JP2001221955A

JP2001221955A - 平行系実体顕微鏡対物レンズ

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Publication number: JP2001221955A
Application number: JP2000033829A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Ouchi; 由美子大内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-17
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP4660873B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高倍率・高ＮＡであり、色収差を徹底的に除去
したアポクロマート級の平行系実体顕微鏡対物レンズを
提供すること。【解決手段】物体から遠い側より順に、正の屈折力を
有し、両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１
と、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ
２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行系単対物型双
眼実体顕微鏡のための、特に色収差の発生を極力抑えた
アポクロマートクラスの性能を有し、かつ像の平坦性に
優れた対物レンズに関する。特に、焦点距離50ｍｍ程度
の平行系実体顕微鏡用の高倍対物レンズに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】実体顕微鏡は、凹凸のある物体を観察し
た場合、両目で見た場合と同じように立体感を持って観
察できる。このため、顕微鏡下で作業する場合にピンセ
ット等の工具と物体との距離関係を容易に把握すること
ができる。したがって、精密機械工業、生物の解剖、手
術等細かい処置が必要な分野で特に有効である。実体顕
微鏡では、物体の立体感のための視差を得るため、左右
２つの眼に入射する光束の光学系を少なくとも部分的に
は独立させ、その光軸が物体面上で交わるようにする。
そして、異なった方向より見た物体の拡大像を作り、接
眼レンズを通して観察することで微小物体の立体視を行
なっている。実体顕微鏡の立体視を得る代表的方法とし
て、平行系実体顕微鏡（平行系単対物型双眼顕微鏡）が
挙げられる。平行系実体顕微鏡は、一つの対物レンズ系
と、該対物レンズ系の光軸に平行に配置された右眼用と
左眼用との二つの観察光学系を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】平行系実体顕微鏡は、
物体面にその焦点位置を一致させた一つの対物レンズ
が、その後に続く左右両眼用の変倍光学系にアフォーカ
ル光束を導く役割を担っている。すなわち、対物レンズ
の光軸と実際に観察に使用される左右両眼用の変倍光学
系の光軸とが異なることになる。このように、対物レン
ズを通る光束が対物レンズの回転中心に対して偏心して
いるため、光学設計をする際に大変難度の高いレンズ系
になっている。

【０００４】実体顕微鏡の場合、観察像の明るさや分解
能を決定する対物レンズのＮＡが、０．１前後と比較的
小さいのが通常である。それは、総合の観察倍率が10倍
ないし500倍程度の低倍率であることや、解像力よりも
操作性を考慮して長い作動距離が重要視されてきたから
である。単対物双眼実体顕微鏡の対物レンズの場合、一
つの対物レンズで両眼用の必要なＮＡの光を導くため、
倍のＮＡで収差補正する必要がある。

【０００５】さらに最近では、受精卵や細胞などより小
さな物体を操作する研究が盛んであり、高倍・高ＮＡの
実体顕微鏡のニーズが高まっている。また、広い波長領
域にわたって高い解像を得るため色収差補正の性能の良
いアポクロマート級の対物レンズも求められている。加
えて、標本の写真撮影なども必要となるため、システム
性の高い平行系単対物双眼実体顕微鏡において、高倍・
高ＮＡのアポクロマート対物レンズが要求されることに
なる。

【０００６】また一台の顕微鏡で、全体像から部分拡大
像まで観察するため変倍光学系のズーム比も大きくな
り、対物レンズによる像をより高倍まで拡大して観察す
る傾向である。このような単対物双眼実体顕微鏡の対物
レンズの例として、実公平7−60218号公報、特開平10−
26729号公報に開示されたレンズ系が知られている。

【０００７】図１１は、実公平7−60218号公報に開示さ
れたレンズ系の構成を示す図である。上記公報に記載さ
れている実施例では、基準波長に対し短波長の光線の球
面収差が周辺で過剰補正になっている。また、後に続く
変倍光学系で高倍に拡大するとき、色収差が目立ち解像
の悪い像になってしまう。

【０００８】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
ものであり、高倍率・高ＮＡであり、色収差を徹底的に
除去したアポクロマート級の平行系実体顕微鏡対物レン
ズ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】上記課題を解決するため
に、本発明は、物体から遠い側より順に、正の屈折力を
有し、両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群と、少
なくとも2群の接合レンズを含む第２レンズ群とを有す
ることを特徴とする平行系実体顕微鏡対物レンズを提供
する。

【００１０】また、本発明は、以下の条件を満たすこと
が望ましい。（１）０．１＜｜ｒ１１／ｆ１｜＜１．０ここで、ｒ１１：前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の
曲率半径，ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離である。

【００１１】条件式（１）は軸上色収差の量を規定する
ものである。大きなＮＡを与える軸上光束はまず第１レ
ンズ群を通り、そこで収束光束に曲げられる。そのため
第１レンズ群で軸上の収差の補正作用を持たせることが
望ましい。しかし、第１レンズ群の接合レンズのみに上
記補正作用を持たせると、基準波長に対し長波長側の球
面収差は補正不足、短波長側の球面収差は補正過剰とな
る。特に、ズーム高倍時、色収差が目立つようになる。

【００１２】条件式（１）の上限値を上回ると、軸上の
収差補正が困難になり、明るさの増加による球面収差の
変化の曲がりが大きくなってしまう。逆に、条件式
（１）の下限値を下回ると、色収差の補正が困難にな
り、ズーム高倍時の色ずれが目立つようになる。さらに
好ましくは、上限値を０．４２、下限値を０．１５とす
ることが望ましい。

【００１３】また、本発明は、前記第２レンズ群は、物
体から最も遠い側に、凹面を物体から遠い側に向けたメ
ニスカス形状の第1の接合レンズを有し、以下の条件を
満たすことが望ましい。（２）０．５＜｜ｒ２１／ｆ｜＜８０ここで、ｒ２１：該第1の接合レンズの接合面の曲率半径，ｆ：平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離
である。

【００１４】条件式（２）は２次スペクトルと歪曲収差
の量を規定するものである。２次スペクトルとは、基準
波長に対してさらに別の２波長について色消しされてい
る場合であっても、その他の波長については色消しは完
全ではなく不十分であり、光軸上に像点のスペクトル
が、ある波長を極小として折り返された形で生ずる現象
のことである。アポクロマート対物レンズでは可視光の
波長領域で色収差を補正するため、２次スペクトルを補
正する必要がある。

【００１５】また、歪曲収差が残存している場合、特に
ズーム低倍時に像の左右の光束の対物レンズの通り方が
異なるため、周辺を通った光束と中心付近を通った光束
とで非対称な歪みを生じる。これにより、観察者の奥行
知覚を乱し、平面の物体があたかも凸面状であるかのよ
うな錯覚を生じさせる。さらに、長時間にわたる観察で
は船酔いに似た現象を引き起こすことがわかっている。

【００１６】さて、ズーム低倍時の画角の大きな光は第
1レンズ群の正の屈折力によって光軸と略平行に曲げら
れ、第２レンズ群の最初の凹面によって光軸から離れる
方向へ跳ね上げられる。その際大きな正の歪曲収差の発
生に寄与している。平行系実体顕微鏡対物レンズは瞳が
レンズ系の外にあり、レンズ全体としては正の屈折力を
有している。このため、そのままでは負の歪曲収差が発
生する。特に高倍対物レンズでは焦点距離が短い、すな
わち屈折力が強いため大きな負の歪曲収差を有してい
る。それを上記凹面によって正の収差を発生させて補正
しているのである。

【００１７】しかし、上記凹面は大きなＮＡの光をも跳
ね上げてしまう。したがって、その後の接合面は色収
差、特に２次スペクトルを補正し、また歪曲収差を悪化
させないようにバランスをとる必要がある。

【００１８】条件式（２）の上限値を上回ると２次スペ
クトルが補正しきれず、ズーム高倍時に色ずれが目立っ
てしまう。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると負の
歪曲収差が発生し、像の左右で歪みが非対称になる。さ
らに好ましくは、上限値を１５、下限値を０．７とする
ことが望ましい。

【００１９】また、本発明では、前記第２レンズ群は第
２の接合レンズを有し、以下の条件を満たすことが望ま
しい。（３）０．１＜｜ｒ２２／ｆ｜＜１．０ここで、ｒ２２：前記第２レンズ群の第２の接合レンズの接合面
の曲率半径，ｆ：平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離
である。

【００２０】条件式（３）はズーム低倍時の非点収差
と、ズーム高倍時の軸上収差のバランスをとるものであ
る。条件式（３）の上限値を上回ると接合面の色消しの
力が弱くなり２次スペクトルが悪くなる。逆に、条件式
（３）の下限値を下回ると比較的像面近くにきつい曲率
半径の面が存在することになり、ズーム低倍時の非点収
差が補正しきれなくなる。さらに好ましくは、上限値を
０．７５，下限値を０．４とすることが望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる平行系実体
顕微鏡対物レンズの数値実施例について添付図面を用い
て説明する。

【００２２】（第１実施例）図１は、本実施例にかかる
平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レン
ズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを
含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レン
ズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レ
ンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２
は、最も物体から遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４と
からなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状
の第1の接合レンズを有している。

【００２３】表１に本実施例の諸元値を掲げる。全体諸
元において、ｆは対物レンズ全系の焦点距離、ＷＤは作
動距離、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をそれぞれ
示している。また、レンズデータにおいて、ｓは物体か
ら遠い側から数えたレンズ面の順番、ｒは各レンズ面の
曲率半径、ｄは面間隔、nd、vdは各レンズに使用された
硝子のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率お
よびアッベ数をそれぞれ表している。なお、長さ、曲率
半径などの単位はｍｍである。また、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ズーム低倍
時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。さらに、以下
全ての実施例の諸元値において、本実施例の諸元値と同
様の符号を用いる。

【００２４】

【表１】（全体諸元） f = 51 WD =25.987 f1 =175.3 （レンズデータ） s r d nd vd 1 95.47632 4 1.73400 51.5 2 29.02632 14.678763 1.56907 71.3 3 −152.19849 8.125877 4 −32.39935 4 1.516800 64.103 5 −48.09169 13.32383 1.43425 95.0 6 −37.73446 0.5 7 42.99457 15.586515 1.497820 82.516 8 −399.19008 0.5 9 88.93285 4 1.71300 53.9 10 24.27513 17.879745 1.43425 95.0 11 −322.38100 0.5 12 56.88583 5.398635 1.497820 82.516 13 243.59806 （条件式対応数値）（１） |r11／f1|= 0.17 （２） |r21／f| = 0.94 （３） |r22／f| = 0.48 図２は、本実施例の諸収差を示す図である。諸収差はい
ずれも観察光学系側（物体より遠い側）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。また、非点収差と歪曲収差は
ズーム低倍時、横収差はズーム高倍時の収差図である。
なお、以下、全ての実施例の諸収差図は、本実施例の諸
収差と同様の条件のものを示し、同様の符号を用いる。
図からも明らかなように諸収差が良好に補正されている
ことがわかる。

【００２５】（第２実施例）図３は、本実施例にかかる
平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レン
ズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを
含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レン
ズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レ
ンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２
は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４と
からなり、凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形
状の第1の接合レンズを有している。

【００２６】表２に本実施例の諸元値を掲げる。なお、
観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳
位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍであ
る。

【００２７】

【表２】（全体諸元） f = 51 WD =26.0 f1 =171.5 （レンズデータ） s r d nd vd 1 86.558 4 1.73400 51.5 2 38.609 16 1.56907 71.3 3 −189.677 9.05 4 −33.123 4 1.516800 64.103 5 −106.425 15.15 1.43425 95.0 6 −38.548 0.8 7 49.681 15.4 1.497820 82.516 8 −206.782 0.5 9 62.490 4 1.71300 53.9 10 24.560 17.9 1.43425 95.0 11 1600.580 0.5 12 66.680 4.9 1.497820 82.516 13 249.743 （条件式対応数値）（１） |r11／f1|= 0.17 （２） |r21／f| = 2.1 （３） |r22／f| = 0.48 図４は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らか
なように良好に諸収差が補正されていることがわかる。

【００２８】（第３実施例）図５は、本実施例にかかる
平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レン
ズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを
含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レン
ズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レ
ンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２
は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４と
からなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状
の第1の接合レンズを有している。

【００２９】表３に本実施例の諸元値を掲げる。なお、
観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳
位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍであ
る。

【００３０】

【表３】（全体諸元） f = 51 WD =32.0 f1 =179.9 （レンズデータ） s r d nd vd 1 130.61711 8.51 1.56907 71.3 2 −61.94823 3 1.748099 52.304 3 −180.99566 5.58951 4 −46.19391 3 1.526820 51.352 5 522.34314 5.57387 1.56907 71.3 6 −100.75538 0.5 7 68.14636 13.94781 1.497820 82.516 8 −106.05524 0.5 9 42.49978 3.11903 1.612658 44.405 10 21.69877 16.4155 1.497820 82.516 11 615.4233 （条件式対応数値）（１） |r11／f1|= 0.34 （２） |r21／f| = 10.24 （３） |r22／f| = 0.43 図６は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らか
なように良好に諸収差が補正されていることがわかる。

【００３１】（第４実施例）図７は、本実施例にかかる
平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レン
ズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを
含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レン
ズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レ
ンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２
は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４と
からなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状
の第1の接合レンズを有している。

【００３２】表４に本実施例の諸元値を掲げる。なお、
観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳
位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍであ
る。

【００３３】

【表４】（全体諸元） f = 51 WD =26.0 f1 =89.6 （レンズデータ） s r d nd vd 1 78.98201 4 1.733500 51.087 2 35.87469 13.112564 1.56907 71.3 3 −83.96497 15.573589 4 −33.50776 4 1.651599 58.497 5 −308.42669 25.568968 1.43425 95.0 6 −37.64537 0.5 7 82.95904 4 1.612658 44.405 8 33.09429 13.705371 1.43425 95.0 9 264.37472 1.451754 10 58.48635 9.014388 1.497820 82.516 11−785.76738 0.5 12 51.184 8.573368 1.497820 82.516 13 −2576.7573 （条件式対応数値）（１） |r11／f1|= 0.4 （２） |r21／f| = 6.05 （３） |r22／f| = 0.65 図８は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らか
なように良好に諸収差が補正されていることがわかる。

【００３４】（第５実施例）図９は、本実施例にかかる
平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レン
ズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを
含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レン
ズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レ
ンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２
は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４と
からなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状
の第1の接合レンズを有している。

【００３５】表５に本実施例の諸元値を掲げる。なお、
観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳
位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍであ
る。

【００３６】

【表５】（全体諸元） f = 51 WD =27.2 f1 =106.3 （レンズデータ） s r d nd vd 1 58.4015 4 1.696800 55.602 2 34.63572 11.976547 1.497820 82.516 3 −149.78447 16.68875 4 −36.09419 4 1.651599 58.497 5 −146.75159 25.548233 1.43425 95.0 6 −40.2531 0.5 7 109.59962 4 1.612658 44.405 8 37.05099 14.891391 1.43425 95.0 9 −367.44898 0.5 10 74.92853 7.486861 1.497820 82.516 11−6460.60022 0.5 12 43.82929 9.908318 1.497820 82.516 13 1088.54899 （条件式対応数値）（１） |r11／f1|= 0.33 （２） |r21／f| = 0.71 （３） |r22／f| = 0.73 図１０は本実施例の諸収差を示す図である。図から明ら
かなように良好に諸収差が補正されていることがわか
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高倍率、高ＮＡでアポクロマート級の性能を有する平行
系実体顕微鏡対物レンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第1実施例のレンズ構成及び光路を示す図であ
る。

【図２】第１実施例の諸収差を示す図である。

【図３】第２実施例のレンズ構成及び光路を示す図であ
る。

【図４】第２実施例の諸収差を示す図である。

【図５】第３実施例のレンズ構成及び光路を示す図であ
る。

【図６】第３実施例の諸収差を示す図である。

【図７】第４実施例のレンズ構成及び光路を示す図であ
る。

【図８】第４実施例の諸収差を示す図である。

【図９】第５実施例のレンズ構成及び光路を示す図であ
る。

【図１０】第５実施例の諸収差を示す図である。

【図１１】従来の平行系実体顕微鏡レンズの構成を示す
図である。

【符号の説明】

Ｇ１第１レンズ群Ｇ２第２レンズ群Ｌ１〜Ｌ８各レンズ成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AA13 AB05 AB19 AB21 2H087 KA09 NA15 PA04 PA05 PA20 PB07 PB08 QA02 QA06 QA07 QA14 QA17 QA21 QA22 QA25 QA26 QA32 QA34 QA41 QA42 QA45 QA46 UA06 9A001 KK16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体から遠い側より順に、正の屈折力を
有し、両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群と、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群と、を
有することを特徴とする平行系実体顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】以下の条件を満たすことを特徴とする請
求項１記載の平行系実体顕微鏡対物レンズ。（１）０．１＜｜ｒ１１／ｆ１｜＜１．０ここで、ｒ１１：前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の
曲率半径，ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離．
【請求項３】前記第２レンズ群は、物体から最も遠い
側に、凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の
第1の接合レンズを有し、以下の条件を満たすことを特
徴とする請求項１記載の平行系実体顕微鏡対物レンズ。（２）０．５＜｜ｒ２１／ｆ｜＜８０ここで、ｒ２１：前記第１の接合レンズの接合面の曲率半径，ｆ：前記平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点
距離．
【請求項４】前記第２レンズ群はさらに第２の接合レ
ンズを有し、以下の条件を満たすことを特徴とする請求
項１記載の平行系実体顕微鏡対物レンズ。（３）０．１＜｜ｒ２２／ｆ｜＜１．０ここで、ｒ２２：前記第２の接合レンズの接合面の曲率半径，ｆ：前記平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点
距離．