JP4197915B2 - 実体顕微鏡用撮影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、観察物体を観察しながら加工したり、治療を施したりする実体顕微鏡装置に用いて好適な撮影装置、及びその撮影装置を備えた実体顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡で観察する場合には、観察物体を単に観察するだけではなく、その観察像を撮影する必要のある場合があり、特に、半導体などを生産する場合や、手術によって患部を治療する場合などは、その必要性が大きい。そして、その場合には、立体観察の行える実体顕微鏡装置を使用することが多い。また、その実体顕微鏡装置に取り付ける撮影装置は、静止画と動画の２種類で記録できることが望まれているため、少なくとも２つの撮像装置（カメラ）を取り付け可能であることが要求される。そのうち、静止画は高解像でダイナミックレンジの広い高品質の画像記録が望まれるため、フィルムや、大型で画素数の多いＣＣＤが用いられ、動画は、静止画に対するような要求がそれほど高くないため、撮像装置（カメラ）自体は小型のものが使用される。
【０００３】
ところで、そのような実体顕微鏡は、物体からの光束をアフォーカル光束にする対物レンズと、その対物レンズからの光束を変倍するアフォーカルズーム系と、そのアフォーカルズーム系から出射した光束を観察系と撮影系に分割する光分割光学系と、その光分割光学系で分割した観察系側の光束を複数の視差のある像に結像して接眼レンズで拡大して観察する鏡筒光学系などで構成されているのが普通であるが、以下においては、それらの光学系又はそれらに類する光学系を一つのブロックとして構成したものを、単に実体顕微鏡といい、その実体顕微鏡が撮影装置と共に架台に取り付けられたものを実体顕微鏡装置ということにする。
【０００４】
このような生産用や治療用に用いられる実体顕微鏡装置は、観察物体に近い部分はできるだけ小さく構成するのが好ましく、かつ、実体顕微鏡は、架台に対して自由に動かせることが望まれるが、そのためには、実体顕微鏡と撮影装置とは、架台上において離して配置する必要がある。また、実体顕微鏡は、極力軽くして動かしやすくする必要があるし、撮影装置は、架台上のあまり動かない部分に設置することが必要になる。さらに、実体顕微鏡と撮影装置とを離して配置すためには、撮影装置用の光学系の光路を長くする必要があるし、反射部材などを用いて、複数の撮像装置の取付位置に対応できるようにする必要があるが、そのようにしているな光学系は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８４２６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の光学系は、２つの撮像装置用光学系に共通な光路内に中間結像面を設けているので、２つの撮像面積の差がさらに大きくなると、中間結像面からの倍率の差が大きくなって光学系に無理がかかり、光学性能の劣化やレンズ枚数の増加につながることになる。また、中間結像面には、２種類の撮像装置（実際には撮像素子）のいずれにも適するようにバランスした中間結像をさせるため、中間結像倍率が制限され、各撮像装置への倍率も自由度が少なくなる。そのため、光分割後の撮像装置までの距離に制限を受け、撮像装置の配置に自由度がなくなり、観察者が好適に観察及び作業が行えるように、撮像装置を離れた位置へ配置するのが難しくなってしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、観察者が顕微鏡で観察しながら行う作業や顕微鏡の操作の妨げにならず、かつ操作性に優れ良好な像が得られるようにした、実体顕微鏡装置に用いて好適な撮影装置、及びその撮影装置を備えた実体顕微鏡装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の実体顕微鏡用撮影装置は、観察者が視差のある画像を観察して立体観察をする実体顕微鏡の光束から分割した光束を、複数の撮像装置の撮像面に結像させる実体顕微鏡用撮影装置において、実体顕微鏡から各々の撮像面までの間に光束を複数に光分割する撮影系光分割手段を備えていると共に、その撮影系光分割手段の撮像面側の光路中に各々中間結像面を有していて、それらの中間結像面の像を各々の撮像面にリレーするように構成する。
【０００９】
従来の実体顕微鏡用撮影装置の光学系は、結像後に光分割をしているため、焦点距離を変えて距離を調節する場合は、中間結像面から撮像面までの光学系の倍率を維持したままで行うことになる。そのため、焦点距離が長い場合には、レンズ径の大きなものを使用しなければならず、光学系が大型化してしまうことになる。それに対して、本発明の場合には、光分割後に結像させるので、その中間結像面から撮像面までの距離をあまり変化させずに中間結像位置を変えることができ、中間結像面以後のレンズ径をあまり変えなくて済むようになる。また、光分割から中間結像面までの距離をとり、その間に反射部材を入れることで、撮像素子を含む撮像装置の位置や像の向きも調整しやすくなる。
【００１０】
なお、本発明の光分割手段としては、ビームスプリッタ，ハーフミラー，クイックリターンミラーなどがある。また、撮像素子としては、３５mmフィルム，ＡＰＳフィルム，デジタルカメラ用の大型のＣＣＤ，ＴＶカメラ用の小型のＣＣＤなど、最近ではその種類が増えてきている。そして、これらの撮像素子の像の最大は、最小のものの９倍以上になっている。そのため、中間結像面からの倍率で焦点距離を調整しようとすると、レンズの枚数の増加などによって高価になりやすい。
【００１１】
これを避けるためには、分割後の中間結像倍率を変えて、レンズ枚数がそれほど変わらないようにするとよいが、その条件は、中間結像面から撮像面への倍率をアダプター結像倍率βとしたとき、それぞれの撮影光路で下記（１）式を満たすようにするのがよい。
−０．４５≧β≧−４ …… （１）
この場合、アダプター結像倍率βが上記の上限を超えると、分割したそれぞれの光路で撮像素子の小さい方の光学系のレンズ枚数が増え、下限を超えると、撮像面積の大きな方の光学系のレンズ枚数が増えることになる。
【００１２】
一般に、静止画撮影用の撮像装置は、面積の大きな撮像素子を用い、動画撮影用の撮像装置は、小さな光学系を用いるので、この２種類で分割すると上記条件を満たしやすい。特に、結像回数の多いリレー系と組み合せるときは、下記の（２）式の条件を満たすとリレー系の像の劣化をもカバーしやすくなる。
−０．５５≧β≧−３ …… （２）
この場合、アダプター結像倍率βが、上限を上回ると分割したそれぞれの光路で撮像素子の小さい光学系の高画質化が難しく、下限を下回ると、撮像面積の大きな光学系の高画質化が難しくなる。特にリレー系のレンズ枚数を減らして構成を簡単にし、中間結像面から撮像面までの光学系で像を改善する場合に有効である。
【００１３】
また、撮像装置として、３板光学系など色分解プリズムを使った光学系を有するTVカメラを使用する場合、色の角度特性の影響がでないようにするために、テレセントリック光学系（射出瞳がほぼ無限遠）を用いるのが普通であるが、それには、中間結像面から撮像面の間に瞳リレーレンズ群と結像レンズ群を設け、結像レンズ群の射出瞳が無限遠になるようにするとよい。しかも、その場合、結像レンズ群として、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有するガウスタイプのレンズ系を用いると、球面収差や非点収差が補正しやすくなる。また、リレー系により色収差も２次スペクトルが増大して目立つので、特に、上記の強い凹面を持った負レンズに接合するか隣接して配置される凸レンズには、異常分散ガラスを用いると、２次スペクトルが補正しやすくなる。ここで隣接とは、接合せずに僅かな空気間隔をあけたもので、空気レンズの効果をねらったものである。
【００１４】
ところで、実体顕微鏡装置は、実体顕微鏡を、観察物体に対して鏡体を傾けるようにして動かす（ティルト）ことができるようにすると、観察物体の観察位置を変えて観察するための操作が極めて容易になる。しかしながら、その場合、実体顕微鏡を撮影装置と一緒に動かそうとすると、重量が大きくなって操作性が極めて悪くなる。そのため、動かす部分の軽量化と小型化を図るためには、実体顕微鏡だけをティルトさせるようにすればよいことになるが、そのようにすると、その動きに対応して撮像装置の像が回転してしまうという問題が発生する。
【００１５】
このような問題点を解決するには、その像の回転を補正するために、イメージローテータを使い、動かす部分を軽くするのが得策である。特に、撮影部において２つの撮影系に光束を分割される前にアフォーカルの光束を作り、そのアフォーカル光束部にイメージローテータを配置し、実体顕微鏡をθ回転させたとき、それに連動してイメージローテータを同方向にθ／２回転させるようにすると、撮影系で像が回転しないので、実体顕微鏡をティルトしても問題が生じない。また、イメージローテータ部の光束をアフォーカルにすることで、屈折を使ったイメージローテータが使えるため、選択肢が増えるほか、光軸の垂直方向に移動させても像心が動かず調整もしやすい。また、実体顕微鏡のティルト操作を軽くするためには、実体顕微鏡の回転軸に対するモーメントを小さくするのがよく、そのためには、回転軸の延長線上に実体顕微鏡の重心があるようにすればよい。
【００１６】
また、イメージローテータは、回転部の強度を強くするために、できるだけ小さいことが好ましい。そのため、イメージローテータ内に、実体顕微鏡の瞳の共役位置があるようにすればよいが、そのためには、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ付近にリレーするために、1回結像のリレー光学系をイメージローテータの物体側に配置するのがよい。そして、特に、実体顕微鏡のアフォーカルズーム系がズーム部と１回結像リレー部からなっている場合は、その１回結像リレー部の一部を、前記の瞳をイメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系と共用させることができ、それによって、光束の引き回しが減らせて小型化ができ、レンズやプリズムの数を減らすことも可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、四つの実施例によって説明するが、添付図面中、図１〜図１１は第１実施例を説明するためのものであり、図１２〜２１は第２実施例を説明するためのものである。また、図２２〜図２４は第３実施例を説明するためのものであり、図２５及び図２６は第４実施例を説明するためのものである。
【００１８】
［第１実施例］
図１を用いて第１実施例の全体構成を説明する。本実施例は、撮影装置を備えた実体顕微鏡装置として構成されており、立体観察しながら観察物体を加工する工業用顕微鏡や、患部を拡大して手術を施す手術用顕微鏡として使用するのに好適な構成となっている。先ず、鏡体１は、アーム２に取り付けられており、そのアーム２は、図示していない架台に取り付けられている。また、鏡体１は、アーム２に対して回転可能となっていて、観察物体に対して観察方向を自由に変えられるようになっている。
【００１９】
鏡体１には、対物レンズ３，アフォーカルズーム光学系４，光分割光学系５，鏡筒光学系６が収容されている。このうち、対物レンズ３は、観察物体からの光束をアフォーカル光束にする光学系である。また、アフォーカルズーム光学系４は、対物レンズ３からの光束を変倍し、アフォーカル光束で射出する光学系であるが、ズームを必要としない場合であって、固定のアフォーカル変倍光学系（切り替えを含む）や倍率の適切なものが得られる場合には、なくすことが可能である。
【００２０】
光分割光学系５は、撮影装置や測定装置など顕微鏡の光束を使う場合に設けられるが、本実施例の場合は、鏡体１とアーム２との接続部に配置したイメージローテータ７を介して、後述の二つの撮像装置まで導かれるようになっている。また、鏡筒６は、アフォーカル光束を結像させる結像レンズと、像を正立化する正立光学系と、結像した像を目で観察するための接眼レンズを有するが、それらの光学系は周知であるため、図１では図示を省略している。また、最近は、この鏡筒６に撮像素子を設置し、その像を小型モニターに表示して観察するものや、光電子増倍管（イメージインテンシファイアー）を使って低照度での観察を可能にしたものなどがあるが、本発明は、そのように構成することを妨げるものではない。
【００２１】
ところで、既に説明したように、実体顕微鏡で観察物体を観察しながら行う作業状態が、その場で周りの人にもわかるようにするために、それを動画（テレビ画像）としてモニターに表示したり、それとは別に細かい部分までわかるようにするため、静止画像として記録できるようにしたいという要求が多い。そのため、本実施例の場合には、架台に取り付けられているアーム２が、それに必要な光学系を収容し、かつ複数の撮像装置を取り付け可能にしている。なお、上記のイメージローテータ７は、鏡体１とアーム２の接続部に配置されているが、その機能上から明確なように、実際には撮影光学系の構成部品である。
【００２２】
本実施例の場合には、動画と静止画での撮影を可能にするために、アーム２の内部に、光分割素子１０（ビームスプリッタやクイックリターンミラーなど）が配置されている。しかしながら、動画と静止画とでは撮像面積が異なるため、同じ範囲を撮影するにはかなり倍率が異なる。また、動画の場合には、ハイビジョンカメラと普通のテレビカメラでは、撮像範囲（画枠サイズ：アスペクト比）が異なるし、静止画の場合には、３５ｍｍフィルムカメラ，ＡＰＳフィルムカメラ，デジタルスチルカメラでは、やはり撮像範囲が異なっている。
【００２３】
そのため、動画と静止画とでは、それぞれ適切な倍率で結像させ、かつ、アダプターレンズを用いて、取り付ける撮像装置にあわせて、倍率を変更するようにすることが好ましい。そこで、本実施例においては、光分割素子５を反射したアフォーカル光束を、静止画側はレンズ群９とレンズ群１１により、動画側はレンズ群９とレンズ群１８によって、各々適切な倍率で結像させるようにしている。このように、レンズ群９を共通にすると鏡体１に近い部分を細くできるので全体の軽量化に貢献することができる。また、静止画と動画で倍率の差が小さい場合には、レンズ群１１かレンズ群１８の一方を省略することが可能な場合もある。
【００２４】
静止画系は、本実施例では、光分割素子１０の透過側に設置しているが、透過側にすると、観察物体への作業が不自由になる場合は、反射側に設置することになる。静止画系では、レンズ群９とレンズ群１１により、静止画中間結像点１３に結像する。そして、この中間結像点１３の像を、静止画アダプター１４により、静止画撮像装置１５の撮像面に結像させる。この場合、静止画アダプター１４は、静止画結像点１３の近くに配置した静止画瞳リレーレンズ１６と静止画アダプター結像レンズ１７で構成するとレンズ枚数を少なくすることができる。
【００２５】
同様に、動画系は、レンズ群９とレンズ群１８により動画中間結像点２０に倍率を合わせて結像させる。この結像した光束を動画アダプター２３で小さくして収差を補正しやすくするために、動画瞳リレーレンズ２１を動画中間結像点２０の近くに設置する。動画アダプター２３は、この光束を動画撮像装置２５の撮像面に所定の倍率で結像させるために、動画アダプター結像レンズ２４を有している。動画系では、光束の入射角により特性が変わりシェーディングなどの影響がでやすい。特に、３板光学系など色分解プリズムを使った光学系の場合には、テレセントリック光学系を使用するか、少なくとも主光線と撮像素子の法線のなす角度を２°以内にする必要がある。
【００２６】
本実施例では、静止画アダプター１４に瞳リレーレンズを内蔵したが、動画アダプター２３には瞳リレーレンズを内臓しなかった。これは、中間結像点がアダプターに近い場合に内臓し、離れていた場合に内蔵しなかっただけで、場合によっては逆にしなければならないこともある。また、瞳位置の変更の必要がない場合には、いずれのアダプターにも瞳リレーレンズを設けないことがある。なお、イメージローテータ７、反射部材８，１２，１９，２２、光分割素子５，１０の反射や結像によって像が回転するので、反射部材の反射の方向を調整して、観察者の観察している像の上下方向と撮影した像の上下方向を合わせるようにするのが好ましい。その点、本実施例の場合には、光分割素子１０の撮像面側に反射部材が配置されているので、静止画と動画のそれぞれの撮像装置の形態を考慮して、それらの反射部材の配置と像の向きを変えることが可能である。また、それらの反射部材の配置次第で、アーム２を小型化したり作業に影響を与えない形状にすることも可能になる。
【００２７】
また、一般的には、顕微鏡本体から光分割をする撮影装置や他の観察者用の観察装置の光学系は、比較的大きくて重いため、それらをアームの先端に取り付けられている顕微鏡本体に取り付けると、アームの先端部が重くなって安定性が悪くなる。そのため、安定性を得るためには架台の重量を増やす必要があり、顕微鏡装置全体が大型化してしまうという問題がある。そこで、それを防ぐために、上記の撮影装置などの光学系をアームの中に入れてしまうという方法が考案されていて、本実施例もその方法を採用している。このように、アーム２内に、テレビカメラ，銀塩フィルム使用のスチルカメラ，デジタルスチルカメラなどの撮像装置１５，２５用の光学系を内蔵すると、アーム２の先端部がそれだけ小型・軽量になり、顕微鏡装置全体の大型化を避けることができるほか、観察者が観察物体を直接見る場合、見やすくすることも可能になる。
【００２８】
さらに、顕微鏡で観察する場合、観察者は、観察物体に対する観察方向を変えて観察することがある。特に、図２に示した矢印方向へ回転可能とするのが好ましい。そのためには、鏡体１とアーム２の接続部を回転軸にし、アーム２に対して鏡体１を回転させ得るようにすればよい。しかしながら、撮像装置１５，２５はアーム２に取り付けられているため、鏡体１を単純に回転させると、図３に示すように、その回転方向に対応して像も回転し、観察者が観察している像（実線「Ａ」）の上下方向と撮影した像（破線「Ａ」，二点鎖線「Ａ」）の上下方向が一致しなくなる。そこで、本実施例では、この像の回転を補正するために、鏡体１の回転θに対して、θ／２の回転をするイメージローテータ７を配置している。これにより、撮影する像の回転が起きないほか、アーム２の先端部の軽量化も可能になる。また、このとき、イメージローテータ７の回転軸のほぼ延長上に実体顕微鏡（鏡体１と鏡筒６）の重心があるようにすると、アーム２に対して鏡体１を小さい力で回転させることが可能になる。
【００２９】
上記のような本実施例の全体構成において、１７６ｍｍの結像レンズと視野数１７．６対応の接眼レンズを備えた鏡筒６で観察している像を、撮影系の対角に投影する光学系の一例を、以下に示す。なお、各々のレンズデータ表において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を示しており、このことは、他の実施例の場合も同じである。
【００３０】
先ず、静止画光学系（レンズ群９から反射部材１２まで）のレンズデータを表１に示す。なお、この表１においては、１〜３面がレンズ群９、４〜５面が光分割素子１０、６〜７面がレンズ群１１、８〜９面が反射部材１２である。また、９面から静止画中間結像点１３までの距離は、１１．５ｍｍである。
【００３１】
【００３２】
このような静止画光学系に、レンズ交換式の３５ｍｍスチルカメラ（３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラ）を取り付ける場合は、２．４１倍に像を拡大する必要がある。そこで、その場合において、静止画アダプター１４に設けられている光学系のレンズデータを表２に示す。なお、この表２においては、２〜３面が静止画瞳リレーレンズ群１６で、４〜１０面が静止画アダプター結像レンズ１７である。
【００３３】
【００３４】
また、この光学系の断面図を図４に示し、レンズ群９から上記レンズまでの収差図を図５に示す。なお、 収差図は、左から球面収差、非点収差、歪曲収差を示しているが、このことは、他の実施例の場合も含めて以後に示す収差図も同じである。
【００３５】
静止画撮像装置１５として、デジタルスチルカメラを使用することがある。そして、そのデジタルスチルカメラがレンズ交換式である場合は、撮影面積が違うだけであるから、上記の３５ｍｍスチルカメラの場合と同様の設計で対応することができる。しかし、レンズ交換式でないデジタルスチルカメラを使いたいこともある。そのときには、そのデジタルスチルカメラが、マクロ機能を使い中間結像面を直接撮影して適切な倍率を得られる機種であれば、使用することが可能である。そして、その場合には、静止画アダプター１４に設けられている静止画瞳リレーレンズ１６と静止画アダプター結像レンズ１７の両方が不要な場合と、静止画アダプター結像レンズ１７だけが不要な場合とがあるが、いずれの場合にも、デジタルスチルカメラのレンズが、静止画アダプター結像レンズ１７の役目をすることになる。
【００３６】
他方、デジタルスチルカメラのレンズだけでは、マクロ機能での拡大が十分でないか、瞳位置が適切でないためにケラレが発生するような場合には、静止画瞳リレーレンズ１６だけを付けた静止画アダプター１４にデジタルスチルカメラを取り付けることになる。この場合には、静止画瞳リレーレンズ１６によってアフォーカル光束にし、デジタルスチルカメラのレンズのフォーカス位置を無限遠とする。このように設定すると、ほとんどの高画質のデジタルスチルカメラに対応することが可能になる。そこで、その場合における静止画瞳リレーレンズ１６のレンズデータの一例を表３に示す。
【００３７】
【００３８】
この場合における静止画瞳リレーレンズ１６の断面図を図６に示し、レンズ群９から静止画瞳リレーレンズ１６までの光学系の収差図を図７に示す。なお、こ図７に示された歪曲収差図をみると、約１０％と大きくなっているが、この画像はデジタルデータで得られるので、画像処理によって簡単に補正することができる。また、そのようにできることから、レンズ枚数を削減することも可能であって、周辺光量不足が生じても、デジタル画像処理によって充分に改善することができる。
【００３９】
また、図６に示した静止画瞳リレーレンズ１６は、デジタルスチルカメラのレンズの焦点距離が、３５ｍｍスチルカメラ換算で１００ｍｍ程度のとき、撮影範囲が対角になるようにしている。デジタルスチルカメラのレンズの焦点距離は、このくらいの画角でレンズを小さくすることができ、枚数も比較的少なくすることができる。１／２インチのＣＣＤを用いたデジタルスチルカメラの場合には、３５ｍｍスチルカメラ換算１００ｍｍのレンズでのアダプター結像倍率は、０．５６倍程度になる。そのため、高画質を得るためには、デジタルスチルカメラのレンズの他に、多くのレンズが必要になる。
【００４０】
次に、動画の撮影系としては、光分割素子１０の反射側にあって動画中間結像点２０に像を結像させるレンズ群（低倍変倍レンズ）１８と、動画アダプター結像レンズ２４の光束を小さくするための動画瞳リレーレンズ２１がある。また、動画撮像装置２５が好適な位置に取り付けられるようにするために、反射部材１９，２２が配置されている。そこで、この動画光学系（光分割素子１０から反射部材２２まで）のレンズデータの一例を表４に示す。なお、この表４においては、１〜２面が光分割素子１０、３〜４面がレンズ群１８、５面が反射部材８、６面が中間結像点（中間結像面）、７〜８面が動画瞳リレーレンズ２１、９面が反射部材２２である。そして、この光学系においては、静止画中間結像倍率と動画結像倍率の差をつけることにより中間結像点から最終結像点までの光学系の光学性能の劣化を小さくしている。
【００４１】
【００４２】
動画アダプター結像レンズ２４は、動画アダプター２３の中に設置されているが、この動画アダプター２３を交換することによって撮像サイズの異なる複数の動画撮像装置２５に対応できるようになっている。そこで、以下においては、１／４インチのＣＣＤに対応した動画アダプター結像レンズ２４のデータの一例を表５に示すと共に、その動画アダプター結像レンズの断面図を図８に示し、レンズ群９からその動画アダプター結像レンズまでの光学系の収差図を図９に示す。また、１／３インチのＣＣＤに対応した動画アダプター結像レンズ２４のデータの一例を表６に示すと共に、その動画アダプター結像レンズの断面図を図１０に示し、レンズ群９からその動画アダプター結像レンズまでの光学系の収差図を図１１に示す。
【００４３】
【００４４】
【００４５】
図８と図１０から分かるように、これらの二つの動画アダプター結像レンズには、ガウスタイプのレンズ系を採用した。この光学系により、非点収差の補正とテレセントリックにすることが容易になる。しかも、このテレセントリック化により、３板式の動画撮像装置にも対応できるようになる。ガウスタイプが有効に使える範囲は、アダプター結像倍率βが、下記の（３）式の範囲である。
−０．５５≧β≧−１．３ … （３）
この範囲の上限を上回ると、非点収差が大きくなり、周辺像が劣化する。また下限を越えてテレセントリックにすると、バックフォーカスが長くなって、動画撮像装置２５を動画アダプター結合レンズ２４より、かなり離して配置しなければならないため、アーム２からの突出量が大きくなって、バランスの点で好ましくないものとなってしまう。
【００４６】
［第２実施例］
第１実施例では、実体顕微鏡の瞳とイメージローテータが離れているため、光束が広がり、イメージローテータを大きくせざるを得ないという問題がある。ところが、上記したように、イメージローテータは、鏡体とアームとの接続部に設けられた回転機構の中に配置されるので、イメージローテータが大きくなるとその回転機構も大きくなり、装置全体の大型化につながってしまう。そのため、第２実施例においては、この点を改善するために、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータにリレーするために、瞳リレー光学系をイメージローテータの物体側に配置するようにした。
【００４７】
そこで、本実施例の構成を、図１２及び図１３を用いて説明する。なお、図１２は本実施例の正面図であり、図１３は図１２の上面図である。第１実施例における実体顕微鏡は、鏡体１と鏡筒６で構成されていたが、本実施例では、鏡体２６と、光分割部２７と、鏡筒２８とで構成されている。そして、鏡体２６には、第１実施例における対物レンズやアフォーカルズーム光学系が配置されている。また、鏡筒２８には、第１実施例と同様に、アフォーカル光束を結像させる結像レンズや正立光学系や接眼レンズが配置されている。そして、本実施例の実体顕微鏡は、光分割部２７でアーム２９に接続されている。なお、本実施例において、鏡体２６と光分割部２７とが分離可能であり、また、光分割部２７と鏡筒２８が分離可能になっている。このようにすると、生産上でもメンテナンス上でも都合がよいし、例えば、異なる構成の鏡体との交換も可能になる。このことは、第３実施例の場合も同じである。
【００４８】
鏡体２６とアーム２９との接続部には、イメージローテータ３６が配置されており、第１実施例の場合と同様に、鏡体２６のθ回転に対してイメージローテータ３６がθ／２回転するようになっている。なお、図示を省略してあるが、アーム２９には、第１実施例のアーム２に収容された光学系と全く同じ光学系が収容されている。また、アーム２９に取り付けられる２種類のアダプター光学系も同じである。従って、以下の説明においては、それらの光学系には、第１実施例の符号をそのまま採用する。
【００４９】
次に、光分割部２７に収容されている光分割光学系を説明する。光分割素子３０と光合成素子３１とは、観察物体からの光束を左右に分割している。アーム２９に光束を導くのは、アーム２９から離れている左側に配置された光分割素子３０である。この左側光路では、実体顕微鏡の瞳をアフォーカルリレー系３３でイメージローテータ３６付近にリレーする。そのため、アフォーカルリレー系３３は、内部で結像させている。しかも、リレー距離が長い方が光学性能を向上しやすいので、結像を１回にし、リレー系結像点３５のみにしている。また、リレー距離の長い割にコンパクトにまとめるため、反射部材３２、３４を使って光束を引き回している。そこで、以下に、光分割素子３０と撮像装置１５，２５との間に配置されている光学系の具体例を示す。
【００５０】
先ず、イメージローテータ３６の物体側のアフォーカルリレー系３３から静止画光学系の静止画中間結像点１３までの光学系のレンズデータの一例を表７に示す。この例は、鏡筒２８の結像レンズの焦点距離が２１０ｍｍで視野数２１の接眼レンズで観察する像を、撮影範囲が内接するように撮影する場合のものである。なお、この表７においては、１〜１１面がアフォーカルリレー系３３、１２〜１３面がイメージローテータ３６、１４〜１５面が反射部材８、１６〜１８面がレンズ群９、１９〜２０面が光分割素子１０、２１〜２２面がレンズ群１１、２３〜２４が反射部材１２である。また、実体顕微鏡の眼視光学系の入射瞳位置は第１面より物体側に１２０ｍｍ前後の位置にある。このレンズ系の合成の焦点距離は１６４．１ｍｍである
【００５１】
【００５２】
次に、静止画アダプター１４に設けられる２種類の光学系について説明するが、先ず、静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラである場合における光学系のレンズデータの一例を表８に示す。この表８において、２〜３面が静止画瞳リレーレンズ１６で、４〜１０面が静止画アダプター結像レンズ１７である。また、この光学系の断面図を図１４に示し、アフォーカルリレー系３３からこの光学系までの収差図を図１５に示す。一般には、リレー回数を増やすと収差が劣化するが、この場合には、リレー間隔の長いリレー系により、第１実施例と同等の光学性能を維持している。
【００５３】
【００５４】
次に、静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合を説明する。本実施例においても第１実施例と同様に、静止画アダプター結像レンズ１７は、デジタルカメラの撮影レンズである。そこで、デジタルスチルカメラ用の静止画瞳リレーレンズ１６のレンズデータを下記の表９に示す。そして、このレンズ１６の断面図を図１６に示す。また、このレンズ１６は、デジタルカメラのレンズの焦点距離が３５ｍｍスチルカメラ換算で１００ｍｍ程度のとき撮影範囲が対角になるようにしている。この焦点距離のレンズを想定して、収差図を図１７に示す。また、１／２インチ前後のＣＣＤを使ったデジタルスチルカメラを用いた場合、アダプター結像倍率は、０．５５倍となる。そのため、収差を良好に補正するためには、デジタルスチルカメラのレンズとあわせて多数のレンズが必要になる。
【００５５】
【００５６】
次に、本実施例の動画光学系のレンズデータを下記の表１０に示す。１〜２面が光分割素子１０、３〜４面がレンズ群１８、５面が反射部材８、６面が中間結像点、７〜８面が動画瞳リレーレンズ２１、９面が反射部材２２である。本実施例の場合も第１実施例の場合と同様に、静止画中間結像倍率と動画結像倍率の差をつけることにより、中間結像点から最終結像点までの光学系の光学性能の劣化を小さくしている。
【００５７】
【００５８】
そこで、この動画光学系に取り付ける動画アダプター結合レンズ２４の例を２つ示すことにする。先ず、１／４インチのＣＣＤに対応したレンズデータの一例を下記の表１１に示すと共に、そのレンズの断面図を図１８に示し、アフォーカルリレー系３３からそのレンズまでの光学系の収差図を図１９に示す。なお、４面と８面のガラスが異常分散ガラスである。また、１／３インチのＣＣＤに対応したレンズデータの一例を下記の表１２に示すと共に、そのレンズの断面図を図２０に示し、アフォーカルリレー系３３からそのレンズまでの光学系の収差図を図２１に示す。この場合にも、４面と８面のガラスが異常分散ガラスである。
【００５９】
【００６０】
【００６１】
本実施例の場合は、第１実施例の場合よりもリレー回数が１回多いにもかかわらず、球面収差や非点収差は同等である。さらに、アダプターレンズ内の凹面を向かい合わせている二つの接合レンズには、それぞれ異常分散ガラスを用いているので、紫の色にじみが目立たないようになっている。この異常分散ガラスは、部分分散比θｇＦが、一般のガラスと異なるガラスである。なお、アッベ数νd、部分分散比θｇＦ、部分分散比の平均からの差ΔθｇＦを、以下の式（４）〜（６）のように定義したとき、ΔθｇＦ≧０．０１ で効果が表れ始め、ΔθｇＦ≧０．０２５で効果が顕著になる。
νｄ＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC） … （４）
θｇＦ＝(ｎg−ｎF)／（ｎF−ｎC） … （５）
ΔθgＦ＝θｇＦ＋０．００１６２νd−０．６４１６ … （６）
ここで、ｎdはｄ線での屈折率、ｎCはC線での屈折率、ｎFはF線での屈折率、ｎｇはｇ線での屈折率である。
【００６２】
次に、図１２及び図１３における光合成素子３１の右側光路について説明する。ここには、モニター４０の画像を重ねる光学系が設置されている。モニター４０からの光束は、コリメーターレンズ３９によりアフォーカル光束にし、反射部材３８、３９で光路を引き回したうえ、光合成素子３１で合成する。これにより、モニター４０に、測定データや、前記撮影系で撮影したデジタル静止画や、動画を表示するようにすれば、それを接眼レンズでの観察で確認することができる。また、手術用顕微鏡の場合、事前に撮影したＣＴやＭＲＩのデータから作成した３次元画像を重ねると、術者が正確な状態を把握でき失敗を減らすことができる。また、直接の物体像が明るく見づらい場合には、光合成素子３１の物体側に絞りを配置し、その絞りの径によりモニター４０の像の明るさと観察像の明るさを調整するようにするとよい。さらに、観察像と重ねる必要がない場合には、その絞りの代わりにシャッターを配置し、観察像の光束を完全に遮断するとよい。
【００６３】
なお、鏡筒２８は、２人の観察者が向かいあって観察できるものなど、目的が異なる他の機能を有するものであってもよいし、異なる種類の鏡筒を交換できるように構成されていてもよい。また、光分割部２７を収容している鏡体部と対物レンズやズーム光学系を収容している鏡体部とを分離可能にしておくと、後者の鏡体部の光学系を、ズームやドラム変倍など使用目的や価格に対応して選択することができ、顕微鏡のシステム化が可能になる。
【００６４】
［第３実施例］
次に、第３実施例を図２２〜図２４を用いて説明する。先ず、図２２及び図２３に示された構成を説明する。なお、図２２は本実施例の正面図であり、図２３は図２２の上面図である。上記の第２実施例で説明した顕微鏡光学系の構成は、一人で観察するか、対向して２人で観察するのに適しているが、本実施例は、一人の観察者の向いている方向とは直角方向に向いて、もう一人の観察者が観察できるようにしたものである。なお、第２実施例と実質的に変わらないものには、同じ符号を用いている。
【００６５】
図２２において、観察物体からの光束は、鏡体２６内において対物レンズや変倍レンズによってアフォーカル光束にされ、光分割部４１に射出される。光分割部４１では、光束を３方に分割する。先ず、左側光分割素子４２と右側光分割素子４３を透過した光束は、鏡筒２８に入射し、結像や像回転をして接眼レンズで観察される。また、左側光分割素子４２で反射された二番目の光束は、リレー系結像点３５で結像するアフォーカルリレー系３３に入射し、第２実施例の場合と同様に実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ４５付近にリレーする。なお、本実施例においては、第２実施例における反射部材３２，３４の代わりとして、光路中に反射部材４４が配置されている。
【００６６】
図２３に示されたイメージローテータ４５は、アーム２９との接続部に配置されている。そして、このイメージローテータ４５は、第２実施例のイメージローテータ３６と同様に、入射光軸を回転軸にして、顕微鏡のθの回転に対してθ／２回転し、撮影系の像回転を補正する。ただし、本実施例のイメージローテータ４５には、ドーブプリズムを使っている。このプリズムは、第2実施例のイメージローテータ３６に比べ、プリズムの光軸に対する垂直方向の面積を小さくすることができる。しかしながら、その反面、プリズム自体の光軸方向の長さが長くなるという欠点がある。光軸方向の長さを短くするために、プリズムの屈折率を高くすればよいが、そのようにするとると、多少は短くなるが、着色が発生してしまう。従って、使用条件に応じて、異なるイメージローテータを選択することになる。また、第2実施例のイメージローテータ３６を採用しても構わない。
【００６７】
他方、右側光分割素子４３によって反射された三番目の光束は、図２３に示されているように、観察者から離れる方向に反射し、二番目の光束の光軸と直交した後、側視鏡４６に入射する。側視鏡としては、単眼のものやハーフミラーにより両眼で見るようにしたものもあるが、本実施例では、瞳分割による弱い立体画像が観察できるものを設置している。そこで、その側視鏡を、図２４を用いて説明する。先ず、結像レンズ４７が、右側光分割素子４３を射出したアフォーカル光束を結像点４９に結像させる。
【００６８】
結像点４９で結像した光束は、コリメータレンズ５２で再びアフォーカル光束にされ、イメージローテータ５３を通過する。このイメージローテータ５３は、観察者が回転させることによって、観察像の向きを自由に変えるためのものである。イメージローテータ５３を射出した光束は、瞳分割部５４で分割され、鏡筒５５の左右の光学系に入射する。このように、結像レンズ４７とコリメータレンズ５２でアフォーカルリレー系になっており、鏡体２６，光分割部４１，鏡筒２８からなる実体顕微鏡内の観察系の瞳を、瞳分割部５３の光束を左右に分割する位置付近にリレーする。
【００６９】
また、右側光分割素子４３からコリメータレンズ５２までの間に、反射部材４８、５０、５１を設けている。そして、各々の反射部材４８、５０、５１の入射光軸を回転軸にして、それよりも像側となる光学系を一体にして回転できるようにしてある。そのため、先ず、反射部材４８以後の光学系を一体にして回転させると、鏡筒５５による観察者の位置を、鏡筒２８による観察者の右側にしたり左側にしたりすることができる。図２３は左側にした場合を、図２４は右側にした場合で示してある。
【００７０】
次に、反射部材５０、５１以後の光学系を回転させると、観察方向や位置を変えられる。また、瞳分割部５４の入射光軸を回転軸に対し、それ以後の光学系を一体で回転させると、左右の瞳位置の調整ができて観察しやすくなる。その場合、鏡筒５５を傾斜角可変の鏡筒にしておくと、観察者が代わったときに観察者の体型の差による観察位置の差を補正しやすい。上記の各回転による観察像の回転は、観察者がイメージローテータ５３を回転させて適宜調整する。なお、鏡体２６から側視鏡４６（鏡筒５５が必要な場合これを含む）までの全体の反射回数が偶数回になるように反射部材４８，５０，５２の反射回数を調整することが必要になる。（これにより、鏡像になることを防ぐ。）
【００７１】
本実施例は、このような配置構成をしているため、側視鏡を鏡体の側面に取り付けた場合よりも側視鏡が邪魔にならず、鏡筒２８の観察者が、観察しながら作業しやすくなっている。また、側方観察者の位置を左右に変更することも容易になる。
【００７２】
［第4実施例］
実体顕微鏡の場合には、ズーム比を大きくしたり、鏡体を動かさずに焦点調節が行えたりすることなどへの要求が大きい。しかしながら、このような要求をかなえようとすると、ズーム系や対物レンズが長くなり、観察者の覗く位置と、観察物体との距離が長くなり、観察しながら観察物体に作業を加えることがやりにくくなる。実施例４は、その点を改善をしたものである。図２５は、観察状態における観察者の右側から見た本実施例の光学系の構成図であり、図２６は図２５の上面図である。
【００７３】
本実施例の鏡体５６は、対物レンズ５９、反射部材６０、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ，６１Ｒ、リレー系結像レンズ６２Ｌ，６２Ｒ、反射部材６３Ｌ，６３Ｒ、６４Ｌ，６４Ｒ、光分割素子６５Ｌ，６５Ｒ、観察系コリメータレンズ６６Ｌ，６６Ｒ、反射部材６７Ｌ，６７Ｒとを備え、かつ、反射部材６５Ｌで分割された光路には撮影系コリメータレンズ６９と反射部材７０，７１とを備えているほか、照明系の光源７２、照明レンズ７３、照明系反射部材７４を備えている。なお、上記のうち、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、リレー系結像レンズ６２Ｌの一部、反射部材６３Ｌは、図示されていない。
【００７４】
そして、この鏡体５６には、反射部材６７Ｌ，６７Ｒからの光束出射位置に鏡筒５７を取り付けて観察可能としている。また、この鏡体５６に接続されているアーム５８には、上記の各実施例の場合と同様に、図１のアーム２に収容されている光学系や取り付けられる光学系（本発明における撮影部）が備えられている。しかも、鏡体５６とアーム５８との接続部には、イメージローテータ７５が配置され、鏡体５６のθ回転に対して、イメージローテータがθ／２回転し、像の回転を補正するするようになっている。
【００７５】
対物レンズ５９は、構成するレンズの一部（グリノー式実体顕微鏡の場合は、対物レンズ全体を動かしても可）を動かして焦点位置を変える。この対物レンズ５９は、観察物体面からの光束をアフォーカル光束として射出する。その光束を反射部材６０で反射し、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、６１Ｒに入射し、変倍した後アフォーカル光束で射出する。反射部材６０を設けない場合には、対物レンズ５９から鏡筒５７の接眼レンズまでの光路が図２５の上下方向に長くなりすぎてしまうが、本実施例の場合には、そのような不都合がないようになっている。
【００７６】
しかし、反射部材６０を設けると、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、６１Ｒの射出位置が離れ、反射部材６３Ｌ，６３Ｒ、６４Ｌ，６４Ｒ、６７Ｌ，６７Ｒを入れただけでは、アフォーカル光束が広がってケラレが生じ、鏡筒５７部に光束を取り入れることができなくなる（鏡筒５７は、左右一対の光学系のためレンズの直径に制限がある）。そこで、これをなくすために、内部にリレー系結像点７６Ｌ，７６Ｒをもつアフォーカルリレー系を、リレー系結像レンズ６２Ｌ，６２Ｒと観察系コリメータレンズ６６Ｌ，６６Ｒで構成し、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ，６１Ｒにより決まる瞳または瞳想定位置を、鏡筒５７の瞳または瞳想定位置にリレーする。これにより、観察者の目の位置と観察物体の距離を近付けることができる。また、鏡体５６は、観察者の前方に突き出た形状になるだけなので、観察物体に対する作業性には問題ない。
【００７７】
このような観察光学系は、１回結像により像が反転（１８０度回転）しているため、鏡筒５７に正立光学系がいらなくなる。しかし、鏡筒５７を他の実体顕微鏡と共用できるようにしたいときは、鏡体５６内で像を反転させるようにする必要があるが、その場合には、鏡体５７内の反射系で正立光学系を構成するようにするか、結像回数を偶数回にするなどの方法が考えられる。
【００７８】
鏡体５７内の観察光学系にリレー系がある場合、理論的には、そのリレー系を、第２実施例や第３実施例で説明したような、イメージローテータを小型化するための瞳リレー光学系と共用にできる可能性がある。しかしながら、実際には、鏡筒５７とイメージローテータ７５との光路の差から共通化は難しい。そこで、リレー系結像点７６Ｌ、７６Ｒ後の光束をアフォーカルにするコリメータレンズを、他のコリメータレンズに変えることで対応するのが現実的である。そのため、本実施例では、リレー系結像点７６Ｌと観察系コリメータレンズ６６Ｌの間に光分割素子６５Ｌを配置し、その光分割素子６５の反射側に撮影系コリメータレンズ６９を配置して、観察系の瞳をイメージローテータ７５付近にリレーしている。また、反射部材７０、７１により、イメージローテータ７５の回転軸（入射光軸と一致）の延長上に実体顕微鏡（鏡体５６と鏡筒５７）の重心があるように調整している。
【００７９】
このように、本実施例では、リレー系結像点７６Ｌ、７６Ｒは、第２実施例のようにアフォーカルリレー系の中ではなく、その外部近辺にある。このことは、リレー系の周辺の収差補正に有効であり、特にリレー系の長さが短いときに効果がある。また、撮影系コリメータレンズ６９は、分離した２群からなっているが、このように２群にすることによって、一方のレンズ群を光軸方向に動かして焦点位置の調整を可能にし、他方のレンズ群を光軸に垂直な平面内で動かして像の中心を調整可能にしている。
【００８０】
また、本実施例では照明系を内臓している。この照明系は、光源７２からの光を照明レンズ７３で観察物体付近に集め、できるだけ観察物体に、照明光による影ができないようにすると共に、照明系反射部材７４によって、観察系の光束に近付けるようにしている。また、手術用顕微鏡などのようにドレープで顕微鏡を覆う場合には熱がこもってしまうので、熱の発生の少ないファイバー製のライトガイドを使い、光源位置に、そのライトガイドの端面を置くようにすると好適である。
【００８１】
さらに、本実施例の場合には、光分割素子６５Ｒの反射側に、第3実施例で示した側視鏡を取り付けることが可能である。また、光分割素子６５Ｒを逆向きに付けると、第２実施例で示したようなスーパーインポーズ装置（図１３の反射部材３７〜モニター４０）を取付けることも可能である。また、 観察系コリメータレンズ６６Ｌ、６６Ｒと反射部材６７Ｌ、６７Ｒとの間隔を空けてそれらの間にビームスプリッタを配置し、そこで分割された光路上にもう一つの鏡筒を取り付けると、鏡筒５７の観察物体から観察者の目までの直線距離を大きくせずに、２人の観察者が対向して観察できるようになる。
【００８２】
以上説明したように、本発明は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに下記の特徴を有している。
（１）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１）
（２）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（２）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．５５≧β≧−３ ・・・ （２）
【００８３】
（３）各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠となるように構成されており、かつ各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有しているガウスタイプのレンズ系で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
（４）前記ガウスタイプのレンズ系は、前記の強い凹面を持った負レンズに、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする上記（３）に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８４】
（５）イメージローテータの回転軸の延長線上に実体顕微鏡の重心があることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８５】
（６）実体顕微鏡には、該実体顕微鏡の瞳を撮像装置へリレーする１回結像のリレー光学系が配置され、該リレー光学系によって投影される瞳の像位置付近にイメージローテータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８６】
（７）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１）
【００８７】
（８）各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠となるように構成されており、各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有するガウスタイプのレンズ系で構成されていて、その強い凹面を持った負レンズには、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
【００８８】
（９）撮影部の内部に撮影像を回転させるイメージローテータを配置しており、該イメージローテータの物体側には、実体顕微鏡の瞳を該イメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系を配置したことを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
【００８９】
（１０）実体顕微鏡のアフォーカルズーム系が、ズーム部と１回結像リレー部からなり、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系と前記１回結像リレー部の一部を共用することを特徴とする上記（８）に記載の実体顕微鏡装置。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、実体顕微鏡（顕微鏡本体）と撮影装置を離して配置することができ、しかも、実体顕微鏡を大型化せず、かつ鏡体まわりの形状を複雑にしなくて済むので、観察者が実体顕微鏡で観察しながら行う作業や顕微鏡の操作が好適に行えるという特徴がある。また、実体顕微鏡と撮影装置とを接続する光路中にイメージローテータを配置した場合には、実体顕微鏡の観察方向を変えても撮影される像の回転が自動的に補正され、観察者が観察している状態と同じ影像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の光学系の全体を示した構成説明図である。
【図２】第１実施例の実体顕微鏡装置の側面図である。
【図３】第１実施例で得られる影像を説明するための図である。
【図４】第１実施例の静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図５】図４に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図６】第１実施例の静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図７】図６に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図８】第１実施例の動画撮像装置２５が１／４インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図９】図８に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図１０】第１実施例の動画撮像装置２５が１／３インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図１２】第２実施例における光学系の構成説明図であって、主として撮影装置への光分割部を示したものである。
【図１３】図１２の上面図である。
【図１４】第２実施例において、静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図１６】第２実施例において、静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図１８】第２実施例において、動画撮像装置２５が１／４インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１９】図８に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図２０】第２実施例において、動画撮像装置２５が１／３インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図２１】図２０に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図２２】第３実施例における光学系の構成説明図であって、主として撮影装置への光分割部を示したものである。
【図２３】図２２の上面図である。
【図２４】第３実施例に備えられている側視鏡の光学系の構成説明図である。
【図２５】第４実施例における光学系の構成説明図であって、主として実体顕微鏡の鏡体内の光学系を示したものである。
【図２６】図２５の上面図である。
【符号の説明】
１，２６，５６ 鏡体
２，２９，５８ アーム
３，５９ 対物レンズ
４，６１Ｒ アフォーカルズーム光学系
５ 光分割光学系
６，２８，５５，５７ 鏡筒
７，３６，４５，５３，７５ イメージローテータ
８，１２，１９，２２，３２，３４，３７，３８，４４，４８，５０，５１，６０，６３Ｒ，６４Ｌ，６４Ｒ，６７Ｌ，６７Ｒ，７０，７１ 反射部材
９，１１，１８ レンズ群
１０，３０，６５Ｌ，６５Ｒ 光分割素子
１３ 静止画中間結像点
１４ 静止画アダプター
１５ 静止画撮像装置
１６ 静止画瞳リレーレンズ
１７ 静止画アダプター結像レンズ
２０ 動画中間結像点
２１ 動画瞳リレーレンズ
２３ 動画アダプター
２４ 動画アダプター結像レンズ
２５ 動画撮像装置
２７，４１ 光分割部
３１ 光合成素子
３３ アフォーカルリレー系
３５ リレー系結像点
３９，５２ コリメータレンズ
４０ モニター
４２ 左側光分割素子
４３ 右側光分割素子
４６ 側視鏡
４７ 結像レンズ
４９ 結像点
５４ 瞳分割部
６２Ｌ，６２Ｒ リレー系結像レンズ
６６Ｌ，６６Ｒ 観察系コリメータレンズ
６９ 撮影系コリメータレンズ
７２ 光源
７３ 照明レンズ
７４ 照明系反射部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、観察物体を観察しながら加工したり、治療を施したりする実体顕微鏡装置に用いて好適な撮影装置、及びその撮影装置を備えた実体顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡で観察する場合には、観察物体を単に観察するだけではなく、その観察像を撮影する必要のある場合があり、特に、半導体などを生産する場合や、手術によって患部を治療する場合などは、その必要性が大きい。そして、その場合には、立体観察の行える実体顕微鏡装置を使用することが多い。また、その実体顕微鏡装置に取り付ける撮影装置は、静止画と動画の２種類で記録できることが望まれているため、少なくとも２つの撮像装置（カメラ）を取り付け可能であることが要求される。そのうち、静止画は高解像でダイナミックレンジの広い高品質の画像記録が望まれるため、フィルムや、大型で画素数の多いＣＣＤが用いられ、動画は、静止画に対するような要求がそれほど高くないため、撮像装置（カメラ）自体は小型のものが使用される。
【０００３】
ところで、そのような実体顕微鏡は、物体からの光束をアフォーカル光束にする対物レンズと、その対物レンズからの光束を変倍するアフォーカルズーム系と、そのアフォーカルズーム系から出射した光束を観察系と撮影系に分割する光分割光学系と、その光分割光学系で分割した観察系側の光束を複数の視差のある像に結像して接眼レンズで拡大して観察する鏡筒光学系などで構成されているのが普通であるが、以下においては、それらの光学系又はそれらに類する光学系を一つのブロックとして構成したものを、単に実体顕微鏡といい、その実体顕微鏡が撮影装置と共に架台に取り付けられたものを実体顕微鏡装置ということにする。
【０００４】
このような生産用や治療用に用いられる実体顕微鏡装置は、観察物体に近い部分はできるだけ小さく構成するのが好ましく、かつ、実体顕微鏡は、架台に対して自由に動かせることが望まれるが、そのためには、実体顕微鏡と撮影装置とは、架台上において離して配置する必要がある。また、実体顕微鏡は、極力軽くして動かしやすくする必要があるし、撮影装置は、架台上のあまり動かない部分に設置することが必要になる。さらに、実体顕微鏡と撮影装置とを離して配置すためには、撮影装置用の光学系の光路を長くする必要があるし、反射部材などを用いて、複数の撮像装置の取付位置に対応できるようにする必要があるが、そのようにしているな光学系は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８４２６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の光学系は、２つの撮像装置用光学系に共通な光路内に中間結像面を設けているので、２つの撮像面積の差がさらに大きくなると、中間結像面からの倍率の差が大きくなって光学系に無理がかかり、光学性能の劣化やレンズ枚数の増加につながることになる。また、中間結像面には、２種類の撮像装置（実際には撮像素子）のいずれにも適するようにバランスした中間結像をさせるため、中間結像倍率が制限され、各撮像装置への倍率も自由度が少なくなる。そのため、光分割後の撮像装置までの距離に制限を受け、撮像装置の配置に自由度がなくなり、観察者が好適に観察及び作業が行えるように、撮像装置を離れた位置へ配置するのが難しくなってしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、観察者が顕微鏡で観察しながら行う作業や顕微鏡の操作の妨げにならず、かつ操作性に優れ良好な像が得られるようにした、実体顕微鏡装置に用いて好適な撮影装置、及びその撮影装置を備えた実体顕微鏡装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の実体顕微鏡用撮影装置は、観察者が視差のある画像を観察して立体観察をする実体顕微鏡の光束から分割した光束を、複数の撮像装置の撮像面に結像させる実体顕微鏡用撮影装置において、実体顕微鏡から各々の撮像面までの間に光束を複数に光分割する撮影系光分割手段を備えていると共に、その撮影系光分割手段の撮像面側の光路中に各々中間結像面を有していて、それらの中間結像面の像を各々の撮像面にリレーするように構成する。
【０００９】
従来の実体顕微鏡用撮影装置の光学系は、結像後に光分割をしているため、焦点距離を変えて距離を調節する場合は、中間結像面から撮像面までの光学系の倍率を維持したままで行うことになる。そのため、焦点距離が長い場合には、レンズ径の大きなものを使用しなければならず、光学系が大型化してしまうことになる。それに対して、本発明の場合には、光分割後に結像させるので、その中間結像面から撮像面までの距離をあまり変化させずに中間結像位置を変えることができ、中間結像面以後のレンズ径をあまり変えなくて済むようになる。また、光分割から中間結像面までの距離をとり、その間に反射部材を入れることで、撮像素子を含む撮像装置の位置や像の向きも調整しやすくなる。
【００１０】
なお、本発明の光分割手段としては、ビームスプリッタ，ハーフミラー，クイックリターンミラーなどがある。また、撮像素子としては、３５mmフィルム，ＡＰＳフィルム，デジタルカメラ用の大型のＣＣＤ，ＴＶカメラ用の小型のＣＣＤなど、最近ではその種類が増えてきている。そして、これらの撮像素子の像の最大は、最小のものの９倍以上になっている。そのため、中間結像面からの倍率で焦点距離を調整しようとすると、レンズの枚数の増加などによって高価になりやすい。
【００１１】
これを避けるためには、分割後の中間結像倍率を変えて、レンズ枚数がそれほど変わらないようにするとよいが、その条件は、中間結像面から撮像面への倍率をアダプター結像倍率βとしたとき、それぞれの撮影光路で下記（１）式を満たすようにするのがよい。
−０．４５≧β≧−４ …… （１）
この場合、アダプター結像倍率βが上記の上限を超えると、分割したそれぞれの光路で撮像素子の小さい方の光学系のレンズ枚数が増え、下限を超えると、撮像面積の大きな方の光学系のレンズ枚数が増えることになる。
【００１２】
一般に、静止画撮影用の撮像装置は、面積の大きな撮像素子を用い、動画撮影用の撮像装置は、小さな光学系を用いるので、この２種類で分割すると上記条件を満たしやすい。特に、結像回数の多いリレー系と組み合せるときは、下記の（２）式の条件を満たすとリレー系の像の劣化をもカバーしやすくなる。
−０．５５≧β≧−３ …… （２）
この場合、アダプター結像倍率βが、上限を上回ると分割したそれぞれの光路で撮像素子の小さい光学系の高画質化が難しく、下限を下回ると、撮像面積の大きな光学系の高画質化が難しくなる。特にリレー系のレンズ枚数を減らして構成を簡単にし、中間結像面から撮像面までの光学系で像を改善する場合に有効である。
【００１３】
また、撮像装置として、３板光学系など色分解プリズムを使った光学系を有するTVカメラを使用する場合、色の角度特性の影響がでないようにするために、テレセントリック光学系（射出瞳がほぼ無限遠）を用いるのが普通であるが、それには、中間結像面から撮像面の間に瞳リレーレンズ群と結像レンズ群を設け、結像レンズ群の射出瞳が無限遠になるようにするとよい。しかも、その場合、結像レンズ群として、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有するガウスタイプのレンズ系を用いると、球面収差や非点収差が補正しやすくなる。また、リレー系により色収差も２次スペクトルが増大して目立つので、特に、上記の強い凹面を持った負レンズに接合するか隣接して配置される凸レンズには、異常分散ガラスを用いると、２次スペクトルが補正しやすくなる。ここで隣接とは、接合せずに僅かな空気間隔をあけたもので、空気レンズの効果をねらったものである。
【００１４】
ところで、実体顕微鏡装置は、実体顕微鏡を、観察物体に対して鏡体を傾けるようにして動かす（ティルト）ことができるようにすると、観察物体の観察位置を変えて観察するための操作が極めて容易になる。しかしながら、その場合、実体顕微鏡を撮影装置と一緒に動かそうとすると、重量が大きくなって操作性が極めて悪くなる。そのため、動かす部分の軽量化と小型化を図るためには、実体顕微鏡だけをティルトさせるようにすればよいことになるが、そのようにすると、その動きに対応して撮像装置の像が回転してしまうという問題が発生する。
【００１５】
このような問題点を解決するには、その像の回転を補正するために、イメージローテータを使い、動かす部分を軽くするのが得策である。特に、撮影部において２つの撮影系に光束を分割される前にアフォーカルの光束を作り、そのアフォーカル光束部にイメージローテータを配置し、実体顕微鏡をθ回転させたとき、それに連動してイメージローテータを同方向にθ／２回転させるようにすると、撮影系で像が回転しないので、実体顕微鏡をティルトしても問題が生じない。また、イメージローテータ部の光束をアフォーカルにすることで、屈折を使ったイメージローテータが使えるため、選択肢が増えるほか、光軸の垂直方向に移動させても像心が動かず調整もしやすい。また、実体顕微鏡のティルト操作を軽くするためには、実体顕微鏡の回転軸に対するモーメントを小さくするのがよく、そのためには、回転軸の延長線上に実体顕微鏡の重心があるようにすればよい。
【００１６】
また、イメージローテータは、回転部の強度を強くするために、できるだけ小さいことが好ましい。そのため、イメージローテータ内に、実体顕微鏡の瞳の共役位置があるようにすればよいが、そのためには、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ付近にリレーするために、1回結像のリレー光学系をイメージローテータの物体側に配置するのがよい。そして、特に、実体顕微鏡のアフォーカルズーム系がズーム部と１回結像リレー部からなっている場合は、その１回結像リレー部の一部を、前記の瞳をイメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系と共用させることができ、それによって、光束の引き回しが減らせて小型化ができ、レンズやプリズムの数を減らすことも可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、四つの実施例によって説明するが、添付図面中、図１〜図１１は第１実施例を説明するためのものであり、図１２〜２１は第２実施例を説明するためのものである。また、図２２〜図２４は第３実施例を説明するためのものであり、図２５及び図２６は第４実施例を説明するためのものである。
【００１８】
［第１実施例］
図１を用いて第１実施例の全体構成を説明する。本実施例は、撮影装置を備えた実体顕微鏡装置として構成されており、立体観察しながら観察物体を加工する工業用顕微鏡や、患部を拡大して手術を施す手術用顕微鏡として使用するのに好適な構成となっている。先ず、鏡体１は、アーム２に取り付けられており、そのアーム２は、図示していない架台に取り付けられている。また、鏡体１は、アーム２に対して回転可能となっていて、観察物体に対して観察方向を自由に変えられるようになっている。
【００１９】
鏡体１には、対物レンズ３，アフォーカルズーム光学系４，光分割光学系５，鏡筒光学系６が収容されている。このうち、対物レンズ３は、観察物体からの光束をアフォーカル光束にする光学系である。また、アフォーカルズーム光学系４は、対物レンズ３からの光束を変倍し、アフォーカル光束で射出する光学系であるが、ズームを必要としない場合であって、固定のアフォーカル変倍光学系（切り替えを含む）や倍率の適切なものが得られる場合には、なくすことが可能である。
【００２０】
光分割光学系５は、撮影装置や測定装置など顕微鏡の光束を使う場合に設けられるが、本実施例の場合は、鏡体１とアーム２との接続部に配置したイメージローテータ７を介して、後述の二つの撮像装置まで導かれるようになっている。また、鏡筒６は、アフォーカル光束を結像させる結像レンズと、像を正立化する正立光学系と、結像した像を目で観察するための接眼レンズを有するが、それらの光学系は周知であるため、図１では図示を省略している。また、最近は、この鏡筒６に撮像素子を設置し、その像を小型モニターに表示して観察するものや、光電子増倍管（イメージインテンシファイアー）を使って低照度での観察を可能にしたものなどがあるが、本発明は、そのように構成することを妨げるものではない。
【００２１】
ところで、既に説明したように、実体顕微鏡で観察物体を観察しながら行う作業状態が、その場で周りの人にもわかるようにするために、それを動画（テレビ画像）としてモニターに表示したり、それとは別に細かい部分までわかるようにするため、静止画像として記録できるようにしたいという要求が多い。そのため、本実施例の場合には、架台に取り付けられているアーム２が、それに必要な光学系を収容し、かつ複数の撮像装置を取り付け可能にしている。なお、上記のイメージローテータ７は、鏡体１とアーム２の接続部に配置されているが、その機能上から明確なように、実際には撮影光学系の構成部品である。
【００２２】
本実施例の場合には、動画と静止画での撮影を可能にするために、アーム２の内部に、光分割素子１０（ビームスプリッタやクイックリターンミラーなど）が配置されている。しかしながら、動画と静止画とでは撮像面積が異なるため、同じ範囲を撮影するにはかなり倍率が異なる。また、動画の場合には、ハイビジョンカメラと普通のテレビカメラでは、撮像範囲（画枠サイズ：アスペクト比）が異なるし、静止画の場合には、３５ｍｍフィルムカメラ，ＡＰＳフィルムカメラ，デジタルスチルカメラでは、やはり撮像範囲が異なっている。
【００２３】
そのため、動画と静止画とでは、それぞれ適切な倍率で結像させ、かつ、アダプターレンズを用いて、取り付ける撮像装置にあわせて、倍率を変更するようにすることが好ましい。そこで、本実施例においては、光分割素子５を反射したアフォーカル光束を、静止画側はレンズ群９とレンズ群１１により、動画側はレンズ群９とレンズ群１８によって、各々適切な倍率で結像させるようにしている。このように、レンズ群９を共通にすると鏡体１に近い部分を細くできるので全体の軽量化に貢献することができる。また、静止画と動画で倍率の差が小さい場合には、レンズ群１１かレンズ群１８の一方を省略することが可能な場合もある。
【００２４】
静止画系は、本実施例では、光分割素子１０の透過側に設置しているが、透過側にすると、観察物体への作業が不自由になる場合は、反射側に設置することになる。静止画系では、レンズ群９とレンズ群１１により、静止画中間結像点１３に結像する。そして、この中間結像点１３の像を、静止画アダプター１４により、静止画撮像装置１５の撮像面に結像させる。この場合、静止画アダプター１４は、静止画結像点１３の近くに配置した静止画瞳リレーレンズ１６と静止画アダプター結像レンズ１７で構成するとレンズ枚数を少なくすることができる。
【００２５】
同様に、動画系は、レンズ群９とレンズ群１８により動画中間結像点２０に倍率を合わせて結像させる。この結像した光束を動画アダプター２３で小さくして収差を補正しやすくするために、動画瞳リレーレンズ２１を動画中間結像点２０の近くに設置する。動画アダプター２３は、この光束を動画撮像装置２５の撮像面に所定の倍率で結像させるために、動画アダプター結像レンズ２４を有している。動画系では、光束の入射角により特性が変わりシェーディングなどの影響がでやすい。特に、３板光学系など色分解プリズムを使った光学系の場合には、テレセントリック光学系を使用するか、少なくとも主光線と撮像素子の法線のなす角度を２°以内にする必要がある。
【００２６】
本実施例では、静止画アダプター１４に瞳リレーレンズを内蔵したが、動画アダプター２３には瞳リレーレンズを内臓しなかった。これは、中間結像点がアダプターに近い場合に内臓し、離れていた場合に内蔵しなかっただけで、場合によっては逆にしなければならないこともある。また、瞳位置の変更の必要がない場合には、いずれのアダプターにも瞳リレーレンズを設けないことがある。なお、イメージローテータ７、反射部材８，１２，１９，２２、光分割素子５，１０の反射や結像によって像が回転するので、反射部材の反射の方向を調整して、観察者の観察している像の上下方向と撮影した像の上下方向を合わせるようにするのが好ましい。その点、本実施例の場合には、光分割素子１０の撮像面側に反射部材が配置されているので、静止画と動画のそれぞれの撮像装置の形態を考慮して、それらの反射部材の配置と像の向きを変えることが可能である。また、それらの反射部材の配置次第で、アーム２を小型化したり作業に影響を与えない形状にすることも可能になる。
【００２７】
また、一般的には、顕微鏡本体から光分割をする撮影装置や他の観察者用の観察装置の光学系は、比較的大きくて重いため、それらをアームの先端に取り付けられている顕微鏡本体に取り付けると、アームの先端部が重くなって安定性が悪くなる。そのため、安定性を得るためには架台の重量を増やす必要があり、顕微鏡装置全体が大型化してしまうという問題がある。そこで、それを防ぐために、上記の撮影装置などの光学系をアームの中に入れてしまうという方法が考案されていて、本実施例もその方法を採用している。このように、アーム２内に、テレビカメラ，銀塩フィルム使用のスチルカメラ，デジタルスチルカメラなどの撮像装置１５，２５用の光学系を内蔵すると、アーム２の先端部がそれだけ小型・軽量になり、顕微鏡装置全体の大型化を避けることができるほか、観察者が観察物体を直接見る場合、見やすくすることも可能になる。
【００２８】
さらに、顕微鏡で観察する場合、観察者は、観察物体に対する観察方向を変えて観察することがある。特に、図２に示した矢印方向へ回転可能とするのが好ましい。そのためには、鏡体１とアーム２の接続部を回転軸にし、アーム２に対して鏡体１を回転させ得るようにすればよい。しかしながら、撮像装置１５，２５はアーム２に取り付けられているため、鏡体１を単純に回転させると、図３に示すように、その回転方向に対応して像も回転し、観察者が観察している像（実線「Ａ」）の上下方向と撮影した像（破線「Ａ」，二点鎖線「Ａ」）の上下方向が一致しなくなる。そこで、本実施例では、この像の回転を補正するために、鏡体１の回転θに対して、θ／２の回転をするイメージローテータ７を配置している。これにより、撮影する像の回転が起きないほか、アーム２の先端部の軽量化も可能になる。また、このとき、イメージローテータ７の回転軸のほぼ延長上に実体顕微鏡（鏡体１と鏡筒６）の重心があるようにすると、アーム２に対して鏡体１を小さい力で回転させることが可能になる。
【００２９】
上記のような本実施例の全体構成において、１７６ｍｍの結像レンズと視野数１７．６対応の接眼レンズを備えた鏡筒６で観察している像を、撮影系の対角に投影する光学系の一例を、以下に示す。なお、各々のレンズデータ表において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎは屈折率、νはアッベ数を示しており、このことは、他の実施例の場合も同じである。
【００３０】
先ず、静止画光学系（レンズ群９から反射部材１２まで）のレンズデータを表１に示す。なお、この表１においては、１〜３面がレンズ群９、４〜５面が光分割素子１０、６〜７面がレンズ群１１、８〜９面が反射部材１２である。また、９面から静止画中間結像点１３までの距離は、１１．５ｍｍである。
【００３１】
このような静止画光学系に、レンズ交換式の３５ｍｍスチルカメラ（３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラ）を取り付ける場合は、２．４１倍に像を拡大する必要がある。そこで、その場合において、静止画アダプター１４に設けられている光学系のレンズデータを表２に示す。なお、この表２においては、２〜３面が静止画瞳リレーレンズ群１６で、４〜１０面が静止画アダプター結像レンズ１７である。
【００３３】
また、この光学系の断面図を図４に示し、レンズ群９から上記レンズまでの収差図を図５に示す。なお、 収差図は、左から球面収差、非点収差、歪曲収差を示しているが、このことは、他の実施例の場合も含めて以後に示す収差図も同じである。
【００３５】
静止画撮像装置１５として、デジタルスチルカメラを使用することがある。そして、そのデジタルスチルカメラがレンズ交換式である場合は、撮影面積が違うだけであるから、上記の３５ｍｍスチルカメラの場合と同様の設計で対応することができる。しかし、レンズ交換式でないデジタルスチルカメラを使いたいこともある。そのときには、そのデジタルスチルカメラが、マクロ機能を使い中間結像面を直接撮影して適切な倍率を得られる機種であれば、使用することが可能である。そして、その場合には、静止画アダプター１４に設けられている静止画瞳リレーレンズ１６と静止画アダプター結像レンズ１７の両方が不要な場合と、静止画アダプター結像レンズ１７だけが不要な場合とがあるが、いずれの場合にも、デジタルスチルカメラのレンズが、静止画アダプター結像レンズ１７の役目をすることになる。
【００３６】
他方、デジタルスチルカメラのレンズだけでは、マクロ機能での拡大が十分でないか、瞳位置が適切でないためにケラレが発生するような場合には、静止画瞳リレーレンズ１６だけを付けた静止画アダプター１４にデジタルスチルカメラを取り付けることになる。この場合には、静止画瞳リレーレンズ１６によってアフォーカル光束にし、デジタルスチルカメラのレンズのフォーカス位置を無限遠とする。このように設定すると、ほとんどの高画質のデジタルスチルカメラに対応することが可能になる。そこで、その場合における静止画瞳リレーレンズ１６のレンズデータの一例を表３に示す。
【００３７】
この場合における静止画瞳リレーレンズ１６の断面図を図６に示し、レンズ群９から静止画瞳リレーレンズ１６までの光学系の収差図を図７に示す。なお、こ図７に示された歪曲収差図をみると、約１０％と大きくなっているが、この画像はデジタルデータで得られるので、画像処理によって簡単に補正することができる。また、そのようにできることから、レンズ枚数を削減することも可能であって、周辺光量不足が生じても、デジタル画像処理によって充分に改善することができる。
【００３９】
また、図６に示した静止画瞳リレーレンズ１６は、デジタルスチルカメラのレンズの焦点距離が、３５ｍｍスチルカメラ換算で１００ｍｍ程度のとき、撮影範囲が対角になるようにしている。デジタルスチルカメラのレンズの焦点距離は、このくらいの画角でレンズを小さくすることができ、枚数も比較的少なくすることができる。１／２インチのＣＣＤを用いたデジタルスチルカメラの場合には、３５ｍｍスチルカメラ換算１００ｍｍのレンズでのアダプター結像倍率は、０．５６倍程度になる。そのため、高画質を得るためには、デジタルスチルカメラのレンズの他に、多くのレンズが必要になる。
【００４０】
次に、動画の撮影系としては、光分割素子１０の反射側にあって動画中間結像点２０に像を結像させるレンズ群（低倍変倍レンズ）１８と、動画アダプター結像レンズ２４の光束を小さくするための動画瞳リレーレンズ２１がある。また、動画撮像装置２５が好適な位置に取り付けられるようにするために、反射部材１９，２２が配置されている。そこで、この動画光学系（光分割素子１０から反射部材２２まで）のレンズデータの一例を表４に示す。なお、この表４においては、１〜２面が光分割素子１０、３〜４面がレンズ群１８、５面が反射部材８、６面が中間結像点（中間結像面）、７〜８面が動画瞳リレーレンズ２１、９面が反射部材２２である。そして、この光学系においては、静止画中間結像倍率と動画結像倍率の差をつけることにより中間結像点から最終結像点までの光学系の光学性能の劣化を小さくしている。
【００４１】
動画アダプター結像レンズ２４は、動画アダプター２３の中に設置されているが、この動画アダプター２３を交換することによって撮像サイズの異なる複数の動画撮像装置２５に対応できるようになっている。そこで、以下においては、１／４インチのＣＣＤに対応した動画アダプター結像レンズ２４のデータの一例を表５に示すと共に、その動画アダプター結像レンズの断面図を図８に示し、レンズ群９からその動画アダプター結像レンズまでの光学系の収差図を図９に示す。また、１／３インチのＣＣＤに対応した動画アダプター結像レンズ２４のデータの一例を表６に示すと共に、その動画アダプター結像レンズの断面図を図１０に示し、レンズ群９からその動画アダプター結像レンズまでの光学系の収差図を図１１に示す。
【００４３】
図８と図１０から分かるように、これらの二つの動画アダプター結像レンズには、ガウスタイプのレンズ系を採用した。この光学系により、非点収差の補正とテレセントリックにすることが容易になる。しかも、このテレセントリック化により、３板式の動画撮像装置にも対応できるようになる。ガウスタイプが有効に使える範囲は、アダプター結像倍率βが、下記の（３）式の範囲である。
−０．５５≧β≧−１．３ … （３）
この範囲の上限を上回ると、非点収差が大きくなり、周辺像が劣化する。また下限を越えてテレセントリックにすると、バックフォーカスが長くなって、動画撮像装置２５を動画アダプター結合レンズ２４より、かなり離して配置しなければならないため、アーム２からの突出量が大きくなって、バランスの点で好ましくないものとなってしまう。
【００４６】
［第２実施例］
第１実施例では、実体顕微鏡の瞳とイメージローテータが離れているため、光束が広がり、イメージローテータを大きくせざるを得ないという問題がある。ところが、上記したように、イメージローテータは、鏡体とアームとの接続部に設けられた回転機構の中に配置されるので、イメージローテータが大きくなるとその回転機構も大きくなり、装置全体の大型化につながってしまう。そのため、第２実施例においては、この点を改善するために、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータにリレーするために、瞳リレー光学系をイメージローテータの物体側に配置するようにした。
【００４７】
そこで、本実施例の構成を、図１２及び図１３を用いて説明する。なお、図１２は本実施例の正面図であり、図１３は図１２の上面図である。第１実施例における実体顕微鏡は、鏡体１と鏡筒６で構成されていたが、本実施例では、鏡体２６と、光分割部２７と、鏡筒２８とで構成されている。そして、鏡体２６には、第１実施例における対物レンズやアフォーカルズーム光学系が配置されている。また、鏡筒２８には、第１実施例と同様に、アフォーカル光束を結像させる結像レンズや正立光学系や接眼レンズが配置されている。そして、本実施例の実体顕微鏡は、光分割部２７でアーム２９に接続されている。なお、本実施例において、鏡体２６と光分割部２７とが分離可能であり、また、光分割部２７と鏡筒２８が分離可能になっている。このようにすると、生産上でもメンテナンス上でも都合がよいし、例えば、異なる構成の鏡体との交換も可能になる。このことは、第３実施例の場合も同じである。
【００４８】
鏡体２６とアーム２９との接続部には、イメージローテータ３６が配置されており、第１実施例の場合と同様に、鏡体２６のθ回転に対してイメージローテータ３６がθ／２回転するようになっている。なお、図示を省略してあるが、アーム２９には、第１実施例のアーム２に収容された光学系と全く同じ光学系が収容されている。また、アーム２９に取り付けられる２種類のアダプター光学系も同じである。従って、以下の説明においては、それらの光学系には、第１実施例の符号をそのまま採用する。
【００４９】
次に、光分割部２７に収容されている光分割光学系を説明する。光分割素子３０と光合成素子３１とは、観察物体からの光束を左右に分割している。アーム２９に光束を導くのは、アーム２９から離れている左側に配置された光分割素子３０である。この左側光路では、実体顕微鏡の瞳をアフォーカルリレー系３３でイメージローテータ３６付近にリレーする。そのため、アフォーカルリレー系３３は、内部で結像させている。しかも、リレー距離が長い方が光学性能を向上しやすいので、結像を１回にし、リレー系結像点３５のみにしている。また、リレー距離の長い割にコンパクトにまとめるため、反射部材３２、３４を使って光束を引き回している。そこで、以下に、光分割素子３０と撮像装置１５，２５との間に配置されている光学系の具体例を示す。
【００５０】
先ず、イメージローテータ３６の物体側のアフォーカルリレー系３３から静止画光学系の静止画中間結像点１３までの光学系のレンズデータの一例を表７に示す。この例は、鏡筒２８の結像レンズの焦点距離が２１０ｍｍで視野数２１の接眼レンズで観察する像を、撮影範囲が内接するように撮影する場合のものである。なお、この表７においては、１〜１１面がアフォーカルリレー系３３、１２〜１３面がイメージローテータ３６、１４〜１５面が反射部材８、１６〜１８面がレンズ群９、１９〜２０面が光分割素子１０、２１〜２２面がレンズ群１１、２３〜２４が反射部材１２である。また、実体顕微鏡の眼視光学系の入射瞳位置は第１面より物体側に１２０ｍｍ前後の位置にある。このレンズ系の合成の焦点距離は１６４．１ｍｍである
【００５１】
次に、静止画アダプター１４に設けられる２種類の光学系について説明するが、先ず、静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラである場合における光学系のレンズデータの一例を表８に示す。この表８において、２〜３面が静止画瞳リレーレンズ１６で、４〜１０面が静止画アダプター結像レンズ１７である。また、この光学系の断面図を図１４に示し、アフォーカルリレー系３３からこの光学系までの収差図を図１５に示す。一般には、リレー回数を増やすと収差が劣化するが、この場合には、リレー間隔の長いリレー系により、第１実施例と同等の光学性能を維持している。
【００５３】
次に、静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合を説明する。本実施例においても第１実施例と同様に、静止画アダプター結像レンズ１７は、デジタルカメラの撮影レンズである。そこで、デジタルスチルカメラ用の静止画瞳リレーレンズ１６のレンズデータを下記の表９に示す。そして、このレンズ１６の断面図を図１６に示す。また、このレンズ１６は、デジタルカメラのレンズの焦点距離が３５ｍｍスチルカメラ換算で１００ｍｍ程度のとき撮影範囲が対角になるようにしている。この焦点距離のレンズを想定して、収差図を図１７に示す。また、１／２インチ前後のＣＣＤを使ったデジタルスチルカメラを用いた場合、アダプター結像倍率は、０．５５倍となる。そのため、収差を良好に補正するためには、デジタルスチルカメラのレンズとあわせて多数のレンズが必要になる。
【００５５】
次に、本実施例の動画光学系のレンズデータを下記の表１０に示す。１〜２面が光分割素子１０、３〜４面がレンズ群１８、５面が反射部材８、６面が中間結像点、７〜８面が動画瞳リレーレンズ２１、９面が反射部材２２である。本実施例の場合も第１実施例の場合と同様に、静止画中間結像倍率と動画結像倍率の差をつけることにより、中間結像点から最終結像点までの光学系の光学性能の劣化を小さくしている。
【００５７】
そこで、この動画光学系に取り付ける動画アダプター結合レンズ２４の例を２つ示すことにする。先ず、１／４インチのＣＣＤに対応したレンズデータの一例を下記の表１１に示すと共に、そのレンズの断面図を図１８に示し、アフォーカルリレー系３３からそのレンズまでの光学系の収差図を図１９に示す。なお、４面と８面のガラスが異常分散ガラスである。また、１／３インチのＣＣＤに対応したレンズデータの一例を下記の表１２に示すと共に、そのレンズの断面図を図２０に示し、アフォーカルリレー系３３からそのレンズまでの光学系の収差図を図２１に示す。この場合にも、４面と８面のガラスが異常分散ガラスである。
【００５９】
本実施例の場合は、第１実施例の場合よりもリレー回数が１回多いにもかかわらず、球面収差や非点収差は同等である。さらに、アダプターレンズ内の凹面を向かい合わせている二つの接合レンズには、それぞれ異常分散ガラスを用いているので、紫の色にじみが目立たないようになっている。この異常分散ガラスは、部分分散比θｇＦが、一般のガラスと異なるガラスである。なお、アッベ数νd、部分分散比θｇＦ、部分分散比の平均からの差ΔθｇＦを、以下の式（４）〜（６）のように定義したとき、ΔθｇＦ≧０．０１ で効果が表れ始め、ΔθｇＦ≧０．０２５で効果が顕著になる。
νｄ＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC） … （４）
θｇＦ＝(ｎg−ｎF)／（ｎF−ｎC） … （５）
ΔθgＦ＝θｇＦ＋０．００１６２νd−０．６４１６ … （６）
ここで、ｎdはｄ線での屈折率、ｎCはC線での屈折率、ｎFはF線での屈折率、ｎｇはｇ線での屈折率である。
【００６２】
次に、図１２及び図１３における光合成素子３１の右側光路について説明する。ここには、モニター４０の画像を重ねる光学系が設置されている。モニター４０からの光束は、コリメーターレンズ３９によりアフォーカル光束にし、反射部材３８、３９で光路を引き回したうえ、光合成素子３１で合成する。これにより、モニター４０に、測定データや、前記撮影系で撮影したデジタル静止画や、動画を表示するようにすれば、それを接眼レンズでの観察で確認することができる。また、手術用顕微鏡の場合、事前に撮影したＣＴやＭＲＩのデータから作成した３次元画像を重ねると、術者が正確な状態を把握でき失敗を減らすことができる。また、直接の物体像が明るく見づらい場合には、光合成素子３１の物体側に絞りを配置し、その絞りの径によりモニター４０の像の明るさと観察像の明るさを調整するようにするとよい。さらに、観察像と重ねる必要がない場合には、その絞りの代わりにシャッターを配置し、観察像の光束を完全に遮断するとよい。
【００６３】
なお、鏡筒２８は、２人の観察者が向かいあって観察できるものなど、目的が異なる他の機能を有するものであってもよいし、異なる種類の鏡筒を交換できるように構成されていてもよい。また、光分割部２７を収容している鏡体部と対物レンズやズーム光学系を収容している鏡体部とを分離可能にしておくと、後者の鏡体部の光学系を、ズームやドラム変倍など使用目的や価格に対応して選択することができ、顕微鏡のシステム化が可能になる。
【００６４】
［第３実施例］
次に、第３実施例を図２２〜図２４を用いて説明する。先ず、図２２及び図２３に示された構成を説明する。なお、図２２は本実施例の正面図であり、図２３は図２２の上面図である。上記の第２実施例で説明した顕微鏡光学系の構成は、一人で観察するか、対向して２人で観察するのに適しているが、本実施例は、一人の観察者の向いている方向とは直角方向に向いて、もう一人の観察者が観察できるようにしたものである。なお、第２実施例と実質的に変わらないものには、同じ符号を用いている。
【００６５】
図２２において、観察物体からの光束は、鏡体２６内において対物レンズや変倍レンズによってアフォーカル光束にされ、光分割部４１に射出される。光分割部４１では、光束を３方に分割する。先ず、左側光分割素子４２と右側光分割素子４３を透過した光束は、鏡筒２８に入射し、結像や像回転をして接眼レンズで観察される。また、左側光分割素子４２で反射された二番目の光束は、リレー系結像点３５で結像するアフォーカルリレー系３３に入射し、第２実施例の場合と同様に実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ４５付近にリレーする。なお、本実施例においては、第２実施例における反射部材３２，３４の代わりとして、光路中に反射部材４４が配置されている。
【００６６】
図２３に示されたイメージローテータ４５は、アーム２９との接続部に配置されている。そして、このイメージローテータ４５は、第２実施例のイメージローテータ３６と同様に、入射光軸を回転軸にして、顕微鏡のθの回転に対してθ／２回転し、撮影系の像回転を補正する。ただし、本実施例のイメージローテータ４５には、ドーブプリズムを使っている。このプリズムは、第2実施例のイメージローテータ３６に比べ、プリズムの光軸に対する垂直方向の面積を小さくすることができる。しかしながら、その反面、プリズム自体の光軸方向の長さが長くなるという欠点がある。光軸方向の長さを短くするために、プリズムの屈折率を高くすればよいが、そのようにするとると、多少は短くなるが、着色が発生してしまう。従って、使用条件に応じて、異なるイメージローテータを選択することになる。また、第2実施例のイメージローテータ３６を採用しても構わない。
【００６７】
他方、右側光分割素子４３によって反射された三番目の光束は、図２３に示されているように、観察者から離れる方向に反射し、二番目の光束の光軸と直交した後、側視鏡４６に入射する。側視鏡としては、単眼のものやハーフミラーにより両眼で見るようにしたものもあるが、本実施例では、瞳分割による弱い立体画像が観察できるものを設置している。そこで、その側視鏡を、図２４を用いて説明する。先ず、結像レンズ４７が、右側光分割素子４３を射出したアフォーカル光束を結像点４９に結像させる。
【００６８】
結像点４９で結像した光束は、コリメータレンズ５２で再びアフォーカル光束にされ、イメージローテータ５３を通過する。このイメージローテータ５３は、観察者が回転させることによって、観察像の向きを自由に変えるためのものである。イメージローテータ５３を射出した光束は、瞳分割部５４で分割され、鏡筒５５の左右の光学系に入射する。このように、結像レンズ４７とコリメータレンズ５２でアフォーカルリレー系になっており、鏡体２６，光分割部４１，鏡筒２８からなる実体顕微鏡内の観察系の瞳を、瞳分割部５３の光束を左右に分割する位置付近にリレーする。
【００６９】
また、右側光分割素子４３からコリメータレンズ５２までの間に、反射部材４８、５０、５１を設けている。そして、各々の反射部材４８、５０、５１の入射光軸を回転軸にして、それよりも像側となる光学系を一体にして回転できるようにしてある。そのため、先ず、反射部材４８以後の光学系を一体にして回転させると、鏡筒５５による観察者の位置を、鏡筒２８による観察者の右側にしたり左側にしたりすることができる。図２３は左側にした場合を、図２４は右側にした場合で示してある。
【００７０】
次に、反射部材５０、５１以後の光学系を回転させると、観察方向や位置を変えられる。また、瞳分割部５４の入射光軸を回転軸に対し、それ以後の光学系を一体で回転させると、左右の瞳位置の調整ができて観察しやすくなる。その場合、鏡筒５５を傾斜角可変の鏡筒にしておくと、観察者が代わったときに観察者の体型の差による観察位置の差を補正しやすい。上記の各回転による観察像の回転は、観察者がイメージローテータ５３を回転させて適宜調整する。なお、鏡体２６から側視鏡４６（鏡筒５５が必要な場合これを含む）までの全体の反射回数が偶数回になるように反射部材４８，５０，５２の反射回数を調整することが必要になる。（これにより、鏡像になることを防ぐ。）
【００７１】
本実施例は、このような配置構成をしているため、側視鏡を鏡体の側面に取り付けた場合よりも側視鏡が邪魔にならず、鏡筒２８の観察者が、観察しながら作業しやすくなっている。また、側方観察者の位置を左右に変更することも容易になる。
【００７２】
［第4実施例］
実体顕微鏡の場合には、ズーム比を大きくしたり、鏡体を動かさずに焦点調節が行えたりすることなどへの要求が大きい。しかしながら、このような要求をかなえようとすると、ズーム系や対物レンズが長くなり、観察者の覗く位置と、観察物体との距離が長くなり、観察しながら観察物体に作業を加えることがやりにくくなる。実施例４は、その点を改善をしたものである。図２５は、観察状態における観察者の右側から見た本実施例の光学系の構成図であり、図２６は図２５の上面図である。
【００７３】
本実施例の鏡体５６は、対物レンズ５９、反射部材６０、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ，６１Ｒ、リレー系結像レンズ６２Ｌ，６２Ｒ、反射部材６３Ｌ，６３Ｒ、６４Ｌ，６４Ｒ、光分割素子６５Ｌ，６５Ｒ、観察系コリメータレンズ６６Ｌ，６６Ｒ、反射部材６７Ｌ，６７Ｒとを備え、かつ、反射部材６５Ｌで分割された光路には撮影系コリメータレンズ６９と反射部材７０，７１とを備えているほか、照明系の光源７２、照明レンズ７３、照明系反射部材７４を備えている。なお、上記のうち、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、リレー系結像レンズ６２Ｌの一部、反射部材６３Ｌは、図示されていない。
【００７４】
そして、この鏡体５６には、反射部材６７Ｌ，６７Ｒからの光束出射位置に鏡筒５７を取り付けて観察可能としている。また、この鏡体５６に接続されているアーム５８には、上記の各実施例の場合と同様に、図１のアーム２に収容されている光学系や取り付けられる光学系（本発明における撮影部）が備えられている。しかも、鏡体５６とアーム５８との接続部には、イメージローテータ７５が配置され、鏡体５６のθ回転に対して、イメージローテータがθ／２回転し、像の回転を補正するするようになっている。
【００７５】
対物レンズ５９は、構成するレンズの一部（グリノー式実体顕微鏡の場合は、対物レンズ全体を動かしても可）を動かして焦点位置を変える。この対物レンズ５９は、観察物体面からの光束をアフォーカル光束として射出する。その光束を反射部材６０で反射し、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、６１Ｒに入射し、変倍した後アフォーカル光束で射出する。反射部材６０を設けない場合には、対物レンズ５９から鏡筒５７の接眼レンズまでの光路が図２５の上下方向に長くなりすぎてしまうが、本実施例の場合には、そのような不都合がないようになっている。
【００７６】
しかし、反射部材６０を設けると、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ、６１Ｒの射出位置が離れ、反射部材６３Ｌ，６３Ｒ、６４Ｌ，６４Ｒ、６７Ｌ，６７Ｒを入れただけでは、アフォーカル光束が広がってケラレが生じ、鏡筒５７部に光束を取り入れることができなくなる（鏡筒５７は、左右一対の光学系のためレンズの直径に制限がある）。そこで、これをなくすために、内部にリレー系結像点７６Ｌ，７６Ｒをもつアフォーカルリレー系を、リレー系結像レンズ６２Ｌ，６２Ｒと観察系コリメータレンズ６６Ｌ，６６Ｒで構成し、アフォーカルズーム光学系６１Ｌ，６１Ｒにより決まる瞳または瞳想定位置を、鏡筒５７の瞳または瞳想定位置にリレーする。これにより、観察者の目の位置と観察物体の距離を近付けることができる。また、鏡体５６は、観察者の前方に突き出た形状になるだけなので、観察物体に対する作業性には問題ない。
【００７７】
このような観察光学系は、１回結像により像が反転（１８０度回転）しているため、鏡筒５７に正立光学系がいらなくなる。しかし、鏡筒５７を他の実体顕微鏡と共用できるようにしたいときは、鏡体５６内で像を反転させるようにする必要があるが、その場合には、鏡体５７内の反射系で正立光学系を構成するようにするか、結像回数を偶数回にするなどの方法が考えられる。
【００７８】
鏡体５７内の観察光学系にリレー系がある場合、理論的には、そのリレー系を、第２実施例や第３実施例で説明したような、イメージローテータを小型化するための瞳リレー光学系と共用にできる可能性がある。しかしながら、実際には、鏡筒５７とイメージローテータ７５との光路の差から共通化は難しい。そこで、リレー系結像点７６Ｌ、７６Ｒ後の光束をアフォーカルにするコリメータレンズを、他のコリメータレンズに変えることで対応するのが現実的である。そのため、本実施例では、リレー系結像点７６Ｌと観察系コリメータレンズ６６Ｌの間に光分割素子６５Ｌを配置し、その光分割素子６５の反射側に撮影系コリメータレンズ６９を配置して、観察系の瞳をイメージローテータ７５付近にリレーしている。また、反射部材７０、７１により、イメージローテータ７５の回転軸（入射光軸と一致）の延長上に実体顕微鏡（鏡体５６と鏡筒５７）の重心があるように調整している。
【００７９】
このように、本実施例では、リレー系結像点７６Ｌ、７６Ｒは、第２実施例のようにアフォーカルリレー系の中ではなく、その外部近辺にある。このことは、リレー系の周辺の収差補正に有効であり、特にリレー系の長さが短いときに効果がある。また、撮影系コリメータレンズ６９は、分離した２群からなっているが、このように２群にすることによって、一方のレンズ群を光軸方向に動かして焦点位置の調整を可能にし、他方のレンズ群を光軸に垂直な平面内で動かして像の中心を調整可能にしている。
【００８０】
また、本実施例では照明系を内臓している。この照明系は、光源７２からの光を照明レンズ７３で観察物体付近に集め、できるだけ観察物体に、照明光による影ができないようにすると共に、照明系反射部材７４によって、観察系の光束に近付けるようにしている。また、手術用顕微鏡などのようにドレープで顕微鏡を覆う場合には熱がこもってしまうので、熱の発生の少ないファイバー製のライトガイドを使い、光源位置に、そのライトガイドの端面を置くようにすると好適である。
【００８１】
さらに、本実施例の場合には、光分割素子６５Ｒの反射側に、第3実施例で示した側視鏡を取り付けることが可能である。また、光分割素子６５Ｒを逆向きに付けると、第２実施例で示したようなスーパーインポーズ装置（図１３の反射部材３７〜モニター４０）を取付けることも可能である。また、 観察系コリメータレンズ６６Ｌ、６６Ｒと反射部材６７Ｌ、６７Ｒとの間隔を空けてそれらの間にビームスプリッタを配置し、そこで分割された光路上にもう一つの鏡筒を取り付けると、鏡筒５７の観察物体から観察者の目までの直線距離を大きくせずに、２人の観察者が対向して観察できるようになる。
【００８２】
以上説明したように、本発明は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに下記の特徴を有している。
（１）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１）
（２）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（２）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．５５≧β≧−３ ・・・ （２）
【００８３】
（３）各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠となるように構成されており、かつ各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有しているガウスタイプのレンズ系で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
（４）前記ガウスタイプのレンズ系は、前記の強い凹面を持った負レンズに、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする上記（３）に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８４】
（５）イメージローテータの回転軸の延長線上に実体顕微鏡の重心があることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８５】
（６）実体顕微鏡には、該実体顕微鏡の瞳を撮像装置へリレーする１回結像のリレー光学系が配置され、該リレー光学系によって投影される瞳の像位置付近にイメージローテータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
【００８６】
（７）中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１）
【００８７】
（８）各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠となるように構成されており、各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有するガウスタイプのレンズ系で構成されていて、その強い凹面を持った負レンズには、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
【００８８】
（９）撮影部の内部に撮影像を回転させるイメージローテータを配置しており、該イメージローテータの物体側には、実体顕微鏡の瞳を該イメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系を配置したことを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
【００８９】
（１０）実体顕微鏡のアフォーカルズーム系が、ズーム部と１回結像リレー部からなり、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系と前記１回結像リレー部の一部を共用することを特徴とする上記（８）に記載の実体顕微鏡装置。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、実体顕微鏡（顕微鏡本体）と撮影装置を離して配置することができ、しかも、実体顕微鏡を大型化せず、かつ鏡体まわりの形状を複雑にしなくて済むので、観察者が実体顕微鏡で観察しながら行う作業や顕微鏡の操作が好適に行えるという特徴がある。また、実体顕微鏡と撮影装置とを接続する光路中にイメージローテータを配置した場合には、実体顕微鏡の観察方向を変えても撮影される像の回転が自動的に補正され、観察者が観察している状態と同じ影像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の光学系の全体を示した構成説明図である。
【図２】第１実施例の実体顕微鏡装置の側面図である。
【図３】第１実施例で得られる影像を説明するための図である。
【図４】第１実施例の静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図５】図４に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図６】第１実施例の静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図７】図６に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図８】第１実施例の動画撮像装置２５が１／４インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図９】図８に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図１０】第１実施例の動画撮像装置２５が１／３インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したレンズを採用したときにおけるレンズ群９以降の収差図である。
【図１２】第２実施例における光学系の構成説明図であって、主として撮影装置への光分割部を示したものである。
【図１３】図１２の上面図である。
【図１４】第２実施例において、静止画撮像装置１５が３５ｍｍフィルムを使用するスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図１６】第２実施例において、静止画撮像装置１５がデジタルスチルカメラの場合における静止画アダプター１４内のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図１８】第２実施例において、動画撮像装置２５が１／４インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図１９】図８に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図２０】第２実施例において、動画撮像装置２５が１／３インチＣＣＤを備えている場合における動画アダプター結像レンズ２３のレンズ構成の一例を示す断面図である。
【図２１】図２０に示したレンズを採用したときにおけるアフォーカルリレー系３３以降の収差図である。
【図２２】第３実施例における光学系の構成説明図であって、主として撮影装置への光分割部を示したものである。
【図２３】図２２の上面図である。
【図２４】第３実施例に備えられている側視鏡の光学系の構成説明図である。
【図２５】第４実施例における光学系の構成説明図であって、主として実体顕微鏡の鏡体内の光学系を示したものである。
【図２６】図２５の上面図である。
【符号の説明】
１，２６，５６ 鏡体
２，２９，５８ アーム
３，５９ 対物レンズ
４，６１Ｒ アフォーカルズーム光学系
５ 光分割光学系
６，２８，５５，５７ 鏡筒
７，３６，４５，５３，７５ イメージローテータ
８，１２，１９，２２，３２，３４，３７，３８，４４，４８，５０，５１，６０，６３Ｒ，６４Ｌ，６４Ｒ，６７Ｌ，６７Ｒ，７０，７１ 反射部材
９，１１，１８ レンズ群
１０，３０，６５Ｌ，６５Ｒ 光分割素子
１３ 静止画中間結像点
１４ 静止画アダプター
１５ 静止画撮像装置
１６ 静止画瞳リレーレンズ
１７ 静止画アダプター結像レンズ
２０ 動画中間結像点
２１ 動画瞳リレーレンズ
２３ 動画アダプター
２４ 動画アダプター結像レンズ
２５ 動画撮像装置
２７，４１ 光分割部
３１ 光合成素子
３３ アフォーカルリレー系
３５ リレー系結像点
３９，５２ コリメータレンズ
４０ モニター
４２ 左側光分割素子
４３ 右側光分割素子
４６ 側視鏡
４７ 結像レンズ
４９ 結像点
５４ 瞳分割部
６２Ｌ，６２Ｒ リレー系結像レンズ
６６Ｌ，６６Ｒ 観察系コリメータレンズ
６９ 撮影系コリメータレンズ
７２ 光源
７３ 照明レンズ
７４ 照明系反射部材
Claims (13)
- 観察者が視差のある画像を観察して立体観察をする実体顕微鏡の光束から分割した光束を、複数の撮像装置の撮像面に結像させる実体顕微鏡用撮影装置において、実体顕微鏡との接続部から各々の撮像面までの間に光束を複数に光分割する撮影系光分割手段を備えていると共に、その撮影系光分割手段の撮像面側の光路中に各々中間結像面を有していて、それらの中間結像面の像を各々の撮像面にリレーするように構成したことを特徴とする実体顕微鏡用撮影装置。
- 実体顕微鏡と撮影装置を接続する光路中の光束をアフォーカル光束にし、そのアフォーカル光束中にイメージローテータを配置し、撮影装置に対して実体顕微鏡をθ回転させたとき、前記イメージローテータが実体顕微鏡と同方向にθ／２回転するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
- 物体からの光束をアフォーカル光束にする対物レンズと、その対物レンズからの光束を変倍するアフォーカルズーム系と、そのアフォーカルズーム系から出射した光束を観察系と撮影系に分割する光分割光学系と、その光分割光学系で分割した観察系側の光束を複数の視差のある像に結像して接眼レンズで拡大して観察する鏡筒光学系と、を備えている実体顕微鏡と、
前記光分割光学系で分割された撮影系側の光束をさらに分割する光分割手段を備えていると共に、複数の撮像装置を取り付けることが可能な撮影装置と、
によって構成されている実体顕微鏡装置において、
前記光分割手段と、前記複数の撮像装置の撮像面との間に各々中間結像面を有していて、それらの中間結像面の像を各々の撮像面にリレーするように構成したことを特徴とする実体顕微鏡装置。 - 中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１） - 中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（２）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
−０．５５≧β≧−３ ・・・ （２） - 各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠となるように構成されており、かつ各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有しているガウスタイプのレンズ系で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
- 前記ガウスタイプのレンズ系は、前記の強い凹面を持った負レンズに、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする請求項６に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
- イメージローテータの回転軸の延長線上に実体顕微鏡の重心があることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
- 実体顕微鏡には、該実体顕微鏡の瞳を撮像装置へリレーする１回結像のリレー光学系が配置され、該リレー光学系によって投影される瞳の像位置付近にイメージローテータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡用撮影装置。
- 中間結像面での像に対する撮像面での倍率が、アダプター結像倍率をβとしたとき、それぞれの撮影光路で、下記の条件式（１）を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
−０．４５≧β≧−４ ・・・ （１） - 各々の中間結像面から撮像面までの光路中に、それぞれ瞳リレーレンズ群と結像レンズ群とが配置されていて、それらの結像レンズ群の射出瞳がほぼ無限遠 となるように構成されており、各々の結像レンズ群は、強い凹面を向かいあわせた二つのレンズを有するガウスタイプのレンズ系で構成されていて、その強い凹面を持った負レンズには、異常分散ガラスを用いている凸レンズを、接合させているか隣接させていることを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
- 撮影部の内部に撮影像を回転させるイメージローテータを配置しており、該イメージローテータの物体側には、実体顕微鏡の瞳を該イメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系を配置したことを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡装置。
- 実体顕微鏡のアフォーカルズーム系が、ズーム部と１回結像リレー部からなり、実体顕微鏡の瞳をイメージローテータ付近にリレーする１回結像のリレー光学系と前記１回結像リレー部の一部を共用することを特徴とする請求項１１に記載の実体顕微鏡装置。
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