JPH10221609A

JPH10221609A - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH10221609A
Application number: JP9034248A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Mizusawa; 聖幸水澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】長作動距離であり、諸収差も良く補正されて
おり、且つカバーガラスの厚さ変化しても諸収差を良好
に補正することができるような機構を備えた顕微鏡対物
レンズに関する。【解決手段】物体側から順に、物体側に凹面を向けた
正の屈折力を持つメニスカスレンズを有する第１レンズ
群と、発散光を収斂光に変える第２レンズ群と、負の屈
折力の接合面を持つ第３レンズ群と、最像側に凹面を向
けた負の屈折力を持つレンズを有する接合レンズの第４
レンズ群から構成され、前記第３レンズ群がカバーガラ
スの厚さに応じて前記第２レンズ群と前記第４レンズ群
の間を相対的に光軸方向に移動可能であり、第３レンズ
群の焦点距離、第１レンズ群の最物体側のレンズ面の曲
率半径に関する条件を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は長作動距離であり、
中心から周辺まで像面が平坦で諸収差も良く補正されて
おり、且つ物体側に配置される透明な平行平面板の厚さ
が変化しても諸収差、特に球面収差を良好に補正するこ
とができるような機構を備えた顕微鏡対物レンズに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡対物レンズは標本面のカバーガラ
スあるいはガラスシャーレ等の厚さは一定であるとして
設計している。従ってカバーガラス等の厚さが変化した
場合、すなわち、設計値以外の厚さを有するカバーガラ
ス等を用いて顕微鏡観察した場合、球面収差などが発生
して結像性能は劣化してしまうこととなる。この結像性
能の劣化は開口数（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕ
ｒｅ；以下Ｎ．Ａ．という）が大きくなるほど顕著にな
ってくる。

【０００３】近年、細胞培養、遺伝子操作などのバイオ
テクノロジー分野の技術が著しく発達してきているた
め、かかる分野で使用される倒立顕微鏡用の高性能な対
物レンズのニーズが高まっている。ところが、倒立顕微
鏡を用いて標本を観察するときに用いられるガラスシャ
ーレ、プラスチックシャーレ（透明な平行平面板）は厚
みのばらつきが多いため、収差が発生し、結像性能の劣
化が生じやすいという問題があった。しかも、その厚さ
の変化に対して余裕のある長い作動距離の対物レンズが
必要となる。また、容器の液体中の標本を観察する場合
あるいは培養瓶の種類によっても作動距離は長いほうが
望ましい。

【０００４】このため従来より、これらシャーレの厚み
のばらつきが原因で発生する収差に応じて対物レンズ内
のレンズ間隔を変えて収差変動を補正する機構（いわゆ
る補正環）を持ち、しかもその厚さの変化に対して十分
余裕のある長作動距離の対物レンズが知られている。

【０００５】このような顕微鏡対物レンズとして、本出
願人によって特開昭５６−１４２５０８号公報、特開昭
６０−２６００１６号公報に記載されている対物レン
ズ、また本発明とは少し異なるタイプではあるが特開平
６−１７５０３５号公報に記載されている対物レンズな
どが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５６−１４２５
０８号公報に記載されている対物レンズは、補正環の操
作に伴って移動する第２レンズ群の屈折力が強すぎるた
め、この群が移動するとレンズ系全体の焦点距離が変わ
ってしまう。このため補正環使用時の倍率変動や焦点距
離の変動が大きすぎるという問題がある。

【０００７】特開昭６０−２６００１６号公報に記載さ
れている対物レンズも補正環使用時に移動するレンズ群
の屈折力が強すぎて、上記と同様の問題がある。特開平
６−１７５０３５号公報に記載されている対物レンズ
は、本発明と少し用途が異なり、Ｎ．Ａ．が大きいが作
動距離（ＷＤ）が短く、平行平板の厚さが０．１１から
０．２３までの範囲の変化にしか対応出来ないという問
題がある。また、最物体側のレンズ面の曲率半径が小さ
いために、偏芯に弱いという問題もある。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、長作動距離で、中心から周辺まで像面が平
坦で諸収差も良く補正されて、物体側に配置される透明
な平行平面板の厚さの変化（ばらつき）に対して諸収
差、特に球面収差を良好に補正できるような機構を備え
た顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。

【０００９】

【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、物体側から順に、物体側に凹
面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズを有する
第１レンズ群と、発散光を収斂光に変えて、かつ正レン
ズを負レンズの少なくとも２つの接合レンズからなる第
２レンズ群と、負の屈折力の接合面を持つ第３レンズ群
と、最像面に凹面を向けた負の屈折力を持つレンズを有
する接合レンズの第４レンズ群とから構成され、前記第
３レンズ群が前記第１レンズ群と物体との間に置かれた
平行平面板の厚さに応じて前記第２レンズ群と前記第４
レンズ群の間を相対的に光軸方向に移動可能であり、以
下の条件式（１）、（２）（１）｜ｆ３／ｆ｜＞１０（２） −６＜ｒ１／ｆ＜−２を満足することを特徴としている。ここで、ｆは全系の
焦点距離、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、ｒ１は前記
第１レンズ群の最物体側のレンズ面の曲率半径である。

【００１０】条件式（１）は第３レンズ群（移動群）の
屈折力について適切な範囲を規定している。条件式
（１）の下限値を下回ると、第３レンズ群の屈折力が大
きくなってしまい、補正環を操作したときに、対物レン
ズ全系の焦点距離が変わってしまいピントがぼけてしま
う。

【００１１】条件式（２）は、最物体側のレンズ面の曲
率半径の適切な範囲を定めている。条件式（２）の下限
値を下回ると、最物体側のレンズ面の凹面がゆるくな
り、ペッツバール和が大きくなりすぎる。そのため像面
湾曲が悪化する。逆に条件式（３）の上限値を上回ると
凹面がきつくなり、ペッツバール和が小さくなりすぎ
て、像面湾曲が悪化する。

【００１２】また、本発明のように第３レンズ群を移動
させた方が、第２レンズ群を移動させる場合に比較し
て、第２レンズ群の有効径を小さくできるという効果が
ある。すなわち、第２レンズ群を移動させるための空間
的スペースをとると、物体と第２レンズ群との空気間隔
が増大し、光束をすべて拾うために第２レンズ群に大き
な有効径が必要となり、光学系が大型化してしまう。し
かし、第３レンズ群を移動させれば、第２レンズ群は必
要最小限の有効径でよい。

【００１３】さらに、本発明においては、倍率色収差、
像面湾曲収差を押さえるために、以下の条件式（３）、
（４）（３）６０＜ν４ｎ（４）１．４＜Ｄ１／ｆ＜１．８を満足することが望ましい。ここで、ν４ｎは前記第４
レンズ群の最像側のレンズのｄ線に対するアッベ数、Ｄ
１は第１レンズ群の光軸上での厚み、ｆは全系の焦点距
離である。

【００１４】条件式（３）は前記第４レンズ群の最像側
のレンズのｄ線のアッベ数の適切な範囲を定めたもので
ある。条件式（３）の条件を外れると倍率色収差が補正
過剰になる。

【００１５】条件式（４）は、第１レンズ群の光軸上で
の厚みの適切な範囲を定めている。条件式（４）の上限
を越えると、ペッツバール和が小さくなり、像面湾曲が
悪化する。逆に、下限を越えるとペッツバール和が大き
くなり、同様に像面湾曲が悪化する。

【００１６】さらに、本発明においてはレンズの構成に
いわゆる望遠タイプを用いることにより、全体の構造を
シンプルにでき、少ないレンズ枚数で諸収差の良く補正
された対物レンズを提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の各実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。各実施例において、本発明の
顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、物体側に凹面を
向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズを有する第１
レンズ群と、発散光を収斂光に変えて、かつ正レンズと
負レンズの少なくとも２つの接合レンズからなる第２レ
ンズ群と、負の屈折力の接合面を持つ第３レンズ群と、
最像側に凹面を向けた負の屈折力を持つレンズを有する
接合レンズの第４レンズ群から構成され、前記第３レン
ズ群が前記第１レンズ群と物体との間に置かれた平行平
面板の厚さに応じて前記第２レンズ群と前記第４レンズ
群の間を相対的に光軸方向に移動可能である。

【００１８】標本面のカバーガラスの厚さがばらつきに
より所定の設計値以外の場合に、球面収差の発生により
結像性能が劣化し、シャープな観察像を得ることができ
ない。かかる場合に、補正環を操作する事により第３レ
ンズ群Ｇ３が移動し、発生した球面収差を打ち消すよう
にしている。具体的には、標本面（物体面）と対物レン
ズとの間に配置される透明物体（カバーガラスあるいは
ガラスシャーレ等）が厚い場合（光学的光路長が大きく
なる場合）は、第３レンズ群Ｇ３を第４レンズ群Ｇ４側
に移動させ、透明物体の光学的光路長が小さくなる場合
には第３レンズ群Ｇ３を第２レンズ群Ｇ２側に移動させ
るものである。本実施例では、第３レンズ群Ｇ３は強い
屈折力を有していないので、補正環を操作して第３レン
ズ群が移動しても、レンズ系全体としての焦点距離はほ
とんど変化することがない。換言すると、カバーガラス
の厚さのばらつきに起因する観察像の劣化は、補正環の
みの操作によって修正することができることとなる。

【００１９】

【実施例】図１乃至図３は、本発明の第１乃至第３実施
例にかかる顕微鏡対物レンズのレンズ構成図を示す図で
ある。次に本発明の対物レンズの実施例を示す。

【００２０】（第１実施例）表１に第１実施例の数値例
を示す。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ
番目のレンズ面の曲率半径、ｄ０は作動距離、ｄｉは物
体側より順に第ｉ番目のレンズの厚さ及び空気間隔、ｎ
ｄｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガ
ラスのｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率とア
ッベ数である。またβは撮影倍率である。

【００２１】

【表１】 β=40x N.A.=0.6 d0=可変焦点距離(f)=5.1mm r 1=−13.2998 d 1=8.00 nd 1=1.7195 ν 1=53.11 r 2= −9.5077 d 2=0.20 r 3=9241.0000 d 3=1.00 nd 2=1.6127 ν 2=44.41 r 4= 28.2070 d 4=4.9 nd 3=1.4978 ν 3=82.52 r 5=−15.0998 d 5=0.2 r 6=1070.8500 d 6=1.00 nd 4=1.6727 ν 4=32.17 r 7= 24.3609 d 7=4.60 nd 5=1.4339 ν 5=95.57 r 8=−24.3609 d 8=0.20 r 9= 24.3609 d 9=4.60 nd 6=1.4339 ν 6=95.57 r10=−24.3609 d10=1.00 nd 7=1.6034 ν 7=38.03 r11=−72.8590 d11=(可変) r12= 43.5000 d12=3.90 nd 8=1.4978 ν 8=82.52 r13=−13.8170 d13=1.00 nd 9=1.6968 ν 9=55.60 r14= 429.9490 d14=(可変) r15=−55.2990 d15=2.20 nd10=1.6727 ν10=32.17 r16= −8.7301 d16=1.30 nd11=1.4875 ν11=70.41 r17= 8.8313 d17=150

【００２２】本実施例におけるカバーガラスの厚さが
１．２ｍｍ、０ｍｍ、２．０ｍｍの場合の第３レンズ群
Ｇ３の移動による空気間隔の変化量を以下の表２に示
す。

【００２３】

【表２】ＣＧ１．２００２．００ｄ０３．７１４．５６３．１３ｄ１１７．５６４．２７１０．７３ｄ１４１４．５６１７．８５１１．３９（ＣＧ＝平行平面板の厚さ）

【００２４】図４ないし図６は、各々カバーガラスの厚
さが１．２ｍｍ，０ｍｍ，２．０ｍｍの場合における第
１実施例の球面収差を示す収差図である。Ｎ．Ａ．は開
口数、ＣはＣ線（λ＝６５６．２８ｎｍ），ｄはｄ線
（λ＝５８７．５６ｎｍ），ＦはＦ線（λ＝４８６．１
３ｎｍ）をそれぞれ示している。各収差図から明らか
なように、本実施例では、種々なカバーガラスの厚さに
対して、球面収差が良好に補正されている。

【００２５】（第２実施例）次に本発明の第２実施例の
諸元値を表３に掲げる。各符号は第１実施例と同様であ
る。

【００２６】

【表３】 β=40x N.A.=0.6 d0=可変焦点距離(f)=5.0mm r 1= −24.0732 d 1=8.01 nd 1=1.7195 ν 1=53.11 r 2= −10.0900 d 2=0.20 r 3=−143.4669 d 3=1.00 nd 2=1.6127 ν 3=44.41 r 4= 20.3851 d 4=4.90 nd 3=1.4978 ν 3=82.52 r 5= −14.6746 d 5=0.20 r 6= 130.3038 d 6=1.00 nd 4=1.6727 ν 4=32.17 r 7= 24.4180 d 7=4.60 nd 5=1.4339 ν 5=95.57 r 8= −24.3609 d 8=0.30 r 9= 32.0381 d 9=4.60 nd 6=1.4339 ν 6=95.57 r10= −24.1954 d10=1.00 nd 7=1.6034 ν 7=38.03 r11= −69.0729 d11=(可変) r12= 33.5985 d12=3.90 nd 8=1.4978 ν 8=82.52 r13= −14.4024 d13=1.00 nd 9=1.6968 ν 9=55.60 r14= 695.0246 d14=(可変) r15= −51.6664 d15=2.20 nd10=1.6727 ν10=32.17 r16= −8.7525 d16=1.30 nd11=1.4875 ν11=70.41 r17= 8.6538 d17=150

【００２７】第１実施例と同様に第２実施例におけるカ
バーガラスの厚さに応じた第２レンズ群Ｇ２の移動によ
る空気間隔の変化量を以下の表４に示す。

【００２８】

【表４】ＣＧ１．２００２．００ｄ０３．７１４．５６３．１３ｄ１１７．５６４．２７１０．７３ｄ１４１４．５６１７．８５１１．３９（ＣＧ＝平行平面板の厚さ）

【００２９】図７ないし図９は、各々カバーガラスの厚
さが１．２ｍｍ，０ｍｍ，２．０ｍｍの場合における第
２実施例の球面収差を示す収差図である。各符号は第１
実施例の場合と同様である。各収差図から明らかなよ
うに、本実施例では、種々なカバーガラスの厚さに対し
て、球面収差が良好に補正されている。

【００３０】（第３実施例）次に本発明の第３実施例の
諸元値を表５に掲げる。各符号は第１実施例と同様であ
る。

【００３１】

【表５】 β=40x N.A.=0.6 d0=可変焦点距離(f)=5.0mm r 1=−11.9221 d 1=8.59 nd 1=1.6030 ν 1=65.42 r 2= −8.5740 d 2=0.20 r 3=4864.9500 d 3=1.00 nd 2=1.6127 ν 3=44.41 r 4= 20.6542 d 4=5.20 nd 3=1.4978 ν 3=82.52 r 5=−16.3710 d 5=0.20 r 6= 98.3167 d 6=1.00 nd 4=1.6200 ν 4=36.27 r 7= 24.6210 d 7=4.60 nd 5=1.4339 ν 5=95.57 r 8=−20.3664 d 8=(可変) r 9= 22.9133 d 9=4.20 nd 6=1.4339 ν 6=95.57 r10=−22.7670 d10=1.00 nd 7=1.6034 ν 7=38.03 r11= 213.2079 d11=0.50 r12= 23.0800 d12=4.30 nd 8=1.4978 ν 8=82.52 r13=−19.8580 d13=1.00 nd 9=1.6968 ν 9=55.60 r14= 99.0355 d14=(可変) r15=−50.1594 d15=2.50 nd10=1.6727 ν10=32.17 r16= −7.6652 d16=1.20 nd11=1.5186 ν11=70.00 r17= 7.6189 d17=150

【００３２】第１実施例と同様に第３実施例におけるカ
バーガラスの厚さに応じた第３レンズ群Ｇ３の移動によ
る空気間隔の変化量を以下の表６に示す。

【００３３】

【表６】ＣＧ１．２００２．００ｄ０２．８６３．８０２．８６ｄ１１５．３５２．６０６．９０ｄ１４１１．５５１４．３０１０．００（ＣＧ＝平行平面板の厚さ）

【００３４】図１０ないし図１２は、各々カバーガラス
の厚さが１．２ｍｍ，０ｍｍ，２．０ｍｍの場合におけ
る第３実施例の球面収差を示す収差図である。各符号は
第１実施例の場合と同様である。各収差図から明らか
なように、本実施例では、種々なカバーガラスの厚さに
対して、球面収差が良好に補正されている。また、各実
施例の条件対応値を以下の表７に掲げる。

【００３５】

【表７】第１実施例第２実施例第３実施例 (1) f3/f −47.70 350.20 12.80 (2) r1/f −2.66 −4.81 −2.29 (3) ν4n 70.41 70.41 69.98 (4) D1/f 1.57 1.60 1.65

【００３６】さらに、本実施例はすべて無限遠設計であ
り、以下の表８に示す構成の結像レンズと組み合わせて
使用される。

【００３７】

【表８】 r 1= 75.0430 d 1=5.10 nd 1=1.6228 ν 1=57.03 r 2=−75.0430 d 2=2.00 nd 2=1.7500 ν 2=2.00 r 3=1600.5800 d 3=7.50 r 4= 50.2560 d 4=5.10 nd 3=1.6676 ν 3=41.96 r 5=−84.5410 d 5=1.80 nd 4=1.6127 ν 4=44.41 r 6= 36.9110

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、長作動距離で、中心か
ら周辺まで像面が平坦で諸収差も良く補正されて、物体
側に配置される透明な平行平面板の厚さの変化（ばらつ
き）に対して諸収差、特に球面収差を良好に補正できる
ような機構を備えた顕微鏡対物レンズを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対物レンズの第１実施例のレンズ構成
を示す図である。

【図２】第２実施例のレンズ構成を示す図である。

【図３】第３実施例のレンズ構成を示す図である。

【図４】第１実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が１．２ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図５】第１実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が０ｍｍのときの球面収差を表す収差図であ
る。

【図６】第１実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が２．０ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図７】第２実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が１．２ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図８】第２実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が０ｍｍのときの球面収差を表す収差図であ
る。

【図９】第２実施例の対物レンズのカバーガラスの厚さ
（ＣＧ）が２．０ｍｍのときの球面収差を表す収差図で
ある。

【図１０】第３実施例の対物レンズのカバーガラスの厚
さ（ＣＧ）が１．２ｍｍのときの球面収差を表す収差図
である。

【図１１】第３実施例の対物レンズのカバーガラスの厚
さ（ＣＧ）が０ｍｍのときの球面収差を表す収差図であ
る。

【図１２】第３実施例の対物レンズのカバーガラスの厚
さ（ＣＧ）が２．０ｍｍのときの球面収差を表す収差図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、物体側に凹面を向けた
正の屈折力を持つメニスカスレンズを有する第１レンズ
群と、発散光を収斂光に変えて、かつ正レンズと負レン
ズの少なくとも２つの接合レンズからなる第２レンズ群
と、負の屈折力の接合面を持つ第３レンズ群と、最像側
に凹面を向けた負の屈折力を持つレンズを有する接合レ
ンズの第４レンズ群とから構成され、前記第３レンズ群
が前記第１レンズ群と物体との間に置かれた平行平面板
の厚さに応じて前記第２レンズ群と前記第４レンズ群と
の間を相対的に光軸方向に移動可能であり、ｆを全系の
焦点距離、ｆ３を第３レンズ群の焦点距離、ｒ１を前記
第１レンズ群の最物体側のレンズ面の曲率半径としたと
き、（１）｜ｆ３／ｆ｜＞１０（２） −６＜ｒ１／ｆ＜−２の条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】 ν４ｎを前記第４レンズ群の最像側のレ
ンズのｄ線に対するアッベ数、Ｄ１を第１レンズ群の光
軸上での厚みとしたとき、（３）６０＜ν４ｎ（４）１．４＜Ｄ１／ｆ＜１．８の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕
微鏡対物レンズ。