JP2003270540A

JP2003270540A - 対物レンズおよび対物レンズを備えた走査型顕微鏡

Info

Publication number: JP2003270540A
Application number: JP2002076727A
Authority: JP
Inventors: Hironari Fukuyama; 宏也福山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: US6710938B2; JP3938699B2; US20030178558A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像化及び視野範囲の広域化を可能にする、
対物レンズ走査型顕微鏡に好適に用いられ得る対物レン
ズを提供すること。【解決手段】対物レンズは、正の屈折力を有する第１レ
ンズ群１と該第１レンズ群よりも標本側に配置された第
２レンズ群２を備え、前記第１レンズ群１はレンズを少
なくとも１つ含み、前記第２レンズ群２は光学素子を少
なくとも１つ含み、下記条件を満足するように構成され
ている。 ν_dLD>ν_dHD −０．５６≦ψ_II／ψ_T≦０．５６但し、ν_dLDは第１レンズ群のレンズのアッベ数、ν_dHD
は第２レンズ群の光学素子のアッベ数、ψ_IIは第２レ
ンズ群の第１面の屈折力、ψ_Tは全系の屈折力である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は対物レンズおよび該
対物レンズを備えた走査型顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の走査型顕微鏡の一つに、光源から
の光を光ファイバーで伝送し、その先端面とレンズを一
緒に移動させる構成のものがある。（特開２００２−４
０３５９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開２００２−４０３
５９号公報に開示された光学系は、単色の諸収差が良好
に補正されている。しかしながら、色収差については十
分に補正されているとはいえない。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、色収差が十分に
補正された対物レンズを提供することにある。また、こ
の対物レンズを備えた走査型顕微鏡を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による対物レンズは、正の屈折力を有する第
１レンズ群と該第１レンズ群よりも標本側に配置された
第２レンズ群を備え、前記第１レンズ群はレンズを少な
くとも１つ含み、前記第２レンズ群は光学素子を少なく
とも１つ含み、下記条件を満足する。 ν_dLD>ν_dHD −０．５６≦ψ_II／ψ_T≦０．５６但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前
記光学素子の硝材のアッベ数、ψ_IIは前記第２レンズ
群の第1面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力
である。また、上記対物レンズにおいて、以下の条件を
満足する。 ν_dHD≦２６ d_IIψ_T≧０．６３但し、ｄ_IIは前記第２レンズ群の光学素子の面間隔であ
る。また、本発明による走査型顕微鏡は、上記の対物レ
ンズとアクチュエーターと光ファイバーを備えたプロー
ブ部と、点光源と光検出器と分光素子を備えた本体部を
備えている。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明による対物レンズは、正の
屈折力を有する第１レンズ群と該第１レンズ群よりも標
本側に配置された第２レンズ群を備え、前記第１レンズ
群はレンズを少なくとも１つ含み、前記第２レンズ群は
光学素子を少なくとも１つ含み、下記条件を満足する。 ν_dLD>ν_dHD （１） −０．５６≦ψ_II／ψ_T≦０．５６（２）但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前
記光学素子の硝材のアッベ数、ψ_IIは前記第２レンズ
群の第1面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力
である。この構成により、第１レンズ群がシングルレン
ズである場合には、第１レンズ群と第２レンズ群のレン
ズの硝材のアッベ数の差により、色消しが行なわれる。

【０００７】条件（１）は、第１レンズ群と第２レンズ
群を構成するレンズにおける、硝材のアッベ数の関係を
規定するものである。光学系の色収差を補正するために
は、光学系が異なるアッベ数の硝材よりなる複数のレン
ズまたは光学素子を有することが必要である。このこと
を、図１乃至６を用いて以下に説明する。

【０００８】図１乃至４は、本発明の色収差補正の原理
を説明するものである。ここでは、本発明における代表
的な構成である、正の単レンズと平行平面板とを組み合
わせた場合についての作用を示す。図１は、正の単レン
ズにおける色収差を示す。ここで、長波長の光線の焦点
F_Lは、短波長の光線の焦点F_Sに比べて、より光源から遠
い側に位置する。図２は、収束光線が平面の境界面から
媒質中に入射する場合の色収差を示す。ここで、F_Lは、
F_Sに比べて、より光源に近い側に位置する。すなわち、
平面に入射する収束光線は、正の短レンズとは逆符号の
色収差を発生する。また、ここでは境界面を平面とした
が、実際には平面に限らず、凹面でも同様に逆符号の色
収差を発生する。また、凸面であっても、所定の条件を
満たせば、同様に逆符号の色収差を発生する。

【０００９】このことを図５，６で説明する。図５は、
凸面に収束光が入射し、発散する方向の屈折を受ける場
合を示す。ここでF_Lは、F_Sに比べて、より光源に近い側
に位置する。すなわち、正の単レンズとは逆符号の色収
差を発生する。次に図６は、凸面に収束光が入射し、よ
り強く収束する方向の屈折を受ける場合を示す。ここで
F_Lは、F_Sに比べて、より光源から遠い側に位置する。す
なわち、正の短レンズと同符号の色収差を発生する。以
上のように、凸面であっても、発散する方向の屈折を受
ける場合、その光線は正の単レンズとは逆符号の色収差
を発生する。したがって、以下の説明において図２に示
したと同様の色収差について述べる場合、そこには凹面
および図５に示した凸面の作用も、自動的に含まれる。
なお、図２および図５でそれぞれ生じる色収差の量CA₁,
CA₂は、硝材が同じならば、 CA₁>CA₂ の関係にある。

【００１０】図３および４は、正の単レンズと平行平面
板による色収差の補正の考え方を示す。上記の様に、正
の単レンズと平面境界面を有する媒質とは逆符号の色収
差を発生するので、第１レンズ群１として正の単レンズ
を、第２レンズ群２として平行平面板を併用すれば、色
収差を補正することが出来る。ここでまず、第２レンズ
群２の第１面（S_II面）における光線の屈折の様子を
図４に詳細に示す。ここで、第１レンズ群１で色収差を
生じる結果、 θ_L<θ_S である。ただし、θ_Lは長波長光線の入射角、θ_Sは短波
長光線の入射角、である。ここで、図３のようにF_LとF_S
が一致する、すなわち色収差が補正されるためには、図
４において θ_L' > θ_S' である必要がある。ただし、θ_L'は長波長光線の屈折
角、θ_S'は短波長光線の屈折角、である。そしてそのた
めには、条件（１）を満足するように、各レンズ群で使
用する硝材を選択するのが良い。上記条件（１）を満足
しない場合、第１レンズ群１と第２レンズ群２で発生す
る色収差を相殺させることが困難になる。

【００１１】条件（２）は、全系の屈折力ψ_Tと第２レ
ンズ群２の第１面の屈折力ψ_IIとの関係を規定するも
のである。まずはその上限値0.56について、説明する。
図２および図５で示したように、球面で生じる色収差CA
₂は、平面で生じる色収差CA₁よりも小さい。これは、図
３において、S_II面の屈折力ψ_IIが大きくなると、
第２レンズ群２の色収差補正能力が低下し、全系の色収
差が増大することを意味する。そして特に条件（２）の
値が0.56を超えると、全系の色収差が急増し、これを抑
えることが困難になる。

【００１２】一方、ψ_II が大きな負の屈折力を持っ
た場合、走査に伴って発生する非対称収差、特にコマ収
差が問題となる。この点について、図７を用いて説明す
る。図７は本発明の対物レンズが設けられたユニットの
概略構成図である。ここで、３は光ファイバーである。
第１レンズ群１と第２レンズ群２とで対物レンズを構成
している。第１レンズ群１を構成しているのは、１つの
正レンズである。第２レンズ群２を構成しているのは、
平行平面板（光学素子）である。４はベースである。

【００１３】第１レンズ群１と光ファイバー３は、図７
に符号Ｃで示された点を中心に首振り運動を（走査）を
する。よって、走査に伴い第１レンズ群１の光軸Ｂは、
第２レンズ群２の光軸Ａに対して傾きαを持つ。図７に
示すように、第２レンズ群２が平行平面板の場合、光軸
Ａと光軸Ｂが一致する状態以外では、光軸Ｂが平行平面
板の面に対して垂直にならない。そのため、上記状態以
外では、非対称収差が発生する（ただし、第２レンズ群
２の外側面２aと内側面２ｂとがそれぞれC点を曲率中心
とする球面を有する場合は例外である。この場合は、傾
きαに関係なく非対称収差は全く発生しない）。発生す
る非対称収差としてはコマ収差が支配的であり、これは
ψ_IIが正である場合よりも負の場合の方が大きい。
そして条件式(２)が下限値の−０．５６を下回るとコマ
収差は急増し、これを抑えることが困難になる。このよ
うに、色収差および走査にともなって発生するコマ収差
を所望の範囲内に抑えるには、条件（２）を満足するこ
とが望ましい。

【００１４】なお、より良好な結像性能を得るには、条
件（２）の代わりに以下の条件（２’）を満足すること
が好ましい。 −０．４０≦ψ_II／ψ_T≦０．１１（２’）

【００１５】更に良好な結像性能を得るには、条件
（２）の代わりに以下の条件（２”）を満足することが
好ましい。 −０．２８≦ψ_II／ψ_T≦０．１１（２”）

【００１６】また、第１群レンズ１の第１面と第２群レ
ンズ２の第２面の少なくとも一面が非球面であれば、結
像性能の点で更に好ましい。

【００１７】また、本発明よる対物レンズでは、下記の
条件（３）、（４）を満足するように構成されている。
即ち、 ν_dHD≦２６（３） d_II×ψ_T≧０．６３（４）但し、ｄ_IIは前記第２レンズ群の光学素子の面間隔であ
る。

【００１８】条件（３）は、第２レンズ群２を構成する
光学素子における、硝材のアッベ数を規定するものであ
る。図２において、媒質のアッベ数が小さいほど、発生
する色収差CA₁は大きくなる。これから明らかなよう
に、本発明の対物レンズにおいて第１レンズ群１で発生
する色収差を相殺するには、第２レンズ群２にアッベ数
の小さな硝材を用いるのが良い。上記上限値を上回ると
色収差が急増し、色収差の発生を抑えることが困難にな
る。なお、本発明の対物レンズの用途として、例えば生
体標本の観察がある。この場合、対物レンズの開口数と
しては0.4以上が必要である。また、少なくともF線(48
6.1nm)〜C線(656.3nm)の波長範囲で、色収差が補正され
ている必要がある。上記条件を満足することで、このよ
うな光学特性を備えた対物レンズを実現することができ
る。

【００１９】なお、色収差をより良好に補正するために
は、条件（３）の代わりに以下の条件（３’）を満足す
ることが好ましい。１８．９≦ν_dHD≦２０（３’）

【００２０】条件（４）は、全系の屈折力ψ_Tと、第２
レンズ群２の光学素子における面間隔との関係を規定す
るものである。この点について図８を用いて説明する。
前述のように、本発明の対物レンズでは、第１レンズ群
１と第２レンズ群２とで色収差を相殺するようにしてい
る。図８のように、第１レンズ群１で生じた色収差は、
第２レンズ群２の厚みd_IIを進むにつれて、徐々に相殺
され、F_L,F_Sで焦点を結ぶ。もしも第２レンズ群２の厚
みが、より薄いd_II'ならば、全系の色収差が残り、焦点
はF_L'とF_S' とに別れる。これは、第２レンズ群２で生
じる色収差が、面間隔d_IIに比例することによる。一
方、第２レンズ群で発生させるべき色収差の量は、全系
の焦点距離に比例する。したがって、全系の屈折力ψ_T
に反比例する。条件（４）が下限値を下回ると色収差が
急増し、これを抑えることが困難になる。特に、上記の
仕様（開口数：0.4以上、波長域：F線(486.1nm)〜C線(6
56.3nm)）を満たす対物レンズを実現する場合、条件
（４）を満足するのが好ましい。

【００２１】また、本発明の対物レンズでは、前記第１
レンズ群１は２枚接合レンズであって、一方のレンズの
硝材のアッベ数をν_dLD、他方のレンズの硝材のアッベ
数をν_dI(2)としたとき、ν_dLD>ν_dI(2)>ν_dHDなる条件
を満たすように構成されている。上記構成により、より
色収差を良好に補正することができる。

【００２２】また、本発明の対物レンズでは、前記第１
レンズ群１の第１面の近軸曲率半径をR_I、第２面の近
軸曲率半径をR_Iとしたとき、下記条件を満たすように
構成されている。 R_I/ R_I ≦−０．７（５）

【００２３】条件（５）は、第１レンズ群１の近軸曲率
半径であるR_IとR_Iの関係を規定するものである。特
に、上記の仕様（開口数：0.4以上、波長域：F線(486.1
nm)〜C線(656.3nm)）を満たす対物レンズを実現する場
合、この条件を満足するのが好ましい。なお、図９に示
すように、R_Iは、光ファイバー３側の面Ｓ_Iの近軸
曲率半径である。また、R_I は、第２レンズ群２側の
面Ｓ_Iの近軸曲率半径である。

【００２４】条件（５）について図１０を用いて説明す
る。条件式（４）の説明で記したように、色収差を良好
に補正するためには第２レンズ群２に十分な厚みd_IIを
持たせることが好ましい。そしてこの第２レンズ群を通
して標本面５に焦点を結ぶためには、R_IとR_Iがある
条件を満たす必要がある。まず図１０(a)のように、第
１レンズ群１のS_I面の屈折力 ψ_Iが、S_I面の
屈折力ψ_Iよりも強すぎる場合、主点H_I' は標本面５
から離れる。そのため、焦点は標本面５に結像できず、
厚みのある第２レンズ群２の内部に結んでしまう。しか
し図１０(b)のように、屈折力 ψ_I が屈折力ψ_I に
比べてさほど強くない場合、主点H_I' は標本面５に近づ
く。そのため、焦点は標本面５上に結ぶことが出来る。
図１０(b)のように焦点を標本面５上に結ぶための条件
を、R_I とR_Iで表わしたのが式（５）である。この式
の上限値を上回ると、色収差を補正した状態で標本面５
上に焦点を結ばせるのが困難になる。

【００２５】また、本発明によれば、走査型顕微鏡は、
上記対物レンズとアクチュエーターと光ファイバーを備
えたプローブ部と、点光源と光検出器と分光素子を備え
た本体部とからなり、前記点光源からの照明光が前記分
光素子と光ファイバーと対物レンズを介して試料内に一
点に集光されるように構成されている。

【００２６】以下、本発明の実施の形態を図示した実施
例に基づき説明する。図１１は、本発明に係る対物レン
ズを用いた対物レンズ走査型顕微鏡の一実施例の概略構
成を示している。図中、６は顕微鏡本体である。顕微鏡
本体６は、レーザ発振器７と、ビームコリメータレンズ
８と、ダイクロイックミラー（分光素子）９と、集光レ
ンズ１０，１１と、光検出器１２と、画像形成回路１３
と、アクチュエータードライバ１４を備えている。１５
は画像形成回路１３に接続されたモニターである。ま
た、１６はプローブである。プローブ１６は、光ファイ
バーとケーブルを内蔵していている。プローブ１６の先
端部１６aには、後述する本発明に係る対物レンズとア
クチュエーターが備わっている。プローブ１６の基端部
１６bは、着脱可能のコネクタ１７を介して、顕微鏡本
体６に接続されている。そして、プローブ１６の基端部
１６bが顕微鏡本体６に接続されたとき、内蔵されてい
る光ファイバーの入射端は集光レンズ１０によるレーザ
ビームの集光点に位置するようになっている。

【００２７】上記の対物レンズ走査型顕微鏡を蛍光顕微
鏡として用いる場合には、狭い波長範囲の光が照明光と
して用いられる。この励起光の照射により標本から蛍光
が生じるが、蛍光と照明光とでは波長が異なる。この蛍
光は、上記対物レンズ、光ファイバー及び分光素子９を
介して、光検出器１２に集光される。分光素子９は、前
記光源から光ファイバーに至る光路と、光ファイバーか
ら光検出器１２に至る光路とが交わる位置に配置され
る。

【００２８】プローブ１６の先端部１６aの構成を図１
２に示す。プローブ１６の先端には、その一端に光学枠
１８が取り付けられている。そして、この光学枠１８の
内側には、光学ユニット１９が取り付けられている。ま
た、光学枠１８の先端には、先端カバーユニット２０が
取り付けられている。プローブ１６内には光ファイバー
３が挿通され、その先端部は光学ユニット１９に固定さ
れている。この光ファイバー３の先端面３aから出射さ
れる光は、集光光学系（第１レンズ群）１を介して収束
光となる。そして、光学保護部材であるカバーガラス
（第２レンズ群）２を透過して標本面５に集光する。カ
バーガラス２は集光光学系１で発生する色収差を補正す
る役割を持つ。標本面５からの蛍光は、カバーガラス
２、集光光学系１を経由して光ファイバー３の先端面３
aに集光される。光ファイバー３の先端面３aに集光され
た蛍光は、光ファイバー３の基端面(図示せず)より射出
し、集光レンズ１０，ダイクロイックミラー９及び集光
レンズ１１を透過して光検出器１２に入射する。光検出
器１２から出力された画像信号は、画像形成回路１３に
より成形され、モニター１５に標本の蛍光像として表示
される。

【００２９】先端カバーユニット２０は、カバーホルダ
ー２２とカバーホルダー２２に固定されたカバーガラス
２からなる。カバーホルダー２２は光学枠１８の先端部
に固定されている。また、これらの構造によりプローブ
１６の先端部１６aは密閉され、水密性を保っている。

【００３０】図１３は、光学ユニット１９の詳細を示し
ている。光学ユニット１９のベース４は、光学枠１８に
固定されている。また、このベース４には、２枚一対の
平行な薄板２３a，２３b，２３c，２３dの後端が固定さ
れている。つまり、平行な板バネを構成する薄板２３a
および２３cと、薄板２３bおよび２３dとは、それぞれ
板面が平行になっている。そして、一方の薄板２３a
（或いは２３c）と他方の薄板２３b（或いは２３d）と
は、板面が垂直になるように配置されている。また、各
後端部がベース４に固定され、後端部に対して先端側が
上下方向および左右方向に弾性的に変形自在になってい
る。

【００３１】さらに、各薄板２３a，２３b，２３c，２
３dには、圧電素子２４a，２４b，２４c，２４d（図示
されていない）が各薄板の先端寄りの位置に装着されて
いる。圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dは板状であ
って、それぞれの厚み方向に分極されている。各圧電素
子２４a，２４b，２４c，２４dを駆動するためのケーブ
ル（図示せず）はプローブ１６内に挿通されている。そ
して、コネクター１７を介しアクチュエータードライバ
ー１４に接続されている。

【００３２】４枚の薄板２３a，２３b，２３c，２３dの
先端には、レンズホルダー２５が装着されている。この
レンズホルダー２５には、集光光学系１と光ファイバー
３の先端部が固定されている。なお、光ファイバー３の
先端部のコアはピンホールとして機能しており、その結
果、この光学系は共焦点光学系となっている。

【００３３】そして、アクチュエータードライバー１４
から圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dに駆動信号を
印加することにより、光を走査させることが出来るよう
になっている。すなわち、駆動信号を印加すると、薄板
２３a，２３b，２３c，２３dは、その後端側に対して先
端側を板面に垂直方向に曲がるように変形する。これに
より、その先端に保持されたレンズホルダー２５も、そ
の変形により曲げられた方向に移動する。その結果、レ
ンズホルダー２５で保持された光ファイバー３の先端部
と集光光学系１とが共に移動し、出射する光を標本に対
して走査させる。この時、光ファイバー３からの射出光
束の中心(主光線)と集光光学系１の光軸は、常に一致し
ている。そのため、集光光学系１の設計に際しては、軸
上の結像性能のみを考慮すれば良い。

【００３４】圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dを駆
動することにより、集光点２６を図１２の水平方向（X
方向）２７と縦方向（Y方向）２８に走査させることが
できる。この時の走査面は、プローブ１６の先端部の軸
方向に対して略垂直な面となる。このようなプローブ１
６を使用する場合、カバーガラス２の外側面２aを標本
面５に押し当てる。そして、標本の特定深さの２次元面
像（走査面）を得る。

【００３５】走査時、集光光学系１と光ファイバー３
は、光軸上のある点Ｃを回転中心とする首振り運動をす
る(図７)。回転中心Ｃの位置は、薄板２３a，２３b，２
３c，２３dの寸法によって決まる。上記首振り動作に伴
い、集光光学系１の光軸は傾きαを持つ。

【００３６】以下、本発明に係る上記対物レンズの第１
実施例を説明する。図１４はこの実施例の光路図、図１
５はその軸上色収差図、図１６は横のコマ収差図であ
る。この第１実施例では、第１群レンズ１はシングルレ
ンズ、第２群レンズ２は平行平面板であって、ｒ１から
ｒ６までが光学系である。ｒ６とｒ７の間にあるのは水
である。色消しは、第１群レンズ１のアッベ数と第２群
レンズ２のアッベ数との差により行なわれる。色収差
は、蛍光像を観察するために、F線（λ＝486.13nm）か
らC線（656.27nm）の範囲で補正されている。第１レン
ズ群１と光ファイバー３の射出端面３aが一体で動くの
で、軸上収差のみが補正されている。顕微鏡として許容
できる収差量は、波面収差が0.07λ（RMS）以下であ
る。本第１実施例では、波面収差は0.0225λ（RMS）で
あるので、十分な結像性能が確保されている。なお、横
倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0845(mm)であ
る。

【００３7】以下に、本第１実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面3a）ｄ１＝5.764476 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.63223（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.70942（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝∞ ｄ５＝0.815524 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００３８】非球面係数第３面 K =-0.751319 A =-0.324231×10^-1 B=-0.274054×10⁰ C=-0.369527×10⁰ D=-0.948859×10¹ 第４面 K =0.660194 A =0.212630×10¹ B=-0.515319×10¹ C=0.716956×10¹ D=0.192504×10²

【００３９】図１７は、本発明に係る対物レンズの第２
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてい
る。波面収差は0.0191λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.55、焦点距離はf=1.0394（ｍｍ）である。

【００４０】以下に、本第２実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.513453 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.58572（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.69076（非球面）ｄ４＝0.150000 ｒ5＝∞ ｄ５＝0.816547 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００４１】非球面係数第３面 K=-0.971934 A=0.143551×10⁰ B=-0.169655×10⁰ C=0.197615×10¹ D=-0.113507×10² 第４面 K=0.000000 A=0.223457×10¹ B=-0.540933×10¹ C=0.511366×10¹ D=0.584641×10¹

【００４２】図１８は、本発明に係る対物レンズの第３
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてい
る。波面収差は0.0365λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.5、焦点距離はf=1.0124（ｍｍ）である。

【００４３】以下に、本第３実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.200000 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝1.75535（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.41717（非球面）ｄ４＝0.100000 ｒ5＝∞ ｄ５＝1.200000 n_d5=1.80809 ν_d5=22.80 ｒ6＝∞ ｄ６＝-0.004799 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００４４】非球面係数第３面 K=-102.874069 A=0.248378×10¹ B=-0.196887×10² C=0.838841×10² D=-0.269475×10³ 第４面 K=-0.412152 A=0.393592×10¹ B=-0.103352×10² C=0.501692×10¹ D=0.662751×10²

【００４５】図１９は、本発明に係る対物レンズの第４
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差は0.0419λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.4、焦点距離はf=0.9885（ｍｍ）である。

【００４６】以下に、本第４実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝4.955571 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝35.76587（非球面）ｄ３＝0.800000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.36963（非球面）ｄ４＝0.100000 ｒ5＝∞ ｄ５＝1.324427 n_d5=1.80518 ν_d5=25.40 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００４７】非球面係数第３面 K=-49005.90164 A=0.317821×10⁰ B=-0.176726×10² C=0.668891×10² D=-0.901447×10³ 第４面 K=-0.453907 A=0.339286×10¹ B=-0.946604×10¹ C=0.137993×10² D=0.998707×10²

【００４８】図２０は、本発明に係る対物レンズの第５
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差が0.0226λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.55、焦点距離はf=1.0946（ｍｍ）である。

【００４９】以下に、本第５実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.823907 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.52134（非球面）ｄ３＝0.756067 n_d3=1.43875 ν_d3=95.00 ｒ4＝-0.60459（非球面）ｄ４＝9.300000 ｒ5＝-1.00000 ｄ５＝0.700000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００５０】非球面係数第３面 K=-0.798140 A=-0.454231×10^-1 B=-0.181297×10⁰ C=0.103139×10¹ D=-0.577724×10¹ 第４面 K=0.036652 A=0.313281×10¹ B=-0.712160×10¹ C=0.120575×10² D=0.523017×10¹

【００５１】図２１は、本発明に係る対物レンズの第６
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差が0.0371λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.55、焦点距離はf=1.0882（ｍｍ）である。

【００５２】以下に、本第６実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.409646 ｒ2＝0.76289 ｄ２＝0.633904 n_d2=1.58913 ν_d2=61.30 ｒ3＝-0.53141 ｄ３＝0.600000 n_d3=1.81474 ν_d3=37.07 ｒ4＝-0.55587（非球面）ｄ４＝0.115439 ｒ5＝-10.00000 ｄ５＝0.821012 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００５３】非球面係数第４面 K=-0.049097 A=0.284393×10¹ B=-0.804974×10¹ C=0.166032×10² D=0.870825×10¹

【００５４】図２２は、本発明に係る対物レンズの第７
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差が0.0469λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.5、焦点距離はf= 1.0844（ｍｍ）である。

【００５５】以下に、本第７実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.555191 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.80925（非球面）ｄ３＝0.784202 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.76127（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝2.50000 ｄ５＝0.940607 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００５６】非球面係数第３面 K =-0.838606 A =-0.655063×10^-1 B=-0.640416×10⁰ C=-0.209672×10¹ D=0.932104×10⁰ 第４面 K =0.973645 A =0.149933×10¹ B=-0.451277×10¹ C=0.142273×10² D=0.192981×10¹

【００５７】図２３は、本発明に係る対物レンズの第８
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差が0.026λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.5、焦点距離はf=1.0835（ｍｍ）である。

【００５8】以下に、本第８実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面3a）ｄ１＝5.683586 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.70163（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.75374（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝5.00000 ｄ５＝0.896413 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００５9】非球面係数第３面 K =-0.777766 A =-.399211×10^-1 B=-0.445097×10⁰ C=-0.169426×10¹ D=-0.372513×10¹ 第４面 K =0.871673 A =0.174726×10¹ B=-0.481677×10¹ C=0.109676×10² D=0.742922×10¹

【００６0】図２４は、本発明に係る対物レンズの第９
実施例の光路図である。この実施例においても、各光学
部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられてお
り、波面収差が0.0228λ（RMS）である。横倍率は0.15
3、NAは0.5、焦点距離はf=1.0820（ｍｍ）である。

【００６1】以下に、本第９実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.810000 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.60872（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.63779（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝-5.00000 ｄ５＝0.770000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００６２】非球面係数第３面 K =-0.729290 A =-0.239433×10^-1 B=-0.308885×10⁰ C=0.150620×10¹ D=-0.213323×10² 第４面 K =0.462668 A =0.274744×10¹ B=-0.635226×10¹ C=0.143551×10¹ D=0.545212×10²

【００６３】図２５は、本発明に係る対物レンズの第１
０実施例の光路図である。この実施例においても、各光
学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられて
おり、波面収差が0.0225λ（RMS）である。横倍率は0.1
53、NAは0.5、焦点距離はf=1.0793（ｍｍ）である。

【００６4】以下に、本第１０実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.800000 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.63215 （非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.57619（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝-3.50000 ｄ５＝0.780000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００６５】非球面係数第３面 K =-0.676982 A =-.385298×10^-1 B=-0.286254×10⁰ C=0.227250×10¹ D=-.300677×10² 第４面 K =0.221761 A =0.324830×10¹ B=-0.736130×10¹ C=-0.241903×10¹ D=0.785435×10²

【００６６】図２６は、本発明に係る対物レンズの第１
１実施例の光路図である。この実施例においても、各光
学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられて
おり、波面収差が0.0394λ（RMS）である。横倍率は0.1
53、NAは0.5、焦点距離はf=1.0795（ｍｍ）である。

【００６７】以下に、本第１１実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝5.880000 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.55985 （非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.62742 （非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝-2.50000 ｄ５＝0.700000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００６８】非球面係数第３面 K =-0.718672 A =-0.259057×10^-1 B=-0.510535×10^-1 C=0.235208×10¹ D=-0.174945×10² 第４面 K =0.276183 A =0.297392×10¹ B=-0.611059×10¹ C=-0.347151×10^-1 D=0.434561×10²

【００６９】図２７は、本発明に係る対物レンズの第１
２実施例の光路図である。この実施例においても、各光
学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられて
おり、波面収差が0.0571λ（RMS）である。横倍率は0.1
53、NAは0.5、焦点距離はf=1.0761（ｍｍ）である。

【００７0】以下に、本第１２実施例の光学データを示
す。ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）ｄ１＝=5.945074 ｒ2＝∞（絞り）ｄ２＝0.100000 ｒ3＝0.51787（非球面）ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61 ｒ4＝-0.64866（非球面）ｄ４＝0.2 ｒ5＝-1.77000 ｄ５＝0.634926 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9 ｒ6＝∞ ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79 ｒ7＝∞（走査面）

【００７1】非球面係数第３面 K =-0.662927 A =0.58969910^-1 B=-0.350177×10⁰ C=0.629612×10¹ D=-0.282512×10² 第４面 K =0.467756 A =0.365760×10¹ B=-0.883522×10¹ C=-0.484146×10¹ D=0.855324 ×10²

【００７２】上記各実施例の光学データにおいて、ｒ
１，ｒ２，…は各レンズ面の曲率半径、ｄ１，ｄ２，…
は各レンズの肉厚または空気間隔、ｎ_d1，ｎ_d2，…は各
レンズのｄ線での屈折率、ν_d1，ν_d2，…は各レンズの
アッベ数である。なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、
光軸に直交する方向にｙをとり、円錐係数をＫ、非球面
係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、次式で表される。Ｚ＝（ｙ²／ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）・（ｙ／ｒ）
²｝^1/2]＋Ａｙ²＋Ｂｙ⁴＋Ｃｙ⁶＋Ｄｙ⁸

【００７３】図２８は、本発明に係る対物レンズの第１
３実施例の概略構成を示す断面図である。図２８及び後
述する図２９乃至図３１において、図１２と実質上同一
の部材には同一符号を付してある。また、光学ユニット
１９に関しては、集光光学系１，カバーガラス２及び光
ファイバー３以外は省略されている。本実施例では、レ
ンズ（第２レンズ群）２の先端に、キヤップ２９が取外
し可能に被着されている。表面に傷，汚れが着くのを防
止するため、キヤップ２９には保護ガラス２９aが設け
られている。このような構成により、この保護ガラス２
９aが汚れたり傷がついた場合は、キヤップ２９ごと外
してクリニーングするれば、保護ガラス２９aをきれい
にすることができる。あるいは、キヤップ２９ごと外し
て交換してもよい。

【００７４】図２９は、本発明に係る対物レンズの第１
４実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例で
も、光学ユニット１９の細部構造を省略して第１１実施
例と同様に示されている。本実施例では、保護ガラス２
Aを第２レンズ群としてのレンズ２に接合した点で、第
１３実施例とは異なる。

【００７５】図３０は、本発明に係る対物レンズの第１
５実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例で
は、レンズ２の標本側の面を球面状に成形すると共に、
光学枠１６の先端部もこれに整合するように成形してい
る。この構成により、標本を傷つける危険性がないよう
にしている。この場合、標本面５とレンズ２の間は水で
満たされ、かつレンズ２の標本側の面における光線高は
極めて小さい。よって、レンズ２の球面がもたらす結像
性能の劣化は小さい。なお、その種の劣化を特に抑える
必要がある場合は、レンズ２の球面上の光線が通る領域
１８Ｂを平面に研磨すればよい。

【００７６】図３１は、本発明に係る対物レンズの第１
６実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例で
は、第２レンズ群としてのレンズ２が標本Ｓに向かって
先細となる円錐台状をなし、且つ頂面は平面または凸面
をなしている。このような構成により、標本Ｓが生体で
ある場合に凹んだ個所でも観察できるように構成されて
いる。特に、レンズ２に比較的低分散の硝材を用いる場
合、厚みｄ（図３１（b）参照）はより大きくなるの
で、本実施例には好都合である。

【００７７】以上説明したように、本発明に係る対物レ
ンズは、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記の特
徴を有している。（１）前記第１レンズ群が２枚接合レンズであり、該接
合レンズの一方の硝材のアッベ数をν_dLD、他方の硝材
のアッベ数をν_dI(2)とき、条件ν_dLD>ν_dI(2)>ν_dHDを
満足する請求項１に記載の対物レンズ。（２）前記第１レンズ群の光源側のレンズ面の曲率半径
をR_I(1)，標本側のレンズ面の曲率半径をR_I(2)としたと
き、条件R_I(1)/R_I(2)≦−0.7を満足する請求項１，２又
は上記（１）に記載の対物レンズ。

【００７８】

【発明に効果】上述の如く本発明によれば、高解像化及
び視野範囲の広域化を可能にする、対物レンズ走査型顕
微鏡に好適に用いられ得る対物レンズを提供することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】正の単レンズの色収差を示す図である。

【図２】収束光束が平面の境界面から媒質中に入射する
場合の色収差を示す図である。

【図３】本発明による色収差補正の原理を説明するため
の図である。

【図４】図３の一点鎖線で囲んだ部分の詳細図である。

【図５】凸面に収束光が入射して発散する方向の屈折を
受ける場合の色収差を示す図である。

【図６】凸面に収束光が入射して、より強く収束する方
向の屈折を受ける場合の色収差を示す図である。

【図７】本発明に係る対物レンズを備えた光学ユニット
の概略構成図である。

【図８】第１レンズ群で発生した色収差が第２レンズ群
によって如何に相殺されるかを説明するための図であ
る。

【図９】第１レンズ群の近軸曲率半径を説明するための
図である。

【図１０】条件（５）を説明するための図である。

【図１１】本発明に係る対物レンズを用いた対物レンズ
走査型顕微鏡の一実施例の概略構成図である。

【図１２】図１１に示すプローブの先端部の構成を示す
断面図である。

【図１３】図１２の光学ユニット部分を詳細に示す斜視
図である。

【図１４】本発明に係る対物レンズの第１実施例の光路
図である。

【図１５】第１実施例における軸上色収差図である。

【図１６】第１実施例における横のコマ収差を示す。

【図１７】本発明に係る対物レンズの第２実施例の光路
図である。

【図１８】本発明に係る対物レンズの第３実施例の光路
図である。

【図１９】本発明に係る対物レンズの第４実施例の光路
図である。

【図２０】本発明に係る対物レンズの第５実施例の光路
図である。

【図２１】本発明に係る対物レンズの第６実施例の光路
図である。

【図２２】本発明に係る対物レンズの第７実施例の光路
図である。

【図２３】本発明に係る対物レンズの第８実施例の光路
図である。

【図２４】本発明に係る対物レンズの第９実施例の光路
図である。

【図２５】本発明に係る対物レンズの第１０実施例の光
路図である。

【図２６】本発明に係る対物レンズの第１１実施例の光
路図である。

【図２７】本発明に係る対物レンズの第１２実施例の光
路図である。

【図２８】本発明に係る対物レンズの第１３実施例の概
略構成を示す断面図である。

【図２９】本発明に係る対物レンズの第１４実施例の概
略構成を示す断面図である。

【図３０】本発明に係る対物レンズの第１５実施例の概
略構成を示す断面図である。

【図３１】（a）は本発明に係る対物レンズの第１６実
施例の概略構成を示す断面図、（b）は第２群レンズの
斜視図である。

【符号の説明】

１第１レンズ群（集光
光学系）２第２レンズ群（カバ
ーガラス）２A, ２９a 保護ガラス３光ファイバー３a 光ファイバーの先端
面４光学ユニットのベー
ス５標本面６顕微鏡本体７レーザー発振器８ビームエキスパンダ９ダイクロイックミラ
ー１０，１１集光レンズ１２光検出器１３画像形成回路１４アクチュエータード
ライバー１５モニター１６プローブ１６a 対物レンズ及びアク
チュエーター１６b プローブの基端部１７コネクタ１８光学枠１９光学ユニット２０先端カバーユニット２１光ファイバー２１a 光ファイバーの出射
端２２カバーホルダー２３a,２３b,２３c,２３d 薄板（板バネ）２４a,２４b,２４c,２４d 圧電素子２５レンズホルダー２６集光点２７水平方向（X方向）２８縦方向（Y方向）２９キヤップ S 標本

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AA07 AB01 AB02 AC04 AC15 AC19 AC26 AD29 2H087 KA09 LA01 NA14 PA01 PA02 PA17 PA18 PB01 PB02 PB03 QA02 QA05 QA14 QA22 QA26 QA34 QA38 QA41 QA42 QA45 RA05 RA12 RA13 RA34 RA42 UA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の屈折力を有する第１レンズ群と該第１
レンズ群よりも標本側に配置された第２レンズ群を備
え、前記第１レンズ群はレンズを少なくとも１つ含み、
前記第２レンズ群は光学素子を少なくとも１つ含み、下
記条件を満足する対物レンズ。 ν_dLD>ν_dHD −０．５６≦ψ_II／ψ_T≦０．５６但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前
記光学素子の硝材のアッベ数、ψ_IIは前記第２レンズ
群の第1面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力
である。
【請求項２】下記条件を満足する請求項１に記載の対物
レンズ。 ν_dHD≦２６ d_IIψ_T≧０．６３但し、ｄ_IIは前記第２レンズ群の光学素子の面間隔であ
る。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の対物レンズ
とアクチュエーターと光ファイバーを備えたプローブ部
と、光源と光検出器と分光素子を備えた本体部とを備え
た走査型顕微鏡。