JP4097937B2

JP4097937B2 - 液浸顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP4097937B2
Application number: JP2001373492A
Authority: JP
Inventors: 宏一小西; 隆笠原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003172879A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像面が平坦であり、セミアポクロマート級、あるいはアポクロマート級の液浸顕微鏡対物レンズに関するものである。特に紫外光励起による蛍光観察が良好に行える液浸顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液浸顕微鏡対物レンズの従来例として、特開昭５８−１９２０１３号（特公平５−６７００４号）、特開昭６１−２７５８１３号、特開平５−１４２４７７号、特開平１０−２７４７４２号、特開平１１−２３９７６号、特開平１１−８４２５４号、特開平１１−１７４３３９号、特開２０００−３５５４１号の各公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、特に生物関係の研究分野では、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できる蛍光顕微鏡が広く利用されている。この蛍光顕微鏡は、励起光として短い波長の光を標本に照射し、それにより発する蛍光像を観察する装置である。ここで用いる励起光の代表的な光としてｉ線（３６５ｎｍ）がある。また、最近は生体内のカルシウムイオンを観察するために、励起光として３４０ｎｍの光が用いられている。
【０００４】
そのために、蛍光観察に用いられる顕微鏡対物レンズには、上記のような短波長領域の励起光に対しても高い透過率を有することが要求されている。ところで、試料から発生する蛍光は、その光強度が微弱なものが多い。一方、顕微鏡対物レンズに使用できる硝材のなかには、励起光により蛍光を発するもの（自家蛍光）がある。そのため、このような硝材を対物レンズに用いると、試料からの蛍光と自家蛍光が一緒になるので観察像のコントラストを著しく劣化させる。このようなことから、蛍光観察に用いられる顕微鏡対物レンズで使用できる硝材には制限がある。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１．７以上の硝材は、使用することができない。また、上記以外の硝材であっても使用できないものがある。
【０００５】
また、蛍光観察では高倍率で観察する場合が多い。ところが顕微鏡対物レンズは、倍率が高くなるほど焦点距離が小になる。この場合、レンズ系全体の屈折力が強くなるため、像面の平坦性と深く関係するペッツバール和の絶対値が大きくなりやすい。
【０００６】
一方で、蛍光観察では様々な波長の蛍光像を観察する。そのため、顕微鏡対物レンズは、ペッツバールの補正とは相反する性質を有する色収差を補正する必要がある。
【０００７】
ところが、ペッツバール和の補正を優先させると色収差の補正が困難になり、色収差の補正を優先するとペッツバール和の補正が困難になる。
【０００８】
また、高倍率の顕微鏡対物レンズは、一般に開口数が大であり、色による球面収差やコマ収差の曲がりや乱れが大になる。
【０００９】
このように、高倍率の顕微鏡対物レンズは、色に関する諸収差の補正とペットバール和の補正との両立が非常に困難である。
【００１０】
上記従来技術のうち、特開昭５８−１９２０１３号（特公平５−６７００４号）、特開昭６１−２７５８１３号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、蛍光検察に適した硝材を使用していない。そのため、短波長側での透過率が低いという問題や、自家蛍光の発生量が大であるという問題がある。よって蛍光観察のためには満足のいく性能を有していない。
【００１１】
また、特開平５−１４２４７７号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、ペッツバール和の補正や倍率の色収差等を補正するために、後群に比較的高い屈折率を有する硝材や比較的高分散の硝材を厚いレンズに用いている。これら硝材は、蛍光観察に適した硝材である。しかしながら、一般に肉厚が厚ければ厚いほど短波長側の透過率が低下し、自家蛍光が増加する傾向がある。したがって、肉厚の厚いレンズの影響によって、蛍光観察にとって満足な性能を有しているとはいえない。
【００１２】
また、特開平１０−２７４７４２号公報等に記載されている顕微鏡対物レンズのように、先玉埋め込みレンズを用いたものは、光学性能上かなり有効である。先玉埋め込みレンズを用いる方法は、特にアポクロマート等開口数の大きい対物レンズに利用されているが、加工が難しいという欠点がある。特に先玉埋め込みレンズの接合面はきつい曲率の面になることが多いので、この面の加工が困難である。また先玉埋め込みレンズの像側の凸面が半球あるいはそれを超える場合もあり、製造する際のコストが高くなる。
【００１３】
また、特開平１１−２３９７６号公報、特開平１１−１７４３３９号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、石英ガラスを用いたものである。石英ガラスは、自家蛍光が少なく、短波長側の透過率が良いが、高価であるためにコスト高になる。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、像面の平坦性がよく補正されており、かつ視野周辺でも像質が良好な液浸系顕微鏡対物レンズを提供するものである。また紫外域の光透過率が高く、かつ自家蛍光の少ない液浸顕微鏡対物レンズを提供するものである。またレンズ加工が比較的容易に行える液浸顕微鏡対物レンズを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の液浸顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力をもつ第１レンズ群と、正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の屈折力をもつ第３レンズ群とよりなり、前記第１レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第２レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である３枚接合レンズを有し、下記条件（１）、（２）を満足するものである。
（１）１＜ｒ_b／ｒ_a＜２
（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８
ただし、ｒ_aは前記第１レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、ｒ_bは前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、ｒ_cは前記第２レンズ群の前記３枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。
【００１６】
条件（１）、（２）は、第１レンズ群にて発生する球面収差、色収差を補正するための条件である。条件（１）、（２）を満足すると、第１レンズ群に設けた接合面と、第２レンズ群に設けた接合面の夫々を適度な大きさの強い負屈折力にすることができる。これにより、対物レンズを構成する正レンズの屈折力も強くすることができる。そうすると、正レンズには屈折率の小さい硝材を使用することができる。この屈折率の小さい硝材は、自家蛍光を発生することが少ない。したがって、条件（１）、（２）を満足することで、蛍光観察に適した対物レンズを実現することができる。
【００１７】
条件（１）、（２）は前述の接合面の曲率半径を規定するものである。これら条件の下限を下まわるといずれも正の屈折力の面で発生する球面収差、色収差が補正過剰になる。また、条件（１）、（２）の上限を上まわると正の屈折力の面で発生する球面収差、色収差が補正不足になる。
【００１８】
また、本発明の顕微鏡対物レンズにおいて、下記条件（３）を満足することが望ましい。
（３）Ｎ_d１＞１．６
ただし、Ｎ_d１は第１レンズ群の最も物体側の平凸レンズの屈折率である。
【００１９】
この平凸レンズはｄ線の屈折率が高く、かつ分散が小さい（アッベ数が低い）硝材を用いることが望ましい。
【００２０】
この最も物体側の平凸レンズが条件（３）の下限の１．５より小さいと、各面の屈折力が強くなる。そのため、球面収差や色収差の発生量が大になり、その補正が困難になる。
【００２１】
また第１レンズ群に含まれるレンズのアッベ数がいずれも５０以上であると、自家蛍光の小さな硝材を用いることができ、蛍光観察にとって好ましい。
【００２２】
また、第１レンズ群のすべてのレンズがｄ線に対する屈折率が１．７以下であれば、短波長の透過率が良い硝材を用いることができる。よって更に最適な蛍光観察が可能になる。
【００２３】
また、第２レンズ群が正レンズと負レンズを接合した接合レンズを含み、この接合レンズを移動させる移動機構を設けることが望ましい。このようにすると、移動機構により接合レンズを移動させることができるので、標本の厚さにより発生する球面収差を補正することができる。これにより厚さに変化のある標本をも最適に観察することが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の液浸顕微鏡対物レンズの実施の形態を下記実施例にもとづいて説明する。
【００２５】
本発明の対物レンズの実施例は、図１〜図３に示す通りの構成で下記データを有するものである。

【００２６】

【００２７】

上記データ中、面番号１、２、・・・における曲率半径の値は、図面中のｒ₁，ｒ₂・・・が対応して、面番号１、２における肉厚は、面間隔（レンズの肉厚及び空気間隔）であって、図面中のｄ₁，ｄ₂・・・が対応し、面番号１、３、・・・における屈折率及びＶ_dは第１面ｒ₁と第２面ｒ₂の間の硝材、第３面ｒ₃と第４面ｒ₄の間の硝材、・・・のｄ線に対する屈折率及びアッベ数である。また、データ中の曲率半径、肉厚などの長さの単位はｍｍである。
【００２８】
上記実施例中、実施例１は図１に示す構成のレンズ系で、物体側より順に、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とよりなる。
【００２９】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、平凸レンズと、正のメニスカスレンズと、両凸レンズと負のメニスカスレンズを接合した接合レンズとよりなる。そして、この接合レンズの接合面は像側に凸である。また、この接合面は負の屈折力を有する面である。第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、負のメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズとを接合した３枚接合レンズとよりなる。３枚接合レンズの２つの接合面のうち物体側の接合面は物体側に凸になっている。この物体側の接合面は、負の屈折力を有する面である。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズと両凹レンズと両凸レンズとを接合した接合レンズとよりなる。
【００３０】
実施例２は、図２に示す通りの構成の対物レンズで、物体側より順に、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Ｇ３とにて構成されている。
【００３１】
第１レンズ群Ｇ１は物体側より順に、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、正レンズと負レンズとが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズとよりなる。この接合面は負の屈折力を有する面である。第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズと、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した３枚接合レンズとよりなる。３枚接合レンズの２つの接合面のうち物体側の接合面は物体側に凸で、負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズとよりなるガウス構成である。
【００３２】
また、この実施例２の対物レンズは、第２レンズ群Ｇ２のうちの正レンズと負レンズとよりなる接合レンズが光軸方向に移動する。これにより標本に厚みのある場合に、標本の硝材等の差異による収差の悪化を補正するようにしている。つまり第２レンズ群Ｇ２の移動による図２に示すｄ₇，ｄ₁₀の値（データ中のＤ１、Ｄ２）をｚ１，ｚ２，ｚ３に示す値のように変化させることにより、収差補正を行なっている。
【００３３】
ここで、ｚ１，ｚ２，ｚ３は下記の屈折率ｎ₀、アッベ数ν₀を有する標本を用いた時のＤ１、Ｄ２の値を示す。
ｚ１ｎ₀＝１．３８４２２， ν₀＝５５．８９
ｚ２ｎ₀＝１．３８４２２， ν₀＝６４．２５
ｚ３ｎ₀＝１．４３４２２， ν₀＝７２．６１
【００３４】
更に、実施例３は、図３に示す通りの構成の対物レンズで、物体側より順に、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Ｇ３とにて構成されている。
【００３５】
第１レンズ群Ｇ１は平凸レンズと、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けている面である接合レンズとよりなる。この接合面は負の屈折力を有する面である。第２レンズ群Ｇ２は正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズと、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した３枚接合レンズとからなる。この３枚接合レンズの２つの接合面のうち、物体側の接合面は物体側に凸であり、負の屈折力を有する面である。第３レンズ群Ｇ３は正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズとからなるガウス構成のレンズ群である。
【００３６】
以上述べた本発明の実施例１、２、３は、いずれも焦点距離ｆ＝３ｍｍ、倍率β＝６０×、開口数ＮＡ＝１．１である。
【００３７】
また、これら実施例は液浸として水を用いたもので、水のｄ線に対する屈折率は１．３３４２２、アッベ数は５５．８９である。これら実施例は無限遠設計の対物レンズであり、例えば図７に示す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。

【００３８】
実施例１、２、３の前記図７に示す結像レンズを空気間隔１２０ｍｍにおいて配置した時の収差状況は、夫々図４、５、６に示す通りであって、良好に補正されている。
【００３９】
以上述べた蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズは、特許請求の範囲に記載する対物レンズのほか、次の各項に記載する対物レンズも、本発明の目的を達成するものである。
【００４０】
（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、対物レンズを構成するすべてのレンズがｄ線に対する屈折率が１．７以下であることを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズ。
【００４１】
（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、第２レンズ群が正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを含み、この接合レンズが光軸上を移動することにより、厚みのある標本により発生する収差を補正するようにしたことを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズ。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ加工が比較的容易であり、像面の平坦性が良く補正されており、かつ視野周辺での像性能が良好である蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率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の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例３の断面図
【図４】本発明の実施例１の収差図
【図５】本発明の実施例２の収差図
【図６】本発明の実施例３の収差図
【図７】本発明の対物レンズと共に用いられる結像レンズの例を示す断面図

Claims

物体側から順に、正の屈折力をもつ第１レンズ群と、正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の屈折力をもつ第３レンズ群とよりなり、前記第１レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第２レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である３枚接合レンズを有し、下記条件（１）、（２）、（３）を満足する液浸顕微鏡対物レンズ。
（１）１＜ｒ_b／ｒ_a＜２
（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８
（３）１．５≦Ｎ _d １≦１．７
ただし、ｒ_aは前記第１レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、ｒ_bは前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、ｒ_cは前記第２レンズ群の前記３枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径、Ｎ _d １は第１レンズ群の前記平凸レンズの屈折率である。
物体側から順に、正の屈折力をもつ第１レンズ群と、正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の屈折力をもつ第３レンズ群とよりなり、前記第１レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第２レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である３枚接合レンズを有し、下記条件（１）’、（２）を満足する液浸顕微鏡対物レンズ。
（１）’ １.４６５＜ｒ_b／ｒ_a＜２
（２）１＜｜ｒ_c／ｒ_a｜＜１．８
ただし、ｒ_aは前記第１レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、ｒ_bは前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、ｒ_cは前記第２レンズ群の前記３枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。
前記第１レンズ群に含まれるレンズのアッベ数がすべて５０以上である請求項１又は２に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
対物レンズを構成するすべてのレンズがｄ線に対する屈折率が１．７以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
第２レンズ群が正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを含み、この接合レンズが光軸上を移動することにより、厚みのある標本により発生する収差を補正するようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。