JP7163076B2

JP7163076B2 - 観察装置

Info

Publication number: JP7163076B2
Application number: JP2018112299A
Authority: JP
Inventors: 宏一小西
Original assignee: Evident Corp
Current assignee: Evident Corp
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2022-10-31
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: US11029507B2; JP2019003191A; US20180356622A1

Description

本明細書は、標本を観察する観察装置に関する。

標本を観察する観察装置において観察範囲の変更を行う構成には、従来様々な方式が採用されている。顕微鏡の場合には、以下の方式が挙げられる。一例としては、倍率の異なる対物レンズが複数取り付けられたレボルバを回転させることにより観察範囲の変更を行うものである。他の一例としては、対物レンズそのものがズーム式変倍機能を有し、これにより観察範囲の変更を行うもの（特許文献１、２）である。更に他の一例としては、対物レンズと結像レンズの間のアフォーカル部にズーム式変倍機能を有し、これにより観察範囲の変更を行うもの（特許文献３）である。更に他の一例としては、途中で光路を分割してそれぞれの光路での投影倍率を変えておき、それらの光路を適宜選択することで観察範囲の変更を行うもの（特許文献４）である。

また、カメラでは、ファインダー光学系等がズーム式変倍機能や焦点切り換え機能を有しており、これにより観察範囲の変更を行う方法が知られている。

また、光情報を撮像素子等の検出手段で電気的な信号に変換して得られた画像情報の一部分を抽出することで観察範囲の変更を行う電子変倍（デジタルズーム、電子ズーム等）といった方法も挙げられる。

特開２００３－６６３３３号公報特開２００７－２１３１０３号公報特開２００６－８４８２５号公報特開平８－１９００５６号公報

光学系の一部を駆動させる構成、及び、光路切替によって観察範囲の変更を行う構成では、必要な観察像性能を維持しつつ、観察範囲の変更幅を広く確保することができる。その一方で、大きく重くなりがちなレンズ群を機械的に駆動させる機構や複数の光路を設ける必要性があることから、装置全体が大型化してしまう場合が多い。また、レンズ群の駆動や光路の切替といった動作を伴う分、観察に時間を要してしまう。

また、画像情報の一部分を抽出することで観察範囲の変更を行う電子変倍を行う構成では、機械的な駆動が不要であるため、装置の小型化や観察の高速化を実現することができる。しかしながら、使用する光学系及び撮像素子の性能に応じて、必要な観察像性能を維持し得る観察範囲の変更幅が狭く限定されてしまうという問題を有する。

以上の実情を踏まえ、本発明では、観察範囲の変更を、必要な観察像性能を維持しつつ高速且つ広い変更幅で実行することができる観察装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における観察装置は、物体を観察する観察装置において、前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記第１レンズ群内での最大光線高をＬｈｇ１、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記第２レンズ群での最大光線高をＬｈｇ２としたとき、３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０、１．５≦｜Ｌｈｇ１／Ｌｈｇ２｜≦３．５の条件式を満たす。
本発明の別の態様における観察装置は、物体を観察する観察装置において、前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第１レンズ群内での最大光線高をＳｈｇ１、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第２レンズ群での最大光線高をＳｈｇ２としたとき、３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０、０．２≦｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜≦０．８の条件式を満たし、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記可変開口絞りの大きさは、前記撮像装置により生成され、前記撮像装置の撮像素子の対角長により決まる観察可能な範囲内に含まれる前記画像信号を、前記撮像装置の有する画素数より少ない画素数を有するモニタに表示するときに、必要とされる光学系の解像度を実現する大きさである。
本発明の更に別の態様における観察装置は、物体を観察する観察装置において、前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記対物レンズの入射側の開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＬ、ΦＬ、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記対物レンズの入射側の前記開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＳ、ΦＳとしたとき、３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０、０．３≦（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）≦０．８の条件式を満たし、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記可変開口絞りの大きさは、前記撮像装置により生成され、前記撮像装置の撮像素子の対角長により決まる観察可能な範囲内に含まれる前記画像信号を、前記撮像装置の有する画素数より少ない画素数を有するモニタに表示するときに、必要とされる光学系の解像度を実現する大きさである。

本発明の観察装置によれば、観察範囲の変更を、必要な観察像性能を維持しつつ高速且つ広い変更幅で実行することができる。

１実施の形態における観察装置の構成を示す図である。制御装置の機能構成を示す図である。実施例１に係る可変開口絞りの絞り径を最も拡げた状態の対物レンズの断面図である。実施例１に係る対物レンズにおける、可変開口絞りの絞り径を最も拡げた状態での収差図である。実施例１に係る可変開口絞りの絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズの断面図である。実施例１に係る対物レンズにおける、可変開口絞りの絞り径を構造上最も狭めた状態での収差図である。実施例２に係る可変開口絞りの絞り径を最も拡げた状態の対物レンズの断面図である。実施例２に係る対物レンズにおける、可変開口絞りの絞り径を最も拡げた状態での収差図である。実施例２に係る可変開口絞りの絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズの断面図である。実施例２に係る対物レンズにおける、可変開口絞りの絞り径を構造上最も狭めた状態での収差図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の１実施の形態における観察装置について説明する。

図１は、１実施の形態における観察装置１００の構成を示す。

観察装置１００は、光源ユニット１、対物レンズ２、カメラ３、モニタ５、入力装置６、制御装置１０、を備える。尚、標本Ｓは、図示されないステージ等に固定される。

光源ユニット１は、標本Ｓを照明する照明光を出力する光源１ａ、その照明光を標本Ｓへ照射するためのレンズ群１ｂを含む。

対物レンズ２は、物体である標本Ｓからの光を取り込み、カメラ３へ結像する。対物レンズ２は、対物レンズ２の射出側の開口数を変更するよう絞り径を変更可能な羽根絞りなどの可変開口絞り４を有している。また、対物レンズ２は、標本Ｓから取り込んだ光を導光し、カメラ３へ結像するレンズ群を有している。対物レンズ２の具体的な構成については後述する。

カメラ３は、対物レンズ２の結像位置に配置され、撮像素子により光を検出する。検出した光の情報を画像信号へ変換し、制御装置１０へ送信する。

モニタ５は、制御装置１０から受信した画像信号を画像として表示する表示媒体である。

制御装置１０は、入力装置６からの指示、及び、プログラムに基づき、観察装置１００の構成を制御する。制御装置１０は、少なくともプロセッサとメモリを含み、プロセッサは、メモリにロードされたプログラムを実行することで、図２に示す各構成要素として動作してもよい。

図２は、制御装置１０の機能構成を示す図である。図２に基づいて、制御装置１０が行う制御について説明する。制御装置１０は、開口数制御部１１、観察範囲変更処理部１２、画像取得部１３を有する。

画像取得部１３は、カメラ３が変換した画像信号を受信する。また、画像取得部１３は、制御装置１０内の画像信号を外部へ出力する。本実施形態では、画像取得部１３は、モニタ５へ画像信号を出力する。

観察範囲変更処理部１２は、画像取得部１３がカメラ３から取得した画像信号に対し観察範囲変更処理を施す。観察範囲変更処理とは、画像として表示する際の表示範囲の位置（ＸＹ平面上の位置）や、大きさを変更する処理のことを示す。また、画像として表示する際の表示範囲のことを以降、観察範囲とも表記する。観察範囲変更処理は、画像信号を電子的に切り出す電子変倍処理を行うことによって実行される。例えば、観察範囲変更処理部１２は、画像信号中の特定の範囲を電子変倍処理によって拡大して切り出すことでその範囲を観察範囲とした画像信号を生成する。生成された画像信号は、画像取得部１３から出力されることによって画像としてモニタ５へ表示される。観察範囲変更処理は、入力装置６からの入力指示（位置、電子変倍倍率を決める指示）に基づき行ってもよい。尚、電子変倍処理によって変更される倍率を電子変倍倍率と表記する。電子変倍倍率は、例えば、カメラ３の撮像素子で生成される画像信号の元の観察範囲の大きさを１倍としたときの拡大倍率を示すものである。つまり、電子変倍倍率は、（元の観察範囲の面積の平方根）／（切り出した観察範囲の面積の平方根）で計算できる。

開口数制御部１１は、対物レンズ２内に含まれる可変開口絞り４の絞り径を変更する制御を実行する。可変開口絞り４の絞り径を変更することによって対物レンズ２の射出側の開口数が変更される。以降、開口数制御部１１によって行われる可変開口絞り４の絞り径を変更する制御のことを開口数変更制御とも表記する。

また、開口数制御部１１における開口数変更制御は、観察範囲変更処理部１２における観察範囲変更処理に応じて実行される。より詳しくは、観察範囲変更処理によって切り出された画像信号を、モニタ５へ表示する際に必要となる解像度を画像が有するように可変開口絞り４を制御して、対物レンズ２内の光を導光する光学系で決まる解像度（以降、光学系の解像度とも表記）を変更する。

カメラ３に用いられる一般的な撮像素子の画素数は、表示媒体であるモニタ５が有する画素数よりも多い。そのため、第１の状態から第２の状態の間では、カメラ３で生成された画像信号中の画素を間引いてモニタ５へ表示される。ここで、第１の状態は、観察範囲がカメラ３の撮像素子で生成される画像信号の元の観察範囲の大きさ（電子変倍倍率が１倍）を有する状態である。第２の状態は、電子変倍倍率がある条件を満たす画素数をもたらす電子倍率よりも低い状態である。そのある条件は、使用される撮像素子の画素数＝モニタ５の画素数となる条件である。間引かれる画素数は、電子変倍倍率の値で決まり、電子変倍倍率が低倍であるほど多く間引かれる。

以上の関係性から、等倍表示される電子変倍倍率よりも低い電子変倍倍率では、生成される画像信号をモニタ５に表示する際に必要となる解像度は、カメラ３の撮像素子の解像度（画素数）よりも小さくなる。そのため、モニタ５へ表示するために対物レンズ２で必要とされる光学系の解像度は、等倍表示される電子変倍倍率よりも低い電子変倍倍率では、撮像素子の有する解像度より小さい値であり、また、電子変倍倍率に応じて変わるものであることがわかる。

本発明における開口数制御部１１は、対物レンズ２の光学系の解像度を、上記で示したモニタ５に表示する際に必要となる解像度となるように、観察範囲変更処理に応じて、即ち電子変倍倍率に応じて、可変開口絞り４の絞り径を変更する開口数変更制御を実行する。開口数変更制御の例としては、観察範囲を狭める、即ち電子変倍倍率を拡大倍率となるように変更する場合には、開口数を大きくするように可変開口絞り４を制御する。観察範囲を拡げる、即ち、電子変倍倍率を縮小倍率となるように変更する場合には、開口数を小さくするように可変開口絞り４を制御する。そして、可変開口絞り４の絞り径の幅は、観察範囲が最も大きい状態、例えば、撮像素子の対角長で決まる大きさのとき、で絞り径を最も小さくする。可変開口絞り４の絞り径の幅は、観察範囲が最も小さい状態、例えば、モニタ５で等倍表示されるときの撮像素子で使用される画素により決まる大きさのとき、で絞り径を最も大きくする。換言すると、可変開口絞り４の絞り径の変更幅（観察範囲の変更幅）は、使用するカメラ３が有する撮像素子の画素数と、使用するモニタ５の画素数に応じて決定してもよい。

このような開口数変更制御を実行することで、観察範囲を変更した際の各状態（各電子変倍倍率）において、必要な光学系の解像度を満たすように対物レンズ２における可変開口絞り４を制御することができる。従って、広い変更幅で観察範囲を変更した場合においても良好に標本Ｓを観察することができる。

また、例えば、光学系の解像度が小さな観察範囲での観察時（高倍観察時）に必要な解像度となるように光学設計された対物レンズについて考える。また、その対物レンズにおいては、可変開口絞り等の開口数を変更する手段を有していないものとする。このような対物レンズにおいて、観察範囲を大きく（電子変倍倍率を縮小倍率となるように変更）した際、画像周辺の明るさが不足するといった問題が生じてしまう。このように、光学系の解像度が固定された構成において広い変更幅で電子変倍により観察範囲の変更を行う場合、明るさの問題が顕著となり得る。一方、本発明のように、光学系の解像度を変更する構成によれば、観察する上で必要な解像度を満たしつつ、観察範囲の変更に応じて明るさの不足が起こらないように、適切な光学系の解像度となるように調整することが可能である。

また、本発明における観察装置１００では、電子変倍処理によって観察範囲の変更を行うものであることから、ズーム光学系や複数の倍率の異なる切替用の対物レンズ等を構成として備えていなくてもよく、装置を小型化させることが可能である。また、電子変倍処理に際して、羽根絞りの絞り径を変更するだけであり、光学素子を物理的に移動させることも、切り替えることもなく、高速且つ静粛に観察を行うことができる。なお、可変開口絞りとして、透過型液晶素子等の電気的に光の透過する径を変更するものを使用すればより望ましい。

以上説明したように、観察装置１００を用いた標本Ｓの観察では、広い変更幅で観察範囲を変更する場合、広い変更幅で開口数の変更（可変開口絞り４の制御）を実行することとなる。そうであれば、対物レンズ２内の光学系を通過する光の光線高が、可変開口絞り４の絞り径の変更に際して大きく変わるものであるから、可変開口絞り４の絞り径が異なる状態においても良好に光を導光するレンズ設計を行うことが上述した観察装置１００の効果を奏する上で求められる。本発明の対物レンズ２は、対物レンズ２内の可変開口絞り４の絞り径が異なる状態においても良好に光を導光する構成を有し、観察装置１００が有する効果を遺憾なく発揮させるものである。以下では、本発明の対物レンズ２が有する特徴と、具体的な構成の例について説明する。なお、本発明の対物レンズは、観察範囲の変更を、必要な観察像性能を維持しつつ高速且つ広い変更幅で実行可能な観察装置に好適な対物レンズを提供することを目的としている。

まず、本発明の各実施例に係る対物レンズ（後述する対物レンズ２ａ、２ｂ）に共通する構成及び作用について説明する。

本発明の各実施例に係る対物レンズ２は、物体（標本Ｓ）側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞り４と、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成される。また、対物レンズ２は、倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズが用いられる。

また、対物レンズ２は、下記の条件式を満たすように構成されている。
３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０・・・（１）

但し、ｆａは、単レンズの焦点距離であり、ｆＧＳは、物体面から可変開口絞り４までのレンズ群の焦点距離である。

条件式（１）は、可変開口絞り４より前段のレンズ群に対し、先玉レンズである単レンズのパワーを規定する式である。この条件式の下限を下回ると、可変開口絞り４より前段のレンズ群に対して先玉レンズのパワーが過度に強くなる。そのため、可変開口絞り４を拡げた状態の高い像高においては良好に光を導光するものの、可変開口絞り４を狭めた低い像高となる際には光を十分に収束できず、観察性能が劣化する。即ち、観察範囲を拡げた状態での観察に支障が生じる。一方、この条件式の上限を上回ると、可変開口絞り４より前段のレンズ群に対して先玉レンズのパワーが過度に弱くなる。そのため、可変開口絞り４を狭めた状態の低い像高においては良好に光を導光するものの、可変開口絞り４を拡げた高い像高となる際にはパワーが足りず、観察性能が劣化する。即ち、観察範囲を狭めた状態での観察に支障が生じる。

以上の条件式（１）を満たすことで、可変開口絞り４を拡げた状態と狭めた状態のそれぞれで、光を良好に導光することができる。

また、対物レンズ２のレンズ群は、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前述の単レンズ及び可変開口絞り４を含む正の屈折力を有するレンズ群を第１レンズ群とし、レンズ群のレンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有するレンズ群を第２レンズ群としたとき、第１レンズ群、第２レンズ群とが無限遠光学系を形成するように設計してもよい。ここで第１レンズ群、第２レンズ群が無限遠光学系を形成するとは、第１レンズ群から第２レンズ群へ平行光束が導光される状態を示す。第１レンズ群、第２レンズ群が無限遠光学系を形成することで、第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離を長くとっても観察性能が劣化しない。そのため、第１レンズ群と第２レンズ群が有限光学系を形成する場合、即ち、第１レンズ群、第２レンズ群間で収束または発散光束を導光する状態、と比較して拡張性を増すことができる。このとき、第１レンズ群と第２レンズ群との間において光路分割用の素子や投光管といった新たな機能を付加する構成を配置してもよい。

尚、第１レンズ群と第２レンズ群とが有限遠光学系を形成するように設計してもよく、その場合、無限遠光学系として設計される場合と比べて観察装置１００全体を小型化することができる。

また、対物レンズ２は、下記の条件式を満たすように構成されることが望ましい。
１．５≦｜Ｌｈｇ１／Ｌｈｇ２｜≦３．５・・・（２）

但し、Ｌｈｇ１は、可変開口絞り４を最も拡げたときの第１レンズ群内での最大光線高であり、Ｌｈｇ２は、可変開口絞り４を最も拡げたときの第２レンズ群での最大光線高である。

条件式（２）は、可変開口絞り４を最も拡げたときの第１レンズ群内と第２レンズ群内のそれぞれにおける最大光線高を規定した条件式である。この条件式の下限を下回ると、第１レンズ群のパワーが第２レンズ群のパワーに対して過度に弱くなり、対物レンズ２内で球面収差、コマ収差の発生を抑制できなくなる。一方、この条件式の上限を上回ると、第１レンズ群のパワーが第２レンズ群のパワーに対して過度に強くなり、対物レンズ２内で球面収差、コマ収差の発生を抑制できなくなる。

また、対物レンズ２は、下記の条件式を満たすように構成されることが望ましい。
０．２≦｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜≦０．８・・・（３）

但し、Ｓｈｇ１は、可変開口絞り４を構造上最も狭めたときの第１レンズ群内での最大光線高であり、Ｓｈｇ２は、可変開口絞り４を構造上最も狭めたときの第２レンズ群での最大光線高である。

尚、構造上最も狭めたときとは、観察装置１００において構造上観察が可能な範囲内で最も可変開口絞り４を狭めた状態を示す。具体的には、使用するカメラ３の撮像素子の対角長で決まる観察範囲よりも大きい観察範囲を撮像することはできない。そのため、可変開口絞り４の絞り径が、撮像素子の対角長で決まる観察範囲の画像信号をモニタ５へ表示する際に必要となる解像度であるときの絞り径を有する状態が、構造上観察が可能な範囲で最も可変開口絞り４を狭めた状態である。

条件式（３）は、可変開口絞り４を構造上最も狭めたときの第１レンズ群内と第２レンズ群内のそれぞれにおける最大光線高を規定した条件式である。この条件式の下限を下回ると、第１レンズ群のパワーが第２レンズ群のパワーに対して過度に弱くなり、対物レンズ２内で球面収差、コマ収差の発生を抑制できなくなる。一方、この条件式の上限を上回ると、第１レンズ群のパワーが第２レンズ群のパワーに対して過度に強くなり、対物レンズ２内で球面収差、コマ収差の発生を抑制できなくなる。

また、対物レンズ２は、下記の条件式を満たすように構成されることが望ましい。
０．３≦（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）≦０．８・・・（４）

但し、ＮＡＬは、可変開口絞り４を最も拡げたときの対物レンズ２の入射側開口数を示し、ΦＬは、可変開口絞り４を最も拡げたときの観察範囲の半径を示す。ＮＡＳは、可変開口絞り４を構造上最も狭めたときの対物レンズ２の入射側開口数を示し、ΦＬは、可変開口絞り４を構造上最も狭めたときの観察範囲の半径を示す。

条件式（４）は、可変開口絞り４を最も拡げたときと構造上最も狭めたときの観察範囲の面積と、可変開口絞り４の絞り径によって定まる入射側開口数の関係を規定した条件式である。この条件式の下限を下回ると、観察範囲の面積の変更幅に対して開口数の変更幅が過度に小さくなり、観察範囲の広さの上下限で適切な光学系の解像度を得られない。一方、この条件式の上限を上回ると、観察範囲の面積の変更幅に対して開口数の変更幅が過度に大きくなり、観察範囲の広さの上限において解像度が不足し、観察範囲の広さの下限において、明るさが不足し得る。

尚、第１レンズ群と第２レンズ群とが無限遠光学系または有限遠光学系として設計される条件式（１）を満たす対物レンズ２に対し、条件式（２）から（４）の任意の組み合わせを適用してもよい。

以上の対物レンズ２によれば、観察範囲の変更を、必要な観察像性能を維持しつつ高速且つ広い変更幅で実行するという観察装置１００が有する効果を遺憾なく発揮させることができる。従って本発明の観察装置によれば、観察範囲の変更を、必要な観察像性能を維持しつつ高速且つ広い変更幅で実行することができる。
以下、本発明の対物レンズ２の構成の実施例について具体的に説明する。

[実施例１]
図３は、本実施例に係る対物レンズ２ａの断面図である。対物レンズ２ａは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側の第１レンズ群Ｇ１と像側の第２レンズ群Ｇ２とにわけられる二つのレンズ群から構成される。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズＬ１と、該対物レンズ２ａの射出側の開口数を変更する可変開口絞り４と、を含む正の屈折力を有するレンズ群である。より詳細には、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ１と、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４と、レンズＬ５、Ｌ６、Ｌ７からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、レンズＬ８、Ｌ９からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、可変開口絞り４と、レンズＬ１０、Ｌ１１からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、物体側と像側に凹面を向けた単レンズＬ１２と、レンズＬ１３、Ｌ１４からなる物体側に凸面を向けて像側に凹面を向けた接合レンズと、物体側に凸面を向けて像側に凹面を向けた単レンズＬ１５、Ｌ１６と、レンズＬ１７、Ｌ１８からなる物体側に凹面を向けて像側に凹面を向けた接合レンズと、を含んでいる。

第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有するレンズ群である。より詳細には、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ１９と、レンズＬ２０、Ｌ２１からなる物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた接合メニスカスレンズと、レンズＬ２２、Ｌ２３からなる物体側に凸面を向けて像側に凹面を向けた接合レンズと、両凸の単レンズＬ２４と、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ２５と、を含んでいる。第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１からの光を導光し、カメラ３が有する撮像素子へ結像する。

また、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２は、無限遠光学系を形成している。尚、図３は、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態の対物レンズ２ａの断面図でもある。

以下、本実施例に係る対物レンズ２ａの各種データについて記載する。

対物レンズ２ａのレンズデータは、それぞれ以下の通りである。
s r d nd vd
1 -9.2327 9.2968 1.883 40.76
2 -15.4571 0.2424 1
3 -28.8411 9.4622 1.43875 94.66
4 -14.3165 0.2000 1
5 -62.0701 6.0200 1.43875 94.66
6 -27.8738 0.2000 1
7 -1096.6506 6.8118 1.43875 94.66
8 -42.4702 0.2000 1
9 9291.3843 12.8532 1.43875 94.66
10 -25.3849 3.0000 1.63775 42.41
11 144.6885 12.0010 1.43875 94.66
12 -39.5201 0.2000 1
13 95.2340 3.0000 1.63775 42.41
14 40.3103 13.4871 1.43875 94.66
15 -70.6084 0.11 1
16 INF 5.0000 1
17 176.3671 3.0000 1.63775 42.41
18 33.3026 9.7525 1.43875 94.66
19 -189.2251 0.8852 1
20 -412.4946 3.0000 1.673 38.15
21 125.3108 0.2000 1
22 34.1104 6.2868 1.48749 70.23
23 20.3892 17.6210 1.738 32.26
24 26.4175 9.1703 1
25 35.4405 3.1972 1.63775 42.41
26 270.1694 0.2000 1
27 36.1718 2 1.497 81.54
28 42.6134 5.1879 1
29 -15.5207 2 1.497 81.54
30 16.5194 3.4395 1.63775 42.41
31 47.5260 110 1
32 97.5476 9 1.48749 70.23
33 INF 9.72 1
34 -53.1641 10.2937 1.65412 39.68
35 -175.5686 10.6875 1.5927 35.31
36 -58.8915 1.125 1
37 106.7231 13.59 1.497 81.54
38 -130.0601 6.075 1.65412 39.68
39 67.3672 1.8225 1
40 76.0016 12.465 1.43875 94.93
41 -222.9131 2.3287 1
42 77.3764 10.6875 1.48749 70.23
43 INF 68.6584 1
ここで、sは面番号を、rは曲率半径（ｍｍ）を、dは面間隔（ｍｍ）を、ndはd線に対する屈折率を、vdはアッベ数を示す。面番号s1は、第１レンズ群Ｇ１が有する最も物体側の単レンズＬ１の第１面を示す。また、面番号s16は、可変開口絞り４の位置を示している。また、面間隔d31は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の間隔を示している。

また、対物レンズ２ａの倍率βは以下の通りである。
β＝－９．９９９８

以下、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態の対物レンズ２ａの各種データについて記載する。このとき、物体側の開口数ＮＡと、像高ｈ（ｍｍ）は、それぞれ以下の通りである。
ＮＡ＝０．９５、ｈ＝２．８

図４は、本実施例に係る対物レンズ２ａの、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態における収差図であり、像側の結像面での収差を示している。（ａ）は、球面収差図であり、（ｂ）は、正弦条件違反量の図であり、（ｃ）は、非点収差図であり、（ｄ）は、コマ収差図である。いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。尚、図中におけるＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線、ｇはｇ線、ｅはｅ線、NAは物体側の開口数、Im.hは像高を示している。

以下、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズ２ａの各種データについて記載する。図５は、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズ２ａの断面図を示す。このとき、物体側の開口数ＮＡと、像高ｈ（ｍｍ）は、それぞれ以下の通りである。
ＮＡ＝０．４、ｈ＝１３．７

図６は、本実施例に係る対物レンズ２ａの、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態における収差図であり、像側の結像面での収差を示している。（ａ）は、球面収差図であり、（ｂ）は、正弦条件違反量の図であり、（ｃ）は、非点収差図であり（ｄ）は、コマ収差図である。いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。尚、図中におけるＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線、ｇはｇ線、ｅはｅ線、NAは物体側の開口数、Im.hは像高を示している。

以上説明した実施例１に係る対物レンズ２ａは、以下の式（Ａ１）から（Ａ４）で示されるように条件式（１）から（４）を満たしている。尚、式（Ａ１）から（Ａ４）は、それぞれ条件式（１）から（４）に対応している。
｜ｆａ／ｆＧＳ｜＝４．１５・・・（Ａ１）
｜Ｌｈｇ１／Ｌｈｇ２｜＝１．８０・・・（Ａ２）
｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜＝０．３２・・・（Ａ３）
（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）＝０．４８・・・（Ａ４）

式（Ａ１）から（Ａ４）で使用される各パラメータの値は以下の通りである。
ｆａ＝－８６．６６９５（ｍｍ）
ｆＧＳ＝２０．８８０５（ｍｍ）
Ｌｈｇ１＝－２４．６０５（ｍｍ）
Ｌｈｇ２＝１３．６５６（ｍｍ）
Ｓｈｇ１＝－９．１２８（ｍｍ）
Ｓｈｇ２＝２８．９１５（ｍｍ）
ＮＡＬ＝０．９５
ΦＬ＝０．２８（ｍｍ）
ＮＡＳ＝０．４
ΦＳ＝１．３７３（ｍｍ）

[実施例２]
図７は、本実施例に係る対物レンズ２ｂの断面図である。対物レンズ２ｂは、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２が、有限遠光学系を形成している点において実施例１で説明した対物レンズ２ａと異なる。

対物レンズ２ｂでは、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有するレンズ群であり、物体側から順に、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ１０１と、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ１０２、Ｌ１０３、Ｌ１０４と、レンズＬ１０５、Ｌ１０６、Ｌ１０７からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、レンズＬ１０８、Ｌ１０９からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、可変開口絞り４と、レンズＬ１１０、Ｌ１１１からなる物体側と像側に凸面を向けた接合レンズと、物体側と像側に凹面を向けた単レンズＬ１１２と、レンズＬ１１３、Ｌ１１４からなる物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた接合レンズと、物体側と像側に凸面を向けた単レンズＬ１１５と、を含んでいる。

第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有するレンズ群であり、物体側から順に、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ１１６と、レンズＬ１１７、Ｌ１１８からなる物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた接合レンズと、物体側に凸面を向けた像側に凹面を向けた単レンズＬ１１９と、レンズＬ１２０、Ｌ１２１からなる物体側と像側に凹面を向けた接合レンズと、平面レンズＬ１２２と、レンズＬ１２３、Ｌ１２４からなる物体側と像側に凹面を向けた接合レンズと、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けた単レンズＬ１２５、Ｌ１２６と、を含んでいる。第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１からの光を導光し、カメラ３が有する撮像素子へ結像する。尚、図７は、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態の対物レンズ２ａの断面図でもある。

対物レンズ２ｂのレンズデータは、それぞれ以下の通りである。
s r d nd vd
1 -15.7874 13.2030 1.883 40.76
2 -17.4245 0.2000 1
3 -25.0740 7.2662 1.43875 94.66
4 -19.0267 0.2000 1
5 -64.3046 6.8340 1.43875 94.66
6 -29.4799 0.2000 1
7 -117.2814 5.6382 1.43875 94.66
8 -45.0975 0.2000 1
9 44.5879 17.8815 1.43875 94.66
10 -39.5690 2 1.63775 42.41
11 67.8914 12.9710 1.43875 94.66
12 -49.2804 0.2000 1
13 64.4278 2 1.63775 42.41
14 22.0518 15.3764 1.43875 94.66
15 -225.5900 2.61 1
16 INF 2.5000 1
17 48.5822 2 1.63775 42.41
18 20.7164 12.2900 1.43875 94.66
19 -87.6362 1.7451 1
20 -73.6626 2 1.673 38.15
21 88.9031 10.0784 1
22 -23.2057 2 1.48749 70.23
23 -87.5439 7.1224 1.738 32.26
24 -28.6909 0.2000 1
25 116.0267 4.7829 1.63775 42.41
26 -105.5646 28.0817 1
27 -24.7390 2 1.497 81.54
28 -49.0927 8.2741 1
29 -21.4764 2 1.497 81.54
30 -638.2134 3.2198 1.63775 42.41
31 -21.6251 1.5 1
32 16.6718 3.4023 1.48749 70.23
33 45.5680 5.5449 1
34 -61.3090 2.8133 1.65412 39.68
35 -23.7084 2.2181 1.5927 35.31
36 11.2792 3.1496 1
37 INF 20 1.56883 56.36
38 INF 2.1424 1
39 -59.5450 2.0000 1.497 81.54
40 -46.6395 2.0000 1.65412 39.68
41 36.8452 6.8150 1
42 -151.1060 6.5266 1.43875 94.93
43 -20.1708 0.2000 1
44 -82.8114 6.4615 1.48749 70.23
45 -21.6367 7.5584 1
ここで、sは、面番号を、rは、曲率半径（ｍｍ）を、dは、面間隔（ｍｍ）を、ndは、d線に対する屈折率を、vdは、アッベ数を示す。面番号s1は、第１レンズ群Ｇ１が有する最も物体側の単レンズＬ１０１の第１面を示す。また、面番号s16は、可変開口絞り４の位置を示している。また、面間隔d26は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の間隔を示している。

また、対物レンズ２ａの倍率βは以下の通りである。
β＝－１０

以下、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態の対物レンズ２ｂの各種データについて記載する。このとき、物体側の開口数ＮＡと、像高ｈ（ｍｍ）は、それぞれ以下の通りである。
ＮＡ＝０．９５、ｈ＝２．８

図８は、本実施例に係る対物レンズ２ｂの、可変開口絞り４の絞り径を最も拡げた状態における収差図であり、像側の結像面での収差を示している。（ａ）は、球面収差図であり、（ｂ）は、正弦条件違反量の図であり、（ｃ）は、非点収差図であり、（ｄ）は、コマ収差図である。いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。尚、図中におけるＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線、ｇはｇ線、ｅはｅ線、NAは物体側の開口数、Im.hは像高を示している。

以下、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズ２ｂの各種データについて記載する。図９は、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態の対物レンズ２ｂの断面図を示す。このとき、物体側の開口数ＮＡと、像高ｈ（ｍｍ）は、それぞれ以下の通りである。
ＮＡ＝０．４、ｈ＝１３．７

図１０は、本実施例に係る対物レンズ２ｂの、可変開口絞り４の絞り径を構造上最も狭めた状態における収差図であり、像側の結像面での収差を示している。（ａ）は、球面収差図であり、（ｂ）は、正弦条件違反量の図であり、（ｃ）は、非点収差図であり、（ｄ）は、コマ収差図である。いずれも収差が良好に補正されていることが示されている。尚、図中におけるＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線、ｇはｇ線、ｅはｅ線、NAは物体側の開口数、Im.hは像高を示している。

以上説明した実施例２に係る対物レンズ２ｂは、以下の式（Ｂ１）から（Ｂ４）で示されるように条件式（１）から（４）を満たしている。尚、式（Ｂ１）から（Ｂ４）は、それぞれ条件式（１）から（４）に対応している。
｜ｆａ／ｆＧＳ｜＝３．３６・・・（Ｂ１）
｜Ｌｈｇ１／Ｌｈｇ２｜＝２．８２・・・（Ｂ２）
｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜＝０．７４・・・（Ｂ３）
（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）＝０．４８・・・（Ｂ４）

式（Ａ１）から（Ａ４）で使用される各パラメータの値は以下の通りである。
ｆａ＝６８．４０５５（ｍｍ）
ｆＧＳ＝２０．３５１６（ｍｍ）
Ｌｈｇ１＝－２５．１６２（ｍｍ）
Ｌｈｇ２＝８．９２８（ｍｍ）
Ｓｈｇ１＝－１１．０６（ｍｍ）
Ｓｈｇ２＝１４．８７５（ｍｍ）
ＮＡＬ＝０．９５
ΦＬ＝０．２８（ｍｍ）
ＮＡＳ＝０．４
ΦＳ＝１．３７３（ｍｍ）

１００観察装置
１光源ユニット
１ａ光源
１ｂレンズ群
２、２ａ、２ｂ対物レンズ
３カメラ
４可変開口絞り
５モニタ
６入力装置
１０制御装置
１１開口数制御部
１２観察範囲変国処理部
１３画像取得部
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群

Claims

物体を観察する観察装置において、
前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、
前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、
前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、
前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、
前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記第１レンズ群内での最大光線高をＬｈｇ１、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記第２レンズ群での最大光線高をＬｈｇ２としたとき、
３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０
１．５≦｜Ｌｈｇ１／Ｌｈｇ２｜≦３．５
の条件式を満たす
ことを特徴とする観察装置。
物体を観察する観察装置において、
前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、
前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、
前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、
前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、
前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第１レンズ群内での最大光線高をＳｈｇ１、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第２レンズ群での最大光線高をＳｈｇ２としたとき、
３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０
０．２≦｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜≦０．８
の条件式を満たし、
前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記可変開口絞りの大きさは、前記撮像装置により生成され、前記撮像装置の撮像素子の対角長により決まる観察可能な範囲内に含まれる前記画像信号を、前記撮像装置の有する画素数より少ない画素数を有するモニタに表示するときに、必要とされる光学系の解像度を実現する大きさである
ことを特徴とする観察装置。
物体を観察する観察装置において、
前記物体からの光を結像する対物レンズであって、物体側から順に、物体側に凹面を向けた単レンズと、該対物レンズの射出側の開口数を変更する可変開口絞りと、を含む正の屈折力を有するレンズ群から構成され、該対物レンズの倍率が４倍以上２０倍以下である対物レンズと、
前記対物レンズにより結像された前記物体の像を画像信号に変換する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた前記画像信号を元に電子変倍を行うことによって観察範囲を変更する観察範囲変更処理を行う観察範囲変更装置と、
前記観察範囲変更処理に応じて前記可変開口絞りを制御する制御装置と、を含み、
前記対物レンズは、レンズ面間隔が最も長い部分を境として物体側に配置された、前記単レンズ及び前記可変開口絞りを含む正の屈折力を有する第１レンズ群と、レンズ面間隔が最も長い部分を境として像側に配置された、正の屈折力を有する第２レンズ群と、から構成され、
前記単レンズの焦点距離をｆａ、物体面から前記可変開口絞りまでのレンズ群の焦点距離をｆＧＳ、前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記対物レンズの入射側の開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＬ、ΦＬ、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記対物レンズの入射側の前記開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＳ、ΦＳとしたとき、
３≦｜ｆａ／ｆＧＳ｜≦１０
０．３≦（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）≦０．８
の条件式を満たし、
前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記可変開口絞りの大きさは、前記撮像装置により生成され、前記撮像装置の撮像素子の対角長により決まる観察可能な範囲内に含まれる前記画像信号を、前記撮像装置の有する画素数より少ない画素数を有するモニタに表示するときに、必要とされる光学系の解像度を実現する大きさである
ことを特徴とする観察装置。
請求項１に記載の観察装置であって、
前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第１レンズ群内での最大光線高をＳｈｇ１、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記第２レンズ群での最大光線高をＳｈｇ２としたとき、
０．２≦｜Ｓｈｇ１／Ｓｈｇ２｜≦０．８
の条件式を満たし、
前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記可変開口絞りの大きさは、前記撮像装置により生成され、前記撮像装置の撮像素子の対角長により決まる観察可能な範囲内に含まれる前記画像信号を、前記撮像装置の有する画素数より少ない画素数を有するモニタに表示するときに、必要とされる光学系の解像度を実現する大きさである
ことを特徴とする観察装置。
請求項１又は請求項４に記載の観察装置であって、
前記可変開口絞りを最も拡げたときの前記対物レンズの入射側の開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＬ、ΦＬ、前記可変開口絞りを観察可能な範囲内で最も狭めたときの前記対物レンズの入射側の前記開口数、前記観察範囲の半径をそれぞれ、ＮＡＳ、ΦＳとしたとき、
０．３≦（ＮＡＬ＊ΦＬ）／（ＮＡＳ＊ΦＳ）≦０．８
の条件式を満たす
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察装置であって、
前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群とが無限遠光学系を形成している
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察装置であって、
前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群とが有限遠光学系を形成していることを特徴とする観察装置。