CN112424667A - 显微镜物镜及显微镜 - Google Patents

Abstract

显微镜物镜(4)从物体(X)侧起依次具备：具有负的屈光力的第1透镜组；具有正的屈光力的第2透镜组；具有负的屈光力的第3透镜组；以及相位板(5)，其配置在比第3透镜组中最靠像侧配置的透镜更靠像侧的位置，第1透镜组的最靠物体(X)侧的面是朝向物体(X)侧的凹面，满足以下条件式(1)。‑3.8≤f1/f≤‑2.0，其中，f：显微镜物镜(4)的焦距，f1：第1透镜组的焦距。

Description

显微镜物镜及显微镜

技术领域

本发明涉及显微镜物镜和显微镜。

背景技术

作为相位差显微镜用的物镜，公知有在物镜的光瞳位置配置有相位板的物镜(例如，参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-197284号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在使用编码光圈作为相位板的情况下，需要对相位板相对于构成物镜的其他透镜进行严格的位置调整，如专利文献1那样，在配置于物镜的镜筒内的透镜之间的光瞳位置上配置有相位板，存在难以设置调整机构的不良情况。

本发明的目的在于提供一种能够容易地进行相位板的严格的位置调整的显微镜物镜以及显微镜。

用于解决问题的手段

本发明的一个方式的显微镜物镜从物体侧起依次具备：具有负的屈光力的第1透镜组；具有正的屈光力的第2透镜组；具有负的屈光力的第3透镜组；以及相位板，其配置在比该第3透镜组中最靠像侧配置的透镜更靠像侧的位置，所述第1透镜组的最靠物体侧的面是朝向物体侧的凹面，所述显微镜物镜满足以下的条件式，

-3.8≤f1/f≤-2.0

其中，f：所述显微镜物镜的焦距，f1：所述第1透镜组的焦距。

根据本方式，通过满足条件式，能够使像侧的主点位于像侧，将出射光瞳配置得比第3透镜组更靠像侧，将相位板配置在与出射光瞳一致的位置。由此，在高精度地构成的透镜组的外侧，能够不对透镜组产生影响地进行相位板的位置调整作业。在相位板是编码光圈的情况下，能够简单且严格地调节其位置。

若低于条件式的下限，则第1透镜组的屈光力变小，不能使主点充分地向像侧移动。而且，若超过条件式的上限，则第1透镜组的屈光力变得过大，像差的平衡恶化，成像性能降低。

在上述方式中，也可以满足以下的条件式。

-5.0≤f3/f≤-2.3

其中，f3：所述第3透镜组的焦距。

根据该结构，能够确保充分的工作距离。

若低于条件式的下限，则第3透镜组的屈光力变小，难以确保工作距离。而且，若超过条件式的上限，则第3透镜组的屈光力变得过大，像差的平衡恶化，成像性能降低。

另外，在上述方式中，所述相位板也可以具有由以下的式表示的表面形状。

z＝k(x³+y³)

其中，z：光轴方向的坐标，x、y：与所述光轴方向垂直且相互垂直的2个方向的坐标，k：任意的有理数。

另外，本发明的其他方式是具备上述任意一种显微镜物镜的显微镜。

在上述方式中，也可以具备上述显微镜物镜和调整机构，该调整机构调整沿光轴的Z轴方向的位移、与所述Z轴垂直的X轴方向的位移、与所述Z轴和所述X轴垂直的Y轴方向的位移、以及绕所述Z轴的旋转角。

另外，在上述方式中，也可以具备：光源，其发出激励光；成像透镜，其使通过了所述显微镜物镜的荧光成像；摄像元件，其对由所述成像透镜成像出的像进行光电转换；以及微透镜阵列，其设置在所述成像透镜和所述摄像元件之间。

发明的效果

根据本发明，起到能够容易地进行相位板的严格的位置调整的效果。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一个实施方式的显微镜的图。

图2是表示图1的显微镜所具备的物镜的第1实施例的图。

图3是表示在图2的物镜的光瞳位置配置的编码光圈的形状的图。

图4是表示图2的物镜的球面像差的图。

图5是表示图2的物镜的像散的图。

图6是表示图2的物镜的畸变像差的图。

图7是表示图1的显微镜所具备的物镜的第2实施例的图。

图8是表示图7的物镜的球面像差的图。

图9是表示图7的物镜的像散的图。

图10是表示图7的物镜的畸变像差的图。

图11是表示图1的显微镜所具备的物镜的第3实施例的图。

图12是表示图11的物镜的球面像差的图。

图13是表示图11的物镜的像散的图。

图14是表示图11的物镜的畸变像差的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的一个实施方式的物镜4和显微镜1。

如图1所示，本实施方式的显微镜1具有：载置标本(物体)X的载物台2；物镜(显微镜物镜)(4)，其对载物台2上载置的标本X照射来自光源3的激励光，并对在标本(X)中产生的荧光进行会聚；成像透镜(6)，其使由物镜(4)会聚的荧光成像；以及摄像元件(7)，其对成像出的标本(X)的像进行光电转换来拍摄荧光像。

光源3射出包含紫外光的激励光。

在图中，附图标记8表示分色镜，其具有使激励光偏转并使荧光透射的透射率特性，附图标记9表示微透镜阵列，其在成像透镜6和摄像元件7之间配置在摄像元件7的摄像面上。

如图2所示，本实施方式的物镜4从标本X侧起依次具备：具有负的屈光力的第1透镜组G1、具有正的屈光力的第2透镜组G2、具有负的屈光力的第3透镜组G3、以及相位板5。

相位板5是编码光圈，由满足以下条件式的玻璃材料构成。

1.43≤nd≤1.61 (1)

62≤νd≤95 (2)

其中，nd是d线处的折射率，νd是d线处的阿贝数。

本实施方式的物镜4满足以下条件式。

-3.8≤f1/f≤-2.0 (3)

-5.0≤f3/f≤-2.3 (4)

其中，

f：物镜4的焦距，

f1：第1透镜组G1的焦距，

f3：第3透镜组G3的焦距。

另外，物镜4是标本X侧远心的物镜，相位板5配置在主光线与光轴相交的位置，即物镜4的光瞳位置。

以下说明这样构成的本实施方式的物镜4和显微镜1的作用。

为了使用本实施方式的显微镜1取得标本X的三维荧光像，在载物台2上载置标本X，在标本X的上方配置物镜4。

当从光源3产生激励光时，激励光通过分色镜8偏转90°而入射到物镜4内，被物镜4会聚而照射到标本X上。在标本X中的激励光的照射位置，标本X中包含的荧光物质被激励而产生荧光，其一部分入射到物镜4。

入射到物镜4的荧光被物镜4转换为大致平行光，并且透过配置在物镜4的光瞳位置的相位板5。并且，在物镜4中被转换成大致平行光的荧光透过分色镜8后，由成像透镜6会聚，透过微透镜阵列9而被摄像元件7拍摄。

使荧光通过微透镜阵列9之后被摄像元件7拍摄，由此能够与荧光像同时取得荧光收敛的方向的信息。这是所谓的光场技术。根据本实施方式的显微镜1，通过使用该光场技术，具有能够在短时间内得到标本X的三维信息的优点。

进而，根据本实施方式，通过配置在物镜4的光瞳位置上的相位板5，荧光像的深度被扩大，所以具有能够对光场技术进行补充而取得包含对焦位置的荧光像整体的三维信息的优点。

在这种情况下，在本实施方式中，作为相位板5的编码光圈的材质，使用满足条件式(1)，(2)的玻璃材料，所以即使照射包含紫外光的激励光，也能够抑制自身荧光的产生。因此，具有如下优点：能够防止自身荧光作为杂散光包含在来自标本X的荧光中，从而能够取得标本X的鲜明的三维荧光像。

另外，根据本实施方式的物镜4，由于相位板5配置在物镜4的外侧，即配置在比最靠像侧的透镜L12更靠像侧的位置，因此具有如下优点：能够确保用于配置调整机构(省略图示)的空间，能够容易地进行相位板5的严格的位置调整。

另外，根据本实施方式的显微镜1，在为了配置显微镜1所具备的调整机构而确保的空间中配置调整机构，因此具有如下优点：能够调整沿着相位板5的光轴的Z轴方向的位移、与Z轴垂直的X轴方向的位移、与Z轴及X轴垂直的Y轴方向的位移、以及绕Z轴的旋转角。

因此，本实施方式的物镜4满足条件式(3)。

即，在低于条件式(3)的下限的情况下，第1透镜组G1的屈光力变小，不能使主点充分地向像侧移动，另外，在高于条件式(3)的上限的情况下，第1透镜组G1的屈光力变得过大，存在像差的平衡恶化、成像性能恶化的问题。

因此，通过满足条件式(3)，具有如下优点：使主点充分地向像侧移动，在配置于物镜4外侧的光瞳位置配置相位板5，并且能够实现良好的成像性能。

另外，本实施方式的物镜4通过满足条件式(4)，具有能够确保充分的工作距离的优点。

即，在低于条件式(4)的下限的情况下，第3透镜组G3的屈光力变小，难以确保工作距离，在高于条件式(4)的上限的情况下，第3透镜组G3的屈光力变得过大，像差的平衡恶化，成像性能恶化。

因此，通过满足条件式(4)，具有充分确保工作距离并且能够实现良好的成像性能的优点。

实施例1

在此，参照图2至图6以及以下的透镜数据对本实施方式的物镜4的第1实施例进行说明。

在本实施例的物镜4中，第1透镜组G1从标本X侧起依次是凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L1以及凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L2。第2透镜组G2从标本X侧起依次是凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L3和凹凸透镜L4和双凸透镜L5的接合透镜、凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L6、双凸透镜L7和双凹透镜L8的接合透镜、以及凸面朝向标本X侧的凹凸透镜L9和双凸透镜L10和凹凸透镜L11的接合透镜。第3透镜组G3是凸面朝向标本X侧的凹凸透镜(透镜)L12。相位板5是平板玻璃。

物镜4的焦距：12.0mm，数值孔径：1.0。

在上述透镜数据中，面编号2是作为相位板5的编码光圈，曲率半径r标记为∞，但实际的形状为，

z＝1.5×10^-11(x³+y³) (3)。

这里，z是光轴方向，x、y是与光轴垂直且相互垂直的方向，单位是μm。

图3表示相位板5的形状。图中，被线包围的区域是有效直径区域。

平板玻璃的材质为合成石英或其他自身荧光少的玻璃材料。

物镜4是标本X侧远心的物镜，配置在相位板5的主光线与光轴相交的光瞳位置附近。

根据该透镜数据，物镜4的焦距f＝12.0，第1透镜组G1的焦距f1＝-32.90，第2透镜组G2的焦距f2＝15.43，第3透镜组G3的焦距f3＝-57.09。

因此，f1/f＝-2.74，f3/f＝-4.76，满足条件式(3)、(4)。

图4至图6表示像差图。可知各像差均被良好地校正。

第2实施例

接着，参照图7至图10以及以下的透镜数据对本实施方式的物镜4的第2实施例进行说明。

在本实施例的物镜4中，第1透镜组G1从标本X侧起依次是凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L1。第2透镜组G2从标本X侧起依次为：凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L2、双凸透镜L3、凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L4和双凸透镜L5和凹凸透镜L6的接合透镜、凸面朝向标本X侧的凹凸透镜L7、以及双凸透镜L8。第3透镜组G3是凸面朝向标本X侧的凹凸透镜(透镜)L9。相位板5是平板玻璃。

物镜4的焦距：9.0mm，数值孔径：0.5。

在上述透镜数据中，面编号2是作为相位板5的编码光圈，曲率半径r标记为∞，但实际的形状为，

z＝2.29×10^-11(x³+y³) (3)。

平板玻璃的材质为S-BSL7或其他自身荧光少的玻璃材料。

根据该透镜数据，物镜4的焦距f＝9.0，第1透镜组G1的焦距f1＝-24.27，第2透镜组G2的焦距f2＝11.58，第3透镜组G3的焦距f3＝-31.94。

因此，f1/f＝-2.70，f3/f＝-3.55，满足条件式(3)、(4)。

图8至图10表示像差图。可知各像差均被良好地校正。

第3实施例

接着，参照图11至图14以及以下的透镜数据对本实施方式的物镜4的第3实施例进行说明。

在本实施例的物镜4中，第1透镜组G1从标本X侧起依次是凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L1以及凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L2。第2透镜组G2从标本X侧依次为：凹面朝向标本X侧的凹凸透镜L3、凸面朝向标本X侧的凹凸透镜L4和双凸透镜L5和凹凸透镜L6的接合透镜、双凸透镜L7和凹凸透镜L8的接合透镜、以及双凸透镜L9。第3透镜组G3是凸面朝向标本X侧的凹凸透镜(透镜)L10。相位板5是平板玻璃。

物镜4的焦距：4.5mm，数值孔径：0.75。

在上述透镜数据中，面编号2是作为相位板5的编码光圈，曲率半径r标记为∞，但实际的形状为，

z＝2.0×10^-11(x³+y³) (3)。

平板玻璃的材质为合成石英或其他自身荧光少的玻璃材料。

根据该透镜数据，物镜4的焦距f＝4.5，第1透镜组G1的焦距f1＝-16.88，第2透镜组G2的焦距f2＝6.16，第3透镜组G3的焦距f3＝-10.45。

因此，f1/f＝-3.75，f3/f＝-2.32，满足条件式(3)、(4)。

图12至图14表示像差图。可知各像差均被良好地校正。

附图标记说明

1显微镜

3光源

4物镜(显微镜物镜)

5相位板

6成像透镜

7摄像元件

9微透镜阵列

G1第1透镜组

G2第2透镜组

G3第3透镜组

L 9、L 10、L 12凹凸透镜(透镜)

X标本(物体)

Claims (5)

1.一种显微镜物镜，其从物体侧起依次具备：

具有负的屈光力的第1透镜组；

具有正的屈光力的第2透镜组；

具有负的屈光力的第3透镜组；以及

相位板，其配置在比该第3透镜组中最靠像侧配置的透镜更靠像侧的位置，

所述第1透镜组的最靠物体侧的面是朝向物体侧的凹面，

所述显微镜物镜满足以下的条件式，

-3.8≤f1/f≤-2.0

其中，

f：所述显微镜物镜的焦距，

f1：所述第1透镜组的焦距。

2.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其中，

所述显微镜物镜满足以下的条件式，

-5.0≤f3/f≤-2.3

其中，

f3：所述第3透镜组的焦距。

3.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其中，

所述相位板具有由以下的式表示的表面形状，

z＝k(x³+y³)

其中，

z：光轴方向的坐标，

x、y：与所述光轴方向垂直且相互垂直的2个方向的坐标，

k：任意有理数。

4.一种显微镜，其具备：

权利要求1所述的显微镜物镜；以及

调整机构，其调整沿光轴的Z轴方向的位移、与所述Z轴垂直的X轴方向的位移、与所述Z轴和所述X轴垂直的Y轴方向的位移、以及绕所述Z轴的旋转角。

5.根据权利要求4所述的显微镜，其具备，

光源，其发出激励光；

成像透镜，其使通过了所述显微镜物镜的荧光成像；

摄像元件，其对由所述成像透镜成像出的像进行光电转换；以及

微透镜阵列，其设置在所述成像透镜和所述摄像元件之间。

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