JPH0358492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は顕微鏡対物レンズ、特に物体側に配置
されるカバーガラス等の平行平面板の厚さの変化
があつても良好な結像性能を維持し得る対物レン
ズに関する。 一般に顕微鏡対物レンズはカバーガラスの厚さ
が一定の基準値であることを前提として設計され
ているため、カバーガラスの厚さが基準値と異な
る場合には結像性能は劣化してしまう。この傾向
は対物レンズのN.A.（開口数）が大きい程著しく
なる。このため従来より、補正環付き対物レンズ
として、カバーガラスの厚さの変化に伴つて対物
レンズ内のレンズ間隔を変化させ、これによつて
収差の悪化を防ぎほぼ良好な結像性能を維持する
ものが知られている。しかし、従来の一般的補正
環付対物レンズでは、カバーガラスの厚さ変化に
対する収差補正の範囲は極めて狭く、N.A.0.6程
度の場合厚さで0.2〜0.3mmの範囲が実用上の限界
であつた。 これに対し、本願と同一の出願人による特開昭
56−142508号公報には顕微鏡対物レンズを物体側
より順に、物体側に凹面を向けた正の接合メニス
カスレンズの第１レンズ群、正レンズまたは接合
正レンズの第２レンズ群及び合成で正屈折力の第
３レンズ群で構成し、物体面と対物レンズとの間
に配置される平行平面板の厚さの変化に応じて、
第２レンズ群のみを光軸に沿つて移動させ、これ
によつて平行平面板の広い範囲の厚さ変化があつ
ても良好な結像性能を維持する技術が開示されて
いる。この技術によれば、確かに平行平面板の厚
さ変化±1.0mmという極めて広い範囲にわたつて
優れた結像性能を維持することが可能である。し
かしながら、上記の技術ではN.A.が0.6程度、倍
率が40倍程度の対物レンズが実用上の限界であ
り、より大きなN.A.またはより高い倍率の対物
レンズとしては未だ不十分であつた。 本発明の目的は、大きな開口数を有し高倍率で
あるにもかかわらず、物体面と対物レンズとの間
に配置されるカバーガラス等の平行平面板の厚さ
が大きく変化しても常に優れた結像性能を維持す
ることができる顕微鏡対物レンズを提供すること
にある。 本発明による顕微鏡対物レンズは、第１図の概
略構成図に示すごとく物体側から順に正屈折力を
有し物体からの光束を収斂光束に変換する第１レ
ンズ群G₁と、この収斂光束中で光軸に沿つて移
動可能で比較的小さな屈折力の第２レンズ群G₂、
及び負の屈折力を持つ第３レンズ群G₃を有し、
物体Ｏと第１レンズ群G₁との間に配置される平
行平面板Ｐの厚さの変化に応じて第２レンズ群
G₂を第１レンズ群G₁及び第３レンズ群G₃に対し
て相対的に移動させることにより収差の変動を補
正し得るものである。より具体的には、カバーガ
ラスや培養容器等の平行平面板Ｐの厚さが所定の
設計基準値より大きい場合には、第２レンズ群
G₂を第３レンズ群G₃側へ移動し、逆に平行平面
板の厚さがより小さい場合には、第２レンズ群
G₂を第１レンズ群G₁側へ移動することにより、
常に設計基準値におけると同様の収差補正状態を
維持することができる。 上記のような補正が良好になされるためには、
各レンズ群の収差構造は以下のようであることが
必要である。尚、第１図中には以下の説明の理解
を助けるために、軸上物点からの近軸光線の様子
の例を示した。第１レンズ群G₁にはその強い収
斂作用と共にかなり大きな負の球面収差を持たせ
る。第２レンズ群G₂には正の球面収差を持たせ、
第１レンズ群G₁で発生する負の球面収差をほぼ
相殺している。そして、負屈折力の第３レンズ群
G₃は全系のペツツバール和を補正し像面の平坦
性を維持している。尚、第３レンズ群G₃中には
空気間隔を介して互いに凹面を向けて対向する２
つのレンズ面を設け、この両凹面での発散作用に
よりペツツバール和を補正することが望ましい
が、これは球面収差を補正するのが主目的である
本発明においては本質的なことではない。 このような基本構造を基準として、第１レンズ
群G₁と第３レンズ群G₃との間で第２レンズ群G₂
が相対的に軸上を移動することにより球面収差を
変化させることができる。すなわち、第１レンズ
群G₁を射出する収斂光束中に比較的小さな屈折
力の第２レンズ群G₂が位置するため、第２レン
ズ群G₂がその基準位置よりも第３レンズ群G₃側
に移動すれば、収斂光束が第２レンズ群G₂を切
る高さが基準位置でのそれより低くなり、第２レ
ンズ群G₂での正の球面収差の発生量が減少する。
逆に、第２レンズ群G₂がその基準位置よりも第
１レンズ群G₁側に移動すれば、収斂光束が第２
レンズ群G₂を切る高さが基準位置のそれよりも
高くなり、第２レンズ群G₂での正の球面収差量
が増大する。従つて対物レンズと物体面との間に
配置されるカバーガラス等の平行平面板Ｐの厚さ
によつて大きく変動する球面収差は、第２レンズ
群G₂の移動により補正される。すなわち、平行
平面板Ｐの厚さが厚くなれば正の球面収差が発生
するので、これを補正するためには第２レンズ群
G₂での正の球面収差量を減少すべく第２レンズ
群を第３レンズ群G₃側に移動し、他方、平行平
面板Ｐの厚さが薄くなれば負の球面収差が発生す
るので、第２レンズ群G₂での正の球面収差量を
増大すべく第２レンズ群を第１レンズ群G₁側に
移動すればよい。尚、この間の情況は、後記する
実施例についての球面収差の３次収差係数によつ
てもうかがい知ることができる。 上記のごとき本発明の基本的特徴は、既に述べ
たように、第１レンズ群によつて物体からの光束
を収斂光束に変換し、光束の収斂状態は第２レン
ズ群の通過後もほぼ維持されることにある。そし
て第３レンズ群の通過後に所定の像面位置にて集
光される。このために、第１図に示したごとく、
軸上物点からの近軸光線が各レンズ群を切る高さ
については、第１レンズ群G₁で最も高く、第２
レンズ群G₂、第３レンズ群G₃の順に低くなつて
いる。第１、第２レンズ群それぞれにおける軸上
物点からの近軸光線の切る高さの最高値を順に
h₁、h₂、第３レンズ群を出射する高さをh₃とする
とき、h₁＞h₂＞h₃であることが必要である。従つ
て、各レンズ群の有効径については第１レンズ群
が最も大きく、第３レンズ群が最も小さくなり、
6h₃＞h₁＞2h₃程度に構成することが望ましい。
尚、本発明をより高倍率の対物レンズに適用した
場合には、h₁のh₃に対する比の値はより大きくな
り、より低倍率の対物レンズに適用した場合には
h₁のh₂に対する比の値はより小さくなる。又、第
１レンズ群G₁を通過した光線の勾配は全系を通
過した光線の勾配の５倍ないし10倍の値を持つこ
とが望ましい。これは前述したように、第２レン
ズ群G₂が光軸に沿つて第１レンズ群G₁と第３レ
ンズ群G₃との間を移動する際に、第２レンズ群
G₂に入射する光線の高さによつて、球面収差の
補正量が異なるためであり、高倍率の対物レンズ
程この勾配は大きくなり、低倍率の対物レンズ程
この勾配は小さくなる傾向にある。また、本発明
のごとく第１レンズ群の有効径を最も大きくする
構成は、作動距離を大きくするために有利であ
り、後述する実施例のごとく長大な作動距離が可
能となる。 次に、各レンズ群の具体的レンズ構成について
述べる。第２図は本発明による一実施例のレンズ
構成図であり、図中には軸上物点Ｏからの近軸光
線が実線で、また最大画角の物点からの光線が点
線でそれぞれ示されている。図示した実施例のご
とく、第１レンズ群G₁は物体からの光束を収斂
光束に変換するためのかなり強い正屈折力を有
し、このためには少なくとも３個の正レンズ成分
L₁，L₂，L₃を有する必要がある。そのうち最も
物体側の正レンズL₁は物体側に凹面を向けたメ
ニスカス形状であること、第２の正レンズL₂は
像側の面がより曲率の強い面であることが望まし
く、３つの正レンズの少なくとも１つに貼合せ面
を設けることが望ましい。また、第２レンズ群
G₂は比較的弱い屈折力と球面収差を正に大きく
発生する作用とを持つために、図示した実施例の
ごとく、物体側に凸な負メニスカスレンズL₄、
両凸正レンズL₅及び負レンズL₆の貼合せで形成
されている。全体の形状は正レンズ形状である
が、負メニスカスレンズL₄，L₆の屈折率が両凸
レンズL₅のそれより高いため合成では弱い負の
屈折力を有している。これは第２レンズ群G₂が
球面収差を正方向に補正する作用を持つべく意図
されたものだからである。 そして、主にペツツバール和の補正を担う第３
レンズ群G₃は全体として負の屈折力を有し、図
示した実施例のごとく物体側に凸面を向けたメニ
スカス形状の前群G₃₁と物体側に凹面を向けたメ
ニスカス形状の後群G₃₂とで構成されることが望
ましい。さらに前群G₃₁は弱い正屈折力を有し、
後群は弱い負屈折力を有することが望ましい。こ
こで前群G₃₁の最も像側の凹面Raと後群の最も物
体側の凹面Rbとが、第３レンズ群中における前
述したごとき互いに対向する凹面として機能す
る。第３レンズ群の前群G₃₁は正レンズL₇、負レ
ンズL₈、物体側に凸面を向けた正メニスカスレ
ンズL₉の貼合せで構成されることが望ましい。
但し、前群G₃₁中の負レンズL₈と正メニスカスレ
ンズL₉との貼合せはいわゆるハイパークロマテ
イツクレンズを形成しているため、この貼合せ面
の向きは逆向きにすることも可能である。また、
第３レンズ群の後群G₃₂は、厚い両凹負レンズL₁₀
と両凸正レンズL₁₁との貼合せで構成されること
が望ましい。 以下、本発明による実施例について説明する。
本実施例はいわゆる乾燥系対物レンズである。倍
率60倍、N.A.＝0.7で作動距離W.D.≒1.0fであり、
全系の焦点距離ｆと同等の長さを有している。物
体と対物レンズとの間に基準厚さのカバーガラス
Ｐが挿入された状態のレンズ構成図が第２図であ
る。本実施例の諸元を表１に示す。但し、表中左
端の数字は物体側からの順序を示し、d₀は対物レ
ンズの最前レンズ面の頂点からカバーガラス表面
までの距離を示す。

【表】

【表】 第３図Ａ〜Ｃは本実施例の対物レンズを倍率61
倍の実用上の対物レンズとしてｆ＝2.64mmとなる
ようすなわち、物体面から像面までの距離が195
mmとなるよう比例拡大した時の収差図であり、Ａ
はカバーガラスの厚さが0.7mm（0.2653f）の比較
的薄い状態での諸収差図、Ｂはカバーガラスの厚
さが1.2mm（0.4548f）の基準状態における諸収差
図、Ｃは1.7mm（0.6443f）に薄くなつた状態での
諸収差図である。各収差図では球面収差（Sph）、
非点収差（Ast）、歪曲収差（Dis）、コマ収差
（Coma）を示し、基準光線をｄ線（λ＝587.6n
ｍ）とし、色の球面収差を示すためにＣ線（λ＝
656.3nｍ）及びＦ線（λ＝486.1nｍ）も併記し
た。また図中ｙの値は像高を表わす。 各収差図によれば、本実施例の対物レンズが、
N.A.＝0.7という大開口数を有しながらもカバー
ガラスの厚さ0.7mmから1.7mmという広い範囲にわ
たつて、常に優れた結像性能が維持されているこ
とが明らかである。 また、本実施例について、球面収差の３次収差
係数を表２に示す。表２ではカバーガラスの厚さ
が表１に示した３つの場合についての係数をそれ
ぞれ示しており、左端の番号はレンズ面の物体側
からの順序である。表２によればカバーガラスが
厚くなるに従つて、カバーガラス面における球面
収差の３次収差係数が負に大きな値となつてお
り、カバーガラスの球面収差が正に増大すること
が裏付けられる。そして、カバーガラスが厚くな
つても第１レンズ群G₁及び第３レンズ群G₃での
球面収差の３次収差係数はほとんど変化しないの
に対し、第２レンズ群G₂での球面収差の３次収
差係数が大きく変化しており、第２レンズ群G₂
がカバーガラス面での収差係数の変化をほぼ相殺
していることが明らかである。この結果、全系に
おける球面収差の３次収差係数は、カバーガラス
厚が変化してもほぼ一定の小さな値である。この
ことは球面収差が常に良好に補正されていること
を裏付けており、第３図Ａ，Ｂ，Ｃに示した球面
収差図とよく符合している。

【表】 尚、上記実施例では、第２レンズ群G₂を３個
のレンズの貼合せからなる弱い負屈折力群として
構成したが、弱い正屈折力を持たせる構成とする
ことも可能である。また、第２レンズ群を例えば
正と負とのレンズ群など、複数の群に分割して構
成することもできる。 以上のごとく、本発明によれば、大きな開口数
を有する高倍率の対物レンズでありながら、カバ
ーガラス等の平行平面板の厚さが大きく変化して
も収差の劣化が少なく常に良好な結像性能を維持
することができる。また、収差補正のために移動
するレンズ群の屈折力が弱いため、対物レンズの
主点及び焦点位置の変化もわずかであるため、補
正環を操作してもピントずれがわずかであり、好
都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による対物レンズの基本を示す
概略構成図、第２図は本発明による実施例のレン
ズ構成図、第３図Ａ〜Ｃは本実施例においてカバ
ーガラスの厚さが異なる状態それぞれの諸収差図
である。 〔主要部分の符号の説明〕、G₁……第１レンズ
群、G₂……第２レンズ群、G₃……第３レンズ群、
Ｐ……平行平面板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物体側から順に、正屈折力を持ち物体からの
   光束を収斂光束に変換する第１レンズ群、該収斂
   光束中で光軸に沿つて移動可能で屈折力の小さい
   第２レンズ群、及び負屈折力を持つ第３レンズ群
   を有し、該物体と該第１レンズ群との間に配置さ
   れる平行平面板の厚さの変化に応じて該第２レン
   ズ群を該第１、第３レンズ群に対して相対的に移
   動させることにより収差の変動を補正し得ること
   を特徴とする顕微鏡対物レンズ。