CN110603473B - 显微镜用光学系统及使用了该显微镜用光学系统的显微镜 - Google Patents

显微镜用光学系统及使用了该显微镜用光学系统的显微镜 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种显微镜用光学系统。该光学系统即使在将1微米级的试样以与光学系统的最靠物体侧的面接触或邻接的方式配置的情况下，也能够使观察图像具有足够的对比度和分辨率。显微镜用光学系统具备照明光学系统(G11)和物镜光学系统，物镜光学系统从物体侧依次具有物镜组(G12)、第1成像透镜组(G13)和第2成像透镜组(G14)，并满足下述条件式。NAL×2≤NAO≤NAL×15...(1)；0.01≤NAL≤0.1...(2)；25≤MO≤100...(3)，其中，NAL是照明光学系统(G11)的数值孔径，NAo物镜组(G12)的数值孔径，Mo是物镜组(G12)的成像倍率。

Description

显微镜用光学系统及使用了该显微镜用光学系统的显微镜
技术领域
本发明涉及通过便携信息终端具备的照相机功能来拍摄要观察的试样的像，并将拍摄图像显示在便携信息终端的显示器上的显微镜和用于该显微镜的显微镜用光学系统。
背景技术
本申请人提出了通过智能手机、平板电脑等便携信息终端所具备的照相机功能拍摄要观察的试样的像，并将该拍摄图像作为观察图像显示于便携信息终端的显示器的便携信息终端设置型的显微镜(参照日本申请2016-163997号说明书)。
另外，作为能够在该显微镜中使用的光学系统，已知有将作为观察对象的试样直接载置于光学系统的最靠物体侧的面的光学系统(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7995272号说明书
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的光学系统中，在观察细菌等1微米级的试样的情况下，存在难以使得观察图像的对比度及分辨率足够而无法得到良好的观察图像的问题。因此，在本申请人提出的上述显微镜中采用了专利文献1所记载的光学系统的情况下，通过便携信息终端所具备的照相机功能拍摄到的图像(即，观察图像)也无法获得足够的对比度及分辨率。
本发明是鉴于以上的情况而完成的，其目的在于提供一种即使在将1微米级的试样以与光学系统的最靠物体侧的面接触或邻接的方式配置的情况下，也能够使观察图像具有足够的对比度及分辨率的显微镜用光学系统以及使用该显微镜用光学系统的显微镜。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的显微镜用光学系统用于显微镜中，该显微镜通过便携信息终端具备的照相机功能来拍摄要观察的试样的像，并将拍摄图像显示于便携信息终端的显示器上，所述显微镜用光学系统的特征在于：具备用于向试样照射来自光源的光的照明光学系统和用于使透过了上述试样的光成像的物镜光学系统，所述物镜光学系统从物体侧依次具有配置在所述显微镜的内部的物镜组、配置在所述显微镜的内部的第1成像透镜组和配置在所述便携信息终端的内部的第2成像透镜组，所述物镜组在位于所述物镜组和所述第1成像透镜组之间的第1像面对所述试样的像进行成像，所述第1成像透镜组和所述第2成像透镜组在与用于构成所述便携信息终端的照相机功能的摄像元件的摄像面一致的第2像面对在所述第1像面成像的像进行再次成像，通过使所述第2成像透镜组的一部分或全部沿光轴移动来进行对焦，所述试样接触或邻接地配置在所述物镜组的最靠物体侧的面上，并满足下述条件式(1)、(2-1)、(3)、(4-2)和(5-1)，
NAL×2≤NAO≤NAL×15...(1)
0.07≤NAL≤0.09...(2-1)
25≤MO≤100...(3)
4.8mm≤Ed≤5.2mm...(4-2)
28mm≤D≤35mm...(5-1)
其中，NAL是所述照明光学系统的数值孔径，NAO是所述物镜组的数值孔径，Ed为所述照明光学系统的有效直径，Mo是物镜组的成像倍率，D为从所述照明光学系统的所述试样侧的端面到所述试样的距离。
这样，在本发明的显微镜用光学系统中，通过固定物镜组的最靠物体侧的透镜成分，能够将试样以接触或邻接的方式配置在该物体侧的面(即，光学系统的最靠物体侧的面)上(例如，将试样直接或通过盖板玻璃等夹持而载置在最靠物体侧的面上)进行观察。
除此之外，在本发明的显微镜用光学系统中，以满足用于确保适当的对比度及分辨率的条件式(1)及(2)为要件。
在该条件式(1)中，若低于下限值，则由物镜光学系统成像的像的分辨率变得不充分。另一方面，当超过上限值时，为了获得充分的分辨率而需要的光学元件(透镜等)的数量增加，设计变得非常复杂。另外，在该条件式(2)中，若低于下限值，则光量变得不足，难以赋予对比度。另一方面，当超过上限值时，光量变得过剩，难以得到足够的分辨率。
而且，在本发明的显微镜用光学系统中，以满足用于使用通常尺寸的摄像元件能够以适度的大小观察1微米级的试样的条件式(3)为要件。
在该条件式(3)中，若低于下限值，则观察图像中的试样的尺寸变得过小。另一方面，当超过上限值时，观察图像中的试样的尺寸变得过大。
所以，根据本发明的显微镜用光学系统，即使在将1微米级的试样以与物镜光学系统的最靠物体侧的面接触或邻接的方式配置的情况下，也能够使得拍摄图像(即，观察图像)的大小适当。并且，由于能够使拍摄图像具有充分的对比度及分辨率，通过便携信息终端具备的照相机功能，能够在确保充分的画质的同时拍摄要观察的试样的像。
另外，实验判明，构成为代替条件式(1)而满足下述条件式(1-1)的情况更为优选。另外，也可以仅将条件式(1-1)的上限值或下限值中的一方置换成条件式(1)的上限值或下限值。
NAL×2≤NAO≤NAL×15…(1-1)
另外，实验判明，构成为代替条件式(2)而满足下述条件式(2-1)的情况更为优选。另外，也可以仅将条件式(2-1)的上限值和下限值中的一方置换成条件式(2)的上限值或下限值。
0.07≤NAL≤0.09…(2-1)
需要说明的是，实验判明，构成为代替条件式(3)而满足下述条件式(3-1)的情况更为优选。
30≤MO≤100…(3-1)
另外，在本发明的显微镜用光学系统中，优选满足下述条件式(4)。
2mm≤Ed≤8mm…(4)
其中，Ed为上述照明光学系统的有效直径。
条件式(4)是用于得到更适当的对比度的条件式。在该条件式(4)中，当低于下限值时，难以得到充分的光量。另一方面，当超过上限值时，照射观察范围外的光量增加，容易产生闪光，对比度容易降低。
另外，实验判明，够成为代替条件式(4)而满足下述条件式(4-1)和(4-2)中的任一情况更为优选。另外，可以仅将条件式(4-1)的上限值和下限值中的一方置换成条件式(4)、(4-2)的上限值或下限值，也可以仅将条件式(4-2)的上限值和下限值中的一方置换成为条件式(4)、(4-1)的上限值或下限值。
4mm≤Ed≤6mm…(4-1)
4.8mm≤Ed≤5.2mm…(4-2)
另外，在本发明的显微镜用光学系统中，优选满足下述条件式(5)。
5mm≤D≤50mm…(5)
其中，D是从上述照明光学系统的上述试样侧的端面到上述试样的距离。
条件式(5)是用于在应用上述显微镜用光学系统设计显微镜时使该显微镜的结构简易且小型的条件式。在该条件式(5)中，若低于下限值，则无法确保载置试样时的作业空间。另一方面，当超过上限值时，显微镜用光学系统(进而是搭载该光学系统的显微镜)的尺寸变大，另外，对照明光轴要求的调整精度变高。
另外，实验判明，构成为代替条件式(5)而满足下述条件式(5-1)的情况更为优选。另外，也可以仅将条件式(5-1)的上限值和下限值中的一方置换成条件式(5)的上限值或下限值。
28mm≤D≤35mm…(5-1)
另外，为了实现上述目的，本发明的显微镜具备上述任一显微镜用光学系统，该显微镜的特征在于：具备显微镜主体和载置台，该载置台与所述显微镜主体连接且可以载置所述便携信息终端，
所述显微镜主体具有用于载置所述试样的试样载置部和用于向所述试样载置部照射光的光源，
所述显微镜用光学系统的所述照明光学系统配置在所述试样载置部与所述光源之间，
所述显微镜用光学系统的所述物镜组以使得所述物镜组的最靠物体侧的面在所述试样载置部露出的方式配置在所述显微镜主体的内部，
所述显微镜用光学系统的所述第1成像透镜组配置在所述显微镜主体的内部的所述物镜组的像侧，
所述显微镜用光学系统的所述第2成像透镜组配置在所述便携信息终端的内部。
这样，在本发明的显微镜中，通过将在对焦时移动的第2成像透镜配置在便携信息终端的内部，能够将显微镜主体、内置于该显微镜主体的物镜组以及第1成像透镜组构成为1个单元，因此廉价。
另外，在本发明的显微镜中，优选所述光源为LED。
LED具有利用干电池等能够进行长时间驱动、发热也少的优点。除此之外，与灯泡等不同，照明光为白色，因此容易得到更为良好的观察图像。
附图的简单说明
图1是表示第一实施方式的显微镜的立体图，图1A表示载置有便携信息终端的状态，图1B表示未放置便携信息终端的状态。
图2是表示图1的显微镜的内部构造的II-II剖视图。
图3是表示图1的显微镜的显微镜用光学系统的结构且沿光轴示出的剖视图。
图4是表示图3的显微镜用光学系统的照明光学系统的结构且沿光轴示出的剖视图。
图5是表示图3的显微镜用光学系统的物镜光学系统的物镜组的结构且沿光轴示出的剖视图。
图6是表示图3的显微镜用光学系统的物镜光学系统的第1成像透镜组的结构且沿光轴示出的剖视图。
图7是表示图3的显微镜用光学系统的物镜光学系统的第2成像透镜组的结构且沿光轴示出的剖视图。
图8是图3的显微镜用光学系统的像差曲线图，图8A表示球面像差，图8B表示像散，图8C表示畸变像差。
图9是表示第二实施方式的显微镜的显微镜用光学系统的结构且沿光轴示出的剖视图。
图10是表示图9的显微镜的显微镜用光学系统的结构且沿光轴示出的剖视图。
图11是表示图9的显微镜用光学系统的物镜光学系统的物镜组的结构且沿光轴示出的剖视图。
图12是表示图9的显微镜用光学系统的像差曲线图，图12A表示球面像差，图12B表示像散，图12C表示畸变像差。
图13是表示通过图1或图9的显微镜观察到的大肠杆菌的观察图像的照片。
图14是表示通过图1或图9的显微镜观察到的沙门氏菌(Salmonella enterica)的观察图像的照片。
图15是表示通过图1或图9的显微镜观察到的金黄色葡萄球菌的观察图像的照片。
图16是表示通过图1或图9的显微镜观察到的绿脓杆菌的观察图像的照片。
图17是表示通过图1或图9的显微镜观察到的青霉的胞子的观察图像的照片。
图18是表示通过图1或图9的显微镜观察到的酵母(假丝酵母(Candida))的观察图像的照片。
图19是表示通过图1或图9的显微镜的葡萄酒酵母的观察图像的照片。
图20是表示通过图1或图9的显微镜观察到的口腔内细菌的观察图像的照片。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1～图8，对第一实施方式的显微镜M及其所使用的光学系统进行说明。显微镜M通过便携信息终端具备的照相机功能拍摄要观察的试样的像，并显示在该便携信息终端的显示器上。
首先，参照图1和图2，对显微镜M的结构进行说明。
如图1A及图2所示，显微镜M由显微镜主体1、能够装卸自如地连接于该显微镜主体1的载置台2、载置于载置台2的便携信息终端P、从显微镜主体1的内部遍及便携信息终端P的内部而配置的光学系统3(显微镜用光学系统)构成。
如图1B和图2所示，显微镜主体1具有：形成有在水平方向上凹陷的凹部的壳体1a、设置在壳体1a的凹部的下方侧的试样载置部1b、以及配置在壳体1a的凹部的上方侧并向试样载置部1b照射光的光源1c。
使用LED作为光源1c。这里，采用LED作为光源1c的原因在于，LED具有能够用干电池等长时间驱动且发热也少这样的优点。另外，LED与灯泡等不同，照明光为白色，因此具有更容易获得良好的观察图像的优点。需要说明的是，本发明中的光源并不限定于LED，只要能够对试样充分地照射照明光，则也可以使用白炽灯泡、氙气灯等。
载置台2由载置便携信息终端P的板状的载置板2a和支承载置板2a的板状的支承脚2b构成为倒L字状的部件。在载置板2a上，以从载置便携信息终端P的一侧的面贯穿到显微镜主体1侧的面的方式形成有圆形的透视窗2c。透视窗2c形成于与载置于载置台2的状态的便携信息终端P的相机透镜P1(第2成像透镜组G14)对应的位置。
光学系统3由用于向试样照射来自光源1c的光的照明光学系统3a和用于使透过试样后的光成像的物镜光学系统3b构成。
照明光学系统3a配置于显微镜主体1的壳体1a的内部、与光源1c的下表面相邻且与试样载置部1b对置的位置。
物镜光学系统3b由配置在试样载置部1b下方的物镜组3b1、配置在与壳体1a的透视窗2c对应的位置的第1成像透镜组3b2、和便携信息终端P的相机透镜P1(图2中未图示)构成。
物镜组3b1以最靠物体侧的面露出于试样载置部1b的方式配置，在该面直接或隔着盖板玻璃等相邻地载置有作为观察对象的试样。
从光源1c照射并透过了试样的光在通过物镜组3b1之后，被反射镜m反射，经由第1成像透镜组3b2向壳体1a(即，显微镜主体1)的外部(具体指与载置台2的透视窗2c对应的位置)射出。
射出到壳体1a的外部的光通过载置于载置台2的便携信息终端P的相机透镜P1(即，在对焦时移动的第2成像光学系统)成像。该像(即，试样的观察图像)由便携信息终端P的内置的摄像元件摄影，在便携信息终端P的显示器上显示为拍摄图像(即，观察图像)。
这样，在显微镜M中，作为对焦时移动的第2成像透镜组，通过利用搭载于便携信息终端P的相机透镜P1，将内置于显微镜主体1的物镜组3b1以及第1成像透镜组3b2(即，不移动的透镜组)作为一个单元。由此，不需要在显微镜主体1上设置复杂的机构，就能够抑制显微镜主体1的生产成本。
但是，为了能够更换物镜组以及第1成像透镜组中的至少一方，也可以将该透镜组构成为相对于显微镜主体拆装自如的独立的单元。
接着，参照图3～图8对光学系统3的结构进行详细说明。
需要说明的是，在沿图4～图7所示的各透镜组的光轴而示出的剖视图中，r1、r2、...以及d1、d2、...的数字与数值数据中的面编号1、2、...对应。另外，在后述的数值数据中，s表示面编号，r表示各面的曲率半径，d表示面间隔，nd表示d线(波长587.56nm)中的折射率，vd表示d线的阿贝数，K表示圆锥系数，A2表示非球面系数。
另外，在数值数据的非球面系数中，E表示10的幂。例如，“E-01”表示10的负1次方。另外，使用数值数据所记载的各非球面系数由下式表示各非球面形状。其中，将沿光轴方向的坐标设为Z，将与光轴垂直的方向的坐标设为Y。
Z＝(Y2/r)/[1+{1-(1+k)·(Y/r)2}1/2]+A2Y4
如上所述，光学系统3由配置于光轴Lc上的照明光学系统3a和物镜光学系统3b构成。
并且，如图3所示，在光学系统3中，照明光学系统3a仅由照明透镜组G11构成。物镜光学系统3b由从物体侧依次配置的物镜组G12(即，物镜组3b1)、第1成像透镜组G13(即，第1成像透镜组3b2)和第2成像透镜组G14(即，相机透镜P1)构成。
从光源1c(发光面L)射出的光被照明透镜组G11引导至作为观察对象的试样(即，物体面O)。透过了试样的光通过物镜组G12在第1像面IM1上一次成像。在第1像面IM1成像的像被第1成像透镜组G13和第2成像透镜组G14在第2像面IM2上再次成像。第2像面IM2与便携信息终端P的摄像元件的摄像面一致，在该面上成像的像被显示在便携信息终端P的显示器上。
如图4所示，照明透镜组G11具有正屈光力，由凸面朝向物体侧的平凸透镜L11构成。
以下，示出照明透镜组G11的面数据。
(表1)
数值数据1(照明透镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数 有效半径
s r d nd vd
1(发光面) Inf 0.2 (荧光体) 0.5
2 Inf 5 1.411 53.3 2.4
3 -2.5 35 2.4
4(物体面) Inf
如图5所示，物镜组G12以从物体侧依次排列下述各透镜而构成：用作盖板玻璃的平透镜即透镜L21、具有负折射力且凸面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L22、具有正折射力的双凸透镜即透镜L23、具有负折射力且凹面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L24、具有正折射力的双凸透镜即透镜L25、以及具有负折射力的凹面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L26。
在物镜组G12中，透镜L24与透镜L25处于接合状态。另外，透镜L26的物体侧的面(第10面)以及像侧的面(第11面)形成非球面。
以下，示出物镜组G12的面数据。
(表2)
数值数据2(物镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数
s r d nd vd
1(物体面) Inf 1.00 1.52308 58.6
2 Inf 0.40
3 -3.720 2.80 1.78590 44.2
4 -3.734 0.29
5 10.031 3.60 1.51633 64.1
6 -8.710 2.32
7 38.611 1.07 1.75520 27.5
8 5.471 3.59 1.48749 70.2
9 -8.714 16.41
10(非球面) 9.047 3.00 1.68948 31.0
11(非球面) 8.957 11.12
12 Inf 140.00
13(第1像面) Inf
非球面数据
第10面 K＝1.39E-01，A<sub>2</sub>＝2.46E-04
第11面 K＝8.53E-01，A<sub>2</sub>＝3.63E-04
如图6所示，第1成像透镜组G13由具有正折射力的双凸透镜即透镜L31、具有负折射力且凸面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L32、具有正折射力且平面朝向像侧的平凸透镜即透镜L33、和作为平透镜的透镜L34构成。
另外，在第1成像透镜组G13中，透镜L31与透镜L32处于接合的状态。
以下，示出第1成像透镜组G13的面数据。
(表3)
数值数据3(第1成像透镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数
s r d nd vd
1(第1像面) Inf 5.89
2 22.298 5 1.51633 64.1
3 -6.717 2 1.84666 23.8
4 -11.402 0.2
5 9.785 3 1.51633 64.1
6 Inf 3
7 Inf 0.5 1.52308 58.6
8 Inf
如上述数值数据3所示，在第1成像透镜组G13的最靠像侧(即，在第1成像透镜组G13与第2成像透镜组G14之间)配置有平透镜即透镜L34。并且，该透镜L34在对焦时固定。由此，在物镜光学系统3b中，构成为能够将第1成像透镜组G13和第2成像透镜组G14作为独立的光学系统分离。
但是，透镜L34并不限定于平板状透镜，也可以基于壳体1a的形状(第1成像透镜组G13的配置空间)、所被要求的光学性能等，使用球面或非球面的透镜。
如图7所示，第2成像透镜组G14由具有正折射力的双凸透镜即透镜L41、具有负折射力的双凹透镜即透镜L42、以及具有正折射力且凸面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L43构成。
在光学系统3中，通过使第2成像透镜组G14的全部沿光轴Lc移动来进行对焦。具体而言，通过使后述的数值数据4中的面编号6所涉及的面间隔(6.6mm)变化来进行聚焦。需要说明的是，对焦的方法并不限定于这样的结构，也可以通过使第2成像透镜组G14的一部分沿光轴移动来进行对焦。
以下，示出第2成像透镜组G14的面数据。
(表4)
数值数据4(第2成像透镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数
s r d nd vd
1 3.565 1.2 1.62041 60.3
2 -17.768 1
3 -2.186 0.6 1.62004 36.4
4 4.617 0.8
5 -65.010 1.5 1.62041 60.3
6 -2.456 6.6
7(第2像面) Inf
以下示出与光学系统3整体相关的各种数据。
(表5)
各种数据1
Figure GDA0003151443040000131
图8中示出光学系统3的物镜光学系统3b的物镜组3b1的像差图。需要说明的是，在图8中，图8A表示球面像差(SA(mm))，图8B表示像散(AST(mm))，图8C表示畸变像差(DIS(％))。在图8A(球面像差)中，实线表示F线的像差，虚线表示d线的像差，单点划线表示C线的像差。在图8B(像散)中，实线表示切平面，虚线表示矢平面。
如上述各种数据1所示，在光学系统3中，照明光学系统3a的数值孔径NAL为0.069，物镜组3b1的数值孔径NAO为0.2，物镜组3b1的成像倍率MO为30，并满足下述条件式(1)和(3)。
NAL×2≤NAO≤NAL×15...(1)
0.01≤NAL≤0.1...(2)
25≤MO≤100...(3)
条件式(1)和(2)是用于确保适当的对比度和分辨率的条件式。另外，条件式(3)是用于使用通常尺寸的摄像元件能够以适度的大小观察1微米级的试样的条件式。
根据满足这些条件式(1)、(2)和(3)的光学系统3，从图8的像差图以及后述的图13～图20的观察图像(即，拍摄图像)也明显可知，即使在将1微米级的试样以与物镜光学系统3b的最靠物体侧的面接触或邻接的方式配置的情况下，也能够使拍摄图像的大小适当，并且，由于能够使其具有足够的对比度以及分辨率，所以通过便携信息终端P所具备的照相机功能，能够在确保足够的画质的同时拍摄到要观察的试样的像。
另外，在光学系统3中，照明光学系统3a的有效直径Ed(两倍于有效半径的值)为4.8mm，并满足下述条件式(4)。
2mm≤Ed≤8mm...(4)
光学系统3满足该条件式(4)，因此能够获得足够的光量，同时还能防止闪光的产生。但是，本发明的显微镜用光学系统只要满足条件式(1)、(2)和(3)即可，不一定要满足该条件式(4)。
另外，在光学系统3中，从照明光学系统3a的试样侧的端面到试样的距离D(即，上述数值数据1中的d3)为35mm，并满足下述条件式(5)。
5mm≤D≤50mm...(5)
光学系统3满足该条件式(5)，因此能够充分确保载置试样时的作业空间，并且能够抑制显微镜用光学系统(进而是搭载该光学系统的显微镜)的尺寸大小以及对照明光轴要求的调整精度的等级。但是，本发明的显微镜用光学系统只要满足条件式(1)、(2)和(3)即可，不一定要满足该条件式(5)。
(第二实施方式)
以下，参照图9～图12，对第二实施方式的显微镜中使用的光学系统进行说明。但是，本实施方式的显微镜仅在构成照明光学系统的照明透镜组的结构以及物镜光学系统的物镜组的结构中与第一实施方式的显微镜M不同。仅对构成照明光学系统的照明透镜组的结构以及物镜光学系统的物镜组的结构的数值数据、以及与光学系统整体相关的各种数据进行说明。
需要说明的是，在沿着图10及图11所示的各透镜组的光轴的剖视图中，r1、r2、...以及d1、d2、...的数字与数值数据中的面编号1、2、...对应。另外，在后述的数值数据中，s表示面编号，r表示各面的曲率半径，d表示面间隔，nd表示d线(波长587.56nm)中的折射率，vd表示d线上的阿贝数。
本实施方式的光学系统由配置于光轴Lc上的照明光学系统和物镜光学系统构成。
并且，如图9所示，在本实施方式的光学系统中，照明光学系统仅由照明透镜组G21构成。物镜光学系统由从物体侧依次配置的物镜组G22(即，物镜组3b1)、第1成像透镜组G13(即，第1成像透镜组3b2)和第2成像透镜组G14(即，相机透镜P1)构成。
从光源(发光面L)射出的光通过照明透镜组G21而被引导至构成观察对象的试样(即，物体面O)。透过了试样的光通过物镜组G22在第1像面IM1上一次成像。在第1像面IM1成像的像被第1成像透镜组G13和第2成像透镜组G14在第2像面IM2上再次成像。第2像面IM2与便携信息终端P的摄像元件的摄像面一致，在该面上成像的像被显示在便携信息终端P的显示器上。
如图10所示，照明透镜组G21包括具有正折射力的双凸透镜L51。
以下，示出照明透镜组G21所涉及的面数据。
(表6)
数值数据5(照明透镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数 有效半径
s r d nd vd
1(发光面) Inf 0.2 (荧光体) 0.5
2 Inf 5 0.5
3 10 5 1.51633 64.1 2.6
4 -6 28 2.6
5(物体面) Inf
如图11所示，物镜组G22从物体侧依次排列下述各透镜而构成：用作盖板玻璃的平透镜即透镜L61、具有正折射力且凸面朝向像侧的平凸透镜即透镜L62、具有正折射力且凸面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L63、具有负折射力且凹面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L64、具有正折射力的双凸透镜即透镜L65、具有负折射力且凹面朝向像侧的凹凸透镜即透镜L66、以及具有正折射力的双凸透镜即透镜L67。
另外，在物镜组G22中，透镜L64与透镜L65接合，透镜L66与透镜L67接合。并且，在物镜组G22中，在观察时，构成为在透镜61与透镜62之间存在油浸液。
以下，示出物镜组G22的面数据。
(表7)
数值数据6(物镜组)
单位mm
面数据
面编号 曲率半径 面间隔 折射率 阿贝数
s r d nd vd
1(物体面) Inf 0.17 1.52308 58.6
2(油浸液) Inf 0.23 1.51500 58.5
3 Inf 0.88 1.51633 64.1
4 -0.867 0.08
5 -7.059 1.53 1.64250 58.4
6 -2.385 0.22
7 14.444 1.41 1.74950 35.3
8 4.550 2.15 1.49700 81.5
9 -4.516 2.03
10 16.797 1.04 1.72825 28.5
11 4.005 1.72 1.50137 56.4
12 -27.689 33.60
13 Inf 150.00
14(第1像面) Inf
以下示出与本实施方式的光学系统整体相关的各种数据。
(表8)
各种数据2
Figure GDA0003151443040000171
图12表示本实施方式的光学系统的物镜光学系统的物镜组的像差图。需要说明的是，在图12中，图12A表示球面像差(SA(mm))，图12B表示像散(AST(mm))，图12C表示畸变像差(DIS(％))。在图12A(球面像差)中，实线表示F线的像差，虚线表示d线的像差，单点划线表示C线的像差。在图12B(像散)中，实线表示切平面，虚线表示矢平面。
如上述的各种数据2所示，在本实施方式的光学系统中，照明光学系统的数值孔径NAL为0.093，物镜组的数值孔径NAo为1.2，物镜组的成像倍率MO为100，并满足下述条件式(1)、(2)和(3)。
NAL×2≤NAO≤NAL×15...(1)
0.01≤NAL≤0.1...(2)
25≤MO≤≤100...(3)
条件式(1)和(2)是用于确保适当的对比度和分辨率的条件式。另外，条件式(3)是用于使用通常尺寸的摄像元件能够以适度的大小观察1微米级的试样的条件式。
根据满足这些条件式(1)、(2)和(3)的本实施方式的光学系统，从图12的像差图以及后述的图13～图20的观察图像(即，拍摄图像)也明显可知，即使在将1微米级的试样以与物镜光学系统的最靠物体侧的面接触或邻接的方式配置的情况下，也能够将拍摄图像的大小适当，并且，由于能够使其具有足够的对比度以及分辨率，通过便携信息终端所具备的照相机功能，能够在确保足够的画质的同时拍摄要观察的试样的像。
另外，在本实施方式的光学系统中，照明光学系统的有效直径Ed(两倍于有效半径的值)为5.2mm，并满足下述条件式(4)。
2mm≤Ed≤8mm...(4)
本实施方式的光学系统满足该条件式(4)，因此能够得到充分的光量，同时还能防止闪光的产生。
另外，在本实施方式的光学系统中，从照明光学系统的试样侧的端面到试样的距离D(即，上述数值数据5中的d3)为28mm，并满足下述条件式(5)。
5mm≤D≤50mm...(5)
本实施方式的光学系统满足该条件式(5)，因此能够充分确保载置试样时的作业空间，并且能够抑制显微镜用光学系统(进而是搭载该光学系统的显微镜)的尺寸的大小以及对照明光轴要求的调整精度的等级。
(实验数据)
图13～图20中示出了通过具备上述任一光学系统的显微镜观察到的观察图像。图13是大肠杆菌(约3μm)的观察图像，图14是沙门氏菌(约2μm)的观察图像，图15是金黄色葡萄球菌(约1μm)的观察图像，图16是绿脓杆菌(约3μm)的观察图像，图17是青霉的胞子(约4μm)的观察图像，图18是酵母(假丝酵母)(约5μm)的观察图像，图19是葡萄酒酵母(约5μm)的观察图像，图20是口腔内细菌(约0.5～10μm)的观察图像。
符号说明
1...显微镜主体、1a...壳体、1b...试样载置部、1c...光源、2...载置台、2a...载置板、2b...支承脚、2c...透视窗、3...光学系统(显微镜用光学系统)、3a...照明光学系统、3b...物镜光学系统、3b1...物镜组、3b2...第1成像透镜组、IM1...第1像面、IM2...第2像面、L...发光面、Lc...光轴、M...显微镜、m...反射镜、O...物体面、P...移动信息终端、P1...相机透镜(第2成像透镜组)。

Claims (3)

1.一种显微镜用光学系统，其用于显微镜中，该显微镜通过便携信息终端具备的照相机功能来拍摄要观察的试样的像，并将拍摄图像显示于便携信息终端的显示器上，
所述显微镜用光学系统的特征在于：
具备用于向试样照射来自光源的光的照明光学系统和用于使透过了所述试样的光成像的物镜光学系统，
所述物镜光学系统从物体侧依次具有配置在所述显微镜的内部的物镜组、配置在所述显微镜的内部的第1成像透镜组和配置在所述便携信息终端的内部的第2成像透镜组，
所述物镜组在位于所述物镜组和所述第1成像透镜组之间的第1像面对所述试样的像进行成像，
所述第1成像透镜组和所述第2成像透镜组在与用于构成所述便携信息终端的照相机功能的摄像元件的摄像面一致的第2像面对在所述第1像面成像的像进行再次成像，
通过使所述第2成像透镜组的一部分或全部沿光轴移动来进行对焦，
所述试样接触或邻接地配置在所述物镜组的最靠物体侧的面上，并满足下述条件式(1)、(2-1)、(3)、(4-2)和(5-1)，
NAL×2≤NAO≤NAL×15...(1)
0.07≤NAL≤0.09...(2-1)
25≤MO≤100...(3)
4.8mm≤Ed≤5.2mm...(4-2)
28mm≤D≤35mm...(5-1)
其中，NAL是所述照明光学系统的数值孔径，NAO是所述物镜组的数值孔径，MO是物镜组的成像倍率，Ed为所述照明光学系统的有效直径，D为从所述照明光学系统的所述试样侧的端面到所述试样的距离。
2.一种显微镜，其特征在于，具备权利要求1中所述的显微镜用光学系统，
该显微镜具备显微镜主体和载置台，该载置台与所述显微镜主体连接且能载置所述便携信息终端，
所述显微镜主体具有用于载置所述试样的试样载置部和用于向所述试样载置部照射光的光源，
所述显微镜用光学系统的所述照明光学系统配置在所述试样载置部与所述光源之间，
所述显微镜用光学系统的所述物镜组以使得所述物镜组的最靠物体侧的面在所述试样载置部露出的方式配置在所述显微镜主体的内部，
所述显微镜用光学系统的所述第1成像透镜组配置在所述显微镜主体的内部的所述物镜组的像侧。
3.根据权利要求2所述的显微镜，其特征在于，
所述光源为LED。
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