JP2004191933A

JP2004191933A - 無限遠系顕微鏡対物レンズ

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Publication number: JP2004191933A
Application number: JP2003338495A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Miyashita; 智裕宮下
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】開口数が０．６以上と大きく、且つ作動距離も大きな無限遠系顕微鏡対物レンズを提供すること。
【解決手段】物体側から順に第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とを含み、前記第１レンズ群Ｇ１は物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、Ｌ２と少なくとも１つの接合レンズを含み、全体として正の屈折力を有し、前記接合レンズの少なくとも１つはアッベ数が８０以上の材料からなる両凸形状の正レンズＬ５を含み、所定の条件を満たすこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、無限遠系顕微鏡対物レンズに関する。

従来、顕微鏡対物レンズには、色々な倍率のものが準備され観察状況に応じて選択されて用いられている。例えば、癌細胞の検査などでは、患者の細胞や血液を採取して顕微鏡で観察する細胞診断が一般的に行われている。細胞診断では、倍率１０倍の顕微鏡対物レンズを用いて比較的広い視野をステージを動かしながら観察して、癌細胞と疑わしい細胞などを発見した場合、顕微鏡対物レンズの倍率を４０倍に切替えて高解像度の観察が行われている。細胞診断では、主に１０倍と４０倍の顕微鏡対物レンズを切替えて使われることが多い。また、細胞診断では疑わしい細胞の近辺にカバーガラスの上から印を付けるマーキングと呼ばれる作業が行われている。

しかし、顕微鏡対物レンズを切替えて使用する場合、顕微鏡対物レンズの筒偏心や同焦点のずれが発生するため、観察位置がずれてしまいステージを移動して観察位置を探し出す必要がある。これを避けるため、顕微鏡対物レンズを切替えないで変倍装置によって倍率を切替えることも行われている。この場合、倍率２０倍程度の顕微鏡対物レンズを用いることが好ましいが、倍率が２０倍程度の顕微鏡対物レンズは、開口数が０．５以下のものが一般的となっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−３３８１８号公報（第４−５頁）

上述の変倍装置によって倍率を切替える際に、低倍対物レンズと拡大系を用いると、低倍対物レンズでは開口数ＮＡが小さいために高解像度の観察ができず、逆に高倍対物レンズと縮小系を用いると低倍側で視野周辺像が悪化してしまうと言う問題がある。また、高倍対物レンズでは作動距離が小さいためマーキング作業がしづらいという問題もある。

このような状況から、高い解像度で標本を観察できると共に、顕微鏡対物レンズ下での作業空間を確保するために、開口数ＮＡが大きく、且つ作動距離ｗｄの長い顕微鏡対物レンズが求められている。

本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、開口数が０．６以上と大きく、且つ作動距離も大きな無限遠系顕微鏡対物レンズを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では、物体側から順に第１レンズ群と、第２レンズ群とを含み、
前記第１レンズ群は物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと少なくとも１つの接合レンズを含み、全体として正の屈折力を有し、
前記接合レンズの少なくとも１つはアッベ数が８０以上の材料からなるレンズを含み、
以下の条件を満たすことを特徴とする無限遠系顕微鏡対物レンズを提供する。

０．３≦ｗｄ／ｆ≦０．４５
０．６≦ＮＡ
但し、
ｆは前記無限遠系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ｗｄは前記無限遠系顕微鏡対物レンズの作動距離、
ＮＡは前記無限遠系顕微鏡対物レンズの開口数である。

また、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズは、倍率が２０倍であることが好ましい。

また、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズは、前記接合レンズの少なくとも１つは３枚接合レンズからなることが好ましい。

また、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズでは、前記アッベ数が８０以上の材料からなるレンズは蛍石から形成されていることが好ましい。

上述のように、本発明では、開口数が０．６以上と大きく、且つ作動距離も大きな無限遠系顕微鏡対物レンズを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る無限遠系顕微鏡対物レンズに関し説明する。

本発明の無限遠系顕微鏡対物レンズは、物体側から順に第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とを含み、第１レンズ群Ｇ１は物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１と少なくとも１つの接合レンズを含み、全体として正の屈折力を有し、接合レンズの少なくとも１つはアッベ数が８０以上の材料からなる両凸形状の正レンズを含む構成であって、以下の条件式（１）、（２）を満たしている。

（１）０．３≦ｗｄ／ｆ≦０．４５
（２）０．６≦ＮＡ
但し、ｆは無限遠系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、ｗｄは無限遠系顕微鏡対物レンズの作動距離、ＮＡは無限遠系顕微鏡対物レンズの開口数である。

本発明の無限遠系顕微鏡対物レンズは、最も物体に近いレンズ面を凹面にすることで、ペッツバール和の値を小さくすることで、像の平坦性を確保している。

条件式(１)は、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの動作距離ｗｄを規定する条件式である。下限値より小さい値では、無限遠系顕微鏡対物レンズと標本間の距離が狭くなり過ぎ操作性が悪くなるので好ましくない。上限値より大きい値では、像の平坦度が悪化すると共に、色収差が悪化するので好ましくない。

条件式（２）は、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの開口数ＮＡを規定する条件式である。開口数ＮＡが０．６未満では所望の解像度が得られないので好ましくない。

本実施の形態では、接合レンズの少なくとも１つにアッベ数が８０以上の材料を採用している。アッベ数が８０未満の材料では色収差が悪化するため好ましくない。アッベ数が８０以上の材料としては、蛍石などが挙げられる。

（実施例）
以下、添付図面に基づいて本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの実施例について説明する。全ての実施例は、無限遠系に設計されている。また、実際に顕微鏡の対物レンズとして使用する場合、例えば、図７にその構成を示すような結像レンズを像側に設けて使用する。この結像レンズの諸元については後述する。また、以下の実施例では、対物レンズの倍率が２０倍の場合について示す。無限遠系顕微鏡対物レンズの倍率はβは、実際の顕微鏡で用いられる結像レンズの焦点距離と顕微鏡対物レンズの焦点距離の比（β＝結像レンズの焦点距離／顕微鏡対物レンズの焦点距離）で表される。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に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とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向け正の屈折力を有する正メニスカスレンズＬ１、Ｌ２と、両凸形状の正レンズＬ３と両凹形状の負レンズＬ４と蛍石で形成された両凸形状の正レンズＬ５との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸形状の正レンズＬ７と両凹形状の負レンズＬ８との接合レンズとから構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に両凸形状の正レンズＬ９と両凹形状の負レンズＬ１０との接合レンズから構成されて無限遠系顕微鏡対物レンズが形成されている。

表１に本第１実施例の諸元値を掲げる。全体諸元において、ｆはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の光線に対する無限遠時の無限遠系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離であり、上記結像レンズを用いない諸元値そのものである。また、ＮＡは物体側の開口数、βは倍率、ｗｄは物体面と最前レンズ面頂点との距離で示される作動距離をそれぞれ表している。レンズデータにおいて、面番号は光線の入射順に沿った順序を、ｒはレンズ面の曲率半径を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示している。空気の屈折率は１．００００００として記載を省略している。

なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、作動距離ｗｄ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大また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。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。

（表１）
（全体諸元）
ｆ＝１０
ＮＡ＝０．６５
β＝２０
ｗｄ＝４

（レンズデータ）
面番号ｒｄ nd νd
1 ∞ 0.17 カバーガラス
2 ∞ 5
3 -7.603 7.4 1.804 46.6
4 -9.816 0.1
5 -46.767 4.3 1.569 71.3
6 -17.85 0.2
7 41.984 4 1.569 71.3
8 -44.998 1.8 1.6126 44.4
9 20.543 8.5 1.43385 95.25 蛍石
10 -20.543 0.1
11 22.761 2 1.8052 25.4
12 13.612 9 1.4978 82.5
13 -18.458 1.8 1.6126 44.4
14 117.68 10.9
15 34.91 5.3 1.6889 31.1
16 -15.359 1.7 1.5688 56.3
17 12.863 ∞

（条件式対応値）
ｗｄ／ｆ＝０．４
図２は、本第１実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの諸収差図である。各収差図において、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を示す。球面収差図において、ＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）を、ｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を、ＦはＦ線（波長４８６．１ｎｍ）を、ｇはｇ線（波長４３５．６ｎｍ）をそれぞれ示している。非点収差図において、破線Ｓはｄ線におけるサジタル像面を、実線Ｍはｄ線におけるメリディオナル像面をそれぞれ示している。歪曲収差図はｄ線について示している。また、全ての実施例における収差図は、上述した結像レンズを使用して結像したものである。なお、以下全ての実施例の収差図において、本第１実施例と同様の符号を用いる。

各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第２実施例）
図３は、本発明の第２実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に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とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向け正の屈折力を有する正メニスカスレンズＬ１、Ｌ２と、平凹形状の正レンズＬ３と蛍石で形成された両凸形状の正レンズＬ４との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と両凸形状の正レンズＬ６と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７との接合レンズとから構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸形状の正レンズＬ８と両凹形状の負レンズＬ１０との接合レンズから構成されて無限遠系顕微鏡対物レンズが形成されている。

表２に本第２実施例の諸元値を掲げる。

（表２）
（全体諸元）
ｆ＝１０
ＮＡ＝０．６
β＝２０
ｗｄ＝３．５

（レンズデータ）
面番号ｒｄ nd νd
1 ∞ 0.17 カバーガラス
2 ∞ 4.1
3 -8.301 8.3 1.7727 49.5
4 -10.602 0.1
5 -56.82 4.3 1.4978 82.5
6 -14.983 0.2
7 ∞ 2 1.6126 44.4
8 23.57 7 1.43385 95.25 蛍石
9 -18.137 0.1
10 25.286 2 1.7552 27.6
11 13.67 7.5 1.4978 82.5
12 -20.894 2 1.6126 44.4
13 -174.644 16.9
14 42.654 5 1.7495 35.2
15 -16.113 2 1.5688 56.3
16 12.655 ∞

（条件式対応値）
ｗｄ／ｆ＝０．４
図４は、本第２実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの諸収差図である。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に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とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向け正の屈折力を有する正メニスカスレンズＬ１、Ｌ２と、両凸形状の正レンズＬ３と両凹形状の負レンズＬ４と蛍石で形成された両凸形状の正レンズＬ５との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と蛍石で形成された両凸形状の正レンズＬ７と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合レンズとから構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸形状の正レンズＬ９と両凹形状の負レンズＬ１０との接合レンズから構成されて無限遠系顕微鏡対物レンズが形成されている。

表３に本第３実施例の諸元値を掲げる。

（表３）
（全体諸元）
ｆ＝１０
ＮＡ＝０．６５
β＝２０
ｗｄ＝３．４

（レンズデータ）
面番号ｒｄ nd νd
1 ∞ 0.17 カバーガラス
2 ∞ 4.2
3 -7.603 7.4 1.804 46.6
4 -9.816 0.1
5 -26.52 4.3 1.569 71.3
6 -15.102 0.2
7 37 4 1.569 71.3
8 -45 1.8 1.6126 44.4
9 19.81 8.5 1.43385 95.25 蛍石
10 -19.81 0.1
11 23.666 2 1.8052 25.4
12 14.392 9 1.43385 95.25 蛍石
13 -18.5 1.8 1.6126 44.4
14 -68.199 10.9
15 42.995 5.3 1.6889 31.1
16 -15.375 1.7 1.5688 56.3
17 13.216 ∞

（条件式対応値）
ｗｄ／ｆ＝０．３４
図６は、本第３実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの諸収差図である。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第４実施例）
図７は、本発明の第４実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に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とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向け正の屈折力を有する正メニスカスレンズＬ１、Ｌ２と、両凸形状の正レンズＬ３と両凹形状の負レンズＬ４と両凸形状の正レンズＬ５との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸形状の正レンズＬ７と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合レンズとから構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸形状の正レンズＬ９と両凹形状の負レンズＬ１０との接合レンズから構成されて無限遠系顕微鏡対物レンズが形成されている。

表４に本第４実施例の諸元値を掲げる。

（表４）
（全体諸元）
ｆ＝１０
ＮＡ＝０．６５
β＝２０
ｗｄ＝４

（レンズデータ）
面番号ｒｄ nd νd
1 ∞ 0.17 カバーガラス
2 ∞ 5.1
3 -7.800 6.5 1.804 46.6
4 -9.4004 0.1
5 -22.997 4.2 1.6204 60.3
6 -14.498 0.2
7 37.996 4.3 1.569 71.3
8 -37.996 1.8 1.6133 44.3
9 19.29 8.4 1.4978 82.5
10 -23.34 0.1
11 24.04 2 1.8466 23.8
12 13.67 9 1.4978 82.5
13 -18.46 1.8 1.6133 44.3
14 218.7 11.05
15 42.003 5.5 1.8052 25.4
16 -18.48 1.7 1.6133 44.3
17 13.51 ∞

（条件式対応値）
ｗｄ／ｆ＝０．４
図８は、本第４実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズの諸収差図である。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正されていることがわかる。

図９は、各実施例において用いた結像レンズのレンズ構成を示す図である。この結像レンズの諸元値を表５に掲げる。

（表５）
（全体諸元）
ｆ＝２００

（レンズデータ）
面番号ｒｄ nd νd
1 75.04 5.1 1.6228 57
2 -75.04 2 1.7495 35.2
3 1600.5 7.5
4 50.26 5.1 1.6675 42
5 -84.54 1.8 1.6126 44.4
6 39.91
なお、本発明に係る無限遠系顕微鏡対物レンズは上述の実施例に限らず本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の第１実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図。第１実施例における各収差図を示す。本発明の第２実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図。第２実施例における各収差図を示す。本発明の第３実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図。第３実施例における各収差図を示す。本発明の第４実施例に係る無限遠系顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図。第４実施例における各収差図を示す。各実施例における結像レンズのレンズ構成図を示す図である。

符号の説明

Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｌｉ各レンズ成分

Claims

物体側から順に第１レンズ群と、第２レンズ群とを含み、
前記第１レンズ群は物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと少なくとも１つの接合レンズを含み、全体として正の屈折力を有し、
前記接合レンズの少なくとも１つはアッベ数が８０以上の材料からなるレンズを含み、
以下の条件を満たすことを特徴とする無限遠系顕微鏡対物レンズ。
０．３≦ｗｄ／ｆ≦０．４５
０．６≦ＮＡ
但し、
ｆは前記無限遠系顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ｗｄは前記無限遠系顕微鏡対物レンズの作動距離、
ＮＡは前記無限遠系顕微鏡対物レンズの開口数。
前記無限遠系顕微鏡対物レンズは、倍率が２０倍であることを特徴とする請求項１に記載の無限遠系顕微鏡対物レンズ。
前記接合レンズの少なくとも１つは３枚接合レンズからなることを特徴とする請求項１または２に記載の無限遠系顕微鏡対物レンズ。
前記アッベ数が８０以上の材料からなるレンズは、蛍石から形成されていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の無限遠系顕微鏡対物レンズ。