(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、観察画像のコントラスト及び解像度を十分なものにすることができる顕微鏡用光学系を提供する。【解決手段】顕微鏡用光学系は、照明光学系Ｇ１１と、対物光学系とを備え、対物光学系は、物体側から順に、対物レンズ群Ｇ１２と、第１結像レンズ群Ｇ１３と、第２結像レンズ群Ｇ１４とを有し、以下の条件式を満足する。      ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５  ・・・（１）      ０．０１  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．１  ・・・（２）      ２５  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３）  ただし、ＮＡＬは照明光学系Ｇ１１の開口数であり、ＮＡＯは対物レンズ群Ｇ１２の開口数であり、ＭＯは対物レンズ群Ｇ１２の結像倍率である。【選択図】図３
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【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光学系であって、
光源からの光を試料に照射するための照明光学系と、前記試料を透過した光を結像するための対物光学系を備え、
前記対物光学系は、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結像レンズ群とを有し、
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），（２）及び（３）を満足することを特徴とする顕微鏡用光学系。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５  ・・・（１）
０．０１  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．１  ・・・（２）
２５  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３）
ただし、ＮＡＬは前記照明光学系の開口数であり、ＮＡＯは前記対物レンズ群の開口数であり、ＭＯは前記対物レンズ群の結像倍率である。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡用光学系において、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする顕微鏡用光学系。
２ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ８ｍｍ  ・・・（４）
ただし、Ｅｄは前記照明光学系の有効径である。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡用光学系において、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする顕微鏡用光学系。
５ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ５０ｍｍ  ・・・（５）
ただし、Ｄは前記照明光学系の前記試料側の端面から前記試料までの距離である。
【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と、前記試料載置部に光を照射するための光源とを有し、
前記顕微鏡用光学系の前記照明光学系は、前記試料載置部と前記光源との間に配置され、
前記顕微鏡用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。
【請求項５】
請求項４に記載の顕微鏡において、
前記光源は、ＬＥＤであ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、その撮影画像を観察画像として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、その観察画像のコントラスト及び解像度を十分なものとして、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画像（すなわち、観察画像）もコントラスト及び解像度が十分なものとはならない。
【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、観察画像のコントラスト及び解像度を十分なものにすることができる顕微鏡用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光学系であって、
光源からの光を試料に照射するための照明光学系と、前記試料を透過した光を結像するための対物光学系を備え、
前記対物光学系は、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結像レンズ群とを有し、
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），（２）及び（３）を満足することを特徴とする。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５  ・・・（１）
０．０１  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．１  ・・・（２）
２５  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３）
ただし、ＮＡＬは前記照明光学系の開口数であり、ＮＡＯは前記対物レンズ群の開口数であり、ＭＯは前記対物レンズ群の結像倍率である。
【０００８】
このように、本発明の顕微鏡用光学系では、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。
【０００９】
これに加え、本発明の顕微鏡用光学系では、適切なコントラスト及び解像度を担保するための条件式（１）及び（２）を満足することを要件としている。
【００１０】
この条件式（１）において、下限値を下回ると、対物光学系によって結像された像の解像度が不十分となってしまう。一方、上限値を上回ると、十分な解像度を実現するために必要な光学要素（レンズ等）の数が増え、設計が非常に複雑になってしまう。また、この条件式（２）において、下限値を下回ると、光量が足りなくなり、コントラストをつけにくくなる。一方、上限値を上回ると、光量が過剰となり、十分な解像度が得にくくなる。
【００１１】
さらに、本発明の顕微鏡用光学系では、通常サイズの撮像素子を用いて、１ミクロンオーダーの試料を適度な大きさで観察可能とするための条件式（３）を満足することを要件としている。
【００１２】
この条件式（３）において、下限値を下回ると、観察画像における試料のサイズが小さくなりすぎてしまう。一方、上限値を上回ると、観察画像における試料のサイズが大きくなりすぎてしまう。
【００１３】
したがって、本発明の顕微鏡用光学系によれば、１ミクロンオーダーの試料を対物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、撮影画像（すなわち、観察画像）の大きさを適切なものとし、且つ、そのコントラスト及び解像度を十分なものにすることができるので、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。
【００１４】
なお、条件式（１）に代わり、次の条件式（１−１）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。また、条件式（１−１）の上限値又は下限値の一方のみを、条件式（１）の上限値又は下限値と置き換えてもよい。
ＮＡＬ×２．８  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１３  ・・・（１−１）
【００１５】
また、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。また、条件式（２−１）の上限値及び下限値の一方のみを、条件式（２）の上限値又は下限値と置き換えてもよい。
０．０７  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．０９  ・・・（２−１）
【００１６】
なお、条件式（３）に代わり、次の条件式（３−１）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。
３０  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３−１）
【００１７】
また、本発明の顕微鏡用光学系においては、
以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
２ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ８ｍｍ  ・・・（４）
ただし、Ｅｄは前記照明光学系の有効径である。
【００１８】
条件式（４）は、さらに適切なコントラストを得るための条件式である。この条件式（４）において、下限値を下回ると、十分な光量が得にくくなる。一方、上限値を上回ると、観察範囲の外を照射する光量が増えて、フレアが発生しやすくなり、コントラストが低下しやすくなってしまう。
【００１９】
なお、条件式（４）に代わり、次の条件式（４−１）及び（４−２）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。また、条件式（４−１）の上限値及び下限値の一方のみを、条件式（４）、（４−１）の上限値又は下限値と置き換えてもよいし、条件式（４−２）の上限値及び下限値の一方のみを、条件式（４）、（４−２）の上限値又は下限値と置き換えてもよい。
４ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ６ｍｍ  ・・・（４−１）
４．８ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ５．２ｍｍ  ・・・（４−２）
【００２０】
また、本発明の顕微鏡用光学系においては、
以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
５ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ５０ｍｍ  ・・・（５）
ただし、Ｄは前記照明光学系の前記試料側の端面から前記試料までの距離である。
【００２１】
条件式（５）は、上記の顕微鏡用光学系を適用して顕微鏡を設計する際に、その顕微鏡の構造を簡易且つ小型なものにするための条件式である。この条件式（５）において、下限値を下回ると、試料を載置する際の作業スペースを確保することができなくなる。一方、上限値を上回ると、顕微鏡用光学系（ひいては、それを搭載する顕微鏡）のサイズが大きくなり、また、照明光軸に対して要求される調整精度が高くなってしまう。
【００２２】
なお、条件式（５）に代わり、次の条件式（５−１）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。また、条件式（５−１）の上限値及び下限値の一方のみを、条件式（５）の上限値又は下限値と置き換えてもよい。
２８ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ３５ｍｍ  ・・・（５−１）
【００２３】
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と、前記試料載置部に光を照射するための光源とを有し、
前記顕微鏡用光学系の前記照明光学系は、前記試料載置部と前記光源との間に配置され、
前記顕微鏡用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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、本発明の顕微鏡においては、
前記光源は、ＬＥＤであることが好ましい。
【００２６】
ＬＥＤは、乾電池等で長時間駆動でき、発熱も少ないというメリットがある。これに加え、電球等とは異なり、照明光が白色であるので、さらに良好な観察画像を得やすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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断面図。
【図３】図１の顕微鏡の顕微鏡用光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図４】図３の顕微鏡用光学系の照明光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図５】図３の顕微鏡用光学系の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６】図３の顕微鏡用光学系の対物光学系の第１結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図７】図３の顕微鏡用光学系の対物光学系の第２結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図８】図３の顕微鏡用光学系の収差曲線図であり、図８Ａは球面収差、図８Ｂは非点収差、図８Ｃは歪曲収差を示す。
【図９】第２実施形態に係る顕微鏡の顕微鏡用光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図１０】図９の顕微鏡用光学系の照明光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。
【図１１】図９の顕微鏡用光学系の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１２】図９の顕微鏡用光学系の収差曲線図であり、図１２Ａは球面収差、図１２Ｂは非点収差、図１２Ｃは歪曲収差を示す。
【図１３】図１又は図９の顕微鏡による大腸菌の観察画像を示す写真。
【図１４】図１又は図９の顕微鏡によるサルモネラ菌の観察画像を示す写真。
【図１５】図１又は図９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１６】図１又は図９の顕微鏡による緑膿菌の観察画像を示す写真。
【図１７】図１又は図９の顕微鏡による青カビの胞子の観察画像を示す写真。
【図１８】図１又は図９の顕微鏡による酵母（カンジダ）の観察画像を示す写真。
【図１９】図１又は図９の顕微鏡によるワイン酵母の観察画像を示す写真。
【図２０】図１又は図９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】
【００２８】
［第１実施形態］
以下、図１〜図８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が備えているカメラ機能により撮像し、その携帯情報端末のディスプレイに表示するものである。
【００２９】
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。
【００３０】
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、顕微鏡本体１の内部から携帯情報端末Ｐの内部に亘って配置された光学系３（顕微鏡用光学系）とで構成される。
【００３１】
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とを有している。
【００３２】
光源１ｃとしては、ＬＥＤが用いられている。ここで、光源１ｃとしてＬＥＤを採用しているのは、ＬＥＤが、乾電池等で長時間駆動でき、発熱も少ないというメリットがあり、また、電球等とは異なり、照明光が白色であるので、さらに良好な観察画像を得やすくなるというメリットがあるためである。なお、本発明における光源は、ＬＥＤに限定されるものではなく、試料に照明光を十分に照射できるものであれば、白熱電球、キセノンランプ等を用いてもよい。
【００３３】
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に載置された状態の携帯情報端末ＰのカメラレンズＰ１（第２結像レンズ群Ｇ１４）に対応する位置に形成されている。
【００３４】
光学系３は、光源１ｃからの光を試料に照射するための照明光学系３ａと、試料を透過した光を結像するための対物光学系３ｂとで構成されている。
【００３５】
照明光学系３ａは、顕微鏡本体１の筐体１ａの内部であって、光源１ｃの下面に隣接し、且つ、試料載置部１ｂに対向する位置に配置されている。
【００３６】
対物光学系３ｂは、試料載置部１ｂの下方に配置された対物レンズ群３ｂ１と、筐体１ａの透視窓２ｃに対応する位置に配置された第１結像レンズ群３ｂ２と、携帯情報端末ＰのカメラレンズＰ１（図２では不図示）とで構成されている。
【００３７】
対物レンズ群３ｂ１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。
【００３８】
光源１ｃから照射され、試料を透過した光は、対物レンズ群３ｂ１を通過した後、ミラーｍで反射され、第１結像レンズ群３ｂ２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。
【００３９】
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（すなわち、観察画像）として表示される。
【００４０】
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３ｂ１及び第１結像レンズ群３ｂ２（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。
【００４１】
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。
【００４２】
次に、図３〜図８を参照して、光学系３の構成について詳細に説明する。
【００４３】
なお、図４〜図７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（波長５８７．５６ｎｍ）における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数、Ｋは円錐係数、Ａ２は非球面係数をそれぞれ示している。
【００４４】
また、数値データの非球面係数においては、Ｅは１０のべき乗を表している。例えば、「Ｅ−０１」は、１０のマイナス１乗を表している。また、各非球面形状は、数値データに記載した各非球面係数を用いて以下の式で表される。ただし、光軸に沿う方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。
【００４５】
Ｚ＝（Ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）２｝１／２］＋Ａ２Ｙ４
【００４６】
上記のように、光学系３は、光軸Ｌｃ上に配置された照明光学系３ａと、対物光学系３ｂとで構成されている。
【００４７】
そして、図３に示すように、光学系３において、照明光学系３ａは、照明レンズ群Ｇ１１のみで構成されている。対物光学系３ｂは、物体側から順に配置された、対物レンズ群Ｇ１２（すなわち、対物レンズ群３ｂ１）と、第１結像レンズ群Ｇ１３（すなわち、第１結像レンズ群３ｂ２）と、第２結像レンズ群Ｇ１４（すなわち、カメラレンズＰ１）とで構成されている。
【００４８】
光源１ｃ（発光面Ｌ）から出射された光は、照明レンズ群Ｇ１１によって、観察対象となる試料（すなわち、物体面Ｏ）に導かれる。試料を透過した光は、対物レンズ群Ｇ１２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Ｇ１３及び第２結像レンズ群Ｇ１４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。
【００４９】
図４に示すように、照明レンズ群Ｇ１１は、正の屈折力を持ち、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ１１で構成されている。
【００５０】
以下に、照明レンズ群Ｇ１１に係る面データを示す。
【００５１】
【表１】
2018189709.tif 000003
【００５２】
図５に示すように、対物レンズ群Ｇ１２は、物体側から順に、カバーガラスとして用いられる平レンズであるレンズＬ２１と、負の屈折力を持ち、像面に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ２２と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ２３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Ｌ２４と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ２５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Ｌ２６とにより構成されている。
【００５３】
対物レンズ群Ｇ１２においては、レンズＬ２４とレンズＬ２５とが接合されている。また、レンズＬ２６の物体側の面（第１０面）及び像側の面（第１１面）は、非球面となっている。
【００５４】
以下に、対物レンズ群Ｇ１２に係る面データを示す。
【００５５】
【表２】
2018189709.tif 000004
【００５６】
図６に示すように、第１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、負の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ３２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Ｌ３３と、平レンズであるレンズＬ３４とにより構成されている。
【００５７】
また、第１結像レンズ群Ｇ１３においては、レンズＬ３１とレンズＬ３２とが接合されている。
【００５８】
以下に、第１結像レンズ群Ｇ１３に係る面データを示す。
【００５９】
【表３】
2018189709.tif 000005
【００６０】
上記の数値データ３に示したように、第１結像レンズ群Ｇ１３の最も像側に（すなわち、第１結像レンズ群Ｇ１３と第２結像レンズ群Ｇ１４との間に）、平レンズであるレンズＬ３４が配置されている。そして、このレンズＬ３４はフォーカシング時に固定となっている。これにより、対物光学系３ｂでは、第１結像レンズ群Ｇ１３と第２結像レンズ群Ｇ１４を、独立した光学系として分離可能に構成されている。
【００６１】
ただし、レンズＬ３４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Ｇ１３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。
【００６２】
図７に示すように、第２結像レンズ群Ｇ１４は、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ４１と、負の屈折力を持つ両凹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とによって構成されている。
【００６３】
光学系３では、第２結像レンズ群Ｇ１４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４における面番号６に係る面間隔（６．６ｍｍ）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Ｇ１４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。
【００６４】
以下に、第２結像レンズ群Ｇ１４に係る面データを示す。
【００６５】
【表４】
2018189709.tif 000006
【００６６】
以下に、光学系３全体に関する各種データを示す。
【００６７】
【表５】
2018189709.tif 000007
【００６８】
図８に、光学系３の対物光学系３ｂの対物レンズ群３ｂ１に係る収差図を示す。なお、図８において、図８Ａは球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、図８Ｂは非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））を示し、図８Ｃは歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。図８Ａ（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８Ｂ（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。
【００６９】
上記の各種データ１で示したように、光学系３では、照明光学系３ａの開口数ＮＡＬは０．０６９、対物レンズ群３ｂ１の開口数ＮＡＯは０．２、対物レンズ群３ｂ１の結像倍率ＭＯは３０となっており、以下の条件式（１），（２）及び（３）を満足している。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５  ・・・（１）
０．０１  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．１  ・・・（２）
２５  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３）
【００７０】
条件式（１）及び（２）は、適切なコントラスト及び解像度を担保するための条件式である。また、条件式（３）は、通常サイズの撮像素子を用いて、１ミクロンオーダーの試料を適度な大きさで観察可能とするための条件式である。
【００７１】
これらの条件式（１），（２）及び（３）を満足している光学系３によれば、図８の収差図及び後述する図１３〜図２０の観察画像（すなわち、撮影画像）からも明らかなように、１ミクロンオーダーの試料を対物光学系３ｂ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、撮影画像の大きさを適切なものとし、且つ、そのコントラスト及び解像度を十分なものにすることができるので、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。
【００７２】
また、光学系３では、照明光学系３ａの有効径Ｅｄ（有効半径を２倍した値）は、４．８ｍｍとなっており、以下の条件式（４）を満足している。
２ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ８ｍｍ  ・・・（４）
【００７３】
光学系３は、この条件式（４）を満足しているので、十分な光量を得るとともに、フレアの発生も防止されている。ただし、本発明の顕微鏡用光学系は、条件式（１），（２）及び（３）を満足していればよく、この条件式（４）は必ずしも満足しなくてもよい。
【００７４】
また、光学系３では、照明光学系３ａの試料側の端面から試料までの距離Ｄ（すなわち、上記数値データ１におけるｄ３）は、３５ｍｍとなっており、以下の条件式（５）を満足している。
５ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ５０ｍｍ  ・・・（５）
【００７５】
光学系３は、この条件式（５）を満足しているので、試料を載置する際の作業スペースを十分に確保しつつ、顕微鏡用光学系（ひいては、それを搭載する顕微鏡）のサイズの大きさ及び照明光軸に対して要求される調整精度の高さを抑えることが可能となっている。ただし、本発明の顕微鏡用光学系は、条件式（１），（２）及び（３）を満足していればよく、この条件式（５）は必ずしも満足しなくてもよい。
【００７６】
［第２実施形態］
以下、図９〜図１２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、照明光学系を構成する照明レンズ群の構成及び対物光学系の対物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。照明光学系を構成する照明レンズ群の構成及び対物光学系の対物レンズ群の構成に係る数値データ、並びに、光学系全体に関する各種データについてのみ説明する。
【００７７】
なお、図１０及び図１１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（波長５８７．５６ｎｍ）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。
【００７８】
本実施形態の光学系は、光軸Ｌｃ上に配置された照明光学系と、対物光学系とで構成されている。
【００７９】
そして、図９に示すように、本実施形態の光学系において、照明光学系は、照明レンズ群Ｇ２１のみで構成されている。対物光学系は、物体側から順に配置された、対物レンズ群Ｇ２２（すなわち、対物レンズ群３ｂ１）と、第１結像レンズ群Ｇ１３（すなわち、第１結像レンズ群３ｂ２）と、第２結像レンズ群Ｇ１４（すなわち、カメラレンズＰ１）とで構成されている。
【００８０】
光源（発光面Ｌ）から出射された光は、照明レンズ群Ｇ２１によって、観察対象となる試料（すなわち、物体面Ｏ）に導かれる。試料を透過した光は、対物レンズ群Ｇ２２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Ｇ１３及び第２結像レンズ群Ｇ１４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。
【００８１】
図１０に示すように、照明レンズ群Ｇ２１は、正の屈折力を持つ両凸レンズＬ５１で構成されている。
【００８２】
以下に、照明レンズ群Ｇ２１に係る面データを示す。
【００８３】
【表６】
2018189709.tif 000008
【００８４】
図１１に示すように、対物レンズ群Ｇ２２は、物体側から順に、カバーガラスとして用いられる平レンズであるレンズＬ６１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Ｌ６２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Ｌ６３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Ｌ６４と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ６５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Ｌ６６と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズＬ６５とにより構成されている。
【００８５】
また、対物レンズ群Ｇ２２においては、レンズＬ６４とレンズＬ６５とが接合されており、レンズＬ６６とレンズＬ６７とが接合されている。さらに、対物レンズ群Ｇ２２においては、観察時に、レンズ６１とレンズ６２との間に油浸液が存在するように構成されている。
【００８６】
以下に、対物レンズ群Ｇ２２に係る面データを示す。
【００８７】
【表７】
2018189709.tif 000009
【００８８】
以下に、本実施形態の光学系全体に関する各種データを示す。
【００８９】
【表８】
2018189709.tif 000010
【００９０】
図１２に、本実施形態の光学系の対物光学系の対物レンズ群に係る収差図を示す。なお、図１２において、図１２Ａは球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、図１２Ｂは非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））を示し、図１２Ｃは歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。図１２Ａ（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１２Ｂ（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。
【００９１】
上記の各種データ２で示したように、本実施形態の光学系では、照明光学系の開口数ＮＡＬは０．０９３、対物レンズ群の開口数ＮＡＯは１．２、対物レンズ群の結像倍率ＭＯは１００となっており、以下の条件式（１），（２）及び（３）を満足している。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５  ・・・（１）
０．０１  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．１  ・・・（２）
２５  ≦  ＭＯ  ≦  １００  ・・・（３）
【００９２】
条件式（１）及び（２）は、適切なコントラスト及び解像度を担保するための条件式である。また、条件式（３）は、通常サイズの撮像素子を用いて、１ミクロンオーダーの試料を適度な大きさで観察可能とするための条件式である。
【００９３】
これらの条件式（１），（２）及び（３）を満足している本実施形態の光学系によれば、図１２の収差図及び後述する図１３〜図２０の観察画像（すなわち、撮影画像）からも明らかなように、１ミクロンオーダーの試料を対物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、撮影画像の大きさを適切なものとし、且つ、そのコントラスト及び解像度を十分なものにすることができるので、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。
【００９４】
また、本実施形態の光学系では、照明光学系の有効径Ｅｄ（有効半径を２倍した値）は、５．２ｍｍとなっており、以下の条件式（４）を満足している。
２ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ８ｍｍ  ・・・（４）
【００９５】
本実施形態の光学系は、この条件式（４）を満足しているので、十分な光量を得るとともに、フレアの発生も防止されている。
【００９６】
また、本実施形態の光学系では、照明光学系の試料側の端面から試料までの距離Ｄ（すなわち、上記数値データ５におけるｄ３）は、２８ｍｍとなっており、以下の条件式（５）を満足している。
５ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ５０ｍｍ  ・・・（５）
【００９７】
本実施形態の光学系は、この条件式（５）を満足しているので、試料を載置する際の作業スペースを十分に確保しつつ、顕微鏡用光学系（ひいては、それを搭載する顕微鏡）のサイズの大きさ及び照明光軸に対して要求される調整精度の高さを抑えることが可能となっている。
【００９８】
［実験データ］
図１３〜図２０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１３は大腸菌（約３μｍ）、図１４はサルモネラ菌（約２μｍ）、図１５は黄色ブドウ球菌（約１μｍ）、図１６は緑膿菌（約３μｍ）、図１７は青カビの胞子（約４μｍ）、図１８は酵母（カンジダ）（約５μｍ）、図１９はワイン酵母（約５μｍ）、図２０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、２…載置台、２ａ…載置板、２ｂ…支持脚、２ｃ…透視窓、３…光学系（顕微鏡用光学系）、３ａ…照明光学系、３ｂ…対物光学系、３ｂ１…対物レンズ群、３ｂ２…第１結像レンズ群、ＩＭ１…第１像面、ＩＭ２…第２像面、Ｌ…発光面、Ｌｃ…光軸、Ｍ…顕微鏡、ｍ…ミラー、Ｏ…物体面、Ｐ…携帯情報端末、Ｐ１…カメラレンズ（第２結像レンズ群）。
【図１】
2018189709.tif 000011
【図２】
2018189709.tif 000012
【図３】
2018189709.tif 000013
【図４】
2018189709.tif 000014
【図５】
2018189709.tif 000015
【図６】
2018189709.tif 000016
【図７】
2018189709.tif 000017
【図８】
2018189709.tif 000018
【図９】
2018189709.tif 000019
【図１０】
2018189709.tif 000020
【図１１】
2018189709.tif 000021
【図１２】
2018189709.tif 000022
【図１３】
2018189709.tif 000023
【図１４】
2018189709.tif 000024
【図１５】
2018189709.tif 000025
【図１６】
2018189709.tif 000026
【図１７】
2018189709.tif 000027
【図１８】
2018189709.tif 000028
【図１９】
2018189709.tif 000029
【図２０】
2018189709.tif 000030
【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光学系であって、
光源からの光を試料に照射するための照明光学系と、前記試料を透過した光を結像するための対物光学系を備え、
前記対物光学系は、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結像レンズ群とを有し、
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），（２−１），（４−２）及び（５−１）を満足することを特徴とする顕微鏡用光学系。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５    ・・・（１）
０．０７  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．０９      ・・・（２−１）
４．８ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ５．２ｍｍ    ・・・（４−２）
２８ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ３５ｍｍ          ・・・（５−１）
ただし、ＮＡＬは前記照明光学系の開口数であり、ＮＡＯは前記対物レンズ群の開口数であり、Ｅｄは前記照明光学系の有効径、Ｄは前記照明光学系の前記試料側の端面から前記試料までの距離である。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡用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と、前記試料載置部に光を照射するための光源とを有し、
前記顕微鏡用光学系の前記照明光学系は、前記試料載置部と前記光源との間に配置され、
前記顕微鏡用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。
【請求項３】
請求項２に記載の顕微鏡において、
前記光源は、ＬＥＤであ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光学系であって、
光源からの光を試料に照射するための照明光学系と、前記試料を透過した光を結像するための対物光学系を備え、
前記対物光学系は、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結像レンズ群とを有し、
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），（２−１），（４−２）及び（５−１）を満足することを特徴とする。
ＮＡＬ×２  ≦  ＮＡＯ  ≦  ＮＡＬ×１５    ・・・（１）
０．０７  ≦  ＮＡＬ  ≦  ０．０９      ・・・（２−１）
４．８ｍｍ  ≦  Ｅｄ  ≦  ５．２ｍｍ    ・・・（４−２）
２８ｍｍ  ≦  Ｄ  ≦  ３５ｍｍ          ・・・（５−１）
ただし、ＮＡＬは前記照明光学系の開口数であり、ＮＡＯは前記対物レンズ群の開口数であり、Ｅｄは前記照明光学系の有効径、Ｄは前記照明光学系の前記試料側の端面から前記試料までの距離である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
これに加え、本発明の顕微鏡用光学系では、適切なコントラスト及び解像度を担保するための条件式（１）及び（２−１），（４−２）及び（５−１）を満足することを要件としている。
【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】
この条件式（１）において、下限値を下回ると、対物光学系によって結像された像の解像度が不十分となってしまう。一方、上限値を上回ると、十分な解像度を実現するために必要な光学要素（レンズ等）の数が増え、設計が非常に複雑になってしまう。また、この条件式（２−１）において、下限値を下回ると、光量が足りなくなり、コントラストをつけにくくなる。一方、上限値を上回ると、光量が過剰となり、十分な解像度が得にくくなる。
【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】
条件式（４−２）は、さらに適切なコントラストを得るための条件式である。この条件式（４−２）において、下限値を下回ると、十分な光量が得にくくなる。一方、上限値を上回ると、観察範囲の外を照射する光量が増えて、フレアが発生しやすくなり、コントラストが低下しやすくなってしまう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
条件式（５−１）は、上記の顕微鏡用光学系を適用して顕微鏡を設計する際に、その顕微鏡の構造を簡易且つ小型なものにするための条件式である。この条件式（５−１）において、下限値を下回ると、試料を載置する際の作業スペースを確保することができなくなる。一方、上限値を上回ると、顕微鏡用光学系（ひいては、それを搭載する顕微鏡）のサイズが大きくなり、また、照明光軸に対して要求される調整精度が高くなってしまう。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【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】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【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】００１８
【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】００１９
【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】００２０
【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】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【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１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2018189709.tif 000031