WO2017221334A1 - 顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド顕微鏡装置 - Google Patents

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WO2017221334A1
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optical system
image
lens group
microscope
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敢人 宮崎
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オリンパス株式会社
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    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
    • G—PHYSICS
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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    • G02B27/0075—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. increasing, the depth of field or depth of focus

Definitions

  • the present invention relates to an imaging optical system for a microscope and a light field microscope apparatus.
  • the light field technology is applied to a microscope, it is possible to acquire three-dimensional information of a minute observation object in one shot.
  • the three-dimensional information of the minute observation object can be obtained with, for example, a confocal microscope, but since each cross-sectional image is repetitively three-dimensionalized, in order to finally obtain the three-dimensional information, A lot of time is required.
  • three-dimensional information can be obtained in a short time.
  • Non-Patent Document 1 proposes a spatial filter such as a phase mask with a specific pattern in the pupil of the optical system, and improves the lateral resolution of 3D information by processing the acquired image signal with a computer. The purpose is to let you.
  • a microlens array is placed on the image plane, and an image sensor is placed behind it.
  • the exit pupil of the microscope objective lens is imaged by the microlens on the light receiving surface of the image sensor. Accordingly, information on the light beam direction can be obtained by determining which pixel of the image sensor is incident according to the direction of the light beam incident on the objective lens.
  • the light beam passing through the center of the exit pupil of the objective lens that is, the principal ray, needs to be parallel to the optical axis, that is, image side telecentric.
  • the imaging lens is image side telecentric in order to apply the light field technology
  • the total length from the entrance pupil to the image plane increases and the total length of the optical system becomes long.
  • a large space is required to accommodate the optical system, which increases the overall size of the microscope and increases the weight and footprint of an inverted microscope.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has an imaging optical system for a microscope and a light field microscope apparatus capable of shortening the distance from the entrance pupil to the image plane and making the entire microscope compact.
  • the purpose is to provide.
  • An aspect of the present invention includes a first lens group that includes an entrance pupil on the object side, has a positive refractive power in order from the object side, and includes a biconvex lens and a negative lens having a concave surface facing the object side.
  • a second lens group including a negative lens having negative refractive power and having a concave surface facing the object side; a meniscus lens having positive refractive power and having a convex surface facing the image side;
  • This is an imaging optical system for a microscope that includes the third lens group and satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • dp1 is the distance between the most object side lens of the first lens group and the entrance pupil
  • f is the focal length of the microscope imaging optical system
  • TT is the microscope connection from the entrance pupil. This is the distance to the object image plane formed by the image optical system.
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the pupil modulation element arranged on the entrance pupil plane and the first lens group are too close to each other, making arrangement difficult. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the distance from the entrance pupil to the first lens group becomes long, and as a result, the distance from the entrance pupil to the image plane becomes too long. If the conditional expression (2) is exceeded, as a result, the distance from the entrance pupil to the image plane becomes long, and as a result, the entire optical system becomes large.
  • conditional expression (3) may be satisfied. 0.2 ⁇ fG3 / f ⁇ 0.5 (3)
  • fG3 is a focal length of the third lens group.
  • conditional expression (3) If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the refractive power of the third lens group becomes too strong, so that the spherical aberration, coma aberration, and distortion of the object image deteriorate. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the refractive power of the third lens group becomes weak, the force for bending the light beam becomes weak, and image side telecentricity cannot be maintained.
  • conditional expressions (4) and (5) may be satisfied.
  • fG1 is a focal length of the first lens group
  • fG2 is a focal length of the second lens group.
  • conditional expression (4) If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, the refractive power of the first lens group becomes too strong, and the spherical aberration and coma aberration of the object image are deteriorated. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the refractive power becomes too weak to achieve the specified focal length. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the refractive power of the second lens group becomes too weak, the Petzval sum becomes large, and the field curvature cannot be corrected. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the refractive power will be too great, and the spherical aberration and coma aberration of the object image will deteriorate.
  • ⁇ d1cx is the Abbe number of the biconvex lens of the first lens group
  • ⁇ d1cv is the Abbe number of the negative lens of the first lens group.
  • ⁇ d3p is the Abbe number of the positive lens of the third lens group
  • ⁇ d3m is the Abbe number of the meniscus lens of the third lens group.
  • the image side telecentricity at wavelengths other than the main wavelength deteriorates, and a shift due to the color of the pupil image formed by the micro lens occurs.
  • an objective lens for condensing light from an object
  • the microscope imaging optical system for condensing the light collected by the objective lens to form an object image.
  • An imaging element having a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged on an object image plane formed by the microscope imaging optical system, and a light receiving surface on which the image of the entrance pupil is formed by each microlens And a light field microscope.
  • conditional expression (8) may be satisfied. 0 ⁇ ⁇
  • ⁇ is the imaging magnification of the object image formed on the microlens array
  • NA is the numerical aperture of the objective lens
  • p is the pitch of the image sensor
  • n is included in one picture element.
  • the square root of the number of pixels, ⁇ is the inclination between the principal ray emitted from the microscope imaging optical system and the optical axis.
  • the distance from the entrance pupil to the image plane can be shortened, and the entire microscope can be configured compactly.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a first example of a microscope imaging optical system provided in the light field microscope apparatus of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an arrangement of an imaging optical system for a microscope, a pupil relay optical system, a pupil modulation optical element, and a microlens array in FIG. 2. It is a figure which shows the spherical aberration of the object image by the optical system of FIG. It is a figure which shows the astigmatism of the object image by the optical system of FIG.
  • FIG. 5A It is a figure which shows the relationship of the inclination of the chief ray with respect to the object image height in the imaging optical system for microscopes of FIG.
  • FIG. 5A It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Example of the imaging optical system for microscopes with which the light field microscope apparatus of FIG. 1 is equipped.
  • a pupil relay optical system a pupil modulation optical element, and a micro lens array.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the microscope imaging optical system provided in the light field microscope apparatus of FIG. 1. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the arrangement
  • the light field microscope apparatus 1 optically conjugates an infinity correction type objective lens 2 that collects light from a subject and an exit pupil of the objective lens 2.
  • the pupil relay optical system 3 that is reshaped at a certain position
  • the imaging optical system 4 for a microscope according to the present embodiment that forms an image of the light beam relayed by the pupil relay optical system 3, and the pupil relay optical system 3
  • the pupil modulation optical element 5 disposed at the position of the exit pupil and the microlens array 6 disposed at the image forming position by the microscope image forming optical system 4 are provided.
  • the objective lens 2 collects a light beam from an object (object) placed on a sample stage of a microscope and forms a virtual image at infinity.
  • the light beam from the object that has passed through the objective lens 2 becomes a parallel light beam and enters the pupil relay optical system 3.
  • the pupil relay optical system 3 has an almost infinite focal length, collects the parallel light beam incident from the objective lens 2, and once forms an object image inside the pupil relay optical system 3. The light is emitted in the form of a parallel light beam, and a virtual image of the object is formed at infinity.
  • the imaging optical system 4 for a microscope according to the present embodiment is disposed behind the pupil relay optical system 3 and forms an object image by condensing the parallel light beams emitted from the pupil relay optical system 3. It is like that.
  • the microscope imaging optical system 4 has an entrance pupil on the object side, and includes a first lens group 7, a second lens group 8, and a third lens group 9 in order from the object side.
  • the first lens group 7 has a positive refractive power, and includes at least one biconvex lens L3 and at least one negative lens L4 having a concave surface facing the object side.
  • it in order from the object side, it consists of two meniscus lenses L1, L2 having a convex surface facing the object side, and a cemented lens of a biconvex lens L3 and a biconcave lens L4.
  • the second lens group 8 includes a negative lens L5 having negative refractive power and having a concave surface facing at least one object side. Specifically, it is a single meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side.
  • the third lens group 9 has a positive refractive power and includes at least one meniscus lens L6 and a positive lens L7 having a convex surface facing the image side. Specifically, in order from the object side, it includes a meniscus lens L6 having a concave surface facing the object side, and a plano-convex lens having a convex surface facing the image side and L7.
  • the imaging optical system 4 for a microscope satisfies the following conditional expressions (1) to (7).
  • 0.05 ⁇ dp1 / f ⁇ 0.15 (1) 0.5 ⁇ TT / f ⁇ 0.9 (2)
  • dp1 is the distance between the lens L1 closest to the object side of the first lens group 7 and the entrance pupil
  • f is the focal length of the microscope imaging optical system 4
  • TT is the microscope imaging optics from the entrance pupil. This is the distance to the object image plane formed by the system 4.
  • fG1 is the focal length of the first lens group 7
  • fG2 is the focal length of the second lens group 8
  • fG3 is the focal length of the third lens group 9.
  • ⁇ d1cx is the Abbe number of the biconvex lens L3 of the first lens group 7
  • ⁇ d1cv is the Abbe number of the negative lens L4 of the first lens group 7.
  • ⁇ d3p is the Abbe number of the positive lens L7 of the third lens group 9
  • ⁇ d3m is the Abbe number of the meniscus lens L6 of the third lens group 9.
  • the pupil modulation optical element 5 is a spatial filter for Coded Aperture, for example, and is arranged on the image plane of the exit pupil.
  • the light field microscope apparatus 1 satisfies the following conditional expression (8).
  • ⁇ is the magnification of the object image formed on the microlens array 6
  • NA is the numerical aperture of the objective lens 2
  • p is the pitch of the image sensor 11, and n is included in one picture element.
  • the square root of the number of pixels, ⁇ is the inclination between the principal ray emitted from the microscope imaging optical system 4 and the optical axis.
  • the conditional expression (1) and the conditional expression (2) are satisfied, so the distance from the entrance pupil to the image plane is shortened.
  • the entire optical system can be configured compactly. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the pupil modulation element 5 arranged on the entrance pupil plane and the first lens group 7 are too close to each other, making arrangement difficult.
  • the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the distance from the entrance pupil to the first lens group 7 becomes long, and as a result, the distance from the entrance pupil to the image plane becomes too long.
  • the conditional expression (2) is exceeded, as a result, the distance from the entrance pupil to the image plane becomes long, and as a result, the entire optical system becomes large.
  • the imaging optical system 4 for a microscope since the conditional expression (3) is satisfied, the spherical aberration, the coma aberration, and the distortion aberration of the object image can be improved, Image side telecentricity can be maintained. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the refractive power of the third lens group 9 becomes too strong, and the spherical aberration, coma aberration, and distortion of the object image deteriorate. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the refractive power of the third lens group 9 becomes weak, the force for bending the light beam becomes weak, and the image-side telecentricity cannot be properly maintained.
  • the imaging optical system 4 for a microscope since the conditional expression (4) is satisfied, the spherical aberration and the coma aberration of the object image can be improved, and the specified focal point is obtained. Distance can be achieved. Further, since the conditional expression (5) is satisfied, it is possible to appropriately correct the curvature of field, and to improve the spherical aberration and coma aberration of the object image.
  • conditional expression (4) If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, the refractive power of the first lens group 7 becomes too strong, and the spherical aberration and coma aberration of the object image deteriorate. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the refractive power becomes too weak to achieve the specified focal length. If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the refractive power of the second lens group 8 becomes too weak, the Petzval sum becomes large, and the field curvature cannot be corrected. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the refractive power will be too great, and the spherical aberration and coma aberration of the object image will deteriorate.
  • the conditional expression (6) is satisfied, so that the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the object image are improved to improve the imaging performance. Can do. Further, since the conditional expression (7) is satisfied, the image side telecentricity at wavelengths other than the main wavelength can be properly maintained.
  • the exit pupil is imaged on the image sensor 11 by the microlens 10 disposed on the object image plane. If the exit pupil image deviates from the planned pixel area, a problem occurs as described later.
  • the deviation of the pupil image on the image sensor 11 is represented by the principal ray inclination (rad) ⁇ the focal length of the microlens 10.
  • rad principal ray inclination
  • the imaging magnification ⁇ of the object image formed on the microlens array 6, the numerical aperture NA of the objective lens 2, the focal length f of the microlens 10, the pitch p of the image sensor 11, and the number of pixels n included in one picture element Two , the pitch n ⁇ p of the microlens array 6, the allowable shift amount k ⁇ p (k is a coefficient) of the center of the pupil image on the image sensor surface, and the allowable principal ray inclination ⁇ f p ⁇ n ⁇ ⁇ / (2NA)
  • the focal length f is expressed as follows, an image of a pupil having the same diameter as the pitch of the microlenses 10 is formed on the image sensor 11.
  • conditional expression (8) is derived.
  • the light field microscope apparatus 1 satisfies the conditional expression (8), the deviation angle ⁇ of the inclination of the principal ray with respect to the optical axis is suppressed within an allowable range, and the light field optical system is configured. It has sufficient performance to use.
  • the conditional expressions (1) to (8) are satisfied has been described.
  • the conditional expressions (3) to (8) may not be satisfied, At least one may be satisfied.
  • FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the pupil relay optical system 3, the pupil modulation optical element 5, the microscope imaging optical system 4 and the microlens array 6 according to the present embodiment.
  • the lens data of the optical system in FIG. 3 is shown below.
  • 4A, 4B, and 4C show aberrations of the imaging optical system 4 for a microscope including the pupil relay optical system 3, respectively.
  • the dominant wavelength is 546.07 nm and the entrance pupil diameter is 13.5 mm.
  • the surface number 1 is the exit pupil of the objective lens 2
  • the surface numbers 2 to 16 are the pupil relay optical system 3
  • the focal length is approximately infinite
  • the imaging magnification of the pupil is 1.
  • the exit pupil of the objective lens 2 is formed by the pupil relay optical system 3 at the position of the surface number 18.
  • Surface number 18 is also the position of the entrance pupil of the imaging optical system 4 for the microscope.
  • Surface numbers 17 and 18 are pupil modulation optical elements 5.
  • Surface numbers 19 to 31 are the imaging optical system 4 for a microscope according to this embodiment, and the focal length f is 180 mm. The image height is 11 mm.
  • Surface numbers 32 and 33 are the microlens array 6 shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the pitch of the microlens array 6 is 0.075 mm both vertically and horizontally, and the dimension in the plane perpendicular to the optical axis is 17.6 mm ⁇ 13.2 mm.
  • a surface number 34 is a light receiving surface of the image sensor 11.
  • the pixel pitch of the image sensor 11 is 5 ⁇ m.
  • the focal length of each microlens 10 of the microlens array 6 is 2 mm.
  • the first lens group 7 of the imaging optical system 4 for a microscope includes a positive meniscus lens L1 having a convex surface on the object side and a negative meniscus having a convex surface on the object side. It is composed of a meniscus lens L2, a cemented lens of a biconvex lens L3 and a biconcave lens L4.
  • the Abbe number of the biconvex lens L3 is 81.55
  • the Abbe number of the biconcave lens L4 is 25.68.
  • the second lens group 8 is a meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side.
  • the third lens group 9 is a positive meniscus lens L6 and a biconvex lens L7 having a convex surface facing the image side.
  • the radius of curvature of the concave surface of the meniscus lens L6 is 33.2466.
  • the conditional expression (8) for telecentricity is calculated.
  • the numerical aperture NA of the objective lens 2 is set to 0.75
  • FIG. 6 shows the inclination of the principal ray with respect to the image height.
  • the angle deviation from the optical axis of the principal ray is within 6.2 sec at the total image height, and satisfies the conditional expression (8), so that it has sufficient performance for use as a light field optical system. ing.
  • the conjugate point of the exit pupil of the objective lens 2 that is, the distance from the entrance pupil of the microscope imaging optical system 4 to the object image plane is 152.47 mm. Since the focal length of the microscope imaging optical system 4 is 180 mm, the length from the entrance pupil to the object image plane is about 0.85 times the focal length, and this length is 1.63 times the focal length. It is very short compared to the conventional example which is doubled from
  • the pupil relay optical system 3 can be omitted and an imaging lens can be disposed after the objective lens 2 for use. In that case, by making the exit pupil of the objective lens 2 coincide with the entrance pupil of the imaging lens, image-side telecentricity can be achieved.
  • FIG. 7 is a diagram showing a lens arrangement of the microscope imaging optical system 12 in this embodiment.
  • FIG. 8 shows the arrangement of the pupil relay optical system 3, the pupil modulation optical element 5, the microscope imaging optical system 12, and the microlens array 6.
  • the lens data of the optical system in FIG. 8 is shown below.
  • 9A, 9B, and 9C show aberrations of the microscope imaging optical system 12 including the pupil relay optical system 3, respectively.
  • the dominant wavelength is 546.07 nm and the entrance pupil diameter is 13.5 mm.
  • the surface number 1 is the exit pupil of the objective lens 2
  • the surface numbers 2 to 26 are the pupil relay optical system 3
  • the focal length is approximately infinite
  • the imaging magnification of the pupil is 1.
  • the pupil of the objective lens 2 is formed by the pupil relay optical system 3.
  • the surface number 27 is also the position of the entrance pupil of the microscope imaging optical system 4 according to the present embodiment.
  • Surface numbers 27 and 28 are pupil modulation optical elements 5.
  • Surface numbers 29 to 40 are the imaging optical system 12 for a microscope according to the present embodiment, and the focal length is 180 mm. The image height is 11 mm.
  • Surface numbers 41 and 42 are the microlens array 6.
  • the pitch of the microlens array 6 is 0.045 mm both vertically and horizontally, and the dimension in the plane perpendicular to the optical axis is 17.6 mm ⁇ 13.2 mm.
  • the surface number 43 is the light receiving surface of the image sensor 11.
  • the focal length of each microlens 10 of the microlens array 6 is 1.2 mm.
  • 9 ⁇ 9 pixels corresponding to each microlens 10 are provided with one of RGB color filters 16 on the image sensor 11. Thereby, a color image of the light field can be acquired.
  • the first lens group 13 of the microscope imaging optical system 12 includes a biconvex lens L11 from the object side, and a meniscus lens (negative lens) L12 having a concave surface directed to the object side.
  • the second lens group 14 includes a biconvex lens L13 and a biconcave lens L14 in order from the object side.
  • the third lens group 15 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L15 and a biconvex lens L16 with a concave surface facing the image side.
  • the radius of curvature of the concave surface of the meniscus lens L15 is 57.3177.
  • the meniscus lens L15 has an Abbe number of 25.33
  • the biconvex lens L16 has an Abbe number of 81.55.
  • the conditional expression (8) for telecentricity is calculated.
  • the numerical aperture NA of the objective lens 2 is set to 0.75
  • FIG. 11 shows the inclination of the principal ray with respect to the image height.
  • the angle deviation from the optical axis of the chief ray is within 10 sec at the total image height, so the conditional expression (8) is satisfied, and performance sufficient for use as a light field optical system is achieved. Have.
  • the focal length of the imaging lens is 180 mm, the length from the entrance pupil to the object image plane is about 0.88 times the focal length, which is very short compared to the prior art.
  • FIG. 12 is a lens arrangement of the microscope imaging optical system 17 according to the present embodiment.
  • FIG. 13 shows the arrangement of the pupil relay optical system 3, the pupil modulation optical element 5, the microscope imaging optical system 17, and the microlens array 6.
  • This embodiment shows an example in which a light beam from an object condensed by a finite microscope objective lens enters the pupil relay optical system 3 before forming an object image.
  • the lens data of the optical system in FIG. 13 is shown below.
  • 14A, 14B, and 14C show aberrations of the microscope imaging optical system 17 including the pupil relay optical system 3, respectively.
  • the dominant wavelength is 546.07 nm and the entrance pupil diameter is 20 mm.
  • Surface number 1 is the exit pupil of the objective lens 2
  • surface numbers 2 to 17 are the pupil relay optical system 3
  • the imaging magnification of the pupil is 1.
  • the pupil of the objective lens 2 is formed by the pupil relay optical system 3 at the position of the surface number 18.
  • the surface number 27 is also the position of the entrance pupil of the microscope imaging optical system 17 according to this embodiment.
  • Surface numbers 18 and 19 are pupil modulation optical elements 5.
  • Surface numbers 20 to 31 are the imaging optical system 17 for the microscope, and the focal length is 180 mm. The image height is 11 mm.
  • Surface number 32 and surface number 33 are the microlens array 6.
  • the pitch of the microlens array 6 is 0.045 mm both vertically and horizontally, and the dimension in the plane perpendicular to the optical axis is 17.6 mm ⁇ 13.2 mm.
  • a surface number 34 is a light receiving surface of the image sensor 11.
  • the pixel pitch of the image sensor 11 is 5 ⁇ m.
  • the focal length of each microlens 10 of the microlens array 6 is 1.2 mm.
  • RGB color filters 16 are arranged on the image sensor 11 as shown in FIGS. 10A and 10B. As a result, a color image of the light field can be acquired.
  • the first lens group 18 of the microscope imaging optical system 17 includes a biconvex lens L21 from the object side, and a meniscus lens (negative lens) L22 having a concave surface facing the object side.
  • the second lens group 19 is a biconvex lens L23 and a biconcave lens L24.
  • the third lens group 20 includes a negative meniscus lens L25 and a biconvex lens (positive lens) L26 having a concave surface facing the image side.
  • the meniscus lens L25 has an Abbe number of 23.78
  • the biconvex lens L26 has an Abbe number of 94.95.
  • FIG. 15 shows the inclination of the principal ray with respect to the image height.
  • the angle deviation of the principal ray (at each wavelength used) from the optical axis is within 29 sec at all image heights, and therefore satisfies the conditional expression (8), and the light field optical system It has sufficient performance to be used as
  • FIG. 16 shows a lens arrangement of the microscope imaging optical system 21 according to the present embodiment.
  • FIG. 17 shows the arrangement of the pupil relay optical system 3, the pupil modulation optical element 5, the microscope imaging optical system 21, and the microlens array 6.
  • the lens data of the optical system in FIG. 17 is shown below.
  • 18A, 18B and 18C show aberrations of the imaging optical system 21 for a microscope including the pupil relay optical system 3, respectively.
  • FIG. 19 shows the inclination of the principal ray with respect to the image height.
  • the angle deviation of the principal ray (at each wavelength used) from the optical axis is within 29 sec in the total image height, and therefore satisfies the conditional expression (8), and the light field optical system It has sufficient performance to use.
  • Table 1 shows numerical values of the conditional expressions (1) to (8) in the first to fourth embodiments.

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Abstract

入射瞳から像面までの距離を短縮して、顕微鏡全体をコンパクトに構成することを目的として、本発明に係る顕微鏡用結像光学系（４）は、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、正の屈折力を有し、少なくとも１つの両凸レンズ（Ｌ３）と、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ３）とを含む第１レンズ群（７）と、負の屈折力を有し、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ５）を含む第２レンズ群（８）と、正の屈折力を有し、少なくとも１つのメニスカスレンズ（Ｌ６）と、像側に凸面を向けた正レンズ（Ｌ７）とを含む第３レンズ群（９）とからなり、ｄｐ１を第１レンズ群（７）の最も物体側のレンズと入射瞳との間隔、ｆを顕微鏡用結像光学系（４）の焦点距離、ＴＴを入射瞳から顕微鏡用結像光学系（４）の形成する物体像面までの距離として、条件式０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５および０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９を満足する。

Description

顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド顕微鏡装置
　本発明は、顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド顕微鏡装置に関するものである。
　レンズの像面にレンズアレイを配置し、像と同時に光束の向きの情報を取得する、いわゆるライトフィールド技術が存在する。この技術は従来、写真レンズへの応用が主であったが、近年、顕微鏡への応用が始まっている。
　ライトフィールド技術を顕微鏡に応用すれば、ワンショットで微細な観察対象物の３次元情報を取得することが可能となる。微細な観察対象の３次元情報は、例えば、共焦点顕微鏡でも得ることができるが、１つ１つの断面映像を繰り返して３次元化しているため、最終的に３次元情報を得るためには、多大な時間が必要である。これに対してライトフィールド技術を用いれば、短時間で３次元情報を得られることから、近年、顕微鏡への応用が注目されている。
　また、ライトフィールド技術とＣｏｄｅｄ　Ａｐｅｒｔｕｒｅという技術を組み合わせて顕微鏡の機能を高める取り組みもなされている（例えば、非特許文献１参照。）。
　この技術は、光学系の瞳に空間フィルタ、例えば、特定のパターンを有する位相マスクなどを配置するもので、取得した画像信号を計算機で処理することにより、３次元情報の横方向の分解能を向上させることを目的としている。
　ライトフィールド画像を取得するには、像面にマイクロレンズアレイを配置し、その後方に撮像素子を配置する。そして、撮像素子の受光面にはマイクロレンズによって、顕微鏡対物レンズの射出瞳が結像するのが一般的である。これにより、対物レンズに入射する光束の向きによって、撮像素子のどの画素に入射するかが決まることで、光線方向の情報が得られる。
　図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、それぞれのマイクロレンズに対応する画素は通常ｎ×ｍ個あり、その領域内に瞳の像が形成される。全画面にわたってこのような関係になるためには、対物レンズの射出瞳の中心を通った光線、すなわち主光線が光軸と平行、すなわち像側テレセントリックである必要がある。
　高級タイプの顕微鏡は、対物レンズから射出する物体像光線が平行光である、いわゆる無限遠補正光学系のものが多い。対物レンズにより平行にされた光線は結像レンズに入射し、結像レンズの後側焦点で物体の像を形成する。
　また、上述のＣｏｄｅｄ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ技術を適用する場合は、瞳に位相フィルタ等を配置するため、通常、レンズ内部に存在する対物レンズの射出瞳をいったん空間上に結像するような光学配置とする必要がある。
　具体的には物体側から順に以下の構成となる。
（１）対物レンズ
（２）対物レンズの射出瞳を結像するリレー光学系
（３）結像レンズ
　対物レンズの射出瞳を、空間上に結像させ、そこに瞳変調素子等のフィルタを設置できるようにした光学系が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特許第３５４４５６４号公報 特開２０１２－２３４０５６号公報
Ｎｏｙ　Ｃｏｈｅｎ，　Ｓａｍｕｅｌ　Ｙａｎｇ，　Ａａｒｏｎ　Ａｎｄａｌｍａｎ，　Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｂｒｏｘｔｏｎ，　Ｌｏｇａｎ　Ｇｒｏｓｅｎｉｃｋ，　Ｋａｒｌ　Ｄｅｉｓｓｅｒｏｔｈ，　Ｍａｒｋ　Ｈｏｒｏｗｉｔｚ，　ａｎｄ　Ｍａｒｃ　Ｌｅｖｏｙ，　"Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｆｉｅｌｄ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　ｕｓｉｎｇ　ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　ｃｏｄｉｎｇ，"　Ｏｐｔ．　Ｅｘｐｒｅｓｓ"　２２，　２４８１７－２４８３９（２０１４）．
　しかしながら、ライトフィールド技術を適用するために、結像レンズを像側テレセントリックとすると、入射瞳から像面までの合計の長さが増大して光学系の全長が長くなってしまうという不都合がある。特に、正立型顕微鏡に適用する場合には、光学系を収めるための大きなスペースが必要となって顕微鏡全体が大型化するとともに、倒立型顕微鏡であっても装置重量の増大およびフットプリントの増大につながるという不都合がある。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、入射瞳から像面までの距離を短縮して、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド顕微鏡装置を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、正の屈折力を有し、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズとを含む第１レンズ群と、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた負レンズを含む第２レンズ群と、正の屈折力を有し、メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた正レンズとを含む第３レンズ群とからなり、以下の条件式（１）、（２）を満足する顕微鏡用結像光学系である。
　０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５　　　　　　　　（１）
　０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９　　　　　　　　　　　（２）
　ここで、ｄｐ１は、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズと前記入射瞳との間隔、ｆは、前記顕微鏡用結像光学系の焦点距離、ＴＴは、前記入射瞳から前記顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面までの距離である。
　条件式（１）の下限を下回ると、入射瞳面に配置した瞳変調素子と、第１レンズ群とが近接しすぎてしまい、配置が困難になる。また、条件式（１）の上限を上回ると、入射瞳から第１レンズ群までの距離が長くなり、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなりすぎてしまう。また、条件式（２）を上回ると、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなり、結果として光学系全体が大型化してしまう。
　上記態様においては、条件式（３）を満足してもよい。
　０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５　　　　　　　　　　（３）
　ここで、ｆＧ３は、前記第３レンズ群の焦点距離である。
　条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群の屈折力が強くなりすぎるために、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差が悪化する。一方、条件式（３）上限を上回ると、第３レンズ群の屈折力が弱くなり、光線を曲げる力が弱くなって、像側テレセントリックを維持できなくなる。
　また、上記態様においては、条件式（４）、（５）を満足してもよい。
　０．５＜ｆＧ１＜０．８　　　　　　　　　　　　（４）
　－０．４＜ｆＧ２＜－０．１　　　　　　　　　　（５）
　ここで、ｆＧ１は、前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は、前記第２レンズ群の焦点距離である。
　条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。条件式（４）上限を上回ると、屈折力が弱くなりすぎて、規定の焦点距離を達成できなくなる。
　また、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群の屈折力が弱くなりすぎ、ペッツバール和が大きくなって像面湾曲を補正できなくなる。条件式（５）の上限を上回ると、屈折力が大きくなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。
　また、上記態様においては、条件式（６）を満足してもよい。
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＞５０　　　　　　　　　（６）
　ここで、νｄ１ｃｘは、前記第１レンズ群の前記両凸レンズのアッベ数、νｄ１ｃｖは、前記第１レンズ群の前記負レンズのアッベ数である。
　条件式（６）の範囲から外れると、物体像の軸上色収差、倍率色収差が悪化し、結像性能が悪くなる。
　また、上記態様においては、条件式（７）を満足してもよい。
　νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＞３３　　　　　　　　　　　（７）
　ここで、νｄ３ｐは、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数、νｄ３ｍは、前記第３レンズ群の前記メニスカスレンズのアッベ数である。
　条件式（７）の範囲から外れると、主波長以外の波長における像側テレセントリック性が悪化して、マイクロレンズによって結像される瞳像の色によるシフトを生じてしまう。
　また、本発明の他の態様は、物体からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光を集光して物体像を結像させる上記顕微鏡用結像光学系と、該顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面に複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイと、各前記マイクロレンズにより前記入射瞳の像が結像される受光面を有する撮像素子とを備えるライトフィールド顕微鏡である。
　上記態様においては、条件式（８）を満足してもよい。
　０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜　　　　　　（８）
　ここで、βは、前記マイクロレンズアレイ上に形成される物体像の結像倍率、ＮＡは、前記対物レンズの開口数、ｐは、前記撮像素子のピッチ、ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、θは、前記顕微鏡用結像光学系を射出した主光線と光軸との傾きである。
　本発明によれば、入射瞳から像面までの距離を短縮して、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置のレンズ配列を示す縦断面図である。 図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる本発明の一実施形態に係る顕微鏡用結像光学系の第１実施例を示す縦断面図である。 図２の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。 図３の光学系による物体像の球面収差を示す図である。 図３の光学系による物体像の非点収差を示す図である。 図３の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。 マイクロレンズアレイとモノクロの撮像素子の画素との関係を示す正面図である。 図５Ａの縦断面図である。 図２の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。 図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第２実施例を示す縦断面図である。 図７の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。 図８の光学系による物体像の球面収差を示す図である。 図８の光学系による物体像の非点収差を示す図である。 図８の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。 マイクロレンズアレイとカラーの撮像素子の画素との関係を示す正面図である。 図１０Ａの縦断面図である。 図７の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。 図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第３実施例を示す縦断面図である。 図１２の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。 図１３の光学系による物体像の球面収差を示す図である。 図１３の光学系による物体像の非点収差を示す図である。 図１３の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。 図１２の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。 図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第４実施例を示す縦断面図である。 図１６の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。 図１７の光学系による物体像の球面収差を示す図である。 図１７の光学系による物体像の非点収差を示す図である。 図１７の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。 図１６の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。
　本発明の一実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４およびライトフィールド顕微鏡装置１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置１は、図１に示されるように、被写体からの光を集光する無限遠補正型の対物レンズ２と、該対物レンズ２の射出瞳を光学的に共役な位置に再形成する瞳リレー光学系３と、該瞳リレー光学系３によってリレーされた光束を結像させる本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４と、瞳リレー光学系３によって再形成された射出瞳の位置に配置された瞳変調光学素子５と、顕微鏡用結像光学系４による結像位置に配置されたマイクロレンズアレイ６とを備えている。
　対物レンズ２は、顕微鏡の試料台等に置かれた被検物（物体）からの光束を集光し、無限遠に虚像を形成するようになっている。対物レンズ２を通過した物体からの光束は平行光束となって、瞳リレー光学系３に入射するようになっている。
　瞳リレー光学系３は、ほぼ無限大の焦点距離を有し、対物レンズ２から入射されてきた平行光束を集光して、瞳リレー光学系３の内部において物体像を一旦結像させた後、平行光束の形態で射出させ、無限遠に物体の虚像を形成するようになっている。
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４は、瞳リレー光学系３の後方に配置され、瞳リレー光学系３から射出されてきた平行光束を集光することにより、物体像を結像させるようになっている。
　顕微鏡用結像光学系４は、図２に示されるように、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、第１レンズ群７、第２レンズ群８および第３レンズ群９を備えている。
　第１レンズ群７は、正の屈折力を有し、少なくとも１つの両凸レンズＬ３と、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズＬ４とを備えている。
　具体的には、物体側から順に、物体側に凸面を向けた２つのメニスカスレンズＬ１，Ｌ２と、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズとからなっている。
　第２レンズ群８は、負の屈折力を有し、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズＬ５を備えている。
　具体的には、物体側に凹面を向けた単一のメニスカスレンズＬ５である。
　第３レンズ群９は、正の屈折力を有し、少なくとも１つのメニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とを備えている。
　具体的には、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた平凸レンズとＬ７からなっている。
　そして、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４は、以下の条件式（１）から（７）を満足している。
　０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５　　　　　　　　（１）
　０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９　　　　　　　　　　　（２）
　０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５　　　　　　　　　　（３）
　０．５＜ｆＧ１＜０．８　　　　　　　　　　　　（４）
　－０．４＜ｆＧ２＜－０．１　　　　　　　　　　（５）
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＞５０　　　　　　　　　（６）
　νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＞３３　　　　　　　　　　　（７）
　ここで、ｄｐ１は、第１レンズ群７の最も物体側のレンズＬ１と入射瞳との間隔、ｆは、顕微鏡用結像光学系４の焦点距離、ＴＴは、入射瞳から顕微鏡用結像光学系４の形成する物体像面までの距離である。
　また、ｆＧ１は第１レンズ群７の焦点距離、ｆＧ２は第２レンズ群８の焦点距離、ｆＧ３は第３レンズ群９の焦点距離である。
　また、νｄ１ｃｘは、第１レンズ群７の両凸レンズＬ３のアッベ数、νｄ１ｃｖは、第１レンズ群７の負レンズＬ４のアッベ数である。
　また、νｄ３ｐは、第３レンズ群９の正レンズＬ７のアッベ数、νｄ３ｍは、第３レンズ群９のメニスカスレンズＬ６のアッベ数である。
　瞳変調光学素子５は、例えば、Ｃｏｄｅｄ　Ａｐｅｒｔｕｒｅのための空間フィルタであり、射出瞳の像面に配置されている。
　また、本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置１は、以下の条件式（８）を満足している。
　０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜　　　　　　（８）
　ここで、βは、マイクロレンズアレイ６上に形成される物体像の結像倍率、ＮＡは、対物レンズ２の開口数、ｐは、撮像素子１１のピッチ、ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、θは、顕微鏡用結像光学系４を射出した主光線と光軸との傾きである。
　このように構成された本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（１）および条件式（２）を満足しているので、入射瞳から像面までの距離を短縮して光学系全体をコンパクトに構成することができるという利点がある。
　条件式（１）の下限を下回ると、入射瞳面に配置した瞳変調素子５と、第１レンズ群７とが近接しすぎてしまい、配置が困難になる。また、条件式（１）の上限を上回ると、入射瞳から第１レンズ群７までの距離が長くなり、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなりすぎてしまう。また、条件式（２）を上回ると、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなり、結果として光学系全体が大型化してしまう。
　また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（３）を満足しているので、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差を良好にすることができるとともに、像側テレセントリック性を維持することができる。
　条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群９の屈折力が強くなりすぎるために、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差が悪化する。一方、条件式（３）の上限を上回ると、第３レンズ群９の屈折力が弱くなり、光線を曲げる力が弱くなって、像側テレセントリック性を適正に維持できなくなる。
　また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（４）を満足しているので、物体像の球面収差およびコマ収差を良好にすることができるとともに、規定の焦点距離を達成することができる。また、条件式（５）を満足しているので、像面湾曲を適正に補正できるとともに、物体像の球面収差およびコマ収差を良好なものとすることができる。
　条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群７の屈折力が強くなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。条件式（４）上限を上回ると、屈折力が弱くなりすぎて、規定の焦点距離を達成できなくなる。
　また、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群８の屈折力が弱くなりすぎ、ペッツバール和が大きくなって像面湾曲を補正できなくなる。条件式（５）の上限を上回ると、屈折力が大きくなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。
　また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（６）を満足しているので、物体像の軸上色収差、倍率色収差を良好にして結像性能を向上することができる。
　また、条件式（７）を満足しているので、主波長以外の波長における像側テレセントリック性を適正に維持することができる。
　条件式（６）の範囲から外れると、物体像の軸上色収差、倍率色収差が悪化し、結像性能が悪くなる。
　また、条件式（７）の範囲から外れると、主波長以外の波長における像側テレセントリック性が悪化して、マイクロレンズ１０によって結像される瞳像の色によるシフトを生じてしまう。
　ここで、ライトフィールド技術を用いる光学系において像側テレセントリック性がどの程度厳密に求められるのか、すなわち、主光線が光軸とどの程度の平行度が必要なのかについて説明する。
　前述のように、物体像面に配置されたマイクロレンズ１０によって、射出瞳が撮像素子１１上に結像される。この射出瞳の像が、予定された画素領域からずれると、後述のように問題が生じる。
　撮像素子１１上での瞳像のズレは、主光線の傾き（ｒａｄ）×マイクロレンズ１０の焦点距離で表される。
　マイクロレンズ１０により結像している射出瞳の像が対応するｎ画素×ｎ画素の領域に内接している場合、少しでも瞳の像がずれると、隣の絵素に光が進入してしまう。これは絵素間のクロストークとなり、水平・垂直方向の分解能を落とすため有害である。
　ここで、対物レンズ２、顕微鏡結像光学系４、マイクロレンズ１０、撮像素子１１との特性の関係、および許容されるテレセントリックからのズレの角度の関係を示す。
　マイクロレンズアレイ６上に形成される物体像の結像倍率β、対物レンズ２の開口数ＮＡ、マイクロレンズ１０の焦点距離ｆ、撮像素子１１のピッチｐ、１つの絵素に含まれる画素数ｎ２個、マイクロレンズアレイ６のピッチｎ×ｐ、撮像素子面における瞳像中心の許容ズレ量ｋ×ｐ（ｋは係数）、許容される主光線の傾きθとすると、
　ｆ＝ｐ・ｎ・β／（２ＮＡ）
で表される焦点距離ｆとすることで、マイクロレンズ１０のピッチと同じ直径の瞳の像が撮像素子１１上に形成される。
　この撮像素子１１上に形成された瞳の像が、マイクロレンズ１０の直下からどれくらいずれても許容されるか許容量Δとすると、係数ｋを用いて、
　Δ＝ｋ・ｐ
で表される。
ここで、
　０＜ｋ＜０．２（すなわち、画素ピッチの１／５までのズレを許容する）
とすると、主光線の傾きの許容量は、
θ＝ｆ／（ｋ・ｐ）から、
０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜
となり、条件式（８）が導かれる。
　したがって、本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置１は、条件式（８）を満足しているので、主光線の光軸との傾きのズレ角度θを許容範囲に抑えて、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
　なお、本実施形態においては、条件式（１）から条件式（８）を全て満たしている場合について説明したが、条件式（３）から条件式（８）については満たしていなくてもよく、少なくとも１つを満たしていてもよい。
（第１実施例）
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４の第１実施例について、図面を参照して以下に説明する。
　図３は、本実施例に係る瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系４およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す図である。
　以下に、図３の光学系のレンズデータを示す。
　また、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系４の収差をそれぞれ示す。
　ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径１３．５ｍｍである。
面番号　曲率半径ｒ　　　　間隔ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　　νｄ
１　　　∞　　　　　　　　１０７.００００
２　　　７０.２７９７　　　８.２５００　　１.４８７４９　７０.２４
３　　　－４６.３３９８　　３.０１２９　　１.８０１００　３４.９７
４　　　－１３３.００７３　１.０３９８
５　　　６２.４９４５　　　６.００００　　１.８０１００　３４.９７
６　　　－６２.６７０３　　１.５０００　　１.６５４１２　３９.６８
７　　　３８.１５８８　　　９.３７２８
８　　　∞　　　　　　　　２３.０００　　１.５１６３３　６４.１４
９　　　∞　　　　　　　　７９.１３００
１０　　－２９.１２６５　　３.００００　　１.５１６３３　６４.１４
１１　　－３７.７１８６　　１.００００
１２　　１６２.５２２７　　３.００００　　１.６３９８０　３４.４７
１３　　４８.６２６７　　　６.５０００　　１.５１６３３　６４.１４
１４　　－５０.９２４１　　１７０.１２１９
１５　　５１.３２８６　　　２.６０００　　１.４９７００　８１.５５
１６　　２１５.１０６６　　１０.００００
１７　　∞　　　　　　　　２.００００　　１.５１６３３　６４.１４
１８　　∞　　　　　　　　１０.００００
１９　　２４.２８０４　　　３.０１１５　　１.７８４７２　２５.６８
２０　　４７.９３４１　　　１３.２７５６
２１　　２８.３３３５　　　１.０２７２　　１.６３９８０　３４.４７
２２　　１２.７６７７　　　３.１３４５
２３　　１３.１５８１　　　６.４１２３　　１.４９７００　８１.５５
２４　　－２０.３４９２　　８.３９２２　　１.７８４７２　２５.６８
２５　　６１.２７８９　　　３１.４８７３
２６　　－１２.１２１０　　３.４４７３　　１.６３９８０　３４.４７
２７　　－９６.９３３３　　１３.７５６１
２８　　－３３.２４６６　　４.４９３８　　１.７８４７２　２５.６８
２９　　－２５.３６８８　　０.６９２５
３０　　９６３４.５７２４　３.９９６０　　１.７８４７２　２５.６８
３１　　－４８.５９０３　　４７.３４６３
３２　　０.９２０２　　　　１.００００　　１.４５８　　　６７.７
３３　　∞　　　　　　　　１.４５２２
３４　　∞
　面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号１６は瞳リレー光学系３であり、焦点距離はおおよそ無限大であり、瞳の結像倍率は１倍である。
　面番号１８の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の射出瞳が形成される。また、面番号１８は顕微鏡用結像光学系４の入射瞳の位置でもある。
　面番号１７および面番号１８は瞳変調光学素子５である。
　面番号１９から面番号３１は本実施形態の顕微鏡用結像光学系４であり、焦点距離ｆは１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
　面番号３２および面番号３３は、図５Ａおよび図５Ｂに示されるマイクロレンズアレイ６である。
　マイクロレンズアレイ６のピッチは縦横ともに０．０７５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
　面番号３４は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、１５画素×１５画素＝２２５個（ｎ＝１５）の画素が対応している。
　マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は２ｍｍである。
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４の第１レンズ群７は、図２に示されるように、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズで構成されている。両凸レンズＬ３のアッベ数は８１．５５、両凹レンズＬ４のアッベ数は２５．６８である。
　第２レンズ群８は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５である。
　第３レンズ群９は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ６および両凸レンズＬ７である。メニスカスレンズＬ６の凹面の曲率半径は３３．２４６６である。
　第１レンズ群７の最も物体側のメニスカスレンズＬ１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
　ｄｐ１＝ｄ１７＋ｄ１８＝１２ｍｍ
であり、
　ｄｐ１／ｆ＝０．０６７
となる。よって、条件式（１）を満足している。
　また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系４の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
　ＴＴ＝１５２．４７ｍｍ
であり、
　ＴＴ／ｆ＝０．８４７
となる。よって、条件式（２）を満足している。
　また、第１レンズ群７の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群８の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群の焦点距離ｆＧ３は、
　ｆＧ１＝１０６．２３ｍｍ
　ｆＧ２＝－２１．８５ｍｍ
　ｆＧ３＝３８．２ｍｍ
であり、
　ｆＧ１／ｆ＝０．５９
　ｆＧ２／ｆ＝－０．１２
　ｆＧ３／ｆ＝０．２１
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）をそれぞれ満足している。
　また、第１レンズ群７の両凸レンズＬ３のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群７のメニスカスレンズＬ４のアッベ数νｄ１ｃｖから、
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＝５６．２２
となる。
　よって、条件式（６）を満足している。
　次に、テレセントリック性についての条件式（８）について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝３．４分角
である。
　ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
　図６に像高に対する主光線の傾きを示す。
　主光線の光軸との角度ズレは全像高において、６．２秒角以内であり、条件式（８）を満足しているので、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
　この実施例においては、対物レンズ２の射出瞳の共役点、すなわち、顕微鏡結像光学系４の入射瞳から物体像面までの距離が１５２．４７ｍｍである。顕微鏡用結像光学系４の焦点距離は１８０ｍｍであるので、入射瞳から物体像面までの長さは、焦点距離の約０．８５倍であり、この長さが焦点距離の１．６３倍から２倍となる従来例と比較して非常に短い。
　なお、瞳リレー光学系３を省略して、対物レンズ２の後に結像レンズを配置して使用することも可能である。その場合、対物レンズ２の射出瞳と結像レンズの入射瞳を一致させることで、像側テレセントリックにすることができる。
（第２実施例）
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２の第２実施例について、図面を参照して以下に説明する。
　図７は、本実施例に顕微鏡用結像光学系１２のレンズ配列を示す図である。図８に瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系１２およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
　以下に、図８の光学系のレンズデータを示す。
　また、図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系１２の収差をそれぞれ示す。
　ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径１３．５ｍｍである。
面番号　曲率半径ｒ　　　　間隔ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　　νｄ
１　　　∞　　　　　　　　１２５.７７００
２　　　６１.７７１７　　　８.００００　　１.４８７４９　７０.２４
３　　　－４６.７７３８　　１.２０００　　１.８０１００　３４.９７
４　　　－１３９.３０５２　３.６３６７
５　　　６６.２２２１　　　４.４６３０　　１.８０１００　３４.９７
６　　　－６６.２２２１　　１.２０００　　１.６４４５０　４０.８２
７　　　３８.０１０８　　　８.７０００
８　　　∞　　　　　　　　２３.００００　１.５１６３３　６４.１４
９　　　∞　　　　　　　　４０.００００
１０　　４１.０４７８　　　３.００００　　１.６８８９３　３１.０８
１１　　２３.９６３７　　　４.９８００
１２　　２７.９８１１　　　９.００００　　１.４９７００　８１.５５
１３　　－４８.３８９７　　３.４４００
１４　　－５９.７３５５　　３.００００　　１.６８８９３　３１.０８
１５　　５９.７３５５　　　４２.７７００
１６　　１７８.９４１５　　４.５０００　　１.８０５１８　２５.４３
１７　　－１００.５２２２　８４.４２００
１８　　１５.７５１７　　　８.８０００　　１.６８８９３　３１.０８
１９　　１２.２８３８　　　４.５４００
２０　　－２３.８４１３　　７.９０００　　１.８０５１８　２５.４３
２１　　１６.８９５９　　　５.２４００　　１.４９７００　８１.５５
２２　　－２７.３４６４　　０.２２００
２３　　２２.８１０４　　　１０.００００　１.４９７００　８１.５５
２４　　３９.６２９０　　　１８.１８００
２５　　－１１０.４６２７　１０.００００　１.８０５１８　２５.４３
２６　　－３８.４４０６　　２０.００００
２７　　∞　　　　　　　　６.２５００　　１.５６３８４　６０.６７
２８　　∞　　　　　　　　１１.００００
２９　　３５.０２３２　　　５.５０００　　１.４９７００　８１.５５
３０　　－６４.８７４８　　４.５０００
３１　　－５０.５１７６　　２.００００　　１.８０１００　３４.９７
３２　　∞　　　　　　　　４１.９８９０
３３　　６２.６４３８　　　３.００００　　１.８０５１８　２５.４３
３４　　－７７.４２６９　　８.３２０２
３５　　－２６.９６３０　　２.００００　　１.８０１００　３４.９７
３６　　４０.７９５０　　　３８.５９０８
３７　　８８.３６３９　　　２.８０００　　１.８０５１８　２５.４３
３８　　５７.３１７７　　　４.３０００
３９　　１２１.５４７８　　５.００００　　１.４９７００　８１.５５
４０　　－３５.０２３２　　２２.９０００
４１　　０.５５０２　　　　０.８０００　　１.４５８　　　６７.７
４２　　∞　　　　　　　　０.６５１５
４３　　∞
　面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号２６は瞳リレー光学系３であり、焦点距離はおおよそ無限大であり、瞳の結像倍率は１倍である。
　面番号２７の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の瞳が形成される。また、面番号２７は、本実施形態に係る顕微鏡結像光学系４の入射瞳の位置でもある。
　面番号２７および面番号２８は瞳変調光学素子５である。
　面番号２９から面番号４０は本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
　面番号４１および面番号４２はマイクロレンズアレイ６である。
　マイクロレンズアレイ６のピッチは縦横ともに０．０４５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
　面番号４３は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、９画素×９画素＝８１個（ｎ＝９）の画素が対応している。
　マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は１．２ｍｍである。
　各マイクロレンズ１０に対応する９×９の画素には、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、撮像素子１１上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１６が配置されている。これにより、ライトフィールドのカラー画像を取得することができる。
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２の第１レンズ群１３は、物体側から両凸レンズＬ１１、および物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２を備えている。
　第２レンズ群１４は、物体側から順に両凸レンズＬ１３および両凹レンズＬ１４を備えている。
　また、第３レンズ群１５は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ１５および両凸レンズＬ１６を備えている。
　メニスカスレンズＬ１５の凹面の曲率半径は５７．３１７７である。メニスカスレンズＬ１５のアッベ数は２５．３３、両凸レンズL１６のアッベ数は８１．５５である。
　第１レンズ群１３の最も物体側の両凸レンズＬ１１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
　ｄｐ１＝ｄ２７＋ｄ２８＝１７．２５ｍｍ
であり、
　ｄｐ１／ｆ＝０．０９６
となる。よって、条件式（１）を満足している。
　また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系１２の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
　ＴＴ＝１５８．１５ｍｍ
であり、
　ＴＴ／ｆ＝０．８７９
となる。よって、条件式（２）を満足している。
　また、第１レンズ群１３の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群１４の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群１５の焦点距離ｆＧ３は、
　ｆＧ１＝１２６．１０ｍｍ
　ｆＧ２＝－６３．４３ｍｍ
　ｆＧ３＝７２．９９ｍｍ
であり、
　ｆＧ１／ｆ＝０．７０
　ｆＧ２／ｆ＝－０．３５
　ｆＧ３／ｆ＝０．４１
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）をそれぞれ満足している。
　また、第１レンズ群１３の両凸レンズＬ１３のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群１３のメニスカスレンズＬ１４のアッベ数νｄ１ｃｖから、
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＝５６．２２
となる。
　よって、条件式（６）を満足している。
　また、第３レンズ群１５の正レンズＬ１６のアッベ数νｄ３ｐ、メニスカスレンズＬ１５のアッベ数νｄ３ｍから、
νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＝５６．２２
となる。
　よって、条件式（７）を満足している。
　次に、テレセントリック性についての条件式（８）について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
　ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
　図１１に像高に対する主光線の傾きを示す。
　本実施形態では、主光線の光軸との角度ズレは全像高において、１０秒角以内であるので、条件式（８）を満たしており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
　本実施例では、主波長（λ＝５４６．０７ｎｍ）以外の各波長においても良好なテレセントリック性を有している。もし、主波長以外でテレセントリック性が悪いと、撮像素子１１上に結像する主波長以外の瞳の像が領域の中心からずれる。これは次の悪影響の原因になる。
（ａ）瞳の像が別の色の画素領域に入り込んでしまうため、色のクロストークを生じる。
（ｂ）主波長以外のカラーフィルタ１６が覆っている画素領域（９×９）において、領域周辺の画素では受光量が減少する。これにより、色むらを生じる。このため、主波長以外の各波長において良好な像側テレセントリック性を有することが望ましい。
　この実施例においては、対物レンズ２の瞳の共役点、すなわち、顕微鏡用結像光学系１２の入射瞳から物体像面まで、１５８．１５ｍｍである。結像レンズの焦点距離は１８０ｍｍであるので、入射瞳から物体像面までの長さは、焦点距離の約０．８８倍であり、従来技術に比べて非常に短い。
（第３実施例）
　次に、本実施形態に係る顕微鏡用瞳結像光学系１７の第３実施例について、図面を参照して以下に説明する。
　図１２は、本実施例に係る顕微鏡用結像光学系１７のレンズ配列である。図１３に、瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系１７およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
　本実施例は、有限系の顕微鏡対物レンズにより集光された物体からの光束が、物体像を形成する手前で瞳リレー光学系３に入射する例を示している。
　以下に、図１３の光学系のレンズデータを示す。
　また、図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃに瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系１７の収差をそれぞれ示す。
　ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径２０ｍｍである。
面番号　曲率半径ｒ　　　　間隔ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　　νｄ
１　　　∞　　　　　　　　１８０.００００
２　　　８０.４５５５　　　１.５０００　　　１.６８８９３　３１.０８
３　　　２８.８１８２　　　１.５０６８
４　　　３０.２５２０　　　１１.００００　　１.４９７００　８１.５５
５　　　－３９.６６５８　　１.５０００　　　１.６８８９３　３１.０８
６　　　－９２.８６９８　　１６.１２４１
７　　　∞　　　　　　　　４.１９８１　　　１.８０５１８　２５.４３
８　　　－６３.６３５２　　１４５.３１４５
９　　　２２.２３４０　　　７.３２６０　　　１.６８８９３　３１.０８
１０　　１７.７８７２　　　９.９８７２
１１　　－２１.０８３６　　２.０７５９　　　１.８０５１８　２５.４３
１２　　３３.２３７８　　　４.４１８１　　　１.４３８７５　９４.９５
１３　　－３３.２３７８　　０.２０００
１４　　５１.６８７０　　　８.６５８４　　　１.４３８７５　９４.９５
１５　　１２０.８５８５　　２.１９５８
１６　　－２８５.７７５７　３.９９５０　　　１.８０５１８　２５.４３
１７　　－３１.４３１０　　２０.０４５６８９
１８　　∞　　　　　　　　３.００００　　　１.５１６８０　６４.１７
１９　　∞　　　　　　　　２４.００００
２０　　３０.３３６５　　　５.２９２５　　　１.４３８７５　９４.９５
２１　　－４８.３０８４　　１.００００
２２　　－４５.８５０４　　１.１０００　　　１.８４６６６　２３.７８
２３　　－１７８.９６４３　１７.３７６１
２４　　４０.２２５９　　　２.９５６２　　　１.８４６６６　２３.７８
２５　　－１３９.６５７７　６.６８０２
２６　　－４８.００４９　　９.７０５３　　　１.８３４００　３７.１６
２７　　１８.０２６８　　　５８.１２５８
２８　　７２.１３７７　　　２.００００　　　１.８４６６６　２３.７８
２９　　５７.２３１４　　　１.５１０７
３０　　１４７.９５４０　　４.２５３１　　　１.４３８７５　９４.９５
３１　　－３５.７８５３　　２４.９６５７
３２　　０.５５０２　　　　０.８０００　　　１.４５８　　　６７.７
３３　　∞　　　　　　　　０.６５１５
３４　　∞
　面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号１７は瞳リレー光学系３であり、瞳の結像倍率は１倍である。
　面番号１８の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の瞳が形成される。また、面番号２７は、本実施形態に係る顕微鏡結像光学系１７の入射瞳の位置でもある。
　面番号１８および面番号１９は瞳変調光学素子５である。
　面番号２０から面番号３１は顕微鏡用結像光学系１７であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
　面番号３２および面番号３３はマイクロレンズアレイ６である。
　マイクロレンズアレイ６のピッチは縦横ともに０．０４５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
　面番号３４は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、９画素×９画素＝８１個（ｎ＝９）の画素が対応している。
　マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は１．２ｍｍである。
　各マイクロレンズ１０に対応する９×９の画素には、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように撮像素子１１上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１６が配置されている。これによりライトフィールドのカラー画像を取得することができる。
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１７の第１レンズ群１８は、物体側から両凸レンズＬ２１、および物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ２２を備えている。
　第２レンズ群１９は両凸レンズＬ２３および両凹レンズＬ２４である。
　また、第３レンズ群２０は、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ２５および両凸レンズ（正レンズ）Ｌ２６である。メニスカスレンズＬ２５のアッベ数は２３．７８、両凸レンズＬ２６のアッベ数は９４．９５である。
　第１レンズ群１８の最も物体側の両凸レンズＬ２１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
　ｄｐ１＝ｄ１８＋ｄ１９＝２７ｍｍ
であり、
　ｄｐ１／ｆ＝０．１５
となる。
　よって、条件式（１）を満足している。
　また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系１７の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
　ＴＴ＝１６１.９７ｍｍ
であり、
　ＴＴ／ｆ＝０．８９９８
となる。
　よって、条件式（２）を満足している。
　また、第１レンズ群１８の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群１９の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群２０の焦点距離ｆＧ３は、
　ｆＧ１＝９７．１７ｍｍ
　ｆＧ２＝－５０．５７ｍｍ
　ｆＧ３＝８１．７１ｍｍ
であり、
　ｆＧ１／ｆ＝０．５４
　ｆＧ２／ｆ＝－０．２８
　ｆＧ３／ｆ＝０．４５
となる。
　よって、条件式（３）、（４）、（５）を満足している。
　また、第１レンズ群１８の両凸レンズＬ２１のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群１８のメニスカスレンズＬ２２のアッベ数νｄ１ｃｖから、
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＝７１．１７
となる。
　よって、条件式（６）を満足している。
　また、第３レンズ群２０の正レンズＬ２６のアッベ数νｄ３ｐとし、メニスカスレンズＬ２５のアッベ数νｄ３ｍから、
　νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＝７１．１７
であり、条件式（７）を満足している。
　次に、テレセントリック性についての条件式について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
　ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
　図１５に像高に対する主光線の傾きを示す。
　本実施形態では、主光線（使用する各波長において）の光軸との角度ズレは全像高において、２９秒角以内であるので、条件式（８）を満足しており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
（第４実施例）
　本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系２１の第４実施例について、図面を参照して以下に説明する。本実施例の構成は第３実施例と同じである。
　図１６は、本実施例に係る顕微鏡用結像光学系２１のレンズ配列を示す。図１７に、瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系２１およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
　以下に、図１７の光学系のレンズデータを示す。
　また、図１８Ａ、図１８Ｂおよび図１８Ｃに、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系２１の収差をそれぞれ示す。
面番号　曲率半径ｒ　　　　間隔ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　　νｄ
１　　　∞　　　　　　　　１８０.００００
２　　　８０.４５５５　　　１.５０００　　　１.６８８９３　３１.０８
３　　　２８.８１８２　　　１.５０６８
４　　　３０.２５２０　　　１１.００００　　１.４９７００　８１.５５
５　　　－３９.６６５８　　１.５０００　　　１.６８８９３　３１.０８
６　　　－９２.８６９８　　１６.１２４１
７　　　∞　　　　　　　　４.１９８１　　　１.８０５１８　２５.４３
８　　　－６３.６３５２　　１４５.３１４５
９　　　２２.２３４０　　　７.３２６０　　　１.６８８９３　３１.０８
１０　　１７.７８７２　　　９.９８７２
１１　　－２１.０８３６　　２.０７５９　　　１.８０５１８　２５.４３
１２　　３３.２３７８　　　４.４１８１　　　１.４３８７５　９４.９５
１３　　－３３.２３７８　　０.２０００
１４　　５１.６８７０　　　８.６５８４　　　１.４３８７５　９４.９５
１５　　１２０.８５８５　　２.１９５８
１６　　－２８５.７７５７　３.９９５０　　　１.８０５１８　２５.４３
１７　　－３１.４３１０　　１９.９０８６
１８　　∞　　　　　　　　３.００００　　　１.５１６８０　６４.１７
１９　　∞　　　　　　　　２０.００００
２０　　３３.３８０６　　　５.４５３１　　　１.４３８７５　９４.９５
２１　　－６６.９５６８　　１.００００
２２　　－６０.３３７８　　１.５０００　　　１.８０５１８　２５.４３
２３　　－３５９.５３９１　２５.９１０５
２４　　３８.４４１２　　　３.７７９４　　　１.８０５１８　２５.４３
２５　　－１４７.７０４７　７.３５９６
２６　　－４２.４４５８　　６.５０８３　　　１.８０１００　３４.９７
２７　　２０.７２４２　　　５５.７４５５
２８　　３６９.２１４２　　１.５０００　　　１.６８８９３　３１.０８
２９　　６１.４６５２　　　１.００００
３０　　６９.８３４２　　　５.２４３６　　　１.５１６３３　６４.１４
３１　　－３７.６８８１　　２２.８８２４
３２　　０.５５０２　　　　０.８０００　　　１.４５８　　　６７.７
３３　　∞　　　　　　　　０.６５１５
３４　　∞
　第１レンズ群２２の最も物体側の両凸レンズＬ３１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
　ｄｐ１＝ｄ１８＋ｄ１９＝２３ｍｍ
であり、
　ｄｐ１／ｆ＝０．１２８
となる。
うよって、条件式（１）を満足している。
　また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系２１の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
　ＴＴ＝１６１ｍｍ
であり、
　ＴＴ／ｆ＝０．８９４
となる。
よって、条件式（２）を満足している。
　また、第１レンズ群２２の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群２３の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群２４の焦点距離ｆＧ３は、
　ｆＧ１＝１１１．４２ｍｍ
　ｆＧ２＝－６２．３６ｍｍ
　ｆＧ３＝８３．１１ｍｍ
であり、
　ｆＧ１／ｆ＝０．６１９
　ｆＧ２／ｆ＝－０．３４６
　ｆＧ３／ｆ＝０．４６
となる。
　よって、条件式（３）、（４）、（５）を満足している。
　第１レンズ群２２の両凸レンズＬ３１のアッベ数νｄ１ｃｘおよび負レンズＬ３２のアッベ数νｄ１ｃｖから、
　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＝６９．５２
となる。
　よって、条件式（６）を満足している。
　また、第３レンズ群２４の正レンズＬ３６のアッベ数νｄ３ｐおよびメニスカスレンズＬ３５のアッベ数νｄ３ｍから、
　νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＝３３．０６
となる。
　よって、条件式（７）を満足している。
　次に、テレセントリック性についての条件式について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から、
　０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
　ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
　図１９に像高に対する主光線の傾きを示す。
　本実施形態では、主光線（使用する各波長において）の光軸との角度ズレは全像高において、２９秒角以内であるので、条件式（８）を満たしており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
　表１に、実施例１から実施例４における条件式（１）から条件式（８）の各数値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１　ライトフィールド顕微鏡
　２　対物レンズ
　３　瞳リレー光学系
　４，１２，１７，２１　顕微鏡用結像光学系
　６　マイクロレンズアレイ
　７，１３，１８，２２　第１レンズ群
　８，１４，１９，２３　第２レンズ群
　９，１５，２０，２４　第３レンズ群
　１０　マイクロレンズ
　１１　撮像素子
　Ｌ３，Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１　両凸レンズ
　Ｌ４　両凹レンズ（負レンズ）
　Ｌ６，Ｌ１５，Ｌ２５，Ｌ３５　メニスカスレンズ
　Ｌ７　平凸レンズ（正レンズ）
　Ｌ１２，Ｌ２２　メニスカスレンズ（負レンズ）
　Ｌ１６，Ｌ２６　両凸レンズ（正レンズ）
　Ｌ３２　負レンズ
　Ｌ３６　正レンズ

Claims (7)

  1. 　物体側に入射瞳を有し、
    　物体側から順に、
    　正の屈折力を有し、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズとを含む第１レンズ群と、
    　負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた負レンズを含む第２レンズ群と、
    　正の屈折力を有し、メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた正レンズとを含む第３レンズ群とからなり、
    　以下の条件式（１）、（２）を満足する顕微鏡用結像光学系。
    　０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５　　　　　　　　（１）
    　０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９　　　　　　　　　　　（２）
    　ここで、
    　ｄｐ１は、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズと前記入射瞳との間隔、
    　ｆは、前記顕微鏡用結像光学系の焦点距離、
    　ＴＴは、前記入射瞳から前記顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面までの距離
    である。
  2. 　条件式（３）を満足する請求項１に記載の顕微鏡用結像光学系。
    　０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５　　　　　　　　　　（３）
    　ここで、
    　ｆＧ３は、前記第３レンズ群の焦点距離
    である。
  3. 　条件式（４）、（５）を満足する請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系。
    　０．５＜ｆＧ１＜０．８　　　　　　　　　　　　（４）
    　－０．４＜ｆＧ２＜－０．１　　　　　　　　　　（５）
    　ここで、
    　ｆＧ１は、前記第１レンズ群の焦点距離、
    　ｆＧ２は、前記第２レンズ群の焦点距離
    である。
  4. 　条件式（６）を満足する請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系。
    　νｄ１ｃｘ－νｄ１ｃｖ＞５０　　　　　　　　　（６）
    　ここで、
    　νｄ１ｃｘは、前記第１レンズ群の前記両凸レンズのアッベ数、
    　νｄ１ｃｖは、前記第１レンズ群の前記負レンズのアッベ数
    である。
  5. 　条件式（７）を満足する請求項３に記載の顕微鏡用結像光学系。
    　νｄ３ｐ－νｄ３ｍ＞３３　　　　　　　　　　　（７）
    　ここで、
    　νｄ３ｐは、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数、
    　νｄ３ｍは、前記第３レンズ群の前記メニスカスレンズのアッベ数
    である。
  6. 　物体からの光を集光する対物レンズと、
    　該対物レンズにより集光された光を集光して物体像を結像させる請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系と、
    　該顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面に複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイと、
    　各前記マイクロレンズにより前記入射瞳の像が結像される受光面を有する撮像素子とを備えるライトフィールド顕微鏡。
  7. 　条件式（８）を満足する請求項６に記載のライトフィールド顕微鏡。
    　０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜　　　　　　（８）
    　ここで、
    　βは、前記マイクロレンズアレイ上に形成される物体像の結像倍率、
    　ＮＡは、前記対物レンズの開口数、
    　ｐは、前記撮像素子のピッチ、
    　ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、
    　θは、前記顕微鏡用結像光学系を射出した主光線と光軸との傾き
    である。
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