(57)【要約】  全長を短縮して、正立型顕微鏡にＣｏｄｅｄ  Ａｐａｒｔｕｒｅ技術およびライトフィールド技術を適用しても顕微鏡全体をコンパクトに構成することを目的として、顕微鏡用瞳リレー光学系（４）は、対物レンズ（２）を含む顕微鏡結像光学系（３）の像側に配置され、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側から収束光束が入射する第１レンズ群（９）と、正の屈折力を有する第２レンズ群（１０）とを備え、第１レンズ群（９）の最も物体側に位置するレンズ（Ｌ１）が、顕微鏡結像光学系（４）が物体像を形成する一次結像面よりも物体側に配置され、対物レンズ（２）の射出瞳を該射出瞳と光学的に共役な位置に再形成する。
2017221333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含む顕微鏡結像光学系の像側に配置され、
物体側から順に、
正の屈折力を有し、物体側から収束光束が入射する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群の最も物体側に位置するレンズが、前記顕微鏡結像光学系が物体像を形成する一次結像面よりも物体側に配置され、
前記対物レンズの射出瞳を該射出瞳と光学的に共役な位置に再形成する顕微鏡用瞳リレー光学系。
【請求項２】
前記顕微鏡結像光学系が、前記対物レンズと、該対物レンズを通過した光束を結像させる一次結像レンズとを有する無限遠補正型顕微鏡光学系であり、
前記一次結像レンズが、前記一次結像面に物体像を形成する請求項１に記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
【請求項３】
以下の条件式を満足する請求項１または請求項２に記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
０．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜０．９
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離である。
【請求項４】
以下の条件式を満足する請求項１から請求項３のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
０．６＜ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＜０．８
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離、ｄｈ１２は前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の隣接する主点間隔である。
【請求項５】
以下の条件式を満足する請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
νｄ２ｍａｘ＞８０
ここで、νｄ２ｍａｘは前記第２レンズ群に含まれるレンズの有する最も大きいアッベ数である請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系と、
該顕微鏡瞳リレー光学系の物体側に配置され、前記対物レンズを含み、物体像を形成する前記顕微鏡結像光学系と、
前記顕微鏡用瞳リレー光学系によって前記顕微鏡結像光学系からリレーされた光束を二次結像面に結像させる二次結像レンズとを備える顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡用瞳リレー光学系および顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズの像面にレンズアレイを配置し、像と同時に光束の向きの情報を取得する、いわゆるライトフィールド技術が存在する。この技術は、従来、写真レンズへの応用が主であったが、近年、顕微鏡への応用が始まっている。ライトフィールド技術を顕微鏡に応用すれば、ワンショットで微細な観察対象物の３次元情報を取得することができる。【０００３】
微細な観察対象の３次元情報は、例えば、共焦点顕微鏡でも得ることができるが、１つ１つの断面映像を繰り返して３次元化しなければならないため、最終的に３次元情報を得るためには、多大な時間が必要である。これに対してライトフィールド技術を用いれば、短時間で３次元情報を得られることから、近年、顕微鏡への応用が注目されている。【０００４】
また、ライトフィールド技術とＣｏｄｅｄ  Ａｐｅｒｔｕｒｅという技術を組み合わせて顕微鏡の機能を高める取り組みもなされている（例えば、非特許文献１参照。）。
この技術は、光学系の瞳に空間フィルタ、例えば、特定のパターンを有する位相マスクなどを配置するもので、取得した画像信号を計算機で処理することにより、３次元情報の横方向の分解能を向上させることを目的としている。【０００５】
ライトフィールド画像を取得するには、像面にマイクロレンズアレイを配置し、その後方に撮像素子を配置する。そして、撮像素子の受光面にはマイクロレンズによって、顕微鏡対物レンズの射出瞳が結像するのが一般的である。これにより、対物レンズに入射する光束の向きによって、撮像素子のどの画素に入射するかが決まることで、光線方向の情報が得られる。【０００６】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、それぞれのマイクロレンズに対応する画素は通常ｎ×ｍ個あり、その領域内に瞳の像が形成される。全画面にわたってこのような関係になるためには、対物レンズの射出瞳の中心を通った光線、すなわち主光線が光軸と平行、すなわち像側テレセントリックである必要がある。【０００７】
また、上述のＣｏｄｅｄ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ技術を適用する場合は、瞳に位相フィルタ等を配置するため、通常、レンズ内部に存在する対物レンズの射出瞳をいったん空間上に結像するような光学配置とする必要がある。
具体的には物体側から順に以下の構成となる。
（１）対物レンズ
（２）対物レンズの射出瞳を結像するリレー光学系
（３）結像レンズ【０００８】
対物レンズの射出瞳を、リレー光学系を用いて対物レンズの外に取り出し、射出瞳の共役点に位相差膜等の瞳変調用のフィルタを設置するスペースを設けた倒立顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
また、例えば、生体などの光散乱性を有する被写体に対し、照明光を照射してその後方散乱光を計測することにより、被写体の内部に存在し得る観察対象を観測する観察装置および方法が知られている（例えば、特許文献３から特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１５６１２号公報
【特許文献２】特開２００９−１２２６２４号公報
【特許文献３】特開２００１−１４７３８３号公報
【特許文献４】特開２００４−７０２７８号公報
【特許文献５】特開２０１２−２００２８２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｎｏｙ  Ｃｏｈｅｎ,  Ｓａｍｕｅｌ  Ｙａｎｇ,  Ａａｒｏｎ  Ａｎｄａｌｍａｎ,  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｂｒｏｘｔｏｎ,  Ｌｏｇａｎ  Ｇｒｏｓｅｎｉｃｋ,  Ｋａｒｌ  Ｄｅｉｓｓｅｒｏｔｈ,  Ｍａｒｋ  Ｈｏｒｏｗｉｔｚ,  Ａｎｄ  Ｍａｒｃ  Ｌｅｖｏｙ,  “Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｕｓｉｎｇ  ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｃｏｄｉｎｇ,”  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２２,  ２４８１７−２４８３９ (２０１４)．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記技術は主として無限遠補正型の倒立型顕微鏡で用いられるものである。倒立顕微鏡は内部のスペースが広いため、リレー光学系の全長が長くても、内部に収めることができる。
しかしながら、正立型顕微鏡においてＣｏｄｅｄ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ等の瞳変調を行う場合には、リレー光学系が対物レンズの真上に配置され、これらはコの字型の構造体に支えられるので、リレー光学系の全長が長いと、その重さによる構造体の変形や、重心が高くなることで振動に弱くなるなどの不都合がある。【００１２】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全長を短縮して、正立型顕微鏡にＣｏｄｅｄ  Ａｐａｒｔｕｒｅ技術およびライトフィールド技術を適用しても顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる顕微鏡用瞳リレー光学系および顕微鏡装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、対物レンズを含む顕微鏡結像光学系の像側に配置され、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側から収束光束が入射する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群の最も物体側に位置するレンズが、前記顕微鏡結像光学系が物体像を形成する一次結像面よりも物体側に配置され、前記対物レンズの射出瞳を該射出瞳と光学的に共役な位置に再形成する顕微鏡用瞳リレー光学系である。本態様によれば、従来より全長を短縮することができる。【００１４】
本態様においては、前記顕微鏡結像光学系が、前記対物レンズと、該対物レンズを通過した光束を結像させる一次結像レンズとを有する無限遠補正型顕微鏡光学系であり、前記一次結像レンズが、前記一次結像面に前記物体像を形成してもよい。【００１５】
上記態様においては、以下の条件式（１）を満足してもよい。
０．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜０．９        （１）
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離である。【００１６】
条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群が結像レンズ自体の物体像結像位置に近づきすぎ、全長が長くなってしまううえ、レンズに付着したゴミが画像に写りこみ易くなってしまう。また、条件式（１）の上限を超えると、第１レンズ群が結像レンズや同軸照明用のビームスプリッタなどに近づきすぎ、実際の配置が難しくなる。【００１７】
また、上記態様においては、以下の条件式（２）を満足してもよい。
０．６＜ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＜０．８      （２）
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離、ｄｈ１２は前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の隣接する主点間隔である。【００１８】
このようにすることで、条件式（２）を満たすことにより、顕微鏡用瞳リレー光学系から射出される光束を平行光とすることができ、瞳変調光学素子を光軸方向に精度よく位置決めしなくても、倍率の変動を生じさせずに済む。【００１９】
また、上記態様においては、以下の条件式（３）を満足してもよい。
νｄ２ｍａｘ＞８０      （３）
ここで、νｄ２ｍａｘは前記第２レンズ群に含まれるレンズの有する最も大きいアッベ数である。
このようにすることで、条件式（３）を満たすことにより、物体光束の色収差を補正し、物体像の結像性能を向上することができる。【００２０】
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの顕微鏡用瞳リレー光学系と、該顕微鏡瞳リレー光学系の物体側に配置され、前記対物レンズを含み、物体像を形成する前記顕微鏡結像光学系と、前記顕微鏡用瞳リレー光学系によって前記顕微鏡結像光学系からリレーされた光束を二次結像面に結像させる二次結像レンズとを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、全長を短縮することができ、設置スペースの少ない正立型顕微鏡にＣｏｄｅｄ  Ａｐａｒｔｕｒｅ技術およびライトフィールド技術を適用しても、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる顕微鏡用瞳リレー光学系および顕微鏡装置を提供することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置のレンズ配列を示す縦断面図である。
【図２】図１の顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用瞳リレーレンズの第１実施例のレンズ配列を示す縦断面図である。
【図３Ａ】マイクロレンズアレイとモノクロの撮像素子の画素との関係を示す正面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの縦断面図である。
【図４Ａ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の球面収差を示す図である。
【図４Ｂ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の非点収差を示す図である。
【図４Ｃ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の歪曲収差を示す図である。
【図５Ａ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の球面収差を示す図である。
【図５Ｂ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の非点収差を示す図である。
【図５Ｃ】図２の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の歪曲収差を示す図である。
【図６】図１の顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用瞳リレーレンズの第２実施例のレンズ配列を示す縦断面図である。
【図７Ａ】マイクロレンズアレイとカラーの撮像素子の画素との関係を示す正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの縦断面図である。
【図８Ａ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の球面収差を示す図である。
【図８Ｂ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の非点収差を示す図である。
【図８Ｃ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の歪曲収差を示す図である。
【図９Ａ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の球面収差を示す図である。
【図９Ｂ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の非点収差を示す図である。
【図９Ｃ】図６の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の歪曲収差を示す図である。
【図１０】図１の顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用瞳リレーレンズの第３実施例のレンズ配列を示す縦断面図である。
【図１１Ａ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の球面収差を示す図である。
【図１１Ｂ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の非点収差を示す図である。
【図１１Ｃ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる物体像の歪曲収差を示す図である。
【図１２Ａ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の球面収差を示す図である。
【図１２Ｂ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の非点収差を示す図である。
【図１２Ｃ】図１０の顕微鏡用瞳リレーレンズによる瞳像の歪曲収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４および顕微鏡装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１に示されるように、被写体からの光を集光する、無限遠補正型の対物レンズ２を含む顕微鏡結像光学系３と、対物レンズ２の射出瞳を光学的に共役な位置に再形成する本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４と、該顕微鏡用瞳リレー光学系４によってリレーされた光束を結像させる第２結像レンズ（二次結像レンズ）５と、顕微鏡用瞳リレー光学系４によって再形成された射出瞳の位置に配置された瞳変調光学素子６と、第２結像レンズ５による結像位置に配置されたマイクロレンズアレイ７とを備えている。
【００２４】
顕微鏡結像光学系３は、対物レンズ２と、結像レンズ（一次結像レンズ）８とを備える無限遠補正型の光学系である。
顕微鏡の試料台等に置かれた被検物（物体）からの光束は、対物レンズ２によって集光されることにより、無限遠に虚像を形成するようになっている。対物レンズ２を通過した物体からの光束は平行光束となって、結像レンズ８によって集光された後に、本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４に入射するようになっている。
【００２５】
本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群９と、正の屈折力を有する第２レンズ群１０とを備えている。
第１レンズ群９は、図１に示す例では、光軸方向に間隔をあけて配置された２つのレンズにより構成されている。２つのレンズは、例えば、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１および、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２と両凸レンズＬ３との接合レンズである。
【００２６】
第１レンズ群９は、結像レンズ８が物体像を形成する一次結像面よりも物体側に配置されている。
結像レンズ８は像側テレセントリック光学系である。これにより、対物レンズ２から射出された平行光束が結像レンズ８により集光され顕微鏡用瞳リレー光学系４の第１レンズ群９と第２レンズ群１０との間において一旦物体像が形成され、第２レンズ群１０によって平行光束に変換されて、無限遠に対物レンズ２の射出瞳の虚像が形成されるようになっている。
【００２７】
本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４においては、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足している。
０．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜０．９                        （１）
０．６＜ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＜０．８          （２）
νｄ２ｍａｘ＞８０                                    （３）
【００２８】
ここで、
ｆＧ１は、第１レンズ群９の焦点距離、
ｆＧ２は、第２レンズ群１０の焦点距離、
ｄｈ１２は、第１レンズ群９の主点と第２レンズ群１０の主点との間隔、
νｄ２ｍａｘは、第２レンズ群１０内のレンズの最も高いアッベ数である。
【００２９】
そして、物体からの光束は、顕微鏡用瞳リレー光学系４によって形成された平行光束の位置に配置された瞳変調光学素子６によって変調された後、第２結像レンズ５によって集光され、マイクロレンズアレイ７の位置（二次結像面）に物体像を結像するようになっている。マイクロレンズアレイ７の位置に結像された物体からの方位の異なる光線は、マイクロレンズアレイ７を構成している各マイクロレンズ１１によって図示しない撮像素子の異なる画素に入射されるようになっている。これにより、光線の方位の情報を失うことなく撮影することができ、短時間で物体の３次元情報を得ることができる。
【００３０】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４および顕微鏡装置１によれば、顕微鏡用瞳リレー光学系４から射出される平行光束の位置に瞳変調光学素子６が配置されているので、瞳変調光学素子６の光軸方向位置の僅かなズレが許容され、瞳変調光学素子６を高精度に位置決めする必要がないという利点がある。
【００３１】
また、本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４および顕微鏡装置１によれば、顕微鏡用瞳リレー光学系４を構成している第１レンズ群９と第２レンズ群１０との間に顕微鏡結像光学系３により物体像を結像させるので、全長を短縮することができ、設置スペースの少ない正立型顕微鏡にＣｏｄｅｄ  Ａｐａｒｔｕｒｅ技術およびライトフィールド技術を適用しても、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができるという利点がある。
【００３２】
また、条件式（１）において、下限を下回ると、第１レンズ群９が結像レンズ８自体の物体像結像位置に近づき過ぎて全長が長くなってしまう上に、レンズに付着したゴミが画像に写り込み易くなってしまう。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群９が結像レンズ８や同軸照明用のビームスプリッタ等に近づきすぎて実際の配置が困難になる。したがって、条件式（１）を満足することによりそのような不都合の発生を防止することができる。
【００３３】
また、条件式（２）の範囲外となると、第２レンズ群１０から射出される光束が平行光束ではなくなり、瞳変調光学素子６を配置する場合に、光軸方向の僅かなズレによる倍率の変化が著しくなるという不都合がある。したがって、条件式（２）を満足することによりそのような不都合の発生を防止することができる。
また、条件式（３）を満足することにより、色収差を補正し、物体像の結像性能を向上することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、第１レンズ群９として、メニスカスレンズＬ１と２つのレンズＬ２，Ｌ３の接合レンズとからなるもの、第２レンズ群１０として単一のレンズＬ４からなるものを例示したがこれに限定されるものではない。正の屈折率を有し、第１レンズ群９と第２レンズ群１０との間に、顕微鏡結像光学系３による物体像を一旦結像させるものであればよい。
また、顕微鏡結像光学系３として、無限遠補正型光学系を例示したが、有限遠補正型光学系を採用してもよい。
【００３５】
また、無限遠補正型光学系においては、
条件式（１）は
０．５５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜０．８５
であることが好ましい。
条件式（２）は、
０．６２＜ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＜０．７８
であることが好ましい。
【００３６】
（第１実施例）
本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４の第１実施例について、図面を参照して以下に説明する。
図２は、本実施例に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４、結像レンズ８、瞳変調光学素子６、第２結像レンズ５およびマイクロレンズアレイ７の配置を示す図である。
【００３７】
以下に、図２の光学系のレンズデータを示す。
また、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに本実施例による物体像の収差図、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに本実施例による瞳像の収差をそれぞれ示す。
ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径１３．５ｍｍである。
【００３８】
面番号  曲率半径ｒ          間隔ｄ            ｎｄ            νｄ
１    ∞                  １０７．００００
２    ７０．２７９７      ８．２５００    １．４８７４９  ７０．２４
３    −４６．３３９８    ３．０１２９    １．８０１００  ３４．９７
４    −１３３．００７３  １．０３９８
５    ６２．４９４５      ６．００００    １．８０１００  ３４．９７
６    −６２．６７０３    １．５０００    １．６５４１２  ３９．６８
７    ３８．１５８８      ９．３７２８
８    ∞                  ２３．０００    １．５１６３３  ６４．１４
９    ∞                  ７９．１３００
１０  −２９．１２６５    ３．００００    １．５１６３３  ６４．１４
１１  −３７．７１８６    １．００００
１２  １６２．５２２７    ３．００００    １．６３９８０  ３４．４７
１３  ４８．６２６７      ６．５０００    １．５１６３３  ６４．１４
１４  −５０．９２４１    １７０．１２１９
１５  ５１．３２８６      ２．６０００    １．４９７００  ８１．５５
１６  ２１５．１０６６    １０．００００
１７  ∞                  ２．００００    １．５１６３３  ６４．１４
１８  ∞                  １０．００００
１９  ２４．２８０４      ３．０１１５    １．７８４７２  ２５．６８
２０  ４７．９３４１      １３．２７５６
２１  ２８．３３３５      １．０２７２    １．６３９８０  ３４．４７
２２  １２．７６７７      ３．１３４５
２３  １３．１５８１      ６．４１２３    １．４９７００  ８１．５５
２４  −２０．３４９２    ８．３９２２    １．７８４７２  ２５．６８
２５  ６１．２７８９      ３１．４８７３
２６  −１２．１２１０    ３．４４７３    １．６３９８０  ３４．４７
２７  −９６．９３３３    １３．７５６１
２８  −３３．２４６６    ４．４９３８    １．７８４７２  ２５．６８
２９  −２５．３６８８    ０．６９２５
３０  ９６３４．５７２４  ３．９９６０    １．７８４７２  ２５．６８
３１  −４８．５９０３    ４７．３４６３
３２  ０．９２０２        １．００００    １．４５８      ６７．７
３３  ∞                  １．４５２２
３４  ∞
【００３９】
面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号９は結像レンズ８である。
面番号１０から面番号１６は顕微鏡用瞳リレー光学系４である。
結像レンズ８と顕微鏡用瞳リレー光学系４の合成焦点距離はおおよそ無限大であり、対物レンズ２の射出瞳の結像倍率は１倍である。
【００４０】
符号Ｌ１からＬ３は顕微鏡用瞳リレー光学系４の第１レンズ群９であり、符号Ｌ４は顕微鏡用瞳リレー光学系４の第２レンズ群１０である。
面番号１７の位置には対物レンズ２の瞳が形成される。
面番号１７および面番号１８は瞳変調光学素子６である。
面番号１９から面番号３１は第２結像レンズ５であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００４１】
面番号３２および面番号３３はマイクロレンズアレイ７である。
マイクロレンズアレイ７のピッチは縦横ともに０．０４５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
【００４２】
面番号３４は撮像素子の受光面である。撮像素子の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１１が１個につき、９画素×９画素＝８１個の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ７の各マイクロレンズ１１の焦点距離は１．２ｍｍである。
マイクロレンズ１１と撮像素子との関係は図３Ａおよび図３Ｂのようになっている。撮像素子はモノクロである。これにより、顕微鏡によるライトフィールド画像を取得することができる。もしカラー画像を得たい場合は、照明光としてＲＧＢの各色に対応した波長域を用い、それぞれの波長域で照明したときに撮影した各画像を合成すればよい。
【００４３】
第１レンズ群９の焦点距離ｆＧ１および第２レンズ群１０の焦点距離ｆＧ２は、
ｆＧ１＝１０９．５ｍｍ
ｆＧ２＝１３５．９ｍｍ
である。
よって、
ｆＧ１／ｆＧ２＝０．８１
となり、条件式（１）を満足している。
【００４４】
また、第１レンズ群９と第２レンズ群１０との主点間隔ｄｈ１２は、
ｄｈ１２＝１７５．６４ｍｍ
である。そして、
ｆＧ１＋ｆＧ２＝２４５．４ｍｍ
である。
よって、
ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＝０．７２
となり、条件式（２）を満足している。
【００４５】
また、第２レンズ群１０のレンズ中で最もアッベ数の高いＬ７、Ｌ８のアッベ数は８１．５５であり、条件式（３）を満足している。
【００４６】
（第２実施例）
次に、本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４の第２実施例について、図面を参照して以下に説明する。
図６は、本実施例に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４、結像レンズ８、瞳変調光学素子６、第２結像レンズ５およびマイクロレンズアレイ７の配置を示す図である。
【００４７】
以下に、図６の光学系のレンズデータを示す。
また、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに本実施例による物体像の収差図、図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに本実施例による瞳像の収差をそれぞれ示す。
ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径１３．５ｍｍである。
【００４８】
面番号  曲率半径ｒ          間隔ｄ            ｎｄ            νｄ
１    ∞                  １２５．７７００
２    ６１．７７１７      ８．００００    １．４８７４９  ７０．２４
３    −４６．７７３８    １．２０００    １．８０１００  ３４．９７
４    −１３９．３０５２  ３．６３６７
５    ６６．２２２１      ４．４６３０    １．８０１００  ３４．９７
６    −６６．２２２１    １．２０００    １．６４４５０  ４０．８２
７    ３８．０１０８      ８．７０００
８    ∞                  ２３．００００  １．５１６３３  ６４．１４
９    ∞                  ４０．００００
１０  ４１．０４７８      ３．００００    １．６８８９３  ３１．０８
１１  ２３．９６３７      ４．９８００
１２  ２７．９８１１      ９．００００    １．４９７００  ８１．５５
１３  −４８．３８９７    ３．４４００
１４  −５９．７３５５    ３．００００    １．６８８９３  ３１．０８
１５  ５９．７３５５      ４２．７７００
１６  １７８．９４１５    ４．５０００    １．８０５１８  ２５．４３
１７  −１００．５２２２  ８４．４２００
１８  １５．７５１７      ８．８０００    １．６８８９３  ３１．０８
１９  １２．２８３８      ４．５４００
２０  −２３．８４１３    ７．９０００    １．８０５１８  ２５．４３
２１  １６．８９５９      ５．２４００    １．４９７００  ８１．５５
２２  −２７．３４６４    ０．２２００
２３  ２２．８１０４      １０．００００  １．４９７００  ８１．５５
２４  ３９．６２９０      １８．１８００
２５  −１１０．４６２７  １０．００００  １．８０５１８  ２５．４３
２６  −３８．４４０６    ２０．００００
２７  ∞                  ６．２５００    １．５６３８４  ６０．６７
２８  ∞                  １１．００００
２９  ３５．０２３２      ５．５０００    １．４９７００  ８１．５５
３０  −６４．８７４８    ４．５０００
３１  −５０．５１７６    ２．００００    １．８０１００  ３４．９７
３２  ∞                  ４１．９８９０
３３  ６２．６４３８      ３．００００    １．８０５１８  ２５．４３
３４  −７７．４２６９    ８．３２０２
３５  −２６．９６３０    ２．００００    １．８０１００  ３４．９７
３６  ４０．７９５０      ３８．５９０８
３７  ８８．３６３９      ２．８０００    １．８０５１８  ２５．４３
３８  ５７．３１７７      ４．３０００
３９  １２１．５４７８    ５．００００    １．４９７００  ８１．５５
４０  −３５．０２３２    ２２．９０００
４１  ０．５５０２        ０．８０００    １．４５８      ６７．７
４２  ∞                  ０．６５１５
４３  ∞
【００４９】
面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号９は結像レンズ８である。
面番号１０から面番号２６は顕微鏡用瞳リレー光学系４である。
符号Ｌ１からＬ４は顕微鏡用瞳リレー光学系４の第１レンズ群９、符号Ｌ５からＬ９は顕微鏡用瞳リレー光学系４の第２レンズ群１０である。
【００５０】
面番号２７の位置には顕微鏡用瞳リレー光学系４により対物レンズ２の瞳が形成される。
面番号２７および面番号２８は瞳変調光学素子６である。
面番号２９から面番号４０は第２結像レンズ５であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００５１】
面番号４１から面番号４２はマイクロレンズアレイ７である。
マイクロレンズアレイ７のピッチは縦横ともに０．０４５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
【００５２】
面番号４３は撮像素子の受光面である。撮像素子の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１１が１個につき、９画素×９画素＝８１個の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ７の各マイクロレンズ１１の焦点距離は１．２ｍｍである。
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、各マイクロレンズ１１に対応する９×９の画素には撮像素子上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１２が配置されている。これによりライトフィールドのカラー画像を取得することができる。
【００５３】
第１レンズ群９の焦点距離ｆＧ１および第２レンズ群１０の焦点距離ｆＧ２は、
ｆＧ１＝１０４．１１ｍｍ
ｆＧ２＝１５０．１０ｍｍ
である。
よって、
ｆＧ１／ｆＧ２＝０．６９
となり、条件式（１）を満足している。
【００５４】
また、第１レンズ群９と第２レンズ群１０との主点間隔ｄｈ１２は、
ｄｈ１２＝１６７．３３ｍｍ
である。そして、
ｆＧ１＋ｆＧ２＝２５４．２１ｍｍ
である。
よって、
ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＝０．６６
となり、条件式（２）を満足している。
【００５５】
また、第２レンズ群１０のレンズ中で最もアッベ数の高いＬ４のアッベ数は８１．５５であり、条件式（３）を満足している。
【００５６】
（第３実施例）
次に、本実施形態に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４の第３実施例について、図面を参照して以下に説明する。
図１０は、本実施例に係る顕微鏡用瞳リレー光学系４、瞳変調光学素子６、結像レンズ８およびマイクロレンズアレイ７の配置を示す図である。
【００５７】
本実施例は、有限系の顕微鏡の対物レンズ２により集光された物体からの光束が、結像レンズ８を介することなく、物体像を形成する手前で顕微鏡用瞳リレー光学系４に入射する例を示している。
【００５８】
以下に、図１０の光学系のレンズデータを示す。
また、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに本実施例による物体像の収差図、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃに本実施例による瞳像の収差をそれぞれ示す。
ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径２０．４６ｍｍである。
【００５９】
面番号  曲率半径ｒ          間隔ｄ            ｎｄ            νｄ
１    ∞                  １８０．００００
２    ７６．９８０８      ７．００００    １．６８８９３  ３１．０８
３    ２７．６５３６      １．５０７２
４    ２９．０４３１      １１．００００  １．４９７００  ８１．５５
５    −３２．９９９７    ２．５０００    １．６８８９３  ３１．０８
６    −９２．８６９８    １６．４７６１
７    ∞                  ４．３７０４    １．８０５１８  ２５．４３
８    −５９．６４９３    １１６．２４７２
９    ２２．６２６３      １２．００００  １．６８８９３  ３１．０８
１０  １８．１０１０      １１．５２８５
１１  −２０．８３３９    １１．３４２３  １．８０５１８  ２５．４３
１２  ３３．６１６７      ４．２８０８    １．４３８７５  ９４．９５
１３  −３３．６１６７    ０．２０００
１４  ５２．２５７３      １２．００００  １．４３８７５  ９４．９５
１５  １８３０．５６４９  ６．１１４４
１６  −１８９．８３０６  ３．４３３１    １．８０５１８  ２５．４３
１７  −３８．９４９２    ２０．０３７９
１８  ∞                  ６．２５００    １．５６３８４  ６０．６７
１９  ∞                  １１．００００
２０  ３５．０２３２      ５．５０００    １．４９７００  ８１．５５
２１  −６４．８７４８    ４．５０００
２２  −５０．５１７６    ２．００００    １．８０１００  ３４．９７
２３  ∞                  ４１．９８９０
２４  ６２．６４３８      ３．００００    １．８０５１８  ２５．４３
２５  −７７．４２６９    ８．３２０２
２６  −２６．９６３０    ２．００００    １．８０１００  ３４．９７
２７  ４０．７９５０      ３８．５９０８
２８  ８８．３６３９      ２．８０００    １．８０５１８  ２５．４３
２９  ５７．３１７７      ４．３０００
３０  １２１．５４７８    ５．００００    １．４９７００  ８１．５５
３１  −３５．０２３２    ２３．００００
３２  ０．５５０２        ０．８０００    １．４５８      ６７．７
３３  ∞                  ０．６５１５
３４  ∞
【００６０】
面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号１７は顕微鏡用瞳リレー光学系４である。
符号Ｌ１からＬ４は、顕微鏡用瞳リレー光学系４の第１レンズ群９、符号Ｌ５からＬ９は顕微鏡用瞳リレー光学系４の第２レンズ群１０である。
【００６１】
面番号１８の位置には顕微鏡用瞳リレー光学系４により対物レンズ２の瞳が形成される。
面番号１８および面番号１９は瞳変調光学素子６である。
面番号２０から面番号３１は結像レンズ８であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００６２】
面番号３２から面番号３３はマイクロレンズアレイ７である。
マイクロレンズアレイ７のピッチは縦横ともに０．０４５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
【００６３】
面番号３４は撮像素子の受光面である。撮像素子の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１１が１個につき、９画素×９画素＝８１個の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ７の各マイクロレンズ１１の焦点距離は１．２ｍｍである。
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、各マイクロレンズ１１に対応する９×９の画素には撮像素子上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１２が配置されている。これにより、ライトフィールドのカラー画像を取得することができる。
【００６４】
第１レンズ群９の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群１０の焦点距離ｆＧ２は、
ｆＧ１＝９６．５４ｍｍ
ｆＧ２＝１７４．２６ｍｍ
である。よって、
ｆＧ１／ｆＧ２＝０．５５
となり、条件式（１）を満足している。
【００６５】
また、第１レンズ群９と第２レンズ群１０との主点間隔ｄｈ１２は、
ｄｈ１２＝２０９．１０ｍｍ
である。そして、
ｆＧ１＋ｆＧ２＝２７０．８０ｍｍ
である。よって、
ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＝０．７７
となり、条件式（２）を満足している。
【００６６】
また、第２レンズ群１０のレンズ中で最もアッベ数の高い符号Ｌ７、Ｌ８のアッベ数は９４．９５であり、条件式（３）を満足している。
各実施例における条件式の値を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2017221333.tif 000003
【符号の説明】
【００６８】
１  顕微鏡装置
２  対物レンズ
３  顕微鏡結像光学系
４  顕微鏡用瞳リレー光学系
５  第２結像レンズ（二次結像レンズ）
８  結像レンズ（一次結像レンズ）
９  第１レンズ群
１０  第２レンズ群
【図１】
2017221333.tif 000004
【図２】
2017221333.tif 000005
【図３Ａ】
2017221333.tif 000006
【図３Ｂ】
2017221333.tif 000007
【図４Ａ】
2017221333.tif 000008
【図４Ｂ】
2017221333.tif 000009
【図４Ｃ】
2017221333.tif 000010
【図５Ａ】
2017221333.tif 000011
【図５Ｂ】
2017221333.tif 000012
【図５Ｃ】
2017221333.tif 000013
【図６】
2017221333.tif 000014
【図７Ａ】
2017221333.tif 000015
【図７Ｂ】
2017221333.tif 000016
【図８Ａ】
2017221333.tif 000017
【図８Ｂ】
2017221333.tif 000018
【図８Ｃ】
2017221333.tif 000019
【図９Ａ】
2017221333.tif 000020
【図９Ｂ】
2017221333.tif 000021
【図９Ｃ】
2017221333.tif 000022
【図１０】
2017221333.tif 000023
【図１１Ａ】
2017221333.tif 000024
【図１１Ｂ】
2017221333.tif 000025
【図１１Ｃ】
2017221333.tif 000026
【図１２Ａ】
2017221333.tif 000027
【図１２Ｂ】
2017221333.tif 000028
【図１２Ｃ】
2017221333.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月8日(2017.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含む顕微鏡結像光学系の像側に配置され、
物体側から順に、
正の屈折力を有し、物体側から収束光束が入射する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群の最も物体側に位置するレンズが、前記顕微鏡結像光学系が物体像を形成する一次結像面よりも物体側に配置され、
前記対物レンズの射出瞳を該射出瞳と光学的に共役な位置に再形成し、
以下の条件式を満足する顕微鏡用瞳リレー光学系。
０．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜０．９
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離である。
【請求項２】
前記顕微鏡結像光学系が、前記対物レンズと、該対物レンズを通過した光束を結像させる一次結像レンズとを有する無限遠補正型顕微鏡光学系であり、
前記一次結像レンズが、前記一次結像面に物体像を形成する請求項１に記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
以下の条件式を満足する請求項１から請求項３のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
０．６＜ｄｈ１２／（ｆＧ１＋ｆＧ２）＜０．８
ここで、ｆＧ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆＧ２は前記第２レンズ群の焦点距離、ｄｈ１２は前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の隣接する主点間隔である。
【請求項５】
以下の条件式を満足する請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
νｄ２ｍａｘ＞８０
ここで、νｄ２ｍａｘは前記第２レンズ群に含まれるレンズの有する最も大きいアッベ数である請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の顕微鏡用瞳リレー光学系と、
該顕微鏡瞳リレー光学系の物体側に配置され、前記対物レンズを含み、物体像を形成する前記顕微鏡結像光学系と、
前記顕微鏡用瞳リレー光学系によって前記顕微鏡結像光学系からリレーされた光束を二次結像面に結像させる二次結像レンズとを備える顕微鏡装置。
【国際調査報告】
2017221333.tif 000030
2017221333.tif 000031