JP5881481B2 - フォーカス可変光学系 - Google Patents
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Description
本発明は、試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第1群光学系と、全体として正パワーの第2群光学系と、第3群光学系とから構成され、前記第1群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの1つの接合レンズで構成され、前記第2群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第3群光学系が、2枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第4群光学系と、第5群光学系と、全体として正パワーの第6群光学系とから構成され、前記第4群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの2つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、前記第5群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、前記第6群光学系が、低分散材料のレンズと高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの接合レンズで構成されるフォーカス可変光学系を提供する。
35<ν1L−ν1H<60・・・・・(1)
0.6<|F2/Fa|<0.9・・・(2)
0.1<|RG3/Fa|<0.3・・(3)
0.1<|RG4/Fb|<0.2・・(4)
0.9<|F5/Fb|<1.2・・・(5)
40<ν6L−ν6H<60・・・・・(6)
ここで、ν1Lは前記第1群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのd線のアッベ数、ν1Hは前記第1群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのd線のアッベ数、Faは前記前群光学系全体の焦点距離、Fbは前記後群光学系全体の焦点距離、F2は前記第2群光学系の焦点距離、RG3は前記第3群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、RG4は前記第4群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、F5は前記第5群光学系の焦点距離、ν6Lは前記第6群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのd線のアッベ数、ν6Hは前記第6群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのd線のアッベ数である。
第2群光学系において、条件式(2)の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式(2)の上限値を上回ると光が十分に収束させられなくなる。
第3群光学系において、条件式(3)の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式(3)の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第4群光学系において、条件式(4)の下限値を下回るとコマ収差が補正過剰になる。一方、条件式(4)の上限値を上回ると球面収差、像面湾曲、コマ収差が補正不足になる。
第5群光学系において、条件式(5)の下限値を下回ると球面収差が大きくなりすぎる。一方、条件式(5)の上限値を上回ると光が平行光束に戻せなくなる。
第6群光学系において、条件式(6)の下限値を下回ると軸上色収差が大きくなりすぎる。一方、条件式(6)の上限値を上回る硝材はほとんど実在しない。
一般的な顕微鏡装置は、対物光学系の後側焦点位置(物体側がテレセントリック光学系の場合は瞳位置に相当。)の値が負であるので、前群光学系の前側焦点位置の値を負にすることにより、前群光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置することができる。これにより、対物光学系の作動距離を変化させたときの倍率の変化を抑えることができる。また、後群光学系の後側焦点位置の値も負にすることで、結像光学系と組み合わせるときに全長を短くすることができる。
−1.8<Fa/F3<0.2・・・(7)
1.5<Fb/F4<2.2・・・・(8)
ここで、F3は前記第3群光学系の焦点距離、F4は前記第4群光学系の焦点距離である。
0.1<Fa/Ftl<0.2・・・(9)
ここで、Ftlは前記結像光学系の焦点距離である。
本実施形態に係るフォーカス可変光学系4は、図1に示されるように、照明光が照射された試料Sからの光を略平行光束に変換する対物光学系2と、対物光学系2により略平行光束に変換された光を所定の位置に結像する結像光学系6とを備える顕微鏡システム100に用いることができる。このフォーカス可変光学系4は、対物光学系2と結像光学系6との間に配置されるようになっている。例えば、図1において、対物光学系2とフォーカス可変光学系4との間の距離は1mmとし、フォーカス可変光学系4と結像光学系6との間の距離は120mmとする。
また、図4に対物光学系の先端部2aの部分を拡大した断面図を示す。表3は表2の続きである。
この対物光学系2は先端光学系2aと基端光学系2bで構成されている。
先端光学系2aは、平行平板からなるTD1と平凸レンズTDを接合した第1レンズ成分と、両凸レンズTD3と両凹レンズTD4からなる第2レンズ成分と、両凸レンズTD5と両凹レンズTD6からなる第3レンズ成分と、両凸レンズTD7からなる第4レンズ成分と、メニスカスレンズTD8と平凸レンズTD9からなる第5レンズ成分と、平凸レンズTD10と平行平板TD11からなる第6レンズ成分と両凸レンズTD12と両凹レンズTD13からなる第7レンズ成分からなる。
また、基端光学系2bは、平行平板T1からなる第1レンズ成分と、両凸レンズT2および両凹レンズT3の接合レンズで正屈折力を有する第2レンズ成分と、負メニスカスレンズT4からなる第3レンズ成分と、正メニスカスレンズT5からなる第4レンズ成分と、負メニスカスレンズT6および正メニスカスレンズT7の接合レンズで正屈折力を有する第5レンズ成分と、両凸レンズT8および負メニスカスレンズT9の接合レンズで正屈折力を有する第6レンズ成分とから構成されている。
物体面から第1面(S=1)の間隔*0(対物光学系作動距離)はフォーカス可変光学系4の条件により変化する(値は表7を参照。)。また、フォーカス可変光学系4がない場合は、0.204(mm)である。
第1群光学系G1は、低屈折率・低分散ガラス(低分散材料)からなる両凸レンズL1と高屈折率・高分散ガラス(高分散材料)からなる凹平レンズL2とを接合した1つの接合レンズW2で構成され、全体として正パワーを有している(焦点距離F1が正。)。接合レンズW2の両凸レンズL1と凹平レンズL2との接合面R2は負パワーを有している。
35<ν1L−ν1H<60・・・・・・(1)
ここで、
ν1Hは、接合レンズW2のうち高屈折率・高分散ガラスからなる凹平レンズL2のd線のアッベ数、
ν1Lは、接合レンズW2のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズL1のd線のアッベ数である。
0.6<|F2/Fa|<0.9・・・(2)
ここで、
Faは、前群光学系10全体の焦点距離、
F2は、第2群光学系G2の焦点距離である。
0.1<|RG3/Fa|<0.3・・・(3)
ここで、RG3は、凹平レンズL4の凹面R6の曲率半径である。
第4群光学系G4は、対物光学系2側から順に配置された両凸レンズL6と負パワーメニスカスレンズL7の2枚の単レンズで構成され、全体として正パワーを有している(焦点距離F4が正。)。この第4群光学系G4は、結像光学系6側に配置された負パワーメニスカスレンズL7が結像光学系6に対して凹面R15を向けて配置されている。
0.1<|RG4/Fb|<0.2・・・(4)
ここで、
Fbは、後群光学系12全体の焦点距離、
RG4は、負パワーメニスカスレンズL7の凹面R15の曲率半径である。
0.9<|F5/Fb|<1.2・・・(5)
ここで、F5は、第5群光学系G5の焦点距離である。
40 < ν6L−ν6H < 60・・・・・・(6)
ここで、
ν6Lは、接合レンズW19のうち高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズL9のd線のアッベ数、
ν6Hは、接合レンズW19のうち低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズL10のd線のアッベ数である。
−1.8<Fa/F3<0.2・・・(7)
1.5<Fb/F4<2.2・・・・(8)
ここで、
F3は、第3群光学系G3の焦点距離、
F4は、第4群光学系G4の焦点距離である。
0.1<Fa/Ftl<0.2・・・(9)
ここで、Ftlは、結像光学系6の焦点距離である。
本実施形態においては、第6群光学系G6が、高屈折率・高分散ガラスからなる両凹レンズL9と低屈折率・低分散ガラスからなる両凸レンズL10とを接合した1つの接合レンズW2で構成されることとしたが、例えば、第1の変形例に係るフォーカス可変光学系14としては、図15に示すように、第6群光学系G6が、高分散ガラスからなる平凹レンズL19と低分散ガラスからなる両凸レンズL10を接合した1つの接合レンズW29で構成されることとしてもよい。
また、上記一実施形態および各変形例に係るフォーカス光学系4,14,24,34,44,54は、ステージ上で試料S(各種生体試料)を観察する顕微鏡や顕微鏡スライドを観察する顕微鏡に限られず、生体を直接的に観察するような顕微鏡的観察機能を有するあらゆる観察装置に適用することとしてもよい。
4,14,24,34,44,54 フォーカス光学系
6 結像光学系
10 前群光学系
12 後群光学系
G1 第1群光学系
G2 第2群光学系
G3 第3群光学系
G4 第4群光学系
G5 第5群光学系
G6 第6群光学系
100 顕微鏡システム
S 標本
Claims (5)
- 試料からの光を略平行光束に変換する対物光学系と、該対物光学系により略平行光束に変換された前記光を所定の位置に結像する結像光学系とを備える顕微鏡システムに使用され、前記対物光学系と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の作動距離を可変にするフォーカス可変光学系であって、
前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの前群光学系および全体として前記前群光学系と略等しい正パワーの後群光学系と、
該前群光学系および後群光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動し、これら前群光学系および後群光学系の前記光軸方向の距離を相対的に変化させる光学系駆動部とを備え、 前記前群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第1群光学系と、全体として正パワーの第2群光学系と、第3群光学系とから構成され、
前記第1群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの1つの接合レンズで構成され、
前記第2群光学系が、最も前記対物光学系側に該対物光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第3群光学系が、2枚のレンズで構成され、最も前記対物光学系側に配置されたレンズが該対物光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記後群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された、全体として正パワーの第4群光学系と、第5群光学系と、全体として正パワーの第6群光学系とから構成され、
前記第4群光学系が、前記対物光学系側から順に配置された正パワーのレンズと負パワーのレンズの2つのレンズで構成され、最も前記結像光学系側に配置された前記負パワーのレンズが前記結像光学系に対して凹面を向けて配置され、
前記第5群光学系が、最も前記結像光学系側に該結像光学系に対して凸面を向けて配置された正パワーのレンズで構成され、
前記第6群光学系が、低屈折率・低分散材料のレンズと高屈折率・高分散材料のレンズとを接合してなる接合面が負パワーの1つの接合レンズで構成されるフォーカス可変光学系。 - 以下の条件式(1)から条件式(6)を満たす請求項1に記載のフォーカス可変光学系。
35<ν1L−ν1H<60・・・・・(1)
0.6<|F2/Fa|<0.9・・・(2)
0.1<|RG3/Fa|<0.3・・(3)
0.1<|RG4/Fb|<0.2・・(4)
0.9<|F5/Fb|<1.2・・・(5)
40<ν6L−ν6H<60・・・・・(6)
ここで、
ν1Lは、前記第1群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのd線のアッベ数、
ν1Hは、前記第1群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのd線のアッベ数、
Faは、前記前群光学系全体の焦点距離、
Fbは、前記後群光学系全体の焦点距離、
F2は、前記第2群光学系の焦点距離、
RG3は、前記第3群光学系における最も前記対物光学系側に配置されたレンズの凹面の曲率半径、
RG4は、前記第4群光学系における最も前記結像光学系側に配置された負パワーのレンズの凹面の曲率半径、
F5は、前記第5群光学系の焦点距離、
ν6Lは、前記第6群光学系の接合レンズのうち低屈折率・低分散材料のレンズのd線のアッベ数、
ν6Hは、前記第6群光学系の接合レンズのうち高屈折率・高分散材料のレンズのd線のアッベ数である。 - 前記前群光学系の前側焦点位置の値、および、前記後群光学系の後側焦点位置の値がともに負である請求項1または請求項2に記載のフォーカス可変光学系。
- 以下の条件式(7)および条件式(8)を満たす請求項3に記載のフォーカス可変光学系。
−1.8<Fa/F3<0.2・・・(7)
1.5<Fb/F4<2.2・・・・(8)
ここで、
F3は、前記第3群光学系の焦点距離、
F4は、前記第4群光学系の焦点距離である。 - 以下の条件式(9)を満たす請求項1から請求項4のいずれかに記載のフォーカス可変光学系。
0.1<Fa/Ftl<0.2・・・(9)
ここで、Ftlは、前記結像光学系の焦点距離である。
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