JP2019191272A - 液浸系の顕微鏡対物レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】軸外収差を良好に補正した、広視野を有し、且つ、高NAを有する顕微鏡対物レンズを提供する。【解決手段】対物レンズ1は、液浸系の顕微鏡対物レンズである。対物レンズ1は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分(接合レンズCL4)を最も像側に配置した第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1よりも像側に配置された第2レンズ群G2からなる。対物レンズ1は、以下の条件式を満たす。1.4<NAob≦1.51 (1)1.30mm≦Yreso×NAob8(2)但し、NAobは、対物レンズ1の物体側の開口数である。Yresoは、d線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置と交わる光軸と直交する平面上の領域であってd線に対するRMS波面収差が0.1λd以下となる領域の最大物体高である。λdは、d線の波長である。【選択図】図2

Description

本明細書の開示は、液浸系の顕微鏡対物レンズに関する。
近年、生物顕微鏡分野において、広視野と高分解能とを両立した観察と画像取得が可能な顕微鏡装置への期待が高まっている。そのような顕微鏡装置の実現のため、高い開口数(以降、NAと記す)を有し、且つ、広視野全体で高い収差性能を有する顕微鏡対物レンズが求められている。また、生物顕微鏡では、400nm程度の短波長から近赤外域の波長までの広い波長帯域において、励起光が使用され得る。このため、顕微鏡対物レンズは、広い波長帯域内の任意の波長の励起光を用いる蛍光観察にも対応していることが望ましい。
従来の高NAを有する液浸系の顕微鏡対物レンズは、例えば、特許文献1、特許文献2に記載されている。
特開2008―170969号公報 特開2002−148519号公報
特許文献1、特許文献2に記載の顕微鏡対物レンズは、高いNAと広い視野域全体における高い収差性能とを十分なレベルで両立することができない。
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、軸外収差を良好に補正した、広視野を有し、且つ、高NAを有する液浸系対物レンズを提供することである。
本発明の一態様に係る液浸系の顕微鏡対物レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群と、前記第1レンズ群よりも像側に配置された第2レンズ群とからなる。前記顕微鏡対物レンズは、以下の条件式を満たす。
1.4<NAob≦1.51 (1)
1.30mm≦Yreso×NAob 8 (2)
但し、NAobは、前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数である。Yresoは、d線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置と交わる光軸と直交する平面上の領域であって前記d線に対するRMS波面収差が0.1λd以下となる領域の最大物体高である。λdは、前記d線の波長である。
上記の態様によれば、軸外収差を良好に補正した、広視野を有し、且つ、高NAを有する液浸系対物レンズを提供することができる。
最大物体高Yresoを説明するための図である。 本発明の実施例1に係る対物レンズ1の断面図である。 図2に示す対物レンズ1の収差図である。 本発明の実施例2に係る対物レンズ2の断面図である。 図4に示す対物レンズ2の収差図である。 本発明の実施例3に係る対物レンズ3の断面図である。 図6に示す対物レンズ3の収差図である。 本発明の実施例4に係る対物レンズ4の断面図である。 図8に示す対物レンズ4の収差図である。
本願の一実施形態に係る対物レンズについて説明する。本実施形態に係る対物レンズ(以降、単に対物レンズと記す)は、結像レンズと組み合わせて使用される無限遠補正型の顕微鏡対物レンズである。この対物レンズは、標本と対物レンズの間に浸液を介在させた状態で標本を観察するときに用いられる、いわゆる液浸系の顕微鏡対物レンズである。
この対物レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群と、第1レンズ群よりも像側に配置されたる第2レンズ群と、からなる。より詳細には、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分は、レンズ外径を光軸上の厚さで除した値が4以下という特徴を有している。なお、メニスカスレンズ成分が接合レンズである場合には、メニスカスレンズ成分の外径とは、メニスカスレンズ成分を構成する最も像側のレンズの外径をいうものとする。また、レンズ外径を光軸上の厚さで除した値が4以下であるメニスカスレンズ成分が複数存在する場合、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分は、それらのメニスカスレンズ成分のうちの最も像側にあるメニスカスレンズ成分のことをいう。第1レンズ群と第2レンズ群の境界は、上記の特徴によって特定することができる。
なお、本明細書において、光線束(pencil of light)とは、物体の一点(物点)から出射した光線の束のことである。また、レンズ成分とは、単レンズ、接合レンズを問わず、物点からの光線が通るレンズ面のうち物体側の面と像側の面の2つの面のみが空気(又は浸液)と接する一塊のレンズブロックのことである。
第1レンズ群は、物点からの発散光線束を第1レンズ群内で収斂光線束に変換する。そして、第1レンズ群は、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分の内部で、収斂光線束のマージナル光線の高さを低くして、メニスカスレンズ成分の凹面から第2レンズ群へ向けて収斂光線束を出射する。さらに、第2レンズ群は、第1レンズ群からの収斂光線束を平行光線束に変換する。これにより、ペッツバール和を効果的に補正することが可能となり、その結果、広視野全体において像面湾曲を良好に補正することが可能となっている。
この対物レンズは、以下の条件式を満たしている。
1.4<NAob≦1.51 (1)
1.30mm≦Yreso×NAob 8 (2)
但し、NAobは、対物レンズの物体側の開口数である。Yresoは、d線最小位置と交わる光軸と直交する平面上の領域であって、逆光線追跡におけるd線に対するRMS波面収差が0.1λd以下となる領域の最大物体高である。λdは、d線の波長である。なお、d線最小位置とは、逆光線追跡における、d線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置のことであり、対物レンズの物体側の領域における軸上位置をいう。
最大物体高Yresoは、図1に示すように、所定の条件を満たす領域100の最大物体高のことである。なお、図1には、d線最小位置と交わる対物レンズの光軸と直交した断面(以降、d線最小断面と記す。) が示されている。最大物体高Yresoは次のようにして求められる。まず、d線最小断面の各点において、(d線に対するRMS波面収差)/λdを算出する。次に、d線最小断面のうちの、(d線に対するRMS波面収差)/λd≦0.1を満たす領域100を特定する。さらに、領域100のうち光軸AXから最も離れた点P1を特定する。最後に、その点P1と光軸AXの間の距離を最大物体高Yresoとして算出する。
対物レンズが回転対称である場合、領域100も回転対称(つまり、円形)となる。このため、領域100の物体高は方位によらず一定であり、最大物体高Yresoはその一定の物体高である。一方、対物レンズに製造誤差が生じた場合には、領域100は回転非対称となる。その結果、例えば図1に示すように、領域100の物体高は方位に依存することになる。この場合、最大物体高Yresoは、光軸から領域100の境界までの距離が最も長くなる方位における物体高である。
条件式(1)は、対物レンズを用いた観察で十分な分解能を得るための条件式である。NAobが条件式(1)の下限値を下回ると、エアリーディスク径を十分に小さくすることができず、また、焦点深度も大きくなる。このため、十分な分解能が得ることができない。NAobが条件式(1)の上限値を上回ると、対物レンズの限られた全長では広い視野において収差を補正することが困難となる。その結果、広い視野を十分な明るさで観察することが困難となる。
条件式(2)は、広い視野で十分な分解能を得るための条件式である。NAが大きいほどエアリーディスク径および焦点深度が小さくなる。また、Yresoが大きいほど良好に収差が補正される視野が広くなる。条件式(2)を満たすことで、蛍光観察で必要とされる分解能を広視野において確保することができる。
なお、共焦点レーザ走査型顕微鏡装置は、蛍光観察において、励起光の強度はNAobの2乗に比例し、また、等方的に放射された蛍光を集光する効率はNAobの2乗に比例する。よって、検出光の強度はNAobの4乗に比例することになるため、NAobは共焦点レーザ走査型顕微鏡装置の画像におけるSN比や分解能に大きく影響する。このため、条件式(2)を満たすか否かは、共焦点レーザ走査型顕微鏡装置において、特に大きく影響する。
対物レンズは、条件式(1)の代わりに条件式(1−1)、条件式(1−2)、又は条件式(1−3)を満たすことが望ましい。
1.405<NAob≦1.5 (1−1)
1.41<NAob≦1.5 (1−2)
1.41<NAob≦1.45 (1−3)
対物レンズは、条件式(2)の代わりに条件式(2−1)、条件式(2−2)、又は条件式(2−3)を満たすことが望ましい。
1.45mm≦Yreso×NAob 8 (2−1)
1.60mm≦Yreso×NAob 8 (2−2)
1.80mm≦Yreso×NAob 8 (2−3)
さらに、この対物レンズは、十分に微細な構造を観察可能とするため、40倍以上の倍率を有することが望ましい。なお、対物レンズの倍率は、対物レンズの仕様で定められている倍率であり、180mmから200mmの間の焦点距離を有する結像レンズと組み合わせたときの倍率である。なお、組み合わせる結像レンズの焦点距離は、予め対物レンズ毎に定まっている。
対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。
-2≦Δz1/DOFd≦2 (3)
但し、Δz1は、逆光線追跡におけるh線最小位置とd線最小位置の差である。DOFdは、d線に対する焦点深度である。また、焦点深度DOFdの算出式は、d線の波長をλd、浸液の屈折率をnimとすると、DOFd=nim×λd/(2×NAob 2)である。なお、h線最小位置とは、逆光線追跡におけるh線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置のことであり、対物レンズの物体側の領域における軸上位置のことをいう。
条件式(3)は、主に、軸上色収差を良好に補正するための条件式である。生物顕微鏡の光学系ではh線付近の短波長の励起光を用いた蛍光観察が頻繁に行われるため、h線とd線の軸上色収差特性は重要である。Δz1/DOFdが上限値を上回る又は下限値を下回ると、対物レンズで生じる軸上色収差が大きくなりすぎる。従って、結像レンズで軸上色収差を大幅に補償しなければ、像面で大きな軸上色収差が生じてしまう。しかしながら、結像レンズで大きな軸上色収差の補償を行うことは実際には困難である。また、結像レンズで収差を補償するということは、結像レンズ自体に収差を持たせることを意味する。そのため、結像レンズと組み合わせる対物レンズがそれぞれ異なる収差特性を有する複数の対物レンズの間で切り替えて使用されることを考慮すると、軸上色収差を結像レンズに補償させることは好ましくない。条件式(3)を満たすことで、対物レンズ単体で軸上色収差を良好に補正することが可能であり、特に、励起光としてh線のような短波長の光が用いられた場合であっても軸上色収差を良好に補正することができる。
また、対物レンズは、条件式(3)の代わりに条件式(3−1)又は条件式(3−2)を満たすことが望ましい。特に、条件式(3−2)を満たすことで、h線とd線の軸上ベスト位置の差が焦点深度の1倍以内となり、軸上色収差がさらに良好に補正される。このため、光軸方向に分解能を有する顕微鏡装置(例えば共焦点顕微鏡装置など)で、複数の励起波長を使って画像を取得し重ね合わせるマルチカラーイメージングを行う場合であっても、色収差による試料の位置ズレを抑制することができる。
-1.5≦Δz1/DOFd≦1.5 (3−1)
-1≦Δz1/DOFd≦1 (3−2)
第1レンズ群は、最も物体側に接合レンズを含むことが望ましい。以降、この接合レンズを第1接合レンズと記す。第1接合レンズは、2枚接合レンズであり、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凸レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズと、からなることが望ましい。
マージナル光線の高さが低い物体付近の領域に第1接合レンズを含むことで、球面収差の発生を抑えながら、負の屈折力を有するメニスカスレンズを用いてペッツバール和を効果的に補正することができる。また、液浸系対物レンズでは、乾燥系対物レンズのように最も物体側に凹面を有するレンズを配置すると、浸液と対物レンズの間に気泡が溜まりやすくなってしまう。これに対して、この対物レンズは、第1接合レンズが物体側に平面を向けているため、浸液と対物レンズの間に気泡が溜まりにくくすることができる。
なお、第1接合レンズに含まれる平凸レンズの屈折率は、第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズの屈折率よりも低いことが望ましい。平凸レンズの屈折率がメニスカスレンズの屈折率よりも低いことで、第1接合レンズの接合面が負の屈折率を有し、その結果、ペッツバール和を効果的に補正することができるからである。
第1レンズ群は、第1接合レンズに加えて、両凸レンズを含むことが望ましい。また、その両凸レンズは、対物レンズのレンズ成分のうち、物体側から数えて3番目以内のレンズ成分に含まれることが望ましい。1番目のレンズ成分は第1接合レンズであるので、両凸レンズは2番目又は3番目のレンズ成分に含まれていることが望ましい。
軸外収差を補正するためには、第1接合レンズで光線高を十分に上げた後に、その後のレンズ成分で光線を上げ下げする必要がある。第1接合レンズからあまり離れていない位置、具体的には、物体側から3番目以内のレンズ成分内に両凸レンズを設けることで、第1接合レンズから大きな角度を持って出射した光線の光線高が高くなりすぎることを防ぐことができる。このため、コンパクトなレンズ構成で効率的に光線を上げ下げし、軸外収差補正を良好に補正することが可能となる。
対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。但し、n13は、第1レンズ群に含まれる両凸レンズのd線に対する屈折率である。
1.4≦n13≦1.85 (4)
条件式(4)は、第1レンズ群に含まれる両凸レンズの屈折率を規定したものである。条件式(4)を満たすことで、短波長の光に対して高い透過率を確保することができるため、短波長の励起光を用いた高い分解能を有する蛍光観察が可能となる。
n13が条件式(4)の下限値を下回る汎用的な硝材は現時点では存在しない。一般的に屈折率が高い光学材料は、短波長に対する吸収及び自家蛍光が大きい。そのため、短波長の励起光を用いた蛍光観察において、SN比を大きくするためには、屈折率が高すぎない材料を用いることが好ましい。n13が条件式(4)の上限値を上回る場合、短波長で十分な透過率を確保することが困難になる。
なお、対物レンズは、条件式(4)に加えて条件式(4−1)又は条件式(4−2)を満たしてもよい。一般的に、色収差を補正するためには正レンズに低分散の光学材料を用いることが好ましい。条件式(4−1)又は条件式(4−2)を満たすことで、低分散の硝材の選択が可能となるため、より良好な色収差補正が可能となる。
n13≦1.7 (4−1)
n13≦1.6 (4−2)
対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。
0≦|R1|/|R2|≦1 (5)
但し、R1は、第1レンズ群に含まれる両凸レンズの物体側のレンズ面の曲率半径である。R2は、第1レンズ群に含まれる両凸レンズの像側のレンズ面の曲率半径である。
条件式(5)は、第1レンズ群に含まれる両凸レンズの曲率半径を規定した式である。条件式(5)を満たすことで、両凸レンズの物体側のレンズ面で光線を大きく曲げることができるため、効率的に軸上マージナル光線の高さを下げることができ、また、コマ収差などの視野周辺で生じる収差を効果的に補正することができる。これにより、視野周辺においても良好な性能を得ることができる。
なお、対物レンズは、条件式(5)に加えて条件式(5−1)又は条件式(5−2)を満たしてもよい。
|R1|/|R2|≦0.85 (5−1)
|R1|/|R2|≦0.7 (5−2)
第2レンズ群は、最も物体側に、物体側に凹面を向けたレンズ成分を含み、さらに、少なくとも1つのレンズ成分と、を含むことが望ましい。
これにより、第1レンズ群の最も物体側に配置されたメニスカスレンズ成分と、第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズ成分が、凹面を互いに向かい合わせて配置した、いわゆるガウスレンズ群を構成する。ガウスレンズ群は、ペッツバール和を効果的に補正することができる。このため、対物レンズは、ガウスレンズ群を有することで、像面湾曲をより良好に補正することが可能となる。
対物レンズでは、一般的に、像面に近いレンズ成分でコマ収差を大きく補正する。第2レンズ群が最も物体側に配置されたレンズ成分に加えて、少なくとも1つのレンズ成分を含むことで、それらのレンズ成分の間隔を調整することが可能となる。このため、レンズの厚さ、曲率半径などについての製造誤差によるコマ収差の変動分を、第2レンズ群のレンズ成分の間隔を調整することで適切に補償することが可能となる。
対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。
2.4≦f1/fob (6)
1.8≦n12≦1.85 (7)
但し、f1は、第1接合レンズのd線に対する焦点距離である。fobは、対物レンズのd線に対する焦点距離である。n12は、第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズのd線に対する屈折率である。
条件式(6)は、第1接合レンズのパワーを規定したものである。条件式(6)を満たすことで、対物レンズは、ペッツバール和をより良好に補正することが可能となる。また、対物レンズは、軸上色収差も効果的に補正することが可能になる。
f1/fobが条件式(6)の下限値を下回る場合、第1接合レンズのパワーが大きすぎる。このため、第1接合レンズ以降のレンズ成分での光線高が低くなり、その結果、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分の像側のレンズ面(凹面)が有する負の屈折力も小さくなる。また、第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズ成分の凹面が有する負の屈折力も小さくなる。つまり、ガウスレンズ群の負の屈折力が小さくなる。これにより、ペッツバール和の補正が困難になる。また、一般に、軸上マージナル光線高が高いほど軸上色収差が発生する。f1/fobが条件式(6)の下限値を下回る場合、第1接合レンズよりも像側にあるレンズに入射する軸上マージナル光線高が低くなるため、第1接合レンズで発生した軸上色収差の補正が困難になる。
条件式(7)は、第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズの屈折率を規定したものである。一般的に屈折率が高い光学材料は、短波長に対する吸収及び自家蛍光が大きい。そのため、短波長の励起光を用いた蛍光観察において、SN比を大きくするためには、屈折率が高すぎない材料を用いることが好ましい。また、一般的に、屈折率が高い光学材料は高分散でもある。このため、屈折率が高い光学材料では広い波長域の色収差を補正することが困難となる。条件式(7)を満たすことで、対物レンズは、球面収差とペッツバール和を効率的に補正することが可能であり、さらに、短波長の励起光を用いた高い分解能を有する蛍光観察が可能となる。
n12が条件式(7)の下限値を下回る場合、ペッツバール和を補正するのに十分な負の屈折力を得るために接合面の曲率を大きくすることになるため、ペッツバール和とともに球面収差を良好の補正することが難しくなる。n12が条件式(7)の上限値を上回る場合、広い波長域で色収差を補正することが難しいため、SN比が高い蛍光画像を得ることが難しくなり、高分解能の蛍光観察および構造解析が困難になる。
なお、対物レンズは、条件式(6)の代わりに条件式(6−1)又は条件式(6−2)を満たしてもよい。また、対物レンズは、条件式(6)、条件式(6−1)又は条件式(6−2)に加えて、条件式(6−3)を満たしてもよい。特に、条件式(6−3)を満たすことで、第1接合レンズ以降のレンズでの光線高が高くなりすぎることを防ぐことができる。このため、ペッツバール和の補正に加えて、球面収差と軸上色収差をさらに良好に補正することが可能となる。
2.6≦f1/fob (6−1)
2.9≦f1/fob (6−2)
f1/fob≦4.3 (6−3)
また、対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。
0.095≦d12/Ltotal (8)
但し、d12は、第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズの光軸上における厚さである。Ltotalは、物体面から対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。なお、物体面とは、対物レンズの最も物体側のレンズ面(つまり、この対物レンズでは、平凸レンズの平面)から作動距離とカバーガラスの厚さだけ対物レンズから離れた面のことである。
条件式(8)は、第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズの厚さを規定したものである。条件式(8)を満たすことで、対物レンズは、ペッツバール和をより良好に補正することができる。
d12/Ltotalが条件式(8)の下限値を下回る場合、対物レンズの全長に対して第1接合レンズに含まれるメニスカスレンズの厚さが薄すぎる。このため、第1接合レンズ内で光線高が十分に高くならず、その結果、第1接合レンズ以降のレンズ成分における軸上マージナル光線の高さが低くなってしまう。これにより、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分の像側のレンズ面(凹面)が有する負の屈折力も小さくなる。また、第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズ成分の凹面が有する負の屈折力も小さくなる。つまり、ガウスレンズ群の負の屈折力が小さくなる。このため、ペッツバール和の補正が困難になる。
なお、対物レンズは、条件式(8)の代わりに条件式(8−1)を満たしてもよい。また、対物レンズは、条件式(8)又は条件式(8−1)に加えて、条件式(8−2)を満たしてもよい。特に、条件式(8−2)を満たすことで、メニスカスレンズに十分な厚さを確保して光線高を高くしながら、第1接合レンズ以降のレンズ成分のために十分な空間を確保することができる。第1接合レンズ以降のレンズ構成について制限が少ないため、ペッツバール和に加えて球面収差と軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
0.1≦d12/Ltotal (8−1)
d12/Ltotal≦0.11 (8−2)
また、対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。
2≦h1/h2≦3 (9)
但し、h1は、メニスカスレンズ成分の物体側のレンズ面における軸上マージナル光線の高さである。h2は、メニスカスレンズ成分の像側のレンズ面における軸上マージナル光線の高さである。なお、メニスカスレンズ成分は、第1レンズ群の最も像側に配置されたレンズ成分である。
条件式(9)は、メニスカスレンズ成分へ入射時と出射時の光線高の関係を規定したものである。条件式(9)を満たすことで、球面収差及びコマ収差とともに、ペッツバール和をより効果的に補正することができる。
h1/h2が条件式(9)の下限値を下回る場合、第1レンズ群の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分の像側のレンズ面(凹面)が有する負の屈折力も小さくなる。また、第2レンズ群へ入射する時の光線高が十分に低くならないため、第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズ成分の凹面が有する負の屈折力も小さくなる。つまり、ガウスレンズ群の負の屈折力が小さくなる。これにより、ペッツバール和の良好な補正が困難になる。h1/h2が条件式(9)の上限値を上回る場合、ガウスレンズ群に大きな負の屈折力が必要となるため、ガウスレンズ群を構成する互いに向かい合わせに配置された2つの凹面の曲率が大きくなり過ぎる。このため、球面収差及びコマ収差の発生量を適切な範囲に抑えることが難しくなり、その結果、球面収差及びコマ収差の効果的な補正が困難となる。
また、対物レンズは、以下の条件式を満たすことが望ましい。但し、Ltotalは、物体面から対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。
Ltotal≦65mm (10)
条件式(10)は、実質的に対物レンズの全長を規定した式である。条件式(10)を満たすことで、対物レンズ、及び、対物レンズが装着される装置全体の大きさを小さくすることができる。
なお、対物レンズは、上述したいずれかの条件式を単独で用いても、自由に組み合わせて用いてもよく、どのような組み合わせであっても十分な効果を奏する。また、上述した条件式の上限値、下限値をそれぞれ単独に変更して新たな条件式を作成してもよく、その場合であっても、同様の効果を奏する。
以下、上述した対物レンズの実施例について具体的に説明する。
[実施例1]
図2は、本実施例に係る対物レンズ1の断面図である。対物レンズ1は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1よりも像側に配置された第2レンズ群G2と、からなる。なお、対物レンズ1は、液浸系の顕微鏡用対物レンズである。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、接合レンズCL1と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL3と、両凸レンズであるレンズL4と、接合レンズCL2と、接合レンズCL3と、両凸レンズであるレンズL11と、接合レンズCL4と、含んでいる。
接合レンズCL1は、物体側から順に配置された、物体側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL1と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであるレンズL2からなる。接合レンズCL2は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL5と、両凹レンズであるレンズL6と、両凸レンズであるレンズL7からなる。接合レンズCL3は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL8と、両凸レンズであるレンズL9と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL10からなる。接合レンズCL4は、2枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL12と、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL13からなる。接合レンズCL4は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分である。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凹レンズであるレンズL14と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL15と、を含んでいる。
対物レンズ1の各種データは、以下のとおりである。ここで、Φ1は、第1レンズ群G1の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分である接合レンズCL4に含まれ、接合レンズCL4内の最も像側に配置されたレンズL13の外径である。
NAob= 1.407, Yreso= 0.119mm, |β|= 59.997, Δz1= -0.108μm, DOFd= 0.209μm, n13= 1.5691, R1= 21.482mm, R2= -25.852mm, f1= 8.889mm, fob= 3.000mm, n12= 1.8348, Ltotal= 49.620mm, d12= 5.142mm, h1= 5.440mm, h2= 2.550mm, Φ1=11mm
対物レンズ1のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大(∞)を示している。
対物レンズ1
s r d nd nh νd
0 INF 0.1700 1.52397 1.54042 54.41
1 INF 0.1804 1.51495 1.53747 41.00
2 INF 0.5525 1.51633 1.52977 64.14
3 -1.3539 5.1423 1.83481 1.86892 42.74
4 -3.9835 0.1500
5 -31.7782 1.7004 1.56907 1.58258 71.30
6 -13.4193 0.1500
7 21.4823 3.5431 1.56907 1.58258 71.30
8 -25.8520 0.1500
9 47.7023 4.6001 1.43875 1.44647 94.66
10 -11.1433 0.5000 1.63775 1.66385 42.41
11 15.7885 5.7586 1.43875 1.44647 94.66
12 -11.9231 0.1500
13 43.1492 0.5000 1.63775 1.66385 42.41
14 9.7119 7.0790 1.43875 1.44647 94.66
15 -7.6348 0.5000 1.61336 1.63723 44.49
16 -75.6786 0.1500
17 11.4470 2.6476 1.56907 1.58258 71.30
18 -477.4290 0.1500
19 6.3270 3.3233 1.56907 1.58258 71.30
20 27.2052 3.0573 1.83481 1.86892 42.74
21 3.2192 2.7299
22 -4.2921 0.6719 1.77250 1.79917 49.60
23 19.7083 2.0575
24 -88.9884 4.0191 1.73800 1.77943 32.33
25 -7.7389
ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、ndはd線に対する屈折率を、nhはh線に対する屈折率を、νdはアッベ数を示す。これらの記号は、以降の実施例でも同様である。なお、面番号s0,s1が示す面は、それぞれ物体面(カバーガラスCGの物体側の面)、カバーガラスCGの像側の面である。面番号s2,s25が示す面は、それぞれ対物レンズ1の最も物体側のレンズ面、最も像側のレンズ面である。面番号s1の面と面番号s2の面の間は、浸液で満たされている。
対物レンズ1は、以下で示されるように、条件式(1)から条件式(10)を満たしている。
(1) NAob=1.4066
(2) Yreso×NAob 8=1.826mm
(3) Δz1/DOFd=-0.5187
(4) n13=1.569
(5) |R1|/|R2|=0.831
(6) f1/fob=2.9629
(7) n12=1.835
(8) d12/Ltotal=0.104
(9) h1/h2=2.13
(10) Ltotal=49.62mm
図3は、図2に示す対物レンズ1の収差図であり、像側から無限遠光束が入射したときの物体面における収差を示している。図3(a)は球面収差図であり、図3(b)は正弦条件違反量を示す図であり、図3(c)は非点収差図であり、図3(d)は物体高比0.6(物体高0.13mm)の位置におけるコマ収差図である。なお、図中の“M”はメリディオナル成分、“S”はサジタル成分を示している。
[実施例2]
図4は、本実施例に係る対物レンズ2の断面図である。対物レンズ2は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1よりも像側に配置された第2レンズ群G2と、からなる。なお、対物レンズ2は、液浸系の顕微鏡用対物レンズである。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、接合レンズCL1と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL3と、両凸レンズであるレンズL4と、接合レンズCL2と、接合レンズCL3と、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL11と、接合レンズCL4と、含んでいる。
接合レンズCL1は、物体側から順に配置された、物体側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL1と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであるレンズL2からなる。接合レンズCL2は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL5と、両凹レンズであるレンズL6と、両凸レンズであるレンズL7からなる。接合レンズCL3は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL8と、両凸レンズであるレンズL9と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL10からなる。接合レンズCL4は、2枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL12と、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL13からなる。接合レンズCL4は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分である。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凹レンズであるレンズL14と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL15と、を含んでいる。
対物レンズ2の各種データは、以下のとおりである。ここで、Φ1は、第1レンズ群G1の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分である接合レンズCL4に含まれ、接合レンズCL4内の最も像側に配置されたレンズL13の外径である。
NAob= 1.417, Yreso= 0.113mm, |β|= 59.992, Δz1= -0.091μm, DOFd= 0.206μm, n13= 1.569, R1= 18.999mm, R2= -35.361mm, f1= 9.491mm, fob= 3.000mm, n12= 1.835, Ltotal= 49.620mm, d12= 5.272mm, h1= 5.434mm, h2= 2.654mm, Φ1=11.1mm
対物レンズ2のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ2
s r d nd nh νd
0 INF 0.1700 1.52397 1.54042 54.41
1 INF 0.1804 1.51495 1.53747 41.00
2 INF 0.5525 1.51633 1.52977 64.14
3 -1.3089 5.2716 1.83481 1.86892 42.74
4 -4.0679 0.1500
5 -33.5222 1.7196 1.56907 1.58258 71.30
6 -13.9943 0.1500
7 18.9987 3.4627 1.56907 1.58258 71.30
8 -35.3610 0.1500
9 33.4656 4.8814 1.43875 1.44647 94.66
10 -12.0808 0.5000 1.63775 1.66385 42.41
11 14.9689 5.7755 1.43875 1.44647 94.66
12 -12.6497 0.1500
13 38.7158 0.5000 1.63775 1.66385 42.41
14 9.5240 7.1835 1.43875 1.44647 94.66
15 -7.5841 0.5000 1.63775 1.66385 42.41
16 -55.9822 0.1500
17 11.1111 2.6156 1.56907 1.58258 71.30
18 191.1484 0.1500
19 6.2864 3.4593 1.56907 1.58258 71.30
20 25.2360 2.6874 1.83481 1.86892 42.74
21 3.3456 2.9026
22 -4.6559 0.5000 1.77250 1.79917 49.60
23 16.2912 2.6773
24 -102.5151 3.1811 1.73800 1.77943 32.33
25 -7.9332
対物レンズ2は、以下で示されるように、条件式(1)から条件式(10)を満たしている。
(1) NAob= 1.4166
(2) Yreso×NAob 8= 1.832mm
(3) Δz1/DOFd= -0.4422
(4) n13= 1.569
(5) |R1|/|R2|= 0.537
(6) f1/fob= 3.1632
(7) n12= 1.835
(8) d12/Ltotal= 0.106
(9) h1/h2= 2.05
(10) Ltotal= 49.62mm
図5は、図4に示す対物レンズ2の収差図であり、像側から無限遠光束が入射したときの物体面における収差を示している。図5(a)は球面収差図であり、図5(b)は正弦条件違反量を示す図であり、図5(c)は非点収差図であり、図5(d)は物体高比0.6(物体高0.13mm)の位置におけるコマ収差図である。
[実施例3]
図6は、本実施例に係る対物レンズ3の断面図である。対物レンズ3は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1よりも像側に配置された第2レンズ群G2と、からなる。なお、対物レンズ3は、液浸系の顕微鏡用対物レンズである。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、接合レンズCL1と、両凸レンズであるレンズL3と、両凸レンズであるレンズL4と、接合レンズCL2と、接合レンズCL3と、接合レンズCL4と、接合レンズCL5と、含んでいる。
接合レンズCL1は、物体側から順に配置された、物体側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL1と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであるレンズL2からなる。接合レンズCL2は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL5と、両凹レンズであるレンズL6と、両凸レンズであるレンズL7からなる。接合レンズCL3は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL8と、両凸レンズであるレンズL9と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL10からなる。接合レンズCL4は、2枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL11と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL12からなる。接合レンズCL5は、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL13と、両凹レンズであるレンズL14からなる。接合レンズCL5は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分である。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凹レンズであるレンズL15と、接合レンズCL6と、を含んでいる。接合レンズCL6は、物体側から順に配置された、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL16と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL17とからなる。
対物レンズ3の各種データは、以下のとおりである。ここで、Φ1は、第1レンズ群G1の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分である接合レンズCL5に含まれ、接合レンズCL5内の最も像側に配置されたレンズL14の外径である。
NAob= 1.450, Yreso= 0.093mm, |β|= 99.913, Δz1= 0.129μm, DOFd= 0.197μm, n13= 1.439, R1= 26.716mm, R2= -34.654mm, f1= 4.213mm, fob= 1.802mm, n12= 1.804, Ltotal= 49.045mm, d12= 3.245mm, h1= 4.020mm, h2= 1.546mm, Φ1=7.2mm
対物レンズ3のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ3
s r d nd nh νd
0 INF 0.1700 1.52397 1.54042 54.41
1 INF 0.1502 1.51495 1.53747 41.00
2 INF 0.4895 1.51633 1.52977 64.14
3 -2.5256 3.2449 1.80400 1.83385 46.53
4 -2.7580 0.1500
5 57.0411 2.7388 1.56907 1.58258 71.30
6 -15.1633 0.1500
7 26.7162 2.0636 1.43875 1.44647 94.66
8 -34.6539 0.1500
9 12.0693 5.5296 1.43875 1.44647 94.66
10 -9.3615 1.3000 1.63775 1.66385 42.41
11 12.2890 4.9604 1.43875 1.44647 94.66
12 -10.2507 0.1500
13 38.3223 1.2000 1.75500 1.77954 52.32
14 12.9929 4.9349 1.43875 1.44647 94.66
15 -6.7513 1.1000 1.75500 1.77954 52.32
16 -13.8019 0.1500
17 12.8304 3.7776 1.43875 1.44647 94.66
18 -8.0374 1.0000 1.75500 1.77954 52.32
19 -28.8995 0.1500
20 5.1902 5.3476 1.56907 1.58258 71.30
21 -10.1104 1.0000 1.63775 1.66385 42.41
22 2.3315 1.7000
23 -3.3075 1.0000 1.75500 1.77954 52.32
24 16.1481 1.1000
25 -5.4713 1.0000 1.51633 1.52977 64.14
26 -22.0790 4.3375 1.73800 1.77943 32.33
27 -5.8878
対物レンズ3は、以下で示されるように、条件式(6)及び条件式(8)を除き、条件式(1)から条件式(10)を満たしている。
(1) NAob= 1.4498
(2) Yreso×NAob 8= 1.823mm
(3) Δz1/DOFd= 0.6566
(4) n13= 1.439
(5) |R1|/|R2|= 0.771
(6) f1/fob= 2.3387
(7) n12= 1.804
(8) d12/Ltotal= 0.066
(9) h1/h2= 2.60
(10) Ltotal= 49.04mm
図7は、図6に示す対物レンズ3の収差図であり、像側から無限遠光束が入射したときの物体面における収差を示している。図7(a)は球面収差図であり、図7(b)は正弦条件違反量を示す図であり、図7(c)は非点収差図であり、図7(d)は物体高比0.6(物体高0.08mm)の位置におけるコマ収差図である。
[実施例4]
図8は、本実施例に係る対物レンズ4の断面図である。対物レンズ4は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1よりも像側に配置された第2レンズ群G2と、からなる。なお、対物レンズ4は、液浸系の顕微鏡用対物レンズである。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、接合レンズCL1と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL3と、両凸レンズであるレンズL4と、接合レンズCL2と、接合レンズCL3と、接合レンズCL4と、接合レンズCL5と、含んでいる。
接合レンズCL1は、物体側から順に配置された、物体側に平面を向けた平凸レンズであるレンズL1と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであるレンズL2からなる。接合レンズCL2は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL5と、両凹レンズであるレンズL6と、両凸レンズであるレンズL7からなる。接合レンズCL3は、3枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、像側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL8と、両凸レンズであるレンズL9と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL10からなる。接合レンズCL4は、2枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL11と、両凹レンズであるレンズL12からなる。接合レンズCL5は、物体側から順に配置された、両凸レンズであるレンズL13と、両凹レンズであるレンズL14からなる。接合レンズCL5は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分である。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凹レンズであるレンズL15と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL16と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズL17と、を含んでいる。
対物レンズ4の各種データは、以下のとおりである。ここで、Φ1は、第1レンズ群G1の最も像側に配置されたメニスカスレンズ成分である接合レンズCL5に含まれ、接合レンズCL5内の最も像側に配置されたレンズL14の外径である。
NAob= 1.486, Yreso= 0.057mm, |β|= 99.847, Δz1= 0.136μm, DOFd= 0.187μm, n13= 1.569, R1= 32.120mm, R2= -32.120mm, f1= 4.588mm, fob= 1.803mm, n12= 1.755, Ltotal= 49.417mm, d12= 3.260mm, h1= 3.957mm, h2= 1.530mm, Φ1=7.4mm
対物レンズ4のレンズデータは、以下のとおりである。
対物レンズ4
s r d nd nh νd
0 INF 0.1700 1.52397 1.54042 54.41
1 INF 0.1500 1.51495 1.53747 41.00
2 INF 0.7500 1.51823 1.53315 58.90
3 -2.8807 3.2600 1.75500 1.77954 52.32
4 -2.8995 0.1200
5 -37.8958 3.3980 1.56907 1.58258 71.30
6 -8.5504 0.2097
7 32.1203 2.2496 1.56907 1.58258 71.30
8 -32.1203 0.1500
9 14.7319 6.7160 1.43875 1.44647 94.66
10 -8.2417 0.9500 1.63775 1.66385 42.41
11 21.2280 4.6469 1.43875 1.44647 94.66
12 -10.2146 0.1894
13 73.5000 0.7500 1.75500 1.77954 52.32
14 8.2427 5.4936 1.43875 1.44647 94.66
15 -6.7129 0.7500 1.63775 1.66385 42.41
16 -19.3432 0.8771
17 10.2057 2.7708 1.43875 1.44647 94.66
18 -26.7569 0.7500 1.63775 1.66385 42.41
19 97.7100 0.3597
20 5.4558 3.5551 1.56907 1.58258 71.30
21 -13.8634 3.4091 1.75500 1.77954 52.32
22 2.5361 1.8500
23 -2.5957 0.9971 1.63775 1.66385 42.41
24 25.6406 2.7471
25 -62.1642 2.1476 1.73800 1.77943 32.33
26 -6.6546
対物レンズ4は、以下で示されるように、条件式(7)及び条件式(8)を除き、条件式(1)から条件式(10)を満たしている。
(1) NAob= 1.4864
(2) Yreso×NAob 8= 1.374mm
(3) Δz1/DOFd= 0.7284
(4) n13= 1.569
(5) |R1|/|R2|= 1.000
(6) f1/fob= 2.5451
(7) n12= 1.755
(8) d12/Ltotal= 0.066
(9) h1/h2= 2.59
(10) Ltotal= 49.42mm
図9は、図8に示す対物レンズ4の収差図であり、像側から無限遠光束が入射したときの物体面における収差を示している。図9(a)は球面収差図であり、図9(b)は正弦条件違反量を示す図であり、図9(c)は非点収差図であり、図9(d)は物体高比0.6(物体高0.07mm)の位置におけるコマ収差図である。
1、2、3、4 対物レンズ
CL1、CL2、CL3、CL4、CL5 接合レンズ
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、
L10、L11、L12、L13、L14、L15、L16、L17 レンズ

Claims (11)

  1. 液浸系の顕微鏡対物レンズであって、
    物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ成分を最も像側に配置した第1レンズ群と、
    前記第1レンズ群よりも像側に配置された第2レンズ群とからなり、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    1.4<NAob≦1.51 (1)
    1.30mm≦Yreso×NAob 8 (2)
    但し、NAobは、前記顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、Yresoは、d線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置と交わる光軸と直交する平面上の領域であってd線に対するRMS波面収差が0.1λd以下となる領域の最大物体高、λdは、d線の波長である。
  2. 請求項1に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    40倍以上の倍率を有する
    ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    -2≦Δz1/DOFd≦2 (3)
    但し、Δz1は、h線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置とd線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差、DOFdは、d線に対する焦点深度である。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第1レンズ群は、最も物体側に第1接合レンズを含み、
    前記第1接合レンズは、物体側から順に、
    物体側に平面を向けた平凸レンズと、
    物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズと、からなる
    ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  5. 請求項4に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第1レンズ群は、さらに、両凸レンズを含み、
    前記両凸レンズは、前記顕微鏡対物レンズのレンズ成分のうち、物体側から数えて3番目以内のレンズ成分に含まれ、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    1.4≦n13≦1.85 (4)
    但し、n13は、前記両凸レンズのd線に対する屈折率である。
  6. 請求項5に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    0≦|R1|/|R2|≦1 (5)
    但し、R1は、前記両凸レンズの物体側のレンズ面の曲率半径、R2は、前記両凸レンズの像側のレンズ面の曲率半径である。
  7. 請求項5又は請求項6に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    前記第2レンズ群は、
    最も物体側に、物体側に凹面を向けたレンズ成分と、
    少なくとも1つのレンズ成分と、を含む
    ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
  8. 請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    2.4≦f1/fob (6)
    1.8≦n12≦1.85 (7)
    但し、f1は、前記第1接合レンズのd線に対する焦点距離、fobは、前記顕微鏡対物レンズのd線に対する焦点距離、n12は、前記メニスカスレンズのd線に対する屈折率である。
  9. 請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    0.095≦d12/Ltotal (8)
    但し、d12は、前記メニスカスレンズの光軸上における厚さ、Ltotalは、物体面から前記顕微鏡対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。
  10. 請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    2≦h1/h2≦3 (9)
    但し、h1は、前記メニスカスレンズ成分の物体側のレンズ面における軸上マージナル光線の高さ、h2は、前記メニスカスレンズ成分の像側のレンズ面における軸上マージナル光線の高さである。
  11. 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
    Ltotal≦65mm (10)
    但し、Ltotalは、物体面から前記顕微鏡対物レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。
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