JP2018066913A - 液浸系対物レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】1.42以上の高開口数を有し、且つ、アポクロマートを実現する液浸系対物レンズを提供する。
【解決手段】対物レンズ１は、1.42以上の開口数を有する液浸系対物レンズであり、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群Ｇ２、負の第３レンズ群Ｇ３からなる。第１レンズ群Ｇ１は、平凸レンズＬ１と物体側に凹面を向けた第１のメニスカスレンズＬ２を含む第１の接合レンズＣＬ１と正レンズＬ３からなる。第２レンズ群Ｇ２は、複数の接合レンズを含む。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正レンズＬ１１と負レンズＬ１２を含む像側に凹面を向けた接合レンズＣＬ４と物体側に凹面を向けた負レンズＬ１３と正レンズＬ１４からなる。Ｈを軸上マージナル光線高さの最大値とし、ｆを焦点距離とし、ＮＡｏｂを開口数とするとき、以下の条件式を満たす。
3.5 ≦ （Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 5.2 （１）
【選択図】図１

Description

本発明は、液浸系対物レンズに関し、特に、開口数１．４２以上でアポクロマートを実現する液浸系対物レンズに関する。
近年、生物学の分野では、生体細胞内の運動や活性についての観察が、全反射型蛍光顕微鏡法（Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy、以降、TIRFMと記す。）を用いて盛んに行われている。TIRFMでは、照明光をカバーガラスと標本との境界面で全反射させるために、高い開口数を有する顕微鏡対物レンズが使用される。
従来技術における高開口数を有する顕微鏡対物レンズは、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
特開２０１３−０３３２７４号公報 特開２００７−１２１３３８号公報
ところで、高い開口数を実現するための方法の一つに、特殊なオイル又はカバーガラスを用いる方法がある。このような特殊なオイル又はカバーガラスを用いることなしに高開口数を有し、且つ、球面収差、色収差などの諸収差を良好に補正することは非常に難しい。
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、１．４２以上の高開口数を有し、且つ、アポクロマートを実現する液浸系対物レンズを提供することである。
本発明の一態様に係る液浸系対物レンズは、１．４２以上の物体側開口数を有する液浸系対物レンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群からなる。前記第１レンズ群は、平凸レンズと物体側に凹面を向けた第１のメニスカスレンズとを含む第１の接合レンズと、少なくとも１枚の正レンズからなる。前記第２レンズ群は、複数の接合レンズを含む。前記第３レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた第２の接合レンズであって正レンズと負レンズを含む第２の接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズと、正レンズと、からなる。Ｈを前記液浸系対物レンズにおける軸上マージナル光線高さの最大値とし、ｆを前記液浸系対物レンズの焦点距離とし、ＮＡｏｂを前記液浸系対物レンズの開口数とするとき、液浸系対物レンズは、以下の条件式を満たす。
3.5 ≦ （Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 5.2 （１）
上記の態様によれば、１．４２以上の高開口数を有し、且つ、アポクロマートを実現する液浸系対物レンズを提供することができる。
実施例１に係る対物レンズ１の断面図である。 結像レンズ１０の断面図である。 対物レンズ１と結像レンズ１０からなる光学系の収差図である。 実施例２に係る対物レンズ２の断面図である。 対物レンズ２と結像レンズ１０からなる光学系の収差図である。 実施例３に係る対物レンズ３の断面図である。 対物レンズ３と結像レンズ１０からなる光学系の収差図である。
本願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（以降、単に対物レンズと記す）は、結像レンズと組み合わせて使用される無限遠補正型の顕微鏡対物レンズであり、観察時に浸液とともに用いられる、１．４２以上の物体側開口数を有する液浸系対物レンズである。なお、使用される浸液は、標本内部の屈折率に近い屈折率を有する媒質であり、例えば、水、オイルなどである。
対物レンズは、物体側から順に配置された、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群から構成されている。
第１レンズ群は、第１の接合レンズと少なくとも１枚の正レンズからなる。最も物体側に配置されたレンズ成分である第１の接合レンズは、物体側に平面を向けた平凸レンズと、その平凸レンズの像側に配置された物体側に凹面を向けた第１のメニスカスレンズと、からなる接合レンズである。即ち、平凸レンズは、対物レンズを構成するレンズのうちの最も物体側に配置されたレンズであり、平凸レンズの平面は、浸液と接する対物レンズの第１面である。
なお、第１レンズ群は、第１の接合レンズと１枚の正レンズまたは、第１の接合レンズと２枚の正レンズで構成されていることが望ましい。また、２枚の正レンズは、それぞれ単レンズであることが望ましい。
第１の接合レンズの像側のレンズ面である凸面は、半球の球冠（球面部分）に対応する球面又はそれを少し越える球面であることが望ましい。これにより、第１の接合レンズの像側の凸面の曲率が浮遊条件（アプラナティックな条件）を満たし、球面収差とコマ収差の発生が抑制される。その結果、高い開口数を実現することができる。また、第１の接合レンズの接合面を物体側に向けた凹面とすることで、この接合面の負の屈折力によりペッツバール和が補正される。
第１レンズ群は、その正の屈折力により光線束の発散を小さくして、発散を抑えた光線束を第２レンズ群に導くように構成されている。第１レンズ群に含まれる少なくとも１枚の正レンズは、第２レンズ群へ導かれる光線束の発散の抑制に有効である。なお、少なくとも１枚の正レンズは、それぞれ単レンズであることが望ましく、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであることがさらに望ましい。
第２レンズ群は、複数の接合レンズを含んでいる。第２レンズ群に含まれる複数の接合レンズで球面収差と色収差が補正される。対物レンズが高い開口数を有し且つアポクロマートを実現するためには、第２レンズ群に３枚接合レンズが含まれることが望ましい。
第３レンズ群は、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けた第２の接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を有する正レンズと、から構成されている。第２の接合レンズは、正レンズとその正レンズの像側に配置された負レンズとからなる接合レンズである。第２の接合レンズよりも像側に配置された負レンズと正レンズは、接合されていてもよく、また、それぞれ単レンズとして構成されてもよい。即ち、第３レンズ群は、像側に凹面を向けた第２の接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有する接合レンズから構成されてもよい。また、第３レンズ群は、第２の接合レンズと、物体側に凹面を向けた単レンズである負レンズと、像側に凸面を向けた単レンズである正レンズから構成されてもよい。
第３レンズ群に含まれる第２の接合レンズは、強い負の屈折力を有する。これにより、ペッツバール和が補正されるとともに、球面収差とコマ収差も良好に補正される。なお、第２の接合レンズは、色収差を良好に補正するため、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズであることが望ましい。
第３レンズ群に含まれる物体側に凹面を向けた負レンズでは、物体側の凹面の負の屈折力によりペッツバール和が良好に補正されるとともに、諸収差も良好に補正される。また、第３レンズ群に含まれる物体側に凹面を向けた負レンズと像側に凸面を向けた正レンズでは、対物レンズから出射する際の光線高及び光線角度が調整される。なお、物体側に凹面を向けた負レンズと像側に凸面を向けた正レンズは、それぞれ物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、それらが接合した接合レンズとして構成されることが望ましい。このように構成することで、倍率色収差が補正される。
本明細書において、光線束(pencil of light)とは、物体の一点（物点）から出射した光線の束のことである。また、レンズ成分とは、単レンズ、接合レンズを問わず、物点からの光線が通るレンズ面のうち物体側の面と像側の面の２つの面のみが空気（又は浸液）と接する一塊のレンズブロックのことである。
対物レンズは、以下の条件式（１）を満たすように構成されている。
3.5 ≦ （Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 5.2 （１）
但し、Ｈは対物レンズにおける軸上マージナル光線高さの最大値である。ｆは対物レンズの焦点距離である。ＮＡｏｂは対物レンズの物体側の開口数である。なお、軸上マージナル光線とは、光軸上の物点からの発散光線束に含まれる、対物レンズの射出瞳の最も光軸から離れた位置（つまり、最も外側）を通過する光線のことである。
条件式（１）は、高い開口数を実現しながら、標本中の広い範囲を中心から周辺まで十分な解像で且つ明るく高いコントラストで観察するための条件式である。（Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂが上限値を超えないことにより、マージナル光線高さが高くなりすぎることを防ぐことができる。このため、球面収差やコマ収差などの諸収差の発生量を小さくして、諸収差を良好に補正することが可能となる。また、（Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂが下限値を下回らないことにより、第２レンズ群で十分なマージナル光線高さを確保できるため、第３レンズ群でのマージナル光線高さを相対的に小さくすることができる。これにより、実質的に好ましい範囲にまで像面湾曲を補正することが可能となる。
以上のように構成された対物レンズによれば、１．４２以上の高開口数を有し、且つ、アポクロマートを実現することができる。
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、以下の条件式（２）から条件式（５）を満たすように構成されることが望ましい。
1.8 ≦ （（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 3.2 （２）
1 ≦ （ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 1.4 （３）
1.75 ≦ ｎ１≦ 1.9 （４）
9 ≦ ｆｐ／ｆ≦ 17 （５）
但し、Ｌは第３レンズ群における軸上マージナル光線高さの最小値である。ｆ１は第１の接合レンズの焦点距離である。ｎ１は第１のメニスカスレンズの屈折率である。ｆｐは対物レンズの同焦点距離である。なお、同焦点距離とは、対物レンズを顕微鏡に取り付け面から対物レンズの前側焦点位置までの距離のことであり、同焦距離ともいう。
条件式（２）は、条件式（１）で得られる効果をさらに効果的に発揮するための条件式であり、像面湾曲補正のためのマージナル光線高さの上げ下げについて規定している。（（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂが上限値を超えないことにより、第３レンズ群内部でのマージナル光線高さを十分に低くすることができる。これにより、第３群レンズでペッツバール和を効果的に補正することが可能となり、その結果、広視野に渡り像面湾曲を良好に補正することが可能となる。（（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂが下限値を下回らないことにより、第３レンズ群内部でのマージナル光線高さが低くなりすぎることを防ぐことができる。このため、第３レンズ群が大きくなりすぎることを防ぐことができる。これに伴い、対物レンズ終端部付近での光線束の発散が適度に抑えられるため、対物レンズ終端部で光線束を平行光に変換する際に、極端に強い正の屈折力を必要としない。従って、平行光に変換する際に生じるコマ収差を小さくすることができる。
条件式（３）は、先玉レンズで生じる高次収差とペッツバール和とをバランスよく補正するための条件式である。（ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂが上限値を超えないことにより、先玉レンズである第１の接合レンズの屈折力が弱くなりすぎることを防ぐことが可能であり、第１の接合レンズから射出される光線束の発散を十分に小さくすることができる。そのため、それ以降の光学系へ入射する際の光線高さが高くなりすぎることを防ぐことができる。その結果、１．４２以上の高ＮＡの対物レンズにおいても球面収差や軸外収差を良好に補正することが可能となる。また、（ｆ１／ｆ）／ＮＡｏｂが下限値を下回らないことにより、第１の接合レンズの屈折力が強くなりすぎることを防ぐことができる。これにより、それ以降の光学系での光線高さが低くなりすぎることを防ぐことが可能となり、それ以降の光学系、特に第２レンズ群以降で像面湾曲を補正する目的で光線高を上げ下げすることが可能となる。このため、さらに良好に像面湾曲を補正することが可能となる。
条件式（４）は、第１レンズ群での収差の発生量を抑えながら発散角が大きな光線を十分に屈折させるための条件式である。条件式（４）を満たすことで、第１のメニスカスレンズに入射する発散角が大きな光線を十分に曲げることができるため、第２レンズ群以降のレンズ群において、それらのレンズ群を通過する光線の高さを下げることができる。その結果、光学系全体での色収差の発生を極力抑えながら、高次の球面収差と高次のコマ収差の発生を抑えることができる。一般に、屈折率の高い硝材は高分散（低アッベ数）を有している。これを考慮すると、ｎ１が上限値を超えないことにより、アッベ数が小さくなりすぎることを回避することができるため、先玉レンズで発生する軸上色収差、倍率色収差の発生量を抑えることができる。また、ｎ１が下限値を下回らないことにより、光学系全体での高次の球面収差、高次のコマ収差の発生を抑えることができる。
条件式（５）は、所定の同焦点距離を維持しながら広視野を確保するための条件式である。Ｌ／ｆが上限値を超えないことにより、対物レンズの同焦点距離が所定の距離を超えないようにしながら、対物レンズの焦点距離が短くなり過ぎることを防ぐことができる。これにより、対物レンズと所定の焦点距離を有する結像レンズとの組み合わせである顕微鏡光学系の倍率が高くなりすぎることを防ぐことができる。このため、広視野の観察に対応することが可能となる。Ｌ／ｆが下限値を下回らないことにより、顕微鏡光学系の倍率が低くなりすぎることを防ぐことができる。このため、高精細な観察に対応することが可能となる。
対物レンズは、第１の負レンズを有し、さらに、以下の条件式（６）を満たすように構成されることが望ましい。
0.005 ≦ ｄ／ｈ１ ≦ 0.1 （６）
但し、ｄは第１の負レンズの光軸上の厚さである。ｈ１は第１の負レンズの物体側のレンズ面における軸上マージナル光線高さである。
条件式（６）は、高次収差をより良く補正するための条件式である。条件式（６）を満たすことで既定の同焦点距離によって制限された対物レンズ内の限られた空間に余裕が生まれる。このため、レンズ間隔を調整して各レンズ面での生じる屈折力を大きくしたり、レンズ枚数を増やしたりすることが可能となり、高次収差をより良好に補正することが可能となる。ｄ／ｈ１が上限値を超えないことにより、第１の負レンズが厚くなりすぎることを防ぐことができる。これにより、空間に余裕が生まれるため、高次収差を良好に補正することができる。また、ｄ／ｈ１が下限値を下回らないことにより、第１の負レンズが薄くなりすぎることを防ぐことができる。このため、レンズ枠への接着時や組み立て時にレンズへ応力が掛かることによる収差発生を防ぐことができる。
なお、対物レンズは、条件式（１）から条件式（５）の代わりに下記の条件式（１−１）から条件式（５−１）を満たすように構成されていてもよい。
3.8 ≦ （Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ≦ 4.8 （１−１）
2.4 ≦ （（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ≦ 3.0 （２−１）
1.03 ≦ （ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ≦ 1.2 （３−１）
1.8 ≦ ｎ１ ≦ 1.89 （４−１）
10 ≦ ｆｐ／ｆ≦ 16 （５−１）
以下、上述した対物レンズの実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例に係る対物レンズ１の断面図である。対物レンズ１は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる、顕微鏡用の液浸系対物レンズである。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ１（第１の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３と、からなる。接合レンズＣＬ１は、最も物体側に配置された平面を物体側に向けた平凸レンズＬ１と、平凸レンズＬ１の像側に配置された物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２（第１のメニスカスレンズ）からなる。メニスカスレンズＬ３は、正レンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、複数の接合レンズ（接合レンズＣＬ２、接合レンズＣＬ３）を含んでいる。より詳細には、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ２と、接合レンズＣＬ３と、両凸レンズＬ１０からなる。
接合レンズＣＬ２は、正負正の３枚接合レンズからなる第１の色消しレンズ成分である。接合レンズＣＬ２は、両凸レンズＬ４と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６からなる。
接合レンズＣＬ３は、負正負の３枚接合レンズからなる第２の色消しレンズ成分である、接合レンズＣＬ３は、像側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ７と、両凸レンズＬ８と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ９からなる。接合レンズＣＬ３は、接合レンズＣＬ２の近くに、より具体的には、接合レンズＣＬ２の最も像側のレンズ面ｓ１２と接合レンズＣＬ３の最も物体側のレンズ面ｓ１３との光軸上の距離が接合レンズＣＬ３の光軸上の厚さよりも小さくなる位置に、配置されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けた接合レンズＣＬ４（第２の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けた接合レンズＣＬ５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形状を有し、物体側から順に、正レンズである両凸レンズＬ１１と、負レンズである両凹レンズＬ１２からなる。接合レンズＣＬ５は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有し、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１３と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１４からなる。
なお、対物レンズ１では、メニスカスレンズＬ５、メニスカスレンズＬ７、メニスカスレンズＬ９が条件式（６）を満たしている。即ち、メニスカスレンズＬ５、メニスカスレンズＬ７、メニスカスレンズＬ９は、対物レンズ１の第１の負レンズである。
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
1 INF 0
2 INF 0.17 1.52397 54.41
3 INF 0.152 1.51495 41
4 INF 0.756 1.51633 64.14
5 -3.0323 3.649 1.883 40.76
6 -3.3067 0.1
7 -10 1.306 1.883 40.76
8 -7.6719 0.15
9 13.0236 7.376 1.43875 94.93
10 -8.042 0.573 1.738 32.26
11 -28.0828 3.659 1.43875 94.93
12 -10.2544 0.311
13 45.4925 0.565 1.63775 42.41
14 14.4615 7.275 1.43875 94.93
15 -7.8092 0.564 1.63775 42.41
16 -32.0204 0.25
17 12.2183 5.141 1.43875 94.93
18 -24.5259 0.15
19 6.3796 5.386 1.43875 94.93
20 -12.7768 0.578 1.63775 42.41
21 3.7146 4.272
22 -3.3463 4.361 1.7725 49.6
23 -11.08 2.719 1.7847 26.29
24 -7.3475
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s1,s2は物体面且つカバーガラスＣＧの物体側の表面を示している。面番号s3,s4,s24が示す面は、それぞれカバーガラスＣＧの像側の表面、対物レンズ１の最も物体側のレンズ面、対物レンズ１の最も像側のレンズ面である。屈折率nd3は、浸液ＩＭの屈折率を示している。また、例えば、面間隔d1は、面番号s1が示す面から面番号s2が示す面までの光軸上の距離を示している。
対物レンズ１の各種データは、以下のとおりである。なお、ｆＧ１、ｆＧ２、ｆＧ３は、それぞれ第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、βは対物レンズの倍率、ＦＮは視野数、ＷＤは作動距離である。その他のパラメータは、上述したとおりである。
β＝60、ＦＮ＝22、ＷＤ＝0.152mm、Ｈ＝8.072mm、ｆ＝3mm、ＮＡｏｂ＝1.5、Ｌ＝2.363mm、ｆ１＝4.7916mm、ｎ１＝1.833、ｆｐ＝45mm、ｆＧ１＝4.29mm、ｆＧ２＝15.05mm、ｆＧ３＝-15.1443mm
メニスカスレンズＬ５を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.573mm、ｈ１＝16.0312mm、
メニスカスレンズＬ７を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.565mm、ｈ１＝15.014mm、
メニスカスレンズＬ９を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.564mm、ｈ１＝15.342mm、
対物レンズ１は、以下に示すように、条件式（１）から条件式（６）を満たしている。
（１）（Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ＝4.036
（２）（（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ＝2.8545
（３）（ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ＝1.0648
（４）ｎ１＝1.833
（５）ｆｐ／ｆ＝15
（６）ｄ／ｈ１＝0.03574 （メニスカスレンズＬ５の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.03763 （メニスカスレンズＬ７の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.03676 （メニスカスレンズＬ９の場合）
図２は、対物レンズ１と組み合わせて使用される結像レンズ１０の断面図である。結像レンズ１０は、無限遠補正型の対物レンズと組み合わせて物体の拡大像を形成する顕微鏡結像レンズである。結像レンズ１０は、両凸レンズＬ１と、両凸レンズの像側に配置された物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２と、からなる接合レンズＣＬ１である。結像レンズ１０は、対物レンズ１の最も像側のレンズ面s24から結像レンズ１０の最も物体側のレンズ面s1までの光軸上の距離が133mmになるように、配置されている。なお、結像レンズ１０の焦点距離は180mmである。
結像レンズ１０のレンズデータは、以下のとおりである。
結像レンズ１０
s r d nd νd
1 193.123 5.5 1.48749 70.23
2 -61.238 4.6 1.72047 34.71
3 -105.391
図３は、対物レンズ１と結像レンズ１０からなる光学系の収差図であり、対物レンズ１と結像レンズ１０が形成する像面における収差を示している。図３（ａ）は球面収差図であり、図３（ｂ）は正弦条件違反量を示した図であり、図３（ｃ）は非点収差図であり、図３（ｄ）はコマ収差図である。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。図３に示されるように、本実施例では、広い視野に渡って収差が良好に補正されている。
［実施例２］
図４は、本実施例に係る対物レンズ２の断面図である。対物レンズ２は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる、顕微鏡用の液浸系対物レンズである。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ１（第１の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３と、からなる。接合レンズＣＬ１は、最も物体側に配置された平面を物体側に向けた平凸レンズＬ１と、平凸レンズＬ１の像側に配置された物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２（第１のメニスカスレンズ）からなる。メニスカスレンズＬ３は、正レンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、複数の接合レンズ（接合レンズＣＬ２、接合レンズＣＬ３）を含んでいる。より詳細には、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ２と、接合レンズＣＬ３と、両凸レンズＬ１０からなる。
接合レンズＣＬ２は、正負正の３枚接合レンズからなる第１の色消しレンズ成分である。接合レンズＣＬ２は、両凸レンズＬ４と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６からなる。
接合レンズＣＬ３は、負正負の３枚接合レンズからなる第２の色消しレンズ成分であり、像側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ７と、両凸レンズＬ８と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ９からなる。接合レンズＣＬ３は、接合レンズＣＬ２の近くに、より具体的には、接合レンズＣＬ２の最も像側のレンズ面ｓ１２と接合レンズＣＬ３の最も物体側のレンズ面ｓ１３との光軸上の距離が接合レンズＣＬ３の光軸上の厚さよりも小さくなる位置に、配置されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けた接合レンズＣＬ４（第２の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１３と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１４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形状を有し、物体側から順に、正レンズである両凸レンズＬ１１と、負レンズである両凹レンズＬ１２からなる。
なお、対物レンズ２では、メニスカスレンズＬ５、メニスカスレンズＬ７、メニスカスレンズＬ９が条件式（６）を満たしている。即ち、メニスカスレンズＬ５、メニスカスレンズＬ７、メニスカスレンズＬ９は、対物レンズ２の第１の負レンズである。
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
1 INF 0
2 INF 0.17 1.52397 54.41
3 INF 0.143 1.51495 41
4 INF 0.6 1.51633 64.14
5 -2.9657 4.088 1.883 40.76
6 -3.4989 0.1
7 -10 1.597 1.883 40.76
8 -7.2578 0.15
9 12.6465 7.37 1.43875 94.93
10 -8.042 0.523 1.738 32.26
11 -75.5769 4.357 1.43875 94.93
12 -10.1926 0.283
13 45.2348 0.523 1.63775 42.41
14 14.1108 6.542 1.43875 94.93
15 -8.2794 0.475 1.63775 42.41
16 -48.0863 0.25
17 12.1423 4.759 1.43875 94.93
18 -34.4139 0.15
19 6.4418 5.523 1.43875 94.93
20 -13.6512 0.597 1.63775 42.41
21 3.8526 4.37
22 -3.4655 3.461 1.7725 49.6
23 -10.3549 0.5
24 -12 2.536 1.80518 25.42
25 -7.3961
面番号s4,s25が示す面は、それぞれ対物レンズ２の最も物体側のレンズ面、対物レンズ２の最も像側のレンズ面である。
対物レンズ２の各種データは、以下のとおりである。
β＝60、ＦＮ＝22、ＷＤ＝0.143mm、Ｈ＝7.973mm、ｆ＝3mm、ＮＡｏｂ＝1.5、Ｌ＝2.519mm、ｆ１＝5.0898mm、ｎ１＝1.833、ｆｐ＝45mm、ｆＧ１＝4.36mm、ｆＧ２＝16.46mm、ｆＧ３＝-17.54mm
メニスカスレンズＬ５を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.523mm、ｈ１＝16.472mm、
メニスカスレンズＬ７を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.523mm、ｈ１＝14.824mm、
メニスカスレンズＬ９を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.475mm、ｈ１＝14.674mm、
対物レンズ２は、以下に示すように、条件式（１）から条件式（６）を満たしている。
（１）（Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ＝3.9865
（２）（（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ＝2.727
（３）（ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ＝1.131066667
（４）ｎ１＝1.833
（５）ｆｐ／ｆ＝15
（６）ｄ／ｈ１＝0.03175 （メニスカスレンズＬ５の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.03528 （メニスカスレンズＬ７の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.03237 （メニスカスレンズＬ９の場合）
図５は、対物レンズ２と結像レンズ１０からなる光学系の収差図であり、対物レンズ２と結像レンズ１０が形成する像面における収差を示している。なお、結像レンズ１０は、対物レンズ２の最も像側のレンズ面s25から結像レンズ１０の最も物体側のレンズ面s1までの光軸上の距離が133mmになるように、配置されている。図５（ａ）は球面収差図であり、図５（ｂ）は正弦条件違反量を示した図であり、図５（ｃ）は非点収差図であり、図５（ｄ）はコマ収差図である。図５に示されるように、本実施例では、広い視野に渡って収差が良好に補正されている。
［実施例３］
図６は、本実施例に係る対物レンズ３の断面図である。対物レンズ３は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる、顕微鏡用の液浸系対物レンズである。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ１（第１の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４からなる。接合レンズＣＬ１は、最も物体側に配置された平面を物体側に向けた平凸レンズＬ１と、平凸レンズＬ１の像側に配置された物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２（第１のメニスカスレンズ）からなる。メニスカスレンズＬ３は、正レンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、複数の接合レンズ（接合レンズＣＬ２、接合レンズＣＬ３）を含んでいる。より詳細には、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された、接合レンズＣＬ２と、接合レンズＣＬ３と、両凸レンズＬ１１からなる。
接合レンズＣＬ２は、正負正の３枚接合レンズからなる第１の色消しレンズ成分である。接合レンズＣＬ２は、両凸レンズＬ５と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ７からなる。
接合レンズＣＬ３は、負正負の３枚接合レンズからなる第２の色消しレンズ成分であり、像側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ８と、両凸レンズＬ９と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１０からなる。接合レンズＣＬ３は、接合レンズＣＬ２の近くに、より具体的には、接合レンズＣＬ２の最も像側のレンズ面ｓ１４と接合レンズＣＬ３の最も物体側のレンズ面ｓ１５との光軸上の距離が接合レンズＣＬ３の光軸上の厚さよりも小さくなる位置に、配置されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けた接合レンズＣＬ４（第２の接合レンズ）と、物体側に凹面を向けた接合レンズＣＬ５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形状を有し、物体側から順に、正レンズである両凸レンズＬ１２と、負レンズである両凹レンズＬ１３からなる。接合レンズＣＬ５は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１４と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１５からなる。
なお、対物レンズ３では、メニスカスレンズＬ６、メニスカスレンズＬ８、メニスカスレンズＬ１０が条件式（６）を満たしている。即ち、メニスカスレンズＬ６、メニスカスレンズＬ８、メニスカスレンズＬ１０は、対物レンズ３の第１の負レンズである。
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
1 INF 0
2 INF 0.17 1.52397 54.41
3 INF 0.144 1.51495 41
4 INF 0.667 1.51633 64.14
5 -2.8462 3.705 1.883 40.76
6 -3.2561 0.1
7 -10 0.924 1.883 40.76
8 -8.8357 0.15
9 49.7862 1.2 1.883 40.76
10 -132.2999 0.15
11 16.1699 6.797 1.43875 94.93
12 -8.042 0.474 1.738 32.26
13 -30.4208 3.517 1.43875 94.93
14 -10.5162 0.366
15 36.573 0.502 1.63775 42.41
16 11.4502 7.533 1.43875 94.93
17 -8.6066 0.485 1.63775 42.41
18 -27.1528 0.249
19 10.3799 5.468 1.43875 94.93
20 -35.9049 0.15
21 7.0141 5.038 1.43875 94.93
22 -10.4018 0.57 1.63775 42.41
23 4.175 4.018
24 -3.1086 4.346 1.7725 49.6
25 -9.9919 2.737 1.7847 26.29
26 -7.1561
面番号s4,s26が示す面は、それぞれ対物レンズ３の最も物体側のレンズ面、対物レンズ３の最も像側のレンズ面である。
対物レンズ３の各種データは、以下のとおりである。
β＝60、ＦＮ＝22、ＷＤ＝0.144mm、Ｈ＝8.009mm、ｆ＝3mm、ＮＡｏｂ＝1.5、Ｌ＝2.336mm、ｆ１＝4.7086mm、ｎ１＝1.833、ｆｐ＝45mm、ｆＧ１＝4.04mm、ｆＧ２＝14.3mm、ｆＧ３＝-13.82mm
メニスカスレンズＬ６を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.474mm、ｈ１＝16.61mm、
メニスカスレンズＬ８を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.502mm、ｈ１＝15.818mm、
メニスカスレンズＬ１０を第１の負レンズとすると、ｄとｈ１は、以下のとおりである。
ｄ＝0.485mm、ｈ１＝16.24mm、
対物レンズ３は、以下に示すように、条件式（１）から条件式（６）を満たしている。
（１）（Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ＝4.0045
（２）（（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ＝2.8365
（３）（ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ＝1.046355556
（４）ｎ１＝1.833
（５）ｆｐ／ｆ＝15
（６）ｄ／ｈ１＝0.02854 （メニスカスレンズＬ６の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.03174 （メニスカスレンズＬ８の場合）
（６）ｄ／ｈ１＝0.02986 （メニスカスレンズＬ１０の場合）
図７は、対物レンズ３と結像レンズ１０からなる光学系の収差図であり、対物レンズ３と結像レンズ１０が形成する像面における収差を示している。なお、結像レンズ１０は、対物レンズ３の最も像側のレンズ面s26から結像レンズ１０の最も物体側のレンズ面s1までの光軸上の距離が133mmになるように、配置されている。図７（ａ）は球面収差図であり、図７（ｂ）は正弦条件違反量を示した図であり、図７（ｃ）は非点収差図であり、図７（ｄ）はコマ収差図である。図７に示されるように、本実施例では、広い視野に渡って収差が良好に補正されている。
１、２、３・・・対物レンズ、１０・・・結像レンズ、Ｇ１・・・第１レンズ群、Ｇ２・・・第２レンズ群、Ｇ３・・・第３レンズ群、ＣＧ・・・カバーガラス、ＩＭ・・・浸液

Claims (6)

  1. １．４２以上の物体側開口数を有する液浸系対物レンズであって、
    物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群からなり、
    前記第１レンズ群は、平凸レンズと物体側に凹面を向けた第１のメニスカスレンズとを含む第１の接合レンズと、少なくとも１枚の正レンズからなり、
    前記第２レンズ群は、複数の接合レンズを含み、
    前記第３レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた第２の接合レンズであって正レンズと負レンズを含む第２の接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズと、正レンズと、からなり、
    Ｈを前記液浸系対物レンズにおける軸上マージナル光線高さの最大値とし、ｆを前記液浸系対物レンズの焦点距離とし、ＮＡｏｂを前記液浸系対物レンズの開口数とするとき、以下の条件式
    3.5 ≦ （Ｈ／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 5.2 （１）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
  2. 請求項１に記載の液浸系対物レンズにおいて、
    Ｌを前記第３レンズ群における軸上マージナル光線高さの最小値とするとき、以下の条件式
    1.8 ≦ （（Ｈ−Ｌ）／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 3.2 （２）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の液浸系対物レンズにおいて、
    ｆ１を第１の接合レンズの焦点距離とするとき、以下の条件式
    1 ≦ （ｆ１／ｆ）×ＮＡｏｂ ≦ 1.4 （３）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液浸系対物レンズにおいて、
    ｎ１を第１のメニスカスレンズの屈折率とするとき、以下の条件式
    1.75 ≦ ｎ１≦ 1.9 （４）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液浸系対物レンズにおいて、
    ｆｐを前記液浸系対物レンズの同焦点距離とするとき、以下の条件式
    9 ≦ ｆｐ／ｆ≦ 17 （５）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液浸系対物レンズにおいて、
    前記液浸系対物レンズは、第１の負レンズを有し、
    ｄを前記第１の負レンズの光軸上の厚さとし、ｈ１を前記第１の負レンズの物体側のレンズ面における軸上マージナル光線高さとするとき、以下の条件式
    0.005 ≦ ｄ／ｈ１ ≦ 0.1 （６）
    を満たすことを特徴とする液浸系対物レンズ。
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