JPH0815612A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 像リレー光学系を用いることにより像の観察
及び撮像が可能で、又、瞳変調を可能にしたことによ
り、様々な標本の観察ができ、且つ、最適なアイポイン
トの位置を設定できる顕微鏡装置を提供すること。 【構成】 本発明の顕微鏡装置は、結像レンズ３３，瞳
リレーレンズ３７及び像リレーレンズ３９を有し、標本
３１の１次像が結像レンズ３３と瞳リレーレンズ３７と
の間に形成され、又、対物レンズの瞳像が瞳リレーレン
ズ３７と像リレーレンズ３９との間に投影されるように
なっており、更に、この投影された瞳像の位置に瞳変調
器３８が配置されて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、培養細胞等の位相物体
を観察するために、リレー光学系を備え、且つ、瞳変調
を可能にした顕微鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の顕微鏡で、位相差や変調コントラ
スト等の瞳変調を行う場合、対物レンズ中にリング状の
位相膜を備えなければならない。このため、例えば、位
相差対物レンズを使用して蛍光観察を行おうとすると、
蛍光照明光及び観察光が変調器の吸収によって減少して
しまって、最高の明るさをもって標本像を観察すること
ができない。又、最高の明るさによる蛍光写真と位相差
写真とを撮影しようとすると、位相板等の光吸収による
光量減衰を防止するために、蛍光用対物レンズ及び位相
差用対物レンズを用意し、これらと対物レンズとを交換
して写真撮影を行わなければならない。この場合、対物
レンズの交換による標本の位置ずれを防止することは非
常に困難である。

【０００３】そこで、明視野対物レンズのみで、細胞等
の位相標本を観察することが可能なリレー光学系中に瞳
変調器を備えた瞳投影顕微鏡が、本願と同一出願人によ
り提案されている。これは、特開昭６０−２６３９１８
号公報に開示されているように、瞳投影像を鏡筒内部に
有する鏡筒を、倒立顕微鏡本体に対し着脱可能な構成と
して、瞳投影位置に位相板を置くことを容易にした瞳投
影顕微鏡である。又、特開昭５３−７２６３７号公報に
開示されているように、本願と同一出願人により提案さ
れた、対物レンズの瞳位置を倒立顕微鏡鏡の基内リレー
レンズ光路中に投影し、この投影位置にフィルタリング
素子を配置したものもある。このフィルタリング素子
は、位相差や微分干渉用素子等を着脱自在に取りつけて
使用されるものである。又、等倍リレー光学系に関する
ものとして、特公昭４６−２９４０号公報に記載の光学
系が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は、以下に示すような問題点を含んでいる。まず、
従来の倒立顕微鏡に用いた瞳投影光学系の具体的構成が
明らかにされていない。又、現実に細胞の観察を行って
いる研究者からは、４倍未満の低倍率の対物レンズによ
って観察したいという要求がある。しかし、従来、顕微
鏡では位相差等の瞳変調は、通常４倍以上の対物レンズ
の倍率で行われている。この理由は、４倍未満の低倍率
の対物レンズは、焦点距離が長いことから、瞳位置が対
物レンズの胴付位置より像側になってしまい、対物内に
入るべき瞳変調器は、対物レンズ外にはみ出して瞳変調
が構成できないことによる。このような、４倍未満の倍
率の対物レンズで瞳変調を行うことは、従来の倒立顕微
鏡では不可能である。

【０００５】特開昭６０−２６３９１８号公報に開示さ
れている顕微鏡では、結像レンズの前群を対物レンズ近
傍に配置して構成することで、対物レンズから射出した
光線を平行光束にしている。このことから、この顕微鏡
は、有限設計の対物レンズを用いるためのものと考えら
れる。そのため、正立顕微鏡が無限遠設計の対物レンズ
を用いている場合には、対物レンズの共通化はできな
い。又、結像レンズの前群が対物レンズ近傍に配置され
ていることで、無限遠設計対物レンズ用ノマルスキープ
リズムを正立顕微鏡と共通に使用することができない。
あえて、有限設計の対物レンズを用いようとすれば、結
像レンズを２群に構成しなければならず、このレンズが
高価になる。更に、鏡筒部が着脱可能になっているが、
像リレーレンズ（接眼像面に像を形成する結像レンズ）
が鏡基本体に内蔵されているため、結像レンズと鏡体内
蔵のリレーレンズとの距離を可変にすることができない
ため、アイポイントの位置を自由に変えることができな
い。このため、様々な体型の人が楽な姿勢で像の観察を
することができない。

【０００６】又、特開昭５３−７２６３７号公報に開示
されている顕微鏡は、像倍率が１倍，瞳倍率が１倍であ
る倒立顕微鏡である。この顕微鏡は、鏡基内の瞳位置に
位相板や微分干渉用プリズム等の瞳変調器の挿入を可能
にしている。しかし、この顕微鏡は、有限設計の対物レ
ンズ用の顕微鏡であり、無限遠設計の対物レンズを用い
ることはできない。又、倒立顕微鏡光学系の具体的な構
成等も不明である。更に、通常の光学顕微鏡は、特公昭
４６−２９４０号公報に開示されているように、対物レ
ンズへの入射光がテレセントリックになっているが、結
像光線はテレセントリックにはなっていない。従って、
このような光学系によって結像した像をリレーした場合
には、十分な収差補正はできない。

【０００７】そこで、本発明は上記のような従来技術の
有する問題点に鑑みなされたもので、像リレー光学系を
用いることにより像の観察及び撮像が可能で、又、瞳変
調を可能にしたことにより、様々な標本の観察ができ、
且つ、最適なアイポイントの位置を設定できる顕微鏡装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明による顕微鏡装置は、結像レンズ，瞳
リレーレンズ及び像リレーレンズを有し、標本の１次像
は前記結像レンズと瞳リレーレンズとの間に形成され、
又、対物レンズの瞳像は前記瞳リレーレンズと像リレー
レンズとの間に投影され、更に、この投影された瞳像の
位置に瞳変調器が配置されていることを特徴とする。
又、本発明の装置は、結像レンズ，瞳リレーレンズ及び
２群に構成された像リレーレンズを有し、標本の１次像
は前記結像レンズと瞳リレーレンズとの間に形成され、
又、対物レンズの瞳像は前記像リレーレンズの第１群と
第２群との間に投影され、更に、この投影された瞳像の
位置に瞳変調器が配置されていることを特徴とする。更
に、対物レンズで結像した像を再度リレーするリレー光
学系を備えた顕微鏡において、少なくとも１枚の凸レン
ズを有する瞳リレーレンズと少なくとも１枚の凸レンズ
を有する像リレーレンズとを備え、前記瞳リレーレンズ
の標本側の第１面には凸面が形成され、又、前記像リレ
ーレンズを構成するレンズの少なくとも１面が凸面に形
成されていることも本発明の装置の特徴である。尚、本
発明は上記瞳変調器を取り除いて、リレー光学系のみで
使用することも可能である。

【０００９】以下、図１乃至３に基づき、本発明の顕微
鏡装置の全体の構成を簡単に説明する。図１は本発明の
顕微鏡装置における各光学系の相互位置関係を示す透視
斜視図であり、図２は同装置を側面から見た透視図であ
り、図３は同装置を正面から見た透視図である。

【００１０】鏡体ハウジング１の上端に取付けられた照
明ハウジング２内に収納された光源３から出射された光
４は反射ミラー５で下方に照射方向が変更される。光４
は再度鏡体ハウジング１内に入射して、視野絞り６を通
過して、コンデンサレンズ７により、ステージ８上に載
置された試料（標本）９上に集光される。この試料（標
本）９を通過した光はステージ８の下側位置に配設され
たレボルバ１０に支持された対物レンズ１１へ入射され
る。対物レンズ１１を通過した拡大画像の光は、ダイク
ロイックミラーを内蔵した蛍光キューブ１２へ入射され
る。この蛍光キューブ１２には、落射照明系１３の光源
１４から照明光が入射される。蛍光キューブ１２の下側
位置には、対物レンズ１１から射出された光を後述する
リレー光学系の焦点位置に結像させる結像レンズ１５が
配設されている。この結像レンズ１５を通過した光は、
次に示す第１の光学素子１６に入射する。

【００１１】第１の光学素子１６は、図１に示すよう
に、光軸に直交する方向に互いに接して配列された３個
の半透明プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより構成さ
れている。各半透明プリズム１６ａ〜１６ｃは夫々上方
から入射した光を下方へ透過すると共に、夫々前記入射
光の光軸と直交し、且つ互いに９０°異なる方向に入射
光を分岐する。具体的には、半透明プリズム１６ａは上
方から入射した光を下方へ透過すると共に、入射光を第
１の撮影光路１７ａの方向（左方向）に導く。中央の半
透明プリズム１６ｂは上方から入射した光を下方へ透過
すると共に、入射光を第２の撮影光路１７ｂの方向（手
前方向）に導く。更に、半透明プリズム１６ｃは上方か
ら入射した光を下方へ透過すると共に、入射光を第３の
撮影光路１７ｃの方向（右方向）に導く。

【００１２】又、３個の半透明プリズム１６ａ，１６ｂ
及び１６ｃは、図中点線で示された移動自在の支持台１
８上に支持されている。そして、この支持台１８に支持
された半透明プリズム１６ａ，１６ｂ及び１６ｃは、ま
とめて先端が鏡体ハウジング１の外壁に露出した位置調
整ツマミ１９によって、それらの位置が水平方向に３段
階に切換え可能なようになっている。よって、位置調整
ツマミ１９を操作することによって、任意の半透明プリ
ズム１６ａ，１６ｂ及び１６ｃを入射光の光軸位置に選
択的に移動させることができる。その結果、観察者は、
結像レンズ１５を通過した光を第１〜第３の撮影光路１
７ａ〜１７ｃのうちの任意の撮影光路に導くことができ
る。

【００１３】更に、前記３個の半透明プリズムを透過し
た光線は、ミラー２０により反射され、前述したような
瞳リレーレンズ，瞳変調器及び像リレーレンズを有する
リレー光学系２１を経て、収束光束となり結像される。
この結像位置には接眼レンズ２２が配置されている。
又、ミラー２０は、枠２３に支持されており、この枠２
３に接続されているツマミ２４により、ハウジング１の
外側から角度を変えることができるようになっている。

【００１４】本発明の顕微鏡装置は上記のように構成さ
れているため、照明用光源，標本に光を照射するコンデ
ンサレンズ，対物レンズ像の１次結像を行う結像レン
ズ，瞳像をリレーする瞳リレーレンズ及び２次像をリレ
ーする像リレーレンズを有する顕微鏡において、無限遠
に像をリレーする対物レンズを使用した場合、標本の１
次像が結像レンズと瞳リレーレンズとの中間にでき、瞳
リレーレンズと２次像リレーレンズとの間に、対物レン
ズの瞳像が投影され、その位置に位相板，変調コントラ
スト用モジュレータ或いはシュリーレン用ナイフエッジ
等の瞳変調器を挿入できるようになっている。これによ
り、位相差観察，変調コントラスト，シュリーリン等の
瞳変調法が、対物レンズを交換しなくても可能になり、
２５０倍程度の高倍率対物レンズから１．２５倍程度の
低倍率の暗視野観察用対物レンズ、及び油侵，水侵の明
視野観察用対物レンズにより、培養細胞等の位相物体を
良好に観察することができる。

【００１５】又、照明光源，標本に光を照射するコンデ
ンサレンズ，対物レンズ像の１次結像を行う結像レン
ズ，瞳像をリレーする瞳リレーレンズ及び２次像をリレ
ーする像リレーレンズを有する顕微鏡において、無限遠
に像をリレーする対物レンズを使用した場合、標本の１
次像が結像レンズと瞳リレーレンズとの中間にでき、像
リレーレンズが２群で構成されるとき、像リレーレンズ
の第１群と第２群との間に、対物レンズの瞳像が投影さ
れ、その位置に位相板，変調コントラスト用モジュレー
タ或いはシュリーレン用ナイフエッグ等の瞳変調器を挿
入できるようになっている。従って、位相差観察，変調
コントラスト，シュリーレン等の瞳変調法が、対物レン
ズの交換なしで可能になり、２５０倍程度の高倍率対物
レンズから１．２５倍程度の低倍率の明視野観察用対物
レンズ、及び油侵，水侵の明視野観察用対物レンズによ
り、位相物体を良好に観察することかできる。

【００１６】又、一般に、位相差用位相板や変調コント
ラスト用変調器のような振幅変調を行う瞳モジュレータ
を対物レンズ内に備えた場合、蛍光観察時に対物の瞳モ
ジュレータの光吸収によって、照明光量が減少してしま
う。しかし、本発明によれば、瞳モジュレータを対物レ
ンズの像をリレーする顕微鏡鏡体内のリレー系に備えて
構成し、且つ、リレー系の瞳の色収差及び瞳の球面収差
を充分に補正することを可能にしたことで、従来の対物
レンズの瞳変調による光量減衰を解決することができ
る。特に、焦点距離の長い低倍率の対物レンズの場合に
は、対物レンズの設計上、瞳位置が対物レンズの取付け
位置より像側になってしまい、対物内に入るべき瞳モジ
ュレータが対物レンズ外にはみ出し、対物チェンジ用レ
ボルバ内に瞳モジュレータを備えなければならず、レボ
ルバの回転が困難となってしまう。しかし、本発明よれ
ば、瞳モジュレータはレリー系レンズの中間の位置に配
置されているため、２．５倍，２倍，１．２５倍等の従
来では不可能であった４倍以下の倍率の対物レンズによ
る位相物体の観察を良好に行うことができる。

【００１７】位相差観察，変調コントラスト観察には、
広視野が照明可能なコンデンサレンズを用い、且つ、対
物レンズの瞳と共役な位置、即ちコンデンサレンズの瞳
位置に照明光を変調する開口を設けなければならない。
又、対物レンズで結像した像を再度リレーするリレー光
学系は、少なくとも１枚の凸レンズを有する瞳リレーレ
ンズと少なくとも１枚の凸レンズを有する像リレーレン
ズとを有し、瞳リレーレンズの１次像側第１面の凸面の
屈折力で発散した瞳像を結像させ、その第１面以降の屈
折面で瞳像の収差を補正して瞳変調等を可能にしてい
る。又、像リレーレンズを構成しているレンズの少なく
とも１面を凸面に構成することで、リレーした像を結像
させている。

【００１８】対物レンズへ入射する光線は、通常テレセ
ントリックである。この光線が対物レンズ，結像レンズ
を射出して１次結像する場合、この像は通常テレセント
リックとならない場合が多い。又、１次像のリレーは、
瞳投影位置或いは瞳投影倍率を制御するために、瞳リレ
ーレンズを有する構成にしなければならない。更に、接
眼レンズについても、この射出瞳位置を考慮して収差補
正を行うことが好ましい。本発明では、像リレー系の像
リレーレンズを２群で構成し、この間を像が無限遠にリ
レーされるように構成すると、かかるリレー光学系の全
長の長さを変化させることができるため、様々な構造の
ユニットに用いることができる。本発明の装置のリレー
光学系は、４方向に光路を用いるための光学系として、
正立顕微鏡にも倒立顕微鏡にも用いることができる。そ
の用途としては、裸眼による観察と、写真光路，テレビ
カメラ用光路の切換えが可能な４眼鏡筒の少なくとも１
つの光路にそのリレー光学系を用いることができる。こ
の場合、かかるリレー光学系中に瞳変調器を挿入できる
構成にすると、瞳変調が可能になる。又、アイポイント
の位置を観察者に合わせて調整するためのチルチングビ
ノキュラ用像リレー光学系としても用いることができ
る。

【００１９】又、正立顕微鏡，倒立顕微鏡に関係なく、
顕微鏡に２つのカメラ或いは写真装置を備えるための２
イメージ撮像光学系用リレー光学系としても用いること
ができる。リレー光学系の光学的特徴としては、瞳リレ
ーレンズは、１群でも構成できるが、充分な瞳の球面収
差補正を行いたい場合には、２群で構成することが好ま
しい。特に、瞳投影倍率Ｂの範囲を０．４≦Ｂ≦１．１
とした場合、２群の瞳投影レンズの少なくとも１群は、
メニスカス形状とした方が瞳の球面収差補正が容易に行
える。又、瞳の色収差を補正したい場合には、少なくと
も１群の接合レンズを備えることが好ましい。この場
合、正レンズと負レンズとのアッベ数の差Ｄνは、 Ｄν≧６ であれば、瞳の色収差を小さく抑えることができる。
又、結像レンズの第１群は、リレー光学系の像のフラッ
トネスを補正するために、少なくとも１群の負レンズを
備えていることが好ましい。この負レンズは、リレー光
学系全系のペッツバール和を小さくすることで、像面湾
曲を補正している。

【００２０】コンデンサレンズには、照明の変調を行う
ために、位相差開口や変調コントラスト用の開口を設け
る必要がある。又、コンデンサレンズは、様々なサイ
ズ，形状の開口の取付け，取り外しが可能に構成される
ことが好ましい。例えば、位相差の場合、照明系は使用
する対物レンズの実視野を照明できるものを用い、コン
デンサ内の対物レンズの瞳と共役な位置に輪帯開口を用
いる。又、変調コントラスト観察の場合には、コンデン
サ内の対物レンズの瞳と共役な位置に矩形開口を用い
る。シュレーリン観察の場合には、コンデンサ内の対物
レンズの瞳と共役な位置にナイフエッジを挿入して構成
する。

【００２１】像リレーレンズの構成は、１次像を無限遠
に投影するための前群と、無限遠に投影された像を有限
にする後群とを有し、この前群と後群との間を平行光束
とすることで、前群と後群との間隔を変えることによ
り、像の倍率を変えずにアイポイントの位置を変えるこ
とができる顕微鏡を構成できる。その結果、様々な体型
の観察者の体型に合わせてアイポイントの位置を設定で
きる。又、本発明は、無限遠設計の対物レンズを使用で
きるように構成されているため、対物レンズのすぐ後方
（像側）にノマルスキープリズムを挿入できる。その結
果、正立型顕微鏡用のノマルスキーシステムと共通にで
きるため、比較的安価なノマルスキーシステムを提供す
ることができる。

【００２２】本発明の顕微鏡装置は、無限遠設計の対物
レンズを用いるため、結像レンズと対物レンズとの間隔
を５０ｍｍ以上にすると、この間隔中に蛍光照明用投光
管から落射照明を行うためのダイクロックミラー，ノマ
ルスキー用プリズム並びに偏光観察用偏光板等を挿入す
ることができるため、様々な観察法が可能になる。又、
本発明の装置は、マイクロウェルプレートやプラスチッ
ク三角フラスコ中に培養した生細胞や培養細胞を観察す
るのに最適な瞳変調器を作成すれば、この瞳変調器をリ
レー光学系中に挿入するだけで、対物レンズを交換する
ことなく各容器に最適なコントラストが得られる。実際
には、リレー光学系に使用した、各光学部品の誤差，特
に屈折率誤差によって最適な瞳変調器の光軸方向の位置
が微妙に変わるため、瞳変調器は光軸方向の微調整がで
きるように構成されることが好ましい。

【００２３】瞳変調器と瞳リレーレンズ，又は像リレー
レンズと光学系とが互いに干渉しないように、瞳モジュ
レータはレンズ部品から少なくとも５ｍｍ以上離されて
いることが好ましい。さもないと、瞳位置の異なる対物
レンズを使用したときに干渉が起きてしまう。対物レン
ズの瞳位置は、対物レンズの倍率，開口数，視野数或い
はフラットネス等の使用や性能によって異なり、実際に
は、対物レンズの胴付面を基準に±３５ｍｍ程度ばらつ
いている。このことから、様々な対物レンズを用いる場
合、瞳フィルタリング素子を設ける位置の範囲は、 （使用する対物レンズの瞳位置の移動距離）×（瞳投影
倍率の二乗） で求めることができる。又、リレー光学系や対物レンズ
の全ての光学部品の曲率中心が全て光軸上にあることは
稀で、殆どの場合、部品の公差分だけ偏心している。こ
の偏心によって、最適な瞳モジュレータの位置は、組合
せた対物レンズやリレー光学系によって変化するため、
瞳モジュレータは、光軸と垂直方向の芯だしができるよ
うに構成されることが好ましい。

【００２４】本発明の顕微鏡装置は、生きた培養細胞を
観察するため、培養容器の下部から細胞を観察できるよ
うになっている。そのため、標本から１次結像までの間
を反射部材なしで構成すると、標本面に対してアイポイ
ントの位置が非常に低くなってしまう。そこで、少なく
とも１つの反射面を標本から１次結像位置までの間に備
えることにより、アイポイント位置を高くすることが可
能である。更に、最適なアイポイントを得るためには、
アイポイントの位置を標本の位置とほぼ同等か、又はそ
れ以上の高さに設定する方が好ましく、それにより標本
像の観察及び実標本の観察を、観察者の頭の少しの移動
で可能にすることができる。

【００２５】本発明の装置においては、結像レンズの焦
点距離を１８０ｍｍ程度に設定すると視野数２０以上の
視野で充分な光学性能を得ることができる。良好な結像
性能を得たい場合には、結像レンズの焦点距離を１５０
ｍｍから２００ｍｍにするのが良い。このようにするこ
とで、同焦距離４５で極低倍から２５０倍程度の倍率の
対物まで良好な性能を保証できる。又、本願出願人が提
案した射出光束が無限遠の各種対物レンズを使用したい
場合には、結像レンズの焦点距離を１８０ｍｍ程度にす
ると、最適の光学特性及び倍率が得られる。更に、対物
の射出光束が有限の対物レンズを使用する場合には、対
物レンズと結像レンズとの中間に対物レンズの射出光束
を無限遠にするためのレンズを挿入する必要がある。こ
の場合、この光を結像させるための結像レンズの焦点距
離は、１００から１６０ｍｍ程度に設定しなければ、１
倍による像の結像は困難になる。

【００２６】又、対物レンズの胴付位置より標本方向に
５ｍｍの位置を対物レンズの瞳位置とした場合、リレー
光学系の瞳の投影倍率Ｂは、 ０．４≦Ｂ≦１．１ ・・・・（１） を満足することが好ましい。０．４倍より瞳投影倍率を
小さくすると、１次像を２次像にリレーする光学系の全
長は非常に短くなり、最適なアイポイントを構成するの
が困難になる。又、１．１倍より瞳投影倍率を大きくす
ると、リレー光学系の全長は非常に長くなり、アイポイ
ント位置の高い顕微鏡となってしまう。リレー光学系の
瞳の投影倍率Ｂから瞳の移動範囲を±３５ｍｍとする
と、瞳変調器を挿入する範囲ＰＰは、 ＰＰ＝（使用する対物の瞳位置の移動範囲）×（瞳投影
倍率の二乗） の関係が成立するため、瞳リレーレンズ或いは像リレー
レンズの近傍にある瞳モジュレータを挿入できる範囲
は、 ６．３≦ＰＰ ・・・・（２） を満足する範囲となり、瞳位置の異なる対物レンズの瞳
変調が可能になる。この場合、瞳変調器に対し標本側に
あるレンズ群の最終面から瞳変調器に対し像側にあるレ
ンズ群の第１面までの距離が、上記ＰＰの値を満たせ
ば、瞳変調器とレンズとの干渉が起こらなくなるため、
様々な瞳位置の対物で瞳変調が可能になる。

【００２７】又、結像レンズの後群の焦点距離をＦとし
て、この結像レンズに入射する光束を無限遠光束とする
と、瞳リレーレンズの焦点距離ＦＢは、 Ｆ／３．５≦ＦＢ≦Ｆ／１．１ ・・・・（３） とした方が、良好な瞳収差のリレーレンズが設計でき
る。この範囲から逸脱すると、倒立顕微鏡の場合、近軸
的にも収差の点でも、鏡基の構成が困難になる。特に、
対物レンズの瞳位置の変動に対して瞳変調器の光軸方向
への位置を変動させない方が、位相板等のために必要と
されるスペースを小さくすることができるので、コンパ
クトに設計することができる。この場合の最適な瞳投影
倍率Ｂを満足する値の範囲は、 ０．３≦Ｂ≦０．８ ・・・・（４） である。

【００２８】対物レンズの倍率，開口数，瞳位置或いは
観察したい標本によって、最適な瞳変調器は異なる。こ
のような場合、瞳変調器は、メカで構成された２種類以
上の開口を入替えできるスライダやターレットによって
構成することが好ましい。更に、スライダやターレット
中の瞳変調器を入替え可能に構成すると、より種類の豊
富な変調器を使用することができるようになる。又、変
調コントラスト像は、位相差像とは異なり、像のコント
ラストの方向性を調整するために、変調器を回転させる
ことが必要になる。この場合、スライダやターレットの
ユニットを顕微鏡本体から取り外し可能に構成すること
によって、このユニット毎の交換が可能になる。これに
は、スライダ又はターレットで変調器の回転が可能な変
調コントラストユニットと、光軸に対し垂直方向の芯だ
しのみ可能な位相差用スライダ又はターレットの取付け
が可能になるという利点がある。

【００２９】更に、１次像を無限遠に投影するための第
１群と無限遠に投影された像を有限にするための第２群
とにより像リレーレンズを２群構成とした場合、この第
１群と第２群との間で鏡体と鏡筒とが取り外せる構成と
することで、観察専用鏡筒や写真撮影用鏡筒の取付けが
可能になり、瞳モジュレータで変調した後の像を写真装
置に導くことで写真撮影を可能にすることができる。
又、結像レンズ第１群を射出した光線をプリズムによっ
てステージ面に対し垂直方向に導くことができるように
構成すると、結像レンズ第２群を内蔵している正立顕微
鏡用のビノキュラを用いることができ、写真装置も同様
に正立顕微鏡用のものを用いることができる。

【００３０】更に、本発明の特徴は、位相差，変調コン
トラスト顕微鏡及びシュリーレン法等を用いるため、プ
ラスチック製の培養容器中の細胞を観察したい場合に
も、容器による偏光性能の劣化に影響を与えない。又、
広視野を照明できる照明系を用いると、位相差開口のリ
ングスリットの開口数が対物レンズの開口数より大きく
なるため、従来の位相差顕微鏡では不可能であった４倍
未満の低倍率の対物レンズでの暗視野観察が可能にな
る。更に、倒立顕微鏡の４倍未満の倍率の対物レンズで
暗視野観察を行うと、従来観察が困難であったマイクロ
ウェルプレート中の細胞を広範囲で観察できるようにな
る。

【００３１】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を説明
する。第一実施例 図４は、本実施例にかかる顕微鏡装置の構成を示す光軸
に沿う断面図である。本実施例の顕微鏡装置は、位相物
体観察用顕微鏡を最小の像反射回数で最適なアイポイン
トを設定できるようにしたものである。本実施例の装置
においては、図４に示すように、標本３１から射出さ
れ、対物レンズの胴付位置３２に取り付けられた図示し
ない対物レンズを透過した光は、無限遠に像をつくる。
この無限遠にリレーされた像は、結像レンズ３３に入射
する。そして、この結像レンズ３３を射出した光は、プ
リズム３４を透過し、反射ミラー３５で反射された後、
１次結像面３６で１次結像する。そして、この像は、瞳
リレーレンズ３７によってリレーされ、瞳変調器３８に
到達する。この瞳変調器３８が配置されている位置は、
前記対物レンズの瞳位置と共役な位置関係にある。瞳変
調器３８から射出された光は、像リレーレンズ３９の第
１群３９ａに入射する。像リレーレンズ３９は２群に構
成されており、第１群３９ａを射出した像は、無限遠に
リレーされ、第２群３９ｂに入射し、この第２群３９ｂ
の有するパワーによって収束光束となり、結像する。更
に、この結像位置近傍には、接眼レンズ４０が配設され
ている。

【００３２】像リレーレンズ３９の第１群３９ａと第２
群３９ｂとの間は、アフォーカル系であるため、第１群
３９ａと第２群３９ｂとの間隔を変えても、倍率が変わ
ることなくアイポイントの位置を変えることができる。
尚、前記対物レンズには各種無限遠設計のものが使用可
能である。前記結像レンズの焦点距離は１８０ｍｍであ
る。又、図中、Ａ及びＢで示した範囲は瞳変調器の配置
可能な位置の範囲を示している（以下説明する実施例に
おいても同様である）。

【００３３】又、標本３１の像を写真撮影する場合のた
めに、本実施例の顕微鏡装置は、結像レンズ３３による
像をプリズム３４により反射させて、写真レンズ４１に
導き、写真像面４２に像を形成できるように構成されて
いる。

【００３４】次に、本実施例の顕微鏡装置に用いられる
リレー光学系を図５に基づいて説明する。図示のよう
に、このリレー光学系は１次像をリレーするためのもの
であり、瞳リレーレンズ３７と像リレーレンズ３９とか
ら構成され、更に、瞳リレーレンズ３７と像リレーレン
ズ３９との間に出し入れ可能な瞳変調器３８を備えたタ
イプのものである。又、瞳リレーレンズ３７を２群に構
成したことにより、瞳の投影倍率を所望の値に設定で
き、且つ、瞳収差を充分に補正できるように構成してあ
る。特に、瞳リレーレンズ３７の第２群にメニスカスレ
ンズを採用したことで、充分な瞳収差の補正を可能にし
た。尚、Ｃは前述の１次結像面３６の配置位置，Ｄは前
述の接眼レンズ４０の手前に形成された実像の位置を夫
々示している。

【００３５】以下、本実施例にかかる顕微鏡装置のリレ
ー光学系のレンズ数値データを示す。 倍率＝１，開口数＝０．０４，像高＝１１， 瞳リレーレンズの焦点距離＝８７．０１７， 像リレーレンズ第１群の焦点距離＝１６６．５５８， 像リレーレンズ第２群の焦点距離＝１８０， 瞳投影倍率＝０．５６２６

【００３６】 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝17.7569 ｒ₂ ＝80.631 ｄ₂ ＝5.2 ｎ₂ ＝1.60311 ν₂ ＝60.7 ｒ₃ ＝-33.5740 ｄ₃ ＝2.7 ｎ₃ ＝1.80518 ν₃ ＝25.43 ｒ₄ ＝-86.478 ｄ₄ ＝7.5 ｒ₅ ＝20.316 ｄ₅ ＝7.11 ｎ₅ ＝1.744 ν₅ ＝44.73 ｒ₆ ＝130.487 ｄ₆ ＝2.97 ｎ₆ ＝1.741 ν₆ ＝52.68 ｒ₇ ＝14.935 ｄ₇ ＝107.09 ｒ₈ ＝-172.563 ｄ₈ ＝3.24 ｎ₈ ＝1.50847 ν₈ ＝60.83 ｒ₉ ＝38.325 ｄ₉ ＝5.72

【００３７】 ｒ₁₀＝51.848 ｄ₁₀＝7.51 ｎ₁₀＝1.456 ν₁₀＝90.31 ｒ₁₁＝-27.45 ｄ₁₁＝3.04 ｎ₁₁＝1.50847 ν₁₁＝60.83 ｒ₁₂＝-39.564 ｄ₁₂＝0.1631 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝35 ｒ₁₄＝54.9349 ｄ₁₄＝3 ｎ₁₄＝1.48749 ν₁₄＝70.2 ｒ₁₅＝278.88 ｄ₁₅＝0.3359 ｒ₁₆＝32.9209 ｄ₁₆＝6 ｎ₁₆＝1.72342 ν₁₆＝37.95 ｒ₁₇＝-90.9349 ｄ₁₇＝2.6 ｎ₁₇＝1.7185 ν₁₇＝33.52 ｒ₁₈＝25.9272

【００３８】図６は、図５に示したリレー光学系により
瞳を投影したときの球面収差図である。

【００３９】第二実施例 図７は、本実施例にかかる顕微鏡装置の構成を示す光軸
に沿う断面図である。本実施例の顕微鏡装置は、光路を
Ｕ字系に構成した例を示している。本実施例の装置は、
図７に示すように、標本３１から射出され、対物レンズ
の胴付位置３２に取り付けられた図示しない対物レンズ
を透過した光は、結像レンズ３３に入射し、収束作用を
受けて、結像レンズ３３を射出した光は、プリズム３４
を透過し、プリズム４３で反射された後、１次結像面３
６で１次結像する。そして、この像は、瞳リレーレンズ
４４によってリレーされ、プリズム４５により反射され
プリズム４６を透過した後、像リレーレンズ４７の第１
群４７ａに入射する。像リレーレンズ４７は第１群４７
ａと第２群４７ｂとの２群に構成されており、第１群４
７ａを射出した光は無限遠にリレーされ、第１群４７ａ
と第２群４７ｂとの間の前記対物レンズの瞳位置と共役
な位置に配置された瞳変調器４８に到達する。この瞳変
調器４８から射出された光は、像リレーレンズ４７の第
２群４７ｂに入射し、この第２群４７ｂが有するパワー
により収束光束となり、この光束は正立顕微鏡の光路を
倒立顕微鏡のアイポイントに導くためのプリズム４９及
び光路を左右に分割するプリズム５０を経て結像する。
更に、この結像位置には、接眼レンズ５１が配置されて
いる。像リレーレンズ４７の第１群４７ａと第２群４７
ｂとの間は、アフォーカル系であるため、第１群４７ａ
と第２群４７ｂとの間隔を変えても、倍率が変わること
なくアイポイントの位置を変えることができる。尚、前
記対物レンズには、各種無限遠設計のものを使用してい
る。

【００４０】又、標本３１の像を写真撮影する場合のた
めに、本実施例の顕微鏡装置は、結像レンズ３３による
像をプリズム３４により反射して、写真レンズ４１に導
き、プリズム４６を経て写真像面４２に像を形成できる
ように構成されている。

【００４１】次に、本実施例の顕微鏡装置に用いられる
リレー光学系を図８に基づいて説明する。図示のよう
に、このリレー光学系は１次像をリレーするためのもの
であり、瞳リレーレンズ４４と像リレーレンズ４７とか
ら構成され、像リレーレンズ４７の第１群４７ａと第２
群４７ｂとの間に瞳変調器４８を備えたタイプのもので
ある。 尚、Ｅは前述の１次結像面３６の配置位置，Ｆ
は前述の接眼レンズ５１の手前に形成された実像位置を
夫々示している。又、像リレーレンズ４７に凹レンズを
用いることにより、ペッツバール和を小さくすることが
できるため、像面湾曲を小さくでき、良好な像性能を得
ることが可能になる。

【００４２】以下、本実施例にかかる顕微鏡装置のリレ
ー光学系のレンズ数値データを示す。 倍率＝１，開口数＝０．０４，像高＝１１， 瞳リレーレンズの焦点距離＝１５９．３６１， 像リレーレンズ第１群の焦点距離＝１５８．２０５， 像リレーレンズ第２群の焦点距離＝１８０， 瞳投影倍率＝１

【００４３】 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝1.5 ｎ₁ ＝1.52287 ν₁ ＝59.89 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝20.9313 ｒ₃ ＝115.6537 ｄ₃ ＝5.2 ｎ₃ ＝1.60311 ν₃ ＝60.7 ｒ₄ ＝-40.875 ｄ₄ ＝2.7 ｎ₄ ＝1.80518 ν₄ ＝25.43 ｒ₅ ＝-132.1773 ｄ₅ ＝2.06 ｒ₆ ＝20.5389 ｄ₆ ＝7.11 ｎ₆ ＝1.744 ν₆ ＝44.73 ｒ₇ ＝-239.3961 ｄ₇ ＝2.97 ｎ₇ ＝1.741 ν₇ ＝52.68 ｒ₈ ＝15.3642 ｄ₈ ＝109.996 ｒ₉ ＝-379.9577 ｄ₉ ＝3.24 ｎ₉ ＝1.50847 ν₉ ＝60.83

【００４４】 ｒ₁₀＝38.1733 ｄ₁₀＝3.5841 ｒ₁₁＝44.4761 ｄ₁₁＝7.51 ｎ₁₁＝1.456 ν₁₁＝90.31 ｒ₁₂＝-34.2314 ｄ₁₂＝3.04 ｎ₁₂＝1.50847 ν₁₂＝60.83 ｒ₁₃＝-46.6517 ｄ₁₃＝65 ｒ₁₄＝54.9349 ｄ₁₄＝3 ｎ₁₄＝1.48749 ν₁₄＝70.2 ｒ₁₅＝278.88 ｄ₁₅＝0.3359 ｒ₁₆＝32.9209 ｄ₁₆＝6 ｎ₁₆＝1.72342 ν₁₆＝37.95 ｒ₁₇＝-90.9349 ｄ₁₇＝2.6 ｎ₁₇＝1.7185 ν₁₇＝33.52 ｒ₁₈＝25.9272

【００４５】図９は、図８に示したリレー光学系により
瞳を投影したときの球面収差図である。

【００４６】第三実施例 図１０は、本実施例にかかる顕微鏡装置の構成を示す光
軸に沿う断面図である。本実施例の装置は、正立顕微鏡
用のビノキュラプリズムとリレー光学系とを組合わせて
構成したものである。これに用いたビノキュラは光路を
４方向に分割するためのものである。図示のように、本
実施例の装置では、次のような３つの光路が形成されて
いる。その一つは、図示しない対物レンズによる実像又
はそのリレー像を無限遠にリレーされた像を、結像レン
ズ５２により収束した光線を光路分割プリズム５３によ
り２眼のビノキュラプリズム５４に導き、この光線の結
像位置に接眼レンズ５５を配置した観察用の双眼光路で
ある。二つ目は、前記光路分割プリズム５３を透過した
光線が光路分割プリズム５６を経て図示しないＴＶカメ
ラまたは写真装置へ導かれる第１の撮影用光路である。
そして、前記光路分割プリズム５６に反射された光線
が、瞳リレーレンズ３７によってリレーされ、瞳変調器
３８を経て、像リレーレンズ３９の第１群３９ａに入射
し無限遠にリレーされた後、この像リレーレンズ３９の
第１群３９ａと第２群３９ｂとの間に配置された反射プ
リズム６０により反射され、第２群３９ｂに入射し、こ
の第２群３９ｂの有するパワーによって収束光束とな
り、図示しないＴＶカメラ又は写真装置へ導かれる第２
の撮影用光路である。

【００４７】尚、本実施例におけるリレー光学系は第一
実施例に示した光学系（図５参照）とほぼ同様に構成さ
れている。又、図４に示される光学系の像リレーレンズ
３９の第１群３９ａから射出する光線上に図１１のプリ
ズムを用いると、このプリズムの上部に図１０の光学系
を用いることができる。そうすることで、より多くのＴ
Ｖカメラや写真装置を用いることができる。又、図７に
示されるような光学系にビノキュラとして用いることが
できる。但し、この場合、図７中のＩ部のビノキュラの
代わりに図１０に示した光学系を用いることになる。こ
のようにすると、更に多くのＴＶカメラや写真装置を用
いることができる。

【００４８】第四実施例 図１２は、本実施例にかかる顕微鏡装置の構成を示す光
軸に沿う断面図である。本実施例の装置は、正立，倒立
顕微鏡を問わず、顕微鏡本体に２つのＴＶカメラ又は写
真装置を接続するための２イメージ撮影光学系用リレー
光学系に関するものである。図のように、本実施例の装
置では、顕微鏡本体６１から伝送された像は、瞳リレー
レンズ３７によってリレーされ、瞳変調器３８を経て、
像リレーレンズ３９の第１群３９ａに入射し無限遠にリ
レーされた後、この像はリレーレンズ３９の第１群３９
ａと２つ設けられた第２群３９ｂとの間に配置されたハ
ーフミラー６２を透過し又は反射されて、２つの第２群
３９ｂに夫々入射し、第２群３９ｂの有するパワーによ
って収束光束となり、反射プリズム６３，６４を夫々経
た後、図示しないＴＶカメラ又は写真装置へ導かれるよ
うになっている。又、ハーフミラー６２をダイクロイッ
クミラーと交換すると、特定の波長を有する光線のみ選
択して像面に導くことができるようになる。又、本実施
例の装置は、ビノキュラ写真光路部或いは倒立顕微鏡の
サイドポートにも取付け可能に構成されている。

【００４９】尚、本発明は上記装置から瞳変調器を取り
除いて、リレー光学系のみで使用することも可能であ
る。又、上記実施例において、ｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・・は
各レンズ面の曲率半径、ｄ ₁ ，ｄ₂ ，・・・・は各レン
ズの肉厚又は間隔、ｎ₁ ，ｎ₂ ，・・・・は各レンズの
屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・・は各レンズのアッベ数で
ある。

【００５０】又、以上説明したように、本発明の顕微鏡
装置では、特許請求の範囲に加えて、以下に示すように
構成することも可能である。 （１）前記２群で構成された像リレーレンズの第１群と
第２群との間の光束が無限遠に投影されていることを特
徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の顕微鏡装置。 （２）対物レンズの胴付位置より標本方向に５ｍｍの位
置を対物レンズの瞳位置としたとき、リレー光学系の瞳
の投影倍率Ｂは以下に示す条件式を満足するようにした
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の顕微
鏡装置。 ０．４≦Ｂ≦１．１ （３）前記瞳変調器に対し標本側にあるレンズ群の最終
面から前記瞳変調器に対し像側にあるレンズ群の第１面
までの距離ＰＰが以下に示す条件式を満足するようにし
たことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の顕
微鏡装置。 ６．３≦ＰＰ （４）結像レンズの後群の焦点距離をＦとすると、この
結像レンズに入射する光束が無限遠光束の場合、瞳リレ
ーレンズの焦点距離ＦＢが以下に示す条件式を満足する
ようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに
記載の顕微鏡装置。 Ｆ／３．５≦ＦＢ≦Ｆ／１．１

【００５１】（５）前記対物レンズの胴付位置と１次結
像を行うための結像レンズの第１面との間隔ｄは、 ｄ≧５０ であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載
の顕微鏡装置。 （６）標本像を無限遠に投影する対物レンズが備えられ
ていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載
の顕微鏡装置。 （７）瞳位置に位相差，変調コントラスト又はシュリー
レン用の変調器を設けたことを特徴とする請求項１乃至
３の何れかに記載の顕微鏡装置。 （８）前記１次結像を行うための結像レンズの焦点距離
は以下の条件式を満足するようにしたことを特徴とする
請求項１乃至３の何れかに記載の顕微鏡装置。 １５０≦Ｆ≦２００ （９）前記瞳変調器を光軸方向又は光軸と垂直な方向に
微調整できるように構成したことを特徴とする請求項１
乃至３の何れかに記載の顕微鏡装置。

【００５２】

【発明の効果】上述のように、本発明の顕微鏡装置は、
様々な標本の観察及び撮像ができるという実用上優れた
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡装置における各光学系の相互位
置関係を示す透視斜視図である。

【図２】図１に示した装置を側面から見た透視図であ
る。

【図３】図１に示した装置を正面から見た透視図であ
る。

【図４】本発明の第一実施例にかかる顕微鏡装置の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図５】図４に示した顕微鏡装置に用いられるリレー光
学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。

【図６】図５に示したリレー光学系により瞳を投影した
ときの球面収差図である。

【図７】本発明の第二実施例にかかる顕微鏡装置の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図８】図７に示した顕微鏡装置に用いられるリレー光
学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。

【図９】図８に示したリレー光学系により瞳を投影した
ときの球面収差図である。

【図１０】本発明の第三実施例にかかる顕微鏡装置の構
成を示す光軸に沿う断面図である。

【図１１】図１０に示した装置に更に配置され得るプリ
ズムの構成図である。

【図１２】本発明の第四実施例にかかる顕微鏡装置の構
成を示す光軸に沿う断面図である。

【符号の説明】

３１ 標本 ３２ 対物レンズの胴付位置 ３３，５２ 結像レンズ ３４，４３，４５，４６，４９，５０，５３，５６，６
０ プリズム ３５ 反射ミラー ３６ １次結像位置 ３７，４４，５７ 瞳リレーレンズ ３８，４８，５８ 瞳変調器 ３９，４７，５９ 像リレーレンズ ４０，５１ 接眼レンズ ４１ 写真レンズ ４２ 写真像面 ５４ ビノキュラ ６１ 顕微鏡本体 ６２ ハーフミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像レンズ，瞳リレーレンズ及び像リレ
   ーレンズを有し、標本の１次像は該結像レンズと瞳リレ
   ーレンズとの間に形成され、又、対物レンズの瞳像は前
   記瞳リレーレンズと像リレーレンズとの間に投影され、
   更に、この投影された瞳像の位置に瞳変調器が配置され
   ていることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 結像レンズ，瞳リレーレンズ及び２群に
   構成された像リレーレンズを有し、標本の１次像は該結
   像レンズと瞳リレーレンズとの間に形成され、又、対物
   レンズの瞳像は前記像リレーレンズの第１群と第２群と
   の間に投影され、更に、この投影された瞳像の位置に瞳
   変調器が配置されていることを特徴とする顕微鏡装置。
3. 【請求項３】 対物レンズで結像した像を再度リレーす
   るリレー光学系を備えた顕微鏡において、少なくとも１
   枚の凸レンズを有する瞳リレーレンズと少なくとも１枚
   の凸レンズを有する像リレーレンズとを備え、前記瞳リ
   レーレンズの標本側の第１面には凸面が形成され、又、
   前記像リレーレンズを構成するレンズの少なくとも１面
   が凸面に形成されていることを特徴とする顕微鏡装置。