JPS61275813A

JPS61275813A - 高倍率顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPS61275813A
Application number: JP11859985A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 浩山田
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-12-05
Also published as: JPH0567004B2

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、倍率が１００倍程程度開口数（Ｎ。

Ａ）が、１．４程度で色収差と像面湾曲の良く補正され
た、液浸系プランアポクロマート高倍率対物レンズに関
する。

（発明の背景）一般に、液浸系プランアポクロマート対物レンズは、高
倍率になるほど収差補正が困難になっている。まず、像
面弯曲の程度、即ち平坦性の大まかな目安として、ペン
ッヴアール和があり、平坦性を良くするには、この値が
小さくなければならないことは、良く知られている。ま
た、単レンズで考えた場合、そのペソッヴアール和はそ
の焦点距離の逆数に等しいと考えて良い。焦点距離は、
対物レンズの倍率が大きくなるに従って、小さくなるの
で当然、ペソッヴアール和は大きくなり高倍になるにつ
れて、像面弯曲が通常は悪くなる。

そして、色収差とベソツヴアール和についても、その補
正においては、相反することが経験的に知られている。

即ち、色収差を良くしようとすると、ペッツヴアール和
が悪くなり、ペソッヴアール和を小さくしようとすると
色収差が悪くなり両者を共に良く補正することは非常に
難しい。これに加えて、倍率が大きくなるにつれて、通
常は、開口数も当然大きくなるわけであるから、色によ
る球面色収差の曲がりや乱れも大きくなる。このように
色収差だけをみても、軸上の２次スペクトル以外にも色
による球面収差の曲がりのほかに、倍率色収差、色によ
るコマ収差が増大し、高倍率になる程補正が困難になる
。

従来のこの種の高倍率液浸系対物レンズとして、例えば
、特開昭５９−１５５８２２号公報のものが知られてい
る。この例は先玉に埋込みレンズからなる接合レンズを
用いた倍率６０倍の対物レンズであり、接合面の曲率半
径と屈折率差とによって、ペソツヴアール相を小さくし
て像面弯曲を補正している。この方法は設計上かなり有
用であり、最近用いられる例も多い。ただ実際には、加
工上難しい点がある。特に、埋込まれる側の凹面はかな
り強い曲面となり、また硝種は屈折率力月、８を越える
ため、硬いものが多く凹面加工が非常に難しく、時間も
かかつてコストが高くなりがちである。また、像側の凸
面に関しても半球オーバーギリギリまで使うことが多い
為、有効範囲まで、精度よく研磨することが難しい。こ
のため、倍率が１００倍にもなると焦点距離が一層小さ
くなる為、更に、凹面凸面の曲率も強くなり、加工が一
段と困難になる傾向にあった。

（発明の目的）本発明の目的は、これらの加工の非常に難しい特殊な形
状を必要とせず、従来の加工技術によって、平坦性にす
くれ、色収差が良く補正された、油浸系高倍プランアポ
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）本発明による液浸系高倍率対物レンズは、第１図及び第
３図に示した実施例の構成の如く、物体側から順に単一
の正レンズ成分と物体側に凹面を向けた単一の正レンズ
を有し合成で正屈折力を有する第１レンズ群Ｇい接合正
レンズを有する第２レンズ群Ｇ２及び負屈折力の第３レ
ンズ群Ｇ３から構成され、第３レンズ群Ｇ、は像側に凹
面を向けた負メニスカス接合レンズ成分の前群と、物体
側に凹面を向けた接合メニスカスレンズ成分の後群とを
有している。

そして、全系の合成焦点距離をＦ、第２レンズ群Ｇ２の
焦点距離をｆ２、第３レンズ群Ｇ、の焦点距離をｆ３と
し、前記第３レンズ群Ｇ３中の後群としての接合メニス
カスレンズ成分を形成する負レンズと正レンズの屈折率
をそれぞれＮＩ、、Ｎ、とするとき、（１）　　　８＜ｒｚ／Ｆ＜４０（２）　　　２＜　　ｆｓ／Ｆ＜８（３）　　　Ｉ　Ｎ、−ＮｎＩ　＜０．０６の各条件を
満足するものである。

このような本発明の構成により、第１レンズ群Ｇ、では
、球面収差、色収差とも補正不足に構成され、第２レン
ズ群Ｇ２は色収差と球面収差を補正し第１レンズ群Ｇ、
と第２レンズ群Ｇ２とで、球面収差と色収差とがほぼ補
正されている。そして、第１レンズ群Ｇ、と第２レンズ
群Ｇ２とで補正しきれない収差については、第３レンズ
群Ｇ３によって補正している。即ち、第３レンズ群Ｇ３
は、主に倍率色収差と像面湾曲を補正している。第３レ
ンズ群Ｇ３の前群で球面収差と軸上色収差を補正オーバ
ーにして、後群でそれらを戻してバランスさせ、全系と
しての倍率色収差を補正している。また、第３レンズ群
Ｇ３中の前群と後群との互いに向い合わせの凹面によっ
て、ペソッヴアール和を小さくして像面の平坦性を良く
している。

以下に上記条件式について説明する。

（１）式の条件は、第２レンズ群Ｇ２の収斂正屈折力の
適切な範囲を規定するものである。この条件の下限を越
え場合には、第１１７１群Ｇ１からの光束が第２レンズ
群Ｇ２を通過した後、収斂されすぎるため、第３レンズ
群Ｇ３へ入射する際の入射高が小さくなり、全長が短か
くなってしまう。また、上限を越える場合には、第３レ
ンズ群Ｇ３への入射高が逆に高くなりすぎるため、球面
収差のふくらみが大きくなり全長も長くなってしまう。

そこで、第３レンズ群Ｇ３の負屈折力を弱くする為に、
第３群中前群の物体側のレンズ面の曲率を強くすると、
球面収差、コマ収差が大きく乱れることとなる。

また、第１群の屈折力を強くして、第２群の屈折力を補
おうとすると、ベソツヴアール和が大きくなり、像面弯
曲が悪化してしまう。

（２）式の条件は、第３レンズ群Ｇ３の負屈折力の適切
な範囲を規定するものである。この条件の上限を越える
場合には、第３レンズ群Ｇ３としての負屈折力が弱くな
り、これに伴って第３レンズ群Ｇ３中の前群と後群との
互いに向い合わせの凹面の負屈折力弱くなりペンッヴア
ール和が大きくなって、像面弯曲が悪化してしまう。逆
に、この条件の下限に近づいて第３レンズ群Ｇ３の負屈
折力が大きくなると、ペソツヴアール相を小さくして像
面弯曲を補正するには有利となるが、下限の値を越える
と、補正過剰になってしまう。また、第１、第２群の正
のパワーを強くせねばならず、その分色収差が悪くなっ
てしまう。更に、軸外の上側光線と下側光線に対する屈
折力が大きく異なってくる為、バランスが崩れて、非対
称収差が生じてくる。

（３）式の条件は、第３レンズ群Ｇ３中後群としての接
合メニスカスレンズ成分を形成する負レンズと正レンズ
との屈折率の差に関するものである。

この後群は逆色消しとなっており、第１レンズ群Ｇ１か
ら第３レンズ群Ｇ３中の前群までの群で色収差がオーバ
ーになった分をもとに戻し、倍率色収差を十分補正して
いる。この条件を外れる場合には、屈折率の差が大きす
ぎて、色による球面収差の乱れが大きくなってしまう。

また、接合面の曲率を強くすることにより倍率色収差を
大きく補正しているが、接合面が軸外収差にききすぎて
非対称収差が発生し、特に、短波長で著しくなる。

ここで、２次スペクトルを良くする為に凹レンズにタル
ラフリント系の硝子を使用している。

以上の如き構成において、具体的には、各レンズ群を以
下の如く構成することが望ましい。

即ち、第１レンズ群Ｇ、ば、物体側から順に、単一の平
凸正レンズ成分■７１、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズ成分Ｌ２及び正レンズ成分り、で構成し、第
１レンズ群Ｇ１中の全ての成分を単一レンズとすること
ができる。また、第２レンズ群Ｇ２は正レンズ・負レン
ズ・正レンズの３枚の貼り合わせからなる正レンズ成分
り１、負レンズと正レンズとの貼り合わせからなる貼合
せレンズ成分り、及び正レンズと負レンズとの貼り合わ
せからなる貼合せレンズ成分Ｌ６で構成し、第３レンズ
群Ｇ３は、両凸正レンズと両凹負レンズとの貼り合わせ
からなる負メニスカスレンズ成分Ｌ７の前群と、物体側
に凹面を向けた負レンズと像側に凸面を向けた正レンズ
との貼り合わせからなるメニスカスレンズ成分Ｌ８の後
群とで構成し、この前群と後群とが互いに凹面を向き合
わせて配置されるものである。

第１レンズ群Ｇ、中最も像側の正レンズ成分Ｌ３に、フ
リント系硝材を使って、色収差をアンダーにし、次の第
２群の物体側の正レンズ成分Ｌ４を、いわゆるハイパー
クロマティックの構成として、接合面の曲率を強くする
ことによって開口数の大きい部分の色による球面収差の
乱れの補正と、倍率色収差とのバランスを維持すること
が好ましい。

また、第３レンズ群Ｇ３の後群においても、ハイパーク
ロマティックの構成とし、第３前群の逆色消しと合わせ
て、倍率色収差の補正と色による球面収差の乱れとを補
正することが望ましい。

上記の如き本発明においては、更に、第３レンズ群Ｇ３
中の後群としての貼合せメニスカスレンズ成分を構成す
る正レンズのアツベ数をν、とするとき、 ν、＜２０５−１００・Ｎ２の条件を満足することが望ましい。

この条件は、第３群中後群め正レンズの屈折率とアラへ
数に関するものである。

この範囲をはずれると、硝種としてアツベ数の大きなり
ラウン側のものに片寄る。このため、逆色消しの効果を
もたせるには接合レンズの負レンズもクラウン側に寄せ
ざるを得ない。即ち、正レンズも負レンズも共に、クラ
ウン側に寄り、共にアツベ数が大きくなって、軸上色収
差は補正できるが倍率色収差の補正量が小さくなり、補
正不足のまま、残存してしまう。

また、第１１７１群Ｇ１中の最も像側の正レンズ成分Ｌ
３を単一の正レンズで構成し、その屈折率及びアツベ数
をそれぞれ、ｎＩ、ν１とするとき、（５）ν＋く２１
０　１００・ｎ。

の条件を満たすことも望ましい。この条件の如く、この
正レンズ成分としてフリント系の硝種を使うことにより
、結果的に二次ベクトルを良（すると共に、倍率色収差
のバランス、色による球面収差の乱れなどを有利に補正
することが可能となる。

即ち、この条件により第１レンズ群Ｇ１では軸上、倍率
色収差ともに補正不足にしておき、第２群以降の色消し
パワーを強めることが可能になって、２次スペクトルを
良くし、倍率色収差のバランスや色による球面収差の乱
れを補正することが可能になるわけである。

この色消しについては、ます、第２群の物体側の正レン
ズ成分Ｌ４を構成する負レンズに部分分散比のよいタル
ラフリント系の硝子を用い、正レンズに屈折率がほぼ近
く、アノ−１数の大きいクラウン系硝子を用い、いわゆ
るハイパークロマティックとして、軸上色収差の２次ス
ペクトルを良くし、更に色による球面収差の乱れを補正
している。

接合面がハイパークロマティックの為、基準波長の特に
、軸外光束に対する影響が小さいので接合面を通常より
強くすることができ、諸々の色収差のバランスをさせる
ことが可能になる。

上記（５）式の条件が外れるならば、第１１７１群Ｇ１
中の像側の正レンズ成分を単一で構成した場合に、逆色
消し量が小さくなる為、これ以降の群の色消しパワーも
弱くせざるを得す、２次スペクトルが悪くなって、アポ
クロマートとじての性能を保てなくなる。また倍率色収
差が補正過剰になってしまう。

さらに、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気
間隔Ｄ１をとするとき、（６）　　Ｄ＋　／Ｆ＜２．５の条件を満足することも好ましい。

第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔は小
さい方がよいが、例えば開口絞りを配置する場合には、
この間隔をある程度確保することが必要となる。対物レ
ンズの開口絞りの位置としては、対物レンズの瞳位置、
即ち大まかに言えば、対物レンズに物体側から平行光束
を入射させた時の焦点位置が理想的である。この位置に
置けば、軸上光束を絞った時に軸外の光束も均等に絞る
ことができるが、絞り位置がここから遠くなるに従って
軸外（周辺）の光束のみが大きく絞られ、軸上（中心）
の光束があまり絞れないという事態が起こって好ましく
ない。

一般に、高倍の対物の焦点距離は小さく、倍率１００倍
の場合には、ｆ＝１．５〜２．５ｆｌと特に小さいので
、その絞り位置も必然的に第１群近傍となる。本発明に
よる対物レンズにおいては、第１レンズ群Ｇ、と第２レ
ンズ群Ｇ２との間に開口絞りを設けることが望ましく、
この場合両群の間隔を大きくすることは絞りを設けるた
めに、メカ的な余裕ができるので都合よいが上記の条件
（６）を越えてこ空気間隔を大きくすることは収差上好
ましくない。即ち、第１群からの光線が第２群に入射す
る際、高さが高くなりすぎ、短波長の球面収差がアンダ
ーになりすぎるのである。また、短波長の非対称収差が
発生し、内方性コマ収差を大きくしてしまう。

（実施例）以下に本発明による実施例について説明する。

本発明による第１実施例及び第２実施例は、共に倍率１
００で、Ｎ、Ａ。−１，４を有する液浸系プランアクロ
マート対物レンズである。第１図は、本発明による第１
実施例のレンズ構成図であり、第３図には第２実施例の
レンズ構成ずを示す。各実施例とも前述の通りのレンズ
構成からなっており、第１レンズ群Ｇ１は単一の正レン
ズ３個という簡単な構成である。各レンズ構成図中には
、軸上物体からの光線の様子を実線にて示した。

以下の表１に第１実施例の諸元を示し、表２には第２実
施例の諸元を示す。各表中、左端の数字は物体側からの
順序を表し、屈折率及びアラへ数はｄ線（λ−５８７．
６ｎｍ）対する値である。

尚、第１実施例においては、屈折率１．５２２　、アツ
ベ数５８、厚さ０．１７ｍｍのカバーガラスと屈折率１
゜５１５、アラへ数４１のオイルが、物体面と対物レン
ズとの間に存在し、また、第２実施例においては、カバ
ーガラスが存在せずオイルのみが存在しているものとし
て設計されたものである。

第ｎ１医）ｔｙ、ｏ、−ｏ、ｔ　４　　　　　　　ｆ２　　＝３２
．１ΣＰ、−０、ｌｌ　　　　　　　ｆ３＝−４，４Σ
Ｐ！＝０．１　１　　　　　　　ｌ３−４．８上記第１
実施例及び第２実施例についての諸収差図をそれぞれ、
第２図及び第４図に示す。球面収差図中には、基準光線
としてのｄ線（λ−５８７゜６ｎｍ）に加えて、Ｃ線（
λ−６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（λ＝４８６、　ｌｎｍ）
及びｇ線（λ−４３５，８ｎｍ）についても併記した。

各収差図から、いずれの実施例もＮ、Ａ、　＝　１．４
という大開口数を有しつつも、像面の平坦正に優れ、極
めて良好な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）以上の如く本発明によれば、埋込みレンズを使わずに、
油浸系高倍率対物レンズの平坦性を良くすることができ
るため、従来の加工技術で簡単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が期待できる
。そして、色収差も良好に補正され、優れた結像性能を
維持する油浸系高倍プランアポクロマート対物レンズが
達成される。

【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
図は第１実施例についての諸収差図、第３図は第２実施
例のレンズ構成図、第４図は第２実施例の諸収差図であ
る。〔主要部分の符号の説明〕Ｇ、・・・第１１７１群Ｇ２・・・第２レンズ群Ｇ３・・・第３レンズ群出願人　　日本光学工業株式会社代理人　弁理士　渡　辺　隆　男球面収差　　　　非点収差第２図コマ収差　　　歪曲収差球面収差　　　　非点収差第４図コマ収差　　　歪曲収差

Claims

【特許請求の範囲】物体側から順に、正の単一単レンズと物体側に凹面を向
けた正メニスカスレンズとを有し合成で正屈折力を有す
る第１レンズ群Ｇ＿１、接合正レンズを有する第２レン
ズ群Ｇ＿２及び負屈折力の第３レンズ群Ｇ＿３から構成
され、第３レンズ群Ｇ＿３は像側に凹面を向けた負メニ
スカス接合レンズ成分の前群と、物体側に凹面を向けた
接合メニスカスレンズ成分の後群とを有し、全系の合成
焦点距離をＦ、前記第２レンズ群Ｇ＿２の焦点距離をｆ
＿２、前記第３レンズ群Ｇ＿３の焦点距離をｆ＿３とし
、前記第３レンズ群Ｇ＿３中の後群としての接合メニス
カスレンズ成分を形成する負レンズと正レンズの屈折率
をそれぞれＮ＿ｎ、Ｎ＿ｐとするとき、（１）８＜ｆ＿２／Ｆ＜４０（２）２＜−ｆ＿３／Ｆ＜８（３）｜Ｎ＿ｐ−Ｎ＿ｎ｜＜０．０６の各条件を満足することを特徴とする高倍率顕微鏡対物
レンズ。