JP2006184929A

JP2006184929A - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP2006184929A
Application number: JP2006085238A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hayashi; 一博林; Yoshiaki Sano; 吉昭佐野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】対物レンズと標本との間にある媒質の厚さの変化によって生じる諸収差を補正できる対物レンズにおいて、性能を最大限に引き出すことが可能な顕微鏡対物レンズを提供すること。
【解決手段】標本と顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₁の第一の透明部材を、標本と前記顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₂の第二の透明部材へ置き換えた場合に、次の条件式（１）と（２）を満足する。
（１）ΔＰ＝ Δｄａ − ΔＷＤ＋ ΔＬ
（２）ΔＬ＝ −（ｎ−１）×Δｄ×α， α≧０．０１
但し、ΔＰはピント補正量（第二レンズ群を駆動する駆動比率に対応）、Δｄａは透明部材厚の変化量（空気換算長）、ΔＷＤは作動距離の変化量、ΔＬは追加補正量（第一レンズ群を駆動する駆動比率に対応）であり、Δｄは透明部材の厚さの変化量（ｄ₂−ｄ₁）、ｎは透明部材の材質の屈折率、αは係数である。
【選択図】図１

Description

本発明は顕微鏡対物レンズに関し、詳しくは、対物レンズと観察物体（以下、標本と称する）との間に介在するカバーガラス、ガラスシャーレ、又はプラスチック容器等の標本を保持する媒質の厚さが異なる場合に生じる諸収差を補正可能な顕微鏡対物レンズに関する。

一般に顕微鏡対物レンズは、厚さと屈折率とが規定されたカバーガラスを用いて標本を観察したときに、鮮明な像が得られるように設計されている。よって、厚さや屈折率が規定から大きく外れたカバーガラスを用いて観察したときには、諸収差が発生して鮮明な像が得られない。この傾向は開口数が大きな対物レンズ程、顕著に現れる。

このため、対物レンズの中には、対物レンズを構成する一部のレンズ系を光軸に沿って移動させることができる対物レンズがある。この対物レンズは補正環付き対物レンズと呼ばれ、次のような対物レンズに用いられる。（１）カバーガラス厚のバラツキにより諸収差の発生が顕著となる開口数の大きな乾燥系対物レンス。（２）例えば、厚さが０．１７ｍｍから２ｍｍというように、相当に広範囲にわたる異なる厚さのカバーガラスを使用することを想定した対物レンズ。これらの補正環付き対物レンズは、一部のレンズ（あるいはレンズ群）の移動により収差を補正できる。そのため補正環なしの対物レンズに比べると、様々なカバーガラス厚に対して鮮明な像が得られる。なお、このような顕微鏡用対物レンズとしては以下の文献に記載されたものなどがある。
特開昭６３−１４４３１７号公報特開平１−３０７７１７号公報

上述のように、一部のレンズを光軸に沿って移動させることにより、様々なカバーガラス厚に対して収差補正を行う顕微鏡対物レンズは知られている。
しかし実際には、このような顕微鏡対物レンズを用いて収差補正を行うのは容易でなく、熟練者でなければ、最も像が鮮明に見える位置を見つけることは不可能である。というのは、収差補正のために、一部のレンズを移動させると、諸収差の変化と同時に、焦点位置の変化が生じる。焦点位置の変化が生じると、当然、像はボケてしまう。ボケた像では収差の補正具合は把握できないので、顕微鏡の観察者は常に、収差補正のための操作と、ピント合わせとを繰り返し行わなければない。

なお、焦点位置とは近軸光線が光軸と交わる位置のことである。無限遠補正型の顕微鏡対物レンズでは、標本からの光は対物レンズを射出する際に平行光束になる。よって、焦点位置は近軸像の位置ということになる。
また、ピント合わせとは、像が最も鮮明に見えるように対物レンズと標本の位置を調整することである。ここで、収差がほとんど発生していない光学系では、像が鮮明に見える位置、すなわちピントが合う位置（以下、ピント位置という）は近軸像の位置に一致する。しかしながら、収差が発生している光学系では、ピントが合う位置は近軸像の位置と必ずしも一致せず、近軸像の位置とは異なる位置になることもある。したがって、ピント位置は近軸像の位置と一致する場合もあるが、一致しない場合もある。そこで、本明細書では、任意の収差が発生している状態において、観察者が像が鮮明に見えると判断した位置をピント位置とする。

図１０、１１は従来の補正環付き対物レンズにおける調整方法を示した図で、図１０、図１１の左側は対物レンズと標本の位置関係を示す説明図、図１１の右側は収差図である。図１０、１１中、１００は先端レンズ、１０１は移動レンズ群、１０２は後方にあるレンズ、１０３はカバーガラスである。
移動レンズ群１０１は、補正環の操作によって光軸に沿って移動する。また、先端レンズ１００及び後方のレンズ１０２は、常時固定となっている。

図１０(A)はカバーガラス１０３の厚みが０．１７ｍｍの場合で、移動レンズ群１０１の位置もカバーガラス１０３の厚みが０．１７ｍｍのときの収差補正位置にセットされている。この状態では、球面収差は良好に補正されている。
次に、(A)の状態で標本を交換したとする。また、このとき、新たな標本のカバーガラス１０３の厚みが０．５ｍｍであるとする。すると、(B)に示すように、カバーガラス１０３の厚みが異なるので、レンズの位置関係が(A)に示す状態のままでは、像がぼけてしまう。ここで、カバーガラス１０３の厚みが０．５ｍｍであることを観察者が知っていれば、(C)に示すように、カバーガラス１０３の厚みが０．５ｍｍのときの収差補正位置に移動レンズ群１０１を移動させればよい。そして、(D)に示すように、標本位置を移動させて焦点位置を合わせれば良い。このようにすれば、カバーガラス１０３の厚みが０．５ｍｍのときでも、(A)の場合と同じように、標本の像を観察できる。

しかしながら、通常、観察者はカバーガラスの厚みを知ることができない。
そこで、移動レンズ群１０１を移動させるのではなく、図１１に示すように、(B)の状態から(E)に示すように標本を移動させてピント合わせを行う。
ところが、(E)の状態では、レンズの位置関係は図１０で示した(A)の状態のままである。すなわち、レンズの位置関係は、カバーガラスの厚みが０．１７ｍｍのときに最も収差が良好に補正される状態にあり、カバーガラスの厚みが０．５ｍｍのときに最も収差が良好に補正される状態にない。したがって、鮮明な像が見えているとはいえ、この像は収差が良好に補正されていない状態における像であるから、更に鮮明な像が見えるようにする必要がある。

そこで、観察者は次に、(F)に示すように、移動レンズ群１０１を移動させて、収差が良好になる位置を探すことになる。
しかしながら、移動レンズ群１０１を移動させると、焦点位置がずれてしまう。そのため、(G)に示すように、再び標本を移動させてピント合わせを行わなければならない。(G)の状態で更に鮮明な像が得られるという感触を得た場合、更に(H)，(I)というように、(F)，(G)と同様の操作を繰り返す。

このとき、収差図を見ればわかるように、収差曲線の曲がりは少なくなっている。すなわち、収差量が減少している。
しかしながら、収差曲線の根元の位置が移動している。これは、移動レンズ群１０１が移動するたびに、焦点位置がずれることを示している。
このように、従来の補正環付き対物レンズによる調整では、補正環を操作して移動レンズ群を移動させるたびに像が大きくボケる。すなわち、像の鮮明度を連続的に確認できない。そのため、像の鮮明度の変化が微小になってくると、移動レンズ群１０１の位置関係の調整をどの時点で終了すればよいのかを判断するのが困難になる。

このように、従来の補正環付き対物レンズでは、収差補正のための操作と、ピント合わせとを繰り返した場合、像を断続的にしか捉えることができず、どの位置が最も鮮明であるのかを正確に判断することが難しい。このため、従来の補正環付き顕微鏡対物レンズを用いた顕微鏡観察では、熟練者であっても、最も像が鮮明に見える位置を見つけることは相当な時間を要し、作業効率が悪くなっていた。或いは、中途半端に収差補正された状態で観察が行われ、対物レンズの性能が充分に発揮されない状況で使われていた。

なお、収差補正でなく焦点位置を補正する手段としては、次の２つの方法が知られている。
１つ目の方法は、特許文献１に示されているような、収差補正のために移動する移動レンズ群を含めた、対物レンズの光学系全体を光軸に沿って移動させて、焦点位置を補正する方法である。
２つ目の方法は、特許文献２に示されているような、収差補正のために移動するレンズ群とは異なるレンズ群を、収差補正のために移動するレンズ群と同時に移動させることにより常に焦点位置が一定になるようにする方法である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたのであり、対物レンズと標本との間にある媒質の厚さの変化によって生じる諸収差を補正できる対物レンズにおいて、像が最も鮮明に見えるレンズの位置を容易に見付けて観察の効率を向上させることができると共に、性能を最大限に引き出すことが可能な顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による顕微鏡対物レンズは、対物レンズを構成する第一の保持部材と、前記第一の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第二の保持部材と、前記第二の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第三の保持部材と、前記第三の保持部材に保持され、前記対物レンズの収差の発生量を変化させる為に前記第二の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第一のレンズ群と、前記対物レンズのピント位置を合わせる為に前記第一の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な前記第二の保持部材に保持され、かつ、前記第一のレンズ群を含む第二のレンズ群と、前記第二の保持部材と前記第三の保持部材に連動する共通の駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記第一のレンズ群を第一の駆動比率で駆動し、更に前記第二のレンズ群を前記第一の駆動比率に比例する第二の駆動比率で駆動する顕微鏡対物レンズにおいて、標本と前記顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₁の第一の透明部材を、標本と前記顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₂の第二の透明部材へ置き換えた場合に、次の条件式（１）と（２）を満足することを特徴とする。
（１）ΔＰ＝ Δｄａ − ΔＷＤ＋ ΔＬ
（２）ΔＬ＝ −（ｎ−１）×Δｄ×α， α≧０．０１
但し、ΔＰはピント補正量（前記第二の駆動比率に対応）、Δｄａは透明部材厚の変化量（空気換算長）、ΔＷＤは作動距離の変化量、ΔＬは追加補正量（前記第一の駆動比率に対応）であり、Δｄは透明部材の厚さの変化量（ｄ₂−ｄ₁）、ｎは透明部材の材質の屈折率、αは係数である。

本発明によれば、従来の収差補正機構付き対物レンズを比べても、特別に多くの部品を要することも無く、対物レンズの大型化を招くことも無く、収差補正とピント補正とが同時に行われる対物レンズが構成可能となる。これにより、収差補正の際には、連続して収差の変化を捉えることが可能となるので、顕微鏡使用者は容易に、像が最もシャープに見える位置を見付ける事が可能となる。よって、従来の製品に比べ、格段に観察の効率が向上すると共に、対物レンズの性能を最大限に引き出すことが可能となる。

実施例の説明に先立ち、本発明の原理及び作用について説明する。ここで、実施例の顕微鏡対物レンズは無限遠補正型である。したがって、焦点位置は近軸像の位置と一致している。
収差補正を困難にしている要因は、収差補正に伴う焦点位置のずれにより像が大きくボケるので、像が断続的にしか捉えられないことにある。そこで本発明では、収差補正を行うと同時に焦点位置の補正も行い、像が大きくボケるのを防止している。そして、更に追加の補正を加えることで、常にピントの合った像が得られ、収差の補正度合いが連続的に確認できるようにしている。具体的には、対物レンズを構成する一部のレンズを移動させると共に、対物レンズを構成するレンズ全体を移動させるようにした。

本発明の顕微鏡対物レンズは、移動レンズ群が移動する点では従来の補正環付き対物レンズと同じである。しかしながら、移動レンズ群が移動する際、対物レンズ全体（対物レンズを構成するレンズ）が同時に移動する点で異なる。この様子を図１に示す。
図１は本発明の補正環付き対物レンズにおける一調整方法を示した図であり、左側は対物レンズと標本の位置関係を示す説明図、右側は収差図である。図１中、１００は先端レンズ、１０１は移動レンズ群、１０２は後方にあるレンズ、１０３はカバーガラスである。
図１において、(B)は図１１の(B)と同じである。また、(E)は図１１の(E)と同じである。本発明の顕微鏡対物レンズにおいても、(E)の状態から収差補正を行う。なお、(J)は途中の状態、(K)は最終的な状態を示している。

本発明においても、(E)の状態から収差補正を行うために、移動レンズ群１０１を光軸に沿って移動させるが、同時に先端レンズ１００と後方のレンズ１０２も光軸に沿って移動させる。その結果、収差図を見るとわかるように、収差曲線の曲がりが減少しているので収差が良くなる方向に補正されたことがわかる。更に、収差曲線の根元を見ると、その位置は変化していない。すなわち、焦点位置が一定に保たれていることがわかる。同様に、(J)の状態から(K)の状態にしたときも収差が良くなる方向に補正され、かつ、収差曲線の根元の位置は変化していない。
なお、図１では、移動レンズ群１０１の移動と、先端レンズ１００と後方のレンズ１０２の移動が別々に生じているように見える。しかしながら、実際は（E）の状態で（１）と（２）で示した動きが同時に生じ、その結果(J)の状態になる。同様に、(J)の状態で（１’）と（２’）で示した動きが同時に生じ、その結果(K)の状態になる。

すなわち、本発明の顕微鏡対物レンズは、移動レンズ群１０１の移動によって焦点位置が移動するのを、先端レンズ１００と後方のレンズ１０２（レンズ系全体）の移動によって防いでいる。したがって、(C)から(E)までの間の状態について図１０と比べると、標本は全く移動していない。すなわち、収差補正のために補正環を回しても、ステージを上下させる必要はない。焦点位置の移動がなくなることで像の大きなボケはなくなるが、ピントの合った像を得るには、更に補正が必要である。この点については後述するが、先端レンズ１０１と後方のレンズ１０２はこの補正のためにも移動する。
なお、図１では、移動レンズ群１０１の移動方向と、先端レンズ１００及び後方のレンズ１０２の移動方向とが逆になっている。ただし、このように逆向きに移動するとは限らない。

以下、本発明を実施形態を用いて具体的に説明する。

図２は本発明による顕微鏡対物レンズの一実施形態を示す断面図である。
収差補正のための移動レンズ群１は、レンズ枠１ａに包まれて（保持されて）いる。また、移動レンズ群１を含む対物レンズの光学系全体は、鏡枠８に包まれて（保持されて）いる。そして、レンズ枠１ａと鏡枠８は、それぞれ個別のばね５、６を介して図示しない標本側（紙面において左側）に押されている。レンズ枠１ａは、ピン３に繋がれている。ピン３は、カムリング２に形成された所定の傾きを持つカム１１に押し当てられている。また、鏡枠８は、ピン４に繋がれている。ピン４は、カムリング２に形成された、カム１１とは傾きの異なるカム１２に押し当てられている。

カムリング２には、図３(a)，(b)に示すように、カム１１、カム１２及び開口１３が設けられている。
カム１１の傾きは移動レンズ群１を包むレンズ枠１ａの移動量を決定し、カム１２の傾きは、移動レンズ群１を含む対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８の移動量を決定する。
また、開口１３は、図２に示すように、ストッパーピン１０を介在させており、ストッパーピン１０が開口１３の端部で当接することにより、カムリング２の回転範囲を規制するように形成されている。

このような構成においては、レンズ枠１ａをピン３を介してカム１１に押し当てるばね５の装備力量と、鏡枠８をピン４を介してカム１２に押し当てるばね６の装備力量との関係が重要となる。
ばねの装備力量Fは、ばね常数Kとばねのたわみ量δから求められ、Ｆ=K・δの関係にある。収差補正により、レンズ枠１ａや鏡枠８が移動すると、これらを押しているばね５，６のたわみ量が変化する。また、レンズ枠１ａを押すばね５の装備力量Ｆ１は、移動レンズ群１とレンズ枠１ａとを合わせた質量Ｍ（ｋｇ）を十分に支えることができる必要がある。同様に、鏡枠８を押すばね６の装備力量Ｆ２は、対物レンズの光学系全体と鏡枠８とを合わせた質量Ｍ’（ｋｇ）を十分に支えることができる必要がある。
そのため、ばね５，６のたわみが最も小さくなる位置においても、ばね５はＭ×１５Ｎ（ニュートン）以上の装備力量を有し、ばね６はＭ’×１５Ｎ（ニュートン）以上の装備力量を有している必要がある。

また、移動レンズ群１が移動する際には、レンズ枠１ａと鏡枠８との間で摩擦が生じる。そこで、常にピントが合った状態を保つためには、この摩擦によって鏡枠８が引き摺られて移動しないようにする必要がある。そのため、レンズ枠１ａを押すばね５の装備力量Ｆ１に対して、鏡枠８を押すばね６の装備力量Ｆ２が充分に大きくなければはならない。このため、本発明においては、次の条件式(2)を満たす必要がある。
２×Ｆ１＜Ｆ２ …(2)

条件式(2)を満たすと、レンズ枠１ａと鏡枠８との摩擦によって、対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８が引き摺られて移動することがない。そのため、収差補正とピント補正とを同時に機能させることが可能となる。但し、レンズ枠１ａと鏡枠８とが接する表面は摩擦係数が小さく、充分に滑らかで、スムーズに摺動する摩擦係数を備えていることを前提とする。

更に、最適なばねの装備力量について説明する。収差補正の操作は、図２に示すカムリング２に繋がれた輪状部材（環状部材）７の外周に設けられた操作部７ａを、光軸を中心とした回転方向に回して行う。この際に対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８を押しているばね６によって押し出される方向と、ばね６を押し縮める方向とでは、操作に必要な力量が異なる。この操作に必要な力量が異なることは、機能的には差し支えないが、より良好な使用感を保つためには、回転方向の違いによる操作力量の差が小さいことが望ましい。よって対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８をカム１２に押し当てるばね６の装備力量Ｆ２は小さいことが望ましく、より具体的には、８Ｎ（ニュートン）以下であることが望ましい。

本発明では焦点位置を一定に保ったうえで、ピント位置の補正を行うことを特徴とする。そこで、ピント位置の補正を行う際の補正量を、いかに定めるかが重要になる。一般に顕微鏡システムでは、低倍率から高倍率の対物レンズまで、同焦距離が一定であることが理想的である。しかし、本発明では、あえて同焦距離を一定に保たないことを特徴としている。
ここで、同焦距離とは、対物レンズを顕微鏡本体（レボルバ）に取り付けたときの取り付け面から標本面までの距離であり、通常は対物レンズの倍率に依らず、同一の値で設計される。但し、生物観察用の対物レンズなどでは、対物レンズと標本との間にカバーガラス等の標本を保持する媒質が介在する。この場合、対物レンズは、媒質の厚みを空気換算長にして設計される。そのため、カバーガラス厚の設定が異なる対物レンズでは、同焦距離の実寸法は僅かに異なる。また、顕微鏡観察においては、特殊な例として、顕微鏡本体との取り付け面から、標本面までの距離が全く異なる（例えば４５ｍｍと６０ｍｍ等の）対物レンズ同士を観察に用いることもある。

顕微鏡使用者が実際に収差補正を行う場面を想定すると、カバーガラスの厚さが正確には判らない。そのため、上述のように、顕微鏡使用者は先ず収差補正が不十分な状態においてピント合わせを行い、その後に収差補正のための操作を行うと考えられる。しかし、収差補正が不十分な状態においては、近軸像の位置とは異なる位置でピントが合っているように見えてしまう。図５は収差補正が不十分な状態の顕微鏡対物レンズにおける収差図である。図５の収差図において符号２４で示した位置は、近軸像の位置である。収差補正が十分な状態においては、ピント位置はこの近軸像の位置２４とほぼ一致する。ところが、収差補正が不十分な状態においては、符号２４で示した位置とは異なる位置、すなわち符号２５で示す位置でピントが合っているように見える。
同焦距離が一定となる設計を行った場合には、移動レンズ群の位置がどこであっても、近軸像の位置は常に一定となる。しかしながら、収差補正が不十分なときでは、ピント位置と近軸像の位置が一致しない。しかも、移動レンズ群の各位置における収差の発生量はそれぞれ異なるので、各位置におけるピント位置と近軸像の位置のずれも異なる。そのため、同焦距離が一定となる設計を行っただけでは、収差補正に伴うピント位置のずれを完全になくすことが出来ず、収差の補正度合いを連続的に確認するという目的が充分に果たせなくなる。

そこで、本発明においては、移動レンズ群を含む光学系全体を包む鏡枠の移動量に、次の条件式(1)で与えられる追加補正量を含ませることが望ましい。
ΔＬ＞ −（ｎ−１）×Δｄ×α， α≧０．０１ …(1)
但し、ΔＬ＝追加補正量（＝対物レンズの同焦距離の変化量）、ｎは標本と対物レンズの間に介在する透明部材の材質の屈折率、Δｄは前記透明部材の厚さの変化量、αは係数である。
ここで、標本と対物レンズの間に介在する透明部材とは、カバーガラス、シャーレ等である。

このように、本発明では、追加の補正量を加えているので、対物レンズの同焦距離は一定ではなくなる。すなわち、同焦距離を、収差補正の状態に応じてΔＬ分だけ変化させている。この結果、収差補正に伴う合焦位置のずれを、ほぼ問題ないレベルに抑えることができる。
なお、本発明の条件式(1)において、補正量ΔＬに係数αとして０．０１以上の値を掛けているが、この値は対物レンズの開口数（ＮＡ）や対物レンズの使用波長、更には設計上の収差レベルにより変化するので、一概に定めることは出来ない。この係数αはＮＡが大きな対物レンズである程、大きくなる傾向がある。したがって、上記係数αは開口数の大きな対物レンズになるほど大きな値を設定するのが好ましい。ただし、レンズ設計のタイプに依っても変化するので、レンズタイプごとに適切な値を設定するのが好ましい。
例えば、可視域全体にわたって良く収差補正されたＮＡが０．６の４０倍対物レンズにおいては、約０．０３の係数値が得られたが、ＮＡが０．９の４０倍対物レンズにおいては、約０．３０の係数値が得られた。
このように、上記係数は、対物レンズのタイプや仕様によって様々に変化する。但し、係数が０．０１より小さくなるようなケースでは、特にこの補正量ΔＬを見込まなくとも、殆どピントずれの無い対物レンズが得られるので、常に同焦距離が一定となる設計であっても、充分に本発明の目的を果たすことができる。

本発明を構成する上で、最も重要であり特徴的な構成要素が、図４に示したカムリング２である。
本実施形態では、移動レンズ群１と対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８の移動量を決定する２つのカム１１，１２が、一つの輪状部材であるカムリング２にほぼ対向配置されている。そのため、本実施形態では、移動機構の部品点数を少なくすることができる。それにより、小さいスペース内で移動機構を構成することができる。

上述のカムリング２は、対物レンズの外周に露出する輪状部材７に繋がれている。そして、その外周に露出した輪状部材７の操作部７ａを、光軸を中心に回すことによりカムリング２を回転させる。これにより、カム１１に接するピン３を介して、移動レンズ群１を包むレンズ枠１ａに所定の移動量を与えると同時に、カム１２に接するピン４を介して対物レンズの光学系全体を包む鏡枠８に別の所定の移動量を与えるようになっている。

なお、本発明に用いるカムリング２は、２つのカム１１，１２を２つの異なる部材で構成しても良い。そして、それぞれが外周に露出した輪状部材７に繋がれ、この輪状部材７の操作部７ａを回すことにより２つのカム１１，１２を回転させるように構成しても機能的には差し支えない。

また、図４に本発明の他の実施形態として示すように、カムリング２と外周に露出する輪状部材７とを一体に構成した部材９を用いることにより、更に部品点数が少ない構成とすることも可能である。

なお、本発明において、２つのカム１１，１２を円周上で対向する向きに配置する主な理由は、省スペース化のためである。スペースに充分な余裕が有る場合には、上記カムを円周上の任意の位置に設けてもよい。
なお、図２及び図４中、符号１４〜２３は、対物レンズを構成するレンズである。

次に、本発明の具体的な実施例を示す。なお、本実施例において移動レンズ群及び鏡枠を移動させる構成は図２又は図４の構成に基づいている。
図６は本実施例における対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図であり、標本と対物レンズとの間に介在するガラス３１の厚さが、(a)は０ｍｍ、(b)は１ｍｍ、(c)は２ｍｍのときの状態を示している。図７は図６の対物レンズにおける標本と対物レンズとの間に介在するガラス３１の球面収差が変化したときの球面収差を示すグラフであり、(a)は０ｍｍ、(b)は１ｍｍ、(c)は２ｍｍのときの球面収差の様子を示している。図８は本実施例に用いる結像レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。

本実施例では、ＮＡが０．６で４０倍の対物レンズを構成している。この対物レンズは、標本の像を無限遠方に投影し、結像レンズと適度な空気間隔を隔てて配置することにより、観察像を形成するようになっている。また、本実施例の顕微鏡においては、対物レンズと結像レンズとは９０ｍｍ間隔があいている。
そして本実施例では、ガラス３１の厚さがどのような厚さであっても、第３レンズ群１が移動することにより、レンズ１６とレンズ１７との間隔が変化して収差が補正されるようになっている。

次に、本実施例に用いる対物レンズ及び結像レンズのそれぞれについて、構成する光学部材のレンズデータを示す。
なお、本実施例の数値データにおいて、ｒ₁、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、…は各レンズのアッべ数を表している。
また、Ｄ１９はピント補正量であって、ガラス３１の厚さが０ｍｍのときのレンズ最終面の位置を基準位置としたとき、この基準位置から厚さの変化に伴ってレンズが移動した際のレンズ最終面までの距離である（図９）。

対物レンズのレンズデータ
ｒ₀＝∞（標本面）
ｄ₀＝0. ｎ_d0＝1.333 ν_d0＝55.8
ｒ₁＝∞
ｄ₁＝Ｄ１ｎ_d1＝1.523 ν_d1＝59.9
ｒ₂＝∞
ｄ₂＝Ｄ２ｎ_d2＝1.
ｒ₃＝-11.591
ｄ₃＝2.000 ｎ_d3＝1.755 ν_d3＝52.3
ｒ₄＝-6.165
ｄ₄＝0.650 ｎ_d4＝1.
ｒ₅＝-85.011
ｄ₅＝1.200 ｎ_d5＝1.529 ν_d5＝51.7
ｒ₆＝13.187
ｄ₆＝4.300 ｎ_d6＝1.439 ν_d6＝95.0
ｒ₇＝-8.807
ｄ₇＝Ｄ７ｎ_d7＝1.
ｒ₈＝13.654
ｄ₈＝4.500 ｎ_d8＝1.497 ν_d8＝81.5
ｒ₉＝-26.612
ｄ₉＝Ｄ９ｎ_d9＝1.
ｒ₁₀＝159.279
ｄ₁₀＝1.100 ｎ_d10＝1.755 ν_d10＝52.3
ｒ₁₁＝6.639
ｄ₁₁＝5.140 ｎ_d11＝1.439 ν_d11＝95.0
ｒ₁₂＝-6.639
ｄ₁₂＝1.100 ｎ_d12＝1.613 ν_d12＝43.8
ｒ₁₃＝-18.132
ｄ₁₃＝0.300 ｎ_d13＝1.
ｒ₁₄＝6.668
ｄ₁₄＝5.100 ｎ_d14＝1.497 ν_d14＝81.5
ｒ₁₅＝-8.620
ｄ₁₅＝5.770 ｎ_d15＝1.529 ν_d15＝51.7
ｒ₁₆＝5.168
ｄ₁₆＝2.490 ｎ_d16＝1.
ｒ₁₇＝-3.186
ｄ₁₇＝2.980 ｎ_d17＝1.678 ν_d17＝55.3
ｒ₁₈＝9.254
ｄ₁₈＝3.060 ｎ_d18＝1.596 ν_d18＝39.2
ｒ₁₉＝-6.290
ｄ₁₉＝Ｄ１９ｎ_d19＝0

ガラス３１の厚さ（ｍｍ）０１２
Ｄ１ 0. 1.000 2.000
Ｄ２ 4.698 4.008 3.316
Ｄ７ 1.850 1.240 0.464
Ｄ９ 1.915 2.525 3.301
Ｄ１９ 0 -0.050 -0.100

結像レンズのレンズデータ
ｒ₁＝∞（対物レンズの最も像側の面、図示せず）
ｄ₁＝90.00 ｎ_d1＝1.
ｒ₂＝68.754
ｄ₂＝7.732 ｎ_d2＝1.48749 ν_d2＝70.21
ｒ₃＝-37.567
ｄ₃＝3.474 ｎ_d3＝1.80610 ν_d3＝40.95
ｒ₄＝-102.847
ｄ₄＝0.697 ｎ_d4＝1.
ｒ₅＝84.309
ｄ₅＝6.023 ｎ_d5＝1.83400 ν_d5＝37.16
ｒ₆＝-50.710
ｄ₆＝3.029 ｎ_d6＝1.64450 ν_d6＝40.82
ｒ₇＝40.661

上述の本発明の対物レンズでは、ΔＬ＝（ｎ−１）×Δｄ×０．０３の追加補正を行うと収差補正に伴うピントずれが生じない。また、ガラス厚の変化に伴う作動距離の変化が、ガラス厚変化の空気換算光路長（＝厚さ変化量／ガラスの屈折率）と近いことも、このレンズタイプの特徴である。本実施例では、上記レンズデータより、ガラス３１の厚さの変化量が２ｍｍの時、空気換算光路長が１．３１３ｍｍ（＝２／１．５２３ｍｍ）変化するのに対して、作動距離の変化量は１．３８２ｍｍ（＝４．６９８−３．３１６）となる。これはピント補正を行わない場合でも、収差補正を行った際に生じるピントずれが小さいことを意味している。従って、本実施例の対物レンズによれば、何らかの理由により、ピント補正が正確に作動しない場合でも、急激にピントがずれることが無いというメリットがある。

また、ピント補正量は以下のようになる。
ピント補正量＝カバーガラス厚の変化量（空気換算長）−作動距離の変化量
＋追加補正量
したがって、本実施例では対物レンズのカバーガラス厚の補正範囲が０ｍｍから２ｍｍなので、例えば、カバーガラス厚が０ｍｍから２ｍｍに変化した時のピント補正量は以下のようになる。
カバーガラス厚の変化量（空気換算長）＝１．３１３ｍｍ
作動距離の変化量＝１．３８２ｍｍ
追加補正量＝−（１．５２３−１）×２×０．０３＝−０．０３１ｍｍ
ピント補正量＝１．３１３−１．３８２＋（−０．０３１）
＝−０．１００ｍｍ

以上説明したように、本発明の顕微鏡対物レンズは、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。

（１）前記移動レンズ群を包むレンズ枠を押すばねの力量をＦ１、前記光学系全体を包む鏡枠を押すばねの力量をＦ２としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
２×Ｆ１＜Ｆ２

（２）前記各々のカムは、前記輪状部材の円周上で対向配置されていることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡対物レンズ。

（３）前記移動レンズ群を含む光学系全体を包む鏡筒の移動量が、標本と対物レンズの間に介在する透明部材の厚みの変化量（空気換算長）−作動距離の変化量＋追加補正量で設定されていることを特徴とする請求項１又は３に記載の顕微鏡対物レンズ。

（４）前記追加補正量は、所定の係数を乗じて得られる量であって、対物レンズの開口数が大きくなるほど該係数の値を大きくして得られることを特徴とする上記（３）に記載の対物レンズ。

（５）同焦距離が変化することを特徴とする請求項１又は３に記載の顕微鏡対物レンズ。

本発明の補正環付き対物レンズにおける調整方法の過程の一部を示した図であり、左側は対物レンズと標本の位置関係を示す説明図、右側は収差図である。本発明による顕微鏡対物レンズの一実施形態を示す断面図である。図２の顕微鏡対物レンズに用いられるカムリングの構成を示す斜視図であり、(ａ)は一方のカム側からみた図、(b)は他方のカム側からみた図である。本発明による顕微鏡対物レンズの他の実施形態を示す断面図である。収差補正が不十分な状態の顕微鏡対物レンズにおける収差図で、近軸像の位置とピント位置が異なることを示す図である。本実施例における対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図であり、標本と対物レンズとの間に介在するガラス３１の厚さが、(a)は０ｍｍ、(b)は１ｍｍ、(c)は２ｍｍのときの状態を示している。図６の対物レンズにおける標本と対物レンズとの間に介在するガラス３１の球面収差が変化したときの球面収差を示すグラフであり、(a)は０ｍｍ、(b)は１ｍｍ、(c)は２ｍｍのときの球面収差の様子を示している。本実施例に用いる結像レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例におけるピント補正量を示す説明図である。従来の補正環付き対物レンズにおける一調整方法を示した図で、対物レンズと標本の位置関係を示す説明図である。従来の補正環付き対物レンズにおける他の調整方法を示した図であり、左側は対物レンズと標本の位置関係を示す説明図、右側は収差図である。

符号の説明

１移動レンズ群
１ａ移動レンズ群を包むレンズ枠
２カムリング
３移動レンズ群を包むレンズ枠に繋がれたピン
４対物レンズの光学系全体を包む鏡枠に繋がれたピン
５移動レンズ群を包むレンズ枠を押すばね
６対物レンズの光学系全体を包む鏡枠を押すばね
７輪状部材
７ａ操作部
８対物レンズの光学系を包む鏡枠
９カムリングと操作部とが一体になった部材
１０ストッパー
１１移動レンズ群を包むレンズ枠に動きを与えるカム
１２対物レンズの光学系全体を包む鏡枠に動きを与えるカム
１３開口
１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３
レンズ
２４設計上のピント位置（近軸のピント位置）
２５見かけのピント位置
３１カバーガラス
１００先端レンズ
１０１移動レンズ群
１０２後方にあるレンズ
１０３カバーガラス

Claims

対物レンズを構成する第一の保持部材と、
前記第一の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第二の保持部材と、
前記第二の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第三の保持部材と、
前記第三の保持部材に保持され、前記対物レンズの収差の発生量を変化させる為に前記第二の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な第一のレンズ群と、
前記対物レンズのピント位置を合わせる為に前記第一の保持部材に対して光軸に沿って移動可能な前記第二の保持部材に保持され、かつ、前記第一のレンズ群を含む第二のレンズ群と、
前記第二の保持部材と前記第三の保持部材に連動する共通の駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記第一のレンズ群を第一の駆動比率で駆動し、更に前記第二のレンズ群を前記第一の駆動比率に比例する第二の駆動比率で駆動する顕微鏡対物レンズにおいて、
標本と前記顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₁の第一の透明部材を、標本と前記顕微鏡対物レンズの間に介在する屈折率ｎ、厚さｄ₂の第二の透明部材へ置き換えた場合に、
次の条件式（１）と（２）を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
（１）ΔＰ＝ Δｄａ − ΔＷＤ＋ ΔＬ
（２）ΔＬ＝ −（ｎ−１）×Δｄ×α， α≧０．０１
但し、
ΔＰはピント補正量（前記第二の駆動比率に対応）、Δｄａは透明部材厚の変化量（空気換算長）、ΔＷＤは作動距離の変化量、ΔＬは追加補正量（前記第一の駆動比率に対応）であり、Δｄは透明部材の厚さの変化量（ｄ₂−ｄ₁）、ｎは透明部材の材質の屈折率、αは係数である。