特開 2024-54463 観察装置、及び、照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024054463

(43)【公開日】2024-04-17

(54)【発明の名称】観察装置、及び、照明装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20240410BHJP

   G02B 21/12 20060101ALI20240410BHJP

   G02B 21/36 20060101ALN20240410BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

G02B21/12

G02B21/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160679

(22)【出願日】2022-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】322004393

【氏名又は名称】株式会社エビデント

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100182936

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】風間 至弘

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AB01

2H052AB10

2H052AC02

2H052AC03

2H052AC05

2H052AC07

2H052AC09

2H052AC14

2H052AC18

2H052AC24

2H052AC33

2H052AD31

2H052AD34

2H052AF14

(57)【要約】

【課題】照野を調整可能なコンパクトな装置を提供する。
【解決手段】観察装置１０は、照明光を出射する光源１１と、試料面ＳＰに照明光を照射する照明光学系１４であって、光源１１を無限遠に投影するコレクタレンズ１２とコレクタレンズ１２と試料面ＳＰの間に配置されたコンデンサレンズ１３とからなる照明光学系１４と、コンデンサレンズ１３を照明光学系１４の光路に対して挿脱する切替構造１５と、対物レンズ１６を含む観察光学系を備える。照明光学系１４は、コンデンサレンズ１３を照明光学系１４の光路から取り除いて照野を広げたマクロ照明状態で、光源１１の像を対物レンズ１６の瞳位置に形成するように、構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明光を出射する光源と、
試料面に前記照明光を照射する照明光学系であって、前記光源を無限遠に投影するコレクタレンズと前記コレクタレンズと前記試料面の間に配置されたレンズ群とからなる前記照明光学系と、
前記レンズ群をまとめて前記照明光学系の光路に対して挿脱する切替構造と、
対物レンズを含む観察光学系と、を備え、
前記照明光学系は、前記レンズ群を前記照明光学系の前記光路から取り除いて照野を広げたマクロ照明状態で、前記光源の像を前記対物レンズの瞳位置に形成するように、構成される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項2】

請求項１に記載の観察装置において、
前記光源は、面光源であり、
前記レンズ群は、コンデンサレンズからなり、
前記観察装置は、前記レンズ群を前記照明光学系の前記光路へ挿入して前記照野を狭めたミクロ照明状態で、クリティカル照明法で前記試料面を照明する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項3】

請求項１に記載の観察装置において、
前記レンズ群は、コンデンサレンズと、前記コレクタレンズと前記コンデンサレンズの間に前記光源の像を形成する窓レンズと、からなり、
前記観察装置は、前記レンズ群を前記照明光学系の前記光路へ挿入して前記照野を狭めたミクロ照明状態で、ケーラー照明法で前記試料面を照明する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項4】

請求項１に記載の観察装置において、さらに、
前記光源を前記照明光学系の光軸に対して移動させる移動構造を備え、
前記観察装置は、前記マクロ照明状態で、前記照明光学系の光軸から偏心した位置に移動した前記光源からの前記照明光で前記試料面を照明する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項5】

請求項４に記載の観察装置において、
前記移動構造は、前記マクロ照明状態で、前記対物レンズの瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、前記輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となる位置まで前記光源を移動する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項6】

請求項２に記載の観察装置において、さらに、
前記光源を前記照明光学系の光軸に対して移動させる移動構造を備え、
前記観察装置は、
前記ミクロ照明状態で、前記照明光学系の光軸上の位置に移動した前記光源からの前記照明光で前記試料面を照明し、
前記マクロ照明状態で、前記照明光学系の光軸から偏心した位置に移動した前記光源からの前記照明光で前記試料面を照明する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項7】

請求項６に記載の観察装置において、
前記移動構造は、前記マクロ照明状態で、前記対物レンズの瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、前記輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となる位置まで前記光源を移動する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項8】

請求項６に記載の観察装置において、さらに、
前記レンズ群とともに前記照明光学系の光路に対して挿脱される瞳変調素子であって、前記ミクロ照明状態で前記照明光学系の瞳位置に配置される前記瞳変調素子を備える
ことを特徴とする観察装置。

【請求項9】

請求項８に記載の観察装置において、
前記瞳変調素子は、前記ミクロ照明状態で、前記照明光学系の瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、前記輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となるように変調する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項10】

請求項３に記載の観察装置において、
前記光源は、前記照明光学系の光軸から偏心した位置に配置されていて、
前記観察装置は、前記ミクロ照明状態と前記マクロ照明状態のどちらでも、前記照明光学系の光軸から偏心した前記位置の前記光源からの前記照明光で前記試料面を照明する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の観察装置において、
前記光源は、前記ミクロ照明状態と前記マクロ照明状態のどちらでも、前記対物レンズの瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、前記輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となる位置に配置される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項12】

請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の観察装置において、
以下の条件式
Ｋ／（ｆ・ｔａｎθ）≦２ ・・・（１）
１≦２ｆ^２・ｔａｎθ／（Ｄ・Φ）＋ｆ／Ｄ ・・・（２）
を満たす
ことを特徴とする観察装置。
但し、ｆは、前記コレクタレンズの焦点距離である。Ｋは、前記観察光学系の最大観察範囲の対角長である。θは、前記コレクタレンズの有効半径に対応する前記光源の出射角である。Ｄは、前記コレクタレンズから試料面までの距離である。Φは、前記光源の発光面の直径である。

【請求項13】

照明光を出射する光源と、
試料面に前記照明光を照射する照明光学系であって、前記光源を無限遠に投影するコレクタレンズと前記コレクタレンズと前記試料面の間に配置された１枚以上のレンズ群からなる前記照明光学系と、
前記レンズ群をまとめて前記照明光学系の光路に対して挿脱する切替構造と、を備える
ことを特徴とする照明装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の照明装置において、
前記光源は、面光源であり、
前記レンズ群は、コンデンサレンズからなり、
前記照明装置は、前記レンズ群が前記照明光学系の前記光路に挿入されたミクロ照明状態で、クリティカル照明法で前記試料面を照明する
ことを特徴とする照明装置。

【請求項15】

請求項１３に記載の照明装置において、
前記レンズ群は、コンデンサレンズと、前記コレクタレンズと前記コンデンサレンズの間に前記光源の像を形成する窓レンズと、からなり、
前記照明装置は、前記レンズ群が前記照明光学系の前記光路に挿入されたミクロ照明状態で、ケーラー照明法で前記試料面を照明する
ことを特徴とする照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の開示は、観察装置、及び、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

観察装置に求められる照野は、観察範囲に応じて異なる。そのため、顕微鏡のような様々な観察範囲に対応する観察装置には、照野を調整する機能が望まれている。この課題に関連する技術は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－１４２５１４号公報

【特許文献2】特開２００４－１８５００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、照明光学系に含まれるコンデンサレンズの第１レンズ群と第３レンズ群を光路に対して挿脱することで照明範囲を変更する構成が記載されている。また、特許文献２には、照明光学系に含まれるコンデンサレンズの挿脱と照明光学系に含まれるフォーカシングレンズの光軸方向への摺動により照明範囲を変更する構成が記載されている。

【0005】

特許文献１、特許文献２に記載の技術では、照明範囲を変更するために、照明光学系に対して複雑な操作が必要となる。具体的には、照明光学系を構成する要素のうち他の要素を挟んで配置された２つ以上の要素を操作する必要があり、このような操作を支援するための構造は、照明光学系を含む照明装置が大型化する要因となり得る。

【0006】

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、照野を調整可能なコンパクトな装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る観察装置は、照明光を出射する光源と、試料面に前記照明光を照射する照明光学系であって、前記光源を無限遠に投影するコレクタレンズと前記コレクタレンズと前記試料面の間に配置されたレンズ群とからなる前記照明光学系と、前記レンズ群をまとめて前記照明光学系の光路に対して挿脱する切替構造と、対物レンズを含む観察光学系と、を備え、前記照明光学系は、前記レンズ群を前記照明光学系の前記光路から取り除いて照野を広げたマクロ照明状態で、前記光源の像を前記対物レンズの瞳位置に形成するように、構成される。

【0008】

本発明の一態様に係る照明装置は、照明光を出射する光源と、試料面に前記照明光を照射する照明光学系であって、前記光源を無限遠に投影するコレクタレンズと前記コレクタレンズと前記試料面の間に配置された１枚以上のレンズ群からなる前記照明光学系と、前記レンズ群をまとめて前記照明光学系の光路に対して挿脱する切替構造と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

上記の態様によれば、照野を調整可能なコンパクトな装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ミクロ照明状態における第１の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。

【図2】マクロ照明状態における第１の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。

【図3】第１の実施形態に係る観察装置の構成を観察光学系に注目して例示した図である。

【図4】ミクロ照明状態における照野の大きさを説明する。

【図5】マクロ照明状態における照野の大きさを説明する。

【図6】第１の実施形態に係る観察装置が満たすことが望ましい条件を説明するための図である。

【図7】ミクロ照明状態における第２の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。

【図8】マクロ照明状態における第２の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。

【図9】第３の実施形態に係る観察装置が備える光源を移動させる移動構造を説明するための図である。

【図10】第３の実施形態に係る観察装置が備える光源の発光面における輝度分布を例示した図である。

【図11】ミクロ照明状態における第４の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。

【図12】第４の実施形態に係る観察装置が備える瞳変調素子を例示した図である。

【図13】図１２に示す瞳変調素子の変形例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１の実施形態＞
図１は、ミクロ照明状態における第１の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。図２は、マクロ照明状態における第１の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。図３は、第１の実施形態に係る観察装置の構成を観察光学系に注目して例示した図である。図４は、ミクロ照明状態における照野の大きさを説明する。図５は、マクロ照明状態における照野の大きさを説明する。
以下、図１から図５を参照しながら、観察装置１０について説明する。

【0012】

観察装置１０は、試料面ＳＰの観察に用いられる装置であり、例えば、顕微鏡である。観察装置１０は、図１から図３に示すように、照明光を出射する光源１１と、試料面ＳＰに照明光を照射する照明光学系１４と、対物レンズ１６を含む観察光学系１８と、を備えている。また、観察装置１０は、撮像素子１９を備えてもよい。

【0013】

さらに、観察装置１０は、照野の大きさが異なる２つ以上の照明状態を切り替えるための構造として、切替構造１５を備えている。以降では、切替構造１５を用いて２つの照明状態を切り替える場合を例に説明する。また、切り替わる２つの照明状態のうち、照野が狭い方の状態をミクロ照明状態と記し、照野が広い方の状態をマクロ照明状態と記す。

【0014】

光源１１は、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）光源である。ＬＥＤ光源は、平面状の発光領域を備える面光源の一例である。ＬＥＤ光源の平面状の発光領域（発光面）内の輝度分布はランプ光源の発光領域内の輝度分布と比べて高い均一性を有している。この特徴によって、光源１１に面光源を用いることで、特にミクロ照明状態において照野を均一に照明することができる。ただし、光源１１は、例えば、ハロゲンランプ光源などのランプ光源であってもよい。

【0015】

照明光学系１４は、コレクタレンズ１２とコンデンサレンズ１３からなる。コレクタレンズ１２は、最も光源１１側に配置されるレンズであり、光源１１を無限遠に投影する。コンデンサレンズ１３は、コレクタレンズ１２と試料面ＳＰの間に配置されたレンズ群の一例である。

【0016】

観察光学系１８は、対物レンズ１６と結像レンズ１７を備えている。対物レンズ１６は、無限遠補正型の対物レンズであり、結像レンズ１７との組み合わせで、試料面ＳＰの像を撮像素子１９上に形成する。撮像素子１９は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）などのイメージセンサである。

【0017】

観察装置１０の利用者は、撮像素子１９で取得された試料面ＳＰの画像が図示しない表示装置に表示されることで、試料面ＳＰを観察してもよい。なお、観察装置１０は、図示しない接眼レンズを備えてもよい。観察装置１０の利用者は、接眼レンズを覗くことで試料面ＳＰを観察してもよい。

【0018】

切替構造１５は、コレクタレンズ１２と試料面ＳＰの間にあるレンズ群をまとめて照明光学系１４の光路に対して挿脱するものである。具体的には、切替構造１５は、照明光学系１４のうちコンデンサレンズ１３を照明光学系１４の光路に対して挿脱する。

【0019】

切替構造１５は、例えば、回転軸周りに回転することでレンズ群を挿脱するターレットであってもよく、光軸と交差する方向（例えば直交する方向）にスライドすることでレンズ群を挿脱するスライダであってもよい。また、切替構造１５は、モータなどの動力源からの動力により電動でレンズ群を挿脱してもよく、人間により手動で動かされることでレンズ群を挿脱してもよい。

【0020】

切替構造１５がコンデンサレンズ１３を挿脱することで、照野が狭いミクロ照明状態と照野が広いマクロ照明状態が切り替わる。具体的には、観察装置１０によって実現される試料面ＳＰの照明状態は、コンデンサレンズ１３を光路に挿入することで、図１に示すミクロ照明状態に切り替わり、コンデンサレンズ１３を光路から取り除くことで、図２に示すマクロ照明状態に切り替わる。以下、ミクロ照明状態とマクロ照明状態についてさらに詳細に説明する。

【0021】

まず、ミクロ照明状態について説明する。図１及び図４は、切替構造１５によりコンデンサレンズ１３が光路上へ挿入されたミクロ照明状態を示している。観察装置１０は、コンデンサレンズ１３を光路へ挿入して照野を狭めたミクロ照明状態で、クリティカル照明法を用いて試料面ＳＰを照明する。

【0022】

具体的には、コレクタレンズ１２は、光源１１から出射した照明光を無限遠光束に変換し、コンデンサレンズ１３は、コレクタレンズ１２からの無限遠光束を試料面ＳＰ上に集光する。その結果、試料面ＳＰに光源像が形成される。この際、コンデンサレンズ１３は、光源１１の発光面上の各点を試料面ＳＰの狭い範囲内に投影する。これにより、図４及び図５の比較により示されるように、ミクロ照明状態では、マクロ照明状態と比較して試料面ＳＰに狭い照野が形成される。

【0023】

また、クリティカル照明法では、試料面ＳＰの輝度分布は、光源１１の発光領域の輝度分布に相当する。このため、ランプ光源を光源１１に用いると試料面ＳＰに輝度ムラが生じやすい。そこで、観察装置１０では、光源１１に発光面内の輝度分布が高い均一性を有するＬＥＤ光源を採用する。これにより、観察装置１０は、クリティカル照明法であっても輝度ムラを抑えて試料面ＳＰを均一に照明することができる。

【0024】

従って、観察装置１０では、コレクタレンズ１２とコンデンサレンズ１３からなるシンプルな照明光学系１４を用いて、ミクロ照明状態において、高い照明性能を実現することができる。

【0025】

次に、マクロ照明状態について説明する。図２及び図５は、切替構造１５によりコンデンサレンズ１３が光路外へ取り除かれたマクロ照明状態を示している。照明光学系１４は、コンデンサレンズ１３を照明光学系１４の光路から取り除いて照野を広げたマクロ照明状態で、光源１１の像を対物レンズ１６の瞳位置に形成するように、構成されている。

【0026】

具体的には、コレクタレンズ１２は、光源１１から出射した照明光を無限遠光束に変換する。この点は、ミクロ照明状態と同様であるが、マクロ照明状態では、コレクタレンズ１２からの無限遠光束がそのまま試料面ＳＰへ照射される。これにより、図４及び図５の比較により示されるように、マクロ照明状態では、ミクロ照明状態と比較して試料面ＳＰに広い照野が形成される。

【0027】

また、試料面ＳＰを透過した光は、無限遠光束のまま対物レンズ１６に入射し、対物レンズ１６の瞳位置ＰＰに集光する。これにより、瞳位置ＰＰに光源像が形成される。この点は、クリティカル照明法よりも照明の均一性に優れるケーラー照明法と同様であり、マクロ照明状態における照明は、ケーラー照明法と類似の特性を有している。

【0028】

従って、観察装置１０では、コンデンサレンズ１３を光路から取り除くだけでマクロ照明状態へ切り替え可能であり、マクロ照明状態においても試料面ＳＰを均一に照明することができる。

【0029】

図６は、第１の実施形態に係る観察装置１０が満たすことが望ましい条件を説明するための図である。観察装置１０は、以下の条件式を満たすことで、マクロ照明状態において、さらに望ましい照明性能を実現することができる。
Ｋ／（ｆ・ｔａｎθ）≦２ ・・・（１）
１≦２ｆ^２・ｔａｎθ／（Ｄ・Φ）＋ｆ／Ｄ ・・・（２）

【0030】

ｆは、コレクタレンズ１２の焦点距離である。Ｋは、観察光学系１８の最大観察範囲の対角長である。θは、コレクタレンズ１２の有効半径に対応する光源１１の出射角である。Ｄは、コレクタレンズ１２から試料面ＳＰまでの距離である。Φは、光源１１の発光面の直径である。対角長Ｋは、撮像素子１９の有効範囲の対角長を観察光学系１８の倍率で割ることで算出される。なお、撮像素子１９の前にカメラアダプタが設けられている場合には、対角長Ｋは、撮像素子１９の有効範囲の対角長をカメラアダプタと観察光学系１８の総合倍率で割って算出すればよい。

【0031】

条件式（１）は、主に試料面ＳＰにおける照明ムラを抑えるための条件式である。条件式（１）は、コレクタレンズ１２によって変換された無限遠光束の光束径（＝２ｆ・ｔａｎθ）が最大観察範囲（つまり、マクロ観察時に視野に相当）の幅（＝Ｋ）以上であることを意味している。条件式（１）を満たすことで、無限遠光束で視野と同じまたはそれ以上の範囲が照明されるため、観察装置１０は、マクロ照明状態において、高い照明の均一性を実現することができる。

【0032】

条件式（２）は、主に試料面ＳＰを明るく照明するための条件式である。条件式（２）は、光源１１の発光面から出射した照明光が試料面ＳＰの有効な範囲内に照射されることを意味している。詳細には、発光面の端部から出射した照明光のうち少なくとも光軸と平行な方向（配光角０度）へ出射する照明光が、試料面ＳＰにおいて、無限遠光束の光束径に対応する領域（＝２ｆ・ｔａｎθ）内に入射することを意味している。この点についてさらに詳細に説明する。

【0033】

試料面ＳＰから光源１１に向かって光線を追跡すると、試料面ＳＰにおける無限遠光束の光束径に対応する領域（＝２ｆ・ｔａｎθ）はコレクタレンズ１２上にｆ／（Ｄ－ｆ）倍で投影され、コレクタレンズ１２上では、２ｆ^２・ｔａｎθ／（Ｄ－ｆ）の大きさの領域に変換される。このため、光源１１の発光面の直径（＝Φ）が２ｆ^２・ｔａｎθ／（Ｄ－ｆ）以下であれば、発光面の端部から配光角０度で出射した照明光は、コレクタレンズ１２上で２ｆ^２・ｔａｎθ／（Ｄ－ｆ）の大きさの領域内に入射し、試料面ＳＰにおいて無限遠光束の光束径に対応する領域（＝２ｆ・ｔａｎθ）内に照射される。

【0034】

条件式（２）を満たすことで、発光面の端部から出射した照明光が、試料面ＳＰにおいて、無限遠光束が照射される範囲内に照射され、観察時に有効に活用される。従って、観察装置１０は、マクロ照明状態において、試料面ＳＰを明るく照明することができる。

【0035】

以上の様に、観察装置１０では、切替構造１５がコレクタレンズ１２よりも試料面ＳＰ側に配置されたレンズ群をまとめて挿脱する単純な構成を有している。このため、切替構造１５が装置の大型化の要因とはならず、観察装置１０全体をコンパクトに構成することができる。従って、観察装置１０によれば、照野を調整可能な、従来よりもコンパクトな装置を提供することができる。

【0036】

また、観察装置１０では、光源１１に面光源であるＬＥＤ光源が採用された上で、照明光学系１４がクリティカル照明法で試料面ＳＰを照明するためのコレクタレンズ１２とコンデンサレンズ１３で構成される。このように、ＬＥＤ光源を採用することでクリティカル照明法において懸念される照明ムラを回避しながら照明光学系１４をシンプルに構成することで、切替構造１５が挿脱する要素をコンデンサレンズ１３のみで済ませることができる。従って、ＬＥＤ光源とともにコレクタレンズ１２とコンデンサレンズ１３からなる照明光学系１４を採用する構成は、観察装置１０のコンパクト化と十分な照明性能に大きく貢献するものであり、ミクロ照明状態とマクロ照明状態を切り替えて実現する観察装置に特に好適である。

【0037】

＜第２の実施形態＞
図７は、ミクロ照明状態における第２の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。図８は、マクロ照明状態における第２の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。以下、図７及び図８を参照しながら、観察装置２０について説明する。

【0038】

観察装置２０は、図７に示すように、照明光学系１４の代わりに照明光学系２４を、切替構造１５の代わりに切替構造２５を備える点が、観察装置１０とは異なっている。また、観察装置２０は、ミクロ照明状態で、ケーラー照明法を用いて試料面ＳＰを照明する点も、１０とは異なっている。その他の点は、観察装置１０と同様である。

【0039】

照明光学系２４は、コレクタレンズ１２と、窓レンズ２３ａと、コンデンサレンズ２３ｂからなる。窓レンズ２３ａは、コレクタレンズ１２とコンデンサレンズ２３ｂの間に光源１１の像を形成する。窓レンズ２３ａとコンデンサレンズ２３ｂは、コレクタレンズ１２と試料面ＳＰの間に配置されたレンズ群の一例であり、切替構造２５は、コレクタレンズ１２と試料面ＳＰの間にあるレンズ群２３をまとめて照明光学系２４の光路に対して挿脱するものである。

【0040】

切替構造２５がレンズ群２３を挿脱することで、照野が狭いミクロ照明状態と照野が広いマクロ照明状態が切り替わる。観察装置２０は、切替構造２５がレンズ群（レンズ群２３）を光路に挿入することでミクロ照明状態に切り替わり、切替構造２５がレンズ群（レンズ群２３）を光路から取り除くことでマクロ照明状態に切り替わる点は、観察装置１０と同様である。ただし、ミクロ照明状態では、ケーラー照明法で試料面が照明される点が、観察装置１０とは異なっている。

【0041】

具体的には、コレクタレンズ１２により無限遠光束に変換された照明光を用いて、窓レンズ２３ａが光源１１の中間像を形成し、中間像からの光をコンデンサレンズ２３ｂが試料面ＳＰに照射する。窓レンズ２３ａが図示しない開口絞りが設けられたコンデンサレンズ２３ｂの前側焦点位置に中間像を形成することで、試料面ＳＰが光源１１の発光面の輝度分布によらず均一に照明される。

【0042】

観察装置２０でも、観察装置１０と同様に、切替構造２５がコレクタレンズ１２よりも試料面ＳＰ側に配置されたレンズ群をまとめて挿脱する単純な構成を有している。従って、観察装置２０によっても、観察装置１０と同様に、照野を調整可能な、従来よりもコンパクトな装置を提供することができる。

【0043】

また、観察装置２０では、照明光学系２４がミクロ照明状態においてケーラー照明法で試料面ＳＰを照明する。このため、光源１１の輝度分布の不均一さが試料面ＳＰの輝度分布の均一性に悪影響を及ぼすことを回避することができる。従って、光源１１にランプ光源を用いても高い照明性能を維持することができる。

【0044】

＜第３の実施形態＞
図９は、第３の実施形態に係る観察装置が備える光源を移動させる移動構造を説明するための図である。図１０は、第３の実施形態に係る観察装置が備える光源の発光面における輝度分布を例示した図である。以下、図９及び図１０を参照しながら、第３の実施形態に係る観察装置について説明する。

【0045】

第３の実施形態に係る観察装置は、図９に示すように、光源１１を照明光学系１４の光軸に対して移動させる移動構造３１を備える点が、観察装置１０とは異なっている。そして、移動構造３１を用いることで、第３の実施形態に係る観察装置は、マクロ照明状態では、照明光学系１４の光軸から偏心した位置に移動した光源１１からの照明光で試料面ＳＰを照明する。その他の点は、観察装置１０と同様である。なお、図９には、光軸方向（ｚ方向）と直交するｘ方向に光源１１が移動する例を示している。

【0046】

移動構造３１は、切替構造１５による照明状態の切替に連動して光源１１の位置を変更してもよい。具体的には、移動構造３１は、例えば、照明状態がミクロ照明状態に切り替わるのに合わせて、光源１１を照明光学系１４の光軸上に移動させ、照明状態がマクロ照明状態に切り替わるのに合わせて、光源１１を照明光学系１４の光軸から偏心した位置へ移動させてもよい。即ち、第３の実施形態に係る観察装置は、ミクロ照明状態では、照明光学系１４の光軸上の位置に移動した光源１１からの照明光で試料面ＳＰを照明し、マクロ照明状態では、照明光学系１４の光軸から偏心した位置に移動した光源１１からの照明光で試料面ＳＰを照明する。

【0047】

なお、移動構造３１は、モータなどの動力源からの動力により位置を変更してもよく、人間により手動で動かされてもよい。移動構造３１は、特に限定しないが、例えば、光源１１を固定した電動ステージであってもよい。

【0048】

光源１１の像が観察光学系１８の瞳位置に投影されるマクロ照明状態では、光源１１が移動することで、観察光学系１８の瞳位置における輝度分布が変化する。一般に、光源１１は、図１０に示すように、中心から周辺に向かって輝度値が低下する輝度分布を有している。これは、比較的均一な輝度分布を有するＬＥＤ光源でも同様である。このため、光源１１が光軸から偏心することで、光源１１が有する対称な輝度分布のうち、領域Ｒ１のように領域の中心に対して対称な輝度分布ではなく、領域Ｒ２のように領域の中心に対して非対称な輝度分布、より詳細には、偏心方向に沿って単調増加する輝度分布、が瞳位置に投影されることになる。

【0049】

瞳位置における輝度分布の偏りは偏射照明と同様の作用を生じさせる。このため、本実施形態に係る観察装置では、光源１１を光軸に対して偏心させることで、マクロ照明状態において、偏射照明と同様に、位相物体などの明視野観察で観察しにくい試料をコントラスト良く観察することができる。

【0050】

位相物体を特に高いコントラストで観察するためには、瞳位置における輝度分布のラインプロファイルは単調増加であり、且つ、最小値と最大値が２倍以上異なることが望ましい。従って、移動構造３１は、マクロ照明状態で、照明光学系１４の瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となる位置まで光源１１を移動することが望ましい。これにより、観察装置１０を用いて十分なコントラストで試料を観察することができる。

【0051】

なお、第３の実施形態に係る観察装置でも、照野を調整可能な、従来よりもコンパクトな装置を提供することができる点については、観察装置１０と同様である。

【0052】

＜第４の実施形態＞
図１１は、ミクロ照明状態における第４の実施形態に係る観察装置の構成を照明光学系に注目して例示した図である。図１２は、第４の実施形態に係る観察装置が備える瞳変調素子を例示した図である。図１３は、図１２に示す瞳変調素子の変形例を示した図である。以下、図１１から図１３を参照しながら、第４の実施形態に係る観察装置について説明する。

【0053】

第４の実施形態に係る観察装置４０は、図１１に示すように、ミクロ照明状態で照明光学系１４の瞳位置に配置される瞳変調素子４３を備える点と、切替構造１５の代わりに切替構造４５を備える点が、観察装置１０とは異なっている。その他の点は、観察装置１０と同様である。

【0054】

切替構造４５は、コンデンサレンズ１３とともに瞳変調素子４３を光路に対して挿脱する点が切替構造１５とは異なる。即ち、瞳変調素子４３は、コンデンサレンズ１３とともに照明光学系の光路に対して挿脱され、マクロ照明状態では光路外に配置される。

【0055】

瞳変調素子４３は、例えば、図１２に示すように、透過率の異なる領域４３ａと領域４３ｂからなるフィルタである。領域４３ａは透過率が高い領域を、領域４３ｂは透過率が低い領域を示している。観察装置４０は、対物レンズ１６の瞳位置ＰＰと光学的に共役な照明光学系１４の瞳位置に配置された瞳変調素子４３が図１２に示す透過率特性を有することで、偏射照明を行うことができる。従って、観察装置４０では、ミクロ照明状態において、位相物体などの明視野観察で観察しにくい試料をコントラスト良く観察することができる。

【0056】

なお、瞳変調素子４３は、ミクロ照明状態において、照明光学系１４の瞳位置における輝度分布が一定方向に沿って単調増加し、且つ、輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となるように変調するものであればよい。従って、図１１に示す瞳変調素子４３の代わりに、図１２に示す瞳変調素子４４が用いられてもよい。瞳変調素子４４は、一定方向に連続的に透過率が変化するフィルタである。

【0057】

観察装置４０でも、照野を調整可能な、従来よりもコンパクトな装置を提供することができる点については、観察装置１０と同様である。さらに、観察装置４０では、ミクロ照明状態で偏射照明を行うことができるため、位相物体などの明視野観察で観察しにくい試料をコントラスト良く観察することができる。

【0058】

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態を変形した変形形態および上述した実施形態に代替する代替形態が包含され得る。つまり、実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形することが可能である。また、１つ以上の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、新たな実施形態を実施することができる。また、各実施形態に示される構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよく、または実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加してもよい。即ち、本発明の観察装置及び後述する照明装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

【0059】

上述した第４の実施形態では、第１の実施形態に係る観察装置１０に瞳変調素子４３を追加した構成を例示したが、瞳変調素子４３は、第３の実施形態に係る観察装置に追加されてもよい。即ち、マクロ照明状態では光源１１を移動することで偏射照明を行い、ミクロ照明状態では瞳変調素子４３を用いて偏射照明を行ってもよい。これにより、マクロ照明状態とミクロ照明状態の両方で位相物体をコントラスト良く観察することができる。

【0060】

上述した第３の実施形態では、第１の実施形態に係る観察装置に移動構造３１を追加した構成を例示したが、移動構造３１は、第２の実施形態に係る観察装置に追加されてもよい。第２の実施形態では、マクロ照明状態に加えてミクロ照明状態でも光源像が瞳位置に投影されるため、移動構造３１によってマクロ照明状態とミクロ照明状態の両方で光源１１を照明光学系の光軸から偏心した位置に移動させてもよい。これにより、マクロ照明状態とミクロ照明状態の両方で偏射照明が行われて位相物体をコントラスト良く観察することができる。

【0061】

また、第２の実施形態では、マクロ照明状態に加えてミクロ照明状態でも光源像が瞳位置に投影されるため、移動構造３１を設ける代わりに、光源１１を光軸から偏心した位置に配置してもよい。これにより、観察装置は、ミクロ照明状態とマクロ照明状態のどちらでも、照明光学系の光軸から偏心した位置の光源１１からの照明光で試料面を照明してもよい。この場合も、マクロ照明状態とミクロ照明状態の両方で偏射照明が行われて位相物体をコントラスト良く観察することができる。特に高いコントラストを得るためには、光源１１は、ミクロ照明状態とマクロ照明状態のどちらでも、対物レンズの瞳位置における輝度分布が偏心方向に沿って単調増加し、且つ、輝度分布の最小輝度が最大輝度の５０％以下となる位置に配置されることが望ましい。

【0062】

上述した実施形態では、観察装置を例示したが、上述した装置は、照明機能のみを有し、観察機能を有しなくてもよい。即ち、照明装置として構成されてもよい。照明装置は、照明光を出射する光源と、試料面に照明光を照射する照明光学系であって光源を無限遠に投影するコレクタレンズとレンズ群からなる照明光学系と、レンズ群をまとめて照明光学系の光路に対して挿脱する切替構造と、を備えていればよい。照明装置の照明光学系は、第１の実施形態に示す照明光学系１４であってもよく、第２の実施形態に示す照明光学系２４であってもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０、２０、４０ ：観察装置
１１ ：光源
１２ ：コレクタレンズ
１３、２３ｂ ：コンデンサレンズ
１４、２４ ：照明光学系
１５、２５、４５ ：切替構造
１６ ：対物レンズ
１７ ：結像レンズ
１８ ：観察光学系
１９ ：撮像素子
２３ ：レンズ群
２３ａ ：窓レンズ
３１ ：移動構造
４３、４４ ：瞳変調素子
４３ａ、４３ｂ、Ｒ１、Ｒ２ ：領域
Ｋ ：対角長
ＰＰ ：瞳位置
ＳＰ ：試料面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】