JPH10142510A

JPH10142510A - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH10142510A
Application number: JP8311188A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suenaga; 豊末永; Masayuki Mizusawa; 聖幸水澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-29
Also published as: US5940220A

Abstract

(57)【要約】【課題】長作動距離であり、中心から周辺まで像面が
平坦で諸収差も良く補正されており、且つ物体側に配置
される透明な平行平面板の厚さが変化しても諸収差を良
好に補正することができるような機構を備えた顕微鏡対
物レンズに関する。【解決手段】物体側から順に、物体側に凹面を向けた
負の屈折力を持つレンズと像側に凸面を向けた正の屈折
力を持つレンズの接合レンズからなる第一レンズ群と、
負の屈折力を持つ接合面を有する接合レンズの第二レン
ズ群と、発散光を収斂光に変える第三レンズ群、最像側
に凹面を向けた負の屈折力を持つレンズを有する接合レ
ンズの第四レンズ群から構成され、前記第二レンズ群が
前記第一レンズ群と前記第三レンズ群の間を相対的に光
軸方向に移動可能であり、ｆを全系の焦点距離、ｆ２を
第二レンズ群の焦点距離としたとき、８＜ｆ２／ｆの条
件を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は長作動距離であり、中心
から周辺まで像面が平坦で諸収差も良く補正されてお
り、且つ物体側に配置される透明な平行平面板の厚さが
変化しても諸収差を良好に補正することができるような
機構を備えた顕微鏡対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡対物レンズは、標本面のカバーガ
ラスあるいはガラスシャーレ等の厚さは一定であるとし
て設計している。従ってカバーガラス等の厚さが変化し
た場合、すなわち、設計値以外の厚さを有するカバーガ
ラス等を用いて顕微鏡観察した場合、球面収差などが発
生して結像性能は劣化してしまうこととなる。この結像
性能の劣化は開口数（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔ
ｕｒｅ；以下Ｎ．Ａ．という）が大きくなるほど顕著に
なってくる。

【０００３】近年、細胞培養、遺伝子操作などのバイオ
テクノロジー分野の技術が著しく発達してきているた
め、かかる分野で使用される倒立顕微鏡用の高性能な対
物レンズのニーズが高まっている。ところが、倒立顕微
鏡を用いて標本を観察するときに用いられるガラスシャ
ーレ、プラスチックシャーレ（透明な平行平面板）は厚
みのばらつきが多いため、収差が発生し、結像性能の劣
化が生じやすいという問題があった。しかも、その厚さ
の変化に対して余裕のある長い作動距離の対物レンズが
必要となる。また、容器の液体中の標本を観察する場合
あるいは培養瓶の種類によっても作動距離は長いほうが
望ましい。

【０００４】このため従来より、これらシャーレの厚み
のばらつきが原因で発生する収差に応じて対物レンズ内
のレンズ間隔を変えて収差変動を補正する機構（いわゆ
る補正環）を持ち、しかもその厚さの変化に対して十分
余裕のある長作動距離の対物レンズが知られている。

【０００５】このような顕微鏡対物レンズとして、本出
願人によって特開昭５６−１４２５０８号公報、特開昭
６０−２６００１６号公報に記載されている対物レン
ズ、また本発明とは少し異なるタイプではあるが特開平
３−５０５１７号公報に記載されている対物レンズなど
が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５６−１４２５
０８号公報に記載されている対物レンズは、補正環の操
作に伴って移動する第二レンズ群の屈折力が強すぎるた
め、この群が移動するとレンズ系全体の焦点距離が変わ
ってしまう。このため補正環使用時の倍率変動や焦点距
離の変動が大きすぎるという問題がある。

【０００７】特開昭６０−２６００１６号公報に記載さ
れている対物レンズも補正環使用時に移動するレンズ群
の屈折力が強すぎて、同様の問題がある。

【０００８】特開平３−５０５１７号公報に記載されて
いる対物レンズは、移動群だけで７から８枚のレンズで
構成されており、補正環操作時の移動群のレンズ構成が
大きくなりすぎて構造が複雑になり、コストもかかると
言う欠点がある。

【０００９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、長作動距離で、中心から周辺まで像面が平
坦で諸収差も良く補正されて、物体側に配置される透明
な平行平面板の厚さの変化（ばらつき）に対して諸収
差、特に球面収差を良好に補正できるような機構を備え
た顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の対物レンズは、物体側から順に、物体側に
凹面を向けた負の屈折力を持つレンズと像側に凸面を向
けた正の屈折力を持つレンズの接合レンズからなる第一
レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ接合面を有する接合
レンズの第二レンズ群Ｇ２と、発散光を収斂光に変える
第三レンズ群Ｇ３と、像側に凹面を向けた負の屈折力を
持つ接合レンズの第四レンズ群Ｇ４とから構成され、前
記第二レンズ群Ｇ２が前記第一レンズ群Ｇ１と前記第三
レンズ群Ｇ３との間を相対的に光軸方向に移動可能な構
成としている。

【００１１】このような本発明の構成において、補正環
を使用したときに移動する第二レンズ群（移動群）の屈
折力を弱くすることにより、補正環使用時の倍率変動や
焦点変動を小さく抑えるために、以下の条件式（１）、
さらに好ましくは（２）を満足することが望ましい。（１）８＜ｆ２／ｆ（２）｜ｒ２１｜／ｆ≧１０ここで、ｆは全系の焦点距離、ｆ２は第二レンズ群の焦
点距離である。条件式（１）は第二レンズ群（移動群）
の屈折力について適切な範囲を規定している。条件式
（１）の下限値を下回ると、第二レンズ群の屈折力が大
きくなってしまい、補正環を操作したときに、対物レン
ズ全系の焦点距離が変わってしまいピントがぼけてしま
う。

【００１２】また条件式（２）において、ｒ２１は第二
レンズ群（移動群）の最も物体側の曲率半径である。条
件式（２）は第二レンズ群（移動群）の最も物体側の曲
率半径の適切な範囲を定めている。条件式（２）の下限
を外れると、第二レンズ群（移動群）の最も物体側のレ
ンズ面の屈折作用が強くなってしまう。その結果、補正
環を操作した場合に収差補正を良好に行うことが出来な
くなるうえ、レンズ全系の焦点距離が変動してしまい好
ましくない。

【００１３】また、本発明において、像面湾曲収差を小
さく抑えるために、以下の条件式（３）を満足すること
が望ましい。（３）−１０＜ｒ１／ｆ＜−２ここで、ｒ１は第一レンズ群の最物体側のレンズ面の曲
率半径である。条件式（３）は最物体側のレンズ面の曲
率半径の適切な範囲を定めている。条件式（３）の下限
値を下回ると、最物体側のレンズ面の凹面がゆるくな
り、ペッツバール和が大きくなりすぎる。そのため像面
湾曲が悪化する。逆に条件式（３）の上限値を上回ると
凹面がきつくなり、ペッツバール和が小さくなりすぎ
て、像面湾曲が悪化する。

【００１４】さらに、本発明では倍率色収差を抑えるた
めに、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。（４）６０＜ν４ｎここで、ν４ｎは第四レンズ群の最像側のレンズのｄ線
（λ＝５８６．５６ｎｍ）に対するアッベ数である。条
件式（４）は最像側のレンズのｄ線に対するアッベ数の
適切な範囲を定めたものである。条件式（４）の条件を
外れると倍率色収差が補正過剰になる。

【００１５】加えて、本発明において、像面湾曲収差を
小さく抑えるために、以下の条件式（５）を満足するこ
とが好ましい。（５） −７＜ｆ４／ｆ＜−３ここで、ｆ４は第四レンズ群の焦点距離である。条件式
（５）は第四レンズ群の屈折力の適切な範囲を定めてい
る。条件式（５）の下限値を下回ると屈折力が小さくな
り、ペッツバール和が大きくなりすぎる。そのため、像
面湾曲が悪化する。逆に上限値を越えるとペッツバール
和が小さくなりすぎて、像面湾曲が悪化する。

【００１６】さらに、本発明においてはレンズの構成に
いわゆる望遠タイプを用いることにより、全体の構造を
シンプルにでき、少ないレンズ枚数で諸収差の良く補正
された対物レンズを提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の各実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。各実施例において、本発明の
顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、物体側に凹面を
向けた負の屈折力を持つレンズと像側に凸面を向けた正
の屈折力を持つレンズの接合レンズからなる第一レンズ
群Ｇ１と、負の屈折力を持つ接合面を有する接合レンズ
の第二レンズ群Ｇ２と、発散光を収斂光に変える第三レ
ンズ群Ｇ３と、最像側に凹面を向けた負の屈折力を持つ
レンズを有する接合レンズの第四レンズ群Ｇ４から構成
され、第二レンズ群Ｇ２が第一レンズ群Ｇ１と第三レン
ズ群Ｇ３との間を相対的に光軸方向に移動可能である。

【００１８】標本面のカバーガラスの厚さがばらつきに
より所定の設計値以外の場合に、球面収差の発生により
結像性能が劣化し、シャープな観察像を得ることができ
ない。かかる場合に、補正環を操作する事により第二レ
ンズ群Ｇ２が移動し、発生した球面収差を打ち消すよう
にしている。具体的には、標本面（物体面）と対物レン
ズとの間に配置される透明物体（カバーガラスあるいは
ガラスシャーレ等）が設計値よりも厚い場合（光学的光
路長が大きくなる場合）は、第二レンズ群Ｇ２を第一レ
ンズ群Ｇ１側に移動させ、透明物体の光学的光路長が小
さくなる場合には第二レンズ群Ｇ２を第三レンズ群Ｇ３
側に移動させるものである。本実施例では、第二レンズ
群Ｇ２は強い屈折力を有していないので、補正環を操作
して第二レンズ群が移動しても、レンズ系全体としての
焦点距離はほとんど変化することがない。換言すると、
カバーガラスの厚さのばらつきに起因する観察像の劣化
は、ほとんど補正環のみの操作によって修正することが
できることとなる。

【００１９】

【実施例】図１および図２は、本発明の第一実施例およ
び第二実施例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成を
示す図である。（第一実施例）表１に第一実施例の数値例を示す。数値
実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ
面の曲率半径、ｄ０は作動距離、ｄｉは物体側より順に
第ｉ番目のレンズの厚さ及び空気間隔、ｎｄｉとνｉは
各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスのｄ線
（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率とアッベ数であ
る。またβは撮影倍率である。

【００２０】

【表１】実施例１ β=40x N.A.=0.6 d0=可変焦点距離(f)=5.0mm r 1= -19.6043 d 1= 1.40 nd 1=1.5268 ν 1=51.35 r 2= 0 d 2= 4.50 nd 2=1.6030 ν 2=65.42 r 3= -7.4565 d 3= (可変) r 4= -81.0470 d 4= 0.9 nd 3=1.7195 ν 3=53.11 r 5= 24.6204 d 5= 3.7 nd 4=1.4875 ν 4=70.41 r 6= -17.5989 d 6= (可変) r 7= 136.5980 d 7= 2.70 nd 5=1.4978 ν 5=82.52 r 8= -23.5021 d 8= 0.20 r 9= 0 d 9= 0.9 nd 6=1.6200 ν 6=36.27 r10= 17.2013 d10= 4.60 nd 7=1.4339 ν 7=95.57 r11= -23.5021 d11= 0.2 r12= 28.0630 d12= 3.90 nd 8=1.4339 ν 8=95.57 r13= -19.7307 d13= 1.00 nd 9=1.6127 ν 9=44.41 r14=-124.3410 d14= 24.25 r15= -40.9000 d15= 2.00 nd10=1.6727 ν10=32.17 r16= -8.3780 d16= 1.50 nd11=1.4875 ν11=70.41 r17= 8.8313 d17=150

【００２１】本実施例におけるカバーガラスの厚さが
１．２ｍｍ、０ｍｍ、２．０ｍｍの場合の第二レンズ群
Ｇ２の移動による空気間隔の変化量を以下の表２に示
す。

【００２２】

【表２】 CG 1.20 0 2.00 d0 3.48 4.06 3.10 d3 2.06 4.05 0.45 d6 2.44 0.45 4.05 (CG＝カバーガラスの厚さ：単位mm)

【００２３】図３ないし図５は、各々カバーガラスの厚
さが１．２ｍｍ，０ｍｍ，２．０ｍｍの場合における第
一実施例の球面収差を示す収差図である。Ｎ．Ａ．は開
口数、ｃはｃ線（λ＝６５６．２８ｎｍ）、ｄはｄ線
（λ＝５８７．５６ｎｍ）、ｆはｆ線（λ＝４８６．１
３ｎｍ）、ｇはｇ線（λ＝４３５．８４ｎｍ）をそれぞ
れ示している。各収差図から明らかなように、本実施
例では、種々なカバーガラスの厚さに対して、球面収差
が良好に補正されている。

【００２４】（第２実施例）次に本発明の第２実施例の
諸元の値を表３に掲げる。各符号は第一実施例と同様で
ある。

【００２５】

【表３】 β=40x N.A.=0.55 d0=可変焦点距離(f)=5.0mm r 1= -40.0900 d 1= 2.10 nd 1=1.6127 ν 1=44.41 r 2= 517.1700 d 2= 5.10 nd 2=1.6030 ν 2=65.42 r 3= -7.0493 d 3= (可変) r 4= 648.9400 d 4= 1.00 nd 3=1.7335 ν 3=51.09 r 5= 15.2611 d 5= 4.05 nd 4=1.5182 ν 4=58.90 r 6= -15.2611 d 6= (可変) r 7=-208.5930 d 7= 1.00 nd 5=1.6200 ν 5=36.27 r 8= 18.1403 d 8= 3.70 nd 6=1.4978 ν 6=82.52 r 9= -19.8365 d 9= 0.20 r10= 19.8365 d10= 3.70 nd 7=1.4978 ν 7=82.52 r11= -18.1403 d11= 1.00 nd 8=1.6200 ν 8=36.27 r12= 208.5930 d12= 23.90 r13= -93.8160 d13= 2.20 nd 9=1.6727 ν 9=32.17 r14= -9.8647 d14= 1.20 nd10=1.4875 ν10=70.41 r15= 9.4517 d15=150

【００２６】第一実施例と同様に第二実施例におけるカ
バーガラスの厚さに応じた第二レンズ群Ｇ２の移動によ
る空気間隔の変化量を以下の表４に示す。

【００２７】

【表４】 CG 1.20 0 2.00 d0 2.39 2.86 1.91 d3 1.80 3.46 0.53 d6 2.30 0.64 3.57

【００２８】また、第一実施例及び第二実施例における
条件式（１）ないし（５）の数値例を以下の表５に示
す。

【００２９】

【表５】第一実施例第二実施例 (1) f2/f 18.60 9.03 (2) |r21|f≧10 16.21 129.79 (=|-81.047|/5) (=|648.9400|/5) (2) r1/f -3.92 -8.02 (3) ν4n 70.41 70.41 (4) f4/f -4.02 -5.03

【００３０】さらに、本発明の実施例はすべて無限遠設
計であり、以下の表６に示す構成の結像レンズと組み合
わせて使用される。

【００３１】

【表６】 r1= 75.0430 d1=5.10 nd1=1.6228 ν1=57.03 r2= -75.0430 d2=2.00 nd2=1.7500 ν2=35.19 r3=1600.5800 d3=7.50 r4= 50.2560 d4=5.10 nd3=1.6676 ν3=41.96 r5= -84.5410 d5=1.80 nd4=1.6127 ν4=44.41 r6= 36.9110

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、長作動距離で、中心か
ら周辺まで像面が平坦で諸収差も良く補正されて、物体
側に配置される透明な平行平面板の厚さの変化（ばらつ
き）に対して諸収差、特に球面収差を良好に補正できる
ような機構を備えた顕微鏡対物レンズを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかる対物レンズのレン
ズ構成を示す図である。

【図２】本発明の第二実施例にかかる対物レンズのレン
ズ構成を示す図である。

【図３】第一実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が１．２ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図４】第一実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が０ｍｍのときの球面収差を表す収差図であ
る。

【図５】第一実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が２．０ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図６】第二実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が１．２ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図７】第二実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が０ｍｍのときの球面収差を表す収差図であ
る。

【図８】第二実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が２．０ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【符号の説明】

Ｇ１第一レンズ群Ｇ２第二レンズ群Ｇ３第三レンズ群Ｇ４第四レンズ群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、物体側に凹面を向けた
負の屈折力を持つレンズと像側に凸面を向けた正の屈折
力を持つレンズとの接合レンズからなる第一レンズ群
と、負の屈折力を持つ接合面を有する接合レンズの第二
レンズ群と、発散光を収斂光に変える第三レンズ群と、
最像側に凹面を向けた負の屈折力を持つレンズを有する
接合レンズの第四レンズ群とから構成され、前記第二レ
ンズ群が前記第一レンズ群と前記第三レンズ群の間を相
対的に光軸方向に移動可能であり、ｆを全系の焦点距
離、ｆ２を前記第二レンズ群の焦点距離としたとき、８＜ｆ２／ｆの条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】ｒ１を前記第一レンズ群の最物体側のレ
ンズ面の曲率半径としたとき、 −１０＜ｒ１／ｆ＜−２の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕
微鏡対物レンズ。
【請求項３】 ν４ｎを前記第四レンズ群の最像側のレ
ンズのｄ線のアッベ数、ｆ４を前記第四レンズ群の焦点
距離としたとき、６０＜ν４ｎ −７＜ｆ４／ｆ＜−３の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕
微鏡対物レンズ。