JP3726275B2 - リレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡に関し、特に顕微鏡において一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡装置または顕微鏡を使用した検査装置や測定装置などでは、対物レンズによる一次像からの光がリレー光学系を介して接眼レンズの焦点面やテレビカメラの撮像面などに二次像として再結像するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば顕微鏡等の光学系のリレー系を簡素な構成のもとでズームレンズ化しようとすると、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく一定に保ちながら、リレー光学系の射出瞳と入射瞳との関係をほぼ一定に保つことが困難となる。つまり、一次像と二次像との位置関係を一定に保ちながら像倍率を変更するために、リレー光学系内のあるレンズを光軸方向へ積極的に移動させると、このレンズの移動に伴って光学系の射出瞳の位置が大きく変化する。このため、リレー光学系により形成される二次像を接眼レンズなどを用いて拡大観察する場合、像倍率の変更に伴ってアイポイント位置が変化する。その結果、観察光の一部がケラレ（遮られ）て観察像の劣化を招いたり、像倍率を変更する毎に目の位置をずらさなければならず、像の観察が非常に煩雑になるという不都合があった。
【０００４】
また、リレー光学系とそれにより形成される二次像との間に２つのダイクロイックミラー等を配置することにより各波長毎の３つの二次像を形成し、各二次像の位置にそれぞれ配置された３つの撮像素子を有する３管式ＴＶカメラを用いて画像検出する場合、リレー光学系の射出瞳の変動により上記２つのダイクロイックミラーに入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティが変化すると、上記２つのダイクロイックミラーの波長分別特性が変化して、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生するといった不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、変倍に伴う射出瞳位置の変化を小さく抑えることのできる、簡素な構成のリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系において、
前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β2L かつ β2H＜−１
１＜β'2L かつ β'2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系を提供する。
【０００８】
また、第２発明では、被観察物体からの光を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、
前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とからなり、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β2L かつ β2H＜−１
１＜β'2L かつ β'2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【０００９】
第２発明の好ましい態様によれば、前記観察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を有する。あるいは、前記観察部は、前記二次像を画像検出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示系とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
図１のリレー変倍光学系は、たとえば顕微鏡の対物レンズにより形成された一次像からの光に基づいて接眼レンズの焦点面に二次像を形成するための光学系である。このリレー変倍光学系は、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００１１】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光を集光するための前方レンズ群を構成している。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３は、前方レンズ群Ｇ０からの光を受けて二次像を変倍するための変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔および第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３からの光を集光して二次像を形成するための後方レンズ群を構成している。
【００１２】
なお、図１において破線で示す光線は、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する様子を示している。換言すれば、破線で示す光線は、主光線の結像関係によってリレー変倍光学系の瞳の共役関係を示している。
また、図１において実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する様子を示している。換言すれば、実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの光線の結像関係によってリレー変倍光学系の像の共役関係を示している。
【００１３】
以下、本発明において、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線に対する第２レンズ群Ｇ２の倍率を、「第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率」という。また、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線を、「像共役に関する光線」という。
一方、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線に対する第２レンズ群Ｇ２の倍率を、「第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率」という。また、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線を、「瞳共役に関する光線」という。
【００１４】
上述のように、本発明の変倍レンズ系は、一次像側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを有するズームレンズである。正負正の３群構成のズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率を変化させることにより変倍を行う。したがって、本発明のリレー変倍光学系を設計する上で、変倍に伴う第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率の変化が重要なファクターである。また、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率の変化が、瞳の共役関係の変倍に伴う変化に最も影響を及ぼす。
【００１５】
本発明では、以下の条件式（１）および（２）を満足する。
−１＜β2L かつ β2H＜−１ （１）
１＜β'2L かつ β'2H ＜１ （２）
ここで、
β2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率
β2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率
β'2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率
β'2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。図２において、（ａ）の低倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Lは−１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mは−１であり、（ｃ）の高倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Hは−１よりも小さい。すなわち、条件式（１）を満足することは、第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率が−１に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【００１７】
条件式（１）は、小型で且つ低倍率を含むリレー変倍光学系を実現するための条件を規定している。
条件式（１）において−１＜β2Lの条件を満足しない場合、リレー変倍光学系の倍率が高倍側にシフトしてしまい、低倍化が困難になる。一方、条件式（１）においてβ2H＜−１の条件を満足しない場合、低倍化には有利であるが、変倍レンズ群（第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３）の変倍に伴う移動量が大きくなり、リレー変倍光学系が大型化してしまう。
【００１８】
また、本発明では、β2M＝−１となるズーム配置を高倍端と低倍端との中間に位置させるために、次の条件式（３）を満足する必要がある。
−１．２５＜β2L・Ｚ1/2＜−０．８ （３）
ここで、Ｚ：リレー変倍光学系の変倍比（ズーム比）
【００１９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。図３において、（ａ）の低倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L は１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2M は１であり、（ｃ）の高倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2H は１よりも小さい。すなわち、条件式（２）を満足することは、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が１に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【００２０】
条件式（２）は、変倍における瞳の共役関係の変化を抑えるための条件を規定している。上述したように、瞳の共役関係に最も影響を及ぼすのが第２レンズ群Ｇ２である。したがって、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１の近傍になるように構成すれば、変倍における瞳の共役関係の変化を少なくすることができる。
【００２１】
条件式（２）において１＜β'2L の条件を満足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１よりも小さくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
一方、条件式（２）においてβ'2H ＜１の条件を満足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１よりも大きくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
【００２２】
また、本発明では、低倍端と高倍端とにおいて第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率のバランスをとるために、次の条件式（４）を満足する必要がある。
０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ （４）
条件式（４）を満足することによって、低倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L と高倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2H とのバランスをとって、変倍における瞳の共役関係の変化をさらに小さく抑えることができる。
【００２３】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
図４は、本発明の第１実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図４において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図４中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図４中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００２４】
図４のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００２５】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図４のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、その入射瞳位置は無限遠にある。
【００２６】
次の表（１）に、第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００２７】
【表１】
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１５０
Ｚ＝２
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１
Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１１４
Ｄ５＝１５０
（中倍状態） β＝−１．５
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００
Ｄ４＝１２０．６７
Ｄ５＝１５０
（高倍端） β＝−２
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３
Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６
Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１２７．３４
Ｄ５＝１５０
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９４３
（４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２
【００２８】
表（１）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴＰが、低倍端では∞であり、中倍状態では７２００であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第１実施例では、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第１実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【００２９】
図５は、本発明の第２実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図５において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図５中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図５中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００３０】
図５のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００３１】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図５のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、入射瞳は無限遠にある。
【００３２】
次の表（２）に、第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００３３】
【表２】
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１７５
Ｚ＝３
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．５７１
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．７４
Ｄ２＝ ５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２８．５７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１５６
Ｄ５＝１７５
（中倍状態） β＝−１．７３
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ８３ β'2M ＝ ０．７６１
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝１９００
Ｄ４＝１４９．５７
Ｄ５＝１７５
（高倍端） β＝−３
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．７１
Ｄ１＝ ８３ β'2H ＝ ０．５７６
Ｄ２＝ ２８．３３ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ５．７１ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１５５．５２
Ｄ５＝１７５
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９８９
（４）β'2L ・β'2H ＝１．００２
【００３４】
表（２）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴＰが、低倍端では∞であり、中倍状態では１９００であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第２実施例においても、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第２実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【００３５】
図６は、本発明の第３実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。第３実施例の顕微鏡は、第１実施例のリレー変倍光学系を備えた目視観察型の顕微鏡である。
なお、図６において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図６中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図６中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００３６】
図６の顕微鏡は、被観察物体である標本１を落射照明するための落射照明系ＩＳを備えている。落射照明系ＩＳから射出された照明光は、ハーフミラーＨＭで反射された後、第１対物レンズＧobを介して標本１を落射照明する。第１対物レンズＧobの物体側（標本側）焦点面に位置決めされた標本１からの反射光は、第１対物レンズＧobを介して平行光束となり、第１対物レンズＧobの像側（ハーフミラー側）焦点面に位置決めされた開口絞り２を介して、ハーフミラーＨＭに入射する。ハーフミラーＨＭを透過した光は、第２対物レンズＧｔで集光され、ミラーＭ１で反射された後、標本１の一次像を形成する。
【００３７】
このように、第１対物レンズＧobおよび第２対物レンズＧｔは、被観察物体である標本１からの光を集光してその一次像を形成するための対物光学系を構成している。そして、開口絞り２の位置は、第１対物レンズＧobの射出瞳位置であり、リレー変倍光学系と第２対物レンズとの合成系（Ｇｔ、Ｇ０〜Ｇ４）の入射瞳位置である。
一次像からの光は、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）で集光され、ミラーＭ２で反射された後、標本１の二次像を形成する。二次像からの光は、接眼レンズＧｅを介して平行光束となり、観察者のアイポイントＥＰに達する。こうして、観察者は、接眼レンズＧｅを介して、標本１の二次像を拡大観察することができる。
【００３８】
次の表（３）に、第３実施例の諸元の値を掲げる。表（３）において、Ｆob、ＦｔおよびＦｅは、第１対物レンズＧob、第２対物レンズＧｔおよび接眼レンズＧｅの焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄobは標本１と第１対物レンズＧobの主点位置との軸上間隔を、Ｄotは第１対物レンズＧobの主点位置と第２対物レンズＧｔの主点位置との軸上間隔を、Ｄｔは第２対物レンズＧｔの主点位置と一次像との軸上間隔を、Ｄ６は二次像と接眼レンズＧｅの主点位置との軸上間隔を、Ｄｅは接眼レンズＧｅの主点位置とアイポイントＥＰとの軸上間隔をそれぞれ表している。
【００３９】
なお、第１実施例と同様に、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００４０】
【表３】
Ｆob＝１００
Ｆｔ＝１０
Ｆｅ＝２５
Ｄob＝１０
Ｄot＝１１０
Ｄｔ＝１００
Ｄ６＝２５
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１５０
Ｚ＝２
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１
Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１１４ Ｄｅ＝２５
Ｄ５＝１５０
（中倍状態） β＝−１．５
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００
Ｄ４＝１２０．６７ Ｄｅ＝２４．９
Ｄ５＝１５０
（高倍端） β＝−２
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３
Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６
Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１２７．３４ Ｄｅ＝２５
Ｄ５＝１５０
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９４３
（４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２
【００４１】
表（３）を参照すると、接眼レンズＧｅの主点位置からアイポイントＥＰまでの距離Ｄｅが、低倍端では２５であり、中倍状態では２４．９であり、高倍端では２５となっている。すなわち、第３実施例の顕微鏡では、変倍に際してアイポイントの位置がほとんど変化することがないので、接眼レンズを介した二次像の目視観察がし易くなり、作業効率が向上する。
【００４２】
図７は、第３実施例の第１変形例の構成を概略的に示す図である。
第１変形例は第３実施例と類似の構成を有するが、第１変形例では接眼レンズによる目視観察に加えて画像表示による画像観察が可能である点が第３実施例と相違する。すなわち、第１変形例では、目視観察と画像観察とが可能な顕微鏡に第１実施例のリレー変倍光学系を適用している。図７では、第３実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図６と同じ参照符号を付している。以下、第３実施例との相違に着目して第１変形例を説明する。
【００４３】
図７の第１変形例では、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、ハーフミラーＨＭ２に入射する。ハーフミラーＨＭ２で反射された光は、接眼レンズＧｅの前側焦点面に標本１の二次像を形成する。一方、ハーフミラーＨＭ２を透過した光は、検出器Ｄのような光電変換素子の検出面に標本１の二次像を形成する。二次像を画像検出した検出器Ｄの出力は、ＣＲＴのような画像表示装置３に供給される。こうして、画像表示装置３は、検出器Ｄからの出力信号に基づいて標本１の二次像を画像表示する。
このように、第１変形例では、観察者は、接眼レンズＧｅを介して標本１の二次像を目視観察するとともに、画像表示装置３を介して標本１の二次像を画像観察することができる。
【００４４】
図８は、第３実施例の第２変形例の構成を概略的に示す図である。
第２変形例は第３実施例と類似の構成を有するが、第２変形例では２つのダイクロイックミラーの作用によって３つの色の二次像を形成し、これら３つの色の二次像を合成してカラー画像として表示している点が第３実施例と相違する。すなわち、第２変形例では、３管式ＴＶカメラによる画像観察が可能な顕微鏡に第１実施例のリレー変倍光学系を適用している。図８では、第３実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図６と同じ参照符号を付している。以下、第３実施例との相違に着目して第２変形例を説明する。
【００４５】
図８の第２変形例では、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、第１ダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、たとえばＲ（赤色）の光を反射しその他の光を透過させる特性を有する。したがって、第１ダイクロイックミラーＤＭ１で反射された光は、撮像素子Ｄ１の撮像面に赤色の二次像を形成する。
第１ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光は、第２ダイクロイックミラーＤＭ２に入射する。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、たとえばＢ（青色）の光を反射しＧ（緑色）の光を透過させる特性を有する。したがって、第２ダイクロイックミラーＤＭ２で反射された光は、撮像素子Ｄ３の撮像面に青色の二次像を形成する。一方、第２ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した光は、撮像素子Ｄ２の撮像面に緑色の二次像を形成する。
【００４６】
三色の二次像をそれぞれ光電的に画像検出した三色の撮像素子Ｄ１〜Ｄ３の出力は、ＣＲＴのような画像表示装置３に供給される。こうして、画像表示装置３は、撮像素子Ｄ１〜Ｄ３からの出力信号に基づいて標本１の二次像をカラー画像として表示する。
このように、第２変形例の顕微鏡では、３管式ＴＶカメラにより標本１の二次像をカラーで画像観察することができる。ここで、変倍に際してリレー変倍光学系の射出瞳がほとんど変動しないので、２つのダイクロイックミラーＤＭ１およびＤＭ２に入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティがほとんど変化することがない。したがって、第２変形例の顕微鏡では、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好なカラー画像を得ることができる。
【００４７】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成にもかかわらず、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく、変倍に伴うリレー変倍光学系の射出瞳の位置の変化を比較的小さく抑えることが可能となる。したがって、本発明のリレー変倍光学系を顕微鏡に適用する場合、顕微鏡の光学系を小型化することができる。さらに、例えば接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなり、顕微鏡等を用いた作業の効率を向上させることができる。また、３管式ＴＶカメラ等を用いてリレー変倍光学系により構成される二次像を画像検出する場合、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第２実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。
【図７】第３実施例の第１変形例の構成を概略的に示す図である。
【図８】第３実施例の第２変形例の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
Ｇ０ コリメートレンズ群
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 結像レンズ群
Ｇob 第１対物レンズ
Ｇｔ 第２対物レンズ
Ｇｅ 接眼レンズ
ＥＰ アイポイント
ＩＳ 落射照明系
１ 標本
２ 開口絞り
３ 画像表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明はリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡に関し、特に顕微鏡において一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡装置または顕微鏡を使用した検査装置や測定装置などでは、対物レンズによる一次像からの光がリレー光学系を介して接眼レンズの焦点面やテレビカメラの撮像面などに二次像として再結像するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば顕微鏡等の光学系のリレー系を簡素な構成のもとでズームレンズ化しようとすると、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく一定に保ちながら、リレー光学系の射出瞳と入射瞳との関係をほぼ一定に保つことが困難となる。つまり、一次像と二次像との位置関係を一定に保ちながら像倍率を変更するために、リレー光学系内のあるレンズを光軸方向へ積極的に移動させると、このレンズの移動に伴って光学系の射出瞳の位置が大きく変化する。このため、リレー光学系により形成される二次像を接眼レンズなどを用いて拡大観察する場合、像倍率の変更に伴ってアイポイント位置が変化する。その結果、観察光の一部がケラレ（遮られ）て観察像の劣化を招いたり、像倍率を変更する毎に目の位置をずらさなければならず、像の観察が非常に煩雑になるという不都合があった。
【０００４】
また、リレー光学系とそれにより形成される二次像との間に２つのダイクロイックミラー等を配置することにより各波長毎の３つの二次像を形成し、各二次像の位置にそれぞれ配置された３つの撮像素子を有する３管式ＴＶカメラを用いて画像検出する場合、リレー光学系の射出瞳の変動により上記２つのダイクロイックミラーに入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティが変化すると、上記２つのダイクロイックミラーの波長分別特性が変化して、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生するといった不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、変倍に伴う射出瞳位置の変化を小さく抑えることのできる、簡素な構成のリレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系において、
前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β2L かつ β2H＜−１
１＜β'2L かつ β'2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系を提供する。
【０００８】
また、第２発明では、被観察物体からの光を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、
前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とからなり、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β2L かつ β2H＜−１
１＜β'2L かつ β'2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【０００９】
第２発明の好ましい態様によれば、前記観察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を有する。あるいは、前記観察部は、前記二次像を画像検出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示系とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
図１のリレー変倍光学系は、たとえば顕微鏡の対物レンズにより形成された一次像からの光に基づいて接眼レンズの焦点面に二次像を形成するための光学系である。このリレー変倍光学系は、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００１１】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光を集光するための前方レンズ群を構成している。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３は、前方レンズ群Ｇ０からの光を受けて二次像を変倍するための変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔および第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３からの光を集光して二次像を形成するための後方レンズ群を構成している。
【００１２】
なお、図１において破線で示す光線は、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する様子を示している。換言すれば、破線で示す光線は、主光線の結像関係によってリレー変倍光学系の瞳の共役関係を示している。
また、図１において実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する様子を示している。換言すれば、実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの光線の結像関係によってリレー変倍光学系の像の共役関係を示している。
【００１３】
以下、本発明において、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線に対する第２レンズ群Ｇ２の倍率を、「第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率」という。また、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光線を、「像共役に関する光線」という。
一方、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線に対する第２レンズ群Ｇ２の倍率を、「第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率」という。また、リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の上記主光線を、「瞳共役に関する光線」という。
【００１４】
上述のように、本発明の変倍レンズ系は、一次像側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを有するズームレンズである。正負正の３群構成のズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率を変化させることにより変倍を行う。したがって、本発明のリレー変倍光学系を設計する上で、変倍に伴う第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率の変化が重要なファクターである。また、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率の変化が、瞳の共役関係の変倍に伴う変化に最も影響を及ぼす。
【００１５】
本発明では、以下の条件式（１）および（２）を満足する。
−１＜β2L かつ β2H＜−１ （１）
１＜β'2L かつ β'2H ＜１ （２）
ここで、
β2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率
β2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率
β'2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率
β'2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。図２において、（ａ）の低倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Lは−１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mは−１であり、（ｃ）の高倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Hは−１よりも小さい。すなわち、条件式（１）を満足することは、第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率が−１に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【００１７】
条件式（１）は、小型で且つ低倍率を含むリレー変倍光学系を実現するための条件を規定している。
条件式（１）において−１＜β2Lの条件を満足しない場合、リレー変倍光学系の倍率が高倍側にシフトしてしまい、低倍化が困難になる。一方、条件式（１）においてβ2H＜−１の条件を満足しない場合、低倍化には有利であるが、変倍レンズ群（第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３）の変倍に伴う移動量が大きくなり、リレー変倍光学系が大型化してしまう。
【００１８】
また、本発明では、β2M＝−１となるズーム配置を高倍端と低倍端との中間に位置させるために、次の条件式（３）を満足する必要がある。
−１．２５＜β2L・Ｚ1/2＜−０．８ （３）
ここで、Ｚ：リレー変倍光学系の変倍比（ズーム比）
【００１９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。図３において、（ａ）の低倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L は１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2M は１であり、（ｃ）の高倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2H は１よりも小さい。すなわち、条件式（２）を満足することは、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が１に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。
【００２０】
条件式（２）は、変倍における瞳の共役関係の変化を抑えるための条件を規定している。上述したように、瞳の共役関係に最も影響を及ぼすのが第２レンズ群Ｇ２である。したがって、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１の近傍になるように構成すれば、変倍における瞳の共役関係の変化を少なくすることができる。
【００２１】
条件式（２）において１＜β'2L の条件を満足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１よりも小さくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
一方、条件式（２）においてβ'2H ＜１の条件を満足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が変倍領域の全体に亘って１よりも大きくなるので、変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。
【００２２】
また、本発明では、低倍端と高倍端とにおいて第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率のバランスをとるために、次の条件式（４）を満足する必要がある。
０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ （４）
条件式（４）を満足することによって、低倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L と高倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2H とのバランスをとって、変倍における瞳の共役関係の変化をさらに小さく抑えることができる。
【００２３】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
図４は、本発明の第１実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図４において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図４中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図４中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００２４】
図４のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００２５】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図４のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、その入射瞳位置は無限遠にある。
【００２６】
次の表（１）に、第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００２７】
【表１】
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１５０
Ｚ＝２
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１
Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１１４
Ｄ５＝１５０
（中倍状態） β＝−１．５
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００
Ｄ４＝１２０．６７
Ｄ５＝１５０
（高倍端） β＝−２
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３
Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６
Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１２７．３４
Ｄ５＝１５０
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９４３
（４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２
【００２８】
表（１）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴＰが、低倍端では∞であり、中倍状態では７２００であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第１実施例では、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第１実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【００２９】
図５は、本発明の第２実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図５において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図５中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図５中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００３０】
図５のリレー変倍光学系は、対物レンズなどにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００３１】
ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍された平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図５のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光学系であって、入射瞳は無限遠にある。
【００３２】
次の表（２）に、第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００３３】
【表２】
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１７５
Ｚ＝３
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．５７１
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．７４
Ｄ２＝ ５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２８．５７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１５６
Ｄ５＝１７５
（中倍状態） β＝−１．７３
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ８３ β'2M ＝ ０．７６１
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝１９００
Ｄ４＝１４９．５７
Ｄ５＝１７５
（高倍端） β＝−３
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．７１
Ｄ１＝ ８３ β'2H ＝ ０．５７６
Ｄ２＝ ２８．３３ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ５．７１ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１５５．５２
Ｄ５＝１７５
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９８９
（４）β'2L ・β'2H ＝１．００２
【００３４】
表（２）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴＰが、低倍端では∞であり、中倍状態では１９００であり、高倍端では∞となっている。すなわち、第２実施例においても、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。したがって、第２実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなる。
【００３５】
図６は、本発明の第３実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。第３実施例の顕微鏡は、第１実施例のリレー変倍光学系を備えた目視観察型の顕微鏡である。
なお、図６において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図６中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、図６中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。
【００３６】
図６の顕微鏡は、被観察物体である標本１を落射照明するための落射照明系ＩＳを備えている。落射照明系ＩＳから射出された照明光は、ハーフミラーＨＭで反射された後、第１対物レンズＧobを介して標本１を落射照明する。第１対物レンズＧobの物体側（標本側）焦点面に位置決めされた標本１からの反射光は、第１対物レンズＧobを介して平行光束となり、第１対物レンズＧobの像側（ハーフミラー側）焦点面に位置決めされた開口絞り２を介して、ハーフミラーＨＭに入射する。ハーフミラーＨＭを透過した光は、第２対物レンズＧｔで集光され、ミラーＭ１で反射された後、標本１の一次像を形成する。
【００３７】
このように、第１対物レンズＧobおよび第２対物レンズＧｔは、被観察物体である標本１からの光を集光してその一次像を形成するための対物光学系を構成している。そして、開口絞り２の位置は、第１対物レンズＧobの射出瞳位置であり、リレー変倍光学系と第２対物レンズとの合成系（Ｇｔ、Ｇ０〜Ｇ４）の入射瞳位置である。
一次像からの光は、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）で集光され、ミラーＭ２で反射された後、標本１の二次像を形成する。二次像からの光は、接眼レンズＧｅを介して平行光束となり、観察者のアイポイントＥＰに達する。こうして、観察者は、接眼レンズＧｅを介して、標本１の二次像を拡大観察することができる。
【００３８】
次の表（３）に、第３実施例の諸元の値を掲げる。表（３）において、Ｆob、ＦｔおよびＦｅは、第１対物レンズＧob、第２対物レンズＧｔおよび接眼レンズＧｅの焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄobは標本１と第１対物レンズＧobの主点位置との軸上間隔を、Ｄotは第１対物レンズＧobの主点位置と第２対物レンズＧｔの主点位置との軸上間隔を、Ｄｔは第２対物レンズＧｔの主点位置と一次像との軸上間隔を、Ｄ６は二次像と接眼レンズＧｅの主点位置との軸上間隔を、Ｄｅは接眼レンズＧｅの主点位置とアイポイントＥＰとの軸上間隔をそれぞれ表している。
【００３９】
なお、第１実施例と同様に、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）をそれぞれ表している。
【００４０】
【表３】
Ｆob＝１００
Ｆｔ＝１０
Ｆｅ＝２５
Ｄob＝１０
Ｄot＝１１０
Ｄｔ＝１００
Ｄ６＝２５
Ｆ０＝１００
Ｆ１＝ ６０
Ｆ２＝−２０
Ｆ３＝ ６０
Ｆ４＝１５０
Ｚ＝２
（低倍端） β＝−１
Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７
Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１
Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１１４ Ｄｅ＝２５
Ｄ５＝１５０
（中倍状態） β＝−１．５
Ｄ０＝１００ β2M ＝−１
Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５
Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００
Ｄ４＝１２０．６７ Ｄｅ＝２４．９
Ｄ５＝１５０
（高倍端） β＝−２
Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３
Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６
Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞
Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞
Ｄ４＝１２７．３４ Ｄｅ＝２５
Ｄ５＝１５０
（条件対応値）
（３）β2L・Ｚ1/2 ＝−０．９４３
（４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２
【００４１】
表（３）を参照すると、接眼レンズＧｅの主点位置からアイポイントＥＰまでの距離Ｄｅが、低倍端では２５であり、中倍状態では２４．９であり、高倍端では２５となっている。すなわち、第３実施例の顕微鏡では、変倍に際してアイポイントの位置がほとんど変化することがないので、接眼レンズを介した二次像の目視観察がし易くなり、作業効率が向上する。
【００４２】
図７は、第３実施例の第１変形例の構成を概略的に示す図である。
第１変形例は第３実施例と類似の構成を有するが、第１変形例では接眼レンズによる目視観察に加えて画像表示による画像観察が可能である点が第３実施例と相違する。すなわち、第１変形例では、目視観察と画像観察とが可能な顕微鏡に第１実施例のリレー変倍光学系を適用している。図７では、第３実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図６と同じ参照符号を付している。以下、第３実施例との相違に着目して第１変形例を説明する。
【００４３】
図７の第１変形例では、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、ハーフミラーＨＭ２に入射する。ハーフミラーＨＭ２で反射された光は、接眼レンズＧｅの前側焦点面に標本１の二次像を形成する。一方、ハーフミラーＨＭ２を透過した光は、検出器Ｄのような光電変換素子の検出面に標本１の二次像を形成する。二次像を画像検出した検出器Ｄの出力は、ＣＲＴのような画像表示装置３に供給される。こうして、画像表示装置３は、検出器Ｄからの出力信号に基づいて標本１の二次像を画像表示する。
このように、第１変形例では、観察者は、接眼レンズＧｅを介して標本１の二次像を目視観察するとともに、画像表示装置３を介して標本１の二次像を画像観察することができる。
【００４４】
図８は、第３実施例の第２変形例の構成を概略的に示す図である。
第２変形例は第３実施例と類似の構成を有するが、第２変形例では２つのダイクロイックミラーの作用によって３つの色の二次像を形成し、これら３つの色の二次像を合成してカラー画像として表示している点が第３実施例と相違する。すなわち、第２変形例では、３管式ＴＶカメラによる画像観察が可能な顕微鏡に第１実施例のリレー変倍光学系を適用している。図８では、第３実施例の構成要素と同じ機能を有する要素に図６と同じ参照符号を付している。以下、第３実施例との相違に着目して第２変形例を説明する。
【００４５】
図８の第２変形例では、リレー変倍光学系（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、第１ダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、たとえばＲ（赤色）の光を反射しその他の光を透過させる特性を有する。したがって、第１ダイクロイックミラーＤＭ１で反射された光は、撮像素子Ｄ１の撮像面に赤色の二次像を形成する。
第１ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光は、第２ダイクロイックミラーＤＭ２に入射する。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、たとえばＢ（青色）の光を反射しＧ（緑色）の光を透過させる特性を有する。したがって、第２ダイクロイックミラーＤＭ２で反射された光は、撮像素子Ｄ３の撮像面に青色の二次像を形成する。一方、第２ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した光は、撮像素子Ｄ２の撮像面に緑色の二次像を形成する。
【００４６】
三色の二次像をそれぞれ光電的に画像検出した三色の撮像素子Ｄ１〜Ｄ３の出力は、ＣＲＴのような画像表示装置３に供給される。こうして、画像表示装置３は、撮像素子Ｄ１〜Ｄ３からの出力信号に基づいて標本１の二次像をカラー画像として表示する。
このように、第２変形例の顕微鏡では、３管式ＴＶカメラにより標本１の二次像をカラーで画像観察することができる。ここで、変倍に際してリレー変倍光学系の射出瞳がほとんど変動しないので、２つのダイクロイックミラーＤＭ１およびＤＭ２に入射する主光線の傾きまたはテレセントリシティがほとんど変化することがない。したがって、第２変形例の顕微鏡では、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好なカラー画像を得ることができる。
【００４７】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成にもかかわらず、一次像と二次像との位置関係を崩すことなく、変倍に伴うリレー変倍光学系の射出瞳の位置の変化を比較的小さく抑えることが可能となる。したがって、本発明のリレー変倍光学系を顕微鏡に適用する場合、顕微鏡の光学系を小型化することができる。さらに、例えば接眼光学系を介して二次像を目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができるため、二次像の観察がし易くなり、顕微鏡等を用いた作業の効率を向上させることができる。また、３管式ＴＶカメラ等を用いてリレー変倍光学系により構成される二次像を画像検出する場合、光電的に画像検出される像の周辺部で色むらが発生することなく良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光線を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光線を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第２実施例にかかるリレー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施例にかかる顕微鏡の構成を概略的に示す図である。
【図７】第３実施例の第１変形例の構成を概略的に示す図である。
【図８】第３実施例の第２変形例の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
Ｇ０ コリメートレンズ群
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 結像レンズ群
Ｇob 第１対物レンズ
Ｇｔ 第２対物レンズ
Ｇｅ 接眼レンズ
ＥＰ アイポイント
ＩＳ 落射照明系
１ 標本
２ 開口絞り
３ 画像表示装置
Claims (4)
- 一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変倍光学系において、
前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β2L かつ β2H＜−１
１＜β'2L かつ β'2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系。 - 被観察物体からの光を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、
前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するための後方レンズ群とからなり、
前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ 2H とし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ 2L とし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ '2H とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ '2L とし、前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
−１＜β 2L かつ β 2H ＜−１
１＜β '2L かつ β '2H ＜１
−１．２５＜β 2L ・Ｚ 1/2 ＜−０．８
０．８＜β '2L ・β '2H ＜１．２５
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡。 - 前記観察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を有することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
- 前記観察部は、前記二次像を画像検出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示系とを有することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
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