JP2017116845A - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】試料保持部材の厚さの違いに対応可能な、諸収差が良好に補正された高い開口数を有する顕微鏡対物レンズを提供する。【解決手段】乾燥系の顕微鏡対物レンズ１は、物体側から順に、複数の単レンズを含む正のパワーの第１レンズ群Ｇ１、移動群である第２レンズ群Ｇ２、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する第３レンズ群Ｇ３からなる。第１レンズ群Ｇ１の最も像側の面（第１レンズ面）、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側と像側の面（第２レンズ面、第３レンズ面）、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面（第４レンズ面）のうち１面のみが凹面である。ＮＡを物体側の開口数、Δｄを第１レンズ面と第２レンズ面のレンズ間隔と第３レンズ面と第４レンズ面のレンズ間隔の和、ｒ１を上述の４面のうちの凹面の曲率半径とするとき、以下の条件式を満たす。0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）0.2 ＜ ｜Δｄ／ｒ１｜ ＜ 1 （２）【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡対物レンズ、特に、乾燥系の顕微鏡対物レンズに関する。
生物分野では、培養細胞などの試料の観察にしばしば倒立顕微鏡が用いられる。数個以上の培養細胞を一度に観察することが多いため、２０−６０倍程度の観察倍率が頻繁に利用される。
倒立顕微鏡では、試料からの光は試料容器又はスライドガラスを介して対物レンズに入射する。試料容器には、例えば、ガラス製シャーレ、プラスティック製ディッシュなど様々なものがあり、その厚さもカバーガラスと同程度（０．１５ｍｍ程度）から１ｍｍ程度までと様々である。
このため、試料と対物レンズの間に配置されたスライドガラス、カバーガラス、シャーレ、ディッシュなど（以降、これらをまとめて試料保持部材と記す）の厚さの違いに起因する収差を補正する機構を備えた顕微鏡対物レンズが求められている。そのような対物レンズは、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の実施例１には、収差補正可能なカバーガラス厚の範囲が０−２ｍｍ程度であり、色収差、像面平坦性といった諸収差を良好に抑えることができる対物レンズが開示されている。
特開２００５−３５２０２１号公報
培養細胞を蛍光観察する場合、細胞毒性を可能な限り低減することが望ましい。このため、限られた光量の励起光によって生じる微弱な蛍光を効率的に検出して高い解像力を発揮する顕微鏡対物レンズが求められている。これに対して、特許文献１の実施例１に記載の対物レンズは、様々なカバーガラス厚に対応可能であるが、開口数は０．６であり、十分ではない。
以上の実情を踏まえ、本発明では、試料保持部材の厚さの違いに対応可能な、諸収差が良好に補正された高い開口数を有する顕微鏡対物レンズを提供することを課題とする。
本発明の一態様は、乾燥系の顕微鏡対物レンズであって、物体側から順に、複数の単レンズを含む、正のパワーを有する第１レンズ群と、光軸に沿って移動可能な第２レンズ群と、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する第３レンズ群からなり、前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面である第１レンズ面、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面である第３レンズ面、及び、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面の４面のうち、１面のみが凹面であり、ＮＡを前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数とし、Δｄを前記第１レンズ面と前記第２レンズ面の間のレンズ間隔と前記第３レンズ面と前記第４レンズ面の間のレンズ間隔の和とし、ｒ１を前記４面のうちの凹面であるレンズ面の曲率半径とするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡対物レンズを提供する。
0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）
0.2 ＜ ｜Δｄ／ｒ１｜ ＜ 1 （２）
本発明の別の態様は、乾燥系の顕微鏡対物レンズであって、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、光軸に沿って移動可能な第２レンズ群と、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する第３レンズ群からなり、ＮＡを前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、ｄｉを屈折率がＮｄで厚さがＴｉの試料保持部材を使用して観察したときの光学的作動距離、ｆを前記顕微鏡対物レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡対物レンズを提供する。
0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）
0.3 ＜ （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ ＜ 0.77 （７）
本発明によれば、試料保持部材の厚さの違いに対応可能な、諸収差が良好に補正された高い開口数を有する顕微鏡対物レンズを提供することができる。
カバーガラス厚１ｍｍにおける実施例１に係る対物レンズの断面図である。 実施例１に係る対物レンズと組み合わせて用いる結像レンズの断面図である。 カバーガラス厚０ｍｍにおける実施例１に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１ｍｍにおける実施例１に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１．６ｍｍにおける実施例１に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１ｍｍにおける実施例２に係る対物レンズの断面図である。 カバーガラス厚０ｍｍにおける実施例２に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１ｍｍにおける実施例２に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１．６ｍｍにおける実施例２に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚１ｍｍにおける実施例３に係る対物レンズの断面図である。 カバーガラス厚０ｍｍにおける実施例３に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚０ｍｍにおける実施例３に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。 カバーガラス厚０ｍｍにおける実施例３に係る対物レンズと図２に示す結像レンズを組み合わせて用いた場合の収差図である。
本発明の一実施形態に係る対物レンズについて説明する。本実施形態に係る対物レンズは、乾燥系の顕微鏡対物レンズであり、結像レンズと組み合わせて用いられる無限遠補正型の対物レンズである。
対物レンズは、移動群を含む３群構成を有する。対物レンズは、物体側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群からなるレンズ構成を有する。第１レンズ群は、複数の単レンズを含み、正のパワーを有する。第２レンズ群は、光軸に沿って移動可能な移動群である。第３レンズ群は、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する。対物レンズは、さらに、球面収差補正時に第２レンズ群を光軸方向に移動させる。
対物レンズでは、それぞれが各群における他の群に向けられた面である４面のうち、１面のみが凹面である。ここでいう４面とは、具体的には、第１レンズ群の最も像側のレンズ面である第１レンズ面、第２レンズ群の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面、第２レンズ群の最も像側のレンズ面である第３レンズ面、及び、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面のことである。なお、最も物体側のレンズ面とは、最も物体面に近いレンズ面、つまり、対物レンズの前側焦点面に近いレンズ面のことである。最も像側のレンズ面とは、最も像面に近いレンズ面のことである。
対物レンズは、さらに、以下の条件式（１）及び（２）を満たすように構成されている。ここで、ＮＡは対物レンズの物体側の開口数、Δｄは第１レンズ面と第２レンズ面の間のレンズ間隔と第３レンズ面と第４レンズ面の間のレンズ間隔の和、ｒ１は上述した４面のうちの凹面であるレンズ面の曲率半径である。
0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）
0.2 ＜ ｜Δｄ／ｒ１｜ ＜ 1 （２）
条件式（１）は、対物レンズを用いて形成される試料像の解像力と明るさを規定する式である。対物レンズは乾燥系の対物レンズであるため、ＮＡが１を上回ることはない。ＮＡが条件式（１）の下限値を下回ると、像の解像力と明るさが不足しやすい。蛍光観察時には、細胞毒性を抑えるために限られた照明光量下で観察が行われる。このため、明るさの不足が特に顕著に生じやすい。
条件式（２）は、試料保持部材の厚さに応じて生じる球面収差量の変化をどの程度許容できるかを規定する式である。Δｄが大きいほど、ｒ１が小さいほど、球面収差量のより大きな変化に対応して球面収差を良好に補正することができる。これは、Δｄが大きいほど移動群の移動可能量が大きくなるため、たとえｒ１が小さくても対物レンズ内での光線の屈折量（曲げ量）を大きく変化させることができるからである。また、ｒ１が小さいほど凹面で大きく光線が屈折するため、たとえ移動群の移動可能量が小さくても対物レンズ内での光線の屈折量を大きく変化させることができるからである。
｜Δｄ／ｒ１｜が条件式（２）の上限値以上になると、対物レンズ内で光線が大きく曲がりすぎる。このため、軸外収差などの諸収差を総合的に補正することが困難になる。｜Δｄ／ｒ１｜が条件式（２）の下限値以下になると、対応可能な球面収差の変化量が小さくなる。想定される試料保持部材の厚さの違いに十分に対応することが困難になるため、観察に使用する試料保持部材（カバーガラスそのもの、シャーレ、ディッシュなど）が限られてしまう。
以上のように構成された対物レンズによれば、高い開口数を有しながら、様々な試料保持部材の厚さの違いに対応して諸収差を良好に補正することができる。
以下、対物レンズの更に望ましい構成について説明する。
対物レンズは、上述した４面のうちの凹面を含むレンズ成分が２枚接合レンズであることが望ましく、さらに以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。ここで、ν１は凹面を含むレンズのアッベ数、ν２は凹面を含むレンズに接合されたレンズのアッベ数である。
25 ＜ ｜ν１−ν２｜ ＜ 50 （３）
条件式（３）は、２枚接合レンズを構成するレンズのアッベ数差を規定する式である。凹面を含むレンズ成分を２枚接合レンズとして構成し且つアッベ数差を適切な設計することで、縦色収差（軸上色収差ともいう）を良好に補正することができる。｜ν１−ν２｜が条件式（３）の上限値以上になると、アッベ数差が大きくなりすぎるため、Ｃ線及びＦ線の補正が過剰となる。特に短波長の色収差の補正が困難となる。｜ν１−ν２｜が条件式（３）の下限値以下になると、アッベ数差が小さくなりすぎるため、Ｃ線、Ｆ線を含む様々な波長で色収差の良好な補正が困難となる。
第１レンズ群は、物体側から正レンズ、負レンズ、正レンズの順に接合された、３枚接合レンズを含むことが望ましい。３枚接合レンズを含むことで、色収差を更に良好に補正することが可能であり、例えば、２次スペクトルを補正する上で有利となる。また、空気接触面を増やすことなく屈折面を増すことができるため、フレアの発生を抑制する効果も期待できる。
第３レンズ群は、最も像側に、正のパワーを有する単レンズを含むことが望ましく、さらに、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。ここで、ｆは対物レンズの焦点距離、ｆ３１は第３レンズ群に含まれる最も像側に位置する単レンズの焦点距離である。
3 ＜ ｆ３１／ｆ ＜ 5 （４）
条件式（４）は、最も像側に位置する単レンズの焦点距離と対物レンズの焦点距離の比を規定する式である。条件式（４）を満たすことで、コマ収差と非点収差をバランス良く補正することができる。ｆ３１／ｆが条件式（４）の上限値以上になると、非点収差の発生量が大きくなりすぎることによって、像の周辺部分における結像性能（以降、単に周辺性能）が劣化する。ｆ３１／ｆが条件式（４）の下限値以下になると、コマ収差の発生量が大きくなりすぎることによって、周辺性能が劣化する。
対物レンズは、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。ここで、Ｔｍａｘ、Ｔｍｉｎを対物レンズが仕様上許容する試料保持部材の厚さの最大値、最小値である。ｄｍｉｎは厚さＴｍａｘを有する試料保持部材使用時の光学的作動距離である。つまり、厚さＴｍａｘの試料保持部材の試料側の面に焦点を合わせた状態での、試料保持部材の対物レンズ側の面から対物レンズの最も物体側のレンズ面までの距離である。Ｎｄは観察で使用する試料保持部材の屈折率である。
0.6＜ （Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎ ＜ 3.0 （５）
条件式（５）を満たすことで、対物レンズの操作性を犠牲にすることなく試料保持部材の厚さの違いに起因する球面収差を良好に補正することができる。（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎが条件式（５）の上限値以上になると、対物レンズの操作中に対物レンズと試料保持部材が接触しやすいため、高い操作性を維持することができない。（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎが条件式（５）の下限値以下になると、使用できる試料保持部材が限れてしまう。このため、汎用性を欠き、特に倒立顕微鏡への利用が困難となる。
なお、顕微鏡対物レンズの「作動距離」は、最も物体側の面が凹面であったとき、枠等を考慮して試料保持部材までの距離として決定されるが、ここでいう「光学的作動距離」は、枠等を考慮せず、顕微鏡対物レンズの最も物体側の面から試料保持部材の最も像側の面までの光軸上の距離で定義される。
第２レンズ群は、正のパワーを有する単レンズであることが望ましく、さらに、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。ここで、ｆは対物レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離である。
4 ＜ ｆ２／ｆ ＜ 6 （６）
条件式（６）は、第２レンズ群の焦点距離と対物レンズの焦点距離の比を規定する式である。条件式（６）を満たすことで、像面湾曲に依存する軸外性能を高いレベルで維持しながら、大きく変化する球面収差を良好に補正することができる。ｆ２／ｆが条件式（６）の上限値以上になると、軸外性能を維持しつつ大きな球面収差の変化量に対応することが困難になる。ｆ２／ｆが条件式（６）の下限値以下になると、像面湾曲の発生量が大きくなりすぎるため、良好な軸外性能を得ることが難しくなる。
対物レンズは、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。ここで、ｄｉは屈折率がＮｄで厚さがＴｉの試料保持部材を使用して観察したときの光学的作動距離である。
0.3 ＜ （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ ＜ 0.77 （７）
条件式（７）は、物体面から対物レンズの最も物体側のレンズ面までの空気換算距離と対物レンズの焦点距離の比を規定した式である。（ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆが条件式（７）の上限値以上になると、対物レンズの焦点距離が短くなりすぎる。このため、観察に要求される倍率で試料を拡大して観察することができない。（ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆが条件式（７）の下限値以下になると、物体面から対物レンズの最も物体側のレンズ面までの距離が短くなりすぎる。このため、対物レンズの操作中に対物レンズと試料保持部材が接触しやすく、高い操作性を維持することができない。条件式（７）を満たすことで、高い操作性を維持しながら観察に要求される倍率で試料を拡大して観察することができる。 以下、上述した対物レンズの実施例について具体的に説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例に係る対物レンズ１の断面図であり、試料と対物レンズ１の間にカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１が有る場合のレンズ位置を示している。
対物レンズ１は、乾燥系の顕微鏡対物レンズである。対物レンズ１は、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、光軸に沿って移動可能な第２レンズ群Ｇ２と、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面（ｓ２０、ｓ２１）を有する第３レンズ群Ｇ３と、からなる。対物レンズ１では、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面である第１レンズ面（ｓ９）、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面（ｓ１０）、第２レンズ群Ｇ２の最も像側のレンズ面である第３レンズ面（ｓ１１）、及び、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面（ｓ１２）の４面のうち、第４レンズ面のみが凹面である。
第１レンズ群Ｇ１は、複数の単レンズ（レンズＬ１、レンズＬ２）を備える。第１レンズ群は、具体的には、物体側から順に、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ（レンズＬ１）、平面を物体側に向けた平凸レンズ（レンズＬ２）、正‐負‐正の３枚接合レンズＣＬ１を備える。３枚接合レンズは、両凸レンズ（レンズＬ３）と凹面を物体側に向けた２枚のメニスカスレンズ（レンズＬ４、レンズＬ５）からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸方向に移動する移動群である。第２レンズ群Ｇ２は、正のパワーを有する単レンズ（レンズＬ６）であり、両凸レンズである。
第３レンズ群Ｇ３は、３組の２枚接合レンズ（接合レンズＣＬ２、接合レンズＣＬ３、接合レンズＣＬ４）と、２枚の単レンズ（レンズＬ１３、レンズＬ１４）からなる。接合レンズＣＬ２は、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ成分であり、両凹レンズ（レンズＬ７）と両凸レンズ（レンズＬ８）からなる。接合レンズＣＬ３は、両凸レンズ成分であり、両凸レンズ（レンズＬ９）と物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（レンズＬ１０）からなる。接合レンズＣＬ４は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分であり、両凸レンズ（レンズＬ１１）と両凹レンズ（レンズＬ１２）からなる。レンズＬ１３は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、レンズＬ１３の凹面（ｓ２１）は、レンズＬ１２の凹面（ｓ２０）と隣り合って対向している。最も像側に配置されたレンズＬ１４は、正のパワーを有する単レンズであり、両凸レンズである。
対物レンズ１の各種データは、以下のとおりである。
ＮＡ＝0.78、ｆ＝4.498mm、ｆ２＝20.172mm、ｆ３１＝18.288mm、Δｄ＝4.020mm
Ｔｍａｘ＝1.6mm、Ｔｍｉｎ＝0mm、ｄｍｉｎ＝0.88mm
対物レンズ１のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。
対物レンズ１
s r d nd νd
0 INF D0 1.52287 59.89
1 INF D1 1
2 -17.2684 1.200 1.77250 49.60
3 -6.8121 0.200 1
4 INF 4.072 1.43875 94.93
5 -6.1817 0.300 1
6 25.0169 4.840 1.49700 81.54
7 -6.1997 1.000 1.61336 44.49
8 -22.6528 1.746 1.49700 81.54
9 -10.3822 D9 1
10 48.6939 1.746 1.77250 49.60
11 -22.5577 D11 1
12 -8.3765 1.000 1.75500 52.32
13 12.7260 3.099 1.49700 81.54
14 -18.2197 0.300 1
15 11.6239 4.241 1.49700 81.54
16 -17.1417 1.100 1.61340 44.27
17 -29.4884 0.200 1
18 6.9550 4.414 1.43875 94.93
19 -26.2562 4.589 1.61336 44.49
20 3.1276 3.087 1
21 -5.0310 1.346 1.61336 44.49
22 -12.7268 3.366 1
23 24.2749 1.353 1.73800 32.26
24 -29.6776 119 1
ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、ndはｄ線に対する屈折率を、νdはアッベ数を示す。これらの記号は、以降の実施例でも同様である。なお、面番号s0が示す面は、物体面であり、カバーガラスがあるときにはカバーガラスの物体側の面でもある。面番号s1が示す面は、カバーガラスの像側の面である。面番号s2,s24が示す面は、それぞれ対物レンズ１の最も物体側のレンズ面、最も像側のレンズ面である。また、例えば、面間隔d0は、面番号s0が示す面から面番号s1が示す面までの光軸上の距離を示している。面間隔d24は、対物レンズ１の最も像側の面（面番号s24）から後述する結像レンズ４の最も物体側の面（面番号s25）までの光路上の距離を示している。
カバーガラスがない場合、カバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１を使用する場合、及びカバーガラス厚１．６ｍｍのカバーガラスＣＧ２を使用する場合のそれぞれの面間隔d0,d1,d9,d11の値D0,D1,D9,D11は、以下のとおりである。なお、使用するカバーガラスＣＧ１及びのカバーガラスＣＧ２は、いずれも屈折率Ｎｄ＝1.52287のガラス製の試料保持部材である。
D0(カバーガラス厚) 0 1.000 1.600
D1 2.055 1.324 0.881
D9 1.901 0.981 0.319
D11 2.119 3.038 3.701
対物レンズ１は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（７）を満たしている。なお、下記の条件式（７）の計算例は、図１に示すカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１を配置した状態で計算した例である。
（１） ＮＡ＝0.78
（２） ｜Δｄ／ｒ１｜＝0.48
（３） ｜ν１−ν２｜＝29.22
（４） ｆ３１／ｆ＝4.07
（５） （Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎ＝ 1.20
（６） ｆ２／ｆ＝4.48
（７） （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ＝0.44
図２は、対物レンズ１と組み合わせて用いる結像レンズ４の断面図である。結像レンズ４は、物体側から順に、両凸レンズ（レンズＴＬ１）及び物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（レンズＴＬ２）からなる接合レンズＣＴＬ１と、両凸レンズ（レンズＴＬ３）及び両凹レンズ（レンズＴＬ４）からなる接合レンズＣＴＬ２からなる。結像レンズ４の焦点距離は、180mmである。
結像レンズ４のレンズデータは、以下のとおりである。なお、面番号s25,s30が示す面は、それぞれ結像レンズ４の最も物体側のレンズ面、最も像側のレンズ面である。
結像レンズ４
s r d nd νd
25 68.7541 7.732 1.48749 70.20
26 -37.5679 3.474 1.80610 40.95
27 -102.8477 0.697 1
28 84.3099 6.024 1.83400 37.16
29 -50.7100 3.030 1.64450 40.82
30 40.6619 1
図３から図５は、対物レンズ１と結像レンズ４を組み合わせたときの像面における収差図である。図３、図４、図５は、それぞれカバーガラスを使用しない場合、カバーガラス厚が１ｍｍの場合、カバーガラス厚が１．６ｍｍの場合の収差図である。図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）は球面収差図である。図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）は正弦条件違反量を示す図である。図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）は非点収差図である。図３（ｄ）、図４（ｄ）、図５（ｄ）は歪曲収差図である。図３（ｅ）、図４（ｅ）、図５（ｅ）は像高５．５ｍｍにおけるコマ収差図であり、図３（ｆ）、図４（ｆ）、図５（ｆ）は像高１１ｍｍにおけるコマ収差図である。なお、図中の“Ｍ”はメリディオナル成分、“Ｓ”はサジタル成分を示している。
［実施例２］
図６は、本実施例に係る対物レンズ２の断面図であり、試料と対物レンズ２の間にカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１が有る場合のレンズ位置を示している。
対物レンズ２は、乾燥系の顕微鏡対物レンズである。対物レンズ２は、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、光軸に沿って移動可能な第２レンズ群Ｇ２と、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面（ｓ２０、ｓ２１）を有する第３レンズ群Ｇ３と、からなる。対物レンズ２では、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面である第１レンズ面（ｓ１１）、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面（ｓ１２）、第２レンズ群Ｇ２の最も像側のレンズ面である第３レンズ面（ｓ１４）、及び、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面（ｓ１５）の４面のうち、第２レンズ面のみが凹面である。
第１レンズ群Ｇ１は、複数の単レンズ（レンズＬ１、レンズＬ２、レンズＬ６）を備える。第１レンズ群は、具体的には、物体側から順に、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ（レンズＬ１）、平面を物体側に向けた平凸レンズ（レンズＬ２）、正‐負‐正の３枚接合レンズＣＬ１、両凸レンズ（レンズＬ６）を備える。３枚接合レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（レンズＬ３）と像側に平面を向けた平凹レンズ（レンズＬ４）と物体側に平面を向けた平凸レンズ（レンズＬ５）からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸方向に移動する移動群である。第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズ（レンズＬ７）と両凸レンズ（レンズＬ８）からなる接合レンズＣＬ２である。
第３レンズ群Ｇ３は、２組の２枚接合レンズ（接合レンズＣＬ３、接合レンズＣＬ４）と、２枚の単レンズ（レンズＬ１３、レンズＬ１４）からなる。接合レンズＣＬ３は、物体側に平面を向けた平凸レンズ成分であり、物体側に平面を向けた平凹レンズ（レンズＬ９）と両凸レンズ（レンズＬ１０）からなる。接合レンズＣＬ４は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分であり、両凸レンズ（レンズＬ１１）と両凹レンズ（レンズＬ１２）からなる。レンズＬ１３は、像側に平面を向けた平凹レンズであり、レンズＬ１３の凹面（ｓ２１）は、レンズＬ１２の凹面（ｓ２０）と隣り合って対向している。最も像側に配置されたレンズＬ１４は、正のパワーを有する単レンズであり、両凸レンズである。
対物レンズ２の各種データは、以下のとおりである。
ＮＡ＝0.78、ｆ＝4.500mm、ｆ２＝-14.091mm、ｆ３１＝16.838mm、Δｄ＝3.354mm
Ｔｍａｘ＝1.6mm、Ｔｍｉｎ＝0mm、ｄｍｉｎ＝1.01mm
対物レンズ２のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ２
s r d nd νd
0 INF D0 1.52287 59.89
1 INF D1 1
2 -7.3994 3.357 1.77250 49.60
3 -4.9432 0.200 1
4 INF 3.342 1.49700 81.54
5 -8.7867 0.200 1
6 -56.5654 3.601 1.49700 81.54
7 -6.6989 1.000 1.61336 44.49
8 INF 3.121 1.59522 67.74
9 -10.9611 0.200 1
10 14.8943 2.487 1.59522 67.74
11 -34.4089 D11 1
12 -10.9077 1.000 1.77250 49.60
13 10.8866 3.122 1.49700 81.54
14 -23.5936 D14 1
15 INF 1.000 1.61336 44.49
16 10.4604 3.840 1.59522 67.74
17 -10.9422 0.200 1
18 6.8996 3.010 1.43875 94.93
19 -16.4958 2.798 1.61336 44.49
20 3.4795 2.310 1
21 -4.8037 1.000 1.61336 44.49
22 INF 4.893 1
23 56.1482 1.198 1.73800 32.26
24 -15.8142 119 1
カバーガラスがない場合、カバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１を使用する場合、及びカバーガラス厚１．６ｍｍのカバーガラスＣＧ２を使用する場合のそれぞれの面間隔d0,d1,d11,d14の値D0,D1,D11,D14は、以下のとおりである。なお、観察に使用するカバーガラスＣＧ１及びのカバーガラスＣＧ２は、いずれも屈折率Ｎｄ＝1.52287のガラス製の試料保持部材である。
D0(カバーガラス厚) 0 1.000 1.600
D1 2.364 1.532 1.012
D11 1.693 2.509 3.157
D14 1.662 0.845 0.198
対物レンズ２は、以下で示されるように、条件式（６）を除き、条件式（１）から条件式（７）を満たしている。なお、下記の条件式（７）の計算例は、図６に示すカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１を配置した状態で計算した例である。
（１） ＮＡ＝ 0.79
（２） ｜Δｄ／ｒ１｜＝0.31
（３） ｜ν１−ν２｜＝31.94
（４） ｆ３１／ｆ＝3.74
（５） （Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎ＝1.04
（６） ｆ２／ｆ＝-3.13
（７） （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ＝0.49
図７から図９は、対物レンズ２と結像レンズ４を組み合わせたときの像面における収差図である。図７、図８、図９は、それぞれカバーガラスを使用しない場合、カバーガラス厚が１ｍｍの場合、カバーガラス厚が１．６ｍｍの場合の収差図である。図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）は球面収差図である。図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）は正弦条件違反量を示す図である。図７（ｃ）、図８（ｃ）、図９（ｃ）は非点収差図である。図７（ｄ）、図８（ｄ）、図９（ｄ）は歪曲収差図である。図７（ｅ）、図８（ｅ）、図９（ｅ）は像高５．５ｍｍにおけるコマ収差図であり、図７（ｆ）、図８（ｆ）、図９（ｆ）は像高１１ｍｍにおけるコマ収差図である。なお、図中の“Ｍ”はメリディオナル成分、“Ｓ”はサジタル成分を示している。
［実施例３］
図１０は、本実施例に係る対物レンズ３の断面図であり、試料と対物レンズ３の間にカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１ａが有る場合がある場合のレンズ位置を示している。
対物レンズ３は、乾燥系の顕微鏡対物レンズである。対物レンズ３は、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、光軸に沿って移動可能な第２レンズ群Ｇ２と、隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面（ｓ２０、ｓ２１）を有する第３レンズ群Ｇ３と、からなる。対物レンズ３では、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面である第１レンズ面（ｓ９）、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面（ｓ１０）、第２レンズ群Ｇ２の最も像側のレンズ面である第３レンズ面（ｓ１１）、及び、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面（ｓ１２）の４面のうち、第２レンズ面のみが凹面である。
第１レンズ群Ｇ１は、複数の単レンズ（レンズＬ１、レンズＬ２）を備える。第１レンズ群は、具体的には、物体側から順に、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ（レンズＬ１）、平面を物体側に向けた平凸レンズ（レンズＬ２）、正‐負‐正の３枚接合レンズＣＬ１を備える。３枚接合レンズＣＬ１は、両凸レンズ（レンズＬ３）と物体側に凹面を向けた２枚のメニスカスレンズ（レンズＬ４、レンズＬ５）からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸方向に移動する移動群である。第２レンズ群Ｇ２は、正のパワーを有する単レンズ（レンズＬ６）であり、両凸レンズである。
第３レンズ群Ｇ３は、３組の２枚接合レンズ（接合レンズＣＬ２、接合レンズＣＬ３、接合レンズＣＬ４）と、２枚の単レンズ（レンズＬ１３、レンズＬ１４）からなる。接合レンズＣＬ２は、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ成分であり、両凹レンズ（レンズＬ７）と両凸レンズ（レンズＬ８）からなる。接合レンズＣＬ３は、両凸レンズ成分であり、両凸レンズ（レンズＬ９）と物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（レンズＬ１０）からなる。接合レンズＣＬ４は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分であり、両凸レンズ（レンズＬ１１）と両凹レンズ（レンズＬ１２）からなる。レンズＬ１３は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、レンズＬ１３の凹面（ｓ２１）は、レンズＬ１２の凹面（ｓ２０）と隣り合って対向している。最も像側に配置されたレンズＬ１４は、正のパワーを有する単レンズであり、両凸レンズである。
対物レンズ３の各種データは、以下のとおりである。
ＮＡ＝0.78、ｆ＝4.501mm、ｆ２＝23.460mm、ｆ３１＝18.288mm、Δｄ＝5.777mm
Ｔｍａｘ＝1.6mm、Ｔｍｉｎ＝0mm、ｄｍｉｎ＝0.84mm
対物レンズ３のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ３
s r d nd νd
0 INF D0 1.59108 30.85
1 INF D1 1
2 -17.2684 1.200 1.77250 49.60
3 -6.8121 0.200 1
4 INF 4.072 1.43875 94.93
5 -6.1817 0.300 1
6 25.0169 4.840 1.49700 81.54
7 -6.1997 1.000 1.61336 44.49
8 -22.6528 1.746 1.49700 81.54
9 -10.3822 D9 1
10 93.3900 1.567 1.73800 32.26
11 -21.1025 D11 1
12 -7.4864 1.000 1.67300 38.15
13 76.7826 1.757 1.49700 81.54
14 -19.1575 0.300 1
15 11.6239 4.241 1.49700 81.54
16 -17.1417 1.100 1.6134 44.27
17 -29.4884 0.200 1
18 6.9550 4.414 1.43875 94.93
19 -26.2562 3.783 1.61336 44.49
20 3.2103 2.900 1
21 -5.0310 1.346 1.61336 44.49
22 -12.7268 3.145 1
23 24.2749 1.353 1.73800 32.26
24 -29.6776 119 1
カバーガラスがない場合、カバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１ａを使用する場合、及びカバーガラス厚１．６ｍｍのカバーガラスＣＧ２ａを使用する場合のそれぞれの面間隔d0,d1,d11,d14の値D0,D1,D11,D14は、以下のとおりである。なお、観察に使用するカバーガラスＣＧ１ａ及びのカバーガラスＣＧ２ａは、いずれも屈折率Ｎｄ＝1.59108のプラスティック製の試料保持部材である。
D0(カバーガラス厚) 0 1.000 1.600
D1 1.933 1.250 0.838
D9 3.218 2.063 1.232
D11 2.559 3.714 4.545
対物レンズ３は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（７）を満たしている。なお、下記の条件式（７）の計算例は、図１０に示すカバーガラス厚１ｍｍのカバーガラスＣＧ１を配置した状態で計算した例である。
（１） ＮＡ＝0.78
（２） ｜Δｄ／ｒ１｜＝0.77
（３） ｜ν１−ν２｜＝43.39
（４） ｆ３１／ｆ＝4.06
（５） （Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎ＝1.20
（６） ｆ２／ｆ＝5.21
（７） （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ＝0.42
図１１から図１３は、対物レンズ３と結像レンズ４を組み合わせたときの像面における収差図である。図１１、図１２、図１３は、それぞれカバーガラスを使用しない場合、カバーガラス厚が１ｍｍの場合、カバーガラス厚が１．６ｍｍの場合の収差図である。図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）は球面収差図である。図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）は正弦条件違反量を示す図である。図１１（ｃ）、図１２（ｃ）、図１３（ｃ）は非点収差図である。図１１（ｄ）、図１２（ｄ）、図１３（ｄ）は歪曲収差図である。図１１（ｅ）、図１２（ｅ）、図１３（ｅ）は像高５．５ｍｍにおけるコマ収差図であり、図１１（ｆ）、図１２（ｆ）、図１３（ｆ）は像高１１ｍｍにおけるコマ収差図である。なお、図中の“Ｍ”はメリディオナル成分、“Ｓ”はサジタル成分を示している。
１、２、３ 対物レンズ
４ 結像レンズ

Claims (8)

  1. 乾燥系の顕微鏡対物レンズであって、物体側から順に、
    複数の単レンズを含む、正のパワーを有する第１レンズ群と、
    光軸に沿って移動可能な第２レンズ群と、
    隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する第３レンズ群と、からなり、
    前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面である第１レンズ面、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面である第２レンズ面、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面である第３レンズ面、及び、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面である第４レンズ面の４面のうち、１面のみが凹面であり、
    ＮＡを前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、Δｄを前記第１レンズ面と前記第２レンズ面の間のレンズ間隔と前記第３レンズ面と前記第４レンズ面の間のレンズ間隔の和、ｒ１を前記４面のうちの凹面であるレンズ面の曲率半径とするとき、以下の条件式
    0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）
    0.2 ＜ ｜Δｄ／ｒ１｜ ＜ 1 （２）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  2. 請求項１に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記４面のうちの凹面を含むレンズ成分は、２枚接合レンズであり、
    ν１を前記凹面を含むレンズのアッベ数、ν２を前記凹面を含む前記レンズに接合されたレンズのアッベ数とするとき、以下の条件式
    25 ＜ ｜ν１−ν２｜ ＜ 50 （３）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第１レンズ群は、物体側から正レンズ、負レンズ、正レンズの順に接合された、３枚接合レンズを含む
    ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第３レンズ群は、最も像側に、正のパワーを有する単レンズを含み、
    ｆを前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、ｆ３１を前記第３レンズ群に含まれる前記単レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
    3 ＜ ｆ３１／ｆ ＜ 5 （４）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    Ｔｍａｘ、Ｔｍｉｎを前記顕微鏡対物レンズが仕様上許容する試料保持部材の厚さの最大値、最小値、Ｎｄを観察に使用する試料保持部材の屈折率、ｄｍｉｎをＴｍａｘの厚さを有する試料保持部材使用時の光学的作動距離とするとき、以下の条件式
    0.6 ＜ （Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｎｄ／ｄｍｉｎ ＜ 3.0 （５）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第２レンズ群は、正のパワーを有する単レンズであり、
    ｆを前記顕微鏡対物レンズの焦点距離とし、ｆ２を前記第２レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式
    4 ＜ ｆ２／ｆ ＜ 6 （６）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    ｄｉを屈折率がＮｄで厚さがＴｉの試料保持部材を使用して観察したときの光学的作動距離とするとき、以下の条件式
    0.3 ＜ （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ ＜ 0.77 （７）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  8. 乾燥系の顕微鏡対物レンズであって、物体側から順に、
    正のパワーを有する第１レンズ群と、
    光軸に沿って移動可能な第２レンズ群と、
    隣り合って対向する空気接触面である２面の凹面を有する第３レンズ群と、からなり、
    ＮＡを前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、ｄｉを屈折率がＮｄで厚さがＴｉの試料保持部材を使用して観察したときの光学的作動距離、ｆを前記顕微鏡対物レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
    0.66 ≦ ＮＡ ≦ 1 （１）
    0.3 ＜ （ｄｉ＋Ｔｉ／Ｎｄ）／ｆ ＜ 0.77 （７）
    を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
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