JP3938699B2

JP3938699B2 - 対物レンズおよび対物レンズを備えた走査型顕微鏡

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Publication number: JP3938699B2
Application number: JP2002076727A
Authority: JP
Inventors: 宏也福山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: US6710938B2; US20030178558A1; JP2003270540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対物レンズおよび該対物レンズを備えた走査型顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型顕微鏡の一つに、光源からの光を光ファイバーで伝送し、その先端面とレンズを一緒に移動させる構成のものがある。（特開２００２−４０３５９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−４０３５９号公報に開示された光学系は、単色の諸収差が良好に補正されている。しかしながら、色収差については十分に補正されているとはいえない。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、色収差が十分に補正された対物レンズを提供することにある。また、この対物レンズを備えた走査型顕微鏡を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による対物レンズは、正の屈折力を有する第１レンズ群と該第１レンズ群よりも標本側に配置された第２レンズ群を備え、前記第１レンズ群はレンズを少なくとも１つ含み、前記第２レンズ群は光学素子を少なくとも１つ含み、下記条件を満足する。
ν_dLD＞ν_dHD
−０．５６≦ψ_II(i)／ψ_T≦０．５６
ν _dHD ≦２６
ｄ _II ψ _T ≧０．６３
但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前記光学素子の硝材のアッベ数、
ψ_II(i)は前記第２レンズ群の第１面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力、ｄ _II は前記第２レンズ群の光学素子の面間隔である。
また、本発明による走査型顕微鏡は、上記の対物レンズとアクチュエーターと光ファイバーを備えたプローブ部と、点光源と光検出器と分光素子を備えた本体部を備えている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明による対物レンズは、正の屈折力を有する第１レンズ群と該第１レンズ群よりも標本側に配置された第２レンズ群を備え、前記第１レンズ群はレンズを少なくとも１つ含み、前記第２レンズ群は光学素子を少なくとも１つ含み、下記条件を満足する。
ν_dLD＞ν_dHD （１）
−０．５６≦ψ_II(i)／ψ_T≦０．５６（２）
但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前記光学素子の硝材のアッベ数、ψ_II(i)は前記第２レンズ群の第１面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力である。この構成により、第１レンズ群がシングルレンズである場合には、第１レンズ群と第２レンズ群のレンズの硝材のアッベ数の差により、色消しが行なわれる。
【０００７】
条件（１）は、第１レンズ群と第２レンズ群を構成するレンズにおける、硝材のアッベ数の関係を規定するものである。光学系の色収差を補正するためには、光学系が異なるアッベ数の硝材よりなる複数のレンズまたは光学素子を有することが必要である。このことを、図１乃至６を用いて以下に説明する。
【０００８】
図１乃至４は、本発明の色収差補正の原理を説明するものである。ここでは、本発明における代表的な構成である、正の単レンズと平行平面板とを組み合わせた場合についての作用を示す。
図１は、正の単レンズにおける色収差を示す。ここで、長波長の光線の焦点F_Lは、短波長の光線の焦点F_Sに比べて、より光源から遠い側に位置する。
図２は、収束光線が平面の境界面から媒質中に入射する場合の色収差を示す。
ここで、F_Lは、F_Sに比べて、より光源に近い側に位置する。すなわち、平面に入射する収束光線は、正の短レンズとは逆符号の色収差を発生する。また、ここでは境界面を平面としたが、実際には平面に限らず、凹面でも同様に逆符号の色収差を発生する。また、凸面であっても、所定の条件を満たせば、同様に逆符号の色収差を発生する。
【０００９】
このことを図５，６で説明する。図５は、凸面に収束光が入射し、発散する方向の屈折を受ける場合を示す。ここでF_Lは、F_Sに比べて、より光源に近い側に位置する。すなわち、正の単レンズとは逆符号の色収差を発生する。次に図６は、凸面に収束光が入射し、より強く収束する方向の屈折を受ける場合を示す。ここでF_Lは、F_Sに比べて、より光源から遠い側に位置する。すなわち、正の短レンズと同符号の色収差を発生する。以上のように、凸面であっても、発散する方向の屈折を受ける場合、その光線は正の単レンズとは逆符号の色収差を発生する。したがって、以下の説明において図２に示したと同様の色収差について述べる場合、そこには凹面および図５に示した凸面の作用も、自動的に含まれる。
なお、図２および図５でそれぞれ生じる色収差の量CA₁,CA₂は、硝材が同じならば、
CA₁>CA₂
の関係にある。
【００１０】
図３および４は、正の単レンズと平行平面板による色収差の補正の考え方を示す。上記の様に、正の単レンズと平面境界面を有する媒質とは逆符号の色収差を発生するので、第１レンズ群１として正の単レンズを、第２レンズ群２として平行平面板を併用すれば、色収差を補正することが出来る。ここでまず、第２レンズ群２の第１面（Ｓ_II(i)面）における光線の屈折の様子を図４に詳細に示す。ここで、第１レンズ群１で色収差を生じる結果、
θ_L＜θ_S
である。
ただし、θ_Lは長波長光線の入射角、θ_Sは短波長光線の入射角、である。
ここで、図３のようにＦ_LとＦ_Sが一致する、すなわち色収差が補正されるためには、図４において
θ_L’＞θ_S’
である必要がある。
ただし、θ_L’は長波長光線の屈折角、θ_S’は短波長光線の屈折角、である。
そしてそのためには、条件（１）を満足するように、各レンズ群で使用する硝材を選択するのが良い。
上記条件（１）を満足しない場合、第１レンズ群１と第２レンズ群２で発生する色収差を相殺させることが困難になる。
【００１１】
条件（２）は、全系の屈折力ψ_Tと第２レンズ群２の第１面の屈折力ψ_II(i)との関係を規定するものである。まずはその上限値０．５６について、説明する。
図２および図５で示したように、球面で生じる色収差ＣＡ₂は、平面で生じる色収差ＣＡ₁よりも小さい。これは、図３において、Ｓ_II(i)面の屈折力ψ_II(i)が大きくなると、第２レンズ群２の色収差補正能力が低下し、全系の色収差が増大することを意味する。そして特に条件（２）の値が０．５６を超えると、全系の色収差が急増し、これを抑えることが困難になる。
【００１２】
一方、ψ_II(i)が大きな負の屈折力を持った場合、走査に伴って発生する非対称収差、特にコマ収差が問題となる。この点について、図７を用いて説明する。図７は本発明の対物レンズが設けられたユニットの概略構成図である。ここで、３は光ファイバーである。第１レンズ群１と第２レンズ群２とで対物レンズを構成している。第１レンズ群１を構成しているのは、１つの正レンズである。第２レンズ群２を構成しているのは、平行平面板（光学素子）である。４はベースである。
【００１３】
第１レンズ群１と光ファイバー３は、図７に符号Ｃで示された点を中心に首振り運動を（走査）をする。よって、走査に伴い第１レンズ群１の光軸Ｂは、第２レンズ群２の光軸Ａに対して傾きαを持つ。図７に示すように、第２レンズ群２が平行平面板の場合、光軸Ａと光軸Ｂが一致する状態以外では、光軸Ｂが平行平面板の面に対して垂直にならない。そのため、上記状態以外では、非対称収差が発生する（ただし、第２レンズ群２の外側面２ａと内側面２ｂとがそれぞれＣ点を曲率中心とする球面を有する場合は例外である。この場合は、傾きαに関係なく非対称収差は全く発生しない）。
発生する非対称収差としてはコマ収差が支配的であり、これはψ_II(i)が正である
場合よりも負の場合の方が大きい。そして条件式（２）が下限値の−０．５６を下回るとコマ収差は急増し、これを抑えることが困難になる。
このように、色収差および走査にともなって発生するコマ収差を所望の範囲内に抑えるには、条件（２）を満足することが望ましい。
【００１４】
なお、より良好な結像性能を得るには、条件（２）の代わりに以下の条件（２’）を満足することが好ましい。
−０．４０≦ψ_II(i)／ψ_T≦０．１１（２’）
【００１５】
更に良好な結像性能を得るには、条件（２）の代わりに以下の条件（２”）を満足することが好ましい。
−０．２８≦ψ_II(i)／ψ_T≦０．１１（２”）
【００１６】
また、第１群レンズ１の第１面と第２群レンズ２の第２面の少なくとも一面が非球面であれば、結像性能の点で更に好ましい。
【００１７】
また、本発明よる対物レンズでは、下記の条件（３）、（４）を満足するように構成されている。即ち、
ν_dHD≦２６（３）
d_II×ψ_T≧０．６３（４）
但し、ｄ_IIは前記第２レンズ群の光学素子の面間隔である。
【００１８】
条件（３）は、第２レンズ群２を構成する光学素子における、硝材のアッベ数を規定するものである。図２において、媒質のアッベ数が小さいほど、発生する色収差CA₁は大きくなる。これから明らかなように、本発明の対物レンズにおいて第１レンズ群１で発生する色収差を相殺するには、第２レンズ群２にアッベ数の小さな硝材を用いるのが良い。上記上限値を上回ると色収差が急増し、色収差の発生を抑えることが困難になる。
なお、本発明の対物レンズの用途として、例えば生体標本の観察がある。この場合、対物レンズの開口数としては0.4以上が必要である。また、少なくともF線(486.1nm)〜C線(656.3nm)の波長範囲で、色収差が補正されている必要がある。
上記条件を満足することで、このような光学特性を備えた対物レンズを実現することができる。
【００１９】
なお、色収差をより良好に補正するためには、条件（３）の代わりに以下の条件（３’）を満足することが好ましい。
１８．９≦ν_dHD≦２０（３’）
【００２０】
条件（４）は、全系の屈折力ψ_Tと、第２レンズ群２の光学素子における面間隔との関係を規定するものである。この点について図８を用いて説明する。
前述のように、本発明の対物レンズでは、第１レンズ群１と第２レンズ群２とで色収差を相殺するようにしている。
図８のように、第１レンズ群１で生じた色収差は、第２レンズ群２の厚みd_IIを進むにつれて、徐々に相殺され、F_L,F_Sで焦点を結ぶ。もしも第２レンズ群２の厚みが、より薄いd_II'ならば、全系の色収差が残り、焦点はF_L'とF_S' とに別れる。
これは、第２レンズ群２で生じる色収差が、面間隔d_IIに比例することによる。一方、第２レンズ群で発生させるべき色収差の量は、全系の焦点距離に比例する。したがって、全系の屈折力ψ_Tに反比例する。
条件（４）が下限値を下回ると色収差が急増し、これを抑えることが困難になる。
特に、上記の仕様（開口数：0.4以上、波長域：F線(486.1nm)〜C線(656.3nm)）を満たす対物レンズを実現する場合、条件（４）を満足するのが好ましい。
【００２１】
また、本発明の対物レンズでは、前記第１レンズ群１は２枚接合レンズであって、一方のレンズの硝材のアッベ数をν_dLD、他方のレンズの硝材のアッベ数をν_dI(2)としたとき、ν_dLD>ν_dI(2)>ν_dHDなる条件を満たすように構成されている。上記構成により、より色収差を良好に補正することができる。
【００２２】
また、本発明の対物レンズでは、前記第１レンズ群１の第１面の近軸曲率半径をＲ_I(i)、第２面の近軸曲率半径をＲ_I(ii)としたとき、下記条件を満たすように構成されている。
Ｒ_I(i)／Ｒ_I(ii)≦−０．７（５）
【００２３】
条件（５）は、第１レンズ群１の近軸曲率半径であるＲ_I(i)とＲ_I(ii)の関係を
規定するものである。特に、上記の仕様（開口数：０．４以上、波長域：Ｆ線（４８６．１ｎｍ）〜Ｃ線（６５６．３ｎｍ））を満たす対物レンズを実現する場合、この条件を満足するのが好ましい。
なお、図９に示すように、Ｒ_I(i)は、光ファイバー３側の面Ｓ_I(i)の近軸曲率半径である。また、Ｒ_I(ii)は、第２レンズ群２側の面Ｓ_I(ii)の近軸曲率半径である。
【００２４】
条件（５）について図１０を用いて説明する。
条件式（４）の説明で記したように、色収差を良好に補正するためには第２レンズ群２に十分な厚みｄ_IIを持たせることが好ましい。そしてこの第２レンズ群を通して標本面
５に焦点を結ぶためには、Ｒ_I(i)とＲ_I(ii)がある条件を満たす必要がある。
まず図１０（ａ）のように、第１レンズ群１のＳ_I(i)面の屈折力ψ_I(i)が、Ｓ_I(i)面の屈折力ψ_I(ii)よりも強すぎる場合、主点Ｈ_I’は標本面５から離れる。
そのため、焦点は標本面５に結像できず、厚みのある第２レンズ群２の内部に結んでしまう。しかし図１０（ｂ）のように、屈折力ψ_I(i)が屈折力ψ_I(ii)に比べてさほど強くない場合、主点Ｈ_I’は標本面５に近づく。そのため、焦点は標本面５上に結ぶことが出来る。図１０（ｂ）のように焦点を標本面５上に結ぶための条件を、Ｒ_I(i)とＲ_I(ii)で表わしたのが式（５）である。この式の上限値を上回ると、色収差を補正した状態で標本面５上に焦点を結ばせるのが困難になる。
【００２５】
また、本発明によれば、走査型顕微鏡は、上記対物レンズとアクチュエーターと光ファイバーを備えたプローブ部と、点光源と光検出器と分光素子を備えた本体部とからなり、前記点光源からの照明光が前記分光素子と光ファイバーと対物レンズを介して試料内に一点に集光されるように構成されている。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。
図１１は、本発明に係る対物レンズを用いた対物レンズ走査型顕微鏡の一実施例の概略構成を示している。図中、６は顕微鏡本体である。顕微鏡本体６は、レーザ発振器７と、ビームコリメータレンズ８と、ダイクロイックミラー（分光素子）９と、集光レンズ１０，１１と、光検出器１２と、画像形成回路１３と、アクチュエータードライバ１４を備えている。１５は画像形成回路１３に接続されたモニターである。
また、１６はプローブである。プローブ１６は、光ファイバーとケーブルを内蔵していている。プローブ１６の先端部１６aには、後述する本発明に係る対物レンズとアクチュエーターが備わっている。プローブ１６の基端部１６bは、着脱可能のコネクタ１７を介して、顕微鏡本体６に接続されている。そして、プローブ１６の基端部１６bが顕微鏡本体６に接続されたとき、内蔵されている光ファイバーの入射端は集光レンズ１０によるレーザビームの集光点に位置するようになっている。
【００２７】
上記の対物レンズ走査型顕微鏡を蛍光顕微鏡として用いる場合には、狭い波長範囲の光が照明光として用いられる。この励起光の照射により標本から蛍光が生じるが、蛍光と照明光とでは波長が異なる。この蛍光は、上記対物レンズ、光ファイバー及び分光素子９を介して、光検出器１２に集光される。分光素子９は、前記光源から光ファイバーに至る光路と、光ファイバーから光検出器１２に至る光路とが交わる位置に配置される。
【００２８】
プローブ１６の先端部１６aの構成を図１２に示す。プローブ１６の先端には、その一端に光学枠１８が取り付けられている。そして、この光学枠１８の内側には、光学ユニット１９が取り付けられている。また、光学枠１８の先端には、先端カバーユニット２０が取り付けられている。
プローブ１６内には光ファイバー３が挿通され、その先端部は光学ユニット１９に固定されている。この光ファイバー３の先端面３aから出射される光は、集光光学系（第１レンズ群）１を介して収束光となる。そして、光学保護部材であるカバーガラス（第２レンズ群）２を透過して標本面５に集光する。カバーガラス２は集光光学系１で発生する色収差を補正する役割を持つ。
標本面５からの蛍光は、カバーガラス２、集光光学系１を経由して光ファイバー３の先端面３aに集光される。光ファイバー３の先端面３aに集光された蛍光は、光ファイバー３の基端面(図示せず)より射出し、集光レンズ１０，ダイクロイックミラー９及び集光レンズ１１を透過して光検出器１２に入射する。光検出器１２から出力された画像信号は、画像形成回路１３により成形され、モニター１５に標本の蛍光像として表示される。
【００２９】
先端カバーユニット２０は、カバーホルダー２２とカバーホルダー２２に固定されたカバーガラス２からなる。カバーホルダー２２は光学枠１８の先端部に固定されている。また、これらの構造によりプローブ１６の先端部１６aは密閉され、水密性を保っている。
【００３０】
図１３は、光学ユニット１９の詳細を示している。光学ユニット１９のベース４は、光学枠１８に固定されている。また、このベース４には、２枚一対の平行な薄板２３a，２３b，２３c，２３dの後端が固定されている。つまり、平行な板バネを構成する薄板２３aおよび２３cと、薄板２３bおよび２３dとは、それぞれ板面が平行になっている。そして、一方の薄板２３a（或いは２３c）と他方の薄板２３b（或いは２３d）とは、板面が垂直になるように配置されている。また、各後端部がベース４に固定され、後端部に対して先端側が上下方向および左右方向に弾性的に変形自在になっている。
【００３１】
さらに、各薄板２３a，２３b，２３c，２３dには、圧電素子２４a，２４b，２４c，２４d（図示されていない）が各薄板の先端寄りの位置に装着されている。圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dは板状であって、それぞれの厚み方向に分極されている。各圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dを駆動するためのケーブル（図示せず）はプローブ１６内に挿通されている。そして、コネクター１７を介しアクチュエータードライバー１４に接続されている。
【００３２】
４枚の薄板２３a，２３b，２３c，２３dの先端には、レンズホルダー２５が装着されている。このレンズホルダー２５には、集光光学系１と光ファイバー３の先端部が固定されている。なお、光ファイバー３の先端部のコアはピンホールとして機能しており、その結果、この光学系は共焦点光学系となっている。
【００３３】
そして、アクチュエータードライバー１４から圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dに駆動信号を印加することにより、光を走査させることが出来るようになっている。すなわち、駆動信号を印加すると、薄板２３a，２３b，２３c，２３dは、その後端側に対して先端側を板面に垂直方向に曲がるように変形する。これにより、その先端に保持されたレンズホルダー２５も、その変形により曲げられた方向に移動する。その結果、レンズホルダー２５で保持された光ファイバー３の先端部と集光光学系１とが共に移動し、出射する光を標本に対して走査させる。
この時、光ファイバー３からの射出光束の中心(主光線)と集光光学系１の光軸は、常に一致している。そのため、集光光学系１の設計に際しては、軸上の結像性能のみを考慮すれば良い。
【００３４】
圧電素子２４a，２４b，２４c，２４dを駆動することにより、集光点２６を図１２の水平方向（X方向）２７と縦方向（Y方向）２８に走査させることができる。この時の走査面は、プローブ１６の先端部の軸方向に対して略垂直な面となる。このようなプローブ１６を使用する場合、カバーガラス２の外側面２aを標本面５に押し当てる。そして、標本の特定深さの２次元面像（走査面）を得る。
【００３５】
走査時、集光光学系１と光ファイバー３は、光軸上のある点Ｃを回転中心とする首振り運動をする(図７)。回転中心Ｃの位置は、薄板２３a，２３b，２３c，２３dの寸法によって決まる。上記首振り動作に伴い、集光光学系１の光軸は傾きαを持つ。
【００３６】
以下、本発明に係る上記対物レンズの第１実施例を説明する。
図１４はこの実施例の光路図、図１５はその軸上色収差図、図１６は横のコマ収差図である。
この第１実施例では、第１群レンズ１はシングルレンズ、第２群レンズ２は平行平面板であって、ｒ１からｒ６までが光学系である。ｒ６とｒ７の間にあるのは水である。
色消しは、第１群レンズ１のアッベ数と第２群レンズ２のアッベ数との差により行なわれる。色収差は、蛍光像を観察するために、F線（λ＝486.13nm）からC線（656.27nm）の範囲で補正されている。第１レンズ群１と光ファイバー３の射出端面３aが一体で動くので、軸上収差のみが補正されている。
顕微鏡として許容できる収差量は、波面収差が0.07λ（RMS）以下である。本第１実施例では、波面収差は0.0225λ（RMS）であるので、十分な結像性能が確保されている。なお、横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0845(mm)である。
【００３７】
以下に、本第１実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面3a）
ｄ１＝5.764476
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.63223（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.70942（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝∞
ｄ５＝0.815524 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００３８】
非球面係数
第３面
K =-0.751319
A =-0.324231×10^-1 B=-0.274054×10⁰
C=-0.369527×10⁰ D=-0.948859×10¹
第４面
K =0.660194
A =0.212630×10¹ B=-0.515319×10¹
C=0.716956×10¹ D=0.192504×10²
【００３９】
図１７は、本発明に係る対物レンズの第２実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられている。波面収差は0.0191λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.55、焦点距離はf=1.0394（ｍｍ）である。
【００４０】
以下に、本第２実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.513453
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.58572（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.69076（非球面）
ｄ４＝0.150000
ｒ5＝∞
ｄ５＝0.816547 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００４１】
非球面係数
第３面
K=-0.971934
A=0.143551×10⁰ B=-0.169655×10⁰
C=0.197615×10¹ D=-0.113507×10²
第４面
K=0.000000
A=0.223457×10¹ B=-0.540933×10¹
C=0.511366×10¹ D=0.584641×10¹
【００４２】
図１８は、本発明に係る対物レンズの第３実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられている。波面収差は0.0365λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0124（ｍｍ）である。
【００４３】
以下に、本第３実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.200000
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝1.75535（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.41717（非球面）
ｄ４＝0.100000
ｒ5＝∞
ｄ５＝1.200000 n_d5=1.80809 ν_d5=22.80
ｒ6＝∞
ｄ６＝-0.004799 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００４４】
非球面係数
第３面
K=-102.874069
A=0.248378×10¹ B=-0.196887×10²
C=0.838841×10² D=-0.269475×10³
第４面
K=-0.412152
A=0.393592×10¹ B=-0.103352×10²
C=0.501692×10¹ D=0.662751×10²
【００４５】
図１９は、本発明に係る対物レンズの第４実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差は0.0419λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.4、焦点距離はf=0.9885（ｍｍ）である。
【００４６】
以下に、本第４実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝4.955571
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝35.76587（非球面）
ｄ３＝0.800000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.36963（非球面）
ｄ４＝0.100000
ｒ5＝∞
ｄ５＝1.324427 n_d5=1.80518 ν_d5=25.40
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００４７】
非球面係数
第３面
K=-49005.90164
A=0.317821×10⁰ B=-0.176726×10²
C=0.668891×10² D=-0.901447×10³
第４面
K=-0.453907
A=0.339286×10¹ B=-0.946604×10¹
C=0.137993×10² D=0.998707×10²
【００４８】
図２０は、本発明に係る対物レンズの第５実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0226λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.55、焦点距離はf=1.0946（ｍｍ）である。
【００４９】
以下に、本第５実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.823907
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.52134（非球面）
ｄ３＝0.756067 n_d3=1.43875 ν_d3=95.00
ｒ4＝-0.60459（非球面）
ｄ４＝9.300000
ｒ5＝-1.00000
ｄ５＝0.700000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００５０】
非球面係数
第３面
K=-0.798140
A=-0.454231×10^-1 B=-0.181297×10⁰
C=0.103139×10¹ D=-0.577724×10¹
第４面
K=0.036652
A=0.313281×10¹ B=-0.712160×10¹
C=0.120575×10² D=0.523017×10¹
【００５１】
図２１は、本発明に係る対物レンズの第６実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0371λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.55、焦点距離はf=1.0882（ｍｍ）である。
【００５２】
以下に、本第６実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.409646
ｒ2＝0.76289
ｄ２＝0.633904 n_d2=1.58913 ν_d2=61.30
ｒ3＝-0.53141
ｄ３＝0.600000 n_d3=1.81474 ν_d3=37.07
ｒ4＝-0.55587（非球面）
ｄ４＝0.115439
ｒ5＝-10.00000
ｄ５＝0.821012 n_d5=1.92286 ν_d5=18.90
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.020000 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００５３】
非球面係数
第４面
K=-0.049097
A=0.284393×10¹ B=-0.804974×10¹
C=0.166032×10² D=0.870825×10¹
【００５４】
図２２は、本発明に係る対物レンズの第７実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0469λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf= 1.0844（ｍｍ）である。
【００５５】
以下に、本第７実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.555191
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.80925（非球面）
ｄ３＝0.784202 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.76127（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝2.50000
ｄ５＝0.940607 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００５６】
非球面係数
第３面
K =-0.838606
A =-0.655063×10^-1 B=-0.640416×10⁰
C=-0.209672×10¹ D=0.932104×10⁰
第４面
K =0.973645
A =0.149933×10¹ B=-0.451277×10¹
C=0.142273×10² D=0.192981×10¹
【００５７】
図２３は、本発明に係る対物レンズの第８実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.026λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0835（ｍｍ）である。
【００５８】
以下に、本第８実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面3a）
ｄ１＝5.683586
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.70163（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.75374（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝5.00000
ｄ５＝0.896413 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００５９】
非球面係数
第３面
K =-0.777766
A =-.399211×10^-1 B=-0.445097×10⁰
C=-0.169426×10¹ D=-0.372513×10¹
第４面
K =0.871673
A =0.174726×10¹ B=-0.481677×10¹
C=0.109676×10² D=0.742922×10¹
【００６０】
図２４は、本発明に係る対物レンズの第９実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0228λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0820（ｍｍ）である。
【００６１】
以下に、本第９実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.810000
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.60872（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.63779（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝-5.00000
ｄ５＝0.770000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００６２】
非球面係数
第３面
K =-0.729290
A =-0.239433×10^-1 B=-0.308885×10⁰
C=0.150620×10¹ D=-0.213323×10²
第４面
K =0.462668
A =0.274744×10¹ B=-0.635226×10¹
C=0.143551×10¹ D=0.545212×10²
【００６３】
図２５は、本発明に係る対物レンズの第１０実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0225λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0793（ｍｍ）である。
【００６４】
以下に、本第１０実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.800000
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.63215 （非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.57619（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝-3.50000
ｄ５＝0.780000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００６５】
非球面係数
第３面
K =-0.676982
A =-.385298×10^-1 B=-0.286254×10⁰
C=0.227250×10¹ D=-.300677×10²
第４面
K =0.221761
A =0.324830×10¹ B=-0.736130×10¹
C=-0.241903×10¹ D=0.785435×10²
【００６６】
図２６は、本発明に係る対物レンズの第１１実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0394λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0795（ｍｍ）である。
【００６７】
以下に、本第１１実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝5.880000
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.55985 （非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.62742 （非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝-2.50000
ｄ５＝0.700000 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００６８】
非球面係数
第３面
K =-0.718672
A =-0.259057×10^-1 B=-0.510535×10^-1
C=0.235208×10¹ D=-0.174945×10²
第４面
K =0.276183
A =0.297392×10¹ B=-0.611059×10¹
C=-0.347151×10^-1 D=0.434561×10²
【００６９】
図２７は、本発明に係る対物レンズの第１２実施例の光路図である。
この実施例においても、各光学部材に対し上記第１実施例と同様の符号が用いられており、波面収差が0.0571λ（RMS）である。横倍率は0.153、NAは0.5、焦点距離はf=1.0761（ｍｍ）である。
【００７０】
以下に、本第１２実施例の光学データを示す。
ｒ1＝∞（ファイバー端面３a）
ｄ１＝=5.945074
ｒ2＝∞（絞り）
ｄ２＝0.100000
ｒ3＝0.51787（非球面）
ｄ３＝0.700000 n_d3=1.497 ν_d3=81.61
ｒ4＝-0.64866（非球面）
ｄ４＝0.2
ｒ5＝-1.77000
ｄ５＝0.634926 n_d5=1.92286 ν_d5=18.9
ｒ6＝∞
ｄ６＝0.02 n_d6=1.333 ν_d6=55.79
ｒ7＝∞（走査面）
【００７１】
非球面係数
第３面
K =-0.662927
A =0.58969910^-1 B=-0.350177×10⁰
C=0.629612×10¹ D=-0.282512×10²
第４面
K =0.467756
A =0.365760×10¹ B=-0.883522×10¹
C=-0.484146×10¹ D=0.855324 ×10²
【００７２】
上記各実施例の光学データにおいて、ｒ１，ｒ２，…は各レンズ面の曲率半径、ｄ１，ｄ２，…は各レンズの肉厚または空気間隔、ｎ_d1，ｎ_d2，…は各レンズのｄ線での屈折率、ν_d1，ν_d2，…は各レンズのアッベ数である。
なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、光軸に直交する方向にｙをとり、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、次式で表される。

【００７３】
図２８は、本発明に係る対物レンズの第１３実施例の概略構成を示す断面図である。図２８及び後述する図２９乃至図３１において、図１２と実質上同一の部材には同一符号を付してある。また、光学ユニット１９に関しては、集光光学系１，カバーガラス２及び光ファイバー３以外は省略されている。
本実施例では、レンズ（第２レンズ群）２の先端に、キヤップ２９が取外し可能に被着されている。表面に傷，汚れが着くのを防止するため、キヤップ２９には保護ガラス２９aが設けられている。このような構成により、この保護ガラス２９aが汚れたり傷がついた場合は、キヤップ２９ごと外してクリニーングするれば、保護ガラス２９aをきれいにすることができる。あるいは、キヤップ２９ごと外して交換してもよい。
【００７４】
図２９は、本発明に係る対物レンズの第１４実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例でも、光学ユニット１９の細部構造を省略して第１１実施例と同様に示されている。本実施例では、保護ガラス２Aを第２レンズ群としてのレンズ２に接合した点で、第１３実施例とは異なる。
【００７５】
図３０は、本発明に係る対物レンズの第１５実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例では、レンズ２の標本側の面を球面状に成形すると共に、光学枠１６の先端部もこれに整合するように成形している。この構成により、標本を傷つける危険性がないようにしている。
この場合、標本面５とレンズ２の間は水で満たされ、かつレンズ２の標本側の面における光線高は極めて小さい。よって、レンズ２の球面がもたらす結像性能の劣化は小さい。なお、その種の劣化を特に抑える必要がある場合は、レンズ２の球面上の光線が通る領域１８Ｂを平面に研磨すればよい。
【００７６】
図３１は、本発明に係る対物レンズの第１６実施例の概略構成を示す断面図である。この実施例では、第２レンズ群としてのレンズ２が標本Ｓに向かって先細となる円錐台状をなし、且つ頂面は平面または凸面をなしている。このような構成により、標本Ｓが生体である場合に凹んだ個所でも観察できるように構成されている。特に、レンズ２に比較的低分散の硝材を用いる場合、厚みｄ（図３１（b）参照）はより大きくなるので、本実施例には好都合である。
【００７７】
以上説明したように、本発明に係る対物レンズは、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記の特徴を有している。
（１）前記第１レンズ群が２枚接合レンズであり、該接合レンズの一方の硝材のアッベ数をν_dLD、他方の硝材のアッベ数をν_dI(2)とき、条件ν_dLD>ν_dI(2) >ν_dHD
を満足する請求項１に記載の対物レンズ。
（２）前記第１レンズ群の光源側のレンズ面の曲率半径をR_I(1)，標本側のレンズ面の曲率半径をR_I(2)としたとき、条件R_I(1)/R_I(2)≦−0.7を満足する請求項１，２又は上記（１）に記載の対物レンズ。
【００７８】
【発明に効果】
上述の如く本発明によれば、高解像化及び視野範囲の広域化を可能にする、対物レンズ走査型顕微鏡に好適に用いられ得る対物レンズを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】正の単レンズの色収差を示す図である。
【図２】収束光束が平面の境界面から媒質中に入射する場合の色収差を示す図である。
【図３】本発明による色収差補正の原理を説明するための図である。
【図４】図３の一点鎖線で囲んだ部分の詳細図である。
【図５】凸面に収束光が入射して発散する方向の屈折を受ける場合の色収差を示す図である。
【図６】凸面に収束光が入射して、より強く収束する方向の屈折を受ける場合の色収差を示す図である。
【図７】本発明に係る対物レンズを備えた光学ユニットの概略構成図である。
【図８】第１レンズ群で発生した色収差が第２レンズ群によって如何に相殺されるかを説明するための図である。
【図９】第１レンズ群の近軸曲率半径を説明するための図である。
【図１０】条件（５）を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る対物レンズを用いた対物レンズ走査型顕微鏡の一実施例の概略構成図である。
【図１２】図１１に示すプローブの先端部の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２の光学ユニット部分を詳細に示す斜視図である。
【図１４】本発明に係る対物レンズの第１実施例の光路図である。
【図１５】第１実施例における軸上色収差図である。
【図１６】第１実施例における横のコマ収差を示す。
【図１７】本発明に係る対物レンズの第２実施例の光路図である。
【図１８】本発明に係る対物レンズの第３実施例の光路図である。
【図１９】本発明に係る対物レンズの第４実施例の光路図である。
【図２０】本発明に係る対物レンズの第５実施例の光路図である。
【図２１】本発明に係る対物レンズの第６実施例の光路図である。
【図２２】本発明に係る対物レンズの第７実施例の光路図である。
【図２３】本発明に係る対物レンズの第８実施例の光路図である。
【図２４】本発明に係る対物レンズの第９実施例の光路図である。
【図２５】本発明に係る対物レンズの第１０実施例の光路図である。
【図２６】本発明に係る対物レンズの第１１実施例の光路図である。
【図２７】本発明に係る対物レンズの第１２実施例の光路図である。
【図２８】本発明に係る対物レンズの第１３実施例の概略構成を示す断面図である。
【図２９】本発明に係る対物レンズの第１４実施例の概略構成を示す断面図である。
【図３０】本発明に係る対物レンズの第１５実施例の概略構成を示す断面図である。
【図３１】（a）は本発明に係る対物レンズの第１６実施例の概略構成を示す断面図、（b）は第２群レンズの斜視図である。
【符号の説明】
１第１レンズ群（集光光学系）
２第２レンズ群（カバーガラス）
２A, ２９a 保護ガラス
３光ファイバー
３a 光ファイバーの先端面
４光学ユニットのベース
５標本面
６顕微鏡本体
７レーザー発振器
８ビームエキスパンダ
９ダイクロイックミラー
１０，１１集光レンズ
１２光検出器
１３画像形成回路
１４アクチュエータードライバー
１５モニター
１６プローブ
１６a 対物レンズ及びアクチュエーター
１６b プローブの基端部
１７コネクタ
１８光学枠
１９光学ユニット
２０先端カバーユニット
２１光ファイバー
２１a 光ファイバーの出射端
２２カバーホルダー
２３a,２３b,２３c,２３d 薄板（板バネ）
２４a,２４b,２４c,２４d 圧電素子
２５レンズホルダー
２６集光点
２７水平方向（X方向）
２８縦方向（Y方向）
２９キヤップ
S 標本

Claims

正の屈折力を有する第１レンズ群と該第１レンズ群よりも標本側に配置された第２レンズ群を備え、前記第１レンズ群はレンズを少なくとも１つ含み、前記第２レンズ群は光学素子を少なくとも１つ含み、下記条件を満足する対物レンズ。
ν_dLD＞ν_dHD
−０．５６≦ψ_II(i)／ψ_T≦０．５６
ν _dHD ≦２６
ｄ _II ψ _T ≧０．６３
但し、ν_dLDは前記レンズの硝材のアッベ数、ν_dHDは前記光学素子の硝材のアッベ数、ψ_II(i)は前記第２レンズ群の第１面の屈折力、ψ_Tは前記対物レンズ全系の屈折力、ｄ _II は前記第２レンズ群の光学素子の面間隔である。
請求項１に記載の対物レンズとアクチュエーターと光ファイバーを備えたプローブ部と、光源と光検出器と分光素子を備えた本体部とを備えた走査型顕微鏡。