JP2009037060A - 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】本発明の課題は、高開口数を有しセミアポクロマート級あるいはアポクロマート級の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、紫外域から赤外域までの広い波長帯域で利用可能なものを提供する。
【解決手段】本発明の上記課題は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有し光軸に沿って移動可能な正レンズと負レンズとより構成される接合レンズを含む第２レンズ群と、正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとより構成される接合レンズを含む第３レンズ群と、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとより構成される接合レンズを含む第４レンズ群からなり、前記第２レンズ群は移動群であり、以下の条件式を満たす液浸系顕微鏡対物レンズによって解決される。
6.4＜｜f2/ F｜＜10 ・・・（１）
4＜｜f4 / F｜＜16 ・・・（２）
ただし、f2は前記第２レンズ群の焦点距離、f4は前記第４レンズ群の焦点距離、Fは前記液浸系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は高開口数のセミアポクロマート級あるいはアポクロマート級の液浸系顕微鏡対物レンズに関し、特に紫外域から赤外域までの透過率が高く自家蛍光が少ないものに係わる。
近年、生物関係の研究市場において、以下のような要求がある。
蛍光観察法においては、これまでよりも更に長い波長の蛍光色素を利用して、近赤外域での蛍光観察が行われるようになり、そのため、近赤外域での良好な結像性能を有する光学系が望まれている。
２光子励起観察に代表されるような多光子励起観察においては、標本を長波長光にて励起するため、近赤外域での結像性能が解像能力を左右する。しかも、多光子励起観察においては、ウサギなどの脳の表面から深いところまでを観察する研究が行われるので、屈折率1.33〜1.38程度での深さ方向の標本の厚みによる収差を補正できる必要がある。しかも可視域から近赤外域までの良好な結像性能と高い透過率が必要とされている。
一方で、短い波長の光を標本にあてて励起させ、標本より発生する蛍光の観察が行われている。最近では、生体内のカルシウムイオン観察のために340nmの励起光も用いられることも多くなっている。それゆえに、紫外域から可視域までの収差が良好に補正されていることや透過率が高いことが必要とされている。また、このように短い波長の光は光学ガラスが持っている自家蛍光を発生させやすい。つまり、上記の用途の対物レンズでは自家蛍光を発生させないような光学ガラスを利用しなければいけないという制限がある。
また、近年の環境規制によって鉛など重金属の利用が規制され、これらを配合した光学ガラスの利用も出来なくなっている。このことも光学ガラスの選択の自由度を制限している。
上記の背景の下で幾つかの顕微鏡対物レンズが開発されている。例えば、以下にあげる特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４が挙げられる。しかし、これらの顕微鏡対物レンズは上記数々の問題を部分的に解決したに過ぎず、十分な機能を有するものではなかった。
特開２００３−１７２８７９号公報 特開２００６−６５０２３号公報 特開２００６−６５０３０号公報 特開２００３−２１７８６号公報 特開２００６−１３３２４８号公報
本発明の課題は、高開口数を有しセミアポクロマート級あるいはアポクロマート級の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて、紫外域から赤外域までの広い波長帯域で利用可能なものを提供する。特に、移動群を動かすことで、可視光観察や近赤外光観察時のそれぞれでカバーガラスの利用有無と屈折率n=1.33〜1.38程度の標本の表面から深さによる収差に対応可能となる液浸系顕微鏡対物レンズを提供する。
本発明の上記課題は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正レンズ及び負レンズにより構成される接合レンズを含み正の屈折力を有する第２レンズ群と、正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとより構成される接合レンズを含む第３レンズ群と、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとより構成される接合レンズを含む第４レンズ群からなり、前記第２レンズ群は光軸に沿って移動する移動群であり、以下の条件式を満たす液浸系顕微鏡対物レンズによって解決される。
6.4＜｜f2/ F｜＜10 ・・・（１）
4＜｜f4 / F｜＜16 ・・・（２）
ただし、f2は前記第２レンズ群の焦点距離、f4は前記第４レンズ群の焦点距離、Fは前記液浸系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離である。
また、以下の条件を満たすことが望ましい。
nd2n＞1.6 ・・・（３）
ただし、nd2nは前記第２レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのd線の屈折率である。
さらに、以下の条件を満たすことも望ましい。
0.35＜｜f1+2 / f3+4｜＜0.5 ・・・（４）
ただし、f1+2は、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の合成焦点距離、f3+4は、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成焦点距離である。
さらに、以下の条件を満たすことも望ましい。
nd4p＞1.65 ・・・（５）
25＜νd4p＜41 ・・・（６）
ただし、nd4pは前記第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線の屈折率、νd4pは前記第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線のアッベ数である。
さらに、以下の条件を満たすことも望ましい。
νd3p＞75 ・・・（７）
-0.007 ＜ θCt(L3p)-θCt(L3n) / νd3p-νd3n ＜ 0 ・・・（８）
ただし、νd3p, θCt(L3p)は前記第3レンズ群の接合レンズを構成するある正レンズのd線に対するアッベ数と部分分散比θCtであり、νd3n,θCt(L3n)は前記第3レンズ群の像側に凹面をむけた最も像側の負レンズのd線に対するアッベ数と部分分散比θCtである。
ここで、部分分散比θCtはnC, nt, nFをそれぞれＣ線、ｔ線、Ｆ線の屈折率とすると下記の式にて与えられる。
θCt=(nC- nt) / (nF - nC)
さらに、上記構成において第１レンズ群の最も物体側のレンズが平凸レンズであることが望ましい。最も物体側のレンズをいわゆる埋め込みレンズとするよりも平凸レンズとする方が加工が容易であり、組み立ての調節もし易い。
以下では、上記構成を採用した理由とその作用について説明する。
上記構成においては正屈折力の第１レンズ群によって、物体から出る高NAの光線の開き角を小さくしている。そして、第２レンズ群によって光束径の広がりを抑え、光束を収斂させる。第３レンズ群によりさらに収斂された光束は、第４レンズ群により並行光束となる。
条件式（４）は物体からの光線を収斂光束にさせる第１レンズ群と第２レンズ群と収斂した光束を並行にさせる第３レンズ群と第４レンズ群の関係を規定している。上限の0.5を超えると、第３レンズ群と第４レンズ群との屈折力が弱まり対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難になる。逆に0.35を下回ると、第３レンズ群と第４レンズ群の屈折力が強くなり、像面湾曲の補正について有利であるが、第２レンズ群の光線高が高くなる為、諸収差が発生し、補正が困難になる。また、レンズ外径も大きくなり、対物レンズの操作性が悪くなる。
正屈折力の第２レンズ群では、球面収差や色収差を効果的に補正し光束を収斂させる。さらに、このレンズ群を光軸に沿って移動させることにより、媒質n=1.33〜1.38程度の深さ方向での可視領域、近赤外領域、さらにカバーガラス越しでの可視領域、近赤外領域の球面収差の調整を行っている。
条件式（１）は第２レンズ群の屈折力、条件式（３）では接合レンズを構成する負レンズのd線の屈折率を規定している。条件式（１）の下限6.4より下回ると、屈折力が強くなりすぎ、負の球面収差が生じ第１レンズ群で発生した球面収差の補正が困難となる。逆に上限10を超えると、光束径を抑えきれないままとなり、対物レンズ全体の径が大きくなる。また、この上限値は8とすればより適切に光束径を抑えることができる。条件式（３）の下限1.6より下回ると、球面収差や色収差を補正しようとすると曲率半径がきつくなり、コマ収差が過剰に発生し、補正ができなくなる。
第３レンズ群では、第１レンズ群と第２レンズ群より発生した色収差（可視域、近赤外域）の補正を正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとより構成される接合レンズで行っている。
条件式（７）は可視域の色収差を補正するために、第３レンズ群の接合レンズの正レンズのd線のアッベ数を規定している。条件式（８）は第３レンズ群の接合レンズにより、近赤外域を補正するために設けた条件である。（７）の下限75より下回ると可視域での色収差が補正不足となる。この条件を満足する材料として、例えばフツリン酸系ガラスやリン酸系ガラスや蛍石がある。
一方、条件式（８）の下限-0.007を下回ると、近赤外域での色収差が補正過剰になるばかりでなく、この第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズと像側に凹面を向けた負レンズのアッベ数差が小になり、可視域での色収差の補正が十分行えなくなる。逆に上限0を超えると、可視域の色収差の補正にとって有利であるが、近赤外域での色収差が補正不足になる。
第４レンズ群では、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとより構成される接合レンズを含んでおり、この物体側に向けられた凹面の負の屈折力により像面湾曲を良好に補正することや倍率の色収差を補正している。条件式（２）は、第２レンズ群を光軸に沿って移動させた時の性能を保つ為に、第４レンズ群の屈折力を規定したものでる。条件式（５）は、第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線の屈折率、条件式（６）は、第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線のアッベ数を規定している。
条件式（２）の下限4を下回ると第４レンズ群の屈折力が強くなり像面湾曲の補正は良好であるが、移動群の光線高を上げることになり第２レンズ群を光軸に沿って移動させて球面収差の調整を行う時に、コマ収差を大きく発生させてしまう。逆に上限16を超えると屈折力が小さくなり像面湾曲を補正できなくなる。なお、条件式（２）の下限は6とした場合、より良好に収差を補正できる条件となり、また上限を14とした場合、より適切に像面湾曲を補正できる条件となる。
条件式（５）の下限1.65より下回ると第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズの曲率がきつくなり諸収差をバランスよく補正することができなくなる。
条件式（６）の下限25より下回ると第４レンズ群の正レンズでの色収差補正が過剰となり、第３レンズ群中での正レンズでの軸上色収差を過剰にする必要が出てくる為、諸収差をバランスよく補正できなくなる。また、上限41を超えると第３群の正レンズによる倍率の色収差が補正不足となる。
本発明の液浸系顕微鏡対物レンズによれば、紫外域から赤外域までの透過率が高く自家蛍光が少ない高ＮＡのセミアポクロマート級あるいはアポクロマート級の液浸系顕微鏡対物レンズが提供される。
特に、移動群を動かすことで、可視光観察や近赤外光観察時のそれぞれでカバーガラスの利用有無と屈折率n=1.33〜1.38程度の標本の表面から深さによる収差に対応可能となる液浸系顕微鏡対物レンズを提供される。
すなわち、本発明の液浸系顕微鏡対物レンズでは、一つの対物レンズによって数々の観察手法に対して適切に収差補正することが出来る。
また、本願発明の液浸系顕微鏡対物レンズによれば、鉛などの重金属を利用しないガラスを使っても十分な性能を持つことができる。
以下、本発明の液浸系顕微鏡対物レンズの実施例１から実施例３について説明する。後記するレンズデータにおける記号は、ＮＡは開口数、ＷＤは作動距離、βは倍率、ｆは焦点距離であり、実施例1〜3において、r1、r2…は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、d1、d2…は物体側から順に示した各レンズの面間隔、nd1、nd2…は物体側から順に示したｄ線の屈折率、νd1、νd2…は物体側から順に示した各レンズのアッベ数である。
これらの実施例は液浸として水を用いたものであり、水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89である。また、本発明では標本の深い部位にも対応している。そのときの標本の光学特性はd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58としている。この値は動物の脳のような標本を想定した値となっている。
本発明実施の形態による液浸系顕微鏡対物レンズは、上記の光学特性の標本をカバーガラス（屈折率1.5255、アッベ数56、厚さ0.17mm）を使用あるいは未使用時に、水と同等な光学特性を持つ液体を先端のレンズと標本（あるいはカバーガラス）の間を満たして観察する。つまり、カバーガラスの利用に関わらずに適切に収差が補正されている。
実施例１は、図１の断面図に示すように、第１レンズ群G1が、物体側に平面を向けた平凸レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ２枚と、両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成される。第２レンズ群G2は、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズより構成される。第３レンズ群G3は、像面側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの３枚接合レンズと両凸レンズと両凹レンズの接合レンズより構成される。第４レンズ群G4は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズより構成される。ここで、第２レンズ群G2は第１レンズ群G1と第３レンズ群G3の間を相対的に移動することによって収差を補正する。
以下に、実施例１のレンズデータを示す。
（１）｜f2 / F｜= 7.3
（２）｜f4 / F｜= 8.35
（３）nd2n= 1.61336
（４）｜f1+2 / f3+4｜= 0.40
（５）nd4p= 1.673
（６）νd4p= 38.15
（７）νd3p= 94.93
（８）θCt(L3p)-θCt(L3n) / νd3p-νd3n = -0.001
上記の構成において、第２レンズ群（r10からr12）を移動させることにより、カバーガラスの有無と標本中の深さに係わる収差と使用波長毎に異なる収差を補正する。
以下では、標本の厚さと使用波長とカバーガラスの有無に応じて動かす第２レンズ群の移動量を示す。ここでは、レンズデータ中の面間隔d9とd12によって第２レンズ群の移動位置を示す。
実施例１は対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、後述の図５８にレンズ断面図を示す結像レンズと組み合わせて使用される。以下ではこのときの収差図を開示する。ただし、これらの収差図において、（a）はＮＡに対する球面収差(mm)、（b）はＮＡに対する正弦条件違反量(mm)、（c）は像高IHに対する非点収差(mm)、（d）は像高IHに対する歪曲収差(%)を示す。また、図中のc, d, f, gはそれぞれc線、d線、Ｆ線、g線の収差を表し、M, Sはメリディアン成分とサジタル成分を表す。
図４と図５と図６は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図７と図８と図９は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.361.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図１０と図１１と図１２は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図１３と図１４と図１５は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図１６と図１７と図１８は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図１９と図２０と図２１は実施例１の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
以上の図４から図２１の収差図から理解されるように、本実施例における液浸系顕微鏡対物レンズは、可視光観察や近赤外光観察時のそれぞれでカバーガラスの利用有無と屈折率n=1.33〜1.38程度の標本の表面から深さによる収差を、移動群の移動によって適切に対応可能となっていることが解る。
実施例２は、図２の断面図に示すように、第１レンズ群G1が、物体側に平面を向けた平凸レンズ２枚と、両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成される。第２レンズ群G2は、両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成される。第３レンズ群G3は、像面側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの３枚接合レンズと両凸レンズと両凹レンズの接合レンズより構成される。第４レンズ群G4は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ２枚の接合レンズより構成される。ここで、第２レンズ群G2は第１レンズ群G1と第３レンズ群G3の間を相対的に移動することによって収差を補正する。
以下に、実施例２のレンズデータを示す。
（１）｜f2 / F｜= 6.58
（２）｜f4 / F｜= 12.46
（３）nd2n= 1.6134
（４）｜f1+2 / f3+4｜= 0.43
（５）nd4p= 1.673
（６）νd4p= 38.15
（７）νd3p= 81.14
（８）θCt(L3p)-θCt(L3n) / νd3p-νd3n = -0.0028
上記の構成において、第２レンズ群（r8からr10）を移動させることにより、カバーガラスの有無と標本中の深さに係わる収差と使用波長毎に異なる収差を補正する。
以下では、標本の厚さと使用波長とカバーガラスの有無に応じて動かす第２レンズ群の移動量を示す。ここでは、レンズデータ中の面間隔d7とd10によって第２レンズ群の移動位置を示す。
実施例２は対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、後述の図５８にレンズ断面図を示す結像レンズと組み合わせて使用される。以下ではこのときの収差図を開示する。ただし、これらの収差図において、（a）はＮＡに対する球面収差(mm)、（b）はＮＡに対する正弦条件違反量(mm)、（c）は像高IHに対する非点収差(mm)、（d）は像高IHに対する歪曲収差(%)を示す。また、図中のc, d, f, gはそれぞれc線、d線、Ｆ線、g線の収差を表し、M, Sはメリディアン成分とサジタル成分を表す。
図２２と図２３と図２４は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図２５と図２６と図２７は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図２８と図２９と図３０は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図３１と図３２と図３３は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図３４と図３５と図３６は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図３７と図３８と図３９は実施例２の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
以上の図４から図２１の収差図から理解されるように、本実施例における液浸系顕微鏡対物レンズは、可視光観察や近赤外光観察時のそれぞれでカバーガラスの利用有無と屈折率n=1.33〜1.38程度の標本の表面から深さによる収差を、移動群の移動によって適切に対応可能となっていることが解る。
実施例３は、図３の断面図に示すように、第１レンズ群G1が、物体側に平面を向けた平凸レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ２枚と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ２枚の接合レンズにより構成される。第２レンズ群G2は、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズより構成される。第３レンズ群G3は、像面側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの３枚接合レンズと両凸レンズと両凹レンズの接合レンズより構成される。第４レンズ群G4は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ２枚の接合レンズにより構成される。ここで、第２レンズ群G2は第１レンズ群G1と第３レンズ群G3の間を相対的に移動することによって収差を補正する。
以下に、実施例３のレンズデータを示す。
（１）｜f2/ F｜= 7.24
（２）｜f4 / F｜= 8.01
（３）nd2n= 1.61336
（４）｜f1+2 / f3+4｜= 0.41
（５）nd4p= 1.738
（６）νd4p= 32.3
（７）νd3p= 94.93
（８）θCt(L3p)-θCt(L3n) / νd3p-νd3n = -0.001
上記の構成において、第２レンズ群（r10からr12）を移動させることにより、カバーガラスの有無と標本中の深さに係わる収差と使用波長毎に異なる収差を補正する。
以下では、標本の厚さと使用波長とカバーガラスの有無に応じて動かす第２レンズ群の移動量を示す。ここでは、レンズデータ中の面間隔d9とd12によって第２レンズ群の移動位置を示す。
実施例３は対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、後述の図５８にレンズ断面図を示す結像レンズと組み合わせて使用される。以下ではこのときの収差図を開示する。ただし、これらの収差図において、（a）はＮＡに対する球面収差(mm)、（b）はＮＡに対する正弦条件違反量(mm)、（c）は像高IHに対する非点収差(mm)、（d）は像高IHに対する歪曲収差(%)を示す。また、図中のc, d, f, gはそれぞれc線、d線、Ｆ線、g線の収差を表し、M, Sはメリディアン成分とサジタル成分を表す。
図４０と図４１と図４２は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図４３と図４４と図４５は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の可視光収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図４６と図４７と図４８は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図４９と図５０と図５１は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（800nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図５２と図５３と図５４は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、標本と対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とし、カバーガラスは使用しない条件とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
図５５と図５６と図５７は実施例３の構成の液浸系顕微鏡対物レンズにおいて標本中の深さがそれぞれ0ｍｍと0.2ｍｍと0.4ｍｍ時の近赤外域（1000nm）収差図である。このとき、標本のd線に対する屈折率は1.36、アッベ数は58とし、その上に厚さ0.17mmのカバーガラスを載せ、カバーガラスと対物レンズの先端を満たす水のd線に対する屈折率1.33422、アッベ数は55.89とした。ただし、第２レンズ群の位置は上記表に従う。
以上の図４から図２１の収差図から理解されるように、本実施例における液浸系顕微鏡対物レンズは、可視光観察や近赤外光観察時のそれぞれでカバーガラスの利用有無と屈折率n=1.33〜1.38程度の標本の表面から深さによる収差を、移動群の移動によって適切に対応可能となっていることが解る。
実施例１〜3は何れも対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、これら単体では結像しない。そこで、例えば以下に示すレンズデータを有し、図５８にレンズ断面図を示す結像レンズと組み合わせて使用される。なお、r1、r2…は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、d1、d2…は物体側から順に示した各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は物体側から順に示した各レンズのアッベ数である。
この場合、実施例1〜3対物レンズと図５８の結像レンズとの間の感覚は50ｍｍ〜170ｍｍ間の何れの位置でもよいが、図４から図５７に示された収差図はこの間隔を120ｍｍとした場合のものである。なお、上記間隔が50ｍｍ〜170ｍｍの間で120ｍｍ以外の位置においても、同様の収差状況を示す。
本発明の顕微鏡対物レンズの実施例１のレンズ断面図である。 本発明の顕微鏡対物レンズの実施例２のレンズ断面図である。 本発明の顕微鏡対物レンズの実施例３のレンズ断面図である。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例１の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例１の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例２の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例２の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の可視光収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(800nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である。 実施例３の構成において標本の深さ0ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.2ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 実施例３の構成において標本の深さ0.4ｍｍ時の近赤外光(1000nm)収差図である(CG有り)。 各実施例の顕微鏡対物レンズと組み合わせて用いる表1記載の結像レンズのレンズ断面図である。
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

Claims (6)

  1. 物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、正レンズ及び負レンズにより構成される接合レンズを含み正の屈折力を有する第２レンズ群と、正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとより構成される接合レンズを含む第３レンズ群と、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとより構成される接合レンズを含む第４レンズ群からなり、前記第２レンズ群は光軸に沿って移動する移動群であり、以下の条件式を満たす液浸系顕微鏡対物レンズ。
    6.4＜｜f2/ F｜＜10 ・・・（１）
    4＜｜f4 / F｜＜16 ・・・（２）
    ただし、f2は前記第２レンズ群の焦点距離、f4は前記第４レンズ群の焦点距離、Fは前記液浸系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離である。
  2. 以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液浸系顕微鏡対物レンズ。
    nd2n＞1.6 ・・・（３）
    ただし、nd2nは前記第２レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのd線の屈折率である。
  3. 以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液浸系顕微鏡対物レンズ。
    0.35＜｜f1+2 / f3+4｜＜0.5 ・・・（４）
    ただし、f1+2は、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の合成焦点距離、f3+4は、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成焦点距離である。
  4. 以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液浸系顕微鏡対物レンズ。
    nd4p＞1.65 ・・・（５）
    25＜νd4p＜41 ・・・（６）
    ただし、nd4pは前記第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線の屈折率、νd4pは前記第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのd線のアッベ数である。
  5. 以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の液浸系顕微鏡対物レンズ。
    νd3p＞75 ・・・（７）
    -0.007 ＜ θCt(L3p)-θCt(L3n) / νd3p-νd3n ＜ 0 ・・・（８）
    ただし、νd3p, θCt(L3p)は前記第3レンズ群の接合レンズを構成するある正レンズのd線に対するアッベ数と部分分散比θCtであり、νd3n,θCt(L3n)は前記第3レンズ群の像側に凹面をむけた最も像側の負レンズのd線に対するアッベ数と部分分散比θCtである。
    ここで、部分分散比θCtはnC, nt, nFをそれぞれＣ線、ｔ線、Ｆ線の屈折率とすると下記の式にて与えられる。
    θCt=(nC- nt) / (nF - nC)
  6. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズが平凸レンズであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の液浸系顕微鏡対物レンズ。
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