JP4496568B2 - 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、特に可視光と紫外光とを用いる顕微鏡対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、波長が約400〜750nm域の可視光で試料を照明して観察する事のみならず、紫外光等の短波長の光で照明し、試料を観察、加工等するようになってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
可視光と紫外光とを併用して観察を行う顕微鏡の対物レンズは、可視光と紫外光との両方の光に対して同時に色収差が補正されていること、いわゆる色消しされていることが必要である。この場合、可視光と紫外光とに対して色消し条件を満足するために使用できる硝材が限られている。そのため、いわゆる同焦点を長くして、できる限り色消しをしているが、十分に色収差補正を行うことができずに問題である。
【0004】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、可視光と紫外光、特に波長λ=266nm近傍の光とでピントのずれを生ずることがないように色消しされ、良好に試料を観察できる顕微鏡用対物レンズを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために請求項1に係る発明は、物体側から順に、貼合わせレンズを有する正屈折力の第1レンズ群と、貼合わせレンズを有する正屈折力の第2レンズ群と、貼合わせレンズ群を有する負屈折力の第3レンズ群と、正屈折力の第4レンズ群と、負屈折力の第5レンズ群とから構成された顕微鏡対物レンズであって、前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群は、フッ化バリウムを含む少なくとも3種類以上の硝材から構成され、前記顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離をF、前記第3レンズ群の焦点距離をf3、前記第5レンズ群の焦点距離をf5としたとき、以下の条件を満足する。
5<|f3/F|<15 (2)
1<|f5/F|<10 (4)
【0006】
条件式(2)は、第3レンズ群G3の適切な焦点距離の範囲を規定している。
条件式(2)の上限値を上回ると2次分散が大きくなり、第3レンズ群G3に屈折率の大きい硝材を使用した効果が無くなってしまい色収差を十分に補正できない。逆に、下限値を下回ると、第3レンズ群G3の屈折率差を含めた2次分散が上限値を上回った場合と逆の方向に大きくなってしまうので、第5レンズ群G5が1群の構成では収差を補正できなくなってしまう。
条件式(4)は、第5レンズ群G5の適切な焦点距離の範囲を規定しており、顕微鏡対物レンズ全系の色消しの釣り合いを整えるための条件である。条件式(4)の上限値を上回ると、色収差の補正が不十分となる。逆に、下限値を下回ると、色収差の補正が過剰となってしまう。
【0007】
フッ化バリウムを含む少なくとも3種類以上の硝材から構成されることが好ましい。
波長が約400〜750nmの可視光と、波長が266nm近傍の紫外光とに対する透過率が高い硝材を用いる。両方の光に関し色消しとするため、少なくとも3種類以上の硝材を用い、このうちの1種類の硝材をフッ化バリウム(BaF2)とする。尚、フッ化バリウムは、潮解性が高いので、貼合わせレンズ内の空気に接しないレンズに用いることが望ましい。フッ化バリウム以外の硝材としては、石英、蛍石、フッ化リチウム等がある。
【0008】
第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、
1.5<|f1/F|<5 (1)を満足することが好ましい。
条件式(1)は、開口数と作動距離との適切な関係を維持しつつ、2次分散を小さくするための条件を規定している。条件式(1)の上限値を上回ると、顕微鏡対物レンズ全系における2次分散の釣り合いが悪化してしまう。逆に、下限値を下回ると、第1レンズ群G1が収差補正できる限界を超えてしまうため、他のレンズ群G2〜G5の形状が変化してしまい、良好な収差補正を行うことができない。尚、上限を3.2とすると更に良い結果が得られる。
【0009】
第4レンズ群の焦点距離をf4としたとき、
3<|f4/F|<45 (3)を満足することが好ましい。
条件式(3)は、第4レンズ群G4の適切な焦点距離の範囲を規定している。
条件式(3)の上限値を上回ると2次分散が大きくなり、第4レンズ群G4に屈折率の大きい硝材を使用した効果が無くなってしまい色収差を十分に補正できない。逆に、下限値を下回ると、第4レンズ群G4の屈折率差を含めた2次分散を小さくする能力以上となってしまうので、後続するレンズ群で収差を補正できなくなってしまう。
【0010】
顕微鏡対物レンズの作動距離をW、最も物体側のレンズに入射する主光線の最大の高さをh、同焦点距離をlとしたとき、
(W×h)/(l×F)>0.01(5)を満足することが好ましい。
条件式(5)は、同焦点とN.A.と作動距離との関係を示している。顕微鏡の対物レンズは、同焦点を同じにて、他の対物レンズとの互換性を良くしている。同焦点を長くすれば、作動距離も長くすることが出来る。条件式の下限値を下回ると、作動距離かN.A.が小さくなってしまう。
【0011】
また、本発明では、前記第3レンズ群G3及び前記第4レンズ群G4の少なくとも1つの前記貼合わせレンズは、物体側から順に第1レンズ成分、第2成分L31又はL41及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズであることが好ましい。
また、本発明では、以下の条件式(6)、(7)、
1.45<n (6)
70<ν<90 (7)
の各条件を満足することが望ましい。ここで、nは前記第2レンズ成分L31又はL41のd線(λ=587.56)に対する屈折率、νはアッベ数をそれぞれ表している。
【0012】
条件式(6)は、第2レンズ成分L31又はL41の適切な屈折率の範囲を規定しており、2次分散を小さくするための条件である。条件式(6)の下限値を下回ると貼合わせレンズの貼合わせ面における屈折率差が小さくなってしまい、2次分散を小さくできない。
条件式(7)は、第2レンズ成分L31又はL41の適切なアッベ数の範囲を規定しており、2次分散を小さくするための条件である。条件式(7)の下限値を下回る、又は上限値を上回ると、十分に色収差の補正を行うことができない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
表1及び表2に、各実施形態にかかる顕微鏡対物レンズの諸元値を掲げる。両表において、fは焦点距離、N.A.は開口数、Bは倍率、W.D.は作動距離をそれぞれ表している。また、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番、rは曲率半径、dはレンズ面間隔、νdはアッベ数、ndはd線(λ=587.56)に対する屈折率をそれぞれ表している。
【0014】
図2及び図4は、各実施形態に掛かる顕微鏡対物レンズの諸収差図である。球面収差図において、CはC線(λ=656.28nm)、Dはd線(λ=587.56nm)、FはF線(λ=486.13nm)、266はλ=266nmの光線に対する収差をそれぞれ示している。また、非点収差図、コマ収差図、歪曲収差図はd線に対するものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示している。
の符号を用いる。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。ここで、第3レンズ群G3の少なくとも1つの貼合わせレンズは、物体側から順に第1レンズ成分、第2レンズ成分L31(フッ化バリウム)及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズである。さらに、第4レンズ群G4の少なくとも1つの貼合わせレンズは、物体側から順に第1レンズ成分、第2レンズ成分L41(フッ化バリウム)及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズである。
【0015】
【表1】
f=4mm
N.A.=0.5
B=−50倍
W.D=5mm
面番号 r d νd nd
1 -24 0.9 67.8 1.45850 G1
2 15 3.3 95.2 1.43385
3 -7.4 0.2
4 -100 2.4 95.2 1.43385
5 -9.5 0.2
6 -124.5 0.9 67.8 1.45850 G2
7 9.8 3.7 95.2 1.43385
8 -16.8 0.8
9 40 2.9 95.2 1.43385
10 -10 1 67.8 1.45850
11 9.7 3.5 95.2 1.43385
12 -15 0.7
13 -12 1 67.8 1.45850 G3
14 10.5 2.2 95.2 1.43385
15 100 0.2
16 33 2.7 95.2 1.43385
17 -9.8 1.4 81.6 1.47460 L31
18 10.5 2.5 95.2 1.43385
19 -41.3 0.2
20 14 2.6 95.2 1.43385 G4
21 -14.8 1.9 81.6 1.47460 L41
22 7 2 67.8 1.45850
23 20 16.7
24 900 1 95.2 1.43385 G5
25 4.1 2.8 67.8 1.45850
26 -4.1 1 95.2 1.43385
27 7.2
(条件対応値)
(1)f1/F=3.0
(2)f3/F=9.2
(3)f4/F=40.1
(4)f5/F=5.4
(5)(W×h)/(l×F)=0.06
(6)n=1.47460
(7)ν=81.6
図2は本実施形態の顕微鏡対物レンズの諸収差を表す図である。図から明らかなように、良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【0016】
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。ここで、第3レンズ群G3の少なくとも1つの貼合わせレンズは、物体側から順に第1レンズ成分、第2レンズ成分L31(フッ化バリウム)及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズである。さらに、第4レンズ群G4の少なくとも1つの貼合わせレンズは、物体側から順に第1レンズ成分、第2レンズ成分L41(フッ化バリウム)及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズである。表2に、本実施形態にかかる顕微鏡対物レンズの諸元値を掲げる。
【0017】
【表2】
f=4mm
N.A.=0.5
B=−50倍
W.D=5mm
面番号 r d νd nd
1 -64.8 1.2 67.8 1.45850 G1
2 9.1 3.3 95.2 1.43385
3 -6.6 0.2
4 150.8 2.5 95.2 1.43385
5 -9.8 0.2
6 -45.1 1 67.8 1.45850 G2
7 7.6 4.5 95.2 1.43385
8 -16.1 0.2
9 24.2 3.5 95.2 1.43385 G3
10 -10.9 1 81.6 1.47460 L31
11 7.6 3.4 95.2 1.43385
12 -17.0 0.7
13 -8.4 1 67.8 1.45850
14 6.4 2.5 95.2 1.43385
15 80.2 0.2
16 8.9 2.8 95.2 1.43385 G4
17 -9.3 1.0 81.6 1.47460 L41
18 6.9 2.7 95.2 1.43385
19 43.2 14.8
20 -15.7 1 95.2 1.43385 G5
21 18.8 2 67.8 1.45850
22 -11.1 0.2
23 -31.8 1.5 67.8 1.45850
24 -9.8 1 95.2 1.43385
25 9
(条件対応値)
(1)f1/F=2.5
(2)f3/F=10.0
(3)f4/F=7.9
(4)f5/F=5.5
(5)(W×h)/(l×F)=0.06
(6)n=1.47460
(7)ν=81.6
図4は本実施形態の顕微鏡対物レンズの諸収差を表す図である。諸収差図から明らかなように、良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【0018】
また、上記各実施形態の顕微鏡対物レンズは無限遠補正型レンズであり、以下の表3に諸元値を示す結像レンズと組み合わせて、約150mmほど間隔をあけて用いられる。また、図5に結像レンズの構成を示す。
【0019】
【表3】
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の顕微鏡対物レンズは、倍率が50倍程度で、可視光と波長266nm近傍の光とで十分色収差が補正され、開口数N.A.に対し作動距離W.D.が十分長くレンズ、特にセミアポクロマート顕微鏡対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のレンズ構成を示す図である。
【図2】本発明の第1実施形態のレンズの諸収差を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態のレンズ構成を示す図である。
【図4】本発明の第2実施形態のレンズの諸収差を示す図である。
【図5】結像レンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
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
G5 第5レンズ群
L31 第3レンズ群G3の貼合わせレンズの第2レンズ成分
L41 第4レンズ群G4の貼合わせレンズの第2レンズ成分
Claims (5)
- 物体側から順に、貼合わせレンズを有する正屈折力の第1レンズ群と、貼合わせレンズを有する正屈折力の第2レンズ群と、貼合わせレンズ群を有する負屈折力の第3レンズ群と、正屈折力の第4レンズ群と、負屈折力の第5レンズ群とから構成された顕微鏡対物レンズであって、
前記第1レンズ群、前記第2レンズ群、及び前記第3レンズ群は、フッ化バリウムを含む少なくとも3種類以上の硝材から構成され、
前記顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離をF、前記第3レンズ群の焦点距離をf3、前記第5レンズ群の焦点距離をf5としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
5<|f3/F|<15
1<|f5/F|<10 - 前記第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1又は2記載の顕微鏡対物レンズ。
1.5<|f1/F|<5 - 前記第4レンズ群の焦点距離をf4としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
3<|f4/F|<45 - 前記顕微鏡対物レンズの作動距離をW、最も物体側のレンズに入射する主光線の最大の高さをh、同焦点距離をlとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
(W×h)/(l×F)>0.01 - 前記第3レンズ群及び前記第4レンズ群の少なくとも1つの前記貼合わせレンズは、物体側から順に第1、第2及び第3レンズ成分からなる貼合わせレンズであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
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