(57)【要約】      （修正有）【課題】主対物レンズの上流で縮小光学ユニットを使用する際に極めて高い撮像品質を達成できる光学撮像システムを提供する。【解決手段】光学撮像システム１は、主対物レンズ２０と、縮小光学ユニットとを備え、縮小光学ユニットは、正の屈折力を有する第１の硬質要素２２、及び負の屈折力を有する第２の硬質要素２１を備える。第１の硬質要素は第１のレンズ２４及び第２のレンズ２５を備え、第２の硬質要素は第３のレンズ２６及び第４のレンズ２７を備える。レンズ系を通って案内される観察用光線経路３０，４０を、対象側の第１の主平面及び画像側の第２の主平面それぞれにおいて光軸２３から距離Ｂに位置するように画定する。第１のレンズ２４は第２のレンズ２５より低い屈折力で小さいアッベ数を有し、第３のレンズ２６は第４のレンズ２７より低い屈折率で小さいアッベ数を有する。レンズ系の焦点距離は、波長に関して所定の関係式を満たす。【選択図】図１
2019179252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象平面の画像を生成するための光学撮像システム（１）であって、
主対物レンズ（２０）と、前記主対物レンズ（２０）と前記対象平面との間の縮小光学ユニットとを備える、光軸（２３）に沿って位置合わせされたレンズ系を備える、光学撮像システム（１）において、
前記縮小光学ユニットは、正の屈折力を有する第１の硬質要素（２２）、及び負の屈折力を有する第２の硬質要素（２１）を備え、
前記第１の硬質要素（２２）は、前記主対物レンズ（２０）と前記第２の硬質要素（２１）との間に配置され、
前記第１の硬質要素（２２）は、第１のレンズ（２４）及び第２のレンズ（２５）を備え、
前記第２の硬質要素（２１）は、第３のレンズ（２６）及び第４のレンズ（２７）を備え、
対象側の第１の主平面（Ｈ）及び画像側の第２の主平面（Ｈ‘）が前記レンズ系によって画定され、
前記光学撮像システム（１）は、前記レンズ系を通って案内される観察用光線経路（３０、４０）を、前記第１の主平面（Ｈ）及び前記第２の主平面（Ｈ‘）それぞれにおいて前記レンズ系の前記光軸（２３）から特定の距離Ｂに位置するように画定し、
前記第１のレンズ（２４）は前記第２のレンズ（２５）より低い屈折力を有し、前記第３のレンズ（２６）は前記第４のレンズ（２７）より低い屈折率を有し、前記第１のレンズ（２４）は、第１のアッベ数を有する第１の材料から製造され、前記第２のレンズ（２５）は、第２のアッベ数を有する第２の材料から製造され、前記第３のレンズ（２６）は、第３のアッベ数を有する第３の材料から製造され、前記第４のレンズ（２７）は、第４のアッベ数を有する第４の材料から製造されること（ここで前記第１のアッベ数は前記第２のアッベ数より小さく、前記第３のアッベ数は前記第４のアッベ数より小さい）；
前記縮小光学ユニットの第１の硬質要素（２２）もしくは第２の硬質要素（２１）を前記光軸（２３）に沿って変位可能に配置すること；並びに
前記レンズ系は、波長λの範囲４８０ｎｍ≦λ≦６６０ｎｍ及び主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して以下の関係式：
【数１】
2019179252.tif 000008
（ここで、
ｆe＝前記第１の主平面Ｈに対する、前記主波長ｅに関する対象側焦点距離；
ｆλ＝前記第１の主平面Ｈに対する、前記波長λに関する対象側焦点距離；
ｆe‘＝前記第２の主平面Ｈ‘に対する、前記主波長ｅに関する画像側焦点距離）
が満たされるように構成されること
を特徴とする、光学撮像システム（１）。
【請求項２】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、前記第１のアッベ数と前記第２のアッベ数との間の差が２７〜３６となるように選択されること、並びに
前記第３の材料及び前記第４の材料は、前記第３のアッベ数と前記第４のアッベ数との間の差が２０〜２９となるように選択されること
を特徴とする、請求項１に記載の光学撮像システム。
【請求項３】
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び前記第４の材料は、前記第１の材料の第１の屈折率が１．５５超、前記第２の材料の第２の屈折率が１．５５超、前記第３の材料の屈折率が１．５５超、前記第４の材料の屈折率が１．５５超となるように選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学撮像システム。
【請求項４】
前記第１の硬質要素（２２）は、静止させた状態で配置され、前記第２の硬質要素（２１）は、前記光軸の方向に変位可能に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学撮像システム。
【請求項５】
前記第２の硬質要素（２１）は、静止させた状態で配置され、前記第１の硬質要素（２２）は、前記光軸の方向に変位可能に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学撮像システム。
【請求項６】
前記縮小光学ユニットを、前記主対物レンズ（２０）の上流において前記光線経路内へと枢動させることができることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学撮像システム。
【請求項７】
中間画像（１０）を生成するための更なる光学要素（３）を、前記縮小光学ユニットの上流の前記観察用光線経路内に固定すること、及び
前記光学撮像システム（１）の焦点を前記中間画像（１０）上に合わせること
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学撮像システム。
【請求項８】
前記光学撮像システム（１）は、第１の観察用光線経路（３０）及び第２の観察用光線経路（４０）を備えるステレオ顕微鏡として実現され、
前記第１の観察用光線経路（３０）及び前記第２の観察用光線経路（４０）はそれぞれ、前記第１の主平面（Ｈ）及び前記第２の主平面（Ｈ‘）において、前記レンズ系の前記光軸から距離Ｂに位置する
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象平面の画像を生成するための光学撮像システム、特に顕微鏡に関し、これは主対物レンズと、光軸に沿って位置合わせされた、主対物レンズと対象平面との間の縮小光学ユニットとを備えるレンズ系を備えている。縮小光学ユニットは、正の屈折力を有する第１の硬質要素、及び負の屈折力を有する第２の硬質要素を備え、第１の硬質要素は主対物レンズと第２の硬質要素との間に配置される。第１の硬質要素は第１のレンズ及び第２のレンズを備えている。第２の硬質要素は第３のレンズ及び第４のレンズを備えている。レンズ系によって、対象側の第１の主平面及び画像側の第２の主平面が画定される。この光学撮像システムは、レンズ系を通過する観察用光線経路を、観察用光線経路が第１の主平面及び第２の主平面それぞれにおいてレンズ系の光軸から特定の距離に位置するように画定する。
【背景技術】
【０００２】
光学撮像システム、特にステレオ手術用顕微鏡を通して対象を観察する場合、光学撮像システムの主対物レンズと観察される対象（例えば眼）との間の光線経路に、広角光学ユニットを導入できる。これにより、眼底の観察が可能となる。この広角光学ユニットに加えて、縮小光学ユニットを広角光学ユニットと光学撮像システムの主対物レンズとの間の光線経路内へと枢動させて、広角光学ユニットを光学撮像システム（例えば手術用顕微鏡）に適合させることができる。
【０００３】
特許文献１は、選択的に追加可能な光学ユニットを用いて眼底の画像を生成できる眼科手術のための広角観察用顕微鏡を開示している。この顕微鏡はレンズ系を備え、このレンズ系は主対物レンズと、この主対物レンズの上流に配置されたレンズとを備えている。
【０００４】
この顕微鏡の欠点は、広角観察における撮像品質が理想的ではないことである。主対物レンズと観察される対象との間の距離が小さいために、光線経路に付与できる焦点距離が極めて短くなる。広角光学ユニットは、光線経路に導入できる更なる縮小光学ユニットを用いて顕微鏡に適合させることができるが、これは撮像品質の低下という欠点に結びつく。
【０００５】
上記のような光学的な欠点に加えて、特許文献１の光学撮像システムは、設備の長さが比較的長い。ユーザ（例えば外科医）が光学撮像システムを用いて対象（例えば患者の眼）に対して作業を行う際に、ユーザにとって不必要に邪魔にならないようにするために、縮小光学ユニットの設備の長さはごく短いものであるべきであり、また主対物レンズに可能な限り近接して配置されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１２２７３５５Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、主対物レンズの上流で縮小光学ユニットを使用する際に極めて高い撮像品質を達成できる光学撮像システムを提供することである。本発明の更なる目的は、設備の長さが短い撮像システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、上記目的は、第２のレンズ（２５）より低い屈折力を有する第１のレンズ（２４）、及び第４のレンズ（２７）より低い屈折力を有する第３のレンズ（２６）によって達成される。第１のレンズ（２４）は、第１のアッベ数を有する第１の材料から製造され、第２のレンズ（２５）は、第２のアッベ数を有する第２の材料から製造され、第３のレンズ（２６）は、第３のアッベ数を有する第３の材料から製造され、第４のレンズ（２７）は、第４のアッベ数を有する第４の材料から製造される。第１のアッベ数は第２のアッベ数より小さく、第３のアッベ数は第４のアッベ数より小さい。ここでレンズ系は、波長λの範囲４８０ｎｍ≦λ≦６６０ｎｍ及び主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して以下の関係式が満たされるように構成される：
【０００９】
【数１】
2019179252.tif 000003
【００１０】
ここで：
Ｂ＝第１の主平面Ｈにおける観察用光線経路と光軸との間の距離；
ｆe＝第１の主平面Ｈに対する、主波長ｅに関する対象側焦点距離；
ｆλ＝第１の主平面Ｈに対する、波長λに関する対象側焦点距離；
ｆe‘＝第２の主平面Ｈ‘に対する、主波長ｅに関する画像側焦点距離
である。
【００１１】
項「０．５‘」の単位は、角度の分である。
【００１２】
４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの全波長λ及び主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して以下の条件：
【００１３】
【数２】
2019179252.tif 000004
【００１４】
が満たされるようにレンズ系を構成すると、観察用光線経路に関する撮像品質は、コントラストを低減する厄介な収差を補正できる程度に良好となり、波長λの範囲全体に亘って変わることなく高いコントラスト及び高い画像品質が達成される。
【００１５】
本発明の一実施形態では、第１の材料及び第２の材料は、第１のアッベ数と第２のアッベ数との間の差が２７〜３６となるように選択される。第３の材料及び第４の材料は、第３のアッベ数と第４のアッベ数との間の差が２０〜２９となるように選択される。
【００１６】
レンズ系を設計する際、第１の硬質要素の２つのレンズの第１の材料及び第２の材料を、これら２つの材料のアッベ数の差が２７〜３６となるように選択すると特に有利であることが分かった。更に、第２の硬質要素の２つのレンズの第３の材料及び第４の材料を、これら２つの材料のアッベ数の差が２０〜２９となるように選択すると有利である。これを用いると、上述の条件を良好に満たすことができ、低い色角度偏差を維持しながら全波長範囲に亘って極めて良好なコントラストが得られ有利である。
【００１７】
本発明の更なる実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料及び第４の材料は、第１の材料の第１の屈折率が１．５５超、第２の材料の第２の屈折率が１．５５超、第３の材料の屈折率が１．５５超、第４の材料の屈折率が１．５５超となるように選択される。
【００１８】
第１の硬質要素の２つのレンズ及び第２の硬質要素の２つのレンズを備える縮小光学ユニットの全てのレンズに、高い屈折率、即ち１．５５超の屈折率を有する材料を用いることにより、上述の条件を良好に満たすことができる。その結果、極めて良好なコントラスト及び低い色角度偏差を有する良好に補正された画像が得られ有利である。
【００１９】
本発明の更なる実施形態では、第１の硬質要素を静止させた状態で配置し、第２の硬質要素を光軸の方向に変位可能に配置する。
【００２０】
主対物レンズから観察される対象平面までの距離は可変であってよい。その結果、修正された対象平面に対して光学観察装置の焦点を適合させる必要が生じる場合がある。顕微鏡の焦点設定が変化しないようにするために、縮小光学ユニットが焦点合わせを任意に行うことができるようにすると有利である。この任意の焦点合わせは、縮小光学ユニットの第１の硬質要素を静止させた状態で配置し、第２の硬質要素が光軸に沿って相対運動できるようにすることにより、比較的容易に達成できる。請求項１に記載の条件を満たすことにより、全焦点合わせ範囲に亘って色角度偏差の良好な補正が保証される。
【００２１】
本発明の更なる実施形態では、第２の硬質要素を静止させた状態で配置し、第１の硬質要素を光軸の方向に変位可能に配置する。
【００２２】
縮小光学ユニットの第２の硬質要素を静止させた状態で配置し、縮小光学ユニットの第１の硬質要素を光軸の方向に変位可能に配置すると、上記実施形態において説明したものと同一の利点を達成できる。
【００２３】
本発明の更なる実施形態では、縮小光学ユニットを、主対物レンズの上流において光線経路内へと枢動させることができる。
【００２４】
顕微鏡のユーザが縮小光学ユニットを用いて、又はこれを用いずに作業できるようにするために、縮小光学ユニットを簡単に光線経路内に導入できる又は光線経路から除去できると有利である。その結果、ユーザは、顕微鏡の焦点設定を変化させる必要なしに、２つの焦点面の間を前後に迅速かつ容易に切り替えることができる。有利には、枢動デバイスを用いて、縮小光学ユニットを主対物レンズの上流の光線経路内へ、及びこの光線経路から外へと極めて容易かつ迅速に枢動させることができる。
【００２５】
本発明の更なる実施形態では、中間画像を生成するための更なる光学要素を、縮小光学ユニットの上流の観察用光線経路内に固定し、光学撮像システムの焦点を中間画像上に合わせる。
【００２６】
縮小光学ユニットの上流の光線経路内に、更なる光学要素を導入できる。観察される対象平面は中間画像平面を構成でき、この中間画像平面は更なる光学要素と縮小光学ユニットとの間の光線経路内に空間的に現れる。特に有利には更なる光学要素の導入による撮像品質の低下は、縮小光学ユニットによって色に関して補正でき、これによって極めて高いコントラストを有する画像を画像のオフセット無しに観察できる。
【００２７】
本発明の更なる実施形態では、光学撮像システムは第１の観察用光線経路及び第２の観察用光線経路を備えるステレオ顕微鏡として実現され、これら第１及び第２の観察用光線経路はそれぞれ、第１の主平面Ｈ及び第２の主平面Ｈ‘において、レンズ系の光軸から距離Ｂに位置する。
【００２８】
縮小光学ユニットのレンズは通常、光軸に対して回転対称に実現される。主対物レンズの光軸と縮小光学ユニットの光軸とが一致することにより、２つの主平面Ｈ、Ｈ‘に対して光軸から距離Ｂの位置に延在する全ての観察用光線経路に関する光学的色補正は、等しく良好である。ステレオ顕微鏡として以上から得られる利点は、単一の縮小光学ユニットによって両観察用光線経路を色に関して等しく良好に補正できる点である。この利点は、２つの主平面Ｈ、Ｈ‘に関して光軸から距離Ｂに案内される、更なる観察用光線経路にもそれぞれ適用される。
【００２９】
本発明の更なる利点及び特徴を、以下の図面に関して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、主対物レンズの上流に固定された縮小光学ユニットを備えた本発明による光学撮像システムの第１の例示的実施形態を示す。
【図２】図２は、図１による光学撮像システムにおける光線経路の概略図である。
【図３】図３は、図１による光学撮像システムの３つの異なる焦点距離に関する、４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長に関する画像側色角度偏差を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、主対物レンズ２０の上流に固定された縮小光学ユニットを備えた本発明による光学撮像システム１の第１の例示的実施形態を示す。
【００３２】
この例示的実施形態は、眼２を観察するための光学撮像システム１を示す。光学撮像システム１は、右側観察用光線経路３０及び左側観察用光線経路４０を有する立体観察システムとして構成され、光軸２３を有する主対物レンズ２０、右側チューブレンズ３４、左側チューブレンズ４４、右側接眼レンズ３６、左側接眼レンズ４６を備える。光学撮像システム１は、ここでは図示されていない更なる光学要素を備えていてもよい。
【００３３】
眼科用レンズ３の形態の更なる光学要素及び縮小光学ユニットが、主対物レンズ２０と眼２との間の光線経路内に導入されている。縮小光学ユニットは、第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１を備えている。
【００３４】
主対物レンズ２０のすぐ上流に配置された第１の硬質要素２２は、第１のレンズ２４及び第２のレンズ２５を備えている。第１のレンズ２４は負レンズとして実現され、負の屈折力を有する。第２のレンズ２５は正レンズとして実現され、正の屈折力を有する。第２のレンズ２５の正の屈折力の大きさは、第１のレンズ２４の負の屈折力の大きさより大きい。従って第１の硬質要素２２は、正の屈折力を有するレンズ組立体として実現され、正レンズの効果を有する。
【００３５】
第２の硬質要素２１は、第３のレンズ２６及び第４のレンズ２７を備えている。第３のレンズ２６は正レンズとして実現され、正の屈折力を有する。第４のレンズ２７は負レンズとして実現され、負の屈折力を有する。第４のレンズ２７の負の屈折力の大きさは、第３のレンズ２６の正の屈折力の大きさより大きい。その結果第２の硬質要素２１は、負の屈折力を有するレンズ組立体として実現され、負レンズの効果を有する。
【００３６】
右側観察用光線経路３０及び左側観察用光線経路４０は眼科用レンズ３を通過して、画像平面１０において交差できる。画像平面１０から出る右側観察用光線経路３０は、負レンズの効果を有する第２の硬質要素２１、正レンズの効果を有する第１の硬質要素２２、主対物レンズ２０、右側チューブレンズ３４を通過して、右側接眼レンズ３６に到達する。ここで観察者が右側接眼レンズ３６を通して観察できる接眼レンズ中間画像は、右側観察用光線経路３０内の右側接眼レンズ中間画像平面３５において生成される。画像平面１０からの左側観察用光線経路４０は、第２の硬質要素２１、第１の硬質要素２２、主対物レンズ２０、左側チューブレンズ４４を通して左側接眼レンズ４６へと案内される。観察者が左側接眼レンズ４６を通して観察できる接眼レンズ中間画像は、左側観察用光線経路４０内の左側接眼レンズ中間画像平面４５において生成される。
【００３７】
主対物レンズ２０の下流において、右側観察用光線経路３０は光軸２３に対して平行に延在する。この平行距離をＢで示す。これに対応して、左側観察用光線経路４０も同様に、光軸２３に対して平行に、主対物レンズ２０の下流において距離Ｂに延在する。主対物レンズ２０の下流の２つの観察用光線経路３０、４０の間の平行距離は、ステレオベースＳＢと表すこともでき、このステレオベースＳＢは、距離Ｂの２倍の値を有する。ステレオベースＳＢの典型的な数値は２５ｍｍであってよい。
【００３８】
眼科用レンズ３の焦点距離の典型的な値は、６０ジオプトリ、９０ジオプトリ又は１２０ジオプトリである。眼科用レンズ３の焦点距離が短いと、これは収差が発生する原因となり、この収差は光軸のスペクトル傾斜又は色角度偏差ＣＷＡと呼ばれる。
【００３９】
図１は、色角度偏差ＣＷＡの影響を概略的に示す。色角度偏差ＣＷＡは、光軸２３に対して垂直な接眼レンズ中間画像間の、色に応じた色彩画像オフセットを意味するものとして理解されたい。対称な設計により、右側接眼レンズ３０及び左側接眼レンズ４０の色角度偏差ＣＷＡは同一の大きさとなるものと考えられる。色角度偏差はまた、単一の観察用光線経路についても発生し得る。右側観察用光線経路３０に関して、３つの副光線、即ち右側赤色副光線３１、右側緑色副光線３２、右側青色副光線３３の形態の３つの波長範囲に関する色角度偏差を示す。左側観察用光線経路４０に関して、左側赤色副光線４１、左側緑色副光線４２、左側青色副光線４３の形態の３つの波長範囲に関する色角度偏差を示す。右側接眼レンズ中間画像平面３５内の右側観察用光線経路３０における右側副光線３１、３２、３３の画像オフセットは、右側接眼レンズ３６を通して見ることができる。左側接眼レンズ中間画像平面４５内の左側観察用光線経路４０における左側副光線４１、４２、４３の画像オフセットは、左側接眼レンズ４６を通して見ることができる。
【００４０】
色補正が行われない場合、色角度偏差ＣＷＡによって引き起こされる画像オフセットはコントラストの低下として知覚され厄介である。この色彩画像オフセットが眼の解像度限界を超えている場合、観察者は色がついた二重像を知覚する。緑色副光線３２、４２の形態の緑色波長範囲は、接眼レンズの中心に現れる。青色副光線３３、４３の形態の青色波長範囲は、２つの接眼レンズの中心の間の領域内に見ることができる。赤色副光線３１、４１の形態の赤色波長範囲は、接眼レンズの中心の間の領域の外側に見ることができる。
【００４１】
この例示的実施形態では、第２の硬質要素２１及び第１の硬質要素２２を備える縮小光学ユニットは、主対物レンズ２０に極めて近接して配置される。主対物レンズ２０は設置距離ＬHOを有する。光軸２３に沿った主対物レンズ２０の厚さ又は広さは、設置距離ＬHOで表される。全体の設置距離Ｌgesは、主対物レンズ２０並びに第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１を備える縮小光学ユニットの、光軸２３に対する最大広さを表す。例えば、主対物レンズ２０が設置距離ＬHO＝１ｃｍを有する場合、全体の設置距離としてＬges＜３．２ｃｍが現れる。
【００４２】
主対物レンズ２０の上流において縮小光学ユニットを極めて近接して配置することによって、高いコントラストを有する色に関して補正された画像領域を、極めて高い撮像品質で提供するのは、特に困難となる。
【００４３】
この例示的実施形態において示す画像平面１０が、右側観察用光線経路３０及び左側観察用光線経路４０が交差する中間画像平面として表されるという事実について、更なる言及が必要である。画像平面１０はまた、観察される別の対象平面を構成することもあり得る。同様に、第１の硬質要素２２の位置及び第２の硬質要素２１の位置は、相互に交換可能であってよい。
【００４４】
図２は、図１による光学撮像システム１の光線経路の概略図である。
【００４５】
光軸Ａは、太い水平な線として図示されている。第１の主平面Ｈ及び第２の主平面Ｈ‘は光軸Ａに対して垂直であり、第１の主平面Ｈは、対象空間における焦点距離又は距離特定のための基準面として機能し、第２の主平面Ｈ‘は、画像空間のための基準面として機能する。この２つの主平面Ｈ、Ｈ‘により、薄いレンズに対して有効な方程式によって複雑な光学レンズ系の効果を記述できるようになる。第１の主平面Ｈ及び第２の主平面Ｈ‘はいずれも、レンズ系の光軸に対して垂直に定義され、従って互いに対して平行に延在する。２つの主平面Ｈ、Ｈ‘は、主対物レンズ２０並びに第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１を備える縮小光学ユニットに取って代わるものである。
【００４６】
光学レンズ系は、像点Ｏ‘上の対象点Ｏを撮像する。この対象点Ｏから、第１の光線１０１が光軸Ａに対して角度ＮＡで第１の主平面Ｈまで延在する。角度ＮＡはまた、対象側の開口数を表す。第２の光線１０２は、第１の主平面Ｈと第２の主平面Ｈ‘との間において、光軸Ａに対して平行に延在する。第１の主平面Ｈ及び第２の主平面Ｈ‘それぞれにおいて、第２の光線１０２は光軸Ａから距離Ｂに位置する。立体撮像システムの場合、Ｂの大きさは、ステレオベースＳＢの半分の数値に対応する値を有してよい。第３の光線１０３は、第２の主平面Ｈ‘から出ると、像点Ｏ‘へと向かう。第３の光線１０３は、光軸Ａに対する角度ＣＷＡを有する。角度ＣＷＡは、画像側色角度偏差ＣＷＡを表す。画像側色角度偏差ＣＷＡがゼロに等しい場合、像点Ｏ‘は無限遠点に位置する。
【００４７】
対象空間について、対象側焦点Ｆｅは、主波長ｅに対する対象側焦点距離ｆｅを有する。画像空間において、画像側焦点Ｆｅ‘は、主波長ｅに対する画像側焦点距離ｆｅ‘を有する。従って、対象側焦点Ｏ＝Ｆλに関する対象側焦点距離ｆλ、画像側焦点Ｏ‘＝Ｆλ‘に関する画像側焦点距離ｆλ‘は、波長λに関して等角に得られる。
【００４８】
以上の問題を解決するために、色角度偏差ＣＷＡの測定値は、画像品質を最適化するために測定を最適化する極めて良好な選択肢を構成することが分かった。便宜上、光学ユニットについての計算にあたって、主波長ｅをｅ＝５４６ｎｍと仮定する。主波長ｅは、フラウンホーファー線ｅとも呼ばれ、主波長を太陽光の緑色スペクトル範囲に定義する。対象点、例えば画像平面１０を、高いコントラスト及び極めて良好な撮像品質で撮像するために、４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの可視波長範囲λに亘って色に関して補正される光学ユニットを提供する必要がある。
【００４９】
第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１を備える縮小光学ユニットは、主対物レンズ２０の上流に配置される。主対物レンズ２０のすぐ上流に配置された第１の硬質要素２２は、負の屈折力を有する第１のレンズ２４及び正の屈折力を有する第２のレンズ２５を備えている。第２のレンズ２５の正の屈折力の大きさは、第１のレンズ２４の負の屈折力の大きさより大きいため、第１の硬質要素２２は正レンズとして作用する。極めて良好な収色効果を達成するためには、より高い屈折力を有する第２のレンズに比べて、より低い屈折力を有する第１のレンズ２４のためにより低いアッベ数を有する材料を選択するべきである。ここで、これらアッベ数の差は好ましくは２７〜３６である。
【００５０】
第２の硬質要素２１は、正の屈折力を有する第３のレンズ２６及び負の屈折力を有する第４のレンズ２７を備えている。第４のレンズ２７の負の屈折力の大きさは、第３のレンズ２６の正の屈折力の大きさより大きいため、第２の硬質要素２１は負レンズとして作用する。高い画像品質を達成するためには、第４のレンズ２７に比べて、第３のレンズ２６のためにより低いアッベ数を定義するべきである。ここで、これらアッベ数の差は好ましくは２０〜２９である。
【００５１】
好ましくは、第１の硬質要素２２の第１のレンズ２４及び第２のレンズ２５並びに第２の硬質要素２１の第３のレンズ２６及び第４のレンズ２７はいずれも、高い屈折率、好ましくは１．５５以上の屈折率を有する材料から製造される。高い屈折率を有するレンズを用いることにより、球面収差、コマ収差、非点収差等の単色画像収差の必要な補正を同時に実行できる。
【００５２】
右側観察用光線経路３０の右側副光線３１、３２、３３の色範囲、及び左側観察用光線経路４０の左側副光線４１、４２、４３の色範囲がそれぞれ、接眼レンズ中間画像平面３４、３５において正確に合致するものとして知覚される場合、極めて良好な高コントラストの画像品質が達成される。この目的のために、４８０ｎｍ〜６６０ｎｍである可視光の全波長範囲に関して、０．５‘未満の色角度偏差を達成する必要がある。
【００５３】
図２に示すように、２つの主平面Ｈ、Ｈ‘に関して、光学系の対象側及び画像側焦点距離は波長λに依存する。ここで、以下の３つの焦点距離：
ｆe＝第１の主平面Ｈに対する、主波長ｅに関する対象側焦点距離；
ｆλ＝第１の主平面Ｈに対する、波長λに関する対象側焦点距離；
ｆe‘＝第２の主平面Ｈ‘に対する、主波長ｅに関する画像側焦点距離
が重要である。
【００５４】
波長λの範囲４８０ｎｍ≦λ≦６６０ｎｍ及び主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して以下の関係式：
【００５５】
【数３】
2019179252.tif 000005
【００５６】
が満たされるようにレンズ系を実現する、即ち第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１を備える縮小光学ユニット並びに主対物レンズ２０を互いに適合させると、撮像の極めて良好なコントラスト及び極めて良好な画像品質を波長λの全範囲に亘って変化させることなく、観察用光線経路に関する撮像品質が補正される。その結果として、右側観察用光線経路３０の右側副光線３１、３２、３３の色範囲、及び左側観察用光線経路４０の左側副光線４１、４２、４３の色範囲はそれぞれ、接眼レンズ中間画像平面３５、４５において正確に合致するものとして知覚される。従って、０．５‘未満の色角度偏差を達成する必要がある。
【００５７】
第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１について、材料に関する上述の条件が満たされる、縮小光学ユニットの一実施形態では、０．２未満の色角度偏差を達成でき、従って以下が成り立つ。
【００５８】
【数４】
2019179252.tif 000006
【００５９】
例えば上記例示的実施形態では、例えば波長λ＝６６０ｎｍに関して、色角度偏差ＣＷＡは以下のように計算できる：
ｆｅ＝−１７５．１０２ｍｍ（ｅ＝５４６ｎｍ）
ｆｅ‘＝＋１７５．１０２ｍｍ（ｅ＝５４６ｎｍ）
ｆλ＝−１７５．０３３ｍｍ（λ＝６６０ｎｍ）
Ｂ＝１２ｍｍ
【００６０】
従って、ＣＷＡ（角度の分）は以下のようになる。
【００６１】
【数５】
2019179252.tif 000007
【００６２】
０．０９３‘＜０．５‘であるため、波長λ＝６６０ｎｍ及び主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して、色角度偏差ＣＷＡが低い良好な画像品質のための条件が満たされる。
【００６３】
４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの全波長λに関してこの条件が満たされる場合、正レンズの効果を有する第１の硬質要素２２及び負レンズの効果を有する第２の硬質要素２１を備える縮小光学ユニットのために選択される材料及び形状の組み合わせは、本発明の目的を満たすために適切なものとなる。
【００６４】
縮小光学ユニットを観察用光線経路３０、４０内へと導入する際に、顕微鏡の焦点設定を変化させる必要が無いことが望ましい。この目的のために、縮小光学ユニットが焦点距離を変化させることができる、即ち画像平面１０上に焦点を合わせることができると有利である。図１の例示的実施形態では、主対物レンズ２０及び縮小光学ユニットを備える光学系全体の焦点距離Ｆgesは、主対物レンズの焦点距離ＦHOの０．７倍〜１．１倍の範囲となるように選択される。この値は、縮小光学ユニットによって画像平面１０上に焦点を合わせるために十分なものである。この目的のために、負レンズの効果を有する第２の硬質要素２１を静止させた状態で配置し、正レンズの効果を有する第１の硬質要素２２を光軸２３に沿って変位可能に配置する。このように変位できることを、図１において第１の硬質要素２２の上側の双方向矢印で示す。代替実施形態では、正レンズの効果を有する第１の硬質要素２２を静止させた状態で配置し、負レンズの効果を有する第２の硬質要素２１を光軸２３に沿って変位可能に配置することもできる。図１は、焦点距離Ｆges＝０．８７＊ＦHOとなるような中心焦点設定を示す。
【００６５】
図３のダイヤグラムは、可視光の波長及び様々な焦点設定に対して、色に関して補正された高コントラストの画像をもたらす、第１の硬質要素２２及び第２の硬質要素２１に関する適切な材料及び形状の条件から得られる結果を示す。
【００６６】
図３は、第１の例示的実施形態の３つの異なる焦点距離に対する、４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの可視範囲の波長λに関する画像側色角度偏差ＣＷＡを示す。
【００６７】
ダイヤグラム２００は、Ｙ軸上に−０．５‘〜＋０．５‘の範囲で色角度偏差ＣＷＡ（角度の分）を示す。Ｘ軸は、４８０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲の波長λをプロットしたものである。主波長ｅ＝５４６ｎｍは、点線２０４を用いて強調されている。３つの焦点距離に関して色角度偏差ＣＷＡを示す。第１の焦点距離Ｆges＝０．８０＊ＦHOを第１の曲線２０１で示し、第２の焦点距離Ｆges＝０．８７＊ＦHOを第２の曲線２０２で示し、第３の焦点距離Ｆges＝０．９６＊ＦHOを第３の曲線２０３で示す。第１の曲線２０１及び第３の曲線２０３はそれぞれ、可能な最終位置における焦点設定を示す。
【００６８】
焦点距離離Ｆges＝０．８７＊ＦHOを用いた中心焦点設定において、画像側色角度偏差ＣＷＡは、波長λの全範囲４８０ｎｍ〜６６０ｎｍに関して特に良好に補正され、第２の曲線２０２から分かるように−０．１‘〜ゼロの範囲にある。主波長ｅ＝５４６ｎｍに関して、色角度偏差ＣＷＡはゼロに等しい。
【００６９】
焦点距離Ｆges＝０．８０＊ＦHOを用いた焦点設定に関する色角度偏差ＣＷＡは、第１の曲線２０１から分かるように、波長λの全範囲４８０ｎｍ〜６６０ｎｍに関して、＋０．２８‘〜−０．４５‘の範囲にある。またこの焦点設定では、色角度偏差ＣＷＡは主波長ｅ＝５４６ｎｍに関してゼロに等しくなる。
【００７０】
焦点距離Ｆges＝０．９７＊ＦHOを用いた焦点設定に関する画像側色角度偏差ＣＷＡは、第３の曲線２０３から分かるように、波長λの全範囲４８０ｎｍ〜６６０ｎｍに関して、−０．３９‘〜＋０．２４‘の範囲にある。またこの焦点設定では、画像側色角度偏差ＣＷＡは主波長ｅ＝５４６ｎｍに関してゼロに等しくなる。
【００７１】
曲線２０１、２０２、２０３は、画像側色角度偏差ＣＥＡが全ての焦点距離に関して、全焦点合わせ範囲に亘って＋／−０．５の範囲にあることをはっきりと示している。
【００７２】
従って、正レンズの効果を有する第１の硬質要素２２及び負レンズの効果を有する第２の硬質要素２１を備える、光線経路３０、４０内に導入できる焦点合わせ可能な縮小光学ユニットを用いる場合に、主対物レンズの上流において極めて短い設備の長さを達成できる、光学撮像システム１を提供できる。この光学撮像システムは、全焦点合わせ範囲に亘って、色角度偏差を極めて低く保ちながら、極めて良好な画像品質を達成できる。
【符号の説明】
【００７３】
１      光学撮像システム
２      眼
３      眼科用レンズ
１０    画像平面
２０    主対物レンズ
２１    第２の硬質要素
２２    第１の硬質要素
２３    光軸
２４    第１のレンズ
２５    第２のレンズ
２６    第３のレンズ
２７    第４のレンズ
３０    左側観察用光線経路
３１    右側赤色副光線
３２    右側緑色副光線
３３    右側青色副光線
３４    右側チューブレンズ
３５    右側接眼レンズ中間画像平面
４０    左側観察用光線経路
４１    左側赤色副光線
４２    左側緑色副光線
４３    左側青色副光線
４４    左側チューブレンズ
４５    左側接眼レンズ中間画像平面
１０１  像点Ｏから画像空間内の主平面Ｈへと向かう光線経路の第１の光線
１０２  主平面Ｈと主平面Ｈ‘との間の光線経路の第２の光線
１０３  主平面Ｈ‘から画像空間内の像点Ｏ‘へと向かう光線経路の第３の光線
２００  色角度偏差ＣＷＡのダイヤグラム
２０１  Ｆges＝０．８０＊ＦHOに関するＣＷＡを表す第１の曲線
２０２  Ｆges＝０．８７＊ＦHOに関するＣＷＡを表す第２の曲線
２０３  Ｆges＝０．９６＊ＦHOに関するＣＷＡを表す第３の曲線
【図１】
2019179252.tif 000009
【図２】
2019179252.tif 000010
【図３】
2019179252.tif 000011