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WO2020021662A1 - 顕微鏡対物レンズおよび顕微鏡 - Google Patents

顕微鏡対物レンズおよび顕微鏡 Download PDF

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WO2020021662A1
WO2020021662A1 PCT/JP2018/027952 JP2018027952W WO2020021662A1 WO 2020021662 A1 WO2020021662 A1 WO 2020021662A1 JP 2018027952 W JP2018027952 W JP 2018027952W WO 2020021662 A1 WO2020021662 A1 WO 2020021662A1
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lens
objective lens
lens group
microscope
focal length
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PCT/JP2018/027952
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English (en)
French (fr)
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敢人 宮崎
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration

Definitions

  • An object of the present invention is to provide a microscope objective lens and a microscope capable of easily performing precise position adjustment of a phase plate.
  • One embodiment of the present invention provides, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, a third lens group having a negative refractive power, A phase plate disposed closer to the image side than the lens disposed closest to the image side of the three lens groups, wherein the surface closest to the object side of the first lens group is a concave surface facing the object side; A microscope objective lens that satisfies the conditional expression. -3.8 ⁇ f1 / f ⁇ -2.0
  • f focal length of the microscope objective lens
  • f1 focal length of the first lens group.
  • the principal point on the image side is located on the image side, the exit pupil is arranged on the image side of the third lens group, and the phase plate coincides with the exit pupil. Position.
  • the position adjustment operation of the phase plate can be performed outside the lens group configured with high accuracy without affecting the lens group.
  • the phase plate is a coded aperture, its position can be easily and strictly adjusted.
  • the value goes below the lower limit of the conditional expression, the refractive power of the first lens unit becomes small, and the principal point cannot be sufficiently moved to the image side. If the upper limit of the conditional expression is exceeded, the refracting power of the first lens group becomes too large, the aberration balance is deteriorated, and the imaging performance is reduced.
  • f3 is a focal length of the third lens group.
  • the phase plate may have a surface shape represented by the following equation.
  • z k (x 3 + y 3 )
  • z coordinates in the optical axis direction
  • x, y coordinates in two directions orthogonal to the optical axis direction and orthogonal to each other
  • k an arbitrary rational number.
  • Another embodiment of the present invention is a microscope including any one of the microscope objective lenses described above.
  • the microscope objective lens and the shift in the Z-axis direction along the optical axis, the shift in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis, the shift in the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis and the X-axis, and An adjustment mechanism for adjusting the rotation angle about the Z axis may be provided.
  • a light source that emits excitation light, an image forming lens that forms an image of the fluorescent light that has passed through the microscope objective lens, an image sensor that photoelectrically converts an image formed by the image forming lens, A microlens array may be provided between the imaging lens and the imaging device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of an objective lens provided in the microscope in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a shape of a coded aperture arranged at a pupil position of the objective lens in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating spherical aberration of the objective lens of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating astigmatism of the objective lens of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating distortion of the objective lens of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a second example of the objective lens provided in the microscope in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating spherical aberration of the objective lens of FIG. 7.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating astigmatism of the objective lens in FIG. 7.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating distortion of the objective lens of FIG. 7.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a third example of the objective lens provided in the microscope in FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating spherical aberration of the objective lens of FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating astigmatism of the objective lens of FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating distortion of the objective lens of FIG. 11.
  • a microscope 1 irradiates excitation light from a light source 3 to a stage 2 on which a sample (object) X is mounted and the sample X mounted on the stage 2.
  • An objective lens (microscope objective lens) 4 for condensing the fluorescent light generated in the sample X, an imaging lens 6 for forming an image of the fluorescent light condensed by the objective lens 4, and an image of the formed sample X
  • an image sensor 7 for converting and capturing a fluorescent image.
  • the light source 3 emits excitation light including ultraviolet light.
  • reference numeral 8 denotes a dichroic mirror having a transmittance characteristic of deflecting excitation light and transmitting fluorescence
  • reference numeral 9 denotes an arrangement between the imaging lens 6 and the imaging element 7 on the imaging surface of the imaging element 7. It is a micro lens array.
  • the objective lens 4 includes, in order from the sample X side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, A third lens group G3 having a negative refractive power and a phase plate 5 are provided.
  • the objective lens 4 of the present embodiment satisfies the following conditional expressions. -3.8 ⁇ f1 / f ⁇ -2.0 (3) -5.0 ⁇ f3 / f ⁇ -2.3 (4) here, f: focal length of the objective lens 4 f1: focal length of the first lens group G1, f3 is a focal length of the third lens group G3.
  • the objective lens 4 is telecentric on the specimen X side, and the phase plate 5 is arranged at a position where the principal ray intersects the optical axis, that is, at a pupil position of the objective lens 4.
  • the objective lens 4 and the microscope 1 according to the present embodiment thus configured will be described below.
  • the sample X is placed on the stage 2 and the objective lens 4 is arranged above the sample X.
  • the excitation light When the excitation light is generated from the light source 3, the excitation light is deflected by 90 degrees by the dichroic mirror 8, enters the objective lens 4, is condensed by the objective lens 4, and is irradiated onto the sample X. At the position where the sample X is irradiated with the excitation light, the fluorescent substance contained in the sample X is excited to generate fluorescence, and a part of the fluorescence enters the objective lens 4.
  • the fluorescence that has entered the objective lens 4 is converted into substantially parallel light by the objective lens 4 and passes through the phase plate 5 arranged at the pupil position of the objective lens 4. Then, the fluorescence converted into substantially parallel light by the objective lens 4 passes through the dichroic mirror 8, is collected by the imaging lens 6, passes through the microlens array 9, and is photographed by the imaging device 7.
  • the depth of the fluorescent image is enlarged by the phase plate 5 disposed at the pupil position of the objective lens 4, so that the light field technique is supplemented, and the entire fluorescent image including the in-focus position is corrected.
  • the glass material satisfying the conditional expressions (1) and (2) is used as the material of the coded aperture which is the phase plate 5, the excitation light including ultraviolet light is irradiated.
  • generation of autofluorescence can be suppressed. Therefore, there is an advantage that a clear three-dimensional fluorescent image of the sample X can be obtained by preventing autofluorescence from being included as stray light in the fluorescence from the sample X.
  • the phase plate 5 is disposed outside the objective lens 4, that is, closer to the image side than the lens L12 closest to the image side, an adjustment mechanism (not shown) is disposed. Therefore, there is an advantage that a strict space adjustment for the phase plate 5 can be easily performed.
  • the Z-axis along the optical axis of the phase plate 5 is provided by disposing the adjustment mechanism on the space secured for disposing the adjustment mechanism provided in the microscope 1.
  • the objective lens 4 according to the present embodiment satisfies the conditional expression (3). That is, when the value is below the lower limit of conditional expression (3), the refractive power of the first lens unit G1 becomes small, the principal point cannot be moved sufficiently to the image side, and the conditional expression (3) If the upper limit is exceeded, the refractive power of the first lens group G1 becomes too large, and the balance of aberrations deteriorates, and there is a problem that the imaging performance deteriorates.
  • conditional expression (3) the principal point can be sufficiently moved to the image side, and good imaging performance can be achieved while disposing the phase plate 5 at the pupil position disposed outside the objective lens 4. There is an advantage that can be achieved.
  • the objective lens 4 has an advantage that a sufficient working distance can be secured by satisfying the conditional expression (4). That is, when the value is below the lower limit of conditional expression (4), the refractive power of the third lens unit G3 becomes small, and it becomes difficult to secure a working distance. The refractive power of the lens group G3 becomes too large, the aberration balance is deteriorated, and the imaging performance is deteriorated. Therefore, by satisfying conditional expression (4), there is an advantage that a satisfactory imaging performance can be achieved while a sufficient working distance is secured.
  • the first lens group G1 includes, in order from the sample X side, a meniscus lens L1 having a concave surface facing the sample X side and a meniscus lens L2 having a concave surface facing the sample X side.
  • the second lens group G2 includes, in order from the sample X side, a cemented lens of a meniscus lens L3, a meniscus lens L4, and a biconvex lens L5 having a concave surface facing the sample X side, a meniscus lens L6 having a concave surface facing the sample X side, It is a cemented lens of a convex lens L7 and a biconcave lens L8, and a cemented lens of a meniscus lens L9 with a convex surface facing the sample X side, a biconvex lens L10, and a meniscus lens L11.
  • the third lens group G3 is a meniscus lens (lens) L12 with the convex surface facing the sample X side.
  • the phase plate 5 is a flat glass.
  • the focal length of the objective lens 4 is 12.0 mm and the numerical aperture is 1.0.
  • z is the direction of the optical axis
  • x and y are directions orthogonal to the optical axis and mutually orthogonal
  • the unit is ⁇ m.
  • FIG. 3 shows the shape of the phase plate 5. In the drawing, a region surrounded by a line is an effective diameter region.
  • the material of the flat glass is a synthetic quartz or other glass material with low autofluorescence.
  • the objective lens 4 is telecentric on the sample X side, and is arranged near the pupil position where the principal ray of the phase plate 5 intersects the optical axis.
  • the focal length f of the objective lens 4 12.0
  • the focal length f1 of the first lens group G1 ⁇ 32.90
  • the focal length f2 of the second lens group G2 15.43
  • the first lens group G1 is a meniscus lens L1 having a concave surface facing the sample X side in order from the sample X side.
  • the second lens group G2 includes, in order from the sample X side, a meniscus lens L2 having a concave surface facing the sample X side, a biconvex lens L3, a meniscus lens L4 having a concave surface facing the sample X side, a biconvex lens L5, and a meniscus lens L6.
  • the third lens group G3 is a meniscus lens (lens) L9 with the convex surface facing the sample X side.
  • the phase plate 5 is a flat glass.
  • the focal length of the objective lens 4 is 9.0 mm, and the numerical aperture is 0.5.
  • the material of the flat glass is S-BSL7 or another glass material with less autofluorescence.
  • the focal length f of the objective lens 4 9.0
  • the focal length f1 of the first lens group G1 ⁇ 24.27
  • the focal length f2 of the second lens group G2 11.58
  • the first lens group G1 includes, in order from the sample X side, a meniscus lens L1 having a concave surface facing the sample X side and a meniscus lens L2 having a concave surface facing the sample X side.
  • the second lens group G2 includes, in order from the sample X side, a meniscus lens L3 having a concave surface facing the sample X side, a cemented lens of a meniscus lens L4 having a convex surface facing the sample X side, a biconvex lens L5, and a meniscus lens L6, A cemented lens of the convex lens L7 and the meniscus lens L8 and a biconvex lens L9.
  • the third lens group G3 is a meniscus lens (lens) L10 with the convex surface facing the sample X side.
  • the phase plate 5 is a flat glass.
  • the focal length of the objective lens 4 is 4.5 mm and the numerical aperture is 0.75.
  • the material of the flat glass is a synthetic quartz or other glass material with low autofluorescence.
  • the focal length f of the objective lens 4 4.5
  • the focal length f1 of the first lens group G1 -16.88
  • the focal length f2 of the second lens group G2 6.16

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Abstract

物体（Ｘ）側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、第３レンズ群の最も像側に配置されているレンズよりも像側に配置された位相板（５）とを備え、第１レンズ群の最も物体（Ｘ）側の面が、物体（Ｘ）側に向かう凹面であり、以下の条件式を満足する顕微鏡対物レンズ（４）である。　―３．８≦ｆ１／ｆ≦―２．０　ここで、ｆ：顕微鏡対物レンズ（４）の焦点距離、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離である。

Description

顕微鏡対物レンズおよび顕微鏡
　本発明は、顕微鏡対物レンズおよび顕微鏡に関するものである。
　位相差顕微鏡用の対物レンズとして、対物レンズの瞳位置に位相板を配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９－１９７２８４号公報
　しかしながら、位相板としてコーデッドアパーチャを用いる場合に、対物レンズを構成する他のレンズに対して位相板を厳密に位置調整する必要があり、特許文献１のように、対物レンズの鏡筒内のレンズの間に配置される瞳位置に位相板を配置したのでは、調整機構を設置することが困難であるという不都合がある。
　本発明は、位相板の厳密な位置調整を容易に行うことができる顕微鏡対物レンズおよび顕微鏡を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、該第３レンズ群の最も像側に配置されているレンズよりも像側に配置された位相板とを備え、前記第１レンズ群の最も物体側の面が、物体側に向かう凹面であり、以下の条件式を満足する顕微鏡対物レンズ。
　―３．８≦ｆ１／ｆ≦―２．０
　ここで、ｆ：前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離である。
　本態様によれば、条件式を満足することにより、像側の主点を像側に位置させて、射出瞳を第３レンズ群よりも像側に配置し、位相板を射出瞳に一致する位置に配置することができる。これにより、精度よく構成されたレンズ群の外側において、レンズ群に影響を与えることなく位相板の位置調整作業を行うことができる。位相板がコーデッドアパーチャである場合に、その位置を簡易に、かつ、厳密に調節することができる。
　条件式の下限を下回ると、第１レンズ群の屈折力が小さくなり、主点を像側に十分に移動させることができない。また、条件式の上限を上回ると第１レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎて、収差のバランスが悪化し、結像性能が低下してしまう。
　上記態様においては、以下の条件式を満足してもよい。
　―５．０≦ｆ３／ｆ≦―２．３
　ここで、ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離である。
　この構成により、十分な作動距離を確保することができる。
　条件式の下限を下回ると、第３レンズ群の屈折力が小さくなり、作動距離を確保することが困難になる。また、条件式の上限を上回ると、第３レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎて、収差のバランスが悪化し、結像性能が低下してしまう。
　また、上記態様においては、前記位相板が、以下の式で表される表面形状を有していてもよい。
　ｚ＝ｋ（ｘ３＋ｙ３）
　ここで、ｚ：光軸方向の座標、ｘ，ｙ：前記光軸方向に直交しかつ相互に直交する２方向の座標、ｋ：任意の有理数である。
　また、本発明の他の態様は、上記いずれかの顕微鏡対物レンズを備える顕微鏡である。
　上記態様においては、上記の顕微鏡対物レンズと、光軸に沿うＺ軸方向のシフト、前記Ｚ軸に直交するＸ軸方向のシフト、前記Ｚ軸および前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向のシフトおよび前記Ｚ軸回りの回転角を調整する調整機構とを備えていてもよい。
　また、上記態様においては、励起光を発する光源と、前記顕微鏡対物レンズを通過した蛍光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズにより結像された像を光電変換する撮像素子と、前記結像レンズと前記撮像素子との間に配置されたマイクロレンズアレイとを備えていてもよい。
　本発明によれば、位相板の厳密な位置調整を容易に行うことができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る顕微鏡を模式的に示す図である。 図１の顕微鏡に備えられる対物レンズの第１実施例を示す図である。 図２の対物レンズの瞳位置に配置されるコーデッドアパーチャの形状を示す図である。 図２の対物レンズの球面収差を示す図である。 図２の対物レンズの非点収差を示す図である。 図２の対物レンズの歪曲収差を示す図である。 図１の顕微鏡に備えられる対物レンズの第２実施例を示す図である。 図７の対物レンズの球面収差を示す図である。 図７の対物レンズの非点収差を示す図である。 図７の対物レンズの歪曲収差を示す図である。 図１の顕微鏡に備えられる対物レンズの第３実施例を示す図である。 図１１の対物レンズの球面収差を示す図である。 図１１の対物レンズの非点収差を示す図である。 図１１の対物レンズの歪曲収差を示す図である。
　本発明の一実施形態に係る対物レンズ４および顕微鏡１について図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る顕微鏡１は、図１に示されるように、標本（物体）Ｘを載置するステージ２と、ステージ２に載置された標本Ｘに、光源３からの励起光を照射し、標本Ｘにおいて発生した蛍光を集光する対物レンズ（顕微鏡対物レンズ）４と、対物レンズ４により集光された蛍光を結像させる結像レンズ６と、結像された標本Ｘの像を光電変換して蛍光像を撮影する撮像素子７とを備えている。
　光源３は、紫外光を含む励起光を射出する。
　図中、符号８は、励起光を偏向し、蛍光を透過する透過率特性を有するダイクロイックミラー、符号９は結像レンズ６と撮像素子７との間において撮像素子７の撮像面に配置されたマイクロレンズアレイである。
　本実施形態に係る対物レンズ４は、図２に示されるように、標本Ｘ側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、位相板５とを備えている。
　位相板５は、コーデッドアパーチャであり、以下の条件式を満足するガラス材により構成されている。
　１．４３≦ｎｄ≦１．６１　　　（１）
　６２≦νｄ≦９５　　　　　　　（２）
　ここで、ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数である。
　本実施形態の対物レンズ４は、以下の条件式を満足している。
　―３．８≦ｆ１／ｆ≦―２．０　　（３）
　―５．０≦ｆ３／ｆ≦―２．３　　（４）
　ここで、
　ｆ：対物レンズ４の焦点距離、
　ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、
　ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
である。
　また、対物レンズ４は標本Ｘ側テレセントリックであり、位相板５は、主光線が光軸と交わる位置、すなわち、対物レンズ４の瞳位置に配置されている。
　このように構成された本実施形態に係る対物レンズ４および顕微鏡１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る顕微鏡１を用いて標本Ｘの３次元の蛍光像を取得するには、ステージ２上に標本Ｘを載置し、標本Ｘの上方に対物レンズ４を配置する。
　光源３から励起光を発生させると、励起光は、ダイクロイックミラー８によって９０°偏向されて対物レンズ４内に入射し、対物レンズ４により集光されて標本Ｘ上に照射される。標本Ｘにおける励起光の照射位置においては標本Ｘに含まれる蛍光物質が励起されて蛍光が発生し、その一部が、対物レンズ４に入射する。
　対物レンズ４に入射した蛍光は、対物レンズ４によって略平行光に変換されるとともに、対物レンズ４の瞳位置に配置されている位相板５を透過する。そして、対物レンズ４において略平行光に変換された蛍光はダイクロイックミラー８を透過した後、結像レンズ６によって集光され、マイクロレンズアレイ９を透過して撮像素子７により撮影される。
　蛍光をマイクロレンズアレイ９に通過させた後に撮像素子７によって撮影することにより、蛍光像と同時に蛍光拘束の向きの情報を取得することができる。いわゆるライトフィールド技術である。本実施形態に係る顕微鏡１によれば、このライトフィールド技術を用いることにより、短時間に標本Ｘの３次元情報を得ることができるという利点がある。
　さらに、本実施形態によれば、対物レンズ４の瞳位置に配置した位相板５により、蛍光像の深度が拡大されるので、ライトフィールド技術を補って、合焦位置を含む蛍光像全体の３次元情報を取得することができるという利点がある。
　この場合において、本実施形態においては、位相板５であるコーデッドアパーチャの材質として、条件式（１）、（２）を満足するガラス材を用いているので、紫外光を含む励起光が照射されても、自家蛍光の発生を抑えることができる。したがって、標本Ｘからの蛍光に自家蛍光が迷光として含まれることを防止して、標本Ｘの鮮明な３次元の蛍光像を取得することができるという利点がある。
　また、本実施形態に係る対物レンズ４によれば、位相板５が対物レンズ４の外側、すなわち、最も像側のレンズＬ１２よりも像側に配置されているので調整機構（図示略）を配置するためのスペースを確保することができ、位相板５の厳密な位置調整を容易に行うことができるという利点がある。
　また、本実施形態に係る顕微鏡１によれば、顕微鏡１に備えられた調整機構を配置するために確保したスぺースに調整機構を配置することによって、位相板５の光軸に沿うＺ軸方向のシフト、Ｚ軸に直交するＸ軸方向のシフト、Ｚ軸およびＸ軸に直交するＹ軸方向のシフトおよびＺ軸回りの回転角を調整することができるという利点がある。
　そのために、本実施形態に係る対物レンズ４は、条件式（３）を満足している。
　すなわち、条件式（３）の下限を下回る場合には、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が小さくなり、主点を像側に十分に移動させることができず、また、条件式（３）の上限を上回る場合には、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が大きくなり過ぎて、収差のバランスが悪化し、結像性能が劣化するという問題がある。
　したがって、条件式（３）を満足することにより、主点を像側に十分に移動させて、対物レンズ４の外側に配置された瞳位置に位相板５を配置しつつ、良好な結像性能を達成することができるという利点がある。
　また、本実施形態に係る対物レンズ４が、条件式（４）を満足することにより、十分な作動距離を確保することができるという利点がある。
　すなわち、条件式（４）の下限を下回る場合には第３レンズ群Ｇ３の屈折力が小さくなり、作動距離を確保することが難しくなり、条件式（４）の上限を上回る場合には第３レンズ群Ｇ３の屈折力が大きくなり過ぎて、収差のバランスが悪化し、結像性能が劣化する。
　したがって、条件式（４）を満足することにより、作動距離を十分に確保しつつ、良好な結像性能を達成することができるという利点がある。
　ここで、本実施形態に係る対物レンズ４の第１実施例について、図２から図６および以下のレンズデータを参照して説明する。
　本実施例の対物レンズ４において、第１レンズ群Ｇ１は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１および標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２である。第２レンズ群Ｇ２は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３とメニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５との接合レンズ、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６、両凸レンズＬ７と両凹レンズＬ８との接合レンズおよび標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ９と両凸レンズＬ１０とメニスカスレンズＬ１１との接合レンズである。第３レンズ群Ｇ３は、標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズ（レンズ）Ｌ１２である。位相板５は平板ガラスである。
面番号　　　　ｒ　　　　　　　　ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　１　　　　　∞　　　　　２．００００　１．４５８５　６７．８０
　２　　　　　∞　　　　　４．３７１７
　３　－１２．５０００　　０．９５００　１．６５４１　３９．６８
　４　－１９．４１９９　　０．１０００
　５　　４４．９９１２　　０．９５００　１．５７１０　５０．８０
　６　　２５．５５５４　　９．２５０４　１．８４１４　２４．５６
　７　－１３．８７２４　　０．９５００　１．７９９５　４２．２２
　８　－３０．５５１１　　１．４２８７
　９　－１９．２１３１　　０．９５００　１．８０８１　２２．７６
１０　　３８．０１１２　　７．１４０２　１．５９５２　６７．７４
１１　－１８．７０３０　　０．１０００
１２　　１６．１２７５　　０．９５００　１．８０５２　２５．４３
１３　　１０．１１５９　　８．５９１６　１．４９７０　８１．５５
１４　－１８．１５１８　　０．９５００　１．８０５２　２５．４３
１５　－２７３．９５３７　０．１０００
１６　　１０．０２４２　　４．３１７２　１．６７７９　５５．３４
１７　　２７．９３０５　　０．１０００
１８　　９．２５９８　　　３．４７５０　１．８０４０　４６．５８
１９　　１２．５７１６　　０．１０００
２０　　５．２６４４　　　２．７０２４　１．８８３０　４０．７７
２１　　１．５０００　　　０．８００１　１．３３３０　５５．７２
　対物レンズ４の焦点距離：１２．０ｍｍ、開口数：１．０である。
　上記レンズデータにおいて、面番号２が位相板５であるコーデッドアパーチャであり、曲率半径ｒは∞と標記しているが、実際の形状は、
　ｚ＝１．５×１０－１１（ｘ３＋ｙ３）　　　（３）
である。
　ここで、ｚは光軸方向、ｘ，ｙは光軸に直交しかつ相互に直交する方向であり、単位はμｍである。
　位相板５の形状を図３に示す。図中、線で囲まれた領域は、有効径領域である。
　平板ガラスの材質は合成石英または他の自家蛍光の少ないガラス材である。
　対物レンズ４は標本Ｘ側テレセントリックであり、位相板５主光線が光軸と交わる瞳位置近傍に配置されている。
　このレンズデータによれば、対物レンズ４の焦点距離ｆ＝１２．０、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１＝－３２．９０、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２＝１５．４３、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３＝－５７．０９である。
　したがって、ｆ１／ｆ＝－２．７４、ｆ３／ｆ＝－４．７６であり、条件式（３）、（４）を満足している。
　図４から図６に収差図を示す。各収差とも良好に補正されていることがわかる。
第２実施例
　次に、本実施形態に係る対物レンズ４の第２実施例について、図７から図１０および以下のレンズデータを参照して説明する。
　本実施例の対物レンズ４において、第１レンズ群Ｇ１は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１である。第２レンズ群Ｇ２は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５とメニスカスレンズＬ６との接合レンズ、標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ７および両凸レンズＬ８である。第３レンズ群Ｇ３は、標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズ（レンズ）Ｌ９である。位相板５は平板ガラスである。
面番号　　　　ｒ　　　　　　　ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　１　　　　　∞　　　　２．００００　１．５１６３　６４．１４
　２　　　　　∞　　　　２．００００
　３　　－８．５０００　０．４６００　１．５１６３　６４．１４
　４　－１７．７９６９　０．１０００
　５　　２５．９８８６　２．１３１０　１．７３８０　３２．２６
　６　－２６．８７２３　１．３５３６
　７　－１３．３８１８　４．８６２６　１．４９７０　８１．５５
　８　－１１．６７８０　０．１０００
　９　　１８．３６３１　０．４６００　１．６７３０　３８．１５
１０　　６．５８６２　　４．３６６４　１．４９７０　８１．５５
１１　　－７．０３８１　１．９９３１　１．６７３０　３８．１５
１２　　５７．３９９４　０．１１７３
１３　　１２．２６７９　５．００００　１．４３８８　９４．９５
１４　－１４．８６１８　０．１０００
１５　　１１．１００１　１．１２７１　１．６７７９　５５．３４
１６　　３４．２０８１　０．１０００
１７　　６．１５１９　　３．５１３８　１．８８３０　４０．７７
１８　　３．５０００　　２．５００５
　対物レンズ４の焦点距離：９．０ｍｍ、開口数：０．５である。
　上記レンズデータにおいて、面番号２が位相板５であるコーデッドアパーチャであり、曲率半径ｒは∞と標記しているが、実際の形状は、
　ｚ＝２．２９×１０－１１（ｘ３＋ｙ３）　　　（３）
である。
　平板ガラスの材質はＳ－ＢＳＬ７または他の自家蛍光の少ないガラス材である。
　このレンズデータによれば、対物レンズ４の焦点距離ｆ＝９．０、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１＝－２４．２７、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２＝１１．５８、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３＝－３１．９４である。
　したがって、ｆ１／ｆ＝－２．７０、ｆ３／ｆ＝－３．５５であり、条件式（３）、（４）を満足している。
　図８から図１０に収差図を示す。各収差とも良好に補正されていることがわかる。
第３実施例
　次に、本実施形態に係る対物レンズ４の第３実施例について、図１１から図１４および以下のレンズデータを参照して説明する。
　本実施例の対物レンズ４において、第１レンズ群Ｇ１は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１および標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２である。第２レンズ群Ｇ２は、標本Ｘ側から順に、標本Ｘ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３、標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５とメニスカスレンズＬ６との接合レンズ、両凸レンズＬ７とメニスカスレンズＬ８との接合レンズおよび両凸レンズＬ９である。第３レンズ群Ｇ３は、標本Ｘ側に凸面を向けたメニスカスレンズ（レンズ）Ｌ１０である。位相板５は平板ガラスである。
面番号　　　　ｒ　　　　　　　ｄ　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　１　　　　　∞　　　　２．００００　１．４５８５　６７．８０
　２　　　　　∞　　　　２．００００
　３　　－４．２５００　０．４５１０　１．６０３０　６５．４４
　４　－１３．４６９６　０．１０２０
　５　　７９．６５５１　１．３８３７　１．７３８０　３２．２６
　６　－１４．３０３２　０．１０００
　７　　１９．６３０５　１．８１１９　１．６７３０　３８．１５
　８　　７．７２８７　　３．６９３４　１．４９７０　８１．５５
　９　　－９．０７８３　０．１０００
１０　　８．５９１２　　０．３２００　１．６７３０　３８．１５
１１　　４．７００８　　３．８１７８　１．４３８８　９４．９５
１２　　－７．７５２０　０．３２００　１．７３８０　３２．２６
１３　－２０．０７８７　０．１０００
１４　　４．２４６４　　１．８８８１　１．４９７０　８１．５５
１５　　１９．４９９５　０．１０００
１６　　４．４０８３　　０．７５０５　１．６７７９　５５．３４
１７　　６．１４２５　　０．１０００
１８　　３．４３６６　　１．５３８１　１．８８３０　４０．７７
１９　　１．７５００　　０．９９９８
　対物レンズ４の焦点距離：４．５ｍｍ、開口数：０．７５である。
　上記レンズデータにおいて、面番号２が位相板５であるコーデッドアパーチャであり、曲率半径ｒは∞と標記しているが、実際の形状は、
　ｚ＝２．０×１０－１１（ｘ３＋ｙ３）　　　（３）
である。
　平板ガラスの材質は合成石英または他の自家蛍光の少ないガラス材である。
　このレンズデータによれば、対物レンズ４の焦点距離ｆ＝４．５、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１＝－１６．８８、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２＝６．１６、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３＝－１０．４５である。
　したがって、ｆ１／ｆ＝－３．７５、ｆ３／ｆ＝－２．３２であり、条件式（３）、（４）を満足している。
　図１２から図１４に収差図を示す。各収差とも良好に補正されていることがわかる。
　１　顕微鏡
　３　光源
　４　対物レンズ（顕微鏡対物レンズ）
　５　位相板
　６　結像レンズ
　７　撮像素子
　９　マイクロレンズアレイ
　Ｇ１　第１レンズ群
　Ｇ２　第２レンズ群
　Ｇ３　第３レンズ群
　Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１２　メニスカスレンズ（レンズ）
　Ｘ　標本（物体）

Claims (5)

  1. 　物体側から順に、
    　負の屈折力を有する第１レンズ群と、
    　正の屈折力を有する第２レンズ群と、
    　負の屈折力を有する第３レンズ群と、
    　該第３レンズ群の最も像側に配置されているレンズよりも像側に配置された位相板とを備え、
    　前記第１レンズ群の最も物体側の面が、物体側に向かう凹面であり、
    　以下の条件式を満足する顕微鏡対物レンズ。
    　―３．８≦ｆ１／ｆ≦―２．０
    　ここで、
    　ｆ：前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、
    　ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
    である。
  2. 　以下の条件式を満足する請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
    　―５．０≦ｆ３／ｆ≦―２．３
    　ここで、
    　ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
    である。
  3. 　前記位相板が、以下の式で表される表面形状を有する請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
    　ｚ＝ｋ（ｘ３＋ｙ３）
    　ここで、
    　ｚ：光軸方向の座標、
    　ｘ，ｙ：前記光軸方向に直交しかつ相互に直交する２方向の座標、
    　ｋ：任意の有理数
    である。
  4. 　請求項１に記載の顕微鏡対物レンズと、
    　光軸に沿うＺ軸方向のシフト、前記Ｚ軸に直交するＸ軸方向のシフト、前記Ｚ軸および前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向のシフトおよび前記Ｚ軸回りの回転角を調整する調整機構とを備える顕微鏡。
  5. 　励起光を発する光源と、
    　前記顕微鏡対物レンズを通過した蛍光を結像させる結像レンズと、
    　前記結像レンズにより結像された像を光電変換する撮像素子と、
    　前記結像レンズと前記撮像素子との間に配置されたマイクロレンズアレイとを備える請求項４に記載の顕微鏡。
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