JP5458889B2 - 顕微鏡用対物レンズ - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡等の光学系に用いられる顕微鏡用対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡を用いた観察では、試料の自然な色を観察する必要があり、高度に色収差が補正された顕微鏡用対物レンズが望まれている。さらには、試料の取り扱いを容易にするため、できるだけ長い作動距離を有する顕微鏡用対物レンズが要望されている。ところが、長い作動距離を確保しようとすると、顕微鏡用対物レンズ系の物体側の焦点距離を長く取らざるを得ず、また、像側に強い屈折力を持たせた負レンズ群を配置する必要があり、当然ながら色収差の悪化は避けられない。そのため、色収差を高度に補正するために、回折光学素子を用いた顕微鏡用対物レンズが近年種々提案されている（例えば、特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献１】特許第３３１２０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズは、例えば工業用途に使用するためには、作動距離が不足しており、また、球面収差やコマ収差のうねりが大きいという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、工業用途にも十分使用可能な長い作動距離を有し、且つ、色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、回折光学面を有する回折光学素子と、負の屈折力を有する第３レンズ群とにより、実質的に３個のレンズ群からなり、第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に向かって凹面に形成される。また、この顕微鏡用対物レンズは、第２レンズ群と第３レンズ群との間で主光線が光軸と交わり、回折光学素子は、この主光線と光軸が交わる位置の近傍にその回折光学面が位置するように配置される。そして、この顕微鏡用対物レンズは、回折光学面における最大主光線高をｈとし、実視野をφとし、第２レンズ群と第３レンズ群との光軸上の間隔をＬとし、全系の焦点距離をｆａとし、回折光学面における最大有効半径をＨとし、開口数をＮＡとし、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
ｈ ＜ α×Ｌ×０．３
但し、α＝φ／２×｛１／ｆａ−（Ｌ／ｆ１２−１）／｜ｆ３｜｝
Ｈ ＜ ［Ｈ3＋｛φ／（２×ｆａ）＋Ｈ3／｜ｆ３｜｝×Ｌ］×０．８５
但し、Ｈ3＝ｆａ×ＮＡ
を満足するように構成される。
【０００６】
また、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれ少なくとも１つの接合レンズを有し、該接合レンズの接合面の曲率半径をｒとし、当該接合面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１とし、当該接合面の像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、当該接合面のパワーをΦとしたとき、次式
｜Φ｜ ＜ ０．０２５
但し、Φ＝（ｎ２−ｎ１）／ｒ
を満足するよう構成されることが好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、全系の焦点距離ｆａと第３レンズ群の焦点距離ｆ３とが、次式
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５
を満足するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る顕微鏡用対物レンズを以上のように構成すると、長い作動距離を有し、色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図２】上記第１実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図４】上記第２実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図６】上記第３実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において「対物レンズ」を「顕微鏡用対物レンズ」と読み替えることとする。まず、図１を用いて、本発明に係る対物レンズの構成について説明する。この対物レンズＯＬは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されて構成されている。
【００１１】
このような対物レンズＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、正レンズと負レンズとを接合してなる色消しレンズ（図１におけるレンズＬ２，Ｌ３からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有しており、また、極力球面収差を発生させないために、最も物体側の面が、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ（図１におけるレンズＬ１）として構成されている。これは、高い開口数の光線に対しても、レンズ面に対する光線の入射角ができるだけ大きくならないようにするためである。
【００１２】
また、第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズとを接合してなる色消しレンズ（図１におけるレンズＬ５，Ｌ６，Ｌ７からなる接合レンズとレンズＬ８，Ｌ９からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有して構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズと負レンズとを接合してなる接合負レンズ（図１におけるレンズＬ１４，Ｌ１５からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有して構成されている。
【００１３】
回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、光学ガラスＬ１３をこの順で接合し、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子が形成されて構成されている（以下、この接合面を「回折光学面Ｄ」と呼ぶ）。回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）は、負の分散値（アッベ数＝−３．４５３）を有し、分散が大きく、また異常分散性（部分分散比（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）＝０．２９５６）が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常３０〜８０程度であるが、回折光学素子ＧＤのアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子ＧＤにおいては、長い波長の光ほど大きく曲がる。このため、通常の光学ガラスでは達成し得ない良好な色収差補正が可能となる。すなわち、本実施例に係る対物レンズＯＬは、ＥＤガラスや蛍石等の高価な光学材料を多く用いず、樹脂により形成された負分散特性を有する回折光学素子を用いて、少ないレンズ枚数で構成するものである。なお、回折光学面Ｄを形成する光学部材Ｌ１１，Ｌ１２を樹脂とした利点は、通常の光学ガラスよりも簡単にモールドと紫外線硬化により回折格子が形成できる点にある。
【００１４】
ここで、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とで光束を制限し、各物高から発する光束の中心を通る光線を主光線と定義すると、本実施例に係る対物レンズＯＬは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間でこの主光線が光軸と交わるように構成されており、回折光学素子ＧＤは、その回折光学面Ｄが、主光線が光軸と交わる位置の近傍に位置するように配置されている。
【００１５】
それでは、本発明に係る対物レンズＯＬを構成するための条件について、以下に説明する。この対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大主光線高をｈとし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との光軸上の間隔をＬとし、この対物レンズＯＬの全系の焦点距離をｆａとし、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、実視野φを考慮して決定した次の条件式（１）を満足するように構成される。
ｈ ＜ α×Ｌ×０．３ （１）
但し、α＝φ／２×｛１／ｆａ−（Ｌ／ｆ１２−１）／｜ｆ３｜｝
【００１６】
本実施例に係る対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大有効半径をＨとしたとき、開口数ＮＡと実視野φを考慮して決定した次の条件式（２）を満足するように構成される。
Ｈ ＜ ［Ｈ3＋｛φ／（２×ｆａ）＋Ｈ3／｜ｆ３｜｝×Ｌ］×０．８５ （２）
但し、Ｈ3 ＝ ｆａ×ＮＡ
【００１７】
回折光学素子ＧＤは、２次スペクトルも含めた軸上色収差を主に補正し、倍率の色収差や球面収差の色変化の補正と微妙なバランスを取る必要がある。条件式（１）は、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大主光線高の条件を示している。本実施例に係る対物レンズＯＬは、作動距離を長く取るため、軸上色収差の補正が難しく、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄでこの軸上色収差を重点的に補正するときに、軸外光に影響を与えずに補正するための条件である。一方、条件式（２）は回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄを通る光線の最大有効径の条件を示している。有効径の大きいところに回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）が配置されると、高次の球面収差やコマ収差が発生してしまうため、この条件式（２）を満足する必要がある。
【００１８】
また、本実施例に係る対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズの接合面のパワーをΦとしたとき、次の条件式（３）を満足することが望ましい。ここで、接合面のパワーΦは、接合面の物体側の光学部材（第１媒質）のｄ線（５８８ｎｍ）に対する屈折率をｎ１とし、像側の光学部材（第２媒質）のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、接合面の曲率半径をｒとしたとき、次式（ｆ）で定義される。
｜Φ｜ ＜ ０．０２５ （３）
Φ ＝ （ｎ２−ｎ１）／ｒ （ｆ）
【００１９】
この条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を構成する接合レンズの接合面におけるパワーの条件を示しており、この条件を超えると、色の球面収差やコマ収差が発生してしまう。
【００２０】
さらに、本実施例に係る対物レンズＯＬは、全系の焦点距離ｆａと第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３とが、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５ （４）
【００２１】
この条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３のパワーの条件を示しており、この下限を超えると、すなわち、第３レンズ群Ｇ３のパワーが強くなると、さらに前群のパワーも強めなければならず、球面収差やコマ収差が悪化してしまう。反対に、この条件式（４）の上限を超えると、前群のパワーを弱めなければならず、前群と後群の間隔を大きく取る必要があり、同焦点性を考えると作動距離を長くすることができなくなる。
【００２２】
（実施例）
以下に、本発明に係る対物レンズＯＬの３つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子ＧＤに形成された回折光学面Ｄの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（ｇ）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面Ｄを超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（ｇ）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための回折光学面Ｄの屈折率の値を次の表１に示す。
【００２３】
（表１）
波長 屈折率（超高屈折率法による）
ｄ線 587.562ｎｍ 10001
Ｃ線 656.273ｎｍ 11170.4255
Ｆ線 486.133ｎｍ 8274.7311
ｇ線 435.835ｎｍ 7418.6853
【００２４】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（頂点曲率半径）をｒとし、円錐係数をＫとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ｇ）で表わされる。またこのとき、近軸曲率半径Ｒは以下の
数式（ｈ）で表される。
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−Ｋ・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ｃ2・ｙ2＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10＋・・・ （ｇ）
Ｒ＝１／（１／ｒ＋２Ｃ2） （ｈ）
【００２５】
なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に＊印を付しており、非球面式（ｇ）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。
【００２６】
また、以下の各実施例における対物レンズＯＬは、無限遠補正型のものであり、表２に示す諸元を有する結像レンズとともに使用される。なお、この表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離、第４欄ｎｄはｄ線に対する屈折率、そして、第５欄νｄはｄ線に対するアッベ数を示している。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
【００２７】
（表２）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 75.043 5.1 1.623 57.0
2 -75.043 2 1.750 35.2
3 1600.58 7.5
4 50.256 5.1 1.668 42.0
5 -84.541 1.8 1.613 44.4
6 36.911 5.5
【００２８】
（第１実施例）
上述の説明で用いた図１は、本発明に係る対物レンズＯＬの第１実施例を示している。この対物レンズＯＬ１は、上述した通り、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ４から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と両凹レンズＬ１５とを接合した接合レンズから構成される。
【００２９】
また、上述のように、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、光学ガラスＬ１３がこの順で接合され、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。
【００３０】
このように図１に示した第１実施例に係る対物レンズＯＬ１の諸元を表３に示す。なお、この表３において、ｆａは対物レンズＯＬ１の全系の焦点距離を、ＮＡは開口数を、βは倍率を、ｄ０は物体から最初のレンズ（レンズＬ１）の頂点までの光軸上の距離をそれぞれ示している。また、第１欄ｍに示す各光学面の番号（右の＊は回折光学面として形成されているレンズ面を示す）は、図１に示した面番号１〜２３に対応している。また、第２欄ｒにおいて、回折光学面の場合は、ベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示している。さらに、この表３には、上記条件式（１）〜（４）に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。これらの説明は以降の実施例においても同様である。
【００３１】
なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、全系の焦点距離ｆａその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００３２】
（表３）
ｆａ＝4
ＮＡ＝0.55
β＝50
ｄ０＝12.10
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -18.980 2.78 1.903 35.7
2 -11.572 0.09
3 126.510 4.19 1.498 82.5
4 -16.020 1.11 1.795 28.7
5 -24.548 0.11
6 109.123 4.00 1.498 82.5
7 -25.541 0.16
8 41.299 4.53 1.498 82.5
9 -18.870 1.28 1.613 44.3
10 13.795 4.49 1.498 82.5
11 -45.604 0.08
12 23.853 3.94 1.498 82.5
13 -20.925 0.96 1.723 38.0
14 71.692 2.96
15 ∞ 2.00 1.517 64.1
16 ∞ 0.20 1.557 50.2
17 ∞ 0.00 10001.000
18* ∞ 0.20 1.528 34.7
19 ∞ 2.00 1.517 64.1
20 ∞ 13.00
21 -24.965 1.49 1.847 23.8
22 -5.937 0.99 1.640 60.1
23 6.382
非球面データ
第１８面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.84615×10-08 Ｃ4＝-6.10986×10-12
Ｃ6＝4.20109×10-14 Ｃ8＝-4.07645×10-16
条件対応値
（１） 左辺＝0.21、 右辺＝0.28
（２） 左辺＝5.78、 右辺＝6.80
（３）｜Φ１｜＝0.019、 ｜Φ２｜＝0.006、 ｜Φ３｜＝0.008、 ｜Φ４｜＝0.011
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝2.48
【００３３】
上記に示した表３の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第４面のパワーを示し、Φ２は第９面のパワーを示し、Φ３は第１０面のパワーを示し、Φ４は第１３面のパワーを示している。このように第１実施例では上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図２に、この第１実施例におけるｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の光線に対する球面収差、倍率色収差、及び、コマ収差の諸収差図を示す。この諸収差図において、実線はｄ線を示し、点線はＣ線を示し、一点鎖線はＦ線を示し、二点鎖線はｇ線を示している。なお、球面収差図では最大口径に対する開口数ＮＡの値を示しており、コマ収差図は、像高Ｙが１２．５ｍｍのとき、９ｍｍのとき、６ｍｍのとき、及び、０ｍｍのときを示している。以上の収差図の説明は他の実施例において同様である。この図２に示す各収差図から明らかなように、第１実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００３４】
（第２実施例）
次に、第２実施例として、図３に示す対物レンズＯＬ２について説明する。この図３に示す対物レンズＯＬ２も、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた平凹レンズＬ２１と像側に凸面を向けた平凸レンズＬ２２とをこの順で接合した接合レンズ、及び、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と両凸レンズＬ２５とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ２６と両凹レンズＬ２７とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と両凹レンズＬ３３とをこの順で接合した接合レンズから構成される。
【００３５】
また、第１実施例と同様に、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ２８、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ２９，Ｌ３０、及び、光学ガラスＬ３１がこの順で接合され、光学部材Ｌ２９，Ｌ３０の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００３６】
この図３に示した第２実施例に係る対物レンズＯＬ２の諸元を表４に示す。なお、表４に示す面番号は図３に示した面番号１〜２０と一致している。
【００３７】
（表４）
ｆａ＝10
ＮＡ＝0.4
β＝20
ｄ０＝16.20
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -26.110 1.94 1.720 34.7
2 ∞ 4.80 1.835 42.7
3 -16.983 0.21
4 -164.215 3.31 1.603 65.4
5 -32.740 0.20
6 75.780 1.19 1.757 31.6
7 17.807 5.50 1.498 82.5
8 -52.955 1.00
9 18.485 5.50 1.498 82.5
1 -48.109 1.21 1.717 29.5
11 1988.395 3.00
12 ∞ 2.00 1.517 64.1
13 ∞ 0.20 1.557 50.2
14 ∞ 0.00 10001.000
15* ∞ 0.20 1.528 34.7
16 ∞ 2.00 1.517 64.1
17 ∞ 8.70
18 -369.424 3.02 1.785 25.7
19 -9.928 1.00 1.717 47.9
20 11.065
非球面データ
第１５面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.87597×10-08 Ｃ4＝2.81455×10-14
Ｃ6＝-7.25117×10-16 Ｃ8＝-1.14725×10-18
条件対応値
（１） 左辺＝0.13、 右辺＝0.29
（２） 左辺＝7.26、 右辺＝7.55
（３）｜Φ１｜＝0、 ｜Φ２｜＝0.015、 ｜Φ３｜＝0.005
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝1.66
【００３８】
上記に示した表４の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第２面のパワーを示し、Φ２は第７面のパワーを示し、Φ３は第１０面のパワーを示している。このように第２実施例でも上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図４にこの第２実施例に係る対物レンズＯＬ２の球面収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第２実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３９】
（第３実施例）
さらに、第３実施例として、図５に示す対物レンズＯＬ３について説明する。この図５に示す対物レンズＯＬ３も、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４３、及び、両凹レンズＬ４４と両凸レンズＬ４５とをこの順で接合した接合レンズから構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ４６と両凹レンズＬ４７と両凸レンズＬ４８とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ４９と両凹レンズＬ５０とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、両凹レンズＬ５５と両凸レンズＬ５６と両凹レンズＬ５７とをこの順で接合した接合レンズから構成される。
【００４０】
また、第１及び第２実施例と同様に、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ５１、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ５２，Ｌ５３、及び、光学ガラスＬ５４がこの順で接合され、光学部材Ｌ５２，Ｌ５３の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００４１】
この図５に示した第３実施例に係る対物レンズＯＬ３の諸元を表５に示す。なお、表５に示す面番号は図５に示した面番号１〜２６と一致している。
【００４２】
（表５）
ｆａ＝2
ＮＡ＝0.8
β＝100
ｄ０＝5.62
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -9.091 2.78 1.835 42.7
2 -6.831 0.11
3 -20.141 2.90 1.603 65.4
4 -11.278 0.16
5 -129.471 3.21 1.498 82.5
6 -19.912 0.21
7 -78.960 1.30 1.624 47.1
8 16.671 6.71 1.498 82.5
9 -21.356 0.20
10 24.291 5.47 1.498 82.5
11 -17.070 1.48 1.654 39.7
12 16.853 5.50 1.498 82.5
13 -18.406 0.18
14 17.067 4.63 1.498 82.5
15 -16.869 0.97 1.804 46.6
16 35.410 1.83
17 ∞ 2.00 1.517 64.1
18 ∞ 0.20 1.557 50.2
19 ∞ 0.00 10001.000
20* ∞ 0.20 1.528 34.7
21 ∞ 2.00 1.517 64.1
22 ∞ 10.95
23 -12.648 0.98 1.744 44.8
24 4.497 2.47 1.755 27.5
25 -3.748 0.96 1.624 47.1
26 4.851
非球面データ
第２０面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.87597×10-08 Ｃ4＝-6.36546×10-13
Ｃ6＝3.74049×10-15 Ｃ8＝7.79187×10-18
条件対応値
（１） 左辺＝0.18、 右辺＝0.24
（２） 左辺＝5.36、 右辺＝6.05
（３）｜Φ１｜＝0.008、 ｜Φ２｜＝0.009、 ｜Φ３｜＝0.009、 ｜Φ４｜＝0.018
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝3.10
【００４３】
上記に示した表５の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第８面のパワーを示し、Φ２は第１１面のパワーを示し、Φ３は第１２面のパワーを示し、Φ４は第１５面のパワーを示している。このように第３実施例でも上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図６にこの第３実施例に係る対物レンズＯＬ３の球面収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第３実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【０００１】
本発明は、顕微鏡等の光学系に用いられる顕微鏡用対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡を用いた観察では、試料の自然な色を観察する必要があり、高度に色収差が補正された顕微鏡用対物レンズが望まれている。さらには、試料の取り扱いを容易にするため、できるだけ長い作動距離を有する顕微鏡用対物レンズが要望されている。ところが、長い作動距離を確保しようとすると、顕微鏡用対物レンズ系の物体側の焦点距離を長く取らざるを得ず、また、像側に強い屈折力を持たせた負レンズ群を配置する必要があり、当然ながら色収差の悪化は避けられない。そのため、色収差を高度に補正するために、回折光学素子を用いた顕微鏡用対物レンズが近年種々提案されている（例えば、特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献１】特許第３３１２０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズは、例えば工業用途に使用するためには、作動距離が不足しており、また、球面収差やコマ収差のうねりが大きいという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、工業用途にも十分使用可能な長い作動距離を有し、且つ、色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、回折光学面を有する回折光学素子と、負の屈折力を有する第３レンズ群とにより、実質的に３個のレンズ群からなり、第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に向かって凹面に形成される。また、この顕微鏡用対物レンズは、第２レンズ群と第３レンズ群との間で主光線が光軸と交わり、回折光学素子は、この主光線と光軸が交わる位置の近傍にその回折光学面が位置するように配置される。そして、この顕微鏡用対物レンズは、回折光学面における最大主光線高をｈとし、実視野をφとし、第２レンズ群と第３レンズ群との光軸上の間隔をＬとし、全系の焦点距離をｆａとし、回折光学面における最大有効半径をＨとし、開口数をＮＡとし、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
ｈ ＜ α×Ｌ×０．３
但し、α＝φ／２×｛１／ｆａ−（Ｌ／ｆ１２−１）／｜ｆ３｜｝
Ｈ ＜ ［Ｈ3＋｛φ／（２×ｆａ）＋Ｈ3／｜ｆ３｜｝×Ｌ］×０．８５
但し、Ｈ3＝ｆａ×ＮＡ
を満足するように構成される。
【０００６】
また、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれ少なくとも１つの接合レンズを有し、該接合レンズの接合面の曲率半径をｒとし、当該接合面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１とし、当該接合面の像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、当該接合面のパワーをΦとしたとき、次式
｜Φ｜ ＜ ０．０２５
但し、Φ＝（ｎ２−ｎ１）／ｒ
を満足するよう構成されることが好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る顕微鏡用対物レンズは、全系の焦点距離ｆａと第３レンズ群の焦点距離ｆ３とが、次式
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５
を満足するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る顕微鏡用対物レンズを以上のように構成すると、長い作動距離を有し、色収差が高度に補正された顕微鏡用対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図２】上記第１実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図４】上記第２実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る顕微鏡用対物レンズのレンズ構成図である。
【図６】上記第３実施例に係る顕微鏡用対物レンズの諸収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において「対物レンズ」を「顕微鏡用対物レンズ」と読み替えることとする。まず、図１を用いて、本発明に係る対物レンズの構成について説明する。この対物レンズＯＬは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されて構成されている。
【００１１】
このような対物レンズＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、正レンズと負レンズとを接合してなる色消しレンズ（図１におけるレンズＬ２，Ｌ３からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有しており、また、極力球面収差を発生させないために、最も物体側の面が、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ（図１におけるレンズＬ１）として構成されている。これは、高い開口数の光線に対しても、レンズ面に対する光線の入射角ができるだけ大きくならないようにするためである。
【００１２】
また、第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズとを接合してなる色消しレンズ（図１におけるレンズＬ５，Ｌ６，Ｌ７からなる接合レンズとレンズＬ８，Ｌ９からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有して構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズと負レンズとを接合してなる接合負レンズ（図１におけるレンズＬ１４，Ｌ１５からなる接合レンズ）を少なくとも１つ以上有して構成されている。
【００１３】
回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、光学ガラスＬ１３をこの順で接合し、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子が形成されて構成されている（以下、この接合面を「回折光学面Ｄ」と呼ぶ）。回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）は、負の分散値（アッベ数＝−３．４５３）を有し、分散が大きく、また異常分散性（部分分散比（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）＝０．２９５６）が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常３０〜８０程度であるが、回折光学素子ＧＤのアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子ＧＤにおいては、長い波長の光ほど大きく曲がる。このため、通常の光学ガラスでは達成し得ない良好な色収差補正が可能となる。すなわち、本実施例に係る対物レンズＯＬは、ＥＤガラスや蛍石等の高価な光学材料を多く用いず、樹脂により形成された負分散特性を有する回折光学素子を用いて、少ないレンズ枚数で構成するものである。なお、回折光学面Ｄを形成する光学部材Ｌ１１，Ｌ１２を樹脂とした利点は、通常の光学ガラスよりも簡単にモールドと紫外線硬化により回折格子が形成できる点にある。
【００１４】
ここで、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とで光束を制限し、各物高から発する光束の中心を通る光線を主光線と定義すると、本実施例に係る対物レンズＯＬは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間でこの主光線が光軸と交わるように構成されており、回折光学素子ＧＤは、その回折光学面Ｄが、主光線が光軸と交わる位置の近傍に位置するように配置されている。
【００１５】
それでは、本発明に係る対物レンズＯＬを構成するための条件について、以下に説明する。この対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大主光線高をｈとし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との光軸上の間隔をＬとし、この対物レンズＯＬの全系の焦点距離をｆａとし、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、実視野φを考慮して決定した次の条件式（１）を満足するように構成される。
ｈ ＜ α×Ｌ×０．３ （１）
但し、α＝φ／２×｛１／ｆａ−（Ｌ／ｆ１２−１）／｜ｆ３｜｝
【００１６】
本実施例に係る対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大有効半径をＨとしたとき、開口数ＮＡと実視野φを考慮して決定した次の条件式（２）を満足するように構成される。
Ｈ ＜ ［Ｈ3＋｛φ／（２×ｆａ）＋Ｈ3／｜ｆ３｜｝×Ｌ］×０．８５ （２）
但し、Ｈ3 ＝ ｆａ×ＮＡ
【００１７】
回折光学素子ＧＤは、２次スペクトルも含めた軸上色収差を主に補正し、倍率の色収差や球面収差の色変化の補正と微妙なバランスを取る必要がある。条件式（１）は、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄにおける最大主光線高の条件を示している。本実施例に係る対物レンズＯＬは、作動距離を長く取るため、軸上色収差の補正が難しく、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄでこの軸上色収差を重点的に補正するときに、軸外光に影響を与えずに補正するための条件である。一方、条件式（２）は回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄを通る光線の最大有効径の条件を示している。有効径の大きいところに回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）が配置されると、高次の球面収差やコマ収差が発生してしまうため、この条件式（２）を満足する必要がある。
【００１８】
また、本実施例に係る対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズの接合面のパワーをΦとしたとき、次の条件式（３）を満足することが望ましい。ここで、接合面のパワーΦは、接合面の物体側の光学部材（第１媒質）のｄ線（５８８ｎｍ）に対する屈折率をｎ１とし、像側の光学部材（第２媒質）のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、接合面の曲率半径をｒとしたとき、次式（ｆ）で定義される。
｜Φ｜ ＜ ０．０２５ （３）
Φ ＝ （ｎ２−ｎ１）／ｒ （ｆ）
【００１９】
この条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を構成する接合レンズの接合面におけるパワーの条件を示しており、この条件を超えると、色の球面収差やコマ収差が発生してしまう。
【００２０】
さらに、本実施例に係る対物レンズＯＬは、全系の焦点距離ｆａと第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３とが、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５ （４）
【００２１】
この条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３のパワーの条件を示しており、この下限を超えると、すなわち、第３レンズ群Ｇ３のパワーが強くなると、さらに前群のパワーも強めなければならず、球面収差やコマ収差が悪化してしまう。反対に、この条件式（４）の上限を超えると、前群のパワーを弱めなければならず、前群と後群の間隔を大きく取る必要があり、同焦点性を考えると作動距離を長くすることができなくなる。
【００２２】
（実施例）
以下に、本発明に係る対物レンズＯＬの３つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子ＧＤに形成された回折光学面Ｄの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（ｇ）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面Ｄを超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（ｇ）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための回折光学面Ｄの屈折率の値を次の表１に示す。
【００２３】
（表１）
波長 屈折率（超高屈折率法による）
ｄ線 587.562ｎｍ 10001
Ｃ線 656.273ｎｍ 11170.4255
Ｆ線 486.133ｎｍ 8274.7311
ｇ線 435.835ｎｍ 7418.6853
【００２４】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（頂点曲率半径）をｒとし、円錐係数をＫとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ｇ）で表わされる。またこのとき、近軸曲率半径Ｒは以下の
数式（ｈ）で表される。
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−Ｋ・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ｃ2・ｙ2＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10＋・・・ （ｇ）
Ｒ＝１／（１／ｒ＋２Ｃ2） （ｈ）
【００２５】
なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に＊印を付しており、非球面式（ｇ）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。
【００２６】
また、以下の各実施例における対物レンズＯＬは、無限遠補正型のものであり、表２に示す諸元を有する結像レンズとともに使用される。なお、この表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離、第４欄ｎｄはｄ線に対する屈折率、そして、第５欄νｄはｄ線に対するアッベ数を示している。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
【００２７】
（表２）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 75.043 5.1 1.623 57.0
2 -75.043 2 1.750 35.2
3 1600.58 7.5
4 50.256 5.1 1.668 42.0
5 -84.541 1.8 1.613 44.4
6 36.911 5.5
【００２８】
（第１実施例）
上述の説明で用いた図１は、本発明に係る対物レンズＯＬの第１実施例を示している。この対物レンズＯＬ１は、上述した通り、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ４から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と両凹レンズＬ１５とを接合した接合レンズから構成される。
【００２９】
また、上述のように、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、光学ガラスＬ１３がこの順で接合され、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。
【００３０】
このように図１に示した第１実施例に係る対物レンズＯＬ１の諸元を表３に示す。なお、この表３において、ｆａは対物レンズＯＬ１の全系の焦点距離を、ＮＡは開口数を、βは倍率を、ｄ０は物体から最初のレンズ（レンズＬ１）の頂点までの光軸上の距離をそれぞれ示している。また、第１欄ｍに示す各光学面の番号（右の＊は回折光学面として形成されているレンズ面を示す）は、図１に示した面番号１〜２３に対応している。また、第２欄ｒにおいて、回折光学面の場合は、ベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示している。さらに、この表３には、上記条件式（１）〜（４）に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。これらの説明は以降の実施例においても同様である。
【００３１】
なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、全系の焦点距離ｆａその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００３２】
（表３）
ｆａ＝4
ＮＡ＝0.55
β＝50
ｄ０＝12.10
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -18.980 2.78 1.903 35.7
2 -11.572 0.09
3 126.510 4.19 1.498 82.5
4 -16.020 1.11 1.795 28.7
5 -24.548 0.11
6 109.123 4.00 1.498 82.5
7 -25.541 0.16
8 41.299 4.53 1.498 82.5
9 -18.870 1.28 1.613 44.3
10 13.795 4.49 1.498 82.5
11 -45.604 0.08
12 23.853 3.94 1.498 82.5
13 -20.925 0.96 1.723 38.0
14 71.692 2.96
15 ∞ 2.00 1.517 64.1
16 ∞ 0.20 1.557 50.2
17 ∞ 0.00 10001.000
18* ∞ 0.20 1.528 34.7
19 ∞ 2.00 1.517 64.1
20 ∞ 13.00
21 -24.965 1.49 1.847 23.8
22 -5.937 0.99 1.640 60.1
23 6.382
非球面データ
第１８面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.84615×10-08 Ｃ4＝-6.10986×10-12
Ｃ6＝4.20109×10-14 Ｃ8＝-4.07645×10-16
条件対応値
（１） 左辺＝0.21、 右辺＝0.28
（２） 左辺＝5.78、 右辺＝6.80
（３）｜Φ１｜＝0.019、 ｜Φ２｜＝0.006、 ｜Φ３｜＝0.008、 ｜Φ４｜＝0.011
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝2.48
【００３３】
上記に示した表３の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第４面のパワーを示し、Φ２は第９面のパワーを示し、Φ３は第１０面のパワーを示し、Φ４は第１３面のパワーを示している。このように第１実施例では上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図２に、この第１実施例におけるｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の光線に対する球面収差、倍率色収差、及び、コマ収差の諸収差図を示す。この諸収差図において、実線はｄ線を示し、点線はＣ線を示し、一点鎖線はＦ線を示し、二点鎖線はｇ線を示している。なお、球面収差図では最大口径に対する開口数ＮＡの値を示しており、コマ収差図は、像高Ｙが１２．５ｍｍのとき、９ｍｍのとき、６ｍｍのとき、及び、０ｍｍのときを示している。以上の収差図の説明は他の実施例において同様である。この図２に示す各収差図から明らかなように、第１実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００３４】
（第２実施例）
次に、第２実施例として、図３に示す対物レンズＯＬ２について説明する。この図３に示す対物レンズＯＬ２も、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた平凹レンズＬ２１と像側に凸面を向けた平凸レンズＬ２２とをこの順で接合した接合レンズ、及び、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と両凸レンズＬ２５とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ２６と両凹レンズＬ２７とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と両凹レンズＬ３３とをこの順で接合した接合レンズから構成される。
【００３５】
また、第１実施例と同様に、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ２８、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ２９，Ｌ３０、及び、光学ガラスＬ３１がこの順で接合され、光学部材Ｌ２９，Ｌ３０の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００３６】
この図３に示した第２実施例に係る対物レンズＯＬ２の諸元を表４に示す。なお、表４に示す面番号は図３に示した面番号１〜２０と一致している。
【００３７】
（表４）
ｆａ＝10
ＮＡ＝0.4
β＝20
ｄ０＝16.20
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -26.110 1.94 1.720 34.7
2 ∞ 4.80 1.835 42.7
3 -16.983 0.21
4 -164.215 3.31 1.603 65.4
5 -32.740 0.20
6 75.780 1.19 1.757 31.6
7 17.807 5.50 1.498 82.5
8 -52.955 1.00
9 18.485 5.50 1.498 82.5
1 -48.109 1.21 1.717 29.5
11 1988.395 3.00
12 ∞ 2.00 1.517 64.1
13 ∞ 0.20 1.557 50.2
14 ∞ 0.00 10001.000
15* ∞ 0.20 1.528 34.7
16 ∞ 2.00 1.517 64.1
17 ∞ 8.70
18 -369.424 3.02 1.785 25.7
19 -9.928 1.00 1.717 47.9
20 11.065
非球面データ
第１５面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.87597×10-08 Ｃ4＝2.81455×10-14
Ｃ6＝-7.25117×10-16 Ｃ8＝-1.14725×10-18
条件対応値
（１） 左辺＝0.13、 右辺＝0.29
（２） 左辺＝7.26、 右辺＝7.55
（３）｜Φ１｜＝0、 ｜Φ２｜＝0.015、 ｜Φ３｜＝0.005
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝1.66
【００３８】
上記に示した表４の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第２面のパワーを示し、Φ２は第７面のパワーを示し、Φ３は第１０面のパワーを示している。このように第２実施例でも上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図４にこの第２実施例に係る対物レンズＯＬ２の球面収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第２実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３９】
（第３実施例）
さらに、第３実施例として、図５に示す対物レンズＯＬ３について説明する。この図５に示す対物レンズＯＬ３も、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に回折光学素子ＧＤが配設されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４３、及び、両凹レンズＬ４４と両凸レンズＬ４５とをこの順で接合した接合レンズから構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ４６と両凹レンズＬ４７と両凸レンズＬ４８とをこの順で接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ４９と両凹レンズＬ５０とをこの順で接合した接合レンズから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、両凹レンズＬ５５と両凸レンズＬ５６と両凹レンズＬ５７とをこの順で接合した接合レンズから構成される。
【００４０】
また、第１及び第２実施例と同様に、回折光学素子ＧＤは、光学ガラスＬ５１、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ５２，Ｌ５３、及び、光学ガラスＬ５４がこの順で接合され、光学部材Ｌ５２，Ｌ５３の接合面に回折格子（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００４１】
この図５に示した第３実施例に係る対物レンズＯＬ３の諸元を表５に示す。なお、表５に示す面番号は図５に示した面番号１〜２６と一致している。
【００４２】
（表５）
ｆａ＝2
ＮＡ＝0.8
β＝100
ｄ０＝5.62
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -9.091 2.78 1.835 42.7
2 -6.831 0.11
3 -20.141 2.90 1.603 65.4
4 -11.278 0.16
5 -129.471 3.21 1.498 82.5
6 -19.912 0.21
7 -78.960 1.30 1.624 47.1
8 16.671 6.71 1.498 82.5
9 -21.356 0.20
10 24.291 5.47 1.498 82.5
11 -17.070 1.48 1.654 39.7
12 16.853 5.50 1.498 82.5
13 -18.406 0.18
14 17.067 4.63 1.498 82.5
15 -16.869 0.97 1.804 46.6
16 35.410 1.83
17 ∞ 2.00 1.517 64.1
18 ∞ 0.20 1.557 50.2
19 ∞ 0.00 10001.000
20* ∞ 0.20 1.528 34.7
21 ∞ 2.00 1.517 64.1
22 ∞ 10.95
23 -12.648 0.98 1.744 44.8
24 4.497 2.47 1.755 27.5
25 -3.748 0.96 1.624 47.1
26 4.851
非球面データ
第２０面 Ｋ＝1 Ｃ2＝-3.87597×10-08 Ｃ4＝-6.36546×10-13
Ｃ6＝3.74049×10-15 Ｃ8＝7.79187×10-18
条件対応値
（１） 左辺＝0.18、 右辺＝0.24
（２） 左辺＝5.36、 右辺＝6.05
（３）｜Φ１｜＝0.008、 ｜Φ２｜＝0.009、 ｜Φ３｜＝0.009、 ｜Φ４｜＝0.018
（４）｜ｆ３／ｆａ｜＝3.10
【００４３】
上記に示した表５の条件対応値のうち、条件式（３）において、Φ１は第８面のパワーを示し、Φ２は第１１面のパワーを示し、Φ３は第１２面のパワーを示し、Φ４は第１５面のパワーを示している。このように第３実施例でも上記条件式（１）〜（４）は全て満たされていることが分かる。図６にこの第３実施例に係る対物レンズＯＬ３の球面収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第３実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
Claims (4)
- 物体側より順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、
回折光学面を有する回折光学素子と、
負の屈折力を有する第３レンズ群とにより、実質的に３個のレンズ群からなり、
前記第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に向かって凹面に形成され、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間で主光線が光軸と交わり、前記回折光学素子は、前記主光線と光軸が交わる位置の近傍に前記回折光学面が位置するように配置され、
前記回折光学面における最大主光線高をｈとし、実視野をφとし、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との光軸上の間隔をＬとし、全系の焦点距離をｆａとし、前記回折光学面における最大有効半径をＨとし、開口数をＮＡとし、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１２とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
ｈ ＜ α×Ｌ×０．３
但し、α＝φ／２×｛１／ｆａ−（Ｌ／ｆ１２−１）／｜ｆ３｜｝
Ｈ ＜ ［Ｈ3＋｛φ／（２×ｆａ）＋Ｈ3／｜ｆ３｜｝×Ｌ］×０．８５
但し、Ｈ3＝ｆａ×ＮＡ
を満足するように構成された顕微鏡用対物レンズ。 - 前記全系の焦点距離ｆａと前記第３レンズ群の焦点距離ｆ３とが、次式
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５
満足するように構成された請求項１記載の顕微鏡用対物レンズ。 - 前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、それぞれ少なくとも１つの接合レンズを有し、該接合レンズの接合面の曲率半径をｒとし、当該接合面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１とし、当該接合面の像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、当該接合面のパワーをΦとしたとき、次式
｜Φ｜ ＜ ０．０２５
但し、Φ＝（ｎ２−ｎ１）／ｒ
を満足するよう構成された請求項１に記載の顕微鏡用対物レンズ。 - 前記全系の焦点距離ｆａと前記第３レンズ群の焦点距離ｆ３とが、次式
１ ＜ ｜ｆ３／ｆａ｜ ＜ ５
を満足するように構成された請求項３に記載の顕微鏡用対物レンズ。
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