JPH0760218B2

JPH0760218B2 - 単対物型双眼実体顕微鏡

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Publication number: JPH0760218B2
Application number: JP59159368A
Authority: JP
Inventors: 陽一井場; 正資木村; 和男梶谷
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPS6139017A; US4640586A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、対物レンズの射出光束がアフオーカル像を作
るいわゆる無限遠補正の単対物レンズを有する双眼実体
顕微鏡の対物レンズに関するものである。

従来技術実体顕微鏡で観察すると奥行知覚が引きおこされるが、
この奥行知覚を引きおこす最も重要な要因は、両眼の視
差である。

一方実体顕微鏡で平面状の標本を観察した時に観察され
た像が平面には見えず凸面に見えることがある。これは
単対物レンズ型の双眼実体顕微鏡では、程度の差はあつ
ても必ず起こる現象である。この像が凸面に見える現象
は、奥行知覚によるものであつて、視野中心に比べて周
辺が中心より遠ざかるにつれてより奥に知覚されるため
である。

実体顕微鏡において奥行知覚が得られることは、他の顕
微鏡にては得られない重要な特徴であるが、上記のよう
にこの奥行知覚に狂いをおこさせることは単対物レンズ
型双眼実体顕微鏡の欠点である。

この奥行知覚の狂いの原因は、観察像に一般の顕微鏡に
おいては生じない像の非対称な特有の歪があるためで、
両眼の視差にずれが生じて奥行知覚に狂いが生じるため
である。しかし従来は、この奥行知覚の狂いの原因に気
付いて像の非対称な歪を補正した単対物レンズ型実体顕
微鏡は知られていない。

特開昭58−203411号公報（ドイツ特許第3217776号）に
記載された単対物レンズ型実体顕微鏡を例にあげると、
その実施例は後に説明する像の非対称な歪をあらわす量が0.015〜0.05と大きな値である。これは、平面を観察
した場合に、例えば明視の距離250mmに作られた直径100
mmの視野内に約400mm〜120mmの半径の球面の一部を見て
いるような錯覚を生ずる大きさである。

目的本発明の目的は、観察像の中心部が盛上がって見える奥
行知覚の歪みの生じない単対物型実体顕微鏡を提供する
ことにある。

概要本発明の単対物型実体顕微鏡は、物体からの光をアフォ
ーカル光束に変換する一つの対物レンズと、該対物レン
ズを射出した光を受けて左右の像を形成する２つの観察
光学系とを備えており、前記対物レンズの光軸に垂直な
観察平面内にある１つの点から発してこの対物レンズを
通り前記２つの観察光学系の各々の瞳の中心を通る２つ
の光線と、前記観察平面と対物レンズの光軸の交点より
発して前記２つの観察光学系の各々の瞳の中心を通る２
つの光線とが、前記対物レンズを射出した直後にそれぞ
れなす角をθ_Ｒ、θ_Ｌとしたとき、前記観察平面内の全
ての点について次の条件が成り立つことを特徴とするも
のである。

本発明の対物レンズは、以上のような構成にすることに
よつて非対称な歪を実用上無視出来る程度に小さくする
ことが可能であつて、これによつて平面状の標本がその
まま平面として観察されるようにしたものである。

更に本発明の対物レンズは上記関係を満足する対物レン
ズであつて、物体側から順に正の屈折力を有する第１群
レンズと、正レンズと負レンズとからなり凸面を物体側
に向けた接合メニスカスレンズの第２群レンズと、単体
の正レンズの第３群レンズとよりなるものである。

更に本発明の対物レンズは、第１群レンズが物体側から
順に１枚以上の単体の正レンズと物体側に凹面を向けた
負の屈折力を持つメニスカスレンズよりなつている。

又前記第１群レンズのメニスカスレンズを負レンズと正
レンズの接合レンズとしたものである。

以下本発明の双眼実体顕微鏡の詳細な内容を図面にもと
づいて説明する。

第１図は単対物型実体顕微鏡の光学系を示している。こ
の図においては１は対物レンズ、２は対物レンズ１の前
側焦点位置近傍におかれた標本、3,3′は夫々対物レン
ズの作る標本のアフオーカル像を実像にする左右の結像
レンズ、4,4′は前記の実像を正立像にする左，右のイ
メージローテータープリズム,5,5′は正立実像を拡大観
察する左，右の接眼レンズである。この光学系のうち結
像レンズ３および３′、イメージローテーター４および
４′、接眼レンズ５および５′により夫々左，右二つの
観察光学系を構成している。又6,6′はこれら左，右の
観察光学系の瞳である。この第１図の光学系において、
標本２は対物レンズ１の光軸に垂直な平面でありこの標
本面と光軸との交点ｏを原点、夫々の結像レンズ３およ
び３′の光軸によつて決定される面と標本面との交線を
ｙ軸とし、このｙ軸は左眼から右眼方向へ延びていると
する。

前記ｙ軸上の任意の点をｐとする時、実体顕微鏡を通し
て点ｏと点ｐを観察すると両眼の視差がどうなるかをみ
てみる。第２図は光学系のうち標本から瞳6,6′までの
部分を拡大して示した図で、また点ｏと点ｐより発して
夫々瞳６および６′を通る各２本の光線v₁，v₂，v_L，v_R
を示したものである。これら光線v₁とv_Lおよび光線v₂と
v_Rとが対物レンズ１を射出した直後になす角を夫々θ_Ｌ
（＞０），θ_Ｒ（＞０）とすると点ｐのｙ座標の値に対
するθ_Ｒ−θ_Ｌの関係は、最も一般的な対物レンズであ
る下記データーの対物レンズを例にとると第３図に示す
ようになる。

r₁＝−292.132 d₁＝４ n₁＝1.48749 ν_１＝70.15 r₂＝−68.225 d₂＝0.2 r₃＝270.17 d₃＝３ n₂＝1.75520 ν_２＝27.51 r₄＝88.504 d₄＝７ n₃＝1.48749 ν_３＝70.15 r₅＝−102.195 ただしr₁，r₂，…はレンズ各面の曲率半径d₁，d₂，…は
各レンズの肉厚、n₁，n₂，n₃は各レンズの屈折率、
ν_１，ν_２，ν_３は各レンズのアツベ数である。

又結像レンズ３と３′の光軸間距離は22mm,この入射瞳
は対物レンズの最終面から37mmとする。

上記の対物レンズに限らず従来の対物レンズは、いずれ
も第３図に示すような原点を回転対称とした単調増加の
曲線になる。

ところで結像レンズ3,3′以後の観察光学系は、対物レ
ンズにより形成されるアフオーカル像を拡大観察するの
で望遠鏡光学系と考えられる。したがつて観察光学系を
通してみえる像の大きさは、観察光学系に入射する主光
線の入射角できまる。ただし点ｏより発して観察光学系
に入射する光線v₁，v₂は、対物レンズ１が無収差であれ
ば観察光学系の光軸と一致するが、実際には多少の収差
があるのでこれら光線v₁，v₂と光軸にはわずかな傾きが
生ずる。したがつて前記の観察光学系へ入射する主光線
の入射角は、観察光学系の光軸と主光線とのなす角では
なく、光線v₁，v₂と主光線v_L，v_Rとのなす角θ_Ｌ，θ_Ｒ
を用いた方が観察中心である点ｏから像の大きさを測る
ことになりより厳密である。しかるにθ_Ｌ又はθ_Ｒが大
きければ大きい程、ｙ軸上の点ｐは、点ｏからはなれた
位置に観察光学系にて観察される。ここで第３図に示さ
れたθ_Ｒ−θ_Ｌとｙとの関係を考慮すると第４図に示す
ようになる。つまり点ｐがｙ＞ｏにある時には、第３図
より明らかなようにθ_Ｒはθ_Ｌより大でしかも点ｐがｏ
点より離れる程その差は大になる。そのため右側の接眼
で観察する方が左側の接眼で観察するよりも点ｐが点ｏ
から離れた位置に見える。したがつて第４図（Ａ）のよ
うに左接眼の観察像７での点ｐの像13と点ｏの像11との
間隔よりも右接眼での観察像８の点ｐの像14と点ｏの像
12の間隔の方が大になる。逆にｙ＜ｏにおいては第４図
（Ｂ）のように左接眼での観察像９の点ｐの像15と点ｏ
の像11の間隔が右接眼での観察像10の点ｐの像16と点ｏ
の像12の間隔より大になる。以上の理由により両眼24,2
5に視差があらわれ、第５図に示すような立体感が生じ
る。つまり点ｏの像11,12を注視した場合、ｙ＞ｏに置
かれた点ｐの像13,14の融像点17或いはｙ＜ｏに置かれ
た点ｐの像15,16の融像点18は、点ｏの像11,12の融像点
より奥に出来る。尚融像点とは一点より出て夫々左右の
眼に入射する光をそのまま逆に延ばした時に両者の交わ
る点を云う。この奥行感は、両眼の視差の大きさ即ち｜
θ_Ｒ−θ_Ｌ｜が大きくなればなる程増すので、点ｐが点
ｏから離れる施融像点は奥に出来奥行感が増す。

以上は、ｙ軸上についてのみ述べたがそれ以外のすべて
の方向について視野中心に見える点に比べこれより離れ
るほど奥に見える。したがつて平面を観察しても凸面を
観察しているように見える。

上記の視差のために観察される凸面を球面に近似させて
みた場合、第６図に示すように球面の外径を2H、半径を
Ｒ、眼からの距離をＬとする時の範囲内では、球面か平面かの判別が困難になる。一例
をあげると外径が100mmの球面を眼から250mm離した時に
は、半径が800mm以上の球面は平面として見える。

この図において視野中心の点ｏと周辺の点ｐの右眼24か
らの観察像点を夫々23,19、同じ点の左眼25からの観察
像点を夫々23,20とし、像点19,20の融像点21の像点23か
らみた奥行量をＤ、融像点21,23を含む曲面26の半径を
Ｒ、その外径を2H、左右の眼からの距離をＬ、左右の眼
の眼巾をＷとすると次の関係が成立つ。

よつてここで前述の球面が平面と判別困難になる条件のよって又観察光学系が望遠鏡光学系であるから次の関係が成立
つ。

これを用いれば下記の関係が成立つ。

更に眼巾Ｗの平均値はＷ＝62であるから次の関係が導か
れる。

よつて上記の条件を満足する対物レンズを用いて平面を
観察すれば観察像は正しく平面にみえる。

以上の条件を満足する対物レンズとして、物体側より順
に正の屈折力を持つ第１群レンズと凸面を物体側に向け
た正レンズと負レンズの接合メニスカスレンズの第２群
レンズと、単玉正レンズの第３群レンズよりなるレンズ
系が考えられる。

また第１群レンズを物体側から順に１枚以上の単玉正レ
ンズと物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニス
カスレンズにて構成することが有効である。

更に第１群レンズの前記メニスカスレンズを正レンズと
負レンズの接合レンズにすることが望ましい。

前記の第２群レンズのメニスカスレンズの後面は、点ｐ
がｙ＞ｏにある時θ_Ｌを大きくするように補正し、ｙ＜
ｏにある時はθ_Ｒを大きくするように補正する。点ｐが
ｙ＞ｏにある時の光線v_Lおよび点ｐがｙ＜ｏにある時の
v_Rはこのメニスカスレンズの近くで対物レンズの光軸と
交差する。そのためこの厚いメニスカスレンズの前面と
後面とでθ_Ｒ又はθ_Ｌの補正量が異なり、前面が後面の
補正を打消すことはない。ただし点ｐがｙ＞ｏにある時
のθ_Ｒ、ｙ＜ｏにある時のθ_Ｌに対しては、前記メニス
カスレンズの前面と後面とで正反対の補正効果になるの
で全体としては補正効果は生じない。

一般の対物レンズは、既に第３図にもとづいて説明した
ように点ｐがｙ＞ｏの時はθ_Ｒ＞θ_Ｌ又ｙ＜ｏの時には
θ_Ｒ＜θ_Ｌである。したがつて第２群をメニスカスレン
ズにすることによつてその後面に前述のようなｙ＞ｏの
時にθ_Ｌを大きくし、ｙ＜ｏの時にθ_Ｒを大きくする補
正作用をもたせれば｜θ_Ｒ−θ_Ｌ｜を小にすることが可
能である。

またこの第２群レンズのメニスカスレンズを接合レンズ
にすれば色収差の補正も可能である。

次に前述のように第１群レンズ内にメニスカスレンズを
配置することもペツツバール和の補正と共に｜θ_Ｒ−θ
_Ｌ｜を小さくするために有効である。つまりこの第１群
レンズ内のメニスカスレンズの前面は、点ｐがｙ＞ｏに
ある時はθ_Ｒを小さくするように補正し、点ｐがｙ＜ｏ
にある時にはθ_Ｌを小さくするように補正をする。した
がつて第３図から明らかなように｜θ_Ｒ−θ_Ｌ｜を小さ
くする働きをする。又この第１群レンズ内のメニスカス
レンズの前面は負の屈折力を持つので、この働きをメニ
スカスレンズの後面が打ち消すことがない。

更に本発明レンズ系は対物レンズとしての所定の屈折力
を得るために第１群レンズと第３群レンズに正の屈折力
を分配している。この正の屈折力の分配は、単に球面収
差等の発生を小さくする働きの他に作動距離を調整する
働きを持つている。つまり第２群レンズは、対物レンズ
全体の主点位置を物体側へ移動するために作動距離が長
くなりすぎないように第３群レンズに正の屈折力を持た
せこれを調整している。又色収差の補正を行なう第２群
レンズを色収差が発生する第１群レンズと第３群レンズ
の間に配置し、軸上色収差と倍率の色収差をバランス良
く補正するようにしている。

対物レンズ全体として強い正の屈折力を持たせ、且つ作
動距離を比較的長めにするためには第３群レンズの屈折
力を大にするよりは第１群レンズの屈折力を大にした方
がよいが第１群レンズの色収差の発生量が増大する。そ
の場合第２群レンズのみでは色収差を補正しきれなくな
る。そのため第１群レンズに接合メニスカスレンズを用
い、、第１群レンズ内である程度色収差を補正すること
が望ましい。又この第１群レンズの持つ正の屈折力に応
じて単玉凸レンズの枚数を増やすことが望ましい。

実施例次に本発明の各実施例を示す。

実施例１ r₁＝48.005 d₁＝８ n₁＝1.48749 ν_１＝70.2 r₂＝−1403.259 d₂＝0.2 r₃＝64.898 d₃＝11 n₂＝1.50137 ν_２＝56.4 r₄＝−69.029 d₄＝3.7 n₃＝1.6765 ν_３＝37.5 r₅＝40.843 d₅＝5.1 r₆＝124.521 d₆＝4.3 n₄＝1.8044 ν_４＝39.6 r₇＝−266.591 ｆ＝99.998,WD＝102.14 実施例２ r₁＝147.202 d₁＝７ n₁＝1.48749 ν_１＝70.2 r₂＝−102.195 d₂＝2.5 r₃＝−56.868 d₃＝５ n₂＝1.60342 ν_２＝38.0 r₄＝−305.702 d₄＝0.3 r₅＝50.883 d₅＝６ n₃＝1.61293 ν_３＝37.0 r₆＝101 d₆＝6.5 n₄＝1.71736 ν_４＝29.5 r₇＝49.086 d₇＝5.5 r₈＝∞ d₈＝5.9 n₅＝1.641 ν_５＝56.9 r₉＝−70.551 ｆ＝132.97,WD＝118.41 実施例３ r₁＝211.535 d₁＝6.5 n₁＝1.641 ν_１＝56.9 r₂＝−86.686 d₂＝1.9 r₃＝−54.935 d₃＝４ n₂＝1.6445 ν_２＝40.8 r₄＝137.71 d₄＝５ n₃＝1.48749 ν_３＝70.2 r₅＝−296.631 d₅＝0.3 r₆＝52.761 d₆＝8.2 n₄＝1.70154 ν_４＝41.2 r₇＝∞ d₇＝４ n₅＝1.6445 ν_５＝40.8 r₈＝47.354 d₈＝5.2 r₉＝∞ d₉＝6.7 n₆＝1.48749 ν_６＝70.2 r₁₀＝−60.572 ｆ＝133.1,WD＝117.34 実施例４ r₁＝136.314 d₁＝8.2 n₁＝1.63854 ν_１＝55.4 r₂＝−66.704 d₂＝1.4 r₃＝−51.700 d₃＝4.0 n₂＝1.6445 ν_２＝40.8 r₄＝111.014 d₄＝5.5 n₃＝1.497 ν_３＝81.6 r₅＝−174.187 d₅＝0.2 r₆＝38.671 d₆＝5.4 n₄＝1.70154 ν_４＝41.2 r₇＝68.687 d₇＝4.0 n₅＝1.6765 ν_５＝37.5 r₈＝34.613 d₈＝7.5 r₉＝∞ d₉＝5.8 n₆＝1.48749 ν_６＝70.1 r₁₀＝−65.334 ｆ＝100,WD＝89.026 実施例５ r₁＝116.54 d₁＝13 n₁＝1.48749 ν_１＝70.2 r₂＝−40.922 d₂＝0.2 r₃＝146.175 d₃＝6.9 n₂＝1.497 ν_２＝81.6 r₄＝−92.646 d₄＝4.1 r₅＝−44.106 d₅＝4.4 n₃＝1.6765 ν_３＝37.5 r₆＝64.058 d₆＝12.2 n₄＝1.497 ν_４＝81.6 r₇＝−64.058 d₇＝0.2 r₈＝35.162 d₈＝16.1 n₅＝1.64769 ν_５＝33.8 r₉＝−75.023 d₉＝4.6 n₆＝1.71852 ν_６＝33.5 r₁₀＝29.424 d₁₀＝７ r₁₁＝149.6 d₁₁＝６ n₇＝1.72 ν_７＝43.7 r₁₂＝−215.374 ｆ＝49.98,WD＝42.29 ただしr₁，r₂，…はレンズ各面の曲率半径、d₁，d₂，…
は各レンズの肉厚および空気間隔、n₁，n₂，…は各レン
ズの屈折率、ν_１，ν_２，…は各レンズのアツベ数、ｆ
は対物レンズ全系の焦点距離、WDは作動距離である。又
観察光学系の光軸間距離は22mm、観察光学系の入射瞳位
置は37mmである。

以上の実施例のうち、実施例１は第７図に示す通りで、
第１群レンズは単体の正レンズ、第２群レンズは接合メ
ニスカスレンズ、第３群レンズは単体の正レンズであ
る。

実施例２は第８図に示すレンズ系で、第１群レンズが単
体の正レンズと負のメニスカスレンズである。

実施例３および実施例４は夫々第９図および第10図に示
す通りのレンズ系で第１群レンズが単体の正レンズと接
合メニスカスレンズである。

実施例５は第11図の通りで第１群レンズは、二つの単体
の正レンズと接合メニスカスレンズである。

以上の各実施例の収差曲線図は第12図乃至第16図に示し
てある。これら収差曲線図のうち球面収差，非点収差，
歪曲収差はいずれも観察光学系側より光線を入射させて
追跡したもので、観察光学系の光軸を通る光線を基準に
して表示してある。

発明の効果以上説明したように、本発明の対物レンズは、単対物型
実体顕微鏡用のものでありながら観察像の中心部が盛り
上がつてみえるという奥行知覚の狂いを解消し得たもの
で、特に近年観察頻度が増えてきたICマスク,ICウエハ
ー等の平面状の標本の観察においても異和感なく観察し
得る効果を有する。又歪がないために作業用顕微鏡とし
て使用した場合、作業者の疲労を軽減し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は単対物型双眼実体顕微鏡の光学系を示す図、第
２図は前記光学系の一部を拡大して示した図、第３図は
従来の単対物型双眼実体顕微鏡の対物レンズ射出直後の
角θ_Ｒ，θ_Ｌの関係を示す図、第４図は従来の光学系に
おける左右観察像を示す図、第５図は従来の光学系にお
ける融像点を示す図、第６図は凸面として観察される像
と観察眼等との関係を示す図、第７図乃至第11図は本発
明の実施例１乃至実施例５の断面図、第12図乃至第16図
は実施例１乃至実施例５の収差曲線図である。１…対物レンズ、２…標本、3,3′…結像レンズ、5,5′
…接眼レンズ、6,6′…瞳。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−72114（ＪＰ，Ａ) 実開昭50−137040（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体からの光をアフォーカル光束に変換す
る一つの対物レンズと、該対物レンズを射出した光を受
けて左右の像を形成する２つの観察光学系とを備えた単
対物型双眼実体顕微鏡において、前記対物レンズの光軸に垂直な観察平面内にある１つの
点から発して該対物レンズを通り前記２つの観察光学系
の各々の瞳の中心を通る２つの光線と、前記観察平面と
対物レンズの光軸の交点より発して前記２つの観察光学
系の各々の瞳の中心を通る２つの光線とが、前記対物レ
ンズを射出した直後にそれぞれなす角をθ_Ｒ、θ_Ｌとし
たとき、前記観察平面内の全ての点について次の条件が
成り立つことを特徴とする単対物型双眼実体顕微鏡。｜（θ_Ｒ−θ_Ｌ）／θ_Ｒ｜＜0.00775
【請求項２】前記対物レンズは、物体側より順に、正の
屈折力を有する第１群レンズと、正レンズと負レンズの
接合レンズからなり凸面を物体側に向けたメニスカスレ
ンズの第２群レンズと、正の単レンズの第３群レンズよ
りなる特許請求の範囲（１）の単対物型双眼実体顕微
鏡。
【請求項３】前記第１レンズ群が、物体側から順に、１
枚以上の単体の正レンズと物体側に凹面を向けた負のメ
ニスカスレンズとからなる特許請求の範囲（２）の単対
物型双眼実体顕微鏡。
【請求項４】前記第１レンズ群のメニスカスレンズが負
レンズと正レンズの接合レンズである特許請求の範囲
（３）の単対物型双眼実体顕微鏡。