JP3552765B2 - 倒立顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、顕微鏡、特に倒立顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、倒立顕微鏡は、像の反射回数が多いことや、光学部品が多いため、像にフレアーやゴーストが現われやすい。そこで、近年、光学系を構成するレンズ部材や反射部材を極力少くして、これらからの有害な反射光によるフレアーやゴーストを最少にして観察することのできる倒立顕微鏡が求められるようになって来た。
【０００３】
又、倒立顕微鏡の使用者層も多様化し、最近では、膜電位測定等の様々な実験がやり易いこと、位相差やノマルスキーなどの様々な観察を容易に行えるようにすること等についても改善が求められるようになって来ている。更に、複数人が疲れない姿勢で観察できるような倒立顕微鏡、つまり、操作性や人間工学を十分に考慮し、疲れない姿勢で複数の人間が同時に観察できるような倒立顕微鏡についてもユーザーの要求は強いが、これに対応する従来技術としては、本件出願人の出願に係る特願平５−１１４８３５号に開示されたものが知られているに過ぎない。しかしながら、この出願においても、複数人で同時観察できるようにするための光学系の詳細や操作上の改善の詳細については、記述されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による倒立顕微鏡は、標本を下側から観察するようになっているため、対物像を直接観察できる正立顕微鏡とは異なり、像をリレーするため反射部材若しくは反射面が多くなってしまうことや、有限位置に像を造る対物レンズを用いるのでレボルバー内部に凹レンズを内蔵させて像を無限遠にリレーすることが必要となりレンズ枚数が多くなって観察像が暗くフレアーやゴーストが発生しやすい構成となってしまうというような問題点があった。
【０００５】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、観察像の明るい倒立顕微鏡を提供することにある。
本発明の第２の目的は、フレアーの発生しない倒立顕微鏡を提供することにある。
本発明の第３の目的は、光学性能の改良された倒立顕微鏡を提供することにある。
本発明の第４の目的は、膜電位測定や卵細胞の操作、マニピュレータの操作等、操作性の良い倒立顕微鏡を提供することにある。
本発明の第５の目的は、位相差やノマルスキー等様々な観察のやり易い倒立顕微鏡を提供することにある。
本発明の第６の目的は、疲れない姿勢で複数の人間が同時観察することのできる倒立顕微鏡を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明の倒立顕微鏡は、標本像を無限遠にリレーする対物レンズと、無限遠にリレーされた標本像を結像させる結像レンズと、１次像をリレーしてアイポイント近傍に２次像を形成する像リレー光学系とを備えた倒立顕微鏡において、像リレー光学系を前群と後群の２つのレンズ群で構成して、これらの２つのレンズ群間で像を無限遠にリレーし得るようにし、後群のレンズ群の焦点距離と結像レンズの焦点距離とが等しくなるようにしたことを特徴としている。
【０００７】
これにより、アイポイントの調整は、像リレー光学系の前群と後群の間隔を変更するだけで容易に行うことができ、しかも正立顕微鏡用の無限遠対物レンズを特別の倍率補正光学系などを使用することなしに使用することが可能となる。
【０００８】
又、本発明の倒立顕微鏡は、標本像を無限遠にリレーする対物レンズと、無限遠にリレーされた標本像を結像させる結像レンズと、該結像レンズと１次像との間に鋭角の反射面を有し且つ前記１次像をリレーして接眼レンズ近傍に２次像を形成する像リレー光学系とを備えた倒立顕微鏡において、前記像リレー光学系は前記１次像側から順に前群と後群で構成され、該２つのレンズ群の間で無限遠光路が形成され、前記無限遠光路にアイポイントを光軸方向へ移動せしめ得るレンズ系を付設することを特徴としている。
【０００９】
これにより、従来必要であったレボルバー内部の凹レンズが不要となるため、レンズ枚数が少なくて済むようになり、像に有害なゴーストやフレアー等の迷光を発生しにくくした。又、凹レンズによる収差の発生もなくなるので、良好な像性能が得られるようになる。
【００１０】
更に、本発明によれば、結像レンズと像リレー光学系に含まれるビノキュラープリズムとの間に、瞳観察用レンズが挿脱可能に配設されている。これにより、３回の反射で構成される倒立顕微鏡においても、マニピュレータやレーザー顕微鏡用の光路の設置スペースを広くとることができるようになり、又、アイポイント近傍に瞳観察用レンズを挿入すると手を伸ばさずに操作できるようになるので、瞳観察用レンズの操作がし易くなる。
【００１１】
【実施例】
図１乃至４は、本発明に係る倒立顕微鏡の第１実施例を示しており、図１及び２は使用状態を異にする全体の概略構成図、図３は光学系の構成図、図４は像リレー光学系の構成図である。図中、１は光源と光源からの照明光をリレーするリレー光学系とを含む光源装置、２はコンデンサーレンズ、３はステージ、４はレボルバに支持されていて標本像を無限遠にリレーする対物レンズ、５は無限遠にリレーされた標本像を結像させる結像レンズ、６はミラー、７は瞳リレーレンズ７ａと像リレーレンズ７ｂを含む像リレー光学系の前群、８は像リレー光学系の後群、９は結像レンズとビノキュラープリズム９ａが一体化されたユニット、１０は接眼レンズである。この場合、結像レンズ５の焦点距離と像リレー光学系の後群８の焦点距離とは等しくなるように構成されている。
【００１２】
図４において、７ｃは瞳リレーレンズ７ａと像リレーレンズ７ｂとの間に出し入れ可能に配置された瞳変調器、Ａは結像レンズ５によって形成される１次像の位置、Ｂは接眼レンズ１０の手前に形成される実像の位置を夫々示している。
【００１３】
以下、図４に示した像リレー光学系のレンズ数値データを示す。
倍率＝１，開口数＝０．０４，像高＝１１，
瞳リレーレンズの焦点距離＝８７．０１７，
像リレーレンズ第１群の焦点距離＝１６６．５５８，
像リレーレンズ第２群の焦点距離＝１８０，
瞳投影倍率＝０．５６２６
【００１４】
【００１５】
【００１６】
第１実施例は、上記のように構成されているから、ステージ３上に置かれた標本の１次像Ａが結像レンズ５と瞳リレーレンズ７ａとの間に形成され、瞳リレーレンズ７ａと像リレーレンズ７ｂとの間に対物レンズ４の瞳像が投影され、この１次像は像リレー光学系の前群７、後群８を介してリレーされ、ユニット９を介して２次像としての実像Ｂが接眼レンズ１０の手前に形成されて、接眼レンズ１０により標本像が観察されるが、結像レンズ５と１次像Ａとの間に１回の鋭角な反射面があり且つ像を２つに分離して双眼での観察を可能にする１群のビノキュラープリズム９ａが存在するだけであるから、反射回数は３回であり、従って明るく、フレアーやゴーストのない像を観察することができる。
【００１７】又、対物レンズ４は標本像を平行光線にしてリレーするように構成され、且つ結像レンズ５は平行光線としてリレーされた標本像を結像するように構成されているから、従来必要であったレボルバー内部の凹レンズが不要となり、その結果レンズ枚数が少なくなるため、有害なゴーストやフレアーなどの迷光が発生しにくくなり、又、凹レンズによる収差の発生もなくなるので、良好な像性能が得られる。
【００１８】
更に、１次像を２次像にリレーする像リレー光学系は、前群７と後群８によって構成され、且つ前群と後群の間で像を無限遠にリレーできるように構成されているから、前群７と後群８の間隔を変えても像性能は劣化せず、この間隔を変えることにより容易にアイポイントの位置を調整することができる。
【００１９】
又、結像レンズ５の焦点距離と像リレー光学系の後群８の焦点距離とが等しくなるように構成されている。尚、結像レンズの焦点距離と像リレー光学系の後群の焦点距離とを等しくするという条件は、５回反射の光学系を用いた倒立顕微鏡にも適用することができる。
【００２０】
又、倒立顕微鏡の場合、最適なアイポイント位置を確保しようとすると、机面からアイポイントまでの高さを３００乃至５００mm程度にしなければならず、像リレー光学系の全長はこの値を満たすようにしなければならない。この場合、結像レンズの焦点距離をｆ１、像リレー光学系の前群の焦点距離をｆ２、後群の焦点距離をｆ３としたとき、０．５×ｆ３＜ｆ２＜２×ｆ３なる条件を満たすのが好ましく、特に前述のようにｆ１＝ｆ３なる条件を満たす構成とする場合には、更にｆ２＝ｆ３となり、像リレー光学系の後群の収差補正上も設計しやすく、また最適なアイポイント位置も確保できる。
【００２１】
又、像リレー光学系の前群７は、対物レンズ４の瞳リレー倍率を制御するための瞳リレーレンズ７ａと、像のリレー倍率を制御するための像リレーレンズ７ｂによって、最適な瞳投影倍率と像投影倍率を確保することができる。この場合、瞳リレーレンズ７ａは少なくとも１枚の凸レンズで構成することで、瞳の投影倍率を最適にすることができる。又、瞳の色収差を補正するためには、少なくとも１つの接合レンズを有する方がよく、像の球面収差を劣化させずに像面湾曲を更に補正したい場合には、メニスカスレンズを使用するとよい。又、像リレーレンズ７ｂは、少なくとも１枚の凸レンズで構成することにより、像リレー光学系全体の投影倍率を最適の倍率にすることができる。又、像リレー光学系の像面湾曲を小さくしたい場合は、凹レンズと凸レンズを組合せてペッツバール和を補正するようにすると効果的である。
【００２２】
尚、アイポイントの位置は、像リレー光学系の前群７と後群８が分離できるように構成し且つ後群８を含むユニット９を顕微鏡本体に対して回転できるように装着することにより、例えば図１の位置から図２の位置へ変えることができる。
【００２３】
図５は本発明に係る倒立顕微鏡の第２実施例を示しており、第１実施例と異なる部分のみが拡大して示されている。即ち、この実施例は、像リレー光学系の後群８とビノキュラープリズム９ａとの間に瞳観察用レンズ１１が例えば周知のターレット機構１２を介して挿脱可能に配設されている点で、第１実施例とは異なる。
【００２４】
以下、この実施例における瞳観察用レンズ１１の数値データを示す。
【００２５】
第２実施例によれば、瞳観察用レンズ１１は、像リレー光学系の後群８とビノキュラープリズム９ａとの間に配置されるので、３回の反射で構成される倒立顕微鏡においても、マニピュレータやレーザー顕微鏡用の光路の設置スペースを広くとることができる。又、瞳観察用レンズ１１はアイポイント近傍に配置されるので、手を伸ばさずにターレット１２を操作することができ、瞳観察用レンズ自体の操作性も向上する。
【００２６】
図６は本発明に係る倒立顕微鏡の第３実施例を示しており、既述の実施例と異なる部分のみが拡大して示されている。即ち、この実施例は、像リレー光学系の前群７と後群８の間の無限遠光路に瞳観察用レンズ１１が例えば周知のスライダー１３を介して挿脱可能に配置されている点で既述の実施例とは異なる。
【００２７】
以下、この実施例における瞳観察用レンズ１１の数値データを示す。
【００２８】
第３実施例によれば、瞳観察用レンズ１１は、像リレー光学系の前群７と後群８との間、即ち像が無限遠にリレーされている部分に配置されるから、第２実施例の場合と同様の作用効果を有する。この場合、瞳観察用レンズは、少なくとも１枚の凸レンズと、少なくとも１枚の凹レンズによって構成され得、これら両レンズの間隔を調整することによって、様々な瞳位置の対物レンズの瞳を観察することができる。
【００２９】
図７及び８は本発明に係る倒立顕微鏡の第４実施例を示しており、図７は全体の概略構成図、図８は図７の平面図である。この実施例においては、像リレー光学系の前群７と後群８の間の無限遠に像をリレーする光路内に約３０mm角のプリズム１４が挿入されていて、像を２光路に分岐し、主観察者と同時に副観察者が像を観察できるようになっている。即ち、プリズム１４によって分岐した光線は、副観察者に行く途中でリレー系１５によって１度２次像を造り、更に無限遠像としてリレーされる。そして副観察者用のビノキュラープリズムの下部にあるプリズム１６に入った無限遠像は、副観察者に向って折り返され、ユニット９′に内蔵されたビノキュラープリズムと一体化された結像レンズで結像されて、接眼レンズ１０′を介して観察される。
【００３０】
この実施例によれば、複数の人間が顕微鏡像を観察することができるため、マニピュレータなどによる細胞操作の方法を他の研究者や学生などに説明することができる。更に、アイポイント位置の近傍で光路を分割することができるので、標本回りにセットしたマニピュレータなどの実験器材の邪魔にならない構成で使いやすいこの種顕微鏡を提供できることになる。
【００３１】
尚、上記各実施例において、像リレー光学系とビノキュラープリズム９ａを一体構成にして、且つ像リレー光学系の前群７と後群８の間の無限遠に像をリレーする光路部分でリレー光学系を取り外し可能に構成すれば、目視観察用ビノキュラーのみならずテレビカメラ観察用光学系や変倍光学系など、種々の用途で使用するビノキュラーや光学系を用途に応じて組み合わせることができ、研究者の要求である観察の自由度を広げることができる。又、像リレー光学系の後群８は、凸レンズによって構成されているが、特に、前群７と後群８の間隔を変えても像の収差が変わらないようにするためには、瞳位置が変化しても収差の発生が少なくなければならず、そのためには、２枚以上の凸レンズによって球面収差を補正する必要がある。
【００３２】
更に、ジーデントップ型鏡筒の場合、ビノキュラーの取り付け位置、つまり、像リレー光学系の前群７と後群８の間にあるメカ取り付け部を１８０度回転可能な構造にすることにより、ジーデントップ鏡筒の構造上アイポイントの位置を上下させことができる（図１及び図２参照）。その結果、観察者は、観察し易いアイポイントの位置を選ぶことができるので、疲れない姿勢での観察が可能になる。
【００３３】
前記実施例の数値データにおいて、ｒ_１ ，ｒ_２ ，・・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ_１ ，ｄ_２ ，・・・・は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎ_１ ，ｎ_２ ，・・・・は各レンズの屈折率、ν_１ ，ν_２ ，・・・・は各レンズのアツベ数を、夫々示している。
【００３５】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、フレアーやゴーストが現われず且つ明るい像が得られる光学性能の秀れた倒立顕微鏡を提供することができる。又、本発明によれば、極めて操作性の良い倒立顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る倒立顕微鏡の第１実施例を示す概略全体構成図である。
【図２】アイポイント位置を異にする図１と同様の概略全体構成図である。
【図３】図１に示す倒立顕微鏡の光学系の構成図である。
【図４】図１に示す倒立顕微鏡の像リレー光学系の構成図である。
【図５】本発明に係る倒立顕微鏡の第２実施例の拡大部分図である。
【図６】本発明に係る倒立顕微鏡の第３実施例の拡大部分図である。
【図７】本発明に係る倒立顕微鏡の第４実施例を示す概略全体構成図である。
【図８】図７の平面図である。
【符号の説明】
１ 光源装置
２ コンデンサーレンズ
３ ステージ
４ 対物レンズ
５ 結像レンズ
６ ミラー
７ 像リレー光学系の前群
８ 像リレー光学系の後群
９ ビノキュラープリズム９ａを含むユニット
１０ 接眼レンズ
１１ 瞳観察用レンズ
１２ ターレット機構
１３ スライダー
１４，１６ プリズム
１５ リレー系

Claims (14)

1. 標本像を無限遠にリレーする対物レンズと、無限遠にリレーされた前記標本像を結像させる結像レンズと、１次像をリレーして接眼レンズ近傍に２次像を形成する像リレー光学系とを備えた倒立顕微鏡において、前記像リレー光学系を前群と後群の２つのレンズ群で構成して、該２つのレンズ群間で像を無限遠にリレーし得るようにし、前記後群のレンズ群の焦点距離と前記結像レンズの焦点距離とが等しくなるように構成したことを特徴とする倒立顕微鏡。
2. 標本像を無限遠にリレーする対物レンズと、無限遠にリレーされた前記標本像を結像させる結像レンズと、該結像レンズと１次像との間に鋭角の１回反射面を有し且つ前記１次像をリレーして接眼レンズ近傍に２次像を形成する像リレー光学系とを備えた倒立顕微鏡において、前記像リレー光学系は前記１次像側から順に前群と後群で構成され、該２つのレンズ群の間で無限遠光路が形成され、前記無限遠光路にアイポイントを光軸方向へ移動せしめ得るレンズ系を付設することを特徴とする倒立顕微鏡。
3. 前記結像レンズと前記像リレー光学系に含まれるビノキュラープリズムとの間に、瞳観察用レンズを挿脱可能に配設したことを特徴とする請求項２に記載の倒立顕微鏡。
4. 位相差開口や各種観察時の光学系の芯出しを容易にするための瞳観察用レンズを、１次像と２次像の間にある無限遠光路に配設して成る、請求項１に記載の倒立顕微鏡。
5. １次像をリレーするリレー光路中の無限遠光路部に光路分割部材を設け、複数のビノキュラーや撮像装置を取り付け可能に構成した、請求項１に記載の倒立顕微鏡。
6. ジーデントップ型ビノキュラーを有し、該ビノキュラーの取り付け位置を１８０度回転可能に構成してなる、請求項１に記載の倒立顕微鏡。
7. 対物レンズと、該対物レンズ側から入射する平行光束を集光する結像レンズと、該結像レンズから射出する収束光を反射して標本の１次像を形成する反射部材と、該１次像をリレーして接眼レンズ近傍に２次像を形成する像リレー光学系を備えた倒立顕微鏡であって、前記像リレー光学系は複数のレンズ群で構成され、該複数のレンズ群のうち2つのレンズ群の間で無限遠光束が形成され、前記２つのレンズ群の間隔が可変であることを特徴とする倒立顕微鏡。
8. 前記複数のレンズ群は前記１次像側から順に前群と後群で構成され、該前群と該後群の間隔が可変であることを特徴とする請求項７に記載の倒立顕微鏡。
9. 前記前群は第1レンズ群と第２レンズ群とからなり、前記後群は第３レンズ群からなり、前記第２レンズ群と前記３レンズ群の間隔が可変であることを特徴とする請求項８に記載の倒立顕微鏡。
10. 前記反射部材は前記結像レンズから射出された収束光を鋭角に反射するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の倒立顕微鏡。
11. プリズムを有するビノキュラーを備え、前記結像レンズと該プリズムの間にターレットを有することを特徴とする請求項７に記載の倒立顕微鏡。
12. 前記ターレットは瞳観察用レンズを有することを特徴とする請求項１１に記載の倒立顕微鏡。
13. 前記複数のレンズ群は前記１次像側から順に前群と後群で構成され、該後群の焦点距離と前記結像レンズの焦点距離が等しいことを特徴とする請求項７に記載の倒立顕微鏡。
14. 前記無限遠光束中に光路分岐部材が配置され、該光路分岐部材によって分岐された一方の光路に副観察用またはテレビカメラ観察用のビノキュラーを配置したことを特徴とする請求項７に記載の倒立顕微鏡。