专利名称：成像光学系统、具有该成像光学系统的显微镜装置及实体显微镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成像光学系统、具有该成像光学系统的显微镜装置及实体显微镜装置。
背景技术：
作为显微镜装置的一例的实体显微镜装置在观察具有凹凸的物体时，象用双眼观察时一样，可具有立体感地进行观察。因此，在显微镜下作业时，易于把握小镊子等工具和物体之间的距离关系。所以在精密机械工业、生物解剖或手术等需要细致处置的领域中较为有效。在这种实体显微镜装置中，为获得形成物体立体感的视差，使入射到左右双眼的光束的光学系统至少部分独立，其光轴在物体面上相交。并且，做成从不同方向观察物体的放大像，通过目镜进行观察，从而获得微小物体的立体视图。在实体显微镜装置中，作为获得立体视图的代表性方法，包括平行系实体显微镜装置(平行系双筒显微镜装置)。如图30(a)所示，该平行系实体显微镜装置100'具有 一个物镜1'；与该物镜1'的光轴平行配置的右眼用及左眼用这两个观察光学系统2'。 在该观察光学系统2'的各个中，通常具有变倍机构，以下称为变倍光学系统3'。并且，在各个观察光学系统2'中设有成像透镜4'。平行系实体显微镜装置100'起到如下作用使其焦点位置与物体面一致的一个物镜1'将平行光束引导到其之后的左右双眼用的变倍光学系统3'。从该物镜1'出射后的平行光束分割为两个变倍光学系统3'，分别到达左右双眼。如图30(b)所示，两个变倍光学系统3'上分别形成光圈S'。此外，这里的入射光瞳的位置是，和光圈S'相比位于物体0侧的、可出现通过变倍光学系统3'内的透镜组形成的光圈像的位置。在这种构成的平行系实体显微镜100'中，如图30(a)所示，物镜开口数与通常的物镜开口数的定义不同。即，物体0和物镜1'间的介质是空气时，通常的物镜开口数如下定义从物体0的光轴上的1点出射的光扩散到物镜1'的整个开口的光束的打开角度的半角α的正弦，而平行系实体显微镜装置100'中的物镜开口数如下定义从物体0的光轴上的1点出射的光扩散到任意一个变倍光学系统3'的光圈S'的最大光圈直径为止时的打开角度的半角β 的正弦。图30(b)是放大图30 (a)的物镜1'和单侧的变倍光学系统3'的一部分的图。从物体面0的中心出射的光入射到物镜1'，变为平行光束，并入射到变倍光学系统3'。物镜1'充分满足正弦条件，因此上述平行光束直径变为物镜1'的焦点距离fobj和物镜开口数sini3的积的2倍。为了发挥物镜开口数性能，该光束需要全部引导到变倍光学系统 3'。为此，当变倍光学系统3'的有效直径为D印时，必须满足有效直径0印>平行光束直径(=2 · fobj · sin β)的关系。反过来说，平行系实体显微镜装置100'中的物镜开口数sini3取决于变倍光学系统3'的有效直径D印的大小。在实体显微镜装置中，如上所述，为了立体视图，具有左眼用及右眼用两个光路，左右光路相邻，因此增大变倍光学系统3'各自的有效直径D印，等同于扩大变倍光学系统3'的左右的光轴间距离。结果是， 确定平行系实体显微镜装置100'的开口数的可以说是变倍光学系统3'的左右的光轴间距离。变倍光学系统3'作为入射的光束和出射的光束同时平行的非焦点变倍光学系统构成，通过其后配置的成像透镜4'成像。其中，非焦点变倍光学系统的倍率(以下称为“非焦点倍率”)通过入射侧的平行光束直径除以出射侧的平行光束直径求出。并且，像的倍率通过成像透镜4'的焦点距离乘以非焦点倍率的值fzoom再除以物镜1'的焦点距离fobj 来求出。近年来，随着应用程序的多样化，通过一个装置可观察较大变倍区域的实体显微镜装置的需求变高。与之相伴，提出了抑制全长的同时扩大变倍区域的变倍光学系统(例如参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2005-91755号公报
发明内容
但是存在以下问题，使变倍区域向低倍侧扩大时，不仅变倍光学系统大型化，物镜也大型化。图31是物镜1'和单侧的变倍光学系统3'的一部分的光路图，将倍率不同的两个状态的变倍光学系统3'连接到同一物镜1'，上下并列。图31 (a)是低倍端状态，图 31(b)是高倍端状态。从图31可知，变倍光学系统3'在低倍时和高倍时，光线通过物镜 1'内的位置完全不同。并且如上所述，倍率通过成像透镜的焦点距离乘以非焦点倍率的值 fzoom并除以物镜1'的焦点距离fobj来求出。由该定义可知，为使变倍区域扩大到低倍侧，需要缩短值fzoom，或延长物镜1'的焦点距离fobj。但延长物镜1'的焦点距离fobj 会导致物镜1'的大型化，因此应避免。这样一来就必须缩短值fzoom。从物镜1'出射并入射到变倍光学系统3'的光线相对光轴的角度θ ‘(如图31(a)所示)，在像高为y、成像透镜4'的焦点距离乘以非焦点倍率的值为fzoom时，y = fzoom · tan θ ‘。因像大小一定，所以当fzoom变短时，Θ'变大。从图31(a)可知，物镜1'大型化的原因主要在于 θ ‘大的光线束。尤其在于使物镜1'的物体0侧大型化。在此仅论述一例，一般情况下， 高倍侧的光线确定物镜1'的像侧的大小，低倍侧的光线确定物镜1'的物体侧的大小。尤其是物镜1'的物体0侧的大型化存在用户观察时隐藏物体面的视界的缺点，应当避免。本发明鉴于以上问题而出现，其目的在于，在具有物镜和观察光学系统(整体是成像光学系统)的显微镜装置中，避免物镜大型化的同时可扩大到低倍区域的成像光学系统，进一步的目的在于提供一种具有该成像光学系统的显微镜装置及实体显微镜装置。为解决上述课题，本发明涉及的成像光学系统，通过物镜及观察光学系统形成像， 并且，以能够使像变倍的方式构成，其特征在于，观察光学系统具有多个透镜组，在从高倍端状态向低倍端状态变倍的区间的至少一部分，多个透镜组中的至少两个透镜组分别以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。在该成像光学系统中，优选其特征在于，至少两个透镜组中、最靠近物镜侧地配置的至少一个透镜组如下移动当从低倍端状态向高倍端状态变倍时，在包含物镜的光轴及观察光学系统的基准光轴在内的面内，对于将从观察光学系统的基准光轴到上述物镜的光轴的方向定义为负的、与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的移动量，作为将从低倍状态向高倍端侧移动的方向定义为正的、在变倍时进行移动的透镜组中最靠近物镜侧地配置的透镜组在观察光学系统的基准光轴上的位置的函数进行表示时，在变倍的区间的至少一部分使该函数的一次微分为0以上、且该函数的二次微分为0以下。并且，在该成像光学系统中，优选其特征在于，入射到观察光学系统的主光线中， 相对于观察光学系统的基准光轴的角度最大的主光线的、在观察光学系统的最靠近物体侧的面的切面上的入射位置如下变化从低倍端状态向高倍端状态变倍时，至少到规定的焦点距离状态为止，靠近观察光学系统的基准光轴侧。并且，在该成像光学系统中，优选其特征在于，观察光学系统具有光圈，在从低倍端状态向高倍端状态变倍的区间的至少一部分，光圈以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。此时，优选其特征在于，光圈追随以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组而移动，光圈的像即出射光瞳的中心在观察光学系统的基准光轴上存在于整个变倍区域。或者优选其特征在于，观察光学系统具有光圈，在从低倍端状态变倍为高倍端状态的区间的至少一部分，光圈具有通过透镜组而移动的光束的整个区域作为开口部，其中， 上述透镜组以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。此时，优选其特征在于，光圈的开口部是内包整个区域的正圆。并且，在上述成像光学系统中，优选其特征在于，观察光学系统具有多个光路，把来自物镜的光从多个光路分别出射，多个光路分别具有多个透镜组。此时，优选其特征在于，观察光学系统的多个光路包括右眼用及左眼用两个光路。并且，该成像光学系统优选其特征在于，在以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组的至少物镜的光轴侧，设有遮光部，其随着以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组的、与基准光轴正交的方向上的成分的移动，遮断通过在该透镜组和物镜的光轴之间产生的空间的光。此时，优选其特征在于，遮光部被以连接设置在多个光路上的、以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个透镜组的方式进行安装，且随着该透镜组的与基准光轴正交的方向上的成分的移动而伸缩。或者优选其特征在于，遮光部包括第1部件，由遮断光的部件形成，形成在与物镜的光轴平行的方向上贯通、且和以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个透镜组大小基本相同的开口，通过将以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个透镜组嵌入到该开口中而进行保持；第2部件，由遮断光的部件形成，能够在物镜的光轴方向上移动，以能够在与基准光轴正交的方向上移动的方式保持第1部件，并且形成在与物镜的光轴平行的方向上贯通的开口部，第2部件的开口部形成为和以具有与基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组的移动无关，该透镜组始终位于开口部内。此时，优选其特征在于，第1部件形成为堵塞开口部内的、以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组以外的部分。或者，优选其特征在于，第1部件在与基准光轴正交的方向的两端部分别具有随着第1部件的移动而伸缩的伸缩部件。进一步，此时优选其特征在于，第1部件及伸缩部件形成为堵塞开口部内的、以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组以外的部分。
并且，在该成像光学系统中，优选其特征在于，以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组中的至少一个是第1校正透镜组，该第1校正透镜组在从高倍端状态向低倍端状态变倍时以多个光路中的透镜组的光轴间距离变短的方式进行移动；以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组中的其余透镜组是第2校正透镜组，该第2校正透镜组校正通过第1校正透镜组进行变化的光路，并如下地出射上述像在将多个透镜组以该多个透镜组的光轴一致的方式进行配置时所要形成的像形成位置上成像。并且，在该成像光学系统中，优选其特征在于，观察光学系统包括非焦点变倍光学系统，该非焦点变倍光学系统具有至少两个透镜组。并且，优选其特征在于，在高倍端状态下，多个透镜组的各光轴基本一致。并且，在该成像光学系统中，优选其特征在于，多个透镜组具有第1透镜组，配置在最靠近物体侧，在变倍中被固定；和第2透镜组，配置在第1透镜组的像侧，是以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组之一；在低倍端状态下， 第2透镜组的光轴相对于第1透镜组的光轴偏心。并且，第1发明涉及的显微镜装置的特征在于，具有上述成像光学系统的任意一种。或者，第2发明涉及的显微镜装置的特征在于，具有照明光学系统，包括具有面状发光区域的面发光体，将面发光体放射的光照射到物体上；上述成像光学系统，包括物镜，对来自物体的光进行聚光，形成物体的像，面发光体配置在物镜的入射光瞳共轭位置或其附近。或者，第3发明涉及的显微镜装置的特征在于，具有上述成像光学系统的任意一种，包括物镜，对来自物体的光进行聚光，形成该物体的像；和照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，引导到成像光学系统的光路上，通过物镜将光照射到物体上；照明光学系统如下构成对应通过透镜组而移动的出射光瞳使光源的像移动，其中，上述透镜组以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。此时，优选其特征在于，照明光学系统无阶段、连续地使照明透镜以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。或者，优选其特征在于，照明光学系统通过至少两个位置的切换，使照明透镜以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。或者，该显微镜装置优选其特征在于，使光源无阶段、连续地或通过至少两个位置的切换以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。或者，第4发明涉及的显微镜装置的特征在于，具有上述成像光学系统的任意一种，包括物镜，对来自物体的光进行聚光，形成该物体的像；和照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，引导到成像光学系统的光路上，通过物镜将光照射到物体上；照明光学系统形成包含通过透镜组而移动的出射光瞳轨迹的大小的光源的像，其中，上述透镜组以具有与观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。并且，本发明涉及的实体显微镜装置具有物镜；多个非焦点变倍光学系统，将从物镜与该物镜的光轴基本平行地出射的平行光作为多个平行光分别出射；多个成像透镜， 对从多个非焦点变倍光学系统分别出射的平行光进行聚光，其特征在于，多个非焦点变倍光学系统中的至少一个，在从高倍端状态变倍为低倍端状态的区间的至少一部分，具有至少两个以具有与物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动的透镜组。该实体显微镜装置的特征在于，具有照明光学系统，其包括具有面状发光区域的面发光体，将面发光体放射的光照射到物体上，面发光体配置在物镜的入射光瞳共轭位置或其附近。或者，该实体显微镜装置的特征在于，具有照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，通过物镜照射到物体上，照明光学系统如下构成对应通过透镜组而移动的出射光瞳，使光源的像移动，其中，上述透镜组以具有与物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动。或者，该实体显微镜装置的特征在于，具有照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，通过物镜照射到物体上；照明光学系统形成包含通过透镜组而移动的出射光瞳轨迹的大小的、光源的像，其中，上述透镜组以具有与物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动。通过使本发明涉及的成像光学系统、显微镜装置及实体显微镜装置如上构成，可避免物镜的大型化，且可扩大到低倍区域。
图1是表示平行系实体显微镜装置的外观的立体图。图2是表示上述显微镜装置的光学系统的构成的说明图。图3是表示平行系实体显微镜装置的成像光学系统的透镜截面图，(a)表示低倍端状态，(b)表示高倍端状态。图4是表示变倍光学系统的透镜截面图，(a)表示低倍端状态，(b)表示中间倍率状态，(c)表示高倍端状态。图5是表示构成第1实施例涉及的低倍端及高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的图，(a)表示第3透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(b)表示第4透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(c)表示高倍端状态。图6是表示构成第2实施例涉及的低倍端及高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的说明图，(a)表示第3透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(b)表示第4透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(c)表示高倍端状态。图7是表示构成第3实施例涉及的低倍端及高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的说明图，(a)表示第3透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(b)表示第4透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(c)表示第5透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(d)表示高倍端状态。图8是表示构成第4实施例涉及的低倍端及高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的说明图，(a)表示第3透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(b)表示第4透镜组为第2校正透镜组时的低倍端状态，(c)表示第5透镜组为第2校正透镜组的情况，(d) 表示高倍端状态。图9是表示以下二者关系的图表将到像侧的移动方向定义为正的第2透镜组的光轴方向移动量；将离开第1透镜组的物体侧顶点(最靠近物体侧的透镜的物体侧面的顶点)的方向定义为正的入射光瞳位置。图10是表示以下二者关系的图表将到像侧的移动方向定义为正的第2透镜组的光轴方向移动量；入射到变倍光学系统的主光线入射角度的正切。图11是表示变倍光学系统和主光线的关系的说明图，(a)表示主光线入射角度， (b)表示主光线入射高度。图12是表示以下二者关系的图表将到像侧的移动方向定义为正的第2透镜组的光轴方向移动量；主光线入射高度。图13是说明主光线及主光线入射高度的说明图，(a)表示不使第2及第3透镜组偏心时的低倍端状态，(b)表示使第2及第3透镜组偏心时的低倍端状态。图14是表示变倍光学系统的第2透镜组的轨道的图表。图15是表示主光线入射高度的关系相对第2透镜组的光轴方向移动量的关系的图表。图16是说明通过第2校正透镜组的偏心而偏心的出射点的说明图，(a)表示第2 校正透镜组未偏心的状态，(b)表示第2校正透镜组偏心的状态，(c)表示通过第2校正透镜组的偏心，利用光圈偏心校正出射点的偏心的状态。图17是说明具有开口部的光圈的说明图，上述开口部内包通过第2校正透镜组的偏心而偏心的光圈移动的整个区域。图18是说明具有开口部的光圈的其他实施方式的说明图，上述开口部内包通过第2校正透镜组的偏心而偏心的光圈移动的整个区域。图19是表示从平行系实体显微镜装置的成像光学系统的入射光瞳的共轭像到光圈为止的、光学系统的截面图，(a)表示通常的实体显微镜装置的低倍端状态，(b)表示该实体显微镜的高倍端状态，(c)表示将变倍光学系统的透镜组的一部分在低倍侧使其光轴间距离变短地移动而构成的实体显微镜装置的低倍端状态。图20是表示在物镜和观察光学系统之间插入同轴入射照明装置时的实体显微镜装置的构成的说明图。图21是表示在观察光学系统内部的变倍光学系统和成像透镜组之间插入同轴入射照明装置时的实体显微镜装置的构成的说明图。图22是表示同轴入射照明装置的光学系统的构成的说明图。图23是表示上述光学系统中的光线的轨迹的说明图。图24是具有第1实施例涉及的遮光部的实体显微镜装置的构成图。图25是表示构成上述第1实施例涉及的遮光部及低倍端和高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的说明图，(a)表示高倍端状态，(b)表示低倍端状态。图26是具有第2实施例涉及的遮光部的实体显微镜装置的构成图。图27是表示构成上述第2实施例涉及的遮光部及低倍端和高倍端中的变倍光学系统的透镜组的配置的说明图，(a)表示高倍端状态，(b)表示低倍端状态。图28是表示上述第2实施例涉及的遮光部及变倍光学系统的可动组的构成的图， (a)表示高倍端状态，(b)表示低倍端状态。图29是表示第2实施例的变形例涉及的遮光部及变倍光学系统的可动组的构成的图，(a)表示高倍端状态，(b)表示低倍端状态。
图30是说明平行系实体显微镜装置的物镜开口数的说明图，(a)表示显微镜装置的光学系统整体，(b)表示放大主要部分的状态。图31是现有的平行系实体显微镜装置的光学系统的截面图，(a)表示低倍端状态，(b)表示高倍端状态。附图标记1 物镜2观察光学系统3变倍光学系统Gl第1透镜组G2 (CGl)第2透镜组(第1校正透镜组)G3 (CG2)第3透镜组(第2校正透镜组)4成像镜头5成像光学系统8、10照明光学系统20、110、112 光源21、31 第 1 部件22、32 第 2 部件25、；35 开口部26、36伸缩部件S、S1、S2 光圈H2、H3 遮光部IM 一次像A基准光轴100平行系实体显微镜装置(显微镜装置)
具体实施例方式以下参照
本发明的优选实施方式。首先，参照图1及图2说明作为显微镜装置的一例的平行系实体显微镜装置100的构成。该平行系实体显微镜装置100是双筒构造的显微镜装置，其光学系统具有成像光学系统5，对通过未图示的透过照明装置照明并透过了物体0的光进行聚光，形成该物体0的一次像IM ；目镜6，用于放大观察通过该成像光学系统5的一次像UL并且，成像光学系统5的构成具有物镜1，对来自物体0的光进行聚光，变换为与光轴基本平行的光束；变倍光学系统3，改变物体0的像的观察倍率(变倍)；成像透镜4，对从该变倍光学系统3出射的光进行聚光，形成上述一次像IM。此外，将由该变倍光学系统3和成像透镜4构成的光学系统称作观察光学系统2，该显微镜装置100 具有光轴彼此平行延伸的两个观察光学系统2及两个目镜6。该实体显微镜装置100具有内置透过照明装置的基底部(照明部)101 ；变倍透镜镜筒103，安装有物镜1及目镜6，在内部具有变倍光学系统3 ；对焦装置105。并且，在基底部101的上表面设有嵌入了透明部件的标本放置台102。此外，物镜1安装在设置于变倍透镜镜筒103的下部的物镜安装部106上。该物镜安装部106包括以下情况从提前确定的多个低倍率的物镜及多个高倍率的物镜中，选择一个并可安装的情况；从提前确定的多个低倍率的物镜及多个高倍率的物镜中，选择多个并安装的情况。在变倍透镜镜筒103内部配置左眼用和右眼用的变倍光学系统3，在该变倍透镜镜筒103的外侧配置变倍旋钮107。变倍光学系统3包括可动透镜组，通过变倍旋钮107的旋转，按照提前确定的移动量向光轴方向移动。并且，变倍光学系统3中包括可变光圈，变倍透镜镜筒103中设有该可变光圈的调节机构(未图示)。并且，对焦装置105具有对焦旋钮108 ；机构部(未图示)，随着该对焦旋钮108的旋转，沿光轴使变倍透镜镜筒103上下运动。进一步，在该变倍透镜镜筒103的上部安装具有成像透镜4及目镜6的双筒104。 分别配置在左右的成像透镜4对从左右双眼用的变倍光学系统3分别出射的平行光进行聚光，暂时成像物体的一次像IM，可通过左右肉眼观察通过使用安装在双镜筒104上端部的目镜6而成像的一次像IM。图3及图4所示的变倍光学系统3，按照从物体0侧开始的顺序，由以下四个透镜组构成具有正的折射力的第1透镜组Gl ；具有负的折射力的第2透镜组G2 ；具有正的折射力的第3透镜组G3 ；具有负的折射力的第4透镜组G4。该变倍光学系统3在从低倍端状态向高倍端状态变倍时，第2透镜组G2从物体侧向像侧以一定方向移动，并且第3透镜组G3 从像侧向物体侧以一定方向移动。即，第2透镜组G2及第3透镜组G3的构成是，总是仅向一定方向移动，不会在变倍中途向相反的方向移动。此外，在第2透镜组G2和第3透镜组 G3之间设置光圈S。该实体显微镜装置100和参照图31所说明的一样，变倍光学系统3处于低倍端状态时通过物镜1的光的最大直径，和处于高倍端状态时通过物镜1的光的最大直径相比较大。即，构成物镜1的透镜的周边部分在高倍时不使用，仅在低倍时使用。相反，变倍光学系统3处于高倍端状态时入射到该变倍光学系统3的光的最大直径，和处于低倍端状态时入射的光的最大直径相比较大。因此，在本实施方式涉及的显微镜装置100中，为了减小在低倍端侧通过物镜1的光束直径，使入射光瞳靠近物镜1的光轴，即如图3所示，在构成变倍光学系统3的透镜组中，至少使一个在变倍时具有与光轴正交的方向上的成分地移动 (以下将该透镜组称为“第1校正透镜组CG1”)。即，相对作为该变倍光学系统3的基准的光轴(例如是该变倍光学系统3含有的透镜组中，变倍时固定的透镜组(例如第1透镜组 Gl)的光轴，称为“基准光轴A”)，使第1校正透镜组CGl的光轴偏心。此外，第1校正透镜组CGl可以是变倍时通过沿光轴移动而使倍率变化的透镜组的至少一个，也可是变倍时不沿光轴移动的透镜组的至少一个，也可是两者，但在图3及图4中，将变倍时通过沿光轴移动而使倍率变化的第2透镜组G2作为第1校正透镜组CGl。如上所述，图3表示物镜1 ；设置在左右眼用的光路(观察光学系统2)上的单侧的变倍光学系统3。其中，变倍光学系统3表示物体0侧的部分透镜组(变倍时固定的第1 透镜组Gl及变倍时移动的第2透镜组G2)。在该变焦类型中，如图4(a)所示，使倍率向低倍端侧变化(变倍)时，使第2透镜组G2(上述第1校正透镜组CGl)向物体侧移动，并且第 2透镜组G2的光轴向和基准光轴A偏差的位置偏心。即，使左右的变倍光学系统3的光轴间距离变短(靠近物镜1的光轴)地移动第1校正透镜组CGl (第2透镜组6 。在变倍时使第1校正透镜组CGl这样移动，从而使左右光瞳接近物镜1的光轴，因此通过物镜1的光线中，周边部分的光线靠近物镜1的光轴侧，因此整体上通过物镜1的光的最大直径变小，可减小物镜1的直径，实现小型化。换言之，即使扩大低倍区域，也可以现有的物镜的直径大小来实现。此时，低倍时和高倍时相比，入射到该变倍光学系统3的光的最大直径变小， 因此即使使第1校正透镜组CGl (第2透镜组G》偏心，也可使光束收纳在第1透镜组CGl 的透镜有效直径(光可入射的最大直径)内。并且，在本实施方式中，第1透镜组Gl及第 4透镜组G4在变倍动作中固定。此外，在该显微镜装置100中，变倍光学系统3优选是对入射的平行光束的直径进行变倍并作为平行光束(非焦点光束)出射的非焦点变倍光学系统。因此，为了最终作为非焦点光束从变倍光学系统3出射，通过使第2透镜组G2 (第1校正透镜组CGl)偏心，该变倍光学系统3内的光路改变，对于出射的光束偏离平行光束的情况，需要使其他透镜组中的至少一个以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动并进行校正(将该透镜组称为“第2校正透镜组CG2”)。即，需要进行以下动作使第2校正透镜组CG2偏心，校正因第 1校正透镜组CGl变化的光路，并如下地出射使像在构成该变倍光学系统3的透镜组以其光轴一致的方式配置时所要形成的像形成位置上成像。在图4所示的变倍光学系统3中， 将具有正折射力的第3透镜组G3作为第2校正透镜组CG2使用。因此，在低倍端状态下， 相对基准光轴A (第1透镜组Gl的光轴)，使第3透镜组G3向和第2透镜组G2相同的方向偏心。此时的第3透镜组G3的偏心量根据第2透镜组G2的偏心量唯一地确定。此外，将具有负折射力的第4透镜组G4作为第2校正透镜组CG2时，需要向和第2透镜组G2相反的方向偏心。并且，该第2校正透镜组CG2可以是变倍时通过沿光轴移动而改变倍率的透镜组的至少一个，也可是变倍时不沿光轴移动的透镜组的至少一个，也可是两者。并且，入射到该变倍光学系统3的光束的直径在最高倍时变得最大。因此，如图 4(c)所示，在变倍光学系统3最高倍时，为有效利用变倍光学系统3的入射光瞳，优选该变倍光学系统3含有的所有透镜组(第1 第4透镜组Gl G4)的光轴基本一致(与上述基准光轴A基本一致)。其中，上述图3所示的变倍光学系统3中，示出了第1透镜组Gl具有正折射力，第 2透镜组G2(第1校正透镜组CGl)具有负折射力的情况。之后，接着对变倍光学系统3中的图3中未图示的第3透镜组之后的透镜组和成像透镜、目镜，通过左眼、右眼观察像。该图3所示的光路图表示与图31所示的现有光学系统基本具有相同开口数地构成的情况。 此时，图3 (b)所示的变倍光学系统3最高倍时，如上所述，为了有效利用变倍光学系统3的入射光瞳，优选所有透镜组的光轴一致(在与物镜1的光轴平行的直线上)，因此变为和图 31(b)相同的光路图。下表1表示图3所示的物镜1的各元素。并且在该表1中，m表示从物体0侧计数的光学面的面号码，r表示各光学面的曲率半径，d表示从各光学面到下一光学面为止的光轴上的距离(面间隔)，nd表示相对d线的折射率，vd表示阿贝数。并且在下表1中，省略了空气的折射率1.00000。其中，以下所有元素值中记载的曲率半径、面间隔、其他长度单位一般使用“mm”，但光学系统即使放大比例或缩小比例也可获得同等的光学性能，因此不限于此(之后各表中也一样)。(表1)
1权利要求
1.一种成像光学系统，通过物镜及观察光学系统形成像，并且以能够使上述像变倍的方式构成，其特征在于，上述观察光学系统具有多个透镜组，在从高倍端状态向低倍端状态变倍的区间的至少一部分，上述多个透镜组中的至少两个透镜组分别以具有与上述观察光学系统的基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，上述至少两个透镜组中、最靠近上述物镜侧地配置的至少一个透镜组如下移动当从上述低倍端状态向高倍端状态变倍时，在包含上述物镜的光轴及上述观察光学系统的上述基准光轴在内的面内，对于将从上述观察光学系统的上述基准光轴到上述物镜的光轴的方向定义为负的、与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的移动量，作为将从上述低倍状态向上述高倍端侧移动的方向定义为正的、在上述变倍时进行移动的透镜组中最靠近上述物镜侧地配置的透镜组在上述观察光学系统的上述基准光轴上的位置的函数进行表示时，在上述变倍的区间的至少一部分使上述函数的一次微分为0以上、且上述函数的二次微分为0以下。
3.根据权利要求2所述的成像光学系统，其特征在于，入射到上述观察光学系统的主光线中，相对于上述观察光学系统的上述基准光轴的角度最大的主光线的、在上述观察光学系统的最靠近物体侧的面的切面上的入射位置如下变化从上述低倍端状态向上述高倍端状态变倍时，至少到规定的焦点距离状态为止，靠近上述观察光学系统的上述基准光轴侧。
4.根据权利要求1 3的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，上述观察光学系统具有光圈，在从上述低倍端状态向上述高倍端状态变倍的区间的至少一部分，上述光圈以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。
5.根据权利要求4所述的成像光学系统，其特征在于，上述光圈追随以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组而移动，上述光圈的像、即出射光瞳的中心在上述观察光学系统的上述基准光轴上存在于整个变倍区域。
6.根据权利要求1 3的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，上述观察光学系统具有光圈，在从上述低倍端状态向上述高倍端状态变倍的区间的至少一部分，上述光圈具有通过上述透镜组而移动的光束的整个区域作为开口部，其中，上述透镜组以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。
7.根据权利要求6所述的成像光学系统，其特征在于，上述光圈的上述开口部是内包上述整个区域的正圆。
8.根据权利要求1 7的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，上述观察光学系统具有多个光路，把来自上述物镜的光从上述多个光路分别出射，上述多个光路分别具有上述多个透镜组。
9.根据权利要求8所述的成像光学系统，其特征在于，上述观察光学系统的上述多个光路包括右眼用及左眼用两个光路。
10.根据权利要求8或9所述的成像光学系统，其特征在于，在以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组的至少上述物镜的光轴侧，设有遮光部，该遮光部随着以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组的、与上述基准光轴正交的方向上的成分的移动，遮断通过在该透镜组和上述物镜的光轴之间所产生的空间的光。
11.根据权利要求10所述的成像光学系统，其特征在于，上述遮光部被以连接设置在上述多个光路上的、以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个上述透镜组的方式进行安装，且随着该透镜组的与上述基准光轴正交的方向上的成分的移动而伸缩。
12.根据权利要求10所述的成像光学系统，其特征在于，上述遮光部包括第1部件，由遮断光的部件形成，形成在与上述物镜的光轴平行的方向上贯通、且和以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个上述透镜组大小基本相同的开口，将以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的各个上述透镜组嵌入到该开口中而进行保持；和第2部件，由遮断光的部件形成，能够在上述物镜的光轴方向上移动，以能够在与上述基准光轴正交的方向上移动的方式保持上述第1部件，并且，形成在与上述物镜的光轴平行的方向上贯通的开口部；上述第2部件的上述开口部形成为与以具有与上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组的移动无关，该透镜组始终位于上述开口部内。
13.根据权利要求12所述的成像光学系统，其特征在于，上述第1部件形成为堵塞上述开口部内的、以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组以外的部分。
14.根据权利要求12所述的成像光学系统，其特征在于，上述第1部件在与上述基准光轴正交的方向上的两端部分别具有随着上述第1部件的移动而伸缩的伸缩部件。
15.根据权利要求14所述的成像光学系统，其特征在于，上述第1部件及上述伸缩部件形成为堵塞上述开口部内的、以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组以外的部分。
16.根据权利要求8 15的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组中的至少一个是第1校正透镜组，该第1校正透镜组在从上述高倍端状态向上述低倍端状态变倍时以上述多个光路中的上述透镜组的光轴间距离变短的方式进行移动，以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组中的其余透镜组是第2校正透镜组，该第2校正透镜组校正通过上述第1校正透镜组进行变化的光路，并如下地出射上述像在将上述多个透镜组以该多个透镜组的光轴一致的方式进行配置时所要形成的像形成位置上成像。
17.根据权利要求1 16的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，上述观察光学系统包括非焦点变倍光学系统，该非焦点变倍光学系统具有上述至少两个透镜组。
18.根据权利要求1 17的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，在上述高倍端状态下，上述多个透镜组的各光轴基本一致。
19.根据权利要求1 18的任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，上述多个透镜组具有第1透镜组，配置在最靠近物体侧，在上述变倍中被固定；和第2透镜组，配置在上述第1透镜组的像侧，是以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动的上述透镜组之一；在上述低倍端状态下，上述第2透镜组的光轴相对于上述第1透镜组的光轴偏心。
20.一种显微镜装置，其特征在于，具有权利要求1 19的任意一项所述的成像光学系统。
21.一种显微镜装置，其特征在于，具有照明光学系统，包括具有面状发光区域的面发光体，将上述面发光体放射的光照射到物体；和权利要求1 19的任意一项所述的成像光学系统，包括物镜，对来自上述物体的光进行聚光而形成物体的像；上述面发光体配置在上述物镜的入射光瞳共轭位置或入射光瞳共轭位置附近。
22.—种显微镜装置，其特征在于，具有权利要求1 18的任意一项所述的成像光学系统，包括物镜，对来自物体的光进行聚光而形成该物体的像；和照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，引导到上述成像光学系统的光路上，通过上述物镜将上述光照射到上述物体上；上述照明光学系统如下构成对应通过上述透镜组而移动的出射光瞳使上述光源的像移动，其中，上述透镜组以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。
23.根据权利要求22所述的显微镜装置，其特征在于，上述照明光学系统无阶段、连续地使上述照明透镜以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。
24.根据权利要求22所述的显微镜装置，其特征在于，上述照明光学系统通过至少两个位置的切换，使上述照明透镜以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。
25.根据权利要求22所述的显微镜装置，其特征在于，使上述光源无阶段、连续地或通过至少两个位置的切换以具有与光轴正交的方向上的成分的方式移动。
26.—种显微镜装置，其特征在于，具有权利要求1 18的任意一项所述的成像光学系统，包括物镜，对来自物体的光进行聚光，形成该物体的像；和照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，引导到上述成像光学系统的光路上，通过上述物镜将上述光照射到上述物体上；上述照明光学系统形成包含通过上述透镜组移动的出射光瞳轨迹的大小的、上述光源的像，其中，上述透镜组以具有与上述观察光学系统的上述基准光轴正交的方向上的成分的方式移动。
27.一种实体显微镜装置，其特征在于，具有物镜；多个非焦点变倍光学系统，将从上述物镜与该物镜的光轴基本平行地出射的平行光作为多个平行光分别出射；和多个成像透镜，对从上述多个非焦点变倍光学系统分别出射的平行光进行聚光； 上述多个非焦点变倍光学系统中的至少一个，在从高倍端状态向低倍端状态变倍的区间的至少一部分，具有至少两个透镜组，该透镜组以具有与上述物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动。
28.根据权利要求27所述的实体显微镜装置，其特征在于，具有照明光学系统，其包括具有面状发光区域的面发光体，将上述面发光体放射的光照射到物体上，上述面发光体配置在上述物镜的入射光瞳共轭位置或入射光瞳共轭位置附近。
29.根据权利要求27所述的实体显微镜装置，其特征在于，具有照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，通过上述物镜照射到物体上，上述照明光学系统如下构成对应通过上述透镜组而移动的出射光瞳使上述光源的像移动，其中，上述透镜组以具有与上述物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动。
30.根据权利要求27所述的实体显微镜装置，其特征在于，具有照明光学系统，通过照明透镜对来自光源的光进行聚光，通过上述物镜照射到物体上，上述照明光学系统形成包含通过上述透镜组而移动的出射光瞳轨迹的大小的、上述光源的像，其中，上述透镜组以具有与上述物镜的光轴正交的方向上的成分的方式移动。
全文摘要
提供一种成像光学系统，其具有较大的光轴间距离，同时可避免显微镜装置的光学系统整体的大型化，可向低倍区域扩大，其中，平行系实体显微镜装置(100)等中使用的变倍光学系统(3)，具有光轴基本平行地配置的多个光路，包括多个透镜组，使与各光路基本平行入射的光束直径变倍并作为基本平行的光束出射，对应变倍，在各光路中，至少两个透镜组沿光轴移动，多个光路中，至少一个光路的至少两个透镜组在从高倍端状态向低倍端状态变倍的区间的至少一部分，对应变倍以具有与光轴正交方向上的成分的方式移动。
文档编号G02B15/167GK102301268SQ201080005919
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月25日 优先权日2009年1月29日
发明者中山浩明, 大内由美子, 水田正宏 申请人:株式会社尼康