JP2003098438A - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高開口数でカバーガラスの厚さの変動に対して
補正範囲の広い中倍率高開口数の顕微鏡対物レンズを提
供する。 【解決手段】物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正
屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、光軸方向に移動可能であ
り、両凸レンズＬｐ１、両凹レンズＬｎ１及び凸レンズ
Ｌｐ２を貼り合せた正屈折力の接合レンズを含む複数の
接合レンズを有し、全体で正屈折力の第２レンズ群Ｇ２
と、物体側に凸面を向け、両凸レンズＬｐ３及び凹レン
ズＬｎ２を貼り合せたメニスカス形状の屈折力が弱い接
合レンズ単体から成る第３レンズ群Ｇ３とを物体側から
順に配置し、Ｆを全系の焦点距離、ｒ１を最も物体側の
レンズ面の曲率半径、Ｆ２を第２レンズ群Ｇ２の焦点距
離、Ｆ３を第３レンズ群Ｇ３の焦点距離としたとき、以
下の条件式を満たす顕微鏡対物レンズ。 0.35<｜r1｜/F＜0.7 F2/F>1.5 ｜F3｜/F>17

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は顕微鏡対物レンズ
に関し、特にカバーガラスの厚さのばらつきが原因で発
生する収差変動を補正できる補正環付顕微鏡対物レンズ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡対物レンズはカバーガラスやガラ
スシャーレ等の厚さは一定であるとして設計されてい
る。したがって、設計値以外のカバーガラスやガラスシ
ャーレを用いて顕微鏡観察した場合、球面収差等が発生
し結像性能が劣化する。

【０００３】この結像性能の劣化は、開口数ＮＡ（Ｎｕ
ｍｅｒｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が大きくなる程顕著に
なる。

【０００４】ところで、細胞培養及び遺伝子操作等のバ
イオテクノロジー分野における顕微鏡観察ではガラスシ
ャ−レを用いることが多い。

【０００５】ガラスシャーレの厚さは１mm程度で一般に
使用されるカバーガラスの厚さ（0.17mm）と比べて厚
い。したがって、球面収差等が発生し結像性能の劣化が
生じ易いため、収差補正範囲が広く、しかも作動距離が
長い顕微鏡対物レンズが必要になる。

【０００６】これに対し、厚さのばらつきが原因で発生
する収差に応じて顕微鏡対物レンズ内のレンズの間隔を
変えて収差変動を補正する、いわゆる補正環を備える顕
微鏡対物レンズが特開平９−２９２５７１号公報や特開
平１０−１４２５１０号公報等に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平９−２
９２５７１号公報に記載されている顕微鏡対物レンズの
開口数は０．８５と大きいが、カバーガラスの厚さが
０．１７ｍｍで補正範囲が０．１ｍｍと小さく、また高
倍率（６０×）であるため、視野範囲が狭くなるという
問題がある。

【０００８】一方、特開平１０−１４２５１０号公報に
記載されている顕微鏡対物レンズのカバーガラスの厚さ
は１．２ｍｍで補正範囲が２ｍｍと大きいが、開口数が
０．５５と小さく、高倍率（４０×）であるため、やは
り視野範囲が狭くなるという問題がある。

【０００９】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は高開口数でカバーガラスの厚さの
変動に対して補正範囲の広い中倍率高開口数の顕微鏡対
物レンズを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明は、物体側に凹面を向けたメニス
カス形状の正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、光軸方向に
移動可能であり、両凸レンズ、両凹レンズ及び凸レンズ
を貼り合せた正屈折力の接合レンズを含む複数の接合レ
ンズを有し、全体で正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、物
体側に凸面を向け、両凸レンズ及び凹レンズを貼り合せ
たメニスカス形状の屈折力が弱い接合レンズ単体から成
る第３レンズ群Ｇ３とを物体側から順に配置し、Ｆを全
系の焦点距離、ｒ１を最も物体側のレンズ面の曲率半
径、Ｆ２を第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、Ｆ３を第３レ
ンズ群Ｇ３の焦点距離としたとき、以下の条件式を満た
すことを特徴とする。

【００１１】 0.35<｜r1｜/F＜0.7 （１） F2/F>1.5 （２） ｜F3｜/F>17 （３）

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の顕
微鏡対物レンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２に含ま
れる正屈折力の接合レンズを構成する前記両凸レンズ及
び凸レンズのアッベ数をνdp、前記両凹レンズのアッベ
数をνdnとし、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の曲率半
径をＲＣ１、最も像側の曲率半径をＲＣ２としたとき、
以下の条件を満たすことを特徴とする。

【００１３】 νdp-νdn>35 （４） 0.22<(RC1-RC2)/(RC1+RC2)<0.35 （５）

【００１４】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施の形態を図面
に基いて説明する。

【００１５】顕微鏡対物レンズは、第１レンズ群Ｇ１
と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを物体側
から順に配置してある（図１及び図２参照）。

【００１６】第１レンズ群Ｇ１は物体側に凹面を向けた
メニスカス形状の正屈折力で構成され、この配置により
特に球面収差の発生を最小限に抑えつつ、標本からの発
散光束をある程度収斂気味にすることができる。

【００１７】条件式（１）は第１レンズ群Ｇ１の最も物
体側の曲率半径を規定する。この条件を外れて小さくな
ると、凹面の作用が強くなり、ペッツバール和が小さく
なり過ぎ、像面湾曲が補正過剰になるだけでなく、発散
作用も強くなるため、高次の球面収差が補正過剰になり
過ぎて、後方のレンズ群による補正が困難になる。

【００１８】逆に、この条件を外れて大きくなると、ペ
ッツバール和が大きくなり、像面補正が困難になる。

【００１９】第１レンズ群Ｇ１によって収斂気味になっ
た発散光束は第２レンズ群Ｇ２に入射する。第２レンズ
群Ｇ２は、両凸レンズＬｐ１、両凹レンズＬｎ１、凸レ
ンズＬｐ２の順に貼合された正屈折力の３枚接合レンズ
を含んだ複数の接合レンズを有し、標本のカバーガラス
１０及び第１レンズ群Ｇ１で発生した球面収差や軸上色
収差を補正する。

【００２０】第２レンズ群Ｇ２は光軸方向に移動可能で
ある。この第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に移動すること
により、第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２へ入射
した発散光束の入射する高さｈが変化し、球面収差を補
正することができる。

【００２１】条件式（２）は第２レンズ群Ｇ２の適切な
屈折力の配分を規定している。この条件を外れて小さく
なると、第２レンズ群Ｇ２の収斂作用が強くなり過ぎ、
負の球面収差量が生じ、第１レンズ群Ｇ１で発生した球
面収差の補正が困難になる。

【００２２】条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２に含ま
れる正屈折力の３枚接合レンズの各正レンズと負レンズ
のアッベ数の差について適切な範囲を規定している。こ
の条件を外れて小さくなると、軸上色収差の補正が困難
になり、無理に補正しようとすると接合面の曲率半径が
小さくなりすぎて、高次の球面収差の発生を招くことに
なる。

【００２３】第２レンズ群Ｇ２の正屈折力が大きくなる
と、補正環を操作したときに顕微鏡対物レンズ全系の焦
点距離が変化し、ピントが外れてしまう。

【００２４】第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向
け、両凸レンズＬｐ３、凹レンズＬｎ２の順に貼合され
たメニスカス形状の弱い正又は負の屈折力の接合レンズ
単体から構成され、主に像面及び倍率色収差を補正す
る。

【００２５】条件式（３）は第３レンズ群Ｇ３の適切な
屈折力の配分を規定している。この条件を外れて小さく
なると、像面湾曲が発生する。

【００２６】条件式（５）は第３レンズ群Ｇ３のメニス
カス形状を規定する。この条件を外れて小さくなると、
メリジオナル像面が負の方向に大きくなり過ぎるととも
に、内向性のコマ収差が発生する。逆に、この条件を外
れて大きくなると、メリジオナル像面が正の方向に大き
くなり過ぎるとともに、外向性のコマ収差が発生する。

【００２７】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例に係る顕微鏡対
物レンズのレンズ構成を示す図、図２はこの発明の第２
実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図で
ある。

【００２８】（第１実施例）表１に第１実施例の数値例
を示す。この実施例において、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、ndiとν
i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=587.56nm)に対する屈折率とアッベ数である。ま
た、βは拡大倍率である。

【００２９】

【表１】実施例１

【００３０】この実施例におけるカバーガラスの厚さCG
が1.0mm、0.8mm、1.2mmの場合の第２レンズ群Ｇ２の移
動による作動距離d0及び空気間隔d4,d12の変化量を以下
の表２に示す(単位mm)。

【００３１】

【表２】

【００３２】なお、表２から分るようにこの顕微鏡対物
レンズの補正範囲は0.4mmである。

【００３３】図３はカバーガラスの厚さCGが1.0mmの場
合における第1実施例の球面収差を示す収差図、図４は
カバーガラスの厚さCGが0.8mmの場合における第1実施例
の球面収差を示す収差図、図５はカバーガラスの厚さCG
が1.2mm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。

【００３４】図３〜図５において、実線、破線、一点鎖
線及び二点鎖線は、それぞれｄ線(λ=587.56nm)、C線
(λ=656.28nm)、F線(λ=486.13nm)及びｇ線(λ=435.84n
m)を示す。また、図３〜図５において、縦軸はNAを示
し、横軸は収差を示す。

【００３５】各収差図から明らかなように、この第１実
施例によれば、厚さの異なるカバーガラスに対して、球
面収差が良好に補正される。また、中倍率（20×）であ
るため、広い視野範囲が得られる。

【００３６】（第２実施例）次にこの発明の第３実施例
の数値例を表３に示す。各符号は第１実施例と同様であ
るので、その説明を省略する。

【００３７】

【表３】実施例２

【００３８】この実施例におけるカバーガラスの厚さCG
が1.0mm、0.8mm、1.2mmの場合の第２レンズ群Ｇ２の移
動による作動距離d0及び空気間隔d3,d12の変化量を以下
の表４に示す(単位mm)。

【００３９】

【表４】

【００４０】なお、表４から分るようにこの顕微鏡対物
レンズの補正範囲は0.4mmである。

【００４１】図６はカバーガラスの厚さCGが1.0mmの場
合における第２実施例の球面収差を示す収差図、図７は
カバーガラスの厚さCGが0.8mmの場合における第２実施
例の球面収差を示す収差図、図８はカバーガラスの厚さ
CGが1.2mm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。

【００４２】図６〜図８において、実線、破線、一点鎖
線及び二点鎖線は、それぞれｄ線(λ=587.56nm)、C線
(λ=656.28nm)、F線(λ=486.13nm)及びｇ線(λ=435.84n
m)を示す。また、図６〜図８において、縦軸はNAを示
し、横軸は収差を示す。

【００４３】各収差図から明らかなようにこの第２実施
例によれば、厚さの異なるカバーガラスに対して、球面
収差が良好に補正される。また、中倍率（20×）である
ため、広い視野範囲が得られる。

【００４４】また、第１実施例及び第２実施例における
条件式（１）〜（５）の数値例を以下の表５に示す。

【００４５】

【表５】

【００４６】更に、本発明の実施例は全て無限遠設計で
あり、以下の表６に示す構成の結像レンズと組合せて使
用される。表６において、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、ndi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=587.56nm)に
対する屈折率とアッベ数である。

【００４７】

【表６】

【００４８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
高開口数でカバーガラスの厚さの変動に対して補正範囲
の広い中倍率高開口数の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】図１はこの発明の第１実施例に係る顕微鏡対物
レンズのレンズ構成を示す図である。

【図２】図２はこの発明の第２実施例に係る顕微鏡対物
レンズのレンズ構成を示す図である。

【図３】図３はカバーガラスの厚さCGが1.0mm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。

【図４】図４はカバーガラスの厚さCGが0.8mm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。

【図５】図５はカバーガラスの厚さCGが1.2mm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。

【図６】図６はカバーガラスの厚さCGが1.0mm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。

【図７】図７はカバーガラスの厚さCGが0.8mm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。

【図８】図８はカバーガラスの厚さCGが1.2mm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。

【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 Ｌｐ１ 両凸レンズ Ｌｐ２ 凸レンズ Ｌｐ３ 両凸レンズ Ｌｎ１ 両凹レンズ Ｌｎ２ 凹レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側に凹面を向けたメニスカス形状の
   正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、光軸方向に移動可能で
   あり、両凸レンズ、両凹レンズ及び凸レンズを貼り合せ
   た正屈折力の接合レンズを含む複数の接合レンズを有
   し、全体で正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、物体側に凸
   面を向け、両凸レンズ及び凹レンズを貼り合せたメニス
   カス形状の屈折力が弱い接合レンズ単体から成る第３レ
   ンズ群Ｇ３とを物体側から順に配置し、Ｆを全系の焦点
   距離、ｒ１を最も物体側のレンズ面の曲率半径、Ｆ２を
   第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、Ｆ３を第３レンズ群Ｇ３
   の焦点距離としたとき、以下の条件式を満たすことを特
   徴とする顕微鏡対物レンズ。 0.35<｜r1｜/F＜0.7 F2/F>1.5 ｜F3｜/F>17
2. 【請求項２】 前記第２レンズ群Ｇ２に含まれる正屈折
   力の接合レンズを構成する前記両凸レンズ及び凸レンズ
   のアッベ数をνdp、前記両凹レンズのアッベ数をνdnと
   し、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の曲率半径をＲＣ
   １、最も像側の曲率半径をＲＣ２としたとき、以下の条
   件を満たすことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡対物
   レンズ。 νdp-νdn>35 0.22<(RC1-RC2)/(RC1+RC2)<0.35