JP4504153B2 - Immersion objective optical system - Google Patents
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Description
この発明は、細長い形状をした高開口数の対物光学系に関し、特に、哺乳類などの動物に挿入し、生きたまま観察するのに適した液浸対物光学系に関するものである。 The present invention relates to an elongated objective high-numerical objective optical system, and more particularly to an immersion objective optical system suitable for being inserted into an animal such as a mammal and observing while alive.
従来、特定の分子や組織、細胞などに色素や蛍光マーカーを付けて、これを蛍光顕微鏡や共焦点レーザ走査顕微鏡などでみることにより、生物の細胞や組織内の分子の振る舞いなどを観察することが行われている。
マウスなどの哺乳類の生物個体が生きた状態での分子の振る舞いは培養細胞とは異なる場合があり、個体が生きたまま(in vivo)で生体組織や細胞内を観察が行われている。
Conventionally, a dye or fluorescent marker is attached to a specific molecule, tissue, cell, etc., and this is observed with a fluorescence microscope or a confocal laser scanning microscope, thereby observing the behavior of a molecule in a biological cell or tissue. Has been done.
The behavior of molecules in a living state of a mammal such as a mouse may be different from that of a cultured cell, and living tissues and cells are observed while the individual is alive (in vivo).
生物個体の内部を観察する場合、従来の顕微鏡では対物レンズの外径が大きいので、生体を大きく切り開いて観察する必要がある。しかし、生体を大きく切り開くと侵襲が高いので、長時間の観察は不可能であった。 When observing the inside of a living individual, since the outer diameter of the objective lens is large in a conventional microscope, it is necessary to open and observe the living body greatly. However, since the invasion is high when the living body is greatly opened, long-term observation is impossible.
一般の内視鏡は外径が小さいので生体に対する侵襲は低いが、倍率が低いので生体組織や細胞内の分子の振る舞いを観察を行うのには不十分である。
拡大内視鏡は倍率は高いが、物体側の開口数(NA)が低いので分解能や明るさが不足する。
Since a general endoscope has a small outer diameter, the invasion to a living body is low. However, since the magnification is low, it is insufficient for observing the behavior of molecules in living tissue or cells.
Although the magnifying endoscope has a high magnification, the numerical aperture (NA) on the object side is low, so that the resolution and brightness are insufficient.
一方、開口数が大きく、外径が小さく、全長も比較的長い対物光学系も開示されている(例えば、特許文献1)。この特許文献1に開示された対物光学系によれば、生体に小さな穴をあけて、この穴からこの光学系を挿入することにより、生体内部を低侵襲で観察できる。
しかしながら、特許文献1に記載された対物光学系においては、色収差が十分に補正されておらず、白色光で観察したり、蛍光観察したりする場合に、励起光と試料が発する蛍光の波長とが異なるので分解能が低下するという不具合がある。
特に共焦点光学系を用いた蛍光観察の場合は、色収差が補正されていないと、検出される蛍光の明るさが低下するという問題があった。
However, in the objective optical system described in
In particular, in the case of fluorescence observation using a confocal optical system, there is a problem that the brightness of the detected fluorescence is lowered unless the chromatic aberration is corrected.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した液浸対物光学系を実現することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has a thin outer diameter, a long overall length, a well-corrected chromatic aberration, a high numerical aperture, and an immersion objective optical suitable for in vivo observation. The purpose is to realize the system.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、物体側から順に、正パワーの第1群、正パワー第2群、負パワーの第3群、正パワーの第4群、正パワーの第5群で構成され、前記第1群は、像面側に凸面を向けた平凸レンズL1を含み、かつ、最も物体側の面が略平面であり、前記第2群は、該第2群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けたレンズL2と、該第2群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズL3とを含み、前記第3群は、物体側から両凸レンズL4と両凹レンズL5とを接合した接合レンズを含み、前記第4群は、物体側に凸面を向けた正レンズL6を含み、前記第5群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、以下の条件式(1)を満足する液浸対物光学系を提供する。
(1) 0.03<|F 12 /F 3 |<0.13
ただし、F 3 は第3群の焦点距離、F 12 は第1群から第2群までを合わせた焦点距離である。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes, in order from the object side, a first group of positive power, a second group of positive power, a third group of negative power, a fourth group of positive power, and a fifth group of positive power. Includes a plano-convex lens L1 having a convex surface facing the image surface side, the most object-side surface is substantially flat, and the second group has the most object-side surface of the second group convex toward the object side. And a lens L3 having a surface closest to the image plane of the second group with a concave surface facing the image plane. The third group includes a biconvex lens L4 and a biconcave lens L5 from the object side. It includes a cemented lens in which, the fourth group includes a positive lens L6 having a convex surface directed toward the object side, the fifth group, saw including at least one cemented lens, the following conditional expression (1) A satisfactory immersion objective optical system is provided.
(1) 0.03 <| F 12 / F 3 | <0.13
Here, F 3 is the focal length of the third group, and F 12 is the focal length of the first group to the second group.
この発明によれば、正パワーの第1群において、最も物体側が略平面とされることにより、間に気泡が入らないようにすることができる。また、像面側に凸面を向けた平凸レンズL1を含むことにより、アプラナティック条件に近くして、球面収差およびコマ収差の発生を小さくすることができる。 According to the present invention, in the first group of positive power, it is possible to prevent bubbles from entering between them by making the most object side a substantially flat surface. In addition, by including the plano-convex lens L1 with the convex surface facing the image surface side, it is possible to reduce the occurrence of spherical aberration and coma aberration close to the aplanatic condition.
また、正パワーの第2群においては、第2群の最も物体側の面を、物体側に凸面を向けたレンズL2としたので、この面によって球面収差やコマ収差が大きく発生するが、その代わりに、光束の発散を小さくして、第2群より像面側で光線高が高くなるのを防止することができる。その結果、レンズ外径を小さくすることができる。
また、第2群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズL3を含むので、レンズL3の像面側に向けた凹面で光束を少し発散させて、第2群のレンズL2で発生したコマ収差および軸上色収差を補正することができる。
In the second group with positive power, the most object side surface of the second group is the lens L2 having a convex surface facing the object side, and this surface causes large spherical aberration and coma aberration. Instead, the divergence of the light beam can be reduced to prevent the light ray height from becoming higher on the image plane side than the second group. As a result, the lens outer diameter can be reduced.
Further, since the most image side surface of the second group includes the lens L3 with the concave surface facing the image surface side, the light beam is slightly diverged by the concave surface facing the image surface side of the lens L3, and the second group lens. The coma and axial chromatic aberration generated in L2 can be corrected.
さらに、負パワーの第3群においては、物体側から両凸レンズL4と両凹レンズL5とを接合した接合レンズを含むので、レンズL3の像面側の面によって、少し発散させられた光束を両凸レンズL4の物体側の凸面で光束を緩やかに収束させる。これにより、接合レンズ内で光線高が高くなるのを防止し、レンズ外径を小さくすることができる。 Further, the third group of negative power includes a cemented lens in which the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 are cemented from the object side, so that the light beam slightly diverged by the surface on the image plane side of the lens L3 is a biconvex lens. The light beam is gently converged by the convex surface on the object side of L4. Thereby, it is possible to prevent the height of light rays from increasing in the cemented lens, and to reduce the lens outer diameter.
また、両凸レンズL4と両凹レンズL5との接合面で第1群、第2群および両凸レンズL4の物体面側で発生した球面収差と、第1群と第2群のレンズL2で発生した軸上色収差を補正することができる。両凹レンズL5の像面側の凹面によって光束を発散させることで、補正不足だった球面収差を補正し、さらに、軸上色収差を補正することができる。また、レンズL2および両凸レンズL4で発生したコマ収差もこの面で補正することができる。 Further, spherical aberration generated on the object surface side of the first group, the second group, and the biconvex lens L4 at the cemented surface of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5, and an axis generated by the lens L2 of the first group and the second group. Upper chromatic aberration can be corrected. By diverging the light beam by the concave surface on the image surface side of the biconcave lens L5, it is possible to correct the spherical aberration that has been insufficiently corrected, and further to correct the axial chromatic aberration. Further, coma aberration generated in the lens L2 and the biconvex lens L4 can be corrected on this surface.
また、正パワーの第4群においては、物体側に凸面を向けた正レンズL6を含むので、第3群を出た発散光束をほぼ平行光束にすることができる。第4群の物体側に凸面を向けることで、正レンズL6内で光線高が高くなるのを防止して、レンズ外径を小さくすることができる。 In addition, since the fourth group of positive power includes the positive lens L6 having a convex surface directed toward the object side, the divergent light beam exiting the third group can be made a substantially parallel light beam. By directing the convex surface toward the object side of the fourth group, it is possible to prevent the light beam height from increasing in the positive lens L6 and to reduce the lens outer diameter.
また、第5群においては、第4群通過後にほぼ平行になった光束を集光するため全体として正パワーを持たせる。そのとき第5群に接合レンズを用いることで、その接合面において第4群で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正することができる。 In the fifth group, positive power is given as a whole in order to collect the light beams that are substantially parallel after passing through the fourth group. At that time, by using a cemented lens in the fifth group, it is possible to correct spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma aberration generated in the fourth group on the cemented surface.
したがって、このように構成された本発明に係る液浸対物光学系によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、生きたままの(in vivo)観察に適した液浸対物光学系を実現することができる。 Therefore, according to the immersion objective optical system according to the present invention configured as described above, the outer diameter is narrow, the total length is long, the chromatic aberration is well corrected, and the living object is alive with a high numerical aperture (in An immersion objective optical system suitable for observation in vivo) can be realized.
上記発明においては、以下の条件式(1)を満足することが好ましい。
(1) 0.03<|F12/F3|<0.13
ただし、F3は第3群の焦点距離、F12は第1群と第2群とを合わせた焦点距離である。
|F12/F3|が0.03以下になると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなってしまう。また、|F12/F3|が0.13以上になると、第3群の負パワーが強くなり過ぎたり、第1群と第2群の正パワーが弱過ぎたりする。いずれの場合も、光束径が大きくなるため、レンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が高い光学系になってしまうという不具合が発生する。
In the said invention, it is preferable to satisfy the following conditional expressions (1).
(1) 0.03 <| F 12 / F 3 | <0.13
Here, F 3 is the focal length of the third group, and F 12 is the focal length of the first group and the second group.
When | F 12 / F 3 | is 0.03 or less, the Petzval sum increases and the curvature of field increases. When | F 12 / F 3 | is 0.13 or more, the negative power of the third group becomes too strong, and the positive power of the first group and the second group becomes too weak. In either case, since the light beam diameter is increased, it is necessary to increase the outer diameter of the lens, which causes a problem that the optical system is highly invasive to a living body.
また、上記発明においては、以下の条件式(2)を満足することが好ましい。
(2) 0.8<|β・F14/F5|<1.2
ただし、βは液浸対物光学系の倍率、F14は第1群から第4群までを合わせた焦点距離、F5は第5群の焦点距離である。
|β・F14/F5|が0.8以下の場合、第1群から第4群の間のパワーが強くなり過ぎて、諸収差の発生量が大きくなるため、第5群で収差補正が困難になる。また、|β・F14/F5|が1.2以上の場合は、第1群から第4群の間のパワーが弱くなるので諸収差の発生量は小さくすることができるが、光束径が大きくなるためレンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が大きくなるという不具合が発生する。
Moreover, in the said invention, it is preferable to satisfy the following conditional expressions (2).
(2) 0.8 <| β · F 14 / F 5 | <1.2
Where β is the magnification of the immersion objective optical system, F 14 is the focal length of the first group to the fourth group, and F 5 is the focal length of the fifth group.
When | β · F 14 / F 5 | is 0.8 or less, the power between the first group and the fourth group becomes too strong, and the amount of various aberrations increases. Therefore, aberration correction is performed in the fifth group. Becomes difficult. Moreover, | β · F 14 / F 5 | If is less than 1.2, the amount of aberrations because the power is weakened between the first group of the fourth group can be reduced, the luminous flux diameter Therefore, it is necessary to increase the outer diameter of the lens, which causes a problem that the invasion to the living body increases.
また、上記発明においては、以下の条件式(3)、(4)、(5)を満足することが好ましい。
(3) ν4−ν5>40
(4) 0.12<n5−n4<0.22
(5) 1.4<|R4O/R45|<1.9
ただし、ν4、ν5は各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対するアッベ数、n4、n5は各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対する屈折率、R4O、R45は各々、両凸レンズL4の物体側、両凸レンズL4と両凹レンズL5の接合面の曲率半径である。
Moreover, in the said invention, it is preferable to satisfy the following conditional expressions (3), (4), (5).
(3) ν 4 −ν 5 > 40
(4) 0.12 <n 5 −n 4 <0.22
(5) 1.4 <| R 4O / R 45 | <1.9
Where ν 4 and ν 5 are respectively the Abbe numbers of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 with respect to the d line, and n 4 and n 5 are the refractive indices of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 with respect to the d line, R 4O and R 5 , respectively. Reference numerals 45 denote the radius of curvature of the object side of the biconvex lens L4 and the cemented surface of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5.
第3群の両凸レンズL4と両凹レンズL5との接合レンズは、球面収差を補正するため、屈折率差を小さくして、さらに両凸レンズL4と両凹レンズL5との接合面の曲率半径を小さくすることが望ましい。そのために、n5−n4が0.22より小さいことが望ましい。n5−n4が0.22以上だと、接合面の曲率半径が大きくなるので、球面収差および軸上色収差が補正不足になる。しかし、n5−n4が0.12以下だと接合面の曲率半径が小さくなり過ぎてレンズの加工性が悪くなるので、n5−n4は0.12より大きいことが望ましい。したがって、両凸レンズL4と両凹レンズL5との屈折率差は条件式(4)を満足することが望ましい。 The cemented lens between the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 in the third group corrects the spherical aberration, thereby reducing the refractive index difference and further reducing the radius of curvature of the cemented surface between the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5. It is desirable. Therefore, it is desirable that n 5 −n 4 is smaller than 0.22. When n 5 -n 4 is 0.22 or more, the radius of curvature of the joint surface becomes large, so that spherical aberration and axial chromatic aberration are insufficiently corrected. However, if n 5 -n 4 is 0.12 or less, the radius of curvature of the joint surface becomes too small and the workability of the lens deteriorates, so n 5 -n 4 is preferably larger than 0.12. Therefore, it is desirable that the refractive index difference between the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 satisfies the conditional expression (4).
また、接合面の曲率半径に対しては、球面収差の補正量を最適にするため 条件式(5)を満足することが望ましい。|R40/R45|が1.4以下だと球面収差の発生量が大き過ぎて系全体で考えたときに、十分に補正できなくなる。|R40/R45|が1.9以上だと接合面で球面収差が補正過剰となり系全体で考えたときには球面収差が補正過剰になってしまう。
また、軸上色収差を補正するために両凸レンズL4に分散が小さい材料、両凹レンズL5に分散が大きい材料を使うことが望ましい。 より具体的には条件式(3)を満足させることが望ましい。 これを満足することとで軸上色収差の補正が十分に行えるが、これを満足しない場合は軸上色収差が補正不足になる。
For the radius of curvature of the cemented surface, it is desirable to satisfy conditional expression (5) in order to optimize the correction amount of spherical aberration. If | R 40 / R 45 | is 1.4 or less, the amount of spherical aberration generated is too large, and cannot be corrected sufficiently when considered in the entire system. If | R 40 / R 45 | is 1.9 or more, the spherical aberration is overcorrected on the joint surface, and the spherical aberration is overcorrected when the entire system is considered.
In order to correct axial chromatic aberration, it is desirable to use a material having a small dispersion for the biconvex lens L4 and a material having a large dispersion for the biconcave lens L5. More specifically, it is desirable to satisfy conditional expression (3). Satisfying this can sufficiently correct axial chromatic aberration, but if this is not satisfied, axial chromatic aberration is insufficiently corrected.
また、上記発明においては、以下の条件式(6)、(7)、(8)を満足することが好ましい。
(6) n3<1.65
(7) ν3<50
(8) 3<|R3I/F12|<5
ただし、n3はレンズL3のd線に対する屈折率、ν3はレンズL3のd線に対するアッベ数、R3IはレンズL3の像面側の曲率半径、F12は第1群と第2群を合わせた焦点距離である。
Moreover, in the said invention, it is preferable to satisfy the following conditional expressions (6), (7), (8).
(6) n 3 <1.65
(7) ν 3 <50
(8) 3 <| R 3I / F 12 | <5
Where n 3 is the refractive index of the lens L3 with respect to the d-line, ν 3 is the Abbe number of the lens L3 with respect to the d-line, R 3I is the radius of curvature of the lens L3 on the image plane side, and F 12 is the first group and the second group. The combined focal length.
第2群のレンズL3の材料は低屈折率で高分散のものを用いることが望ましい。レンズL3の材料に低屈折率で高分散のものを用いて、像面側の面を凹面にすることでコマ収差、軸上色収差を良好に補正することができる。具体的には、条件式(6)、(7)を満たすことが望ましい。 It is desirable to use a material having a low refractive index and high dispersion as the material of the second lens group L3. By using a low-refractive-index and high-dispersion material for the lens L3 and making the image-side surface concave, it is possible to satisfactorily correct coma and axial chromatic aberration. Specifically, it is desirable to satisfy the conditional expressions (6) and (7).
レンズL3が条件式(7)を満足しない場合は、第1群から第4群までで発生した軸上色収差が補正しきれず、光学系全体で軸上色収差が補正不足になる。条件(6)を満たす場合、コマ収差や軸上色収差の補正量を大きくするためにレンズL3の像面側の曲率半径を小さくしても第2群通過後の光束があまり発散し過ぎないので、第3群に入射する光束径が大きくならないようにすることが可能である。条件式(6)を満たさない場合は、レンズL3の像面側の曲率半径が大きくなり過ぎてコマ収差および軸上色収差の補正が十分行えなくなるか、曲率半径が小さくてもレンズL3の像面側の負パワーが強過ぎて、第2群通過後の光束が発散し過ぎて、第3群での光束径が大きくなり過ぎる不具合が発生する。 When the lens L3 does not satisfy the conditional expression (7), the axial chromatic aberration generated from the first group to the fourth group cannot be corrected, and the axial chromatic aberration is insufficiently corrected in the entire optical system. When the condition (6) is satisfied, the light flux after passing through the second group does not diverge so much even if the curvature radius on the image plane side of the lens L3 is reduced in order to increase the correction amount of coma aberration and axial chromatic aberration. It is possible to prevent the diameter of the light beam incident on the third group from increasing. If the conditional expression (6) is not satisfied, the radius of curvature on the image plane side of the lens L3 becomes too large to correct coma aberration and axial chromatic aberration sufficiently, or even if the radius of curvature is small, the image plane of the lens L3. The negative power on the side is too strong, the light beam after passing through the second group is too divergent, and the light beam diameter in the third group becomes too large.
さらに、第1群および第2群で発生したコマ収差、軸上色収差の補正と第2群を通過後の光束の発散具合をバランスさせるために、レンズL3の像面側の曲率半径R3Iは条件式(8)を満足するようにすることが望ましい。|R3I/F12|が3以下になると第2群通過後の光束の発散角が大きくなるため、第3群での光束径が大きくなり、レンズ外径が大きくなってしまう不具合がある。|R3I/F12|が5以上になるとレンズL3の像面側の負パワーが小さくなるため、コマ収差や軸上色収差が補正不足になる。 Further, in order to balance the correction of coma and axial chromatic aberration generated in the first group and the second group and the divergence of the light beam after passing through the second group, the curvature radius R 3I on the image plane side of the lens L3 is: It is desirable to satisfy the conditional expression (8). When | R 3I / F 12 | is 3 or less, the divergence angle of the light beam after passing through the second group becomes large, so that there is a problem that the light beam diameter in the third group becomes large and the lens outer diameter becomes large. When | R 3I / F 12 | is 5 or more, the negative power on the image plane side of the lens L3 becomes small, so that the coma aberration and the longitudinal chromatic aberration are insufficiently corrected.
また、上記発明においては、第5群の内、最も物体側のレンズが、負レンズL7と正レンズL8とを接合した接合レンズであり、以下の条件式(9)を満足することが好ましい。
(9) 0.2<F14 2・{(n5−1)/R5I 2+(n7−n8)/R78 2}<0.4
ただし、F14は第1群から第4群までを合わせた焦点距離、n5、n7、n8は各々、両凹レンズL5、負レンズL7、正レンズL8のd線に対する屈折率、R5I、R78は、両凹レンズL5の像面側の曲率半径、負レンズL7と正レンズL8との接合面の曲率半径である。
In the above invention, it is preferable that the most object side lens in the fifth group is a cemented lens in which the negative lens L7 and the positive lens L8 are cemented, and the following conditional expression (9) is satisfied.
(9) 0.2 <F 14 2 · {(n 5 −1) / R 5I 2 + (n 7 −n 8 ) / R 78 2 } <0.4
Where F 14 is the focal length of the first group to the fourth group, n 5 , n 7 , and n 8 are the refractive indices of the biconcave lens L5, the negative lens L7, and the positive lens L8 with respect to the d line, and R 5I. , R 78 is the radius of curvature of the biconcave lens L5 on the image plane side, and the radius of curvature of the cemented surface of the negative lens L7 and the positive lens L8.
両凹レンズL5の像面側および負レンズL7と正レンズL8との接合面で球面収差を補正するが、条件式(9)は、両凹レンズL5の像面側の面と、負レンズL7と正レンズL8との接合面で補正する球面収差量を適正にするための条件である。条件式を下回ると球面収差が補正不足になり、条件式を上回ると球面収差が補正過剰になる。 Spherical aberration is corrected by the image surface side of the biconcave lens L5 and the cemented surface of the negative lens L7 and the positive lens L8. Conditional expression (9) satisfies the image surface side surface of the biconcave lens L5 and the negative lens L7. This is a condition for making the amount of spherical aberration corrected at the cemented surface with the lens L8 appropriate. Below the conditional expression, the spherical aberration becomes undercorrected, and when above the conditional expression, the spherical aberration becomes overcorrected.
また、上記発明においては、第5群が、物体側から、最も物体側にある負レンズL7と正レンズL8とを接合した接合レンズ、正レンズL9、正レンズL10と像面側に凹面を向けた負レンズL11とを接合した接合レンズを含んでいることが好ましい。
負レンズL7と正レンズL8との接合面において、第4群で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正する。また、正レンズL10と負レンズL11との接合面で非点収差を補正することができる。
In the invention described above, the fifth lens unit has a cemented lens in which the negative lens L7 and the positive lens L8 closest to the object side are cemented from the object side, and the concave surface is directed to the positive lens L9 and the positive lens L10 from the image surface side. It is preferable that a cemented lens in which the negative lens L11 is cemented is included.
On the cemented surface between the negative lens L7 and the positive lens L8, spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma aberration generated in the fourth group are corrected. Further, astigmatism can be corrected at the cemented surface between the positive lens L10 and the negative lens L11.
本発明によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した対物光学系を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to realize an objective optical system suitable for in vivo observation with a small outer diameter, a long overall length, a well corrected chromatic aberration, and a high numerical aperture.
以下、本発明の第1の実施形態に係る液浸対物光学系1について、図1を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系1は、図1に示されるように、物体側から順に、正パワーの第1群G1、正パワーの第2群G2、負パワーの第3群G3、正パワーの第4群G4および正パワーの第5群G5により構成されている。
Hereinafter, an immersion objective
As shown in FIG. 1, the immersion objective
前記第1群G1は、像面側に凸面を向けた平凸レンズL1単体により構成されている。すなわち、平凸レンズL1は、その物体側に配される面が略平面となっている。
前記第2群G2は、物体側に配されるレンズL2と、像面側に配されるレンズL3とから構成されている。レンズL2は、物体側に凸面を向けて配置されている。また、レンズL3は、像面側に凹面を向けて配置されている。
The first group G1 includes a plano-convex lens L1 having a convex surface facing the image plane. That is, the plano-convex lens L1 has a substantially flat surface disposed on the object side.
The second group G2 includes a lens L2 disposed on the object side and a lens L3 disposed on the image plane side. The lens L2 is disposed with the convex surface facing the object side. The lens L3 is arranged with the concave surface facing the image plane side.
前記第3群G3は、物体側に配される両凸レンズL4と、像面側に配される両凹レンズL5とを接合した接合レンズにより構成されている。
前記第4群G4は、物体側に凸面を向けた正レンズL6により構成されている。
前記第5群G5は、物体側から、負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8との接合レンズ、物体側に凸面を向けた平凸レンズL9および物体側に略平面を向けた平凸レンズL10と両凹レンズL11との接合レンズにより構成され、全体として正のパワーを有している。
The third group G3 includes a cemented lens in which a biconvex lens L4 disposed on the object side and a biconcave lens L5 disposed on the image plane side are cemented.
The fourth group G4 includes a positive lens L6 having a convex surface directed toward the object side.
The fifth group G5 includes, from the object side, a cemented lens of a negative meniscus lens L7 and a biconvex lens L8, a planoconvex lens L9 having a convex surface facing the object side, and a planoconvex lens L10 and a biconcave lens L11 having a substantially flat surface facing the object side. And has a positive power as a whole.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系1によれば、第1群G1においては、平凸レンズL1の物体側の略平面により、液浸対物光学系1と物体との間に気泡が入り難くすることができる。また、平凸レンズL1の像面側の凸面はアプラナティック条件に近くして球面収差およびコマ収差の発生を抑えることができる。
According to the immersion objective
また、第2群G2においては、レンズL2の物体側の凸面によって光を屈折させて、レンズL2の内部で光束の発散角を小さくし、光線高が高くなるのを防止した結果、レンズ外径を小さくすることができる。また、レンズL2の像面側の凸面で光をさらに屈折させて、レンズL2内部において光束の発散をより小さくすることができる。
また、レンズL3の像面側の凹面で光束を少し発散させることにより、レンズL2で発生したコマ収差、軸上色収差を補正することができる。
In the second group G2, the light is refracted by the convex surface on the object side of the lens L2, the divergence angle of the light beam is reduced inside the lens L2, and the light beam height is prevented from increasing. Can be reduced. Further, the light can be further refracted by the convex surface on the image plane side of the lens L2, and the divergence of the light beam can be further reduced inside the lens L2.
Further, coma aberration and axial chromatic aberration generated in the lens L2 can be corrected by slightly diverging the light beam on the concave surface on the image plane side of the lens L3.
また、第3群G3においては、第2群G2で少し発散した光束を両凸レンズL4の物体側の凸面で緩やかに収束させることにより、接合レンズ内で光線高が高くなるのを防止することができる。また、接合面によって、第1群G1、第2群G2および両凸レンズL4の物体側で発生した球面収差と、第1群G1と両凸レンズL4で発生した軸上色収差とを補正することができる。
また、両凹レンズL5の像面側の凹面で光束を発散させることで、平凸レンズL1から両凸レンズL4までにおいて補正不足だった球面収差を補正し、さらに軸上色収差を補正することができる。また、レンズL2および両凸レンズL4で発生したコマ収差もこの面で補正することができる。
In the third group G3, the light beam slightly diverged in the second group G2 is gently converged on the object-side convex surface of the biconvex lens L4, thereby preventing the height of light rays from increasing in the cemented lens. it can. The cemented surface can correct the spherical aberration generated on the object side of the first group G1, the second group G2, and the biconvex lens L4 and the axial chromatic aberration generated in the first group G1 and the biconvex lens L4. .
Further, by diverging the light beam on the concave surface on the image plane side of the biconcave lens L5, it is possible to correct spherical aberration that has been insufficiently corrected from the plano-convex lens L1 to the biconvex lens L4, and further to correct axial chromatic aberration. Further, coma aberration generated in the lens L2 and the biconvex lens L4 can be corrected on this surface.
また、第4群G4においては、両凹レンズL5を出た発散光束がほぼ平行光束にされる。両凸レンズL6の物体側の凸面により、両凸レンズL6内で光線高が高くなるのを防止し、レンズ外径が大きくならないようにすることができる。
また、第5群G5においては、両凸レンズL6を通過後にほぼ平行になった光束を負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8との接合レンズおよび平凸レンズL9によって収束させる。負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8との接合面において、第4群G4で発生した球面収差、軸上色収差、コマ収差を補正することができる。
また、平凸レンズL10と両凹レンズL11との接合面で非点収差を補正することができる。
In the fourth group G4, the divergent light beam exiting the biconcave lens L5 is made into a substantially parallel light beam. The convex surface on the object side of the biconvex lens L6 can prevent the light beam height from increasing in the biconvex lens L6 and prevent the lens outer diameter from increasing.
Further, in the fifth group G5, the light beam that has become substantially parallel after passing through the biconvex lens L6 is converged by a cemented lens of a negative meniscus lens L7 and a biconvex lens L8 and a planoconvex lens L9. On the cemented surface between the negative meniscus lens L7 and the biconvex lens L8, it is possible to correct spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma aberration generated in the fourth group G4.
Further, astigmatism can be corrected at the cemented surface between the planoconvex lens L10 and the biconcave lens L11.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系1によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。
特に、以下の条件式(1)〜(9)を満足することが好ましい。
According to the immersion objective
In particular, it is preferable that the following conditional expressions (1) to (9) are satisfied.
すなわち、
(1) 0.03<|F12/F3|<0.13
(2) 0.8<|β・F14/F5|<1.2
(3) ν4−ν5>40
(4) 0.12<n5−n4<0.22
(5) 1.4<|R4O/R45|<1.9
(6) n3<1.65
(7) ν3<50
(8) 3<|R3I/F12|<5
(9) 0.2<F14 2・{(n5−1)/R5I 2+(n7−n8)/R78 2}<0.4
である。
That is,
(1) 0.03 <| F 12 / F 3 | <0.13
(2) 0.8 <| β · F 14 / F 5 | <1.2
(3) ν 4 −ν 5 > 40
(4) 0.12 <n 5 −n 4 <0.22
(5) 1.4 <| R 4O / R 45 | <1.9
(6) n 3 <1.65
(7) ν 3 <50
(8) 3 <| R 3I / F 12 | <5
(9) 0.2 <F 14 2 · {(n 5 −1) / R 5I 2 + (n 7 −n 8 ) / R 78 2 } <0.4
It is.
ここで、F3は第3群の焦点距離、F12は第1群と第2群とを合わせた焦点距離、βは液浸対物光学系の倍率、F14は第1群から第4群までを合わせた焦点距離、F5は第5群の焦点距離、ν4、ν5は各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対するアッベ数、n4、n5は各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対する屈折率、R4O、R45は各々、両凸レンズL4の物体側、両凸レンズL4と両凹レンズL5の接合面の曲率半径、n3はレンズL3のd線に対する屈折率、ν3はレンズL3のd線に対するアッベ数、R3IはレンズL3の像面側の曲率半径、F12は第1群と第2群を合わせた焦点距離、F14は第1群から第4群までを合わせた焦点距離、n5、n7、n8は各々、レンズL5、レンズL7、レンズL8のd線に対する屈折率、R5I、R78は、レンズL5の像面側の曲率半径、レンズL7とレンズL8との接合面の曲率半径である。 Here, F 3 is the focal length of the third group, F 12 is the focal length of the first group and the second group, β is the magnification of the immersion objective optical system, and F 14 is the first group to the fourth group. F 5 is the focal length of the fifth group, ν 4 and ν 5 are respectively the biconvex lens L4, the Abbe number of the biconcave lens L5 with respect to the d line, and n 4 and n 5 are each the biconvex lens L4. , the refractive index for the d-line of the biconcave lens L5, each R. 4O, R 45 is the object side, the radius of curvature, n 3 of the cemented surface of the biconvex lens L4 and a biconcave lens L5 of the biconvex lens L4 is refracted to the d-line of the lens L3 Ν 3 is the Abbe number of the lens L3 with respect to the d-line, R 3I is the radius of curvature of the lens L3 on the image plane side, F 12 is the focal length of the first group and the second group, and F 14 is from the first group. The focal lengths up to the fourth group, n 5 , n 7 , and n 8 are the lens L5, The refractive indexes of the lens L7 and the lens L8 with respect to the d-line, R 5I and R 78 are the radius of curvature on the image plane side of the lens L5 and the radius of curvature of the cemented surface between the lens L7 and the lens L8.
|F12/F3|が0.03以下になると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなってしまう。また、|F12/F3|が0.13以上になると、第3群の負パワーが強くなり過ぎたり、第1群と第2群の正パワーが弱過ぎたりする。いずれの場合も、光束径が大きくなるため、レンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が高い光学系になってしまうという不具合が発生する。 When | F 12 / F 3 | is 0.03 or less, the Petzval sum increases and the curvature of field increases. When | F 12 / F 3 | is 0.13 or more, the negative power of the third group becomes too strong, and the positive power of the first group and the second group becomes too weak. In either case, since the light beam diameter is increased, it is necessary to increase the outer diameter of the lens, which causes a problem that the optical system is highly invasive to a living body.
また、|β・F14/F5|が0.8以下の場合、第1群から第4群の間のパワーが強くなり過ぎて、諸収差の発生量が大きくなるため、第5群で収差補正が困難になる。また、|β・F14/F5|が1.2以上の場合は、第1群から第4群の間のパワーが弱くなるので諸収差の発生量は小さくすることができるが、光束径が大きくなるためレンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が大きくなるという不具合が発生する。 In addition, when | β · F 14 / F 5 | is 0.8 or less, the power between the first group and the fourth group becomes too strong, and the amount of various aberrations increases. Aberration correction becomes difficult. When | β · F 14 / F 5 | is 1.2 or more, the power between the first group and the fourth group becomes weak, so that the amount of various aberrations can be reduced, but the beam diameter Therefore, it is necessary to increase the outer diameter of the lens, which causes a problem that the invasion to the living body increases.
また、第3群の両凸レンズL4と両凹レンズL5との接合レンズは、球面収差を補正するため、屈折率差を小さくして、さらに両凸レンズL4と両凹レンズL5との接合面の曲率半径を小さくすることが望ましい。そのために、n5−n4が0.22より小さいことが望ましい。n5−n4が0.22以上だと、接合面の曲率半径が大きくなるので、球面収差および軸上色収差が補正不足になる。しかし、n5−n4が0.12以下だと接合面の曲率半径が小さくなり過ぎてレンズの加工性が悪くなるので、n5−n4は0.12より大きいことが望ましい。したがって、両凸レンズL4と両凹レンズL5の屈折率差は条件式(4)を満足することが望ましい。 Further, the cemented lens of the third group of biconvex lens L4 and biconcave lens L5 has a smaller refractive index difference in order to correct spherical aberration, and further increases the radius of curvature of the cemented surface between biconvex lens L4 and biconcave lens L5. It is desirable to make it smaller. Therefore, it is desirable that n 5 −n 4 is smaller than 0.22. When n 5 -n 4 is 0.22 or more, the radius of curvature of the joint surface becomes large, so that spherical aberration and axial chromatic aberration are insufficiently corrected. However, if n 5 -n 4 is 0.12 or less, the radius of curvature of the joint surface becomes too small and the workability of the lens deteriorates, so n 5 -n 4 is preferably larger than 0.12. Therefore, it is desirable that the refractive index difference between the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 satisfies the conditional expression (4).
また、接合面の曲率半径に対しては、球面収差の補正量を最適にするため 条件式(5)を満足することが望ましい。|R40/R45|が1.4以下だと球面収差の発生量が大き過ぎて系全体で考えたときに、十分に補正できなくなる。|R40/R45|が1.9以上だと接合面で球面収差が補正過剰となり系全体で考えたときには球面収差が補正過剰になってしまう。
また、軸上色収差を補正するために両凸レンズL4に分散が小さい材料、両凹レンズL5に分散が大きい材料を使うことが望ましい。より具体的には条件式(3)を満足させることが望ましい。 これを満足することとで軸上色収差の補正が十分に行えるが、これを満足しない場合は軸上色収差が補正不足になる。
For the radius of curvature of the cemented surface, it is desirable to satisfy conditional expression (5) in order to optimize the correction amount of spherical aberration. If | R 40 / R 45 | is 1.4 or less, the amount of spherical aberration generated is too large, and cannot be corrected sufficiently when considered in the entire system. If | R 40 / R 45 | is 1.9 or more, the spherical aberration is overcorrected on the joint surface, and the spherical aberration is overcorrected when the entire system is considered.
In order to correct axial chromatic aberration, it is desirable to use a material having a small dispersion for the biconvex lens L4 and a material having a large dispersion for the biconcave lens L5. More specifically, it is desirable to satisfy conditional expression (3). Satisfying this can sufficiently correct axial chromatic aberration, but if this is not satisfied, axial chromatic aberration is insufficiently corrected.
さらに、第2群の平凹レンズL3の材料は低屈折率で高分散のものを用いることが望ましい。平凹レンズL3の材料に低屈折率で高分散のものを用いて、像面側の面を凹面にすることでコマ収差、軸上色収差を良好に補正することができる。具体的には、条件式(6)、(7)を満たすことが望ましい。 Further, the material of the second group plano-concave lens L3 is desirably a low refractive index and high dispersion material. By using a material having a low refractive index and high dispersion as the material of the plano-concave lens L3 and making the image side surface concave, coma and axial chromatic aberration can be favorably corrected. Specifically, it is desirable to satisfy the conditional expressions (6) and (7).
平凹レンズL3が条件式(7)を満足しない場合は、第1群から第4群までで発生した軸上色収差が補正しきれず、光学系全体で軸上色収差が補正不足になる。条件(6)を満たす場合、コマ収差や軸上色収差の補正量を大きくするために平凹レンズL3の像面側の曲率半径を小さくしても第2群通過後の光束があまり発散し過ぎないので、第3群に入射する光束径が大きくならないようにすることが可能である。条件式(6)を満たさない場合は、平凹レンズL3の像面側の曲率半径が大きくなり過ぎてコマ収差および軸上色収差の補正が十分行えなくなるか、曲率半径が小さくても平凹レンズL3の像面側の負パワーが強過ぎて、第2群通過後の光束が発散し過ぎて、第3群での光束径が大きくなり過ぎる不具合が発生する。 When the plano-concave lens L3 does not satisfy the conditional expression (7), the axial chromatic aberration generated from the first group to the fourth group cannot be corrected, and the axial chromatic aberration is insufficiently corrected in the entire optical system. When the condition (6) is satisfied, the light flux after passing through the second group does not diverge too much even if the curvature radius on the image plane side of the plano-concave lens L3 is reduced in order to increase the correction amount of coma aberration and axial chromatic aberration. Therefore, it is possible to prevent the diameter of the light beam incident on the third group from increasing. When the conditional expression (6) is not satisfied, the curvature radius on the image plane side of the plano-concave lens L3 becomes too large to sufficiently correct the coma aberration and the axial chromatic aberration, or even if the curvature radius is small, the plano-concave lens L3 The negative power on the image plane side is too strong, the light beam after passing through the second group is too divergent, and the light beam diameter in the third group becomes too large.
さらに、第1群および第2群で発生したコマ収差、軸上色収差の補正と第2群を通過後の光束の発散具合をバランスさせるために、平凹レンズL3の像面側の曲率半径R3Iは条件式(8)を満足するようにすることが望ましい。|R3I/F12|が3以下になると第2群通過後の光束の発散角が大きくなるため、第3群での光束径が大きくなり、レンズ外径が大きくなってしまう不具合がある。|R3I/F12|が5以上になるとL3の像面側の負パワーが小さくなるため、コマ収差や軸上色収差が補正不足になる。 Further, in order to balance the correction of coma aberration and axial chromatic aberration generated in the first group and the second group and the divergence of the light beam after passing through the second group, the curvature radius R 3I on the image plane side of the plano-concave lens L3. It is desirable to satisfy the conditional expression (8). When | R 3I / F 12 | is 3 or less, the divergence angle of the light beam after passing through the second group becomes large, so that there is a problem that the light beam diameter in the third group becomes large and the lens outer diameter becomes large. When | R 3I / F 12 | is 5 or more, the negative power on the image plane side of L3 becomes small, so that coma and axial chromatic aberration are undercorrected.
両凹レンズL5の像面側および負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8との接合面で球面収差を補正するが、条件式(9)は、両凹レンズL5の像面側の面と、負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8との接合面で補正する球面収差量を適正にするための条件である。条件式を下回ると球面収差が補正不足になり、条件式を上回ると球面収差が補正過剰になる。 Spherical aberration is corrected by the image surface side of the biconcave lens L5 and the cemented surface of the negative meniscus lens L7 and the biconvex lens L8. Conditional expression (9) indicates that the image surface side surface of the biconcave lens L5 and the negative meniscus lens L7 Is a condition for making the amount of spherical aberration corrected at the cemented surface between the lens and the biconvex lens L8 appropriate. Below the conditional expression, the spherical aberration becomes undercorrected, and when above the conditional expression, the spherical aberration becomes overcorrected.
図2に、本実施形態に係る液浸対物光学系1を小型のレーザ走査型共焦点光学システム2に接続した例を示す。
光学ユニット4内には図示しない励起用のレーザ光源が設けられており、レーザ光が光ファイバ8を通って走査ユニット3に導かれ、コリメータ光学系10で平行にされた後、光走査部11で光の射出方向が走査され、瞳投影光学系12で中間結像位置に結像される。瞳投影光学系12と液浸対物光学系1は接続されていて、瞳投影光学系12で結像された像は図1で示された本実施形態に係る液浸対物光学系1によって物体(生体7の観察対象部位B)へ再結像され、物体(生体組織や色素等)の励起を行う。
FIG. 2 shows an example in which the immersion objective
An excitation laser light source (not shown) is provided in the optical unit 4. The laser light is guided to the
物体Bで発生した蛍光は、液浸対物光学系1、瞳投影光学系12、光走査部11、コリメータ光学系10、光ファイバ8を経て、光学ユニット4内の図示しないダイクロイックミラーで励起光と分離された後、励起光カットフィルターを経て、光検出器で検出され、コンピュータ6を介してモニタ7により表示される。
本実施形態では、光ファイバ8のコアが共焦点ピンホールの役割をしており、物体を観察する場合は、フォーカスがあった部分近傍以外のところからの光はカットされるのでSN比の高い観察が可能になっている。また、制御ユニット5の作動により走査ユニット3内にある駆動機構13を作動させ、コリメータレンズ10と光ファイバ8の距離を変化させることで、液浸対物光学系1の長手方向(Z方向)の観察位置を調節することができる。したがって、光走査部11での横方向(X,Y方向)の走査と組み合わせることで3次元の画像取得も可能である。
Fluorescence generated in the object B passes through the immersion objective
In this embodiment, the core of the optical fiber 8 serves as a confocal pinhole, and when observing an object, light from a portion other than the vicinity of the focused portion is cut, so the SN ratio is high. Observation is possible. Further, by operating the
次に、本発明の第2の実施形態に係る液浸対物光学系20について、図3を参照して説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系20は、図3に示されるように、物体側から順に、正パワーの第1群G1、正パワーの第2群G2、負パワーの第3群G3、正パワーの第4群G4および正パワーの第5群G5により構成されている点は第1の実施形態と同様である。本実施形態に係る液浸対物光学系20は、各レンズ群の構成要素において相違している。
Next, an immersion objective
As shown in FIG. 3, the immersion objective
前記第1群G1は、平行平板P1と平凸レンズL1との接合レンズにより構成されている。平行平板P1は物体側に配置され、平凸レンズL1は、像面側に凸面を向けて配置されている。これにより、第1群は全体として正パワーを持っている。 The first group G1 is composed of a cemented lens of a parallel plate P1 and a plano-convex lens L1. The parallel plate P1 is disposed on the object side, and the plano-convex lens L1 is disposed with the convex surface facing the image plane side. Thereby, the first group has positive power as a whole.
前記第2群G2は、両凸レンズL2と、平凹レンズL3とにより構成されている。平凸レンズL2は物体側に配置され、第2群G2は全体として正パワーを持っている。
前記第3群はG3は、両凸レンズL4と両凹レンズL5とを接合した接合レンズにより構成されている。両凸レンズL4は物体側に配置され、第3群は全体として負パワーを持っている。
前記第4群G4は、両凸レンズL6により構成され、正パワーを有している。
第2群G2〜第4群G4までは第1の実施形態に係る液浸対物光学系1と同一である。
The second group G2 includes a biconvex lens L2 and a plano-concave lens L3. The plano-convex lens L2 is disposed on the object side, and the second group G2 has a positive power as a whole.
The third group G3 is constituted by a cemented lens in which a biconvex lens L4 and a biconcave lens L5 are cemented. The biconvex lens L4 is disposed on the object side, and the third group as a whole has negative power.
The fourth group G4 includes a biconvex lens L6 and has positive power.
The second group G2 to the fourth group G4 are the same as the immersion objective
前記第5群G5は、物体側から順に配置された平凹レンズL7と平凸レンズL8との接合レンズ、平凸レンズL9および両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合レンズにより構成されている。平凹レンズL7は物体側に略平面を配置している。第5群G5は全体として正パワーを有している。 The fifth group G5 includes a cemented lens composed of a plano-concave lens L7 and a plano-convex lens L8, and a cemented lens composed of a plano-convex lens L9 and a biconvex lens L10 and a biconcave lens L11, which are arranged in order from the object side. The plano-concave lens L7 has a substantially flat surface on the object side. The fifth group G5 has a positive power as a whole.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系20によれば、第1群G1においては、平凸レンズL1の屈折率を第1の実施形態に係る液浸対物光学系1より大きくして、像面側の凸面の曲率半径を大きくするとともに、平凸レンズL1自体の厚さも厚くすることができる。これによりレンズの加工性が第1の実施形態より良くなり、製造コストを低減することができる。
According to the immersion objective
また、第1の実施形態と比較して、平凸レンズL1の屈折率を高くしたことにより非点収差の発生を小さくすることができる。このため、第1の実施形態に係る液浸対物光学系1より広い観察範囲を確保することができる。さらに、平凸レンズL1の水や生体に対する耐性が高くない場合に、耐性がよいP1を先端に接合することで平凸レンズL1を保護することができる。
Further, as compared with the first embodiment, the generation of astigmatism can be reduced by increasing the refractive index of the plano-convex lens L1. For this reason, a wider observation range than the immersion objective
また、第5群においては、第4群の両凸レンズL6を通過した後にほぼ平行光になった光束を平凸レンズL9、および両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合レンズによって収束させる。また、平凹レンズL7と平凸レンズL8との接合面において、第4群G4で発生する球面収差、軸上色収差、コマ収差を補正することができる。さらに、両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合面において非点収差を補正することができる。
その他のレンズ群G2〜G4の作用は第1の実施形態と同じである。
In the fifth group, the light beam that has become substantially parallel light after passing through the biconvex lens L6 of the fourth group is converged by the planoconvex lens L9 and the cemented lens of the biconvex lens L10 and the biconcave lens L11. In addition, spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma generated in the fourth group G4 can be corrected on the cemented surface between the plano-concave lens L7 and the plano-convex lens L8. Furthermore, astigmatism can be corrected on the cemented surface between the biconvex lens L10 and the biconcave lens L11.
The operation of the other lens groups G2 to G4 is the same as that of the first embodiment.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系20によれば、第1の実施形態に係る液浸対物光学系1と同様に、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。特に、上記条件式(1)〜(9)を満足することが好ましい。
また、本実施形態に係る液浸対物光学系20も、第1の実施形態と同様に、レーザ走査共焦点光学システム2に接続可能である。
According to the immersion objective
Further, the immersion objective
次に、本発明の第3の実施形態に係る液浸対物光学系30について、図4を参照して説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系30も、図4に示されるように、物体側から順に、正パワーの第1群G1、正パワーの第2群G2、負パワーの第3群G3、正パワーの第4群G4および正パワーの第5群G5により構成されている点は第1および第2の実施形態と同様である。本実施形態に係る液浸対物光学系30は、各レンズ群の構成要素において相違し、作動距離を長くしている点において、第1および第2の実施形態と相違している。
Next, an immersion objective
As shown in FIG. 4, the immersion objective
前記第1群G1は、平行平板P1と平凸レンズL1とを接合した接合レンズにより構成されている。平凸レンズL1は像面側に凸面を向けて配置されている。第1群G1は全体として正パワーを持っている。
前記第2群G2は、両凸レンズL2と両凹レンズL3とを接合した接合レンズにより構成されている。両凸レンズL2は物体側に配置され、両凹レンズL3は像面側に配置され、物体側に凸面、像面側に凹面を向けて配置されている。
The first group G1 includes a cemented lens in which a parallel plate P1 and a plano-convex lens L1 are cemented. The plano-convex lens L1 is arranged with the convex surface facing the image surface side. The first group G1 has a positive power as a whole.
The second group G2 includes a cemented lens in which a biconvex lens L2 and a biconcave lens L3 are cemented. The biconvex lens L2 is disposed on the object side, and the biconcave lens L3 is disposed on the image plane side, with the convex surface facing the object side and the concave surface facing the image plane side.
前記第3群G3は、両凸レンズL4と両凹レンズL5とを接合した接合レンズにより構成されている。第3群G3は全体として負パワーを持っている。
前記第4群G4は、両凸レンズL6により構成されている。
前記第5群G5は、負メニスカスレンズL7と平凸レンズL8との接合レンズ、平凸レンズL9、平行平板P2および両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合レンズにより構成されている。第5群G5は全体として正パワーを有している。また、両凸レンズL10は、全長を長く確保するために設けられている。
The third group G3 includes a cemented lens in which a biconvex lens L4 and a biconcave lens L5 are cemented. The third group G3 has negative power as a whole.
The fourth group G4 includes a biconvex lens L6.
The fifth group G5 includes a cemented lens of a negative meniscus lens L7 and a planoconvex lens L8, a planoconvex lens L9, a parallel plate P2, and a cemented lens of a biconvex lens L10 and a biconcave lens L11. The fifth group G5 has a positive power as a whole. The biconvex lens L10 is provided to ensure a long overall length.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系30によれば、第2群G2において、両凸レンズL2の物体側の凸面によって光を屈折させて、両凸レンズL2の内部で光束の発散角を小さくし光線高が高くなるのを防止することができる。その結果、レンズ外径を小さくすることができる。
According to the immersion objective
また、両凹レンズL3の像面側の凹面で光束を少し発散させて、両凸レンズL2で発生したコマ収差、軸上色収差を補正することができる。また、両凸レンズL2と両凹レンズL3とを接合したことにより、両凸レンズL2と両凹レンズL3との間に間隔管を設ける必要がなくなり部品点数が減らすことができるとともに、面間隔の誤差による球面収差の劣化を防止することができる。さらに、両凸レンズL2と両凹レンズL3との接合面の面精度公差を緩くしても収差への影響を小さくできる。したがって、レンズの面精度公差を緩くして製造コストを低減することができる。 Further, the coma aberration and the axial chromatic aberration generated by the biconvex lens L2 can be corrected by slightly diverging the light beam on the concave surface on the image plane side of the biconcave lens L3. Further, since the biconvex lens L2 and the biconcave lens L3 are cemented, it is not necessary to provide a spacing tube between the biconvex lens L2 and the biconcave lens L3, and the number of parts can be reduced, and spherical aberration due to an error in surface spacing. Can be prevented. Furthermore, even if the surface accuracy tolerance of the cemented surface between the biconvex lens L2 and the biconcave lens L3 is relaxed, the influence on the aberration can be reduced. Therefore, the manufacturing accuracy can be reduced by loosening the surface accuracy tolerance of the lens.
また、第5群G5において、第4群の両凸レンズL6を通過した後にほぼ平行光になった光束を負メニスカスレンズL7と平凸レンズL8との接合レンズ、平凸レンズL9と平行平板P2との接合レンズおよび両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合レンズによって収束させることができる。
負メニスカスレンズL7と平凸レンズL8との接合面において、第4群G4で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正することができる。また、両凸レンズL10と両凹レンズL11との接合面において、非点収差を補正することができる。
その他のレンズ群G1,G3,G4の作用は第2の実施形態と同じである。
Further, in the fifth group G5, the light beam which has become substantially parallel light after passing through the biconvex lens L6 of the fourth group is cemented with the negative meniscus lens L7 and the plano-convex lens L8, and between the plano-convex lens L9 and the parallel plate P2. It can be made to converge by the lens and the cemented lens of the biconvex lens L10 and the biconcave lens L11.
On the cemented surface between the negative meniscus lens L7 and the plano-convex lens L8, it is possible to correct spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma aberration generated in the fourth group G4. Further, astigmatism can be corrected on the cemented surface between the biconvex lens L10 and the biconcave lens L11.
The operation of the other lens groups G1, G3, G4 is the same as in the second embodiment.
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系30によれば、第1、第2の実施形態に係る液浸対物光学系1,20と同様に、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。特に、上記条件式(1)〜(9)を満足することが好ましい。
また、本実施形態に係る液浸対物光学系30も第1の実施形態と同様に、レーザ走査共焦点光学システム2に接続可能である。
According to the immersion objective
Further, the immersion objective
[第1の実施例]
第1の実施形態に係る液浸対物光学系1の一実施例について、図1、図5および表1を参照して以下に説明する。
図1および表1において、符号rは曲率半径(mm)、符号dは面間隔(mm)、表1において、符号nはd線(587.56nm)の屈折率、符号νはアッベ数ν=(n−1)/(nF−nC)を示している。ここで、nF、nCは、それぞれF線,C線の屈折率である。
[First embodiment]
An example of the immersion objective
1 and Table 1, symbol r is a radius of curvature (mm), symbol d is a surface separation (mm), and in Table 1, symbol n is a refractive index of the d-line (587.56 nm), symbol ν is an Abbe number ν = (n-1) shows a / (n F -n C). Here, n F and n C are the refractive indexes of the F line and the C line, respectively.
また、図5の収差図の内、符号NAは像面側の開口数、符号yは像高を示し、符号Mはメリディオナル面、符号Sはサジタル面を示し、倍率色収差はd線(587.56nm)を基準としている。
また、C線の波長は656.27nm、d線の波長は587.56nm、e線の波長は546.07nm、F線の波長は486.13nm、g線の波長は435.84nmである。
In the aberration diagram of FIG. 5, the symbol NA is the numerical aperture on the image plane side, the symbol y is the image height, the symbol M is the meridional surface, the symbol S is the sagittal surface, and the chromatic aberration of magnification is the d-line (587. 56 nm).
The wavelength of the C line is 656.27 nm, the wavelength of the d line is 587.56 nm, the wavelength of the e line is 546.07 nm, the wavelength of the F line is 486.13 nm, and the wavelength of the g line is 435.84 nm.
レンズの直径は、平凸レンズL1が0.9mm、両凸レンズL2から両凹レンズL5までが1mm、両凸レンズL6から両凹レンズL11までが1.3mmであり、非常に小さな直径のレンズのみで構成されている。このため、本実施例の液浸対物光学系1は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。
また、本実施例の液浸対物光学系1は、先端部から結像面の光学系の全長が10.44mmであり、液浸対物光学系1の後ろにリレーレンズやCCDを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやCCDが生体(の頭部等)に接触し難い構造となっている。
The diameter of the lens is 0.9 mm for the plano-convex lens L1, 1 mm from the biconvex lens L2 to the biconcave lens L5, and 1.3 mm from the biconvex lens L6 to the biconcave lens L11, and is composed of only a very small diameter lens. Yes. For this reason, the immersion objective
Further, the immersion objective
また、本実施例に係る液浸対物光学系1は、明るい蛍光像および高い分解能を得るために、液浸対物光学系1の物体側の開口数は0.5を確保している。また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特に、レーザ走査型共焦点顕微鏡の対物光学系として適した対物光学系である。
作動距離(WD)は0.098mmであり、液浸対物光学系の先端を生体に密着させることで、生体内部をブレなく観察可能である。
Further, in the immersion objective
The working distance (WD) is 0.098 mm, and the inside of the living body can be observed without blur by bringing the tip of the immersion objective optical system into close contact with the living body.
また、本実施例の液浸対物光学系1を図2に示されるレーザ走査型共焦点顕微鏡システムに接続することにより、対物光学系の後ろに瞳投影光学系や走査ユニットを接続しても、瞳投影光学系や走査ユニットを生体から離れた位置に接触することなく配置することができる。
Further, by connecting the immersion objective
[第2の実施例]
次に、第2の実施形態に係る液浸対物光学系20の一実施例について、図2、図6および表2を参照して以下に説明する。
図2および表2において、符号rは曲率半径(mm)、符号dは面間隔(mm)、表2において、符号nはd線(587.56nm)の屈折率、符号νはアッベ数ν=(n−1)/(nF−nC)を示している。ここで、nF、nCは、それぞれF線,C線の屈折率である。
[Second Embodiment]
Next, an example of the immersion objective
2 and Table 2, the symbol r is the radius of curvature (mm), the symbol d is the surface interval (mm), the symbol n is the refractive index of the d-line (587.56 nm), and the symbol ν is the Abbe number ν = (n-1) shows a / (n F -n C). Here, n F and n C are the refractive indexes of the F line and the C line, respectively.
また、図6の収差図の内、符号NAは像面側の開口数、符号yは像高を示し、符号Mはメリディオナル面、符号Sはサジタル面を示し、倍率色収差はd線(587.56nm)を基準としている。
また、s線の波長は852.11nm、C線の波長は656.27nm、d線の波長は587.56nm、e線の波長は546.07nm、F線の波長は486.13nm、g線の波長は435.84nmである。
本実施例は、第1の実施例と比較して、色収差を可視光域から900nm付近の近赤外域まで補正し、さらに、観察範囲も第1の実施例より広い範囲を確保している。
In addition, in the aberration diagram of FIG. 6, symbol NA represents the numerical aperture on the image plane side, symbol y represents the image height, symbol M represents the meridional surface, symbol S represents the sagittal surface, and the chromatic aberration of magnification is the d-line (587. 56 nm).
The wavelength of the s-line is 852.11 nm, the wavelength of the C-line is 656.27 nm, the wavelength of the d-line is 587.56 nm, the wavelength of the e-line is 546.07 nm, the wavelength of the F-line is 486.13 nm, The wavelength is 435.84 nm.
Compared with the first embodiment, this embodiment corrects chromatic aberration from the visible light region to the near-infrared region in the vicinity of 900 nm, and further secures a wider range of observation than the first embodiment.
レンズの直径は平行平板P1から両凹レンズL5までが1mm、両凸レンズL6から両凹レンズL11までが1.4mmであり、非常に小さい直径のレンズのみで構成されている。
このため、本実施例の液浸対物光学系20は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。
The diameter of the lens is 1 mm from the parallel plate P1 to the biconcave lens L5, and 1.4 mm from the biconvex lens L6 to the biconcave lens L11. The lens is composed of only a very small diameter lens.
For this reason, the immersion objective
また、本実施例の液浸対物光学系20は、先端部から結像面の光学系の全長が、11.55mmであり、液浸対物光学系20の後ろにリレーレンズやCCDを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやCCDが動物(の頭部など)と接触し難い構成になっている。
また、明るい蛍光像および高い分解能を得るために、液浸対物光学系20の物体側の開口数は0.5を確保している。
Further, in the immersion objective
Further, in order to obtain a bright fluorescent image and high resolution, the numerical aperture on the object side of the immersion objective
また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特に、レーザ走査型共焦点光学顕微鏡の液浸対物光学系20として適している。
さらに、生体内で散乱が小さい近赤外領域まで収差が補正されているために、組織表面から深いところを、より鮮明に観察できる光学系である。
また、本実施例も第1の実施例と同様に、レーザ走査共焦点光学システム2に接続可能である。
Further, since the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration are corrected well, it is suitable for white light observation and fluorescence observation, particularly as the immersion objective
Furthermore, since the aberration is corrected up to the near-infrared region where the scattering is small in the living body, the optical system can observe deeper from the tissue surface more clearly.
This embodiment can also be connected to the laser scanning confocal
[第3の実施例]
次に、第3の実施形態に係る液浸対物光学系30の一実施例について、図3、図7および表3を参照して以下に説明する。
図3、図7および表3における符号は、第2の実施例と同じである。
本実施例は、第2の実施例と比較して、作動距離WDを長くしたものである。
[Third embodiment]
Next, an example of the immersion objective
3 and 7 and Table 3 are the same as those in the second embodiment.
In the present embodiment, the working distance WD is increased as compared with the second embodiment.
レンズの直径は平行平板P1から両凹レンズL5までが1mm、両凸レンズL6から両凹レンズL11までが1.4mmであり、非常に小さい直径のレンズのみで構成されている。
このため、本実施例の液浸対物光学系30は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。
The diameter of the lens is 1 mm from the parallel plate P1 to the biconcave lens L5, and 1.4 mm from the biconvex lens L6 to the biconcave lens L11. The lens is composed of only a very small diameter lens.
For this reason, the immersion objective
また、本実施例の液浸対物光学系30は、先端部から結像面の光学系の全長が、11.71mmであり、対物レンズの後ろにリレーレンズやCCDを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやCCDが動物(の頭部など)と接触し難い構成になっている。
また、明るい蛍光像および高い分解能を得るために液浸対物光学系20の物体側の開口数NAは0.5を確保している。
Further, the immersion objective
In order to obtain a bright fluorescent image and high resolution, the numerical aperture NA on the object side of the immersion objective
また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特にレーザ走査型共焦点光学顕微鏡の液浸対物光学系30として適している。
さらに、生体内で散乱が小さい近赤外領域まで収差が補正されているために、組織表面から深いところをより鮮明に観察できる光学系である。
Further, since the longitudinal chromatic aberration and the lateral chromatic aberration are corrected well, it is suitable as the immersion objective
Furthermore, since the aberration is corrected up to the near-infrared region where the scattering is small in the living body, the optical system can observe deeper from the tissue surface more clearly.
また、作動距離WDは0.2mmであり、液浸対物光学系20の先端を生体組織に押し当てた場合でも、押し当てた生体組織表面からより深い場所を観察することが可能である。
本実施例も第1、第2の実施例と同様に、レーザ走査共焦点光学システム2に接続可能である。
The working distance WD is 0.2 mm, and even when the tip of the immersion objective
Similarly to the first and second embodiments, this embodiment can be connected to the laser scanning confocal
表4に第1〜第3の実施例における条件式(1)〜(9)のデータを示す。
なお、本発明(第1〜第3の実施形態全ての)の液浸対物光学系1,20,30にはイメージファイババンドル、CCDを接続して明視野観察を行うことも可能である。
そのときには、液浸対物光学系1,20,30のすぐ外側に照明用ファイバを設けて生体を照明したり、対物光学系の後ろ側にリレーレンズとハーフミラーを設けて照明光を液浸対物光学系1,20,30と同軸に入射させたりする方法などがある。
In addition, it is also possible to perform bright field observation by connecting an image fiber bundle and a CCD to the immersion objective
At that time, an illumination fiber is provided just outside the immersion objective
G1 第1群
G2 第2群
G3 第3群
G4 第4群
G5 第5群
L1 平凸レンズ
L2 両凸レンズ(レンズ)
L3 平凹レンズ(レンズ)
L4 両凸レンズ
L5 両凹レンズ
L6 両凸レンズ(正レンズ)
L7 負メニスカスレンズ(接合レンズ)
L8 両凸レンズ(接合レンズ)
L9 平凸レンズ
L10 平凸レンズ(接合レンズ)
L11 両凹レンズ(接合レンズ:負レンズ)
1,20,30 液浸対物光学系
β 液浸対物光学系の倍率
F3 第3群G3の焦点距離
F5 第5群G5の焦点距離
F12 第1群G1と第2群G2を合わせた焦点距離
F14 第1群G1から第4群G4までを合わせた焦点距離
ν3、ν4、ν5 各々、レンズL3〜レンズL5のd線に対するアッベ数
n3、n4、n5、n7、n8 各々、レンズL3〜L8のd線に対する屈折率
R3I レンズL3の像面側の曲率半径
R4O、R45 各々、両凸レンズL4の物体側、両凸レンズL4と両凹レンズL5の接合面の曲率半径
R5I レンズL5の像面側の曲率半径
R78 レンズL7とレンズL8との接合面の曲率半径
G1 1st group G2 2nd group G3 3rd group G4 4th group G5 5th group L1 Plano-convex lens L2 Biconvex lens (lens)
L3 Plano-concave lens (lens)
L4 Biconvex lens L5 Biconcave lens L6 Biconvex lens (positive lens)
L7 Negative meniscus lens (junction lens)
L8 Biconvex lens (Bonded lens)
L9 Plano-convex lens L10 Plano-convex lens (junction lens)
L11 Biconcave lens (Bonded lens: negative lens)
1, 20, 30 were combined focal length F 12 first lens group G1 and the second lens group G2 of the immersion objective focal length of the optical system β immersion objective optical system magnification F 3 third group G3 F 5 fifth group G5 focal length F 14 focal length [nu 3 from the first group G1 combined to the fourth group G4, [nu 4, [nu 5 respectively, the Abbe number n 3 with respect to the d line of the lens L3~ lens L5, n 4, n 5, n 7 , n 8 , the refractive index with respect to the d-line of the
Claims (6)
前記第1群は、像面側に凸面を向けた平凸レンズL1を含み、かつ、最も物体側の面が略平面であり、
前記第2群は、該第2群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けたレンズL2と、該第2群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズL3とを含み、
前記第3群は、物体側から両凸レンズL4と両凹レンズL5とを接合した接合レンズを含み、
前記第4群は、物体側に凸面を向けた正レンズL6を含み、
前記第5群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、
以下の条件式(1)を満足する液浸対物光学系。
(1) 0.03<|F 12 /F 3 |<0.13
ただし、
F 3 :第3群の焦点距離、
F 12 :第1群から第2群までを合わせた焦点距離
である。 In order from the object side, the first group of positive power, the second group of positive power, the third group of negative power, the fourth group of positive power, the fifth group of positive power,
The first group includes a plano-convex lens L1 having a convex surface facing the image surface side, and the most object-side surface is substantially flat;
The second group includes a lens L2 in which the surface closest to the object side of the second group faces a convex surface toward the object side, and a lens L3 in which the surface closest to the image surface in the second group faces a concave surface toward the image surface side. Including
The third group includes a cemented lens in which a biconvex lens L4 and a biconcave lens L5 are cemented from the object side,
The fourth group includes a positive lens L6 having a convex surface facing the object side,
The fifth group, saw including at least one cemented lens,
An immersion objective optical system that satisfies the following conditional expression (1) .
(1) 0.03 <| F 12 / F 3 | <0.13
However,
F 3 : focal length of the third group,
F 12 : Focal length combining the first group to the second group
It is.
(2) 0.8<|β・F14/F5|<1.2
ただし、
β:液浸対物光学系の倍率、
F14:第1群から第4群までを合わせた焦点距離、
F5:第5群の焦点距離
である。 Immersion objective optical system according to claim 1 which satisfies the following conditional expression (2).
(2) 0.8 <| β · F 14 / F 5 | <1.2
However,
β: magnification of the immersion objective optical system,
F 14 : focal length combining the first group to the fourth group,
F 5 is the focal length of the fifth group.
(3) ν4−ν5>40
(4) 0.12<n6−n4<0.22
(5) 1.4<|R4O/R45|<1.9
ただし、
ν4、ν5:各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対するアッベ数、
n4、n5:各々、両凸レンズL4、両凹レンズL5のd線に対する屈折率、
R4O、R45:各々、両凸レンズL4の物体側、両凸レンズL4と両凹レンズL5の接合面の曲率半径である。 The following conditional expression (3), (4), an immersion objective optical system according to claim 1 or claim 2, satisfying the expression (5).
(3) ν 4 −ν 5 > 40
(4) 0.12 <n 6 −n 4 <0.22
(5) 1.4 <| R 4O / R 45 | <1.9
However,
ν 4 , ν 5 : Abbe numbers of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 with respect to the d line,
n 4 , n 5 : Refractive index of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5 with respect to the d line,
R 4O and R 45 are the radius of curvature of the object side of the biconvex lens L4 and the cemented surface of the biconvex lens L4 and the biconcave lens L5, respectively.
(6) n3<1.65
(7) ν3<50
(8) 3<|R3I/F12|<5
ただし、
n3:レンズL3のd線に対する屈折率、
ν3:レンズL3のd線に対するアッベ数、
R3I:レンズL3の像面側の曲率半径、
F12:第1群と第2群を合わせた焦点距離
である。 The immersion objective optical system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the following conditional expressions (6), (7), and (8) are satisfied.
(6) n 3 <1.65
(7) ν 3 <50
(8) 3 <| R 3I / F 12 | <5
However,
n 3 : the refractive index of the lens L3 with respect to the d-line,
ν 3 : Abbe number of the lens L3 with respect to the d-line,
R 3I : radius of curvature on the image plane side of the lens L3,
F 12 is a focal length obtained by combining the first group and the second group.
(9) 0.2<F14 2・{(n5−1)/R5I 2+(n7−n8)/R78 2}<0.4
ただし、
F14:第1群から第4群までを合わせた焦点距離、
n5、n7、n8:各々、レンズL5、レンズL7、レンズL8のd線に対する屈折率、
R5I、R78:レンズL5の像面側の曲率半径、レンズL7とレンズL8との接合面の曲率半径である。 Of the fifth group, the most object side lens is a cemented lens in which a negative lens L7 and a positive lens L8, any one of claims 1 to 4 which satisfies the following conditional expression (9) The immersion objective optical system according to 1.
(9) 0.2 <F 14 2 · {(n 5 −1) / R 5I 2 + (n 7 −n 8 ) / R 78 2 } <0.4
However,
F 14 : focal length combining the first group to the fourth group,
n 5 , n 7 , n 8 : Refractive indexes of the lens L5, the lens L7, and the lens L8 with respect to the d-line,
R 5I , R 78 are the radius of curvature of the lens L5 on the image plane side and the radius of curvature of the cemented surface between the lens L7 and the lens L8.
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