(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から遠い側より順に並んだ、
負の屈折力を持つ接合レンズを含み、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群と、
物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズと、正の屈折力を持つ接合レンズとを含む第２レンズ群と、
少なくとも１枚の正の屈折力を持つ単レンズを含み、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群とから構成される平行系実体顕微鏡用対物レンズ系であって、
前記第１レンズ群を構成する前記負の屈折力を持つ接合レンズの焦点距離をｆＢ１とし、前記対物レンズ系全系の焦点距離をｆとしたとき、次式
５．００  ＜  （−ｆＢ１）／ｆ  ＜  ２０．００
の条件を満足し、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
６．００  ＜  ｜ｆ２／ｆ｜
の条件も満足することを特徴とする平行系実体顕微鏡用対物レンズ系。
【請求項２】
前記第１レンズ群は正の屈折力を持つ単レンズを有し、
この第１レンズ群を構成する前記正の屈折力を持つ単レンズのアッベ数をνｄＬ１としたとき、次式
νｄＬ１  ＜４０．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の平行系実体顕微鏡用対物レンズ系。
【請求項３】
前記第２レンズ群を構成する、前記物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズは、負レンズと正レンズとを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、
前記正の屈折力を持つ接合レンズは、両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚を貼り合わせた接合レンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の平行系実体顕微鏡用対物レンズ系。
【請求項４】
前記第２レンズ群は、異なる光学材料からなる二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密着複層型回折光学素子を有することを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の平行系実体顕微鏡用対物レンズ系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系と、
前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の物体側と反対側の面に対向し、前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の光軸を挟んで並列配置され、前記対物レンズ系により物体からの光を平行光束に変換された光を受光する左眼用と右眼用の二つの観察光学系とを備えて構成される平行系実体顕微鏡。
【請求項６】
前記観察光学系が、変倍光学系を含み、前記変倍光学系のズーム最高倍での対物側軸間距離をＳＢＨ（単位：mm）とし、前記変倍光学系のズーム最低倍での対物側軸間距離をＳＢＬ（単位：mm）としたとき、次式
１mm  ≦  ＳＢＨ−ＳＢＬ  ≦  １０mm
の条件を満足し、
前記観察光学系の最大入射瞳径をφＡＰ（単位：mm）とし、前記対物レンズ系の観察可能な最大物体高をＹmaxとしたとき、次式
２３mm  ≦  φＡＰ  ≦  ３０mm
０．１６０  ≦  Ｙmax／ｆ
の条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の平行系実体顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行系実体顕微鏡用の対物レンズ系に関する。
【背景技術】
【０００２】
実体顕微鏡は、凹凸のある物体を観察した場合、両目で見た場合と同じように立体感を持って観察できる。このため、顕微鏡下で作業する場合にピンセット等の工具と物体との距離関係を容易に把握することができる。したがって、精密機械工業、生物の解剖、手術等細かい処置が必要な分野で特に有効である。実体顕微鏡では、物体の立体感のための視差を得るため、左右二つの眼に入射する光束の光学系を少なくとも部分的には独立させ、その光軸が物体面上で交わるようにする。そして、異なった方向より見た物体の拡大像を作り、接眼レンズを通して観察することで微小物体の立体視を行っている。実体顕微鏡の立体視を得る代表的方法として、平行系実体顕微鏡が挙げられる。平行系実体顕微鏡は、一つの対物レンズ系と、該対物レンズ系の光軸に平行に配置された右眼用と左眼用との二つの観察光学系を有している。このような平行系実体顕微鏡用対物レンズ系として、例えば、下記の特許文献１，２に記載されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４７３７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平行系実体顕微鏡では、対物レンズ系を通過する光束が右眼用観察光学系と左眼用観察光学系とで偏心していることが、左右の見え方に差を生じさせる要因となっている。このため、右眼用観察光学系と左眼用観察光学系とがそれぞれ有する歪曲収差の量が異なる場合、又は各光学系が有する歪曲収差の絶対量そのものが大きい場合等は、非対称に歪んだ特有な観察像が左右の観察光学系で生じる。そして、これらの像が観察者において融合、即ち融像されると、物体の奥行き知覚を狂わせるため凸面感等の歪みとなって現れる。例えば、最もその影響が顕著な例として、平坦な標本を観察した場合に、観察像が平坦ではなく凸面状に盛り上がって見えてしまい、観察者に違和感を与えるという現象が挙げられる。また、像の中心付近と、周辺との歪曲収差量の変化率が大きいと、像の歪みが強調され像の平坦性を悪化せる原因の一つとなる。
【０００５】
このため、実体顕微鏡では歪曲収差の絶対量が少ない方が望ましいことに加えて、さらに左右の観察光学系での歪曲収差量の差や、像高による歪曲収差の差など絶対量のみならずその質的な収差量にまで配慮することが好ましい。また、歪曲収差だけでなく、上述の問題を踏まえた上で、その他の諸収差（球面収差、非点収差、像面湾曲など）をバランス良く補正する必要があることは言うまでもない。さらに、実体顕微鏡の場合、変倍光学系を併用するのが一般的であるので、変倍に伴う視野領域の変化、又は開口数の変化に対応した収差補正が必要となる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、変倍域を拡大しても歪曲収差を実用上問題の無い程度に抑え、像面の平坦性を確保するとともに、対物レンズの大型化を避け、その他の諸収差も良好に補正し、優れた結像性能を実現することが可能な平行系実体顕微鏡用の対物レンズ系及びこれを備えた平行系実体顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、本発明に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系は、物体から遠い側より順に並んだ、負の屈折力を持つ接合レンズを含み、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズと、正の屈折力を持つ接合レンズとを含む第２レンズ群と、少なくとも１枚の正の屈折力を持つ単レンズを含み、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群とから構成される平行系実体顕微鏡用対物レンズ系であって、前記第１レンズ群を構成する前記負の屈折力を持つ接合レンズの焦点距離をｆＢ１とし、前記対物レンズ系全系の焦点距離をｆとしたとき、次式
５．００  ＜  （−ｆＢ１）／ｆ  ＜  ２０．００
の条件を満足し、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
６．００  ＜  ｜ｆ２／ｆ｜
の条件も満足する。
【０００８】
なお、本発明において、前記第１レンズ群は正の屈折力を持つ単レンズを有し、この第１レンズ群を構成する前記正の屈折力を持つ単レンズのアッベ数をνｄＬ１としたとき、次式  νｄＬ１  ＜４０．０  の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、前記第２レンズ群を構成する、前記物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズは、負レンズと正レンズとを貼り合わせた接合メニスカスレンズであり、前記正の屈折力を持つ接合レンズは、両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚を貼り合わせた接合レンズであることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る平行系実体顕微鏡において、前記第２レンズ群は、異なる光学材料からなる二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密着複層型回折光学素子を有することが好ましい。この場合、前記異なる光学材料からなる二つの回折素子要素のうち、低屈折率高分散の方の前記回折光学素子の光学材料のｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎＦ１，ｎＣ１とし、高屈折率低分散の方の前記回折光学素子の光学材料のｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎｄ２，ｎＦ２，ｎＣ２とし、前記回折光学素子の回折光学面の有効径をφＬＤとし、前記対物レンズ系の左右片側の最大射出瞳径をφＡＰ（この最大射出瞳径は後述する観察光学系の最大入射瞳径と同一であり、両者をφＡＰで表す）としたとき、次式ｎｄ１≦１．５４、０．０１４５≦ｎＦ１−ｎＣ１、１．５５≦ｎｄ２、ｎＦ２−ｎＣ２≦０．０１３０及び２．２≦φＬＤ／φＡＰの条件を満足することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る平行系実体顕微鏡は、上記のいずれかに記載の前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系と、前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の物体側と反対側の面に対向し、前記平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の光軸を挟んで並列配置され、前記対物レンズ系により物体からの光を平行光束に変換された光を受光する左眼用と右眼用の二つの観察光学系とを備えて構成される。
【００１２】
このように構成される平行系実体顕微鏡において、前記観察光学系が、変倍光学系を含み、前記変倍光学系のズーム最高倍での対物側軸間距離をＳＢＨ（単位：mm）とし、前記変倍光学系のズーム最低倍での対物側軸間距離をＳＢＬ（単位：mm）としたとき、次式
１mm  ≦  ＳＢＨ−ＳＢＬ  ≦  １０mm
の条件を満足し、
前記観察光学系の最大入射瞳径をφＡＰ（単位：mm）とし、前記対物レンズ系の観察可能な最大物体高をＹmaxとしたとき、次式
２３mm  ≦  φＡＰ  ≦  ３０mm
０．１６０  ≦  Ｙmax／ｆ
の条件を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、歪曲収差を実用上問題の無い程度に抑え、像面の平坦性を確保するとともに、その他の諸収差も良好に補正することにより、優れた結像性能を実現することが可能な平行系実体顕微鏡用対物レンズ系及びこれを備えた平行系実体顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】平行系単対物レンズ型の双眼実体顕微鏡用対物レンズ系の構成概略図を示す。
【図２】第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系のレンズ構成図である。
【図３】第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図４】第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系のレンズ構成図である。
【図５】第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図６】第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系のレンズ構成図である。
【図７】第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
【図８】本実施形態に係る対物レンズ系が偏心変倍光学系である場合の構成概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態について、図面を用いて説明する。まず、本実施形態に係る対物レンズ系を備える、平行系実体顕微鏡（平行系単対物型双眼顕微鏡）について説明する。本実施形態に係る平行系実体顕微鏡は、図１に示すように、物体Ｏｂから焦点距離ｆの位置に配置されている一つの対物レンズ系Ｌobと、対物レンズ系Ｌobの光軸ＡＸobに平行に配置された右眼用観察光学系ＬRと左眼用観察光学系ＬLとを有する。右眼用観察光学系ＬRは、物体Ｏｂ側から順に並んだ、アフォーカルな変倍光学系（ズーム光学系）ＬZRと、物体の中間像を形成する結像光学系ＬIRと、中間像を拡大する接眼光学系ＬERとから構成されている。左眼用観察光学系ＬLも同様の構成である。そして、物体Ｏｂからの光は、対物レンズ系Ｌobにより平行光束に変換され、変倍光学系ＬZR，ＬZLを介して、結像光学系ＬIR，ＬILにより中間像が形成され、接眼光学系ＬER，ＬELにより中間像は拡大され、最終像を所定のアイポイント位置において図示しない肉眼で観察する構成となっている。このような構成の平行系実体顕微鏡では、右眼用観察光学系ＬRの光軸ＡＸR及び左眼用観察光学系ＬLのＡＸLが、それぞれ対物レンズ系Ｌobの光軸ＡＸobに対して物体面において所定角度θだけ傾いている。この視差により、物体Ｏｂを立体的に観察することができるようになっている。
【００１６】
本実施形態において、上記対物レンズ系Ｌobは、図２に示すように、物体Ｏｂから遠い側（すなわち図１の観察光学系ＬR，ＬL側）より順に並んだ、負の屈折力を持つ接合レンズＢ１を含み、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズ（図２ではレンズＬ２１，Ｌ２２からなる接合レンズが該当）と、正の屈折力を持つ接合レンズ（図２ではレンズＬ２３，Ｌ２４，Ｌ２５からなる３枚接合レンズが該当）とを含み、弱い屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、少なくとも１枚の正の屈折力を持つ単レンズ（図２ではレンズＬ３１，Ｌ３２がそれぞれ該当）を含み、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。この構成により、ズーム低倍時の倍率色収差、歪曲収差及び像面収差を効率良く補正することができる。
【００１７】
そして、上記構成の基、第１レンズ群Ｇ１を構成する負の屈折力を持つ接合レンズＢ１の焦点距離をｆＢ１とし、対物レンズ系Ｌobの全系の焦点距離をｆとし、以下の条件式（１）を満足する。
【００１８】
１．００  ＜  （−ｆＢ１）／ｆ  ＜  ２０．００  …（１）
【００１９】
上記条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する、負の屈折力を持つ接合レンズＢ１の焦点距離の適切な範囲を規定している。この条件式（１）の上限値を上回ると、接合レンズＢ１の負の屈折力が弱くなり、ズーム低倍時の像面湾曲や歪曲収差の補正が困難となる。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、光線の高さが大きくなりすぎ、特に球面収差の補正が困難となる。
【００２０】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（１）の下限値を５．００とすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（１）の上限値を９．００とすることが好ましい。
【００２１】
なお、本実施形態の対物レンズ系Ｌobは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、以下の条件式（２）及び（３）を満足することがより好ましい。
１．５０  ＜  ｆ１／ｆ  ＜５．００  …（２）
１．００  ＜  ｆ３／ｆ  ＜１．５０  …（３）
【００２２】
上記条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の適切な範囲を規定している。この条件式（２）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の正の屈折力が弱くなり、光線の高さが大きくなりすぎて、球面収差の補正が困難となる。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、主点位置が物体面から遠くなり、十分な作動距離が得られなくなる。
【００２３】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（２）の下限値を２．００とすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（２）の上限値を３．５０とすることが好ましい。
【００２４】
上記条件式（３）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離の適切な範囲を規定している。この条件式（３）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の正の屈折力が弱くなるため、結果として第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強めることになり、色収差の補正が困難となる。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、作動距離が短くなるだけでなく、ズーム低倍時での非点収差や歪曲収差の補正が困難となる。
【００２５】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（３）の下限値を１．１０とすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（３）の上限値を１．３０とすることが好ましい。
【００２６】
また、本実施形態に係る対物レンズ系Ｌobは、第１レンズ群Ｇ１は正の屈折力を持つ単レンズ（図２ではレンズＬ１１が該当）を有し、この第１レンズ群Ｇ１を構成する正の屈折力を持つ単レンズのアッベ数をνｄＬ１としたとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
【００２７】
νｄＬ１  ＜４０．０  …（４）
【００２８】
上記条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する正の屈折力を持つ単レンズの硝材のアッベ数の適切な範囲を規定している。この条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１での色出し効果が薄れ、ズーム低倍時の倍率色収差、及び、ズーム高倍時の色の球面収差やコマ収差の補正が困難となる。
【００２９】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（２）の上限値を３０．０とすることが好ましい。
【００３０】
また、本実施形態に係る対物レンズ系Ｌobは、第２レンズ群Ｇ２を構成する、前記物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つレンズは、負レンズと正レンズとを貼り合わせた接合メニスカスレンズ（図２ではレンズＬ２１，Ｌ２２からなる接合レンズが該当）であり、前記正の屈折力を持つ接合レンズは、両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚を貼り合わせた接合レンズ（図２ではレンズＬ２３，Ｌ２４，Ｌ２５からなる３枚接合レンズが該当）であることが好ましい。この構成によれば、本光学系において径が最大のところに色消し接合レンズを配置することができるため、ズーム高倍時の球面収差と軸上色収差を効率良く補正することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る対物レンズ系Ｌobは、物体Ｏｂからの光を平行光束に変換し、その後に続く左眼用と右眼用の二つの観察光学系ＬR，ＬLに前記光束を導くことにより、立体視を可能にするものであり、図８に示すように、前記観察光学系ＬR，ＬLは、変倍光学系ＬZR，ＬZL、結像光学系ＬIR，ＬIL、接眼光学系ＬER，ＬELを含み、変倍光学系ＬZR，ＬZLのズーム最高倍での対物側軸間距離をＳＢＨとし、変倍光学系ＬZR，ＬZLのズーム最低倍での対物側軸間距離をＳＢＬとする偏心変倍光学系であり、以下の条件式（５）を満足する場合、前記対物レンズ系Ｌobの左右片側の最大射出瞳径をφＡＰとし、前記対物レンズ系Ｌobの観察可能な最大物体高をＹmaxとしたとき、以下の条件式（６）及び（７）を満足することが好ましい。なお、図８中では、観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離をＳＢとしたとき、ＳＢ＝ＳＢＨ，ＳＢＬ＜ＳＢの状態を示している。ここで、偏心変倍光学系とは、複数のレンズ群から構成され、高倍端から低倍端へ変倍する区間の少なくとも一部において、複数のレンズ群のうちの少なくとも２つのレンズ群がそれぞれ対物レンズ系の光軸と直交する方向の成分を持つように移動するものをいう。
【００３２】
１  ≦  ＳＢＨ−ＳＢＬ  ≦  １０  …（５）
２３  ≦  φＡＰ  ≦  ３０          …（６）
０．１６０  ≦  Ｙmax／ｆ                …（７）
【００３３】
上記条件式（５）は、ズーム高倍時とズーム低倍時とにおける左右の観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離の差の適切な量を規定している。この条件式（５）の上限値を上回ると、ズーム低倍時に左右の観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離が狭くなりすぎ、十分なステレオ効果が得られなくなったり、ズーム高倍時に左右の観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離が広くなりすぎ、観察する際の接眼光学系ＬER，ＬELの眼幅に合わなくなったりする。逆に、条件式（５）の下限値を下回ると、ズーム低倍時に対物レンズ系Ｌobが巨大化する。
【００３４】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（５）の下限値を４以上とすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（５）の上限値を８以下とすることが好ましい。
【００３５】
上記条件式（６）は、対物レンズ系Ｌobの左右片側の最大射出瞳径、言い換えれば左右の観察光学系ＬR，ＬLの最大入射瞳径の適切な大きさを規定している。この条件式（６）の上限値を上回ると、左右の観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離が大きくなりすぎ、観察する際の接眼光学系ＬER，ＬELの眼幅に合わなくなる。逆に、条件式（６）の下限値を下回ると、ズーム高倍時に十分な大きさのＮＡが得られなくなり、従来製品からの解像力の向上が困難となる。
【００３６】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（６）の下限値を２４以上とすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（６）の上限値を２８以下とすることが好ましい。
【００３７】
上記条件式（７）は、対物レンズ系Ｌobで観察が可能となる適切な画角を規定している。この条件式（７）の下限値を下回ると、ズーム低倍時に観察可能となる十分な大きさの実視野の確保が困難となる。
【００３８】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（７）の下限値を０．２００以上とすることが好ましい。
【００３９】
また、本実施形態に係る対物レンズ系Ｌobは、図６に示すように、第２レンズ群Ｇ２が、異なる光学材料からなる二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を有する密着複層型回折光学素子ＬＤを有し、異なる光学材料からなる二つの回折素子要素のうち、低屈折率高分散の方の前記回折光学素子（図６ではレンズＬ２４が該当）の光学材料のｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎｄ１，ｎＦ１，ｎＣ１とし、高屈折率低分散の方の前記回折光学素子（図６ではレンズＬ２５が該当）の光学材料のｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎｄ２，ｎＦ２，ｎＣ２とし、回折光学素子ＬＤの回折光学面の有効径をφＬＤとし、対物レンズ系Ｌobの左右片側の最大射出瞳径をφＡＰとしたとき、以下の条件式（８）〜（１２）を満足することが好ましい。
【００４０】
ｎｄ１  ≦  １．５４        …（８）
０．０１４５  ≦  ｎＦ１−ｎＣ１  …（９）
１．５５  ≦  ｎｄ２          …（１０）
ｎＦ２−ｎＣ２  ≦  ０．０１３      …（１１）
２．２  ≦  φＬＤ／φＡＰ  …（１２）
【００４１】
本実施形態に係る対物レンズ系Ｌobにおいて、第２レンズ群Ｇ２は、特に色収差を補正するために、回折光学素子ＬＤを設けることが好ましい。回折光学素子ＬＤは、１mmあたり数本から数百本の細かい溝状又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ＬＤ（回折光学面Ｄ）は、負の分散値（本願の実施例ではアッベ数＝-3.45）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)＝0.296）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。言い換えると、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ＬＤ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。
【００４２】
本実施形態における回折光学素子ＬＤは、異なる光学材料からなる二つの回折素子要素（例えば、図６の場合、光学部材Ｌ２４，Ｌ２５）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を構成している、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線からＣ線を含む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、本実施形態に係る対物レンズ系Ｌob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。
【００４３】
また、密着複層型回折光学素子ＬＤは、回折格子溝が形成された二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、また光線の入射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、このような密着複層型回折光学素子ＬＤを利用した本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＬobでは、製造が容易となり、また回折効率も良くなる。
【００４４】
ここで、条件式（８）〜（１１）は、上記の回折光学素子ＬＤを構成する異なる二つの回折素子要素の材料の屈折率と、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率差（ｎＦ−ｎＣ）をそれぞれ規定している。これら条件式（８）〜（１１）を満足することで、より良い性能で異なる二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る。その結果、ｇ線〜Ｃ線までの広波長域に亘って９０％以上の回折効率を実現することができる。しかしながら、条件式（８）〜（１１）の上限値を上回るか又は下限値を下回ると、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ＬＤの利点を維持することが困難になってしまう。
【００４５】
また、上記条件式（１２）は、密着複層型回折光学素子ＬＤを形成する回折光学面Ｄの直径の適切な大きさを規定している。この条件式（１２）の下限値を下回ると、回折光学面Ｄによる十分な色消し効果が得られなくなり、アポクロマート級の性能を達成することが困難となる。
【００４６】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（１２）の下限値を２．４以上とすることが好ましい。
【００４７】
本実施形態においては、回折光学素子ＬＤを、図６に示すような第２レンズ群Ｇ２を構成する平面に設けるのではなく、曲面に設けることも可能である。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、対物レンズ系Ｌobの全系の焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式（１３）を満足することが好ましい。
【００４９】
６．００  ＜  ｜ｆ２／ｆ｜    …（１３）
【００５０】
上記条件式（１３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の適切な範囲を規定している。条件式（１３）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎて、球面収差や軸上色収差の良好な補正が困難となる。
【００５１】
なお、本実施形態の効果を確実なものとするために、条件式（１３）の下限値を８．００とすることが好ましい。
【実施例】
【００５２】
以下、本実施形態に係る各実施例について、図面に基づいて説明する。以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１実施例〜第３実施例における各諸元の表である。
【００５３】
なお、表中において、面番号は物体Ｏｂから遠い側から数えたレンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面から次の光学面（又は物体Ｏｂ）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄはｄ線（波長587.6nm）に対する屈折率を、νｄはｄ線に対するアッベ数を示す。なお、曲率半径の「∞」は平面を示す。また、空気の屈折率1.00000は省略する。
【００５４】
また、以下の実施例において、密着複層型回折光学素子ＬＤ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（ａ）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（ａ）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４に示す。
【００５５】
（表４）
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
【００５６】
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（頂点曲率半径）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（ａ）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。
【００５７】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ×ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ2×ｙ2＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8      …（ａ）
【００５８】
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（ａ）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。
【００５９】
また、表中において、ｆは対物レンズ系Ｌobの全系の焦点距離を、ＷＤは作動距離を、ｆＢ１は第１レンズ群Ｇ１を構成する負の屈折力を持つ接合レンズの焦点距離を、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３を、νｄＬ１は第１レンズ群Ｇ１を構成する正の屈折力を持つ単レンズのアッベ数を、ＳＢＨは対物レンズ系と組み合わせて使用する左右の観察光学系ＬR，ＬLの（より詳しくは変倍光学系ＬZR，ＬZLによる）ズーム最高倍での対物側軸間距離を、ＳＢＬは対物レンズ系と組み合わせて使用する左右の観察光学系ＬR，ＬLの（変倍光学系ＬZR，ＬZLによる）ズーム最低倍での対物側軸間距離を、φＡＰは対物レンズ系Ｌobの左右片側の最大射出瞳径を、Ｙmaxは対物レンズ系Ｌobの観察可能な最大物体高をそれぞれ示す。さらに、表中には、上記条件式（１）〜（１３）に対応する値も示す。
【００６０】
以下、全ての諸元値において掲載される焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他の長さ等は、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、これに限られるものではない。また、単位は「mm」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。
【００６１】
ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での説明を省略する。
【００６２】
（第１実施例）
第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob（Ｌob1）について、図２、図３及び表１を用いて説明する。第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob1は、図２に示すように、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、相対的に屈折力の弱い第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とを有する。
【００６３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、両凸レンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と両凸レンズＬ１３とからなり、全体として負の屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００６４】
第２レンズ群Ｇ２は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２とを貼り合わせ、全体として物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つ接合レンズと、両凸レンズＬ２３と両凹レンズＬ２４と両凸レンズＬ２５の３枚を貼り合わせ、全体として正の屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００６５】
第３レンズ群Ｇ３は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、両凸レンズＬ３２とを有する。
【００６６】
表１に第１実施例における各諸元の値を掲げる。なお、表１の面番号１〜１６は、図２に示す面１〜１６に対応している。
【００６７】
なお、観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離はＳＢ＝２６mm（固定）、対物レンズ系Ｌob1の最大有効径はＤmax＝８０mmである。また、観察光学系ＬR，ＬLの入射瞳位置は、対物レンズ系Ｌob1の第１面からズーム最低倍時４３mm、ズーム最高倍時２４２mm、物体面Ｏｂから遠ざかる位置にある。
【００６８】
（表１）
ｆ  ＝  50.2
ＷＤ  ＝  31.0
ｆＢ１  ＝  -288.0
ｆ１  ＝  147.9
ｆ２  ＝  652.7
ｆ３  ＝  61.5
面番号        ｒ          ｄ          ｎｄ    
νｄ
１      116.46700      7.500      1.84666      23.9
２     -284.85506      0.500
３      142.07687      3.000      1.83481      42.7
４       35.04100     14.481      1.43425      95.0
５     -230.00729      9.576
６      -34.05100      3.745      1.74950      35.3
７     -139.48185     15.336      1.43425      95.0
８      -40.09000      0.500
９      154.98239     14.731      1.59240      68.3
10    -125.00000      4.000      1.90265      35.7
11      126.14143     20.000      1.59240      68.3
12      -90.02700      0.500
13      179.34654     13.031      1.59240      68.3
14    -178.07559      0.500
15      56.52200    16.000      1.59240      68.3
16    1102.18933
［条件式］
条件式（１）  （−ｆＢ１）／ｆ  ＝  5.74
条件式（２）    ｆ１／ｆ  ＝  2.95
条件式（３）    ｆ３／ｆ  ＝  1.22
条件式（４）    νｄＬ１  ＝  23.9
条件式（１３）  ｜ｆ２／ｆ｜  ＝  13.00
【００６９】
なお、表１に示した条件式の値のうち、条件式（４）は第１面の値に相当する。このように表１に示す諸元の表から、本実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob1では、上記条件式（１）〜（４）及び（１３）を満たすことが分かる。
【００７０】
図３は、第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系における、横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。各収差図はいずれも、物体Ｏｂより遠い側（観察光学系ＬR，ＬL側）より光線を入射させて追跡したもので、観察光学系ＬR，ＬLの光軸を通る光線を基準にして表示してある。このような各収差図において、ｙは像高を、非点収差図においてＳはサジタル面を、Ｍはメリジオナル面をそれぞれ示す。また、横収差図はズーム高倍時のものを、非点収差図及び歪曲収差図はズーム低倍時のものを示す。なお、以下全ての実施例の諸収差図は、本実施例の収差図と同様の符号を用いる。
【００７１】
図３に示す収差図から明らかであるように、第１実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob1では、良好に収差補正されていることが分かる。
【００７２】
（第２実施例）
第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob（Ｌob2）について、図４、図５及び表２を用いて説明する。第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob2は、図４に示すように、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、相対的に屈折力の弱い第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とを有する。
【００７３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、両凸レンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と両凸レンズＬ１３とからなり、全体として負の屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００７４】
第２レンズ群Ｇ２は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、物体側に平面を向けた平凹レンズＬ２１と物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ２２とを貼り合わせ、全体として物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を持つ接合レンズと、両凸レンズＬ２３と両凹レンズＬ２４と両凸レンズＬ２５の３枚を貼り合わせ、全体として正の屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００７５】
第３レンズ群Ｇ３は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に平面を向けた平凸レンズＬ３２とを有する。
【００７６】
表２に第２実施例における各諸元の値を掲げる。なお、表２の面番号１〜１６は、図４に示す面１〜１６に対応している。
【００７７】
なお、観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離はズーム最低倍時ＳＢＬ＝２０mm、ズーム最高倍時ＳＢＨ＝２６mm、対物レンズ系Ｌob2の最大有効径はＤmax＝７１mmである。また、観察光学系ＬR，ＬLの入射瞳位置は、対物レンズ系Ｌob2の第１面からズーム最低倍時４３mm、ズーム最高倍時２４２mm、物体面Ｏｂから遠ざかる位置にある。
【００７８】
（表２）
ｆ  ＝  50.2
ＷＤ  ＝  31.5
ｆＢ１  ＝  -394.0
ｆ１  ＝  129.6
ｆ２  ＝  435.2
ｆ３  ＝  63.4
ＳＢＬ  ＝  20
ＳＢＨ  ＝  26
Ｙmax  ＝  11
面番号        ｒ          ｄ          ｎｄ      
νｄ
１      102.33094      7.500      1.84666      23.9
２     -421.35943      0.500
３      114.20080      3.000      1.83481      42.7
４       32.98856     15.000      1.43425      95.0
５     -209.56031      8.600
６      -35.99216      8.000      1.74950      35.3
７          ∞        17.000      1.49782      82.5
８      -44.47866      0.500
９      134.37622     14.000      1.59319      67.9
10    -125.00000      3.500      1.83400      37.2
11      125.00000     16.000      1.59240      68.3
12    -110.11690      0.900
13      185.36898     10.500      1.59319      67.9
14    -194.94628      0.500
15      60.31541     13.000      1.59319      67.9
16          ∞
［条件式］
条件式（１）  （−ｆＢ１）／ｆ  ＝  7.85
条件式（２）    ｆ１／ｆ  ＝  2.58
条件式（３）    ｆ３／ｆ  ＝  1.26
条件式（４）    νｄＬ１  ＝  23.9
条件式（５）    ＳＢＨ−ＳＢＬ  ＝  6
条件式（６）    φＡＰ  ＝  25
条件式（７）    Ｙmax／ｆ  ＝  0.219
条件式（１３）  ｜ｆ２／ｆ｜  ＝  8.70
【００７９】
なお、表２に示した条件式の値のうち、条件式（４）は第１面の値に相当する。このような表２に示す諸元の表から、本実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob2では、上記条件式（１）〜（７）及び（１３）を満たすことが分かる。
【００８０】
図５は、第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob2の横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。図５に示す収差図から明らかであるように、第２実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob2では、良好に収差補正されていることが分かる。
【００８１】
（第３実施例）
第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob（Ｌob3）について、図６、図７及び表３を用いて説明する。第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob3は、図６に示すように、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、相対的に屈折力の弱い第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とを有する。
【００８２】
第１レンズ群Ｇ１は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と両凹レンズＬ１３とからなり、全体として負の屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００８３】
第２レンズ群Ｇ２は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と回折光学面Ｄを含む回折光学素子ＬＤと物体側に凹面を向けた平凹レンズＬ２６と両凸レンズＬ２７を貼り合わせ、全体として正屈折力を持つ接合レンズとを有する。
【００８４】
なお、回折光学素子ＬＤは、平板状の光学ガラスＬ２３と、それぞれ異なる樹脂材料から形成された平板状の二つの光学部材Ｌ２４，Ｌ２５とがこの順で接合され、光学部材Ｌ２４，Ｌ２５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ＬＤは、密着複層型の回折光学素子である。なお、本実施例では、二つの光学部材Ｌ２４，Ｌ２５の接合面が平面となっているが、回折光学面Ｄが曲率を持った接合面として形成されていても同等の効果が得られることは言うまでもない。
【００８５】
第３レンズ群Ｇ３は、物体Ｏｂから遠い側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２とを有する。
【００８６】
表３に第３実施例における各諸元の値を掲げる。なお、表３の面番号１〜２０は、図６に示す面１〜２０に対応している。
【００８７】
なお、観察光学系ＬR，ＬLの対物側光軸間距離はズーム最低倍時ＳＢＬ＝２０mm、ズーム最高倍時ＳＢＨ＝２６mm、対物レンズ系Ｌob3の最大有効径はＤmax＝６８．４５mmである。また、観察光学系ＬR，ＬLの入射瞳位置は、対物レンズ系Ｌob3の第１面からズーム最低倍時４３mm、ズーム最高倍時２４２mm、物体面Ｏｂから遠ざかる位置にある。
【００８８】
（表３）
ｆ  ＝  50.2
ＷＤ  ＝  31.0
ｆＢ１  ＝  -420.9
ｆ１  ＝  166.8
ｆ２  ＝  756.1
ｆ３  ＝  59.9
ＳＢＬ  ＝  20
ＳＢＨ  ＝  26
Ｙmax  ＝  11
φＬＤ  ＝  64.23
［回折光学面データ］
第１２面
κ=1.0000，A2=1.10205E-08,A4=-6.68539E-12,A6=3.87380E-15,A8=-1.40808E-18
［条件式］
条件式（１）  （−ｆＢ１）／ｆ  ＝  8.38
条件式（２）    ｆ１／ｆ  ＝  3.32
条件式（３）    ｆ３／ｆ  ＝  1.19
条件式（４）    νｄＬ１  ＝  23.9
条件式（５）    ＳＢＨ−ＳＢＬ  ＝  6
条件式（６）    φＡＰ  ＝  25
条件式（７）    Ｙmax／ｆ  ＝  0.219
条件式（８）    ｎｄ１  ＝  1.53
条件式（９）    ｎＦ１−ｎＣ１  ＝  0.0152
条件式（１０）  ｎｄ２  ＝  1.56
条件式（１１）  ｎＦ２−ｎＣ２  ＝  0.0111
条件式（１２）  φＬＤ／φＡＰ  ＝  2.57
条件式（１３）  ｜ｆ２／ｆ｜  ＝  15.06
【００８９】
なお、表３に示した条件式の値のうち、条件式（４）は第１面の値に相当し、条件式（８），（９）は第１１面の値に相当し、条件式（１０），（１１）は第１３面の値に相当する。このように表３に示す諸元の表から、本実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob3では、上記条件式（１）〜（１３）を満たすことが分かる。
【００９０】
図７は、第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob3の横収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。図７に示す収差図から明らかであるように、第３実施例に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系Ｌob3では、良好に収差補正されていることが分かる。
【００９１】
以上のような構成により、本発明に係る平行系実体顕微鏡用対物レンズ系によれば、歪曲収差を実用上問題の無い程度に抑え、像面の平坦性を確保するとともに、その他の諸収差も良好に補正することにより、優れた結像性能を実現することが可能である。その結果、この対物レンズ系に変倍光学系を組み合わせて使用した場合であっても、変倍に伴う視野領域や開口数が拡大してもコンパクトな対物レンズを構成することができ、良好な観察を実施することが可能となる。
【００９２】
なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９３】
Ｌob（Ｌob1〜Ｌob3）  平行系実体顕微鏡用対物レンズ系
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ３２  平行系実体顕微鏡用対物レンズ系の構成レンズ
Ｂ１  第１レンズ群を構成する負の屈折力を持つ接合レンズ
ＬＤ  密着複層型回折光学素子
Ｄ  回折光学面
【図１】
0005526961.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005526961.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005526961.tif 000006
【図６】
0005526961.tif 000007
【図７】
0005526961.tif 000008
【図８】
0005526961.tif 000009