JP2022180888A - マクロ観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テレセントリシティと装置のコンパクトさとを高いレベルで両立するマクロ観察装置に提供する。【解決手段】マクロ観察装置は、撮像素子と、試料を縮小倍率βで撮像素子へ投影するマクロ光学系３０を備える。マクロ光学系３０は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２であって、第２レンズ群Ｇ２における最大光線高は、第１レンズ群Ｇ１における最大光線高の半分以下である、という第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなる。マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす。但し、ｄはマクロ光学系３０の全長である。Ｌはマクロ光学系３０の視野の直径である。αはマクロ光学系３０の最軸外の主光線の物体面における入射角度である。１．０＜ｄ／Ｌ＜４．０ （１）｜ｔａｎ（α）｜＜０．２３ （２）【選択図】図２

Description

本明細書の開示は、マクロ観察装置に関する。

ライフサイエンスリサーチの分野では、顕微鏡のデジタル化によって、複雑な顕微鏡操作の機会を減らし、ユーザの負担を低減することが求められている。ユーザに負担を強いる典型的な作業の一つにサンプル探しがある。また、サンプル探しに有効な手段としてマクロ観察が知られている。

マクロ観察が可能なデジタル顕微鏡を提供することでサンプルを効率良く探すことが可能であり、ユーザの負担軽減が図れるものと期待されている。なお、特許文献１にはコンパクトに構成されたマイクロプレート画像化システムが記載されている。

米国特許第９２９１８０２号明細書

ところで、顕微鏡の光学系は、一般に、テレセントリック光学系として構成される。しかしながら、広い視野に対応するマクロ観察では、テレセントリシティとレンズ径は概してトレードオフの関係にあるため、広い視野を確保しながら、コンパクトな装置で高いテレセントリシティを確保することは難しい。

マクロ観察装置において、装置のコンパクトさを優先してテレセントリシティを犠牲にすると、サンプル探しにおいて試料を収容する容器の壁面が写り込んでしまうなどの問題が生じてしまう。この点は、マクロ観察がユーザの作業負担軽減手段として利用されることを踏まえると望ましくない。

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、テレセントリシティと装置のコンパクトさとを高いレベルで両立するマクロ観察装置を提供することである。

本発明の一態様に係るマクロ観察装置は、撮像素子と、試料を縮小倍率で前記撮像素子へ投影するマクロ光学系を備える。前記マクロ光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群であって、前記第１レンズ群における最大光線高は、前記第１レンズ群における最大光線高の半分以下である、という第２レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第３レンズ群と、からなる。前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす。ここで、ｄは前記マクロ光学系の全長である。Ｌは前記マクロ光学系の視野の直径である。αは前記マクロ光学系の最軸外の主光線の物体面における入射角度である。
１．０＜ｄ／Ｌ＜４．０ （１）
｜ｔａｎ（α）｜＜０．２３ （２）

上記の態様によれば、テレセントリシティと装置のコンパクトさとを高いレベルで両立するマクロ観察装置を提供することが可能となる。

一実施形態に係るマクロ観察装置１の構成を説明する図である。 マクロ光学系３０の構成を説明する図である。 マクロ光学系３０が満たすべき条件を説明する図である。 実施例１に係るマクロ光学系３１の断面図である。 図４に示すマクロ光学系３１の収差図である。 実施例２に係るマクロ光学系３２の断面図である。 図６に示すマクロ光学系３２の収差図である。 実施例３に係るマクロ光学系３３の断面図である。 図８に示すマクロ光学系３３の収差図である。 実施例４に係るマクロ光学系３４の断面図である。 図１０に示すマクロ光学系３４の収差図である。 実施例５に係るマクロ光学系３５の断面図である。 図１２に示すマクロ光学系３５の収差図である。

図１は、一実施形態に係るマクロ観察装置１の構成を説明する図である。マクロ観察装置１は、光学装置１０と、光学装置１０を制御する制御装置１００と、を備えている。マクロ観察装置１は、例えば、顕微鏡装置である。光学装置１０は、例えば、光学顕微鏡であり、制御装置１００は、例えば、光学顕微鏡を制御する顕微鏡制御装置である。

なお、図１では、光学装置１０は、倒立顕微鏡であるが、光学装置１０は、倒立顕微鏡に限らず、正立顕微鏡であってもよい。また、光学装置１０は、任意の検鏡法に対応した光学顕微鏡であってもよく、例えば、蛍光観察、明視野観察、暗視野観察、微分干渉観察、位相差観察法などの１つ以上に対応してもよい。

制御装置１００は、少なくともプロセッサとメモリを含むコンピュータであり、制御プログラムを実行することで、光学装置１０を制御してもよい。また、制御装置１００は、表示装置を含んでもよく、光学装置１０で取得したデジタル画像を表示装置に表示してもよい。表示装置は、特に限定しないが、例えば、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどである。

光学装置１０は、図１に示すように、ステージ２０と、マクロ光学系３０と、ミクロ光学系４０と、撮像素子５０を備えている。光学装置１０は、図示しないその他の構成を含んでもよい。

ステージ２０には、試料を収容する容器が配置される。ステージ２０は、例えば、電動ステージであり、少なくともマクロ光学系３０の光軸上とミクロ光学系４０の光軸上とを行き来可能に移動する。ステージ２０は、ボールネジに接続されたステッピングモータを駆動することによって、移動してもよい。なお、ステージ２０のアクチュエータは、ボールネジとステッピングモータの組み合わせに限らない。例えば、ステッピングモータの代わりに超音波モータなどが使用されてもよい。また、アクチュエータには、移動量を検出するためのエンコーダが設けられていてもよい。また、ステージ２０は、電動ステージ限らず、手動ステージであってもよい。

ステージ２０に配置される試料の容器は、例えば、図１に示すような、複数のウェル２２を有するマルチウェルプレート２１である。ただし、容器は、マルチウェルプレート２１に限らず、例えば、ディッシュ、フラスコなどの任意の容器が採用し得る。また、試料は、スライドガラスに置かれてもよく、スライドガラスとカバーガラスに挟まれてプレパラートを構成してもよい。この場合、スライドガラスやカバーガラスを試料の容器と見做すことができる。

マクロ光学系３０は、試料を縮小倍率で撮像素子５０へ投影する。マクロ光学系３０は、１倍未満の倍率を有し、望ましくは０．１倍以下の倍率を有する。一方、ミクロ光学系４０は、１倍以上の倍率を有する。ミクロ光学系４０は、試料を等倍又は拡大倍率で撮像素子５０へ投影する。なお、図１では、撮像素子５０がマクロ光学系３０を用いたマクロ観察とミクロ光学系４０を用いたミクロ観察において共用される例を示したが、撮像素子５０は、マクロ観察用とミクロ観察用にそれぞれ設けられてもよい。

撮像素子５０は、入射した光を電気信号に変換する。撮像素子５０は、例えば、二次元イメージセンサであり、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などが用いられてもよい。光学装置１０は、撮像素子５０から出力される信号に基づくデジタル画像を制御装置１００へ出力する。

以上のように構成されたマクロ観察装置１では、マクロ光学系３０を用いたマクロ観察で観察位置について当たりを付けたのちに、ミクロ光学系４０を用いたミクロ観察で試料を詳細に観察することができる。従って、ユーザは高い作業効率で試料を観察することが可能となる。

さらに、マクロ観察装置１では、マクロ光学系３０がコンパクトな構成で高いテレセントリシティを有している。このため、マクロ観察装置１は、テレセントリシティと装置のコンパクトさとを高いレベルで両立することができる。

図２は、マクロ光学系３０の構成を説明する図である。図３は、マクロ光学系３０が満たすべき条件を説明する図である。以下、図２及び図３を参照しながら、マクロ光学系３０についてさらに詳細に説明する。

マクロ光学系３０は、図２に示すように、正－負－正の３群構成を有している。マクロ光学系３０は、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、からなり、物体側からこの順番で配置されている。第２レンズ群Ｇ２における最大光線高は、第１レンズ群Ｇ１における最大光線高の半分以下である。なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の境界は、この特徴によって特定することができる。

第１レンズ群Ｇ１は、１枚のレンズで構成されてもよく、２枚以上のレンズで構成されてもよい。第１レンズ群Ｇ１には、非球面レンズが用いられてもよい。非球面レンズを用いることで収差の発生を抑えたり，テレセントリシティを向上させたりすることができる。また、第１レンズ群Ｇ１には、フレネルレンズが用いられてもよい。フレネルレンズを用いることで各レンズの厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、少なくとも２枚のレンズで構成することが望ましい。さらに、第１レンズ群Ｇ１に含まれる少なくとも２枚のレンズの内の少なくとも１枚のレンズは、物体側に強い正の屈折力を有することが望ましい。より具体的には、この少なくとも１枚のレンズは、像側の面と、凸面である物体側の面を含み、物体側の面は像側の面よりも大きな屈折力を有することが望ましい。像側の面は、例えば、平面であるが、凸面であっても凹面であってもよい。この構成は、瞳収差を良好に補正してマクロ光学系３０を物体側テレセントリック光学系として構成する上で有効である。なお、ここで、物体側テレセントリック光学系とは、後述する条件式（２）を満たす光学系をいう。

第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも２枚のレンズで構成することが望ましい。さらに、第２レンズ群Ｇ２に含まれる少なくとも２枚のレンズの内の少なくとも１枚のレンズは、像面側に強い負の屈折力を有することが望ましい。より具体的には、この少なくとも１枚のレンズは、物体側の面と、凹面である像側の面を含み、像側の面は物体側の面よりも大きな屈折力を有することが望ましい。物体側の面は、例えば、平面であるが、凸面であっても凹面であってもよい。この構成は、瞳収差を良好に補正してマクロ光学系３０を物体側テレセントリック光学系として構成する上で有効である。

第３レンズ群Ｇ３は、正の屈折力を有するレンズ（正レンズ）と、負の屈折力を有するレンズ（負レンズ）を含む、少なくとも２枚のレンズで構成することが望ましい。

マクロ観察装置１は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満たしている。
１．０＜ｄ／Ｌ＜４．０ （１）
｜ｔａｎ（α）｜＜０．２３ （２）

但し、ｄはマクロ光学系３０の全長である。Ｌはマクロ光学系３０の視野の直径である。αは物体面におけるマクロ光学系３０の最軸外の主光線とマクロ光学系３０の光軸との成す角度である。なお、マクロ光学系３０の全長は、マクロ光学系を構成するレンズを一列に並べて配置した場合における物体面から像面までの光軸上の距離をいう。また、最軸外の主光線とは、マクロ光学系３０の視野の端を通過する光線のうち開口絞りＡＳの中心を通る光線のことである。

条件式（１）はマクロ光学系をコンパクトに構成するための条件を規定したものである。ｄ／Ｌが４．０以上になると、マクロ光学系の視野に対して全長が長くなりすぎる。このため、装置が光軸方向に長くなりすぎるか、光路上での折り返しのため装置構成が複雑化してしまう。一方で、ｄ／Ｌが１．０以下になると、Ｌが小さくなりマクロ観察で必要な視野を確保することが困難になる。条件式（１）を満たすことで、コンパクトなマクロ光学系を構成することができる。

条件式（２）はマクロ光学系が有するテレセントリシティを規定したものである。｜ｔａｎ（α）｜が０．２３以上になると、主光線の角度が付きすぎてしまう。このため、容器の壁面が視野内に大きく映り込んでしまう。特に、ウェル径が比較的小さいマルチウェルプレートの場合には、ウェルサイズに対して壁面が写り込んでしまう割合が大きくなりすぎてしまうため、試料の観察に支障を来してしまう。条件式（２）を満たすことで、視野内に容器壁面が映り込んでしまう割合を抑えることができる。より具体的には、９６ウェルのマルチウェルプレート（例えば、図３に示すように、ウェル直径ｔが５．１７ｍｍ、壁面の高さｈが１１．４ｍｍ）を用いた場合であっても、ウェルの画像内に映り込む壁面の割合を半分以下に抑えることができる。

上述した条件式（１）及び条件式（２）を満たすことで、マクロ観察装置１は、テレセントリシティと装置のコンパクトさとを高いレベルで両立することができる。

なお、マクロ観察装置１は、条件式（１）の代わりに条件式（１－１）を満たしてもよい。これにより、更に高いレベルで、テレセントリシティと装置のコンパクトさを両立することが可能となる。
１．５＜ｄ／Ｌ＜２．５ （１－１）

マクロ観察装置１は、さらに、以下の条件式（３）から条件式（５）の少なくとも１つを満たしてもよい。
０．４＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＜１．０ （３）
０．３５＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＜０．６５ （４）
０．６＜｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＜１．２ （５）

但し、ｆ１は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。ｆ２３は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離である。βはマクロ光学系３０の倍率である。ｄ１２は第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面から第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面までの光軸上における距離である。ｄ２ｓは第２レンズ群Ｇ２の最も像側のレンズ面から開口絞りＡＳまでの光軸上における距離である。

条件式（３）は、マクロ光学系３０の構成要素間の距離と第１レンズ群Ｇ１の焦点距離との関係を規定したものである。なお、近軸領域において、完全な物体側テレセントリックな光学系は（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝１．０を満たす。（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１が小さくなるほどテレセントリシティが劣化し、０．４以下になると広い視野と装置のコンパクトさを犠牲にすることなく十分なテレセントリシティを確保することが難しくなる。条件式（２）を満たすことで、広視野、テレセントリシティ、装置のコンパクトさがバランスよく実現することができる。

条件式（４）は、マクロ光学系３０の全長と構成要素間の距離との関係を規定したものである。（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄが０．３５以下になると第１レンズ群Ｇ１から開口絞りＡＳまでを過度にコンパクトに構成する必要があり、テレセントリシティを確保するレンズ設計が難しくなる。（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄが０．６５以上になると開口絞りＡＳから第３レンズ群Ｇ３までを過度にコンパクトに構成する必要があり、レンズ設計が難しくなる。条件式（４）を満たすことで、第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３までを比較的高い自由度で配置することができるため、広視野、テレセントリシティ、装置のコンパクトさをよりバランスよく実現することができる。

条件式（５）は、マクロ光学系３０の倍率と前群（第１レンズ群Ｇ１）の焦点距離と後群（第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３）の焦点距離との関係を規定したものである。なお、近軸領域において、完全な両側テレセントリックな光学系は｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝１．０を満たす。｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜が０．６以下又は１．２以上になると物体側と像側ともにテレセントリシティが劣化し、高い結像性能を得ることも難しくなる。条件式（５）を満たすことで、広視野、テレセントリシティ、装置のコンパクトさをよりバランスよく実現することができる。

なお、マクロ観察装置１は、条件式（３）から条件式（５）の代わりに条件式（３－１）から条件式（５－１）を満たしてもよい。これにより、広視野、テレセントリシティ、装置のコンパクトさが更にバランスよく実現することができる。
０．６２＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＜０．７９ （３－１）
０．３８＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＜０．５ （４－１）
０．７５＜｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＜０．９５ （５－１）

マクロ観察装置１は、第３レンズ群Ｇ３が、正レンズと負レンズを含む少なくとも２枚のレンズで構成される場合、以下の条件式（６）を満たしてもよい。
１５＜ν３ｐ－ν３ｎ＜５０ （６）

但し、ν３ｐは、第３レンズ群Ｇ３に含まれる任意の正レンズのアッベ数である。ν３ｎは、第３レンズ群Ｇ３に含まれる任意の負レンズのアッベ数である。

条件式（６）は、第３レンズ群Ｇ３に含まれる正レンズと負レンズのアッベ数の差について望ましい範囲を規定したものである。レンズに対して条件式（６）を満たすことで、低分散（高アッベ数）の正レンズと高分散（低アッベ数）の負レンズの組み合わせによる色消し作用により軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる。

なお、マクロ観察装置１は、条件式（６）の代わりに条件式（６－１）を満たしてもよい。これにより、さらに良好に色収差を補正することができる。
２４．２６＜ν３ｐ－ν３ｎ＜４６．４５ （６－１）

マクロ観察装置１は、さらに、以下の条件式（７）及び条件式（８）の両方を満たしてもよい。
｜Ｄｔ×Ｉ｜＜ｌｓ／（２×βｓ） （７）
－１．３＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＜０．２ （８）

但し、Ｄｔは、マクロ光学系３０の光学ディストーションである。なお、光学ディストーションは理想像高Ｙと実際の像高ｙとの差を理想像高で割った値（Ｙ－ｙ／Ｙ）で表される。Ｉは、マクロ光学系３０の撮影範囲内での最大物体高である。βｓは、ミクロ光学系４０の倍率である。ｌｓは、撮像素子５０の撮像面の対角長である。ｆ２は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離である。ｆ３は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離である。ｄ３ｓは開口絞りＡＳから第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面までの光軸上における距離である。

条件式（７）は、マクロ光学系３０で許容し得るディストーションの大きさを定義したものである。条件式（７）を満たすことで、マクロ光学系３０で生じるディストーションの大きさがミクロ光学系の視野よりも小さくなる。このため、マクロ光学系３０からミクロ光学系４０へ切り替えたときに、マクロ光学系３０を用いた指定した注目点がミクロ光学系４０の視野範囲から逸れてしまうことを避けることができる。

条件式（８）は、開口絞りＡＳ前後のレンズ群で生じるパワーのバランスを規定したものである。条件式（８）を満たすことで、像高の低い領域から高い領域までディストーション量を抑えることができる。

なお、マクロ観察装置１は、条件式（８）の代わりに条件式（８－１）を満たしてもよい。これにより、ディストーションをさらに抑えることができる。
－１．０２＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＜０．１０ （８－１）

マクロ観察装置１は、試料をウェルに収容して観察する場合、以下の条件式（９）を満たしてもよい。
｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＜ｔ／２ （９）

但し、ｈは、試料を収容するウェル２２の壁面の高さである。ｔは、ウェル２２の直径である。

条件式（９）は、マクロ光学系が有するテレセントリシティを試料の容器との関係で規定したものである。条件式（９）を満たすことで、ウェル２２の壁面が視野の半分以上に渡って映り込むことを避けることができる。

以下、上述したマクロ光学系３０の実施例について具体的に説明する。
［実施例１］
図４は本実施例に係るマクロ光学系３１の断面図である。マクロ光学系３１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、マクロ光学系３１は、物体面（面番号ｓ１）の像を像面（面番号ｓ１０）に投影する光学系である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を有する平凸レンズであるレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に平面を有する平凹レンズであるレンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、接合レンズＣＬ１からなり、接合レンズＣＬ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズであるレンズＬ３と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ４と、からなる。

マクロ光学系３１の各種データは、以下のとおりである。
ｆ１＝161ｍｍ、ｆ２＝-15.7ｍｍ、ｆ３＝16.4ｍｍ、ｄ１２＝87.31ｍｍ、ｄ２３＝24.86 2ｍｍ、ｄ２ｓ＝2.862ｍｍ、ｄ３ｓ＝2ｍｍ、ｆ２３＝9.51ｍｍ、Ｄｔ＝0.69%、ｄ＝219.57ｍｍ、Ｌ＝119.3901998ｍｍ、β＝0.074713、第１レンズ群Ｇ１の最大光線高＝51.70457ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の最大光線高＝5.99998ｍｍ、開口数ＮＡ＝0.0041

マクロ光学系３１のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。
マクロ光学系３１
s r d n vd
1 INF 45.0000
2 83.4862 27.0000 1.51633 64.14
3 INF 87.3064
4 INF 3.5000 1.48749 70.23
5 7.6640 22.8620
6 INF 2.0000
7 19.5000 4.0000 1.56883 56.36
8 -4.7288 2.5000 1.67270 32.10
9 -11.7818 25.3984
10 INF

ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、ndはd線に対する屈折率を、νdはアッベ数を示す。これらの記号は、以降の実施例でも同様である。なお、面番号s1,s6,s10が示す面は、それぞれ物体面、開口絞りＡＳの面、像面である。

マクロ光学系３１は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（９）を満たしている。なお、条件式（７）及び条件式（９）については、Ｉ＝59.69509ｍｍ、ｌｓ＝8.92ｍｍ、βｓ＝4、ｈ＝11.4ｍｍ、ｔ＝5.17ｍｍの条件で計算している。
（１） ｄ／Ｌ＝1.839095674
（２） ｔａｎ（α）＝-0.08745
（３） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝0.684298137
（４） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＝0.500781818
（５） ｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝0.790603014
（６） ν３ｐ－ν３ｎ＝24.26
（７）左辺 ｜Ｄｔ×Ｉ｜＝0.232213ｍｍ
（７）右辺 ｌｓ／（２×βｓ）＝1.115ｍｍ
（８） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＝-0.893831427
（９）左辺 ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＝0.9804ｍｍ
（９）右辺 ｔ／２＝2.585ｍｍ

図５は、図４に示すマクロ光学系３１の収差図であり、像面における収差を示している。図５（ａ）は球面収差図である。図５（ｂ）は非点収差図である。図５（ｃ）は歪曲収差図である。図５（ｄ）は倍率色収差図である。図５（ｅ）及び図５（ｆ）はそれぞれ像高3.13mmの位置におけるコマ収差図、像高4.48mmの位置におけるコマ収差図である。なお、図中の“Ｍ”はメリディオナル成分、“Ｓ”はサジタル成分を示している。また、以降の実施例でも、同様の収差図を示す。図５には、諸収差を良好に補正されていることが示されている。

［実施例２］
図６は本実施例に係るマクロ光学系３２の断面図である。マクロ光学系３２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、マクロ光学系３２は、物体面（面番号ｓ１）の像を像面（面番号ｓ１６）に投影する光学系である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、レンズＬ１とレンズＬ２を含む。レンズＬ１は、物体側に凸面を有する平凸レンズである。レンズＬ２は、物体側に凸面を有する平凸レンズである。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に並んだ、レンズＬ３とレンズＬ４を含む。レンズＬ３は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズである。レンズＬ４は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズである。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、レンズＬ５と接合レンズＣＬ１を含む。レンズＬ５は、物体側に平面を向けた平凸レンズである。接合レンズＣＬ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズであるレンズＬ６と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ７と、からなる。

マクロ光学系３２の各種データは、以下のとおりである。
ｆ１＝154ｍｍ、ｆ２＝-12.5ｍｍ、ｆ３＝14.54ｍｍ、ｄ１２＝88.62ｍｍ、ｄ２３＝17.89ｍｍ、ｄ２ｓ＝13.89ｍｍ、ｄ３ｓ＝4ｍｍ、ｆ２３＝9.45ｍｍ、Ｄｔ＝-2.69%、ｄ＝219.63ｍｍ、Ｌ＝119.0698668ｍｍ、β＝0.074914、第１レンズ群Ｇ１の最大光線高＝52.46471ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の最大光線高＝6.77301ｍｍ、開口数ＮＡ＝0.0044

マクロ光学系３２のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、面番号s1,s10,s16が示す面は、それぞれ物体面、開口絞りＡＳの面、像面である。
マクロ光学系３２
s r d n vd
1 INF 45.0000
2 157.0946 13.0000 1.51633 64.14
3 INF 0.0
4 157.0946 13.0000 1.51633 64.14
5 INF 88.6232
6 15.0000 3.5000 1.48749 70.23
7 7.1993 2.0000
8 26.1050 3.5000 1.48749 70.23
9 7.1993 13.8888
10 INF 4.0000
11 INF 4.5000 1.51633 64.14
12 -10.8040 0.2000
13 18.6950 4.0000 1.48749 70.23
14 -10.9230 2.5000 1.72825 28.46
15 -41.1550 21.9100
16 INF

マクロ光学系３２は、以下で示されるように、条件式（７）を除き、条件式（１）から条件式（９）を満たしている。なお、条件式（７）及び条件式（９）については、Ｉ＝59.53493ｍｍ、ｌｓ＝8.92ｍｍ、βｓ＝4、ｈ＝11.4ｍｍ、ｔ＝5.17ｍｍの条件で計算している。
（１） ｄ／Ｌ＝1.844547289
（２） ｔａｎ（α）＝-0.08894
（３） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝0.665649351
（４） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＝0.465954545
（５） ｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝0.819121077
（６） ν３ｐ－ν３ｎ＝41.77
（７）左辺 ｜Ｄｔ×Ｉ｜＝1.488373ｍｍ
（７）右辺 ｌｓ／（２×βｓ）＝1.115ｍｍ
（８） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＝-0.720653813
（９）左辺 ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＝1.0032ｍｍ
（９）右辺 ｔ／２＝2.585ｍｍ

図７は、図６に示すマクロ光学系３２の収差図であり、像面における収差を示している。図７（ａ）は球面収差図である。図７（ｂ）は非点収差図である。図７（ｃ）は歪曲収差図である。図７（ｄ）は倍率色収差図である。図７（ｅ）及び図７（ｆ）はそれぞれ像高3.13mmの位置におけるコマ収差図、像高4.48mmの位置におけるコマ収差図である。図７には、諸収差を良好に補正されていることが示されている。

［実施例３］
図８は本実施例に係るマクロ光学系３３の断面図である。マクロ光学系３３は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、マクロ光学系３３は、物体面（面番号ｓ１）の像を像面（面番号ｓ１７）に投影する光学系である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、レンズＬ１とレンズＬ２を含む。レンズＬ１は、物体側に凸面を有する平凸レンズである。レンズＬ２は、物体側に凸面を有する平凸レンズである。第２レンズ群Ｇ２は、像側に凹面を向けた平凹レンズであるレンズＬ３からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、レンズＬ４と接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２を含む。レンズＬ４は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである。接合レンズＣＬ１は、物体側から順に並んだ、物体側に平面を向けた平凹レンズであるレンズＬ５と、両凸レンズであるレンズＬ６と、からなる。接合レンズＣＬ２は、物体側から順に並んだ、両凸レンズであるレンズＬ７と、物体側に凹面を向けた平凹レンズであるレンズＬ８と、からなる。

マクロ光学系３３の各種データは、以下のとおりである。
ｆ１＝129ｍｍ、ｆ２＝-9ｍｍ、ｆ３＝12ｍｍ、ｄ１２＝95.12ｍｍ、ｄ２３＝9.8ｍｍ、ｄ２ｓ＝6.34ｍｍ、ｄ３ｓ＝3.47ｍｍ、ｆ２３＝9.2ｍｍ、Ｄｔ＝-1.27%、ｄ＝220.01ｍｍ、Ｌ＝118.9333333ｍｍ、β＝0.075、第１レンズ群Ｇ１の最大光線高＝47.81166ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の最大光線高＝1.96287ｍｍ、開口数ＮＡ＝0.0053

マクロ光学系３３のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、面番号s1,s8,s17が示す面は、それぞれ物体面、開口絞りＡＳの面、像面である。
マクロ光学系３３
s r d n vd
1 INF 35.0000
2 128.9891 20.0000 1.51633 64.14
3 INF 1.0000
4 128.9891 20.0000 1.51633 64.14
5 INF 95.1214
6 INF 3.0000 1.48749 70.23
7 4.4276 6.3390
8 INF 3.4781
9 -76.1313 4.0064 1.57135 52.95
10 -9.5614 0.4000
11 INF 2.5000 1.67270 32.10
12 12.8867 4.5000 1.56883 56.36
13 -21.2939 0.4000
14 21.2939 4.5000 1.56883 56.36
15 -12.8867 2.5000 1.67270 32.10
16 INF 17.2648
17 INF

マクロ光学系３３は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（９）を満たしている。なお、条件式（７）及び条件式（９）については、Ｉ＝59.46666ｍｍ、ｌｓ＝8.92ｍｍ、βｓ＝4、ｈ＝11.4ｍｍ、ｔ＝5.17ｍｍの条件で計算している。
（１） ｄ／Ｌ＝1.849859865
（２） ｔａｎ（α）＝0.00873
（３） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝0.786511628
（４） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＝0.461181818
（５） ｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝0.950904393
（６） ν３ｐ－ν３ｎ＝24.26
（７）左辺 ｜Ｄｔ×Ｉ｜＝0.74928ｍｍ
（７）右辺 ｌｓ／（２×βｓ）＝1.115ｍｍ
（８） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＝-0.207099483
（９）左辺 ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＝0.057ｍｍ
（９）右辺 ｔ／２＝2.585ｍｍ

図９は、図８に示すマクロ光学系３３の収差図であり、像面における収差を示している。図９（ａ）は球面収差図である。図９（ｂ）は非点収差図である。図９（ｃ）は歪曲収差図である。図９（ｄ）は倍率色収差図である。図９（ｅ）及び図９（ｆ）はそれぞれ像高3.36mmの位置におけるコマ収差図、像高4.03mmの位置におけるコマ収差図である。図９には、諸収差を良好に補正されていることが示されている。

［実施例４］
図１０は本実施例に係るマクロ光学系３４の断面図である。マクロ光学系３４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、マクロ光学系３４は、物体面（面番号ｓ１）の像を像面（面番号ｓ１２）に投影する光学系である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に平面を向けた平凹レンズであるレンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、レンズＬ３と接合レンズＣＬ１からなる。レンズＬ３は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである。接合レンズＣＬ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズであるレンズＬ４と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズあるレンズＬ５と、からなる。

マクロ光学系３４の各種データは、以下のとおりである。
ｆ１＝130ｍｍ、ｆ２＝-15ｍｍ、ｆ３＝14ｍｍ、ｄ１２＝77.36ｍｍ、ｄ２３＝18.7ｍｍ、ｄ２ｓ＝12ｍｍ、ｄ３ｓ＝6.74ｍｍ、ｆ２３＝9.04ｍｍ、Ｄｔ＝4.08%、ｄ＝179.8ｍｍ、Ｌ＝104.2056075ｍｍ、β＝0.0856、第１レンズ群Ｇ１の最大光線高＝46.91435ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の最大光線高＝3.0925ｍｍ、開口数ＮＡ＝0.0063

マクロ光学系３４のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、面番号s1,s6,s12が示す面は、それぞれ物体面、開口絞りＡＳの面、像面である。
マクロ光学系３４
s r d n vd
1 INF 30.0000
2 67.3610 21.8000 1.51633 64.14
3 INF 77.3628
4 INF 2.0000 1.84666 23.78
5 12.7582 11.9990
6 INF 6.7384
7 -12.0245 2.5000 1.66672 48.32
8 -8.0393 0.4000
9 15.4211 5.0000 1.48749 70.23
10 -8.7816 2.0000 1.84666 23.78
11 -18.2080 20.0000
12 INF

マクロ光学系３４は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（９）を満たしている。なお、条件式（７）及び条件式（９）については、Ｉ＝52.10280ｍｍ、ｌｓ＝8.92ｍｍ、βｓ＝4、ｈ＝11.4ｍｍ、ｔ＝5.17ｍｍの条件で計算している。
（１） ｄ／Ｌ＝1.725434978
（２） ｔａｎ（α）＝-0.04637
（３） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝0.687384615
（４） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＝0.406181818
（５） ｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝0.812365205
（６） ν３ｐ－ν３ｎ＝46.45
（７）左辺 ｜Ｄｔ×Ｉ｜＝1.609976ｍｍ
（７）右辺 ｌｓ／（２×βｓ）＝1.115ｍｍ
（８） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＝-0.594043956
（９）左辺 ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＝0.6156ｍｍ
（９）右辺 ｔ／２＝2.585ｍｍ

図１１は、図１０に示すマクロ光学系３４の収差図であり、像面における収差を示している。図１１（ａ）は球面収差図である。図１１（ｂ）は非点収差図である。図１１（ｃ）は歪曲収差図である。図１１（ｄ）は倍率色収差図である。図１１（ｅ）及び図１１（ｆ）はそれぞれ像高3.60mmの位置におけるコマ収差図、像高4.50mmの位置におけるコマ収差図である。図１１には、諸収差を良好に補正されていることが示されている。

［実施例５］
図１２は本実施例に係るマクロ光学系３５の断面図である。マクロ光学系３５は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、マクロ光学系３５は、物体面（面番号ｓ１）の像を像面（面番号ｓ１２）に投影する光学系である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に平面を向けた平凹レンズであるレンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、レンズＬ３と接合レンズＣＬ１からなる。レンズＬ３は、物体側に平面を向けた平凸レンズである。接合レンズＣＬ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズであるレンズＬ４と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズあるレンズＬ５と、からなる。

マクロ光学系３５の各種データは、以下のとおりである。
ｆ１＝134ｍｍ、ｆ２＝-15.95ｍｍ、ｆ３＝11.5ｍｍ、ｄ１２＝79.59ｍｍ、ｄ２３＝6.72ｍｍ、ｄ２ｓ＝2.72ｍｍ、ｄ３ｓ＝4ｍｍ、ｆ２３＝11.53ｍｍ、Ｄｔ＝1.06%、ｄ＝180ｍｍ、Ｌ＝83.74564607ｍｍ、β＝0.106513、第１レンズ群Ｇ１の最大光線高＝35.17873ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の最大光線高＝2.81192ｍｍ、開口数ＮＡ＝0.0091

マクロ光学系３５のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、面番号s1,s6,s12が示す面は、それぞれ物体面、開口絞りＡＳの面、像面である。
マクロ光学系３５
s r d n vd
1 INF 35.0000
2 69.3684 26.0000 1.51633 64.14
3 INF 79.5861
4 INF 3.5000 1.48749 70.23
5 7.7760 2.7154
6 INF 4.0000
7 INF 4.5000 1.51633 64.14
8 -8.1173 0.2000
9 49.7571 4.0000 1.48749 70.23
10 -6.2192 2.5000 1.72825 28.46
11 -12.0622 18.0000
12 INF

マクロ光学系３５は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（９）を満たしている。なお、条件式（７）及び条件式（９）については、Ｉ＝41.87282ｍｍ、ｌｓ＝8.92ｍｍ、βｓ＝4、ｈ＝11.4ｍｍ、ｔ＝5.17ｍｍの条件で計算している。
（１） ｄ／Ｌ＝2.149365471
（２） ｔａｎ（α）＝-0.06887
（３） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＝0.614253731
（４） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＝0.457277778
（５） ｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＝0.807833561
（６） ν３ｐ－ν３ｎ＝41.77
（７）左辺 ｜Ｄｔ×Ｉ｜＝0.35968ｍｍ
（７）右辺 ｌｓ／（２×βｓ）＝1.115ｍｍ
（８） （ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＝0.095894729
（９）左辺 ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＝0.7866ｍｍ
（９）右辺 ｔ／２＝2.585ｍｍ

図１３は、図１２に示すマクロ光学系３５の収差図であり、像面における収差を示している。図１３（ａ）は球面収差図である。図１３（ｂ）は非点収差図である。図１３（ｃ）は歪曲収差図である。図１３（ｄ）は倍率色収差図である。図１３（ｅ）及び図１３（ｆ）はそれぞれ像高3.13mmの位置におけるコマ収差図、像高4.48mmの位置におけるコマ収差図である。図１３には、諸収差を良好に補正されていることが示されている。

１ マクロ観察装置
１０ 光学装置
２０ ステージ
２１ マルチウェルプレート
２２ ウェル
３０～３５ マクロ光学系
４０ ミクロ光学系
５０ 撮像素子
１００ 制御装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
ＡＳ 開口絞り

Claims (9)

1. 撮像素子と、
   試料を縮小倍率で前記撮像素子へ投影するマクロ光学系を備え、
   前記マクロ光学系は、物体側から順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群であって、前記第２レンズ群における最大光線高は、前記第１レンズ群における最大光線高の半分以下である、という第２レンズ群と、
   開口絞りと、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、からなり、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   １．０＜ｄ／Ｌ＜４．０ （１）
   ｜ｔａｎ（α）｜＜０．２３ （２）
   ここで、ｄは前記マクロ光学系の全長である。Ｌは前記マクロ光学系の視野の直径である。αは前記マクロ光学系の最軸外の主光線の物体面における入射角度である。
2. 請求項１に記載のマクロ観察装置において、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   ０．４＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＜１．０ （３）
   ここで、ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離である。ｄ１２は前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面から前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面までの光軸上における距離である。ｄ２ｓは前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から前記開口絞りまでの前記光軸上における距離である。
3. 請求項１又は請求項２に記載のマクロ観察装置において、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   ０．３５＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｄ＜０．６５ （４）
   ここで、ｄ１２は前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面から前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面までの光軸上における距離である。ｄ２ｓは前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から前記開口絞りまでの前記光軸上における距離である。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   ０．６＜｜ｆ２３／（ｆ１×β）｜＜１．２ （５）
   ここで、ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離である。ｆ２３は、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の合成焦点距離である。βは前記マクロ光学系の倍率である。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、
   前記第３レンズ群は、
   正の屈折力を有する正レンズと、
   負の屈折力を有する負レンズと、を含み、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   １５＜ν３ｐ－ν３ｎ＜５０ （６）
   ここで、ν３ｐは、前記正レンズのアッベ数である。ν３ｎは、前記負レンズのアッベ数である。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、
   前記第１レンズ群は、少なくとも２枚のレンズからなり、
   前記第１レンズ群に含まれる前記少なくとも２枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズは、
   像側の面と、
   前記像側の面よりも大きな屈折力を有し、且つ、凸面である物体側の面と、を含む
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、
   前記第２レンズ群は、少なくとも２枚のレンズからなり、
   前記第２レンズ群に含まれる前記少なくとも２枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズは、
   物体側の面と、
   前記物体側の面よりも大きな屈折力を有し、且つ、凹面である像側の面と、を含む
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、さらに、
   １倍以上の倍率を有するミクロ光学系と、を備え、
   前記マクロ光学系は、０．１倍以下の倍率を有し、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   ｜Ｄｔ×Ｉ｜＜ｌｓ／（２×βｓ） （７）
   －１．３＜（ｄ１２＋ｄ２ｓ）／ｆ１＋ｄ２ｓ／ｆ２＋ｄ３ｓ／ｆ３＜０．２ （８）
   ここで、Ｄｔは、前記マクロ光学系の光学ディストーションである。Ｉは、前記マクロ光学系の撮影範囲内での最大物体高である。βｓは、前記ミクロ光学系の倍率である。ｌｓは、前記撮像素子の撮像面の対角長である。ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離である。ｆ２は、前記第２レンズ群の焦点距離である。ｆ３は、前記第３レンズ群の焦点距離である。ｄ１２は前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面から前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面までの光軸上における距離である。ｄ２ｓは前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から前記開口絞りまでの前記光軸上における距離である。ｄ３ｓは前記開口絞りから前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面までの前記光軸上における距離である。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のマクロ観察装置において、
   前記マクロ観察装置は、以下の条件式を満たす
   ことを特徴とするマクロ観察装置。
   ｜ｈ×ｔａｎ（α）｜＜ｔ／２ （９）
   ここで、ｈは、前記試料を収容するウェルの壁面の高さである。ｔは、前記ウェルの直径である。

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