WO2023120104A1 - 顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置 - Google Patents

顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置 Download PDF

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WO2023120104A1
WO2023120104A1 PCT/JP2022/044493 JP2022044493W WO2023120104A1 WO 2023120104 A1 WO2023120104 A1 WO 2023120104A1 JP 2022044493 W JP2022044493 W JP 2022044493W WO 2023120104 A1 WO2023120104 A1 WO 2023120104A1
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lens
lens group
microscope objective
cemented
microscope
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PCT/JP2022/044493
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Inventor
杏菜 野中
Original Assignee
株式会社ニコン
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/02Objectives

Definitions

  • the present invention relates to microscope objective lenses, microscope optical systems, and microscope devices.
  • a microscope objective lens comprises a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a positive refractive power, which are arranged in order from the object side along an optical axis.
  • the first lens group has a cemented lens including a negative lens and converges the light flux from the object; and the second lens group comprises the light flux from the first lens group and the third lens group converts the divergent light flux from the second lens group into a parallel light flux, satisfying the following conditional expression.
  • ⁇ d1N Abbe number of the negative lens in the cemented lens of the first lens group
  • ⁇ gF1N Partial dispersion ratio of the negative lens in the cemented lens of the first lens group, refraction of the negative lens with respect to the g-line
  • ng1N is the index
  • nF1N is the refractive index of the negative lens for the F line
  • nC1N is the refractive index of the negative lens for the C line
  • ⁇ gF1N (ng1N ⁇ nF1N)/(nF1N ⁇ nC1N)
  • a microscope optical system includes the microscope objective lens described above and a second objective lens that collects light from the microscope objective lens.
  • a microscope apparatus includes the microscope objective lens described above.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a microscope objective lens according to a first example
  • FIG. FIG. 4 is a spherical aberration diagram of the microscope objective lens according to the first example
  • FIG. 4 is a diagram of magnification chromatic aberration of the microscope objective lens according to the first example
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a microscope objective lens according to a second example
  • FIG. 10 is a spherical aberration diagram of the microscope objective lens according to the second example
  • FIG. 10 is a magnification chromatic aberration diagram of the microscope objective lens according to the second example
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of a microscope objective lens according to a third example; It is a spherical aberration diagram of the microscope objective lens concerning the 3rd example.
  • FIG. 11 is a diagram of magnification chromatic aberration of the microscope objective lens according to the third example;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a second objective lens;
  • 1 is a schematic configuration diagram showing a confocal fluorescence microscope as an example of a microscope apparatus;
  • the confocal fluorescence microscope 1 includes a stage 10, a light source 20, an illumination optical system 30, a microscope optical system 40, and a detector 50.
  • the coordinate axis extending in the optical axis direction of the microscope objective lens of the confocal fluorescence microscope 1 is the z-axis. Coordinate axes extending in directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the z-axis are defined as an x-axis and a y-axis.
  • a sample SA held between, for example, a slide glass (not shown) and a cover glass (not shown) is placed on the stage 10 .
  • the sample SA accommodated in a sample container (not shown) together with the immersion liquid may be placed on the stage 10 .
  • the sample SA contains a fluorescent substance such as a fluorescent dye.
  • the sample SA is, for example, cells that have been previously fluorescently stained.
  • a stage drive unit 11 is provided near the stage 10 .
  • a stage drive unit 11 moves the stage 10 along the z-axis.
  • the light source 20 generates excitation light in a predetermined wavelength band.
  • the light source 20 for example, a laser light source or the like capable of emitting laser light (excitation light) in a predetermined wavelength band is used.
  • the predetermined wavelength band is set to a wavelength band that can excite the sample SA containing the fluorescent substance.
  • the excitation light emitted from the light source 20 enters the illumination optical system 30 .
  • the illumination optical system 30 illuminates the sample SA on the stage 10 with excitation light emitted from the light source 20 .
  • the illumination optical system 30 includes a collimator lens 31, a beam splitter 33, and a scanner 34 in order from the light source 20 side toward the sample SA side.
  • the illumination optical system 30 also includes the microscope objective lens OL of the microscope optical system 40 .
  • the collimator lens 31 collimates the excitation light emitted from the light source 20 .
  • the beam splitter 33 has the characteristic of reflecting the excitation light from the light source 20 and transmitting the fluorescence from the sample SA.
  • the beam splitter 33 reflects excitation light from the light source 20 toward the sample SA on the stage 10 .
  • the beam splitter 33 transmits fluorescence generated in the sample SA toward the detection unit 50 .
  • An excitation filter 32 is arranged between the beam splitter 33 and the collimator lens 31 to transmit the excitation light from the light source 20 .
  • a fluorescence filter 35 is arranged between the beam splitter 33 and the second objective lens IL of the microscope optical system 40 to transmit fluorescence from the sample SA.
  • the scanner 34 scans the sample SA with excitation light from the light source 20 in two directions, i.e., the x direction and the y direction.
  • the scanner 34 for example, a galvanometer scanner, a resonant scanner, or the like is used.
  • the microscope optical system 40 collects fluorescence generated in the sample SA.
  • the microscope optical system 40 includes a microscope objective lens OL and a second objective lens IL in order from the sample SA side to the detection unit 50 side.
  • the microscope optical system 40 also includes a scanner 34 and a beam splitter 33 arranged between the microscope objective lens OL and the second objective lens IL.
  • the microscope objective lens OL is arranged facing above the stage 10 on which the sample SA is placed.
  • the microscope objective lens OL condenses the excitation light from the light source 20 and irradiates the sample SA on the stage 10 with it. Further, the microscope objective lens OL receives the fluorescence generated in the sample SA and converts it into parallel light.
  • the second objective lens IL collects fluorescence (parallel light) from the microscope objective lens OL.
  • the detection unit 50 detects fluorescence generated in the sample SA via the microscope optical system 40.
  • a photomultiplier tube for example, is used as the detector 50 .
  • a pinhole 45 is provided between the microscope optical system 40 and the detection unit 50 .
  • the pinhole 45 is arranged at a position conjugate with the focal position of the microscope objective lens OL on the sample SA side.
  • the pinhole 45 is formed on the focal plane of the microscope objective lens OL (the plane passing through the focal position of the microscope objective lens OL and perpendicular to the optical axis of the microscope objective lens OL), or within a predetermined deviation tolerance from the focal plane in the optical axis direction. Only the light from the misaligned surface is allowed to pass through and the other light is blocked.
  • the excitation light emitted from the light source 20 passes through the collimator lens 31 and becomes parallel light.
  • the excitation light transmitted through the collimator lens 31 passes through the excitation filter 32 and enters the beam splitter 33 .
  • the excitation light incident on the beam splitter 33 is reflected by the beam splitter 33 and enters the scanner 34 .
  • the scanner 34 scans the sample SA with the excitation light incident on the scanner 34 in two directions, the x direction and the y direction.
  • the excitation light incident on the scanner 34 passes through the scanner 34 and the microscope objective lens OL, and is focused on the focal plane of the microscope objective lens OL.
  • a portion of the sample SA where the excitation light is condensed (that is, a portion overlapping with the focal plane of the microscope objective lens OL) is two-dimensionally scanned by the scanner 34 in two directions of the x direction and the y direction.
  • the illumination optical system 30 illuminates the sample SA on the stage 10 with the excitation light emitted from the light source 20 .
  • the irradiation of the excitation light excites the fluorescent substance contained in the sample SA and emits fluorescence. Fluorescence from the sample SA passes through the microscope objective lens OL and becomes parallel light. Fluorescence transmitted through the microscope objective lens OL enters the beam splitter 33 through the scanner 34 . The fluorescence incident on the beam splitter 33 is transmitted through the beam splitter 33 and reaches the fluorescence filter 35 . The fluorescence that reaches the fluorescence filter 35 passes through the fluorescence filter 35, passes through the second objective lens IL, and is condensed at a position conjugate with the focal position of the microscope objective lens OL. The fluorescence condensed at a position conjugate with the focal position of the microscope objective lens OL passes through the pinhole 45 and enters the detector 50 .
  • the detection unit 50 photoelectrically converts the light (fluorescence) incident on the detection unit 50, and generates data corresponding to the light amount (brightness) of the light as a light detection signal.
  • the detection unit 50 outputs the generated data to a control unit (not shown).
  • the control unit treats the data input from the detection unit 50 as data for one pixel, and arranges the data in synchronization with the two-dimensional scanning by the scanner 34, so that the data for a plurality of pixels is divided into two. Generate a piece of image data that is dimensionally aligned (in two directions). In this way, the controller can acquire an image of the sample SA.
  • the confocal fluorescence microscope 1 has been described as an example of the microscope apparatus according to this embodiment, it is not limited to this.
  • the microscope apparatus according to this embodiment may be an observation microscope for performing bright-field observation, fluorescence observation, or the like, a confocal microscope, a multiphoton excitation microscope, a super-resolution microscope, or the like.
  • the confocal fluorescence microscope 1 may be an upright microscope or an inverted microscope.
  • the microscope objective lens according to this embodiment will be described.
  • the microscope objective lens OL (1) shown in FIG. a second lens group G2 having negative refractive power and a third lens group G3 having positive refractive power.
  • the first lens group G1 has a cemented lens including a negative lens, and condenses a light beam from an object.
  • the second lens group G2 diverges the light flux from the first lens group G1.
  • the third lens group G3 converts the divergent light flux from the second lens group G2 into a parallel light flux.
  • the fact that the first lens group G1 converges the light flux from the object means that the first lens group G1 has a condensing function. For example, when a divergent luminous flux from an object passes through the first lens group G1, the luminous flux from the first lens group G1 may become a divergent luminous flux whose degree of divergence is weakened by the first lens group G1.
  • the microscope objective lens OL satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • ⁇ d1N is the Abbe number of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1
  • ⁇ gF1N is the partial dispersion ratio of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1
  • ng1N is the refractive index of the negative lens with respect to the g-line
  • nF1N is the refractive index of the negative lens for the F-line
  • nC1N is the refractive index of the negative lens for the C-line
  • ⁇ gF1N (ng1N-nF1N)/(nF1N-nC1N) defined by the following equation.
  • the microscope objective lens OL may be the optical system OL(2) shown in FIG. 4 or the optical system OL(3) shown in FIG.
  • Conditional expression (1) defines an appropriate range for the partial dispersion ratio of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1.
  • Conditional expression (2) defines an appropriate range for the Abbe number of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1.
  • conditional expression (1) If the corresponding value of conditional expression (1) exceeds the upper limit, the correction of the secondary spectrum of the chromatic aberration of magnification becomes excessive in the wavelength region on the short wavelength side, making it difficult to satisfactorily correct the chromatic aberration of magnification in a wide wavelength region. Become. By setting the upper limit of conditional expression (1) to 0.72, and further to 0.71, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (1) When the corresponding value of conditional expression (1) is below the lower limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of the chromatic aberration of magnification in the wavelength region on the short wavelength side.
  • the lower limit of conditional expression (1) By setting the lower limit of conditional expression (1) to 0.629, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (2) When the corresponding value of conditional expression (2) exceeds the upper limit, it becomes difficult to sufficiently correct the primary chromatic aberration of magnification in the wavelength region on the short wavelength side.
  • the upper limit of conditional expression (2) By setting the upper limit of conditional expression (2) to 29, and further to 28, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (2) If the corresponding value of conditional expression (2) is below the lower limit, the first-order chromatic aberration of magnification is excessively corrected in the wavelength region on the short wavelength side, making it difficult to satisfactorily correct the chromatic aberration of magnification in a wide wavelength region. .
  • the lower limit of conditional expression (2) By setting the lower limit of conditional expression (2) to 23 and further to 25, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • the microscope objective lens OL according to this embodiment may satisfy the following conditional expression (2-1). 23 ⁇ d1N ⁇ 29 (2-1)
  • Conditional expression (2-1) is similar to conditional expression (2), and can obtain the same effect as conditional expression (2).
  • the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • the lower limit of conditional expression (2-1) By setting the lower limit of conditional expression (2-1) to 25, the effects of the present embodiment can be made more reliable.
  • the second lens group G2 preferably has a cemented lens with negative refractive power and satisfies the following conditional expression (3). -3 ⁇ (Rc2+Rc1)/(Rc2-Rc1) ⁇ -1 (3) where Rc1: the radius of curvature of the most object-side lens surface in the cemented lens of the second lens group G2, and Rc2: the radius of curvature of the most image-side lens surface in the cemented lens of the second lens group G2.
  • Conditional expression (3) defines an appropriate range for the shape factor of the cemented lens in the second lens group G2. By satisfying the conditional expression (3), it is possible to satisfactorily correct the chromatic aberration of magnification.
  • conditional expression (3) If the corresponding value of conditional expression (3) is out of the above range, it becomes difficult to correct the chromatic aberration of magnification.
  • the upper limit of conditional expression (3) By setting the upper limit of conditional expression (3) to -1.2, and further to -1.5, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • the lower limit of conditional expression (8) By setting the lower limit of conditional expression (8) to -2.7, and further to -2.5, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • the microscope objective lens OL according to this embodiment may be configured such that the first lens group G1 is composed of one cemented lens, and the second lens group G2 is composed of one cemented lens.
  • the microscope objective lens OL according to this embodiment one of the distance between the first lens group G1 and the second lens group G2 and the distance between the second lens group G2 and the third lens group G3 is the microscope objective lens OL. is the largest lens spacing (air spacing) in , and the other is the second largest lens spacing (air spacing) in the microscope objective OL.
  • the third lens group G3 preferably has one or more cemented lenses, and the cemented lens of the third lens group G3 preferably consists of two lenses. This makes it possible to satisfactorily correct the secondary spectrum in addition to the primary achromatic aberration in the correction of longitudinal chromatic aberration.
  • Conditional expression (4) defines an appropriate relationship between the Abbe number of the positive lens in the cemented lens of the third lens group G3 and the Abbe number of the negative lens in the cemented lens of the third lens group G3.
  • Conditional expression (5) defines an appropriate range for the partial dispersion ratio of the positive lens in the cemented lens of the third lens group G3.
  • conditional expression (4) When the corresponding value of conditional expression (4) exceeds the upper limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration.
  • the upper limit of conditional expression (4) By setting the upper limit of conditional expression (4) to -5, and further to -10, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (4) If the corresponding value of conditional expression (4) is below the lower limit, correction of the secondary spectrum of axial chromatic aberration becomes excessive, making it difficult to satisfactorily correct axial chromatic aberration.
  • the lower limit of conditional expression (4) By setting the lower limit of conditional expression (4) to -30, and further to -25, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (5) When the corresponding value of conditional expression (5) exceeds the upper limit, correction of the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration becomes excessive, making it difficult to satisfactorily correct longitudinal chromatic aberration.
  • the upper limit of conditional expression (5) By setting the upper limit of conditional expression (5) to 0.68, and further to 0.65, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (5) When the corresponding value of conditional expression (5) is below the lower limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration.
  • the lower limit of conditional expression (5) By setting the lower limit of conditional expression (5) to 0.61, and further to 0.62, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • the microscope objective lens OL according to this embodiment preferably satisfies the following conditional expression (6). 0.022 ⁇ gF1N ⁇ (0.645 ⁇ 0.0017 ⁇ d1N) ⁇ 0.125 (6)
  • Conditional expression (6) defines an appropriate relationship between the partial dispersion ratio of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1 and the Abbe number of the negative lens in the cemented lens of the first lens group G1.
  • conditional expression (6) If the corresponding value of conditional expression (6) exceeds the upper limit, correction of the secondary spectrum of the chromatic aberration of magnification becomes excessive in the wavelength region on the short wavelength side, making it difficult to satisfactorily correct the chromatic aberration of magnification in a wide wavelength region. Become. By setting the upper limit of conditional expression (6) to 0.12, and further to 0.1, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (6) When the corresponding value of conditional expression (6) is below the lower limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of the chromatic aberration of magnification in the wavelength region on the short wavelength side.
  • the lower limit of conditional expression (6) By setting the lower limit of conditional expression (6) to 0.024, and further to 0.026, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • Conditional expression (7) defines an appropriate relationship between the partial dispersion ratio of the positive lens in the cemented lens of the third lens group G3 and the Abbe number of the positive lens in the cemented lens of the third lens group G3.
  • Conditional expression (8) defines an appropriate range for the Abbe number of the positive lens in the cemented lens of the third lens group G3.
  • conditional expression (7) When the corresponding value of conditional expression (7) exceeds the upper limit, correction of the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration becomes excessive, making it difficult to satisfactorily correct longitudinal chromatic aberration.
  • the upper limit of conditional expression (7) By setting the upper limit of conditional expression (7) to 0.1 and further to 0.08, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (7) When the corresponding value of conditional expression (7) falls below the lower limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration.
  • the lower limit of conditional expression (7) By setting the lower limit of conditional expression (7) to 0.021, and further to 0.022, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (8) When the corresponding value of conditional expression (8) exceeds the upper limit, it becomes difficult to sufficiently correct the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration.
  • the upper limit of conditional expression (8) By setting the upper limit of conditional expression (8) to 33 and further to 30, the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • conditional expression (8) If the corresponding value of conditional expression (8) is below the lower limit, correction of the secondary spectrum of axial chromatic aberration becomes excessive, making it difficult to satisfactorily correct axial chromatic aberration.
  • the effect of this embodiment can be made more reliable.
  • each lens group is represented by a combination of symbol G and a number (or alphabet), and each lens is represented by a combination of symbol L and number (or alphabet).
  • G and a number or alphabet
  • each lens is represented by a combination of symbol L and number (or alphabet).
  • lenses and the like are represented independently using combinations of symbols and numerals for each embodiment. Therefore, even if the same reference numerals and symbols are used between the embodiments, it does not mean that they have the same configuration.
  • f indicates the focal length of the microscope objective lens.
  • indicates the magnification of the microscope objective.
  • NA indicates the numerical aperture of the microscope objective.
  • WD indicates the working distance of the microscope objective lens.
  • ⁇ gF1N represents the partial dispersion ratio of the negative lens in the cemented lens of the first lens group.
  • ⁇ gF3P represents the partial dispersion ratio of the positive lens in the cemented lens closest to the object side in the third lens group.
  • the surface numbers indicate the order of the lens surfaces from the object side
  • R is the radius of curvature corresponding to each surface number (a positive value is given in the case of a lens surface convex toward the object side)
  • D is the lens thickness or air space on the optical axis corresponding to each surface number
  • ⁇ d corresponds to each surface number.
  • the Abbe number of the optical material with respect to the d-line and ⁇ gF indicate the partial dispersion ratio of the material of the optical member corresponding to each surface number.
  • ⁇ gF (ng-nF)/(nF-nC)...(A)
  • the [Lens group data] table shows the starting surface (surface closest to the object side) and focal length of each lens group.
  • the focal length f, radius of curvature R, surface spacing D, and other lengths are generally expressed in "mm" unless otherwise specified, but the optical system is proportionally enlarged. Alternatively, it is not limited to this because equivalent optical performance can be obtained even if it is proportionally reduced.
  • FIG. 1 is an optical path diagram showing the configuration of the microscope objective lens according to the first embodiment.
  • a microscope objective lens OL(1) according to the first embodiment includes a first lens group G1 having positive refractive power and a second lens group having negative refractive power, which are arranged in order from the object side along the optical axis. G2 and a third lens group G3 having positive refractive power.
  • the space between the tip of the microscope objective lens OL(1) according to the first embodiment and the cover glass CV covering the object is filled with air.
  • the first lens group G1 condenses the luminous flux from the object. Also, the first lens group G1 converges off-axis rays from an object closer to the optical axis.
  • the first lens group G1 is a cemented lens CL11 having positive refractive power formed by cementing, in order from the object side along the optical axis, a biconvex positive lens L11 and a negative meniscus lens L12 having a concave surface facing the object side.
  • the second lens group G2 diverges the luminous flux from the first lens group G1.
  • the second lens group G2 is composed of a cemented lens CL21 having negative refractive power formed by cementing a biconvex positive lens L21 and a biconcave negative lens L22 in order from the object side along the optical axis. .
  • the third lens group G3 converts the divergent light flux from the second lens group G2 into a parallel light flux.
  • the third lens group G3 includes a first cemented lens CL31 formed by cementing a biconcave negative lens L31 and a biconvex positive lens L32 arranged in order from the object side along the optical axis, and a biconcave lens CL31. It is composed of a second cemented lens CL32 formed by cementing a negative lens L33 and a biconvex positive lens L34, and a biconvex positive lens L35.
  • Table 1 below lists the values of the specifications of the microscope objective lens according to the first example.
  • FIG. 2 is a diagram showing spherical aberration of the microscope objective lens according to the first example.
  • FIG. 3 is a diagram showing the chromatic aberration of magnification of the microscope objective lens according to the first example.
  • the vertical axis indicates normalized values with the maximum entrance pupil radius being 1, and the horizontal axis indicates the aberration values [mm] for each ray.
  • the vertical axis indicates the image height [mm] and the horizontal axis indicates the aberration value [mm].
  • the same reference numerals as in the present example are used, and redundant description is omitted.
  • the microscope objective lens according to the first example has various aberrations well corrected in a wide wavelength range and has excellent imaging performance.
  • FIG. 4 is an optical path diagram showing the configuration of the microscope objective lens according to the second embodiment.
  • the microscope objective lens OL (2) according to the second embodiment includes a first lens group G1 having positive refractive power and a second lens group having negative refractive power, which are arranged in order from the object side along the optical axis. G2 and a third lens group G3 having positive refractive power.
  • the space between the tip of the microscope objective lens OL(2) according to the second embodiment and the cover glass CV covering the object is filled with air.
  • Table 2 below lists the values of the specifications of the microscope objective lens according to the second example.
  • FIG. 5 is a diagram showing spherical aberration of the microscope objective lens according to the second example.
  • FIG. 6 is a diagram showing the chromatic aberration of magnification of the microscope objective lens according to the second example. From each aberration diagram, it can be seen that the microscope objective lens according to the second example has various aberrations corrected satisfactorily in a wide wavelength range and has excellent imaging performance.
  • FIG. 7 is an optical path diagram showing the configuration of the microscope objective lens according to the third embodiment.
  • a microscope objective lens OL (3) according to the third embodiment includes a first lens group G1 having positive refractive power and a second lens group having negative refractive power, which are arranged in order from the object side along the optical axis. G2 and a third lens group G3 having positive refractive power.
  • the space between the tip of the microscope objective lens OL(3) according to the third embodiment and the cover glass CV covering the object is filled with air.
  • the first lens group G1 condenses the luminous flux from the object. Also, the first lens group G1 converges off-axis rays from an object closer to the optical axis.
  • the first lens group G1 has a positive refractive power obtained by cementing a negative meniscus lens L11 having a convex surface facing the object side and a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the object side in order from the object side along the optical axis. It is composed of a cemented lens CL11 having a Since the second lens group G2 and the third lens group G3 in the third embodiment are configured in the same manner as in the first embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are attached, and the details of these lenses are shown below. detailed description is omitted.
  • Table 3 lists the values of the specifications of the microscope objective lens according to the third example.
  • FIG. 8 is a diagram showing spherical aberration of the microscope objective lens according to the third example.
  • FIG. 9 is a diagram showing the chromatic aberration of magnification of the microscope objective lens according to the third example. From each aberration chart, it can be seen that the microscope objective lens according to the third example has various aberrations corrected satisfactorily in a wide wavelength range and has excellent imaging performance.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the second objective lens used in combination with the microscope objective lens according to each example.
  • Various aberration diagrams of the microscope objective lens according to each example are those when used in combination with this second objective lens.
  • first cemented lens CL41 formed by cementing a biconvex positive lens L41 and a biconcave negative lens L42 arranged in order from the object side along the optical axis; and a second cemented lens CL42 formed by cementing a biconvex positive lens L43 and a biconcave negative lens L44.
  • Table 4 below lists the values of the specifications of the second objective lens.
  • the surface numbers, R, D, nd, and ⁇ d are the same as those shown in Tables 1 to 3 above.
  • Conditional expression (1) 0.625 ⁇ gF1N ⁇ 0.725
  • Conditional expression (2) 22.5 ⁇ d1N ⁇ 30
  • Conditional expression (2-1) 23 ⁇ d1N ⁇ 29
  • Conditional expression (3) -3 ⁇ (Rc2+Rc1)/(Rc2-Rc1) ⁇ -1
  • Conditional expression (4) ⁇ 35 ⁇ d3P ⁇ d3N ⁇ 0
  • Conditional expression (5) 0.6 ⁇ gF3P ⁇ 0.7
  • Conditional expression (6) 0.022 ⁇ gF1N ⁇ (0.645 ⁇ 0.0017 ⁇ d1N) ⁇ 0.125
  • Conditional expression (7) 0.02 ⁇ gF3P ⁇ (0.645 ⁇ 0.0017 ⁇ d3P) ⁇ 0.12
  • Conditional expression (8) 20 ⁇ d3P ⁇ 35
  • Conditional expression 1st embodiment 2nd embodiment 3rd embodiment (1) 0.6319 0.6291 0.6319 (2) (2-1) 27.35 24.71 27.35 (3) -2.199 -1.516 -1.93 (4) -15.38 -15.38 -13.34 (5) 0.6319 0.6319 0.6319 (6) 0.0334 0.0261 0.0334 (7) 0.0334 0.0334 0.0334 (8) 27.35 27.35 27.35
  • each of the above examples shows a specific example of the present embodiment, and the present embodiment is not limited to these.

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Abstract

顕微鏡対物レンズ(OL)が、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、正の屈折力を有する第3レンズ群(G3)とからなり、第1レンズ群(G1)は、負レンズを含む接合レンズ(CL11)を有し、以下の条件式を満足する。 0.625<θgF1N<0.725 22.5<νd1N<30 但し、νd1N:第1レンズ群(G1)の接合レンズ(CL11)における負レンズのアッベ数 θgF1N:第1レンズ群(G1)の接合レンズ(CL11)における負レンズの部分分散比

Description

顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置
 本発明は、顕微鏡対物レンズ、顕微鏡光学系、および顕微鏡装置に関する。
 近年、視野が広くて倍率が低い顕微鏡用の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)。このような対物レンズでは、倍率色収差を良好に補正することが求められている。
特開平8-313814号公報
 本発明に係る顕微鏡対物レンズは、光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、前記第1レンズ群は、負レンズを含む接合レンズを有し、物体からの光束を集光し、前記第2レンズ群は、前記第1レンズ群からの光束を発散させ、前記第3レンズ群は、前記第2レンズ群からの発散光束を平行光束にし、以下の条件式を満足する。
 0.625<θgF1N<0.725
 22.5<νd1N<30
 但し、νd1N:前記第1レンズ群の前記接合レンズにおける前記負レンズのアッベ数
    θgF1N:前記第1レンズ群の前記接合レンズにおけ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ng1Nとし、前記負レンズのF線に対する屈折率をnF1Nとし、前記負レンズのC線に対する屈折率をnC1Nとしたとき、次式で定義される
 θgF1N=(ng1N-nF1N)/(nF1N-nC1N)
 本発明に係る顕微鏡光学系は、上述の顕微鏡対物レンズと、前記顕微鏡対物レンズからの光を集光する第2対物レンズとを備える。
 本発明に係る顕微鏡装置は、上述の顕微鏡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球面収差図である。 第1実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差図である。 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球面収差図である。 第2実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差図である。 第3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3実施例に係る顕微鏡対物レンズの球面収差図である。 第3実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差図である。 第2対物レンズの構成を示す断面図である。 顕微鏡装置の一例である共焦点蛍光顕微鏡を示す概略構成図である。
 以下、本発明に係る好ましい実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズを備えた顕微鏡光学系および共焦点蛍光顕微鏡(顕微鏡装置)を図11に基づいて説明する。図11に示すように、共焦点蛍光顕微鏡1は、ステージ10と、光源20と、照明光学系30と、顕微鏡光学系40と、検出部50とを有して構成される。以降の説明において、共焦点蛍光顕微鏡1の顕微鏡対物レンズの光軸方向に延びる座標軸をz軸とする。また、このz軸と垂直な面内において互いに直交する方向に延びる座標軸をそれぞれx軸およびy軸とする。
 ステージ10上には、例えば、スライドガラス(図示せず)とカバーガラス(図示せず)との間に保持された試料SAが載置される。また、ステージ10上には、浸液とともに試料容器(図示せず)に収容された試料SAが載置されてもよい。試料SAは、蛍光色素などの蛍光物質を含む。試料SAは、例えば、予め蛍光染色された細胞等である。ステージ10の近傍に、ステージ駆動部11が設けられる。ステージ駆動部11は、ステージ10をz軸に沿って移動させる。
 光源20は、所定の波長帯の励起光を発生させる。光源20として、例えば、所定の波長帯のレーザー光(励起光)を出射させることが可能なレーザー光源等が用いられる。所定の波長帯は、蛍光物質を含む試料SAを励起させることが可能な波長帯に設定される。光源20から出射した励起光は、照明光学系30に入射する。
 照明光学系30は、光源20から出射した励起光によって、ステージ10上の試料SAを照明する。照明光学系30は、光源20側から試料SA側へ向かう順に、コリメータレンズ31と、ビームスプリッタ33と、スキャナ34とを備える。また、照明光学系30は、顕微鏡光学系40の顕微鏡対物レンズOLを含む。コリメータレンズ31は、光源20から出射した励起光を平行光にする。
 ビームスプリッタ33は、光源20からの励起光が反射し、かつ試料SAからの蛍光が透過する特性を有する。ビームスプリッタ33は、光源20からの励起光をステージ10上の試料SAに向けて反射させる。ビームスプリッタ33は、試料SAで発生した蛍光を検出部50に向けて透過させる。ビームスプリッタ33とコリメータレンズ31との間に、光源20からの励起光を透過させる励起フィルター32が配設される。ビームスプリッタ33と顕微鏡光学系40の第2対物レンズILとの間に、試料SAからの蛍光を透過させる蛍光フィルター35が配設される。
 スキャナ34は、x方向とy方向との2方向において、光源20からの励起光で試料SAを走査する。スキャナ34として、例えば、ガルバノスキャナや、レゾナントスキャナ等が用いられる。
 顕微鏡光学系40は、試料SAで発生した蛍光を集光する。顕微鏡光学系40は、試料SA側から検出部50側へ向かう順に、顕微鏡対物レンズOLと、第2対物レンズILとを備える。また、顕微鏡光学系40は、顕微鏡対物レンズOLと第2対物レンズILとの間に配置された、スキャナ34と、ビームスプリッタ33とを含む。顕微鏡対物レンズOLは、試料SAが載置されるステージ10の上方に対向して配置される。顕微鏡対物レンズOLは、光源20からの励起光を集光してステージ10上の試料SAに照射する。また、顕微鏡対物レンズOLは、試料SAで発生した蛍光を受光して平行光にする。第2対物レンズILは、顕微鏡対物レンズOLからの蛍光(平行光)を集光する。
 検出部50は、顕微鏡光学系40を介して、試料SAで発生した蛍光を検出する。検出部50として、例えば、光電子増倍管が用いられる。顕微鏡光学系40と検出部50との間に、ピンホール45が設けられる。ピンホール45は、顕微鏡対物レンズOLの試料SA側の焦点位置と共役な位置に配置される。ピンホール45は、顕微鏡対物レンズOLの焦点面(顕微鏡対物レンズOLの焦点位置を通る顕微鏡対物レンズOLの光軸と垂直な面)または、当該焦点面から所定のずれ許容範囲内で光軸方向にずれた面からの光のみを通過させ、他の光を遮光する。
 以上のように構成される共焦点蛍光顕微鏡1において、光源20から出射した励起光は、コリメータレンズ31を透過して平行光となる。コリメータレンズ31を透過した励起光は、励起フィルター32を通ってビームスプリッタ33に入射する。ビームスプリッタ33に入射した励起光は、当該ビームスプリッタ33で反射してスキャナ34に入射する。スキャナ34は、x方向とy方向との2方向において、スキャナ34に入射した励起光で試料SAを走査する。スキャナ34に入射した励起光は、スキャナ34を通って顕微鏡対物レンズOLを透過し、顕微鏡対物レンズOLの焦点面に集光される。試料SAにおいて励起光が集光される部分(すなわち、顕微鏡対物レンズOLの焦点面と重なる部分)は、スキャナ34によりx方向とy方向との2方向において2次元的に走査される。これにより、照明光学系30は、光源20から出射した励起光によって、ステージ10上の試料SAを照明する。
 励起光の照射によって、試料SAに含まれる蛍光物質が励起されて蛍光が出射する。試料SAからの蛍光は、顕微鏡対物レンズOLを透過して平行光となる。顕微鏡対物レンズOLを透過した蛍光は、スキャナ34を通ってビームスプリッタ33に入射する。ビームスプリッタ33に入射した蛍光は、当該ビームスプリッタ33を透過して蛍光フィルター35に達する。蛍光フィルター35に達した蛍光は、蛍光フィルター35を通って第2対物レンズILを透過し、顕微鏡対物レンズOLの焦点位置と共役な位置に集光される。顕微鏡対物レンズOLの焦点位置と共役な位置に集光された蛍光は、ピンホール45を通過して検出部50に入射する。
 検出部50は、検出部50に入射した光(蛍光)の光電変換を行い、光の検出信号として、その光の光量(明るさ)に対応するデータを生成する。検出部50は、生成したデータを不図示の制御部へ出力する。なお、制御部は、検出部50から入力されたデータを1画素分のデータとして、これをスキャナ34による2次元的な走査と同期して並べる処理を行うことで、複数画素分のデータが2次元で(2方向で)並ぶ1つの画像データを生成する。このようにして、制御部は、試料SAの画像を取得することが可能である。
 本実施形態に係る顕微鏡装置の一例として、共焦点蛍光顕微鏡1について説明したが、これに限られるものではない。例えば、本実施形態に係る顕微鏡装置は、明視野観察、蛍光観察等を行うための観察用顕微鏡や、共焦点顕微鏡、多光子励起顕微鏡、超解像顕微鏡等であってもよい。また、共焦点蛍光顕微鏡1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。
 次に、本実施形態に係る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、光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成される。第1レンズ群G1は、負レンズを含む接合レンズを有し、物体からの光束を集光する。第2レンズ群G2は、第1レンズ群G1からの光束を発散させる。第3レンズ群G3は、第2レンズ群G2からの発散光束を平行光束にする。本実施形態において、第1レンズ群G1が物体からの光束を集光することは、第1レンズ群G1が集光作用を有することを意味する。例えば、物体からの発散光束が第1レンズ群G1を透過すると、第1レンズ群G1からの光束が第1レンズ群G1により発散の度合いが弱められた発散光束となる場合がある。
 上記構成の下、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、以下の条件式(1)および条件式(2)を満足する。
 0.625<θgF1N<0.725 ・・・(1)
 22.5<νd1N<30 ・・・(2)
 但し、νd1N:第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズのアッベ数
    θgF1N:第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズの部分分散比であり、負レンズのg線に対する屈折率をng1Nとし、負レンズのF線に対する屈折率をnF1Nとし、負レンズのC線に対する屈折率をnC1Nとしたとき、次式で定義される
 θgF1N=(ng1N-nF1N)/(nF1N-nC1N)
 本実施形態によれば、広い波長域において倍率色収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズ、並びにこの顕微鏡対物レンズを備えた顕微鏡光学系および顕微鏡装置を得ることが可能になる。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、図4に示す光学系OL(2)でも良く、図7に示す光学系OL(3)でも良い。
 条件式(1)は、第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズの部分分散比について、適切な範囲を規定するものである。条件式(2)は、第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズのアッベ数について、適切な範囲を規定するものである。条件式(1)および条件式(2)を満足することで、広い波長域において倍率色収差を良好に補正することができる。
 条件式(1)の対応値が上限値を上回ると、短波長側の波長域において倍率色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、広い波長域において倍率色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(1)の上限値を0.72、さらに0.71に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(1)の対応値が下限値を下回ると、短波長側の波長域において倍率色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(1)の下限値を0.629に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(2)の対応値が上限値を上回ると、短波長側の波長域において1次の倍率色収差を十分に補正することが困難になる。条件式(2)の上限値を29、さらに28に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(2)の対応値が下限値を下回ると、短波長側の波長域において1次の倍率色収差の補正が過剰になり、広い波長域において倍率色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(2)の下限値を23、さらに25に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、以下の条件式(2-1)を満足してもよい。
 23<νd1N<29 ・・・(2-1)
 条件式(2-1)は、条件式(2)と同様の式であり、条件式(2)と同様の効果を得ることができる。条件式(2-1)の上限値を28に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。条件式(2-1)の下限値を25に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLにおいて、第2レンズ群G2は、負の屈折力を有する接合レンズを有し、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
 -3<(Rc2+Rc1)/(Rc2-Rc1)<-1 ・・・(3)
 但し、Rc1:第2レンズ群G2の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Rc2:第2レンズ群G2の接合レンズにおける最も像側のレンズ面の曲率半径
 条件式(3)は、第2レンズ群G2の接合レンズのシェイプファクターについて、適切な範囲を規定するものである。条件式(3)を満足することで、倍率色収差を良好に補正することができる。
 条件式(3)の対応値が上記範囲を外れてしまうと、倍率色収差を補正することが困難になる。条件式(3)の上限値を-1.2、さらに-1.5に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。条件式(8)の下限値を-2.7、さらに-2.5に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 なお、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、第1レンズ群G1が1つの接合レンズからなり、第2レンズ群G2が1つの接合レンズからなるように構成されてもよい。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔および、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔のうち、一方が顕微鏡対物レンズOLにおいて最も大きいレンズ間隔(空気間隔)であり、他方が顕微鏡対物レンズOLにおいて2番目に大きいレンズ間隔(空気間隔)であるように構成されてもよい。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLにおいて、第3レンズ群G3は、接合レンズを1つ以上有し、第3レンズ群G3の接合レンズは、2枚のレンズからなることが望ましい。これにより、軸上色収差の補正において、1次の色消しに加え、2次スペクトルを良好に補正することが可能になる。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLにおいて、第3レンズ群G3は、正レンズと負レンズとを含む接合レンズを有し、以下の条件式(4)および条件式(5)を満足することが望ましい。
 -35<νd3P-νd3N<0 ・・・(4)
 0.6<θgF3P<0.7 ・・・(5)
 但し、νd3P:第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズのアッベ数
    νd3N:第3レンズ群G3の接合レンズにおける負レンズのアッベ数
    θgF3P:第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズの部分分散比であり、正レンズのg線に対する屈折率をng3Pとし、正レンズのF線に対する屈折率をnF3Pとし、正レンズのC線に対する屈折率をnC3Pとしたとき、次式で定義される
 θgF3P=(ng3P-nF3P)/(nF3P-nC3P)
 条件式(4)は、第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズのアッベ数と、第3レンズ群G3の接合レンズにおける負レンズのアッベ数との適切な関係を規定するものである。条件式(5)は、第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズの部分分散比について、適切な範囲を規定するものである。条件式(4)および条件式(5)を満足することで、軸上色収差の補正において、1次の色消しに加え、2次スペクトルを良好に補正することができる。
 条件式(4)の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(4)の上限値を-5、さらに-10に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(4)の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(4)の下限値を-30、さらに-25に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(5)の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(5)の上限値を0.68、さらに0.65に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(5)の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(5)の下限値を0.61、さらに0.62に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLは、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
 0.022<θgF1N-(0.645-0.0017×νd1N)<0.125 ・・・(6)
 条件式(6)は、第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズの部分分散比と、第1レンズ群G1の接合レンズにおける負レンズのアッベ数との適切な関係を規定するものである。条件式(6)を満足することで、広い波長域において倍率色収差を良好に補正することができる。
 条件式(6)の対応値が上限値を上回ると、短波長側の波長域において倍率色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、広い波長域において倍率色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(6)の上限値を0.12、さらに0.1に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(6)の対応値が下限値を下回ると、短波長側の波長域において倍率色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(6)の下限値を0.024、さらに0.026に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLにおいて、第3レンズ群G3は、正レンズを含む接合レンズを有し、以下の条件式(7)および条件式(8)を満足することが望ましい。
 0.02<θgF3P-(0.645-0.0017×νd3P)<0.12 ・・・(7)
 20<νd3P<35 ・・・(8)
 但し、νd3P:第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズのアッベ数
    θgF3P:第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズの部分分散比であり、正レンズのg線に対する屈折率をng3Pとし、正レンズのF線に対する屈折率をnF3Pとし、正レンズのC線に対する屈折率をnC3Pとしたとき、次式で定義される
 θgF3P=(ng3P-nF3P)/(nF3P-nC3P)
 条件式(7)は、第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズの部分分散比と、第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズのアッベ数との適切な関係を規定するものである。条件式(8)は、第3レンズ群G3の接合レンズにおける正レンズのアッベ数について、適切な範囲を規定するものである。条件式(7)および条件式(8)を満足することで、軸上色収差の補正において、1次の色消しに加え、2次スペクトルを良好に補正することができる。
 条件式(7)の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(7)の上限値を0.1、さらに0.08に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(7)の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(7)の下限値を0.021、さらに0.022に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(8)の対応値が上限値を上回ると、軸上色収差の2次スペクトルを十分に補正することが困難になる。条件式(8)の上限値を33、さらに30に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 条件式(8)の対応値が下限値を下回ると、軸上色収差の2次スペクトルの補正が過剰になり、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式(8)の下限値を21、さらに22に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
 以下、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズOLの実施例を図面に基づいて説明する。図1、図4、図7は、第1~第3実施例に係る顕微鏡対物レンズOL{OL(1)~OL(3)}の構成を示す光路図である。これら図1、図4、図7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3を示すが、この内、表1は第1実施例、表2は第2実施例、表3は第3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)、F線(波長λ=486.1nm)、g線(波長λ=435.8nm)、h線(波長λ=404.7nm)を選んでいる。
 [全体諸元]の表において、fは、顕微鏡対物レンズの焦点距離を示す。βは、顕微鏡対物レンズの倍率を示す。NAは、顕微鏡対物レンズの開口数を示す。WDは、顕微鏡対物レンズの作動距離(ワーキングディスタンス)を示す。θgF1Nは、第1レンズ群の接合レンズにおける負レンズの部分分散比を示す。θgF3Pは、第3レンズ群の最も物体側の接合レンズにおける正レンズの部分分散比を示す。
 [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、θgFは各面番号に対応する光学部材の材料の部分分散比をそれぞれ示す。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。
 光学部材の材料のg線(波長λ=435.8nm)に対する屈折率をngとし、光学部材の材料のF線(波長λ=486.1nm)に対する屈折率をnFとし、光学部材の材料のC線(波長λ=656.3nm)に対する屈折率をnCとする。このとき、光学部材の材料の部分分散比θgFは次式(A)で定義される。
 θgF=(ng-nF)/(nF-nC)  …(A)
 [レンズ群データ]の表には、各レンズ群のそれぞれの始面(最も物体側の面)と焦点距離を示す。
 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3および表1を用いて説明する。図1は、第1実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第1実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(1)は、光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成される。第1実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(1)の先端部と物体を覆うカバーガラスCVとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスCVのd線(波長λ=587.6nm)に対する屈折率は1.52216とする。
 第1レンズ群G1は、物体からの光束を集光する。また、第1レンズ群G1は、物体からの軸外光線をより光軸側に集める。第1レンズ群G1は、光軸に沿って物体側から順に、両凸形状の正レンズL11および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL12を接合してなる正の屈折力を有する接合レンズCL11から構成される。
 第2レンズ群G2は、第1レンズ群G1からの光束を発散させる。第2レンズ群G2は、光軸に沿って物体側から順に、両凸形状の正レンズL21および両凹形状の負レンズL22を接合してなる負の屈折力を有する接合レンズCL21から構成される。
 第3レンズ群G3は、第2レンズ群G2からの発散光束を平行光束にする。第3レンズ群G3は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、両凹形状の負レンズL31および両凸形状の正レンズL32を接合してなる第1接合レンズCL31と、両凹形状の負レンズL33および両凸形状の正レンズL34を接合してなる第2接合レンズCL32と、両凸形状の正レンズL35と、から構成される。
 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=100                 β=2倍
   NA=0.1                WD=9.00
θgF1N=0.6319           θgF3P=0.6319
[レンズデータ]
 面番号    R     D    nd   νd  θg
  1      ∞    0.170  1.52216  58.80
  2      ∞    9.000
  3     18.606   5.002  1.67300  38.26  
  4    -14.481   1.000  1.66382  27.35  0.6319
  5    -221.845   7.083
  6     20.393   2.682  1.53172  48.78
  7    -12.357   1.000  1.59319  67.90
  8     7.645   18.512
  9    -23.591   1.000  1.83481  42.73
  10    18.490   1.884  1.66382  27.35  0.6319
  11   -289.431   3.859
  12    -77.261   1.000  1.83400  37.18
  13    35.655   3.668  1.43425  94.77
  14    -18.472   3.017
  15    252.747   5.424  1.49782  82.57
  16    -17.110    ―
[レンズ群データ]
 群   始面   焦点距離
 G1    3    25.42
 G2    6    -19.35
 G3    9    63.66
 図2は、第1実施例に係る顕微鏡対物レンズの球面収差を示す図である。図3は、第1実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差を示す図である。なお、各収差図は、顕微鏡対物レンズに第2対物レンズを組み合わせた状態での諸収差を示す。図2および図3の各収差図において、dはd線(波長λ=587.6nm)、FはF線(波長λ=486.1nm)、gはg線(波長λ=435.8nm)、hはh線(波長λ=404.7nm)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。倍率色収差を示す収差図において、縦軸は像高[mm]を示し、横軸は収差の値[mm]を示す。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、広い波長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4~図6および表2を用いて説明する。図4は、第2実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第2実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(2)は、光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成される。第2実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(2)の先端部と物体を覆うカバーガラスCVとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスCVのd線(波長λ=587.6nm)に対する屈折率は1.52216とする。第2実施例における各レンズ群G1~G3は、第1実施例と同様に構成されるため、第1実施例の場合と同じ符号を付して、これらの各レンズの詳細な説明を省略する。
 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=100                 β=2倍
   NA=0.1                WD=9.00
θgF1N=0.6291           θgF3P=0.6319
[レンズデータ]
 面番号    R     D    nd   νd  θgF
  1      ∞    0.170  1.52216  58.80
  2      ∞    9.000
  3     19.231   5.062  1.67300  38.26
  4    -14.923   1.000  1.75575  24.71  0.6291
  5    -43.104   6.798
  6     37.284   2.260  1.53172  48.78
  7    -13.393   1.000  1.59319  67.90
  8     7.643   18.803
  9    -28.414   1.000  1.83481  42.73
  10    18.979   2.355  1.66382  27.35  0.6319
  11   -397.602   4.025
  12    -80.473   1.000  1.83400  37.18
  13    36.493   3.514  1.43425  94.77
  14    -19.325   3.410
  15    229.471   4.903  1.49782  82.57
  16    -17.582    ―
[レンズ群データ]
 群   始面   焦点距離
 G1    3    22.02
 G2    6    -15.21
 G3    9    58.79
 図5は、第2実施例に係る顕微鏡対物レンズの球面収差を示す図である。図6は、第2実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差を示す図である。各収差図より、第2実施例に係る顕微鏡対物レンズは、広い波長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3実施例)
 第3実施例について、図7~図9および表3を用いて説明する。図7は、第3実施例に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光路図である。第3実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(3)は、光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成される。第3実施例に係る顕微鏡対物レンズOL(3)の先端部と物体を覆うカバーガラスCVとの間は、空気で満たされている。なお、カバーガラスCVのd線(波長λ=587.6nm)に対する屈折率は1.52216とする。
 第1レンズ群G1は、物体からの光束を集光する。また、第1レンズ群G1は、物体からの軸外光線をより光軸側に集める。第1レンズ群G1は、光軸に沿って物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12を接合してなる正の屈折力を有する接合レンズCL11から構成される。第3実施例における第2レンズ群G2および第3レンズ群G3は、第1実施例と同様に構成されるため、第1実施例の場合と同じ符号を付して、これらの各レンズの詳細な説明を省略する。
 以下の表3に、第3実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸元の値を掲げる。
(表3)
[全体諸元]
    f=100                 β=2倍
   NA=0.1                WD=8.95
θgF1N=0.6319           θgF3P=0.6319
[レンズデータ]
 面番号    R     D    nd   νd  θgF
  1      ∞    0.170  1.52216  58.80
  2      ∞    8.950
  3     14.268   1.000  1.66382  27.35  0.6319
  4     9.446   4.819  1.61266  44.46
  5    528.106   7.296
  6     23.325   2.911  1.53172  48.78
  7     -8.772   1.000  1.59240  68.37
  8     7.406   21.332
  9    -22.486   1.000  1.88300  40.69
  10    32.290   1.717  1.66382  27.35  0.6319
  11   -270.274   1.036
  12   -207.121   1.000  1.83481  42.73
  13    35.026   3.679  1.43384  95.26
  14    -17.219   3.406
  15    279.391   4.984  1.49782  82.57
  16    -17.022    ―
[レンズ群データ]
 群   始面   焦点距離
 G1    3    24.83
 G2    6    -16.80
 G3    9    57.72
 図8は、第3実施例に係る顕微鏡対物レンズの球面収差を示す図である。図9は、第3実施例に係る顕微鏡対物レンズの倍率色収差を示す図である。各収差図より、第3実施例に係る顕微鏡対物レンズは、広い波長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、顕微鏡対物レンズからの光を集光する第2対物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第2対物レンズの一例について、図10および表4を用いて説明する。図10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第2対物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、この第2対物レンズと組み合わせて使用したときのものである。図10に示す第2対物レンズILは、光軸に沿って物体側から順に並んだ、両凸形状の正レンズL41および両凹形状の負レンズL42を接合してなる第1接合レンズCL41と、両凸形状の正レンズL43および両凹形状の負レンズL44を接合してなる第2接合レンズCL42と、から構成される。
 以下の表4に、第2対物レンズの諸元の値を掲げる。なお、[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3の説明で示したものと同じである。
(表4)
[レンズデータ]
 面番号    R     D    nd   νd
  1     75.043   5.100  1.62280  57.03
  2    -75.043   2.000  1.74950  35.19
  3    1600.580   7.500
  4     50.256   5.100  1.66755  41.96
  5    -84.541   1.800  1.61266  44.40
  6     36.911    ―
 次に、[条件式対応値]の表を下記に示す。この表には、各条件式(1)~(8)に対応する値を、全実施例(第1~第3実施例)について纏めて示す。
 条件式(1)   0.625<θgF1N<0.725
 条件式(2)   22.5<νd1N<30
 条件式(2-1) 23<νd1N<29
 条件式(3)   -3<(Rc2+Rc1)/(Rc2-Rc1)<-1
 条件式(4)   -35<νd3P-νd3N<0
 条件式(5)   0.6<θgF3P<0.7
 条件式(6)   0.022<θgF1N-(0.645-0.0017×νd1N)<0.125
 条件式(7)   0.02<θgF3P-(0.645-0.0017×νd3P)<0.12
 条件式(8)   20<νd3P<35
 [条件式対応値]
 条件式       第1実施例 第2実施例 第3実施例
 (1)        0.6319   0.6291   0.6319
 (2)(2-1)   27.35    24.71    27.35
 (3)        -2.199   -1.516   -1.93
 (4)       -15.38   -15.38   -13.34
 (5)        0.6319   0.6319   0.6319
 (6)        0.0334   0.0261   0.0334
 (7)        0.0334   0.0334   0.0334
 (8)        27.35    27.35    27.35
 上記各実施例によれば、広い波長域において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
 G3 第3レンズ群

Claims (9)

  1.  光軸に沿って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、正の屈折力を有する第3レンズ群とからなり、
     前記第1レンズ群は、負レンズを含む接合レンズを有し、物体からの光束を集光し、
     前記第2レンズ群は、前記第1レンズ群からの光束を発散させ、
     前記第3レンズ群は、前記第2レンズ群からの発散光束を平行光束にし、
     以下の条件式を満足する顕微鏡対物レンズ。
     0.625<θgF1N<0.725
     22.5<νd1N<30
     但し、νd1N:前記第1レンズ群の前記接合レンズにおける前記負レンズのアッベ数
        θgF1N:前記第1レンズ群の前記接合レンズにおけ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ng1Nとし、前記負レンズのF線に対する屈折率をnF1Nとし、前記負レンズのC線に対する屈折率をnC1Nとしたとき、次式で定義される
     θgF1N=(ng1N-nF1N)/(nF1N-nC1N)
  2.  以下の条件式を満足する請求項1に記載の顕微鏡対物レンズ。
     23<νd1N<29
  3.  前記第2レンズ群は、負の屈折力を有する接合レンズを有し、
     以下の条件式を満足する請求項1または2に記載の顕微鏡対物レンズ。
     -3<(Rc2+Rc1)/(Rc2-Rc1)<-1
     但し、Rc1:前記第2レンズ群の前記接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
        Rc2:前記第2レンズ群の前記接合レンズにおける最も像側のレンズ面の曲率半径
  4.  前記第3レンズ群は、接合レンズを1つ以上有し、
     前記第3レンズ群の前記接合レンズは、2枚のレンズからなる請求項1~3のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
  5.  前記第3レンズ群は、正レンズと負レンズとを含む接合レンズを有し、
     以下の条件式を満足する請求項1~4のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
     -35<νd3P-νd3N<0
     0.6<θgF3P<0.7
     但し、νd3P:前記第3レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
        νd3N:前記第3レンズ群の前記接合レンズにおける前記負レンズのアッベ数
        θgF3P:前記第3レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズの部分分散比であり、前記正レンズのg線に対する屈折率をng3Pとし、前記正レンズのF線に対する屈折率をnF3Pとし、前記正レンズのC線に対する屈折率をnC3Pとしたとき、次式で定義される
     θgF3P=(ng3P-nF3P)/(nF3P-nC3P)
  6.  以下の条件式を満足する請求項1~5のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
     0.022<θgF1N-(0.645-0.0017×νd1N)<0.125
  7.  前記第3レンズ群は、正レンズを含む接合レンズを有し、
     以下の条件式を満足する請求項1~6のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
     0.02<θgF3P-(0.645-0.0017×νd3P)<0.12
     20<νd3P<35
     但し、νd3P:前記第3レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
        θgF3P:前記第3レンズ群の前記接合レンズにおける前記正レンズの部分分散比であり、前記正レンズのg線に対する屈折率をng3Pとし、前記正レンズのF線に対する屈折率をnF3Pとし、前記正レンズのC線に対する屈折率をnC3Pとしたとき、次式で定義される
     θgF3P=(ng3P-nF3P)/(nF3P-nC3P)
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズと、前記顕微鏡対物レンズからの光を集光する第2対物レンズとを備える顕微鏡光学系。
  9.  請求項1~7のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズを備える顕微鏡装置。
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