JP5052378B2 - 顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は顕微鏡に関するものである。特に、手術等の医療用に使用する顕微鏡に関するものである。

従来、左右一対の対物光学系と左右一対の接眼光学系を有する実体顕微鏡の左右の光束中に、イメージローテーターを配置し、鏡体の一部を移動し観察しやすくしても、像の明るさの低下、けられの発生、立体感の異常を軽減できる実体顕微鏡が開示されている。（特許文献１）。

また、鏡体内の対物レンズに入射した観察物体からの光束は、光分割光学系で分割され、一方は鏡筒内の観察光学系へ導かれ、他方はアーム内の撮影光学系に導かれ、鏡体とアームの接続部にはイメージローテーターが配置され、アームに対し鏡体を回転させても、各撮像面での像が回転しないようにすることで、観察しながら観察物体に作業を施すとき、邪魔にならないように設置することの可能な実体顕微鏡用撮影装置が開示されている（特許文献２）。

さらに、対物レンズと、対物レンズと同軸の変倍光学系と、１回結像リレー光学系とを同軸に配置された１軸光学系と、リレー光学系の後方に配置された左右一対の開口絞りと、結像レンズと反射部材と接眼レンズからなる少なくとも一対の観察光学とを備え、リレー光学系を射出したアフォーカル光束中にイメージローテーターを備えた実体顕微鏡が開示されている。（特許文献３）。

特開平５−１７３０８０号公報 特開２００４−１０９５５４号公報 特開平１０−２８２４２８号公報

しかしながら、これらの特許文献１乃至３に開示された光学系は、イメージローテーターを結像レンズやコリメータレンズ付近に配置していたので、光束が大きくなり、顕微鏡の小型、軽量化に障害となる場合があった。

このような課題に鑑み、本発明の目的は、光束を小さくし、小型、軽量化すると共に、使用し易い顕微鏡を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明では、物体側から順に、左右一対の光学系ではない１つの対物レンズ光学系と、アフォーカルズームレンズ光学系と、結像レンズ及び接眼レンズを含む鏡筒側光学系と、からなる顕微鏡において、アフォーカルズームレンズ光学系と鏡筒側光学系の間に、光分割素子を配置し、前記光分割素子は、第１鏡筒側光学系と、第２鏡筒側光学系とに光路を分割し、前記第２鏡筒側光学系は、１回結像アフォーカルリレー光学系を有し、前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、イメージローテーターを有し、前記１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点を前記イメージローテーターの内部に有し、前記アフォーカルズーム光学系は、左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、前記対物レンズの光軸と、前記１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸と同軸であることが望ましい。鏡筒はアフォーカル光束を結像し、接眼レンズが拡大して見る部分で、像の向きを合わせ、正しい立体像を見るための反射部材を含んだものである。

このように、１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点をイメージローテーターの内部に有することにより、光束が小さくなるため、光学系及び顕微鏡を小型、軽量化することができる。

また、アフォーカルズーム光学系を、左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、対物レンズの光軸と、１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸と同軸であるように構成することにより、光軸に対して平行な回転軸で回転しても、像の回転や偏心がなく、正しい立体像を得ることができる。

さらに、本発明では、物体側から順に、左右一対の光学系ではない１つの対物レンズ光学系と、アフォーカルズームレンズ光学系と、結像レンズ及び接眼レンズを含む鏡筒側光学系と、からなる顕微鏡において、アフォーカルズームレンズ光学系と鏡筒側光学系の間に、光分割素子を配置し、前記光分割素子は、第１鏡筒側光学系と、第２鏡筒側光学系とに光路を分割し、前記第２鏡筒側光学系は、１回結像アフォーカルリレー光学系を有し、前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、イメージローテーターを有し、前記１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点を前記イメージローテーターの内部に有し、前記アフォーカルズーム光学系は、左右一対の光学系を少なくとも二対有し、少なくとも二対の左右一対の光学系の光軸の中間線が一致し、前記中間線と前記対物レンズの光軸と前記１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸が一致することが望ましい。鏡筒はアフォーカル光束を結像し、接眼レンズが拡大して見る部分で、像の向きを合わせ、正しい立体像を見るための反射部材を含んだものである。

このように、１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点をイメージローテーターの内部に有することにより、光束が小さくなるため、光学系及び顕微鏡を小型、軽量化することができる。

また、前記アフォーカルズーム光学系を、左右一対の光学系を少なくとも二対有し、少なくとも二対の左右光学系の光軸の中間線が一致し、前記中間線と前記対物レンズの光軸と前記１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸が一致するように構成することにより、光軸方向の長さを短くでき、光束も小さくできるので、系全体及び顕微鏡を小型化することができる。

また、イメージローテーターは、３つの反射面で構成されることが望ましい。

このように構成することにより、各種存在するイメージローテーターのうち最小にすることができる。

また、１回結像アフォーカルリレー光学系は、光軸を回転軸として回転する少なくとも２つの回転部を有することが望ましい。

このように構成することにより、観察位置や像の向きを変更する自由度が増す。

また、回転軸のうち物体側の第１回転軸は、顕微鏡入射部の光軸に対して７５°〜１０５°傾斜していることが望ましい。

このように構成することにより、鏡筒の位置を調整する場合、操作者が容易に操作することができる。

また、第１回転軸の像側に配置された第２回転軸は、第１回転軸に対して直交していることが望ましい。

このように構成することにより、観察位置の調整をさらに容易にすることができる。

また、回転軸のうち物体側の第１回転軸は、顕微鏡入射部の光軸に対して−１５°〜１５°傾斜していることが望ましい。

このように構成することにより、操作した際の像の向きの変化が直視した像に近く、容易に操作することができる。

また、前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、面内回転軸を有する回転反射面を有し、前記回転反射面を前記面内回転軸に対してθ回転させたとき、前記面内反射面より像側の光学系は、前記面内回転軸に対して２θ回転することが望ましい。

このように構成することにより、鏡体との距離を自由に変更し、最適な位置に調整することができる。

本発明によれば、１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点をイメージローテーターの内部に有することにより、光束が小さくなるため、光学系及び顕微鏡を小型、軽量化することができる。

図１は第１実施形態の医療用顕微鏡装置を示す斜視図、図２は医療用顕微鏡装置の断面図である。図中、１は鏡体、２は第１鏡筒としての主鏡筒、３はアーム、４は第２鏡筒としての副鏡筒、１１は対物レンズ、１２はアフォーカルズーム光学系、１３はビームスプリッタ、１４は第１反射面、１５は第２反射面、３１は１回結像アフォーカルリレー光学系、３２は結像レンズ、３３は第３反射面、３４はイメージローテーター、３５はコリメータレンズ、４０は第４反射面、Ａ１ａは主第１回動軸、Ａ２ａは副第１回動軸、Ａ２ｂは副第２回動軸である。

図１に示すように、鏡体１は、主鏡筒２及びアーム３をそれぞれ回動可能に支持している。主鏡筒２は、手術者等の主観察者が観察する鏡筒であり、鏡体１に対して主第１回動軸Ａ１ａを中心に回動可能に支持されている。また、アーム３は、鏡体１に対して副第１回動軸Ａ２ａを中心に回動可能に支持されている。さらに、副鏡筒４は、助手等の副観察者が観察する鏡筒であり、アーム３に対して副第２回動軸Ａ２ｂを中心に回動可能に支持されている。なお、助手が主鏡筒２を使用し、手術者が監視等のため副鏡筒４を使用して
もよい。

図２に示す医療用顕微鏡装置の観察系の概要について説明する。まず、主鏡筒側と副鏡筒側で共通の光学系について説明する。物体からの光束は、対物レンズ１１に入射し、アフォーカル光束となる。対物レンズ１１を射出した光束は、アフォーカルズーム光学系１２に入射する。アフォーカルズーム光学系１２は、構成するレンズ群の少なくとも２群が移動することにより、アフォーカル光束のままで変倍することができる。アフォーカルズーム光学系１２を射出した光束は、ビームスプリッタ１３に入射する。

ビームスプリッタ１３は、主鏡筒側光学系１０と副鏡筒側光学系３０とに分割する。ビームスプリッタ１３を透過した光束は、第１鏡筒側光学系としての主鏡筒側光学系を経て射出する。

主鏡筒２は、ビームスプリッタ１３を透過した光軸を回転軸として回転可能とし、観察者が首を傾けた場合でも観察できるように調整できると好ましい。さらに、主鏡筒２を上下方向にティルトできると、観察者はより楽な姿勢で観察するように調整できるので、好ましい。

次に、第２鏡筒側光学系としての副鏡筒側光学系３０について説明する。なお、物体面から、対物レンズ１１、アフォーカルズームレンズ１２等を経てビームスプリッタ１３までは、主鏡筒側光学系１０と同様に共通の光学系を進行するので、説明は省略する。

ビームスプリッタ１３により反射した光束は、第１反射面１４及び第２反射面１５を経て、アーム３内の副鏡筒側光学系の一部を構成する１回結像アフォーカルリレー光学系３１に入射する。１回結像アフォーカルリレー光学系３１は、結像レンズ３２、第３反射面３３、イメージローテーター３４、コリメータレンズ３５、第４反射面４０を有する。

１回結像アフォーカルリレー光学系３１に入射した光束は、まず、アフォーカル光束を結像させる結像レンズ３２に入射する。結像レンズ３２を射出した光束は、第３反射面３３により反射され、イメージローテーター３４に入射する。

なお、第３反射面３３は、紙面垂直方向を回転軸として回転可能に設置され、第３反射面３３より像側の光学系も同じ回転軸で回転可能に設置される。例えば、後述する図５に示す第２実施形態のように、第３反射面の回転各をθとすると、第３反射面３３より像側の光学系は２θで同方向に回転する。この動きにより、鏡体１と副鏡筒４との間の距離を変更することができる。

イメージローテーター３４は、３つの反射面としての第１ミラー３４１、第２ミラー３４２及び第３ミラー３４３を有する。イメージローテーター３４に入射した光束は、第１ミラー３４１、第２ミラー３４２及び第３ミラー３４３でそれぞれ反射され射出する。イメージローテーター３４内の第１ミラー３４１と第３ミラー３４３間の光路上には結像レンズ３２による中間結像点Ｆが配置される。このような構成により、第１ミラー３４１、第２ミラー３４２及び第３ミラー３４３、すなわちイメージローテーター３４を小型にすることができる。また、特に、ミラー面と像面が交差しないように配置するとミラーの影響を少なくできるので好ましい。イメージローテーター３４を射出した光束は、コリメータレンズ３５に入射する。

コリメータレンズ３５に入射した光束は、アフォーカル光束となって射出し、アーム３内の１回結像アフォーカルリレー光学系３１を射出する。

アーム３から出たアフォーカル光束は、第４反射面４０により反射され、副鏡筒４内の光学系を経て射出する。

副鏡筒４は、主鏡筒２と同様のものを使用しても良いが、解像を要求しないことも多いので、明るさを優先して接眼レンズの倍率のやや小さいものを使用しても良い。

副鏡筒４内は、第４反射面４０で反射した光軸を回転軸として回転可能とし、観察者が首を傾けた場合でも観察できるように調整できると好ましい。さらに、副鏡筒４を上下方向にティルトできると、観察者はより楽な姿勢で観察するように調整できるので、好ましい。

このように、構成することで、観察物体を直視した場合に見える向きと、観察物体の像の向きが各可動部を動作してもほぼ一致するので、操作に慣れていない人でも使い易いと共に、操作に慣れた人も効率よく操作することができる。

また、イメージローテーター３４を回転することにより容易に観察像を回転することができるので、主鏡筒２の観察者と副鏡筒４の観察者が共通の方向の像を見ることができる。

次に、医療用顕微鏡装置のより具体的な実施形態について説明する。図３は第２実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図、図４は第２実施形態の医療用顕微鏡装置の一部の斜視図、図５は医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の断面図、図６は図５と直交する方向から見た医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の断面図である。

まず、医療用顕微鏡装置の主鏡筒側光学系１００と副鏡筒側光学系３００とで共通の光学系について説明する。図３及び図４において、１０１は光源、１０２は照明レンズ系、１０３、１０４は反射部材（プリズム）、１０５は楔型ハーフミラー、１０６は対物レンズ、１０７は開口絞り、１０８は反射部材（プリズム）、１０９はアフォーカルズームレンズ、１１０はビームスプリッタ、１１１は反射部材（プリズム）、１１２は結像レンズ、１１３は反射部材（プリズム）、１１４は中間結像点、１１５は反射部材（プリズム）、１１６はミラー、１１７、１１８は反射部材（プリズム）、１１９はリレー系コリメータレンズ、１２０，１２１は反射部材（プリズム）、２００は主鏡筒、Ａ１ａは主第１回動軸、をそれぞれ示している。主鏡筒側光学系１００は医療用顕微鏡の鏡体１内に設置されている。

共通の光学系における照明系から説明する。光源１０１から発した光は、照明レンズ系１０２によりプリズム１０４付近に結像させる。プリズム１０３は、観察光学系との干渉を避けるため、照明光学系を曲げるために設置したものである。このプリズムには、ＮＡの大きな照明光束すべての光束を全反射させるため頂角が９０°以上のプリズムを使う。反射部材１０４を通った光束は、楔型ハーフミラー１０５を透過して物体面を照明する。なお、光源１０１は、ライトガイドの射出端面でもよい。

次に、共通の光学系における観察系について説明する。物体からの光束は、楔型のハーフプリズム１０５で反射され、作動距離を変化できる１つの対物レンズ１０６に入射する。この対物レンズ１０６は、構成するレンズ群の一部を動かすことにより、作動距離をかえることができる。対物レンズ１０６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１０６射出後に、左右の光束に分割する鏡筒の左右開口絞りとズーム最高倍で共役の位置にある開口絞り１０７を通る。この開口絞り１０７は、ズーム系の高倍側で観察する光束の外側を遮る。開口絞り１０７を通った光束は、プリズム１０８により上側に反射され、アフォーカルズームレンズ１０９に入射する。アフォーカルズームレンズ１０９
は、構成するレンズ群の少なくとも２群が動くことにより、アフォーカル光束を射出したまま、変倍を可能にする。アフォーカルズームレンズ１０９の射出光束は、ビームスプリッタ１１０に入射する。ビームスプリッタ１１０は、反射側の主鏡筒側光学系１００、透過側の副鏡筒側光学系３００に光束を分割する。

次に、医療用顕微鏡装置の第１鏡筒側光学系としての主鏡筒側光学系１００について説明する。主鏡筒側光学系１００では、光束は、ビームスプリッタ１１０の反射側射出後、プリズム１１１により下方に反射され、１回結像リレー系の結像レンズ１１２に入射し、この結像レンズ１１２により中間結像点１１４に結像する。図４に示すように、リレー系結像レンズ１１２射出後に、プリズム１１３により図３における紙面奥側に反射し、プリズム１１５で上方に反射し、ミラー１１６により対物光軸に平行で観察者側に反射する。その後、プリズム１１７、１１８により、対物レンズ１０６とアフォーカルズームレンズ１０９の光軸を含む平面に光軸を移動する。なお、プリズム１１１、１１３、１１５とミラー１１６でII型ポロプリズムを構成し、１回結像による像の反転を補正している。

また、プリズム１０８を直角より大きい角度で反射すると、鏡体１の水平使用の場合に頭が鏡体１に当たるのを避けることができる。このように構成した場合、プリズム１０８で直角に反射した場合の光路と同じにするのには、ミラー１１６の反射角度で調整する構成が簡単で小型にできる。

光束は、プリズム１１８射出後に、リレー系コリメータレンズ１１９によりアフォーカル光束となる。１回結像リレー系の結像レンズ１１２とコリメータレンズ１１９の焦点距離を等しくして、アフォーカルリレー倍率を１倍にすると、光束径の差が小さくなり小型化しやすい。リレー系コリメータレンズ１１９射出後に、光束は、２回反射プリズム１２０により光軸を４５°下方にし、プリズム１２１で４５°上方にする。プリズム１２１射出後に、光束は、左右１対の結像レンズと左右それぞれの像を１８０°回転させる正立プリズムと１対の接眼レンズ等により構成する主鏡筒２００内の光学系を経て射出する。

主鏡筒２００は、プリズム１２１射出光軸を回転軸に回転でき、観察者が首を傾けた場合でも観察できるように調整できる。また、主鏡筒２００を上下方向にティルトできると、観察者はより楽な姿勢で観察するように調整できる。

次に、医療用顕微鏡装置の第２鏡筒側光学系としての副鏡筒側光学系３００について説明する。図５及び図６において、３０１は１回結像アフォーカルリレー光学系、３０２は結像レンズ、３０３は第３反射面、３０４はイメージローテーター、３０５はコリメータレンズ、３４０は第４反射面、４００は副鏡筒、Ａ２ａは副第１回動軸、Ａ２ｂは副第２回動軸である。なお、物体面から、対物レンズ１０６、アフォーカルズームレンズ１０９等を経てビームスプリッタ１１０までは、主鏡筒側光学系１００と同様に進行するので、説明は省略する。

ビームスプリッタ１３０により反射した光束は、副鏡筒側光学系３００の一部を構成する１回結像アフォーカルリレー光学系３０１に入射する。１回結像アフォーカルリレー光学系３０１は、結像レンズ３０２、第３反射面３０３、イメージローテーター３０４、コリメータレンズ３０５、第４反射面３４０を有する。なお、ビームスプリッタ１３０を透過する光束は、撮影光学系５００に入射する。

１回結像アフォーカルリレー光学系３０１に入射した光束は、まず、光束を結像させる結像レンズ３０２に入射する。結像レンズ３０２を射出した光束は、第３反射面３０３により反射され、イメージローテーター３０４に入射する。

なお、第３反射面３０３は、紙面垂直方向を回転軸として回転可能に設置され、第３反射面３０３より像側の光学系も同じ回転軸で回転可能に設置される。例えば、図５に示すように、第３反射面３０３の回転角をθとすると、第３反射面３０３より像側の光学系は２θで同方向に回転する。この動きにより、鏡体１と副鏡筒４との間の距離を変更することができる。

イメージローテーター３０４は、３つの反射面としての第１ミラー３０４ａ、第２ミラー３０４ｂ及び第３ミラー３０４ｃを有する。イメージローテーター３０４に入射した光束は、第１ミラー３０４ａ、第２ミラー３０４ｂ及び第３ミラー３０４ｃでそれぞれ反射され射出する。イメージローテーター３０４内の第１ミラー３０４ａと第３ミラー３０４ｃ間の光路上には結像レンズ３０２による中間結像点Ｆが配置される。このような構成により、第１ミラー３０４ａ、第２ミラー３０４ｂ及び第３ミラー３０４ｃ、すなわちイメージローテーター３０４を小型にすることができる。また、特に、ミラー面と像面が交差しないように配置するとミラーの影響を少なくできるので好ましい。イメージローテーター３０４を射出した光束は、コリメータレンズ３０５に入射する。

コリメータレンズ３０５に入射した光束は、アフォーカル光束となって射出し、１回結像アフォーカルリレー光学系３０１を射出する。

１回結像アフォーカルリレー光学系３０１を射出した光束は、第４反射面３４０により反射され、副鏡筒４００内の光学系を経て射出する。

副鏡筒４００は、主鏡筒２００と同様のものを使用しても良いが、解像を要求しないことも多いので、明るさを優先して接眼レンズの倍率のやや小さいものを使用しても良い。

また、副鏡筒４００は、ミラー３４０を射出した光軸を回転軸として回転可能とし、観察者が首を傾けた場合でも観察できるように調整できると好ましい。さらに、副鏡筒４００を上下方向にティルトできると、観察者はより楽な姿勢で観察するように調整できるので、好ましい。

このように、構成することで、観察物体を直視した場合に見える向きと、観察物体の像の向きが各可動部を動作してもほぼ一致するので、操作に慣れていない人でも使い易いと共に、操作に慣れた人も効率よく操作することができる。

また、イメージローテーター３０４を回転することにより容易に観察像を回転することができるので、主鏡筒２００の観察者と副鏡筒４００の観察者が共通の方向の像を見ることができる。

次に、医療用顕微鏡装置の第３実施形態について説明する。図７は第３実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図である。

図７は第３実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図、図８は対物レンズとアフォーカルズームレンズの対応関係を示す平面図である。図７において、６０１はハーフミラー、６０２は対物レンズ、６０３は反射部材、６０４はアフォーカルズームレンズ、６０５はビームスプリッタ、６０６はプリズム、６０７は結像レンズ、６０８は反射部材、６０９は中間結像点、６１０はリレー系コリメータレンズ、６１１は反射部材（プリズム）、７００は主鏡筒をそれぞれ示している。

まず、医療用顕微鏡装置の第１鏡筒側光学系としての主鏡筒側光学系６００と副鏡筒側光学系８００とに共通な光学系について説明する。物体からの光束は、ハーフミラー６０
１で反射され、作動距離を変化できる対物レンズ６０２に入射する。このハーフミラー６０１の透過側には、実施例２と同様な照明系があるが、本実施例では省略する。この対物レンズ６０２は、構成するレンズ群の一部を動かすことにより、物体面からの距離を可変にすると、鏡体１を移動することなく焦点の調整ができ、操作性が向上する。対物レンズ６０２は、物体からの光束をアフォーカル光束にする。対物レンズ光学系６０２を射出した後に、光束は、ミラー６０３により上側に反射され、アフォーカルズームレンズ６０４に入射する。

アフォーカルズームレンズ６０４は、構成するレンズ群の少なくとも２群が動くことにより、アフォーカル光束を射出したまま、変倍を可能にする。また、図８に示すように、このアフォーカルズームレンズ６０４は、１対のアフォーカルズームレンズを複数有し、１対のアフォーカルズームレンズの対称軸をすべて対物レンズの光軸と一致させている。

また、主鏡筒側光学系６００は、主鏡筒７００で観察者が観察するのに適した少なくとも１対のアフォーカルズームレンズの光束のみを射出するように設定すると、レンズの直径を小さくすることができ、観察者の覗く位置と物体までの距離を小さくでき、物体面に作業することが容易になる。

アフォーカルズームレンズ６０４を射出した光束は、ビームスプリッタ６０５に入射する。ビームスプリッタ６０５は、反射側の主鏡筒側光学系６００、透過側の副鏡筒側光学系８００に光束を分割する。

次に、第１鏡筒側光学系としての主鏡筒側光学系６００について説明する。光束は、ビームスプリッタ６０５の反射側射出後、プリズム６０６により下方に反射され、１回結像のリレー系結像レンズ６０７Ｌ，Ｒに入射し、このリレー系結像レンズ６０７Ｌ，Ｒにより中間結像点６０９Ｌ，Ｒに結像する。リレー系結像レンズ６０７Ｌ，Ｒを射出した後に、光束は、ミラー６０８Ｌ，Ｒにより反射される。

ミラー６０８Ｌ，Ｒにより反射された後、リレー系コリメータレンズ６１０Ｌ，Ｒによりアフォーカル光束にする。１回結像リレー系の結像レンズ６０７Ｌ，Ｒとコリメータレンズ６１０Ｌ，Ｒの焦点距離を等しくして、アフォーカルリレー倍率を１倍にすると、光束径の差が小さくなり小型化しやすい。リレー系コリメータレンズ６１０Ｌ，Ｒを射出した後、プリズム６１１Ｌ，Ｒにより光軸を４５°上方にする。光束は、プリズム６１１Ｌ，Ｒを射出した後に、左右１対の結像レンズと１対の接眼レンズ等により構成される主鏡筒７００内の光学系に入射する。

次に、医療用顕微鏡装置の第２鏡筒側光学系としての副鏡筒側光学系８００について説明する。図７において、８０１は１回結像アフォーカルリレー光学系、８０２は結像レンズ、８０３は第３反射面、８０４はイメージローテーター、８０５はコリメータレンズ、８９０は第４反射面、９００は副鏡筒、Ａ１ａは主第１回動軸、Ａ２ａは副第１回動軸、Ａ２ｂは副第２回動軸である。なお、物体面から、対物レンズ６０２、アフォーカルズームレンズ６０４等を経てビームスプリッタ６０５までは、主鏡筒側光学系６００と同様に共通の光学系を進行するので、説明は省略する。

ビームスプリッタ６０５を透過した光束は、プリズム６８０を経て副鏡筒側光学系８００の一部を構成する１回結像アフォーカルリレー光学系８０１に入射する。１回結像アフォーカルリレー光学系８０１は、結像レンズ８０２、第３反射面８０３、イメージローテーター８０４、コリメータレンズ８０５、第４反射面８０６を有する。なお、プリズム６８０をビームスプリッタ等に代えて、撮影光学系を設置しても良い。

１回結像アフォーカルリレー光学系８０１に入射した光束は、まず、光束を結像させる結像レンズ８０２に入射する。結像レンズ８０２を射出した光束は、第３反射面８０３により反射され、イメージローテーター８０４に入射する。

なお、第３反射面８０３は、紙面垂直方向を回転軸として回転可能に設置され、第３反射面８０３より像側の光学系も同じ回転軸で回転可能に設置される。例えば、ミラーの回転をθとすると、第３反射面８０３より像側の光学系は２θで同方向に回転する。この動きにより、鏡体１と副鏡筒４との間の距離を変更することができる。

イメージローテーター８０４は、３つの反射面としての第１ミラー８０４ａ、第２ミラー８０４ｂ及び第３ミラー８０４ｃを有する。イメージローテーター８０４に入射した光束は、第１ミラー８０４ａ、第２ミラー８０４ｂ及び第３ミラー８０４ｃでそれぞれ反射され射出する。イメージローテーター８０４内の第１ミラー８０４ａと第３ミラー８０４ｃ間の光路上には結像レンズ８０２による中間結像点Ｆが配置される。このような構成により、第１ミラー８０４ａ、第２ミラー８０４ｂ及び第３ミラー８０４ｃ、すなわちイメージローテーター８０４を小型にすることができる。また、特に、ミラー面と像面が交差しないように配置するとミラーの影響を少なくできるので好ましい。イメージローテーター８０４を射出した光束は、コリメータレンズ８０５に入射する。

コリメータレンズ８０５に入射した光束は、アフォーカル光束となって射出し、１回結像アフォーカルリレー光学系８０１を射出する。

１回結像アフォーカルリレー光学系８０１を射出した光束は、第４反射面８９０により反射され、副鏡筒９００内の光学系を経て射出する。

副鏡筒９００は、主鏡筒７００と同様のものを使用しても良いが、解像を要求しないことも多いので、明るさを優先して接眼レンズの倍率のやや小さいものを使用しても良い。

また、副鏡筒９００は、ミラー８０６を射出した光軸を回転軸として回転可能とし、観察者が首を傾けた場合でも観察できるように調整できると好ましい。さらに、副鏡筒９００を上下方向にティルトできると、観察者はより楽な姿勢で観察するように調整できるので、好ましい。

このように、構成することで、観察物体を直視した場合に見える向きと、観察物体の像の向きが各可動部を動作してもほぼ一致するので、操作に慣れていない人でも使い易いと共に、操作に慣れた人も効率よく操作することができる。

また、イメージローテーター８０４を回転することにより容易に観察像を回転することができるので、主鏡筒７００の観察者と副鏡筒９００の観察者が共通の方向の像を見ることができる。

以下、本発明の顕微鏡の副鏡筒側光学系のさらに詳細な主に第２実施形態の実施例について説明する。実施例の各状態でのレンズ断面図をそれぞれ図９〜図１７に示す。なお、顕微鏡に光束が入射する面をＧＩとして示す。

各図中、第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、第４レンズ群はＧ４、第５レンズ群はＧ５、プリズム又はミラー等の反射部材はＰ、ビームスプリッタはＢ、中間結像点はＦで示してある。

本実施例の副鏡筒側光学系は、図９に示すように、物体側から順に、対物レンズ光学系ＧＯと、アフォーカルズーム光学系ＧＺと、１回結像アフォーカルリレー光学系ＧＲと、鏡筒内結像レンズ光学系ＧＥとからなる。鏡筒内結像レンズ光学系ＧＥで結像した像を図示していない接眼レンズで拡大して観察する。

対物レンズ光学系ＧＯは、物体側から順に、全体として正屈折力の第１レンズ群Ｇ１、全体として負屈折力の移動可能な第２レンズ群Ｇ２からなる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズを接合した接合正レンズと、両凸正レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを接合した接合レンズと、からなる。

第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを接合した接合レンズからなる。

アフォーカルズーム光学系ＧＺは、物体側から順に、全体として正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、全体として負屈折力の移動可能な第４レンズ群Ｇ４からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズと両凹負レンズを接合した接合レンズと、両凸正レンズと、からなる。

第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凹負レンズと、両凹負レンズと両凸正レンズを接合した接合レンズと、からなる。

第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、物体側に凹面を正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズを接合した接合レンズと、からなる。

１回結像アフォーカルリレー光学系ＧＲは、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズを接合した接合レンズと、物体側に凹面を向けた平凹負レンズと物体側に平面を向けた平凸正レンズを接合した接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズを接合した接合レンズと、からなる。

本実施例では、物体側に凹面を向けた平凹負レンズと物体側に平面を向けた平凸正レンズを接合した接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズを接合した接合レンズの間に中間結像点Ｆを配置している。

鏡筒内結像レンズＧＥは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズを接合した接合レンズと、からなる。

以下、各実施例におけるレンズの数値データを示す。

各実施例におけるレンズの数値データにおいては、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズの肉厚または間隔、ｎｄは各レンズのｄ線における屈折率、νｄは各レンズのｄ線におけるアッベ数をそれぞれ示している。また、偏心を表す座標系は、光軸方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。

数値実施例
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物体面 ∞ 可変
1(顕微鏡入射面) ∞ 77.56
2 242.665 6.50 1.64450 40.82
3 103.799 13.00 1.49700 81.54
4 -130.112 0.30
5 211.532 11.10 1.71300 53.87
6 -90.926 6.50 1.85026 32.29
7 -305.669 可変
8 -175.199 5.00 1.63930 44.88
9 46.422 5.00 1.59143 61.14
10 99.236 可変
11 ∞ 56.00 1.56883 56.36
12 ∞ 3.00
13 147.192 7.40 1.49700 81.61
14 -78.227 4.80 1.67790 50.72
15 548.969 1.10
16 193.123 7.40 1.51633 64.15
17 -162.320 可変
18 -111.996 2.70 1.67790 55.33
19 37.248 6.20
20 -34.904 4.00 1.63930 44.87
21 52.442 7.00 1.85026 32.29
22 -77.605 可変
23 -105.901 6.50 1.51633 64.15
24 -76.947 0.90
25 188.993 4.60 1.71736 29.51
26 89.859 7.40 1.49700 81.61
27 -103.799 可変
28 ∞ 48.00 1.56883 56.36
29 ∞ 18.50
30 ∞ 48.00 1.56883 56.36
31 ∞ 1.00
32 98.906 8.10 1.48749 70.23
33 -130.880 0.40
34 65.978 12.20 1.49700 81.54
35 -105.191 5.40 1.67300 38.15
36 78.035 29.90
37 ∞ 39.07
38 -23.924 3.40 1.80440 39.59
39 ∞ 7.40 1.68893 31.07
40 -26.612 47.00
41 ∞ 168.47
42 221.423 4.70 1.73400 51.47
43 75.500 8.50 1.49700 81.54
44 -88.683 139.80
45(絞り) 36.530 1.90 1.60342 38.03 偏心（１）
46 ∞ 5.10
47 75.245 2.40 1.51633 64.14
48 -30.385 1.60 1.58144 40.75
49 30.385 176.12
像面 ∞

偏心(1)
Ｘ 0.0 Ｙ 10.5 Ｚ 0.0

各種データ 第１状態 第２状態 第３状態 第４状態 第５状態
ＮＡ 0.031 0.031 0.031 0.031 0.031
像高 10.5 10.5 10.5 10.5 10.5
倍率 0.474414 0.323345 0.222261 0.948855 0.646713

WD 196.00 280.00 400.00 196.00 280.00
d7 36.75 16.66 3.22 36.75 16.66
d10 11.74 31.83 45.27 11.74 31.83
d17 5.31 5.31 5.31 69.85 69.85
d22 42.73 42.73 42.73 30.28 30.28
d27 65.96 65.96 65.96 34.13 65.96

各種データ 第６状態 第７状態 第８状態 第９状態
ＮＡ 0.031 0.031 0.031 0.031
像高 10.5 10.5 10.5 10.5
倍率 0.444532 1.898125 1.293853 0.889158

WD 400.00 196.00 280.00 400.00
d7 3.22 36.75 16.66 3.22
d10 45.27 11.74 31.83 45.27
d17 69.85 102.12 102.12 102.12
d22 42.73 5.39 5.39 5.39
d27 34.13 6.49 6.49 6.49

以上の実施例の収差図を図１８〜図２６に示す。なお、球面収差図及び倍率色収差図において、実線はｄ線、長点線はｇ線、短点線はＣ線、一点鎖線はＦ線に対する各収差量（ｍｍ）を表している。非点収差図において、実線ΔＳはサジタル像面（ｍｍ）、点線ΔＭはメリジオナル像面（ｍｍ）をそれぞれ表している。また、歪曲収差図において、実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。

第１実施形態の医療用顕微鏡装置を示す斜視図である。 第１実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図である。 第２実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図である。 第２実施形態の医療用顕微鏡装置の一部の斜視図である。 第２実施形態の医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の断面図である。 第２実施形態の図５と直交する方向から見た医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の断面図である。 第３実施形態の医療用顕微鏡装置の断面図である。 第３実施形態の対物レンズとアフォーカルズームレンズの対応関係を示す平面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第１状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第２状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第３状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第４状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第５状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第６状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第７状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第８状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第９状態でのレンズ断面図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第１状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第２状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第３状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第４状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第５状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第６状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第７状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第８状態での収差図である。 本発明に係る医療用顕微鏡装置の副鏡筒側光学系の実施例の第９状態での収差図である。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｇ４…第４レンズ群
Ｇ５…第５レンズ群
Ｓ…絞り
Ｐ…プリズム
Ｂ…ビームスプリッタ

Claims (8)

1. 物体側から順に、左右一対の光学系ではない１つの対物レンズ光学系と、アフォーカルズームレンズ光学系と、結像レンズ及び接眼レンズを含む鏡筒側光学系と、からなる顕微鏡において、
   アフォーカルズームレンズ光学系と鏡筒側光学系の間に、光分割素子を配置し、
   前記光分割素子は、第１鏡筒側光学系と、第２鏡筒側光学系とに光路を分割し、
   前記第２鏡筒側光学系は、１回結像アフォーカルリレー光学系を有し、
   前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、
   左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、
   イメージローテーターを有し、
   前記１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点を前記イメージローテーターの内部に有し、
   前記アフォーカルズーム光学系は、
   左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、
   前記対物レンズの光軸と、前記１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸と同軸である
   ことを特徴とする顕微鏡。
2. 物体側から順に、左右一対の光学系ではない１つの対物レンズ光学系と、アフォーカルズームレンズ光学系と、結像レンズ及び接眼レンズを含む鏡筒側光学系と、からなる顕微鏡において、
   アフォーカルズームレンズ光学系と鏡筒側光学系の間に、光分割素子を配置し、
   前記光分割素子は、第１鏡筒側光学系と、第２鏡筒側光学系とに光路を分割し、
   前記第２鏡筒側光学系は、１回結像アフォーカルリレー光学系を有し、
   前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、
   左右一対の光学系ではない１つの光学系からなり、
   イメージローテーターを有し、
   前記１回結像アフォーカルリレー光学系の中間結像点を前記イメージローテーターの内部に有し、
   前記アフォーカルズーム光学系は、左右一対の光学系を少なくとも二対有し、
   少なくとも二対の左右光学系の光軸の中間線が一致し、前記中間線と前記対物レンズの光軸と前記１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸が一致する
   ことを特徴とする顕微鏡。
3. 前記イメージローテーターは、３つの反射面で構成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡。
4. 前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、光軸を回転軸として回転する少なくとも２つの回転部を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
5. 前記回転軸のうち物体側の第１回転軸は、顕微鏡入射部の光軸に対して７５°〜１０５°傾斜している
   ことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡。
6. 前記第１回転軸の像側に配置された第２回転軸は、前記第１回転軸に対して直交している
   ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
7. 前記回転軸のうち物体側の第１回転軸は、顕微鏡入射部の光軸に対して−１５°〜１５°傾斜している
   ことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡。
8. 前記１回結像アフォーカルリレー光学系は、面内回転軸を有する回転反射面を有し、
   前記回転反射面を前記面内回転軸に対してθ回転させたとき、前記面内反射面より像側の光学系は、前記面内回転軸に対して２θ回転する
   ことを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡。

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