JP5387588B2 - 結像光学系、この結像光学系を有する顕微鏡装置及び実体顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系、この結像光学系を有する顕微鏡装置及び実体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装置は、凹凸のある物体を観察した場合、両目で見たとき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装置では、物体の立体感のための視差を得るため、左右２つの眼に入射する光束の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っている。

実体顕微鏡装置において、立体視を得るための代表的方法として、平行系実体顕微鏡装置（平行系単対物双眼顕微鏡装置）が挙げられる。図３０（ａ）に示すように、この平行系実体顕微鏡装置１００′は、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た右眼用及び左眼用の２つの観察光学系２′と、を有している。この観察光学系２′の各々には、通常変倍機構が備わっており、以下では変倍光学系３′と称することとする。また、この観察光学系２′の各々には、結像レンズ４′が設けられている。

平行系実体顕微鏡装置１００′は、物体面にその焦点位置を一致させた一つの対物レンズ１′が、その後に続く左右両眼用の変倍光学系３′に平行光束を導く役割を担っている。この対物レンズ１′から射出した後の平行光束は２つの変倍光学系３′に分割され、別々に左右の眼に届けられる。図３０（ｂ）に示すように、２つの変倍光学系３′にはそれぞれ絞りＳ′が形成されている。なお、ここでの入射瞳の位置は、絞りＳ′よりも物体Ｏ側にある変倍光学系３′内のレンズ群によって形成される絞り像ができる位置である。このような構成の平行系実体顕微鏡装置１００′においては、図３０（ａ）で示されるように、対物レンズ開口数は通常の対物レンズ開口数の定義とは異なる。すなわち、物体Ｏと対物レンズ１′の間の媒質が空気である場合、通常の対物レンズ開口数は、物体Ｏの光軸上の１点から射出された光が、対物レンズ１′の開口全体に広がった光束の開き角の半角αの正弦で定義されるが、平行系実体顕微鏡装置１００′における対物レンズ開口数は、物体Ｏの光軸上の１点から射出された光が、いずれか一方の変倍光学系３′の絞りＳ′の最大絞り径まで広がった場合の開き角の半角βの正弦で定義される。

図３０（ｂ）は、図３０（ａ）の対物レンズ１′と片側の変倍光学系３′の一部を拡大した図である。物体面Ｏの中心から出た光が対物レンズ１′に入射し平行光束となり、変倍光学系３′に入射している。対物レンズ１′は十分に正弦条件を満たしているため、上述の平行光束径は対物レンズ１′の焦点距離ｆobjと対物レンズ開口数ｓｉｎβとの積の２倍となる。対物レンズ開口数通りの性能を発揮するためには、この光束が全て変倍光学系３′に導かれる必要がある。それには変倍光学系３′の有効径をＤepとすると、有効径Ｄep≧平行光束径（＝２・ｆobj・ｓｉｎβ）の関係を満たさなくてはならない。逆に言うと平行系実体顕微鏡装置１００′における対物レンズ開口数ｓｉｎβは、変倍光学系３′の有効径Ｄepの大きさに依存することとなる。実体顕微鏡装置では上述のように、立体視のために左眼用及び右眼用の２つの光路を有しており、左右の光路が隣接しているため変倍光学系３′のそれぞれの有効径Ｄepを大きくするということは変倍光学系３′の左右の光軸間距離を広げることと同義である。つまるところ、平行系実体顕微鏡装置１００′の開口数を決めているのは変倍光学系３′の左右の光軸間距離ということができる。変倍光学系３′は入射する光束と射出する光束とが共に平行であるアフォーカル変倍光学系として構成され、その後に配置された結像レンズ４′によって像を結ぶ。ここで、アフォーカル変倍光学系の倍率（以後「アフォーカル倍率」と呼ぶ）は入射側の平行光束径を射出側の平行光束径で除することで求められる。また、像の倍率は結像レンズ４′の焦点距離に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。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。これに伴って、全長を抑えつつ変倍域を拡大させた変倍光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９１７５５号公報

しかしながら、変倍域を低倍側へ拡大すると変倍光学系だけでなく、対物レンズが大型化してしまうという課題がある。図３１は対物レンズ１′と片側の変倍光学系３′の一部との光路図であり、同一の対物レンズ１′に倍率の異なる２つの状態の変倍光学系３′を繋げ、上下に並べている。図３１（ａ）が低倍端状態であり、図３１（ｂ）が高倍端状態である。この図３１から明らかなように、変倍光学系３′が低倍時と高倍時とで対物レンズ１′内を光線が通る位置が全く異なる。すでに述べたように倍率は結像レンズの焦点距離に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、もしくは対物レンズ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を短くすることになる。対物レンズ１′を射出し、変倍光学系３′に入射する光線の光軸に対する角度θ′（図３１（ａ）に示す）は、像高をｙとし、結像レンズ４′の焦点距離にアフォーカル倍率を掛けた値をｆzoomとした場合ｙ＝ｆzoom・ｔａｎθ′に従う。像の大きさは一定のためｆzoomが短くなると、θ′が大きくなる。図３１（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θ′の大きな光線束である。特に対物レンズ１′の物体Ｏ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、一般に高倍側の光線が対物レンズ１′の像側の大きさを、低倍側の光線が対物レンズ１′の物体側の大きさを決定している。特に対物レンズ１′の物体Ｏ側の大型化は、ユーザから見て物体面の視界を隠してしまうという欠点があり敬遠すべきことである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、対物レンズと観察光学系（全体で結像光学系）を有する顕微鏡装置において、対物レンズの大型化を避けつつ、低倍域への拡大を可能にした結像光学系を提供することを目的とし、さらに、この結像光学系を有する顕微鏡装置及び実体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の本発明に係る結像光学系は、対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、この像を変倍可能に構成された結像光学系であって、観察光学系は、複数の光路を有し、この複数の光路は、それぞれ複数のレンズ群を有し、複数の光路のうちの少なくとも一つは、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、複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の少なくとも一つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、対物レンズの光軸から最も外側を通過する光の位置が、基準光軸と略平行な成分のみを持つように移動する場合に比べて対物レンズの光軸に近づくように移動する第１の補正レンズ群であり、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の残りのレンズ群は、第１の補正レンズ群により変化する光路を補正する第２の補正レンズ群であることを特徴とする。

このような結像光学系において、第１の補正レンズ群は、複数の光路におけるレンズ群の光軸間距離が短くなるように移動し、第２の補正レンズ群は、複数のレンズ群の各光軸が、基準光軸に一致するように複数のレンズ群を配置したときに形成されるであろう像形成位置に像が結像するように射出させることを特徴とする。

また、このような結像光学系において、観察光学系は、絞りを有し、低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、この絞りは、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動することを特徴とすることが好ましい。

このとき、絞りは、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群に追随して移動し、この絞りの像である射出瞳の中心が基準光軸上に全変倍域にわたって存在することを特徴とすることが好ましい。

あるいは、このような結像光学系において、観察光学系は、絞りを有し、低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、この絞りは、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する光束が掃引する全領域を開口部として有することを特徴とすることが好ましい。

このとき、絞りの開口部は、全領域を内包する正円であることを特徴とすることが好ましい。

また、第２の本発明に係る結像光学系は、対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、この像を変倍可能に構成された結像光学系であって、観察光学系は複数のレンズ群を有し、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、複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、少なくとも２つのレンズ群のうち、最も対物レンズ側に配置された少なくとも１つのレンズ群は、低倍端状態から高倍端状態に変倍する際に、対物レンズの光軸及び基準光軸を含む面内において、基準光軸から対物レンズの光軸への方向を負として定義した基準光軸に直交する方向の移動量を、変倍に際し移動するレンズ群の中で最も対物レンズ側に配置されたレンズ群の基準光軸上の位置であって、低倍端状態から高倍端側に移動する方向を正として定義した位置の関数として表したときに、変倍する区間の少なくとも一部において、関数の一次微分が０以上で、且つ、前記関数の二次微分が０以下となるように移動することを特徴とする。
このような結像光学系において、観察光学系に入射する主光線のうち、基準光軸に対する角度が最も大きな主光線の、観察光学系の最も物体側の面の接平面での入射位置は、低倍端状態から高倍端状態に変倍する際に、少なくとも所定の焦点距離状態までは基準光軸側へ近づくように変化することを特徴とすることが好ましい。
また、このような結像光学系において、観察光学系は、複数の光路を有し、対物レンズからの光を複数の光路からそれぞれ射出し、この複数の光路にはそれぞれ複数のレンズ群を有し、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、複数の光路におけるレンズ群の光軸間距離が短くなるように移動する第１の補正レンズ群であり、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の残りのレンズ群は、第１の補正レンズ群により変化する光路を補正して、複数のレンズ群をその光軸が一致するように配置したときに形成されるであろう像形成位置に像が結像するように射出させる第２の補正レンズ群であることを特徴とすることが好ましい。

また、第３の本発明に係る結像光学系は、対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、この像を変倍可能に構成された結像光学系であって、観察光学系は、複数のレンズ群及び絞りを有し、低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群は、それぞれ観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、絞りは、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群に追随して移動し、絞りの像である射出瞳の中心が基準光軸上に全変倍域にわたって存在し、観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とする。
また、第４の本発明に係る結像光学系は、対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、この像を変倍可能に構成された結像光学系であって、観察光学系は、複数のレンズ群及び絞りを有し、低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、絞りは、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する光束が掃引する全領域を開口部として有し、観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とする。
このような結像光学系において、絞りの開口部は、全領域を内包する正円であることを特徴とすることが好ましい。
また、このような結像光学系において、観察光学系は、複数の光路を有し、対物レンズからの光を複数の光路からそれぞれ射出し、この複数の光路にはそれぞれ複数のレンズ群を有し、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、複数の光路におけるレンズ群の光軸間距離が短くなるように移動する第１の補正レンズ群であり、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の残りのレンズ群は、第１の補正レンズ群により変化する光路を補正して、複数のレンズ群をその光軸が一致するように配置したときに形成されるであろう像形成位置に像が結像するように射出させる第２の補正レンズ群であることを特徴とすることが好ましい。

また、このような結像光学系は、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の少なくとも対物レンズの光軸側に、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の基準光軸と直交する方向の成分の移動に伴って、当該レンズ群と対物レンズの光軸との間に生じる空間を通過する光を遮断する遮光部が設けられたことを特徴とすることが好ましい。

このとき、遮光部は、複数の光路に設けられた基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の各々を連結するように取り付けられ、かつ、当該レンズ群の基準光軸と直交する方向の成分の移動に従って伸縮することを特徴とすることが好ましい。

あるいは、遮光部は、光を遮断する部材で形成され、対物レンズの光軸と平行方向に貫通した、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の各々と略同一大きさの開口が形成され、当該開口に基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の各々を嵌め込むことにより保持する第１部材と、光を遮断する部材で形成され、対物レンズの光軸方向に移動可能であって、第１部材を基準光軸と直交する方向に移動可能に保持するとともに、対物レンズの光軸と平行方向に貫通する開口部が形成された第２部材と、から構成され、この第２部材の開口部は、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の移動にかかわらず、当該レンズ群が開口部内に位置するように形成されていることを特徴とすることが好ましい。

このとき、第１部材は、開口部内の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群以外の部分を塞ぐように形成されたことを特徴とすることが好ましい。

あるいは、第１部材は、その基準光軸と直交する方向の両端部にこの第１部材の移動に従って伸縮する伸縮部材をそれぞれ有することを特徴とすることが好ましい。

さらにこのとき、第１部材及び伸縮部材は、開口部内の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群以外の部分を塞ぐように形成されたことを特徴とすることが好ましい。

また、このような結像光学系において、観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とすることが好ましい。

また、このような結像光学系は、高倍端状態において、複数のレンズ群の各光軸が略一致することを特徴とすることが好ましい。

また、このような結像光学系において、複数のレンズ群は、最も物体側に配置され変倍において固定される第１レンズ群と、この第１レンズ群の像側に配置され、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の１つである第２レンズ群と、を有し、低倍端状態において、第１レンズ群の光軸に対して第２レンズ群の光軸は偏心していることを特徴とすることが好ましい。
また、このような結像光学系において、観察光学系の複数の光路は、右眼用及び左眼用の２つの光路を有することを特徴とすることが好ましい。

また、第１の本発明に係る顕微鏡装置は、上述の結像光学系のいずれかを備えることを特徴とする。

あるいは、第２の本発明に係る顕微鏡装置は、面状の発光領域を有する面発光体を含み、この面発光体から放射された光を物体に照射する照明光学系と、物体からの光を集光して当該物体の像を形成する上述の結像光学系のいずれかと、を有し、面発光体は、対物レンズの入射瞳共役の位置又はその近傍に配置することを特徴とする。

あるいは、第３の本発明に係る顕微鏡装置は、物体からの光を集光して当該物体の像を形成する上述の結像光学系のいずれかと、光源からの光を照明レンズにより集光して結像光学系の光路上に導き、対物レンズを介して物体に光を照射する照明光学系と、を有し、この照明光学系は、観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する射出瞳に応じて光源の像を移動させるように構成されたことを特徴とする。

このとき、照明光学系は、無段階、連続的に照明レンズを光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とすることが好ましい。

あるいは、照明光学系は、少なくとも２ポジションの切り替えにより、照明レンズを光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とすることが好ましい。

あるいは、このような顕微鏡装置は、光源を無段階、連続的に、若しくは、少なくとも２ポジションの切り替えにより、光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とすることが好ましい。

あるいは、第４の本発明に係る顕微鏡装置は、物体からの光を集光して当該物体の像を形成する上述の結像光学系のいずれかと、光源からの光を照明レンズにより集光して結像光学系の光路に導き、対物レンズを介して物体に光を照射する照明光学系と、を有し、この照明光学系は、観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する射出瞳の軌跡を包含する大きさの光源の像を形成することを特徴とする。

また、本発明に係る実体顕微鏡装置は、対物レンズと、この対物レンズからその光軸に対して略平行に射出される平行光を、複数の平行光としてそれぞれ射出する複数のアフォーカル変倍光学系と、複数のアフォーカル変倍光学系のそれぞれから射出される平行光を集光する複数の結像レンズと、を備えた実体顕微鏡装置であって、複数のアフォーカル変倍光学系のうち少なくとも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、アフォーカル変倍光学系の基準光軸と直交する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つ有し、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、対物レンズの光軸から最も外側を通過する光の位置が基準光軸と略平行な成分のみを持つように移動する場合に比べて対物レンズの光軸に近づくように移動する第１の補正レンズ群であり、基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群の残りのレンズ群は、第１の補正レンズ群により変化する光路を補正する第２の補正レンズ群であることを特徴とする。

このような実体顕微鏡装置は、面状の発光領域を有する面発光体を含み、面発光体から放射された光を物体に照射する照明光学系を有し、面発光体は、対物レンズの入射瞳共役の位置又はその近傍に配置することを特徴とすることが好ましい。

あるいは、このような実体顕微鏡装置は、光源からの光を照明レンズにより集光して、対物レンズを介して物体に照射する照明光学系を有し、この照明光学系は、対物レンズの光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する射出瞳に応じて光源の像を移動させるように構成されたことを特徴とすることが好ましい。

あるいは、このような実体顕微鏡装置は、光源からの光を照明レンズにより集光して、対物レンズを介して物体に照射する照明光学系を有し、この照明光学系は、対物レンズの光軸と直交する方向の成分を持つように移動するレンズ群により移動する射出瞳の軌跡を包含する大きさの光源の像を形成することを特徴とすることが好ましい。

本発明に係る結像光学系、顕微鏡装置及び実体顕微鏡装置を以上のように構成すると、対物レンズの大型化を回避し、かつ、低倍域への拡大を可能にすることができる。

平行系実体顕微鏡装置の外観を示す斜視図である。 上記顕微鏡装置の光学系の構成を示す説明図である。 平行系実体顕微鏡装置の結像光学系を示すレンズ断面図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。 変倍光学系を示すレンズ断面図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は中間倍率状態を示し、（ｃ）は高倍端状態を示す。 第１実施例に係る低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は第３レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｂ）は第４レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｃ）は高倍端状態を示す。 第２実施例に係る低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は第３レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｂ）は第４レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｃ）は高倍端状態を示す。 第３実施例に係る低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は第３レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｂ）は第４レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｃ）は第５レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｄ）は高倍端状態を示す。 第４実施例に係る低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は第３レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｂ）は第４レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合の低倍端状態を示し、（ｃ）は第５レンズ群を第２の補正レンズ群とする場合を示し、（ｄ）は高倍端状態を示す。 像側への移動方向を正として定義した第２レンズ群の光軸方向移動量と、第１レンズ群の物体側頂点（最も物体側に位置するレンズの物体側面の頂点）から離れる方向を正として定義した入射瞳位置との関係を示すグラフである。 像側への移動方向を正として定義した第２レンズ群の光軸方向移動量と、変倍光学系に入射する主光線入射角度の正接との関係を示すグラフである。 変倍光学系と主光線との関係を示す説明図であって、（ａ）は主光線入射角度を示し、（ｂ）は主光線入射高を示す。 像側への移動方向を正として定義した第２レンズ群の光軸方向移動量と、主光線入射高との関係を示すグラフである。 主光線及び主光線入射高を説明するための説明図であって、（ａ）は第２及び第３レンズ群を偏心させないときの低倍端状態を示し、（ｂ）は第２及び第３レンズ群を偏心させたときの低倍端状態を示す。 変倍光学系の第２レンズ群の軌道を示すグラフである。 第２レンズ群の光軸方向移動量に対する主光線入射高の関係を示すグラフである。 第２の補正レンズ群の偏心により偏心するアイポイントについて説明する説明図であって、（ａ）は第２の補正レンズ群が偏心していない状態を示し、（ｂ）は第２の補正レンズ群が偏心している状態を示し、（ｃ）は第２の補正レンズ群の偏心によりアイポイントの偏心を絞りの偏心により補正した状態を示す。 第２の補正レンズ群の偏心により偏心する絞りが移動する全領域を内包する開口部を有する絞りについて説明するための説明図である。 第２の補正レンズ群の偏心により偏心する絞りが移動する全領域を内包する開口部を有する絞りについての別の実施形態を説明するための説明図である。 平行系実体顕微鏡装置の結像光学系の入射瞳の共役像から絞りまでを示す光学系の断面図であって、（ａ）は通常の実体顕微鏡装置の低倍端状態を示し、（ｂ）はこの実体顕微鏡の高倍端状態を示し、（ｃ）は変倍光学系のレンズ群の一部を、低倍側でその光軸間距離が短くなるように移動させるように構成した実体顕微鏡装置の低倍端状態を示す。 対物レンズと観察光学系との間に同軸落射照明装置を挿入した場合の実体顕微鏡装置の構成を示す説明図である。 観察光学系内部の変倍光学系と結像レンズ群との間に同軸落射照明装置を挿入した場合の実体顕微鏡装置の構成を示す説明図である。 同軸落射照明装置の光学系の構成を示す説明図である。 上記光学系における光線の軌跡を示す説明図である。 第１の実施例に係る遮光部を有する実体顕微鏡装置の構成図である。 上記第１の実施例に係る遮光部及び低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は高倍端状態を示し、（ｂ）は低倍端状態を示す。 第２の実施例に係る遮光部を有する実体顕微鏡装置の構成図である。 上記第２の実施例に係る遮光部及び低倍端及び高倍端における変倍光学系を構成するレンズ群の配置を示す説明図であって、（ａ）は高倍端状態を示し、（ｂ）は低倍端状態を示す。 上記第２の実施例に係る遮光部及び変倍光学系の可動群の構成を示す図であり、（ａ）は高倍端状態を示し、（ｂ）は低倍端状態を示す。 第２の実施例の変形例に係る遮光部及び変倍光学系の可動群の構成を示す図であり、（ａ）は高倍端状態を示し、（ｂ）は低倍端状態を示す。 平行系実体顕微鏡装置の対物レンズ開口数を説明するための説明図であって、（ａ）は顕微鏡装置の光学系全体を示し、（ｂ）は主要部分を拡大した状態を示す。 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。

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。まず、図１及び図２を用いて、顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡装置１００の構成について説明する。この平行系実体顕微鏡装置１００は、単対物双眼構成の顕微鏡装置であり、その光学系は、図示しない透過照明装置により照明されて物体Ｏを透過した光を集光してこの物体Ｏの一次像ＩＭを形成する結像光学系５と、この結像光学系５で結像された一次像ＩＭを拡大観察するための接眼レンズ６と、を備えている。また、結像光学系５は、物体Ｏからの光を集光して光軸に対して略平行な光束に変換する対物レンズ１と、物体Ｏの像の観察倍率を変化させる（変倍する）変倍光学系３と、この変倍光学系３から射出した光を集光して上述の一次像ＩＭを形成する結像レンズ４と、を有して構成される。なお、この変倍光学系３と結像レンズ４とから構成される光学系を観察光学系２と呼び、この顕微鏡装置１００は、その光軸が互いに平行に延びる２つの観察光学系２および２つの接眼レンズ６を有している。

この実体顕微鏡装置１００は、透過照明装置を内蔵するベース部（照明部）１０１、対物レンズ１及び接眼レンズ６が取り付けられ、内部に変倍光学系３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１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一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と、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光学系３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。変倍光学系３には可動レンズ群が含まれており、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、変倍光学系３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（図示せず）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を光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４及び接眼レンズ６を有する双眼鏡筒１０４が取り付けられている。左右両眼用の変倍光学系３のそれぞれから射出した平行光を、左右それぞれに配置された結像レンズ４が集光して物体の一次像ＩＭ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６を用いることにより結像された一次像ＩＭを左右の肉眼で観察することができる。

図３及び図４に示す変倍光学系３は、物体Ｏ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、低倍端状態から高倍端状態への変倍の際に、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との間に絞りＳが設けられている。

このような実体顕微鏡装置１００は、図３１を用いて説明したのと同様に、変倍光学系３が低倍端状態にあるときに対物レンズ１を通過する光の最大径は、高倍端状態にあるときに対物レンズ１を通過する光の最大径に比べてその径が大きくなる。すなわち、対物レンズ１を構成するレンズの周辺部分は、高倍時には使用されず、低倍時にのみ使用されることとなる。反対に、変倍光学系３が高倍端状態にあるときにこの変倍光学系３に入射する光の最大径は、低倍端状態にあるときに入射する光の最大径に比べてその径が大きくなる。そのため、本実施形態に係る顕微鏡装置１００においては、低倍端側において対物レンズ１を通過する光束径を小さくするために、入射瞳を対物レンズ１の光軸に近づける、すなわち図３に示すように、変倍光学系３を構成するレンズ群のうち、少なくとも１つを、変倍時において光軸と直交する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、この変倍光学系３の基準となる光軸（例えば、この変倍光学系３に含まれるレンズ群のうち、変倍の際に固定されているレンズ群（例えば第１レンズ群Ｇ１）の光軸であって、「基準光軸Ａ」と呼ぶ）に対して、第１の補正レンズ群ＣＧ１の光軸を偏心させる。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が、図３及び図４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３は、対物レンズ１と、左右眼用の光路（観察光学系２）に設けられた片側の変倍光学系３とを示している。またここで、変倍光学系３は、物体Ｏ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。このズームタイプにおいて、図４（ａ）に示すように、倍率を低倍端側に変化させる（変倍する）ときに、第２レンズ群Ｇ２（上述の第１の補正レンズ群ＣＧ１）を物体側に移動させると共に、基準光軸Ａとずれた位置に第２レンズ群Ｇ２の光軸が位置するように偏心させる。つまり、第１の補正レンズ群ＣＧ１（第２レンズ群Ｇ２）を左右の変倍光学系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ることにより、左右の瞳を対物レンズ１の光軸に近づけているので、対物レンズ１を通過する光線のうち、周辺部分の光線が対物レンズ１の光軸側に近づくため、全体として、この対物レンズ１を通過する光の最大径が小さくなり、対物レンズ１の径を小さくして小型化できる。また、換言すると、低倍域を拡大しても従来の対物レンズの径の大きさで実現することができる。このとき、低倍時には高倍時に比べてこの変倍光学系３に入射する光の最大径は小さくなるため、第１の補正レンズ群ＣＧ１（第２レンズ群Ｇ２）を偏心させても、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）内に光束を収めることができる。また、本実施の形態においては、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は、変倍動作において固定されている。

なお、この顕微鏡装置１００において変倍光学系３は、入射した平行光束の径を変倍して平行光束（アフォーカル光束）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、最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるためには、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）を偏心したことにより、この変倍光学系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のを他のレンズ群の少なくとも１つを光軸と直交する方向の成分を持つように移動させて補正する必要がある（このレンズ群を「第２の補正レンズ群ＣＧ２」と呼ぶ）。すなわち、第２の補正レンズ群ＣＧ２を偏心させて、第１の補正レンズ群ＣＧ１により変化する光路を補正して、この変倍光学系３を構成するレンズ群をその光軸が一致するように配置したときに形成されるであろう像形成位置に像が結像するように射出させる必要がある。図４に示す変倍光学系３においては、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を第２の補正レンズ群ＣＧ２として使用している。そのため、低倍端状態では、基準光軸Ａ（第１レンズ群Ｇ１の光軸）に対して、第３レンズ群Ｇ３を第２レンズ群Ｇ２と同じ方向に偏心させている。このときの第３レンズ群Ｇ３の偏心量は、第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。なお、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２とする場合は、第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させることが必要である。また、この第２の補正レンズ群ＣＧ２も、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。

また、この変倍光学系３に入射する光束の径は、最高倍時に最大となる。そのため、図４（ｃ）に示すように、変倍光学系３の最高倍時においては、変倍光学系３の入射瞳を有効利用するために、この変倍光学系３に含まれる全てのレンズ群（第１〜４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４）の光軸が略一致している（上述の基準光軸Ａに略一致している）ことが望ましい。

ここで、上述の図３に示す変倍光学系３は、第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力を有し、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）が負の屈折力を有する場合を示している。この後、変倍光学系３中の図３においては不図示の第３レンズ群以降のレンズ群と結像レンズ、接眼レンズへと続いていき、左眼、右眼にて像が観察される。この図３に示す光路図は、図３１に示す従来の光学系とほぼ同じ開口数となるように構成した場合を示している。このとき、図３（ｂ）に示す変倍光学系３の最高倍時は、上述したように、変倍光学系３の入射瞳を有効利用するために、全てのレンズ群の光軸が一致している(対物レンズ１の光軸に平行な直線上にある）ことが望ましく、そのため、図３１（ｂ）と同じ光路図となる。以下の表１に、図３に示す対物レンズ１の諸元を示す。なお、この表１において、ｍは物体Ｏ側から数えた光学面の面番号を示し、ｒは各光学面の曲率半径を示し、ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を示し、ｎｄはｄ線に対する屈折率を示し、νｄはアッベ数を示す。また、以下の表１において、空気の屈折率1.00000は省略している。ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている曲率半径、面間隔その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これらに限られるものではない（以降に示す諸元表においても同様である）。

（表１）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -249.743 4.900 1.49782 82.50
2 -66.680 0.500
3 -1600.580 17.900 1.43426 94.85
4 -24.560 4.000 1.71300 53.87
5 -62.490 0.500
6 206.782 15.400 1.49782 82.50
7 -49.681 0.800
8 38.548 15.150 1.43426 94.85
9 107.188 4.000 1.51680 64.11
10 33.123 9.050
11 188.057 15.100 1.56907 71.31
12 -28.609 4.900 1.73400 51.47
13 -85.550

このような構成の顕微鏡装置１００において、対物レンズ１の射出後に配置される一対の変倍光学系３の光軸間距離は最低倍時で約１６ｍｍであり、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）の偏心量が３ｍｍとすると、その光軸間距離は、最高倍時で約２２ｍｍとなる。このように、同様の変倍域を保ちながら、対物レンズ１が小型化していることがこの図３からわかる。

［変倍光学系の実施例］
以下、本実施の形態に係る変倍光学系３の具体的な構成例について説明する。なお、レンズは現実には厚みを持つが、レンズに入射する光線と射出する光線の振る舞いだけをそのレンズの効果と考え、厚さの無視できる薄肉レンズに理論的に置き換えることが可能である。特に変倍光学系においては、各レンズ群の構成枚数が少ないために、薄肉レンズとして近似しやすく、各レンズ群を薄肉レンズに置き換え、仕様に見合う最適な焦点距離と各レンズ群配置を決定することが一般的である。その例に倣い、以下の変倍光学系３では各レンズ群をそれぞれ一枚の薄肉レンズに置き換えて説明する。

（第１実施例）
図５は物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、からなる４群構成の代表的な変倍光学系３の１つであり、低倍端状態から高倍端状態への変倍の際に、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。即ち、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、変倍動作の途中で逆戻りするような方向には移動しない。

このズームタイプにおいて、第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１とし、図５に示すように、低倍側に変倍するときに、この第２レンズ群Ｇ２を物体側に移動させるとともに、２つの変倍光学系３における光軸間距離が短くなるように偏心させる。なお、上述のように第１レンズ群Ｇ１は、変倍動作においては固定されており、この第１レンズ群Ｇ１と同じ光軸上のレンズ群の動きについては、偏心補正とは関係がないので省略する（第１レンズ群Ｇ１の光軸が、上述の「基準光軸」となる）。

最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として用いて補正する必要がある。図５（ａ）の矢印で示すように、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３で補正する場合、この第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第３レンズ群Ｇ３は物体側に動きながら第１レンズＧ１の光軸に近づいて行く。

あるいは、図５（ｂ）の矢印で示すように、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第４レンズ群Ｇ４は、その光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズＧ１の光軸に近づいて行く。

次の表２に、この第１実施例に係る変倍光学系３の諸元を示す。なお、この表２において、βは倍率を示し、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示し、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示す。また、ｄ１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との光軸上の距離を示し、ｄ２は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との光軸上の距離を示し、ｄ３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との光軸上の距離を示す。さらに、ε（Ｇ２）は第２レンズ群Ｇ２の偏心量を示し、ε（Ｇ３）は第３レンズ群Ｇ３の偏心量を示し、ε（Ｇ４）は第４レンズ群Ｇ４の偏心量を示す。ここで、偏心量は、図の上向きを正として表す。これらの諸元表の説明は、次の第２実施例において同様である。

（表２）
β ＝ 20x
ｆ１ ＝ 88.3
ｆ２ ＝ -20.7
ｆ３ ＝ 51.7
ｆ４ ＝ -55

低倍端 高倍端
ｄ１ 4.0618 57.45
ｄ２ 131.7041 21.86519
ｄ３ 21.5341 77.9848

Ｇ３で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ３） -1.2934 0

Ｇ４で補正する場合の偏心量
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ４） 1.91325 0

なお、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の両方で補正する場合は、両補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

（第２実施例）
図６は物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、からなる４群構成の代表的な変倍光学系の１つであり、低倍端状態から高倍端状態への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２が物体側から像側へ一定方向に動く。一方第３レンズ群Ｇ３はこの変倍光学系３のパワー配置によって、物体側から像側へ一定方向に動く場合と、変倍動作の途中で逆戻りし、最終的に像側へ動く場合と、がある。

このズームタイプにおいて、第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１とし、図６に示すように、低倍側に変倍するときに、この第２レンズ群Ｇ２を物体側に移動させるとともに、２つの変倍光学系３における光軸間距離が短くなるように偏心させる。この第２実施例においても、第１レンズ群Ｇ１は、変倍動作においては固定されており、この第１レンズ群Ｇ１の光軸が「基準光軸」となる。

最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として用いて補正する必要がある。図６（ａ）の矢印で示すように、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３で補正する場合、この第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第３レンズ群Ｇ３は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、変倍動作の途中で方向が逆転し、最終的に像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、がある。

あるいは、図６（ｂ）の矢印で示すように、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２と同方向に偏心する必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第４レンズ群Ｇ４は、その光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く。

次の表３に、この第２実施例に係る変倍光学系３の諸元を示す。

（表３）
β ＝ 20x
ｆ１ ＝ 107.96
ｆ２ ＝ -32.23
ｆ３ ＝ -70.44
ｆ４ ＝ 110.86

低倍端 高倍端
ｄ１ 27.8043 79
ｄ２ 51.8816 68
ｄ３ 70.3141 3

Ｇ３で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ３） 3.2507 0

Ｇ４で補正する場合の偏心量
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ４） -1.91619 0

なお、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の両方で補正する場合は、両補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

（第３実施例）
図７は、図５に示す第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に負の屈折力を有する新たなレンズ群を加えた５群構成の変倍光学系である（この新たなレンズ群をＧ３とし、以降Ｇ４，Ｇ５とする）。この新たに加えられた第３レンズ群Ｇ３は、変倍動作において、光軸に沿って移動させるように構成しても良いし、固定させるように構成しても良い。

このズームタイプにおいて、第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１とし、図７に示すように、低倍側に変倍するときに、この第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って物体側に移動させるとともに、２つの変倍光学系３における光軸間距離が短くなるように偏心させる。この第３実施例においても、第１レンズ群Ｇ１は、変倍動作においては固定されており、この第１レンズ群Ｇ１の光軸が「基準光軸」となる。

最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として用いて補正する必要がある。図７（ａ）の矢印で示すように、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３で補正する場合、この第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第３レンズ群Ｇ３はその光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、がある。

あるいは、図７（ｂ）の矢印で示すように、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第４レンズ群Ｇ４は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。

あるいは、図７（ｃ）の矢印で示すように、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第５レンズ群Ｇ５は第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第５レンズ群Ｇ５は、その光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く。なお、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、及び、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５のうちの少なくとも２つ以上の多群で補正する場合は、補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

次の表４に、この第３実施例に係る変倍光学系３の諸元を示す。なお、この表４において、βは倍率を示し、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示し、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示し、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５の焦点距離を示す。また、ｄ１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との光軸上の距離を示し、ｄ２は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との光軸上の距離を示し、ｄ３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との光軸上の距離を示し、ｄ４は第４レンズ群と第５レンズ群との光軸上の距離を示す。さらに、ε（Ｇ２）は第２レンズ群の偏心量を示し、ε（Ｇ３）は第３レンズ群Ｇ３の偏心量を示し、ε（Ｇ４）は第４レンズ群Ｇ４の偏心量を示し、ε（Ｇ５）は第５レンズ群Ｇ５の偏心量を示す。ここで、偏心量は、図の上向きを正として表す。これらの諸元表の説明は、次の第４実施例において同様である。

（表４）
β ＝ 20x
ｆ１ ＝ 76.8
ｆ２ ＝ -42.2
ｆ３ ＝ -37.9
ｆ４ ＝ 44.1
ｆ５ ＝ -84.1

低倍端 高倍端
ｄ１ 3 47
ｄ２ 45 1
ｄ３ 59 1.1628
ｄ４ 3 60.8

Ｇ３で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ３） 1.847 0

Ｇ４で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ４） -0.73312 0

Ｇ５で補正する場合の偏心量
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ５） 1.44487 0

また、高倍側に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２だけではなく第３レンズ群Ｇ３も一緒に、第１レンズ群Ｇ１に対してこの第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいていく。第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を併せて第１の補正レンズ群ＣＧ１とする場合、最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として用いて補正する必要がある。

正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。また、第３レンズ群Ｇ３はその光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、がある。一方、第４レンズ群Ｇ４は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。

あるいは、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第５レンズ群Ｇ５は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。また、第３レンズ群Ｇ３はその光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合（偏心移動）と、がある。一方、第５レンズ群Ｇ５は、光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く。なお、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４及び負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５の両方で補正する場合は、両補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

（第４実施例）
図８は、図６に示す第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に正の屈折力を有する新たなレンズ群を加えた５群構成の変倍光学系である（この新たなレンズ群をＧ３とし、以降Ｇ４，Ｇ５とする）。この新たに加えられた第３レンズ群Ｇ３は、変倍動作において、光軸に沿って移動させるように構成しても良いし、固定させるように構成しても良い。

このズームタイプにおいて、第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１とし、図８に示すように、低倍側に変倍するときに、この第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って物体側に移動させるとともに、２つの変倍光学系３における光軸間距離が短くなるように偏心させる。この第４実施例においても、第１レンズ群Ｇ１は、変倍動作においては固定されており、この第１レンズ群Ｇ１の光軸が「基準光軸」となる。

最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として用いて補正する必要がある。図８（ａ）の矢印で示すように、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３で補正する場合、この第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第３レンズ群Ｇ３は光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、がある。

あるいは、図８（ｂ）の矢印で示すように、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第４レンズ群Ｇ４は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。

あるいは、図８（ｃ）の矢印で示すように、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第５レンズ群Ｇ５は第２レンズ群Ｇ２と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。一方、第５レンズ群Ｇ５は、光軸上は動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く。なお、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、及び、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５のうちの少なくとも２つ以上の多群で補正する場合は、補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

次の表５に、この第４実施例に係る変倍光学系３の諸元を示す。

（表５）
β ＝ 20x
ｆ１ ＝ 103.6066
ｆ２ ＝ -21.44
ｆ３ ＝ 83.547
ｆ４ ＝ -82.5
ｆ５ ＝ 133.03

低倍端 高倍端
ｄ１ 16.2154 77
ｄ２ 63.7846 3
ｄ３ 26.6432 67
ｄ４ 43.3577 3

Ｇ３で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ３） -3.60856 0

Ｇ４で補正する場合の偏心量
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ４） 3.64982 0

Ｇ５で補正する場合の偏心量
低倍端 高倍端
ε（Ｇ２） -3 0
ε（Ｇ５） -3.9912 0

また、高倍側に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２だけではなく第３レンズ群Ｇ３も一緒に、第１レンズ群Ｇ１に対してこの第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいていく。第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を併せて第１の補正レンズ群ＣＧ１とする場合、最終的にアフォーカル光束として変倍光学系３を射出させるために、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３とは別のレンズ群を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正させる必要がある。

負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正させる場合、この第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３と逆方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。また、第３レンズ群Ｇ３は光軸方向には動かずに（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合（偏心移動）と、がある。一方、第４レンズ群Ｇ４は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。

あるいは、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を第２の補正レンズ群ＣＧ２として補正する場合、この第５レンズ群Ｇ５は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３と同方向に偏心させる必要がある。偏心量は第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の偏心量から一意に決定することができる。具体的には、高倍側に変倍するに従い、第２レンズ群Ｇ２は像側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。また、第３レンズ群Ｇ３は光軸方向には動かず（その光軸に対して垂直方向にのみ動き）、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合と、像側又は物体側に動きながら第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く場合（偏心移動）と、がある。一方、第５レンズ群Ｇ５は、光軸方向には動かず、第１レンズ群Ｇ１の光軸に近づいて行く（偏心移動）。なお、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５との両方で補正する場合は、両補正群の偏心量は一意には決まらない。その場合設計自由度は向上するが、メカ機構が複雑となってしまう。

以上が、平行系実体顕微鏡装置１００に使用されている変倍光学系３の代表的なズームタイプ及び各ズームタイプに対する実施例である。なお、上述のように、変倍光学系３の最高倍時において、全てのレンズ群の光軸が一致している(対物レンズ１の光軸に平行な直線上にある)と、最高倍時において一部レンズ群が偏心している場合に比べて、変倍光学系３の入射瞳が大きくなるので望ましい。また、変倍光学系３内の可動群を増やすことや、偏心させるレンズ群の組み合わせを変え、偏心補正群の動きを複雑にすることでアフォーカルな変倍光学系を保ちつつ、光軸を偏心させる解は、上記実施例以外にも無数に存在するが、それは以上の説明から容易に想像可能であり、本発明に含まれると考える。

［変倍光学系の変倍時の軌道］
ところで、図３１において、角度θ′の大きな光線が、変倍光学系３′の最も物体側に配置されているレンズの物体側面へ入射する際に、その入射位置が光軸から離れた位置であると、そのレンズの開口半径に近づくため周辺光量の減少につながり、光量の低下を起こす要因となる。そこで、変倍に際して光量の低下を抑えた結像光学系５、具体的には変倍光学系３の構成について説明する。

以下、上述の変倍光学系３が表６に示すレンズ諸元を有する場合について説明する。ここで、この表６において、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をそれぞれ示している。また、ｄ１は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との主点間距離を示し、ｄ２は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との主点間距離を示し、ｄ３は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との主点間距離を示し、ｆは、変倍光学系３と図示しない結像レンズ群との合成焦点距離を示しており、この表６においてはそれぞれに対する低倍端状態、中間倍率状態及び高倍端状態の値を示している。なお、変倍光学系３の倍率は２５倍とし、結像レンズの焦点距離は２００ｍｍとする。また、この変倍光学系３は、低倍端状態から高倍端状態への変倍の際に、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。

（表６）
ｆ１＝ 88.423
ｆ２＝-20.702
ｆ３＝ 51.711
ｆ４＝-55.136

低倍端 中間倍率 高倍端
ｄ１ 4.08 47.02 58.69
ｄ２ 131.80 62.02 13.86
ｄ３ 21.44 48.29 84.77
ｆ 50.40 322.18 1259.33

一般に、変倍光学系を構成する可動群の、変倍時における軌道は、各群の焦点距離及び変倍域内の所定の倍率における主点間隔から一意に決定される。まず、上述の変倍光学系３を、変倍に際して偏心しない（第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿ってのみ移動する）ように構成した場合について説明する。

図９に示すように、第２レンズ群Ｇ２を、低倍端状態から高倍端状態に光軸に沿って移動させると、第１レンズ群Ｇ１の物体側頂点（最も物体側に位置するレンズの物体側面の頂点）から入射瞳面（入射瞳位置）までの距離が長くなる。なお、図９における第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量は、低倍端状態を０とし、高倍端側に向かって移動する方向を正として表しており、その他の図も同様である。また、図１０に示すように、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量に対する、この変倍光学系３に入射する主光線の基準光軸Ａに対する角度（主光線入射角度）θの正接（ｔａｎθ）は、低倍端状態から高倍端状態に変倍するにつれて減少し、その変化量も小さくなる。なお、この図１０における主光線は、図１１（ａ）に示すように、変倍光学系３の絞りＳの中心を通る主光線のうち、この変倍光学系３（第１レンズ群Ｇ１）に入射する角度（主光線入射角度θ）が最も大きな主光線（以下、「主光線ｍ」という）である。

図１１（ｂ）に示すように、上述の主光線ｍが第１レンズ群Ｇ１の光軸上の頂点を通る接平面に入射する位置と基準光軸Ａとの距離（第１レンズ群Ｇ１の接平面に対する主光線ｍの入射高であって、以下、「主光線入射高」と呼ぶ）をｈとすると、この主光線入射高ｈは、第１レンズ群Ｇ１の物体側頂点から入射瞳までの距離と変倍光学系３に入射する主光線入射角度θの正接との積で求められる。そして、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量に対するこの主光線入射高ｈは、図１２のように変化する。すなわち、低倍端状態から高倍端状態に変倍する際に、最初、光軸から離れる方向に増加し、その後、所定の光軸方向移動量を境に光軸方向に近づいて減少する。

一方、この変倍光学系３において、変倍に際して第１の補正レンズ群ＣＧ１（第２レンズ群Ｇ２）を図１３（ｂ）に示すように偏心させると、その主光線入射高は、図１３（ａ）に示す偏心しない場合の主光線入射高ｈに比べて、さらに大きくなる（第１レンズ群Ｇ１の接平面への主光線入射位置が光軸から離れてしまう）。その結果、主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面への入射位置が第１レンズ群Ｇ１の開口半径に近づき、周辺光量が減少することになる。

そこで、このような周辺光量の減少を防ぐために、主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面入射位置が基準光軸Ａから離れ過ぎないように、第２レンズ群Ｇ２の変倍時の軌道を選択することが必要である。上述のように、この変倍光学系３において、低倍端状態（最低倍時）から高倍端側に変倍する際に、一旦、主光線入射高ｈは増加し、その後減少する。一方、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）は、低倍端状態（最低倍時）において基準光軸Ａから最も偏心しており、高倍端側に変倍するに従い、基準光軸Ａと一致するように移動し、高倍端状態（最高倍時）において全てのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４の光軸が略一致する。そのため、変倍に際し、低倍端側における主光線入射高ｈの増加を抑えるように、低倍端側において、この第２レンズ群Ｇ２の基準光軸Ａ側への移動量の変化量（基準光軸Ａと直交する方向の移動量の変化量）を大きくする。

具体的には、図１４に示すように、変倍光学系３の基準光軸Ａと対物レンズ１の光軸とを含む面内において、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量をＸとし、基準光軸Ａと直交する方向の移動量（直交方向移動量）をＹとして、この第２レンズ群Ｇ２の変倍における軌道（直交方向移動量Ｙ）を光軸方向移動量Ｘの関数として表したとき、その関数ＹのＸによる１次微分は少なくとも変倍域の一部の区間で０以上であり、かつ、２次微分は０以下となる条件を満たす軌道となるように構成される。なお、この関数において、直交方向移動量Ｙは、基準光軸Ａから離れる方向を負方向（光軸を０とし、この光軸から離れたときの値を負とする方向）として定義し、また、光軸方向移動量Ｘは、像側に向かって移動する方向を正方向（低倍端状態（最低倍時）を０とし、高倍端側に向かって増加する方向）として定義している。

この第２レンズ群Ｇ２の変倍時の軌道（関数Ｙ）の１次微分が負であると２次微分の結果に関わらず、低倍端状態（最低倍時）から高倍端側に変倍する際に、主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面入射位置が基準光軸Ａからさらに離れるため、第１レンズ群Ｇ１の開口半径に近づき周辺光量が減少してしまう。また、軌道（関数Ｙ）の１次微分が変倍域において０以上であり、２次微分が正であると、変倍に伴う主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面入射高ｈの増加を第２レンズ群Ｇ２の偏心量で打ち消すことが困難となる。このような接平面入射高ｈを打ち消す軌道は、理論上考えられるものの、この第２レンズ群Ｇ２を移動させる機構の構成が困難となるため、好ましくない。結果として、２次微分が正であると、変倍に伴う主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面入射位置は、第１レンズ群Ｇ１の開口半径に近づいてしまうので、周辺光量が減少する。

第２レンズ群Ｇ２を、図１４に示す軌道を取るように移動させると、主光線ｍの第１レンズ群Ｇ１の接平面に対する主光線入射高ｈは、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量に対して、図１５のようになる。すなわち、第２レンズ群Ｇ２の変倍時の軌道を調整することにより、低倍端状態（最低倍時）から高倍端側に移動する際に、一旦、主光線入射高ｈが減少し（接平面における主光線入射位置が光軸側に近づき）、そこから所定の光軸方向移動量までは増加するが、その後減少し、低倍端状態から高倍端状態における変倍域全体において、主光線入射高ｈが低倍端状態（最低倍時）の高さより高くならないように構成することができる。これにより、第１レンズ群Ｇ１の開口半径を、低倍端状態（最低倍時）において周辺光量が減少しない大きさに設計しておくことにより、変倍に際して周辺光量が減少することがないように構成することが可能となる。なお、図１４において、第２レンズ群Ｇ２は次に示す式（１）として表される関数に則った軌道となるように移動する場合を示しており、その１次微分は正となり、２次微分は負となるように構成されている。

Ｙ＝−２＋Ｘ＾０．１７３３ （１）
１次微分 ０．１７３３Ｘ＾−０．８２６７＞０
２次微分 −０．１４３２６７１１Ｘ＾−１．８２６７＜０

［絞りの移動］
本実施形態に係る顕微鏡装置１００において、変倍光学系３を構成する絞りＳは、上述のように、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）と第３レンズ群Ｇ３（第２の補正レンズ群ＣＧ２）との間に配置されている。この変倍光学系３の入射瞳は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）が作る、絞りＳの像であり、変倍光学系３の射出瞳は、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４（少なくともいずれか一方が第２の補正レンズ群ＣＧ２）が作る、絞りＳの像である。従って、第２レンズ群Ｇ２（第１の補正レンズ群ＣＧ１）と第３レンズ群Ｇ３若しくは第４レンズ群Ｇ４（第２の補正レンズ群ＣＧ２）とが偏心していると絞りＳの像、すなわち、入射瞳及び射出瞳もそれぞれ偏心する。既に述べたように、入射瞳を偏心させることで、対物レンズ１を通過する光の最大径が小さくなり、対物レンズ１の径を小さくして小型化できるという利点がある。一方、射出瞳は、結像レンズ４及び接眼レンズ６によりリレーされて図１６に示すアイポイントＥＰ（観察者の眼を置くべき場所）を形成するが、この射出瞳が偏心すると、図１６（ａ）に示すように光軸上に位置していたアイポイントＥＰが、図１６（ｂ）のように偏心してしまう。上述のようにこの変倍光学系３において、レンズ群の偏心量は変倍とともに変化するため、アイポイントＥＰの偏心量も変倍とともに変化し、観察に支障をきたす。それを防止するために、本実施形態においては、絞りＳを変倍と共に偏心させる。すなわち、第３レンズ群Ｇ３若しくは第４レンズ群Ｇ４（第２の補正レンズ群ＣＧ２）が偏心することによって起こる射出瞳の偏心を打ち消すように、左右の変倍光学系３それぞれの絞りＳの中心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。その結果、図１６（ｃ）に示すように、アイポイントＥＰの偏心は補正される。

ここで、この変倍光学系３に入射する光束は、最高倍時に最大となる。そのため、既に述べたように、変倍光学系３の最高倍時においては、変倍光学系３の入射瞳を有効利用するために、この変倍光学系３に含まれる全てのレンズ群の光軸及び絞りＳの中心が略一致している（上述の基準光軸Ａに略一致している）ことが望ましい。

なお、以上のように第２の補正レンズ群ＣＧ２の偏心に伴って絞りＳを偏心させる代わりに、図１７に示すように、変倍区間中に絞りＳの開口部が掃引する全領域を内包する正円を開口部とする、すなわち、変倍により移動する光束の全領域を内包する開口部を有する絞りＳ１を配置する、若しくは図１８に示すように変倍区間中に絞りＳの開口部が掃引する全領域を開口部とする、すなわち、変倍により移動する光束の全領域を内包する開口部を有する変形絞りＳ２を配置すれば、上述の図１６に示すアイポイントＥＰが拡大し偏心しても観察者の眼から外れることがない。なお、図１７及び図１８において、変倍光学系３の変倍に応じて偏心する絞りＳの低倍端状態のときの位置（偏心している状態の位置）をＳＬとし、高倍端状態のときの位置（偏心していないときの位置）をＳＨとして示している。

（実施例）
図４に示す正負正負の４群構成であって、変倍時に第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って互いに逆方向に移動する変倍光学系３において、第２レンズ群Ｇ２を第１の補正レンズ群ＣＧ１とし、第３レンズ群Ｇ３を第２の補正レンズ群ＣＧ２とした場合のこれらのレンズ群Ｇ２，Ｇ３の偏心量と、絞りＳの偏心量とを以下の表７に示す。なお、この表７において、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をそれぞれ示す。また、Ｄ１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との光軸上の間隔を示し、Ｄ２は第２レンズ群Ｇ２と絞りＳの光軸上の間隔を示し、Ｄ３は絞りＳと第３レンズ群Ｇ３との光軸上の間隔を示し、Ｄ４は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との光軸上の間隔を示す。なお、レンズは現実には厚みを持つが、レンズに入射する光線と射出する光線の振る舞いだけをそのレンズの効果と考え、厚さの無視できる薄肉レンズに理論的に置き換えることが可能である。特に変倍光学系においては、各レンズ群の構成枚数が少ないために、薄肉レンズとして近似しやすく、各レンズ群を薄肉レンズに置き換え、仕様に見合う最適な焦点距離と各レンズ群配置を決定することが一般的である。その例に倣い、以下の変倍光学系３では各レンズ群をそれぞれ一枚の薄肉レンズに置き換えている。

（表７）
ｆ１＝ 88.42
ｆ２＝-20.70
ｆ３＝ 51.71
ｆ４＝-55.14

低倍端 高倍端
Ｄ１ 4.08 58.69
Ｄ２ 63.54 8.93
Ｄ３ 68.26 4.93
Ｄ４ 21.44 84.77
第２レンズ群偏心量 -3.00 0.00
第３レンズ群偏心量 -1.29 0.00
絞り偏心量 -1.70 0.00

この表７に示すように第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び絞りＳを偏心させると、変倍光学系３の変倍動作に応じて偏心する第２レンズ群Ｇ２により、対物レンズ１の小型化が実現できるとともに、第３レンズ群Ｇ３の偏心により、この変倍光学系３に入射した略平行光束を略平行光束として射出することができ、さらに、絞りＳの偏心により、第３レンズ群Ｇ３が偏心してもアイポイントを偏心させないようにすることができる。

［照明光学系の構成］
ところで、このような顕微鏡装置において適切な透過照明観察を行うためには、結像光学系５の入射瞳を照明光で満たす必要がある。そのためには、物体面から見て対物レンズ１と逆方向（以降の説明において「照明光学系側」と呼ぶ）にある結像光学系５の入射瞳共役像も照明光で満たされていなくてはならない。しかし、図１９（ａ）が示す通り、実体顕微鏡装置１００′の入射瞳は、変倍光学系３′が２つの光路に分かれて構成されているため、対物レンズ１′の光軸に対して偏心しており、これに伴い透過照明光学系２０′側の入射瞳共役像ＰＩ′も対物レンズ１′の光軸に対して偏心する。そのため、透過照明光学系２０′は、対物レンズ１′の光軸から離れた場所に照明光を供給する必要があり、対物レンズ１′の光軸に対して垂直面内で大型化してしまう（図１９（ａ）における径ｄ１）。一般的に、図１９（ｂ）で示される高倍端状態に比べて、図１９（ａ）に示す低倍端状態では、入射瞳共役像ＰＩ′の位置が遠い（対物レンズ１′の光軸に直交する方向において、この光軸から離れる）ので、必要とされる透過照明光学系２０′の大型化は高倍端状態に比べてより顕著である。

しかしながら、上述のように、本実施形態に係る顕微鏡装置１００においては、低倍時に結像光学系（変倍光学系３）の入射瞳は左右光路の光軸間距離が短くなる方向に偏心する。すなわち、図１９（ｃ）に示す通り、結像光学系５の入射瞳は左右光路の光軸間距離が短くなる方向に偏心するため、透過照明光学系２０側の入射瞳共役像ＰＩも対物レンズ１の光軸に近づく。その結果、本実施形態に係る顕微鏡装置１００に照明光を供給する透過照明光学系２０の径ｄ２は、従来の顕微鏡装置１００′の透過照明光学系２０′の径ｄ１に対して、ｄ１＞ｄ２の関係となり、必要とされる透過照明光学系２０を小さくすることができる。

また、標本（物体面Ｏ，Ｏ′）を臨む照明光の角度も図１９（ａ）のθ１に比べ、図１９（ｃ）のθ２の方が小さくなる。一般に照明光学系は光軸方向に近づくほど輝度が高いので、本実施形態の方が明るい照明光学系を構成しやすくなる。ここで、照明光学系の具体的な構成例としては、入射瞳共役像ＰＩの近傍に面光源を配置する場合や、入射瞳共役像ＰＩの近傍に光源像を形成する場合などがある。特に面光源を配置する場合、この面光源の大きさがそのままコストに繋がることから、照明光学系を小さく構成できる本実施形態とすることで、得られる利が大きい。

また、本実施形態に係る顕微鏡装置においては、上述の透過照明観察と同様に、同軸落射照明観察も可能である。同軸落射照明とは、観察光学系の光軸と落射照明光学系の光軸とを一致させる照明法である。図２０は、対物レンズ１と観察光学系２（変倍光学系３）との間に偏向素子７（例えばハーフミラー）を挿入し、側方から落射照明光学系８を介して光源１１０からの照明光を挿入する同軸落射照明装置１０９を設けた場合を示している。この図２０に示す構成の場合、光源１０９から出射した照明光は、落射照明光学系８を通り偏向素子７で反射されて対物レンズ１に入射し、この対物レンズ１で集光されて標本載置台１０２上の標本（物体）に照射される。この落射照明光学系８の中に、変倍光学系３と同じ変倍域を持つ照明光用の変倍光学系を含めることで、変倍光学系３の全変倍域において、同軸落射照明観察が可能になる。あるいは、全変倍域ではなく、変倍域の一部若しくは固定倍率を持つ落射照明光学系８とすることで、コンパクトな構成の同軸落射照明装置１０９にすることもできる。また、落射照明光学系８の中に、励起波長を選択的に透過するフィルタを配置し、偏向素子７として、この励起波長を選択的に反射し、標本（物体）で発生した蛍光波長を選択的に透過するダイクロイックミラーを配置することで同軸落射蛍光観察も可能となる。

図２１は、観察光学系２内部の変倍光学系３と結像レンズ４との間に、同軸落射照明装置１１１を挿入した場合を示している。この図２１に示す構成の場合、光源１１２を射出した照明光は、落射照明光学系１０を通り偏向素子９（例えば、ビームスプリッタプリズム）で反射されて変倍光学系３に入射する。そして、この照明光は、変倍光学系３により対物レンズ１に導かれて標本（物体面Ｏ）に照射される。この場合、変倍光学系３は、観察光学系２と落射照明光学系１０とで共用されるので、この落射照明光学系１０に独立した照明光用の変倍光学系を備えなくとも全変倍域において同軸落射照明観察が可能となる。また、上述の図２０の場合と同様に、落射照明光学系１０の中に励起波長を選択的に透過するフィルタを配置し、偏向素子９として、この励起波長を選択的に反射し、標本（物体）で発生した蛍光波長を選択的に透過するダイクロイックミラーを配置することで同時落射蛍光観察も可能となる。

しかしながら、図２１に示す位置に同軸落射照明装置１１１を挿入した場合、変倍光学系３は、変倍に際し、第１の補正レンズ群ＣＧ１（第２レンズ群Ｇ２）と第２の補正レンズ群ＣＧ２（第３レンズ群Ｇ３）とが基準光軸Ａに対して直交する方向の成分を持つように移動するため、既に説明したように、その射出瞳も基準光軸Ａに対して直交する方向の成分を持つように移動する。よって、結像光学系５（変倍光学系３）の射出瞳の偏心に応じて落射照明光学系１０の照明レンズも偏心させて光源像を移動させる偏心機構を設けることにより、この光源像が射出瞳に重なるように構成することができ、これにより効率的な照明を実現することができる。以下に、このような同軸落射照明装置１１１の構成例について説明する。

（第１の実施例）
図２２に示すように、この第１の実施例に係る顕微鏡装置１００においては、対物レンズ１の像側に変倍光学系３が配置され、さらにその像側に同軸落射照明装置１１１が装着されている。なお、実際には、この同軸落射照明装置１１１を構成する落射照明光学系１０は、図２２の紙面奥に折り曲げられて配置されるが、説明の都合上同一平面内に表記している。また、図２１に示す光源１１２は、図示しない光源装置からファイバで導かれるものとし、ここでは、このファイバの端面を光源１１２として説明する。

光源（ファイバ端面）１１２から射出された照明光は、照明レンズ１１で集光された後、偏向素子（分割合成プリズム）９によって反射され結像光学系５と共通の光路に入る。この同軸落射照明装置１１１には、偏向素子９の前後に、正レンズ群１３及び負レンズ群１６からなるアフォーカル光学系が配置される。このアフォーカル光学系は、結像光学系５の光路に同軸落射照明装置１１１の厚さが挿入されることによって、その像側に配置された結像レンズ６で形成される一次像ＩＭの射出瞳が、同軸落射照明装置１１１が挿入される前の一次像ＩＭの位置から遠くなるのを元に戻す働きをもつ。このようなガリレオタイプのアフォーカル光学系によって、結像倍率は１．２倍〜１．５倍程度高倍側にシフトするのが普通である。照明光は、偏向素子９で反射した後アフォーカル光学系の正レンズ群１３を通って、変倍光学系３に入射する。

また、偏向素子９の光源１１２側と結像レンズ６側にはそれぞれ、図２２に示すように偏光子１２と検光子１５とが配置され、また、対物レンズ１の物体Ｏ側には、λ／４板１４が配置されている。偏光子１２と検光子１５とは直交ニコルの配置にされており、λ／４板１４はその進相軸が偏光子１２及び検光子１５の軸に対して４５度をなす位置で止まるように、回転可能になっている。これらは、光アイソレータとして働くもので、偏光子１２によって直線偏光とされた照明光が変倍光学系３内のレンズ面で反射するとノイズ光となるが、それは検光子１５によってブロックされる。一方、変倍光学系３及び対物レンズ１を通過して、λ／４板１４に入射すると、偏光状態は円偏光となる。したがって物体Ｏの反射率に偏光依存性があっても、観察像には影響なく明視野照明として観察できる。また、物体Ｏで反射した円偏光は、再度λ／４板１４を通過する際、入射した直線偏光（偏光子１２の偏光方向）と直交する直線偏光（すなわち検光子１５同じ偏光方向）となる。この信号光は対物レンズ１及び変倍光学系３で拡大作用を受けたあと、偏向素子９を透過し、検光子１５を透過する。こうして、この顕微鏡装置１００には、観察像のＳ／Ｎを向上させる仕組みが備えられている。

それでは、同軸落射照明装置１１１を構成するレンズのうち、光源１１２から射出された照明光を変倍光学系３に導くレンズの構成について諸元を用いて説明する。なお、ここでは、物体Ｏから対物レンズ１、変倍光学系３及び同軸落射照明装置１１１の順に光線を追いかけていくこととする。また、対物レンズ１の諸元は、上述の表１に示すものとし、変倍光学系３の諸元は、上述の表２に示すものとする（第３レンズ群Ｇ３を第２の補正レンズ群ＣＧ２とする）。すなわち、表１の第１３面の後ろに、表２の変倍光学系３を介して同軸落射照明装置１１１が挿入される。

以下の表８に、同軸落射照明装置１１１を構成する光学系の諸元を示す。なお、この表８における面番号は、図２３に示す通りであり、第１７面及び第１８面が偏向素子９の光学面を示し、第２１面が光源１１２（ファイバ端）である。また、この表８の曲率半径ｒにおいて、∞は平面を示す（以降の説明においても同様である）。

（表８）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
14 54.472 1.6 1.671629 38.798
15 22.0875 2.7 1.60411 60.645
16 -177.143 6.2
17 ∞ 16 1.568829 56.048
18 ∞ 66
19 20.122 3 1.516800 64.103
20 -20.122 21
21 ∞

図２３のＸは、右側光路において、変倍光学系３で絞りＳの中心を通る光線が、同軸落射照明装置１１１の光学系をどのように通過するかを示したものである。本実施形態に係る顕微鏡装置１００の場合、変倍光学系３の絞りＳの中心を通る光線Ｘは、落射照明装置１１１の第２１面（ファイバ端）に到達する際、この変倍光学系３が低倍端状態において、−０．５８ｍｍ偏心する。（図２３に示すδであって、この図２３に示す偏心方向を負として表す）。これがすなわち、変倍光学系３の第２の補正レンズ群ＣＧ２（第３レンズ群Ｇ３）の偏心に伴って発生する射出瞳の偏心量である。ここで照明レンズ１１を偏心させることにより、上記光線Ｘが第２１面の中心に到達するように補正すれば、射出瞳と光源像を重ねることが可能である。その補正量は、第３レンズ群Ｇ３の−１．２９３４ｍｍの偏心量に対して、照明レンズ１１を＋０．５１ｍｍだけ偏心させれば良い。あるいは別の例として、照明レンズ１１を偏心させる代わりに、光ファイバなどの光源用いる場合は、その端面を＋０．５８ｍｍ偏心させても良い。図２２及び図２３に示す構成では、射出端面φ４ｍｍの２分岐ファイバを利用し、ファイバ用光源装置からの光を２系統（左右の光路）の照明系に導入している。そして変倍光学系３の第２の補正レンズ群ＣＧ２の偏心軌道にともなって、照明レンズ１１（若しくはファイバ端）の偏心も無段階で連続的に駆動すれば、観察者はストレス無く観察することが可能となる。

なお、照明レンズ１１（若しくはファイバ端）の偏心機構を、無段階に駆動するのではなく、少なくとも２ポジション（例えば、低倍側と高倍側の２ポジション）の切り替えが行えるようにすると、この落射照明装置１１１の偏心機構の構成が簡単になり、コストダウン効果がある。

（第２の実施例）
第１の実施例では、第２の補正レンズ群ＣＧ２の移動により偏心する射出瞳に応じて、照明レンズ１１（若しくはファイバ端）を偏心させるように構成した場合について説明したが、照明レンズ１１によって形成される光源像を大きくしておき、射出瞳が変動しても光源像からはみ出ないような構成とする（変倍光学系３の変倍に際して移動する射出瞳の軌跡を包含する大きさの光源像を形成する）ことも可能である。光源像を大きくすることにより、同軸落射照明装置１１１の照明光学系１０に対する偏心機構が不要になり、構成を簡単にすることができる。ここで、光源像を大きくするには、使用する光源を大きくする（ファイバ射出端面を大きくする）か、あるいは照明光学系１０の光源倍率を大きくすることにより実現できる。光源倍率を大きくするには、照明レンズ１１の焦点距離を短くすれば良い。たとえば、以下の表９に示す光学系とすることで実現することができる。なお、同軸落射照明装置１１１の構成は、第１の実施例と同一である。

（表９）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
14 54.472 1.6 1.671629 38.798
15 22.0875 2.7 1.60411 60.645
16 -177.143 6.2
17 ∞ 16 1.568829 56.048
18 ∞ 66
19 10.0 3 1.516800 64.103
20 -10.0 10
21 ∞

この表９に示す諸元の光学系を用いることにより、第３レンズ群Ｇ３の−１．２９３４ｍｍの偏心量に対して、照明レンズ１１の偏心量は−０．２８ｍｍと小さくできるので、光源のサイズに対して偏心量が無視でき、偏心によって照明範囲がずれることがない。

［結像光学系における遮光方法］
上述のように、本実施形態に係る顕微鏡装置１００の変倍光学系３は、可動群である第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を構成する左右のレンズ群が、倍率に応じて基準光軸Ａ上を移動するとともに、この基準光軸Ａと直交する方向に移動する。このため、左右の第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が光軸と直交する方向に移動することにより、空間が変化する（例えば、左右のレンズ群の間にできる空間（隙間）の大きさが変化する）。そのため、視野外の光が第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３に入射せずにこの空間を通過して、後続のレンズ群若しくは光学系に入射してフレアやゴーストを生じる場合がある。そこで、本実施形態に係る顕微鏡装置１００は、可動群である第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３に入射せずにこれらのレンズ群Ｇ２，Ｇ３の周りの空間を通過する光のうち、少なくとも対物レンズ１の光軸側を通過する光を遮断する遮光部を設けることにより、フレアやゴーストの発生を抑制するように構成されている。

以下、本実施形態に係る変倍光学系３の可動群である第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３に設けられた遮光部の具体的な構成について説明する。なお、上述の説明と共通の構成部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以降の説明において、左側光路に配置された部材の符号にはＬを付加し、右側光路に配置された部材の符号にはＲを付加して説明する。また、図中Ｍは観察者の目を示している。

（第１の実施例）
まず、図２４及び図２５を用いて、第１の実施例に係る顕微鏡装置１００の変倍光学系３の構成について説明する。この図２４に示すように、変倍光学系３において、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間には、これらのレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）を連結するように遮光部Ｈ２，Ｈ３が設けられている。この遮光部Ｈ２，Ｈ３は、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の移動に伴いその大きさ（対物レンズ１の光軸と直交する方向の長さ（もしくは基準光軸Ａと直行する方向の長さ。以下同じ。））が変化し、これらのレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間にできる空間を通過する光を遮断する構造を有して配置されている。すなわち、この遮光部Ｈ２，Ｈ３は、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の動きに伴って、伸縮自在に配置されるものであればその形状は問わないが、例えば、蛇腹構造や屏風構造のように、伸縮方向に折りたたみ可能な構造を有していることが好ましい。ここで、伸縮方向は、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間において対物レンズ１の光軸と直交する方向であり、図面における左右方向である。

つまり、図２５（ａ）に示すように、高倍端側に変倍するときには、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）は、基準光軸ＡＬ，ＡＲと直交する方向で互いに離れるように移動する。このとき、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間に配置された遮光部Ｈ２，Ｈ３は、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の移動する方向に従って伸長する。一方、図２５（ｂ）に示すように、低倍端側に変倍するときには、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）は、基準となる光軸と直交する方向で互いに近づくように移動する。このとき、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間に配置された遮光部Ｈ２，Ｈ３は、左右のレンズ群の移動方向に従って収縮する。これにより、可動群である第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の左右の各レンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の間に形成された空間を通過する光を遮断して、後続するレンズ群若しくは光学系への光の進入を防ぐことができるので、フレアやゴーストの発生を抑制できる。

（第２の実施例）
次に、図２６〜図２８を用いて、第２の実施例に係る顕微鏡装置１００の変倍光学系３の構成について説明する。なお、図２６に示すように、この第２の実施例に係る顕微鏡装置１００において、第１の実施例と異なる点は、変倍光学系３の第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の構成である。もっとも、本実施例に係る顕微鏡装置１００の変倍光学系３の第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３も、第２の実施例に係る第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３と同様に可動群であり、それぞれが、基準光軸ＡＬ，ＡＲの方向及びこの光軸と直交する方向に移動可能に構成されている。また、低倍端状態から高倍端状態へ変倍する際の、第２及び第３レンズ群Ｇ２，Ｇ３の移動方向は、上述の第１の実施例と同様である。

図２７に示すように、この変倍光学系３の第２レンズ群Ｇ２は、左右のレンズ群Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒの各々を保持する第１部材２１と、この第２レンズ群Ｇ２全体を光軸方向に移動させるとともに、各々が第１部材２１に保持された左右のレンズ群Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒを光軸と直交する方向に移動可能に保持する第２部材２２とから構成される。同様に、第３レンズ群Ｇ３は、左右のレンズ群Ｇ３Ｌ，Ｇ３Ｒの各々を保持する第１部材３１と、この第３レンズ群Ｇ３全体を光軸方向に移動させるとともに、各々が第１部材３１に保持された左右のレンズ群Ｇ３Ｌ，Ｇ３Ｒを光軸と直交する方向に移動可能に保持する第２部材３２とから構成される。

図２８に示すように、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の第２部材２２，３２は、光を遮断する材質で形成されており、また、第１レンズ群Ｇ１の光軸方向に貫通する左右一対の開口部２５，３５が設けられている。この開口部２５，３５は、第２部材２２，３２に対して左右の第１部材２１，３１が第１レンズ群Ｇ１の光軸と直交する方向への移動にかかわらず、第２及び第３レンズ群Ｇ２，Ｇ３の左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の各々が、光軸方向から見たときにこの開口部２５，３５内に常に位置するように形成されている。そのため、この開口部２５，３５は、対物レンズ１の光軸と直交する方向に延びる矩形形状の開口の左右両端部（レンズ群の移動方向の端部）を半円状に切り欠いた形状を有している。また、第１部材２１，３１は、光を遮断する板状の部材に左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）と略同一の大きさの開口が形成され、この開口に左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）が嵌め込まれて保持されている。また、この第１部材２１，３１は、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）が対物レンズ１の光軸と直交する方向に移動しても、開口部２５，３５におけるこれらのレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）以外の部分を常に塞ぐ大きさを有している（例えば、光軸方向から見たときに開口部２５，３５より大きい矩形形状を有している）。そのため、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）が変倍時に対物レンズ１の光軸と直交する方向に移動しても、この第２及び第３レンズ群Ｇ２，Ｇ３を構成するレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）に入射せずに、その周辺部を通過しようとする光を遮断することができるので、このような光が後続するレンズ群若しくは光学系に入射することがなく、フレアやゴーストの発生を抑制できる。

（第２の実施例の変形例）
ところで、図２８に示すように第１部材２１，３１を矩形形状に形成すると、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）が移動しても開口部２５，３５内のレンズ群以外の部分を塞ぐために、光軸と直交する方向に所定の長さを有した大きさとなってしまう。そのため、図２８（ａ）に示すように、高倍時には、第２部材２２，３２の左右方向の大きさが大きくなり、図２８（ｂ）に示すように、低倍時には、第１部材２１，３１の光軸方向長さよりも対物レンズ１の光軸側にレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）を近づけることができなくなり、結果として変倍光学系３全体が大型化してしまう。

そこで、図２９に示すように、第１部材２１，３１の光軸と直交する方向の長さを、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）の各々を保持できる程度の大きさにし（レンズ群の各々の直径よりもやや大きい程度の大きさとし）、この第１部材２１，３１の各々の両端部には、対物レンズ１の光軸と直交する方向に伸縮可能な伸縮部材２６，３６を取り付けている（伸縮させるための形状は、第１の実施例と同様である）。ここで、この伸縮部材２６，３６は、一端が第１部材２１，３１の光軸側に取り付けられる内伸縮部材２６ａ，３６ａと、光軸と反対側に取り付けられる外伸縮部材２６ｂ，３６ｂとから構成される。そして、内伸縮部材２６ａ，３６ａの他端は、第２部材２２，３２の対物レンズ１の光軸と直交する方向の略中央部（開口部２５，３５よりも光軸側）に取り付けられ、外伸縮部材２６ｂ，３６ｂの他端は、第２部材２２，３２の対物レンズ１の光軸と直交する方向の両端部（開口部２５よりも外側）に取り付けられる。また、内伸縮部材２６ａ，３６ａ及び外伸縮部材２６ｂ，３６ｂの幅方向の大きさ（図２９の紙面における上下方向の大きさ）は、第１部材２１，３１の幅方向大きさと略同一大きさに形成されている。

第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を以上のように構成すると、変倍時に左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）を対物レンズ１の光軸と直交する方向に移動させるために、第１部材２１，３１を移動させると、この第１部材２１，３１の移動に伴って伸縮部材２６，３６が伸縮するので、開口部２５，３５におけるレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）以外の部分を、第１部材２１，３１及び伸縮部材２６，３６により常に塞ぐことができ、これらのレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）に入射せずに、その周辺部を通過しようとする光を遮断することができる。そのため、このような光が後続するレンズ群若しくは光学系に入射することがなく、フレアやゴーストの発生を抑制できる。また、第１部材２１，３１の対物レンズ１の光軸と直交する方向の両端部にはこの第１部材２１，３１の移動に伴って伸縮する伸縮部材２６，３６が取り付けられているので、第２部材２２，３２の対物レンズ１の光軸と直交する方向の大きさを、開口部２５，３５の外側より少し大きい程度とすることができ、また、左右のレンズ群（Ｇ２Ｌ，Ｇ２Ｒ及びＧ３Ｌ，Ｇ３Ｒ）を対物レンズ１の光軸の近傍にまで近づけることができ、全体として変倍光学系３を小型化することができる。

以上より、顕微鏡装置１００を第１及び第２の実施例に示すように、変倍の際に基準光軸ＡＬ，ＡＲに対して直交する方向に移動する変倍光学系３に含まれるレンズ群に対して遮光部を設けることにより、対物レンズ及び観察光学系（全体で結合光学系）を有する顕微鏡装置において、対物レンズの大型化を避けつつ、結像光学系の低倍域への拡大を可能にするとともに、フレアやゴーストの発生を低減することが可能となる。

［その他の変形例］
なお、以上の説明は、変倍光学系３として第１の補正レンズ群ＣＧ１及び第２の補正レンズ群ＣＧ２を、変倍域の全体において偏心動作を行うように構成した場合について説明しているが、これに限らず、対物レンズ１を通過する光の最大径が広くなる低倍端に近い区間だけ偏心動作を行うように構成することも可能である。また、左右眼用の変倍光学系３の両方に、上述の偏心動作を行わせても良いし、いずれか一方にだけ行わせても良い。また、以上の説明では対物レンズ１に対して２つの光路（観察光学系２）を設けた場合について説明したが、３以上の光路を設けた場合も同様である（例えば、２つの観察光学系と、１つの照明光学系の構成）。

また、結像光学系を対物レンズ、アフォーカル変倍光学系、結像レンズという３つ光学系に分けて説明しているが、アフォーカル変倍光学系の最も像側のレンズ群と結像レンズをまとめて１つのレンズ群として設計することもできる。さらに対物レンズ射出後の光が、平行光束ではなく、多少収束あるいは発散光束であったとしても、その後の光学系で補正すれば、平行光束を射出する対物レンズと同様の結像光学系を構成することができる。つまり、本発明は変倍光学系がアフォーカル系をなすことが必須ではない。

１ 対物レンズ ２ 観察光学系 ３ 変倍光学系
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２（ＣＧ１） 第２レンズ群（第１の補正レンズ群）
Ｇ３（ＣＧ２） 第３レンズ群（第２の補正レンズ群）
４ 結像レンズ ５ 結像光学系 ８，１０ 照明光学系
２０，１１０，１１２ 光源
２１，３１ 第１部材 ２２，３２ 第２部材 ２５，３５ 開口部
２６，３６ 伸縮部材 Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 絞り Ｈ２，Ｈ３ 遮光部
ＩＭ 一次像 Ａ 基準光軸
１００ 平行系実体顕微鏡装置（顕微鏡装置）

Claims (33)

1. 対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、前記像を変倍可能に構成された結像光学系であって、
   前記観察光学系は、複数の光路を有し、前記複数の光路は、それぞれ複数のレンズ群を有し、
   前記複数の光路のうちの少なくとも一つは、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、前記複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ前記観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、
   前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の少なくとも一つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、前記対物レンズの光軸から最も外側を通過する光の位置が、前記基準光軸と略平行な成分のみを持つように移動する場合に比べて前記対物レンズの光軸に近づくように移動する第１の補正レンズ群であり、
   前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の残りのレンズ群は、前記第１の補正レンズ群により変化する光路を補正する第２の補正レンズ群であり、
   前記第１の補正レンズ群は、前記複数の光路における前記レンズ群の光軸間距離が短くなるように移動し、
   前記第２の補正レンズ群は、前記複数のレンズ群の各光軸が、前記基準光軸に一致するように前記複数のレンズ群を配置したときに形成されるであろう像形成位置に前記像が結像するように射出させることを特徴とする結像光学系。
2. 前記観察光学系は、絞りを有し、
   前記低倍端状態から前記高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記絞りは、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記絞りは、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群に追随して移動し、前記絞りの像である射出瞳の中心が前記基準光軸上に全変倍域にわたって存在することを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
4. 前記観察光学系は、絞りを有し、
   前記低倍端状態から前記高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記絞りは、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する光束が掃引する全領域を開口部として有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の結像光学系。
5. 前記絞りの前記開口部は、前記全領域を内包する正円であることを特徴とする請求項４に記載の結像光学系。
6. 対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、前記像を変倍可能に構成された結像光学系であって、
   前記観察光学系は複数のレンズ群を有し、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、前記複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ前記観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、
   前記少なくとも２つのレンズ群のうち、最も前記対物レンズ側に配置された少なくとも１つのレンズ群は、前記低倍端状態から前記高倍端状態に変倍する際に、前記対物レンズの光軸及び前記基準光軸を含む面内において、前記基準光軸から前記対物レンズの光軸への方向を負として定義した前記基準光軸に直交する方向の移動量を、前記変倍に際し移動するレンズ群の中で最も前記対物レンズ側に配置されたレンズ群の前記基準光軸上の位置であって、前記低倍端状態から前記高倍端側に移動する方向を正として定義した前記位置の関数として表したときに、前記変倍する区間の少なくとも一部において、前記関数の一次微分が０以上で、且つ、前記関数の二次微分が０以下となるように移動することを特徴とする結像光学系。
7. 前記観察光学系に入射する主光線のうち、前記基準光軸に対する角度が最も大きな主光線の、前記観察光学系の最も物体側の面の接平面での入射位置は、前記低倍端状態から前記高倍端状態に変倍する際に、少なくとも所定の焦点距離状態までは前記基準光軸側へ近づくように変化することを特徴とする請求項６に記載の結像光学系。
8. 前記観察光学系は、複数の光路を有し、前記対物レンズからの光を前記複数の光路からそれぞれ射出し、前記複数の光路は、それぞれ前記複数のレンズ群を有し、
   前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の少なくとも１つは、前記高倍端状態から前記低倍端状態へ変倍する際に、前記複数の光路における前記レンズ群の光軸間距離が短くなるように移動する第１の補正レンズ群であり、
   前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の残りのレンズ群は、前記第１の補正レンズ群により変化する光路を補正して、前記複数のレンズ群をその光軸が一致するように配置したときに形成されるであろう像形成位置に前記像が結像するように射出させる第２の補正レンズ群であることを特徴とする請求項６または７に記載の結像光学系。
9. 前記観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、前記少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の結像光学系。
10. 対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、前記像を変倍可能に構成された結像光学系であって、
    前記観察光学系は、複数のレンズ群及び絞りを有し、
    低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群は、それぞれ前記観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、
    前記絞りは、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群に追随して移動し、前記絞りの像である射出瞳の中心が前記基準光軸上に全変倍域にわたって存在し、
    前記観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、前記少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とする結像光学系。
11. 対物レンズ、及び、観察光学系を介して像を形成するとともに、前記像を変倍可能に構成された結像光学系であって、
    前記観察光学系は、複数のレンズ群及び絞りを有し、
    低倍端状態から高倍端状態へ変倍する区間の少なくとも一部において、前記複数のレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群はそれぞれ前記観察光学系の基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動し、
    前記絞りは、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する光束が掃引する全領域を開口部として有し、
    前記観察光学系は、アフォーカル変倍光学系を含み、該アフォーカル変倍光学系は、前記少なくとも２つのレンズ群を有することを特徴とする結像光学系。
12. 前記絞りの前記開口部は、前記全領域を内包する正円であることを特徴とする請求項１１に記載の結像光学系。
13. 前記観察光学系は、複数の光路を有し、前記対物レンズからの光を前記複数の光路からそれぞれ射出し、前記複数の光路にはそれぞれ前記複数のレンズ群を有し、
    前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の少なくとも１つは、前記高倍端状態から前記低倍端状態へ変倍する際に、前記複数の光路における前記レンズ群の光軸間距離が短くなるように移動する第１の補正レンズ群であり、
    前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の残りのレンズ群は、前記第１の補正レンズ群により変化する光路を補正して、前記複数のレンズ群をその光軸が一致するように配置したときに形成されるであろう像形成位置に前記像が結像するように射出させる第２の補正レンズ群であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の結像光学系。
14. 前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の少なくとも前記対物レンズの光軸側に、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の前記基準光軸と直交する方向の成分の移動に伴って、当該レンズ群と前記対物レンズの光軸との間に生じる空間を通過する光を遮断する遮光部が設けられたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の結像光学系。
15. 前記遮光部は、
    前記複数の光路に設けられた前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の各々を連結するように取り付けられ、かつ、当該レンズ群の前記基準光軸と直交する方向の成分の移動に従って伸縮することを特徴とする請求項１４に記載の結像光学系。
16. 前記遮光部は、
    光を遮断する部材で形成され、前記対物レンズの光軸と平行方向に貫通した、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の各々と略同一大きさの開口が形成され、当該開口に前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の各々を嵌め込むことにより保持する第１部材と、
    光を遮断する部材で形成され、前記対物レンズの光軸方向に移動可能であって、前記第１部材を前記基準光軸と直交する方向に移動可能に保持するとともに、前記対物レンズの光軸と平行方向に貫通する開口部が形成された第２部材と、から構成され、
    前記第２部材の前記開口部は、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の移動にかかわらず、当該レンズ群が前記開口部内に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の結像光学系。
17. 前記第１部材は、前記開口部内の前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群以外の部分を塞ぐように形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の結像光学系。
18. 前記第１部材は、その前記基準光軸と直交する方向の両端部に前記第１部材の移動に従って伸縮する伸縮部材をそれぞれ有することを特徴とする請求項１６に記載の結像光学系。
19. 前記第１部材及び前記伸縮部材は、前記開口部内の前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群以外の部分を塞ぐように形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の結像光学系。
20. 前記高倍端状態において、前記複数のレンズ群の各光軸が略一致することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の結像光学系。
21. 前記複数のレンズ群は、最も物体側に配置され前記変倍において固定される第１レンズ群と、
    前記第１レンズ群の像側に配置され、前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の１つである第２レンズ群と、を有し、
    前記低倍端状態において、前記第１レンズ群の光軸に対して前記第２レンズ群の光軸は偏心していることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の結像光学系。
22. 前記観察光学系の前記複数の光路は、右眼用及び左眼用の２つの光路を有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の結像光学系。
23. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の結像光学系を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
24. 面状の発光領域を有する面発光体を含み、前記面発光体から放射された光を物体に照射する照明光学系と、
    前記物体からの光を集光して当該物体の像を形成する請求項１〜２２のいずれか一項に記載の結像光学系と、を有し、
    前記面発光体は、前記対物レンズの入射瞳共役の位置又はその近傍に配置することを特徴とする顕微鏡装置。
25. 物体からの光を集光して当該物体の像を形成する請求項１〜２２のいずれか一項に記載の結像光学系と、
    光源からの光を照明レンズにより集光して前記結像光学系の光路上に導き、前記対物レンズを介して前記物体に前記光を照射する照明光学系と、を有し、
    前記照明光学系は、前記観察光学系の前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する射出瞳に応じて前記光源の像を移動させるように構成されたことを特徴とする顕微鏡装置。
26. 前記照明光学系は、無段階、連続的に前記照明レンズを光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とする請求項２５に記載の顕微鏡装置。
27. 前記照明光学系は、少なくとも２ポジションの切り替えにより、前記照明レンズを光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とする請求項２５に記載の顕微鏡装置。
28. 前記光源を無段階、連続的に、若しくは、少なくとも２ポジションの切り替えにより、光軸と直交する方向の成分を持つように移動させることを特徴とする請求項２５に記載の顕微鏡装置。
29. 物体からの光を集光して当該物体の像を形成する請求項１〜２２のいずれか一項に記載の結像光学系と、
    光源からの光を照明レンズにより集光して前記結像光学系の光路に導き、前記対物レンズを介して前記物体に前記光を照射する照明光学系と、を有し、
    前記照明光学系は、前記観察光学系の前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する射出瞳の軌跡を包含する大きさの前記光源の像を形成することを特徴とする顕微鏡装置。
30. 対物レンズと、
    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平行光を、複数の平行光としてそれぞれ射出する複数のアフォーカル変倍光学系と、
    前記複数のアフォーカル変倍光学系のそれぞれから射出される平行光を集光する複数の結像レンズと、を備えた実体顕微鏡装置であって、
    前記複数のアフォーカル変倍光学系のうち少なくとも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、前記アフォーカル変倍光学系の基準光軸と直交する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つ有し、
    前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の少なくとも１つは、高倍端状態から低倍端状態へ変倍する際に、前記対物レンズの光軸から最も外側を通過する光の位置が前記基準光軸と略平行な成分のみを持つように移動する場合に比べて前記対物レンズの光軸に近づくように移動する第１の補正レンズ群であり、
    前記基準光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群の残りのレンズ群は、前記第１の補正レンズ群により変化する光路を補正する第２の補正レンズ群であることを特徴とする実体顕微鏡装置。
31. 面状の発光領域を有する面発光体を含み、前記面発光体から放射された光を物体に照射する照明光学系を有し、
    前記面発光体は、前記対物レンズの入射瞳共役の位置又はその近傍に配置することを特徴とする請求項３０に記載の実体顕微鏡装置。
32. 光源からの光を照明レンズにより集光して、前記対物レンズを介して物体に照射する照明光学系を有し、
    前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する射出瞳に応じて前記光源の像を移動させるように構成されたことを特徴とする請求項３０に記載の実体顕微鏡装置。
33. 光源からの光を照明レンズにより集光して、前記対物レンズを介して物体に照射する照明光学系を有し、
    前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向の成分を持つように移動する前記レンズ群により移動する射出瞳の軌跡を包含する大きさの前記光源の像を形成することを特徴とする請求項３０に記載の実体顕微鏡装置。

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