JPWO2017187777A1 - 光学ユニット及び光学ユニットの調整方法 - Google Patents

Abstract

光学ユニット１は、光学顕微鏡２による一次結像面を撮像装置３側の二次結像面にリレーするリレー光学系５と、リレー光学系５間の光軸上に配置された光学素子ホルダ６と、光学素子ホルダ６よりも前段側の光軸上にフィールドレンズ１６を配置するフィールドレンズ配置部７と、光学素子ホルダ６よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿抜可能に配置するベルトランレンズ挿抜部８と、を備える。

Description

本発明は、光学ユニット及び光学ユニットの調整方法に関する。

従来、光学顕微鏡を用いた画像観察の分野では、顕微鏡光学系の瞳共役位置に位相マスクといった光学素子を配置し、当該光学素子の特性に応じた出力画像を撮像装置側で取得することが行われている。一般的な光学顕微鏡では、対物レンズの射出瞳位置は、対物レンズの内部に位置している。このため、光学顕微鏡の撮像ポート側にリレー光学系を配置し、試料の一次結像面を撮像装置側の二次結像面にリレーすると共に、リレー光学系に対物レンズの瞳を投影し、投影された瞳位置に光学素子を配置する構成が検討されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００２―９０６５４号公報 特開２００８−６４９３３号公報

リレー光学系に投影された対物レンズの瞳位置に光学素子を配置する構成を簡便に実現するためには、これらの構成をユニット化した光学ユニットを用いることが考えられる。多くの光学顕微鏡では、対物レンズの瞳を撮像ポート側から見た射出瞳は、顕微鏡や対物レンズの種類などによって変位するおそれがある。実際に測定してみると、ある光学顕微鏡では射出瞳位置が−２８３０ｍｍ〜−１５５０ｍｍの範囲にあり、別の光学顕微鏡では射出瞳位置が＋３３０ｍｍ〜＋１７９０ｍｍの範囲にあるなど、光学顕微鏡ごとの大きなばらつきが確認された。

このため、光学ユニットを種々の光学顕微鏡に適用可能とするためには、光学素子の調整範囲を大きく確保する必要がある。光学素子の調整範囲を拡大するには、リレー光学系を構成するコリメーションレンズとフォーカスレンズとの間隔を大きくする、或いはフォーカスレンズの径を大きくする、といった構成が必要となる。しかしながら、これらの構成を採用すると、光学ユニットが大型化し、光学顕微鏡に接続する際の使い勝手が悪くなってしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、大型化を避けつつ、種々の射出瞳投影位置に対して光学素子の配置位置を容易に調整可能な光学ユニット及び光学ユニットの調整方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る光学ユニットは、光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットであって、光学顕微鏡による一次結像面を撮像装置側の二次結像面にリレーするリレー光学系と、リレー光学系間の光軸上に配置された光学素子ホルダと、光学素子ホルダよりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置するフィールドレンズ配置部と、光学素子ホルダよりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿抜可能に配置するベルトランレンズ挿抜部と、を備える。

この光学ユニットでは、フィールドレンズを光学素子ホルダの前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡による射出瞳投影位置をリレー光学系間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズを用いることで、リレー光学系を構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子の必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニットの大型化を回避できる。また、この光学ユニットでは、光学素子ホルダよりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入することで、撮像装置を介して射出瞳投影位置を確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置に対して光学素子の配置位置を容易に調整できる。

また、ベルトランレンズ挿抜部は、ベルトランレンズの位置を光軸方向に変位させるベルトランレンズ変位部を有していてもよい。この場合、撮像装置の焦点を射出瞳投影位置に対して容易に合わせることができる。

また、ベルトランレンズ挿抜部は、ベルトランレンズを保持する複数のベルトランレンズ保持部を有し、ベルトランレンズ変位部は、ベルトランレンズ保持部のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されていてもよい。この場合、撮像装置の焦点を射出瞳投影位置に一層容易に合わせることができる。

また、フィールドレンズ配置部は、フィールドレンズの位置を光軸方向に変位させるフィールドレンズ変位部を有していてもよい。これにより、光軸方向に対する射出瞳投影位置の調整が容易なものとなる。

また、フィールドレンズ配置部は、フィールドレンズを保持する複数のフィールドレンズ保持部を有し、フィールドレンズ変位部は、フィールドレンズ保持部のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されていてもよい。これにより、光軸方向に対する射出瞳投影位置の調整が一層容易なものとなる。

また、光学ユニットは、光学素子ホルダの位置を光軸方向及び当該光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一つの方向に変位させるホルダ変位部を更に有していてもよい。これにより、射出瞳投影位置において光学素子の位置をＸＹ平面上で容易に調整できる。

また、光学ユニットは、光学素子ホルダよりも前段側の光軸上に光分割素子を更に有していてもよい。この場合、異なる波長の光を撮像装置側で観察可能となる。

また、本発明の一側面に係る光学ユニットの調整方法は、光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットの調整方法であって、リレー光学系間の光軸上に配置される光学素子ホルダの位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入し、撮像装置の焦点を光学素子ホルダの位置に合わせる焦点調整ステップと、光学素子ホルダの位置よりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置し、光学顕微鏡の射出瞳投影位置を光学素子ホルダの位置に合わせる射出瞳投影位置調整ステップと、射出瞳投影位置と光学素子ホルダの位置とが合った状態でベルトランレンズを光軸から抜脱するベルトランレンズ抜脱ステップと、を備える。

この光学ユニットの調整方法では、フィールドレンズを光学素子ホルダの前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡による射出瞳投影位置をリレー光学系間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズを用いることで、リレー光学系を構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子の必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニットの大型化を回避できる。また、この光学ユニットの調整方法では、光学素子ホルダよりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入することで、撮像装置を介して射出瞳投影位置を確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置に対して光学素子の配置位置を容易に調整できる。

また、射出瞳投影位置調整ステップは、フィールドレンズの位置を光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくはフィールドレンズを焦点距離の異なるフィールドレンズに交換するステップを含んでいてもよい。これにより、光軸方向に対する射出瞳投影位置の調整が容易なものとなる。

また、射出瞳投影位置調整ステップは、光学顕微鏡の開口絞りの像を撮像装置に結像させるステップを含んでいてもよい。光学顕微鏡において予めコンデンサレンズの調整を行うことにより、開口絞りの像の結像位置を射出瞳投影位置として利用することが可能となる。

また、光学ユニットの調整方法は、射出瞳投影位置調整ステップの後、光学素子ホルダに光学素子を配置し、光学素子ホルダの位置を光軸方向及び光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させる光学素子変位ステップを更に備えていてもよい。これにより、射出瞳投影位置において光学素子の位置を最適化できる。

また、本発明の一側面に係る光学ユニットの調整方法は、光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットの調整方法であって、リレー光学系間の光軸上に配置される光学素子ホルダの位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入するベルトランレンズ挿入ステップと、光学素子ホルダの位置よりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置し、光学顕微鏡の射出瞳投影位置を光学素子ホルダの位置に対して粗調整された粗調整位置に調整する射出瞳投影位置粗調整ステップと、撮像装置の焦点を粗調整位置に合わせる焦点調整ステップと、光学素子ホルダの位置を粗調整位置に合わせるホルダ調整ステップと、光学素子ホルダの位置と粗調整位置とが合った状態でベルトランレンズを光軸上から抜脱するベルトランレンズ抜脱ステップと、を備える。

この光学ユニットの調整方法では、フィールドレンズを光学素子ホルダの前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡による射出瞳投影位置をリレー光学系間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズを用いることで、リレー光学系を構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子の必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニットの大型化を回避できる。また、この光学ユニットの調整方法では、光学素子ホルダよりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入することで、撮像装置を介して射出瞳投影位置を確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置に対して光学素子の配置位置を容易に調整できる。

また、射出瞳投影位置粗調整ステップは、フィールドレンズの位置を光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくはフィールドレンズを焦点距離の異なるフィールドレンズに交換するステップを含んでいてもよい。これにより、光軸方向に対する射出瞳投影位置の粗調整が容易なものとなる。

また、射出瞳投影位置粗調整ステップは、光学顕微鏡の開口絞りの像を撮像装置に粗結像させるステップを含んでいてもよい。光学顕微鏡において予めコンデンサレンズの調整を行うことにより、開口絞りの像の結像位置を射出瞳投影位置として利用することが可能となる。したがって、射出瞳投影位置の粗調整が容易なものとなる。

また、光学ユニットの調整方法は、射出瞳投影位置粗調整ステップの後、光学素子ホルダに光学素子を配置し、光学素子の位置を光軸方向及び光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させる光学素子変位ステップを更に備えていてもよい。これにより、射出瞳投影位置において光学素子の位置を最適化できる。

また、焦点調整ステップは、ベルトランレンズの位置を光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくはベルトランレンズを焦点距離の異なるベルトランレンズに交換するステップを含んでいてもよい。この場合、撮像装置の焦点を射出瞳投影位置に対して容易に合わせることができる。

また、上記ステップのうち少なくとも１つのステップは、撮像装置によって撮像しながら行ってもよい。これにより、光学ユニットの調整手順がより簡便なものとなる。

また、焦点調整ステップは、光学素子ホルダにチャートを配置するステップを含んでいてもよい。チャートを用いることにより、撮像装置の焦点を射出瞳投影位置に対して容易に合わせることができる。

この光学ユニット及び光学ユニットの調整方法によれば、大型化を避けつつ、種々の射出瞳投影位置に対して光学素子の配置位置を調整できる。

光学ユニットの一実施形態を示す図である。 フィールドレンズ配置部の変形例を示す図である。 ベルトランレンズ配置部の変形例を示す図である。 光学ユニットの調整方法の第１実施形態を示すフローチャートである。 光学ユニットによる瞳リレーの初期状態を示す図である。 焦点調整ステップにおける結像関係を示す図である。 図６の後続の工程における結像関係を示す図である。 射出瞳投影位置調整ステップにおける結像関係を示す図である。 図８の後続の工程における結像関係を示す図である。 光学素子変位ステップにおける結像関係を示す図である。 ベルトランレンズ脱抜ステップ実行後の結像関係を示す図である。 光学ユニットの調整方法の第２実施形態を示すフローチャートである。 ベルトランレンズ挿入ステップにおける結像関係を示す図である。 射出瞳投影位置粗調整ステップにおける結像関係を示す図である。 図１４の後続の工程における結像関係を示す図である。 焦点調整ステップにおける結像関係を示す図である。 ホルダ調整ステップにおける結像関係を示す図である。 ベルトランレンズ脱抜ステップ実行後の結像関係を示す図である。 光学ユニットの変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る光学ユニット及び光学ユニットの調整方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［光学ユニットの構成］

図１は、光学ユニットの一実施形態を示す図である。同図に示す光学ユニット１は、光学顕微鏡２と撮像装置３との間に光学的に結合されるユニットである。光学ユニット１は、光学顕微鏡２の射出瞳投影位置Ｐに位相マスクなどの光学素子Ｍを配置し、当該光学素子の特性に応じた出力画像を撮像装置３側で取得するために用いられる。光学顕微鏡２は、例えば明視野顕微鏡や蛍光顕微鏡である。撮像装置３は、例えば２次元画素構造を持つＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、或いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラである。

図１に示すように、光学ユニット１は、筐体４内に、リレー光学系５と、光学素子ホルダ６と、フィールドレンズ配置部７と、ベルトランレンズ挿抜部８とを備えて構成されている。これらの構成要素は、互いに光学的に結合されている。筐体４の一端側には、光学顕微鏡２との接続部９が設けられている。接続部９は、例えばＣマウントであり、光学顕微鏡２のカメラポートに接続される。また、筐体４の他端側には、撮像装置３との接続部１０が設けられている。接続部１０は、例えばＣマウントであり、撮像装置３に接続される。

リレー光学系５は、光学顕微鏡２による一次結像面Ｋ１を撮像装置側の二次結像面Ｋ２にリレーするための光学系である。リレー光学系５は、コリメーションレンズ１１と、フォーカスレンズ１２とを含んで構成されている。コリメーションレンズ１１は、フォーカスレンズ１２との組み合わせにより像をリレーする機能を有するほか、結像レンズ１４との組み合わせにより対物レンズ１３の瞳をリレーする機能を有している。コリメーションレンズ１１は、複数のコリメーションレンズからなるレンズ群であってもよい。同様に、フォーカスレンズ１２は、複数のフォーカスレンズからなるレンズ群であってもよい。

光学素子ホルダ６は、光学素子Ｍを着脱自在に保持する部分である。光学素子ホルダ６は、リレー光学系５内の光軸上において、予め設定された射出瞳投影位置に配置されている。光学素子ホルダ６は、光学素子ホルダ６の位置を光軸方向及び当該光軸方向に直交する面の面内方向に変位させて調整するホルダ変位部１５を有している。ホルダ変位部１５は、例えば手動又は自動により駆動するマウントによって構成され、光学素子ホルダ６は、当該マウントに固定されている。光学素子ホルダ６に装着される光学素子Ｍとしては、例えば位相マスク、ＳＳＤ（Stair Step Device）、シリンドリカルレンズ、プリズム、可変焦点レンズなどが挙げられる。

フィールドレンズ配置部７は、光軸上にフィールドレンズ１６を配置する部分である。フィールドレンズ配置部７は、例えばフィールドレンズ保持部１７を有している。また、フィールドレンズ配置部７は、フィールドレンズ１６の位置を光軸方向に変位させて調整するフィールドレンズ変位部１８を有している。フィールドレンズ変位部１８は、例えば手動又は自動により駆動するマウントによって構成され、フィールドレンズ保持部１７は、当該マウントに固定されている。

フィールドレンズ１６は、フィールドレンズ配置部７により、光学顕微鏡２による一次結像面の近傍に配置されている。フィールドレンズ１６を光軸方向に変位させることで、光学顕微鏡２の射出瞳投影位置Ｐが光軸方向に変位する。また、焦点距離の異なるフィールドレンズ１６を用いることで射出瞳投影位置Ｐを変位させることもできる。

フィールドレンズ１６は、複数のフィールドレンズからなるレンズ群であってもよい。この場合、各レンズの焦点距離、及びレンズ間の間隔を変えることで、射出瞳投影位置Ｐ及び射出瞳サイズを調整することができる。フィールドレンズ１６をレンズ群とする場合には、例えば図２に示すように、フィールドレンズ変位部１８は、フィールドレンズ保持部１７のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されていることが好ましい。

ベルトランレンズ挿抜部８は、光軸上にベルトランレンズ１９を挿抜させる部分である。ベルトランレンズ挿抜部８は、例えばベルトランレンズ保持部２０を有している。また、ベルトランレンズ挿抜部８は、ベルトランレンズ１９の位置を光軸方向に変位させて調整するベルトランレンズ変位部２１を有している。ベルトランレンズ変位部２１は、例えば手動又は自動により駆動するマウントによって構成され、ベルトランレンズ挿抜部８は、当該マウントに固定されている。

ベルトランレンズ１９は、ベルトランレンズ挿抜部８により、光学素子ホルダ６よりも後段側に配置される。本実施形態では、ベルトランレンズ１９の位置は、フォーカスレンズ１２よりも前段側となっているが、フォーカスレンズ１２よりも後段側であってもよい。ベルトランレンズ１９を光軸上に挿入することにより、撮像装置３において射出瞳投影位置Ｐを撮像することが可能となる。光学ユニット１のユーザは、撮像装置３に電気的に接続されたモニタ等（不図示）によって、撮像した射出瞳投影位置Ｐの画像を確認しながら光学素子ホルダ６やフィールドレンズ１６等を調整できる。

また、ベルトランレンズ１９を光軸方向に変位させることで、レンズの焦点距離の製造誤差、撮像装置３のフランジバックの製造誤差、機械精度による誤差などを吸収し、所望の面に撮像装置３の焦点を合わせることができる。焦点距離の異なるベルトランレンズ１９を用いることにより、撮像装置３で撮像できる射出瞳面の範囲、すなわち、撮像倍率を変えることができる。撮像倍率は、ベルトランレンズ１９及びフォーカスレンズ１２の焦点距離とレンズ間の間隔とによって定められる。ベルトランレンズ１９は、フィールドレンズ１６の調整、及び光学素子Ｍの調整が終了した後は、光軸上から脱抜される。

ベルトランレンズ１９は、複数のベルトランレンズからなるレンズ群であってもよい。この場合、各レンズの焦点距離、及びレンズ間の間隔を変えることで、撮像装置３の焦点をより精密に調整することができる。ベルトランレンズ１９をレンズ群とする場合には、ベルトランレンズ変位部２１は、例えば図３に示すように、ベルトランレンズ保持部２０のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されていることが好ましい。
［光学ユニットの調整方法の第１実施形態］

図４は、光学ユニットの調整方法の第１実施形態を示すフローチャートである。同図に示すように、第１実施形態に係る光学ユニットの調整方法は、焦点調整ステップ（ステップＳ０１）と、射出瞳投影位置調整ステップ（ステップＳ０２）と、光学素子変位ステップ（ステップＳ０３）と、ベルトランレンズ脱抜ステップ（ステップＳ０４）とを備えている。これらステップは、撮像装置３によって撮像しながら実行できる。

図５は、光学ユニットによる瞳リレーの初期状態を示す図である。この初期状態では、ベルトランレンズ１９及び光学素子Ｍは、いずれも非設置となっている。また、フィールドレンズ１６は、説明の便宜上、仮想線にて図示している。光学ユニット１を光学顕微鏡２及び撮像装置３に接続した際の初期状態（調整前の状態）では、対物レンズ１３の種類などにより、射出瞳投影位置Ｐがばらつくおそれがある。図５に示す例では、射出瞳投影位置Ｐは、光学素子ホルダ６の位置よりも光軸方向の後段側、すなわち、射出瞳投影位置の設計位置よりも光軸方向の後段側にずれた状態となっている。

焦点調整ステップは、ベルトランレンズ１９を用いて、撮像装置３の焦点を光学素子ホルダ６の位置に合わせるステップである。この焦点調整ステップでは、図６に示すように、まず、光学素子ホルダ６にチャートＣを配置する。チャートＣは、例えばテストパターンが印刷されたシート体である。光学素子Ｍが非透明性を有する場合には、チャートＣに代えて、光学素子Ｍ自体を光学素子ホルダ６に配置してもよい。

次に、ベルトランレンズ挿抜部８により、光学素子ホルダ６よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入する。ベルトランレンズ１９は、撮像装置３の素子サイズに対してチャートや射出瞳のサイズが適合するように選択する。そして、ベルトランレンズ変位部２１によってベルトランレンズ１９の位置を光軸方向に調整し、図７に示すように、撮像装置３の焦点を光学素子ホルダ６の位置に一致させる。これにより、光学素子ホルダ６の位置を撮像装置３で撮像し、ユーザが観察することが可能となる。

撮像装置３の焦点を光学素子ホルダ６の位置に一致させた後、光学素子ホルダ６からチャートＣを取り外す。なお、焦点調整ステップでは、ベルトランレンズ変位部２１によるベルトランレンズ１９の位置調整に代えて、ベルトランレンズ１９を焦点距離の異なるベルトランレンズに交換してもよい。

射出瞳投影位置調整ステップは、光学顕微鏡２の射出瞳投影位置Ｐを光学素子ホルダ６の位置に合わせるステップである。この射出瞳投影位置調整ステップでは、まず、図８に示すように、フィールドレンズ配置部７により、光学素子ホルダ６よりも前段側の光軸上にフィールドレンズ１６を配置する。フィールドレンズ１６の配置位置は、光学顕微鏡２による一次結像面の近傍であることが好ましい。

次に、フィールドレンズ変位部１８によってフィールドレンズ１６の位置を光軸方向に調整し、図９に示すように、射出瞳投影位置Ｐを光学素子ホルダ６の位置に一致させる。このフィールドレンズ１６の調整にあたっては、例えば光学顕微鏡２における開口絞りの羽根部材の像が対物レンズ１３の射出瞳に結像するように、予め光学顕微鏡２内のコンデンサレンズの調整を行っておくことが好ましい。

これにより、撮像装置３で射出瞳投影位置Ｐを観察し、モニタ等に出力される瞳面を確認しながらフィールドレンズ１６の調整を行うことが可能となる。例えば、対物レンズ１３の射出瞳と共役な位置にある開口絞りの羽根部材に撮像装置３の焦点が合うか否か、又は瞳の大きさが最小であるか否かを確認することで、フィールドレンズ１６の調整を簡便に行うことができる。なお、射出瞳投影位置調整ステップでは、フィールドレンズ変位部１８によるフィールドレンズ１６の位置調整に代えて、フィールドレンズ１６を焦点距離の異なるフィールドレンズに交換してもよい。

また、フィールドレンズ１６の調整にあたっては、例えば光学顕微鏡２における試料の配置位置（例えばステージ上）に拡散板を配置してもよい。この場合、拡散板に光源からの光を照射して拡散光を発生させ、当該拡散光によって対物レンズ１３内の絞りを均一に照明することで、予め対物レンズ１３の射出瞳の像を光学素子ホルダ６の位置で直接観察できるようにしてもよい。拡散板は、拡散光を発生する基板であればよい。基板として蛍光板を用い、励起光源からの励起光を照射して発生する蛍光を拡散光として照明に用いてもよい。こうすると、撮像装置３で射出瞳投影位置Ｐを観察し、モニタ等に出力される瞳面を確認しながらフィールドレンズ１６の調整を行うことが可能となる。例えば直接的に対物レンズ１３内の射出瞳に撮像装置３の焦点が合うか否か、又は瞳の大きさが最小であるか否かを確認することで、フィールドレンズ１６の調整を行ってもよい。

光学素子変位ステップは、光学素子ホルダ６の位置を光軸方向及び光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させるステップである。この光学素子変位ステップでは、まず、光学素子ホルダ６に所望の光学素子Ｍを配置する。そして、図１０に示すように、ホルダ変位部１５によって光学素子Ｍを光軸方向及び光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させ、光学素子Ｍと射出瞳投影位置ＰとのＸＹ位置などを最適化する。

ベルトランレンズ脱抜ステップは、光軸上からベルトランレンズ１９を抜脱するステップである。光学素子ホルダ６の位置と射出瞳投影位置Ｐとが合った状態で、ベルトランレンズ挿抜部８によってベルトランレンズ１９を光軸上から脱抜させることで、図１１に示すように、射出瞳投影位置Ｐに光学素子Ｍが所望の状態で配置されたリレー光学系５が得られる。

なお、例えば射出瞳投影位置調整ステップまでを実行する現場と、光学素子変位ステップを実行する現場とが異なる場合には、射出瞳投影位置調整ステップの実行後にベルトランレンズ挿抜ステップを実行してもよい。そして、光学素子変位ステップの実行前に、再度ベルトランレンズ１９を光軸に対して挿入してもよい。また、上記の例では、光学素子ホルダ６が配置される位置に光学素子ホルダ６を配置した状態で焦点調整ステップや光学素子変位ステップを行っているが、当該位置に光学素子ホルダ６の代わりに直接チャート等を筐体４に固定し、調整後にチャートを光学素子ホルダ６と置き換えるようにしてもよい。

以上のような光学ユニットの調整方法では、フィールドレンズ１６を光学素子ホルダ６の前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡２による射出瞳投影位置Ｐをリレー光学系５間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズ１６を用いることで、リレー光学系５を構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子Ｍの必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニット１の大型化を回避できる。また、この光学ユニットの調整方法では、光学素子ホルダ６よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入することで、撮像装置３を介して射出瞳投影位置Ｐを確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置Ｐに対して光学素子Ｍの配置位置を容易に調整できる。

従来の手法では、光学素子をセットする位置に紙などの反射物を配置し、反射物に映る光束の径などを目視にて観察し、射出瞳投影位置が所望の位置に位置しているか否かを確認していた。これに対し、本実施形態の手法では、ベルトランレンズ１９を挿抜可能な機構を光学ユニット１に設けることにより、撮像装置３を介して光束の径や虹彩絞りピントを観察することで、射出瞳投影位置Ｐを容易に確認することが可能となる。

なお、ベルトランレンズ１９は、原理的には、光学ユニット１の外部（接続部１０よりも後段側）に配置することも可能である。しかしながら、ベルトランレンズ挿抜部８が光学ユニット１の内部に配置されていることで、接続部１０に接続された撮像装置３を取り外すことなく射出瞳投影位置Ｐの確認が可能となる。このため、撮像装置３を取り外すことに起因して撮像装置３の位置再現性が損なわれてしまうことも回避できる。また、ベルトランレンズ１９を用いることで、フィールドレンズ１６による射出瞳投影位置Ｐの調整に加え、撮像装置３を介して光学素子Ｍの位置調整を行うことも可能となり、光学ユニット１の利便性の向上が図られる。
［光学ユニットの調整方法の第２実施形態］

図１２は、光学ユニットの調整方法の第２実施形態を示すフローチャートである。同図に示すように、第２実施形態に係る光学ユニットの調整方法は、ベルトランレンズ挿入ステップ（ステップＳ１１）と、射出瞳投影位置粗調整ステップ（ステップＳ１２）と、焦点調整ステップ（ステップＳ１３）と、ホルダ調整ステップ（ステップＳ１４）と、光学素子変位ステップ（ステップＳ１５）と、ベルトランレンズ脱抜ステップ（ステップＳ１６）とを備えている。これらステップは、撮像装置３によって撮像しながら実行できる。

光学ユニット１による瞳リレーの初期状態は、図５に示した状態と同じである。射出瞳投影位置Ｐは、光学素子ホルダ６の位置よりも光軸方向の後段側、すなわち、射出瞳投影位置の設計位置よりも光軸方向の後段側にずれた状態となっている。

ベルトランレンズ挿入ステップは、リレー光学系５間の光軸上に配置される光学素子ホルダ６の位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入するステップである。このステップでは、図１３に示すように、ベルトランレンズ挿抜部８により、光学素子ホルダ６の位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入する。なお、このステップでは、上述した第１実施形態における焦点調整ステップのように、撮像装置３の焦点を光学素子ホルダ６の位置に合わせるようにベルトランレンズ１９を変位させて調整することを併せて行ってもよい。

射出瞳投影位置粗調整ステップは、光学顕微鏡２の射出瞳投影位置Ｐを光学素子ホルダ６の位置に対して粗調整するステップである。このステップでは、まず、図１４に示すように、フィールドレンズ配置部７により、光学素子ホルダ６よりも前段側の光軸上にフィールドレンズ１６を配置する。フィールドレンズ１６の配置位置は、光学顕微鏡２による一次結像面の近傍であることが好ましい。

次に、フィールドレンズ変位部１８によってフィールドレンズ１６の位置を光軸方向に調整し、図１５に示すように、射出瞳投影位置Ｐを光学素子ホルダ６の位置に対して粗調整された粗調整位置Ｐａに調整する。フィールドレンズ１６の調整にあたっては、例えば撮像装置３において開口絞りの羽根部材の像がある程度結像した位置を粗調整位置Ｐａとすればよい。また、例えば光学顕微鏡２における対物レンズ１３内の射出瞳の像がある程度結像した位置を粗調整位置Ｐａとしてもよい。なお、この射出瞳投影位置粗調整ステップにおいても、フィールドレンズ変位部１８によるフィールドレンズ１６の位置調整に代えて、フィールドレンズ１６を焦点距離の異なるフィールドレンズに交換してもよい。

焦点調整ステップは、ベルトランレンズ１９を用いて、撮像装置３の焦点を粗調整位置Ｐａに合わせるステップである。このステップでは、ベルトランレンズ変位部２１によってベルトランレンズ１９の位置を光軸方向に調整し、図１６に示すように、撮像装置３の焦点を粗調整位置Ｐａに一致させる。これにより、粗調整位置Ｐａを撮像装置３で撮像し、ユーザが粗調整位置Ｐａを観察することが可能となる。なお、この焦点調整ステップにおいても、ベルトランレンズ変位部２１によるベルトランレンズ１９の位置調整に代えて、ベルトランレンズ１９を焦点距離の異なるベルトランレンズに交換してもよい。

ホルダ調整ステップは、光学素子ホルダ６の位置を粗調整位置Ｐａに合わせるステップである。ホルダ調整ステップでは、図１７に示すように、ホルダ変位部１５によって光学素子Ｍを光軸方向に微調整し、光学素子ホルダ６の位置を粗調整位置Ｐａ（粗調整位置Ｐａに位置する射出瞳投影位置Ｐ）に一致させる。

光学素子変位ステップ及びベルトランレンズ脱抜ステップは、第１実施形態と同様である。光学素子Ｍと射出瞳投影位置ＰのＸＹ位置などを最適化した後、ベルトランレンズ１９を光軸上から脱抜させることで、図１８に示すように、射出瞳投影位置Ｐに光学素子Ｍが所望の状態で配置されたリレー光学系５が得られる。

なお、第２実施形態においても、例えばホルダ調整ステップまでを実行する現場と、光学素子変位ステップを実行する現場とが異なる場合には、ホルダ調整ステップの実行後にベルトランレンズ挿抜ステップを実行してもよい。そして、光学素子変位ステップの実行前に、再度ベルトランレンズ１９を光軸に対して挿入してもよい。また、第２実施形態では、粗調整位置Ｐａに射出瞳投影位置Ｐを粗調整するようにフィールドレンズを変位させる射出瞳投影位置粗調整ステップの後に、粗調整位置Ｐａに撮像装置３の焦点が合うようにベルトランレンズを変位させる焦点調整ステップを行っているが、射出瞳投影位置粗調整ステップと焦点調整ステップとの実行順序を逆にして調整を行ってもよい。

以上のような光学ユニットの調整方法においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、フィールドレンズ１６を光学素子ホルダ６の前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡２による射出瞳投影位置Ｐをリレー光学系５間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズ１６を用いることで、リレー光学系５を構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子Ｍの必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニット１の大型化を回避できる。また、この光学ユニットの調整方法では、光学素子ホルダ６よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入することで、撮像装置３を介して射出瞳投影位置Ｐを確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置Ｐに対して光学素子Ｍの配置位置を容易に調整できる。

また、第２実施形態では、射出瞳投影位置Ｐの調整をフィールドレンズ１６の調整のみによって行うのではなく、フィールドレンズ１６による粗調整と光学素子ホルダ６の調整とによって行っている。このため、広範な種類のフィールドレンズ１６を用意する必要が無くなり、光学ユニット１の利便性の向上が図られる。
［光学ユニットの変形例］

図１９は、光学ユニットの変形例を示す図である。同図に示すように、変形例に係る光学ユニット３１は、２つの異なる波長の光を２台の撮像装置３Ａ，３Ｂで観察可能となるように構成されている点で、上記実施形態に示した光学ユニット１と相違している。

撮像装置３Ａは、例えば長波長の光に対応した撮像装置であり、撮像装置３Ｂは、例えば短波長の光に対応した撮像装置である。光学ユニット１の筐体４の他端側には、撮像装置３Ａとの接続部１０Ａと、撮像装置３Ｂとの接続部１０Ｂとがそれぞれ設けられている。

また、光学ユニット３１は、上述した光学ユニット１の構成に加え、光分割素子３２と、反射ミラー３３と、フォーカスレンズ３４とを更に備えている。光分割素子３２は、例えばダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等の誘電体多層膜ミラーである。光分割素子３２は、例えば長波長の光を透過させ、短波長の光を反射するように構成されている。光分割素子３２によって光学顕微鏡２からの光を波長の異なる光に分光し、各々の光を撮像装置３Ａ及び３Ｂで撮像することができる。

反射ミラー３３は、光分割素子３２で反射した光をフォーカスレンズ１２に向けて略直角に反射させる。反射ミラー３３によって、光分割素子３２で反射した光を更に反射させ、光分割素子３２を透過した光と向きを揃えることで、撮像装置３Ａ及び３Ｂが光学ユニット３１に対して接続される向きを揃えることができる。

フォーカスレンズ１２，３４は、コリメーションレンズ１１との協働により、光学顕微鏡２による一次結像面Ｋ１を撮像装置側の二次結像面Ｋ２にリレーするリレー光学系５を構成する。光学ユニット３１では、コリメーションレンズ１１とフォーカスレンズ１２とによって、長波長の光に対するリレー光学系５Ａが構成され、コリメーションレンズ１１とフォーカスレンズ３４とによって短波長の光に対するリレー光学系５Ｂが構成されている。

光学素子ホルダ６及びホルダ変位部１５は、リレー光学系５Ａ内の光軸上及びリレー光学系５Ｂ内の光軸上にそれぞれ配置されている。また、ベルトランレンズ挿抜部８及びベルトランレンズ変位部２１は、リレー光学系５Ａ側の光学素子ホルダ６の後段側、及びリレー光学系５Ｂ側の光学素子ホルダ６の後段側にそれぞれ配置されている。

リレー光学系５Ａ側のベルトランレンズ挿抜部８及びベルトランレンズ変位部２１は、フォーカスレンズ１２の前段側に配置され、リレー光学系５Ｂ側のベルトランレンズ挿抜部８及びベルトランレンズ変位部２１は、フォーカスレンズ３４の後段側に配置されている。なお、リレー光学系５Ａ側のベルトランレンズ挿抜部８及びベルトランレンズ変位部２１は、フォーカスレンズ１２の後段側に配置されてもよく、リレー光学系５Ｂ側のベルトランレンズ挿抜部８及びベルトランレンズ変位部２１は、フォーカスレンズ３４の前段側に配置されてもよい。

以上のような光学ユニット３１においても、上述した光学ユニットの調整方法をリレー光学系５Ａ，５Ｂのそれぞれに適用することにより、２つの波長の光の結像関係を調整できる。フィールドレンズ１６を光学素子ホルダ６の前段側の光軸上に配置することで、光学顕微鏡２による射出瞳投影位置Ｐをリレー光学系５Ａ，５Ｂ間の光軸上の一定の範囲内に位置させることができる。フィールドレンズ１６を用いることで、リレー光学系５Ａ，５Ｂを構成するレンズの間隔及びレンズ径を抑えられ、光学素子Ｍの必要径を一定範囲内に抑えられるので、光学ユニット３１の大型化を回避できる。また、光学素子ホルダ６よりも後段側の光軸上にベルトランレンズ１９を挿入することで、撮像装置３を介して射出瞳投影位置Ｐを確認することが可能となる。したがって、種々の射出瞳投影位置Ｐに対して光学素子Ｍの配置位置を容易に調整できる。

１，３１…光学ユニット、２…光学顕微鏡、３…撮像装置、５，５Ａ，５Ｂ…リレー光学系、６…光学素子ホルダ、１５…ホルダ変位部、１６…フィールドレンズ、１８…フィールドレンズ変位部、７…フィールドレンズ配置部、１９…ベルトランレンズ、８…ベルトランレンズ挿抜部、２０…ベルトランレンズ保持部、２１…ベルトランレンズ変位部、３２…光分割素子、Ｃ…チャート、Ｋ１…一次結像面、Ｋ２…二次結像面、Ｍ…光学素子、Ｐ…射出瞳投影位置。

Claims (18)

1. 光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットであって、
   前記光学顕微鏡による一次結像面を撮像装置側の二次結像面にリレーするリレー光学系と、
   前記リレー光学系間の光軸上に配置された光学素子ホルダと、
   前記光学素子ホルダよりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置するフィールドレンズ配置部と、
   前記光学素子ホルダよりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿抜可能に配置するベルトランレンズ挿抜部と、を備えた光学ユニット。
2. 前記ベルトランレンズ挿抜部は、前記ベルトランレンズの位置を光軸方向に変位させるベルトランレンズ変位部を有している請求項１記載の光学ユニット。
3. 前記ベルトランレンズ挿抜部は、前記ベルトランレンズを保持する複数のベルトランレンズ保持部を有し、
   前記ベルトランレンズ変位部は、前記ベルトランレンズ保持部のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されている請求項２記載の光学ユニット。
4. 前記フィールドレンズ配置部は、前記フィールドレンズの位置を光軸方向に変位させるフィールドレンズ変位部を有している請求項１〜３のいずれか一項記載の光学ユニット。
5. 前記フィールドレンズ配置部は、前記フィールドレンズを保持する複数のフィールドレンズ保持部を有し、
   前記フィールドレンズ変位部は、前記フィールドレンズ保持部のそれぞれの位置を光軸方向に変位可能に構成されている請求項４記載の光学ユニット。
6. 光学素子ホルダの位置を光軸方向及び当該光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一つの方向に変位させるホルダ変位部を更に有している請求項１〜５のいずれか一項記載の光学ユニット。
7. 前記光学素子ホルダよりも前段側の光軸上に光分割素子を更に有している請求項１〜６のいずれか一項記載の光学ユニット。
8. 光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットの調整方法であって、
   リレー光学系間の光軸上に配置される光学素子ホルダの位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入し、前記撮像装置の焦点を前記光学素子ホルダの位置に合わせる焦点調整ステップと、
   前記光学素子ホルダの位置よりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置し、前記光学顕微鏡の射出瞳投影位置を前記光学素子ホルダの位置に合わせる射出瞳投影位置調整ステップと、
   前記射出瞳投影位置と前記光学素子ホルダの位置とが合った状態で前記ベルトランレンズを前記光軸から抜脱するベルトランレンズ抜脱ステップと、を備えた光学ユニットの調整方法。
9. 前記射出瞳投影位置調整ステップは、前記フィールドレンズの位置を前記光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくは前記フィールドレンズを焦点距離の異なるフィールドレンズに交換するステップを含む請求項８記載の光学ユニットの調整方法。
10. 前記射出瞳投影位置調整ステップは、前記光学顕微鏡の開口絞りの像を前記撮像装置に結像させるステップを含む請求項８又は９記載の光学ユニットの調整方法。
11. 前記射出瞳投影位置調整ステップの後、前記光学素子ホルダに光学素子を配置し、前記光学素子ホルダの位置を前記光軸方向及び前記光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させる光学素子変位ステップを更に備えた請求項８〜１０のいずれか一項記載の光学ユニットの調整方法。
12. 光学顕微鏡と撮像装置との間に光学的に結合される光学ユニットの調整方法であって、
    リレー光学系間の光軸上に配置される光学素子ホルダの位置よりも後段側の光軸上にベルトランレンズを挿入するベルトランレンズ挿入ステップと、
    前記光学素子ホルダの位置よりも前段側の光軸上にフィールドレンズを配置し、前記光学顕微鏡の射出瞳投影位置を前記光学素子ホルダの位置に対して粗調整された粗調整位置に調整する射出瞳投影位置粗調整ステップと、
    前記撮像装置の焦点を前記粗調整位置に合わせる焦点調整ステップと、
    前記光学素子ホルダの位置を前記粗調整位置に合わせるホルダ調整ステップと、
    前記光学素子ホルダの位置と前記粗調整位置とが合った状態で前記ベルトランレンズを前記光軸上から抜脱するベルトランレンズ抜脱ステップと、を備えた光学ユニットの調整方法。
13. 前記射出瞳投影位置粗調整ステップは、前記フィールドレンズの位置を前記光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくは前記フィールドレンズを焦点距離の異なるフィールドレンズに交換するステップを含む請求項１２記載の光学ユニットの調整方法。
14. 前記射出瞳投影位置粗調整ステップは、前記光学顕微鏡の開口絞りの像を前記撮像装置に粗結像させるステップを含む請求項１２又は１３記載の光学ユニットの調整方法。
15. 前記ホルダ調整ステップの後、前記光学素子ホルダに光学素子を配置し、前記光学素子の位置を前記光軸方向及び前記光軸方向に直交する面の面内方向の少なくとも一方に変位させる光学素子変位ステップを更に備えた請求項１２〜１４のいずれか一項記載の光学ユニットの調整方法。
16. 前記焦点調整ステップは、前記ベルトランレンズの位置を前記光軸方向に沿って変位させるステップ、若しくは前記ベルトランレンズを焦点距離の異なるベルトランレンズに交換するステップを含む請求項８〜１５のいずれか一項記載の光学ユニットの調整方法。
17. 前記ステップのうち少なくとも１つのステップは、前記撮像装置によって撮像しながら行う請求項８〜１６いずれか一項記載の光学ユニットの調整方法。
18. 前記焦点調整ステップは、前記光学素子ホルダにチャートを配置するステップを含む請求項８〜１１のいずれか一項記載の光学ユニットの調整方法。

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