JPH0882745A

JPH0882745A - 対物レンズ系

Info

Publication number: JPH0882745A
Application number: JP6244610A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suenaga; 豊末永; Itoe Hayashi; 糸恵林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】水、オイル、グリセリンなどの屈折率が異な
る各種液体に対して兼用可能であり、埋め込みレンズを
用いることなく従来の加工技術で十分安価に加工可能で
あるとともに、色収差が良く補正され、且つ平坦性も良
い液浸系アポクロマート級顕微鏡対物レンズ系を提供す
る。【構成】物体側から順に、互いにほぼ平行な２つの面
からなる平行平面板Ｌ１１と物体側に凹面を向けたレン
ズＬ１２と正メニスカスレンズとを有する第１レンズ群
Ｇ１と、２つの接合レンズを有し全体として正の屈折力
を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズと正レンズとの
接合レンズを有し全体として負の屈折力を有する第３レ
ンズ群Ｇ３と、正レンズと負レンズＬ４２との接合レン
ズを有し全体として負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ
４とを備え、前記第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って移
動可能である対物レンズ系。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対物レンズ系に関し、特
に、液浸系プランアポクロマート級低倍率顕微鏡対物レ
ンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液浸系顕微鏡対物レンズは、水や
オイルなどの単一液体にのみ使用可能である。したがっ
て、観察する物体によって水やオイルなど適する液体が
違うような場合、各観察物体に対して適当な対物レンズ
に切り換える必要があり、観察するのに手間がかかる。
そこで、水、オイル、グリセリンなどの屈折率が異なる
各種液体に対して兼用することができるような液浸系顕
微鏡対物レンズが望まれている。しかしながら、水、オ
イル、グリセリンなどでは屈折率が約１．３〜１．６の
範囲で変化するので、諸収差が十分補正されずに残って
しまう。

【０００３】また、従来の液浸系アポクロマート級対物
レンズとして、たとえば特開昭５９−１５５８２２号公
報に開示の対物レンズが知られている。この公報に開示
の対物レンズでは、先玉（最も物体側のレンズ）に埋込
みレンズからなる接合レンズを用いている。そして、接
合面の曲率半径および２つのレンズの屈折率差を適宜設
定することによって、ペッツバール和を小さくして像面
湾曲を補正している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、先玉に埋
込みレンズからなる接合レンズを用いる従来の方法は、
設計上有用であり、最近用いられる例も多い。しかしな
がら、実際には、レンズ加工上難しい点がある。まず、
埋め込まれる側の凹面はかなり曲率の強い曲面となり、
埋込まれる側のレンズには屈折率が１．８程度の硝子が
選択される。しかしながら、屈折率が１．８程度の硝子
種では硬いものが多い。その結果、凹面加工が非常に難
しく、時間もかかりコストが高くなりがちであるという
不都合があった。また、埋込みレンズの像側の凸面に関
しても曲率が強くほぼ半球状まで使うことが多い。この
ため、有効範囲まで精度良く研磨することが難しいとい
う不都合があった。

【０００５】さらに、従来の液浸系顕微鏡対物レンズは
単一液体にのみ使用可能であるため、各観察物体に対し
てそれぞれ適当な液体を使用すると、良好な結像性能で
観察することができないという不都合があった。本発明
は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、水、オイ
ル、グリセリンなどの屈折率が異なる各種液体に対して
兼用可能であり、埋め込みレンズを用いることなく従来
の加工技術で十分安価に加工可能であるとともに、色収
差が良く補正され、且つ平坦性も良い液浸系アポクロマ
ート級顕微鏡対物レンズ系を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明において、物体側から順に、互いにほぼ平行
な２つの面からなる平行平面板Ｌ１１と物体側に凹面を
向けたレンズＬ１２と正メニスカスレンズとを有する第
１レンズ群Ｇ１と、２つの接合レンズを有し全体として
正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズと正
レンズとの接合レンズを有し全体として負の屈折力を有
する第３レンズ群Ｇ３と、正レンズと負レンズＬ４２と
の接合レンズを有し全体として負の屈折力を有する第４
レンズ群Ｇ４とを備え、前記第３レンズ群Ｇ３は、光軸
に沿って移動可能であり、レンズ全系の合成焦点距離を
Ｆとし、前記平行平面板Ｌ１１の物体側の面の曲率半径
をｒ１とし、前記平行平面板Ｌ１１の像側の面の曲率半
径をｒ２とし、前記レンズＬ１２の物体側の凹面の曲率
半径をｒ３とし、前記平行平面板Ｌ１１の屈折率をＮ１
ａとし、前記レンズＬ１２の屈折率をＮ１ｂとし、前記
第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、前記第２レン
ズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ
１３とし、前記第３レンズ群Ｇ３と前記第４レンズ群Ｇ
４との軸上空気間隔をｄ１６としたとき、｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ１｜≦０．０６｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ２｜≦０．０６２＜｜（Ｎ１ｂ・Ｆ）／ｒ３｜＜４０．０５＜ｄ１３／Ｆ＜０．８５０．０１＜｜Ｆ／ｆ３｜＜０．０２５０．９＜（ｄ１３＋ｄ１６）／Ｆ＜１．２の条件を満足することを特徴とする対物レンズ系を提供
する。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、レンズ全
系の合成焦点距離をＦとし、前記第１レンズ群Ｇ１の前
記レンズＬ１２の焦点距離をｆ１２とし、前記第４レン
ズ群Ｇ４の前記レンズＬ４２の焦点距離をｆ４２とした
とき、６＜｜ｆ１２／Ｆ｜＋｜ｆ４２／Ｆ｜＜９の条件を満足する。

【０００８】

【作用】上述のように、本発明の対物レンズ系は、物体
側から順に、互いにほぼ平行な２つの面からなる平行平
面板Ｌ１１と物体側に凹面を向けたレンズＬ１２と正メ
ニスカスレンズとを有する第１レンズ群Ｇ１と、２つの
接合レンズを有し全体として正の屈折力を有する第２レ
ンズ群Ｇ２と、負レンズと正レンズとの接合レンズを有
し全体として負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、
正レンズと負レンズＬ４２との接合レンズを有し全体と
して負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備え、前
記第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って移動可能である。

【０００９】液浸系の顕微鏡用対物レンズでは、最も物
体側のレンズ面は、該レンズ面と液体との間に気泡が入
り難いように平面または物体側に僅かに凸でなければな
らない。そこで、本発明の対物レンズ系においては、上
述のように、最も物体側に、互いにほぼ平行な２つの面
からなる平行平面板を配置している。なお、本明細書に
おいて、平行平面板とは極めて緩やかな曲率を有するレ
ンズをも含む概念である。また、第３レンズ群Ｇ３を補
正レンズ群として光軸方向に適宜移動させて、屈折率の
異なる液体に対してそれぞれ良好な結像性能が得られる
ようにしている。

【００１０】以下、本発明の条件式について説明する。
本発明の対物レンズ系は、以下の条件式（１）乃至
（６）を満足する。｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ１｜≦０．０６（１）｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ２｜≦０．０６（２）２＜｜（Ｎ１ｂ・Ｆ）／ｒ３｜＜４（３）０．０５＜ｄ１３／Ｆ＜０．８５（４）０．０１＜｜Ｆ／ｆ３｜＜０．０２５（５）０．９＜（ｄ１３＋ｄ１６）／Ｆ＜１．２（６）

【００１１】ここで、Ｆ：レンズ全系の合成焦点距離ｒ１：平行平面板Ｌ１１の物体側の面の曲率半径ｒ２：平行平面板Ｌ１１の像側の面の曲率半径ｒ３：レンズＬ１２の物体側の凹面の曲率半径Ｎ１ａ：平行平面板Ｌ１１のｄ線（λ＝５８７．６ｎ
ｍ）に対する屈折率Ｎ１ｂ：レンズＬ１２のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に
対する屈折率ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｄ１３：第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上
空気間隔ｄ１６：第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との軸上
空気間隔

【００１２】条件式（１）および（２）は、第１レンズ
群Ｇ１の平行平面板Ｌ１１を極めて緩やかな曲率を有す
るレンズとしてみた場合、そのレンズ形状の適切な範囲
を規定するものである。条件式（１）および（２）にお
いて、その上限値を上回ると、ペッツバール和が大きく
なり、平坦性が悪くなるので不都合である。

【００１３】条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１の物体
側に凹面を向けたレンズＬ１２の凹面形状について適切
な範囲を規定するものである。条件式（３）の上限値を
上回ると、ペッツバール和が大きくなり過ぎて、像面湾
曲が悪くなる。また、レンズ全長（最も物体側の面から
像面までの光軸に沿った距離）も長くなる。逆に、条件
式（３）の下限値を下回ると、光束が拡がり過ぎてしま
い、球面収差が悪化し、軸上色収差が補正過剰になる。

【００１４】条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２と補正
レンズ群である第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔ｄ１
３について適切な範囲を規定するものである。たとえば
オイルのように溶液の屈折率が大きくなると球面収差が
補正不足となるため、第３レンズ群Ｇ３を像側に移動さ
せる。即ち、第２レンズ群Ｇ２と第３群レンズＧ３との
軸上空気間隔ｄ１３を広くして、第３レンズ群Ｇ３への
光線の入射高が低くならないうちに第３レンズ群Ｇ３お
よび第４レンズ群Ｇ４に入射させる。こうして、第３レ
ンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで正の球面収差を発生
させ、レンズ全系としての球面収差の変動を打ち消すこ
とができる。

【００１５】条件式（４）の上限値を上回ると、球面収
差が補正過剰となるので、好ましくない。逆に、条件式
（４）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２と第３レ
ンズ群Ｇ３とが接触（干渉）してしまい、球面収差を補
正することもできなくなる。

【００１６】条件式（５）は、補正レンズ群である第３
レンズ群Ｇ３の屈折力について適切な範囲を規定するも
のである。条件式（５）の上限値および下限値で規定さ
れる範囲を逸脱すると、収差を補正しきれずに、物体側
または像側のレンズ群すなわち第２レンズ群Ｇ２または
第４レンズ群Ｇ４に接触してしまう。また、条件式
（５）の上限値を上回ると、色収差が補正不足となり、
不都合である。逆に、条件式（５）の下限値を下回る
と、球面収差が補正過剰となり、不都合である。

【００１７】条件式（６）は、補正レンズ群である第３
レンズ群Ｇ３の物体側および像側の軸上空気間隔ｄ１３
およびｄ１６について適切な範囲を規定するものであ
る。条件式（６）の上限値および下限値で規定される範
囲を逸脱すると、各軸上空気間隔が狭過ぎたり広過ぎた
りして、収差のバランスが崩れてしまう。

【００１８】さらに良好な結像性能、特に平坦性を得る
ために、本発明の対物レンズ系では、上述の条件に加え
て、以下の条件式（７）を満足するのが望ましい。６＜｜ｆ１２／Ｆ｜＋｜ｆ４２／Ｆ｜＜９（７）ここで、ｆ１２：レンズＬ１２の焦点距離ｆ４２：レンズＬ４２の焦点距離

【００１９】条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ１の物体
側に凹面を向けたレンズＬ１２の屈折力および第４レン
ズ群Ｇ４の負レンズＬ４２の屈折力について適切な範囲
を規定しており、平坦性に関する条件を定めている。条
件式（７）の上限値を上回ると、像面湾曲の補正過剰に
なるので好ましくない。逆に、条件式（７）の下限値を
下回ると、倍率が大きくなり、その結果レンズ全長も大
きくなるので不都合である。

【００２０】

【実施例】本発明の対物レンズ系は、各実施例におい
て、物体側から順に、互いにほぼ平行な２つの面からな
る平行平面板Ｌ１１と物体側に凹面を向けたレンズＬ１
２と正メニスカスレンズとを有する第１レンズ群Ｇ１
と、２つの接合レンズを有し全体として正の屈折力を有
する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズと正レンズとの接合
レンズを有し全体として負の屈折力を有する第３レンズ
群Ｇ３と、正レンズと負レンズＬ４２との接合レンズを
有し全体として負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と
を備え、前記第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って移動可
能である。

【００２１】以下、本発明の各実施例を、添付図面に基
づいて説明する。〔実施例１〕図１は、本発明の第１実施例にかかる対物
レンズ系のレンズ構成を示す図である。図示の対物レン
ズ系は、物体側より順に、平行平面板Ｌ１１、物体側に
凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２、および物体側
に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３からなる第１
レンズ群Ｇ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレ
ンズと両凸レンズとの接合レンズ、および両凸レンズと
両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズからなる第２レ
ンズ群Ｇ２と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズ
からなる第３レンズ群Ｇ３と、両凸レンズと両凹レンズ
Ｌ４２との接合レンズからなる第４レンズ群Ｇ４とから
構成されている。

【００２２】次の表（１）に、本発明の実施例１の諸元
の値を掲げる。表（１）において、ｆは焦点距離を、
Ｎ．Ａ．は開口数を、Ｂは倍率を、Ｗ．Ｄ．は作動距離
をそれぞれ表す。さらに、左端の数字は物体側からの各
レンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは
各レンズ面間隔を、ｎおよびνはそれぞれｄ線（λ＝５
８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数を示して
いる。

【００２３】

【表１】 f = 1.0mm, N.A.= 0.75, B = -20.0, W.D.= 0.03 （各液体に対する可変間隔）液体の種類屈折率ｎｄ0 ｄ13 ｄ16 水 1.33306 0.03 0.11 1.00 グリセリン 1.47300 0.03 0.57 0.54 オイル 1.51536 0.03 0.71 0.40 （条件対応値）（１）｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ１｜＝０（２）｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ２｜＝０（３）｜（Ｎ１ｂ・Ｆ）／ｒ３｜＝３．１（４）ｄ１３／Ｆ（水）＝０．１１ｄ１３／Ｆ（グリセリン）＝０．５７ｄ１３／Ｆ（オイル）＝０．７１（５）｜Ｆ／ｆ３｜＝０．０２（６）（ｄ１３＋ｄ１６）／Ｆ＝１．１１（７）｜ｆ１２／Ｆ＋ｆ４２／Ｆ｜＝８．５

【００２４】図２乃至図４は実施例１の諸収差図であっ
て、それぞれ水使用（屈折率ｎ＝１．３３３０６）、グ
リセリン使用（屈折率ｎ＝１．４７３００）、およびオ
イル使用（屈折率ｎ＝１．５１５３６）における諸収差
図である。各収差図において、ＦＮはＦナンバーを、Ｙ
は像高を、Ｈは入射高の高さを、Ｄはｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）を、Ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）を、
ＣはＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）を、ＦはＦ線（λ＝４
８６．１ｎｍ）をそれぞれ示している。

【００２５】非点収差を示す収差図において実線はサジ
タル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示してい
る。また、倍率色収差を示す図では、ｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）を基準としている。各収差図から明らかな
ように、本実施例では、オイル、グリセリン、水などの
屈折率が約１．６〜１．３の範囲の液体に対して諸収差
が良好に補正されていることがわかる。

【００２６】〔実施例２〕図５は、本発明の第２実施例
にかかる対物レンズ系のレンズ構成を示す図である。図
示の対物レンズ系は、物体側より順に、平行平面板Ｌ１
１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２、
および物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３
からなる第１レンズ群Ｇ１と、物体側に凸面を向けた負
メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズ、および
両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズか
らなる第２レンズ群Ｇ２と、両凹レンズと両凸レンズと
の接合レンズからなる第３レンズ群Ｇ３と、両凸レンズ
と両凹レンズＬ４２との接合レンズからなる第４レンズ
群Ｇ４とから構成されている。

【００２７】次の表（２）に、本発明の実施例２の諸元
の値を掲げる。表（２）において、ｆは焦点距離を、
Ｎ．Ａ．は開口数を、Ｂは倍率を、Ｗ．Ｄ．は作動距離
をそれぞれ表す。さらに、左端の数字は物体側からの各
レンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは
各レンズ面間隔を、ｎおよびνはそれぞれｄ線（λ＝５
８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数を示して
いる。

【００２８】

【表２】 f = 1.0mm, N.A.= 0.75, B = -20.0, W.D = 0.03 （各液体に対する可変間隔）液体の種類屈折率ｎｄ0 ｄ13 ｄ16 水 1.33306 0.03 0.12 0.93 グリセリン 1.47300 0.03 0.62 0.43 オイル 1.51536 0.03 0.77 0.28 （条件対応値）（１）｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ１｜＝０（２）｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ２｜＝０（３）｜（Ｎ１ｂ・Ｆ）／ｒ３｜＝２．９（４）ｄ１３／Ｆ（水）＝０．１２ｄ１３／Ｆ（グリセリン）＝０．６２ｄ１３／Ｆ（オイル）＝０．７７（５）｜Ｆ／ｆ３｜＝０．０１９（６）（ｄ１３＋ｄ１６）／Ｆ＝１．０４（７）｜ｆ１２／Ｆ＋ｆ４２／Ｆ｜＝７．１

【００２９】図６乃至図８は実施例２の諸収差図であっ
て、それぞれ水使用（屈折率ｎ＝１．３３３０６）、グ
リセリン使用（屈折率ｎ＝１．４７３００）、およびオ
イル使用（屈折率ｎ＝１．５１５３６）における諸収差
図である。各収差図において、ＦＮはＦナンバーを、Ｙ
は像高を、Ｈは入射高の高さを、Ｄはｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）を、Ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）を、
ＣはＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）を、ＦはＦ線（λ＝４
８６．１ｎｍ）をそれぞれ示している。

【００３０】非点収差を示す収差図において実線はサジ
タル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示してい
る。また、倍率色収差を示す図では、ｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）を基準としている。各収差図から明らかな
ように、本実施例では、オイル、グリセリン、水などの
屈折率が約１．６〜１．３の範囲の液体に対して諸収差
が良好に補正されていることがわかる。

【００３１】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、埋込み
レンズを使用することなく、水浸、油浸兼用液浸系顕微
鏡対物レンズの平坦性を良くすることができるととも
に、従来の加工技術で安価に製造することが可能であ
り、大幅なコストダウンと品質の安定性を期待すること
ができる。こうして、本発明により、倍率が２０倍程度
で、開口数（ＮＡ）が０. ７５程度で、色収差が良く補
正された、平坦性も良い、優れた結像性能を維持する液
浸系プランアポクロマート級顕微鏡対物レンズを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる対物レンズ系のレ
ンズ構成を示す図である。

【図２】実施例１の水使用における諸収差図である。

【図３】実施例１のグリセリン使用における諸収差図で
ある。

【図４】実施例１のオイル使用における諸収差図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例にかかる対物レンズ系のレ
ンズ構成を示す図である。

【図６】実施例２の水使用における諸収差図である。

【図７】実施例２のグリセリン使用における諸収差図で
ある。

【図８】実施例２のオイル使用における諸収差図であ
る。

【符号の説明】

Ｇ１第１レンズ群Ｇ２第２レンズ群Ｇ３第３レンズ群Ｇ４第４レンズ群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、互いにほぼ平行な２つ
の面からなる平行平面板Ｌ１１と物体側に凹面を向けた
レンズＬ１２と正メニスカスレンズとを有する第１レン
ズ群Ｇ１と、２つの接合レンズを有し全体として正の屈
折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズと正レンズ
との接合レンズを有し全体として負の屈折力を有する第
３レンズ群Ｇ３と、正レンズと負レンズＬ４２との接合
レンズを有し全体として負の屈折力を有する第４レンズ
群Ｇ４とを備え、前記第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿っ
て移動可能であり、レンズ全系の合成焦点距離をＦとし、前記平行平面板Ｌ
１１の物体側の面の曲率半径をｒ１とし、前記平行平面
板Ｌ１１の像側の面の曲率半径をｒ２とし、前記レンズ
Ｌ１２の物体側の凹面の曲率半径をｒ３とし、前記平行
平面板Ｌ１１の屈折率をＮ１ａとし、前記レンズＬ１２
の屈折率をＮ１ｂとし、前記第３レンズ群Ｇ３の焦点距
離をｆ３とし、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ
群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ１３とし、前記第３レンズ
群Ｇ３と前記第４レンズ群Ｇ４との軸上空気間隔をｄ１
６としたとき、｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ１｜≦０．０６｜（Ｎ１ａ・Ｆ）／ｒ２｜≦０．０６２＜｜（Ｎ１ｂ・Ｆ）／ｒ３｜＜４０．０５＜ｄ１３／Ｆ＜０．８５０．０１＜｜Ｆ／ｆ３｜＜０．０２５０．９＜（ｄ１３＋ｄ１６）／Ｆ＜１．２の条件を満足することを特徴とする対物レンズ系。
【請求項２】レンズ全系の合成焦点距離をＦとし、前
記第１レンズ群Ｇ１の前記レンズＬ１２の焦点距離をｆ
１２とし、前記第４レンズ群Ｇ４の前記レンズＬ４２の
焦点距離をｆ４２としたとき、６＜｜ｆ１２／Ｆ｜＋｜ｆ４２／Ｆ｜＜９の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の対
物レンズ系。