(57)【要約】【課題】１ミクロンオーダーの試料を光学系の最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、観察画像の収差を十分に抑えることができる顕微鏡用対物光学系を提供する。【解決手段】顕微鏡用対物光学系は、物体側から順に、対物レンズ群Ｇ１１と、第１結像レンズ群Ｇ１２と、第２結像レンズ群Ｇ１３とを備える。第２結像レンズ群Ｇ１３の一部又は全部を光軸に沿って移動させることによって、フォーカシングが行われる。対物レンズ群Ｇ１１の最も物体側の面には、試料が接触又は隣接して配置される。顕微鏡用対物光学系は、以下の条件式を満足する。      −０．１  ＜  φt  ＜  ０．１  ただし、φtは第１結像レンズ群Ｇ１２の後の近軸像位置の逆数である。【選択図】図３
2018169482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
物体側から順に、対物レンズ群と、第１結像レンズ群と、第２結像レンズ群とを備え、
前記第２結像レンズ群の一部又は全部を光軸に沿って移動させることによって、フォーカシングが行われ、
前記対物レンズ群の最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
−０．１  ＜  φt  ＜  ０．１  ・・・（１）
ただし、φtは前記第１結像レンズ群の後の近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡用対物光学系において、
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、Ｍｉは、前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡用対物光学系において、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
０  ≦  ｄ１  ≦  ０．０５ｍｍ  ・・・（３）
ただし、ｄ１は試料から前記対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記第１結像レンズ群と前記第２結像レンズ群との間に、フォーカシング時に固定の平板状レンズを備えていることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、ヌープ硬度１５００以上の光学材料で形成されていることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、サファイアであることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系を備えている顕微鏡であって、
顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体に接続され、前記携帯情報端末が載置される載置台とを備え、
前記顕微鏡本体は、前記試料を載置するための試料載置部を有し、
前記顕微鏡用対物光学系の前記対物レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部に、前記対物レンズ群の最も物体側の面が前記試料載置部で露出するように配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第１結像レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部の前記対物レンズ群の像側に配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第２結像レンズ群は、前記携帯情報端末の内部に配置されていることを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡及びそれに用いる顕微鏡用対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、スマートフォン、タブレット等の携帯情報端末が備えているカメラ機能によって、観察する試料の像を撮影し、その撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する携帯情報端末設置型の顕微鏡を提案している（特願２０１６‐１６３９９７号明細書参照）。
【０００３】
また、特許文献１に使用可能な光学系としては、観察対象である試料を光学系の最も物体側の面に直接載置するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９９５２７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の光学系では、細菌等の１ミクロンオーダーの試料を観察する場合、その観察画像の収差を十分に抑え良好な観察画像を得ることができないという問題があった。そのため、本件出願人が提案している上述の顕微鏡に特許文献１に記載の光学系を採用した場合、携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像された画像も収差が十分に抑えられたものとはならない。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、１ミクロンオーダーの試料を光学系の最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、観察画像の収差を十分に抑えることができる顕微鏡用対物光学系及びそれを用いた顕微鏡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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡用対物光学系は、
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
物体側から順に、対物レンズ群と、第１結像レンズ群と、第２結像レンズ群とを備え、
前記第２結像レンズ群の一部又は全部を光軸に沿って移動させることによって、フォーカシングが行われ、
前記対物レンズ群の最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
【０００８】
−０．１  ＜  φt  ＜  ０．１  ・・・（１）
ただし、φtは前記第１結像レンズ群の後の近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）である。
【０００９】
このように、本発明の顕微鏡用対物光学系では、対物レンズ群の最も物体側のレンズ成分を固定とすることにより、その物体側の面（すなわち、光学系の最も物体側の面）に、試料を接触又は隣接するように配置して（例えば、最も物体側の面に試料を直接又はカバーガラス等を挟んで載置して）観察を行うことができるようになっている。
【００１０】
これに加え、本発明の顕微鏡用対物光学系では、１ミクロンオーダーの試料を観察する際に、収差を十分に抑えるための条件式（１）を満足することを要件としている。
【００１１】
この条件式（１）において、下限値を下回ると、球面収差の発生が大きくなり、コントラストと解像力が悪くなる。一方、上限値を上回ると、下限値を下回った場合とは逆方向に球面収差の発生が大きくなり、コントラストと解像力が悪くなる。また、いずれの場合であっても、第２結像レンズの移動量も大きくなってしまう。
【００１２】
したがって、本発明の顕微鏡用対物光学系によれば、１ミクロンオーダーの試料を光学系の最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、観察画像の収差を十分に抑えることができ、携帯情報端末が備えているカメラ機能によって、観察する試料の像を十分な画質を確保しつつ撮像できる。
【００１３】
なお、条件式（１）に代わり、次の条件式（１−１）、（１−２）、（１−３）のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましいことが、実験的に判明している。
【００１４】
−０．０１７  ＜  φt  ＜  ０．０１５  ・・・（１−１）
−０．００１５  ＜  φt  ＜  ０．０１４５  ・・・（１−２）
φt＝０  ・・・（１−３）
また、条件式（１−１）の上限値又は下限値を、条件式（１）、（１−２）の上限値又は下限値としても良いし、条件式（１−２）の上限値又は下限値を、条件式（１）、（１−１）の上限値又は下限値としても置き換えてもよい。また、条件式（１−３）に係る値を、条件式（１）、（１−２）、（１−３）の上限値又は下限値と置き換えてもよい。
【００１５】
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００１６】
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、Ｍｉは、前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【００１７】
条件式（２）は、フォーカシング時における第２結像レンズ群の移動量を小さく抑えるための条件を示す式である。この条件式（２）を満足しない場合、第２結像レンズの移動量が大きくなってしまうので、例えば、携帯情報端末のカメラに用いられている光学系等を第２結像レンズ群として用いることが難しくなってしまう。
【００１８】
なお、条件式（２）に代わり、次の条件式（２−１）を満足するように構成するとさらに好ましいことが、実験的に判明している。
【００１９】
０．３３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８１  ・・・（２−１）
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００２０】
０  ≦  ｄ１  ≦  ０．０５ｍｍ  ・・・（３）
ただし、ｄ１は試料から前記対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【００２１】
条件式（３）は、条件式（１）を簡易な構造（例えば、少ないレンズ成分）で満足するための条件を示す式である。この条件式（３）を満足しない場合、対物レンズ群の構成が複雑化してしまう。
【００２２】
なお、条件式（３）に代わり、次の条件式（３−１）のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましいことが、実験的に判明している。
【００２３】
０  ≦  ｄ１  ＜  ０．０１２ｍｍ  ・・・（３−１）
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
前記第１結像レンズ群と前記第２結像レンズ群との間に、フォーカシング時に固定の平板状レンズを備えていることが好ましい。
【００２４】
このような平板状レンズを配置することにより、第１結像レンズ群と第２結像レンズ群とを独立した光学系として、分離可能に構成することができる。
【００２５】
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
前記対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、ヌープ硬度１５００以上の光学材料で形成されていることが好ましい。例えば、サファイアを用いればよい。ここで、「レンズ成分」とは、レンズ単体又は接合レンズのことをいう。
【００２６】
このように構成すると、対物レンズ群の最も物体側の面が十分な硬さを持つようになるので、その面自体に試料を直接載置することができるようになる。
【００２７】
また、上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡は、
上記いずれかの顕微鏡用対物光学系を備えている顕微鏡であって、
顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体に接続され、前記携帯情報端末が載置される載置台とを備え、
前記顕微鏡本体は、前記試料を載置するための試料載置部を有し、
前記顕微鏡用対物光学系の前記対物レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部に、前記対物レンズ群の最も物体側の面が前記試料載置部で露出するように配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第１結像レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部の前記対物レンズ群の像側に配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第２結像レンズ群は、前記携帯情報端末の内部に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
このように、本発明の顕微鏡は、フォーカシング時に移動する第２結像レンズを携帯情報端末の内部に配置することにより、顕微鏡本体及びそれに内蔵される対物レンズ群及び第１結像レンズ群を１つのユニットとして、安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係る顕微鏡を示す斜視図であり、図１Ａは携帯情報端末を載置している状態を示し、図１Ｂは携帯情報端末を載置していない状態を示す。
【図２】図１の顕微鏡の内部の構造を示すＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図１の顕微鏡の顕微鏡用対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図４】図３の顕微鏡用対物光学系の対物レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図５】図３の顕微鏡用対物光学系の第１結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図６】図３の顕微鏡用対物光学系の第２結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図７】図３の顕微鏡用対物光学系の収差曲線図であり、図３Ａは球面収差、図３Ｂは非点収差、図３Ｃは歪曲収差を示す。
【図８】第２実施形態に係る顕微鏡の顕微鏡用対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図９】図８の顕微鏡用対物光学系の対物レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図１０】図８の顕微鏡用対物光学系の第１結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図１１】図８の顕微鏡用対物光学系の収差曲線図であり、図１１は球面収差、図１１は非点収差、図１１は歪曲収差を示す。
【図１２】図１又は図８の顕微鏡による大腸菌の観察画像を示す写真。
【図１３】図１又は図８の顕微鏡によるサルモネラ菌の観察画像を示す写真。
【図１４】図１又は図８の顕微鏡による黄色ブドウ球菌の観察画像を示す写真。
【図１５】図１又は図８の顕微鏡による緑膿菌の観察画像を示す写真。
【図１６】図１又は図８の顕微鏡による黒カビの胞子の観察画像を示す写真。
【図１７】図１又は図８の顕微鏡による酵母（カンジダ）の観察画像を示す写真。
【図１８】図１又は図８の顕微鏡によるワイン酵母の観察画像を示す写真。
【図１９】図１又は図８の顕微鏡による口腔内細菌の観察画像を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１実施形態］
以下、図１〜図７を参照して、第１実施形態に係る顕微鏡Ｍ及びそれに用いられる光学系について説明する。顕微鏡Ｍは、観察する試料の像を携帯情報端末Ｐが備えているカメラ機能により撮像し、ディスプレイに表示するものである。
【００３１】
まず、図１及び図２を参照して、顕微鏡Ｍの構成について説明する。
【００３２】
図１Ａに示すように、顕微鏡Ｍは、顕微鏡本体１と、その顕微鏡本体１に着脱自在に接続可能な載置台２と、載置台２に載置される携帯情報端末Ｐとで構成される。
【００３３】
図１Ｂ及び図２に示すように、顕微鏡本体１は、水平方向に窪んだ凹部が形成された筐体１ａと、筐体１ａの凹部の下方側に設けられた試料載置部１ｂと、筐体１ａの凹部の上方側に配置され、試料載置部１ｂに光を照射する光源１ｃと、筐体１ａの内部に配置された光学系１ｄ（顕微鏡用対物光学系）とを有している。
【００３４】
載置台２は、携帯情報端末Ｐを載置する板状の載置板２ａと、載置板２ａを支持する板状の支持脚２ｂとによって、逆Ｌ字状の部材として構成されている。載置板２ａには、携帯情報端末Ｐを載置する側の面から顕微鏡本体１側の面まで貫くようにして円形の透視窓２ｃが形成されている。透視窓２ｃは、載置台２に載置される携帯情報端末のカメラレンズＰ１（第２結像レンズ群）と一致する位置に形成されている。
【００３５】
筐体１ａの内部には、光学系１ｄを構成するレンズ群のうち、対物レンズ群１ｄ１及び第１結像レンズ群１ｄ２が配置されている。また、対物レンズ群１ｄ１と第１結像レンズ群１ｄ２との間には、ミラーｍが配置されている。
【００３６】
対物レンズ群１ｄ１は、試料載置部１ｂに最も物体側の面が露出するように配置されており、その面には観察対象である試料が、直接又はカバーガラス等を介して隣接するようにして載置される。
【００３７】
光源１ｃから照射され、試料を透過した光は、対物レンズ群１ｄ１を通過した後、ミラーｍで反射され、第１結像レンズ群１ｄ２を介して、筐体１ａ（すなわち、顕微鏡本体１）の外部（具体的には、載置台２の透視窓２ｃに対応する位置）に出射される。
【００３８】
筐体１ａの外部に射出された光は、載置台２に載置されている携帯情報端末ＰのカメラレンズＰ１（すなわち、フォーカシング時に移動する第２結像光学系）によって結像される。その像（すなわち、試料の観察画像）は、携帯情報端末Ｐの内蔵する撮像素子によって撮影され、携帯情報端末Ｐのディスプレイ上に撮影画像として表示される。
【００３９】
このように、顕微鏡Ｍでは、フォーカシング時に移動する第２結像レンズとして携帯情報端末Ｐに搭載されているカメラレンズＰ１を利用することにより、顕微鏡本体１に内蔵される対物レンズ群１ｄ１及び第１結像レンズ群１ｄ２（すなわち、移動しないレンズ群）を１つのユニットとしている。これにより、顕微鏡本体１に複雑な機構を設ける必要がなく、顕微鏡本体１の生産コストを抑えることができるようになっている。
【００４０】
ただし、対物レンズ群及び第１レンズ群の少なくとも一方を交換可能とするために、そのレンズ群を顕微鏡本体と着脱自在な独立したユニットとして構成してもよい。
【００４１】
次に、図３〜図７を参照して、光学系１ｄの構成について詳細に説明する。なお、図４〜図６に示した各レンズ群の光軸に沿う断面図において、ｒ１，ｒ２，・・・及びｄ１，ｄ２，・・・の数字は、数値データにおける面番号１，２，・・・に対応している。また、後述する数値データにおいては、ｓは面番号、ｒは各面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数をそれぞれ示している。
【００４２】
図３に示すように、光学系１ｄは、光軸Ｌｃ上に物体側から順に配置された、対物レンズ群Ｇ１１（すなわち、対物レンズ群１ｄ１）と、第１結像レンズ群Ｇ１２（すなわち、第１結像レンズ群１ｄ２）と、第２結像レンズ群Ｇ１３（すなわち、カメラレンズＰ１）とで構成されている。
【００４３】
観察対象となる試料の像（物体面Ｏに位置する像）は、対物レンズ群Ｇ１１によって第１像面ＩＭ１で一度結像する。第１像面ＩＭ１で結像した像は、第１結像レンズ群Ｇ１２及び第２結像レンズ群Ｇ１３によって、第２像面ＩＭ２で再度結像される。第２像面ＩＭ２は、携帯情報端末Ｐの撮像素子の撮像面と一致しており、その面上で結像された像は、携帯情報端末Ｐのディスプレイ上に表示される。
【００４４】
図４に示すように、対物レンズ群Ｇ１１は、物体側から順に、平レンズであるレンズＬ１１と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズＬ１２と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ１３と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ１４と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ１５とにより構成されている。
【００４５】
また、対物レンズ群Ｇ１１においては、レンズＬ１３とレンズＬ１４とが接合されている。
【００４６】
ここで、対物レンズ群Ｇ１１の最も物体側の面を構成するレンズ成分（レンズＬ１１）は、ヌープ硬度１５００以上の光学材料（具体的には、サファイア）によって形成されている。これにより、対物レンズ群Ｇ１１の最も物体側の面が十分な硬さを持つようになるので、その面自体に試料を直接載置することができるようになっている。
【００４７】
ただし、観察対象が柔らかい物質に限定されている場合等には、対物レンズ群Ｇ１１の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、必ずしもヌープ硬度１５００以上の光学材料でなくてもよい。
【００４８】
以下に、対物レンズ群Ｇ１１に係る面データを示す。
【００４９】
【表１】
2018169482.tif 000003
【００５０】
図５に示すように、第１結像レンズ群Ｇ１２は、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ２１と、負の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ２２と、正の屈折力を持ち、像側に平面を向けた平凸レンズであるレンズＬ２３と、平レンズであるレンズＬ２４とにより構成されている。
【００５１】
また、第１結像レンズ群Ｇ１２においては、レンズＬ２１とレンズＬ２２とが接合されている。
【００５２】
以下に、第１結像レンズ群Ｇ１２に係る面データを示す。
【００５３】
【表２】
2018169482.tif 000004
【００５４】
上記の数値データ２に示したように、第１結像レンズ群Ｇ１２の最も像側に（すなわち、第１結像レンズ群Ｇ１２と第２結像レンズ群Ｇ１３との間に）、平レンズであるレンズＬ２４が配置されている。そして、このレンズＬ２４はフォーカシング時に固定となっている。これにより、光学系１ｄでは、第１結像レンズ群Ｇ１２と第２結像レンズ群Ｇ１３とを、独立した光学系として分離可能に構成されている。
【００５５】
ただし、レンズＬ２４は平板状レンズに限定されるものではなく、筐体１ａの形状（第１結像レンズ群Ｇ１２の配置スペース）、要求される光学性能等に基づいて、球面又は非球面のレンズを用いてもよい。
【００５６】
図６に示すように、第２結像レンズ群Ｇ１３は、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ３１と、負の屈折力を持つ両凹レンズであるレンズＬ３２と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ３３とによって構成されている。
【００５７】
光学系１ｄでは、第２結像レンズ群Ｇ１３の全部を光軸Ｌｃに沿って移動させることによって、フォーカシングが行われる。具体的には、後述する数値データ３における面番号６に係る面間隔（6.60ｍｍ）を変化させることによってフォーカシングを行う。なお、フォーカシングの方法は、このような構成に限定されるものではなく、第２結像レンズ群の一部を光軸に沿って移動させることによって行ってもよい。
【００５８】
以下に、第２結像レンズ群Ｇ１３に係る面データを示す。
【００５９】
【表３】
2018169482.tif 000005
【００６０】
以下に、光学系１ｄ全体に関する各種データを示す。
【００６１】
【表４】
2018169482.tif 000006
【００６２】
図７に光学系１ｄ全体に係る収差図を示す。なお、図７において、図７Ａは球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、図７Ｂは非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））を示し、図７Ｃは歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。図７Ａ（球面収差）において、実線はＦ線、破線はｄ線、一点鎖線はＣ線の収差を示す。図７Ｂ（非点収差）において、実線はタンジェンシャル平面、破線はサジタル平面を示す。
【００６３】
以上説明したように、光学系１ｄにおける「近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝１／ｍ）」は、−０．０１７〜０．０１４５であり（上記の各種データ１参照）、以下の条件式（１）を満足している。
【００６４】
−０．１  ＜  φt  ＜  ０．１  ・・・（１）
ただし、上記条件式（１）におけるφtは、第１結像レンズ群の後の近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）である。
【００６５】
この条件式（１）は、１ミクロンオーダーの試料を観察する際に、収差を十分に抑えるための条件式である。この条件式（１）を満足している光学系１ｄによれば、１ミクロンオーダーの試料を光学系１ｄの最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、観察画像の収差を十分に抑えることができる。
【００６６】
その結果、図７の収差図及び後述する図１２〜図１９の観察画像からも明らかなように、光学系１ｄを採用している顕微鏡Ｍでは、携帯情報端末Ｐが備えているカメラ機能によって、観察する試料の像を十分な画質を確保しつつ撮像できる。
【００６７】
また、光学系１ｄにおける「結像レンズの総合倍率Ｍｉ」は、０．８１であり（上記の各種データ１参照）、以下の条件式（２）を満足している。
【００６８】
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、上記条件式（２）におけるＭｉは、第１結像レンズ群及び第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【００６９】
この条件式（２）は、フォーカシング時における第２結像レンズ群Ｇ１３の移動量を小さく抑えるための条件を示す式である。光学系１ｄは、この条件式（２）を満足しているので、携帯情報端末Ｐのカメラに用いられている光学系を、第２結像レンズ群Ｇ１３として用いることが可能となっている。なお、携帯情報端末Ｐと顕微鏡本体１との間に、別途リレーレンズ等を配置する場合等には、必ずしも条件式（２）を満足しなくてもよい。
【００７０】
また、光学系１ｄにおける試料から対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）は、０．００９〜０．０１１であり（上記の各種データ１における「可変間隔」参照。）、以下の条件式（３）を満足している。
【００７１】
０  ≦  ｄ１  ＜  ０．０５ｍｍ  ・・・（３）
ただし、上記条件式（３）におけるｄ１は、試料から対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【００７２】
この条件式（３）は、条件式（１）を簡易な構造（例えば、少ないレンズ成分）で満足するための条件を示す式である。光学系１ｄは、この条件式（３）を満足しているので、対物レンズ群Ｇ１１として、簡易な構造の光学系が採用可能となっている。なお、顕微鏡本体１の内部の対物レンズ群Ｇ１１の配置スペースが十分に広い場合等には、必ずしも条件式（３）を満足しなくてもよい。
【００７３】
［第２実施形態］
以下、図８〜図１１を参照して、第２実施形態に係る顕微鏡に用いられる光学系について説明する。ただし、本実施形態の顕微鏡は、対物レンズ群及び第１結像レンズ群の構成のみにおいて、第１実施形態の顕微鏡Ｍと異なっている。対物レンズ群及び第１結像レンズ群の構成及び数値データ、並びに、光学系全体に関する数値データについてのみ説明する。
【００７４】
図８〜図１０を参照して、第２実施形態の光学系（顕微鏡用対物光学系）の構成について詳細に説明する。なお、図８〜図１０に示した各レンズ群の光軸に沿う断面図において、ｒ１，ｒ２，・・・及びｄ１，ｄ２，・・・の数字は、数値データにおける面番号１，２，・・・に対応している。また、後述する数値データにおいては、ｓは面番号、ｒは各面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数をそれぞれ示している。
【００７５】
図８に示すように、第２実施形態の光学系は、光軸Ｌｃ上に物体側から順に配置された、対物レンズ群Ｇ２１と、第１結像レンズ群Ｇ２２と、第２結像レンズ群Ｇ１３とで構成されている。
【００７６】
観察対象となる試料の像（物体面Ｏに位置する像）は、対物レンズ群Ｇ２１によって第１像面ＩＭ１で一度結像する。第１像面ＩＭ１で結像した像は、第１結像レンズ群Ｇ２２及び第２結像レンズ群Ｇ１３によって、第２像面ＩＭ２で再度結像される。第２像面ＩＭ２は、携帯情報端末Ｐの撮像素子の撮像面と一致しており、その面上で結像された像は、携帯情報端末Ｐのディスプレイ上に表示される。
【００７７】
図９に示すように、対物レンズ群Ｇ２１は、物体側から順に、平レンズであるレンズＬ４１と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズＬ４２と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ４３と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ４４と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ４５と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ４６と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ４７とにより構成されている。
【００７８】
また、対物レンズ群Ｇ２１においては、レンズＬ４１とレンズＬ４２とが接合されており、レンズＬ４４とレンズＬ４５とが接合されており、レンズＬ４６とレンズＬ４７とが接合されている。さらに、対物レンズ群Ｇ２１においては、観察時に、試料と対物レンズ群Ｇ２１の最も物体側との間には、水が存在するように構成されている。
【００７９】
以下に、対物レンズ群Ｇ２１に係る面データを示す。
【００８０】
【表５】
2018169482.tif 000007
【００８１】
図１０に示すように、第１結像レンズ群Ｇ２２は、正の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ５１と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ５２と、正の屈折力を持ち、像側に平面を向けた平凸レンズであるレンズＬ５３と、平レンズであるレンズＬ５４とにより構成されている。
【００８２】
また、第１結像レンズ群Ｇ２２においては、レンズＬ５１とレンズＬ５２とが接合されている。
【００８３】
以下に、第１結像レンズ群Ｇ１２に係る面データを示す。
【００８４】
【表６】
2018169482.tif 000008
【００８５】
以下に、第２実施形態の光学系全体に関する各種データを示す。
【００８６】
【表７】
2018169482.tif 000009
【００８７】
図１１に第２実施形態の光学系全体に係る収差図を示す。なお、図１１において、図１１Ａは球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、図１１Ｂは非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））を示し、図１１Ｃは歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。図１１Ａ（球面収差）において、実線はＦ線、破線はｄ線、一点鎖線はＣ線の収差を示す。図１１Ｂ（非点収差）において、実線はタンジェンシャル平面、破線はサジタル平面を示す。
【００８８】
以上説明したように、第２実施形態の光学系における「近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝１／ｍ）」は、−０．００１５〜０．０１５であり（上記の各種データ２参照）、以下の条件式（１）を満足している。
【００８９】
−０．１  ＜  φt  ＜  ０．１  ・・・（１）
ただし、φtは第１結像レンズ群の後の近軸像位置ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）である。
【００９０】
この条件式（１）は、１ミクロンオーダーの試料を観察する際に、収差を十分に抑えるための条件式である。この条件式（１）を満足している第２実施形態の光学系によれば、１ミクロンオーダーの試料を第２実施形態の光学系の最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、観察画像の収差を十分に抑えることができる。
【００９１】
その結果、図１１の収差図及び後述する図１２〜図１９の観察画像からも明らかなように、第２実施形態の光学系を採用している顕微鏡Ｍでは、携帯情報端末Ｐが備えているカメラ機能によって、観察する試料の像を十分な画質を確保しつつ撮像できる。
【００９２】
また、第２実施形態の光学系における「結像レンズの総合倍率Ｍｉ」は、０．３３であり（上記の各種データ２参照）、以下の条件式（２）を満足している。
【００９３】
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、Ｍｉは、第１結像レンズ群及び第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【００９４】
この条件式（２）は、フォーカシング時における第２結像レンズ群Ｇ１３の移動量を小さく抑えるための条件を示す式である。第２実施形態の光学系は、この条件式（２）を満足しているので、携帯情報端末Ｐのカメラに用いられている光学系を、第２結像レンズ群Ｇ１３として用いることが可能となっている。
【００９５】
また、第２実施形態の光学系における試料から対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）は、０．０４６〜０．０５であり（上記の各種データ２における「可変間隔」参照。）、以下の条件式（３）を満足している。
【００９６】
０  ≦  ｄ１  ≦  ０．０５ｍｍ  ・・・（３）
ただし、ｄ１は試料から対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【００９７】
この条件式（３）は、条件式（１）を簡易な構造（例えば、少ないレンズ成分）で満足するための条件を示す式である。第２実施形態の光学系は、この条件式（３）を満足しているので、対物レンズ群Ｇ２１として、簡易な構造の光学系が採用可能となっている。
【００９８】
［実験データ］
図１２〜図１９に、上記のいずれかの光学系を備えている顕微鏡による観察画像を示す。図１２は大腸菌（約３μｍ）、図１３はサルモネラ菌（約２μｍ）、図１４は黄色ブドウ球菌（約１μｍ）、図１５は緑膿菌（約３μｍ）、図１６は黒カビの胞子（約４μｍ）、図１７は酵母（カンジダ）（約５μｍ）、図１８はワイン酵母（約５μｍ）、図１９は口腔内細菌（約０．５〜１０μｍ）の観察画像である。
【符号の説明】
【００９９】
１…顕微鏡本体、１ａ…筐体、１ｂ…試料載置部、１ｃ…光源、１ｄ…光学系（顕微鏡用対物光学系）、１ｄ１，Ｇ１１…対物レンズ群、１ｄ２，Ｇ１２…第１結像レンズ群、２…載置台、２ａ…載置板、２ｂ…支持脚、２ｃ…透視窓、ＩＭ１…第１像面、ＩＭ２…第２像面、Ｌｃ…光軸、Ｍ…顕微鏡、ｍ…ミラー、Ｏ…物体面、Ｐ…携帯情報端末、Ｐ１，Ｇ１３…カメラレンズ（第２結像レンズ群）。
【図１】
2018169482.tif 000010
【図２】
2018169482.tif 000011
【図３】
2018169482.tif 000012
【図４】
2018169482.tif 000013
【図５】
2018169482.tif 000014
【図６】
2018169482.tif 000015
【図７】
2018169482.tif 000016
【図８】
2018169482.tif 000017
【図９】
2018169482.tif 000018
【図１０】
2018169482.tif 000019
【図１１】
2018169482.tif 000020
【図１２】
2018169482.tif 000021
【図１３】
2018169482.tif 000022
【図１４】
2018169482.tif 000023
【図１５】
2018169482.tif 000024
【図１６】
2018169482.tif 000025
【図１７】
2018169482.tif 000026
【図１８】
2018169482.tif 000027
【図１９】
2018169482.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月18日(2017.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
物体側から順に、前記顕微鏡の内部に配置される対物レンズ群と、前記顕微鏡の内部に配置される第１結像レンズ群と、前記携帯情報端末の内部に配置される第２結像レンズ群とを備え、
前記対物レンズ群は、前記試料の像を、前記対物レンズ群と前記第１結像レンズ群との間に位置する第１像面で結像し、
前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群は、前記第１像面に結像した像を、前記携帯情報端末のカメラ機能を構成するための撮像素子の撮像面と一致する第２像面で再度結像し、
前記第２結像レンズ群の一部又は全部を光軸に沿って移動させることによって、フォーカシングが行われ、
前記対物レンズ群の最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
以下の条件式（１），（３）を満足することを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
−０．０１７ ≦  φt  ≦ ０．０１４５  ・・・（１）
０．００９ｍｍ  ≦  ｄ１  ≦  ０．０１１ｍｍ    ・・・（３）
ただし、φtは前記第１結像レンズ群の最終面から近軸像面の位置までの距離ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）であり、ｄ１は試料から前記対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡用対物光学系において、
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、Ｍｉは、前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記第１結像レンズ群と前記第２結像レンズ群との間に、フォーカシング時に固定の平板状レンズを備えていることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、ヌープ硬度１５００以上の光学材料で形成されていることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系において、
前記対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分は、サファイアであることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡用対物光学系を備えている顕微鏡であって、
顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体に接続され、前記携帯情報端末が載置される載置台とを備え、
前記顕微鏡本体は、前記試料を載置するための試料載置部を有し、
前記顕微鏡用対物光学系の前記対物レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部に、前記対物レンズ群の最も物体側の面が前記試料載置部で露出するように配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第１結像レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部の前記対物レンズ群の像側に配置され、
前記顕微鏡用対物光学系の前記第２結像レンズ群は、前記携帯情報端末の内部に配置されていることを特徴とする顕微鏡。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡用対物光学系は、
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
物体側から順に、前記顕微鏡の内部に配置される対物レンズ群と、前記顕微鏡の内部に配置される第１結像レンズ群と、前記携帯情報端末の内部に配置される第２結像レンズ群とを備え、
前記対物レンズ群は、前記試料の像を、前記対物レンズ群と前記第１結像レンズ群との間に位置する第１像面で結像し、
前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群は、前記第１像面に結像した像を、前記携帯情報端末のカメラ機能を構成するための撮像素子の撮像面と一致する第２像面で再度結像し、
前記第２結像レンズ群の一部又は全部を光軸に沿って移動させることによって、フォーカシングが行われ、
前記対物レンズ群の最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
以下の条件式（１），（３）を満足することを特徴とする。
−０．０１７  ≦  φt  ≦  ０．０１４５  ・・・（１）
０．００９ｍｍ  ≦  ｄ１  ≦  ０．０１１ｍｍ    ・・・（３）
ただし、φtは前記第１結像レンズ群の最終面から近軸像面の位置までの距離ｍの逆数（φｔ＝1/ｍ）であり、ｄ１は試料から前記対物レンズ群の第１面までの距離（ｍｍ）である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
これに加え、本発明の顕微鏡用対物光学系では、１ミクロンオーダーの試料を観察する際に、収差を十分に抑えるための条件式（１）を満足することを要件としている。
この条件式（１）において、下限値を下回ると、球面収差の発生が大きくなり、コントラストと解像力が悪くなる。一方、上限値を上回ると、下限値を下回った場合とは逆方向に球面収差の発生が大きくなり、コントラストと解像力が悪くなる。また、いずれの場合であっても、第２結像レンズの移動量も大きくなってしまう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の顕微鏡用対物光学系では、以下の条件式（３）を満足することを要件としている。
条件式（３）は、条件式（１）を簡易な構造（例えば、少ないレンズ成分）で満足するための条件を示す式である。この条件式（３）を満足しない場合、対物レンズ群の構成が複雑化してしまう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８５  ・・・（２）
ただし、Ｍｉは、前記第１結像レンズ群及び前記第２結像レンズ群の総合結像倍率である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
なお、条件式（２）に代わり、次の条件式（２−１）を満足するように構成するとさらに好ましいことが、実験的に判明している。
０．３３  ＜  Ｍｉ  ＜０．８１  ・・・（２−１）
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、本発明の顕微鏡用対物光学系においては、
前記第１結像レンズ群と前記第２結像レンズ群との間に、フォーカシング時に固定の平板状レンズを備えていることが好ましい。