JP3363237B2

JP3363237B2 - 蛍光用顕微鏡対物レンズ

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Publication number: JP3363237B2
Application number: JP04332094A
Authority: JP
Inventors: 宏一小西
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH07230039A; US5739957A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、倍率が２０〜１００倍
程度で開口数が０．８以上で２次スペクトルが良く除去
されているアポロクロマートの蛍光用顕微鏡対物レンズ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に生物関係の研究分野におい
て、ある特定の物質を蛍光染色することによって細胞に
ダメージを与えることなしに観察が可能であることか
ら、蛍光顕微鏡が広く用いられている。この蛍光顕微鏡
は、短い波長の光を標本にあてて励起させ、これによっ
て発光する励起光（蛍光）を観察するものである。この
励起光のうち波長の短いものの代表的な光線としてｉ線
（３６５ｎｍ）がある。又最近は生体内のカルシウムイ
オンＣ_a ⁺⁺ を観察するために、３４０ｎｍの励起光も用
いられる。

【０００３】以上のようなことから、蛍光用顕微鏡対物
レンズは、３４０ｎｍ程度までの波長の光の透過率が大
でなければならない。更に、発光する蛍光は微弱なもの
が多く、対物レンズを構成する硝材に励起光によって蛍
光を発する（自家蛍光）ものがあると、観察像のコント
ラストを著しく劣化させる。このために蛍光用顕微鏡対
物レンズは、使用しうる硝材に制限がある。例えばアッ
ベ数が３５以下の硝材や、アッベ数が５０以下で屈折率
が１．６２以上の硝材は使用できない。又それ以外の硝
材でも使用できるものは限られている。

【０００４】従来知られている高倍で高開口数の顕微鏡
対物レンズとして、特開昭５９−１５５８２２号、特開
昭６１−２７５８１３号、特願平５−１４２４７７号の
各公報に記載されたレンズ系がある。

【０００５】前記の従来例のうち、特開昭５９−１５５
８２２号、特開昭６１−２７５８１３号の各公報の対物
レンズは、蛍光用硝材を用いていないため、蛍光観察像
が満足のいくものではない。また蛍光用硝材を用いても
ハイパークロマティクにはなし得ない。

【０００６】又、特開平５−１４２４７７号公報の対物
レンズは、蛍光用硝材を用いており、像面も平坦であ
り、２次スペクトルもよく除去されているが、波長３４
０ｎｍの光の透過率が２０％と低く蛍光像が暗くなる。

【０００７】又、特開昭５５−７９４０６号公報の対物
レンズは、蛍光用硝材を用いて励起光の透過光を良くし
ているが、開口数が０．６５と小さい。蛍光用顕微鏡対
物レンズは、開口数が大きければ大きいほど取り込む励
起光が多く、明るく見えがよくなる。しかし開口数０．
６５では明るさの点でものたりない。

【０００８】更に、特開昭６１−２７５８１１号公報の
対物レンズは、開口数が０．７５と大きいが蛍光用硝材
を用いていないため、蛍光観察像が満足の行くものでは
ない。また蛍光用硝材を用いても球面収差、色収差を除
去することは難しい。

【０００９】本発明は上記のような状況に鑑みなされた
もので、蛍光用硝材を用いて球面収差と色収差とを良好
に補正し、蛍光観察時に高解像，高コントラストの中倍
〜高倍で高い開口数を有するセミアポクロマート又はア
ポクロマートの蛍光用顕微鏡対物レンズを提供するもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光用対物レン
ズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正の屈折
力を有するメニスカスレンズまたは平凸レンズと物体側
に凹面を向けたメニスカスレンズとを接合した接合レン
ズを含む第１レンズ群と、複数の接合レンズを含む第２
レンズ群と、物体側から順に正レンズと負レンズとを接
合した接合レンズからなる第３レンズ群とを備えてい
て、下記の条件（１），（２）を満足する蛍光用顕微鏡
対物レンズ。

【００１１】（１）ｎ_3P＜１．６２（２）３５＜ν_3P＜５５ただし、ｎ_3Pは第３レンズ群の正レンズの屈折率、ν_3P
は第３レンズ群の正レンズのアッベ数である。

【００１２】本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズは、蛍光
性能を上げるために自家蛍光が少なく紫外線励起蛍光
（波長３４０ｎｍ）の透過率の高い硝材を用いた。しか
しこれら硝材は、屈折率の低いものが多く、像面を平坦
にすることがむずかしく、それを多少犠牲にしなければ
ならなかった。

【００１３】上記の点を考慮して設けた条件が前記の条
件（１），（２）である。

【００１４】一般に第１レンズ群，第２レンズ群は、ア
ッベ数の比較的大きい硝材を使用することが多い。それ
は、これらレンズ群においてなるべく光線を収斂させる
ようにししかも色収差を出来る限り発生させないためで
あるが、しかし色収差を完全に取ることは出来ない。こ
の色収差を補正するために後群にて逆の色収差を発生さ
せるために、接合レンズの正レンズにはアッベ数の低い
硝材を用いている。しかし、前述のように蛍光性能のよ
い硝材は、アッベ数が３５以下のものは使用出来ない。
そのため前記の第３レンズ群の正レンズのアッベ数は条
件（２）に示すように３５より大になる。又アッベ数が
５５以上になると倍率の色収差を補正出来なくなる。

【００１５】ここで本発明の対物レンズにおいて、倍率
を２０倍程度に限定すると、前群の第２レンズ群を正の
屈折力を持つ単レンズを含む構成とし、下記の条件
（３），（４），（５）を満足することが望ましい。

【００１６】（３）０．７＜ｆ₁ ／ｆ＜１．４ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ₁ は第１レンズ群の焦
点距離である。

【００１７】条件（３）は、標本面からの発散光を第１
レンズにおいて程よく収斂させて球面収差、コマ収差を
補正するためのものである。この条件（３）の上限の
１．４を越えると第１レンズ群の屈折力が弱くなり、球
面収差の補正能力が低下する。条件（３）の下限の０．
７を越えると第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎて球
面収差，コマ収差が補正しきれなくなる。

【００１８】又、下記条件（４）を満足することが好ま
しい。

【００１９】（４）２＜ｆ₂ ／ｆ＜６ただしｆ₂ は第２レンズ群の焦点距離である。

【００２０】条件（４）は、第１レンズ群で収斂された
光束をさらに収斂させ第３レンズ群へ導く際に発生する
諸収差を補正するためのものである。この条件（４）の
上限の６を越えると第２レンズ群の屈折力が弱くなり像
面湾曲を補正しきれなくなる。また下限の２を越えると
第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎて球面収差、色収
差を補正しきれなくなる。

【００２１】又、下記条件（５）を満足することが望ま
しい。

【００２２】（５） ν_2P-1＞７０ただし、ν_2P-1は第２レンズ群の正の屈折力を持つ単レ
ンズのアッベ数である。

【００２３】条件（５）は、光線の曲がりの大きい正の
屈折力を持つレンズにアッベ数の大きい硝材を用いれ
ば、このレンズ面で発生する色収差を少なく出来る。又
上記の条件（５）を満足する硝材は、自家蛍光、紫外線
励起光ともに透過率が良いので蛍光性能を向上させる上
でも効果的である。

【００２４】又、本発明の対物レンズにおいて、第２レ
ンズ群を負レンズ，正レンズ，負レンズを含む構成と
し、次の条件（６），（７）を満足することが好まし
い。

【００２５】（６）２５＜ν_2P-2−ν_2N-1 （７）２５＜ν_2P-2−ν_2N-2 ただしν_2P-2，ν_2N-1，ν_2N-2は夫々第２レンズ群の３
枚接合レンズの正レンズ、物体側の負レンズ、像側の負
レンズのアッベ数である。

【００２６】条件（６），（７）は、第２レンズ群の３
枚接合レンズの正レンズ，負レンズのアッベ数差を規定
したもので、これにより軸上、軸外とも色収差を良好に
補正し得る。更に上記の３枚のレンズに異常分散性をも
つ硝材を用いれば、２次スペクトルを極めて良好に補正
できる。これら条件（６），（７）から外れると色収差
を十分に補正出来ない。

【００２７】

【実施例】次に本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズの各実
施例を示す。実施例１ｆ＝1.8, ＮＡ＝1.4 ，β＝100 ，ＷＤ＝0.14 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.41 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝-1.086 ｄ₂ ＝1.55 ｎ₂ ＝1.7865 ν₂ ＝50 ｒ₃ ＝-1.564 ｄ₃ ＝0.15 ｒ₄ ＝-30.686 ｄ₄ ＝2.6 ｎ₃ ＝1.497 ν₃ ＝81.1 ｒ₅ ＝-3.964 ｄ₅ ＝0.19 ｒ₆ ＝12.019 ｄ₆ ＝3.67 ｎ₄ ＝1.43389 ν₄ ＝95.15 ｒ₇ ＝-4.675 ｄ₇ ＝1.19 ｎ₅ ＝1.53172 ν₅ ＝48.9 ｒ₈ ＝6.124 ｄ₈ ＝4.94 ｎ₆ ＝1.43389 ν₆ ＝95.15 ｒ₉ ＝-6.824 ｄ₉ ＝0.3 ｒ₁₀＝9.6 ｄ₁₀＝1.31 ｎ₇ ＝1.58144 ν₇ ＝40.75 ｒ₁₁＝4.993 ｄ₁₁＝4.8 ｎ₈ ＝1.43389 ν₈ ＝95.15 ｒ₁₂＝-5.017 ｄ₁₂＝1.19 ｎ₉ ＝1.6779 ν₉ ＝55.33 ｒ₁₃＝62.495 ｄ₁₃＝17.79 ｒ₁₄＝14.433 ｄ₁₄＝3.55 ｎ₁₀＝1.58144 ν₁₀＝40.75 ｒ₁₅＝-6.3963 ｄ₁₅＝1.98 ｎ₁₁＝1.50378 ν₁₁＝66.81 ｒ₁₆＝7.7597 ｎ_3P＝1.58144 ，ν_3P＝40.75 ν_2P-2 -ν_2n-1=54.40 ,ν_2P-2 -ν_2n-2=39.82

【００２８】実施例２ｆ＝4.5, ＮＡ＝1.35，β＝40，ＷＤ＝0.13 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3 ｎ₁ ＝1.50378 ν₁ ＝66.81 ｒ₂ ＝-1.437 ｄ₂ ＝2.78 ｎ₂ ＝1.7865 ν₂ ＝50 ｒ₃ ＝-2.379 ｄ₃ ＝0.1 ｒ₄ ＝-32.904 ｄ₄ ＝3.01 ｎ₃ ＝1.497 ν₃ ＝81.1 ｒ₅ ＝-5.323 ｄ₅ ＝0.27 ｒ₆ ＝118.406 ｄ₆ ＝4.1 ｎ₄ ＝1.43875 ν₄ ＝94.97 ｒ₇ ＝-7.835 ｄ₇ ＝1.09 ｎ₅ ＝1.58144 ν₅ ＝40.75 ｒ₈ ＝9.387 ｄ₈ ＝6.7 ｎ₆ ＝1.497 ν₆ ＝81.1 ｒ₉ ＝-9.398 ｄ₉ ＝0.84 ｒ₁₀＝-111.954 ｄ₁₀＝1.49 ｎ₇ ＝1.59551 ν₇ ＝39.21 ｒ₁₁＝15.816 ｄ₁₁＝6.06 ｎ₈ ＝1.43389 ν₈ ＝95.15 ｒ₁₂＝-7.781 ｄ₁₂＝1.6 ｎ₉ ＝1.6779 ν₉ ＝55.33 ｒ₁₃＝-17.072 ｄ₁₃＝11.2 ｒ₁₄＝18.693 ｄ₁₄＝4.82 ｎ₁₀＝1.58144 ν₁₀＝40.75 ｒ₁₅＝-14.515 ｄ₁₅＝1.56 ｎ₁₁＝1.50378 ν₁₁＝66.81 ｒ₁₆＝13.056 ｎ_3P＝1.58144 ，ν_3P＝40.75 ν_2P-2 -ν_2n-1=55.94 ,ν_2P-2 -ν_2n-2=39.82

【００２９】実施例３ｆ＝9 ，ＮＡ＝0.8 ，β＝20，ＷＤ＝0.83 ｒ₁ ＝-2.757 ｄ₁ ＝2.9 ｎ₁ ＝1.7865 ν₁ ＝50 ｒ₂ ＝-3.43 ｄ₂ ＝0.17 ｒ₃ ＝-26.297 ｄ₃ ＝2 ｎ₂ ＝1.56907 ν₂ ＝71.3 ｒ₄ ＝-6.142 ｄ₄ ＝2.7 ｒ₅ ＝-11.135 ｄ₅ ＝1.5 ｎ₃ ＝1.59551 ν₃ ＝39.21 ｒ₆ ＝19.488 ｄ₆ ＝4.5 ｎ₄ ＝1.43389 ν₄ ＝95.15 ｒ₇ ＝-8.585 ｄ₇ ＝4.21 ｒ₈ ＝-70.158 ｄ₈ ＝3.68 ｎ₅ ＝1.56907 ν₅ ＝71.3 ｒ₉ ＝-14.333 ｄ₉ ＝0.41 ｒ₁₀＝-104.259 ｄ₁₀＝1.6 ｎ₆ ＝1.6134 ν₆ ＝43.84 ｒ₁₁＝10.768 ｄ₁₁＝7 ｎ₇ ＝1.43389 ν₇ ＝95.15 ｒ₁₂＝-12.709 ｄ₁₂＝1.7 ｎ₈ ＝1.59551 ν₈ ＝39.21 ｒ₁₃＝-24.249 ｄ₁₃＝4.99 ｒ₁₄＝34.346 ｄ₁₄＝5 ｎ₉ ＝1.58144 ν₉ ＝40.75 ｒ₁₅＝-14.391 ｄ₁₅＝1.7 ｎ₁₀＝1.48749 ν₁₀＝70.2 ｒ₁₆＝21.826 ｎ_3P＝1.58144 ，ν_3P＝40.75 ，ｆ₁ ／ｆ＝0.73，ｆ₂ ／ｆ＝4.124 ν_2P-1 ＝71.3，ν_2P-2 ＝95.15 ，ν_2N-1＝43.84 ，ν_2N-2＝39.21 ν_2P-2 −ν_2N-1＝51.31 ，ν_2P-2 −ν_2N-2＝55.94

【００３０】実施例４ｆ＝9，ＮＡ＝0.8 ，β＝20，ＷＤ＝0.85 ｒ₁ ＝-2.609 ｄ₁ ＝2.9 ｎ₁ ＝1.617 ν₁ ＝62.79 ｒ₂ ＝-3.451 ｄ₂ ＝0.19 ｒ₃ ＝-27.007 ｄ₃ ＝2 ｎ₂ ＝1.497 ν₂ ＝81.1 ｒ₄ ＝-6.033 ｄ₄ ＝3.49 ｒ₅ ＝-15.403 ｄ₅ ＝1.5 ｎ₃ ＝1.59551 ν₃ ＝39.21 ｒ₆ ＝20.224 ｄ₆ ＝4.5 ｎ₄ ＝1.497 ν₄ ＝81.1 ｒ₇ ＝-10.035 ｄ₇ ＝4.05 ｒ₈ ＝-73.493 ｄ₈ ＝3.49 ｎ₅ ＝1.497 ν₅ ＝81.1 ｒ₉ ＝-15.8 ｄ₉ ＝1.65 ｒ₁₀＝62.596 ｄ₁₀＝1.6 ｎ₆ ＝1.6134 ν₆ ＝43.84 ｒ₁₁＝10.509 ｄ₁₁＝7 ｎ₇ ＝1.43389 ν₇ ＝95.15 ｒ₁₂＝-13.357 ｄ₁₂＝1.7 ｎ₈ ＝1.59551 ν₈ ＝39.21 ｒ₁₃＝-27.168 ｄ₁₃＝3.27 ｒ₁₄＝67.229 ｄ₁₄＝5 ｎ₉ ＝1.59551 ν₉ ＝39.21 ｒ₁₅＝-11.796 ｄ₁₅＝1.7 ｎ₁₀＝1.50378 ν₁₀＝66.81 ｒ₁₆＝22.04 ｎ_3P＝1.59551 ，ν_3P＝39.21 ，ｆ₁ ／ｆ＝1.012 ，ｆ₂ ／ｆ＝2.662 ν_2P-1 ＝71.3，ν_2P-2 ＝95.15 ，ν_2N-1＝43.84 ，ν_2N-2＝39.21 ν_2P-2−ν_2N-1＝51.31 ，ν_2P-2−ν_2N-2＝55.94 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数、βは倍率、ＷＤは活動距離であ
る。

【００３１】実施例１は、図１に示すレンズ構成であっ
て、第１レンズ群Ｇ₁ が平凸レンズとメニスカスレンズ
とを接合した接合平凸レンズと物体側に凹面を向けた正
のメニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ₂ は正
レンズ，負レンズ，正レンズを接合した３枚接合レンズ
と負レンズ，正レンズ，負レンズを接合した３枚接合レ
ンズの二つの３枚接合レンズからなり、第３レンズ群Ｇ
₃ が正レンズと負レンズを接合した物体側に凸面を向け
たメニスカス形状の接合レンズよりなる。

【００３２】実施例２は、図３に示すレンズ構成で、実
施例１と同様のレンズ配置であるが、第２レンズ群Ｇ₂
の像側の３枚接合レンズが像側に凸面を向けたメニスカ
ス形状である点で相違する。

【００３３】実施例３は、図５に示す構成で、第１レン
ズ群Ｇ₁ が物体側に凹面を向けた二つの正のメニスカス
レンズからなり、第２レンズ群Ｇ₂ が負レンズと正レン
ズとを接合した物体側に凹面を向けたメニスカス形状の
接合レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス単レンズ
と負レンズ，正レンズ，負レンズを接合した３枚接合レ
ンズとからなり、第３レンズ群Ｇ₃ が正レンズと負レン
ズとを接合した物体側に凸面を向けたメニスカス形状の
接合レンズよりなる。

【００３４】実施例４は、図７に示すレンズ構成で、実
施例３と同様のレンズ配置である。

【００３５】尚、前記の実施例は、いずれも無限遠設計
であり、図９はこれら実施例と組合わせて用いる結像レ
ンズの例を示すもので、下記データーを有する。Ｒ₁ ＝68.7541 Ｄ₁ ＝7.7321 Ｎ₁ ＝1.48749 Ｖ₁ ＝70.2 Ｒ₂ ＝-37.5679 Ｄ₂ ＝3.4742 Ｎ₂ ＝1.8061 Ｖ₂ ＝40.95 Ｒ₃ ＝-102.8477 Ｄ₃ ＝0.6973 Ｒ₄ ＝84.3099 Ｄ₄ ＝6.0238 Ｎ₃ ＝1.834 Ｖ₃ ＝37.16 Ｒ₅ ＝-50.71 Ｄ₅ ＝3.0298 Ｎ₄ ＝1.6445 Ｖ₄ ＝40.82 Ｒ₆ ＝40.6619 又、実施例１，２，３，４の収差状況は夫々図２，図
４，図６，図８に示す通りで、いずれも図９に示す結像
レンズと組合わせた時のものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明の蛍光用対物レンズは、３４０ｎ
ｍの光の透過率が良く、収差の良好に補正された、蛍光
観察時に高解像、高コントラストの中、高倍率で高開口
数のレンズ系である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例１の収差曲線図

【図３】本発明の実施例２の断面図

【図４】本発明の実施例２の収差曲線図

【図５】本発明の実施例３の断面図

【図６】本発明の実施例３の収差曲線図

【図７】本発明の実施例４の断面図

【図８】本発明の実施例４の収差曲線図

【図９】本発明の実施例と組合わせ用いられる結像レン
ズの一例を示す図

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、正の屈折力を有し物体側
に凹面を向けた２つのメニスカスレンズ、または平凸レ
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
ンズと正の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカ
スからなる第１レンズ群と、２つの接合レンズ、または
２つの接合レンズと正レンズからなる第２レンズ群と、
物体側より正レンズ，負レンズの順に接合した接合レン
ズのみからなる第３レンズ群とを備え、以下の条件
（１），（２）を満足する蛍光用顕微鏡対物レンズ。（１）ｎ_3P＜１．６２（２）３５＜ν_3P＜５５ただし、ｎ_3P，ν_3Pは夫々第３レンズ群の正レンズの屈
折率およびアッベ数である。
【請求項２】物体側より順に、物体側に凹面を向けた正
の屈折力を有するメニスカスレンズまたは平凸レンズと
物体側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズを
含む第１レンズ群と、複数の接合レンズを含む第２レン
ズ群と、物体側より正レンズ，負レンズの順に接合した
接合レンズのみからなる第３レンズ群とを備え、前記第
２レンズ群が正の単レンズを含み、以下の条件（１），
（２），（３），（４），（５）を満足する蛍光用顕微
鏡対物レンズ。（１）ｎ _3P ＜１．６２（２）３５＜ν _3P ＜５５（３）０．７＜ｆ₁ ／ｆ＜１．４（４）２＜ｆ₂ ／ｆ＜６（５） ν_2P-1＞７０ただし、ｎ _3P ，ν _3P は夫々第３レンズ群の正レンズの屈
折率およびアッベ数、ｆ₁ ，ｆ₂ は夫々第１レンズ群お
よび第２レンズ群の焦点距離、ｆは全系の焦点距離、ν
_2P-1は第２レンズ群の正の単レンズのアッベ数である。
【請求項３】前記第２レンズ群が負レンズ，正レンズ，
負レンズの３枚接合レンズを含み、以下の条件を満足す
る請求項１又は２の蛍光用顕微鏡対物レンズ。（６）２５＜ν_2P-2−ν_2N-1 （７）２５＜ν_2P-2−ν_2N-2 ただしν_2P-2は第２レンズ群の３枚接合レンズの正レン
ズのアッベ数、ν_2N-1は第２レンズ群の３枚接合レンズ
の物体側の負レンズのアッベ数、ν_2N-2は第２レンズ群
の３枚接合レンズの像側の負レンズのアッベ数である。