JP7690997B2 - 顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置に関する。

近年、視野が広くて倍率が低い顕微鏡用の対物レンズが種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような対物レンズでは、像面湾曲等の諸収差を良好に補正することが求められている。

特開平８－３１３８１４号公報

本発明に係る顕微鏡対物レンズは、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、前記第１レンズは、物体からの光束を集光し、前記第２レンズは、前記第１レンズからの光束を発散させ、前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズとを含む接合レンズを有し、前記第２レンズからの発散光束を平行光束にし、以下の条件式を満足する。
０．１＜ｔｇ／ＬＡ＜０．４
－３５＜νｄ３Ｐ－νｄ３Ｎ＜０
但し、ｔｇ：前記顕微鏡対物レンズにおけるレンズの中心厚の総和
ＬＡ：前記顕微鏡対物レンズの最も物体側のレンズ面から前記顕微鏡対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
νｄ３Ｐ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
νｄ３Ｎ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記負レンズのアッベ数

本発明に係る顕微鏡光学系は、上述の顕微鏡対物レンズと、前記顕微鏡対物レンズからの光を集光する第２対物レンズとを備える。

本発明に係る顕微鏡装置は、上述の顕微鏡対物レンズを備える。

第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。 第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。 第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。 第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第２対物レンズの構成を示す断面図である。 顕微鏡装置の一例である共焦点蛍光顕微鏡を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る好ましい実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズを備えた顕微鏡光学系および共焦点蛍光顕微鏡（顕微鏡装置）を図８に基づいて説明する。図８に示すように、共焦点蛍光顕微鏡１は、ステージ１０と、光源２０と、照明光学系３０と、顕微鏡光学系４０と、検出部５０とを有して構成される。以降の説明において、共焦点蛍光顕微鏡１の顕微鏡対物レンズの光軸方向に延びる座標軸をｚ軸とする。また、このｚ軸と垂直な面内において互いに直交する方向に延びる座標軸をそれぞれｘ軸およびｙ軸とする。

ステージ１０上には、例えば、スライドガラス（図示せず）とカバーガラス（図示せず）との間に保持された試料ＳＡが載置される。また、ステージ１０上には、浸液とともに試料容器（図示せず）に収容された試料ＳＡが載置されてもよい。試料ＳＡは、蛍光色素などの蛍光物質を含む。試料ＳＡは、例えば、予め蛍光染色された細胞等である。ステージ１０の近傍に、ステージ駆動部１１が設けられる。ステージ駆動部１１は、ステージ１０をｚ軸に沿って移動させる。

光源２０は、所定の波長帯の励起光を発生させる。光源２０として、例えば、所定の波長帯のレーザー光（励起光）を出射させることが可能なレーザー光源等が用いられる。所定の波長帯は、蛍光物質を含む試料ＳＡを励起させることが可能な波長帯に設定される。光源２０から出射した励起光は、照明光学系３０に入射する。

照明光学系３０は、光源２０から出射した励起光によって、ステージ１０上の試料ＳＡを照明する。照明光学系３０は、光源２０側から試料ＳＡ側へ向かう順に、コリメータレンズ３１と、ビームスプリッタ３３と、スキャナ３４とを備える。また、照明光学系３０は、顕微鏡光学系４０の顕微鏡対物レンズＯＬを含む。コリメータレンズ３１は、光源２０から出射した励起光を平行光にする。

ビームスプリッタ３３は、光源２０からの励起光が反射し、かつ試料ＳＡからの蛍光が透過する特性を有する。ビームスプリッタ３３は、光源２０からの励起光をステージ１０上の試料ＳＡに向けて反射させる。ビームスプリッタ３３は、試料ＳＡで発生した蛍光を検出部５０に向けて透過させる。ビームスプリッタ３３とコリメータレンズ３１との間に、光源２０からの励起光を透過させる励起フィルター３２が配設される。ビームスプリッタ３３と顕微鏡光学系４０の第２対物レンズＩＬとの間に、試料ＳＡからの蛍光を透過させる蛍光フィルター３５が配設される。

スキャナ３４は、ｘ方向とｙ方向との２方向において、光源２０からの励起光で試料ＳＡを走査する。スキャナ３４として、例えば、ガルバノスキャナや、レゾナントスキャナ等が用いられる。

顕微鏡光学系４０は、試料ＳＡで発生した蛍光を集光する。顕微鏡光学系４０は、試料ＳＡ側から検出部５０側へ向かう順に、顕微鏡対物レンズＯＬと、第２対物レンズＩＬとを備える。また、顕微鏡光学系４０は、顕微鏡対物レンズＯＬと第２対物レンズＩＬとの間に配置された、スキャナ３４と、ビームスプリッタ３３とを含む。顕微鏡対物レンズＯＬは、試料ＳＡが載置されるステージ１０の上方に対向して配置される。顕微鏡対物レンズＯＬは、光源２０からの励起光を集光してステージ１０上の試料ＳＡに照射する。また、顕微鏡対物レンズＯＬは、試料ＳＡで発生した蛍光を受光して平行光にする。第２対物レンズＩＬは、顕微鏡対物レンズＯＬからの蛍光（平行光）を集光する。

検出部５０は、顕微鏡光学系４０を介して、試料ＳＡで発生した蛍光を検出する。検出部５０として、例えば、光電子増倍管が用いられる。顕微鏡光学系４０と検出部５０との間に、ピンホール４５が設けられる。ピンホール４５は、顕微鏡対物レンズＯＬの試料ＳＡ側の焦点位置と共役な位置に配置される。ピンホール４５は、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点面（顕微鏡対物レンズＯＬの焦点位置を通る顕微鏡対物レンズＯＬの光軸と垂直な面）または、当該焦点面から所定のずれ許容範囲内で光軸方向にずれた面からの光のみを通過させ、他の光を遮光する。

以上のように構成される共焦点蛍光顕微鏡１において、光源２０から出射した励起光は、コリメータレンズ３１を透過して平行光となる。コリメータレンズ３１を透過した励起光は、励起フィルター３２を通ってビームスプリッタ３３に入射する。ビームスプリッタ３３に入射した励起光は、当該ビームスプリッタ３３で反射してスキャナ３４に入射する。スキャナ３４は、ｘ方向とｙ方向との２方向において、スキャナ３４に入射した励起光で試料ＳＡを走査する。スキャナ３４に入射した励起光は、スキャナ３４を通って顕微鏡対物レンズＯＬを透過し、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点面に集光される。試料ＳＡにおいて励起光が集光される部分（すなわち、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点面と重なる部分）は、スキャナ３４によりｘ方向とｙ方向との２方向において２次元的に走査される。これにより、照明光学系３０は、光源２０から出射した励起光によって、ステージ１０上の試料ＳＡを照明する。

励起光の照射によって、試料ＳＡに含まれる蛍光物質が励起されて蛍光が出射する。試料ＳＡからの蛍光は、顕微鏡対物レンズＯＬを透過して平行光となる。顕微鏡対物レンズＯＬを透過した蛍光は、スキャナ３４を通ってビームスプリッタ３３に入射する。ビームスプリッタ３３に入射した蛍光は、当該ビームスプリッタ３３を透過して蛍光フィルター３５に達する。蛍光フィルター３５に達した蛍光は、蛍光フィルター３５を通って第２対物レンズＩＬを透過し、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点位置と共役な位置に集光される。顕微鏡対物レンズＯＬの焦点位置と共役な位置に集光された蛍光は、ピンホール４５を通過して検出部５０に入射する。

検出部５０は、検出部５０に入射した光（蛍光）の光電変換を行い、光の検出信号として、その光の光量（明るさ）に対応するデータを生成する。検出部５０は、生成したデータを不図示の制御部へ出力する。なお、制御部は、検出部５０から入力されたデータを１画素分のデータとして、これをスキャナ３４による２次元的な走査と同期して並べる処理を行うことで、複数画素分のデータが２次元で（２方向で）並ぶ１つの画像データを生成する。このようにして、制御部は、試料ＳＡの画像を取得することが可能である。

本実施形態に係る顕微鏡装置の一例として、共焦点蛍光顕微鏡１について説明したが、これに限られるものではない。例えば、本実施形態に係る顕微鏡装置は、明視野観察、蛍光観察等を行うための観察用顕微鏡や、共焦点顕微鏡、多光子励起顕微鏡、超解像顕微鏡等であってもよい。また、共焦点蛍光顕微鏡１は、正立顕微鏡であってもよく、倒立顕微鏡であってもよい。

次に、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズについて説明する。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬの一例として、図１に示す顕微鏡対物レンズＯＬ（１）は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体からの光束を集光する。第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１からの光束を発散させる。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズと負レンズとを含む接合レンズを有し、第２レンズ群Ｇ２からの発散光束を平行光束にする。本実施形態において、第１レンズ群Ｇ１が物体からの光束を集光することは、第１レンズ群Ｇ１が集光作用を有することを意味する。例えば、物体からの発散光束が第１レンズ群Ｇ１を透過すると、第１レンズ群Ｇ１からの光束が第１レンズ群Ｇ１により発散の度合いが弱められた発散光束となる場合がある。

上記構成の下、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足する。
０．１＜ｔｇ／ＬＡ＜０．４ ・・・（１）
－３５＜νｄ３Ｐ－νｄ３Ｎ＜０ ・・・（２）
但し、ｔｇ：顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和
ＬＡ：顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズＯＬの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
νｄ３Ｐ：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズのアッベ数
νｄ３Ｎ：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける負レンズのアッベ数

本実施形態によれば、像面湾曲が良好に補正されたアポクロマートである顕微鏡対物レンズ、並びにこの顕微鏡対物レンズを備えた顕微鏡光学系および顕微鏡装置を得ることが可能になる。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、図３に示す光学系ＯＬ（２）でも良く、図５に示す光学系ＯＬ（３）でも良い。

条件式（１）は、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和と、顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズＯＬの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離との適切な関係を規定するものである。なお、レンズの中心厚は、当該レンズの物体側のレンズ面から当該レンズの像側のレンズ面までの光軸上の距離である。

ところで、レンズが厚いほど、軸上光線に対する軸外光線の光路長が長くなり、相対的に軸外光線の屈折力が弱くなるため、軸外結像位置が後方にずれやすく、像面の補正が過剰になりやすい。加えて、レンズが厚いほど、当該レンズの像側のレンズ面でメリジオナル面とサジタル面との曲率の差が大きくなりやすく、さらに軸上光線と軸外光線との光路長の差による屈折力の差が発生し、軸外結像位置のずれが増幅されやすい。また、低倍率の顕微鏡対物レンズでは、高倍率の顕微鏡対物レンズと比べて全体の焦点距離が長いため、相対的に負の屈折力によるペッツバール和の過剰な補正が発生し、像面、特にサジタル像面に対する屈折力不足が発生し、軸外結像位置が後方にずれやすい。

従って、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることで、軸外結像位置をより前方に配置しやすくする効果と、メリジオナル像面とサジタル像面とを一致させやすくする効果と、全体的にレンズ面の曲率を緩めやすくすることで曲率の過度に強い凹面即ち発散面を無くし、ペッツバール和の過剰な補正を緩和する効果が得られる。これにより、条件式（１）を満足することで、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができるため、ペッツバール和の過剰な補正を緩和することが可能になり、像面湾曲を良好に補正することができる。

条件式（１）の対応値が上限値を上回ると、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が大きくなるため、ペッツバール和の補正が過剰になり、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。条件式（１）の上限値を０．３８、さらに０．３５に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（１）の対応値が下限値を下回ると、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が小さくなりすぎるため、２次スペクトルを含む色収差の補正に必要なレンズを配置することが困難になる。条件式（１）の下限値を０．２、０．２５、さらに０．２７に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（２）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズのアッベ数と、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける負レンズのアッベ数との適切な関係を規定するものである。条件式（２）を満足することで、軸上色収差の補正において、１次の色消しに加え、２次スペクトルを良好に補正することができる。

条件式（２）の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の２次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式（２）の上限値を－５、－７、さらに－１０に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（２）の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（２）の下限値を－３０、さらに－２５に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、１枚のレンズからなることが望ましい。これにより、第１レンズ群Ｇ１が短くなるため、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述した効果によって、像面湾曲を良好に補正することができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第２レンズ群Ｇ２は、１枚のレンズからなることが望ましい。これにより、第２レンズ群Ｇ２が短くなるため、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述した効果によって、像面湾曲を良好に補正することができる。

なお、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１が１枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２が１枚のレンズからなるように構成されてもよい。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔および、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔のうち、一方が顕微鏡対物レンズＯＬにおいて最も大きいレンズ間隔（空気間隔）であり、他方が顕微鏡対物レンズＯＬにおいて２番目に大きいレンズ間隔（空気間隔）であるように構成されてもよい。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズからなることが望ましい。これにより、第２レンズ群Ｇ２が短くなるため、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述した効果によって、像面湾曲を良好に補正することができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズは、正レンズと負レンズとからなることが望ましい。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズは、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側に配置されることが望ましい。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．１＜ｔ３／ＬＡ＜０．４ ・・・（３）
但し、ｔ３：第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面から第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離

条件式（３）は、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面から第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と、顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズＯＬの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離との適切な関係を規定するものである。条件式（３）を満足することで、第３レンズ群Ｇ３が短くなるため、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述した効果によって、像面湾曲を良好に補正することができる。

条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３が長くなり、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が大きくなる。そのため、レンズの発散面の曲率が緩められずにペッツバール和の補正が過剰になりやすくなり、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。条件式（３）の上限値を０．３８、さらに０．３５に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（３）の対応値が下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３が短くなりすぎて、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が小さくなりすぎてしまう。そのため、２次スペクトルを含む色収差の補正に必要なレンズを配置することが困難になる。条件式（３）の下限値を０．２、０．２５、さらに０．２７に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．１＜（Ｒｃ２＋Ｒｃ１）／（Ｒｃ２－Ｒｃ１）＜１ ・・・（４）
但し、Ｒｃ１：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
Ｒｃ２：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も像側のレンズ面の曲率半径

条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズのシェイプファクターについて、適切な範囲を規定するものである。条件式（４）を満足することで、第３レンズ群Ｇ３を短くして第３レンズ群Ｇ３におけるレンズの発散面の曲率を緩めることが可能になり、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述したようにペッツバール和の過剰な補正を緩和することが可能になり、像面湾曲を良好に補正することができる。

条件式（４）の対応値が上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３を短くすることが難しくなり、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が大きくなる。そのため、第３レンズ群Ｇ３におけるレンズの発散面の曲率が緩められずにペッツバール和の補正が過剰になり、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。条件式（４）の上限値を０．９５、さらに０．９に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（４）の対応値が下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３を短くすることが難しくなり、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が大きくなる。そのため、第３レンズ群Ｇ３におけるレンズの発散面の曲率が緩められずにペッツバール和の補正が過剰になり、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。条件式（４）の下限値を０．１５、さらに０．２に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．０３＜ｔｃ／ＬＡ＜０．０８ ・・・（５）
但し、ｔｃ：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面から第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も像側のレンズ面までの光軸上の距離

条件式（５）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面から第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と、顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズＯＬの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離との適切な関係を規定するものである。条件式（５）を満足することで、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズが薄くなるため、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和を小さくすることができる。そのため、前述した効果によって、像面湾曲を良好に補正することができる。

条件式（５）の対応値が上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズが厚くなり、顕微鏡対物レンズＯＬにおけるレンズの中心厚の総和が大きくなる。そのため、レンズの発散面の曲率が緩められずにペッツバール和の補正が過剰になりやすくなり、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。条件式（５）の上限値を０．０７、さらに０．０６に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（５）の対応値が下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズが薄くなりすぎて、２次スペクトルを含む色収差の補正に必要なレンズを配置することが困難になる。条件式（５）の下限値を０．０３５、さらに０．０４に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．６＜θｇＦ３Ｐ＜０．７ ・・・（６）
但し、θｇＦ３Ｐ：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズの部分分散比であり、正レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ３Ｐとし、正レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ３Ｐとし、正レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ３Ｐとしたとき、次式で定義される
θｇＦ３Ｐ＝（ｎｇ３Ｐ－ｎＦ３Ｐ）／（ｎＦ３Ｐ－ｎＣ３Ｐ）

条件式（６）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズの部分分散比について、適切な範囲を規定するものである。条件式（６）を満足することで、軸上色収差の補正において、１次の色消しに加え、２次スペクトルを良好に補正することができる。

条件式（６）の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（６）の上限値を０．６８、さらに０．６５に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（６）の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の２次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式（６）の下限値を０．６１、さらに０．６２に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（７）および条件式（８）を満足することが望ましい。
０．０２＜θｇＦ３Ｐ－（０．６４５－０．００１７×νｄ３Ｐ）＜０．１２ ・・・（７）
２０＜νｄ３Ｐ＜３５ ・・・（８）
但し、θｇＦ３Ｐ：第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズの部分分散比であり、正レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ３Ｐとし、正レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ３Ｐとし、正レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ３Ｐとしたとき、次式で定義される
θｇＦ３Ｐ＝（ｎｇ３Ｐ－ｎＦ３Ｐ）／（ｎＦ３Ｐ－ｎＣ３Ｐ）

条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズの部分分散比と、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズのアッベ数との適切な関係を規定するものである。条件式（８）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズにおける正レンズのアッベ数について、適切な範囲を規定するものである。条件式（７）および条件式（８）を満足することで、軸上色収差の補正において、１次の色消しに加え、２次スペクトルを良好に補正することができる。

条件式（７）の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（７）の上限値を０．１、さらに０．０８に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（７）の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の２次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式（７）の下限値を０．０２１、さらに０．０２２に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（８）の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の２次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式（８）の上限値を３３、さらに３０に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

条件式（８）の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（８）の下限値を２１、さらに２２に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
０．７５＜ｆ／ＬＡ＜２．２ ・・・（９）
但し、ｆ：顕微鏡対物レンズＯＬの焦点距離

条件式（９）は、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点距離と、顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズＯＬの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離との適切な関係を規定するものである。条件式（９）を満足することで、倍率が低い顕微鏡対物レンズが得られるので好ましい。条件式（９）の上限値を２．１、さらに２に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。条件式（９）の下限値を０．８５、さらに０．９５に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。

以下、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬの実施例を図面に基づいて説明する。図１、図３、図５は、第１～第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ｛ＯＬ（１）～ＯＬ（３）｝の構成を示す光路図である。これら図１、図３、図５において、各レンズ群を符号Ｇと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、各レンズを符号Ｌと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、それぞれ表している。この場合において、符号、数字の種類および数が大きくなって煩雑化するのを防止するため、実施例毎にそれぞれ独立して符号と数字の組み合わせを用いてレンズ等を表している。このため、実施例間で同一の符号と数字の組み合わせが用いられていても、同一の構成であることを意味するものでは無い。

以下に表１～表３を示すが、この内、表１は第１実施例、表２は第２実施例、表３は第３実施例における各諸元データを示す表である。各実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線（波長λ＝587.6nm）、Ｃ線（波長λ＝656.3nm）、Ｆ線（波長λ＝486.1nm）、ｇ線（波長λ＝435.8nm）を選んでいる。

［全体諸元］の表において、ｆは、顕微鏡対物レンズの焦点距離を示す。βは、顕微鏡対物レンズの倍率を示す。ＮＡは、顕微鏡対物レンズの開口数を示す。ＷＤは、顕微鏡対物レンズの作動距離（ワーキングディスタンス）を示す。ＬＡは、顕微鏡対物レンズの最も物体側のレンズ面から顕微鏡対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離を示す。ｔｇは、顕微鏡対物レンズにおけるレンズの中心厚の総和を示す。ｔ３は、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面から第３レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離を示す。ｔｃは、第３レンズ群の最も物体側に配置された接合レンズにおける最も物体側のレンズ面から第３レンズ群の最も物体側に配置された接合レンズにおける最も像側のレンズ面までの光軸上の距離を示す。

［レンズデータ］の表において、面番号は物体側からのレンズ面の順序を示し、Ｒは各面番号に対応する曲率半径（物体側に凸のレンズ面の場合を正の値としている）、Ｄは各面番号に対応する光軸上のレンズ厚もしくは空気間隔、ｎｄは各面番号に対応する光学材料のｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率、νｄは各面番号に対応する光学材料のｄ線を基準とするアッベ数、θｇＦは各面番号に対応する光学部材の材料の部分分散比をそれぞれ示す。曲率半径の「∞」は平面又は開口を示す。また、空気の屈折率ｎｄ＝1.00000の記載は省略している。

光学部材の材料のｇ線（波長λ＝435.8nm）に対する屈折率をｎｇとし、光学部材の材料のＦ線（波長λ＝486.1nm）に対する屈折率をｎＦとし、光学部材の材料のＣ線（波長λ＝656.3nm）に対する屈折率をｎＣとする。このとき、光学部材の材料の部分分散比θｇＦは次式（Ａ）で定義される。

θｇＦ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ） …（Ａ）

［レンズ群データ］の表には、各レンズ群のそれぞれの始面（最も物体側の面）と焦点距離を示す。

以下、全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、その他の長さ等は、特記のない場合一般に「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、これに限られるものではない。

ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での重複する説明は省略する。

（第１実施例）
第１実施例について、図１～図２および表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（１）は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（１）の先端部と物体を覆うカバーガラスＣＶとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスＣＶのｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率は１．５２２１６とする。

第１レンズ群Ｇ１は、物体からの光束を集光する。また、第１レンズ群Ｇ１は、物体からの軸外光線をより光軸側に集める。第１レンズ群Ｇ１は、両凸形状の正レンズＬ１１から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１からの光束を発散させる。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２１から構成される。

第３レンズ群Ｇ３は、第２レンズ群Ｇ２からの発散光束を平行光束にする。第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、両凹形状の負レンズＬ３１および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２を接合してなる第１接合レンズＣＬ３１と、両凹形状の負レンズＬ３３および両凸形状の正レンズＬ３４を接合してなる第２接合レンズＣＬ３２と、両凸形状の正レンズＬ３５と、から構成される。

以下の表１に、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。

（表１）
［全体諸元］
ｆ＝100 β＝2倍
ＮＡ＝0.1 ＷＤ＝9.09
ＬＡ＝55.140 ｔｇ＝16.063
ｔ３＝16.670 ｔｃ＝2.646
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ θｇ
1 ∞ 0.170 1.52216 58.80
2 ∞ 9.090
3 31.936 2.661 1.67300 38.26
4 -53.740 15.409
5 23.922 1.000 1.65160 58.62
6 8.657 19.399
7 -26.025 1.000 1.78800 47.35
8 22.327 1.646 1.66382 27.35 0.6319
9 76.703 3.971
10 -796.845 1.000 1.83400 37.18
11 55.780 3.730 1.43425 94.77
12 -20.552 0.298
13 187.183 5.026 1.45600 91.37
14 -17.298 ―
［レンズ群データ］
群 始面 焦点距離
G1 3 30.14
G2 5 -21.37
G3 7 59.39

図２は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差（球面収差および像面湾曲）を示す図である。なお、各収差図は、顕微鏡対物レンズに第２対物レンズを組み合わせた状態での諸収差を示す。図２の各収差図において、ｄはｄ線（波長λ＝587.6nm）、ＣはＣ線（波長λ＝656.3nm）、ＦはＦ線（波長λ＝486.1nm）、ｇはｇ線（波長λ＝435.8nm）に対する諸収差をそれぞれ示す。球面収差図において、縦軸は入射瞳半径の最大値を１として規格化して示した値を示し、横軸は各光線における収差の値［ｍｍ］を示す。像面湾曲を示す収差図において、実線は各波長に対するメリジオナル像面を示し、破線は各波長に対するサジタル像面を示す。また、像面湾曲を示す収差図において、縦軸は像高［ｍｍ］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。なお、以下に示す各実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用い、重複する説明は省略する。

各収差図より、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズは、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

（第２実施例）
第２実施例について、図３～図４および表２を用いて説明する。図３は、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（２）は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（２）の先端部と物体を覆うカバーガラスＣＶとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスＣＶのｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率は１．５２２１６とする。第２実施例における各レンズ群Ｇ１～Ｇ３は、第１実施例と同様に構成されるため、第１実施例の場合と同じ符号を付して、これらの各レンズの詳細な説明を省略する。

以下の表２に、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。

（表２）
［全体諸元］
ｆ＝100 β＝2倍
ＮＡ＝0.1 ＷＤ＝9.00
ＬＡ＝55.140 ｔｇ＝16.173
ｔ３＝15.348 ｔｃ＝2.732
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ θｇＦ
1 ∞ 0.170 1.52216 58.80
2 ∞ 9.000
3 28.627 2.648 1.67300 38.26
4 -68.866 16.273
5 32.926 1.000 1.59319 67.90
6 8.439 19.871
7 -22.962 1.000 1.84000 46.60
8 29.089 1.732 1.66382 27.35 0.6319
9 256.408 1.110
10 -512.897 1.000 1.83400 37.18
11 41.887 3.687 1.43254 94.77
12 -19.058 1.713
13 181.077 5.106 1.49782 82.57
14 -17.032 ―
［レンズ群データ］
群 始面 焦点距離
G1 3 30.38
G2 5 -19.43
G3 7 54.90

図４は、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差（球面収差および像面湾曲）を示す図である。各収差図より、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズは、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

（第３実施例）
第３実施例について、図５～図６および表３を用いて説明する。図５は、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（３）は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（３）の先端部と物体を覆うカバーガラスＣＶとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスＣＶのｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率は１．５２２１６とする。第３実施例における各レンズ群Ｇ１～Ｇ３は、第１実施例と同様に構成されるため、第１実施例の場合と同じ符号を付して、これらの各レンズの詳細な説明を省略する。

以下の表３に、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。

（表３）
［全体諸元］
ｆ＝100 β＝2倍
ＮＡ＝0.1 ＷＤ＝8.98
ＬＡ＝55.050 ｔｇ＝16.271
ｔ３＝15.034 ｔｃ＝2.701
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ θｇＦ
1 ∞ 0.170 1.52216 58.80
2 ∞ 8.980
3 37.069 2.237 1.67300 38.26
4 -55.854 19.889
5 28.258 1.000 1.59319 67.90
6 8.247 16.889
7 -21.999 1.000 1.83481 42.73
8 31.725 1.701 1.80809 22.74 0.6288
9 345.459 1.000
10 -195.290 1.503 1.83400 37.18
11 39.045 3.877 1.43254 94.77
12 -18.469 1.000
13 158.897 4.953 1.49782 82.57
14 -16.263 ―
［レンズ群データ］
群 始面 焦点距離
G1 3 33.43
G2 5 -20.00
G3 7 59.96

図６は、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差（球面収差および像面湾曲）を示す図である。各収差図より、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズは、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

各実施例に係る顕微鏡対物レンズは、無限遠補正型のレンズであるため、顕微鏡対物レンズからの光を集光する第２対物レンズと組み合わせて使用される。そこで、顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される第２対物レンズの一例について、図７および表４を用いて説明する。図７は、各実施例に係る顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される第２対物レンズの構成を示す断面図である。各実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図は、この第２対物レンズと組み合わせて使用したときのものである。図７に示す第２対物レンズＩＬは、光軸に沿って物体側から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ４１および両凹形状の負レンズＬ４２を接合してなる第１接合レンズＣＬ４１と、両凸形状の正レンズＬ４３および両凹形状の負レンズＬ４４を接合してなる第２接合レンズＣＬ４２と、から構成される。

以下の表４に、第２対物レンズの諸元の値を掲げる。なお、［レンズデータ］の表において、面番号、Ｒ、Ｄ、ｎｄ、およびνｄは、前述の表１～表３の説明で示したものと同じである。

（表４）
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
1 75.043 5.100 1.62280 57.03
2 -75.043 2.000 1.74950 35.19
3 1600.580 7.500
4 50.256 5.100 1.66755 41.96
5 -84.541 1.800 1.61266 44.40
6 36.911 ―

次に、［条件式対応値］の表を下記に示す。この表には、各条件式（１）～（９）に対応する値を、全実施例（第１～第３実施例）について纏めて示す。
条件式（１） ０．１＜ｔｇ／ＬＡ＜０．４
条件式（２） －３５＜νｄ３Ｐ－νｄ３Ｎ＜０
条件式（３） ０．１＜ｔ３／ＬＡ＜０．４
条件式（４） ０．１＜（Ｒｃ２＋Ｒｃ１）／（Ｒｃ２－Ｒｃ１）＜１
条件式（５） ０．０３＜ｔｃ／ＬＡ＜０．０８
条件式（６） ０．６＜θｇＦ３Ｐ＜０．７
条件式（７） ０．０２＜θｇＦ３Ｐ－（０．６４５－０．００１７×νｄ３Ｐ）＜０．１２
条件式（８） ２０＜νｄ３Ｐ＜３５
条件式（９） ０．７５＜ｆ／ＬＡ＜２．２

［条件式対応値］
条件式 第１実施例 第２実施例 第３実施例
（１） 0.29 0.29 0.30
（２） -20.00 -19.25 -19.99
（３） 0.30 0.28 0.27
（４） 0.49 0.84 0.88
（５） 0.048 0.049 0.049
（６） 0.6319 0.6319 0.6288
（７） 0.0334 0.0334 0.0226
（８） 27.35 27.35 22.74
（９） 1.8136 1.8136 1.8165

上記各実施例によれば、像面湾曲が良好に補正されたアポクロマートである顕微鏡対物レンズを実現することができる。

ここで、上記各実施例は本実施形態の一具体例を示しているものであり、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群

Claims (12)

1. 光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
   前記第１レンズは、物体からの光束を集光し、
   前記第２レンズは、前記第１レンズからの光束を発散させ、
   前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズとを含む接合レンズを有し、前記第２レンズからの発散光束を平行光束にし、
   以下の条件式を満足する顕微鏡対物レンズ。
   ０．１＜ｔｇ／ＬＡ＜０．４
   －３５＜νｄ３Ｐ－νｄ３Ｎ＜０
   但し、ｔｇ：前記顕微鏡対物レンズにおけるレンズの中心厚の総和
   ＬＡ：前記顕微鏡対物レンズの最も物体側のレンズ面から前記顕微鏡対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
   νｄ３Ｐ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
   νｄ３Ｎ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記負レンズのアッベ数
2. 前記第２レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
3. 前記第３レンズ群の前記接合レンズは、前記正レンズと前記負レンズとからなる請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
4. 前記第３レンズ群の前記接合レンズは、前記第３レンズ群の最も物体側に配置される請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
5. 以下の条件式を満足する請求項４に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ０．１＜ｔ３／ＬＡ＜０．４
   但し、ｔ３：前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記第３レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
6. 以下の条件式を満足する請求項４に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ０．１＜（Ｒｃ２＋Ｒｃ１）／（Ｒｃ２－Ｒｃ１）＜１
   但し、Ｒｃ１：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
   Ｒｃ２：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける最も像側のレンズ面の曲率半径
7. 以下の条件式を満足する請求項４に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ０．０３＜ｔｃ／ＬＡ＜０．０８
   但し、ｔｃ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける最も物体側のレンズ面から前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
8. 以下の条件式を満足する請求項４に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ０．６＜θｇＦ３Ｐ＜０．７
   但し、θｇＦ３Ｐ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズの部分分散比であり、前記正レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ３Ｐとし、前記正レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ３Ｐとし、前記正レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ３Ｐとしたとき、次式で定義される
   θｇＦ３Ｐ＝（ｎｇ３Ｐ－ｎＦ３Ｐ）／（ｎＦ３Ｐ－ｎＣ３Ｐ）
9. 以下の条件式を満足する請求項４に記載の顕微鏡対物レンズ。
   ０．０２＜θｇＦ３Ｐ－（０．６４５－０．００１７×νｄ３Ｐ）＜０．１２
   ２０＜νｄ３Ｐ＜３５
   但し、θｇＦ３Ｐ：前記第３レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズの部分分散比であり、前記正レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ３Ｐとし、前記正レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ３Ｐとし、前記正レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ３Ｐとしたとき、次式で定義される
   θｇＦ３Ｐ＝（ｎｇ３Ｐ－ｎＦ３Ｐ）／（ｎＦ３Ｐ－ｎＣ３Ｐ）
10. 以下の条件式を満足する請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
    ０．７５＜ｆ／ＬＡ＜２．２
    但し、ｆ：前記顕微鏡対物レンズの焦点距離
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズと、前記顕微鏡対物レンズからの光を集光する第２対物レンズとを備える顕微鏡光学系。
12. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズを備える顕微鏡装置。

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