b> 1 on the pupil plane of the objective lens 80. For this reason, the Koehler illumination shown in FIGS. 6A to 6D realizes bright illumination with no light loss.

なお、対物レンズ80の瞳面に形成された各光源像から射出された照明光は、試料面上に互いに重なり合って照射されるため、図6(d)に例示されるように、それぞれ試料面上の同一の領域を照明する。このため、均一な照明が実現される。   Note that the illumination light emitted from each light source image formed on the pupil plane of the objective lens 80 is irradiated on the sample surface so as to overlap each other, and therefore, as illustrated in FIG. Illuminate the same area above. For this reason, uniform illumination is realized.

図6(e)から図6(f)を参照しながら、投光管ユニット70と対物レンズ80の間の光路上に変倍レンズユニット90が挿入された状態でのクリティカル照明における各面の状態について説明する。   With reference to FIGS. 6E to 6F, states of each surface in the critical illumination in a state where the variable power lens unit 90 is inserted on the optical path between the light projecting tube unit 70 and the objective lens 80. Will be described.

図6(e)に例示されるように、フライアイレンズ71の入射面71aには、単一の光源11の像IMが形成される。複数の要素Eに跨って光源11の像IMが形成されているため、単一の光源11の像IMは、それらの複数の要素Eにより分割される。   As illustrated in FIG. 6E, an image IM of the single light source 11 is formed on the incident surface 71 a of the fly-eye lens 71. Since the image IM of the light source 11 is formed across the plurality of elements E, the image IM of the single light source 11 is divided by the plurality of elements E.

図6(f)に例示されるように、分割された光源11の像IMからの光は、各要素Eにより平行光に変換されて、フライアイレンズ71の射出面71bから射出される。
フライアイレンズ71の射出面71bは、変倍レンズ43の倍率に応じて、およそ共役関係にある対物レンズ80の瞳面に任意の倍率で投影される。
As illustrated in FIG. 6F, the light from the divided image IM of the light source 11 is converted into parallel light by each element E and is emitted from the emission surface 71 b of the fly-eye lens 71.
The exit surface 71b of the fly-eye lens 71 is projected at an arbitrary magnification on the pupil plane of the objective lens 80 having a conjugate relationship according to the magnification of the variable power lens 43.

対物レンズ80の瞳面に入射した照明光は、試料面上に集光し、試料面上に光源11の像を形成する。なお、照明範囲は、フライアイレンズの要素Eの大きさと、要素Eの試料面への投影倍率によって定まる。このため、変倍レンズ43の倍率を調整することで、照明範囲とそれに付随する照明強度を任意に調整することができる。図6では、ケーラー照明とクリティカル照明で変倍レンズ43の倍率を異ならせているため、図6(h)に示される照明範囲と図6(d)に示される照明範囲が異なっている。   The illumination light incident on the pupil plane of the objective lens 80 is condensed on the sample surface and forms an image of the light source 11 on the sample surface. The illumination range is determined by the size of the element E of the fly-eye lens and the projection magnification of the element E onto the sample surface. Therefore, by adjusting the magnification of the zoom lens 43, the illumination range and the illumination intensity associated therewith can be arbitrarily adjusted. In FIG. 6, since the magnification of the zoom lens 43 is different between Koehler illumination and critical illumination, the illumination range shown in FIG. 6 (h) is different from the illumination range shown in FIG. 6 (d).

このように、投光管ユニット70と対物レンズ80の間の光路上に変倍レンズユニット90を含む照明光学系は、変倍レンズ43の倍率を変更することにより、要素Eの試料面への投影倍率を変更することができるため、照明範囲を任意に調整し、それに付随する照明強度を調整することができる。   As described above, the illumination optical system including the variable power lens unit 90 on the optical path between the light projecting tube unit 70 and the objective lens 80 changes the magnification of the variable power lens 43 to thereby apply the element E to the sample surface. Since the projection magnification can be changed, the illumination range can be arbitrarily adjusted and the illumination intensity associated therewith can be adjusted.

また、照明光が対物レンズ80の瞳面を通過する領域Rが対物レンズ80の瞳径D1で示される領域より大きくなると光量の損失が生じる。このため、変倍レンズ43の倍率は、照明光が対物レンズ80の瞳面を通過する領域Rが対物レンズ80の瞳径D1で示される領域より大きくならない範囲で調整することが望ましい。これにより、光量の損失が抑制された効率の良い照明を実現することができる。   Further, when the region R in which the illumination light passes through the pupil plane of the objective lens 80 becomes larger than the region indicated by the pupil diameter D1 of the objective lens 80, a light amount loss occurs. For this reason, it is desirable to adjust the magnification of the zoom lens 43 within a range in which the region R in which the illumination light passes through the pupil plane of the objective lens 80 does not become larger than the region indicated by the pupil diameter D1 of the objective lens 80. As a result, it is possible to realize efficient illumination in which loss of light amount is suppressed.

なお、図6では、クリティカル照明で変倍レンズ43の倍率を変更して、照明範囲を調整する例を示したが、特にこれに限られない。ケーラー照明においても同様に変倍レンズ43の倍率を変更することで、照明範囲を調整することができる。   Although FIG. 6 shows an example in which the illumination range is adjusted by changing the magnification of the variable magnification lens 43 in critical illumination, the present invention is not limited to this. Similarly, in the Koehler illumination, the illumination range can be adjusted by changing the magnification of the zoom lens 43.

このような照明範囲の調整は、変倍レンズユニット90を外した状態の照明光学系が有する視野数と、観察で必要とされる視野数が異なる場合に特に好適である。例えば、変倍レンズユニット90を外した状態で視野数22を有する照明光学系を視野数11に対応するカメラとともに使用する場合であれば、照明光学系による照明範囲を半分に調整すればよい。これにより、単位面積当たりの光量を4倍に増加させることが可能であり、より明るい照明を実現することができる。   Such adjustment of the illumination range is particularly suitable when the number of fields of view of the illumination optical system with the variable power lens unit 90 removed is different from the number of fields required for observation. For example, if the illumination optical system having the field number 22 is used with a camera corresponding to the field number 11 with the variable power lens unit 90 removed, the illumination range by the illumination optical system may be adjusted in half. As a result, the amount of light per unit area can be increased fourfold, and brighter illumination can be realized.

1、2、100・・・照明光学系、10、60、110・・・光源ユニット、11、111・・・光源、12、112・・・コレクタレンズ、20、70、120・・・投光管ユニット、21・・・オプティカルインテグレータ、22、23、41、42・・・レンズ、24・・・リレーレンズ、71・・・フライアイレンズ、71a・・・入射面、71b・・・射出面、30、80、130・・・対物レンズ、40、90、140・・・変倍レンズユニット、43・・・変倍レンズ、50・・・蛍光顕微鏡、51・・・ダイクロイックミラー、AS・・・開口絞り、FS・・・視野絞り、PL・・・瞳、AX・・・光軸、E・・・要素、R・・・範囲、D1・・・径、IM・・・像、S・・・試料面   1, 2, 100 ... Illumination optical system 10, 60, 110 ... Light source unit, 11, 111 ... Light source, 12, 112 ... Collector lens, 20, 70, 120 ... Light projection Tube unit, 21 ... optical integrator, 22, 23, 41, 42 ... lens, 24 ... relay lens, 71 ... fly-eye lens, 71a ... entrance surface, 71b ... exit surface , 30, 80, 130 ... objective lens, 40, 90, 140 ... variable power lens unit, 43 ... variable power lens, 50 ... fluorescent microscope, 51 ... dichroic mirror, AS ... Aperture stop, FS ... field stop, PL ... pupil, AX ... optical axis, E ... element, R ... range, D1 ... diameter, IM ... image, S. ..Sample surface

Claims (8)

蛍光顕微鏡用照明光学系であって、光源側から順に、
前記光源と、
照明の均一性を向上させるためのオプティカルインテグレータと、
リレーレンズと、
変倍レンズと、
対物レンズと、
前記リレーレンズと前記対物レンズの間に、ダイクロイックミラーと、を含み、
前記変倍レンズは、可変倍率を有するレンズ、または、異なる倍率を有するレンズと切り換え可能なレンズであり、前記リレーレンズと前記ダイクロイックミラーの間に配置される
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
An illumination optical system for a fluorescence microscope, in order from the light source side,
The light source;
An optical integrator to improve lighting uniformity,
A relay lens,
A variable power lens,
An objective lens;
A dichroic mirror between the relay lens and the objective lens ;
The zoom lens is a lens with variable magnification, or Ri lens and switchable lens der with different magnifications, and wherein the <br/> disposed between the said relay lens dichroic mirror Illumination optical system for fluorescent microscope.
請求項1に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、
前記リレーレンズは、前記変倍レンズがない状態で、前記オプティカルインテグレータの射出面と前記対物レンズの瞳面とを共役とする
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to claim 1,
An illumination optical system for a fluorescence microscope, wherein the relay lens conjugates the exit surface of the optical integrator and the pupil surface of the objective lens without the zoom lens.
請求項1または2に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、
前記変倍レンズは、アフォーカル光学系である
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to claim 1 or 2,
An illumination optical system for a fluorescence microscope, wherein the variable magnification lens is an afocal optical system.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、
前記対物レンズの前側焦点位置と共役である視野絞りを含む
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
An illumination optical system for a fluorescence microscope, comprising a field stop that is conjugate with the front focal position of the objective lens.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、
前記光源と前記オプティカルインテグレータの間にコレクタレンズを含み、
前記コレクタレンズの位置により前記オプティカルインテグレータは、射出面に複数の前記光源の像を形成、または射出面から平行光を射出する
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
Including a collector lens between the light source and the optical integrator;
An illumination optical system for a fluorescence microscope, wherein the optical integrator forms a plurality of images of the light source on an emission surface or emits parallel light from the emission surface depending on the position of the collector lens.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、さらに、
前記光源と前記オプティカルインテグレータの間に移動可能なコレクタレンズを含み、
前記コレクタレンズの移動によりケーラー照明とクリティカル照明との間に変更可能である
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
A collector lens movable between the light source and the optical integrator,
It can be changed between Kohler illumination and critical illumination by moving the collector lens
An illumination optical system for a fluorescence microscope.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、
前記オプティカルインテグレータは、フライアイレンズである
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 6 ,
An illumination optical system for a fluorescence microscope, wherein the optical integrator is a fly-eye lens.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡用照明光学系において、
前記変倍レンズは、試料面への投影変倍の選択により照明範囲を任意に調整する
ことを特徴とする蛍光顕微鏡用照明光学系。
The illumination optical system for a fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 7 ,
The illuminating optical system for a fluorescence microscope, wherein the magnifying lens arbitrarily adjusts an illumination range by selecting a magnification of projection on a sample surface.
JP2010265703A 2010-11-29 2010-11-29 Illumination optics for fluorescent microscopes Expired - Fee Related JP5603761B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010265703A JP5603761B2 (en) 2010-11-29 2010-11-29 Illumination optics for fluorescent microscopes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010265703A JP5603761B2 (en) 2010-11-29 2010-11-29 Illumination optics for fluorescent microscopes

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012118139A JP2012118139A (en) 2012-06-21
JP2012118139A5 JP2012118139A5 (en) 2014-01-16
JP5603761B2 true JP5603761B2 (en) 2014-10-08

Family

ID=46501070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010265703A Expired - Fee Related JP5603761B2 (en) 2010-11-29 2010-11-29 Illumination optics for fluorescent microscopes

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5603761B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014041820A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-20 京セラオプテック株式会社 Microscope
JP6370626B2 (en) 2014-07-24 2018-08-08 オリンパス株式会社 Illumination optical system, illumination device, and illumination optical element
JP6495437B2 (en) * 2015-04-15 2019-04-03 シャープ株式会社 Illumination device and observation system
JP6673362B2 (en) * 2015-10-19 2020-03-25 株式会社ニコン microscope
CN114690389B (en) * 2022-05-07 2023-05-02 北京航空航天大学 A large field of view continuous zoom microscope system and method based on compound eye structure

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3317457B2 (en) * 1993-03-31 2002-08-26 オリンパス光学工業株式会社 Epi-illumination optical system for microscope
JP4828689B2 (en) * 2000-09-13 2011-11-30 オリンパス株式会社 Illumination optics
JP2002365555A (en) * 2001-06-06 2002-12-18 Olympus Optical Co Ltd Illumination optical system for microscope
JP4862368B2 (en) * 2004-11-29 2012-01-25 株式会社ニコン Zoom microscope
JP2007024758A (en) * 2005-07-20 2007-02-01 Tokyo Seimitsu Co Ltd Optical inspection device and its illumination method
JP2007310264A (en) * 2006-05-22 2007-11-29 Nikon Corp Zoom microscope
JP5084183B2 (en) * 2006-06-13 2012-11-28 オリンパス株式会社 Epi-illumination optical system for microscope
EP2075615B1 (en) * 2006-10-19 2016-07-20 Olympus Corporation Microscope
JP2009008701A (en) * 2007-06-26 2009-01-15 Nikon Corp Illumination device and zoom microscope equipped with the illumination device
JP2009276544A (en) * 2008-05-14 2009-11-26 Olympus Corp Microscope illumination device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012118139A (en) 2012-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5244605B2 (en) microscope
JP5603761B2 (en) Illumination optics for fluorescent microscopes
JP3317457B2 (en) Epi-illumination optical system for microscope
JP5567911B2 (en) Illumination optical system and fluorescence microscope using the same
US20090073695A1 (en) Illumination Apparatus for Microscopes
JP5558162B2 (en) Epi-illumination fluorescent illumination device and fluorescence microscope using the same
KR101907845B1 (en) Transmissive illumination fluorescence microscope comprising Koehler illumination
CN100517079C (en) Illumination optical apparatus and optical apparatus
JP2002250867A (en) Microscope epi-illumination device
JP2012118139A5 (en)
JP4172212B2 (en) Microscope specimen illumination method and microscope having illumination apparatus using the same
JP5209186B2 (en) Epi-illumination optical system for microscope
JP2018101092A (en) Light field microscope
JP2010032622A (en) Observation device
JP2008102535A (en) Stereo microscope
JP2002090635A (en) Illumination optical system
JP2006133635A (en) Illumination optical device and optical device
JP2001208977A (en) Light microscope
JP5970190B2 (en) Illumination device and magnification observation device
JP6962714B2 (en) Observation device
JP2005043517A (en) Microscope illumination device and microscope equipped with the same
JP2007121602A (en) Illumination optical system
JP2010156939A (en) Illumination device and microscope device equipped with the same
WO2017068627A1 (en) Microscope
JP2024054463A (en) Observation device and lighting device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131125

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140522

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140527

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140812

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140822

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5603761

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees