JP2001117009A - 倒立顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な光学系でありながら、観察者が観察しや
すい高さに接眼レンズがあり、かつ、ステージの高さの
低い倒立顕微鏡を提供する。 【解決手段】標本を搭載するためのステージ１５０と、
ステージ１５０の下側に配置された対物レンズ１０４
と、光軸１１４上に順に配置された結像レンズ１０６と
リレーレンズ１１３，１１５とを有する。結像レンズ１
０６とリレーレンズ１１３，１１５との間には光路偏向
手段１０８が配置され、光軸１１４を斜め上方に折り曲
げている。結像レンズ１０６が形成する中間像１１１の
大きさは、リレーレンズ１１３，１１５が形成するリレ
ー像１１７ａ，１１７ｂよりも小さくなるように構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、培養瓶中の生体標
本等の観察に用いられる倒立型の顕微鏡に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】倒立型の顕微鏡は、ステージの下部に対
物レンズを備えた構成であり、ステージ上に搭載した培
養瓶などの容器内の生物標本の拡大像を観察するために
用いられている。倒立型の顕微鏡は、例えば特公平４−
３０５６５号に光学系等が開示されている。この公報の
光学系は、対物レンズから接眼レンズまでの光学系をＵ
字型にし、写真撮影のための光路等を備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の倒立型の顕微鏡
は、写真撮影や多目的のポートの必要性から装置が大型
化かつ複雑化し、ひいては高価格化の要因となってい
た。

【０００４】また、倒立型の顕微鏡は、観察者の観察の
しやすさを考慮すると、接眼レンズを有するアイピース
の位置は、机上からある程度の高さがある方が観察しや
すい。具体的には、アイピースのアイレベル（観察時の
観察者の目の高さ）は、机上から４００〜４５０ｍｍ程
度になることが望ましい。一方、ステージの高さは、ス
テージ上の標本を直接肉眼で上方から確認する必要があ
ることから、なるべく低い方が作業効率がよい。しかし
ながら、従来の倒立型の顕微鏡は構成は、アイレベルと
ステージの位置の両方を満足できる高さに設計すること
は困難であり、アイレベルが低く、かつ、ステージは高
くなりがちであった。

【０００５】本発明の目的は、簡単な光学系でありなが
ら、観察者が観察しやすい高さに接眼レンズがあり、か
つ、ステージの高さの低い倒立顕微鏡を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願によれば以下のような倒立顕微鏡が提供され
る。

【０００７】すなわち、標本を搭載するためのステージ
と、前記ステージの下側に配置された対物レンズと、前
記対物レンズの光軸上に順に配置された結像レンズとリ
レーレンズとを有し、前記結像レンズとリレーレンズと
の間には光路偏向手段が配置され、前記光軸を斜め上方
に折り曲げていることを特徴とする倒立顕微鏡である。

【０００８】前記結像レンズは、該結像レンズと前記リ
レーレンズとの間に中間像を形成し、該中間像の大きさ
は、前記リレーレンズが形成するリレー像よりも小さく
なるように構成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。

【００１０】（実施の形態１）まず、第１の実施の形態
の倒立顕微鏡について図１を用いて説明する。図１の倒
立顕微鏡は、照明光学系１４０と、標本１５３を搭載す
るためのステージ１５０と、対物レンズ１０４と、結像
光学系１６０と、リレー光学系１７０と、接眼光学系１
３０とを、光軸１１４に沿って順に配置した構成であ
る。

【００１１】照明光学系１４０は、いわゆるクリティカ
ル照明法により照明を行う光学系であり、ハロゲンラン
プ等の光源１００、コレクタレンズ１０１、拡散板１０
２、開口絞り１０３、コンデンサレンズ１５４を鏡筒中
に備えている。この構成は、拡散板１０２を備え、さら
に、コンデンサレンズ１５４の前側焦点面付近に開口絞
り１０３を配置しているため、光源１００のむらによる
照明むらを減少させることができる。

【００１２】また、対物レンズ１０４は、ステージ１５
０の下方に配置されている。

【００１３】結像光学系１６０は、絞り１０５、結像レ
ンズ１０６、ミラー１０８、絞り１０９，１１０、視野
絞り１１２を有する。これらのうち、絞り１０５、結像
レンズ１０６、ミラー１０８が、対物レンズ１０４と机
上面１８０との間に配置されている。ミラー１０８は、
最も机上面１８０に近い位置に配置され、光軸１１４を
斜め上方に向かって折り曲げるように、その向きが定め
られている。ここでは、光軸１１４のなす角が４５度に
なるようにミラー１０８の向きを設定しているため、観
察者が観察しやすいようになっている。絞り１０９，１
１０、視野絞り１１２は、斜め上方に向けて折り曲げら
れた光軸１１４上に配置されている。絞り１０９，１１
０、視野絞り１１２は、視野外の光束を遮り、迷光やフ
レアをなくす役割をしている。結像レンズ１０６は、視
野絞り１１２の位置に中間像１１１を形成する。結像レ
ンズ１０６は、両凸レンズ１０６ａと凹メニスカスレン
ズ１０６ｂとによって構成されている。

【００１４】リレー光学系１７０は、第１レンズ群１１
３、第２レンズ群１１５、ハーフプリズム１１６、ミラ
ー１２０、１２１、１２２を有する。第１レンズ群１１
３は、中間像Ｉ１より距離Ｄ１（＝１６ｍｍ）だけ離れ
た位置に配置されている。第２レンズ群１１５は、第１
レンズ群から距離Ｄ２（＝１３７ｍｍ）だけ離れた位置
に配置されている。第１レンズ群１１３は、両凸レンズ
１１３ａと凹レンズ１１３ｂとで構成されている。第２
レンズ群１１５は、２枚の凸レンズ１１５ａ、１１５ｃ
とその中間に位置する両凹レンズ１１５ｂとによって構
成された完全対称型のレンズ群である。

【００１５】ハーフプリズム１１６およびミラー１２
０、１２１、１２２は、観察者の両眼による観察のため
に、光軸１１４を２つの光軸１２３，１２４に分ける双
眼光学系１９０を構成する。この双眼光学系１９０は、
いわゆるジーデントップ型の光路構成である。第２レン
ズ群１１５は、２つの光軸１２３、１２４上にそれぞれ
リレー像１１７ａ，１１７ｂを形成する。

【００１６】双眼光学系１９０は、リレー光学系１７０
の光軸１１４を中心に回転することができ、光軸１２
３、１２４の間隔を変化させることができる。

【００１７】接眼光学系１３０は、光軸１２３，１２４
上にそれぞれ接眼レンズ１１８を有している。

【００１８】本実施の形態の顕微鏡では、結像レンズ１
０６によって形成される中間像１１２の大きさが、標本
１５３の所望の倍率Ｂの像よりも小さくなるように結像
レンズ１０６を構成している。すなわち、対物レンズ１
０４は、設計基準として、焦点距離２００ｍｍの結像レ
ンズ１０６を用いた場合の中間像１１２の大きさが、標
本１５３の所望の倍率Ｂの像の大きさになるように設計
されている。しかしながら、本実施の形態では、結像レ
ンズ１０６として、あえて設計基準（焦点距離２００ｍ
ｍ）の結像レンズではなく、焦点距離１８０ｍｍのもの
を用い、中間像１１２の大きさを、標本１５３の所望の
倍率Ｂの像の０．９倍の大きさになるようにしている。

【００１９】一方、リレー光学系の第１レンズ群１１３
および第２レンズ群１１４は、中間像１１１を拡大し
て、リレー像１１７ａ，１１７ｂの大きさを標本１５３
の所望の倍率Ｂの大きさの像とするように構成してい
る。これにより、標本１５３の所望の倍率Ｂの大きさの
リレー像１１７ａ，１１７ｂが得られる。

【００２０】一般的には、対物レンズ、結像レンズ、リ
レーレンズを用いる顕微鏡は、中間像とリレー像とは、
１対１の大きさになるように構成されている。しかしな
がら、本実施の形態において結像レンズ１０６として設
計基準よりも焦点距離の短いレンズを用い、中間像１１
１をリレー像１１７ａ，１１７ｂよりも小さくなるよう
に構成しているのは次のような理由による。

【００２１】すなわち、本実施の形態は、倒立顕微鏡で
標本１５３を入れた培養瓶等を観察者が上から覗いて確
認する等の動作を楽に行えるようにするために、ステー
ジ１５０を低く設置している。一方、接眼光学系１３０
は、観察者の目の高さに合わせて一定の範囲の高さに収
めることが望ましく、本実施の形態では、接眼光学系１
３０のアイレベル（観察者が覗く高さ）をおおむね４０
０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の範囲に設定しようとしてい
る。しかしながら、従来のように光路を２回折り曲げて
Ｕ字型にした場合には、アイレベルを４００ｍｍ以上に
高くすることは難しく、光学系が複雑になる。そこで、
本実施の形態では、光路を１回のみ折り曲げるＶ字型と
することにより、アイレベルを４００ｍｍ以上の高さに
することを可能にする。ところが、Ｖ字型の光路にした
場合、中間像とリレー像とを従来のように１対１の大き
さになるように光学系を設計すると、光路長が長すぎて
アイレベルを４５０ｍｍ以下にすることが難しくなる。

【００２２】具体的には、ステージを低くすると、結像
レンズ１０６は、机上面１８０に近い位置に配置される
ため、Ｖ字型の光路では、中間像１１１の位置は結像レ
ンズ１０６の位置が低い分だけ接眼光学系１３０側に押
し上げられる。そのため、接眼光学系１３０の位置を４
５０ｍｍ以下にしようとすると、中間像１１１と接眼光
学系１３０との距離は短くなり、双眼光学系１９０を配
置するために必要な最低距離である１６０ｍｍを、第２
レンズ群１１５と接眼光学系１３０との間に確保するこ
とが困難になる。これを解決するためには、第２レンズ
群１１５のバックフォーカス距離を前側フォーカス距離
よりも長くするように、特殊なレンズ設計をした第２レ
ンズ群１１５を用いることが考えられるが、第２レンズ
群１１５が複雑かつ高価になってしまうことは避けがた
い。

【００２３】そこで、本実施の形態では、簡単なレンズ
群でこの問題を解決するために、結像レンズ１０６とし
て、あえて設計基準よりも焦点距離の短いレンズを用い
ることにより、中間像１１１の位置を机上面１８０側に
押し下げる。このように焦点距離の短い結像レンズ１０
６を用いると、中間像１１２の大きさが、標本１５３の
所望の倍率Ｂの像よりも小さくなってしまうため、リレ
ー光学系１７０の第１レンズ群１１３および第２レンズ
群１１５を、中間像１１１を拡大して、標本１５３の所
望の倍率Ｂのリレー像１１７ａ，１１７ｂを形成するよ
うに拡大光学系の構成とするものである。

【００２４】このような構成にすることにより、結像レ
ンズ１０６としては、単に設計基準よりも焦点距離の短
いレンズを用い、リレー光学系１７０の第１レンズ群１
１３および第２レンズ群１１５を拡大倍率のレンズにす
るだけでよく、簡単な光学系でアイレベル４００ｍｍ以
上４５０ｍｍ以下を実現することができる。実際、本実
施の形態では第２レンズ群１１５は、完全対称型の簡単
な構成で実現できる。

【００２５】また、本実施の形態では、リレー光学系１
７０の第１レンズ群１１３と中間像１１１との距離Ｄ１
を、第１レンズ群１１３と第２レンズ群１１５との距離
Ｄ２よりも短く、すなわちＤ１＜Ｄ２となるように設計
している。これは次のような理由による。

【００２６】結像レンズ１０６からの光束を、第２レン
ズ群１１５に入射させる際に、第２レンズ群の中心に、
光束の主光線が交わる位置（瞳）を位置させると、レン
ズの対称性から収差補正しやすく、特にコマ収差の発生
を抑制することができる。そこで、第１レンズ群１１３
が、光束を屈折させて光束の径を絞って第２レンズ群に
入射させる構成としている。その際、第１レンズ群１１
３と第２レンズ群１１５との距離Ｄ２が非常に短いと、
第１レンズ群１１３のパワーを大きくして、光束を大き
く屈折させて第２レンズ群１１５に入射させる必要があ
る。しかしながら、第１レンズ群１１３のパワーが大き
いと像面湾曲が発生するため好ましくなく、距離Ｄ２は
大きい方がよい。一方、距離Ｄ２を大きくとると、必然
的に第１レンズ群１１３が中間像１１１に近づき過ぎ
る。第１レンズ群１１３と中間像１１１が重なると、第
１レンズ群１１３のレンズ面についているゴミや傷の像
がリレー像１１７ａ，１１７ｂ上に結像し、観察しづら
くなる。そこで、第１レンズ群１１３と中間像１１１と
の距離Ｄ１は、ある程度（Ｄ１＞１０ｍｍ）とることが
望ましい。そこで、本実施の形態ではＤ１＜Ｄ２、望ま
しくは１０ｍｍ＜Ｄ１＜Ｄ２に設定する。

【００２７】また、本実施の形態では、第２レンズ群１
１５を、凸レンズ１１５ａ、凹レンズ１１５ｂ、凸レン
ズ１１５ｃを順に配置した完全対称型のトリプレットと
言われるレンズ群の構成としている。このとき凸レンズ
１１５ａ、１１５ｃの焦点距離をｆＡ、アッベ数をν
１、凹レンズ１１５ｂの焦点距離をｆＢ、アッベ数をν
２としたとき、 ０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０ を満たすように設計する。というのは、この条件をはず
れた場合、凸レンズ１１５ａ，１１５ｃと凹レンズ１１
５ｂのパワーバランスが崩れ、軸上色収差の補正が困難
になるためである。

【００２８】また、本実施の形態では、 ０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５ を満たすように第２レンズ群１１５を設計している。そ
の理由は、この条件をはずれると像面湾曲の補正が困難
になるためである。

【００２９】このような構成の本実施の形態の倒立顕微
鏡では、光源１００から発せられた光束は、コレクタレ
ンズ１０１によってほぼ平行光束となった後、拡散板１
０２によって拡散され、開口絞り１０３を通過し、コン
デンサレンズ１５４によって集光され、ステージ１５０
上の標本１５３を照明する。標本１５３からの光束は、
対物レンズ１０４によってコリメートされて平行光束と
なり、結像レンズ１０６ａにより集光され、中間像１１
１を形成する。リレー光学系１７０の第１レンズ群１１
３は、結像レンズ１０６ａからの光束を屈折させて、光
束系を絞って第２レンズ群１１５に入射させる。第２レ
ンズ群１１５を通過した光束は、双眼光学系１９０によ
り２つの光束に分割される。第２レンズ群１１５は、２
つの光束にそれぞれリレー像１１７ａ，１１７ｂを結像
させる。

【００３０】このとき、中間像１１１は、標本１５３の
所望の倍率Ｂの像の０．９倍の大きさであるが、リレー
像１１７ａ，１１７ｂは、標本１５３の所望の倍率Ｂの
大きさになっている。よって、接眼光学系１３０の接眼
レンズ１１８によってリレー像１１７ａ，１１７ｂを観
察することにより、所望の倍率Ｂの像を双眼で観察でき
る。

【００３１】また、本実施の形態では、中間像１１１の
大きさをリレー像１１７ａ，１１７ｂよりも小さくする
という、簡単な光学系でありながら、ステージ１５０の
高さが低く、かつ、接眼レンズ１１８の高さが机上面１
８０から４００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の倒立顕微鏡を
実現できる。よって、作業効率が高く、観察もしやすい
倒立顕微鏡が得られる。

【００３２】また、リレー光学系１７０の第１および第
２レンズ群１１３，１１５の構成を、上述のように Ｄ１＜Ｄ２ ０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０ ０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５ の条件を満たすように設計しているため、コマ収差、色
収差、像面湾曲が補正された像を観察することができ
る。

【００３３】ここで、上述の第１の実施の形態の結像レ
ンズ１０６、および、リレー光学系１７０の第１レンズ
群１１３および第２レンズ群１１５の具体的な構成の実
施例を表１に示す。ただし、表１において、 ｒ：曲率
半径（ｍｍ）、ｄ：間隔（ｍｍ）、ｎｄ：ｄ線（λ＝５
８７．６ｎｍ）における屈折率、νｄ：アッベ数を示
す。なお、表１の実施例では、結像レンズ１０６と第１
レンズ群１１３は、接合レンズである。

【００３４】

【表１】

【００３５】また、表１の構成において、凸レンズ１１
５ａ、１１５ｃの焦点距離ｆＡ＝４４．５ｍｍ、凹レン
ズ１１５ｂの焦点距離ｆＢ＝−２３．５ｍｍである。

【００３６】よって、｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜
＝０．９１であり、０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×
ｆＡ｜＜１．０の条件を満たしている。また、｜ｆＢ｜
／｜ｆＡ｜＝０．５３であり、０．４５＜｜ｆＢ｜／｜
ｆＡ｜＜０．５５の条件を満たしている。

【００３７】（実施の形態２）つぎに、第２の実施の形
態の倒立顕微鏡について図２を用いて説明する。

【００３８】図２の倒立顕微鏡は、図１の倒立顕微鏡と
ほぼ同じ構成であるが、リレー光学系１７０の第２レン
ズ群１１５と双眼光学系１９０との間の光軸１１４上
に、ミラー２０２が着脱可能に配置されている点が図１
とは異なっている。このミラー２０２は、光軸１１４上
に挿入されている場合には、第２レンズ群１１５からの
光束を反射して光軸２０５に導く。光軸２０５上には、
プリズム２０３が配置されており、光軸２０５を折り曲
げて光軸２０６とする。プリズム２０３は、光軸２０６
が鉛直方向に一致するように配置されている。光軸２０
６の先には、ＣＣＤ等のビデオカメラや写真用カメラ等
の撮像装置２０１が配置されている。

【００３９】よって、ミラー２０２が光軸１１４上にあ
る場合には、第２レンズ群１１５からの光束は、ミラー
２０２により反射され、さらにプリズム２０３で反射さ
れて光軸２０６上に像２０４を形成する。よって、撮像
装置２０１により、この像２０４を撮像することができ
る。また、目視観察する場合には、つまみ２０７により
ミラー２０２を光軸１１４からはずすことにより、光束
は双眼光学系１９０に導かれ図１と同じくリレー像１１
７ａ，１１７ｂが観察できる。

【００４０】図２のようにミラー２０２を配置するため
には、第２レンズ群１１５と観察光学系１３０との間
に、双眼光学系１９０のための間隔のみならずミラー２
０２のための間隔を確保する必要があるが、図２の光学
系は、第１の実施の形態で説明したように中間像１１１
をリレー像より小さくしているため、第２レンズ群１１
５と観察光学系１３０との間の距離を大きく確保するこ
とができ、図２のような構成を実現することができる。

【００４１】この構成では、撮像装置２０１が顕微鏡の
上部に位置するため、撮像装置２０１を配置するスペー
スを大きく確保することができる。よって、撮像装置２
０１が下部に配置されている場合のように撮像装置２０
１が机上面１８０に接触するおそれがなく、大型の撮像
装置を取り付けることが可能になる。

【００４２】また、図２のように、撮像装置２０１を取
り付ける光軸２０６を鉛直方向に向けているため、撮像
装置２０１と鏡筒との連結部２０８にかかる力が鏡筒の
周方向に一様になる。これにより、連結部２０８の負担
が少なく、大きな撮像装置２０１をしっかりと支えるこ
とができる。

【００４３】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
簡単な光学系でありながら、観察者が観察しやすい高さ
に接眼レンズがあり、かつ、ステージの高さの低い倒立
顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の倒立顕微鏡の構成
を示す説明図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の倒立顕微鏡の構成
を示す説明図。

【符号の説明】

１００…光源、１０１…コレクタレンズ、１０２…拡散
板、１０３…開口絞り、１０４…対物レンズ、１０５…
絞り、１０６…結像レンズ、１０８…ミラー、１０９，
１１０…絞り、１１１…中間像、１１２…視野絞り、１
１３第１レンズ群、１１４…光軸、１１５…第２レンズ
群、１１６…ハーフプリズム、１１７ａ、１１７ｂ…リ
レー像、１１８…接眼レンズ、１２０，１２１，１２２
…ミラー、１２３，１２４…光軸、１３０…接眼レン
ズ、１４０…照明光学系、１５０…ステージ、１５４…
コンデンサレンズ、１５３…標本、１６０…結像光学
系、１７０…リレー光学系、１９０…双眼光学系、２０
１…撮像装置、２０２…ミラー、２０３…プリズム、２
０４…像、２０５，２０６…光軸、２０７…可動つま
み、２０８…連結部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】標本を搭載するためのステージと、前記ス
   テージの下側に配置された対物レンズと、前記対物レン
   ズの光軸上に順に配置された結像レンズとリレーレンズ
   とを有し、 前記結像レンズとリレーレンズとの間には光路偏向手段
   が配置され、前記光軸を斜め上方に折り曲げていること
   を特徴とする倒立顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１に記載の倒立顕微鏡において、前
   記結像レンズが、該結像レンズと前記リレーレンズとの
   間に形成する中間像を形成し、該中間像の大きさは、前
   記リレーレンズが形成するリレー像よりも小さいことを
   特徴とする倒立顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項２に記載の倒立顕微鏡において、前
   記リレーレンズは、前記中間像側に配置された第１レン
   ズ群と、前記リレー像側に配置された第２レンズ群とを
   有し、前記第２レンズ群は、前記光軸上に順に凸レン
   ズ、凹レンズ、凸レンズを配置した完全対称型であり、 前記第１レンズ群と中間像との距離Ｄ１と、前記第１レ
   ンズ群と前記第２レンズ群との距離Ｄ２とは、 Ｄ１＜Ｄ２ の関係であり、 前記第２レンズ群は、前記凸レンズの焦点距離をｆＡ、
   アッベ数をν１、前記凹レンズの焦点距離をｆＢ、アッ
   ベ数をν２とした場合に、 ０．８＜｜ν１×ｆＢ｜／｜ν２×ｆＡ｜＜１．０ ０．４５＜｜ｆＢ｜／｜ｆＡ｜＜０．５５ を満たしていることを特徴とする倒立顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項２に記載の倒立顕微鏡において、前
   記リレーレンズと前記リレー像の間には、前記リレーレ
   ンズからの光束を前記光軸から分離するための偏向手段
   が、前記光軸上に着脱可能に配置されていることを特徴
   とする倒立顕微鏡。