JP2019191273A - 対物レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】共焦点顕微鏡を用いた蛍光観察に好適な対物レンズを提供する。【解決手段】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からなる。対物レンズ１は、以下の条件式を満たす。0≦|Δz1|/DOFe≦1.5 （１）0≦|Δz2|/DOFe≦1.5 （２）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e線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差である。Δz2は、800nmの波長の光に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置とe線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差である。DOFeは、e線に対する焦点深度である。【選択図】図２

Description

本明細書の開示は、対物レンズに関する。
近年、生物顕微鏡分野では、蛍光観察において共焦点顕微鏡が注目されている。共焦点顕微鏡は、対物レンズの光軸と直交するXY方向および光軸と平行なZ方向に高い分解能を有している。さらに、共焦点顕微鏡は、ステージの３次元移動と画像取得との繰り返しにより得られる複数の画像を繋げ合わせて、大きい体積を持つ標本の３次元構造を解析する、といった用途にも使用される。
上記の用途に着目すると、共焦点顕微鏡に用いられる対物レンズには、励起波長と蛍光波長の両方に対して軸上色収差が十分に小さいことが望まれる。また、大きな標本の３次元構造を短時間で解析するためには、広視野を有し且つその広い範囲で良好な収差性能を有することが求められる。
広い波長域で色収差が良好に補正された従来の対物レンズは、例えば、特許文献１に記載されている。
米国特許出願公開第２００７／００９１４５４号明細書
しかしながら、特許文献１に記載の対物レンズでは、短波長域において軸上色収差が十分に補正されない。このため、共焦点顕微鏡に用いた場合に、特に短波長域において、十分な分解能を有する共焦点観察を行うことが難しい。
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、共焦点顕微鏡を用いた蛍光観察に好適な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レンズ群よりも前記像側に配置された第２レンズ群とからなる。前記対物レンズは、以下の条件式を満たす。
0≦|Δz1|/DOFe≦1.5 （１）
0≦|Δz2|/DOFe≦2 （２）
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e線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差である。Δz2は、800nmの波長の光に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置と前記e線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差である。DOFeは、前記e線に対する焦点深度である。
上記の態様によれば、共焦点顕微鏡を用いた蛍光観察に好適な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。 本発明の実施例５に係る対物レンズ５の断面図である。 図１０に示す対物レンズ５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、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。
第１レンズ群は、物点からの発散光線束に第１レンズ群内で収斂作用を与える。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。
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。
この対物レンズは、以下の条件式を満たしている。
0≦|Δz1|/DOFe≦1.5 （１）
0≦|Δz2|/DOFe≦2 （２）
但し、Δz1は、逆光線追跡におけるh線最小位置とe線最小位置の差、つまり、これらの位置間の距離である。DOFeは、e線に対する焦点深度である。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。e線最小位置とは、逆光線追跡におけるe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。Δz2は、逆光線追跡における800nmの波長の光に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置とe線最小位置の差である。また、焦点深度DOFeの算出式は、対物レンズの物体側の開口数をNAob、ｅ線の波長をλｅ、浸液の屈折率をnimとすると、DOFe＝nim×λｅ/（２×NAob ２）である。なお、乾燥系対物レンズの場合はnim=1である。
条件式（１）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。生物系の共焦点顕微鏡光学系では、励起波長と蛍光波長に対して色収差が発生すると、分解能が低下するだけではなく、信号の強度が極端に低下してしまう。このため、深さ方向（z方向）の構造解析が非常に困難になる。また、生物顕微鏡の分野では、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ている。このため、共焦点顕微鏡を用いて短波長域から可視域まで高い分解能で構造解析を行うためには、対物レンズのh線とe線の軸上色収差特性は重要である。
|Δz1|/DOFeが条件式（１）の上限値を上回ると、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、走査光学系などの共焦点顕微鏡の装置内の光学系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、装置内の光学系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、装置内の光学系で収差を補償するということは、その光学系自体に収差を持たせることを意味する。そのため、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、軸上色収差を装置内の光学系に補償させることは好ましくない。条件式（１）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。
条件式（２）は、主に、近赤外域に対する軸上色収差を良好に補正するための条件式である。|Δz2|/DOFeが条件式（２）の上限値を上回ると、近赤外域に対する軸上色収差が大きくなりすぎてしまう。
条件式（１）に加えて条件式（２）を満たすことで、より広い波長域で軸上色収差を良好に補正することが可能となる。このため、短波長域と長波長域の両方に対して高い色収差特性を同時に実現することができる。従って、例えば、共焦点顕微鏡を用いて、短波長から長波長までの範囲内において多波長励起を行った場合であっても、良好な観察及び解析が可能である。
なお、対物レンズは、条件式（１）の代わりに条件式（１−１）又は条件式（１−２）を満たすことが望ましい。また、対物レンズは、条件式（２）の代わりに条件式（２−１）又は条件式（２−２）を満たすことが望ましい。
0≦|Δz1|/DOFe≦1.3 （１−１）
0≦|Δz1|/DOFe≦1 （１−２）
0≦|Δz2|/DOFe≦1.5 （２−１）
0≦|Δz2|/DOFe≦1 （２−２）
以上のように構成された対物レンズは、広い波長域且つ広い視野において良好に収差を補正することができる。このため、共焦点顕微鏡を用いた蛍光観察に好適である。
この対物レンズは、条件式（２）の代わりに以下の条件式を満たしてもよい。
9mm≦Yreso×|β|≦20mm （３）
但し、Yresoは、e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e線に対するRMS波面収差が0.2λe以下となる領域の最大物体高である。λeは、e線の波長である。βは、対物レンズの倍率である。なお、対物レンズの倍率は、180mm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。
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、e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、e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、e線最小断面の各点において、（e線に対するRMS波面収差）/λeを算出する。次に、e線最小断面のうちの、（e線に対するRMS波面収差）/λe≦0.2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（３）は、広い面積を持つ標本の構造解析を短時間で行うための条件式である。広い面積を持つ標本の構造解析を短時間で行うためには、１フレーム当たりで広範囲を撮像し、且つ、高分解能な画像取得をする必要がある。条件式（３）を満たすことで、対物レンズを用いた観察で良好な周辺分解能を得ることができるため、広視野かつ高分解能の画像取得が可能となる。
Yreso×|β|が条件式（３）の下限値を下回ると、対物レンズの軸外収差が過度に大きくなるため、結像レンズでの大幅な収差の補償が求められる。しかしながら、結像レンズで大きな軸外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ため、条件式（１）において上述した理由から好ましくない。一方、Yreso×|β|が条件式（３）の上限値を上回ると、一次結像位置において軸外収差が良好な範囲が広くなるが、そこまでの範囲の画像を取得しようとすると、撮像素子やそれを保持するユニットが大型になるため好ましくない。
なお、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。
9.5mm≦Yreso×|β|≦17mm （３−１）
10mm≦Yreso×|β|≦15mm （３−２）
以上のように構成された対物レンズでは、第１レンズ群は、最も物体側に像側に凸面を向けた第１レンズ成分を含み、以下の条件式を満たすことが望ましい。
1.5≦n1≦1.85 （４）
但し、n1は、第１レンズ成分に含まれるレンズのe線に対する屈折率のうちの最も高い屈折率である。即ち、第１レンズ成分が単レンズの場合には、n1はその単レンズのe線に対する屈折率であり、第１レンズ成分が接合レンズの場合には、n1はその接合レンズを構成するレンズのうちのより屈折率が高いレンズのe線に対する屈折率である。
条件式（４）を満たすことで、さらに球面収差が良好に補正され、且つ、短波長での高分解能の蛍光観察が可能となる。一般的に屈折率が高い光学材料は、短波長に対する吸収率が高く及び自家蛍光が多く発生する。このため、短波長域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。
n1が条件式（４）の上限値を上回らないことで、SN比が高い蛍光画像が得られ、高分解能の蛍光観察および構造解析が可能となる。また、n1が条件式（４）の下限値を下回らないことで、第１レンズ成分での球面収差の発生を小さく抑えながら、第１レンズ成分から出射する光線の発散を小さく抑えることができる。このため、対物レンズ全体で球面収差を良好に補正することが可能となる。
また、第２レンズ群は、複数のレンズ成分を含むことが望ましい。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レンズ群が複数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。
また、対物レンズは、３枚接合レンズを含み、以下の条件式を満たすことが望ましい。但し、NAobは、対物レンズの物体側の開口数である。
0.5≦NAob （５）
条件式（５）を満たす高い開口数を有する対物レンズの焦点深度は短い。このため、より精度の高い色収差補正が要求される。対物レンズが３枚接合レンズを含むことで、３枚接合レンズを色消しレンズ成分として機能させることができるため、対物レンズ内のスペースを有効に使いながら効果的に色収差補正をすることが可能となる。また、色消しレンズ成分はマージナル光線高さが高い領域に配置されることにより、十分に作用するが、そのような領域に配置した場合、必然的にレンズ径が大きくなってしまう。色消しレンズ成分が３枚接合レンズであることで、レンズ径が大きくなってもレンズ成分の剛性を強く保つことが可能となる。
上記の３枚接合レンズは、負レンズと、その負レンズの両側に１つずつ配置された２つの正レンズと、からなることが望ましい。即ち、３枚接合レンズは、物体側から順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズからなることが望ましい。
３枚接合レンズを正負正の３枚接合レンズとすることで、負レンズの両側のレンズ面に色収差を補正する作用を持たせることが可能となる。このため、３枚接合レンズでより効果的に色収差を補正することができる。
また、対物レンズは、条件式（６）を満たす液浸系の対物レンズであってもよく、その場合、条件式（７）を満たすことが望ましい。但し、fobは、対物レンズのe線に対する焦点距離である。f1は、第１レンズ成分のe線に対する焦点距離である。
1≦NAob （６）
-0.2≦fob/f1≦0.43 （７）
条件式（６）を満たす高い開口数を有する液浸系の対物レンズでは、球面収差の発生を特に小さく抑えながら、光線の発散を抑える必要がある。条件式（７）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しながら、球面収差及び軸上色収差を効果的に補正することが可能になる。
fob/f1が条件式（７）の下限値を下回らないことで、第１レンズ成分から出射する光線束の発散が大きくなりすぎることを防ぐことができる。これにより、第１レンズ成分よりも像側に配置された光学系（以降、第２レンズ成分以降の光学系と記す。）における軸上マージナル光線高さが高くなりすぎることがないため、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。また、fob/f1が条件式（７）の上限値を上回らないことで、第２レンズ成分以降の光学系において、軸上マージナル光線高さの高低差をつけやすくなる。このため、ペッツバール和を良好に補正することが可能となる。特に、液浸系の対物レンズでは、最も物体側のレンズ面が浸液と接するため屈折率差が小さくなり、その結果、ペッツバール和を第１レンズ成分で大きく補正することができない。このため、第２レンズ成分以降の光学系でペッツバール和を補正することが望ましい。
なお、対物レンズは、条件式（７）の代わりに条件式（７−１）又は条件式（７−２）を満たすことが望ましい。
-0.1≦fob/f1≦0.38 （７−１）
0≦fob/f1≦0.34 （７−２）
また、対物レンズは、条件式（８）を満たす乾燥系の対物レンズであってもよく、その場合、光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのレンズ成分を含むことが望ましい。
0.85≦NAob＜1 （８）
条件式（８）を満たす高い開口数を有する乾燥系の対物レンズでは、カバーガラスの厚さ及び屈折率のわずかな変化に対して球面収差が大きく変動してしまう。光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのレンズ成分（以降、移動レンズ成分と記す）を含むことで、球面収差の変動を移動レンズ成分の移動によって補償することが可能となる。
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、乾燥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、両凸レンズであるレンズＬ１と、接合レンズＣＬ１と、を含んでいる。レンズＬ１は、対物レンズ１の第１レンズ成分である。接合レンズＣＬ１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Ｌ２と、両凹レンズであるレンズＬ３からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、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Ｌ８と、を含んでいる。接合レンズＣＬ２は、２枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凹レンズであるレンズＬ４と、両凸レンズであるレンズＬ５からなる。接合レンズＣＬ３は、２枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、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。
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、fG1は、第１レンズ群のe線に対する焦点距離である。fG2は、第２レンズ群のe線に対する焦点距離である。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ＣＬ１を構成する最も像側のレンズＬ３の外径である。
NAob=0.160, fob=45.000mm, |Δz1|=3.3μm, |Δz2|=6.6μm, DOFe=10.66μm, Yreso=3.2mm, ｜β｜=4, n1=1.51825, f1=21.069mm, fG1=21.637mm, fG2=56.531mm, Φ1=9mm
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 ne nh n800 νd
0 INF 0.170 1.52626 1.54042 1.51696 54.41
1 INF 13.244
2 20.4097 3.268 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
3 -22.1977 8.021
4 9.8755 3.090 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
5 -10.1728 1.733 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
6 7.3477 2.746
7 -5.7177 2.523 1.75844 1.77954 1.74454 52.32
8 36.266 2.977 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
9 -8.5226 0.471
10 -20.1257 1.561 1.48915 1.49898 1.48224 70.23
11 20.4365 3.897 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
12 -18.1858 0.301
13 185.9612 3.570 1.49846 1.5072 1.49253 81.54
14 -14.0427
ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、neはe線に対する屈折率を、nhはh線に対する屈折率を、n800は800nmの波長の光に対する屈折率を、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,s14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。
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（４）を満たしている。
（１） |Δz1|/DOFe=0.31
（２） |Δz2|/DOFe=0.62
（３） Yreso×|β|=12.80mm
（４） n1=1.51825
（５）、（６）、（８） NAob =0.160
（７） fob/f1=2.136
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1.99 mm）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、乾燥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、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ１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Ｌ２と、両凸レンズであるレンズＬ３と、接合レンズＣＬ１と、接合レンズＣＬ２と、を含んでいる。
レンズＬ１は、対物レンズ２の第１レンズ成分である。接合レンズＣＬ１は、正負正の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Ｌ４と、両凹レンズであるレンズＬ５と、両凸レンズであるレンズＬ６からなる。接合レンズＣＬ２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Ｌ７と、両凹レンズであるレンズＬ８からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカス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。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ＣＬ２を構成する最も像側のレンズＬ８のの外径である。
NAob=0.800, fob=9.000mm, |Δz1|=0.02μm, |Δz2|=0.08μm, DOFe=0.43μm, Yreso=0.64mm, ｜β｜=20, n1=1.77621, f1=36.36mm, fG1=5.805mm, fG2=109.708mm, Φ1=13mm
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 ne nh n800 νd
0 INF 0.170 1.52626 1.54042 1.51696 54.41
1 INF 1.220
2 -4.0367 5.316 1.77621 1.79917 1.76131 49.60
3 -5.5638 0.278
4 -8.3753 3.921 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
5 -7.3726 0.296
6 30.0778 3.701 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
7 -18.1688 2.218
8 18.2379 7.051 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
9 -13.3079 1.500 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
10 12.5928 5.289 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
11 -15.1109 0.497
12 10.8229 4.943 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
13 -18.5 1.500 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
14 8.2723 5.000
15 -6.3912 2.646 1.74435 1.76491 1.73077 52.64
16 -10.7265 0.731
17 -20.9997 3.049 1.74341 1.77951 1.72245 32.26
18 -11.4968
対物レンズ２は、以下で示されるように、条件式（７）を除き、条件式（１）から条件式（８）を満たしている。
（１） |Δz1|/DOFe= 0.05
（２） |Δz2|/DOFe= 0.19
（３） Yreso×|β|=12.80mm
（４） n1= 1.77621
（５）、（６）、（８） NAob = 0.8
（７） fob/f1=0.248
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0.40 mm）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、乾燥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、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであるレンズＬ１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Ｌ２と、接合レンズＣＬ１と、接合レンズＣＬ２と、接合レンズＣＬ３と、接合レンズＣＬ４と、を含んでいる。なお、接合レンズＣＬ１は光軸に沿って移動可能な移動レンズ成分である。
レンズＬ１は、対物レンズ３の第１レンズ成分である。接合レンズＣＬ１は、２枚接合レンズであり、物体側から順に配置された、両凹レンズであるレンズＬ３と、両凸レンズであるレンズＬ４からなる。接合レンズＣＬ２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Ｌ５と、両凸レンズであるレンズＬ６からなる。接合レンズＣＬ３は、正負正の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Ｌ７と、両凹レンズであるレンズＬ８と、両凸レンズであるレンズＬ９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Ｌ１０と、両凹レンズであるレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、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Ｌ１３と、を含んでいる。
対物レンズ３の各種データは、以下のとおりである。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を構成する最も像側のレンズＬ１１のの外径である。
NAob= 0.945, fob= 4.500mm, |Δz1|= 0.04μm, |Δz2|= 0.17μm, DOFe= 0.31μm, Yreso= 0.29mm, ｜β｜= 40, n1= 1.77621, f1= 10.117mm, fG1= 2.688mm, fG2= 64.133mm, Φ1=7mm
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 ne nh n800 νd
0 INF t 1.52626 1.54042 1.51696 54.41
1 INF d0
2 -3.0339 3.681 1.77621 1.79917 1.76131 49.60
3 -3.3487 0.200
4 -7.2937 2.241 1.57098 1.58258 1.56334 71.30
5 -5.5255 D1
6 -45.764 1.200 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
7 12.7782 3.875 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
8 -14.198 D2
9 71.1197 1.500 1.61664 1.63723 1.6035 44.49
10 15.0477 6.788 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
11 -10.4578 0.300
12 11.6236 6.847 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
13 -10.3782 1.550 1.48915 1.49898 1.48224 70.23
14 6.6859 4.219 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
15 -32.513 0.300
16 13.9497 4.787 1.49846 1.5072 1.49253 81.54
17 -6.1667 1.000 1.88815 1.92092 1.86792 40.76
18 7.744 3.857
19 -4.5391 1.541 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
20 -9.3597 0.873
21 -12.8369 2.219 1.7434 1.77943 1.72248 32.33
22 -7.2219
面番号s0と面番号s1の間の面間隔tは、カバーガラスＣＧの厚さであり、カバーガラスＣＧに応じて変化する可変量である。面番号s1と面番号s2の間の面間隔d0は、カバーガラスＣＧと対物レンズ３の間の空気間隔であり、カバーガラスＣＧに応じて変化する可変量である。面番号s5と面番号s6の間の面間隔D1と面番号s8と面番号s9の間の面間隔D2は、それぞれ移動レンズ成分と移動レンズ成分に隣接するレンズ成分との間の空気間隔であり、移動レンズ成分の位置に応じて変化する可変量である。移動レンズ成分の位置は、例えばカバーガラスＣＧの厚さに応じて調整される。
これらの可変量の関係は以下のとおりである。
t(カバーガラス厚) 0.17 0.11 0.23
d0 0.411 0.441 0.382
D1 0.766 1.178 0.330
D2 0.742 0.330 1.178
対物レンズ３は、以下で示されるように、条件式（７）を除き、条件式（１）から条件式（８）を満たしている。
（１） |Δz1|/DOFe= 0.13
（２） |Δz2|/DOFe= 0.56
（３） Yreso×|β|= 11.60mm
（４） n1= 1.77621
（５）、（６）、（８） NAob = 0.945
（７） fob/f1= 0.445
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0.20 mm）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、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、を含んでいる。
接合レンズＣＬ１は、対物レンズ４の第１レンズ成分である。接合レンズＣＬ１は、２枚接合レンズであり、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、正負正の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、負正負の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と、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と、からなる。
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４の各種データは、以下のとおりである。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を構成する最も像側のレンズＬ１３のの外径である。
NAob= 1.410, fob= 2.999mm, |Δz1|= 0.02μm, |Δz2|= 0.22μm, DOFe= 0.21μm, Yreso= 0.18mm, ｜β｜= 60, n1= 1.83945, f1= 9.544mm, fG1= 2.511mm, fG2= -27.949mm, Φ1=11.5mm
対物レンズ４のレンズデータは、以下のとおりである。なお、面番号s1と面番号s2の間には、浸液が満たされている。
対物レンズ４
s r d ne nh n800 νd
0 INF 0.17 1.52626 1.54042 1.51696 54.41
1 INF 0.18 1.51793 1.53747 1.50657 41.00
2 INF 0.540 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
3 -1.319 5.348 1.83945 1.86893 1.82109 42.73
4 -4.1166 0.150
5 -78.3319 1.963 1.57098 1.58258 1.56335 71.30
6 -14.9285 0.150
7 18.406 3.895 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
8 -25.3193 0.150
9 31.1937 5.046 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
10 -11.9163 0.500 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
11 16.5897 5.162 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
12 -12.8588 0.150
13 38.1374 0.500 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
14 8.9209 7.020 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
15 -7.4439 0.500 1.61664 1.63723 1.6035 44.49
16 -71.7589 0.150
17 11.8705 2.165 1.57098 1.58258 1.56335 71.30
18 96.6908 0.150
19 6.2225 3.339 1.57098 1.58258 1.56334 71.30
20 21.2446 3.016 1.83945 1.86893 1.82109 42.73
21 3.3871 2.7792
22 -4.4975 0.5 1.77621 1.79917 1.76131 49.60
23 15.9215 2.0396
24 -160.5239 4.056 1.74341 1.77951 1.72245 32.26
25 -7.7872
対物レンズ４は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（８）を満たしている。
（１） |Δz1|/DOFe= 0.10
（２） |Δz2|/DOFe= 1.06
（３） Yreso×|β|= 10.80mm
（４） n1= 1.83945
（５）、（６）、（８） NAob = 1.41
（７） fob/f1= 0.314
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0.13 mm）の位置におけるコマ収差図である。
［実施例５］
図１０は、本実施例に係る対物レンズ５の断面図である。対物レンズ５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５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、を含んでいる。
接合レンズＣＬ１は、対物レンズ５の第１レンズ成分である。接合レンズＣＬ１は、２枚接合レンズであり、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、正負正の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、負正負の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と、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と、からなる。接合レンズＣＬ５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Ｌ１３と、両凹レンズであるレンズＬ１４と、からなる。
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、２枚接合レンズであり、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５の各種データは、以下のとおりである。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を構成する最も像側のレンズＬ１４のの外径である。
NAob= 1.453, fob= 1.800mm, |Δz1|= 0.13μm, |Δz2|= 0.18μm, DOFe= 0.20μm, Yreso= 0.11mm, ｜β｜= 100, n1= 1.80811, f1= 4.191mm, fG1= 2.048mm, fG2= -12.116mm, Φ1=7mm
対物レンズ５のレンズデータは、以下のとおりである。なお、面番号s1と面番号s2の間には、浸液が満たされている。
対物レンズ５
s r d ne nh n800 νd
0 INF 0.17 1.52626 1.54042 1.51696 54.41
1 INF 0.15 1.51793 1.53747 1.50657 41.00
2 INF 0.490 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
3 -2.5256 3.245 1.80811 1.83385 1.79174 46.53
4 -2.758 0.150
5 57.0411 2.739 1.57098 1.58258 1.56335 71.30
6 -15.1633 0.150
7 26.7162 2.064 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
8 -34.6539 0.150
9 12.0693 5.530 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
10 -9.3615 1.300 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
11 12.289 4.960 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
12 -10.2507 0.150
13 38.3223 1.200 1.75844 1.77954 1.74454 52.32
14 12.9929 4.935 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
15 -6.7513 1.100 1.75844 1.77954 1.74454 52.32
16 -13.8019 0.150
17 12.8304 3.778 1.43986 1.44647 1.43532 94.66
18 -8.0374 1.000 1.75844 1.77954 1.74454 52.32
19 -28.8995 0.150
20 5.1902 5.3476 1.57098 1.58258 1.56335 71.30
21 -10.1104 1 1.64132 1.66385 1.62703 42.41
22 2.3315 1.7
23 -3.3075 1 1.75844 1.77954 1.74454 52.32
24 16.1481 1.1
25 -5.4713 1 1.51825 1.52977 1.51032 64.14
26 -22.079 4.3375 1.7434 1.77943 1.72248 32.33
27 -5.8878
対物レンズ５は、以下で示されるように、条件式（１）から条件式（８）を満たしている。
（１） |Δz1|/DOFe= 0.66
（２） |Δz2|/DOFe= 0.92
（３） Yreso×|β|= 11.00mm
（４） n1= 1.80811
（５）、（６）、（８） NAob = 1.453
（７） fob/f1= 0.429
図１１は、図１０に示す対物レンズ５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１１（ａ）は球面収差図であり、図１１（ｂ）は正弦条件違反量を示す図であり、図１１（ｃ）は非点収差図であり、図１１（ｄ）は物体高比0.6（物体高0.08 mm）の位置におけるコマ収差図である。
１、２、３、４、５ 対物レンズ
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６ 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 (8)

  1. 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レンズ群よりも前記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対物レンズ。
    0≦|Δz1|/DOFe≦1.5 （１）
    0≦|Δz2|/DOFe≦2 （２）
    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e線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差、Δz2は、800nmの波長の光に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置とe線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差、DOFeは、e線に対する焦点深度である。
  2. 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対物レンズ。
    0≦|Δz1|/DOFe≦1.5 （１）
    9mm≦Yreso×|β|≦20mm （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e線に対するRMS波面収差が最小となる軸上位置の差、DOFeは、e線に対する焦点深度、Yresoは、e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e線に対するRMS波面収差が0.2λe以下となる領域の最大物体高、λeは、e線の波長、βは、前記対物レンズの倍率である。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の対物レンズにおいて、
    前記第１レンズ群は、最も物体側に、像側に凸面を向けた第１レンズ成分を含み、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    1.5≦n1≦1.85 （４）
    但し、n1は、前記第１レンズ成分に含まれるレンズのe線に対する屈折率のうちの最も高い屈折率である。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の対物レンズにおいて、
    前記第２レンズ群は、複数のレンズ成分を含む
    ことを特徴とする対物レンズ。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の対物レンズにおいて、
    ３枚接合レンズを含み、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    0.5≦NAob （５）
    但し、NAobは、前記対物レンズの物体側の開口数である。
  6. 請求項５に記載の対物レンズにおいて、
    前記３枚接合レンズは、負レンズと、前記負レンズの両側に１つずつ配置された２つの正レンズと、からなる
    ことを特徴とする対物レンズ。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の対物レンズにおいて、
    前記対物レンズは、液浸系の対物レンズであり、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    1≦NAob （６）
    -0.2≦fob/f1≦0.43 （７）
    但し、NAobは、前記対物レンズの物体側の開口数、fobは、前記対物レンズのe線に対する焦点距離、f1は、前記第１レンズ成分のe線に対する焦点距離である。
  8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の対物レンズにおいて、
    前記対物レンズは、乾燥系の対物レンズであり、
    光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのレンズ成分を含み、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    0.85≦NAob＜1 （８）
    但し、NAobは、前記対物レンズの物体側の開口数である。
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