JP2018169483A - Objective optical system for microscope and microscope using the same - Google Patents

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Abstract

To provide an objective optical system for a microscope capable of obtaining a clear observation image regardless of a type of sample or sample placement method or the like even if the sample is disposed in contact with or next to a face closest to an object side of the optical system.SOLUTION: A sample is disposed in contact with or next to a face closest to an object side of an objective lens group 11. A lens component included in the face closest to the object side of the objective lens group 11 is made from an optical material with a Knoop hardness of 1500 or more.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡及びそれに用いる顕微鏡用対物光学系に関する。   The present invention relates to a microscope that captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal and displays a photographed image on a display of the portable information terminal, and an objective optical system for a microscope used therefor.

本件出願人は、スマートフォン、タブレット等の携帯情報端末が備えているカメラ機能によって、観察する試料の像を撮影し、その撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する携帯情報端末設置型の顕微鏡を提案している(特願2016‐163997号明細書参照)。   The applicant of the present invention uses a portable information terminal installation type microscope that takes an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal such as a smartphone or a tablet, and displays the photographed image on the display of the portable information terminal. It has been proposed (see Japanese Patent Application No. 2016-163997).

また、特許文献1に使用可能な光学系としては、観察対象である試料を光学系の最も物体側の面に直接載置するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Further, as an optical system that can be used in Patent Document 1, an optical system in which a sample to be observed is directly placed on the most object-side surface of the optical system is known (see, for example, Patent Document 1).

米国特許第7995272号明細書US Pat. No. 7,995,272

しかし、特許文献1に記載の光学系では、硬度の高い試料等を載置したとき、又は、試料を把持するためのピンセットの先端が触れたとき等に、試料の載置面である光学系の最も物体側の面が傷ついてしまうおそれがあった。そのため、本件出願人が提案している上述の顕微鏡に特許文献1に記載の光学系を採用した場合、そのようにしてできた傷の影響によって鮮明な観察画像を得ることができないおそれがあった。   However, in the optical system described in Patent Document 1, when a sample with high hardness or the like is placed, or when the tip of tweezers for gripping the sample is touched, the optical system that is the placement surface of the sample There is a risk that the surface on the most object side will be damaged. Therefore, when the optical system described in Patent Document 1 is adopted in the above-mentioned microscope proposed by the present applicant, there is a possibility that a clear observation image cannot be obtained due to the influence of the wound thus made. .

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、試料を光学系の最も物体側の面に接触又は隣接するように配置した場合であっても、試料の種類、又は、試料の載置方法等によらず、鮮明な観察画像を得ることができる顕微鏡用対物光学系及びそれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and even when the sample is disposed so as to be in contact with or adjacent to the most object-side surface of the optical system, the type of the sample or the placement of the sample It is an object to provide a microscope objective optical system capable of obtaining a clear observation image and a microscope using the same regardless of the method.

上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡用対物光学系は、
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
前記最も物体側の面を構成するレンズ成分は、ヌープ硬度が1500以上の光学材料で形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the microscope objective optical system of the present invention comprises:
An objective optical system for a microscope used for a microscope that captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal and displays a photographed image on a display of the portable information terminal,
The specimen is placed in contact with or adjacent to the most object-side surface,
The lens component constituting the most object side surface is formed of an optical material having a Knoop hardness of 1500 or more.

ここで、「レンズ成分」とは、レンズ単体又は接合レンズのことをいう。   Here, the “lens component” refers to a single lens or a cemented lens.

例えば、口腔内細菌等の観察を行うために歯垢及び歯石を採取し、その歯垢及び歯石を対物レンズ群の最も物体側の面に直接載置する場合には、歯垢及び歯石を採取するために用いられる歯科用スケーラー(ステンレス製)によって、採取した歯垢及び歯石を載置する際に、対物レンズ群の最も物体側の面に傷が生じてしまうおそれがある。   For example, plaque and tartar are collected to observe bacteria in the oral cavity, and plaque and tartar are collected when the plaque and tartar are placed directly on the most object side surface of the objective lens group. When the collected dental plaque and calculus are placed by the dental scaler (made of stainless steel) used for the purpose, there is a possibility that the surface closest to the object side of the objective lens group may be damaged.

また、屋外で土壌微生物を観察するために、土の成分を含んだ水溶液を対物レンズ群の最も物体側の面に直接載置する場合には、その土の成分によって、その水溶液を拭き取る際に、対物レンズ群の最も物体側の面に傷が生じてしまうおそれがある。   In order to observe soil microorganisms outdoors, when placing an aqueous solution containing soil components directly on the surface closest to the object side of the objective lens group, when wiping the aqueous solution with the soil components, The surface of the objective lens group closest to the object side may be scratched.

そこで、本発明の光学系では、最も物体側の面を構成するレンズ成分をヌープ硬度が1500以上の光学材料によって形成している。これにより、最も物体側の面が十分な硬さを持つようになるので、その面自体に試料を直接載置したり、その面から試料を拭き取ったりしたとしても、その面には傷がつきにくい。   Therefore, in the optical system of the present invention, the lens component constituting the most object-side surface is formed of an optical material having a Knoop hardness of 1500 or more. As a result, the surface closest to the object has sufficient hardness, so even if the sample is placed directly on the surface itself or the sample is wiped off the surface, the surface will be scratched. Hateful.

ここで、ヌープ硬度が1500を下回る値であると、試料に混じる鉱物、微細な石片、ガラス質の結晶等により発生する傷、載置面を拭く布、紙等に付着するガラス繊維等により発生する傷を十分に防止することができない。   Here, if the Knoop hardness is a value less than 1500, it may be caused by minerals mixed in the sample, fine stone fragments, scratches caused by glassy crystals, etc., cloth for wiping the mounting surface, glass fibers adhering to paper, etc. Scratches that occur cannot be prevented sufficiently.

したがって、本発明の顕微鏡用対物光学系によれば、試料の載置面である光学系の最も物体側の面に傷がつきにくく、その傷による影響を受けないので、試料の種類、又は、試料の載置方法等によらず、鮮明な観察画像を得ることができる。   Therefore, according to the objective optical system for a microscope of the present invention, the surface on the most object side of the optical system which is the sample mounting surface is hardly scratched and is not affected by the scratch. A clear observation image can be obtained regardless of the sample placement method or the like.

また、上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡用対物光学系は、
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
前記最も物体側の面を構成するレンズ成分は、サファイアで形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the objective optical system for a microscope of the present invention is
An objective optical system for a microscope used for a microscope that captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal and displays a photographed image on a display of the portable information terminal,
The specimen is placed in contact with or adjacent to the most object-side surface,
The lens component constituting the most object side surface is formed of sapphire.

ヌープ硬度が1500以上の光学材料のうち、サファイアは、比較的加工性が高いので、例えば、φ5mm程度の非常に小さい載置面を形成する場合には、サファイアを用いると製造しやすくなる。また、サファイアは、屈折率が1.75程度と比較的高いので、サファイアを用いると、対物レンズ群の最も物体側の面を構成するレンズ成分を薄くすることができ、光学系全体を小型化しやすくなる。   Of optical materials having a Knoop hardness of 1500 or more, sapphire has a relatively high workability. For example, when forming a very small mounting surface of about φ5 mm, sapphire is easy to manufacture. In addition, since sapphire has a relatively high refractive index of about 1.75, the use of sapphire makes it possible to reduce the lens component that forms the most object-side surface of the objective lens group, thereby miniaturizing the entire optical system. It becomes easy.

また、上記目的を達成するために、本発明の顕微鏡は、
上記いずれかの顕微鏡用対物光学系を備えている顕微鏡であって、
顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体に接続され、前記携帯情報端末が載置される載置台とを備え、
前記顕微鏡本体は、前記試料を載置するための試料載置部を有し、
前記顕微鏡用対物光学系の前記対物レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部に、前記対物レンズ群の最も物体側の面が前記試料載置部で露出するように配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the microscope of the present invention is
A microscope provided with any one of the above objective optical systems for a microscope,
A microscope main body, and a mounting table connected to the microscope main body on which the portable information terminal is mounted;
The microscope main body has a sample placement unit for placing the sample,
The objective lens group of the objective optical system for a microscope is arranged inside the microscope main body so that the most object side surface of the objective lens group is exposed at the sample mounting portion. .

第1実施形態に係る顕微鏡を示す斜視図であり、図1Aは携帯情報端末を載置している状態を示し、図1Bは携帯情報端末を載置していない状態を示す。It is a perspective view which shows the microscope which concerns on 1st Embodiment, FIG. 1A shows the state which has mounted the portable information terminal, and FIG. 1B shows the state which has not mounted the portable information terminal. 図1の顕微鏡の内部の構造を示すII−II線断面図。II-II sectional view taken on the line which shows the internal structure of the microscope of FIG. 図1の顕微鏡の顕微鏡用対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。Sectional drawing which follows the optical axis which shows the structure of the objective optical system for microscopes of the microscope of FIG. 図3の顕微鏡用対物光学系の対物レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。Sectional drawing which follows the optical axis which shows the structure of the objective lens group of the objective optical system for microscopes of FIG. 図3の顕微鏡用対物光学系の第1結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view along the optical axis showing the configuration of a first imaging lens group of the microscope objective optical system in FIG. 3. 図3の顕微鏡用対物光学系の第2結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view along the optical axis showing the configuration of a second imaging lens group of the microscope objective optical system in FIG. 3. 図3の顕微鏡用対物光学系の収差曲線図であり、図3Aは球面収差、図3Bは非点収差、図3Cは歪曲収差を示す。FIG. 3A is an aberration curve diagram of the microscope objective optical system of FIG. 3, FIG. 3A shows spherical aberration, FIG. 3B shows astigmatism, and FIG. 3C shows distortion. 第2実施形態に係る顕微鏡の顕微鏡用対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図。Sectional drawing which follows the optical axis which shows the structure of the objective optical system for microscopes of the microscope which concerns on 2nd Embodiment. 図8の顕微鏡用対物光学系の対物レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。Sectional drawing which follows the optical axis which shows the structure of the objective lens group of the objective optical system for microscopes of FIG. 図8の顕微鏡用対物光学系の第1結像レンズ群の構成を示す光軸に沿う断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view along the optical axis showing the configuration of the first imaging lens group of the microscope objective optical system in FIG. 8. 図8の顕微鏡用対物光学系の収差曲線図であり、図11は球面収差、図11は非点収差、図11は歪曲収差を示す。FIG. 11 is an aberration curve diagram of the microscope objective optical system of FIG. 8, in which FIG. 11 shows spherical aberration, FIG. 11 shows astigmatism, and FIG. 11 shows distortion. 図1又は図8の顕微鏡による大腸菌の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of colon_bacillus | E._coli with the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡によるサルモネラ菌の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of Salmonella by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡による黄色ブドウ球菌の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of S. aureus by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡による緑膿菌の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of Pseudomonas aeruginosa by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡による黒カビの胞子の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of the black mold spore by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡による酵母(カンジダ)の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of yeast (Candida) by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡によるワイン酵母の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of the wine yeast by the microscope of FIG. 1 or FIG. 図1又は図8の顕微鏡による口腔内細菌の観察画像を示す写真。The photograph which shows the observation image of the bacteria in the oral cavity by the microscope of FIG. 1 or FIG.

[第1実施形態]
以下、図1〜図7を参照して、第1実施形態に係る顕微鏡M及びそれに用いられる光学系について説明する。顕微鏡Mは、観察する試料の像を携帯情報端末Pが備えているカメラ機能により撮像し、ディスプレイに表示するものである。
[First Embodiment]
Hereinafter, the microscope M according to the first embodiment and the optical system used therefor will be described with reference to FIGS. The microscope M captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in the portable information terminal P and displays it on a display.

まず、図1及び図2を参照して、顕微鏡Mの構成について説明する。   First, the configuration of the microscope M will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1Aに示すように、顕微鏡Mは、顕微鏡本体1と、その顕微鏡本体1に着脱自在に接続可能な載置台2と、載置台2に載置される携帯情報端末Pとで構成される。   As shown in FIG. 1A, the microscope M includes a microscope main body 1, a mounting table 2 that can be detachably connected to the microscope main body 1, and a portable information terminal P mounted on the mounting table 2.

図1B及び図2に示すように、顕微鏡本体1は、水平方向に窪んだ凹部が形成された筐体1aと、筐体1aの凹部の下方側に設けられた試料載置部1bと、筐体1aの凹部の上方側に配置され、試料載置部1bに光を照射する光源1cと、筐体1aの内部に配置された光学系1d(顕微鏡用対物光学系)とを有している。   As shown in FIGS. 1B and 2, the microscope main body 1 includes a housing 1 a in which a recessed portion that is recessed in the horizontal direction is formed, a sample mounting portion 1 b that is provided below the recessed portion of the housing 1 a, and a housing. The light source 1c is disposed above the concave portion of the body 1a, and irradiates the sample mounting portion 1b with light, and the optical system 1d (objective optical system for microscope) is disposed inside the housing 1a. .

載置台2は、携帯情報端末Pを載置する板状の載置板2aと、載置板2aを支持する板状の支持脚2bとによって、逆L字状の部材として構成されている。載置板2aには、携帯情報端末Pを載置する側の面から顕微鏡本体1側の面まで貫くようにして円形の透視窓2cが形成されている。透視窓2cは、載置台2に載置される携帯情報端末のカメラレンズP1(第2結像レンズ群)と一致する位置に形成されている。   The mounting table 2 is configured as an inverted L-shaped member by a plate-shaped mounting plate 2a on which the portable information terminal P is mounted and a plate-shaped support leg 2b that supports the mounting plate 2a. A circular see-through window 2c is formed in the mounting plate 2a so as to penetrate from the surface on the side where the portable information terminal P is mounted to the surface on the microscope body 1 side. The see-through window 2c is formed at a position that coincides with the camera lens P1 (second imaging lens group) of the portable information terminal mounted on the mounting table 2.

筐体1aの内部には、光学系1dを構成するレンズ群のうち、対物レンズ群1d1及び第1結像レンズ群1d2が配置されている。また、対物レンズ群1d1と第1結像レンズ群1d2との間には、ミラーmが配置されている。   Among the lens groups constituting the optical system 1d, an objective lens group 1d1 and a first imaging lens group 1d2 are arranged inside the housing 1a. A mirror m is arranged between the objective lens group 1d1 and the first imaging lens group 1d2.

対物レンズ群1d1は、試料載置部1bに最も物体側の面が露出するように配置されており、その面には観察対象である試料が、直接又はカバーガラス等を介して隣接するようにして載置される。   The objective lens group 1d1 is arranged so that the surface closest to the object is exposed on the sample mounting portion 1b, and the sample to be observed is adjacent to the surface directly or through a cover glass or the like. Placed.

光源1cから照射され、試料を透過した光は、対物レンズ群1d1を通過した後、ミラーmで反射され、第1結像レンズ群1d2を介して、筐体1a(すなわち、顕微鏡本体1)の外部(具体的には、載置台2の透視窓2cに対応する位置)に出射される。   The light irradiated from the light source 1c and transmitted through the sample passes through the objective lens group 1d1, is reflected by the mirror m, and passes through the first imaging lens group 1d2, and then the housing 1a (that is, the microscope body 1). The light is emitted to the outside (specifically, a position corresponding to the see-through window 2c of the mounting table 2).

筐体1aの外部に射出された光は、載置台2に載置されている携帯情報端末PのカメラレンズP1(すなわち、フォーカシング時に移動する第2結像光学系)によって結像される。その像(すなわち、試料の観察画像)は、携帯情報端末Pの内蔵する撮像素子によって撮影され、携帯情報端末Pのディスプレイ上に撮影画像として表示される。   The light emitted to the outside of the housing 1a is imaged by the camera lens P1 of the portable information terminal P mounted on the mounting table 2 (that is, the second imaging optical system that moves during focusing). The image (that is, the observation image of the sample) is photographed by an imaging element built in the portable information terminal P and displayed as a photographed image on the display of the portable information terminal P.

次に、図3〜図7を参照して、光学系1dの構成について詳細に説明する。なお、図4〜図6に示した各レンズ群の光軸に沿う断面図において、r1,r2,・・・及びd1,d2,・・・の数字は、数値データにおける面番号1,2,・・・に対応している。また、後述する数値データにおいては、sは面番号、rは各面の曲率半径、dは面間隔、ndはd線における屈折率、νdはd線におけるアッベ数をそれぞれ示している。   Next, the configuration of the optical system 1d will be described in detail with reference to FIGS. In the cross-sectional views along the optical axis of each lens group shown in FIGS. 4 to 6, the numbers r1, r2,... And d1, d2,. It corresponds to. In numerical data to be described later, s represents a surface number, r represents a radius of curvature of each surface, d represents a surface spacing, nd represents a refractive index in the d line, and νd represents an Abbe number in the d line.

図3に示すように、光学系1dは、光軸Lc上に物体側から順に配置された、対物レンズ群G11(すなわち、対物レンズ群1d1)と、第1結像レンズ群G12(すなわち、第1結像レンズ群1d2)と、第2結像レンズ群G13(すなわち、カメラレンズP1)とで構成されている。   As shown in FIG. 3, the optical system 1d includes an objective lens group G11 (that is, the objective lens group 1d1) and a first imaging lens group G12 (that is, the first lens group) arranged in order from the object side on the optical axis Lc. 1 imaging lens group 1d2) and second imaging lens group G13 (that is, camera lens P1).

観察対象となる試料の像(物体面Oに位置する像)は、対物レンズ群G11によって第1像面IM1で一度結像する。第1像面IM1で結像した像は、第1結像レンズ群G12及び第2結像レンズ群G13によって、第2像面IM2で再度結像される。第2像面IM2は、携帯情報端末Pの撮像素子の撮像面と一致しており、その面上で結像された像は、携帯情報端末Pのディスプレイ上に表示される。   An image of the sample to be observed (an image located on the object plane O) is formed once on the first image plane IM1 by the objective lens group G11. The image formed on the first image plane IM1 is formed again on the second image plane IM2 by the first imaging lens group G12 and the second imaging lens group G13. The second image plane IM2 coincides with the imaging plane of the imaging element of the portable information terminal P, and the image formed on the plane is displayed on the display of the portable information terminal P.

図4に示すように、対物レンズ群G11は、物体側から順に、平レンズであるレンズL11と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズL12と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL13と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL14と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL15とにより構成されている。   As shown in FIG. 4, the objective lens group G11 includes, in order from the object side, a lens L11 that is a flat lens, a lens L12 that is a planoconvex lens having a positive refractive power and a convex surface facing the image side, and a negative lens. A lens L13 that is a meniscus lens having a refractive power and having a concave surface facing the image side, a lens L14 that is a biconvex lens having a positive refractive power, and a meniscus lens having a negative refractive power and having a concave surface facing the image side And a lens L15.

また、対物レンズ群G11においては、レンズL13とレンズL14とが接合されている。   In the objective lens group G11, the lens L13 and the lens L14 are cemented.

ここで、対物レンズ群G11の最も物体側の面を構成するレンズ成分(レンズL11)は、ヌープ硬度1500以上の光学材料(具体的には、サファイア)によって形成されている。これにより、最も物体側の面が十分な硬さを持つようになるので、その面自体に試料を直接載置したとしても、その面には傷がつきにくい。光学系1dでは、そのようにしてできた傷の影響を受けることがないので、試料の種類、又は、試料の載置方法等によらず、鮮明な観察画像を得ることができる。   Here, the lens component (lens L11) constituting the most object side surface of the objective lens group G11 is formed of an optical material (specifically, sapphire) having a Knoop hardness of 1500 or more. As a result, the most object-side surface has sufficient hardness, so even if the sample is directly placed on the surface itself, the surface is hardly damaged. In the optical system 1d, since it is not affected by the scratches thus formed, a clear observation image can be obtained regardless of the type of sample or the method of placing the sample.

以下に、対物レンズ群G11に係る面データを示す。   The surface data relating to the objective lens group G11 is shown below.

図5に示すように、第1結像レンズ群G12は、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL21と、負の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズL22と、正の屈折力を持ち、像側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL23と、平レンズであるレンズL24とにより構成されている。   As shown in FIG. 5, the first imaging lens group G12 includes a lens L21, which is a biconvex lens having a positive refractive power, and a lens L22, which is a meniscus lens having a negative refractive power and having a convex surface facing the image side. And a lens L23 which is a plano-convex lens having a positive refractive power and having a flat surface facing the image side, and a lens L24 which is a flat lens.

また、第1結像レンズ群G12においては、レンズL21とレンズL22とが接合されている。   In the first imaging lens group G12, the lens L21 and the lens L22 are cemented.

以下に、第1結像レンズ群G12に係る面データを示す。   The surface data relating to the first imaging lens group G12 is shown below.

上記の数値データ2に示したように、第1結像レンズ群G12の最も像側に(すなわち、第1結像レンズ群G12と第2結像レンズ群G13との間に)、平レンズであるレンズL24が配置されている。そして、このレンズL24はフォーカシング時に固定となっている。これにより、光学系1dでは、第1結像レンズ群G12と第2結像レンズ群G13とを、独立した光学系として分離可能に構成されている。   As shown in the numerical data 2 above, a flat lens is located closest to the image side of the first imaging lens group G12 (that is, between the first imaging lens group G12 and the second imaging lens group G13). A certain lens L24 is arranged. The lens L24 is fixed during focusing. Thereby, in the optical system 1d, the first imaging lens group G12 and the second imaging lens group G13 are configured to be separable as independent optical systems.

ただし、レンズL24は平板状レンズに限定されるものではなく、筐体1aの形状(第1結像レンズ群G12の配置スペース)、要求される光学性能等に基づいて、球面又は非球面のレンズを用いてもよい。   However, the lens L24 is not limited to a flat lens, and may be a spherical or aspherical lens based on the shape of the housing 1a (placement space of the first imaging lens group G12), required optical performance, and the like. May be used.

図6に示すように、第2結像レンズ群G13は、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL31と、負の屈折力を持つ両凹レンズであるレンズL32と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズL33とによって構成されている。   As shown in FIG. 6, the second imaging lens group G13 has a positive refractive power, a lens L31 which is a biconvex lens having a positive refractive power, a lens L32 which is a biconcave lens having a negative refractive power, and the like. The lens L33 is a meniscus lens having a convex surface facing the image side.

光学系1dでは、第2結像レンズ群G13の全部を光軸Lcに沿って移動させることによって、フォーカシングが行われる。具体的には、後述する数値データ3における面番号6に係る面間隔(6.60mm)を変化させることによってフォーカシングを行う。なお、フォーカシングの方法は、このような構成に限定されるものではなく、第2結像レンズ群の一部を光軸に沿って移動させることによって行ってもよい。   In the optical system 1d, focusing is performed by moving the entire second imaging lens group G13 along the optical axis Lc. Specifically, focusing is performed by changing a surface interval (6.60 mm) related to surface number 6 in numerical data 3 described later. The focusing method is not limited to such a configuration, and may be performed by moving a part of the second imaging lens group along the optical axis.

以下に、第2結像レンズ群G13に係る面データを示す。   The surface data relating to the second imaging lens group G13 is shown below.

図7に光学系1d全体に係る収差図を示す。なお、図7において、図7Aは球面収差(SA(mm))、図7Bは非点収差(AST(mm))を示し、図7Cは歪曲収差(DIS(%))を示す。図7A(球面収差)において、実線はF線、破線はd線、一点鎖線はC線の収差を示す。図7B(非点収差)において、実線はタンジェンシャル平面、破線はサジタル平面を示す。   FIG. 7 shows aberration diagrams related to the entire optical system 1d. In FIG. 7, FIG. 7A shows spherical aberration (SA (mm)), FIG. 7B shows astigmatism (AST (mm)), and FIG. 7C shows distortion aberration (DIS (%)). In FIG. 7A (spherical aberration), the solid line indicates the F line, the broken line indicates the d line, and the alternate long and short dash line indicates the C line. In FIG. 7B (astigmatism), a solid line indicates a tangential plane, and a broken line indicates a sagittal plane.

図7の収差図及び後述する図12〜図19の観察画像からも明らかなように、対物レンズ群G11の最も物体側の面を構成するレンズ成分が、ヌープ硬度1500以上の光学材料(具体的には、サファイア)によって形成されている光学系1dを用いた場合であっても、観察する試料の像を十分な画質を確保しつつ撮像できる。   As is apparent from the aberration diagram of FIG. 7 and the observation images of FIGS. 12 to 19 described later, an optical material (specifically, the lens component constituting the most object-side surface of the objective lens group G11 has a Knoop hardness of 1500 or more) Even when the optical system 1d formed of sapphire is used, it is possible to capture an image of the sample to be observed while ensuring sufficient image quality.

[第2実施形態]
以下、図8〜図11を参照して、第2実施形態に係る顕微鏡に用いられる光学系について説明する。ただし、本実施形態の顕微鏡は、対物レンズ群及び第1結像レンズ群の構成のみにおいて、第1実施形態の顕微鏡Mと異なっている。対物レンズ群及び第1結像レンズ群の構成及び数値データ、並びに、光学系全体に関する数値データについてのみ説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, an optical system used in the microscope according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. However, the microscope of this embodiment differs from the microscope M of the first embodiment only in the configuration of the objective lens group and the first imaging lens group. Only the configuration and numerical data of the objective lens group and the first imaging lens group, and numerical data related to the entire optical system will be described.

図8〜図10を参照して、第2実施形態の光学系(顕微鏡用対物光学系)の構成について詳細に説明する。なお、図8〜図10に示した各レンズ群の光軸に沿う断面図において、r1,r2,・・・及びd1,d2,・・・の数字は、数値データにおける面番号1,2,・・・に対応している。また、後述する数値データにおいては、sは面番号、rは各面の曲率半径、dは面間隔、ndはd線における屈折率、νdはd線におけるアッベ数をそれぞれ示している。   With reference to FIGS. 8-10, the structure of the optical system (objective optical system for microscopes) of 2nd Embodiment is demonstrated in detail. In the sectional views along the optical axis of each lens group shown in FIGS. 8 to 10, the numbers r1, r2,... And d1, d2,. It corresponds to. In numerical data to be described later, s represents a surface number, r represents a radius of curvature of each surface, d represents a surface spacing, nd represents a refractive index in the d line, and νd represents an Abbe number in the d line.

図8に示すように、第2実施形態の光学系は、光軸Lc上に物体側から順に配置された、対物レンズ群G21と、第1結像レンズ群G22と、第2結像レンズ群G13とで構成されている。   As shown in FIG. 8, the optical system of the second embodiment includes an objective lens group G21, a first imaging lens group G22, and a second imaging lens group, which are arranged in order from the object side on the optical axis Lc. And G13.

観察対象となる試料の像(物体面Oに位置する像)は、対物レンズ群G21によって第1像面IM1で一度結像する。第1像面IM1で結像した像は、第1結像レンズ群G22及び第2結像レンズ群G13によって、第2像面IM2で再度結像される。第2像面IM2は、携帯情報端末Pの撮像素子の撮像面と一致しており、その面上で結像された像は、携帯情報端末Pのディスプレイ上に表示される。   An image of the sample to be observed (an image located on the object plane O) is formed once on the first image plane IM1 by the objective lens group G21. The image formed on the first image plane IM1 is formed again on the second image plane IM2 by the first imaging lens group G22 and the second imaging lens group G13. The second image plane IM2 coincides with the imaging plane of the imaging element of the portable information terminal P, and the image formed on the plane is displayed on the display of the portable information terminal P.

図9に示すように、対物レンズ群G21は、物体側から順に、平レンズであるレンズL41と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けた平凸レンズであるレンズL42と、正の屈折力を持ち、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであるレンズL43と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL44と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL45と、負の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL46と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL47とにより構成されている。   As shown in FIG. 9, the objective lens group G21 includes, in order from the object side, a lens L41 that is a flat lens, a lens L42 that has a positive refractive power and a convex surface facing the image side, and a positive lens. A lens L43 that is a meniscus lens having a refractive power and having a convex surface facing the image side, a lens L44 that has a negative refractive power and having a concave surface facing the image side, and a biconvex lens having a positive refractive power Lens L45, a lens L46 which is a meniscus lens having negative refractive power and having a concave surface facing the image side, and a lens L47 which is a biconvex lens having positive refractive power.

また、対物レンズ群G21においては、レンズL41とレンズL42とが接合されており、レンズL44とレンズL45とが接合されており、レンズL46とレンズL47とが接合されている。さらに、対物レンズ群G21においては、観察時に、試料と対物レンズ群G21の最も物体側との間には、水が存在するように構成されている。   In the objective lens group G21, the lens L41 and the lens L42 are joined, the lens L44 and the lens L45 are joined, and the lens L46 and the lens L47 are joined. Further, the objective lens group G21 is configured such that water exists between the sample and the most object side of the objective lens group G21 during observation.

ここで、対物レンズ群G21の最も物体側の面を構成するレンズ成分(レンズL41)は、ヌープ硬度1500以上の光学材料(具体的には、サファイア)によって形成されている。これにより、最も物体側の面が十分な硬さを持つようになるので、その面自体に試料を直接載置したとしても、その面には傷がつきにくい。第2実施形態の光学系では、そのようにしてできた傷の影響を受けることがないので、試料の種類、又は、試料の載置方法等によらず、鮮明な観察画像を得ることができる。   Here, the lens component (lens L41) constituting the most object-side surface of the objective lens group G21 is formed of an optical material (specifically, sapphire) having a Knoop hardness of 1500 or more. As a result, the most object-side surface has sufficient hardness, so even if the sample is directly placed on the surface itself, the surface is hardly damaged. In the optical system of the second embodiment, since it is not affected by the scratches thus formed, a clear observation image can be obtained regardless of the type of sample or the method of placing the sample. .

以下に、対物レンズ群G21に係る面データを示す。   The surface data relating to the objective lens group G21 is shown below.

図10に示すように、第1結像レンズ群G22は、正の屈折力を持ち、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL51と、正の屈折力を持つ両凸レンズであるレンズL52と、正の屈折力を持ち、像側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL53と、平レンズであるレンズL54とにより構成されている。   As shown in FIG. 10, the first imaging lens group G22 has a positive refractive power, a lens L51 which is a meniscus lens having a concave surface facing the image side, and a lens L52 which is a biconvex lens having a positive refractive power. And a lens L53, which is a plano-convex lens having a positive refractive power and having a flat surface facing the image side, and a lens L54, which is a flat lens.

また、第1結像レンズ群G22においては、レンズL51とレンズL52とが接合されている。   In the first imaging lens group G22, the lens L51 and the lens L52 are cemented.

以下に、第1結像レンズ群G12に係る面データを示す。   The surface data relating to the first imaging lens group G12 is shown below.

図11に第2実施形態の光学系全体に係る収差図を示す。なお、図11において、図11Aは球面収差(SA(mm))、図11Bは非点収差(AST(mm))を示し、図11Cは歪曲収差(DIS(%))を示す。図11A(球面収差)において、実線はF線、破線はd線、一点鎖線はC線の収差を示す。図11B(非点収差)において、実線はタンジェンシャル平面、破線はサジタル平面を示す。   FIG. 11 is an aberration diagram related to the entire optical system according to the second embodiment. In FIG. 11, FIG. 11A shows spherical aberration (SA (mm)), FIG. 11B shows astigmatism (AST (mm)), and FIG. 11C shows distortion aberration (DIS (%)). In FIG. 11A (spherical aberration), the solid line indicates the F line, the broken line indicates the d line, and the alternate long and short dash line indicates the C line aberration. In FIG. 11B (astigmatism), a solid line indicates a tangential plane and a broken line indicates a sagittal plane.

図11の収差図及び後述する図12〜図19の観察画像からも明らかなように、対物レンズ群G21の最も物体側の面を構成するレンズ成分が、ヌープ硬度1500以上の光学材料(具体的には、サファイア)によって形成されている第2実施形態の光学系を用いた場合であっても、観察する試料の像を十分な画質を確保しつつ撮像できる。   As is apparent from the aberration diagram of FIG. 11 and the observed images of FIGS. 12 to 19 described later, the lens component constituting the most object-side surface of the objective lens group G21 is an optical material having a Knoop hardness of 1500 or more (specifically Even when the optical system of the second embodiment formed of sapphire is used, it is possible to capture an image of the sample to be observed while ensuring sufficient image quality.

[その他の実施形態]
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。
[Other Embodiments]
Although the illustrated embodiment has been described above, the present invention is not limited to such a form.

例えば、上記実施形態においては、試料の載置面である光学系の最も物体側の面を構成するレンズ成分の光学材料として、サファイアを用いている。しかし、サファイア以外であっても、ヌープ硬度1500以上であれば、同様の効果を得ることができる。   For example, in the above embodiment, sapphire is used as the optical material of the lens component that constitutes the most object-side surface of the optical system that is the mounting surface of the sample. However, even if it is other than sapphire, the same effect can be obtained as long as the Knoop hardness is 1500 or more.

[実験データ]
図12〜図19に、上記のいずれかの光学系を備えている顕微鏡による観察画像を示す。図12は大腸菌(約3μm)、図13はサルモネラ菌(約2μm)、図14は黄色ブドウ球菌(約1μm)、図15は緑膿菌(約3μm)、図16は黒カビの胞子(約4μm)、図17は酵母(カンジダ)(約5μm)、図18はワイン酵母(約5μm)、図19は口腔内細菌(約0.5〜10μm)の観察画像である。
[Experiment data]
12 to 19 show images observed by a microscope equipped with any one of the optical systems described above. 12 is Escherichia coli (about 3 μm), FIG. 13 is Salmonella (about 2 μm), FIG. 14 is S. aureus (about 1 μm), FIG. 15 is Pseudomonas aeruginosa (about 3 μm), and FIG. 16 is black mold spores (about 4 μm). 17 is an observation image of yeast (Candida) (about 5 μm), FIG. 18 is an observation image of wine yeast (about 5 μm), and FIG. 19 is an observation image of oral bacteria (about 0.5 to 10 μm).

1…顕微鏡本体、1a…筐体、1b…試料載置部、1c…光源、1d…光学系(顕微鏡用対物光学系)、1d1,G11…対物レンズ群、1d2,G12…第1結像レンズ群、2…載置台、2a…載置板、2b…支持脚、2c…透視窓、IM1…第1像面、IM2…第2像面、Lc…光軸、M…顕微鏡、m…ミラー、O…物体面、P…携帯情報端末、P1,G13…カメラレンズ(第2結像レンズ群)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microscope main body, 1a ... Housing | casing, 1b ... Sample mounting part, 1c ... Light source, 1d ... Optical system (microscope objective optical system), 1d1, G11 ... Objective lens group, 1d2, G12 ... 1st imaging lens Group, 2 ... mounting table, 2a ... mounting plate, 2b ... support leg, 2c ... transparent window, IM1 ... first image plane, IM2 ... second image plane, Lc ... optical axis, M ... microscope, m ... mirror, O: Object plane, P: Portable information terminal, P1, G13: Camera lens (second imaging lens group).

Claims (3)

観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
前記最も物体側の面を構成するレンズ成分は、ヌープ硬度が1500以上の光学材料で形成されていることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
An objective optical system for a microscope used for a microscope that captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal and displays a photographed image on a display of the portable information terminal,
The specimen is placed in contact with or adjacent to the most object-side surface,
The objective optical system for a microscope, wherein the lens component constituting the surface closest to the object is formed of an optical material having a Knoop hardness of 1500 or more.
観察する試料の像を携帯情報端末が備えているカメラ機能により撮像し、撮影画像を携帯情報端末のディスプレイに表示する顕微鏡に用いられる顕微鏡用対物光学系であって、
最も物体側の面には、前記試料が接触又は隣接して配置され、
前記最も物体側の面を構成するレンズ成分は、サファイアであることを特徴とする顕微鏡用対物光学系。
An objective optical system for a microscope used for a microscope that captures an image of a sample to be observed by a camera function provided in a portable information terminal and displays a photographed image on a display of the portable information terminal,
The specimen is placed in contact with or adjacent to the most object-side surface,
2. The microscope objective optical system according to claim 1, wherein the lens component constituting the most object side surface is sapphire.
請求項1又は請求項2に記載の顕微鏡用対物光学系を備えている顕微鏡であって、
顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体に接続され、前記携帯情報端末が載置される載置台とを備え、
前記顕微鏡本体は、前記試料を載置するための試料載置部を有し、
前記顕微鏡用対物光学系の前記対物レンズ群は、前記顕微鏡本体の内部に、前記対物レンズ群の最も物体側の面が前記試料載置部で露出するように配置されていることを特徴とする顕微鏡。
A microscope comprising the microscope objective optical system according to claim 1 or 2,
A microscope main body, and a mounting table connected to the microscope main body on which the portable information terminal is mounted;
The microscope main body has a sample placement unit for placing the sample,
The objective lens group of the objective optical system for a microscope is arranged inside the microscope main body so that the most object side surface of the objective lens group is exposed at the sample mounting portion. microscope.
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