JP3093835B2

JP3093835B2 - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP3093835B2
Application number: JP03281225A
Authority: JP
Inventors: 鈴木敏信
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JPH05119264A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、倍率が２０倍程度で、
開口数が大きく、像面が平坦なアポクロマート級の顕微
鏡対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に最も近い従来技術として、特開
昭６１−２７５８１１号の対物レンズがある。これは、
倍率が２０倍、開口数（ＮＡ）が０．７５であり、レン
ズの構成としては、物体側に強い凹面を向けたメニスカ
スレンズと物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ成
分を有する第１レンズ群、単一の正レンズ成分及び負レ
ンズと正レンズの接合からなる貼り合わせの２つの正レ
ンズ成分を有する第２レンズ群、及び、正レンズと負レ
ンズとの接合された弱い屈折力の貼り合わせレンズ成分
を有する第３レンズ群からなっている。

【０００３】また、本発明の仕様とは全く異なるが、レ
ンズ構成の点でやや似ている従来技術として、ドイツ特
許明細書ＤＤ２８８２４４号のものがある。これは、倍
率が１００倍で、ＮＡは０．９であり、レンズの構成と
しては、物体側から、物体側に凹面を向けた正屈折力の
第１群と第２群、両凸の第３群、物体側に凹面を向けた
メニスカス負の第４群、負レンズと正レンズの接合から
なる第５群と第６群、物体側に凸面を向けたメニスカス
の第７群と第８群、物体側に凹面を向けたメニスカスの
第９群からなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の特開
昭６１−２７５８１１号のものは、ＮＡが０．７５と大
きく像面が平坦であることを特徴としているが、収差図
によると、軸外性能が不十分である。特に、非点収差が
残存しており、コマ収差も良好とは言い難く、これでは
高ＮＡのメリットを生かしきっているとは言えない。２
０倍以下の低倍においては、視野全体を観察することが
多く、より一層の像面平坦性が求められている。

【０００５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、倍率が２０倍程度で、ＮＡが
大きく、しかも、コントラストと解像力に優れ、広視野
にわたって像面が極めて平坦なアポクロマート級の顕微
鏡対物レンズを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の顕微鏡対物レンズは、物体から順に、物体側に凹面
を向けたメニスカスレンズ成分を含み、最像側面が像側
に凸面を向けた正屈折力の第１レンズ群、物体側に凹面
を向けたメニスカス形状で、前記第１レンズ群を通る物
体からの射出光束を発散光束として射出させる負屈折力
の第２レンズ群、前記発散光束を収斂光束に変換する正
屈折力の第３レンズ群、物体側に凸面を向けたメニスカ
ス形状で、負屈折力の第４レンズ群、物体側に凹面を向
けたメニスカス形状で弱い屈折力の第５レンズ群からな
る。そして、ｆ₃、ｆ₄、ｆ₅、ｆをそれぞれ第３レン
ズ群、第４レンズ群、第５レンズ群、全系の焦点距離と
する時、（１）０．２＜ｆ／ｆ₃＜０．５（２）−０．５＜ｆ／ｆ₄＜−０．１（３）｜ｆ／ｆ₅｜＜０．１の各条件を満足するものである。

【０００７】

【作用】以下、上記構成を採用した理由と作用について
説明する。一般的に、像面湾曲や非点収差、コマ収差等
の軸外収差を良好に補正するためには、対物レンズの最
像側に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ
を配置する方法（の方法とする。）と、さらに、その
像側に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ
を付け加える方法（の方法とする。）が知られてい
る。軸外性能としては、の方法の方が優れている。

【０００８】従来技術である特開昭６１−２７５８１１
号では、の方法を採用している。これは、２０倍程度
の倍率で、ＮＡが０．７〜０．８であると、射出側のＮ
Ａ（ＮＡ’とする。）が、０．０３５〜０．０４という
極めて大きい値であることに関係する。ＮＡ’が大きい
と、対物レンズ最終面の有効径が大きくなってしまうた
め、全系の焦点距離との関係でパワー配置が難しく、
の方法を採用できなかったものと考えられる。

【０００９】ところで、より高倍の対物レンズ、例えば
倍率１００倍で、ＮＡが０．９の場合、ＮＡ’は０．０
０９となって、前記２０倍の場合の１／３以下である。
したがって、対物レンズ最終面の有効径も小さくなり、
の方法を採用するのに苦労はない。

【００１０】本発明においては、軸外収差を極めて良好
に補正するために、の方法を採用している。第４レン
ズ群と第５レンズ群がそれに相当する。第４、第５レン
ズ群による収差補正を有効にするため、第２レンズ群
に、物体側に凹面を向けた負屈折力のメニスカスレンズ
を配置する。これにより、第１レンズ群を通る物体から
の射出光束を発散光束として射出させる。第３レンズ群
には、前記発散光束を収斂光束に変換する正屈折力を配
置する。光線高は、第３レンズ群で最も大きく、第４レ
ンズ群の最像側面に向かって、小さくなっていく。第４
レンズ群の最像側面の負の屈折力によりペッツバール和
を小さくし、軸外収差補正をする。その後、第５レンズ
群に弱い屈折力のメニスカスレンズを配置して、光線高
を再び大きくしながら、より一層の軸外収差補正を行っ
て行く。

【００１１】前記条件（１）、（２）、（３）共に、前
述の各レンズ群の働きを効果的に行わせるためのもので
ある。条件（１）の上限を越えると、第３レンズ群の屈
折力が大きくなりすぎるし、その下限を越えると、屈折
力が小さくなりすぎる。この屈折力の大小によって、第
４レンズ群の最像側面での光線高が異なってしまい、コ
マ収差の対称性が悪化してしまうのはもちろんのこと、
球面収差も悪化してしまう。

【００１２】条件（２）は、第４レンズ群の屈折力の範
囲を示すもので、その上限を越えると、屈折力が小さく
なりすぎるし、下限を越えると、屈折力が大きくなりす
ぎる。どちらにしても、この範囲を越えると、第５レン
ズ群に異常な屈折力を持たせることになって、コマ収差
の対称性が悪くなってしまう。

【００１３】条件（３）は、第５レンズ群の屈折力の範
囲を示すもので、その上限を越えると、屈折力が大きく
なりすぎて、条件（１）、（２）と同様に、コマ収差の
対称性が悪化してしまう。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の顕微鏡対物レンズの実施例
１、２について説明する。実施例１、２のレンズ構成を
示す断面図をそれぞれ図１、図２に示す。

【００１５】実施例１は、第１群Ｇ１は、物体側に凹面
を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体側に凸
面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レン
ズの３群からなり、第２群Ｇ２は、両凹レンズと両凸レ
ンズの接合レンズ１枚からなり、第３群Ｇ３は、両凸レ
ンズ１枚からなり、第４群Ｇ４は、両凸レンズと両凹レ
ンズの接合レンズ１枚からなり、第５群Ｇ５は、凹平レ
ンズと平凸レンズの接合レンズ１枚からなる。

【００１６】実施例２は、油浸系にするために設けた平
行平面板Ｐをレンズ系の物体側に有し（なお、この板Ｐ
と第１群Ｇ１の前面との間の空気凸レンズによってペッ
ツバール和を小さく抑えている。）、第１群Ｇ１は、物
体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凹面
を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズ
の接合レンズの３群からなり、第２群Ｇ２は、両凹レン
ズと両凸レンズの接合レンズ１枚からなり、第３群Ｇ３
は、両凸レンズ１枚からなり、第４群Ｇ４は、両凸レン
ズと両凹レンズの接合レンズ１枚からなり、第５群Ｇ５
は、凹平レンズと平凸レンズの接合レンズ１枚からな
る。なお、この実施例は、後記するように倍率が２０倍
と低倍であるにもかかわらず、油浸系を採用している。
この理由は、倍率を低倍から高倍へ変換して行くとき、
高倍は油浸系を採用せざるを得ないが、低倍に乾燥系を
採用すると、乾燥系と油浸系が混在し、オイルの供給、
拭き取り等の取り扱いが面倒になるので、低倍にも油浸
系を採用した方が望ましいからである。

【００１７】以下に各実施例のレンズデータを示すが、
記号は、βは倍率、ＮＡは開口数、ｆは全系の合成焦点
距離、ＷＤはワーキングディスタンス、ｆ₃、ｆ₄、ｆ
₅はそれぞれ第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、第５群Ｇ５の焦
点距離、ｒ₁、ｒ₂…は物体側から順に示した各レンズ
面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は物体側から順に示した各
レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は物体側から順に示し
た各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は物体側から
順に示した各レンズのアッベ数である。

【００１８】実施例１ β＝20× ，ＮＡ＝0.7 ，ｆ＝9 ，ＷＤ＝1.0002 ｆ₃＝24.497, ｆ₄＝-34.97，ｆ₅＝3241 ｒ₁= -2.9906 ｄ₁= 4.7738 ｎ_d1 =1.67
790 ν_d1 =55.33 ｒ₂= -5.3974 ｄ₂= 0.2000 ｒ₃= 320.9597 ｄ₃= 2.9000 ｎ_d2 =1.43
875 ν_d2 =94.97 ｒ₄= -7.1847 ｄ₄= 0.2000 ｒ₅= 30.2999 ｄ₅= 1.2000 ｎ_d3 =1.61
340 ν_d3 =43.84 ｒ₆= 9.6627 ｄ₆= 4.6000 ｎ_d4 =1.43
875 ν_d4 =94.97 ｒ₇= -13.1375 ｄ₇= 1.7000 ｒ₈= -10.4265 ｄ₈= 1.4000 ｎ_d5 =1.61
340 ν_d5 =43.84 ｒ₉= 13.9904 ｄ₉= 5.3000 ｎ_d6 =1.43
875 ν_d6 =94.97 ｒ₁₀= -11.9300 ｄ₁₀= 0.1000 ｒ₁₁= 18.5521 ｄ₁₁= 4.0000 ｎ_d7 =1.43
875 ν_d7 =94.97 ｒ₁₂= -23.8697 ｄ₁₂= 0.1000 ｒ₁₃= 20.4655 ｄ₁₃= 4.5000 ｎ_d8 =1.57
501 ν_d8 =41.49 ｒ₁₄= -14.3511 ｄ₁₄= 2.6000 ｎ_d9 =1.52
130 ν_d9 =52.55 ｒ₁₅= 7.5061 ｄ₁₅= 5.0000 ｒ₁₆= -7.9296 ｄ₁₆= 1.5000 ｎ_d10=1.52
130 ν_d10=52.55 ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 3.7159 ｎ_d11=1.57
135 ν_d11=52.92 ｒ₁₈= -10.5558 ｆ／ｆ₃＝ 0.367 ｆ／ｆ₄＝-0.257 ｆ／ｆ₅＝ 0.003
。

【００１９】実施例２ β＝20× ，ＮＡ＝0.8 ，ｆ＝9 ，ＷＤ＝0.19 ｆ₃＝26.795, ｆ₄＝-45.43，ｆ₅＝536.32 油浸液: ｎ_d=1.51548 ，ν_d=43.10 ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.3000 ｎ_d1 =1.51
633 ν_d1 =64.15 ｒ₂= ∞ ｄ₂= 0.2800 ｒ₃= -2.9483 ｄ₃= 4.4064 ｎ_d2 =1.67
790 ν_d2 =55.33 ｒ₄= -4.7306 ｄ₄= 0.2000 ｒ₅= -103.1912 ｄ₅= 3.0000 ｎ_d3 =1.49
700 ν_d3 =81.61 ｒ₆= -6.5185 ｄ₆= 0.2000 ｒ₇= -285.8879 ｄ₇= 1.1500 ｎ_d4 =1.61
340 ν_d4 =43.84 ｒ₈= 9.6803 ｄ₈= 4.9500 ｎ_d5 =1.43
875 ν_d5 =94.97 ｒ₉= -9.9408 ｄ₉= 1.6000 ｒ₁₀= -9.7058 ｄ₁₀= 1.2000 ｎ_d6 =1.61
340 ν_d6 =43.84 ｒ₁₁= 19.1518 ｄ₁₁= 5.6000 ｎ_d7 =1.43
875 ν_d7 =94.97 ｒ₁₂= -11.9628 ｄ₁₂= 0.1400 ｒ₁₃= 24.7125 ｄ₁₃= 4.4000 ｎ_d8 =1.43
875 ν_d8 =94.97 ｒ₁₄= -21.2067 ｄ₁₄= 0.1000 ｒ₁₅= 22.7408 ｄ₁₅= 4.5000 ｎ_d9 =1.57
501 ν_d9 =41.49 ｒ₁₆= -19.0975 ｄ₁₆= 3.8550 ｎ_d10=1.52
130 ν_d10=52.55 ｒ₁₇= 8.9527 ｄ₁₇= 5.3000 ｒ₁₈= -8.7430 ｄ₁₈= 1.4000 ｎ_d11=1.52
130 ν_d11=52.55 ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 4.1000 ｎ_d12=1.57
135 ν_d12=52.92 ｒ₂₀= -11.2472 ｆ／ｆ₃＝ 0.336 ｆ／ｆ₄＝-0.198 ｆ／ｆ₅＝ 0.017
。

【００２０】上記各実施例の対物レンズは、例えば以下
に示すレンズデータを有し、図３にレンズ断面を示す結
像レンズと組み合わせて用いられる。ただし、データ
中、ｒ₁'、ｒ₂'…は物体側から順に示した各レンズ面の
曲率半径、ｄ₁'、ｄ₂'…は物体側から順に示した各レン
ズ面間の間隔、ｎ_d1' 、ｎ_d2' …は物体側から順に示し
た各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1' 、ν_d2' …は物体側
から順に示した各レンズのアッベ数である。

【００２１】ｒ₁'= 68.7541 ｄ₁'= 7.7321
ｎ_d1'=1.48749 ν_d1'=70.20 ｒ₂'= -37.5679 ｄ₂'= 3.4742 ｎ_d2'=
1.80610 ν_d2'=40.95 ｒ₃'= -102.8477 ｄ₃'= 0.6973 ｒ₄'= 84.3099 ｄ₄'= 6.0238 ｎ_d3'=
1.83400 ν_d3'=37.16 ｒ₅'= -50.7100 ｄ₅'= 3.0298 ｎ_d4'=
1.64450 ν_d4'=40.82 ｒ₆'= 40.6619 。

【００２２】この場合、実施例１、２の対物レンズと図
３の結像レンズの間の間隔は５０ｍｍ〜１７０ｍｍの間
の何れの位置でもよいが、この間隔を１０５ｍｍとした
場合についの実施例１、２の球面収差、非点収差、歪曲
収差、コマ収差を表す収差図をそれぞれ図４、図５に示
す。なお、上記間隔が５０ｍｍ〜１７０ｍｍの間で１０
５ｍｍ以外の位置においてもほぼ同様の収差状況を示
す。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
倍率が２０倍程度で、ＮＡが０．７〜０．８と大きい顕
微鏡対物レンズにおいて、解像力とコントラストに優
れ、広視野にわたって像面を極めて平坦にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡対物レンズの実施例１のレンズ
断面図である。

【図２】実施例２のレンズ断面図である。

【図３】各実施例の顕微鏡対物レンズと共に用いる結像
レンズのレンズ断面図である。

【図４】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差、コ
マ収差を表す収差図である。

【図５】実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差、コ
マ収差を表す収差図である。

【符号の説明】

Ｇ１…第１レンズ群Ｇ２…第２レンズ群Ｇ３…第３レンズ群Ｇ４…第４レンズ群Ｇ５…第５レンズ群Ｐ …平行平面板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体から順に、物体側に凹面を向けたメ
ニスカスレンズ成分を含み、最像側面が像側に凸面を向
けた正屈折力の第１レンズ群、物体側に凹面を向けたメ
ニスカス形状で、前記第１レンズ群を通る物体からの射
出光束を発散光束として射出させる負屈折力の第２レン
ズ群、前記発散光束を収斂光束に変換する正屈折力の第
３レンズ群、物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、
負屈折力の第４レンズ群、物体側に凹面を向けたメニス
カス形状で弱い屈折力の第５レンズ群からなり、次の各
条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ：（１）０．２＜ｆ／ｆ₃＜０．５（２）−０．５＜ｆ／ｆ₄＜−０．１（３）｜ｆ／ｆ₅｜＜０．１ただし、ｆ₃、ｆ₄、ｆ₅、ｆはそれぞれ第３レンズ
群、第４レンズ群、第５レンズ群、全系の焦点距離であ
る。