(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本側から順に、
無限遠補正型の対物レンズと、
正のパワーを有する第１レンズ群と、
正のパワーを有する第２レンズ群と、
正のパワーを有する結像レンズと、を含み、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間で、且つ、前記第２レンズ群の前側焦点位置に中間像が形成され、
前記対物レンズと前記第１レンズ群の間隔が、前記対物レンズと前記第１レンズ群の間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
前記第２レンズ群と前記結像レンズの間隔が、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離、ｆ２を前記第２レンズ群の焦点距離、ｆ３を前記結像レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０ ・・・（１）
０．９５＜ｆ１／ｆ２＜１．０５ ・・・（２）
を満たすことを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
標本側から順に、
無限遠補正型の対物レンズと、
正のパワーを有する第１レンズ群と、
正のパワーを有する第２レンズ群と、
正のパワーを有する結像レンズと、を含み、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間で、且つ、前記第２レンズ群の前側焦点位置に中間像が形成され、
前記対物レンズと前記第１レンズ群の間隔が、前記対物レンズと前記第１レンズ群の間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
前記第２レンズ群と前記結像レンズの間隔が、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離、ｆ３を前記結像レンズの焦点距離、前記対物レンズと前記第１レンズ群の最小間隔に対する変化量をｄＤ１、前記第２レンズ群と前記結像レンズの最小間隔に対する変化量をｄＤ２、前記変化量ｄＤ１と前記変化量ｄＤ２の和を総変化量ｄＤとするとき、以下の条件式
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０ ・・・（１）
０＜ｄＤ／ｆ３＜１．４ ・・・（３）
を満たすことを特徴とする観察光学系。
【請求項３】
請求項１に記載の観察光学系において、
前記対物レンズと前記第１レンズ群の最小間隔に対する変化量をｄＤ１
前記第２レンズ群と前記結像レンズの最小間隔に対する変化量をｄＤ２とし、
前記変化量ｄＤ１と前記変化量ｄＤ２の和を総変化量ｄＤとするとき、以下の条件式
０＜ｄＤ／ｆ３＜１．４ ・・・（３）
を満たすことを特徴とする観察光学系。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の観察光学系において、
さらに、光軸上に４面以上の反射面を含み、
前記中間像の前後に配置された前記反射面は、鉛直方向と略平行に配置されることを特徴とする観察光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の観察光学系において、
前記中間像の前後に配置された前記反射面は、ゴミが反射面の表面に付着しにくくするよう傾いて配置されることを特徴とする観察光学系。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察光学系において、
さらに、光軸上に４面以上の反射面を含み、
前記４面以上の反射面は、像を反転させる反転光学系を構成することを特徴とする観察光学系。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の観察光学系において、
標本側から順に、光軸を偏向する第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第４の反射面、第５の反射面、及び第６の反射面を光軸上に備えることを特徴とする観察光学系。
【請求項８】
請求項７に記載の観察光学系において、
前記第１の反射面と前記第３の反射面の間に、前記中間像の位置があり、
前記第４の反射面と前記第６の反射面の間に、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光軸に沿う間隔が変更可能な位置があることを特徴とする観察光学系。
【請求項９】
請求項８に記載の観察光学系において、
前記中間像の位置での光軸の方向と、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光軸に沿う間隔が変更可能な位置での光軸の方向は、略平行であることを特徴とする観察光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載の観察光学系において、
前記第１の反射面、前記第２の反射面、前記第３の反射面、前記第４の反射面、前記第５の反射面、及び前記第６の反射面は、それぞれ光軸を略直交する方向に偏向することを特徴とする観察光学系。
【請求項１１】
請求項７に記載の観察光学系において、
前記中間像の位置は、前記第１の反射面と前記第５の反射面の間にあることを特徴とする観察光学系。
【請求項１２】
請求項７または１１に記載の観察光学系において、
前記中間像の位置は、前記第２の反射面と前記第３の反射面の間にあることを特徴とする観察光学系。
【請求項１３】
請求項７、１１、１２のいずれか1項に記載の観察光学系において、
前記第２レンズ群と前記結像レンズの間に、反射面が配置され、
前記第２レンズ群と前記反射面の間隔と、前記反射面と前記結像レンズの間隔が、それぞれ異なる方向に変更可能であることを特徴とする観察光学系。
【請求項１４】
請求項７、１１、１２、１３のいずれか1項に記載の観察光学系において、
前記第６の反射面は、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間に配置され、
前記第２レンズ群と前記第６の反射面の間隔と、前記第６の反射面と前記結像レンズの間隔が、それぞれ異なる方向に変更可能であることを特徴とする観察光学系。
【請求項１５】
標本側から順に、
無限遠補正型の対物レンズと、
正のパワーを有する第１レンズ群と、
正のパワーを有する第２レンズ群と、
正のパワーを有する結像レンズと、を含み、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間で、且つ、前記第２レンズ群の前側焦点位置に中間像が形成され、
前記対物レンズと前記第１レンズ群の間隔が、前記対物レンズと前記第１レンズ群の間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
前記第２レンズ群と前記結像レンズの間隔が、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
標本側から順に、光軸を偏向する第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第４の反射面、第５の反射面、及び第６の反射面を光軸上に備え、
前記第１の反射面と前記第３の反射面の間に、前記中間像の位置があり、
前記第４の反射面と前記第６の反射面の間に、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光軸に沿う間隔が変更可能な位置があり、
ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離とし、ｆ３を前記結像レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０ ・・・（１）
を満たすことを特徴とする観察光学系。
【請求項１６】
標本側から順に、
無限遠補正型の対物レンズと、
正のパワーを有する第１レンズ群と、
正のパワーを有する第２レンズ群と、
正のパワーを有する結像レンズと、を含み、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間で、且つ、前記第２レンズ群の前側焦点位置に中間像が形成され、
前記対物レンズと前記第１レンズ群の間隔が、前記対物レンズと前記第１レンズ群の間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
前記第２レンズ群と前記結像レンズの間隔が、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、
標本側から順に、光軸を偏向する第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第４の反射面、第５の反射面、及び第６の反射面を光軸上に備え、
前記第６の反射面は、前記第２レンズ群と前記結像レンズの間に配置され、
前記第２レンズ群と前記第６の反射面の間隔と、前記第６の反射面と前記結像レンズの間隔が、それぞれ異なる方向に変更可能であり、
ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離とし、ｆ３を前記結像レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０ ・・・（１）
を満たすことを特徴とする観察光学系。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の観察光学系を含むことを特徴とする顕微鏡。
【請求項１８】
前記観察光学系は、接眼レンズを含み、
前記結像レンズの光軸と前記接眼レンズの光軸のなす角度を変更する回動機構を備えることを特徴とする請求項１７に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察光学系及びそれを用いた顕微鏡に関し、特に、アフォーカル部の伸張量の大きな観察光学系及びそれを用いた顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、顕微鏡はさまざまな分野で利用されており、顕微鏡による観察作業が長時間に亘ることも少なくない。このため、観察者に負担のかからない姿勢で観察を可能にするため、顕微鏡には、観察者の体格に合わせて観察者が覗き込む接眼レンズの位置（以降、アイポイント位置と記す。）を調整する機能が求められている。
【０００３】
このような要請に基づき、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４では、アイポイント位置の調整可能な顕微鏡の構成がさまざま提案されている。上記の特許文献では、[ａ]垂直方向のアイポイント位置（例えば、顕微鏡の机上面から接眼レンズまでの垂直方向の距離）、[ｂ]水平方向のアイポイント位置（例えば、焦準ハンドルからアイポイント位置までの水平方向の距離）、[ｃ]アイポイント位置での光軸の角度（つまり、接眼レンズを覗き込む角度、以降、俯角と記す。）のいずれか、または、それらを組み合わせて調整することにより、観察者にとって最適なアイポイント位置を提供する構成が提案されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１では、[ａ]垂直方向のアイポイント位置を調整する構成が開示されている。特許文献２では、[ａ]垂直方向のアイポイント位置、及び[ｃ]俯角を調整する構成が開示されている。特許文献３では、[ｂ]水平方向のアイポイント位置、及び[ｃ]俯角を調整する構成が開示されている。また、特許文献４では、[ｂ]水平方向のアイポイント位置、[ｃ]俯角、さらに、俯角と同軸方向のアイポイント位置を調整する構成が開示されている。この俯角と同軸方向のアイポイント位置の調整では、俯角に応じてそれぞれ一定の割合で[ａ]垂直方向のアイポイント位置と[ｂ]水平方向のアイポイント位置を同時に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５３０９４８号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２８３１号公報
【特許文献３】特許４０３５５０９号公報
【特許文献４】特開２００１−２６４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の調整機能のうち、回動機構を用いて光軸を回転させる俯角の調整[ｃ]を除き、[ａ]及び[ｂ]の調整は光路長の変化を伴う。通常、[ａ]及び[ｂ]は、結像位置に影響を及ぼさないアフォーカル光束が通過するアフォーカル部を光軸方向に伸縮することにより全体の光路長を変化させる。それによってアイポイント位置が調整されることになるが、このような調整は制限なく可能なわけではない。アフォーカル部の伸縮による光路長の変化は瞳位置の変動を伴うため、光路長の変化量を大きくしすぎると、射出瞳位置が結像レンズの許容できる範囲外まで変動してしまう。つまり、射出瞳からの光束が許容範囲を超えて広がり、その結果、観察光路の途中でケラレ等が生じてしまうことになる。
【０００７】
このため、従来では、光路長の変化量（つまり、アフォーカル部の伸縮量）を十分に確保し、個人差のある体格に合わせたアイポイント位置の調整を可能にするためには、観察光学系中のレンズ径を大きくして光束の広がりを許容するか、または、観察光学系中にアフォーカル部を多く設けることで各アフォーカル部での光束の広がりを一定範囲に抑えることが必要とされていた。これらはいずれも、アイポイント位置の十分な調整量の確保を可能とするが、代わりに、観察光学系の小型化が犠牲になってしまう。
【０００８】
以上のような実情を踏まえて、本発明では、コンパクトで且つアフォーカル部の伸縮量の大きな観察光学系及びそれを備えた顕微鏡を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、標本側から順に、無限遠補正型の対物レンズと、正のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する結像レンズと、を含み、第１レンズ群と第２レンズ群の間で、且つ、第２レンズ群の前側焦点位置に中間像が形成され、対物レンズと第１レンズ群の間隔が、対物レンズと第１レンズ群の間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、第２レンズ群と結像レンズの間隔が、第２レンズ群と結像レンズの間の光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成され、ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離、ｆ２を前記第２レンズ群の焦点距離、ｆ３を前記結像レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０ ・・・（１）
０．９５＜ｆ１／ｆ２＜１．０５ ・・・（２）
を満たす観察光学系を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトで且つアフォーカル部の伸縮量の大きな観察光学系及びそれを備えた顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る観察光学系の光学的な構成を例示する概略図である。
【図２】図１に例示される観察光学系の光路を立体的に例示した図である。
【図３Ａ】図１に例示される観察光学系のアフォーカル部が縮んだ状態での瞳位置について説明するための概略図である。
【図３Ｂ】図１に例示される観察光学系のアフォーカル部が伸びた状態での瞳位置について説明するための概略図である。
【図４】図１に例示される観察光学系の瞳位置と視野絞りの端を通過する主光線の光路の関係を説明するための図である。
【図５Ａ】第１レンズ群の焦点距離が短い場合の中間像について説明するための図である。
【図５Ｂ】第１レンズ群の焦点距離が長い場合の中間像について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を示す概念図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１に係る観察光学系のアフォーカル部を縮めた状態での光学的な構成図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１に係る観察光学系のアフォーカル部を伸ばした状態での光学的な構成図である。
【図８Ａ】本発明の実施例２に係る観察光学系のアフォーカル部を縮めた状態での光学的な構成図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例２に係る観察光学系のアフォーカル部を伸ばした状態での光学的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る観察光学系の光学的な構成を例示する概略図である。観察光学系１００は、標本面１側から順に、無限遠補正型の対物レンズ２と、正のパワーを有する第１レンズ群３と、正のパワーを有する第２レンズ群４と、正のパワーを有する結像レンズ５と、を含んで構成される。
【００１９】
標本面１から射出された光は、対物レンズ２でアフォーカル光束に変換されて第１レンズ群３に入射する。第１レンズ群３は、対物レンズ２と第１レンズ群３の間にアフォーカル光束を結像させて中間像６を形成する。第２レンズ群４は、中間像６と第２レンズ群４の前側焦点位置とが一致するように配置されている。このため、第２レンズ群４は、入射する光束を再度アフォーカル光束に変換するように作用する。そして、そのアフォーカル光束が入射する結像レンズ５は、アフォーカル光束を所定の位置に結像して像７を形成する。この像７が不図示の接眼レンズを介して観察者に観察されることになる。
【００２０】
なお、観察光学系１００では、２箇所のアフォーカル部（つまり、対物レンズ２と第１レンズ群３の間と、第２レンズ群４と結像レンズ５の間）は、不図示の伸縮機構により、アフォーカル光束の光軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。このようなアフォーカル部の伸縮は、像７の位置（より厳密には、像７の結像レンズ５からの相対的な位置）を変化させることなく、観察光学系の光路長を変化させることができる。このため、このような構成の観察光学系１００を顕微鏡に用いる場合、アフォーカル部の伸縮により光路長を変化させて、それによって顕微鏡のアイポイント位置を調整することができる。
【００２１】
図２は、図１に例示される観察光学系１００の光路を立体的に例示した図である。観察光学系１００をコンパクトに構成するためには、観察光学系１００として必要される長さの光路をできる限りコンパクトに収めることが有効である。このため、図２では、第１レンズ群３から結像レンズ５までの光路中に光軸の方向を偏向させる偏向面を複数配置して、周回光路を構成する例が示されている。これにより、観察光学系１００が一定方向に極端に大きくなることなく、全体としてコンパクトに構成されている。なお、ここでは、偏向面がすべて反射面として構成された例が示されている。反射面を構成する部材としては、例えば、ミラーやプリズムなどを用いることができる。
【００２２】
図２を参照しながら、観察光学系１００の観察光路についてさらに詳細に説明する。なお、図２では、ＸＹＺ直交座標系を図示のように定義する。
まず、第１レンズ群３からＺ方向（＋）に射出された光は、観察光学系１００のＺ方向の長さを抑えるために、一旦反射面Ｒ１でＸ方向（−）に向けて反射される。次に、反射面Ｒ１で反射された光は、観察光路がＸＹ平面で一方向に極端に広がりすぎないように、反射面Ｒ２、反射面Ｒ３でそれぞれＹ方向（＋）、Ｘ方向（＋）に反射される。なお、ここでは、中間像６は反射面Ｒ２と反射面Ｒ３の間に形成される。その後に、反射面Ｒ４に入射してＺ方向（＋）に反射された光は、反射面Ｒ５でＹ方向（−）に反射されて第２レンズ群４でアフォーカル光束に変換される。アフォーカル光束に変換された光は、第２レンズ群４からさらにＹ方向（−）に進み、反射面Ｒ６でＺ方向（＋）に反射されて結像レンズ５に入射する。
【００２３】
このように、反射面Ｒ１から反射面Ｒ６までの光路は、反射面Ｒ４から反射面Ｒ５のＺ方向に進行する光路をはさんで、２段構造からなるＸＹ方向の周回光路として形成されている。これにより、Ｚ方向（例えば、顕微鏡の高さ方向）の長さを抑え、且つ、観察光路がＸＹ平面上で一方向に極端に広がりすぎないように観察光学系１００を構成することができる。その結果、観察光学系１００をコンパクトに構成することができる。
【００２４】
また、図２に例示される光路は、中間像６に関しても好ましい配置となっている。一般に、中間像が光学素子の近くに結像される場合、光学素子に付着したゴミや光学素子の傷などが観察されてしまうことがある。これを抑制するための対策としては、光学素子を中間像からできる限り離して配置する方法や、光学素子にゴミが付着しにくくする方法などがある。図２では、中間像６の前後にある反射面（反射面Ｒ２及び反射面Ｒ３）は、Ｚ軸と平行に構成されている。このため、例えば、Ｚ方向が鉛直方向の場合、反射面Ｒ２及び反射面Ｒ３は水平面（ＸＹ平面）に対して垂直となり、ゴミが反射面の表面に付着しにくい構成となっている。なお、図２では、反射面を水平面に対して垂直（つまり、鉛直方向と平行）に構成しているが、ゴミを付着しにくくする場合、反射面は必ずしも鉛直方向と平行に構成される必要はない。反射面が水平面に対して内向きに傾いて構成されていても同様の効果が得られる。このため、中間像６の前後の反射面は、水平面に対して直角または鋭角をなすように構成されることが望ましい。
【００２５】
また、図２に例示される光路を構成する反射面Ｒ１から反射面Ｒ６は、顕微鏡のユーザビリティの観点からも好ましい構成となっている。観察光学系１００では中間像６が形成されるため、中間像６が倒立像として結像され、観察する像は正立像となる。しかし、一般的に、顕微鏡では像は倒立像として観察されるため、観察者の間では、倒立像観察時の標本の移動方向と、視野内の像の移動方向との関係が定着している。このため、これに慣れた観察者は、容易には正立像には馴染めない。したがって、ユーザビリティの観点からは、さらに像を反転させ倒立像とすることが望ましい。図２では、光路を構成する反射面Ｒ１から反射面Ｒ６は、像を１８０度回転させる反転光学系を構成している。このため、観察される像は倒立像となり、ユーザビリティの良い構成となっている。なお、図２では、反射面は６面設けられているが、反転光学系として構成するためには、必ずしも６面を必要としない。反射面が最低４面あれば、本実施例に示すようなポロ反転光学系の構成は可能である。従って、観察光学系１００中の反射面は、少なくとも４面以上で構成されることが望ましい。  
【００２６】
図２に例示される観察光路の構成は、種々の変更が可能である。例えば、図２では、第１レンズ群３から射出される光の光軸と結像レンズ５へ入射する光の光軸が同軸上に配置されている例が示されているが、特にこれに限られない。また、結像レンズ５へ入射する光をＺ方向に対して傾けて構成してもよい。また、図２では、反射面の前後の光が直交する例が示されているが、必ずしも直交させる必要はない。周回光路が形成されて、観察光学系がコンパクトに構成されればよい。さらに、中間像６についても、反射面Ｒ２と反射面Ｒ３の間に構成されているが、特にこれに限られない。反射面Ｒ１と反射面Ｒ２の間などに結像させてもよい。
【００２７】
次に、アフォーカル部の伸縮が与える影響について説明する。観察光学系１００では、２箇所にアフォーカル部が設けられているが、アフォーカル部の伸縮は瞳位置の変動を伴うため、無制限に行えるわけではない。以降、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照しながら、アフォーカル部の伸縮と瞳位置の変動との関係と、アフォーカル部の伸縮可能な範囲について説明する。
【００２８】
図３A及び図３Bは、図１に例示される観察光学系の瞳位置とアフォーカル部の伸縮状態の関係について説明するための概略図である。図３Aでは、アフォーカル部を縮めた状態が例示されている。つまり、対物レンズ２の瞳８と第１レンズ群３の間のアフォーカル部（以降、第１アフォーカル部と記す。）を最小間隔Ｄ１に、第２レンズ群４と結像レンズ５の間のアフォーカル部（以降、第２アフォーカル部と記す。）を最小間隔Ｄ２に設定した状態が例示されている。一方、図３Bでは、アフォーカル部を伸ばした状態を例示されている。ここでは、図３Aの状態に対して第２アフォーカル部を変化量ｄＤmaxだけ伸ばした状態が例示されている。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂに例示されるように、対物レンズ２の瞳８は第１レンズ群３及び第２レンズ群４によりリレーされる。その結果、射出瞳９は、図３Ａに例示されるようにアフォーカル部を縮めた状態では結像レンズ５に対して接眼レンズ側に位置し、図３Ｂに例示されるようにアフォーカル部を伸ばした状態では結像レンズ５に対して対物レンズ２側に位置することになる。
【００３０】
なお、図３Ｂでは、第２アフォーカル部のみを伸ばして光路長を調整した例が示されているが、特にこれに限定されない。第１アフォーカル部を伸ばして光路長を調整した場合や、第１アフォーカル部と第２アフォーカル部を伸ばして光路長を調整した場合であっても、射出瞳９は結像レンズ５に対して対物レンズ２よりに位置し、第２アフォーカル部を伸ばした場合と同様に作用する。
【００３１】
このように、射出瞳９は、結像レンズ５に対して対物レンズ２側から接眼レンズ１０側まで、アフォーカル部の伸縮状態に応じて大きく位置を変えることになる。このため、射出瞳９の位置によっては、射出瞳９を通過する主光線が接眼レンズ１０に入射する前にケラレてしまい、接眼レンズ１０まで到達できないことがある。つまり、アフォーカル部の伸縮可能な範囲は、アフォーカル部の伸縮に伴って変動する射出瞳９を通過する主光線が、途中でケラレることなく接眼レンズに入射できる範囲によって規定される。
【００３２】
図４は、図１に例示される観察光学系の瞳位置と視野絞りの端を通過する主光線の光路の関係を説明するための図である。図４では、位置Ｐ１、位置Ｐ２、位置Ｐ３、及び位置Ｐ４の４箇所の射出瞳９と、それぞれの位置の射出瞳９と視野絞り１１の端とを通る主光線の光路とが例示されている。
【００３３】
なお、図４では、位置Ｐ４は最も接眼レンズ１０側、より詳細には、接眼レンズ１０に対してプラス側（射出側）に位置しているが、接眼レンズ１０のマイナス側（入射側）を基準にすると、最も対物レンズ２（不図示）側の射出瞳９の位置となる。つまり、射出瞳９が結像レンズ５の焦点距離ｆ３以上に結像レンズ５に対して対物レンズ２側に変動した状態である。射出瞳９の位置Ｐ４は、対物レンズ２側への大きな変動により、対物レンズ２側の無限遠を超えて接眼レンズ１０側の無限遠まで変動し、さらに、図４に示される接眼レンズ１０のプラス側の位置まで変動した状態の射出瞳９の位置を示している。
【００３４】
まず、結像レンズ５に対して接眼レンズ１０側の位置Ｐ２に射出瞳９がある場合について説明する。この場合、視野絞り１１の端を通る主光線ＬＰ２は、比較的小さな角度で視野絞り１１に端を通過して、接眼レンズ１０の有効径内に入射する。このため、途中でケラレは発生しない。
【００３５】
次に、射出瞳９が位置Ｐ２に対してさらに接眼レンズ１０側の位置Ｐ１に位置する場合について説明する。これは、射出瞳９が位置Ｐ２にある状態からアフォーカル部を縮めた場合に相当する。この場合、位置Ｐ１から視野絞り１１までの距離が短いため、視野絞り１１の端を通る主光線ＬＰ１は、視野絞り１１の端から大きな角度を持って接眼レンズ１０に向かうことになる。このため、主光線ＬＰ１は接眼レンズ１０の有効径内に入射できず、接眼レンズ１０でケラレてしまう。
【００３６】
次は反対に、射出瞳９が位置Ｐ２に対して対物レンズ２側の位置Ｐ３に位置する場合について説明する。これは、射出瞳９が位置Ｐ２にある状態からアフォーカル部を伸ばした場合に相当する。この場合、位置Ｐ３は結像レンズ５よりも対物レンズ２側に位置するため、位置Ｐ３からの主光線ＬＰ３は、正のパワーを有する結像レンズ５で光軸に対する角度が緩められた状態で視野絞り１１の端を通過する。このため、主光線ＬＰ３は接眼レンズ１０の有効径内に余裕をもって入射することができ、ケラレは発生しない。
【００３７】
さらに、射出瞳９を位置Ｐ３から対物レンズ２側に対物レンズ２の無限遠を越えて変動させた結果、射出瞳９が接眼レンズ１０のプラス側の位置Ｐ４に位置する場合について説明する。これは、射出瞳９が位置Ｐ３にある状態からさらにアフォーカル部を伸ばした場合に相当する。この場合、視野絞り１１の端を通過する主光線ＬＰ４は接眼レンズ１０に収束光として入射することになる。通常、接眼レンズ１０までの光路中の光学素子は、射出瞳９が接眼レンズ１０のマイナス側にある状態に合わせて設定されている。このため、位置Ｐ４のように射出瞳９が接眼レンズ１０のプラス側にある場合には、接眼レンズ１０に至るまでの光路中でケラレが生じてしまう。
【００３８】
以上から、射出瞳９の位置Ｐ１で例示されるようにアフォーカル部を縮めすぎると、視野絞り１１の端を通過する主光線が光軸に対して大きな角度を持つことになる。このため、接眼レンズ１０を通過する際の光線高が高くなり、接眼レンズ１０でケラレが生じてしまう。
【００３９】
また、反対に、射出瞳９の位置Ｐ４で例示されるようにアフォーカル部を伸ばしすぎると、射出瞳９の位置が接眼レンズ１０に対してプラス側に転じてしまう。このため、接眼レンズ１０に対して収束光が入射する構成となり、接眼レンズ１０に達する前に、ケラレが生じてしまう。
【００４０】
一方、射出瞳９の位置Ｐ２から位置Ｐ３で例示される範囲に、アフォーカル部の伸縮状態がある場合には、主光線は視野絞り１１の端を光軸に対して比較的小さな角度を持って通過することになる。このため、ケラレることなく、接眼レンズ１０の有効径内に入射することができる。つまり、位置Ｐ２から位置Ｐ３に対応するアフォーカル部の状態が、アフォーカル部の伸縮可能範囲となる。
【００４１】
次に、伸張可能範囲が大きく且つコンパクトな観察光学系１００を実現するにあたり、第１レンズ群３の焦点距離ｆ１、第２レンズ群４の焦点距離ｆ２、結像レンズ５の焦点距離ｆ３が及ぼす影響について説明する。
【００４２】
まず、位置Ｐ２から位置Ｐ３の範囲を大きくとり、アフォーカル部の伸縮可能範囲を大きくするためには、結像レンズ５の焦点距離ｆ３を長くすることが特に有効である。これは、結像レンズ５の焦点距離ｆ３が長いほど、接眼レンズ１０がより対物レンズ２側の射出瞳９からの光まで取り込めるようになるためである。
【００４３】
一方、観察光学系１００をコンパクトに構成するためには、焦点距離ｆ１、焦点距離ｆ２及び焦点距離ｆ３のそれぞれはなるべく短いほうが望ましい。特に、第１レンズ群３の焦点距離ｆ１については短く構成することが望ましい。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、第１レンズ群の焦点距離と中間像の関係について説明するための図である。図５Ａは、第１レンズ群３の焦点距離ｆ１が比較的短い場合を例示している。この場合、第１レンズ群３のパワーが強く、中間像６の倍率も比較的小さくなるため、第１レンズ群３以降の光線高が低くなる。一方、図５Ｂは第１レンズ群３の焦点距離ｆ１が比較的長い場合を例示している。この場合、第１レンズ群３のパワーが弱く、中間像６の倍率も比較的大きくなるため、第１レンズ群３以降の光線高が高くなってしまう。
【００４５】
このように、焦点距離ｆ１が短ければ、第１レンズ群３と第２レンズ群４の間の光線高を低く抑えることができる。第１レンズ群３と第２レンズ群４の間の光線高は、図２における反射面Ｒ４と反射面Ｒ５間の距離に影響する。反射面Ｒ４と反射面Ｒ５間の距離、つまり、周回光路の２段階構造の光軸間に必要とされる距離のほとんどは光線高が占めている。このため、焦点距離ｆ１を短くすることで光線高が抑えられて、その結果、よりコンパクトに観察光学系１００を構成することが可能となる。焦点距離ｆ１は、具体的には、対物レンズ２の瞳８と第１レンズ群３までの最小間隔Ｄ１の１．５倍程度かそれ以下であることが望ましい。ただし、焦点距離ｆ１を極端に短く構成すると、第１レンズ群３と第２レンズ群４の間の光路長が短くなって中間像６と前後の反射面が近づきすぎてしまい、好ましくない。具体的には、中間像６から前後の反射面までの光路の距離は、第１レンズ群３の対物レンズ側の有効径ＥＡとすると、少なくともｆ１／ＥＡの５倍は離すことが望ましい。
【００４６】
対物レンズ２と結像レンズ５との間にある第１レンズ群３及び第２レンズ群４は、中間鏡筒として構成してもよい。この場合、中間鏡筒の倍率をおよそ１倍とするため、焦点距離ｆ２は、焦点距離ｆ１から大きく異ならない長さとすることが望ましい。
【００４７】
以上から、観察光学系１００は、焦点距離ｆ３は長く、焦点距離ｆ１は短い構成が望ましい。具体的には、観察光学系１００は、以下の条件式（１）を満たすように構成されることが望ましい。
【００４８】
０．４５＜ｆ１／ｆ３＜０．８０      ・・・（１）
また、中間鏡筒としての利用を考慮する場合、観察光学系１００は、さらに焦点距離ｆ２を焦点距離ｆ１と大きく異ならない長さとして構成することが望ましい。具体的には、観察光学系１００は、以下の条件式（２）を満たすように構成されることが望ましい。
【００４９】
０．９５＜ｆ１／ｆ２＜１．０５      ・・・（２）
また、上記の条件を踏まえ、観察光学系１００では、さらに、以下の条件式（３）を満たすように構成されることが望ましい。
【００５０】
０＜ｄＤ／ｆ３＜１．４              ・・・（３）
ただし、ｄＤは、アフォーカル部が伸張する総変化量であり、第１アフォーカル部の変化量ｄＤ１と第２アフォーカル部ｄＤ２の変化量の和である。
【００５１】
条件式（１）は、第１レンズ群３の焦点距離ｆ１と結像レンズ５の焦点距離ｆ３のバランスを規定した式である。条件式（１）を満たすことで、コンパクトで且つアフォーカル部の最大変化量の大きな観察光学系１００を実現できる。条件式（１）が上限値（０．８０）を超えると、焦点距離ｆ３が短くなるため、十分なアフォーカル部の伸張可能量を確保できなくなる。また、焦点距離ｆ１が長くなるため、中間像の倍率が高くなり光線高も高くなる。その結果、観察光学系１００をコンパクトに構成することが難しくなる。また、焦点距離ｆ１が焦点距離ｆ３に近くなり、観察光学系１００の光路の全長が長くなることも観察光学系１００をコンパクトに構成することが難しくする方向に作用する。一方、下限値（０．４５）を下回ると、焦点距離ｆ１が短くなりすぎて、第１レンズ群３と第２レンズ群４の間の光路の長さが短くなる。このため、反射面を構成することが困難となる。または、反射面を構成したとしても中間像６が前後の反射面と近づきすぎてしまい、反射面の傷やゴミが目立ちやすくなる。
【００５２】
条件式（２）は、第１レンズ群３の焦点距離ｆ１と第２レンズ群４の焦点距離ｆ２のバランスを規定した式である。第１レンズ群３及び第２レンズ群４を中間鏡筒として構成する場合、その中間鏡筒倍率はおよそ１倍であることが望ましい。このため、条件式（２）は、中間鏡筒倍率が１倍の前後５％の範囲内にある条件を示している。また、中間鏡筒倍率がこの範囲をはみ出す場合、結像レンズ５の焦点距離を顕微鏡の基準となる焦点距離とは異なる長さに設定することになり、光学系の設計が複雑化することになる。
【００５３】
条件式（３）は、アフォーカル部の総変化量ｄＤに対する結像レンズ５の焦点距離ｆ３の長さを規定した式である。アフォーカル部の最大変化量は、焦点距離ｆ３に強く依存していて、焦点距離ｆ３の１．４倍程度が限界である。このため、条件式（１）を満たした上で、アフォーカル部の総変化量ｄＤを結像レンズの焦点距離ｆ３の１．４倍までに抑えることで、アフォーカル部の伸張によるケラレの発生をさらに抑制することができる。具体的には、総変化量ｄＤを焦点距離ｆ３の１．４倍を越えて変化させる場合、アフォーカル部を縮めたときに射出瞳９が接眼レンズ１０に近づきすぎてしまい、接眼レンズ１０でケラレが生じてしまう。または、アフォーカル部を伸ばしたときに射出瞳９が接眼レンズ１０のマイナス側に遠くなりすぎて、無限遠を超えて接眼レンズ１０のプラス側に転じてしまう。その結果、接眼レンズ１０に到達する前の光路中でケラレが生じてしまう。
【００５４】
図６は、本発明の一実施例に係る顕微鏡の構成を示す概念図である。顕微鏡２００は、光源１３と、照明光学系１４と、対物レンズ２と、第１レンズ群３と、第２レンズ群４と、結像レンズ５と、接眼レンズ１０と、を含んで構成されている。なお、対物レンズ２、第１レンズ群３、第２レンズ群４、結像レンズ５、及び接眼レンズ１０は、上述した観察光学系１００を構成する。
【００５５】
顕微鏡２００は、対物レンズ２と第１レンズ群３の間の第１アフォーカル部を伸縮させて、光路長を変化させることができる。これにより、垂直方向のアイポイント位置を調整することができる。また、顕微鏡２００は、第２レンズ群４と結像レンズ５の間の第２アフォーカル部を伸縮させて、光路長を変化させることができる。なお、顕微鏡２００の場合、観察光学系１００の伸張可能量が大きいため、第２アフォーカル部の伸張可能量を２方向に振り分けることも可能である。このため、第２アフォーカル部の伸縮により垂直方向及び水平方向のアイポイント位置を調整することができる。さらに、結像レンズ５と接眼レンズ１０の間に光軸を回動させる回動機構を設けることで、俯角（つまり、アイポイント位置での光軸の角度）も調整することができる。
【００５６】
このように、顕微鏡２００は、伸張可能量が大きく且つコンパクトな観察光学系１００を含むことで、アイポイント位置の十分な調整が可能であり、その結果、観察者の体格に合わせたアイポイント位置を実現することができる。
【００５７】
以上が各実施例に共通する構成と作用である。次に、各実施例について具体的に説明する。  
【実施例１】
【００５８】
図７Ａ及び図７Ｂは、本実施例に係る観察光学系の構成図である。図７Ａではアフォーカル部を縮めた状態が、図７Ｂではアフォーカル部を伸ばした状態が例示されている。
本実施例に係る観察光学系１０１は、標本側から順に、不図示の対物レンズ２と、４枚のレンズからなる第１レンズ群３と、３枚のレンズからなる第２レンズ群４と、２枚のレンズからなる結像レンズ５とから構成されている。第１レンズ群３と第２レンズ群４の間には中間像６が形成され、さらに結像レンズ５の後方に像７が形成されている。
【００５９】
なお、第１レンズ群３、第２レンズ群４、結像レンズ５の焦点距離は、それぞれ、ｆ１＝１３４．０５（ｍｍ）、ｆ２＝１３４．０３（ｍｍ）、ｆ３＝１８０（ｍｍ）となっている。観察光学系１０１の諸元は、以下のとおりである。
観察光学系１０１
面番号     曲率半径    レンズ間隔        ｄ線に対する  ｄ線に対する
（ｍｍ）     又は厚さ（ｍｍ）  屈折率        アッベ数        
S1         INF          95           
S2         INF          dD1             1.0
S3       57.809         7.000           1.48749        70.23
S4      -46.779         3.200           1.72047        34.71
S5     -244.589         0.200           1.0
S6       33.276         9.000           1.74950        35.28
S7      -80.319         6.000           1.72047        34.71
S8       24.677       214.945           1.0
S9     -110.190         4.000           1.75500        52.32
S10       47.091         5.500           1.48749        70.23
S11      -62.062         0.200           1.0
S12       50.967         4.000           1.48749        70.23
S13     -325.363        75.000           1.0
S14         INF          dD2             1.0
S15         INF         55.500           1.0
S16      174.217         3.630           1.48749        70.23
S17      -65.165         4.580           1.74950        35.28
S18     -110.616       179.316        
ここで、面番号Ｓ１のレンズの間隔または厚さは、面番号Ｓ１と面番号Ｓ２の間の間隔または厚さを示す。なお、面番号Ｓ１は、不図示の対物レンズ２の瞳８の位置を示している。また、面番号Ｓ１のレンズの間隔または厚さは、第１アフォーカル部の最小間隔を示し、面番号Ｓ２のレンズの間隔または厚さは、第１アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ１を示している。また、面番号Ｓ１４のレンズの間隔または厚さは、第２アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ２を示している。
【００６０】
本実施例の観察光学系１０１は、以下の式（Ｃ１）及び（Ｃ２）で示されるように、条件式（１）及び（２）を満たしている。なお、式（Ｃ１）は条件式（１）に対応し、式（Ｃ２）は条件式（２）に対応する。
【００６１】
ｆ１／ｆ３＝１３４．０５／１８０≒０．７４            ・・・（Ｃ１）
ｆ１／ｆ２＝１３４．０５／１３４．０３≒１．００      ・・・（Ｃ２）
また、本実施例では、第１アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ１は０ｍｍ以上１１５ｍｍ以下であり、最大１１５ｍｍ変化させることができる。同様に、第２アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ２は０ｍｍ以上１０５ｍｍ以下であり、最大１０５ｍｍ変化させることができる。このため、第１アフォーカル部と第２アフォーカル部の両方を最大限変化させる場合であっても条件式（３）（つまり、総変化量ｄＤ＜２５２＝１８０×１．４）を満たしている。なお、変化量ｄＤ１及び変化量ｄＤ２は、レンズ径と光束径の関係にも影響される。観察光学系及び顕微鏡の大型化を抑える為には、レンズ径が小さいことが望ましい。このため、本実施例ではレンズ有効径が最大像高の１．５倍以下となる様に設定されている。
【００６２】
以上、本実施例の観察光学系１０１では、コンパクトな構成で、且つ、アフォーカル部の伸縮量（つまり変化量）を大きく取ることができる。このため、観察光学系１０１を用いることで、アイポイント位置の調整量の大きな顕微鏡を提供することができる。
【実施例２】
【００６３】
図８Ａ及び図８Ｂは、本実施例に係る観察光学系の構成図である。図８Ａではアフォーカル部を縮めた状態が、図８Ｂではアフォーカル部を伸ばした状態が例示されている。
本実施例に係る観察光学系１０２は、標本側から順に、不図示の対物レンズ２と、２枚のレンズからなる第１レンズ群３と、プリズム１２と、２枚のレンズからなる第２レンズ群４と、２枚のレンズからなる結像レンズ５とから構成されている。第１レンズ群３と第２レンズ群４の間には中間像６が形成され、さらに結像レンズ５の後方に像７が形成されている。
【００６４】
なお、第１レンズ群３、第２レンズ群４、結像レンズ５の焦点距離は、それぞれ、ｆ１＝８９．９７（ｍｍ）、ｆ２＝９０（ｍｍ）、ｆ３＝１８０．１７（ｍｍ）となっている。観察光学系１０２の諸元は、以下のとおりである。
観察光学系１０２
面番号     曲率半径    レンズ間隔        ｄ線に対する  ｄ線に対する
（ｍｍ）     又は厚さ（ｍｍ）  屈折率        アッベ数        
S1          INF       95                     
S2          INF        dD1              1.0                 
S3       67.434        8.500            1.48749        70.23   
S4      -36.268        0.052            1.0                 
S5      -35.806        3.000            1.73800        32.26   
S6      -65.776      151.103            1.0                 
S7         INF        30.000            1.51633        64.14   
S8         INF         2.943            1.0                 
S9       52.903        2.800            1.61340        44.27   
S10       24.635        6.300            1.48749        70.23   
S11     -102.570       24.000            1.0                 
S12         INF        dD2               1.0                 
S13         INF        29.000            1.0                 
S14      193.123        5.500            1.48749        70.23   
S15      -61.238        4.600            1.72047        34.71   
S16     -105.391      181.114          
ここで、面番号Ｓ１のレンズの間隔または厚さは、面番号Ｓ１と面番号Ｓ２の間の間隔または厚さを示す。なお、面番号Ｓ１は、不図示の対物レンズ２の瞳８の位置を示している。また、面番号Ｓ１のレンズの間隔または厚さは、第１アフォーカル部の最小間隔を示し、面番号Ｓ２のレンズの間隔または厚さは、第１アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ１を示している。また、面番号Ｓ１２のレンズの間隔または厚さは、第２アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ２を示している。
【００６５】
本実施例の観察光学系１０２は、以下の式（Ｃ１１）及び（Ｃ１２）で示されるように、条件式（１）及び（２）を満たしている。なお、式（Ｃ１１）は条件式（１）に対応し、式（Ｃ１２）は条件式（２）に対応する。
【００６６】
ｆ１／ｆ３＝８９．９７／１８０．１７≒０．５０    ・・・（Ｃ１１）
ｆ１／ｆ２＝８９．９７／９０≒１．００            ・・・（Ｃ１２）
また、本実施例では、第１アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ１は０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であり、最大９０ｍｍ変化させることができる。同様に、第２アフォーカル部の最小間隔に対する変化量ｄＤ２は０ｍｍ以上８５ｍｍ以下であり、最大８５ｍｍ変化させることができる。このため、第１アフォーカル部と第２アフォーカル部の両方を最大限変化させる場合であっても条件式（３）（つまり、総変化量ｄＤ＜２５２．２３＝１８０．１７×１．４）を満たしている。なお、変化量ｄＤ１及び変化量ｄＤ２は、レンズ径と光束径の関係にも影響される。観察光学系及び顕微鏡の大型化を抑える為には、レンズ径が小さいことが望ましい。このため、本実施例ではレンズ有効径が最大像高の１．５倍以下となる様に設定されている。
【００６７】
本実施例の場合、第１レンズ群３及び第２レンズ群４の焦点距離が実施例１に比べて短く構成されている。このため、実施例１に比べてさらにコンパクトに観察光学系１０２を構成することができる。その反面、中間像６の前後の反射面（不図示）が中間像６に近くなるため、反射面のゴミや傷が目立ちやすくなる。このため、観察光学系１０２では、第１レンズ群３と第２レンズ群４の間にプリズムを配置して、第１レンズ群３と第２レンズ群４の間の光路長を稼いでいる。
【００６８】
以上、本実施例の観察光学系１０２では、コンパクトな構成で、且つ、アフォーカル部の伸縮量（つまり変化量）を大きく取ることができる。このため、観察光学系１０２を用いることで、アイポイント位置の調整量の大きな顕微鏡を提供することができる。
【符号の説明】
【００６９】
標本面        １
対物レンズ    ２
第１レンズ群  ３
第２レンズ群  ４
結像レンズ    ５
中間像        ６
像            ７
瞳            ８
射出瞳        ９
接眼レンズ    １０
視野絞り      １１
プリズム      １２
光源          １３
照明光学系    １４
位置          Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４
主光線        ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４
観察光学系    １００、１０１、１０２
顕微鏡        ２００
【図１】
0005522989.tif 000002
【図２】
0005522989.tif 000003
【図３Ａ】
0005522989.tif 000004
【図３Ｂ】
0005522989.tif 000005
【図４】
0005522989.tif 000006
【図５Ａ】
0005522989.tif 000007
【図５Ｂ】
0005522989.tif 000008
【図６】
0005522989.tif 000009
【図７Ａ】
0005522989.tif 000010
【図７Ｂ】
0005522989.tif 000011
【図８Ａ】
0005522989.tif 000012
【図８Ｂ】
0005522989.tif 000013