(57)【要約】    【課題】  操作性に優れ、像が明るいズーム顕微鏡システムを提供する。    【解決手段】  顕微鏡システム１は、少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズ２と、前記対物レンズ２から射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系３と、前記アフォーカル変倍光学系３から射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、下記の条件式を満たす。      ２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０      ６ ≦ Ｌexz／Ｘ ≦ １０  但し、ＮＡ(ob)は対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は対物レンズの焦点距離であり、Ｘ＝２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)であり、Ｌｅｘzは物体面からアフォーカル変倍光学系最遠端までの距離である。【選択図】  図１
2006084825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、
前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、
前記アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、
下記の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡システム。
２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０
６ ≦ Ｌexz／Ｘ ≦ １０
但し、ＮＡ(ob)は対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は対物レンズの焦点距離であり、Ｘ＝２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)であり、Ｌexzは物体面からアフォーカル変倍光学系最遠端までの距離である。
【請求項２】
少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、
前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、
前記アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、
下記の条件式を満たし、Ｌ＝Ｆ（TL）／２以上の間隔を空けて前記アフォーカル変倍光学系及び前記結像光学系を配置することが可能であることを特徴とする顕微鏡システム。
Ｄ（TL） ≧ ＥＸＰ（max）*１．２５
但し、Ｌはアフォーカル変倍光学系の射出端から結像レンズの入射端までの距離であり、Ｆ（TL）は結像レンズの焦点距離であり、Ｄ（TL）は結像レンズの有効径であり、ＥＸＰ（max）はアフォーカル変倍光学系の最大の射出瞳の径である。
【請求項３】
少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する複数の対物レンズと、
前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、
前記アフォーカル変倍レンズから射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、
前記複数の対物レンズは、下記の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡システム。
２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０
Ｘ (Max)／Ｘ(Min) ＜ １．２５
Ｍ（obH）／Ｍ（obL）≧ ２
Ｌ(ob Max) ／ Ｌ(ob Min) ＜１．１
但し、ＮＡ(ob)は各対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は各対物レンズの焦点距離であり、Ｘ(Max)は２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)の最大値であり、Ｘ(Min)は２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)の最小値であり、Ｍ（olH）は最も倍率が高い対物レンズの倍率であり、Ｍ（obL）は最も倍率が低い対物レンズの倍率であり、Ｌ(ob Max)は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最大値であり、Ｌ(ob Min)は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最小値である。
【請求項４】
少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、
前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換する第１のアフォーカル変倍光学系と、
第１のアフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系と、
前記対物レンズと第１のアフォーカル変倍光学系との間に挿入可能な第２のアフォーカル変倍光学系（ca）とを備え、
下記の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡システム。
Ｍ(ca) ≦ 0.8
ＥＮＰ（max）≧ＥＸＰ（ob）／Ｍ(ca)
但し、Ｍ（ca）は第２のアフォーカル変倍光学系の倍率であり、ＥＮＰ（max）は第１のアフォーカル変倍光学系の最大の射出瞳の径であり、ＥＸＰ（ob）は対物レンズの射出瞳の径である。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の顕微鏡システムにおいて、試料に波長選択した照明光を投影し、試料が発する照明光とは異なる波長の光（蛍光など）の観察が可能であり、照明光と観察の為の光との波長を分離する為のフィルターが、Ｌ（f）＝Ｆ（TL）／３を満たす範囲内に配置されたことを特徴とする顕微鏡システム。
但し、Ｌ（f）はアフォーカル変倍光学系の射出端からフィルターまでの距離であり、Ｆ（TL）は結像レンズの焦点距離である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
操作性に優れ、像が明るい変倍が可能な顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の顕微鏡と同様に、作業性と拡張性に優れた顕微鏡の従来例として、単体物レンズ式の実体顕微鏡が知られている。図１０は、このような単体物レンズ式の実体顕微鏡の一例であり、対物レンズと変倍光学系と接眼レンズとを有する単体物レンズ式の実体顕微鏡に関する凡その構成の説明図である。
これらの対物レンズの焦点距離は、凡そ２００mmから４０mmの範囲にあり、比較的低い観察倍率と長い作動距離を確保できる構成となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の単体物レンズ式の実体顕微鏡では、アフォーカル変倍光学系から結像レンズに至るまでの左右２つの光路間の距離などの制約から、アフォーカル変倍光学系の入射径は対物レンズの有効径の１／２以下に制限されている。特に、アフォーカル変倍光学系による変倍比を大きくする設計においては、倍率が高くなる側において、アフォーカル変倍光学系のレンズ径が制限となり、像の明るさが不足する傾向にある。
この事は、左右何れかのアフォーカル変倍光学系を通過した光束を撮像素子へと導き、撮像を行う場合においても同様である。
【０００４】
アフォーカル変倍光学系に比べ、相当に大きな有効径を持つ対物レンズにより、蛍光像を観察するための照明装置やフィルターを組み合わせて蛍光像を観察する場合には、広い観察視野は確保されるものの、十分な明るさが得られない。特に、このように広い観察範囲を持つ光学系では、微弱且つ微小な蛍光マーカーの見落としなどが発生しやすい。
【０００５】
そこで、特定の倍率や焦点距離において、像の明るさを向上させる為には、レンズの開口数ＮＡを大きくする必要が有る。レンズの開口数ＮＡを大きくすることは、対物レンズより射出する光束径が大きくなることと同一である。
【０００６】
ここで、対物レンズの射出光束径は、
２・ＮＡ(ob)・ＦＬ(ob)                …（１）
で表される。但し、ＮＡ(ob)は対物レンズの開口数であり、ＦＬ(ob)は対物レンズの焦点距離である。
上記条件式（１）から求められる対物レンズの射出光束系は、一般的に顕微鏡では数mmから２０ｍｍ程度までの値であり、総じて対物レンズの焦点距離が短くなるに従い、小さくなる傾向にある。
また、単対物レンズ式の実体顕微鏡においても、対物レンズ自体の射出光束径は４０ｍｍ程度以上あるものの、アフォーカル変倍光学系の有効径により制限されるため、その有効な射出光束径は20ｍｍ前後の値となっている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、像が明るく、操作性に優れ、且つ広い変倍範囲での観察が可能であり、同時に高いシステム拡張性を持つ顕微鏡システムを提供することを目的とする。
より具体的には、試料を顕微鏡下で観察しながら、選別や解剖などの操作を行い易くするための長い作動距離と、広い範囲からより微細部の観察が可能な変倍光学系と、十分に大きなＮＡを備えることにより、ＧＦＰなどの蛍光を発するタンパク質をマーカーとしての試料の選別や解剖から、より微細部の観察まで、より多くの作業を一つの顕微鏡下で行える顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の顕微鏡システムは、少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、前記アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、下記の条件式を満たすことを特徴とする。
２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０
６ ≦ Ｌexz／Ｘ ≦ １０
但し、ＮＡ(ob)は対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は対物レンズの焦点距離であり、Ｘ＝２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)であり、Ｌexzは物体面からアフォーカル変倍光学系最遠端までの距離である。
【０００９】
また、本発明の顕微鏡システムは、少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、前記アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、下記の条件式を満たし、Ｌ＝Ｆ（TL）／２以上の間隔を空けて前記対物レンズ、前記アフォーカル変倍光学系及び前記結像光学系を配置することが可能であることを特徴とする。
Ｄ（TL） ≧ ＥＸＰ（max）*１．２５
但し、Ｌはズームレンズの射出端から結像レンズの入射端までの距離であり、Ｆ（TL）は結像レンズの焦点距離であり、Ｄ（TL）は結像レンズの有効径であり、ＥＸＰ（max）はアフォーカル変倍光学系の最大の射出瞳の径である。
【００１０】
また、本発明の顕微鏡システムは、少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する複数の対物レンズと、前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、前記アフォーカル変倍レンズから射出する平行光束を結像させる結像光学系とを備え、前記複数の対物レンズは、下記の条件式を満たすことを特徴とする。
２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０
Ｘ (Max)／Ｘ(Min) ＜ １．２５
Ｍ（obH）／Ｍ（obL）≧ ２
Ｌ(ob Max) ／ Ｌ(ob Min) ＜１．１
但し、ＮＡ(ob)は各対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は各対物レンズの焦点距離であり、Ｘ(Max)は２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)の最大値であり、Ｘ(Min)は２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)の最小値であり、Ｍ（olH）は最も倍率が高い対物レンズの倍率であり、Ｍ（obL）は最も倍率が低い対物レンズの倍率であり、Ｌ(ob Max)は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最大値であり、Ｌ(ob Min)は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最小値である。
【００１１】
また、本発明の顕微鏡システムは、少なくとも、物体からの光束を平行光束へと変換する対物レンズと、前記対物レンズから射出する光束の径を異なる光束径へと変換する第１のアフォーカル変倍光学系と、第１のアフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系と、前記対物レンズと第１のアフォーカル変倍光学系との間に挿入可能な第２のアフォーカル変倍光学系（ca）とを備え、下記の条件式を満たすことを特徴とする。
Ｍ(ca) ≦ 0.8
ＥＮＰ（max）≧ＥＸＰ（ob）／Ｍ(ca)
但し、Ｍ（ca）は第２のアフォーカル変倍光学系の倍率であり、ＥＮＰ（max）は第１のアフォーカル変倍光学系の最大の射出瞳の径であり、ＥＸＰ（ob）は対物レンズの射出瞳の径である。
【００１２】
更に、本発明の顕微鏡システムは、請求項１乃至４に記載の顕微鏡システムにおいて、試料に波長選択した照明光を投影し、試料が発する照明光とは異なる波長の光（蛍光など）の観察が可能であり、照明光と観察の為の光との波長を分離する為のフィルターが、Ｌ（f）＝Ｆ（TL）／３を満たす範囲内に配置されたことを特徴とする。
但し、Ｌ（f）はアフォーカル変倍光学系の射出端からフィルターまでの距離であり、Ｆ（TL）は結像レンズの焦点距離である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の顕微鏡によれば、対物レンズ径を最大限に活かして有効なＮＡを得ることができる。
また、本発明の顕微鏡では、対物レンズの焦点距離は凡そ２００mm〜４０mmの範囲にあり、凡そ１８０mm〜２０mm程度の作動距離を得ることができる。そして、顕微鏡下で試料を観察しながら、試料へのアクセスを容易に行うことができる作動距離が５０mm以上であることから、本発明の顕微鏡によれば、観察者は、顕微鏡下で試料を観察しながら、試料へのアクセスを容易に行うことができる。また、２０mm程度の作動距離においては、シャーレ等の容器中に入った試料を観察する際や、試料を交換する際に、対物レンズをその都度退避させることなく、その作業を行えることから、本発明の顕微鏡は作業用の顕微鏡として優れた操作性を発揮する。
更に、対物レンズの有効開口数を大きく取ると同時に、物体面よりアフォーカル変倍光学系最終面までの距離を制限する本発明の顕微鏡によれば、楽な姿勢で観察を行う為に適切な光路長が得られる。
【００１４】
また、観察試料の選別や解剖などの操作から、特定部位の観察や撮影を一つの顕微鏡下で行うには、夫々の用途に適した最適な倍率を容易且つ迅速に選択できることが望ましいこと、更に倍率は連続的に選択できることが望ましいことから、本発明の顕微鏡では単一の操作で広い倍率の範囲を任意に選択可能なズーム式変倍レンズを備えている。また、多少利便性は劣るが、複数のアフォーカル変倍光学系を選択的に挿入し、複数の倍率を得る構成とすることもできる。
更に、大きな範囲の視野を観察したり、より高解像な像を得るなど、個別の用途に応じて、夫々の用途に適した対物レンズを選択する本発明の顕微鏡によれば、更に広い用途に対応することが可能である。その際、互いの対物レンズは、物体面より対物レンズ出射端までの距離が凡そ揃っており、対物レンズの交換に伴いフォーカス位置が大きくずれることが無く、格段に操作性を向上させる。
【００１５】
本発明の顕微鏡によれば、長い作動距離と広い観察視野を確保しながら、大きなＮＡ（開口数）を併せ持つので、特に蛍光を発するたんぱく質（ＧＦＰなど）をマーカーとして生態試料の選別作業を行う際や、ねずみなどの小動物の臓器等をマーキングした試料を観察する際に、明るい蛍光像が得られ、マーカーの見落としを防ぐことができる。また、十分に明るい蛍光像が得られるので、蛍光観察時に試料の周りや部屋全体を暗くする必要も無く、作業の効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の作用について、説明する。
本発明の顕微鏡においては、観察像の明るさを向上させる為に、下記条件式を満足するように設計されている。
２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob) ≧ ３０              …（２）
ただし、ＮＡ(ob)は対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ(ob)は対物レンズの焦点距離である。
条件式（２）は、その値が２０程度の対物レンズと同一の倍率で比較した場合には、２倍以上像が明るくなることを意味している。像の明るさは、射出光束径の自乗に比例する関係にあるためである。
【００１７】
より明るい像を得る為には、条件式（２）の値が３０より更に大きな値であれば良い。条件式（２）において３０より更に大きな値を得る為には、レンズの径自体を相当に大きくする必要が有る。しかし、レンズの径は、生産性やコストなどの問題から、５０程度までが適当である。
【００１８】
また、別の観点では、アフォーカル変倍光学系の全長は、適切な変倍範囲（例えば10倍程度を）維持する場合、収差補正上の理由などから、対物レンズより入射する光束径が大きくなるに従い、その全長が長くなる傾向にある。
特別な光路の折り曲げ等をせずに適切な観察姿勢を保てる全長に抑える為にも、対物レンズの射出光束径は５０程度までが適切である。
【００１９】
更に下記条件式を満たすことにより、物体面からアフォーカル変倍光学系最遠端までの距離は１８０mm〜５００mmの範囲となる。
６ ≦ Ｌｅｘｚ／Ｘ ≦ １０                        …（３）
但し、Ｘは２・ＮＡ（ob）・ＦＬ(ob)であり、ＮＡ(ob)は対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ（ｏｂ）は対物レンズの焦点距離であり、Ｌｅｘzは物体面からアフォーカル変倍光学系の最遠端までの距離である。
そして、条件式（２）及び（３）を満たしアフォーカル変倍光学系の上に、適切な結像レンズやそれを含む鏡筒類を配置することにより、適切な観察姿勢を持つ顕微鏡を提供することが可能となる。
【００２０】
更に、対物レンズと、対物レンズからの光束径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系を持つ顕微鏡システムでは、そのシステムを拡張することが可能である。
具体的には、蛍光観察の為の照明光束を導入するハーフミラーやフィルター類を平行光束中に挿入することや、光束の一部又は全てを側方に分岐させる為のハーフミラーなどを挿入することで、様々な観察方法やアプリケーションに対応できる。
これらの拡張性を持たせる為には、下記条件式により求められる値以上の間隔を空けて、光学部材の配置が可能であることが望ましい。
Ｌ＝Ｆ（TL）／２                                …（４）
但し、Ｌはズームレンズの射出端から結像レンズの入射端までの距離であり、Ｆ（ＴＬ）は結像レンズの焦点距離である。
更に、観察視野の周辺部においても十分な光量を確保し、目立った視野ムラなどが生じない為には、下記の条件式を満足することが望ましい。
Ｄ（ＴＬ） ≧ ＥＸＰ（ｍａｘ）*１．２５          …（５）
但し、Ｄ（ＴＬ）は結像レンズの有効径である。
【００２１】
また、蛍光観察においては、選択した波長の照明光を試料に投影し、照明光とは異なる波長での観察するために用いるハーフミラーや波長を分離する為のフィルターが、上記条件式（３）で求められる値の間隔中に挿入される。そして、これらのフィルターやハーフミラーがセットされたミラーユニットが構成されており、複数の波長の蛍光像を容易に選択できるように、複数のミラーユニットがセットされる。
これらの複数のミラーユニットを必要最小限の大きさで構成し、低コスト化する為には、下記の条件式を満たすことが望ましい。
Ｌ（ｆ）＝Ｆ（ＴＬ）／３                          …（６）
但し、Ｌ（ｆ）はズームレンズの射出端からフィルターまでの距離であり、Ｆ（ＴＬ）は結像レンズの焦点距離である。
【００２２】
次に、対物レンズと、対物レンズからの光束径を異なる光束径へと変換するアフォーカル変倍光学系と、アフォーカル変倍光学系から射出する平行光束を結像させる結像光学系を持つ顕微鏡システムにおいて、アフォーカル変倍光学系により変倍可能な範囲より更に広い倍率範囲での観察を行う場合や、より長い作動距離や、より大きい開口数を必要とする場合には、異なる対物レンズなどを選択する事が可能である。
本発明の顕微鏡に用いる対物レンズは下記の条件式を満たす事により、様々な用途に対応する対物レンズにおいても、それらを交換した際に大きくピント位置がズレる事無く、優れた操作性と、システム拡張性を得ることができる。
２・ＮＡ（ｏｂ）・ＦＬ（ｏｂ）  ≧ ３０            …（２）
Ｘ （Ｍａｘ）／Ｘ（Ｍｉｎ） ＜ １．２５            …（７）
Ｍ（ｏｂＨ）／Ｍ（ｏｂＬ）≧ ２                    …（８）
Ｌ(ｏｂ Ｍａｘ) ／ Ｌ(ｏｂ Ｍｉｎ) ＜１．１        …（９）
但し、ＮＡ（ｏｂ）は各対物レンズの最大有効開口数であり、ＦＬ（ｏｂ）は各対物レンズの焦点距離であり、Ｘ（Ｍａｘ）は２・ＮＡ（ｏｂ）・ＦＬ（ｏｂ）の最大値であり、Ｘ（Ｍｉｎ）は２・ＮＡ（ｏｂ）・ＦＬ（ｏｂ）の最小値であり、Ｍ（ｏｂＨ）は最も倍率が高い対物レンズの倍率であり、Ｍ（ｏｂＬ）は最も倍率が低い対物レンズの倍率であり、Ｌ（ｏｂ Ｍａｘ）は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最大値であり、Ｌ（ｏｂ Ｍｉｎ）は物体面から対物レンズ最終面までの距離の最小値である。
【００２３】
条件式（８）において、Ｍ（ｏｂＨ）／Ｍ（ｏｂＬ）≧２ｘの倍率範囲を持たせることにより、様々な用途に応じて適切な倍率や開口数の対物レンズを選択することが可能となる。例えば、作動距離が十分に長い対物レンズであったり、開口数が大きく解像力の高い対物レンズなどである。
また、夫々の対物レンズと、アフォーカル変倍光学系の有効径がそれぞれ無駄無く活用されるためには、各対物レンズ同士の射出光束径が凡そ揃っていることが望ましい。もしも、条件式（７）を満たしていなければ、対物レンズ若しくは、アフォーカル変倍光学系の何れかで、互いの有効径が十分に活かされない状態が生じてしまう。
【００２４】
ところで、物体側により大きな開口数ＮＡを持つ高解像力の対物レンズでは、一般的に作動距離・焦点距離・全長が共に小さく、射出瞳の径は数mm〜２０mm程度である。
これらの射出瞳が小さい対物レンズと入射瞳の径の大きな変倍光学系とを組合わせる場合、変倍光学系の大きなレンズ径が無効になるばかりでなく、特に変倍光学系が高倍率側の時に物体側のＮＡに対して過剰倍率となりやすく、ややぼやけた像しか得られなくなるという問題がある。
そこで、物体側の開口数ＮＡに応じた適切な観察倍率を得る為には、対物レンズと変倍光学系との間に、瞳の径が適切になるような第２の変倍光学系が必要になる。
このような第２の変倍光学系は、対物レンズが無限遠設計の場合、アフォーカル変倍光学系であり、その倍率は下記の条件式を満たすことが望ましい。
Ｍ（ｃａ） ≦ 0.8                                …（１０）
ＥＮＰ（ｍａｘ）≧ＥＸＰ（ｏｂ）／Ｍ（ｃａ）     …（１１）
但し、Ｍ（ｃａ）は第２のアフォーカル変倍光学系の倍率であり、ＥＮＰ（ｍａｘ）は第１のアフォーカル変倍光学系の最大の射出瞳の径であり、ＥＸＰ（ｏｂ）は対物レンズの射出瞳の径である。
【００２５】
また、対物レンズの射出瞳の径を拡大して、第１の変倍光学系の入射瞳の径との差を小さくする為には、第２の変倍光学系の倍率Ｍ（ｃａ）は１より小さい値でなければならない。
これは、アフォーカル変倍光学系においては瞳径と倍率とが反比例の関係にあるためである。
対物レンズの射出瞳を十分に拡大する効果が得られる為の条件として、Ｍ（ｃａ） は ０．８以下であり、これより大きい値では十分な効果は得られない。
また、対物レンズの射出瞳を十分に拡大する効果が得られる為の条件として、上記Ｍ(ca)の条件を満たすと同時に、ＥＮＰ（ｍａｘ）≧ＥＸＰ（ｏｂ）／Ｍ（ｃａ）の条件を満たしている事が望ましい。
この条件を超える場合には、第２の変倍光学系より射出する光束の径が、第１の変倍光学系の有効径を超えてしまい、光束のロスが生じ、物体側の有効開口数ＮＡが小さくなるという問題が生じる為である。
【００２６】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【００２７】
第１実施例
図１は、本発明の第１実施例である顕微鏡システムの説明図である。
図１に示すように、第１実施例の顕微鏡システム１は、対物レンズ２、アフォーカル変倍光学系３を備え、接眼レンズ４を介して試料を観察するようになっている。
図１に示すように、第１実施例の顕微鏡システムは、作動距離ＷＤが長く、ズームレンズの出射端までの距離が適度に抑えられた構成となっている。なお、図中、Ｌｅｘｚは物体面からアフォーカル変倍光学系の最遠端までの距離である。また、図中の光線図は、アフォーカル変倍光学系の倍率が最小時のものを示している。
【００２８】
第１実施例では、上記条件式（２）の値が４５であり、条件式（３）の値が７．５を示している。
しかし、条件式（２）及び（３）の値が、これより小さい場合、例えば条件式（２）の値が３０であり、条件式（３）の値が６である場合は、顕微鏡を通して観察する際のアイポイント位置が低くなる為、アイポイントを高い位置に保つことが可能な鏡筒を組合わせる必要が有る。
また、条件式（２）及び（３）の値が第１実施例における同式の値より大きい場合、例えば５０と１０であった場合には、逆にアイポイント位置をより低く保てる鏡筒を組合わせる必要がある。
このように、条件式（２）及び（３）の値を用いることにより、適切な観察姿勢を保てる顕微鏡を提供することが可能となる。
【００２９】
第２実施例
図２は、本発明の顕微鏡システムに使用されるアフォーカルズームレンズの一例を示す光軸に沿う断面図であり、図２（a）はアフォーカルズームレンズの倍率が最小の状態を示し、図２（b）は中間の倍率を示し、図２（c）は倍率が最大の状態を示している。
図２に示すように、アフォーカルズームレンズ５は、複数のレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６を有しており、物体面からこれらのレンズ群Ｇ１乃至Ｇ６までの距離を変えることにより、ズームの倍率を変更するようになっている。
図２より、倍率が最小の時には射出瞳の径が最大となり、倍率が最大の時には射出瞳の径が最小となることが分かる。
また、第２実施例は、ＥＮＰ(max)＝４５の場合を示しており、その全長は１９０である。ＥＮＰ(max)＝３０になるまで縮小した場合には、その全長は１２７となる。
【００３０】
アフォーカルズームレンズ５は、例えば、結像レンズと組合わせることができる。
図３は、アフォーカルズームレンズ５に組み合わせることができる結像レンズの光軸に沿う断面図である。
図３に示す結像レンズ６は、複数のレンズ群Ｇ７、Ｇ８を有している。また、図３に示す光線図は、アフォーカルズームレンズの射出瞳径が最大となる時に視野中心に至る光束の範囲を示しており、結像レンズの有効径はＥＸＰ（max）*１．２５以上になっている。
そして、図２に示すアフォーカルズームレンズ５と組合わせることにより、所望の焦点距離を得ることができるようになっている。
なお、図３に示す結像レンズの焦点距離は１８０であり、結像レンズの有効径はφ３６である。
【００３１】
図４は、図２に示すアフォーカルズームレンズ５と、適当な間隔を保って配置された図３に示す結像レンズ６を組み合わせた光学系の光軸に沿う断面図である。
図４に示すように、アフォーカルズームレンズの最大射出瞳径に対し、ＥＸＰ（max）*１．２５以上となっていることにより、ズームレンズの射出端から結像レンズの入射端までの距離Ｌが大きい場合でも、像の周辺に至るまで十分な光束を確保している。
第２実施例におけるズームレンズの射出端から結像レンズの入射端までの距離Ｌ及び結像レンズの焦点距離F（ＴＬ）を、下記に示す。
Ｌ＝１００（＝Ｆ（TL）／１．８）
Ｆ（TL）＝１８０
【００３２】
第３実施例
図５（ａ）乃至（ｄ）に、本発明による顕微鏡システムに組み合わされる対物レンズの一例を示す。尚、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す光線図は、アフォーカル変倍光学径の倍率が最小で、観察範囲が最大となる状態を示している。
図５に示す対物レンズ７ａは、レンズの全長より焦点距離が長く、負のパワーを持つレンズ群Ｇ９と、正のパワーを持つレンズ群Ｇ１０を有している。レンズの全長より焦点距離が短い対物レンズ７ｂ〜７ｄは、正のパワーを持つレンズ群Ｇ１１，Ｇ１４，Ｇ１７と、パワーの弱いレンズ群Ｇ１２，Ｇ１５，Ｇ１８と、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと正の単レンズからなるレンズ群Ｇ１３，Ｇ１６，Ｇ１９をそれぞれ有している。
図５（ａ）乃至（ｄ）に示す通り、何れの対物レンズも全長が140mm前後でほぼ揃っており、何れもほぼ同じ射出瞳の径となるレンズ径に設定されている。具体的には、各対物レンズの焦点距離は１８０から５６であり、Ｍ（ｏｂＨ）／Ｍ（ｏｂＬ）＝３．２となっている。また、何れの対物レンズも、２・ＮＡ（ｏｂ）・ＦＬ（ｏｂ） ＝４０〜４５程度の設計となっており、Ｌ（ｏｂ Ｍａｘ） ／ Ｌ（ｏｂ Ｍｉｎ） ＝１．０４  である。
【００３３】
第４実施例
図６は、対物レンズと第２のアフォーカルの変倍レンズを組み合わせた光学系の光軸に沿う断面図である。
図６に示す対物レンズ８は、物体側に大きな開口数ＮＡを持ち、焦点距離と全長とを短く構成している。この対物レンズ８は、第２のアフォーカルの変倍レンズ９と組合わせるようになっている。
図６に示す通り、第２のアフォーカル変倍光学系により、対物レンズの射出瞳径が拡大されている。第４実施例では、第２のアフォーカル変倍光学系の倍率Ｍ（ｃａ）＝０．５であり、対物レンズの射出瞳の径は２倍の大きさに拡大される。
また、この対物レンズと、第２のアフォーカル変倍光学系との間隔を適切に保つことにより、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズの全長とほぼ同一にすることが可能である。
尚、本実施例に示す対物レンズは、物体側の開口数ＮＡは大きいものの、レンズ径は比較的小さいので、第一の変倍光学系の倍率が低い際には、視野の周辺に至る光束は通らず、視野の中心部分しか観察できないという問題が生じるが、第一の変倍光学系の倍率が高い場合にはこのような不都合は生じない。
【００３４】
以下に、図２に示すアフォーカルズームレンズについて、物体像側から順に示した各光学部材の面の曲率半径、物体像側から順に示した各光学部材の肉厚又は各光学部材面間の間隔（単位：ｍｍ）、物体側から順に示した各光学部材のｄ線での屈折率、物体側から順に示した各光学部材のアッベ数に関する数値データを示す。
【００３５】
数値データ１
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率      アッベ数
1          143.584           6.5            1.43875       94.93
2         -151.471           4.5            1.67300       38.15
3         -406.964           0.5 
4           86.266           7              1.43875       94.93
5         -182.860           4              1.67300       38.15
6         -627.529           D1
7          289.274           5.6            1.73800       32.26
8          -40.355           3              1.77250       49.60
9           42.167           3.2 
10         -172.814           2.8            1.77250       49.60
11           22.430           4.5            1.73800       32.26
12          267.473           D2
13          -38.998           2.8            1.67790       55.34
14         -112.304           D3
15         -104.447           4.5            1.43875       94.93
16          -37.846           D4
17           86.418           4.5            1.43875       94.93
18          -96.570           D5
19          -62.848           3.5            1.67790       55.34
20         -174.072           0 
【００３６】
以下に、図２（ａ）乃至（ｃ）における各間隔Ｄ１〜Ｄ５の値及び図３に示す結像レンズとの合成焦点距離FLの数値データを示す。
図    ２（ａ）        ２（ｂ）        ２（ｃ）
D1      6.000         49.684          65.362
D2     63.114         19.430           3.752
D3     33.132         30.751           4.429
D4     27.652         25.599           8.000
D5      3.200          7.634          51.555
FL     56.0          177.0           560.0
【００３７】
以下に、図３に示す結像レンズの数値データを示す。
数値データ２
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
1           69.845           9.98           1.49700     81.54
2          -54.633           4.65           1.80610     40.92
3         -172.571           9.58
4           60.898          11.43           1.83400     37.16
5          -82.872           5.76           1.65412     39.68
6           31.904         126.94
【００３８】
以下に、図５（ａ）に示す対物レンズの数値データを示す。
数値データ３
焦点距離FL  180mm
全長      142.67mm
作動距離ＷＤ  ７１．９ｍｍ
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
（物体面）                    71.927
1            INF              5.73          1.63980     34.46
2          -84.402            0.66 
3           67.942            4.2           1.48749     70.23
4           31.409           29.33 
5          -23.188            5.65          1.80440     39.59
6         -182.839           11.43          1.49700     81.54
7          -37.796            1
8          -75.171            4.9           1.49700     81.54
9          -41.164            0.8
10         -206.366            7             1.48749     70.23
11          -46.433 
【００３９】
以下に、図５（ｂ）に示す対物レンズの数値データを示す。
焦点距離FL  90mm
全長143.86mm
作動距離ＷＤ  ７１．６ｍｍ
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
（物体面）                    71.6
1            INF              7             1.51633      64.14
2         -104.9906           1
3          153.8759           8.5           1.61800      63.33
4            INF              4
5          -93.1665           5.52          1.61340      44.27
6           75.2978          11             1.43875      94.99
7          -77.5003           1.756
8           53.2217          15.1           1.60562      43.70
9            91.3981           5.08          1.61340      44.27
10           47.5573           5.3 
11          198.4043           8             1.43875      94.93
12         -105.7296
【００４０】
以下に、図５（ｃ）に示す対物レンズの数値データを示す。
焦点距離FL  75mm
全長137.98mm
作動距離ＷＤ  ５６ｍｍ
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
（物体面）                     56.01
1             INF              9.67         1.48749      70.23
2          -55.209             2 
3          216.606             8.06         1.43875      94.99
4         -108.481             4.28
5          -48.133             7.44         1.67300      38.15
6          377.434            17.3          1.49700      81.54
7          -54.117             0.3 
8           46.887            13.83         1.60562      43.70
9         -171.744             5.4          1.61340      44.27
10           39.276             6.69
11          210.938             7            1.43875      94.99
12         -185.942 
【００４１】
以下に、図５（d）に示す対物レンズの数値データを示す。
焦点距離FL=56mm
全長140.02mm
作動距離ＷＤ  ３４．９ｍｍ
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
（物体面）                     34.911
1            INF              11.75         1.51633      64.15
2         -42.021              0.2 
3            INF               5.88         1.71850      33.52
4          76.173             11.45         1.49700      81.61
5         -76.173              1.294 
6            INF              14.27         1.49700      81.61
7         -38.336             12.35         1.64450      40.82
8        -220.439              7.913 
9          57.314             19.91         1.65016      39.39
10         -57.314              8.36         1.64450      40.82
11          47.362              5.462 
12            INF               6.27         1.51633      64.15
13         -78.2
【００４２】
以下に、図６に示す対物レンズとアフォーカル変倍レンズの数値データを示す。
焦点距離FL  36mm
全長  141.339mm
Ｍ（ｃａ）    ０．５
ＥＸＰ（ｏｂ）    １４．４→２８．８
面番号      曲率半径    面（又は空気）間隔    屈折率    アッベ数
（物体面）     INF               3.788
1           -6.636              1.63        1.74100      52.65
2           19.677              5.81        1.43875      94.97
3           -7.977              0.214
4           21.662              3.96        1.43875      94.97
5          -21.662              0.300
6           19.677              3.07        1.43875      94.97
7          -32.827              0.571
8           12.378              6.25        1.43875      94.97
9          -12.378              3.53        1.52682      51.13
10            7.977              5
11           -6.046              1.79        1.69680      56.47
12           53.090              4.03        1.43875      94.97
13           -9.458              0.39 
14          146.241              3.6         1.56907      71.30
15          -16.025             51
16          -40.635              2.18        1.69680      56.47
17           21.438              5.7         1.78472      25.68
18           51.704             22.146
19          210.802              3.19        1.68893      31.08
20           51.047              6.84        1.45600      90.31
21         -200.548              0.29 
22          201.409              6.06        1.48749      70.21
23          -43.1969
【００４３】
図７は、図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズを適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の時の収差図である。
【００４４】
図８（ａ）乃至（ｄ）は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズと図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の収差図である。
【００４５】
図９に、図６に示す対物レンズとアフォーカル変倍レンズと、図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離ＦＬが560の収差図のみを示す。アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が、より短い場合においては、対物レンズ内で有効径の不足が生じ、視野の周辺部に至る光束を通すことができない為である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例である顕微鏡システムの説明図である。
【図２】図２は、本発明の顕微鏡システムに使用されるアフォーカルズームレンズの一例を示す光軸に沿う断面図であり、（a）はアフォーカルズームレンズの倍率が最小の状態を示し、（b）は中間の倍率を示し、（c）は倍率が最大の状態を示している。
【図３】アフォーカルズームレンズ５に組み合わせることができる結像レンズの光軸に沿う断面図である。
【図４】図２に示すアフォーカルズームレンズ５と、適当な間隔を保って配置された図３に示す結像レンズ６を組み合わせた光学系の光軸に沿う断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明による顕微鏡システムに組み合わされる対物レンズ７ａの光軸に沿う断面図であり、（ｂ）は、本発明による顕微鏡システムに組み合わされる対物レンズ７ｂの光軸に沿う断面図であり、（ｃ）は、本発明による顕微鏡システムに組み合わされる対物レンズ７ｃの光軸に沿う断面図であり、（ｄ）は、本発明による顕微鏡システムに組み合わされる対物レンズ７ｄの光軸に沿う断面図である。
【図６】対物レンズと第２のアフォーカルの変倍レンズを組み合わせた光学系の光軸に沿う断面図である。
【図７】図７は、図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズを適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の時の収差図である。
【図８（ａ）】図８（ａ）は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズと図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の収差図である。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズと図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の収差図である。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズと図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の収差図である。
【図８（ｄ）】図８（ｄ）は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す対物レンズと図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離が56と177と560の収差図である。
【図９】図６に示す対物レンズとアフォーカル変倍レンズと、図２に示すアフォーカルズームレンズと図３に示す結像レンズとを、適当な間隔をもって配置した際の収差図であり、アフォーカルズームレンズと結像レンズの合成焦点距離ＦＬが560の収差図のみを示す。
【図１０】単体物レンズ式の実体顕微鏡の従来例であり、対物レンズと変倍光学系と接眼レンズとを有する単体物レンズ式の実体顕微鏡に関する凡その構成の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      顕微鏡システム
２，７，８      対物レンズ
３      アフォーカルズームレンズ
４      接眼レンズ
５      アフォーカルズームレンズ
６      結像レンズ
９      アフォーカルの変倍レンズ
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９      レンズ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006084825.tif 000009
【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図８（ｄ）】
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【図９】
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【図１０】
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