(57)【要約】【課題】標本が、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察したい対象を観察あるいは撮像する顕微鏡を提供すること。【解決手段】物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、結像レンズとが、この順で配置され、結像レンズが、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズに対して移動する光学系であって、第１の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、一直線となる状態であり、第２の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、所定の点で交差する状態であり、結像レンズの移動が、所定の点を通り顕微鏡対物レンズの光軸と直交する軸の周りの移動であり、移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、結像レンズとが、この順で配置され、
前記結像レンズが、第１の状態と第２の状態を含むように、前記顕微鏡対物レンズに対して移動する光学系であって、
前記第１の状態は、前記顕微鏡対物レンズの光軸と前記結像レンズの光軸とが、一直線となる状態であり、
前記第２の状態は、前記顕微鏡対物レンズの光軸と前記結像レンズの光軸とが、所定の点で交差する状態であり、
前記結像レンズの移動が、前記所定の点を通り前記顕微鏡対物レンズの光軸と直交する軸の周りの移動であり、
前記移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記所定の点は、前記顕微鏡対物レンズの最も像側に位置する光学面よりも、前記結像レンズ側に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記所定の点は、前記顕微鏡対物レンズの絞り位置、又は該絞り位置と共役な位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記結像レンズの有効口径は、前記顕微鏡対物レンズの実視野のうちの一部の光束が通過する大きさであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、反射面と、結像レンズとが、この順で配置され、
前記結像レンズの有効口径は、前記顕微鏡対物レンズの実視野のうちの一部の光束が通過する大きさであり、
第１の軸を中心として、所定の仮想面内で前記反射面の法線の向きが変化するように、前記反射面が動くことを特徴とする光学系。
ここで、
前記所定の仮想面とは、前記顕微鏡対物レンズの光軸と前記結像レンズの光軸を含む面、
前記第１の軸とは、前記顕微鏡対物レンズの光軸と前記結像レンズの光軸との交点を通り、前記所定の仮想面と直交する軸、
である。
【請求項６】
前記結像レンズと前記反射面は一体となって、第２の軸の周りに移動し、
前記移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
ここで、
前記第２の軸は、前記顕微鏡対物レンズから前記反射面までの間の任意の１点を通り、前記顕微鏡対物レンズの光軸と直交すると共に、前記結像レンズの光軸と平行な軸、
である。
【請求項７】
前記顕微鏡対物レンズは、非テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記顕微鏡対物レンズと前記結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学系。
５＜ＣＲＡ＜４０      （１）
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学系を備える顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系及びこの光学系を備える顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞のような微小な標本を観察する装置として、顕微鏡がある。顕微鏡では、顕微鏡対物レンズを介して、標本の拡大像を形成する。通常、正立型顕微鏡では、標本を真上から観察する。また、倒立型顕微鏡では、標本を真下から観察する。
【０００３】
このように、通常の顕微鏡では、観察方向が一定である。これに対して、観察方向を変えることができる顕微鏡がある（引用文献１）。引用文献１に開示された顕微鏡は、標本を載置する載置部と、カメラを取り付けるカメラ取付部とを備え、カメラ取付部が支柱に取り付けられ、支柱が水平軸線まわりに回動可能となっている。引用文献１に開示された顕微鏡では、水平軸線のまわりにカメラを回転させることにより、真上および斜め上方からの観察が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の観察方向が一定の顕微鏡や、引用文献１に開示された顕微鏡では、顕微鏡対物レズで観察が可能な範囲、すなわち、実視野全体を一度に観察している。この場合、実視野の中央における結像性能は高いが、周辺になるに従って結像性能は低くなる。そのため、例えば、観察対象が実視野の周辺にあった場合、観察対象をより鮮明に観察するために、観察対象を実視野の中央に位置させるように、標本を移動させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、標本が、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合、標本を移動させると、標本の形が変形する可能性や、観察対象の位置（深さ方向）が変化する可能性がある。その結果、観察したい対象を実視野の中央に位置させても、ピントがずれてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学系は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、結像レンズとが、この順で配置され、結像レンズが、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズに対して移動する光学系であって、第１の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、一直線となる状態であり、第２の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、所定の点で交差する状態であり、結像レンズの移動が、所定の点を通り顕微鏡対物レンズの光軸と直交する軸の周りの移動であり、移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の光学系は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、反射面と、結像レンズとが、この順で配置され、結像レンズの有効口径は、顕微鏡対物レンズの実視野のうちの一部の光束が通過する大きさであり、第１の軸を中心として、所定の仮想面内で反射面の法線の向きが変化するように、反射面が動くことを特徴とする。
ここで、
所定の仮想面とは、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸を含む面、
第１の軸とは、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸との交点を通り、所定の仮想面と直交する軸、
である。
【０００９】
また、本発明の顕微鏡は、上記の光学系を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、標本が、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察したい対象を観察あるいは撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の光学系の構成を示す図であって、第１の状態と第２の状態を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学系における顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の別の光学系の構成を示す図であって、（ａ）、（ｃ）は第２の状態を示す図、（ｂ）は第１の状態を示す図である。
【図４】第１の実施形態の顕微鏡の構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は観察領域を示す図である。
【図５】第２の実施形態の光学系の構成を示す図であって、（ａ）、（ｃ）は実視野の周辺部分を観察する状態を示す図、（ｂ）は実視野の中心部分を観察する状態を示す図である。
【図６】第２の実施形態の光学系における顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態の別の光学系の構成を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図８】第２の実施形態の別の光学系を示す概略図であって、（ａ）は所定の仮想面、第１の軸及び第２の軸を示す図、（ｂ）は観察領域を示す図である。
【図９】第２の実施形態の顕微鏡の構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】第１の顕微鏡対物レンズの断面構成図である。
【図１１】第１の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図１２】第１の結像レンズの断面構成図である。
【図１３】第２の顕微鏡対物レンズの断面構成図である。
【図１４】第２の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる顕微鏡の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
第１の実施形態の光学系は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、結像レンズとが、この順で配置され、結像レンズが、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズに対して移動する光学系であって、第１の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、一直線となる状態であり、第２の状態は、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸とが、所定の点で交差する状態であり、結像レンズの移動が、所定の点を通り顕微鏡対物レンズの光軸と直交する軸の周りの移動であり、移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることを特徴とする。
【００１４】
第１の実施形態の光学系の構成を図１に示す。また、第１の実施形態の光学系における顕微鏡対物レンズの構成を図２に示す。図１において、紙面左側が物体側、紙面右側が像側である。
【００１５】
図１に示すように、光学系１は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１と、結像レンズＴＬ１とが、この順で配置されている。なお、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１には、後述の第１の顕微鏡対物レンズが用いられ、結像レンズＴＬ１には、第１の結像レンズが用いられる。
【００１６】
顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の物体側には、カバーガラスＣＧが配置されている。そして、カバーガラスＣＧの物体側に、標本Ｓが位置する。標本Ｓからの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１と結像レンズＴＬ１を通過し、結像レンズＴＬ１で集光される。この集光位置に、標本Ｓの像Ｉが形成される。
【００１７】
光学系１において、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１は、常時、固定されている。これに対して、結像レンズＴＬ１は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１に対して移動するようになっている。図１は、結像レンズＴＬ１が３つの位置に移動したときの様子を示している（結像レンズＴＬ１が同時に３つ存在しているわけではない）。
【００１８】
図１において、中央に示す構成は、第１の状態を示している。第１の状態では、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸と結像レンズＴＬ１の光軸とが、一直線となっている。また、両側に示す構成は、第２の状態を示している。第２の状態では、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸と結像レンズＴＬ１の光軸とが、所定の点で交差している。この所定の点は、図２において点Ｐで示されている。この所定の点Ｐは、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の最も像側のレンズ面の面頂（レンズ面が光軸と交わる点）である。
【００１９】
図１の場合、第１の状態では、結像レンズＴＬ１の光軸は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸に対して偏心していない（結像レンズＴＬ１の光軸と顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸とのなす角度は０度）。一方、第２の状態では、結像レンズＴＬ１の光軸は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸に対して偏心している（両光軸のなす角度は３０度である）。
【００２０】
結像レンズＴＬ１は、この点Ｐを通り顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸と直交する軸の周りに移動する。そのため、結像レンズＴＬ１は、その移動軌跡が円弧となるように移動する。なお、この軸は、図１では、点Ｐを通り紙面に垂直な軸である。
【００２１】
このように構成された光学系１では、第１の状態にすることで、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の実視野のうちの中央部分が観察できる。また、第２の状態にすることで、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の実視野のうちの周辺部分が観察できる。
【００２２】
また、第１の状態では、実視野の中央部分の範囲からの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸に近い領域を通過し、続いて、結像レンズＴＬ１の光軸に近い領域を通過する。  一方、第２の状態では、実視野の周辺部分からの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１の光軸から離れた領域を通過する。しかしながら、結像レンズＴＬ１では、第１の状態と同様に、実視野の周辺部分からの光は光軸に近い領域を通過する。そのため、結像レンズＴＬ１の光学性能は、第１の状態であっても、第２の状態であっても同じになる。
【００２３】
なお、従来のように、顕微鏡対物レンズの実視野全体を一度に観察する場合、結像レンズは顕微鏡対物レンズの実視野全体からの光を集光する。そのため、実視野の周辺部分からの光は、顕微鏡対物レンズの光軸から離れた領域を通過し、さらに、結像レンズにおいても、光軸から離れた領域を通過する。
【００２４】
これに対して、本実施形態の光学系１では、実視野の周辺部分からの光も、結像レンズの光軸に近い領域を通過する。そのため、実視野の周辺部分であっても、良好な光学性能で観察ができる。しかも、観察対象が実視野の周辺部分にあったとしても、本実施形態の光学系では、標本Ｓを実視野中心に移動させなくても済む。
【００２５】
以上述べたように、本実施形態の光学系１では、結像レンズＴＬ１が、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１に対して移動する。そのため、観察対象が実視野の周辺部分にあっても、実視野の中心部分に移動させることなく、良好な結像性能で観察することができる。その結果、標本Ｓが、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察対象を観察することができる。
【００２６】
第１の実施形態の別の光学系の構成を図３に示す。図３は、結像レンズＴＬ２が３つの位置に移動した様子を示している。図３（ａ）、（ｃ）は第２の状態を示す図、図３（ｂ）は第１の状態を示す図である。
【００２７】
図３に示すように、光学系２は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２と、結像レンズＴＬ２とが、この順で配置されている。なお、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２には、後述の第２の顕微鏡対物レンズが用いられ、結像レンズＴＬ２には、第２の結像レンズが用いられる。
【００２８】
そして、光学系２においても、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２は、常時、固定されている。これに対して、結像レンズＴＬ２は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２に対して移動するようになっている。図３は、結像レンズＴＬ１が３つの位置に移動したときの様子を示している。
【００２９】
なお、図３では、便宜上、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２と結像レンズＴＬ２とを、第１の状態と第２の状態とに、分けて表示している（顕微鏡対物レンズＯＢＬ２と結像レンズＴＬ２が、それぞれ、同時に３つ存在しているわけではない）。これは、図１のように、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２を１つにした図にすると、結像レンズＴＬ２が重なってしまい、見づらいからである。
【００３０】
また、光学系２においても、第１の状態では、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸と結像レンズＴＬ２の光軸とが、一直線となっている。また、第２の状態では、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸と結像レンズＴＬ２の光軸とが、所定の点で交差している。この所定の点は図３では示されていないが、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の最も像側のレンズ面の面頂（レンズ面が光軸と交わる点）の近傍であって、レンズ面よりも像側に位置している。
【００３１】
図３の場合、第１の状態では、結像レンズＴＬ２の光軸は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸に対して偏心していない（結像レンズＴＬ２の光軸と顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸とのなす角度は０度）。一方、第２の状態では、結像レンズＴＬ２の光軸は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸に対して偏心している（両光軸のなす角度は１３度である）。
【００３２】
そして、結像レンズＴＬ２は、所定の点を通り顕微鏡対物レンズＯＢＬ２の光軸と直交する軸の周りに移動する。図３では、所定の点を通り紙面に垂直な軸の周りに、結像レンズＴＬ２が移動する。そのため、結像レンズＴＬ２は、その移動軌跡が円弧となるように移動する。
【００３３】
本実施形態の光学系２も、光学系１と同様に、結像レンズＴＬ２が、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズＯＢＬ２に対して移動する。よって、光学系１と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
また、本実施形態の光学系では、所定の点は、顕微鏡対物レンズの最も像側に位置する光学面よりも、結像レンズ側に位置することが好ましい。なお、所定の点は、光学面の面頂と一致していても良い。
【００３５】
このようにすることで、結像レンズにおける光線のケラレを抑えることができる。その結果、周辺光量の低下の影響を軽減できる。特に、所定の点Ｐが顕微鏡対物レンズに近い位置だと、この位置では光線は広がっていない。そのため、光線のケラレをより抑えることができるので、周辺光量の低下をより軽減できる。
【００３６】
また、本実施形態の光学系では、所定の点は、顕微鏡対物レンズの絞り位置、又は絞り位置と共役な位置であることが好ましい。
【００３７】
このようにすることで、結像レンズを移動させても、結像レンズの光軸と主光線を一致させることができる。よって、良好な結像性能の確保と周辺光量の低下を防止できる。
【００３８】
また、本実施形態の光学系では、結像レンズの有効口径は、顕微鏡対物レンズの実視野のうちの一部の光束が通過する大きさであることが好ましい。
【００３９】
このようにすることで、結像レンズにおいて、光軸に近い面を使って結像することができるので、収差の少ない像が得られえる。
【００４０】
第１の実施形態の顕微鏡の構成を図４に示す。図４において、（ａ）は顕微鏡の正面図、（ｂ）は顕微鏡の側面図、（ｃ）は観察領域を示す図である。
【００４１】
顕微鏡１０は、ベース部１１と、支柱部１２と、ステージ１３と、第１の保持部１４と、顕微鏡対物レンズユニット１５と、第２の保持部１６と、撮像部１７と、を備える。
【００４２】
ベース部１１に支柱部１２が保持されている。ここで、ベース部１１と支柱部１２とは、別体であっても一体であっても良い。そして、支柱１２には、第１の保持部１４と第２の保持部１６とが保持されている。
【００４３】
第１の保持部１４は、顕微鏡対物レンズユニット１５を保持する。顕微鏡対物レンズユニット１５には、顕微鏡対物レンズ１５ａが設けられている。顕微鏡対物レンズ１５ａには、上述の、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１や顕微鏡対物レンズＯＢＬ２が用いられる。顕微鏡対物レンズ１５ａは、ベース部１１及び支柱部１２に対して、常時固定されている。また、顕微鏡対物レンズ１５ａは、撮像部１７に対して、物理的に分離した構造となっている。
【００４４】
第２の保持部１６は、撮像部１７を保持する。撮像部１７は、結像レンズ１７ａと撮像素子１８とを備える。結像レンズ１７ａには、上述の、結像レンズＴＬ１や結像レンズＴＬ２が用いられる。撮像部１７は、ベース部１１及び支柱部１２に対して、移動可能になっている。
【００４５】
撮像部１７の移動は、図４（ａ）において矢印で示すように、点Ｐを通過し、紙面に垂直な軸の周りの移動である。この軸は、図４（ｂ）において、２点鎖線で描かれている。この軸の周りに、撮像部１７を移動させることで、第１の状態と第２の状態にすることができる。
【００４６】
第１の状態は、図４（ａ）において、撮像部１７は実線で描かれている。第１の状態では、顕微鏡対物レンズ１５ａの光軸ＡＸＯと結像レンズ１７ａの光軸ＡＸＴとが、一直線になっている。一方、第２の状態は、図４（ａ）において、撮像部１７は破線で描かれている。第２の状態では、顕微鏡対物レンズ１５ａの光軸ＡＸＯと結像レンズ１７ａの光軸ＡＸＴとが、点Ｐ（所定の点）で交差している。
【００４７】
このように、撮像部１７を移動させることで、観察領域は図４（ｃ）に示すようになる。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の方向から見た時の観察領域である。図４（ｃ）において、中央の実線で示した円形領域が、顕微鏡対物レンズ１５ａと結像レンズ１７ａで観察できる領域である。結像レンズ１７ａを移動させることで、この円形領域を移動させることができ、その結果、図４（ｃ）の斜線で示した観察領域全体を観察することができる。
【００４８】
なお、本実施形態の顕微鏡１０では、標本Ｓの像Ｉの位置に撮像素子１８を配置して、観察対象の像を撮像している。しかしながら、標本Ｓの像Ｉの位置と共役な位置に、撮像素子１８を配置しても良い。また、観察対象を観察する際には、従来の顕微鏡と同様に、観察鏡筒（接眼レンズ）を用いれば良い。その際、撮像素子１８は光路から取り除くか、観察用の光路を別途設ければ良い。
【００４９】
以上述べたように、本実施形態の顕微鏡１０では、結像レンズ１７ａが、第１の状態と第２の状態を含むように、顕微鏡対物レンズ１５ａに対して移動する。そのため、観察対象が実視野の周辺部分にあっても、実視野の中心部分に移動させることなく、良好な結像性能で観察することができる。その結果、標本Ｓが、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察対象を観察することができる。
【００５０】
第２の実施形態の光学系は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズと、反射面と、結像レンズとが、この順で配置され、結像レンズの有効口径は、顕微鏡対物レンズの実視野のうちの一部の光束が通過する大きさであり、第１の軸を中心として、所定の仮想面内で反射面の法線の向きが変化するように、反射面が動くことを特徴とする。
ここで、
所定の仮想面とは、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸を含む面、
第１の軸とは、顕微鏡対物レンズの光軸と結像レンズの光軸との交点を通り、所定の仮想面と直交する軸、
である。
【００５１】
第２の実施形態の光学系の構成を図５に示す。また、第２の実施形態の光学系における顕微鏡対物レンズの構成を図６示す。図５、図６において、（ａ）、（ｃ）は実視野の周辺部分を観察する状態を示す図、（ｂ）は実視野の中心部分を観察する状態を示す図である。
【００５２】
図５に示すように、光学系３は、物体側から像側に、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３と、ミラー（反射面）Ｍと、結像レンズＴＬ３とが、この順で配置されている。顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の物体側には、カバーガラスＣＧが配置されている。そして、カバーガラスＣＧの物体側に、標本Ｓが位置する。標本Ｓからの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３、ミラーＭ及び結像レンズＴＬ３を通り、集光される。この集光位置、標本Ｓの像Ｉが形成される。
【００５３】
なお、図５と図６では、便宜上、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３、ミラーＭ及び結像レンズＴＬ３を、ミラーＭの向きごとに表示している（顕微鏡対物レンズＯＢＬ３、ミラーＭ及び結像レンズＴＬ３が、それぞれ、同時に３つ存在しているわけではない）。
【００５４】
そして、光学系３において、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３と結像レンズＴＬ３は、常時、固定である。これに対して、ミラーＭは、第１の軸を中心として、所定の仮想面内で面の法線の向きが変化するように動く。なお、所定の仮想面と第１の軸についての説明は、後述する。
【００５５】
図５、６において、中央に示す構成は、ミラーＭの面の法線が、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の光軸と一致している状態を示している。この状態にすることで、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の実視野のうちの中央部分が観察できる。
【００５６】
また、両側に示す構成は、ミラーＭの面の法線が、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の光軸と一致していない状態を示している。この状態にすることで、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の実視野のうちの周辺部分が観察できる。
【００５７】
なお、本実施形態の光学系３では、ミラーＭは１軸の周りに動くが、これに限られない。例えば、ジンバルミラーのように、直交する２軸の周りに動くミラーを用いても良い。
【００５８】
また、中央に示す構成では、実視野の中央部分からの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の光軸に近い領域を通過し、続いて、結像レンズＴＬ３の光軸に近い領域を通過する。一方、両側に示す構成では、実視野の周辺部分からの光は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の光軸から離れた領域を通過する。しかしながら、結像レンズＴＬ３では、中央に示す構成と同様に、光軸に近い領域を通過する。そのため、結像レンズＴＬ３の光学性能は、中央に示す構成でも、両側に示す構成でも同じになる。
【００５９】
このように、本実施形態の光学系３では、結像レンズＴＬ３の有効口径は、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３の実視野のうちの一部の光束が通過する大きさとなっている。そして、実視野の周辺部分からの光も、結像レンズの光軸に近い領域を通過する。そのため、実視野の周辺部分であっても、良好な光学性能で観察ができる。しかも、観察対象が実視野の周辺部分にあったとしても、本実施形態の光学系では、標本Ｓを実視野中心に移動させなくても済む。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態の光学系３では、ミラーＭが、第１の軸を中心として、所定の仮想面内でミラーＭの法線の向きが変化するように動く。そのため、観察対象が実視野の周辺部分にあっても、実視野の中心部分に移動させることなく、良好な結像性能で観察することができる。その結果、標本Ｓが、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察対象を観察することができる。
【００６１】
また、第２の実施形態の光学系は、結像レンズと反射面は一体となって、第２の軸の周りに移動し、移動は、その移動軌跡が円弧となる移動であることが好ましい。
ここで、
第２の軸は、顕微鏡対物レンズから反射面までの間の任意の１点を通り、顕微鏡対物レンズの光軸と直交すると共に、結像レンズの光軸と平行な軸、
である。
【００６２】
第２の実施形態の別の光学系の構成を図７に示す。図７において、（ａ）は別の光学系の側面図、（ｂ）は別の光学系の正面図である。
【００６３】
別の光学系では、光学系３と同じようにミラーＭが動くが、これに加えて、結像レンズＴＬ３とミラーＭが一体となって、第２の軸の周りに移動する。この移動では、移動軌跡が円弧となる。また、移動時、顕微鏡対物レンズＯＢＬ３は固定されている。よって、この移動は、第１の実施形態の光学系１の移動と類似している。
【００６４】
第２の実施形態の別の光学系の概略を図８に示す。図８において、（ａ）は所定の仮想面、第１の軸及び第２の軸を示す図、（ｂ）は観察領域を示す図である。
【００６５】
第２の実施形態の別の光学系は、顕微鏡対物レンズ３５ａ、結像レンズ３７ａ、ミラー３９を備える。ミラー３９は、顕微鏡対物レンズ３５ａの光軸ＡＸＯと結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴとが交差する位置に配置されている。この光軸ＡＸＯと光軸ＡＸＴを含む面が、仮想面ＶＳ（所定の仮想面）である。
【００６６】
第１の軸ＡＸ１は、顕微鏡対物レンズ３５ａ光軸ＡＸＯと結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴとの交点を通り、仮想面ＶＳと直交している。ミラー３９は、この第１の軸ＡＸ１を中心として、仮想面内ＶＳで面の法線３９ａの向きが変化するように動く。
【００６７】
また、点Ｐは、顕微鏡対物レンズ３５ａからミラー３９までの間の任意の点である。第２の軸ＡＸ２は、この点Ｐを通り、顕微鏡対物レンズ３５ａの光軸ＡＸＯと直交すると共に、結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴと平行な軸である。結像レンズ３７ａとミラー３９が一体となって、第２の軸ＡＸ２の周りに移動する。
【００６８】
なお、ミラー３９と顕微鏡対物レンズ３５ａの間の光軸は、顕微鏡対物レンズ３５ａの光軸ＡＸＯを表すと共に、結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴも表している。そうすると、図８（ａ）では、顕微鏡対物レンズ３５ａの光軸ＡＸＯと結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴとが、一直線となっているとみなすことができる。これは、光学系１（第１の実施形態の光学系）における、第１の状態と同じである。
【００６９】
また、結像レンズ３７ａとミラー３９を一体にして、第２の軸ＡＸ２の周りに移動させた状態では、顕微鏡対物レンズ３５ａは固定であるため、光軸ＡＸＯは図８（ａ）の状態と同じである（変化しない）。一方、結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴは、結像レンズ３７ａの移動に伴って傾く。そのため、顕微鏡対物レンズ３５ａの光軸ＡＸＯと結像レンズ３７ａの光軸ＡＸＴとが、点Ｐで交差する。これは、光学系１（第１の実施形態の光学系）における、第２の状態と同じである。
【００７０】
このように、第２の実施形態の別の光学系は、光学系３に第１の実施形態の光学系１の動きを組み合わせたものということができる。
【００７１】
上記のように、第２の実施形態の別の光学系では、第１の軸ＡＸ１の周りの動きと、第２の軸ＡＸ２周りの移動がある。これらの動きと移動を行なうことで、観察領域は図８（ｂ）に示すようになる。図８（ｂ）において、中央の実線で示した円形領域が、顕微鏡対物レンズ３５ａと結像レンズ３７ａで観察できる領域である。ここで、ミラー３９を動作させることで、一方の軸方向、例えば、図８（ｂ）における紙面上下方向に、この円形領域を移動させることができる。そして、結像レンズ３７ａとミラー３９を一体に移動させることで、他方の軸方向、例えば、図８（ｂ）における紙面左右方向に、円形領域を移動させることができる。その結果、図４（ｃ）の斜線で示した観察領域全体を観察することができる。
【００７２】
このように、第２の実施形態の別の光学系では、直交する２つの軸方向に円形領域を移動させることができる。よって、第２の実施形態の別の光学系によれば、顕微鏡対物レンズ３５ａの実視野全体を観察することができる。
【００７３】
第２の実施形態の顕微鏡の構成を図９に示す。図４において、（ａ）は顕微鏡の正面図、（ｂ）は顕微鏡の側面図を示す図である。
【００７４】
顕微鏡３０は、ベース部３１と、支柱部３２と、ステージ３３と、第１の保持部３４と、顕微鏡対物レンズユニット３５と、第２の保持部３６と、撮像部３７と、を備える。なお、第１の実施形態の顕微鏡１０と同じ構成については、その説明を省略する。
【００７５】
第１の保持部３４は、顕微鏡対物レンズユニット３５を保持する。顕微鏡対物レンズユニット３５には、顕微鏡対物レンズ３５ａが内臓されている。顕微鏡対物レンズ３５ａには、上述の、顕微鏡対物レンズＯＢＬ１や顕微鏡対物レンズＯＢＬ２が用いられる。顕微鏡対物レンズ３５ａは、ベース部３１及び支柱部３２に対して、常時固定されている。また、顕微鏡対物レンズ３５ａは、撮像部３７に対して、物理的に分離した構造となっている。
【００７６】
撮像部３７は、ミラー３９と、結像レンズ３７ａと撮像素子３８とを備える。ここで、ミラー３９を動かすことで、図９（ｂ）において、紙面左右方向に円形領域を移動させることができる。また、撮像部３７を移動させることで、図９（ａ）において、紙面左右方向に円形領域を移動させることができる。
【００７７】
なお、本実施形態の顕微鏡３０では、標本Ｓの像Ｉの位置に撮像素子３８を配置して、観察対象の像を撮像している。しかしながら、標本Ｓの像Ｉの位置と共役な位置に、撮像素子３８を配置しても良い。また、観察対象を観察する際には、従来の顕微鏡と同様に、観察鏡筒（接眼レンズ）を用いれば良い。その際、撮像素子３８は光路から取り除くか、観察用の光路を別途設ければ良い。
【００７８】
以上述べたように、本実施形態の顕微鏡３０では、ミラー３９の動きと、結像レンズ３７ａとミラー３９の一体移動が、顕微鏡対物レンズ３５ａに対して生じる。そのため、観察対象が実視野の周辺部分にあっても、実視野の中心部分に移動させることなく、良好な結像性能で観察することができる。その結果、標本Ｓが、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察対象を観察することができる。
【００７９】
また、本実施形態の光学系では、顕微鏡対物レンズは、非テレセントリック光学系であることが好ましい。このようにすることで、顕微鏡対物レンズから射出する光線の軸外主光線傾角を大きくできるため、広い範囲を観察できる。
【００８０】
また、本実施形態の光学系では、顕微鏡対物レンズと結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することが好ましい。
５＜ＣＲＡ＜４０      （１）
【００８１】
条件式（１）を満足することで、顕微鏡対物レンズから射出する光線の軸外主光線傾角を大きくできるため、広い範囲を観察できる。なお、主光線の最大傾角は、主光線と光軸とのなす角度のうちで、最も大きな角度のことである。
【００８２】
上記の光学系１ではＣＲＡ＝３０度で、光学系２ではＣＲＡ＝１３度である。
【００８３】
次に、第１の顕微鏡対物レンズ、第２の顕微鏡対物レンズ、第１の結像レンズ及び第２の結像レンズの数値例を説明する。
【００８４】
第１の顕微鏡対物レンズ、第２の顕微鏡対物レンズ及び第１の結像レンズのレンズ断面図を、それぞれ、図１０、図１２、図１３に示す。なお、第２の結像レンズについては図示を省略する。以下すべてのレンズ断面図中、Ｌ１〜Ｌ９、Ｌ１１〜Ｌ１４は各レンズである。また、物体面Ｏは試料面に対応し、ＧＣはカバーガラス、破線は仮想面を示している。
【００８５】
第１の顕微鏡対物レンズは、図１０に示すように、物体側より順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５とで構成されている。
【００８６】
非球面は、両凹負レンズＬ１の両面と、正メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、負メニスカスレンズＬ４の両面と、両凸正レンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。
【００８７】
以上の第１の顕微鏡対物レンズの収差図を図１１に示す。収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、軸外横収差（コマ収差、倍率色収差、ＤＹ）を示す。各図中、”ＮＡ”は物体側の開口数を、”ＦＩＹ”は最大像高を示す。これらの参照符号は、第２の顕微鏡対物レンズの収差図において同様である。
【００８８】
第１の結像レンズは、図１２に示すように、両凸レンズＬ１１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４とで構成されている。両凸レンズＬ１１と負メニスカスレンズＬ１２とが接合されている。また、両凸レンズＬ１３と両凹負レンズＬ１４とが接合されている。
【００８９】
第２の顕微鏡対物レンズは、図１３に示すように、物体側より順に、両凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた正ニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた負ニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ９と、で構成されている。
【００９０】
以上の第２の顕微鏡対物レンズの収差図を図１４に示す。
【００９１】
第２の結像レンズは、第１の結像レンズのレンズＬ１１〜Ｌ１４と同じ形状で、曲率半径とレンズ面間の間隔を係数倍（２倍）したものである。
【００９２】
以下に、上述の顕微鏡対物レンズ及び結像レンズの数値データを示す。ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。また、＊は非球面を表している。また、焦点距離は全系の焦点距離、ＮＡは物体側の開口数である。
【００９３】
また、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
ｘ＝（ｙ2／Ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／Ｒ）2｝1/2］
＋aｙ4 ＋bｙ6＋cｙ8＋dｙ10＋eｙ12＋fｙ14＋gｙ16
ただし、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、a、b、c、d、e、f、gはそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
【００９４】
第１の顕微鏡対物レンズ
単位ｍｍ
面データ
面番号    r       d        nd       νd
（物面）    ∞     0.17     1.5163    64.1
1         ∞     0.93
2*     -39.28    0.41     1.5307    55.7
3*       1.58    0.55
4*       1.08    0.69     1.5307    55.7
5*       1.16    0.31
6*       1.27    0.55     1.5307    55.7
7*       2.82    0.63
8*      -2.01    0.33     1.6349    23.9
9*      -7.77    0.04
10*       8.27    0.70     1.5307    55.7
11*      -1.74    0.00
12         ∞    59.50  偏心（１）
非球面データ
第３面
k=1.5000e+001
a=1.5292e-002,b=-2.6082e-003,c=6.9681e-004,d=-3.0641e-005
第４面
k=-8.1764e-001
a=-7.7369e-002,b=1.0338e-002,c=1.0829e-004,d=-9.8389e-005
第５面
k=-1.2590e+000
a=-1.7655e-002,b=-2.5790e-003
第６面
k=-8.6895e-001
a=-1.0585e-001,b=1.7929e-002,c=1.6927e-003
第７面
k=-1.5753e+000
a=-4.1155e-002,b=1.4678e-002
第８面
k=1.3514e+000
a=1.7655e-002,b=-3.3527e-003
第９面
k=1.5046e+000
a=5.3763e-002,b=-2.9705e-002,c=-6.9808e-004
第１０面
k=3.5929e+000
a=3.4244e-002,b=-3.2268e-002,c=-2.1329e-003
第１１面
k=-5.0000e+000
a=-1.3838e-002,b=-5.7848e-004,c=4.1265e-004
第１２面
k=-1.1539e+000
a=-2.5780e-002,b=-2.2360e-003,c=3.7672e-003
各種データ
焦点距離   4.5
ＮＡ       0.207
ＷＤ       0.93
最大像高   1.00
偏心（１） 0度、30度、-30度
【００９５】
第２の顕微鏡対物レンズ
単位ｍｍ
面データ
面番号    r       d        nd       νd
1（物面） ∞    21.75
2       51.80    4.50     1.6204    60.3
3      -53.14    1.14
4      -41.65    1.50     1.5927    35.3
5      -61.38    0.77
6      -29.53    0.67     1.5111    60.5
7      593.45    0.57
8       72.53    2.22     1.7725    49.7
9      -47.21    0.08
10       37.64    3.26     1.7725    49.7
11      105.11    0.61
12       98.35    1.05     1.5955    39.2
13       20.32    4.22
14         ∞     5.56
15      -13.27    1.90     1.7552    27.5
16      -53.68    0.77
17      -33.56    7.15     1.7292    54.7
18      -20.52    0.08
19     -266.35    3.79     1.6968    55.5
20      -30.93   59.50  偏心（１）
各種データ
焦点距離  50
ＮＡ       0.242
ＷＤ      21.75
最大像高   4.42
偏心（１） 0度、13度、-13度
【００９６】
第１の結像レンズ
単位ｍｍ
面データ
面番号    r       d        nd       νd
12         ∞    59.50
13       34.38    3.87     1.4875    70.2
14      -18.78    1.74     1.8061    40.9
15      -51.43    0.35
16       42.16    3.01     1.8340    37.2
17      -25.36    1.51     1.6445    40.8
18       20.33
各種データ
焦点距離 90
【００９７】
第２の結像レンズ
単位ｍｍ
面データ
面番号    r       d        nd       νd
21       68.76    7.73     1.4875    70.2
22      -37.57    3.47     1.8061    40.9
23     -102.85    0.70
24       84.31    6.02     1.8340    37.2
25      -50.71    3.03     1.6445    40.8
26       40.66
各種データ
焦点距離 180
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明に係る顕微鏡は、標本が、非常にやわらかい構造を有している場合や、観察対象が液体中に浮遊しているような場合であっても、ピントの合った状態を維持しつつ、高い結像性能で観察したい対象を観察あるいは撮像する場合に有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、３  光学系
１０、３０  顕微鏡
１１、３１  ベース部
１２、３２  支柱部
１３、３３  ステージ、
１４、３４  第１の保持部、
１５、３５  顕微鏡対物レンズユニット
１５ａ、３５ａ  顕微鏡対物レンズ
１６、３６  第２の保持部
１７、３７  撮像部
１７ａ、３７ａ  結像レンズ
１８、３８  撮像素子
３９  ミラー
３９ａ  面の法線
ＡＸ１  第１の軸
ＡＸ２  第２の軸
ＡＸＯ、ＡＸＴ  光軸
ＣＧ  カバーガラス
Ｉ  像
Ｍ  ミラー（反射面）
ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３  顕微鏡対物レンズ
Ｐ  点（所定の点）
Ｓ  標本
ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３  結像レンズ
ＶＳ  仮想面
【図１】
2013254090.tif 000003
【図２】
2013254090.tif 000004
【図３】
2013254090.tif 000005
【図４】
2013254090.tif 000006
【図５】
2013254090.tif 000007
【図６】
2013254090.tif 000008
【図７】
2013254090.tif 000009
【図８】
2013254090.tif 000010
【図９】
2013254090.tif 000011
【図１０】
2013254090.tif 000012
【図１１】
2013254090.tif 000013
【図１２】
2013254090.tif 000014
【図１３】
2013254090.tif 000015
【図１４】
2013254090.tif 000016