(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本を搭載するためのステージと、前記ステージの下側に配置された対物レンズと、前記対物レンズの光軸上に順に配置された結像レンズとリレーレンズと、前記結像レンズとリレーレンズとの間に配置される、前記光軸を斜め上方に折り曲げる光路偏向手段と、を有し、
前記結像レンズは、該結像レンズと前記リレーレンズとの間に中間像を形成し、
前記リレーレンズは、前記中間像側に配置された第１レンズ群と、リレー像が形成される側に配置された第２レンズ群とを有し、前記第２レンズ群は、前記光軸上に順に凸レンズ、凹レンズ、凸レンズを配置した完全対称型であり、
前記第１レンズ群と中間像との距離Ｄ１と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離Ｄ２とは、
Ｄ１＜Ｄ２
の関係であり、
前記第２レンズ群は、前記凸レンズの焦点距離をｆＡ、アッベ数をν１、前記凹レンズの焦点距離をｆＢ、アッベ数をν２とした場合に、
０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０
０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５
を満たしていることを特徴とする倒立顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の倒立顕微鏡において、前記中間像の大きさは、前記リレー像よりも小さいことを特徴とする倒立顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の倒立顕微鏡において、前記リレーレンズと前記リレー像の間には、前記リレーレンズからの光束を前記光軸から分離するための偏向手段が、前記光軸上に着脱可能に配置されていることを特徴とする倒立顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、培養瓶中の生体標本等の観察に用いられる倒立型の顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
倒立型の顕微鏡は、ステージの下部に対物レンズを備えた構成であり、ステージ上に搭載した培養瓶などの容器内の生物標本の拡大像を観察するために用いられている。倒立型の顕微鏡は、例えば特公平４−３０５６５号に光学系等が開示されている。この公報の光学系は、対物レンズから接眼レンズまでの光学系をＵ字型にし、写真撮影のための光路等を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の倒立型の顕微鏡は、写真撮影や多目的のポートの必要性から装置が大型化かつ複雑化し、ひいては高価格化の要因となっていた。
【０００４】
また、倒立型の顕微鏡は、観察者の観察のしやすさを考慮すると、接眼レンズを有するアイピースの位置は、机上からある程度の高さがある方が観察しやすい。具体的には、アイピースのアイレベル（観察時の観察者の目の高さ）は、机上から４００〜４５０ｍｍ程度になることが望ましい。一方、ステージの高さは、ステージ上の標本を直接肉眼で上方から確認する必要があることから、なるべく低い方が作業効率がよい。しかしながら、従来の倒立型の顕微鏡は構成は、アイレベルとステージの位置の両方を満足できる高さに設計することは困難であり、アイレベルが低く、かつ、ステージは高くなりがちであった。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な光学系でありながら、観察者が観察しやすい高さに接眼レンズがあり、かつ、ステージの高さの低い倒立顕微鏡を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願によれば以下のような倒立顕微鏡が提供される。
【０００７】
すなわち、標本を搭載するためのステージと、前記ステージの下側に配置された対物レンズと、前記対物レンズの光軸上に順に配置された結像レンズとリレーレンズと、前記結像レンズとリレーレンズとの間に配置される、前記光軸を斜め上方に折り曲げる光路偏向手段と、を有し、
前記結像レンズは、該結像レンズと前記リレーレンズとの間に中間像を形成し、
前記リレーレンズは、前記中間像側に配置された第１レンズ群と、リレー像が形成される側に配置された第２レンズ群とを有し、前記第２レンズ群は、前記光軸上に順に凸レンズ、凹レンズ、凸レンズを配置した完全対称型であり、
前記第１レンズ群と中間像との距離Ｄ１と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離Ｄ２とは、
Ｄ１＜Ｄ２
の関係であり、
前記第２レンズ群は、前記凸レンズの焦点距離をｆＡ、アッベ数をν１、前記凹レンズの焦点距離をｆＢ、アッベ数をν２とした場合に、
０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０
０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５
を満たしていることを特徴とする倒立顕微鏡である。
【０００８】
前記中間像の大きさは、前記リレー像よりも小さくなるように構成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
まず、第１の実施の形態の倒立顕微鏡について図１を用いて説明する。図１の倒立顕微鏡は、照明光学系１４０と、標本１５３を搭載するためのステージ１５０と、対物レンズ１０４と、結像光学系１６０と、リレー光学系１７０と、接眼光学系１３０とを、光軸１１４に沿って順に配置した構成である。
【００１１】
照明光学系１４０は、いわゆるクリティカル照明法により照明を行う光学系であり、ハロゲンランプ等の光源１００、コレクタレンズ１０１、拡散板１０２、開口絞り１０３、コンデンサレンズ１５４を鏡筒中に備えている。この構成は、拡散板１０２を備え、さらに、コンデンサレンズ１５４の前側焦点面付近に開口絞り１０３を配置しているため、光源１００のむらによる照明むらを減少させることができる。
【００１２】
また、対物レンズ１０４は、ステージ１５０の下方に配置されている。
【００１３】
結像光学系１６０は、絞り１０５、結像レンズ１０６、ミラー１０８、絞り１０９，１１０、視野絞り１１２を有する。これらのうち、絞り１０５、結像レンズ１０６、ミラー１０８が、対物レンズ１０４と机上面１８０との間に配置されている。ミラー１０８は、最も机上面１８０に近い位置に配置され、光軸１１４を斜め上方に向かって折り曲げるように、その向きが定められている。ここでは、光軸１１４のなす角が４５度になるようにミラー１０８の向きを設定しているため、観察者が観察しやすいようになっている。絞り１０９，１１０、視野絞り１１２は、斜め上方に向けて折り曲げられた光軸１１４上に配置されている。絞り１０９，１１０、視野絞り１１２は、視野外の光束を遮り、迷光やフレアをなくす役割をしている。結像レンズ１０６は、視野絞り１１２の位置に中間像１１１を形成する。結像レンズ１０６は、両凸レンズ１０６ａと凹メニスカスレンズ１０６ｂとによって構成されている。
【００１４】
リレー光学系１７０は、第１レンズ群１１３、第２レンズ群１１５、ハーフプリズム１１６、ミラー１２０、１２１、１２２を有する。第１レンズ群１１３は、中間像Ｉ１より距離Ｄ１（＝１６ｍｍ）だけ離れた位置に配置されている。第２レンズ群１１５は、第１レンズ群から距離Ｄ２（＝１３７ｍｍ）だけ離れた位置に配置されている。第１レンズ群１１３は、両凸レンズ１１３ａと凹レンズ１１３ｂとで構成されている。第２レンズ群１１５は、２枚の凸レンズ１１５ａ、１１５ｃとその中間に位置する両凹レンズ１１５ｂとによって構成された完全対称型のレンズ群である。
【００１５】
ハーフプリズム１１６およびミラー１２０、１２１、１２２は、観察者の両眼による観察のために、光軸１１４を２つの光軸１２３，１２４に分ける双眼光学系１９０を構成する。この双眼光学系１９０は、いわゆるジーデントップ型の光路構成である。第２レンズ群１１５は、２つの光軸１２３、１２４上にそれぞれリレー像１１７ａ，１１７ｂを形成する。
【００１６】
双眼光学系１９０は、リレー光学系１７０の光軸１１４を中心に回転することができ、光軸１２３、１２４の間隔を変化させることができる。
【００１７】
接眼光学系１３０は、光軸１２３，１２４上にそれぞれ接眼レンズ１１８を有している。
【００１８】
本実施の形態の顕微鏡では、結像レンズ１０６によって形成される中間像１１１の大きさが、標本１５３の所望の倍率Ｂの像よりも小さくなるように結像レンズ１０６を構成している。すなわち、対物レンズ１０４は、設計基準として、焦点距離２００ｍｍの結像レンズ１０６を用いた場合の中間像１１１の大きさが、標本１５３の所望の倍率Ｂの像の大きさになるように設計されている。しかしながら、本実施の形態では、結像レンズ１０６として、あえて設計基準（焦点距離２００ｍｍ）の結像レンズではなく、焦点距離１８０ｍｍのものを用い、中間像１１１の大きさを、標本１５３の所望の倍率Ｂの像の０．９倍の大きさになるようにしている。
【００１９】
一方、リレー光学系の第１レンズ群１１３および第２レンズ群１１４は、中間像１１１を拡大して、リレー像１１７ａ，１１７ｂの大きさを標本１５３の所望の倍率Ｂの大きさの像とするように構成している。これにより、標本１５３の所望の倍率Ｂの大きさのリレー像１１７ａ，１１７ｂが得られる。
【００２０】
一般的には、対物レンズ、結像レンズ、リレーレンズを用いる顕微鏡は、中間像とリレー像とは、１対１の大きさになるように構成されている。しかしながら、本実施の形態において結像レンズ１０６として設計基準よりも焦点距離の短いレンズを用い、中間像１１１をリレー像１１７ａ，１１７ｂよりも小さくなるように構成しているのは次のような理由による。
【００２１】
すなわち、本実施の形態は、倒立顕微鏡で標本１５３を入れた培養瓶等を観察者が上から覗いて確認する等の動作を楽に行えるようにするために、ステージ１５０を低く設置している。一方、接眼光学系１３０は、観察者の目の高さに合わせて一定の範囲の高さに収めることが望ましく、本実施の形態では、接眼光学系１３０のアイレベル（観察者が覗く高さ）をおおむね４００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の範囲に設定しようとしている。しかしながら、従来のように光路を２回折り曲げてＵ字型にした場合には、アイレベルを４００ｍｍ以上に高くすることは難しく、光学系が複雑になる。そこで、本実施の形態では、光路を１回のみ折り曲げるＶ字型とすることにより、アイレベルを４００ｍｍ以上の高さにすることを可能にする。ところが、Ｖ字型の光路にした場合、中間像とリレー像とを従来のように１対１の大きさになるように光学系を設計すると、光路長が長すぎてアイレベルを４５０ｍｍ以下にすることが難しくなる。
【００２２】
具体的には、ステージを低くすると、結像レンズ１０６は、机上面１８０に近い位置に配置されるため、Ｖ字型の光路では、中間像１１１の位置は結像レンズ１０６の位置が低い分だけ接眼光学系１３０側に押し上げられる。そのため、接眼光学系１３０の位置を４５０ｍｍ以下にしようとすると、中間像１１１と接眼光学系１３０との距離は短くなり、双眼光学系１９０を配置するために必要な最低距離である１６０ｍｍを、第２レンズ群１１５と接眼光学系１３０との間に確保することが困難になる。これを解決するためには、第２レンズ群１１５のバックフォーカス距離を前側フォーカス距離よりも長くするように、特殊なレンズ設計をした第２レンズ群１１５を用いることが考えられるが、第２レンズ群１１５が複雑かつ高価になってしまうことは避けがたい。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、簡単なレンズ群でこの問題を解決するために、結像レンズ１０６として、あえて設計基準よりも焦点距離の短いレンズを用いることにより、中間像１１１の位置を机上面１８０側に押し下げる。このように焦点距離の短い結像レンズ１０６を用いると、中間像１１２の大きさが、標本１５３の所望の倍率Ｂの像よりも小さくなってしまうため、リレー光学系１７０の第１レンズ群１１３および第２レンズ群１１５を、中間像１１１を拡大して、標本１５３の所望の倍率Ｂのリレー像１１７ａ，１１７ｂを形成するように拡大光学系の構成とするものである。
【００２４】
このような構成にすることにより、結像レンズ１０６としては、単に設計基準よりも焦点距離の短いレンズを用い、リレー光学系１７０の第１レンズ群１１３および第２レンズ群１１５を拡大倍率のレンズにするだけでよく、簡単な光学系でアイレベル４００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下を実現することができる。実際、本実施の形態では第２レンズ群１１５は、完全対称型の簡単な構成で実現できる。
【００２５】
また、本実施の形態では、リレー光学系１７０の第１レンズ群１１３と中間像１１１との距離Ｄ１を、第１レンズ群１１３と第２レンズ群１１５との距離Ｄ２よりも短く、すなわちＤ１＜Ｄ２となるように設計している。これは次のような理由による。
【００２６】
結像レンズ１０６からの光束を、第２レンズ群１１５に入射させる際に、第２レンズ群の中心に、光束の主光線が交わる位置（瞳）を位置させると、レンズの対称性から収差補正しやすく、特にコマ収差の発生を抑制することができる。そこで、第１レンズ群１１３が、光束を屈折させて光束の径を絞って第２レンズ群に入射させる構成としている。その際、第１レンズ群１１３と第２レンズ群１１５との距離Ｄ２が非常に短いと、第１レンズ群１１３のパワーを大きくして、光束を大きく屈折させて第２レンズ群１１５に入射させる必要がある。しかしながら、第１レンズ群１１３のパワーが大きいと像面湾曲が発生するため好ましくなく、距離Ｄ２は大きい方がよい。一方、距離Ｄ２を大きくとると、必然的に第１レンズ群１１３が中間像１１１に近づき過ぎる。第１レンズ群１１３と中間像１１１が重なると、第１レンズ群１１３のレンズ面についているゴミや傷の像がリレー像１１７ａ，１１７ｂ上に結像し、観察しづらくなる。そこで、第１レンズ群１１３と中間像１１１との距離Ｄ１は、ある程度（Ｄ１＞１０ｍｍ）とることが望ましい。そこで、本実施の形態ではＤ１＜Ｄ２、望ましくは１０ｍｍ＜Ｄ１＜Ｄ２に設定する。
【００２７】
また、本実施の形態では、第２レンズ群１１５を、凸レンズ１１５ａ、凹レンズ１１５ｂ、凸レンズ１１５ｃを順に配置した完全対称型のトリプレットと言われるレンズ群の構成としている。このとき凸レンズ１１５ａ、１１５ｃの焦点距離をｆＡ、アッベ数をν１、凹レンズ１１５ｂの焦点距離をｆＢ、アッベ数をν２としたとき、
０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０
を満たすように設計する。というのは、この条件をはずれた場合、凸レンズ１１５ａ，１１５ｃと凹レンズ１１５ｂのパワーバランスが崩れ、軸上色収差の補正が困難になるためである。
【００２８】
また、本実施の形態では、
０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５
を満たすように第２レンズ群１１５を設計している。その理由は、この条件をはずれると像面湾曲の補正が困難になるためである。
【００２９】
このような構成の本実施の形態の倒立顕微鏡では、光源１００から発せられた光束は、コレクタレンズ１０１によってほぼ平行光束となった後、拡散板１０２によって拡散され、開口絞り１０３を通過し、コンデンサレンズ１５４によって集光され、ステージ１５０上の標本１５３を照明する。標本１５３からの光束は、対物レンズ１０４によってコリメートされて平行光束となり、結像レンズ１０６ａにより集光され、中間像１１１を形成する。リレー光学系１７０の第１レンズ群１１３は、結像レンズ１０６ａからの光束を屈折させて、光束系を絞って第２レンズ群１１５に入射させる。第２レンズ群１１５を通過した光束は、双眼光学系１９０により２つの光束に分割される。第２レンズ群１１５は、２つの光束にそれぞれリレー像１１７ａ，１１７ｂを結像させる。
【００３０】
このとき、中間像１１１は、標本１５３の所望の倍率Ｂの像の０．９倍の大きさであるが、リレー像１１７ａ，１１７ｂは、標本１５３の所望の倍率Ｂの大きさになっている。よって、接眼光学系１３０の接眼レンズ１１８によってリレー像１１７ａ，１１７ｂを観察することにより、所望の倍率Ｂの像を双眼で観察できる。
【００３１】
また、本実施の形態では、中間像１１１の大きさをリレー像１１７ａ，１１７ｂよりも小さくするという、簡単な光学系でありながら、ステージ１５０の高さが低く、かつ、接眼レンズ１１８の高さが机上面１８０から４００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の倒立顕微鏡を実現できる。よって、作業効率が高く、観察もしやすい倒立顕微鏡が得られる。
【００３２】
また、リレー光学系１７０の第１および第２レンズ群１１３，１１５の構成を、上述のように
Ｄ１＜Ｄ２
０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０
０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５
の条件を満たすように設計しているため、コマ収差、色収差、像面湾曲が補正された像を観察することができる。
【００３３】
ここで、上述の第１の実施の形態の結像レンズ１０６、および、リレー光学系１７０の第１レンズ群１１３および第２レンズ群１１５の具体的な構成の実施例を表１に示す。ただし、表１において、 ｒ：曲率半径（ｍｍ）、ｄ：間隔（ｍｍ）、ｎｄ：ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率、νｄ：アッベ数を示す。なお、表１の実施例では、結像レンズ１０６と第１レンズ群１１３は、接合レンズである。
【００３４】
【表１】
0004470247.tif 000002
【００３５】
また、表１の構成において、凸レンズ１１５ａ、１１５ｃの焦点距離ｆＡ＝４４．５ｍｍ、凹レンズ１１５ｂの焦点距離ｆＢ＝−２３．５ｍｍである。
【００３６】
よって、｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＝０．９１であり、０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０の条件を満たしている。また、｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＝０．５３であり、０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５の条件を満たしている。
【００３７】
（実施の形態２）
つぎに、第２の実施の形態の倒立顕微鏡について図２を用いて説明する。
【００３８】
図２の倒立顕微鏡は、図１の倒立顕微鏡とほぼ同じ構成であるが、リレー光学系１７０の第２レンズ群１１５と双眼光学系１９０との間の光軸１１４上に、ミラー２０２が着脱可能に配置されている点が図１とは異なっている。このミラー２０２は、光軸１１４上に挿入されている場合には、第２レンズ群１１５からの光束を反射して光軸２０５に導く。光軸２０５上には、プリズム２０３が配置されており、光軸２０５を折り曲げて光軸２０６とする。プリズム２０３は、光軸２０６が鉛直方向に一致するように配置されている。光軸２０６の先には、ＣＣＤ等のビデオカメラや写真用カメラ等の撮像装置２０１が配置されている。
【００３９】
よって、ミラー２０２が光軸１１４上にある場合には、第２レンズ群１１５からの光束は、ミラー２０２により反射され、さらにプリズム２０３で反射されて光軸２０６上に像２０４を形成する。よって、撮像装置２０１により、この像２０４を撮像することができる。また、目視観察する場合には、つまみ２０７によりミラー２０２を光軸１１４からはずすことにより、光束は双眼光学系１９０に導かれ図１と同じくリレー像１１７ａ，１１７ｂが観察できる。
【００４０】
図２のようにミラー２０２を配置するためには、第２レンズ群１１５と観察光学系１３０との間に、双眼光学系１９０のための間隔のみならずミラー２０２のための間隔を確保する必要があるが、図２の光学系は、第１の実施の形態で説明したように中間像１１１をリレー像より小さくしているため、第２レンズ群１１５と観察光学系１３０との間の距離を大きく確保することができ、図２のような構成を実現することができる。
【００４１】
この構成では、撮像装置２０１が顕微鏡の上部に位置するため、撮像装置２０１を配置するスペースを大きく確保することができる。よって、撮像装置２０１が下部に配置されている場合のように撮像装置２０１が机上面１８０に接触するおそれがなく、大型の撮像装置を取り付けることが可能になる。
【００４２】
また、図２のように、撮像装置２０１を取り付ける光軸２０６を鉛直方向に向けているため、撮像装置２０１と鏡筒との連結部２０８にかかる力が鏡筒の周方向に一様になる。これにより、連結部２０８の負担が少なく、大きな撮像装置２０１をしっかりと支えることができる。
【００４３】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、簡単な光学系でありながら、観察者が観察しやすい高さに接眼レンズがあり、かつ、ステージの高さの低い倒立顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の倒立顕微鏡の構成を示す説明図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の倒立顕微鏡の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１００…光源、１０１…コレクタレンズ、１０２…拡散板、１０３…開口絞り、１０４…対物レンズ、１０５…絞り、１０６…結像レンズ、１０８…ミラー、１０９，１１０…絞り、１１１…中間像、１１２…視野絞り、１１３第１レンズ群、１１４…光軸、１１５…第２レンズ群、１１６…ハーフプリズム、１１７ａ、１１７ｂ…リレー像、１１８…接眼レンズ、１２０，１２１，１２２…ミラー、１２３，１２４…光軸、１３０…接眼レンズ、１４０…照明光学系、１５０…ステージ、１５４…コンデンサレンズ、１５３…標本、１６０…結像光学系、１７０…リレー光学系、１９０…双眼光学系、２０１…撮像装置、２０２…ミラー、２０３…プリズム、２０４…像、２０５，２０６…光軸、２０７…可動つまみ、２０８…連結部。
【図１】
0004470247.tif 000003
【図２】
0004470247.tif 000004