(57)【要約】【課題】顕微鏡およびズーム対物レンズにおいて、幅広い変倍範囲に対応しながら芯ずれの非常に少ない倍率切換を行え、それにより顕微鏡観察の作業性を向上でき、しかも低コスト化、小型化が図れるようにする。【解決手段】顕微鏡１において、固定群である第１レンズ群３、ズーム群である第２レンズ群５を備えたズーム対物レンズ２を備え、第１レンズ群３と第２レンズ群５との間にハーフミラー４ａを設けて第２レンズ群５に向かう主光路と副光路に光路を分割する。副光路には固定倍率用レンズ１１を設け、その光路中にハーフミラー１２、可動ミラー１４を進退させて主光路と副光路を切り換えて倍率を変更する。ハーフミラー４ａには照明光学系８から照明光束８ｄを入射させる。【選択図】      図１
2004309621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本の像を所定の倍率範囲でズーム変倍して結像するためのズーム対物レンズと結像レンズとを備えた顕微鏡において、
標本側からの入射光束を、前記ズーム対物レンズを経由して前記結像レンズに入射させる主光路と、
前記ズーム対物レンズに標本側から入射した光束の一部を、前記主光路における倍率と異なる倍率の像とするための副倍率光学系を経由して前記結像レンズに入射させる副光路と、
前記標本側からの入射光束を前記結像レンズの結像面に導くために、前記主光路と副光路とを選択的に切り換える光路切換手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記ズーム対物レンズが、
標本側に設けられた固定群である第１レンズ群と、
該第１レンズ群の後段に設けられたズーム群からなる第２レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、前記第１レンズ群から出射された光束の光路を、前記第２レンズ群に入射して前記結像レンズに向かう前記主光路と前記副光路とに分割する光路分割手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記第１レンズ群から出射される光束が略平行光束であることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記第２レンズ群の最も標本側のレンズが前記第１レンズ群に対して所定距離をおいて位置が固定された固定レンズからなり、
該固定レンズの直前に前記光路分割手段が配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記第２レンズ群および前記副倍率光学系が、入射した略平行光束を略平行光束として出射する光学系であることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載の顕微鏡。
【請求項６】
標本を照明するための照明光学系を備え、
該照明光学系による照明光を前記副光路側から前記光路分割手段に入射させて、前記標本を照明するようにしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の顕微鏡。
【請求項７】
標本側に設けられた固定群である第１レンズ群と、
該第１レンズ群の後段に設けられたズーム群からなる第２レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、前記第１レンズ群から出射された光束の光路を、前記第２レンズ群を経て後段に出射される光路と前記第２レンズ群を経ることなく後段に出射される光路とに分割する光路分割手段を備えたことを特徴とするズーム対物レンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群から後段に出射される光束が略平行光束であることを特徴とする請求項７に記載のズーム対物レンズ。
【請求項９】
前記第２レンズ群の最も標本側のレンズが前記第１レンズ群に対して所定距離をおいて位置が固定された固定レンズからなり、
該固定レンズの直前に前記光路分割手段が配置されたことを特徴とする請求項７または８に記載のズーム対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡およびズーム対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検物の観察中に顕微鏡の倍率を切り換えるには、レボルバに設けられた倍率の異なる複数の対物レンズを回転して切り換えることが一般的であった。
一方、特許文献１には、ハーフミラーとシャッタにより光路切換が可能とされた倍率の異なる２つの光学系を、対物レンズと結像レンズの間に設けた変倍光学系が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
実公平４−３２９１号公報（第１−２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の顕微鏡には以下のような問題があった。
レボルバで倍率を切り換える場合には、倍率が異なる対物レンズを光軸と交差する方向に回転させるので、レボルバの機械的精度や、レボルバ操作のばらつきにより、対物レンズの芯ずれを起こしやすいという問題があった。したがって、低倍率から高倍率に切り換える際に、視野中心の位置がずれやすくなり、その結果、倍率を切り換えるたびにステージの位置を調整しなければならなくなって観察や測定に多大の手間がかるという問題があった。
特許文献１に記載の技術では、対物レンズを移動させることなく、２つの光学系を切り換えて倍率を切り換えることができるが、通常使用される顕微鏡のように、多段の倍率切換を行うには、さらに多くの光学系を設ける必要があり、装置が複雑化、大型化するという問題がある。また、そのような多数の光学系を対物レンズと結像レンズを共通にして収差をとる設計をしなければならないので、制約が大きく、高価なレンズとなりやすいという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、幅広い変倍範囲に対応しながら芯ずれの非常に少ない倍率切換を行え、それにより顕微鏡観察の作業性を向上でき、しかも低コスト化、小型化が図れる顕微鏡およびズーム対物レンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、標本の像を所定の倍率範囲でズーム変倍して結像するためのズーム対物レンズと結像レンズとを備えた顕微鏡において、標本側からの入射光束を、前記ズーム対物レンズを経由して前記結像レンズに入射させる主光路と、前記ズーム対物レンズに標本側から入射した光束の一部を、前記主光路における倍率と異なる倍率の像とするための副倍率光学系を経由して前記結像レンズに入射させる副光路と、前記標本側からの入射光束を前記結像レンズの結像面に導くために、前記主光路と副光路とを選択的に切り換える光路切換手段とを備えた構成とする。
この発明によれば、ズーム対物レンズに標本側から入射した光束を、主光路を進んで標本の像をズーム変倍範囲内で変倍して観察できる状態と、副光路を進んで副倍率光学系を経由して、標本の像を主光路と異なる倍率で観察できる状態とに、光路切換手段により選択的に切り換えることができる。したがって、レボルバのように対物レンズを光軸外に移動させることなく、倍率を切り換えて観察することができる。
また、主光路と副光路とで異なる倍率とするので、例えば、主光路のズーム変倍範囲より低い倍率を副光路の倍率とすることにより、副光路を選択した場合に視野を広域とし観察目標の探索を容易にすることができる。また例えば、主光路のズーム変倍範囲より高い倍率を副光路の倍率とすることにより、鏡筒の繰り出してズーム操作をすることなく、迅速に高倍率とズーム変倍範囲との間を迅速に行き来して観察することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の顕微鏡において、前記ズーム対物レンズが、標本側に設けられた固定群である第１レンズ群と、該第１レンズ群の後段に設けられたズーム群からなる第２レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、前記第１レンズ群から出射された光束の光路を、前記第２レンズ群に入射して前記結像レンズに向かう前記主光路と前記副光路とに分割する光路分割手段とを備えた構成とする。
この発明によれば、固定群である第１レンズ群の後段に光路分割手段を配置するので、光路分割手段の配置が容易となる。また、副光路の倍率を主光路のズーム変倍の状態によらず一定に保つことができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の顕微鏡において、前記第１レンズ群から出射される光束が略平行光束である。
この発明によれば、第１レンズ群から出射される光束が略平行光束なので、第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ間を比較的自由にレイアウトできる。例えば、距離を適宜に離すことができ、また反射素子を配置した場合でも、収差劣化が生じにくい。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の顕微鏡において、前記第２レンズ群の最も標本側のレンズが前記第１レンズ群に対して所定距離をおいて位置が固定された固定レンズからなり、該固定レンズの直前に前記光路分割手段が配置されたことを特徴とする。
この発明によれば、第２レンズ群の最も標本側のレンズが第１レンズ群に対して所定距離をおいて位置が固定された固定レンズなので、ズーム変倍する場合でも、その直前に配置された光路分割手段に対して移動することがなく、光路分割手段の配置が容易となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３〜４のいずれかに記載の顕微鏡において、前記第２レンズ群および前記副倍率光学系が、入射した略平行光束を略平行光束として出射する光学系である。
この発明によれば、無限遠補正された対物レンズ光学系が容易に形成できる。
また、第２レンズ群および副倍率光学系の前段と後段とが略平行光束となるので、それらの光路中に平面反射素子を配置してほとんど収差を劣化させることなく光路を折り曲げることができるから、レイアウト配置が容易となる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項２〜５のいずれかに記載の顕微鏡において、標本を照明するための照明光学系を備え、該照明光学系による照明光を前記副光路側から前記光路分割手段に入射させて、前記標本を照明するようにした構成とする。
この発明によれば、照明光を副光路側から光路分割手段に入射させるので、光路分割手段を落射照明用の反射素子として兼用することができる。そして、倍率切換を行っても共通に使用できる照明光学系とすることができる。
特に、光路分割手段の前段が固定群である場合は、照明光がズーム群を経由しないので、ズーム対物レンズのズーム変倍状態によらず、一定条件で照明することができる。また、ズーム群中のレンズの面反射により発生するフレアなどの影響を防止することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、ズーム対物レンズにおいて、標本側に設けられた固定群である第１レンズ群と、該第１レンズ群の後段に設けられたズーム群からなる第２レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、前記第１レンズ群から出射された光束の光路を、前記第２レンズ群を経て後段に出射される光路と前記第２レンズ群を経ることなく後段に出射される光路とに分割する光路分割手段を備えた構成とする。
この発明によれば、固定群である第１レンズ群とズーム群である第２レンズ群の間に配置された光路分割手段により、第２レンズ群を経て後段に出射される光路と第２レンズ群を経ることなく後段に出射される光路とに光路を分割するので、第１レンズ群を共通使用して、後段にそれぞれ別の光学系を構成することができる。したがって、請求項１または２に記載のズーム対物レンズとして用いるのに好適である。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載のズーム対物レンズにおいて、前記第１レンズ群から後段に出射される光束が略平行光束である。
この発明によれば、第１レンズ群にから後段に出射される光束が略平行光束であるから、第２レンズ群を経由する光路および第２レンズ群を経由しない光路のレイアウトの自由度を高めることができる。また、光路分割手段における収差の劣化を低減することができる。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項７または８に記載のズーム対物レンズにおいて、前記第２レンズ群の最も標本側のレンズが前記第１レンズ群に対して所定距離をおいて位置が固定された固定レンズからなり、該固定レンズの直前に前記光路分割手段が配置された構成とする。
この発明によれば、光路分割手段が固定群および固定レンズの間に配置されるので、光路分割手段の配置や取付が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、実施形態が異なる場合でも、同一または相当する部材には同一符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る顕微鏡１について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る顕微鏡１の概略構成を説明するための模式説明図である。図１において、各光路は、光軸主光線の進む進路のみを図示している。なお、これは模式図であり見易さのために誇張や省略しているところがある。例えば、同一線上にあるべき光路を離して描いたり、複数枚のレンズから構成されたレンズ群でも１枚のレンズの絵で表示したりしている。
【００１５】
本実施形態の顕微鏡１は、標本９を所定範囲の変倍率でズーム変倍して観察することができ、必要に応じてそのズーム変倍範囲より低い所定の固定倍率に切り換えて観察することができる正立型の落射顕微鏡である。その概略構成は、顕微鏡本体１ａに設けられたステージ１ｂ、ズーム対物レンズ２、照明光学系８、ハーフミラー１２（光路切換手段）、固定倍率用レンズ１１（副倍率光学系）、可動ミラー１４（光路切換手段）、結像レンズ１０および観察部７からなる。
【００１６】
ステージ１ｂは、顕微鏡本体１ａの下部側に設けられ、標本９を顕微鏡１の焦点深度内に配置するために鉛直方向に移動可能に載置する機構である。
ズーム対物レンズ２は、ステージ１ｂの上方に光軸が略鉛直方向を向くように固定されたレンズ鏡筒２ａに保持されている。そして、レンズ鏡筒２ａ内に、標本側から、固定群である第１レンズ群３、光路分割ユニット４およびズーム群である第２レンズ群５がこの順に設けられてズーム変倍が可能な無限遠補正されたズーム対物レンズである。なお、レンズ群という名称を用いているが、複数枚からなるレンズを機能上複数の群に分けたものがレンズ群であって、それぞれのレンズ群は複数枚または１枚のレンズからなる。
【００１７】
第１レンズ群３は、ズーム対物レンズ２の焦点位置に配置された標本９からの反射光を集光し、略平行光とするレンズである。例えば、標本側から順に、像側に強いパワーを有する正のメニスカスレンズ、正のパワーを有するレンズ、少なくとも一つの負のパワーを有するレンズを含むレンズ群を採用することができる。負のパワーを有することにより、第１レンズ群３内でペッツバール和を０に近づけるように収差補正を行うことができる。
第１レンズ群３のレンズの瞳面（後側焦点面）の近傍には、周辺光量不足を防止するためにズーム変倍率および固定倍率に応じて開口径を可変できる開口絞りＳが設けられている。
【００１８】
光路分割ユニット４は、ズーム対物レンズ２の光軸に対して傾斜して配置されたハーフミラー４ａ（光路分割手段）を備え、第１レンズ群３から出射された略平行光束が光路５０を通って入射したとき、第１レンズ群３の光軸上を進む光路５２（主光路）と、第１レンズ群３の光軸に交差する方向の光路５１（副光路）とに適宜の割合で分かれて進むように光路を分割するものである。ハーフミラー４ａは、例えば、ガラス製の平行平板の表面に誘電体多層膜コートを施すなどして製作することができる。
そして、光路分割ユニット４は、レンズ鏡筒２ａの所定位置に固定されていてもよいし、着脱可能とされていてもよい。その際の着脱機構は、どのようなものでもよいが、例えば、レンズ鏡筒２ａの側方に開口窓を形成してレンズ鏡筒２ａ内部にガイド部と位置決め部を設け、そのガイド部に沿って光路分割ユニット４を光軸に交差する方向に挿脱可能とし、所定位置まで挿入した後に位置決め部に係止された状態で、例えば、固定ねじ、固定レバーなどによって固定する、などといった方式を好適に採用できる。
【００１９】
第２レンズ群５は、少なくとも、標本側の初段に第１レンズ群３に対して光軸方向の位置が所定距離だけ離して固定された固定レンズ５ａ（固定群）と光軸方向中間部に設けられズーム変倍時に光軸方向に移動する少なくとも１群の移動群からなる可動レンズ５ｂとを備えている。固定レンズ５ａを離す所定距離は、光路分割ユニット４などを適宜に収める距離とする。また本実施形態では、さらに像側の最後段に第１レンズ群３に対して光軸方向の位置が固定された固定レンズ５ｃ（固定群）が配置されている。
例えば、標本側から順に、正のパワーを有する固定群、正のパワーを有する第１移動群、正のパワーを有する第２移動群、負のパワーを有する第３移動群、正のパワーを有する第２固定群からなる構成を採用できる。
そして、可動レンズ５ｂをズームリング（不図示）などにより光軸方向に移動して、所定倍率の範囲でズーム変倍することが可能とされている。
【００２０】
ここで、本実施形態のズーム対物レンズ２に好適な光学系の一例について説明する。
図２は、本実施形態のズーム対物レンズ２の光学系の一例を示すもので、後述するように、例えば、ズーム変倍範囲が、倍率２０×〜１００×であるような構成とすることができるものである。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ倍率２０×、５０×、１００×の場合の光路図を示している。なお、見易さのため、各レンズ群の名称Ｇｉ（ｉは整数）、後記する構成パラメータ表と対応する曲率半径ｒｉ、面間隔ｄｉ（ｉは整数）は、各図に分けて記載している。
このズーム対物レンズ２は、無限遠補正されたズームレンズであり、標本側より順に、第１レンズ群Ｇ１（固定群）と第２レンズ群Ｇ２（ズーム群）とからなる。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、第１レンズ群Ｇ１の後段で選択する倍率に応じて絞り径が可変される開口絞りＳが設けられている。ここで、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２は、それぞれ上記の第１レンズ群３、第２レンズ群５に対応している。
【００２１】
第１レンズ群Ｇ１は、標本側より順に、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、正のメニスカスレンズと、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズと、負レンズと正レンズを接合した接合レンズと、正レンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズとからなる。第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーを有している。
【００２２】
第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズよりなる１群Ｇ２１と、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズよりなる２群Ｇ２２と、正レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズとよりなる３群Ｇ２３と、正のメニスカスレンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、負レンズとよりなる４群Ｇ２４と、正レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズとよりなる５群Ｇ２５とからなる。
ここで、１群Ｇ２１と５群Ｇ２５とは、それぞれ正のパワーを有する固定群であり、上記の固定レンズ５ａ、５ｃに対応する。また、２群Ｇ２２と３群Ｇ２３とは正のパワーを有する移動群、４群Ｇ２４は負のパワーを有する移動群であり、上記の可動レンズ５ｂに対応する。
【００２３】
このようなズーム対物レンズ２によれば、図２に示したように、標本面の反射光は、第１レンズ群Ｇ１により集光されて平行光束とされ、開口絞りＳによりズーム倍率に応じた光束径に規制され、第２レンズ群Ｇ２において、２群Ｇ２２、３群Ｇ２３および４群Ｇ２４をそれぞれ光軸方向に移動させることにより、ズーム変倍された平行光束として出射することができる。
倍率２０×（図２（ａ）参照）では、３群Ｇ２３と４群Ｇ２４とが１群Ｇ２１と５群Ｇ２５との中間に位置し、２群Ｇ２２が１群Ｇ２１と３群Ｇ２３との間の標本側寄りに位置している。
そして、図２（ｂ）、（ｃ）に示したように、２群Ｇ２２と３群Ｇ２３とを標本側に移動し、４群Ｇ２４を像側に移動することにより、倍率５０×、１００×となるようにしている。
第１レンズ群Ｇ１と１群Ｇ２１とは固定群であるが、第１レンズ群Ｇ１から出射されるのは平行光束なので、これらのレンズ間距離は光路分割ユニット４、複屈折プリズム１７など（図１、７参照）を収めるために十分な間隔とすることができる。なお、上記では、第１レンズ群Ｇ１から出射されるのが平行光束として説明したが、略平行光束であれば十分である。
【００２４】
次に、図１を参照して照明光学系８について説明する。
照明光学系８は、標本９に照明光束８ｄ（照明光）を照射するためのもので、適宜の波長を有する光源８ａと、光源８ａから出射された光束を第１レンズ群３に入射させて照明光束を形成する照明用レンズ８ｂと、絞り８ｃとを備えるものである。そして、光路分割ユニット４により分割される光路５１上を照明光束８ｄの光軸主光線が進むような位置に配置される。すなわち、照明光学系８は、ズーム対物レンズ２に対して、照明光学系８から出射された照明光束８ｄがハーフミラー４ａに入射し、その反射光が第１レンズ群３の光軸上を進んで標本９を同軸照明する位置に配置されている。すなわち、ハーフミラー４ａは、照明光束８ｄを標本９に導くミラーを兼用しているため、顕微鏡１を簡素な構成とすることができるという利点がある。
これらの具体的な構成は、顕微鏡１の使用目的に応じて、周知の種々の照明光学系を採用することができる。本実施形態では、落射顕微鏡の明視野観察に適するものを採用する。
【００２５】
ハーフミラー１２は、光路分割ユニット４と照明光学系８との間の光路中に進退可能に設けられた、ハーフミラー面を有する平行平板である。すなわち、光路分割ユニット４と照明光学系８との間の光路中に移動されたときにも、照明光束８ｄは透過されて標本９に照明される。一方、光路５１を進む標本９からの反射光は、ハーフミラー１２の進退に応じて、光路５１を進む反射光を、上方に反射してズーム対物レンズ２の光軸と略平行な光路５４（副光路）上を進むように光路を変更する状態と、光路５１のまま直進させる状態とが切り換え可能となっている。
ハーフミラー１２を進退させる手段は、どのような手段でもよく、例えば案内溝をスライドさせる機械的な切換機構でもよいし、アクチュエータなどにより駆動するものでもよい。
【００２６】
固定倍率用レンズ１１は、その光軸が光路５４上に配置され、入射する光束の像を拡大して投影することが可能な焦点距離を備え、その拡大倍率が適宜の値となるように、第１レンズ群３および後述する結像レンズ１０に対して所定位置に設けられた固定レンズである。
【００２７】
ここで、本実施形態の固定倍率用レンズ１１に好適な光学系の一例について説明する。
図３は、本実施形態の固定倍率用レンズ１１の光学系の一例を示す光路図である。曲率半径ｒｉ、面間隔ｄｉ（ｉは整数）の符号は、後記する構成パラメータ表と対応している。
この固定倍率用レンズ１１は、標本側から順に、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズと、負レンズと、正レンズと、正のメニスカスレンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズとからなる。そして、標本側から２つの接合レンズがそれぞれ正のパワーを備え、最も像側の接合レンズが負のパワーを備えることにより、標本側から入射する略平行光束を所定の固定倍率で拡大した略平行光束とすることが可能とされている。
例えば、図２の第１レンズ群Ｇ１と組み合わせることにより、後述するように倍率１２×の固定倍率光学系を構成することができる。
【００２８】
固定倍率用レンズ１１の上方には、固定倍率用レンズ１１から光路５４を通って出射される光束を対物レンズ２の光軸に交差する方向の光路５５（副光路）に沿う向きに反射するミラー１３が設けられている。
【００２９】
可動ミラー１４は、ズーム対物レンズ２と後述する結像レンズ１０との間において、光路５２に交差する方向に進退可能とされた平面ミラーである。そして、光路５２中に移動したとき、光路５２を進む光束を側方に反射して光路５２と交差する方向の光路５３に光路を切り換えるとともに、光路５５を進む光束を上方に反射して、光路５２と同軸上の光路５６（副光路）上を進むように光路を切り換えるものである。
可動ミラー１４を進退させる手段は、どのようなものでもよく、ハーフミラー１２を進退させる手段と同様の手段が採用できる。また可動ミラー１４とハーフミラー１２との進退は別々に行ってもよいが、光路の切り換えを迅速に行うためには、互いに同期する構成とすることが好ましい。
【００３０】
結像レンズ１０は、光路５２上に光軸を有し、入射光束の像を所定位置に結像するレンズである。入射光束は、ハーフミラー１２および可動ミラー１４の進退の状態に応じて、それぞれズーム対物レンズ２または固定倍率用レンズ１１から出射された光束である。
本実施形態に好適な結像レンズ１０の一例について説明する。
図４は、本実施形態の結像レンズ１０に好適な光学系の一例について説明するための光軸方向の断面図である。曲率半径ｒｉ、面間隔ｄｉ（ｉは整数）は、後記する構成パラメータ表と対応している。本例の結像レンズ１０は、図２に示したズーム対物レンズ２、図３に示した固定倍率用レンズ１１と組み合わせて、後述する収差図の計算に用いているものである。
この結像レンズ１０は、標本側から、正レンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズとからなる。これらの接合レンズはそれぞれ正のパワーを有する。
【００３１】
観察部７は、結像レンズ１０による像を所望の方法で観察するための光学系からなり、例えば、標本９の像を肉眼で観察するための接眼レンズ７ａ、標本９の像をモニタするためのテレビカメラ７ｂ、標本９の像を写真撮影するための標本撮影用カメラ７ｃなどを備えている。結像レンズ１０による標本９の像をそれぞれ観察するための光学系については周知のことであるので説明を省略する。
【００３２】
次に、本実施形態の顕微鏡１の動作について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る顕微鏡１の光路を切り換える動作について説明するための模式光路図である。図５において、各光路は、光軸主光線の進む進路のみを図示している。
顕微鏡１では、ハーフミラー１２および可動ミラー１４を進退させることにより、第１レンズ群３、光路分割ユニット４、固定倍率用レンズ１１および結像レンズ１０からなる固定倍率光学系と、第１レンズ群３、光路分割ユニット４、第２レンズ群５および結像レンズ１０からなるズーム変倍光学系とを切り換えることができる。
【００３３】
図５（ａ）は、ハーフミラー１２および可動ミラー１４を、それぞれ光路５１および光路５２から退避させて、ズーム変倍光学系を構成した様子を示す。すなわち、照明光学系８から出射された照明光束８ｄがハーフミラー４ａで反射され、第１レンズ群３を通って標本９に照明される。そして、照明光束８ｄによる標本９の反射光が第１レンズ群３を介してハーフミラー４ａに入射する。このとき、第１レンズ群３の作用により、反射光は略平行光束とされている。ハーフミラー４ａで分割された光束のうち、光路５２を進む光束が第２レンズ群５を透過して、第２レンズ群５のレンズ配置に応じた所定倍率に拡大され、光軸上を直進して、結像レンズ１０に入射する。そして、結像レンズ１０により、標本９の像が結像面に結像される。
そして、第２レンズ群５の移動群を適宜移動して、レンズ配置を変えることにより、ズーム変倍を行うことができる。
【００３４】
図５（ｂ）は、ハーフミラー１２および可動ミラー１４をそれぞれ光路５１および光路５２内に進出させて、固定倍率光学系を構成した様子を示す。すなわち、照明光学系８から出射された照明光束８ｄがハーフミラー１２を透過して、ハーフミラー４ａで反射され、第１レンズ群３を通って標本９に照明される。そして、照明光束８ｄによる標本９の反射光が第１レンズ群３を介してハーフミラー４ａに入射する。このとき、第１レンズ群３の作用により、反射光は略平行光束とされている。ハーフミラー４ａで分割された光束のうち、光路５２を進む光束は第２レンズ群５を透過してから可動ミラー１４で反射され、結像レンズ１０に到達しない光路５３に向かって進む。一方、光路５１を進む光束はハーフミラー１２で反射されて光路５４を進み、固定倍率用レンズ１１を透過してミラー１３で折り曲げられて光路５５を進み、可動ミラー１４で光路が切り換えられて光路５６を進み、結像レンズ１０に入射し、結像面に結像する。このように、標本９の像は、第１レンズ群３、固定倍率用レンズ１１および結像レンズ１０により所定の固定倍率で結像される。
【００３５】
所定の固定倍率はどのように選んでもよい。例えば、ズーム変倍範囲より低倍率としておけば、広い視野が観察できるので、拡大観察したい部位を広い視野範囲から選んで視野中心に位置合わせし、それからズーム変倍光学系に切り換えて、種々の倍率で詳細に観察することができる。そうすれば、拡大観察すべき部位を見失うことなく迅速に探せるので効率よく観察することができる。
図３に示した固定倍率用レンズ１１は、このような低倍率の固定倍率光学系を形成するために好適なレンズとなっている。
【００３６】
また、所定の固定倍率をズーム変倍範囲より高倍率としてもよい。そうすれば、ズーム変倍しながら観察している部位の一部を一時的に高倍率で拡大観察したい場合などに、迅速に高倍率を切り換え、すぐに元通りの倍率に戻すことができる。また、ズーム変倍を利用して徐々に拡大してから高倍率の固定倍率に切り換えることにより、所望の拡大部位を視野中心に正確に位置合わせした後に、拡大することができて好都合である。
このような高倍率の固定倍率光学系に好適な固定倍率用レンズ１１の一例として、図６のような構成を挙げることができる。
図６に示した固定倍率用レンズ１１は、標本側から順に、正レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズと、負のメニスカスレンズと、正のメニスカスレンズと、負のメニスカスレンズと負レンズとを接合した接合レンズとからなり、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとの間に、比較的長い空気間隔ｄ６を設けてなるものである。このような構成により、図２の第１レンズ群Ｇ１、結像レンズ１０と組み合わせることにより、例えば倍率１５０×の固定倍率光学系を得ることができる。
【００３７】
このような倍率切換において、本実施形態では、レンズを光軸に交差する方向に動かさないので、精度よく切り換えることができるという利点がある。つまり、光路切換手段が移動するのは、光軸を有しない平面状の反射面なので、レンズを移動する場合に比べて、光学性能を劣化させることなく移動することが容易となり、簡素な機構により移動を行うことができるという利点がある。
【００３８】
また、本実施形態では、固定倍率光学系が、標本９に最も近い第１レンズ群３と、最も像側の結像レンズ１０とを共通使用しているので、簡素な構成となり、装置を安価に構成できるという利点がある。
また、これらの倍率範囲を上記の固定倍率を変倍範囲に含むような単独のズーム変倍光学系を設計する場合と比べて、光学系の収差補正が容易となるので、それぞれの光学系を安価で高性能の構成とすることができるという利点がある。
【００３９】
また、本実施形態では、第１レンズ群３を出射される光束が略平行光束となるように構成しているので、第２レンズ群５の光軸方向の位置を自由に選ぶことができ、第１レンズ群３と第２レンズ群５との間に光路分割ユニット４を配置するスペースを必要に応じて確保できるという利点がある。また、副光路においても、固定倍率用レンズ１１の配置位置の自由度が高くなるので、光学系のレイアウトが容易となるという利点がある。したがって、製作性、組付性も向上することができるという利点がある。
また、ハーフミラー４ａ、ハーフミラー１２などが略平行光束を反射するので、反射時の収差劣化を著しく低減でき、高精度な光学系とすることができるという利点がある。
【００４０】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図７は、本実施形態の第１変形例に係る顕微鏡１００の概略構成を説明するための模式説明図である。
本変形例に係る顕微鏡１００は、顕微鏡１のズーム対物レンズ２において、光路分割ユニット４に代えて光路分割ユニット４０を設けるとともに、光路分割ユニット４０と第１レンズ群３との間に複屈折プリズム１７を設けて、落射型の微分干渉顕微鏡を構成したものである。
光路分割ユニット４０は、光路分割ユニット４と同様に、例えばズーム対物レンズ２に挿脱可能な形状とハーフミラー４ａとを備える。そして、光路分割ユニット４とは異なり、ハーフミラー４ａと照明光学系８との間の光路中に照明光束８ｄを直線偏光にするポラライザ１６（偏光子）を、ハーフミラー４ａと第２レンズ群５との間の光路中に第２レンズ群５の間にアナライザ１５（検光子）をそれぞれ備えている。
【００４１】
複屈折プリズム１７は、上方から入射する照明光束８ｄを振動方向が互いに直交する直線偏光を有する２つの光束に分け、標本９からのそれぞれの反射光を同一光路に合成するための光学素子である。
このような複屈折プリズム１７として、ウォラストンプリズムやノマルスキープリズムが知られている。ウォラストンプリズムの場合には、第１レンズ群３の瞳面（後側焦点面）の近傍に配置する。また、ノマルスキープリズムを用いる場合には、入射光が分離され光軸上で互いに交差する面、いわゆるローカライズ面を、第１レンズ群３の後側焦点面に一致させる。
本実施形態では、第１レンズ群３が略平行光束を射出する固定群とされているので、複屈折プリズム１７を後側焦点面に配置することが容易となっている。
複屈折プリズム１７は、レンズ鏡筒２ａの側部に設けられた開口窓から挿脱可能とされている。
【００４２】
本変形例によれば、照明光束８ｄがポラライザ１６により直線偏光され、ハーフミラー４ａにより標本９に向けて反射されるが、その間に複屈折プリズム１７、第１レンズ群３を透過することにより偏光方向が互いに直交する平行光に分離されてから標本９に照明される。そして、標本９の凹凸に応じて互いに光路差を有する光束として反射され、複屈折プリズム１７、複屈折プリズム１７を透過することにより、それぞれ同一の光路に合成されて、ハーフミラー４ａを透過し、アナライザ１５内で干渉を起こすことにより、標本９の凹凸に応じた光量分布が形成される。そして、第２レンズ群５から結像レンズ１０を経て、標本９の濃淡像が所定のズーム変倍率に拡大されて結像される。
以上は、ハーフミラー１２、可動ミラー１４がそれぞれ、光路５１、５２から退避したズーム変倍光学系の場合で説明したが、固定倍率光学系の場合も容易に理解されるので説明は省略する。
【００４３】
このように本変形例の顕微鏡１００は、ズーム変倍光学系と固定倍率光学系の切り換えに関し、上記実施形態と同様な作用効果を有する微分干渉顕微鏡の例となっている。そして、光路分割ユニット４０および複屈折プリズム１７に代えて光路分割ユニット４を装着すれば、ただちに通常の落射顕微鏡として用いることができるという利点がある。
【００４４】
また、第２変形例として、上記第１変形例において、複屈折プリズム１７を抜き取った状態とし、偏光顕微鏡として用いる例を挙げることができる。もし、偏光顕微鏡として用いる必要がなければ、上記第１変形例において、複屈折プリズム１７を光路分割ユニット４０に一体に設けておいてもよい。
【００４５】
なお、上記の説明では、顕微鏡１、１００を落射顕微鏡として説明したが、照明光束８ｄをハーフミラー４ａに入射させず、標本９の裏面側から照明することにより、透過顕微鏡を構成してもよい。その場合でも、ズーム変倍光学系と固定倍率光学系とを切り換えられるから、その点では上記実施形態と同様の作用効果を有する。
ただし、微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡として用いる場合は、照明光学系８の移動に対応して、照明光学系８と標本９との間に、ポラライザ１６、複屈折プリズム１７などを配置しておくことは言うまでもない。
【００４６】
また、上記の説明では、照明光学系８は、明視野観察用の照明光学系として説明したが、照明光束８ｄをハーフミラー４ａに入射させず、透過型または落射型の暗視野観察用の照明光学系としてもよい。例えば、光ファイバで第１レンズ群３の近傍に照明光束８ｄを導き、暗視野ミラーを介して標本９に照射することにより、落射型の暗視野観察用の照明光学系を構成とすることができる。本実施形態では、第１レンズ群３が固定群からなるので、第１レンズ群３の近傍に光ファイバや暗視野ミラーを配置することが容易となるという利点がある。
【００４７】
また、上記の説明では、光路分割手段がハーフミラーである例で説明したが、光路分割手段にはハーフミラー以外のビームスプリッタも好適に採用できる。例えば、光路分割による光量損失を低減するために偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【００４８】
また、上記の説明では、光路切換手段がハーフミラー１２および可動ミラー１４からなる例で説明したが、ハーフミラー１２は光路中に進出した状態で固定し、可動ミラー１４のみを光路切換手段としてもよい。
また、光路切換手段は、反射面以外の手段によってもよい。例えば、第２レンズ群５の後段と固定倍率用レンズ１１の後段とにおいて、光路内を遮光したり遮光を解除したりするシャッタ機構を設けることにより、光路切換手段を構成してもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、副倍率光学系に固定倍率用レンズ１１を用いて、固定倍率光学系を形成する例で説明したが、固定倍率用レンズ１１に代えて、第２レンズ群５のような略平行光束を入射して、変倍された略平行光束を出射するズーム光学系を用いることにより、副倍率光学系をズーム変倍光学系としてもよい。そのように構成すれば、２つのズーム変倍光学系により、広範囲のズーム変倍が可能な顕微鏡とすることができるという利点がある。その際、光学系を２つの変倍範囲に分割しているので、それぞれのレンズ設計が容易となり、高精度で安価な光学系により、広範囲のズーム変倍を実現できるという利点がある。
またその際、２つのズーム変倍範囲の一部が重なりあった構成としてもよい。
【００５０】
以下では、図２に示したズーム対物レンズ２（実施例１）、図４に示した結像レンズ１０（実施例２）、図３に示した固定倍率用レンズ１１（実施例３）、および図６に示した固定倍率用レンズ１１（実施例４）の実施例について構成パラメータ表および収差図を挙げて説明する。
以下の構成パラメータ表および収差図において、曲率半径ｒｉ、面間隔ｄｉ（ｉは整数）の単位は（ｍｍ）である。また、屈折率ｎｉ、アッベ数νｉ（ｉは整数）は、各硝材のｎｄ、νｄを示す。また、ｆは焦点距離（ｍｍ）、ＮＡは開口数を表す。
次に示すのは、ズーム変倍範囲が、倍率２０×〜１００×のズーム変倍光学系を構成する実施例１、２の構成パラメータ表である。ここで、図２には図示していないが、面番号１６はハーフミラー４ａに相当する。
【００５１】
2004309621.tif 000003
2004309621.tif 000004
【００５２】
2004309621.tif 000005
【００５３】
図８は、実施例１、２を組み合わせたズーム変倍光学系の倍率２０×の収差図である。図８（ａ）は球面収差、図８（ｂ）は非点収差、図８（ｃ）はコマ収差、図８（ｄ）は歪曲収差を示す。いずれも像径は１１ｍｍ、横軸の単位は、（ｍ）である。また、図中の符号Ｆ、Ｃ、ｄは、それぞれ波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）、６５６．３ｎｍ（Ｃ線）、５８７．５６ｎｍ（ｄ線）に対応する計算結果である。また、図９、１０はそれぞれ倍率５０×、１００×の場合の収差図である。それぞれの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および単位、符号の意味は、図８と同様である。
図８〜１０から理解されるように、実施例１、２により倍率２０×〜１００×の範囲において、収差性能の良好なズーム変倍光学系が形成されている。
【００５４】
次に示すのは、実施例１の第１レンズ群Ｇ１と実施例２の結像レンズ１０と組み合わせて固定倍率１２×の固定倍率光学系を構成するための実施例３の構成パラメータ表である。下記の面番号１が、実施例１の面番号１７、すなわちハーフミラー４ａの固定倍率光学系側の面に相当する。
【００５５】
2004309621.tif 000006
【００５６】
図１１は、実施例１、２、３を組み合わせた固定倍率光学系の収差図である。それぞれの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および単位、符号の意味は、図８と同様である。
図１１から理解されるように、実施例１、２、３により倍率１２×の収差性能の良好な固定倍率光学系が形成されている。
【００５７】
次に、図６に示す固定倍率用レンズ１１（実施例４）の構成パラメータ表を示す。実施例１の第１レンズ群Ｇ１と実施例２の結像レンズ１０と実施例４の固定倍率用レンズ１１とを組み合わせることにより、固定倍率１５０×の固定倍率光学系を構成することができる。下記の面番号０が、実施例１の面番号１７、すなわちハーフミラー４ａの固定倍率光学系側の面に相当する。
【００５８】
2004309621.tif 000007
【００５９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の顕微鏡によれば、主光路のズーム対物レンズと倍率が異なる副倍率光学系を副光路に設け、光軸を有する光学素子を移動させない光路変更手段により、主光路と副光路を容易に切り換えることができるので、幅広い変倍範囲に対応しながら芯ずれの非常に少ない倍率切換を行え、それにより顕微鏡観察の作業性を向上できるという効果を奏する。
また、本発明のズーム対物レンズによれば、このような本発明の顕微鏡に好適に用いることができる組付や製作が容易で安価となるズーム対物レンズを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る顕微鏡の概略構成を説明するための模式説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るズーム対物レンズの光学系の一例を示す光路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固定倍率用レンズの光学系の一例を示す光路図である。
【図４】本発明の実施形態に係る結像レンズの光学系の一例を示す光軸方向の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る顕微鏡の光路を切り換える動作について説明するための模式光路図である。
【図６】本発明の実施形態に係る固定倍率用レンズの光学系の別の例を示す光路図である。
【図７】本発明の実施形態の第１変形例に係る顕微鏡の概略構成を説明するための模式説明図である。
【図８】本発明の実施例１、２に係るズーム変倍光学系の倍率２０×の収差図である。
【図９】本発明の実施例１、２に係るズーム変倍光学系の倍率５０×の収差図である。
【図１０】本発明の実施例１、２に係るズーム変倍光学系の倍率１００×の収差図である。
【図１１】本発明の実施例１、２、３を組み合わせた固定倍率光学系の収差図である。
【符号の説明】
１、１００  顕微鏡
２  ズーム対物レンズ
２ａ  レンズ鏡筒
３、Ｇ１  第１レンズ群（固定群）
４  光路分割ユニット
４ａ  ハーフミラー（光路分割手段）
５、Ｇ２  第２レンズ群（ズーム群）
５ａ、５ｃ  固定レンズ（固定群）
５ｂ  可動レンズ（移動群）
８  照明光学系
８ｄ  照明光束（照明光）
９  標本
１０  結像レンズ
１１  固定倍率用レンズ（副倍率光学系）
１２  ハーフミラー（光路切換手段）
１４  可動ミラー（光路切換手段）
１５  アナライザ（検光子）
１６  ポラライザ（偏光子）
１７  複屈折プリズム
５０  光路（主光路、副光路）
５１、５４、５５、５６  光路（副光路）
５２  光路（主光路）
Ｓ  開口絞り
【図１】
2004309621.tif 000008
【図２】
2004309621.tif 000009
【図３】
2004309621.tif 000010
【図４】
2004309621.tif 000011
【図５】
2004309621.tif 000012
【図６】
2004309621.tif 000013
【図７】
2004309621.tif 000014
【図８】
2004309621.tif 000015
【図９】
2004309621.tif 000016
【図１０】
2004309621.tif 000017
【図１１】
2004309621.tif 000018