フォーカス可変光学系
【課題】収差を十分に補正し良好な画像を得る。
【解決手段】正パワーの前群光学系１０およびこれと同パワーの後群光学系１２と、これらの光軸方向の距離を相対変化させる光学系駆動部とを備え、前群光学系１０が、レンズＬ１とレンズＬ２の接合レンズＷ２で構成される正パワーの第１群光学系Ｇ１と、レンズＬ３で構成され正パワーの第２群光学系Ｇ２と、レンズＬ４とレンズＬ５で構成される第３群光学系Ｇ３とを備え、後群光学系１２が、レンズＬ７とレンズＬ６で構成される正パワーの第４群光学系Ｇ４と、正パワーのレンズＬ８で構成される第５群光学系Ｇ５と、レンズＬ１０とレンズＬ９の接合レンズＷ１９で構成され正パワーの第６群光学系Ｇ６とを備えるフォーカス可変光学系４を提供する。
【解決手段】正パワーの前群光学系１０およびこれと同パワーの後群光学系１２と、これらの光軸方向の距離を相対変化させる光学系駆動部とを備え、前群光学系１０が、レンズＬ１とレンズＬ２の接合レンズＷ２で構成される正パワーの第１群光学系Ｇ１と、レンズＬ３で構成され正パワーの第２群光学系Ｇ２と、レンズＬ４とレンズＬ５で構成される第３群光学系Ｇ３とを備え、後群光学系１２が、レンズＬ７とレンズＬ６で構成される正パワーの第４群光学系Ｇ４と、正パワーのレンズＬ８で構成される第５群光学系Ｇ５と、レンズＬ１０とレンズＬ９の接合レンズＷ１９で構成され正パワーの第６群光学系Ｇ６とを備えるフォーカス可変光学系４を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス可変光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡装置の対物レンズと結像レンズとの間に設けられ、対物レンズの作動距離を可変にするフォーカス可変光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のフォーカス可変光学系は、対物レンズ側に配置される前群光学系と、結像レンズ側に配置される後群光学系とを備え、前群光学系の前側焦点を対物レンズの後側焦点近傍に配置し、前群光学系または後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することにより、観察倍率の変化を抑えつつ対物レンズの作動距離を変化させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は概念を述べたものであり、前群光学系および後群光学系がそれぞれ単レンズに単純化されて記載されている。特許文献１の記載に従い単レンズを用いてフォーカス可変光学系を実現しようとすると、収差の影響により良好な画質を得ることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができるフォーカス可変光学系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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第１群光学系と、全体として正パワーの第２群光学系と、第３群光学系とを備え、前記第１群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構成され、前記第２群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第３群光学系が、２枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第４群光学系と、第５群光学系と、全体として正パワーの第６群光学系とを備え、前記第４群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの２つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、前記第５群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第６群光学系が、低分散材料のレンズと高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの接合レンズで構成されるフォーカス可変光学系を提供する。
【０００７】
本発明によれば、試料から発せられ対物光学系により略平行光束に変換された光は、正パワーの前群光学系により結像された後に発散し、正パワーの後群光学系により略平行光束に変換され、結像光学系により結像面に結像される。
【０００８】
ここで、前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係にあるときは、対物光学系と前群光学系との間と後群光学系と結像光学系との間において光は共に略平行光束となる。一方、前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係からずれると、対物光学系と前群光学系との間において光が略平行光束からずれて発散したり収束したりし、これによって対物光学系の作動距離が変化する。したがって、光学系駆動部により、前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動させることで、対物光学系の作動距離を変化させることができる。
【０００９】
この場合において、後群光学系のパワーと前群光学系のパワーとが略等しいので、対物光学系の倍率の絶対値を変えずに、試料からの光を対物光学系から結像光学系にリレーすることができる。また、第１群光学系の接合レンズの接合面により、軸上色収差を補正することができる。また、第２群光学系の最も前記対物光学系側に配置された正パワーのレンズにより対物光学系からの光が収束されるが、このレンズの凸面を対物光学系側に向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。また、第３群光学系の最も対物光学系側に配置されたレンズの凹面により、第２群光学系により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。また、第４群光学系の最も結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面により、第５群光学系により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。また、第５群光学系の正パワーのレンズにより、前群光学系において収束・発散された光が平行光束に戻されるが、このレンズの凸面を結像光学系側に向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。さらに、第６群光学系の接合レンズの接合面により軸上色収差を補正することができる。以上より、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができる。
【００１０】
上記発明においては、以下の条件式（１）から条件式（６）を満たすこととしてもよい。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・（１）
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・（３）
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・（４）
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
４０＜ν６Ｌ−ν６Ｈ＜６０・・・・・（６）
ここで、ν１Ｌは前記第１群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、ν１Ｈは前記第１群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、Ｆａは前記前群光学系全体の焦点距離、Ｆｂは前記後群光学系全体の焦点距離、Ｆ２は前記第２群光学系の焦点距離、ＲＧ３は前記第３群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、ＲＧ４は前記第４群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、Ｆ５は前記第５群光学系の焦点距離、ν６Ｌは前記第６群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、ν６Ｈは前記第６群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数である。
【００１１】
第１群光学系において、条件式（１）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（１）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
第２群光学系において、条件式（２）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると光が十分に収束させられなくなる。
第３群光学系において、条件式（３）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（３）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第４群光学系において、条件式（４）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第５群光学系において、条件式（５）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると光が平行光束に戻せなくなる。
第６群光学系において、条件式（６）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（６）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００１２】
また、上記発明においては、前記前群光学系の前側焦点位置の値、および、前記後群光学系の後側焦点位置の値がともに負であることとしてもよい。
一般的な顕微鏡装置は、対物光学系の後側焦点位置（物体側がテレセントリック光学系の場合は瞳位置に相当。）の値が負であるので、前群光学系の前側焦点位置の値を負にすることにより、前群光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置することができる。これにより、対物光学系の作動距離を変化させたときの倍率の変化を抑えることができる。また、後群光学系の後側焦点位置の値も負にすることで、結像光学系と組み合わせるときに全長を短くすることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、以下の条件式（７）および条件式（８）を満たすこととしてもよい。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、Ｆ３は前記第３群光学系の焦点距離、Ｆ４は前記第４群光学系の焦点距離である。
【００１４】
前群光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置するには、第３群光学系のパワーを小さくするか負の値にするのが好ましい。前群光学系の前側焦点位置の値を負にする場合において、条件式（７）の下限値を下回るとコマ収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（７）の上限値を上回ると前群光学系の前側焦点位置を負の値にすることができない。
【００１５】
また、後群光学系の後側焦点位置も負の値にする場合において、条件式（８）の下限値を下回ると後群光学系の後側焦点位置が負の値にならない。一方、条件式（８）の上限値を上回るとコマ収差が大きくなる。
【００１６】
また、上記発明においては、以下の条件式（９）を満たすこととしてもよい。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは前記結像光学系の焦点距離である。
【００１７】
条件式（９）は、全長を長くすることなく収差を良好に補正するための条件である。条件式（９）の下限値を下回ると前群光学系と後群光学系との間の光束のＮＡが大きくなりすぎて種々の収差補正が困難になる。一方、条件式（９）の上限値を上回ると全長が長くなりすぎる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォーカス可変光学系を備える顕微鏡システムの断面図である。
【図２】図１の結像光学系の断面図である。
【図３】図１の対物光学系の断面図である。
【図４】図３の対物光学系の先端部の断面図である。
【図５】図１のフォーカス可変光学系の断面図である。
【図６】図５のフォーカス可変光学系の後群光学系を光軸方向に駆動させた様子を示す断面図である。
【図７】（ａ）はフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図８】（ａ）はフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図９】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のとき（ｄ１０＝０、ｄ２０＝０）の顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１０】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のとき（ｄ１０＝０、ｄ２０＝０）の顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１１】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１２】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１３】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１４】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態の第１の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図１６】（ａ）は図１５のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１７】（ａ）は図１５のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態の第２の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図１９】（ａ）は図１８のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２０】（ａ）は図１８のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態の第３の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２２】（ａ）は図２１のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２３】（ａ）は図２１のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態の第４の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２５】（ａ）は図２４のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２６】（ａ）は図２４のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態の第５の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２８】（ａ）は図２７のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２９】（ａ）は図２７のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態に係るフォーカス可変光学系４について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４は、図１に示されるように、照明光が照射された試料Ｓからの光を略平行光束に変換する対物光学系２と、対物光学系２により略平行光束に変換された光を所定の位置に結像する結像光学系６とを備える顕微鏡システム１００に用いることができる。このフォーカス可変光学系４は、対物光学系２と結像光学系６との間に配置されるようになっている。例えば、図１において、対物光学系２とフォーカス可変光学系４との間の距離は１ｍｍとし、フォーカス可変光学系４と結像光学系６との間の距離は１２０ｍｍとする。
【００２１】
以下の各実施形態において、対物光学系２は、像側への射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、それ自体では結像しない。そこで、例えば、以下の表１に示すレンズデータを有し、図２にレンズ断面を示す結像光学系（焦点距離１８０ｍｍ、前側焦点位置−１９２．０１ｍｍ、後側焦点位置１５７．０４４ｍｍ）４と組み合わせて使用される。図２〜図２７において、符号Ｒｓは番号ｓ面の曲面、符号ｄｓは面番号ｓの面間隔を示している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１〜表２８において、符号Ｓは面番号、符号Ｒは曲率半径（ｍｍ）、符号ｄは面間隔（ｍｍ）、符号ｎｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）までの屈折率、符号νはｄ線（５８７．５６ｎｍ）のアッベ数、符号ＥＲは有効半径（ｍｍ)を示している。
【００２４】
対物光学系２のレンズデータを表２，３に、そのレンズ断面を図３に示す。
また、図４に対物光学系の先端部２ａの部分を拡大した断面図を示す。表３は表２の続きである。
この対物光学系２は先端光学系２ａと基端光学系２ｂで構成されている。
先端光学系２ａは、平行平板からなるＴＤ１と平凸レンズＴＤを接合した第１レンズ成分と、両凸レンズＴＤ３と両凹レンズＴＤ４からなる第２レンズ成分と、両凸レンズＴＤ５と両凹レンズＴＤ６からなる第３レンズ成分と、両凸レンズＴＤ７からなる第４レンズ成分と、メニスカスレンズＴＤ８と平凸レンズＴＤ９からなる第５レンズ成分と、平凸レンズＴＤ１０と平行平板ＴＤ１１からなる第６レンズ成分と両凸レンズＴＤ１２と両凹レンズＴＤ１３からなる第７レンズ成分からなる。
また、基端光学系２ｂは、平行平板Ｔ１からなる第１レンズ成分と、両凸レンズＴ２および両凹レンズＴ３の接合レンズで正屈折力を有する第２レンズ成分と、負メニスカスレンズＴ４からなる第３レンズ成分と、正メニスカスレンズＴ５からなる第４レンズ成分と、負メニスカスレンズＴ６および正メニスカスレンズＴ７の接合レンズで正屈折力を有する第５レンズ成分と、両凸レンズＴ８および負メニスカスレンズＴ９の接合レンズで正屈折力を有する第６レンズ成分とから構成されている。
物体面から第１面（Ｓ＝１）の間隔＊０（対物光学系作動距離）はフォーカス可変光学系４の条件により変化する（値は表７を参照。)。また、フォーカス可変光学系４がない場合は、０．２０４（ｍｍ）である。
【００２５】
【表２】
【表３】
【００２６】
フォーカス可変光学系４は、図５に示すように、対物光学系２側から順に配置された前群光学系１０および後群光学系１２と、前群光学系１０および後群光学系１２の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系１０および後群光学系１２の光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部（図示略）とを備えている。このフォーカス可変光学系４は、表４に示すレンズデータを有している。
【００２７】
【表４】
【００２８】
図５および表４において、第１０面（ｓ＝１０）が前群光学系１０の後側焦点に一致するようにｄ９の値を設定し、第１１面（ｓ＝１１）が後群光学系１２の前側焦点に一致するようにｄ１１の値を設定している。Ｒ１０、Ｒ１１は仮想面であり、実際にはガラスは無い。また、面間隔ｄ１０＝０、および、面間隔ｄ２０＝０のときにアフォーカル光学系として成立するようになっている。面間隔ｄ１０および面間隔ｄ２０は後群光学系１２が光軸方向に動くことによりその値が変わるようになっている（値は表７を参照。)。
【００２９】
前群光学系１０および後群光学系１２は、全体として共に略等しい正パワーを有している。前群光学系１０全体の焦点距離Ｆａは、表５に示すように、後群光学系１２全体の焦点距離Ｆｂに略等しくなっている。
【００３０】
【表５】
【００３１】
前群光学系１０は、対物光学系２側から順に配置された第１群光学系Ｇ１と、第２群光学系Ｇ２と、第３群光学系Ｇ３とを備えている。
第１群光学系Ｇ１は、低屈折率・低分散ガラス（低分散材料）からなる両凸レンズＬ１と高屈折率・高分散ガラス（高分散材料）からなる凹平レンズＬ２とを接合した１つの接合レンズＷ２で構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ１が正。）。接合レンズＷ２の両凸レンズＬ１と凹平レンズＬ２との接合面Ｒ２は負パワーを有している。
【００３２】
また、第１群光学系Ｇ１は、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・・（１）
ここで、
ν１Ｈは、接合レンズＷ２のうち高屈折率・高分散ガラスからなる凹平レンズＬ２のｄ線のアッベ数、
ν１Ｌは、接合レンズＷ２のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１のｄ線のアッベ数である。
【００３３】
第２群光学系Ｇ２は、正パワーのメニスカス単レンズＬ３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されている。メニスカス単レンズＬ３は、対物光学系２に対して凸面Ｒ４を向けて配置されている。
【００３４】
また、第２群光学系Ｇ２は、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
ここで、
Ｆａは、前群光学系１０全体の焦点距離、
Ｆ２は、第２群光学系Ｇ２の焦点距離である。
【００３５】
第３群光学系Ｇ３は、対物光学系２側から順に配置された凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されている。対物光学系２側に配置された凹平レンズＬ４は、対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置されている（凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の合成焦点距離はＦ３。）。
【００３６】
また、第３群光学系Ｇ３は、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・・（３）
ここで、ＲＧ３は、凹平レンズＬ４の凹面Ｒ６の曲率半径である。
【００３７】
後群光学系１２は、対物光学系２側から順に配置された第４群光学系Ｇ４と、第５群光学系Ｇ５と、第６群光学系Ｇ６とを備えている。
第４群光学系Ｇ４は、対物光学系２側から順に配置された両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ４が正。）。この第４群光学系Ｇ４は、結像光学系６側に配置された負パワーメニスカスレンズＬ７が結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置されている。
【００３８】
また、第４群光学系Ｇ４は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・・（４）
ここで、
Ｆｂは、後群光学系１２全体の焦点距離、
ＲＧ４は、負パワーメニスカスレンズＬ７の凹面Ｒ１５の曲率半径である。
【００３９】
第５群光学系Ｇ５は、正パワーの両凸単レンズＬ８（焦点距離Ｆ５が正。）で構成されている。両凸単レンズＬ８により、第５群光学系Ｇ５の最も結像光学系６側の面は、結像光学系６に対して凸面Ｒ１７を向けて配置されている。
【００４０】
また、第５群光学系Ｇ５は、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
ここで、Ｆ５は、第５群光学系Ｇ５の焦点距離である。
【００４１】
第６群光学系Ｇ６は、高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ１９で構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ６が正。）。接合レンズＷ１９の両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０との接合面Ｒ１９は負パワーを有している。
【００４２】
また、第６群光学系Ｇ６は、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
４０ ＜ ν６Ｌ−ν６Ｈ ＜ ６０・・・・・・（６）
ここで、
ν６Ｌは、接合レンズＷ１９のうち高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９のｄ線のアッベ数、
ν６Ｈは、接合レンズＷ１９のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０のｄ線のアッベ数である。
【００４３】
上記条件式（１）〜（６）の値を表６に示す。
【表６】
【００４４】
このように構成されたフォーカス可変光学系４によれば、試料Ｓに照明光を照射すると、試料Ｓからの光が対物光学系２により略平行光束に変換され、正パワーの前群光学系１０により結像される。その後、光は発散し、正パワーの後群光学系１２により略平行光束に変換され、結像光学系６により結像面に結像される。
【００４５】
ここで、前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係にあるときは、対物光学系２と前群光学系１０との間および後群光学系１２と結像光学系６との間において、光は共に略平行光束となる。一方、前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係からずれると、対物光学系２と前群光学系１０との間において光が略平行光束からずれて発散したり収束したりし、これによって対物光学系２の作動距離が変化する。
【００４６】
したがって、例えば、図６に示すように、光学系駆動部の作動により、後群光学系１２の全体を光軸方向に駆動させることにより、対物光学系２の作動距離を変化させることができる。後群光学系１２の位置、対物光学系２の作動距離、フォーカス可変光学系４全体の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡの変化を表７に示す。表７によれば、後群光学系１２の移動に対してフォーカス可変光学系４全体の倍率はほとんど変化しないが、対物光学系２の作動距離は略線形に変化していることが分かる。
【００４７】
【表７】
【００４８】
本実施形態において、後群光学系１２のパワーを前群光学系１０のパワーと略等しくすることで、対物光学系２の倍率の絶対値を変えずに、試料Ｓからの光を対物光学系２から結像光学系６にリレーすることができる。
【００４９】
また、第１群光学系Ｇ１の接合レンズＷ２の接合面Ｒ２により、軸上色収差を補正することができる。第１群光学系Ｇ１において、条件式（１）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（１）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００５０】
また、第２群光学系Ｇ２のメニスカス単レンズＬ３により、対物光学系２からの光が収束される。このメニスカス単レンズＬ３の凸面Ｒ４を対物光学系２側に向けて配置することで、球面収差の発生を小さくすることができる。第２群光学系Ｇ２において、条件式（２）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると光が十分に収束させられなくなる。
【００５１】
また、第３群光学系Ｇ３の凹平レンズＬ４の凹面Ｒ６により、第２群光学系Ｇ２により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面Ｒ６により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。第３群光学系Ｇ３において、条件式（３）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（３）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
【００５２】
また、第４群光学系Ｇ４の負パワーメニスカスレンズＬ７の凹面Ｒ１５により、第５群光学系Ｇ５により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面Ｒ１５により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。第４群光学系Ｇ４において、条件式（４）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
【００５３】
また、第５群光学系Ｇ５の両凸単レンズＬ８により、前群光学系１０において収束・発散された光が平行光束に戻される。結像光学系６側に両凸単レンズＬ８の凸面Ｒ１７を向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。第５群光学系Ｇ５において、条件式（５）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると光が平行光束に戻せなくなる。
【００５４】
さらに、第６群光学系Ｇ６の接合レンズＷ１９の接合面Ｒ１９により軸上色収差を補正することができる。第６群光学系Ｇ６において、条件式（６）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（６）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００５５】
ここで、参考例として、フォーカス可変光学系を備えない顕微鏡システム、すなわち、対物光学系２と結像光学系６とからなる顕微鏡システムの使用データを表８に、その収差を図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および図８（ａ），（ｂ）に示す。図７（ａ）は球面収差を示し、図７（ｂ）は非点収差を示し、図７（ｃ）は歪曲収差を示し、図７（ｄ）は倍率色収差を示し、図８（ａ）はコマ収差（Ｍ）を示し、図８（ｂ）はコマ収差（Ｓ）を示している。また、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ）は結像面での収差を示し、符号ＮＡは物体側ＮＡ、符号ＦＩＹは物体高を示している。また、非点収差においては、実線がメリディオナル面の収差、点線がサジタル面の収差を表している。以下、対応する図９（ａ）〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ）〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ）〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）、図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ）、図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ）、図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ）、図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ）、図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ）において同様である。
【００５６】
【表８】
【００５７】
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００の収差を図９（ａ)〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ)〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ)〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）に示す。図９（ａ)〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）は前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０、ｄ２０＝０のときの収差を示している。図１１（ａ)〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）はｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの収差を示している。図１３（ａ)〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）はｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの収差を示している。
【００５８】
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００とフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムとを比較すると、フォーカス可変光学系４の有無により、本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００は球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。したがって、本実施形態に係るフォーカス可変光学系４によれば、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができる。
【００５９】
本実施形態においては、フォーカス可変光学系４が、以下の条件式（７）および条件式（８）を満たすこととしてもよい。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、
Ｆ３は、第３群光学系Ｇ３の焦点距離、
Ｆ４は、第４群光学系Ｇ４の焦点距離である。
【００６０】
条件式（７）を満たすことで、前群光学系１０の前側焦点位置（前群光学系１０の最も対物光学系２側の面を原点としたときの前群光学系１０全体の前側焦点の座標。)Ｆｆａの値を負にし、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれを小さくすることができる。例えば、ずれが４．９ｍｍとなる。このようにすることで、後群光学系１２を光軸方向に動かした場合に、フォーカス可変光学系４全体の倍率の変化を小さくすることができる。この場合において、条件式（７）の下限値を下回るとコマ収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（７）の上限値を上回ると前群光学系１０の前側焦点位置を負の値にすることができない。
【００６１】
また、条件式（８）を満たすことで、後群光学系１２の後側焦点位置（後群光学系１２の最も結像光学系６側の面を原点としたときの後群光学系１２全体の後側焦点の座標。)Ｆｂｂの値を負にすることができる。このようにすることで、フォーカス可変光学系４が長くならないようにすることができる。この場合において、条件式（８）の下限値を下回ると後群光学系１２の後側焦点位置が負の値にならない。一方、条件式（８）の上限値を上回るとコマ収差が大きくなる。
【００６２】
また、本実施形態においては、フォーカス可変光学系４が、以下の条件式（９）を満たすこととしてもよい。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは、結像光学系６の焦点距離である。
【００６３】
条件式（９）は、フォーカス可変光学系４の全長を長くすることなく収差を良好に補正するための条件である。前群光学系１０および後群光学系１２の焦点距離は、例えば、それぞれ２２．５ｍｍとする。条件式（９）を満たすことで、フォーカス可変光学系４の全長が長くなりすぎず、かつ、収差も良好に補正することができる。この場合において、条件式（９）の下限値を下回ると前群光学系１０と後群光学系１２との間の光束のＮＡが大きくなりすぎて種々の収差補正が困難になる。一方、条件式（９）の上限値を上回ると全長が長くなりすぎる。
【００６４】
また、本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ２で構成されることとしたが、例えば、第１の変形例に係るフォーカス可変光学系１４としては、図１５に示すように、第６群光学系Ｇ６が、高分散ガラスからなる平凹レンズＬ１９と低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ２９で構成されることとしてもよい。
【００６５】
この場合、第６群光学系Ｇ６は全体として正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズ１２の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１〜第５群光学系Ｇ５の構成および条件式（７）〜（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系１４は、表９に示すレンズデータを有している。
【００６６】
【表９】
【００６７】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ１０＝０，ｄ２０＝０のときの収差を図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系１４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系１４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１０に示す。また、フォーカス可変光学系１４の各パラメータの値を表１１に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表１２に示す。
【００６８】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００６９】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系１４を備える顕微鏡システム１００の収差（図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系１４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系１４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００７０】
次に、第２の変形例に係るフォーカス可変光学系２４としては、例えば、以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第３群光学系Ｇ３が凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では、図１８に示すように、第３群光学系Ｇ３が、凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５を接合した接合レンズＷ２７で構成され、対物光学系２側に配置された凹平レンズＬ４が対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置されることとしてもよい。また、本変形例では、第４群光学系Ｇ４の結像光学系６側に配置された負パワーメニスカスレンズＬ７が結像光学系６に対して凹面Ｒ１４を向けて配置されていることとすればよい。
【００７１】
また、上記一実施形態においては、第５群光学系Ｇ５が正パワーの両凸単レンズＬ８で構成されることとしたが、本変形例では、第５群光学系Ｇ５が正パワーの平凸単レンズＬ２８（焦点距離Ｆ５が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、結像光学系６に対して平凸単レンズＬ２８が凸面Ｒ１６を向けて配置されることとすればよい。また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、第６群光学系Ｇ６が高分散ガラスからなる平凹レンズＬ２９と低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ２９で構成されることとしてもよい。この場合、接合レンズＷ２９の接合面Ｒ１８が負パワーを有することとすればよい。
【００７２】
また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第２群光学系Ｇ２、第４群光学系Ｇ４の構成および条件式（８），（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系２４は、表１３に示すレンズデータを有している。
【００７３】
【表１３】
【００７４】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ９＝０，ｄ１９＝０のときの収差を図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ９，ｄ１９が変化したときのフォーカス可変光学系２４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系２４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１４に示す。また、フォーカス可変光学系２４の各パラメータの値を表１５に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表１６に示す。
【００７５】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【００７６】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系２４を備える顕微鏡システム１００の収差（図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系２４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系２４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００７７】
また、本変形例においても、条件式（７）を満たすことが望ましい、このようにすることで、前群光学系１０の前側焦点位置（Ｆｆａ）の値を負にし、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれを小さくすることができる。例えば、ずれが３．９ｍｍとなる。したがって、上記一実施形態および第１の変形例よりも、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれをさらに小さくすることができる。これにより、後群光学系１２を光軸方向に動かした場合に、フォーカス可変光学系２４全体の倍率の変化をより小さくすることができる。
【００７８】
次に、第３の変形例に係るフォーカス可変光学系３４としては、例えば、上記第２の変形例をさらに以下のように変形することとしてもよい。すなわち、第２の変形例においては、第２群光学系Ｇ２が正パワーのメニスカス単レンズＬ３で構成されることとしたが、図２１に示すように、本変形例では第２群光学系Ｇ２が正パワーの両凸単レンズＬ３３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２に対して両凸単レンズＬ３３が凸面Ｒ４が第２群光学系Ｇ２の最も対物光学系２側の面にあたり、対物光学系２に向けて凸面Ｒ４を向けた配置になる。
【００７９】
また、第２の変形例においては、第３群光学系Ｇ３が凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では第３群光学系Ｇ３が正パワーのメニスカスレンズＬ３４と負パワーのメニスカスレンズＬ３５を接合した接合レンズＷ３７で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２側にメニスカスレンズＬ３４を対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置することとすればよい。
【００８０】
また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第４群光学系Ｇ４、第５群光学系Ｇ５、第６群光学系Ｇ６の構成および条件式（８），（９）は第２の変形例と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系３４は、表１７に示すレンズデータを有している。
【００８１】
【表１７】
【００８２】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ９＝０，ｄ１９＝０のときの収差を図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ９，ｄ１９が変化したときのフォーカス可変光学系３４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系３４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１８に示す。また、フォーカス可変光学系３４の各パラメータの値を表１９に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２０に示す。
【００８３】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【００８４】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系３４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系３４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系３４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００８５】
本変形例においては、条件式（７）の値を上限に近いところに設定することが望ましい。このようにすることで、上記一実施形態および各変形例と比較して、前群光学系１０の前側焦点を対物光学系２の接続部に対して近い位置に設定することができる（例えば、Ｆｆａ＝−１０．８７。）。対物光学系２の後側焦点が胴つきに近い位置にある対物光学系２と組み合わせるときに倍率変化を小さくするのに有効である。
【００８６】
次に、第４の変形例に係るフォーカス可変光学系４４としては、例えば、上記一実施形態を以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第２群光学系Ｇ２がメニスカス単レンズＬ３で構成されることとしたが、図２４に示すように、本変形例では第２群光学系Ｇ２が正パワーの両凸単レンズＬ４３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２に対して両凸単レンズＬ４３が凸面Ｒ４が第２群の最も対物光学系２側の面にあたり、対物光学系２に向けて凸面Ｒ４を向けた配置になる。
【００８７】
また、上記一実施形態においては、第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と平凹レンズＬ４７の２枚の単レンズで構成されることとしてもよい。この場合、第４群光学系Ｇ４全体で正のパワーを有し（焦点距離Ｆ４が正。）、かつ、結像光学系６側に平凹レンズＬ７を結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置することとすればよい。
【００８８】
また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、本変形例では第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる平凹レンズＬ４９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ４９で構成されることとしてもよい。この場合、第６群光学系Ｇ６全体で正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズＷ４９の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。
【００８９】
また、条件式（１）〜（６）を満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第３群光学系Ｇ３および第５群光学系Ｇ５の構成および条件式（７）、（８）、（９）については上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系４４は、表２１に示すレンズデータを有している。
【００９０】
【表２１】
【００９１】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０、ｄ２０＝０のときの収差を図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系４４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系４４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表２２に示す。また、フォーカス可変光学系４４の各パラメータの値を表２３に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２４に示す。
【００９２】
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【００９３】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系４４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系４４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系４４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００９４】
次に、第５の変形例に係るフォーカス可変光学系５４としては、例えば、上記一実施形態を以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成されることとしたが、図２７に示すように、本変形例では第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と平凹レンズＬ５７の２枚の単レンズで構成されることとしてもよい。この場合、第４群光学系Ｇ４全体で正のパワーを有し（焦点距離Ｆ４が正。）、かつ、結像光学系６側に平凹レンズＬ７を結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置することとすればよい。
【００９５】
また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、本変形例では第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる平凹レンズＬ５９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ５９で構成されることとしてもよい。この場合、第６群光学系Ｇ６全体で正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズＷ５９の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。
【００９６】
また、条件式（１）〜（６）を満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１〜第３群光学系Ｇ３、第５群光学系Ｇ５および第６群光学系Ｇ６および条件式（７）、（８）、（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系５４は、表２５に示すレンズデータを有している。
【００９７】
【表２５】
【００９８】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０，ｄ２０＝０のときの収差を図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系５４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系５４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表２６に示す。また、フォーカス可変光学系５４の各パラメータの値を表２７に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２８に示す。
【００９９】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
【０１００】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系５４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系５４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系５４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【０１０１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記一実施形態およびその変形例においては、後群光学系を動かすこととしたが、光学系駆動部の作動により、前群光学系１０および後群光学系１２の少なくとも一方を光軸方向に動かすこととすればよく、前群光学系１０を動かすこととしてもよいし、前群光学系１０と後群光学系１２の両方を動かすこととしてもよい。
また、上記一実施形態および各変形例に係るフォーカス光学系４，１４，２４，３４，４４，５４は、ステージ上で試料Ｓ（各種生体試料）を観察する顕微鏡や顕微鏡スライドを観察する顕微鏡に限られず、生体を直接的に観察するような顕微鏡的観察機能を有するあらゆる観察装置に適用することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
２ 対物光学系
４，１４，２４，３４，４４，５４ フォーカス光学系
６ 結像光学系
１０ 前群光学系
１２ 後群光学系
Ｇ１ 第１群光学系
Ｇ２ 第２群光学系
Ｇ３ 第３群光学系
Ｇ４ 第４群光学系
Ｇ５ 第５群光学系
Ｇ６ 第６群光学系
１００ 顕微鏡システム
Ｓ 標本
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス可変光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡装置の対物レンズと結像レンズとの間に設けられ、対物レンズの作動距離を可変にするフォーカス可変光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のフォーカス可変光学系は、対物レンズ側に配置される前群光学系と、結像レンズ側に配置される後群光学系とを備え、前群光学系の前側焦点を対物レンズの後側焦点近傍に配置し、前群光学系または後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することにより、観察倍率の変化を抑えつつ対物レンズの作動距離を変化させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は概念を述べたものであり、前群光学系および後群光学系がそれぞれ単レンズに単純化されて記載されている。特許文献１の記載に従い単レンズを用いてフォーカス可変光学系を実現しようとすると、収差の影響により良好な画質を得ることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができるフォーカス可変光学系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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第１群光学系と、全体として正パワーの第２群光学系と、第３群光学系とを備え、前記第１群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構成され、前記第２群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第３群光学系が、２枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第４群光学系と、第５群光学系と、全体として正パワーの第６群光学系とを備え、前記第４群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの２つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、前記第５群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第６群光学系が、低分散材料のレンズと高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの接合レンズで構成されるフォーカス可変光学系を提供する。
【０００７】
本発明によれば、試料から発せられ対物光学系により略平行光束に変換された光は、正パワーの前群光学系により結像された後に発散し、正パワーの後群光学系により略平行光束に変換され、結像光学系により結像面に結像される。
【０００８】
ここで、前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係にあるときは、対物光学系と前群光学系との間と後群光学系と結像光学系との間において光は共に略平行光束となる。一方、前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係からずれると、対物光学系と前群光学系との間において光が略平行光束からずれて発散したり収束したりし、これによって対物光学系の作動距離が変化する。したがって、光学系駆動部により、前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動させることで、対物光学系の作動距離を変化させることができる。
【０００９】
この場合において、後群光学系のパワーと前群光学系のパワーとが略等しいので、対物光学系の倍率の絶対値を変えずに、試料からの光を対物光学系から結像光学系にリレーすることができる。また、第１群光学系の接合レンズの接合面により、軸上色収差を補正することができる。また、第２群光学系の最も前記対物光学系側に配置された正パワーのレンズにより対物光学系からの光が収束されるが、このレンズの凸面を対物光学系側に向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。また、第３群光学系の最も対物光学系側に配置されたレンズの凹面により、第２群光学系により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。また、第４群光学系の最も結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面により、第５群光学系により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。また、第５群光学系の正パワーのレンズにより、前群光学系において収束・発散された光が平行光束に戻されるが、このレンズの凸面を結像光学系側に向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。さらに、第６群光学系の接合レンズの接合面により軸上色収差を補正することができる。以上より、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができる。
【００１０】
上記発明においては、以下の条件式（１）から条件式（６）を満たすこととしてもよい。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・（１）
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・（３）
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・（４）
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
４０＜ν６Ｌ−ν６Ｈ＜６０・・・・・（６）
ここで、ν１Ｌは前記第１群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、ν１Ｈは前記第１群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、Ｆａは前記前群光学系全体の焦点距離、Ｆｂは前記後群光学系全体の焦点距離、Ｆ２は前記第２群光学系の焦点距離、ＲＧ３は前記第３群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、ＲＧ４は前記第４群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、Ｆ５は前記第５群光学系の焦点距離、ν６Ｌは前記第６群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、ν６Ｈは前記第６群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数である。
【００１１】
第１群光学系において、条件式（１）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（１）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
第２群光学系において、条件式（２）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると光が十分に収束させられなくなる。
第３群光学系において、条件式（３）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（３）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第４群光学系において、条件式（４）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第５群光学系において、条件式（５）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると光が平行光束に戻せなくなる。
第６群光学系において、条件式（６）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（６）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００１２】
また、上記発明においては、前記前群光学系の前側焦点位置の値、および、前記後群光学系の後側焦点位置の値がともに負であることとしてもよい。
一般的な顕微鏡装置は、対物光学系の後側焦点位置（物体側がテレセントリック光学系の場合は瞳位置に相当。）の値が負であるので、前群光学系の前側焦点位置の値を負にすることにより、前群光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置することができる。これにより、対物光学系の作動距離を変化させたときの倍率の変化を抑えることができる。また、後群光学系の後側焦点位置の値も負にすることで、結像光学系と組み合わせるときに全長を短くすることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、以下の条件式（７）および条件式（８）を満たすこととしてもよい。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、Ｆ３は前記第３群光学系の焦点距離、Ｆ４は前記第４群光学系の焦点距離である。
【００１４】
前群光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置するには、第３群光学系のパワーを小さくするか負の値にするのが好ましい。前群光学系の前側焦点位置の値を負にする場合において、条件式（７）の下限値を下回るとコマ収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（７）の上限値を上回ると前群光学系の前側焦点位置を負の値にすることができない。
【００１５】
また、後群光学系の後側焦点位置も負の値にする場合において、条件式（８）の下限値を下回ると後群光学系の後側焦点位置が負の値にならない。一方、条件式（８）の上限値を上回るとコマ収差が大きくなる。
【００１６】
また、上記発明においては、以下の条件式（９）を満たすこととしてもよい。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは前記結像光学系の焦点距離である。
【００１７】
条件式（９）は、全長を長くすることなく収差を良好に補正するための条件である。条件式（９）の下限値を下回ると前群光学系と後群光学系との間の光束のＮＡが大きくなりすぎて種々の収差補正が困難になる。一方、条件式（９）の上限値を上回ると全長が長くなりすぎる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォーカス可変光学系を備える顕微鏡システムの断面図である。
【図２】図１の結像光学系の断面図である。
【図３】図１の対物光学系の断面図である。
【図４】図３の対物光学系の先端部の断面図である。
【図５】図１のフォーカス可変光学系の断面図である。
【図６】図５のフォーカス可変光学系の後群光学系を光軸方向に駆動させた様子を示す断面図である。
【図７】（ａ）はフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図８】（ａ）はフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図９】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のとき（ｄ１０＝０、ｄ２０＝０）の顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１０】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のとき（ｄ１０＝０、ｄ２０＝０）の顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１１】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１２】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１３】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１４】（ａ）は本実施形態に係るフォーカス可変光学系のｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態の第１の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図１６】（ａ）は図１５のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図１７】（ａ）は図１５のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態の第２の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図１９】（ａ）は図１８のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２０】（ａ）は図１８のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態の第３の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２２】（ａ）は図２１のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２３】（ａ）は図２１のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態の第４の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２５】（ａ）は図２４のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２６】（ａ）は図２４のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態の第５の変形例に係るフォーカス可変光学系の断面図である。
【図２８】（ａ）は図２７のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムの球面収差を示し、（ｂ）は同じく非点収差を示し、（ｃ）は同じく歪曲収差を示し、（ｄ）は同じく倍率色収差を示す図である。
【図２９】（ａ）は図２７のフォーカス可変光学系の前群光学系と後群光学系とがアフォーカル光学系の関係のときの顕微鏡システムのコマ収差（Ｍ）を示し、（ｂ）は同じくコマ収差（Ｓ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態に係るフォーカス可変光学系４について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４は、図１に示されるように、照明光が照射された試料Ｓからの光を略平行光束に変換する対物光学系２と、対物光学系２により略平行光束に変換された光を所定の位置に結像する結像光学系６とを備える顕微鏡システム１００に用いることができる。このフォーカス可変光学系４は、対物光学系２と結像光学系６との間に配置されるようになっている。例えば、図１において、対物光学系２とフォーカス可変光学系４との間の距離は１ｍｍとし、フォーカス可変光学系４と結像光学系６との間の距離は１２０ｍｍとする。
【００２１】
以下の各実施形態において、対物光学系２は、像側への射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、それ自体では結像しない。そこで、例えば、以下の表１に示すレンズデータを有し、図２にレンズ断面を示す結像光学系（焦点距離１８０ｍｍ、前側焦点位置−１９２．０１ｍｍ、後側焦点位置１５７．０４４ｍｍ）４と組み合わせて使用される。図２〜図２７において、符号Ｒｓは番号ｓ面の曲面、符号ｄｓは面番号ｓの面間隔を示している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１〜表２８において、符号Ｓは面番号、符号Ｒは曲率半径（ｍｍ）、符号ｄは面間隔（ｍｍ）、符号ｎｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）までの屈折率、符号νはｄ線（５８７．５６ｎｍ）のアッベ数、符号ＥＲは有効半径（ｍｍ)を示している。
【００２４】
対物光学系２のレンズデータを表２，３に、そのレンズ断面を図３に示す。
また、図４に対物光学系の先端部２ａの部分を拡大した断面図を示す。表３は表２の続きである。
この対物光学系２は先端光学系２ａと基端光学系２ｂで構成されている。
先端光学系２ａは、平行平板からなるＴＤ１と平凸レンズＴＤを接合した第１レンズ成分と、両凸レンズＴＤ３と両凹レンズＴＤ４からなる第２レンズ成分と、両凸レンズＴＤ５と両凹レンズＴＤ６からなる第３レンズ成分と、両凸レンズＴＤ７からなる第４レンズ成分と、メニスカスレンズＴＤ８と平凸レンズＴＤ９からなる第５レンズ成分と、平凸レンズＴＤ１０と平行平板ＴＤ１１からなる第６レンズ成分と両凸レンズＴＤ１２と両凹レンズＴＤ１３からなる第７レンズ成分からなる。
また、基端光学系２ｂは、平行平板Ｔ１からなる第１レンズ成分と、両凸レンズＴ２および両凹レンズＴ３の接合レンズで正屈折力を有する第２レンズ成分と、負メニスカスレンズＴ４からなる第３レンズ成分と、正メニスカスレンズＴ５からなる第４レンズ成分と、負メニスカスレンズＴ６および正メニスカスレンズＴ７の接合レンズで正屈折力を有する第５レンズ成分と、両凸レンズＴ８および負メニスカスレンズＴ９の接合レンズで正屈折力を有する第６レンズ成分とから構成されている。
物体面から第１面（Ｓ＝１）の間隔＊０（対物光学系作動距離）はフォーカス可変光学系４の条件により変化する（値は表７を参照。)。また、フォーカス可変光学系４がない場合は、０．２０４（ｍｍ）である。
【００２５】
【表２】
【表３】
【００２６】
フォーカス可変光学系４は、図５に示すように、対物光学系２側から順に配置された前群光学系１０および後群光学系１２と、前群光学系１０および後群光学系１２の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系１０および後群光学系１２の光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部（図示略）とを備えている。このフォーカス可変光学系４は、表４に示すレンズデータを有している。
【００２７】
【表４】
【００２８】
図５および表４において、第１０面（ｓ＝１０）が前群光学系１０の後側焦点に一致するようにｄ９の値を設定し、第１１面（ｓ＝１１）が後群光学系１２の前側焦点に一致するようにｄ１１の値を設定している。Ｒ１０、Ｒ１１は仮想面であり、実際にはガラスは無い。また、面間隔ｄ１０＝０、および、面間隔ｄ２０＝０のときにアフォーカル光学系として成立するようになっている。面間隔ｄ１０および面間隔ｄ２０は後群光学系１２が光軸方向に動くことによりその値が変わるようになっている（値は表７を参照。)。
【００２９】
前群光学系１０および後群光学系１２は、全体として共に略等しい正パワーを有している。前群光学系１０全体の焦点距離Ｆａは、表５に示すように、後群光学系１２全体の焦点距離Ｆｂに略等しくなっている。
【００３０】
【表５】
【００３１】
前群光学系１０は、対物光学系２側から順に配置された第１群光学系Ｇ１と、第２群光学系Ｇ２と、第３群光学系Ｇ３とを備えている。
第１群光学系Ｇ１は、低屈折率・低分散ガラス（低分散材料）からなる両凸レンズＬ１と高屈折率・高分散ガラス（高分散材料）からなる凹平レンズＬ２とを接合した１つの接合レンズＷ２で構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ１が正。）。接合レンズＷ２の両凸レンズＬ１と凹平レンズＬ２との接合面Ｒ２は負パワーを有している。
【００３２】
また、第１群光学系Ｇ１は、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・・（１）
ここで、
ν１Ｈは、接合レンズＷ２のうち高屈折率・高分散ガラスからなる凹平レンズＬ２のｄ線のアッベ数、
ν１Ｌは、接合レンズＷ２のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１のｄ線のアッベ数である。
【００３３】
第２群光学系Ｇ２は、正パワーのメニスカス単レンズＬ３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されている。メニスカス単レンズＬ３は、対物光学系２に対して凸面Ｒ４を向けて配置されている。
【００３４】
また、第２群光学系Ｇ２は、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
ここで、
Ｆａは、前群光学系１０全体の焦点距離、
Ｆ２は、第２群光学系Ｇ２の焦点距離である。
【００３５】
第３群光学系Ｇ３は、対物光学系２側から順に配置された凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されている。対物光学系２側に配置された凹平レンズＬ４は、対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置されている（凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の合成焦点距離はＦ３。）。
【００３６】
また、第３群光学系Ｇ３は、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・・（３）
ここで、ＲＧ３は、凹平レンズＬ４の凹面Ｒ６の曲率半径である。
【００３７】
後群光学系１２は、対物光学系２側から順に配置された第４群光学系Ｇ４と、第５群光学系Ｇ５と、第６群光学系Ｇ６とを備えている。
第４群光学系Ｇ４は、対物光学系２側から順に配置された両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ４が正。）。この第４群光学系Ｇ４は、結像光学系６側に配置された負パワーメニスカスレンズＬ７が結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置されている。
【００３８】
また、第４群光学系Ｇ４は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・・（４）
ここで、
Ｆｂは、後群光学系１２全体の焦点距離、
ＲＧ４は、負パワーメニスカスレンズＬ７の凹面Ｒ１５の曲率半径である。
【００３９】
第５群光学系Ｇ５は、正パワーの両凸単レンズＬ８（焦点距離Ｆ５が正。）で構成されている。両凸単レンズＬ８により、第５群光学系Ｇ５の最も結像光学系６側の面は、結像光学系６に対して凸面Ｒ１７を向けて配置されている。
【００４０】
また、第５群光学系Ｇ５は、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
ここで、Ｆ５は、第５群光学系Ｇ５の焦点距離である。
【００４１】
第６群光学系Ｇ６は、高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ１９で構成され、全体として正パワーを有している（焦点距離Ｆ６が正。）。接合レンズＷ１９の両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０との接合面Ｒ１９は負パワーを有している。
【００４２】
また、第６群光学系Ｇ６は、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
４０ ＜ ν６Ｌ−ν６Ｈ ＜ ６０・・・・・・（６）
ここで、
ν６Ｌは、接合レンズＷ１９のうち高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９のｄ線のアッベ数、
ν６Ｈは、接合レンズＷ１９のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０のｄ線のアッベ数である。
【００４３】
上記条件式（１）〜（６）の値を表６に示す。
【表６】
【００４４】
このように構成されたフォーカス可変光学系４によれば、試料Ｓに照明光を照射すると、試料Ｓからの光が対物光学系２により略平行光束に変換され、正パワーの前群光学系１０により結像される。その後、光は発散し、正パワーの後群光学系１２により略平行光束に変換され、結像光学系６により結像面に結像される。
【００４５】
ここで、前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係にあるときは、対物光学系２と前群光学系１０との間および後群光学系１２と結像光学系６との間において、光は共に略平行光束となる。一方、前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係からずれると、対物光学系２と前群光学系１０との間において光が略平行光束からずれて発散したり収束したりし、これによって対物光学系２の作動距離が変化する。
【００４６】
したがって、例えば、図６に示すように、光学系駆動部の作動により、後群光学系１２の全体を光軸方向に駆動させることにより、対物光学系２の作動距離を変化させることができる。後群光学系１２の位置、対物光学系２の作動距離、フォーカス可変光学系４全体の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡの変化を表７に示す。表７によれば、後群光学系１２の移動に対してフォーカス可変光学系４全体の倍率はほとんど変化しないが、対物光学系２の作動距離は略線形に変化していることが分かる。
【００４７】
【表７】
【００４８】
本実施形態において、後群光学系１２のパワーを前群光学系１０のパワーと略等しくすることで、対物光学系２の倍率の絶対値を変えずに、試料Ｓからの光を対物光学系２から結像光学系６にリレーすることができる。
【００４９】
また、第１群光学系Ｇ１の接合レンズＷ２の接合面Ｒ２により、軸上色収差を補正することができる。第１群光学系Ｇ１において、条件式（１）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（１）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００５０】
また、第２群光学系Ｇ２のメニスカス単レンズＬ３により、対物光学系２からの光が収束される。このメニスカス単レンズＬ３の凸面Ｒ４を対物光学系２側に向けて配置することで、球面収差の発生を小さくすることができる。第２群光学系Ｇ２において、条件式（２）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると光が十分に収束させられなくなる。
【００５１】
また、第３群光学系Ｇ３の凹平レンズＬ４の凹面Ｒ６により、第２群光学系Ｇ２により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面Ｒ６により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。第３群光学系Ｇ３において、条件式（３）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（３）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
【００５２】
また、第４群光学系Ｇ４の負パワーメニスカスレンズＬ７の凹面Ｒ１５により、第５群光学系Ｇ５により発生する球面収差を補正することができる。また、この凹面Ｒ１５により像面湾曲およびコマ収差を補正することができる。第４群光学系Ｇ４において、条件式（４）の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
【００５３】
また、第５群光学系Ｇ５の両凸単レンズＬ８により、前群光学系１０において収束・発散された光が平行光束に戻される。結像光学系６側に両凸単レンズＬ８の凸面Ｒ１７を向けることで、球面収差の発生を小さくすることができる。第５群光学系Ｇ５において、条件式（５）の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると光が平行光束に戻せなくなる。
【００５４】
さらに、第６群光学系Ｇ６の接合レンズＷ１９の接合面Ｒ１９により軸上色収差を補正することができる。第６群光学系Ｇ６において、条件式（６）の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（６）の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
【００５５】
ここで、参考例として、フォーカス可変光学系を備えない顕微鏡システム、すなわち、対物光学系２と結像光学系６とからなる顕微鏡システムの使用データを表８に、その収差を図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および図８（ａ），（ｂ）に示す。図７（ａ）は球面収差を示し、図７（ｂ）は非点収差を示し、図７（ｃ）は歪曲収差を示し、図７（ｄ）は倍率色収差を示し、図８（ａ）はコマ収差（Ｍ）を示し、図８（ｂ）はコマ収差（Ｓ）を示している。また、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ）は結像面での収差を示し、符号ＮＡは物体側ＮＡ、符号ＦＩＹは物体高を示している。また、非点収差においては、実線がメリディオナル面の収差、点線がサジタル面の収差を表している。以下、対応する図９（ａ）〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ）〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ）〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）、図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ）、図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ）、図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ）、図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ）、図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ）において同様である。
【００５６】
【表８】
【００５７】
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００の収差を図９（ａ)〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ)〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ)〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）に示す。図９（ａ)〜（ｄ）および図１０（ａ），（ｂ）は前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０、ｄ２０＝０のときの収差を示している。図１１（ａ)〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）はｄ１０＝＋０．２、ｄ２０＝−０．２のときの収差を示している。図１３（ａ)〜（ｄ）および図１４（ａ），（ｂ）はｄ１０=−０．４、ｄ２０＝＋０．４のときの収差を示している。
【００５８】
本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００とフォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムとを比較すると、フォーカス可変光学系４の有無により、本実施形態に係るフォーカス可変光学系４を備える顕微鏡システム１００は球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。したがって、本実施形態に係るフォーカス可変光学系４によれば、収差を十分に補正し良好な画像を得ることができる。
【００５９】
本実施形態においては、フォーカス可変光学系４が、以下の条件式（７）および条件式（８）を満たすこととしてもよい。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、
Ｆ３は、第３群光学系Ｇ３の焦点距離、
Ｆ４は、第４群光学系Ｇ４の焦点距離である。
【００６０】
条件式（７）を満たすことで、前群光学系１０の前側焦点位置（前群光学系１０の最も対物光学系２側の面を原点としたときの前群光学系１０全体の前側焦点の座標。)Ｆｆａの値を負にし、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれを小さくすることができる。例えば、ずれが４．９ｍｍとなる。このようにすることで、後群光学系１２を光軸方向に動かした場合に、フォーカス可変光学系４全体の倍率の変化を小さくすることができる。この場合において、条件式（７）の下限値を下回るとコマ収差が大きくなりすぎる。一方、条件式（７）の上限値を上回ると前群光学系１０の前側焦点位置を負の値にすることができない。
【００６１】
また、条件式（８）を満たすことで、後群光学系１２の後側焦点位置（後群光学系１２の最も結像光学系６側の面を原点としたときの後群光学系１２全体の後側焦点の座標。)Ｆｂｂの値を負にすることができる。このようにすることで、フォーカス可変光学系４が長くならないようにすることができる。この場合において、条件式（８）の下限値を下回ると後群光学系１２の後側焦点位置が負の値にならない。一方、条件式（８）の上限値を上回るとコマ収差が大きくなる。
【００６２】
また、本実施形態においては、フォーカス可変光学系４が、以下の条件式（９）を満たすこととしてもよい。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは、結像光学系６の焦点距離である。
【００６３】
条件式（９）は、フォーカス可変光学系４の全長を長くすることなく収差を良好に補正するための条件である。前群光学系１０および後群光学系１２の焦点距離は、例えば、それぞれ２２．５ｍｍとする。条件式（９）を満たすことで、フォーカス可変光学系４の全長が長くなりすぎず、かつ、収差も良好に補正することができる。この場合において、条件式（９）の下限値を下回ると前群光学系１０と後群光学系１２との間の光束のＮＡが大きくなりすぎて種々の収差補正が困難になる。一方、条件式（９）の上限値を上回ると全長が長くなりすぎる。
【００６４】
また、本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ２で構成されることとしたが、例えば、第１の変形例に係るフォーカス可変光学系１４としては、図１５に示すように、第６群光学系Ｇ６が、高分散ガラスからなる平凹レンズＬ１９と低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ２９で構成されることとしてもよい。
【００６５】
この場合、第６群光学系Ｇ６は全体として正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズ１２の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１〜第５群光学系Ｇ５の構成および条件式（７）〜（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系１４は、表９に示すレンズデータを有している。
【００６６】
【表９】
【００６７】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ１０＝０，ｄ２０＝０のときの収差を図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系１４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系１４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１０に示す。また、フォーカス可変光学系１４の各パラメータの値を表１１に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表１２に示す。
【００６８】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００６９】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系１４を備える顕微鏡システム１００の収差（図１６（ａ）〜（ｄ）および図１７（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系１４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系１４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００７０】
次に、第２の変形例に係るフォーカス可変光学系２４としては、例えば、以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第３群光学系Ｇ３が凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では、図１８に示すように、第３群光学系Ｇ３が、凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５を接合した接合レンズＷ２７で構成され、対物光学系２側に配置された凹平レンズＬ４が対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置されることとしてもよい。また、本変形例では、第４群光学系Ｇ４の結像光学系６側に配置された負パワーメニスカスレンズＬ７が結像光学系６に対して凹面Ｒ１４を向けて配置されていることとすればよい。
【００７１】
また、上記一実施形態においては、第５群光学系Ｇ５が正パワーの両凸単レンズＬ８で構成されることとしたが、本変形例では、第５群光学系Ｇ５が正パワーの平凸単レンズＬ２８（焦点距離Ｆ５が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、結像光学系６に対して平凸単レンズＬ２８が凸面Ｒ１６を向けて配置されることとすればよい。また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズＬ９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、第６群光学系Ｇ６が高分散ガラスからなる平凹レンズＬ２９と低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ２９で構成されることとしてもよい。この場合、接合レンズＷ２９の接合面Ｒ１８が負パワーを有することとすればよい。
【００７２】
また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第２群光学系Ｇ２、第４群光学系Ｇ４の構成および条件式（８），（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系２４は、表１３に示すレンズデータを有している。
【００７３】
【表１３】
【００７４】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ９＝０，ｄ１９＝０のときの収差を図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ９，ｄ１９が変化したときのフォーカス可変光学系２４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系２４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１４に示す。また、フォーカス可変光学系２４の各パラメータの値を表１５に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表１６に示す。
【００７５】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【００７６】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系２４を備える顕微鏡システム１００の収差（図１９（ａ）〜（ｄ）および図２０（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系２４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系２４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００７７】
また、本変形例においても、条件式（７）を満たすことが望ましい、このようにすることで、前群光学系１０の前側焦点位置（Ｆｆａ）の値を負にし、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれを小さくすることができる。例えば、ずれが３．９ｍｍとなる。したがって、上記一実施形態および第１の変形例よりも、対物光学系２の後側焦点と前群光学系１０の前側焦点とのずれをさらに小さくすることができる。これにより、後群光学系１２を光軸方向に動かした場合に、フォーカス可変光学系２４全体の倍率の変化をより小さくすることができる。
【００７８】
次に、第３の変形例に係るフォーカス可変光学系３４としては、例えば、上記第２の変形例をさらに以下のように変形することとしてもよい。すなわち、第２の変形例においては、第２群光学系Ｇ２が正パワーのメニスカス単レンズＬ３で構成されることとしたが、図２１に示すように、本変形例では第２群光学系Ｇ２が正パワーの両凸単レンズＬ３３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２に対して両凸単レンズＬ３３が凸面Ｒ４が第２群光学系Ｇ２の最も対物光学系２側の面にあたり、対物光学系２に向けて凸面Ｒ４を向けた配置になる。
【００７９】
また、第２の変形例においては、第３群光学系Ｇ３が凹平レンズＬ４と凸平レンズＬ５の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では第３群光学系Ｇ３が正パワーのメニスカスレンズＬ３４と負パワーのメニスカスレンズＬ３５を接合した接合レンズＷ３７で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２側にメニスカスレンズＬ３４を対物光学系２に対して凹面Ｒ６を向けて配置することとすればよい。
【００８０】
また、条件式（１）〜（６）をすべて満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第４群光学系Ｇ４、第５群光学系Ｇ５、第６群光学系Ｇ６の構成および条件式（８），（９）は第２の変形例と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系３４は、表１７に示すレンズデータを有している。
【００８１】
【表１７】
【００８２】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、面間隔ｄ９＝０，ｄ１９＝０のときの収差を図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ９，ｄ１９が変化したときのフォーカス可変光学系３４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系３４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表１８に示す。また、フォーカス可変光学系３４の各パラメータの値を表１９に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２０に示す。
【００８３】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【００８４】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系３４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２２（ａ）〜（ｄ）および図２３（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系３４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系３４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００８５】
本変形例においては、条件式（７）の値を上限に近いところに設定することが望ましい。このようにすることで、上記一実施形態および各変形例と比較して、前群光学系１０の前側焦点を対物光学系２の接続部に対して近い位置に設定することができる（例えば、Ｆｆａ＝−１０．８７。）。対物光学系２の後側焦点が胴つきに近い位置にある対物光学系２と組み合わせるときに倍率変化を小さくするのに有効である。
【００８６】
次に、第４の変形例に係るフォーカス可変光学系４４としては、例えば、上記一実施形態を以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第２群光学系Ｇ２がメニスカス単レンズＬ３で構成されることとしたが、図２４に示すように、本変形例では第２群光学系Ｇ２が正パワーの両凸単レンズＬ４３（焦点距離Ｆ２が正。）で構成されることとしてもよい。この場合、対物光学系２に対して両凸単レンズＬ４３が凸面Ｒ４が第２群の最も対物光学系２側の面にあたり、対物光学系２に向けて凸面Ｒ４を向けた配置になる。
【００８７】
また、上記一実施形態においては、第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成されることとしたが、本変形例では第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と平凹レンズＬ４７の２枚の単レンズで構成されることとしてもよい。この場合、第４群光学系Ｇ４全体で正のパワーを有し（焦点距離Ｆ４が正。）、かつ、結像光学系６側に平凹レンズＬ７を結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置することとすればよい。
【００８８】
また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、本変形例では第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる平凹レンズＬ４９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ４９で構成されることとしてもよい。この場合、第６群光学系Ｇ６全体で正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズＷ４９の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。
【００８９】
また、条件式（１）〜（６）を満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１、第３群光学系Ｇ３および第５群光学系Ｇ５の構成および条件式（７）、（８）、（９）については上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系４４は、表２１に示すレンズデータを有している。
【００９０】
【表２１】
【００９１】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０、ｄ２０＝０のときの収差を図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系４４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系４４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表２２に示す。また、フォーカス可変光学系４４の各パラメータの値を表２３に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２４に示す。
【００９２】
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【００９３】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系４４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２５（ａ）〜（ｄ）および図２６（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系４４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系４４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【００９４】
次に、第５の変形例に係るフォーカス可変光学系５４としては、例えば、上記一実施形態を以下のように変形することとしてもよい。すなわち、上記一実施形態においては、第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と負パワーメニスカスレンズＬ７の２枚の単レンズで構成されることとしたが、図２７に示すように、本変形例では第４群光学系Ｇ４が両凸レンズＬ６と平凹レンズＬ５７の２枚の単レンズで構成されることとしてもよい。この場合、第４群光学系Ｇ４全体で正のパワーを有し（焦点距離Ｆ４が正。）、かつ、結像光学系６側に平凹レンズＬ７を結像光学系６に対して凹面Ｒ１５を向けて配置することとすればよい。
【００９５】
また、上記一実施形態においては、第６群光学系Ｇ６が、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とを接合した１つの接合レンズＷ９で構成されることとしたが、本変形例では第６群光学系Ｇ６が高屈折率・高分散ガラスからなる平凹レンズＬ５９と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズＬ１０を接合した１つの接合レンズＷ５９で構成されることとしてもよい。この場合、第６群光学系Ｇ６全体で正パワーを有し（焦点距離Ｆ６が正。）、接合レンズＷ５９の接合面Ｒ１９が負パワーを有することとすればよい。
【００９６】
また、条件式（１）〜（６）を満たし、球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差を良好に補正することが望ましい。第１群光学系Ｇ１〜第３群光学系Ｇ３、第５群光学系Ｇ５および第６群光学系Ｇ６および条件式（７）、（８）、（９）は上記一実施形態と同様である。本変形例に係るフォーカス可変光学系５４は、表２５に示すレンズデータを有している。
【００９７】
【表２５】
【００９８】
前群光学系１０と後群光学系１２とがアフォーカル光学系の関係、すなわち、ｄ１０＝０，ｄ２０＝０のときの収差を図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ）に示す。後群光学系１２が光軸方向に動いたことによって面間隔ｄ１０，ｄ２０が変化したときのフォーカス可変光学系５４の倍率、対物光学系２の物体側ＮＡ、対物光学系２の作動距離（対物光学系２、フォーカス可変光学系５４、結像光学系６を組み合わせたときの値。）を表２６に示す。また、フォーカス可変光学系５４の各パラメータの値を表２７に示す。さらに、条件式（１）〜（８）の値を表２８に示す。
【００９９】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
【０１００】
ここで、フォーカス可変光学系を備えない参考例としての顕微鏡システムの収差（図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ））と、本変形例に係るフォーカス可変光学系５４を備える顕微鏡システム１００の収差（図２８（ａ）〜（ｄ）および図２９（ａ），（ｂ））とを比較すると、フォーカス可変光学系５４の有無により、本変形例に係るフォーカス可変光学系５４を備える顕微鏡システム１００の球面収差、像面湾曲、コマ収差、軸上色収差の変化が小さいことが分かる。
【０１０１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記一実施形態およびその変形例においては、後群光学系を動かすこととしたが、光学系駆動部の作動により、前群光学系１０および後群光学系１２の少なくとも一方を光軸方向に動かすこととすればよく、前群光学系１０を動かすこととしてもよいし、前群光学系１０と後群光学系１２の両方を動かすこととしてもよい。
また、上記一実施形態および各変形例に係るフォーカス光学系４，１４，２４，３４，４４，５４は、ステージ上で試料Ｓ（各種生体試料）を観察する顕微鏡や顕微鏡スライドを観察する顕微鏡に限られず、生体を直接的に観察するような顕微鏡的観察機能を有するあらゆる観察装置に適用することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
２ 対物光学系
４，１４，２４，３４，４４，５４ フォーカス光学系
６ 結像光学系
１０ 前群光学系
１２ 後群光学系
Ｇ１ 第１群光学系
Ｇ２ 第２群光学系
Ｇ３ 第３群光学系
Ｇ４ 第４群光学系
Ｇ５ 第５群光学系
Ｇ６ 第６群光学系
１００ 顕微鏡システム
Ｓ 標本
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、
前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、
該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、
前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第１群光学系と、全体として正パワーの第２群光学系と、第３群光学系とを備え、
前記第１群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構成され、
前記第２群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第３群光学系が、２枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第４群光学系と、第５群光学系と、全体として正パワーの第６群光学系とを備え、
前記第４群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの２つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記第５群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第６群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構されるフォーカス可変光学系。
【請求項２】
以下の条件式（１）から条件式（６）を満たす請求項１に記載のフォーカス可変光学系。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・（１）
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・（３）
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・（４）
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
４０＜ν６Ｌ−ν６Ｈ＜６０・・・・・（６）
ここで、
ν１Ｌは、前記第１群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
ν１Ｈは、前記第１群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
Ｆａは、前記前群光学系全体の焦点距離、
Ｆｂは、前記後群光学系全体の焦点距離、
Ｆ２は、前記第２群光学系の焦点距離、
ＲＧ３は、前記第３群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、
ＲＧ４は、前記第４群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、
Ｆ５は、前記第５群光学系の焦点距離、
ν６Ｌは、前記第６群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
ν６Ｈは、前記第６群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数である。
【請求項３】
前記前群光学系の前側焦点位置の値、および、前記後群光学系の後側焦点位置の値がともに負である請求項１または請求項２に記載のフォーカス可変光学系。
【請求項４】
以下の条件式（７）および条件式（８）を満たす請求項３に記載のフォーカス可変光学系。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、
Ｆ３は、前記第３群光学系の焦点距離、
Ｆ４は、前記第４群光学系の焦点距離である。
【請求項５】
以下の条件式（９）を満たす請求項１から請求項４のいずれかに記載のフォーカス可変光学系。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは、前記結像光学系の焦点距離である。
【請求項１】
試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、
前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、
該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、
前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第１群光学系と、全体として正パワーの第２群光学系と、第３群光学系とを備え、
前記第１群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構成され、
前記第２群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第３群光学系が、２枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第４群光学系と、第５群光学系と、全体として正パワーの第６群光学系とを備え、
前記第４群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの２つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記第５群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第６群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの１つの接合レンズで構されるフォーカス可変光学系。
【請求項２】
以下の条件式（１）から条件式（６）を満たす請求項１に記載のフォーカス可変光学系。
３５＜ν１Ｌ−ν１Ｈ＜６０・・・・・（１）
０．６＜｜Ｆ２／Ｆａ｜＜０．９・・・（２）
０．１＜｜ＲＧ３／Ｆａ｜＜０．３・・（３）
０．１＜｜ＲＧ４／Ｆｂ｜＜０．２・・（４）
０．９＜｜Ｆ５／Ｆｂ｜＜１．２・・・（５）
４０＜ν６Ｌ−ν６Ｈ＜６０・・・・・（６）
ここで、
ν１Ｌは、前記第１群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
ν１Ｈは、前記第１群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
Ｆａは、前記前群光学系全体の焦点距離、
Ｆｂは、前記後群光学系全体の焦点距離、
Ｆ２は、前記第２群光学系の焦点距離、
ＲＧ３は、前記第３群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、
ＲＧ４は、前記第４群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、
Ｆ５は、前記第５群光学系の焦点距離、
ν６Ｌは、前記第６群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのｄ線のアッベ数、
ν６Ｈは、前記第６群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのｄ線のアッベ数である。
【請求項３】
前記前群光学系の前側焦点位置の値、および、前記後群光学系の後側焦点位置の値がともに負である請求項１または請求項２に記載のフォーカス可変光学系。
【請求項４】
以下の条件式（７）および条件式（８）を満たす請求項３に記載のフォーカス可変光学系。
−１．８＜Ｆａ／Ｆ３＜０．２・・・（７）
１．５＜Ｆｂ／Ｆ４＜２．２・・・・（８）
ここで、
Ｆ３は、前記第３群光学系の焦点距離、
Ｆ４は、前記第４群光学系の焦点距離である。
【請求項５】
以下の条件式（９）を満たす請求項１から請求項４のいずれかに記載のフォーカス可変光学系。
０．１＜Ｆａ／Ｆｔｌ＜０．２・・・（９）
ここで、Ｆｔｌは、前記結像光学系の焦点距離である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−２１２１２８（Ｐ２０１２−２１２１２８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５０８（Ｐ２０１２−５２５０８）
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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