成像光學系統、具有該成像光學系統的顯微鏡裝置及實體顯微鏡裝置的製作方法

2023-07-26 23:54:51

專利名稱：成像光學系統、具有該成像光學系統的顯微鏡裝置及實體顯微鏡裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種成像光學系統、具有該成像光學系統的顯微鏡裝置及實體顯微鏡裝置。
背景技術：
作為顯微鏡裝置的一例的實體顯微鏡裝置在觀察具有凹凸的物體時，象用雙眼觀察時一樣，可具有立體感地進行觀察。因此，在顯微鏡下作業時，易於把握小鑷子等工具和物體之間的距離關係。所以在精密機械工業、生物解剖或手術等需要細緻處置的領域中較為有效。在這種實體顯微鏡裝置中，為獲得形成物體立體感的視差，使入射到左右雙眼的光束的光學系統至少部分獨立，其光軸在物體面上相交。並且，做成從不同方向觀察物體的放大像，通過目鏡進行觀察，從而獲得微小物體的立體視圖。在實體顯微鏡裝置中，作為獲得立體視圖的代表性方法，包括平行系實體顯微鏡裝置(平行系雙筒顯微鏡裝置)。如圖30(a)所示，該平行系實體顯微鏡裝置100'具有 一個物鏡1'；與該物鏡1'的光軸平行配置的右眼用及左眼用這兩個觀察光學系統2'。 在該觀察光學系統2'的各個中，通常具有變倍機構，以下稱為變倍光學系統3'。並且，在各個觀察光學系統2'中設有成像透鏡4'。平行系實體顯微鏡裝置100'起到如下作用使其焦點位置與物體面一致的一個物鏡1'將平行光束引導到其之後的左右雙眼用的變倍光學系統3'。從該物鏡1'出射後的平行光束分割為兩個變倍光學系統3'，分別到達左右雙眼。如圖30(b)所示，兩個變倍光學系統3'上分別形成光圈S'。此外，這裡的入射光瞳的位置是，和光圈S'相比位於物體0側的、可出現通過變倍光學系統3'內的透鏡組形成的光圈像的位置。在這種構成的平行系實體顯微鏡100'中，如圖30(a)所示，物鏡開口數與通常的物鏡開口數的定義不同。即，物體0和物鏡1'間的介質是空氣時，通常的物鏡開口數如下定義從物體0的光軸上的1點出射的光擴散到物鏡1'的整個開口的光束的打開角度的半角α的正弦，而平行系實體顯微鏡裝置100'中的物鏡開口數如下定義從物體0的光軸上的1點出射的光擴散到任意一個變倍光學系統3'的光圈S'的最大光圈直徑為止時的打開角度的半角β 的正弦。圖30(b)是放大圖30 (a)的物鏡1'和單側的變倍光學系統3'的一部分的圖。從物體面0的中心出射的光入射到物鏡1'，變為平行光束，併入射到變倍光學系統3'。物鏡1'充分滿足正弦條件，因此上述平行光束直徑變為物鏡1'的焦點距離fobj和物鏡開口數sini3的積的2倍。為了發揮物鏡開口數性能，該光束需要全部引導到變倍光學系統 3'。為此，當變倍光學系統3'的有效直徑為D印時，必須滿足有效直徑0印>平行光束直徑(=2 · fobj · sin β)的關係。反過來說，平行系實體顯微鏡裝置100'中的物鏡開口數sini3取決於變倍光學系統3'的有效直徑D印的大小。在實體顯微鏡裝置中，如上所述，為了立體視圖，具有左眼用及右眼用兩個光路，左右光路相鄰，因此增大變倍光學系統3'各自的有效直徑D印，等同於擴大變倍光學系統3'的左右的光軸間距離。結果是， 確定平行系實體顯微鏡裝置100'的開口數的可以說是變倍光學系統3'的左右的光軸間距離。變倍光學系統3'作為入射的光束和出射的光束同時平行的非焦點變倍光學系統構成，通過其後配置的成像透鏡4'成像。其中，非焦點變倍光學系統的倍率(以下稱為「非焦點倍率」)通過入射側的平行光束直徑除以出射側的平行光束直徑求出。並且，像的倍率通過成像透鏡4'的焦點距離乘以非焦點倍率的值fzoom再除以物鏡1'的焦點距離fobj 來求出。近年來，隨著應用程式的多樣化，通過一個裝置可觀察較大變倍區域的實體顯微鏡裝置的需求變高。與之相伴，提出了抑制全長的同時擴大變倍區域的變倍光學系統(例如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2005-91755號公報

發明內容
但是存在以下問題，使變倍區域向低倍側擴大時，不僅變倍光學系統大型化，物鏡也大型化。圖31是物鏡1'和單側的變倍光學系統3'的一部分的光路圖，將倍率不同的兩個狀態的變倍光學系統3'連接到同一物鏡1'，上下並列。圖31 (a)是低倍端狀態，圖 31(b)是高倍端狀態。從圖31可知，變倍光學系統3'在低倍時和高倍時，光線通過物鏡 1'內的位置完全不同。並且如上所述，倍率通過成像透鏡的焦點距離乘以非焦點倍率的值 fzoom並除以物鏡1'的焦點距離fobj來求出。由該定義可知，為使變倍區域擴大到低倍側，需要縮短值fzoom，或延長物鏡1'的焦點距離fobj。但延長物鏡1'的焦點距離fobj 會導致物鏡1'的大型化，因此應避免。這樣一來就必須縮短值fzoom。從物鏡1'出射併入射到變倍光學系統3'的光線相對光軸的角度θ 『(如圖31(a)所示)，在像高為y、成像透鏡4'的焦點距離乘以非焦點倍率的值為fzoom時，y = fzoom · tan θ 『。因像大小一定，所以當fzoom變短時，Θ'變大。從圖31(a)可知，物鏡1'大型化的原因主要在於 θ 『大的光線束。尤其在於使物鏡1'的物體0側大型化。在此僅論述一例，一般情況下， 高倍側的光線確定物鏡1'的像側的大小，低倍側的光線確定物鏡1'的物體側的大小。尤其是物鏡1'的物體0側的大型化存在用戶觀察時隱藏物體面的視界的缺點，應當避免。本發明鑑於以上問題而出現，其目的在於，在具有物鏡和觀察光學系統(整體是成像光學系統)的顯微鏡裝置中，避免物鏡大型化的同時可擴大到低倍區域的成像光學系統，進一步的目的在於提供一種具有該成像光學系統的顯微鏡裝置及實體顯微鏡裝置。為解決上述課題，本發明涉及的成像光學系統，通過物鏡及觀察光學系統形成像， 並且，以能夠使像變倍的方式構成，其特徵在於，觀察光學系統具有多個透鏡組，在從高倍端狀態向低倍端狀態變倍的區間的至少一部分，多個透鏡組中的至少兩個透鏡組分別以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。在該成像光學系統中，優選其特徵在於，至少兩個透鏡組中、最靠近物鏡側地配置的至少一個透鏡組如下移動當從低倍端狀態向高倍端狀態變倍時，在包含物鏡的光軸及觀察光學系統的基準光軸在內的面內，對於將從觀察光學系統的基準光軸到上述物鏡的光軸的方向定義為負的、與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的移動量，作為將從低倍狀態向高倍端側移動的方向定義為正的、在變倍時進行移動的透鏡組中最靠近物鏡側地配置的透鏡組在觀察光學系統的基準光軸上的位置的函數進行表示時，在變倍的區間的至少一部分使該函數的一次微分為0以上、且該函數的二次微分為0以下。並且，在該成像光學系統中，優選其特徵在於，入射到觀察光學系統的主光線中， 相對於觀察光學系統的基準光軸的角度最大的主光線的、在觀察光學系統的最靠近物體側的面的切面上的入射位置如下變化從低倍端狀態向高倍端狀態變倍時，至少到規定的焦點距離狀態為止，靠近觀察光學系統的基準光軸側。並且，在該成像光學系統中，優選其特徵在於，觀察光學系統具有光圈，在從低倍端狀態向高倍端狀態變倍的區間的至少一部分，光圈以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。此時，優選其特徵在於，光圈追隨以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組而移動，光圈的像即出射光瞳的中心在觀察光學系統的基準光軸上存在於整個變倍區域。或者優選其特徵在於，觀察光學系統具有光圈，在從低倍端狀態變倍為高倍端狀態的區間的至少一部分，光圈具有通過透鏡組而移動的光束的整個區域作為開口部，其中， 上述透鏡組以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。此時，優選其特徵在於，光圈的開口部是內包整個區域的正圓。並且，在上述成像光學系統中，優選其特徵在於，觀察光學系統具有多個光路，把來自物鏡的光從多個光路分別出射，多個光路分別具有多個透鏡組。此時，優選其特徵在於，觀察光學系統的多個光路包括右眼用及左眼用兩個光路。並且，該成像光學系統優選其特徵在於，在以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組的至少物鏡的光軸側，設有遮光部，其隨著以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組的、與基準光軸正交的方向上的成分的移動，遮斷通過在該透鏡組和物鏡的光軸之間產生的空間的光。此時，優選其特徵在於，遮光部被以連接設置在多個光路上的、以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個透鏡組的方式進行安裝，且隨著該透鏡組的與基準光軸正交的方向上的成分的移動而伸縮。或者優選其特徵在於，遮光部包括第1部件，由遮斷光的部件形成，形成在與物鏡的光軸平行的方向上貫通、且和以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個透鏡組大小基本相同的開口，通過將以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個透鏡組嵌入到該開口中而進行保持；第2部件，由遮斷光的部件形成，能夠在物鏡的光軸方向上移動，以能夠在與基準光軸正交的方向上移動的方式保持第1部件，並且形成在與物鏡的光軸平行的方向上貫通的開口部，第2部件的開口部形成為和以具有與基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組的移動無關，該透鏡組始終位於開口部內。此時，優選其特徵在於，第1部件形成為堵塞開口部內的、以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組以外的部分。或者，優選其特徵在於，第1部件在與基準光軸正交的方向的兩端部分別具有隨著第1部件的移動而伸縮的伸縮部件。進一步，此時優選其特徵在於，第1部件及伸縮部件形成為堵塞開口部內的、以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組以外的部分。
並且，在該成像光學系統中，優選其特徵在於，以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組中的至少一個是第1校正透鏡組，該第1校正透鏡組在從高倍端狀態向低倍端狀態變倍時以多個光路中的透鏡組的光軸間距離變短的方式進行移動；以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組中的其餘透鏡組是第2校正透鏡組，該第2校正透鏡組校正通過第1校正透鏡組進行變化的光路，並如下地出射上述像在將多個透鏡組以該多個透鏡組的光軸一致的方式進行配置時所要形成的像形成位置上成像。並且，在該成像光學系統中，優選其特徵在於，觀察光學系統包括非焦點變倍光學系統，該非焦點變倍光學系統具有至少兩個透鏡組。並且，優選其特徵在於，在高倍端狀態下，多個透鏡組的各光軸基本一致。並且，在該成像光學系統中，優選其特徵在於，多個透鏡組具有第1透鏡組，配置在最靠近物體側，在變倍中被固定；和第2透鏡組，配置在第1透鏡組的像側，是以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組之一；在低倍端狀態下， 第2透鏡組的光軸相對於第1透鏡組的光軸偏心。並且，第1發明涉及的顯微鏡裝置的特徵在於，具有上述成像光學系統的任意一種。或者，第2發明涉及的顯微鏡裝置的特徵在於，具有照明光學系統，包括具有面狀發光區域的面發光體，將面發光體放射的光照射到物體上；上述成像光學系統，包括物鏡，對來自物體的光進行聚光，形成物體的像，面發光體配置在物鏡的入射光瞳共軛位置或其附近。或者，第3發明涉及的顯微鏡裝置的特徵在於，具有上述成像光學系統的任意一種，包括物鏡，對來自物體的光進行聚光，形成該物體的像；和照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，引導到成像光學系統的光路上，通過物鏡將光照射到物體上；照明光學系統如下構成對應通過透鏡組而移動的出射光瞳使光源的像移動，其中，上述透鏡組以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。此時，優選其特徵在於，照明光學系統無階段、連續地使照明透鏡以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。或者，優選其特徵在於，照明光學系統通過至少兩個位置的切換，使照明透鏡以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。或者，該顯微鏡裝置優選其特徵在於，使光源無階段、連續地或通過至少兩個位置的切換以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。或者，第4發明涉及的顯微鏡裝置的特徵在於，具有上述成像光學系統的任意一種，包括物鏡，對來自物體的光進行聚光，形成該物體的像；和照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，引導到成像光學系統的光路上，通過物鏡將光照射到物體上；照明光學系統形成包含通過透鏡組而移動的出射光瞳軌跡的大小的光源的像，其中，上述透鏡組以具有與觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。並且，本發明涉及的實體顯微鏡裝置具有物鏡；多個非焦點變倍光學系統，將從物鏡與該物鏡的光軸基本平行地出射的平行光作為多個平行光分別出射；多個成像透鏡， 對從多個非焦點變倍光學系統分別出射的平行光進行聚光，其特徵在於，多個非焦點變倍光學系統中的至少一個，在從高倍端狀態變倍為低倍端狀態的區間的至少一部分，具有至少兩個以具有與物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動的透鏡組。該實體顯微鏡裝置的特徵在於，具有照明光學系統，其包括具有面狀發光區域的面發光體，將面發光體放射的光照射到物體上，面發光體配置在物鏡的入射光瞳共軛位置或其附近。或者，該實體顯微鏡裝置的特徵在於，具有照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，通過物鏡照射到物體上，照明光學系統如下構成對應通過透鏡組而移動的出射光瞳，使光源的像移動，其中，上述透鏡組以具有與物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動。或者，該實體顯微鏡裝置的特徵在於，具有照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，通過物鏡照射到物體上；照明光學系統形成包含通過透鏡組而移動的出射光瞳軌跡的大小的、光源的像，其中，上述透鏡組以具有與物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動。通過使本發明涉及的成像光學系統、顯微鏡裝置及實體顯微鏡裝置如上構成，可避免物鏡的大型化，且可擴大到低倍區域。


圖1是表示平行系實體顯微鏡裝置的外觀的立體圖。圖2是表示上述顯微鏡裝置的光學系統的構成的說明圖。圖3是表示平行系實體顯微鏡裝置的成像光學系統的透鏡截面圖，(a)表示低倍端狀態，(b)表示高倍端狀態。圖4是表示變倍光學系統的透鏡截面圖，(a)表示低倍端狀態，(b)表示中間倍率狀態，(c)表示高倍端狀態。圖5是表示構成第1實施例涉及的低倍端及高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的圖，(a)表示第3透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(b)表示第4透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(c)表示高倍端狀態。圖6是表示構成第2實施例涉及的低倍端及高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的說明圖，(a)表示第3透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(b)表示第4透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(c)表示高倍端狀態。圖7是表示構成第3實施例涉及的低倍端及高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的說明圖，(a)表示第3透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(b)表示第4透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(c)表示第5透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(d)表示高倍端狀態。圖8是表示構成第4實施例涉及的低倍端及高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的說明圖，(a)表示第3透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(b)表示第4透鏡組為第2校正透鏡組時的低倍端狀態，(c)表示第5透鏡組為第2校正透鏡組的情況，(d) 表示高倍端狀態。圖9是表示以下二者關係的圖表將到像側的移動方向定義為正的第2透鏡組的光軸方向移動量；將離開第1透鏡組的物體側頂點(最靠近物體側的透鏡的物體側面的頂點)的方向定義為正的入射光瞳位置。圖10是表示以下二者關係的圖表將到像側的移動方向定義為正的第2透鏡組的光軸方向移動量；入射到變倍光學系統的主光線入射角度的正切。圖11是表示變倍光學系統和主光線的關係的說明圖，(a)表示主光線入射角度， (b)表示主光線入射高度。圖12是表示以下二者關係的圖表將到像側的移動方向定義為正的第2透鏡組的光軸方向移動量；主光線入射高度。圖13是說明主光線及主光線入射高度的說明圖，(a)表示不使第2及第3透鏡組偏心時的低倍端狀態，(b)表示使第2及第3透鏡組偏心時的低倍端狀態。圖14是表示變倍光學系統的第2透鏡組的軌道的圖表。圖15是表示主光線入射高度的關係相對第2透鏡組的光軸方向移動量的關係的圖表。圖16是說明通過第2校正透鏡組的偏心而偏心的出射點的說明圖，(a)表示第2 校正透鏡組未偏心的狀態，(b)表示第2校正透鏡組偏心的狀態，(c)表示通過第2校正透鏡組的偏心，利用光圈偏心校正出射點的偏心的狀態。圖17是說明具有開口部的光圈的說明圖，上述開口部內包通過第2校正透鏡組的偏心而偏心的光圈移動的整個區域。圖18是說明具有開口部的光圈的其他實施方式的說明圖，上述開口部內包通過第2校正透鏡組的偏心而偏心的光圈移動的整個區域。圖19是表示從平行系實體顯微鏡裝置的成像光學系統的入射光瞳的共軛像到光圈為止的、光學系統的截面圖，(a)表示通常的實體顯微鏡裝置的低倍端狀態，(b)表示該實體顯微鏡的高倍端狀態，(c)表示將變倍光學系統的透鏡組的一部分在低倍側使其光軸間距離變短地移動而構成的實體顯微鏡裝置的低倍端狀態。圖20是表示在物鏡和觀察光學系統之間插入同軸入射照明裝置時的實體顯微鏡裝置的構成的說明圖。圖21是表示在觀察光學系統內部的變倍光學系統和成像透鏡組之間插入同軸入射照明裝置時的實體顯微鏡裝置的構成的說明圖。圖22是表示同軸入射照明裝置的光學系統的構成的說明圖。圖23是表示上述光學系統中的光線的軌跡的說明圖。圖24是具有第1實施例涉及的遮光部的實體顯微鏡裝置的構成圖。圖25是表示構成上述第1實施例涉及的遮光部及低倍端和高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的說明圖，(a)表示高倍端狀態，(b)表示低倍端狀態。圖26是具有第2實施例涉及的遮光部的實體顯微鏡裝置的構成圖。圖27是表示構成上述第2實施例涉及的遮光部及低倍端和高倍端中的變倍光學系統的透鏡組的配置的說明圖，(a)表示高倍端狀態，(b)表示低倍端狀態。圖28是表示上述第2實施例涉及的遮光部及變倍光學系統的可動組的構成的圖， (a)表示高倍端狀態，(b)表示低倍端狀態。圖29是表示第2實施例的變形例涉及的遮光部及變倍光學系統的可動組的構成的圖，(a)表示高倍端狀態，(b)表示低倍端狀態。
圖30是說明平行系實體顯微鏡裝置的物鏡開口數的說明圖，(a)表示顯微鏡裝置的光學系統整體，(b)表示放大主要部分的狀態。圖31是現有的平行系實體顯微鏡裝置的光學系統的截面圖，(a)表示低倍端狀態，(b)表示高倍端狀態。附圖標記1 物鏡2觀察光學系統3變倍光學系統Gl第1透鏡組G2 (CGl)第2透鏡組(第1校正透鏡組)G3 (CG2)第3透鏡組(第2校正透鏡組)4成像鏡頭5成像光學系統8、10照明光學系統20、110、112 光源21、31 第 1 部件22、32 第 2 部件25、；35 開口部26、36伸縮部件S、S1、S2 光圈H2、H3 遮光部IM 一次像A基準光軸100平行系實體顯微鏡裝置(顯微鏡裝置)
具體實施例方式以下參照

本發明的優選實施方式。首先，參照圖1及圖2說明作為顯微鏡裝置的一例的平行系實體顯微鏡裝置100的構成。該平行系實體顯微鏡裝置100是雙筒構造的顯微鏡裝置，其光學系統具有成像光學系統5，對通過未圖示的透過照明裝置照明並透過了物體0的光進行聚光，形成該物體0的一次像IM ；目鏡6，用於放大觀察通過該成像光學系統5的一次像UL並且，成像光學系統5的構成具有物鏡1，對來自物體0的光進行聚光，變換為與光軸基本平行的光束；變倍光學系統3，改變物體0的像的觀察倍率(變倍)；成像透鏡4，對從該變倍光學系統3出射的光進行聚光，形成上述一次像IM。此外，將由該變倍光學系統3和成像透鏡4構成的光學系統稱作觀察光學系統2，該顯微鏡裝置100 具有光軸彼此平行延伸的兩個觀察光學系統2及兩個目鏡6。該實體顯微鏡裝置100具有內置透過照明裝置的基底部(照明部)101 ；變倍透鏡鏡筒103，安裝有物鏡1及目鏡6，在內部具有變倍光學系統3 ；對焦裝置105。並且，在基底部101的上表面設有嵌入了透明部件的標本放置臺102。此外，物鏡1安裝在設置於變倍透鏡鏡筒103的下部的物鏡安裝部106上。該物鏡安裝部106包括以下情況從提前確定的多個低倍率的物鏡及多個高倍率的物鏡中，選擇一個並可安裝的情況；從提前確定的多個低倍率的物鏡及多個高倍率的物鏡中，選擇多個並安裝的情況。在變倍透鏡鏡筒103內部配置左眼用和右眼用的變倍光學系統3，在該變倍透鏡鏡筒103的外側配置變倍旋鈕107。變倍光學系統3包括可動透鏡組，通過變倍旋鈕107的旋轉，按照提前確定的移動量向光軸方向移動。並且，變倍光學系統3中包括可變光圈，變倍透鏡鏡筒103中設有該可變光圈的調節機構(未圖示)。並且，對焦裝置105具有對焦旋鈕108 ；機構部(未圖示)，隨著該對焦旋鈕108的旋轉，沿光軸使變倍透鏡鏡筒103上下運動。進一步，在該變倍透鏡鏡筒103的上部安裝具有成像透鏡4及目鏡6的雙筒104。 分別配置在左右的成像透鏡4對從左右雙眼用的變倍光學系統3分別出射的平行光進行聚光，暫時成像物體的一次像IM，可通過左右肉眼觀察通過使用安裝在雙鏡筒104上端部的目鏡6而成像的一次像IM。圖3及圖4所示的變倍光學系統3，按照從物體0側開始的順序，由以下四個透鏡組構成具有正的折射力的第1透鏡組Gl ；具有負的折射力的第2透鏡組G2 ；具有正的折射力的第3透鏡組G3 ；具有負的折射力的第4透鏡組G4。該變倍光學系統3在從低倍端狀態向高倍端狀態變倍時，第2透鏡組G2從物體側向像側以一定方向移動，並且第3透鏡組G3 從像側向物體側以一定方向移動。即，第2透鏡組G2及第3透鏡組G3的構成是，總是僅向一定方向移動，不會在變倍中途向相反的方向移動。此外，在第2透鏡組G2和第3透鏡組 G3之間設置光圈S。該實體顯微鏡裝置100和參照圖31所說明的一樣，變倍光學系統3處於低倍端狀態時通過物鏡1的光的最大直徑，和處於高倍端狀態時通過物鏡1的光的最大直徑相比較大。即，構成物鏡1的透鏡的周邊部分在高倍時不使用，僅在低倍時使用。相反，變倍光學系統3處於高倍端狀態時入射到該變倍光學系統3的光的最大直徑，和處於低倍端狀態時入射的光的最大直徑相比較大。因此，在本實施方式涉及的顯微鏡裝置100中，為了減小在低倍端側通過物鏡1的光束直徑，使入射光瞳靠近物鏡1的光軸，即如圖3所示，在構成變倍光學系統3的透鏡組中，至少使一個在變倍時具有與光軸正交的方向上的成分地移動 (以下將該透鏡組稱為「第1校正透鏡組CG1」)。即，相對作為該變倍光學系統3的基準的光軸(例如是該變倍光學系統3含有的透鏡組中，變倍時固定的透鏡組(例如第1透鏡組 Gl)的光軸，稱為「基準光軸A」)，使第1校正透鏡組CGl的光軸偏心。此外，第1校正透鏡組CGl可以是變倍時通過沿光軸移動而使倍率變化的透鏡組的至少一個，也可是變倍時不沿光軸移動的透鏡組的至少一個，也可是兩者，但在圖3及圖4中，將變倍時通過沿光軸移動而使倍率變化的第2透鏡組G2作為第1校正透鏡組CGl。如上所述，圖3表示物鏡1 ；設置在左右眼用的光路(觀察光學系統2)上的單側的變倍光學系統3。其中，變倍光學系統3表示物體0側的部分透鏡組(變倍時固定的第1 透鏡組Gl及變倍時移動的第2透鏡組G2)。在該變焦類型中，如圖4(a)所示，使倍率向低倍端側變化(變倍)時，使第2透鏡組G2(上述第1校正透鏡組CGl)向物體側移動，並且第 2透鏡組G2的光軸向和基準光軸A偏差的位置偏心。即，使左右的變倍光學系統3的光軸間距離變短(靠近物鏡1的光軸)地移動第1校正透鏡組CGl (第2透鏡組6 。在變倍時使第1校正透鏡組CGl這樣移動，從而使左右光瞳接近物鏡1的光軸，因此通過物鏡1的光線中，周邊部分的光線靠近物鏡1的光軸側，因此整體上通過物鏡1的光的最大直徑變小，可減小物鏡1的直徑，實現小型化。換言之，即使擴大低倍區域，也可以現有的物鏡的直徑大小來實現。此時，低倍時和高倍時相比，入射到該變倍光學系統3的光的最大直徑變小， 因此即使使第1校正透鏡組CGl (第2透鏡組G》偏心，也可使光束收納在第1透鏡組CGl 的透鏡有效直徑(光可入射的最大直徑)內。並且，在本實施方式中，第1透鏡組Gl及第 4透鏡組G4在變倍動作中固定。此外，在該顯微鏡裝置100中，變倍光學系統3優選是對入射的平行光束的直徑進行變倍並作為平行光束(非焦點光束)出射的非焦點變倍光學系統。因此，為了最終作為非焦點光束從變倍光學系統3出射，通過使第2透鏡組G2 (第1校正透鏡組CGl)偏心，該變倍光學系統3內的光路改變，對於出射的光束偏離平行光束的情況，需要使其他透鏡組中的至少一個以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動並進行校正(將該透鏡組稱為「第2校正透鏡組CG2」)。即，需要進行以下動作使第2校正透鏡組CG2偏心，校正因第 1校正透鏡組CGl變化的光路，並如下地出射使像在構成該變倍光學系統3的透鏡組以其光軸一致的方式配置時所要形成的像形成位置上成像。在圖4所示的變倍光學系統3中， 將具有正折射力的第3透鏡組G3作為第2校正透鏡組CG2使用。因此，在低倍端狀態下， 相對基準光軸A (第1透鏡組Gl的光軸)，使第3透鏡組G3向和第2透鏡組G2相同的方向偏心。此時的第3透鏡組G3的偏心量根據第2透鏡組G2的偏心量唯一地確定。此外，將具有負折射力的第4透鏡組G4作為第2校正透鏡組CG2時，需要向和第2透鏡組G2相反的方向偏心。並且，該第2校正透鏡組CG2可以是變倍時通過沿光軸移動而改變倍率的透鏡組的至少一個，也可是變倍時不沿光軸移動的透鏡組的至少一個，也可是兩者。並且，入射到該變倍光學系統3的光束的直徑在最高倍時變得最大。因此，如圖 4(c)所示，在變倍光學系統3最高倍時，為有效利用變倍光學系統3的入射光瞳，優選該變倍光學系統3含有的所有透鏡組(第1 第4透鏡組Gl G4)的光軸基本一致(與上述基準光軸A基本一致)。其中，上述圖3所示的變倍光學系統3中，示出了第1透鏡組Gl具有正折射力，第 2透鏡組G2(第1校正透鏡組CGl)具有負折射力的情況。之後，接著對變倍光學系統3中的圖3中未圖示的第3透鏡組之後的透鏡組和成像透鏡、目鏡，通過左眼、右眼觀察像。該圖3所示的光路圖表示與圖31所示的現有光學系統基本具有相同開口數地構成的情況。 此時，圖3 (b)所示的變倍光學系統3最高倍時，如上所述，為了有效利用變倍光學系統3的入射光瞳，優選所有透鏡組的光軸一致(在與物鏡1的光軸平行的直線上)，因此變為和圖 31(b)相同的光路圖。下表1表示圖3所示的物鏡1的各元素。並且在該表1中，m表示從物體0側計數的光學面的面號碼，r表示各光學面的曲率半徑，d表示從各光學面到下一光學面為止的光軸上的距離(面間隔)，nd表示相對d線的折射率，vd表示阿貝數。並且在下表1中，省略了空氣的折射率1.00000。其中，以下所有元素值中記載的曲率半徑、面間隔、其他長度單位一般使用「mm」，但光學系統即使放大比例或縮小比例也可獲得同等的光學性能，因此不限於此(之後各表中也一樣)。(表1)
1權利要求
1.一種成像光學系統，通過物鏡及觀察光學系統形成像，並且以能夠使上述像變倍的方式構成，其特徵在於，上述觀察光學系統具有多個透鏡組，在從高倍端狀態向低倍端狀態變倍的區間的至少一部分，上述多個透鏡組中的至少兩個透鏡組分別以具有與上述觀察光學系統的基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。
2.根據權利要求1所述的成像光學系統，其特徵在於，上述至少兩個透鏡組中、最靠近上述物鏡側地配置的至少一個透鏡組如下移動當從上述低倍端狀態向高倍端狀態變倍時，在包含上述物鏡的光軸及上述觀察光學系統的上述基準光軸在內的面內，對於將從上述觀察光學系統的上述基準光軸到上述物鏡的光軸的方向定義為負的、與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的移動量，作為將從上述低倍狀態向上述高倍端側移動的方向定義為正的、在上述變倍時進行移動的透鏡組中最靠近上述物鏡側地配置的透鏡組在上述觀察光學系統的上述基準光軸上的位置的函數進行表示時，在上述變倍的區間的至少一部分使上述函數的一次微分為0以上、且上述函數的二次微分為0以下。
3.根據權利要求2所述的成像光學系統，其特徵在於，入射到上述觀察光學系統的主光線中，相對於上述觀察光學系統的上述基準光軸的角度最大的主光線的、在上述觀察光學系統的最靠近物體側的面的切面上的入射位置如下變化從上述低倍端狀態向上述高倍端狀態變倍時，至少到規定的焦點距離狀態為止，靠近上述觀察光學系統的上述基準光軸側。
4.根據權利要求1 3的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，上述觀察光學系統具有光圈，在從上述低倍端狀態向上述高倍端狀態變倍的區間的至少一部分，上述光圈以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。
5.根據權利要求4所述的成像光學系統，其特徵在於，上述光圈追隨以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組而移動，上述光圈的像、即出射光瞳的中心在上述觀察光學系統的上述基準光軸上存在於整個變倍區域。
6.根據權利要求1 3的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，上述觀察光學系統具有光圈，在從上述低倍端狀態向上述高倍端狀態變倍的區間的至少一部分，上述光圈具有通過上述透鏡組而移動的光束的整個區域作為開口部，其中，上述透鏡組以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。
7.根據權利要求6所述的成像光學系統，其特徵在於，上述光圈的上述開口部是內包上述整個區域的正圓。
8.根據權利要求1 7的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，上述觀察光學系統具有多個光路，把來自上述物鏡的光從上述多個光路分別出射，上述多個光路分別具有上述多個透鏡組。
9.根據權利要求8所述的成像光學系統，其特徵在於，上述觀察光學系統的上述多個光路包括右眼用及左眼用兩個光路。
10.根據權利要求8或9所述的成像光學系統，其特徵在於，在以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組的至少上述物鏡的光軸側，設有遮光部，該遮光部隨著以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組的、與上述基準光軸正交的方向上的成分的移動，遮斷通過在該透鏡組和上述物鏡的光軸之間所產生的空間的光。
11.根據權利要求10所述的成像光學系統，其特徵在於，上述遮光部被以連接設置在上述多個光路上的、以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個上述透鏡組的方式進行安裝，且隨著該透鏡組的與上述基準光軸正交的方向上的成分的移動而伸縮。
12.根據權利要求10所述的成像光學系統，其特徵在於，上述遮光部包括第1部件，由遮斷光的部件形成，形成在與上述物鏡的光軸平行的方向上貫通、且和以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個上述透鏡組大小基本相同的開口，將以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的各個上述透鏡組嵌入到該開口中而進行保持；和第2部件，由遮斷光的部件形成，能夠在上述物鏡的光軸方向上移動，以能夠在與上述基準光軸正交的方向上移動的方式保持上述第1部件，並且，形成在與上述物鏡的光軸平行的方向上貫通的開口部；上述第2部件的上述開口部形成為與以具有與上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組的移動無關，該透鏡組始終位於上述開口部內。
13.根據權利要求12所述的成像光學系統，其特徵在於，上述第1部件形成為堵塞上述開口部內的、以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組以外的部分。
14.根據權利要求12所述的成像光學系統，其特徵在於，上述第1部件在與上述基準光軸正交的方向上的兩端部分別具有隨著上述第1部件的移動而伸縮的伸縮部件。
15.根據權利要求14所述的成像光學系統，其特徵在於，上述第1部件及上述伸縮部件形成為堵塞上述開口部內的、以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組以外的部分。
16.根據權利要求8 15的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組中的至少一個是第1校正透鏡組，該第1校正透鏡組在從上述高倍端狀態向上述低倍端狀態變倍時以上述多個光路中的上述透鏡組的光軸間距離變短的方式進行移動，以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組中的其餘透鏡組是第2校正透鏡組，該第2校正透鏡組校正通過上述第1校正透鏡組進行變化的光路，並如下地出射上述像在將上述多個透鏡組以該多個透鏡組的光軸一致的方式進行配置時所要形成的像形成位置上成像。
17.根據權利要求1 16的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，上述觀察光學系統包括非焦點變倍光學系統，該非焦點變倍光學系統具有上述至少兩個透鏡組。
18.根據權利要求1 17的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，在上述高倍端狀態下，上述多個透鏡組的各光軸基本一致。
19.根據權利要求1 18的任意一項所述的成像光學系統，其特徵在於，上述多個透鏡組具有第1透鏡組，配置在最靠近物體側，在上述變倍中被固定；和第2透鏡組，配置在上述第1透鏡組的像側，是以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動的上述透鏡組之一；在上述低倍端狀態下，上述第2透鏡組的光軸相對於上述第1透鏡組的光軸偏心。
20.一種顯微鏡裝置，其特徵在於，具有權利要求1 19的任意一項所述的成像光學系統。
21.一種顯微鏡裝置，其特徵在於，具有照明光學系統，包括具有面狀發光區域的面發光體，將上述面發光體放射的光照射到物體；和權利要求1 19的任意一項所述的成像光學系統，包括物鏡，對來自上述物體的光進行聚光而形成物體的像；上述面發光體配置在上述物鏡的入射光瞳共軛位置或入射光瞳共軛位置附近。
22.—種顯微鏡裝置，其特徵在於，具有權利要求1 18的任意一項所述的成像光學系統，包括物鏡，對來自物體的光進行聚光而形成該物體的像；和照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，引導到上述成像光學系統的光路上，通過上述物鏡將上述光照射到上述物體上；上述照明光學系統如下構成對應通過上述透鏡組而移動的出射光瞳使上述光源的像移動，其中，上述透鏡組以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。
23.根據權利要求22所述的顯微鏡裝置，其特徵在於，上述照明光學系統無階段、連續地使上述照明透鏡以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。
24.根據權利要求22所述的顯微鏡裝置，其特徵在於，上述照明光學系統通過至少兩個位置的切換，使上述照明透鏡以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。
25.根據權利要求22所述的顯微鏡裝置，其特徵在於，使上述光源無階段、連續地或通過至少兩個位置的切換以具有與光軸正交的方向上的成分的方式移動。
26.—種顯微鏡裝置，其特徵在於，具有權利要求1 18的任意一項所述的成像光學系統，包括物鏡，對來自物體的光進行聚光，形成該物體的像；和照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，引導到上述成像光學系統的光路上，通過上述物鏡將上述光照射到上述物體上；上述照明光學系統形成包含通過上述透鏡組移動的出射光瞳軌跡的大小的、上述光源的像，其中，上述透鏡組以具有與上述觀察光學系統的上述基準光軸正交的方向上的成分的方式移動。
27.一種實體顯微鏡裝置，其特徵在於，具有物鏡；多個非焦點變倍光學系統，將從上述物鏡與該物鏡的光軸基本平行地出射的平行光作為多個平行光分別出射；和多個成像透鏡，對從上述多個非焦點變倍光學系統分別出射的平行光進行聚光； 上述多個非焦點變倍光學系統中的至少一個，在從高倍端狀態向低倍端狀態變倍的區間的至少一部分，具有至少兩個透鏡組，該透鏡組以具有與上述物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動。
28.根據權利要求27所述的實體顯微鏡裝置，其特徵在於，具有照明光學系統，其包括具有面狀發光區域的面發光體，將上述面發光體放射的光照射到物體上，上述面發光體配置在上述物鏡的入射光瞳共軛位置或入射光瞳共軛位置附近。
29.根據權利要求27所述的實體顯微鏡裝置，其特徵在於，具有照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，通過上述物鏡照射到物體上，上述照明光學系統如下構成對應通過上述透鏡組而移動的出射光瞳使上述光源的像移動，其中，上述透鏡組以具有與上述物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動。
30.根據權利要求27所述的實體顯微鏡裝置，其特徵在於，具有照明光學系統，通過照明透鏡對來自光源的光進行聚光，通過上述物鏡照射到物體上，上述照明光學系統形成包含通過上述透鏡組而移動的出射光瞳軌跡的大小的、上述光源的像，其中，上述透鏡組以具有與上述物鏡的光軸正交的方向上的成分的方式移動。
全文摘要
提供一種成像光學系統，其具有較大的光軸間距離，同時可避免顯微鏡裝置的光學系統整體的大型化，可向低倍區域擴大，其中，平行系實體顯微鏡裝置(100)等中使用的變倍光學系統(3)，具有光軸基本平行地配置的多個光路，包括多個透鏡組，使與各光路基本平行入射的光束直徑變倍並作為基本平行的光束出射，對應變倍，在各光路中，至少兩個透鏡組沿光軸移動，多個光路中，至少一個光路的至少兩個透鏡組在從高倍端狀態向低倍端狀態變倍的區間的至少一部分，對應變倍以具有與光軸正交方向上的成分的方式移動。
文檔編號G02B15/167GK102301268SQ201080005919
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月25日 優先權日2009年1月29日
發明者中山浩明, 大內由美子, 水田正宏 申請人:株式會社尼康