(57)【要約】【課題】回転機構等の機構を有さずにざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得られ、かつ、広い射出瞳径がとれる拡大観察装置。【解決手段】物体の拡大像を投影する対物光学系１０、対物光学系１０で投影された像近傍に配置された拡散板４、対物光学系１０の射出瞳を観察者眼球Ｅに投影する接眼光学系３を備えた拡大観察装置において、拡散板４の拡散角が半値全幅で１０°以下である拡大観察装置。【選択図】　　　　図１
2004012570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項２】
物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、前記拡散板近傍でのみ結像し、少なくとも２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であり、像反転作用と、前記少なくとも２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項３】
物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像を異なる２つの光路に沿って投影する２つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項４】
物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像をさらに投影する１つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用を有する光学素子が前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡大観察装置に関し、特に、顕微鏡において射出瞳径が大きく見やすい顕微鏡等の拡大観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、拡大観察装置として、米国特許第４，０１２，１０９号明細書、同第４，０９０，８３１号明細書のものがある。これらの拡大観察装置では、投影型顕微鏡の拡大像結像位置に反射型のレンチキュラーレンズからなる１次元方向の拡散板を配置し、その拡散板を回転することにより射出瞳を２次元的に拡大するようにしている。ところが、この構成では、拡散板の回転機構が必要であり、装置が大掛かりになる。また、回転により発生する振動や騒音が観察の邪魔になる。
【０００３】
また、特公平５−５３２９号公報のものは、固定のフィールドレンズの１面に射出瞳を拡大する微細構造を設ける方式である。しかしながら、この方式では、微細構造の拡散性が弱いため、観察者の瞳位置に光学系の射出瞳位置を合わせるためにミラーを回転調整する調整機構が必要であった。
【０００４】
ところで、主に回折作用を利用して光を散乱させるタイプの拡散板は、波長依存性を有する。そのため、このタイプの拡散板を用いると、拡散角の波長依存性が強く出て瞳周辺で色付きが起こる問題があり、好ましくない。
【０００５】
また、拡散材を拡散板内部に分布させるタイプの拡散板もあるが、拡散材の量が多いと拡散角が大きくなりすぎて非常に暗い像しか観察できない。また、拡散材の量を少なくしても、拡散されずに通り抜ける光線が非常に強くなる割には拡散角の大きい光がなくならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、回転機構等の機構を有さずにざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得られ、かつ、広い射出瞳径がとれる拡大観察装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の拡大観察装置は、物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置において、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
以下、本発明において上記構成を採用する理由と作用について説明する。
【０００９】
まず、本発明の拡大観察装置の光学系を、図１の概念図を参照して説明する。
【００１０】
本発明の拡大観察装置は、物体Ｏを拡大結像する対物光学系１０と、その拡大された像Ｉの近傍に配置された接眼光学系３と、やはり対物光学系１０で投影された像近傍に配置された拡散板４とからなるものである。接眼光学系３は、対物光学系１０の射出瞳Ｐを全系の射出瞳５として観察者眼球位置Ｅに投影する役割を有している。また、拡散板４は接眼光学系３と一体で構成するのが望ましい。また、接眼光学系３は、通常の正レンズでもよいし、正パワーのフレネルレンズでも、反射鏡でも、フレネル反射鏡でもよい。これらのレンズ面、反射面は、回転対称面だけでなく、偏心したフレネルレンズ面、フレネル反射面、自由曲面、アナモルフィック面でも構成できる。そして、その一面に拡散板４の作用をする拡散面が設けられる。
【００１１】
対物光学系１０としては、図１における対物レンズ系１だけからなっていても、対物レンズ１と投影光学系２とからなるものであってもよく。また、対物レンズ系１は、無限遠結像タイプの対物レンズ系と結像レンズ系とからなるものであってもよい。
【００１２】
さらに、対物光学系１０としては、変倍光学系を含むものであってもよい。
【００１３】
また、立体視あるいは両眼視をする場合には、拡大観察装置は少なくとも２本の光路を有するのが好ましい。このとき、２本の光路の各々の光軸は内向角を持つものでも、平行光軸のものでもよい。
【００１４】
さらに、接眼光学系３は、反射面６ａを中心として回転するチルト機構を持たせることも可能である。
【００１５】
そして、上記構成において、拡散板４の拡散角が半値全幅で１０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。この角度が１０°を越えると、拡散角が大きくなりすぎてしまう。この場合、観察視域（射出瞳５）は広がるが、観察像の明るさが暗くなり、観察物体Ｏを照明する照明装置が大掛かりになってしまう。
【００１６】
さらに、拡散面４は、拡散角が半値全幅で５°以下となる拡散特性を有することが好ましい。このような拡散特性を有することにより、両眼で観察することが可能となり、見やすい２次元像観察装置になる。
【００１７】
さらに、拡散面４は、拡散角が１０分の１全幅で３０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。
【００１８】
拡散面４の拡散特性としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。上記条件を満足することでこれを実現できる。また、３０°よりも大きな角度で拡散する光線は観察者の眼に届かないので、上記条件を満足することにより、無駄な照明光が減り、照明光の利用効率が向上する。その結果、光源として小型で低出力のものを使うことが可能となる。
【００１９】
両眼視差のある立体像を観察する場合には、両眼で観察する映像が異なるために、拡散角が大きくクロストークを起こすと、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。そのために、拡散角は５°以下の半値全幅を持つことが好ましい。
【００２０】
さらに好ましく、拡散角は、１０分の１全幅で２０°以下であることが好ましい。上記条件を満足することが照明の効率的利用につながる。
【００２１】
また、これも観察像の明るさに関係するが、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。
【００２２】
次に、上記のような拡散角を得るための拡散板４の表面粗さについて説明する。
【００２３】
図２は拡散板４が透過型の場合である。透過型拡散板４から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板４表面の微細な凹凸で光線を屈折させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定し、拡散面の屈折率を１．５とする。すると、図３に示すように、入射角をθ、屈折角をθ’とし、θ’−θ＝４．５°とスネルの式から、入射角θは約８．８６°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は８．８６°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。ここで、ａは振幅、Ｔは周期である。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが８．８６°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００２４】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝８．８６／１８０×π＝０．１５４
これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．０２４６
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００２５】
Ｓｍ＝２８．７Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は８．８３°となり、屈折率１．５の場合、光線の拡散半角４．５°、拡散全角で９°の拡散板が得られる。
【００２６】
次に、図４は拡散板４が反射型の場合である。反射型拡散板４から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板４表面の微細な凹凸で光線を反射させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定すると、図５に示すように、入射角、反射角をθとし、２θ＝４．５°から、入射角θは４．５°の半分の約２．２５°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は２．２５°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが２．２５°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００２７】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝２．２５／１８０×π＝０．０３９２７これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．００６２５
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００２８】
Ｓｍ＝１１３．１４Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は２．２５°となり、反射による拡散半角４．５°、拡散全角で９°の反射型拡散板４が得られる。
【００２９】
これを、２回透過型拡散板、裏面鏡型拡散板についても検討すると、Ｓｍ／Ｒａと拡散半角との関係は、拡散面の凹凸面をｓｉｎ波形状に近似できる場合は、図６に示すようになる。
【００３０】
以上のような知見から、さらに好ましくは、本発明の拡散板の拡散面は、以下条件を満足するようなランダムな凹凸形状にするのがよい。これにより、広い射出瞳径で、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得ることができる。
【００３１】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
なる条件を満足することが好ましい。ここで、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散面から観察者の眼の位置までの距離（：アイポイント（ｍｍ））である。
【００３２】
上記条件式（１）〜（８）の下限を下回ると、拡散角が小さくなりすぎ、広い瞳径を得るとこが難しくなる。また、上限を上回ると、拡散しすぎてしまい観察像が暗くなってしまう。
【００３３】
なお、接眼光学系にフレネルレンズを用いる場合には、拡散面の凹凸形状をランダムな配置にすることがより好ましい。凹凸形状に周期性があると、フレネルレンズのピッチと拡散面との間でモアレ縞が発生して観察像に重畳し、見にくい像となってしまう。
【００３４】
上記条件式（１）〜（８）については、それぞれ以下のようにさらに限定することがより望ましい。
【００３５】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４０　　　・・・（１−１）
２回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜６０　　　・・・（２−１）
表面反射型の拡散板では、
７０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１５０　　・・・（３−１）
裏面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　・・・（４−１）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
２０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜３００　　・・・（５−１）
２回透過型の拡散板では、
３０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　・・・（６−１）
表面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７００　・・・（７−１）
裏面反射型の拡散板では、
２００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００・・・（８−１）
さらに好ましくは、拡散板の拡散面の表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは、
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
なる条件を満足することが好ましい。この条件（９）は、観察画面のザラザラ感に関係している。拡散面の凹凸が２００μｍ以上だと、特に本発明のように対物光学系からの光束が細い（ＮＡが小さい）光線で拡散板近傍に投影像を形成する光学装置においては、このＳｍが映像のザラザラ感（シンチレーション）に大きく影響する。そのため、条件（１）〜（８）を満足しながら、本条件（９）を満足するような拡散面であることが重要である。この条件（９）を満足しないで、Ｓｍが２００μｍ以上になると、ひどいときは観察者の眼を移動した場合に画面全体が細かく瞬くように見えるシンチレーションが見えてしまう。また、そこまでひどくなくても、映像がすりガラスに投影された映像のように画像のクリア感がなくなり、鮮やかな映像を観察することができない。
【００３６】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜１００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３７】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜５０μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３８】
さて、以上のような条件を満足する本発明の拡散板４としては、本出願人による特願２００１−３７０９５０の作製方法で作製した拡散板が使用可能である。その拡散板としては、以下のものがある。
（１）サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群あるいはその凹面群に相似的な凹面群、又は、これら凹面群に相補的な凸面群を有する拡散板。
（２）金属基板に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（３）金属基板上に形成した加工層に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を金属基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（４）前記球形ビーズの粒径が０．０１ｍｍから２ｍｍのガラスビーズからなる（１）から（３）の拡散板。
（５）前記球形ビーズを吹き付ける空気圧が０．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ２　である（４）の拡散板。
（６）前記金属基板が真鍮からなる（２）、（４）、（５）の拡散板。
（７）前記金属基板が前記球形ビーズより硬度の高い金属からなる（３）、（４）、（５）の拡散板。
（８）前記金属基板の表面に形成された凹面群を射出成形あるいはプレス成形により透明基板に複製した（２）〜（７）の拡散板。
（９）基板上に樹脂の液滴を噴霧して付着させることにより形成されたランダム配置の凸面群を基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凸面群、又は、その凸面群に相補的な凹面群を有する拡散板。
【００３９】
さらに、特開平９−１２７３１２号公報に記載されている拡散板を使うことができる。この拡散板は、透明基体の片面又は両面を粗面化して作製したものである。透明基体の片面又は両面を粗面化する方法としては、例えば以下の（１）〜（４）の方法がある。（１）透明基体の片面又は両面をエッチング処理する方法、（２）樹脂にフィラーを、必要に応じて、水や有機溶剤と共に分散した塗料又はインクをコーティングや印刷を行うことにより、透明基体の片面若しくは両面上に単層又は多層に分けて設ける方法、（３）樹脂やフィラー単体又はこの混合物からなる粉体を静電粉体コーティングや粉体電着コーティングにより、透明基体の片面又は両面に設ける方法、（４）有機又は無機のフィラーを樹脂と共に、熱と圧力を加えることにより溶融し、この溶融物を押し出し成形や射出成形等によりフィルム化して成形する方法。この場合に、この拡散板のＨＡＺＥ値（ＪＩＳ　　Ｋ７１０５）が、１０〜４０の範囲にあることが好ましい。
【００４０】
また、特開２０００−１７１６１８で作製した拡散板を使うこともできる。この拡散板を作製する方法は、基体上に直接又は他の層を介して結着層を積層する工程と、フィラーを加圧媒体によって結着層に埋め込む工程と、その工程で得た積層体に付着した余剰フィラーを除去する工程とを具備している。
【００４１】
ところで、対物レンズ系１あるいは投影光学系２としては偏心光学系を使うことが望ましい。
【００４２】
その場合、さらに好ましくは、対物レンズ系１あるいは投影光学系２は回転非対称面を有することが望ましい。
【００４３】
また、接眼光学系３としては、前記したように、フレネルレンズやフレネル反射鏡のようにフレネル面により構成されていることが望ましい。
【００４４】
また、接眼光学系３は、反射型フレネル面で構成されていることが好ましい。
【００４５】
また、接眼光学系３は、偏心フレネル反射面で構成するすることが好ましい。
【００４６】
本発明の別の拡大観察装置は、物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、前記拡散板近傍でのみ結像し、少なくとも２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であり、像反転作用と、前記少なくとも２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００４７】
本発明の別の拡大観察装置としては、双眼実体顕微鏡があり、これを例にして説明する。
【００４８】
以下に、図７の光路図を参照にして説明する。ただし、この図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して対称に配置される。この光学系は、対物光学系１と、接眼光学系３と、拡散板４とからなる。対物光学系１は、物体Ｏの左右から見た像を同時に別々の光軸を経て拡大結像する。接眼光学系３は、拡大された像近傍に配置され、対物光学系１の射出瞳を観察者眼球位置に投影する。すなわち、対物光学系１の右眼用光路の射出瞳ＰＲ　と図示しない左眼用の光路の射出瞳ＰＬ　は同時に、全系の右眼用射出瞳５Ｒ　と図示しない左眼用射出瞳５Ｌ　として観察者眼球位置に投影される。拡散板４は対物光学系１で投影された像近傍に固定配置されている。
【００４９】
このような配置において、結像は接眼光学系３に１回だけしか行われず、その結像位置においては、左右の像はそれぞれ反転されて観察されてしまう。そのため、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に像を反転させる光学素子を配置する必要がある。
【００５０】
また、左右の光軸を入れ換えないと、立体像を見るとき、立体感が逆になってしまう。これは左右の光軸を入れ換えないと、右から見た画像を左眼で観察することになってしまい、逆に左から見た画像を右眼で観察することになってしまうからである。そこで、光路入れ換え作用を有する光学素子を光路中に配置する必要がある。
【００５１】
また、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に、光路間隔拡大作用を有する光学素子を配置している。
【００５２】
また、像反転作用と光路入れ換え作用とを同時に有する光学素子として、リレーレンズがある。リレーレンズは対物光学系１による像を反転して接眼光学系３位置に結像するもので、左右の像の反転と左右の光路入れ換えを行う。あるいは、リレーレンズの代わりに、相互に直交する２つの平面ミラーからなる屋根プリズムあるいは屋根ミラーを用いてもよい。このような像反転作用と光路入れ換え作用とを同時に有する光学素子を光路中に配置することにより、反転しない正規の立体感が可能な双眼実体顕微鏡が構成できる。
【００５３】
さらに好ましくは、像反転作用と光路入れ換え作用を有する光学素子が光路間隔拡大作用を有するのがよい。このような光学素子を、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に配置することにより、反転しない正規の立体感が可能な小型の双眼実体顕微鏡が構成可能になる。そのような光学素子７の例を図８に示す。図８（ａ）は光学素子７を構成する１つのプリズムＰＬの斜視図であり、図８（ｂ）はプリズムＰＬを上から見た平面図（図８（ａ）のＺ軸の＋から−方向を見た図）である。
【００５４】
プリズムＰＬは光を反射する順に４つの反射面ａ〜ｄを備えている。反射面ａ〜ｄを平面鏡で構成する場合（この条件は必ずしも必要ない。）、座標系を図８（ａ）のように定義する。反射面ａはＸＹ面をＸ軸の周りで左に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｂはＸＺ面をＺ軸の周りで左に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｃはＸＺ面をＺ軸の周りで右に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｄはＸＹ面をＸ軸の周りで右に４５°回転した面の形状をしている。このようなプリズムＰＬの反射面ａに＋Ｚ軸方向に進む光路が入射すると、反射面ａで−Ｙ軸方向に進む光路に反射される。反射光は反射面ｂで＋Ｘ軸方向に進む光路に反射される。続いて反射光は反射面ｃで＋Ｙ軸方向に進む光路に反射され、さらに反射面ｄで再び＋Ｚ軸方向に進む光路に反射されてプリズム外に射出する。そのとき、像の反転が行われる。なお、このプリズムＰＬの重要な構成は、反射面ａとｄの間が離間していて空間が形成されていることである。
【００５５】
光学素子７はこのようなプリズムＰＬを２個（ＰＬ１とＰＬ２）使用する。図８（ｃ）に示すように、図８（ａ）と（ｂ）のＺ軸に平行な直線Ａ−Ａ’を中心として、２つのプリズムＰＬ１、ＰＬ２を１８０°回転対称な位置に配置する。すなわち、プリズムＰＬ１の反射面ａとｄの間（それぞれａ１、ｄ２とする。以下、同様）にプリズムＰＬ２の反射面ａ２が入り込むように、また、プリズムＰＬ２の反射面ａ２とｄ２の間にプリズムＰＬ１の反射面ａ１が入り込むように配置している。このようにすることで、光学素子７は、像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する。この光学素子７を図７に示すように光路中に配置すると、対物光学系１から射出する２つの光軸の一方がプリズムＰＬ１の反射面ａ１に入射し、他方の光軸がプリズムＰＬ２の反射面ａ２に入射する。光学素子７に入射するときの光路間隔がＬ１であるとすると、それぞれのプリズムＰＬ１、ＰＬ２の反射面ｄ１、ｄ２から射出するときの光路間隔は、図８（ｃ）に示すように、Ｌ２に拡大される。反射面ａ１とｄ１の間隔、反射面ａ２とｄ２の間隔を適当に設定することにより、所望の光路間隔Ｌ２が得られるようになる。
【００５６】
なお、図８では光学素子７をプリズムで構成するものとしたが、もちろんミラーの組み合わせで構成することも可能である。
【００５７】
また、図９に示す他の構成例でも同様にこのような像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子７が用いられる。この例では、対物光学系１として、無限遠結像タイプの対物レンズ系１１と結像光学系１３とでなるものと用い、その間の左右の光路それぞれに変倍光学系１２Ｌ　、１２Ｒ　を配置して、変倍可能な対物光学系１としている。それ以外は、図７の場合と同様である。
【００５８】
本発明のさらに別の拡大観察装置は、物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像を異なる２つの光路に沿って投影する２つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００５９】
この場合に、対物光学系としては物体の１つの拡大像を投影するものでも、別々の光路を経て物体の２つの拡大像を投影するものでもよい。対物光学系１が物体Ｏの左右の２つの拡大像を投影する場合の光路図を図１０、図１１に示す。ただし、これらの図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して対称に配置される。
【００６０】
図１０の場合は、対物光学系１は、無限遠結像タイプの対物レンズ系１１とその像側に並列配置された２つの正屈折力の結像光学系１４Ｒ　、１４Ｌ　とからなる。２つの正屈折力の結像光学系１４Ｒ　、１４Ｌ　の後側焦点位置には、物体Ｏの左右から見た２つの拡大像が投影される。そして、その左右の拡大像をさらに投影する左右の投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　が配置される。接眼光学系３は、左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　を観察者の眼球位置に投影する。この左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　は、対物光学系１の射出瞳である。左右の投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　は、対物光学系１の左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　を空中に投影している。また、対物光学系１の左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　の瞳像は、全系の左右眼用射出瞳５Ｌ　、５Ｒ　として観察者眼球位置に投影される。その接眼光学系３近傍には、拡散板４が配置されている。この場合、左右の投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　で投影される物体Ｏの左右の拡大像は、略同じ位置に結像される。接眼光学系３と拡散板４は、この結像位置近傍に配置される。
【００６１】
このような配置において、接眼光学系３を介して観察すると、左右の物体Ｏの拡大像は左右が入れ替わる。そのため、対物光学系１から接眼光学系３の間の何れかの位置に、左右の光路を入れ替える光路入れ替え作用を持つ光学素子を配置する必要がある。また、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に、光路間隔拡大作用を有する光学素子を配置している。
【００６２】
そこで、本発明では、この光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８を対物光学系１と接眼光学系３の間に配置しげいる。図１０の構成では、対物光学系１と投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　の間に配置している。
【００６３】
図１１の構成では、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８を、投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　と接眼光学系３の間に配置している。
【００６４】
図１０、図１１何れの構成でもよい。
【００６５】
なお、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８としては、後記の実施例に示すように、片方の光路につき光路をＺ字状に屈曲させる２枚の平面鏡、左右光路でそれが対称に配置された４枚の平面鏡からなるもので構成することができる。
【００６６】
本発明のさらにもう１つの拡大観察装置は、物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像をさらに投影する１つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、２つの光路を有する拡大観察装置において、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用を有する光学素子が前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００６７】
以下に、図１２の光路図を参照にして説明する。ただし、この図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を通り紙面に垂直な面に対して対称に配置される。この光学系は、対物光学系１と、投影光学系２と、接眼光学系３と、拡散板４とからなる。対物光学系１は、左右別々の光軸を経て物体Ｏの拡大像を結像する。その拡大像を投影するのは、単一の投影光学系２である。接眼光学系３は左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　の瞳像を観察者眼球位置に投影する。この左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　は、対物光学系１の射出瞳である。投影光学系２は、対物光学系１の射出瞳を空中に投影している。また、対物光学系１の左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　の瞳像は、全系の左右眼用射出瞳５Ｌ　、５Ｒ　として観察者眼球位置に投影される。その接眼光学系３近傍には拡散板４が配置されている。投影光学系２で投影される物体Ｏの拡大像の近傍には、接眼光学系３と拡散板４が位置するように配置される。
【００６８】
このような配置において、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、光路間隔拡大作用を持つ光学素子９が、投影光学系２と接眼光学系３の間に配置される。光路間隔拡大作用を持つ光学素子９は、後記の実施例に示すように、光学素子８と同様に、片方の光路につき光路をＺ字状に屈曲させる２枚の平面鏡、左右光路でそれが対称に配置された４枚の平面鏡からなるもので構成することができる。
【００６９】
なお、以上の本発明において、光学素子７、８、９を配置する位置に関して、対物光学系と接眼光学系の間、対物光学系と投影光学系の間、投影光学系と接眼光学系の間としている。これらの意味するところは、前後の対物光学系、投影光学系、接眼光学系の中に光学素子７、８、９あるいはその一部が入り込む場合も含むものである。
【００７０】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の拡大観察装置の実施例について説明する。
【００７１】
本発明の拡大観察装置の光学系の概念図を概念図を図１に示す。本発明の拡大観察装置は、物体Ｏを拡大結像する対物光学系１０と、その拡大された像Ｉの近傍に配置され対物光学系１０の射出瞳Ｐを全系の射出瞳５として観察者眼球位置Ｅに投影する接眼光学系３と、やはり対物光学系１０で投影された像近傍に配置された拡散板４とからなるものであり、この例の場合は、接眼光学系３と拡散板４は一体で構成され、拡散作用を備えている。具体的には、接眼光学系３は、通常の正レンズでもよいし、正パワーのフレネルレンズでも、反射鏡でも、フレネル反射鏡でもよい。これらの面は、回転対称面だけでなく、偏心したフレネルレンズ面、フレネル反射面、自由曲面、アナモルフィック面でも構成できる。そして、その一面に拡散板４の作用をする拡散面が設けられる。
【００７２】
また、観察者が観察しやすい位置に接眼光学系３を配置できるように、ミラー（反射面）６ａ、６ｂが光路途中に配置されている。
【００７３】
対物光学系１０としては、対物レンズ系１だけからなっていても、図１のように、対物レンズ系１とそれによる中間像を拡大投影する投影光学系２とからなるものであってもよい（図１の場合は、この例）。また、対物レンズ系１は、無限遠結像タイプの対物レンズと結像光学系とからなるものであってもよい。
【００７４】
さらに、対物光学系１０としては、変倍光学系を含むものであってもよい。
【００７５】
また、立体視あるいは両眼視をする場合には、対物光学系１０は、少なくとも２本の光軸を有するように構成され、その光軸は内向角を持つものでも、平行光軸のものでもよい。
【００７６】
さらに、接眼光学系３は、反射面６ａを中心として回転するチルト機構を持たせることも可能である。
【００７７】
次に、具体的な数値実施例１〜５について説明する。それぞれの実施例の光路図を図１３、図１４、図１６、図１８、図２０（ａ）に示すが、図１３、図１６、図１８、図２０（ａ）は光軸を含む断面図、図１４は３面図である。実施例１〜５は、無限遠結像タイプの対物レンズ系の射出瞳Ｐ、ＰＬ　、ＰＲ　位置からの光線について設計されているものである。図示しない対物光学系から射出した光線は一旦平行光束になってから、結像光学系２１で像を結像する構成になっている。この無限遠結像タイプの対物レンズ系は、公知の任意の対物レンズ系や変倍光学系と組み合わせて構成することが可能であるので、後記する構成パラメータ中ではデータは示していない。
【００７８】
なお、この無限遠結像タイプの対物レンズ系の射出瞳Ｐ、ＰＬ　、ＰＲ　の射出瞳径はφ８ｍｍ、画角は±５°としている。また、立体視の場合（実施例２〜５）の対物光学系の左右の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　の間隔は２２ｍｍである。
【００７９】
実施例１〜５の構成パラメータは後記するが、その構成パラメータ中の面番号に対応する光学面は図１３〜図２０中でｒ１　、ｒ２　…で、面間隔はｄ１　、ｄ２　…で示してある。
【００８０】
なお、実施例２〜５の各面を定義する座標系は、対物光学系の射出瞳ＰＬ　、ＰＲ　の位置（第１面）を基準に表されており、その射出瞳中心を通る光軸方向をＺ軸にとり、Ｚ軸に直交するようにＸ軸とＹ軸をとっている。
【００８１】
そして、偏心面については、対物レンズの射出瞳の中心を原点として、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（非球面については、後記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８２】
また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【００８３】
2004012570.tif 000003
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００８４】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００８５】
なお、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８６】
各実施例において、接眼光学系２３は正のフレネルレンズとして設計されており、拡散板に関するデータは含まれていない。
【００８７】
そして、各実施例においては、拡散面から観察者眼球まので距離は４００ｍｍであり、像面に拡散面を配置するようになっているが、例えば拡散面の後にフレネルレンズ面を配置するようにすることも可能である。
【００８８】
また、各実施例に示されている光線は瞳の結像を示している。
【００８９】
実施例１
本実施例は、単光路の拡大観察装置の例である。図１３において、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で接眼光学系２３上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。この例で、結像光学系２１は物体側に凹の正メニスカスレンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなり、投影光学系２２は両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズとからなり、接眼光学系２３は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９０】
この例の場合、拡散角を広めにとる（例えば１５　°）ことにより、両眼観察が可能となる。また、接眼光学系２３上にプリズムシート等を配置して同一像を左右２方向に分けることと、拡散角１０°程度の拡散板を併用することにより、左右方向に８の字型の射出瞳５（図１）を作ることも可能である。
【００９１】
なお、図１には、接眼光学系２３以降の光路は図示を省いてある。
【００９２】
実施例２
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図７に対応するもので、図１４に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して１８０°の回転対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した投影像を図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、結像は接眼光学系上に１回のみ行われる。そのため、対物光学系と接眼光学系の間の光路の途中に、像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子７を配置している。この光学素子７は、図８で説明したのと略同様の反射面配置の反射鏡系からなるもので、片側光路中に４枚の平面鏡（第５〜第８面）が配置されて構成されている。そして、このような構成の光学素子７は、２群構成の結像光学系２１中に配置されている。
【００９３】
この例では、結像光学系２１は、光学素子７より物体側の前群が物体側に凹の正メニスカスレンズ２枚の接合レンズからなり、光学素子７より観察側の後群が両凹負レンズからなっている。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９４】
この例の両眼の光路図は図１５のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【００９５】
実施例３
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１０に対応するもので、図１６に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。ただし、左右の物体の拡大像は左右が入れ替わるので、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８を結像光学系２１と投影光学系２２の間に配置している。この光学素子８は、片側光路中に２枚の平面鏡（第５〜第６面）が配置された構成となっている。
【００９６】
この実施例では、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９７】
この例の両眼の光路図は図１７のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【００９８】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【００９９】
実施例４
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１１に対応するもので、図１８に右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。ただし、左右の物体の拡大像は左右が入れ替わるので、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８を投影光学系２２と接眼光学系の間に配置している。この光学素子８は、片側光路中に２枚の平面鏡（第１２〜第１３面）が配置された構成となっている。
【０１００】
この例で、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【０１０１】
この例の両眼の光路図は図１９のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【０１０２】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【０１０３】
実施例５
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１２に対応するもので、図２０（ａ）に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成である。この構成においては、光路間隔拡大作用を持つ光学素子９を投影光学系２と接眼光学系３の間に配置している。この光学素子９は、片側光路中に２枚の平面鏡（第１０〜第１１面）が配置された構成となっている。
【０１０４】
この例で、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【０１０５】
この例の両眼の光路図は図２０（ｂ）のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【０１０６】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【０１０７】
以下に各実施例の数値データを示すが、以下の表中の“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反射面、“ＦＬ”はフレネルレンズ面をそれぞれ示す。
【０１０８】
実施例１
2004012570.tif 000004
１３　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　０．００
像　面　　　　∞
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２９．３２
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　−１．７５９８ｅ−００６
Ｂ　　　　　６．６２９２ｅ−０１１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【０１０９】
実施例２
2004012570.tif 000005
１２　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１１）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１１）
ＡＳＳ▲１▼
2004012570.tif 000006
2004012570.tif 000007
【０１１０】
実施例３
2004012570.tif 000008
１５　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１４）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１４）
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２２．３８
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　　６．３３４８ｅ−００８
Ｂ　　　　　８．７５０６ｅ−０１２
2004012570.tif 000009
2004012570.tif 000010
【０１１１】
実施例４
2004012570.tif 000011
１５　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　偏心（１４）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　偏心（１４）
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２２．３６
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　　１．０２３９ｅ−００７
Ｂ　　　　　７．２１５５ｅ−０１２
2004012570.tif 000012
2004012570.tif 000013
【０１１２】
実施例５
2004012570.tif 000014
１３　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１２）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１２）
ＡＳＳ▲１▼
2004012570.tif 000015
2004012570.tif 000016
以上のような本発明の拡大観察装置は、例えば図２１に外観を、図２２に光学系を透視図として示すように構成することができる。この例の場合、拡大観察装置は図１０あるいは図１６、図１７のような光学系を備えた双眼実体顕微鏡３０である。双眼実体顕微鏡３０はステージ３１に鏡柱３２が立っており、その鏡柱３２に鏡筒ボックス３３が取り付けられている。鏡筒ボックス３３は焦点合わせ用ねじ３６によってステージ３１からの高さが調整可能になっている。鏡筒ボックス３３の下端には対物光学系鏡筒３４が、その上端には接眼光学系鏡筒３５が取り付けられている。そして、図２２から明らかなように、これらの対物光学系鏡筒３４、鏡筒ボックス３３、接眼光学系鏡筒３５内には、対物光学系１１、左右の結像光学系１４Ｌ　、１４Ｒ　、合計４枚の平面鏡からなる光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８、左右の投影光学系２Ｌ　、２Ｒ　、光軸を折り曲げるためのミラー６が配置されている。
【０１１３】
したがって、物体Ｏの右眼用の拡大像は、右眼用射出瞳５Ｒ　を右眼のアイポイントとして観察される。また、物体Ｏの左眼用の拡大像は、左眼用射出瞳５Ｌ　を左眼のアイポイントとして観察される。この結果、物体Ｏは観察者の両眼により実体像（立体像）として、拡大観察できるものである。
【０１１４】
ところで、ここで使用する拡散板は、特願２００１−３７０９５０の作製方法に基づき、以下のようにして作製した。まず、サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを、型となる金属板に吹き付けた。次に、この金属板に形成されたランダム配置の凹面群を透明樹脂板に転写し複製した。このようにして、透明樹脂板の１面にランダムな凹凸形状が形成された１回透過型拡散板を作製した。サンプルは１１個作製した。それぞれのサンプル番号を＃１〜＃１１としたとき、これら＃１〜＃１１の拡散板の拡散光の角度分布は図２３のようになった。＃１〜＃１１の拡散板のＳｍ／Ｒａの値、その拡散角の半値全幅、１０分の１全幅は次の通りである。この結果から、上記実施例の拡散板４としては、＃１１の拡散板を使用することが望ましい。
【０１１５】
2004012570.tif 000017
【０１１６】
ところで、本発明の拡大観察装置の接眼光学系３としてフレネルレンズやフレネル反射鏡を用いるとき、ゴースト光に注意しなければならない。ゴースト光はフレネルレンズの輪帯状の屈折作用面間にある非作用面、あるいはフレネル反射鏡の輪帯状の反射作用間にある非作用面で周囲の光等が反射されることにより生じる。このゴースト光は射出瞳５Ｌ　、５Ｒ　に入射して観察の邪魔になる。図２４に示すように、非作用面４３は、フレネルレンズ４１のフレネル面を構成する輪帯状の屈折作用面４２間に位置している。そこで、この非作用面４３に、例えばガラスビーズ５５をフレネルレンズ４１の中心方向から斜めに吹き付けて擦り面にする。このようにすることで、本来この面で反射されてゴースト光▲２▼となる光を拡散させることができる。このようにしてゴースト光を防止するようにすることが望ましい。さらには、この擦り面に黒色塗料等を塗布して光吸収性にするとより望ましい。なお、図２４中、▲１▼は正規の屈折光を示す。
【０１１７】
なお、図２４に示した例では、フレネルレンズ４１に直接ガラスビーズ５５等を吹き付けて非作用面を擦り面にする方法であったが、これ以外の方法もある。例えば、図２５に示すように、フレネルレンズ４１を作成する型５１において、非作用面４３に対応する面５３に、図２４と同様にガラスビーズ５５等を斜めに吹き付けて擦り面にする方法がある。そして、その擦り面をフレネルレンズ４１転写するようにしてもよい。図２５中、符号５２の面はフレネルレンズ４１の輪帯状の屈折作用面４２に対応する面である。
【０１１８】
接眼光学系３をフレネル反射鏡で構成する場合も上記と同様にすることが望ましい。
【０１１９】
以上の本発明の拡大観察装置は例えば次のように構成することができる。
【０１２０】
〔１〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置において、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とする拡大観察装置。
【０１２１】
〔１〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とする拡大観察装置。
【０１２２】
〔２〕　前記拡大観察装置は観察者左右眼球に対する観察像が同一である２次元像観察装置であることを特徴とする上記１記載の拡大観察装置。
【０１２３】
〔３〕　前記拡散板の拡散角は１０分の１全幅で３０°以下であることを特徴とする上記２記載の拡大観察装置。
【０１２４】
〔４〕　前記拡大観察装置は観察者左右眼球に対する観察像が異なる立体像観察装置であり、前記拡散板の拡散角は半値全幅で５°以下であることを特徴とする上記１記載の拡大観察装置。
【０１２５】
〔５〕　前記拡散板の拡散角は１０分の１全幅で２０°以下であることを特徴とする上記４記載の拡大観察装置。
【０１２６】
〔６〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記２又は３記載の拡大観察装置。
【０１２７】
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１２８】
〔７〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記４又は５記載の拡大観察装置。
【０１２９】
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１３０】
〔８〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記６又は７記載の拡大観察装置。
【０１３１】
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
〔９〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、前記拡散板近傍でのみ結像し、少なくとも２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であり、像反転作用と、前記少なくとも２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３２】
〔１０〕　前記対物光学系が、前記少なくとも２つの光路それぞれで変倍可能に構成されていることを特徴とする上記９記載の拡大観察装置。
【０１３３】
〔１１〕　物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像を異なる２つの光路に沿って投影する２つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３４】
〔１２〕　前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が、前記対物光学系と前記投影光学系の間に配置されていることを特徴とする上記１１記載の拡大観察装置。
【０１３５】
〔１４〕　前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が、前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする上記１１記載の拡大観察装置。
【０１３６】
〔１５〕　物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像をさらに投影する１つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用を有する光学素子が前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３７】
〔１６〕　前記接眼光学系はフレネルレンズ又はフレネル反射鏡からなり、フレネルレンズ又はフレネル反射鏡の隣接する輪帯状の屈折作用面又は反射作用を相互につなぐ非作用面が擦り面あるいは光吸収面からなることを特徴とする上記１から１５の何れか１項記載の拡大観察装置。
【０１３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、回転機構等の機構を有さずに、拡散板の拡散効果が少ない割には、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得られ、かつ、広い射出瞳径がとれる拡大観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡大観察装置の光学系の概念図である。
【図２】本発明における透過型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図３】透過型拡散板の拡散面での入射角と屈折角の関係を示す図である。
【図４】本発明における反射型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図５】反射型拡散板の拡散面での入射角と反射角の関係を示す図である。
【図６】本発明における拡散板のＳｍ／Ｒａと拡散半角との関係を示す図である。
【図７】本発明の別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図８】図７の構成に用いる像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子の１例を説明するための図である。
【図９】本発明の他の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１０】本発明のさらに別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１１】本発明のさらに別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１２】本発明のさらにもう１つの拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１３】本発明の実施例１の光路図である。
【図１４】本発明の実施例２の片眼の光路図である。
【図１５】本発明の実施例２の両眼の光路図である。
【図１６】本発明の実施例３の片眼の光路図である。
【図１７】本発明の実施例３の両眼の光路図である。
【図１８】本発明の実施例４の片眼の光路図である。
【図１９】本発明の実施例４の両眼の光路図である。
【図２０】本発明の実施例５の光路図である。
【図２１】本発明の拡大観察装置の１例の外観を示す図である。
【図２２】図２１に光学系を加えた透視図である。
【図２３】本発明において使用可能ないくつかの例の１回透過型拡散板の拡散光の角度分布を示す図である。
【図２４】本発明において接眼光学系として使用するフレネルレンズのゴースト光を防止する構成の例を説明するための図である。
【図２５】図２４のようなフレネルレンズを成形するための型の作り方を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｏ…物体
Ｉ…拡大像
Ｅ…観察者眼球位置
Ｐ、ＰＲ　、ＰＬ　…対物光学系の射出瞳
ＰＬ、ＰＬ１、ＰＬ２…プリズム
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２…反射面
１…対物光学系（対物レンズ系）
２、２Ｌ　、２Ｒ　…投影光学系
３…接眼光学系
４…拡散板
５、５Ｒ　、５Ｌ　…全系の射出瞳
６ａ、６ｂ…ミラー
７…像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用と有する光学素子
８…光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子
９…光路間隔拡大作用を持つ光学素子
１０…対物光学系
１１…無限遠結像タイプの対物光学系（対物レンズ系）
１２Ｒ　、１２Ｌ　…変倍光学系
１３、１４Ｒ　、１４Ｌ　…結像光学系
２１…結像光学系
２２…投影光学系
２３…接眼光学系
３０…双眼実体顕微鏡
３１…ステージ
３２…鏡柱
３３…鏡筒ボックス
３４…対物光学系鏡筒
３５…接眼光学系鏡筒
３６…焦点合わせ用ねじ
４１…フレネルレンズ
４２…屈折作用面
４３…非作用面
５１…フレネル面を成形するための型
５２…フレネルレンズの屈折作用面に対応する面
５３…フレネルレンズの非作用面に対応する面
５５…ガラスビーズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2004012570.tif 000039
【図２３】
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【図２４】
2004012570.tif 000041
【図２５】
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