JP5449947B2 - Objective optical system - Google Patents

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Description

本発明は、対物光学系に関するものである。   The present invention relates to an objective optical system.

従来、対物光学系を用いた顕微鏡的観察が普及しており、例えば、培養状態の生物の細胞や組織内の生体関連分子の振る舞いなどを画像観察するために、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する方法が知られている。近年、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るため、生物個体が生きたまま(in vivo)でも生体組織や細胞内の生体関連分子を観察できるin vivoイメージング技術が各種提案されている。さらに、生物個体を低侵襲に観察する目的から、細径の光学系で構成される対物レンズを顕微鏡の対物レンズとして採用し、生物個体に直接挿し込むことにより、生物個体を低侵襲に観察できる顕微鏡が提案されている。(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, microscopic observation using an objective optical system has been widespread. For example, in order to observe images of cells of living organisms in a cultured state or behavior of biological molecules in tissues, specific molecules, tissues, cells, etc. There is known a method in which a dye or a fluorescent marker is attached to this and observed with a fluorescent microscope or a confocal laser scanning microscope. In recent years, the behavior of molecules in living organisms of mammals such as mice may be different from that of cultured cells. Therefore, even if living organisms remain alive (in vivo) Various in vivo imaging techniques that can be observed have been proposed. Furthermore, for the purpose of observing living organisms in a minimally invasive manner, it is possible to observe living organisms in a minimally invasive manner by adopting an objective lens composed of a small-diameter optical system as an objective lens for a microscope and inserting it directly into the organism. A microscope has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2006−119300号公報JP 2006-119300 A

しかしながら、この特許文献1に開示されているような従来の対物光学系は、マウスの脳などの比較的小さな臓器や侵襲によるダメージを受け易い生体部位の深部を観察する場合には、対物光学系の侵入部分をできるだけ細く設計する必要が有るが、対物レンズの先端径を細くすればするほど、視野範囲(FOV)が狭くなるという不都合がある。   However, the conventional objective optical system as disclosed in Patent Document 1 is an objective optical system when observing a relatively small organ such as a mouse brain or a deep part of a living body that is easily damaged by invasion. However, there is an inconvenience that the field of view (FOV) becomes narrower as the tip diameter of the objective lens is made thinner.

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、特に脳組織を生きたままの状態で、比較的長期間にわたって低侵襲に顕微観察するためには、さらに先端径を細くしなければならない。しかし、従来の細径の対物レンズをさらに細くしようとすると、球面収差や像面湾曲などの緒収差が発生し易くなり、顕微観察する際に不都合が生じることとなる。このことは、従来の細径の対物レンズについて、より広い視野範囲で観察しようとする場合にも同様の不都合をもたらす。   In order to microscopically observe living cells such as small experimental animals, living tissues such as muscles, various organs such as the heart and liver, especially brain tissues, in a minimally invasive manner for a relatively long period of time. The tip diameter must be further reduced. However, if the conventional objective lens having a small diameter is further reduced, spherical aberration and curvature of field such as field curvature are likely to occur, which causes inconvenience in microscopic observation. This brings about the same inconvenience when it is intended to observe the objective lens having a small diameter in a wider field of view.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、物体側の開口数をなるべく落とさずに、かつ、像面湾曲を抑えて、精度良い観察を行うことができる対物光学系を提供することを目的としている。また、本発明は、物体側の開口数をそれほど落とさずに、像面湾曲を抑えたまま更なる先端細径化および/または広視野化を実現できる対物光学系を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an objective optical system that can perform accurate observation without reducing the numerical aperture on the object side as much as possible and suppressing curvature of field. The purpose is to do. Another object of the present invention is to provide an objective optical system that can realize further reduction in the diameter of the tip and / or widening of the field of view while suppressing the curvature of field without significantly reducing the numerical aperture on the object side. .

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、正屈折力の第1群、正屈折力の第2群、負屈折力の第3群、正屈折力の第4群、中間結像面、第5群、そして正屈折力の第6群で構成され、前記第1群は最も物体側のレンズ面が平面であり、更に像側に凸面を向けた平凸レンズを含み、物体面からの発散光束を、より発散の小さな光束に変換し、前記第2群は最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けた接合レンズで構成され、前記第3群は最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けた接合レンズで構成され、前記第4群は最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けており、かつ最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けたレンズを含み、前記第3群からの発散光束を収斂光束に変換し、前記第5群は前記中間結像面に最も近い面が前記中間結像面に凹面を向けたレンズを含み、前記第6群は凸レンズと凹レンズが接合され、かつ前記接合面が負屈折力である接合レンズを含み、前記接合面における光束径が前記第1群から第5群までの間における光束径よりも大きくなっており、無限遠設計で前記第4群と前記第5群との間に中間結像面を持ち、像側射出瞳位置が対物光学系の最も像側に位置するレンズ面よりも像側に位置し、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする対物光学系を提供する。
(1) 0.28<(t ・R )/(Dep・FOV)<0.55
ただし、
:中間結像面から第5群の最も前記中間結像面に近い面までの距離
:第5群の前記中間結像面に最も近い面の曲率半径の絶対値
Dep:前記中間結像面での片側焦点深度であり、以下の式で定義される
Dep=λ/(NA/β)
ここで、λはd線(0.5876μm)の波長、βは物体面から中間結像面までの倍率
FOV:物体側視野範囲
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
In the present invention, in order from the object side, the first group of positive refractive power, the second group of positive refractive power, the third group of negative refractive power, the fourth group of positive refractive power, the intermediate imaging plane, the fifth group, and is constituted by a sixth unit having a positive refractive power, the first group is a lens surface is a plane closest to the object side, further comprising a plano-convex lens having a convex surface facing the image side, a divergent light beam from the object plane, and more into a small light flux divergence, the second group lens surface closest to the object side is a cemented lens having a convex surface on the object side lens surface of the third group of the most image side is a concave surface on the image side consists of a directed cemented lens, the object side lens surface of the fourth group lens where the image side lens surface of the lens disposed closest to the object side is arranged and a convex surface facing the image side, and the most image-side There comprises a lens having a convex surface directed toward the object side, converts the divergent light beam from the third group in the converging light flux, the fifth group wherein the intermediate It includes a lens surface closest to the image plane with the concave surface facing the intermediate image plane, the sixth group comprises a cemented lens convex and concave lenses are bonded, and the bonding surface is a negative refractive power, the joint The light beam diameter at the surface is larger than the light beam diameter between the first group and the fifth group, and has an intermediate imaging surface between the fourth group and the fifth group in an infinite design, Provided is an objective optical system characterized in that an image-side exit pupil position is located on the image side of a lens surface located closest to the image side of the objective optical system and satisfies the following conditional expression (1).
(1) 0.28 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
However,
t 5 : distance from the intermediate imaging plane to the plane of the fifth group closest to the intermediate imaging plane
R 5 : absolute value of the radius of curvature of the surface of the fifth group closest to the intermediate imaging surface
Dep: Depth of focus on one side at the intermediate image plane, defined by the following equation
Dep = λ / (NA / β) 2
Where λ is the wavelength of the d-line (0.5876 μm), β is the magnification from the object plane to the intermediate image plane
FOV: Object-side viewing range

この発明によれば、正屈折力の第1群において、最も物体側が平面となることにより、液浸観察において標本と対物光学系との間に気泡が入らないようにすることができる。また、像側に凸面を向けた凸レンズを含むことにより、アプラナティック条件に近くして、球面収差とコマ収差の発生を抑えつつ、標本からの発散光の発散を緩和させることができる。 According to the present invention, in a first unit having a positive refractive power, the most by the object side is flat surface, it is possible to ensure no air bubbles between the specimen and the objective optical system in an immersion observation. Further, by including a convex lens having a convex surface directed to the image side, it is possible to reduce the divergence of the diverging light from the specimen while reducing the occurrence of spherical aberration and coma aberration close to the aplanatic condition.

正屈折力の第2群において、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けることにより、球面収差やコマ収差が大きく発生するが、光束の発散を小さくして第2群以降で光線高が高くなるのを防ぐことができ、レンズ外径を小さくすることができる。
負屈折力の第3群において、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けていることによって、第3群内での光線高を高くすることなく、ペッツバール和を小さくすることができ像面湾曲や球面収差を補正することができる。
In the second group having positive refracting power, when the lens surface closest to the object side has a convex surface facing the object side, spherical aberration and coma aberration are greatly generated. Can be prevented, and the lens outer diameter can be reduced.
In the third group having negative refractive power, the lens surface closest to the image side has a concave surface facing the image side, so that the Petzval sum can be reduced without increasing the height of light in the third group. Surface curvature and spherical aberration can be corrected.

正屈折力の第4群においては、最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けていることで、アプラナティック条件に近くし、第3群からの発散光を球面収差とコマ収差の発生を大きくすることなく、略収斂光にすることができる。さらに最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けることで、アプラナティック条件に近くし、球面収差とコマ収差の発生を大きくすることなく収斂光にすることができる。   In the fourth group having positive refracting power, the image side lens surface of the lens disposed closest to the object side has a convex surface directed toward the image side, so that it approaches the aplanatic condition, and the diverging light from the third group Can be made substantially convergent without increasing the generation of spherical aberration and coma. Furthermore, the object-side lens surface of the lens located closest to the image side has a convex surface facing the object side, so that it is close to the aplanatic condition, and convergent light can be obtained without increasing the generation of spherical aberration and coma aberration. it can.

第5群において、中間結像面に近い位置に、凹面を配置することにより、中間結像位置からの光を、その発散を比較的大きくすることなくペッツバール和を小さくすることができる。このとき、中間結像面の物体側に配置される第4群の中間結像位置に最も近いレンズ面を凹面としてペッツバール和を小さくした場合、中間結像面からの発散光を凹面で更に発散させるため、先端レンズ径が大きくなってしまう。この発散光の広がりを抑制するために、より強い正屈折力で発散を抑制すると、球面収差が発生するなどするため不都合である。   In the fifth group, by disposing a concave surface at a position close to the intermediate image plane, the Petzval sum can be reduced without relatively increasing the divergence of the light from the intermediate image position. At this time, when the Petzval sum is reduced by using the lens surface closest to the intermediate image forming position of the fourth group arranged on the object side of the intermediate image forming surface as a concave surface, the divergent light from the intermediate image forming surface is further diverged by the concave surface. Therefore, the tip lens diameter becomes large. In order to suppress the spread of the divergent light, it is inconvenient to suppress the divergence with a stronger positive refractive power because, for example, spherical aberration occurs.

また、中間結像面に対して、より像側に凹面を配置することにより、ペッツバール和を小さくし像面湾曲の発生を抑えると共に、主光線の集光角度を緩和させることができるため、像側の射出瞳位置を前記対物光学系の最も像側に位置するレンズ面よりも像側に位置させることが可能となり、本対物光学系の像側にリレー光学系を配置することが光学的に容易になる。   In addition, by disposing a concave surface on the image side with respect to the intermediate image plane, the Petzval sum can be reduced, the occurrence of curvature of field can be suppressed, and the focusing angle of the principal ray can be relaxed. It is possible to position the exit pupil position on the side closer to the image side than the lens surface located closest to the image side of the objective optical system, and it is optically possible to dispose the relay optical system on the image side of the objective optical system. It becomes easy.

上記発明においては、前記中間結像面は、前記第4群と前記第5群との間に配置されている。
このようにすることで、第5群を構成するレンズの外径を大きくしても、第1群から中間結像面までの外径寸法を抑えて、外径がさらに細い対物光学系を提供することができる。
In the above invention, the intermediate imaging plane is disposed between the fourth group and the fifth group.
In this way, even if the outer diameter of the lens constituting the fifth group is increased, the outer diameter from the first group to the intermediate image plane is suppressed, and an objective optical system with a thinner outer diameter is provided. can do.

正屈折力の第6群において、発散光を平行光に変換するために全体として正屈折力を持たせると共に、負屈折力の接合面を持つ接合レンズを含むことによって、第1群から第4群で補正しきれなかった球面収差、色収差などを補正することができる。   In the sixth group having positive refracting power, in order to convert divergent light into parallel light, positive refracting power is given as a whole and a cemented lens having a cemented surface with negative refracting power is included. It is possible to correct spherical aberration, chromatic aberration, etc. that could not be corrected by the group.

また、上記発明においては、条件式(1)を満足することが好ましい。条件式(1)は、視野範囲を広くしたことにより像面湾曲が発生し、その像面湾曲を補正するために、本発明の対物光学系の物体側視野範囲FOVと、第5群の中間結像面に凹面を向けた中間結像面に最も近いレンズ面の曲率半径の絶対値と、第5群の中間結像面に最も近いレンズ面と中間結像面との距離tと、中間結像面での焦点深度Depとの最適な関係を規定している。 Moreover, in the said invention, it is preferable to satisfy conditional expression (1). Conditional expression (1) causes field curvature due to the wide field of view range, and in order to correct the field curvature, the object side field of view range FOV of the objective optical system of the present invention and the middle of the fifth group. The absolute value R 5 of the radius of curvature of the lens surface closest to the intermediate image forming surface with the concave surface facing the image forming surface, and the distance t 5 between the lens surface closest to the intermediate image forming surface of the fifth group and the intermediate image forming surface. And the optimum relationship between the depth of focus Dep at the intermediate image plane.

条件式(1)が0.28を下回ると、tが短くなる。tが小さいと光線高が低い位置で光線を曲げるために曲率半径Rを小さくしなければならず、Rを小さくすると、像面湾曲が補正過剰となるため不都合である。また、視野範囲FOVが大きくなると像面湾曲の補正が困難になるため不都合である。 If conditional expression (1) is below 0.28, t 5 becomes shorter. t 5 with a small and light high-low position must be reduced radius of curvature R 5 to bend the light, reducing the R 5, is disadvantageous for the curvature of field is overcorrected. Further, when the visual field range FOV is increased, it is inconvenient because it is difficult to correct field curvature.

逆に、条件式(1)が0.55を上回ると、tが長くなる。すると、逆に曲率半径Rが大きくなり、像面湾曲を補正することができず不都合である。
さらには、式(1)は収差補正上、以下の範囲に入るのがより好ましい。
0.4 < (t・R)/(Dep・FOV) < 0.55
よって、このように構成された本発明によれば、外径が細く、視野範囲が広く、諸収差が良好に補正されていて、2光子励起にも使用可能な高開口数でin vivo観察に適した対物光学系を提供することができる。
Conversely, if the conditional expression (1) exceeds 0.55, t 5 becomes longer. Then, curvature radius R 5 increases and conversely, the disadvantage can not be correct curvature of field.
Furthermore, the expression (1) is more preferably within the following range in terms of aberration correction.
0.4 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
Therefore, according to the present invention configured in this way, the outer diameter is narrow, the field of view is wide, various aberrations are well corrected, and the high numerical aperture that can be used for two-photon excitation is used for in vivo observation. A suitable objective optical system can be provided.

また、上記発明においては、以下の条件式(2)から(6)を満足することが好ましい。
(2) 0.37<F12/(t13・NA)<0.45
(3) 2.0<φ/φ12<2.5
(4) 1.75<n12<1.90
(5) 0.27<Δn<0.45
(6) 30<Δν<55
ただし、
12:第1群から第2群までを合わせた焦点距離
13:物体面から第3群の像側面までの光軸距離
NA:物体側開口数
φ:第6群のレンズのうち最も大きなレンズ径
φ12:第1群と第2群のレンズのうち最も小さなレンズ径
12:第1群と第2群のレンズのうち最も大きな屈折率(d線)
Δn:第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)
Δν:第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)
Moreover, in the said invention, it is preferable to satisfy the following conditional expressions (2) to (6).
(2) 0.37 <F 12 / (t 13 · NA) <0.45
(3) 2.0 <φ 6 / φ 12 <2.5
(4) 1.75 <n 12 <1.90
(5) 0.27 <Δn 6 <0.45
(6) 30 <Δν 6 <55
However,
F 12 : Focal length of the first group to the second group t 13 : Optical axis distance from the object plane to the image side surface of the third group NA: Object side numerical aperture φ 6 : Most of the lenses in the sixth group Large lens diameter φ 12 : The smallest lens diameter of the first and second lens groups n 12 : The largest refractive index (d-line) of the first and second lens groups
Δn 6 : refractive index difference (d line) of a cemented lens having a cemented surface with negative refractive power of the sixth group
Δν 6 : Abbe number difference (d-line) of a cemented lens having a cemented surface with negative refractive power in the sixth group

条件式(2)は、先端径を細くしたことにより、収差補正上好ましい、第1群から第2群までを合わせた焦点距離F12、物体面から第3群の最も像側面までの光軸距離t13と物体側開口数NAとの関係を規定している。
条件式(2)が0.37を下回ると第1群から第2群を合わせた焦点距離F12が小さくなり、第1群と第2群の屈折力が強くなるため、球面収差が大きく発生し、その補正が困難になる。また、物体側開口数NAが大きくなるために、球面収差などが大きく発生し、その補正が困難になる。
Conditional expression (2) is preferable in terms of aberration correction by reducing the tip diameter, and the focal length F 12 from the first group to the second group, the optical axis from the object plane to the most image side surface of the third group. distance t 13 and defines the relationship between the object-side numerical aperture NA.
Condition (2) is the focal length F 12 decreases the combined second group from the first group falls below 0.37, the refractive power of the first group and the second group becomes strong, the spherical aberration is largely generated However, the correction becomes difficult. Further, since the object-side numerical aperture NA becomes large, spherical aberration and the like are greatly generated, and the correction thereof becomes difficult.

逆に、条件式(2)が0.45を上回ると、第1群から第2群を合わせた焦点距離F12が大きくなり屈折力が小さくなる。その結果、球面収差が補正過剰になるなどの不都合が生じる。もしくは、物体側開口数NAが小さくなるため、球面収差などの収差が補正過剰になり不都合である。 Conversely, if the conditional expression (2) exceeds 0.45, the refractive power focal length F 12 from the first group the combined second group becomes large decreases. As a result, inconveniences such as overcorrection of spherical aberration occur. Alternatively, since the object-side numerical aperture NA is small, aberrations such as spherical aberration are overcorrected, which is inconvenient.

条件式(3)は、標本面に在る物体に対するFOVと開口数の両方を大きくした場合に収差を良好に保ちながら出来るだけ細長い光学系を実現するための条件に関する。即ち、標本面に在る物体に対するFOVと開口数の両方を大きくした場合、標本面からの発散光はより広がり易い光束になるために、そのままでは像側の光学系が太径になってしまうので、逆に略収斂光となるような強いパワー光学系を採用するようにした。このとき、最も物体に近いレンズで広がりの大きい光束を形成した直後に、2番目に物体に近いレンズで収斂する方向に急激に光束を狭めていることになる。この急激な発散角の変更に伴い、先端細径部分では比較的大きい収差(主に球面収差)が発生する問題が新たに生じる。そのため、本発明では、先端で発生した収差を第6群の光束径を大きくして補正することとし、その為の、第1,2群で最も小さなレンズ外径に対する第6群で最も大きなレンズ外径の関係を、条件式(3)は規定している。本発明では、条件式(3)を満たすように、第1群と第2群のレンズのうち最も小さなレンズ径に対する、第6群のレンズのうち最も大きなレンズ径の比を、2.0から2.5と規定したことにより、標本面からの発散光が広がらずに収斂させることができ、細長い形状を維持しながら各種の収差を充分に補正できるようになる。   Conditional expression (3) relates to a condition for realizing an optical system that is as elongated as possible while maintaining good aberrations when both the FOV and the numerical aperture for an object on the specimen surface are increased. That is, when both the FOV and the numerical aperture for an object on the sample surface are increased, the divergent light from the sample surface becomes a light beam that is more easily spread, and the optical system on the image side becomes a large diameter as it is. So, on the contrary, a strong power optical system that is almost convergent light is adopted. At this time, immediately after the light beam having a large spread is formed by the lens closest to the object, the light beam is suddenly narrowed in the direction of convergence by the lens closest to the object. Along with this abrupt change in divergence angle, there arises a new problem that a relatively large aberration (mainly spherical aberration) occurs in the narrow tip portion. Therefore, in the present invention, the aberration generated at the tip is corrected by increasing the diameter of the light beam in the sixth group, and for this purpose, the largest lens in the sixth group with respect to the smallest lens outer diameter in the first and second groups. Conditional expression (3) defines the relationship between the outer diameters. In the present invention, in order to satisfy the conditional expression (3), the ratio of the largest lens diameter of the sixth group lens to the smallest lens diameter of the first group lens and the second group lens is from 2.0. By defining 2.5, divergent light from the specimen surface can be converged without spreading, and various aberrations can be sufficiently corrected while maintaining an elongated shape.

条件式(3)が2.0を下回ると、第6群のレンズのうち最も大きなレンズ径φが小さくなるため、第1群から第4群で発生した球面収差などをはじめとする諸収差の第6群での補正が困難になる。
逆に、条件式(3)が2.5を上回ると、第6群のレンズのうち最も大きなレンズ径φが大きくなり、第1群と第2群のレンズのうち最も小さなレンズ径φ12が小さくなるため、第1群から第4群で発生した球面収差などをはじめとする諸収差の第6群での補正が過剰となる。
When conditional expression (3) is below 2.0, since the largest lens diameter phi 6 of the sixth lens group becomes small, various aberrations including such as a spherical aberration generated in the fourth group from the first group Correction in the sixth group becomes difficult.
Conversely, when the conditional expression (3) exceeds 2.5, the largest lens diameter φ 6 among the lenses in the sixth group becomes large, and the smallest lens diameter φ 12 among the lenses in the first group and the second group. Therefore, correction of various aberrations including spherical aberration generated in the first group to the fourth group in the sixth group becomes excessive.

条件式(4)は、先端径を細くするために先端部分の第1群と第2群の屈折力を強くしなければならないが、収差補正上、第1群と第2群のレンズの中で最も大きな屈折率を最適に設定するのが好ましい。
条件式(4)が1.75を下回ると、第1、2群の曲率半径が小さくなるため、球面収差が補正不足となるとともに、像面湾曲が発生するため不都合である。
逆に条件式(4)が1.90を上回ると、第1、2群の曲率半径が大きくなるため、球面収差の補正が過剰になるとともに、像面湾曲が補正過剰となるため不都合である。
Conditional expression (4) requires that the refractive power of the first group and the second group at the tip portion be increased in order to reduce the tip diameter. It is preferable to optimally set the largest refractive index.
If conditional expression (4) is less than 1.75, the radius of curvature of the first and second lens groups becomes small, so that the spherical aberration becomes insufficiently corrected and field curvature occurs.
On the other hand, if the conditional expression (4) exceeds 1.90, the radius of curvature of the first and second lens groups becomes large, so that correction of spherical aberration becomes excessive and field curvature is excessively corrected, which is inconvenient. .

条件式(5)は、第5群までで発生した球面収差などの緒収差を補正するために、第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)Δnについて規定している。
条件式(5)が0.27を下回ると、前記負屈折力の接合面での屈折率差が小さくなり第1群から第4群で発生した球面収差などの収差を補正することが困難になる。
逆に条件式(5)が0.45を上回ると、前記負屈折力の接合面での屈折率差が大きくなり、収差が補正過剰になる、もしくは光線高が大きくなるなどの不都合が生じる。
Conditional expression (5) indicates that the refractive index difference (d-line) Δn 6 of the cemented lens having the cemented surface having the negative refractive power of the sixth group in order to correct the spherical aberration and the like generated up to the fifth group. It stipulates.
When the conditional expression (5) is less than 0.27, the refractive index difference at the joint surface having the negative refractive power becomes small, and it becomes difficult to correct aberrations such as spherical aberration generated in the first group to the fourth group. Become.
On the other hand, if the conditional expression (5) exceeds 0.45, the difference in the refractive index at the joint surface having the negative refractive power increases, resulting in inconveniences such as overcorrection of aberrations or an increase in ray height.

条件式(6)は、第5群までで発生した色収差を補正するために、第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)Δνについて規定している。
条件式(6)が30を下回ると、色収差が補正不足になる。
逆に条件式(6)が55を上回ると、色収差の補正が過剰になるため、不都合である。
Conditional expression (6) defines the Abbe number difference (d-line) Δν 6 of the cemented lens having the cemented surface having the negative refractive power of the sixth group in order to correct the chromatic aberration generated up to the fifth group. .
When conditional expression (6) is less than 30, chromatic aberration is undercorrected.
Conversely, if conditional expression (6) exceeds 55, the correction of chromatic aberration becomes excessive, which is inconvenient.

また、上記発明においては、前記第1〜3群を収容するほぼ単一径の外筒を有していてもよい。
また、上記発明においては、前記外筒の平均内径が1mm以下であってもよい。
また、上記発明においては、前記外筒の外径と長さとの寸法比率が10倍以上であってもよい。
また、上記発明においては、前記外筒が、外径約1.8mm以内、長さ約20mm以上であってもよい。
また、上記発明においては、物体側視野範囲が0.25以上で、かつ、物体側開口数が0.35以上であることが好ましい。
Moreover, in the said invention, you may have the substantially single diameter outer cylinder which accommodates the said 1st-3rd groups.
Moreover, in the said invention, the average internal diameter of the said outer cylinder may be 1 mm or less.
Moreover, in the said invention, the dimensional ratio of the outer diameter of the said outer cylinder and length may be 10 times or more.
In the above invention, the outer tube may have an outer diameter of about 1.8 mm or less and a length of about 20 mm or more.
Moreover, in the said invention, it is preferable that an object side visual field range is 0.25 or more, and an object side numerical aperture is 0.35 or more.

本発明によれば、細径を維持したまま視野を広げることができ、像面湾曲を抑えて、かつ、高開口数で、精度良い観察を行うことができるという効果を奏する。また、本発明によれば、像面湾曲を抑えたまま更なる先端細径化および/または広視野化を実現し、高開口数で、精度良い観察が可能になるという効果も奏する。   According to the present invention, it is possible to widen the field of view while maintaining a small diameter, to suppress the curvature of field, and to perform an accurate observation with a high numerical aperture. In addition, according to the present invention, it is possible to realize further reduction in the diameter of the tip and / or wide field of view while suppressing the curvature of field, and to achieve an accurate observation with a high numerical aperture.

本発明の第1の実施形態に係る対物光学系の構成図である。It is a block diagram of the objective optical system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の対物光学系を示す外筒を含む構成図である。It is a block diagram containing the outer cylinder which shows the objective optical system of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る対物光学系の構成図である。It is a block diagram of the objective optical system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る対物光学系の構成図である。It is a block diagram of the objective optical system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図1の対物光学系の一実施例の収差図であり、(a)球面収差,(b)正弦条件違反量,(c)非点収差と像面湾曲,(d)歪曲収差をそれぞれ示している。FIG. 2 is an aberration diagram of an example of the objective optical system in FIG. 1, showing (a) spherical aberration, (b) sine condition violation amount, (c) astigmatism and field curvature, and (d) distortion aberration, respectively. Yes. 図3の対物光学系の一実施例の収差図であり、(a)球面収差,(b)正弦条件違反量,(c)非点収差と像面湾曲,(d)歪曲収差をそれぞれ示している。FIG. 4 is an aberration diagram of an example of the objective optical system in FIG. 3, showing (a) spherical aberration, (b) sine condition violation amount, (c) astigmatism and field curvature, and (d) distortion aberration, respectively. Yes. 図4の対物光学系の一実施例の収差図であり、(a)球面収差,(b)正弦条件違反量,(c)非点収差と像面湾曲,(d)歪曲収差をそれぞれ示している。FIG. 5 is an aberration diagram of an example of the objective optical system in FIG. 4, showing (a) spherical aberration, (b) sine condition violation amount, (c) astigmatism and field curvature, and (d) distortion aberration, respectively. Yes. 結像レンズの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of an imaging lens.

本発明の第1の実施形態に係る対物光学系1について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る対物光学系1は、液浸対物光学系であって、図1および図2に示されるように、無限遠設計で中間結像面を有している。
An objective optical system 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The objective optical system 1 according to the present embodiment is an immersion objective optical system, and has an intermediate image plane with an infinite design as shown in FIGS.

この対物光学系1は、最も物体側に配置された物体側のレンズ面が平面であるレンズと、像側に凸面を向けた凸レンズを含む正屈折力の第1レンズ群(第1群)Gと、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けている正屈折力の第2レンズ群(第2群)Gと、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けている負屈折力の第3レンズ群(第3群)Gと、最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けており、さらに最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けている正屈折力の第4レンズ群(第4群)G、中間結像面に最も近い面が中間結像面に凹面を向けている第5レンズ群(第5群)Gと、負屈折力の接合面を持つ凸レンズと凹レンズとの接合レンズを含む正屈折力の第6レンズ群(第6群)Gと、第4レンズ群Gと第5レンズ群Gとの間に配置された中間結像面とを備えている。 The objective optical system 1, the most and the lens surface on the object side to the arranged object side is flat surface lens, a first lens unit including a convex lens having a convex surface directed toward the image side (first group) towards the G 1, and most second lens group lens surface on the object side of the positive refractive power has a convex surface on the object side (second group) G 2, a lens surface on the most image side of the concave surface on the image side negative refractive power a third lens group (the third group) G 3, most image side lens surface of the lens disposed on the object side has a convex surface directed toward the image side, a lens that is further disposed closest to the image side to have A fourth lens group (fourth group) G 4 having positive refractive power in which the object-side lens surface faces the convex surface toward the object side, and the surface closest to the intermediate image-forming surface faces the concave surface toward the intermediate image-forming surface. 5 lens group (the fifth group) G 5, positive refractive power of the sixth lens including a cemented lens of a convex lens and a concave lens having a bonding surface having a negative refractive power It includes a (group 6) G 6, and arranged intermediate image plane between the fourth lens group G 4 and the fifth lens group G 5.

さらに具体的には、第1レンズ群Gは、平行平板からなる第1レンズLと像面側に凸面を向けd線の屈折率が1.883である平凸レンズからなる第2レンズLとを備え、正屈折力を有している。
第2レンズ群Gは、物体側の面が物体側に凸面を向いている凸レンズからなる第3レンズLと凹レンズからなる第4レンズLとを接合した接合レンズを備え、正屈折力を有している。
More specifically, the first lens group G 1, the second lens refractive index of the d line with the convex surface facing the first lens L 1 and the image surface side consisting of the parallel plate is made of a plano-convex lens is 1.883 L 2 and has positive refracting power.
The second lens group G 2 includes a cemented lens surface on the object side is bonded to the fourth lens L 4 and a third lens L 3 and a concave lens made of a convex lens facing a convex surface on the object side, a positive refractive power have.

第3レンズ群Gは、両凸レンズからなる第5レンズLと像側の面が像面側に凹面を向けている両凹レンズからなる第6レンズLとを接合した接合レンズを備え、負屈折力を有している。
第4レンズ群Gは、最も物体側に配置された両凸レンズからなる第7レンズLの像側レンズ面が像側に凸面が向いており、最も像側に配置された平凸レンズからなる第8レンズLの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けており、全体として正屈折力を有している。
The third lens group G 3 includes a cemented lens surface of the fifth lens L 5 and the image side, which is a biconvex lens is joined to the sixth lens L 6 comprising a biconcave lens has a concave surface directed toward the image side, Has negative refractive power.
The fourth lens group G 4 is image-side lens surface of the seventh lens L 7 having a biconvex lens arranged on the most object side has a convex surface facing the image side, consisting of a plano-convex lens arranged on the most image side and the object-side lens surface of the eighth lens L 8 is a convex surface facing the object side, and has positive refractive power as a whole.

第5レンズ群Gは、中間結像面に最も近いレンズ面が前記中間結像面に凹面を向けているメニスカスレンズからなる第9レンズLを有している。
第6レンズ群Gは、両凸レンズからなる第10レンズL10と両凹レンズからなる第11レンズL11とを接合し接合面が負屈折力の接合レンズと、両凸レンズからなる第12レンズL12とを備え、正屈折力を有している。
そして、像側の射出瞳の位置は第12レンズL12から3.29mm像側に配置されている。
The fifth lens group G 5 includes a ninth lens L 9 constituted of a meniscus lens closest lens surface on an intermediate image plane is a concave surface facing the intermediate image plane.
The sixth lens group G 6 is a cemented lens of the cemented surface joining the eleventh lens L 11 in which the tenth lens L 10 which is a biconvex lens and a bi-concave lens having a negative refractive power, second lens L having a biconvex lens 12 and has positive refracting power.
The position of the exit pupil of the image side is arranged on 3.29mm image side from the twelfth lens L 12.

本実施形態においては、各レンズが以下の条件式(1)〜(6)を満たすように構成されている。
(1) 0.28<(t・R)/(Dep・FOV)<0.55
(2) 0.37<F12/(t13・NA)<0.45
(3) 2.0<φ/φ12<2.5
(4) 1.75<n12<1.90
(5) 0.27<Δn<0.45
(6) 30<Δν<55
In the present embodiment, each lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (6).
(1) 0.28 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
(2) 0.37 <F 12 / (t 13 · NA) <0.45
(3) 2.0 <φ 6 / φ 12 <2.5
(4) 1.75 <n 12 <1.90
(5) 0.27 <Δn 6 <0.45
(6) 30 <Δν 6 <55

ここで、F12は第1レンズ群Gから第2レンズ群Gまでを合わせた焦点距離、t13は物体面から第3レンズ群Gの最も像側面までの光軸距離、NAは対物光学系1の物体側開口数、tは中間結像面から第5レンズ群Gの最も中間結像面に近い面までの距離、Rは第5レンズ群Gの中間結像面に最も近い面の曲率半径、Depは中間結像面での片側焦点深度で、以下の式で定義される。
Dep=λ/(NA/β)
ここで、λはd線(0.5876μm)の波長、βは物体面から中間結像面までの倍率である。
Here, F 12 is the focal length of the first lens group G 1 to the second lens group G 2 , t 13 is the optical axis distance from the object plane to the most image side surface of the third lens group G 3 , and NA is object-side numerical aperture of the objective optical system 1, t 5 is the distance from the intermediate image surface to the nearest to the intermediate image plane surface of the fifth lens group G 5, R 5 is intermediate image of the fifth lens group G 5 The radius of curvature of the surface closest to the surface, Dep, is the one-sided focal depth at the intermediate image plane, and is defined by
Dep = λ / (NA / β) 2
Here, λ is the wavelength of the d-line ( 0.5876 μm ), and β is the magnification from the object plane to the intermediate image plane.

FOVは本液浸対物光学系の物体側視野範囲、φは第6レンズ群Gのレンズのうち最も大きなレンズ径、φ12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も小さなレンズ径、n12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も大きな屈折率(d線)、Δnは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)、Δνは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)である。 FOV is the object-side visual field range of the immersion objective optical system, φ 6 is the largest lens diameter among the lenses of the sixth lens group G 6 , and φ 12 is the lenses of the first lens group G 1 and the second lens group G 2 . smallest lens diameter of, n 12 is the largest refractive index of the first lens group G 1 and second lens group G 2 of the lens (d line), [Delta] n 6 is the negative refractive power of the sixth lens group G 6 The refractive index difference (d line) of the cemented lens having the cemented surface, Δν 6 is the Abbe number difference (d line) of the cemented lens having the cemented surface having the negative refractive power of the sixth lens group G 6 .

条件式(1)は、視野範囲を広くしたことにより像面湾曲が発生し、その像面湾曲を補正するために、本発明の対物光学系の物体側視野範囲FOVと、第5レンズ群Gの中間結像面に凹面を向けた中間結像面に最も近いレンズ面の曲率半径の大きさRと、第5レンズ群Gの中間結像面に最も近いレンズ面と中間結像面との距離tと、中間結像面での焦点深度Depとの最適な関係を規定している。 In the conditional expression (1), the field curvature is generated by widening the field range, and in order to correct the field curvature, the object-side field range FOV of the objective optical system of the present invention and the fifth lens group G 5 and the radius of curvature of the magnitude R 5 nearest lens surface on an intermediate image plane with the concave surface facing the intermediate image plane of the closest lens surface on an intermediate image plane of the fifth lens group G 5 and the intermediate image a distance t 5 between the surface defines an optimal relationship between the focal depth Dep at the intermediate image plane.

条件式(1)が0.28を下回ると、tが短くなる。tが小さいと光線高が低い位置で光線を曲げるために曲率半径Rを小さくしなければならず、Rを小さくすると、像面湾曲が補正過剰となるため不都合である。また、視野範囲FOVが大きくなると像面湾曲の補正が困難になるため不都合である。 If conditional expression (1) is below 0.28, t 5 becomes shorter. t 5 with a small and light high-low position must be reduced radius of curvature R 5 to bend the light, reducing the R 5, is disadvantageous for the curvature of field is overcorrected. Further, when the visual field range FOV is increased, it is inconvenient because it is difficult to correct field curvature.

逆に、条件式(1)が0.55を上回ると、tが長くなる。すると、逆に曲率半径Rが大きくなり、像面湾曲を補正することができず不都合である。
さらには、式(1)は収差補正上、以下の範囲に入るのがより好ましい。
0.4<(t・R)/(Dep・FOV)<0.55
したがって、この条件式(1)を満たすことにより、外径が細く、視野範囲が広く、諸収差が良好に補正されていて、2光子励起にも使用可能な高開口数でin vivo観察に適した対物光学系を提供することができる。
Conversely, if the conditional expression (1) exceeds 0.55, t 5 becomes longer. Then, curvature radius R 5 increases and conversely, the disadvantage can not be correct curvature of field.
Furthermore, the expression (1) is more preferably within the following range in terms of aberration correction.
0.4 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
Therefore, by satisfying this conditional expression (1), the outer diameter is narrow, the field of view is wide, various aberrations are well corrected, and it is suitable for in vivo observation with a high numerical aperture that can also be used for two-photon excitation. An objective optical system can be provided.

条件式(2)は、先端径を細くしたことにより、収差補正上好ましい、第1レンズ群Gから第2レンズ群Gまでを合わせた焦点距離F12、物体面から第3レンズ群Gの最も像側面までの光軸距離t13と物体側開口数NAとの関係を規定している。
条件式(2)が0.37を下回ると第1レンズ群Gから第2レンズ群Gを合わせた焦点距離F12が小さくなり、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gの屈折力が強くなるため、球面収差が大きく発生し、その補正が困難になる。また、物体側開口数NAが大きくなるために、球面収差などが大きく発生し、その補正が困難になる。
Conditional expression (2) is preferable in terms of aberration correction by reducing the tip diameter, and the focal length F 12 from the first lens group G 1 to the second lens group G 2 and the third lens group G from the object plane are preferred. to the most image side surface of the third defines the relationship between the optical axis distance t 13 and the object-side numerical aperture NA.
Condition (2) is from the first lens group G 1 falls below 0.37 focal length F 12 obtained by combining the second lens group G 2 becomes small, the first lens group G 1 and the second lens group G 2 Since the refractive power becomes strong, a large amount of spherical aberration occurs, making correction difficult. Further, since the object-side numerical aperture NA becomes large, spherical aberration and the like are greatly generated, and the correction thereof becomes difficult.

逆に、条件式(2)が0.45を上回ると、第1レンズ群Gから第2レンズ群Gを合わせた焦点距離F12が大きくなり屈折力が小さくなる。その結果、球面収差が補正過剰になるなどの不都合が生じる。もしくは、物体側開口数NAが小さくなるため、球面収差などの収差が補正過剰になり不都合である。 Conversely, if the conditional expression (2) exceeds 0.45, the refractive power focal length F 12 from the first lens group G 1 combined second lens group G 2 is increased is reduced. As a result, inconveniences such as overcorrection of spherical aberration occur. Alternatively, since the object-side numerical aperture NA is small, aberrations such as spherical aberration are overcorrected, which is inconvenient.

条件式(3)は、先端径を細くするために標本面からの発散光があまり広がらないうちに略収斂光にしなければならず、先端細径部分での収差(主に球面収差)の発生が大きい。そのため、先端で発生した収差を第6レンズ群Gの光束径を大きくして補正する必要がある。その為、第1,2群で最も小さなレンズ外径と、第6レンズ群Gで最も大きなレンズ外径との関係を規定している。 Conditional expression (3) requires that the convergent light be diverged before the divergent light from the sample surface spreads in order to reduce the tip diameter, and that aberration (mainly spherical aberration) occurs at the tip diameter portion. Is big. Therefore, it is necessary to correct the aberrations generated at the tip by increasing the beam diameter of the sixth lens group G 6. Therefore, it defines the smallest lens diameter in the first and second groups, the relationship between the largest lens diameter in the sixth lens group G 6.

条件式(3)が2.0を下回ると、第6レンズ群Gのレンズのうち最も大きなレンズ径φが小さくなるため、第1レンズ群Gから第4レンズ群Gで発生した球面収差などをはじめとする諸収差の第6レンズ群Gでの補正が困難になる。
逆に、条件式(3)が2.5を上回ると、第6レンズ群Gのレンズのうち最も大きなレンズ径φが大きくなり、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も小さなレンズ径φ12が小さくなるため、第1レンズ群Gから第4レンズ群Gで発生した球面収差などをはじめとする諸収差の第6レンズ群Gでの補正が過剰となる。
When conditional expression (3) is below 2.0, since the largest lens diameter phi 6 of the lenses of the sixth lens group G 6 becomes smaller, from the first lens group G 1 generated in the fourth lens group G 4 correction in the sixth lens group G 6 of the various aberrations including such as spherical aberration becomes difficult.
Conversely, if the conditional expression (3) exceeds 2.5, the largest lens diameter phi 6 of the lenses of the sixth lens group G 6 becomes large, the first lens group G 1 and the second lens group G 2 since the smallest lens diameter phi 12 of the lens is small, the correction in the sixth lens group G 6 of the various aberrations including such a first lens group G 1 spherical aberration generated in the fourth lens group G 4 It becomes excessive.

条件式(4)は、先端径を細くするために先端部分の第1レンズ群Gと第2レンズ群Gの屈折力を強くしなければならないが、収差補正上、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズの中で最も大きな屈折率を最適に設定するのが好ましい。
条件式(4)が1.75を下回ると、第1、2レンズ群G,Gの曲率半径が小さくなるため、球面収差が補正不足となるとともに、像面湾曲が発生するため不都合である。
逆に条件式(4)が1.90を上回ると、第1、2レンズ群G,Gの曲率半径が大きくなるため、球面収差の補正が過剰になるとともに、像面湾曲が補正過剰となるため不都合である。
Condition (4) is not necessary to strongly first lens group G 1 and the refractive power of the second lens group G 2 of the tip portion to narrow the tip diameter, aberration correction, the first lens group G 1 and preferably optimally set the largest refractive index in the second lens group G 2 of the lens.
If the conditional expression (4) is less than 1.75, the curvature radii of the first and second lens groups G 1 and G 2 become small, so that the spherical aberration becomes insufficiently corrected, and field curvature occurs. is there.
Conversely, if the conditional expression (4) exceeds 1.90, the curvature radii of the first and second lens groups G 1 and G 2 become large, so that the spherical aberration is excessively corrected and the field curvature is excessively corrected. This is inconvenient.

条件式(5)は、第5レンズ群Gまでで発生した球面収差などの緒収差を補正するために、第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)Δnについて規定している。
条件式(5)が0.27を下回ると、前記負屈折力の接合面での屈折率差が小さくなり第1レンズ群Gから第4レンズ群Gで発生した球面収差などの収差を補正することが困難になる。
逆に条件式(5)が0.45を上回ると、前記負屈折力の接合面での屈折率差が大きくなり、収差が補正過剰になる、もしくは光線高が大きくなるなどの不都合が生じる。
Condition (5), in order to correct the various aberrations such as spherical aberration generated in up the fifth lens group G 5, the refractive index difference between the cemented lens having a cemented surface of the negative refractive power of the sixth lens group G 6 (D line) Δn 6 is defined.
When conditional expression (5) is below 0.27, the aberration such as spherical aberration generated refractive index difference from the first lens group G 1 becomes small in the fourth lens group G 4 at the bonding surface of the negative refractive power It becomes difficult to correct.
On the other hand, if the conditional expression (5) exceeds 0.45, the difference in the refractive index at the joint surface having the negative refractive power increases, resulting in inconveniences such as overcorrection of aberrations or an increase in ray height.

条件式(6)は、第5レンズ群Gまでで発生した色収差を補正するために、第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)Δνについて規定している。
条件式(6)が30を下回ると、色収差が補正不足になる。
逆に条件式(6)が55を上回ると、色収差の補正が過剰になるため、不都合である。
したがって、これら条件式(2)〜(6)を満たすことにより、各レンズ群において発生した球面収差、像面湾曲及び色収差等の諸収差を適正に補正することができる。
Conditional expression (6) indicates that the Abbe number difference (d-line) Δν of the cemented lens having the cemented surface having the negative refractive power of the sixth lens group G 6 is used to correct the chromatic aberration generated up to the fifth lens group G 5. 6 is stipulated.
When conditional expression (6) is less than 30, chromatic aberration is undercorrected.
Conversely, if conditional expression (6) exceeds 55, the correction of chromatic aberration becomes excessive, which is inconvenient.
Therefore, by satisfying these conditional expressions (2) to (6), various aberrations such as spherical aberration, field curvature, and chromatic aberration generated in each lens group can be corrected appropriately.

表1に本実施形態に係る対物光学系1の一実施例のレンズデータを示し、図1に本実施例の光路図、図5に収差図を示す。   Table 1 shows lens data of an example of the objective optical system 1 according to this embodiment, FIG. 1 shows an optical path diagram of this example, and FIG. 5 shows aberration diagrams.

Figure 0005449947
Figure 0005449947

本実施例において、条件式(1)〜(6)における各値は以下の通りである。
12=0.63
13=3.87
NA=0.38
φ12=0.8
φ=1.8
=2.0
=3.423
Dep=54.7
β=3.67
FOV=0.3
In this example, each value in conditional expressions (1) to (6) is as follows.
F 12 = 0.63
t 13 = 3.87
NA = 0.38
φ 12 = 0.8
φ 6 = 1.8
t 5 = 2.0
R 5 = 3.423
Dep = 54.7
β = 3.67
FOV = 0.3

よって、
(1)(t・R)/(Dep・FOV)=0.42
(2)F12/(t13・NA)=0.43
(3)φ/φ12=2.3
(4)n12=1.88
(5)Δn=0.44
(6)Δν=54.1
となる。
Therefore,
(1) (t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) = 0.42
(2) F 12 / (t 13 · NA) = 0.43
(3) φ 6 / φ 12 = 2.3
(4) n 12 = 1.88
(5) Δn 6 = 0.44
(6) Δν 6 = 54.1
It becomes.

本実施例に係る対物光学系1においては、図2に示されるように、レンズL〜Lまでのレンズ直径は最大0.8mm(有効径は0.6mm)、レンズL〜Lのレンズ直径は最大1.2mm(有効径は1.0mm)、レンズL〜L13のレンズ直径は最大1.8mm(有効径は1.6mm)であり、レンズL〜Lまでの先端部分は非常に小さい径のレンズのみで構成されている。このため、これらレンズL〜L12、特に、第1〜第3レンズ群G〜GのレンズL〜Lを収容する外筒11を極めて細く構成することができ、マウスなどの実験小動物の体内奥深くの広い範囲を低侵襲で比較的長期間に渡ってin vivo観察するのに適している。また、上記発明においては、前記外筒の平均内径が1mm以下であってもよい。ここにおいて、本発明の対物光学系を保持する外筒は従来に比べて非常に細長く、例えば、外径が約2mm以内(レンズ直径は1.8mm以内)で、かつ長さが約20mm以上(表では22.53mm)であり得る。つまり、本発明は、対物光学系が光軸に沿って直列的に配置する部分についての外径と長さとの寸法比率が10倍以上であるような細長い形状において、従来よりも視野範囲が広い対物レンズを提供できる。このことは、前記寸法比率が要求されるような観察フィールド内の対象に最も有利な顕微鏡観察を実行できる。また、外筒の有無に関係なく、前記寸法比率の配置スペースのみ許容されるような任意の小型装置に適用するのに適している。 In the objective optical system 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the lens diameters of the lenses L 1 to L 6 are 0.8 mm at maximum (effective diameter is 0.6 mm), and the lenses L 7 to L 8. maximum 1.2mm are lens diameter (effective diameter 1.0 mm), the lens diameter of the lens L 9 ~L 13 is maximum 1.8 mm (effective diameter 1.6 mm), until the lens L 1 ~L 6 The tip portion is composed only of a lens having a very small diameter. For this reason, the outer cylinder 11 that accommodates the lenses L 1 to L 12 , particularly the lenses L 1 to L 6 of the first to third lens groups G 1 to G 3 , can be configured to be extremely thin, such as a mouse. It is suitable for in vivo observation over a relatively long period of time in a wide range deep in the body of experimental small animals. Moreover, in the said invention, the average internal diameter of the said outer cylinder may be 1 mm or less. Here, the outer cylinder holding the objective optical system of the present invention is much longer than that of the conventional one. For example, the outer diameter is about 2 mm or less (lens diameter is 1.8 mm or less) and the length is about 20 mm or more ( The table may be 22.53 mm). In other words, the present invention has a wider field of view than the conventional one in an elongated shape in which the dimensional ratio between the outer diameter and the length of the portion where the objective optical system is arranged in series along the optical axis is 10 times or more. An objective lens can be provided. This makes it possible to perform microscopic observation that is most advantageous for objects in the observation field where the dimensional ratio is required. In addition, it is suitable for application to any small apparatus in which only the arrangement space having the dimensional ratio is allowed regardless of the presence or absence of the outer cylinder.

また、本実施例は可視光だけでなく、近赤外域まで収差を良好に補正しており、近赤外光を用いて試料の表面だけでなく比較的散乱の影響を受けずに生体内部を観察することができる。さらに、物体側開口数を比較的大きくしているため多光子励起にも使用することができる。さらに、本発明では、In vivo観察に要求される、大きいFOV(広視野)と、高い開口数(高解像)の全てを満足する。本発明を採用した対物光学系は、例えば、0.25以上の物体側視野範囲と、0.35以上の物体側開口数と、0.9mm以下の先端レンズ径を有するとともに、先端からのレンズ鏡筒が略1mm以下の外径をする。
表中の記号については、r:曲率半径,d:面間隔,nd:屈折率(d線),νd:アッベ数(d線)となっており、長さの単位はmmである。
In this embodiment, not only visible light but also aberrations are corrected well up to the near-infrared region, and not only the surface of the sample but also the inside of the living body can be relatively affected by scattering. Can be observed. Furthermore, since the object-side numerical aperture is relatively large, it can also be used for multiphoton excitation. Furthermore, the present invention satisfies all of the large FOV (wide field of view) and high numerical aperture (high resolution) required for in vivo observation. The objective optical system adopting the present invention has, for example, an object-side visual field range of 0.25 or more, an object-side numerical aperture of 0.35 or more, a tip lens diameter of 0.9 mm or less, and a lens from the tip. The lens barrel has an outer diameter of approximately 1 mm or less.
The symbols in the table are r: radius of curvature, d: spacing, nd: refractive index (d line), νd: Abbe number (d line), and the unit of length is mm.

次に、本発明の第2の実施形態に係る対物光学系2について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る対物光学系2は、図3に示されるように、無限遠設計で中間結像面を有している。
Next, an objective optical system 2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 3, the objective optical system 2 according to the present embodiment has an intermediate image plane with an infinity design.

この対物光学系2は、最も物体側に配置されたレンズの物体側のレンズ面が平面であるレンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズを含む正屈折力の第1レンズ群Gと、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けている正屈折力の第2レンズ群Gと、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けている負屈折力の第3レンズ群Gと、最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けており、さらに最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けた正屈折力の第4レンズ群Gと、中間結像面に最も近い面が中間結像面に凹面を向けている第5レンズ群Gと、負屈折力の接合面を持つ凸レンズと凹レンズとの接合レンズを含む正屈折力の第6レンズ群Gとを備え、第4レンズ群Gと第5レンズ群Gとの間に中間結像面が配置されている。 The objective optical system 2, the most and the lens surface on the object side of the object side to the lens disposed is a flat surface lens, a first lens unit including a plano-convex lens having a convex surface on the image side G 1 When the most object side lens surface of the second lens group G 2 having a positive refractive power which has a surface convex toward the object side, having negative refracting power and a lens surface closest to the image side is a concave surface facing the image side third a lens group G 3, most image side lens surface of the lens disposed on the object side is a convex surface facing the image side, and most object-side lens surface of the lens disposed on the image side is a convex surface on the object side and a fourth lens group G 4 having a positive refractive power, a fifth lens group G 5 to the surface closest to the intermediate image plane is a concave surface facing the intermediate image plane, and a convex lens having a bonding surface having a negative refractive power and a sixth lens group G 6 having a positive refractive power, including a cemented lens of a concave lens, and the fourth lens group G 4 5 Len Intermediate image plane is arranged between's group G 5.

さらに具体的には、第1レンズ群Gは、平行平板からなる第1レンズLと、像面側に凸面を向けd線の屈折率が1.883である平凸レンズからなる第2レンズLとを備え、正屈折力を有している。
第2レンズ群Gは、物体側の面が物体側に凸面を向いている両凸レンズからなる第3レンズLと、平凸レンズからなる第4レンズLとを接合した接合レンズを備え、正屈折力を有している。
More specifically, the first lens group G 1 has a first lens L 1 composed of parallel plate, a second lens having a refractive index of d line convex surface faces the image surface side is a plano-convex lens is 1.883 and a L 2, and has a positive refractive power.
The second lens group G 2 comprises a third lens L 3, which is a biconvex lens having a surface on the object side is facing convex surface on the object side, a cemented lens of a fourth lens L 4, which is a plano-convex lens, Has positive refractive power.

第3レンズ群Gは、両凸レンズからなる第5レンズLと像側の面が像面側に凹面を向けている両凹レンズからなる第6レンズLとを接合した接合レンズを備え、負屈折力を有している。
第4レンズ群Gは、最も物体側に配置された両凸レンズからなり、像側レンズ面が像側に凸面を向けた第7レンズLと、第8レンズLと第9レンズLとを接合し物体側レンズ面が物体側に凸面を向けた接合レンズと、最も像側に配置された第10レンズL10と第11レンズL11とを接合し物体側レンズ面が物体側に凸面を向けた接合レンズとを備え、全体として正屈折力を有している。
The third lens group G 3 includes a cemented lens surface of the fifth lens L 5 and the image side, which is a biconvex lens is joined to the sixth lens L 6 comprising a biconcave lens has a concave surface directed toward the image side, Has negative refractive power.
The fourth lens group G 4 includes a biconvex lens arranged on the most object side, a seventh lens L 7 image side lens surface having a convex surface directed toward the image side, the eighth lens L 8 ninth lens L 9 a cemented lens joined to the object-side lens surface is a convex surface facing the object side bets, tenth lens L 10 and the object-side lens surface by joining a eleventh lens L 11 disposed nearest to the image side to the object side It has a cemented lens with a convex surface and has positive refractive power as a whole.

第5レンズ群Gは、中間結像面に最も近いレンズ面が前記中間結像面に凹面を向けているメニスカスレンズからなる第12レンズL12を有している。
第6レンズ群Gは、両凸レンズからなる第13レンズL13と両凹レンズからなる第14レンズL14とを接合し接合面が負屈折力の接合レンズと、両凸レンズからなる第15レンズL15とを備え、正屈折力を有している。
像側の射出瞳の位置は第15レンズL15から像側3.56mmの位置に配置されている。
The fifth lens group G 5 includes a twelfth lens L 12 constituted of a meniscus lens closest lens surface on an intermediate image plane is a concave surface facing the intermediate image plane.
The sixth lens group G 6 includes a thirteenth lens L 13 and the cemented lens of the cemented surface by joining a fourteenth lens L 14 which is a biconcave lens is a negative refractive power is a biconvex lens, 15 lens L having a biconvex lens 15 and has positive refracting power.
The position of the exit pupil of the image side is arranged at a position of the image side 3.56mm fifteenth lens L 15.

本実施形態においては、各レンズが以下の条件式(1)〜(6)を満たすように構成されている。
(1)0.28<(t・R)/(Dep・FOV)<0.55
(2)0.37<F12/(t13・NA)<0.45
(3)2.0<φ/φ12<2.5
(4)1.75<n12<1.90
(5)0.27<Δn<0.45
(6)30<Δν<55
In the present embodiment, each lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (6).
(1) 0.28 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
(2) 0.37 <F 12 / (t 13 · NA) <0.45
(3) 2.0 <φ 6 / φ 12 <2.5
(4) 1.75 <n 12 <1.90
(5) 0.27 <Δn 6 <0.45
(6) 30 <Δν 6 <55

ここで、F12は第1レンズ群Gから第2レンズ群Gまでを合わせた焦点距離、t13は物体面から第3レンズ群Gの最も像側面までの光軸距離、そして、NAは物体側開口数、tは中間結像面から第5レンズ群Gの最も中間結像面に近い面までの距離、Rは第5レンズ群Gの中間結像面に最も近い面の曲率半径、Depは中間結像面での片側焦点深度で、以下の式で定義される。
Dep=λ/(NA/β)
ここで、λはd線(0.5876μm)の波長、βは物体面から中間結像面までの倍率である。
Here, F 12 is the focal length of the first lens group G 1 to the second lens group G 2 , t 13 is the optical axis distance from the object plane to the most image side surface of the third lens group G 3 , and NA is the object-side numerical aperture, t 5 is the distance from the intermediate image surface to the nearest to the intermediate image plane surface of the fifth lens group G 5, R 5 is most intermediate image plane of the fifth lens group G 5 The radius of curvature of the near surface, Dep, is the unilateral depth of focus at the intermediate image plane and is defined by the following equation.
Dep = λ / (NA / β) 2
Here, λ is the wavelength of the d-line ( 0.5876 μm ), and β is the magnification from the object plane to the intermediate image plane.

FOVは物体側視野範囲、φは第6レンズ群Gのレンズのうち最も大きなレンズ径、φ12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も小さなレンズ径、n12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も大きな屈折率(d線)、Δnは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)、Δνは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)である。 FOV is the object-side visual field range, φ 6 is the largest lens diameter of the lenses of the sixth lens group G 6 , φ 12 is the smallest lens diameter of the lenses of the first lens group G 1 and the second lens group G 2 , n 12 is the largest refractive index of the first lens group G 1 and second lens group G 2 of the lens (d line), [Delta] n 6 is a cemented lens having a cemented surface of the negative refractive power of the sixth lens group G 6 The refractive index difference (d-line), Δν 6 is the Abbe number difference (d-line) of the cemented lens having the cemented surface having the negative refractive power of the sixth lens group G 6 .

表2に本実施形態に係る対物光学系1の一実施例のレンズデータを示し、図3に本実施例の光路図、図6に収差図を示す。   Table 2 shows lens data of one example of the objective optical system 1 according to this embodiment, FIG. 3 shows an optical path diagram of this example, and FIG. 6 shows aberration diagrams.

Figure 0005449947
Figure 0005449947

本実施例において、条件式(1)〜(6)における各値は以下の通りである。
12=0.56
13=3.66
NA=0.38
φ12=0.8
φ=1.8
=2.1
=4.901
Dep=64.7
β=3.99
FOV=0.3
In this example, each value in conditional expressions (1) to (6) is as follows.
F 12 = 0.56
t 13 = 3.66
NA = 0.38
φ 12 = 0.8
φ 6 = 1.8
t 5 = 2.1
R 5 = 4.901
Dep = 64.7
β = 3.99
FOV = 0.3

よって、
(1)(t・R)/(Dep・FOV)=0.53
(2)F12/(t13・NA)=0.4
(3)φ/φ12=2.3
(4)n12=1.88
(5)Δn=0.44
(6)Δν=54.1
となる。
Therefore,
(1) (t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) = 0.53
(2) F 12 / (t 13 · NA) = 0.4
(3) φ 6 / φ 12 = 2.3
(4) n 12 = 1.88
(5) Δn 6 = 0.44
(6) Δν 6 = 54.1
It becomes.

本実施例に係る対物光学系2は、基本的には第1の実施例とほぼ同じであるが、第1の実施例よりも球面収差、軸上色収差、コマ収差を補正し、軸上の結像性能をより良くした例である。   The objective optical system 2 according to the present embodiment is basically the same as the first embodiment, but corrects spherical aberration, axial chromatic aberration, and coma aberration more than the first embodiment, so This is an example in which the imaging performance is improved.

本実施例に係る対物光学系2においては、レンズL〜Lのレンズ直径は最大0.8mm、レンズL〜L11のレンズ直径は最大1.2mm、レンズL12〜L15のレンズ直径は最大1.8mmであり、レンズL〜Lの先端部分は非常に小さい径のレンズのみで構成されている。このため、マウスなどの実験小動物の体内奥深くの広い範囲を低侵襲で比較的長期間に渡ってin vivo観察するのに適している。
ここで、本発明の対物光学系を保持する外筒は従来に比べて非常に細長く、例えば、外径が約2mm以内(レンズ直径は1.8mm以内)で、かつ長さが約20mm以上(表では24.43mm)であり得る。つまり、本発明は、対物光学系が光軸に沿って直列的に配置する部分についての外径と長さとの寸法比率が10倍以上であるような細長い形状において、従来よりも視野範囲が広い対物光学系を提供することができる。このことは、上記寸法比率が要求されるような観察フィールド内の対象に最も有利な顕微鏡観察を実行することができる。また、外筒の有無に関係なく、上記寸法比率の配置スペースのみ許容されるような任意の小型装置に適用するのに適している。
In the objective optical system 2 according to the present embodiment, the lens L 1 ~L lens diameter of 6 up to 0.8 mm, the lens L 7 ~L lens diameter of 11 up to 1.2 mm, the lens of the lens L 12 ~L 15 The diameter is 1.8 mm at the maximum, and the tip portions of the lenses L 1 to L 6 are constituted only by lenses having a very small diameter. For this reason, it is suitable for in vivo observation over a relatively long period of time in a wide range deep inside the body of small experimental animals such as mice.
Here, the outer cylinder holding the objective optical system of the present invention is much longer than that of the conventional one. For example, the outer diameter is about 2 mm or less (lens diameter is 1.8 mm or less) and the length is about 20 mm or more ( 24.43 mm in the table). In other words, the present invention has a wider field of view than the conventional one in an elongated shape in which the dimensional ratio between the outer diameter and the length of the portion where the objective optical system is arranged in series along the optical axis is 10 times or more. An objective optical system can be provided. This makes it possible to perform microscopic observation that is most advantageous for objects in the observation field where the dimensional ratio is required. In addition, it is suitable for application to any small apparatus in which only the arrangement space of the above dimensional ratio is allowed regardless of the presence or absence of the outer cylinder.

また、本実施例は可視光はもちろんのこと近赤外域まで収差を補正しており、近赤外光を用いて試料の表面だけでなく比較的散乱の影響を受けずに生体内部を観察することができる。さらに、物体側開口数を比較的大きくしているため多光子励起にも使用することができる。
表中の記号については、r:曲率半径,d:面間隔,nd:屈折率(d線),νd:アッベ数(d線)となっており、長さの単位はmmである。
In addition, this embodiment corrects aberrations up to the near infrared region as well as visible light, and uses the near infrared light to observe not only the surface of the sample but also the inside of the living body relatively without the influence of scattering. be able to. Furthermore, since the object-side numerical aperture is relatively large, it can also be used for multiphoton excitation.
The symbols in the table are r: radius of curvature, d: spacing, nd: refractive index (d line), νd: Abbe number (d line), and the unit of length is mm.

次に、本発明の第3の実施形態に係る対物光学系3について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る対物光学系3は、図4に示されるように、無限遠設計で中間結像面を有している。
Next, an objective optical system 3 according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 4, the objective optical system 3 according to the present embodiment has an intermediate image plane with an infinity design.

本実施形態に係る対物光学系3は、最も物体側に配置されたレンズの物体側のレンズ面が平面であるレンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズとを含む正屈折力の第1レンズ群Gと、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けている正屈折力の第2レンズ群Gと、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けている負屈折力の第3レンズ群Gと、最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けており、さらに最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けた正屈折力の第4レンズ群Gと、中間結像面に最も近い面が中間結像面に凹面を向けている第5レンズ群Gと、負屈折力の接合面を持つ凸レンズと凹レンズとの接合レンズを含む正屈折力の第6レンズ群Gとを備えている。
そして、第4レンズ群Gと第5レンズ群Gの間に中間結像面が配置されている。
Objective optical system 3 according to this embodiment, the positive refractive power including a lens the object-side lens surface of the lens disposed closest to the object side is flat surface, and a plano-convex lens having a convex surface facing the image side first a first lens group G 1, the negative lens surface on the most object side are directed second lens group G 2 having a positive refractive power which has a surface convex toward the object side, a lens surface on the most image side of the concave surface on the image side a third lens group G 3 refractive power, the object side lens surface of the most image side lens surface of the lens disposed on the object side has a convex surface directed toward the image side, a lens disposed and most image side object a fourth lens group G 4 having a positive refractive power with a convex surface facing the side, the fifth lens group G 5 to the surface closest to the intermediate image plane is a concave surface facing the intermediate image plane, bonding a negative refractive power and a sixth lens group G 6 having a positive refractive power, including a cemented lens of a convex lens and a concave lens having a surface.
The intermediate image plane is arranged between the fourth lens group G 4 of the fifth lens group G 5.

さらに具体的には、第1レンズ群Gは、平行平板からなる第1レンズLと、像面側に凸面を向けd線の屈折率が1.773である平凸レンズからなる第2レンズLとを備え、正屈折力を有している。
第2レンズ群Gは、物体側の面が物体側に凸面を向いている両凸レンズからなる第3レンズLと平凸レンズからなる第4レンズLとを接合した接合レンズを備え、正屈折力を有している。
More specifically, the first lens group G 1 has a first lens L 1 composed of parallel plate, a second lens having a refractive index of d line convex surface faces the image surface side is a plano-convex lens is 1.773 and a L 2, and has a positive refractive power.
The second lens group G 2 includes a cemented lens of a fourth lens L 4 surface on the object side and a third lens L 3 and the plano-convex lens having a biconvex lens facing a convex surface on the object side, a positive Has refractive power.

第3レンズ群Gは、両凸レンズからなる第5レンズLと像側の面が像面側に凹面を向けている両凹レンズからなる第6レンズLとを接合した接合レンズを備え、負屈折力を有している。
第4レンズ群Gは、最も物体側に配置された平凸レンズからなる第7レンズLの像側レンズ面が像側に凸面が向いており、最も像側に配置された平凸レンズからなる第8レンズLの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けており、全体として正屈折力を有している。
The third lens group G 3 includes a cemented lens surface of the fifth lens L 5 and the image side, which is a biconvex lens is joined to the sixth lens L 6 comprising a biconcave lens has a concave surface directed toward the image side, Has negative refractive power.
The fourth lens group G 4 is image-side lens surface of the seventh lens L 7 made of a plano-convex lens disposed on the most object side is convex is facing the image side, consisting of a plano-convex lens arranged on the most image side and the object-side lens surface of the eighth lens L 8 is a convex surface facing the object side, and has positive refractive power as a whole.

第5レンズ群Gは、中間結像面に最も近いレンズ面が前記中間結像面に凹面を向けているメニスカスレンズからなる第9レンズLを有している。
第6レンズ群Gは、両凸レンズからなる第10レンズL10と両凹レンズからなる第11レンズL11とを接合し接合面が負屈折力の接合レンズと、両凸レンズからなる第12レンズL12とを備え、正屈折力を有している。
そして、像側の射出瞳の位置は第12レンズL12から3.51mm像側に配置されている。
The fifth lens group G 5 includes a ninth lens L 9 constituted of a meniscus lens closest lens surface on an intermediate image plane is a concave surface facing the intermediate image plane.
The sixth lens group G 6 is a cemented lens of the cemented surface joining the eleventh lens L 11 in which the tenth lens L 10 which is a biconvex lens and a bi-concave lens having a negative refractive power, second lens L having a biconvex lens 12 and has positive refracting power.
The position of the exit pupil of the image side is arranged on 3.51mm image side from the twelfth lens L 12.

本実施形態においては、各レンズが以下の条件式(1)〜(6)を満たすように構成されている。
(1)0.28<(t・R)/(Dep・FOV)<0.55
(2)0.37<F12/(t13・NA)<0.45
(3)2.0<φ/φ12<2.5
(4)1.75<n12<1.90
(5)0.27<Δn<0.45
(6)30<Δν<55
In the present embodiment, each lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (6).
(1) 0.28 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
(2) 0.37 <F 12 / (t 13 · NA) <0.45
(3) 2.0 <φ 6 / φ 12 <2.5
(4) 1.75 <n 12 <1.90
(5) 0.27 <Δn 6 <0.45
(6) 30 <Δν 6 <55

ここで、F12は第1レンズ群Gから第2レンズ群Gまでを合わせた焦点距離、t13は物体面から第3レンズ群G3の最も像側面までの光軸距離、そして、NAは本対物光学系3の物体側開口数、tは中間結像面から第5レンズ群Gの最も中間結像面に近い面までの距離、Rは第5レンズ群Gの中間結像面に最も近い面の曲率半径、Depは中間結像面での片側焦点深度で、以下の式で定義される。
Dep=λ/(NA/β)
ここで、λはd線(0.5876μm)の波長、βは物体面から中間結像面までの倍率である。
Here, F 12 is the focal length of the first lens group G 1 to the second lens group G 2 , t 13 is the optical axis distance from the object plane to the most image side surface of the third lens group G 3, and NA object-side numerical aperture of the objective optical system 3, t 5 is the distance from the intermediate image surface to the nearest to the intermediate image plane surface of the fifth lens group G 5, R 5 is the fifth lens group G 5 intermediate The radius of curvature of the surface closest to the imaging plane, Dep, is the unilateral depth of focus at the intermediate imaging plane and is defined by the following equation.
Dep = λ / (NA / β) 2
Here, λ is the wavelength of the d-line ( 0.5876 μm ), and β is the magnification from the object plane to the intermediate image plane.

FOVは本対物光学系の物体側視野範囲、φは第6レンズ群Gのレンズのうち最も大きなレンズ径、φ12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も小さなレンズ径、n12は第1レンズ群Gと第2レンズ群Gのレンズのうち最も大きな屈折率(d線)、Δnは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)、Δνは第6レンズ群Gの負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)である。 FOV is the object-side visual field range of the objective optical system, φ 6 is the largest lens diameter of the lenses of the sixth lens group G 6 , and φ 12 is the lens of the first lens group G 1 and the second lens group G 2 smallest lens diameter, n 12 is the largest refractive index (d line), [Delta] n 6 bonding surface of the negative refractive power of the sixth lens group G 6 of the first lens group G 1 and second lens group G 2 of the lens refractive index difference of the cemented lens having a (d-line), .DELTA..nu 6 is the Abbe number difference between the cemented lens having a cemented surface of the negative refractive power of the sixth lens group G 6 (d line).

表3に、本実施形態に係る対物光学系3の一実施例のレンズデータを示し、図4に本実施例の光路図、図7に収差図を示す。   Table 3 shows lens data of one example of the objective optical system 3 according to this embodiment, FIG. 4 shows an optical path diagram of this example, and FIG. 7 shows aberration diagrams.

Figure 0005449947
Figure 0005449947

本実施例において、条件式(1)〜(6)における各値は以下の通りである。
12=0.55
13=3.68
NA=0.38
φ12=0.8
φ=1.8
=1.71
=2.989
Dep=56.9
β=3.74
FOV=0.3
In this example, each value in conditional expressions (1) to (6) is as follows.
F 12 = 0.55
t 13 = 3.68
NA = 0.38
φ 12 = 0.8
φ 6 = 1.8
t 5 = 1.71
R 5 = 2.989
Dep = 56.9
β = 3.74
FOV = 0.3

よって、
(1)(t・R)/(Dep・FOV)=0.30
(2)F12/(t13・NA)=0.39
(3)φ/φ12=2.3
(4)n12=1.773
(5)Δn=0.276
(6)Δν=31.9
となる。
Therefore,
(1) (t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) = 0.30
(2) F 12 / (t 13 · NA) = 0.39
(3) φ 6 / φ 12 = 2.3
(4) n 12 = 1.773
(5) Δn 6 = 0.276
(6) Δν 6 = 31.9
It becomes.

本実施例に係る対物光学系3は、基本的には第1の実施例とほぼ同じであるが、第1の実施例よりも歪曲収差を補正し、像の歪みを少なくした例である。本実施例に係る対物光学系3においては、レンズL〜Lまでのレンズ直径は最大0.8mm、レンズL〜Lのレンズ直径は最大1.4mm、レンズL〜L12のレンズ直径は最大1.8mmであり、レンズL〜Lまでの先端部分は非常に小さい径のレンズのみで構成されている。 The objective optical system 3 according to the present embodiment is basically the same as the first embodiment, but is an example in which distortion aberration is corrected and image distortion is reduced as compared with the first embodiment. In the objective optical system 3 according to the present embodiment, the lens diameters of the lenses L 1 to L 6 are 0.8 mm at the maximum, the lens diameters of the lenses L 7 to L 8 are 1.4 mm at the maximum, and the lenses L 9 to L 12 The lens diameter is 1.8 mm at the maximum, and the tip portions of the lenses L 1 to L 6 are composed of only lenses having a very small diameter.

このため、マウスなどの実験小動物の体内奥深くの広い範囲を像の歪みを少なく低侵襲に比較的長期間に渡ってin vivo観察するのに適している。
ここで、本発明の対物光学系を保持する外筒は従来に比べて非常に細長く、例えば、外径が約2mm以内(レンズ直径は1.8mm以内)で、かつ長さが約20mm以上(表では21.58mm)であり得る。つまり、本発明は、対物光学系が光軸に沿って直列的に配置する部分についての外径と長さとの寸法比率が10倍以上であるような細長い形状において、従来よりも視野範囲が広い対物光学系を提供することができる。このことは、上記寸法比率が要求されるような観察フィールド内の対象に最も有利な顕微鏡観察を実行することができる。また、外筒の有無に関係なく、上記寸法比率の配置スペースのみ許容されるような任意の小型装置に適用するのに適している。
For this reason, it is suitable for in vivo observation over a relatively long period of time in a wide range deep in the body of a small experimental animal such as a mouse with minimal image distortion and minimal invasiveness.
Here, the outer cylinder holding the objective optical system of the present invention is much longer than that of the conventional one. For example, the outer diameter is about 2 mm or less (lens diameter is 1.8 mm or less) and the length is about 20 mm or more ( 21.58 mm in the table). In other words, the present invention has a wider field of view than the conventional one in an elongated shape in which the dimensional ratio between the outer diameter and the length of the portion where the objective optical system is arranged in series along the optical axis is 10 times or more. An objective optical system can be provided. This makes it possible to perform microscopic observation that is most advantageous for objects in the observation field where the dimensional ratio is required. In addition, it is suitable for application to any small apparatus in which only the arrangement space of the above dimensional ratio is allowed regardless of the presence or absence of the outer cylinder.

また、本実施例は可視光はもちろんのこと近赤外域まで収差を補正しており、近赤外光を用いて試料の表面だけでなく比較的散乱の影響を受けずに生体内部を観察することができる。さらに、物体側開口数を比較的大きくしているため多光子励起にも使用することができる。
表中の記号については、r:曲率半径,d:面間隔,nd:屈折率(d線),νd:アッベ数(d線)となっており、長さの単位はmmである。
In addition, this embodiment corrects aberrations up to the near infrared region as well as visible light, and uses the near infrared light to observe not only the surface of the sample but also the inside of the living body relatively without the influence of scattering. be able to. Furthermore, since the object-side numerical aperture is relatively large, it can also be used for multiphoton excitation.
The symbols in the table are r: radius of curvature, d: spacing, nd: refractive index (d line), νd: Abbe number (d line), and the unit of length is mm.

なお、実施例1〜3は、全て像側への射出光が平行光となるので、それ自体では結像しない。そこで、例えば、以下の表4に示すレンズデータを有し、図8にレンズ構成図を示す結像レンズなどと組み合わせて使用する。ここでも、結像光学系の作動距離に相当する6.1mmの長さ範囲にわたり、レンズの最大直径が1.8mm以内(有効径は1.6mm以内)と細径を維持できることから、対物光学系と結像光学系を合計した光学系の全長(上記実施例によれば、27.63〜30.53mm)について細径を維持することができることがわかる。このとき、イメージファイバ、CCDの受光面を第4の像面(結像面)に位置するように接続して観察することも可能である。なお、表4に示したレンズデータには像面に接するように反射を防ぐ平板ガラスを貼り付けた例を示してある。   In all of Examples 1 to 3, since the light emitted to the image side becomes parallel light, no image is formed by itself. Therefore, for example, the lens data shown in Table 4 below is used and used in combination with an imaging lens whose lens configuration is shown in FIG. Again, since the maximum diameter of the lens is within 1.8 mm (effective diameter is within 1.6 mm) over a length range of 6.1 mm corresponding to the working distance of the imaging optical system, the objective optical system can be maintained. It can be seen that the small diameter can be maintained for the total length of the optical system that is the sum of the system and the imaging optical system (according to the above embodiment, 27.63 to 30.53 mm). At this time, it is also possible to observe by connecting the light receiving surfaces of the image fiber and the CCD so as to be positioned on the fourth image plane (imaging plane). The lens data shown in Table 4 shows an example in which flat glass for preventing reflection is attached so as to be in contact with the image plane.

Figure 0005449947
Figure 0005449947

ここで、上述した各種実施例からもわかるように、本発明の対物光学系の射出瞳位置は、対物光学系の最も像側に位置するレンズ面よりも像側に位置していることにより、結像レンズの瞳位置が結像レンズ内に位置している場合であっても光学的に組み合わせることが比較的容易である。このように、本発明においては、レンズの凹面を1次像の後側に配置することによって像面湾曲を補正することができるとともに、対物光学系の先端をより細くすることが可能となる。さらに、主光線の光軸に対する角度(集光度合い)が緩和され、主光線と光軸の交わる点を像位置に近くすることができるので、射出瞳位置(像側瞳位置)をレンズの外に出すことができる。   Here, as can be seen from the various embodiments described above, the exit pupil position of the objective optical system of the present invention is located on the image side with respect to the lens surface located on the most image side of the objective optical system. Even when the pupil position of the imaging lens is located within the imaging lens, it is relatively easy to optically combine them. As described above, in the present invention, it is possible to correct the curvature of field by disposing the concave surface of the lens on the rear side of the primary image, and to further narrow the tip of the objective optical system. In addition, the angle of the chief ray with respect to the optical axis (degree of light collection) is relaxed, and the point where the chief ray and the optical axis intersect can be brought close to the image position. Can be put out.

表中の記号については、r:曲率半径,d:面間隔,nd:屈折率(d線),νd:アッベ数(d線)となっており、長さの単位はmmである。   The symbols in the table are r: radius of curvature, d: spacing, nd: refractive index (d line), νd: Abbe number (d line), and the unit of length is mm.

以上、本発明を説明したが、上記の主旨において以下のような変更や応用も可能である。
(A) 上記実施形態においては、第4レンズ群Gと第5レンズ群Gとの間に中間結像面を配置した場合を例示したが、これに代えて、第5レンズ群Gと第6レンズ群Gとの間に中間結像面を配置してもよく、この場合には、第5レンズ群Gの凹面は像側の中間結像面に向けて配置することにすればよい。
(B) in vivo観察とは、生きた動植物の所定の観察部位を拡大観察するような顕微光学系であれば、いわゆる顕微鏡に限らず、内視鏡等にも適用できる。
(C) 液浸型とは、生体等に対し接近して顕微観察する際に、体液や培養液等の液体に対物光学系側の先端部が浸る状態で観察を行うような光学系を意味し、本発明はそのような液浸型の光学系にとくに適している。
(D) 細長い対物光学系の場合は、対物光学系の先端部分から像側に向けて外筒の径が増大しない形状なので、低侵襲のまま観察部位にアプローチすることが可能となり、観察対象(例えば生体)または観察対象に至る経路において損傷を最小限にしながら奥深い場所での観察を広視野で行うような任意の用途に適している。
(E) 分解能を下げずに低侵襲で深部を直接観察したい観察対象に対し、適用するのが容易である。
(F) 外観が筒状である観察用手段に限らず、細長いスペースでもって搭載するのが望ましい各種小型光学装置(例えば、カプセル内視鏡、超小型カメラ)に対し、本発明の対物光学系を配置することができる。
Although the present invention has been described above, the following modifications and applications can be made within the above spirit.
In (A) above embodiment has exemplified the case of arranging the intermediate image plane between the fourth lens group G 4 and the fifth lens group G 5, instead of this, the fifth lens group G 5 If may be disposed intermediate image plane between the sixth lens group G 6, in this case, that the concave surface of the fifth lens group G 5 is to place toward the intermediate image plane on the image side do it.
(B) In vivo observation is not limited to a so-called microscope and can be applied to an endoscope or the like as long as it is a microscopic optical system that magnifies and observes a predetermined observation site of a living animal or plant.
(C) The immersion type means an optical system that performs observation in a state in which the tip on the objective optical system side is immersed in a liquid such as a body fluid or a culture solution when microscopic observation is performed close to a living body or the like. The present invention is particularly suitable for such an immersion type optical system.
(D) In the case of an elongated objective optical system, since the diameter of the outer cylinder does not increase from the distal end portion of the objective optical system toward the image side, it becomes possible to approach the observation site with minimal invasiveness, and the observation target ( For example, it is suitable for an arbitrary application in which observation in a deep place is performed with a wide field of view while minimizing damage in a path leading to an observation target.
(E) It is easy to apply to an observation target that wants to directly observe a deep part with low invasiveness without reducing resolution.
(F) The objective optical system of the present invention is not limited to the observation means having a cylindrical appearance, but is applied to various small optical devices (for example, capsule endoscopes, ultra-small cameras) that are desirably mounted in an elongated space Can be arranged.

第1レンズ群(第1群)
第2レンズ群(第2群)
第3レンズ群(第3群)
第4レンズ群(第4群)
第5レンズ群(第5群)
第6レンズ群(第6群)
第1レンズ
第2レンズ
第3レンズ
第4レンズ
第5レンズ
第6レンズ
第7レンズ
第8レンズ
第9レンズ
10 第10レンズ
11 第11レンズ
12 第12レンズ
13 第13レンズ
14 第14レンズ
15 第15レンズ
13 物体面から第3レンズ群の像側面までの光軸距離
中間結像面から第5レンズ群の最も前記中間結像面に近い面までの距離
G 1 first lens group (first group)
G2 second lens group (second group)
G 3 third lens group (Group 3)
G 4 fourth lens group (group 4)
G 5 the fifth lens group (Group 5)
G6 sixth lens group (sixth group)
L 1 1st lens L 2 2nd lens L 3 3rd lens L 4 4th lens L 5 5th lens L 6 6th lens L 7 7th lens L 8 8th lens L 9 9th lens L 10 10th lens L 11 11th lens L 12 12th lens L 13 13th lens L 14 14th lens L 15 15th lens t 13 Optical axis distance t 5 from the object surface to the image side surface of the third lens group The distance to the surface closest to the intermediate image plane of the 5 lens group

Claims (2)

物体側から順に、正屈折力の第1群、正屈折力の第2群、負屈折力の第3群、正屈折力の第4群、中間結像面、第5群、そして正屈折力の第6群で構成され、
前記第1群は最も物体側のレンズ面が平面であり、更に像側に凸面を向けた平凸レンズを含み、物体面からの発散光束を、より発散の小さな光束に変換し、
前記第2群は最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けた接合レンズで構成され
前記第3群は最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けた接合レンズで構成され、
前記第4群は最も物体側に配置されたレンズの像側レンズ面が像側に凸面を向けており、かつ最も像側に配置されたレンズの物体側レンズ面が物体側に凸面を向けたレンズを含み、前記第3群からの発散光束を収斂光束に変換し、
前記第5群は前記中間結像面に最も近い面が前記中間結像面に凹面を向けたレンズを含み、
前記第6群は凸レンズと凹レンズが接合され、かつ前記接合面が負屈折力である接合レンズを含み、前記接合面における光束径が前記第1群から第5群までの間における光束径よりも大きくなっており
無限遠設計で前記第4群と前記第5群との間に中間結像面を持ち、像側射出瞳位置が対物光学系の最も像側に位置するレンズ面よりも像側に位置し、
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする対物光学系。
(1) 0.28<(t ・R )/(Dep・FOV)<0.55
ただし、
:中間結像面から第5群の最も前記中間結像面に近い面までの距離
:第5群の前記中間結像面に最も近い面の曲率半径の絶対値
Dep:前記中間結像面での片側焦点深度であり、以下の式で定義される
Dep=λ/(NA/β)
ここで、λはd線(0.5876μm)の波長、βは物体面から中間結像面までの倍率
FOV:物体側視野範囲
In order from the object side, the first group of positive refractive power, the second group of positive refractive power, the third group of negative refractive power, the fourth group of positive refractive power, the intermediate image plane, the fifth group, and the positive refractive power Of the sixth group,
The first group includes a plano-convex lens whose lens surface closest to the object side is flat and further has a convex surface facing the image side, and converts a divergent light beam from the object surface into a light beam having a smaller divergence;
The second group is composed of a cemented lens in which the lens surface closest to the object side has a convex surface facing the object side,
The third group is composed of a cemented lens in which the lens surface closest to the image side has a concave surface facing the image side ,
In the fourth group, the image side lens surface of the lens arranged closest to the object side has the convex surface facing the image side, and the object side lens surface of the lens arranged closest to the image side has the convex surface facing the object side. Including a lens , converting a divergent light beam from the third group into a convergent light beam,
The fifth group includes a lens in which a surface closest to the intermediate imaging plane faces a concave surface to the intermediate imaging plane;
The sixth group includes a cemented lens in which a convex lens and a concave lens are cemented and the cemented surface has a negative refractive power, and the beam diameter at the cemented surface is larger than the beam diameter between the first group and the fifth group. It ’s getting bigger ,
With an infinite design and an intermediate imaging surface between the fourth group and the fifth group, the image-side exit pupil position is positioned on the image side of the lens surface positioned on the most image side of the objective optical system,
An objective optical system satisfying the following conditional expression (1):
(1) 0.28 <(t 5 · R 5 ) / (Dep · FOV) <0.55
However,
t 5 : distance from the intermediate imaging plane to the plane of the fifth group closest to the intermediate imaging plane
R 5 : absolute value of the radius of curvature of the surface of the fifth group closest to the intermediate imaging surface
Dep: Depth of focus on one side at the intermediate image plane, defined by the following equation
Dep = λ / (NA / β) 2
Where λ is the wavelength of the d-line (0.5876 μm), β is the magnification from the object plane to the intermediate image plane
FOV: Object-side viewing range
以下の条件式(2)から(6)を満足する請求項1記載の対物光学系。
(2) 0.37<F12/(t13・NA)<0.45
(3) 2.0<φ/φ12<2.5
(4) 1.75<n12<1.90
(5) 0.27<Δn<0.45
(6) 30<Δν<55
ただし、
12:第1群から第2群までを合わせた焦点距離
13:物体面から第3群の像側面までの光軸距離
NA:物体側開口数
φ:第6群のレンズのうち最も大きなレンズ径
φ12:第1群と第2群のレンズのうち最も小さなレンズ径
12:第1群と第2群のレンズのうち最も大きな屈折率(d線)
Δn:第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズの屈折率差(d線)
Δν:第6群の負屈折力の接合面を持つ接合レンズのアッベ数差(d線)
The objective optical system according to claim 1, wherein the following conditional expressions (2) to (6) are satisfied.
(2) 0.37 <F 12 / (t 13 · NA) <0.45
(3) 2.0 <φ 6 / φ 12 <2.5
(4) 1.75 <n 12 <1.90
(5) 0.27 <Δn 6 <0.45
(6) 30 <Δν 6 <55
However,
F 12 : Focal length of the first group to the second group t 13 : Optical axis distance from the object plane to the image side surface of the third group NA: Object side numerical aperture φ 6 : Most of the lenses in the sixth group Large lens diameter φ 12 : The smallest lens diameter of the first and second lens groups n 12 : The largest refractive index (d-line) of the first and second lens groups
Δn 6 : refractive index difference (d line) of a cemented lens having a cemented surface with negative refractive power of the sixth group
Δν 6 : Abbe number difference (d-line) of a cemented lens having a cemented surface with negative refractive power in the sixth group
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