JP3661276B2 - 望遠機能付顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は顕微鏡に関し、さらに詳しくは、対物レンズの先端側に補助光学部材を取り付けてこれを望遠鏡あるいは双眼鏡としても用いることができるような望遠機能付の顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡（光学顕微鏡）は古くから良く知られており、一般的に観察対象側に位置する対物レンズと観察者の眼側に位置する接眼レンズとを有して構成され、対物レンズの前方近傍においた小さな観察対象を拡大して観察するものである。一方、望遠鏡も対物レンズと接眼レンズから構成されるものが良く知られているが、この場合には遠くにある観察対象を拡大して観察するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような顕微鏡および望遠鏡は、対物レンズおよび接眼レンズを有するとともに観察対象を拡大して観察するという共通点を有するが、使用目的、観察方法が全く異なるとともに観察対象から装置までの距離が極端に異なっているといった理由から、従来ではそれぞれ異なる装置として存在していた。
【０００４】
しかしながら、たとえ使用目的および観察方法が異なっていても、顕微鏡と望遠鏡を一つの装置により実現できれば、使い勝手の良い便利な光学機器となると考えられる。本発明はこのようなことに鑑みたもので、顕微鏡に補助光学部材を付加することにより、いままで別の装置として存在した顕微鏡と望遠鏡とを兼用できる光学機器を提供することを目的とする。また、本発明のもう一つの目的は、顕微鏡（あるいは実体顕微鏡）と望遠鏡（双眼鏡）とを兼用できる光学機器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明においては、顕微鏡の対物レンズ系における観察対象物の側に、負の屈折力を有する補助レンズ群を有する補助光学部材を着脱自在に取付可能となっており、この補助光学部材に、対物レンズ系に対して補助レンズ群を光軸方向に移動させる望遠焦点調節機構を設けて望遠機能付顕微鏡が構成される。そして、補助光学部材を対物レンズ系に取り付けた状態で、望遠焦点調節機構による調節により実質的に無限遠方に焦点位置を移動させることができるようになっている。このように望遠焦点調節機構により実質的に無限遠方に焦点位置が合った状態で、補助レンズ群単体の像面が、顕微鏡の観察対象物の位置に位置するように補助光学部材を取り付ける。
【０００６】
このような構成の顕微鏡の場合には、対物レンズ系の前に補助光学部材を取り付けるだけでこれを望遠鏡として用いることができ、一つの光学装置を顕微鏡および望遠鏡として兼用することができる。しかも、望遠鏡として用いるときの焦点調節機構をこのように着脱される補助光学部材に設けているため、顕微鏡としての構成部分には顕微鏡の機能のみを有すればよい。このため、顕微鏡単体としては従来の顕微鏡とほとんど同一構成とすることができる。
【０００７】
なお、対物レンズ系を観察対象物側から順に配設された正の屈折力を有する第１および第２対物レンズ群から構成し、第１対物レンズ群と前記第２対物レンズ群との間の光路が平行光束であり、補助レンズ群の焦点距離ｆと、第１対物レンズ群の焦点距離ｆ１とが、
−０．９８＜（ｆ／ｆ１）＜−０．２
となる条件式を満足するようにレンズ諸元を設定するのが好ましい。
【０００８】
また、対物レンズ系が、正の屈折力を有する一つのレンズ群から構成される場合、もしくはレンズ群間の光路が非平行光束となる正屈折力の複数のレンズ群から構成される場合には、補助レンズ群の焦点距離ｆと、このように対物レンズ系を構成するレンズ群のうち最も観察対象物側のレンズ面から顕微鏡の観察対象物の位置までの距離ｄとが、
−０．９８＜（ｆ／ｄ）＜−０．２
となる条件式を満足するようにレンズ諸元を設定するのが好ましい。
【０００９】
このような顕微鏡としては、単眼式顕微鏡、双眼式および実体顕微鏡のいずれにでもよく、更に、実体顕微鏡の場合に、左右の光軸が平行のタイプでもこれが内斜したタイプでも良い。
【００１０】
この顕微鏡は、対物レンズ系と接眼レンズ系とを保持する光学ユニットと、観察対象物を載置する載置台と、観察対象と光学ユニットとの間隔を変更可能に支持する支持手段と、光学ユニットと支持手段とを相対的に移動させて顕微鏡の焦点調節を行う顕微鏡焦点調節機構とから構成することができる。この場合に、光学ユニットを、支持手段から着脱自在としたり、載置台において対物レンズ系の観察対象物側に位置する部分を着脱自在としたり構成するのが好ましい。また、光学ユニットを支持手段に回動自在に取り付け、対物レンズ系が載置台（観察対象物）に対向する位置と、載置台対向位置から外れて対物レンズ系の前方に障害となるものがなくなる位置とで回動移動可能に構成しても良い。このようにすれば、対物レンズ系の前方を邪魔するものがない状態（対物レンズ系の前方に載置台が位置しない状態）で対物レンズ系に補助光学部材を取り付け、これを望遠鏡としてそのまま使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１に本発明の第１実施例に係る望遠機能付顕微鏡を示している。この望遠機能付顕微鏡は実体顕微鏡をベースとしており、実体顕微鏡として用いられる場合の外観を図２に示している。
【００１２】
図２に示すように、実体顕微鏡は、対物レンズ系等を収納した第１筐体１０ａおよびそれぞれプリズム系、接眼レンズ系等を収納した左右一対の第２筐体１０ｂから一体に構成された主光学ユニット１０と、対物レンズ系に対向して位置して観察標本が載置される標本台２２を有した載置台２１と、この載置台２１に対して上下（矢印Ａ２方向）に移動自在であり、主光学ユニット１０が取り付けられる支持部材２３と、この支持部材２３をつまみ２４ａを回転させて上下動させ、焦点調節を行う顕微鏡焦点調節機構２４とから構成される。標本台２２に観察標本を載置し、これを主光学ユニット１０を介して接眼レンズ系側から見て、標本の拡大像を観察する。このとき、顕微鏡の焦点調節はつまみ２４ａを回転させて、支持部材２３とともに主光学ユニット１０を上下動させて行う。
【００１３】
このような構成の実体顕微鏡部分において、第１筐体１０ａの下面（対物レンズ系が対向する面）に取付部材１０ｃが設けられており、この取付部材１０ｃに補助光学ユニットＡＵ（図２においては二点鎖線で示す）が着脱自在に取付可能となっている。この補助光学ユニットＡＵは主光学ユニット１０の焦点位置を無限遠方まで移動させることができる負の屈折力を有しており、これにより、主光学ユニット１０を双眼鏡として用いることができるようになっている。なお、標本台２２は矢印Ａ１で示すように載置台２１に着脱自在であり、双眼鏡として用いるときに標本台２２を取り外すようになっている。
【００１４】
このように補助光学ユニットＡＵを取り付けた状態での主光学ユニット１０の光学系構成を図１に示している。主光学ユニット１０は、左右の光軸が対物レンズ系側において狭くなるように内斜した実体顕微鏡を構成しており、左右対物レンズ系１１と、左右プリズム１２と、左右接眼レンズ系１３とから構成される。そして、左右の対物レンズ系１１に向かい合って補助レンズ群１５を有した補助光学ユニットＡＵが取り付けられている。なお、対物レンズ系１１はそれぞれ観察対象側から順に位置する第１および第２対物レンズ群１１ａ，１１ｂから構成される。また、プリズム１２はそれぞれ、２個のプリズムを斜面を向かい合わせるとともに稜線を直交させて配置したポロプリズム構成を有している。
【００１５】
ここで、補助光学ユニットＡＵが未装着の状態では、主光学ユニット１０の対物レンズ側焦点位置は、左右の対物レンズ系とも点Ｆに位置する。このため、標本台２２の上面を点Ｆを含み軸Ｘに直角な面に位置させ、標本台２２の上に置いた標本を主光学ユニット１０を介して（すなわち、観察者の眼Ｅにより接眼レンズ系１３を見て）拡大して見ることができる。
【００１６】
一方、補助光学ユニットＡＵを構成する補助レンズ群１５は負の屈折力を有するレンズからなる。このため補助レンズ群１５を装着すると、主光学ユニット１０の焦点位置Ｆが前方に移動するが、本例では焦点位置Ｆを無限遠方まで移動させるだけの負の屈折力を有したレンズが用いられる。すなわち、図示のように補助レンズ群１５を配設した状態で、補助レンズ群単体での焦点位置が上記主光学ユニット１０の焦点Ｆと重なるだけの負の屈折力を有したレンズが用いられる。
【００１７】
なお、双眼鏡の観察対象は無限遠方のものばかりでなく、有限遠方のものも対象であるため、有限遠方にも焦点を合わせることができる必要があるが、補助光学ユニットＡＵは補助レンズ群１５を軸Ｘ方向移動（矢印Ｂ）させる望遠焦点調節機構を有しており、このように補助レンズ群１５を移動させて双眼鏡の焦点調節を行うように構成されている。なお、望遠焦点調節機構は補助レンズ群を移動させるものであればその構成は問わないが、例えば、カメラのフォーカスリングのような構成を用いることができる。
【００１８】
このようにして補助光学ユニットＡＵを装着して双眼鏡として用いる場合の倍率を考える。本例では、第１および第２対物レンズ群１１ａ，１１ｂの間の光路が平行光束となる光学系（テレセントリック光学系）を構成しており、このため、補助レンズ群１５と第１対物レンズ群１１ａとを逆ガリレオ型光学系として考え、第２対物レンズ群１１ｂと接眼レンズ系１３とをケプラー型望遠鏡として考えることができる。従って、それぞれの倍率を掛け合わせることにより、全体倍率を求めることができる。
【００１９】
なお、逆ガリレオ型光学系は倍率は１．０より小さくなる光学系であるため、逆ガリレオ型光学系の像縮小効果があまり大きくなると実用上望遠鏡（双眼鏡）としての役割が果たせなくなる。この点について、補助レンズ群１５の焦点距離ｆと、第１対物レンズ群の焦点距離ｆ１との比（ｆ／ｆ１）を考えると、少なくとも（ｆ／ｆ１）＜−０．２（補助レンズ群１５は凹レンズのため焦点距離は負の値となる）を満足しないと実用的な望遠鏡（双眼鏡）を得ることは難しい。なお、この値が大きくなる（絶対値が小さくなる）ということは補助レンズ群１５の焦点距離が短くなることであり、収差補正の面からもこの値を小さくする（絶対値を大きくする）のが好ましく、このため、（ｆ／ｆ１）＜−０．４程度とするのが好ましい。さらに、（ｆ／ｆ１）＜−０．５程度とすれば一層好ましい。
【００２０】
また、補助レンズ群１５はその焦点位置を主光学系１０の焦点位置Ｆと重なるように構成するために第１対物レンズ群１１ａに近づける必要があるが、第１対物レンズ群１１ａとのある程度の空気間隔を確保する必要がある。このような条件を考慮すると、少なくとも（ｆ／ｆ１）＞−０．９８を満足する必要があり、好ましくは、（ｆ／ｆ１）＞−０．９程度とするのが望まれる。さらに、（ｆ／ｆ１）＞−０．８５とするのが一層好ましい。
【００２１】
以上整理すると、
少なくとも、 −０．９８＜（ｆ／ｆ１）＜−０．２ ・・・（１）
を満足させることが必要であり、好ましくは、
−０．９＜（ｆ／ｆ１）−０．４ ・・・（２）
を満足させることが望まれ、
−０．８５＜（ｆ／ｆ１）＜−０．５ ・・・（３）
を満足させるのが最も望ましい。
【００２２】
以上においては、対物レンズ系１１を間の光路が平行光束となる光学系から構成しているが、本発明はこれに限られず、一つの対物レンズ群構成でされても良い。また、間の光路が非平行光束となる光学系を構成する正屈折力の複数の対物レンズ群により構成しても良い。この場合には、最も観察標本側に位置する対物レンズ群のレンズ面から主光学ユニット１０の焦点位置Ｆまでの距離ｄを用い、（ｆ／ｄ）を上記式（１），（２），（３）における（ｆ／ｆ１）に置き換えて用いた条件式を満足するように設定する。
【００２３】
本例の顕微鏡に補助光学ユニットＡＵを取り付けて双眼鏡として使用するときには、上述のように標本台２２を取り外し、この部分にできた空間を通して遠方の観察対象を観察するようにしている。しかしこの代わりに、図３に示すように、主光学ユニット１０全体を支持部材２３に対して回動自在（矢印Ａ３）に取り付け、双眼鏡として用いるときには図３の位置まで回動させて用いるように構成しても良い。なお、図３に示すように、補助光学ユニットＡＵにはフォーカスリング１６が設けられ、このリング１６を回転させて双眼鏡の焦点調節を行う。さらに、図４に示すように、主光学ユニット１０を支持部材２３に着脱自在となし、望遠鏡として使用するときには主光学ユニット１０を取り外すとともに補助光学ユニットＡＵを取り付けるようにしても良い。
【００２４】
以上においては主光学ユニットを左右の光軸が内斜した実体顕微鏡から構成しているが、主光学ユニットを、図５に示すように、左右の光軸が平行となる実体顕微鏡から構成しても良い。この例では、第１対物レンズ群３１ａを一つの光軸を持つ大きな正レンズ群から構成し、第２対物レンズ群３１ｂを左右一対の正レンズ群から構成している。なお、図１の構成と同一部分には同一番号を付けてその説明は省略する。
【００２５】
主光学ユニットを、図６に示すように、１本の光軸を有する単眼型顕微鏡から構成しても良い。この例では対物レンズ４１を正屈折力のレンズ群から構成しており、補助レンズ群４５はこの対物レンズ系４１に対向する大きさの負レンズ群から構成される。この例においても、図１の構成と同一部分には同一番号を付けてその説明は省略する。
【００２６】
【実施例】
本発明の具体的な実施例を、図１の光軸内斜タイプの実体顕微鏡をベースにするものについて表１に示す。但し、本発明はこの例のものに限定されるものではない。
【００２７】
【表１】
１）第１対物レンズ群（１１ａ） ： 焦点距離ｆ１＝１００ｍｍ
２）第２対物レンズ群（１１ｂ） ： 焦点距離ｆ２＝１００ｍｍ
３）接眼レンズ系（１３） ： 焦点距離ｆｅ＝１２．５ｍｍ
４）補助レンズ群（１５） ： 焦点距離ｆ＝−８０ｍｍ
５）ｆ／ｆ１ ： −０．８
６）第１対物レンズ群１１ａと補助レンズ群１５との主点間隔： ２０ｍｍ
７）顕微鏡の倍率 ： ２０倍
８）双眼鏡（望遠鏡）の倍率 ： ６．４倍
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、顕微鏡の対物レンズ系における観察対象物の側に、負の屈折力を有する補助レンズ群を内蔵した補助光学部材を着脱自在に取付可能であり、この補助光学部材に、対物レンズ系に対して補助レンズ群を光軸方向に移動させる望遠焦点調節機構を設けて望遠機能付顕微鏡が構成されており、補助光学部材を対物レンズ系に取り付けた状態で、望遠焦点調節機構による調節により実質的に無限遠方に焦点位置を移動させることができるようになっているので、対物レンズ系の前に補助光学部材を取り付けるだけでこれを望遠鏡として用いることができ、一つの光学装置を顕微鏡および望遠鏡として兼用することができる。しかも、望遠鏡として用いるときの焦点調節機構をこのように着脱される補助光学部材に設けているため、顕微鏡としての構成部分には顕微鏡の機能のみを有すればよいので、顕微鏡単体としては従来の顕微鏡とほとんど同一構成のまま用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る望遠機能付顕微鏡の光学系構成を示す概略図である。
【図２】この望遠機能付顕微鏡の外観を示す斜視図である。
【図３】この望遠機能付顕微鏡において主光学ユニットを回動させ、補助光学ユニットを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図４】この望遠機能付顕微鏡において主光学ユニットを取り外して補助光学ユニットを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る望遠機能付顕微鏡の光学系構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る望遠機能付顕微鏡の光学系構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 主光学ユニット
１１ 対物レンズ系
１２ プリズム
１３ 接眼レンズ系
１５ 補助レンズ群
２２ 標本台
２３ 支持部材

Claims (11)

1. 正の屈折力を有する対物レンズ系と、正の屈折力を有する接眼レンズ系とを有してなる顕微鏡と、
   前記対物レンズ系の観察対象物側に着脱自在に取り付け可能であり、負の屈折力を有する補助レンズ群を有する補助光学部材とを有し、
   この補助光学部材は、前記対物レンズ系に対して前記補助レンズ群を前記補助レンズ群の光軸方向に移動させる望遠焦点調節機構を備えており、
   この望遠焦点調節機構は、前記補助光学部材が前記対物レンズ系に取り付けられた状態で、実質的に無限遠方に焦点位置を移動できるように調節可能であることを特徴とする望遠機能付顕微鏡。
2. 前記望遠焦点調節機構により実質的に無限遠方に焦点位置が合った状態で、前記顕微鏡の観察対象物の位置に前記補助レンズ群単体の像面が位置することを特徴とする請求項１に記載の望遠機能付顕微鏡。
3. 前記対物レンズ系は、観察対象物側から順に、正の屈折力を有する第１および第２対物レンズ群から構成され、前記第１および第２対物レンズ群間の光路は平行光束であり、
   前記補助レンズ群の焦点距離ｆと、前記第１対物レンズ群の焦点距離ｆ１とが、
   −０．９８＜（ｆ／ｆ１）＜−０．２
   となる条件式を満足することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の望遠機能付顕微鏡。
4. 前記対物レンズ系は、正の屈折力を有する一つのレンズ群、もしくはレンズ群間の光路が非平行光束となる正屈折力を有した複数のレンズ群からなり、
   前記補助レンズ群の焦点距離ｆと、前記対物レンズ系を構成するレンズ群のうち最も観察対象物側のレンズ面から前記顕微鏡の観察対象物の位置までの距離ｄとが、
   −０．９８＜（ｆ／ｄ）＜−０．２
   となる条件式を満足することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の望遠機能付顕微鏡。
5. 前記顕微鏡は、一つの光軸を持つ対物レンズ系および一つの光軸を持つ接眼レンズ系から一つの観察用光路のみを形成する単眼式顕微鏡であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。
6. 前記顕微鏡は、左右一対の対物レンズ系および左右一対の接眼レンズ系を有し、前記左右一対の対物レンズ系の焦点が一カ所に重なる構成の実体顕微鏡であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。
7. 前記実体顕微鏡の左右一対の光軸は、前記接眼レンズ系から前記対物レンズ系に向かって互いに近づく方向に内斜していることを特徴とする請求項６に記載の望遠機能付顕微鏡。
8. 前記顕微鏡は、左右一対の接眼レンズ系と、この左右一対の接眼レンズ系のそれぞれの光軸を一カ所に重ねるための対物レンズ群を含む対物レンズ系を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。
9. 前記顕微鏡は、前記対物レンズ系と前記接眼レンズ系とを保持する光学ユニットと、前記観察対象物を載置する載置台と、前記観察対象と前記光学ユニットとの間隔を変更可能に支持する支持手段と、前記光学ユニットと前記支持手段とを相対的に移動させて前記顕微鏡の焦点調節を行う顕微鏡焦点調節機構とを有し、
   前記光学ユニットは、前記支持手段に着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。
10. 前記顕微鏡は、前記対物レンズ系と前記接眼レンズ系とを保持する光学ユニットと、前記観察対象物を載置する載置台と、前記観察対象物と前記光学ユニットとの間隔を変更可能に支持する支持手段と、前記光学ユニットと前記支持手段とを相対的に移動させて前記顕微鏡の焦点調節を行う顕微鏡焦点調節機構とを有し、
    前記載置台の前記対物レンズ系の前記観察対象物側に位置する部分は、着脱自在に構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。
11. 前記顕微鏡は、前記対物レンズ系と前記接眼レンズ系とを保持する光学ユニットと、前記観察対象物を載置する載置台と、前記観察対象物と前記光学ユニットとの間隔を変更可能に支持する支持手段と、前記光学ユニットと前記支持手段とを相対的に移動させて前記顕微鏡の焦点調節を行う顕微鏡焦点調節機構とを有し、
    前記光学ユニットは、前記支持手段に回動自在に取り付けられ、前記対物レンズ系が前記載置台に対向する位置と、前記対物レンズ系の前方に前記載置台が位置しない位置との間で回動可能に構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の望遠機能付顕微鏡。

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