JP4744123B2 - 無限遠設計対物光学系および無限遠光学ユニット - Google Patents

Description

この発明は、細胞の機能の解明やイメージング等のアプリケーションに用いられる顕微鏡システムの無限遠設計対物光学系および無限遠光学ユニットに関し、哺乳類特に動物を生きたままで観察するのに好適な無限遠設計対物光学系および無限遠光学ユニットに関するものである。

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つけて、これを蛍光顕微鏡や共焦点レーザー走査顕微鏡などで観察して、生物の細胞や組織内の分子の振る舞いなどを観察する方法が行なわれている。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有り、個体が生きたまま（in vivo）で生体組織や細胞内を観察することが行なわれている。また、対物レンズは無限遠設計となっており、鏡筒内の結像レンズで結像させる構成となっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−３０６３６４号公報

しかしながら、従来のレーザ走査型共焦点顕微鏡を始めとする顕微鏡は、ラットやマウス等の実験小動物の各種臓器を生きたままの状態（in vivo）で観察することについては想定していない。生物個体の内部を観察する場合、従来の顕微鏡の対物レンズでは、外径が大きいので、生体を大きく切り開いて観察しなければならないという不都合がある。そして、生体を大きく切り開くと、長時間にわたる観察は不可能であった。

すなわち、これら実験小動物の各種臓器を観察するには、表皮や筋肉組織を切開し、あるいは、頭蓋骨に穿孔して内部の臓器を露出させる必要がある。しかしながら、観察部位に近接配置される対物レンズのサイズが実験小動物に比較して大きいために、内部の臓器を観察する場合には、表皮や筋肉組織等を大きく切開し、あるいは大きな孔を開ける必要がある。

この場合、組織の切開直後あるいは穿孔直後における観察は可能であるものの、実験小動物に大きなダメージを与えてしまうため、長期間にわたる経時的な観察は困難である。観察後に縫合し、次の観察時に再度切開する方法も考えられるが、実験小動物に与えるダメージを考えると、時間が経過するにつれて正常な状態での観察は困難になるという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、実験小動物を始めとする哺乳類の細胞、筋肉等の生体組織、あるいは、心臓、肝臓等の各種臓器を生きたままの状態で、比較的長期間にわたって観察することを可能とする無限遠対物光学系および無限遠光学ユニットを提供することを目的としている。

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、顕微鏡本体に取り付け、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部を備えた鏡枠内に配置される無限遠設計対物光学系であって、物体側の前記細径先端部から像側の前記顕微鏡本体に向かって順に、少なくとも平行平板もしくは平凸レンズ成分を含み、少なくとも一部が前記細径先端部に配置された正屈折力の第１レンズ群と、少なくとも１枚の物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分を含む負屈折力の第２レンズ群と、少なくとも１組の接合レンズを含む正屈折力の第３レンズ群とを備え、以下の条件式（１）を満足する無限遠設計対物光学系を提供する。
（１） ０．２５ ＜ Ｆ _１ ／Ｆ ＜ ０．３５
ここで、Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、Ｆ _１ は、第１レンズ群の焦点距離である。

本発明によれば、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部を備えることにより、対物ユニットの先端に備えられた外径寸法の小さい光学系を観察対象である試料に近接あるいは接触させるので、観察対象が実験小動物等の体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで先端の光学系をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、実験小動物に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。

この場合において、第１レンズ群が細径になっており光線高が小さいが、強い屈折力で光線高を大きくすることなく物点からの光線を収斂し第２レンズ群に導くことができる。また、平行平板などの屈折力を持たない光学系を入れることにより、第１レンズ群の長さを長くすることができる。

また、第１レンズ群部分を細くするために第１レンズ群の焦点距離を比較的短くし、屈折力を強くする必要がある。しかし、焦点距離が短い第１レンズ群の後に直接顕微鏡システムの結像レンズを接続すると倍率が大きくなるので、観察範囲が狭くなってしまう。そこで、第２レンズ群に負の屈折力を持たせることにより、無限遠設計対物光学系全体の焦点距離を長くすることができ、倍率を下げ、観察範囲を広げることができる。

その際、第２レンズ群は物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズを設けることにより、アプラナティックに近い構成のメニスカスレンズとなり、光線の入射角が大きな値となっているにも関わらず、球面収差とコマ収差を小さく抑えることができる。
また、第３レンズ群は無限遠射出光にするために正の屈折力を持たせ、更に、接合面の凹パワーにより、第１，第２レンズ群で補正しきれなかった球面収差、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができる。
条件式（１）は、第１レンズ群における正屈折力と全体の屈折力との適切な値を規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるため、光線高が大きくなり細径にできないとともに、球面収差が補正過剰になる。更に、全系の焦点距離が短くなるので倍率が上がり、観察範囲が狭くなってしまうので不都合である。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎるので、球面収差が補正不足になるという不都合がある。

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） ０．５ ＜ ＬＧ_１＊ｎ_１／Ｌ ＜ ０．６
ここで、ＬＧ_１は、物体面から第１レンズ群の最終面までの距離、Ｌは、物体面から無限遠設計対物光学系の最終面までの距離、ｎ_１は、第１レンズ群のレンズ中で最も大きい屈折率である。

また、条件式（２）は、第１レンズ群の適切な長さを規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、全体の長さに対する第１レンズ群の長さの割合が大きくなり、第２，第３レンズ群の屈折力が大きくなるため、第２，第３レンズ群で球面収差とコマ収差の補正が困難になる。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、細径部分である第１レンズ群の長さが短くなるとともに、第１レンズ群の屈折力が大きくなり球面収差が補正不足になるという不都合がある。

また、上記発明においては、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３） ０．１５ ＜ ｜Ｆ_２／Ｆ｜−｜ｔ_２／Ｒ_１２｜ ＜ ０．４５
ここで、Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、Ｆ_２は、前記第２レンズ群の焦点距離、ｔ_２は、第１レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側面から第２レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側面までの距離、Ｒ_１２は、第１レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側の曲率半径である。

条件式（３）は、第１レンズ群中、最も像側に位置するレンズの像側の曲率半径と第２レンズ群の屈折力を規定している。条件式（３）の上限を上回ると、第２レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるため、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなるとともに、第２，第３レンズ群の長さが短くなるので、第２，第３レンズ群で球面収差とコマ収差の補正が困難になる。条件式（３）の下限を下回ると、全系の焦点距離が短くなるので倍率が上がり、観察範囲が狭くなってしまうという不都合がある。

また、本発明の参考例としての発明は、顕微鏡本体に取り付ける胴付き位置に設けられた取付ネジと、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部とを備えた鏡枠内に配置される無限遠設計対物光学系であって、細径先端部から胴付き位置に向かって順に、物点からの光束を略平行光束に変換する正屈折力の第１レンズ群と、該第１レンズ群からの平行光束径を拡大する負屈折力の第２レンズ群と、該第２レンズ群からの発散光を平行光束に変換する正屈折力の第３レンズ群とを備え、かつ、以下の条件式（５）を満足する無限遠設計対物光学系を提供する。
（５） ０．０１ ＜ ｜Ｆ_１ ^２・ＮＡ／（Ｆ_２・Ｆ）｜ ＜ ０．０３
ここで、Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、Ｆ_１は、第１レンズ群の焦点距離、Ｆ_２は、第２レンズ群の焦点距離、ＮＡは、無限遠設計対物光学系の開口数である。

第２，第３レンズ群は、ほぼアフォーカル光学系となっており、条件式（５）は第１レンズ群の焦点距離と、第２レンズ群の焦点距離と平行光束径と、全系の焦点距離との適切な値を規定している。
条件式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるため光線高が大きくなり細径にできないとともに、球面収差が補正過剰になるので不都合である。逆に、条件式（５）の下限値を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎるため、球面収差が補正不足になるので不都合である。また、第２，第３レンズ群を略アフォーカル光学系にすることで細径先端部分である第１レンズ群と第２レンズ群の先端部分を長くできるとともに、前記細径先端部分における光線の屈折量を比較的小さくできるので、収差発生量を抑えることができる。

また、本発明は、上記いずれかの無限遠設計対物光学系と、該無限遠設計対物光学系を収容する鏡枠とを備える無限遠光学ユニットを提供する。
本発明によれば、顕微鏡本体に取り付ける胴付き位置に設けられた取付ネジを備えることにより、通常の顕微鏡対物ユニットと互換性を備える無限遠光学ユニットとすることができる。また、細径先端部を備えることにより、観察対象に小さな開口部を設けるだけで、内部を観察することができる。その結果、観察対象に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。

上記発明においては、無限遠設計対物光学系の先端側に、試料に近接あるいは接触させられる細径結像光学系を配置してなることが好ましい。
ラットやマウス等の実験小動物の各種臓器を生きたままの状態（in vivo）で長期間観察するには、表皮や筋肉組織を切開するが、本発明によれば、対物光学系の細径部分を長くすることができ、より内部の臓器を観察することができる。

上記発明においては、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４） ９５ ＜ Ｆ_１／（φ_ｏｂ・ＮＡ_ｏｂ） ＜ １１５
ここで、Ｆ_１は、無限遠設計光学系の第１レンズ群の焦点距離、φ_ｏｂは、細径結像光学系の観察可能な範囲、ＮＡ_ｏｂは、細径結像光学系の物体側の開口数である。

条件式（４）は、細径結像光学系の物体側開口数そして観察範囲と、無限遠設計対物光学系の第１レンズ群の屈折力との適切な値を規定している。条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるため、球面収差が補正過剰になるとともに、光線高が大きくなり細径にできないので不都合である。逆に、条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎるため、球面収差が補正不足になるとともに、細径結像光学系の開口数と観察範囲が大きくなるため、設計が非常に困難になる。

以下、本発明の一実施形態に係る無限遠設計光学系１および無限遠光学ユニット２について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る無限遠設計対物光学系１は、図１に示されるように、鏡枠３内に配置されている。鏡枠３には、該鏡枠３を顕微鏡本体（図示略）に取り付ける胴付き位置４に設けられた取付ネジ５と、試料Ａに近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部６とが備えられている。本実施形態に係る無限遠設計対物光学系１とこれを収容する鏡枠３とにより本実施形態に係る無限遠光学ユニット２が構成されている。

本実施形態に係る無限遠設計対物光学系１は、細径先端部６（物体側）から胴付き位置４（像側）に向かって順に、第１レンズ群Ｇ_１、第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３を備えている。
第１レンズ群Ｇ_１は、平行平板Ｌ_１を含み、全体として正の屈折力を備えている。
第２レンズ群Ｇ_２は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ_４，Ｌ_５を含み、全体として負の屈折力を備えている。
また、第３レンズ群Ｇ_３は、２組の接合レンズＬ_６，Ｌ_７；Ｌ_８，Ｌ_９を含み、全体として正の屈折力を備えている。

このように構成された本実施形態に係る無限遠設計光学系１および無限遠光学ユニット２によれば、顕微鏡本体に取り付ける胴付き位置４に設けられた取付ネジ５を備えることにより、通常の顕微鏡対物ユニットと互換性がある。また、試料Ａに近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部６を備えることにより、先端に備えられた外径寸法の小さい光学系である平行平板Ｌ_１を観察対象である試料Ａに近接あるいは接触させるので、観察対象が実験小動物等の体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで先端の平行平板Ｌ_１をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、実験小動物に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。

この場合において、第１レンズ群Ｇ_１が細径になっており光線高が小さいが、強い屈折力で光線高を大きくすることなく物点からの光線を収斂し第２レンズ群Ｇ_２に導くことができる。また、平行平板Ｌ_１などの屈折力を持たない光学系を入れることにより、第１レンズ群Ｇ_１の長さを長くすることができる。

また、第１レンズ群Ｇ_１の部分を細くするために第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離を比較的短くし、屈折力を強くする必要がある。しかし、焦点距離が短い第１レンズ群Ｇ_１の後に直接顕微鏡システムの結像レンズを接続すると倍率が大きくなるので、観察範囲が狭くなってしまう。そこで、第２レンズ群Ｇ_２に負の屈折力を持たせることにより、無限遠設計対物光学系１全体の焦点距離を長くすることができ、倍率を下げ、観察範囲を広げることができる。

その際、第２レンズ群Ｇ_２は物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ_４，Ｌ_５を設けることにより、アプラナティックに近い構成のメニスカスレンズとなり、光線の入射角が大きな値となっているにも関わらず、球面収差とコマ収差を小さく抑えることができる。
また、第３レンズ群Ｇ_３は無限遠射出光にするために正の屈折力を持たせ、更に、接合面の凹パワーにより、第１，第２レンズ群Ｇ_１，Ｇ_２で補正しきれなかった球面収差、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができる。

本実施形態においては、
以下の条件式（１）〜（４）を満足することが好ましい。
（１） ０．２５ ＜ Ｆ_１／Ｆ ＜ ０．３５
（２） ０．５ ＜ ＬＧ_１＊ｎ_１／Ｌ ＜ ０．６
（３） ０．１５ ＜ ｜Ｆ_２／Ｆ｜−｜ｔ_２／Ｒ_１２｜ ＜ ０．４５
（４） ０．０１ ＜ ｜Ｆ_１ ^２・ＮＡ／（Ｆ_２・Ｆ）｜ ＜ ０．０３

ここで、
Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、
Ｆ_１は、第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離、
Ｆ_２は、前記第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離、
ＬＧ_１は、物体面から第１レンズ群Ｇ_１の最終面までの距離、
Ｌは、物体面から無限遠設計対物光学系１の最終面までの距離、
ｎ_１は、前記第１レンズ群Ｇ_１のレンズ中で最も大きい屈折率、
ＮＡは、無限遠設計対物光学系１の開口数、
Ｒ_１２は、第１レンズ群Ｇ_１中最も像側に位置するレンズの像側の曲率半径、
ｔ_２は、第１レンズ群Ｇ_１中最も像側に位置するレンズの像側面から第２レンズ群Ｇ_２中最も像側に位置するレンズの像側面までの距離である。

また、無限遠設計対物光学系の先端側に、試料に近接あるいは接触させられる細径結像光学系を配置する場合、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５） ９５ ＜ Ｆ_１／(φ_ｏｂ・ＮＡ_ｏｂ) ＜ １１５
ここで、
φ_ｏｂは、細径結像光学系の観察可能な範囲、
ＮＡ_ｏｂは、細径結像光学系の物体側の開口数である。

次に、本実施形態に係る無限遠対物光学系１の実施例について、図２〜図１０を参照して説明する。
第１〜第４の実施例においては、いずれも物体側の瞳位置は無限遠である。さらに、近赤外域まで収差を良好にとってあるので、近赤外光を用いて、試料の表皮だけでなく試料内部まで比較的小さい散乱で観察することができる。さらに、２光子励起にも使用することができる。

なお、以下の各実施例においては、無限遠対物光学系１は、いずれも対物ユニットからの像側へ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、それ自体では結像しない。そこで、例えば、以下の表１に示すレンズデータを有し、図２にレンズ断面を示す結像レンズ（焦点距離１８０）と組み合わせて使用される。

表１〜表５において符号ｒは曲率半径、符号ｄは面間隔、符号ｎｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率、符号νｄはアッベ数をそれぞれ示している。また、面番号は、物体側から像側に向かって増加するように付されている。

この場合、各実施例の無限遠対物光学系と結像レンズの間の間隔は５０ｍｍ〜１７０ｍｍの間の何れの位置でもよいが、図４，６，８，１０に示す収差図は、この間隔を１２０ｍｍとした場合のものである。
ただし、これら収差図において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量（ＯＳＣ‘）、（ｃ）は非点収差、（ｄ）は歪曲収差を示す。また、Ｙは物体高、ＮＡは開口数をそれぞれ示している。また非点収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。

［第１の実施例］
本実施例は、第１レンズ群Ｇ_１の細径先端部の長さが約１４ｍｍと比較的長く、in vivo観察に適している。
本実施例の無限遠設計光学系１のレンズデータを表２に、断面図を図３に、収差図を図４に示す。

本実施例に係る無限遠設計光学系１は、平行平板Ｌ_１からなる第１レンズ成分と、両凸レンズＬ_２および両凹レンズＬ_３の接合レンズで正屈折力を有する第２レンズ成分と、負メニスカスレンズＬ_４からなる第３レンズ成分と、正メニスカスレンズＬ_５からなる第４レンズ成分と、負メニスカスレンズＬ_６および正メニスカスレンズＬ_７の接合レンズで正屈折力を有する第５レンズ成分と、両凸レンズＬ_８および負メニスカスレンズＬ_９の接合レンズで正屈折力を有する第６レンズ成分とから構成されている。第１レンズ成分および第２レンズ成分が第１レンズ群Ｇ_１を構成し、第３レンズ成分と第４レンズ成分とが第２レンズ群Ｇ_２を構成し、第５レンズ成分と第６レンズ成分とが第３レンズ群Ｇ_３を構成している。

また、本実施例において、条件式（１）〜（３）における各値は以下のとおりである。
Ｆ=３６．０１
Ｆ_１=１１．２６
Ｆ_２=−６１．６７
Ｌ=４７．８３
ＬＧ_１=１５．２５
ｔ_２=１１.２７
Ｆ_１／Ｆ＝０．３１３
ＬＧ_１＊ｎ_１／Ｌ＝０．５６５
｜Ｆ_２／Ｆ｜−｜ｔ_２／Ｒ_１２｜＝０．１６４

［第２の実施例］
第２の実施例は、第１の実施例と比べて、第2レンズ群Ｇ_２を接合レンズとすることでレンズの空気接触面を減らし、光量の透過率を上げている。
本実施例の無限遠設計光学系１のレンズデータを表３に、断面図を図５に、収差図を図６に示す。

本実施例に係る無限遠設計光学系１は、平行平板Ｌ_１からなる第１レンズ成分と、両凸レンズＬ_２および平凹レンズＬ_３の接合レンズで正屈折力を有する第２レンズ成分と、正メニスカスレンズＬ_４および負メニスカスレンズＬ_５の接合レンズで負屈折力を有する第３レンズ成分と、負メニスカスレンズＬ_６および正メニスカスレンズＬ_７の接合レンズで正屈折力を有する第４レンズ成分と、両凸レンズＬ_８および負メニスカスレンズＬ_９の接合レンズで正屈折力を有する第５レンズ成分とから構成されている。第１レンズ成分および第２レンズ成分が第１レンズ群Ｇ_１を構成し、第３レンズ成分が第２レンズ群Ｇ_２を構成し、第４レンズ成分と第５レンズ成分とが第３レンズ群Ｇ_３を構成している。

また、本実施例において、条件式（１）〜（３）における各値は以下のとおりである。
Ｆ＝３５．９９
Ｆ_１＝１０．３２
Ｆ_２＝−１５．２７
Ｌ＝４６．９６
ＬＧ_１＝１５．０８
ｔ_２＝８．１２
Ｆ_１／Ｆ＝０．２８７
ＬＧ_１＊ｎ_１／Ｌ＝０．５６９
｜Ｆ_２／Ｆ｜−｜ｔ_２／Ｒ_１２｜＝０．４２４

［第３の実施例］
第３の実施例は、正の屈折力を持った第１レンズ群Ｇ_１と、略アフォーカル系の第２、第３レンズ群Ｇ_２，Ｇ_３とからなっている。ほぼアフォーカル系な構成とすることで先端細径部である第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の先端部分を細くできるとともに、収差発生量を抑えることができる。
本実施例の無限遠設計光学系１のレンズデータを表４に、断面図を図７に、収差図を図８に示す。

本実施例に係る無限遠設計光学系１は、平行平板Ｌ_１からなる第１レンズ成分と、平凸レンズＬ_２からなる第２レンズ成分と、平凸レンズＬ_３および平凹レンズＬ_４の接合レンズで負屈折力を有する第３レンズ成分と、正メニスカスレンズＬ_５および負メニスカスレンズＬ_６の接合レンズで負屈折力を有する第４レンズ成分と、負メニスカスレンズＬ７および正メニスカスレンズＬ_８の接合レンズで正屈折力を有する第５レンズ成分と、両凸レンズＬ_９および負メニスカスレンズＬ_１０の接合レンズで正屈折力を有する第６レンズ成分とから構成されている。第１レンズ成分および第２レンズ成分が第１レンズ群Ｇ_１を構成し、第３レンズ成分および第４レンズ成分が第２レンズ群Ｇ_２を構成し、第４レンズ成分および第５レンズ成分が第３レンズ群Ｇ_３を構成している。

また、本実施例において、条件式（４）における各値は以下のとおりである。
Ｆ_１＝５．４４
Ｆ_２＝−５．１８
ＮＡ＝０．１３
Ｆ＝３５．９５
｜Ｆ_１ ^２・ＮＡ／（Ｆ_２・Ｆ）｜＝０．０１９６

［第４の実施例］
第４の実施例は、無限遠設計対物光学系１の試料Ａ側の先端に、試料Ａに近接あるいは接触させられる細径結像光学系１０を配置した例である。ラットやマウス等の実験小動物の各種臓器を生きたままの状態（in vivo）で長期間観察するには、表皮や筋肉組織を切開するが、本実施例では対物光学系の細径部分を長くすることによって、より内部の臓器を観察することができる。

本実施例の細径結像光学系のレンズデータを表５に、断面図を図９に、図２の無限遠設計対物光学系１の試料Ａ側の先端に、図９の細径結像光学系１０を組み合わせた場合の収差図を図１０に示す。
本実施例は、表５に示す細径結像光学系１０を、第１の実施例の無限遠設計対物光学系１の試料Ａ側先端に配置した場合を例に挙げて説明している。しかしながら、細径結像光学系１０の仕様は、表５に限定されるものではない。また、細径結像光学系１０とともに使用する無限遠設計対物光学系１としては、第１〜第３の実施例のいずれを採用してもよく、また他の仕様のものでもよい。

また、本実施例において、条件式（5）における各値は以下のとおりである。
Ｆ_１＝１１．２６
φ_ｏｂ＝０．２
ＮＡ_ｏｂ＝０．５
Ｆ_１／（φ_ｏｂ・ＮＡ_ｏｂ）＝１１２．６４

本発明の一実施形態に係る無限遠設計対物光学系および無限遠光学ユニットを示す図である。 図１の無限遠設計対物光学系とともに使用される結像レンズの一例を示すレンズ断面図である。 図１の無限遠設計対物光学系の第１の実施例を示すレンズ断面図である。 図３の収差図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量、（ｃ）は非点収差、（ｄ）は歪曲収差をそれぞれ示している。 図１の無限遠設計対物光学系の第２の実施例を示すレンズ断面図である。 図５の収差図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量、（ｃ）は非点収差、（ｄ）は歪曲収差をそれぞれ示している。 図１の無限遠設計対物光学系の第３の実施例を示すレンズ断面図である。 図７の収差図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量、（ｃ）は非点収差、（ｄ）は歪曲収差をそれぞれ示している。 図１の無限遠設計対物光学系の第４の実施例を示すレンズ断面図である。 図９の収差図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量、（ｃ）は非点収差、（ｄ）は歪曲収差をそれぞれ示している。

符号の説明

１ 無限遠設計対物光学系
２ 無限遠光学ユニット
３ 鏡枠
４ 胴付き位置
５ 取付ネジ
６ 細径先端部
Ａ 試料
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群

Claims (6)

1. 顕微鏡本体に取り付けられ、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端部を備えた鏡枠内に配置される無限遠設計対物光学系であって、
   前記細径先端部から前記顕微鏡本体に向かって順に、
   少なくとも平行平板もしくは平凸レンズ成分を含み、少なくとも一部が前記細径先端部に配置された正屈折力の第１レンズ群と、
   少なくとも１枚の物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分を含む負屈折力の第２レンズ群と、
   少なくとも１組の接合レンズを含む正屈折力の第３レンズ群とを備え、
   以下の条件式（１）を満足する無限遠設計対物光学系。
   （１） ０．２５ ＜ Ｆ _１ ／Ｆ ＜ ０．３５
   ここで、
   Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、
   Ｆ _１ は、第１レンズ群の焦点距離である。
2. 以下の条件式（２）を満足する請求項１に記載の無限遠設計対物光学系。
   （２） ０．５ ＜ ＬＧ_１＊ｎ_１／Ｌ ＜ ０．６
   ここで、
   ＬＧ_１は、物体面から第１レンズ群の最終面までの距離、
   Ｌは、物体面から無限遠設計対物光学系の最終面までの距離、
   ｎ_１は、前記第１レンズ群のレンズ中で最も大きい屈折率である。
3. 以下の条件式（３）を満足する請求項１または請求項２に記載の無限遠設計対物光学系。
   （３） ０．１５ ＜ ｜Ｆ_２／Ｆ｜−｜ｔ_２／Ｒ_１２｜ ＜ ０．４５
   ここで、
   Ｆは、無限遠設計対物光学系全系の焦点距離、
   Ｆ_２は、前記第２レンズ群の焦点距離、
   ｔ_２は、第１レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側面から第２レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側面までの距離、
   Ｒ_１２は、第１レンズ群中最も像側に位置するレンズの像側の曲率半径である。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の無限遠設計対物光学系と、
   該無限遠設計対物光学系を収容する鏡枠とを備える無限遠光学ユニット。
5. 前記無限遠設計対物光学系の先端側に、試料に近接あるいは接触させられる細径結像光学系を配置してなる請求項４に記載の無限遠光学ユニット。
6. 以下の条件式（４）を満足する請求項５に記載の無限遠光学ユニット。
   （４） ９５ ＜ Ｆ_１／(φ_ｏｂ・ＮＡ_ｏｂ) ＜ １１５
   ここで、
   Ｆ_１は、無限遠設計光学系の第１レンズ群の焦点距離、
   φ_ｏｂは、細径結像光学系の観察可能な範囲、
   ＮＡ_ｏｂは、細径結像光学系の物体側の開口数である。

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