JP2010113275A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズ群を射出した後に分割された光を、１つの結像レンズ群により再集光させることで解像力を向上させた顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】顕微鏡装置（平行系実体顕微鏡）１００は、物体から順に、この物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズ群１と、対物レンズ群１の光軸と一致しない光軸を有し、対物レンズ群１を出射した光が通過する２以上の光路を構成する変倍レンズ群３と、変倍レンズ群３から出射した光を集光して物体の像を結像する機能を有する１つの結像レンズ群４と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡は、被検物体（標本）から出た光を一つの対物レンズ群で集光した後、２つの観察光学系に分割することにより、視差を持たせ、立体的な観察を可能としている。このような構成の平行系実体顕微鏡は、２つの観察光学系の各々に設けられたアフォーカル変倍レンズ群と結像レンズ群とを組み合わせた結像光学系が用いられる。このような平行系実体顕微鏡により凹凸のある物体を観察した場合、両目で見た場合と同じように立体感を持って観察できるため、顕微鏡下で作業を行う場合に、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、精密機械工業、生物の解剖、手術等の細かい処置が必要な分野で特に有効である。

このような平行系実体顕微鏡では、対物レンズ群で集光された光が観察光学系において２つの光路に分割されるため、有効径が対物レンズ群の半分程度になってしまい、それに応じて解像力も半分程度になってしまう。そのため、解像力を向上させた像を取得するために、左右の観察光学系の入射有効径に差を付けることで、片側光路のみ解像力を向上させた顕微鏡装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−６５６５１号公報

しかしながら、２つの観察光学系のうちの一方の入射有効径を大きくする方法によると、その観察光学系の解像力は大きくなるが、他方の入射有効径は小さくしなければならず、解像力がさらに小さくなってしまう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、対物レンズ群を射出した後に光路が分割された光を、１つの結像レンズ群により再集光させることで解像力を向上させ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、本発明に係る顕微鏡装置は、物体側から順に、この物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズ群と、対物レンズ群の光軸とは異なる光軸を有し、対物レンズ群を出射した光が通過する２以上の光路と、これらの光路から出射した光を集光して物体の像を結像する機能を有する１つの結像レンズ群と、を有する。

このような顕微鏡装置は、結像レンズ群の焦点距離をｆ、全長をｄとしたとき、次式
０．６ ＜ ｄ／ｆ ＜ １
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、光路の数は２であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、結像レンズ群は、着脱可能であることが好ましい。

さらに、このような顕微鏡装置において、光路の各々には、変倍レンズ群が設けられていることが好ましい。

本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、対物レンズ群から射出した後に複数の光路に分割された光を、１つの結像レンズ群により再集光させることができ、これにより物体の像の解像力を向上させることができる。

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、平行系実体顕微鏡の構成に付いて説明する。この平行系実体顕微鏡１００は、単対物双眼構成の顕微鏡装置であり、透過照明装置を内蔵するベース部（照明部）１０１、対物レンズ群及び接眼レンズ群が取り付けられ、内部に変倍レンズ群を有する変倍レンズ鏡筒１０３、及び、焦点合わせ装置１０５を有している。また、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１０２が設けられている。なお、対物レンズ群は、変倍レンズ鏡筒１０３の下部に設けられた対物レンズ取り付け部１０６に取り付けられている。この対物レンズ取り付け部１０６は、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ群及び複数の高倍率の対物レンズ群のうちから一つを選択して取り付けることができるようになっている場合と、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ群及び複数の高倍率の対物レンズ群のうちから複数を選択して取り付けられるようになっている場合がある。

変倍レンズ鏡筒１０３の内部には、左眼用と右眼用の変倍レンズ群が配置され、この変倍レンズ鏡筒１０３の外側には変倍ノブ１０７が配置されている。変倍レンズ群には変倍のための可動群が含まれており、変倍ノブ１０７の回転により、予め定められた移動量に則り光軸方向に移動する。また、変倍レンズ群には可変絞りが含まれており、変倍レンズ鏡筒１０３にはこの可変絞りの調節機構が設けられている。また、焦点合わせ装置１０５は、焦点合わせノブ１０８と、この焦点合わせノブ１０８の回転に伴い変倍レンズ鏡筒１０３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。さらに、この変倍レンズ鏡筒１０３の上部には結像レンズ群及び接眼レンズ群を有する双眼鏡筒１０４が取り付けられている。左右両眼用の変倍レンズ群のそれぞれから出射した平行光を、左右それぞれに配置された結像レンズ群が集光して標本の像を一旦結像し、双眼鏡筒１０４の上端部に取り付けられた接眼レンズ群を用いることにより結像された像を肉眼で観察することができる。

図２は、このような単対物双眼構成の平行系実体顕微鏡１００の光学系の構成を示しており、上述のように、物体側から順に、一つの対物レンズ群１と、この対物レンズ群１の光軸に平行に配置され、各々がこの対物レンズ群１の光軸とは異なる（一致しない）光軸を有する右眼用と左眼用の二つの光路（以下、この光路を「観察光学系２」と呼ぶ）と、を有している。また、この図２に示す平行系顕微鏡１００においては、２つの観察光学系２の各々は、アフォーカル変倍レンズ群３と結像レンズ群４′とを有して構成されている。この平行系実体顕微鏡１００において、物体面にその焦点を一致させた一つの対物レンズ群１は、その後に続く左右両眼用の変倍レンズ群３にアフォーカル光束を導く役割を担っている。物体から放射され対物レンズ群１から射出した平行光束は、２つの変倍レンズ群３に分割されて光束径が変更された後、結像レンズ群４′で物体の拡大像を結像し、図示しない接眼レンズ群を介して別々に左右の眼で観察することにより微小物体の立体視が可能になる。そのため、この平行系実体顕微鏡１００の解像力を決定する開口数は、対物レンズ群１に入射する軸上光線角度αではなく、物体面に傾斜した変倍レンズ群３の光軸を基準とした角度βとなる。一方、通常の光学顕微鏡では光束は分割されないので、開口数は角度αで定義される。図３は観察方向から見た対物レンズ群１と変倍レンズ群３との瞳開口を示しており、２つの変倍レンズ群３の入射有効径Ｄが等しければ、角度βは角度αの半分となる。そのため、仮に通常の光学顕微鏡と同じ対物レンズ群１をこの平行系実体顕微鏡１００に装着すると、この平行系実体顕微鏡１００の解像力は通常の光学顕微鏡に比べておよそ半分となってしまう。

そこで、この平行系実体顕微鏡１００においては、変倍レンズ鏡筒１０３に対して双眼鏡筒１０４を着脱可能に構成し、双眼鏡筒１０４を取り外し、この双眼鏡筒１０４の代わりに、図４に示すように、１つの結像レンズ群４を変倍レンズ鏡筒１０３に装着する。この結像レンズ群４の光軸は、対物レンズ群１の光軸と略一致するように取り付けられる。すると、左右の異なる光路（変倍レンズ群３）を通ってきた光が結像レンズ群４の焦点面において干渉する。このとき、結像に関与するのは、図３に示すように、対物レンズ群１の開口数から定義される瞳開口（αで定義される瞳開口）のうち、βで定義される瞳開口の部分に相当する。この図３において、光軸と直交する面内で、２つの変倍レンズ群３が並ぶ方向（これらの変倍レンズ群３のそれぞれの光軸を結んだ方向）をＸ軸とし、このＸ軸に直交する方向をＹ軸とすると、βで定義される瞳開口の開口形状は光軸対称（点対称）ではなく、Ｙ軸対称（線対称）である。その結果、解像力も方向によって異なることになる。

図５（ａ）は、二つの変倍レンズ群３からの光を一つの結像レンズ群４で結像したときのＰＳＦ（点像分布関数）の値のうち、図３におけるＹ軸方向のＰＳＦ断面図である。また、図５（ｂ）は同じく図３におけるＸ軸方向のＰＳＦ断面図である。いずれのＰＳＦ断面図ともこの平行系実体顕微鏡１００の光学系には収差が無いことを前提にしている。このような構成によると、Ｘ軸方向のエアリーディスク径がＹ軸方向のエアリーディスク径の半分となるため、解像力が向上していることが分かる。

このような平行系実体顕微鏡においては、変倍レンズ群３の変倍比を変化させて標本（物体）の観察を行うが、低倍にして標本の比較的広い部分を観察する場合には、解像力はそれほど求められないが、高倍にしてより狭い部分を拡大して観察する場合には解像力が求められる。反対に、低倍で観察している場合には、観察光学系を左右両眼用の２つにして標本を立体視する要求が高いが、高倍で観察している場合には、立体視はそれほど必要とされない。そのため、低倍時には変倍レンズ鏡筒１０３に対して双眼鏡筒１０４を装着して２つの接眼レンズ群４′により両眼で（立体視で）標本の観察を行い、高倍時には、双眼鏡筒１０４を１つの結像レンズ群４に交換することにより解像度の高い画像を得ることができる。なお、この場合、１つの結像レンズ群４と撮像素子を備えた撮像用鏡筒を設け、この撮像用鏡筒を変倍レンズ鏡筒１０３に装着することにより、標本（物体）の高解像度なデジタル画像を取得することができる。

ところで、図４に示すように、平行系実体顕微鏡１００において、１つの結像レンズ群４を用いるときは、この結像レンズ群４が、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。ここで、ｆは結像レンズ群４の焦点距離であり、ｄは結像レンズ群４の全長である。

０．６ ＜ ｄ／ｆ ＜ １ （１）

条件式（１）は、結像レンズ群４の焦点距離と全長との適切な比を規定するものである。この焦点距離と全長の比が、条件式（１）の下限を下回ると、観察側から見て、像の左右のディストーション差を補正することが困難となり、２つの光路を通ってきた光が干渉することができなくなり好ましくない。一方、焦点距離と全長の比が、条件式（１）の上限を上回ると、結像レンズ群の全長が大きくなってしまう。結像レンズ群４の焦点位置に撮像素子を設置する必要があるので、この結像レンズ群４の全長が大きくなると装置の操作性が著しく悪化してしまうため好ましくない。

平行系実体顕微鏡の外観を示す斜視図である。 ２つの観察光学系で観察する場合の構成を示す説明図である。 対物レンズ系で定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とを示す説明図である。 ２つの観察光学系から出射した光を一つの結像レンズ群で観察する場合の構成を示す説明図である。 平行系実体顕微鏡において、一つの結像レンズ群で結像したときのＰＳＦ断面図であって、（ａ）はＸ軸方向の断面図であり、（ｂ）はＹ軸方向の断面図である。

符号の説明

１ 対物レンズ群 ２ 観察光学系（光路） ３ 変倍レンズ群
４ 結像レンズ群 １００ 平行系実体顕微鏡（顕微鏡装置）

Claims (5)

1. 物体側から順に、
   前記物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズ群と、
   前記対物レンズ群の光軸とは異なる光軸を有し、前記対物レンズ群を出射した光が通過する２以上の光路と、
   前記光路から出射した前記光を集光して前記物体の像を結像する機能を有する１つの結像レンズ群と、を有する顕微鏡装置。
2. 前記結像レンズ群の焦点距離をｆ、全長をｄとしたとき、次式
   ０．６ ＜ ｄ／ｆ ＜ １
   の条件を満足する請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記光路の数は２である請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記結像レンズ群は、着脱可能である請求項１〜３いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
5. 前記光路の各々には、変倍レンズ群が設けられている請求項１〜４いずれか一項に記載の顕微鏡装置。

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