特開 2022-133644 補正光学系および光学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022133644

(43)【公開日】2022-09-14

(54)【発明の名称】補正光学系および光学装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20220907BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20220907BHJP

   G02B 21/02 20060101ALN20220907BHJP

   G02B 21/00 20060101ALN20220907BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G01N21/64 E

G02B21/02

G02B21/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021032437

(22)【出願日】2021-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100136836

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 一正

(72)【発明者】

【氏名】加藤 佳祐

【テーマコード（参考）】

2G043

2H052

2H087

【Ｆターム（参考）】

2G043AA03

2G043BA16

2G043DA06

2G043EA01

2G043FA02

2G043HA09

2G043LA03

2G043MA16

2H052AA09

2H052AB00

2H052AC04

2H052AC27

2H052AC33

2H052AC34

2H052AF14

2H087KA01

2H087KA06

2H087KA07

2H087KA09

2H087LA01

2H087LA21

2H087NA01

2H087RA07

2H087RA08

2H087RA42

2H087RA43

2H087RA48

(57)【要約】      （修正有）

【課題】像面に光学像を形成するレンズと、レンズの光軸を含む第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で像面とレンズとの間に配置される平行平板とを有する光学系で発生するコマ収差および非点収差の両方を、少ない部品点数でかつ簡素な構成で補正する。
【解決手段】コマ収差補正素子６１と非点収差補正素子６２とが像面とレンズとの間に配置されている。コマ収差補正素子は、第１仮想平面において平行平板４１の傾き方向と逆向きの方向でレンズの光軸に対して傾いた姿勢で配置されている。非点収差補正素子では、透明で、かつ第１仮想平面と、第１仮想平面と直交する第２仮想平面との少なくとも一方において像面を向いた第１面およびレンズを向いた第２面が同一の曲率半径を有する曲面となっている。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

像面に光学像を形成するレンズと、前記レンズの光軸を含む第１仮想平面において前記光軸に対して傾いた姿勢で前記像面と前記レンズとの間に配置される平行平板とを有する光学系において発生する収差を補正する補正光学系であって、
透明で、かつ平行平板形状を有し、前記第１仮想平面において前記平行平板の傾き方向と逆向きの方向で前記レンズの光軸に対して傾いた姿勢で配置されるコマ収差補正素子と、
透明で、かつ前記第１仮想平面と、前記第１仮想平面と直交する第２仮想平面との少なくとも一方において、前記像面を向いた第１面および前記レンズを向いた第２面が同一の曲率半径を有する曲面である非点収差補正素子と、を備え、
前記コマ収差補正素子および前記非点収差補正素子は、前記コマ収差補正素子、前記非点収差補正素子および前記平行平板が任意の順序で前記光軸に沿って並ぶように、前記像面と前記レンズとの間に配置されることを特徴とする補正光学系。

【請求項2】

請求項１に記載の補正光学系であって、
前記平行平板は、ダイクロイックミラーまたはハーフミラーである補正光学系。

【請求項3】

請求項２に記載の補正光学系であって、
前記コマ収差補正素子は、前記平行平板の同じ厚みを有し、前記第１仮想平面内において平行平板に対して９０゜回転させた状態で配置される補正光学系。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載の補正光学系であって、
前記非点収差補正素子の前記第１面および前記第２面は、前記第１仮想平面および前記第２仮想平面のうちの一方において曲率を有し、他方において曲率を有さないシリンドリカル面である補正光学系。

【請求項5】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載の補正光学系であって、
前記非点収差補正素子の前記第１面および前記第２面は、前記第１仮想平面および前記第２仮想平面のうちの一方において第１曲率を有し、他方において前記第１曲率と異なる第２曲率を有するトーリンク面である補正光学系。

【請求項6】

試料の観察対象面からの光を像面に結像するレンズと、前記レンズの光軸を含む第１仮想平面において前記光軸に対して傾いた姿勢で前記像面と前記レンズとの間に配置される平行平板とを有し、前記レンズから前記像面に向かって進む光の一部のみを前記像面に導光して前記像面上に前記観察対象面の像を形成する光学系と、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の補正光学系と、
を備えることを特徴とする光学装置。

【請求項7】

請求項６に記載の光学装置であって、
前記試料は蛍光波長の光を射出する蛍光性を有しており、
前記平行平板は、前記レンズから前記像面に向かって進む光のうち前記蛍光波長の光のみを前記像面に導光するダイクロイックミラーであり、
前記光学系は前記観察対象面の蛍光像を形成する光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、結像レンズや投影レンズの光軸に対して平行平板が斜めに配置されることで生じる収差を補正する補正光学系、および当該補正光学系を装備する顕微鏡、カメラ、プロジェクタ等の光学装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

上記光学装置の一例として蛍光顕微鏡が挙げられる。蛍光顕微鏡においては、例えば特許文献１に記載されているように、ダイクロイックミラーにより励起波長と蛍光波長の分離が行われる。このダイクロイックミラーは、一般的に、対物レンズと結像レンズとの間に形成される平行光束部に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５９３２５４２号

【特許文献2】特許第４５７４２３９号

【特許文献3】特開２０１５－１００５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、対物レンズの瞳直径が大きいという理由や、観察視野(画角)が大きいという理由などにより、平行光束部の光束が太くなることがある。この場合に、結像光学系のスペース上の都合、さらにはダイクロイックミラーのサイズ制限により、結像レンズと像面との間、つまり収束光束部に配置せざるを得ない場合がある。このような場合、後で説明する図２に示すように、ダイクロイックミラーの入射－反射光と同一面内（以下「メリジオナル面」と称する）において、光線の位置（高さ）によってダイクロイックミラーへの入射角が異なる。これに起因して光線のシフト量に差が生じ、コマ収差が発生する。さらに、メリジオナル面と、これと垂直な面内（以下「サジタル面」と称する）との間で、光線のシフト量に差が生じ、非点収差が発生する。

【0005】

ここで、コマ収差を補正するために、例えばメリジオナル面内にてダイクロイックミラーと同等の厚みの透明な平板を反対方向に傾けて設置してもよい（特許文献２）。また、非点収差を補正するために、例えば別の平行平板を光軸に対してダイクロイックミラーとは異なる向き、つまり光軸に対して９０゜回転した位置に配置してもよい（特許文献３）。ただし、特許文献２に記載の補正手段を採用した場合には、メリジオナル面内にて発生するコマ収差は補正できるものの、ダイクロイックミラーおよび上記補正手段に起因する非点収差が残存する。一方、特許文献３に記載の補正手段を採用した場合には、非点収差は補正されるものの、メリジオナル面内のコマ収差を補正することができない。

【0006】

そこで、上記補正手段を組み合わせることが考えられる。つまり、ダイクロイックミラーに起因するコマ収差を補正するための補正手段（コマ収差補正素子）を追加するとともに、ダイクロイックミラーおよびコマ収差補正板のそれぞれに対して非点収差を補正するための補正手段（非点収差補正素子）を追加してもよい。このように、一枚のダイクロイックミラーを備えた光学装置に対し、３枚の補正素子で構成される補正光学系を追加することによって、原理的にはコマ収差および非点収差の両方を補正することは可能ではある。しかしながら、スペースの都合上配置が難しく、構成も複雑なものとなってしまう。

【0007】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、像面に光学像を形成するレンズと、レンズの光軸を含む第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で像面とレンズとの間に配置される平行平板とを有する光学系で発生するコマ収差および非点収差の両方を、少ない部品点数でかつ簡素な構成で補正することができる補正光学系、および当該補正光学系を備える光学装置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】

【0008】

この発明の第１態様は、像面に光学像を形成するレンズと、レンズの光軸を含む第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で像面とレンズとの間に配置される平行平板とを有する光学系において発生する収差を補正する補正光学系であって、透明で、かつ平行平板形状を有し、第１仮想平面において平行平板の傾き方向と逆向きの方向でレンズの光軸に対して傾いた姿勢で配置されるコマ収差補正素子と、透明で、かつ第１仮想平面と、第１仮想平面と直交する第２仮想平面との少なくとも一方において、像面を向いた第１面およびレンズを向いた第２面が同一の曲率半径を有する曲面である非点収差補正素子と、を備え、コマ収差補正素子および非点収差補正素子は、コマ収差補正素子、非点収差補正素子および平行平板が任意の順序で光軸に沿って並ぶように、像面とレンズとの間に配置されることを特徴としている。

【0009】

また、この発明の第２態様は、試料の観察対象面からの光を像面に結像するレンズと、レンズの光軸を含む第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で像面とレンズとの間に配置される平行平板とを有し、レンズから像面に向かって進む光の一部のみを像面に導光して像面上に観察対象面の像を形成する光学系と、上記補正光学系と、を備えることを特徴としている。

【0010】

このように構成された発明では、第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で平行平板が像面とレンズとの間に配置されることで発生するコマ収差および非点収差の両方が、コマ収差補正素子および非点収差補正素子の２つの光学部品で構成される補正光学系によって補正される。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明によれば、少ない部品点数でかつ簡素な構成で、像面に光学像を形成するレンズと、レンズの光軸を含む第１仮想平面において光軸に対して傾いた姿勢で像面とレンズとの間に配置される平行平板とを有する光学系で発生するコマ収差および非点収差の両方を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】本発明に係る補正光学系の一実施形態を有する光学装置の一例である蛍光顕微鏡の構成を示す図である。

【図1B】図１Ａに示す蛍光顕微鏡のサジタル面における装置構成を示す図である。

【図2】コマ収差の発生原因を説明するための図である。

【図3】コマ収差補正素子によるコマ収差の補正と、非点収差の発生原因を説明するための図である。

【図4】図１Ａおよび図１Ｂに示す補正光学系によるコマ収差および非点収差の補正を示す図である。

【図5】非点収差補正素子の曲率に伴う結像位置の変化を示す図である。

【図6】図１Ａおよび図１Ｂに示す装置におけるサジタル面でのマージナル光線の軌跡を示す図である。

【図7】平行平板を透過する光線のシフト量を示す図である。

【図8】図１Ａおよび図１Ｂに示す装置におけるメリジオナル面でのマージナル光線の軌跡を示す図である。

【図9】非点収差補正素子の第１面近傍におけるメリジオナル面でのマージナル光線の軌跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１Ａは、本発明に係る補正光学系の一実施形態を有する光学装置の一例である蛍光顕微鏡の構成を示す図であり、メリジオナル面における装置構成を示している。図１Ｂは図１Ａに示す蛍光顕微鏡のサジタル面における装置構成を示す図である。なお、以後の説明のために、図１Ａおよび図１Ｂに示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでは、ＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。Ｚ軸における正方向は鉛直下向き方向である。また、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

【0014】

蛍光顕微鏡１は、試料Ｓに対して励起光を照射するとともに、当該試料Ｓから発せれる蛍光により試料Ｓを観察する装置である。試料Ｓは、例えばウェルプレートにおいて培養された蛍光性を持った生体試料などである。ただし、試料Ｓは生体試料に限定されるものではない。

【0015】

蛍光顕微鏡１は、ステージ２と、照明部３と、結像光学系４と、撮像部５と、本発明の特徴部分である補正光学系６とを有している。ここでは、蛍光顕微鏡１の基本構成について説明し、補正光学系６の構成および機能については後で詳述する。

【0016】

ステージ２は上方からの平面視で円形または多角形のプレート部材で構成されている。ステージ２の上面２１では、試料Ｓの観察対象面Ｓａを鉛直上方に向けて状態で試料Ｓが水平姿勢で載置される。ステージ２の上方に、その他の構成、つまり照明部３、結像光学系４、撮像部５および補正光学系６が配置されている。

【0017】

照明部３は、水平方向（－Ｘ）に特定の励起波長の励起光を射出する励起光源３１と、コリメートレンズ３２とを備えている。励起光源３１としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザー光源などを用いることができる。コリメートレンズ３２は励起光源３１から射出された励起光を平行光にし、結像光学系４の一構成要素であるダイクロイックミラー４１に入射させる。

【0018】

結像光学系４は、上記ダイクロイックミラー４１、結像レンズ４２および対物レンズ４３を備えている。ダイクロイックミラー４１は照明部３からの平行光（励起光）の光路上かつ結像光学系４の光軸ＯＡ上に配置されており、平行光を試料Ｓの観察対象面Ｓａに向けて反射させる。また、本実施形態では、ダイクロイックミラー４１が結像レンズ４２および対物レンズ４３よりも反試料側（－Ｚ方向側）に配置されている。このため、ダイクロイックミラー４１で反射された平行光は、光軸ＯＡに沿って結像レンズ４２および対物レンズ４３を介して試料Ｓの観察対象面Ｓａに照射される。このように、蛍光顕微鏡１は特定の励起波長を有する励起光を試料Ｓに対して落射照明する。

【0019】

また、結像光学系４では、観察対象面Ｓａからの光（散乱光、反射光）が対物レンズ４３および結像レンズ４２を介してダイクロイックミラー４１に入射される。ダイクロイックミラー４１では、蛍光波長の蛍光のみが光軸ＯＡに沿って撮像部５に向かって直進し、観察対象面Ｓａの像が結像光学系４により結像される。つまり、ダイクロイックミラー４１は、蛍光波長の蛍光を分離して撮像部５の受光面５１１に導光する機能を有している。

【0020】

撮像部５は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などのイメージセンサで構成された二次元の撮像素子５１を有している。撮像素子５１は、その受光面５１１が観察対象面Ｓａの像が形成される像面と一致するように、配置されている。そして、撮像部５は、受光面５１１に入射した蛍光を電気信号に変換し、上記像に対応する画像データを制御部（図示省略）に送信する。なお、制御部は受け取った画像データに対して適当な画像処理を施した上で観察対象面Ｓａの像をディスプレイなどに表示する。

【0021】

次に、補正光学系６について図２ないし図９を参照しつつ詳述する。図２はコマ収差の発生原因を説明するための図である。図３は、コマ収差補正素子によるコマ収差の補正と、非点収差の発生原因を説明するための図である。

【0022】

上記のように構成された蛍光顕微鏡１では、結像光学系４の光軸ＯＡと励起光の光路とを含む平面（図１Ａの紙面）がメリジオナル面に相当している。また、メリジオナル面内においてダイクロイックミラー４１は光軸ＯＡに対して４５゜傾いている。ここで、試料Ｓの観察対象面Ｓａから射出される光は結像レンズ４２を介して収束光となり、ダイクロイックミラー４１に入射する。その入射光のうち蛍光波長の光がダイクロイックミラー４１を透過して受光面５１１に集光される。ここで、ダイクロイックミラー４１に入射する収束光は、図２に示すように、光線の位置（高さ）によってダイクロイックミラー４１への入射角が異なる。これに起因して、光線のシフト量に差が生じ、コマ収差が発生する。

【0023】

そこで、本実施形態では、コマ収差を補正するために、特許文献１と同様に、平行平板形状の透明板がコマ収差補正素子６１として光軸ＯＡ上に配置されている。より具体的には、コマ収差補正素子６１は、ダイクロイックミラー４１と厚みおよび硝材が同じ透明な平行平板で構成されている。そして、コマ収差補正素子６１は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ダイクロイックミラー４１と撮像部５との間で、メリジオナル面においてダイクロイックミラー４１の傾き方向と逆向きの方向でかつ光軸ＯＡに対して同一角度４５゜だけ傾いた姿勢で配置されている。このコマ収差補正素子６１の追加によって、図３に示すように、コマ収差は補正される。しかしながら、非点収差が残ってしまう。

【0024】

そこで、非点収差をさらに補正するために、本実施形態では、非点収差補正素子６２が光軸ＯＡ上に配置されている。ここで、非点収差補正素子６２を設けるに至った具体的な理由は以下のとおりである。本願発明者は、非点収差補正素子６２として、例えば透明な平行平板を結像レンズ４２とダイクロイックミラー４１との間で、透明な平行平板を光軸ＯＡに対して垂直な姿勢で配置することを検討した。この場合、メリジオナル面内における収束光の光線シフト量は、平行平板（非点収差補正素子６２）と、斜め配置されたダイクロイックミラー４１と、逆斜め配置されたコマ収差補正素子（平行平板）６１とにより決まる。一方、メリジオナル面（ＸＺ平面）と直交するサジタル面（ＹＺ平面）では、ダイクロイックミラー４１およびコマ収差補正素子６１は光軸ＯＡに対して垂直である。このため、メリジオナル面内では、平行平板（非点収差補正素子６２）、ダイクロイックミラー４１およびコマ収差補正素子（平行平板）６１の合計３枚それぞれの垂直入射による光線シフトが発生する。その結果、メリジオナル面およびサジタル面での結像位置は異なる、つまり非点収差が発生する。つまり、平行平板を非点収差補正素子６２として用いることはできない。

【0025】

しかしながら、このような考察から、本願発明者は、非点収差補正素子６２において結像レンズ４２を向いた第１面６２１およびダイクロイックミラー４１を向いた第２面６２２を曲面に仕上げるとともに、第１面６２１および第２面６２２の曲率半径をメリジオナル面およびサジタル面のうちの少なくとも一方において調整することで非点収差を補正することができるという知見を得た。この知見に基づき、本願発明者は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、透明で、メリジオナル面においてのみ曲率を持たせたシリンドリカル形状の非点収差補正素子６２を用意し、結像レンズ４２とダイクロイックミラー４１との間で光軸ＯＡ上に配置することを着想した。

【0026】

図４は、図１Ａおよび図１Ｂに示す補正光学系によるコマ収差および非点収差の補正を示す図である。シリンドリカル形状の非点収差補正素子６２は、メリジオナル面において曲率を有する一方、サジタル面においては曲率を有さない、つまり平面に仕上げられている。また、メリジオナル面において結像レンズ４２側、つまり（＋Ｚ）方向側の第１面６２１は凸形状に仕上げられるとともにダイクロイックミラー４１側、つまり（－Ｚ）方向側の第２面６２２は凹形状に仕上げられている。しかも、第１面６２１および第２面６２２の曲率半径は同一である。このように仕上げた理由は、図５に示すように、非点収差補正素子６２の曲率に応じて結像位置を光軸方向Ｚに移動させることができるからである。

【0027】

図５は、非点収差補正素子の曲率に伴う結像位置の変化を示す図である。同図に示すように、メリジオナル面（ＸＺ平面）において非点収差補正素子６２の第１面６２１および第２面６２２の曲率を変えることで、それに応じた光軸方向Ｚにメリジオナル面における結像位置Ｐｍをシフトさせることができる。しかも曲率の大きさを変えることで結像位置Ｐｍのシフト量も調整することができる。つまり、図５（ａ）に示すように、非点収差補正素子６２によって与えられるシフト量は、非点収差補正素子６２の曲面から像面までの距離が非点収差補正素子６２の曲率半径と等しくなる時にゼロとなる。一方、曲率半径がこれより小さい場合は結像位置Ｐｍが（＋Ｚ）方向へ、大きい場合(平面に近づく)は図５（ｂ）のように（－Ｚ）方向へシフトする。

【0028】

例えば図３に示すように、コマ収差補正素子６１は追加されているものの、非点収差補正素子６２が追加されていない結像光学系４においてメリジオナル面における結像位置Ｐｍがサジタル面における結像位置Ｐｓに対して（－Ｚ）方向にずれることがある。この場合、図１Ａ、図１Ｂおよび図４に示す曲率形状の非点収差補正素子６２を結像光学系４に追加することでメリジオナル面における結像位置Ｐｍを（＋Ｚ）方向にシフトさせてサジタル面における結像位置Ｐｓに一致させることができる。つまり、コマ収差補正に影響を与えることなく、非点収差を補正することができる。

【0029】

さらに、非点収差の補正より高精度なものとするため、非点収差補正素子６２の曲率半径を次のようにして決定している。非点収差補正素子６２、ダイクロイックミラー４１、コマ収差補正素子６１のそれぞれの厚みおよび屈折率をｔa、ｔd、ｔc、ｎa、ｎd、ncとする。また、サジタル面（ＹＺ平面）における、非点収差補正素子６２の結像レンズ４２側の面から像面までの距離をＬ、結像レンズ４２の開口数ＮＡをＮＡiとする（図６）。

【0030】

一般に平行平板によるシフト量Ｄは、式（１）、（２）で求められる。ただし、θ１は平行平板への入射角、ｎ、ｔはそれぞれ屈折率および厚みである（図７）

【数1】

【0031】

ＮＡi＝sin(θNA) とすると、図６中の太実線で示すように、サジタル面でのマージナル光線（開口数ＮＡを決定する、最辺縁部を通る光線)の非点収差補正素子６２、ダイクロイックミラー４１およびコマ収差補正素子６１への入射角は全てθNAである。したがって、サジタル面におけるマージナル光線のシフト量Ｄsは、式（３）～（９）で示すとおりである。なお、シフト量は結像レンズ４２から像面ＩＳまでの距離が長くなる方向を＋と定義する

【数2】

【0032】

また同様に、図８中の太実線で示すように、メリジオナル面（ＸＺ平面）におけるマージナル光線のシフト量Ｄmは式（１０）～（１６）で示すとおりである。ただし、θma1、θmd1、θmc1はそれぞれ非点収差補正素子６２、ダイクロイックミラー４１、コマ収差補正素子６１への入射角である。

【数3】

【0033】

以上の式を用いて、Ｄs=Ｄm が成立するように入射角θma1を決定する。また、図８に示すように、θma1は曲率半径r、距離Ｌを用いて式（１７）のように記述できる。

【数4】

【0034】

図８においては、マージナル光線の非点収差補正素子６２への入射位置点Ｐから、前記入射光線が光軸ＯＡと交わる点までの光軸方向の距離Ｌ’をＬと近似している。また、非点収差補正素子６２については、平行平板ではないが、結像レンズ４２を向いた第１面６２１の曲率半径とダイクロイックミラー４１を向いた第２面６２２の曲率半径とが同じであるため、それぞれの光線高を通過する光線から見れば、平行平板とみなすことができる。その結果、ダイクロイックミラー４１およびコマ収差補正素子６１と同様に式（１１）が成立する。

【0035】

さらに、式（１７）は下記のように変形できる。

【数5】

【0036】

したがって、決定したθma1を用いて、非点収差補正素子６２の曲率半径 rを式（１８）にて決定することで、最適な収差補正が可能である。

【0037】

以上のように、本実施形態によれば、コマ収差補正素子６１によりコマ収差が補正されるとともに、非点収差補正素子６２により非点収差が補正される。このように、補正光学系６は、コマ収差補正素子６１および非点収差補正素子６２の２つの光学部品からなる簡素な構成で構成されながらも、結像光学系４の収束光束部にダイクロイックミラー４１を介挿したことに起因するコマ収差および非点収差の両方を補正することができる。そして、当該補正光学系６を蛍光顕微鏡１に装備することで、試料Ｓの観察対象面Ｓａの蛍光像を良好に観察することができる。

【0038】

このように、本実施形態では、ダイクロイックミラー４１、結像レンズ４２および結像光学系４がそれぞれ本発明の「平行平板」、「レンズ系」および「光学系」の一例に相当している。また、メリジオナル面（ＸＺ平面）およびサジタル面（ＹＺ平面）がそれぞれ本発明の「第１仮想平面」および「第２仮想平面レンズ系」の一例に相当している。また、非点収差補正素子６２の第１面６２１の曲率が本発明の「第１曲率」の一例に相当し、第２面６２２の曲率が本発明の「第２曲率」の一例に相当している。また、受光面５１１が本発明の「像面」の一例に相当している。

【0039】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、非点収差補正素子６２の第１面６２１および第２面６２２は、メリジオナル面（ＸＺ平面）においてのみ曲率を有する一方で、サジタル面（ＹＺ平面）において曲率を有さない、いわゆるシリンドリカル面であるが、これに限定されるものではない。例えば、非点収差補正素子６２の第１面６２１および第２面６２２が、サジタル面（ＹＺ平面）においてのみ曲率を有するシリンドリカル面であってもよい。また、非点収差補正素子６２の第１面６２１および第２面６２２が、メリジオナル面およびサジタル面のうちの一方において第１曲率を有し、他方において前記第１曲率と異なる第２曲率を有するトーリンク面であってもよい。さらに、非点収差補正素子６２の第１面６２１および第２面６２２は、同一の曲率半径を有しているが、許容される収差によって多少異なっていてもよい。

【0040】

また、上記実施形態では、コマ収差補正素子６１はメリジオナル面（ＸＺ平面）においてダイクロイックミラー４１に対してほぼ９０゜回転させた状態で配置しているが、回転角度は９０゜に限定されるものではなく、許容される収差によって多少異なっていてもよい。また、コマ収差補正素子６１はダイクロイックミラー４１と同じ厚みを有しているが、これも許容される収差によって多少異なっていてもよい。

【0041】

また、コマ収差補正素子６１の硝材をダイクロイックミラー４１と一致させているが、硝材を積極的にダイクロイックミラー４１と異なるものに変更してもよい。つまり、硝材選択により、コマ収差補正素子６１の厚みおよび光軸ＯＡに対する傾き角を調整することが可能である。

【0042】

また、上記実施形態では、受光面５１１（像面）から結像レンズ４２までの間に、光軸ＯＡ上において非点収差補正素子６２、ダイクロイックミラー４１およびコマ収差補正素子６１がこの順序で配列されているが、この配列順序は任意である。また、受光面５１１（像面）と結像レンズ４２との間に、収差の影響を与えない部材、例えばバンドパスフィルタなどを追加配置してもよい。

【0043】

また、上記実施形態では、本発明に係る補正光学系６を蛍光顕微鏡１に適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば本発明の「平行平板」の一例としてハーフミラーを用いた顕微鏡に対しても本発明を適用することができ、補正光学系を装備する顕微鏡は本発明の「光学装置」の一例に相当する。また、プロジェクタなどの投影装置、プリント基板や部品などを撮像して検査する検査装置やハーフミラーを内蔵するカメラなどにも、本発明を適用可能であり、上記投影装置も本発明の「光学装置」のに含まれる。要は、一般的な結像光学系や投影光学系の収束光束部において当該光学系の光軸に対して傾いて平行平板を配置した際に発生する収差を補正する技術全般に本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

この発明は、結像レンズや投影レンズの光軸に対して平行平板が斜めに配置されることで生じる収差を補正する補正技術全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0045】

１…蛍光顕微鏡
４…結像光学系（光学系）
６…補正光学系
４１…ダイクロイックミラー（平行平板）
４２…結像レンズ
６１…コマ収差補正素子
６２…非点収差補正素子
５１１…受光面（像面）
６２１…（非点収差補正素子の）第１面
６２２…（非点収差補正素子の）第２面
ＩＳ…像面
ＯＡ…光軸
ｒ…曲率半径
Ｚ…光軸方向

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】