JPH1195099A - 実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ系 - Google Patents
実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ系Info
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- JPH1195099A JPH1195099A JP9273317A JP27331797A JPH1195099A JP H1195099 A JPH1195099 A JP H1195099A JP 9273317 A JP9273317 A JP 9273317A JP 27331797 A JP27331797 A JP 27331797A JP H1195099 A JPH1195099 A JP H1195099A
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- G02B15/144105—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-+-
Abstract
特にズーム高倍側での色収差を良好に補正し、かつ環境
の温度変化にても同焦ずれがないようにする。 【解決手段】 正、負、正、負の4群ズームで、負の
第2レンズ群を第1レンズ群と第2レンズ群の間および
第2レンズ群と第3レンズ群の間又正の第3レンズ群を
第2レンズ群と第3レンズ群の間および第3レンズ群と
第4レンズ群の間の空気間隔を変化させ変倍を行ない、
第3レンズ群と第1レンズ群の焦点距離の比が条件
(1)を満足するようにした。 (1) 0.6f1<f3<0.7f1
Description
ズームレンズ系で、高変倍比で良好な光学性能を有する
アフォーカルズームレンズ系に関するものである。
非常に長い作動距離を有し、更に立体的な観察を可能に
することを特徴とし、これを利用して様々な標本の観察
に使用される。
て、高いズーム比を持つ実体顕微鏡が必要とされてい
る。つまり、電子回路部品の組立や形状観察、又は写真
による記録、あるいは生物学での分野での培養細胞や卵
の選別や形態の観察および写真撮影などのために高いズ
ーム比を有ししかもズーム全域で優れた収差性能をもつ
実体顕微鏡が有効である。
呼ばれるタイプがあり、高いズーム比を持つ実体顕微鏡
としてはガリレオ型が適している。このガリレオ型実体
顕微鏡は、図31に示すように物体1の側から順に、対
物レンズ2とアフォーカルズームレンズ3と、結像レン
ズ4と接眼レンズ6とにて構成されている。図31から
明らかなように、このガリレオ型実体顕微鏡は、アフォ
ーカルズームレンズ3以降の光学系が対物レンズ2の光
軸に平行でかつ偏芯して配置されている。又、左右の眼
に対応したアフォーカルズームレンズ3の光軸X1 、X
2 は、逆に物体方向に向けて対物レンズを通って物体面
1で一致するように構成されている。この時の左右の眼
に対応する二つの光軸X1 、X2 のなす角θは内向角と
呼ばれている。
学系をアフォーカルズームレンズにすれば、対物レンズ
の変換により倍率を切り替えることが出来、又ズームレ
ン系と結像レンズとの間に照明光学系等のユニットを組
み込むことが可能であり、様々な観察に対応できる。
すように、物体側から順に、対物レンズ2と、ズームレ
ンズ3と、接眼レンズ6とにて構成されている。この実
体顕微鏡は、ガリレオ型実体顕微鏡と異なり、左右のズ
ームレンズの光軸X1 、X 2 が角度をもって配置されて
いる。このグリノー型は、ガリレオ型に比べて安価で小
型化し得る利点を有するものの、システム化の点では劣
っている。
ームレンズを備えた実体顕微鏡として、特公昭55−4
1402号、特公昭55−40849号、特公昭53−
9094号、特公昭51−13663号の各公報に記載
された光学系が知られている。しかしこれら従来例は、
ズーム比が十分ではない。
4号公報に記載された光学系がある。この従来例は、ア
フォーカルズームレンズのズーム比が8.5で、前記の
他の従来例に比べて高いが高倍側で色収差が十分良好に
補正されておらず近年の実体顕微鏡に対する要求に応え
得るものではない。
場合、同焦ずれが発生する。この場合、対物レンズと物
体との作動距離を変化させて補償する。図30において
(A)は常温の場合の実体顕微鏡の概念図、(B)は常
温より高い温度の場合の実体顕微鏡の概念図である。
は、左右眼の光軸X1 、X2 が対物レンズ2を通って物
体面1で一致する。しかし(B)のように温度変化があ
った場合、前述のように同焦ずれを補償するために作動
距離を変化させると、左右眼のアフォーカルズームレン
ズの光軸中心が物体面において図30の(B)の6、7
になるので左右眼の光軸の中心は、物体面では一致しな
くなる。したがって左右の観察像は、対物レンズの光軸
に対し偏芯されて配置されているアフォーカルズームレ
ンズと同じ方向にシフトする。このように左右方向にシ
フトした観察像から、微細な構造の物体を立体的に観察
するとき、左右の観察像を融像して立体視することが困
難になる。これはガリレオ型顕微鏡だけでなく、グリノ
ー型の実体顕微鏡でも同様である。
顕微鏡を使用すれば、上述の環境変化による同焦ずれ等
の問題は生じない。この温度変化による同焦ずれは、硝
材の屈折率変化、線膨張、レンズ保持枠の変形による。
又この現象は、カメラにおいても同様に発生し、そのた
め、温度変化による同焦ずれを抑える手段が種々提案さ
れている。カメラレンズの場合、単に同焦ずれを補償す
るためのレンズ群の繰り出しやその他の手段により物体
と像面が共役な関係になるようにすればよく、像の中心
がシフトする現象は生じない。また通常の顕微鏡も、環
境の温度変化によって標本と対物レンズ間の作動距離を
変化させることにより補償でき、カメラのレンズと同様
に像の中心がシフトする現象はおこらない。
る左右眼の観察像のシフトは、偏芯光学系である実体顕
微鏡特有の現象であり、このシフト量が大きい場合に
は、微細構造の立体視ができなくなり実体顕微鏡の特徴
である立体観のある観察が出来なくなるという欠点が生
ずる。
は、実体顕微鏡の光学系中で、アフォーカルズームレン
ズ系が最も発生が大であり、しかもレンズ系の倍率が高
い程大きい。つまり倍率が大きくなると、環境の動的な
変化があった場合、同焦ずれ量が大になり、その量に比
例して左右眼の光軸中心のシフト量が大になり、高倍率
での立体的な観察に適さなくなる。ズーム倍率が高い場
合、温度が20℃から±約20℃変化しても同焦ずれに
よる左右眼の観察像のシフトがおこり、例えば約40℃
環境下の恒温槽での培養細胞や卵の観察や、気温が約4
0℃や氷点下での観察には適さない。
硝材による屈折率の変化量は様々であり、色収差を良好
に補正し得る異常分散性をもつ硝材の場合、通常の硝材
に比べて屈折率の温度係数は大きい。例えば株式会社オ
ハラ製のS−FPL51では符号が負である。したがっ
て異常分散性をもつガラスを使用したレンズ系の温度変
化による同焦ずれ量は、通常の硝材に比べて非常に大き
くなる。そのため色収差特に2次スペクトルを良好に補
正したアフォーカルズームレンズ系の場合、高いズーム
比で色収差を良好に補正したレンズ系を実現し得るが、
環境の動的変化である温度変化がある場合、同焦ずれが
大きく発生し、前述の左右眼の観察像のシフトにより立
体的な微細構造の観察には適さないという問題がある。
つまり静的な性能である高いズーム比や良好な収差性能
と、動的な環境の温度変化という動的な性能の二つの性
能を維持することができない。
ルズームレンズ系のズーム比を高くし、ズーム全域での
諸収差を良好に補正し、特にズーム高倍側での色収差を
良好に補正し、かつ動的な環境の温度変化にも同焦ずれ
がないようにし、左右眼の観察像のシフト量を低減して
環境の温度変化があっても微細構造を立体的に観察し得
る実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ系を提供する
ものである。
フォーカルズームレンズは、物体側より順に、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、負の屈折力を
持つ第4レンズ群で構成され、第1レンズ群と第4レン
ズ群は固定され、第2レンズ群と第3レンズ群は、第2
レンズ群が第1レンズ群と第2レンズ群の空気間隔およ
び第2レンズ群と第3レンズ群の空気間隔を夫々変化さ
せるように移動し又第3レンズ群が第2レンズ群と第3
レンズ群の間の空気間隔および第3レンズ群と第4レン
ズ群の間の空気間隔を夫々変化させるように移動して変
倍を行なうレンズ系で、下記条件(1)を満足すること
を特徴としている。 (1) 0.6f1 <f3 <0.7f1 ただし、f1 、f3 は夫々第1レンズ群および第3レン
ズ群の焦点距離である。
の第3レンズ群と第1レンズ群の焦点距離の比率を条件
(1)の範囲内に設定することによってズーム比を高く
でき、広い倍率の範囲で収差を良好に補正できる構成に
なりかつ低倍側および高倍側において各レンズ群が互い
に干渉しない空気間隔を設定できる。
6f1 を下回ると高倍側で第2レンズ群と第3レンズ群
が又低倍側で第3レンズ群と第4レンズ群が干渉し、ズ
ーム比を大きくすることができなくなる。そのため第2
レンズ群と第4レンズ群のパワーを強くしなければなら
ずその結果ズーム全域での収差変動量が大になり収差補
正が困難になる。
1 を超えると、第3レンズ群が第2レンズ群と第4レン
ズ群と夫々干渉しにくくなりズーム比を大きくすること
ができる。しかし第3レンズ群のパワーが弱くなるの
で、高いズーム比を維持するためには第3レンズ群の移
動量が大きくなって収差の変動量が大になりしかも全長
が長くなって低倍側の周辺光量が不足しやすい。
に第1レンズ群と第3レンズ群の焦点距離の比率を設定
することによりアフォーカルズームレンズの基本的構成
を設定し、更に第1レンズ群と第2レンズ群の焦点距離
の比率を下記条件(2)のように設定することが望まし
い。 (2) −0.35f1 <f2 <−0.25f1 ただし、f2 は第2レンズ群の焦点距離である。
5f1 を超えると低倍側で第1レンズ群と第2レンズ群
が干渉するようになり低倍率を得ることが困難になる。
そのため高いズーム比を維持するためには高倍側へシフ
トさせねばならず、その結果第2レンズ群と第3レンズ
群とが干渉するようになる。この干渉をさけるために第
3レンズ群のパワーを弱くしなければならず、第3レン
ズ群の移動量が大になり収差変動量が大になる。また、
ズームレンズの全長が長くなるため低倍側での光量が不
足しやすくなる。
を超えると、第1レンズ群と第2レンズ群および第3レ
ンズ群が干渉しにくくなりズーム比を高くできる。しか
し第2レンズ群のパワーが強くなり、第2レンズ群で発
生する収差が大きくなるのでズーム全域での収差補正が
困難になる。
おいて第4レンズ群が下記条件(3)を満足することが
望ましい。 (3) −1.1f1 <f4 <−0.9f1 ただし、f4 は第4レンズ群の焦点距離である。
1.1f1 を下回ると第3レンズ群と第4レンズ群が低
倍側で干渉しやすくなり、ズーム比を高くすることがで
きない。これをさけるためには第3レンズ群のパワーを
弱くしなければならず、そのため第3レンズ群の移動量
が大になり収差変動が大になる。またズームレンズ系の
全長も長くなり、低倍側で周辺光量が不足する。又条件
(3)においてf4 が上限の−0.9f1 を超えると、
第3レンズ群と第4レンズ群の干渉がなくなりズーム比
を高くできるが、第4レンズ群のパワーが強くなりズー
ム全域で収差が悪化するおそれがある。
ムレンズは、前述のレンズ構成のレンズ系で条件(1)
を満足することを特徴とするものであるが、これに加え
て条件(2)又は条件(3)、あるいは条件(2)、
(3)の両方を満足するようにすれば、更に良好なレン
ズ系になし得る。
レンズにおいて、第1レンズ群を正レンズと負レンズを
接合した接合レンズを少なくとも一つ含む構成とし、第
2レンズ群を正レンズと負レンズを接合した少なくとも
一つの負の接合レンズを含む構成とし、第3レンズ群を
正レンズと負レンズを接合した接合レンズを少なくとも
一つ含む構成とし、第4レンズ群を正レンズと負レンズ
を接合した負の接合レンズを少なくとも一つ含む構成に
することが望ましい。
ズを含む構成にすることが望ましい。又第1レンズ群の
接合レンズが次の条件(4)を満足するようにすれば一
層好ましい。 (4) 15<ν1p−ν1n ただし、ν1pは第1レンズ群に用いられる接合レンズの
正レンズのアッベ数、ν1nは第1レンズ群に用いられる
接合レンズの負レンズのアッベ数である。
含む構成にすることにより、ズーム全域での色収差を良
好に補正し得る。又、第1レンズ群中の接合レンズのア
ッベ数を、前記条件(4)に定める範囲内に選定するこ
とにより、レンズ系のズーム比を大きくしながら低倍側
から高倍側にわたった広い倍率範囲で収差を良好に補正
でき、それによりコントラストの良好な観察像が得られ
る。
高倍率での軸上色収差と色の球面収差が悪化する。これ
を他のレンズ群のアッベ数にて補正しようとすると低倍
側での色収差が悪化し好ましくない。また第1レンズ群
の接合レンズのベンデイングにより上記収差を補正しよ
うとすると近軸の色収差は補正できるが高倍側での色の
球面収差が悪化するため好ましくない。
ければ色収差を良好に補正し得るので好ましい。この接
合レンズが下記条件(5)を満足すればより望ましい。 (5) 15<ν2n−ν2p ただしν2p、ν2nは夫々第2レンズ群の接合レンズの正
レンズおよび負レンズのアッベ数である。
側から中間倍率付近までの軸上色収差が悪化する。これ
を他のレンズ群のアッベ数により補正しようとするとズ
ーム中間倍率付近から低倍側にかけての倍率の色収差が
悪化し好ましくない。またレンズによるベンデイングで
補正しようとすると、高倍側と低倍側での色収差が悪化
するため好ましくない。
ば色収差を良好に補正し得るので好ましい。この接合レ
ンズが下記条件(6)を満足すればより望ましい。 (6) 15<ν3p−ν3n ただしν3p、ν3nは夫々第3レンズ群の接合レンズの正
レンズおよび負レンズのアッベ数である。
ム全域で軸上色収差が悪化する。これを他のレンズ群の
アッベ数により補正しようとすると、ズーム中間倍率付
近から高倍側での倍率の色収差が悪化し、又低倍側での
球面収差と非点収差が悪化する。これをレンズのベンデ
イングにより補正しようとすると高倍側と低倍側での色
収差が悪化し、ズーム全域での収差を良好に補正するこ
とができなくなる。
ければ色収差を良好に補正し得るので好ましい。この接
合レンズが下記条件(7)を満足すればより望ましい。 (7) 10<ν4n−ν4p ただしν4p、ν4nは夫々第4レンズ群の接合レンズの正
レンズおよび負レンズのアッベ数である。
全域での色収差が悪化する。これをレンズ面のベンデイ
ングにより補正しようとすると高倍側での色収差が悪化
する。
レンズは、各レンズ群中に接合レンズを含むことにより
それらレンズ群の収差をより良好に補正することができ
る。又、それら接合レンズが前記条件(4)乃至条件
(7)を満足すれば収差の上で一層望ましい。この場
合、四つのレンズ群のうちの一つのレンズ群のみに接合
レンズを用いた場合もそのレンズ群の収差を良好に補正
し得る。そしてこれによりレンズ系での収差も良好に補
正し得る。更にいずれか二つのレンズ群又はいずれか三
つのレンズ群に接合レンズを含むようにすればより効果
的であり、すべてのレンズ群に接合レンズを含むように
すれば最も好ましい。
(7)のいずれかを満足することが好ましい。
ズームレンズにおいては、動的な性能の変化である環境
の温度変化による同焦ずれと、左右眼の観察像のシフト
を抑えることが重要である。この点を考慮した本発明の
他の構成のアフォーカルズームレンズは次の通りであ
る。
ンズと単レンズとを含む3枚以上のレンズよりなる正の
屈折力の第1レンズ群と、それ以降に配置された変倍機
能と同焦機能とを持つ三つ以上のレンズ群とにて構成さ
れていて、環境の温度変化によって少なくとも一つのレ
ンズ群で発生する同焦ずれ量が他のレンズ群で発生する
同焦ずれ量を低減するようにしたことを特徴としてい
る。
変化による第2レンズ群の温度による同焦ずれ量が第1
のレンズ群の同焦ずれ量を低減するようにすることが望
ましい。
変化による同焦ずれと左右眼の観察像のシフト量につい
て述べる。
温、(B)は常温とは異なる温度)において、左右眼の
観察像のシフト許容量をδmax、実体顕微鏡の対物レ
ンズの内向角をθ、物体から対物レンズ、アフォーカル
ズームレンズおよび結像レンズを通って結像される中間
像までの倍率をβとし、温度変化があった時に生ずる同
焦ずれ量をAとすると物体と対物レンズとの間の作動距
離はA/β2 だけ変化する。又実体顕微鏡の左右眼のズ
ームレンズの光軸は物体面に対し内向角θだけ傾いて配
置されているので、右眼光軸中心位置6と左眼光軸中心
位置7とは図30(B)に示すようにずれ、この光軸中
心位置のシフトは、A/β2sin(θ/2)である。
中心位置のシフト量δと同焦ずれ量Aの関係は下記の通
りである。 δ=2×β×A/β2 ×sin (θ/2)
た時の同焦ずれの許容量A1は次の式(a)に示す通り
である。 A1=δmax×β/(2×sin (θ/2)) (a)
0.08mmとすると、式(a)にて与えられる同焦許容
量A1はA1=3.18mmである。
℃から+20℃変化した恒温槽内の40℃で実体顕微鏡
での観察において、同焦ずれが前記3.18mm以内であ
ればよい。
ームレンズ内のi番目のレンズの屈折率の微小変化量Δ
ni と屈折率の変化に対する同焦ずれ量をあらわす同焦
補正係数をεi とするとi番目のレンズの同焦ずれ量A
i は次の式(b)にて表わされる。 Ai =εi ×Δni (b)
全てのレンズ(i=1,2,・・・k)による同焦ずれ
量ΣAi は、下記の式(c)にて表わせる。
屈折率niの微小変化量Δni は、温度に対する相対屈
折率の温度係数である(dn/dt)i と温度変化Δt
i とすると式(d)のように表せる。 Δni =Δt×(dn/dt) (d)
なる。
であり、負レンズの場合正である。従って、式(a)に
て与えられる同焦ずれと左右眼の観察像のシフト許容量
δmaxの関係と式(e)で与えられる同焦ずれ量Aと
温度変化Δtの関係から、下記条件(8)を満足するこ
とにより、環境の温度変化がΔtの時に左右眼の観察像
のシフトを許容範囲内に抑えることができる。
比を大にしかつ色収差を良好に補正してその性能を向上
するためには異常分散性ガラスを用いることが有効であ
る。しかし異常分散性ガラスの温度係数は、通常のガラ
スとは逆の負の値を持つか絶対値が大である。しかも異
常分散ガラスを用いたレンズの補正係数εi が大きいた
め、前記条件(8)を満足しない場合が多い。
倍側の収差性能を向上させるために本発明のアフォーカ
ルズームレンズは、前述のように接合レンズと単レンズ
を含む3枚以上のレンズにて構成され全体として正の屈
折力を持つ第1レンズ群と、変倍機能と同焦機能とをも
つ三つ以上のレンズ群で構成し、環境の温度変化による
同焦ずれ量が各レンズ群で発生する同焦ずれ量を抑えて
条件(8)を満足する量にするかあるいは少なくとも一
つのレンズ群で発生する同焦ずれの値が他のレンズ群で
発生する同焦ずれ量に対して逆方向の値を持つようにす
れば同焦ずれ量を低減させることが可能になる。
ズ群の温度係数を考慮した硝材と、補正係数を考慮した
パワー配置にすればよい。例えば第1レンズ群と変倍機
能をもつ第2レンズ群のそれぞれの同焦ずれ量が逆符号
になるように屈折率の同焦補正係数εi の大きさと温度
係数(dn/dt)i を考慮して各レンズ群の硝材を選
択すればよい。
ためには、アフォーカルズームレンズを4群構成にし、
上述のような環境の温度変化によって各レンズ群で発生
する同焦ずれ量を抑えて条件(8)を満足するようにす
るか、あるいは少なくとも一つのレンズ群で発生する同
焦ずれ量が他のレンズ群で生ずる同焦ずれ量に対し逆方
向の値を持つようにして同焦ずれ量を低減するように温
度係数を考慮した硝材を選択することによって、高いズ
ーム比で4群構成のレンズ系にすることにより高い収差
性能を有するレンズ系であって、しかも温度変化による
左右眼ズーム光軸中心のシフトを抑えることができる。
おいて、条件(1)〜(3)を満足しかつ環境の温度変
化により各レンズ群で発生する同焦ずれ量を抑えるため
に条件(8)を満足するようにするかあるいは少なくと
も一つのレンズ群で発生する同焦ずれの値が、他のレン
ズ群で発生する同焦ずれ量に対し逆方向の値を持つよう
にして条件(8)を満足するようにすれば、ズーム全域
での色収差を良好に補正し得ると共に、温度変化による
左右眼ズーム光軸中心のシフトを抑えることが可能にな
る。
おいて、高倍側の色収差を補正し、特に2次スペクトル
を良好に補正し、しかも温度変化による同焦ずれを抑え
るためには、条件(1)〜(7)を満足する構成にする
と共に、アフォーカルズームレンズの第1レンズ群に使
用されている正レンズの中で温度係数が負である異常分
散ガラスのうちの温度係数の最も大きいものの値を(d
n/dt)G1とし、第2レンズ群の正レンズと負レンズ
よりなる負の接合レンズを構成する正レンズの温度係数
を(dn/dt)G2としたとき、下記条件(9)を満足
することが望ましい。 (9) |(dn/dt)G1|<|(dn/dt)G2|
合、第1レンズ群で発生する高倍側での同焦ずれ量が非
常に大になる。又第2レンズ群の負の接合レンズを構成
する正レンズは、同焦係数εi が負であり、その値が比
較的大きいために、前記条件(9)を満足するような温
度係数をもつ硝材を選択すれば同焦ずれ量を十分に低減
させることが可能である。
ンズ全体での高倍率側での温度変化による同焦ずれ量を
良好に抑えることができ、しかも高い変倍比のレンズ系
にし得ると共に、第1レンズ群を構成する正レンズに異
常分散ガラスを用いることにより2次スペクトルを良好
に補正し得、しかもズーム全域での諸収差を良好に補正
し得る。この場合、相対屈折率の温度係数は、波長54
6.07nmでの温度20℃から40℃範囲の値を使用し
た。
おいて、条件(1)から(3)、および条件(4)から
(7)のうちの少なくとも一つの条件を満足するレンズ
系で、20℃の常温に対して±20℃の環境下での同焦
ずれ量をAとしたとき、下記条件(10)を満足するこ
とが望ましい。 (10) |A|<(8/100)×(β/2×sin(θ/2)) ただし、θは実体顕微鏡の内向角、βは物体から対物レ
ンズ、アフォーカルズームレンズおよび結像レンズを通
って結像される中間像までの倍率である。
常温より±20℃の温度環境下でも左右眼の観察像のシ
フトを許容範囲内に抑えることができる。
ズームレンズのすべての構成において、前記条件(1
0)を満足すれば、20℃の常温の±20℃の温度環境
下において、動的な環境変化があっても左右眼の光軸中
心のシフト量を許容範囲内に抑えることができ、高倍率
での微細構造の立体的な観察が容易になる。
も、前記条件(10)を満足するように構成すれば、そ
の温度環境下での左右眼の光軸中心のシフトを抑えるこ
とは可能である。
は、±20℃程度の温度変化があっても収差性能はほと
んど変化せず、温度変化による同焦ずれにもとづく左右
眼の光軸中心のシフトが起こるだけである。したがっ
て、本発明のアフォーカルズームレンズは、常温よりも
±20℃の温度環境下でも、光学性能は良好に保持さ
れ、しかも左右眼の観察像のシフトを抑えることによ
り、例えば恒温槽内での培養細胞や卵細胞の微細構造を
立体的に観察することやマニピュレーション作業を行な
うことが容易である。
ンズは、物体側に対物レンズが、又像側には結像レンズ
が配置される。したがって、焦点距離の異なる対物レン
ズや結像レンズを夫々選択することによって、用途に応
じて様々な結像倍率での使用が可能である。又、対物レ
ンズとアフォーカルズームレンズ、あるいはアフォーカ
ルズームレンズと結像レンズの間に同軸落射照明装置、
写真装置、描画装置、ディスカッション鏡筒などを配置
して様々な観察が可能になる。
ーカルズームレンズの実施の形態を各実施例をもとに述
べる。
備えた実体顕微鏡全体の構成について説明する。図29
において、1は物体、2は対物レンズ、3は本発明のア
フォーカルズームレンズ、4は結像レンズ、5は中間結
像位置、8はプリズムである。
位置に置かれた物体1からの光束は、対物レンズ2によ
って平行光束となってアフォーカルズームレンズ3に入
射する。アフォーカルズームレンズ3より射出した平行
光束は、結像レンズ4によって結像レンズの後側焦点位
置に中間像5を結像する。この中間像での結像倍率β
は、次の式(f)にて与えられる。 β=βA ×fTL/fOB (f) ただし、βA はアフォーカルズームレンズの倍率、fTL
は結像レンズの焦点距離、foBは対物レンズの焦点距離
である。
フォーカルズームレンズであっても対物レンズ又は結像
レンズの焦点距離を変えることによって様々な結像倍率
を得ることができる。
ムレンズの各実施例を示す。 実施例1 r1 =53.134 d1 =2.78 n1 =1.51633 ν1 =64.1 r2 =-82.820 d2 =0.3 r3 =111.588 d3 =3.0 n2 =1.51633 ν2 =64.1 r4 =-53.373 d4 =1.9 n3 =1.83400 ν3 =37.2 r5 =290.084 d5 =D1 (可変) r6 =-61.961 d6 =1.8 n4 =1.58913 ν4 =61.2 r7 =15.248 d7 =3.54 n5 =1.80518 ν5 =25.4 r8 =30.023 d8 =3.698 r9 =-95.274 d9 =3.47 n6 =1.67790 ν6 =55.3 r10=51.382 d10=D2 (可変) r11=247.551 d11=2.05 n7 =1.75520 ν7 =27.5 r12=48.601 d12=2.78 n8 =1.51633 ν8 =64.1 r13=-75.142 d13=0.25 r14=63.249 d14=1.9 n9 =1.49700 ν9 =81.6 r15=-78.439 d15=D3 (可変) r16=-93.353 d16=1.65 n10=1.60311 ν10=60.7 r17=36.086 d17=1.68 n11=1.75520 ν11=27.5 r18=73.754 d18=5.0 r19=40.647 d19=3.0 n12=1.52249 ν12=59.8 r20=190.448 d20=2.097 r21=35.524 d21=3.5 n13=1.48749 ν13=70.2 r22=∞ d22=2.0 n14=1.57099 ν14=50.8 r23=26.819 d23=27.0 r24=∞ d24=100.0 n15=1.51633 ν15=64.1 r25=∞ d25=28.5 r26=∞ d26=65.0 n16=1.56883 ν16=56.3 r27=∞ d27=19.6031 r28=中間像位置 β D1 D2 D3 0.7 × 1.300 98.453 2.450 2.4 × 26.037 53.319 22.846 9.2 × 38.369 4.083 59.751 ズーム比13.1 f1 =82.403,f2 =-22.3 =-0.271×f1 ,f3 =52.374 =0.636 ×f1 f4 =-79.7 =-0.967×f1 ν1p−ν1n=26.9,ν2n−ν2p=35.8,ν3p−ν3n=36.6 ν4n−ν4p=33.2 f1C=−242.6,f2C=−45.4,f3C=199.1,f4C=−79.7 同焦ずれ量A 第1レンズ群 0.532mm 第2レンズ群 -0.026mm 第3レンズ群 0.346mm 第4レンズ群 0.079mm 結像レンズ部 -0.006mm 合計 0.925mm
1 ,d2 ,・・・ は各レンズの肉厚および空気間隔、n
1 ,n2 ,・・・ は各レンズの屈折率、ν1 ,ν2,・・・
は各レンズのアッベ数、f1C,f2C,f3C,f4Cは夫々
第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群、第4レン
ズ群中の接合レンズの焦点距離である。尚データ中の長
さの単位はmmである。
そのdn/dtおよびεの値は次の表に示す通りであ
る。 実施例1 n1 S−BSL7 dn/dt=2.8 ε=−0.184×105 n2 S−BSL7 dn/dt=2.8 ε=−0.152×105 n3 S−LAH60 dn/dt=8.1 ε= 0.149×105 n4 S−BAL35 dn/dt=3.9 ε= 0.123×105 n5 PBH6 dn/dt=11.4 ε=−0.466×104 n6 S−LAL12 dn/dt=1.1 ε= 0.352×104 n7 S−TIH4 dn/dt=2.6 ε= 0.221×104 n8 S−BSL7 dn/dt=2.8 ε=−0.435×104 n9 S−FPL51 dn/dt=−6.2 ε=−0.383×104 n10 S−BSM14 dn/dt=3.2 ε= 0.176×104 n11 S−TIH4 dn/dt=2.6 ε=−0.642×103 n12 S−NSL5 dn/dt=1.6 ε=−0.850×103 n13 S−FSL5 dn/dt=−0.6 ε=−0.108×104 n14 S−BAL2 dn/dt=0.2 ε= 0.127×104 n15 S−BSL7 dn/dt=2.8 ε= 0.434×102 n16 S−BAL14 dn/dt=2.0 ε= 0.264×102
のデータ中のn1,n2,・・・のレンズに対応すること
を示し、2列目は株式会社オハラのガラスの名称、3列
目は株式会社オハラのガラスカタログの波長546.0
7nmでの温度が20℃から40℃の範囲の温度係数、
4列目は最高倍率で屈折率が1変化した場合の同焦補正
係数である。尚dn/dtの値は10-6/℃での値を示
す。
は、図29に示すように対物レンズ2、結像レンズ4等
と用いられる。これら実施例においてはこれら対物レン
ズ、結像レンズは同一のものが用いられる。尚対物レン
ズは後に示すデータを有するもので内向角θ=14.0
°である。したがって上記実施例の最高倍率9.2×に
おける同焦ずれの許容量つまり条件(10)の右辺は
3.02mmである。
レンズの実施例1は図1に示す通りで、正の第1レンズ
群(r1 〜r5 )と負の第2レンズ群(r6 〜r10)と
正の第3レンズ群(r11〜r15)と負の第4レンズ群
(r16〜r18)とからなり、ズーミング中第1レンズ群
と第4レンズ群とが固定で、第2レンズ群と第3レンズ
群を図1の(A)、(B)、(C)に示すように移動す
る。これら移動による可変間隔d5 ,d10,d15(D
1 ,D2 ,D3 )の変化はデータ中に示す通りである。
つまりこれら第2、第3レンズ群の前記の移動により最
低倍率(0.7×)から中間倍率(2.4×)および最
高倍率(9.4×)へと図1において(A)、(B)、
(C)のように変化する。
ズ群が両凸レンズと正レンズと負レンズとをその順に接
合した負の接合レンズよりなり、第2レンズ群が負レン
ズと正レンズをその順に接合した負の接合レンズと両凹
レンズとよりなり、第3レンズ群が負レンズと正レンズ
をその順に接合した正の接合レンズと両凸レンズとより
なり、第4レンズ群は、負レンズと正レンズとをその順
に接合した負の接合レンズとよりなっている。
中のr24〜r27は図29に示すプリズム、r28は中間結
像位置である。
ズと負レンズとからなる接合レンズを含んでいる。又、
この実施例1は条件(1)乃至条件(7)を満足する。
す通りで、このAの値は常温20℃より20℃高い環境
下での最高倍率の時の同焦ずれ量である。データに示す
ようにA=0.925mmで、前記許容量3.02mm(条
件(10)の右辺の値)以下の許容範囲である。
9.2×の時の収差状況は夫々図8、図9、図10に示
す通りである。
ンズ構成やズーミング時のレンズ群の移動等は実施例1
と同様である。
(1)乃至条件(7)を満足する。又同焦ずれ量Aは
1.056mmで許容範囲である。
9.2×の時の収差状況は夫々図11、図12、図13
に示す通りである。
群の接合レンズが負の接合レンズである以外は実施例
1、2と同様の構成である。
(1)乃至条件(7)を満足する。又同焦ずれ量Aの値
は2.478mmで許容範囲内である。
2の時の収差状況は、夫々図14、図15、図16に示
す通りである。
群が負レンズと正レンズとをその順に接合した負の接合
レンズと両凸レンズにて構成されている。又第2、第
3、第4レンズ群はいずれも実施例1と同じ構成であ
る。更に各レンズ群の移動も図示するように実施例1と
同じである。
を満足する。又同焦ずれ量Aの値は1.961mmで許容
範囲内である。
9.2×の収差状況は、夫々図17、図18、図19に
示す通りである。
る。この実施例は第1レンズ群が正レンズと負レンズと
をその順に接合した正の接合レンズと両凸レンズとより
なり、第2レンズ群が負レンズと正レンズとをその順に
接合した負の接合レンズと両凹レンズよりなり、第3レ
ンズ群が負レンズと正レンズとをその順に接合した正の
接合レンズと両凸レンズよりなり、第4レンズ群が負レ
ンズと正レンズとをその順に接合した負の接合レンズよ
りなる点で他の実施例1〜4のいずれとも相違する。
を満足する。又同焦ずれ量Aの値は、0.846mmで許
容範囲である。
2×の時の収差状況は、図20、図21、図22に示す
通りである。
施例1と同様の構成である。
(1)乃至条件(7)を満足する。又同焦ずれ量Aは、
2.395mmで許容範囲である。
9.2×の時の収差状況は、図23、図24、図25に
示す通りである。
る。この実施例7も実施例1と同様の構成である。
(1)乃至条件(7)を満足する。又同焦ずれ量Aは、
2.402mmで許容範囲である。
9.2×の時の収差状況は、図26、図27、図28に
示す通りである。
示す実体顕微鏡の対物レンズの像側に配置して用いられ
る。
有する。 D0=75.331 R1 =139.139 D1 =8.67 N1 =1.64100 V1 =56.9 R2 =-79.696 D2 =1.25 R3 =-63.420 D3 =5.54 N2 =1.64450 V2 =40.8 R4 =51.128 D4 =12.18 N3 =1.49799 V3 =81.6 R5 =-121.073 D5 =1.29 R6 =55.650 D6 =21.47 N4 =1.65016 V4 =39.4 R7 =-35.247 D7 =5.52 N5 =1.64450 V5 =40.8 R8 =48.693 D8 =3.93 R9 =161.881 D9 =7.42 N6 =1.48749 V6 =70.2 R10=-94.076 D10=5.0 焦点距離=90.0,内向角=14.0° ただしR1 ,R2 ,・・・ は対物レンズの各面の曲率半
径、D1 ,D2 ,・・・は対物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、V1 ,V
2 ,・・・ は各レンズのアッベ数である。又D0は作動距
離、D10は対物レンズとアフォーカルズームレンズの間
の空気間隔である。尚結像レンズのデータは各実施例中
に記載してある。これら対物レンズ及び結像レンズは各
実施例共同じである。
内向角θは14.0°、結像レンズの焦点距離210m
m、射出NAは0.032、像高は11.0mmである。
高倍率9.2、内向角14.0°で、その時の許容され
る同焦ずれ量は3.02mmである。
ームレンズと結像レンズを組合せた時のものである。又
図中IHは像高である。
上述べた通りの構成で、特許請求の範囲に記載するレン
ズ系のほか下記の各項に記載するレンズ系もその目的を
達成し得るものである。
るレンズ系で、下記条件(2)、(3)を満足すること
を特徴とする実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ。 (2) −0.35f1 <f2 <−0.25f (3) −1.1f1 <f4 <−0.9f
前記(1)の項に記載するレンズ系で、第1レンズ群が
少なくとも一つの接合レンズを含むことを特徴とする実
体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ。
系で、前記接合レンズが正レンズと負レンズとよりな
り、正レンズと負レンズのアッベ数ν1p、ν1nが下記条
件(4)を満足することを特徴とする実体顕微鏡のアフ
ォーカルズームレンズ。 (4) 15<ν1p−ν1n
前記の(1)、(2)又は(3)に記載するレンズ系
で、前記第2レンズ群が少なくとも一つの負の接合レン
ズを含むことを特徴とする実体顕微鏡のアフォーカルズ
ームレンズ。
系で、前記負の接合レンズが正レンズと負レンズとより
なり、これら正レンズ、負レンズのアッベ数ν2p、ν2n
が下記条件(5)を満足することを特徴とする実体顕微
鏡のアフォーカルズームレンズ。 (5) 15<ν2n−ν2p
前記の(1)、(2)、(3)、(4)又は(5)の項
に記載するレンズ系で、第3レンズ群が少なくとも一つ
の接合レンズを含むことを特徴とする実体顕微鏡のアフ
ォーカルズームレンズ。
系で、前記接合レンズが正レンズと負レンズとよりな
り、これら正レンズ、負レンズのアッベ数ν3p、ν3nが
下記条件(6)を満足することを特徴とする実体顕微鏡
のアフォーカルズームレンズ。 (6) 15<ν3p−ν3n
前記の(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、
(6)又は(7)の項に記載するレンズ系で、第4レン
ズ群が少なくとも一つの接合レンズを含むことを特徴と
する実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ。
系で、前記接合レンズが正レンズと負レンズとからな
り、正レンズ、負レンズのアッベ数ν4p、ν4nが下記条
件(7)を満足することを特徴とする実体顕微鏡のアフ
ォーカルズームレンズ。 (7) 10<ν4n−ν4p
ズ群にて構成されているズームレンズ系で、環境の温度
変化により少なくとも一つのレンズ群で発生する同焦ず
れ量が他のレンズ群で発生する同焦ずれ量を低減させる
ように構成されていることを特徴とする実体顕微鏡のア
フォーカルズームレンズ。
ンズ系で、環境の温度変化によって第2レンズ群の温度
による同焦ずれ量が第1レンズ群の温度による同焦ずれ
量を低減するように構成されたことを特徴とする実体顕
微鏡のアフォーカルズームレンズ。
は前記の(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)又は(9)の項に記載するレン
ズ系で、環境の温度変化によって少なくとも一つのレン
ズ群で発生する同焦ずれが他のレンズ群で発生する同焦
ずれを低減するように構成されたことを特徴とする実体
顕微鏡のアフォーカルズームレンズ。
ンズ系で、第1レンズの正レンズのうち相対屈折率の温
度係数が負でかつ最も大きい値の(dn/dt)G1と第
2レンズ群の負の接合レンズの正レンズのうち相対屈折
率の温度係数が最も大きい値の(dn/dt)G2とが下
記条件(9)を満足することを特徴とする実体顕微鏡の
アフォーカルズームレンズ。 (9) |(dn/dt)G1|<|(dn/dt)G2|
3あるいは(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(1
1)、(12)又は(13)に記載するレンズ系で、2
0℃の常温より±20℃の温度環境下で発生する同焦ず
れ量Aが下記条件(10)を満足することを特徴とする
実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ。 (10) |A|<(8/100)×(β/2×sin (θ/2))
ムレンズは、13倍という高いズーム比を有し、しかも
広い倍率範囲にわたって良好な光学性能を有し、特に高
倍側での色収差が極めて良好に補正されている。又環境
変化による同焦ずれにともなう左右眼の光軸中心のシフ
トを許容範囲におさえて高倍率下での微細構造の立体的
観察が容易である。
図
図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
差図
実体顕微鏡の構成を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】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、負の屈折力を持つ第4レンズ
群とよりなり、第1レンズ群と第4レンズ群は固定され
ており、第2レンズ群は第1レンズ群と第2レンズ群と
の空気間隔と第2レンズ群と第3レンズ群との空気間隔
を夫々変化させるように移動し、第3レンズ群は第2レ
ンズ群と第3レンズ群との空気間隔と第3レンズ群と第
4レンズ群との空気間隔を夫々変化させるように移動
し、下記条件(1)を満足することを特徴とする実体顕
微鏡のアフォーカルズームレンズ系。 (1) 0.6f1 <f3 <0.7f1 ただし、f1 、f3 は夫々第1レンズ群および第3レン
ズ群の焦点距離である。 - 【請求項2】接合レンズと単レンズとを含む3枚以上の
レンズにて構成され全体として正の屈折力を持つ第1レ
ンズ群と、変倍機能と同焦機能とを有し三つのレンズ群
以上のレンズ群とにて構成され、環境の温度変化によっ
て少なくとも一つのレンズ群で発生する同焦ずれ量が他
のレンズ群で発生する同焦ずれ量を低減させることを特
徴とする実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ系。 - 【請求項3】第1レンズ群の像側に位置する第2レンズ
群の温度変化による同焦ずれ量が第1レンズ群の温度変
化による同焦ずれ量を低減することを特徴とする請求項
2の実体顕微鏡のアフォーカルズームレンズ系。
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