JP2014056207A - 顕微鏡対物レンズ、顕微鏡対物レンズユニット及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズと顕微鏡対物レンズユニットを提供する。所望の観察倍率で、鮮明な画像を取得するための制御方法を提供する。
【解決手段】複数のレンズで構成された有限補正対物レンズであって、以下の条件式（１）、（２）を満足する。ｆ≦２５ｍｍ・・・（１）、０．５≦ｄ₂／ｄ₁・・・（２）、ｆは、顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、ｄ₁は、物体位置から顕微鏡対物レンズの前側主点までの距離、ｄ₂は、顕微鏡対物レンズの後側主点から像位置までの距離、である。顕微鏡対物レンズユニットは、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを備え、合焦方法は、顕微鏡対物レンズと撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡対物レンズ、顕微鏡対物レンズユニット及び制御方法に関する。

従来の顕微鏡対物レンズでは、対物レンズユニットが筐体の内部に配置されている。これに対して、対物レンズユニットと画像検出素子が筐体内に配置された顕微鏡対物レンズがある（特許文献１）。特許文献１に開示された顕微鏡対物レンズは、光取入口を有する筐体と、筐体の内部に配置される対物レンズユニットを有している。また、筐体の内部には画像検出素子が備えられ、光取入口から入射する光が対物レンズユニットによって画像検出素子に向けられている。

特表２００４−５３５６００号公報

特許文献１の顕微鏡対物レンズでは、対物レンズユニットが２つのレンズで構成され、一方のレンズと他方のレンズとが離れて配置されている。すなわち、一方のレンズは光取入口の近傍に配置され、他方のレンズは画像検出素子側に配置されている。

軸外物点からの光は、一方の（光取入口側）のレンズに入射する。そして、一方のレンズから出射した軸外光束は光軸から徐々に離れるように進み、他方のレンズ（画像検出素子側）に入射する。このとき、２つのレンズが離れているほど、他方のレンズを通過する軸外光束の高さは高くなる。

小さなレンズ鏡筒（筐体）にレンズを収納するためには、２つのレンズの外径、特に、他方のレンズの外径を小さくする必要がある。しかしながら、他方のレンズの外径が小さいと、軸外光束の一部が他方のレンズを通過しなくなる。この場合、軸外における結像性能が劣化する（光量減少が大きい、解像力が悪化する）ため、他方のレンズの外径を小さくできない。すなわち、レンズ鏡筒を小さくできない。

本発明は、上述に鑑みてなされたものであって、小型なレンズ鏡筒に格納でき、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。また、小型で、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズユニットを提供することを目的とする。また、顕微鏡対物レンズユニットに関する制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の顕微鏡対物レンズは、複数のレンズで構成された有限補正対物レンズであって、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
ｆ≦２５ｍｍ （１）
０．５≦ｄ₂／ｄ₁ （２）
ここで、
ｆは、顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ｄ₁は、物体位置から顕微鏡対物レンズの前側主点までの距離、
ｄ₂は、顕微鏡対物レンズの後側主点から像位置までの距離、
である。

また、本発明の顕微鏡対物レンズユニットは、上述の顕微鏡対物レンズと、撮像素子と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の制御方法は、上述の顕微鏡対物レンズと撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させることを特徴とする。

本発明によれば、小型なレンズ鏡筒に格納でき、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズを提供することができる。また、本発明によれば、小型で、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズユニットを提供することができる。また、本発明によれば、所望の観察倍率で、鮮明な画像を取得するための制御方法を提供することができる。

実施例１の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。 実施例１の顕微鏡対物レンズの収差図である。 実施例２の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。 実施例２の顕微鏡対物レンズの収差図である。 実施例３の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。 実施例３の顕微鏡対物レンズの収差図である。 実施例４の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。 実施例４の顕微鏡対物レンズの収差図である。 顕微鏡対物レンズユニットの断面構成図である。

以下に、本発明にかかる顕微鏡対物レンズ、顕微鏡対物レンズユニットの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の説明において、顕微鏡対物レンズは、レンズや平行平面板等の光学素子のみで構成されたものを指す。よって、例えば、撮像素子やレンズ鏡筒等は顕微鏡対物レンズの構成物ではなく、これらは、顕微鏡対物レンズユニットの構成物になる。

本実施形態の顕微鏡対物レンズは、複数のレンズで構成された有限補正対物レンズであって、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
ｆ≦２５ｍｍ （１）
０．５≦ｄ₂／ｄ₁ （２）
ここで、
ｆは、顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ｄ₁は、物体位置から顕微鏡対物レンズの前側主点までの距離、
ｄ₂は、顕微鏡対物レンズの後側主点から像位置までの距離、
である。

本実施形態の顕微鏡対物レンズは有限補正対物レンズであって、条件式（１）、（２）を満足する。そのため、顕微鏡対物レンズが大型化せず、顕微鏡対物レンズから射出する軸外光束の高さを低くできる。その結果、小型なレンズ鏡筒に格納でき、しかも、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない顕微鏡対物レンズを実現できる。

薄肉レンズでは、物体位置（物点）から像位置（像点）までの距離をＩＯとすると、ＩＯは以下の式（Ａ）で表される。
ＩＯ＝ｄ₁＋ｄ₂
＝（ｄ₁−ｆ）＋（ｄ₂−ｆ）＋２ｆ （Ａ）

また、式（Ａ）の右辺は、以下の式（Ｂ）で表される関係を有する。
（ｄ₁−ｆ）＋（ｄ₂−ｆ）＋２ｆ≧
２ｆ＋２×｛（ｄ₁−ｆ）×（ｄ₂−ｆ）｝^1/2 （Ｂ）

そして、ニュートンの式より、（ｄ₁−ｆ）×（ｄ₂−ｆ）＝ｆ²であるから、これを式（Ｂ）の右辺に代入すると、
（ｄ₁−ｆ）＋（ｄ₂−ｆ）＋２ｆ≧４ｆ
となるので、
ＩＯ≧４ｆ
となる（なお、（ｄ₁−ｆ）＝（ｄ₂−ｆ）＝ｆのとき、ＩＯ＝４ｆとなる）。

条件式（１）の上限値を上回ると、ＩＯが１００ｍｍ以上になる。この場合、顕微鏡対物レンズが大型化してしまうので、顕微鏡対物レンズを小型なレンズ鏡筒に格納することが難しい。

また、顕微鏡対物レンズの倍率をβとすると、β＝ｄ₂／ｄ₁となる。条件式（２）の下限値を下回ると倍率が小さくなりすぎるので、標本（物体）の観察が困難になる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズでは、複数のレンズの厚みの総和は１０ｍｍ以下であることが好ましい。

このようにすると、物体側主点と像側主点との間隔を縮めることができる。この場合、物体位置から像位置までの距離が短くなるので、顕微鏡対物レンズの薄型化と小型化が可能になる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズは、前群と後群とで構成され、前群は正の屈折力を有し、後群は負の屈折力を有することが好ましい。

このようにすると、光学系が望遠タイプの光学系になる。そのため、顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離に対して、顕微鏡対物レンズから像位置までの距離を短くできる。その結果、顕微鏡対物レンズの薄型化と小型化が可能になる。なお、後群は最も像側に配置されたレンズで構成すれば良い。

更に、前側主点と後側主点を、より物体側に位置させることができる。そのため、薄型（小型）な光学系でありながら、作動距離（ＷＤ）を長くできる。よって、標本の観察が容易になる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズでは、最も像側に配置されたレンズが、負レンズであることが好ましい。

このようにすると、負レンズの物体側に正レンズを配置することで、顕微鏡対物レンズの後側主点がより物体側に位置する。そのため、顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離に対して、顕微鏡対物レンズの全長を短くできる。その結果、顕微鏡対物レンズの薄型化と小型化が可能になる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズでは、顕微鏡対物レンズの同焦点距離ＰＤは次式（３）で算出することが好ましい。
ＰＤ＝４５＋１５ｍ （３）
ここで、ｍは−１、０、１、２、３、又は４である。
また、同焦点距離ＰＤはカバーガラスが無い場合の同焦点距離であって、カバーガラスがある場合の同焦点距離は、カバーガラスなしの場合の同焦点距離ＰＤにｔ（ｎ−１／ｎ）が加わったものである。ここで、ｔはカバーガラスの厚さ、ｎはカバーガラスの屈折率である。
上式（３）で算出する同焦点距離は、既存の顕微鏡対物レンズと同じ同焦点距離であるため、既存の顕微鏡対物レンズが選択されたときも、常に試料にピントを合わせることができる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、上述の顕微鏡対物レンズと、撮像素子と、を備えることを特徴とする。

上述の顕微鏡対物レンズを備えているため、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少なくでき、なお且つ、顕微鏡対物レンズユニットの小型化ができる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
０．１＜λ／（Ｐ×ＮＡ）＜１０ （４）
ここで、
λは波長、
Ｐは撮像素子の画素ピッチ、
ＮＡは顕微鏡対物レンズの物体側開口数、
である。

条件式（４）は、顕微鏡対物レンズにおけるカットオフ周波数と撮像素子のナイキスト周波数に関する条件式である。ここで、顕微鏡対物レンズの像側（撮像素子側）の開口数をＮＡ’とすると、ＮＡ’＝ＮＡ／βとなる。顕微鏡対物レンズにおけるカットオフ周波数Ｋ（本／ｍｍ）は、以下の式（Ｃ）で表される。
Ｋ＝１０００／（λ／（２×ＮＡ’）)
＝２０００×ＮＡ’／λ
＝２０００×ＮＡ／（λ×β） （Ｃ）

また、撮像素子におけるナイキスト周波数Ｎ（本／ｍｍ）は、以下の式（Ｄ）で表される。
Ｎ＝１０００／（２×Ｐ） （Ｄ）

また、β＝１で、顕微鏡対物レンズにおけるカットオフ周波数と撮像素子におけるナイキスト周波数とが等しい時、λ／(Ｐ×ＮＡ)＝４になる。

条件式（４）の下限値を下回ると、撮像素子におけるナイキスト周波数が、顕微鏡対物レンズにおけるカットオフ周波数を大幅に下回る。そのため、撮像によって得られた画像の画質が悪くなる。

条件式（４）の上限値を上回ると、顕微鏡対物レンズの分解能に比べて、撮像素子の画素が小さくなりすぎる。すなわち、撮像によって得られた画像は、画素数が必要以上に多い画像になる。そのため、画像の取扱いが困難になる。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足すると良い。
１＜λ／（Ｐ×ＮＡ）＜６ （４’）

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、移動機構を有し、移動機構は、顕微鏡対物レンズと撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させることが好ましい。

このようにすることで、移動機構（アクチュエータ）への負荷を抑えつつ、合焦や観察倍率の変更が容易にできる。なお、移動機構としては、例えば、ボイスコイルモータやステッピングモータがある。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットでは、移動機構は、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させることが好ましい。

このようにすると、結像性能の劣化を招くことなく合焦が行なえる。なお、合焦では、像のコントラストが高くなるように、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させる。本実施形態の顕微鏡対物レンズは、薄型且つ小型である。そのため、撮像素子と一緒に移動させても、移動機構（アクチュエータ）への負荷が少ない。

また、顕微鏡対物レンズはレンズ鏡筒を介して、顕微鏡本体に取り付けられている。ここで、顕微鏡本体にも照準機構が設けられている。この照準機構としては、ステージを上下（光軸に沿う方向）に移動させる機構がある。そこで、標本をステージ上に載置し、このステージを上下に移動させて合焦を行なうこともできる。更に、顕微鏡対物レンズユニットとステージの両方を移動させてもよい。このようにすると、合焦範囲を広げることができる。

なお、顕微鏡対物レンズに使用するレンズは球面レンズであっても、非球面レンズであっても良い。非球面レンズを多用すると、高い結像性能を得ることができる。ただし、合焦のために一部のレンズを移動させると、結像性能が劣化しやすい。これに対して、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットでは、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させているので、非球面レンズを使用していても結像性能の劣化が少ない。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットでは、移動機構は、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を変化させることが好ましい。

本実施形態の顕微鏡対物レンズは、薄型且つ小型である。そのため、合焦の際に、顕微鏡対物レンズのみを移動させることで、移動機構（アクチュエータ）への負荷をより少なくすることができる。なお、合焦では、像のコントラストが高くなるように、顕微鏡対物レンズを移動させる。

また、顕微鏡対物レンズ（顕微鏡対物レンズの最も像側の面）から撮像素子までの距離を変化させると、顕微鏡対物レンズの像側主点から撮像素子までの間隔が変わる。これにより、物体位置から前記顕微鏡対物レンズの前側主点までの間隔も変わるため、倍率が変化する。よって、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を変化させることで、観察に最適な倍率で標本を観察することができる。

また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、通信機能を有することが好ましい。

このようにすることで、顕微鏡対物レンズ（撮像素子）で取得した標本の画像を、通信ケーブルを介することなく表示装置に表示できる。

また、本実施形態の制御方法は、上述の顕微鏡対物レンズと撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させることを特徴とする。

このようにすることで、合焦や観察倍率の変更が容易にできる。

また、本実施形態の制御方法は、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを、一緒に移動させることが好ましい。

このようにすることで、合焦が容易にできる。

また、本実施形態の制御方法は、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を変化させることが好ましい。

このようにすることで、観察倍率の変更や微調整が容易にできる。

また、本実施形態の制御方法は、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を所定の距離とし、所定の距離を維持したまま、画像のコントラストが最大になるまで、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させ、画像のコントラストが最大になったところで、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を変化させ、この距離の変化にあわせて、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させることが好ましい。

このようにすることで、合焦と、観察倍率の変更や微調整が容易にできる。

例えば、所定の距離を、倍率が低倍となるような距離にする。そして、画像のコントラストが高くなるように、顕微鏡対物レンズと撮像素子の両方を、一緒に移動させる。このようにすることで、低倍の観察倍率で標本に合焦することができる。この倍率で良い場合は、顕微鏡対物レンズと撮像素子の位置を変えずに、撮像（観察）を行う。

倍率の変更や微調整が必要な場合、上述の合焦が完了後、更に、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離を変化させる。これにより、倍率の変更や微調整が行える。なお、顕微鏡対物レンズから撮像素子までの距離が変化すると、合焦状態から非合焦状態になる。そこで、顕微鏡対物レンズと撮像素子とを一緒に移動させることで、調整後の倍率で、合焦された状態にする。このようにすることで、所望の倍率で、標本の撮像（観察）ができる。

以下に、本発明に係る顕微鏡対物レンズの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下、本発明の顕微鏡対物レンズの実施例１〜４について説明する。実施例１〜４の顕微鏡対物レンズは、有限補正の顕微鏡対物レンズである。実施例１〜４のレンズ断面図を、それぞれ図１、図３、図５、図７に示す。これらの断面図中、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は各レンズである。また、Ｉは像面である。

実施例１の顕微鏡対物レンズは、図１に示すように、物体側より順に、両凸正レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凹負レンズＬ５とで構成されている。

非球面は、両凸正レンズＬ１の両面と、負メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、正メニスカスレンズＬ４の両面と、両凹負レンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。

実施例２の顕微鏡対物レンズは、図３に示すように、物体側より順に、両凸正レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凹負レンズＬ５とで構成されている。

非球面は、両凸正レンズＬ１の両面と、負メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、正メニスカスレンズＬ４の両面と、両凹負レンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。

実施例３の顕微鏡対物レンズは、図５に示すように、両凸正レンズＬ１と、平凹負レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とで構成されている。

非球面は、両凸正レンズＬ１の両面と、平凹負レンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、正メニスカスレンズＬ４の両面と、負メニスカスレンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。

実施例４の顕微鏡対物レンズは、図７に示すように、両凸正レンズＬ１と、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４とで構成されている。

非球面は、両凸正レンズＬ１の両面と、両凹負レンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、負メニスカスレンズＬ４の両面との合計８面に用いている。

以下に、上述各実施例の数値データを示す。記号は上述の外、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。また、焦点距離は全系の焦点距離、ＮＡは物体側の開口数、ＷＤは作動距離、βは倍率である。

また、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
ｘ＝（ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／Ｒ）²｝^1/2］
＋aｙ⁴ ＋bｙ⁶＋cｙ⁸＋dｙ¹⁰＋eｙ¹²＋fｙ¹⁴＋gｙ¹⁶
ただし、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、a、b、c、d、e、f、gはそれぞれ４次、６
次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。

実施例１
単位ｍｍ
面データ
面番号 r d nd νd
（物面） ∞ 9.99
1* 1.74 0.70 1.5307 55.7
2* -8.27 0.04
3* 7.77 0.33 1.6349 23.9
4* 2.01 0.63
5* -2.82 0.55 1.5307 55.7
6* -1.27 0.31
7* -1.16 0.69 1.5307 55.7
8* -1.08 0.55
9* -1.61 0.41 1.5307 55.7
10* 25.64 5.80
（像面） ∞

非球面データ
第１面
k=-1.1539e+000
a=2.5780e-002,b=2.2360e-003,c=-3.7672e-003
第２面
k=-5.0000e+000
a=1.3838e-002,b=5.7848e-004,c=-4.1265e-004
第３面
k=3.5929e+000
a=-3.4244e-002,b=3.2268e-002,c=2.1329e-003
第４面
k=1.5046e+000
a=-5.3763e-002,b=2.9705e-002,c=6.9808e-004
第５面
k=1.3514e+000
a=-1.7655e-002,b=3.3527e-003
第６面
k=-1.5753e+000
a=4.1155e-002,b=-1.4678e-002
第７面
k=-8.6895e-001
a=1.0585e-001,b=-1.7929e-002,c=-1.6927e-003
第８面
k=-1.2590e+000
a=1.7655e-002,b=2.5790e-003
第９面
k=-1.6171e+000
a=9.9451e-002,b=3.8461e-003,c=-3.0399e-002,d=1.1887e-002
第１０面
k=3.4042e+002
a=3.6894e-002,b=-8.9862e-003,c=-5.1275e-003,d=2.2514e-003

各種データ
焦点距離 4.5
ＮＡ 0.078
ＷＤ 9.99
β -1
最大像高 2.00

実施例２
単位ｍｍ
面データ
面番号 r d nd νd
（物面） ∞ 7.69
1* 1.74 0.70 1.5307 55.7
2* -8.27 0.04
3* 7.77 0.33 1.6349 23.9
4* 2.01 0.63
5* -2.82 0.55 1.5307 55.7
6* -1.27 0.31
7* -1.16 0.69 1.5307 55.7
8* -1.08 0.30
9* -39.26 0.41 1.5307 55.7
10* 1.59 10.30
（像面） ∞

非球面データ
第１面
k=-1.1539e+000
a=2.5780e-002,b=2.2360e-003,c=-3.7672e-003
第２面
k=-5.0000e+000
a=1.3838e-002,b=5.7848e-004,c=-4.1265e-004
第３面
k=3.5929e+000
a=-3.4244e-002,b=3.2268e-002,c=2.1329e-003
第４面
k=1.5046e+000
a=-5.3763e-002,b=2.9705e-002,c=6.9808e-004
第５面
k=1.3514e+000
a=-1.7655e-002,b=3.3527e-003
第６面
k=-1.5753e+000
a=4.1155e-002,b=-1.4678e-002
第７面
k=-8.6895e-001
a=1.0585e-001,b=-1.7929e-002,c=-1.6927e-003
第８面
k=-1.3203e+000
a=2.3557e-002,b=8.2300e-003,c=-1.7801e-003
d=-2.1028e-003
第９面
k=1.0241e+003
a=-1.4181e-001,b=2.3314e-001,c=-1.4138e-001,d=3.1888e-002
第１０面
k=-6.1337e+000
a=-9.6179e-002,b=1.3965e-001,c=-7.9528e-002,d=1.6278e-002

各種データ
焦点距離 4.5
ＮＡ 0.10
ＷＤ 7.69
β -2
最大像高 2.00

実施例３
単位ｍｍ
面データ
面番号 r d nd νd
（物面） ∞ 9.00
1* 1.71 0.42 1.5305 55.7
2* -70.38 0.18
3* ∞ 0.28 1.6342 24.0
4* 2.10 0.23
5* 2.56 0.39 1.5305 55.7
6* 10.77 0.10
7* -6.20 0.42 1.5305 55.7
8* -1.29 0.37
9* 11.29 0.29 1.5305 55.7
10* 1.20 5.72
（像面） ∞

非球面データ
第１面
k=-4.5299e-001
a=8.2271e-003,b=3.5828e-002,c=-6.8814e-002,d=1.0120e-001
第２面
k=0.0000e+000
a=1.5038e-002,b=1.7057e-001,c=-1.6400e-001,d=1.5775e-001
第３面
k=0.0000e+000
a=-1.7220e-002,b=3.4943e-001,c=-3.5889e-001,d=1.0651e-001
第４面
k=-1.7633e+001
a=1.1213e-001,b=1.1489e-001,c=-2.5203e-002,d=-2.7293e-001,e=1.7996e-001
第５面
k=-3.1260e+001
a=-1.6158e-002,b=-1.0553e-001,c=1.5212e-001,d=5.6607e-003,e=-4.8679e-002
第６面
k=-1.7062e+002
a=-9.5688e-002,b=1.7777e-002,c=-5.0655e-002,d=7.2184e-002,e=-1.1963e-002
第７面
k=0.0000e+000
a=1.0994e-002,b=-3.4951e-002,c=2.9881e-002,d=-2.1243e-002,e=4.5510e-003
第８面
k=-5.2401e+000
a=-6.4949e-002,b=7.1148e-002,c=-2.3292e-002,d=3.8203e-003,e=-4.1802e-004
第９面
k=1.0000e+002
a=8.7038e-002,b=-8.7007e-002,c=8.8774e-002,d=-3.3914e-001,e=5.2113e-001,
f=-2.2922e-001
第１０面
k=-3.8580e+000
a=8.5533e-002,b=1.2421e-002,c=1.5642e-002,d=-6.7770e-001,e=1.2509e+000,
f=-6.1673e-001

各種データ
焦点距離 4.0
ＮＡ 0.10
ＷＤ 9.00
β -1
最大像高 2.00

実施例４
単位ｍｍ
面データ
面番号 r d nd νd
（物面） ∞ 9.36
1* 3.05 1.12 1.5307 55.7
2* -2.46 0.05
3* -10.69 0.43 1.5839 30.2
4* 2.66 0.76
5* -2.40 0.92 1.5307 55.7
6* -1.23 0.12
7* 4.08 0.88 1.5307 55.7
8* 1.43 6.63
（像面） ∞

非球面データ
第１面
k=-1.6540e+000
a=-1.0051e-002,b=-1.1478e-002,c=-1.4907e-004,d=-5.1472e-003
第２面
k=-3.2900e-001
a=-1.9392e-002,b=-6.3915e-003,c=2.0041e-002,d=-1.2810e-002
第３面
k=-1.8554e+002
a=-8.2362e-002,b=2.6448e-002,c=1.9794e-002,d=-9.2112e-003
第４面
k=-3.8050e+000
a=-1.2272e-002,b=8.2619e-003,c=1.5360e-003,d=-3.0828e-004,e=4.1261e-003
第５面
k=-6.6310e+000
a=-4.1418e-004,b=2.5220e-003,c=7.5591e-004,d=-8.4263e-004
第６面
k=-2.8080e+000
a=-3.2000e-002,b=4.5142e-003,c=1.2549e-003,d=5.2879e-005,e=-1.1960e-003
第７面
k=-1.6792e+001
a=-1.3338e-002,b=3.4918e-003,c=-1.3237e-002,d=1.0329e-002,e=-4.2841e-003
第８面
k=-2.9313e+000
a=-1.2190e-001,b=1.1980e-001,c=-9.0849e-002,d=3.9316e-002,e=-7.9314e-003

各種データ
焦点距離 4.7
ＮＡ 0.082
ＷＤ 9.36
β -1
最大像高 2.00

以上の実施例１〜４の収差図をそれぞれ図２、図４、図６、図８に示す。各図中、”ＮＡＩ”は像側の開口数を、”ＦＩＹ”は最大物体高を示す。

これらの収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、軸外横収差（ＤＹ）を示す。

次に、各実施例における条件式（１）、（２）、（４）及びレンズの厚みの総和の値を掲げる。なお、条件式（４）は、画素ピッチ２μｍ、波長０．５５μｍで計算した。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
(1) 4.5 4.5 4.0 4.7
(2) 1 2 1 1
(4) 3.53 2.75 2.75 3.35
厚み総和 2.68 2.68 1.80 3.35

図９は顕微鏡対物レンズユニット１００の断面図を示している。顕微鏡対物レンズユニット１００は、レンズ鏡筒ＬＢ、レンズ鏡筒ＬＢの一方の端部に収容された顕微鏡対物レンズＯＢ、及び、レンズ鏡筒ＬＢの他方の端部に形成され、観察装置に着脱可能な着脱部Ｍを備える。

ここで、実施例１の顕微鏡対物レンズでは、第１レンズから第５レンズまでの長さは４．２１ｍｍであるから、例えば、同焦点距離が４５ｍｍの場合、実施例１の顕微鏡対物レンズの同焦点距離に占める割合は約１／１０となる。このように、実施例の顕微鏡対物レンズは、従来の顕微鏡対物レンズにはないほど短い、光学系の長さを有している。なお、図９において、対物レンズのスケールと、この対物レンズを保持する保持部材のスケールは同じではない。

また、顕微鏡対物レンズユニット１００は、撮像素子ＩＭを有する。撮像素子ＩＭは、顕微鏡対物レンズＯＢの光軸上に配置されている。撮像素子ＩＭには、標本Ｓの像が形成される。

また、顕微鏡対物レンズＯＢの周囲には、ボイスコイルモータＶＣＭが配置されている。ボイスコイルモータＶＣＭによって、顕微鏡対物レンズＯＢを、光軸ＡＸに沿う方向に移動させることができる。このようにすることで、標本Ｓの像の大きさを変えることができる。

なお、顕微鏡対物レンズＯＢと撮像素子ＩＭを、１つの保持枠で保持しても良い。そして、この保持枠の周囲に、ボイスコイルモータＶＣＭを配置しても良い。このようにすることで、顕微鏡対物レンズＯＢと撮像素子ＩＭとを、一体に移動させることができる。その結果、ピント合わせが容易に行なえる。
また図９において、ＰＤは同焦点距離(parfocalizing distance)である。顕微鏡対物レンズの同焦点距離ＰＤは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）で規定されている。具体的には、カバーガラスなしの場合、同焦点距離は、ＰＤ＝４５＋１５ｍ（ｍ＝−１，０，１，２，３，４）と規定されている。カバーガラスありの場合は、カバーガラスなしの場合の同焦点距離にｔ（ｎ−１／ｎ）が加わったものになる。例えば、同焦点距離が４５ｍｍの場合、ＰＤ＝［４５＋ｔ（ｎ−１／ｎ）］と規定されている。ここで、ｔはカバーガラスの厚さ、ｎはカバーガラスの屈折率である。

以上のように、本発明に係る顕微鏡対物レンズは、小型なレンズ鏡筒に格納でき、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない点で有用である。また、本発明に係る顕微鏡対物レンズユニットや顕微鏡は、小型で、結像性能、特に軸外における結像性能の劣化が少ない点で有用である。また、本発明に係る制御方法は、所望の観察倍率で、鮮明な画像が取得できる点で有用である。

Ｌ１〜Ｌ５ 各レンズ
Ｍ 着脱部
ＯＢ 顕微鏡対物レンズ
ＬＢ レンズ鏡筒
ＡＸ 光軸
ＩＭ 撮像素子
Ｓ 標本
ＶＣＭ ボイスコイルモータ
ＰＤ 同焦点距離
１００ 顕微鏡対物レンズユニット

Claims (15)

1. 複数のレンズで構成された有限補正対物レンズであって、
   以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
   ｆ≦２５ｍｍ （１）
   ０．５≦ｄ₂／ｄ₁ （２）
   ここで、
   ｆは、前記顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
   ｄ₁は、物体位置から前記顕微鏡対物レンズの前側主点までの距離、
   ｄ₂は、前記顕微鏡対物レンズの後側主点から像位置までの距離、
   である。
2. 前記複数のレンズの厚みの総和は１０ｍｍ以下であ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。
3. 前記顕微鏡対物レンズは前群と後群とで構成され、
   前記前群は正の屈折力を有し、
   前記後群は負の屈折力を有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡対物レンズ。
4. 最も像側に配置されたレンズが、負レンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズ。
5. 前記顕微鏡対物レンズの同焦点距離ＰＤは次式（３）で算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ＰＤ＝４５＋１５ｍ （３）
   ここで、ｍは−１、０、１、２、３、又は４である。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズと、撮像素子と、を備えることを特徴とする顕微鏡対物レンズユニット。
7. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
   ０．１＜λ／（Ｐ×ＮＡ）＜１０ （４）
   ここで、
   λは波長、
   Ｐは前記撮像素子の画素ピッチ、
   ＮＡは前記顕微鏡対物レンズの物体側開口数、
   である。
8. 移動機構を有し、
   前記移動機構は、前記顕微鏡対物レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させることを特徴とする請求項６または７に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
9. 前記移動機構は、前記顕微鏡対物レンズと前記撮像素子とを一緒に移動させることを特徴とする請求項８に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
10. 前記移動機構は、前記顕微鏡対物レンズから前記撮像素子までの距離を変化させることを特徴とする請求項８または９に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
11. 通信機能を有することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
12. 請求項１から５のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズと撮像素子の少なくとも一方を、光軸に沿う方向に移動させることを特徴とする制御方法。
13. 前記顕微鏡対物レンズと前記撮像素子とを、一緒に移動させることを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記顕微鏡対物レンズから前記撮像素子までの距離を変化させることを特徴とする請求項１２または１３に記載の制御方法。
15. 前記顕微鏡対物レンズから前記撮像素子までの距離を所定の間隔とし、
    前記所定の距離を維持したまま、画像のコントラストが最大になるまで、前記顕微鏡対物レンズと前記撮像素子とを一緒に移動させ、
    画像のコントラストが最大になったところで、前記顕微鏡対物レンズから前記撮像素子までの距離を変化させ、
    該間隔の変化にあわせて、前記顕微鏡対物レンズと前記撮像素子とを一緒に移動させることを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。

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