JPH0426445B2

JPH0426445B2 -

Info

Publication number: JPH0426445B2
Application number: JP59062934A
Authority: JP
Inventors: Koji Mori; Yoshuki Shimizu
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1992-05-07
Also published as: JPS60205521A

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の技術分野）本発明は顕微鏡対物レンズ、特に物体側に配置
されるカバーガラス等の平行平面板の厚さの変化
があつても良好な結像性能を維持し得る対物レン
ズに関する。（発明の背景）一般に顕微鏡対物レンズはカバーガラスの厚さ
が一定の基準値であることを前提として設計され
ているため、カバーガラスの厚さが基準値と異な
る場合には結像性能は劣化してしまう。この傾向
は対物レンズのN.A.（開口数）が大きい程著しく
なる。このため従来より、補正環付き対物レンズ
として、カバーガラスの厚さの変化に伴つて対物
レンズ内のレンズ間隔を変化させ、これによつて
収差の悪化を防ぎほぼ良好な結像性能を維持する
ものが知られている。しかし、従来の一般的補正
環付き対物レンズでは、カバーガラスの厚さ変化
に対する収差補正の範囲は極めて狭く、N.A.0.6
程度の場合厚さで0.2mm〜0.3mmの範囲が実用上の
限界であつた。これに対し、本願と同一の出願人による特開昭
56−142508号公報には顕微鏡対物レンズを物体側
より順に、物体側に凹面を向けた正の接合メニス
カスレンズの第１レンズ群、正レンズまたは接合
正レンズの第２レンズ群及び合成で正屈折力の第
３レンズ群で構成し、物体面と対物レンズとの間
に配置される平行平面板の厚さの変化に応じて、
第２レンズ群のみを光軸に沿つて移動させ、これ
によつて平行平面板の広い範囲の厚さ変化があつ
ても良好な結像性能を維持する技術が開示されて
いる。この技術によれば、確かに平行平面板の厚
さ変化±1.0mmという極めて広い範囲にわたつて
優れた結像性能を維持することが可能である。し
かしながら、上記の技術ではN.A.が0.6程度、倍
率が40倍程度の対物レンズが実用上の限界であ
り、より大きなN.A.またはより高い倍率の対物
レンズとしては未だ不十分であつた。（発明の目的）本発明の目的は、大きな開口数を有し高倍率で
あるにもかかわらず、物体面と対物レンズとの間
に配置されるカバーガラス等の平行平面板の厚さ
が大きく変化しても常に優れた結像性能を維持す
ることができる顕微鏡対物レンズを提供すること
にある。（発明の概要）本発明による顕微鏡対物レンズは、第１図の概
略構成図に示すごとく物体側から順に正屈折力を
有し物体からの光束を収斂光束に変換する第１レ
ンズ群Ｇ１と、この収斂光束中で光軸に沿つて移
動可能で負の屈折力をもつ第２レンズ群Ｇ２、及
び負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３を有し、全
系の焦点距離をｆ，該第２レンズ群の焦点距離を
f2とするとき、 −50f＜f2＜−10f (1) の条件を満たすものである。そして、物体０と第１レンズ群Ｇ１との間に配
置される平行平面板Ｐの厚さの変化に応じて第２
レンズ群Ｇ２を第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ
群Ｇ３に対して相対的に移動させることにより、
平行平面板Ｐの厚さ変化による収差の変動を補正
するものである。例えば、カバーガラスや培養容
器等の平行平面板Ｐの厚さが所定の設計基準値よ
り大きい場合には、第２レンズ群Ｇ２を第３レン
ズ群Ｇ３側へ移動し、逆に平行平面板の厚さがよ
り小さい場合には、第２レンズ群Ｇ２を第１レン
ズ群Ｇ１側へ移動することにより、常に設計基準
値におけると同様の収差補正状態を維持すること
ができる。上記のような補正が良好になされるためには、
第２レンズ群の焦点距離が上記(1)式の如き条件を
満たすとともに、各レンズ群の収差構造が以下の
ようであることが必要である。尚、第１図中には
以下の説明の理解を助けるために、軸上物点から
の近軸光線の様子の例を示した。第１レンズ群Ｇ
１にはその強い収斂作用と共にかなり大きな負の
球面収差を持たせる。第２レンズ群Ｇ２には正の
球面収差を持たせ、第１レンズ群Ｇ１で発生する
負の球面収差をほぼ相殺する。このため、条件式
(1)の下限を外れるならば、第２レンズ群としての
負屈折力が弱くなり過ぎ、正の球面収差の発生量
が少なくなり、第１レンズ群での負の球面収差を
良好に補正することが難しくなり、他方、上限を
越えるならば、第２レンズ群としての屈折力が強
くなり過ぎて球面収差の補正過剰をきたしてしま
う。そして、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３は全系
のペツツバール和を補正し像面の平坦性を維持し
ている。尚、第３レンズ群Ｇ３中には空気間隔を
介して互いに凹面を向けて対向する２つのレンズ
面を設け、この両凹面での発散作用によりペツツ
バール和を補正することが望ましいが、これは球
面収差を補正するのが主目的である本発明におい
ては本質的なことではない。このような基本構造を基準として、第１レンズ
群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３との間で第２レンズ群
Ｇ２が相対的に軸上を移動することにより球面収
差を変化させることができる。すなわち、第１レ
ンズ群Ｇ１を射出する収斂光束中に負屈折力の第
２レンズ群Ｇ２が位置するため、第２レンズ群Ｇ
２がその基準位置よりも第３レンズ群Ｇ３側に移
動すれば、収斂光束が第２レンズ群Ｇ２を切る高
さが基準位置でのそれより低くなり、第２レンズ
群Ｇ２での正の球面収差の発生量が減少する。逆
に、第２レンズ群Ｇ２がその基準位置よりも第１
レンズ群Ｇ１側に移動すれば、収斂光束が第２レ
ンズ群Ｇ２を切る高さが基準位置のそれよりも高
くなり、第２レンズ群Ｇ２での正の球面収差量が
増大する。従つて対物レンズと物体面との間に配
置れるカバーガラス等の平行平面板Ｐの厚さによ
つて大きく変動する球面収差は、第２レンズ群Ｇ
２の移動により補正される。すなわち、平行平面
板Ｐの厚さが厚くなれば正の球面収差が発生する
ので、これを補正するめには第２レンズ群Ｇ２で
の正の球面収差を減少すべく第２レンズ群を第３
レンズ群Ｇ３側に変動し、他方、平行平面板Ｐの
厚さが薄くなれば負の球面収差が発生するので、
第２レンズ群Ｇ２での正の球面収差量を増大すべ
く第２レンズ群を第１レンズ群Ｇ１側に移動すれ
ばよい。上記のごとき本発明の基本的特徴は、既に述べ
たように、第１レンズ群によつて物体からの光束
の収斂光束に変換し、負屈折力の第２レンズ群を
通過後も光束の収斂状態がほぼ維持されることに
ある。そして第３レンズ群の通過後に所定の像面
位置に集光される。このために、第１図に示した
ごとく、軸上物点からの近軸光線が各レンズ群を
切る高さについては、第１レンズ群Ｇ１で最も高
く、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３の順に
低くなつている。第１、第２レンズ群それぞれに
おける軸上物点からの近軸光線の切る高さの最高
値を順にh1，h2，第３レンズ群を出射する高さ
をh3とするとき、h1＞h2＞h3であることが必要
である。従つて、各レンズ群の有効径については
第１レンズ群が最も大きく、第３レンズ群が最も
小さくなり、6h3＞h1＞2h3程度に構成すること
が望ましい。尚、本発明をより高倍率の対物レン
ズに適用した場合には、h1のh3に対する比の値
はより大きくなり、より低倍率の対物レンズに適
用した場合にはh1のh3に対する比の値はより小
さくなる。又、第１レンズ群Ｇ１を通過した光線
の勾配は全系を通過した光線の勾配の５倍ないし
10倍の値を持つことが望ましい。これは前述した
ように、第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿つて第１レ
ンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３との間を移動する
際に、第２レンズ群Ｇ２に入射する光線の高さに
よつて、球面収差の補正量が異なるためであり、
高倍率の対物レンズ程この勾配は大きくなり、低
倍率の対物レンズ程この勾配は小さくなる傾向に
ある。また、本発明のごとく第１レンズ群の有効
径を最も大きくする構成は、作動距離を大きくす
るために有利であり、後述する実施例のごとく長
大な作動距離が可能となる。（実施例）次に、本発明の実施例に基づいて、各レンズ群
の具体的レンズ構成について述べる。第２図は本
発明による第１実施例のレンズ構成図であり、第
３図及び第４図はそれぞれ発明による第２、第３
実施例のレンズ構成図である。図中には軸上物点
０からの近軸光線が実線で示されている。図示し
た実施例のごとく、第１レンズ群Ｇ１は物体から
の光束を収斂光束に変換するためのかなり強い正
屈折力を有し、このためには少なくとも３個の正
レンズ成分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を有する必要があ
る。そのうち最も物体側の正レンズＬ１は物体側
に凹面を向けたメニスカス形状であること、第２
の正レンズＬ２は像側の面がより曲率の強い面で
あることが望ましく、３つの正レンズの少なくと
も１つに貼合わせ面を設けることが望ましい。ま
た、第２レンズ群Ｇ２は負の屈折力と球面収差を
正に大きく発生する作用とを持つために、図示し
た実施例のごとく、物体側に凸な負メニスカスレ
ンズＬ４、両凸正レンズＬ５及び負レンズＬ６の
貼合わせで形成されている。全体の形状は正レン
ズ形状であるが、負メニスカスレンズＬ４，Ｌ６
の屈折率が両凸レンズＬ５のそれより高いため合
成では負の屈折力を有している。これは第２レン
ズ群Ｇ２が球面収差を正方向に補正する作用を持
つべく意図されたものだからである。そして、主にペツツバール和の補正を担う第３
レンズ群Ｇ３は全体として負の屈折力を有し、図
示した実施例のごとく物体側に凸面を向けたメニ
スカス形状の前群Ｇ３１と物体側に凹面を向けた
メニスカス形状の後群Ｇ３２とで構成されること
が望ましい。さらに前群Ｇ３１は弱い正屈折力を
有し、後群は弱い負屈折力を有することが望まし
い。ここで前群Ｇ３１の最も像側の凹面Raと後
群の最も物体側の凹面Rbとが、第３レンズ群中
における前述したごとき互いに対向する凹面とし
て機能する。第３レンズ群の前群Ｇ３１は正レン
ズＬ７，負レンズＬ８、物体側に凸面を向けた正
メニスカスレンズＬ９の貼合わせ、或いは正レン
ズＬ７と負レンズＬ８との貼合わせで構成される
ことが望ましい。但し、前群Ｇ３１中の負レンズ
Ｌ８と正メニスカスレンズＬ９との貼合わせはい
わゆるハイパークロマテイツクレンズを形成して
いるため、この貼合わせ面の向きは逆向きにする
ことも可能である。また、第３レンズ群の後群Ｇ
３２は、両凹負レンズＬ１０と両凸正レンズＬ１
１との貼合わせで構成されることが望ましい。以下、本発明による実施例について詳述する。
本実施例は、いわゆる乾燥系対物レンズで屈折
率、分散の異なつた３種のカバーガラスに対応で
きるよう設計されたものである。３例とも倍率50
倍、N.A.＝0.7で、作動距離W.D.≒1.0fであり、
全系の焦点距離ｆと同等の長さを有している。物
体と対物レンズとの間に基準厚さのカバーガラス
C.G.が挿入された状態のレンズ構成図が第２図で
ある。本実施例の諸元を表１〜表３にそれぞれ示
す。但し、表中左端の数字は物体側からの順序を
示し、doは対物レンズの最前レンズ面の頂点か
らカバーガラス表面までの距離を示す。また、バ
ツクフオーカスBfの値、及びカバーガラスC.G.
の厚さが変化した場合の可変間隔の値も併記し
た。

【表】

【表】尚、第１実施例に用いたカバーガラスの屈折率
は1.49108、アツベ数は57.57であり、第２実施例
に用いたカバーガラスの屈折率は1.58518、アツ
ベ数は30.24であり、第３実施例に用いたカバー
ガラスの屈折率は1.58710、アツベ数は33.43であ
る。また、記の各実施例において、全系の焦点距
離をｆとした時Ｇ２の焦点距離はそれぞれ−
26.82f，−20.62f，−19.06fとなつている。第５図〜第７図は各実施例について物体面から
像面までの距離が245mmとなるように比例拡大し
て、実用上の対物レンズとした時の収差図であ
り、ＡはカバーガラスC.G.のない状態での諸収差
図ＢはカバーガラスC.G.が１mmの状態における諸
収差図ＣはカバーガラスC.G.が1.5mmに厚くなつ
た状態での諸収差図である。各収差図では球面収
差（Sph），非点収差（Ast），歪曲収差（Dis），
コマ収差（Coma）を示し、基準光をｄ線（λ＝
587.6mm）とし、色の球面収差を示すためにＣ線
（λ＝656.3mm）及びＦ線（λ＝486.1mm）も併記
した。また図中のｙの値は像高を表わす。各収差図によれば、本実施例の対物レンズがい
ずれも倍率50倍という高い倍率で、N.A.＝0.7と
いう大開口数と長い作動距離を有しながらも、カ
バーガラスの厚さ０〜1.5mmという広い範囲にわ
たつて常に優れた結像性能を維持されていること
が明らかである。（発明の効果）以上の如く、本発明によれば、大きな開口数を
有し高倍率であるにもかかわらず、物体面と対物
レンズとの間に配置されるカバーガラス等の平行
平面板の厚さが大きく変化しても常に優れた結像
性能を維持することができる顕微鏡対物レンズが
達成される。そして、実施例に示したごとく、カ
バーガラスが存在しない状態からカバーガラスの
厚さが1.5mmまでの範囲で連続的に良好な結像性
能が維持されるため、ある透明物体の表面から表
面内部までを連続的にしかも仔細な観察及び検査
を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による対物レンズの基本を示す
概略構成図、第２図は本発明による第１実施例の
レンズ構成図、第３図は本発明による第２実施例
のレンズ構成図、第４図は本発明による第３実施
例のレンズ構成図、第５図〜第７図は各実施例に
ついてカバーガラスの厚さが異なる状態での諸収
差図であり、各収差図においてＡはカバーガラス
のない状態での諸収差図Ｂはカバーガラスが１mm
の状態における諸収差図Ｃはカバーガラスが1.5
mmに厚くなつた状態での諸収差図である。主要部分の符号の説明、Ｐ……カバーガラス、
Ｇ１……第１レンズ群、Ｇ２……第２レンズ群、
Ｇ３……第３レンズ群。

Claims

【特許請求の範囲】１物体側から順に、正屈折力を持ち物体からの
光束を収斂光束に変換する第１レンズ群、該収斂
光束中で光軸に沿つて移動可能で負の屈折力をも
つ第２レンズ群、及び負屈折力を持つ第３レンズ
群を有し、全系の焦点距離をｆ，該第２レンズ群
の焦点距離をf2とするとき、 −50f＜f2＜−10f の条件を満たし、該物体と該第１レンズ群との間
に配置される平行平面板の厚さの変化に応じて該
第２レンズ群を該第１、第３レンズ群に対して相
対的に移動させることにより収差の変動を補正し
得ることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。