JP3985937B2 - 蛍光用顕微鏡対物レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関するもので、特に高開口数を有し、アポクロマートの性能を持ち、紫外域での透過率が良く自家蛍光の少ない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し得ることから、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、標本より発生する蛍光を観察するものである。この蛍光顕微鏡にて用いられる励起波長の代表的なものとしてi線(365nm)が知られている。最近は生体内のカルシウムイオン観察のために340nmの励起光も用いられることが多くなっている。その他励起光として、紫外から可視の間の波長の光も用いられる。
【0003】
このような励起光を用いる落射蛍光顕微鏡は、専用の蛍光用対物レンズが用いられている。この蛍光用対物レンズには、次のような性能が要求される。
【0004】
(A) 物体側のNAが大きい(高NAである)こと。
【0005】
これにより、物体を照明する照明光の強度を強くすることができ、その結果、物体から発せられる蛍光の強度が大になる。又解像が良くなり、より微細な構造を観察することが可能になる。
【0006】
(B) 射出側のNAが大きい(高射出NAである)こと。
【0007】
この射出側NAは、物体側NAを倍率で割ることにより算出される。射出側NAが大きければ、観察像の明るさが増大し、より明るい観察像を得ることが可能になる。
【0008】
(C) 軸上色収差が良好に補正されていること。
【0009】
用途により使用する励起波長、蛍光波長が異なるため、紫外域から可視域まで軸上色収差が良好に補正されている必要がある。
【0010】
(D) 像面湾曲が良好に補正されていて、像面が平坦であること(プラン性能が良いこと)。
【0011】
像面が平坦であれば、広い視野での観察が可能であり、使い勝手が向上する。
【0012】
(E) 紫外域から可視域までの透過率が高いこと。
【0013】
蛍光観察は、物体を照明する照明光として、紫外域から可視域のある特定波長の光を選択して照明する。したがって、紫外域から可視域までの波長域において透過率が高ければ、照明光の強度を強くでき、物体からの蛍光の明るさを増大させることができる。
【0014】
(F) 自家蛍光が少ない(低自家蛍光である)こと。
【0015】
光学ガラスには、光、特に紫外域の光を当てると自家蛍光を発するものがある。対物レンズの自家蛍光は、観察像にとって不必要なバックグランドとなり、結像のコントラストを落とすことになり好ましくない。
【0016】
以上の蛍光対物レンズに要求される性能(A)〜(F)のうち、特に(E)や(F)は、蛍光用対物レンズに特有な性能である。そのために、蛍光用対物レンズで用いる光学材料(光学ガラスあるいは光学結晶)は、性能(E)や(F)を満足することが要求され、透過率が高く、自家蛍光の少ないものを選択する必要がある。
【0017】
蛍光用顕微鏡対物レンズのうち、前記の性能(E)、(F)を満たす従来例として下記の1〜6に示す公報に記載された対物レンズが知られている。
【0018】
1.特開昭55−79406号公報
2.特許第3140111号公報(特開平5−142477号)公報
3.特開平7−230039号公報
4.特開平10−274742号公報
5.特開平11−174339号公報
6.特開平11−352406号公報
これら従来例のうち、従来例1には、倍率が20×、NAが0.65の蛍光用対物レンズが記載されている。従来例2には、倍率が100×でNAが1.3〜1.35の蛍光用対物レンズが記載されている。従来例3には、倍率が100×でNAが1.4、倍率が40×でNAが1.35および倍率が20×でNAが0.8の蛍光用対物レンズが記載されている。従来例4には、倍率が40×でNAが1.3の蛍光用対物レンズが記載されている。従来例5には、倍率が40×でNAが1.3と倍率が100×でNAが1.3の蛍光用対物レンズが記載されている。従来例6には、倍率が100×でNAが1.3の蛍光用対物レンズが記載されている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
以上の蛍光用対物レンズの従来例1〜6は前述のように性能(E)、(F)を満足するものであるが、現在の最高級対物レンズである高NAであって、像面が平坦で2次スペクトルまで含めた軸上色収差が良好に補正されているプランアポクロマート対物レンズと比較すると前記の(A)、(B)、(C)、(D)に記載する基本性能において十分満足し得るものではない。
【0020】
つまり、従来例1は、NAが0.65と小さく像面の平坦性も劣る対物レンズである。従来例2は、像面の平坦性や軸上色収差は良好に補正されているが、NAが1.35と小さい。従来例3は、NAが大であり軸上色収差も良好に補正されているが像面の平坦性が劣っている。従来例4は、NAが大であるが2次スペクトル(gライン)の補正が不十分であり像面の平坦性も劣っている。従来例5のうち倍率が100×でNAが1.3の対物レンズはNAが小であり、像面の平坦性が劣りまた倍率が40×でNAが100の対物レンズも像面の平坦性が劣っている。従来例6はNAが小さく軸上色収差の2次スペクトル(gライン)の補正が十分ではない。
【0021】
以上述べたように、従来の蛍光用対物レンズは、前記性能の(E)、(F)を満足するものの、基本性能である(A)、(B)、(C)、(D)に関してすべてを満足するものはなく、最高級対物レンズとしてはいずれの従来例も不十分であるという問題点を有する。
【0022】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、高NAで、像面の平坦性が良く、軸上色収差も良好に補正された蛍光用顕微鏡対物レンズを提供するものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズは、物体側より順に、複数の接合レンズを有していて物体からの光束を収斂させる第1レンズ群と、像側に強い凹面を向けた負レンズを含む第2レンズ群と、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとよりなる接合レンズを含む第3レンズ群とからなり、第3レンズ群の正レンズに次の条件(1)、(2)、(3)を満足する光学ガラスを用いたことを特徴とする。
(1) 1.65≦nd≦1.8
(2) 25≦νd≦41
(3) T360≧0.5
ただし、nd、νdは夫々前記第3レンズ群の正レンズのd線の屈折率及びアッベ数、T360は前記正レンズのガラスの材料の厚さ10mmにおける波長360nmでの反射損失を含まない内部透過率である。なお、0.5とは50%の透過率を意味する。
【0024】
本発明の対物レンズは、前述のように第1レンズ群が複数の接合レンズを有し物体より光束を収斂する作用をもっている。この第1レンズ群において球面収差、軸上色収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差等の諸収差を良好に補正している。色収差を良好に補正するためには、第1レンズ群に接合レンズを少なくとも二つ設ける必要があり、3枚接合レンズを含めるようにすれば色収差を一層良好に補正し得る。
【0025】
また、第2レンズ群は、物体側に比べて像側に強い凹面を向けた負レンズを含む構成であり、強い負の屈折力を有するレンズ群である。これにより、第1レンズ群にて補正しきれないペッツバール和を良好に補正すると共に球面収差やコマ収差も良好に補正している。このレンズ群の負レンズは、物体側に比べて像側に強い凹面を向けた両凹レンズでも、像側に強い凹面を向けた平凹レンズでも、像側に強い凹面を向けたメニスカスレンズでもよく、また像側に強い凹面を向けたメニスカス形状の接合レンズでもよい。
【0026】
また、第3レンズ群は、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとを接合した接合レンズを含むもので、この接合レンズの物体側に向けられた凹面の負の屈折力により、ペッツバール和を一層良好に補正し、諸収差が良好に補正されるようにした。
【0027】
また、本発明の対物レンズは、第3レンズ群の正レンズが条件(1)、(2)、(3)を満足するガラス材料を用いている。
【0028】
前述のように蛍光用顕微鏡対物レンズは、対物レンズを構成するレンズが紫外域から可視域までの透過率が高く、自家蛍光が少ないことが要求される。しかしこれらの要求を満足する従来の対物レンズは、アッベ数が35以下のガラスあるいはアッベ数が50以下で屈折率が1.62以上のガラスは使用できないとされていた。つまり従来の顕微鏡対物レンズは、屈折率が高く、かつアッベ数の小さいガラスを使用することはできなかった。
【0029】
しかし、NAが大であって、像面が平坦であり、2次スペクトルまで十分良好に補正されたプランアポクロマート級対物レンズは、屈折率が高く、かつアッベ数が小さいガラスを用いることが設計上不可欠である。
【0030】
それは、接合レンズの正レンズと負レンズとの屈折率差あるいはアッベ数の差を大にすることによって、諸収差を良好に補正するためである。
【0031】
また、対物レンズの最終群あるいは最終群に近い正レンズは、色分散の大きいガラス(アッベ数の小さいガラス)を用いることによって、倍率の色収差を良好に補正するという重要な役割を有している。対物レンズのNAが大になればなるほど球面収差や軸上色収差の発生量は大になり、それらを優先的に補正すると倍率の色収差の発生を抑えることができなくなる。そのために、最終群に近い正レンズにより倍率の色収差を補正することが重要になる。
【0032】
また、最終群あるいは最終群に近い正レンズの屈折率が小であると、レンズ面の曲率を強くせざるを得ず、球面収差や軸上色収差やコマ収差や非点収差の発生量が増加し、バランスのとれた収差補正を行なうことが困難になる。
【0033】
近年、条件(1)、(2)、(3)を満足する光学ガラスが開発されている。それら光学ガラスは、Nb2O5成分あるいはTa2O5成分を組成中に含むもので、自家蛍光が小さく紫外域での透過率が高いという特徴を備えており、前記の性能(E)、(F)を有する蛍光用顕微鏡対物レンズに使用し得るガラス材料である。
【0034】
このようなガラスの具体例としては、例えば株式会社オハラのS−NBH5(nd=1.65412、νd=39.7、T360=0.83、T340=0.47)、S−NBH8(nd=1.72047、νd=34.7、T360=0.67、T340=0.24)、S−NBH51(nd=1.74950、νd=35.3、T360=0.68、T340=0.22)がある。
【0035】
本発明は、蛍光用プランアポクロマート顕微鏡対物レンズを実現するために、これら新しい光学ガラスをどのように使用すれば最も効果的であるかを見出したものであって、それを規定したのが前記の条件(1)、(2)、(3)である。
【0036】
これら条件のうち、条件(1)においてndの値が下限値の1.65より小さくなると、第3レンズ群中の正レンズの曲率がきつくなり、諸収差をバランスよく補正することができなくなる。また、これら光学ガラスは、屈折率を高くすると透過率が低下する傾向があり、そのためndの値が上限値1.8を超えると紫外域での透過率が極端に低くなり、性能(E)に適さない。
【0037】
条件(2)において、νdの値が下限値の25より小さくなると、第3レンズ群中の正レンズでの軸上色収差の発生量が増大し、諸収差をバランスよく補正することができなくなる。またνdの値が上限値の41を超えると第3レンズ群の正レンズによる倍率の色収差が補正不足になる。
【0038】
条件(3)において、T360の値が下限値0.5よりも小さくなる光学ガラスは、前記の性能(E)を満足することができず、蛍光用対物レンズとして実用に適さない。
【0039】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズにおいて、条件(1)、(2)の代わりに下記条件(1−1)、(2−1)を満足する請求項1の蛍光用顕微鏡対物レンズ。
(1−1) 1.7≦nd≦1.75
(2−1) 30≦νd≦36
【0040】
上記条件を満足する光学ガラスを用いれば自家蛍光、紫外域透過率、収差性能の一層バランスのとれたものになる。またndが条件(1−1)のように下限値を条件(1)の下限値1.65から1.7にすることにより、対物レンズの収差補正がより容易になる。また上限値を1.8から1.75にすることにより、自家蛍光、紫外域の透過率がより優れたものになる。また条件(2−1)のようにνdの上限値を41から36にすることにより収差補正がより容易になる。
【0041】
以上述べた本発明の対物レンズにおいて更に下記条件(4)、(5)を満足すれば一層望ましい。
(4) νd(L3N)−νd(L3P)>10
(5) |nd(L3N)−nd(L3P)|<0.2
ただしνd(L3N)、νd(L3P)は夫々第3レンズ群の負レンズおよび正レンズのアッベ数、nd(L3N)、nd(L3P)は夫々第3レンズ群の負レンズおよび正レンズのd線の屈折率である。
【0042】
レンズ系の倍率の色収差を補正するためには、第3レンズ群の負レンズにはアッベ数の大きい(色分散の小さい)ガラスを使用し、正レンズにアッベ数の小さい(色分散の大きい)ガラスを使用することが必要である。
【0043】
本発明の顕微鏡対物レンズは、第3レンズ群の接合レンズの負レンズと正レンズが前記条件(4)を満足するようにした。
【0044】
この条件(4)において、下限値の10より小さくなると倍率の色収差を十分良好に補正し得なくなる。
【0045】
また、諸収差をバランスよく補正するためには、条件(1)に加えて前記条件(5)を満足することが望ましい。
【0046】
条件(5)の上限値の0.2を超えると、第3レンズ群の負レンズと正レンズとの屈折率差が大きくなり、接合面での諸収差の発生量が大になり諸収差をバランスよく補正できない。
【0047】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズにおいて、下記条件(6)を満足すれば一層好ましい。
(6) |f2/f|≦20
ただし、f2は第2レンズ群の焦点距離、fは対物レンズ全系の焦点距離である。
【0048】
条件(6)の上限の20を超えると第2レンズ群の屈折力が弱くなり、ペッツバール和の補正量が少なくなるので、像面湾曲が劣化する。あるいは、第2レンズ群で補正しきれない収差量を第3レンズ群で補正しようとして第3レンズ群での諸収差の発生量を増やす結果になる。
【0049】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズにおいて下記条件(7)を満足することが望ましい。
(7) |R(L3P)/f|≧2.6
ただし、R(L3P)は第3レンズ群の正レンズの像側の面の曲率半径である。
【0050】
条件(7)の下限値の2.6より小さくなると第3レンズ群の正レンズの像側の面の曲率半径が小さくなり、この面での諸収差、特にコマ収差の発生が大になりすぎてバランスの良い収差補正ができなくなる。
【0051】
また、本発明の対物レンズにおいて、第1レンズ群は、少なくとも二つの3枚接合レンズを含むことが望ましい。これにより、球面収差や2次スペクトルまで含めた軸上色収差を極めて良好に補正することが困難になる。
【0052】
【発明の実施の形態】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズの実施の形態を図示する実施例をもとに説明する。
【0053】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズの実施例1〜3および参考例は、図1〜図4に示す通りで、下記データを有する。
【0054】
実施例1
倍率100×,NA1.45,視野数26.5,WD0.15,全長(標本面から対物レンズ後端まで)59.36
r1=∞ d1=0.5136 n1=1.51633 ν1=64.15
r2=-1.9022 d2=2.7702 n2=1.75500 ν2=52.32
r3=-2.3778 d3=0.2767
r4=-11.0234 d4=1.6727 n3=1.49700 ν3=81.54
r5=-8.3960 d5=0.1321
r6=-11.5121 d6=2.0521 n4=1.49700 ν4=81.54
r7=-6.7079 d7=0.1205
r8=24.2059 d8=5.8975 n5=1.43875 ν5=94.97
r9=-6.8330 d9=1.2964 n6=1.74100 ν6=52.64
r10=-61.2342 d10=5.6428 n7=1.43875 ν7=94.99
r11=-10.0117 d11=0.2000
r12=20.1093 d12=3.0743 n8=1.43875 ν8=94.99
r13=-41.8986 d13=0.2000
r14=25.0008 d14=0.7954 n9=1.75500 ν9=52.32
r15=8.6458 d15=5.8479 n10=1.43875 ν10=94.99
r16=-15.8080 d16=0.8000 n11=1.75500 ν11=52.32
r17=-103.4152 d17=0.2000
r18=9.3938 d18=5.4070 n12=1.43875 ν12=94.99
r19=-11.5986 d19=0.9404 n13=1.49831 ν13=65.03
r20=19.4800 d20=0.3650
r21=5.2275 d21=4.2874 n14=1.43875 ν14=94.99
r22=-134.2263 d22=3.3711 n15=1.75500 ν15=52.32
r23=2.1276 d23=5.6898
r24=-3.1653 d24=4.3010 n16=1.61700 ν16=62.80
r25=-9.1177 d25=3.1866 n17=1.72047 ν17=34.71
r26=-6.8626
nd(L3P)=1.72047
νd(L3P)=34.7
T360(L3P)=0.67
nd(L3N)=1.617
νd(L3N)=62.8
νd(L3N)−νd(L3P)=28.09
|nd(L3N)−nd(L3P)|=0.103
f=1.8
f1=6.701
f2=-7.817
f3=-87.065
|f1/f|=3.72
|f2/f|=4.34
|f3/f|=48.37
|R(L3P)/f|=3.81
【0055】
実施例2
倍率100×,NA1.4,視野数26.5,WD0.15,全長(標本面から対物レンズ後端まで)49.56
r1=∞ d1=0.5000 n1=1.51633 ν1=64.15
r2=-1.5660 d2=2.8050 n2=1.75500 ν2=52.32
r3=-2.4571 d3=0.1000
r4=-41.4271 d4=3.6613 n3=1.43875 ν3=94.99
r5=-5.7417 d5=0.1000
r6=11.9388 d6=4.9598 n4=1.43875 ν4=94.97
r7=-8.2962 d7=1.0240 n5=1.74100 ν5=52.64
r8=20.1050 d8=5.0349 n6=1.43875 ν6=94.99
r9=-10.0738 d9=0.1000
r10=37.3858 d10=2.6776 n7=1.43875 ν7=94.99
r11=-27.4359 d11=0.0996
r12=20.1201 d12=1.3120 n8=1.75500 ν8=52.32
r13=6.7987 d13=4.0920 n9=1.43875 ν9=94.99
r14=-24.5755 d14=1.2120 n10=1.75500 ν10=52.32
r15=-140.3679 d15=0.1000
r16=8.5944 d16=5.2361 n11=1.43875 ν11=94.99
r17=-6.3117 d17=0.7607 n12=1.51633 ν12=64.14
r18=23.5004 d18=0.0998
r19=4.1449 d19=3.8192 n13=1.43875 ν13=94.99
r20=-29.6373 d20=2.8474 n14=1.74100 ν14=52.64
r21=1.9303 d21=2.4894
r22=-2.5781 d22=3.4905 n15=1.67790 ν15=55.34
r23=-7.6346 d23=2.7188 n16=1.73777 ν16=32.23
r24=-5.6059
nd(L3P)=1.73777
νd(L3P)=32.23
T360(L3P)=0.73
nd(L3N)=1.6779
νd(L3N)=55.34
νd(L3N)−νd(L3P)=23.11
|nd(L3N)−nd(L3P)|=0.06
f=1.8
f1=5.186
f2=-8.648
f3=-67.369
|f1/f|=2.88
|f2/f|=4.8
|f3/f|=37.43
|R(L3P)/f|=3.11
【0056】
実施例3
倍率100×,NA1.4,視野数26.5,WD0.15,全長(標本面から対物レンズ後端まで)49.36
r1=∞ d1=0.5000 n1=1.51633 ν1=64.15
r2=-1.5660 d2=2.8000 n2=1.75500 ν2=52.32
r3=-2.4628 d3=0.1081
r4=-70.9829 d4=3.7327 n3=1.43875 ν3=94.99
r5=-5.9260 d5=0.1000
r6=12.2913 d6=4.8110 n4=1.43875 ν4=94.97
r7=-8.4952 d7=1.0000 n5=1.74100 ν5=52.64
r8=19.1643 d8=4.7990 n6=1.43875 ν6=94.99
r9=-10.8485 d9=0.1000
r10=50.2046 d10=2.7796 n7=1.43875 ν7=94.99
r11=-18.3157 d11=0.1994
r12=20.7027 d12=1.2952 n8=1.74100 ν8=52.64
r13=6.7728 d13=4.1862 n9=1.43875 ν9=94.99
r14=-25.6719 d14=1.1839 n10=1.74100 ν10=52.64
r15=-254.5610 d15=0.0951
r16=8.7339 d16=4.9518 n11=1.43875 ν11=94.99
r17=-6.7842 d17=0.8000 n12=1.51633 ν12=64.14
r18=21.1248 d18=0.1000
r19=4.5000 d19=4.0100 n13=1.49700 ν13=81.54
r20=-25.7035 d20=0.9191 n14=1.61340 ν14=43.84
r21=13.1075 d21=0.8087
r22=-79.3151 d22=0.8271 n15=1.61340 ν15=43.84
r23=2.0026 d23=1.8441
r24=-2.3836 d24=3.9078 n16=1.67790 ν16=55.34
r25=-41.8846 d25=3.1811 n17=1.74951 ν17=35.33
r26=-6.3179
nd(L3P)=1.74951
νd(L3P)=35.33
T360(L3P)=0.68
nd(L3N)=1.6779
νd(L3N)=55.34
νd(L3N)−νd(L3P)=20.01
|nd(L3N)−nd(L3P)|=0.072
f=1.8
f1=-44.259
f2=-3.172
f3=-35.624
|f1/f|=24.59
|f2/f|=1.76
|f3/f|=19.79
|R(L3P)/f|=3.51
【0057】
参考例
倍率60×,NA1.4,視野数26.5,WD0.15,全長(標本面から対物レンズ後端まで)48.56
r1=∞ d1=0.3800 n1=1.51633 ν1=64.15
r2=-2.1198 d2=3.9701 n2=1.78650 ν2=50.00
r3=-3.1211 d3=0.1000
r4=-16.0630 d4=1.8946 n3=1.56907 ν3=71.30
r5=-8.1234 d5=0.1000
r6=∞ d6=2.2991 n4=1.56907 ν4=71.30
r7=-14.4537 d7=0.1000
r8=67.7559 d8=4.0257 n5=1.49700 ν5=81.61
r9=-8.3163 d9=1.0000 n6=1.61340 ν6=43.84
r10=13.8764 d10=5.8117 n7=1.43875 ν7=94.97
r11=-10.3364 d11=0.3000
r12=18.1741 d12=1.0000 n8=1.61340 ν8=43.84
r13=6.6001 d13=6.1540 n9=1.43875 ν9=94.97
r14=-30.7753 d14=1.1000 n10=1.61340 ν10=43.84
r15=30.6665 d15=0.1000
r16=11.0179 d16=2.3908 n11=1.43875 ν11=94.97
r17=18.3385 d17=0.1000
r18=7.0899 d18=6.5042 n12=1.61800 ν12=63.39
r19=-8.0917 d19=1.0000 n13=1.61340 ν13=43.84
r20=3.3132 d20=3.4247
r21=-3.9702 d21=2.6421 n14=1.61340 ν14=43.84
r22=18.4063 d22=3.8429 n15=1.73777 ν15=32.23
r23=-8.1539
nd(L3P)=1.73777
νd(L3P)=32.23
T360(L3P)=0.73
nd(L3N)=1.6134
νd(L3N)=43.84
νd(L3N)−νd(L3P)=11.61
|nd(L3N)−nd(L3P)|=0.124
f=3
f1=4.29
f2=-44.08
f3=-290.62
|f1/f|=1.43
|f2/f|=14.69
|f3/f|=96.87
|R(L3P)/f|=2.72
ただし、r1、r2、・・・は各レンズ面の曲率半径、d1、d2、・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、n1、n2、・・・は各レンズのd線の屈折率、ν1、ν2、・・・は各レンズのアッベ数である。またWDは作動距離である。尚、曲率半径、空気間隔等の長さの単位はmmである。
【0058】
実施例1は、図1に示す通りの構成である。第1レンズ群G1が埋め込みレンズを持つ半球状の平凸接合レンズ(r1〜r3)と、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ2枚(r4〜r7)と、正レンズと負レンズと正レンズとを接合した3枚接合レンズ(r8〜r11)と、正レンズ(r12〜r13)と、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した3枚接合レンズ(r14〜r17)と、正レンズと負レンズとを接合したメニスカス接合レンズ(r18〜r20)とにて構成される。第2レンズ群G2は正レンズと負レンズとを接合し像側に強い凹面を向けた強い負の屈折力を持つ接合レンズ(r21〜r23)にて構成される。第3レンズ群G3は負レンズL3Nと正レンズL3Pを接合した物体側に凹面を向けた弱い負の屈折力を持つメニスカス接合レンズ(r24〜r26)にて構成されている。
【0059】
この実施例1は液浸系対物レンズであって、倍率が100×で、NAが1.45である。
【0060】
この実施例1の対物レンズは、データ中に記載するように第3レンズ群G3の正レンズL3Pは条件(1)、(1−1)、(2)、(2−1)、(3)を満足する光学ガラスにて形成されている。
【0061】
また、条件(4)、(5)、(6)、(7)を満足する。
【0062】
実施例2は、図2に示す構成の対物レンズである。第1レンズ群G1が埋め込みレンズを持つ半球状の平凸接合レンズ(r1〜r3)と、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ(r4〜r5)と、正レンズと負レンズと正レンズを接合した3枚接合レンズ(r6〜r9)と、正レンズ(r10〜r11)と、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した3枚接合レンズ(r12〜r15)と、正レンズと負レンズとを接合したメニスカス接合レンズ(r16〜r18)とにて構成される。第2レンズ群G2は正レンズと負レンズとを接合し像側に強い凹面を向けた接合レンズで、強い負の屈折力を有するメニスカス接合レンズ(r19〜r21)にて構成される。第3レンズ群G3は負レンズL3Nと正レンズL3Pを接合した物体側に凹面を向けた弱い負の屈折力を持つメニスカス接合レンズ(r22〜r24)にて構成されている。
【0063】
この実施例2は、倍率が100×で、NAが1.4の液浸系対物レンズである。
【0064】
この実施例2の対物レンズは、データ中に示す通り、第3レンズ群G3の正レンズL3Pが条件(1)、(1−1)、(2)、(2−1)、(3)を満足する光学ガラスにて形成されている。また、条件(4)、(5)、(6)、(7)を満足する。
【0065】
実施例3は、図3に示す構成の対物レンズである。第1レンズ群G1が埋め込みレンズを持つ半球状の平凸接合レンズ(r1〜r3)と、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ(r4〜r5)と、正レンズと負レンズと正レンズとを接合した3枚接合レンズ(r6〜r9)と、正レンズ(r10〜r11)と、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した3枚接合レンズ(r12〜r15)と、正レンズと負レンズを接合したメニスカス接合レンズ(r16〜r18)と、正レンズと負レンズとを接合したメニスカス接合レンズ(r19〜r21)とにて構成されている。第2レンズ群G2は像側に強い凹面を向けた強い負の屈折力を持つメニスカスレンズ(r22〜r23)にて構成されている。第3レンズ群G3は負レンズL3Nと正レンズL3Pとを接合した弱い屈折力のメニスカス接合レンズ(r24〜r26)にて構成されている。
【0066】
この実施例3は、倍率が100×で、NAが1.4の液浸系対物レンズである。また、データ中に示すように、第3レンズ群G3の正レンズL3Pは条件(1)、(1−1)、(2)、(2−1)、(3)を満足する光学ガラスにて形成されている。更にこの実施例3は、条件(4)、(5)、(6)、(7)を満足する。
【0067】
参考例は、図4に示す通りの構成であって、第1レンズ群G1が埋め込みレンズを持つ半球状の平凸接合レンズ(r1〜r3)と、凹面を物体側に向けたメニスカスレンズ(r4〜r5)と、物体側の面が平面の平凸レンズ(r6〜r7)と、正レンズと負レンズと正レンズを接合した3枚接合レンズ(r8〜r11)と、負レンズと正レンズと負レンズを接合した3枚接合レンズ(r12〜r15)と、正のメニスカスレンズ(r16〜r17)とにて構成されている。また、第2レンズ群G2は正レンズと負レンズとを接合した接合レンズで、像側に強い凹面を向けた強い負の屈折力を持つメニスカス接合レンズ(r18〜r20)で構成されている。第3レンズ群G3は負レンズL3Nと正レンズL3Pとを接合した物体側に凹面を向けたメニスカス接合レンズ(r21〜r23)にて構成されている。この実施例の第3レンズ群は屈折力が非常に弱く、ほとんどパワーを持たない。
【0068】
参考例は、倍率が60×で、NAが1.4の液浸系対物レンズである。
【0069】
この参考例は、第3レンズ群G3の正レンズL3Pが条件(1)、(1−1)、(2)、(2−1)、(3)を満足する光学ガラスにて形成されている。また、条件(4)、(5)、(6)、(7)を満足する。
【0070】
前記の実施例1〜3および参考例は、いずれも次に示すようなカバーガラスおよびオイルを用いている。
カバーガラス d=0.17mm、nd=1.521、アッベ数νd=56.02
オイル nd=1.51548、νd=43.1
【0071】
またこれら実施例1〜3および参考例は、いずれも無限遠設計の対物レンズである。そのために例えば図9に示す通りの構成で下記データを有する結像レンズと共に用いられる。
R1=68.7541 D1=7.7321 N1=1.48749 V1=70.20
R2=-37.5679 D2=3.4742 N2=1.80610 V2=40.95
R3=-102.8477 D3=0.6973
R4=84.3099 D4=6.0238 N3=1.83400 V3=37.16
R5=-50.7100 D5=3.0298 N4=1.64450 V4=40.82
R6=40.6619
ただし、R1、R2、・・・は結像レンズ各面の曲率半径、D1、D2、・・・は結像レンズの肉厚およびレンズ間隔、N1、N2、・・・は結像レンズの各レンズのd線の屈折率、V1、V2、・・・は結像レンズの各レンズのアッベ数である。
【0072】
この結像レンズは、実施例1〜3および参考例の対物レンズから間隔50mm〜170mmの間のいずれの位置に配置してもよい。
【0073】
これら実施例1、2、3、参考例の収差状況は夫々図5、図6、図7、図8に示す通りで、色収差を含む諸収差が極めて良好に補正されている。
これら収差曲線図中(a)は球面収差、(b)は正弦条件違反量、(c)は非点収差、(d)は歪曲収差を示す。特に球面収差、色収差、像面湾曲が良好に補正されている。なお図5〜8は、いずれも対物レンズから120mm間隔を置いて図9に示す結像レンズを配置して結像させた時のものである。
【0074】
本発明の蛍光用顕微鏡対物レンズは、以上述べた通りの構成であって、特許請求の範囲に記載されたもののほか、下記の各項に記載するもの等も発明の目的を達成し得るものである。
【0075】
(1) 特許請求の範囲の請求項1、2または3に記載する対物レンズで、条件(1)の代わりに下記条件(1−1)、条件(2)の代わりに下記条件(2−1)、あるいは条件(1)、(2)の代わりに下記条件(1−1)、(2−1)を満足することを特徴とする蛍光用顕微鏡対物レンズ。
(1−1) 1.7≦nd≦1.75
(2−1) 30≦νd≦36
【0076】
(2) 特許請求の範囲の請求項1、2または3あるいは前記の(1)の項に記載する対物レンズで、次の条件(7)を満足することを特徴とする蛍光用顕微鏡対物レンズ。
(7) |R(L3P)/f|≧2.6
ただし、R(L3P)は第3レンズ群中の正レンズの像側の面の曲率半径、fは対物レンズ全系の焦点距離である。
【0077】
(3) 特許請求の範囲の請求項1、2または3あるいは前記の(1)または(2)の項に記載する対物レンズで、第1レンズ群中に二つの3枚接合レンズを含んでいることを特徴とする蛍光用顕微鏡対物レンズ。
【0078】
【発明の効果】
本発明によれば、高NAで、像面の平坦性が良く、軸上色収差が良好に補正された蛍光用顕微鏡対物レンズを実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の対物レンズの断面図
【図2】 本発明の実施例2の対物レンズの断面図
【図3】 本発明の実施例3の対物レンズの断面図
【図4】 参考例の対物レンズの断面図
【図5】 本発明の実施例1の収差曲線図
【図6】 本発明の実施例2の収差曲線図
【図7】 本発明の実施例3の収差曲線図
【図8】 参考例の収差曲線図
【図9】 本発明の対物レンズと共に用いられる結像レンズの断面図
Claims (2)
- 物体側より順に、最も物体側に埋め込みレンズを持つ半球状の接合レンズを含む複数の接合レンズを有し物体よりの光束を収斂させる第1レンズ群と、像側に強い凹面を向けた負レンズを含む第2レンズ群と、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとよりなる接合レンズを含む第3レンズ群とからなり、前記第3レンズ群の正レンズに下記条件(1)、(2)、(3)、(4’)、(5)を満足する光学ガラスを用いたことを特徴とする蛍光用顕微鏡対物レンズ。
(1) 1.65≦nd≦1.8
(2) 25≦νd≦41
(3) T360≧0.5
(4’) ν d (L 3N )−ν d (L 3P )≧20.01
(5) |n d (L 3N )−n d (L 3P )|<0.2
ただし、nd、νdは夫々前記第3レンズ群の正レンズのd線の屈折率及びアッベ数、T360は前記正レンズのガラスの材料の厚さ10mmにおける波長360nmでの反射損失を含まない内部透過率、ν d (L 3N )、ν d (L 3P )は夫々第3レンズ群の負レンズおよび正レンズのアッベ数、n d (L 3N )、n d (L 3P )は夫々第3レンズ群の負レンズおよび正レンズのd線の屈折率である。 - 下記条件(6)を満足する請求項1の蛍光用顕微鏡対物レンズ。
(6) |f2/f|≦20
ただし、f2は前記第2レンズ群の焦点距離、fは対物レンズ全系の焦点距離である
。
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