JP2004133341A

JP2004133341A - ズーム対物レンズ

Info

Publication number: JP2004133341A
Application number: JP2002299989A
Authority: JP
Inventors: Eiji Chiyuusei; 中正　英二
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】任意の倍率での微分干渉を良好に行ない得るようにする。
【解決手段】標本側より順に、固定レンズ群である第１レンズ群と、ズーム群で第２レンズ群とを備えていて、第１レンズ群と第２レンズ群との間の光路中に微分干渉用プリズムが挿脱可能である開口部を設けた無限遠補正のレンズ系であって、下記の条件（１）および条件（２）を満足するようにした。
（１）　　０．４＜（２×ＮＡ（Ｍ）×Ｆ１）／Ｄ＜２．５
（２）　　ｄ＜Ｄ／２
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡等の光学機器にて用いられるズーム対物レンズに関するもので、例えば微分干渉顕微鏡等に用いられる対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微分干渉顕微鏡で、焦点距離の異なる対物レンズを利用し得る顕微鏡が知られている（特許文献１参照）。
また、単焦点の対物レンズとズーム結像レンズを用いる方法が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２１８６７９号
【特許文献２】特開平７−８４１８９号
【０００３】
図１４は落射型微分干渉顕微鏡の基本構成を示す概略図を示す。落射型微分干渉顕微鏡は、図１４に示すように、光源１と、照明レンズ２と、ポラライザー３と、ハーフミラー４と、複屈折率プリズム５と、対物レンズ６と、アナライザー８とより構成されている。７は標本である。
【０００４】
このような構成の落射型微分干渉顕微鏡は、光源１よりの光が照明レンズ２を通り、ポラライザー３を介して直線偏光になる。この直線偏光になった光は、ハーフミラー４にて反射され、複屈折プリズム５に入射する。この複屈折プリズム５を通った直線偏光は、振動方向が直交する二つの直線偏光となる。この二つの直線偏光は対物レンズ６によりほぼ平行光線となり、標本７に入射する。この標本７に入射した光は反射され、再び対物レンズ６により集光され複屈折プリズムに入射し、更にハーフミラー４を通った光はアナライザー８に入射し干渉する。
【０００５】
ここで用いる複屈折プリズムとして、ウォラストンプリズムやノマルスキープリズムがある。
【０００６】
ウォラストンプリズムは、図１５に示すような構成で、直交した光学軸の方向を持つ二つの楔形プリズムを接合し、平行平面板にしたものである。このようなウォラストンプリズムは、これに入射した光線が互いに直交する二つの直線偏光に分かれ、それらは異なった方向に射出する。このようなウォラストンプリズムは、対物レンズの後側焦点位置付近におかれることが重要である。その理由は、対物レンズを出て試料に入射する二つの略平行光線にするためであり、また、略平行光線である光を標本に入射し、反射する二つの光束を再び合成するためである。
【０００７】
しかし、対物レンズにおいて、その後側焦点位置が対物レンズ内にある時、ウォラストンプリズムを配置できない。そのために、後側焦点位置が内部になる対物レンズの場合、ノマルスキープリズムが用いられる。このノマルスキープリズムはウォラストンプリズムの二つの菱形プリズムのうちの一方の光学軸を傾斜させ配置したものである。
【０００８】
このノマルスキープリズムは、これに入射した光線を分離するが、分離された二つの直交偏光は再び一点にて交わる。この交点を連ねた面をローカライズ面と呼ぶ。このローカライズ面の位置を対物レンズの瞳面に合わせることによって、微分干渉観察が可能になる。
【０００９】
従来、観察像の倍率を変更して落射微分干渉観察を行なうためには、各倍率に応じた複数の対物レンズとそれら対物レンズの後側焦点位置に合わせた複数の複屈折プリズムを用意していた。あるいは、倍率の異なる複数の対物レンズの後側焦点位置を一致させるようにして、一つの複屈折プリズムを配置するようにしたものも知られている。
【００１０】
また、特許文献２に示す対物レンズは、単焦点の対物レンズとズーム結像レンズとに構成し、対物レンズと結像レンズとの間の光路中に複屈折プリズムを挿入することによって、任意の倍率での微分干渉観察を行ない得るようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、複数の対物レンズを用意し、これらを交換して使用する方法は、任意の倍率での微分干渉観察ができない。
【００１２】
また、単焦点の対物レンズと、ズーム結像レンズとの間の光路中に複屈折プリズムを挿入して微分干渉観察を行なうものは、任意の倍率での微分干渉観察が可能である。しかし、この場合、単焦点の対物レンズを交換しない限り開口数は変化しない。また結像レンズが大型になるので顕微鏡本体も大型化する。
【００１３】
本発明は、任意の倍率での微分干渉が良好に行ない得るズーム対物レンズを提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の対物レンズは、標本側から順に、固定群である第１レンズ群と、ズーム群である第２レンズ群とを備え、第１レンズ群と第２レンズ群との間の光路中に微分干渉用プリズムが挿脱可能な開口部を有し、下記条件（１）、（２）を満足する無限遠補正のレンズ系である。
（１）　　０．４＜（２×ＮＡ（Ｍ）×Ｆ１）／Ｄ＜２．５
（２）　　ｄ＜Ｄ／２
ただし、ＮＡ（Ｍ）はズーム対物レンズの最高倍率における開口数、Ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、Ｄは第１レンズ群と第２レンズ群の間の間隔、ｄは第１レンズ群の最も像側の面から開口部の中心までの光軸方向の距離である。
【００１５】
本発明の対物レンズは、標本側から順に、前方のレンズ群を固定群とし、後方のレンズ群を移動群（ズーム群）とし、更に、固定群と移動群の間に任意のいかなる倍率においても移動することのない光軸と主光線との交点、つまり瞳が位置するようにした。その結果、瞳位置付近に、微分干渉プリズムを挿脱可能な開口部を設けることにより、ウォラストンプリズム、またはノマルスキープリズムを挿入することができ、微分干渉観察が可能になった。
【００１６】
また、固定群とズーム群とを含めて一つの対物レンズにしたことにより、単焦点の結像レンズを備えた従来の鏡基を用いることができる。また、この対物レンズは、無限遠補正の対物レンズであるため、対物レンズと結像レンズの間の光路中にＡＦ光学系等の中間鏡筒を挿入することが可能である。
【００１７】
更に、本発明の対物レンズは、前記条件（１）を満足するようにした。この条件（１）は、第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離を規定するものである。この条件（１）の上限の２．５を上回ると複屈折プリズム（微分干渉用プリズム）を配置する空間を確保することが困難になる。また、条件（１）の下限の０．４を下回ると、前記空間が広くなりすぎ、対物レンズの全長が長くなりすぎる。また、軸外光線高が高くなりすぎ、収差を補正しきれない。また、レンズの径が大になりコスト高になる。
【００１８】
また、本発明は、前記条件（２）を満足する。
この条件（２）は、開口部を設ける位置を規定するものである。
第１レンズ群と第２レンズ群の間に形成される像に近い部分は、第２レンズ群（ズーム群）に近い位置である。ズーム群は、ズーミングのためにレンズ群を移動させるために、複雑な機構が必要になる。ズーミングを行なうための機構との干渉がおこることがないように、プリズム挿脱のための開口部を設けるためには、開口部の中心が第１レンズ群と第２レンズ群との間のスペースのうち、標本に近い位置に来るようにすることが望ましい。そのため、条件（２）を満足することが好ましい。
【００１９】
また、プリズムを挿入することによって、第１レンズ群と第２レンズ群との間の光学的光路長が変化する。これにより、光学系の収差性能が劣化することを防止するためには、第１レンズ群を射出する光束がほぼ平行光束になるようにすることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の対物レンズは、前記条件（３）を満足することにより、解像よく観察し得るようにした。
【００２１】
本発明の対物レンズにおいて、倍率の変動に連動して可動である開口絞りを設けることが望ましい。変倍に伴って、高倍側では開口数が大になり、また低倍側では、開口数が小になるように開口絞りの径を変化させることが望ましい。これにより、従来例と同様の開口数と周辺光量を確保し得るので好ましい。このようにすることにより、各倍率に応じて最適な開口数にすることができ、より収差が良好に補正された像を得ることができる。
【００２２】
また、一般に、顕微鏡対物レンズは、入射瞳位置が無限遠に設定されるテレセントリック系である。したがって、開口絞りを第１レンズ群の後側焦点位置近傍に配置することが好ましい。
【００２３】
本発明のズーム対物レンズにおいて、開口絞りを第１レンズ群の後側焦点位置近傍に配置すれば、テレセントリック光学系に近い構成をすることが可能になる。したがって、本発明の対物レンズにおいて、開口絞りを第１レンズ群の後側焦点位置近傍である第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置することが望ましい。これにより、開口絞りは、第２レンズ群の物体側に配置されるために、変倍の際に開口絞りを移動させる必要がない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の対物レンズの実施の形態について述べる。
【００２５】
本発明の対物レンズは、図１、図２に示す構成で、下記データ（実施例１、２）を有するレンズ系である。
【００２６】

この実施例は次の通り条件を満たす。
Ｆ１＝１１．９５　ＮＡ（Ｍ）＝０．８　Ｄ＝１５　ｄ＝５
（２×ＮＡ（Ｍ）×Ｆ１）／Ｄ＝１．２７
ｄ／Ｄ＝０．３３
【００２７】

この実施例は次の通り条件を満たす。
Ｆ１＝１８．２４　ＮＡ（Ｍ）＝０．７５　Ｄ＝６０　ｄ＝２４．１３
（２×ＮＡ（Ｍ）×Ｆ１）／Ｄ＝０．４６
ｄ／Ｄ＝０．４０
【００２８】
上記データにおいて、各面番号１、２、３、・・・の曲率半径は、夫々図面中のｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、・・・に対応し、各面番号１、２、３の面間隔は、夫々図面中のｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、・・・に対応する。尚、データ中の曲率半径、面間隔等の長さの単位はｍｍである。
【００２９】
本発明の実施例１は、図１に示す通りの構成で、標本側より順に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とよりなる。
【００３０】
また、第１レンズ群Ｇ１は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズを接合した接合レンズと、２枚の正のメニスカスレンズと、正レンズと負レンズと正レンズとを接合した３枚接合レンズと、両凸の正レンズとよりなる。
【００３１】
また、第２レンズ群Ｇ２は、標本側より順に、両凸の正レンズよりなる１群Ｇ２１と、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した３枚接合レンズの２群Ｇ２２と、両凸の正レンズと両凸レンズと両凹レンズを接合した接合レンズと負レンズとよりなる３群Ｇ２３と、両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズと両凹レンズよりなる４群Ｇ２４と、正レンズと負のメニスカスレンズの接合レンズと正レンズと負レンズとを接合した接合レンズとよりなる５群Ｇ２５とより構成されている。
【００３２】
この実施例１の対物レンズは、第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力であり、第２レンズ群Ｇ２の第１群、３群及び５群が正の屈折力、２群及び４群が負の屈折力である。そして第１レンズ群Ｇ１が固定であり、ズームレンズ群である第２レンズ群Ｇ２のうちの２群、３群、４群、５群が図３に示すように移動して、対物レンズの焦点距離を変化させる。また、この実施例１の複屈折プリズムが配置される開口部Ａは、図示する位置でその中心がｒ_１３である。
【００３３】
実施例１は、第１レンズ群Ｇ１の後側焦点位置が第２レンズ群の最も標本側の面ｒ_１５に近い位置であるため、開口部Ａに配置される複屈折プリズムは、ノマルスキープリズムが好ましい。
【００３４】
本発明の実施例２の対物レンズは、図２に示す通りの構成である。この実施例２の対物レンズも、標本側より順に、固定レンズ群である第１レンズ群Ｇ１とズーム群である第２レンズ群Ｇ２とにて構成されている。
【００３５】
第１レンズ群Ｇ１は、標本側より順に、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、正のメニスカスレンズと、負レンズと正レンズをと接合した接合レンズと、正レンズと負レンズと正レンズとを接合した３枚接合レンズと、正レンズとにて構成されている。
【００３６】
また、第２レンズ群Ｇ２は、標本側から順に、正レンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズよりなる１群Ｇ２１と、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した３枚接合レンズよりなる２群Ｇ２２と、正レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズとよりなる３群Ｇ２３と、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズと負レンズとよりなる４群Ｇ２４と、正レンズと正レンズと負のメニスカスレンズを接合した接合レンズとよりなる５群Ｇ２５とより構成されている。
【００３７】
この実施例２の対物レンズは、第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力であり、第２レンズ群Ｇ２の第１群、３群、５群が正の屈折力で、２群、４群が負の屈折力である。また、第１レンズ群Ｇ１が固定であり、２群、３群、４群を図４に示すように光軸上を移動させてズーミングを行なう。
【００３８】
この実施例２は、開口部Ａが図２に示す位置（その中心がｒ_１５）に設けられている。実施例２の第１レンズ群Ｇ１の後側焦点位置は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間にあり、開口部Ａに配置される複屈折プリズムとして、ウォラストンプリズムが望ましい。また、実施例２は、図示する位置（ｒ_１６）に絞りＳが設けられている。
【００３９】
本発明のズーム対物レンズは、無限遠補正のレンズ系である。したがって、対物レンズより射出する光束は、平行光束であり、例えば図１３に示し、次のデータを有する結像レンズを第２レンズ群の像側に配置して結像する。

【００４０】
実施例１および実施例２の対物レンズは、いずれもレンズ系の最も像側の面（実施例１は面ｒ_３６、実施例２は面ｒ_３８）より像側に５０ｍｍから２００ｍｍの間に前記結像レンズを配置して使用される。
【００４１】
実施例１の対物レンズの最も像側の面より１００ｍｍの間隔をおいて前記結像レンズを配置した時の倍率の収差状況は、夫々図５乃至図８に示す通りである。
【００４２】
また、実施例２の対物レンズの最も像側の面より１００ｍｍの間隔をおいて前記結像レンズを配置した時の倍率の収差状況は、夫々図９乃至図１２に示す通りである。
【００４３】
また、実施例１、実施例２共に、最も像側の面から１００ｍｍの距離以外であっても、５０ｍｍから２００ｍｍの範囲内であれば、前記図示する収差状況と同じ収差状況である。
【００４４】
以上のように、実施例１、２は、各倍率において諸収差が良好に補正されている。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の対物レンズは、任意の倍率で視野むらのない良好な微分干渉観察が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例１のズーミングの際のレンズ群の移動状況を示す図
【図４】本発明の実施例２のズーミングの際のレンズ群の移動状況を示す図
【図５】本発明の実施例１の倍率１０×の収差状況を示す図
【図６】本発明の実施例１の倍率２０×の収差状況を示す図
【図７】本発明の実施例１の倍率５０×の収差状況を示す図
【図８】本発明の実施例１の倍率１００×の収差状況を示す図
【図９】本発明の実施例２の倍率１０×の収差状況を示す図
【図１０】本発明の実施例２の倍率２０×の収差状況を示す図
【図１１】本発明の実施例２の倍率５０×の収差状況を示す図
【図１２】本発明の実施例２の倍率１００×の収差状況を示す図
【図１３】本発明の対物レンズに用いられる結像レンズの断面図
【図１４】従来の落射型微分干渉顕微鏡の基本構成を示す図
【図１５】ウォラストンプリズムの概略図

Claims

標本側から順に、固定群である第１レンズ群と、ズーム群である第２レンズ群とよりなり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間の光路中に微分干渉用プリズムを挿脱し得る開口部を有し、下記条件（１）、（２）を満足する無限遠補正ズーム対物レンズ。
（１）　　０．４＜（２×ＮＡ（Ｍ）×Ｆ１）／Ｄ＜２．５
（２）　　ｄ＜Ｄ／２
ただし、ＮＡ（Ｍ）はズーム対物レンズの最高倍率における開口数、Ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、Ｄは第１レンズ群と第２レンズ群の間の間隔、ｄは第１レンズ群の最も像側の面から前記開口部の中心までの距離である。
前記第１レンズ群より射出する光束がほぼ平行光束である請求項１の無限遠補正ズーム対物レンズ。
下記条件（３）を満足する請求項２の無限遠補正ズーム対物レンズ。
（３）　　ＮＡ（Ｍ）≧０．７５