JP2000275532A

JP2000275532A - 対物レンズ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000275532A
Application number: JP11080453A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Aizaki; 紳一郎合▲崎▼
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】組立精度を保証することのできる対物レンズを
提供する。【解決手段】第１〜第５のレンズ２〜６と瞳変調素子７
からなる対物レンズユニット１であって、この対物レン
ズユニット１の側壁には瞳変調素子７を保持するフレー
ム１５を取り付け可能な穴が設けられ、該穴から瞳変調
素子７とともにフレーム１５を着脱可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ群及び瞳変
調素子を有する対物レンズ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学系の被写界深度を拡大するた
めの技術として、（１）米国特許第５７４８３７１号
（コロラド大学）、（２）Edward R.Dowski,Jr.,W.Thom
as Cathey,“Extended depth of field through wave-f
ront coding”,Appl.Opt.Vol.39,1859-1866(1995)、
（３）Sara Bradburn,Wade Thomas Cathey,Edward R.Do
wski,Jr.,“Realization of focus invariance in opti
cal-digital systems with wave-front coding”,Appl.
Opt.Vol136,9157-9166(1997)が開示されたものがある。

【０００３】このうち米国特許第５７４８３７１号に開
示された拡大被写界深度光学システムの概略構成を図１
０に示す。この図に示すように、この光学システムはレ
ンズ系１０３とＣＣＤ１０４からなる光学系の瞳位置に
挿入されたキュービック位相変調マスク１０２を有す
る。このキュービック位相変調マスク１０２は物体１０
１から反射された光に位相分布を与え、レンズ系１０３
を介してＣＣＤ１０４に投影する。そしてこのＣＣＤ１
０４の出力は画像処理装置１０５によって画像処理され
る。

【０００４】キュービック位相変調マスク１０２の具体
的な構成を図１１に示す。キュービック位相変調マスク
１０２は、一方の面（上面）が、図１１に網掛けで示す
ようなｚ＝ｋ（ｘ³＋ｙ³）の曲面形状を有し、もう一方
の面、すなわち底面が平面という形状をなしている。こ
のような形状によりキュービック位相変調マスク１０２
を透過した光の位相は、入射光に対し、その入射位置
（ｘ，ｙ）に応じてＰ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（ｊα（ｘ³＋ｙ³）），｜ｘ｜≦１，｜ｙ｜≦１ …（式（１））のずれを生じる。ここで、αは位相変調量、ｘ，ｙは最
大値１で規格化された瞳位置での座標である。

【０００５】次に、この拡大被写界深度光学系を用いる
ことにより得られるＯＴＦ(OpticalTransfer Functio
n：光伝達関数)の強度分布を図１２〜図１５により説明
する。

【０００６】図１２は通常の光学系を通したＯＴＦを示
すものである。通常の光学系では物体が合焦位置からず
れるにしたがってＯＴＦの強度分布は図１２（ａ）〜
（ｃ）へとなる一方、拡大被写界深度光学系では、図１
３（ａ）〜（ｃ）に示すようになり、その変化は少な
い。これを図１４に示す特性を有する逆フィルタを用い
て画像処理すると、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、合焦位置からずれている場合であっても（図１５
（ｂ），（ｃ））、合焦時のＯＴＦの強度分布（図１５
（ａ））に近い結果が得られる。

【０００７】また、このＯＴＦの変化は、実際の画像で
説明すると、通常の光学系では焦点位置がずれるにつれ
て、焦点ずれによるボケが生じてくるが、拡大被写界深
度光学系を用いた場合、焦点位置をずらしたときの画像
処理前の画像はボケてはいるが、焦点位置をずらしたそ
れぞれの画像においてボケ方が変化しない。そしてこれ
らの画像に対し、前述の逆フィルタ（図１４）による画
像処理を行うと、通常の光学系の焦点ずれがしていない
画像と同等の画像が得られ、被写界深度が拡大できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術の
拡大被写界深度光学系を顕微鏡へ適用する場合、光学系
の構成によっては対物レンズの中へキュービック位相変
調マスクを入れる必要がある。一般的に顕微鏡の対物レ
ンズは光学的に限界の性能を得るために複数のレンズで
構成され、組立の際にも、レンズ間隔の調整や、複数の
レンズ間での偏芯の調整を精密に行わなければならな
い。この調整は、干渉計を用いたり、顕微鏡に取り付け
ての目視観察により行う。

【０００９】しかしながら従来技術のような、キュービ
ック位相変調マスクを入れた対物レンズでは、レンズの
調整不足によって発生する収差の乗った波面と、キュー
ビック位相変調マスクによって変調された波面が重なり
合い、非常に複雑な波面となり、干渉計で測定しても、
調整のために利用することができない。また目視観察に
よる場合もキュービック位相変調マスクを入れた対物レ
ンズでは、画像処理によって回復しなければ、観察でき
ないため、対物レンズ単体での精密な調整は行うことが
できない。

【００１０】また別の課題としては、従来技術の拡大被
写界深度光学系は、キュービック位相変調マスクとＣＣ
Ｄカメラの相対的な角度は特定の角度でなくてはならな
い。これに対し、単にキュービック位相変調マスクを対
物レンズに組み込んだだけでは、その角度の調整は困難
である。

【００１１】またもう一つの課題としては、従来技術の
キュービック位相変調マスクはその位相変調量によっ
て、被写界深度の拡大率や、画像処理の際に用いる空間
フィルタのサイズ、さらにノイズに対する影響が異な
る。これに対し単にキュービック位相変調マスクを対物
レンズに組み込んだだけでは、位相変調量の異なるキュ
ービック位相変調マスクへ交換することはできず、観察
する試料によって最適な位相変調量のキュービック位相
変調マスクへ変更するといったことができない。

【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、キュービック位相
変調マスクなどの瞳変調素子を有する対物レンズにおい
て、組立精度を保証することのできる対物レンズ及び対
物レンズの製造方法を提供することである。

【００１３】また別の目的は、瞳変調素子と撮像手段の
方向を容易に調節可能な対物レンズ及びその製造方法を
提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の主要な観点によれば、本体と、この本体
に挿入されるレンズ群及び瞳変調素子ユニットと、前記
本体の側部に設けられ、前記瞳変調素子ユニットを本体
内に挿入可能な挿入部とを備えることを特徴とする対物
レンズが提供される。

【００１５】このような構成によれば、レンズ群を含め
た対物レンズの組立後にダミーの光学素子ユニットを用
いて精度の高い組立調整を行い、その後にダミーの光学
素子ユニットを取り出して瞳変調素子ユニットを挿入す
ることができ、組立精度の高い対物レンズが得られる。

【００１６】なお、瞳変調素子ユニットは、キュービッ
ク位相変調マスク(cubic phase modulation mask)であ
ることが望ましい。

【００１７】また、上記瞳変調素子ユニットは瞳変調素
子と該瞳変調素子を保持する保持手段とからなり、保持
手段はレンズ群の光軸回りに回動自在に構成されている
ことが望ましい。

【００１８】このような構成によれば、瞳変調素子ユニ
ットとレンズ群との回転方向を容易に調整することが可
能となり、さらに組立精度の高い対物レンズが得られ
る。

【００１９】また、瞳変調素子ユニットは、スライド式
のフレームと、このフレームに固定された瞳変調素子本
体からなることが望ましい。

【００２０】また、レンズ群及び瞳変調素子ユニットが
対物レンズの取り付け部に対して回転可能であることが
望ましい。

【００２１】このような構成によれば、この対物レンズ
を顕微鏡のレボルバやビデオマイクロスコープのヘッド
部等の取り付け部へ回転可能に取り付けることにより、
組立精度の高い対物レンズを用いた試料の観察が可能と
なる。

【００２２】また、別の本発明を以下に示す。

【００２３】（１）本体と、この本体に挿入されるレン
ズ群及び瞳変調素子ユニットと、本体の側部に設けら
れ、瞳変調素子ユニットを本体内に挿入可能な挿入部と
を有する対物レンズの製造方法であって、挿入部から本
体内にダミーの光学素子ユニットを挿入してレンズ群の
位置決めを行う工程と、本体内からダミーの光学素子ユ
ニットを取り出し、挿入部から瞳変調素子ユニットを本
体内に挿入する工程とを有することを特徴とする対物レ
ンズの製造方法。

【００２４】（２）レンズ群と瞳変調素子ユニットから
なる対物レンズと、レンズ群により集光された像を撮像
する撮像手段と、この撮像手段で撮像された画像を空間
フィルタを通して画像処理する画像処理装置とを有する
ことを特徴とする顕微鏡。

【００２５】（３）レンズ群と瞳変調素子ユニットから
なる対物レンズと、前記レンズ群により集光された像を
撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された画像を
空間フィルタを通して画像処理する画像処理装置とを有
することを特徴とするビデオマイクロスコープ。

【００２６】また、（１）〜（３）における瞳変調素子
はキュービック位相変調マスクであり、画像処理装置は
使用するキュービック位相変調マスクの位相変調量によ
りフィルタの係数を変更可能であることが望ましい。

【００２７】このような構成によれば画像処理装置のフ
ィルタ係数を、使用するキュービック位相変調マスクに
合わせて変調することにより、試料構造に関して最適な
条件における試料の観察が可能となる。

【００２８】また、キュービック位相変調マスクを用い
て試料を観察する場合には、試料構造に最適な位相変調
量のキュービック位相変調マスクへ対物レンズを分解せ
ずに交換することが可能となり、最適な条件で観察する
ことが容易となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００３０】（第１実施形態）まず本発明の第１実施形
態について図１〜３を参照して説明する。

【００３１】図１は本発明の対物レンズユニット１を示
す縦断面図であり図３はこの対物レンズを顕微鏡に適用
した例を示す概略図である。

【００３２】まず、対物レンズユニット１を用いた顕微
鏡の全体構成を図３を用いて説明する。対物レンズユニ
ット１は顕微鏡３１のレボルバ３２に取り付けられてい
る。顕微鏡３１にはＣＣＤカメラ３３が取り付けられて
いる。ＣＣＤカメラ３３で撮像した画像はＣＣＤコント
ローラ３４を介して、画像処理装置３５へ取り込まれ、
画像処理が行われた後、モニタ３６に表示される。

【００３３】次に対物レンズユニット１を図１及び図２
を参照して説明する。まず、対物レンズユニット１の光
学系は、第１〜第５のレンズ２〜６からなるレンズ群
と、１枚の瞳変調素子７（以下、すべての実施形態にお
いて瞳変調素子はキュービック位相変調マスクを指す）
から構成される。これらのレンズ群２〜６及び瞳変調素
子７はそれぞれ保持部材１０〜１５に保持され、この状
態で図に８で示す筒内に保持されている。この筒８の先
端側の開口部には前記保持部材１０〜１５の飛び出しを
規制するストッパ片８ａが形成されている。従って、第
１〜第５のレンズ２〜６及び瞳変調素子７は筒８の後端
開口側から図示の順番で挿入されている。そして最後に
固定枠１７が挿入され螺着されることでレンズ群２〜６
及び素子７の保持部材１０〜１５は筒８のストッパ片８
ａに押しつけられ固定される。なお、前記瞳変調素子７
は図に１５で示すフレームを介してフレーム保持部材１
６に保持されている。また、この保持部材１６及び筒８
には、瞳変調素子７をこのフレーム１５に保持された状
態で外部から挿脱できる穴１６ａ，８ｂが形成されてい
る。従って、実際の組立時には保持部材１６に素子７を
保持しない状態で筒８内に挿入され、この保持部材１６
を固定した後に素子７（フレーム１５）を穴８ｂ，１６
ａから挿入するようになっている。

【００３４】図２はこの構成を詳細に説明するための分
解図である。この図に示すように保持部材１６と筒８に
はほぼ同形状の穴１６ａ，８ｂが設けられており、保持
部材１６は筒８内に穴１６ａ，８ｂ同士を一致させた状
態で挿入される。

【００３５】フレーム１５に保持された瞳変調素子７は
穴１６ａから挿入され、筒８の内部で保持される。そし
て、フレーム１５と筒８は、接着等により固定される。
なお、図２に７’で示すのはダミー素子であり、１５’
で示すフレームに保持されている。このダミー素子７’
は第１〜第５のレンズ２〜６の偏芯等の調整時に挿入さ
れるのもので、瞳変調素子７と同じ材料でかつ平均の厚
さが等しく形成された平板である。

【００３６】また、筒８の外側には、この筒８を覆う円
筒状のカバー９が外挿されている。このカバー９は後端
部において筒８に固定されるようになっている。そし
て、このカバー９の基端部には図に１８で示すカップ状
のブラケットが被せられている。このカバー９及び筒８
はこのブラケット１８内で回転位置決め可能であり、位
置決め後押しボルト１９ａ，１９ｂによって固定される
ようになっている。

【００３７】このように構成されているので、顕微鏡３
１に取り付けられたＣＣＤカメラ３３に対して、対物レ
ンズユニット１の位置を調節することができる。

【００３８】次に、対物レンズユニット１の組立調整方
法について図１及び図２を用いて説明する。

【００３９】第１〜第５のレンズ２〜６が各保持部材１
０〜１４により保持されている状態で、各保持部材１０
〜１４とフレーム保持部材１６を順に筒８内に入れる。
そして、フレーム保持部材１６の穴１６ａと筒８の穴８
ｂが各保持部材１０〜１４を筒８に入れた状態で一致す
るように調整される。

【００４０】対物レンズユニット１の光学系は、各保持
部材１０〜１４とフレーム保持部材１６を入れた後で固
定枠１７で仮固定される。この状態で、ダミー素子７’
の入ったフレーム１５’を筒８の穴８ｂから挿入する。
対物レンズユニット１の光学系はダミー素子７’を入れ
た状態で設計されている。

【００４１】ダミー素子７’は平行平板の素子であるた
め、従来から行われている顕微鏡対物レンズの組立方法
によって組み立てることが可能である。すなわち、対物
レンズユニット１の光学系が固定枠１７により仮固定さ
れた状態で、対物レンズユニット１の収差を干渉計など
により測定したり、実際に観察しながら、保持部材１０
〜１４それぞれの最適な間隔を不図示の箔をはさむこと
により調整し、第１〜第５のレンズ２〜６間の偏芯を筒
８に設けられた図示しない穴から突いて調整を行う。調
整完了後、対物レンズユニット１の光学系は固定枠１７
で固定される。以上の組立完了後、ダミー素子７’の入
ったフレーム１５’を抜き出し、瞳変調素子７の入った
フレーム１５を入れる。フレーム１５を入れた後に、フ
レーム１５は筒８へ接着により固定される。さらに筒８
はカバー９へ固定され、カバー９はブラケット１８に取
り付けられる。

【００４２】このようにして組み立てられた対物レンズ
ユニット１を用いた顕微鏡の動作を説明する。図３に示
すように、対物レンズユニット１は顕微鏡３１のレボル
バ３２に取り付けられた対物レンズユニット１を介して
取り込まれた試料像をＣＣＤカメラ３３で撮像する。こ
のようにして得られた画像はＣＣＤコントローラ３４を
介して、画像処理装置３５へ取り込まれ、従来技術と同
様の手法による画像処理が行われた後、モニタ３６に被
写界深度の拡大した画像が表示される。

【００４３】以上のような構成、組立方法及び動作によ
り、瞳変調素子７を用いた対物レンズを有する拡大被写
界深度光学系において精密な組立調整が可能となる。ま
た、ＣＣＤカメラ３３と瞳変調素子７の回転方向の調整
が容易となり、さらに精密な組立が可能となる。

【００４４】（第２実施形態）図４は本発明の対物レン
ズを示す断面図であり図５はこの対物レンズをビデオマ
イクロスコープに適用した例を示す概略図である。

【００４５】まず、対物レンズを用いたビデオマイクロ
スコープの全体構成を図５を用いて説明する。対物レン
ズユニット４１はビデオマイクロスコープヘッド６１に
取り付けられている。ビデオマイクロスコープヘッド６
１で撮像した画像はＣＣＤコントローラ６５を介して画
像処理装置６６へ取り込まれ、画像処理が行われた後、
モニタ６７に表示される。また、ビデオマイクロスコー
プヘッド６１には光源装置６４が接続されており、対物
レンズユニット４１の先端部分から光を照射することが
できるようになっている。

【００４６】次に対物レンズユニット４１とビデオマイ
クロスコープヘッド６１を図４を参照して説明する。ま
ず、対物レンズユニット４１の光学系は、第１〜第３の
レンズ４２〜４４からなる３枚のレンズ群と１枚の瞳変
調素子４５から構成される。これら光学系はそれぞれ保
持部材５０，５３及び５４に保持され、この状態で図に
４６で示す筒内に保持されている。そして、筒４６の後
端開口側から挿入され、最後に固定枠５５が挿入され螺
着されることにより、レンズ群４２〜４４及び素子４５
はストッパ片４６ａに押しつけられ固定される。なお、
瞳変調素子４５はフレーム５１を介してフレーム保持部
材５２に保持されている。また、このフレーム保持部材
５２及び筒４６には、瞳変調素子４５をこのフレーム５
１に保持された状態で外部から挿脱できる穴が形成され
ている。従って、実際の組立時には保持部材５２に素子
４５を保持しない状態で筒４６内に挿入され、この保持
部材５２を固定した後に素子４５（フレーム５１）を穴
から挿入するようになっている。

【００４７】また、筒４６の外側には、この筒４６を覆
う円筒状のカバー４７が外挿されている。このカバー４
７の後端部において筒４６は固定されるようになってい
る。そして、このカバー４７の基端部には図に５７で示
すブラケットが被せられている。このカバー４７及び筒
４６はこのブラケット５７内で回転位置決め可能であ
り、位置決め後押しボルト５８ａ，５８ｂによって固定
されるようになっている。

【００４８】この筒４６とカバー４７には、筒４６の周
囲を囲むように間隙が設けられており、この間隙はビデ
オマイクロスコープヘッド６１まで貫通している。この
間隙には照明光を導くための光ファイバ４８が配置され
ている。ここで、対物レンズユニット４１外であって筒
４６の中心軸近傍に、観察対象とする試料４９がある場
合、この光ファイバ４８を通った光は試料４９に照射さ
れる。また、試料４９から反射された光は筒４６の円筒
内部を通る構成となっている。カバー４７の先端部分に
は照明ヘッド５６が取り付けられており、光ファイバ４
８からの光を反射させて観察対象の試料４９を効率的に
照射する。

【００４９】このように構成されているので、ビデオマ
イクロスコープヘッド６１に取り付けられた撮像素子６
２に対して、対物レンズユニット４１の位置を調整する
ことができる。

【００５０】また、レンズ群４２〜４４の偏芯等の位置
決め時には瞳変調素子４５は挿入されておらず、対物レ
ンズユニット４１の組立調整中はダミー素子４５’であ
り、組立完了後は、瞳変調素子４５に交換され、接着等
により、フレーム５１と筒４８が固定される。

【００５１】第１〜第３のレンズ４２〜４４及び瞳変調
素子４５の間隔は、保持部材５０，５１，５３及び５４
とフレーム保持部材５２の間に、図示しない箔を挟むこ
とにより調整される。また筒４８の保持部材５０，５３
及び５５の外周部には図示しない穴が設けられており、
その穴から保持部材５０，５３及び５５を突くことによ
りレンズ間の偏芯を調整することができる。

【００５２】なお、対物レンズユニット４１の組立方法
及び動作は第１実施形態と同様なので省略する。

【００５３】以上説明したように本実施形態によれば、
対物レンズをビデオマイクロスコープに適用した拡大被
写界深度光学系において、精密な組立調整が可能とな
る。また、撮像素子６２と瞳変調素子４５の回転方向の
調整が容易となり、さらに精密な組立が可能となる。

【００５４】（第３実施形態）次に第３実施形態につい
て図６及び７を参照して説明する。

【００５５】図６は本発明の対物レンズを顕微鏡用の対
物レンズへ適用したときの構成の断面図である。なお、
第１実施形態と共通する部分は同一符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００５６】７１は本実施形態に係る顕微鏡用の対物レ
ンズユニットである。この対物レンズユニット７１の光
学系は第１〜第５のレンズ２〜６からなる５枚のレンズ
群と１枚の瞳変調素子７から構成され、これらレンズ群
が保持部材１０〜１４で保持されている点は第１実施形
態と同様である。第４のレンズ５及び第５のレンズ６の
間に設けられた瞳変調素子７はフレーム７２に保持され
て、さらにフレーム保持部材１６に保持される。

【００５７】瞳変調素子７は位置決め時には挿入されて
おらず、ダミー素子が挿入される。また、位相変調量の
異なる素子７を有するフレーム７２が複数用意されてい
る。筒８はカバー７３内に固定部材７４により固定され
る。カバー７３には回転リング７５が回転可能に取り付
けられ、カバー７６により外れないように構成されてい
る。

【００５８】図７はこの構成を詳細に説明するための分
解図である。この図に示すように、回転リング７５には
穴７５ａが設けられており、フレーム７２を挿入できる
ようになっている。回転リング７５の穴７５ａはフレー
ム７２の断面とほぼ等しい大きさを有する。フレーム７
２は図７に示すような鍵型の形状をしており、筒８やフ
レーム保持部材１６と干渉することなく、回転リング７
５の回転に伴って９０度以上回転可能である。また、筒
８とフレーム保持部材１６にそれぞれ穴８ｂ，１６ａが
設けられている点は第１実施形態と同様である。

【００５９】第１〜第５のレンズ２〜６及び瞳変調素子
７の間隔は、保持部材１０〜１４及びフレーム保持部材
１６の間に、図示しない箔を挟むことにより調整され
る。また筒８の保持部材１０〜１４の外周部には、図示
しない穴が設けられており、その穴から保持部材１０〜
１４を突くことによりレンズ間の偏芯を調整することが
できる。

【００６０】次に、対物レンズユニット７１の組立調整
方法について図７を用いて説明する。

【００６１】図７において、第１〜第５のレンズ２〜６
が各保持部材１０〜１４により保持されている状態で、
各保持部材１０〜１４とフレーム保持部材１６を順に筒
８内に入れる。筒８とフレーム保持部材１６に設けられ
た穴８ｂ，１６ａは各保持部材１０〜１４を筒８に入れ
た状態で一致するように調整される。

【００６２】対物レンズユニット７１の光学系が各保持
部材１０〜１４とフレーム保持部材１６を入れた後で固
定枠１７で仮固定された状態で、ダミー素子の入ったフ
レームを筒８の穴８ｂから挿入する。対物レンズユニッ
ト７１の光学系はダミー素子を入れた状態で設計されて
いる。ダミー素子は平行平板の素子であるため従来から
行われている顕微鏡対物レンズの組立方法によって組み
立てることが可能である。すなわち対物レンズユニット
７１の光学系が仮固定された状態で、対物レンズユニッ
ト７１の収差を干渉計などにより測定したり、実際に観
察しながら、最適な保持部材１０〜１４の間隔を不図示
の箔をはさむことにより調整し、レンズの偏芯調整を筒
８に設けられた図示しない穴から突いて調整を行う。調
整完了後、対物レンズユニット７１の光学系を固定枠１
７で固定する。

【００６３】以上の組立完了後、ダミー素子の入ったフ
レームは抜かれ、筒８はカバー７３へ取り付けられる。
この際に筒８の穴８ｂとカバー７３の穴７３ａは一致す
るように調整された後、固定部材７４により固定され
る。さらにカバー７３は回転リング７５とカバー７６が
取り付けられ、瞳変調素子７の入ったフレーム７２が回
転リング７５の穴７３ａにより挿入される。

【００６４】このようにして組み立てられた対物レンズ
ユニット７１を用いた顕微鏡の動作を図３を用いて説明
する。なお、本実施形態においては図３における対物レ
ンズユニット１を対物レンズユニット７１に置換して説
明する。

【００６５】第１の実施の形態と同様に、レボルバ３２
に取り付けられた対物レンズユニット７１を介して得ら
れた試料像をＣＣＤカメラ３３で撮像し、得られた画像
はＣＣＤコントローラ３４を介して画像処理装置３５へ
取り込まれ、画像処理を行われた後、モニタ３６に表示
される。

【００６６】瞳変調素子７が取り付けられたフレーム７
２は、回転リング７５によって回転可能であるため、顕
微鏡３１に取り付けられたＣＣＤカメラ３３に対して回
転方向を調節することができる。拡大被写界深度光学系
においては、ＣＣＤカメラ３３と瞳変調素子７の方向を
調節する必要があるが、本発明の対物レンズユニット７
１ではこの調節を第１実施形態の場合よりもさらに容易
に行うことができる。ＣＣＤカメラ３３で撮像された画
像は従来技術と同様の方法で画像処理が行われ、モニタ
３６に被写界深度の拡大した顕微鏡画像が表示される。

【００６７】さらに従来技術の拡大被写界深度光学系は
瞳変調素子７の位相変調量により、画像処理に用いる空
間フィルタのフィルタサイズや、焦点深度の拡大量、さ
らに観察するときの画像のＳＮが異なる。そのため、観
察対象の試料によって最適な瞳変調素子７の位相変調量
が異なる。そこでオペレータは観察を行う際に、異なる
位相変調量の瞳変調素子７の取り付けられたフレーム７
２を試料に合わせて交換することにより、オペレータの
希望する最適な観察画像を得ることができるようにな
る。この場合、画像処理装置３５で行われる画像処理の
空間フィルタは瞳変調素子７の位相変調量により異な
り、使用する瞳変調素子７に合わせて、画像処理装置３
５のフィルタ係数を変更することが可能である。

【００６８】以上のような構成、組立方法及び動作によ
り、第１実施形態の効果に加えてＣＣＤカメラ３３と瞳
変調素子７の回転方向の調整がさらに容易になる。ま
た、観察する試料に最適な瞳変調素子７を使って観察す
ることができるようになる。

【００６９】（第４実施形態）図８は本発明をビデオマ
イクロスコープに適用した対物レンズの全体構成を示す
断面図である。本実施形態では、第３実施形態に示す対
物レンズをビデオマイクロスコープに適用した形態を示
す。なお、第２実施形態と共通する部分は同一符号を付
して詳細な説明は省略する。

【００７０】このビデオマイクロスコープは、対物レン
ズユニット８１とビデオマイクロスコープヘッド６１に
大別される。

【００７１】この対物レンズユニット８１は第１〜第３
のレンズ４２〜４４からなる３枚のレンズ群と１枚の瞳
変調素子４５から構成され、これらレンズ群が保持部材
５０，５２〜５４で保持されている点は第２実施形態と
同様である。第１のレンズ４２及び第２のレンズ４３の
間に設けられた瞳変調素子４５はフレーム８２に保持さ
れて、さらにフレーム保持部材５２に保持される。この
瞳変調素子４５は対物レンズの組立調整中はダミー素子
であり、組立完了後は、瞳変調素子４５に交換される。

【００７２】筒４６の外側にはカバー８３があり、カバ
ー８３には回転リング８４を回転可能に取り付けたの
ち、回転リング８４が外れないようにカバー８５が取り
付けられている。また、カバー８３，８５と筒４６の間
隙には、筒４６の周囲を囲む光ファイバ８６が挿通され
る。

【００７３】光ファイバ８６の詳細な構成を図９に示
す。なお、光ファイバ８６の斜視図は図９（ｂ）に、比
較のため、第２実施形態で用いられる通常の光ファイバ
４８の斜視図を図９（ａ）に示す。

【００７４】従来のビデオマイクロスコープには図９
（ａ）のような円筒状の光ファイバ４８が入っている。
この光ファイバ４８のままでは本実施形態のフレーム８
２を回転リング８４の穴８４ａから挿入し回転させるこ
とができないが、光ファイバ８６を図９（ｂ）のように
歪ませて、図９（ｃ）の上面図に示すように所定の幅を
有する間隙を設けることにより、この間隙にフレーム８
２を挿入し、さらにフレーム８２を回転させることがで
きる。またフレーム８２は位相変調量が異なる瞳変調素
子４５が取り付けられた複数の種類のものが用意されて
いる。

【００７５】第１から第３のレンズ及び瞳変調素子の間
隔は保持部材５０，５３，５４及びフレーム保持部材５
２の間に、図示しない箔を挟むことにより調整される。
また筒４６の保持部材５０，５３及び５４の外周部に
は、図示しない穴が設けられており、その穴から保持部
材を突くことによりレンズ間の偏芯を調整することがで
きる。

【００７６】なお、ビデオマイクロスコープヘッド６１
の構成、図５に示す観察システムの構成及び動作及び本
実施形態に係るビデオマイクロスコープの組立方法及び
動作は第２実施形態と同様であるので説明は省略する。

【００７７】以上のように通常のキュービック位相変調
マスクを用いた拡大被写界深度光学系をビデオマイクロ
スコープへ適用できるようになる。また、撮像素子６２
と瞳変調素子４５の回転方向の調整が第２実施形態の場
合に比較してさらに容易になる。また、試料の観察に最
適な瞳変調素子４５を選択できるようになる。

【００７８】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。瞳変調素子としてキュービック位相変調マスク
を用いる場合を示したがこれに限定されず、透過する光
に任意の位相分布を与えることができる波面変換素子
（例えば電気光学材料や磁気光学材料で作られた位相変
調素子）等でもよい。また、顕微鏡及びビデオマイクロ
スコープについて適用した例について示したが、カメ
ラ、内視鏡等対物レンズを用いる様々な光学系へ適用可
能である。

【００７９】なお、この明細書には、以下の発明が含ま
れることを確認する。

【００８０】（１）本体と、この本体に挿入されるレン
ズ群及び瞳変調素子ユニットと、前記本体の側部に設け
られ、前記瞳変調素子ユニットを本体内に挿入可能な挿
入部が設けられてなり、さらに前記瞳変調素子ユニット
は、瞳変調素子と、この瞳変調素子を保持し前記本体に
固定される保持手段を有することを特徴とする対物レン
ズ。

【００８１】（２）前記対物レンズにおいて、瞳変調素
子ユニットは、瞳変調素子としてキュービック位相変調
マスクを有することを特徴とする対物レンズ。

【００８２】（３）前記瞳変調素子ユニットは、瞳変調
素子として通過する光を所定形状の位相分布に変調させ
る波面変換素子を有することを特徴とする対物レンズ。

【００８３】（４）（３）の波面変換素子は、ホモジニ
アス配向液晶パネルであることを特徴とする対物レン
ズ。

【００８４】（５）前記対物レンズを有する被写界深度
拡大システムであって、前記レンズ群及び前記瞳変調素
子ユニットを通過した像を検出する撮像手段と、この撮
像手段から出力された像検出信号を、波面変換素子の位
相変調量に応じて画像変換し、光学系の光学伝達関数を
被写体の光軸方向によらずほぼ一定にする画像変換手段
とを有することを特徴とする被写界深度拡大システム。

【００８５】（６）前記対物レンズを有する顕微鏡装
置。

【００８６】（７）本体と、この本体に挿入されるレン
ズ群及び瞳変調素子と、前記本値あの側部に設けられ、
前記瞳変調素子を本体内に挿入可能な挿入部とを有する
対物レンズの製造方法であって、この挿入部から前記本
体内にダミーの光学素子ユニットを挿入してレンズ群の
位置決めを行う工程と、前記本体内から前記ダミーの光
学素子ユニットを取り出し、前記挿入部から前記瞳変調
素子を前記本体内に挿入する工程とを有することを特徴
とする対物レンズの製造方法であって、ダミーの光学素
子は、瞳変調素子と同じ材料で形成されているものであ
ることを特徴とする対物レンズの製造方法。

【００８７】（８）（７）の対物レンズの製造方法にお
いて、前記本体内に挿入した前記瞳変調素子ユニットを
レンズ群の光軸回りに回転させて位置決めする工程をさ
らに有することを特徴とする対物レンズの製造方法。

【００８８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、組
立精度の高い対物レンズが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る対物レンズの全体
構成を示す断面図。

【図２】同実施形態に係る対物レンズの組立方法を示す
斜視図。

【図３】同実施形態に係る対物レンズを用いた観察シス
テムの全体構成を示す図。

【図４】本発明の第２実施形態に係るビデオマイクロス
コープの全体構成を示す断面図。

【図５】同実施形態に係るビデオマイクロスコープを用
いた観察システムの全体構成を示す図。

【図６】本発明の第３実施形態に係る対物レンズの全体
構成を示す断面図。

【図７】同実施形態に係る対物レンズの組立方法を示す
斜視図。

【図８】本発明の第４実施形態に係るビデオマイクロス
コープの全体構成を示す断面図。

【図９】同実施形態に係る対物レンズに用いられる光フ
ァイバの詳細な構成を示す斜視図。

【図１０】従来の拡大被写界深度光学系の概略構成を示
す図。

【図１１】通常用いられているキュービック位相変調マ
スクの構成を示す図。

【図１２】通常の光学系のＯＴＦ強度分布を示す図。

【図１３】拡大被写界深度光学系のＯＴＦ強度分布を示
す図。

【図１４】拡大被写界深度光学系により変形された試料
の光強度分布を変形前に戻すための逆フィルタの特性曲
線を示す図。

【図１５】逆フィルタを通したＯＴＦ強度分布を示す
図。

【符号の説明】

１，４１，７１，８１…対物レンズ２，４２…第１のレンズ３，４３…第２のレンズ４，４４…第３のレンズ５…第４のレンズ６…第５のレンズ７，４５…瞳変調素子８，４６…筒９，４７…カバー１０，１１，１２，１３，１４，５０，５１，５３，５
４…保持部材１５，５１，７２，８２…フレーム１６，５２…フレーム保持部材１７，５５…固定枠１８，５７…ブラケット１９ａ，１９ｂ，５８ａ，５８ｂ…押しボルト３１…顕微鏡３２…レボルバ３３…ＣＣＤカメラ３４，６５…ＣＣＤコントローラ３５，６６…画像処理装置３６，６７…モニタ４８，６３，８６…光ファイバ４９…試料５６…照明ヘッド６１…ビデオマイクロスコープヘッド６２…撮像素子６４…光源装置７３，７６，８３，８５…カバー７４…固定部材７５，８４…回転リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体と、この本体に挿入されるレンズ群
及び瞳変調素子ユニットと、前記本体の側部に設けられ、前記瞳変調素子ユニットを
本体内に挿入可能な挿入部とを備えることを特徴とする
対物レンズ。
【請求項２】前記瞳変調素子ユニットは、瞳変調素子
と該瞳変調素子を保持する保持手段とからなり、前記保
持手段は前記レンズ群の光軸回りに回動自在に構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】本体と、この本体に挿入されるレンズ群
及び瞳変調素子ユニットと、前記本体の側部に設けら
れ、前記瞳変調素子ユニットを本体内に挿入可能な挿入
部とを有する対物レンズの製造方法であって、前記挿入部から前記本体内にダミーの光学素子ユニット
を挿入してレンズ群の位置決めを行う工程と、前記本体内から前記ダミーの光学素子ユニットを取り出
し、前記挿入部から前記瞳変調素子ユニットを前記本体
内に挿入する工程とを有することを特徴とする対物レン
ズの製造方法。