JPS6063513A - 長作動距離対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に中倍率で長い作動距離
を有する対物レンズに関する。

（発明の背景） 最近の顕微鏡の使われ方として、標本を観察しながら、
その標本にいろいろと操作を加えたりすることがふえて
いる。例えば、工業関係、金属関係では標本に磁界をか
けたり、温度変化をさせたりする。また、生物関係では
組織や細胞に電気を通したり、針を刺したりなども行わ
れている。これれらの場合、標本の周囲には、各種の装
置、回路、触針などが配置されることが多く、また、標
本の挿脱、交換を容易にする為にも、対物レンズの作動
距離は大きいことが望ましい。

従来はこれらの為に作動距離の大きい実体顕微鏡や５×
〜ｌＯ×の低倍対物レンズが使用されていた。しかし、
最近は、特に、工業関係において、解像力と倍率の大き
い対物レンズが使われることが多く、それらの中漬対物
レンズにおいて、低倍対物レンズ並みの作動距離の大き
いものが要求されるようになってきた。中倍率以上の対
物レンズでは、これまで、作動距離の大きいものでもせ
いぜい５龍前後であり、これらの要求を完全に満たすこ
とはできなかった。

また、これまで、作動距離の大きい中漬対物の設計が困
難であった理由の一つとしては、色収差の補正が難しか
ったということがある。すなわち、作動距離を大きくす
ると、前群の焦点距離を大きくせざるを得す、色収差等
が大きくなる。特に、残存２次スペクトルの量が大きく
なり、また、短波長の高次の球面収差がオーバーになり
すぎ、その補正が非常に困難な為であった。

これに対し、特公昭４７−３７４５５号公報に開示され
た顕微鏡対物レンズでは、負屈折力の後群を３枚の接合
レンズとして構成し、特に短波長の球面収差を良好に補
正しつつ比較的長い作動距離を確保している。しかしな
がら、このような対物レンズでも倍率は３０倍程度であ
り、また作動距離も焦点距離の８割程度に過ぎず、上記
のごとき最近の要求を十分に満たすことはできなかった
。

（発明の目的） 本発明の目的は、倍率４０倍程度の中倍率でありながら
極めて長大な作動距離を有し、しかも諸収差が良好に補
正され優れた結像性能を有する顕微鏡対物レンズを提供
することにある。

（発明の概要） 本発明による長作動距離対物レンズは、物体側から順に
、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ及び貼合せ
正レンズを有し物体からの光束を収斂光束に変換する収
斂性の第１２７１群、互いに接合された正レンズと負レ
ンズとを有する発散性の第２レンズ群、及び互いに接合
された正レンズと負レンズを有する発散性の第３レンズ
群を有するものである。そしてさらに、全系の焦点距離
をＦ、該第１２７１群の焦点距離をｆｌ、該第２レンズ
群と該第３レンズ群との空気間隔をり、該第２レンズ群
と該第３レンズ群との合成焦点距離をＦ′とするとき、 １．５　Ｆ＜　ｆ、＜３．ＯＦ ｌ、５Ｆ＜　Ｄ　＜２．５Ｆ １．９Ｆ＜　ｌＦ’ｌ　＜２．８Ｆ の各条件を満足するものである。

このような本発明に先だち、前述した特公昭４７−３７
４５５号公報に開示された構成について検討した結果、
正屈折力の前群の焦点距離を大きくすれば作動距離をよ
り大きくすることができるが、この場合前群で発生する
色収差が大きくなり過ぎ３枚貼合せの後群のみでは十分
に補正することが難しいこと、また前群の焦点距離を大
きくせずに無理に作動距離を大きくすると前群で特に短
波長の高次の球面収差の発生が大きくなりこの場合にも
１つの負屈折力群のみでの補正が難しいことが判明した
。従って、本発明では、上記のごとく、収斂性の第１２
７１群の後方に第２と第３の２つの発散性レンズ群を設
けると共に、上記のごとき収差補正のための最適条件を
見い出したのである。

以下に各条件式について詳述する。

（１）式は第１２７１群のパワーに関するものである、
この条件の下限を越えると、即ちｆ、が小さくなるとベ
ッツヴアール和が、大きくなり像面湾曲が補正不足にな
る。また、短波長についての高次の球面収差が補正不足
になりすぎ、負の非対称収差が生じる。特に、これは短
波長において著しい。更に、第１２７１群の焦点距離が
小さくなるため作動距離を大きくできない。

他方、この条件の上限を越えると、即ち、ｆ。

が大きくなると、第１２７１群を通過した光束の径が大
きくなり高次の球面収差が発生する。また、第１２７１
群の焦点距離が大きい為、第２及び第３レンズ群の負の
パワーも弱くならざるを得ない。

従って、第２レンズ群の軸上色収差補正と第３レンズ群
の倍率色収差補正のパワーが弱くなり、特に、倍率色収
差が残存してしまう。また、短波長の高次の球面収差が
、補正過剰になってしまう。

（２）式は第２レンズ群と第３レンズ群の間隔に関する
ものであり、メリディオナル像面、倍率色収差、コマ収
差をバランスさせるための条件である。

この条件の下限を越えると、即ち、第２レンズ群と第３
レンズ群との間隔が小さくなると倍率色収差は補正不足
となりメリディオナル像面もアンダーとなる。この倍率
色収差を補正するために第２レンズ群、第３レンズ群の
パワーを強くすると短波長の高次の球面収差がアンダー
に行きすぎる。

またメリデイオナル像面を補正するために第３レンズ群
の物体側の面の収斂作用を強くすると、コマ収差のバラ
ンスが崩れ、外方コマ収差が発生してしまう。

他方この条件の上限を越えると、即ち、第２レンズ群と
第３レンズ群の間隔が大きくなると、メリディオナル像
面がオーバーに行きすぎる。これを補正するために第３
レンズ群の物体側の面の収斂作用を弱くすると、内方コ
マ収差が発生してしまう。また、この群間隔を大きくす
ることにより、レンズ全長が物像間距離に比して長くな
り、レンズが対物鏡筒内に収まらなくなってしまう。即
ち、同焦点距離（物体から対物レンズ後端の胴付面まで
の距離）が他の対物レンズと異なってしまうため倍率変
換の度に、大巾な焦点合わせの修正が必要になり操作性
が非常に悪くなる。

（３）式は第２レンズ群と第３レンズ群の合成のパワー
に関するものであり、第ルンズ群で発生した球面収差、
コマ収差を補正して、全系の収差を良好にバランスさせ
るためのものである。この条件の下限を越えると、即ち
、後群系としての第２、第３レンズ群の負のパワーが強
くなると、球面収差が補正過剰となり、コマ収差のバラ
ンスが崩れて内方コマ収差が発生してしまう。第２、第
３レンズ群は、負のパワーの作用により、第ルンズ群で
収束した光束を発散させ、全長を所定の直まで長くして
いる。従って、負のパワーが強すぎると全長が長くなり
すぎる為全体を小さくする必要が生じ、結果的に、作動
距離が小さくなってしまう。

他方、この条件の上限を越えると、即ち後群系としての
負のパワーが弱くなると、第ルンズ群で発生していた外
方コマ収差を打消す為第２及び第３レンズ群で発生させ
ていた内方コマ収差の量が小さくなり、外方コマ収差が
残存してしまう。

また、第２、第３レンズ群の発散のパワーが弱くなるた
め全長が伸びない。このため、全系の焦点′　距離を大
きくして全長を伸ばすと、レンズ全長も同時に伸びるた
めレンズが対物鏡筒内に収まらなくなってしまう。

以上のごとき本発明の基本構成において、第３レンズ群
を形成する正レンズ及び負レンズの屈折率をそれぞれｎ
、　、　ｎ、またそれぞれのア・ンベ数ν２．νＮきす
るとき、ざらに、 ０．０５＜ｎｐ−ｎ、＜０．１７　（４）Ｖνくν、（
５） の条件を満足することが望ましい。

第３レンズ群においては、短波長の高次の球面収差及び
倍率色収差が全系として補正されるよう各収差をバラン
スさせている。即ち、第ルンズ４群で発生する短波長の
高次の球面収差を打消し、また第１、第２レンズ群で、
補正過剰になった細土色収差を第３レンズ群で補正して
いる。また同時に第１％第２レンズ群で補正しきれなか
った残存倍率色収差の補正も併せて行なっている。

（４）式の条件の下限を越えると、即ち屈折率の差が小
さくなると、球面収差がオーバーになる。このため第３
レンズ群の接合面の曲率を強くして球面収差を補正する
とメリディオナル像面が大きくアンダーとなり、コマ収
差のバランスが崩れて内方コマ収差が発生する。（１式
の条件の上限を越えると、即ち屈折率の差が大きくなる
と、球面収差がアンダーになる為、接合面の曲率を弱く
して高次の球面収差を整えると低次の球面収差が補正不
足のまま残存してしまう。一方、短波長の高次の球面収
差は補正過剰となる。更に、メリディオナル像面がオー
バーになり外方コマ収差が発生する。

（５）式の条件を外れると、即ち第３レンズ群の正レン
ズのアツベ数が負レンズのアツベ数よりも大きくなると
、細土色収差が補正過剰となり逆に、倍率色収差は補正
不足となってしまう。そこで細土色収差を整えるため、
　第１．　第２レンズ群での細土色収差の補正の量を少
なくすると、倍率色収差は更に一層補正不足となり、結
局、倍率色収差だけが大きく残存してしまう。

また、最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ。

とするとき、 −３Ｆ　＜　ｒｌ　（６） の条件を満たすことも望ましい。

この条件は第ルンズ群の物体側に一番近い正メニスカス
レンズの物体側の面の曲率に関するものである。この条
件の下限を越えると、即ち最も物体側のレンズ面の発散
作用が強すぎるとベツツヴアール和が小さくなりすぎ像
面湾曲が補正過剰になる。また、第ルンズ群のｆが大き
くなり、短波長の球面収差の補正がオーバーとなる。さ
らにレンズの主点が像側に寄るため実質的な作動距離が
小さくなってしまう。

（実施例） 本発明による実施例は第１図のレンズ構成図に示すごと
く、収斂性の第ルンズ群（Ｇ＋　）は、物体（０）側か
ら順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（Ｌ
ｌ　）　、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（
Ｌ、）とこれと接合された両凸正レンズ（Ｌ、）及び両
凸正レンズ（Ｌ、）を有している。発散性の第２レンズ
群（Ｇ、）は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズ（Ｌりε 両凸正レンズ（Ｌ６）及び物体側より曲率の強い面を向
けた負レンズ（Ｌ、）の３個のレンズの貼合せで構成さ
れている。また、発散性の第３レンズ群（Ｇ３）は像側
により曲率の強い面を向けた正レンズ（Ｌ８）とこれと
接合された両凹負レンズ（Ｌ、）とで構成されている。

第１図には、各レンズ群の作用を理解し易くするために
、軸上物点からの周縁光線を示した。

以下に、本発明による第１〜第４実施例の諸元を示す。

但し、Ｆは全体の焦点距離、βは倍率、Ｎ、Ａ、は開口
数、Ｗ、Ｄ、は作動距離（物体面から最前レンズ面の頂
点までの距離）、Ｐはペッツバール和を表わし、ｒは各
レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズの中心厚及び空気間
隔、ｎは各レンズの屈折率、νは各レンズのアツベ数を
表わし、添数字は物体側からの順序を表わすものとする
。

第１実施例 Ｆ−５，１４ β−４０× Ｎ、Ａ、　＝　０．５ Ｗ、Ｄ、　＝　１０．８３ ｐ−０，０２８ ｆ、冒１０．７５ Ｆ’＝−迄３ 第２実施例 Ｆ＝５．１３ βヨ４０Ｘ Ｎ、Ａ、　＝　ｎ、５ Ｗ、Ｄ、　＝　１０．８　Ｉ Ｐ＝０．０２８ ｆ、　＝　１０．２８ Ｆ′子−１０，８８ 第３実施例 Ｆ＝５．０９ β−４０Ｘ Ｎ、Ａ、　−０，５ Ｗ、Ｄ、　＝　１０．８９ Ｐ−０，０２２ ｆ、−１１，２７ Ｆ’　−−１２−９１ 第４実施例 Ｎ、Ａ、　＝　０．５ Ｗ、Ｄ、　＝　１　＋１．８７ Ｐ−（１，０２８ ｆ＋　−１０，３６ Ｆ′干−１０，９３ 上記第１〜第４実施例の諸収差図をそれぞれ順に第２図
〜第５図に示す。各収差図には、球面収差（ＳＰｈ　）
、非点収差（Ａｌｌｔ）、歪曲収差（Ｄｉｓ）、コマ収
差（Ｃｏｍａ　）を示し、球面収差図中には基準光線き
してのｄ線（λ＝　５８７．６１ｍ　）に加えてＣ線（
Ｊ＝６５６．３ｍｍ）、Ｆ線（λ＝　４８６．１ｍｍ　
）及びｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）の様子も併記した。

各収差図から、いずれの実施例も４０倍という倍率を有
し、作動距離が焦点距離の２倍以上きいう長大な吃ので
あるにもかかわらず、優れた結像性能を維持しているこ
とが明らかである。

（発明の効果） 以上のごとく、本発明は作動距離を大きくした場合に、
曲解で発生する大きな収差を補正するため、後群を２つ
の負レンズ群で構成することにより、焦点距離の２倍以
上という作動距離を有する超長作動距離中倍率対物レン
ズを達成したものである。そして４０倍対物レンズにお
いては、従来はせいぜい２〜３ｍｍの作動距離であった
ものが１１１ｍｍ以上となり、従来の１０倍対物レンズ
に相当する作動距離を有する為、標本の扱い等、操作性
が一段と向上する。しかも、倍率、開口数（Ｎ、Ａ、）
ともに１０倍対物レンズよりも大きいことは明らかであ
り、従って、解像力ももちろん優れており、解像力と同
時に操作性も必要という、最近のユーザーの要求を十分
に満たすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による対物レンズの一例ヲ示すレンズ構
成図、第２図〜第５図は本発明による第１〜第４実施例
の賭収差図である。 （主要部分の符号の説明） ０・・・・・・・・・物体 Ｇ、・・・・川・・収斂性の第ルンズ群Ｇ、・・・・川
・・発散性の第２レンズ群Ｇ８・・・・・・・・・発散
性の第３レンズ群出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡　辺　隆　男 ７２図 Ｃｔｏ’ｔｎａ 才５図 −ｌυ　υ　７．（１ ０す Ｏｏ＊ａ 才４図 ｃ１０徂α （７す Ｃｔｏｍα

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
   ンズ及び貼合せ正レンズを有し物体からの光束を収斂光
   束に変換する収斂性の第ルンズ群、互いに接合された正
   レンズと負レンズとを有する発散性の第２レンズ群、及
   び互いに接合されり正レンズと負レンズを有する発散性
   の第３レンズ群を有し、全系の焦点距離をＦ、該第ルン
   ズ群の焦点距離をｆ１＋該第２レンズ群と蚊第３レンズ
   群との空気間隔をり、該第２レンズ群と該第３レンズ群
   との合成焦点距離をＦ′とするとき、１．５　Ｆ＜　ｆ
   ＋　＜３−ＯＦ　（１）１．５Ｆ＜　Ｄ　＜２．５Ｆ　
   （２） １．９　Ｆ＜　ｌ　Ｆ’ｌ　＜　２．８　Ｆ　（３）の
   条件を満足することを特徴とする長作動距離対物レンズ
   。