JP4229498B2

JP4229498B2 - 共焦点顕微鏡及び共焦点顕微鏡等に用いられるリレー光学系

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Application number: JP28134998A
Authority: JP
Inventors: 西田浩幸
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Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2009-02-25
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点顕微鏡及び主として共焦点顕微鏡に用いられるリレー光学系に関し、特に、共焦点像を撮像手段、表示手段により撮像、表示することで標本の像を観察することを主な目的とするユニットであり、顕微鏡本体に後付けができて全体がコンパクトでかつ明るさのロスが少ない共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
標本と共役な位置に配置された共焦点用基板を高速で回転することで照明光を標本上で走査して標本の共焦点像を得る共焦点顕微鏡は従来から公知であり、米国特許第４，９２７，２５４号等に詳しく述べられており、各社から製品化もされている。
【０００３】
共焦点ユニットを顕微鏡に後付けできるものとしては、特開平１０−２６７３５号のものがある。これは、レーザを光源に用い、共焦点用基板上の各ピンホールに対応したマイクロレンズアレイを通して照明し、明るい共焦点像を得る方式のもので、Ｃマウントの光軸と撮影装置が同一直線上になるように構成されている。
【０００４】
また、対物レンズ等で形成された像をリレーする光学系に関し、正の焦点距離を有する２群で構成され、２群の間隔を比較的有しているものとしては特開昭６１−２１０３１２号、及び、特開平９−３３８０４号のものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在各社から製品化されている共焦点顕微鏡は、共焦点像を目視できるようになっている。目視するためには、机上面から接眼レンズ部分の高さ（アイポイント）に制限がある。余り高いと、目で覗くことが困難になるからである。したがって、リレー光学系は、通常、対物レンズの光軸と垂直な面内で光路を折り曲げるという周回光路等の構成をとることでアイポイントが高くならないようにしている。しかし、周回光路を構成するためにミラーを沢山使用する。ミラーによる反射回数は、多い場合で光源から目までのトータルで十数回にも及び、明るさのロスが大きいという問題がある。本発明が関係する共焦点顕微鏡では、高輝度光源を用いないと暗くて観察が困難であるという点で、明るさのロスは大きな問題である。また、構成が複雑になることで使用する部品点数も増え、価格が高いという問題もある。
【０００６】
特開平１０−２６７３５号に示されている技術は、顕微鏡に後付けができるという点で構成が比較的簡単になっているが、原理上照明光をマイクロレンズの上部から入れないといけない。したがって、観察光は途中でビームスプリッタ等により光路から引き出してリレーしなければならず、ミラー部材を少なくても数枚は使用しなければならないため、明るさのロスが避けられないという問題を有している。
【０００７】
また、ミラー部材の使用を極力少なくしたとしても、光学系の全長が長くなってしまっては、ユニット自体が縦に長くなり、装置取り付け時の安定性や撮像素子の取り付けが不便になるという問題から、光学系の全長はできるだけ短くすく必要がある。しかし、共焦点ユニットにおいては、共焦点用基板を通して標本を照明する必要があるために、共焦点用基板とリレー光学系との間に照明光導入用のプリズム部材又はミラー部材が配置できるスペースを確保しなければならないという課題がある。この観点において、リレー光学系が本発明のものと構成が近い例としては、特開昭６１−２１０３１２号、及び、特開平９−３３８０４号のものがある。
【０００８】
特開昭６１−２１０３１２号、特開平９−３３８０４号に示されているような正の焦点距離を有する２群からなるリレー光学系においては、前群の焦点距離をｆ₁、後群の焦点距離をｆ₂としたとき、中間像位置からリレー像位置までの距離Ｌはおよそ２×（ｆ₁＋ｆ₂）と考えられる。
【０００９】
特開昭６１−２１０３１２号は、レンズ最終面と撮像面との間に色分散プリズムを配置するために、第２群の標本側でのレンズ面を物体側に向いた強い凹面とした構成をとっている。これは、第２群の標本側の面を物体側に向いた強い凹面として、主点位置を撮像面側に寄せて第２群と撮像面との距離を大きく取ろうとしたものである。しかしながら、この構成では、第２群と撮像面との距離は大きくとれるが、第１群と第２群の距離も大きくしているので、限られたスペース“Ｌ”の中で考えると必然的に中間像と第１群との距離が小さくなってしまう。したがって、この構成では中間像に配置される共焦点用基板と第１群の間隔が小さくなり、照明光導入用のプリズム部材又はミラー部材の配置が困難になる。各群の焦点距離を長くすれば、照明光導入用のプリズム部材又はミラー部材の配置を可能にすることはできるが、これでは“Ｌ”も長くなってしまうため、コンパクトに構成することができなくなる。
【００１０】
特開平９−３３８０４号のものは、第１群が中間像側に凹面を向けた正メニスカスレンズで構成されている。中間像側に凹面を向けると主点位置が撮像面側に寄るため、中間像位置と第１群との間隔が大きく取れない。したがって、照明光導入用のプリズム部材又はミラー部材の配置が困難になる。この場合も、各群の焦点距離を長くすれば、照明光導入用のプリズム部材又はミラー部材の配置を可能にすることはできるが、これでは“Ｌ”も長くなってしまうため、コンパクトに構成することができなくなる。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共焦点像を得ると共にその共焦点像を撮像手段、表示手段により撮像、表示することで標本の像を観察することを主な目的とするユニットに関し、顕微鏡本体に後付けができて、全体がコンパクトでかつ明るさのロスが少ない共焦点顕微鏡、及び、この共焦点顕微鏡に主として用いられ、全長が短く、コンパクトかつ比較的レンズ枚数を少なく構成できるリレー光学系を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のリレー光学系は、対物レンズ及び結像レンズによって結像された標本の像Ｉ₁をリレーして撮像面Ｉ₂上に再結像させるリレー光学系において、
該リレー光学系は、標本側から順に、光路分割又は光路結合する手段、正の焦点距離を有する第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂で構成され、
前記標本の像Ｉ₁と前記撮像面Ｉ₂との距離をＬとしたとき、前記第１レンズ群Ｇ₁の最終面と前記第２レンズ群Ｇ₂の第１面との間の距離Ｄが、
Ｌ／８≦Ｄ≦Ｌ／３・・・（１）
を満たし、
前記第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂は各々最も標本側に配置されたレンズが標本側に凸面を向けた正の単レンズ又は接合レンズであり、
前記第１レンズ群Ｇ₁又は前記第２レンズ群Ｇ₂の少なくとも一方に凹レンズを有していることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の共焦点顕微鏡は、照明光学系を通して、光源からの光で対物レンズ像位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍に配置されている共焦点用基板を照明し、前記共焦点用基板を通過する光を対物レンズで標本上に結像し、標本で反射される光を、再び前記対物レンズを介して前記共焦点用基板又はその近傍に結像させ、前記共焦点用基板を通過する光をリレー光学系により標本像として再結像させ、前記共焦点用基板を高速に回転させることにより、標本上で光を高速に走査して標本の像を得、その像を撮像手段で撮像する共焦点顕微鏡において、
前記照明光学系、前記共焦点用基板、前記リレー光学系は、顕微鏡本体に後付けできる構成であって、
少なくとも前記共焦点用基板、前記リレー光学系、前記撮像手段が略同一直線状に配置され、
上記のリレー光学系を用い、前記光路結合手段が前記照明光学系からの光を前記共焦点用基板に導くためのミラー部材又はプリズム部材からなることを特徴とするものである。
【００１４】
以下、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
本発明の共焦点顕微鏡の以上の構成によれば、顕微鏡本体に後付けできるユニット部分においては、余分なミラーやプリズム等の反射部材を使用せずに構成できるので、周回光路等の複雑な構成にならずシンプルに構成することができ、また、明るさのロスも最小限に抑えることができるので、明るい像が観察できる。
【００１５】
顕微鏡全体の構成としては、後付け部分の共焦点用基板、リレー光学系、撮像手段だけでなく、これに加えて、対物レンズ、結像レンズ等も含めて、略同一直線状に配置されていることが望ましい。しかしながら、顕微鏡本体との取り付けの問題において、ミラー部材等を通して対物レンズ光軸から離れた位置で取り付けざるを得ない場合もあり、したがって、少なくとも共焦点用基板、リレー光学系、撮像素子が略同一直線状に配置されていれば、周回光路等を用いた構成と比較しても反射回数が極端に少ないので、本発明の目的を達成することはできる。次に、本発明のリレー光学系について説明する。前述のように、正の焦点距離を有する２群からなるリレー光学系では、中間像位置からリレー像位置までの距離Ｌで表せるスペース中で各群のパワー配置をどのようにするかがポイントとなる。
【００１６】
顕微鏡光学系においては、対物レンズの瞳は、通常結像レンズによって略無限遠に投影される。もし、リレー光学系が第１レンズ群Ｇ₁の１群で構成されていた場合、全体をコンパクトにするために焦点距離が短くなっているので、結像レンズによって略無限遠に投影されていた瞳は、リレー光学系によってリレー光学系の直後付近に投影される。瞳が光学系の直後に投影されると、軸外の結像光束において主光線の角度が大きくなってしまう。軸外の主光線角度が大きいと、撮像素子の角度特性の影響を受けるためよくない。したがって、瞳位置をコントロールして軸外の主光線の角度を小さくするため、第２レンズ群Ｇ₂が必要になる。ただし、この関係は逆でもよい。すなわち、第１レンズ群Ｇ₁による瞳の投影位置を第２レンズ群Ｇ₂前側焦点位置近傍として、第２レンズ群Ｇ₂を射出する軸外光束の主光線の角度が小さくなるようにしながら、第２レンズ群Ｇ₂で結像性能を確保する構成でもよいということである。また、このとき、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂の間隔Ｄは、第１レンズ群Ｇ₁の最終面と第１レンズ群Ｇ₁の後側焦点位置までの距離をｆ_b1とし、第２レンズ群Ｇ₂の第１面と第２レンズ群Ｇ₂の前側焦点位置までの距離をｆ_f2とすると、Ｄ≒ｆ_b1＋ｆ_f2となる。
【００１７】
結像性能の確保、特に像面湾曲の補正を考えた場合、全系が凸パワーを有した光学系では、ペッツバール和を小さくするために、光線高の高いところで凸パワーを用い、光線高の低いところに凹パワーを用いるのがよい。これは、各パワーの全系への寄与が各焦点距離と光線高の比で決まるため、全系のパワーが同じでも光線高の低いところに凹パワーを用いた方がより焦点距離を短くできるので、ペッツバール和を小さくするのに有利に働き、また、光線高の高いところに凸パワーを用いると逆に焦点距離が長くなるので、ペッツバール和が大きくならなくするのに有利に働くからである。
【００１８】
第１レンズ群Ｇ₁で結像性能（特に、像面湾曲）を確保することを考えた場合、もし第１面が凹面であったとすると、中間像位置Ｉ₁との距離が小さくないと性能が確保できない。これは、中間像位置Ｉ₁との距離が大きいと光線高が高くなるため、凹面の効果が弱くなってしまうからである。したがって、第１面は凸面として光路分割又は光路結合する手段を配置するためのスペースを確保しながら、光線高の高いところで凸パワーを効かせて光線高を下げてそこに凹レンズを用いる構成がベストな構成となる。また、第２レンズ群Ｇ₂での収差発生量を小さくするため、第１面は標本側に凸面を向けた凸レンズであることが望ましい。これは、凸パワーを分散して各面の曲率半径を緩くすることで第２レンズ群Ｇ₂全体で発生する収差を小さくできるからである。
【００１９】
次に、第２レンズ群Ｇ₂で結像性能（特に、像面湾曲）を確保することを考えた場合、この第１面が凹面であった場合、この第１面は第１レンズ群Ｇ₁により投影された瞳位置近傍に配置されることとなる。これは、瞳位置近傍の光線高が低いため凹面が有効に働くからである。そして、この凹面で光線高を上げておいて、そこに凸レンズを配置することで性能確保することとなるが、これは特開昭６１−２１０３１２号のものと同じ構成である。この構成は、結果として全長に比して第２レンズ群Ｇ₂と像面との距離、及び、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂との間の距離が大きくなってしまうために、標本の一次結像位置Ｉ₁とこの１次像をリレーして撮像手段上に再結像させる位置Ｉ₂までの全長Ｌを短くしつつ、光路分割又は光路結合する手段を配置するためのスペースを確保することが難しい。したがって、第１レンズ群Ｇ₁により投影される瞳位置より第１レンズ群Ｇ₁側で光線高が下がり切らないところで凸面である第１面を配置し、光線高を下げて、次に凹レンズを配置する構成をとり、性能を確保すると同時に、第２レンズ群Ｇ₂と像面との距離、及び、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂との間の距離が大きくならないようにして、限られたスペースの中で光路分割又は光路結合する手段を配置するためのスペースを確保することが望ましい。このとき、第１レンズ群Ｇ₁の第１面が凹面であると、これもまた先に述べた通り、光路分割又は光路結合する手段を配置すだめのスペースを確保するのが難しくなるのでよくない。したがって、第１レンズ群Ｇ₁の第１面は標本側に凸面を向けた凸レンズであることが望ましい。
【００２０】
また、第１レンズ群Ｇ₁のレンズ最終面と第２レンズ群Ｇ₂の第１面との間隔Ｄは、Ｌ／８≦Ｄ≦Ｌ／３の条件式（１）を満たしていることが望ましい。第１レンズ群Ｇ₁及び第２レンズ群Ｇ₂が各々正の単レンズで構成された場合、Ｄ≒ｆ_b1＋ｆ_f2≒Ｌ／２となる。
【００２１】
（１）式の上限のＬ／３を越えた場合、光路分割又は光路結合する手段を配置するためのスペースと撮像素子側のスペース（撮像素子取り付け胴付位置と撮像面の間は、ローパスフィルタ等のためにある程度の間隔が必要）を確保するために、第１レンズ群Ｇ₁、第２レンズ群Ｇ₂それぞれの全長を短くしなければならないが、凹レンズを含めたレンズを配置するスペースの確保が困難となり、球面収差、像面湾曲等の結像性能を大幅に劣化させることとなる。
【００２２】
また、（１）式の下限のＬ／８を下回ると、レンズ構成が複雑になりすぎてしまう。光路分割又は光路結合する手段を配置するためのスペース確保と性能確保の観点で考えた場合、本来下限は存在しない。しかし、Ｄが小さくなるということはそのスペースに沢山のレンズが配置されるということなので、比較的レンズ枚数の少ない構成を考える場合には、上記の下限を下回らない方がよい。
【００２３】
加えて、リレー光学系を構成する単レンズ及び接合レンズの焦点距離の逆数が負の値であるものの総和をψ_-、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂の最も標本側に配置された正レンズの焦点距離の逆数の中の大なるものの値をψ₊として、
｜ψ_-｜≧１．５ψ₊ ・・・（２）
を満たすことが望ましい。全系が凸パワーで比較的簡単な構成のリレー光学系を考えた場合、凹パワーを沢山使用することはできない。したがって、使用する個々の凹パワーを強くしてその他の凸パワーで発生するペッツバール和を一気にキャンセルするようにすることが必要となる。薄肉レンズ系で近似して考えると、ペッツバール和はレンズの焦点距離と硝材の屈折率で求まる。硝材の屈折率はそれぞれ大きくは異ならず、光学系において略一定と見なせば、パワーをレンズの焦点距離の逆数で代用して考えて差支えない。
【００２４】
リレー光学系に使用している凹パワーψ_-が条件式（２）の下限の１．５ψ₊を下回った場合、ψ₊以外の凸パワーで発生したペッツバール和を十分にキャンセルし切れず、その結果像面湾曲の補正不足を生じる。
【００２５】
そして、前記のような構成の共焦点顕微鏡において、リレー光学系が、対物レンズ及び結像レンズによって結像された標本の像Ｉ₁をリレーして撮像面Ｉ₂上に再結像させるリレー光学系において、該リレー光学系は、標本側から順に、光路分割又は光路結合する手段、正の焦点距離を有する第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂で構成され、前記標本の像Ｉ₁と前記撮像面Ｉ₂との距離をＬとしたとき、前記第１レンズ群Ｇ₁の最終面と前記第２レンズ群Ｇ₂の第１面との間の距離Ｄが、
Ｌ／８≦Ｄ≦Ｌ／３・・・（１）
を満たし、前記第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂は各々最も標本側に配置されたレンズが標本側に凸面を向けた正の単レンズ又は接合レンズであり、前記第１レンズ群Ｇ₁又は前記第２レンズ群Ｇ₂の少なくとも一方に凹レンズを有しているか、加えて条件式（２）を満たす構成であり、光路結合手段が照明光学系からの光を共焦点用基板に導くためのミラー部材又はプリズム部材からなる共焦点顕微鏡であることが望ましい。前記のような共焦点顕微鏡の構成をとることにより、顕微鏡本体に後付けができて、明るさのロスが少なくできる。加えて、リレー光学系が以上のような構成をとることで、全長が短くコンパクトな共焦点顕微鏡の提供をより確実にすることができる。
【００２６】
また、リレー光学系は切り替え可能であることが望ましい。この構成を有することで、観察用途に応じて倍率等の変換が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の共焦点顕微鏡、リレー光学系等の第１〜第７実施例について、図面を参照にして説明する。
〔第１実施例〕
本発明の第１実施例について説明する。図１は、共焦点顕微鏡光学系の構成図である。光源１４から出た光は、ランプハウス６中に設けられたコリメートレンズ１５ａ、集光レンズ１５ｂ及びコリメートレンズ１５ｃからなる照明光学系１５を通り、ハーフミラープリズムからなる光路結合素子１１に入射し、そこで反射した光で共焦点用基板（ニポウディスク等）１０を照明し、共焦点用基板１０を通過し、結像レンズ９及び対物レンズ３を通して標本８を照明する。標本８で反射した光は、再び対物レンズ３及び結像レンズ９を通って共焦点用基板１０に戻る。そして、共焦点用基板１０を通過した光は、光路結合素子１１、リレー光学系１２を通って撮像面１３に達し、その位置に設けたＣＣＤ等の撮像素子により撮像される。
【００２８】
図２は、本発明に基づく本実施例の共焦点顕微鏡システムの構成図であり、図１の集光レンズ１５ｂ、コリメートレンズ１５ｃ、光路結合素子１１、共焦点用基板１０、リレー光学系１２からなる共焦点ユニット４は、鏡筒２の上部に後付けで取り付けられるようになっている。なお、図２中、１は鏡基、５はＣＣＤ等の撮像素子、１９は画像取込・演算装置、２０は画像表示素子、６’は本体に設けた別のランプハウスである。
【００２９】
本実施例においては、対物レンズ３、鏡基１又は鏡筒２内部に取り付けられている結像レンズ９、共焦点用基板１０、リレー光学系１２、撮像素子５が一直線に配置されており、ミラー等が使用されていないので、システム全体において明るさのロスがほとんどない。また、本実施例では、本体は鏡基１と鏡筒２を合わせた部分を指している。
【００３０】
さらに、図１において、光路結合素子１１は、図３に示したような断面ひし形状のハーフミラープリズムを用いてもよい。図３中、ＨＭがハーフミラー面であり、このような断面ひし形状のハーフミラープリズムは、プリズムの面反射によるフレア光を防ぐ場合に使用される。ただし、この場合は、図３にも示すように、プリズムの前後で光軸がΔだけずれるので、そのずれ分Δだけ光学系をシフトして配置する必要がある。したがって、この場合は完全な一直線ではなく、略一直線状の配置になる。
【００３１】
〔第２実施例〕
本発明の第２実施例について説明する。図４は、本実施例の共焦点顕微鏡システムの構成図である。本実施例では、本体は、鏡基１、中間鏡筒７、鏡筒２を合わせた部分を指しており、共焦点ユニット４は中間鏡筒７の上部に取り付けられるようになっている。本構成においては、共焦点ユニット４の取り付け及び装置の安定性の点で、対物レンズ３の光軸と、共焦点ユニット４及び撮像素子５の光軸とを横にずらして配置するようになっている。共焦点ユニット４内の構成は、図１に示されたものと同じであり、共焦点ユニット４内においてはミラーを用いていないので、共焦点ユニット４での明るさのロスはない。
また、光路結合素子１１は図３に示したものを用いてもよいことは言うまでもない。その効果、作用は先に説明した通りである。
【００３２】
〔第３実施例〕
本発明の第３実施例について説明する。図５は、本実施例におけるリレー光学系１２の構成を示す図である。図５の（ａ）に光路を、（ｂ）に後記の数値データ中のレンズ面と面間隔を示す。本実施例の数値データは後記する。
【００３３】
本実施例においては、第１群Ｇ₁に凹レンズを用いた構成になっている。図６に本実施例の性能を表す球面収差、コマ収差、非点収差を表す収差図を示す。
【００３４】
この実施例において、Ｌ＝１４１ｍｍであり、リレー光学系の倍率は１倍である。また、Ｄ＝３６．４２８４＝Ｌ／３．８７であり、｜ψ_-｜＝０．０９０５、ψ₊＝０．０４９８より、｜ψ_-｜＝１．８２ψ₊≧１．５ψ₊である。
【００３５】
さらに、本実施例では、光路分割又は光路結合手段１１が明確に示されているが、この部分が空気であっても、光路分割又は光路結合手段が配置可能であるように構成されていれば、同様であることは言うまでもない。
【００３６】
〔第４実施例〕
本発明の第４実施例について説明する。図７は、本実施例におけるリレー光学系１２の構成を示す図５と同様の図である。本実施例の数値データは後記する。
本実施例においては、第１群Ｇ₁及び第２群Ｇ₂に凹レンズを用いた構成になっている。図８に本実施例の性能を示す図６と同様の収差図を示す。
この実施例において、Ｌ＝１４１．６ｍｍであり、リレー光学系の倍率は１倍である。また、Ｄ＝２６．３６７６＝Ｌ／５．３７であり、｜ψ_-｜＝０．１０１９、ψ₊＝０．０４９９より、｜ψ_-｜＝２．０４ψ₊≧１．５ψ₊である。
【００３７】
〔第５実施例〕
本発明の第５実施例について説明する。図９は、本実施例におけるリレー光学系１２の構成を示す図５と同様の図である。本実施例の数値データは後記する。
本実施例においては、第２群Ｇ₂に凹レンズを用いた構成になっている。図１０に本実施例の性能を表す収差図を示す図６と同様の収差図を示す。
この実施例において、Ｌ＝１４０．８ｍｍであり、リレー光学系の倍率は０．５倍である。また、Ｄ＝３１．３４５２＝Ｌ／４．４９であり、｜ψ_-｜＝０．０５４４、ψ₊＝０．０２１８より、｜ψ_-｜＝２．５ψ₊≧１．５ψ₊である。
【００３８】
〔第６実施例〕
本発明の第６実施例について説明する。図１１は、本実施例における構成を示す図である。基本の構成は第１実施例と同じであるが、本実施例においては、リレー光学系１２が切り替え可能な構成になっている。例えば、倍率を切り替えるために、第３実施例で示したリレー光学系１２と第５実施例で示したリレー光学系１２を相互に切り替え可能になっている。なお、切換手段は、スライダ式でもよいし、ターレット式でもよい。
【００３９】
〔第７実施例〕
本発明の第７実施例について説明する。本発明のリレー光学系は主として共焦点顕微鏡に用いられるが、光路結合素子の代わりに光路分割素子を用いて、図１２のような構成をとる顕微鏡システムに用いることも可能である。図１２では、光路分割素子１１によって光路を２つに分け、一方の光路には本発明によるリレー光学系１２が配置され、もう一方の光路には別のリレー光学系１８が配置され、各々標本８の像をリレーして別々の撮像素子で撮像するか又は写真装置で写真撮影ができるようになっている。リレー光学系１８は、本発明の構成をとってもよいし、別の構成をとってもよい。なお、図１２中、１６は中間像面、１７はミラーである。
【００４０】
以下に、第３〜第５実施例の数値データを示す。なお、各実施例において、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのｄ線のアッべ数である。
【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】
なお、本発明の共焦点顕微鏡に用いられる共焦点用基板１０としては、図１３（ａ）に示すようなニポウディスクの他に、図１３（ｂ）に示すように、基板全体に光を透過する細線（白い部分）と光を遮断する細線（黒い部分）が交互に並んだストライプ模様が形成されているもの、図１３（ｃ）に示すように、ストライプ模様の領域、光を透過する幅広い領域（白い部分）、及び、光を遮断する幅広い領域（黒い部分）で構成されたものがある。また、図示以外の構成の共焦点用基板であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、共焦点像を得ると共に、その共焦点像を撮像手段、表示手段により撮像、表示することで標本の像を観察することを主としたユニットにおいて、顕微鏡本体に後付けができて、全体がコンパクトで、かつ、明るさのロスが少ない共焦点顕微鏡、及び、この共焦点顕微鏡に主として用いられ、全長が短く、コンパクトに構成することができるリレー光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の共焦点顕微鏡光学系の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例の共焦点顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図３】本発明において使用可能な他の光路結合素子（光路結合素子）の例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例の共焦点顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例のリレー光学系の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例のリレー光学系の収差図である。
【図７】本発明の第４実施例のリレー光学系の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施例のリレー光学系の収差図である。
【図９】本発明の第５実施例のリレー光学系の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施例のリレー光学系の収差図である。
【図１１】本発明の第６実施例の共焦点顕微鏡光学系の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施例の撮影光学系の構成を示す図である。
【図１３】本発明の共焦点顕微鏡に使用可能な共焦点用基板の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…鏡基
２…鏡筒
３…対物レンズ
４…共焦点ユニット
５…撮像素子
６…ランプハウス
６’…別のランプハウス
７…中間鏡筒
８…標本
９…結像レンズ
１０…共焦点用基板
１１…光路結合素子（光路結合素子）
１２…リレー光学系
１３…撮像面
１４…光源
１５…照明光学系
１５ａ…コリメートレンズ
１５ｂ…集光レンズ
１５ｃ…コリメートレンズ
１６…中間像面
１７…ミラー
１８…リレー光学系
１９…画像取込・演算装置
２０…画像表示素子
Ｇ₁…第１レンズ群
Ｇ₂…第２レンズ群
Ｉ₁…標本の像
Ｉ₂…撮像面
ＨＭ…ハーフミラー面

Claims

対物レンズ及び結像レンズによって結像された標本の像Ｉ₁をリレーして撮像面Ｉ₂上に再結像させるリレー光学系において、
該リレー光学系は、標本側から順に、光路分割又は光路結合する手段、正の焦点距離を有する第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂で構成され、
前記標本の像Ｉ₁と前記撮像面Ｉ₂との距離をＬとしたとき、前記第１レンズ群Ｇ₁の最終面と前記第２レンズ群Ｇ₂の第１面との間の距離Ｄが、
Ｌ／８≦Ｄ≦Ｌ／３・・・（１）
を満たし、
前記第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂は各々最も標本側に配置されたレンズが標本側に凸面を向けた正の単レンズ又は接合レンズであり、
前記第１レンズ群Ｇ₁又は前記第２レンズ群Ｇ₂の少なくとも一方に凹レンズを有していることを特徴とするリレー光学系。
前記リレー光学系を構成する単レンズ及び接合レンズの焦点距離の逆数が負の値であるものの総和をψ_-、前記第１レンズ群Ｇ₁と前記第２レンズ群Ｇ₂の最も標本側に配置された正レンズの焦点距離の逆数の中の大なるものの値をψ₊として、
｜ψ_-｜≧１．５ψ₊ ・・・（２）
を満たすことを特徴とする請求項１記載のリレー光学系。
照明光学系を通して、光源からの光で対物レンズ像位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍に配置されている共焦点用基板を照明し、前記共焦点用基板を通過する光を対物レンズで標本上に結像し、標本で反射される光を、再び前記対物レンズを介して前記共焦点用基板又はその近傍に結像させ、前記共焦点用基板を通過する光をリレー光学系により標本像として再結像させ、前記共焦点用基板を高速に回転させることにより、標本上で光を高速に走査して標本の像を得、その像を撮像手段で撮像する共焦点顕微鏡において、
前記照明光学系、前記共焦点用基板、前記リレー光学系は、顕微鏡本体に後付けできる構成であって、
少なくとも前記共焦点用基板、前記リレー光学系、前記撮像手段が略同一直線状に配置され、
請求項１記載のリレー光学系を用い、前記光路結合手段が前記照明光学系からの光を前記共焦点用基板に導くためのミラー部材又はプリズム部材からなることを特徴とする共焦点顕微鏡。