JPH1130754A - 対物レンズ - Google Patents

対物レンズ

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Publication number
JPH1130754A
JPH1130754A JP9184021A JP18402197A JPH1130754A JP H1130754 A JPH1130754 A JP H1130754A JP 9184021 A JP9184021 A JP 9184021A JP 18402197 A JP18402197 A JP 18402197A JP H1130754 A JPH1130754 A JP H1130754A
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JP
Japan
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lens
lens group
sample
light source
objective lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP9184021A
Other languages
English (en)
Inventor
Chiyoharu Horiguchi
千代春 堀口
Morio Takechi
盛生 武市
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
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Publication of JPH1130754A publication Critical patent/JPH1130754A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/02Objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0072Optical details of the image generation details concerning resolution or correction, including general design of CSOM objectives

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集光深さの移動と収差量の補正を連動して行
え、高S/N比で高解像度を有する対物レンズを提供す
る 【解決手段】 光軸に沿って光源側から第1のレンズ群
11と、物体に対して移動可能な第2のレンズ群12が
配置され、第1のレンズ群11は、その球面収差量
W'1、焦点距離f1、開口数NA1がそれぞれ、−1.1
4mm、12.95mm、0.5であり、第2レンズ群
12を構成する物体側に凹面を向けた正のメニスカスレ
ンズL7の焦点距離f2と光源側、物体側のそれぞれの
曲率半径R2R、R2Fは、それぞれ32.99mm、7.
66mm、9.13mmである。このようなレンズ構成
とする事で、第2レンズ群12を光軸に沿って移動させ
ることで、全レンズ群の焦点位置、すなわち集光深さを
移動させると同時に、どの焦点位置でも適正な収差補正
が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点光学系、特
に、断層像取得装置等で用いられる対物レンズに関す
る。
【0002】
【従来の技術】共焦点光学系は、光軸方向に分解能を有
するという特徴があり、この特徴を利用して光学的に断
層像を取得する装置に使用されており、代表的なものに
ドイツ公開特許DE36646A1や特開平5−134
186号公報に記載されている装置がある。
【0003】図6は、特開平5−134186号公報に
記載されている断層像取得用の共焦点光学系の構成図で
ある。レーザー管101から出た照明光Bは、分離光学
素子102を通過して、第1のレンズ群103と、この
レンズ群103の焦点に配置された絞り104、さらに
ビームエキスパンダー105、平面鏡106、走査光学
系107及び対物レンズ108を経て試料台110上に
置かれた試料109内に集光される。ここで、ビームエ
キスパンダー105は、送りネジ153とモータ154
によって第2のレンズ群150を凹レンズ151と凸レ
ンズ152の2つに分けてそれぞれを光軸に沿って移動
させる駆動手段153a、153bを含んでいる。照明
光によって試料109内に生じた蛍光Aは、対物レンズ
108から分離光学素子102までを逆行して、最終的
に光電検出素子111に導かれ、光量に応じた電気信号
に変換される。
【0004】走査光学系7によって、試料9内の集光位
置をxy方向にスキャンすることができる。そして、ビ
ームエキスパンダー105で第2のレンズ群150を駆
動することによって試料9内の所望の深さで集光させる
ことができる。すなわち任意の深さにおける断層像を取
得することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この装置では、集光位
置の深さを変化させることによって生ずる対物レンズ8
の収差を、凹レンズ151と凸レンズ152の間隔を変
化させることにより相殺させている。このため、対物レ
ンズ以外に収束角度変更用の光学系を必要とし、また収
差補正と収束角度変更のために2つのレンズ151、1
52の位置と間隔を同時に制御しなければならない。さ
らに、集光位置の深さの変化量Δzに対して、光学系の
総合横倍率をβとすると、レンズの移動量はβ2Δz必
要になり、大きな移動量が必要なため、断層像を取得す
る速度が限定される。
【0006】以上の問題点を鑑みて、本発明は、集光深
さの移動と収差量の補正を連動して行え、高S/N比で
高解像度を有する対物レンズを提供することを課題とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の対物レンズは、
光源から射出された光を試料内の所定深さに集光する共
焦点光学系用の対物レンズであって、光軸に沿って光源
側から第1のレンズ群と、試料に対して移動可能な第2
のレンズ群が配置され、第1のレンズ群は、その球面収
差量W'1、焦点距離f1、開口数NA1がそれぞれ、 −1.8mm≦W'1≦−0.5mm …(1) 11.4mm≦f1≦14.5mm …(2) NA1≦0.6 …(3) を満足するとともに、第2のレンズ群は、試料側に凹面
を向けた正のメニスカスレンズであって、その焦点距離
2と光源側、試料側のそれぞれの曲率半径R2R、R2F
が、 30.0mm≦f2≦78.0mm …(4) 5.9mm≦R2R≦8.8mm …(5) 5.0mm≦R2F≦11.5mm …(6) を満足することを特徴とする。
【0008】以上の条件を満足するレンズ構成の対物レ
ンズは、発明者の知見によれば、集光位置の移動量に合
わせて収差が調整され、集光位置が異なる場合でも、常
に最適な収差補正が行われる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は、本発明の1実施形態の対
物レンズ10の構成図である。この図において、L1
6が第1レンズ群の各レンズをL7は第2レンズ群のレ
ンズをそれぞれ示し、r1〜r14はレンズ各面の曲率半
径を、d1〜d14はレンズ厚さまたはレンズ間隔をそれ
ぞれ示している。ここで、L、r、dの右下に示された
添数字は光源から試料物体側に順に付された識別番号で
ある。なお、r13、r14は、前述のR2R、R2Fにそれぞ
れ該当する。
【0010】この実施形態の対物レンズ10は、図1に
示されるように、光源側から凸面を光源側に向けた負の
メニスカスレンズL1、凹面を光源側に向けた正のメニ
スカスレンズL2、凹レンズL3、3枚の凸レンズL4
6の6枚のレンズで構成された第1レンズ群11と凸
面を第1レンズ群に向けた正のメニスカスレンズL7
らなる第2レンズ群12で構成されている。そして、第
2レンズ群12のメニスカスレンズL7のみが光軸に沿
って移動可能に配置されている。
【0011】この対物レンズの各レンズのパラメータは
表1に示す通りである。
【0012】
【表1】
【0013】ここで、rはレンズ各面の曲率半径、dは
レンズ厚またはレンズ間隔、n1、n2、n3はそれぞれ
波長675nm、670nm、665nmの光に対する
屈折率を示している。これらの曲率半径は正の値が光源
側に凸(物体側に凹)の面であり、負の値が光源側に凹
(物体側に凸)の面であることを示している。また、表
の右側の数字は図1に示されたr、dの添字に該当し、
表の右端のL1〜L7は、それぞれの屈折率n1、n2、n
3とレンズとの対応を示している。
【0014】本実施形態のレンズの第1レンズ群11の
球面収差量W'1、焦点距離f1、開口数NA1はそれぞ
れ、 W'1 =−1.14mm f1 =12.95mm NA1=0.5 であり、第2レンズ群12のレンズL7の焦点距離f2
光源側、物体側のそれぞれの曲率半径R2R、R2Fは、 f2 =32.99mm R2R =7.66mm R2F =9.13mm であって、前述の(1)〜(6)式をそれぞれ満たしている。
対物レンズ10全体では、開口数が0.8で焦点距離f
が8mmになる。
【0015】図2〜4は、この対物レンズの横収差を表
した図である。図2は、メニスカスレンズL7を標準位
置に設置したときの横収差を表している。これに対し
て、図3、図4は、メニスカスレンズL7を光軸方向に
沿ってそれぞれ光源側または物体側に0.1mm移動さ
せた場合の横収差量を表している。ここでいう標準位置
とは、第1レンズ群11のレンズL6と第2レンズ群1
2のメニスカスレンズL7の間隔d12を表1に掲げる
距離2.180mmに設定した場合のメニスカスレンズ
7の位置を指す。それぞれの図において(a)〜(d)は、
光像の相対高さ(レンズ群の口径に対する比率)がそれ
ぞれ1、2/3、1/3、0の時の光像の高さ方向(Y
方向)の横収差の分布を、(e)〜(h)は、これらに対応す
る光像の高さ方向に直交する方向(X方向)の横収差の
分布を示している。
【0016】図2〜図5に示されるように、レンズ位置
を変更しても収差特性はほぼ同じになり、かつ、低収差
量に保たれており、どの集光位置でも収差補正量が最適
になっていることがわかる。したがって、スポット光の
口径も略同一になる。このため、ピント合わせに連動し
て収差補正が行える。さらに、入射光が平行光でない場
合でも収差補正が可能である。
【0017】次に、図6を参照して、この実施形態の対
物レンズ10の応用例を説明する。図6は、この対物レ
ンズ10を断層画像取得装置に応用した例の概略図であ
る。
【0018】対物レンズ10は、第2レンズ群12を光
軸に沿って移動させるためのピエゾアクチュエータ11
を介して、顕微鏡20に取り付けられている。顕微鏡2
0の試料台21には、対物レンズ10の光軸上に被検体
をガラス板ではさんだ試料22が配置されている。顕微
鏡20には、試料の位置確認用のCCDカメラ23とC
CDカメラ23撮影用の光源24が取り付けられてい
る。この顕微鏡20には、さらに試料22に測定用の光
を照射するための光源となる半導体レーザ30及び試料
22からの反射光あるいは蛍光を検出する光検出器31
が接続されており、これらと顕微鏡20の間には、レン
ズ群32が配置されている。こうして対物レンズ10、
顕微鏡20、レンズ群32は共焦点光学系40を構成し
ている。ピエゾアクチュエータ11と光検出器31は、
コントローラ50を介して、制御・解析用のコンピュー
タ51に接続されている。
【0019】この断層画像取得装置では、半導体レーザ
30から出射した光は、レンズ群32により集光され
て、顕微鏡20に導かれる。この光は、対物レンズ10
を介して試料22の所定の深さ位置で集光される。試料
22は被検体がガラス板ではさまれているので、ガラス
と被検体との屈折率の差によって界面で反射が起こり、
反射光は再び、試料22から対物レンズを経て最終的に
検出器ヘッド30に至る。この光量を表す信号は、コン
トローラ50を介して制御・解析用コンピュータ51に
導かれる。一方、制御・解析用コンピュータ50は、コ
ントローラ50を介してピエゾアクチュエータ11を駆
動することにより、対物レンズ10の第2レンズ群(図
1参照)を光軸方向に動かして試料22内の集光深さを
変化させている。試料22の水平方向の操作は、試料自
体の移動あるいはレーザ光の走査により行うことができ
る。こうして得られた光量の変化を基にして、試料の断
層像が得られる。
【0020】本装置では、対物レンズ10の第2レンズ
群12を駆動することにより、収差特性をほぼ同一に保
ったままで焦点位置を変えることができるので、常に高
S/N比での測定が可能となる。また、集光位置の移動
量と第2レンズ群12の移動量がほぼ等しいのでレンズ
群の移動量が小さくて済み、かつ、移動対象は一枚のレ
ンズですむので、移動装置が軽量ですみ、制御が容易で
ある。さらに、非常に高速で集光方向の走査を行うこと
ができる。
【0021】本願発明者は、集光位置の移動量に連動し
て収差補正が可能となるレンズのパラメータについて検
討した。表2は、その組み合わせを表している。
【0022】
【表2】
【0023】これらのいずれのレンズ群においても集光
位置の移動によらずに適正な収差補正が行われることが
確認された。
【0024】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のレンズ
群によれば、第2レンズ群のメニスカスレンズの移動に
かかわらず、その収差特性がほぼ一定でかつ低収差に保
たれるので、常に高S/N比と高解像度が保たれる。特
に、共焦点光学系等に利用した場合に、特別に収差特性
を補正する光学系を設ける必要がなく、装置を簡略化で
きる。また、移動レンズが一枚だけですむので、深さ方
向の走査を行うのが容易であり、走査を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の断面構成図である。
【図2】図1のレンズ群の第1の収差特性線図である。
【図3】図1のレンズ群の第2の収差特性線図である。
【図4】図1のレンズ群の第3の収差特性線図である。
【図5】図1のレンズ群を利用した断層撮影装置の構成
図である。
【図6】従来の断層撮影装置の構成図である。
【符号の説明】
10…対物レンズ、11…第1レンズ群、12…第2レ
ンズ群、15…ピエゾアクチュエータ、20…顕微鏡、
21…試料台、22…試料、23…CCDカメラ、24
…光源、30…半導体レーザ、31…検出器ヘッド、3
2…レンズ群、40…共焦点光学系、50…コントロー
ラー、51…制御・解析用コンピュータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から射出された光を試料内の所定深
    さに集光する共焦点光学系用の対物レンズにおいて、 光軸に沿って前記光源側から第1のレンズ群と、前記試
    料に対して移動可能な第2のレンズ群が配置され、 前記第1のレンズ群は、その球面収差量W'1、焦点距離
    1、開口数NA1がそれぞれ、 −1.8mm≦W'1≦−0.5mm 11.4mm≦f1≦14.5mm NA1≦0.6 を満足するとともに、 前記第2のレンズ群は、前記試料側に凹面を向けた正の
    メニスカスレンズであって、その焦点距離f2と前記光
    源側、前記試料側のそれぞれの曲率半径R2R、R2Fが、 30.0mm≦f2≦78.0mm 5.9mm≦R2R≦8.8mm 5.0mm≦R2F≦11.5mm を満足することを特徴とする対物レンズ。
JP9184021A 1997-07-09 1997-07-09 対物レンズ Pending JPH1130754A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007034295A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 Carl Zeiss Microimaging Gmbh 顕微鏡対物レンズ及び顕微鏡観察方法
WO2021128185A1 (zh) * 2019-12-26 2021-07-01 诚瑞光学(常州)股份有限公司 摄像光学镜头
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