JP2003172879A

JP2003172879A - 液浸顕微鏡対物レンズ

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Publication number: JP2003172879A
Application number: JP2001373492A
Authority: JP
Inventors: Koichi Konishi; 宏一小西; Takashi Kasahara; 隆笠原
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP4097937B2

Abstract

(57)【要約】【課題】像面の平坦性を良好に補正し、かつ視野周
辺でも像質が良好になるようにする。【解決手段】正の第１レンズ群と、正の第２レンズ
群と、負の第３レンズ群とよりなり、接合面が像側に凸
である接合レンズを有し、第２レンズ群が負レンズ、正
レンズ、負レンズからなり、最も物体側に近い接合面が
物体側に凸である３枚接合レンズを有し、下記条件
（１）、（２）を満足するようにした。（１）１＜ｒ_b／ｒ_a＜２（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像面が平坦であ
り、セミアポクロマート級、あるいはアポクロマート級
の液浸顕微鏡対物レンズに関するものである。特に紫外
光励起による蛍光観察が良好に行える液浸顕微鏡対物レ
ンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】液浸顕微鏡対物レンズの従来例として、
特開昭５８−１９２０１３号（特公平５−６７００４
号）、特開昭６１−２７５８１３号、特開平５−１４２
４７７号、特開平１０−２７４７４２号、特開平１１−
２３９７６号、特開平１１−８４２５４号、特開平１１
−１７４３３９号、特開２０００−３５５４１号の各公
報に記載されたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、特に生物関係の
研究分野では、特定の物質を蛍光染色することによって
細胞にダメージを与えることなしに観察できる蛍光顕微
鏡が広く利用されている。この蛍光顕微鏡は、励起光と
して短い波長の光を標本に照射し、それにより発する蛍
光像を観察する装置である。ここで用いる励起光の代表
的な光としてｉ線（３６５ｎｍ）がある。また、最近は
生体内のカルシウムイオンを観察するために、励起光と
して３４０ｎｍの光が用いられている。

【０００４】そのために、蛍光観察に用いられる顕微鏡
対物レンズには、上記のような短波長領域の励起光に対
しても高い透過率を有することが要求されている。とこ
ろで、試料から発生する蛍光は、その光強度が微弱なも
のが多い。一方、顕微鏡対物レンズに使用できる硝材の
なかには、励起光により蛍光を発するもの（自家蛍光）
がある。そのため、このような硝材を対物レンズに用い
ると、試料からの蛍光と自家蛍光が一緒になるので観察
像のコントラストを著しく劣化させる。このようなこと
から、蛍光観察に用いられる顕微鏡対物レンズで使用で
きる硝材には制限がある。例えば、アッベ数が３５以下
の硝材や、アッベ数が５０以下で屈折率が１．７以上の
硝材は、使用することができない。また、上記以外の硝
材であっても使用できないものがある。

【０００５】また、蛍光観察では高倍率で観察する場合
が多い。ところが顕微鏡対物レンズは、倍率が高くなる
ほど焦点距離が小になる。この場合、レンズ系全体の屈
折力が強くなるため、像面の平坦性と深く関係するペッ
ツバール和の絶対値が大きくなりやすい。

【０００６】一方で、蛍光観察では様々な波長の蛍光像
を観察する。そのため、顕微鏡対物レンズは、ペッツバ
ールの補正とは相反する性質を有する色収差を補正する
必要がある。

【０００７】ところが、ペッツバール和の補正を優先さ
せると色収差の補正が困難になり、色収差の補正を優先
するとペッツバール和の補正が困難になる。

【０００８】また、高倍率の顕微鏡対物レンズは、一般
に開口数が大であり、色による球面収差やコマ収差の曲
がりや乱れが大になる。

【０００９】このように、高倍率の顕微鏡対物レンズ
は、色に関する諸収差の補正とペットバール和の補正と
の両立が非常に困難である。

【００１０】上記従来技術のうち、特開昭５８−１９２
０１３号（特公平５−６７００４号）、特開昭６１−２
７５８１３号公報に記載されている顕微鏡対物レンズ
は、蛍光検察に適した硝材を使用していない。そのた
め、短波長側での透過率が低いという問題や、自家蛍光
の発生量が大であるという問題がある。よって蛍光観察
のためには満足のいく性能を有していない。

【００１１】また、特開平５−１４２４７７号公報に記
載されている顕微鏡対物レンズは、ペッツバール和の補
正や倍率の色収差等を補正するために、後群に比較的高
い屈折率を有する硝材や比較的高分散の硝材を厚いレン
ズに用いている。これら硝材は、蛍光観察に適した硝材
である。しかしながら、一般に肉厚が厚ければ厚いほど
短波長側の透過率が低下し、自家蛍光が増加する傾向が
ある。したがって、肉厚の厚いレンズの影響によって、
蛍光観察にとって満足な性能を有しているとはいえな
い。

【００１２】また、特開平１０−２７４７４２号公報等
に記載されている顕微鏡対物レンズのように、先玉埋め
込みレンズを用いたものは、光学性能上かなり有効であ
る。先玉埋め込みレンズを用いる方法は、特にアポクロ
マート等開口数の大きい対物レンズに利用されている
が、加工が難しいという欠点がある。特に先玉埋め込み
レンズの接合面はきつい曲率の面になることが多いの
で、この面の加工が困難である。また先玉埋め込みレン
ズの像側の凸面が半球あるいはそれを超える場合もあ
り、製造する際のコストが高くなる。

【００１３】また、特開平１１−２３９７６号公報、特
開平１１−１７４３３９号公報に記載されている顕微鏡
対物レンズは、石英ガラスを用いたものである。石英ガ
ラスは、自家蛍光が少なく、短波長側の透過率が良い
が、高価であるためにコスト高になる。

【００１４】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、像面の平坦性がよく補正されており、かつ視野周辺
でも像質が良好な液浸系顕微鏡対物レンズを提供するも
のである。また紫外域の光透過率が高く、かつ自家蛍光
の少ない液浸顕微鏡対物レンズを提供するものである。
またレンズ加工が比較的容易に行える液浸顕微鏡対物レ
ンズを提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の液浸顕微鏡対物
レンズは、物体側から順に、正の屈折力をもつ第１レン
ズ群と、正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の屈折力
をもつ第３レンズ群とよりなり、前記第１レンズ群は最
も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レン
ズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、
前記第２レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズから
なり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である３枚接
合レンズを有し、下記条件（１）、（２）を満足するも
のである。（１）１＜ｒ_b／ｒ_a＜２（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８ただし、ｒ_aは前記第１レンズ群の平凸レンズの凸面の
曲率半径、ｒ_bは前記第１レンズ群の前記接合レンズの
接合面の曲率半径、ｒ_cは前記第２レンズ群の前記３枚
接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。

【００１６】条件（１）、（２）は、第１レンズ群にて
発生する球面収差、色収差を補正するための条件であ
る。条件（１）、（２）を満足すると、第１レンズ群に
設けた接合面と、第２レンズ群に設けた接合面の夫々を
適度な大きさの強い負屈折力にすることができる。これ
により、対物レンズを構成する正レンズの屈折力も強く
することができる。そうすると、正レンズには屈折率の
小さい硝材を使用することができる。この屈折率の小さ
い硝材は、自家蛍光を発生することが少ない。したがっ
て、条件（１）、（２）を満足することで、蛍光観察に
適した対物レンズを実現することができる。

【００１７】条件（１）、（２）は前述の接合面の曲率
半径を規定するものである。これら条件の下限を下まわ
るといずれも正の屈折力の面で発生する球面収差、色収
差が補正過剰になる。また、条件（１）、（２）の上限
を上まわると正の屈折力の面で発生する球面収差、色収
差が補正不足になる。

【００１８】また、本発明の顕微鏡対物レンズにおい
て、下記条件（３）を満足することが望ましい。（３）Ｎ_d１＞１．６ただし、Ｎ_d１は第１レンズ群の最も物体側の平凸レン
ズの屈折率である。

【００１９】この平凸レンズはｄ線の屈折率が高く、か
つ分散が小さい（アッベ数が低い）硝材を用いることが
望ましい。

【００２０】この最も物体側の平凸レンズが条件（３）
の下限の１．５より小さいと、各面の屈折力が強くな
る。そのため、球面収差や色収差の発生量が大になり、
その補正が困難になる。

【００２１】また第１レンズ群に含まれるレンズのアッ
ベ数がいずれも５０以上であると、自家蛍光の小さな硝
材を用いることができ、蛍光観察にとって好ましい。

【００２２】また、第１レンズ群のすべてのレンズがｄ
線に対する屈折率が１．７以下であれば、短波長の透過
率が良い硝材を用いることができる。よって更に最適な
蛍光観察が可能になる。

【００２３】また、第２レンズ群が正レンズと負レンズ
を接合した接合レンズを含み、この接合レンズを移動さ
せる移動機構を設けることが望ましい。このようにする
と、移動機構により接合レンズを移動させることができ
るので、標本の厚さにより発生する球面収差を補正する
ことができる。これにより厚さに変化のある標本をも最
適に観察することが可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の液浸顕微鏡対物レンズの
実施の形態を下記実施例にもとづいて説明する。

【００２５】本発明の対物レンズの実施例は、図１〜図
３に示す通りの構成で下記データを有するものである。実施例１面番号曲率半径肉厚屈折率（d-line） Vd 1 INF 4.3 1.58913 61.18 2 -4.323 0.15 1 3 -25.7803 2.55 1.56907 71.3 4 -8.3024 0.15 1 5 35.0235 5.6466 1.43875 94.99 6 -6.7469 1.2 1.58913 61.18 7 -19.9345 0.4653 1 8 12.2962 6.2168 1.497 81.54 9 -11.6358 1.2 1.52944 51.72 10 -29.1585 0.5347 1 11 12.3118 1.25 1.755 52.32 12 5.3167 6.3 1.43875 94.97 13 -6.5165 1.1 1.59551 39.28 14 24.7405 0.15 1 15 5.1435 4.2954 1.497 81.08 16 -6.2771 0.9635 1.52944 51.72 17 3.0316 4.6813 1 18 -5.0422 4.125 1.48749 70.23 19 8.6715 2.4 1.59551 39.28 20 -10.5349 -4.3506 1 条件式１ r6/r2 1.560698589 条件式２ |r12/r2| 1.22986352 nd1 1.58913

【００２６】実施例２面番号曲率半径肉厚屈折率（d-line） Vd 1 INF 4.3 1.58313 59.38 2 -4.323 0.15 1 3 -43.7089 2.55 1.56907 71.3 4 -8.654 0.15 1 5 40.387 5.1967 1.43875 94.99 6 -7.1299 1.2 1.755 52.32 7 -15.4123 D1（可変） 1 8 13.2757 6.3232 1.497 81.14 9 -10.689 1.2 1.55836 54.01 10 -22.1494 D2（可変） 1 11 16.0037 1.25 1.61336 44.49 12 5.9099 6.0845 1.43875 94.97 13 -8.0148 1.1 1.67196 38.16 14 124.9271 0.3 1 15 7.7016 4.5657 1.43875 94.99 16 INF 0.8 1.55836 54.01 17 5.2837 4.4407 1 18 -3.4621 4.6681 1.51633 64.14 19 16.4425 2.4 1.67196 38.16 20 -10.2782 条件式１ r6/r2 1.649294471 条件式2 |r12/r2| 1.3670830 nd1 1.58313 ｚ1 ｚ2 ｚ3 D1（可変） 0.5 0.45746 0.5466 D2（可変） 0.5 0.54254 0.4534

【００２７】実施例３面番号曲率半径肉厚屈折率（d-line） Vd 1 INF 4.3 1.58913 61.18 2 -4.3681 0.15 1 3 -23.6665 2.55 1.56907 71.3 4 -7.7696 0.15 1 5 105.8301 5.4 1.43875 94.99 6 -6.3996 1.2 1.58913 61.18 7 -19.4885 0.5 1 8 13.8742 5.9 1.497 81.54 9 -10.6093 1.2 1.52944 51.72 10 -22.6003 0.5 1 11 12.1002 1.25 1.61336 44.49 12 5.2198 6.3 1.43875 94.97 13 -8.7501 1.1 1.59551 39.28 14 31.5698 0.15 1 15 10.8118 5.312 1.497 81.08 16 -7.0093 2.9379 1.52944 51.72 17 3.1725 2.0382 1 18 -3.6863 4.0405 1.52944 51.72 19 8.1829 2.6 1.59551 39.28 20 -7.201 -4.3506 1 条件式１ r6/r2 1.465076349 条件式2 |r12/r2| 1.194982 nd1 1.58913 上記データ中、面番号１、２、・・・における曲率半径
の値は、図面中のｒ ₁，ｒ₂・・・が対応して、面番号
１、２における肉厚は、面間隔（レンズの肉厚及び空気
間隔）であって、図面中のｄ₁，ｄ₂・・・が対応し、面
番号１、３、・・・における屈折率及びＶ_dは第１面ｒ₁
と第２面ｒ₂の間の硝材、第３面ｒ₃と第４面ｒ₄の間の
硝材、・・・のｄ線に対する屈折率及びアッベ数であ
る。また、データ中の曲率半径、肉厚などの長さの単位
はｍｍである。

【００２８】上記実施例中、実施例１は図１に示す構成
のレンズ系で、物体側より順に、正の屈折力を有する第
１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ
２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とよりな
る。

【００２９】第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、平
凸レンズと、正のメニスカスレンズと、両凸レンズと負
のメニスカスレンズを接合した接合レンズとよりなる。
そして、この接合レンズの接合面は像側に凸である。ま
た、この接合面は負の屈折力を有する面である。第２レ
ンズ群Ｇ２は、両凸レンズと負のメニスカスレンズとを
接合した接合レンズと、負のメニスカスレンズと両凸レ
ンズと両凹レンズとを接合した３枚接合レンズとよりな
る。３枚接合レンズの２つの接合面のうち物体側の接合
面は物体側に凸になっている。この物体側の接合面は、
負の屈折力を有する面である。第３レンズ群Ｇ３は、両
凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズと両凹レ
ンズと両凸レンズとを接合した接合レンズとよりなる。

【００３０】実施例２は、図２に示す通りの構成の対物
レンズで、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レ
ンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈
折力を有する第３レンズ群Ｇ３とにて構成されている。

【００３１】第１レンズ群Ｇ１は物体側より順に、平凸
レンズと、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ
と、正レンズと負レンズとが接合され、接合面が像側に
凸面を向けた面である接合レンズとよりなる。この接合
面は負の屈折力を有する面である。第２レンズ群Ｇ２
は、正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸
面を向けた面である接合レンズと、負レンズと正レンズ
と負レンズとを接合した３枚接合レンズとよりなる。３
枚接合レンズの２つの接合面のうち物体側の接合面は物
体側に凸で、負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は
正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズ
と正レンズとを接合した接合レンズとよりなるガウス構
成である。

【００３２】また、この実施例２の対物レンズは、第２
レンズ群Ｇ２のうちの正レンズと負レンズとよりなる接
合レンズが光軸方向に移動する。これにより標本に厚み
のある場合に、標本の硝材等の差異による収差の悪化を
補正するようにしている。つまり第２レンズ群Ｇ２の移
動による図２に示すｄ₇，ｄ₁₀の値（データ中のＤ１、
Ｄ２）をｚ１，ｚ２，ｚ３に示す値のように変化させる
ことにより、収差補正を行なっている。

【００３３】ここで、ｚ１，ｚ２，ｚ３は下記の屈折率
ｎ₀、アッベ数ν₀を有する標本を用いた時のＤ１、Ｄ２
の値を示す。ｚ１ｎ₀＝１．３８４２２， ν₀＝５５．８９ｚ２ｎ₀＝１．３８４２２， ν₀＝６４．２５ｚ３ｎ₀＝１．４３４２２， ν₀＝７２．６１

【００３４】更に、実施例３は、図３に示す通りの構成
の対物レンズで、物体側より順に、正の屈折力を有する
第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群と負の
屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とにて構成されてい
る。

【００３５】第１レンズ群Ｇ１は平凸レンズと、物体側
に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、正レンズと負
レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けている面
である接合レンズとよりなる。この接合面は負の屈折力
を有する面である。第２レンズ群Ｇ２は正レンズと負レ
ンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である
接合レンズと、負レンズと正レンズと負レンズとを接合
した３枚接合レンズとからなる。この３枚接合レンズの
２つの接合面のうち、物体側の接合面は物体側に凸であ
り、負の屈折力を有する面である。第３レンズ群Ｇ３は
正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズ
と正レンズとを接合した接合レンズとからなるガウス構
成のレンズ群である。

【００３６】以上述べた本発明の実施例１、２、３は、
いずれも焦点距離ｆ＝３ｍｍ、倍率β＝６０×、開口数
ＮＡ＝１．１である。

【００３７】また、これら実施例は液浸として水を用い
たもので、水のｄ線に対する屈折率は１．３３４２２、
アッベ数は５５．８９である。これら実施例は無限遠設
計の対物レンズであり、例えば図７に示す構成で下記デ
ータを有する結像レンズと共に用いられる。結像レンズ面番号曲率半径肉厚屈折率（d-line） Vd 1 68.7541 7.7321 1.48749 70.2 2 -37.5679 3.4742 1.8061 40.95 3 -102.8477 0.6973 1 4 84.3099 6.0238 1.834 37.16 5 -50.71 3.0298 1.6445 40.82 6 40.6619

【００３８】実施例１、２、３の前記図７に示す結像レ
ンズを空気間隔１２０ｍｍにおいて配置した時の収差状
況は、夫々図４、５、６に示す通りであって、良好に補
正されている。

【００３９】以上述べた蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対
物レンズは、特許請求の範囲に記載する対物レンズのほ
か、次の各項に記載する対物レンズも、本発明の目的を
達成するものである。

【００４０】（１）特許請求の範囲の請求項１、２ま
たは３に記載する対物レンズで、対物レンズを構成する
すべてのレンズがｄ線に対する屈折率が１．７以下であ
ることを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レ
ンズ。

【００４１】（２）特許請求の範囲の請求項１、２ま
たは３あるいは前記の（１）の項に記載する対物レンズ
で、第２レンズ群が正レンズと負レンズとを接合した接
合レンズを含み、この接合レンズが光軸上を移動するこ
とにより、厚みのある標本により発生する収差を補正す
るようにしたことを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高
倍率対物レンズ。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、レンズ加工が比較的容
易であり、像面の平坦性が良く補正されており、かつ視
野周辺での像性能が良好である蛍光観察用液浸顕微鏡高
倍率対物レンズを実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例２の断面図

【図３】本発明の実施例３の断面図

【図４】本発明の実施例１の収差図

【図５】本発明の実施例２の収差図

【図６】本発明の実施例３の収差図

【図７】本発明の対物レンズと共に用いられる結像レ
ンズの例を示す断面図

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力をもつ第
１レンズ群と、正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の
屈折力をもつ第３レンズ群とよりなり、前記第１レンズ
群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと
負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを
有し、前記第２レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レン
ズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である
３枚接合レンズを有し、下記条件（１）、（２）を満足
する液浸顕微鏡対物レンズ。（１）１＜ｒ_b／ｒ_a＜２（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８ただし、ｒ_aは前記第１レンズ群の平凸レンズの凸面の
曲率半径、ｒ_bは前記第１レンズ群の前記接合レンズの
接合面の曲率半径、ｒ_cは前記第２レンズ群の前記３枚
接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。
【請求項２】下記条件（３）を満足する請求項１の
液浸顕微鏡対物レンズ。（３）Ｎ_d１＞１．６ただし、Ｎ_d１は第１レンズ群の前記平凸レンズの屈折
率である。
【請求項３】前記第１レンズ群に含まれるレンズの
アッベ数がすべて５０以上である請求項１の液浸顕微鏡
対物レンズ。