JP4379780B2 - 顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡に関し、特に、無限遠補正型顕微鏡において、対物レンズによる中間像を作らず直接ＣＣＤ等の撮像素子上に結像させる顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、対物レンズからの光束を結像レンズにて中間像を作り、この中間像をズーム機能を有するリレーレンズにて変倍するリレーレンズ方式の顕微鏡用ズーム鏡筒が用いられてきた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７４１３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなリレーレンズ方式の顕微鏡用ズーム鏡筒の場合、一旦結像レンズにて中間像を作り、その像をズームリレーレンズにて撮像素子上にリレーする。その結果、光学系が長くなり、顕微鏡へ組み込んだ場合に顕微鏡装置が大きくなってしまうという問題があった。また、中間像の近傍に瞳位置をリレーする正のフィールドレンズを必要とするため、光学系全体でのペッツバール和が正に大きくなり、負の像面湾曲が発生してしまい、好ましくなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、小型で良好な光学性能を有する顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群とからなり、第２レンズ群及び第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍する顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群の物体側に入射瞳を有し、高倍端状態における第２レンズ群の倍率をβ２Ｈとし、低倍端状態における前記第３レンズ群の倍率をβ３Ｌとしたとき、次式−１．３＜β２Ｈ＜−０．７及び−０．１＜１／β３Ｌ＜０の条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、入射瞳位置と第１レンズ群の物体側の面までの距離をＰＬとし、顕微鏡用ズーム鏡筒全系の低倍端状態での焦点距離をｆＬとしたとき、次式０．５＜ＰＬ／ｆＬ＜１．２の条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、前記第１レンズ群は、正の屈折力を持つ前方レンズ群と、弱い負の屈折力を持つ後方レンズ群とを有し、広いレンズ間隔により前方レンズ群と後方レンズ群とは分離され、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前方レンズ群と後方レンズ群とのレンズ間隔の空気換算長をＬ１としたとき、次式０．１５＜Ｌ１／ｆ１＜０．３５の条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
本発明の顕微鏡は、物体側から順に、対物レンズ系と、上述のいずれかに記載の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、対物レンズ系の射出瞳位置が顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置と同じ位置もしくはその近傍となるように配置されることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明の顕微鏡においては、前記第１レンズ群を構成する前方レンズ群と後方レンズ群とを分離する広いレンズ間隔の中に、前記顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離する光路分離手段を配置することが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とを有している。そして、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群は、群単位で光軸方向に沿って移動させることにより、変倍及びこの変倍による像面位置変動の補正を行っている。なお、この変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は、ともに像面に対して固定されている。さらに、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、第１レンズ群Ｇ１の物体側に入射瞳を有している。
【００１３】
ここで、本発明の目的、すなわち、小型で良好な光学性能を有して対物レンズからの光束を直接ＣＣＤ等の撮像素子上に結像させる顕微鏡用ズーム鏡筒を得るためには、高倍端状態における第２レンズ群Ｇ２の倍率をβ２Ｈとし、低倍端状態における第３レンズ群Ｇ３の倍率をβ３Ｌとしたとき、次式（１）及び（２）を満足することが望ましい。
【００１４】
【数１】
−１．３＜ β２Ｈ ＜−０．７ （１）
−０．１＜１／β３Ｌ＜０ （２）
【００１５】
上記条件式（１）は、顕微鏡用ズーム鏡筒の小型化、特に第３レンズ群Ｇ３の小型化を達成するための条件である。条件式（１）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、変倍のために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を移動させる機構が、大型化し且つ複雑化して好ましくない。しかしながら、同じ条件下で第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑えようとすると、この第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くしなければならず、画面周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、低倍率側での第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が大きくなる。その結果、第３レンズ群Ｇ３に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第３レンズ群Ｇ３が大型化して好ましくない。
【００１６】
上記条件式（２）は、低倍率側での画面周辺部において良好な光学性能と、顕微鏡ズーム鏡筒の小型化、特に第４レンズ群Ｇ４の小型化を達成するための条件である。条件式（２）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり、低倍率側における画面周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり、第４レンズ群Ｇ４に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第４レンズ群Ｇ４が大型化して好ましくない。
【００１７】
また、本発明は、入射瞳位置と第１レンズ群Ｇ１の物体側の面までの距離をＰＬとし、顕微鏡用ズーム鏡筒全系の低倍端状態での焦点距離をｆＬとしたとき、次式（３）を満足することが望ましい。
【００１８】
【数２】
０．５＜ＰＬ／ｆＬ＜１．２ （３）
【００１９】
上記条件式（３）は、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置を最適化し、画面周辺部での良好な光学性能の達成と、この顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの最適化を行うための条件である。条件式（３）の下限値を下回ると、対物レンズ系と顕微鏡用ズーム鏡筒との距離が近づきすぎ、対物レンズ系と顕微鏡用ズーム鏡筒との間の光路中に落射照明装置等を挿入する空間を確保することができず、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの使用用途を著しく制限していまい、好ましくない。一方、条件式（３）の上限値を上回ると、低倍率側での第３レンズ群Ｇ３，第４レンズ群Ｇ４に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第３レンズ群Ｇ３，第４レンズ群Ｇ４が大型化し、好ましくない。
【００２０】
また、本発明は、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を持つ前方レンズ群Ｇ１Ｆと、弱い負の屈折力を持つ後方レンズ群Ｇ１Ｒとを有し、広いレンズ間隔により前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとは分離され、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとのレンズ間隔の空気換算長をＬ１としたとき、次式（４）を満足することが望ましい。
【００２１】
【数３】
０．１５＜Ｌ１／ｆ１＜０．３５ （４）
【００２２】
上記条件式（４）は、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの最適化と、この顕微鏡用ズーム鏡筒の小型化、特に第１レンズ群Ｇ１の小型化を達成するための条件である。条件式（４）の下限値を下回ると、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとのレンズ間隔の中に、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離及び切り替えを行う光路分離手段（例えば、ハーフプリズム、切り替えミラー等）を配置する空間を確保することができず、この顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの使用用途を著しく制限していまい、好ましくない。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１が大型化し、好ましくない。
【００２３】
本発明の顕微鏡は、物体側から順に、対物レンズ系と、上記構成の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、対物レンズ系の射出瞳位置が前記顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置と同じ位置もしくはその近傍となるように配置されている。
【００２４】
このような構成により、本発明の顕微鏡は、対物レンズ系と前記顕微鏡用ズーム鏡筒との位置関係が最適化され、良好な画面周辺部の光学性能を得られるとともに、落射照明装置等を光路中に挿入する空間を確保することができる。また、本発明は、固体撮像素子等の撮像手段からの画像情報を液晶表示素子等の表示手段に表示することにより、接眼レンズを使用することなく顕微鏡画像の観察が行えるとともに、電子画像の連続的な変倍及び撮影が簡便に行える、上記の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の顕微鏡は、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとを分離する広いレンズ間隔の中に、前記顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離する光路分離手段を配置することが望ましい。
【００２６】
このような構成により、本発明は、接眼レンズを用いた眼視観察と、顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた電子画像による観察との撮影が簡便に切り替えられる、上記の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を添付図面に基づいて説明する。第１実施例〜第５実施例において、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とを有して構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する前方第１レンズ群Ｇ１Ｆと、弱い負の屈折力を有する後方第１レンズ群Ｇ１Ｒとを備え、これら前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１とは広いレンズ間隔により分離されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、正の屈折力を有する前方第４レンズ群Ｇ４Ｆと、負の屈折力を有する後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとを備えている。また、図示しない試料と本光学系との間には対物レンズ系が配置され、この対物レンズ系の射出瞳の位置が、本発明に係る顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置Ｐとなる。
【００２８】
上記構成の本発明において、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に沿って移動させることにより変倍を行う。また、このような変倍中は、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は像面Ｉに対して固定されている。
【００２９】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１〜図４を用いて説明する。図１は、第１実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第１実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００３０】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ１で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ２で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００３１】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００３２】
次に、この第１実施例における各レンズの諸元を表１に示す。表中、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（または像面）までの光軸上の距離、第４欄νはアッベ数、第５欄ｎｄはｄ線（５８７ｎｍ）に対する屈折率を示している。また、ｆは物点位置が無限遠にあるときのレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、Ｐは入射瞳を示している。
【００３３】
また、表中には、ズーム作動に応じて変化するレンズ全系の焦点距離ｆ及び面間隔の値も、低倍端（１ｐｏｓ）、中倍状態（２ｐｏｓ）、高倍端（３ｐｏｓ）において示している。さらに、表中、条件式（１）及び（２）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３４】
なお、第１実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００３５】
【表１】
【００３６】
このように第１実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図２〜４に、第１実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図２は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図３は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図４は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図において、ＦnoはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３６ｎｍ）をそれぞれ示している。なお、球面収差図において最大口径に対応するＦナンバーの値、非点収差図と歪曲収差図では、像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３７】
各収差図から明らかなように、第１実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３８】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図５〜図８を用いて説明する。図５は、第２実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第２実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、両凹レンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００３９】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ３で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ４で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００４０】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００４１】
次に、この第２実施例における各レンズの諸元を表２に示す。なお、この第２実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００４２】
【表２】
【００４３】
このように第２実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図６〜８に、第２実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図６は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図７は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図８は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第２実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４４】
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例について図９〜図１２を用いて説明する。図９は、第３実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第３実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００４５】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ５で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ６で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００４６】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００４７】
次に、この第３実施例における各レンズの諸元を表３に示す。なお、この第３実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号７に示す面間隔ｄ７（すなわち面番号７と面番号８との面間隔）と、面番号１２に示す面間隔ｄ１２（すなわち面番号１２と面番号１３との面間隔）と、面番号１７に示す面間隔ｄ１７（すなわち面番号１７と面番号１８との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００４８】
【表３】
【００４９】
このように第３実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図１０〜１２に、第３実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図１０は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図１１は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図１２は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第３実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５０】
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例について図１３〜図１６を用いて説明する。図１３は、第４実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第４実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズからなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００５１】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ７で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ８で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００５２】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１３０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００５３】
次に、この第４実施例における各レンズの諸元を表４に示す。なお、この第４実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００５４】
【表４】
【００５５】
このように第４実施例では、上記条件式（１），（２）は全て満たされることが分かる。図１４〜１６に、第４実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図１４は低倍端(ｆ＝１２０)における諸収差図であり、図１５は中倍状態（ｆ＝２００）における収差図であり、図１６は高倍端（ｆ＝３６０）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第４実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５６】
（第５実施例）
次に、本発明の第５実施例について図１７を用いて説明する。図１７は、第５実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡の概略構成を示す図である。
【００５７】
本発明の顕微鏡において、まず、透過照明を使用する場合について説明する。図１７に示すように、透過照明光学系５０の光源５１からの光は、コレクタレンズ５２、リレーレンズ５３，５４、視野絞り５５、ミラー５６、リレーレンズ５７を進み、開口絞り５８上に光源５１の像を形成する。そして、コンデンサレンズ５９により、平行光束としてステージ４０上の標本を照明する。
【００５８】
そして、照明された標本から発した光は、開口絞り５８上に形成された光源５１の像を射出瞳３２上に形成する。そして、対物レンズ交換部３０の対物レンズ３１により平行光束となって進み、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒１０内の前方第１レンズ群Ｇ１Ｆと後方第１レンズ群Ｇ１Ｒとの間に配置された、光路分割光学素子１１、１２の接合面のハーフミラーＨＭにて分割される。この分割された光のうちの半分は、眼視観察光学系２０の方向に進み、接眼レンズ（図示せず）を用いて眼視観察される。また、他の半分は、顕微鏡用ズーム鏡筒１０の光学系の方向に進む。すなわち、折り曲げミラー１３、第１レンズ群後群Ｇ１Ｒ、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、後方第４レンズ群Ｇ４Ｒ、折り曲げミラー１４を進み、固体撮像装置７０内の固体撮像素子７１上に結像し、標本の電子画像を得ることができるようになっている。
【００５９】
なお、顕微鏡用ズーム鏡筒１０は、その光学系の配置を換えることにより、固体撮像装置７０で得られる電子画像の倍率を自由に変えることができる。
【００６０】
また、光路分割光学素子１１、１２の接合面に設けられているハーフミラーＨＭを、通常のミラーを有するプリズムに交換することにより、眼視観察光学系２０に全ての光束を導くこともできる。さらに、光路分割光学素子１１、１２を、ガラスブロックに交換することにより、顕微鏡用ズーム鏡筒１０に全ての光束を導くことができる。
【００６１】
また、対物レンズ交換部３０には、対物レンズ３１に加えて、（この対物レンズ３１とは異なる）対物レンズ３３、３４が交換可能に設けられている。いずれの対物レンズ３１，３３，３４も、各射出瞳が顕微鏡用ズーム鏡筒１０の入射瞳Ｐの近傍（もしくは同じ位置）になるように配置されている。
【００６２】
また、本発明の顕微鏡において落射照明を使用する場合、落射照明光学系６０の光源６１からの光は、コレクタレンズ６２、フィルタ６３、リレーレンズ６４を進み、開口絞り６５上に光源６１の像を形成する。そして、視野絞り６６を進み、リレーレンズ６７、フィルタ６３及びミラー６８を介し、対物レンズ３１の射出瞳３２上に光源６１の像をリレーし、対物レンズ３１により平行光束としてステージ４０上の標本を照明する。なお、この照明された標本から発した光の進行は、上記の透過照明を使用した場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００６３】
なお、フィルタ６３とは、具体的には、ＮＤ、熱線吸収、蛍光用励起、蛍光用吸収等のフィルタである。また、ミラー６８は、通常の落射照明時はハーフミラー、蛍光落射照明時はダイクロイックミラーである。さらに、このミラー６８は、透過照明時には退避する構造になっている。
【００６４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることはいうまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型で良好な光学性能を有する顕微鏡用ズームレンズ鏡筒を提供することができる。さらに、本発明によれば、接眼レンズを用いた眼視観察と、顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた電子画像による観察、撮影が簡便に切り替えられる顕微鏡用ズーム鏡筒を備えた顕微鏡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図２】第１実施例の低倍端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図３】第１実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図４】第１実施例の高倍端（３ｐｏｓ）における設計図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図６】第２実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図７】第２実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図８】第２実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図１０】第３実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１１】第３実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図１２】第３実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１３】本発明の第４実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図１４】第４実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１５】第４実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図１６】第４実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１７】第５実施例である、本発明の顕微鏡用ズームレンズ鏡筒を用いた顕微鏡の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ 入射瞳位置
ＧＢ ガラスブロック
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１Ｆ 前方第１レンズ群
Ｇ１Ｒ 後方第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ４Ｆ 前方第４レンズ群
Ｇ４Ｒ 後方第４レンズ群
Ｉ 像面
１０ 顕微鏡用ズーム鏡筒
１１，１２ 光路分割光学素子
ＨＭ ハーフミラー
１３，１４ 折り曲げミラー
２０ 眼視観察光学系
３０ 対物レンズ交換部
３１ 対物レンズ
３２ 射出瞳
３３，３４ 対物レンズ
４０ ステージ
５０ 透過照明光学系
５１ 光源
５２ コレクタレンズ
５３，５４，５７ リレーレンズ
５５ 視野絞り
５６ ミラー
５８ 開口絞り
５９ コンデンサレンズ
６０ 落射照明光学系
６１ 光源
６２ コレクタレンズ
６３ フィルタ
６４，６７ リレーレンズ
６５ 開口絞り
６６ 視野絞り
６８ ミラー
７０ 固体撮像装置
７１ 固体撮像素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡に関し、特に、無限遠補正型顕微鏡において、対物レンズによる中間像を作らず直接ＣＣＤ等の撮像素子上に結像させる顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、対物レンズからの光束を結像レンズにて中間像を作り、この中間像をズーム機能を有するリレーレンズにて変倍するリレーレンズ方式の顕微鏡用ズーム鏡筒が用いられてきた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７４１３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなリレーレンズ方式の顕微鏡用ズーム鏡筒の場合、一旦結像レンズにて中間像を作り、その像をズームリレーレンズにて撮像素子上にリレーする。その結果、光学系が長くなり、顕微鏡へ組み込んだ場合に顕微鏡装置が大きくなってしまうという問題があった。また、中間像の近傍に瞳位置をリレーする正のフィールドレンズを必要とするため、光学系全体でのペッツバール和が正に大きくなり、負の像面湾曲が発生してしまい、好ましくなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、小型で良好な光学性能を有する顕微鏡用ズーム鏡筒及びこれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群とからなり、第２レンズ群及び第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍する顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群の物体側に入射瞳を有し、高倍端状態における第２レンズ群の倍率をβ２Ｈとし、低倍端状態における前記第３レンズ群の倍率をβ３Ｌとしたとき、次式−１．３＜β２Ｈ＜−０．７及び−０．１＜１／β３Ｌ＜０の条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、入射瞳位置と第１レンズ群の物体側の面までの距離をＰＬとし、顕微鏡用ズーム鏡筒全系の低倍端状態での焦点距離をｆＬとしたとき、次式０．５＜ＰＬ／ｆＬ＜１．２の条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、前記第１レンズ群は、正の屈折力を持つ前方レンズ群と、弱い負の屈折力を持つ後方レンズ群とを有し、広いレンズ間隔により前方レンズ群と後方レンズ群とは分離され、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前方レンズ群と後方レンズ群とのレンズ間隔の空気換算長をＬ１としたとき、次式０．１５＜Ｌ１／ｆ１＜０．３５の条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
本発明の顕微鏡は、物体側から順に、対物レンズ系と、上述のいずれかに記載の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、対物レンズ系の射出瞳位置が顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置と同じ位置もしくはその近傍となるように配置されることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明の顕微鏡においては、前記第１レンズ群を構成する前方レンズ群と後方レンズ群とを分離する広いレンズ間隔の中に、前記顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離する光路分離手段を配置することが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とを有している。そして、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群は、群単位で光軸方向に沿って移動させることにより、変倍及びこの変倍による像面位置変動の補正を行っている。なお、この変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は、ともに像面に対して固定されている。さらに、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、第１レンズ群Ｇ１の物体側に入射瞳を有している。
【００１３】
ここで、本発明の目的、すなわち、小型で良好な光学性能を有して対物レンズからの光束を直接ＣＣＤ等の撮像素子上に結像させる顕微鏡用ズーム鏡筒を得るためには、高倍端状態における第２レンズ群Ｇ２の倍率をβ２Ｈとし、低倍端状態における第３レンズ群Ｇ３の倍率をβ３Ｌとしたとき、次式（１）及び（２）を満足することが望ましい。
【００１４】
【数１】
−１．３＜ β２Ｈ ＜−０．７ （１）
−０．１＜１／β３Ｌ＜０ （２）
【００１５】
上記条件式（１）は、顕微鏡用ズーム鏡筒の小型化、特に第３レンズ群Ｇ３の小型化を達成するための条件である。条件式（１）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、変倍のために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を移動させる機構が、大型化し且つ複雑化して好ましくない。しかしながら、同じ条件下で第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑えようとすると、この第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くしなければならず、画面周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、低倍率側での第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が大きくなる。その結果、第３レンズ群Ｇ３に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第３レンズ群Ｇ３が大型化して好ましくない。
【００１６】
上記条件式（２）は、低倍率側での画面周辺部において良好な光学性能と、顕微鏡ズーム鏡筒の小型化、特に第４レンズ群Ｇ４の小型化を達成するための条件である。条件式（２）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり、低倍率側における画面周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり、第４レンズ群Ｇ４に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第４レンズ群Ｇ４が大型化して好ましくない。
【００１７】
また、本発明は、入射瞳位置と第１レンズ群Ｇ１の物体側の面までの距離をＰＬとし、顕微鏡用ズーム鏡筒全系の低倍端状態での焦点距離をｆＬとしたとき、次式（３）を満足することが望ましい。
【００１８】
【数２】
０．５＜ＰＬ／ｆＬ＜１．２ （３）
【００１９】
上記条件式（３）は、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置を最適化し、画面周辺部での良好な光学性能の達成と、この顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの最適化を行うための条件である。条件式（３）の下限値を下回ると、対物レンズ系と顕微鏡用ズーム鏡筒との距離が近づきすぎ、対物レンズ系と顕微鏡用ズーム鏡筒との間の光路中に落射照明装置等を挿入する空間を確保することができず、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの使用用途を著しく制限していまい、好ましくない。一方、条件式（３）の上限値を上回ると、低倍率側での第３レンズ群Ｇ３，第４レンズ群Ｇ４に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第３レンズ群Ｇ３，第４レンズ群Ｇ４が大型化し、好ましくない。
【００２０】
また、本発明は、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を持つ前方レンズ群Ｇ１Ｆと、弱い負の屈折力を持つ後方レンズ群Ｇ１Ｒとを有し、広いレンズ間隔により前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとは分離され、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとのレンズ間隔の空気換算長をＬ１としたとき、次式（４）を満足することが望ましい。
【００２１】
【数３】
０．１５＜Ｌ１／ｆ１＜０．３５ （４）
【００２２】
上記条件式（４）は、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの最適化と、この顕微鏡用ズーム鏡筒の小型化、特に第１レンズ群Ｇ１の小型化を達成するための条件である。条件式（４）の下限値を下回ると、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとのレンズ間隔の中に、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離及び切り替えを行う光路分離手段（例えば、ハーフプリズム、切り替えミラー等）を配置する空間を確保することができず、この顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡システムの使用用途を著しく制限していまい、好ましくない。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１が大型化し、好ましくない。
【００２３】
本発明の顕微鏡は、物体側から順に、対物レンズ系と、上記構成の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、対物レンズ系の射出瞳位置が前記顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置と同じ位置もしくはその近傍となるように配置されている。
【００２４】
このような構成により、本発明の顕微鏡は、対物レンズ系と前記顕微鏡用ズーム鏡筒との位置関係が最適化され、良好な画面周辺部の光学性能を得られるとともに、落射照明装置等を光路中に挿入する空間を確保することができる。また、本発明は、固体撮像素子等の撮像手段からの画像情報を液晶表示素子等の表示手段に表示することにより、接眼レンズを使用することなく顕微鏡画像の観察が行えるとともに、電子画像の連続的な変倍及び撮影が簡便に行える、上記の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の顕微鏡は、前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１Ｒとを分離する広いレンズ間隔の中に、前記顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離する光路分離手段を配置することが望ましい。
【００２６】
このような構成により、本発明は、接眼レンズを用いた眼視観察と、顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた電子画像による観察との撮影が簡便に切り替えられる、上記の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を添付図面に基づいて説明する。第１実施例〜第５実施例において、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とを有して構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する前方第１レンズ群Ｇ１Ｆと、弱い負の屈折力を有する後方第１レンズ群Ｇ１Ｒとを備え、これら前方レンズ群Ｇ１Ｆと後方レンズ群Ｇ１とは広いレンズ間隔により分離されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、正の屈折力を有する前方第４レンズ群Ｇ４Ｆと、負の屈折力を有する後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとを備えている。また、図示しない試料と本光学系との間には対物レンズ系が配置され、この対物レンズ系の射出瞳の位置が、本発明に係る顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置Ｐとなる。
【００２８】
上記構成の本発明において、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に沿って移動させることにより変倍を行う。また、このような変倍中は、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は像面Ｉに対して固定されている。
【００２９】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１〜図４を用いて説明する。図１は、第１実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第１実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００３０】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ１で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ２で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００３１】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００３２】
次に、この第１実施例における各レンズの諸元を表１に示す。表中、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（または像面）までの光軸上の距離、第４欄νはアッベ数、第５欄ｎｄはｄ線（５８７ｎｍ）に対する屈折率を示している。また、ｆは物点位置が無限遠にあるときのレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、Ｐは入射瞳を示している。
【００３３】
また、表中には、ズーム作動に応じて変化するレンズ全系の焦点距離ｆ及び面間隔の値も、低倍端（１ｐｏｓ）、中倍状態（２ｐｏｓ）、高倍端（３ｐｏｓ）において示している。さらに、表中、条件式（１）及び（２）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３４】
なお、第１実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００３５】
【表１】
このように第１実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図２〜４に、第１実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図２は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図３は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図４は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図において、ＦnoはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３６ｎｍ）をそれぞれ示している。なお、球面収差図において最大口径に対応するＦナンバーの値、非点収差図と歪曲収差図では、像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３７】
各収差図から明らかなように、第１実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３８】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図５〜図８を用いて説明する。図５は、第２実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第２実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、両凹レンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００３９】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ３で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ４で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００４０】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００４１】
次に、この第２実施例における各レンズの諸元を表２に示す。なお、この第２実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００４２】
【表２】
このように第２実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図６〜８に、第２実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図６は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図７は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図８は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第２実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４４】
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例について図９〜図１２を用いて説明する。図９は、第３実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第３実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１からなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００４５】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ５で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ６で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００４６】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１５０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００４７】
次に、この第３実施例における各レンズの諸元を表３に示す。なお、この第３実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号７に示す面間隔ｄ７（すなわち面番号７と面番号８との面間隔）と、面番号１２に示す面間隔ｄ１２（すなわち面番号１２と面番号１３との面間隔）と、面番号１７に示す面間隔ｄ１７（すなわち面番号１７と面番号１８との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００４８】
【表３】
このように第３実施例では、上記条件式（１）〜（４）は全て満たされることが分かる。図１０〜１２に、第３実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図１０は低倍端(ｆ＝１６０)における諸収差図であり、図１１は中倍状態（ｆ＝２５０）における収差図であり、図１２は高倍端（ｆ＝４００）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第３実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５０】
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例について図１３〜図１６を用いて説明する。図１３は、第４実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒のレンズ構成を示す図である。第４実施例における顕微鏡用ズーム鏡筒において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２との接合レンズからなる前方第１レンズ群Ｇ１Ｆ、ガラスブロックＧＢ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４との接合レンズからなる後方第１レンズ群Ｇ１Ｒから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとから構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズからなる前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３の後方第４レンズ群Ｇ４Ｒとから構成されている。
【００５１】
そして、本発明では、低倍端（１ｐｏｓ）から中倍状態（２ｐｏｓ）を経て高倍端（３ｐｏｓ）に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２を（矢印Ａ７で示すように）像側に移動させる。また、第３レンズ群Ｇ３を（矢印Ａ８で示すように）第２レンズ群Ｇ２の移動による焦点移動を補正するように移動させる。なお、このような変倍中において、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群はともに像面Ｉに対して固定されている。
【００５２】
また、入射瞳位置は、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面より１３０ｍｍ前方に設けられており、その瞳径はφ１６ｍｍである。
【００５３】
次に、この第４実施例における各レンズの諸元を表４に示す。なお、この第４実施例では、面番号１が入射瞳Ｐに相当している。また、面番号９に示す面間隔ｄ９（すなわち面番号９と面番号１０との面間隔）と、面番号１４に示す面間隔ｄ１４（すなわち面番号１４と面番号１５との面間隔）と、面番号１９に示す面間隔ｄ１９（すなわち面番号１９と面番号２０との面間隔）とはズーム作動に応じて変化している。
【００５４】
【表４】
このように第４実施例では、上記条件式（１），（２）は全て満たされることが分かる。図１４〜１６に、第４実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。ここで、図１４は低倍端(ｆ＝１２０)における諸収差図であり、図１５は中倍状態（ｆ＝２００）における収差図であり、図１６は高倍端（ｆ＝３６０）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第４実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５６】
（第５実施例）
次に、本発明の第５実施例について図１７を用いて説明する。図１７は、第５実施例における、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた顕微鏡の概略構成を示す図である。
【００５７】
本発明の顕微鏡において、まず、透過照明を使用する場合について説明する。図１７に示すように、透過照明光学系５０の光源５１からの光は、コレクタレンズ５２、リレーレンズ５３，５４、視野絞り５５、ミラー５６、リレーレンズ５７を進み、開口絞り５８上に光源５１の像を形成する。そして、コンデンサレンズ５９により、平行光束としてステージ４０上の標本を照明する。
【００５８】
そして、照明された標本から発した光は、開口絞り５８上に形成された光源５１の像を射出瞳３２上に形成する。そして、対物レンズ交換部３０の対物レンズ３１により平行光束となって進み、本発明の顕微鏡用ズーム鏡筒１０内の前方第１レンズ群Ｇ１Ｆと後方第１レンズ群Ｇ１Ｒとの間に配置された、光路分割光学素子１１、１２の接合面のハーフミラーＨＭにて分割される。この分割された光のうちの半分は、眼視観察光学系２０の方向に進み、接眼レンズ（図示せず）を用いて眼視観察される。また、他の半分は、顕微鏡用ズーム鏡筒１０の光学系の方向に進む。すなわち、折り曲げミラー１３、第１レンズ群後群Ｇ１Ｒ、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、前方第４レンズ群Ｇ４Ｆ、後方第４レンズ群Ｇ４Ｒ、折り曲げミラー１４を進み、固体撮像装置７０内の固体撮像素子７１上に結像し、標本の電子画像を得ることができるようになっている。
【００５９】
なお、顕微鏡用ズーム鏡筒１０は、その光学系の配置を換えることにより、固体撮像装置７０で得られる電子画像の倍率を自由に変えることができる。
【００６０】
また、光路分割光学素子１１、１２の接合面に設けられているハーフミラーＨＭを、通常のミラーを有するプリズムに交換することにより、眼視観察光学系２０に全ての光束を導くこともできる。さらに、光路分割光学素子１１、１２を、ガラスブロックに交換することにより、顕微鏡用ズーム鏡筒１０に全ての光束を導くことができる。
【００６１】
また、対物レンズ交換部３０には、対物レンズ３１に加えて、（この対物レンズ３１とは異なる）対物レンズ３３、３４が交換可能に設けられている。いずれの対物レンズ３１，３３，３４も、各射出瞳が顕微鏡用ズーム鏡筒１０の入射瞳Ｐの近傍（もしくは同じ位置）になるように配置されている。
【００６２】
また、本発明の顕微鏡において落射照明を使用する場合、落射照明光学系６０の光源６１からの光は、コレクタレンズ６２、フィルタ６３、リレーレンズ６４を進み、開口絞り６５上に光源６１の像を形成する。そして、視野絞り６６を進み、リレーレンズ６７、フィルタ６３及びミラー６８を介し、対物レンズ３１の射出瞳３２上に光源６１の像をリレーし、対物レンズ３１により平行光束としてステージ４０上の標本を照明する。なお、この照明された標本から発した光の進行は、上記の透過照明を使用した場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００６３】
なお、フィルタ６３とは、具体的には、ＮＤ、熱線吸収、蛍光用励起、蛍光用吸収等のフィルタである。また、ミラー６８は、通常の落射照明時はハーフミラー、蛍光落射照明時はダイクロイックミラーである。さらに、このミラー６８は、透過照明時には退避する構造になっている。
【００６４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることはいうまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型で良好な光学性能を有する顕微鏡用ズームレンズ鏡筒を提供することができる。さらに、本発明によれば、接眼レンズを用いた眼視観察と、顕微鏡用ズーム鏡筒を用いた電子画像による観察、撮影が簡便に切り替えられる顕微鏡用ズーム鏡筒を備えた顕微鏡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図２】第１実施例の低倍端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図３】第１実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図４】第１実施例の高倍端（３ｐｏｓ）における設計図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図６】第２実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図７】第２実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図８】第２実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図１０】第３実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１１】第３実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図１２】第３実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１３】本発明の第４実施例に係る顕微鏡用ズームレンズ鏡筒のレンズ構成を示す図である。
【図１４】第４実施例の広角端（１ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１５】第４実施例の中間状態（２ｐｏｓ）における設計図である。
【図１６】第４実施例の望遠端（３ｐｏｓ）における諸収差図である。
【図１７】第５実施例である、本発明の顕微鏡用ズームレンズ鏡筒を用いた顕微鏡の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ 入射瞳位置
ＧＢ ガラスブロック
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１Ｆ 前方第１レンズ群
Ｇ１Ｒ 後方第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ４Ｆ 前方第４レンズ群
Ｇ４Ｒ 後方第４レンズ群
Ｉ 像面
１０ 顕微鏡用ズーム鏡筒
１１，１２ 光路分割光学素子
ＨＭ ハーフミラー
１３，１４ 折り曲げミラー
２０ 眼視観察光学系
３０ 対物レンズ交換部
３１ 対物レンズ
３２ 射出瞳
３３，３４ 対物レンズ
４０ ステージ
５０ 透過照明光学系
５１ 光源
５２ コレクタレンズ
５３，５４，５７ リレーレンズ
５５ 視野絞り
５６ ミラー
５８ 開口絞り
５９ コンデンサレンズ
６０ 落射照明光学系
６１ 光源
６２ コレクタレンズ
６３ フィルタ
６４，６７ リレーレンズ
６５ 開口絞り
６６ 視野絞り
６８ ミラー
７０ 固体撮像装置
７１ 固体撮像素子
Claims (5)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍する顕微鏡用ズーム鏡筒において、
前記第１レンズ群の物体側に入射瞳を有し、
高倍端状態における前記第２レンズ群の倍率をβ２Ｈとし、低倍端状態における前記第３レンズ群の倍率をβ３Ｌとしたとき、次式
−１．３＜ β２Ｈ ＜−０．７
−０．１＜１／β３Ｌ＜０
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡用ズーム鏡筒。 - 前記入射瞳位置と前記第１レンズ群の物体側の面までの距離をＰＬとし、顕微鏡用ズーム鏡筒全系の低倍端状態での焦点距離をｆＬとしたとき、次式
０．５＜ＰＬ／ｆＬ＜１．２
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用ズーム鏡筒。 - 前記第１レンズ群は、正の屈折力を持つ前方レンズ群と、弱い負の屈折力を持つ後方レンズ群とを有し、広いレンズ間隔により前記前方レンズ群と前記後方レンズ群とは分離され、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記前方レンズ群と前記後方レンズ群との前記レンズ間隔の空気換算長をＬ１としたとき、次式
０．１５＜Ｌ１／ｆ１＜０．３５
の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡用ズーム鏡筒。 - 物体側から順に、対物レンズ系と、請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、
前記対物レンズ系の射出瞳位置が前記顕微鏡用ズーム鏡筒の入射瞳位置と同じ位置もしくはその近傍となるように配置されることを特徴とする顕微鏡。 - 物体側から順に、対物レンズ系と、請求項３に記載の顕微鏡用ズーム鏡筒と、撮像手段とを備え、
前記前方レンズ群と前記後方レンズ群とを分離する前記広いレンズ間隔の中に、前記顕微鏡用ズーム鏡筒と眼視観察用鏡筒との光路を分離する光路分離手段を配置することを特徴とする顕微鏡。
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