JPS6139017A - 双眼実体顕微鏡の対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 」ｌＬ訳」 本発明は、対物レンズの射出光束がアフォーカル像を作
るいわゆる無限遠補正の単対物レンズを有する双眼実体
顕微鏡の対物レンズに関するものである。

従来技術 実体顕微鏡で観察すると奥行知覚が引きおこされるが、
この奥行知覚を引きおこす最も重要な要因は、両眼の視
差である。

一方実体顕微説で平面状の標本を観察した時に観察され
た像が平面には見えず凸面に見えることがある。これは
単対物レンズ型の双眼実体顕微鏡では、程度の差はあっ
ても必ず起こる現象である。

この像が凸面に見える現象は、奥行知覚によるものであ
って、視野中心に比べて周辺が中心より遠ざかるにつれ
てより奥に知覚されるためである。

実体顕微鏡において奥行知覚が得られることは、他の顕
微鏡にては得られない重要な特徴であるが、上記のよう
にこの奥行知覚に狂いをおこさせることは単対物レンズ
型双眼実体顕微鏡の欠点である。

この奥行知覚の狂いの原因は、観察像に一般の顕微鏡に
おいては生じない像の非対称な特有の歪があるためで、
両眼の視差にずれが生じて奥行知覚に狂いが生ずるため
である。しかし従来は、この奥行知覚の狂いの原因に気
付いて像の非対称な歪を補正した単対物レンズ型実体顕
微鏡は知られていない。

特開昭５８−２０３４１１号公報（ドイツ特許第３２１
７７７６号）に記載された単対物レンズ型実体顕微鏡を
例にあげると、その実施例は後にθ　　−θ 説明する像の非対称な歪をあられす量（１□１θＲ ）がｏ、ｏｉｓ〜０．０５と大きな値である。これは、
平面を観察した場合に、例えば明視の距離２５０鯛に作
られた直径１００陣の視野内に約４００　ｖＤ〜１２０
　ｗｍの半径の球面の一部を見ているような錯覚を生ず
る大きさである。

目　　　　　的 本発明の目的は、観察像の中心部が盛シ上ってみえる奥
行知覚の歪の生じない単対物型実体顕微鏡の対物レンズ
を提供することにある。

概　　　要 本発明の対物レンズは、アフォーカル像を形成する対物
レンズとその像を左右の眼で観察するための二つの観察
光学系からなるいわゆる単対物型双眼実体顕微鏡にて用
いられる対物レンズに関するもので、対物レンズの光軸
に垂直な観察平面内の任意の一点から発し対物レンズを
通って前記二つの観察光学系の瞳中心を通る二つの光線
と、前記観察平面と対物レンズの光軸との交点から発し
て二つの観察光学系の瞳中心を通る二つの光線とが対物
レンズ射出直後になす角を夫々θ８．θ、とする時に次
の条件を満足するようにしたものである。

本発明の対物レンズは、以上のような構成にすることに
よって非対称な歪を実用上無視出来る程度に小さくする
ことが可能であって、これによって平面状の標本がその
まま平面として観察されるようにしたものである。

更に本発明の対物レンズは上記関係を満足する対物レン
ズであって、物体側から順に正の屈折力を有する第１群
レンズと、正レンズと負レンズとからなり凸面を物体側
に向けた接合メニスカスレンズの第２群レンズと、単体
の正レンズの第３群レンズとよりなるものである。

更に本発明の対物レンズは、第１群レンズが物体側から
順に１枚以上の単体の正レンズと物体側に凹面を向けた
負の屈折力を持つメニスカスレンズよりなっている。

又前記第１群レンズのメニスカスレンズを負レンズと正
レンズの接合レンズとしたものである。

以下本発明の双眼実体顕微鏡の詳細な内容を図面にもと
づいて説明する。

第１図は単対物型実体顕微鏡の光学系を示している。こ
の図において１は対物レンズ、２は対物レンズｌの前側
焦点位置近傍におかれた標本、３゜３′は夫々対物レン
ズの作る標本のアフォーカル像を実像にする左右の結像
レンズ、４，４′は前記の実像を正立像にする左、右の
イメージローチータープリズム、５．５’は正立実像を
拡大観察する左。

右の接眼レンズである。この光学系のうち結像レンズ３
および３′、イメージローチーター４および４’、接眼
レンズ５および５′により夫々左、右二ツの観察光学系
を構成している。又６，６′はこれら左、右の観察光学
系の瞳である。この第１図の光学系において、標本２は
対物レンズ１の光軸に垂直な平面であシこの標本面と光
軸との交点○を原点、夫々の結像レンズ３および３′の
光軸によって決定される面と標本面との交線をｙ軸とし
、このｙ軸は左眼から右眼方向へ延びているとする。

前記ｙ軸上の任意の点をｐとする時、実体顕微鏡を通し
て点０と点ｐを観察すると両眼の視差がどうなるかをみ
てみる。第２図は光学系のうち標本２から瞳６，６′ま
での部分を拡大して示した図で、また点０と点ｐより発
して夫々瞳６および６′を通る各２本の光線Ｖｌ　＋　
Ｖ２　＋　ＶＬ　＋　ＶＲを示したものである。これら
光線ｖ１とＶＬおよび光線ｖ２とｖＲとが対物レンズｌ
を射出した直後になす角を夫々θＬ（ｏ　）　ｏ　）　
＋θＲ（０〉ｏ）とすると・点ｐのｙ座標の値に対する
θ、−θ、の関係は、最も一般的な対物レンズである下
記データーの対物レンズを例にとると第３図に示すよう
になる。

ｒ１＝−２９２，１３２ ｄ、　＝　４　　ｎ１＝１．４８７４９　１／、　＝７
０．１５ｒ２＝−６８，２２５ ｄ２−０．２ ｒ３＝２７０．１７ ｄ３＝３ｎ２−１．７５５２０シ２−２７．５１ｒ４＝
８８．５０４ ｄ４＝　７　　　ｎ３＝Ｌ　４８７４９　　　ｖ３＝７
０．１５ｒ５＝−１０２，１９５ ただしｒｒ　　・・・はレンズ各面の曲率半径ｄ□。

１　ツ　　　２　ν ｄ２．・・・は各レンズの肉厚、ｎ１＋　ｎ２＋　ｎａ
は各レンズの屈折率、シ１．シ２．シ３は各レンズのア
ツベ数である。

又結像レンズ３と３′の光軸間距離は２２　ｍ　、その
入射瞳は対物レンズの最終面から３７簡とする。

上記の対物レンズに限らず従来の対物レンズは、いずれ
も第３図に示すような原点を回転対称とした単調増加の
曲線になる。

ところで結像レンズ３，３′以後の観察光学系は、対物
レンズによ多形成されるアフォーカル像を拡大観察する
ので望遠暁光学系と考えられる。したがって観察光学系
を通してみえる像の大きさは、観察光学系に入射する主
光線の入射角できまる。

ただし点０より発して観察光学系に入射する光線ｖ、、
ｖ２は、対物レンズ１が無収差であれば観察光学系の光
軸と一致するが、実際には多少の収差があるのでこれら
光線Ｖ□ＩＶ２と光軸にはわずかな傾きが生ずる。した
がって前記の観察光学系へ入射する主光線の入射角は、
観察光学系の光軸と主光線とのなす角ではなく、光線ｖ
１．ｖ２と主光ＭＹＬＩＶＲとのなす角θ、、θ、を用
いた方が観察中心である点０から像の大きさを測ること
になりより厳密である。しかるにθ、又はθ、が大きけ
れば大きい程、ｙ軸上の点ｐは、点０からは々れた位置
に観察光学系にて観察される。ここで第３図に示された
θ、−θ１とｙとの関係を考慮すると第４図に示すよう
になる。つまシ点ｐがｙ〉０にある時には、第３図より
明らかなようにθ、はθ、より大でしかも点ｐが０点よ
り離れる程その差は犬になる。そのため右側の接眼で観
察する方が左側の接眼で観察するよりも点ｐが点０から
離れた位置に見える。したがって第４図（Ａ）のように
左接眼の観察像７での点ｐの像１３と点０の像１１との
間隔よりも右接眼での観察像８の点ｐの像１４と点Ｏの
像１２の間隔の方が大になる。逆にｙ＜Ｏにおいては第
４図（Ｂ）のように左接眼での観察像９の点ｐの像１５
と点０の像１１の間隔が右接眼での観察像１０の点ｐの
像１６と点０の像１２の間隔より大になる。以上の理由
により両眼ｕ、２５に視差があられれ、第５図に示すよ
うな立体感が生じる。つまり点０の像１１．１２を注視
した場合、ｙ〉０に置かれた点ｐの像１３．１４の融像
点１７或いはｙ　（Ｏに置かれた点ｐの像１５．１６の
融像点１８は、点Ｏの像１１．１２の融像点より奥に出
来る。尚融像点とは一点より出て夫々左右の眼に入射す
る光をそのまま逆に延ばした時に両者の交わる点を云う
。この奥行感は、両眼の視差の大きさ即ち１０Ｒ−〇Ｌ
１が大きくなればなる程増すので、点ｐが点０から離れ
る程融像点は奥に出来奥行感が増す。

以上は、ｙ軸上についてのみ述べたがそれ以外のすべて
の方向について視野中心に見える点に比べこれより離れ
るほど奥に見える。したがって平面を観察しても凸面を
観察しているように見える。

上記の視差のために観察される凸面を球面に近似させて
みた場合、第６図に示すように球面の外径を２Ｈ１半径
をＲ１眼からの距１１［１ｉｅＬとする時が困難になる
。−例をあげると外径が１００簡の球面を眼から２５Ｏ
Ｎ離した時には、半径が８００圏以上の球面は平面とし
て見える。

この図において視野中心の点０と周辺の点ｐの右眼討か
らの観察像点を夫々詔、１９、同じ点の左眼５からのＪ
ｌ像点を夫々２３．２０とし、像点１９゜加の融像点２
１の像点乙からみた奥行量をＤ、融像点２１，２．３を
含む曲面あの半径をＲ１その外径を２Ｈ１左右の眼から
の距離をし、左右の眼の眼中をＷとすると次の関係が成
立つ。

よって ここで前述の球面が平面と判別困難になる条件よって 又観察光学系が望遠鏡光学系であるから次の関係が成立
つ。

これを用いれば下記の関係が成立つ。

更に眼中Ｗの平均値はＷ−６２であるから次の関係が導
かれる。

よって上記の条件を満足する対物レンズを用いて平面を
観察すれば観察像は正しく平面にみえる。

以上の条件を満足する対物レンズとして、物体側より順
に正の屈折力を持つ第１群レンズと凸面を物体側に向け
た正レンズと負レンズの接合メニスカスレンズの第２群
レンズと、単玉正レンズの第３群レンズよりなるレンズ
系が考えられる。

また第１群レンズを物体側から順に１枚以上の単玉正レ
ンズと物体側に凹面を向けた負の屈折力ヲ有スるメニス
カスレンズにて構成することが有効である。

更に第１群レンズの前記メニスカスレンズヲ正レンズと
負レンズの接合レンズにすることが望ましい。

前記の第２群レンズのメニスカスレンズの後面は、点ｐ
がｙ＞Ｏにある時θ１を大きくするように補正し、ｙ＜
ｏｉｃある時はθ、を大きくするように補正する。点ｐ
がｙ　）　Ｏにある時の光ａｖＬおよび点ｐがｙ＜Ｏに
ある時のＶＲはこのメニスカスレンズの近くで対物レン
ズの光軸と交差する。そのためこの厚いメニスカスレン
ズの前面と後面とでθ、又はθ、の補正量が異なシ、前
面が後面の補正を打消すことはない。ただし点ｐがｙ　
）　Ｏにある時のθ８、ｙ＜ＯＫ６る時のθ、に対して
は、前記メニスカスレンズの前面と後面とで正反対の補
正効果になるので全体としては補正効果は生じない。

一般の対物レンズは、既に第３図にもとづいて説明した
ように点ｐがｙ）Ｏの時はθ、〉θ１又ｙ〈０の時には
θ、くθ１である。したがって第２群をメニスカスレン
ズにすることによってその後面に前述のようなｙ＞Ｏの
時に０１を大きくし、ｙ〈０の時にθ、を大きくする補
正作用をもたせれば１０Ｒ−θＩ、１を小にすることが
可能である。

またこの第２群レンズのメニスカスレンズヲ接合レンズ
にすれば色収差の補正も可能である。

次に前述のように第１群レンズ内にメニスカスレンズを
配置することもペッツバール和の補正と共に１０Ｒ−〇
Ｌ１を小さくするために有効である。

つまシこの第１群レンズ内のメニスカスレンズの前面は
、点ｐがｙ　）　Ｏにある時はθ□を小さくするように
補正し、点ｐがｙ　（Ｏにある時にはθ１を小さくする
ように補正をする。したがって第３図から明らかなよう
に１０、−〇Ｌ１を小さくする働きをする。又この第１
群レンズ内のメニスカスレンズの前面は負の屈折力を持
つので、この働きをメニスカスレンズの後面が打ち消す
ことがない。

更に本発明レンズ系は対物レンズとしての所定の屈折力
を得るために第１群レンズと第３群レンズに正の屈折力
を分配している。この正の屈折力の分配は、単に球面収
差等の発生を小さくする働きの他に作動距離を調整する
働きを持っている。

つｌ）第２群レンズは、対物レンズ全体の主点位置を物
体側へ移動するために作動距離が長くなシすぎないよう
に第３群レンズに正の屈折力を持たせこれを調整してい
る。又色収差の補正を行なう第２群レンズを色収差が発
生する第１群レンズと第３群レンズの間に配置し、軸上
色収差と倍率の色収差をバランス良く補正するようにし
ている。

対物レンズ全体として強い正の屈折力を持たす場合には
、作動距離を比較的長めにするためには第３群レンズの
屈折力を犬にするよりは第１群レンズの屈折力を犬にし
た方がよいが第１群レンズの色収差の発生量が増大する
。その場合第２群レンズのみでは色収差を補正しきれな
くなる。そのため第１群レンズに接合メニスカスレンズ
を用い、第１群レンズ内である程度色収差を補正するこ
とが望ましい。又この８１群レンズの持つ正の屈折力に
応じて単玉凸レンズの枚数を増やすことが望ましい。

実施例 次に本発明の各実施例を示す。

実施例」 ｒｌ−４８，００５ ｄ、　＝８　　ｎ、　＝１．４．８７４９　　シ１＝７
０．２ｒ２”−１４０３，２５９ ｄ２＝０．２ ｒ３＝６４．８９８ ｄ３＝１１　　　ｎ２＝１．５０１３７　１／２＝５６
．４ｒ４−６９．０２９ ｄ、　＝３．７　　ｎ３＝１．６７６５　９３＝３７．
５ｒ５＝４０．８４３ ｄ５＝５．１ ｒ６＝１２４．５２１ ｄ６＝４．３　　ｎ４＝１，８０４４　　ν４＝３９．
６ｒ７＝−２６６，５９１ ｆ　＝９９．９９８　　、　　ＷＤ　＝１０２．１４実
施例２ ｒ、　＝１４７．２０２ ｄ、　＝７　　ｎ□＝１．４８７４９　　　ｖ、＝７０
．２ｒ２＝−１０２，１９５ ｄ２＝２．５ ｒ３＝−５６，８６８ ｄ３＝５　　　ｎ２＝１．６０３４２　　　ｖ２＝３８
．０ｒ４＝−３０５，７０２ ｄ４＝０．３ ｒ５＝５０，８８３ ｄ５＝６　　　ｎ３＝１．６１２９３　　　ｖ３＝３７
．０ｒ６＝１０１ ｄ６＝６．５　　　ｎ４＝１．７１７３６　　　Ｊ／４
＝２９．５ｒ７冨４９．０８６ ｄ、＝５．５ １”８−ｏ。

ｄ８＝５．９　　　ｎ５＝１．６４１　　　ｖ５＝５６
．９ｒ、＝−７０，５５１ ｆ＝１３２．９７　　、　　　ＷＤ＝１１８．４１実施
例３ ｒ１＝２１１．５３５ ｄ、　＝６．５　　ｎ、　＝１．６４１　　Ｍ、　＝５
６．９ｒ２＝−８６，６８６ ｄ２＝１．９ ｒ３＝−５４，９３５ ｄ３＝４　　ｎ２＝１，６４４５　　ｖ２＝４０．８ｒ
４　＝１３７．７１ ｄ４＝５　　ｎ３＝１．４８７４９　　ｖ３＝７０．２
ｒ５　’＝−２９６，６３１ ｄ５＝０．３ ｒ６と５２，７６１ ｄ６　＝８．２　　　ｎ４　＝１．７０１５４　　２　
　＝４１．２ｒ７　＝　ω ｄ、　’＝４　　　ｎ５＝１．６４４５　　ｖ５＝４０
．８ｒｓ　＝＝４７．３５４ ｄ８＝５．２ ｒ　　＝＝ｏり ｄ、＝６．７　　ｎ６＝１．４８７４９　　ｖ６＝７０
．２ｒ１ｏ　＝−６０，５７２ ｆ　＝１３３．１　　、　　Ｗ　Ｄ　＝１１７．３４実
施例４ ｒ□＝１３６．３１４ ｄ１＝８．２　　ｎ、　＝１．６３８５４　　ｖ１＝５
５．４ｒ２＝−６６，７０４ ｄ２＝１．４ ｒ３−−５１．７００ ｄ３＝４．０’　　ｎ２＝１．６４４５　　　ｖ２＝４
０．８ｒ４＝１’１１．０１４ ｄ４　＝５．５　　　　ｎ３　＝１，４９７　　　＋’
３＝８１．６ｒ５＝−１７４．１８７ ｄ５＝０．２ ｒ６＝３８．６７１ ｄ６＝５．４　　　ｎ４＝１．７０１５４　　２　＝４
−１．２ｒ７＝６８，６８７ ｄ、　＝４．０　　　ｎ５＝１．６７６５　　　ｖ５＝
３７．５ｒ８＝３４．６１３ ｄ８＝’７−ダ ｒ９−■ ｄ、＝５．８　　　ｎ６＝１．４８７４９　　　シロ＝
７０．１ｒ１ｏ＝−６５，３３４ ｆ＝１００　　、　　　ＷＤ＝８９．０２６実施例５ ｒ、＝１１６．５４ ｄ、　＝１３　　ｎ、　＝１．４８７４９　２　＝７０
．２ｒ２−−４０．９２２ ｄ２＝０．２ ｒ３＝１４６．１．７５ ｄ３−６．９　　　ｎ２　＝＝１．４９７　　　’２　
＝８１．６ｒ４−−９２，６４６ ｄ４＝４，１ ｒ５−−４４．１０６ ｄ５＝４．４　　　ｎ３＝１．６７６５　　１’３＝３
７．５ｒ６＝６４．０５８ ｄ６＝１２，２　　　ｎ４＝１．４９７　　　シ４＝８
１．６ｒ７＝−６４，０５８ ｄ７＝０．２ ｒ８＝３５．１６２ ｄ８＝１６．１　　　ｎ５＝１．６４７６９　　　ｚ　
＝３３．８ｒ９＝−７５，０２３ ｄ９＝４．６　　　ｎ６＝１．７１８５２　　　シロ＝
３３，５ｒ０゜＝２９．４２４ ｄ１ｏ＝７ ｒｌ、＝１４９．６ ｄ　　　＝６　　　ｎ　　＝１，７２　　　ｖ、　＝４
３．７ｒ１□＝−２１５，３７４ ｆ　＝４９．９８　　、　　ＷＤ　＝４２．２９ただし
ｒ１＋ｒ２＋　　・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ、
、ｄ２１　　・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、
ｎ１＋　ｎ２　、・・・は各レンズの屈折率、シ１．シ
２．・・・・は各レンズのアツベ数、ｆは対物レンズ全
系の焦点距離、ＷＤは作動距離である。又観察光学系の
光軸間距離は２２■、観察光学系の入射瞳位置は３７■
である。

以上の実施例のうち、実施例１は第７図に示す通りで、
第１群レンズは単体の正レンズ、第２群レンズは接合メ
ニスカスレンズ、第３群レンズは単体の正レンズである
。

実施例２は第８図に示すレンズ系で、第１群レンズが単
体の正レンズと負のメニスカスレンズである。

実施例３および実施例４は夫々第９図および第１０図に
示す通りのレンズ系で第１群レンズが単体ノ正レンズと
接合メニスカスレンズでアル。

実施例５は第１１図の通りで第１群レンズは、二つの単
体の正レンズと接合メニスカスレンズである。

以上の各実施例の収差曲線図は第１２図乃至第１６図に
示しである。これら収差曲線図のうち球面収差、非点収
差、歪曲収差はいずれも観察光学系側より光線を入射さ
せて追跡したもので、観察光学系の光軸を通る光線を基
準にして表示しである。

発明の詳細 な説明したように、本発明の対物レンズは、単対物型実
体顕微鏡用のものでありながら観察像の中心部が盛シ上
がってみえるという奥行知覚の狂いを解消し得たもので
、特に近年観察頻度が増えてきた工Ｃマスク、ＩＣウェ
ハー等の平面状の標本の観察においても異和感なく観察
し得る効果を有する。又歪がないために作業用顕微鏡と
して使用した場合、作業者の疲労を軽減し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は単対物型双眼実体顕微鏡の光学系を示す図、第
２図は前記光学系の一部を拡大して示した図、第３図は
従来の単対物型双眼実体顕微鏡の対物レンズ射出直後の
角θ８．θ１の関係を示す図、第４図は従来の光学系に
おける左右観察像を示す図、第５図は従来の光学系にお
ける融像点を示す図、第６図は凸面として観察される像
と観察眼等との関係を示す図、第７図乃至第１１図は本
発明の実施例１乃至実施例５の断面図、第１２図乃至第
１６図は実施例１乃至実施例５の収差曲線図である。 １・・・対物レンズ、２・・・標本、３，３′　　・・
・結像レンズ、５．５’　　・・・接眼レンズ、６．６
’　　・・・　瞳。 出願人　　　オリンパス光学工業株式会社代理人　　向
　　　　寛　　　− 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１２図 球面収差　非点収差　歪曲、収差 第１３図 球面収差　非点収差　歪曲収差 第１４図 球面収差　非点収差　歪曲収差 第１５図 球面収差　非点収差　歪曲収差 一υＬ＋ツ　　　　　　　　　　　　−ｒｏ、ｕ−＋ｏ
ＪＪ第１６図 球面収差　非点収差 歪曲収差

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）アフオーカル像を作る一つの対物レンズと、その
   像を左右眼で観察するための二つの観察光学系からなる
   単対物型双眼実体顕微鏡の対物レンズにおいて、対物レ
   ンズの光軸に垂直な観察平面内の任意の一点から発して
   対物レンズを通り前記二つの観察光学系の瞳中心を通る
   二つの光線と、前記観察平面と対物レンズの光軸の交点
   より発して前記二つの観察光学系の瞳中心を通る二つの
   光線とが対物レンズを射出した直後にそれぞれなす角を
   θ＿Ｒ、θ＿Ｌとした時次の条件を満足することを特徴
   とする双眼実体顕微鏡の対物レンズ。 ｜θ＿Ｒ−θ＿Ｌ／θ＿Ｒ｜＜０．００７７５（２）物
   体側より順に正の屈折力を有する第１群レンズと、正レ
   ンズと負レンズの接合からなり凸面を物体側に向けたメ
   ニスカスレンズの第２群レンズと、単玉の正レンズの第
   ３群レンズよりなる特許請求の範囲（１）の双眼実体顕
   微鏡の対物レンズ。 （３）第１群レンズが物体側から順に１枚以上の単体の
   正レンズと物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ
   からなる特許請求の範囲（２）の双眼実体顕微鏡の対物
   レンズ。 （４）第１群レンズのメニスカスレンズが負レンズと正
   レンズの接合レンズである特許請求の範囲（３）の双眼
   実体顕微鏡の対物レンズ。