JP2004271779A

JP2004271779A - Objective lens for optical microscope observation

Info

Publication number: JP2004271779A
Application number: JP2003060940A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogino; 博幸荻野; Akira Anzai; 曉安西; Shunei Sakai; 俊英酒井
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an objective lens for optical microscope observation capable of obtaining a desired clear and high-resolution picture by restraining the influence of irregular reflection as small as possible. <P>SOLUTION: The objective lens consists of a front group G, a middle group M, and a rear group B, and is provided with an iris diaphragm S capable of consecutively changing the diameter of an aperture at the focal position 12 of an optical system obtained by composing the front group F and the middle group M, and is constituted so that the position 12 is the front focus of the rear group B. By adjusting the diaphragm S, numerical aperture is consecutively changed, and a telecentric condition is always kept on a sample side even when the numerical aperture is consecutively changed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、微生物や組織細胞の観察や計測に用いられる光学顕微観察用対物レンズ（以下、単に対物レンズという）に関するもので、大きい開口数の明るい像から絞りを絞った小さい開口数の像まで、例えば、病理診断のための高い倍率かつ高い光学分解能の明るい像や血管の弾性繊維のように透明で乱反射する性質を有するコントラストの低い部位を像の濃淡として可視化するための対物レンズに関する。
【０００２】
【従来技術】
【非特許文献１】ＥｕｇｅｎｅＨｅｃｈｔ ’ＯＰＴＩＣＳＴｈｉｒｄＥｄｉｔｉｏｎ’，ＡＤＤＩＳＯＮ−ＷＥＳＬＥＹ，ｐｐ．４０３−４０５，ｐｐ．６１１−６１７，１９９８．
【特許文献１】特開昭６１−２７５８１２号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１６２号公報
従来は、微生物や組織細胞の生物試料のように、コントラストが低い試料を明るく高分解能かつコントラストがつくようにして観察するため、対物レンズの収差を少なくし、高開口数、高分解能の性能の向上を図ることと、染色方法や試料を構成する化学的物理的性質の差を色やコントラストの差にして可視化する方法が開発されている。
【０００３】
一般的な観察の方法として、微生物や組織細胞の観察・計測には染色法が用いられてきた。染色は、主に１０〜２０％のホルマリンによって固定したものをパラフィンによって包埋後、ミクロトームで薄切りし、試料を染色する方法や、その後の処理として脱パラフィン後、試薬で発色させる方法など様々な方法がある。
【０００４】
また、化学的物理的性質の差を光学的に強調させ、微生物や組織細胞を生きた状態や染色しないで観察する方法として、位相差法や干渉法がある（例えば、非特許文献１参照）。さらに、光学的な不均質によって起こる乱反射を観察する方法としてシュリーレン法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記観察を高い倍率かつ高い光学的分解能で自然な生物観察から位相差の検出まで最適に連続して開口数（ＮＡ）を可変させて目的とする光学現象を観察できる対物レンズはない。
【０００６】
一般に、試料の光学顕微鏡としてコントラストが高く鮮明なものを得るため、従来においては試料を明るく照明するとともに、この種の対物光学系として可及的に開口数の多きものが必要であった。
【０００７】
開口数が大きいことは、光学的分解能が高く焦点深度が浅いことが特徴で、試料内部の微小な一平面のみの画像を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、一般に、生物分野においてほとんどの場合がスライドガラスの上に試料を置き、その上にカバーガラスを載せて封入する。カバーガラスやスライドガラスの平坦精度については、例えば、カバーガラスの平坦精度は、ＪＩＳで定められているように、数μｍ単位の誤差がある。スライドガラスに付いても同様である。また、現在の生物観察用顕微鏡は、ステージの平坦度、固定手段、位置決めについても同程度の誤差がある。したがって、高倍率、例えば、４０倍、開口数０．９５（例えば、特許文献１参照）で、光学的分解能の限界で同じ３次元位置条件で観察・計測するのに、試料を固定している機械精度に比べ光学的分解能が高いため、繰り返し再観察、または計測しようとしても、その近傍に近づけることはできても、同じ位置や焦点に試料を確実に置くことは困難を極める。
【０００９】
また、対物レンズが高倍率の場合、カバーガラスの厚みや屈折率の誤差が収差に影響することは明らかで、このカバーガラスはＪＩＳで定められた標準として０．１７ｍｍとして設計する。特に、乾燥系はこの厚みによる影響が顕著であり、開口数が０．８を超えると補正が必要になる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、開口数が大きくて光学的分解能が高く焦点深度が浅いことは、明るい画像が得られる。このことから、コントラストが高く鮮明な画像を得るためには十分な染色が必要で目的とする部位の検出に求められている必要以上に濃い染色が行われ、光学的分解能の低下と同様な分解能の低下を来す可能性がある。
【００１１】
しかしながら、生物試料の観察・計測には、上述した各条件を考慮して、高いコントラストの鮮明な像が得られるように、適正な試料の前処理、例えば、適正な濃度の染色を行い、光学的手段で適正な光学的分解能かつ適正な焦点深度が得られるような条件で観察・計測できる光学系が必要となる。
【００１２】
このような条件を備えた構造を有する対物レンズとしては、開発された目的が低倍率で他の対物レンズと整合をとるためのもので、この発明の目的とは異なるが、同様な構造で固定絞りのものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
また、像の検出について、従来は肉眼による観察が主に行われてきたが、最近は肉眼で観察することに加えて、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子による計測が主流になりつつあり、撮像素子により高解像度、高分解能で低コントラストの差が検出できるようになったので、対物レンズは、これに必要な適正な光学的分解能、倍率、焦点深度で像全面に均一な像を結ぶことができる光学系が重要となる。
【００１４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、乱反射の影響を可及的に抑制し、所望の鮮明かつ高分解能の顕微画像を得ることのできる対物レンズを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の対物レンズは、試料の後方に設けられる対物レンズにおいて、前記対物レンズが前群、中群、後群からなり、前群と中群とを合成した光学系の焦点位置に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りを設け、ここを後群の前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【００１６】
上記構成の対物レンズにおいては、種々の試料の観察に最適な明るさの顕微画像を得ることができるとともに、所望の像を鮮明に結像させることができ、試料の顕微画像を高分解能に得られる。したがって、このような対物レンズを光学顕微観察装置に組み込んだ場合、血管における弾性板や液晶のように、透明でありかつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料を確実に観察することができる。
【００１７】
そして、請求項２に記載してあるように、前群の試料側から数えて第１および第２のレンズグループがメニスカス単レンズよりなり、中群の試料側から数えて第３のレンズグループが凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚接合レンズよりなり、前記第３のレンズグループの試料側の凸レンズの屈折率が前記凹レンズの屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ全体の合成焦点距離をｆ、前記中群の試料側から数えて最初の凸レンズと凹レンズの接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにした場合、虹彩絞りと共役の関係にある球面収差への補正が適切に行われ、本来の通常観察の結像で球面収差の曲がりを可及的に小さく抑制することができ、より好ましい対物レンズを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。まず、図１は、この発明の対物レンズの構成を概略的に示す図（原理構成図）で、この図において、１は対物レンズで、その構成は後述する。２は試料で、例えば、透明かつ乱反射する性質を有している。３はこの試料２の一方の面から試料２にテレセントリックに照射される照明光で、図示していない例えばハロゲンランプによって発せられる可視光よりなり、３ａはその入射光軸である。４は試料２の光出射側に試料２を覆うように設けられるカバーガラスである。５は対物レンズ１の試料１に最も近い側のレンズ（図２中の符号Ｌ９）である。Ｓは対物レンズ１内に設けられる虹彩絞りで、開口数（以下、ＮＡと表記する）を連続的に変化させることができるように構成されている。６は対物レンズの試料１に最も遠い側のレンズ（図２中の符号Ｌ１）で、虹彩絞りＳを経た光を収斂させるものである。７は前記収斂した光を入射光軸２ａと平行になるようにテレセントリックに出射するレンズである。
【００１９】
前記対物レンズ１においては、試料２に照明光３が入射して、例えば、試料２の点８において乱反射が生じると虹彩絞りＳの開口度を調整することにより、余分な光９が虹彩絞りＳによって遮断され、虹彩絞りＳの開口ｓを通過した光１０のみがレンズ７に収斂し、試料２における乱反射光を排除し、所定の濃淡にして可視化した状態で、点１１において収斂される。
【００２０】
図２は、前記対物レンズ１の具体的構成の一例を概略的に示すもので、この図において、符号Ｆ，Ｍ，Ｂは対物レンズ１を構成する３つのレンズ群であり、試料Ｏ_Ｐ（図１中の符号２）に最も近いものから前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂと光学的直列な関係になるように配置されている。そして、前群Ｆは、二つのレンズグループＧ１，Ｇ２からなり、中群Ｍは、二つのレンズグループＧ３，Ｇ４からなり、後群Ｂは、一つのレンズグループＧ５からなる。これらのレンズグループは、それぞれ１または複数のレンズＬ１〜Ｌ９よりなる。また、Ｓは開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りで、前群Ｆと中群Ｍとを合成した光学系の焦点位置１２に設けられている。この焦点位置１２は、後群Ｂの前焦点となるように構成されている。なお、図中の符号ｒ１〜ｒ１７は、レンズＬ１〜Ｌ９、虹彩絞りＳ、カバーガラスＰ（図１中の符号４）の曲率半径を示している。
【００２１】
そして、この実施の形態においては、前群Ｆの試料Ｏ_Ｐ側から数えて第１および第２のレンズグループＧ１，Ｇ２がメニスカス単レンズＬ９，Ｌ８よりなり、中群Ｍの試料Ｏ_Ｐ側から数えて第３のレンズグループＧ３が凸レンズＬ７、凹レンズＬ６、凸レンズＬ５の３枚接合レンズよりなり、この第３のレンズグループＧ３の試料Ｏ_Ｐ側の凸レンズＬ７の屈折率ｒ１０前記凹レンズＬ６の屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ１全体の合成焦点距離をｆ、中群Ｍの試料Ｏ_Ｐ側から数えて最初の凸レンズＬ７と凹レンズＬ６の接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにしてある。
【００２２】
ここで、前記５つのレンズグループＧ１〜Ｇ５の構成およびそれらの特性を、図３および図４をも参照しながら、より詳細に説明する。図２に示すように、試料Ｏ_Ｐから遠い側に位置する側から各レンズに符号Ｌ１〜Ｌ９を付した場合、その特性は、下記表１に示す通りであり、この表１において、ｒは各レンズ面の曲率半径であり、例えばｒ５とｒ６はレンズＬ３の曲率半径である。そして、ｄは各レンズＬ１〜Ｌ９の厚さおよびレンズ間隔である。また、ｎｄは各レンズＬ１〜Ｌ９のｄ線における屈折率である。さらに、νｄは各レンズＬ１〜Ｌ９のアッベ数である。
【００２３】
【表１】

【００２４】
そして、図３および図４は、前記対物レンズ１の特性を示すもので、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。そして、図３（Ａ）において、符号ｄ，ｇ，ｅ，Ｆ，Ｃは、それぞれ、ｄ線、ｇ線、ｅ線、Ｆ線、Ｃ線の各波長の球面収差を示し、また、同図（Ｂ）において、符号ｄ_Ｓ，ｄ_Ｔ，ｇ_Ｓ，ｇ_Ｔ，ｅ_Ｓ，ｅ_Ｔ，Ｆ_Ｓ，Ｆ_Ｔ，Ｃ_Ｓ，Ｃ_Ｔは、それぞれ、ｄ線、ｇ線、ｅ線、Ｆ線、Ｃ線の各波長の非点収差を示し、さらに、同図（Ｃ）において、符号ｄは、ｄ線の歪曲収差を示している。また、図４は、瞳の球面収差を示している。そして、同図において、符号ｄは、ｄ線の瞳の球面収差を示している。
【００２５】
上記構成の対物レンズ１においては、例えば焦点距離が１０ｍｍ、倍率が２０倍であるとき、虹彩絞りＳによってＮＡを、０．６〜０．０５までの範囲で任意に設定することができる。ＮＡと絞り直径との関係の一例は、例えば下記表２のようになる。
【００２６】
【表２】

【００２７】
上記構成の対物レンズ１においては、前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂの３つのレンズグループからなり、前群Ｆと中群Ｍとを合成した光学系の焦点位置１２に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りＳを設け、ここを後群Ｂの前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することによりＮＡを連続的に変化させられるようにしているので、ＮＡを連続的に変化させても常に試料Ｏ_Ｐ側にテレセントリックの条件が保たれる。また、前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂの３つのレンズグループからなるので、色補正が巧みに行われる。
【００２８】
したがって、上記対物レンズ１においては、これに内蔵されている虹彩絞りＳの開口度を適宜設定することができ、これによって、虹彩絞りＳのＮＡを適宜の大きさに任意に設定することができるので、例えば、血管の弾性板や液晶などのように、透明であり、かつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料であっても所定の明るさでもって観察することができ、鮮明な顕微画像を得ることができる。
【００２９】
そして、特に、上記対物レンズ１においては、前群Ｆの試料Ｏ_Ｐ側から数えて第１および第２のレンズグループＧ１，Ｇ２がメニスカス単レンズよりなり、中群Ｍの試料Ｏ_Ｐ側から数えて第３のレンズグループＧ３が凸レンズＬ７、凹レンズＬ６、凸レンズＬ５の３枚接合レンズよりなり、第３のレンズグループＧ１の試料Ｏ_Ｐ側の凸レンズＬ７の屈折率が前記凹レンズＬ６の屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ全体の合成焦点距離をｆ、前記中群の試料側から数えて最初の凸レンズと凹レンズの接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにしてあるので、虹彩絞りと共役の関係にある球面収差への補正が適切に行われ、本来の通常観察の結像で球面収差の曲がりを可及的に小さく抑制することができ、より好ましい対物レンズを得ることができる。なお、前記ｒ１０が０．９ｆ以下になると、本来の通常観察の結像で球面収差の間借りが大きくなって他の部分での補正が困難になる。また、前記ｒ１０が１．４ｆ以上になると、虹彩絞りＳの共役関係の球面収差の補正への寄与が小さすぎて効果が少ない。
【００３０】
次に、図５は、この発明の第２の実施の形態に係る対物レンズ１の具体的構成の他の例を概略的に示すもので、この図５に示す符号は、前記図２に示した符号と同じであるのでその説明は省略する。そして、この実施の形態における対物レンズ１を構成する各レンズＬ１〜Ｌ９の特性は、下記表３に示す通りであり、この表３において、ｒ，ｄ，ｎｄ，νｄは、前記表１における符号と同じであるので、その説明は省略する。
【００３１】
【表３】

【００３２】
そして、図６および図７は、前記対物レンズ１の特性を示すもので、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示し、図７は、瞳の球面収差を示している。なお、これらの図における各符号は、前記図３および図４における符号と同じであるのでその説明は省略する。
【００３３】
そして、この第２の実施の形態に係る第１対物レンズ１２を組み込んだ光学顕微観察装置においても、その焦点距離が例えば１０ｍｍ、倍率が２０倍であるとき、虹彩絞りＳによってＮＡを、０．６〜０．０５までの範囲で任意に設定することができ、このＮＡと絞り直径との関係の一例は、例えば下記表４のようになる。
【００３４】
【表４】

【００３５】
このように構成された対物レンズ１においても、前記第１実施の形態と同様の効果を奏することはいうまでもない。
【００３６】
なお、上記各実施の形態においては、前群Ｆが二つのレンズグループＧ１，Ｇ２からなるものであったが、これに限られるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の対物レンズにおいては、前群、中群、後群の３つのレンズグループからなり、前群と中群とを合成した光学系の焦点位置に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りを設け、ここを後群の前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにしているので、種々の試料の観察に最適で均一な明るさの顕微画像を得ることができるとともに、所望の像を鮮明に結像させることができ、試料の顕微画像を高分解能に得られる。したがって、このような対物レンズを例えば光学顕微観察装置に組み込んだ場合、血管における弾性板や液晶のように、透明でありかつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料を確実に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の対物レンズの原理構成図である。
【図２】この発明の対物レンズの具体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】前記対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を説明するための図である。
【図４】前記対物レンズの瞳の球面収差を説明するための図である。
【図５】この発明の対物レンズの具体的構成の他の例を概略的に示す図である。
【図６】前記対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を説明するための図である。
【図７】前記対物レンズの瞳の球面収差を説明するための図である。
【符号の説明】
１…対物レンズ、試料…Ｏ_Ｐ、Ｆ…前群、Ｍ…中群、Ｂ…後群，Ｇ１〜Ｇ５…レンズグループ、Ｓ…虹彩絞り。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an objective lens for optical microscopic observation (hereinafter, simply referred to as an objective lens) used for observation and measurement of microorganisms and tissue cells. The present invention relates to an objective lens for visualizing, as an image, for example, a bright image having a high magnification and a high optical resolution for pathological diagnosis and a low-contrast portion having a property of being transparent and diffusely reflected as elastic fibers of a blood vessel as shading of an image. .
[0002]
[Prior art]
[Non-Patent Document 1] Eugene Hecht 'OPTICS Third Edition', ADDSON-WESLEY, pp. 147-64. 403-405, pp. 611-617, 1998.
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275812 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-31162 Conventionally, a sample having a low contrast, such as a biological sample of a microorganism or a tissue cell, is bright, has high resolution, and has a high contrast. The objective lens is designed to reduce the aberration of the objective lens, improve the performance of high numerical aperture and high resolution, and to observe the differences in the staining method and the chemical and physical properties of the sample. A method of visualizing the difference has been developed.
[0003]
As a general observation method, a staining method has been used for observation and measurement of microorganisms and tissue cells. Staining is performed by various methods such as a method of embedding a substance fixed with 10 to 20% formalin in paraffin, slicing the sample with a microtome, and staining the sample, and a method of deparaffinizing and coloring with a reagent as a subsequent treatment. There is a way.
[0004]
As a method of optically enhancing the difference in chemical and physical properties and observing microorganisms and tissue cells in a living state or without staining, there are a phase difference method and an interference method (for example, see Non-Patent Document 1). . Furthermore, there is a Schlieren method as a method for observing irregular reflection caused by optical inhomogeneity (for example, see Non-Patent Document 1).
[0005]
However, the objective optics can be obtained by changing the numerical aperture (NA) continuously and optimally from natural biological observation to phase difference detection at a high magnification and high optical resolution. There is no objective lens that can observe the phenomenon.
[0006]
In general, in order to obtain a sharp and high-contrast optical microscope for a sample, it has heretofore been necessary to illuminate the sample brightly and to use an objective optical system of this kind having a numerical aperture as large as possible.
[0007]
A large numerical aperture is characterized by a high optical resolution and a shallow depth of focus, so that an image of only one minute plane inside the sample can be obtained.
[0008]
However, in most cases in the biological field, in most cases, the sample is placed on a slide glass, and a cover glass is placed thereon and sealed. Regarding the flatness accuracy of the cover glass or the slide glass, for example, the flatness accuracy of the cover glass has an error of several μm as defined by JIS. The same applies to a slide glass. In addition, current biological observation microscopes have similar errors in stage flatness, fixing means, and positioning. Therefore, the sample is fixed for observation / measurement under the same three-dimensional position conditions at a high magnification, for example, 40 times, a numerical aperture of 0.95 (for example, refer to Patent Document 1) at the limit of the optical resolution. Since the optical resolution is higher than the mechanical precision, it is extremely difficult to reliably place the sample at the same position or focus even if it is possible to revisit or measure repeatedly, even if it can be close to the vicinity.
[0009]
When the objective lens has a high magnification, it is clear that errors in the thickness and refractive index of the cover glass affect the aberration, and the cover glass is designed to be 0.17 mm as a standard defined by JIS. In particular, the influence of this thickness is remarkable in a drying system, and correction is necessary when the numerical aperture exceeds 0.8 (for example, see Patent Document 1).
[0010]
Further, a large numerical aperture, a high optical resolution and a shallow depth of focus provide a bright image. From this, sufficient staining is necessary to obtain a high-contrast and clear image, and staining that is more intense than necessary for the detection of the target site is performed. May decrease.
[0011]
However, when observing and measuring biological samples, taking into account the above-mentioned conditions, appropriate sample pretreatment, for example, dyeing at the appropriate concentration, is performed so that a clear image with high contrast is obtained. An optical system that can observe and measure under such conditions that an appropriate optical resolution and an appropriate depth of focus can be obtained by a suitable means is required.
[0012]
As an objective lens having a structure satisfying such conditions, the purpose developed is to achieve alignment with other objective lenses at a low magnification, which is different from the object of the present invention, but is fixed by a similar structure. There is a diaphragm (for example, see Patent Document 2).
[0013]
Conventionally, image detection has been mainly performed with the naked eye, but recently, in addition to visual observation, measurement with an image sensor such as a CCD is becoming mainstream. The objective lens can form a uniform image over the entire image at the appropriate optical resolution, magnification, and depth of focus necessary for this, because it is now possible to detect high-resolution, high-resolution, low-contrast differences. Optical systems are important.
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide an objective lens capable of obtaining a desired clear and high-resolution microscopic image while suppressing the influence of diffuse reflection as much as possible. That is.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an objective lens according to the present invention is an objective lens provided behind a sample, wherein the objective lens includes a front group, a middle group, and a rear group, and an optical system in which the front group and the middle group are combined. An iris diaphragm capable of continuously changing the aperture diameter is provided at the focal position of the iris diaphragm, and the iris diaphragm is configured so as to be the front focal point of the rear lens group, and the numerical aperture is continuously changed by adjusting the iris diaphragm. The telecentric condition is always maintained on the sample side even when the numerical aperture is continuously changed (claim 1).
[0016]
With the objective lens having the above configuration, it is possible to obtain a microscopic image with the optimal brightness for observing various samples, and to form a desired image clearly, and obtain a microscopic image of the sample with high resolution. Can be Therefore, when such an objective lens is incorporated into an optical microscopic observation device, a sample that is transparent and has a slightly different refractive index in a partial portion, such as an elastic plate or a liquid crystal in a blood vessel, and is likely to cause irregular reflection. Can be reliably observed.
[0017]
Then, as described in claim 2, the first and second lens groups counted from the sample side of the front group are composed of a meniscus single lens, and the third lens group counted from the sample side of the middle group is A convex lens, a concave lens, and a three-element cemented lens of a convex lens. The refractive index of the convex lens on the sample side of the third lens group is smaller than the refractive index of the concave lens, and the combined focal length of the entire objective lens is f, When the radius of curvature of the joint surface between the first convex lens and the concave lens counted from the sample side of the middle group is r10,
0.9f <r10 <1.4f
When the following relationship is satisfied, correction to spherical aberration in a conjugate relationship with the iris diaphragm is appropriately performed, and the curvature of spherical aberration in the original imaging for normal observation is suppressed as much as possible. And a more preferable objective lens can be obtained.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an objective lens according to the present invention (principle configuration diagram). In this drawing, reference numeral 1 denotes an objective lens, the configuration of which will be described later. Reference numeral 2 denotes a sample, which has, for example, a property of being transparent and irregularly reflected. Reference numeral 3 denotes illumination light which is telecentrically applied to the sample 2 from one surface of the sample 2, and is composed of visible light emitted from, for example, a halogen lamp (not shown). Reference numeral 3a denotes an incident optical axis. Reference numeral 4 denotes a cover glass provided on the light emission side of the sample 2 so as to cover the sample 2. Reference numeral 5 denotes a lens (reference numeral L9 in FIG. 2) of the objective lens 1 on the side closest to the sample 1. S denotes an iris diaphragm provided in the objective lens 1 and is configured so that the numerical aperture (hereinafter, referred to as NA) can be continuously changed. Reference numeral 6 denotes a lens (reference numeral L1 in FIG. 2) of the objective lens farthest from the sample 1, which converges light passing through the iris diaphragm S. Reference numeral 7 denotes a lens that emits the converged light telecentrically so as to be parallel to the incident optical axis 2a.
[0019]
In the objective lens 1, when the illumination light 3 is incident on the sample 2 and, for example, irregular reflection occurs at a point 8 of the sample 2, the extra light 9 is adjusted by adjusting the aperture of the iris stop S so that the extra light 9 is emitted. Only the light 10 that has been cut off and has passed through the opening s of the iris diaphragm S converges on the lens 7, converges at the point 11 in a state where the light reflected from the sample 2 is visualized with a predetermined density.
[0020]
2, the ones showing an example of the specific structure of the objective lens 1 schematically, in this figure, reference numeral F, M, B is a three lens groups constituting the objective lens 1, the sample O _P ( The lenses are arranged so as to be in optical series with the front group F, the middle group M, and the rear group B from the one closest to the reference numeral 2) in FIG. The front group F includes two lens groups G1 and G2, the middle group M includes two lens groups G3 and G4, and the rear group B includes one lens group G5. Each of these lens groups includes one or a plurality of lenses L1 to L9. S denotes an iris diaphragm whose aperture diameter can be continuously changed, and is provided at the focal position 12 of the optical system in which the front unit F and the middle unit M are combined. The focal position 12 is configured to be the front focal point of the rear group B. Reference numerals r1 to r17 in the drawing indicate the radii of curvature of the lenses L1 to L9, the iris diaphragm S, and the cover glass P (reference numeral 4 in FIG. 1).
[0021]
Then, in this embodiment, the sample O first and second lens groups counted from _P side G1, G2 of the front group F is made of a meniscus single lens L9, L8, from a sample O _P side of the middle group M counting third lens group G3 is a convex lens L7, a concave lens L6, consists cemented triplet of convex L5, the refractive index of the refractive index r10 concave lens L6 samples _{O P} side of the convex lens L7 of the third lens group G3 with some with smaller, when the r10 the radius of curvature of the cemented surface of the first convex lens L7 and a concave lens L6 counted combined focal length of the entire objective lens 1 f, from a sample O _P side of the middle group M,
0.9f <r10 <1.4f
The following relationship is satisfied.
[0022]
Here, the configurations of the five lens groups G1 to G5 and their characteristics will be described in more detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, if the by symbol L1~L9 on each lens from the side which is located farther from the sample O _P, the characteristic is as shown in Table 1, In Table 1, r is The radius of curvature of each lens surface, for example, r5 and r6 are the radius of curvature of the lens L3. D is the thickness of each of the lenses L1 to L9 and the lens interval. Nd is the refractive index of each of the lenses L1 to L9 at d-line. Further, vd is the Abbe number of each of the lenses L1 to L9.
[0023]
[Table 1]

[0024]
FIGS. 3 and 4 show the characteristics of the objective lens 1, and FIGS. 3A, 3B, and 3C show spherical aberration, astigmatism, and distortion, respectively. In FIG. 3A, symbols d, g, e, F, and C indicate spherical aberrations at respective wavelengths of d-line, g-line, e-line, F-line, and C-line, respectively. (B), the reference numeral _{_{_{_{d S, d T, g S}}}} , g T, e S, e T, F S, F T, C S, C T , respectively, d-line, g-line, e-line, F line , C-line astigmatism at each wavelength, and in FIG. 3C, a symbol d indicates distortion at the d-line. FIG. 4 shows the spherical aberration of the pupil. Further, in the same figure, the symbol d indicates the spherical aberration of the pupil of the d-line.
[0025]
In the objective lens 1 having the above configuration, for example, when the focal length is 10 mm and the magnification is 20 times, the NA can be arbitrarily set in the range of 0.6 to 0.05 by the iris diaphragm S. An example of the relationship between the NA and the aperture diameter is as shown in Table 2 below, for example.
[0026]
[Table 2]

[0027]
The objective lens 1 having the above-described configuration includes three lens groups, a front group F, a middle group M, and a rear group B. The aperture diameter is continuously formed at the focal position 12 of the optical system in which the front group F and the middle group M are combined. Since the iris diaphragm S which can be changed in the end is provided, and this is configured to be the front focus of the rear unit B, the NA can be continuously changed by adjusting the iris diaphragm. NA continuously changed always conditions telecentric on the sample O _P side is maintained even. In addition, since the zoom lens includes three lens groups, the front group F, the middle group M, and the rear group B, color correction is skillfully performed.
[0028]
Therefore, in the objective lens 1, the aperture of the iris diaphragm S contained in the objective lens 1 can be appropriately set, whereby the NA of the iris diaphragm S can be arbitrarily set to an appropriate size. Therefore, for example, even a sample such as an elastic plate of a blood vessel or a liquid crystal, which is transparent and has a slightly different refractive index in a part thereof and easily diffused light, can be observed with a predetermined brightness. And a clear microscopic image can be obtained.
[0029]
Then, in particular, in the above-described objective lens 1, the sample O first and second lens groups counted from _P side G1, G2 of the front group F is made of a meniscus single lens, counted from the sample O _P side of the middle group M the third lens group G3 is a convex lens L7, a concave lens L6 Te, consists cemented triplet of convex L5, smaller than the refractive index of the refractive index of the sample O _P side of the convex lens L7 of the third lens group G1 is the concave lens L6 When the combined focal length of the entire objective lens is f, and the radius of curvature of the joint surface between the first convex lens and the concave lens counted from the sample side of the middle group is r10,
0.9f <r10 <1.4f
Since the following relationship is satisfied, correction to spherical aberration having a conjugate relationship with the iris diaphragm is appropriately performed, and the curvature of spherical aberration is suppressed as small as possible in the image formed in the original normal observation. And a more preferable objective lens can be obtained. If the value of r10 is 0.9f or less, the amount of spherical aberration increases in the original imaging for normal observation, and it becomes difficult to correct other portions. When r10 is equal to or greater than 1.4f, the contribution of the conjugate relationship of the iris diaphragm S to the correction of the spherical aberration is too small and the effect is small.
[0030]
Next, FIG. 5 schematically shows another example of the specific configuration of the objective lens 1 according to the second embodiment of the present invention, and the reference numerals shown in FIG. The description is omitted because it is the same as the reference numeral. The characteristics of the lenses L1 to L9 constituting the objective lens 1 according to the present embodiment are as shown in Table 3 below. In Table 3, r, d, nd, and νd are the symbols in Table 1 described above. Therefore, the description is omitted.
[0031]
[Table 3]

[0032]
6 and 7 show the characteristics of the objective lens 1. FIGS. 6A, 6B, and 6C show spherical aberration, astigmatism, and distortion, respectively. Indicates spherical aberration of the pupil. Note that the reference numerals in these drawings are the same as those in FIGS. 3 and 4, and a description thereof will be omitted.
[0033]
Also, in the optical microscopic observation apparatus incorporating the first objective lens 12 according to the second embodiment, when the focal length is, for example, 10 mm and the magnification is 20 times, NA is set to 0 by the iris diaphragm S. It can be set arbitrarily in the range of 6 to 0.05, and an example of the relationship between the NA and the aperture diameter is as shown in Table 4 below, for example.
[0034]
[Table 4]

[0035]
Needless to say, the objective lens 1 configured as described above has the same effects as those of the first embodiment.
[0036]
In each of the above embodiments, the front unit F includes the two lens groups G1 and G2. However, the present invention is not limited to this.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the objective lens according to the present invention includes three lens groups of the front group, the middle group, and the rear group, and the aperture diameter is continuously set at the focal position of the optical system that combines the front group and the middle group. An iris diaphragm that can be changed to is provided, and this is configured to be the front focus of the rear group, and the numerical aperture can be continuously changed by adjusting the iris diaphragm, and the numerical aperture is continuously changed. The telecentric condition is always maintained on the sample side even if it changes gradually, so that it is possible to obtain a microscopic image with uniform brightness that is optimal for observation of various samples and to sharpen the desired image. And a microscopic image of the sample can be obtained with high resolution. Therefore, when such an objective lens is incorporated in, for example, an optical microscopic observation apparatus, it has a characteristic that it is transparent and has a slightly different refractive index in a partial portion, such as an elastic plate or a liquid crystal in a blood vessel, and is liable to cause irregular reflection. The sample can be observed reliably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram of an objective lens according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a specific configuration of the objective lens of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining spherical aberration, astigmatism, and distortion of the objective lens.
FIG. 4 is a diagram for explaining spherical aberration of a pupil of the objective lens.
FIG. 5 is a diagram schematically showing another example of a specific configuration of the objective lens of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining spherical aberration, astigmatism, and distortion of the objective lens.
FIG. 7 is a diagram for explaining spherical aberration of a pupil of the objective lens.
[Explanation of symbols]
1 ... objective lens, the specimen ... _{O P,} F ... front group, M ... medium group, B ... rear group, G1 to G5 ... lens group, S ... iris diaphragm.

Claims

In the objective lens provided behind the sample, the objective lens includes a front group, a middle group, and a rear group, and the aperture diameter can be continuously changed to a focal position of an optical system in which the front group and the middle group are combined. An iris diaphragm is provided, which is configured to be the front focus of the rear group, and the numerical aperture is continuously changed by adjusting the iris diaphragm, and the numerical aperture is continuously changed. An objective lens for optical microscopy, wherein telecentric conditions are always maintained on the sample side.

The first and second lens groups counting from the sample side of the front group consist of a single meniscus lens, and the third lens group counting from the sample side of the middle group consist of a triplet of a convex lens, a concave lens and a convex lens, The refractive index of the convex lens on the sample side of the third lens group is smaller than the refractive index of the concave lens, and the combined focal length of the entire objective lens is f, which is the first convex lens counted from the sample side of the middle group. When the radius of curvature of the cemented surface of the concave lens is r10,
0.9f <r10 <1.4f
2. The objective lens for optical microscopic observation according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.