JPH06337351A

JPH06337351A - 実体顕微鏡

Info

Publication number: JPH06337351A
Application number: JP5149755A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Hanzawa; 豊治榛澤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、変倍光学系として左右の
観察光学系の瞳を含む一つのレンズ系を採用し、小型で
良好な光学性能を有する実体顕微鏡を提供するものであ
る。【構成】本発明の実体顕微鏡は、対物光学系とこれ
に共通の光軸の変倍光学系と接眼光学系とを備え、変倍
光学系が物体側から、正の第１レンズ群と負の第２レン
ズ群と正の第３レンズ群とよりなり、第１レンズ群と第
３レンズ群を光軸に沿って移動させて変倍を行なう実体
顕微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変倍光学系を備えた実
体顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】実体顕微鏡を用いれば、微細な部分を３
次元的に把握できるので、研究，検査，手術などの幅広
い分野で実体顕微鏡が用いられている。最近、これら分
野における技術が高度化し、２人が自由な方向から作業
したり、長時間観察するため楽な姿勢で観察できるよう
な実体顕微鏡の要望が強くなっている。そのため、特開
平４−１５６４１２号公報に記載されたような実体顕微
鏡が開発された。それは図１４に示すような構成で、対
物レンズ１３と同軸のアフォーカル変倍光学系１４を配
置し、その後方に一対以上の接眼光学系１５を配置し、
接眼光学系全体を対物光学系１３の光軸と平行な軸のま
わりに回転させるようにしたものである。しかし、この
実体顕微鏡は、接眼光学系の左右観察用の瞳を含むよう
に、アフォーカルズーム光学系の射出瞳を大きくする必
要がある。この条件を満たすために、例えば、通常の実
体顕微鏡に使われている２本のアフォーカルズーム光学
系の片方を相似拡大してこれを実現しようとすると、瞳
の大きさを２倍以上大きくする必要があるため、全長が
元のズーム光学系の２倍以上に長くなる。そのために、
作業を行なう物体の位置（光学系の物体面）と作業を行
なうものが接眼レンズをのぞく眼の位置（アイポイン
ト）とが離れ、物体面付近での作業が行ないにくくな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、変倍光学系
として左右の観察光学系の瞳を含む１本のレンズ系を採
用しつつ、小型で良好な光学性能を持つ実体顕微鏡を提
供することにある。

【０００４】本発明の他の目的は、特にアイポイント位
置が低く、かつ鏡体のバランスが良く支持しやすい実体
顕微鏡を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の実体顕微鏡は、
対物光学系と、この対物光学系と共通の光軸を有する変
倍光学系と、この変倍光学系の射出側に配置された接眼
光学系とを備え、前記の変倍光学系が物体側から順に、
正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第
２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群とよりな
り、第１レンズ群と第３レンズ群とを光軸に沿って移動
させることにより変倍を行なうようにしたものである。

【０００６】実体顕微鏡の光学系を小型化しようとする
と、変倍光学系の各レンズ群の屈折力が強くなる。変倍
光学系を前記のように正，負，正のパワーを有する三つ
のレンズ群にて構成した場合、各レンズ群の屈折力を強
くすると第２レンズ群の負の屈折力が特に強くなるため
に、このレンズ群の傾きや偏芯により像位置のずれが発
生し目立ちやすい。レンズ群の傾きや偏芯は、移動する
レンズにおいて特に起こりやすい。本発明では、前記の
ように第２レンズ群を固定し、第１レンズ群と第３レン
ズ群を移動するようにして、第２レンズ群の移動による
悪影響を軽減した。また、移動するレンズ群でレンズの
傾きや偏芯を抑えようとすると非常に精度の高いレンズ
保持機構や移動機構が必要になるが、本発明では屈折力
の強い第２レンズ群を固定しているのでレンズ保持機構
や移動機構を簡素化できる利点も有している。

【０００７】又、第２レンズ群に対して固定された関係
にある反射部材を二つ設け、これらにより変倍光学系の
光路を折り曲げることにより物体から観察位置までの距
離を短くすることが出来、アイポイントを低くすること
が出来る。

【０００８】

【実施例】次に本発明の実体顕微鏡の実施例を示す。実
体顕微鏡は、作業に必要な作動距離を確保した上で、作
業を行なう光学系の物体面とアイポイント面を近くする
必要がある。しかし、作業者の顕微鏡に対して反対側
（以後、後方と呼ぶ）や側方等は大になっていても作業
に対する影響は少ない。そのため、本発明の実体顕微鏡
は、作業に影響のない方向に突出部を設けて、その内部
に変倍光学系を配置し得るようにした。そのために、変
倍光学系内で光を２回反射させるようにして光軸を曲
げ、これによって入射光軸と射出光軸とを合わせるよう
に反射部材を配置し、変倍光学系の長さにより物体面と
アイポイントとの距離が短くなるようにした。

【０００９】図１は、上述の構成の本発明の実施例を示
すもので、物体よりの光を半透過反射部材１により折り
曲げて側方または後方に向かうようにした。この半透過
反射部材１により曲げられた位置に対物レンズ２が配置
され、この対物レンズ２により物体よりの光束をアフォ
ーカル光束にする。この対物レンズ２の後方には、アフ
ォーカル変倍光学系３が配置されており、このアフォー
カル変倍光学系３には第２の反射部材４と第３の反射部
材５の二つの反射部材が配置されている。つまりこの第
２の反射部材４により光束は上方に曲げられ更に第３の
反射部材５により元の方向に光束を戻すように構成され
ている。更に変倍光学系３を射出後に第４の反射部材６
により図示しない物体から半透過反射部材１に到る光軸
の延長線上に反射される。この第４の反射部材６により
曲げられた後に立体的に観察するための二つの瞳７Ｒ，
７Ｌを設定する接眼光学系７が取付けられている。この
接眼光学系７は、結像レンズと、正立プリズムまたは偶
数回結像するリレーレンズなどの正立像にするための手
段と、像を拡大する接眼レンズとを含んでいる。この図
１には接眼光学系７は瞳位置（７Ｌ，７Ｒ）のみ示して
ある。また、四つの反射部材により正立プリズムを形成
した場合、接眼光学系には、左右の瞳を入れ換える光学
系が必要である。さらに、光源９からの光を集光レンズ
８および反射プリズム１０，１１によって半透過反射部
材１の上方に導き、半透過反射鏡１を介して対物レンズ
の光軸と同軸に照明光を入射するように設定してある。

【００１０】この実施例は、上記の通りの構成であっ
て、実体顕微鏡のアフォーカル変倍光学系を折曲げるこ
とによって小型にしたものである。次に上記のアフォー
カル変倍光学系について説明する。

【００１１】側方や後方のように顕微鏡使用者の作業に
支障をきたすことのない方向に光学系を配置しても、鏡
体の重量の増加により、顕微鏡全体が大型化したり、鏡
体の支持体の操作部から距離が離れることにより操作性
が悪くなるなどの問題が生ずる。この問題をさけるため
には、側方や後方への突出量を抑える必要がある。その
ためにアフォーカル変倍光学系３の全長が短くて、半透
過反射部材１と第２の反射部材４との間の光軸方向（矢
印ｂの方向でｂ光軸方向と呼ぶ）と第３の反射部材５と
第４の反射部材６との間の光軸方向（矢印ｄの方向でｄ
光軸方向と呼ぶ）長さが同程度であることが好ましい。

【００１２】以上のことからアフォーカル変倍光学系
は、３群にて構成し、各レンズ群の焦点距離が次の条件
を満足することが望ましい。

【００１３】ｆ₁ ＞０，ｆ₂ ＜０，ｆ₃ ＞０ただし、ｆ₁ ，ｆ₂ ，ｆ₃ はそれぞれ第１レンズ群３
１，第２レンズ群３２，第３レンズ群３３の焦点距離で
ある。

【００１４】このアフォーカル変倍光学系において、第
２レンズ群３２に反射面を２面含めて固定し、第１レン
ズ群３１と第３レンズ群３３とを移動させて変倍と合焦
を行なうようにして、変倍光学系の全長を短くし、前記
のｂ光軸方向とｄ光軸方向の長さを同程度にしている。
また第１レンズ群３１と第３レンズ群３３を前記の条件
のように正のパワーにし、これによって第２レンズ群３
２での光束径が小になるようにした。したがって、重量
の増加につながりやすいプリズムやミラーを用いる第２
の反射部材４や第３の反射部材５を小型に出来、軽量化
が可能になる。又前記のｂ光軸方向とｄ光軸方向の光束
の最大径は、第１レンズ群３１，第３レンズ群３３によ
り決まり、第２レンズ群３２の光束径が大にならないた
め第２の反射部材４，第３の反射部材５との光軸方向
（矢印ｃ方向でｃ光軸方向と呼ぶ）の距離は第１レンズ
群と第３レンズとがぶつからない範囲で適宜小さくで
き、そのためアイポイントが物体から離れない。

【００１５】次にアフォーカル変倍光学系の数値例を示
す。数値例１ｒ₁ ＝入射面ｄ₁ ＝Ｄ₁ ｒ₂ ＝-4.652311 ｄ₂ ＝0.0245725 ｎ₁ ＝1.816 ν₁ ＝46.6 ｒ₃ ＝-0.576651 ｄ₃ ＝0.0020833 ｒ₄ ＝0.2327148 ｄ₄ ＝0.0447313 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.7 ｒ₅ ＝2.1363732 ｄ₅ ＝0.0208333 ｎ₃ ＝1.84666 ν₃ ＝23.8 ｒ₆ ＝0.3998642 ｄ₆ ＝Ｄ₂ ｒ₇ ＝-0.277245 ｄ₇ ＝0.0104166 ｎ₄ ＝1.816 ν₄ ＝46.6 ｒ₈ ＝0.0976381 ｄ₈ ＝0.0177492 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.4166666 ｎ₅ ＝1.79952 ν₅ ＝42.2 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.0310086 ｒ₁₁＝-0.117758 ｄ₁₁＝0.0125 ｎ₆ ＝1.6727 ν₆ ＝32.1 ｒ₁₂＝-0.114610 ｄ₁₂＝Ｄ₃ ｒ₁₃＝2.9463112 ｄ₁₃＝0.0166666 ｎ₇ ＝1.726 ν₇ ＝53.5 ｒ₁₄＝0.3866137 ｄ₁₄＝0.0257859 ｎ₈ ＝1.497 ν₈ ＝81.6 ｒ₁₅＝-0.306833 ｄ₁₅＝Ｄ₄ ｒ₁₆＝射出面倍率 0.233 × 0.466 × 0.933 × Ｄ₁ 0.1462802 0.0487575 0 Ｄ₂ 0.025 0.1225228 0.1712802 Ｄ₃ 0.2057053 0.1454683 0.025 Ｄ₄ 0 0.060237 0.1807053 β＝0.233 ×〜0.933 × ＡＤ＝0.0458，Ａ＝0.05，ＡＰ＝0 ，ｆ_OC＝0.7 ，ＩＨ＝0.025 ＨＨ＝0.1228，ｆ₁ ＝0.37695 ，ｆ₂ ＝-0.1085 ，ｆ₃ ＝0.78063 ｆ₂₀＝-0.08739，ｆ₂₁＝-2.4542

【００１６】数値例２ｒ₁ ＝入射面ｄ₁ ＝Ｄ₁ ｒ₂ ＝0.3276198 ｄ₂ ＝0.0518114 ｎ₁ ＝1.48749 ν₁ ＝70.2 ｒ₃ ＝-1.325918 ｄ₃ ＝0.0020833 ｒ₄ ＝0.1886252 ｄ₄ ＝0.0507693 ｎ₂ ＝1.48749 ν₂ ＝70.2 ｒ₅ ＝1.2281153 ｄ₅ ＝0.0208333 ｎ₃ ＝1.84666 ν₃ ＝23.8 ｒ₆ ＝0.4929500 ｄ₆ ＝Ｄ₂ ｒ₇ ＝6.0661219 ｄ₇ ＝0.0104166 ｎ₄ ＝1.72916 ν₄ ＝54.7 ｒ₈ ＝0.0887555 ｄ₈ ＝0.0265080 ｒ₉ ＝-0.110686 ｄ₉ ＝0.0125 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.7 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.4166666 ｎ₆ ＝1.51633 ν₆ ＝64.1 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.0138975 ｎ₇ ＝1.48749 ν₇ ＝70.2 ｒ₁₂＝-0.540701 ｄ₁₂＝Ｄ₃ ｒ₁₃＝2.3268724 ｄ₁₃＝0.0166666 ｎ₈ ＝1.52944 ν₈ ＝51.7 ｒ₁₄＝0.3370325 ｄ₁₄＝0.024471 ｎ₉ ＝1.497 ν₉ ＝81.6 ｒ₁₅＝-0.491383 ｄ₁₅＝Ｄ₄ ｒ₁₆＝射出面倍率 0.233 × 0.466 × 0.933 × Ｄ₁ 0.0917445 0.0305801 0 Ｄ₂ 0.025 0.0861645 0.1167446 Ｄ₃ 0.2366314 0.1660853 0.025 Ｄ₄ 0 0.0705461 0.2116315 β＝0.233 ×〜0.933 × ＡＤ＝0.0458，Ａ＝0.05，ＡＰ＝0 ，ｆ_OC＝0.7 ，ＩＨ＝0.025 ｆ₁ ＝0.30991 ，ｆ₂ ＝-0.09289，ｆ₃ ＝0.87854 ，ｆ₂₀＝-0.12362 ｆ₂₁＝-0.25281

【００１７】数値例３ｒ₁ ＝入射面ｄ₁ ＝Ｄ₁ ｒ₂ ＝0.6809665 ｄ₂ ＝0.0426548 ｎ₁ ＝1.497 ν₁ ＝81.6 ｒ₃ ＝-0.882233 ｄ₃ ＝0.0021388 ｒ₄ ＝0.3389510 ｄ₄ ＝0.0391005 ｎ₂ ＝1.497 ν₂ ＝81.6 ｒ₅ ＝3.2549111 ｄ₅ ＝0.0213885 ｎ₃ ＝1.84666 ν₃ ＝23.8 ｒ₆ ＝1.4762306 ｄ₆ ＝Ｄ₂ ｒ₇ ＝-0.345746 ｄ₇ ＝0.0106942 ｎ₄ ＝1.72916 ν₄ ＝54.7 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.1711083 ｎ₅ ＝1.79952 ν₅ ＝42.2 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.0174379 ｎ₆ ＝1.72916 ν₆ ＝54.7 ｒ₁₀＝0.0756823 ｄ₁₀＝0.0253391 ｒ₁₁＝-0.061868 ｄ₁₁＝0.0161268 ｎ₇ ＝1.51633 ν₇ ＝64.1 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.1711083 ｎ₈ ＝1.79952 ν₈ ＝42.2 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.0338747 ｎ₉ ＝1.497 ν₉ ＝81.6 ｒ₁₄＝-0.134899 ｄ₁₄＝Ｄ₃ ｒ₁₅＝0.9874227 ｄ₁₅＝0.0171108 ｎ₁₀＝1.51633 ν₁₀＝64.1 ｒ₁₆＝0.2575234 ｄ₁₆＝0.0264841 ｎ₁₁＝1.497 ν₁₁＝81.6 ｒ₁₇＝-0.741712 ｄ₁₇＝Ｄ₄ ｒ₁₈＝射出面倍率 0.233 × 0.466 × 0.933 × Ｄ₁ 0.1577962 0.0526249 0 Ｄ₂ 0.0256662 0.1308376 0.1834625 Ｄ₃ 0.2219699 0.1565487 0.0256662 Ｄ₄ 0 0.0654311 0.1963036 β＝0.233 ×〜0.933 × ＡＤ＝0.047 ，Ａ＝0.051 ，ＡＰ＝0 ，ｆ_OC＝0.718 ，ＩＨ＝0.026 ｆ₁ ＝0.43293 ，ｆ₂ ＝-0.11738，ｆ₃ ＝0.90164 ，ｆ₂₀＝-0.0714 ｆ₂₁＝-1.39856 上記の数値例は、変倍系の最大長で規格化した値であ
る。データー中ｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・は各レンズ面の曲率半
径、ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間
隔、ｎ₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν
₂ ，・・・は各レンズのアッベ数である。又ＡＤは変倍光
学系の光軸に対する左右の接眼光学系の光軸の偏心量、
Ａは接眼光学系の開口絞りの径、ＡＰは接眼光学系の開
口絞りと変倍光学系の最終面との光軸方向の距離、ＩＨ
は接眼光学系の光軸からの最大像高、ＨＨは第２レンズ
群の主点間隔、ｆ₂₀，ｆ₂₁はそれぞれ第２レンズ群の物
体側のレンズおよび像側のレンズの焦点距離である。

【００１８】図１の光学系は、光学系中に反射部材を挿
入することによりレンズの間隔が広くなると、レンズの
パワーが小さくなり、同じ倍率を得るためにはｂ光軸方
向の長さを長くしなければならない。このｂ光軸方向の
長さを長くすると突出量が大きくなるためバランスが悪
くなり、鏡体を支えるのが難しくなる。これをさけるた
めに第２レンズ群を構成するレンズを反射部材の前後に
配置してこのレンズと反射部材とを一つのレンズ群とみ
なし、主点間隔を広げて反射部材の厚さを薄いものと同
等にする。これによって小型化できると共に光学系の収
差を補正しやすくなる。

【００１９】数値例１は、図２に示す通りの構成で、
（Ａ）は倍率０．２３３、（Ｂ）は倍率０．４６６、
（Ｃ）は倍率０．９３３の時である。また、図中Ｏは物
体側、Ｉは像側である。

【００２０】この数値例１の変倍系は、第２レンズ群の
物体側のレンズ３２Ｏと像側のレンズ３２Ｉの間隔の空
気換算長が０．２７９５であるのに対し主点間隔が０．
１２２８であり、４３％短縮されている。この短縮率が
３５％以上でないと十分コンパクトになし得たとは云え
ないが、上記のようにこの実施例では十分コンパクトに
なっている。また主点を移動させるためには、第２レン
ズ群の像側のレンズ３２Ｉが物体側に凹面を向けたメニ
スカスレンズで焦点距離の絶対値が１以上のほとんどパ
ワーのないレンズであることが好ましい。この数値例１
のように第２レンズ群の二つのレンズの間隔が大きくな
ると像面湾曲を補正することがむずかしくなる。この数
値例１の倍率が０．２３３×，０．４６６×，０．９３
３×の時の収差状況は、図５，図６，図７に示す通りで
ある。

【００２１】数値例２は、図３に示す通りの構成で、変
倍系の第２レンズ群を物体側の負レンズ３２Ｏをプリズ
ムの前後にレンズを接合した像側の厚いレンズ３２Ｉと
により構成した。これにより、プリズム部を長い一つの
レンズにしたので、第２レンズ群の二つのレンズの間隔
を狭くした。これにより数値例１では、第２レンズ群の
像側のレンズ３２Ｉがパワーのないメニスカスレンズで
あるが、数値例２では反射面を２面内部に入れて面間隔
が広くなり、これによって負のパワーが強くなり、像面
湾曲を小さくすることが出来た。この数値例２の倍率が
０．２３３×，０．４６６×，０．９３３×の時の収差
状況は、図８，図９，図１０に示す通りである。

【００２２】数値例３は、図４に示す構成で、反射面を
第２レンズ群の二つのレンズ群３２Ｏ，３２Ｉに分けて
配置した。これにより、図３に示す数値例２と同様の効
果が得られる。さらに、第１レンズ群と第２レンズ群の
正レンズに異常分散ガラスを用いて、軸外色収差と軸上
色収差を良好に補正している。この数値例３の変倍系の
倍率が０．２３３×，０．４６６×，０．９３３×の時
の収差状況は図１１，図１２，図１３に示す通りであ
る。

【００２３】前記数値例の収差曲線図は、いずれも軸上
収差図と非点収差図で、これらは左右接眼光学系の光軸
の中心とアフォーカル光学系の光軸とを一致させた場合
の値である。それらのうち軸上収差状況は左右光軸を含
む面内での値で横収差であり、縦軸は開口比を示す。ま
た非点収差図は、接眼光学系の左右光軸を含む面とこれ
に垂直方向の２種類であり図面にはそれぞれ左右方向，
垂直方向と記載してある。これら収差図は、焦点距離ｆ
_OCの結像レンズを有する接眼光学系を取付けた時のその
像面での値である。この非点収差は、縦収差で表わされ
ており光軸と像点を結ぶ平面内での光が最小になる点を
破線で示し、これに垂直な方向の最も像点を実線で示し
てある。

【００２４】

【発明の効果】本発明の実体顕微鏡は、小型で良好な光
学性能を有し、又アイポイントを低くし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図

【図２】本発明の実体顕微鏡における変倍系の数値例１
の断面図

【図３】本発明の実体顕微鏡における変倍系の数値例２
の断面図

【図４】本発明の実体顕微鏡における変倍系の数値例３
の断面図

【図５】数値例１の倍率０．２３３×の時の収差図

【図６】数値例１の倍率０．４６６×の時の収差図

【図７】数値例１の倍率０．９３３×の時の収差図

【図８】数値例２の倍率０．２３３×の時の収差図

【図９】数値例２の倍率０．４６６×の時の収差図

【図１０】数値例２の倍率０．９３３×の時の収差図

【図１１】数値例３の倍率０．２３３×の時の収差図

【図１２】数値例３の倍率０．４６６×の時の収差図

【図１３】数値例３の倍率０．９３３×の時の収差図

【図１４】従来の実体顕微鏡の構成を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物光学系と、前記対物光学系と共通の光
軸を有する変倍光学系と、前記変倍光学系の射出側に配
置された接眼光学系とを備え、前記変倍光学系が物体側
から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折
力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ
群とよりなり、前記第１レンズ群と第３レンズ群とを光
軸に沿って移動させることにより変倍を行なう実体顕微
鏡。
【請求項２】前記第２レンズ群に対して固定した位置関
係に配置された二つの反射部材を設けて前記第１レンズ
群から前記第３レンズ群に至る光路を屈曲させるように
したことを特徴とした請求項１の実体顕微鏡。
【請求項３】前記第１レンズ群の入射側および前記第３
レンズ群の射出側にそれぞれ反射部材を設けたことを特
徴とする請求項２の実体顕微鏡。