JP2006113486A - 液浸系顕微鏡対物レンズ - Google Patents

液浸系顕微鏡対物レンズ Download PDF

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Abstract

【課題】 通常のオイルを使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくできる液浸系顕微鏡対物レンズを提供する。
【解決手段】 物体側から順に第1レンズ群G1と第2レンズ群G2と第3レンズ群G3とを配置し、第1レンズ群に含まれる平凸レンズ11とメニスカスレンズ12との接合面11bの曲率半径r1、平凸レンズの中心厚d1、平凸レンズの平面から物体面までの距離dA、カバーガラスの厚さdB、平凸レンズの屈折率n1、メニスカスレンズの屈折率n2、全体の焦点距離f、第3レンズ群の焦点距離f3が、次の条件式を満足するように構成する。
√[|r1|2−(|r1|−d1)2]−[5.13×(dA−dB)+0.775] >0
|r1|+16.67×(n1−n2)/n1/n2 <0
0.10<|f/f3|<0.16
【選択図】 図1

Description

本発明は、標本の液浸観察に用いられる液浸系顕微鏡対物レンズに関し、特に、全反射照明蛍光検鏡(TIRFM;total internal reflection fluorescence microscopy)に好適な液浸系顕微鏡対物レンズに関する。
標本の液浸観察は、標本と液浸系顕微鏡対物レンズの先端との間を浸液(水やオイルなどの液体)で満たし、浸液の屈折率(>1)に応じて液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAを“1”より大きくすることによって、高い分解能で標本を観察する方法である。
また、液浸系顕微鏡対物レンズを用いた全反射照明蛍光検鏡も知られている(例えば特許文献1を参照)。これは、液浸系顕微鏡対物レンズと浸液とカバーガラスとを介して標本側に染み出たエバネッセント光により標本を照明し、標本からの蛍光を取り込むことによって、標本を観察する方法である。エバネッセント光は、標本とカバーガラスとの境界面で光を全反射させたときに発生する微弱光である。エバネッセント光を発生させるためには、標本とカバーガラスとの境界面に大きな角度(つまり臨界角以上)で照明光を入射させる必要があり、開口数NAの大きな液浸系顕微鏡対物レンズが必要である。この全反射照明蛍光検鏡によれば、標本の境界面付近の情報のみを効率よく得ることができる。
そして、液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAを大きくするため、一般的には、浸液の屈折率を上げることが望まれる。ちなみに、d線(587nm)に対する水の屈折率は1.333、グリセリンの屈折率は1.473、オイルの屈折率は1.515である。したがって、この中で最も屈折率の高いオイルを浸液として用いれば、液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAを大きくできる。さらに、開口数NAを大きくするために、上記のオイル(屈折率1.515)よりも屈折率の高い特殊なオイルも開発されている。例えば特許文献1には、屈折率1.579程度のジェフニエーテルが例示されている。
特開2003−15046号公報
しかしながら、屈折率の高い特殊なオイルには多くの添加物が含まれる。このため、特殊なオイルを浸液として用い、標本の蛍光観察を行う場合、浸液中の添加物の自家蛍光に起因するノイズ成分が多くなってしまう。このノイズ成分が最も少ないオイルは、上記した屈折率1.515(d線,23℃)の通常のオイルであるが、これでは開口数NAが不足してしまう。通常のオイルを用いた場合、これまでに知られている液浸系顕微鏡対物レンズの最も大きな開口数NAは1.45である。
本発明の目的は、通常のオイルを使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくできる液浸系顕微鏡対物レンズを提供することにある。
請求項1に記載の発明は、物体側から順に、第1レンズ群と第2レンズ群と第3レンズ群とが配置された液浸系顕微鏡対物レンズであって、前記第1レンズ群は、物体側に平面を向けた平凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズとの接合レンズを含み、該接合レンズよりも像側に、正の屈折力を有する2つ以上の接合レンズを含み、前記第2レンズ群は、1つ以上の接合レンズを含み、前記第3レンズ群は、物体側から順に、像側に強い凹面を向けた接合メニスカスレンズと、物体側に強い凹面を向けた接合メニスカスレンズとを含み、前記第1レンズ群に含まれる前記平凸レンズと前記メニスカスレンズとの接合面の曲率半径r1、該平凸レンズの中心厚d1、該平凸レンズの前記平面から物体面までの距離dA、前記平面と前記物体面との間に配置されるカバーガラスの厚さdB、該平凸レンズの屈折率n1、該メニスカスレンズの屈折率n2、前記液浸系顕微鏡対物レンズの焦点距離f、および、前記第3レンズ群の焦点距離f3は、次の条件式(1)〜(3)を満足するものである。
√[|r1|2−(|r1|−d1)2]−[5.13×(dA−dB)+0.775] >0 …(1)
|r1|+16.67×(n1−n2)/n1/n2 <0 …(2)
0.10<|f/f3|<0.16 …(3)
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、前記液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAは、浸液の屈折率n0に対して、次の条件式(4)を満足するものである。
NA≧0.965×n0 …(4)
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とは、光軸方向に沿って一体的に移動可能な補正用のレンズ群であり、前記液浸系顕微鏡対物レンズの焦点距離fと、前記補正用のレンズ群の焦点距離fbとは、次の条件式(5)を満足するものである。
|f/fb|≦0.2 …(5)
本発明の液浸系顕微鏡対物レンズによれば、通常のオイルを使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくすることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10は、図1に示す通り、物体側(図の左方)から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群とが配置された3群構成の光学系である。
第1レンズ群G1は、最も物体側に、平凸レンズ11と正のメニスカスレンズ12との接合レンズ(11,12)を含む。平凸レンズ11は、物体側に平面を向けて像側に凸面を向けている。メニスカスレンズ12は、物体側に凹面を向けて像側に凸面を向けている。接合レンズ(11,12)は、正の屈折力を有する。
また、この接合レンズ(11,12)よりも像側には、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ13と、正の屈折力を有する3つの接合レンズ(14,15),(16,17),(18,19)とが配置されている。接合レンズ(14,15)は、負のレンズ14と正のレンズ15とを貼り合わせたものであり、像側に凸面を向けている。接合レンズ(16,17)は、負のメニスカスレンズ16と正のレンズ17とを貼り合わせたものである。接合レンズ(18,19)は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ18と正のレンズ19とを貼り合わせたものである。
第2レンズ群G2は、負の屈折力を有する1つの接合レンズ(20,21)を含む。この接合レンズ(20,21)は、正のレンズ20と負のレンズ21とを貼り合わせたものであり、物体側に凸面を向けている。
第3レンズ群G3は、負の屈折力を有する2つの接合レンズ(22,23),(24,25)を含む。物体側の接合レンズ(22,23)は、正のレンズ22と負のレンズ23とを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、像側に強い凹面を向けている。像側の接合レンズ(24,25)は、負のレンズ24と正のレンズ25とを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、物体側に強い凹面を向けている。第3レンズ群G3は、ガウスタイプのレンズ群である。
第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10を用いた全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)によって標本(生体細胞など)を観察する場合、標本の液浸系顕微鏡対物レンズ10側には、図2に示す通り、カバーガラス10Aが配置される。図2は、液浸系顕微鏡対物レンズ10の先端付近を拡大した図である。
また、カバーガラス10Aと液浸系顕微鏡対物レンズ10の先端(平凸レンズ11の物体側の平面11a)との間は、浸液10Bで満たされる。浸液10Bは、通常のオイルである。通常のオイルは、d線(587nm)に対する屈折率nd=1.515(23℃)であり、自家蛍光の最も少ない油浸液である。
ここで、平凸レンズ11の平面11aから物体面(標本とカバーガラス10Aとの境界面)までの距離をdAとし、カバーガラスの厚さをdBとすると、液浸系顕微鏡対物レンズ10の作動距離d0は「d0=dA−dB」と表される。本実施形態では、使用するカバーガラス10Aのd線(587nm)に対する屈折率nd=1.5221、アッベ数νd=58.8、厚さdB=0.17(mm)とする。
また、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、先玉の平凸レンズ11と浸液10Bとの境界面(平面11a)で球面収差が発生しないようにするため、平凸レンズ11の屈折率nd=1.518とし、浸液10Bの屈折率nd=1.515とほぼ等しくする。
さらに、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、その開口数NAを1.45より大きくするため、平凸レンズ11とメニスカスレンズ12との接合面11b(図1)の曲率半径r1を大きくすることにより、接合面11bを緩い形状とする。ちなみに、開口数NAはn×sinθで決まる。通常のオイル(n=1.515)では屈折率nが大きくないため、角度θを大きくする必要がある。角度θを大きくした場合、周縁部の光線がケラれないようにするためには、接合面11bを緩い形状とする。具体的には、上記の作動距離d0(=dA−dB)と平凸レンズ11の中心厚d1に対し、接合面11bの曲率半径r1が、次の条件式(1)を満足するように構成する。
√[|r1|2−(|r1|−d1)2]−[5.13×(dA−dB)+0.775] >0 …(1)
条件式(1)を満足しない場合には、平凸レンズ11の平面11aにおいて、大きなNAの光束の有効径を確保することができなくなってしまう。条件式(1)を満足するのであれば、接合面11bを緩い形状とすることによって、大きなNAの光束の有効径を確保できる。この条件式(1)は、接合面11bの曲率半径r1の下限値を決めるためのものである。なお、条件式(1)の左辺は0.2よりも大きい値とすることが好ましい。
ところが、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、接合面11bにおける強い負の屈折力によってペッツバール和を大きく減少させる必要がある。このため、上記の条件式(1)を満たす範囲で接合面11bの形状が緩くなり過ぎる(つまり接合面11bの曲率半径r1が大きくなり過ぎる)と、ペッツバール和を十分に減少させることができなくなってしまう。
また、接合面11bにおけるペッツバール和の減少の不足分は、ガウスタイプの第3レンズ群G3の負の屈折力を調整することにより、ある程度は補うことができる。しかし、それにも限界がある。
そこで、接合面11bの曲率半径r1の上限値を決めるため、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、平凸レンズ11の屈折率n1とメニスカスレンズ12の屈折率n2とに対し、曲率半径r1が、次の条件式(2)を満足するように構成する。
|r1|+16.67×(n1−n2)/n1/n2 <0 …(2)
条件式(2)を満足しない場合、接合面11bの曲率半径r1が大きくなり過ぎてペッツバール和を十分に減少させることができず、その不足分を第3レンズ群G3の負の屈折力によって補うこともできない。条件式(2)を満足するのであれば、接合面11bを緩い形状とすることによって、ペッツバール和を全体的に低減可能となる。なお、条件式(2)の左辺は−0.2よりも小さい値とすることが好ましい。
さらに、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、その全体の焦点距離fと第3レンズ群G3の焦点距離f3とが、次の条件式(3)を満足するように構成する。この条件式(3)は、第3レンズ群G3の負の屈折力の大きさを規定するものである。
0.10<|f/f3|<0.16 …(3)
第3レンズ群G3の負の屈折力が小さくて条件式(3)を満足しない場合には、上記の接合面11bで十分に減少できなかったペッツバール和を補うことができず、ペッツバール和が全体的に大きくなってしまう。逆に、第3レンズ群G3の負の屈折力が大きくて条件式(3)を満足しない場合は、色のコマ収差やサジタル方向のコマ収差が悪化してしまう。条件式(3)を満足するのであれば、ペッツバール和を全体的に低減しつつ、コマ収差を良好な状態に保つこともできる。
このように、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、上記した条件式(1)〜(3)を満足することにより、平凸レンズ11とメニスカスレンズ12との接合面11bを緩い形状としつつ、大きなNAの光束の有効径を確保することもでき、ペッツバール和を全体的に低減することもできる。したがって、浸液10Bとして自家蛍光の少ない通常のオイル(屈折率nd=1.515,23℃)を使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくすることができる。
液浸系顕微鏡対物レンズ10の開口数NAは、浸液10Bの屈折率n0に対して、次の条件式(4)を満足している。この条件式(4)の屈折率n0に、上記した通常のオイルの屈折率nd=1.515を代入すると、右辺は1.46となる。この場合、条件式(4)はNA≧1.46となる。
NA≧0.965×n0 …(4)
つまり、条件式(4)を満足するような液浸系顕微鏡対物レンズ10では、浸液10Bとして通常のオイル(屈折率nd=1.515)を使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくすることができる。そして、条件式(4)を満足するような大きなNAの軸上光束をケラれることなく透過させることができる。全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)による標本の観察では、条件式(4)を満足するような大きなNAの軸上光束が標本に対する照明光として用いられる。
また、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10において、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3とは、光軸方向に沿って一体的に移動可能な補正用のレンズ群(補正環)として用いることができる。
このとき、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との合成の焦点距離(すなわち補正環(G2,G3)の焦点距離fb)が、液浸系顕微鏡対物レンズ10の全体の焦点距離fに対して次の条件式(5)を満足する範囲で、補正環(G2,G3)を動かすことが好ましい。条件式(5)は、補正環(G2,G3)の適切な屈折力を規定するものである。
|f/fb|≦0.2 …(5)
条件式(5)を満足しない場合には、補正環(G2,G3)を動かしたときに、ピント位置の変動が大きくなってしまう。条件式(5)を満足するのであれば、ピント位置の変動を小さく抑えつつ、補正環(G2,G3)を動かすことができる。補正環(G2,G3)を動かす際、第1レンズ群G1は固定しておく。このため、補正環(G2,G3)の移動に応じて、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔dHを変え、液浸系顕微鏡対物レンズ10の収差の変動を補正することができる。
ここで、液浸系顕微鏡対物レンズ10の使用環境の温度は、観察方法によって異なり、例えば通常の顕微鏡観察では約23℃である。全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)は生体細胞の観察に用いられることが多く、この場合、約37℃である。また、この温度変化に応じて浸液10B(通常のオイル)の温度も変化し、その屈折率n0も変化する。例えば、浸液10Bの30℃における屈折率n0は、d線に対する屈折率nd=1.51299、C線(656nm)に対する屈折率nC=1.50931、F線(486nm)に対する屈折率nF=1.52192、g線(436nm)に対する屈折率ng=1.52930である。そして、この30℃における屈折率n0に対し、23℃と37℃では、±2.8×10-3だけ変化する。
このように浸液10Bの屈折率n0が変化してしまうと、液浸系顕微鏡対物レンズ10の先端(平凸レンズ11の平面11a)から物体面までの光路長が変化することになり、液浸系顕微鏡対物レンズ10の諸収差が変動して、像劣化の原因となる。また、カバーガラス10Aの厚さdBの製造誤差も、同様の光路長の変化を引き起こすため、高開口数である液浸系顕微鏡対物レンズ10にとっては像劣化の原因となり得る。
そのため、補正環(G2,G3)の移動に応じて、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔dHを変化させることにより、浸液10Bの屈折率n0の変化やカバーガラス10Aの厚さdBの製造誤差などによって発生する諸収差の変動(像劣化)を補正することができる。上記した条件式(5)を満足する場合、ピント位置の変動を小さく抑えつつ、諸収差の変動を補正できる。
次に、上記の具体的な構成のレンズデータを表1に例示する。
Figure 2006113486
表1において、液浸系顕微鏡対物レンズ10の全体諸元のうち、fは焦点距離、NAは開口数、βは倍率、d0は作動距離を表している。また、面番号の1〜23は、物体側から順に付したレンズ面の番号であり、第1面〜第14面は第1レンズ群G1の各レンズ面、第15面〜第17面は第2レンズ群G2の各レンズ面、第18面〜第23面は第3レンズ群G3の各レンズ面に対応する。
レンズ面の曲率半径(r)のマイナス(−)は、レンズ面が像側に向けて凸状であることを表す。面間隔(d)は、光軸上でのレンズ厚または空気間隔である。nd,νdは、各レンズに使用した硝材のd線に対する屈折率,アッベ数である。
上記の焦点距離,曲率半径,面間隔、その他の長さの単位は、一般に[mm]である。しかし、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、長さの単位は[mm]に限られるものではない。
また、上記した条件式(1)〜(3),(5)に対応する値は次の通りである。
(1)の左辺 = 0.23
(2)の左辺 =−0.42
(3)|f/f3| = 0.13
(5)|f/fb|= 0.13
なお、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10は、無限遠系のレンズである。このため、液浸系顕微鏡対物レンズ10を使用する際、その後段には、結像レンズを配置することが必要となる。結像レンズは、第2対物レンズとして機能する。このような結像レンズとしては、例えば図3に示す構成が考えられる。図3に示す結像レンズ30は、物体側から順に、正のレンズ31と負のレンズ32との接合レンズと、正のレンズ33と負のレンズ34との接合レンズとが配置された2群構成である。結像レンズ30の具体的な構成のレンズデータを表2に示す。
Figure 2006113486
次に、表1のレンズデータに基づく液浸系顕微鏡対物レンズ10の諸収差(球面収差,非点収差,倍率色収差,コマ収差)を図4〜図6に示す。図4〜図6の諸収差は、図3の結像レンズ30と組み合わせた場合のデータである。液浸系顕微鏡対物レンズ10と結像レンズ30との空気間隔を例えば150mm程度とした。ただし、この空気間隔が多少変化しても収差の変動はほとんどないと考えられる。
また、図4〜図6の各々は、浸液10Bの温度が23℃,30℃,37℃の場合の諸収差を表している。図4〜図6の球面収差,倍率色収差,コマ収差において、実線はd線(587.6nm)、点線はC線(656.3nm)、一点鎖線はF線(486.1nm)、二点鎖線はg線(435.8nm)をそれぞれ示す。また、図4〜図6の非点収差において、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。結像性能は、標本から発生する観察光のNA=1.45で評価した。
表1のレンズデータと図4〜図6の諸収差から分かるように、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10は、浸液10Bの温度(23℃〜37℃)にわたって諸収差が良好に補正されている。したがって、液浸系顕微鏡対物レンズ10を用いた通常の顕微鏡観察(約23℃)でも、全反射照明蛍光検鏡(TIRFM,約37℃)でも、良好な収差状態で標本の観察を行うことができる。また、カバーガラス10Aの厚さdBの製造誤差があっても、良好な収差状態で標本の観察を行うことができる。
さらに、第1実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ10では、浸液10Bとして通常のオイルを使用しつつ開口数NAを1.45より大きくすることができるため、標本の屈折率がnd=1.33〜1.38の場合に限らず、nd=1.45の場合でも、全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)による観察が可能となる。また、開口数NAを1.45より大きくすることで、全反射照明の入射光領域を拡大できる利点もある。さらに、液浸系顕微鏡対物レンズ10を通常の顕微鏡観察に用いる場合、高開口数による高解像度の観察が可能となる。何れにしても、浸液10Bとして通常のオイルを用いるため、浸液10Bの自家蛍光に起因するノイズ成分の少ない鮮明な標本像を観察できる。
(第2実施形態)
第2実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ40は、図7に示す通り、図1の液浸系顕微鏡対物レンズ10と同様の3群構成である。
第1レンズ群G1は、平凸レンズ41とメニスカスレンズ42との接合レンズ(41,42)、正のメニスカスレンズ43、正の屈折力を有する2つの接合レンズ(44,45),(46〜48)からなる。接合レンズ(44,45)は、負のメニスカスレンズ44と正のレンズ45とを貼り合わせたものである。接合レンズ(46〜48)は、正のレンズ46と負のレンズ47と正のレンズ48とを貼り合わせたものである。
第2レンズ群G2は、2つの接合レンズ(49,50),(51〜53)からなる。接合レンズ(49,50)は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ49と正のレンズ50とを貼り合わせたものであり、正の屈折力を有する。接合レンズ(51〜53)は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ51と正のレンズ52と負のレンズ53とを貼り合わせたものであり、全体として物体側に凸面を向け、負の屈折力を有する。
第3レンズ群G3は、負の屈折力を有する2つの接合レンズ(54,55),(56,57)からなる。接合レンズ(54,55)は、正のレンズ54と負のレンズ55とを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、像側に強い凹面を向けている。接合レンズ(56,57)は、負のレンズ56と正のレンズ57とを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、物体側に強い凹面を向けている。第3レンズ群G3は、ガウスタイプのレンズ群である。
第2実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ40でも、上記した条件式(1)〜(3)を満足することにより、平凸レンズ41とメニスカスレンズ42との接合面41bを緩い形状としつつ、大きなNAの光束の有効径を確保することもでき、ペッツバール和を全体的に低減することもできる。したがって、浸液10Bとして自家蛍光の少ない通常のオイル(屈折率nd=1.515,23℃)を使用する場合でも、その開口数NAを1.45より大きくすることができる。
また、液浸系顕微鏡対物レンズ40も、浸液10Bの屈折率n0に対して、上記した条件式(4)を満足している。このため、浸液10Bとして通常のオイル(屈折率nd=1.515)を使用する場合でも、条件式(4)を満足するような大きなNAの軸上光束をケラれることなく透過させることができる。全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)による標本の観察では、条件式(4)を満足するような大きなNAの軸上光束が標本に対する照明光として用いられる。
さらに、液浸系顕微鏡対物レンズ40の補正環(G2,G3)の移動に応じて、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔dHを変させることにより、浸液10Bの屈折率n0の変化やカバーガラス10Aの厚さdBの製造誤差などによって発生する諸収差の変動(像劣化)を補正することができる。上記した条件式(5)を満足する場合、ピント位置の変動を小さく抑えつつ、諸収差の変動を補正できる。
上記の具体的な構成のレンズデータを表3に例示する。表3は、上記した表1と同様であるため、その補足説明を省略する。
Figure 2006113486
また、上記した条件式(1)〜(3),(5)に対応する値は次の通りである。
(1)の左辺 = 0.42
(2)の左辺 =−0.34
(3)|f/f3| = 0.15
(5)|f/fb|= 0.04
さらに、表3のレンズデータに基づく液浸系顕微鏡対物レンズ40の諸収差(球面収差,非点収差,倍率色収差,コマ収差)を図8〜図10に示す。図8〜図10は、上記した図4〜図6と同様であるため、その補足説明を省略する。
表3のレンズデータと図8〜図10の諸収差から分かるように、第2実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ40は、浸液10Bの温度(23℃〜37℃)にわたって諸収差が良好に補正されている。したがって、液浸系顕微鏡対物レンズ40を用いた通常の顕微鏡観察(約23℃)でも、全反射照明蛍光検鏡(TIRFM,約37℃)でも、良好な収差状態で標本の観察を行うことができる。また、カバーガラス10Aの厚さdBの製造誤差があっても、良好な収差状態で標本の観察を行うことができる。
さらに、第2実施形態の液浸系顕微鏡対物レンズ40では、浸液10Bとして通常のオイルを使用しつつ開口数NAを1.45より大きくすることができるため、標本の屈折率がnd=1.33〜1.38の場合に限らず、nd=1.45の場合でも、全反射照明蛍光検鏡(TIRFM)による観察が可能となる。また、開口数NAを1.45より大きくすることで、全反射照明の入射光領域を拡大できる利点もある。さらに、液浸系顕微鏡対物レンズ40を通常の顕微鏡観察に用いる場合、高開口数による高解像度の観察が可能となる。何れにしても、浸液10Bとして通常のオイルを用いるため、浸液10Bの自家蛍光に起因するノイズ成分の少ない鮮明な標本像を観察できる。
(変形例)
なお、上記した実施形態では、第1レンズ群G1が、最も物体側の接合レンズ(図1では接合レンズ(11,12)、図7では接合レンズ(41,42))の後段に、正のメニスカスレンズと、3つ(または2つ)の接合レンズとを配置したが、本発明はこれに限定されない。最も物体側の接合レンズの後段に配置される接合レンズ(正の屈折力)の数は4つ以上でも構わない。つまり、最も物体側の接合レンズの後段に正の屈折力を有する2つ以上の接合レンズを含む場合であれば、本発明を適用できる。さらに、正のメニスカスレンズを省略してもよいし、その代わりに他のレンズを配置してもよい。
また、上記した実施形態では、第2レンズ群G2が、1つ(または2つ)の接合レンズを含む例で説明したが、本発明はこれに限定されない。第2レンズ群G2が3つ以上の接合レンズを含む場合であれば本発明を適用できる。
さらに、上記した実施形態では、液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAが1.5の例で説明した(表1,表3)が、本発明はこれに限定されない。開口数NAが1.45より大きい場合であれば、本発明を適用できる。
液浸系顕微鏡対物レンズ10の構成図である。 液浸系顕微鏡対物レンズ10の先端付近を拡大した図である。 第2対物レンズとして機能する結像レンズ30の構成図である。 液浸系顕微鏡対物レンズ10の諸収差を示す図である(浸液23℃)。 液浸系顕微鏡対物レンズ10の諸収差を示す図である(浸液30℃)。 液浸系顕微鏡対物レンズ10の諸収差を示す図である(浸液37℃)。 液浸系顕微鏡対物レンズ40の構成図である。 液浸系顕微鏡対物レンズ40の諸収差を示す図である(浸液23℃)。 液浸系顕微鏡対物レンズ40の諸収差を示す図である(浸液30℃)。 液浸系顕微鏡対物レンズ40の諸収差を示す図である(浸液37℃)。
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
10,40 液浸系顕微鏡対物レンズ
10A カバーガラス
10B 浸液(通常のオイル)
11b,41b 接合面
30 結像レンズ

Claims (3)

  1. 物体側から順に、第1レンズ群と第2レンズ群と第3レンズ群とが配置された液浸系顕微鏡対物レンズであって、
    前記第1レンズ群は、物体側に平面を向けた平凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズとの接合レンズを含み、該接合レンズよりも像側に、正の屈折力を有する2つ以上の接合レンズを含み、
    前記第2レンズ群は、1つ以上の接合レンズを含み、
    前記第3レンズ群は、物体側から順に、像側に強い凹面を向けた接合メニスカスレンズと、物体側に強い凹面を向けた接合メニスカスレンズとを含み、
    前記第1レンズ群に含まれる前記平凸レンズと前記メニスカスレンズとの接合面の曲率半径r1、該平凸レンズの中心厚d1、該平凸レンズの前記平面から物体面までの距離dA、前記平面と前記物体面との間に配置されるカバーガラスの厚さdB、該平凸レンズの屈折率n1、該メニスカスレンズの屈折率n2、前記液浸系顕微鏡対物レンズの焦点距離f、および、前記第3レンズ群の焦点距離f3は、次の条件式を満足する
    √[|r1|2−(|r1|−d1)2]−[5.13×(dA−dB)+0.775] >0
    |r1|+16.67×(n1−n2)/n1/n2 <0
    0.10<|f/f3|<0.16
    ことを特徴とする液浸系顕微鏡対物レンズ。
  2. 請求項1に記載の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記液浸系顕微鏡対物レンズの開口数NAは、浸液の屈折率n0に対して、次の条件式を満足する
    NA≧0.965×n0
    ことを特徴とする液浸系顕微鏡対物レンズ。
  3. 請求項1または請求項2に記載の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とは、光軸方向に沿って一体的に移動可能な補正用のレンズ群であり、
    前記液浸系顕微鏡対物レンズの焦点距離fと、前記補正用のレンズ群の焦点距離fbとは、次の条件式を満足する
    |f/fb|≦0.2
    ことを特徴とする液浸系顕微鏡対物レンズ。
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