JP4190265B2

JP4190265B2 - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP4190265B2
Application number: JP2002344997A
Authority: JP
Inventors: 靖藤本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP2004177729A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関し、特に、像面が平坦で、諸収差が良好に補正された中高倍顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の顕微鏡対物レンズとしては、５群８枚構成のもの（例えば、特許文献１、２参照）や、４群６枚構成のもの（例えば、特許文献３、４参照）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５３−４８５３７号公報
【特許文献２】
特開昭５３−１１２７５９号公報
【特許文献３】
特開昭５５−７９４０７号公報
【特許文献４】
特開平９−２３６７５２号公報
【０００４】
特許文献１、２に記載の顕微鏡対物レンズは、ＮＡが０．７と大きいが、構成レンズ枚数が８枚と多くなっている。
特許文献３に記載の顕微鏡対物レンズは、構成レンズ枚数が６枚と少ないが、最も物体側のレンズの曲率が小さい。このため、レンズ加工が困難であり、コスト高の構成となっている。
特許文献４に記載の顕微鏡対物レンズは、構成レンズ枚数が６枚と少なく、更に最も物体側のレンズの曲率も大きい。このため、レンズ加工のし易さの点では有利であるが、像面湾曲の補正が十分ではない。また、ＷＤ（ワーキングディスタンス：対物レンズの前端から、試料（標本）までの作動距離）も０．６５ｍｍと短い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、２０倍を上回る倍率の顕微鏡対物レンズにおいては、最も物体側のレンズは、曲率が小さく、大きさも微小であるので、加工が非常に困難な形状をしている。このため、最も物体側のレンズのコストは他の群のレンズと比較してかなり高額となる。場合によっては、最も物体側のレンズ１枚で、それより後群のレンズの２枚以上のコストがかかることがある。そこで、最も物体側のレンズの曲率を大きくして加工し易くすれば製造コストをダウンさせることができるが、レンズの曲率を大きくすると収差補正が困難となる。
このため、特許文献１〜４に例示した従来のこの種の顕微鏡対物レンズでは、上述のように、最も物体側のレンズに加工しやすい形状のレンズを用いることと、諸収差を良好に補正することの両方を同時に満足することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、中高倍の対物レンズにおいて、最も物体側のレンズに加工しやすい形状のレンズを用いながら、諸収差も良好に補正できる顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による顕微鏡対物レンズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ群と、正レンズからなる第２レンズ群と、正の接合レンズからなる第３レンズ群と、像側に凹面を向けた正の接合メニスカスレンズからなる第４レンズ群とから構成され、次の条件式(1)，(2)を満足することを特徴としている。
０．５＜｜Ｒ１／ｆ｜＜１ …(1)
１．３＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１．６ …(2)
ただし、Ｒ１は前記第１レンズ群の物体側面の曲率半径、Ｒ２は前記第１レンズ群の像側面の曲率半径、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
【０００８】
また、本発明による顕微鏡対物レンズは、次の条件式(3)を満足するのが好ましい。
１．５＜Ｄ４／ｆ＜３ …(3)
ただし、Ｄ４は前記第４レンズ群の軸上での肉厚である。
【０００９】
また、本発明による顕微鏡対物レンズは、前記第３レンズ群が、正レンズと負レンズと正レンズの３枚接合からなるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用について説明する。
本発明のように顕微鏡対物レンズを構成すると、第１レンズ群Ｇ１は、物体からの光束を収斂光束とする。また、物体側に凹面を向けたメニスカス形状によって、像面湾曲等の諸収差を補正する。第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群からの光束を更に収斂させる。第３レンズ群Ｇ３は、接合面の凹パワーにより色収差等の諸収差を良好に補正する。第４レンズ群Ｇ４は、倍率の色収差や、第１レンズ群で補正しきれなかった像面湾曲等の収差を良好に補正する。
【００１１】
ここで、条件式(1)は、第１レンズ群の物体側の面の、収差補正能力と、良好なレンズ加工性とを同時に保つための条件式である。
条件式(1)の下限値“０．５”を下回ると、第１レンズ群の物体側の曲率が小さくなる。曲率が小さければ像面湾曲を補正するには有利であるが、曲率がこの程度まで小さくなるとレンズの加工が困難となり、コストの増大を招いてしまう。一方、条件式(1)の上限値“１”を上回ると、第１レンズ群の物体側の曲率が大きくなり、像面湾曲の補正を十分に行うことができない。
【００１２】
条件式(2)は、第１レンズ群の屈折力を定めた条件式である。
条件式(2)の下限値“１．３”を下回ると、像面湾曲が補正不足となる。一方、条件式(2)の上限値“１．６“を上回ると、像面湾曲が補正過剰となるだけでなく、コマ収差等をバランス良く補正することが困難となる。そのため、諸収差を良好に補正できないか、あるいは、諸収差を補正するために後群のレンズ枚数を増加させなければならなくなり、コストの増大を招いてしまう。
【００１３】
なお、好ましくは、更に次の条件式(1a)，(2a)を満足するのが望ましい。
０．６＜｜Ｒ１／ｆ｜＜０．８ …(1a)
１．３＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１．５ …(2a)
ただし、Ｒ１は前記第１レンズ群の物体側の曲率半径、Ｒ２は前記第１レンズ群の像側の曲率半径、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
このようにすれば、更に良好な収差補正が可能となる。
【００１４】
条件式(3)は、第４レンズ群のレンズ肉厚を規定し、条件式(1)，(2)と併せて、像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
条件式(3)の下限値“１．５”を下回ると、像面湾曲の補正が困難となってしまう。一方、条件式(3)の上限値“３”を上回ると、倍率の色収差の補正が困難となるだけでなく、厚みのあるレンズを加工しなければならないため、コストの増大を招いてしまう。
【００１５】
なお、好ましくは、更に次の条件式(3a)を満足するのが望ましい。
１．８＜Ｄ４／ｆ＜３ …(3a)
ただし、Ｄ４は前記第４レンズ群の軸上での肉厚である。
このようにすれば、更に良好な収差補正が可能となる。
【００１６】
また、更に次の条件式(4)を満足するのが望ましい。
νｄ（４Ｏ）−νｄ（４Ｔ）＞１５ …(4)
ただし、νｄ（４Ｏ）は第４レンズ群中の凹レンズのアッベ数、νｄ（４Ｔ）は第４レンズ群中の凸レンズのアッベ数である。
【００１７】
条件式(4)は、倍率の色収差を良好に補正するための条件式である。
条件式(4)の下限値“１５”を下回ると、倍率の色収差を十分に補正することができない。
【００１８】
また、本発明の顕微鏡対物レンズにおいて、第３レンズ群Ｇ３を、正レンズと負レンズと正レンズの３枚を接合した接合レンズで構成すると、接合面での凹パワーを十分に引き出すことができ、球面収差や軸上色収差を良好に補正することができる。
【００１９】
【実施例】
以下。本発明の実施例について図面を用いて説明する。
なお、本発明の顕微鏡対物レンズは、対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、それ自身では結像しない。そこで、後述する各実施例における顕微鏡対物レンズは、図５に示す結像レンズと組み合わせて使用される。図５は本発明の各実施例において対物レンズに組み合わせて使用される結像レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。
また、この結像レンズの数値データを示す。数値データ中、ｒ₁’、ｒ₂’…は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、ｄ₁’、ｄ₂’…は物体側から順に示した各レンズ面間の間隔（単位：ｍｍ）、ｎ_d1’、ｎ_d2’…は物体側から順に示した各レンズのｄ線での屈折率、ν_d1’、ν_d2’…は物体側から順に示した各レンズのアッベ数を表している。
【００２０】

【００２１】
この場合、本発明の各実施例における顕微鏡対物レンズと図５に示す結像レンズとの間隔は５０ｍｍ〜１７０ｍｍの間の何れでもよいが、以下の実施例において収差図を示す場合、この間隔を１２０ｍｍとしたときの収差図で示してある。
【００２２】
また、本発明の各実施例においては、顕微鏡対物レンズで観察される物体（標本）は、次に示す数値データを有するカバーガラスで覆われている。
カバーガラスの数値データ
肉厚：ｄ＝0.17ｍｍ、ｄ線での屈折率：ｎ_d＝1.521、アッベ数：ν_d＝56.02
以上の構成は、各実施例において共通である。
また、各実施例における光学部材は、全て「環境対策光学ガラス（エコガラス）」で構成されており、鉛等を含まない「環境に配慮した」設計となっている。
【００２３】
第１実施例
図１は本発明の第１実施例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図、図２は第１実施例における対物レンズを１２０ｍｍの間隔をあけて結像レンズと組み合わせたときの球面収差、正弦条件違反量、非点収差及び歪曲収差を示す図である。また、図中、ＩＨは像高である。
【００２４】
本実施例の顕微鏡対物レンズは、図１に示すように、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４の４群で構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１で構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側が平面の正レンズＬ２で構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ３１と、両凹負レンズＬ３２と、両凸正レンズＬ３３とを接合してなる正の３枚接合レンズＬ３で構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズＬ４１と、両凹負レンズＬ４２とを接合してなる像側に凹面を向けた正の接合メニスカスレンズＬ４で構成されている。
なお、図中ＣＧはカバーガラスである。
【００２５】
次に、本実施例にかかる顕微鏡対物レンズを構成している光学部材の数値データを示す。本実施例の数値データにおいて、ｒ₁、ｒ₂、…は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂、…は物体側から順に示した各レンズ面間の間隔または空気間隔、ｎ_d1、ｎ_d2、…は物体側から順に示した各レンズのｄ線での屈折率、ν_d1、ν_d2、…は各レンズのアッベ数、ＮＡは開口数、ＷＤはワーキングディスタンスを表している。これらの記号は、各実施例において共通である。
【００２６】

【００２７】

【００２８】
第２実施例
図３は本発明の第２実施例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図、図４は第２実施例における対物レンズを１２０ｍｍの間隔をあけて結像レンズと組み合わせたときの球面収差、正弦条件違反量、非点収差及び歪曲収差を示す図である。また、図中、ＩＨは像高である。
本実施例の顕微鏡対物レンズも、図１に示した第１実施例と同様のレンズ構成となっている。
次に、本実施例にかかる顕微鏡対物レンズを構成している光学部材の数値データを示す。
【００２９】

【００３０】

【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、中高倍の対物レンズにおいて、最も物体側のレンズが加工しやすい形状でありながら、諸収差も良好に補正された顕微鏡対物レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図２】第１実施例における対物レンズを１２０ｍｍの間隔をあけて結像レンズと組み合わせたときの球面収差、正弦条件違反量、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図４】第２実施例における対物レンズを１２０ｍｍの間隔をあけて結像レンズと組み合わせたときの球面収差、正弦条件違反量、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図５】本発明の各実施例において対物レンズに組み合わせて使用される結像レンズのレンズ構成を示す光軸に沿う断面図である。
【符号の説明】
ＣＧカバーガラス
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群
Ｇ４第４レンズ群
Ｌ１物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２正レンズ
Ｌ３正の３枚接合レンズ
Ｌ３１両凸正レンズ
Ｌ３２両凹負レンズ
Ｌ３３両凸正レンズ
Ｌ４正の接合メニスカスレンズ
Ｌ４１両凸正レンズ
Ｌ４２両凹負レンズ

Claims

物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ群と、正レンズからなる第２レンズ群と、正の接合レンズからなる第３レンズ群と、像側に凹面を向けた正の接合メニスカスレンズからなる第４レンズ群とから構成され、次の条件式を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
０．５＜｜Ｒ１／ｆ｜＜１
１．３＜｜Ｒ２／Ｒ１｜＜１．６
ただし、Ｒ１は前記第１レンズ群の物体側面の曲率半径、Ｒ２は前記第１レンズ群の像側面の曲率半径、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
１．５＜Ｄ４／ｆ＜３
ただし、Ｄ４は前記第４レンズ群の軸上の厚さである。
前記第３レンズ群が、正レンズと負レンズと正レンズの３枚接合からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡対物レンズ。