(57)【要約】  入射瞳から像面までの距離を短縮して、顕微鏡全体をコンパクトに構成することを目的として、本発明に係る顕微鏡用結像光学系（４）は、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、正の屈折力を有し、少なくとも１つの両凸レンズ（Ｌ３）と、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ３）とを含む第１レンズ群（７）と、負の屈折力を有し、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ５）を含む第２レンズ群（８）と、正の屈折力を有し、少なくとも１つのメニスカスレンズ（Ｌ６）と、像側に凸面を向けた正レンズ（Ｌ７）とを含む第３レンズ群（９）とからなり、ｄｐ１を第１レンズ群（７）の最も物体側のレンズと入射瞳との間隔、ｆを顕微鏡用結像光学系（４）の焦点距離、ＴＴを入射瞳から顕微鏡用結像光学系（４）の形成する物体像面までの距離として、条件式０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５および０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９を満足する。
2017221334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側に入射瞳を有し、
物体側から順に、
正の屈折力を有し、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズとを含む第１レンズ群と、
負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた負レンズを含む第２レンズ群と、
正の屈折力を有し、メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた正レンズとを含む第３レンズ群とからなり、
以下の条件式（１）、（２）を満足する顕微鏡用結像光学系。
０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５                （１）
０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９                      （２）
ここで、
ｄｐ１は、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズと前記入射瞳との間隔、
ｆは、前記顕微鏡用結像光学系の焦点距離、
ＴＴは、前記入射瞳から前記顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面までの距離
である。
【請求項２】
条件式（３）を満足する請求項１に記載の顕微鏡用結像光学系。
０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５                    （３）
ここで、
ｆＧ３は、前記第３レンズ群の焦点距離
である。
【請求項３】
条件式（４）、（５）を満足する請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系。
０．５＜ｆＧ１＜０．８                        （４）
−０．４＜ｆＧ２＜−０．１                    （５）
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】
条件式（６）を満足する請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系。
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＞５０                  （６）
ここで、
νｄ１ｃｘは、前記第１レンズ群の前記両凸レンズのアッベ数、
νｄ１ｃｖは、前記第１レンズ群の前記負レンズのアッベ数
である。
【請求項５】
条件式（７）を満足する請求項３に記載の顕微鏡用結像光学系。
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＞３３                      （７）
ここで、
νｄ３ｐは、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数、
νｄ３ｍは、前記第３レンズ群の前記メニスカスレンズのアッベ数
である。
【請求項６】
物体からの光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された光を集光して物体像を結像させる請求項２に記載の顕微鏡用結像光学系と、
該顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面に複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイと、
各前記マイクロレンズにより前記入射瞳の像が結像される受光面を有する撮像素子とを備えるライトフィールド顕微鏡。
【請求項７】
条件式（８）を満足する請求項６に記載のライトフィールド顕微鏡。
０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜            （８）
ここで、
βは、前記マイクロレンズアレイ上に形成される物体像の結像倍率、
ＮＡは、前記対物レンズの開口数、
ｐは、前記撮像素子のピッチ、
ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、
θは、前記顕微鏡用結像光学系を射出した主光線と光軸との傾き
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド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。【０００３】
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可能となる。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次元化しているため、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５Ａおよび図５Ｂ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】
高級タイプの顕微鏡は、対物レンズから射出する物体像光線が平行光である、いわゆる無限遠補正光学系のものが多い。対物レンズにより平行にされた光線は結像レンズに入射し、結像レンズの後側焦点で物体の像を形成する。
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、空間上に結像させ、そこに瞳変調素子等のフィルタを設置できるようにした光学系が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３５４４５６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３４０５６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】
しかしながら、ライトフィールド技術を適用するために、結像レンズを像側テレセントリックとすると、入射瞳から像面までの合計の長さが増大して光学系の全長が長くなってしまうという不都合がある。特に、正立型顕微鏡に適用する場合には、光学系を収めるための大きなスペースが必要となって顕微鏡全体が大型化するとともに、倒立型顕微鏡であっても装置重量の増大およびフットプリントの増大につながるという不都合がある。【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、入射瞳から像面までの距離を短縮して、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結像光学系およびライトフィールド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、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、正の屈折力を有し、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズとを含む第１レンズ群と、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けた負レンズを含む第２レンズ群と、正の屈折力を有し、メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた正レンズとを含む第３レンズ群とからなり、以下の条件式（１）、（２）を満足する顕微鏡用結像光学系である。
０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５                （１）
０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９                      （２）
ここで、ｄｐ１は、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズと前記入射瞳との間隔、ｆは、前記顕微鏡用結像光学系の焦点距離、ＴＴは、前記入射瞳から前記顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面までの距離である。【００１４】
条件式（１）の下限を下回ると、入射瞳面に配置した瞳変調素子と、第１レンズ群とが近接しすぎてしまい、配置が困難になる。また、条件式（１）の上限を上回ると、入射瞳から第１レンズ群までの距離が長くなり、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなりすぎてしまう。また、条件式（２）を上回ると、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなり、結果として光学系全体が大型化してしまう。【００１５】
上記態様においては、条件式（３）を満足してもよい。
０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５                    （３）
ここで、ｆＧ３は、前記第３レンズ群の焦点距離である。【００１６】
条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群の屈折力が強くなりすぎるために、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差が悪化する。一方、条件式（３）上限を上回ると、第３レンズ群の屈折力が弱くなり、光線を曲げる力が弱くなって、像側テレセントリックを維持できなくなる。【００１７】
また、上記態様においては、条件式（４）、（５）を満足してもよい。
０．５＜ｆＧ１＜０．８                        （４）
−０．４＜ｆＧ２＜−０．１                    （５）
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。【００１８】
条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。条件式（４）上限を上回ると、屈折力が弱くなりすぎて、規定の焦点距離を達成できなくなる。
また、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群の屈折力が弱くなりすぎ、ペッツバール和が大きくなって像面湾曲を補正できなくなる。条件式（５）の上限を上回ると、屈折力が大きくなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。【００１９】
また、上記態様においては、条件式（６）を満足してもよい。
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＞５０                  （６）
ここで、νｄ１ｃｘは、前記第１レンズ群の前記両凸レンズのアッベ数、νｄ１ｃｖは、前記第１レンズ群の前記負レンズのアッベ数である。
条件式（６）の範囲から外れると、物体像の軸上色収差、倍率色収差が悪化し、結像性能が悪くなる。【００２０】
また、上記態様においては、条件式（７）を満足してもよい。
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＞３３                      （７）
ここで、νｄ３ｐは、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数、νｄ３ｍは、前記第３レンズ群の前記メニスカスレンズのアッベ数である。【００２１】
条件式（７）の範囲から外れると、主波長以外の波長における像側テレセントリック性が悪化して、マイクロレンズによって結像される瞳像の色によるシフトを生じてしまう。【００２２】
また、本発明の他の態様は、物体からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光を集光して物体像を結像させる上記顕微鏡用結像光学系と、該顕微鏡用結像光学系の形成する物体像面に複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイと、各前記マイクロレンズにより前記入射瞳の像が結像される受光面を有する撮像素子とを備えるライトフィールド顕微鏡である。【００２３】
上記態様においては、条件式（８）を満足してもよい。
０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜            （８）
ここで、βは、前記マイクロレンズアレイ上に形成される物体像の結像倍率、ＮＡは、前記対物レンズの開口数、ｐは、前記撮像素子のピッチ、ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、θは、前記顕微鏡用結像光学系を射出した主光線と光軸との傾きである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、入射瞳から像面までの距離を短縮して、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効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るライトフィールド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のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる本発明の一実施形態に係る顕微鏡用結像光学系の第１実施例を示す縦断面図である。
【図３】図２の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。
【図４Ａ】図３の光学系による物体像の球面収差を示す図である。
【図４Ｂ】図３の光学系による物体像の非点収差を示す図である。
【図４Ｃ】図３の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。
【図５Ａ】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５Ｂ】図５Ａの縦断面図である。
【図６】図２の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。
【図７】図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第２実施例を示す縦断面図である。
【図８】図７の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。
【図９Ａ】図８の光学系による物体像の球面収差を示す図である。
【図９Ｂ】図８の光学系による物体像の非点収差を示す図である。
【図９Ｃ】図８の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。
【図１０Ａ】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１０Ｂ】図１０Ａの縦断面図である。
【図１１】図７の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。
【図１２】図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第３実施例を示す縦断面図である。
【図１３】図１２の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。
【図１４Ａ】図１３の光学系による物体像の球面収差を示す図である。
【図１４Ｂ】図１３の光学系による物体像の非点収差を示す図である。
【図１４Ｃ】図１３の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。
【図１５】図１２の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。
【図１６】図１のライトフィールド顕微鏡装置に備えられる顕微鏡用結像光学系の第４実施例を示す縦断面図である。
【図１７】図１６の顕微鏡用結像光学系、瞳リレー光学系、瞳変調光学素子およびマイクロレンズアレイの配列を示す縦断面図である。
【図１８Ａ】図１７の光学系による物体像の球面収差を示す図である。
【図１８Ｂ】図１７の光学系による物体像の非点収差を示す図である。
【図１８Ｃ】図１７の光学系による物体像の歪曲収差を示す図である。
【図１９】図１６の顕微鏡用結像光学系における物体像高に対する主光線の傾きの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４およびライトフィールド顕微鏡装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置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と、該対物レンズ２の射出瞳を光学的に共役な位置に再形成する瞳リレー光学系３と、該瞳リレー光学系３によってリレーされた光束を結像させる本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４と、瞳リレー光学系３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５と、顕微鏡用結像光学系４による結像位置に配置されたマイクロレンズアレイ６とを備えている。
【００２７】
対物レンズ２は、顕微鏡の試料台等に置かれた被検物（物体）からの光束を集光し、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、瞳リレー光学系３に入射するようになっている。
【００２８】
瞳リレー光学系３は、ほぼ無限大の焦点距離を有し、対物レンズ２から入射されてきた平行光束を集光して、瞳リレー光学系３の内部において物体像を一旦結像させた後、平行光束の形態で射出させ、無限遠に物体の虚像を形成するようになっている。
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４は、瞳リレー光学系３の後方に配置され、瞳リレー光学系３から射出されてきた平行光束を集光することにより、物体像を結像させるようになっている。
【００２９】
顕微鏡用結像光学系４は、図２に示されるように、物体側に入射瞳を有し、物体側から順に、第１レンズ群７、第２レンズ群８および第３レンズ群９を備えている。
第１レンズ群７は、正の屈折力を有し、少なくとも１つの両凸レンズＬ３と、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズＬ４とを備えている。
具体的には、物体側から順に、物体側に凸面を向けた２つのメニスカスレンズＬ１，Ｌ２と、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズとからなっている。
【００３０】
第２レンズ群８は、負の屈折力を有し、少なくとも１つの物体側に凹面を向けた負レンズＬ５を備えている。
具体的には、物体側に凹面を向けた単一のメニスカスレンズＬ５である。
【００３１】
第３レンズ群９は、正の屈折力を有し、少なくとも１つのメニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とを備えている。
具体的には、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Ｌ６と、像側に凸面を向けた平凸レンズとＬ７からなっている。
【００３２】
そして、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４は、以下の条件式（１）から（７）を満足している。
０．０５＜ｄｐ１／ｆ＜０．１５                （１）
０．５＜ＴＴ／ｆ＜０．９                      （２）
０．２＜ｆＧ３／ｆ＜０．５                    （３）
０．５＜ｆＧ１＜０．８                        （４）
−０．４＜ｆＧ２＜−０．１                    （５）
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＞５０                  （６）
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＞３３                      （７）
【００３３】
ここで、ｄｐ１は、第１レンズ群７の最も物体側のレンズＬ１と入射瞳との間隔、ｆは、顕微鏡用結像光学系４の焦点距離、ＴＴは、入射瞳から顕微鏡用結像光学系４の形成する物体像面までの距離である。
また、ｆＧ１は第１レンズ群７の焦点距離、ｆＧ２は第２レンズ群８の焦点距離、ｆＧ３は第３レンズ群９の焦点距離である。
【００３４】
また、νｄ１ｃｘは、第１レンズ群７の両凸レンズＬ３のアッベ数、νｄ１ｃｖは、第１レンズ群７の負レンズＬ４のアッベ数である。
また、νｄ３ｐは、第３レンズ群９の正レンズＬ７のアッベ数、νｄ３ｍは、第３レンズ群９のメニスカスレンズＬ６のアッベ数である。
【００３５】
瞳変調光学素子５は、例えば、Ｃｏｄｅｄ  Ａｐｅｒｔｕｒｅのための空間フィルタであり、射出瞳の像面に配置されている。
【００３６】
また、本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置１は、以下の条件式（８）を満足している。
０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜            （８）
ここで、βは、マイクロレンズアレイ６上に形成される物体像の結像倍率、ＮＡは、対物レンズ２の開口数、ｐは、撮像素子１１のピッチ、ｎは、１つの絵素に含まれる画素数の平方根、θは、顕微鏡用結像光学系４を射出した主光線と光軸との傾きである。
【００３７】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（１）および条件式（２）を満足しているので、入射瞳から像面までの距離を短縮して光学系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。
条件式（１）の下限を下回ると、入射瞳面に配置した瞳変調素子５と、第１レンズ群７とが近接しすぎてしまい、配置が困難になる。また、条件式（１）の上限を上回ると、入射瞳から第１レンズ群７までの距離が長くなり、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなりすぎてしまう。また、条件式（２）を上回ると、結果として入射瞳から像面までの距離が長くなり、結果として光学系全体が大型化してしまう。
【００３８】
また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（３）を満足しているので、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差を良好にすることができるとともに、像側テレセントリック性を維持することができる。
条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群９の屈折力が強くなりすぎるために、物体像の球面収差、コマ収差および歪曲収差が悪化する。一方、条件式（３）の上限を上回ると、第３レンズ群９の屈折力が弱くなり、光線を曲げる力が弱くなって、像側テレセントリック性を適正に維持できなくなる。
【００３９】
また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（４）を満足しているので、物体像の球面収差およびコマ収差を良好にすることができるとともに、規定の焦点距離を達成することができる。また、条件式（５）を満足しているので、像面湾曲を適正に補正できるとともに、物体像の球面収差およびコマ収差を良好なものとすることができる。
【００４０】
条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群７の屈折力が強くなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。条件式（４）上限を上回ると、屈折力が弱くなりすぎて、規定の焦点距離を達成できなくなる。
また、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群８の屈折力が弱くなりすぎ、ペッツバール和が大きくなって像面湾曲を補正できなくなる。条件式（５）の上限を上回ると、屈折力が大きくなりすぎて、物体像の球面収差およびコマ収差が悪化する。
【００４１】
また、本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４によれば、条件式（６）を満足しているので、物体像の軸上色収差、倍率色収差を良好にして結像性能を向上することができる。
また、条件式（７）を満足しているので、主波長以外の波長における像側テレセントリック性を適正に維持することができる。
【００４２】
条件式（６）の範囲から外れると、物体像の軸上色収差、倍率色収差が悪化し、結像性能が悪くなる。
また、条件式（７）の範囲から外れると、主波長以外の波長における像側テレセントリック性が悪化して、マイクロレンズ１０によって結像される瞳像の色によるシフトを生じてしまう。
【００４３】
ここで、ライトフィールド技術を用いる光学系において像側テレセントリック性がどの程度厳密に求められるのか、すなわち、主光線が光軸とどの程度の平行度が必要なのかについて説明する。
前述のように、物体像面に配置されたマイクロレンズ１０によって、射出瞳が撮像素子１１上に結像される。この射出瞳の像が、予定された画素領域からずれると、後述のように問題が生じる。
【００４４】
撮像素子１１上での瞳像のズレは、主光線の傾き（ｒａｄ）×マイクロレンズ１０の焦点距離で表される。
マイクロレンズ１０により結像している射出瞳の像が対応するｎ画素×ｎ画素の領域に内接している場合、少しでも瞳の像がずれると、隣の絵素に光が進入してしまう。これは絵素間のクロストークとなり、水平・垂直方向の分解能を落とすため有害である。
【００４５】
ここで、対物レンズ２、顕微鏡結像光学系４、マイクロレンズ１０、撮像素子１１との特性の関係、および許容されるテレセントリックからのズレの角度の関係を示す。
マイクロレンズアレイ６上に形成される物体像の結像倍率β、対物レンズ２の開口数ＮＡ、マイクロレンズ１０の焦点距離ｆ、撮像素子１１のピッチｐ、１つの絵素に含まれる画素数ｎ２個、マイクロレンズアレイ６のピッチｎ×ｐ、撮像素子面における瞳像中心の許容ズレ量ｋ×ｐ（ｋは係数）、許容される主光線の傾きθとすると、
ｆ＝ｐ・ｎ・β／（２ＮＡ）
で表される焦点距離ｆとすることで、マイクロレンズ１０のピッチと同じ直径の瞳の像が撮像素子１１上に形成される。
【００４６】
この撮像素子１１上に形成された瞳の像が、マイクロレンズ１０の直下からどれくらいずれても許容されるか許容量Δとすると、係数ｋを用いて、
Δ＝ｋ・ｐ
で表される。
【００４７】
ここで、
０＜ｋ＜０．２（すなわち、画素ピッチの１／５までのズレを許容する）
とすると、主光線の傾きの許容量は、
θ＝ｆ／（ｋ・ｐ）から、
０＜θ＜｜０．４ＮＡ／（β・ｎ）｜
となり、条件式（８）が導かれる。
【００４８】
したがって、本実施形態に係るライトフィールド顕微鏡装置１は、条件式（８）を満足しているので、主光線の光軸との傾きのズレ角度θを許容範囲に抑えて、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
なお、本実施形態においては、条件式（１）から条件式（８）を全て満たしている場合について説明したが、条件式（３）から条件式（８）については満たしていなくてもよく、少なくとも１つを満たしていてもよい。
【００４９】
（第１実施例）
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系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３は、本実施例に係る瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系４およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す図である。
【００５０】
以下に、図３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、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系４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。
【００５１】
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    ∞
【００５２】
面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号１６は瞳リレー光学系３であり、焦点距離はおおよそ無限大であり、瞳の結像倍率は１倍である。
面番号１８の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の射出瞳が形成される。また、面番号１８は顕微鏡用結像光学系４の入射瞳の位置でもある。
【００５３】
面番号１７および面番号１８は瞳変調光学素子５である。
面番号１９から面番号３１は本実施形態の顕微鏡用結像光学系４であり、焦点距離ｆは１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００５４】
面番号３２および面番号３３は、図５Ａおよび図５Ｂに示されるマイクロレンズアレイ６である。
マイクロレンズアレイ６のピッチは縦横ともに０．０７５ｍｍであり、光軸と垂直面内における寸法は１７．６ｍｍ×１３．２ｍｍである。
【００５５】
面番号３４は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、１５画素×１５画素＝２２５個（ｎ＝１５）の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は２ｍｍである。
【００５６】
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系４の第１レンズ群７は、図２に示されるように、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズで構成されている。両凸レンズＬ３のアッベ数は８１．５５、両凹レンズＬ４のアッベ数は２５．６８である。
【００５７】
第２レンズ群８は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５である。
第３レンズ群９は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ６および両凸レンズＬ７である。メニスカスレンズＬ６の凹面の曲率半径は３３．２４６６である。
【００５８】
第１レンズ群７の最も物体側のメニスカスレンズＬ１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
ｄｐ１＝ｄ１７＋ｄ１８＝１２ｍｍ
であり、
ｄｐ１／ｆ＝０．０６７
となる。よって、条件式（１）を満足している。
【００５９】
また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系４の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
ＴＴ＝１５２．４７ｍｍ
であり、
ＴＴ／ｆ＝０．８４７
となる。よって、条件式（２）を満足している。
【００６０】
また、第１レンズ群７の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群８の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群の焦点距離ｆＧ３は、
ｆＧ１＝１０６．２３ｍｍ
ｆＧ２＝−２１．８５ｍｍ
ｆＧ３＝３８．２ｍｍ
であり、
ｆＧ１／ｆ＝０．５９
ｆＧ２／ｆ＝−０．１２
ｆＧ３／ｆ＝０．２１
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）をそれぞれ満足している。
【００６１】
また、第１レンズ群７の両凸レンズＬ３のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群７のメニスカスレンズＬ４のアッベ数νｄ１ｃｖから、
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＝５６．２２
となる。
よって、条件式（６）を満足している。
【００６２】
次に、テレセントリック性についての条件式（８）について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝３．４分角
である。
ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
図６に像高に対する主光線の傾きを示す。
主光線の光軸との角度ズレは全像高において、６．２秒角以内であり、条件式（８）を満足しているので、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
【００６３】
この実施例においては、対物レンズ２の射出瞳の共役点、すなわち、顕微鏡結像光学系４の入射瞳から物体像面までの距離が１５２．４７ｍｍである。顕微鏡用結像光学系４の焦点距離は１８０ｍｍであるので、入射瞳から物体像面までの長さは、焦点距離の約０．８５倍であり、この長さが焦点距離の１．６３倍から２倍となる従来例と比較して非常に短い。
【００６４】
なお、瞳リレー光学系３を省略して、対物レンズ２の後に結像レンズを配置して使用することも可能である。その場合、対物レンズ２の射出瞳と結像レンズの入射瞳を一致させることで、像側テレセントリックにすることができる。
【００６５】
（第２実施例）
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２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７は、本実施例に顕微鏡用結像光学系１２のレンズ配列を示す図である。図８に瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系１２およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
【００６６】
以下に、図８の光学系のレンズデータを示す。
また、図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系１２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。
【００６７】
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    ∞
【００６８】
面番号１は対物レンズ２の射出瞳、面番号２から面番号２６は瞳リレー光学系３であり、焦点距離はおおよそ無限大であり、瞳の結像倍率は１倍である。
面番号２７の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の瞳が形成される。また、面番号２７は、本実施形態に係る顕微鏡結像光学系４の入射瞳の位置でもある。
【００６９】
面番号２７および面番号２８は瞳変調光学素子５である。
面番号２９から面番号４０は本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００７０】
面番号４１および面番号４２はマイクロレンズアレイ６である。
マイクロレンズアレイ６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。
【００７１】
面番号４３は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、９画素×９画素＝８１個（ｎ＝９）の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は１．２ｍｍである。
各マイクロレンズ１０に対応する９×９の画素には、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、撮像素子１１上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１６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。
【００７２】
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１２の第１レンズ群１３は、物体側から両凸レンズＬ１１、および物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２を備えている。
第２レンズ群１４は、物体側から順に両凸レンズＬ１３および両凹レンズＬ１４を備えている。
また、第３レンズ群１５は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ１５および両凸レンズＬ１６を備えている。
メニスカスレンズＬ１５の凹面の曲率半径は５７．３１７７である。メニスカスレンズＬ１５のアッベ数は２５．３３、両凸レンズL１６のアッベ数は８１．５５である。
【００７３】
第１レンズ群１３の最も物体側の両凸レンズＬ１１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
ｄｐ１＝ｄ２７＋ｄ２８＝１７．２５ｍｍ
であり、
ｄｐ１／ｆ＝０．０９６
となる。よって、条件式（１）を満足している。
【００７４】
また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系１２の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
ＴＴ＝１５８．１５ｍｍ
であり、
ＴＴ／ｆ＝０．８７９
となる。よって、条件式（２）を満足している。
【００７５】
また、第１レンズ群１３の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群１４の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群１５の焦点距離ｆＧ３は、
ｆＧ１＝１２６．１０ｍｍ
ｆＧ２＝−６３．４３ｍｍ
ｆＧ３＝７２．９９ｍｍ
であり、
ｆＧ１／ｆ＝０．７０
ｆＧ２／ｆ＝−０．３５
ｆＧ３／ｆ＝０．４１
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）をそれぞれ満足している。
【００７６】
また、第１レンズ群１３の両凸レンズＬ１３のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群１３のメニスカスレンズＬ１４のアッベ数νｄ１ｃｖから、
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＝５６．２２
となる。
よって、条件式（６）を満足している。
【００７７】
また、第３レンズ群１５の正レンズＬ１６のアッベ数νｄ３ｐ、メニスカスレンズＬ１５のアッベ数νｄ３ｍから、
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＝５６．２２
となる。
よって、条件式（７）を満足している。
【００７８】
次に、テレセントリック性についての条件式（８）について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
図１１に像高に対する主光線の傾きを示す。
本実施形態では、主光線の光軸との角度ズレは全像高において、１０秒角以内であるので、条件式（８）を満たしており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
【００７９】
本実施例では、主波長（λ＝５４６．０７ｎｍ）以外の各波長においても良好なテレセントリック性を有している。もし、主波長以外でテレセントリック性が悪いと、撮像素子１１上に結像する主波長以外の瞳の像が領域の中心からずれる。これは次の悪影響の原因になる。
【００８０】
（ａ）瞳の像が別の色の画素領域に入り込んでしまうため、色のクロストークを生じる。
（ｂ）主波長以外のカラーフィルタ１６が覆っている画素領域（９×９）において、領域周辺の画素では受光量が減少する。これにより、色むらを生じる。このため、主波長以外の各波長において良好な像側テレセントリック性を有することが望ましい。
【００８１】
この実施例においては、対物レンズ２の瞳の共役点、すなわち、顕微鏡用結像光学系１２の入射瞳から物体像面まで、１５８．１５ｍｍである。結像レンズの焦点距離は１８０ｍｍであるので、入射瞳から物体像面までの長さは、焦点距離の約０．８８倍であり、従来技術に比べて非常に短い。
【００８２】
（第３実施例）
次に、本実施形態に係る顕微鏡用瞳結像光学系１７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１２は、本実施例に係る顕微鏡用結像光学系１７のレンズ配列である。図１３に、瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系１７およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
【００８３】
本実施例は、有限系の顕微鏡対物レンズにより集光された物体からの光束が、物体像を形成する手前で瞳リレー光学系３に入射する例を示している。
以下に、図１３の光学系のレンズデータを示す。
また、図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃに瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系１７の収差をそれぞれ示す。
ここで、主波長：５４６．０７ｎｍ、入射瞳径２０ｍｍである。
【００８４】
面番号  曲率半径ｒ        間隔ｄ          ｎｄ            νｄ
１      ∞                １８０.００００
２      ８０.４５５５      １.５０００      １.６８８９３  ３１.０８
３      ２８.８１８２      １.５０６８
４      ３０.２５２０      １１.００００    １.４９７００  ８１.５５
５      −３９.６６５８    １.５０００      １.６８８９３  ３１.０８
６      −９２.８６９８    １６.１２４１
７      ∞                ４.１９８１      １.８０５１８  ２５.４３
８      −６３.６３５２    １４５.３１４５
９      ２２.２３４０      ７.３２６０      １.６８８９３  ３１.０８
１０    １７.７８７２      ９.９８７２
１１    −２１.０８３６    ２.０７５９      １.８０５１８  ２５.４３
１２    ３３.２３７８      ４.４１８１      １.４３８７５  ９４.９５
１３    −３３.２３７８    ０.２０００
１４    ５１.６８７０      ８.６５８４      １.４３８７５  ９４.９５
１５    １２０.８５８５    ２.１９５８
１６    −２８５.７７５７  ３.９９５０      １.８０５１８  ２５.４３
１７    −３１.４３１０    ２０.０４５６８９
１８    ∞                ３.００００      １.５１６８０  ６４.１７
１９    ∞                ２４.００００
２０    ３０.３３６５      ５.２９２５      １.４３８７５  ９４.９５
２１    −４８.３０８４    １.００００
２２    −４５.８５０４    １.１０００      １.８４６６６  ２３.７８
２３    −１７８.９６４３  １７.３７６１
２４    ４０.２２５９      ２.９５６２      １.８４６６６  ２３.７８
２５    −１３９.６５７７  ６.６８０２
２６    −４８.００４９    ９.７０５３      １.８３４００  ３７.１６
２７    １８.０２６８      ５８.１２５８
２８    ７２.１３７７      ２.００００      １.８４６６６  ２３.７８
２９    ５７.２３１４      １.５１０７
３０    １４７.９５４０    ４.２５３１      １.４３８７５  ９４.９５
３１    −３５.７８５３    ２４.９６５７
３２    ０.５５０２        ０.８０００      １.４５８      ６７.７
３３    ∞                ０.６５１５
３４    ∞
【００８５】
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は瞳リレー光学系３であり、瞳の結像倍率は１倍である。
面番号１８の位置には瞳リレー光学系３により対物レンズ２の瞳が形成される。また、面番号２７は、本実施形態に係る顕微鏡結像光学系１７の入射瞳の位置でもある。
【００８６】
面番号１８および面番号１９は瞳変調光学素子５である。
面番号２０から面番号３１は顕微鏡用結像光学系１７であり、焦点距離は１８０ｍｍである。像高は１１ｍｍである。
【００８７】
面番号３２および面番号３３はマイクロレンズアレイ６である。
マイクロレンズアレイ６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。
【００８８】
面番号３４は撮像素子１１の受光面である。撮像素子１１の画素ピッチは５μｍである。つまり、マイクロレンズ１０が１個につき、９画素×９画素＝８１個（ｎ＝９）の画素が対応している。
マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズ１０の焦点距離は１．２ｍｍである。
各マイクロレンズ１０に対応する９×９の画素には、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように撮像素子１１上にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ１６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。
【００８９】
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系１７の第１レンズ群１８は、物体側から両凸レンズＬ２１、および物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ２２を備えている。
第２レンズ群１９は両凸レンズＬ２３および両凹レンズＬ２４である。
また、第３レンズ群２０は、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ２５および両凸レンズ（正レンズ）Ｌ２６である。メニスカスレンズＬ２５のアッベ数は２３．７８、両凸レンズＬ２６のアッベ数は９４．９５である。
【００９０】
第１レンズ群１８の最も物体側の両凸レンズＬ２１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
ｄｐ１＝ｄ１８＋ｄ１９＝２７ｍｍ
であり、
ｄｐ１／ｆ＝０．１５
となる。
よって、条件式（１）を満足している。
【００９１】
また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系１７の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
ＴＴ＝１６１.９７ｍｍ
であり、
ＴＴ／ｆ＝０．８９９８
となる。
よって、条件式（２）を満足している。
【００９２】
また、第１レンズ群１８の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群１９の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群２０の焦点距離ｆＧ３は、
ｆＧ１＝９７．１７ｍｍ
ｆＧ２＝−５０．５７ｍｍ
ｆＧ３＝８１．７１ｍｍ
であり、
ｆＧ１／ｆ＝０．５４
ｆＧ２／ｆ＝−０．２８
ｆＧ３／ｆ＝０．４５
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）を満足している。
【００９３】
また、第１レンズ群１８の両凸レンズＬ２１のアッベ数νｄ１ｃｘ、第１レンズ群１８のメニスカスレンズＬ２２のアッベ数νｄ１ｃｖから、
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＝７１．１７
となる。
よって、条件式（６）を満足している。
【００９４】
また、第３レンズ群２０の正レンズＬ２６のアッベ数νｄ３ｐとし、メニスカスレンズＬ２５のアッベ数νｄ３ｍから、
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＝７１．１７
であり、条件式（７）を満足している。
【００９５】
次に、テレセントリック性についての条件式について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
図１５に像高に対する主光線の傾きを示す。
【００９６】
本実施形態では、主光線（使用する各波長において）の光軸との角度ズレは全像高において、２９秒角以内であるので、条件式（８）を満足しており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
【００９７】
（第４実施例）
本実施形態に係る顕微鏡用結像光学系２１の第４実施例について、図面を参照して以下に説明する。本実施例の構成は第３実施例と同じである。
図１６は、本実施例に係る顕微鏡用結像光学系２１のレンズ配列を示す。図１７に、瞳リレー光学系３、瞳変調光学素子５、顕微鏡用結像光学系２１およびマイクロレンズアレイ６の配置を示す。
【００９８】
以下に、図１７の光学系のレンズデータを示す。
また、図１８Ａ、図１８Ｂおよび図１８Ｃに、瞳リレー光学系３を含めた顕微鏡用結像光学系２１の収差をそれぞれ示す。
【００９９】
面番号  曲率半径ｒ        間隔ｄ          ｎｄ            νｄ
１      ∞                １８０.００００
２      ８０.４５５５      １.５０００      １.６８８９３  ３１.０８
３      ２８.８１８２      １.５０６８
４      ３０.２５２０      １１.００００    １.４９７００  ８１.５５
５      −３９.６６５８    １.５０００      １.６８８９３  ３１.０８
６      −９２.８６９８    １６.１２４１
７      ∞                ４.１９８１      １.８０５１８  ２５.４３
８      −６３.６３５２    １４５.３１４５
９      ２２.２３４０      ７.３２６０      １.６８８９３  ３１.０８
１０    １７.７８７２      ９.９８７２
１１    −２１.０８３６    ２.０７５９      １.８０５１８  ２５.４３
１２    ３３.２３７８      ４.４１８１      １.４３８７５  ９４.９５
１３    −３３.２３７８    ０.２０００
１４    ５１.６８７０      ８.６５８４      １.４３８７５  ９４.９５
１５    １２０.８５８５    ２.１９５８
１６    −２８５.７７５７  ３.９９５０      １.８０５１８  ２５.４３
１７    −３１.４３１０    １９.９０８６
１８    ∞                ３.００００      １.５１６８０  ６４.１７
１９    ∞                ２０.００００
２０    ３３.３８０６      ５.４５３１      １.４３８７５  ９４.９５
２１    −６６.９５６８    １.００００
２２    −６０.３３７８    １.５０００      １.８０５１８  ２５.４３
２３    −３５９.５３９１  ２５.９１０５
２４    ３８.４４１２      ３.７７９４      １.８０５１８  ２５.４３
２５    −１４７.７０４７  ７.３５９６
２６    −４２.４４５８    ６.５０８３      １.８０１００  ３４.９７
２７    ２０.７２４２      ５５.７４５５
２８    ３６９.２１４２    １.５０００      １.６８８９３  ３１.０８
２９    ６１.４６５２      １.００００
３０    ６９.８３４２      ５.２４３６      １.５１６３３  ６４.１４
３１    −３７.６８８１    ２２.８８２４
３２    ０.５５０２        ０.８０００      １.４５８      ６７.７
３３    ∞                ０.６５１５
３４    ∞
【０１００】
第１レンズ群２２の最も物体側の両凸レンズＬ３１と入射瞳との間隔ｄｐ１は、
ｄｐ１＝ｄ１８＋ｄ１９＝２３ｍｍ
であり、
ｄｐ１／ｆ＝０．１２８
となる。
うよって、条件式（１）を満足している。
【０１０１】
また、入射瞳から顕微鏡用結像光学系２１の形成する物体像面までの距離ＴＴは、
ＴＴ＝１６１ｍｍ
であり、
ＴＴ／ｆ＝０．８９４
となる。
よって、条件式（２）を満足している。
【０１０２】
また、第１レンズ群２２の焦点距離ｆＧ１、第２レンズ群２３の焦点距離ｆＧ２、第３レンズ群２４の焦点距離ｆＧ３は、
ｆＧ１＝１１１．４２ｍｍ
ｆＧ２＝−６２．３６ｍｍ
ｆＧ３＝８３．１１ｍｍ
であり、
ｆＧ１／ｆ＝０．６１９
ｆＧ２／ｆ＝−０．３４６
ｆＧ３／ｆ＝０．４６
となる。
よって、条件式（３）、（４）、（５）を満足している。
【０１０３】
第１レンズ群２２の両凸レンズＬ３１のアッベ数νｄ１ｃｘおよび負レンズＬ３２のアッベ数νｄ１ｃｖから、
νｄ１ｃｘ−νｄ１ｃｖ＝６９．５２
となる。
よって、条件式（６）を満足している。
【０１０４】
また、第３レンズ群２４の正レンズＬ３６のアッベ数νｄ３ｐおよびメニスカスレンズＬ３５のアッベ数νｄ３ｍから、
νｄ３ｐ−νｄ３ｍ＝３３．０６
となる。
よって、条件式（７）を満足している。
【０１０５】
次に、テレセントリック性についての条件式について計算する。本実施形態で許容される主光線の光軸との傾きのズレθは、条件式（８）から、
０．４ＮＡ／（β・ｎ）＝５．７分角
である。
【０１０６】
ここで、対物レンズ２の開口数ＮＡ＝０．７５、物体像の結像倍率β＝２０としている。
図１９に像高に対する主光線の傾きを示す。
本実施形態では、主光線（使用する各波長において）の光軸との角度ズレは全像高において、２９秒角以内であるので、条件式（８）を満たしており、ライトフィールド光学系として用いるのに十分な性能を有している。
【０１０７】
表１に、実施例１から実施例４における条件式（１）から条件式（８）の各数値を示す。
【表１】
2017221334.tif 000003
【符号の説明】
【０１０８】
１  ライトフィールド顕微鏡
２  対物レンズ
３  瞳リレー光学系
４，１２，１７，２１  顕微鏡用結像光学系
６  マイクロレンズアレイ
７，１３，１８，２２  第１レンズ群
８，１４，１９，２３  第２レンズ群
９，１５，２０，２４  第３レンズ群
１０  マイクロレンズ
１１  撮像素子
Ｌ３，Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１  両凸レンズ
Ｌ４  両凹レンズ（負レンズ）
Ｌ６，Ｌ１５，Ｌ２５，Ｌ３５  メニスカスレンズ
Ｌ７  平凸レンズ（正レンズ）
Ｌ１２，Ｌ２２  メニスカスレンズ（負レンズ）
Ｌ１６，Ｌ２６  両凸レンズ（正レンズ）
Ｌ３２  負レンズ
Ｌ３６  正レンズ
【図１】
2017221334.tif 000004
【図２】
2017221334.tif 000005
【図３】
2017221334.tif 000006
【図４Ａ】
2017221334.tif 000007
【図４Ｂ】
2017221334.tif 000008
【図４Ｃ】
2017221334.tif 000009
【図５Ａ】
2017221334.tif 000010
【図５Ｂ】
2017221334.tif 000011
【図６】
2017221334.tif 000012
【図７】
2017221334.tif 000013
【図８】
2017221334.tif 000014
【図９Ａ】
2017221334.tif 000015
【図９Ｂ】
2017221334.tif 000016
【図９Ｃ】
2017221334.tif 000017
【図１０Ａ】
2017221334.tif 000018
【図１０Ｂ】
2017221334.tif 000019
【図１１】
2017221334.tif 000020
【図１２】
2017221334.tif 000021
【図１３】
2017221334.tif 000022
【図１４Ａ】
2017221334.tif 000023
【図１４Ｂ】
2017221334.tif 000024
【図１４Ｃ】
2017221334.tif 000025
【図１５】
2017221334.tif 000026
【図１６】
2017221334.tif 000027
【図１７】
2017221334.tif 000028
【図１８Ａ】
2017221334.tif 000029
【図１８Ｂ】
2017221334.tif 000030
【図１８Ｃ】
2017221334.tif 000031
【図１９】
2017221334.tif 000032
【国際調査報告】
2017221334.tif 000033
2017221334.tif 000034
2017221334.tif 000035
2017221334.tif 000036