WO2019225063A1 - 対物レンズ、光学系および顕微鏡 - Google Patents

Abstract

顕微鏡対物レンズ（ＯＬ）は、正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ１）と、負の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２）とを備え、第１レンズ群（Ｇ１）は、回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、第２レンズ群（Ｇ２）は、正レンズ（Ｌ２１）および像側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ２２）を接合してなる第１接合レンズ（ＣＬ２１）と、物体側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ２３）および正レンズ（Ｌ２４）を接合してなる第２接合レンズ（ＣＬ２２）とからなり、以下の条件式を満足する。　６５．０＜νｄ１　０．００４５＜θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７　但し、νｄ１：負レンズ（Ｌ２３）のｄ線を基準とするアッベ数　θｇｄ１：負レンズ（Ｌ２３）の部分分散比

Description

対物レンズ、光学系および顕微鏡

　本発明は、対物レンズ、光学系および顕微鏡に関する。

　顕微鏡の対物レンズは、平坦な像面を有して、軸上色収差が良好に補正されていることが必要とされる。これを解決するために、回折光学素子を用いた対物レンズが種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、このような対物レンズでは、視野全体にわたる倍率色収差の補正が十分ではなかった。

特開平６－３３１８９８号公報

　第１の態様に係る対物レンズは、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群は、第１回折素子要素と第２回折素子要素とを含んで構成される回折光学素子を有し、前記回折光学素子は、前記第１回折素子要素と前記第２回折素子要素との接合面に形成された、回折格子溝を構成する回折光学面を有し、前記第２レンズ群は、物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凹面を向けた負レンズを接合してなる第１接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズおよび像側に凸面を向けた正レンズを接合してなる第２接合レンズとからなり、以下の条件式を満足する。
　６５．０＜νｄ１
０．００４５＜θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７
　但し、νｄ１：前記第２接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線を基準とするアッベ数
　　　　θｇｄ１：前記第２接合レンズを構成する前記負レンズの部分分散比であり、前記負レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ１とし、前記負レンズのｄ線に対する屈折率をｎｄ１とし、前記負レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ１とし、前記負レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ１としたとき、次式で定義される
　θｇｄ１＝（ｎｇ１－ｎｄ１）／（ｎＦ１－ｎＣ１）

　第２の態様に係る光学系は、第１の態様に係る対物レンズと、結像レンズとを備える。

　第３の態様に係る顕微鏡は、第１の態様に係る対物レンズを備える。

第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。 第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。 第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 結像レンズの構成を示す断面図である。 顕微鏡対物レンズを備えた顕微鏡の要部概略図である。

　以下、本実施形態の対物レンズ、顕微鏡、および顕微鏡に用いられる光学系について図を参照して説明する。本実施形態では、視野全体にわたり平坦な像面を有して、軸上色収差が良好に補正されるとともに、視野全体にわたる倍率色収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズについて説明する。

　本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬの一例として、図１に示す顕微鏡対物レンズＯＬ（１）は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備えて構成される。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ（２）でも良い。なお、図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ（２）の各レンズは、図１に示す顕微鏡対物レンズＯＬ（１）と同様に構成される。

　第１レンズ群Ｇ１は、物体Ｏｂから出た発散光束を集光して収斂光束にするレンズ群である。第１レンズ群Ｇ１は、異なる種類の光学材料からなる２つの回折素子要素を接合して形成された回折光学素子ＤＯＥを有して構成される。２つの回折素子要素の接合面には、回折格子溝を構成する回折光学面Ｄｍが形成される。このように、第１レンズ群Ｇ１では、色収差を補正するため、第１レンズ群Ｇ１を構成する光学要素のいずれかの面に、回折光学面Ｄｍが形成されている。なお、図１および図３において、物体Ｏｂは光軸上の物点を示す。

　回折光学素子ＤＯＥは、いわゆる密着複層型回折光学素子であり、ｇ線からＣ線を含む広い波長域において回折効率を高くすることができる。従って、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、広い波長域において利用することが可能になる。なお、回折効率は、透過型の回折光学素子ＤＯＥにおいて１次回折光を利用する場合、回折光学素子ＤＯＥへの入射光の強度Ｉ０と、一次回折光の強度Ｉ１との割合η（すなわち、η＝Ｉ１／Ｉ０×１００［％］）を示す。回折光学素子ＤＯＥを構成する回折素子要素の光学材料として、樹脂材料を用いるようにしてもよい。例えば、紫外線硬化型樹脂（光硬化型の樹脂材料）を用いた樹脂成形により、回折素子要素の光学材料として光学ガラスを用いる場合よりも容易に、回折光学面Ｄｍを形成することができる。

　回折光学面Ｄｍには、１ｍｍあたり数本から数百本の細かい溝状またはスリット状の格子構造が同心円状に形成される。回折光学面Ｄｍは、回折光学面Ｄｍに入射した入射光が格子ピッチ（回折格子溝の間隔）と入射光の波長とによって定まる方向へ回折する、という性質を有している。通常の屈折型レンズの屈折力は、波長が短くなるほど波長の変化に対して大きく変化する特性を有している。これに対し、上述のような回折光学面Ｄｍを含む回折光学素子ＤＯＥの屈折力は、波長の変化に対して線形的に変化する特性を有している。そこで、波長の変化に対する屈折力の変化が線形的になるように組み合わせた複数の屈折型レンズと、回折光学素子ＤＯＥとを組み合わせることで、大きな色消し効果が得られるため、色収差を良好に補正することが可能になる。

　第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１で収束させた収束光を平行光にするレンズ群である。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２１および像側に凹面を向けた負レンズＬ２２を接合してなる第１接合レンズＣＬ２１と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３および像側に凸面を向けた正レンズＬ２４を接合してなる第２接合レンズＣＬ２２とから構成される。第１接合レンズＣＬ２１を構成する負レンズＬ２２の凹面と、第２接合レンズＣＬ２２を構成する負レンズＬ２３の凹面とが対向して配置される。第１接合レンズＣＬ２１および第２接合レンズＣＬ２２は、ペッツバール和を補正するため、いわゆるガウスタイプの構成となっている。このような構成により、ペッツバール和を減少させつつ、軸上色収差と倍率色収差とをバランスよく補正することができる。

　上記構成の下、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、次の条件式（１）～（２）を満足する。

　６５．０＜νｄ１　・・・（１）
０．００４５＜θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　但し、νｄ１：第２接合レンズＣＬ２２を構成する負レンズＬ２３のｄ線（波長λ＝587.6nm）を基準とするアッベ数
　　　　θｇｄ１：第２接合レンズＣＬ２２を構成する負レンズＬ２３の部分分散比であり、負レンズＬ２３のｇ線（波長λ＝435.8nm）に対する屈折率をｎｇ１とし、負レンズＬ２３のｄ線に対する屈折率をｎｄ１とし、負レンズＬ２３のＦ線（波長λ＝486.1nm）に対する屈折率をｎＦ１とし、負レンズＬ２３のＣ線（波長λ＝656.3nm）に対する屈折率をｎＣ１としたとき、次式で定義される
　θｇｄ１＝（ｎｇ１－ｎｄ１）／（ｎＦ１－ｎＣ１）

　条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ２における物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３の硝材の適切なアッベ数を規定する条件式である。条件式（１）の対応値が下限値を下回ると、分散が大きくなるため、軸上色収差と倍率色収差を同時に良好に補正することが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の下限値を好ましくは７０．０とし、より好ましくは８０．０としてもよい。また、負レンズＬ２３の硝材の生成が困難とならないように、条件式（１）の上限値を好ましくは９６．０未満としてもよい。

　条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２における物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３の硝材の異常分散性を規定する条件式である。条件式（２）の右辺は、縦軸を部分分散比θｇｄ（θｇｄ＝（ｎｇ－ｎｄ）／（ｎＦ－ｎＣ））とし、横軸を（ｄ線を基準とする）アッベ数νｄとした図において、負レンズＬ２３の硝材に対応する座標点（θｇｄ１，νｄ１）と、ガラス「ＮＳＬ７」および「ＰＢＭ２」（ともに株式会社オハラ製造の硝種名）に対応する２つの座標点を通る直線との縦軸方向の差を示す。なお、ガラス「ＮＳＬ７」の部分分散比をθｇｄ２とし、ガラス「ＮＳＬ７」のアッベ数をνｄ２としたとき、θｇｄ２＝１．２３９１、νｄ２＝６０．４９である。ガラス「ＰＢＭ２」の部分分散比をθｇｄ３とし、ガラス「ＰＢＭ２」のアッベ数をνｄ３としたとき、θｇｄ３＝１．２８９４、νｄ３＝３６．２６である。

　条件式（２）の対応値が下限値を下回ると、異常分散性が弱くなるため、ｇ線の倍率色収差が増大する。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の下限値を好ましくは０．００６２とし、より好ましくは０．０２０２としてもよい。また、負レンズＬ２３の硝材の生成が困難とならないように、条件式（２）の上限値を好ましくは０．０７００未満としてもよい。

　本実施形態の顕微鏡対物レンズＯＬは、次の条件式（３）を満足してもよい。

　１００＜ｆＤＯＥ／ｆ＜５００　・・・（３）
　但し、ｆＤＯＥ：回折光学素子ＤＯＥの焦点距離
　　　　ｆ：顕微鏡対物レンズＯＬの焦点距離

　条件式（３）は、顕微鏡対物レンズＯＬの焦点距離に対する、回折光学素子ＤＯＥの焦点距離の比を規定する条件式である。本実施形態において、回折光学素子ＤＯＥの焦点距離は、回折光学素子ＤＯＥにおける回折光学面Ｄｍの焦点距離を示すものとする。条件式（３）の対応値が下限値を下回ると、回折光学素子ＤＯＥの格子ピッチ（回折格子溝の間隔）が小さくなり、設計次数以外の回折光が発生してフレアとなるため、好ましくない。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を好ましくは２００としてもよい。

　条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、回折光学素子ＤＯＥによる軸上色収差の補正効果が小さくなり、軸上色収差の補正が不十分になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を好ましくは４００としてもよい。

　本実施形態の顕微鏡対物レンズＯＬは、次の条件式（４）を満足してもよい。
　０°＜θｍａｘ＜４０°　・・・（４）
　但し、θｍａｘ：物体中心からの光線のうち開口数が最大となる光線が回折光学面Ｄｍに入射する際の入射角の最大値

　条件式（４）は、回折光学面Ｄｍに入射する光線の（光軸Ａｘを基準とする）最大入射角を規定する条件式である。条件式（４）の対応値が上限値を上回ると、回折光学面Ｄｍに入射する光線の最大入射角が大きすぎるため、回折光学素子ＤＯＥの回折効率が低下し、設計次数以外の回折光が発生してフレアとなるため、好ましくない。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を好ましくは３０°としてもよい。

　回折光学素子ＤＯＥが平行平面板を含む場合、回折光学面Ｄｍに入射する光線の最大入射角が０°に近いと、この平行平面板とカバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖでの２面反射によるフレアが発生する。そこで、２面反射によるフレアを抑えるために、条件式（４）の下限値を好ましくは３°としてもよい。

　本実施形態の顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、光束の径は、軸上物点から射出される光束の場合には開口数が最大となる光線で決定され、軸外物点から射出される光束の場合には最も外側の光線で決定される。ここで、軸外物点から射出される光束のうち、最も光軸Ａｘから離れる側に射出される光線は、軸上物点からの最大開口数の光線と第１レンズ群Ｇ１内の適宜のレンズ面（例えば、図１における負レンズＬ２の像側のレンズ面）との交点で制限される。軸外物点から射出される光束のうち、上述した最も光軸Ａｘから離れる側と（光軸Ａｘを基準として）反対側に射出される光線は、軸上物点からの最大開口数の光線と第２レンズ群Ｇ２内の適宜のレンズ面（例えば、図１における負レンズＬ２３の物体側のレンズ面）との交点で制限される。このようにして最も外側の光線が決まる（軸外物点から射出される）光束において、最大物体高の軸外物点から射出された光束の中心を通る光線を主光線Ｐｒと定義する。

　上記のように主光線Ｐｒを定義した場合、回折光学素子ＤＯＥは、主光線Ｐｒが光軸Ａｘと交わる位置よりも物体側に配置されるようにしてもよい。これにより、軸上色収差を効果的に補正することができる。さらに、回折光学素子ＤＯＥは、第１レンズ群Ｇ１を通過する光束における径が最も大きくなる部分よりも物体側に配置されるようにしてもよい。これにより、軸上色収差をより効果的に補正することができる。

　なお、第１レンズ群Ｇ１において回折光学素子ＤＯＥのみで色収差の補正を行う場合、回折光学素子ＤＯＥの最小の格子ピッチ（回折格子溝の間隔）が小さくなりすぎると、回折光学素子ＤＯＥの製造が困難になる。そこで、色収差の補正を分担するため、第１レンズ群Ｇ１は、複数の接合レンズを有して構成されてもよい。この場合、第１レンズ群Ｇ１を構成する複数の接合レンズのうち少なくとも１つが、回折光学素子ＤＯＥよりも像側に配置される。またこの場合、第１レンズ群Ｇ１を構成する複数の接合レンズのうち、最も像側に配置された接合レンズが負の屈折力を有し、他の接合レンズが正の屈折力を有してもよい。第１レンズ群Ｇ１を構成する複数の接合レンズのうちの１つが、回折光学素子ＤＯＥを含んで構成されて、正の屈折力を有するようにしてもよい。

　例えば、図１に示す第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１接合レンズＣＬ１１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３と、正の屈折力を有する第２接合レンズＣＬ１２と、正の屈折力を有する第３接合レンズＣＬ１３と、正の屈折力を有する第４接合レンズＣＬ１４と、負の屈折力を有する第５接合レンズＣＬ１５と、を有し、第３接合レンズＣＬ１３が、回折光学素子ＤＯＥを含んで構成されている。また例えば、図３に示す第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１接合レンズＣＬ１１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３と、正の屈折力を有する第２接合レンズＣＬ１２と、正の屈折力を有する第３接合レンズＣＬ１３と、正の屈折力を有する第４接合レンズＣＬ１４と、負の屈折力を有する第５接合レンズＣＬ１５と、を有し、第４接合レンズＣＬ１４が、回折光学素子ＤＯＥを含んで構成されている。

　本実施形態の顕微鏡は、上述した構成の顕微鏡対物レンズＯＬを備えて構成される。その具体例として、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬを備えた顕微鏡（液浸顕微鏡）を図６に基づいて説明する。この顕微鏡１００は、スタンド１０１と、スタンド１０１のベース部１０２に取り付けられたステージ１１１と、スタンド１０１のアーム部１０３に取り付けられた鏡筒１２１と、鏡筒１２１に連結された撮像部１３１とを有して構成される。ステージ１１１上には、スライドガラスＢとカバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖ（図６においては付番を省略する）の間に保持された不図示の観察物体（生物試料等）が載置される。ステージ１１１の下側には、透過照明装置１１６を構成するコンデンサレンズ１１７が取り付けられる。なお、スタンド１０１のベース部１０２には、ステージ１１１の他、上述の透過照明装置１１６と、透過照明用光源１１８等が取り付けられる。

　鏡筒１２１の下方に設けられたレボルバ１２６に、対物レンズ１２２が取り付けられる。対物レンズ１２２の先端部と光透過平行平面板Ｃｖとの間に、浸液が満たされるようになっている。鏡筒１２１の下方に取り付けられる対物レンズ１２２として、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬが用いられる。鏡筒１２１には、結像レンズ１２３と、プリズム１２４が設けられる。鏡筒１２１に設けられる結像レンズ１２３として、後述の結像レンズＩＬが用いられる。なお、鏡筒１２１には、落射蛍光装置１２７と、落射蛍光用光源１２８と、接眼レンズ１２９等が取り付けられる。撮像部１３１には、撮像素子１３２が設けられる。

　このような顕微鏡１００において、観察物体からの光は、光透過平行平面板Ｃｖおよび浸液と、対物レンズ１２２と、結像レンズ１２３およびプリズム１２４を透過して、撮像素子１３２へ到達する。結像レンズ１２３により、観察物体の像が撮像素子１３２の撮像面上に結像され、撮像素子１３２が観察物体の像を撮像する。撮像素子１３２により撮像取得された観察物体の画像は、外部のコンピュータＰＣを介してモニターＭＴに表示される。外部のコンピュータＰＣは、撮像素子１３２により撮像取得された観察物体の画像データに対して種々の画像処理を行うことができる。このような構成によれば、上記実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬを搭載することにより、視野全体にわたり平坦な像面を有して、軸上色収差が良好に補正されるとともに、視野全体にわたる倍率色収差が良好に補正された顕微鏡を得ることが可能になる。なお、顕微鏡１００は、正立顕微鏡であってもよく、倒立顕微鏡であってもよい。

　なお、対物レンズ１２２は、無限遠補正型のレンズである。顕微鏡１００において、対物レンズ１２２は、観察物体の像を結像させる結像レンズ１２３と組み合わせた有限遠補正光学系の態様で使用される。上述したように、対物レンズ１２２として、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬが用いられることで、視野全体にわたり平坦な像面を有して、軸上色収差が良好に補正されるとともに、視野全体にわたる倍率色収差が良好に補正された光学系を得ることが可能になる。

　以下、本実施形態の実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬを図面に基づいて説明する。各実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、カバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖの下に物体（観察物体）Ｏｂを配置し、先端部と光透過平行平面板Ｃｖとの間を浸液（例えば、シリコーンオイル等）で満した状態でこの物体（観察物体）Ｏｂを観察する液浸顕微鏡用の対物レンズである。各実施例において、使用する浸液（オイル）のｄ線（波長λ＝587.56nm）に対する屈折率をｎｄ４とし、ｄ線を基準とするアッベ数をνｄ４としたとき、ｎｄ４＝１．５１５、νｄ４＝４１．４であるものとする。

　図１、図３は、第１～第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ｛ＯＬ（１）～ＯＬ（２）｝の構成を示す断面図である。これら図１、図３において、各レンズ群を符号Ｇと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、各レンズを符号Ｌと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、それぞれ表している。この場合において、符号、数字の種類および数が大きくなって煩雑化するのを防止するため、実施例毎にそれぞれ独立して符号と数字の組み合わせを用いてレンズ等を表している。このため、実施例間で同一の符号と数字の組み合わせが用いられていても、同一の構成であることを意味するものでは無い。

　以下に表１～表２を示すが、この内、表１は第１実施例、表２は第２実施例における各諸元データを示す表である。各実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線（波長λ＝587.6nm）、ｇ線（波長λ＝435.8nm）、Ｃ線（波長λ＝656.3nm）、Ｆ線（波長λ＝486.1nm）を選んでいる。

　［全体諸元］の表において、ｆは顕微鏡対物レンズＯＬのｄ線（波長λ＝587.6nm）での焦点距離を示し、ＮＡは開口数を示し、βは倍率を示す。Ｄ０は、作動距離（ワーキングディスタンス）であり、カバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖの厚さの分を除いた、物体Ｏｂから顕微鏡対物レンズＯＬにおける最も物体側のレンズ面（後述の第１面）までの光軸上の距離を示す。

　［レンズデータ］の表において、面番号は物体側からのレンズ面の順序を示し、Ｒは各面番号に対応する曲率半径（物体側に凸のレンズ面の場合を正の値としている）、Ｄは各面番号に対応する光軸上のレンズ厚もしくは空気間隔、ｎｄは各面番号に対応する光学材料のｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率、νｄは各面番号に対応する光学材料のｄ線を基準とするアッベ数を、それぞれ示す。曲率半径の「∞」は平面又は開口を示す。また、空気の屈折率ｎｄ＝1.00000の記載は省略している。光学面が回折光学面である場合には面番号に＊印を付して、曲率半径Ｒの欄に近軸曲率半径を示している。

　［回折光学面データ］において示す回折光学面Ｄｍの位相形状Φ（ｈ）は、次式（Ａ）によって表わされる。

　Φ（ｈ）＝（２π／λ）×（Ｃ2×ｈ²＋Ｃ4×ｈ⁴＋Ｃ6×ｈ⁶＋Ｃ8×ｈ⁸）
                                                            …（Ａ）
　但し、ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さ
　　　　λ：波長
　　　　Ｃi：位相係数（i＝2，4，6，8）

　［回折光学面データ］の表には、［レンズデータ］に示した回折光学面について、式（Ａ）における２次の位相係数Ｃ2、４次の位相係数Ｃ4、６次の位相係数Ｃ6、８次の位相係数Ｃ8を示す。［回折光学面データ］において、「Ｅ-n」は「×１０^-n」を示す。例えば、1.234E-05＝1.234×10^-5である。

　回折光学面Ｄｍは、異なる種類の光学材料からなる２つの回折素子要素の接合面に形成される。［樹脂屈折率データ］の表には、これら２つの回折素子要素に用いられる光学材料として、相対的に高屈折率（低分散）の樹脂材料と低屈折率（高分散）の樹脂材料の屈折率を示す。［樹脂屈折率データ］の表において、ｎＣはＣ線（波長λ＝656.3nm）に対する屈折率を示し、ｎｄはｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率を示し、ｎＦはＦ線（波長λ＝486.1nm）に対する屈折率を示し、ｎｇはｇ線（波長λ＝435.8nm）に対する屈折率を示す。また、各樹脂材料は紫外線硬化型樹脂であり、［樹脂屈折率データ］の表には紫外線硬化後の屈折率を示す。

　［条件式対応値］の表には、上記の条件式（１）～（４）に対応する値を示す。［参考値］の表には、第２レンズ群Ｇ２における第２接合レンズＣＬ２２を構成する負レンズＬ２３の部分分散比θｇｄ１の値を示す。

　なお、高屈折率（低分散）の樹脂材料と低屈折率（高分散）の樹脂材料を用いた密着複層型回折光学素子の製造方法は、例えば、欧州特許公開第１８３０２０４号公報や、欧州特許公開第１８３０２０５号公報に記載されている。また、各樹脂材料は、３５０ｎｍ付近の波長の光線での内部透過率が０．５以上であることが望ましい。

　以下、全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、その他の長さ等は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。

　ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での重複する説明は省略する。

　（第１実施例）
　第１実施例について、図１～図２および表１を用いて説明する。図１は、本実施形態の第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（１）は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成される。

　第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、物体側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ１および物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２を接合してなる第１接合レンズＣＬ１１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３と、両凹形状の負レンズＬ４および両凸形状の正レンズＬ５を接合してなる第２接合レンズＣＬ１２と、第１および第２の樹脂層（回折素子要素）Ｄａ，Ｄｂを介して平行平面板Ｌ６と像側に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ７とが接合された回折光学素子ＤＯＥに、両凸形状の正レンズＬ８を接合してなる第３接合レンズＣＬ１３と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ９および両凸形状の正レンズＬ１０を接合してなる第４接合レンズＣＬ１４と、両凸形状の正レンズＬ１１および両凹形状の負レンズＬ１２を接合してなる第５接合レンズＣＬ１５とから構成される。第１～第４接合レンズＣＬ１１～ＣＬ１４はそれぞれ、全体として正の屈折力を有する。第５接合レンズＣＬ１５は、全体として負の屈折力を有する。

　第１の樹脂層Ｄａは、相対的に高屈折率（低分散）の樹脂材料を用いて形成され、第２の樹脂層Ｄｂは、相対的に低屈折率（高分散）の樹脂材料を用いて形成される。第１の樹脂層Ｄａと第２の樹脂層Ｄｂとの接合面に回折格子溝を構成する回折光学面Ｄｍが形成されて、第１の樹脂層Ｄａと第２の樹脂層Ｄｂとが接合される。第１レンズ群Ｇ１の物体側にはカバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖが配置されており、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に配置された正レンズＬ１と光透過平行平面板Ｃｖとの間は浸液で満たされている。

　第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ２１および像側に曲率の強い凹面を向けた両凹形状の負レンズＬ２２を接合してなる第１接合レンズＣＬ２１と、物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２３および像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２４を接合してなる第２接合レンズＣＬ２２とから構成される。第１接合レンズＣＬ２１は、全体として負の屈折力を有する。第２接合レンズＣＬ２２は、全体として正の屈折力を有する。

　以下の表１に、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。

（表１）
［全体諸元］
　ｆ＝5.02
　ＮＡ＝1.3
　Ｄ０＝0.28
　β＝40倍
［レンズデータ］
　面番号　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　ｎｄ　　 　　νｄ
　　1　　 　　∞　　　　　0.6　　　1.518229　　　58.90
　　2　　　　-1.101　 　　3.3　　　1.882997　　　40.77
　　3　　　　-3.673　 　　0.1
　　4　　　　-9.662　 　　3.8　　　1.729157　　　54.68
　　5　　　　-6.883　 　　0.1
　　6　　　-380.000　 　　1.0　　　1.613397　　　44.27
　　7　　　　16.703　 　　6.0　　　1.651597　　　58.55
　　8　　 　-20.056　 　　0.1
　　9　　 　　∞　　　　　1.4　　　1.516330　　　64.14
　　10　　　　∞　　　　　0.1　　　1.557100　　　49.74
　　11*　 　　∞　　　　　0.1　　　1.527800　　　33.41
　　12　　　　∞　　　　　1.0　　　1.772500　　　49.61
　　13　 　　18.495　 　　7.6　　　1.438750　　　94.95
　　14　　　-15.616　 　　0.1
　　15　　　120.000　 　　1.0　　　1.804000　　　46.57
　　16　 　　23.463　 　　6.2　　　1.438750　　　94.95
　　17　　　-18.850　 　　0.1
　　18　 　　12.130　 　　6.1　　　1.438750　　　94.95
　　19　　　-27.101　 　　1.0　　　1.816000　　　46.62
　　20　 　　18.174　 　　0.1
　　21　　　　9.479　 　　5.6　　　1.592399　　　68.37
　　22　　　-50.368　 　　4.4　　　1.672999　　　38.15
　　23　　　　5.121　 　　4.6
　　24　 　　-5.200　 　　6.1　　　1.497820　　　82.57
　　25　 　-537.425　 　　3.6　　　1.834807　　　42.71
　　26　　　-13.193　 　150.0
［回折光学面データ］
　第１１面
　Ｃ2＝-3.80E-04
　Ｃ4＝2.27E-06
　Ｃ6＝-2.41E-08
　Ｃ8＝8.68E-11
［樹脂屈折率データ］
　　　　　　　　ｎＣ　　　　　ｎｄ　　　　　ｎＦ　　　　　ｎｇ
　低屈折率　　1.523300　　　1.527800　　　1.539100　　　1.549100
　高屈折率　　1.553800　　　1.557100　　　1.565000　　　1.571300
［条件式対応値］
条件式（１）　νｄ１＝８２．５７
条件式（２）　θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７
　　　　　　　　　　＝０．０４０１
条件式（３）　ｆＤＯＥ／ｆ＝２６２
条件式（４）　θｍａｘ＝３．４°
［参考値］
　θｄｇ１＝１．２３３４

　図２は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差、およびコマ収差）を示す図である。この図においては、顕微鏡対物レンズに上述の結像レンズ１２３（結像レンズＩＬ）およびプリズム１２４を組み合わせた状態での諸収差を示す。図２の各収差図において、ＮＡは開口数、Ｙは像高を示し、ｄはｄ線（波長λ＝587.6nm）、ｇはｇ線（波長λ＝435.8nm）、ＣはＣ線（波長λ＝656.3nm）、ＦはＦ線（波長λ＝486.1nm）に対する諸収差をそれぞれ示す。球面収差図において、縦軸は入射瞳半径の最大値を１として規格化して示した値を示し、横軸は各光線における収差の値［ｍｍ］を示す。非点収差図においては、実線は各波長に対するメリジオナル像面を示し、破線は各波長に対するサジタル像面を示す。また、非点収差図において、縦軸は像高［ｍｍ］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。歪曲収差図（ディストーション）において、縦軸は像高［ｍｍ］を示し、横軸は収差の割合を百分率（％値）で示す。倍率色収差図において、縦軸は像高［ｍｍ］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。コマ収差図は、像高Ｙが１２．５ｍｍのとき、１０．６ｍｍのとき、９．０ｍｍのとき、６．２ｍｍのとき、および０ｍｍのときの収差の値［ｍｍ］を示す。なお、以下に示す各実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用い、重複する説明は省略する。

　各収差図より、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズは、Ｃ線～ｇ線の領域において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

（第２実施例）
　第２実施例について、図３～図４および表２を用いて説明する。図３は、本実施形態の第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す断面図である。第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ（２）は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成される。

　第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、物体側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ１および物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２を接合してなる第１接合レンズＣＬ１１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３と、両凹形状の負レンズＬ４および両凸形状の正レンズＬ５を接合してなる第２接合レンズＣＬ１２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ６および両凸形状の正レンズＬ７を接合してなる第３接合レンズＣＬ１３と、第１および第２の樹脂層（回折素子要素）Ｄａ，Ｄｂを介して物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ８と両凸形状の正レンズＬ９とが接合されて回折光学素子ＤＯＥを構成する第４接合レンズＣＬ１４と、両凸形状の正レンズＬ１０および両凹形状の負レンズＬ１１を接合してなる第５接合レンズＣＬ１５とから構成される。第１～第４接合レンズＣＬ１１～ＣＬ１４はそれぞれ、全体として正の屈折力を有する。第５接合レンズＣＬ１５は、全体として負の屈折力を有する。

　第１の樹脂層Ｄａは、相対的に低屈折率（高分散）の樹脂材料を用いて形成され、第２の樹脂層Ｄｂは、相対的に高屈折率（低分散）の樹脂材料を用いて形成される。第１の樹脂層Ｄａと第２の樹脂層Ｄｂとの接合面に回折格子溝を構成する回折光学面Ｄｍが形成されて、第１の樹脂層Ｄａと第２の樹脂層Ｄｂとが接合される。第１レンズ群Ｇ１の物体側にはカバーガラス等の光透過平行平面板Ｃｖが配置されており、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に配置された正レンズＬ１と光透過平行平面板Ｃｖとの間は浸液で満たされている。

　第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ２１および像側に曲率の強い凹面を向けた両凹形状の負レンズＬ２２を接合してなる第１接合レンズＣＬ２１と、物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２３および像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２４を接合してなる第２接合レンズＣＬ２２とから構成される。第１接合レンズＣＬ２１は、全体として負の屈折力を有する。第２接合レンズＣＬ２２は、全体として正の屈折力を有する。

　以下の表２に、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。

（表２）
［全体諸元］
　ｆ＝5.02
　ＮＡ＝1.3
　Ｄ０＝0.28
　β＝40倍
［レンズデータ］
　面番号　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　ｎｄ　　 　　νｄ
　　1　　 　　∞　　　　　0.6　　　1.518230　　　58.90
　　2　　　　-1.101　 　　3.6　　　1.882997　　　40.77
　　3　　　　-3.908　 　　0.1
　　4　　　　-9.887　 　　4.0　　　1.729157　　　54.68
　　5　　　　-7.086　 　　0.1
　　6　　　-380.000　 　　1.0　　　1.613397　　　44.27
　　7　　　　16.219　 　　6.1　　　1.651597　　　58.55
　　8　　 　-23.570　 　　0.1
　　9　　 　108.856　 　　1.0　　　1.772500　　　49.61
　　10　　 　18.112　 　　7.7　　　1.438750　　　94.95
　　11　　　-16.406　 　　0.1
　　12　　　120.000　 　　1.0　　　1.804000　　　46.57
　　13　　 　23.744　 　　0.2　　　1.527800　　　33.41
　　14*　　　23.744　 　　0.2　　　1.557100　　　49.74
　　15　　 　23.744　 　　6.1　　　1.438750　　　94.95
　　16　　　-19.785　 　　0.1
　　17　 　　12.327　 　　6.1　　　1.438750　　　94.95
　　18　　　-24.942　 　　1.0　　　1.816000　　　46.62
　　19　 　　16.896　 　　0.1
　　20　　　　9.904　 　　4.7　　　1.592399　　　68.37
　　21　　　-52.389　 　　6.2　　　1.672999　　　38.15
　　22　　　　5.402　 　　5.5
　　23　 　　-5.200　 　　4.7　　　1.497820　　　82.57
　　24　　　-45.132　 　　3.6　　　1.834807　　　42.71
　　25　　　-11.231　 　150.0
［回折光学面データ］
　第１4面
　Ｃ2＝-2.61E-04
　Ｃ4＝7.03E-07
　Ｃ6＝-7.81E-09
　Ｃ8＝0.00E+00
［樹脂屈折率データ］
　　　　　　　　ｎＣ　　　　　ｎｄ　　　　　ｎＦ　　　　　ｎｇ
　低屈折率　　1.523300　　　1.527800　　　1.539100　　　1.549100
　高屈折率　　1.553800　　　1.557100　　　1.565000　　　1.571300
［条件式対応値］
条件式（１）　νｄ１＝８２．５７
条件式（２）　θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７
　　　　　　　　　　＝０．０４０１
条件式（３）　ｆＤＯＥ／ｆ＝３８１
条件式（４）　θｍａｘ＝２６．４°
［参考値］
　θｄｇ１＝１．２３３４

　図４は、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。各収差図より、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズは、Ｃ線～ｇ線の領域において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

　各実施例に係る顕微鏡対物レンズは、無限遠補正型のレンズであるため、物体の像を結像させる結像レンズと組み合わせて使用される。そこで、顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される結像レンズの一例について、図５および表３を用いて説明する。図５は、各実施例に係る顕微鏡対物レンズと組み合わせて使用される結像レンズの構成を示す断面図である。各実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図は、この結像レンズと組み合わせて使用したときのものである。図５に示す結像レンズＩＬは、物体側から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ３１および両凹形状の負レンズＬ３２を接合してなる第１接合レンズＣＬ３１と、両凸形状の正レンズＬ３３および両凹形状の負レンズＬ３４を接合してなる第２接合レンズＣＬ３２とから構成される。結像レンズＩＬは、各実施例に係る顕微鏡対物レンズの像側に配置される。

　以下の表３に、結像レンズの諸元の値を掲げる。なお、［全体諸元］の表において、ｆｉは結像レンズの全系の焦点距離を示す。［レンズデータ］の表において、面番号、Ｒ、Ｄ、ｎｄ、およびνｄは、前述の表１～表２の説明で示したものと同じである。

（表３）
［全体諸元］
　fi＝200
［レンズデータ］
　面番号　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　ｎｄ　　 　　νｄ
　　1　　　　75.043　　　5.10　　　1.622801　　　57.03
　　2　 　　-75.043　　　2.00　　　1.749501　　　35.19
　　3　　　1600.580　　　7.50
　　4　　　　50.256　　　5.10　　　1.667551　　　41.96
　　5　 　　-84.541　　　1.80　　　1.612658　　　44.41
　　6　　　　36.911

　上記各実施例によれば、視野全体にわたり平坦な像面を有して、軸上色収差が良好に補正されるとともに、視野全体にわたる倍率色収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズを実現することができる。

　ここで、上記各実施例は本実施形態の一具体例を示しているものであり、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

　Ｇ１　第１レンズ群　　　　　　　　　　Ｇ２　第２レンズ群
ＤＯＥ　回折光学素子

Claims (15)

1. 　物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
   　前記第１レンズ群は、第１回折素子要素と第２回折素子要素とを含んで構成される回折光学素子を有し、
   　前記回折光学素子は、前記第１回折素子要素と前記第２回折素子要素との接合面に形成された、回折格子溝を構成する回折光学面を有し、
   　前記第２レンズ群は、物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凹面を向けた負レンズを接合してなる第１接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズおよび像側に凸面を向けた正レンズを接合してなる第２接合レンズとからなり、
   　以下の条件式を満足する対物レンズ。
   　６５．０＜νｄ１
   　０．００４５＜θｇｄ１＋（０．００２０７６×νｄ１）－１．３６４６７
   　但し、νｄ１：前記第２接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線を基準とするアッベ数
   　　　　θｇｄ１：前記第２接合レンズを構成する前記負レンズの部分分散比であり、前記負レンズのｇ線に対する屈折率をｎｇ１とし、前記負レンズのｄ線に対する屈折率をｎｄ１とし、前記負レンズのＦ線に対する屈折率をｎＦ１とし、前記負レンズのＣ線に対する屈折率をｎＣ１としたとき、次式で定義される
   　θｇｄ１＝（ｎｇ１－ｎｄ１）／（ｎＦ１－ｎＣ１）
2. 　以下の条件式を満足する請求項１に記載の対物レンズ。
   　１００＜ｆＤＯＥ／ｆ＜５００
   　但し、ｆＤＯＥ：前記回折光学素子の焦点距離
   　　　　ｆ：前記対物レンズの焦点距離
3. 　以下の条件式を満足する請求項１または２に記載の対物レンズ。
   　０°＜θｍａｘ＜４０°
   　但し、θｍａｘ：物体中心からの光線のうち開口数が最大となる光線が前記回折光学面に入射する際の入射角の最大値
4. 　前記回折光学素子は、主光線が光軸と交わる位置よりも物体側に配置される請求項１～３のいずれか一項に記載の対物レンズ。
5. 　前記第１レンズ群は、複数の接合レンズを有し、
   　前記第１レンズ群を構成する前記複数の接合レンズのうち少なくとも１つが前記回折光学素子よりも像側に配置される請求項１～４のいずれか一項に記載の対物レンズ。
6. 　前記第１レンズ群を構成する前記複数の接合レンズのうち最も像側に配置された接合レンズが負の屈折力を有し、他の接合レンズが正の屈折力を有する請求項５に記載の対物レンズ。
7. 　前記第１レンズ群を構成する前記複数の接合レンズのうちの１つが、前記回折光学素子を含んで構成されて正の屈折力を有する請求項５または６に記載の対物レンズ。
8. 　前記第１レンズ群は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズと、正の屈折力を有する第２接合レンズと、正の屈折力を有する第３接合レンズと、正の屈折力を有する第４接合レンズと、負の屈折力を有する第５接合レンズと、を有し、
   　前記第３接合レンズが、前記回折光学素子を含んで構成されている請求項１～７のいずれか一項に記載の対物レンズ。
9. 　前記第１レンズ群は、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズと、正の屈折力を有する第２接合レンズと、正の屈折力を有する第３接合レンズと、正の屈折力を有する第４接合レンズと、負の屈折力を有する第５接合レンズと、を有し、
   　前記第４接合レンズが、前記回折光学素子を含んで構成されている請求項１～７のいずれか一項に記載の対物レンズ。
10. 　前記第１回折素子要素は樹脂材料からなる請求項１～９のいずれか一項に記載の対物レンズ。
11. 　前記第１回折素子要素は光硬化型の樹脂材料からなる請求項１～１０のいずれか一項に記載の対物レンズ。
12. 　前記第２回折素子要素は樹脂材料からなる請求項１～１１のいずれか一項に記載の対物レンズ。
13. 　前記第２回折素子要素は光硬化型の樹脂材料からなる請求項１～１２のいずれか一項に記載の対物レンズ。
14. 　請求項１～１３のいずれか一項に記載の対物レンズと、結像レンズとを備える光学系。
15. 　請求項１～１３のいずれか一項に記載の対物レンズを備える顕微鏡。

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