(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を広視野顕微鏡イメージングするための顕微鏡イメージング・システムであって、
−  対物レンズ（１）を有する光線経路と、
−  該試料から見たときに該対物レンズ（１）の背後に配置された結像レンズ系（３）と、
−  対物レンズ側コンポーネント（６）および像側コンポーネント（７）を有するリレー光学系（５、１５）であって、
−  該対物レンズ側コンポーネント（６）は、少なくとも第１の対物レンズ側レンズ群（８）、および第１の対物レンズ側レンズ群（８）から離間している第２の対物レンズ側レンズ群（９）を含み、該像側コンポーネント（７）は、少なくとも第１の像側レンズ群（１０）、および第１の像側レンズ群（１０）から離間している第２の像側レンズ群（１１）を含み、該リレー光学系（５）は、該対物レンズ側コンポーネント（６）と該像側コンポーネント（７）との間の瞳面（１２）に該対物レンズ（１）の射出瞳（２）を像形成すると共に、中間像面（４）から像面（１３）へ該試料の像を移すように設計されている、前記リレー光学系（５、１５）と、
−  該対物レンズ側コンポーネント（６）と該像側コンポーネント（７）の間の該瞳面（１２）に配置されている適応光学要素（１４）とを備える顕微鏡イメージング・システム。
【請求項２】
前記瞳面（１２）に前記対物レンズ（１）の前記射出瞳（２）を像形成することに関して対物レンズ側レンズ群（８、９）は、前記結像レンズ系（３）および前記対物レンズ（１）のうちの少なくとも一方の縦の色収差および横の色収差を補正して、収差を少なくとも特定の誤差特性にとなるように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項３】
前記中間像面（４）から前記像面（１３）へ試料像を前記移すことに関して像側レンズ群（１０、１１）は、縦の色収差および横の色収差を補正して、収差を少なくとも特定の誤差特性になるように適合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項４】
対物レンズ側レンズ群および像側レンズ群（８、９、１０、１１）のうちの少なくとも一方の１つまたはいくつかは、接合構成要素として設計されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項５】
前記リレー光学系（５）は、前記光線経路に沿って変位可能となるように配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項６】
前記対物レンズ側コンポーネント（６）および前記像側コンポーネント（７）は、互いから独立して、または前記対物レンズ側コンポーネント（６）および前記像側コンポーネント（７）間の特定の伝達比で変位可能であることを特徴とする、請求項５に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項７】
前記光線経路内において、第１のテレスコープ（１６）が前記リレー光学系（５）の前に配置され、第２のテレスコープ（１７）が前記リレー光学系（５）の後に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項８】
テレスコープ（１６、１７）は、交換可能となるように適合されていることを特徴とする、請求項７に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項９】
テレスコープ（１６、１７）は、倍率を変えるためのズーム・テレスコープ（１８、１９）として設計されていることを特徴とする、請求項７に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１０】
前記適応光学要素（１４）を有する前記リレー光学系（１５）は、光軸を中心にして回転対称であるように設計されていると共に、軸は、前記結像レンズ系（３）、前記中間像面（４）、および前記像面（１３）に対して中心からずれて位置することを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１１】
球面湾曲または放物線湾曲が、前記適応光学要素（１４）に特徴付け可能であり、前記リレー光学系（１５）は、球面湾曲または放物線湾曲と組み合わされた非点収差を補正するように適合されていることを特徴とする、請求項１０に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１２】
前記リレー光学系（５、１５）は、ズーム系として設計されていることを特徴とする、請求項１乃至６または１０乃至１１のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１３】
前記適応光学要素（１４）は、反射要素として設計され、該適応光学要素（１４）に導かれる前記光線経路と該適応光学要素（１４）から離れるように導かれる前記光線経路の両方は、前記ズーム系の同じレンズ素子を通過することを特徴とする、請求項１２に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１４】
前記リレー光学系（５、１５）は、モジュールとして前記光線経路に挿入可能であることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１５】
前記適応光学要素（１４）は、薄膜ミラーまたは空間光変調器であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１６】
前記瞳面（１２）に前記対物レンズ（１）の前記射出瞳（２）を像形成することに関して対物レンズ側レンズ群（８、９）は、前記結像レンズ系（３）および前記対物レンズ（１）のうちの少なくとも一方の縦の色収差および横の色収差を補償するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【請求項１７】
前記中間像面（４）から前記像面（１３）へ試料像を前記移すことに関して像側レンズ群（１０、１１）は、縦の色収差および横の色収差を補償するように適合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の顕微鏡イメージング・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を広視野顕微鏡イメージングするための顕微鏡イメージング・システムに関する。このイメージング・システムは、対物レンズと試料から見たときに対物レンズの背後に配置された結像レンズ系とを有する光線経路を備える。このイメージング・システムは、対物レンズ側コンポーネントおよび像側コンポーネントを有するリレー光学系をさらに備える。
【背景技術】
【０００２】
場独立操作が光線経路内でなされることを可能にするために、光線経路内にこのために設計された操作要素（例えば、位相板）を、対物瞳と共役な平面に配置することが必要である。大部分の対物レンズの射出瞳のバック・フォーカスは負であり、したがって対物レンズの射出瞳は実際には対物レンズの内側にあるので、試料を広視野顕微鏡イメージングするための従来の１段階または２段階の顕微鏡イメージング・システムにおける対物瞳は、リレー光学系が設けられていない限りアクセスできない。
【０００３】
対物レンズの外側で目標とされた瞳の操作を可能にするリレー光学系を有する顕微鏡イメージング・システムは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に開示されたリレー光学系は、対物レンズ側コンポーネントおよび像側コンポーネントを有しており、瞳変調器（例えば、位相板またはコントラスト変調要素）が、対物瞳が像形成される平面でこれらの構成要素の間に配置される。像側コンポーネントは、２つのレンズ・ユニットから成り得る。瞳変調要素は、静的要素である。
【０００４】
特許文献２は、可変倍率、すなわちズーム機能を有するリレー光学系を記載している。このリレー光学系は、カメラを配置できる像面に中間像を伝送する。リレー光学系は、５つのレンズ群を含む。第１のレンズ群は、中間像に焦点が合わされており、したがってそこからくる光線を平行にする。３つの他のレンズ群は共に、可変倍率システムを構成し、２つの外側の群は、光軸に沿って変位可能であり、第５のレンズ群は最終的に平行にされた光線経路を像面に投影する。瞳の操作は、この系では意図されていない。
【０００５】
特許文献３も、可変倍率を有するリレー光学系を記載している。ここに開示されたリレー系は、拡大された中間像を像面に移し、同時に、この系は、入射瞳および射出瞳の各位置をズームが変化させるが、最小にするように設計されている。この系は、５つのレンズ群を含み、その内の４つは対物レンズ側にすなわち、リレー系内の対物レンズと瞳面の間に配置され、これらの４つのレンズ群の内の３つは、他のものおよび互いに対して変位することができて、ズーム機能を確実にしている。接合構成要素を含む第５のレンズ群は、像側、すなわち瞳面と像面または射出瞳との間に配置される。
【０００６】
一般に、そのようなリレー系は、広視野顕微鏡法に用いられるものより小さい結像領域でのみ適用され得、また、それらは、狭いスペクトル範囲のみのために設計されている。
近年は、さらに、例えば、薄膜ミラーまたは空間光変調器（ＳＬＭ：ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）などの適応要素は、絶え間なく技術的に改善がされており、そのため、現在それらは、市販の広視野顕微鏡法に概して適用可能であり、実際には、光学収差を補正するために使用され、ほんの一例を挙げると、特殊なコントラスト法および高速焦点合わせを実施する。この一例は、特許文献４に記載されている。適応光学要素の場独立の効果を確実にするために、適応光学要素は、瞳面に配置され、例えば、球面収差を焦点深度に応じて補正するために使用することができる。このために、適応光学要素は、対物レンズ平面と共役な平面に配置され、その平面では各光線の位置は、試料からの射出角だけに依存する。このために、特許文献４に記載された構成は、リレー光学系も備え、このリレー工学系は、各対物レンズ側および像側の単一のレンズを備え、それらのレンズ間に適応光学要素が配置されている。最も簡単な場合には、これはいわゆる４ｆシステムであり、リレーの長さは、リレー光学系のレンズの２つの焦点距離の２倍に対応する。
【０００７】
しかし、そのような系に関しては、大きいスペクトル範囲のための包括的な色補正を行うことが可能でなく、さらに、結像領域に関しての色収差は、仮に補正できるとしても満足に補正できない。また、この系は、反射適応光学要素のいずれかを使用するように設計されておらず、適合要素への斜めの入射または適合要素からの斜めの射出は、さらなる収差を引き起こし得る。適応光学要素が用いられるが、様々な光の色についての瞳の位置が有限の精度でのみ得られる場合、または瞳サイズが正確に満たされない場合、色に依存した収差が生じ、これらの収差は、広視野顕微鏡法において特に大きい画角のサイズに比例して増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５８０８７９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５９５９７７２号明細書
【特許文献３】米国特許第７９５２８００号明細書
【特許文献４】米国特許第７７６４４３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、大きい視野のために設計されていると共に幅広いスペクトル範囲にわたって瞳イメージングの色収差補正を保障する顕微鏡イメージング・システムを作り出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決する最初に説明した種類の顕微鏡イメージング・システムでは、リレー光学系の対物レンズ側コンポーネントと像側コンポーネントとの両方は、それぞれ少なくとも２つのレンズ群を含む。より正確な言い方では、対物レンズ側コンポーネントは、少なくとも第１の対物レンズ側レンズ群、および第１の対物レンズ側レンズ群から離間している第２の対物レンズ側レンズ群を含み、一方、像側コンポーネントは、少なくとも第１の像側レンズ群、および第１の像側レンズ群から離間している第２の像側レンズ群を含む。リレー光学系は、対物レンズ側コンポーネントと像側コンポーネントとの間の瞳面に対物レンズの射出瞳を像形成し、この瞳面は、対物レンズの射出瞳と共役である。さらに、リレー光学系は、中間像面から像面へ試料の像を移す。像面には、例えば、カメラもしくは別の検出ユニットまたは接眼レンズが設けられ得る。また、顕微鏡イメージング・システムは、対物レンズ側コンポーネントと像側コンポーネントの間の瞳面に配置されている適応光学要素を含む。適応光学要素は、例えば、薄膜ミラーまたは空間光変調器であり得る。
【００１１】
４つのレンズ群（瞳面にある適応光学要素のどちらの側にも２つ）の使用により、縦（軸）方向および横（側方）方向に少なくとも色収差補正されている瞳の像は、カメラ平面上で対象の中間像としても確実にすることができ、この中間像も、縦方向および横方向に少なくとも色収差補正される。この補正は、いくつかのレンズ群が対物レンズ側と像側の両方に使用されるため、および１つまたはいくつかのレンズ群ごとに少なくとも１つの正の倍率のレンズ素子と少なくとも１つの負の倍率のレンズ素子との組み合わせであることにより、実現することができる。
【００１２】
入射角を最小にするため、第２の対物レンズ側レンズ群と適応光学要素との間の距離ならびに適応光学要素と第１の像側レンズ群との間の距離はできるだけ長くなければならず、典型的な距離は５０ｍｍから２００ｍｍの範囲内である。中間像と第１の対物レンズ側レンズ群との間の距離は−１００ｍｍから１００ｍｍの間であり、すなわち、このレンズ群は、中間像の正面または背後に位置し得る。第２の像側レンズ群と像面との間の距離は、ほとんどの場合カメラ平面に対応し、２０ｍｍから１００ｍｍの間である。中間像面と第１の対物レンズ側レンズ群との間の距離が十分に負の選択、例えば、およそ−５０ｍｍの範囲内であり、第２の対物レンズ側レンズ群と適応光学要素との間の距離の選択がおよそ１００ｍｍの範囲内の場合、リレーの長さは、ただ１つの対物レンズ側レンズ素子と像側レンズ素子とを含む単純な解決策に比べて約２０％から５０％だけ減少し得、この減少は、例えば、リレー光学系をモジュールとして導入し、光線経路からリレー光学系を取り除くことを可能にさせる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、対物レンズ側レンズ群は、対物レンズの射出瞳の像を瞳面に移すことについて結像レンズ系および対物レンズのうちの少なくとも一方の縦の色収差および横の色収差に関しては、少なくとも特定の誤差特性となるように、好ましくは完全に補正するように適合されている。
【００１４】
補足的にまたは代替として、像側レンズ群は、中間像面から像面に試料像を移すことに関して、縦の色収差および横の色収差を補正して、少なくとも特定の誤差特性となるように、好ましくは前記収差を完全に補償するように適合されている。
【００１５】
これらの補正は、リレー光学系の対物レンズ側コンポーネントと像側コンポーネントとの各々が、単一のレンズ素子ではなくそれぞれがいくつかのレンズ群、少なくとも２つのレンズ素子を含むことで可能となる。正の倍率のレンズ素子と負の倍率のレンズ素子とを組み合わせることによって、結果として、選択したガラスに依存する自由自在にコントロールできるアッベ数（Ａｂｂｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）を用いて想像上の媒体を得る。実現される補償が完全でない場合、それは特定の誤差特性、すなわち、品質グレードに対応する対物レンズのクラスについてのある色誤差特性が少なくとも得られ程度まで実現される。
【００１６】
対物レンズ側と像側コンポーネントの両方にいくつかのレンズ群を使用することにより、一方での瞳イメージングの縦の色収差および横の色収差の取り扱いと、他方での対象のイメージングとを分離することができ、そのため、これらの収差は、瞳イメージングおよび対象イメージングについて別々に、完全に補正することができ、一方、同時に、使用されるレンズ素子の個数は、管理しやすい制限内のままであり、すなわち、補正に必要な技術的効果は、合理的な範囲内のままである。
【００１７】
単純な実施形態では、対物レンズ側レンズ群および像側レンズ群のうちの少なくとも一方の１つまたはいくつかは、それぞれ接合構成要素として設計され、これにより調整されるべき構成要素の個数を減少させるが、調整可能性も減少させる。
【００１８】
レンズ群が接合構成要素でない場合、または追加のレンズ素子が使用される場合、例えば１５ｍｍを超える視野数を有する広視野顕微鏡法において一般的な大きい画角で生じる収差を補正することも可能であることが好ましい。
【００１９】
結像レンズがすでに完全に色収差補正されている場合、対物レンズ側コンポーネントのレンズ群は、対物瞳の色収差だけを補正しなければならず、これは概してとても小さく、したがって、前記レンズ群もほとんど色収差補正される。この場合には、１５０よりも大きい量の実効アッベ数が用いられなければならず、これは適切な接合構成要素または接合レンズ群で実現することができる。
【００２０】
別の好ましい実施形態では、リレー光学系は、光線経路に沿って変位可能であるように配置されている。このようにして、リレー光学系は、場所に依存する対物瞳の位置に適合され得る。対物レンズの焦点の移動は、このようにして補償することもできる。いずれの場合にも、像面の位置は、変化しないままである。伝達比は、瞳の横倍率の関数である。イメージングのスケールが１：１の場合、対物レンズ側コンポーネントおよび像側コンポーネントは、同じ方向に同じ量だけ移動する。対物レンズ側コンポーネントおよび像側コンポーネントの間でそれぞれの伝達比における両構成要素の移動は、適切な歯車装置または電子手段により確実にすることができる。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、適応光学要素を有するリレー光学系は、光軸を中心にして回転対称であるように設計されている。ここで、リレー光学系の光軸は、イメージング・システムの他の部分における光軸の位置と一致しておらず、像面またはカメラおよび結像レンズ系ならびに中間像面は、この場合には、リレー光学系の光軸に対して中心を外して配置されるが、それぞれの部分的な系、すなわち、カメラまたは対物レンズおよび結像レンズ系の光軸が中心にある。このようにして、適合要素への入射角は、適合要素に反射する光が機械的マウントを通過するように導かれる必要がないため、さらに減少させられ得る。この場合には、入射光は、同じ光学要素を通じて入射光が反対に通過するように適応光学要素に反射され、そして、対物レンズ側コンポーネントは、対物レンズ側コンポーネントの通過に比べて光線は逆の順序で像側コンポーネントを通過することを除き、像側コンポーネントと同じ設計である。このために、レンズ素子は、適切に寸法決めされ、そのため対物レンズから適応光学要素への光線は、まず各レンズ素子の半分を通り抜け、戻る途中で各レンズ素子のそれぞれのもう半分を通り抜ける。リレー光学系の光軸に対して、一方では対物レンズおよび結像レンズ系、ならびに他方では像面が、適応光学要素を含むリレー光学系の光軸に対して中心から外れているように、かつ互いに重ならないように配置されている。回転対称の形状のレンズ素子では、瞳補正または対象の像が、光軸が結像光学系とバックで一致する、すなわちリレー光学系の外側にあれば、リレー光学系を用いる以外の他の方法で、生成されなければならない。
【００２２】
直前に説明したリレー光学系の対称的な実施形態では、光は、光線経路の一方の部分から他方に向けられるためにゼロとは異なる角度で適応光学要素に達しなければならない。そうなると、球面湾曲または放物線湾曲（ｐａｒａｂｏｌｉｃ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を特徴付けることによって焦点を変位させるために適応光学要素を使用する場合、場に依存した非点収差という結果になる。リレー光学系の対称軸および適応光学要素の対称軸が同一であるとき、かつ知られている光学系の非点収差がそのバック・フォーカスに伴って変わるとき、回転対称リレー光学系は、特に焦点はずれのために適合要素でもたらされる非点収差がリレー光学系自体によって補償されるように設計され得る。このようにして、シャープでクリーンな合焦が適合要素によって可能である範囲がさらに拡大され得る。
【００２３】
本発明の他の実施形態は、加えて、瞳イメージングが、異なるサイズの対物瞳に適合するようにされることを可能にする。例えば、第１のテレスコープは、リレー光学系の前面で光線経路内に配置され、第２のテレスコープはリレー光学系の背面に配置され得る。これらのテレスコープは、様々な対物レンズへの適合を可能にするために交換可能であるように設計することができる。リレー光学系は、テレスコープと共に交換されることが必ずしも必要でない。モジュール設計の場合には、テレスコープを使用しなくても様々なリレー系が様々な対物レンズのために用意され得、レボルバ（ｒｅｖｏｌｖｉｎｇ  ｎｏｓｅｐｉｅｃｅ）内の対物レンズが変更されるときいつでも、リレー系は、例えば、中間像界面に挿入されたスライド・イン・モジュールのやり方で変更され得る。好ましくは、テレスコープが色収差補正される。第１のテレスコープは、中間像がテレスコープの光線経路内にあるように配置され、焦点および瞳の位置を変化させることなく中間像の倍率にのみ影響をもたらす。第２のテレスコープは、リレー光学系の像側コンポーネントと像面との間の光線経路内に配置される。
【００２４】
直前に述べた構成要素が、例えばテレスコープを交換することによって様々な瞳サイズに個別に適合することを可能にするのに対して、テレスコープを３つ以上のレンズ素子を有するズーム・テレスコープとして設計することも可能であり、このテレスコープも色収差補正にされ、瞳サイズが様々な対物レンズの対物瞳に連続的に適合することを可能にする。
【００２５】
また、リレー光学系自体は、ズーム光学系として設計されてもよく、この場合には、瞳の像または対象の像の色彩補正がそれぞれズーム系の正面または背面に配置された光学系内で外部から影響を受けなければならない。この場合には、また、適応光学要素は反射要素として設計されてもよく、ズーム系は縦軸を中心にして回転対称であってもよく、それによって入射光線経路と射出光線経路の両方は異なる側であるが同じレンズ素子を通じて導かれる。
【００２６】
前述の特徴および後述の特徴は、述べた組み合わせにのみ適用できるのではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせにもまたは単体の特徴としても適用することができることを理解されたい。
【００２７】
以下、とりわけ本発明に本質的な特徴をやはり示す例示的な添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】顕微鏡イメージング・システムの第１の実施形態を示す図。
【図２】顕微鏡イメージング・システムの第２の実施形態を示す図。
【図３】変位可能な構成要素を有する顕微鏡イメージング・システムの第３の実施形態を示す図。
【図４ａ】軸回転対称設計のリレー光学系を示す図。
【図４ｂ】光線経路内の適応光学要素の影響を示す図。
【図５ａ】初期位置における回転対称リレー光学系の別の実施形態を示す図。
【図５ｂ】作動位置における図５ａのリレー光学系を示す図。
【図６】リレー光学系に加えて、テレスコープが光線経路内に交換可能に配置されている顕微鏡イメージング・システムを示す図。
【図７】光線経路内に配置されるものとしてズーム・テレスコープが設計されている顕微鏡イメージング・システムを示す図。
【図８】リレー光学系がズーム系として設計されている顕微鏡イメージング・システムの実施形態。
【図９】光軸を中心にして回転対称であるようにズーム系が設計されていると共に、同じレンズ素子が入射および射出の光線経路に使用されているイメージング・システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、試料を広視野顕微鏡イメージングするための顕微鏡イメージング・システムの本質的要素の基本設計を示す。その左端かつ図示されていない試料の隣にて、まず、図１に示された光線経路は、対物レンズ１を示す。この対物レンズ１は、負のバック・フォーカスを有する射出瞳２を有しており、すなわち、射出瞳２は、実際には、対物レンズ１の内側に位置する。結像レンズ系３は、試料から見たときに、対物レンズ１の背後に配置され、それによって試料の像が中間像面４に形成される。試料から見たときに、結像レンズ系３の背後には、対物レンズ側コンポーネント６および像側コンポーネント７を備えたリレー光学系５が配置されている。対物レンズ側コンポーネント６は、少なくとも２つのレンズ群、ここでは、第１の対物レンズ側レンズ群８、および第１の対物レンズ側レンズ群８から離間している第２の対物レンズ側レンズ群９を含む。像側コンポーネント７も、少なくとも２つのレンズ群、ここでは、第１の像側レンズ群１０、および第１の像側レンズ群１０から離間している第２の像側レンズ群１１を含む。リレー光学系５は、対物レンズ側コンポーネント６と像側コンポーネント７との間に位置する瞳面１２に対物レンズ１の射出瞳２の像を形成すると同時に、中間像面４から像面１３へ試料の像を移すように設計されている。対物レンズ側コンポーネント６と像側コンポーネント７との間の瞳面１２には、適応光学要素１４が配置されており、この適応光学要素１４は、例えば、空間光変調器として構成することができる。図１に示された場合では、適応光学要素１４は、光に対して透明であるが、ミラー、例えば、薄膜ミラーとして構成することもできる。適応光学要素１４は、瞳面１２において、対物瞳と共役な平面に位置し、そのためその影響は場独立である。リレー光学系５は、リレー光学系５が、例えば既存の中間像界面に結合されたモジュールとして光線経路に挿入できるように考えられ得る。そして、リレー光学系５は、使用されている対物レンズに合うように交換され得る。
【００３０】
対物瞳の像を瞳面に形成するときに、第１の対物レンズ側レンズ群８および第２の対物レンズ側レンズ群９は、瞳面１２上の対物レンズ１の射出瞳２の像に関して、結像レンズ系３および対物レンズ１の縦の色収差および横の色収差を補正する。この補正は、少なくとも特定の誤差特性までもたらされ、好ましくは、この補正は、２つの収差を完全に補償する。
【００３１】
しかしながら、瞳補正、すなわち、結像レンズ系および対物レンズ１の縦および横の収差の補正の結果として、縦の色収差および横の色収差が、対物レンズ１および結像レンズ系３中の要素によってすでに補正されている中間像の伝送に生じる。しかし、瞳面１２において、これの収差は、この場合における場独立操作の障害とならない。したがって、対物レンズ側コンポーネント６のレンズ素子に関して補正をそれまでにもたらすことが必要とは限らず、これは技術的に複雑な取り組みとなり、より多くのレンズ素子を必要とする。
【００３２】
したがって、中間像面から像面へ試料像を移すことに関しての縦の色収差および横の色収差の補正は、像側レンズ群９および１０によってもたらされる。ここで再び、好ましくは、誤差は完全に補償され、しかし少なくとも特定の誤差特性まで補正される。このようにして、特に、結像レンズ系３内の色に依存した瞳の位置により横の色収差が補正可能である。
【００３３】
図１に示された実施形態では、対物レンズ側レンズ群８および９ならびに像側レンズ群１０および１１は、接合構成要素としてそれぞれ設計されており、このようにして、ほとんど任意のアッベ数を有する有効な媒体が生成され得る。ここで、適応光学要素１４は、伝達要素として知られている。しかしながら、大抵は、適応光学要素が反射モードで動作し、これは光線経路のコースに影響を及ぼすより多くの可能性をもたらすためである。反射適応光学要素１４を有するそのような配置は、図２に示されている。ここで、薄膜ミラーとして設計された光学要素１４への入射角が７°である。ここで、対物レンズ側レンズ群８および９ならびに像側レンズ群１０および１１のレンズ素子は、２つの接合構成要素それぞれがもたらすものより多くの自由度をもたらす。このようにして、大きい画角の場合に引き起こされる収差を補正することも可能である。
【００３４】
図３は、リレー光学系５が光線経路に沿って変位可能であるように配置されている顕微鏡イメージング・システムの実施形態を示す。このように、リレー光学系５の位置は、対物瞳の位置の変化に適合することができる。この変化において、像面１３の位置は一定のままである。像が特に１：１のスケールにあるとき、対物瞳の位置が矢印によって示されるように対物レンズ１を変位させることによって変えられる場合に、リレー光学系５の像側コンポーネント７および対物レンズ側コンポーネント６は、同じ量だけかつ同じ方向に変位する。適切な伝達歯車装置を用いて、または電子手段によって、対物レンズ１の移動とリレー光学系５の移動の間の比についての伝達比は設定することができ、ただし、対物レンズの移動と伝送系の移動との間の伝達比は瞳の像のスケールの関数である。像が１：１のスケールであるとき、両構成要素は、等しい量だけ移動させられる。図３によって示される例におけるように、対物レンズは、例えば、試料に向かって５ｍｍだけ移動させられ、対物瞳の新しい位置に適合するために、リレー光学系５の対物レンズ側コンポーネント６および像側コンポーネント７は、像面１３に向かって６．２ｍｍだけそれぞれ移動させられ、像面１３の位置は変化しないままである。適応光学要素１４の位置もまた変わらない。ここで、イメージングは、１：１のスケールで行われる。対物瞳の位置の変位に関しては、瞳および物体の各像の縦および横の収差は、わずかに変化するので、対物レンズ側レンズ群および像側レンズ群８、９、１０、および１１のレンズ素子の１つまたはいくつかが、他のレンズ素子から独立してまたはそれらの移動に対して一定の比で変位することができる場合、それはここで有利であり得る。
【００３５】
別の実施形態では、適応光学要素１４を有するリレー光学系５は、これらの要素の光軸中心にして軸方向回転対称であるように設計されており、適応光学要素１４へ導かれる光線経路と、適応光学要素１４から離れる光線経路の両方がリレー光学系５の同じレンズ素子を通過する。言い換えると、同じレンズ群は、光が適応光学要素１４をまず通過するときと、光が適応光学要素１４から再び戻るときと、光を２倍通過させる。光線経路自体は、偏心しており、重ならない。このようにして、適応光学要素１４によって反射した光が、メカニカル・レンズ・マウントを通過するように向けられる必要はなく、同じ光学素子に戻されるので、適合要素への入射角はさらに減少し得る。
【００３６】
しかし、リレー光学系の光軸５に対して結像レンズ系３の光軸の偏心している位置は、図１に関連して説明された方式による色補正を可能にしない。そのような色補正は、光軸が再び結像レンズ系３の光軸とまたは像面１３の光軸とそれぞれ一致する場合に、リレー光学系５の前後で行われなければならない。そのような系の例の１つが、図４ａに示されている。中間像４（左）からくる光は、リレー光学系５の（図面の面上の）上側領域を通じて薄膜ミラーとして設計された適応光学要素１４へ向けられ、適応光学要素１４からくる光は、リレー光学系５の下側領域を通じて像面１３へ戻される。（図４ａ中の破線として示された）その基本的な位置では、適応光学要素１４は、平面として設計されており、適応光学要素１４への光の入射角がゼロからわずかに異なるようになっている。しかし、適応光学要素１４は、球面湾曲または放物湾曲を備えることができ、そのため、球面湾曲または放物湾曲は焦点を変位させるために使用することができる。これに関連して、そこで、場に依存した非点収差が生じる。しかしながら、リレー光学系５の対称軸と適応光学要素１４の対称軸が一致するとき、かつ所与の光学系の非点収差がバック・フォーカスに伴って変わるとき、対称リレー光学系５は、適合要素１４で生成された非点収差が、ある程度の焦点はずれに関して、リレー光学系５によって補償されるように設計され得る。このようにして、適応光学要素の助けにより指定可能な合焦範囲は、増大し得る。実線を用いてここに示された図４ａの適応光学要素１４が湾曲した位置で実施されている場合、その湾曲した位置では、放物状の場の依存性、すなわち、リレー光学系５の光軸および適合要素１４の光軸に対しての回転対称による非点収差が生成される。これは、図４ｂに実線によって示されている。薄膜ミラーの湾曲は、焦点の変位に比例してもたらされる。ある焦点位置または焦点はずれについては、それぞれ、リレー光学系５は、バック・フォーカスの変化に関して同じ量であるが符号が異なる非点収差を生成するように設計することができる。これは、破線（左）によって図４ｂに示されている。要するに、両影響は互いに相殺し、これは図４ｂの中央に実線によって示されている。
【００３７】
この焦点の変位の影響は、図５ａおよび図５ｂにやはり示されている。図５ａでは、適応光学要素は、その基本的な位置にあり、これは本質的に平らな薄膜ミラーを有する図４ａに示された構成に対応する。図５ｂでは、適応光学要素１４は、わずかに球面湾曲を有し、これは図示した焦点の変位を引き起こす。
【００３８】
イメージング・システムのさらなる実施形態では、加えて、瞳イメージングは、異なるサイズの対物瞳に適合するようにされ得る。例えば、個々のリレー系５は、様々な対物瞳について、瞳サイズの別々の適合に適しており、好ましくは、これは同一の伝送長さを有する。別の可能性は、図６に概略が示されているように、イメージング・システムの光線経路内で、リレー光学系５の前に第１のテレスコープ１６を配置すると共に、第２のテレスコープ１７をリレー光学系５の背後に配置することである。ここで、単一のレンズとして示された要素は、例えばリレー光学系５の対物レンズ側レンズ群８および９ならびに像側レンズ群１０および１１を有する場合、レンズ群を（特にそのように）表すこともできる。テレスコープ１６および１７は、交換可能であるように設計することもでき、例えば、それらはモジュールに配置され得る。例えば、図６は、３つの構成を収容するモジュール、すなわち、図６ａおよび図６ｃ中の様々な第１のテレスコープ１６および様々な第２のテレスコープ１７を有する２つの構成と、図６ｂ中のそのようなテレスコープを有さない１つの構成とを収容するモジュールを示す。ここで、中間像面４は第１のテレスコープ１６内に位置し、そのため第１のテレスコープ１６は中間像に配置される。第２のテレスコープ１７は、像面１３の前に配置される。
【００３９】
交換可能なテレスコープを有するそのようなモジュールは、瞳サイズへの別々の適合のみを可能にするのに対して、あるものは、第１のテレスコープ１６ａの代わりに第１のズーム・テレスコープ１８を使用すると共に、第２のテレスコープ１７の代わりに第２のズーム・テレスコープ１９を使用することができる。そのような構成は、図７に示されている。図７ａ、図７ｂ、および図７ｃは、２つのズーム・テレスコープ１８および１９の異なる位置を示す。
【００４０】
別の実施形態では、リレー光学系１５は、２つのズーム・レンズを有するズーム系によって実施されるが、そのときこれは、図１に関連して説明されるように色収差の補正に使用することができない。中間像面４と瞳面１２との間または瞳面１２と像面１３との間にそれぞれ配置されている第１のズーム・レンズ２０および第２のズーム・レンズ２１を有するそのようなリレー光学系５が、図８に示されており、図８ａ、図８ｂ、および図８ｃは、異なる位置の各ズーム・レンズを示す。今述べた色収差を補正する補正要素２２および２３は、光線経路内に全て配置されている。
【００４１】
第１のズーム・レンズ２０および第２のズーム・レンズ２１は、瞳面１２に対して対称的であるように設計することができ、この場合には、第１のズーム・レンズ２０および第２のズーム・レンズ２１は、図４および図５に関連してすでに説明されたように、軸方向に対称な構成で組み合わせることもできる。そのような軸方向対称のズーム・レンズ２４は、図９に異なる位置で示されており、これは、図８に示された位置に対応する。この場合には、リレー光学系１５の対物レンズ側コンポーネント６および像側コンポーネント７は、同一であり、ズーム・レンズ２４によって実施される。
【符号の説明】
【００４２】
１…対物レンズ、２…射出瞳、３…結像レンズ系、４…中間像面、５…リレー光学系、６…対物レンズ側コンポーネント、７…像側コンポーネント、８…第１の対物レンズ側レンズ群、９…第２の対物レンズ側レンズ群、１０…第１の像側レンズ群、１１…第２の像側レンズ群、１２…瞳面、１３…像面、１４…適応光学要素、１５…リレー光学系、１６…第１のテレスコープ、１７…第２のテレスコープ、１８…第１のズーム・テレスコープ、１９…第２のズーム・テレスコープ、２０…第１のズーム・レンズ、２１…第２のズーム・レンズ、２２…補正要素、２３…補正要素、２４…軸方向に対称なズーム・レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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