JP5868063B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は試料（物体）を拡大し、観察する際に好適な撮像装置に関するものである。

現在の病理検査では、光学顕微鏡を用いて病理標本（試料）を直接、人の目で観察している。近年、病理標本を画像データとして取り込み、ディスプレイ上で観察するバーチャル顕微鏡と呼ばれるものが利用されている。バーチャル顕微鏡では病理標本の画像データをディスプレイ上で観察できるため、複数人で同時に観察することができる。またこのバーチャル顕微鏡を用いると画像データを遠方の病理医と共有して診断を仰ぐこともできるなど多くの利点がある。しかし、この方法は病理標本を撮像して画像データとして取り込むためには時間がかかるという問題があった。

時間がかかる原因の１つとして、大きな撮像範囲の病理標本を顕微鏡の狭い撮像領域を用いて画像データとして取り込まねばならないことが挙げられる。顕微鏡の撮像領域が狭い場合、複数回撮像して、もしくはスキャンしながら撮像してそれらを繋げることで一枚の画像とする必要がある。従来より撮像回数を少なくして画像データを取り込む時間を短縮するために、広い撮像領域を持った光学系（撮像光学系）が求められている。

この他、病理標本を観察する上で、広い撮像領域が求められていると同時に可視領域（広い波長域）での高い解像力を持った光学系が要望されている。屈折光学系より成り可視光全域に渡って収差を良好に低減した生体細胞などの観察に好適な顕微鏡対物レンズが知られている（特許文献１）。

また集積回路やフォトマスクに存在する欠陥を検査するため反射屈折光学系を用いて紫外の広波長帯域に渡って高い解像力を有した超広帯域紫外顕微鏡映像システムが知られている（特許文献２）。また、広い領域に微細なパターンを露光して半導体素子を製造するのに好適な反射屈折光学系が知られている（特許文献３）。生体細胞などの病理標本を観察する用途において、大画面のデジタル画像データを効率良く取得する顕微鏡システムが知られている（特許文献４）。

特公昭６０−０３４７３７号公報 特表２００７−５１４１７９号公報 ＷＯ００／０３９６２３ 特開２００９−０６３６５５号公報

一般に、バーチャル顕微鏡用の撮像光学系では広い視野領域にわたり球面収差、コマ収差、非点収差等の諸収差が良好に補正され高い光学性能を有することが求められている。

また、病理標本や撮像素子の光軸方向の位置誤差による悪影響（ディストーションなど）を小さく抑えるためには、物体側と像側の両側でテレセントリックな光学系であることが求められている。とくに、大画面を撮像する場合は、観察視野領域全域に渡って良好なテレセントリック性を備えていることが求められている。さらに、カラー画像を得るためにＲＧＢ（赤色、緑色、青色）ごとに撮像する場合には、撮像波長全域に渡って良好なテレセントリック性を備えていることが求められている。

特許文献１に開示されている顕微鏡対物レンズは、可視光全域に渡って諸収差を良好に低減しているが、観察領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献２に開示されている広帯域顕微鏡カタディオプトリック結像系は広波長帯域に渡って収差を良好に低減し、高い解像力を持っているものの視野領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献３に開示されている反射屈折結像光学系は広い領域に渡って、高い解像力を持っているが収差が良好に補正されている波長域の広さが必ずしも十分でない。

特許文献４に開示されている顕微鏡システムでは、対物レンズの撮像視野内に複数のセンサ（撮像素子）を配置して撮像し、それらの画像データをつなぎ合わせることで大画面の画像データを処理し、効率良く取得している。複数のセンサで撮像された画像データをつなぎ合わせるとき、１つの画像と隣接する画像との接続をより正確するために、各画像データに隣接する画像データとの重なり部分（のりしろ）を設けている。このとき、対物レンズの像側のテレセントリック性が悪いと、製造誤差やフォーカス合わせなどにより各センサの位置が光軸方向にずれたときにディストーションが生じてしまう。

ディストーションが大きくなると、隣接する画像データとの接続のために、のりしろの領域をより広く確保する必要がある。さらに、カラー画像を得るためにＲＧＢごとに撮像する場合には、像側のテレセントリック性が最も悪くなる撮像波長にも対応できるように、のりしろの領域を設けておく必要がある。そうすると、取得したい大画面の画像データに対して、接続処理に使用するためだけののりしろの画素数が増加する。よって、データ量が増加し、高速に大画面の画像データを得るのが困難となる。

試料を拡大して観察するため、観察領域が大きく、かつ広い波長範囲にわたり高い光学性能を得るには非球面形状の光学面を用いるのが有効である。しかしながら単に非球面形状の光学面を用いても、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い観察領域に渡って高い光学性能を得るのは難しい。特に反射屈折光学系において、非球面を用いて広い波長域で、かつ広い観察領域において像側のテレセントリック性が良く、高い光学性能のカラー画像を得るには適切なる形状の非球面を光学系中の適切なる位置に設けることが重要である。

本発明は、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い観察領域において像側のテレセントリック性が良く高い光学性能を有する反射屈折光学系を有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明の撮像装置は、物体の像を形成する反射屈折光学系と、該反射屈折光学系により形成された前記物体の像を光電変換する撮像素子と、を備える撮像装置であって、
前記反射屈折光学系は、前記物体からの光束を集光する反射屈折部を含む第１結像光学系と、前記第１結像光学系からの光束により形成された前記物体の中間像を再結像する屈折部を含む第２結像光学系と、から成り、
前記第１結像光学系は、光軸側から周辺側に向けて順に第１の透過部と物体側の面が反射面である第１の裏面反射部とを含む第１の光学素子と、光軸側から周辺側に向けて順に第２の透過部と像側の面が反射面である第２の裏面反射部とを含む第２の光学素子と、から成り、
前記物体からの光束は、前記第１の透過部、前記第２の裏面反射部、前記第１の裏面反射部、前記第２の透過部、を順に介して前記第２結像光学系に入射しており、
前記第２結像光学系は、光学有効径内で曲率の符号が変化する変曲点を有する非球面形状のレンズ面を含み、
前記非球面形状のレンズ面における最軸外主光線の光軸からの距離をＤ、最大像高をＹｍａｘ、とするとき、
０．０９＜Ｄ／Ｙｍａｘ＜１．０１
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い観察領域において像側のテレセントリック性が良く高い光学性能を有する反射屈折光学系を有する撮像装置が得られる。

本発明の撮像装置の概略断面図である。 本発明に係る反射屈折光学系の模式図である。 実施例１の反射屈折光学系の要部概略図である。 実施例１の反射屈折光学系の横収差図である。 実施例１の反射屈折光学系における各像高への主光線の入射角度を示した図である。 実施例２の反射屈折光学系の要部概略図である。 実施例２の反射屈折光学系の横収差図である。 実施例２の反射屈折光学系における各像高への主光線の入射角度を示した図である。

以下、本発明の撮像装置について説明する。本発明の撮像装置１０００は、光源手段１０１と、光源手段１０１からの光束で物体１０３を照明する照明光学系１０２と、物体１０３を結像する反射屈折光学系１０４を有している。更に反射屈折光学系１０４によって結像された物体像を光電変換する撮像素子１０５と、撮像素子１０５からのデータより画像情報（画像データ）を生成する画像処理系１０６と画像処理系１０６で生成した画像データを表示する表示手段１０７とを有する。この他、画像処理系１０６で処理された画像情報を記憶する記憶手段１１０を有する。

また本発明に係る反射屈折光学系１０４は、物体からの光束を集光する反射屈折部を含む第１結像光学系Ｇ１と、第１結像光学系Ｇ１からの光束を受けて中間像ＩＭを形成するとともに中間像ＩＭを像面に結像させる屈折部を含む第２結像光学系Ｇ２を有する。本発明の反射屈折光学系１０４は物体１０３面上で直径３ｍｍ以上の視野領域を撮像する。図１は本発明の撮像装置の要部概略図である。

図２は本発明に係る反射屈折光学系の模式図である。図３は本発明に係る反射屈折光学系の実施例１の要部概略図である。図４は本発明に係る反射屈折光学系の実施例１の収差図である。図５は実施例１において各像高へ入射する主光線の入射角度の説明図である。図６は本発明の反射屈折光学系の実施例２の要部概略図である。図７は本発明に係る反射屈折光学系の実施例２の収差図である。図８は実施例２において各像高へ入射する主光線の入射角度の説明図である。

以下、図１を参照して、本発明の反射屈折光学系１０４を有する撮像装置１０００の構成について説明する。撮像装置１０００は、光源手段１０１からの光を照明光学系１０２によって集光して試料としての物体１０３を均一に照明する。このとき使用する光は可視光（例えば、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ）が用いられる。結像光学系は物体１０３の像を撮像素子１０５上に結像する反射部と反射部を有する反射屈折光学系１０４より成っている。

撮像素子１０５で取得したデータ（画像情報）は、画像処理系１０６によって画像データを生成し、生成した画像データを表示手段１０７などに表示する。この他、記憶手段１１０に記憶している。画像処理系１０６では反射屈折光学系１０４で補正しきれなかった収差を補正したり、または、撮像位置の異なった画像データを繋げて一枚の画像データに合成したりするなど用途に応じた処理が行われる。尚、反射屈折光学系１０４の結像面に複数の撮像素子を配置する場合もある。

次に図２、図３、図６を用いて本発明に係る反射屈折光学系１０４の構成について説明する。図２、図３、図６において、１０４は反射屈折光学系、１０３は試料としての物体面である。１０５は撮像素子であり、像面に配置されている。ＡＳは開口絞り、ＩＭは中間像である。ＡＸは反射屈折光学系１０４の光軸である。反射屈折光学系１０４は物体１０３からの光束を集光する反射面を含む第１結像光学系Ｇ１と第１結像光学系Ｇ１からの光束を受けて所定面に中間像ＩＭを形成し、その中間像ＩＭを撮像素子１０５に結像する屈折面と遮光部ＳＨを含む第２結像光学系Ｇ２を有する。

第１結像光学系Ｇ１は、物体側から順に第１の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ１、開口絞りＡＳ、第２の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ２を有している。第２結像光学系Ｇ２は、一番広い空気間隔、二番目に広い空気間隔、三番目に広い空気間隔を境に各レンズ群を分割したとき、物体側から像側へ順に第２１レンズ群Ｇ２１、第２２レンズ群Ｇ２２、第２３レンズ群Ｇ２３、第２４レンズ群Ｇ２４を有している。第２１レンズ群Ｇ２１と第２２レンズ群Ｇ２２の間に遮光部ＳＨを有している。

図３、図６では、物体面１０３から像面１０５に至る軸外光束が模式的に示されている。第１結像光学系Ｇ１の第１の光学素子Ｍ１は、物体１０３側の面が凸形状で、光軸周辺が正の屈折力の光透過部（第１の透過部）Ｍ１Ｔ、光透過部Ｍ１Ｔよりも外周側のうち物体側の面Ｍ１ａに反射膜を施し、裏面反射部（第１の裏面反射部）としている。

第２の光学素子Ｍ２は物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、光軸周辺が負の屈折力の光透過部（第２の透過部）Ｍ２Ｔ、光透過部Ｍ２Ｔよりも外周側のうち像側の面Ｍ２ｂに反射膜を施し、裏面反射部（第２の裏面反射部）としている。第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２は互いに裏面反射部Ｍ１ａ、Ｍ２ｂの反射面側が対向するように配置されている。第２の結像光学系Ｇ２は物体１０３からの光束のうち光軸近傍の光束を遮光し、撮像素子１０５に入射するのを防止する遮光板ＳＨが第２１レンズ群Ｇ２１と第２２レンズ群Ｇ２２の間に配置されている。

反射屈折光学系１０４では、照明光学系１０２からの光束で照明され、物体１０３から出射した光束は第１の光学素子Ｍ１の中央透過部（第１の透過部）Ｍ１Ｔを通過する。その後、第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａに入射し、その後裏面反射部（第２の裏面反射部）Ｍ２ｂで反射し、屈折面Ｍ２ａを通過して第１の光学素子Ｍ１の屈折面Ｍ１ｂに入射する。その後、第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部（第１の裏面反射部）Ｍ１ａで反射する。そして屈折面Ｍ１ｂを通過し、第２の光学素子Ｍ２の中央透過部（第２の透過部）Ｍ２Ｔを通過し、第２結像光学系Ｇ２側へ出射している。

ここで、第１結像光学系Ｇ１に含まれる第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部Ｍ１ａと第２の光学素子Ｍ２の裏面反射部Ｍ２ｂはいずれも非球面形状より成っている。これにより、色収差の発生を抑えつつ、球面収差やコマ収差を良好に補正している。また高ＮＡ（口径比）でも、可視の広波長帯域に渡って諸収差を良好に低減している。

また、第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部Ｍ１ａと第２の光学素子Ｍ２の裏面反射部Ｍ２ｂは、いずれも正の屈折力の反射面としている。これにより、第２結像光学系Ｇ２のレンズの正の屈折力を強くして光学系全長を短くしたときのペッツバール和の増大を軽減している。これはペッツバール和への効き方が反射面と屈折面で反対となるためである。

第２結像光学系Ｇ２は第１結像光学系Ｇ１からの光束を受けて中間像ＩＭを形成し、中間像ＩＭからの光は、順に、正の屈折力のレンズ群Ｇ２１（レンズＬ１〜Ｌ６）、正の屈折力の第２２レンズ群Ｇ２２（レンズＬ７〜Ｌ１０）を通過する。更に負の屈折力の第２３レンズ群Ｇ２３（レンズＬ１１）、正の屈折力の第２４レンズ群Ｇ２２（レンズＬ１２〜Ｌ１５）を通過する。そして撮像素子１０５上に物体１０３を拡大結像している。

さらに、遮光部ＳＨは、物体１０３からの光が、第１の光学素子Ｍ１、及び、第２の光学素子Ｍ２で反射されることなく、第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２の中心透過部Ｍ１Ｔ、Ｍ２Ｔを通過して直接撮像素子１０５に到達することを防いでいる。

各実施例の反射屈折光学系１０４では第２結像光学系Ｇ２が、光学有効径内で曲率の符号が変化する変曲点を有する非球面形状のレンズ面を少なくとも１つ含むようにしている。また非球面形状のレンズ面は、光軸近傍が負の屈折力で、レンズ周辺部が正の屈折力であるように曲率の符号が変化するようにしている。これによって撮像素子１０５に入射する光束の主光線が光軸ＡＸと平行又は略平行となるよう像側がテレセントリックとなるようにしている。

これによれば、製造誤差やフォーカス合わせなどで、撮像素子１０５の位置が光軸方向にずれたときに生じるディストーションを小さく抑えることができる。撮像素子１０５の位置ずれによるディストーションが小さいと、例えば、撮像素子１０５における撮像視野内に複数の撮像素子を配置して撮像し、それらの画像データをつなぎ合わせることで大画面の画像データを容易に取得することができる。これによれば、各画像データの隣接する画像データとの重なり部分（のりしろ）を狭い領域に抑えることができる。よって、データ量を減少させることができ、高速に大画面の画像データを得ることが容易になる。

また前述した非球面形状のレンズ面を有するレンズのうち、少なくとも１つの材料のアッベ数をνｄａとしたとき、
７０＜νｄａ
を満足するようにしている。これにより可視域の広い範囲にわたり良好なるテレセントリック性が得られるようにしている。

例えば各実施例の反射屈折光学系１０４は、フラウンホーファー線のｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の波長の光において、テレセントリックとなるようにしている。例えば視野領域全域に渡って、撮像素子（像面）１０５への主光線の入射角度が、１．２５°以下となるようにしている。

これによれば、フォーカス合わせなどで撮像素子１０５の位置が光軸方向に１ｍｍずれたとき、その位置ずれにより生じるディストーションを２２μｍ以下に抑えることができる。このディストーション量は、例えば、画素ピッチ２．２μｍの撮像素子（センサ）を使用しても１０画素以内に収まる量である。逆に主光線の入射角度が１．２５°を超えると、のりしろとして必要となる画素数が増加する。よって、画像処理で扱うデータ量が増加し、高速に大画面の画像データを取得するのが困難になるため好ましくない。

なお、各実施例のように瞳に遮蔽部ＳＨのある光学系では主光線は遮光されて像面には到達しないが、その場合でも、像面への主光線の入射角度を定義することはできる。例えば、像面への主光線の入射角度は、各光束のマージナル光線の上線と下線の像面への光線入射角度の平均などで定義して算出してもよいし、また、光学ソフトを用いた光線追跡により仮想的な主光線を定義して算出してもよい。

各実施例において、第２結像光学系Ｇ２は、光学有効径内で曲率の向きが変化する変曲点を有し、非球面が、光軸近傍で負の屈折力をもち、周辺部が正の屈折力をもつようにしている。このとき、撮像素子（像面）１０５への主光線の入射角度の像高特性に応じて変曲点を設定している。入射角度０°近傍で像高特性に応じて変曲点をもたせて、視野領域全域に渡って主光線の入射角度を小さく抑えている。

変曲点を有する非球面上における最軸外主光線の光軸からの距離をＤ、最大像高をＹｍａｘとするとき、
０．０９＜Ｄ／Ｙｍａｘ＜１．０１ …（１）
なる条件式を満足するようにしている。

これによれば、各像高の光束の入射位置が異なるレンズ面に変曲点を有する非球面を用いることで、視野領域全域に渡って良好なるテレセントリック性が容易に得られる。条件式（１）の下限値を超えると、像高特性への影響よりも、波面の像高一律成分への影響が大きくなるため、波面収差が増大し、良好なるテレセントリック性を得ることが困難になる。

条件式（１）の上限値を超えると、反射屈折光学系の光路中に、像面１０５よりも大きな有効径の非球面を配置することになり、全系が大型化するため好ましくない。なお、瞳に遮蔽部のある光学系では主光線は遮光されて像面には到達しないが、その場合でも、変曲点を有する非球面上における最軸外主光線の光軸からの距離Ｄを定義することはできる。例えば、距離Ｄは変曲点を有する非球面上における最軸外光束のマージナル光線の上線と下線の光軸からの距離の平均などで定義して算出してもよいし、また、光学ソフトを用いた光線追跡により仮想的な主光線を定義して算出してもよい。

このような非球面形状のレンズ面を用いることにより、広い波長帯域、及び、広い視野領域全域に渡って、波面収差、及び、像側のテレセントリック性の良い反射屈折光学系を得ている。

以上により各実施例においては広い視野領域にわたり、高い光学性能を有し、維持することができる反射屈折光学系が得られるが、更に好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２の焦点距離を各々ｆ１、ｆ２とする。第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２の結像倍率を各々β１、β２とする。第２１レンズ群Ｇ２１、第２２レンズ群Ｇ２２、第２３レンズ群Ｇ２３、第２４レンズ群Ｇ２４の焦点距離を各々ｆ２１、ｆ２２、ｆ２３、ｆ２４とする。このとき、以下の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

０．００≦｜ｆ１／ｆ２｜＜０．２５ ・・・（２）
１．３＜｜β１｜＜１．７ ・・・（３）
６．２＜｜β２｜＜６．９ ・・・（４）
０．００≦｜ｆ２１／ｆ２｜＜０．１０ ・・・（５）
０．００≦｜ｆ２２／ｆ２｜＜０．１２ ・・・（６）
０．００≦｜ｆ２３／ｆ２｜＜０．１３ ・・・（７）
０．００≦｜ｆ２４／ｆ２｜＜０．５０ ・・・（８）
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の反射屈折光学系。

条件式（２）は第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２の焦点距離の比に関し、諸収差をバランス良く補正するためのものである。条件式（２）の上限値を超えて第１結像光学系Ｇ１のパワーが第２結像光学系Ｇ２のパワーに比べて弱くなりすぎると、ペッツバール和や色収差を全系でバランス良く低減することが困難になる。下限値の０．００は第２結像光学系Ｇ２がアフォーカル（焦点距離ｆ２が無限大）になったときを想定している。

条件式（３）、（４）は各々第１、第２結像光学系Ｇ１、Ｇ２の結像倍率に関し、主に高い結像倍率を第１、第２結像光学系Ｇ１、Ｇ２にバランス良く分担するものである。条件式（３）、（４）のいずれの数値範囲を外れても、諸収差の発生を軽減しつつ、試料１０３を高い結像倍率で結像するのが困難になる。条件式（５）乃至（８）は第２結像光学系Ｇ２を構成する各レンズを一番広い空気間隔から二番目、三番目に広い空気間隔を境に４つのレンズ群に分割したとき、各レンズ群の屈折力（焦点距離の逆数）を適切設定するものである。

これによって、第１結像光学系Ｇ１からの光束を受けて中間像を形成するとともに中間像を像面に高い光学性能で結像することを容易にしている。

条件式（５）は第２１レンズ群Ｇ２１（レンズＬ１〜レンズＬ６）の屈折力に関し、
条件式（６）は第２２レンズ群Ｇ２２（レンズＬ７〜レンズＬ１０）の屈折力に関し、
条件式（７）は第２３レンズ群Ｇ２３（レンズＬ１１）の屈折力に関し、
条件式（８）は第２４レンズ群Ｇ２４（レンズＬ１２〜レンズＬ１５）の屈折力に関する。

条件式（５）乃至（８）のいずれの数値範囲を超えても、第１結像光学系Ｇ１からの光束を受けて中間像を形成するとともに中間像を像面に高い光学性能で結像するのが困難になる。尚、条件式（５）乃至（８）の下限値の０．００は第２結像光学系Ｇ２がアフォーカル（焦点距離が無限大）になった場合を想定している。以下に各実施例の反射屈折光学系のレンズ構成について説明する。

［実施例１］
各レンズの試料１０３側（物体側）の面をＲ１面、撮像素子１０５側（像側）の面をＲ２面とする。実施例１において第２２レンズ群Ｇ２２のレンズＬ７のＲ２面は、変曲点を有する非球面形状である。レンズＬ７のＲ２面は、光軸ＡＸ近傍で負の屈折力をもち、レンズ周辺部が正の屈折力をもっている。これにより、物体側に加え、像側も良好なるテレセントリック性が得られるようにしている。また、レンズＬ７のＲ２面上の最軸外主光線の光軸からの距離Ｄ、最大像高Ｙmaxとの比は、Ｄ／Ｙmax＝０．０９４となっている。

このように、各像高の光束の入射位置が異なる面を、変曲点を有する非球面形状にしたことにより、良好なるテレセントリック性を得ている。この実施例１は、物体側の開口数ＮＡが０．７、倍率は１０倍、物体１０３の観察視野領域は直径１４．４ｍｍである。瞳の中抜けの割合は面積比で２割以下に抑えられている。また、図４の横収差図では、軸上物高（Ｙ＝０ｍｍ）、及び、最大物高（Ｙ＝７．２ｍｍ）を示している。ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の各波長の光において、収差は良好に抑えられている。

図５に示す各像高への主光線の入射角度において、変曲点を有する非球面を使用したことにより、像高により主光線の入射角度に変曲点が生じている。ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の各波長の光において、全像高において像面１０５への主光線の入射角度は１．２５°以下となっている。

［実施例２］
実施例２において第２２レンズ群Ｇ２２のレンズＬ７のＲ２面と第２４レンズＧ２４のレンズＬ１５のＲ１面は、変曲点を有する非球面形状である。このように、変曲点を有する非球面を２面含んでいる点が実施例１と異なっている。レンズＬ７のＲ２面とレンズＬ１５のＲ１面は、光軸ＡＸ近傍で負の屈折力をもち、レンズ周辺部が正の屈折力をもっている。

これにより、物体側に加え、像側も良好なるテレセントリック性が得られるようにしている。レンズＬ７のＲ２面上の最軸外主光線の光軸からの距離Ｄ１、最大像高Ｙmaxとの比はＤ１／Ｙmax＝０．０９１である。またレンズＬ１５のＲ１面上の最軸外主光線の光軸からの距離Ｄ２と最大像高Ｙmaxとの比Ｄ２／Ｙmax＝０．９８３となっている。このように、各像高の光束の入射位置が異なる面を、変曲点を有する非球面形状にしたことにより、良好なるテレセントリック性を得ている。

この実施例２は、物体側の開口数ＮＡが０．７、倍率は１０倍、物体１０３の観察視野領域は直径１４．４ｍｍである。瞳の中抜けの割合は面積比で２割以下に抑えられている。また、図７の横収差図では軸上物高（Ｙ＝０ｍｍ）、及び、最大物高（Ｙ＝７．２ｍｍ）を示している。ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の各波長の光において、収差は良好に抑えられている。

図８に示す各像高への主光線の入射角度において、変曲点を有する非球面を使用したことにより、像高により主光線の入射角度に変曲点が生じている。ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の各波長の光において、全像高において像面１０５への主光線の入射角度は１．２５°以下となっている。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形、及び、変更が可能である。例えば、本発明は大画面をスキャンする顕微鏡装置にもスキャンしない顕微鏡装置にも適用可能である。

以下、各実施例の数値実施例を示す。面番号は物体面（試料面）から像面まで数えた光学面の順である。ｒは第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔である（符号は物体側から像面側へ測ったときを（光が進行するときを）正、逆方向を負としている）。Ｎｄ、νｄは波長５８７．６ｎｍに対する材料の屈折率とアッベ数をそれぞれ示している。

非球面の形状は、以下の式に示す一般的な非球面の式で表される。以下の式において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、A、B、C、D、E、F、G、H、J・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。

「Ｅ−Ｘ」は「１０^-X」を意味する。前述した各条件式と数値実施例との関係を表３に示す。

（数値実施例１）
25面 Ｄ／Ｙmax＝０．０９４

面番号 r d Nd νd
物体面 5.00
1 571.78 9.37 1.52 64.1
2 -3609.25 72.99
3 -85.68 7.36 1.52 64.1
4 -116.17 -7.36 1.52 64.1
5 -85.68 -72.99
6（絞り）1E+18 0.00
7 -3609.25 -9.37 1.52 64.1
8 571.78 9.37 1.52 64.1
9 -3609.25 72.99
10 -85.68 7.36 1.52 64.1
11 -116.17 3.00
12 -1000.00 7.73 1.62 63.3
13 -23.79 5.00 1.74 32.3
14 -69.26 0.85
15 80.29 8.75 1.62 63.3
16 -46.84 8.35
17 34.98 9.47 1.49 70.2
18 267.47 5.12
19 102.43 8.85 1.75 35.3
20 -57.48 5.47
21 -28.65 5.00 1.62 36.3
22 -1302.77 3.22
23（遮光部）1E+18 13.06
24 94.22 9.74 1.49 70.2
25 872.06 0.89
26 92.02 13.97 1.76 47.8
27 -73.69 0.50
28 50.23 10.91 1.59 61.1
29 150.52 6.60
30 67.98 5.26 1.76 27.5
31 48.23 17.23
32 -28.97 5.00 1.74 44.8
33 384.10 20.72
34 -39.10 5.00 1.52 64.1
35 -1000.00 14.34
36 -109.29 17.24 1.74 44.8
37 -66.98 1.49
38 -124.39 20.68 1.76 40.1
39 -77.76 0.50
40 1280.43 25.87 1.65 58.6
41 -245.91 1.50
42 1E+18 6.00 1.52 64.1
43 1E+18 3.00
像面 0.00

（数値実施例２）
25面 Ｄ１／Ｙmax＝０．０９１
40面 Ｄ２／Ｙmax＝０．９８３

面番号 r d Nd νd
物体面 5.00
1 571.28 9.37 1.52 64.1
2 -3624.52 73.00
3 -85.68 7.36 1.52 64.1
4 -116.18 -7.36 1.52 64.1
5 -85.68 -73.00
6（絞り）1E+18 0.00
7 -3624.52 -9.37 1.52 64.1
8 571.28 9.37 1.52 64.1
9 -3624.52 73.00
10 -85.68 7.36 1.52 64.1
11 -116.18 3.00
12 -1000.00 7.81 1.62 63.3
13 -23.24 5.00 1.74 32.3
14 -66.37 0.76
15 86.02 8.67 1.62 63.3
16 -46.96 8.24
17 35.14 9.46 1.49 70.2
18 280.47 5.06
19 101.70 8.86 1.75 35.3
20 -57.96 5.54
21 -28.41 5.00 1.62 36.3
22 -751.65 3.40
23（遮光部）1E+18 12.84
24 95.92 9.42 1.49 70.2
25 852.71 0.89
26 91.77 13.97 1.76 47.8
27 -72.77 0.50
28 50.79 10.92 1.59 61.1
29 161.60 6.40
30 68.79 5.74 1.76 27.5
31 48.05 16.95
32 -29.09 5.00 1.74 44.8
33 300.45 21.12
34 -39.73 5.00 1.52 64.1
35 -948.08 12.82
36 -109.93 20.73 1.74 44.8
37 -67.62 0.50
38 -176.16 21.27 1.76 40.1
39 -88.89 0.50
40 -792.06 24.44 1.65 58.6
41 -163.16 1.50
42 1E+18 6.00 1.52 64.1
43 1E+18 3.00
像面 0.00

１０１ 光源手段 １０２ 照明光学系 １０３ 試料
１０４ 反射屈折光学系 １０５ 撮像素子 １０６ 画像処理系
１０７ 表示手段 ＡＳ 開口絞り ＩＭ 中間像 ＡＸ 光軸
Ｇ１ 第１結像光学系 Ｇ２ 第２結像光学系 Ｌ１〜Ｌ１５ レンズ
Ｍ１ 第１の光学素子 Ｍ２ 第２の光学素子 ＳＨ 遮光部

Claims (7)

1. 物体の像を形成する反射屈折光学系と、該反射屈折光学系により形成された前記物体の像を光電変換する撮像素子と、を備える撮像装置であって、
   前記反射屈折光学系は、前記物体からの光束を集光する反射屈折部を含む第１結像光学系と、前記第１結像光学系からの光束により形成された前記物体の中間像を再結像する屈折部を含む第２結像光学系と、から成り、
   前記第１結像光学系は、光軸側から周辺側に向けて順に第１の透過部と物体側の面が反射面である第１の裏面反射部とを含む第１の光学素子と、光軸側から周辺側に向けて順に第２の透過部と像側の面が反射面である第２の裏面反射部とを含む第２の光学素子と、から成り、
   前記物体からの光束は、前記第１の透過部、前記第２の裏面反射部、前記第１の裏面反射部、前記第２の透過部、を順に介して前記第２結像光学系に入射しており、
   前記第２結像光学系は、光学有効径内で曲率の符号が変化する変曲点を有する非球面形状のレンズ面を含み、
   前記非球面形状のレンズ面における最軸外主光線の光軸からの距離をＤ、最大像高をＹｍａｘ、とするとき、
   ０．０９＜Ｄ／Ｙｍａｘ＜１．０１
   なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。
2. 前記非球面形状のレンズ面は、光軸近傍が負の屈折力で、レンズ周辺部が正の屈折力であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１結像光学系と前記第２結像光学系の焦点距離を各々ｆ１、ｆ２とするとき、
   ０．００≦｜ｆ１／ｆ２｜＜０．２５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第１結像光学系と前記第２結像光学系の結像倍率を各々β１、β２とするとき、
   １．３＜｜β１｜＜１．７
   ６．２＜｜β２｜＜６．９
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記第２結像光学系は、一番広い空気間隔、二番目に広い空気間隔、三番目に広い空気間隔を境に、物体側から像側へ順に第２１レンズ群、第２２レンズ群、第２３レンズ群、第２４レンズ群を有し、
   前記第２結像光学系の焦点距離をｆ２、前記第２１レンズ群、前記第２２レンズ群、前記第２３レンズ群、前記第２４レンズ群の焦点距離を各々ｆ２１、ｆ２２、ｆ２３、ｆ２４、とするとき、
   ０．００≦｜ｆ２１／ｆ２｜＜０．１０
   ０．００≦｜ｆ２２／ｆ２｜＜０．１２
   ０．００≦｜ｆ２３／ｆ２｜＜０．１３
   ０．００≦｜ｆ２４／ｆ２｜＜０．５０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子からのデータより画像情報を生成する画像処理系を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記反射屈折光学系の像面に配置された複数の撮像素子を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。