JP2010224477A - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 可視域から近赤外域までの広い波長範囲で諸収差が補正され、高い開口数を持ち、十分な作動距離が確保された顕微鏡対物レンズを提供する。
【解決手段】 互いの凹面（面番号５，６）が向かい合うように配置された２つの接合メニスカスレンズＬ２，Ｌ３を有する顕微鏡対物レンズであって、前記２つの接合メニスカスレンズのうち、物体側の前記接合メニスカスレンズＬ２は、物体側から順に並んだ、正レンズＬ２ｐと、像側に凹面を向けた負レンズＬ２ｎとを有し、次式-0.0075＜{θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}≦０、νｄ(Lfp)＞８０、νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＞１０、２≦ｄmfr≦６、６≦ＮＡ・ｆ≦１０の条件をそれぞれ満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡対物レンズに関する。

近年、医学・生物学の先端研究分野において、細胞を生きたままでの観察が盛んに行われており、このとき用いられる波長としては蛍光観察が主流である。生きた細胞を観察するとき、観察対象は従来の標本に対してより厚みを持つことになる。このような生物標本の蛍光観察においては、細胞への透過率が高く、より深い部分まで照射可能で、かつ細胞へのダメージも少ない長波長光が励起光として適している。また、それに応じて、従来よりも長い波長を持つ光で励起させる蛍光色素が開発され、近赤外域での観察が行われるようになってきた。蛍光観察以外にも、微分干渉（ＤＩＣ）観察においても近赤外光が用いられるようになり、厚みがある標本、例えば脳スライスなどのＤＩＣ観察が可能となった。以上のことから、照射光と観察光の領域、すなわち可視域から近赤外域において、標本上での焦点位置にずれが少なく、諸収差が補正された顕微鏡対物レンズが望まれている。

従来、可視域から近赤外域に至る範囲の光線において、諸収差が良好に補正してある顕微鏡対物レンズとして、下記文献に記載されたものが知られている。

特公平４−２６８１３号公報 特開平１１−１７４３３８号公報 特開２００６−６５０２３号公報

特許文献１には、倍率が５倍で開口数が０．１４の対物レンズや、倍率が１０倍で開口数が０．２６の対物レンズが開示されている。また、特許文献２には、倍率が５倍で開口数が０．１３の対物レンズや、倍率が１０倍で開口数が０．２１の対物レンズが開示されている。これら従来例に開示された対物レンズは、半導体ＩＣなどの検査・観察に使用される、工業用の対物レンズである。したがって、作動距離が極めて長く、試料の操作がしやすい。しかしながら、生物用として使用される場合には、開口数が不足していること、色の補正（ｇ線の補正）が十分ではないことが不満点として挙げられる。すなわち、これら対物レンズは、生物用としては不向きであることが分かる。

また、特許文献３には、倍率が４倍で開口数が０．１６の対物レンズや、倍率が１０倍で開口数が０．４の対物レンズが開示されている。この従来例に開示された対物レンズは、細胞や蛋白質などの観察に使用される、生物用の対物レンズである。そのため、観察に十分な開口数を持ち、色の補正も良好である。しかしながら、作動距離が十分ではないため、試料の操作性の点で不便である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で諸収差が良好に補正され、高い開口数を持ち、十分な作動距離が確保された、顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明は、互いの凹面が向かい合うように配置された２つの接合メニスカスレンズを有する顕微鏡対物レンズであって、前記２つの接合メニスカスレンズのうち、物体側の前記接合メニスカスレンズは、物体側から順に並んだ、正レンズと、像側に凹面を向けた負レンズとを有し、前記正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfp)とし、前記負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfn)とし、前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfp)とし、前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfn)としたとき、次式-0.0075＜{θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}≦０，νｄ(Lfp)＞８０，νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＞１０の条件を満足するとともに、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズとこれと向かい合う像側の前記接合メニスカスレンズを構成する負レンズとの空気間隔をｄmfrとし、前記対物レンズの開口数をＮＡとし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、次式２≦ｄmfr≦６，６≦ＮＡ・ｆ≦１０の条件を満足する。

なお、前記部分分散比θＣｔは、硝材のＣ線に対する屈折率をｎＣとし、ｔ線に対する屈折率をｎｔとし、Ｆ線に対する屈折率をｎＦとしたとき、次式θＣｔ＝（ｎＣ−ｎｔ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義する。

また、前記２つの接合メニスカスレンズのうち、像側の前記接合メニスカスレンズは、物体側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた前記負レンズと、正レンズとを有し、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒn)としたとき、次式νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＞１０の条件を満足することが好ましい。

また、前記２つの接合メニスカスレンズのうち、像側の前記接合メニスカスレンズは、
像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒn)としたとき、次式-0.0075＜{θＣｔ(Lｒp)−θＣｔ(Lｒn)}/{νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)}≦０及びνｄ(Lｒp)＞８０の条件を満足することが好ましい。

また、前記対物レンズを構成するレンズのうち、最も物体側にあるレンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１としたとき、次式−３＜ｆ／Ｒ１＜０の条件を満足することが好ましい。

また、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズの中心厚をｄｎとし、物体面から前記対物レンズにおける最も像側のレンズ面までの距離をＴＬとしたとき、次式ｄｎ／ＴＬ＞０．０６の条件を満足することが好ましい。

本発明によれば、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で諸収差が補正され、高い開口数を持ち、かつ十分な作動距離が確保されているため、生体細胞等の観察に適した高解像で明るい観察が可能である、顕微鏡対物レンズを提供することができる。

本発明の第１実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 本発明の第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図であり、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。 本発明の第２実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 本発明の第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図であり、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。 本発明の第３実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 本発明の第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図であり、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。 上記実施例に係る顕微鏡対物レンズと組み合わせて用いる、結像レンズのレンズ構成図である。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態に係る顕微鏡対物レンズは、互いの凹面が向かい合うように配置された２つの接合メニスカスレンズを有する。それらの接合レンズのうち、物体側の前記接合メニスカスレンズは、物体側から順に並んだ、正レンズと、像側に凹面を向けた負レンズとを有し、像側の前記接合メニスカスレンズは、物体側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた前記負レンズと、正レンズとを有して構成されている。

本実施形態では、上記の向かい合った凹面の空気間隔をできる限り小さくすることによって、物体側の前記接合メニスカスレンズより射出する発散光を、像側の前記接合メニスカスレンズの凹面においてより低い位置で受けるようにした。この構成により、球面収差、コマ収差、非点収差のより良好に補正することができる。

また、各主光線の曲がり方を、上記の向かい合った凹面の空気間隔における光軸上の中点を中心にして、できる限り回転対称になるようにした。この状態を効率良く実現するために、各レンズの分散置をバランス良く調整した。この構成により、倍率色収差の発生を根本的に抑えることができるとともに、他の収差をより効果的に補正することができる。

軸上色収差に関しては、各接合レンズによって補正している。本実施形態では、上記互いの凹面が向かい合うように配置された２つの接合メニスカスレンズのうち、少なくとも物体側の接合メニスカスレンズが、これを構成する正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfp)とし、同じくこれを構成する負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfn)とし、前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfp)とし、前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfn)としたとき、次式（１）〜（３）の条件を満足した構成となっている。

-0.0075＜{θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}≦０ …（１）
νｄ(Lfp)＞８０ …（２）
νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＞１０ …（３）

上記条件式（１）は、物体側の前記接合メニスカスレンズにおいて、可視域から近赤外域までの範囲で色収差を補正するための条件である。

通常、可視域の軸上色収差を補正する際には、他の収差補正も考慮して、条件式（１）の値はやや正寄りが良いとされている。しかしながら、補正対象となる波長域が可視域から近赤外域まで広がると、条件式（１）の値が正寄りの場合、どうしても近赤外域での色収差が可視域に比べて補正不足となり、対物レンズ全体として軸上色収差の補正が極めて困難となる。

そこで、本実施形態では、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成するにあたり、正レンズの硝材に高アッベ数の異常分散ガラスを選び、且つ、負レンズの硝材に条件式（１）の値が０もしくは負となるものを選ぶことによって、軸上色収差が過剰補正となることを上手く利用して近赤外域での補正不足を補い、全体として可視域から近赤外域までの広波長域に亘り、軸上色収差を良好に補正できるようにした。しかしながら、条件式（１）の値が負寄りに大きくなると、球面収差やコマ収差等の他の収差が大きく発生する傾向があるので、条件式（１）の絶対値をできるだけ小さくし、これら収差の発生を抑えるようにした。

このような条件式（１）において下限値を下回ると、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなり、接合レンズに必要なパワーを持たせるためには、前記正レンズと負レンズそれぞれのパワーが強くなりすぎてしまい、球面収差やコマ収差等の諸収差が大きく発生し、他の面でこれら収差を補正することが困難となる。逆に、条件式（１）において上限値を上回ると、可視域では問題ないが、近赤外域での色収差の補正が困難となる。

上記条件式（２）及び（３）は、物体側の前記接合メニスカスレンズが、広波長域に亘り、十分な軸上色収差補正能力を発揮するための条件である。なお、条件式（２）において下限値を下回ると、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズが高アッベ数を持つ異常分散ガラスではなくなるため、軸上色収差の補正能力が著しく低下し、対物レンズ全体として特に近赤外域での色収差補正が困難となる。また、条件式（３）において下限値を下回ると、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなりすぎるために、球面収差やコマ収差等の諸収差が大きく発生するので、好ましくない。

さらに、本実施形態では、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズとこれと向かい合う像側の前記接合メニスカスレンズを構成する負レンズとの空気間隔をｄmfrとし、前記対物レンズの開口数をＮＡとし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、次式（４）及び（５）の条件を満足する。

２≦ｄmfr≦６ …（４）
６≦ＮＡ・ｆ≦１０ …（５）

上記条件式（４）は、対物レンズ全体として、球面収差やコマ収差等の諸収差の発生を抑えることで、長作動距離及び高開口数を確保するための条件である。この条件式（４）を満足しながらｄｍｆｒの値を小さくすることにより、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する負レンズの凹面に入射する光線高さが低くなり、これによってこの面以降の面に入射する際の光線高も順次抑えることができるため、対物レンズ全体として球面収差やコマ収差等の諸収差を抑えることができる。一般に、開口数を一定に保った状態で作動距離を延ばす場合は球面収差やコマ収差等が悪化してしまうが、条件式（４）を満足しながらｄｍｆｒの値を小さくすることにより、諸収差の悪化を抑えながら作動距離を延ばすことが可能となる。また、開口数を大きくする場合もやはり球面収差やコマ収差が悪化してしまうが、作動距離と同様、条件式（４）を満足しながらｄｍｆｒの値を小さくすることにより、諸収差の悪化を抑えながら開口数の拡大を図ることができる。

なお、条件式（４）において上限値を上回ると、球面収差やコマ収差などの諸収差が発生し、また作動距離及び開口数を広げることが難しくなり、好ましくない。逆に、条件式（４）において下限値を下回ると、向かい合った前記２つの接合メニスカスレンズを構成する凹面の互いに近づき過ぎるため、製造上問題が生じてしまい、好ましくない。

上記条件式（５）は、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズの開口数を規定するものである。この条件式（５）において下限値を下回ると、本顕微鏡対物レンズにおける使用目的の一つである、細胞などの観察に適した、高解像で明るい観察に必要な開口数を確保できなくなる。逆に、条件式（５）において上限値を上回ると、開口数が大きくなりすぎ、特に軸上の収差を補正することが困難になる。

また、本実施形態においては、前記２つの接合メニスカスレンズのうち、像側の前記接合メニスカスレンズは、物体側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた前記負レンズと、正レンズとを有し、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒn)としたとき、次式（６）の条件を満足することが好ましい。

νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＞１０…（６）

上記条件式（６）は、像側の前記接合メニスカスレンズにおいて、軸上色収差の補正能力をある程度発揮させながら、球面収差やコマ収差等の他の収差の発生を抑えるための条件である。この条件式（６）において下限値を下回ると、像側の前記接合メニスカスレンズの軸上色収差の補正能力が著しく低下し、可視域の色収差でさえも満足に補正できなくなり、対物レンズ全体としても色収差の悪化を招いてしまう。また、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズと負レンズの各パワーが強くなり、球面収差等の諸収差の発生量が増大するため、好ましくない。

さらに、本実施形態において、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒn)｝としたとき、次式（７）及び（８）の条件を満足することが好ましい。

-0.0075＜{θＣｔ(Lｒp)−θＣｔ(Lｒn)}/{νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)}≦０…（７）
νｄ(Lｒp)＞８０ …（８）

上記条件式（７）は、像側の前記接合メニスカスレンズにおいて、可視域から近赤外域までの範囲で色収差を補正するための条件である。この条件式（７）において下限値を下回ると、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなり、接合レンズに必要なパワーを持たせるためには、前記正レンズと負レンズそれぞれのパワーが強くなりすぎてしまい、球面収差やコマ収差等の諸収差が大きく発生し、他の面でこれら収差を補正することが困難となる。逆に、条件式（７）において上限値を上回ると、可視域では問題ないが、近赤外域での色収差の補正が困難となる。

また、上記条件式（８）は、像側の前記接合メニスカスレンズが、広波長域に亘り、十分な軸上色収差補正能力を発揮するための条件である。なお、条件式（８）において下限値を下回ると、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する正レンズが高アッベ数を持つ異常分散ガラスではなくなるため、軸上色収差の補正能力が著しく低下し、対物レンズ全体として特に近赤外域での色収差補正が困難となる。

また、本実施形態においては、前記対物レンズを構成するレンズのうち、最も物体側にあるレンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１としたとき、次式（９）の条件を満足することが好ましい。

−３＜ｆ／Ｒ１＜０ …（９）

上記条件式（９）は、高い開口数と長い作動距離とを確保するための条件である。最も物体側のレンズ面（第１面）を凹面にすることで、この凹面に入る光線の入射角を小さくし、球面収差及びコマ収差の発生を抑えることができる。この条件式（９）において上限値を上回ると、第１面にて強く入射光線を曲げることとなり、特に色の球面収差と平坦性の悪化を招く。逆に、条件式（９）において下限値を下回ると、最も物体側のレンズを構成する像側の面（第２面）の曲率を強くせざるを得ず、この面において諸収差が生じやすくなってしまう。また、有効作動距離が大幅に短くなってしまい、好ましくない。

また、本実施形態においては、物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズの中心厚をｄｎとし、物体面から前記対物レンズにおける最も像側のレンズ面までの距離をＴＬとしたとき、次式（１０）の条件を満足することが好ましい。

ｄｎ／ＴＬ＞０．０６…（１０）

上記条件式（１０）は、高開口数及び長作動距離を達成しつつも、軸上及び軸外の諸収差の発生を抑えるための条件である。この条件式（１０）を満足することにより、物体側の接合メニスカスレンズの光線を発散させる面、該接合レンズを構成する負レンズの像側凹面において、軸上及び軸外の光線をともに光軸に近いところで屈折させることができるので、次のレンズ面に入射する光線とその面の法線のなす角度が緩くなり、諸収差の発生が抑え易くなる。しかしながら、条件式（１０）において下限値を下回ると、高開口数及び長作動距離を確保しながら、軸上及び軸外の諸収差に対する補正は難しくなり、好ましくない。

以下、本実施形態に係る各実施例について、図面に基づいて説明する。

以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１〜第３実施例における各諸元の表である。［全体諸元］において、ｆは対物レンズ全系の合成焦点距離、ＮＡは開口数、βは倍率、ＷＤは作動距離、ＴＬはレンズ全長をそれぞれ示す。また、［レンズ諸元］において、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径（なお、曲率半径ｒの「∞」は平面を示す）を、ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄはｄ線（波長587.5620nm）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す。［条件式］において、上記の条件式（１）〜（１０）に対応する値を示す。

表中において、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、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、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。

なお、以下の実施例では、カバーガラスＣとして、屈折率ｎｄ＝1.5243900，アッベ数νｄ＝54.28、厚さｔ＝0.17mmのものを使用することを前提としている。また、結像レンズとして（詳細は後述するが）焦点距離ｆ´＝200mmのレンズを使用することを前提としている。

（第１実施例）
第１実施例に係る顕微鏡対物レンズについて、図１、図２及び表１を用いて説明する。第１実施例に係る顕微鏡対物レンズは、図１に示すように、物体（観察試料）側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ１と、正レンズＬ２ｐと像側に凹面を向けた負レンズＬ２ｎとからなる接合メニスカスレンズＬ２と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ３ｎと正レンズＬ３ｐとからなる接合メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４と、負レンズＬ５ｎと正レンズＬ５ｐとからなる接合レンズＬ５とを有する。

本実施例において、請求項にある２つの接合メニスカスレンズは、接合メニスカスレンズＬ２（物体側の接合メニスカスレンズ）及びＬ３（像側の接合メニスカスレンズ）である。

表１に第１実施例における各諸元の表を示す。なお、表１の［レンズ諸元］における面番号１〜１３は、図１に示す面１〜１３に対応している。また、［条件式］におけるｄｍｆｒはレンズＬ２ｎとレンズＬ３ｎとの空気間隔であり、ｄｎはレンズＬ２ｎの中心厚である。

なお、本実施例の対物レンズは、上記結像レンズとを組み合わせると、全系で４倍の顕微鏡対物レンズとなる。

（表１）
［全体諸元］
ｆ＝50mm，ＮＡ＝0.18，β＝×４，視野数２５，ＷＤ＝17.00mm，ＴＬ＝54.97mm
［レンズ諸元］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ -160.31951 2.50000 1.6516000 58.55 L1
２ -26.87471 1.80000 1.0000000
３ 13.52599 6.40000 1.4978200 82.52 L2p
４ -14.08075 3.70000 1.4874900 70.23 L2n
５ 8.71112 2.00000 1.0000000
６ -7.35147 6.50000 1.6910020 54.82 L3n
７ 79.80920 3.00000 1.4342500 95.02 L3p
８ -14.70891 1.00000 1.0000000
９ 105.19734 4.00000 1.4338520 95.25 L4
10 -21.81008 1.00000 1.0000000
11 -99.88857 1.40000 1.5182300 58.94 L5n
12 29.18873 4.50000 1.4969990 81.60 L5p
13 -22.94144 130.00000 1.0000000
［条件式］
条件式（１） {θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}＝-0.00603
条件式（２） νｄ(Lfp)＝82.52
条件式（３） νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＝12.29
条件式（４） ｄmfr＝2.0
条件式（５） ＮＡ・ｆ＝9.0
条件式（６） νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＝40.20
条件式（９） ｆ／Ｒ１＝-0.31188
条件式（１０） ｄｎ／ＴＬ＝0.06731

表１に示す諸元の表から、本実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、上記条件式（１）〜（６），（９），（１０）を満たすことが分かる。

図２は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図であり、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。なお、（ａ）の球面収差図において、ｇはｇ線（波長435.83nm）、ＦはＦ線（波長486.13nm）、ｄはｄ線（波長587.56nm）、ＣはＣ線（波長656.27nm）、ｔはｔ線(波長1013.98nm)に対する収差をそれぞれ示す。また、（ｂ）の非点収差図において、線Ｓはサジタル像面、線Ｍはメリディオナル像面をそれぞれ示す。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。

図２に示す各収差図から明らかであるように、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、高い開口数を持ち、十分な作動距離を確保しながらも、可視域から近赤外域まで諸収差が良好に補正されていることが分かる。

（第２実施例）
第２実施例に係る顕微鏡対物レンズについて、図３、図４及び表２を用いて説明する。第２実施例に係る顕微鏡対物レンズは、図３に示すように、物体（観察試料）側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ１と、正レンズＬ２ｐと像側に凹面を向けた負レンズＬ２ｎとからなる接合メニスカスレンズＬ２と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ３ｎと正レンズＬ３ｐとからなる接合メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４と、負レンズＬ５ｎと正レンズＬ５ｐとからなる接合レンズＬ５とを有する。

本実施例において、請求項にある２つの接合メニスカスレンズは、接合メニスカスレンズＬ２（物体側の接合メニスカスレンズ）及びＬ３（像側の接合メニスカスレンズ）である。

表２に第２実施例における各諸元の表を示す。なお、表２の［レンズ諸元］における面番号１〜１３は、図３に示す面１〜１３に対応している。また、［条件式］におけるｄｍｆｒはレンズＬ２ｎとレンズＬ３ｎとの空気間隔であり、ｄｎはレンズＬ２ｎの中心厚である。

なお、本実施例の対物レンズは、上記結像レンズとを組み合わせると、全系で４倍の顕微鏡対物レンズとなる。

（表２）
［全体諸元］
ｆ＝50mm，ＮＡ＝0.17，β＝×４，視野数２５，ＷＤ＝17.00mm，ＴＬ＝54.97mm
［レンズ諸元］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ -257.34440 2.50000 1.6400000 60.08 L1
２ -26.40085 1.80000 1.0000000
３ 13.93950 6.40000 1.4978200 82.52 L2p
４ -14.07990 3.70000 1.4874900 70.23 L2n
５ 8.67105 2.00000 1.0000000
６ -7.33743 6.00000 1.6968000 55.53 L3n
７ 77.10465 3.20000 1.4338520 95.02 L3p
８ -14.66098 1.30000 1.0000000
９ 85.17313 4.00000 1.4342500 95.02 L4
10 -21.58376 1.00000 1.0000000
11 -130.70412 1.40000 1.5725010 57.74 L5n
12 29.65530 4.50000 1.4969990 81.60 L5p
13 -22.48549 130.00000 1.0000000
［条件式］
条件式（１） {θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}＝-0.00603
条件式（２） νｄ(Lfp)＝82.52
条件式（３） νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＝12.29
条件式（４） ｄmfr＝2.0
条件式（５） ＮＡ・ｆ＝8.5
条件式（６） νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＝39.72
条件式（７） {θＣｔ(Lｒp)−θＣｔ(Lｒn)}/{νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)}＝-0.00070
条件式（８） νｄ(Lｒp)＝95.25
条件式（９） ｆ／Ｒ１＝-0.19429
条件式（１０） ｄｎ／ＴＬ＝0.06731

表２に示す諸元の表から、本実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。

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り、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。図４に示す各収差図から明らかであるように、第２実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、高い開口数を持ち、十分な作動距離を確保しながらも、可視域から近赤外域まで諸収差が良好に補正されていることが分かる。

（第３実施例）
第３実施例に係る顕微鏡対物レンズについて、図５、図６及び表３を用いて説明する。第３実施例に係る顕微鏡対物レンズは、図５に示すように、物体（観察試料）側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた負レンズＬ１ｎと正レンズＬ１ｐとからなる接合レンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、正レンズＬ３ｐと像側に凹面を向けた負レンズＬ３ｎとからなる接合メニスカスレンズＬ３と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ４ｎと正レンズＬ４ｐとからなる接合メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、負レンズＬ６ｎと正レンズＬ６ｐとからなる接合レンズＬ６とを有する。

本実施例において、請求項にある２つの接合メニスカスレンズは、接合メニスカスレンズＬ３（物体側の接合メニスカスレンズ）及びＬ４（像側の接合メニスカスレンズ）である。

表３に第３実施例における各諸元の表を示す。なお、表３の［レンズ諸元］における面番号１〜１６は、図５に示す面１〜１６に対応している。また、［条件式］におけるｄｍｆｒはレンズＬ３ｎとレンズＬ４ｎとの空気間隔であり、ｄｎはレンズＬ３ｎの中心厚である。

なお、本実施例の対物レンズは、上記結像レンズとを組み合わせると、全系で１０倍の顕微鏡対物レンズとなる。

（表３）
［全体諸元］
ｆ＝20mm，ＮＡ＝0.40，β＝×１０，視野数２５，ＷＤ＝4.00mm，ＴＬ＝54.17mm
［レンズ諸元］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ -10.34461 4.50000 1.6910020 54.82 L1n
２ 20.04390 4.50000 1.4338520 95.25 L1p
３ -8.01158 0.20000 1.0000000
４ 13.99715 4.00000 1.4342500 95.02 L2
５ -13.19236 0.20000 1.0000000
６ 10.34313 6.00000 1.4338520 95.25 L3p
７ -9.01538 8.50000 1.6968000 55.53 L3n
８ 9.21172 3.90000 1.0000000
９ -5.47261 1.50000 1.5725010 57.80 L4n
10 81.00981 5.00000 1.4978200 82.52 L4p
11 -12.62847 0.20000 1.0000000
12 117.58579 4.00000 1.7291570 54.70 L5
13 -21.23547 0.50000 1.0000000
14 -69.41240 2.50000 1.6910020 54.82 L6n
15 20.11434 4.50000 1.4978200 82.52 L6p
16 -23.03953 120.0000 1.0000000
［条件式］
条件式（１） {θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}＝-0.00070
条件式（２） νｄ(Lfp)＝95.25
条件式（３） νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＝39.72
条件式（４） ｄmfr＝3.9
条件式（５） ＮＡ・ｆ＝8.0
条件式（６） νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＝24.72
条件式（９） ｆ／Ｒ１＝-1.93337
条件式（１０） ｄｎ／ＴＬ＝0.15691

表３に示す諸元の表から、本実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、上記条件式（１）〜（６），（９），（１０）を満たすことが分かる。

図６は、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図であり、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図を示す。図６に示す各収差図から明らかであるように、第３実施例に係る顕微鏡対物レンズでは、高い開口数を持ち、十分な作動距離を確保しながらも、可視域から近赤外域まで諸収差が良好に補正されていることが分かる。

なお、各実施例に係る顕微鏡対物レンズは、いずれも無限遠系補正型のレンズであるため、顕微鏡対物レンズの像側に結像レンズを配置し、顕微鏡対物レンズと結像レンズとの組み合わせにより有限光学系を形成している。ここで、図７及び表４を用いて、上記実施例で使用される結像レンズについて説明する。

図７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した結像レンズの構成図である。図７に示すように、結像レンズは、物体側から順に並んだ、両凸レンズと両凹レンズとの貼り合せからなる第１接合レンズＭ１と、両凸レンズと両凹レンズとの貼り合せからなる第２接合レンズＭ２とを有する。表４は、この結像レンズの諸元値を示している。なお、表４において、ｆ´は結像レンズ全系の焦点距離を、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序（以下、面番号と称する）を、ｄ´は各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄ´は各レンズを構成するガラスのｄ線（波長587.6nm）に対する屈折率を、νｄ´は各レンズを構成するガラスのｄ線（波長587.6nm）に対するアッベ数をそれぞれ示す。

（表４）
［レンズ諸元］
ｆ´＝200
面番号 ｒ´ ｄ´ ｎｄ´ νｄ´
１ 75.04300 5.10000 1.6228010 57.03
２ -75.04300 2.00000 1.7495010 35.28
３ 1600.58000 7.50000 1.0000000
４ 50.26000 5.10000 1.6675510 41.96
５ -84.54100 1.80000 1.6126580 44.41
６ 36.91100 5.50000 1.0000000

なお、各実施例の顕微鏡対物レンズと上記構成の結像レンズとを組み合わせる際には、対物レンズから像側に８０ｍｍ〜２００ｍｍの位置に結像レンズを配置して使用する。

以上のように、本発明に係る顕微鏡対物レンズは、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で諸収差が補正され、高い開口数を持ち、十分な作動距離が確保されて試料の操作性に優れているため、生体細胞等の厚みのある試料の蛍光観察や近赤外ＤＩＣ観察において、特に効果が期待できる。

なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。

Ｌ１〜Ｌ６ 対物レンズの構成レンズ
Ｍ１，Ｍ２ 結像レンズの構成レンズ
Ｃ カバーガラス

Claims (5)

1. 互いの凹面が向かい合うように配置された２つの接合メニスカスレンズを有する顕微鏡対物レンズであって、
   前記２つの接合メニスカスレンズのうち、物体側の前記接合メニスカスレンズは、
   物体側から順に並んだ、正レンズと、像側に凹面を向けた負レンズとを有し、
   前記正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfp)とし、前記負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lfn)とし、前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfp)とし、前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lfn)としたとき、次式
   -0.0075＜{θＣｔ(Lfp)−θＣｔ(Lfn)}/{νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)}≦０
   νｄ(Lfp)＞８０
   νｄ(Lfp)−νｄ(Lfn)＞１０
   の条件を満足するとともに、
   物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズとこれと向かい合う像側の前記接合メニスカスレンズを構成する負レンズとの空気間隔をｄmfrとし、前記対物レンズの開口数をＮＡとし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、次式
   ２≦ｄmfr≦６
   ６≦ＮＡ・ｆ≦１０
   の条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
2. 前記２つの接合メニスカスレンズのうち、像側の前記接合メニスカスレンズは、
   物体側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた前記負レンズと、正レンズとを有し、
   像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ(Lｒn)としたとき、次式、
   νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)＞１０
   の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
3. 像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記正レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒp)とし、像側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズのＦ線、Ｃ線、ｔ線に関する部分分散比をθＣｔ(Lｒn)｝としたとき、次式
   -0.0075＜{θＣｔ(Lｒp)−θＣｔ(Lｒn)}/{νｄ(Lｒp)−νｄ(Lｒn)}≦０
   νｄ(Lｒp)＞８０
   の条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡対物レンズ。
4. 前記対物レンズを構成するレンズのうち、最も物体側にあるレンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１としたとき、次式
   −３＜ｆ／Ｒ１＜０
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
5. 物体側の前記接合メニスカスレンズを構成する前記負レンズの中心厚をｄｎとし、物体面から前記対物レンズにおける最も像側のレンズ面までの距離をＴＬとしたとき、次式
   ｄｎ／ＴＬ＞０．０６
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。

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