JPS6159482B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は顕微鏡に用いるアフオーカル鏡筒レン
ズに関するものである。 一般に顕微鏡は第１図に示すような構成で、観
察に使用しない対物レンズＯが観察者側に来るた
め、観察にとつて好ましくない。この欠点を解消
するためには第２図のような構成にする必要があ
る。この第２図に示すような構成の顕微鏡にする
ためには対物レンズと接眼レンズとの間に鏡筒レ
ンズを配置して対物レンズによる像を所定の位置
に再結像する必要がある。又システム顕微鏡には
種々の付属品が備えられていて、この付属品を使
用する場合にも対物レンズの結像位置を変えるこ
とが必要となり鏡筒レンズが用いられる。 このように顕微鏡において対物レンズの像を後
にずらすための鏡筒レンズとして凹レンズと凸レ
ンズとよりなる鏡筒レンズが従来知られている。
第３図に示すような凹レンズL₁と凸レンズL₂と
からなる２群系の鏡筒レンズにおいて、鏡筒レン
ズを用いない場合の結像点をO₁、鏡筒レンズを
用いた場合の結像点をO′₂、凹レンズL₁によるO₁
の像をO′₁とすると、鏡筒レンズを用いたことに
より像はεだけ後方にずれることになる。 この図において〓〓〓＝α、〓〓〓＝a′、〓〓
〓＝ｄ、レンズL₁，L₂の焦点距離を夫々f₁，f₂と
すると結像の式より、次の式(1)、(2)、(3)に示す関
係が成立つ。 (1) −１／ａ＋１／a′＝１／f₁ (2) −１／（a′−ｄ）＋１／（ａ＋ε−ｄ） ＝１／f₂ (3) β＝a′／ａ ×（ａ＋ε−ｄ）／（a′−ｄ） これらの式(1)、(2)、(3)からf₁，f₂を求めると次
の通りである。 f₁＝β・ａ・ｄ／−ε＋（ａ−ｄ）（β−１） (5) f₂＝ｄ（ａ＋ε−ｄ） ／｛ε＋ａ（１−β）｝ このような鏡筒レンズが拡大系であると実視野
が狭くなり、又縮少系であるとせつかく対物レン
ズで拡大した像が縮小されるのでいずれも好まし
くない。更にこの鏡筒レンズの倍率が中途半端な
値だと、顕微鏡全体の倍率が半端な値になるので
好ましくない。したがつて鏡筒レンズとしては倍
率が１×であることが望ましい。そこで式(4)、(5)
においてβ＝１とすると、f₁，f₂は次の式（4′）、
（5′）のようになる。 （4′） f₁＝−ad／ε （5′） f₂＝ｄ（ａ＋ε−ｄ）／ε 次に上述のような凹レンズL₁と凸レンズL₂よ
りなる鏡筒レンズを用いた場合の瞳の位置Ｑの移
動について考えると、第４図に示すようになる。
図においてはQ′は入射瞳ＱのレンズL₁による
像、Q″はQ′のレンズL₂による像で、これらＱ，
Q′，Q″の位置は夫々Z₁，Z₁′，Z₂，Z₂′で表わされ
図示する通りである。 このような凹レンズL₁と凸レンズL₂とよりな
る鏡筒レンズの数値例を示す。 例 １ ε＝20 ｄ＝10 β＝１× ａ＝140の場合 式（4′）より f₁＝−140×10／20＝−70 式（5′）より f₂＝10×（140＋20−10）／20＝75 又入射瞳Ｑの位置Z₁を−35とするQ′，Q″の位
置Z₁′，Z₂′は次のようになる。 −１／Ｚ_１＋１／Ｚ_１′＝１／ｆ_１より１／３５＋１／
Ｚ_１′＝−１／７０ したがつて１／Ｚ_１′＝−３／７０ Z₂＝−（d₁−Z′₁）＝−（10＋７０／３）≒−33 −１／Ｚ_２＋１／Ｚ_２′＝１／ｆ_２より１／３３＋１／
Ｚ_２′＝１／７５ したがつてZ₂′≒−59 OTL（光学鏡筒長）＝（α＋ε−ｄ）−Z₂′＝209 又瞳倍率β_Qは β_Q＝Ｚ_１′／Ｚ_１×Ｚ_２′／Ｚ_２＝２３／３５×５９
／３３＝1.17 例 ２ ε＝20 ｄ＝20 β＝１× ａ＝140の場合 f₁＝−140 f₂＝140 瞳に関しては Z₁′＝−28 Z₂＝−48 Z₂′＝−73 OTL＝213 β_Q＝1.23 例 ３ ε＝40、ｄ＝20、β＝１×、ａ＝140の場合 f₁＝−70 f₂＝80 瞳に関しては Z₁′＝−23 Z₂＝−43 Z₂′＝−93 OTL＝253 β_Q＝1.42 上述の例によればいずれも瞳倍率β_Qはβ_Q＞１
であつて、瞳が鏡筒レンズによつて拡大された又
瞳位置が接眼側から遠くなることがわかる。した
がつて光束わ大きくなり、ケラレやフレアーの原
因になる。ケラレをなくすためには鏡筒レンズよ
り後の光学系を大きくしなければならなくなる。 また例１、例２、例３を比較すればわかるよう
に、εが大きい程、ｄが大きい程β_Qが大きくな
る。（例１より例２、例２より例３が瞳倍率が大
である。）つまりεが大きい程又ｄが大きい程瞳
が大きくなる。更にε、ｄが大きい程瞳が深くも
ぐるようになる。 これを防ぐためには鏡筒レンズはアフオーカル
系であることが望ましい。アフオーカル系を用い
れば光学的鏡筒長が変らないのと同等の効果が得
られる。つまり鏡筒レンズにアフオーカル系を用
いれば倍率の点を除けば鏡筒レンズより後の光学
系に全く影響を与えないですむ。 以上のことから鏡筒レンズとしてはアフオーカ
ル系でβ＝１の光学系が望ましい。しかし第５図
から明らかなように凹レンズと凸レンズよりなる
２群系のアフオーカル系では倍率が１×の光学系
は得られない。又β＝１にするとアフオーカル系
にすることは出来ない。 このように凹レンズと凸レンズよりなる光学系
では鏡筒レンズとして望ましいものを得ることが
出来ない。 本発明は以上の点に鑑みなされたものであつ
て、光学系を３群構成とし、アフオーカル系で倍
率が１×の鏡筒レンズを提供することにある。 第６図に示すような第１のレンズ群L₁、第２
のレンズ群L₂、第３のレンズ群L₃の三つのレン
ズ群よりなるレンズ系を考えた場合、この図にお
いて〓〓〓＝x₁、〓〓〓〓＝x′₁、〓〓〓〓＝s′₂、
〓〓〓〓＝s₀、〓〓〓＝s′₀、〓〓〓〓〓＝x′₂、〓〓
〓〓＝s₂、〓〓〓〓＝s₃、〓〓〓〓＝s′₃、レンズ群
L₁，L₂，L₃の焦点距離を夫々f₁，f₂，f₃とすると
次の式(6)乃至(12)にて示す関係が成立つ。 (6) ｈ／ｆ_１＝−ｈ′／ｓ_０、−ｈ′／ｓ_０′＝ｈ／
ｆ_３ 〔∴s₀′f₁＝s₀f₃〕 (7) f₁＋s₀＋s₀′＋f₃＝ｄ (8) f₂＝ｓ_０ｓ_０′／ｓ_０＋ｓ_０′ (9) ε＝x₁＋2f₁＋s₀＋s₀′＋2f₃＋x₂′ (10) x₁′＝ｆ〓／ｘ_１ (11) １／ｓ_０−ｘ′_１−１／ｓ′_２＝１／ｆ_２ 〔∴s′₂＝ｆ_２（ｓ_０−ｘ′_１）／ｆ_２＋ｘ′_１−ｓ_０
〕 (12) x′₂＝ｆ〓／ｓ′_０＋ｓ′_２ 上式で式(6)はアフオーカルで倍率が１×である
ことから成立つ条件であり、式(7)乃至(12)はレンズ
の公式を適用して求めたものである。これら式(6)
乃至(12)から各レンズの焦点距離f₁，f₂，f₃を求め
ると次の通りである。 （13） f₁＝s₀（ε／ｄ−１） （14） f₂＝ｓ_０ｆ_３／ｆ_１＋ｆ_３ （15） f₃＝s₀（ε−ｄ／ｄ）（ｄ^２／ｓ_０・ε−１） この各レンズの焦点距離f₁，f₂，f₃の符号並び
に値はε、ｄ、s₀のとり方により変わる。しかし
ε〓ｄであるとf₁，f₃が著しく小さい値になりε
〓ｄにならないように設計しなければならない。
実際にはεは与えられており、それによつてｄも
ある程度決まつてくる。したがつて各レンズの焦
点距離はs₀の値によつて変化することになる。そ
してs₀の値は次の条件の範囲内に選ぶことが収差
補正上から好ましい。 25＜s₀＜55 つまりs₀が25より小になると｜f₁｜、｜f₂｜が
小になりすぎるため、レンズ群L₁，L₂の収差補
正が困難になる。同様にs₀が55より大になると｜
f₃｜が極めて小になりレンズ群L₃の収差補正が困
難になる。 次に瞳Ｑの位置は第７図に示すようになる。こ
の図でQ′はＱの像、Q″はQ′の像、ＱはQ″の像
である。したがつて瞳Ｑは鏡筒レンズによつてＱ
へ移る。 ここで３群のアフオーカル系で倍率１×の鏡筒
レンズの数値例を示す。 ε＝20、ｄ＝40とすると 式（13）より f₁＝−１／２s₀ 式（15）より f₃＝−１／２s₀（８０／ｓ_０−１） s₀が夫々20、30、40、50、60の時のf₁，f₂，f₃
は次の通りである。

【表】 上の表のうちs₀＝40の場合を例にとる。つまり
ε＝20、ｄ＝40、s₀＝40、s₁＝140、Z₁＝−35の
場合の像位置、瞳位置を計算すると次のようにな
る。 像に関して （L₁） −１／１４０＋１／ｓ_１′＝１／ｆ_１＝−１／
２０、 s₁′＝−23.33 s₂＝20−s₁′＝43.33 （L₂） １／４３．３３＋１／ｓ′_２＝１／ｆ_２＝１／
２０、 s₂′＝37.15、s₃＝s₂′−20＝17.15 （L₃） −１／１７．１５＋１／ｓ_３′＝１／ｆ_３＝−
１／２０、 s₃＝120.4 瞳に関して （L₁） １／３５＋１／Ｚ_１′＝−１／２０、Z₁′＝−
12.7、 Z₂＝20−Z₁′＝32.7 （L₂） １／３２．７＋１／Ｚ_２′＝１／２０、Z₂′＝
51.4、 Z₃＝Z₂′−20＝31.4 （L₃） −１／３１．４＋１／Ｚ_３′＝−１／２０、Z₃
′＝−55 OTL＝s₃−Z′₃≒175 β_Q〓１ 以上の説明および計算例よりわかるように三つ
のレンズ群よりなるレンズ系にて、アフオーカル
系で倍率が１×の鏡筒レンズを形成することが出
来る。又等価光学鏡筒長も変化しないので、瞳位
置が鏡筒レンズ内に深くもぐり込むこともなく好
ましい。 次に本発明の鏡筒レンズの実施例を示すと、第
８図のようなレンズ構成で、第１のレンズ群L₁
は負の接合レンズ、第２のレンズ群L₂は正の接
合レンズと正レンズ、第３のレンズ群は負レンズ
である。この鏡筒レンズのデーターは下記の通り
である。

【表】

【表】 上記実施例の収差カーブは第９図に示してあ
る。 尚理想的な鏡筒レンズとしてアフオーカル系で
倍率が１×の鏡筒レンズを示した。しかし鏡筒レ
ンズの後に来る光学系の使用に支障をきたさない
範囲内で瞳倍率を１よりずらしてβ＝１、β_Q≠
１とすることも出来る。このようにすることによ
りレンズ系設計上の自由度が増すので設計が容易
となり、特にレンズ系の収差補正上では有利にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に使用されている顕微鏡を示
す図、第２図は鏡筒レンズの一使用例を示す図、
第３図は従来の鏡筒レンズの光学系の図、第４図
はその瞳の像位置を示す図、第５図は凹レンズと
凸レンズとよりなるアフオーカル系を示す図、第
６図は本発明鏡筒レンズの光学系を示す図、第７
図は本発明鏡筒レンズによる瞳の像位置を示す
図、第８図は本発明の実施例を示す図、第９図は
本発明の実施例の収差曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対物レンズと、該対物レンズによる結像位置
   との間に配置され該対物レンズによる像を後方に
   移すために用いる鏡筒レンズにおいて、対物レン
   ズ側より順に負の屈折力を有する第１のレンズ群
   と、正の屈折力を有する第２のレンズ群と、負の
   屈折力を有する第３のレンズ群とよりなるアフオ
   ーカル系で倍率が１×である鏡筒レンズ。 ２ 鏡筒レンズによる像の移動量をε、第１のレ
   ンズ群と第３のレンズ群の間隔をｄ、第１のレン
   ズ群の後側焦点位置から第２のレンズ群までの距
   離をs₀とした時、三つのレンズ群の夫々の焦点距
   離f₁，f₂，f₃が下記の通りに与えられ更にs₀が下
   記の範囲内である特許請求の範囲１の鏡筒レン
   ズ。 f₁＝s₀（ε／ｄ−１） f₂＝s₀f₃／（f₁＋f₃） f₃＝s₀ε−ｄ／ｄ（ｄ^２／ｓ_０ε−１） 25＜s₀＜55