JP6738417B2 - 走査光学系および観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査光学系および観察装置に関するものである。

光軸方向に近接して配置された２つの１次元のガルバノミラーによって２つの走査方向に光線を走査する、いわゆる近接ガルバノミラーを備えた走査光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この走査光学系は、中間像面に走査方向でパワーの異なるレンズを配置することにより、２つのガルバノミラーを瞳共役な状態にしている。

特開２０１１−２２４０３７号公報

特許文献１の走査光学系は、走査方向のパワーの異なるレンズを中間像面に配置するために、同レンズ上の傷や異物がノイズ像になるという不都合がある。また、同レンズを中間像面から離れた位置に配置すれば傷や異物のノイズ像を除去できるが、非点収差が発生してしまうという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、２つのガルバノミラーを瞳共役な状態にすると同時に、レンズ上の傷や異物による画像劣化を防止しつつ、非点収差の発生を防止することができる走査光学系および観察装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、光軸方向に間隔をあけて近接して配置され、光源からの光線を２つの走査方向に走査する２つの１次元の走査手段と、該走査手段によって走査された前記光線を対象物に集光させる対物レンズと、中間像面から前記光軸方向に離れた位置に配置され且つ等価的に前記中間像面上に配置された２つの前記走査方向の光学パワーが異なる複数の光学要素とを備え、各該光学要素の前記位置および前記光学パワーが、２つの前記走査手段の前記光軸方向の間隔を補償するように設定されている走査光学系である。

本態様によれば、２つの走査方向の光学パワーが異なる、いわゆるアナモルフィック光学要素により、２つの走査手段の光軸方向の間隔が補償されるように瞳結像関係が調整され、光軸方向にずれた２つの走査手段を同時に対物レンズの瞳面と光学的に共役な位置に配置することができる。この場合において、アナモルフィック光学要素を中間像面から離して配置することにより、合成の光学パワーを有するアナモルフィック光学要素を中間像面上に配置するのと等価的に作用させることができる。

すなわち、アナモルフィック光学要素を中間像面から光軸方向に離すことによって、アナモルフィック光学要素の表面の傷や異物によるノイズの発生をなくすことができる。また、等価的に中間像面上に配置することによって、非点収差の発生を抑制することができる。

上記態様においては、複数の前記光学要素が、前記中間像面を挟んで前記光軸方向に間隔をあけて配置され、複数の該光学要素の合成光学パワーが、２つの前記走査方向において異なっていてもよい。
このようにすることで、中間像面を挟んで光軸方向に間隔をあけた複数の光学要素が、走査方向毎に異なる光学パワーを有することにより、これらの合成の光学パワーは、２つの光学要素間に配置された１つの光学要素と等価になる。すなわち、２つの光学要素は、中間像面を挟んで、中間像面から離れた位置に配置されているにも関わらず、１つのアナモルフィック光学要素を中間像面上に置いたのと同等に作用する。これにより、非点収差を生ずることなく、２つの走査手段を両方とも、対物レンズの瞳面と光学的に共役な位置に配置することができる。そして、２つの光学要素を中間像面から離れた位置に配置しているので、光学要素上の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

また、上記態様においては、複数の前記光学要素が、前記中間像面に対して一側に前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの光学要素であり、前記中間像面に近い側の前記光学要素と、前記中間像面から遠い側の前記光学要素とが互いに異なる符号の光学パワーを有していてもよい。
このようにすることで、２つの光学要素によってレトロフォーカス形レンズ系を構成することができる。これにより、２つの光学要素の外側に配置された１つのアナモルフィック光学要素と等価に機能させることができる。

すなわち、等価な１つのアナモルフィック光学要素が中間像面上に位置するように、２つの光学要素を配置することにより、非点収差を生じさせることなく、２つの走査手段を対物レンズの瞳面と共役な状態に配置することができる。さらに、２つの光学要素は中間像面から離れているので、光学要素上の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

また、上記態様においては、複数の前記光学要素が、アフォーカル光学系を構成し、前記走査手段と前記対物レンズの瞳面との間に配置されていてもよい。
このようにすることで、アフォーカル光学系によって、有限距離の物点に対して条件に応じた大きさの光軸方向の移動を伴って像点を結像させることができる。この性質を利用して、光軸方向に離れた２つの走査手段を対物レンズの瞳面と光学的に共役な状態に配置することができる。

すなわち、対物レンズの瞳面近傍、あるいは、走査手段の近傍に、ガリレオ形のアフォーカル系をなす複数のアナモルフィック光学要素を配置すれば、２つの走査方向のいずれかに対応する瞳位置をもう１つの走査方向に対応する瞳位置に対してより近づけることもより遠ざけることも可能である。さらに、このようなアフォーカル光学系は中間像面から大きく離れているので、アナモルフィック光学要素上の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

また、上記態様においては、複数の前記光学要素が、前記走査手段と前記対物レンズの瞳面との間に配置された第１光学要素部と、該第１光学要素部と光学的に共役な位置に配置され、前記第１光学要素部と光学的に相補的な性質を有し、光学系全系において前記第１光学要素部の光学パワーを打ち消す第２光学要素部とを備えていてもよい。
このようにすることで、アナモルフィック光学要素からなる第１光学要素部によって、光軸方向に間隔をあけた２つの走査手段を両方とも対物レンズの瞳面と光学的に共役な状態に配置することができる。そして、第１光学要素部と相補的な性質を有するアナモルフィック光学要素からなる第２光学要素部によって、第１光学要素部を中間像面から離したことによる非点収差を光学系全系として打ち消すことができる。

これにより、第１光学要素部および第２光学要素部上の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。
特に、２つのアナモルフィック光学要素を中間像面から大きく離す場合には、２つのアナモルフィック光学要素間では大きな非点収差が発生することになる。これにより、２つのアナモルフィック光学要素間にある他の光学要素と中間像面とが近接して位置する場合であっても、中間像自体が非点収差を有するため、他の光学要素上の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。その結果、インナーフォーカス等によって中間像面を大きく移動させても、他の光学要素上には、非点収差によって鮮明に結像することがなくなるため、中間像面が一致することを防止して、傷や異物によるノイズの発生を抑えることができる。

また、上記態様においては、前記第１光学要素部が、前記対物レンズの瞳面に近接し、前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの光学要素であり、前記瞳面に近い側の前記光学要素と、前記瞳面から遠い側の前記光学要素とが、互いに異なる符号の光学パワーを有していてもよい。
このようにすることで、第１の光学要素部がレトロフォーカス光学系を構成し、主点間距離を大きくして、対物レンズの瞳面と２つの走査手段とを光学的に共役な状態にすることができる。第１光学要素部および第２光学要素部を両方ともレトロフォーカス系により構成した場合、光源から対物レンズ側まで完全に瞳共役化することができる。

また、上記態様においては、前記第１光学要素部が、一方が前記対物レンズの瞳面に近接して配置され、他方が前記対物レンズの瞳面から前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの第１光学要素を備え、前記第２光学要素部が、前記第１光学要素部の各前記第１光学要素とそれぞれ光学的に共役な位置に配置され、かつそれぞれ光学的に相補的な性質を有する２つの第２光学要素を備えていてもよい。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの走査光学系を有する観察装置である。
上記態様においては、インナーフォーカスを備えることにしてもよい。

本発明によれば、２つのガルバノミラーを瞳共役な状態にすると同時に、レンズ上の傷や異物による画像劣化を防止しつつ、非点収差の発生を防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 図１の走査光学系と等価な従来の走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 図３の走査光学系の変形例であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 図６の走査光学系の変形例であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 図６の走査光学系の他の変形例であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る走査光学系であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。 図９の走査光学系の変形例であって、（ａ）ｘｚ方向、（ｂ）ｙｚ方向の縦断面形状を示す模式図である。

本発明の第１の実施形態に係る走査光学系１および観察装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置は、光源からの光線を被写体（対象物）Ｏに集光させて２次元的に走査させる走査光学系１を備えている。

本実施形態に係る走査光学系１は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、光軸Ｓ方向に間隔をあけて近接して配置され、光源からの光線を２つの走査方向（ｘ方向およびｙ方向）に走査する２つの１次元のガルバノミラー（走査手段）２，３と、該ガルバノミラー２，３によって走査された光線を、中間像を形成しつつリレーするリレーレンズ４，５と、該リレーレンズ４，５によってリレーされた光線を被写体Ｏに集光させる対物レンズ６と、中間像面Ａから光軸Ｓ方向に離れた位置に配置された２つの走査方向の光学パワーが異なる、アナモルフィック光学要素としての２つのシリンドリカルレンズ（光学要素）７，８とを備えている。

光線をｘ方向に走査するガルバノミラー２は、図１（ａ）に示されるように、対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置されている。一方、光線をｙ方向に走査するガルバノミラー３は、図１（ｂ）に示されるように、ガルバノミラー２に対して間隔Δｚだけ対物レンズ６の瞳面Ｂに近い位置に配置されている。

各シリンドリカルレンズ７，８は、ｘ方向には光学パワーがゼロであり、ｙ方向には２つのガルバノミラー２，３の間隔Δｚを補償し得る大きさの正の光学パワーを備えている。すなわち、ｙ方向の光学パワー成分は、ｘ方向よりも短い距離で対物レンズ６の瞳面Ｂにおいて光学的に共役な位置関係を達成することができる、ｘ方向よりも大きな正の合成光学パワーを有している。

本実施形態に係る走査光学系１においては、２つのシリンドリカルレンズ７，８は、中間像面Ａを挟む位置に、相互に光軸Ｓ方向に間隔をあけて配置されている。これにより、各シリンドリカルレンズ７，８は中間像面Ａから光軸Ｓ方向に離れた位置に配置されている。

このように構成された本実施形態に係る走査光学系１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る走査光学系１によれば、光源から発せられた光束が、まずｘ方向のガルバノミラー２によってｘ方向に走査され、次いで、ｙ方向のガルバノミラー３によってｙ方向に走査される。これにより、２つのガルバノミラー２，３によって、光束を光軸Ｓに交差する２次元方向の任意の方向に向けることができるようになっている。

２つのガルバノミラー２，３によって走査された光束は、第１のリレーレンズ４によって集光され、中間像面Ａに結像され、第２のリレーレンズ５によって略平行光にされて対物レンズ６に入射され、対物レンズ６によって被写体Ｏの各位置に集光される。

ｘ方向のガルバノミラー２は、対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置されており、かつ２つのリレーレンズ４，５が所謂４ｆ光学系に配置されているので、２つのリレーレンズ４，５の間においては、光束の主光線は、ｘ方向には光軸Ｓに平行に配置されている。中間像面Ａを挟んで配置されている２つのシリンドリカルレンズ７，８は、ｘ方向の光学パワーを有しないので、光束は、ｘ方向には集光されることなく、主光線が光軸Ｓに平行に維持されたまま、２つのシリンドリカルレンズ７，８を透過する。そして、第２のリレーレンズ５から射出される光束は略平行光となって対物レンズ６の瞳面Ｂにおいて主光線が光軸Ｓに交差する。

一方、ｙ方向のガルバノミラー３は、シリンドリカルレンズ７，８のパワーを考慮しない場合における対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置から対物レンズ６側に距離Δｚだけずれて配置されているので、第１のリレーレンズ４を通過した時点で、光束の主光線は光軸Ｓに対して傾斜している。２つのシリンドリカルレンズ７，８がｙ方向に光学パワーを有するので、光束はｙ方向に集光されて、２つのシリンドリカルレンズ７，８を通過した時点で主光線が光軸Ｓに平行となる。そして、第２のリレーレンズ５から射出される光束はｙ方向にも、ｘ方向と同様に、略平行光となって対物レンズ６の瞳面Ｂにおいて主光線が光軸Ｓに交差するようになる。

なお、以下の説明は、ガルバノミラー２，３と対物レンズ６の瞳面Ｂとの共役関係を論じる際に、特に明記しなければシリンドリカルレンズ７，８等を考慮しない場合である。
すなわち、本実施形態によれば、中間像面Ａを挟む位置に２つのシリンドリカルレンズ７，８を光軸Ｓ方向に間隔をあけて配置しているので、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、２つのシリンドリカルレンズ７，８の合成光学パワーと同等の光学パワーを有する単一のシリンドリカルレンズ９を中間像面Ａに一致する位置に配置したのと等価な走査光学系１となっている。

その結果、本実施形態によれば、２つのシリンドリカルレンズ７，８の合成光学パワーによって、ｘ方向のガルバノミラー２のみならずｙ方向のガルバノミラー３も対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置関係に配置されるようになる。これにより、対物レンズ６の瞳面Ｂにおける光線のケラレが防止され、周辺視野においても均一な明るさの光を被写体Ｏに照射することができる。そして、上述のように中間像面Ａに一致する位置に単一のシリンドリカルレンズ９を配置したのと等価な走査光学系１が構成されるので、非点収差の発生を防止することができるという効果がある。

さらに、本実施形態に係る走査光学系１によれば、図２（ａ）および図２（ｂ）の走査光学系１０とは異なり、中間像面Ａから光軸Ｓ方向に離れた位置に各シリンドリカルレンズ７，８を配置しているので、各シリンドリカルレンズ７，８に傷や異物が存在しても、それらがノイズとなって検出されてしまうことをより確実に防止することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ガルバノミラー２を対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置したので、シリンドリカルレンズ７，８のｘ方向の光学パワーをゼロに設定したが、ガルバノミラー３を対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置して、シリンドリカルレンズ７，８のｘ方向の光学パワーを負に設定し、ｙ方向の光学パワーをゼロに設定してもよい。

また、両方のガルバノミラー２，３を対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置からずらし、両走査方向ｘ，ｙの光学パワーをゼロ以外の値に設定した任意のアナモルフィック光学要素を採用することにしてもよい。
また、２つのシリンドリカルレンズ７，８は同符号の光学パワーを有していればよく、同一の光学パワーを有している必要はない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る走査光学系１１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る走査光学系１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る走査光学系１１は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、シリンドリカルレンズ１２，１３の配置および構成において、第１の実施形態に係る走査光学系１と相違している。
第１の実施形態に係る走査光学系１においては、ｙ方向に同符号の光学パワーを有する２つのシリンドリカルレンズ７，８を、中間像面Ａを挟んで光軸方向に間隔をあけた位置に配置したが、これに代えて、走査光学系１１は、図３（ｂ）に示されるように、ｙ方向の縦断面が、両凸および両凹となる２つのシリンドリカルレンズ（光学要素）１２，１３を光軸Ｓ方向に並べて配置している点において、第１の実施形態に係る走査光学系１と相違している。

ｙ方向の縦断面が両凸となって正の光学パワーを有する一方のシリンドリカルレンズ１２は、ｘ方向の縦断面は平行平板であって光学パワーを有していない。また、ｙ方向の縦断面が両凹となって負の光学パワーを有する他方のシリンドリカルレンズ１３も、ｘ方向の縦断面は平行平板であって光学パワーを有していない。

ｙ方向の縦断面が両凹レンズからなるシリンドリカルレンズ１３は、ｙ方向の縦断面が両凸レンズからなるシリンドリカルレンズ１２よりも中間像面Ａから離れた位置に配置されている。これにより、レトロフォーカス形のレンズ系が構成されている。２つのシリンドリカルレンズ１２，１３の組み合わせによって構成されたレトロフォーカス形のレンズ系は、２つのシリンドリカルレンズ１２，１３の外側に単一のシリンドリカルレンズを配置したのと等価に機能させることができる。

すなわち、２つのシリンドリカルレンズ１２，１３の位置および光学パワーを調節することにより、１つのアナモルフィック光学要素としてのシリンドリカルレンズを中間像面Ａに一致する位置に配置したのと等価なレトロフォーカス形のレンズ系を構成することができる。
その結果、２つのガルバノミラー２，３を両方とも対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置関係に配置することができ、対物レンズ６の瞳面Ｂにおける光線のケラレが防止され、周辺視野においても均一な明るさの光を被写体Ｏに照射することができる。そして、中間像面Ａに一致する位置に単一のシリンドリカルレンズ９を配置した図２の走査光学系１０と等価な走査光学系１１が構成されるので、非点収差の発生を防止することができる。

さらに、各シリンドリカルレンズ１２，１３を中間像面Ａから光軸Ｓ方向に離れた位置に配置しているので、各シリンドリカルレンズ１２，１３に傷や異物が存在しても、それらがノイズとなって検出されてしまうことをより確実に防止することができる。

また、本実施形態においては、レトロフォーカス形のレンズ系として、ｙ方向に正の合成パワーを有するような２つのシリンドリカルレンズ１２，１３の組み合わせを用いたが、これに代えて、ｙ方向に負の合成パワーを有するような２つのシリンドリカルレンズ１２，１３の組み合わせを用いてもよい。

この場合、図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、光学パワーを有していないｘ方向においては、ｘ方向のガルバノミラー２と対物レンズ６の瞳面Ｂが光学的に共役な位置に配置されるようになっている。ｙ方向においては、ｘ方向のガルバノミラー２よりも瞳面Ｂから離れているｙ方向のガルバノミラー３が対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置されるようになっている。また、近接ガルバノミラー３を瞳面Ｂ，Ｂ′と共役な位置に配置したが一方の近接ガルバノミラー３を被写体Ｏ側に移動させ、移動させた近接ガルバノミラー３と対応するレンズも移動させるようになっている。

次に、本発明の第３の実施形態に係る走査光学系１４について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る走査光学系１１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る走査光学系１４は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、シリンドリカルレンズ１５，１６の配置および構成において、第２の実施形態に係る走査光学系１１と相違している。
本実施形態に係る走査光学系１４においては、第２の実施形態と同様に、図５（ｂ）に示されるように、ｙ方向の縦断面が両凸と両凹の２種類のシリンドリカルレンズ１５，１６を用いているが、対物レンズ６の瞳面Ｂ近傍に配置されている点、および、瞳面Ｂから両凸、両凹の順に配列されて、ガリレオ形のアフォーカル系を構成している点で、第２の実施形態と相違している。

このようにすることで、アフォーカル系が、有限距離の物点に対しては条件に応じた大きさの光軸Ｓ方向の移動を伴って像点を結像するという性質を利用して、ガルバノミラー３側からみたｙ方向の対物レンズ６の瞳位置を光軸Ｓ方向に移動させ、ガルバノミラー３を対物レンズ６の瞳面Ｂに光学的に共役な状態にすることができる。このようなアフォーカル光学系のレンズも中間像面Ａからは離れているので、レンズの傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る走査光学系１７について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る走査光学系１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る走査光学系１７は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、シリンドリカルレンズ２０の配置および構成において、第１の実施形態に係る走査光学系１と相違している。
本実施形態においては、２つのガルバノミラー２，３よりも光源側に複数のリレーレンズ１８，１９を備え、中間像面Ａおよび瞳面Ｂがリレーレンズ４，５，１８，１９によってリレーされて、光学的に共役な位置Ａ′，Ｂ′が形成されている。

そして、第１の実施形態において中間像面Ａの近傍に配置されていた一方のシリンドリカルレンズに代えて、シリンドリカルレンズ７，８の合成パワーと同等のパワーを有する１枚のシリンドリカルレンズ（第１光学要素部）２８を配置し、中間像面Ａを挟んで上記シリンドリカルレンズ８に光軸Ｓ方向に間隔をあけて配置されていた他方のシリンドリカルレンズ７に代えて、中間像面Ａに共役な位置Ａ′の近傍であって、上記一方のシリンドリカルレンズ２８と光学的に共役な位置に、一方のシリンドリカルレンズ２８と相補的な形状を有する他のシリンドリカルレンズ（第２光学要素部）２０を配置している。

このように構成された本実施形態に係る走査光学系１７によれば、中間像面Ａ近傍に配置された一方のシリンドリカルレンズ２８によってｙ方向のガルバノミラー３の光軸Ｓ方向のズレが補償されて、ガルバノミラー３が対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置に配置される。また、一方のシリンドリカルレンズ２８と光学的に共役な位置に相補的な他方のシリンドリカルレンズ２０を配置することにより、非点収差を光学系全系として打ち消すことができる。さらに、これらのシリンドリカルレンズ２０，２８を中間像面Ａ，Ａ′から離すことで、傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

なお、本実施形態においては、２つのシリンドリカルレンズ２０，２８を中間像面Ａ，Ａ′から間隔をあけて、比較的近接する位置に配置したが、これに代えて、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、中間像面Ａと瞳面Ｂとの間の中間像面Ａから離れた位置およびこれと共役な位置に配置することにより、２つのシリンドリカルレンズ２０，２８間において大きな非点収差を発生させることにしてもよい。このようにすることで、観察装置がインナーフォーカス２６を備える場合に、インナーフォーカス２６の作動により中間像面Ａが大きく変動して、いずれかの光学要素に一致しても、その光学要素の傷や異物によるノイズの発生を防止することができるという利点がある。図中、符号２７はリレーレンズである。

また、本実施形態においては、図８（ａ）および図８（ｂ）に示されるように、対物レンズ６の瞳面Ｂの近傍にシリンドリカルレンズ（第１光学要素部、第１光学要素）２８ａを配置し、シリンドリカルレンズ２８ａから光軸Ｓ方向に間隔をあけてシリンドリカルレンズ（第１光学要素部、第１光学要素）２８ｂを配置し、中間像面Ａ，ガルバノミラー３，およびガルバノミラー２を挟んで、シリンドリカルレンズ２８ａ，２８ｂとそれぞれ光学的に共役な位置にシリンドリカルレンズ２８ａ，２８ｂと相補的な形状を有する他のシリンドリカルレンズ（第２光学要素部、第２光学要素）２０ａ，２０ｂを配置してもよい。

この場合、シリンドリカルレンズ２８ａ，２８ｂが正の光学パワーを有し、シリンドリカルレンズ２０ａ，２０ｂが負の光学パワーを有している。そして、シリンドリカルレンズ２０ｂ，２８ｂは、中間像面Ａ，Ａ′の近傍かつ光軸Ｓに沿ういずれかの方向にずれた位置に配置されている。
また、本実施形態においては、シリンドリカルレンズ２８ａとシリンドリカルレンズ２０ａとが共役な位置にあり相補的な形状を有し、かつ、シリンドリカルレンズ２８ｂとシリンドリカルレンズ２０ｂとが共役な位置にあり相補的な形状を有するので、例えばシリンドリカルレンズ２０ａ，２８ａの光学パワーの符号を入れ替えて、シリンドリカルレンズ２０ａが正の光学パワーを有し、シリンドリカルレンズ２８ａが負の光学パワーを有することとしてもよい。

次に、本発明の第５の実施形態に係る走査光学系２１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第４の実施形態に係る走査光学系１７と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る走査光学系２１は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、シリンドリカルレンズ２２，２３，２４，２５の配置および構成において、第４の実施形態に係る走査光学系１７と相違している。
本実施形態においては、図７（ａ）および図７（ｂ）に示される第４の実施形態の変形例において対物レンズ６の瞳面Ｂ近傍に配置されていた単一のシリンドリカルレンズ２８に代えて、ｙ方向の両凸および両凹の縦断面を有する２つのシリンドリカルレンズ（光学要素）２２，２３を並べて配置することにより、負の光学パワーを有するレトロフォーカス系の第１光学要素を構成している。また、対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置Ｂ′の近傍に、シリンドリカルレンズ２０に代えてｙ方向の両凸および両凹の縦断面を有する２つのシリンドリカルレンズ（光学要素）２４，２５を並べて配置することにより、正の光学パワーを有するレトロフォーカス系の第２光学要素を構成している。負のパワーを有する第１光学要素２２，２３と正のパワーを有する第２光学要素２４，２５とは相互に相補的な性質を有している。

レトロフォーカス系は、主点間距離を大きくすることができ、これを利用して、対物レンズ６の瞳面Ｂと光学的に共役な位置からずれて配置されているｙ方向のガルバノミラー３を、瞳面Ｂと光学的に共役な位置関係に配置することができる。本実施形態のように第１光学要素２２，２３および第２光学要素２４，２５の両方をレトロフォーカス系に構成することにより、光源側から対物レンズ６側までを完全に瞳共役な位置関係にすることができる。

本実施形態においても、中間像面Ａと瞳面Ｂとの間の中間像面Ａから離れた位置およびこれと共役な位置に配置することにより、２つのシリンドリカルレンズ２２，２３，２４，２５間において大きな非点収差を発生させることができる。このようにすることで、インナーフォーカス２６を備える観察装置において、中間像面Ａが大きく変動して、いずれかの光学要素に一致しても、その光学要素の傷や異物によるノイズの発生を防止することができる。

また、本実施形態においては、２つのシリンドリカルレンズ２２，２３，２４，２５として、瞳面Ｂ側に負の合成パワーを有するシリンドリカルレンズ２２，２３、位置Ｂ′側に正の合成パワーを有するシリンドリカルレンズ２４，２５を配置するものを用いたが、これに代えて、瞳面Ｂ側に正の合成パワーを有するシリンドリカルレンズ２４，２５、位置Ｂ′側に負の合成パワーを有するシリンドリカルレンズ２２，２３を配置してもよい。

この場合、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるように、光学パワーを有していないｘ方向においては、ｘ方向のガルバノミラー２、瞳面Ｂおよび位置Ｂ′が光学的に共役な位置に配置されるようになっている。ｙ方向においては、２つのシリンドリカルレンズ２２，２３，２４，２５の主点間距離を利用してｙ方向のガルバノミラー３、瞳面Ｂおよび位置Ｂ′が光学的に共役な位置に調節されるようになっている。

具体的には、位置Ｂ′のｙ方向における共役面をシリンドリカルレンズ２２，２３によってｘ方向のガルバノミラー２よりも光源側に移動させることにより、位置Ｂ′とｙ方向のガルバノミラー３とを光学的に共役にすることができる。また、ｙ方向のガルバノミラー３のｙ方向における共役面をシリンドリカルレンズ２４，２５によって本来の共役面よりも対物レンズ６側に移動させることにより、ｙ方向のガルバノミラー３と瞳面Ｂとを光学的に共役にすることができる。

また、本実施形態においては、走査光学系２１として、インナーフォーカス２６を用いるものを例示したが、これに代えて、波面変調素子を用いてもよい。
この場合、波面変調素子としては、例えば、ＬＣＯＳ素子、形状可変鏡（デフォーマブルミラー）、形状可変レンズ、またはＫＴＮ結晶等が使用可能であり、位置Ｂ′の近傍に配置されればよい。

なお、本発明は、レトロフォーカス形のシリンドリカルレンズを用いる点において、特開２０１１−２２４０３７号公報の発明と類似している。しかしながら、本発明は、レトロフォーカス形における主点間距離を積極的に用いて近接ガルバノミラーの瞳共役化に役立てている点において上記先行例と異なっている。

１，１１，１４，１７，２１ 走査光学系
２，３ ガルバノミラー（走査手段）
６ 対物レンズ
７，８，１２，１３，１５，１６，２０，２０ａ，２０ｂ，２２，２３，２４，２５，２８，２８ａ，２８ｂ シリンドリカルレンズ（光学要素、第１光学要素、第２光学要素、第１光学要素部、第２光学要素部）
２６ インナーフォーカス
Ａ 中間像面
Ｂ 瞳面
Ｏ 被写体（対象物）
Ｓ 光軸

Claims (9)

1. 光軸方向に間隔をあけて近接して配置され、光源からの光線を２つの走査方向に走査する２つの１次元の走査手段と、
   該走査手段によって走査された前記光線を対象物に集光させる対物レンズと、
   中間像面から前記光軸方向に離れた位置に配置され且つ等価的に前記中間像面上に配置された２つの前記走査方向の光学パワーが異なる複数の光学要素とを備え、
   各該光学要素の前記位置および前記光学パワーが、２つの前記走査手段の前記光軸方向の間隔を補償するように設定されている走査光学系。
2. 複数の前記光学要素が、前記中間像面を挟んで前記光軸方向に間隔をあけて配置され、
   複数の該光学要素の合成光学パワーが、２つの前記走査方向において異なる請求項１に記載の走査光学系。
3. 複数の前記光学要素が、前記中間像面に対して一側に前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの光学要素であり、
   前記中間像面に近い側の前記光学要素と、前記中間像面から遠い側の前記光学要素とが互いに異なる符号の光学パワーを有する請求項１に記載の走査光学系。
4. 複数の前記光学要素が、アフォーカル光学系を構成し、前記走査手段と前記対物レンズの瞳面との間に配置されている請求項１に記載の走査光学系。
5. 複数の前記光学要素が、前記走査手段と前記対物レンズの瞳面との間に配置された第１光学要素部と、該第１光学要素部と光学的に共役な位置に配置され、前記第１光学要素部と光学的に相補的な性質を有し、光学系全系において前記第１光学要素部の光学パワーを打ち消す第２光学要素部とを備える請求項１に記載の走査光学系。
6. 前記第１光学要素部が、前記対物レンズの瞳面に近接し、前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの光学要素であり、
   前記瞳面に近い側の前記光学要素と、前記瞳面から遠い側の前記光学要素とが、互いに異なる符号の光学パワーを有する請求項５に記載の走査光学系。
7. 前記第１光学要素部が、一方が前記対物レンズの瞳面に近接して配置され、他方が前記対物レンズの瞳面から前記光軸方向に間隔をあけて配置された２つの第１光学要素を備え、
   前記第２光学要素部が、前記第１光学要素部の各前記第１光学要素とそれぞれ光学的に共役な位置に配置され、かつそれぞれ光学的に相補的な性質を有する２つの第２光学要素を備える請求項５に記載の走査光学系。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の走査光学系を有する観察装置。
9. インナーフォーカスを備える請求項８に記載の観察装置。

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