JPS61275812A - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

顕微鏡対物レンズ

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JPS61275812A
JPS61275812A JP11859885A JP11859885A JPS61275812A JP S61275812 A JPS61275812 A JP S61275812A JP 11859885 A JP11859885 A JP 11859885A JP 11859885 A JP11859885 A JP 11859885A JP S61275812 A JPS61275812 A JP S61275812A
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lens
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focal length
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/0025Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0068Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements

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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、顕微鏡用の対物レンズ、特に、カバーガラス
の厚さが変化した場合の収差変動を補正し得る所謂補正
還付対物レンズに関する。
〔発明の背景〕
一般に、生物分野において、顕微鏡標本を作成する場合
には、血液などの塗抹標本などを除けばほとんどの場合
が、スライドグラスの上に試料を置き、その上にカバー
ガラスをのせて封入する、いわゆるカバーガラス付の標
本である。このカバーガラスの厚みや屈折率はJISに
も規定されており、通常は、0.17mmの厚さを、設
計にあたって基準厚としている。このカバーガラスの厚
みや屈折率の誤差が収差に影響を与えることは既に公知
のことであり、油浸系対物レンズの場合は、厚みと屈折
率の誤差が、乾燥系の場合には特に厚みの誤差が大きく
影響を与える。この影響は開口数(N、A、)が大きく
なる程顕著であり、N、 A、が0.8を越える場合に
はいわゆる補正環機構を付けて、収差の変動を打消す必
要がある。開口数が0.9を越えると特に変動が著しく
、補正環機構なしではもはや使用不可能と言わざるを得
ない。
とりわけ、最近は高解像のレンズが望まれており、しか
も写真撮影や検鏡能率の向−hの為、超広視野まで像面
の平坦性の良いレンズが求められている。
補正還付対物レンズとしては、例えば、特開昭51−8
7056号公報に開示されたものがある。その実施例1
は倍率60にでN、 A、が0.95、カバーガラス補
正範囲が0.14〜0.19mmであり、実施例2は倍
率40XでN、 A、が0.85、カバーガラス補正範
囲が0.14〜0.19mmである。この実施例1はN
、A、が0.95で解像力は十分であるがペソツヴアー
ル和が0.6(f=1の時)と、極端に太き(像の平坦
性が良くない。これでは、視野の中心しかピントが合わ
ず周辺を同時に観察や写真撮影することができない。ま
た、実施例2ばペソツウアール和が0.03(f=1の
時)で、実施例1よりは改良されており、平坦性は良く
なっているが、N、A、が0,85で解像力の点では物
足りない。そして、両者ともカバーガラスの補正範囲が
0.14〜0.19であり、未だ十分とはいえない。な
ぜなら、カバーガラスの厚めのバラツキの他に、実際に
は、標本自体の厚みと封入剤の厚みが加わるためそれら
を含めた場合の平行平面層の厚みは、少な(とも0,1
3〜0.21までは変わると考えられるからである。
このように、高い解像力と平坦な像面とを同1111に
有する補正還付対物レンズを得ることは困難なことであ
ったが、その理由としては、次のようなものがある。
一つは、まず、色収差の補正であり、これは、単に軸」
二の色収差のみでなく、大きな開口にわたって、即ち、
高次の球面収差においても色による乱れをなくすことが
困難であったからである。そして、もう一つの理由は像
面の平坦性の問題である。この問題は、像面湾曲を補正
することであるが、ペノツヴアール相を小さくすると色
収差が悪くなる為、色収差と像面湾曲とを同時に補正す
ることは、開口数が大きくなるにつれて、飛躍的に難し
くなってくる。カバーガラスの厚さが基準の0.17m
mでさえも収差補正が困難であるのに、厚みが変化した
場合にも、その収差の変動を打消すように各群に収差の
補正量を分担させるのは、更に困難であることは容易に
想像できよう。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、開口数を0.95という乾燥系として
は最大にまで大きくし、かつ像面の平坦性を極めて良好
に維持しつつ、カバーガラスの厚さの大きな変化に対し
ても優れた結像性能を維持し得るプランアポクロマート
対物レンズを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、第1図に示す如く、全体を3つの群に分け、
物体0側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカス
レンズを有して物体面からの光線束を収斂光束に変換す
る正屈折力の第1レンズ群Gい発散性の接合面を有する
貼合セレンズ成分と収斂性の接合面を有する貼合せレン
ズ成分とを有し合成で正屈折力を持つ第2レンズ群G2
、接合面を有する負屈折力の第3レンズ群G3から成っ
ている。そして、物体面と第1レンズ群G1との間に配
置される平行平面板P(通常はカバーガラス)の厚みの
変化による収差の変動を、第1レンズ群G。
に対して第2レンズ群G2と第3レンズ群G3とを相 
   ・射的に移動することによって補正するものであ
る。具体的には、平行平面板Pの厚さが基準状態よりも
小さい場合には、第1レンズ群G、と第2レンズ群G2
との間隔が小さくなるように第2レンズ群G2と第3レ
ンズ群G3とを移動し、平行平面板Pの厚さが基準状態
よりも大きい場合には、第1レンズ群G、と第2レンズ
群G2との間隔が大きくなるように第2レンズ群G2と
第3レンズ群G3とを移動することによって、良好な補
正が達成される。
ここで、全系の合成焦点距離をF、第1レンズ群G1の
焦点距離をf1、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との空気間隔をり
、とするとき、 1.1 <fl /F  < 4     (1)0.
2 <l)、 /F  < 1.5      (2)
3 <fz/F  <20     (3)の各条件を
満足することが必要である。
このような本発明の構成により、従来のものに比べ開口
数(N、A、)が大きくて解像力が高く、色収差も良好
に補正され、像面の平坦性に優れたプランアポクロマー
ト対物レンズであって、カバーガラスの補正範囲も従来
より一層大きくすることが可能となった。
本発明では全体を上述のごとき3つの群に分けて、各々
の群に収差の補正を分担させている。そこで、各レンズ
群の収差特性について説明する。
まず、第1レンズ群G、であるが、これは収斂作用を有
して物体面からの発散光束を収斂光束に変換し、第2レ
ンズ群G2に入射する光束にある程度の角度をもたせて
いる。この光線の角度が光軸に平行であれば、第1レン
ズ群G1と第2レンズ群G2とが相対的に移動しても第
2レンズ群G2に入射する光線の高さが変わらないので
、収差の変動はほとんどなく収差補正機構としては役に
立たない。
逆に、光線の角度が強すぎると少しの移動で収差補正が
可能ではあるが第1レンズ群G1の屈折力の負担が大き
すぎて、収差の補正そのものが困難になる。より具体的
には、第1レンズ群G、としての倍率は10〜15倍が
適当であり、第2レンズ群G2以降で更に4倍程度の倍
率をかけて、総合で倍率40倍〜60倍とするのが望ま
しい。このためにも、第1レンズ群G1としてのパワー
は上記(1)式で示す程度であることが必要である。
この第1レンズ群G、から出たある傾きを有する収斂光
束の第2群に入射する高さを、第2、第3群を第1群に
対して相対的に移動させることにより変えて、第2、第
3群で発生ずる球面収差をはじめとする諸収差の量を変
化させて、平行平面板の厚み誤差による収差変動を打消
しているわけである。これらのことは、後掲のザイデル
の収差係数からもわかるであろう。それによれば、平行
平面板で発生ずる球面収差が、その厚みにより太きく異
なるのに対して、第1群自体で発生する球面収差の量は
平行平面板の厚みが変わってもほとんど変化しないこと
がわかる。
次に第2レンズ群G2と第3レンズ群G3についてであ
るが、これらの群においては、平行平面板の厚みが異な
る場合には発生する収差量が異なってくる。これは、第
2レンズ群G2に入射する光束の高さが(厳密に言うと
、その傾きも少し変わる)、第2群と第3群とを移動す
ることにより変わるからである。これらの収差の変動量
と平行平面板による収差の変動量とが互いに打消し合っ
て、全系としての収差変動を補正しているわけである。
以下に上記の各条件式について説明する。
(1)式の条件は、第1レンズ群G1の屈折力の適切な
範囲を定めるものであり、収差の上では主に球面収差の
補正に影響を与え、またW、D、(作動距N)にも関連
している。この条件の下限を外れると、第1レンズ群G
1の焦点距離f、が相対的に小さくなって、第1群の光
束の収斂作用が強くなりすぎる為、W、D、が小さく・
なり、実用的ではなくなる。また、球面収差が補正不足
になり特に、高次の短波長についての球面収差が大きく
残存してしまう。更に、負の非対称収差も発生し、これ
も同様に短波長側で特に大きく残存する。像面弯曲に関
して言えばflが、小さくなることにより、ぺ・バンヴ
アール和は逆に大きくなる為、像面弯曲も大きくなり平
坦性が悪くなる。
逆に、この条件の上限を越えると、flが大きくなって
、第1レンズ群G、を射出する光束の収斂作用は弱まる
。従って光束が大きく広がり、球面収差が大きくなって
、後群としての第2、第3群での補正が困難になってく
る。
条件式(2)は第1レンズ群G、と第2レンズ群G2と
の空気間隔の適切な値を規定するものである。
平行平面板の厚みが基準厚よりも小さくなると、負の球
面収差が生じる。この為、第2、第3群を物体側に移動
させ、即ち第1群と第2群との空気間隔を小さくして、
第2群への光線の入射高が小さくならないうちに、第2
、第3群に入射させることによって第2レンズ群G2と
第3レンズ群G3とで正の球面収差を発生させ、全系と
しての球面収差の変動を打消すことができる。
ところが、第1レンズ群G、と第2レンズ群G2との空
気間隔り、が小さくなって条件(2)の下限を越えると
収差的には打消すことができても、物理的に第1群の後
側のレンズ支持金物と第2群の前側のレンズ支持金物と
が接触してしまう。また、この空気間隔D1の収差に対
する効き方を大きくする為に、第1レンズ群G1の焦点
距離f1を小さくして、第1群から第2群への光束の傾
きを強くすると(1)式についても述べたように、短波
長側での高次の球面収差の補正が困難になる。
条件(2)の上限を越えると、第1群の収斂作用が強い
ままで第1レンズ群G、と第2レンズ群G2との空気間
隔D1を大きくすると、第2レンズ群G2への光線の入
射高が小さくなって全長が短かくなってしまう。全長が
短くなる場合に、全系を比例拡大するとレンズの合成中
心厚が長くなって、同焦点性を維持できなくなってしま
う。そこで、全長を長くするために、第1群の収斂作用
を弱めると、球面収差の変動を打ち消すためには第1レ
ンズ群G1と第2レンズ群G2との空気間隔を大きく変
化させることが必要となってしまい十分な補正が困難に
なる。この場合、軸上の収差は打消せても軸外の収差が
打消すことができず、主に非対称の収差が補正しきれな
くなる。
第2レンズ群G2の屈折力の適切な配分を規定する条件
(3)は、第2レンズ群G2における収差補正作用を他
の群との関係で適正状態に維持するものであり、第2レ
ンズ群G2中の接合面は主に色収差の補正のために設け
られたものである。即ち、第2レンズ群G2は第1レン
ズ群G1では補正しきれなかった倍率の色収差を太き(
補正し、第1群において短波長側での高次の球面収差が
オーバーに行きすぎた分を第2群で補正している。
この条件(3)の下限を越えて、第2群の屈折力を強く
すると第1群からの収斂光束が更に強く収しンされる為
、所定の倍率にするには、これを受ける第3群の負の屈
折力を強くせざるを得なくな1す る。ところが、この第2群の正屈折力が強くなりすぎる
と第2群を出て第3群への入射高が低くなりすぎて、全
長が短かくなってしまう。また、負の球面収差が大きく
なり、第1群で発生する負の球面収差と併せて、負の量
が大きくなりすぎ第3群で正の球面収差を発生させて補
正するには大きすぎて良好な補正状態を維持することが
難しくなり、特に高次の球面収差が補正しきれなくなる
逆に、条件(3)の上限を越えて第2群の屈折力が弱く
なると、収斂作用も弱くなり第3群への入射高が大きく
なり全長が長くなってしまう。全体を比例縮小して短か
くすると、W、D、が小さくなって操作性が悪くなって
しまう。
さて、以上の如き本発明による基本構成において、第2
レンズ群G2の具体的構成としては、物体側に、物体側
に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼合せレンズ成
分を設け、続いて像側に凸面を向けた収斂圧の接合面を
有する貼合せレンズ成分を設けることが望ましい。そし
て、物体側に凸面を向けた発散性接合面の曲率半径をR
I、この発散性接合面を形成する物体側負レンズの屈折
力及びアツベ数をN+n 、ν1 、像側正レンズの屈
折力及びアツベ数をNIp+ν1p  とし、像側に凸
面を向けた収斂性接合面の曲率半径をR2、この収斂性
接合面を形成する物体側正レンズの屈折力及びアツベ数
をN29.ν22、像側負レンズの屈折力及びアツベ数
をN2□、ν3..  とするとき、0〈(lΦ11−
1Φz  l) XF  < 0.15  (4)NI
Il−NIp 但し、  Φ1−□ N211−N2p Φ2−□ 40 <  シ、p−シ、n(5) 15〈  シZn−シ、p(6) の条件を満足することが望ましい。
上記の条件式(4)は、第2レンズ群G2内の2つの接
合面のパワーに関するものである。
第2群には少なくとも2つの接合面が存在し、物体側の
接合面は色収差補正の作用をし、像側の接台面は色収差
逆補正の作用をしている。これは、主に倍率色収差を補
正するためである。即ち、第2群の前方成分で軸上色収
差と倍率色収差とを大きく補正し、第2群の後方成分で
軸上色収差をもとに戻し、倍率色収差を少し戻す。そし
て、最終的には第3群の逆色消しで、全系としての球面
収差と軸上色収差及び倍率色収差のバランスを補正する
こととなる。
この条件(4)の下限を越えると、前方成分の接合面の
パワーが弱くなり、球面収差と軸上色収差、倍率色収差
の補正量が小さくなる。この為、第2群全体としての球
面収差の補正量が小さくなり、第3群の負担が大きくな
りすぎてしまう。この結果第3群の接合面のパワーが強
くなって、軸上色収差が大きく補正不足となってしまう
。逆に、上限を越えると、前方成分の接合面のパワーが
強くなりすぎて、球面収差が補正過剰になり、第3群の
接合面のパワーを弱くする結果軸上色収差が補正過剰と
なってしまう。
上記条件(5)は第2群の色消しに関する。(4)式に
おいて述べたように、第2群の前群の接合面は、色消し
と、球面収差の補正に大きく寄与している。球面収差の
補正量は前記(4)式により接合面の曲率半径Rに大き
く依存するが、色収差の補正量は、更に、これに加えて
、この接合レンズを構成する正レンズ、負レンズのアツ
ベ数が大きく関与する。この条件式(5)は、色収差を
補正する為の第2群の前方成分の接合レンズを構成する
正レンズのアツベ数ν+pと、負レンズのアツベ数νI
nの関係を与えるものである。この条件式を外れる場合
には、アノへ数の差が小さくなり、色補正の量は小さく
なる。その結果、第2群の後群、第3群での逆色消しの
量も小さくせざるを得す、結局倍率色収差が大きく残存
してしまう。これは、倍率色収差の補正が第1群及び第
2群の前方成分での色消しに大きく依存しており、そこ
で補正過剰になった軸上色収差を第2群の後方成分と第
3群とで戻している為である。尚、アツベ数の差の小さ
いのを、接合面の曲率を強くすることにより、カバーし
ようとすると、球面収差が補正過剰になり、特に短波長
側で高次の球面収差がオーバーに行きすぎてしまう。
上記(6)式の条件は、第2レンズ群G2中の後方成分
における逆色消しに関する条件である。前に述べたよう
に、第2群は前方成分と後方成分とから構成されており
、前方成分は色消し、後方成分は逆色消しとして、軸上
色収差はほぼ打消し合っている。これに対して、倍率色
収差は前方成分で大きく補正し、後方成分で少し戻して
いるが、まだ補正不足であり、その分は第3群で補正し
ている。
従って、条件(6)を外れ、第2群の後方成分を構成す
る正レンズ、負レンズのアノへ数の差が小さくなるとい
うことは、第2群の後方成分の逆色消しの量が小さくな
ることであり、その分の負担が倍率色収差の補正効果の
大きい、第3にかかつてくる為、倍率色収差が補正過剰
になってしまう。また、後方成分の接合面の曲率を強く
することにより逆色消しの量を大きくすると、ここでの
球面収差が大きく補正不足となり、第3群で更に大きく
補正せねばならず、やはり倍率色収差が補正過剰となっ
てしまう。
〔実施例〕
以下に、本発明による実施例について説明する。第1図
に示した本発明による第1実施例は、倍率40倍、N、
A、0.95を有するプランアポクロマート対物レンズ
である。図中には、軸上物点からの光線の様子を実線に
て示した。この第1実施例では、第1レンズ群G1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LI、同じく物体側に凹面を向けた正メニスカスレン
ズL2、像側により曲率の強い面を向けた正レンズL3
及び像側により曲率の強い面を向けた貼合せの正レンズ
L4から構成され、第2レンズ群G2は物体側に凸面を
むけた負メニスカスレンズと物体側により強い曲率の面
を向けた正レンズとの接合からなる前方成分■5.と像
側により強い曲率の面を向けた正レンズと物体側により
曲率の強い面を向けた負レンズとの接合からなる後方成
分り、とで構成されている。そして、第3レンズ群G3
は像側に凹面を向けた貼合せ負レンズ成分L7で構成さ
れており、この負レンズ成分L7は両凸正レンズと両凹
負レンズとの接合で形成されている。
以下の表1に上記第1実施例の諸元を示す。表中、左端
の数字は物体側からの順序を表し、屈折率及びアノへ数
はd線(λ−587.6nm)対する値である。また、
doは平行平面板(カバーガラス)の対物レンズ側の面
から対物レンズの第1面の頂点までの距離である。
尚、以下の実施例では、いずれも物体面と第1レンズ群
G1との間に配置される平行平面板Pの厚さをt、d線
に対する屈折率及びアツベ数をそれぞれ、nd、νdと
するとき、 t=0.17 nd−1,522 νd=58.8 であるものとしてこの状態を基準に設計され、平行平面
板Pの厚さtが変化した場合の補正を行うものとして設
計されている。
N、Δ、−0,95f、=5.2 d、=o、35    fz=47.5fz=   2
4.O fl/F=1゜28     Φ、  =0.047D
、  /F   =  0.41      Φ、  
=0.032f 2  / F   =1.1.73上
記の第1実施例についての諸収差図を、第2A〜第2C
図に示す。第2A図は、カバーガラスが基準厚の状態(
t =0.17mm) 、第2B図はカバーガラスが基
準よりも薄い状態(t =0.11mm) 、第2C図
はカバーガラスが基準よりも厚い状態(t −0,23
mm)である。
また、第3図にレンズ構成図を示す第2実施例は、倍率
60倍を有する高倍率対物レンズであり、第3レンズ群
G1の構成を除いて上記第1実施例とほぼ同様の構成を
有している。第3レンズ群G3は、物体側に凹面を向け
た負レンズと像側により曲率の強い面を向けた正レンズ
と、物体側により曲率の強い面を向けた両凹負レンズと
の3枚のレンズの接合からなっている。
以下の表2に、上記の第1実施例と同様に第2実O N、A、=0.95    f+=   5.3d0=
0.3 2    r2= 15.8f3−7.2 f2 /F   =  5.94 上記の第2実施例についての諸収差図を、第4A〜第4
C図に示す。第4A図は、カバーガラスが基準厚の状態
(L =0.17mm) 、第4B図はカバーガラスが
基準よりも薄い状態(t =O,13mm) 、第4C
図はカバーガラスが基準よりも厚い状態(t =0.2
1mm)である。
また、以下の表3及び表4には、それぞれ前記の第1実
施例及び第2実施例について、球面収差の三次収差係数
を、カバーガラスの厚さが変化した場合について示す。
各表中、左端の数字は物体側からの順序を表し、カバー
ガラスPにおける値を示すと共に、各レンズ群について
の小計と全系の合計値も併記した。
紅 (第1実施例における球面収差の三次収差係数)犬」ヨ (第2実施例における球面収差の三次収差係数)上記の
表3及び表4によれば、各実施例において、カバーガラ
ス厚の変化に伴って、カバーガラスで発生する球面収差
が大きくなることが分かる。そして、第1レンズ群G、
での値がほとんど変化しないの対して、第2レンズ群G
2と第3レンズ群G、との値が大きく変化してカバーガ
ラスでの収差が相殺され、全系として極めて良好に補正
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、開口数を0.95と乾燥
系としては最大にまで大きくし、かつ像面の平坦性を極
めて良好に維持しつつ、カバーガラスの厚さが、従来よ
りも大きな範囲で変化しても優れた結像性能を維持し得
るプランアポクロマート対物レンズが実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による第1実施例のレンズ構成図、第2
A図、第2B図及び第一8C図は第1実施例についてカ
バーガラス厚が変化した場合における諸収差図、第3図
は第2実施例のレンズ構成図、第4A図、第4B図及び
第4C図は第2実施例についてカバーガラス厚が変化し
た場合における諸収差図である。 〔主要部分の符号の説明〕 G、・・・第1レンズ群 G2・・・第2レンズ群 G3・・・第3レンズ群 P・・・カバーガラス 出願人  日本光学工業株式会社 代理人 弁理士 渡 辺 隆 男 球面収差  非点収差 (≠ =ρ23) 第2C図

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
    ンズを有し物体面からの光束を収斂光束に変換する正屈
    折力の第1レンズ群G_1、発散性の接合面を有する貼
    合せレンズ成分と収斂性の接合面を有する貼合せレンズ
    成分とを有し合成で正屈折力を持つ第2レンズ群G_2
    、接合面を有する負屈折力の第3レンズ群G_3からり
    、前記第1レンズ群G_1に対して前記第2レンズ群G
    _2と第3レンズ群G_3とが相対的に移動可能であり
    、全系の合成焦点距離をF、前記第1レンズ群G_1の
    焦点距離をf_1、前記第2レンズ群G_2の焦点距離
    をf_2、前記第1レンズ群G_1と前記第2レンズ群
    G_2との空気間隔をD_1とするとき、 1.1<f_1/F<4(1) 0.2<D_1/F<1.5(2) 3<f_2/F<20(3) の各条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ
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