JP4792170B2

JP4792170B2 - 顕微鏡用対物レンズ組立体

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Publication number: JP4792170B2
Application number: JP2001144520A
Authority: JP
Inventors: 栄一高野; 元輔清原; 進一伊藤; 信義清水
Original assignee: 株式会社清原光学
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2002341250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用対物レンズ組立体に関し、特に大口径、長焦点化を可能にするとともに高い解像度が得られ、細胞生物学、病理学等の分野に用いて好適な顕微鏡用対物レンズ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、顕微鏡に用いられている倍率Ｘが１０倍の対物レンズは、焦点距離ｆが１．５〜２０ｍｍ程度で場合、実視野が１．８〜２．５ｍｍ程度である。倍率を高くすると、当然焦点距離が短くなり実視野はもっと狭くなる。
【０００３】
ところで、細胞生物学の分野において、遺伝子、タンパク質、ＲＮＡ（リボ核酸）などの細胞成分を顕微鏡で観察する場合、通常適当な蛍光プローブで照射して反応させた後、蛍光プロフィールをスキャナーで取り込み発現の様子を画像解析している。しかし、スキャンニングに要する時間は無視できない。病理学の分野では、スライドガラスに固定した組織切片を組織化学染色した後、このスライドガラスをステージの上に設置し、ステージを動かして組織接片を観察している。したがって、観察すべき被検物が対物レンズの実視野に比べて大きい場合は、ステージを動かす回数が増加するため、観察に長時間を要する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の顕微鏡は、実視野が狭いため、大きな組織切片等の被検物を広い視野で観察するには、ステージを動かす必要があり、またその回数が増加する。したがって、例えば、直径が４３ｍｍ程度の被検物を観察しようとすると、分割し長時間にわたって観察する必要があった。このように、観察に長時間を要すると、被検物が生きた組織切片の場合は、組織切片のある部分を観察している間に未観察部分の組織が変異したり、死滅したりすることがあるため、組織全体を短時間に観察することができないという問題があった。このため、細胞生物学、病理学等の分野においては、実視野が広くて大きな被検物を短時間に、しかも鮮鋭に観察することができる顕微鏡の開発が要望されている。
【０００５】
そこで、従来の対物レンズを単純に１０倍にスケールアップして、例えば口径１０８ｍｍ、焦点距離１８０ｍｍの屈折系対物レンズを製作すると、光の波長ごとに屈折角が異なり分散されるためバックフォーカス（ｂｆ）が異なり、１つの波長に対してピントを合わせ、他の波長に対して使用するとピンボケになる（色収差）。これは再フォーカスすれば済む問題であるが、光学ガラスの屈折率の波長に対する変化の特徴にしたがって球面収差曲線、非点収差曲線の形が異なってきて再フォーカスしても実際は良好な性能が得られない。
【０００６】
図９に従来の対物レンズにおける球面収差曲線を示す。この図は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）領域内の３つの代表色であるＣ線（波長：６５６．３ｎｍ）、ｄ線（波長：５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（波長：４８６．１ｎｍ）の光における球面収差曲線を示すもので、ｄ線のみに着目して最高性能になるように補正したものである。すなわち、近軸光線においてｄ線の球面収差が最少になるように補正している。しかし、ｄ線のみに着目して補正すると、Ｃ線はよりアンダー（補正不足）に、Ｆ線はよりオーバー（補正過剰）になり、Ｆ線−ｄ線間では０．０７４ｍｍ、Ｃ線−ｄ線間では０．０６５ｍｍの軸上収差があり、これは再フォーカスすれば改善できるが、球面収差は限界で、ｄ線で−０．０４２ｍｍ、Ｃ線で−０．０６９ｍｍ、Ｆ線で＋０．０２６ｍｍとなり、ペッツファール和（光学系による平面物体の像の湾曲の軸上特性）がプラスのこのレンズでは、特にＦ線でよい性能が到底得られない。
【０００７】
この３波長に対し、クラウン系ガラスからなる凸レンズとフリント系ガラスからなる凹レンズの組み合わせによってどの波長の線も高性能になるように最適化しようとしても、Ｆ線の性能向上に引っ張られてｄ線に対しても、Ｃ線に対しても高性能にならない。言い換えれば、Ｃ線、ｄ線、Ｆ線における球面収差曲線を略一致させることができない。
【０００８】
このような傾向は、大口径になればなる程、また長焦点になればなる程顕著に現れる。これは図１０に示すようにフリント系ガラスＦＧがクラウン系ガラスＫＧより、屈折率が短波長で急峻に高くなるためで、光学ガラス材料の物性に起因しているため、通常の方法では避けられない。
【０００９】
このことをｄ線、Ｃ線、Ｆ線のスポットダイアグラムで見ると、図１１〜図１３の通りに現れる。すなわち、図１１（ａ）〜（ｅ）において、ｄ線のｂｆ＝８．０ｍｍの位置でのスポットダイアグラムは、一辺の長さが２０μｍのボックスの中に全て入り、密集した小さな核があって目標を達成している。つまり、軸上収差が少ない。なお、同図（ａ）〜（ｅ）におけるスポットダイアグラムの入射角は、それぞれ０．００００、３．４０００、４．３０００°、６．１８００°、６．８０００°で、光軸中心からのスポットの距離は０．０００ｍｍ、１０．６７３ｍｍ、１３．４９１ｍｍ、１９．３４２ｍｍ、２１．２４６ｍｍである。
【００１０】
ｄ線のｂｆ＝８．０ｍｍの位置で、Ｃ線のスポットダイアグラムを見ると、図１２（ａ）〜（ｅ）に示すように２０μｍのボックス一杯に広がり、核がなく目標を果たすことができない。つまり、軸上収差が大きすぎる。Ｆ線のスポットダイアグラムは、図１３（ａ）〜（ｅ）に示すように１００μｍのボックス一杯に広がっており目標には程遠い。
【００１１】
フォーカスしてｂｆをＣ線で８．０４ｍｍ、Ｆ線で８．１２ｍｍに位置させた場合、Ｃ線は図１４（ａ）〜（ｅ）に示すようにかなり目標に近づいてきているが未だ不十分である。Ｆ線は図１５（ａ）〜（ｅ）に示すように４０μｍのボックス一杯に広がっており、到底目標を達成したとは言えない。すなわち、再フォーカスして軸上収差の影響を除去できても、球面収差の色差の影響で目標とする性能を達成することができない。
【００１２】
図１６に従来のタイプでの対物レンズにおける非点収差曲線を示す。この図から明らかなように、Ｃ線、ｄ線、Ｆ線の非点収差曲線は大きくずれている。なお、Ｔは環状方向の非点収差、Ｓは放射方向の非点収差である。
【００１３】
このような傾向は、上記した球面収差曲線と全く同様な理由から、大口径になればなる程、また長焦点になればなる程顕著に現れるため、通常の方法では避けられない。
【００１４】
反射系レンズを用いた場合は、色収差の問題は解消されるが、３枚の非球面オファクシス矩形アパーチャーになるため、高精度に非球面加工することが著しく困難になり反射系レンズに比べて高価になったり、使用する光束がリング状になったりするといった別の問題が発生する。したがって、屈折系レンズでこれらの難点を解決することが望ましい。
【００１５】
そこで、本発明者らは、大口径で長焦点の顕微鏡用対物レンズの開発、実用化について鋭意検討した結果、レンズ毎に主波長をそれぞれＣ線、ｄ線、Ｆ線とし、各レンズの主波長の光における球面収差曲線、非点収差曲線を略一致するように最適に補正した単色光用の３つの屈折系レンズを製作し、これらのレンズを選択的に使用することにより、いずれのレンズを用いた場合でも、色が異なるだけで、バックフォーカスを調節することなく球面収差、非点収差が最適に補正された鮮鋭な像を広い実視野で、しかも同一の倍率でもって観察または撮影することができることを見出した。このような対物レンズは、可視域全体を使用するが、同時に可視域全体を使用することのない用途、例えば分子生物学等において用いて有効である。
【００１６】
本発明は上記した従来の問題、要請および検討結果に基づいてなされたもので、その目的とするところは、大口径、長焦点を可能にし、高い解像度が得られる顕微鏡用対物レンズ組立体を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、交換不能な１組のレンズ群と、このレンズ群とそれぞれが一体に交換可能に組み付けられる３組のレンズ群とからなり、上記交換可能な３組のレンズ群は、波長が３００〜５２０ｎｍ、５００〜６２０ｎｍ、６００〜７００ｎｍの範囲内のある特定の波長をそれぞれ主波長とし、これらの主波長の光における球面収差曲線を略一致させるように構成されているものである。
【００１８】
第２の発明は、交換不能な１組のレンズ群と、このレンズ群とそれぞれが一体に交換可能に組み付けられる３組のレンズ群とからなり、上記交換可能な３組のレンズ群は、波長が３００〜５２０ｎｍ、５００〜６２０ｎｍ、６００〜７００ｎｍの範囲内の波長をそれぞれ主波長とし、これらの主波長の光における非点収差曲線を略一致させるように構成されているものである。
【００１９】
これらの発明においては、交換可能な３組のレンズ群の主波長の光における球面収差曲線、非点収差曲線がそれぞれ略一致しているので、いずれのレンズ群を用いても、色が異なるだけでバックフォーカスを調節することなく球面収差、非点収差が最適に補正された鮮鋭な像を同一の倍率でもって観察または撮影することができる。また、交換可能な３組のレンズ群は３つの代表的な色を主波長として設計されているので、Ｒ，Ｇ，Ｂの可視域全般に有効に使用できる。
【００２０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記交換可能な３組の各レンズ群が、それぞれ凹レンズと、この凹レンズよりアッベ数が大きく屈折率が低く設定された凸レンズとで構成されているものである。
この発明においては、交換可能な３組の各レンズ群の球面収差、非点収差をそれぞれ良好に補正する。凸レンズの屈折率ｎは１．８以下、アッベ数νは４５以下が望ましい。凹レンズは相対的に屈折率ｎが大きく、アッベ数νが小さい。
【００２１】
第４の発明は、上記第１、第２または第３の発明において、上記交換可能な３組のレンズ群の主波長の光をそれぞれＣ線、ｄ線、Ｆ線としたものである。
この発明においては、３つの代表色であるＣ線、ｄ線、Ｆ線を主波長として用いているので、可視域全域に有効に使用することができる。
【００２２】
第５の発明は、上記第１、第２、第３または第４の発明において、交換可能な３組のレンズ群が交換不能なレンズ群より前側に配置されているものである。
この発明においては、前側に配置すると後側に配置した場合に比べて周縁光線の出射角が小さく、したがって屈折角も小さく、コマ収差等の収差を小さくすることができ、収差補正のためのレンズを追加したりする必要がない。したがって、レンズ設計が後側に配置する場合に比べて容易で、安価に製作することができる。
【００２３】
第６の発明は、上記第５の発明において、対物レンズ組立体の前端から後端までの全長をＴとしたとき、交換可能なレンズ群を前記対物レンズ組立体の前端から０．３５Ｔ以内に配置したものである。
この発明においては、レンズ群が０．３５Ｔ以内であって薄く、周縁光線の出射角が小さく、したがって屈折角も小さくコマ面収差等の収差を小さくする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る対物レンズ組立体を備えた顕微鏡の概略構成を示す図、図２は対物レンズ組立体を示す図である。これら図において、全体を符号１で示す顕微鏡は、光源２、集光レンズ３、ハーフミラー４、対物レンズ組立体５、撮像レンズ組立体６、撮像装置７等で構成されている。光源２としては、白色電球、レーザー光源等が用いられる。集光レンズ組立体３は、光源２が白色電球の場合、一例として１枚の凹レンズ３ａと２枚の凸レンズ３ｂ，３ｃが用いられ、光源２から出た光を平行光にしてハーフミラー４に導く。ハーフミラー４は、例えば透過率と反射率の比が１対１のものが用いられ、集光レンズ組立体３によって平行光となった光源２からの光を下方に反射して対物レンズ組立体５に導き、被検物８によって反射され対物レンズ組立体５を通って戻ってくる光を透過し、前記撮像装置７に導く。撮像装置７としては、ＣＣＤ、デジタルカメラ、一眼レフカメラ等が用いられる。被検物８の大きさは直径が４３ｍｍである。
【００２５】
前記対物レンズ組立体５は、図示してない顕微鏡本体に固定された交換不能な複数のレンズＧ1 〜Ｇ4 ，Ｇ7 と、これらのレンズＧ1 〜Ｇ4 ，Ｇ7 に対してそれぞれ交換可能に組み付けられる３組のレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 とで構成されており、焦点距離Ｆ＝１８０ｍｍ、バックフォーカス（ｂｆ）＞８ｍｍ、倍率Ｘ１０、Ｆ／２．５の明るさ、４３ｍｍの画面サイズで２．２億画素を越える解像力、テレセントリック条件で可視域全体での使用を可能にしている。画面サイズを４３ｍｍに設定した理由は、通常の写真フィルム（３６×２４ｍｍ）による撮影を可能にするためである。
【００２６】
交換不能なレンズＧ1 〜Ｇ4 ，Ｇ7 のうち、４枚のレンズＧ1 〜Ｇ4 は、１組のレンズ群５Ａを構成している。これらのレンズのうちレンズＧ1 とレンズＧ2 は、所定の開口数Ｎ・Ａを確保するためのもので、凸レンズと凹レンズとをエポキシ樹脂、カナダ・バルサム等の光学レンズ用接着剤によって一体的に貼り合わせた２枚一組とするダブレットを構成している。また、レンズＧ3 とレンズＧ4 は、対物レンズ組立体５の収差をバランスさせるためのもので、凸レンズと凹レンズとをエポキシ樹脂、カナダ・バルサム等の光学レンズ用接着剤によって一体的に貼り合わせた２枚一組とするダブレットを構成している。残り１枚のレンズＧ7 は凸レンズからなり、対物レンズ組立体５Ｂの前側（光源側）に配置されている。
【００２７】
レンズＧ1 〜Ｇ4 ，Ｇ7 の曲率半径（Ｒｍｍ）、間隔（ｄｍｍ）および屈折率（ｎ値＆Ｖ）を下記表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
交換可能な３組のレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 は、それぞれ口径が１０８ｍｍで、顕微鏡１の図示しない鏡筒に回転自在または移動自在に設けたレンズ転換器１１にそれぞれ配設されている。レンズ転換器１１は、回転自在に設けられる場合、顕微鏡１の光軸１２に対して垂直な面内において回転自在で、その回転中心が光軸１２から所定距離離間するように設けられ、内部に前記３組のレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 がレンズ転換器１１の回転中心を中心とし光軸１２までの距離を半径とする同一円周上に周方向に略等間隔おいて、かつ略同一平面内に位置するようにそれぞれ配設されている。したがって、レンズ転換器１１を所要角度回転させると、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の光学中心（光軸）を顕微鏡１の光軸１２に対して選択的に一致させることができる。また、通常の顕微鏡における対物レンズ転換器と同様に、スライドガラスのステージに対する着脱操作を容易にするためにレンズ転換器１１の中心軸線を光軸１２に対して所要角度傾けて回転自在に取付けられるものであってもよい。移動自在に設けられる場合は、顕微鏡の光軸１２に対して垂直な面内において移動自在で、内部に３組のレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 がレンズ転換器１１の移動方向と平行な同一直線上に位置するように配列される。なお、図１においては中央のレンズ群５Ｂ2 の光軸を顕微鏡の光軸１２と一致させて被検物８の観察を行っている状態を示している。
【００３０】
また、移動可能な３組のレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 は、それぞれ色収差を補正し、バックフォーカスを一致させるとともに、主波長における球面収差曲線、非点収差曲線をそれぞれ略一致させるために凸レンズと凹レンズとで構成されている。各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の凸レンズは屈折率ｎが１．８以下で、アッベ数νが４５以上で、凹レンズは相対的に屈折率ｎが大きく、アッベ数νが小さく設定されている。また、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 は、色の３原色であるＲ，Ｇ，Ｂの各領域、言い換えれば波長が３００〜５２０ｎｍ程度の範囲、５００〜６２０ｎｍ程度の範囲、６００〜７００ｎｍ程度の範囲内のある特定の波長をそれぞれ主波長としている。
【００３１】
さらに、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 を詳述すると、図１において中央のレンズ群５Ｂ1 は、凸レンズＧ6 と凹レンズＧ5 とを貼り合わせた２枚一組とするダブレットからなり、主波長が５８７．６ｎｍのｄ線とされる。
【００３２】
左側のレンズ群５Ｂ2 は、同じく凸レンズＧ8 と凹レンズＧ9 とを貼り合わせた２枚一組とするダブレットからなり、主波長が６５６．３ｎｍのＣ線とされる。
【００３３】
右側のレンズ群５Ｂ3 は、同じく凸レンズＧ10と凹レンズＧ11とを貼り合わせた２枚一組とするダブレットからなり、主波長が４８６．１ｎｍのＦ線とされる。
【００３４】
各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の曲率半径Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 （ｍｍ）、屈折率（ｎ）およびアッベ数（ν）を下記表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
凸レンズＧ6 ，Ｇ8 ，Ｇ10の中心厚ｄ1 はそれぞれ４０ｍｍ、凹レンズＧ7 ，Ｇ9 ，Ｇ11の中心厚ｄ2 はそれぞれ４．６５ｍｍである。なお、レンズ設計において屈折率ｎとアッベ数νが異なる光学ガラス材料を用いた場合には、各レンズの球面の曲率Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 、中心厚ｄ1 ，ｄ2 が異なることは言うまでもない。
【００３７】
このような各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の凸レンズＧ6 ，Ｇ8 ，Ｇ10と凹レンズＧ5 ，Ｇ9 ，Ｇ11は、それぞれエポキシ樹脂、カナダ・バルサム等の光学レンズ用接着剤によって一体的に貼り合わされているが、これに限らず両レンズ間に空隙を設けたものか、またはシリコーンオイルを介在させたものであってもよい。
【００３８】
さらに、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 は、対物レンズ組立体５の全長をＴとすると、対物レンズ組立体５の前端から０．３５Ｔ以内に位置するように配置されている。このため、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の厚さ、すなわち凸レンズの前端から凹レンズの後端までの距離は、最大でも０．３５Ｔ（レンズＧ7 を用いない場場合）である。なお、上記説明においては対物レンズ組立体５の焦点距離を１８０ｍｍとして説明したが、厳密には各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 によってきわめて僅かではあるが異なり、レンズ群５Ｂ1 を用いた場合は１８０．０００１ｍｍ、レンズ群５Ｂ2 を用いた場合は１８０．０００３ｍｍ、レンズ群５Ｂ3 を用いた場合は１７９．９９９７ｍｍである。
【００３９】
凸レンズＧ6 ，Ｇ8 ，Ｇ10の材料としては、屈折率の低いクラウン系の光学ガラス材料が用いられ、凹レンズＧ5 ，Ｇ9 ，Ｇ11の材料としてはフリント系の光学ガラス材料が用いられる。この他、凸レンズと凹レンズの材料としては、クラウン系とフリント系のガラス材料に限らず、人工サファイア、水晶、蛍石等からなる異常分散性光学材料を使用することも可能である。
【００４０】
前記撮像レンズ組立体６は、複数枚の凸レンズと凹レンズＧ12〜Ｇ17とで構成されており、対物レンズ組立体５およびハーフミラー４を透過した被検物８の映像光を撮像装置７に導く。撮像レンズ組立体６の倍率Ｘは１で、ハーフミラー４を透過する映像光は、光軸１２に平行な平行光である。
【００４１】
このような顕微鏡１において、被検物８が貼り付けられたスライドガラスをステージの上に設置する。次いで、交換可能な３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 のうちのいずれか１つ、例えばレンズ群５Ｂ1 を選択して光軸１２と一致させ、光源２を点灯させる。光源２から出た光は集光レンズ組立体３によって平行光に変換された後、ハーフミラー４によって下方に反射され、対物レンズ組立体５によって被検物８の表面に集光される。そして、被検物８の表面で反射した光は、再び対物レンズ組立体５を通り、さらにハーフミラー４を透過した後、撮像レンズ組立体６によって撮像装置７の受光面７ａに投影され、被検物８の映像としてＣＣＤによって撮像されるかまたはデジタルカメラや一眼レフカメラによって撮影される。
【００４２】
この場合、被検物８の撮像または撮影に際してレンズ群５Ｂ1 を用いているため、その主波長であるｄ線の色（黄色）の画像が得られる。レンズ群５Ｂ2 を用いた場合はＣ線の色（赤）の画像が得られ、レンズ群５Ｂ3 を用いた場合はＦ線の色（青）の画像が得られる。
【００４３】
図３と図４に各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の球面収差曲線と非点収差曲線をそれぞれ示す。これらの図から明らかなように、３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の球面収差曲線と非点収差曲線は、それぞれ略一致しており非常によく似た補正状況を示していることが判る。これは、光学レンズの特性からして唯１つのレンズ群ではＣ線、ｄ線、Ｆ線の全ての光における球面収差曲線および非点収差曲線を略一致させることは不可能であるが、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の主波長をそれぞれＣ線、ｄ線、Ｆ線の単波長としているため、レンズ群５Ｂ1 についてはｄ線の光における球面収差曲線および非点収差曲線の収差補正を適正に行うだけでよく、レンズ群５Ｂ2 についてはＣ線の光における球面収差曲線および非点収差曲線の収差補正をｄ線の球面収差曲線および非点収差曲線とそれぞれ略一致するように適正に行うだけでよく、またレンズ群５Ｂ3 についてはＦ線の光における球面収差曲線および非点収差曲線の収差補正をｄ線、Ｃ線の光における球面収差曲線および非点収差曲線とそれぞれ略一致するように行うだけでよいからである。したがって、いずれのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 を用いて被検物８を撮像または撮影した場合でも、映像の色が異なるだけでレンズ群を交換した時にバックフォーカスする必要が全くなく、同一の倍率で同一の像を撮像または撮影することができる。
【００４４】
また、対物レンズ組立体５のレンズ設計に当たっては、交換可能な３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 を交換不能な１組のレンズ群５Ａの前側に配置しているので、レンズ設計が容易で、安価に製作することができる。すなわち、後側に配置した場合は、各レンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の縁近くを通る周縁光線の出射角が大きくなり、屈折角が大きくなるため画面周辺部に影響の大きい収差が生じる。このため、その収差を補正するためのレンズをさらに追加する必要がある。したがって、レンズ設計が複雑になり高価になる。一方、前側に配置した場合は後側に配置した場合に比べて周縁光線の出射角が小さいため屈折角も小さく、画面周縁部に収差が生じず、レンズの枚数を増やさないでも良好な映像を得ることができる。
【００４５】
また、被検物８が直径４３ｍｍの大きなものであっても、全体を照射することができるので、ステージを動かして撮像または撮影したい箇所を探す必要がなく、被検物８全体を一枚の画面に撮像または撮影することができる。
【００４６】
図５〜図７にｄ線、Ｃ線、Ｆ線のスポットダイアグラムを示す。
図５において、ｄ線のスポットダイアグラムは、どの画角でも２０μｍのボックスの中に全て入り、密集した小さな核があって目標を達している。同図（ａ）〜（ｅ）におけるスポットダイアグラムの入射角は、それぞれ０．００００、３．４０００、４．３０００°、６．１８００°、６．８０００°で、光軸中心からのスポットの距離は０．０００ｍｍ、１０．６７３ｍｍ、１３．４９１ｍｍ、１９．３４２ｍｍ、２１．２４６ｍｍであった。
【００４７】
図６において、Ｃ線についてもｄ線と同様に密集した小さな核があって達成できていることが判る。同図（ａ）〜（ｅ）におけるスポットダイアグラムの入射角は、それぞれ０．００００、３．４０００、４．３０００°、６．１８００°、６．８０００°で、光軸中心からのスポットの距離は０．０００ｍｍ、１０．６８５ｍｍ、１３．５０７ｍｍ、１９．３６５ｍｍ、２１．２７２ｍｍであった。
【００４８】
一方、Ｆ線の光はＣ線とｄ線の光における球面収差曲線とは異なり補正過剰なため、補正するのに最も困難であったが、光線をカットして少なくすることにより、図７に示すように、Ｃ線、ｄ線と略同様なスポットダイアグラムが得られた。同図（ａ）〜（ｅ）におけるスポットダイアグラムの入射角は、それぞれ０．００００、３．４０００、４．３０００°、６．１８００°、６．８０００°で、光軸中心からのスポットの距離は０．０００ｍｍ、１０．６７４ｍｍ、１３．４９２ｍｍ、１９．３４２ｍｍ、２１．２４６ｍｍであった。
【００４９】
以上のことから、スポットが８０％集中する直径が、画面中心で３μｍくらい、隅部で５μｍ以下にまとまっていて、この種の大口径、長焦点レンズでは従来では期待できなかった高性能であることが判る。
【００５０】
このような顕微鏡１は、細胞生物学、病理学等の分野において、遺伝子、タンパク質、ＲＮＡ、組織接片などの被検物を観察する際に用いて有効である。すなわち、これらの被検物は、励起光を被検物に照射すると蛍光を発するので、３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 のうちからその色に近い主波長のレンズ群を選択して観察すると、被検物を良好に観察することができる。蛍光物質の種類によって発する蛍光の分光分布は、さして広い波長域にはわたらないが、用途により蛍光物質が何種類も使われるので、その全部をカバーする波長域はかなり広い。そこで、３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の主波長をＣ線、ｄ線、Ｆ線とすることにより、赤色領域、緑色領域、青色領域の可視域全般にわたる蛍光物質に対して使用が可能である。
【００５１】
図８は本発明の他の実施の形態を示す顕微鏡の概略構成図である。
この実施の形態は、図１に示した撮像レンズ組立体６と撮像装置７の代わりに結像レンズ組立体２１と投影スクリーン２２を用いている。顕微鏡１の倍率は１０倍である。投影スクリーン２２は、直径が４３０ｍｍである。その他の構造は、図１に示した実施の形態と全く同一であるため、同一構成部材のものについては同一符号をもって示し、その説明を省略する。
【００５２】
このような顕微鏡１においては、被検物８の像を結像レンズ組立体２１によって投影スクリーン２２に投射させることができるので、観察者は投影スクリーン２２に投影された被検物８の像を肉眼で観察することができる。
【００５３】
なお、上記した実施の形態においては、交換可能な３つのレンズ群５Ｂ1 〜５Ｂ3 の主波長して、Ｃ線、ｄ線、Ｆ線を用いた例を示したが、本発明はこれに何等限定されるものではなく、赤色、緑色、青色の各領域の波長の範囲内におけるある特定の適宜な波長の線、例えば、Ｄ線（５８９．３ｎｍ）、Ｅ線（５２７．０ｎｍ）、Ｇ線（４３０．８ｎｍ）等を主波長として用いてもよい。
また、撮像レンズ組立体６や結像レンズ組立体２１の代わりに接眼レンズを用いることも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る顕微鏡用対物レンズ組立体によれば、可視域全体で使用することができ、特に特定波長の単色光による観察であるため、励起光を被検物に照射し、蛍光を発しさせたり、あるいは被検物を化学染色して観察を行う細胞生物学、病理学等の分野に用いて好適である。
【００５５】
また、長焦点で大口径の屈折系レンズが得られ、いずれのレンズ群を用いた場合でもバックフォーカスの調整をする必要がなく、被検物を同一の倍率で観察することができる。
【００５６】
また、実視野を広くすることができるため大きな被検物の全画面を一度に撮影することが可能でき、画像解析するときコンピュータによる解析処理が容易で、大量の被検物を迅速に解析することができる。さらに、レンズ群の交換時にその都度バックフォーカスの調整をする必要がないため、顕微鏡の取扱いも容易である。
【００５７】
また、本発明は交換可能なレンズ群を交換不能なレンズ群より前側に配置しているので、後側に配置した場合に比べて屈折角が小さく、コマ収差等の収差を小さくすることができ、収差補正のためのレンズを追加したりする必要がなく、レンズ設計が容易で、安価に製作することができる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、レンズ群の厚さが薄く、周縁光線の出射角を小さくでき、したがって屈折角も小さく、コマ面収差等の収差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る対物レンズ組立体を備えた顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズ組立体を示す図である。
【図３】レンズ群の球面収差曲線を示す図である。
【図４】レンズ群の非点収差曲線を示す図である。
【図５】ｄ線のスポットダイアグラムである。
【図６】Ｃ線のスポットダイアグラムである。
【図７】Ｆ線のスポットダイアグラムである。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す顕微鏡の概略構成図である。
【図９】従来の対物レンズにおける球面収差曲線を示す図である。
【図１０】クラウン系ガラスとフリント系ガラスの屈折率と波長の関係を示す図である。
【図１１】従来の対物レンズにおけるｄ線のスポットダイアグラムである。
【図１２】従来の対物レンズにおけるＣ線のスポットダイアグラムである。
【図１３】従来の対物レンズにおけるＦ線のスポットダイアグラムである。
【図１４】フォーカス後のＣ線のスポットダイアグラムである。
【図１５】フォーカス後のＦ線のスポットダイアグラムである。
【図１６】従来の対物レンズにおける非点収差曲線を示す図である。
【符号の説明】
１…顕微鏡、２…光源、３…集光レンズ組立体、４…ハーフミラー、５…対物レンズ組立体、５Ａ…交換不能なレンズ群、５Ｂ1 〜５Ｂ3 …交換可能なレンズ群、６…撮像レンズ組立体、７…撮像装置、８…被検物、１２…光軸、２１…結像レンズ組立体、２２…投影スクリーン、Ｇ6 ，Ｇ8 ，Ｇ10…凸レンズ、Ｇ5 ，Ｇ9 ，Ｇ11…凹レンズ。

Claims

交換不能な１組のレンズ群と、このレンズ群とそれぞれが一体に交換可能に組み付けられる３組のレンズ群とからなり、上記交換可能な３組のレンズ群は、波長が３００〜５２０ｎｍ、５００〜６２０ｎｍ、６００〜７００ｎｍの範囲内のある特定の波長をそれぞれ主波長とし、これらの主波長の光における球面収差曲線を略一致させるように構成されていることを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。
交換不能な１組のレンズ群と、このレンズ群とそれぞれが一体に交換可能に組み付けられる３組のレンズ群とからなり、上記交換可能な３組のレンズ群は、波長が３００〜５２０ｎｍ、５００〜６２０ｎｍ、６００〜７００ｎｍの範囲内のある特定の波長をそれぞれ主波長とし、これらの主波長の光における非点収差曲線を略一致させるように構成されていることを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。
請求項１または２記載の顕微鏡用対物レンズ組立体において、
上記交換可能な３組の各レンズ群は、それぞれ凹レンズと、この凹レンズよりアッベ数が大きく屈折率が低く設定された凸レンズとで構成されていることを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。
請求項１，２または３記載の顕微鏡用対物レンズ組立体において、
上記交換可能な３組のレンズ群の主波長の光がそれぞれＣ線、ｄ線、Ｆ線であることを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。
請求項１，２，３または４記載の顕微鏡用対物レンズ組立体において、
交換可能な３組のレンズ群が交換不能なレンズ群より前側に配置されていることを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。
請求項５記載の顕微鏡用対物レンズ組立体において、
対物レンズ組立体の前端から後端までの全長をＴとしたとき、交換可能なレンズ群を前記対物レンズ組立体の前端から０．３５Ｔ以内に配置したことを特徴とする顕微鏡用対物レンズ組立体。