JPH09274137A - リレー変倍光学系および該光学系を備えた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変倍に伴う射出瞳位置の変化を小さく抑える
ことのできる、簡素な構成のリレー変倍光学系。 【解決手段】 一次像からの光を集光するための前方レ
ンズ群Ｇ０と、前方レンズ群Ｇ０からの光を受けて二次
像を変倍するための変倍レンズ系（Ｇ１〜Ｇ３）と、変
倍レンズ系からの光を集光して二次像を形成するための
後方レンズ群Ｇ４とを備えている。高倍端から低倍端へ
の変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２
との間隔および第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３と
の間隔が変化する。そして、第２レンズ群Ｇ２が所定の
条件式（１）および（２）を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリレー変倍光学系お
よび該光学系を備えた顕微鏡に関し、特に顕微鏡におい
て一次像からの光に基づいて二次像を形成するリレー変
倍光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡装置または顕微鏡を使用した検査
装置や測定装置などでは、対物レンズによる一次像から
の光がリレー光学系を介して接眼レンズの焦点面やテレ
ビカメラの撮像面などに二次像として再結像するものが
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば顕微鏡等の光学
系のリレー系を簡素な構成のもとでズームレンズ化しよ
うとすると、一次像と二次像との位置関係を崩すことな
く一定に保ちながら、リレー光学系の射出瞳と入射瞳と
の関係をほぼ一定に保つことが困難となる。つまり、一
次像と二次像との位置関係を一定に保ちながら像倍率を
変更するために、リレー光学系内のあるレンズを光軸方
向へ積極的に移動させると、このレンズの移動に伴って
光学系の射出瞳の位置が大きく変化する。このため、リ
レー光学系により形成される二次像を接眼レンズなどを
用いて拡大観察する場合、像倍率の変更に伴ってアイポ
イント位置が変化する。その結果、観察光の一部がケラ
レ（遮られ）て観察像の劣化を招いたり、像倍率を変更
する毎に目の位置をずらさなければならず、像の観察が
非常に煩雑になるという不都合があった。

【０００４】また、リレー光学系とそれにより形成され
る二次像との間に２つのダイクロイックミラー等を配置
することにより各波長毎の３つの二次像を形成し、各二
次像の位置にそれぞれ配置された３つの撮像素子を有す
る３管式ＴＶカメラを用いて画像検出する場合、リレー
光学系の射出瞳の変動により上記２つのダイクロイック
ミラーに入射する主光線の傾きまたはテレセントリシテ
ィが変化すると、上記２つのダイクロイックミラーの波
長分別特性が変化して、光電的に画像検出される像の周
辺部で色むらが発生するといった不都合があった。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、変倍に伴う射出瞳位置の変化を小さく抑える
ことのできる、簡素な構成のリレー変倍光学系および該
光学系を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、一次像からの光に基づいて
二次像を形成するリレー変倍光学系において、前記一次
像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レ
ンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変
倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記
二次像を形成するための後方レンズ群とを備え、前記変
倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有
する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群
と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、高倍端
から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記
第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第
３レンズ群との間隔が変化し、前記一次像の軸上物点か
らの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次
像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での
前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対
する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前
記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リ
レー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳
位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前
記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対す
る低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とすると
き、 −１＜β2L かつ β2H＜−１ １＜β'2L かつ β'2H ＜１ の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系を
提供する。

【０００７】第１発明の好ましい態様によれば、前記リ
レー変倍光学系の変倍比をＺとするとき、 −１．２５＜β2L・Ｚ^1/2 ＜−０．８ ０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ の条件を満足する。

【０００８】また、第２発明では、被観察物体からの光
を集光して前記被観察物体の一次像を形成するための対
物光学系と、該対物光学系により形成された前記一次像
からの光に基づいて二次像を形成するためのリレー変倍
光学系と、前記二次像を観察するための観察部とを備え
た顕微鏡において、前記リレー変倍光学系は、前記一次
像からの光を集光するための前方レンズ群と、該前方レ
ンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍するための変
倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光して前記
二次像を形成するための後方レンズ群とを有し、前記変
倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折力を有
する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群
と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、高倍端
から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記
第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と前記第
３レンズ群との間隔が変化し、前記一次像の軸上物点か
らの軸上光線が前記リレー変倍光学系を介して前記二次
像上に結像する時に、前記軸上光線に対する高倍端での
前記第２レンズ群の倍率をβ2Hとし、前記軸上光線に対
する低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2Lとし、前
記リレー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線が前記リ
レー変倍光学系を介して前記リレー変倍光学系の射出瞳
位置に結像する時に、前記主光線に対する高倍端での前
記第２レンズ群の倍率をβ'2H とし、前記主光線に対す
る低倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2L とすると
き、 −１＜β2L かつ β2H＜−１ １＜β'2L かつ β'2H ＜１ の条件を満足することを特徴とする顕微鏡を提供する。

【０００９】第２発明の好ましい態様によれば、前記観
察部は、前記二次像を拡大観察するための接眼光学系を
有する。あるいは、前記観察部は、前記二次像を画像検
出するための光電変換素子と、該光電変換素子からの出
力信号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像
表示系とを有する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のリレー変倍光学
系の基本構成を説明する図である。図１のリレー変倍光
学系は、たとえば顕微鏡の対物レンズにより形成された
一次像からの光に基づいて接眼レンズの焦点面に二次像
を形成するための光学系である。このリレー変倍光学系
は、一次像側から順に、正屈折力のコリメートレンズ群
Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第
２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正
屈折力の結像レンズ群Ｇ４とから構成されている。

【００１１】ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次
像からの光を集光するための前方レンズ群を構成してい
る。また、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３は、前
方レンズ群Ｇ０からの光を受けて二次像を変倍するため
の変倍レンズ系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ
１と第２レンズ群Ｇ２との間隔および第２レンズ群Ｇ２
と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化する。さらに、結像
レンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３からの光を集
光して二次像を形成するための後方レンズ群を構成して
いる。

【００１２】なお、図１において破線で示す光線は、リ
レー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍
光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像す
る様子を示している。換言すれば、破線で示す光線は、
主光線の結像関係によってリレー変倍光学系の瞳の共役
関係を示している。また、図１において実線で示す光線
は、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー変倍光学
系を介して二次像上に結像する様子を示している。換言
すれば、実線で示す光線は、一次像の軸上物点からの光
線の結像関係によってリレー変倍光学系の像の共役関係
を示している。

【００１３】以下、本発明において、一次像の軸上物点
からの軸上光線がリレー変倍光学系を介して二次像上に
結像する時の上記軸上光線に対する第２レンズ群Ｇ２の
倍率を、「第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率」と
いう。また、一次像の軸上物点からの軸上光線がリレー
変倍光学系を介して二次像上に結像する時の上記軸上光
線を、「像共役に関する光線」という。一方、リレー変
倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍光学系
を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時の
上記主光線に対する第２レンズ群Ｇ２の倍率を、「第２
レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率」という。また、リ
レー変倍光学系の入射瞳位置からの主光線がリレー変倍
光学系を介してリレー変倍光学系の射出瞳位置に結像す
る時の上記主光線を、「瞳共役に関する光線」という。

【００１４】上述のように、本発明の変倍レンズ系は、
一次像側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負
屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群
Ｇ３とを有するズームレンズである。正負正の３群構成
のズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の像共役におけ
る倍率を変化させることにより変倍を行う。したがっ
て、本発明のリレー変倍光学系を設計する上で、変倍に
伴う第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率の変化が重
要なファクターである。また、第２レンズ群Ｇ２の瞳共
役における倍率の変化が、瞳の共役関係の変倍に伴う変
化に最も影響を及ぼす。

【００１５】本発明では、以下の条件式（１）および
（２）を満足する。 −１＜β2L かつ β2H＜−１ （１） １＜β'2L かつ β'2H ＜１ （２） ここで、 β2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における
倍率 β2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の像共役における
倍率 β'2H ：高倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における
倍率 β'2L ：低倍端での第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における
倍率

【００１６】図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ
系における低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に
関する光線を示す図である。図２において、（ａ）の低
倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2Lは
−１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群
Ｇ２の像共役における倍率β2Mは−１であり、（ｃ）の
高倍端では第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β2H
は−１よりも小さい。すなわち、条件式（１）を満足す
ることは、第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率が−
１に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。

【００１７】条件式（１）は、小型で且つ低倍率を含む
リレー変倍光学系を実現するための条件を規定してい
る。条件式（１）において−１＜β2Lの条件を満足しな
い場合、リレー変倍光学系の倍率が高倍側にシフトして
しまい、低倍化が困難になる。一方、条件式（１）にお
いてβ2H＜−１の条件を満足しない場合、低倍化には有
利であるが、変倍レンズ群（第１レンズ群Ｇ１および第
３レンズ群Ｇ３）の変倍に伴う移動量が大きくなり、リ
レー変倍光学系が大型化してしまう。

【００１８】また、本発明では、β2M＝−１となるズー
ム配置を高倍端と低倍端との中間に位置させるために、
次の条件式（３）を満足することが望ましい。 −１．２５＜β2L・Ｚ^1/2 ＜−０．８ （３） ここで、 Ｚ：リレー変倍光学系の変倍比（ズーム比）

【００１９】図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ
系における低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に
関する光線を示す図である。図３において、（ａ）の低
倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L
は１よりも大きく、（ｂ）の中倍状態では第２レンズ群
Ｇ２の瞳共役における倍率β'2M は１であり、（ｃ）の
高倍端では第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2
H は１よりも小さい。すなわち、条件式（２）を満足す
ることは、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率が１
に等しくなる中倍状態が存在することに他ならない。

【００２０】条件式（２）は、変倍における瞳の共役関
係の変化を抑えるための条件を規定している。上述した
ように、瞳の共役関係に最も影響を及ぼすのが第２レン
ズ群Ｇ２である。したがって、第２レンズ群Ｇ２の瞳共
役における倍率が変倍領域の全体に亘って１の近傍にな
るように構成すれば、変倍における瞳の共役関係の変化
を少なくすることができる。

【００２１】条件式（２）において１＜β'2L の条件を
満足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍
率が変倍領域の全体に亘って１よりも小さくなるので、
変倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしま
う。一方、条件式（２）においてβ'2H ＜１の条件を満
足しない場合、第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率
が変倍領域の全体に亘って１よりも大きくなるので、変
倍における瞳の共役関係の変化が大きくなってしまう。

【００２２】また、本発明では、低倍端と高倍端とにお
いて第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率のバランス
をとるために、次の条件式（４）を満足することが望ま
しい。 ０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ （４） 条件式（４）を満足することによって、低倍端での第２
レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2L と高倍端での
第２レンズ群Ｇ２の瞳共役における倍率β'2Hとのバラ
ンスをとって、変倍における瞳の共役関係の変化をさら
に小さく抑えることができる。

【００２３】以下、本発明の実施例を、添付図面を参照
して説明する。図４は、本発明の第１実施例にかかるリ
レー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、
図４において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ
群Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態
を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図４
中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、
図４中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線
をそれぞれ示している。

【００２４】図４のリレー変倍光学系は、対物レンズな
どにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レ
ンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成
するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折
力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ
群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の
第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成され
ている。

【００２５】ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次
像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ
群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ
系を構成し、変倍に際して第１レンズ群Ｇ１および第３
レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レ
ンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍さ
れた平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図
４のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光
学系であって、その入射瞳位置は無限遠にある。

【００２６】次の表（１）に、第１実施例の諸元の値を
掲げる。表（１）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ
０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０
〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置
との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第
１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群
Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上
間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３
の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置
と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結
像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれ
ぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率
を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射
瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴ
Ｐは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）を
それぞれ表している。

【００２７】

【表１】 Ｆ０＝１００ Ｆ１＝ ６０ Ｆ２＝−２０ Ｆ３＝ ６０ Ｆ４＝１５０ Ｚ＝２ （低倍端） β＝−１ Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７ Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１ Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１１４ Ｄ５＝１５０ （中倍状態） β＝−１．５ Ｄ０＝１００ β2M ＝−１ Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５ Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００ Ｄ４＝１２０．６７ Ｄ５＝１５０ （高倍端） β＝−２ Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３ Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６ Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１２７．３４ Ｄ５＝１５０ （条件対応値） （３）β2L・Ｚ^1/2 ＝−０．９４３ （４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２

【００２８】表（１）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴ
Ｐが、低倍端では∞であり、中倍状態では７２００であ
り、高倍端では∞となっている。すなわち、第１実施例
では、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出瞳の位
置変化が非常に小さく抑えられていることがわかる。し
たがって、第１実施例のリレー変倍光学系をたとえば顕
微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化することが
できるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を目視観
察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑えるこ
とができるため、二次像の観察がし易くなる。

【００２９】図５は、本発明の第２実施例にかかるリレ
ー変倍光学系の構成を概略的に示す図である。なお、図
５において、（ａ）は低倍端を、（ｂ）は第２レンズ群
Ｇ２の像共役における倍率β2Mが−１になる中倍状態
を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ示している。また、図５
中の実線は一次像と二次像との像共役に関する光線を、
図５中の破線は入射瞳と射出瞳との瞳共役に関する光線
をそれぞれ示している。

【００３０】図５のリレー変倍光学系は、対物レンズな
どにより形成された一次像からの光に基づいて、接眼レ
ンズの焦点面やＴＶカメラの撮像面などに二次像を形成
するための光学系であって、一次像側から順に、正屈折
力のコリメートレンズ群Ｇ０と、正屈折力の第１レンズ
群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の
第３レンズ群Ｇ３と、結像レンズ群Ｇ４とから構成され
ている。

【００３１】ここで、コリメートレンズ群Ｇ０は、一次
像からの光線を平行光束に変換する。また、第１レンズ
群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３はアフォーカルな変倍レンズ
系を構成し、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２および第３
レンズ群Ｇ３が光軸に沿って移動する。さらに、結像レ
ンズ群Ｇ４は、変倍レンズ系Ｇ１〜Ｇ３を介して変倍さ
れた平行光束に基づいて、二次像を形成する。なお、図
５のリレー変倍光学系は物体側にテレセントリックな光
学系であって、入射瞳は無限遠にある。

【００３２】次の表（２）に、第２実施例の諸元の値を
掲げる。表（２）において、Ｆ０〜Ｆ４は、レンズ群Ｇ
０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄ０
〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群Ｇ０の主点位置
との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０の主点位置と第
１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間隔、第１レンズ群
Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の主点位置との軸上
間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と第３レンズ群Ｇ３
の主点位置との軸上間隔、第３レンズ群Ｇ３の主点位置
と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸上間隔、および結
像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像との軸上間隔をそれ
ぞれ表している。さらに、βはリレー変倍光学系の倍率
を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比を、ＥＮＴＰは入射
瞳距離（一次像から入射瞳までの軸上間隔）を、ＥＸＴ
Ｐは射出瞳距離（二次像から射出瞳までの軸上間隔）を
それぞれ表している。

【００３３】

【表２】 Ｆ０＝１００ Ｆ１＝ ６０ Ｆ２＝−２０ Ｆ３＝ ６０ Ｆ４＝１７５ Ｚ＝３ （低倍端） β＝−１ Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．５７１ Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．７４ Ｄ２＝ ５ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２８．５７ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１５６ Ｄ５＝１７５ （中倍状態） β＝−１．７３ Ｄ０＝１００ β2M ＝−１ Ｄ１＝ ８３ β'2M ＝ ０．７６１ Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝１９００ Ｄ４＝１４９．５７ Ｄ５＝１７５ （高倍端） β＝−３ Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．７１ Ｄ１＝ ８３ β'2H ＝ ０．５７６ Ｄ２＝ ２８．３３ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ５．７１ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１５５．５２ Ｄ５＝１７５ （条件対応値） （３）β2L・Ｚ^1/2 ＝−０．９８９ （４）β'2L ・β'2H ＝１．００２

【００３４】表（２）を参照すると、射出瞳距離ＥＸＴ
Ｐが、低倍端では∞であり、中倍状態では１９００であ
り、高倍端では∞となっている。すなわち、第２実施例
においても、無限遠の入射瞳に対して、変倍に伴う射出
瞳の位置変化が非常に小さく抑えられていることがわか
る。したがって、第２実施例のリレー変倍光学系をたと
えば顕微鏡に適用すると、顕微鏡の光学系を小型化する
ことができるだけでなく、接眼光学系を介して二次像を
目視観察するときのアイポイント位置の変動を小さく抑
えることができるため、二次像の観察がし易くなる。

【００３５】図６は、本発明の第３実施例にかかる顕微
鏡の構成を概略的に示す図である。第３実施例の顕微鏡
は、第１実施例のリレー変倍光学系を備えた目視観察型
の顕微鏡である。なお、図６において、（ａ）は低倍端
を、（ｂ）は第２レンズ群Ｇ２の像共役における倍率β
2Mが−１になる中倍状態を、（ｃ）は高倍端をそれぞれ
示している。また、図６中の実線は一次像と二次像との
像共役に関する光線を、図６中の破線は入射瞳と射出瞳
との瞳共役に関する光線をそれぞれ示している。

【００３６】図６の顕微鏡は、被観察物体である標本１
を落射照明するための落射照明系ＩＳを備えている。落
射照明系ＩＳから射出された照明光は、ハーフミラーＨ
Ｍで反射された後、第１対物レンズＧobを介して標本１
を落射照明する。第１対物レンズＧobの物体側（標本
側）焦点面に位置決めされた標本１からの反射光は、第
１対物レンズＧobを介して平行光束となり、第１対物レ
ンズＧobの像側（ハーフミラー側）焦点面に位置決めさ
れた開口絞り２を介して、ハーフミラーＨＭに入射す
る。ハーフミラーＨＭを透過した光は、第２対物レンズ
Ｇｔで集光され、ミラーＭ１で反射された後、標本１の
一次像を形成する。

【００３７】このように、第１対物レンズＧobおよび第
２対物レンズＧｔは、被観察物体である標本１からの光
を集光してその一次像を形成するための対物光学系を構
成している。そして、開口絞り２の位置は、第１対物レ
ンズＧobの射出瞳位置であり、リレー変倍光学系と第２
対物レンズとの合成系（Ｇｔ、Ｇ０〜Ｇ４）の入射瞳位
置である。一次像からの光は、リレー変倍光学系（Ｇ０
〜Ｇ４）で集光され、ミラーＭ２で反射された後、標本
１の二次像を形成する。二次像からの光は、接眼レンズ
Ｇｅを介して平行光束となり、観察者のアイポイントＥ
Ｐに達する。こうして、観察者は、接眼レンズＧｅを介
して、標本１の二次像を拡大観察することができる。

【００３８】次の表（３）に、第３実施例の諸元の値を
掲げる。表（３）において、Ｆob、ＦｔおよびＦｅは、
第１対物レンズＧob、第２対物レンズＧｔおよび接眼レ
ンズＧｅの焦点距離をそれぞれ表している。また、Ｄob
は標本１と第１対物レンズＧobの主点位置との軸上間隔
を、Ｄotは第１対物レンズＧobの主点位置と第２対物レ
ンズＧｔの主点位置との軸上間隔を、Ｄｔは第２対物レ
ンズＧｔの主点位置と一次像との軸上間隔を、Ｄ６は二
次像と接眼レンズＧｅの主点位置との軸上間隔を、Ｄｅ
は接眼レンズＧｅの主点位置とアイポイントＥＰとの軸
上間隔をそれぞれ表している。

【００３９】なお、第１実施例と同様に、Ｆ０〜Ｆ４
は、レンズ群Ｇ０〜Ｇ４の焦点距離をそれぞれ表してい
る。また、Ｄ０〜Ｄ５は、一次像とコリメートレンズ群
Ｇ０の主点位置との軸上間隔、コリメートレンズ群Ｇ０
の主点位置と第１レンズ群Ｇ１の主点位置との軸上間
隔、第１レンズ群Ｇ１の主点位置と第２レンズ群Ｇ２の
主点位置との軸上間隔、第２レンズ群Ｇ２の主点位置と
第３レンズ群Ｇ３の主点位置との軸上間隔、第３レンズ
群Ｇ３の主点位置と結像レンズ群Ｇ４の主点位置との軸
上間隔、および結像レンズ群Ｇ４の主点位置と二次像と
の軸上間隔をそれぞれ表している。さらに、βはリレー
変倍光学系の倍率を、Ｚはリレー変倍光学系の変倍比
を、ＥＮＴＰは入射瞳距離（一次像から入射瞳までの軸
上間隔）を、ＥＸＴＰは射出瞳距離（二次像から射出瞳
までの軸上間隔）をそれぞれ表している。

【００４０】

【表３】 Ｆob＝１００ Ｆｔ＝１０ Ｆｅ＝２５ Ｄob＝１０ Ｄot＝１１０ Ｄｔ＝１００ Ｄ６＝２５ Ｆ０＝１００ Ｆ１＝ ６０ Ｆ２＝−２０ Ｆ３＝ ６０ Ｆ４＝１５０ Ｚ＝２ （低倍端） β＝−１ Ｄ０＝１００ β2L ＝−０．６６７ Ｄ１＝ ８３ β'2L ＝ １．２１ Ｄ２＝ １０ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２６．６７ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１１４ Ｄｅ＝２５ Ｄ５＝１５０ （中倍状態） β＝−１．５ Ｄ０＝１００ β2M ＝−１ Ｄ１＝ ７３ β'2M ＝ ０．９４５ Ｄ２＝ ２０ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ ２０ ＥＸＴＰ＝７２００ Ｄ４＝１２０．６７ Ｄｅ＝２４．９ Ｄ５＝１５０ （高倍端） β＝−２ Ｄ０＝１００ β2H ＝−１．３３ Ｄ１＝ ６８ β'2H ＝ ０．８３６ Ｄ２＝ ２５ ＥＮＴＰ＝∞ Ｄ３＝ １３．３３ ＥＸＴＰ＝∞ Ｄ４＝１２７．３４ Ｄｅ＝２５ Ｄ５＝１５０ （条件対応値） （３）β2L・Ｚ^1/2 ＝−０．９４３ （４）β'2L ・β'2H ＝１．０１２

【００４１】表（３）を参照すると、接眼レンズＧｅの
主点位置からアイポイントＥＰまでの距離Ｄｅが、低倍
端では２５であり、中倍状態では２４．９であり、高倍
端では２５となっている。すなわち、第３実施例の顕微
鏡では、変倍に際してアイポイントの位置がほとんど変
化することがないので、接眼レンズを介した二次像の目
視観察がし易くなり、作業効率が向上する。

【００４２】図７は、第３実施例の第１変形例の構成を
概略的に示す図である。第１変形例は第３実施例と類似
の構成を有するが、第１変形例では接眼レンズによる目
視観察に加えて画像表示による画像観察が可能である点
が第３実施例と相違する。すなわち、第１変形例では、
目視観察と画像観察とが可能な顕微鏡に第１実施例のリ
レー変倍光学系を適用している。図７では、第３実施例
の構成要素と同じ機能を有する要素に図６と同じ参照符
号を付している。以下、第３実施例との相違に着目して
第１変形例を説明する。

【００４３】図７の第１変形例では、リレー変倍光学系
（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、ハーフミラーＨＭ２に入
射する。ハーフミラーＨＭ２で反射された光は、接眼レ
ンズＧｅの前側焦点面に標本１の二次像を形成する。一
方、ハーフミラーＨＭ２を透過した光は、検出器Ｄのよ
うな光電変換素子の検出面に標本１の二次像を形成す
る。二次像を画像検出した検出器Ｄの出力は、ＣＲＴの
ような画像表示装置３に供給される。こうして、画像表
示装置３は、検出器Ｄからの出力信号に基づいて標本１
の二次像を画像表示する。このように、第１変形例で
は、観察者は、接眼レンズＧｅを介して標本１の二次像
を目視観察するとともに、画像表示装置３を介して標本
１の二次像を画像観察することができる。

【００４４】図８は、第３実施例の第２変形例の構成を
概略的に示す図である。第２変形例は第３実施例と類似
の構成を有するが、第２変形例では２つのダイクロイッ
クミラーの作用によって３つの色の二次像を形成し、こ
れら３つの色の二次像を合成してカラー画像として表示
している点が第３実施例と相違する。すなわち、第２変
形例では、３管式ＴＶカメラによる画像観察が可能な顕
微鏡に第１実施例のリレー変倍光学系を適用している。
図８では、第３実施例の構成要素と同じ機能を有する要
素に図６と同じ参照符号を付している。以下、第３実施
例との相違に着目して第２変形例を説明する。

【００４５】図８の第２変形例では、リレー変倍光学系
（Ｇ０〜Ｇ４）を介した光が、第１ダイクロイックミラ
ーＤＭ１に入射する。第１ダイクロイックミラーＤＭ１
は、たとえばＲ（赤色）の光を反射しその他の光を透過
させる特性を有する。したがって、第１ダイクロイック
ミラーＤＭ１で反射された光は、撮像素子Ｄ１の撮像面
に赤色の二次像を形成する。第１ダイクロイックミラー
ＤＭ１を透過した光は、第２ダイクロイックミラーＤＭ
２に入射する。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、た
とえばＢ（青色）の光を反射しＧ（緑色）の光を透過さ
せる特性を有する。したがって、第２ダイクロイックミ
ラーＤＭ２で反射された光は、撮像素子Ｄ３の撮像面に
青色の二次像を形成する。一方、第２ダイクロイックミ
ラーＤＭ２を透過した光は、撮像素子Ｄ２の撮像面に緑
色の二次像を形成する。

【００４６】三色の二次像をそれぞれ光電的に画像検出
した三色の撮像素子Ｄ１〜Ｄ３の出力は、ＣＲＴのよう
な画像表示装置３に供給される。こうして、画像表示装
置３は、撮像素子Ｄ１〜Ｄ３からの出力信号に基づいて
標本１の二次像をカラー画像として表示する。このよう
に、第２変形例の顕微鏡では、３管式ＴＶカメラにより
標本１の二次像をカラーで画像観察することができる。
ここで、変倍に際してリレー変倍光学系の射出瞳がほと
んど変動しないので、２つのダイクロイックミラーＤＭ
１およびＤＭ２に入射する主光線の傾きまたはテレセン
トリシティがほとんど変化することがない。したがっ
て、第２変形例の顕微鏡では、光電的に画像検出される
像の周辺部で色むらが発生することなく良好なカラー画
像を得ることができる。

【００４７】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、簡素な
構成にもかかわらず、一次像と二次像との位置関係を崩
すことなく、変倍に伴うリレー変倍光学系の射出瞳の位
置の変化を比較的小さく抑えることが可能となる。した
がって、本発明のリレー変倍光学系を顕微鏡に適用する
場合、顕微鏡の光学系を小型化することができる。さら
に、例えば接眼光学系を介して二次像を目視観察すると
きのアイポイント位置の変動を小さく抑えることができ
るため、二次像の観察がし易くなり、顕微鏡等を用いた
作業の効率を向上させることができる。また、３管式Ｔ
Ｖカメラ等を用いてリレー変倍光学系により構成される
二次像を画像検出する場合、光電的に画像検出される像
の周辺部で色むらが発生することなく良好な画像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリレー変倍光学系の基本構成を説明す
る図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系におけ
る低倍端、中倍状態および高倍端での像共役に関する光
線を示す図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の変倍レンズ系におけ
る低倍端、中倍状態および高倍端での瞳共役に関する光
線を示す図である。

【図４】本発明の第１実施例にかかるリレー変倍光学系
の構成を概略的に示す図である。

【図５】本発明の第２実施例にかかるリレー変倍光学系
の構成を概略的に示す図である。

【図６】本発明の第３実施例にかかる顕微鏡の構成を概
略的に示す図である。

【図７】第３実施例の第１変形例の構成を概略的に示す
図である。

【図８】第３実施例の第２変形例の構成を概略的に示す
図である。

【符号の説明】

Ｇ０ コリメートレンズ群 Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群 Ｇ３ 第３レンズ群 Ｇ４ 結像レンズ群 Ｇob 第１対物レンズ Ｇｔ 第２対物レンズ Ｇｅ 接眼レンズ ＥＰ アイポイント ＩＳ 落射照明系 １ 標本 ２ 開口絞り ３ 画像表示装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次像からの光に基づいて二次像を形成
   するリレー変倍光学系において、 前記一次像からの光を集光するための前方レンズ群と、
   該前方レンズ群からの光を受けて前記二次像を変倍する
   ための変倍レンズ系と、該変倍レンズ系からの光を集光
   して前記二次像を形成するための後方レンズ群とを備
   え、 前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折
   力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レ
   ンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、 高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群
   と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と
   前記第３レンズ群との間隔が変化し、 前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍
   光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上
   光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2H
   とし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ
   群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位
   置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リ
   レー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光
   線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H
   とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群
   の倍率をβ'2L とするとき、 −１＜β2L かつ β2H＜−１ １＜β'2L かつ β'2H ＜１ の条件を満足することを特徴とするリレー変倍光学系。
2. 【請求項２】 前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとす
   るとき、 −１．２５＜β2L・Ｚ^1/2 ＜−０．８ ０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のリ
   レー変倍光学系。
3. 【請求項３】 前記リレー変倍光学系の変倍に際して、
   前記第１レンズ群、前記第２レンズ群および前記第３レ
   ンズ群のうちの少なくとも２つのレンズ群が光軸に沿っ
   て移動することを特徴とする請求項１または２に記載の
   リレー変倍光学系。
4. 【請求項４】 被観察物体からの光を集光して前記被観
   察物体の一次像を形成するための対物光学系と、該対物
   光学系により形成された前記一次像からの光に基づいて
   二次像を形成するためのリレー変倍光学系と、前記二次
   像を観察するための観察部とを備えた顕微鏡において、 前記リレー変倍光学系は、前記一次像からの光を集光す
   るための前方レンズ群と、該前方レンズ群からの光を受
   けて前記二次像を変倍するための変倍レンズ系と、該変
   倍レンズ系からの光を集光して前記二次像を形成するた
   めの後方レンズ群とを有し、 前記変倍レンズ系は、前記一次像側から順に、正の屈折
   力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レ
   ンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、 高倍端から低倍端への変倍に際して、前記第１レンズ群
   と前記第２レンズ群との間隔および前記第２レンズ群と
   前記第３レンズ群との間隔が変化し、 前記一次像の軸上物点からの軸上光線が前記リレー変倍
   光学系を介して前記二次像上に結像する時に、前記軸上
   光線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ2H
   とし、前記軸上光線に対する低倍端での前記第２レンズ
   群の倍率をβ2Lとし、前記リレー変倍光学系の入射瞳位
   置からの主光線が前記リレー変倍光学系を介して前記リ
   レー変倍光学系の射出瞳位置に結像する時に、前記主光
   線に対する高倍端での前記第２レンズ群の倍率をβ'2H
   とし、前記主光線に対する低倍端での前記第２レンズ群
   の倍率をβ'2L とするとき、 −１＜β2L かつ β2H＜−１ １＜β'2L かつ β'2H ＜１ の条件を満足することを特徴とする顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記観察部は、前記二次像を拡大観察す
   るための接眼光学系を有することを特徴とする請求項４
   に記載の顕微鏡。
6. 【請求項６】 前記観察部は、前記二次像を画像検出す
   るための光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信
   号に基づいて前記二次像を画像表示するための画像表示
   系とを有することを特徴とする請求項４に記載の顕微
   鏡。
7. 【請求項７】 前記リレー変倍光学系の変倍比をＺとす
   るとき、 −１．２５＜β2L・Ｚ^1/2 ＜−０．８ ０．８＜β'2L ・β'2H ＜１．２５ の条件を満足することを特徴とする請求項４乃至６のい
   ずれか１項に記載の顕微鏡。
8. 【請求項８】 前記リレー変倍光学系の変倍に際して、
   前記第１レンズ群、前記第２レンズ群および前記第３レ
   ンズ群のうちの少なくとも２つのレンズ群が光軸に沿っ
   て移動することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか
   １項に記載の顕微鏡。