JP2010204531A - ズーム顕微鏡及び照明光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】広い倍率でケラレや色ムラの発生が抑制されたコンパクトで且つ固定された構成の照明光学系を備えたズーム顕微鏡を提供することを課題とする。
【解決手段】照明光を射出するLED光源1と、照明光を標本に非テレセントリックな状態で照射する対物レンズ4と、LED光源1の光源像10を対物レンズの瞳位置11、12近傍に投影する照明光学系と、標本から生じる観察光が入射するズーム光学系6及び結像光学系7を含む観察光学系8を含んでズーム顕微鏡100を構成する。その際、照明光学系2は、標本側から順に、対物レンズ4、ズーム光学系6、結像光学系7が配置された観察光路に、ズーム光学系6と対物レンズ4の間から照明光を入射させる。
【選択図】図1
【解決手段】照明光を射出するLED光源1と、照明光を標本に非テレセントリックな状態で照射する対物レンズ4と、LED光源1の光源像10を対物レンズの瞳位置11、12近傍に投影する照明光学系と、標本から生じる観察光が入射するズーム光学系6及び結像光学系7を含む観察光学系8を含んでズーム顕微鏡100を構成する。その際、照明光学系2は、標本側から順に、対物レンズ4、ズーム光学系6、結像光学系7が配置された観察光路に、ズーム光学系6と対物レンズ4の間から照明光を入射させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、ズーム顕微鏡に関し、特にズーム顕微鏡用の照明光学系に関する。
顕微鏡の照明光学系は、一般に、光源像が対物レンズの瞳位置近傍に投影されるように設計される。ところが、ズーム光学系を備えたズーム顕微鏡の場合、ズーム倍率の変更に伴い対物レンズの瞳位置が変動するため、全ズーム倍率を通じてケラレの発生を抑制することが難しい。このため、ズーム顕微鏡の一構成として、ズーム光学系を観察光学系と照明光学系で共有し、対物レンズの瞳位置の変動に合わせて光源像の共役位置を変動させる構成が知られている。
しかし、観察光学系と照明光学系でズーム光学系を共有する構成では、照明光がズーム光学系で乱反射されることにより生じるフレアが観察光路に入射してしまい、それによって観察画像の画質が劣化するという課題がある。
このような技術的な課題を解決するため、特許文献1及び特許文献2では、観察光学系と照明光学系のそれぞれにズーム光学系を備えたズーム顕微鏡が開示されている。特許文献1及び特許文献2のズーム顕微鏡では、照明光学系のズーム光学系を通過した照明光を観察光学系のズーム光学系と対物レンズとの間から観察光路上に導入する。このため、照明光学系のズーム光学系で生じたフレアが観察光路上に入射することはない。このような構成では、瞳位置の変動に伴うケラレの発生を抑制するとともに、フレアによる画質の劣化を抑制することができる。
この他、照明光学系内にズーム光学系を設ける代わりに、光源自体を移動させることで光源像が対物レンズの瞳位置近傍に投影されるように構成したズーム顕微鏡も知られている。このような構成によっても、特許文献1及び特許文献2と同様の効果が得られる。
ところで、特許文献1及び特許文献2で開示されるズーム顕微鏡では、照明光学系内にズーム光学系を必要とすることから、従来の照明光学系に比べて照明光学系が大型化してしまうという課題が生じる。また、光源自体を移動させるズーム顕微鏡でも、光源を移動させる機構やスペースを必要とするため、同じく照明光学系が大型化してしまう。
以上のような実情を踏まえて、本発明では、広い倍率でケラレの発生が抑制されたコンパクトな構成の照明光学系、及びそれを備えたズーム顕微鏡を提供することを課題とする。
本発明の第1の態様は、照明光を射出するLED光源と、標本に照明光を非テレセントリックな状態で照射する対物レンズと、LED光源の光源像を対物レンズの瞳位置近傍に投影する照明光学系と、ズーム光学系及び結像光学系を含み、標本から生じる観察光を結像させる観察光学系と、を含み、照明光学系は、標本側から順に、対物レンズ、ズーム光学系、結像光学系が配置された観察光路に、ズーム光学系と対物レンズの間から、照明光を入射させるズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第2の態様は、第1の観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、標本側から順に、正の屈折率を有する第1レンズ群と、正の屈折率を有する第2レンズ群と、正の屈折率を有する第3レンズ群と、を含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第3の態様は、第2の観点に記載のズーム顕微鏡において、さらに、照明光学系を内部に収納する鏡筒を含み、第1レンズ群、第2レンズ群及び第3レンズ群は、いずれも鏡筒内部で固定されているズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第4の態様は、第3の観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群、第2レンズ群及び第3レンズ群の少なくともいずれかに接合レンズを含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第5の態様は、第4の観点に記載のズーム顕微鏡において、fは照明光学系の焦点距離、f2は第2レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
本発明の第6の態様は、第5の観点に記載のズーム顕微鏡において、f1は第1レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第6の態様は、第5の観点に記載のズーム顕微鏡において、f1は第1レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
3.0<f1/f<14.0 ・・・(2)
本発明の第7の態様は、第5の観点または第6の観点に記載のズーム顕微鏡において、f3は第3レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第7の態様は、第5の観点または第6の観点に記載のズーム顕微鏡において、f3は第3レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
0.9<f3/f<7.5 ・・・(3)
本発明の第8の態様は、第5の観点乃至第7の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、f23は第2レンズ群と第3レンズ群の合成焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第8の態様は、第5の観点乃至第7の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、f23は第2レンズ群と第3レンズ群の合成焦点距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
0.8<f23/f<1.3 ・・・(4)
本発明の第9の態様は、第5の観点乃至第8の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、f1は第1レンズ群の焦点距離、dは第1レンズ群の最も標本側のレンズ面から光源像までの距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第9の態様は、第5の観点乃至第8の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、f1は第1レンズ群の焦点距離、dは第1レンズ群の最も標本側のレンズ面から光源像までの距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
1.0<d/f1<10.0 ・・・(5)
本発明の第10の態様は、第5の観点乃至第9の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、βはLED光源に対する光源像の倍率とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第10の態様は、第5の観点乃至第9の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、βはLED光源に対する光源像の倍率とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
−4.0<β/f<−0.5 ・・・(6)
本発明の第11の態様は、第5の観点乃至第10の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、d1は、LED光源から第1レンズ群の最も標本側のレンズ面までの距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第11の態様は、第5の観点乃至第10の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、d1は、LED光源から第1レンズ群の最も標本側のレンズ面までの距離とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
1.5<d1/f<3.0 ・・・(7)
本発明の第12の態様は、第5の観点乃至第11の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群または第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、n凹は凹レンズのd線に対する屈折率とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第12の態様は、第5の観点乃至第11の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群または第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、n凹は凹レンズのd線に対する屈折率とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
1.7<n凹 ・・・(8)
本発明の第13の態様は、第5の観点乃至第12の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群または第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、ν凸は凸レンズのd線に対するアッベ数、ν凹は凹レンズのd線に対するアッベ数とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第13の態様は、第5の観点乃至第12の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群または第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、ν凸は凸レンズのd線に対するアッベ数、ν凹は凹レンズのd線に対するアッベ数とするとき、以下の条件式を満たすズーム顕微鏡を提供する。
30<ν凸−ν凹 ・・・(9)
本発明の第14の態様は、第5の観点乃至第13の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群、第2レンズ群及び第3レンズ群の少なくともいずれかに非球面レンズを含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第14の態様は、第5の観点乃至第13の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、第1レンズ群、第2レンズ群及び第3レンズ群の少なくともいずれかに非球面レンズを含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第15の態様は、第5の観点乃至第14の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、さらに、第1レンズ群と第2レンズ群の間の照明光の光路上に、照明光の光束内における光量分布を調整する光量分布調整素子を含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第16の態様は、第5の観点乃至第15の観点のいずれかの観点に記載のズーム顕微鏡において、照明光学系は、さらに、第1レンズ群より標本側の照明光の光路上に、照明光を拡散させる光拡散素子を含むズーム顕微鏡を提供する。
本発明の第17の態様は、LED光源を用いたズーム顕微鏡用の照明光学系であって、標本側から順に、正の屈折率を有する第1レンズ群と、正の屈折率を有する第2レンズ群と、正の屈折率を有する第3レンズ群と、を含み、第1レンズ群、第2レンズ群、及び第3レンズ群の少なくともいずれかは、接合レンズを含み、fを照明光学系の焦点距離とし、f2を第2レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満たす照明光学系を提供する。
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
本発明の第18の態様は、第17の態様に記載の照明光学系であって、第1レンズ群、第2レンズ群、及び第3レンズ群の少なくともいずれかは、非球面レンズを含む照明光学系を提供する。
本発明の第18の態様は、第17の態様に記載の照明光学系であって、第1レンズ群、第2レンズ群、及び第3レンズ群の少なくともいずれかは、非球面レンズを含む照明光学系を提供する。
本発明によれば、広い倍率でケラレの発生が抑制されたコンパクトな構成の照明光学系、及びそれを備えたズーム顕微鏡を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。
まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示する概略図である。顕微鏡100は、LED光源1と、照明光学系2と、光路制御素子3と、対物レンズ4と、ズーム光学系6及び結像光学系7からなる観察光学系8とを含んで構成されている。
まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を例示する概略図である。顕微鏡100は、LED光源1と、照明光学系2と、光路制御素子3と、対物レンズ4と、ズーム光学系6及び結像光学系7からなる観察光学系8とを含んで構成されている。
観察光路には、標本面5から撮像面9に向かって、対物レンズ4、光路制御素子3、ズーム光学系6、結像光学系7が順に配置されている。LED光源1から射出された照明光は、照明光学系2を介して、対物レンズ4とズーム光学系6の間に配置された光路制御素子3に入射する。光路制御素子3は、照明光を観察光路上の対物レンズ4に向けて反射する。対物レンズ4は、入射した照明光を標本面5に配置された不図示の標本に照射し、標本から生じる観察光(反射光や蛍光など)を光路制御素子3に入射させる。光路制御素子3は、照明光の場合と異なり、観察光を透過させてズーム光学系6及び結像光学系7からなる観察光学系8に入射させる。観察光学系8は、観察光を撮像面9に集光し、それによって標本の像を撮像面9に結像させる。
LED光源1には、例えば、対角1.4mmの砲弾型のレンズに覆われたLED素子が用いられる。LED光源を用いることにより、顕微鏡の光源として従来から用いられている超高圧水銀ランプを用いた場合に比べて、顕微鏡を小型化することができる。また、LED光源の場合、超高圧水銀ランプに比べて光源から生じる熱が周囲の光学素子に与える影響も小さい。このため、照明光学系2に熱の影響を受けやすい接合レンズを含めることが可能となる。
照明光学系2は、LED光源1の光源像10を、対物レンズ4の瞳位置近傍に結像させるように作用する。なお、照明光学系2については、後に詳述する。
光路制御素子3は、入射光の特性に応じて、入射光を反射または透過する光学素子である。例えば、入射光の偏光方向に応じて反射または透過するワイヤーグリッドや偏光ビームスプリッタ(PBS)などの偏光素子や、入射光の周波数に応じて反射または透過するダイクロイックミラーなどを用いることができる。また、光量が十分確保できる場合には、ハーフミラーを用いることもできる。顕微鏡100内では、光路制御素子3での反射前後の光路が、それぞれ照明光の光路、観察光の光路に一致するように、光路制御素子3が配置される。これにより、光路制御素子3は、LED光源1側から入射する照明光を標本面5に導くとともに、標本からの観察光を透過させて撮像面9に導くように作用する。
光路制御素子3は、入射光の特性に応じて、入射光を反射または透過する光学素子である。例えば、入射光の偏光方向に応じて反射または透過するワイヤーグリッドや偏光ビームスプリッタ(PBS)などの偏光素子や、入射光の周波数に応じて反射または透過するダイクロイックミラーなどを用いることができる。また、光量が十分確保できる場合には、ハーフミラーを用いることもできる。顕微鏡100内では、光路制御素子3での反射前後の光路が、それぞれ照明光の光路、観察光の光路に一致するように、光路制御素子3が配置される。これにより、光路制御素子3は、LED光源1側から入射する照明光を標本面5に導くとともに、標本からの観察光を透過させて撮像面9に導くように作用する。
対物レンズ4は、照明光を標本に非テレセントリックな状態で照射するように作用する。顕微鏡100では、LED光源1の光源像10は照明光学系2を介して一定の位置に結像されるが、対物レンズ4の瞳位置は後述するズーム光学系6の変倍動作によって変化する。例えば、ズーム光学系6が低倍の場合には、瞳は比較的LED光源1よりに形成され(例えば、瞳11の位置)、ズーム光学系6が高倍の場合には、瞳は比較的標本面5よりに形成される(例えば、瞳12の位置)。つまり、光源像10と瞳の位置関係はズーム倍率に応じて変化する。それに伴い、標本面5(標本)を照射する照明光の状態もズーム倍率に応じて変化することになる。
観察光学系8は、ズーム光学系6と結像光学系7を含んで構成され、ズーム光学系6の変倍動作に応じて倍率の変化する標本の像を撮像面9に結像させるように作用する。具体的には、ズーム光学系6に含まれる一部のレンズを光軸方向に移動させることにより、焦点位置を維持した状態でズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離を変化させる。このような変倍動作により、上記のような瞳位置の変化が生じることになる。なお、ズーム光学系6は、アフォーカル光学系を形成している。
ところで、ズーム顕微鏡において広いズーム倍率(すなわち、16倍程度の高いズーム比)でケラレの発生を抑制するためには、照明光学系2は、ズーム最低倍時の視野を決める光線とズーム最高倍時のNAを決める光線をバランスよく取り込む必要がある。具体的には、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡した場合であれば、ズーム最低倍時における視野の端部からの軸外マージナル光線とズーム最高倍時における軸上マージナル光線が、いずれもLED光源1の対角(例えば1.4mm)の範囲内に到達するように構成する。このためには、まず、瞳位置がズーム倍率に応じて変動することを考慮した上で、光源像10が対物レンズ4の瞳位置近傍に投影されるように照明光学系2を設計する。その上で、さらに照明光学系2を後述するように構成する。これにより、照明光学系2がコンパクトに構成された上で、広い倍率でケラレの発生を抑制することができる。
以下、図2を参照しながら、ズーム光学系を含むことなくコンパクトに構成された、広い倍率でケラレの発生を抑制する本発明の一実施例に係る照明光学系2について説明する。
図2は、本発明の一実施例に係る照明光学系の構成を例示する概略図である。
照明光学系2は、図2に例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の3群で構成されている。各レンズ群はいずれも正のパワーを有し、LED光源1側の2群(第3レンズ群G3及び第2レンズ群G2)は、標本面5側の第1レンズ群G1に比べて強いパワーを有している。また、各レンズ群は鏡筒13内に固定して配置されている。つまり、照明光学系2はズーム光学系を含まずに構成されている。
照明光学系2は、図2に例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の3群で構成されている。各レンズ群はいずれも正のパワーを有し、LED光源1側の2群(第3レンズ群G3及び第2レンズ群G2)は、標本面5側の第1レンズ群G1に比べて強いパワーを有している。また、各レンズ群は鏡筒13内に固定して配置されている。つまり、照明光学系2はズーム光学系を含まずに構成されている。
なお、色ムラの原因となる収差を効率的に補正するためには、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3のいずれかに少なくとも1枚の接合レンズが含まれることが望ましい。また、接合レンズは、収差補正をより効率的に実施する観点から、光線高が高い第1レンズ群G1または第2レンズ群G2に含まれることがより望ましい。なお、球面収差を取るためには、非球面レンズを第2レンズ群G2または第3レンズ群に採用することが望ましい。また、LED光源1を採用することにより、熱の発生を減少させ、照明光学系に接合レンズを採用することを可能としている。さらに、同様の理由から、光源と光源に最も近いレンズ面との間隔が5mm以下と近接した配置も可能としている。
各レンズ群の主な役割は以下のとおりである。LED光源1側のパワーの強い2群(第3レンズ群G3、第2レンズ群G2)は、LED光源1から射出される照明光のズーム最高倍時のNAを決める光線とズーム最低倍時の視野を決める光線をバランス良く取り込み、照明光を平行光に近い状態に変換して射出する役割を担っている。一方、第1レンズ群G1は、平行光に近い照明光を対物レンズ4の瞳位置近傍に集光して、光源像10を結像させる役割を担っている。また、照明光学系2から対物レンズ4の瞳位置近傍までの距離は、照明光学系2からLED光源1までの距離に比べて長いため、第1レンズ群G1のパワーは第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3に比べて弱くなる。このため、第1レンズ群G1は、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3で生じる収差を補正する役割も担っている。
照明光学系2は、以上のように構成された上で、さらに以下の条件式(1)を満たすように構成される。
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
ただし、fは、照明光学系2の合成焦点距離、f2は、第2レンズ群G2の焦点距離である。
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
ただし、fは、照明光学系2の合成焦点距離、f2は、第2レンズ群G2の焦点距離である。
条件式(1)は、照明光学系の合成焦点距離と第2レンズ群の焦点距離の関係を規定した式である。条件式(1)を満たすことで、照明光学系2はズーム最高倍時のNAを決める光線とズーム最低倍時の視野を決める光線をバランスよく取り込むことができる。つまり、照明光学系2は移動群を伴うことなく固定されたコンパクトな構成で、広い倍率でケラレの発生を抑制することができる。
条件式(1)が上限値(2.5)を超えると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第2レンズ群G2のパワーが弱くなり、第2レンズ群G2で光線を緩やかに曲げすぎてしまう。このため、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡して考えた場合、ズーム最低倍時の軸外光線が途中でケラレてしまい光源まで到達できなくなる。または、ズーム最低倍時の軸外光線を光源に到達させる為に必要な照明系の全長が長くなってしまう。一方、下限値(1.5)を下回ると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第2レンズ群G2のパワーが強くなりすぎてしまう。このため、第2レンズ群G2(及び第3レンズ群G3)で生じる球面収差が大きくなり、ズーム最高倍時のNAを決める光線で生じる球面収差を第1レンズ群G1だけでは補正しきれずにケラレてしまう。また、LED光源1と照明光学系2の間の距離を確保することも困難となる。
照明光学系2は、条件式(1)に加えて、以下の条件式(2)から条件式(7)のうちの少なくともいずれか1つを満たすように構成されることが望ましい。これにより、照明光学系2の各レンズ群のパワー配分がさらに最適化され、広い倍率でのケラレの抑制と照明光学系のコンパクト化が高い次元で両立される。
なお、照明光学系2に凹レンズと凸レンズからなる接合レンズが含まれる場合、照明光学系2は、条件式(1)に加えて、条件式(8)または条件式(9)を満たすように構成されることが望ましい。条件式(8)または条件式(9)を満たすことで、接合レンズで効率的に収差補正を行うことが可能となり、広い倍率でケラレをさらに抑制することができる。また、その結果として、よりコンパクトに照明光学系を構成することも可能となるため、ケラレの抑制と照明光学系のコンパクト化をさらに高い次元で両立することができる。なお、条件式(2)から条件式(7)の少なくともいずれか1つと組み合わせて構成されるとより好ましい。
3.0<f1/f<14.0 ・・・(2)
0.9<f3/f<7.5 ・・・(3)
0.8<f23/f<1.3 ・・・(4)
1.0<d/f1<10.0 ・・・(5)
−4.0<β/f<−0.5 ・・・(6)
1.5<d1/f<3.0 ・・・(7)
1.7<n凹 ・・・(8)
30<ν凸−ν凹 ・・・(9)
ただし、f1は、第1レンズ群G1の焦点距離、f3は、第3レンズ群G3の焦点距離、f23は、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の合成焦点距離、dは、第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面から光源像10までの距離(図2参照)、βは、LED光源1に対する光源像10の倍率、d1は、LED光源1から第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面までの距離(図2参照)である。n凹は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凹レンズのd線に対する屈折率、ν凸は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凸レンズのd線に対するアッベ数、ν凹は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凹レンズのd線に対するアッベ数である。なお、ここで、距離dは、第1レンズ群G1と光源像10の直線距離ではなく、光路制御素子3を経由する照明光の光軸に沿って測定される距離とする。
0.9<f3/f<7.5 ・・・(3)
0.8<f23/f<1.3 ・・・(4)
1.0<d/f1<10.0 ・・・(5)
−4.0<β/f<−0.5 ・・・(6)
1.5<d1/f<3.0 ・・・(7)
1.7<n凹 ・・・(8)
30<ν凸−ν凹 ・・・(9)
ただし、f1は、第1レンズ群G1の焦点距離、f3は、第3レンズ群G3の焦点距離、f23は、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の合成焦点距離、dは、第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面から光源像10までの距離(図2参照)、βは、LED光源1に対する光源像10の倍率、d1は、LED光源1から第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面までの距離(図2参照)である。n凹は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凹レンズのd線に対する屈折率、ν凸は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凸レンズのd線に対するアッベ数、ν凹は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凹レンズのd線に対するアッベ数である。なお、ここで、距離dは、第1レンズ群G1と光源像10の直線距離ではなく、光路制御素子3を経由する照明光の光軸に沿って測定される距離とする。
条件式(2)は、照明光学系の合成焦点距離fと第1レンズ群G1の焦点距離f1の関係を規定した式である。条件式(2)が上限値(14.0)を超えると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第1レンズ群G1のパワーが弱くなり、第1レンズ群G1で光線を緩やかに曲げすぎてしまう。このため、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡した場合、ズーム最低倍時の軸外光線をLED光源1に到達させる為に必要な照明光学系2の全長が長くなってしまう。また、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが相対的に強くなるため、第1レンズ群G1で瞳収差をとることが困難になる。一方、下限値(3.0)を下回ると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第1レンズ群G1のパワーが強くなり、その分、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが相対的に弱くなる。このため、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3で生じる球面収差が第1レンズ群G1で過剰に補正されることになる。その結果、収差が良好に補正されず、ズーム最高倍のNAを決める光線の十分な取り込みが困難になる。
条件式(3)は、照明光学系2の合成焦点距離fと第3レンズ群G3の焦点距離f3の関係を規定した式である。条件式(3)が上限値(7.5)を超えると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第3レンズ群G3のパワーが弱くなり、第3レンズ群G3で光線を緩やかに曲げすぎてしまう。このため、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡した場合、ズーム最低倍時の軸外光線がLED光源1に辿り着けずにケラレてしまう。一方、下限値(0.9)を下回ると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第3レンズ群G3のパワーが強くなりすぎてしまう。このため、第3レンズ群G3(及び第2レンズ群G2)で生じる球面収差が大きくなり、ズーム最高倍時のNAを決める光線で生じる球面収差を第1レンズ群G1だけでは補正しきれずにケラレてしまう。
条件式(4)は、照明光学系2の合成焦点距離fと第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との合成焦点距離f23の関係を規定した式である。条件式(4)が上限値(1.3)を超えると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが弱くなり、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3で光線を緩やかに曲げすぎてしまう。このため、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡した場合、ズーム最低倍時の軸外光線がLED光源1まで辿り着けずにケラレてしまう。一方、下限値(0.8)を下回ると、照明光学系2の合成焦点距離fに対して第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが強くなりすぎてしまう。このため、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3で生じる球面収差が大きくなり、ケラレてしまう。
条件式(5)は、第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面から光源像10までの距離dと第1レンズ群G1の焦点距離f1の関係を規定した式である。条件式(5)が上限値(10.0)を超えると、光源像10の位置に対して第1レンズ群G1のパワーが弱くなり、第1レンズ群G1で光線を緩やかに曲げすぎてしまう。このため、照明光を標本面5からLED光源1に向かって追跡した場合、ズーム最低倍時の軸外光線をLED光源1に到達させる為に必要な照明光学系2の全長が長くなってしまう。また、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが相対的に強くなるため、第1レンズ群G1で瞳収差をとることが困難になる。一方、下限値(1.0)を下回ると、光源像10の位置に対して第1レンズ群G1のパワーが強くなり、その分、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3のパワーが相対的に弱くなる。このため、第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3で生じる球面収差が第1レンズ群G1で過剰に補正されることになる。その結果、収差が良好に補正されず、ズーム最高倍のNAを決める光線の十分な取り込みが困難になる。
条件式(6)は、LED光源1に対する光源像10の倍率βと照明光学系2の合成焦点距離fの関係を規定した式である。条件式(6)が上限値(−0.5)を超えると、照明光学系2による光源像10の投影倍率βが低倍になりすぎてしまう。このため、LED光源1の発光面積(例えば、対角1.4mm程度)では対物レンズ4の瞳径を満たすことができず、ズーム高倍時に十分なNAが確保できない。一方、下限値(−4.0)を下回ると、照明光学系の光源側のNAが高くなりすぎてしまうため、球面収差が取りきれずに瞳を満足に照明することが困難となる。また、LED光源1は中心から軸外に向けて照明強度が劣化する配光特性を示すため、NAが高くなりすぎると照明ムラも生じてしまう。
条件式(7)は、LED光源1から第1レンズ群G1の最も標本面5側のレンズ面までの距離d1と照明光学系2の合成焦点距離fの関係を規定した式である。つまり、照明光学系2の全長と照明光学系の合成焦点距離fの関係を規定した式である。条件式(7)が上限値(3.0)を超えると、照明光学系2の全長が長くなりすぎてしまう。一方、下限値(1.5)を下回ると、照明光学系2の全長が短くなるが、収差補正の為に必要な複数のレンズを配置するためのスペースを確保することが困難となり、その結果、照明効率が劣化してしまう。
条件式(8)は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凹レンズのd線に対する屈折率を規定した式である。凹レンズのd線に対する屈折率を大きくすることにより、接合レンズによる良好な収差補正が可能となる。しかし、凹レンズのd線に対する屈折率が条件式(8)の下限値(1.7)を下回ると、ズーム最低倍時の軸外光線で収差が大きく発生してしまう。その結果、軸外光線が途中でケラレてしまい、光源に到達することができなくなる。
条件式(9)は、照明光学系2に含まれる接合レンズを構成する凸レンズと凹レンズのd線に対するアッベ数の差を規定した式である。凸レンズと凹レンズのd線に対するアッベ数の差を大きくすることで、色収差を十分に補正して色ムラを抑制することができる。しかし、凸レンズと凹レンズのd線に対するアッベ数の差が条件式(9)の下限値(30)を下回ると、ズーム最低倍時の瞳の色収差が十分に補正されない。このため、補正が十分でない波長ではケラレが発生し、その結果、色ムラが発生してしまう。
図3は、本発明の一実施例に係る照明光学系の変形例の構成を例示する概略図である。本変形例の照明光学系14は、照明光学系2に対して、さらに、グラデーションフィルタ15と拡散板16を追加した照明光学系である。
グラデーションフィルタ15は、照明光の光束が透過するフィルタ内で透過率を異ならせることにより、視野の中心と周辺部で生じる明るさの違いを抑制するために用いられる光学素子である。つまり、グラデーションフィルタ15は、透過する照明光の光量の分布を調整する光量分布調整素子として機能する。グラデーションフィルタ15は、以下の理由から、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されることが望ましい。まず第1の理由は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間で、光線が最も平行に近い状態にあるからである。略平行な光線に対してグラデーションフィルタ15を作用させることで、グラデーションフィルタ15に対する入射角を浅くして、十分に効果を発揮させることができる。第2の理由は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間では、低倍時と高倍時で光線高が大きく異なり(低倍時の光線高>高倍時の光線高)、且つ、低倍時における軸上光線と軸外光線も大きく分離されるからである。このため、例えば、光軸方向の光量が周辺光量に比べて高い特性を持つLED光源の場合、低倍時の軸外光線が通る周辺部分のみ透過率を下げたグラデーションフィルタ15を配置することで、低倍時の周辺光量のみを調整することができる。
拡散板16は、照明光を拡散させることによりLED光源1の光源像10が標本の像と一緒に観察されてしまうことを防止するために用いられる光拡散素子である。拡散板16は、第1レンズ群G1より標本面5側に配置されることが望ましい。これは、拡散板16をLED光源1の近くに配置した場合、光源像10は拡散板16の効果により観察されなくなるが、代わりに拡散板16の像が観察されてしまうことがあるからである。このため、拡散板16は、LED光源1から離れた位置、つまり、第1レンズ群G1より標本面5側に配置されることが望ましい。
以上が各実施例に共通する構成と作用である。次に、各実施例について具体的に説明する。
図4は、本実施例に係る結像光学系7の断面図である。図4に例示されるように、結像光学系7は、標本面5側から順に、3枚のレンズLt1、レンズLt2、レンズLt3から構成されている。結像光学系7のレンズデータは、以下のとおりである。
結像光学系7
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
rt1 = 46.5973 dt1 = 3.682 ndt1 = 1.51724 νdt1 = 52.43
rt2 = 165.1536 dt2 = 2.5529
rt3 = 38.2833 dt3 = 4.2957 ndt3 = 1.48749 νdt3 = 70.23
rt4 = 417.6019 dt4 = 2.4547 ndt4 = 1.58267 νdt4 = 46.42
rt5 = 30.389
ここで、結像光学系7について、rt1からrt5は各レンズ面の曲率半径(mm)、dt1からdt4は各レンズの間隔または厚さ(mm)、ndt1からndt4は各レンズのd線に対する屈折率、νdt1からνdt4はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔または厚さdt1は、曲率半径rt1のレンズ面と曲率半径rt2のレンズ面との間隔または厚さを示す。
結像光学系7
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
rt1 = 46.5973 dt1 = 3.682 ndt1 = 1.51724 νdt1 = 52.43
rt2 = 165.1536 dt2 = 2.5529
rt3 = 38.2833 dt3 = 4.2957 ndt3 = 1.48749 νdt3 = 70.23
rt4 = 417.6019 dt4 = 2.4547 ndt4 = 1.58267 νdt4 = 46.42
rt5 = 30.389
ここで、結像光学系7について、rt1からrt5は各レンズ面の曲率半径(mm)、dt1からdt4は各レンズの間隔または厚さ(mm)、ndt1からndt4は各レンズのd線に対する屈折率、νdt1からνdt4はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔または厚さdt1は、曲率半径rt1のレンズ面と曲率半径rt2のレンズ面との間隔または厚さを示す。
図5A、図5B、図5Cは、それぞれ低倍時、中倍時、高倍時のズーム光学系6の断面図である。なお、後述する対物レンズ4と併せて用いた場合の光線の光路も示している。図5A、図5B、図5Cに例示されるように、ズーム光学系6は、標本面5側から順に、第1レンズ群AG1、第2レンズ群AG2、第3レンズ群AG3、第4レンズ群AG4、第5レンズ群AG5によって構成されている。なお、ズーム光学系6による変倍動作は、第2レンズ群AG2及び第4レンズ群AG4を光軸に沿って移動させることにより実現される。ズーム光学系6のレンズデータは、以下のとおりである。
ズーム光学系6
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
ra1 = 67.1073 da1 = 4.15 nda1 = 1.497 νda1 = 81.54
ra2 = -48.4555 da2 = 2 nda2 = 1.71736 νda2 = 29.52
ra3 = -182.742 da3 = 0.25
ra4 = 42.6536 da4 = 2.9 nda4 = 1.56907 νda4 = 71.3
ra5 = ∞ da5 = Da5
ra6 = 24.9018 da6 = 4.05 nda6 = 1.76182 νda6 = 26.52
ra7 = -27.9083 da7 = 1.5 nda7 = 1.72916 νda7 = 54.68
ra8 = 15.5066 da8 = 2.0814
ra9 = -37.4483 da9 = 1.8 nda9 = 1.755 νda9 = 52.32
ra10 = 33.1991 da10 = Da10
ra11 = -23.7456 da11 = 1.83 nda11 = 1.7847 νda11 = 26.29
ra12 = 103.6318 da12 = 1
ra13 = ∞ da13 = Da13
ra14 = 162.471 da14 = 2.6 nda14 = 1.603 νda14 = 65.44
ra15 = -42.4593 da15 = 0.2
ra16 = 47.3698 da16 = 1.6 nda16 = 1.834 νda16 = 37.16
ra17 = 24.9751 da17 = 3.1 nda17 = 1.497 νda17 = 81.54
ra18 = -53.5454 da18 = Da18
ra19 = -55.8574 da19 = 1.6 nda19 = 1.7552 νda19 = 27.51
ra20 = -31.8024 da20 = 1.5 nda20 = 1.741 νda20 = 52.64
ra21 = 746.0709
ここで、ズーム光学系6について、ra1からra21は各レンズ面の曲率半径(mm)、da1からda20は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nda1からnda20は各レンズのd線に対する屈折率、νda1からνda20はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔da1は、曲率半径ra1のレンズ面と曲率半径ra2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、曲率半径ra13が示す面は、ズーム光学系6の明るさ絞りの位置を示している。さらに、レンズの間隔da5、da10、da13、da18は、ズーム光学系6の変倍動作に応じて変化する可変値Da5、Da10、Da13、Da18である。
ズーム光学系6
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
ra1 = 67.1073 da1 = 4.15 nda1 = 1.497 νda1 = 81.54
ra2 = -48.4555 da2 = 2 nda2 = 1.71736 νda2 = 29.52
ra3 = -182.742 da3 = 0.25
ra4 = 42.6536 da4 = 2.9 nda4 = 1.56907 νda4 = 71.3
ra5 = ∞ da5 = Da5
ra6 = 24.9018 da6 = 4.05 nda6 = 1.76182 νda6 = 26.52
ra7 = -27.9083 da7 = 1.5 nda7 = 1.72916 νda7 = 54.68
ra8 = 15.5066 da8 = 2.0814
ra9 = -37.4483 da9 = 1.8 nda9 = 1.755 νda9 = 52.32
ra10 = 33.1991 da10 = Da10
ra11 = -23.7456 da11 = 1.83 nda11 = 1.7847 νda11 = 26.29
ra12 = 103.6318 da12 = 1
ra13 = ∞ da13 = Da13
ra14 = 162.471 da14 = 2.6 nda14 = 1.603 νda14 = 65.44
ra15 = -42.4593 da15 = 0.2
ra16 = 47.3698 da16 = 1.6 nda16 = 1.834 νda16 = 37.16
ra17 = 24.9751 da17 = 3.1 nda17 = 1.497 νda17 = 81.54
ra18 = -53.5454 da18 = Da18
ra19 = -55.8574 da19 = 1.6 nda19 = 1.7552 νda19 = 27.51
ra20 = -31.8024 da20 = 1.5 nda20 = 1.741 νda20 = 52.64
ra21 = 746.0709
ここで、ズーム光学系6について、ra1からra21は各レンズ面の曲率半径(mm)、da1からda20は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nda1からnda20は各レンズのd線に対する屈折率、νda1からνda20はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔da1は、曲率半径ra1のレンズ面と曲率半径ra2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、曲率半径ra13が示す面は、ズーム光学系6の明るさ絞りの位置を示している。さらに、レンズの間隔da5、da10、da13、da18は、ズーム光学系6の変倍動作に応じて変化する可変値Da5、Da10、Da13、Da18である。
また、図4に例示される結像光学系7と図5A、図5B、図5Cそれぞれの状態におけるズーム光学系6を組み合わせたときの合成焦点距離と、そのときの可変部分のレンズ面の間隔は、以下のとおりである。
ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZと面間隔
合成焦点距離 レンズの間隔 レンズの間隔 レンズの間隔 レンズの間隔
FZ(mm) Da5 Da10 Da13 Da18
66.0 0.367 25.963 36.010 0.498
442.0 20.459 5.871 21.627 14.881
1061.0 24.018 2.313 4.948 31.560
ここで、FZはズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離を示している。具体的には、図4で例示される結像光学系7と図5Aで例示されるズーム低倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは66.0mm、図4に例示される結像光学系7と図5Bで例示されるズーム中倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは442.0mm、図4に例示される結像光学系7と図5Cで例示されるズーム高倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは1061.0mmとなる。
ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZと面間隔
合成焦点距離 レンズの間隔 レンズの間隔 レンズの間隔 レンズの間隔
FZ(mm) Da5 Da10 Da13 Da18
66.0 0.367 25.963 36.010 0.498
442.0 20.459 5.871 21.627 14.881
1061.0 24.018 2.313 4.948 31.560
ここで、FZはズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離を示している。具体的には、図4で例示される結像光学系7と図5Aで例示されるズーム低倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは66.0mm、図4に例示される結像光学系7と図5Bで例示されるズーム中倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは442.0mm、図4に例示される結像光学系7と図5Cで例示されるズーム高倍時のズーム光学系6の合成焦点距離FZは1061.0mmとなる。
また、Da5、Da10、Da13、Da18は、ズーム光学系6の状態に依存して変化するレンズ面の間隔da5、da10、da13、da18の値を示している。それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm(低倍)、442.0mm(中倍)、1061.0mm(高倍)の場合について例示されている。
なお、ズーム光学系6と結像光学系7との間隔は、50mmから100mmの間の値であることが望ましい。本実施例では、ズーム光学系6と結像光学系7との間隔は80mmに設定してある。
図6A、図6B、図6Cは、対物レンズ4の断面図である。なお、図6Aは、対物レンズ4とともに用いられるズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)での光線の光路を併せて示す。同様に、図6B、図6Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)での光線の光路を併せて示す。対物レンズ4は、図6A、図6B、図6Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズ群OG1、第2レンズ群OG2、第3レンズ群OG3により構成されている。対物レンズ4のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ4
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
ro1 = ∞ do1 = 4 ndo1 = 1.52287 νdo1 = 59.89
ro2 = ∞ do2 = 4
ro3 = -136.2471 do3 = 8 ndo3 = 1.741 νdo3 = 52.64
ro4 = -33.3067 do4 = 1.5
ro5 = ∞ do5 = 7.25 ndo5 = 1.43875 νdo5 = 94.93
ro6 = -55.9960 do6 = 1
ro7 = -135.0410 do7 = 4.5 ndo7 = 1.72047 νdo7 = 34.71
ro8 = 62.7665 do8 = 10 ndo8 = 1.43875 νdo8 = 94.93
ro9 = -62.7665 do9 = 1.5
ro10 = 99.6726 do10 = 11.77 ndo10 = 1.43875 νdo10 = 94.93
ro11 = -35.8159 do11 = 4.5 ndo11 = 1.65412 νdo11 = 39.68
ro12 = -183.5799 do12 = 3.7594
ro13 = 38.4520 do13 = 17 ndo13 = 1.497 νdo13 = 81.54
ro14 = -38.4520 do14 = 4.5 ndo14 = 1.51742 νdo14 = 52.43
ro15 = 50.6483 do15 = 6.7207
ro16 = 42.0320 do16 = 11.082 ndo15 = 1.80518 νdo16 = 25.42
ro17 = ∞ do17 = 12.1868 ndo17 = 1.72916 νdo17 = 54.68
ro18 = 21.1649
ここで、図6Aから図6Cに例示される対物レンズ4について、ro1からro18は各レンズ面の曲率半径(mm)、do1からdo17は各レンズの間隔または厚さ(mm)、ndo1からndo17は各レンズのd線に対する屈折率、νdo1からνdo17はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔do1は、曲率半径ro1のレンズ面と曲率半径ro2のレンズ面との間隔または厚さを示す。
対物レンズ4
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
ro1 = ∞ do1 = 4 ndo1 = 1.52287 νdo1 = 59.89
ro2 = ∞ do2 = 4
ro3 = -136.2471 do3 = 8 ndo3 = 1.741 νdo3 = 52.64
ro4 = -33.3067 do4 = 1.5
ro5 = ∞ do5 = 7.25 ndo5 = 1.43875 νdo5 = 94.93
ro6 = -55.9960 do6 = 1
ro7 = -135.0410 do7 = 4.5 ndo7 = 1.72047 νdo7 = 34.71
ro8 = 62.7665 do8 = 10 ndo8 = 1.43875 νdo8 = 94.93
ro9 = -62.7665 do9 = 1.5
ro10 = 99.6726 do10 = 11.77 ndo10 = 1.43875 νdo10 = 94.93
ro11 = -35.8159 do11 = 4.5 ndo11 = 1.65412 νdo11 = 39.68
ro12 = -183.5799 do12 = 3.7594
ro13 = 38.4520 do13 = 17 ndo13 = 1.497 νdo13 = 81.54
ro14 = -38.4520 do14 = 4.5 ndo14 = 1.51742 νdo14 = 52.43
ro15 = 50.6483 do15 = 6.7207
ro16 = 42.0320 do16 = 11.082 ndo15 = 1.80518 νdo16 = 25.42
ro17 = ∞ do17 = 12.1868 ndo17 = 1.72916 νdo17 = 54.68
ro18 = 21.1649
ここで、図6Aから図6Cに例示される対物レンズ4について、ro1からro18は各レンズ面の曲率半径(mm)、do1からdo17は各レンズの間隔または厚さ(mm)、ndo1からndo17は各レンズのd線に対する屈折率、νdo1からνdo17はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔do1は、曲率半径ro1のレンズ面と曲率半径ro2のレンズ面との間隔または厚さを示す。
なお、対物レンズ4とズーム光学系6の間には、図1に例示されるように、LED光源1からの照明光を観察光路と同軸に入射させるために、光路制御素子3が配置される。このため、対物レンズ4とズーム光学系6の間隔は、50mmから70mmの間の値にすることが望ましい。本実施例では、対物レンズ4とズーム光学系6との間隔は60mmに設定してある。また、光路制御素子3は、対物レンズ4とズーム光学系6と中間(つまり、対物レンズ4から30mmの位置)には配置されているが、特にこれに限られない。
なお、撮像面9には、例えば、2/3インチのCCDが配置される。また、対物レンズの入射NAは、高倍端で0.45であり、低倍端で0.075程度である。また、観察光路の全系で物体側に非テレセントリックとなっている。
図7A、図7B、図7Cは、本実施例に係る照明光学系2a及びLED光源1の断面図である。なお、図7Aは、ズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。同様に、図7B、図7Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。
照明光学系2aは、図7A、図7B、図7Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズL1を含む第1レンズ群G1、第2レンズL2(凸レンズ)及び第3レンズL3(凹レンズ)からなる接合レンズを含む第2レンズ群G2、非球面レンズである第4レンズL4を含む第3レンズ群G3の3群で構成されている。また、LED光源1は、発光ダイオード(LED)がレンズLs1により覆われて構成される。LED光源1はいわゆる砲弾型のLED光源であり、LEDの大きさは対角1.4mmである。図7Aから図7Cで例示される照明光学系2a及びLED光源1のレンズデータは、以下のとおりである。
照明光学系2a
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 217 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -138 d2 = 1.0000
r3 = 24.2 d3 = 22.8000 nd3 = 1.583130 νd3 = 59.38
r4 = -24.2 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -79.7 d5 = 1.0000
r6 = 13(非球面)d6 = 10.0000 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = ∞ d7 = 1.5000
LED光源1
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
rs1 = 3.00 ds1 = 2.50 nds1 = 1.516330 νds1 = 64.14
rs2 = ∞ ds2 = 0.0000
ここで、図7Aから図7Cに例示される照明光学系2a及びLED光源1について、r1からr7及びrs1、rs2は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7及びds1、ds2は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6及びnds1は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6及びνds1はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2aの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。また、レンズの間隔ds2は、曲率半径rs2のレンズ面と発光ダイオード(LED)との間隔を示す。
照明光学系2a
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 217 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -138 d2 = 1.0000
r3 = 24.2 d3 = 22.8000 nd3 = 1.583130 νd3 = 59.38
r4 = -24.2 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -79.7 d5 = 1.0000
r6 = 13(非球面)d6 = 10.0000 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = ∞ d7 = 1.5000
LED光源1
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
rs1 = 3.00 ds1 = 2.50 nds1 = 1.516330 νds1 = 64.14
rs2 = ∞ ds2 = 0.0000
ここで、図7Aから図7Cに例示される照明光学系2a及びLED光源1について、r1からr7及びrs1、rs2は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7及びds1、ds2は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6及びnds1は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6及びνds1はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2aの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。また、レンズの間隔ds2は、曲率半径rs2のレンズ面と発光ダイオード(LED)との間隔を示す。
また、第4レンズの標本面5側の面(曲率半径r6のレンズ面)は非球面であり、その形状は以下の非球面の条件式(10)を用いて規定される。
R=r6=13
K=−1
A4=2.9×10−5
A6=2.8×10−8
なお、本実施例では、照明光学系2aと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
K=−1
A4=2.9×10−5
A6=2.8×10−8
なお、本実施例では、照明光学系2aと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
本実施例の照明光学系2aは、以下の式(C1)から(C9)で示されるように、条件式(1)から(9)を満たしている。なお、式(C1)から(C9)はそれぞれ条件式(1)から(9)に対応している。
f2/f=41.2/20.4≒2.02 ・・・(C1)
f1/f=173.8/20.4≒8.52 ・・・(C2)
f3/f=24.9/20.4≒1.22 ・・・(C3)
f23/f=20.8/20.4≒1.02 ・・・(C4)
d/f1=870.43/173.8≒5.01 ・・・(C5)
β/f=−59.51/20.4≒−2.92 ・・・(C6)
d1/f=47.4/20.4≒2.32 ・・・(C7)
n凹=1.8081 ・・・(C8)
ν凸−ν凹=59.38−22.76≒36.62・・・(C9)
図8A、図8B、図8Cは、本実施例に係る照明光学系2aの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2a側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
f1/f=173.8/20.4≒8.52 ・・・(C2)
f3/f=24.9/20.4≒1.22 ・・・(C3)
f23/f=20.8/20.4≒1.02 ・・・(C4)
d/f1=870.43/173.8≒5.01 ・・・(C5)
β/f=−59.51/20.4≒−2.92 ・・・(C6)
d1/f=47.4/20.4≒2.32 ・・・(C7)
n凹=1.8081 ・・・(C8)
ν凸−ν凹=59.38−22.76≒36.62・・・(C9)
図8A、図8B、図8Cは、本実施例に係る照明光学系2aの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2a側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
以上、本実施例に係る照明光学系2aを備えたズーム顕微鏡では、照明光学系をコンパクトに構成でき、且つ、広い倍率で十分に収差が補正されることにより、ケラレや色ムラの発生を抑制することができる。
図9A、図9B、図9Cは、本実施例に係る照明光学系2b及びLED光源1の断面図である。なお、図9Aは、ズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。同様に、図9B、図9Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。
なお、LED光源1、対物レンズ4、ズーム光学系6及び結像光学系7については、実施例1と同一であるので、ここでは説明を省略する。また、対物レンズ4とズーム光学系6の間隔及びズーム光学系6と結像光学系7の間隔についても、実施例1と同一である。
本実施例に係る照明光学系2bは、図9A、図9B、図9Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズL11を含む第1レンズ群G11、第2レンズL12(凸レンズ)及び第3レンズL13(凹レンズ)からなる接合レンズを含む第2レンズ群G12、第4レンズL14を含む第3レンズ群G13の3群で構成されている。図9Aから図9Cで例示される照明光学系2bのレンズデータは、以下のとおりである。
照明光学系2b
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 74.17 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = 501.185 d2 = 4.0007
r3 = 24.8699 d3 = 23.0000 nd3 = 1.589130 νd3 = 61.14
r4 = -24.8699 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -1838.9306 d5 = 1.0000
r6 = 12.8 d6 = 13.0000 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = ∞ d7 = 1.5000
ここで、図9Aから図9Cに例示される照明光学系2bについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2bの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
照明光学系2b
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 74.17 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = 501.185 d2 = 4.0007
r3 = 24.8699 d3 = 23.0000 nd3 = 1.589130 νd3 = 61.14
r4 = -24.8699 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -1838.9306 d5 = 1.0000
r6 = 12.8 d6 = 13.0000 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = ∞ d7 = 1.5000
ここで、図9Aから図9Cに例示される照明光学系2bについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2bの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
なお、本実施例では、照明光学系2bと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
本実施例の照明光学系2bは、以下の式(C11)から(C19)で示されるように、条件式(1)から(9)を満たしている。なお、式(C11)から(C19)はそれぞれ条件式(1)から(9)に対応している。
f2/f=55.0/23.2≒2.37 ・・・(C11)
f1/f=177.9/23.2≒7.68 ・・・(C12)
f3/f=24.5/23.2≒1.06 ・・・(C13)
f23/f=23.3/23.2≒1.00 ・・・(C14)
d/f1=421.9/177.9≒2.37 ・・・(C15)
β/f=−25.32/23.2≒−1.09 ・・・(C16)
d1/f=53.5/23.2≒2.31 ・・・(C17)
n凹=1.8081 ・・・(C18)
ν凸−ν凹=61.14−22.76≒38.38・・・(C19)
図10A、図10B、図10Cは、本実施例に係る照明光学系2bの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2b側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
f1/f=177.9/23.2≒7.68 ・・・(C12)
f3/f=24.5/23.2≒1.06 ・・・(C13)
f23/f=23.3/23.2≒1.00 ・・・(C14)
d/f1=421.9/177.9≒2.37 ・・・(C15)
β/f=−25.32/23.2≒−1.09 ・・・(C16)
d1/f=53.5/23.2≒2.31 ・・・(C17)
n凹=1.8081 ・・・(C18)
ν凸−ν凹=61.14−22.76≒38.38・・・(C19)
図10A、図10B、図10Cは、本実施例に係る照明光学系2bの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2b側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
以上、本実施例に係る照明光学系2bを備えたズーム顕微鏡では、照明光学系をコンパクトに構成でき、且つ、広い倍率で十分に収差が補正されることにより、ケラレや色ムラの発生を抑制することができる。
図11A、図11B、図11Cは、本実施例に係る照明光学系2c及びLED光源1の断面図である。なお、図11Aは、ズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。同様に、図11B、図11Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。
なお、LED光源1、対物レンズ4、ズーム光学系6及び結像光学系7については、実施例1と同一であるので、ここでは説明を省略する。また、対物レンズ4とズーム光学系6の間隔及びズーム光学系6と結像光学系7の間隔についても、実施例1と同一である。
本実施例に係る照明光学系2cは、図11A、図11B、図11Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズL21を含む第1レンズ群G21、第2レンズL22(凸レンズ)及び第3レンズL23(凹レンズ)からなる接合レンズを含む第2レンズ群G22、第4レンズL24を含む第3レンズ群G23の3群で構成されている。図11Aから図11Cで例示される照明光学系2cのレンズデータは、以下のとおりである。
照明光学系2c
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 97.5172 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = 229.5414 d2 = 1.0000
r3 = 21.9708 d3 = 26.5000 nd3 = 1.589130 νd3 = 61.14
r4 = -21.9708 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -172.4672 d5 = 1.0000
r6 = 16.3027 d6 = 12.9472 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 14.2583 d7 = 1.4449
ここで、図11Aから図11Cに例示される照明光学系2cについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2cの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
照明光学系2c
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 97.5172 d1 = 5.0000 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = 229.5414 d2 = 1.0000
r3 = 21.9708 d3 = 26.5000 nd3 = 1.589130 νd3 = 61.14
r4 = -21.9708 d4 = 3.5000 nd4 = 1.808100 νd4 = 22.76
r5 = -172.4672 d5 = 1.0000
r6 = 16.3027 d6 = 12.9472 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 14.2583 d7 = 1.4449
ここで、図11Aから図11Cに例示される照明光学系2cについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2cの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
なお、本実施例では、照明光学系2cと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
本実施例の照明光学系2cは、以下の式(C21)から(C29)で示されるように、条件式(1)から(9)を満たしている。なお、式(C21)から(C29)はそれぞれ条件式(1)から(9)に対応している。
f2/f=42.2/27.1≒1.56 ・・・(C21)
f1/f=343.5/27.1≒12.68 ・・・(C22)
f3/f=185.2/27.1≒6.83 ・・・(C23)
f23/f=29.7/27.1≒1.10 ・・・(C24)
d/f1=509.25/343.5≒1.48 ・・・(C25)
β/f=−24.58/27.1≒−0.91 ・・・(C26)
d1/f=53.9/27.1≒1.99 ・・・(C27)
n凹=1.8081 ・・・(C28)
ν凸−ν凹=61.14−22.76≒38.38・・・(C29)
図12A、図12B、図12Cは、本実施例に係る照明光学系2cの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2c側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
f1/f=343.5/27.1≒12.68 ・・・(C22)
f3/f=185.2/27.1≒6.83 ・・・(C23)
f23/f=29.7/27.1≒1.10 ・・・(C24)
d/f1=509.25/343.5≒1.48 ・・・(C25)
β/f=−24.58/27.1≒−0.91 ・・・(C26)
d1/f=53.9/27.1≒1.99 ・・・(C27)
n凹=1.8081 ・・・(C28)
ν凸−ν凹=61.14−22.76≒38.38・・・(C29)
図12A、図12B、図12Cは、本実施例に係る照明光学系2cの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2c側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
以上、本実施例に係る照明光学系2cを備えたズーム顕微鏡では、照明光学系をコンパクトに構成でき、且つ、広い倍率で十分に収差が補正されることにより、ケラレや色ムラの発生を抑制することができる。
図13A、図13B、図13Cは、本実施例に係る照明光学系2d及びLED光源1の断面図である。なお、図13Aは、ズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。同様に、図13B、図13Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。
なお、LED光源1、対物レンズ4、ズーム光学系6及び結像光学系7については、実施例1と同一であるので、ここでは説明を省略する。また、対物レンズ4とズーム光学系6の間隔及びズーム光学系6と結像光学系7の間隔についても、実施例1と同一である。
本実施例に係る照明光学系2dは、図13A、図13B、図13Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズL31(凸レンズ)及び第2レンズL32(凹レンズ)からなる接合レンズを含む第1レンズ群G31、第3レンズL33を含む第2レンズ群G32、第4レンズL34を含む第3レンズ群G33の3群で構成されている。図13Aから図13Cで例示される照明光学系2dのレンズデータは、以下のとおりである。
照明光学系2d
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 28.8117 d1 = 17.8706 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -34.5726 d2 = 5.0525 nd2 = 1.808100 νd2 = 22.76
r3 = -235.7518 d3 = 1.0000
r4 = 21.3183 d4 = 7.5000 nd4 = 1.589130 νd4 = 61.14
r5 = 77.913 d5 = 1.0000
r6 = 13.1837 d6 = 12.9606 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 14.6229 d7 = 1.5229
ここで、図13Aから図13Cに例示される照明光学系2dについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2dの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
照明光学系2d
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 28.8117 d1 = 17.8706 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -34.5726 d2 = 5.0525 nd2 = 1.808100 νd2 = 22.76
r3 = -235.7518 d3 = 1.0000
r4 = 21.3183 d4 = 7.5000 nd4 = 1.589130 νd4 = 61.14
r5 = 77.913 d5 = 1.0000
r6 = 13.1837 d6 = 12.9606 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 14.6229 d7 = 1.5229
ここで、図13Aから図13Cに例示される照明光学系2dについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2dの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
なお、本実施例では、照明光学系2dと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
本実施例の照明光学系2dは、以下の式(C31)から(C39)で示されるように、条件式(1)から(9)を満たしている。なお、式(C31)から(C39)はそれぞれ条件式(1)から(9)に対応している。
f2/f=47.5/21.5≒22.1 ・・・(C31)
f1/f=82.2/21.5≒3.82 ・・・(C32)
f3/f=62.6/21.5≒2.91 ・・・(C33)
f23/f=24.4/21.5≒1.13 ・・・(C34)
d/f1=593.72/82.2≒7.22 ・・・(C35)
β/f=−34.04/21.5≒−1.58 ・・・(C36)
d1/f=49.4/21.5≒2.30 ・・・(C37)
n凹=1.8081 ・・・(C38)
ν凸−ν凹=70.23−22.76≒47.47・・・(C39)
図14A、図14B、図14Cは、本実施例に係る照明光学系2dの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2d側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
f1/f=82.2/21.5≒3.82 ・・・(C32)
f3/f=62.6/21.5≒2.91 ・・・(C33)
f23/f=24.4/21.5≒1.13 ・・・(C34)
d/f1=593.72/82.2≒7.22 ・・・(C35)
β/f=−34.04/21.5≒−1.58 ・・・(C36)
d1/f=49.4/21.5≒2.30 ・・・(C37)
n凹=1.8081 ・・・(C38)
ν凸−ν凹=70.23−22.76≒47.47・・・(C39)
図14A、図14B、図14Cは、本実施例に係る照明光学系2dの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2d側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
以上、本実施例に係る照明光学系2dを備えたズーム顕微鏡では、照明光学系をコンパクトに構成でき、且つ、広い倍率で十分に収差が補正されることにより、ケラレや色ムラの発生を抑制することができる。
図15A、図15B、図15Cは、本実施例に係る照明光学系2e及びLED光源1の断面図である。なお、図15Aは、ズーム光学系6が低倍時(ズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが66.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。同様に、図15B、図15Cでは、ズーム光学系6がそれぞれ中倍時、高倍時(それぞれズーム光学系6と結像光学系7の合成焦点距離FZが442.0mm、1061.0mm)に、撮像面9まで到達する光線の光路を併せて示す。
なお、LED光源1、対物レンズ4、ズーム光学系6及び結像光学系7については、実施例1と同一であるので、ここでは説明を省略する。また、対物レンズ4とズーム光学系6の間隔及びズーム光学系6と結像光学系7の間隔についても、実施例1と同一である。
本実施例に係る照明光学系2eは、図15A、図15B、図15Cに例示されるように、標本面5側から順に、第1レンズL41(凸レンズ)及び第2レンズL42(凹レンズ)からなる接合レンズを含む第1レンズ群G41、第3レンズL43を含む第2レンズ群G42、第4レンズL44を含む第3レンズ群G43の3群で構成されている。図15Aから図15Cで例示される照明光学系2eのレンズデータは、以下のとおりである。
照明光学系2e
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 28.5621 d1 = 19.2991 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -26.4293 d2 = 4.8039 nd2 = 1.717360 νd2 = 29.52
r3 = 937.8474 d3 = 1.0000
r4 = 25.5646 d4 = 10.0000 nd4 = 1.589130 νd4 = 61.14
r5 = 252.9269 d5 = 1.0000
r6 = 10.9126 d6 = 12.9394 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 9.3496 d7 = 1.5276
ここで、図15Aから図15Cに例示される照明光学系2eについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2dの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
照明光学系2e
曲率半径(mm) レンズの間隔 レンズのd線 レンズのd線
または厚さ(mm) に対する屈折率 に対するアッベ数
r1 = 28.5621 d1 = 19.2991 nd1 = 1.487490 νd1 = 70.23
r2 = -26.4293 d2 = 4.8039 nd2 = 1.717360 νd2 = 29.52
r3 = 937.8474 d3 = 1.0000
r4 = 25.5646 d4 = 10.0000 nd4 = 1.589130 νd4 = 61.14
r5 = 252.9269 d5 = 1.0000
r6 = 10.9126 d6 = 12.9394 nd6 = 1.522870 νd6 = 59.89
r7 = 9.3496 d7 = 1.5276
ここで、図15Aから図15Cに例示される照明光学系2eについて、r1からr7は各レンズ面の曲率半径(mm)、d1からd7は各レンズの間隔または厚さ(mm)、nd1からnd6は各レンズのd線に対する屈折率、νd1からνd6はd線に対するアッベ数を示す。なお、例えば、レンズの間隔d1は、曲率半径r1のレンズ面と曲率半径r2のレンズ面との間隔または厚さを示す。また、レンズの間隔d7は、照明光学系2dの曲率半径r7のレンズ面とLED光源1の曲率半径rs1のレンズ面との間隔を示す。
なお、本実施例では、照明光学系2eと光路制御素子3との間隔は43mmに設定してあるが、特にこれに限られない。ただし、条件式(5)を満たすように構成されることが望ましい。
本実施例の照明光学系2eは、以下の式(C41)から(C49)で示されるように、条件式(1)から(9)を満たしている。なお、式(C41)から(C49)はそれぞれ条件式(1)から(9)に対応している。
f2/f=47.5/21.9≒2.17 ・・・(C41)
f1/f=102.9/21.9≒4.70 ・・・(C42)
f3/f=67.8/21.9≒3.10 ・・・(C43)
f23/f=23.1/21.9≒1.05 ・・・(C44)
d/f1=345.06/102.9≒3.35 ・・・(C45)
β/f=−20.83/21.9≒−0.95 ・・・(C46)
d1/f=53.2/21.9≒2.43 ・・・(C47)
n凹=1.71736 ・・・(C48)
ν凸−ν凹=70.23−29.52≒40.71 ・・・(C49)
図16A、図16B、図16Cは、本実施例に係る照明光学系2eの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2e側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
f1/f=102.9/21.9≒4.70 ・・・(C42)
f3/f=67.8/21.9≒3.10 ・・・(C43)
f23/f=23.1/21.9≒1.05 ・・・(C44)
d/f1=345.06/102.9≒3.35 ・・・(C45)
β/f=−20.83/21.9≒−0.95 ・・・(C46)
d1/f=53.2/21.9≒2.43 ・・・(C47)
n凹=1.71736 ・・・(C48)
ν凸−ν凹=70.23−29.52≒40.71 ・・・(C49)
図16A、図16B、図16Cは、本実施例に係る照明光学系2eの収差図であり、撮像面9からLED光源1に向かって照明光を追跡した場合におけるLED光源1の配置された面での収差を示している。各図中の(a)は球面収差図であり、(b)はコマ収差図であり、いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。なお。図中の“NAI”は照明光学系2e側での開口数、“FIY”は像高(mm)を示している。
以上、本実施例に係る照明光学系2eを備えたズーム顕微鏡では、照明光学系をコンパクトに構成でき、且つ、広い倍率で十分に収差が補正されることにより、ケラレや色ムラの発生を抑制することができる。
なお、本発明は、上述の実施例に示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
LED光源 1
照明光学系 2、2a、2b、2c、2d、2e
光路制御素子 3
対物レンズ 4
標本面 5
ズーム光学系 6
結像光学系 7
観察光学系 8
撮像面 9
光源像 10
瞳 11、12
鏡筒 13
照明光学系 14
グラデーションフィルタ15
拡散板 16
顕微鏡 100
第1レンズ群 AG1、OG1、G1、G11、G21、G31、G41
第2レンズ群 AG2、OG2、G2、G12、G22、G32、G42
第3レンズ群 AG3、OG3、G3、G13、G23、G33、G43
第1レンズ L1、L11、L21、L31、L41
第2レンズ L2、L12、L22、L32、L42
第3レンズ L3、L13、L23、L33、L43
第4レンズ L4、L14、L24、L34、L44
レンズ Lt1、Lt2、Lt3、Ls1
照明光学系 2、2a、2b、2c、2d、2e
光路制御素子 3
対物レンズ 4
標本面 5
ズーム光学系 6
結像光学系 7
観察光学系 8
撮像面 9
光源像 10
瞳 11、12
鏡筒 13
照明光学系 14
グラデーションフィルタ15
拡散板 16
顕微鏡 100
第1レンズ群 AG1、OG1、G1、G11、G21、G31、G41
第2レンズ群 AG2、OG2、G2、G12、G22、G32、G42
第3レンズ群 AG3、OG3、G3、G13、G23、G33、G43
第1レンズ L1、L11、L21、L31、L41
第2レンズ L2、L12、L22、L32、L42
第3レンズ L3、L13、L23、L33、L43
第4レンズ L4、L14、L24、L34、L44
レンズ Lt1、Lt2、Lt3、Ls1
Claims (18)
- 照明光を射出するLED光源と、
標本に前記照明光を非テレセントリックな状態で照射する対物レンズと、
前記LED光源の光源像を前記対物レンズの瞳位置近傍に投影する照明光学系と、
ズーム光学系及び結像光学系を含み、前記標本から生じる観察光を結像させる観察光学系と、を含み、
前記照明光学系は、前記標本側から順に、前記対物レンズ、前記ズーム光学系、前記結像光学系が配置された観察光路に、前記ズーム光学系と前記対物レンズの間から、前記照明光を入射させることを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項1に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、前記標本側から順に、
正の屈折率を有する第1レンズ群と、
正の屈折率を有する第2レンズ群と、
正の屈折率を有する第3レンズ群と、を含むことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項2に記載のズーム顕微鏡において、
さらに、前記照明光学系を内部に収納する鏡筒を含み、
前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群は、前記鏡筒内部で固定されていることを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項3に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群の少なくともいずれかに接合レンズを含むことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項4に記載のズーム顕微鏡において、
fを前記照明光学系の焦点距離とし、f2を前記第2レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5に記載のズーム顕微鏡において、
f1を前記第1レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式
3.0<f1/f<14.0 ・・・(2)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5または請求項6に記載のズーム顕微鏡において、
f3を前記第3レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式
0.9<f3/f<7.5 ・・・(3)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
f23を前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の合成焦点距離とするとき、以下の条件式
0.8<f23/f<1.3 ・・・(4)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
f1を前記第1レンズ群の焦点距離とし、dを前記第1レンズ群の最も前記標本側のレンズ面から前記光源像までの距離とするとき、以下の条件式
1.0<d/f1<10.0 ・・・(5)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項9のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
βを前記LED光源に対する前記光源像の倍率とするとき、以下の条件式
−4.0<β/f<−0.5 ・・・(6)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項10のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
d1を前記LED光源から前記第1レンズ群の最も前記標本側のレンズ面までの距離とするとき、以下の条件式
1.5<d1/f<3.0 ・・・(7)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項11のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、前記第1レンズ群または前記第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、
n凹は凹レンズのd線に対する屈折率とするとき、以下の条件式
1.7<n凹 ・・・(8)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項12のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、前記第1レンズ群または前記第2レンズ群の少なくとも一方に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズを含み、
ν凸を前記凸レンズのd線に対するアッベ数とし、ν凹を前記凹レンズのd線に対するアッベ数とするとき、以下の条件式
30<ν凸−ν凹 ・・・(9)
を満たすことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項13のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群の少なくともいずれかに非球面レンズを含むことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項14のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、さらに、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間の前記照明光の光路上に、前記照明光の光束内における光量分布を調整する光量分布調整素子を含むことを特徴とするズーム顕微鏡。 - 請求項5乃至請求項15のいずれか1項に記載のズーム顕微鏡において、
前記照明光学系は、さらに、前記第1レンズ群より前記標本側の前記照明光の光路上に、前記照明光を拡散させる光拡散素子を含むことを特徴とするズーム顕微鏡。 - LED光源を用いたズーム顕微鏡用の照明光学系であって、
標本側から順に、
正の屈折率を有する第1レンズ群と、
正の屈折率を有する第2レンズ群と、
正の屈折率を有する第3レンズ群と、を含み、
前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群の少なくともいずれかは、接合レンズを含み、
fを前記照明光学系の焦点距離とし、f2を前記第2レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式
1.5<f2/f<2.5 ・・・(1)
を満たすことを特徴とすることを特徴とする照明光学系。 - 請求項17に記載の照明光学系であって、
前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群の少なくともいずれかは、非球面レンズを含むことを特徴とする照明光学系。
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-
2009
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Legal Events
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