JP2006227310A - 小型対物光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した対物光学系を実現する。
【解決手段】 物体側から順に、正パワーの第１レンズ群Ｇ_１、接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ_２、両凸レンズで構成される第３レンズ群Ｇ_３、接合レンズを含む正パワーの第４レンズ群Ｇ_４、正パワーの第５レンズ群Ｇ_５で構成され、第２レンズ群Ｇ_２に含まれている接合レンズおよび第４レンズ群Ｇ_４に含まれている接合レンズの接合面がともに負パワーである小型対物光学系１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、細長い形状をした小型対物光学系に関し、特に哺乳類などの動物に挿入し、生きたまま高解像で観察するのに適した光学系に関するものである。

特定の分子や組織、細胞などに色素や蛍光マーカーをつけて、蛍光顕微鏡や共焦点レーザー走査顕微鏡などを用いて、生物の細胞や組織内の分子の振る舞いなどを観察する方法が行なわれている。
また、マウスなどの哺乳類の生物個体が生きた状態での分子の振る舞いは培養細胞とは異なる場合があり、生物個体が生きたまま（in vivo）で生体組織や細胞内を観察が行なわれている。

生体の内部を観察する場合、従来の顕微鏡では対物レンズの外径が大きいので、生体を大きく切り開いて観察する必要がある。しかし、生体を大きく切り開くと侵襲が高いので、長時間の観察は不可能であった。特許文献１には、細径で、かつ高倍率で細胞観察に適した内視鏡が提案されている。また、特許文献２には、開口数が大きく、外径が小さく、全長も比較的長い対物光学系が開示されている。この対物光学系によれば、生体に小さな穴をあけて、この穴からこの光学系を挿入すれば、生体を低侵襲で観察できる。
特開２００４−３１３７７２号公報 米国特許出願公開第２００４／００５１９５７Ａ１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている対物光学系は光学系の全長が短いので、対物レンズを生体内部の深い臓器の位置まで挿入することが困難である。また、組織レベルの変化を観察するのには観察範囲が狭すぎるという不都合がある。
また、特許文献２に開示されている対物光学系は色収差が十分に補正されておらず、白色光で観察したり、蛍光観察する場合に励起光と試料が発する蛍光の波長が異なるので分解能が低下するという不都合がある。特に、共焦点光学系を用いた蛍光観察の場合には、色収差が補正されていないと検出される蛍光の明るさが低下するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した対物光学系を実現することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
マウスなどの小動物を低侵襲で生体の深部を観察するためには、対物光学系のレンズ群の直径は１．５ｍｍ以下にすることが望ましく、特に、対物光学系先端から３ｍｍ以内では観察する組織への侵襲をより小さくするためレンズの外径は１．２ｍｍ以下にすることが望ましい。

また、対物光学系で捕らえた像をモニターするには対物レンズの後ろにリレーレンズやＣＣＤを接続して、生体から少し離れたところで像をモニターする必要がある。リレーレンズやＣＣＤが動物（の頭部など）と接触しないようにするためには、対物光学系の物体面から結像面の光学系の全長は１０ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、組織レベルの変化を観察するため観察範囲は直径０．５ｍｍ以上取れることが望ましい。

本発明は、物体側から順に、正パワーの第１レンズ群、接合レンズを含む第２レンズ群、両凸レンズで構成される第３レンズ群、接合レンズを含む正パワーの第４レンズ群、正パワーの第５レンズ群で構成され、前記第２レンズ群に含まれている接合レンズおよび前記第４レンズ群に含まれている接合レンズの接合面が、ともに負パワーである小型対物光学系を提供する。

本発明によれば、正パワーの第１レンズ群は、物体からの発散光の発散角を小さくするとともに、入射瞳位置を遠方に位置させるためのフィールドレンズの役割を備えている。第２レンズ群に含まれている接合レンズの接合面は負パワーになっており、ここで主に第３レンズ群で発生する軸上色収差を補正する。また、両凸レンズで構成される第３レンズ群は、第１レンズ群、第２レンズ群を通過した物体からの発散光を略平行にする。また、接合レンズを含む第４レンズ群は、接合レンズの接合面が負パワーになっており、ここで主に第３レンズ群で発生する球面収差およびコマ収差を補正する。また、第３レンズ群を通過した略平行光を収束光にする。さらに、正パワーの第５レンズ群は、第４レンズ群からの光を像面へ結像させるとともに、射出瞳位置を遠方にするフィールドレンズの役割を備えている。
このような構成にすることで、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、in vivo観察に適した対物光学系を実現される。

上記発明においては、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
（１） ０．０１ ＜ ｜ＮＡ・Ｈo／Ｆ_１３｜ ＜０．０６
ただし、Ｆ_１３は前記第１レンズ群から第３レンズ群までを合わせた焦点距離、ＮＡは物体側の開口数、Ｈoは最大観察範囲である。

このように構成することで、光学系の外径を小さく保ったまま、全長を長くすることができる。条件式（１）において下限値を下回ると全長が短くなりすぎる。このため、第１レンズ群から第３レンズ群のパワーが強くなり、収差発生量が大きくなる。上限値を上回ると第１レンズ群から第３レンズ群のパワーが弱く、光束径が大きくなるので、対物光学系の外径が大きくなる。したがって、動物に対する侵襲が高くなる。

また、上記発明においては、前記第２レンズ群に含まれる接合レンズが、正レンズＬ_２１と負レンズＬ_２２を接合したレンズであり、前記第１レンズ群の像側焦点位置近傍に配置され、さらに、以下の条件式（２）、（３）を満足することが好ましい。
（２） ν_２１−ν_２２ ＞ ３５
（３） ２０ ＜ Ｆ_３ ・ν_３・（ｎ_２２−ｎ_２１）／｜Ｒ_２Ｃ｜＜６０
ここで、ν_２１、ν_２２は前記正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２のｄ線に対するアッベ数、ｎ_２１、ｎ_２２は各々前記正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２のｄ線に対する屈折率、ν_３は前記第３レンズ群のｄ線に対するアッベ数、Ｆ_３は前記第３レンズ群の焦点距離、Ｒ_２Ｃは正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２の接合面の曲率半径である。

このように構成することで、主に第３レンズ群で発生する軸上色収差を適正に補正することができる。接合レンズを前記第１レンズ群の像側焦点位置近傍に配置することで軸上と軸外の収差をバランスよく補正できる。条件式（２）において、ν_２１−ν_２２が３５を下回ると色収差の補正が十分行なえなくなる。条件式（３）において、下限値を下回ると第２レンズ群の接合面のパワーが弱くなりすぎるため、色収差の補正が十分行なえなくなる。また、上限値を上回ると接合面のパワーが強くなりすぎるため、色収差の補正が過剰になる。さらに、接合面の曲率半径が小さくなるため正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２の加工が難しくなる。

また、上記発明においては、前記第２レンズ群に含まれる接合レンズは空気接触面が平面であるとともに、前記第２レンズ群の接合レンズのうち、より高分散材料で作られたレンズが像面側に配置されていることが好ましい。
このように構成することで、レンズの片面が平面であることにより、加工が容易になるとともに、コスト削減にもなる。また、高分散材料で作られたレンズの像面側に配置することで、像面側の空気接触面で軸上色収差の補正を行なうことができる。

上記発明においては、前記第４レンズ群に含まれる接合レンズが、物体側に凸面を持った負メニスカスレンズＬ_４１と正レンズＬ_４２を接合したレンズであり、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４） ０．３ ＜ Ｆ_３ ・ｎ_３・（ｎ_４１−ｎ_４２）／｜Ｒ_４Ｃ｜＜０．７
ここで、ｎ_３は前記第３レンズ群のｄ線に対する屈折率、ｎ_４１、ｎ_４２は各々前記負メニスカスレンズＬ_４１および正レンズＬ_４２のｄ線に対する屈折率、Ｆ_３は前記第３レンズ群の焦点距離、Ｒ_４Ｃは負メニスカスレンズＬ_４１および正レンズＬ_４２の接合面の曲率半径である。

条件式（４）は主に第３レンズ群で発生する球面収差およびコマ収差を適正に補正するための条件である。
このように構成することで、条件式（４）において下限値を下回ると球面収差、コマ収差が補正不足になる。また、上限値を上回ると球面収差,コマ収差が補正過剰になる。

上記発明においては、前記第１レンズ群のより物体側に観察方向変換光学素子を備えることが好ましい。
先端部に観察方向変換光学素子を設けることで、光学系の外径が小さいまま長手方向に垂直な面以外の面を観察できるようになる。

上記発明においては、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間に観察方向変換光学素子を備えることが好ましい。
観察方向変換光学素子によって長手方向に垂直な面以外の面を観察できるようになる。第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を大きく取れるので、長手方向に対して、斜めの方向を観察するため観察方向変換光学素子を配置することができる。

本発明によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した対物光学系を実現することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る小型対物光学系の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係る小型対物光学系１は、物体側から順に、正パワーの第１レンズ群Ｇ_１、接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ_２、両凸レンズＬ_３で構成される第３レンズ群Ｇ_３、接合レンズを含む正パワーの第４レンズ群Ｇ_４および正パワーの第５レンズ群Ｇ_５で構成されている。第２レンズ群Ｇ_２に含まれている接合レンズおよび第４レンズ群Ｇ_４に含まれている接合レンズの接合面は、ともに負パワーである。

さらに具体的には、第１レンズ群Ｇ_１は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ_１１と物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ_１２とにより構成されている。第１レンズ群Ｇ_１は、全体として正パワーを有している。第２レンズ群Ｇ_２は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ_２１と物体側に凹面を向けた平凹レンズＬ_２２とを接合した接合レンズにより構成されている。

第３レンズ群Ｇ_３は、両凸レンズＬ_３により構成されている。第４レンズ群Ｇ_４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ_４１と物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ_４２とを接合した接合レンズにより構成されている。負メニスカスレンズＬ_４１の屈折率は平凸レンズＬ_４２より高いので、接合面は負パワーを有している。また、第４レンズ群Ｇ_４全体としては正パワーを有している。第５レンズ群Ｇ_５は、両凸レンズＬ_５により構成され、正パワーを有している。

本実施形態においては、各レンズが、以下の条件式（１）〜（４）を満たすように構成されている。
（１） ０．０１ ＜ ｜ＮＡ・Ｈo／Ｆ_１３｜ ＜０．０６
（２） ν_２１−ν_２２ ＞ ３５
（３） ２０ ＜ Ｆ_３ ・ν_３・（ｎ_２２−ｎ_２１）／｜Ｒ_２Ｃ｜＜６０
（４） ０．３ ＜ Ｆ_３ ・ｎ_３・（ｎ_４１−ｎ_４２）／｜Ｒ_４Ｃ｜＜０．７

ここで、Ｆ_１３は前記第１レンズ群Ｇ_１から第３レンズ群Ｇ_３までを合わせた焦点距離、ＮＡは物体側の開口数、Ｈoは最大観察範囲、ν_２１、ν_２２は前記正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２のｄ線に対するアッベ数、ｎ_２１、ｎ_２２は各々前記正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２のｄ線に対する屈折率、ν_３は前記第３レンズ群Ｇ_３のｄ線に対するアッベ数、Ｆ_３は前記第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離、Ｒ_２Ｃは正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２の接合面の曲率半径、ｎ_３は前記第３レンズ群Ｇ_３のｄ線に対する屈折率、ｎ_４１、ｎ_４２は各々前記負メニスカスレンズＬ_４１，正レンズＬ_４２のｄ線に対する屈折率、Ｆ_３は前記第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離、Ｒ_４Ｃは負メニスカスレンズＬ_４１と正レンズＬ_４２の接合面の曲率半径である。

このように構成された本実施形態に係る小型対物光学系１の作用について以下に説明する。
第１レンズ群Ｇ_１を平凸レンズＬ_１１と平凸レンズＬ_１２とにより構成し、平凸レンズＬ_１１の物体側を平面とすることで、気泡が入らないようにすることができる。平凸レンズＬ_１１の像側の凸面はアプラナティック条件に近くして球面収差およびコマ収差の発生を小さくすることができる。そして、物体からの発散光の発散角を小さくするとともに、入射瞳位置を遠方に位置させるためのフィールドレンズの役割を持たせることができる。

また、接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ_２を平凸レンズＬ_２１と平凹レンズＬ_２２の接合レンズで構成し、第１レンズ群Ｇ_１の像側焦点位置近傍に接合レンズを配置している。
平凸レンズＬ_２１の屈折率は平凹レンズＬ_２２より低いので、接合面は負パワーを持っている。平凹レンズＬ_２２は平凸レンズＬ_２１より高分散のガラスを使用している。
さらに、平凸レンズＬ_２１と平凹レンズＬ_２２は条件式（２）および条件式（３）を満足するように構成されているので、平凸レンズＬ_２１と平凹レンズＬ_２２との接合面で主に第３レンズ群Ｇ_３で発生する軸上色収差を適正に補正することができる。また、平凹レンズＬ_２２の像側の平面でも軸上色収差を補正することができる。

両凸レンズＬ_３で構成される第３レンズ群Ｇ_３は、第１レンズ群Ｇ_１および第２レンズ群Ｇ_２を通過した物体からの発散光を略平行にする。
また、負メニスカスレンズＬ_４１と平凸レンズＬ_４２との接合レンズを含む第４レンズ群Ｇ_４においては、負メニスカスレンズＬ_４１の屈折率は平凸レンズＬ_４２より高いので、接合面は負パワーを有することになる。負メニスカスレンズＬ_４１と平凸レンズＬ_４２は条件式（４）を満足するように構成されており、負メニスカスレンズＬ_４１と平凸レンズＬ_４２との接合面で主に第３レンズ群Ｇ_３において発生する球面収差およびコマ収差を補正することができる。また、第４レンズ群Ｇ_４では第３レンズ群Ｇ_３を通過した略平行光を収束光にしている。

また、両凸レンズＬ_５により構成された正パワーの第５レンズ群Ｇ_５においては、第４レンズ群Ｇ_４からの光を像面へ結像させるとともに、射出瞳位置を遠方にするフィールドレンズの役割を果たしている。
本実施形態においては、条件式（１）〜（４）を満たすように構成されており、光学系の外径を小さく保ったまま、全長が長い光学系を実現することができる。

図２は、本実施形態に係る小型対物光学系１を小型のレーザー走査光学システム２に接続した例を示している。
光学ユニット３内には（図示しない）励起用のレーザーが設けられており、レーザー光が光ファイバ４を通って走査ユニット５に導かれ、コリメータ光学系６で平行にされた後、光走査部７で光の射出方向が走査され、瞳投影光学系８で中間結像位置に結像される。

瞳投影光学系８と小型対物光学系１とは接続されていて、瞳投影光学系８で結像された像は図１に示された小型対物光学系１によって物体（生体）Ａへ再結像され、物体（生体組織や色素等）Ａの励起を行なう。物体（生体）Ａで発生した蛍光は、小型対物光学系１、瞳投影光学系８、光走査部７、コリメータ光学系６、光ファイバ５を経て、光学ユニット３内の図示しないダイクロイックミラー（図示略）で励起光と分離された後、励起光カットフィルタ（図示略）を経て、光検出器（図示略）で検出され、コンピュータ９に取り込まれてモニタ１０に表示されるる。

本実施形態においては、光ファイバ４のコアがピンホールの役割をしており、物体Ａを観察する場合は、フォーカスがあった部分近傍以外のところからの光はカットされるのでＳＮ比の高い観察を行うことができる。また、制御ユニット１１の作動により、走査ユニット５内にあるコリメータレンズ６と光ファイバ４の端面との距離を変化させることで、小型対物光学系１の長手方向（Ｚ方向）の観察位置を走査できるので、光走査部７での横方向（Ｘ，Ｙ方向）の走査と組み合わせることで３次元的な画像取得も可能である。

また、本実施例の小型対物光学系１の先端部から結像面の光学系の全長を長くすることで、小型対物光学系１の後ろに瞳投影光学系８や走査ユニット５を接続しても、瞳投影光学系８や走査ユニット５が動物と接触し難い長さになっている。

図３は、図１の小型対物光学系１の後ろにリレー光学系１２を配置し、物体からの射出光束を平行光にした例である。このように構成することで、本実施形態に係る小型対物光学系１に無限遠設計の顕微鏡システムと互換性を持たせることができる。このとき、図３のようにリレー光学系１２の先端部の光束径が細くなるような設計にすれば、さらに生体内の深い部分に本光学系を低侵襲で挿入することが可能である。

次に、本実施形態に係る小型対物光学系１の実施例について説明する。
各実施例の説明において、物体側の瞳位置は∞である。また、全ての実施例は、水浸光学系（物体面と対物光学系との間に水を満たして使用する光学系）の設計になっている。
また、各実施例において、記号ｒは曲率半径（単位はｍｍ）、記号ｄは面間隔（単位はｍｍ）、記号ｎはｄ線（５８７．５６nm）の屈折率、記号νはアッベ数ν＝（ｎ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）、ここで、記号ｎ_Ｆ、ｎ_ＣはＦ線、Ｃ線の屈折率をそれぞれ示している。

［第１の実施例］
図４に、小型対物光学系１の第１実施例のレンズ構成を示し、表１に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズデータを示す。また、図５に、本実施例の小型対物光学系１の収差図を示す。（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差、（ｅ）はコマ収差をそれぞれ示している。図５において、記号ＮＡは像側の開口数、記号ｙは像高、記号Ｍはメリディオナル面、記号Ｓはサジタル面をそれぞれ示している。また、（ｄ）倍率色収差はｄ線（５８７．５６ｎｍ）を基準に示している。

本実施例に係る小型異物光学系１においては、レンズの直径は平凸レンズＬ_１１〜平凹レンズＬ_２２が１ｍｍ、両凸レンズＬ_３〜両凸レンズＬ_５が１．４ｍｍであり、非常に小さい径のレンズのみで構成されている。このため、本実施例の小型対物光学系１は、マウスなどの小動物を低侵襲で生体の深部を観察するのに適した光学系である。

また、本実施例の小型対物光学系１は、先端部から結像面の光学系の全長が１２．２４ｍｍであり、小型対物光学系１の後ろにリレーレンズやＣＣＤを接続して、生体から少し離れたところで像をモニターしても、リレーレンズやＣＣＤが動物（の頭部など）と接触し難い構成になっている。また、直径０．６７４ｍｍと広い範囲の観察が可能である。さらに、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特にレーザー走査型共焦点光学顕微鏡の対物光学系として適した小型対物光学系１である。
作動距離（ＷＤ）は０．２ｍｍであり、小型対物光学系１の先端部を生体に密着させることで、生体内部がブレずに観察可能である。

［第２の実施例］
次に、小型対物光学系１の第２実施例について、以下に説明する。
図６に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズ構成を示し、表２に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズデータを示す。また、図７に、本実施例の小型対物光学系１の収差図を示す。（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差、（ｅ）はコマ収差をそれぞれ示している。図７における記号は第１の実施例と同じである。

本実施例に係る小型対物光学系１は、基本的には第１の実施例と同じであるが、第１の実施例よりも観察範囲を広げ（直径０．８ｍｍ）、全長を長くした（１３．０８mm）例である。
レンズの構成と記号、作用は第１の実施例と同じであるが、本実施例では第１レンズ群Ｇ_１の平凸レンズＬ_１２の厚さを厚くすることで全長を長くすることを実現した。レンズの直径は全て１．２ｍｍである。

本実施例も条件（１）〜（４）を満足しており、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した小型対物光学系１を実現している。本実施例は第１の実施例より全長が長いため、マウスなどの小動物を低侵襲で生体の深部を観察するのにより適した光学系である。また、本実施例も第１の実施例と同様に、レーザー走査光学システムやリレー光学系を接続可能である。

［第３の実施例］
次に、小型対物光学系１の第３の実施例について、以下に説明する。
図８に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズ構成を示し、表３に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズデータを示す。また、図９に、本実施例の小型対物光学系１の収差図を示す。（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差、（ｅ）はコマ収差をそれぞれ示している。図９における記号は第１の実施例と同じである。

本実施例は、第１の実施例とほぼ同様な光学系の先端に平行平板Ｐ_１と観察方向偏向光学素子であるプリズムＰ_２とを配置したものである。
プリズムＰ_２の面Ｓ_３と面Ｓ_４は直角であり、面Ｓｒ_１は面Ｓ_３および面Ｓ_４に対して４５°の角度で傾いている。また、平行平板Ｐ_１と直角プリズムＰ_２と小型対物光学系１の第１レンズ群Ｇ_１の平凸レンズＬ_１１とは互いに接着されている。なお、図に示されているプリズムＰ_２内の光軸上の長さは、Ａが０．５ｍｍ、Ｂが０．５ｍｍである。

このように構成された小型対物光学系１の第２の実施例によれば、物体からの射出された光は平行平板Ｐ_１を通過した後に、プリズムＰ_２に入射し、プリズムＰ_２のＳｒ_１面で全反射されて、９０°曲げられる。その後、小型対物光学系１に入射する。このように構成することで、光学系の長手方向に対して直交する方向を観察することができる。それ以降の小型対物光学系１の作用は第１の実施例と同じである。

本実施例でも条件（１）〜（４）を満足しており、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した対物光学系を実現している。
また、本実施例も第１および第２の実施例と同様に、レーザー走査光学システムやリレー光学系を接続可能である。

［第４の実施例］
次に、小型対物光学系１の第４の実施例について、以下に説明する。
図１０に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズ構成を示し、表４に、本実施例に係る小型対物光学系１のレンズデータを示す。また、図１１に、本実施例の小型対物光学系１の収差図を示す。（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差、（ｅ）はコマ収差をそれぞれ示している。図１１における記号は第１の実施例と同じである。

本実施例は、小型対物光学系１の第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に観察方向偏向光学素子である４５度プリズムＰ_３を配置したものである。
プリズムＰ_３の面Ｓ_６と面Ｓ_７は４５°の角度をなしており、面Ｓ_６と面Ｓｒ_２は２２．５°の角度をなしている。また、プリズムＰ_３の面Ｓｒ_２には金属薄膜や多層膜がコートされている。なお、図に示されているプリズムＰ_３内の光軸上の長さは、ａ＝０．６３９ｍｍ、ｂ＝０．９０４ｍｍ、ｃ＝０．７７４ｍｍである。

物体からの射出された光は正パワーの第１レンズ群Ｇ_１の平凸レンズＬ_１１（像側に凸面を向けている）, 平凸レンズＬ_１２（物体側に凸面を向けた平凸レンズ）を通過したあと、観察方向偏向光学素子である４５度プリズムＰ_３の面Ｓ_６を通過する。そして、面Ｓ_６を透過した光はプリズムＰ_３の面Ｓｒ_２で反射された後に、面Ｓ_６で全反射する。面Ｓ_６で全反射された光は面Ｓ_７を通過し、第２レンズ群Ｇ_２の接合レンズ（平凸レンズＬ_２１と平凹レンズＬ_２２）、両凸レンズＬ_３の第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４の接合レンズ（負メニスカスレンズＬ_４１と平凸レンズＬ_４２）、正パワーの第５レンズ群Ｇ_５を通って結像する。このように構成することで、光学系の長手方向に対して４５°前方の方向が観察できる。

各レンズ群Ｇ_１〜Ｇ_５の作用は第１の実施例と同様である。
本実施例においても条件（１）〜（４）を満足しており、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、長さが十分に長く、観察範囲が広いin vivo観察に適した対物光学系を実現している。
本実施例も第１〜第３の実施例と同様に、レーザー走査点光学システムやリレー光学系を接続可能である。

本発明（第１〜第４の実施例）の小型対物光学系にはイメージファイババンドル、ＣＣＤを接続して明視野観察を行なうことも可能である。そのときには、小型対物光学系のすぐ外側に照明用ファイバを設けて生体を照明したり、小型対物光学系の後ろ側にリレーレンズとハーフミラーを設けて照明光を小型対物光学系と同軸に入射させる方法などがある。

表５に、第１〜第４の実施例における条件式（１）〜（４）の数値を示す。いずれの場合も、条件式（１）〜（４）を満足していることがわかる。

本発明の一実施形態に係る小型対物光学系のレンズ配列を示す図である。 図１の小型対物光学系を小型のレーザー走査光学システムに接続した例を示す図である。 図１の対物光学系の後ろにリレー光学系を配置し、物体からの射出光束を平行光にした例を示す図である。 図１の小型対物光学系の第１の実施例を示すレンズ配列図である。 図４の小型対物光学系の収差図である。 図１の小型対物光学系の第２の実施例を示すレンズ配列図である。 図６の小型対物光学系の収差図である。 図１の小型対物光学系の第３の実施例を示すレンズ配列図である。 図８の小型対物光学系の収差図である。 図１の小型対物光学系の第４の実施例を示すレンズ配列図である。 図１０の小型対物光学系の収差図である。

符号の説明

１ 小型対物光学系
Ｇ_１ 第１レンズ群
Ｇ_２ 第２レンズ群
Ｇ_３ 第３レンズ群
Ｇ_４ 第４レンズ群
Ｇ_５ 第５レンズ群
Ｌ_２１ 正レンズ
Ｌ_２２ 負レンズ
Ｌ_３ 両凸レンズ
Ｌ_４１ 負メニスカスレンズ
Ｌ_４２ 正レンズ

Claims (7)

1. 物体側から順に、正パワーの第１レンズ群、接合レンズを含む第２レンズ群、両凸レンズで構成される第３レンズ群、接合レンズを含む正パワーの第４レンズ群、正パワーの第５レンズ群で構成され、
   前記第２レンズ群に含まれている接合レンズおよび前記第４レンズ群に含まれている接合レンズの接合面がともに負パワーである小型対物光学系。
2. 以下の条件式（１）を満足する請求項１に記載の小型対物光学系。
   （１） ０．０１ ＜ ｜ＮＡ・Ｈｏ／Ｆ_１３｜ ＜０．０６
   ただし、Ｆ_１３は、前記第１レンズ群から第３レンズ群までを合わせた焦点距離、ＮＡは物体側の開口数、Ｈｏは最大観察範囲である。
3. 前記第２レンズ群に含まれる接合レンズが、正レンズＬ_２１と負レンズＬ_２２とを接合したレンズであり、前記第１レンズ群の像側焦点位置近傍に配置され、さらに、以下の条件式（２）、（３）を満足するた請求項１または請求項２に記載の小型対物光学系。
   （２） ν_２１−ν_２２ ＞ ３５
   （３） ２０ ＜ Ｆ_３ ・ν_３・（ｎ_２２−ｎ_２１）／｜Ｒ_２Ｃ｜＜６０
   ただし、ν_２１、ν_２２は前記正レンズＬ_２１および負レンズＬ_２２のｄ線に対するアッベ数、ｎ_２１，ｎ_２２は各々前記正レンズＬ_２１，負レンズＬ_２２のｄ線に対する屈折率、ν_３は前記第３レンズ群のｄ線に対するアッベ数、Ｆ_３は前記第３レンズ群の焦点距離、Ｒ_２Ｃは正レンズＬ_２１と負レンズＬ_２２の接合面の曲率半径である。
4. 前記第２レンズ群に含まれる接合レンズが、平面からなる空気接触面を備え、前記第２レンズ群の接合レンズのうち、より高分散材料で作られた接合レンズが像面側に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の小型対物光学系。
5. 前記第４レンズ群に含まれる接合レンズが、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ_４１と正レンズＬ_４２を接合したレンズであり、以下の条件式（４）を満足する請求項１から請求項４のいずれかに記載の小型対物光学系。
   （４） ０．３ ＜ Ｆ_３ ・ｎ_３・（ｎ_４１−ｎ_４２）／｜Ｒ_４Ｃ｜＜０．７
   ここで、ｎ_３は前記第３レンズ群のｄ線に対する屈折率、ｎ_４１、ｎ_４２は各々前記負メニスカスレンズＬ_４１，正レンズＬ_４２のｄ線に対する屈折率、Ｆ_３は前記第３レンズ群の焦点距離、Ｒ_４Ｃは負メニスカスレンズＬ_４１と正レンズＬ_４２の接合面の曲率半径である。
6. 前記第１レンズ群のより物体側に観察方向変換光学素子を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の小型対物光学系。
7. 前記第１レンズ群と第２レンズ群との間に観察方向変換光学素子を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の小型対物光学系。

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