JP2004061589A - 液浸系顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高倍率、高開口数で全視野に亘り諸収差が良好に補正された優れた結像性能を有する液浸系対物レンズを提供する。
【解決手段】第１レンズ群Ｇ１のメニスカスレンズのｄ線（５８７，６ｎｍ）の屈折率をｎ２、第４レンズ群Ｇ４の接合面の屈折力をφ４、第５レンズ群Ｇ５の接合面の屈折力をφ５、第７レンズ群Ｇ７の接合中心厚をｔ７、第８レンズ群Ｇ８の接合中心厚をｔ８、全系の焦点距離をＦとしたとき、以下の条件式（１）〜（４）を満たすように所定形状の第１レンズ群Ｇ１〜第８レンズ群Ｇ８を物体側から順に配置した。
ｎ２　＞　１．９　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
−０．０４４　＜　φ４＋φ５　＜　−０．０３４　　　（２）
５　＜　ｔ７／Ｆ　＜　８　　　　　　　　　　　　　（３）
ｔ８　＞　０．４・ｔ７　　　　　　　　　　　　　　（４）
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高開口数で像面の平坦なアポクロマート液浸系顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ等の撮像素子ならびにその周辺技術が進歩し、顕微鏡においても従来の接眼レンズによる検鏡目的から、画像の入力装置としての意味合いが強くなっている。その場合、取り込んだ画像についてはその全視野にわたって平坦で均質であることが望まれる。
【０００３】
液浸系の対物レンズにおいて、像の平坦性を向上させるため、従来から様々な方法が試みられている。その典型的な例としては、最も物体側のレンズに平凸レンズとメニスカスレンズとの接合レンズを用い、その接合面の負の屈折力を持たせ、更にレンズの後半付近ではいわゆるガウスタイプの構成としてペッツバール和を減少させるという方法がある。
【０００４】
倍率が１００倍程度の高倍率で、上記の構成の液浸対物レンズが、特開平５−１４２４７７号公報、特開平６−１６０７２１号公報等に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−１４２４７７号公報には最大開口数が１．３５のセミアポクロマート対物レンズが記載されているが、蛍光用であり透過率の関係からＧ２の屈折率を高めることができず、十分にペッツバール和を補正させることができない。
【０００６】
また、特開平６−１６０７２１号公報にはガウスタイプの間にもう１枚レンズが入り、負の屈折力を３枚の凹レンズに分散させている対物レンズが記載されている。このレンズでは開口数が１．４と非常に大きく、色収差も良く補正されているが、サジタル方向のコマ収差は開示されておらず、非点隔差の残存もわずかに見られ、必ずしも全視野に亘り優れた結像性能であるとはいえない。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高倍率、高開口数で全視野に亘り諸収差が良好に補正された優れた結像性能を有する液浸系対物レンズを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、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の接合レンズからなる第１レンズ群と、物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズからなる第２レンズ群と、物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズ又は接合メニスカスレンズからなる第３レンズ群と、負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第４レンズ群と、負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第５レンズ群と、負、正、負、の順に接合された３枚の接合レンズからなる第６レンズ群と、像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第７レンズ群と、物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第８レンズ群とを物体側から順に配置し、前記第１レンズ群の前記メニスカスレンズのｄ線（５８７，６ｎｍ）の屈折率をｎ２、前記第４レンズ群の接合面の屈折力をφ４、前記第５レンズ群の接合面の屈折力をφ５、前記第７レンズ群の接合中心厚をｔ７、前記第８レンズ群の接合中心厚をｔ８、対物レンズ全系の焦点距離をＦとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする液浸系顕微鏡対物レンズ。
【０００９】
ｎ２　＞　１．９　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
−０．０４４　＜　φ４＋φ５　＜　−０．０３４　　　（２）
５　＜　ｔ７／Ｆ　＜　８　　　　　　　　　　　　　（３）
ｔ８　＞　０．４・ｔ７　　　　　　　　　　　　　　（４）
【００１０】
このような液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、像の周辺部に至るまで中心と同等の結像性能を得るためには像面湾曲の補正が重要になる。そのため、理想的にはペッツバール和を０にすることが必要となるが、非常に高開口数の液浸対物レンズでは、例えペッツバール和が０であったとしても、サジタルコマ収差の影響で最良像面が物体面の方向（マイナス）に湾曲してしまうことが多い。
【００１１】
この問題を解決するためには、サジタルコマ収差を発生させないことが最も望ましいことであるが、サジタルコマ収差を発生させずにペッツバール和を０にするということが極めて困難である。そこで、ペッツバール和を補正過剰にすることにより、メリジオナル像面に対してサジタル像面をプラス方向に倒すことで見かけの最良像面を平坦に近付けるようにした。
【００１２】
第１レンズ群はそのための最も大きな役割を担っており、この接合面における強力な負の屈折力によりペッツバール和を大幅に減少させている。条件式（１）の下限を外れると屈折率差が小さくなり、十分な負の屈折力を得ることができない。
【００１３】
第２レンズ群、第３レンズ群は第１レンズ群より出た発散光束を正の屈折力により徐々に収斂に向かわせるためのもので、双方とも単レンズであっても良いが第３レンズ群を接合レンズにすることにより、色の球面収差等の補正がより容易になる。
【００１４】
第４レンズ群、第５レンズ群は、第１〜第３レンズ群により発生した球面収差や色収差等をその接合面により補正しつつ、発散光束から収斂光束に変換させている。ここでの接合面の適切な屈折力を規定したのが条件式（２）であり、この上限値を超えるとそれ以前に発生した正レンズ成分の諸収差の補正不足を補うことができず、以降の負レンズ群をもってしても補正不可能となってしまう。また、下限値を下回ると負の屈折力が強くなりすぎ、最も光束の広がるこれらの第４、第５レンズ群においては、高次収差を大量に発生させ好ましくない。
【００１５】
第６レンズ群は、屈折力が比較的小さく、主に収差補正を目的にしている。光線の高さが低くなっているため、接合面の屈折力を上げることが可能となり、同時に３枚接合とすることにより２次スペクトルを抑え、良好な色収差を実現している。
【００１６】
第７レンズ群、８レンズ群は、いわゆるガウスタイプを構成する群で、第６レンズ群から出た光束を更に細くして、第７レンズ群の最終面の強い凹面と、この凹面と向き合う第８レンズ群の凹面とともにペッツバール和の減少に寄与している。条件式（３）、（４）はこれらの第７、第８レンズ群の中心厚に関するものであり、条件式（３）の下限を下回ると光束を無理なく十分に絞ることができなくなり、ペッツバール和を下げる効果も不十分になる。逆に上限を上回るとレンズが厚くなり過ぎて加工困難となるばかりか全長の制約から他のレンズの自由度を減少させることになり、効果的ではない。また、条件式（４）の条件を外れるとコマ収差や倍率色収差の補正が困難となり、それを避けようとするとペッツバール和を下げる効果に影響が出てしまう。
【００１７】
【実施例】
図１はこの発明の第１実施例に係る液浸系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図、図２はこの発明の第２実施例に係る液浸系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図、図３はこの発明の第３実施例に係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。
【００１８】
液浸系顕微鏡対物レンズは、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の接合レンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズからなる第２レンズ群Ｇ２と、物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズまたは接合メニスカスレンズからなる第３レンズ群Ｇ３と、負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第４レンズ群Ｇ４と、負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第５レンズ群Ｇ５と、負、正、負、の順に接合された３枚接合レンズからなる第６レンズ群Ｇ６と、像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第７レンズＧ７群と、物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第８レンズ群Ｇ８とを備えている。第１レンズ群Ｇ１〜第８レンズ群Ｇ８は図示したように物体側より順に配置されている。
【００１９】
以下、各実施例のレンズデータを記載するが、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面の間隔、　ｎｄ　、νｄは各レンズに使用された硝材のｄ線に対する屈折率、及びアッベ数である。また、ｆは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である。
【００２０】
また、使用する浸液（オイル）の屈折率は、ｎｄ＝１．５１５４、νｄ＝４１．３６、カバーガラスはｎｄ＝１．５２２１６、νｄ＝５８．８、厚さｔ＝０．１７ｍｍである。
【００２１】
〔実施例１〕

【００２２】
図４は実施例１の諸収差を示す図である。
【００２３】
なお、同図中の球面収差図、倍率色収差図、コマ収差図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）を、点線はＣ線（６５６．３ｎｍ）を、一点差線はＦ線（４８６．１ｎｍ）を、二点差線はｇ線（４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示す。また、同図中の非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。
【００２４】
各収差図から明らかなようにこの第１実施例によれば、倍率が１００倍、開口数が１．４で全視野に亘り諸収差が良好に補正される。
【００２５】
〔実施例２〕

【００２６】
図５は実施例２の諸収差を示す図である。
【００２７】
なお、同図中の球面収差図、倍率色収差図、コマ収差図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）を、点線はＣ線（６５６．３ｎｍ）を、一点差線はＦ線（４８６．１ｎｍ）を、二点差線はｇ線（４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示す。また、同図中の非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。
【００２８】
各収差図から明らかなようにこの第２実施例によれば、倍率が１００倍、開口数が１．４で全視野に亘り諸収差が良好に補正される。
【００２９】
〔実施例３〕

【００３０】
図６は実施例３の諸収差を示す図である。
【００３１】
なお、同図中の球面収差図、倍率色収差図、コマ収差図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）を、点線はＣ線（６５６．３ｎｍ）を、一点差線はＦ線（４８６．１ｎｍ）を、二点差線はｇ線（４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示す。また、同図中の非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。
【００３２】
各収差図から明らかなようにこの第３実施例によれば、倍率が１００倍程度、開口数が１．４で全視野に亘り諸収差が良好に補正される。
【００３３】
図７は液浸系顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される結像レンズの構成を示す図である。
【００３４】
上記各実施例における顕微鏡対物レンズは、無限遠系補正型であり、例えば図７に示された結像レンズ１０と組み合わせて使用される。以下に結像レンズ１０の諸元を示す。上記図４〜６の諸収差図はこの結像レンズと組み合わせて使用したものである。結像レンズと対物レンズとの間隔は約１５０ｍｍとしたが、これに限るものでなく５０〜１８０ｍｍ程度であればよい。
【００３５】

【００３６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、高倍率、高開口数で全視野に亘り諸収差が良好に補正された優れた結像性能を有する液浸系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】図１はこの発明の第１実施例に係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】図２はこの発明の第２実施例に係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３】図３はこの発明の第３実施例に係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】図４は実施例１の諸収差を示す図である。
【図５】図５は実施例２の諸収差を示す図である。
【図６】図６は実施例３の諸収差を示す図である。
【図７】図７は液浸系顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される結像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
Ｇ３　第３レンズ群
Ｇ４　第４レンズ群
Ｇ５　第５レンズ群
Ｇ６　第６レンズ群
Ｇ７　第７レンズ群
Ｇ８　第８レンズ群

Claims (1)

1. 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の接合レンズからなる第１レンズ群と、
   物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズからなる第２レンズ群と、
   物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズ又は接合メニスカスレンズからなる第３レンズ群と、
   負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第４レンズ群と、
   負レンズと正レンズとの接合レンズからなる第５レンズ群と、
   負、正、負、の順に接合された３枚の接合レンズからなる第６レンズ群と、
   像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第７レンズ群と、
   物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる第８レンズ群と
   を物体側から順に配置し、
   前記第１レンズ群の前記メニスカスレンズのｄ線（５８７，６ｎｍ）の屈折率をｎ２、
   前記第４レンズ群の接合面の屈折力をφ４、
   前記第５レンズ群の接合面の屈折力をφ５、
   前記第７レンズ群の接合中心厚をｔ７、
   前記第８レンズ群の接合中心厚をｔ８、
   対物レンズ全系の焦点距離をＦとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする液浸系顕微鏡対物レンズ。
   ｎ２　＞　１．９
   −０．０４４　＜　φ４＋φ５　＜　−０．０３４
   ５　＜　ｔ７／Ｆ　＜　８
   ｔ８　＞　０．４・ｔ７

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