JP4097937B2 - 液浸顕微鏡対物レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、像面が平坦であり、セミアポクロマート級、あるいはアポクロマート級の液浸顕微鏡対物レンズに関するものである。特に紫外光励起による蛍光観察が良好に行える液浸顕微鏡対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
液浸顕微鏡対物レンズの従来例として、特開昭58−192013号(特公平5−67004号)、特開昭61−275813号、特開平5−142477号、特開平10−274742号、特開平11−23976号、特開平11−84254号、特開平11−174339号、特開2000−35541号の各公報に記載されたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、特に生物関係の研究分野では、特定の物質を蛍光染色することによって細胞にダメージを与えることなしに観察できる蛍光顕微鏡が広く利用されている。この蛍光顕微鏡は、励起光として短い波長の光を標本に照射し、それにより発する蛍光像を観察する装置である。ここで用いる励起光の代表的な光としてi線(365nm)がある。また、最近は生体内のカルシウムイオンを観察するために、励起光として340nmの光が用いられている。
【0004】
そのために、蛍光観察に用いられる顕微鏡対物レンズには、上記のような短波長領域の励起光に対しても高い透過率を有することが要求されている。ところで、試料から発生する蛍光は、その光強度が微弱なものが多い。一方、顕微鏡対物レンズに使用できる硝材のなかには、励起光により蛍光を発するもの(自家蛍光)がある。そのため、このような硝材を対物レンズに用いると、試料からの蛍光と自家蛍光が一緒になるので観察像のコントラストを著しく劣化させる。このようなことから、蛍光観察に用いられる顕微鏡対物レンズで使用できる硝材には制限がある。例えば、アッベ数が35以下の硝材や、アッベ数が50以下で屈折率が1.7以上の硝材は、使用することができない。また、上記以外の硝材であっても使用できないものがある。
【0005】
また、蛍光観察では高倍率で観察する場合が多い。ところが顕微鏡対物レンズは、倍率が高くなるほど焦点距離が小になる。この場合、レンズ系全体の屈折力が強くなるため、像面の平坦性と深く関係するペッツバール和の絶対値が大きくなりやすい。
【0006】
一方で、蛍光観察では様々な波長の蛍光像を観察する。そのため、顕微鏡対物レンズは、ペッツバールの補正とは相反する性質を有する色収差を補正する必要がある。
【0007】
ところが、ペッツバール和の補正を優先させると色収差の補正が困難になり、色収差の補正を優先するとペッツバール和の補正が困難になる。
【0008】
また、高倍率の顕微鏡対物レンズは、一般に開口数が大であり、色による球面収差やコマ収差の曲がりや乱れが大になる。
【0009】
このように、高倍率の顕微鏡対物レンズは、色に関する諸収差の補正とペットバール和の補正との両立が非常に困難である。
【0010】
上記従来技術のうち、特開昭58−192013号(特公平5−67004号)、特開昭61−275813号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、蛍光検察に適した硝材を使用していない。そのため、短波長側での透過率が低いという問題や、自家蛍光の発生量が大であるという問題がある。よって蛍光観察のためには満足のいく性能を有していない。
【0011】
また、特開平5−142477号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、ペッツバール和の補正や倍率の色収差等を補正するために、後群に比較的高い屈折率を有する硝材や比較的高分散の硝材を厚いレンズに用いている。これら硝材は、蛍光観察に適した硝材である。しかしながら、一般に肉厚が厚ければ厚いほど短波長側の透過率が低下し、自家蛍光が増加する傾向がある。したがって、肉厚の厚いレンズの影響によって、蛍光観察にとって満足な性能を有しているとはいえない。
【0012】
また、特開平10−274742号公報等に記載されている顕微鏡対物レンズのように、先玉埋め込みレンズを用いたものは、光学性能上かなり有効である。先玉埋め込みレンズを用いる方法は、特にアポクロマート等開口数の大きい対物レンズに利用されているが、加工が難しいという欠点がある。特に先玉埋め込みレンズの接合面はきつい曲率の面になることが多いので、この面の加工が困難である。また先玉埋め込みレンズの像側の凸面が半球あるいはそれを超える場合もあり、製造する際のコストが高くなる。
【0013】
また、特開平11−23976号公報、特開平11−174339号公報に記載されている顕微鏡対物レンズは、石英ガラスを用いたものである。石英ガラスは、自家蛍光が少なく、短波長側の透過率が良いが、高価であるためにコスト高になる。
【0014】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、像面の平坦性がよく補正されており、かつ視野周辺でも像質が良好な液浸系顕微鏡対物レンズを提供するものである。また紫外域の光透過率が高く、かつ自家蛍光の少ない液浸顕微鏡対物レンズを提供するものである。またレンズ加工が比較的容易に行える液浸顕微鏡対物レンズを提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の液浸顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力をもつ第1レンズ群と、正の屈折力をもつ第2レンズ群と、負の屈折力をもつ第3レンズ群とよりなり、前記第1レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第2レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である3枚接合レンズを有し、下記条件(1)、(2)を満足するものである。
(1) 1<rb/ra<2
(2) 1<|rc/ra|<1.8
ただし、raは前記第1レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、rbは前記第1レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、rcは前記第2レンズ群の前記3枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。
【0016】
条件(1)、(2)は、第1レンズ群にて発生する球面収差、色収差を補正するための条件である。条件(1)、(2)を満足すると、第1レンズ群に設けた接合面と、第2レンズ群に設けた接合面の夫々を適度な大きさの強い負屈折力にすることができる。これにより、対物レンズを構成する正レンズの屈折力も強くすることができる。そうすると、正レンズには屈折率の小さい硝材を使用することができる。この屈折率の小さい硝材は、自家蛍光を発生することが少ない。したがって、条件(1)、(2)を満足することで、蛍光観察に適した対物レンズを実現することができる。
【0017】
条件(1)、(2)は前述の接合面の曲率半径を規定するものである。これら条件の下限を下まわるといずれも正の屈折力の面で発生する球面収差、色収差が補正過剰になる。また、条件(1)、(2)の上限を上まわると正の屈折力の面で発生する球面収差、色収差が補正不足になる。
【0018】
また、本発明の顕微鏡対物レンズにおいて、下記条件(3)を満足することが望ましい。
(3) Nd1>1.6
ただし、Nd1は第1レンズ群の最も物体側の平凸レンズの屈折率である。
【0019】
この平凸レンズはd線の屈折率が高く、かつ分散が小さい(アッベ数が低い)硝材を用いることが望ましい。
【0020】
この最も物体側の平凸レンズが条件(3)の下限の1.5より小さいと、各面の屈折力が強くなる。そのため、球面収差や色収差の発生量が大になり、その補正が困難になる。
【0021】
また第1レンズ群に含まれるレンズのアッベ数がいずれも50以上であると、自家蛍光の小さな硝材を用いることができ、蛍光観察にとって好ましい。
【0022】
また、第1レンズ群のすべてのレンズがd線に対する屈折率が1.7以下であれば、短波長の透過率が良い硝材を用いることができる。よって更に最適な蛍光観察が可能になる。
【0023】
また、第2レンズ群が正レンズと負レンズを接合した接合レンズを含み、この接合レンズを移動させる移動機構を設けることが望ましい。このようにすると、移動機構により接合レンズを移動させることができるので、標本の厚さにより発生する球面収差を補正することができる。これにより厚さに変化のある標本をも最適に観察することが可能になる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の液浸顕微鏡対物レンズの実施の形態を下記実施例にもとづいて説明する。
【0025】
本発明の対物レンズの実施例は、図1〜図3に示す通りの構成で下記データを有するものである。
【0026】
【0027】
上記データ中、面番号1、2、・・・における曲率半径の値は、図面中のr1,r2・・・が対応して、面番号1、2における肉厚は、面間隔(レンズの肉厚及び空気間隔)であって、図面中のd1,d2・・・が対応し、面番号1、3、・・・における屈折率及びVdは第1面r1と第2面r2の間の硝材、第3面r3と第4面r4の間の硝材、・・・のd線に対する屈折率及びアッベ数である。また、データ中の曲率半径、肉厚などの長さの単位はmmである。
【0028】
上記実施例中、実施例1は図1に示す構成のレンズ系で、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3とよりなる。
【0029】
第1レンズ群G1は、物体側より順に、平凸レンズと、正のメニスカスレンズと、両凸レンズと負のメニスカスレンズを接合した接合レンズとよりなる。そして、この接合レンズの接合面は像側に凸である。また、この接合面は負の屈折力を有する面である。第2レンズ群G2は、両凸レンズと負のメニスカスレンズとを接合した接合レンズと、負のメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズとを接合した3枚接合レンズとよりなる。3枚接合レンズの2つの接合面のうち物体側の接合面は物体側に凸になっている。この物体側の接合面は、負の屈折力を有する面である。第3レンズ群G3は、両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズと両凹レンズと両凸レンズとを接合した接合レンズとよりなる。
【0030】
実施例2は、図2に示す通りの構成の対物レンズで、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3とにて構成されている。
【0031】
第1レンズ群G1は物体側より順に、平凸レンズと、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、正レンズと負レンズとが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズとよりなる。この接合面は負の屈折力を有する面である。第2レンズ群G2は、正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズと、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した3枚接合レンズとよりなる。3枚接合レンズの2つの接合面のうち物体側の接合面は物体側に凸で、負の屈折力を有する。第3レンズ群G3は正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズとよりなるガウス構成である。
【0032】
また、この実施例2の対物レンズは、第2レンズ群G2のうちの正レンズと負レンズとよりなる接合レンズが光軸方向に移動する。これにより標本に厚みのある場合に、標本の硝材等の差異による収差の悪化を補正するようにしている。つまり第2レンズ群G2の移動による図2に示すd7,d10の値(データ中のD1、D2)をz1,z2,z3に示す値のように変化させることにより、収差補正を行なっている。
【0033】
ここで、z1,z2,z3は下記の屈折率n0、アッベ数ν0を有する標本を用いた時のD1、D2の値を示す。
z1 n0=1.38422, ν0=55.89
z2 n0=1.38422, ν0=64.25
z3 n0=1.43422, ν0=72.61
【0034】
更に、実施例3は、図3に示す通りの構成の対物レンズで、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と正の屈折力を有する第2レンズ群と負の屈折力を有する第3レンズ群G3とにて構成されている。
【0035】
第1レンズ群G1は平凸レンズと、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けている面である接合レンズとよりなる。この接合面は負の屈折力を有する面である。第2レンズ群G2は正レンズと負レンズが接合され、接合面が像側に凸面を向けた面である接合レンズと、負レンズと正レンズと負レンズとを接合した3枚接合レンズとからなる。この3枚接合レンズの2つの接合面のうち、物体側の接合面は物体側に凸であり、負の屈折力を有する面である。第3レンズ群G3は正レンズと負レンズを接合した接合レンズと、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズとからなるガウス構成のレンズ群である。
【0036】
以上述べた本発明の実施例1、2、3は、いずれも焦点距離f=3mm、倍率β=60×、開口数NA=1.1である。
【0037】
また、これら実施例は液浸として水を用いたもので、水のd線に対する屈折率は1.33422、アッベ数は55.89である。これら実施例は無限遠設計の対物レンズであり、例えば図7に示す構成で下記データを有する結像レンズと共に用いられる。
【0038】
実施例1、2、3の前記図7に示す結像レンズを空気間隔120mmにおいて配置した時の収差状況は、夫々図4、5、6に示す通りであって、良好に補正されている。
【0039】
以上述べた蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズは、特許請求の範囲に記載する対物レンズのほか、次の各項に記載する対物レンズも、本発明の目的を達成するものである。
【0040】
(1) 特許請求の範囲の請求項1、2または3に記載する対物レンズで、対物レンズを構成するすべてのレンズがd線に対する屈折率が1.7以下であることを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズ。
【0041】
(2) 特許請求の範囲の請求項1、2または3あるいは前記の(1)の項に記載する対物レンズで、第2レンズ群が正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを含み、この接合レンズが光軸上を移動することにより、厚みのある標本により発生する収差を補正するようにしたことを特徴とする蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズ。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ加工が比較的容易であり、像面の平坦性が良く補正されており、かつ視野周辺での像性能が良好である蛍光観察用液浸顕微鏡高倍率対物レンズを実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の断面図
【図2】 本発明の実施例2の断面図
【図3】 本発明の実施例3の断面図
【図4】 本発明の実施例1の収差図
【図5】 本発明の実施例2の収差図
【図6】 本発明の実施例3の収差図
【図7】 本発明の対物レンズと共に用いられる結像レンズの例を示す断面図
Claims (5)
- 物体側から順に、正の屈折力をもつ第1レンズ群と、正の屈折力をもつ第2レンズ群と、負の屈折力をもつ第3レンズ群とよりなり、前記第1レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第2レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である3枚接合レンズを有し、下記条件(1)、(2)、(3)を満足する液浸顕微鏡対物レンズ。
(1) 1<rb/ra<2
(2) 1<|rc/ra|<1.8
(3) 1.5≦N d 1≦1.7
ただし、raは前記第1レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、rbは前記第1レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、rcは前記第2レンズ群の前記3枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径、N d 1は第1レンズ群の前記平凸レンズの屈折率である。 - 物体側から順に、正の屈折力をもつ第1レンズ群と、正の屈折力をもつ第2レンズ群と、負の屈折力をもつ第3レンズ群とよりなり、前記第1レンズ群は最も物体側に配置された平凸レンズと、正レンズと負レンズよりなり接合面が像側に凸である接合レンズを有し、前記第2レンズ群は負レンズ、正レンズ、負レンズからなり最も物体側に近い接合面が物体側に凸である3枚接合レンズを有し、下記条件(1)’、(2)を満足する液浸顕微鏡対物レンズ。
(1)’ 1.465<rb/ra<2
(2) 1<|rc/ra|<1.8
ただし、raは前記第1レンズ群の平凸レンズの凸面の曲率半径、rbは前記第1レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径、rcは前記第2レンズ群の前記3枚接合レンズの最も物体側の接合面の曲率半径である。 - 前記第1レンズ群に含まれるレンズのアッベ数がすべて50以上である請求項1又は2に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
- 対物レンズを構成するすべてのレンズがd線に対する屈折率が1.7以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
- 第2レンズ群が正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを含み、この接合レンズが光軸上を移動することにより、厚みのある標本により発生する収差を補正するようにしたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
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