[go: up one dir, main page]

WO2009107610A1 - 対物レンズ - Google Patents

対物レンズ Download PDF

Info

Publication number
WO2009107610A1
WO2009107610A1 PCT/JP2009/053293 JP2009053293W WO2009107610A1 WO 2009107610 A1 WO2009107610 A1 WO 2009107610A1 JP 2009053293 W JP2009053293 W JP 2009053293W WO 2009107610 A1 WO2009107610 A1 WO 2009107610A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
diffractive optical
object side
objective lens
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/053293
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
三環子 万袋
宮川 晶子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to CN2009801062939A priority Critical patent/CN101965533B/zh
Priority to EP09713809.3A priority patent/EP2264505B1/en
Publication of WO2009107610A1 publication Critical patent/WO2009107610A1/ja
Priority to US12/861,468 priority patent/US9030750B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/02Objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0037Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4211Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant correcting chromatic aberrations

Definitions

  • the present invention relates to an objective lens.
  • an objective lens of a microscope is always required to have a high numerical aperture, and at the same time, good correction of chromatic aberration is also required.
  • the higher the numerical aperture the shallower the depth of focus, and it is difficult to correct chromatic aberration (including differences in spherical aberration due to color, etc.).
  • anomalous dispersion glasses are used. Although it is necessary to use, anomalous dispersion glass is expensive and difficult to process.
  • image pickup devices such as CCDs and peripheral technologies have advanced, and the significance of microscopes as an image input device has become stronger for the purpose of spectroscopic observation using conventional eyepieces.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides an objective lens that has a large numerical aperture and has various aberrations, particularly chromatic aberration, corrected well over the entire field of view without using a lot of anomalous dispersion glass.
  • the purpose is to do.
  • an objective lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power as a whole and a second lens group having a negative refractive power as a whole. It is configured.
  • the first lens group is a positive lens that is disposed closest to the object side and has the lens surface closest to the object side formed as a flat surface or a concave surface, and two diffraction element elements made of different optical materials.
  • a diffractive optical element having a diffractive optical surface in which a diffraction grating groove is formed, and at least one cemented lens.
  • the second lens group is opposed to the strong concave surface facing the image side and the object side.
  • the diffractive optical element is disposed on the object side with respect to the position where the principal ray intersects the optical axis.
  • This objective lens has the following formula
  • such an objective lens has the following formula ⁇ dmax ⁇ 85, where ⁇ dmax is the maximum value of the Abbe numbers of the positive lenses included in the objective lens. It is preferable to satisfy the following conditions.
  • the refractive index of two diffractive element elements in the diffractive optical element is
  • the refractive index for the d-line of the material of the diffractive element having a higher Abbe number is nd2
  • the refractive index for the F-line is nF2
  • the refractive index for the C-line is nC2
  • the first lens group has at least one positive single lens.
  • the objective lens according to the present invention is configured as described above, it is possible to provide an objective lens having a large numerical aperture and excellent correction of various aberrations, particularly chromatic aberration, over the entire field of view.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the first example. It is a lens block diagram of the objective lens which concerns on 2nd Example of this invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the second example. It is a lens block diagram of the objective lens which concerns on 3rd Example of this invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the third example. It is a lens block diagram of the objective lens which concerns on 4th Example of this invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the fourth example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the fifth example. It is a lens block diagram of the objective lens which concerns on 6th Example of this invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the sixth example. It is a lens block diagram of the objective lens which concerns on 7th Example of this invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating all aberrations of the objective lens according to the seventh example. It is a lens block diagram of the imaging lens used with the said objective lens.
  • OL (OL1 to 7) Objective lens G1 First lens unit L1 Plano-convex lens (positive lens) L3 Positive meniscus lens (positive single lens) CL12, CL13, CL14, CL15 Joint lens G2 Second lens group GD Diffractive optical element D Diffractive optical surface
  • the objective lens OL includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a positive refractive power as a whole, and a second lens group G2 disposed on the image side and having a negative refractive power as a whole, Furthermore, a diffractive optical element GD is provided on the object side from the position where the principal ray intersects the optical axis.
  • the first lens group G1 is a lens group for converging diverging light emitted from an object, and is a positive lens component having a strong convex surface facing the image side closest to the object side (for example, FIG. 1).
  • it has a cemented lens CL11) in which a planoconvex lens L1 and a positive meniscus lens L2 are cemented.
  • the most object side of the positive lens component disposed on the most object side has a positive lens
  • the most object side surface of the positive lens has the tip of the objective lens OL immersed in an immersion liquid.
  • a plane or a gentle curvature is used so that bubbles do not stay in the object-side surface (first surface) of the positive lens, and the occurrence of various aberrations is reduced. It is configured as a concave surface having.
  • at least one positive lens component is included in the first lens group G1. It is desirable that a single lens (for example, a positive meniscus lens L3 in the case of FIG. 1) is provided.
  • the positive lens component is a single lens or a cemented lens.
  • the diffractive optical element GD is provided to correct chromatic aberration.
  • the diffractive optical element GD includes a diffractive optical surface D in which several to hundreds of fine groove-shaped or slit-shaped grating structures are formed concentrically per 1 mm, and the light incident on the diffractive optical surface D is grating pitch It has the property of diffracting in a direction determined by the (grating groove interval) and the wavelength of incident light.
  • the Abbe number of the optical glass is usually about 30 to 80, but the Abbe number of the diffractive optical element has a negative value.
  • the diffractive optical surface D of the diffractive optical element GD has a dispersion characteristic that is opposite to that of normal glass (refractive optical element), and the refractive index decreases as the wavelength of light becomes shorter. have. Therefore, a large achromatic effect can be obtained by combining with an ordinary refractive optical element. Therefore, chromatic aberration can be favorably corrected by using the diffractive optical element GD.
  • this diffractive optical element GD In order to correct axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration at the same time by this diffractive optical element GD, it is necessary to dispose the diffractive optical surface D on the object side from the position where the principal ray intersects the optical axis in terms of the arrangement of refractive power. is there. On the front side (object side) of the position where the chief ray crosses the optical axis, this diffractive optical element GD corrects the balance of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration and corrects it behind the position where the chief ray crosses the optical axis. This is because the remaining lateral chromatic aberration can be corrected by a cemented lens or the like.
  • the first lens group G1 is provided with at least one or more cemented lenses (for example, a cemented lens CL12 in the case of FIG. 1).
  • diffractive optical element GD in the present embodiment two diffractive element elements (for example, optical members L9 and L10 in the case of FIG. 1) made of different optical materials are joined, and a diffraction grating groove is provided on the joined surface to perform diffraction.
  • the contact multilayer diffractive optical element is compared to a so-called separated multilayer diffractive optical element in which two diffraction element elements formed with diffraction grating grooves are arranged close to each other so that the diffraction grating grooves face each other. Since the manufacturing process can be simplified, the mass production efficiency is good and the diffraction efficiency with respect to the incident angle of view is good. Therefore, the objective lens OL according to the present embodiment using the contact multilayer diffractive optical element can be easily manufactured and the diffraction efficiency can be improved.
  • the second lens group G2 is a lens group that converts the converged light converged by the first lens group G1 into parallel light.
  • This second lens group G2 has a so-called Gauss type configuration to correct the Petzval sum, and has a negative lens (a biconcave lens L16 in FIG. 1) with a concave surface having a strong curvature on the image side and an object side.
  • Negative lenses negative meniscus lens L17 in FIG. 1) with a concave surface having a strong curvature, and these concave surfaces (the image side concave surface (the 24th surface) of lens L16 in FIG. 1) and the object side of lens L17 on the object side.
  • the concave surfaces (the 25th surface) are disposed so as to face each other.
  • Conditional expression (1) is a condition that defines the maximum incident angle of a light beam incident on the diffractive optical element GD. Satisfying the conditional expression (1) can improve the diffraction efficiency, suppress the increase in the efficiency of diffracted light other than the designed order, and prevent flare well.
  • the objective lens OL satisfies the following conditional expression (2) when the focal length of the entire system of the objective lens OL is fa and the focal length of the diffractive optical element GD is fdoe. Configured as follows.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression for limiting the power of the diffractive optical surface D of the diffractive optical element GD. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the power of the diffractive optical surface D of the diffractive optical element GD becomes too strong, and chromatic aberration is greatly generated. If an attempt is made to correct the chromatic aberration generated on the diffractive optical surface D in another refracting system, the power of the refracting system increases, and spherical aberration and coma aberration are generated and cannot be corrected. In addition, the pitch width of the diffraction grating grooves in the periphery becomes fine, which makes it difficult to manufacture.
  • this objective lens OL satisfies the following conditional expression (3) when the focal length of the second lens group G2 is f2.
  • Conditional expression (3) is a conditional expression for limiting the power of the second lens group G2. If the upper limit value of the conditional expression (3) is exceeded, the Petzval sum will increase and the flatness of the image will deteriorate. On the contrary, if the lower limit value of conditional expression (3) is not reached, higher-order spherical aberration and coma aberration will occur. More preferably, if the lower limit value of conditional expression (3) is 4 and the upper limit value is 20, further performance improvement can be achieved.
  • the objective lens OL has a concave power with a strong curvature facing the image side of the second lens group G2 as ⁇ 2-1, and a concave power with a strong curvature toward the object side as ⁇ 2-2. It is desirable to satisfy the following conditional expression (4).
  • the power ⁇ of the lens surface is defined as follows, where r is the radius of curvature and n and n ′ are the refractive indices of the medium before and after the lens surface with respect to the d-line.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression that restricts the balance of the power of the concave surfaces facing each other provided in the second lens group G2. If the upper limit value or lower limit value of this condition (4) is exceeded, they face each other. The power balance of the concave surface having a strong curvature is poor and coma aberration is deteriorated.
  • the following conditional expression ( It is desirable to satisfy 5).
  • Conditional expression (5) is a conditional expression that defines an appropriate range of the number and the effective radius of the diffraction grating grooves of the diffractive optical surface D. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, chromatic aberration will be overcorrected. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (5) is not reached, correction will be insufficient.
  • the objective lens OL according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (6) when the maximum value is ⁇ dmax among the Abbe numbers of the positive lenses included in the objective lens OL.
  • Conditional expression (6) is a conditional expression that defines the Abbe number of the positive lens included in the objective lens OL.
  • a glass material having an Abbe number exceeding the upper limit value of the conditional expression (6) is a material having anomalous dispersion such as fluorite. When such a material is used for a positive lens after using the diffractive optical element GD, Chromatic aberration will be overcorrected.
  • the objective lens OL has a refractive index with respect to the d-line of the material of the diffractive element having the lower refractive index and the smaller Abbe number of the two diffractive element elements in the diffractive optical element GD.
  • the refractive index for the F-line is nF1
  • the refractive index for the C-line is nC1
  • the refractive index for the F line is nF2
  • the refractive index for the C line is nC2
  • Conditional expressions (7) to (10) respectively define the refractive indexes of the materials of the two diffractive element elements constituting the diffractive optical element GD and the dispersion (nF-nC) with respect to the F line and the C line.
  • the diffractive optical element GD in the achromatic lens system according to the present embodiment obtains a diffraction efficiency of 90% or more in a wide wavelength region. It becomes difficult to maintain the shape of the contact multilayer diffractive optical element.
  • the diffraction efficiency ⁇ m can be obtained by the following equation.
  • m is the diffraction order
  • d is the diffraction grating height
  • n1 is the refractive index of one material forming the diffraction grating surface (diffractive optical surface D)
  • n2 is the diffraction grating surface (diffractive optical surface D). Represents the refractive index of the other material
  • represents the wavelength.
  • ⁇ m ⁇ (sin (am) ⁇ ) / (am) ⁇ 2
  • a ⁇ (n1-1) d- (n2-1) d ⁇ / ⁇
  • the grating height is 20.05 ⁇ m
  • the first-order diffraction efficiency is 98% for g-line, 98% for F-line, 100% for d-line, and 98% for C-line. %
  • a close-contact multilayer diffractive optical element having an excellent value of diffraction efficiency of 98% or more over a wide wavelength range can be realized.
  • the phase difference of the diffractive optical surface D formed on the diffractive optical element GD is a normal refractive index and will be described later.
  • Calculation was performed by the ultrahigh refractive index method using the aspherical formula (11).
  • the ultrahigh refractive index method uses a certain equivalent relationship between the aspherical shape and the grating pitch of the diffractive optical surface.
  • the diffractive optical surface D is replaced by the ultrahigh refractive index method.
  • data that is, an aspherical expression (11) described later and its coefficient.
  • d-line, C-line, F-line and g-line are selected as the calculation target of the aberration characteristics.
  • the height of the aspheric surface in the direction perpendicular to the optical axis is y, and the distance (sag amount) along the optical axis from the tangential plane of the apex of each aspheric surface to each aspheric surface at height y.
  • Is S (y) r is the radius of curvature of the reference sphere (paraxial radius of curvature)
  • is the conic constant
  • An is the nth-order aspheric coefficient, and is expressed by the following equation (11).
  • “E ⁇ n” represents “ ⁇ 10 ⁇ n ”.
  • the paraxial radius of curvature R is expressed by the following equation (12).
  • the lens surface on which the diffractive optical surface is formed is marked with an asterisk (*) on the right side of the surface number in the table, and the aspherical expression (11) indicates the performance of the diffractive optical surface.
  • the specifications are shown.
  • the objective lens OL in each of the following examples is of the infinity correction type, has the configuration shown in FIG. 15, and is used with the imaging lens IL having the specifications shown in Table 2.
  • Table 2 the first column m is the number of each optical surface from the object side, the second column r is the radius of curvature of each optical surface, and the third column d is from each optical surface to the next optical surface.
  • the fourth column nd indicates the refractive index with respect to the d-line, and the fifth column ⁇ d indicates the Abbe number.
  • the refractive index of air of 1.0000 is omitted.
  • the description of the specification table is the same in the following embodiments.
  • the imaging lens IL is composed of a cemented lens in which a biconvex lens L21 and a biconcave lens L22 are cemented in order from the object side, and a cemented lens in which a biconvex lens L23 and a biconcave lens L24 are cemented.
  • FIG. 1 used in the above description shows the objective lens OL1 according to the first embodiment.
  • the objective lens OL1 is an objective lens used in a microscope in which a specimen (object) is placed under the cover plate C and the specimen is observed in a state where the tip is immersed in the immersion liquid.
  • a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power are provided, and the diffractive optical element GD is disposed in the first lens group G1.
  • the diffractive optical element GD is disposed in the first lens group G1.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens CL11 in which a plano-convex lens L1 having a flat object side and a positive meniscus lens L2 having a strong convex surface on the image side, a positive meniscus lens L3 having a concave surface on the object side, It includes a cemented lens CL12 in which a biconcave lens L4 and a biconvex lens L5 are cemented, a cemented lens CL13 in which a negative meniscus lens L6 having a convex surface facing the object side and a biconvex lens L7 are cemented, and a diffractive optical surface D, and a concave surface on the image side.
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L15 and a biconcave lens L16 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a negative meniscus lens L17 having a concave surface having a strong curvature on the object side.
  • a cemented lens CL22 in which a positive meniscus lens L18 having a convex surface facing the image side is cemented.
  • the diffractive optical element GD includes the optical glass L8, the two optical members L9 and L10 formed from different resin materials, and the optical glass (plano-concave lens) L11 joined in this order.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed on the joint surface of the members L9 and L10. That is, the diffractive optical element GD is a contact multilayer diffractive optical element.
  • Table 3 shows the specifications of the objective lens OL1 according to the first example shown in FIG.
  • fa represents the focal length of the entire objective lens OL1
  • NA represents the numerical aperture
  • represents the magnification.
  • d0 is the lens surface closest to the object side of the first lens (lens L1) closest to the object, excluding the thickness of the cover plate C.
  • d0 is the distance from the sample to the most object side lens surface of the first lens (lens L1) that is closest to the object. The distance on the optical axis to the apex is shown.
  • the numbers of the optical surfaces shown in the first column m correspond to the surface numbers 1 to 27 shown in FIG.
  • the curvature radius 0.0000 indicates a plane.
  • the second column r indicates the radius of curvature of the spherical surface that serves as a reference for the base aspherical surface, and the data used for the ultrahigh refractive index method is indicated in the specification table as aspherical data. Yes. Further, Table 3 also shows values corresponding to the conditional expressions (1) to (10), that is, condition corresponding values.
  • the cover plate C used in the first to fifth embodiments has a thickness of 0.17 mm and a refractive index of 1.522 with respect to the d line, and the refractive index nd and the Abbe number ⁇ d with respect to the d line of the immersion liquid vary. Shown in the original table. These descriptions are the same in the following embodiments.
  • mm is generally used as the unit of the radius of curvature r, the surface spacing d, the focal length fa of the entire system, and other lengths described in all the following specifications. Since the same optical performance can be obtained even when proportional expansion or reduction is performed, the unit is not limited to “mm”, and other appropriate units may be used.
  • FIG. 2 shows various aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and coma aberration with respect to the rays of the d-line, C-line, F-line, and g-line in the first embodiment.
  • the spherical aberration diagram shows the aberration amount with respect to the numerical aperture NA
  • the astigmatism diagram shows the aberration amount with respect to the image height Y
  • the coma aberration diagram shows 9 mm when the image height Y is 12.5 mm.
  • the amount of aberration at 6 mm and at 0 mm is shown.
  • the solid line indicates the d line
  • the dotted line indicates the C line
  • the alternate long and short dash line indicates the F line
  • the alternate long and two short dashes line indicates the g line.
  • the solid line indicates the meridional image plane for each wavelength
  • the broken line indicates the sagittal image plane for each wavelength.
  • the objective lens OL2 shown in FIG. 3 is also an objective lens used for a microscope in which a specimen (object) is placed under the cover plate C and the specimen is observed in a state where the tip is immersed in immersion liquid.
  • a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power are provided in order from the object side, that is, the cover plate C side.
  • a diffractive optical element is provided in the first lens group G1.
  • a GD is provided.
  • the first lens group G1 includes a planoconvex lens L1 having a flat convex surface on the object side and a strong convex surface facing the image side, a positive meniscus lens L2 having a concave surface facing the object side, a positive meniscus lens L3 having a concave surface facing the object side, and diffraction.
  • An optical element GD a cemented lens CL11 in which a biconvex lens L8, a biconcave lens L9, and a biconvex lens L10 are cemented, and a cemented lens in which a negative meniscus lens L11 having a convex surface facing the object side, a biconvex lens L12, and a biconcave lens L13 are cemented.
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L14 and a biconcave lens L15 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a biconcave lens L16 having a concave surface having a strong curvature on the object side. It is composed of a cemented lens CL22 in which a biconvex lens L17 is cemented.
  • the diffractive optical element GD the optical glass L4, two optical members L5 and L6 formed from different resin materials, and the optical glass L7 are joined in this order, and the joining surfaces of the optical members L5 and L6 are joined.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed.
  • Table 4 shows the specifications of the objective lens OL2 according to Example 2 shown in FIG. Note that the surface numbers shown in Table 4 coincide with the surface numbers 1 to 26 shown in FIG.
  • FIG. 4 shows various aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism and coma aberration of the objective lens OL2 according to the second example. As is apparent from the respective aberration diagrams, it is understood that the aberration is corrected well and excellent imaging performance is ensured also in the second embodiment.
  • the objective lens OL3 shown in FIG. 5 is also an objective lens used in a microscope in which a specimen (object) is placed under the cover plate C and the specimen is observed with the tip immersed in immersion liquid.
  • a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power are provided in order from the object side, that is, the cover plate C side.
  • a diffractive optical element is provided in the first lens group G1.
  • a GD is provided.
  • the first lens group G1 includes a planoconvex lens L1 having a flat convex surface on the object side and a strong convex surface facing the image side, a positive meniscus lens L2 having a concave surface facing the object side, a positive meniscus lens L3 having a concave surface facing the object side, and diffraction.
  • An optical element GD a cemented lens CL11 in which a biconvex lens L8, a biconcave lens L9, and a biconvex lens L10 are cemented, and a cemented lens in which a negative meniscus lens L11 having a convex surface facing the object side, a biconvex lens L12, and a biconcave lens L13 are cemented.
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L14 and a biconcave lens L15 having a concave surface having a strong curvature on the image side, a biconcave negative lens L16 having a concave surface having a strong curvature on the object side, And a biconvex lens L17.
  • the diffractive optical element GD the optical glass L4, two optical members L5 and L6 formed from different resin materials, and the optical glass L7 are joined in this order, and the joining surfaces of the optical members L5 and L6 are joined.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed.
  • Table 5 shows the specifications of the objective lens OL3 according to the third example shown in FIG.
  • the surface numbers shown in Table 5 coincide with the surface numbers 1 to 27 shown in FIG.
  • FIG. 6 shows various aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism and coma aberration of the objective lens OL3 according to the third example. As is apparent from the respective aberration diagrams, it is understood that aberrations are corrected well and excellent imaging performance is secured in this third embodiment.
  • the objective lens OL4 shown in FIG. 7 is also an objective lens used in a microscope in which a specimen (object) is placed under the cover plate C and the specimen is observed with the tip immersed in immersion liquid.
  • a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power are provided in order from the object side, that is, the cover plate C side.
  • a diffractive optical element is provided in the first lens group G1.
  • a GD is provided.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens CL11 in which a plano-convex lens L1 having a flat object side and a positive meniscus lens L2 having a strong convex surface on the image side, a positive meniscus lens L3 having a concave surface on the object side, A cemented lens CL12 in which a biconcave lens L4 and a biconvex lens L5 are cemented, a cemented lens CL13 in which a planoconcave lens L9 (diffractive optical element GD) including a diffractive optical surface D and having a concave surface facing the image side, and a biconvex lens L10 are cemented; A cemented lens CL14 in which a negative meniscus lens L11 having a convex surface facing the object side and a biconvex lens L12 are cemented, and a cemented lens in which the negative meniscus lens L13 having a convex surface facing the object side, a biconvex lens L14, and a bicon
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L16 and a biconcave lens L17 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a biconcave lens L18 having a concave surface having a strong curvature on the object side. It is composed of a cemented lens CL22 in which a biconvex lens L19 is cemented.
  • the diffractive optical element GD the optical glass L6, two optical members L7 and L8 formed from different resin materials, and the optical glass (plano-concave lens) L9 are joined in this order, and the optical members L7 and L8 are joined.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed on the joint surface.
  • Table 6 shows the specifications of the objective lens OL4 according to Example 4 shown in FIG.
  • the surface numbers shown in Table 6 coincide with the surface numbers 1 to 28 shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing various aberrations of spherical aberration, astigmatism and coma aberration of the objective lens OL4 according to the fourth example. As is apparent from the respective aberration diagrams, it is understood that aberrations are corrected well and excellent imaging performance is secured in the fourth embodiment.
  • the objective lens OL5 shown in FIG. 9 is also an objective lens used for a microscope in which a specimen (object) is placed under the cover plate C and the specimen is observed in a state where the tip is immersed in immersion liquid.
  • a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power are provided in order from the object side, that is, the cover plate C side.
  • a diffractive optical element is provided in the first lens group G1.
  • a GD is provided.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens CL11 in which a plano-convex lens L1 having a flat object side and a positive meniscus lens L2 having a strong convex surface on the image side, a positive meniscus lens L3 having a concave surface on the object side, A cemented lens CL12 in which a biconcave lens L4 and a biconvex lens L5 are cemented, a cemented lens CL13 in which a planoconcave lens L9 (diffractive optical element GD) including a diffractive optical surface D and having a concave surface facing the image side, and a biconvex lens L10 are cemented; A cemented lens CL14 in which a negative meniscus lens L11 having a convex surface facing the object side and a biconvex lens L12 are cemented, and a cemented lens in which the negative meniscus lens L13 having a convex surface facing the object side, a biconvex lens L14, and a bicon
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L16 and a biconcave lens L17 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a biconcave lens L18 having a concave surface having a strong curvature on the object side. It is composed of a cemented lens CL22 in which a biconvex lens L19 is cemented.
  • the diffractive optical element GD the optical glass L6, two optical members L7 and L8 formed from different resin materials, and the optical glass (plano-concave lens) L9 are joined in this order, and the optical members L7 and L8 are joined.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed on the joint surface.
  • Table 7 shows the specifications of the objective lens OL5 according to Example 5 shown in FIG.
  • the surface numbers shown in Table 7 coincide with the surface numbers 1 to 28 shown in FIG.
  • FIG. 10 shows various aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism and coma aberration of the objective lens OL5 according to the fifth example. As is apparent from the respective aberration diagrams, it is understood that aberrations are corrected well and excellent imaging performance is secured in this fifth embodiment.
  • the objective lens OL6 shown in FIG. 11 is a dry objective lens, and includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power.
  • the diffractive optical element GD is disposed in the first lens group G1.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens CL11 formed by cementing a positive meniscus lens L1 formed as a concave surface having a gentle curvature on the object side lens surface and a positive meniscus lens L2 having a strong convex surface toward the image side, and a biconvex positive lens.
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L10 and a biconcave lens L11 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a biconcave lens L12 having a concave surface having a strong curvature on the object side. It is composed of a cemented lens CL22 in which a biconvex lens L13 is cemented.
  • the diffractive optical element GD the optical glass L4, two optical members L5 and L6 formed from different resin materials, and the optical glass L7 are joined in this order, and the joining surfaces of the optical members L5 and L6 are joined.
  • a diffraction grating groove (diffractive optical surface D) is formed.
  • Table 8 shows the specifications of the objective lens OL6 according to Example 6 shown in FIG.
  • the surface numbers shown in Table 8 coincide with the surface numbers 1 to 20 shown in FIG.
  • FIG. 12 shows various aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and coma aberration of the objective lens OL6 according to the sixth example. As is apparent from the respective aberration diagrams, it is understood that aberrations are corrected well and excellent imaging performance is secured in this fifth embodiment.
  • the objective lens OL7 shown in FIG. 13 is a dry objective lens, and includes a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power in order from the object side.
  • the diffractive optical element GD is disposed in the first lens group G1.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens CL11 and a diffractive optical surface D obtained by cementing a biconcave lens L1 formed as a concave surface having a gentle curvature on the object side lens surface and a biconvex lens L2 having a strong convex surface on the image side.
  • a cemented lens L12 (diffractive optical element GD) in which a convex flat lens L3 having a convex surface facing the object side and a plano-convex lens L4 having a convex surface facing the image side are cemented, and a negative meniscus lens L7 having a convex surface facing the object side It is composed of a cemented lens CL13 in which a biconvex lens L8 is cemented.
  • the second lens group G2 includes a cemented lens CL21 formed by cementing a biconvex lens L9 and a biconcave lens L10 having a concave surface having a strong curvature on the image side, and a biconcave lens L11 having a concave surface having a strong curvature on the object side. It is comprised from the cemented lens CL22 which cemented the convex lens L12.
  • the diffractive optical element GD two optical members L4 and L5 made of different resin materials are joined in this order between the lenses L3 and L6, and a diffraction grating is formed on the joint surface of the optical members L4 and L5.
  • a groove diffractive optical surface D
  • Table 9 shows the specifications of the objective lens OL7 according to Example 7 shown in FIG. Note that the surface numbers shown in Table 9 coincide with the surface numbers 1 to 18 shown in FIG.
  • FIG. 14 shows various aberration diagrams of spherical aberration, lateral chromatic aberration, and coma aberration of the objective lens OL7 according to the seventh example. As can be seen from the respective aberration diagrams, it is understood that aberrations are corrected well and excellent imaging performance is secured in the seventh embodiment.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

 対物レンズOLは、物体側に配置され、全体として正の屈折力を有し、最も物体側に配置され、最も物体側のレンズ面が平面若しくは緩い曲率の面に形成された正レンズ(平凸レンズL1)、及び、少なくとも1つ以上の接合レンズ(接合レンズCL12等)を有する第1レンズ群G1と、像側に配置され、全体として負の屈折力を有し、互いに対向する像側に向いた強い凹面と物体側に向いた強い凹面とを有する第2レンズ群G2と、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面Dを有し、主光線と光軸が交わる位置よりも物体側に配置された回折光学素子GDとを有する。

Description

対物レンズ
 本発明は、対物レンズに関する。
 従来、顕微鏡の対物レンズには解像力や蛍光観察時の明るさを向上させるため、常に高開口数化が求められており、同時に色収差の良好な補正も必要とされる。しかしながら、高開口数であればあるほど焦点深度は浅くなり、色収差(球面収差の色による差等を含めた)を補正することが難しく、これを解決するためには、多くの異常分散ガラスを使用する必要があるが、異常分散ガラスは、高価で加工が難しい。また、近年CCD等の撮像素子ならびにその周辺技術が進歩し、顕微鏡においても従来の接眼レンズによる検鏡目的から、画像の入力装置としての意味合いが強くなっている。その場合、取り込んだ画像についてはその全視野にわたって平坦で均質であることが望まれる。このような状況において、色収差を高度に補正するために、回折光学素子を用いた対物レンズが近年種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6-331898号公報
 しかしながら、このような対物レンズは、顕微鏡で使用するためには、視野全体にわたる諸収差の補正が十分でないという課題があった。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、異常分散ガラスを多用することなく、開口数が大きく、視野全体に亘って諸収差、特に色収差が良好に補正された対物レンズを提供することを目的とする。
 前記課題を解決するために、本発明に係る対物レンズは、物体側から順に、全体として正の屈折力を有する第1レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第2レンズ群と、を有して構成される。また、第1レンズ群は、最も物体側に配置されて最も物体側のレンズ面が平面若しくは凹面に形成された正レンズ、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面を有する回折光学素子、及び、少なくとも1つ以上の接合レンズを有し、第2レンズ群は、互いに対向する、像側に向いた強い凹面と物体側に向いた強い凹面とを有して構成される。さらに、回折光学素子は、主光線が光軸と交わる位置よりも物体側に配置される。そして、この対物レンズは、回折光学素子に入射する光線の最大入射角をθmaxとしたとき、次式
|θmax| ≦ 10°
の条件を満足し、この対物レンズの全系の焦点距離をfaとし、回折光学素子の焦点距離をfdoeとしたとき、次式
|fdoe/fa| ≧ 100
の条件を満足する。
 このような対物レンズは、この対物レンズの全系の焦点距離をfaとし、第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、次式
3 ≦ |f2/fa| ≦ 30
の条件を満足し、さらに、レンズ面の曲率半径をrとし、当該レンズ面の前後の媒質のd線に対する屈折率をn,n′として、当該レンズ面のパワーΦを次式
Φ=(n′-n)/r
で定義し、第2レンズ群の像側に向いた強い凹面のパワーをΦ2-1とし、物体側に向いた強い凹面のパワーをΦ2-2としたとき、次式
0.7 ≦ |Φ2-1/Φ2-2| ≦ 1.4
の条件を満足することが好ましい。
 また、このような対物レンズは、回折光学素子における回折光学面の回折格子溝の数をNとし、回折光学素子における回折光学面の有効半径をHとしたとき、次式
2 ≦ N/H ≦ 10
の条件を満足することが好ましい。
 また、このような対物レンズは、この対物レンズに含まれる正レンズのアッベ数のうちの最大値をνdmaxとしたとき、次式
νdmax ≦ 85
の条件を満足することが好ましい。
 また、このような対物レンズは、回折光学素子中の2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の回折素子要素の材料のd線(λ=587.562nm)に対する屈折率をnd1、F線(λ=486.133nm)に対する屈折率をnF1、C線(λ=656.273nm)に対する屈折率をnC1とし、回折光学素子中の2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の回折素子要素の材料のd線に対する屈折率をnd2、F線に対する屈折率をnF2、C線に対する屈折率をnC2としたとき、次式
nd1 ≦ 1.54
0.0145 ≦ nF1-nC1
1.55 ≦ nd2
nF2-nC2 ≦ 0.013
の条件を満足することが好ましい。
 また、このような対物レンズにおいて、第1レンズ群は、少なくとも1枚の正の単レンズを有することが好ましい。
 本発明に係る対物レンズを以上のように構成すると、開口数が大きく、視野全体に亘って諸収差、特に色収差が良好に補正された対物レンズを提供することができる。
本発明の第1実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第1実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第2実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第2実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第3実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第3実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第4実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第4実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第5実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第5実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第6実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第6実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 本発明の第7実施例に係る対物レンズのレンズ構成図である。 上記第7実施例に係る対物レンズの諸収差図である。 上記対物レンズと共に用いられる結像レンズのレンズ構成図である。
符号の説明
OL(OL1~7) 対物レンズ  G1 第1レンズ群
L1 平凸レンズ(正レンズ)  L3 正メニスカスレンズ(正の単レンズ)
CL12,CL13,CL14,CL15 接合レンズ
G2 第2レンズ群  GD 回折光学素子  D 回折光学面
 以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて、本発明に係る対物レンズの構成について説明する。この対物レンズOLは、物体側より順に、全体として正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、像側に配置され、全体として負の屈折力を有する第2レンズ群G2とを有し、さらに、主光線が光軸と交わる位置よりも物体側に、回折光学素子GDが設けられている。
 このような対物レンズOLにおいて、第1レンズ群G1は、物体から出た発散光を収束させるレンズ群であり、最も物体側に、像側に強い凸面を向けた正レンズ成分(例えば、図1の場合、平凸レンズL1と正メニスカスレンズL2とを接合した接合レンズCL11)を有して構成される。ここで、この最も物体側に配置された正レンズ成分の最も物体側には、正レンズを有し、この正レンズの最も物体側の面は、対物レンズOLの先端部を浸液に浸して物体(標本)を観察するときに、この正レンズの物体側の面(第1面)内に気泡等が滞留しないようにするとともに、諸収差の発生を少なくするように、平面若しくは緩い曲率を有する凹面として構成される。また、最も物体側に配置された正レンズ成分の像側の凸面の曲率がきつくなると、球面収差やコマ収差を発生してしまうため、この第1レンズ群G1には、少なくとも1枚の正の単レンズ(例えば、図1の場合、正メニスカスレンズL3)が設けられていることが望ましい。なお、ここで、正レンズ成分は、単レンズ若しくは接合レンズで構成されるものである。
 本実施の形態における対物レンズOLにおいて、回折光学素子GDは、色収差を補正するために設けられている。回折光学素子GDは、1mmあたり数本から数百本の細かい溝状またはスリット状の格子構造が同心円状に形成された回折光学面Dを備え、この回折光学面Dに入射した光を格子ピッチ(回折格子溝の間隔)と入射光の波長によって定まる方向へ回折する性質を有している。また、回折光学素子GD(回折光学面D)は、負の分散値(本願の実施例ではアッベ数=-3.453)を有し、分散が大きく、また異常分散性(本願の実施例では部分分散比(ng-nF)/(nF-nC)=0.2956)が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常30~80程度であるが、回折光学素子のアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子GDの回折光学面Dは分散特性が通常のガラス(屈折光学素子)とは逆で光の波長が短くなるに伴い屈折率が小さくなり、長い波長の光ほど大きく曲がる性質を有している。そのため、通常の屈折光学素子と組み合わせることにより、大きな色消し効果が得られる。したがって回折光学素子GDを利用することで、色収差を良好に補正することが可能になる。
 この回折光学素子GDによって、軸上色収差と倍率色収差を同時に補正するためには、屈折力の配置上、その回折光学面Dを、主光線が光軸と交わる位置より物体側に配置する必要がある。主光線が光軸と交わる位置よりも前側(物体側)で、この回折光学素子GDにより軸上色収差と倍率色収差のバランスを取って補正し、主光線が光軸と交わる位置よりも後ろ側で、接合レンズ等により、残った倍率色収差を補正することができるからである。なお、この回折光学素子GDの回折格子溝の最小ピッチが小さくなってしまわないように、1次の色消しをこの第1レンズ群G1の屈折レンズである程度行う必要がある。そのため、この第1レンズ群G1には、少なくとも1つ以上の接合レンズ(例えば、図1の場合、接合レンズCL12等)が設けられている。
 本実施の形態における回折光学素子GDは、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素(例えば、図1の場合、光学部材L9,L10)を接合し、その接合面に回折格子溝を設けて回折光学面Dを構成しており、いわゆる「密着複層型回折光学素子」である。そのため、この回折光学素子は、g線(λ=435.835nm)からC線までの広波長域において回折効率を高くすることができる。したがって、本実施の形態に係る対物レンズOLは広波長域において利用することが可能となる。なお、回折効率は、透過型の回折光学素子において1次回折光を利用する場合、入射強度I0と一次回折光の強度I1との割合η(=I1/I0×100[%])を示す。
 また、密着複層型回折光学素子は、回折格子溝が形成された2つの回折素子要素をこの回折格子溝同士が対向するように近接配置してなるいわゆる分離複層型回折光学素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、量産効率がよく、また入射画角に対する回折効率が良いという長所を備えている。したがって、密着複層型回折光学素子を利用した本実施の形態に係る対物レンズOLでは、製造が容易となり、また回折効率が良くなる。
 第2レンズ群G2は、第1レンズ群G1で収束させた収束光を平行光にするレンズ群である。この第2レンズ群G2は、ペッツバール和を補正するため、いわゆるガウスタイプの構成をとっており、像側に曲率の強い凹面を向けた負レンズ(図1における両凹レンズL16)と、物体側に曲率の強い凹面を向けた負レンズ(図1における負メニスカスレンズレンズL17)とを有し、これらの凹面(図1におけるレンズL16の像側の凹面(第24面)とレンズL17の物体側の凹面(第25面))が対向するよう配置されている。
 それでは、本実施の形態に係る対物レンズOLを構成するための条件について、以下に説明する。まず、光束が回折光学素子GDに入射する角度が大きいと、回折効率が落ちてしまい、設計次数以外の回折光の効率が大きくなってフレアとなってしまう。そのため、この対物レンズOLにおいて、回折光学素子GDに入射する光線の最大入射角をθmaxとしたとき、次の条件式(1)を満足する位置にこの回折光学素子GDを配置する必要がある。
|θmax| ≦ 10°   (1)
 条件式(1)は、回折光学素子GDに入射する光線の最大入射角を規定した条件である。この条件式(1)を満足することにより、回折効率が良く、設計次数以外の回折光の効率が大きくなることを抑え、フレアを良好に防止することができる。
 また、本実施の形態に係る対物レンズOLは、この対物レンズOLの全系の焦点距離をfaとし、回折光学素子GDの焦点距離をfdoeとしたとき、次の条件式(2)を満足するように構成される。
|fdoe/fa| ≧ 100   (2)
 条件式(2)は、回折光学素子GDの回折光学面Dのパワーを制限するための条件式である。この条件式(2)の下限値を下回ると、回折光学素子GDの回折光学面Dのパワーが強くなり過ぎてしまい、色収差が大きく発生してしまう。この回折光学面Dで発生した色収差を、その他の屈折系において補正しようとすると、屈折系のパワーが大きくなり、球面収差やコマ収差が発生し、補正することができなくなってしまう。また、周辺における回折格子溝のピッチ幅も細かくなってしまい、製造上難しくなってしまう。
 また、この対物レンズOLは、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、次の条件式(3)を満足することが望ましい。
3 ≦ |f2/fa| ≦ 30   (3)
 条件式(3)は、第2レンズ群G2のパワーを制限するための条件式である。この条件式(3)の上限値を上回ると、ペッツバール和が大きくなってしまい、像の平坦性が悪化してしまう。反対に、条件式(3)の下限値を下回ると、高次の球面収差やコマ収差が発生してしまう。また、より好ましくは、条件式(3)の下限値を4、上限値を20とすればさらなる性能向上が図れる。
 また、この対物レンズOLは、第2レンズ群G2の像側に向いた曲率の強い凹面のパワーをΦ2-1とし、物体側に向いた曲率の強い凹面のパワーをΦ2-2としたとき、次の条件式(4)を満足することが望ましい。ここでレンズ面のパワーΦは、その曲率半径をrとし、当該レンズ面の前後の媒質のd線に対する屈折率をn,n′として以下のように定義される。
0.7 ≦ |Φ2-1/Φ2-2| ≦ 1.4   (4)
  但し、Φ=(n′-n)/r
 条件式(4)は、第2レンズ群G2に設けられた、互いに対向する凹面のパワーのバランスを制限する条件式であり、この条件(4)の上限値又は下限値を超えると、対向する曲率の強い凹面のパワーのバランスが悪く、コマ収差が悪化してしまう。
 また、本実施例に係る対物レンズOLは、回折光学素子GDにおける回折光学面Dの回折格子溝の数をNとし、この回折光学面Dの有効半径をHとしたとき、次の条件式(5)を満足することが望ましい。
2 ≦ N/H ≦ 10   (5)
 条件式(5)は、回折光学面Dの回折格子溝の数と有効半径の適切な範囲を規定する条件式である。この条件式(5)の上限値を上回ると、色収差が補正過剰となってしまう。反対に、条件式(5)の下限値を下回ると、補正不足になってしまう。
 さらに、本実施の形態に係る対物レンズOLは、この対物レンズOLに含まれる正レンズのアッベ数のうち、最大値をνdmaxとしたとき、次の条件式(6)を満足することが望ましい。
νdmax ≦ 85   (6)
 条件式(6)は、対物レンズOLに含まれる正レンズのアッベ数を規定する条件式である。この条件式(6)の上限値を超えるアッベ数を有する硝材は、ホタル石など異常分散性をもつ材料であり、回折光学素子GDを使用した上にこのような材料を正レンズに使用すると、色収差が補正過剰となってしまう。
 さらに、本実施の形態に係る対物レンズOLは、回折光学素子GD中の2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の回折素子要素の材料のd線に対する屈折率をnd1、F線に対する屈折率をnF1、C線に対する屈折率をnC1とし、回折光学素子中の2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の回折素子要素の材料のd線に対する屈折率をnd2、F線に対する屈折率をnF2、C線に対する屈折率をnC2としたとき、次の条件式(7)~(10)を満足することが望ましい。
nd1 ≦ 1.54         (7)
0.0145 ≦ nF1-nC1   (8)
1.55 ≦ nd2         (9)
nF2-nC2 ≦ 0.013    (10)
 条件式(7)~(10)は、回折光学素子GDを構成する2つの回折素子要素の材質の屈折率と、F線及びC線に対する分散(nF-nC)をそれぞれ規定するものである。これらの条件式を満足することで、より良い性能で異なる2つの回折素子要素を密着接合させて回折光学面Dを形成することができ、これにより、g線からC線までの広波長域において90%以上の回折効率を実現することができる。なお、このような光学材料としての樹脂の例としては、例えば特願2004-367607号公報、特願2005-237573号公報等に記載されている。各条件式(7)~(10)の上限値または下限値を超えると、本実施の形態に係る色消しレンズ系における回折光学素子GDは、広波長域において90%以上の回折効率を得ることが困難になり、密着複層型回折光学素子の形状を維持することが困難になってしまう。
 なお、ηmをm次回折光の回折効率としたとき、当該回折効率ηmは、次式により求めることができる。なお、mは回折次数を、dは回折格子高を、n1は回折格子面(回折光学面D)を形成する一方の材料の屈折率を、n2は回折格子面(回折光学面D)を形成する他方の材料の屈折率を、λは波長を、それぞれ表している。
 ηm = {(sin(a-m)π)/(a-m)π}2
 但し、a = {(n1-1)d-(n2-1)d}/λ
 以降の実施例で用いた樹脂の組み合わせの場合、格子高は20.05μmであり、1次の回折効率はg線で98%、F線で98%、d線で100%、C線で98%と広い波長域に亘って回折効率が98%以上という優れた値を持つ密着複層型回折光学素子が実現できる。
 以下に、本実施の形態に係る対物レンズOLの7つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子GDに形成された回折光学面Dの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式(11)とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面Dを超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式(11)及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、d線、C線、F線及びg線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらd線、C線、F線及びg線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための屈折率の値を次の表1に示す。
(表1)
     波長      屈折率(超高屈折率法による)
 d線   587.562nm   10001.0000
 C線   656.273nm   11170.4255
 F線   486.133nm   8274.7311
 g線   435.835nm   7418.6853
 各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、高さyにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離(サグ量)をS(y)とし、基準球面の曲率半径(近軸曲率半径)をrとし、円錐定数をκとし、n次の非球面係数をAnとしたとき、以下の式(11)で表される。なお、以降の実施例において、「E-n」は「×10-n」を示す。またこのとき、近軸曲率半径Rは以下の式(12)で表される。
S(y)=(y2/r)/{1+(1-κ×y2/r21/2
    +A2×y2+A4×y4+A6×y6+A8×y8   (11)
R=1/(1/r+2A2)             (12)
 なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に*印を付しており、非球面式(11)は、この回折光学面の性能の諸元を示している。
 また、以下の各実施例における対物レンズOLは、無限遠補正型のものであり、図15に示す構成であって、表2に示す諸元を有する結像レンズILとともに使用される。なお、この表2において、第1欄mは物体側からの各光学面の番号を、第2欄rは各光学面の曲率半径を、第3欄dは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を、第4欄ndはd線に対する屈折率を、そして、第5欄νdはアッベ数をそれぞれ示している。ここで、空気の屈折率1.00000は省略してある。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
(表2)
m    r    d    nd    νd
1   75.043   5.1   1.62280   57.0
2   -75.043   2.0   1.74950   35.2
3  1600.580   7.5
4   50.256   5.1   1.66755   42.0
5   -84.541   1.8   1.61266   44.4
6   36.911
 なお、この結像レンズILは、物体側から順に、両凸レンズL21と両凹レンズL22とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズL23と両凹レンズL24とを接合した接合レンズから構成される。
(第1実施例)
 上述の説明で用いた図1は、第1実施例に係る対物レンズOL1を示している。この対物レンズOL1は、カバープレートCの下に標本(物体)を載置し、先端部を浸液に浸した状態でこの標本を観察する顕微鏡に用いられる対物レンズであって、物体側、すなわちカバープレートC側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側が平面に形成された平凸レンズL1と像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズL2とを接合した接合レンズCL11、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3、両凹レンズL4と両凸レンズL5とを接合した接合レンズCL12、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL6と両凸レンズL7とを接合した接合レンズCL13、回折光学面Dを含み、像側に凹面を向けた平凹レンズL11(回折光学素子GD)と両凸レンズL12とを接合した接合レンズCL14、及び、両凸レンズL13と両凹レンズL14とを接合した接合レンズCL15から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL15と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL16とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズL17と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL18とを接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、上述のように、回折光学素子GDは、光学ガラスL8、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L9,L10、及び光学ガラス(平凹レンズ)L11がこの順で接合され、光学部材L9,L10の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。すなわち、この回折光学素子GDは、密着複層型の回折光学素子である。
 このように図1に示した第1実施例に係る対物レンズOL1の諸元を表3に示す。なお、この表3において、faは対物レンズOL1の全系の焦点距離を、NAは開口数を、βは倍率をそれぞれ示している。また、カバープレートCを使用した第1~第5実施例では、d0は、カバープレートCの厚さを除く、標本から最も物体側にある最初のレンズ(レンズL1)の最も物体側のレンズ面の頂点までの光軸上の距離を示し、カバープレートCを使用しない第6、第7実施例では、d0は標本から最も物体にある最初のレンズ(レンズL1)の最も物体側のレンズ面の頂点までの光軸上の距離を示している。また、第1欄mに示す各光学面の番号(右の*は回折光学面として形成されているレンズ面を示す)は、図1に示した面番号1~27に対応している。また、第2欄rにおいて、曲率半径0.0000は平面を示している。また、回折光学面の場合は、第2欄rにベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示し、超高屈折率法に用いるデータは非球面データとして諸元表内に示している。さらに、この表3には、上記条件式(1)~(10)に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。また、第1~第5実施例において使用されるカバープレートCは、厚さ0.17mm、d線に対する屈折率1.522であり、浸液のd線に対する屈折率nd及びアッベ数νdは諸元表内に示す。これらの説明は以降の実施例においても同様である。
 なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径r、面間隔d、全系の焦点距離faその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
(表3)
fa=3.33
NA=1.4
d0=0.14
β=60X
 
m    r    d    nd    νd
1    0.000  0.65   1.518   59.0
2   -1.261  3.37   2.003   28.3
3   -3.538  0.12
4   -10.382  3.71   1.652   58.5
5   -6.752  0.12
6   -90.644  1.01   1.517   52.4
7   17.410  8.00   1.498   82.5
8   -13.988  0.10
9   269.060  1.00   1.720   34.7
10   17.427  7.80   1.498   82.5
11   -17.877  0.10
12    0.000  1.00   1.517   64.1
13    0.000  0.20   1.557   50.2
14    0.000  0.00 10001.000   -3.5
15*   0.000  0.20   1.528   34.7
16    0.000  1.00   1.816   46.6
17   14.028  7.71   1.498   82.5
18   -17.313  0.20
19   20.928  4.51   1.498   82.5
20   -24.737  1.00   1.816   46.6
21   44.159  0.20
22    9.179  5.50   1.620   60.3
23   -53.913  7.20   1.816   46.6
24    4.373  2.83
25   -4.601  3.90   1.670   57.3
26   -38.524  3.30   1.717   29.5
27   -8.677
 
浸液
nd=1.515
νd=41.4
 
回折光学面データ
第15面 κ=1  A2=-1.92301E-08  A4=1.01800E-10
     A6=-3.71803E-13  A8=-4.33291E-15
 
条件対応値
 (1)|θmax|=5.6°
 (2)|fdoe/fa|=780.8
 (3)|f2/fa|=10.7
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=1.28
 (5)N/H=2.77
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表3に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第24面のパワーを示し、Φ2-2は第25面のパワーを示している。このように第1実施例では上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図2に、この第1実施例におけるd線、C線、F線及びg線の光線に対する球面収差、非点収差、及び、コマ収差の諸収差図を示す。これらの収差図のうち、球面収差図は開口数NAに対する収差量を示し、非点収差図は像高Yに対する収差量を示し、コマ収差図は、像高Yが12.5mmのとき、9mmのとき、6mmのとき、及び、0mmのときの収差量を示している。また、球面収差図及びコマ収差図において、実線はd線を示し、点線はC線を示し、一点鎖線はF線を示し、二点鎖線はg線を示している。さらに、非点収差図において、実線は各波長に対するメリジオナル像面を示し、破線は各波長に対するサジタル像面を示している。これらの諸収差図の説明は以降の実施例においても同様である。この図2に示す各収差図から明らかなように、第1実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
(第2実施例)
 次に、第2実施例として、図3に示す対物レンズOL2について説明する。この図3に示す対物レンズOL2も、カバープレートCの下に標本(物体)を載置し、先端部を浸液に浸した状態でこの標本を観察する顕微鏡に用いられる対物レンズであって、物体側、すなわちカバープレートC側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側が平面に形成され像側に強い凸面を向けた平凸レンズL1、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL2、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3、回折光学素子GD、両凸レンズL8と両凹レンズL9と両凸レンズL10とを接合した接合レンズCL11、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と両凸レンズL12と両凹レンズL13とを接合した接合レンズCL12から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL14と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL15とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL16と両凸レンズL17とを接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、回折光学素子GDは、光学ガラスL4、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L5,L6、及び、光学ガラスL7がこの順で接合され、光学部材L5,L6の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図3に示した第2実施例に係る対物レンズOL2の諸元を表4に示す。なお、表4に示す面番号は図3に示した面番号1~26と一致している。
(表4)
fa=2.0
NA=1.3
d0=0.22
β=100X
 
m    r   d    nd   νd
1    0.000  3.41   1.518   59.0
2   -2.630  0.19
3   -9.283  3.46   1.603   65.4
4   -5.640  0.22
5   -45.586  2.62   1.498   82.5
6   -11.264  0.15
7    0.000  1.50   1.518   59.0
8    0.000  0.20   1.557   50.2
9    0.000  0.00 10001.000   -3.5
10*   0.000  0.20   1.528   34.7
11    0.000  1.50   1.518   59.0
12    0.000  0.20
13   95.573  3.62   1.498   82.5
14   -11.434  1.03   1.613   44.3
15   12.550  6.72   1.498   82.5
16   -13.511  1.00
17   19.710  0.98   1.697   55.5
18    8.505  6.05   1.498   82.5
19   -18.386  1.50   1.624   47.0
20   231.449  3.50
21    7.487  4.68   1.603   65.4
22   -61.353  7.36   1.729   54.7
23    3.041  2.86
24   -2.308  4.98   1.713   53.9
25   60.987  3.99   1.786   44.2
26   -8.232
 
浸液
nd=1.515
νd=41.4
 
回折光学面データ
第10面 κ=1  A2=-4.74734E-08  A4=2.57710E-10
     A6=-1.55521E-13  A8=-4.49132E-14
 
条件対応値
 (1)|θmax|=4.1°
 (2)|fdoe/fa|=526.6
 (3)|f2/fa|=11.9
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=0.78
 (5)N/H=4.71
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表4に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第23面のパワーを示し、Φ2-2は第24面のパワーを示している。このように第2実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図4にこの第2実施例に係る対物レンズOL2の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第2実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
(第3実施例)
 第3実施例として、図5に示す対物レンズOL3について説明する。この図5に示す対物レンズOL3も、カバープレートCの下に標本(物体)を載置し、先端部を浸液に浸した状態でこの標本を観察する顕微鏡に用いられる対物レンズであって、物体側、すなわちカバープレートC側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側が平面に形成され像側に強い凸面を向けた平凸レンズL1、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL2、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3、回折光学素子GD、両凸レンズL8と両凹レンズL9と両凸レンズL10とを接合した接合レンズCL11、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と両凸レンズL12と両凹レンズL13とを接合した接合レンズCL12から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL14と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL15とを接合した接合レンズCL21、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹負レンズL16、及び、両凸レンズL17から構成される。
 また、回折光学素子GDは、光学ガラスL4、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L5,L6、及び、光学ガラスL7がこの順で接合され、光学部材L5,L6の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図5に示した第3実施例に係る対物レンズOL3の諸元を表5に示す。なお、表5に示す面番号は図5に示した面番号1~27と一致している。
(表5)
fa=2.0
NA=1.3
d0=0.22
β=100X
 
m    r   d    nd   νd
1    0.000  3.39   1.518   59.0
2   -2.663  0.22
3   -9.109  3.48   1.603   65.4
4   -5.654  0.24
5   -41.641  2.63   1.603   65.4
6   -11.836  0.16
7    0.000  1.50   1.518   59.0
8    0.000  0.20   1.557   50.2
9    0.000  0.00 10001.000   -3.5
10*   0.000  0.20   1.528   34.7
11    0.000  1.50   1.518   59.0
12    0.000  0.20
13   194.205  3.63   1.498   82.5
14   -11.489  1.03   1.606   43.7
15   12.046  6.72   1.498   82.5
16   -13.587  0.99
17   20.465  0.97   1.697   55.5
18    8.573  6.04   1.498   82.5
19   -18.094  1.50   1.618   49.8
20   253.129  3.49
21    7.652  4.66   1.620   60.3
22   -85.258  7.35   1.720   50.2
23    3.106  2.84
24   -2.325  4.98   1.720   50.2
25   151.126  0.98
26  -288.713  3.99   1.786   44.2
27   -9.000
 
浸液
nd=1.515
νd=41.4
 
回折光学面データ
第10面 κ=1  A2=-6.81197E-08  A4=3.08352E-10
     A6=-6.70196E-14  A8=-6.32486E-14
 
条件対応値
 (1)|θmax|=3.7°
 (2)|fdoe/fa|=367.0
 (3)|f2/fa|=12.1
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=0.75
 (5)N/H=7.10
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表5に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第23面のパワーを示し、Φ2-2は第24面のパワーを示している。このように第3実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図6にこの第3実施例に係る対物レンズOL3の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第3実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
(第4実施例)
 第4実施例として、図7に示す対物レンズOL4について説明する。この図7に示す対物レンズOL4も、カバープレートCの下に標本(物体)を載置し、先端部を浸液に浸した状態でこの標本を観察する顕微鏡に用いられる対物レンズであって、物体側、すなわちカバープレートC側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側が平面に形成された平凸レンズL1と像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズL2とを接合した接合レンズCL11、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3、両凹レンズL4と両凸レンズL5とを接合した接合レンズCL12、回折光学面Dを含み、像側に凹面を向けた平凹レンズL9(回折光学素子GD)と両凸レンズL10とを接合した接合レンズCL13、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と両凸レンズL12とを接合した接合レンズCL14、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL13と両凸レンズL14と両凹レンズL15とを接合した接合レンズCL15から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL16と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL17とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL18と両凸レンズL19とを接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、回折光学素子GDは、光学ガラスL6、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L7,L8、及び、光学ガラス(平凹レンズ)L9がこの順で接合され、光学部材L7,L8の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図7に示した第4実施例に係る対物レンズOL4の諸元を表6に示す。なお、表6に示す面番号は図7に示した面番号1~28と一致している。
(表6)
fa=3.33
NA=1.25
d0=0.25
β=60X
 
m    r   d    nd   νd
1   -10.541  0.63   1.459   67.8
2   -1.052  2.78   1.835   42.7
3   -2.853  0.07
4   -11.763  3.10   1.640   60.1
5   -7.499  0.16
6   -53.223  1.00   1.532   48.9
7   15.092  8.29   1.498   82.5
8   -11.321  0.19
9    0.000  1.00   1.517   64.1
10    0.000  0.20   1.557   50.2
11    0.000  0.00 10001.000   -3.5
12*   0.000  0.20   1.528   34.7
13    0.000  0.99   1.816   46.6
14   16.292  8.80   1.498   82.5
15   -14.429  0.19
16   16.095  1.18   1.744   44.8
17   10.516  6.30   1.498   82.5
18  -119.471  0.58
19   30.083  1.09   1.816   46.6
20   13.025  4.49   1.498   82.5
21   -13.110  1.00   1.816   46.6
22   37.709  0.18
23    8.701  5.90   1.603   60.7
24   -27.147  4.61   1.618   63.3
25    4.242  2.87
26   -4.919  4.42   1.603   65.4
27   42.136  3.73   1.596   39.2
28   -8.910
 
浸液
nd=1.333
νd=55.9
 
回折光学面データ
第12面 κ=1  A2=-2.20000E-08  A4=-3.48972E-13
     A6=-6.90107E-15  A8=1.40411E-15
 
条件対応値
 (1)|θmax|=4.0°
 (2)|fdoe/fa|=682.5
 (3)|f2/fa|=19.4
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=1.19
 (5)N/H=3.39
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表6に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第25面のパワーを示し、Φ2-2は第26面のパワーを示している。このように第4実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図8にこの第4実施例に係る対物レンズOL4の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第4実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
(第5実施例)
 第5実施例として、図9に示す対物レンズOL5について説明する。この図9に示す対物レンズOL5も、カバープレートCの下に標本(物体)を載置し、先端部を浸液に浸した状態でこの標本を観察する顕微鏡に用いられる対物レンズであって、物体側、すなわちカバープレートC側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側が平面に形成された平凸レンズL1と像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズL2とを接合した接合レンズCL11、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3、両凹レンズL4と両凸レンズL5とを接合した接合レンズCL12、回折光学面Dを含み、像側に凹面を向けた平凹レンズL9(回折光学素子GD)と両凸レンズL10とを接合した接合レンズCL13、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と両凸レンズL12とを接合した接合レンズCL14、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL13と両凸レンズL14と両凹レンズL15とを接合した接合レンズCL15から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL16と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL17とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL18と両凸レンズL19とを接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、回折光学素子GDは、光学ガラスL6、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L7,L8、及び、光学ガラス(平凹レンズ)L9がこの順で接合され、光学部材L7,L8の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図9に示した第5実施例に係る対物レンズOL5の諸元を表7に示す。なお、表7に示す面番号は図9に示した面番号1~28と一致している。
(表7)
fa=3.33
NA=1.25
d0=0.25
β=60X
 
m    r   d    nd   νd
1   -11.217  0.63   1.459   67.8
2   -1.054  2.79   1.835   42.7
3   -2.842  0.08
4   -11.932  3.09   1.640   60.1
5   -7.858  0.16
6   -78.438  1.01   1.548   45.8
7   16.224  8.30   1.498   82.5
8   -11.409  0.19
9    0.000  1.00   1.517   64.1
10    0.000  0.20   1.557   50.2
11    0.000  0.00 10001.000   -3.5
12*   0.000  0.20   1.528   34.7
13    0.000  1.00   1.816   46.6
14   16.819  8.80   1.498   82.5
15   -14.609  0.20
16   16.818  1.19   1.773   49.6
17   10.584  6.30   1.498   82.5
18   -61.560  0.59
19   30.611  1.09   1.816   46.6
20   14.009  4.49   1.498   82.5
21   -13.593  0.99   1.816   46.6
22   37.430  0.18
23    8.472  5.89   1.603   65.4
24   -25.872  4.59   1.652   58.5
25    4.147  2.87
26   -4.779  4.42   1.603   65.4
27   35.900  3.73   1.596   39.2
28   -8.672
 
浸液
nd=1.333
νd=55.9
 
回折光学面データ
第12面 κ=1  A2=-1.83289E-08  A4=-8.47811E-13
     A6=-1.23765E-14  A8=2.60069E-15
 
条件対応値
 (1)|θmax|=4.2°
 (2)|fdoe/fa|=819.2
 (3)|f2/fa|=16.4
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=1.25
 (5)N/H=2.70
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表7に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第25面のパワーを示し、Φ2-2は第26面のパワーを示している。このように第5実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図10にこの第5実施例に係る対物レンズOL5の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第5実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
(第6実施例)
 第6実施例として、図11に示す対物レンズOL6について説明する。この図11に示す対物レンズOL6は、乾燥系の対物レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側のレンズ面がゆるい曲率の凹面として形成された正メニスカスレンズL1と像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズL2とを接合した接合レンズCL11、両凸正レンズL3、回折光学素子GD、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL8と両凸レンズL9とを接合した接合レンズCL12から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL10と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL11とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL12と両凸レンズL13とを接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、回折光学素子GDは、光学ガラスL4、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L5,L6、及び、光学ガラスL7がこの順で接合され、光学部材L5,L6の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図11に示した第6実施例に係る対物レンズOL6の諸元を表8に示す。なお、表8に示す面番号は図11に示した面番号1~20と一致している。
(表8)
fa=10.00
NA=0.46
d0=4.68
β=20X
 
m    r   d    nd   νd
1   -14.879  7.57   1.804   39.6
2   -55.780  3.03   1.652   58.5
3   -14.805  0.46
4   104.559  3.58   1.603   65.4
5   -16.598  0.20
6    0.000  1.50   1.517   64.1
7    0.000  0.20   1.557   50.2
8    0.000  0.00 10001.000   -3.5
9*   0.000  0.20   1.528   34.7
10    0.000  1.50   1.517   64.1
11    0.000  0.20
12   21.497  1.46   1.795   28.7
13   12.079  4.46   1.498   82.5
14   -55.112  0.16
15   11.530  4.50   1.603   65.4
16   -38.752  6.20   1.639   44.9
17    5.779  2.61
18   -5.441  2.99   1.583   46.4
19   555.043  2.99   1.723   38.0
20   -10.034
 
回折光学面データ
第9面  κ=1  A2=-4.55967E-08  A4=-3.98721E-11
     A6=1.74410E-13  A8=-3.52316E-15
 
条件対応値
 (1)|θmax|=2.6°
 (2)|fdoe/fa|=109.7
 (3)|f2/fa|=4.9
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=1.03
 (5)N/H=5.59
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557
 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表8に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第17面のパワーを示し、Φ2-2は第18面のパワーを示している。このように第6実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図12にこの第6実施例に係る対物レンズOL6の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第5実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
(第7実施例)
 さらに、第7実施例として、図13に示す対物レンズOL7について説明する。この図13に示す対物レンズOL7は、乾燥系の対物レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、及び、負の屈折力を有する第2レンズ群G2を有し、第1レンズ群G1内に回折光学素子GDが配設されている。第1レンズ群G1は、物体側のレンズ面がゆるい曲率の凹面として形成された両凹レンズL1と像側に強い凸面を有する両凸レンズL2とを接合した接合レンズCL11、回折光学面Dを含み、物体側に凸面を向けた凸平レンズL3と像側に凸面を向けた平凸レンズL4とを接合した接合レンズL12(回折光学素子GD)、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と両凸レンズL8とを接合した接合レンズCL13から構成される。また、第2レンズ群G2は、両凸レンズL9と像側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL10とを接合した接合レンズCL21、及び、物体側に曲率の強い凹面を向けた両凹レンズL11両凸レンズL12を接合した接合レンズCL22から構成される。
 また、回折光学素子GDは、レンズL3,L6の間に、それぞれ異なる樹脂材料から形成された2個の光学部材L4,L5がこの順で接合され、光学部材L4,L5の接合面に回折格子溝(回折光学面D)が形成されている。
 この図13に示した第7実施例に係る対物レンズOL7の諸元を表9に示す。なお、表9に示す面番号は図13に示した面番号1~18と一致している。
(表8)
fa=10.00
NA=0.46
d0=4.68
β=20X
 
m    r   d    nd   νd
1   -15.373  7.49   1.786   44.2
2  1902.674  2.99   1.620   60.3
3   -11.344  0.40
4   25.437  3.00   1.617   54.0
5    0.000  0.20   1.557   50.2
6    0.000  0.00 10001.000   -3.5
7*   0.000  0.20   1.528   34.7
8    0.000  3.50   1.617   54.0
9   -25.335  0.21
10   46.511  1.41   1.804   39.6
11   10.510  4.50   1.498   82.5
12   -30.007  0.20
13   10.555  4.01   1.603   65.4
14   -91.996  7.00   1.702   41.2
15    6.007  2.70
16   -6.259  3.69   1.581   40.7
17   38.618  2.54   1.749   35.3
18   -11.756
回折光学面データ
第7面  κ=1  A2=-4.61565E-08  A4=-2.28998E-12
     A6=8.36695E-13  A8=-1.04070E-15
 
条件対応値
 (1)|θmax|=4.8°
 (2)|fdoe/fa|=108.3
 (3)|f2/fa|=7.2
 (4)|Φ2-1/Φ2-2|=1.26
 (5)N/H=5.08
 (6)νdmax=82.5
 (7)nd1=1.528
 (8)nF1-nC1=0.0152
 (9)nd2=1.557 (10)nF2-nC2=0.011
 なお、表9に示した条件対応値のうち、条件式(4)において、Φ2-1は第15面のパワーを示し、Φ2-2は第16面のパワーを示している。このように第7実施例でも上記条件式(1)~(10)は全て満たされていることが分かる。図14にこの第7実施例に係る対物レンズOL7の球面収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第7実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。

Claims (6)

  1.  物体側より順に、全体として正の屈折力を有する第1レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第2レンズ群と、を有し、
     前記第1レンズ群は、最も物体側に配置されて最も物体側のレンズ面が平面若しくは凹面に形成された正レンズ、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面を有する回折光学素子、及び、少なくとも1つ以上の接合レンズを有し、
     前記第2レンズ群は、互いに対向する、像側に向いた強い凹面と物体側に向いた強い凹面とを有し、
     前記回折光学素子は、主光線が光軸と交わる位置よりも物体側に配置され、
     前記回折光学素子に入射する光線の最大入射角をθmaxとしたとき、次式
    |θmax| ≦ 10°
    の条件を満足し、
     全系の焦点距離をfaとし、前記回折光学素子の焦点距離をfdoeとしたとき、次式|fdoe/fa| ≧ 100
    の条件を満足するように構成された対物レンズ。
  2.  全系の焦点距離をfaとし、前記第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、次式
    3 ≦ |f2/fa| ≦ 30
    の条件を満足し、
     レンズ面の曲率半径をrとし、当該レンズ面の前後の媒質のd線に対する屈折率をn,n′として、当該レンズ面のパワーΦを次式
    Φ=(n′-n)/r
    で定義し、前記第2レンズ群の前記像側に向いた強い凹面のパワーをΦ2-1とし、前記物
    体側に向いた強い凹面のパワーをΦ2-2としたとき、次式
    0.7 ≦ |Φ2-1/Φ2-2| ≦ 1.4
    の条件を満足する請求項1に記載の対物レンズ。
  3.  前記回折光学素子における前記回折光学面の回折格子溝の数をNとし、前記回折光学素子における前記回折光学面の有効半径をHとしたとき、次式
    2 ≦ N/H ≦ 10
    の条件を満足する請求項1または2に記載の対物レンズ。
  4.  当該対物レンズに含まれる正レンズのアッベ数のうちの最大値をνdmaxとしたとき、
    次式
    νdmax ≦ 85
    の条件を満足する請求項1~3いずれか一項に記載の対物レンズ。
  5.  前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のd線に対する屈折率をnd1、F線に対する屈折率をnF1、C線に対する屈折率をnC1とし、前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のd線に対する屈折率をnd2、F線に対する屈折率をnF2、C線に対する屈折率をnC2としたとき、次式nd1 ≦ 1.54
    0.0145 ≦ nF1-nC1
    1.55 ≦ nd2
    nF2-nC2 ≦ 0.013
    の条件を満足する請求項1~4いずれか一項に記載の対物レンズ。
  6.  前記第1レンズ群は、少なくとも1枚の正の単レンズを有する請求項1~5いずれか一項に記載の対物レンズ。
PCT/JP2009/053293 2008-02-25 2009-02-24 対物レンズ Ceased WO2009107610A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009801062939A CN101965533B (zh) 2008-02-25 2009-02-24 物镜
EP09713809.3A EP2264505B1 (en) 2008-02-25 2009-02-24 Objective lens
US12/861,468 US9030750B2 (en) 2008-02-25 2010-08-23 Objective lens

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-042763 2008-02-25
JP2008042763A JP5109712B2 (ja) 2008-02-25 2008-02-25 対物レンズ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/861,468 Continuation US9030750B2 (en) 2008-02-25 2010-08-23 Objective lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009107610A1 true WO2009107610A1 (ja) 2009-09-03

Family

ID=41016004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/053293 Ceased WO2009107610A1 (ja) 2008-02-25 2009-02-24 対物レンズ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9030750B2 (ja)
EP (1) EP2264505B1 (ja)
JP (1) JP5109712B2 (ja)
CN (1) CN101965533B (ja)
WO (1) WO2009107610A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2610662A4 (en) * 2010-08-25 2014-05-07 Nikon Corp MICROSCOPIC OPTICAL ARRANGEMENT AND MICROSCOPY SYSTEM
EP2610661A4 (en) * 2010-08-25 2017-11-15 Nikon Corporation Microscope objective lens

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5526961B2 (ja) * 2010-04-13 2014-06-18 株式会社ニコン 平行系実体顕微鏡用対物レンズ系、平行系実体顕微鏡
CN105934664B (zh) * 2013-07-19 2021-02-26 纽约大学 使用显微纹理鉴别物理对象的计算机可访问介质、方法和系统
CN103558676B (zh) * 2013-11-07 2015-08-12 梧州奥卡光学仪器有限公司 6倍超长工作距离物镜
US9869879B2 (en) * 2014-01-15 2018-01-16 Nikon Corporation Objective lens and microscope
JP6354170B2 (ja) * 2014-01-20 2018-07-11 株式会社ニコン 対物レンズ
CN105022149B (zh) * 2015-07-31 2017-07-07 梧州奥卡光学仪器有限公司 25倍长工作距离平场消色差物镜
JP6969452B2 (ja) * 2017-03-28 2021-11-24 株式会社ニコン 光学系及び光学機器
CN110418993B (zh) 2017-03-28 2021-12-07 株式会社尼康 光学系统以及光学设备
US11231531B2 (en) * 2018-02-20 2022-01-25 Fujifilm Corporation Finder optical system and imaging device
CN110308548B (zh) * 2019-07-08 2024-06-14 桂林弗克斯光电仪器有限公司 长工作距平场复消色差显微物镜
CN112188062B (zh) * 2020-09-30 2022-04-26 维沃移动通信有限公司 电子设备
CN113485001B (zh) * 2021-07-05 2025-12-02 宁波舜宇仪器有限公司 显微镜物镜
CN113900227B (zh) * 2021-10-09 2022-07-05 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种大视场高分辨宽波段的物镜
CN119575607A (zh) * 2024-12-24 2025-03-07 深圳市新凯来工业机器有限公司 物镜镜头和光学设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331898A (ja) 1993-05-24 1994-12-02 Olympus Optical Co Ltd 対物レンズ
JPH08286113A (ja) * 1995-04-17 1996-11-01 Olympus Optical Co Ltd 対物レンズ
JP2005237573A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Sedec Kk 遊技媒体貸出装置
WO2006068137A1 (ja) * 2004-12-20 2006-06-29 Nikon Corporation 密着複層型回折光学素子、それに用いられる光学材料、樹脂前駆体及び樹脂前駆体組成物

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2865253A (en) * 1956-12-10 1958-12-23 Servo Corp Of America Infrared achromat lens
US3658411A (en) * 1970-09-08 1972-04-25 Eastman Kodak Co Folded path zoom lens
US4666256A (en) * 1982-11-30 1987-05-19 Nippon Kogaku K. K. Microscope objective lens
US5631779A (en) 1993-05-24 1997-05-20 Olympus Optical Co., Ltd. Objective lens system
JP3950571B2 (ja) * 1999-03-10 2007-08-01 キヤノン株式会社 撮影光学系
WO2003046615A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Nikon Corporation Precursor composition for optical resin, resin for optical use, optical element, and optical article
US20030161044A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-28 Nikon Corporation Diffractive optical element and method for manufacturing same
JP2006113486A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Nikon Corp 液浸系顕微鏡対物レンズ
US8367872B2 (en) 2004-12-20 2013-02-05 Nikon Corporation Close-bonded diffractive optical element, optical material used therefor, resin precursor, and resin precursor composition

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331898A (ja) 1993-05-24 1994-12-02 Olympus Optical Co Ltd 対物レンズ
JPH08286113A (ja) * 1995-04-17 1996-11-01 Olympus Optical Co Ltd 対物レンズ
JP2005237573A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Sedec Kk 遊技媒体貸出装置
WO2006068137A1 (ja) * 2004-12-20 2006-06-29 Nikon Corporation 密着複層型回折光学素子、それに用いられる光学材料、樹脂前駆体及び樹脂前駆体組成物

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2610662A4 (en) * 2010-08-25 2014-05-07 Nikon Corp MICROSCOPIC OPTICAL ARRANGEMENT AND MICROSCOPY SYSTEM
EP2610661A4 (en) * 2010-08-25 2017-11-15 Nikon Corporation Microscope objective lens
US9958659B2 (en) 2010-08-25 2018-05-01 Nikon Corporation Microscope objective lens
US20180239122A1 (en) * 2010-08-25 2018-08-23 Nikon Corporation Microscope objective lens
US10890746B2 (en) 2010-08-25 2021-01-12 Nikon Corporation Microscope objective lens

Also Published As

Publication number Publication date
JP5109712B2 (ja) 2012-12-26
CN101965533A (zh) 2011-02-02
EP2264505B1 (en) 2018-03-28
US20110090565A1 (en) 2011-04-21
CN101965533B (zh) 2012-08-01
JP2009198961A (ja) 2009-09-03
EP2264505A4 (en) 2014-05-07
EP2264505A1 (en) 2010-12-22
US9030750B2 (en) 2015-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5109712B2 (ja) 対物レンズ
CN101999090B (zh) 显微镜物镜
CN102959450B (zh) 显微镜物镜
CN102971656B (zh) 显微镜物镜
JP4496524B2 (ja) 液浸系顕微鏡対物レンズ
JP5445898B2 (ja) 液浸系顕微鏡対物レンズ
JP6354170B2 (ja) 対物レンズ
JP4860500B2 (ja) 色消しレンズ系、光学装置
JP4098492B2 (ja) 液浸系顕微鏡対物レンズ
JP2009294518A (ja) 顕微鏡用対物レンズ
JP5206085B2 (ja) 顕微鏡対物レンズ
JPH0644102B2 (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP7186011B2 (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP5190691B2 (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP5434130B2 (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP4097781B2 (ja) 対物レンズ
WO2015107881A1 (ja) 対物レンズおよび顕微鏡
JP3944099B2 (ja) 液浸系顕微鏡対物レンズ
JP2008122592A (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP2001305431A (ja) 対物レンズ
JP2008122640A (ja) 顕微鏡対物レンズ
JP2021139919A (ja) 対物レンズ、光学系および顕微鏡

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980106293.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09713809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009713809

Country of ref document: EP