JP2002098903A - 液浸系顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開口数が１．６以上で、且つ比較的製造が容易
である液浸系顕微鏡対物レンズを提供すること。 【手段】物体側より順に、平凸レンズ成分Ｌ１１と物体
側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分Ｌ１２からなる
接合平凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けたメニスカス
レンズＬ１３とを有する第１レンズ群Ｇ１と、複数の両
凸レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を有する第２レンズ群
Ｇ２と、像側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３を有
する第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凹面を向けたメニス
カスレンズＬ４を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成さ
れ、平凸レンズ成分Ｌ１１のｄ線に対する屈折率をｎ１
とし、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をＦ３とし、液浸系
顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離をＦとしたとき、下記
の条件を満たすことを特徴としている。 （１）ｎ１＞ １．６ （２）２ ＜ ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＜ １０

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高屈折率の浸液を用
いた高い開口数（ＮＡ）を有するアポクロマート級液浸
系顕微鏡対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では顕微鏡の使用方法も多岐にわた
り、それに伴い対物レンズも様々な用途・仕様に対応で
きるタイプが開発されてきている。例えば、仕様の一例
として高ＮＡの対物レンズが挙げられる。高ＮＡを有す
る顕微鏡対物レンズの分野では、油浸系対物レンズのＮ
Ａ１．４が略最大であり、このＮＡを超える顕微鏡対物
レンズは存在しなかった。また、ＮＡを１．４よりも大
きくするという要求も少なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最先端の研究
開発分野では、エバネッセント光を用いる蛍光観察が行
われるようになってきている。かかる蛍光観察において
は、試料を照明する光束のＮＡを大きくすると、試料面
で全反射する光量が増加する。このため、エバネッセン
ト光が増加するので、励起光を強くすることができる。
従って、明るい蛍光観察を行うことができる。このよう
に、単に解像力を上げるという目的以外でも更に高ＮＡ
の対物レンズを必要とする要求が徐々に増加しつつあ
る。

【０００４】高ＮＡの顕微鏡対物レンズの例として、例
えば特開平７−２８１０９７号公報にＮＡ１．６５を有
する対物レンズが開示されている。この対物レンズは、
１．６５という高ＮＡにもかかわらず軸上の性能が良好
に補正されている。そして、そのレンズ構成は、第３群
に負レンズを配し、その強い凹面と次の凸面とでいわゆ
る空気レンズの効果を有することが特徴である。しかし
ながら、このように非常に強い凹面と凸面との組み合わ
せは、光線が激しく曲げられてしまう。よって、一般的
に中心厚や偏心などの公差に対する許容度が著しく小さ
くなってしまう。このため、製造誤差、組立て誤差が非
常に厳しくなり、レンズの製造が極めて困難であるとい
う問題を有している。

【０００５】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、ＮＡが１．６以上の高仕様で、かつ製造が容易
であることを特徴とするアポクロマート級の液浸系顕微
鏡対物レンズを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の対物レンズは、物体側より順に、平凸レン
ズ成分と物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分か
らなる接合平凸レンズと、物体側に凹面を向けたメニス
カスレンズとを有する第１レンズ群と、 複数の両凸レ
ンズを有する第２レンズ群と、像側に凹面を向けたメニ
スカスレンズを有する第３レンズ群と、物体側に凹面を
向けたメニスカスレンズを有する第４レンズ群とによっ
て構成され、前記第１レンズ群中の前記接合平凸レンズ
を構成する前記平凸レンズ成分のｄ線に対する屈折率を
ｎ１とし、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とし、液
浸系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離をＦとしたとき、
下記の条件を満たすことを特徴とする液浸系顕微鏡対物
レンズを提供する。 （１） ｎ１ ＞ １．６ （２） ２ ＜ ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＜ １０

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる液浸系顕微
鏡対物レンズのレンズ構成とその作用について添付図面
に示す符号を用いて説明する。液浸系顕微鏡対物レンズ
において、ＮＡを大きくすることは、浸液の屈折率を高
くすることと等価である。そのため、最も物体側のレン
ズＬ１１は浸液との屈折率差によって生じる球面収差を
抑え、さらに中心厚誤差の影響を低減させる必要があ
る。従って、最も物体側のレンズＬ１１のｄ線（λ＝５
８７．６ｎｍ）に対する屈折率ｎ１は、できる限り浸液
の屈折率に近づけることが望ましい。

【０００８】条件式（１）は、高ＮＡを実現するための
条件を規定している。この場合、浸液のｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）に対する屈折率ｎｉは１．６以上であるこ
とが望ましい。更に好ましくは、以下の条件式を満足す
ることが望ましい。 ｜ｎｉ−ｎ１｜＜０．０１ 第１レンズ群（Ｇ１）の屈折率の範囲は、屈折率ｎｉに
できるだけ近く、且つ、第２レンズ群（Ｇ２）の屈折率
よりも低いことが必要である。

【０００９】最も物体側の浸液に接するレンズは、後述
する実施例に示すようにレンズＬ１１と凹面を物体側に
向けたメニスカスレンズＬ１２とを接合した接合平凸レ
ンズＬ１で構成することが有効である。ここで、接合面
で負の屈折力を得るのが目的であるため、レンズＬ１１
とメニスカスレンズＬ１２との屈折率差が大きいことが
望ましい。また、接合平凸レンズＬ１の代わりに上記条
件式（１）を満足する単レンズでもよい。

【００１０】そして、接合平凸レンズＬ１の後には、凹
面を物体側に向けたメニスカスレンズＬ１３を配置す
る。該メニスカスレンズＬ１３は、ここでの光束が発散
状態にあるため、球面収差の発生を抑える役割を担って
いる。また、第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１に
より略平行になった光束を収斂光束に返還する役割を担
っている。そして、主として球面収差と色収差を補正し
ている。ここでの光束の状態は、略平行光から収斂光の
状態である。このため、両凸形状のレンズＬ２１，Ｌ２
２,Ｌ２３を配置することで球面収差を低減できる。

【００１１】また、第３レンズ群Ｇ３では、光束径を更
に小さくして、最も像側の面に比較的強い凹面を有する
レンズＬ３を配置し、これと向き合うように第４レンズ
群Ｇ４に凹面を有するレンズＬ４を配置している。この
構成により、ペッツバール和を小さくして像面湾曲の改
善に寄与している。

【００１２】本発明にかかる対物レンズは、液浸系顕微
鏡に使用され、且つ最も物体側のレンズＬ１１が通常の
液浸系対物レンズに比べて高屈折率となる。そのため、
レンズＬ１１と接合するＬ１２との屈折率差が小さくな
り、十分な負の屈折力を確保できなくなる。従って、第
１レンズ群の接合平凸レンズＬ１において、ぺッツバー
ル和を小さくすることが非常に困難になる。そのため、
第３及び第４レンズ群のようないわゆるガウスタイプの
構成を併用することがより有効に機能するのである。

【００１３】また、条件式（２）は、第３レンズ群Ｇ３
の適切なパワーを規定する条件式である。条件式（２）
の上限値を上回ると凹面のパワーが小さすぎてペッツバ
ール和を下げる効果が不足してしまう。逆に、条件式
（２）の下限値を下回るとパワーが強くなりすぎてしま
い、球面収差やコマ収差のバランスが崩れる。

【００１４】また、本発明では、第１レンズ群Ｇ１が有
する単レンズのうち最も像側にあるレンズＬ１４のアッ
ベ数をν１、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をＦ２と
それぞれしたとき、下記の条件を満たすことが望まし
い。 （３） ３５＜ν１＜５０ （４） ９＜Ｆ２／Ｆ＜１５

【００１５】条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１が有す
る単レンズのうち最も像側にあるレンズＬ１４のアッベ
数を規定する条件である。第１レンズ群Ｇ１は物体面か
らの非常に角度の大きい発散光を曲げるために最も強い
パワーが割り振られている。そのため、正の単レンズ中
心の構成となるので、収差状態は補正不足になり易い。
そこで、第２レンズ群Ｇ２で収差を補正過剰にしてバラ
ンスを保っている。しかし、第２レンズ群Ｇ２は第１レ
ンズ群Ｇ１に比較して光線の高さが高くなる（即ち、光
軸から離れる方向にある）。このために、第２レンズ群
Ｇ２で強い色消しを行うと、短波長側の高次球面収差が
過剰になる傾向にある。この傾向を防ぐために、第１レ
ンズ群Ｇ１中の単レンズの中で最も光線高の高くなる像
側のレンズＬ１４のアッベ数を条件式（３）を満足する
範囲にすると、適度に色収差を発生し、高次の球面色収
差を補正することができる。

【００１６】条件式（３）の上限値を上回ると、例え
ば、Ｆ線（λ＝４８６．１ｎｍ）、やｇ線（λ＝４３
５．８ｎｍ）等の短波長の高次球面収差が補正過剰にな
ってしまう。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、
長波長の高次球面収差が補正過剰になってしまう。

【００１７】また、条件式（４）は第２レンズ群Ｇ２の
適切なパワーを規定する条件式である。条件式（４）の
上限値を上回ると、パワーが弱い状態、換言すると、接
合面での負のパワーが強すぎる状態になる。この状態で
は、上述したように、高次の球面色収差の発生がより顕
著になるばかりか、光束を適切に絞ることができなくな
ってしまう。このため、第３レンズ群Ｇ３以降でのパワ
ー負担が重くなり、レンズ系全体としてバランスをとる
のが困難になる。逆に条件式（４）の下限値を下回る
と、第１レンズ群Ｇ１での補正不足を解消できなくな
る。このため、色収差及び球面収差等の諸収差が補正で
きなくなってしまう。

【００１８】なお、上記条件式（３）と（４）とは同時
に満足することが望ましい。しかし、これに限られるこ
と無く、条件式（３）及び条件式（４）のいずれか一方
を満足することでも良い。

【００１９】以下、添付図面に基づいて、本発明にかか
る液浸系顕微鏡対物レンズの実施例について説明する。

【００２０】（第１実施例）図１は、第１実施例にかか
る液浸系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体側より順に、最も物体側に配置された接合平凸
レンズＬ１と凹面を物体側に向けたメニスカスレンズＬ
１３とを有する第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合両凸レ
ンズＬ２１，Ｌ２２,Ｌ２３を有する第２レンズ群Ｇ２
と、像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズＬ３を有
する第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凹面を向けた接合メ
ニスカスレンズＬ４から成る第４レンズ群Ｇ４とから構
成されている。

【００２１】以下の表１に本実施例の諸元値を掲げる。
全体諸元において、ｆは液浸系対物レンズの焦点距離、
Ｎ.Ａ.は開口数、βは倍率、d0は物体面から第１面まで
の光軸上の距離をそれぞれ表している。また、レンズデ
ータにおいて、面番号は物体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、νd
は各レンズに使用された硝材のｄ線（λ＝５８７．６ｎ
ｍ）に対する屈折率、及びアッベ数をそれぞれ示してい
る。

【００２２】また、使用する浸液（オイル）の各波長に
対する屈折率は、 ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）では、ｎｄ＝１．８０９１
１，Ｃ線（λ＝６５６．３ｎｍ）では、ｎＣ＝１．７９
５４０，Ｆ線（λ＝４８６．１ｎｍ）では、ｎＦ＝１．
８４５６１，ｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）では、ｎｇ＝
１．８７７０１，である。さらに、カバーガラスに関し
ては、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率ｎｄ
＝１．８０４００、アッベ数νd＝４６．５８、厚さｄ
＝０．１７ｍｍとして設計している。なお、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。

【００２３】また、諸元表の焦点距離、曲率半径、面間
隔その他の長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、
光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が
得られるので、これに限られるものではない。

【００２４】

【表１】（全体諸元） f=2mm, N.A.=1.67, β=−100, d0=0.13 （条件対応値） （１） ｎ１ ＝ １．８０４ （２） ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＝ ６．９５ （３） ν１ ＝ ３８．１８ （４） Ｆ２／Ｆ ＝ １１．６

【００２５】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
本実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図であ
る。球面収差図中のｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）、
ＣはＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）、ＦはＦ線（λ＝４８
６．１ｎｍ）、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれ
ぞれ表している。さらに、非点収差図中の実線はサジタ
ル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示してい
る。なお、以下全ての実施例の諸収差図において、本実
施例の諸収差図と同様の符号を用いる。図から明らかな
ように、本実施例では諸収差が良好に補正されているこ
とがわかる。

【００２６】（第２実施例）図３は、第２実施例にかか
る液浸系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体側より順に、最も物体側に配置された接合平凸
レンズＬ１と凹面を物体側に向けたメニスカスレンズＬ
１３とを有する第１レンズ群Ｇ１と、複数の両凸レンズ
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を有する第２レンズ群Ｇ２と、
像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズＬ３を有する
第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凹面を向けた接合メニス
カスレンズＬ４から成る第４レンズ群Ｇ４とから構成さ
れている。以下の表２に本実施例の諸元値を掲げる。

【００２７】

【表２】（全体諸元） f=2mm, N.A.=1.65, β=−100, d0=0.13 （条件対応値） （１） ｎ１ ＝ １．８０４ （２） ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＝ ６．０２ （３） ν１ ＝ ４７．０７ （４） Ｆ２／Ｆ ＝ １２．８

【００２８】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
本実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図であ
る。図から明らかなように、本実施例では諸収差が良好
に補正されていることがわかる。

【００２９】（第３実施例）図５は、第３実施例にかか
る液浸系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図であ
る。物体側より順に、最も物体側に配置された接合平凸
レンズＬ１と凹面を物体側に向けたメニスカスレンズＬ
１３とを有する第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合両凸レ
ンズＬ２１，Ｌ２２を有する第２レンズ群Ｇ２と、像側
に凹面を向けた接合メニスカスレンズＬ３１，Ｌ３２を
有する第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凹面を向けた接合
メニスカスレンズＬ４から成る第４レンズ群Ｇ４とから
構成されている。以下の表３に本実施例の諸元値を掲げ
る。

【００３０】

【表３】（全体諸元） f=2mm, N.A.=1.67, β=−100, d0=0.13 （条件対応値） （１） ｎ１ ＝ １．８０４ （２） ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＝ ３．８ （３） ν１ ＝ ４１．９６ （４） Ｆ２／Ｆ ＝ １２．５

【００３１】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
本実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図であ
る。図から明らかなように、本実施例では諸収差が良好
に補正されていることがわかる。

【００３２】また、上記各実施例にかかる液浸系顕微鏡
対物レンズは、無限遠系補正型である。従って、該液浸
系顕微鏡対物レンズ単独では物体を結像することができ
ない。このため、図７にそのレンズ構成を示す結像レン
ズと組合わせて使用される。上記各実施例の諸収差図
は、この結像レンズと組合わせた場合の収差を示してい
る。以下の表４にこの結像レンズのレンズデータを掲げ
る

【００３３】

【表４】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＮＡが１．６５〜１．６７と極めて大きく、かつ製造が
容易であるアポクロマート級の液浸系顕微鏡対物レンズ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
レンズ構成を示す図である。

【図２】第１実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
諸収差を示す図である。

【図３】第２実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
レンズ構成を示す図である。

【図４】第２実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
諸収差を示す図である。

【図５】第３実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
レンズ構成を示す図である。

【図６】第３実施例にかかる液浸系顕微鏡対物レンズの
諸収差を示す図である。

【図７】本発明にかかる液浸系顕微鏡対物レンズと共に
用いられる結像レンズのレンズ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 Ｇ３ 第３レンズ群 Ｇ４ 第４レンズ群 Ｌ１〜Ｌ４ 各レンズ成分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、平凸レンズ成分と物体
   側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分からなる接合平
   凸レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと
   を有する第１レンズ群と、 複数の両凸レンズを有する第２レンズ群と、 像側に凹面を向けたメニスカスレンズを有する第３レン
   ズ群と、 物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを有する第４レ
   ンズ群とによって構成され、 前記第１レンズ群中の前記接合平凸レンズを構成する前
   記平凸レンズ成分のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対す
   る屈折率をｎ１とし、 前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とし、 液浸系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離をＦとしたと
   き、下記の条件を満たすことを特徴とする液浸系顕微鏡
   対物レンズ。 （１） ｎ１ ＞ １．６ （２） ２ ＜ ｜ Ｆ３／Ｆ ｜ ＜ １０
2. 【請求項２】 前記第１レンズ群が有する単レンズのう
   ち、最も像側にある単レンズのアッベ数をν１とし、前
   記第２レンズ群の焦点距離をＦ２としたとき、下記の条
   件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液浸系顕
   微鏡対物レンズ。 （３） ３５ ＜ ν１ ＜ ５０ （４） ９ ＜ Ｆ２／Ｆ ＜ １５