WO2017216885A1 - 走査光学系および観察装置 - Google Patents

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WO2017216885A1
WO2017216885A1 PCT/JP2016/067706 JP2016067706W WO2017216885A1 WO 2017216885 A1 WO2017216885 A1 WO 2017216885A1 JP 2016067706 W JP2016067706 W JP 2016067706W WO 2017216885 A1 WO2017216885 A1 WO 2017216885A1
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宏也 福山
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オリンパス株式会社
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1025—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for confocal scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08—Anamorphotic objectives
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/60—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having five components only

Definitions

  • the present invention relates to a scanning optical system and an observation apparatus.
  • a scanning optical system having a so-called proximity galvanometer mirror that scans light rays in two scanning directions by two one-dimensional galvanometer mirrors arranged close to each other in the optical axis direction is known (see, for example, Patent Document 1). .)
  • this scanning optical system lenses having different powers in the scanning direction are arranged on the intermediate image plane, so that the two galvanometer mirrors are in a pupil conjugate state.
  • the scanning optical system of Patent Document 1 has a disadvantage that scratches and foreign matter on the lens become a noise image because lenses having different powers in the scanning direction are arranged on the intermediate image plane. Further, if the lens is arranged at a position away from the intermediate image plane, a noise image of scratches and foreign matters can be removed, but there is a disadvantage that astigmatism occurs.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances. The two galvanometer mirrors are brought into a pupil conjugate state, and at the same time, image deterioration due to scratches or foreign matter on the lens is prevented, and astigmatism is prevented.
  • An object of the present invention is to provide a scanning optical system and an observation apparatus that can perform the above.
  • two one-dimensional scanning units that are arranged close to each other in the optical axis direction and that scan light beams from a light source in two scanning directions, and the scanning unit that scans the one-dimensional scanning unit.
  • the scanning optical system in which the position and the optical power are set so as to compensate for the distance in the optical axis direction between the two scanning means.
  • the pupil imaging relationship is adjusted by the so-called anamorphic optical element having different optical powers in the two scanning directions so that the distance in the optical axis direction of the two scanning units is compensated, and the optical axis Two scanning means shifted in the direction can be simultaneously disposed at a position optically conjugate with the pupil plane of the objective lens.
  • the anamorphic optical element having a synthetic optical power can be operated equivalently to being disposed on the intermediate image plane.
  • the anamorphic optical element by separating the anamorphic optical element from the intermediate image plane in the optical axis direction, it is possible to eliminate generation of noise due to scratches or foreign matter on the surface of the anamorphic optical element. In addition, the occurrence of astigmatism can be suppressed by disposing it equivalently on the intermediate image plane.
  • the plurality of optical elements are arranged at intervals in the optical axis direction across the intermediate image plane, and the combined optical power of the plurality of optical elements is different in the two scanning directions. May be.
  • the plurality of optical elements spaced in the optical axis direction across the intermediate image plane have different optical powers in each scanning direction, so that the combined optical power is two optical powers. Equivalent to one optical element placed between the elements. That is, the two optical elements are equivalent to the case where one anamorphic optical element is placed on the intermediate image plane even though the two optical elements are arranged at positions away from the intermediate image plane across the intermediate image plane. Act on.
  • both two scanning means can be arranged at a position optically conjugate with the pupil plane of the objective lens without causing astigmatism. Since the two optical elements are arranged at positions away from the intermediate image plane, it is possible to prevent generation of noise due to scratches or foreign matter on the optical element.
  • the plurality of optical elements are two optical elements that are disposed on one side with respect to the intermediate image plane and spaced apart in the optical axis direction, and are close to the intermediate image plane.
  • the optical element and the optical element far from the intermediate image plane may have optical powers having different signs.
  • the two scanning means can be connected to the pupil of the objective lens without causing astigmatism. It can be arranged in a conjugate state with the surface. Further, since the two optical elements are separated from the intermediate image plane, it is possible to prevent the generation of noise due to scratches or foreign matters on the optical element.
  • the said some optical element may comprise an afocal optical system, and may be arrange
  • the afocal optical system can form an image point with a movement in the direction of the optical axis having a size corresponding to the condition with respect to an object point of a finite distance.
  • two scanning means separated in the optical axis direction can be disposed in an optically conjugate state with the pupil plane of the objective lens.
  • the pupil position corresponding to one of the two scanning directions can be obtained. It is possible to move closer or further away from the pupil position corresponding to another scanning direction. Further, since such an afocal optical system is far away from the intermediate image plane, it is possible to prevent generation of noise due to scratches or foreign matter on the anamorphic optical element.
  • the plurality of optical elements includes a first optical element unit disposed between the scanning unit and the pupil plane of the objective lens, and optically conjugate with the first optical element unit.
  • a second optical element unit disposed at a position and having an optically complementary property to the first optical element unit and canceling the optical power of the first optical element unit in the entire optical system.
  • the two optical scanning elements spaced apart in the optical axis direction are both placed in an optically conjugate state with the pupil plane of the objective lens by the first optical element unit comprising the anamorphic optical element. can do.
  • astigmatism caused by separating the first optical element portion from the intermediate image plane is eliminated by the second optical element portion made of an anamorphic optical element having a property complementary to the first optical element portion.
  • the first optical element unit is two optical elements that are close to the pupil plane of the objective lens and are spaced apart from each other in the optical axis direction.
  • the optical element and the optical element far from the pupil plane may have optical powers having different signs.
  • the first optical element unit constitutes a retrofocus optical system, the distance between the principal points is increased, and the pupil plane of the objective lens and the two scanning means are in an optically conjugate state. can do.
  • both the first optical element portion and the second optical element portion are configured by a retrofocus system, it is possible to completely conjugate the pupil from the light source to the objective lens side.
  • one of the first optical element portions is disposed in the vicinity of the pupil plane of the objective lens, and the other is disposed at a distance from the pupil plane of the objective lens in the optical axis direction.
  • Two second optical elements having various properties may be provided.
  • Another aspect of the present invention is an observation apparatus having any one of the above-described scanning optical systems.
  • an inner focus may be provided.
  • the two galvanometer mirrors are brought into a pupil conjugate state, and at the same time, astigmatism can be prevented from occurring while preventing image deterioration due to scratches or foreign matter on the lens.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a modification of the scanning optical system of FIG.
  • FIG. 3 showing the longitudinal cross-sectional shapes in the (a) xz direction and (b) yz direction.
  • It is a scanning optical system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, Comprising: It is a schematic diagram which shows the longitudinal cross-sectional shape of (a) xz direction and (b) yz direction. It is a scanning optical system concerning a 4th embodiment of the present invention, and is a mimetic diagram showing the longitudinal section shape of (a) xz direction and (b) yz direction.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a modification of the scanning optical system in FIG. 6, showing a longitudinal cross-sectional shape in (a) xz direction and (b) yz direction.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing another modification of the scanning optical system in FIG. 6, showing the longitudinal cross-sectional shapes in (a) xz direction and (b) yz direction. It is a scanning optical system concerning a 5th embodiment of the present invention, and is a mimetic diagram showing the longitudinal section shape of (a) xz direction and (b) yz direction.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a modification of the scanning optical system of FIG. 9 and showing a longitudinal cross-sectional shape in the (a) xz direction and (b) yz direction.
  • the observation apparatus includes a scanning optical system 1 that condenses a light beam from a light source on a subject (object) O and scans it two-dimensionally.
  • the scanning optical system 1 is arranged close to the optical axis S with a gap therebetween, and two light beams from the light source are transmitted.
  • Two one-dimensional galvanometer mirrors (scanning means) 2 and 3 that scan in the scanning direction (x direction and y direction), and a relay that relays light beams scanned by the galvanometer mirrors 2 and 3 while forming an intermediate image Lenses 4 and 5, an objective lens 6 for condensing the light rays relayed by the relay lenses 4 and 5 on the subject O, and two scanning directions arranged at positions away from the intermediate image plane A in the optical axis S direction are provided with two cylindrical lenses (optical elements) 7 and 8 serving as anamorphic optical elements.
  • the galvanometer mirror 2 that scans the light beam in the x direction is disposed at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6 as shown in FIG.
  • the galvanometer mirror 3 that scans the light beam in the y direction is arranged at a position close to the pupil plane B of the objective lens 6 by an interval ⁇ z with respect to the galvanometer mirror 2, as shown in FIG.
  • Each of the cylindrical lenses 7 and 8 has a positive optical power that has zero optical power in the x direction and that can compensate for the distance ⁇ z between the two galvanometer mirrors 2 and 3 in the y direction. That is, the optical power component in the y direction has a positive combined optical power larger than that in the x direction, which can achieve an optically conjugate positional relationship in the pupil plane B of the objective lens 6 at a shorter distance than in the x direction.
  • the two cylindrical lenses 7 and 8 are arranged at a position sandwiching the intermediate image plane A and spaced from each other in the direction of the optical axis S. Accordingly, the cylindrical lenses 7 and 8 are arranged at positions away from the intermediate image plane A in the optical axis S direction.
  • a light beam emitted from a light source is first scanned in the x direction by the galvanometer mirror 2 in the x direction, and then scanned in the y direction by the galvanometer mirror 3 in the y direction.
  • the two galvanometer mirrors 2 and 3 can direct the light beam in any two-dimensional direction intersecting the optical axis S.
  • the light beams scanned by the two galvanometer mirrors 2 and 3 are collected by the first relay lens 4, formed on the intermediate image plane A, made into substantially parallel light by the second relay lens 5, and the objective lens 6. And is condensed at each position of the subject O by the objective lens 6.
  • the galvanometer mirror 2 in the x direction is arranged at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6 and the two relay lenses 4 and 5 are arranged in a so-called 4f optical system. Between the relay lenses 4 and 5, the principal ray of the light beam is arranged in parallel with the optical axis S in the x direction. Since the two cylindrical lenses 7 and 8 arranged with the intermediate image plane A interposed therebetween do not have the optical power in the x direction, the light beam is not condensed in the x direction, and the chief ray is the optical axis S. The two cylindrical lenses 7 and 8 are transmitted while being maintained in parallel with each other. The light beam emitted from the second relay lens 5 becomes substantially parallel light, and the principal ray intersects the optical axis S on the pupil plane B of the objective lens 6.
  • the galvanometer mirror 3 in the y direction is arranged at a distance ⁇ z on the objective lens 6 side from a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6 when the power of the cylindrical lenses 7 and 8 is not considered. Therefore, the principal ray of the light beam is tilted with respect to the optical axis S when it passes through the first relay lens 4. Since the two cylindrical lenses 7 and 8 have optical power in the y direction, the light beam is condensed in the y direction, and the principal ray becomes parallel to the optical axis S when it passes through the two cylindrical lenses 7 and 8. Then, the luminous flux emitted from the second relay lens 5 becomes substantially parallel light in the y direction as well as the x direction so that the principal ray intersects the optical axis S on the pupil plane B of the objective lens 6. Become.
  • the cylindrical lenses 7 and 8 are not considered unless otherwise specified. That is, according to the present embodiment, since the two cylindrical lenses 7 and 8 are arranged at a position in the direction of the optical axis S at a position sandwiching the intermediate image plane A, FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) ), A scanning optical system 1 equivalent to a single cylindrical lens 9 having an optical power equivalent to the combined optical power of the two cylindrical lenses 7 and 8 is arranged at a position coinciding with the intermediate image plane A. It has become.
  • the x-direction galvanometer mirror 2 is optically coupled with the pupil plane B of the objective lens 6 by the combined optical power of the two cylindrical lenses 7 and 8. They are arranged in a conjugate positional relationship. Thereby, the vignetting of the light beam on the pupil plane B of the objective lens 6 is prevented, and the subject O can be irradiated with light having uniform brightness even in the peripheral visual field. Since the scanning optical system 1 equivalent to the arrangement of the single cylindrical lens 9 at the position coinciding with the intermediate image plane A as described above is configured, the generation of astigmatism can be prevented. effective.
  • each scanning optical system 1 is located at a position away from the intermediate image plane A in the optical axis S direction. Since the cylindrical lenses 7 and 8 are disposed, it is possible to more reliably prevent the cylindrical lenses 7 and 8 from being detected as noise even if there are scratches or foreign objects on the cylindrical lenses 7 and 8. There is.
  • the galvanometer mirror 2 is disposed at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6, the optical power in the x direction of the cylindrical lenses 7 and 8 is set to zero.
  • the mirror 3 is placed at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6, the optical power in the x direction of the cylindrical lenses 7 and 8 is set to negative, and the optical power in the y direction is set to zero. Also good.
  • the scanning optical system 11 has the arrangement and configuration of the cylindrical lenses 12 and 13, and the scanning optical system 1 according to the first embodiment. Is different.
  • the two cylindrical lenses 7 and 8 having the optical power of the same sign in the y direction are placed at positions spaced apart in the optical axis direction with the intermediate image plane A interposed therebetween.
  • the scanning optical system 11 includes two cylindrical lenses (optical elements) 12, whose longitudinal sections in the y direction are biconvex and biconcave. 13 is different from the scanning optical system 1 according to the first embodiment in that 13 are arranged in the optical axis S direction.
  • the one cylindrical lens 12 having a positive optical power with a biconvex cross section in the y direction has a parallel plate in the x direction and has no optical power.
  • the other cylindrical lens 13 having a negative optical power with a biconcave cross section in the y direction also has a parallel flat plate in the x direction and has no optical power.
  • the cylindrical lens 13 whose longitudinal section in the y direction is a biconcave lens is arranged at a position farther from the intermediate image plane A than the cylindrical lens 12 whose longitudinal section in the y direction is a biconvex lens.
  • a retrofocus type lens system is configured.
  • a retrofocus lens system constituted by a combination of two cylindrical lenses 12 and 13 can function equivalently to a single cylindrical lens disposed outside the two cylindrical lenses 12 and 13.
  • This lens system can be configured.
  • both of the two galvanometer mirrors 2 and 3 can be disposed in an optically conjugate positional relationship with the pupil plane B of the objective lens 6, and vignetting of the light beam on the pupil plane B of the objective lens 6 is prevented.
  • the subject O can be irradiated with light of uniform brightness. Since the scanning optical system 11 equivalent to the scanning optical system 10 of FIG. 2 in which the single cylindrical lens 9 is arranged at a position coinciding with the intermediate image plane A is configured, it is possible to prevent the occurrence of astigmatism. it can.
  • cylindrical lenses 12 and 13 are arranged at positions away from the intermediate image plane A in the direction of the optical axis S, even if scratches or foreign objects exist on the cylindrical lenses 12 and 13, they become noise. Can be more reliably prevented from being detected.
  • a combination of two cylindrical lenses 12 and 13 having a positive combined power in the y direction is used as a retrofocus lens system.
  • a combination of two cylindrical lenses 12 and 13 having a combined power of 2 may be used.
  • the galvano mirror 2 in the x direction and the pupil plane B of the objective lens 6 are optically connected. It is arranged at a conjugate position.
  • a galvano mirror 3 in the y direction that is farther from the pupil plane B than the galvanometer mirror 2 in the x direction is arranged at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6.
  • the proximity galvanometer mirror 3 is arranged at a position conjugate with the pupil planes B and B ′, but one of the proximity galvanometer mirrors 3 is moved toward the subject O, and the lens corresponding to the moved proximity galvanometer mirror 3 is also moved. It has become.
  • the scanning optical system 14 according to the present embodiment has the arrangement and configuration of the cylindrical lenses 15 and 16, and the scanning optical system 11 according to the second embodiment. Is different.
  • the scanning optical system 14 according to the present embodiment as in the second embodiment, as shown in FIG. 5B, two types of cylindrical lenses 15 whose longitudinal cross section in the y direction is biconvex and biconcave are shown. 16 are arranged in the order of biconvexity and biconcave from the pupil surface B to form a Galileo afocal system. This is different from the second embodiment.
  • the afocal system takes advantage of the property that an object point at a finite distance forms an image point with a movement in the direction of the optical axis S having a size according to the condition,
  • the pupil position of the objective lens 6 in the y direction as viewed from the galvano mirror 3 side can be moved in the optical axis S direction so that the galvano mirror 3 is optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6. Since the lens of such an afocal optical system is also away from the intermediate image plane A, it is possible to prevent generation of noise due to lens scratches or foreign matter.
  • a scanning optical system 17 according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • portions having the same configuration as those of the scanning optical system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the scanning optical system 17 according to the present embodiment is different from the scanning optical system 1 according to the first embodiment in the arrangement and configuration of the cylindrical lens 20. is doing.
  • a plurality of relay lenses 18 and 19 are provided on the light source side of the two galvanometer mirrors 2 and 3, and the intermediate image plane A and the pupil plane B are relayed by the relay lenses 4, 5, 18, and 19.
  • Optically conjugate positions A ′ and B ′ are formed.
  • one cylindrical lens (first optical) having a power equivalent to the combined power of the cylindrical lenses 7 and 8 is used.
  • element portion (Element portion) 28 is disposed, and the position is conjugate to the intermediate image plane A in place of the other cylindrical lens 7 which is arranged with a space in the optical axis S direction on the cylindrical lens 8 across the intermediate image plane A.
  • Another cylindrical lens (second optical element portion) 20 having a shape complementary to the one cylindrical lens 28 is disposed in the vicinity of A ′ and at a position optically conjugate with the one cylindrical lens 28. ing.
  • the shift in the optical axis S direction of the galvano mirror 3 in the y direction is compensated by the one cylindrical lens 28 disposed in the vicinity of the intermediate image plane A.
  • the galvanometer mirror 3 is disposed at a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6.
  • astigmatism can be canceled out as the entire optical system.
  • by separating these cylindrical lenses 20 and 28 from the intermediate image planes A and A ′ it is possible to prevent the generation of noise due to scratches and foreign matters.
  • the two cylindrical lenses 20 and 28 are arranged at positions relatively close to the intermediate image planes A and A ′, but instead of this, FIG. As shown in FIG. 7B, two cylindrical lenses 20 and 28 are arranged by disposing them at a position away from the intermediate image plane A between the intermediate image plane A and the pupil plane B and at a position conjugate with this. Large astigmatism may be generated between them. In this way, when the observation apparatus includes the inner focus 26, even if the intermediate image plane A greatly fluctuates due to the operation of the inner focus 26 and coincides with one of the optical elements, the optical element is damaged. There is an advantage that noise can be prevented from being generated due to or foreign matter.
  • reference numeral 27 denotes a relay lens.
  • a cylindrical lens (first optical element unit, first optical element) 28a is provided near the pupil plane B of the objective lens 6.
  • a cylindrical lens (first optical element unit, first optical element) 28b is arranged at a distance from the cylindrical lens 28a in the optical axis S direction, and the intermediate image plane A, the galvanomirror 3, and the galvanomirror 2 are arranged.
  • the other cylindrical lenses (second optical element part, second optical element) 20a, 20b having a shape complementary to the cylindrical lenses 28a, 28b are disposed at positions optically conjugate with the cylindrical lenses 28a, 28b, respectively. May be.
  • the cylindrical lenses 28a and 28b have a positive optical power
  • the cylindrical lenses 20a and 20b have a negative optical power
  • the cylindrical lenses 20b and 28b are arranged in the vicinity of the intermediate image planes A and A ′ and at positions shifted in any direction along the optical axis S.
  • the cylindrical lens 28a and the cylindrical lens 20a are in a conjugate position and have a complementary shape
  • the cylindrical lens 28b and the cylindrical lens 20b are in a conjugate position and have a complementary shape. Therefore, for example, the signs of the optical powers of the cylindrical lenses 20a and 28a may be exchanged so that the cylindrical lens 20a has a positive optical power and the cylindrical lens 28a has a negative optical power.
  • a scanning optical system 21 according to a fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • portions having the same configuration as those of the scanning optical system 17 according to the above-described fourth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the scanning optical system 21 relates to the fourth embodiment in the arrangement and configuration of the cylindrical lenses 22, 23, 24, and 25. This is different from the scanning optical system 17.
  • the single cylindrical lens 28 arranged in the vicinity of the pupil plane B of the objective lens 6 in the modification of the fourth embodiment shown in FIGS. 7A and 7B.
  • a first optical element of a retrofocus system having negative optical power is configured. ing.
  • two cylindrical lenses (optical elements) 24 having a biconvex and biconcave longitudinal section in the y direction instead of the cylindrical lens 20. , 25 are arranged side by side to constitute a second optical element of a retrofocus system having a positive optical power.
  • the first optical elements 22 and 23 having negative power and the second optical elements 24 and 25 having positive power have complementary properties.
  • the retrofocus system can increase the distance between the principal points, and by using this, the y-direction galvanometer mirror 3 that is shifted from a position optically conjugate with the pupil plane B of the objective lens 6 can be used. , And a positional relationship optically conjugate with the pupil plane B.
  • the positional relationship is completely pupil-conjugated from the light source side to the objective lens 6 side. can do.
  • the distance between the two cylindrical lenses 22, 23, 24, 25 can be reduced. It is possible to generate large astigmatism at. In this way, in an observation apparatus equipped with the inner focus 26, even if the intermediate image plane A greatly fluctuates and coincides with any one of the optical elements, generation of noise due to scratches or foreign matter on the optical elements is prevented. can do.
  • the cylindrical lenses 22 and 23 having a negative combined power on the pupil plane B side, and the cylindrical lenses having a positive combined power on the position B ′ side are used.
  • lenses 24 and 25 are arranged, but instead, cylindrical lenses 24 and 25 having a positive combined power on the pupil plane B side, and cylindrical lenses 22 having a negative combined power on the position B ′ side, 23 may be arranged.
  • the galvanometer mirror 2, pupil plane B, and position B ′ in the x direction are optically arranged. It is arranged at a conjugate position.
  • the galvano mirror 3, pupil plane B, and position B ′ in the y direction are adjusted to optically conjugate positions using the distance between principal points of the two cylindrical lenses 22, 23, 24, 25. It is like that.
  • the position B ′ and the galvanometer mirror 3 in the y direction are optically moved by moving the conjugate plane in the y direction of the position B ′ to the light source side from the galvanometer mirror 2 in the x direction by the cylindrical lenses 22 and 23. Can be conjugated.
  • the y-direction galvanometer mirror 3 and the pupil plane B are optically moved by moving the conjugate plane in the y-direction of the galvanometer mirror 3 in the y-direction to the objective lens 6 side with respect to the original conjugate plane by the cylindrical lenses 24 and 25. Can be conjugated.
  • the scanning optical system 21 is exemplified using the inner focus 26, but a wavefront modulation element may be used instead.
  • a wavefront modulation element for example, an LCOS element, a deformable mirror (deformable mirror), a deformable lens, a KTN crystal, or the like can be used, and may be disposed in the vicinity of the position B ′.
  • the present invention is similar to the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-224037 in that a retrofocus cylindrical lens is used.
  • the present invention differs from the preceding example in that the distance between principal points in the retrofocus type is positively used for pupil conjugation of the proximity galvanometer mirror.

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Abstract

　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を目的として、本発明に係る走査光学系（１）は、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つの走査方向に走査する２つの１次元の走査手段（２，３）と、走査手段（２，３）によって走査された光線を対象物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複数の光学要素（７，８）とを備え、各光学要素（７，８）の位置および光学パワーが、２つの走査手段（２，３）の光軸（Ｓ）方向の間隔を補償するように設定されている。

Description

走査光学系および観察装置
　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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