JP3726275B2 - リレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡に関し、特に顕微鏡において一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
顕微鏡装置または顕微鏡を使用した検査装置や測定装置などでは、対物レンズによる一次像からの光がリレー光学系を介して接眼レンズの焦点面やテレビカメラの撮像面などに二次像として再結像するものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
例えば顕微鏡等の光学系のリレー系を簡素な構成のもとでズームレンズ化しようとすると、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく一定に保ちながら、リレー光学系の射出瞳と入射瞳との関係をほぼ一定に保つことが困難となる。つまり、一次像と二次像との位置関係を一定に保ちながら像倍率を変更するために、リレー光学系内のあるレンズを光軸方向へ積極的に移動させると、このレンズの移動に伴って光学系の射出瞳の位置が大きく変化する。このため、リレー光学系により形成される二次像を接眼レンズなどを用いて拡大観察する場合、像倍率の変更に伴ってアイポイント位置が変化する。その結果、観察光の一部がケラレ(遮られ)て観察像の劣化を招いたり、像倍率を変更する毎に目の位置をずらさなければならず、像の観察が非常に煩雑になるという不都合があった。
【0004】
また、リレー光学系とそれにより形成される二次像との間に2つのダイクロイックミラー等を配置することにより各波長毎の3つの二次像を形成し、各二次像の位置にそれぞれ配置された3つの撮像素子を有する3管式TVカメラを用いて画像検出する場合、リレー光学系の射出瞳の変動により上記2つのダイクロイックミラーに入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティが変化すると、上記2つのダイクロイックミラーの波長分別特性が変化して、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生するといった不都合があった。
【0005】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、変倍に伴う射出瞳位置の変化を小さく抑えることのできる、簡素な構成のリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第1発明では、一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系において、
前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔および前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をZとするとき、
−1<β2L かつ β2H<−1
1<β'2L かつ β'2H <1
−1.25<β 2L ・Z 1/2 <−0.8
0.8<β '2L ・β '2H <1.25
の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系を提供する。
【0008】
また、第2発明では、被観察物体からの光を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、
前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とからなり、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔および前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をZとするとき、
−1<β2L かつ β2H<−1
1<β'2L かつ β'2H <1
−1.25<β 2L ・Z 1/2 <−0.8
0.8<β '2L ・β '2H <1.25
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【0009】
第2発明の好ましい態様によれば、前記観察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を有する。あるいは、前記観察部は、前記二次像を画像検出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示系とを有する。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
図1のリレー変倍光学系は、たとえば顕微鏡の対物レンズにより形成された一次像からの光に基づいて接眼レンズの焦点面に二次像を形成するための光学系である。このリレー変倍光学系は、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群G0と、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、正屈折力の結像レンズ群G4とから構成されている。
【0011】
ここで、コリメートレンズ群G0は、一次像からの光を集光するための前方レンズ群を構成している。また、第1レンズ群G1〜第3レンズ群G3は、前方レンズ群G0からの光を受けて二次像を変倍するための変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔および第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が変化する。さらに、結像レンズ群G4は、変倍レンズ系G1〜G3からの光を集光して二次像を形成するための後方レンズ群を構成している。
【0012】
なお、図1において破線で示す光線は、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する様子を示している。換言すれば、破線で示す光線は、主光線の結像関係によってリレー変倍光学系の瞳の共役関係を示している。
また、図1において実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する様子を示している。換言すれば、実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの光線の結像関係によってリレー変倍光学系の像の共役関係を示している。
【0013】
以下、本発明において、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線に対する第2レンズ群G2の倍率を、「第2レンズ群G2の像共役における倍率」という。また、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線を、「像共役に関する光線」という。
一方、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線に対する第2レンズ群G2の倍率を、「第2レンズ群G2の瞳共役における倍率」という。また、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線を、「瞳共役に関する光線」という。
【0014】
上述のように、本発明の変倍レンズ系は、一次像側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3とを有するズームレンズである。正負正の3群構成のズームレンズでは、第2レンズ群G2の像共役における倍率を変化させることにより変倍を行う。したがって、本発明のリレー変倍光学系を設計する上で、変倍に伴う第2レンズ群G2の像共役における倍率の変化が重要なファクターである。また、第2レンズ群G2の瞳共役における倍率の変化が、瞳の共役関係の変倍に伴う変化に最も影響を及ぼす。
【0015】
本発明では、以下の条件式(1)および(2)を満足する。
−1<β2L かつ β2H<−1 (1)
1<β'2L かつ β'2H <1 (2)
ここで、
β2H :高倍端での第2レンズ群G2の像共役における倍率
β2L :低倍端での第2レンズ群G2の像共役における倍率
β'2H :高倍端での第2レンズ群G2の瞳共役における倍率
β'2L :低倍端での第2レンズ群G2の瞳共役における倍率
【0016】
図2(a)〜(c)は、図1の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。図2において、(a)の低倍端では第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Lは−1よりも大きく、(b)の中倍状態では第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Mは−1であり、(c)の高倍端では第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Hは−1よりも小さい。すなわち、条件式(1)を満足することは、第2レンズ群G2の像共役における倍率が−1に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【0017】
条件式(1)は、小型で且つ低倍率を含むリレー変倍光学系を実現するための条件を規定している。
条件式(1)において−1<β2Lの条件を満足しない場合、リレー変倍光学系の倍率が高倍側にシフトしてしまい、低倍化が困難になる。一方、条件式(1)においてβ2H<−1の条件を満足しない場合、低倍化には有利であるが、変倍レンズ群(第1レンズ群G1および第3レンズ群G3)の変倍に伴う移動量が大きくなり、リレー変倍光学系が大型化してしまう。
【0018】
また、本発明では、β2M=−1となるズーム配置を高倍端と低倍端との中間に位置させるために、次の条件式(3)を満足する必要がある。
−1.25<β2L・Z1/2<−0.8 (3)
ここで、Z:リレー変倍光学系の変倍比(ズーム比)
【0019】
図3(a)〜(c)は、図1の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。図3において、(a)の低倍端では第2レンズ群G2の瞳共役における倍率β'2L は1よりも大きく、(b)の中倍状態では第2レンズ群G2の瞳共役における倍率β'2M は1であり、(c)の高倍端では第2レンズ群G2の瞳共役における倍率β'2H は1よりも小さい。すなわち、条件式(2)を満足することは、第2レンズ群G2の瞳共役における倍率が1に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【0020】
条件式(2)は、変倍における瞳の共役関係の変化を抑えるための条件を規定している。上述したように、瞳の共役関係に最も影響を及ぼすのが第2レンズ群G2である。したがって、第2レンズ群G2の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って1の近傍になるように構成すれば、変倍における瞳の共役関係の変化を少なくすることができる。
【0021】
条件式(2)において1<β'2L の条件を満足しない場合、第2レンズ群G2の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って1よりも小さくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
一方、条件式(2)においてβ'2H <1の条件を満足しない場合、第2レンズ群G2の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って1よりも大きくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
【0022】
また、本発明では、低倍端と高倍端とにおいて第2レンズ群G2の瞳共役における倍率のバランスをとるために、次の条件式(4)を満足する必要がある。
0.8<β'2L ・β'2H <1.25 (4)
条件式(4)を満足することによって、低倍端での第2レンズ群G2の瞳共役における倍率β'2L と高倍端での第2レンズ群G2の瞳共役における倍率β'2H とのバランスをとって、変倍における瞳の共役関係の変化をさらに小さく抑えることができる。
【0023】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
図4は、本発明の第1実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図4において、(a)は低倍端を、(b)は第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Mが−1になる中倍状態を、(c)は高倍端をそれぞれ示している。また、図4中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図4中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【0024】
図4のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やTVカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群G0と、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、結像レンズ群G4とから構成されている。
【0025】
ここで、コリメートレンズ群G0は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第1レンズ群G1〜第3レンズ群G3はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第1レンズ群G1および第3レンズ群G3が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群G4は、変倍レンズ系G1〜G3を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図4のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、その入射瞳位置は無限遠にある。
【0026】
次の表(1)に、第1実施例の諸元の値を掲げる。表(1)において、F0〜F4は、レンズ群G0〜G4の焦点距離をそれぞれ表している。また、D0〜D5は、一次像とコリメートレンズ群G0の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群G0の主点位置と第1レンズ群G1の主点位置との軸上間隔、第1レンズ群G1の主点位置と第2レンズ群G2の主点位置との軸上間隔、第2レンズ群G2の主点位置と第3レンズ群G3の主点位置との軸上間隔、第3レンズ群G3の主点位置と結像レンズ群G4の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群G4の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Zはリレー変倍光学系の変倍比を、ENTPは入射瞳距離(一次像から入射瞳までの軸上間隔)を、EXTPは射出瞳距離(二次像から射出瞳までの軸上間隔)をそれぞれ表している。
【0027】
【表1】
F0=100
F1= 60
F2=−20
F3= 60
F4=150
Z=2
(低倍端) β=−1
D0=100 β2L =−0.667
D1= 83 β'2L = 1.21
D2= 10 ENTP=∞
D3= 26.67 EXTP=∞
D4=114
D5=150
(中倍状態) β=−1.5
D0=100 β2M =−1
D1= 73 β'2M = 0.945
D2= 20 ENTP=∞
D3= 20 EXTP=7200
D4=120.67
D5=150
(高倍端) β=−2
D0=100 β2H =−1.33
D1= 68 β'2H = 0.836
D2= 25 ENTP=∞
D3= 13.33 EXTP=∞
D4=127.34
D5=150
(条件対応値)
(3)β2L・Z1/2 =−0.943
(4)β'2L ・β'2H =1.012
【0028】
表(1)を参照すると、射出瞳距離EXTPが、低倍端では∞であり、中倍状態では7200であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第1実施例では、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第1実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【0029】
図5は、本発明の第2実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図5において、(a)は低倍端を、(b)は第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Mが−1になる中倍状態を、(c)は高倍端をそれぞれ示している。また、図5中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図5中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【0030】
図5のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やTVカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群G0と、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、結像レンズ群G4とから構成されている。
【0031】
ここで、コリメートレンズ群G0は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第1レンズ群G1〜第3レンズ群G3はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第2レンズ群G2および第3レンズ群G3が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群G4は、変倍レンズ系G1〜G3を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図5のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、入射瞳は無限遠にある。
【0032】
次の表(2)に、第2実施例の諸元の値を掲げる。表(2)において、F0〜F4は、レンズ群G0〜G4の焦点距離をそれぞれ表している。また、D0〜D5は、一次像とコリメートレンズ群G0の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群G0の主点位置と第1レンズ群G1の主点位置との軸上間隔、第1レンズ群G1の主点位置と第2レンズ群G2の主点位置との軸上間隔、第2レンズ群G2の主点位置と第3レンズ群G3の主点位置との軸上間隔、第3レンズ群G3の主点位置と結像レンズ群G4の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群G4の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Zはリレー変倍光学系の変倍比を、ENTPは入射瞳距離(一次像から入射瞳までの軸上間隔)を、EXTPは射出瞳距離(二次像から射出瞳までの軸上間隔)をそれぞれ表している。
【0033】
【表2】
F0=100
F1= 60
F2=−20
F3= 60
F4=175
Z=3
(低倍端) β=−1
D0=100 β2L =−0.571
D1= 83 β'2L = 1.74
D2= 5 ENTP=∞
D3= 28.57 EXTP=∞
D4=156
D5=175
(中倍状態) β=−1.73
D0=100 β2M =−1
D1= 83 β'2M = 0.761
D2= 20 ENTP=∞
D3= 20 EXTP=1900
D4=149.57
D5=175
(高倍端) β=−3
D0=100 β2H =−1.71
D1= 83 β'2H = 0.576
D2= 28.33 ENTP=∞
D3= 5.71 EXTP=∞
D4=155.52
D5=175
(条件対応値)
(3)β2L・Z1/2 =−0.989
(4)β'2L ・β'2H =1.002
【0034】
表(2)を参照すると、射出瞳距離EXTPが、低倍端では∞であり、中倍状態では1900であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第2実施例においても、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第2実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【0035】
図6は、本発明の第3実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。第3実施例の顕微鏡は、第1実施例のリレー変倍光学系を備えた目視観察型の顕微鏡である。
なお、図6において、(a)は低倍端を、(b)は第2レンズ群G2の像共役における倍率β2Mが−1になる中倍状態を、(c)は高倍端をそれぞれ示している。また、図6中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図6中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【0036】
図6の顕微鏡は、被観察物体である標本1を落射照明するための落射照明系ISを備えている。落射照明系ISから射出された照明光は、ハーフミラーHMで反射された後、第1対物レンズGobを介して標本1を落射照明する。第1対物レンズGobの物体側(標本側)焦点面に位置決めされた標本1からの反射光は、第1対物レンズGobを介して平行光束となり、第1対物レンズGobの像側(ハーフミラー側)焦点面に位置決めされた開口絞り2を介して、ハーフミラーHMに入射する。ハーフミラーHMを透過した光は、第2対物レンズGtで集光され、ミラーM1で反射された後、標本1の一次像を形成する。
【0037】
このように、第1対物レンズGobおよび第2対物レンズGtは、被観察物体である標本1からの光を集光してその一次像を形成するための対物光学系を構成している。そして、開口絞り2の位置は、第1対物レンズGobの射出瞳位置であり、リレー変倍光学系と第2対物レンズとの合成系(Gt、G0〜G4)の入射瞳位置である。
一次像からの光は、リレー変倍光学系(G0〜G4)で集光され、ミラーM2で反射された後、標本1の二次像を形成する。二次像からの光は、接眼レンズGeを介して平行光束となり、観察者のアイポイントEPに達する。こうして、観察者は、接眼レンズGeを介して、標本1の二次像を拡大観察することができる。
【0038】
次の表(3)に、第3実施例の諸元の値を掲げる。表(3)において、Fob、FtおよびFeは、第1対物レンズGob、第2対物レンズGtおよび接眼レンズGeの焦点距離をそれぞれ表している。また、Dobは標本1と第1対物レンズGobの主点位置との軸上間隔を、Dotは第1対物レンズGobの主点位置と第2対物レンズGtの主点位置との軸上間隔を、Dtは第2対物レンズGtの主点位置と一次像との軸上間隔を、D6は二次像と接眼レンズGeの主点位置との軸上間隔を、Deは接眼レンズGeの主点位置とアイポイントEPとの軸上間隔をそれぞれ表している。
【0039】
なお、第1実施例と同様に、F0〜F4は、レンズ群G0〜G4の焦点距離をそれぞれ表している。また、D0〜D5は、一次像とコリメートレンズ群G0の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群G0の主点位置と第1レンズ群G1の主点位置との軸上間隔、第1レンズ群G1の主点位置と第2レンズ群G2の主点位置との軸上間隔、第2レンズ群G2の主点位置と第3レンズ群G3の主点位置との軸上間隔、第3レンズ群G3の主点位置と結像レンズ群G4の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群G4の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Zはリレー変倍光学系の変倍比を、ENTPは入射瞳距離(一次像から入射瞳までの軸上間隔)を、EXTPは射出瞳距離(二次像から射出瞳までの軸上間隔)をそれぞれ表している。
【0040】
【表3】
Fob=100
Ft=10
Fe=25
Dob=10
Dot=110
Dt=100
D6=25
F0=100
F1= 60
F2=−20
F3= 60
F4=150
Z=2
(低倍端) β=−1
D0=100 β2L =−0.667
D1= 83 β'2L = 1.21
D2= 10 ENTP=∞
D3= 26.67 EXTP=∞
D4=114 De=25
D5=150
(中倍状態) β=−1.5
D0=100 β2M =−1
D1= 73 β'2M = 0.945
D2= 20 ENTP=∞
D3= 20 EXTP=7200
D4=120.67 De=24.9
D5=150
(高倍端) β=−2
D0=100 β2H =−1.33
D1= 68 β'2H = 0.836
D2= 25 ENTP=∞
D3= 13.33 EXTP=∞
D4=127.34 De=25
D5=150
(条件対応値)
(3)β2L・Z1/2 =−0.943
(4)β'2L ・β'2H =1.012
【0041】
表(3)を参照すると、接眼レンズGeの主点位置からアイポイントEPまでの距離Deが、低倍端では25であり、中倍状態では24.9であり、高倍端では25となっている。すなわち、第3実施例の顕微鏡では、変倍に際してアイポイントの位置がほとんど変化することがないので、接眼レンズを介した二次像の目視観察がし易くなり、作業効率が向上する。
【0042】
図7は、第3実施例の第1変形例の構成を概略的に示す図である。
第1変形例は第3実施例と類似の構成を有するが、第1変形例では接眼レンズによる目視観察に加えて画像表示による画像観察が可能である点が第3実施例と相違する。すなわち、第1変形例では、目視観察と画像観察とが可能な顕微鏡に第1実施例のリレー変倍光学系を適用している。図7では、第3実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図6と同じ参照符号を付している。以下、第3実施例との相違に着目して第1変形例を説明する。
【0043】
図7の第1変形例では、リレー変倍光学系(G0〜G4)を介した光が、ハーフミラーHM2に入射する。ハーフミラーHM2で反射された光は、接眼レンズGeの前側焦点面に標本1の二次像を形成する。一方、ハーフミラーHM2を透過した光は、検出器Dのような光電変換素子の検出面に標本1の二次像を形成する。二次像を画像検出した検出器Dの出力は、CRTのような画像表示装置3に供給される。こうして、画像表示装置3は、検出器Dからの出力信号に基づいて標本1の二次像を画像表示する。
このように、第1変形例では、観察者は、接眼レンズGeを介して標本1の二次像を目視観察するとともに、画像表示装置3を介して標本1の二次像を画像観察することができる。
【0044】
図8は、第3実施例の第2変形例の構成を概略的に示す図である。
第2変形例は第3実施例と類似の構成を有するが、第2変形例では2つのダイクロイックミラーの作用によって3つの色の二次像を形成し、これら3つの色の二次像を合成してカラー画像として表示している点が第3実施例と相違する。すなわち、第2変形例では、3管式TVカメラによる画像観察が可能な顕微鏡に第1実施例のリレー変倍光学系を適用している。図8では、第3実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図6と同じ参照符号を付している。以下、第3実施例との相違に着目して第2変形例を説明する。
【0045】
図8の第2変形例では、リレー変倍光学系(G0〜G4)を介した光が、第1ダイクロイックミラーDM1に入射する。第1ダイクロイックミラーDM1は、たとえばR(赤色)の光を反射しその他の光を透過させる特性を有する。したがって、第1ダイクロイックミラーDM1で反射された光は、撮像素子D1の撮像面に赤色の二次像を形成する。
第1ダイクロイックミラーDM1を透過した光は、第2ダイクロイックミラーDM2に入射する。第2ダイクロイックミラーDM2は、たとえばB(青色)の光を反射しG(緑色)の光を透過させる特性を有する。したがって、第2ダイクロイックミラーDM2で反射された光は、撮像素子D3の撮像面に青色の二次像を形成する。一方、第2ダイクロイックミラーDM2を透過した光は、撮像素子D2の撮像面に緑色の二次像を形成する。
【0046】
三色の二次像をそれぞれ光電的に画像検出した三色の撮像素子D1〜D3の出力は、CRTのような画像表示装置3に供給される。こうして、画像表示装置3は、撮像素子D1〜D3からの出力信号に基づいて標本1の二次像をカラー画像として表示する。
このように、第2変形例の顕微鏡では、3管式TVカメラにより標本1の二次像をカラーで画像観察することができる。ここで、変倍に際してリレー変倍光学系の射出瞳がほとんど変動しないので、2つのダイクロイックミラーDM1およびDM2に入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティがほとんど変化することがない。したがって、第2変形例の顕微鏡では、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好なカラー画像を得ることができる。
【0047】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成にもかかわらず、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく、変倍に伴うリレー変倍光学系の射出瞳の位置の変化を比較的小さく抑えることが可能となる。したがって、本発明のリレー変倍光学系を顕微鏡に適用する場合、顕微鏡の光学系を小型化することができる。さらに、例えば接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなり、顕微鏡等を用いた作業の効率を向上させることができる。また、3管式TVカメラ等を用いてリレー変倍光学系により構成される二次像を画像検出する場合、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
【図2】(a)〜(c)は、図1の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。
【図3】(a)〜(c)は、図1の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。
【図4】本発明の第1実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図5】本発明の第2実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図6】本発明の第3実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。
【図7】第3実施例の第1変形例の構成を概略的に示す図である。
【図8】第3実施例の第2変形例の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
G0 コリメートレンズ群
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 結像レンズ群
Gob 第1対物レンズ
Gt 第2対物レンズ
Ge 接眼レンズ
EP アイポイント
IS 落射照明系
1 標本
2 開口絞り
3 画像表示装置
Claims (4)
- 一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系において、
前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔および前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をZとするとき、
−1<β2L かつ β2H<−1
1<β'2L かつ β'2H <1
−1.25<β 2L ・Z 1/2 <−0.8
0.8<β '2L ・β '2H <1.25
の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系。 - 被観察物体からの光を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、
前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とからなり、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔および前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ 2H とし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ 2L とし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ '2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第2レンズ群の倍率をβ '2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をZとするとき、
−1<β 2L かつ β 2H <−1
1<β '2L かつ β '2H <1
−1.25<β 2L ・Z 1/2 <−0.8
0.8<β '2L ・β '2H <1.25
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡。 - 前記観察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を有することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡。
- 前記観察部は、前記二次像を画像検出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示系とを有することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡。
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