JPWO2011068185A1 - 結像光学系及び顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

右眼用及び左眼用の光路が完全に独立である内斜系実体顕微鏡装置の利点を残したまま、左右の光学系を平行に配置することができる結像光学系及びこの結像光学系を用いた顕微鏡装置を提供する。複数のレンズ群からなる変倍光学系１１Ｒ，１１Ｌを有し、この変倍光学系１１Ｒ，１１Ｌの光軸から外れた位置に配置された物体Ｏの像を光軸上に結像するとともに、当該像を変倍可能に構成された結像光学系１０Ｒ、１０Ｌは、複数のレンズ群を有し、この複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、その中心が光軸に対して直交方向に所定量離れるように配置され、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、変倍光学系１１Ｒ，１１Ｌの第２レンズ群Ｇ２を、基準光軸Ａに対して直交方向の成分を持つように移動させる。

Description

本発明は、結像光学系及び顕微鏡装置に関する。

顕微鏡装置の一例である実体顕微鏡装置を用いると、凹凸のある物体を観察したときに、両眼で見た場合と同じように立体感を持って観察することができる。このため、顕微鏡下で作業する場合に、ピンセット等の工具と物体との距離関係を容易に把握することができる。したがって、精密機械工業、生物の解剖、手術等細かい処置が必要な分野で特に有効である。このような実体顕微鏡装置では、視差を得るため、左右２つの眼に入射する光束の光学系を少なくとも部分的には独立させ、その光軸が物体面上で交わるようにする。そして、異なった方向より見た物体の拡大像を作り、接眼レンズを通して観察することで微小物体の立体視を行っている。

このような実体顕微鏡装置は、その立体視を得る方法により、内斜系実体顕微鏡装置と平行系実体顕微鏡装置の２方式に大別される。内斜系実体顕微鏡装置の光学系は、図９（ａ）に示すように、右眼用光学系と左眼用光学系とがそれぞれ独立して設けられており、両光学系は所定の角度θだけ傾いて配置されている。この内斜系実体顕微鏡装置において、物体Ｏから出射した光は結像レンズ（通常はズーム変倍レンズ）１Ｒ，１Ｌにより像ＩＲ，ＩＬとして結像する。そして、これらの像ＩＲ，ＩＬは接眼レンズ２Ｒ，２Ｌにより拡大された後、図示しない肉眼で観察される。一方、平行系実体顕微鏡装置の光学系においては、図９（ｂ）に示すように、物体Ｏからの光束は右眼用及び左眼用共通の対物レンズ３を通過した後、アフォーカル変倍レンズ（通常はズーム変倍レンズ）４Ｒ，４Ｌ及び結像レンズ５Ｒ，５Ｌにより像ＩＲ，ＩＬとして結像する。そして、これらの像ＩＲ，ＩＬは接眼レンズ６Ｒ，６Ｌにて拡大された後、図示しない肉眼で観察される。このような平行系実体顕微鏡装置において変倍を行う場合には、焦点距離の異なる共通対物レンズを複数用意しておき、必要な焦点距離の対物レンズを選択し、入れ替えることで変倍を行っている。

以上のように、内斜系実体顕微鏡装置は、光学系がシンプルで鏡体を小型・軽量化することが可能である。その反面、結像光学系が観察対象物体に対して斜めに配置されているため、変倍光学系の変倍メカ機構が複雑になってしまう。また、平面物体等の観察時に、視野中心以外はピントが合わないという現象が生じてしまう。一方、平行系実体顕微鏡装置は、左右の光学系の光軸が平行に配置されているため、平行光束部分に同軸照明装置、ティーチングヘッド装置など、各種の中間装置を挿入して使用することができる。また、視野全体にピントを合わせることができるので、観察対象物体の写真撮影にも適している。その反面、対物レンズの構成が複雑で装置が大型になり、高価なものになる等の欠点がある。このような理由により、平行系実体顕微鏡装置のようにシステム拡張性が高く、視野全体の光学性能が満たされている内斜系実体顕微鏡装置が求められており、例えば、左右の光学系の各々に偏角プリズムを挿入することで、内斜系実体顕微鏡装置の左右の光軸を平行にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５８−１１７１１号公報

しかしながら、偏角プリズムは平行光束区間に挿入しないと大きな収差が発生する。そのため、内斜系実体顕微鏡装置において、偏角プリズム単体で左右の光軸を平行にするためには、平行区間及びプリズムを挿入するための間隔を設けなければならず、変倍光学系を構成するに当たり非常に負担となる。その結果、光学系が大型化しコストの上昇に繋がるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、右眼用及び左眼用の光路が完全に独立である内斜系実体顕微鏡装置の利点を残したまま、左右の光学系を平行に配置することができる結像光学系及びこの結像光学系を用いた顕微鏡装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る結像光学系は、光軸から外れた位置に配置された物体の像を光軸上に結像するとともに、当該像を変倍可能に構成された結像光学系であって、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、その中心が光軸に対して直交方向に所定量離れるように配置され、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、少なくとも１つのレンズ群は、光軸に対して直交方向の成分を持つように移動することを特徴とする。

このような結像光学系は、複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群の光軸、若しくは、当該レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つの光軸は、物体面の法線に対して傾斜していることが好ましい。

また、このような結像光学系は、さらに、偏角プリズムを有することが好ましい。このとき、この偏角プリズムは、２種類以上の硝種からなる張り合わせプリズムであることが好ましい。

また、本発明に係る顕微鏡装置は、異なる方向から見た物体の像を結像する２以上の結像光学系を有する顕微鏡装置であって、この結像光学系の少なくとも一つは、上述の結像光学系のいずれかで構成されることを特徴とする。

このような顕微鏡装置において、２以上の結像光学系の光軸の少なくとも一部は、互いに略平行に配置されていることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置は、２以上の結像光学系に共通の対物レンズを装着できることが好ましい。

本発明に係る結像光学系及び顕微鏡装置を以上のように構成すると、右眼用及び左眼用の光路が完全に独立である内斜系実体顕微鏡装置の利点を残したまま、左右の光学系を平行に配置することができる。

実体顕微鏡装置の外観を示す斜視図である。 従来の４群構成の変倍光学系を有する結像光学系において、軸上の物体から出た光の結像状態を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 上記従来の変倍光学系を有する結像光学系において、軸外の物体から出た光の結像状態を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 第１の実施形態に係る結像光学系の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 第１の実施形態に係る実体顕微鏡装置の結像光学系の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 上記第１の実施形態に係る実体顕微鏡装置の結像光学系に、照明光学系を加えた場合の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 第２の実施形態に係る実体顕微鏡装置の結像光学系の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 第３の実施形態に係る実体顕微鏡装置の結像光学系の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 従来の実体顕微鏡装置の光学系を説明するための説明図であって、（ａ）内斜系実体顕微鏡装置の構成を示し、（ｂ）は平行系実体顕微鏡装置の構成を示す。 第１の実施形態から第３の実施形態の結像光学系における低倍端状態から高倍端状態への変倍区間の第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道をプロットした図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて顕微鏡装置の一例である実体顕微鏡装置の構成について説明する。この実体顕微鏡装置１００は、ベース部１０１、変倍レンズ鏡筒１０２、双眼鏡筒１０３、及び、焦点合わせ装置１０４を有して構成されている。ベース部１０１の上面には、透明部材を埋め込んだ標本載置台１０５が設けられている。また、変倍レンズ鏡筒１０２の内部には、その光軸の少なくとも一部が互いに略平行に配置された左眼用と右眼用の変倍光学系及び結像レンズがそれぞれ設けられ、鏡筒の外側には変倍ノブ１０６が配置されている。変倍光学系には変倍のための可動レンズ群が複数含まれており、変倍ノブ１０６の回転により、予め定められた移動量にのっとり光軸方向に移動する。また変倍光学系に可変絞りを搭載した場合、変倍レンズ鏡筒にはこの可変絞りの調節機構が設けられる。また焦点合わせ装置１０４は焦点合わせノブ１０７とこの焦点合わせノブ１０７の回転に伴い変倍レンズ鏡筒１０２を軸に沿って上下動させる機構部（図示せず）とを有している。

［第１の実施形態］
それでは、このような実体顕微鏡装置１００に用いられる第１の実施形態に係る結像光学系の具体的な構成について説明する。図２は、変倍光学系１１′及び結像レンズ１２から構成される結像光学系１０′であって、観察対象である物体Ｏ１及び結像光学系１０′の全てのレンズ群が１つの光軸上（以下、「基準光軸Ａ」と呼ぶ）に配置されている場合を示している。ここで、変倍光学系１１′は、物体Ｏ１側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、からなる４群構成の代表的な構成の１つであって、第４レンズ群Ｇ４から出射される光は略平行光束となっている。この変倍光学系１１′は、低倍端状態（図２（ａ））から高倍端状態（図２（ｂ））への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２が物体側から像側へ一定方向に、また、第３レンズ群Ｇ３が像側から物体側へ一定方向に移動する。即ち、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３は常に一定方向にのみ移動し、変倍動作の途中で逆戻りするような方向へは移動しない。この図２から明らかなように、変倍光学系１１′を構成する第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動して変倍したとしても、基準光軸Ａ上の物体Ｏ１から出射した光は、結像レンズ１２により、この基準光軸Ａ上に像Ｉ１として結像される。

この図２において、仮に結像光学系１０′の全てのレンズ群が１つの光軸上（基準光軸Ａ上）に配置されている状態のままで、観察対象である物体を、その光軸外Ｏ２に移動した場合、図３に示すように像Ｉ２も軸外に移動し、その移動量は低倍端状態（図３（ａ））から高倍端状態（図３（ｂ））に変倍するに従って大きくなっていく。この像Ｉ２の位置を基準光軸Ａ（第１レンズ群Ｇ１の光軸）上に補正するため、図４の結像光学系１０に示すように、変倍光学系１１の第２レンズ群Ｇ２を光軸に対して垂直な方向に移動させる。このとき、像と同様その移動量は低倍端状態（図４（ａ））から高倍端状態（図４（ｂ））に変倍するに従って大きくなっていく。結果、変倍光学系１１を射出する光束は基準光軸Ａに略平行にすることができる。なお、ここでは第２レンズ群Ｇ２を偏心させたが、第３レンズ群Ｇ３を偏心させることでも同様の効果を得ることができる。

図４に示すような、変倍時に光軸上を移動するレンズ群（例えば、第２レンズ群Ｇ２）をこの光軸と直交方向の成分を持つように移動させて、倍率に関わらずに、軸外の物体Ｏ２の像を基準光軸Ａ上に像Ｉ２′として結像するように構成された結像光学系１０を、複数組み合わせ、物体を異なる方向から観察可能とすることで、この物体の立体視が可能となる。図５は、上述の結像光学系１０を、右眼用結像光学系１０Ｒ及び左眼用結像光学系１０Ｌとして左右に並べて配置することにより、各々の基準光軸ＡＲ，ＡＬを互いに略平行に保ちながら、これらの基準光軸ＡＲ，ＡＬの略中間に位置する物体Ｏに対して異なる方向（左右方向）から観察することができるように構成された実体顕微鏡装置の光学系を示している。すなわち、この実体顕微鏡装置は、左右眼用結像光学系１０Ｒ，１０Ｌの基準光軸ＡＲ，ＡＬを略平行にして配置した状態で、図９（ａ）を用いて説明した***系実体顕微鏡装置の光学系と同様に、物体Ｏに対する光軸を所定の角度だけ傾かせることができる。

なお、変倍光学系１１Ｒ，１１Ｌを射出する略平行光束は、最終的に結像レンズ１２Ｒ，１２Ｌによって集光され、像ＩＲ，ＩＬとして結像される。左右光学系の基準光軸ＡＲ，ＡＬを平行にできるので、図６に示すように、照明光学系１３をこの平行光束部に挿入することができる。この図６に示す照明光学系１３は、右眼用結像光学系１０Ｒの変倍光学系１１Ｒと結像レンズ１２Ｒとの間に配置されたハーフミラー（若しくはハーフプリズム）１３ａと、光源１４からの光を略平行光束に集光する集光レンズ１３ｂと、から構成されている。そのため、光源１４から放射された光は、集光レンズ１４ｂで略平行光束に変換されてハーフミラー１３ａに入射し、このハーフミラー１３ａで反射して変倍光学系１１Ｒに導かれ、さらにこの変倍光学系１１Ｒを介して物体Ｏに照射される。本実施形態で示す実体顕微鏡装置と同様、左右独立した光学系を持つ従来の内斜系実体顕微鏡装置では、同軸落射照明をするためには、照明光学系を変倍光学系よりも物体側に装着する必要があり、作動距離が短くなってしまうという欠点があるが、変倍光学系１１Ｒの変倍レンズ群の一部（例えば、第２レンズ群Ｇ２）を光軸と直交方向の成分を持つように移動させることにより、平行系実体顕微鏡装置の光学系と同様に、左右光学系の基準光軸ＡＲ，ＡＬを平行にできるので、照明光学系の配置の自由度が上がり、作動距離への影響をなくすことができる。

以上より、この図５及び図６に示す第１の実施形態に係る実体顕微鏡装置によると、右眼用及び左眼用の光路が完全に独立である内斜系実体顕微鏡装置の利点を残したまま、左右の光学系の基準光軸を平行に配置することができ、平行系実体顕微鏡装置のようにシステム拡張性が高く、視野全体の光学性能を向上させることができる。その結果、メカ機構をより小さく単純な構成にすることができる。また、平行系実体顕微鏡と各種の中間装置及び鏡筒の共通化ができる利点がある。

以下、結像光学系１０（１０Ｒ，１０Ｌ）の具体的な構成例について説明する。尚、レンズは現実には厚みを持つが、レンズに入射する光線と射出する光線の振る舞いだけをそのレンズの効果と考え、厚さの無視できる薄肉レンズに理論的に置き換えることが可能である。特に変倍光学系においては、各レンズ群の構成枚数が少ないために、薄肉レンズとして近似しやすく、各レンズ群を薄肉レンズに置き換え、仕様に見合う最適な焦点距離と各レンズ群配置を決定することが一般的である。その例に倣い、以下の結像光学系１０における変倍光学系１１では、各レンズ群をそれぞれ一枚の薄肉レンズに置き換えて説明する。また、各レンズ群の焦点距離と配置以外の情報（各レンズ群を構成するレンズの曲率半径等）はこの結像光学系１０の本質とは関係がないために省略する。

図４を用いて説明したように、本実施形態に係る結像光学系１０を構成する変倍光学系１１は、物体Ｏ側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、からなる４群構成の代表的な変倍光学系の１つであり、低倍端状態から高倍端状態への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２が物体側から像側に一定方向に、また第３レンズ群Ｇ３が像側から物体側へ一定方向に移動する。即ち、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群は常に一定方にのみ移動し、変倍動作の途中で逆戻りするような方向には移動しない。このズームタイプにおいて、変倍動作とともに第２レンズ群Ｇ２を結像光学系１０の基準光軸Ａに直交する方向の成分を持つように移動させることで軸外物点Ｏ２の像の位置を基準光軸Ａ上に補正するように構成した場合について、以下に諸元を示す。

次の表１に、この第１の実施形態に係る結像光学系１０の諸元を示す。なお、この表１において、βは変倍光学系１１のズーム倍率を示し、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示し、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示す。また、ｄ０は物体Ｏと第１レンズ群Ｇ１の最も物体側レンズ頂点の基準光軸Ａに沿った間隔を示し、ｄ１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との基準光軸Ａ上の距離を示し、ｄ２は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との基準光軸Ａ上の距離を示し、ｄ３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との基準光軸Ａ上での距離を示す。さらにε（基準光軸）は物体に対する基準光軸Ａの偏芯量を、ε（Ｇ２）は第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯量を示す。ここで偏芯量とは、図４の上向き（矢印Ｅの方向）を正として表す。この表１において、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４の間隔ｄ１〜ｄ３及び偏芯量ε（Ｇ２）に対しては、低倍端及び高倍端のときの値、並びに、倍率が０．６３ｘ、１．２６ｘ、２．５２ｘ及び５．０４ｘのときの値を示す。これらの符号の説明は、以降の実施形態においても同様である。

また、図１０（ａ）に低倍端状態から高倍端状態への変倍区間における、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道をプロットした図を示す。低倍端状態から高倍端状態への変倍区間において、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道は、直線軌道ではない。第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量Ｘを横軸、第２レンズ群Ｇ２の光軸からの偏芯量Ｙを縦軸としたとき、Ｙ＝ｆ（Ｘ）という関数で軌道は表される。このとき、関数ｆ（Ｘ）のＸによる２階微分は正である。

さらに、結像レンズ１２Ｒ，１２Ｌの焦点距離は２００としている。ここで、焦点距離、間隔（距離）、偏芯量その他長さの単位は、特に断らない限り「ｍｍ」であるとして説明するが、光学系は比例拡大、比例縮小しても同一の光学性能を得ることができるため、単位は「ｍｍ」に限定されることはない。なお、これらの諸元表の説明は以降の実施形態においても同様である。

（表１）
β ＝ 8x
ｆ１ ＝ 67.73
ｆ２ ＝ -41.33
ｆ３ ＝ 52.31
ｆ４ ＝ -64.50
ｄ０ ＝ 127.5

低倍端 高倍端
ｄ１ 0.4407 67.3893
ｄ２ 112.0325 7.0315
ｄ３ 10.9750 49.0274

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ｄ１ 0.4407 31.7298 53.2646 7.3893
ｄ２ 112.0325 71.56028 37.4426 7.0315
ｄ３ 10.975 20.1581 32.7416 49.0274

基準光軸の物体に対する偏芯量
ε（基準光軸） ＝ 8.8

第２レンズ群の基準光軸に対する偏芯量
低倍端 高倍端
ε（G2） 2.8510 5.3688

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ε（G2） 2.8510 3.6512 4.5233 5.3688

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態では、結像光学系１０の変倍光学系１１を構成する第２レンズ群Ｇ２を偏心させることでこの変倍光学系１１を出射する光束を基準光軸Ａに平行にしている。さらに図７に示す結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのように、変倍光学系２１Ｒ，２１Ｌを構成する第１レンズ群Ｇ１の光軸のみを基準光軸Ａに対して物体Ｏに向けて傾ける、すなわち、物体Ｏの観察面（物体面）の法線に対して傾斜させることにより、第２レンズ群Ｇ２の偏芯量を減らし、この結像光学系２０Ｒ，２０Ｌをよりコンパクトな構成とすることができる。具体的には、第１レンズ群Ｇ１を、左右方向に並ぶ２つの結像光学系２０Ｒ，２０Ｌの基準光軸ＡＲ，ＡＬを含む面に対して垂直な軸Ｂを中心にα度回転させる（右回りを正とする）ように構成する。なお、この第２の実施形態では、第１レンズ群Ｇ１全体を軸Ｂを中心に回転させた場合について示しているが、この第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの少なくとも１つを回転させても良い。さらに、その他のレンズ群（第２、第３、第４レンズ群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）の全体若しくはその一部を回転させても同様の効果がある。また、この図７において、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

次の表２に、この第２の実施形態に係る結像光学系２０の諸元を示す。なお、この第２の実施形態においても、結像レンズ１２Ｒ，１２Ｌの焦点距離は２００としている。

また、図１０（ｂ）に低倍端状態から高倍端状態への変倍区間における、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道をプロットした図を示す。低倍端状態から高倍端状態への変倍区間において、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道は、直線軌道ではない。第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量Ｘを横軸、第２レンズ群Ｇ２の光軸からの偏芯量Ｙを縦軸としたとき、Ｙ＝ｆ（Ｘ）という関数で軌道は表される。このとき、関数ｆ（Ｘ）のＸによる２階微分は正である。

（表２）
β ＝ 8x
ｆ１ ＝ 56.9411
ｆ２ ＝ -27.7402
ｆ３ ＝ 32.7880
ｆ４ ＝ -46.0593
ｄ０ ＝ 127.5

低倍端 高倍端
ｄ１ 7.2803 51.1030
ｄ２ 68.4085 0.6055
ｄ３ 1.0890 25.0693

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ｄ１ 7.2803 27.7278 41.8440 51.1030
ｄ２ 68.4085 42.1777 20.0978 0.6055
ｄ３ 1.0890 6.8723 14.8360 25.0693

基準光軸の物体に対する偏芯量
ε（基準光軸） ＝ 8.8

第１レンズ群の基準光軸に対する回転角
α ＝ -1.4182

第２レンズ群の基準光軸に対する偏芯量
低倍端 高倍端
ε（G2） 2.4232 4.5000

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ε（G2） 2.4232 3.0863 3.8069 4.5000

［第３の実施形態］
既に説明したように偏角プリズムのみで、光束を基準光軸に平行にすると、光学系を構成することが非常に難しくなってしまう。しかし、図８に示す結像光学系３０のように、偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌのそれぞれを、物体Ｏと変倍光学系１１Ｒ，１１Ｌとの間にそれぞれ挿入し、かつ第２レンズ群Ｇ２を偏芯させることによって、必要とされる偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌの偏角、第２レンズ群Ｇ２の偏芯量が共に小さくなり、光学系の構成が容易となる。また、偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌの各々は第１プリズム３５ａと第２プリズム３５ｂとの２種類の硝種を張り合わせた構造である。このように、編角プリズム３５Ｒ，３５Ｌを２種類の硝種を張り合わせた構造とすることで、収差の発生を抑えることができる。ここで、この第３の実施形態においては、第１の実施形態に係る結像光学系１０Ｒ，１０Ｌに偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌを加えた構成としているが、第２の実施形態に係る結像光学系２０、すなわち、第１レンズ群Ｇ１の光軸が物体に向けられている構成に、偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌを加えた構成としても良い。なお、この図８においても、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

次の表３に、この第３の実施形態に係る結像光学系３０の諸元を示す。なお、張り合わせた偏角プリズム３５Ｒ，３５Ｌの各面の偏角を物体側から順にα、β、γとする。また、結像レンズ１２Ｒ，１２Ｌの焦点距離は２００としている。

また、図１０（ｃ）に低倍端状態から高倍端状態への変倍区間における、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道をプロットした図を示す。低倍端状態から高倍端状態への変倍区間において、第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道は、直線軌道ではない。第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量Ｘを横軸、第２レンズ群Ｇ２の光軸からの偏芯量Ｙを縦軸としたとき、Ｙ＝ｆ（Ｘ）という関数で軌道は表される。このとき、関数ｆ（Ｘ）のＸによる２階微分は正である。

（表３）
β ＝ 8x
ｆ１ ＝ 67.0868
ｆ２ ＝ -40.9593
ｆ３ ＝ 51.9117
ｆ４ ＝ -64.3239
ｄ０ ＝ 127.5

低倍端 高倍端
ｄ１ 0.1504 66.7184
ｄ２ 111.4181 7.0000
ｄ３ 10.5285 48.3787

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ｄ１ 0.1504 31.2300 52.6363 66.7184
ｄ２ 111.4181 71.2292 37.3318 7.0000
ｄ３ 10.5285 19.6379 32.1291 48.3787

基準光軸の物体に対する偏芯量
ε（基準光軸） ＝ 8.8

第２レンズ群の基準光軸に対する偏芯量
低倍端 高倍端
ε（G2） 2.3877 4.5000

0.63x 1.26x 2.52x 5.04x
ε（G2） 2.3877 3.0577 3.7885 4.5000

物体と変倍光学系の間に挿入するプリズムの構成
第１プリズム 屈折率＝1.49782 アッベ数＝82.5 厚み＝1.5
第２プリズム 屈折率＝1.75520 アッベ数＝27.5 厚み＝1.5
α ＝ -2.4431
β ＝ -4.3742
γ ＝ -3.9314

なお、以上の説明では、結像レンズと変倍光学系とを分けているが、変倍光学系内の最も像側のレンズ群に結像レンズの役割をもたせ、結像レンズを省くことも可能である。また、本実施形態と同様に、左右光路共通の対物レンズを持たない実体顕微鏡装置として内斜系実体顕微鏡装置が挙げられる。但し、内斜系実体顕微鏡装置では特殊な用途、例えば作動距離が通常よりも必要な場合などにおいて、左右光路共通の対物レンズを装着する場合がある。本実施形態では示されていないが、同様の要請から、左右光路共通の対物レンズを装着することが可能である。

また、本実施形態の結像光学系の第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａに対する偏芯軌道は、直線軌道ではないが、製造上の利便性を鑑み、直線軌道をとることも可能である。しかし、その場合は軌道の自由度が減るために光学性能は低下する。

１０Ｒ，１０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｌ 結像光学系
Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群 Ｇ４ 第４レンズ群
３５Ｒ，３５Ｌ 偏角プリズム １００ 実体顕微鏡装置

前記課題を解決するために、本発明に係る結像光学系は、光軸から外れた位置に配置された物体の像を光軸上に結像するとともに、当該像を変倍可能に構成され、像の位置及び像と共役な前記物体上の位置が、変倍によって光軸方向に変動することなく維持されるように構成された結像光学系であって、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、その中心が光軸に対して直交方向に所定量離れるように配置され、他の少なくとも１つのレンズ群は、その中心が光軸と略一致するように配置されることを特徴とする。
このような結像光学系において、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、光軸に対して直交方向に所定量離れるように配置された少なくとも１つのレンズ群は、光軸に対して直交方向の成分を持つように移動することが好ましい。
また、このような結像光学系において、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、光軸と略一致するように配置された他の少なくとも１つのレンズ群は、光軸上を移動することが好ましい。

また、このような結像光学系は、複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群の光軸、若しくは、当該レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つの光軸は、物体上の観察面の法線に対して傾斜していることが好ましい。

Claims (7)

1. 光軸から外れた位置に配置された物体の像を前記光軸上に結像するとともに、当該像を変倍可能に構成された結像光学系であって、
   複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、その中心が前記光軸に対して直交方向に所定量離れるように配置され、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記少なくとも１つのレンズ群は、前記光軸に対して直交方向の成分を持つように移動することを特徴とすることを特徴とする結像光学系。
2. 前記複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群の光軸、若しくは、当該レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つの光軸は、前記物体面の法線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. さらに、偏角プリズムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 前記偏角プリズムは、２種類以上の硝種からなる張り合わせプリズムであることを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
5. 異なる方向から見た物体の像を結像する２以上の結像光学系を有する顕微鏡装置であって、
   前記結像光学系の少なくとも一つは、請求項１〜４いずれか一項に記載の結像光学系で構成されることを特徴とする顕微鏡装置。
6. 前記２以上の結像光学系の光軸の少なくとも一部は、互いに略平行に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡装置。
7. 前記２以上の結像光学系に共通の対物レンズを装着できることを特徴とする請求項５または６に記載の顕微鏡装置。

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