JP5240483B2

JP5240483B2 - 顕微鏡装置

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Publication number: JP5240483B2
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Authority: JP
Inventors: 正宏水田
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Filing date: 2009-12-16
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Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

顕微鏡装置の一例である実体顕微鏡は、凹凸のある物体を観察した場合、両目で見た場合と同じように立体感を持って観察できる。このため、顕微鏡下で作業する場合にピンセット等の工具と物体との距離関係を容易に把握することができる。従って、精密機械工業、生物の解剖又は手術等の細かい処置が必要な分野で特に有効である。このような実体顕微鏡では、物体を立体的に観察するための視差を得るべく、左右２つの眼に入射する光束を導く光学系を少なくとも部分的には独立させ、その光軸が物体面上で交わるようにする。そして、異なった方向より見た物体の拡大像を作り、接眼レンズを通して観察することで微小物体の立体視を行なっている。このような実体顕微鏡の代表的な構成の１つとして平行系実体顕微鏡が挙げられる。平行系実体顕微鏡（平行系単対物型双眼顕微鏡）は、１つの対物レンズと、当該対物レンズの光軸に平行に配置された右眼用及び左眼用の２つの観察光学系と、を有している。このとき、物体面にその焦点位置を一致させた１つの対物レンズが、その後に続く左右両眼用の変倍レンズ群に平行光束を導く役割を担っている。そして、対物レンズを射出した後の平行光束は２つの光路（変倍レンズ群若しくは観察光学系）に分割され、別々に左右の目に届けられる。

このような平行系実体顕微鏡では、対物レンズで集光された光が観察光学系において２つの光路に分割されるため、有効径が対物レンズの半分程度になってしまい、それに応じて解像力も半分程度になり、対物レンズの光学性能を生かしきることができない。そのため、高解像な像を取得するために、左右の観察光学系の入射有効径に差を付けることで、片側の光学系のみ解像力を向上させた顕微鏡装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−０６５６５１号公報

しかしながら、２つの観察光学系のうちの一方の入射有効径を大きくする方法によると、その観察光学系の解像力は高くなるが、他方の入射有効径は小さくしなければならず、解像力がさらに低くなってしまうという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、対物レンズを射出した後の複数光路のそれぞれの光学系の回転対称性を維持したまま入射瞳を拡大し、対物レンズの性能を引き出すように構成された顕微鏡装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の本発明に係る顕微鏡装置は、物体側から順に、物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、全てのレンズ群が回転対称系であって、対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、この２以上の光路のうちのいずれか２つの光路を形成する光学系の入射瞳の最大径の和をΣＤiとし、対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ＞Ｄｏｂｊ
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される。

また、第２の本発明に係る顕微鏡装置は、物体側から順に、物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、この２以上の光路のうちのいずれか２つの光路を形成する光学系の入射瞳の最大径のうち、対物レンズの中心を通る径の和をΣＤｉ′とし、対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ′ ＞Ｄｏｂｊ
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される。

また、第３の本発明に係る顕微鏡装置は、物体側から順に、物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、この２以上の光路のうちのいずれか２つの光路を形成する光学系のそれぞれの入射瞳の最大径をＤｅｐ１，Ｄｅｐ２とし、２つの入射瞳の最大径の和をΣＤｉ″とし、２つの入射瞳の中心間距離をＤｘとし、対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ″ ＞Ｄｏｂｊ
Ｄｘ ≧ Ｄｅｐ１
Ｄｅｐ１＝Ｄｅｐ２
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される。

また、このような顕微鏡装置において、光路の数は２であることが好ましい。あるいは、光路の数は３であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、２以上の光路は、互いの位置関係を維持したまま、対物レンズの光軸に対して相対移動可能に構成されることが好ましい。

このとき、２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、当該光路を形成する光学系の光軸を、対物レンズの光軸と一致させるように移動可能であることが好ましい。さらに、対物レンズの光軸と一致させることができる光軸を有する光路を形成する光学系は、当該光学系の入射瞳の最大径が、２以上の光路を形成する光学系の入射瞳の最大径のなかで最も大きいことが好ましい。そして、２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、照明光路として使用されることが好ましい。

また、２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、当該光路を形成する光学系の入射瞳全体を、対物レンズの軸上光束径内に完全に内包させるように移動可能であることが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、２以上の光路の少なくとも１つは、対物レンズからその光軸に対して略平行に射出される光を、複数の略平行光としてそれぞれ射出するアフォーカル変倍光学系と、このアフォーカル変倍光学系から射出される略平行光を集光する結像レンズと、を備え、これらのアフォーカル変倍光学系の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、対物レンズの光軸と直交方向の成分を持つように移動するレンズ群を少なくとも２つ有することが好ましい。

本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、対物レンズを射出した後の複数光路のそれぞれの光学系の回転対称を維持したまま、この光学系の入射瞳を拡大し、対物レンズの性能を引き出すことができる。

平行系実体顕微鏡の外観を示す斜視図である。第１の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系の構成を示す説明図である。従来の顕微鏡において、対物レンズで定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とを示す説明図である。第１の実施形態に係る顕微鏡装置において、対物レンズで定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とを示す説明図である。上記対物レンズで定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とにおいて、入射瞳の最大径の和及び中心間距離を示すための説明図である。第１の実施形態に係る顕微鏡装置におけるＰＳＦ断面図であって、（ａ）はＸ軸方向の断面図であり、（ｂ）はＹ軸方向の断面図である。第１の実施形態の変形例１に係る顕微鏡装置において、対物レンズで定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とを示す説明図であって、（ａ）は右眼用の光路の入射瞳を対物レンズの軸上光束径内に内包したときを示し、（ｂ）は左眼用の光路の入射瞳を対物レンズの軸上光束径内に内包したときを示す。従来の平行系実体顕微鏡装置の光学系の断面図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。第１の実施形態の変形例２に係る変倍レンズ群の断面図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は中倍状態を示し、（ｃ）は高倍端状態を示す。第１の実施形態の変形例２に係る平行系実体顕微鏡の光学系の断面図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。第２の実施形態に係る顕微鏡装置において、対物レンズで定義される瞳開口と変倍レンズ群で定義される瞳開口とを示す説明図であって、（ａ）は立体視用光路により標本を観察する場合を示し、（ｂ）は垂直視用光路により標本を観察する場合を示す。第２の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系の構成を示す説明図であって、（ａ）は立体視用光路を示し、（ｂ）は垂直視用光路を示す。

（第１の実施形態）
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第１の実施形態においては、対物レンズから出射した光を２つの光路に分割する場合について説明する。まず、図１を用いて、平行系実体顕微鏡の構成について説明する。この平行系実体顕微鏡１００は、単対物双眼構成の顕微鏡装置であり、透過照明装置を内蔵するベース部（照明部）１０１、対物レンズ及び接眼レンズが取り付けられ、内部に変倍レンズ群（変倍光学系）を有する変倍レンズ鏡筒１０３、及び、焦点合わせ装置１０５を有している。また、ベース部１０１の上面には、透明部材を埋め込んだ標本載置台１０２が設けられている。なお、対物レンズは、変倍レンズ鏡筒１０３の下部に設けられた対物レンズ取り付け部１０６に取り付けられている。この対物レンズ取り付け部１０６は、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ及び複数の高倍率の対物レンズのうちから１つを選択して取り付けることができるようになっている場合と、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ及び複数の高倍率の対物レンズのうちから複数を選択して取り付けられるようになっている場合がある。

変倍レンズ鏡筒１０３の内部には、左眼用と右眼用の変倍レンズ群が配置され、この変倍レンズ鏡筒１０３の外側には変倍ノブ１０７が配置されている。変倍レンズ群には変倍のための可動群が含まれており、変倍ノブ１０７の回転により、予め定められた移動量に則り光軸方向に移動する。また、変倍レンズ群には可変絞りが含まれており、変倍レンズ鏡筒１０３にはこの可変絞りの調節機構が設けられている。また、焦点合わせ装置１０５は、焦点合わせノブ１０８と、この焦点合わせノブ１０８の回転に伴い変倍レンズ鏡筒１０３を軸に沿って上下動させる機構部（図示せず）とを有している。さらに、この変倍レンズ鏡筒１０３の上部には結像レンズ及び接眼レンズを有する双眼鏡筒１０４が取り付けられている。左右両眼用の変倍レンズ群のそれぞれから出射した平行光を、左右それぞれに配置された結像レンズが集光して標本の像を一旦結像し、双眼鏡筒１０４の上端部に取り付けられた接眼レンズを用いることにより結像された像を肉眼で観察することができる。

図２は、このような単対物双眼構成の平行系実体顕微鏡１００の光学系の構成を示しており、上述のように、物体側から順に、１つの対物レンズ１と、この対物レンズ１の光軸に平行に配置され、各々がこの対物レンズ１の光軸とは異なる（一致しない）光軸を有する右眼用と左眼用の２つの光路（以下、この光路を「観察光学系２」と呼ぶ）と、を有している。また、この図２に示す平行系実体顕微鏡１００においては、２つの観察光学系２の各々は、アフォーカル変倍レンズ群３と結像レンズ４とを有して構成されている。この平行系実体顕微鏡１００において、物体面にその焦点を一致させた１つの対物レンズ１は、その後に続く左右両眼用の変倍レンズ群３にアフォーカル光束を導く役割を担っている。物体から放射され対物レンズ１から射出した平行光束は、２つの変倍レンズ群３に分割されて光束径が変更された後、結像レンズ４で物体の拡大像を結像し、図示しない接眼レンズを介して別々に左右の眼で観察することにより微小物体の立体視が可能になる。そのため、この平行系実体顕微鏡１００の解像力を決定する開口数は、対物レンズ１に入射する軸上光線角度αではなく、物体面に傾斜した変倍レンズ群３の光軸を基準とした角度βとなる。一方、通常の光学顕微鏡では光束は分割されないので、開口数は角度αで定義される。

平行系実体顕微鏡において変倍レンズ群（変倍光学系）３の入射瞳が最も大きくなるのは、その倍率が最高倍のときであり、このとき、入射瞳径は、最も対物レンズ１側のレンズ有効径（図２のＤｅｐ１，Ｄｅｐ２に相当）にほぼ一致する。そのため、以降の説明では、２つの変倍レンズ群３のそれぞれの入射瞳の最大径もＤｅｐ１，Ｄｅｐ２と表す。図３は従来の実体顕微鏡において、図２に示す面ξにおける、対物レンズ１と変倍レンズ群３との瞳開口を示しており、直径Ｄｏｂｊの円で表される対物レンズ１の射出軸上光束径の中で左右の変倍レンズ群３に入射するのは斜線部のみである。すなわち、２つの変倍レンズ群３の入射有効径Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２が等しければ、角度βは角度αのおよそ半分となる。そのため、仮に通常の光学顕微鏡と同じ対物レンズ１をこの平行系実体顕微鏡１００に装着すると、この平行系実体顕微鏡１００の解像力は通常の光学顕微鏡に比べておよそ半分となってしまう。

そこで、この第１の実施形態においては、２つの変倍レンズ群（変倍光学系）３の最も対物レンズ１側のレンズ有効径Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２が、標本面と対物レンズ１の光軸との交点から発した軸上光が対物レンズ１から射出する軸上光束径Ｄｏｂｊに対して以下の条件式（１）を満足するように構成される。なお、変倍レンズ群３の有効径Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２は、次式（２）を満足する（すなわち、同じ有効径を有している）ものとする。

Ｄｅｐ１＋Ｄｅｐ２＞Ｄｏｂｊ（１）
Ｄｅｐ１＝Ｄｅｐ２（２）

図４Ａは、対物レンズ１および２つの変倍レンズ群３が、上述の式（１），（２）を満足するときの、図２に示す面ξにおける、対物レンズ１と変倍レンズ群３との瞳開口を示しており、直径Ｄｏｂｊの円で表されている対物レンズ１の射出軸上光束径の中で、左右の変倍レンズ群３に入射するのは、直径Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２の円と重なる部分（斜線部分）のみである。ここで、Ｄｏｂｊは、図２に示されるαと、対物レンズ１の焦点距離ｆとから、次式（３）により定義され、対物レンズ１の射出側有効径にほぼ一致している。

Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα （３）

図４Ａにおいて、２つの変倍レンズ群３が並ぶ方向（これらの変倍レンズ群３のそれぞれの光軸を結んだ方向）をＸ軸とし、このＸ軸と直交する方向をＹ軸とすると、βで定義される瞳開口の開口形状は光軸対称（点対称）ではなく、Ｙ軸対称（線対称）である。その結果、解像力も方向によって異なることになる。図５は、図３に示す従来の平行系実体顕微鏡におけるＰＳＦ（点像分布関数）の値と、図４Ａに示すこの第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡１００（すなわち、上述の式（１），（２）を満足する平行系実体顕微鏡１００）におけるＰＳＦの値とを重ねて表示したものであって、図５（ａ）は、図４ＡにおけるＸ軸方向のＰＳＦ断面図であり、図５（ｂ）は同じく図４ＡにおけるＹ軸方向のＰＳＦ断面図である。いずれのＰＳＦ断面図とも、この平行系実体顕微鏡１００の光学系には収差が無いことを前提にしている。図３及び図４Ａから明らかなように、Ｘ軸方向の瞳開口径ＤｅｐＸは、従来の平行系実体顕微鏡と第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡１００との間で違いはなく、ＰＳＦの値に変化は無いが、第１の実施形態におけるＹ軸方向の瞳開口径ＤｅｐＹ′は、従来のＹ軸方向の瞳開口径ＤｅｐＹより大きくなっているため、Ｙ軸方向のＰＳＦの半値幅は異なり、第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡１００の半値幅の方が小さく、解像力が上がっていることが分かる。

以上のように、この第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡１００によれば、対物レンズ１を射出後の複数光路のそれぞれの光学系（変倍レンズ群３）の回転対称を維持したまま入射瞳を拡大し、対物レンズ１の性能を引き出すことができる。

なお、以上の説明においては、対物レンズ１から出射した光を２つの光路に分割した場合について説明したが、上記条件式（１）は、３以上の光路に分割された場合にも有効である。この場合、２以上の光路のうち、いずれか２つの光路を形成する光学系の入射瞳の最大径の和ΣＤｉは、対物レンズ１の最大開口角α及び焦点距離ｆから規定される射出軸上光束径Ｄｏｂｊに対して、次式（４）の条件を満足することが必要である。なお、このとき、２つの光路（観察光学系２）の各々は、全てのレンズ群が回転対称形である。

ΣＤｉ＞Ｄｏｂｊ（４）
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα

あるいは、２以上の光路のうちのいずれか２つの光路を形成する光学系の入射瞳の最大径のうち、対物レンズ１の中心を通る径の和ΣＤｉ′は（図４Ｂ参照）、対物レンズ１の最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される射出軸上光束径Ｄｏｂｊに対して、次式（５）の条件を満足することが必要である。

ΣＤｉ′ ＞Ｄｏｂｊ（５）
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα

あるいは、２以上の光路のうちのいずれか２つの光路を形成する光学系のそれぞれの入射瞳の最大径をＤｅｐ１，Ｄｅｐ２としたとき、この２つの入射瞳の最大径の和ΣＤｉ″は、対物レンズ１の最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される射出軸上光束径Ｄｏｂｊに対して、次式（６）の条件を満足し、また、２つの入射瞳の中心間距離Ｄｘは次式（７）を満足することが必要である。なおこのとき、入射瞳の最大径Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２は、次式（８）を満足する（すなわち、同じ径を有している）ものとする。

ΣＤｉ″ ＞Ｄｏｂｊ（６）
Ｄｘ ≧ Ｄｅｐ１（７）
Ｄｅｐ１＝Ｄｅｐ２（８）
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα

（第１の実施形態の変形例１）
なお、以上の説明では、対物レンズ１の光軸に対して２つの観察光学系２（変倍レンズ群３）を、図４ＡのＸ軸方向に左右対称に配置した場合について説明したが、図６に示すように、対物レンズ１の軸上光束径Ｄｏｂｊが、２つの観察光学系２のいずれか一方の入射瞳を完全に内包するように、変倍鏡筒１０３全体を光軸に対して相対的に移動させることで、少なくとも片側の光路の開口数は、光軸間距離に制限される従来の平行系実体顕微鏡装置の開口数に対して上昇させることができる。特に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、対物レンズ１の軸上光束径Ｄｏｂｊが、左右光路の入射瞳（Ｄｅｐ１で示される入射瞳若しくはＤｅｐ２で示される入射瞳）のどちらでも内包可能に構成されていれば、観察者の利き目によって開口数の高い光路を左右のどちらでも選択することができ、観察者の利便性を向上させることができる。

（第１の実施形態の変形例２）
また近年、アプリケーションの多様化に伴い、広い変倍域を１つの装置で観察することのできる実体顕微鏡装置の需要は高まっている。特に小動物などの全体像を見ることができる低倍域への拡大に対する要求が強い。図７は対物レンズ１と片側の変倍レンズ群３の光路図であり、同一の対物レンズ１に倍率の異なる２つの状態の変倍レンズ群３を設けた構成を上下に並べている。図７（ａ）が低倍端状態であり、図７（ｂ）が高倍端状態である。この図７から明らかなように、変倍レンズ群３が低倍時と高倍時とで対物レンズ１内を通る光線の位置が全く異なる。

また、観察光学系２の倍率は、この図７においては図示しない結像レンズの焦点距離に変倍レンズ群３のアフォーカル倍率を掛けた値ｆzoomを対物レンズ１の焦点距離ｆobjで除することで求められる。この定義から明らかなように、変倍域を低倍側に拡大するためには、値ｆzoomを短くする、若しくは対物レンズ１の焦点距離ｆobjを長くすることが必要である。しかし、対物レンズ１の焦点距離ｆobjを長くすることはこの対物レンズ１の大型化につながるため、避けられるべきである。すると、必然的に値ｆzoomを短くすることが求められる。対物レンズ１を射出し、変倍レンズ群３に入射する光線の光軸に対する角度θ（図７（ａ）に示す）は、像高ｙ＝ｆzoom・ｔａｎθに従う。ここで、像の大きさは一定のため、値ｆzoomが短くなると角度θが大きくなる。図７（ａ）から明らかなように、対物レンズ１の大型化の原因になっているのは、主に角度θの大きな光線束である。特に対物レンズ１の物体側を大型化させていることがわかる。ここでは一例を述べるに留めるが、一般に低倍側（図７（ａ））の光線が対物レンズ１の物体側の径の大きさを、高倍側（図７（ｂ））の光線が対物レンズ１の像側の径の大きさを決定している。また高倍側の光束は、変倍レンズ群３の物体側に位置するレンズ径で制限され、低倍側の光束は、変倍レンズ群３の像側に位置するレンズ径で制限されるため、高倍側の入射瞳径Ｄ＿Ｈｉｇｈに対して、低倍側の入射瞳径Ｄ＿Ｌｏｗは小さくなってしまう。以上の理由により、低倍側の入射瞳は小さく、角度θの大きな光線にならざるを得ない。本実施形態では、式（４）を満たすので、従来の平行系実体顕微鏡装置に比べて、光軸間距離が長くなる。すると、対物レンズ１の有効径の大きさを維持したままでは、この対物レンズ１の光軸から離れている側の周辺光がけられてしまう。高倍側では、入射瞳径Ｄ＿Ｈｉｇｈは大きく、角度θも小さいために対物レンズ１の径で光束を制限されたとしても、周辺光量が減少するだけで、視野が欠けることはない。しかし、低倍側では、既に述べたように入射瞳径Ｄ＿Ｌｏｗは小さく、かつ、角度θも大きいため、対物レンズ１の径による制限の影響が大きい。場合によっては周辺光量が減少するだけでなく、視野の一部が完全に欠けてしまうことになる。

そこで本変形例では、図８に示すように低倍における周辺光束がけられることを防ぐために、複数の変倍レンズ群３のうち少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、対物レンズ１の光軸と直交方向の成分を持つように移動するレンズ群を少なくとも２つ有するように構成した平行系実体顕微鏡について説明する。

本変形例に係る平行系実体顕微鏡に設けられた変倍レンズ群３は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３及び負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の合計４つのレンズ群から構成される場合を示している。この変倍光学系３は、低倍端状態（図８（ａ））から高倍端状態（図８（ｃ））への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２が物体側から像側へ一定方向に、また、第３レンズ群Ｇ３が像側から物体側へ一定方向に移動する。すなわち、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３は常に一定方向にのみ移動し、変倍の途中で逆戻りするような方向には移動しないように構成されている。なお、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には絞りＳが設けられている。また、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は、変倍に際しては固定されている。

この平行系実体顕微鏡においては、変倍レンズ群３を構成するレンズ群のうち、少なくとも１つを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させる（以下、このレンズ群を「第１の補正レンズ群ＣＧ１」と呼ぶ）。すなわち、この変倍レンズ群３の基準となる光軸Ａ（例えば、この変倍レンズ群３に含まれるレンズ群のうち固定されているレンズ群（例えば、第１レンズ群Ｇ１）の光軸）に対して、第１の補正レンズ群ＣＧ１の光軸を偏芯させる。なお、第１の補正レンズ群ＣＧ１は、変倍時に光軸に沿って移動することにより倍率を変化させるレンズ群の少なくとも１つであっても良いし、変倍時に光軸に沿って移動しないレンズ群の少なくとも１つであっても良いし、両方であっても良い（図８及び図９においては、変倍時に光軸に沿って移動することにより倍率を変化させる第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１としている）。

上述のとおり、図９は、対物レンズ１と、左右眼用の光路に設けられた片側の変倍レンズ群３と、を示している。またここで、変倍レンズ群３は、物体側の一部のレンズ群（変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１及び変倍時に移動する第２レンズ群Ｇ２）が示されている。この図９に示すように、倍率を低倍側に変化させるときに、第２レンズ群Ｇ２（上述の第１の補正レンズ群ＣＧ１）を左右の変倍レンズ群３の光軸間距離が短くなるように（対物レンズ１の光軸に近づけるように）移動させる。変倍時に第１の補正レンズ群ＣＧ１をこのように移動させても、上述のように低倍時には高倍時に比べてこの変倍レンズ群３に入射する光の最大径は小さくなるため、第１レンズ群Ｇ１のレンズ有効径（光が入射することができる最大径）内に収めることができる。これにより、対物レンズ１を通過する光線のうち、周辺部分の光線がこの対物レンズ１の光軸側に近づくため、低倍における周辺光束がけられることを防ぐことができる。

なお、変倍レンズ群３は、入射する平行光束を、その光束径を変えて平行光束として射出するアフォーカル変倍光学系であることが望ましい。そのため、第１の補正レンズ群ＣＧ１を偏芯したことにより、この変倍レンズ群３内における光路が変化して射出する光束が平行光束からずれるが、このずれを他のレンズ群の少なくとも１つ（以下、このレンズ群を「第２の補正レンズ群ＣＧ２」と呼び、図８においては、第３レンズ群Ｇ３である）を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより補正して平行光束として射出させる必要がある。また、この変倍レンズ群３に入射する光束は、最高倍時に最大となる。そのため、変倍レンズ群３の最高倍時においては、変倍レンズ群３の入射瞳を有効利用するために、この変倍レンズ群３に含まれる全てのレンズ群の光軸が略一致している（上述の基準となる光軸Ａに略一致している）ことが望ましい。

（第２の実施形態）
このような平行系実体顕微鏡においては、変倍レンズ群３の変倍比を変化させて標本（物体）の観察を行うが、低倍にして標本の比較的広い部分を観察する場合には、解像力はそれほど求められないが、高倍にしてより狭い部分を拡大して観察する場合には解像力が求められる。反対に、低倍で観察している場合には、観察光学系を左右両眼用の２つにして標本を立体視する要求が高いが、高倍で観察している場合には、立体視はそれほど必要とされない。そこで、第２の実施形態として、観察目的に応じて、２つの光路（観察光学系２）により標本の立体視を行う立体視用光路と、１つの光路（観察光学系２′）により標本の像の解像度を向上させる垂直視用光路とを有する（すなわち、対物レンズ１から出射した光を合計３つの光路に分割する）顕微鏡装置について説明する。

図１０に示す、この第２の実施形態に係る平行系顕微鏡１００′は、第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡（顕微鏡装置）１００と同様に、対物レンズ１の光軸に対して左右に配置された通常の観察光学系２（以下、「立体視光路２」とも呼ぶ）に加えて、これらの光路とは別にもう1つの垂直視用の光路２′が設けられている。このような構成の顕微鏡装置１００′においては、図１０（ａ）に示すように、左右の観察光路（立体視用光路２）を使用して、標本の立体視観察を行う際は、垂直視用光路２′を観察光路としてではなく照明光路として使用することで、照明光による硝子の自家蛍光がノイズになることを防ぐことができる。また図１０（ｂ）に示すように、変倍鏡筒１０３全体を対物レンズ１の光軸に対して相対的に移動させ、対物レンズ１の光軸と垂直視用光路２′の光軸を一致させれば、垂直視が可能となる。また垂直視用光路２′に、例えば図１１（ｂ）に示すような、双眼鏡筒に光を分割するためのプリズム素子５を含めた構成にすることで、立体視、垂直視ともに両眼による観察をスムーズに切り替えることができる。さらに、図１１（ａ）で示されるように立体視用光路２では、左右の光路径（Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２）は互いに機構自体が近接しており、片側を大きくしようとするともう片方に干渉してしまうために、大きくすることが難しい。しかし図１１（ｂ）で示されている垂直視用光路２′では光路径（Ｄｐｈ）を制限する、対となる光路がないので容易に径を広げることができ、より分解能の高い明るい像を得ることができる。ここで、Ｄｐｈ＞０．５Ｄｏｂｊの条件を満たすときに、通常の実体顕微鏡に比べて分解能の高い明るい像が得られ、特にＤｐｈ＞０．６Ｄｏｂｊの条件を満たす場合には蛍光観察時において、２倍以上の明るさで標本を観察することができる。

なお、垂直視用光路２′は、上述のように、解像度を向上させることが目的であるから、当該垂直視用光路２′の入射瞳の最大径Ｄｐｈが、この顕微鏡装置１００′に設けられた複数の光路の入射瞳の最大径の中で最も大きいことが望ましい（本実施の形態では、２つの立体視用光路２の入射瞳Ｄｅｐ１，Ｄｅｐ２のよりも大きいことが望ましい）。

１対物レンズ２，２′ 観察光学系（光路）
３変倍レンズ群４結像レンズ
１００，１００′ 平行系実体顕微鏡（顕微鏡装置）
ＣＧ１（Ｇ２）第１の補正レンズ群
ＣＧ２（Ｇ３）第２の補正レンズ群

Claims

物体側から順に、
前記物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、
全てのレンズ群が回転対称系であって、前記対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、
前記２以上の光路のうちのいずれか２つの前記光路を形成する光学系の入射瞳の最大径の和をΣＤｉとし、前記対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ＞Ｄｏｂｊ
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される顕微鏡装置。
物体側から順に、
前記物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、
前記対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、
前記２以上の光路のうちのいずれか２つの前記光路を形成する光学系の入射瞳の最大径のうち、前記対物レンズの中心を通る径の和をΣＤｉ′とし、前記対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ′ ＞Ｄｏｂｊ
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される顕微鏡装置。
物体側から順に、
前記物体からの光を集光する機能を有する１つの対物レンズと、
前記対物レンズを出射した光が通過する２以上の光路と、を有し、
前記２以上の光路のうちのいずれか２つの前記光路を形成する光学系のそれぞれの入射瞳の最大径をＤｅｐ１，Ｄｅｐ２とし、前記２つの入射瞳の最大径の和をΣＤｉ″とし、前記２つの入射瞳の中心間距離をＤｘとし、前記対物レンズの最大開口角α及び焦点距離ｆから決定される軸上光束径をＤｏｂｊとしたとき、次式
ΣＤｉ″ ＞Ｄｏｂｊ
Ｄｘ ≧ Ｄｅｐ１
Ｄｅｐ１＝Ｄｅｐ２
但し、Ｄｏｂｊ＝２・ｆ・ｓｉｎα
の条件を満足するように構成される顕微鏡装置。
前記光路の数は２である請求項１〜３いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記光路の数は３である請求項１〜３いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記２以上の光路は、互いの位置関係を維持したまま、前記対物レンズの光軸に対して相対移動可能に構成された請求項１〜５いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、当該光路を形成する光学系の光軸を、前記対物レンズの光軸と一致させるように移動可能である請求項６に記載の顕微鏡装置。
前記対物レンズの光軸と一致させることができる光軸を有する前記光路を形成する光学系は、当該光学系の入射瞳の最大径が、前記２以上の光路を形成する光学系の入射瞳の最大径のなかで最も大きい請求項７に記載の顕微鏡装置。
前記２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、照明光路として使用される請求項６〜８いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記２以上の光路のうちのいずれか１つの光路は、当該光路を形成する光学系の入射瞳全体を、前記対物レンズの軸上光束径内に完全に内包させるように移動可能である請求項６〜９いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記２以上の光路の少なくとも１つは、
前記対物レンズからその光軸に対して略平行に射出される光を、複数の略平行光としてそれぞれ射出するアフォーカル変倍光学系と、
前記アフォーカル変倍光学系から射出される前記略平行光を集光する結像レンズと、を備え、
前記アフォーカル変倍光学系の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記対物レンズの前記光軸と直交方向の成分を持つように移動するレンズ群を少なくとも２つ有する請求項１〜１０いずれか一項に記載の顕微鏡装置。