JPH09230249A

JPH09230249A - 拡大光学系

Info

Publication number: JPH09230249A
Application number: JP8040902A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Otaki; 達朗大瀧
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】対物レンズによる中間像を良好な結像性能のも
とで拡大し、中間像位置に配置されるスケール等を良好
に写し込むことができ、かつ低コスト化を図る。【解決手段】対物レンズにより形成される中間像を拡大
倍率のもとで再結像させる拡大光学系は、対物レンズ側
から順に、正の焦点距離ｆ１を有する第１群と、負の焦
点距離を有する第２群と、正の焦点距離ｆ３を有する第
３群とから構成され、拡大光学系の焦点距離をｆとし、
中間像から第１群中の最も対物レンズ側のレンズ面まで
の距離をＤ０とし、拡大光学系の横倍率をＢとすると
き、０．０８＜Ｄ０／ｆ＜０．１５（ｆ＞０）｜Ｂ｜＜３．０，｜ｆ１｜＞｜ｆ２｜，｜ｆ２｜＜
｜ｆ３｜の条件を満足するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、対物レンズによっ
て形成される中間像の拡大像を形成する拡大光学系に関
する。特に顕微鏡対物レンズによる中間像をフィルム面
に拡大倍率のもとで再結像させる拡大光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡などの光学機器における写真撮影
装置では、拡大像を形成するために拡大光学系が用いら
れている。この拡大光学系を構成するレンズは拡大倍率
や要求される結像性能によってその構成が決まる。ここ
で、上記の要求される結像性能には、いわゆるザイデル
の５収差と呼ばれる球面収差、コマ収差、非点収差、像
面湾曲及び歪曲収差があり、さらに色収差がある。

【０００３】写真撮影に用いる場合、上記のそれぞれの
収差が良好に補正されているのはもちろんではあるが、
特に顕微鏡写真撮影に用いる場合には、被写体が平面上
の標本であるため撮影範囲の周辺まで良好な像を得るに
は、像面湾曲を十分に補正することが肝要である。ここ
で、顕微鏡の対物レンズは、物体側の開口数Ｎ．Ａ．が
大きく、像側の開口数Ｎ．Ａ．’が小さいという特性を
有している。例えば、一般に写真撮影に用いられるプラ
ン４０倍対物レンズでは、物体側開口数Ｎ．Ａ．＝０．
７では像側開口数Ｎ．Ａ．’＝０．０１７５である。ま
た、像側開口数Ｎ．Ａ．’が比較的大きいプランアポ１
０倍対物レンズでは、物体側開口数Ｎ．Ａ．＝０．４５
でもＮ．Ａ．’＝０．０４５である。写真撮影をするた
めに例えば２．５倍の拡大光学系で拡大像を形成する際
には、プラン４０倍対物レンズのときには、拡大光学系
の拡大像側の開口数Ｎ．Ａ．’＝０．００７となり、プ
ランアポ１０倍対物レンズのときには、拡大光学系の拡
大像側の開口数Ｎ．Ａ．’＝０．０１８となる。なお、
比較のために３５ｍｍ版カメラの場合を示すと、Ｆナン
バーがＦ／４程度でも像側開口数Ｎ．Ａ．’＝０．１２
５である。

【０００４】ペッツバール和によって決まる像面湾曲
は、像面に達する光束の開口数である上記像側開口数
Ｎ．Ａ．’によって決定される焦点深度内に収まれば十
分である。この理由により、従来の写真撮影用の拡大光
学系において、４倍あるいは５倍という比較的倍率の高
い拡大光学系は、２群程度の正レンズ群の組み合わせに
よる簡単な構成であった。

【０００５】しかしながら、３倍以下の倍率の拡大光学
系においては、像側開口数Ｎ．Ａ．’は小さいながらも
無視できないほどの像面湾曲を引き起こす。このため、
特開平６−２８１８６５号公報に開示される拡大光学系
では、像面湾曲を補正するために、正レンズ成分をメニ
スカス形状として負の屈折力を持つレンズ面を形成し、
このレンズ面にてペッツバール和を小さくして像面湾曲
を補正している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平６−２８
１８６５号公報に開示される拡大光学系では、比較的簡
単なレンズ構成でペッツバール和を小さくして像面湾曲
を補正しているが、対物レンズの中間像が第１レンズ群
と第２レンズ群との間に形成されるタイプ、いわゆる中
タイプである。この種の拡大光学系では、第１レンズ群
と第２レンズ群との組み合わせにより全系の収差補正が
なされるため、中間像は収差を持つ。従って、中間像の
位置に例えば像の大きさを示すためのスケールや撮影デ
ータを写し込む構成とする場合には、これらのスケール
や撮影データの拡大像が収差を持ってしまう問題点があ
る。

【０００７】また、この中間像がレンズ素子の近傍に形
成されることが多く、このレンズ素子のレンズ面に傷や
コートのむらがあった場合には、像側開口数Ｎ．Ａ．’
が小さい、すなわち焦点深度が深いという顕微鏡の特性
があるため、これらの傷やコートのむらが写真撮影像に
写し込まれるという問題点がある。このためにレンズ素
子には傷やコートのむらがあってはならないという要求
があり、生産性の悪化またはコストの上昇を招いてい
た。

【０００８】そこで、本発明は、対物レンズによる中間
像を良好な結像性能のもとで拡大すると共に、この中間
像位置に配置されるスケールや撮影データの拡大像を良
好に写し込むことが可能であり、かつ低コスト化を図る
ことができる拡大光学系を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の一つの態様にかかる拡大光学系は、例え
ば図２に示す如く、対物レンズにより形成される中間像
Ｉ０を拡大倍率のもとで再結像させる拡大光学系であっ
て、対物レンズ側から順に、正の焦点距離ｆ１を有する
第１群Ｇ１と、負の焦点距離を有する第２群Ｇ２と、正
の焦点距離ｆ３を有する第３群Ｇ３，Ｇ４とから構成さ
れるものである。そして、拡大光学系は、拡大光学系の
焦点距離をｆとし、中間像Ｉ０から第１群Ｇ１中の最も
対物レンズ側のレンズ面ｒ１までの距離をＤ０とし、拡
大光学系の横倍率をＢとするとき、

【００１０】

【数１】０．０８＜Ｄ０／ｆ＜０．１５（ｆ＞０）（１）

【００１１】

【数２】｜Ｂ｜＜３．０（２）

【００１２】

【数３】｜ｆ１｜＞｜ｆ２｜（３）

【００１３】

【数４】｜ｆ２｜＜｜ｆ３｜（４）の条件を満足するように構成される。また、本発明の好
ましい態様においては、

【００１４】

【数５】ｆ１／ｆ＜０．５（５）の条件を満足することが好ましい。また、本発明の好ま
しい態様においては、第１群Ｇ１は、焦点距離ｆ１であ
る正レンズからなるように構成される。

【００１５】上述の構成に基づいて、本発明において
は、第１群Ｇ１の正レンズのｄ線における屈折率をｎ１
とし、正レンズのｄ線におけるアッベ数をνｄ１とする
とき、

【００１６】

【数６】１．６５＜ｎ１（６）

【００１７】

【数７】 νｄ１＞４５．０（７）の条件を満足することが好ましい。また、本発明におい
ては、第２群Ｇ２は、焦点距離ｆ２である負レンズから
なるように構成される。

【００１８】

【発明の実施の態様】まず、上述の条件式（１）〜
（７）について説明する。条件式（１）は、拡大光学系
を構成する全てのレンズ群が中間像よりも拡大像側に位
置しており、中間像からどれだけ離れて位置しているの
かを規定している。すなわち、対物レンズによる中間像
が拡大光学系の内部には形成されないため、スケールや
撮影データを中間像位置に設けて拡大像に写し込みをす
る場合において、これらのスケールや撮影データ表示に
おける収差の影響を最小限に抑えることが可能となる。

【００１９】ここで、条件式（１）の下限を外れた場合
は、対物レンズによる中間像面が第一のレンズ面に近づ
きすぎるために、このレンズ面のきずやゴミあるいはコ
ートむらなどが拡大像に写し込まれる恐れがあるため好
ましくない。また、条件式（１）の上限を外れた場合に
は、拡大レンズの最終レンズ面までの全長が長くなりコ
ンパクトさに欠けるため好ましくない。

【００２０】また、上記条件式（２）から外れる場合に
は、本発明の如き構成より簡単な構成で収差補正を行う
ことができるためコストアップにつながり好ましくな
い。そして、条件式（３）及び（４）は、像面湾曲を良
好に補正するために規定したものであって、これらの条
件式（３）及び（４）を満足しない場合には、負の第２
群の屈折力が小さくなり過ぎるために、拡大光学系全体
のペッツバール和の絶対値を小さくすることができず、
良好な像面湾曲の補正ができなくなる。

【００２１】次に、上記条件式（５）は、第１群の適切
な焦点距離を規定するためのものである。ここで、条件
式（５）の範囲を満足しないときには、第１群の焦点距
離が長くなり過ぎるために、第２群及び第３群へ向かう
光束を細くすることができない。このため、これらの第
２及び第３群のレンズ径が大きくなり、全体のコンパク
ト化を達成することができなくなり好ましくない。

【００２２】さて、正の第１群が焦点距離ｆ１の正レン
ズからなる場合には、この正レンズが上記条件式（６）
及び（７）を満足することが好ましい。ここで、第１群
を構成する正レンズが条件式（６）及び（７）を満足し
ない場合には、全体の収差補正を良好にするもとでは、
第１群に強い屈折力を与えることが困難になり、さらに
は、倍率色収差の発生する量も多くなるため好ましくな
い。

【００２３】次に、本発明の実施の態様にかかる拡大光
学系を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明
の実施の態様にかかる拡大光学系が装着される顕微鏡写
真装置の概略的な構成を示す図である。図１において、
被写体Ｏは不図示の照明系によって照明されており、こ
こからの光は、顕微鏡対物レンズ１によって集光され
て、中間像Ｉ０を形成する。この中間像Ｉ０の後側に
は、所定の拡大倍率を持つ拡大光学系Ｌが配置されてい
る。この拡大光学系Ｌは、顕微鏡対物レンズ１による中
間像Ｉ０からの光を集光して、フィルム面４上に拡大像
Ｉ１を形成する。

【００２４】ここで、レンズ系１とフィルム面４との間
の光路中には、２つの反射面を有するプリズム２が挿脱
可能に設けられている。このプリズム２は、撮影時に
は、レンズ系１とフィルム面４との間の光路からはねの
けられる。また、プリズム２の２つの反射面のうちの一
方は反射面であり、他方は半透過面である。ここで、一
方の反射面で反射される光は、は、集光レンズ５によっ
て集光されて像Ｉ２を形成する。この像Ｉ２の位置に
は、測光素子６が配置されており、この測光素子６から
の測光データは、制御装置９に伝達される。ここで、測
光素子６としては、例えばＣＣＤ、ＳＰＤ、フォトマル
チプライヤなどを用いることができる。

【００２５】制御装置７は、当該測光データに基づいて
シャッタスピードを算出し、図示なきシャッタボタンが
押されたときには、プリズム２とフィルム面４との間の
光路中に配置されるシャッタ３を駆動するシャッタ駆動
装置８を制御する。また、制御装置７は、プリズム２を
光路内外へ移動させる不図示のプリズム駆動装置を制御
する。これにより、プリズム２がレンズ系１とフィルム
面４との間の光路からはねのけられて、シャッタ３が開
閉され、フィルム面に被写体Ｏの拡大像Ｉ１が記録され
る。

【００２６】また、プリズム２の半透過面（言い換える
と半反射面）で反射された光は、集光レンズ９により集
光されて被写体の実像Ｉ３を形成する。この実像Ｉ３か
らの光は接眼レンズ１０によってほぼコリメートされて
観察者の肉眼１１に達し、肉眼１１では実像Ｉ３を観察
できる。

【００２７】

【実施例】次に、数値実施例につき説明する。ここで、
図２及び図３は、それぞれ実施例１及び実施例２の拡大
光学系のレンズ構成を示す図であり、図５及び図６は、
それぞれ実施例１及び実施例２の諸収差図である。図２
及び図３に示す実施例１及び実施例２の拡大光学系は共
に、対物レンズ側から順に、正の焦点距離を有する第１
群と、負の焦点距離を有する第２群と、正の焦点距離を
有する第３群とから構成される。ここで、第１群は両凸
形状の正レンズＧ１からなり、第２群は対物レンズ側に
凸面を向けた形状の負メニスカスレンズＧ２からなる。
そして、第３群は、両凹レンズと両凸レンズとからなる
接合レンズＧ３と、両凸レンズＧ４とからなる。

【００２８】以下の表１及び表２に実施例１及び実施例
２のレンズデータをそれぞれ表す。各表において、Ｂは
拡大光学系の横倍率、ｆは拡大光学系全体の焦点距離、
ｒｉは第ｉ面の曲率半径、ｄ０は中間像Ｉ０から第１面
までの距離（作動距離）、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面と
の間の面間隔、ｎｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の媒質
のｄ線に対する屈折率（空白は媒質が空気であることを
示す）、νｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の媒質のｄ線
に対するアッベ数（空白は媒質が空気であることを示
す）である。また、各表においては、各実施例の条件対
応値を併せて示しており、そこにおいて、ｆ１は第１群
の焦点距離、ｆ２は第２群の焦点距離、ｆ３は第３群の
焦点距離を示している。

【００２９】

【表１】［実施例１］Ｂ＝−２．５，ｆ＝１．００ｄ０＝０．１１６４７ｒ１＝０．４７６０２ｄ１＝０．０７１５５ｎ１＝１．７９６７ ν１＝４５．３７ｒ２＝−０．８３４９４ｄ２＝０．１６９７２ｒ３＝０．５２４１３ｄ３＝０．０３８２７ｎ３＝１．６９６８ ν３＝５５．６０ｒ４＝０．１１５４８ｄ４＝０．３０４４９ｒ５＝−０．４６５７９ｄ５＝０．０１８３０ｎ５＝１．７５６９ ν５＝３１．６１ｒ６＝１．１０７７９ｄ６＝０．０７６５４ｎ６＝１．５１８６ ν６＝６９．９８ｒ７＝−０．２０４９９ｄ７＝０．００３３３ｒ８＝１．９６３３９ｄ８＝０．０３３２８ｎ８＝１．６０３１ ν８＝６０．６４ｒ９＝−０．７３８０２（実施例１の条件対応値）Ｄ０／ｆ＝０．１１６４５｜Ｂ｜＝２．５｜ｆ１｜＝０．３９０｜ｆ２｜＝０．２２１｜ｆ３｜＝０．４５７ｆ１／ｆ＝０．３９０ｎ１＝１．７９６７ νｄ１＝４５．３７

【００３０】

【表２】［実施例２］Ｂ＝−２．５，ｆ＝１．００ｄ０＝０．１１３８２ｒ１＝０．５００３８ｄ１＝０．０７３１７ｎ１＝１．６７００ ν１＝４７．０７ｒ２＝−０．６６２８３ｄ２＝０．１９５１２ｒ３＝０．３２３８２ｄ３＝０．０４８７８ｎ３＝１．６９６８ ν３＝５５．６０ｒ４＝０．１１２８８ｄ４＝０．２６３４１ｒ５＝−０．４０５５９ｄ５＝０．０５５２８ｎ５＝１．７９６３ ν５＝４０．９０ｒ６＝０．５４８８０ｄ６＝０．０４０６５ｎ６＝１．４９７８ ν６＝８２．５２ｒ７＝−０．２７１４０ｄ７＝０．００３２５ｒ８＝２．７６３３８ｄ８＝０．０３５７７ｎ８＝１．５１６８ ν８＝６４．１０ｒ９＝−０．２３６８４（実施例２の条件対応値）Ｄ０／ｆ＝０．１１３８２｜Ｂ｜＝２．５｜ｆ１｜＝０．４３７｜ｆ２｜＝０．２７５｜ｆ３｜＝０．４５１ｆ１／ｆ＝０．４３７ｎ１＝１．６７００ νｄ１＝４７．０７上記実施例１及び実施例２の結像性能を示すために、図
５及び図６に各実施例の諸収差図を示す。各諸収差図に
おいて、Ｈは入射瞳まで2000mmの位置における入射高、
Ｙは像高、Ａは入射角を示している。非点収差図におい
ては、メリジオナル像面を破線で示し、サジタル像面を
実線で示している。また、横収差図においては、スキュ
ー光線による収差を破線で併せて示している。

【００３１】図５及び図６に示す通り、各実施例による
拡大光学系は、各収差が良好に補正されており、良好な
結像性能のもとで写真撮影を行うことができ、中間像位
置に配置されるスケール等も良好な結像性能のもとで写
し込むことができる。

【００３２】

【発明の効果】上述の通り、本発明においては、比較的
低倍率の拡大光学系において中間像の利用が可能となる
ため、今まで困難であったスケールやデータ写し込みを
行うことができる。さらに、中間像付近にレンズ面が位
置しない構成であるため、拡大光学系自体の生産性の向
上や低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様にかかる拡大光学系が装着
される顕微鏡写真装置の概略的な構成を示す図である。

【図２】実施例１のレンズ構成を示す図である。

【図３】実施例２のレンズ構成を示す図である。

【図４】実施例１の諸収差図である。

【図５】実施例２の諸収差図である。

【符号の説明】

１対物レンズＩ０中間像Ｉ１拡大像Ｌ拡大光学系Ｇ１第１群Ｇ２第２群Ｇ３，Ｇ４第３群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズにより形成される中間像を拡大
倍率のもとで再結像させる拡大光学系において、前記対物レンズ側から順に、正の焦点距離ｆ１を有する
第１群と、負の焦点距離を有する第２群と、正の焦点距
離ｆ３を有する第３群とから構成され、前記拡大光学系の焦点距離をｆとし、前記中間像から前
記第１群中の最も対物レンズ側のレンズ面までの距離を
Ｄ０とし、前記拡大光学系の横倍率をＢとするとき、０．０８＜Ｄ０／ｆ＜０．１５（ｆ＞０）｜Ｂ｜＜３．０｜ｆ１｜＞｜ｆ２｜｜ｆ２｜＜｜ｆ３｜の条件を満足することを特徴とする拡大光学系。
【請求項２】以下の条件を満足することを特徴とする請
求項１記載の拡大光学系。ｆ１／ｆ＜０．５
【請求項３】前記第１群は、焦点距離ｆ１である正レン
ズからなることを特徴とする請求項１または２記載の拡
大光学系。
【請求項４】前記第１群の正レンズのｄ線における屈折
率をｎ１とし、該正レンズのｄ線におけるアッベ数をν
ｄ１とするとき、１．６５＜ｎ１ νｄ１＞４５．０の条件を満足することを特徴とする請求項３記載の拡大
光学系。
【請求項５】前記第２群は、焦点距離ｆ２である負レン
ズからなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一
項記載の拡大光学系。