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技術 実体顕微鏡

出願人 オリンパスメディカルシステムズ株式会社
発明者 鵜澤勉浪井泰志
出願日 2007年1月12日 (13年2ヶ月経過) 出願番号 2007-004914
公開日 2008年7月24日 (11年7ヶ月経過) 公開番号 2008-170803
状態 特許登録済
技術分野 レンズ系
主要キーワード パラメータ対 レンズ形 主観察者 前側焦点距離 左右夫 中間倍率 副観察者 偏心配置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

先端部の観察鏡筒の左右方向の大きさを極力小型化でき、観察者作業範囲を広く確保可能な実体顕微鏡を提供する。

解決手段

対物レンズ系1、正の前群G21と正の後群G22の間に中間像MIR(MIL)を有するアフォーカルリレー光学系2R(2L)、変倍光学系3R(3L)、対物レンズ系1に対し偏心配置された開口絞り4R(4L)、結像レンズ系5R(5L)を有する実体顕微鏡において、変倍光学系が低倍端のとき、入射瞳SR(SL)が対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次式を満たす。0<L_enp_w/f_ob<0.3L_enp_wは低倍端での最も作動距離が小さいときの対物レンズ系における最も物体側の面から入射瞳までの距離で、入射瞳が対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側にあるときの符号を正。f_obは最も作動距離が小さいときの対物レンズ系の焦点距離

概要

背景

実体顕微鏡は、観察対象微細な部位を3次元の像として把握できるため、研究、検査及び手術などの幅広い分野で使用されている。
ところで、実体顕微鏡においては、観察者の作業空間を広く確保することが、主な要求仕様の一つとして、望まれている。特に、手術用顕微鏡では、観察者(主術者及び補助者)の作業空間を確保するためには、長い作動距離(WD:Working Distance)を確保することに加えて、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることが重要である。即ち、手術用顕微鏡においては、作動距離が同じであっても、例えば、図14(a)に示す観察鏡筒51に比べて、図14(b)に示す観察鏡筒51’のように、左右方向の大きさが小さいほうが、観察者は、実質的な作業空間をより広く確保することができる。

実体顕微鏡において、観察鏡筒の左右方向の大きさを決定する光学的な要因としては、
(1)左右(の眼用)の観察光学系同士の内向
(2)夫々の観察光学系の画角
(3)夫々の観察光学系のNA(開口数
(4)夫々の観察光学系の入射瞳位置
がある。

しかるに、左右の観察光学系同士の内向角を小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、立体視性能が悪くなるので好ましくない。

また、夫々の観察光学系の画角を小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、観察範囲が狭くなるので好ましくない。

また、夫々の観察光学系のNAを小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、観察光学系を介して得られる観察像が暗くなる上、解像力劣化するので好ましくない。

また、夫々の観察光学系の入射瞳位置は、観察光学系を構成する光学要素配置構成により異なる。そして、入射瞳位置によって観察鏡筒の左右方向の大きさが影響を受ける。
図15は観察光学系における入射瞳位置と観察鏡筒の左右方向の大きさとの関係を示す説明図であり、(a)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部よりも内側に離れて位置する構成、(b)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部近くに位置する構成を夫々示している。
なお、良好な立体視性能を維持するためには、上述したように、左右の観察光学系同士の内向角は所定角度に維持する必要がある。そこで、図15(a)、図15(b)では左右の観察光学系同士の内向角を所定角度θに固定し、入射瞳位置を異ならせている。
図15(b)に示すように入射瞳位置が観察鏡筒の先端部近くに位置する構成にすると、図15(a)に示したような入射瞳位置が観察鏡筒の先端部よりも内側に離れて位置する構成に比べて、観察鏡筒先端部での軸外主光線の高さが低くて済むので、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることができる。

図16、図17は従来の一般的な実体顕微鏡の構成例を夫々示す光軸に沿う断面図であり、(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。なお、図16、図17では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては右眼用光学系のみを示してある。また、右眼用光学系については符号の末尾に”R”を、左眼用光学系については符号の末尾に”L”を付けて示すこととする。

図16の例の実体顕微鏡は、物体側から順に、1つの対物レンズ系61と、対物レンズ系61の光軸と偏心した位置に配置された左右一対アフォーカルズーム光学系62R(62L)と、アフォーカルズーム光学系62R(62L)に対応する位置に配置された左右一対の開口絞り63R(63L)と、開口絞り63R(63L)に対応する位置に配置された左右一対の結像レンズ系64R(64L)を有している。なお、図16中、FIR(FIL)は結像位置である。
ここで、光学顕微鏡として観察する場合は、左右一対の結像位置FIR(FIL)のさらに後方に左右一対の接眼レンズ系(図示省略)を配置し、結像レンズ系64R(64L)を介して結像された光学像を、左右一対の接眼レンズ系を介して観察する。また、電子顕微鏡として観察する場合は、左右一対の結像位置FIR(FIL)に左右一対の電子撮像素子(図示省略)を配置し、夫々の電子撮像素子で撮像された光学像を電気信号に変換し、眼鏡型や画面型の立体表示装置(図示省略)等を介して表示された画像を観察する。
なお、本願では、対物レンズ系から結像レンズ系までの光学要素の組み合せを観察光学系と呼ぶこととする。

図17の例の実体顕微鏡は、図16の例のアフォーカルズーム光学系を左右の光学系で共有するように構成されており、1つの対物レンズ系61と、1つのアフォーカルズーム光学系62と、アフォーカルズーム光学系62の光軸と偏心した位置に配置された左右一対の開口絞り63R(63L)と、開口絞り63R(63L)に対応した位置に配置された左右一対の結像レンズ系64R(64L)を有している。観察手法は、図16の例と同様である。

上記2つの従来例の実体顕微鏡では、開口絞り63R(63L)が観察光学系において比較的像側寄りに配置されており、観察光学系の入射瞳位置が対物レンズ系61から像側に向かって相当量の距離で離れている。このため、対物レンズ系61を通る軸外主光線が高くなり、特に画角が最も大きくなる低倍端において最も高くなる。

その結果、図16や図17に例示したような従来の実体顕微鏡では、左右の観察光学系の内向角と、夫々の観察光学系の画角と、夫々の観察光学系のNAとを適切な観察状態に保ったままで、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることは困難であった。

また、従来の実体顕微鏡においては、図16や図17に示した実体顕微鏡とは異なり、入射瞳位置に工夫を施したものが、例えば、次の特許文献1、2において提案されている。
特許文献1に記載の実体顕微鏡は、入射瞳位置を対物光学系と観察物体(被写体)との間に位置させることによって良好な遠近感が得られるようにしている。
また、特許文献2に記載の実体顕微鏡は、観察光学系の物体側をテレセントリックに構成して観察光学系の入射瞳位置を無限遠とし、且つ、光学系の小型化を図っている。
特開2006−158452号公報
特開2006−194976号公報

概要

先端部の観察鏡筒の左右方向の大きさを極力小型化でき、観察者の作業範囲を広く確保可能な実体顕微鏡を提供する。対物レンズ系1、正の前群G21と正の後群G22の間に中間像MIR(MIL)を有するアフォーカルリレー光学系2R(2L)、変倍光学系3R(3L)、対物レンズ系1に対し偏心配置された開口絞り4R(4L)、結像レンズ系5R(5L)を有する実体顕微鏡において、変倍光学系が低倍端のとき、入射瞳SR(SL)が対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次式を満たす。0<L_enp_w/f_ob<0.3L_enp_wは低倍端での最も作動距離が小さいときの対物レンズ系における最も物体側の面から入射瞳までの距離で、入射瞳が対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側にあるときの符号を正。f_obは最も作動距離が小さいときの対物レンズ系の焦点距離

目的

また、特許文献2に記載の実体顕微鏡のように、観察光学系の物体側をテレセントリックに構成して観察光学系の入射瞳位置を無限遠とすると、入射瞳位置が対物レンズ系から物体側に向かって極めて遠く離れることとなる。このため、特許文献2に記載の実体顕微鏡の構成を手術用の実体顕微鏡に応用した場合には、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては、特許文献1に記載の実体顕微鏡よりもさらに不利となる。
例えば、入射瞳位置が無限遠の場合、物体側では軸外主光線は光軸に平行であるため、主光線だけを通過させた場合を考察しても、対物レンズ系のレンズ径観察視野と同じサイズにする必要がある。例えば、対角50mmの視野範囲を観察する場合、対物レンズ系において直径50mmのレンズ径が必要になる。このため、特許文献2に記載の構成は、狭い視野範囲を高倍率で観察することを目的とした実体顕微鏡には適しているが、広い視野範囲を観察することを目的とした手術用顕微鏡等の実体顕微鏡には適さない。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有するアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、前記対物レンズ系の光軸に対して偏心した位置に配置された少なくとも左右の眼用開口絞りを含む複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。0<L_enp_w/f_ob<0.3…(1)但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

請求項2

次の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。0.5<f_rf/f_rr<0.9…(2)但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。

請求項3

次の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の実体顕微鏡。0.1<f_rf/f_ob<0.4…(3)但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

請求項4

さらに、照明光学系が、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置され、次の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。−0.1<Δz/f_ob<0.3…(4)但し、Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

請求項5

物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有するアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、前記対物レンズ系の光軸に対して偏心した位置に配置された少なくとも左右の眼用の開口絞りを含む複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、照明光学系が、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置され、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。0<L_enp_w/f_ob<0.3…(1)0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)−0.1<Δz/f_ob<0.3…(4)但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。

技術分野

0001

本発明は、実体顕微鏡に関し、特に、手術用顕微鏡の実体顕微鏡に関するものである。

背景技術

0002

実体顕微鏡は、観察対象微細な部位を3次元の像として把握できるため、研究、検査及び手術などの幅広い分野で使用されている。
ところで、実体顕微鏡においては、観察者の作業空間を広く確保することが、主な要求仕様の一つとして、望まれている。特に、手術用顕微鏡では、観察者(主術者及び補助者)の作業空間を確保するためには、長い作動距離(WD:Working Distance)を確保することに加えて、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることが重要である。即ち、手術用顕微鏡においては、作動距離が同じであっても、例えば、図14(a)に示す観察鏡筒51に比べて、図14(b)に示す観察鏡筒51’のように、左右方向の大きさが小さいほうが、観察者は、実質的な作業空間をより広く確保することができる。

0003

実体顕微鏡において、観察鏡筒の左右方向の大きさを決定する光学的な要因としては、
(1)左右(の眼用)の観察光学系同士の内向
(2)夫々の観察光学系の画角
(3)夫々の観察光学系のNA(開口数
(4)夫々の観察光学系の入射瞳位置
がある。

0004

しかるに、左右の観察光学系同士の内向角を小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、立体視性能が悪くなるので好ましくない。

0005

また、夫々の観察光学系の画角を小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、観察範囲が狭くなるので好ましくない。

0006

また、夫々の観察光学系のNAを小さくすると、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては有利となるが、観察光学系を介して得られる観察像が暗くなる上、解像力劣化するので好ましくない。

0007

また、夫々の観察光学系の入射瞳位置は、観察光学系を構成する光学要素配置構成により異なる。そして、入射瞳位置によって観察鏡筒の左右方向の大きさが影響を受ける。
図15は観察光学系における入射瞳位置と観察鏡筒の左右方向の大きさとの関係を示す説明図であり、(a)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部よりも内側に離れて位置する構成、(b)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部近くに位置する構成を夫々示している。
なお、良好な立体視性能を維持するためには、上述したように、左右の観察光学系同士の内向角は所定角度に維持する必要がある。そこで、図15(a)、図15(b)では左右の観察光学系同士の内向角を所定角度θに固定し、入射瞳位置を異ならせている。
図15(b)に示すように入射瞳位置が観察鏡筒の先端部近くに位置する構成にすると、図15(a)に示したような入射瞳位置が観察鏡筒の先端部よりも内側に離れて位置する構成に比べて、観察鏡筒先端部での軸外主光線の高さが低くて済むので、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることができる。

0008

図16図17は従来の一般的な実体顕微鏡の構成例を夫々示す光軸に沿う断面図であり、(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。なお、図16図17では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては右眼用光学系のみを示してある。また、右眼用光学系については符号の末尾に”R”を、左眼用光学系については符号の末尾に”L”を付けて示すこととする。

0009

図16の例の実体顕微鏡は、物体側から順に、1つの対物レンズ系61と、対物レンズ系61の光軸と偏心した位置に配置された左右一対アフォーカルズーム光学系62R(62L)と、アフォーカルズーム光学系62R(62L)に対応する位置に配置された左右一対の開口絞り63R(63L)と、開口絞り63R(63L)に対応する位置に配置された左右一対の結像レンズ系64R(64L)を有している。なお、図16中、FIR(FIL)は結像位置である。
ここで、光学顕微鏡として観察する場合は、左右一対の結像位置FIR(FIL)のさらに後方に左右一対の接眼レンズ系(図示省略)を配置し、結像レンズ系64R(64L)を介して結像された光学像を、左右一対の接眼レンズ系を介して観察する。また、電子顕微鏡として観察する場合は、左右一対の結像位置FIR(FIL)に左右一対の電子撮像素子(図示省略)を配置し、夫々の電子撮像素子で撮像された光学像を電気信号に変換し、眼鏡型や画面型の立体表示装置(図示省略)等を介して表示された画像を観察する。
なお、本願では、対物レンズ系から結像レンズ系までの光学要素の組み合せを観察光学系と呼ぶこととする。

0010

図17の例の実体顕微鏡は、図16の例のアフォーカルズーム光学系を左右の光学系で共有するように構成されており、1つの対物レンズ系61と、1つのアフォーカルズーム光学系62と、アフォーカルズーム光学系62の光軸と偏心した位置に配置された左右一対の開口絞り63R(63L)と、開口絞り63R(63L)に対応した位置に配置された左右一対の結像レンズ系64R(64L)を有している。観察手法は、図16の例と同様である。

0011

上記2つの従来例の実体顕微鏡では、開口絞り63R(63L)が観察光学系において比較的像側寄りに配置されており、観察光学系の入射瞳位置が対物レンズ系61から像側に向かって相当量の距離で離れている。このため、対物レンズ系61を通る軸外主光線が高くなり、特に画角が最も大きくなる低倍端において最も高くなる。

0012

その結果、図16図17に例示したような従来の実体顕微鏡では、左右の観察光学系の内向角と、夫々の観察光学系の画角と、夫々の観察光学系のNAとを適切な観察状態に保ったままで、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることは困難であった。

0013

また、従来の実体顕微鏡においては、図16図17に示した実体顕微鏡とは異なり、入射瞳位置に工夫を施したものが、例えば、次の特許文献1、2において提案されている。
特許文献1に記載の実体顕微鏡は、入射瞳位置を対物光学系と観察物体(被写体)との間に位置させることによって良好な遠近感が得られるようにしている。
また、特許文献2に記載の実体顕微鏡は、観察光学系の物体側をテレセントリックに構成して観察光学系の入射瞳位置を無限遠とし、且つ、光学系の小型化を図っている。
特開2006−158452号公報
特開2006−194976号公報

発明が解決しようとする課題

0014

しかし、特許文献1に記載の実体顕微鏡では、夫々の観察光学系の入射瞳位置が、物体側に寄り過ぎており、手術用顕微鏡における観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくするのに適した配置にはなっていない。

0015

また、特許文献2に記載の実体顕微鏡のように、観察光学系の物体側をテレセントリックに構成して観察光学系の入射瞳位置を無限遠とすると、入射瞳位置が対物レンズ系から物体側に向かって極めて遠く離れることとなる。このため、特許文献2に記載の実体顕微鏡の構成を手術用の実体顕微鏡に応用した場合には、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることについては、特許文献1に記載の実体顕微鏡よりもさらに不利となる。
例えば、入射瞳位置が無限遠の場合、物体側では軸外主光線は光軸に平行であるため、主光線だけを通過させた場合を考察しても、対物レンズ系のレンズ径観察視野と同じサイズにする必要がある。例えば、対角50mmの視野範囲を観察する場合、対物レンズ系において直径50mmのレンズ径が必要になる。このため、特許文献2に記載の構成は、狭い視野範囲を高倍率で観察することを目的とした実体顕微鏡には適しているが、広い視野範囲を観察することを目的とした手術用顕微鏡等の実体顕微鏡には適さない。

0016

本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、先端部の観察鏡筒の左右方向の大きさを極力小型化でき、観察者の作業範囲を広く確保することが可能な実体顕微鏡を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

上記目的を達成するため、本発明による実体顕微鏡は、物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有するアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、前記対物レンズ系の光軸に対して偏心した位置に配置された少なくとも左右の眼用の開口絞りを含む複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)を満足することを特徴としている。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

0018

また、本発明の実体顕微鏡においては、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。

0019

また、本発明の実体顕微鏡においては、次の条件式(3)を満足するのが好ましい。
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

0020

また、本発明の実体顕微鏡においては、さらに、照明光学系が、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置され、次の条件式(4)を満足するのが好ましい。
−0.1<Δz/f_ob<0.3 …(4)
但し、Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

0021

また、本発明による実体顕微鏡は、物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有するアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、前記対物レンズ系の光軸に対して偏心した位置に配置された少なくとも左右の眼用の開口絞りを含む複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、照明光学系が、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置され、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴としている。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
−0.1<Δz/f_ob<0.3 …(4)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。

発明の効果

0022

本発明の実体顕微鏡によれば、先端部の観察鏡筒の左右方向の大きさを極力小型化でき、観察者の作業範囲を広く確保することが可能な実体顕微鏡が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0023

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の実体顕微鏡は、物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有するアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、前記対物レンズ系の光軸に対して偏心した位置に配置された少なくとも左右の眼用の開口絞りを含む複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)を満足する。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

0024

本発明では、アフォーカルリレー光学系を対物レンズ系と変倍光学系との間に配置して、開口絞りの像を入射瞳位置に投影させている。但し、単にアフォーカルリレー光学系を配置しただけでは、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくすることはできない。即ち、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくするためには、変倍光学系の変倍位置と観察光学系の入射瞳位置とが次の条件を同時に満足することが重要である。

0025

具体的には、変倍光学系が低倍端時に観察光学系の入射瞳位置が対物レンズ系の光路中あるいは、対物レンズ系とアフォーカルリレー光学系との間の光路中に位置するようにすることが実体顕微鏡の先端部付近の小型化にとって最も有効である。
より具体的には、上記条件式(1)を満足することが重要である。
変倍光学系による変倍により、入射瞳位置は変化する。低倍端以外の例えば高倍端で入射瞳位置を対物レンズ系付近に位置させて開口絞りの像を投影しても、軸外主光線が低い高倍端では実体顕微鏡先端部を小型化する効果は小さい。軸外主光線が最も高い低倍端で入射瞳位置を対物レンズ系付近に位置させて開口絞りの像を投影すれば、実体顕微鏡先端部を小型化する効果が最も大きくなる。

0026

条件式(1)の上限値を上回ると、低倍端での入射瞳位置が像側にずれてしまい、軸外主光線を低くすることができない。
一方、条件式(1)の下限値を下回ると、高倍側で入射瞳位置が対物レンズ系に近くなるが、低倍端では物体側に大きくずれてしまい、軸外主光線が高くなり好ましくない。

0027

また、本発明の実体顕微鏡においては、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。
条件式(2)は十分な画角を保ちながら観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくするために求められる、アフォーカルリレー光学系のアフォーカル倍率を規定したものである。
アフォーカル倍率は、次の式(a)で定義される。
アフォーカル倍率≡γ=f_rf/f_rr=tanU’/tanU …(a)
但し、Uはアフォーカルリレー光学系に入射する主光線角度、U’はアフォーカルリレー光学系を出射する主光線角度である。

0028

本発明の実体顕微鏡では、条件式(2)を満足するように、アフォーカル倍率を1よりも小さい値となるように設定している。
アフォーカルリレー光学系を出射する主光線角度U’は、変倍光学系に対しては入射する主光線角度になる。観察光学系が大きな画角を持ったままでも、アフォーカルリレー光学系を通過すると変倍光学系に対しては画角が小さくなるので、変倍光学系付近の軸外光線を低く抑えることができる。条件式(2)を満足すれば、観察光学系の画角の確保と変倍光学系付近の小型化の両立に有利になる。

0029

条件式(2)の上限値を上回ると、画角の確保に不利になる。あるいは変倍光学系に対する画角が大きくなって変倍光学系付近の軸外光線が高くなり変倍光学系付近の小型化に不利になる。
一方、条件式(2)の下限値を下回ると、画角の確保には有利になるが、入射瞳位置を対物レンズ付近に投影することに不利になり、条件式(1)の上限値を上回り易くなってしまう。あるいは、アフォーカルリレー光学系の全長が長くなり易く好ましくない。

0030

また、本発明の実体顕微鏡においては、次の条件式(3)を満足するのが好ましい。
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
但し、f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。
条件式(3)は、観察光学系の光学性能と小型化に関する条件式であり、対物レンズ系とアフォーカルリレー光学系の前群とを介して結像する中間像の大きさを規定している。
条件式(3)の下限値を下回ると、中間像の大きさが小さくなりすぎ、中間像よりも像側での再結像倍率を大きくする必要があり、光学系の収差が拡大されてしまい好ましくない。
一方、条件式(3)の上限値を上回ると、中間像の大きさが大きくなりすぎて、アフォーカルリレー光学系付近の小型化に不利になる。

0031

また、本発明の実体顕微鏡においては、さらに、照明光学系を前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置し、次の条件式(4)を満足するのが好ましい。
−0.1<Δz/f_ob<0.3 …(4)
但し、Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。
観察光学系の最適化に加えて、照明光学系を最適化することも観察鏡筒の小型化にとって重要である。
そこで、本発明のように条件式(1)を満足する観察光学系においては、条件式(4)も満足するように照明光学系を配置することが望ましい。

0032

条件式(4)は、照明光学系の配置に関し、観察光学系の光軸方向における位置を定めた条件式である。
例えば、図18に示すように、観察光学系と照明光学系の同軸度が悪くなり過ぎた構成や、図19に示すように、観察光学系の入射瞳に対して照明光学系における最も物体側のレンズ面が物体側に離れ過ぎて配置された構成では、いずれも最適な作動距離以外では配光照明効率が悪くなる。また、図20に示すように、観察光学系の入射瞳に対して照明光学系における最も物体側のレンズ面が像側に離れ過ぎて配置された構成では、いずれの作動距離でも照明効率が悪くなる。
しかるに、条件式(1)を満足すると観察光学系を小型化できるため、照明光学系を観察光学系の光軸に近づけ易くなり、同軸度が良好になる。そして、さらに条件式(4)を満足すれば、照明光学系を配光や照明効率において最適化することができる。
条件式(4)の下限値を下回ると、図20に示したような状態、条件式(4)の上限値を上回ると図19に示したような状態となり、好ましくない。

0033

さらに、このように構成された本発明の実体顕微鏡は、次のような構成を付加することも可能である。
主観察者(主術者)と副観察者(補助者)とで同時に立体観察を行うためには、例えば、左右一対の観察光学系と直交した位置にもう一組の左右一対の観察光学系を配置するとよい。このようにすれば、主観察者の観察方向の他に、主観察者に対して直交する方向からも立体観察することができる。
また、追加する光学系としては、副観察者の立体観察用の他にも、例えば、左右一対の観察光学系に対して上下いずれかの位置に、赤外光などの特殊光を2次元観察するための観察光学系として設けてもよい。

0034

実施例1
以下、本発明の実体顕微鏡の実施例を図面を用いて説明する。
図1は本発明の実施例1にかかる実体顕微鏡の概略構成を示す斜視図、図2図1の実体顕微鏡の部分側面図、図3図1の実体顕微鏡の先端部の構成を左前方からみた部分拡大斜視図である。図4は本発明の実施例1にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。図5図4の実体顕微鏡の観察光学系における結像面付近の光学構成の部分拡大図である。なお、図4では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては一方の光学系のみを示してある。
また、右眼用光学系については符号の末尾に”R”を、左眼用光学系については符号の末尾に”L”を付けて示すこととする。また、FIR(FIL)は最終結像面の位置である。これらは、各実施例において共通である。

0035

実施例1の実体顕微鏡は、観察光学系と照明光学系を有している。
観察光学系は、物体側から順に、1つの対物レンズ系1と、左右一対のアフォーカルリレー光学系2R(2L)と、左右の一対の変倍光学系3R(3L)と、左右一対の開口絞り4R(4L)と、左右一対の結像レンズ系5R(5L)を有して構成されている。

0036

対物レンズ系1は、物体側から順に、両凹レンズL11と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12との接合レンズと、物体側が平面で像側が凹面の平凹レンズL13と両凸レンズL14との接合レンズと、両凸レンズL15とで構成されている。
また、対物レンズ系1の各レンズは、図2及び図3に示すように、下側部分を所定量直線状にカットされた形状に形成されている。

0037

アフォーカルリレー光学系2R(2L)は、対物レンズ系1の光軸に対して6.25mm偏心した位置に設けられている。
また、アフォーカルリレー光学系2R(2L)は、正の屈折力を持つ前群G21R(G21L)と正の屈折力を持つ後群G22R(G22L)からなり前群G21R(G21L)と後群G22R(G22L)との間に中間像を結像するように構成されている。図4中、MIR(MIL)は左右夫々の中間像の結像位置、PR(PL)は左右夫々の観察光学系の入射瞳位置である。
前群G21R(G21L)は、両凸レンズL211R(L211L)と、両凸レンズL212R(L212L)と両凹レンズL213R(L213L)との接合レンズと、両凸レンズL214R(L214L)とで構成されている。
後群G22R(G22L)は、光路折曲げプリズムP221R(P221L:なお、図1では左右の光路折り曲げプリズムは1部材として構成されている。図4では、便宜上、左右の光学系に関する部位について夫々別個の符号を付けて示してある。)と、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズL222R(L222L)と、両凹レンズL223R(L223L)と両凸レンズL224R(L224L)との接合レンズと、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズL225R(L225L)とで構成されている。

0038

変倍光学系3R(3L)は、アフォーカルリレー光学系2R(2L)に対応した位置に設けられている。
また、変倍光学系3R(3L)は、両凸レンズL31R(L31L)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32R(L32L)との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33R(L33L)と、両凹レンズL34R(L34L)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35R(L35L)との接合レンズと、両凹レンズL36R(L36L)と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37R(L37L)と両凸レンズL38R(L38L)との接合レンズとで構成されている。

0039

開口絞り4R(4L)は、変倍光学系3R(3L)に対応した位置に設けられている。

0040

結像レンズ系5R(5L)は、開口絞り4R(4L)に対応した位置に設けられている。
また、結像レンズ系5R(5L)は、プリズムP51R(P51L)と、両凸レンズL52R(L52L)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL53R(L53L)との接合レンズと、物体側が凸面で像側が平面の平凸レンズL54R(L54L)と、赤外カットフィルタF55R(F55L)と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL56R(L56L)と、CCDカバーガラスCG57R(CG57L)と、フレア絞りFS58R(FS58L)と、CCDカバーガラスCG59R(CG59L)と、CCD封止ガラスFG60R(60L)とで構成されている。

0041

低倍端から高倍端への変倍操作時には、変倍光学系3R(3L)は、両凸レンズL31R(L31L)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32R(L32L)との接合レンズは位置を固定され、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33R(L33L)と、両凹レンズL34R(L34L)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35R(L35L)との接合レンズは両凹レンズL36R(L36L)との間隔を狭めるように像側に移動し、両凹レンズL36R(L36L)は物体側に移動した後に像側へ移動し、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37R(L37L)と両凸レンズL38R(L38L)との接合レンズは位置を固定される。

0042

また、合焦操作時には、物体側が平面で像側が凹面の平凹レンズL13と両凸レンズL14との接合レンズと、両凸レンズL15が、光軸上を移動する。

0043

照明光学系は、照明レンズ系6と、ライトガイド7を有している。
照明レンズ系6の各レンズは、図3に示すように、上下を所定量直線状にカットされた形状に形成されている。そして、照明レンズ系6は、図2に示すように、対物レンズ系1の下方に光軸が平行になるようにして近接配置されている。

0044

図6は実施例1の実体顕微鏡における照明光学系の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
照明レンズ系6は、物体側から順に、両凸レンズL61と、両凸レンズL62と、開口絞りS63と、両凸レンズL64と、両凸レンズL65とで構成されている。
両凸レンズL64と、両凸レンズL65は、物体側の面が非球面に構成されている。
ライトガイド7は、図示省略した光源に接続されている。なお、本発明に適用可能な照明光学系においては、図示省略した光源に接続されたライトガイド7の代わりに、LEDを用いてもよい。
なお、図6に示す照明光学系は、ライトガイド7の端面(又はLED発光面)を基準に観察物体に向かう方向が右側となる向きで示してある。
なお、照明光学系には、次の図7図8に示す変形例の照明光学系を用いることもできる。

0045

図7は実施例1の実体顕微鏡における照明光学系に適用可能な一変形例の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
本変形例の照明レンズ系6は、物体側から順に、両凸レンズL61と、両凸レンズL62と、両凸レンズL63とで構成されている。
両凸レンズL63は、物体側の面が非球面に構成されている。
ライトガイド7は、図示省略した光源に接続されている。なお、本発明に適用可能な照明光学系においては、図示省略した光源に接続されたライトガイド7の代わりに、LEDを用いてもよい。
なお、図7に示す照明光学系は、図6に示した照明光学系と同様、ライトガイド7の端面(又はLED発光面)を基準に観察物体に向かう方向が右側となる向きで示してある。

0046

図8は実施例1の実体顕微鏡における照明光学系に適用可能な他の変形例の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
本変形例の照明レンズ系6は、物体側から順に、両凸レンズL61と、両凸レンズL62と、両凸レンズL63とで構成されている。
両凸レンズL62は、ライトガイド側の面が非球面に構成され、両凸レンズL63は、物体側の面が非球面に構成されている。
ライトガイド7は、図示省略した光源に接続されている。なお、本発明に適用可能な照明光学系においては、図示省略した光源に接続されたライトガイド7の代わりに、LEDを用いてもよい。
なお、図8に示す照明光学系は、図6に示した照明光学系と同様、ライトガイド7の端面(又はLED発光面)を基準に観察物体に向かう方向が右側となる向きで示してある。

0047

次に、実施例1の実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材数値データを示す。なお、数値データ中、S1、S2、…は実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材の面番号、r1、r2、…は実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材の曲率半径、d1、d2、…は面間隔、nd1、nd2、…は実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材のd線での屈折率、νd1、νd2、…は実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材のd線でのアッベ数である。なお、これらの記号は以下の各実施例において共通である。
また、光学系の光軸をz方向、像高方向をy方向としている。

0048

偏心量については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸のX軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする傾き角(それぞれα,β,γ(°))とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はZ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα,β,γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのXYZ直交座標系を、まずX軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のY軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に1度回転した座標系もY軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その2度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のZ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

0049

数値データ1(実施例1:観察光学系)
作動距離(WD):100.00mm
(対物レンズ系)
S1 r1=-36.3400 d1= 2.3000 nd1= 1.72000 νd1=43.69
S2 r2= 26.9560 d2= 3.2000 nd2= 1.84666 νd2=23.78
S3 r3=107.3880 d3=D3
S4 r4=∞ d4= 2.4000 nd4= 1.76182 νd4=26.52
S5 r5= 52.7010 d5= 3.4000 nd5= 1.49700 νd5=81.54
S6 r6=-73.8630 d6= 0.2000
S7 r7=179.0640 d7= 3.0000 nd7= 1.72916 νd7=54.68
S8 r8=-48.3680 d8=D8

0050

アフォーカルリレー系
S9 r9= 41.8660 d9= 4.6000 nd9= 1.72916 νd9=54.68
S10 r10=-114.3140 d10= 0.4500
S11 r11= 11.7850 d11= 8.6000 nd11= 1.49700 νd11=81.54
S12 r12=-44.9320 d12= 1.8500 nd12= 1.80100 νd12=34.97
S13 r13= 8.9630 d13=11.4500
S14 r14= 24.2420 d14= 2.9000 nd14= 1.72916 νd14=54.68
S15 r15=-35.1640 d15=10.6400
S16(中間結像面)r16=∞ d16= 4.2191
S17 r17=∞ d17=18.8000 nd17= 1.72916 νd17=54.68
S18 r18=∞ d18= 1.0000
S19 r19=∞ d19= 2.6000 nd19= 1.72916 νd19=54.68
S20 r20=-16.0550 d20= 5.9500
S21 r21= -8.9160 d21= 3.6500 nd21= 1.80100 νd21=34.97
S22 r22= 66.5060 d22= 9.7000 nd22= 1.49700 νd22=81.54
S23 r23=-12.4580 d23= 1.6500
S24 r24=∞ d24= 4.7500 nd24= 1.78590 νd24=44.20
S25 r25=-51.9460 d25= 4.0000

0051

(変倍光学系)
S26 r26= 26.2300 d26= 2.7000 nd26= 1.49700 νd26=81.54
S27 r27=-26.2300 d27= 1.1000 nd27= 1.80100 νd27=34.97
S28 r28=-53.7860 d28=D28
S29 r29= 97.0690 d29= 1.1000 nd29= 1.83400 νd29=37.16
S30 r30= 43.1600 d30= 2.9473
S31 r31=-21.2750 d31= 1.1000 nd31= 1.51633 νd31=64.14
S32 r32= 7.7210 d32= 2.0000 nd32= 1.84666 νd32=23.78
S33 r33= 11.4890 d33=D33
S34 r34=-58.8060 d34= 1.1000 nd34= 1.48749 νd34=70.23
S35 r35= 22.4160 d35=D35
S36 r36= 26.3710 d36= 1.1000 nd36= 1.83400 νd36=37.16
S37 r37= 16.3960 d37= 2.7000 nd37= 1.49700 νd37=81.54
S38 r38=-20.0580 d38= 2.0000

0052

(開口絞り)
S39 r39=∞ d39= 1.0000
結像光学系)
S40 r40=∞ d40=16.0000 nd40= 1.72916 νd40=54.68
S41 r41=∞ d41= 3.0000
S42 r42= 24.4260 d42= 2.5000 nd42= 1.48700 νd42=81.54
S43 r43=-14.9320 d43= 1.2000 nd43= 1.80100 νd43=34.97
S44 r44=-37.4160 d44= 6.3500
S45 r45= 20.9230 d45= 4.5000 nd45= 1.77250 νd45=49.60
S46 r46=∞ d46= 1.0000
S47 r47=∞ d47= 1.6000 nd47= 1.51400 νd47=74.00
S48 r48=∞ d48= 3.5500
S49 r49= 9.2540 d49= 3.0000 nd49= 1.83400 νd49=37.16
S50 r50= 3.8430 d50= 5.4766
S51 r51=∞ d51= 1.7000 nd51= 1.51633 νd51=64.14
S52 r52=∞ d52= 0.4000
S53 r53=∞ d53= 0.0300
S54 r54=∞ d54= 0.8000 nd54= 1.51633 νd54=64.14
S55(接着剤)r55=∞ d55= 0.0300 nd55= 1.51000 νd55=64.10
S56 r56=∞ d56= 1.0000 nd56= 1.61062 νd56=50.50
S57(接着剤)r57=∞ d57= 0.0100 nd57= 1.52000 νd57=64.10
S58 r58=∞ d58= 0.0000
S59(結像面)

0053

S9以降の対物レンズ系に対する偏心量
X= 0.00 Y= 6.2500 Z= 0.00
α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00
ズームデータ
低倍端(1) 低倍端(2)中間倍率高倍端
作動距離(WD) 100.00000 300.00000 100.00000 100.00000
D3 9.73227 2.26574 9.73227 9.73227
D8 1.53424 9.00077 1.53424 1.53424
D28 3.00000 3.00000 13.55295 20.78994
D33 14.90986 14.90986 4.32233 2.52301
D35 8.40322 8.40322 8.43776 3.00000

0054

次に、実施例1の実体顕微鏡の照明光学系を構成する光学部材の数値データを示す。なお、数値データ中、S’1、S’2、…は実体顕微鏡の照明光学系を構成する光学部材の面番号、r’1、r’2、…は実体顕微鏡の照明光学系を構成する光学部材の曲率半径、d’1、d’2、…は面間隔、n’d1、n’d2、…は実体顕微鏡の照明光学系を構成する光学部材のd線での屈折率、ν’d1、ν’d2、…は実体顕微鏡の照明光学系を構成する光学部材のd線でのアッベ数である。
また、光学系の光軸をz方向、像高方向をy方向としている。また、照明光学系の数値データは、ライトガイド7の端面(又はLED発光面)を基準に観察物体に向かう方向を正として示してある。
なお、非球面形状は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をhとする座標軸とし、円錐係数をk、非球面係数をA4、A6、A8、A10、球面成分の光軸上における曲率半径をRとしたとき、次の式(b)で表される。

0055

数値データ1(実施例1:照明光学系)
ライトガイド端面
S’1 r’1=∞ d’1= 0.1000
(照明レンズ系)
S’2 r’2= 4.8630 d’2= 2.1000 n’d2= 1.52300 ν’d2=60.00
S’3 r’3=(非球面)d’3=0.1000
S’4 r’4= 4.8630 d’4= 2.0000 n’d4= 1.52300 ν’d4=60.00
S’5 r’5=(非球面)d’5= 0.2000
S’6(絞り)r’6=∞ d’6= 0.5000
S’7 r’7= 7.9020 d’7= 1.8000 n’d7= 1.79952 ν’d7=42.22
S’8 r’8=-7.9020 d’8= 3.6000
S’9 r’9=10.0010 d’9= 2.5000 n’d9= 1.79952 ν’d9=42.22
S’10 r’10=-10.0010 d’10=D’10
S’11(物体面

非球面係数
S’3面
k=0
A2=-2.9948×10-1 A4=2.4385×10-2 A6=-1.4201×10-3 A8=8.7648×10-6
A10=5.9247×10-5
A12= 4.3733×10-6 A14=-1.4913×10-7 A16=-3.5713×10-7 A18=0 A20=0

S’5面
k=0
A2=-2.9948×10-1 A4=2.4385×10-2 A6=-1.4201×10-3 A8=8.7648×10-6
A10=5.9247×10-5
A12= 4.3733×10-6 A14=-1.4913×10-7 A16=-3.5713×10-7 A18=0 A20=0

ズームデータ
D’10=100〜300まで可変

NA(開口数):0.7000
前側焦点距離:19.21304
後側焦点距離:7.73381

0056

数値データ1’(実施例1:照明光学系、変形例1)
(ライトガイド端面)
S’1 r’1=∞ d’1= 0.1000
(照明レンズ系)
S’2 r’2= 3.0000 d’2= 2.1000 n’d2= 1.52300 ν’d2=60.00
S’3(非球面)r’3=∞ d’3=0.1000
S’4 r’4=4.0000 d’4= 2.6000 n’d4= 1.88300 ν’d4=40.76
S’5 r’5=-4.0000 d’5= 5.8
S’6 r’6=20.0000 d’6= 2.3000 n’d6= 1.79952 ν’d6=42.22
S’7 r’7=-8.5000 d’7=D’7
S’8(物体面)

非球面係数
S’3面
k=0
A2=-5.0000×10-1 A4=1.8000×10-1 A6=-4.5000×10-2 A8=3.5000×10-3
A10=0
A12= 5.0000×10-5 A14=0 A16=0 A18=0
A20=0

ズームデータ
D’7=100〜300まで可変

NA(開口数):0.66
前側焦点距離:4.75900
後側焦点距離:-101.12285

0057

数値データ1”(実施例1:照明光学系、変形例2)
(ライトガイド端面)
S’1 r’1=∞ d’1= 0.32
(照明レンズ系)
S’2 r’2= 4.4000 d’2= 2.0000 n’d2= 1.52300 ν’d2=60.00
S’3(非球面)r’3=∞ d’3= 0.1000
S’4(非球面)r’4=∞ d’4= 2.0000 n’d4= 1.52300 ν’d4=60.00
S’5 r’5=-4.4000 d’5= 4.0000
S’6 r’6= 7.5000 d’6= 2.0000 n’d6= 1.79952 ν’d6=42.22
S’7 r’7=-6.2000 d’7=D’7
S’8(物体面)

非球面係数
S’3面
k=0
A2=-5.0000×10-1 A4=1.8000×10-1 A6=-4.5000×10-2 A8=3.5000×10-3
A10=0
A12= 5.0000×10-5 A14=0 A16=0 A18=0
A20=0

ズームデータ
D’7=100〜300まで可変

NA(開口数):0.6600
前側焦点距離:21.22990
後側焦点距離:4.75900

0058

実施例2
図9は本発明の実施例2にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。なお、図9では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては一方の光学系のみを示してある。また、実施例2の実体顕微鏡における照明光学系については、実施例1と同様、図6図7図8に示したいずれの照明光学系も適用可能であり、説明を省略する。

0059

実施例2の実体顕微鏡は、観察光学系が、物体側から順に、1つの対物レンズ系1と、左右一対のアフォーカルリレー光学系2R(2L)と、左右の一対の変倍光学系3R(3L)と、左右一対の開口絞り4R(4L)と、左右一対の結像レンズ系5R(5L)を有して構成されている。

0060

対物レンズ系1は、物体側から順に、カバーガラスCG11と、両凹レンズL12’と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13’との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL14’と両凸レンズL15との接合レンズと、両凸レンズL16と、光路折り曲げプリズムP17とで構成されている。

0061

アフォーカルリレー光学系2R(2L)は、対物レンズ系1の光軸に対して6.25mm偏心した位置に設けられている。
また、アフォーカルリレー光学系2R(2L)は、正の屈折力を持つ前群G21R(G21L)と正の屈折力を持つ後群G22R(G22L)からなり前群G21R(G21L)と後群G22R(G22L)との間に中間像を結像するように構成されている。図9中、MIR(MIL)は左右夫々の中間像の結像位置、PR(PL)は左右夫々の観察光学系の入射瞳位置である。
前群G21R(G21L)は、両凸レンズL211R(L211L)と、両凸レンズL212R(L212L)と両凹レンズL213R(L213L)との接合レンズと、両凸レンズL214R(L214L)とで構成されている。
後群G22R(G22L)は、両凸レンズL221R(L221L)と、両凹レンズL222R’(L222L’)と両凸レンズL223R’(L223L’)との接合レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL224R’(L224L’)とで構成されている。

0062

変倍光学系3R(3L)は、アフォーカルリレー光学系2R(2L)に対応した位置に設けられている。
また、変倍光学系3R(3L)は、両凸レンズL31R(L31L)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32R(L32L)との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33R(L33L)と、両凹レンズL34R(L34L)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35R(L35L)との接合レンズと、両凹レンズL36R(L36L)と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37R(L37L)と両凸レンズL38R(L38L)との接合レンズとで構成されている。

0063

開口絞り4R(4L)は、変倍光学系3R(3L)に対応した位置に設けられている。

0064

結像レンズ系5R(5L)は、開口絞り4R(4L)に対応した位置に設けられている。
また、結像レンズ系5R(5L)は、プリズムP51R(P51L)と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL52R’(L52L’)と、両凸レンズL53R’(L53L’)と両凹レンズL54R’(L54L’)との接合レンズと、両凸レンズL55R(L55L)とで構成されている。

0065

低倍端から高倍端への変倍操作時には、変倍光学系3R(3L)は、両凸レンズL31R(L31L)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32R(L32L)との接合レンズは位置を固定され、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33R(L33L)と、両凹レンズL34R(L34L)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35R(L35L)との接合レンズは両凹レンズL36R(L36L)との間隔を狭めるように像側に移動し、両凹レンズL36R(L36L)は物体側に移動した後に像側へ移動し、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37R(L37L)と両凸レンズL38R(L38L)との接合レンズは位置を固定される。

0066

また、合焦操作時には、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL14’と両凸レンズL15との接合レンズと、両凸レンズL16が、光軸上を移動する。

0067

次に、実施例2の実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材の数値データを示す。

0068

数値データ2(実施例2:観察光学系)
作動距離(WD):100.00mm
(対物レンズ系)
S1 r1=∞ d1= 4.0000 nd1= 1.51633 νd1=64.14
S2 r2=∞ d2= 4.0000
S3 r3=-38.0920 d3= 2.3000 nd3= 1.72000 νd3=43.69
S4 r4= 26.3445 d4= 3.2000 nd4= 1.84666 νd4=23.78
S5 r5=100.1065 d5=D5
S6 r6=295.0209 d6= 2.1000 nd6= 1.76182 νd6=26.52
S7 r7= 43.1621 d7= 4.0000 nd7= 1.49700 νd7=81.54
S8 r8=-101.1051 d8=0.2000
S9 r9=157.0734 d9= 3.2000 nd9= 1.72916 νd9=54.68
S10 r10=-48.4815 d10=D2
S11 r11=∞ d11=16.5000 nd11= 1.73400 νd11=51.47
S12 r12=∞ d12= 2.0000

0069

(アフォーカルリレー系)
S13 r13= 34.7200 d13= 3.2436 nd13= 1.72916 νd13=54.68
S14 r14=-315.9951 d14= 0.3326
S15 r15= 10.9474 d15= 8.3321 nd15= 1.49700 νd15=81.54
S16 r16=-33.8186 d16= 1.7170 nd17= 1.80100 νd17=34.97
S17 r17= 8.4088 d17= 7.3554
S18 r18= 18.4987 d18= 3.4198 nd18= 1.72916 νd18=54.68
S19 r19=-33.0125 d19=11.0910
S20(中間結像面)r20=∞ d20=16.5974
S21 r21=175.6319 d21= 2.8469 nd21= 1.78590 νd21=44.20
S22 r22=-23.5183 d22= 8.3217
S23 r23= -9.9245 d23= 2.0000 nd23= 1.80100 νd23=34.97
S24 r24= 52.4641 d24= 9.9737 nd24= 1.49700 νd24=81.54
S25 r25=-12.6653 d25= 0.1902
S26 r26=-1053.7881 d26= 1.7730 nd26= 1.72916 νd26=54.68
S27 r27=-39.7299 d27= 2.0000

0070

(変倍光学系)
S28 r28= 28.9599 d28= 2.7000 nd28= 1.49700 νd28=81.54
S29 r29=-30.3428 d29= 1.1000 nd29= 1.80100 νd29=34.97
S30 r30=-63.9931 d30=D30
S31 r31= 19.4620 d31= 1.1000 nd31= 1.83481 νd31=42.71
S32 r32= 14.0625 d32= 1.7168
S33 r33=-19.1234 d33= 1.1000 nd33= 1.48749 νd33=70.23
S34 r34= 10.7761 d34= 2.0000 nd34= 1.84666 νd34=23.78
S35 r35= 16.6070 d35=D35
S36 r36=-252.8962 d36= 1.1000 nd36= 1.48749 νd36=70.23
S37 r37= 47.4616 d37=D37
S38 r38= 28.7888 d38= 1.1000 nd38= 1.83400 νd38=37.16
S39 r39= 18.6172 d39= 2.7000 nd39= 1.49700 νd39=81.54
S40 r40=-26.7911 d40= 2.0000

0071

(開口絞り)
S41 r41=∞ d41= 2.0000
(結像光学系)
S42 r42=∞ d42=13.2980 nd42= 1.60342 νd42=38.03
S43 r43=∞ d43= 3.3245
S44 r44= 14.5725 d44= 2.8289 nd44= 1.77250 νd44=49.60
S45 r45= 79.2543 d45= 0.8596
S46 r46= 12.4611 d46= 5.0838 nd46= 1.49700 νd46=81.54
S47 r47=-25.9862 d47= 0.7314 nd47= 1.80100 νd47=34.97
S48 r48= 8.1553 d48= 6.6920
S49 r49= 24.2812 d49= 1.7093 nd49= 1.72916 νd49=54.68
S50 r50=-41.5128 d50=12.0597
S51(結像面)

0072

S13以降の対物レンズ系に対する偏心量
X= 0.00 Y= 6.2500 Z= 0.00
α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00
ズームデータ
低倍端(1) 低倍端(2)中間倍率高倍端
作動距離(WD) 100.00000 300.00000 100.00000 100.00000
D5 8.59029 1.37948 8.59029 8.59029
D10 21.95964 29.17045 21.95964 21.95964
D30 1.27371 1.27371 12.02463 20.07260
D35 18.93335 18.93335 5.14921 2.20313
D37 3.06781 3.06781 6.10105 0.99855

0073

実施例3
図10は本発明の実施例3にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。なお、図10では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては一方の光学系のみを示してある。また、実施例3の実体顕微鏡における照明光学系については、実施例1と同様、図6図7図8に示したいずれの照明光学系も適用可能であり、説明を省略する。

0074

実施例3の実体顕微鏡は、観察光学系が、物体側から順に、1つの対物レンズ系1と、1つのアフォーカルリレー光学系2と、左右の一対の変倍光学系3L(3R)と、左右一対の開口絞り4L(4R)と、左右一対の結像レンズ系5L(5R)を有して構成されている。

0075

対物レンズ系1は、物体側から順に、カバーガラスCG11と、両凹レンズL12’と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13’との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL14’と両凸レンズL15との接合レンズと、両凸レンズL16とで構成されている。

0076

アフォーカルリレー光学系2は、対物レンズ系1に対応した位置に設けられている。
また、アフォーカルリレー光学系2は、正の屈折力を持つ前群G21と正の屈折力を持つ後群G22からなり前群G21と後群G22との間に中間像を結像するように構成されている。図10中、MIL(MIR)は左右夫々の中間像の結像位置、PL(PR)は左右夫々の観察光学系の入射瞳位置である。
前群G21は、両凸レンズL211と、両凸レンズL212と両凹レンズL213との接合レンズと、両凸レンズL214とで構成されている。
後群G22は、両凸レンズL221と、両凹レンズL222と両凸レンズL223との接合レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL224とで構成されている。

0077

変倍光学系3L(3R)は、対物レンズ系1の光軸に対して−6.25mm偏心した位置に設けられている。
また、変倍光学系3L(3R)は、両凸レンズL31L(L31R)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32L(L32R)との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33L(L33R)と、両凹レンズL34L(L34R)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35L(L35R)との接合レンズと、両凹レンズL36L(L36R)と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37L(L37R)と両凸レンズL38L(L38R)との接合レンズとで構成されている。

0078

開口絞り4L(4R)は、変倍光学系3L(3R)に対応した位置に設けられている。

0079

結像レンズ系5L(5R)は、開口絞り4L(4R)に対応した位置に設けられている。
また、結像レンズ系5L(5R)は、プリズムP51L(P51R)と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL52L’(L52R’)と、両凸レンズL53L’(L53R’)と両凹レンズL54L’(L54R’)との接合レンズと、両凸レンズL55L(L55R)とで構成されている。

0080

低倍端から高倍端への変倍操作時には、変倍光学系3L(3R)は、両凸レンズL31L(L31R)と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL32L(L32R)との接合レンズは位置を固定され、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL33L(L33R)と、両凹レンズL34L(L34R)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL35L(L35R)との接合レンズは両凹レンズL36L(L36R)との間隔を狭めるように像側に移動し、両凹レンズL36L(L36R)は物体側に移動した後に像側へ移動し、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL37L(L37R)と両凸レンズL38L(L38R)との接合レンズは位置を固定される。

0081

また、合焦操作時には、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL14’と両凸レンズL15との接合レンズと、両凸レンズL16が、光軸上を移動する。
なお、実施例3の実体顕微鏡においては、左右共通のアフォーカルリレー光学系2に作動距離が可変となる機能を持たせてもよい。例えば、合焦操作時に、アフォーカルリレー光学系2における前群G21又は後群G22が、光軸上を移動するようにするとよい。そのようにすれば、先端部に可動群がなくなり、観察鏡筒の先端部の小型化に有利となる。

0082

次に、実施例3の実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材の数値データを示す。

0083

数値データ3(実施例3:観察光学系)
作動距離(WD):100.00mm
(対物レンズ系)
S1 r1=∞ d1= 4.0000 nd1= 1.51633 νd1=64.14
S2 r2=∞ d2= 4.0000
S3 r3=-38.0920 d3= 2.3000 nd3= 1.72000 νd3=43.69
S4 r4= 26.3445 d4= 3.2000 nd4= 1.84666 νd4=23.78
S5 r5=100.1065 d5=D5
S6 r6=295.0209 d6= 2.1000 nd6= 1.76182 νd6=26.52
S7 r7= 43.1621 d7= 4.0000 nd7= 1.49700 νd7=81.54
S8 r8=-101.1051 d8=0.2000
S9 r9=157.0734 d9= 3.2000 nd9= 1.72916 νd9=54.68
S10 r10=-48.4815 d10=D2

0084

(アフォーカルリレー系)
S11 r11= 42.8640 d11= 3.8924 nd11= 1.72916 νd11=54.68
S12 r12=-379.1941 d12= 0.3991
S13 r13= 13.1369 d13= 9.9985 nd13= 1.49700 νd13=81.54
S14 r14=-40.5824 d14= 2.0604 nd14= 1.80100 νd14=34.97
S15 r15= 10.0906 d15= 8.8265
S16 r16= 23.3985 d16= 4.1038 nd16= 1.72916 νd16=54.68
S17 r17=-39.6149 d17=13.3092
S18(中間結像面)r18= 19.9169
S19 r19=210.7583 d19= 3.4163 nd19= 1.78590 νd19=44.20
S20 r20=-28.2220 d20= 9.9860
S21 r21=-11.9093 d21= 2.4000 nd21= 1.80100 νd21=34.97
S22 r22= 62.9570 d22=11.9684 nd22= 1.49700 νd22=81.54
S23 r23=-15.1984 d23= 0.2283
S24 r24=-1264.5467 d24= 2.1276 nd24= 1.72916 νd24=54.68
S25 r25=-47.6759 d25= 2.0000

0085

(変倍光学系)
S26 r26= 28.9599 d26= 2.7000 nd26= 1.49700 νd26=81.54
S27 r27=-30.3428 d27= 1.1000 nd27= 1.80100 νd27=34.97
S28 r28=-63.9931 d28=D30
S29 r29= 19.4620 d29= 1.1000 nd29= 1.83481 νd29=42.71
S30 r30= 14.0625 d30= 1.7168
S31 r31=-19.1234 d31= 1.1000 nd31= 1.48749 νd31=70.23
S32 r32= 10.7761 d32= 2.0000 nd32= 1.84666 νd32=23.78
S33 r33= 16.6070 d33=D35
S34 r34=-252.8962 d34= 1.1000 nd34= 1.48749 νd34=70.23
S35 r35= 47.4616 d35=D37
S36 r36= 28.7888 d36= 1.1000 nd36= 1.83400 νd36=37.16
S37 r37= 18.6172 d37= 2.7000 nd37= 1.49700 νd37=81.54
S38 r38=-26.7911 d38= 2.0000

0086

(開口絞り)
S39 r39=∞ d39= 2.0000
(結像光学系)
S40 r40=∞ d40=13.2980 nd40= 1.60342 νd40=38.03
S41 r41=∞ d41= 3.3245
S42 r42= 14.5725 d42= 2.8289 nd42= 1.77250 νd42=49.60
S43 r43= 79.2543 d43= 0.8596
S44 r44= 12.4611 d44= 5.0838 nd44= 1.49700 νd44=81.54
S45 r45=-25.9862 d45= 0.7314 nd45= 1.80100 νd45=34.97
S46 r46= 8.1553 d46= 6.6920
S47 r47= 24.2812 d47= 1.7093 nd47= 1.72916 νd47=54.68
S48 r48=-41.5128 d48=12.0597
S49(結像面)

0087

S26以降の対物レンズ系に対する偏心量
X= 0.00 Y= -6.2500 Z= 0.00
α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00
ズームデータ
低倍端(1) 低倍端(2)中間倍率高倍端
作動距離(WD) 100.00000 300.00000 100.00000 100.00000
D5 8.59029 1.37948 8.59029 8.59029
D10 1.95964 9.17045 1.95964 1.95964
D28 1.27371 1.27371 12.02463 20.07260
D33 18.93335 18.93335 5.14921 2.20313
D35 3.06781 3.06781 6.10105 0.99855

0088

実施例4
図11は本発明の実施例4にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。なお、図11では、便宜上、左右の眼用の光学系を備えるものについては一方の光学系のみを示してある。また、実施例3の実体顕微鏡における照明光学系については、実施例1と同様、図6図7図8に示したいずれの照明光学系も適用可能であり、説明を省略する。

0089

実施例4の実体顕微鏡は、観察光学系が、物体側から順に、1つの対物レンズ系1と、1つのアフォーカルリレー光学系2と、1つの変倍光学系3と、左右一対の開口絞り4R(4L)と、左右一対の結像レンズ系5R(5L)を有して構成されている。

0090

対物レンズ系1は、物体側から順に、両凹レンズL11と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12との接合レンズと、物体側が平面で像側が凹面の平凹レンズL13と両凸レンズL14との接合レンズと、両凸レンズL15とで構成されている。

0091

アフォーカルリレー光学系2は、対物レンズ系1に対応した位置に設けられている。
また、アフォーカルリレー光学系2は、正の屈折力を持つ前群G21と正の屈折力を持つ後群G22からなり前群G21と後群G22との間に中間像を結像するように構成されている。図11中、MIR(MIL)は左右夫々の中間像の結像位置、PR(PL)は左右夫々の観察光学系の入射瞳位置である。
前群G21は、両凸レンズL211と、両凸レンズL212と両凹レンズL213との接合レンズと、両凸レンズL214とで構成されている。
後群G22は、光路折り曲げプリズムP221と、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズL222と、両凹レンズL223と両凸レンズL224との接合レンズと、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズL225とで構成されている。

0092

変倍光学系3は、アフォーカルリレー光学系2に対応した位置に設けられている。
また、変倍光学系3は、両凸レンズL31と、両凸レンズL32と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL33との接合レンズと、両凹レンズL34と、両凹レンズL35Lと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL36との接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL37と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL38と両凸レンズL39との接合レンズとで構成されている。

0093

開口絞り4R(4L)は、対物レンズ系1の光軸に対して3.5mm偏心した位置に設けられている。

0094

結像レンズ系5R(5L)は、開口絞り4R(4L)に対応した位置に設けられている。
また、結像レンズ系5R(5L)は、プリズムP51R(P51L)と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL52R’(L52L’)と、両凸レンズL53R’(L53L’)と両凹レンズL54R’(L54L’)との接合レンズと、両凸レンズL55R(L55L)とで構成されている。

0095

低倍端から高倍端への変倍操作時には、変倍光学系3は、両凸レンズL31と、両凸レンズL32と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL33との接合レンズは位置を固定され、両凹レンズL34と、両凹レンズL35Lと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL36との接合レンズは物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL37との間隔を狭めるように像側に移動し、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL37は物体側に移動した後に像側へ移動し、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL38と両凸レンズL39との接合レンズは位置を固定される。

0096

また、合焦操作時には、物体側が平面で像側が凹面の平凹レンズL13と両凸レンズL14との接合レンズと、両凸レンズL15が、光軸上を移動する。
なお、実施例4の実体顕微鏡においては、左右共通の変倍光学系3に作動距離が可変となる機能を持たせてもよい。例えば、合焦操作時に、変倍光学系3において最も物体側の群である、両凸レンズL31と、両凸レンズL32と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL33との接合レンズとが、光軸上を移動するようにするとよい。そのようにすれば、先端部に可動群がなくなり、観察鏡筒の先端部の小型化に有利となる。

0097

次に、実施例4の実体顕微鏡の観察光学系を構成する光学部材の数値データを示す。

0098

数値データ4(実施例4:観察光学系)
作動距離(WD):100.00mm
(対物レンズ系)
S1 r1=-36.3400 d1= 2.3000 nd1= 1.72000 νd1=43.69
S2 r2= 26.9560 d2= 3.2000 nd2= 1.84666 νd2=23.78
S3 r3=107.3880 d3=D3
S4 r4=∞ d4= 2.4000 nd4= 1.76182 νd4=26.52
S5 r5= 52.7010 d5= 3.4000 nd5= 1.49700 νd5=81.54
S6 r6=-73.8630 d6= 0.2000
S7 r7=179.0640 d7= 3.0000 nd7= 1.72916 νd7=54.68
S8 r8=-48.3680 d8=D2

0099

(アフォーカルリレー系)
S9 r9= 52.5502 d9= 5.7739 nd9= 1.72916 νd9=54.68
S10 r10=-143.4869 d10= 0.5648
S11 r11= 14.7925 d11=10.7947 nd11= 1.49700 νd11=81.54
S12 r12=-56.3886 d12= 2.3221 nd12= 1.80100 νd12=34.97
S13 r13= 11.2504 d13=14.3720
S14 r14= 30.4286 d14= 3.6401 nd14= 1.72916 νd14=54.68
S15 r15=-44.1379 d15=13.3553
S16(中間結像面)r16=∞ d16= 5.0629
S17 r17=∞ d17=22.5600 nd17= 1.72916 νd17=54.68
S18 r18=∞ d18= 1.2000
S19 r19=∞ d19= 3.1200 nd19= 1.72916 νd19=54.68
S20 r20=-19.2660 d20= 7.1400
S21 r21=-10.6992 d21= 4.3800 nd21= 1.80100 νd21=34.97
S22 r22= 79.8072 d22=11.6400 nd22= 1.49700 νd22=81.54
S23 r23=-14.9496 d23= 1.9800
S24 r24=∞ d24= 5.7000 nd24= 1.78590 νd24=44.20
S25 r25=-62.3352 d25= 4.0000

0100

(変倍光学系)
S26 r26= 43.5051 d26= 3.5000 nd26= 1.49700 νd26=81.54
S27 r27=-67.7688 d27= 0.2000
S28 r28=145.8529 d28= 3.5000 nd28= 1.49700 νd28=81.54
S29 r29=-32.9717 d29= 2.0000 nd29= 1.80100 νd29=34.97
S30 r30=-103.9760 d30=D30
S31 r31=-1566.4401 d31= 1.3000 nd31= 1.83481 νd31=42.71
S32 r32= 55.3447 d32= 0.9892
S33 r33=-18.5273 d33= 1.3000 nd33= 1.83481 νd33=42.71
S34 r34= 9.3600 d34= 2.2000 nd34= 1.84666 νd34=23.78
S35 r35= 14.1910 d35=D35
S36 r36=-30.2741 d36= 1.3000 nd36= 1.48749 νd36=70.23
S37 r37=-200.7729 d37= D37
S38 r38= 22.6345 d38= 1.3000 nd38= 1.83400 νd38=37.16
S39 r39= 13.4803 d39= 3.5000 nd39= 1.48749 νd39=70.23
S40 r40=-24.4012 d40= 2.0000

0101

(開口絞り)
S41 r41=∞ d41=D41
(結像光学系)
S42 r42=∞ d42=13.2980 nd42= 1.60342 νd42=38.03
S43 r43=∞ d43= 6.8847
S44 r44= 16.7285 d44= 1.7284 nd44= 1.78590 νd44=44.20
S45 r45=123.4540 d45= 0.2890
S46 r46= 7.1429 d46= 4.0351 nd46= 1.49700 νd46=81.54
S47 r47=-319.2381 d47= 1.2527 nd47= 1.80100 νd47=34.97
S48 r48= 5.4502 d48= 3.8422
S49 r49= 11.2243 d49= 2.0035 nd49= 1.48749 νd49=70.23
S50 r50=-22.6384 d50= 8.6220
S51(結像面)

0102

S41以降の対物レンズ系に対する偏心量
X= 0.00 Y= 3.5000 Z= 0.00
α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00
ズームデータ
低倍端(1) 低倍端(2)中間倍率高倍端
作動距離(WD) 100.00000 300.00000 100.00000 100.00000
D3 9.73227 2.26574 9.73227 9.73227
D8 1.53424 9.00077 1.53424 1.53424
D30 0.99971 0.99971 10.79702 18.11784
D35 18.24904 18.24904 5.74665 2.82534
D37 2.69475 2.69475 5.40005 0.99953

0103

次に、上記各実施例における条件式パラメータ対応値を表1に示す。

0104

なお、各実施例の実体顕微鏡においては、対物レンズ系1のレンズ形状を下側部分を所定量直線状にカットされた形状に形成された構成にしたが、カットしない形状に構成してもよい。その場合は、照明光学系との関係においては、配光や照明効率を最適にすることはできないが、観察鏡筒の左右方向の大きさを小さくする効果は得られる。
また、各実施例の実体顕微鏡において視野方向変更のために用いるプリズムは、図1図2に示す以外のものを用いてもよい。例えば、図1図2に示すプリズムの入射面と射出面の向きを、物体側と像側とで反対にして配置してもよい。また、プリズムの形状も、図1図2に示すものとは別の形状のものを用いてもよい。
また、各実施例の実体顕微鏡において、主観察者(主術者)と副観察者(補助者)とで同時に立体観察を行うために、図12に示したように、左右一対の観察光学系と直交した位置にもう一組の左右一対の観察光学系を配置するとよい。このようにすれば、主観察者の観察方向の他に、主観察者に対して直交する方向からも立体観察することができる。
また、追加する光学系としては、副観察者の立体観察用の他にも、例えば、図13に示すように、左右一対の観察光学系に対して上下いずれかの位置に、赤外光などの特殊光を2次元観察するための観察光学系として設けてもよい。

0105

以上説明したように、本発明の実体顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した特徴の他に、次に示すような特徴を備えている。

0106

(1)物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有する左右一対のアフォーカルリレー光学系と、アフォーカルズーム光学系と、左右一対の開口絞りと、左右一対の結像レンズ系と、前記左右一対の結像レンズ系の結像位置に配置された電子撮像素子を有する実体顕微鏡において、前記アフォーカルズーム光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。

0107

(2)物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有する左右一対のアフォーカルリレー光学系と、アフォーカルズーム光学系と、左右一対の開口絞りと、左右一対の結像レンズ系と、前記左右一対の結像レンズ系の結像位置に配置された電子撮像素子を有する実体顕微鏡において、前記アフォーカルズーム光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、且つ、次の条件式(1)〜(3)を満足し、さらに、照明光学系が、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳近傍に配置され、次の条件式(4)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
−0.1<Δz/f_ob<0.3 …(4)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。Δzは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記照明光学系における最も物体側のレンズ面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記照明光学系における最も物体側のレンズ面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。

0108

(3)物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有する1つのアフォーカルリレー光学系と、変倍光学系と、対物レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、作動距離を変化させるために前記アフォーカルリレー光学系の前群又は後群を光軸方向に移動するとともに、次の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。

0109

(4)物体側から順に、1つの対物レンズ系と、正の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなり前記前群と前記後群との間に中間像を有する1つのアフォーカルリレー光学系と、1つのアフォーカルズーム光学系と、対物レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りに対応した位置に配置された複数の結像レンズ系を有する実体顕微鏡において、前記変倍光学系が低倍端のとき、前記対物レンズ系から前記結像レンズ系までの光学系の入射瞳が前記対物レンズ系に最も近くに位置し、作動距離を変化させるために前記アフォーカルズーム光学系の最も物体側の群を光軸方向に移動するとともに、次の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする実体顕微鏡。
0<L_enp_w/f_ob<0.3 …(1)
0.5<f_rf/f_rr<0.9 …(2)
0.1<f_rf/f_ob<0.4 …(3)
但し、L_enp_wは低倍端において、最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系における最も物体側の面から前記入射瞳までの距離であり、前記入射瞳が前記対物レンズ系における最も物体側の面よりも像側に位置する場合の符号を正とする。f_obは最も作動距離が小さいときの前記対物レンズ系の焦点距離である。f_rfは前記アフォーカルリレー光学系の前記前群の焦点距離、f_rrは前記アフォーカルリレー光学系の前記後群の焦点距離である。

0110

本発明の実体顕微鏡は、実体顕微鏡を用いて観察するときに極力作業空間を確保することが望まれる分野、特に手術用顕微鏡などの医療分野に有用である。

図面の簡単な説明

0111

本発明の実施例1にかかる実体顕微鏡の概略構成を示す斜視図である。
図1の実体顕微鏡の部分側面図である。
図1の実体顕微鏡の先端部の構成を左前方からみた部分拡大斜視図である。
本発明の実施例1にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
図4の実体顕微鏡の観察光学系における結像面付近の光学構成の部分拡大図である。
実施例1の実体顕微鏡における照明光学系の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
実施例1の実体顕微鏡における照明光学系に適用可能な一変形例の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
実施例1の実体顕微鏡における照明光学系に適用可能な他の変形例の概略構成を示す光軸に沿う部分断面図である。
本発明の実施例2にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
本発明の実施例3にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
本発明の実施例4にかかる実体顕微鏡の観察光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、作動距離が100mmのときの(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
本発明の実体顕微鏡の一応用例を示す概念図であって、左右一対の観察光学系と直交した位置にもう一組の左右一対の観察光学系を配置する構成を示す説明図である。
本発明の実体顕微鏡の一応用例を示す概念図であって、左右一対の観察光学系に対して上下いずれかの位置に、赤外光などの特殊光を2次元観察するための観察光学系として設けた構成を示す説明図である。
手術用顕微鏡の観察鏡筒の左右方向の大きさと観察者の作業空間との関係を概念的に示す説明図であり、(a)は観察鏡筒の左右方向の大きさが大きい場合、(b)は観察鏡筒の左右方向の大きさが(a)に比べて小さい場合、を夫々示している。
観察光学系における入射瞳位置と観察鏡筒の左右方向の大きさとの関係を示す説明図であり、(a)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部よりも内側に離れて位置する構成、(b)は入射瞳位置が観察鏡筒の先端部近くに位置する構成を夫々示している。
従来の一般的な実体顕微鏡の一構成例を夫々示す光軸に沿う断面図であり、(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
従来の一般的な実体顕微鏡の他の構成例を夫々示す光軸に沿う断面図であり、(a)は低倍端、(b)は中間倍率、(c)は高倍端での状態を示している。
実体顕微鏡において観察光学系と照明光学系の同軸度が悪くなり過ぎた構成における照明効率、配光状態を示す概念図である。
実体顕微鏡において観察光学系の入射瞳に対して照明光学系における最も物体側のレンズ面が物体側に離れ過ぎて配置された構成における照明効率、配光状態を示す概念図である。
実体顕微鏡において観察光学系の入射瞳に対して照明光学系における最も物体側のレンズ面が像側に離れ過ぎて配置された構成における照明効率、配光状態を示す概念図である。

符号の説明

0112

1、61対物レンズ系
2、2R、2Lアフォーカルリレー系
3、3R、3L変倍光学系
4R、4L、63R、63L、S63開口絞り
5R、5L、64R、64L結像レンズ系
6照明レンズ系
7ライトガイド
62、62R、62Lアフォーカルズーム光学系
CG11カバーガラス
CG57R、CG57L、CG59R、CG59LCCDカバーガラス
CG60R、CG60L CCD封止ガラス
F55R、F55L赤外カットフィルタ
FS58R、FS58Lフレア絞り
G21、G21R、G21L前群
G22、G22R、G22L後群
L11、L12’、L213、L213R、L213L、L222、L222R’、L222L’、L223、L223R、L223L、L34、L35、L34R、L34L、L36R、L36L、L54R’、L54L’両凹レンズ
L12、L13’、L35R、L35L、L36、L52R’、L52L’物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L13 物体側が平面で像側が凹面の平凹レンズ
L14、L15、L16、L211、L212、L211R、L211L、L212R、L212L、L214、L214R、L214L、L221、L221R、L221L、L223、L223R’、L223L’、L224、L224R、L224L、L31、L32、L31R、L31L、L38R、L38L、L39、L52R、L52L、L53R’、L53L’、L55R、L55L、L61、L62、L63、L64、L65両凸レンズ
L14’、L33R、L33L、L37R、L37L、L38、L56R、L56L 物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
L222、L222R、L222L、L225、L225R、L225L、L54R、L54L 物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズ
L224、L224R’、L224L’ 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
L32R、L32L、L33、L37、L53R、L53L 物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
P17、P221、P221R、P221L光路折り曲げプリズム
P51R、P51L プリズム

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