(57)【要約】【課題】  外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in  vivo観察に適した液浸対物光学系を実現する。【解決手段】  物体側から順に、正パワーの第１群Ｇ１、正パワーの第２群Ｇ２、負パワーの第３群Ｇ３、正パワーの第４群Ｇ４、正パワーの第５群Ｇ５で構成され、第１群Ｇ１は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ１を含み、かつ、最も物体側の面が略平面であり、第２群Ｇ２は、該第２群Ｇ２の最も物体側の面が物体側に凸面を向けたレンズＬ２と、該第２群Ｇ２の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズＬ３とを含み、第３群Ｇ３は、物体側から両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズを含み、第４群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ６を含み、第５群Ｇ５は、少なくとも１つの接合レンズを含む液浸対物光学系１を提供する。【選択図】    図１
2006119300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正パワーの第１群、正パワーの第２群、負パワーの第３群、正パワーの第４群、正パワーの第５群で構成され、
前記第１群は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ１を含み、かつ、最も物体側の面が略平面であり、
前記第２群は、該第２群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けたレンズＬ２と、該第２群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズＬ３とを含み、
前記第３群は、物体側から両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズを含み、
前記第４群は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ６を含み、
前記第５群は、少なくとも１つの接合レンズを含む液浸対物光学系。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足する請求項１に記載の液浸対物光学系。
（１）      ０．０３＜｜Ｆ１２／Ｆ３｜＜０．１３
ただし、
Ｆ３  ：第３群の焦点距離
Ｆ１２：第１群から第２群までを合わせた焦点距離
である。
【請求項３】
以下の条件式（２）を満足する請求項１または請求項２に記載の液浸対物光学系。
（２）      ０．８＜｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜＜１．２
ただし、
β  ：液浸対物光学系の倍率、
Ｆ１４：第１群から第４群までを合わせた焦点距離、
Ｆ５：第５群の焦点距離
である。
【請求項４】
以下の条件式（３）、（４）、（５）を満足する請求項１から請求項３のいずれかに記載の液浸対物光学系。
（３）      ν４−ν５＞４０
（４）      ０．１２＜ｎ６−ｎ４＜０．２２
（５）      １．４＜｜Ｒ４Ｏ／Ｒ４５｜＜１．９
ただし、
ν４、ν５：  各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対するアッベ数、
ｎ４、ｎ５：  各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対する屈折率、
Ｒ４Ｏ、Ｒ４５：各々、両凸レンズＬ４の物体側、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５の接合面の曲率半径である。
【請求項５】
以下の条件式（６）、（７）、（８）を満足する請求項１から請求項４のいずれかに記載の液浸対物光学系。
（６）      ｎ３＜１．６５
（７）      ν３＜５０
（８）      ３＜｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜＜５
ただし、
ｎ３：レンズＬ３のｄ線に対する屈折率、
ν３：レンズＬ３のｄ線に対するアッベ数、
Ｒ３Ｉ：レンズＬ３の像面側の曲率半径、
Ｆ１２：第１群と第２群を合わせた焦点距離
である。
【請求項６】
前記第５群の内、最も物体側のレンズが、負レンズＬ７と正レンズＬ８とを接合した接合レンズであり、以下の条件式（９）を満足する請求項１から請求項５のいずれかに記載の液浸対物光学系。
（９）      ０．２＜Ｆ１４２・｛（ｎ５−１）／Ｒ５Ｉ２＋（ｎ７−ｎ８）／Ｒ７８２｝＜０．４
ただし、
Ｆ１４：  第１群から第４群までを合わせた焦点距離、
ｎ５、ｎ７、ｎ８：各々、レンズＬ５、レンズＬ７、レンズＬ８のｄ線に対する屈折率、
Ｒ５Ｉ、Ｒ７８：  レンズＬ５の像面側の曲率半径、レンズＬ７とレンズＬ８との接合面の曲率半径である。
【請求項７】
前記第５群が、物体側から、最も物体側にある負レンズＬ７と正レンズＬ８とを接合した接合レンズ、正レンズＬ９、正レンズＬ１０と像面側に凹面を向けた負レンズＬ１１とを接合した接合レンズを含んでいる請求項１から請求項６のいずれかに記載の液浸対物光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、細長い形状をした高開口数の対物光学系に関し、特に、哺乳類などの動物に挿入し、生きたまま観察するのに適した液浸対物光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の分子や組織、細胞などに色素や蛍光マーカーを付けて、これを蛍光顕微鏡や共焦点レーザ走査顕微鏡などでみることにより、生物の細胞や組織内の分子の振る舞いなどを観察することが行われている。
マウスなどの哺乳類の生物個体が生きた状態での分子の振る舞いは培養細胞とは異なる場合があり、個体が生きたまま（in  vivo）で生体組織や細胞内を観察が行われている。
【０００３】
生物個体の内部を観察する場合、従来の顕微鏡では対物レンズの外径が大きいので、生体を大きく切り開いて観察する必要がある。しかし、生体を大きく切り開くと侵襲が高いので、長時間の観察は不可能であった。
【０００４】
一般の内視鏡は外径が小さいので生体に対する侵襲は低いが、倍率が低いので生体組織や細胞内の分子の振る舞いを観察を行うのには不十分である。
拡大内視鏡は倍率は高いが、物体側の開口数（ＮＡ）が低いので分解能や明るさが不足する。
【０００５】
一方、開口数が大きく、外径が小さく、全長も比較的長い対物光学系も開示されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に開示された対物光学系によれば、生体に小さな穴をあけて、この穴からこの光学系を挿入することにより、生体内部を低侵襲で観察できる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００５１９５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された対物光学系においては、色収差が十分に補正されておらず、白色光で観察したり、蛍光観察したりする場合に、励起光と試料が発する蛍光の波長とが異なるので分解能が低下するという不具合がある。
特に共焦点光学系を用いた蛍光観察の場合は、色収差が補正されていないと、検出される蛍光の明るさが低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in vivo観察に適した液浸対物光学系を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、物体側から順に、正パワーの第１群、正パワー第２群、負パワーの第３群、正パワーの第４群、正パワーの第５群で構成され、前記第１群は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ１を含み、かつ、最も物体側の面が略平面であり、前記第２群は、該第２群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けたレンズＬ２と、該第２群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズＬ３とを含み、前記第３群は、物体側から両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズを含み、前記第４群は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ６を含み、前記第５群は、少なくとも１つの接合レンズを含む液浸対物光学系を提供する。
【０００９】
この発明によれば、正パワーの第１群において、最も物体側が略平面とされることにより、間に気泡が入らないようにすることができる。また、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ１を含むことにより、アプラナティック条件に近くして、球面収差およびコマ収差の発生を小さくすることができる。
【００１０】
また、正パワーの第２群においては、第２群の最も物体側の面を、物体側に凸面を向けたレンズＬ２としたので、この面によって球面収差やコマ収差が大きく発生するが、その代わりに、光束の発散を小さくして、第２群より像面側で光線高が高くなるのを防止することができる。その結果、レンズ外径を小さくすることができる。
また、第２群の最も像面側の面が像面側に凹面を向けたレンズＬ３を含むので、レンズＬ３の像面側に向けた凹面で光束を少し発散させて、第２群のレンズＬ２で発生したコマ収差および軸上色収差を補正することができる。
【００１１】
さらに、負パワーの第３群においては、物体側から両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズを含むので、レンズＬ３の像面側の面によって、少し発散させられた光束を両凸レンズＬ４の物体側の凸面で光束を緩やかに収束させる。これにより、接合レンズ内で光線高が高くなるのを防止し、レンズ外径を小さくすることができる。
【００１２】
また、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合面で第１群、第２群および両凸レンズＬ４の物体面側で発生した球面収差と、第１群と第２群のレンズＬ２で発生した軸上色収差を補正することができる。両凹レンズＬ５の像面側の凹面によって光束を発散させることで、補正不足だった球面収差を補正し、さらに、軸上色収差を補正することができる。また、レンズＬ２および両凸レンズＬ４で発生したコマ収差もこの面で補正することができる。
【００１３】
また、正パワーの第４群においては、物体側に凸面を向けた正レンズＬ６を含むので、第３群を出た発散光束をほぼ平行光束にすることができる。第４群の物体側に凸面を向けることで、正レンズＬ６内で光線高が高くなるのを防止して、レンズ外径を小さくすることができる。
【００１４】
また、第５群においては、第４群通過後にほぼ平行になった光束を集光するため全体として正パワーを持たせる。そのとき第５群に接合レンズを用いることで、その接合面において第４群で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正することができる。
【００１５】
したがって、このように構成された本発明に係る液浸対物光学系によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、生きたままの（in  vivo）観察に適した液浸対物光学系を実現することができる。
【００１６】
上記発明においては、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
（１）        ０．０３＜｜Ｆ１２／Ｆ３｜＜０．１３
ただし、Ｆ３は第３群の焦点距離、Ｆ１２は第１群と第２群とを合わせた焦点距離である。
｜Ｆ１２／Ｆ３｜が０．０３以下になると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなってしまう。また、｜Ｆ１２／Ｆ３｜が０．１３以上になると、第３群の負パワーが強くなり過ぎたり、第１群と第２群の正パワーが弱過ぎたりする。いずれの場合も、光束径が大きくなるため、レンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が高い光学系になってしまうという不具合が発生する。
【００１７】
また、上記発明においては、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）        ０．８＜｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜＜１．２
ただし、βは液浸対物光学系の倍率、Ｆ１４は第１群から第４群までを合わせた焦点距離、Ｆ５は第５群の焦点距離である。
｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜が０．８以下の場合、第１群から第４群の間のパワーが強くなり過ぎて、諸収差の発生量が大きくなるため、第５群で収差補正が困難になる。また、｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜が１．２以上の場合は、第１群から第４群の間のパワーが弱くなるので諸収差の発生量は小さくすることができるが、光束径が大きくなるためレンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が大きくなるという不具合が発生する。
【００１８】
また、上記発明においては、以下の条件式（３）、（４）、（５）を満足することが好ましい。
（３）        ν４−ν５＞４０
（４）        ０．１２＜ｎ５−ｎ４＜０．２２
（５）        １．４＜｜Ｒ４Ｏ／Ｒ４５｜＜１．９
ただし、ν４、ν５は各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対するアッベ数、ｎ４、ｎ５は各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対する屈折率、Ｒ４Ｏ、Ｒ４５は各々、両凸レンズＬ４の物体側、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５の接合面の曲率半径である。
【００１９】
第３群の両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合レンズは、球面収差を補正するため、屈折率差を小さくして、さらに両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合面の曲率半径を小さくすることが望ましい。そのために、ｎ５−ｎ４が０．２２より小さいことが望ましい。ｎ５−ｎ４が０．２２以上だと、接合面の曲率半径が大きくなるので、球面収差および軸上色収差が補正不足になる。しかし、ｎ５−ｎ４が０．１２以下だと接合面の曲率半径が小さくなり過ぎてレンズの加工性が悪くなるので、ｎ５−ｎ４は０．１２より大きいことが望ましい。したがって、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との屈折率差は条件式（４）を満足することが望ましい。
【００２０】
また、接合面の曲率半径に対しては、球面収差の補正量を最適にするため  条件式（５）を満足することが望ましい。｜Ｒ４０／Ｒ４５｜が１．４以下だと球面収差の発生量が大き過ぎて系全体で考えたときに、十分に補正できなくなる。｜Ｒ４０／Ｒ４５｜が１．９以上だと接合面で球面収差が補正過剰となり系全体で考えたときには球面収差が補正過剰になってしまう。
また、軸上色収差を補正するために両凸レンズＬ４に分散が小さい材料、両凹レンズＬ５に分散が大きい材料を使うことが望ましい。  より具体的には条件式（３）を満足させることが望ましい。  これを満足することとで軸上色収差の補正が十分に行えるが、これを満足しない場合は軸上色収差が補正不足になる。
【００２１】
また、上記発明においては、以下の条件式（６）、（７）、（８）を満足することが好ましい。
（６）        ｎ３＜１．６５
（７）        ν３＜５０
（８）        ３＜｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜＜５
ただし、ｎ３はレンズＬ３のｄ線に対する屈折率、ν３はレンズＬ３のｄ線に対するアッベ数、Ｒ３ＩはレンズＬ３の像面側の曲率半径、Ｆ１２は第１群と第２群を合わせた焦点距離である。
【００２２】
第２群のレンズＬ３の材料は低屈折率で高分散のものを用いることが望ましい。レンズＬ３の材料に低屈折率で高分散のものを用いて、像面側の面を凹面にすることでコマ収差、軸上色収差を良好に補正することができる。具体的には、条件式（６）、（７）を満たすことが望ましい。
【００２３】
レンズＬ３が条件式（７）を満足しない場合は、第１群から第４群までで発生した軸上色収差が補正しきれず、光学系全体で軸上色収差が補正不足になる。条件（６）を満たす場合、コマ収差や軸上色収差の補正量を大きくするためにレンズＬ３の像面側の曲率半径を小さくしても第２群通過後の光束があまり発散し過ぎないので、第３群に入射する光束径が大きくならないようにすることが可能である。条件式（６）を満たさない場合は、レンズＬ３の像面側の曲率半径が大きくなり過ぎてコマ収差および軸上色収差の補正が十分行えなくなるか、曲率半径が小さくてもレンズＬ３の像面側の負パワーが強過ぎて、第２群通過後の光束が発散し過ぎて、第３群での光束径が大きくなり過ぎる不具合が発生する。
【００２４】
さらに、第１群および第２群で発生したコマ収差、軸上色収差の補正と第２群を通過後の光束の発散具合をバランスさせるために、レンズＬ３の像面側の曲率半径Ｒ３Ｉは条件式（８）を満足するようにすることが望ましい。｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜が３以下になると第２群通過後の光束の発散角が大きくなるため、第３群での光束径が大きくなり、レンズ外径が大きくなってしまう不具合がある。｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜が５以上になるとレンズＬ３の像面側の負パワーが小さくなるため、コマ収差や軸上色収差が補正不足になる。
【００２５】
また、上記発明においては、第５群の内、最も物体側のレンズが、負レンズＬ７と正レンズＬ８とを接合した接合レンズであり、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
（９）      ０．２＜Ｆ１４２・｛（ｎ５−１）／Ｒ５Ｉ２＋（ｎ７−ｎ８）／Ｒ７８２｝＜０．４
ただし、Ｆ１４は第１群から第４群までを合わせた焦点距離、ｎ５、ｎ７、ｎ８は各々、両凹レンズＬ５、負レンズＬ７、正レンズＬ８のｄ線に対する屈折率、Ｒ５Ｉ、Ｒ７８は、両凹レンズＬ５の像面側の曲率半径、負レンズＬ７と正レンズＬ８との接合面の曲率半径である。
【００２６】
両凹レンズＬ５の像面側および負レンズＬ７と正レンズＬ８との接合面で球面収差を補正するが、条件式（９）は、両凹レンズＬ５の像面側の面と、負レンズＬ７と正レンズＬ８との接合面で補正する球面収差量を適正にするための条件である。条件式を下回ると球面収差が補正不足になり、条件式を上回ると球面収差が補正過剰になる。
【００２７】
また、上記発明においては、第５群が、物体側から、最も物体側にある負レンズＬ７と正レンズＬ８とを接合した接合レンズ、正レンズＬ９、正レンズＬ１０と像面側に凹面を向けた負レンズＬ１１とを接合した接合レンズを含んでいることが好ましい。
負レンズＬ７と正レンズＬ８との接合面において、第４群で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正する。また、正レンズＬ１０と負レンズＬ１１との接合面で非点収差を補正することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in  vivo観察に適した対物光学系を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１の実施形態に係る液浸対物光学系１について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系１は、図１に示されるように、物体側から順に、正パワーの第１群Ｇ１、正パワーの第２群Ｇ２、負パワーの第３群Ｇ３、正パワーの第４群Ｇ４および正パワーの第５群Ｇ５により構成されている。
【００３０】
前記第１群Ｇ１は、像面側に凸面を向けた平凸レンズＬ１単体により構成されている。すなわち、平凸レンズＬ１は、その物体側に配される面が略平面となっている。
前記第２群Ｇ２は、物体側に配されるレンズＬ２と、像面側に配されるレンズＬ３とから構成されている。レンズＬ２は、物体側に凸面を向けて配置されている。また、レンズＬ３は、像面側に凹面を向けて配置されている。
【００３１】
前記第３群Ｇ３は、物体側に配される両凸レンズＬ４と、像面側に配される両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズにより構成されている。
前記第４群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ６により構成されている。
前記第５群Ｇ５は、物体側から、負メニスカスレンズＬ７と両凸レンズＬ８との接合レンズ、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ９および物体側に略平面を向けた平凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合レンズにより構成され、全体として正のパワーを有している。
【００３２】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系１によれば、第１群Ｇ１においては、平凸レンズＬ１の物体側の略平面により、液浸対物光学系１と物体との間に気泡が入り難くすることができる。また、平凸レンズＬ１の像面側の凸面はアプラナティック条件に近くして球面収差およびコマ収差の発生を抑えることができる。
【００３３】
また、第２群Ｇ２においては、レンズＬ２の物体側の凸面によって光を屈折させて、レンズＬ２の内部で光束の発散角を小さくし、光線高が高くなるのを防止した結果、レンズ外径を小さくすることができる。また、レンズＬ２の像面側の凸面で光をさらに屈折させて、レンズＬ２内部において光束の発散をより小さくすることができる。
また、レンズＬ３の像面側の凹面で光束を少し発散させることにより、レンズＬ２で発生したコマ収差、軸上色収差を補正することができる。
【００３４】
また、第３群Ｇ３においては、第２群Ｇ２で少し発散した光束を両凸レンズＬ４の物体側の凸面で緩やかに収束させることにより、接合レンズ内で光線高が高くなるのを防止することができる。また、接合面によって、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２および両凸レンズＬ４の物体側で発生した球面収差と、第１群Ｇ１と両凸レンズＬ４で発生した軸上色収差とを補正することができる。
また、両凹レンズＬ５の像面側の凹面で光束を発散させることで、平凸レンズＬ１から両凸レンズＬ４までにおいて補正不足だった球面収差を補正し、さらに軸上色収差を補正することができる。また、レンズＬ２および両凸レンズＬ４で発生したコマ収差もこの面で補正することができる。
【００３５】
また、第４群Ｇ４においては、両凹レンズＬ５を出た発散光束がほぼ平行光束にされる。両凸レンズＬ６の物体側の凸面により、両凸レンズＬ６内で光線高が高くなるのを防止し、レンズ外径が大きくならないようにすることができる。
また、第５群Ｇ５においては、両凸レンズＬ６を通過後にほぼ平行になった光束を負メニスカスレンズＬ７と両凸レンズＬ８との接合レンズおよび平凸レンズＬ９によって収束させる。負メニスカスレンズＬ７と両凸レンズＬ８との接合面において、第４群Ｇ４で発生した球面収差、軸上色収差、コマ収差を補正することができる。
また、平凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合面で非点収差を補正することができる。
【００３６】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系１によれば、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in  vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。
特に、以下の条件式（１）〜（９）を満足することが好ましい。
【００３７】
すなわち、
（１）      ０．０３＜｜Ｆ１２／Ｆ３｜＜０．１３
（２）      ０．８＜｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜＜１．２
（３）      ν４−ν５＞４０
（４）      ０．１２＜ｎ５−ｎ４＜０．２２
（５）      １．４＜｜Ｒ４Ｏ／Ｒ４５｜＜１．９
（６）      ｎ３＜１．６５
（７）      ν３＜５０
（８）      ３＜｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜＜５
（９）      ０．２＜Ｆ１４２・｛（ｎ５−１）／Ｒ５Ｉ２＋（ｎ７−ｎ８）／Ｒ７８２｝＜０．４
である。
【００３８】
ここで、Ｆ３は第３群の焦点距離、Ｆ１２は第１群と第２群とを合わせた焦点距離、βは液浸対物光学系の倍率、Ｆ１４は第１群から第４群までを合わせた焦点距離、Ｆ５は第５群の焦点距離、ν４、ν５は各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対するアッベ数、ｎ４、ｎ５は各々、両凸レンズＬ４、両凹レンズＬ５のｄ線に対する屈折率、Ｒ４Ｏ、Ｒ４５は各々、両凸レンズＬ４の物体側、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５の接合面の曲率半径、ｎ３はレンズＬ３のｄ線に対する屈折率、ν３はレンズＬ３のｄ線に対するアッベ数、Ｒ３ＩはレンズＬ３の像面側の曲率半径、Ｆ１２は第１群と第２群を合わせた焦点距離、Ｆ１４は第１群から第４群までを合わせた焦点距離、ｎ５、ｎ７、ｎ８は各々、レンズＬ５、レンズＬ７、レンズＬ８のｄ線に対する屈折率、Ｒ５Ｉ、Ｒ７８は、レンズＬ５の像面側の曲率半径、レンズＬ７とレンズＬ８との接合面の曲率半径である。
【００３９】
｜Ｆ１２／Ｆ３｜が０．０３以下になると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなってしまう。また、｜Ｆ１２／Ｆ３｜が０．１３以上になると、第３群の負パワーが強くなり過ぎたり、第１群と第２群の正パワーが弱過ぎたりする。いずれの場合も、光束径が大きくなるため、レンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が高い光学系になってしまうという不具合が発生する。
【００４０】
また、｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜が０．８以下の場合、第１群から第４群の間のパワーが強くなり過ぎて、諸収差の発生量が大きくなるため、第５群で収差補正が困難になる。また、｜β・Ｆ１４／Ｆ５｜が１．２以上の場合は、第１群から第４群の間のパワーが弱くなるので諸収差の発生量は小さくすることができるが、光束径が大きくなるためレンズ外径を大きくする必要があり、生体に対する侵襲が大きくなるという不具合が発生する。
【００４１】
また、第３群の両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合レンズは、球面収差を補正するため、屈折率差を小さくして、さらに両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合面の曲率半径を小さくすることが望ましい。そのために、ｎ５−ｎ４が０．２２より小さいことが望ましい。ｎ５−ｎ４が０．２２以上だと、接合面の曲率半径が大きくなるので、球面収差および軸上色収差が補正不足になる。しかし、ｎ５−ｎ４が０．１２以下だと接合面の曲率半径が小さくなり過ぎてレンズの加工性が悪くなるので、ｎ５−ｎ４は０．１２より大きいことが望ましい。したがって、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５の屈折率差は条件式（４）を満足することが望ましい。
【００４２】
また、接合面の曲率半径に対しては、球面収差の補正量を最適にするため  条件式（５）を満足することが望ましい。｜Ｒ４０／Ｒ４５｜が１．４以下だと球面収差の発生量が大き過ぎて系全体で考えたときに、十分に補正できなくなる。｜Ｒ４０／Ｒ４５｜が１．９以上だと接合面で球面収差が補正過剰となり系全体で考えたときには球面収差が補正過剰になってしまう。
また、軸上色収差を補正するために両凸レンズＬ４に分散が小さい材料、両凹レンズＬ５に分散が大きい材料を使うことが望ましい。より具体的には条件式（３）を満足させることが望ましい。  これを満足することとで軸上色収差の補正が十分に行えるが、これを満足しない場合は軸上色収差が補正不足になる。
【００４３】
さらに、第２群の平凹レンズＬ３の材料は低屈折率で高分散のものを用いることが望ましい。平凹レンズＬ３の材料に低屈折率で高分散のものを用いて、像面側の面を凹面にすることでコマ収差、軸上色収差を良好に補正することができる。具体的には、条件式（６）、（７）を満たすことが望ましい。
【００４４】
平凹レンズＬ３が条件式（７）を満足しない場合は、第１群から第４群までで発生した軸上色収差が補正しきれず、光学系全体で軸上色収差が補正不足になる。条件（６）を満たす場合、コマ収差や軸上色収差の補正量を大きくするために平凹レンズＬ３の像面側の曲率半径を小さくしても第２群通過後の光束があまり発散し過ぎないので、第３群に入射する光束径が大きくならないようにすることが可能である。条件式（６）を満たさない場合は、平凹レンズＬ３の像面側の曲率半径が大きくなり過ぎてコマ収差および軸上色収差の補正が十分行えなくなるか、曲率半径が小さくても平凹レンズＬ３の像面側の負パワーが強過ぎて、第２群通過後の光束が発散し過ぎて、第３群での光束径が大きくなり過ぎる不具合が発生する。
【００４５】
さらに、第１群および第２群で発生したコマ収差、軸上色収差の補正と第２群を通過後の光束の発散具合をバランスさせるために、平凹レンズＬ３の像面側の曲率半径Ｒ３Ｉは条件式（８）を満足するようにすることが望ましい。｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜が３以下になると第２群通過後の光束の発散角が大きくなるため、第３群での光束径が大きくなり、レンズ外径が大きくなってしまう不具合がある。｜Ｒ３Ｉ／Ｆ１２｜が５以上になるとＬ３の像面側の負パワーが小さくなるため、コマ収差や軸上色収差が補正不足になる。
【００４６】
両凹レンズＬ５の像面側および負メニスカスレンズＬ７と両凸レンズＬ８との接合面で球面収差を補正するが、条件式（９）は、両凹レンズＬ５の像面側の面と、負メニスカスレンズＬ７と両凸レンズＬ８との接合面で補正する球面収差量を適正にするための条件である。条件式を下回ると球面収差が補正不足になり、条件式を上回ると球面収差が補正過剰になる。
【００４７】
図２に、本実施形態に係る液浸対物光学系１を小型のレーザ走査型共焦点光学システム２に接続した例を示す。
光学ユニット４内には図示しない励起用のレーザ光源が設けられており、レーザ光が光ファイバ８を通って走査ユニット３に導かれ、コリメータ光学系１０で平行にされた後、光走査部１１で光の射出方向が走査され、瞳投影光学系１２で中間結像位置に結像される。瞳投影光学系１２と液浸対物光学系１は接続されていて、瞳投影光学系１２で結像された像は図１で示された本実施形態に係る液浸対物光学系１によって物体（生体７の観察対象部位Ｂ）へ再結像され、物体（生体組織や色素等）の励起を行う。
【００４８】
物体Ｂで発生した蛍光は、液浸対物光学系１、瞳投影光学系１２、光走査部１１、コリメータ光学系１０、光ファイバ８を経て、光学ユニット４内の図示しないダイクロイックミラーで励起光と分離された後、励起光カットフィルターを経て、光検出器で検出され、コンピュータ６を介してモニタ７により表示される。
本実施形態では、光ファイバ８のコアが共焦点ピンホールの役割をしており、物体を観察する場合は、フォーカスがあった部分近傍以外のところからの光はカットされるのでＳＮ比の高い観察が可能になっている。また、制御ユニット５の作動により走査ユニット３内にある駆動機構１３を作動させ、コリメータレンズ１０と光ファイバ８の距離を変化させることで、液浸対物光学系１の長手方向（Ｚ方向）の観察位置を調節することができる。したがって、光走査部１１での横方向（Ｘ，Ｙ方向）の走査と組み合わせることで３次元の画像取得も可能である。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る液浸対物光学系２０について、図３を参照して説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系２０は、図３に示されるように、物体側から順に、正パワーの第１群Ｇ１、正パワーの第２群Ｇ２、負パワーの第３群Ｇ３、正パワーの第４群Ｇ４および正パワーの第５群Ｇ５により構成されている点は第１の実施形態と同様である。本実施形態に係る液浸対物光学系２０は、各レンズ群の構成要素において相違している。
【００５０】
前記第１群Ｇ１は、平行平板Ｐ１と平凸レンズＬ１との接合レンズにより構成されている。平行平板Ｐ１は物体側に配置され、平凸レンズＬ１は、像面側に凸面を向けて配置されている。これにより、第１群は全体として正パワーを持っている。
【００５１】
前記第２群Ｇ２は、両凸レンズＬ２と、平凹レンズＬ３とにより構成されている。平凸レンズＬ２は物体側に配置され、第２群Ｇ２は全体として正パワーを持っている。
前記第３群はＧ３は、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズにより構成されている。両凸レンズＬ４は物体側に配置され、第３群は全体として負パワーを持っている。
前記第４群Ｇ４は、両凸レンズＬ６により構成され、正パワーを有している。
第２群Ｇ２〜第４群Ｇ４までは第１の実施形態に係る液浸対物光学系１と同一である。
【００５２】
前記第５群Ｇ５は、物体側から順に配置された平凹レンズＬ７と平凸レンズＬ８との接合レンズ、平凸レンズＬ９および両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合レンズにより構成されている。平凹レンズＬ７は物体側に略平面を配置している。第５群Ｇ５は全体として正パワーを有している。
【００５３】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系２０によれば、第１群Ｇ１においては、平凸レンズＬ１の屈折率を第１の実施形態に係る液浸対物光学系１より大きくして、像面側の凸面の曲率半径を大きくするとともに、平凸レンズＬ１自体の厚さも厚くすることができる。これによりレンズの加工性が第１の実施形態より良くなり、製造コストを低減することができる。
【００５４】
また、第１の実施形態と比較して、平凸レンズＬ１の屈折率を高くしたことにより非点収差の発生を小さくすることができる。このため、第１の実施形態に係る液浸対物光学系１より広い観察範囲を確保することができる。さらに、平凸レンズＬ１の水や生体に対する耐性が高くない場合に、耐性がよいＰ１を先端に接合することで平凸レンズＬ１を保護することができる。
【００５５】
また、第５群においては、第４群の両凸レンズＬ６を通過した後にほぼ平行光になった光束を平凸レンズＬ９、および両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合レンズによって収束させる。また、平凹レンズＬ７と平凸レンズＬ８との接合面において、第４群Ｇ４で発生する球面収差、軸上色収差、コマ収差を補正することができる。さらに、両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合面において非点収差を補正することができる。
その他のレンズ群Ｇ２〜Ｇ４の作用は第１の実施形態と同じである。
【００５６】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系２０によれば、第１の実施形態に係る液浸対物光学系１と同様に、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in  vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。特に、上記条件式（１）〜（９）を満足することが好ましい。
また、本実施形態に係る液浸対物光学系２０も、第１の実施形態と同様に、レーザ走査共焦点光学システム２に接続可能である。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る液浸対物光学系３０について、図４を参照して説明する。
本実施形態に係る液浸対物光学系３０も、図４に示されるように、物体側から順に、正パワーの第１群Ｇ１、正パワーの第２群Ｇ２、負パワーの第３群Ｇ３、正パワーの第４群Ｇ４および正パワーの第５群Ｇ５により構成されている点は第１および第２の実施形態と同様である。本実施形態に係る液浸対物光学系３０は、各レンズ群の構成要素において相違し、作動距離を長くしている点において、第１および第２の実施形態と相違している。
【００５８】
前記第１群Ｇ１は、平行平板Ｐ１と平凸レンズＬ１とを接合した接合レンズにより構成されている。平凸レンズＬ１は像面側に凸面を向けて配置されている。第１群Ｇ１は全体として正パワーを持っている。
前記第２群Ｇ２は、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３とを接合した接合レンズにより構成されている。両凸レンズＬ２は物体側に配置され、両凹レンズＬ３は像面側に配置され、物体側に凸面、像面側に凹面を向けて配置されている。
【００５９】
前記第３群Ｇ３は、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５とを接合した接合レンズにより構成されている。第３群Ｇ３は全体として負パワーを持っている。
前記第４群Ｇ４は、両凸レンズＬ６により構成されている。
前記第５群Ｇ５は、負メニスカスレンズＬ７と平凸レンズＬ８との接合レンズ、平凸レンズＬ９、平行平板Ｐ２および両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合レンズにより構成されている。第５群Ｇ５は全体として正パワーを有している。また、両凸レンズＬ１０は、全長を長く確保するために設けられている。
【００６０】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系３０によれば、第２群Ｇ２において、両凸レンズＬ２の物体側の凸面によって光を屈折させて、両凸レンズＬ２の内部で光束の発散角を小さくし光線高が高くなるのを防止することができる。その結果、レンズ外径を小さくすることができる。
【００６１】
また、両凹レンズＬ３の像面側の凹面で光束を少し発散させて、両凸レンズＬ２で発生したコマ収差、軸上色収差を補正することができる。また、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３とを接合したことにより、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３との間に間隔管を設ける必要がなくなり部品点数が減らすことができるとともに、面間隔の誤差による球面収差の劣化を防止することができる。さらに、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３との接合面の面精度公差を緩くしても収差への影響を小さくできる。したがって、レンズの面精度公差を緩くして製造コストを低減することができる。
【００６２】
また、第５群Ｇ５において、第４群の両凸レンズＬ６を通過した後にほぼ平行光になった光束を負メニスカスレンズＬ７と平凸レンズＬ８との接合レンズ、平凸レンズＬ９と平行平板Ｐ２との接合レンズおよび両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合レンズによって収束させることができる。
負メニスカスレンズＬ７と平凸レンズＬ８との接合面において、第４群Ｇ４で発生した球面収差、軸上色収差およびコマ収差を補正することができる。また、両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１との接合面において、非点収差を補正することができる。
その他のレンズ群Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４の作用は第２の実施形態と同じである。
【００６３】
このように構成された本実施形態に係る液浸対物光学系３０によれば、第１、第２の実施形態に係る液浸対物光学系１，２０と同様に、外径が細く、全長が長く、色収差が良好に補正されていて、高開口数で、in  vivo観察に適した対物光学系を実現することができる。特に、上記条件式（１）〜（９）を満足することが好ましい。
また、本実施形態に係る液浸対物光学系３０も第１の実施形態と同様に、レーザ走査共焦点光学システム２に接続可能である。
【実施例】
【００６４】
［第１の実施例］
第１の実施形態に係る液浸対物光学系１の一実施例について、図１、図５および表１を参照して以下に説明する。
図１および表１において、符号ｒは曲率半径（ｍｍ）、符号ｄは面間隔（ｍｍ）、表１において、符号ｎはｄ線（５８７．５６ｎｍ）の屈折率、符号νはアッベ数ν＝（ｎ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）を示している。ここで、ｎＦ、ｎＣは、それぞれＦ線，Ｃ線の屈折率である。
【００６５】
【表１】
2006119300.tif 000003
【００６６】
また、図５の収差図の内、符号ＮＡは像面側の開口数、符号ｙは像高を示し、符号Ｍはメリディオナル面、符号Ｓはサジタル面を示し、倍率色収差はｄ線（５８７．５６ｎｍ）を基準としている。
また、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ、ｅ線の波長は５４６．０７ｎｍ、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍである。
【００６７】
レンズの直径は、平凸レンズＬ１が０．９ｍｍ、両凸レンズＬ２から両凹レンズＬ５までが１ｍｍ、両凸レンズＬ６から両凹レンズＬ１１までが１．３ｍｍであり、非常に小さな直径のレンズのみで構成されている。このため、本実施例の液浸対物光学系１は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。
また、本実施例の液浸対物光学系１は、先端部から結像面の光学系の全長が１０．４４ｍｍであり、液浸対物光学系１の後ろにリレーレンズやＣＣＤを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやＣＣＤが生体（の頭部等）に接触し難い構造となっている。
【００６８】
また、本実施例に係る液浸対物光学系１は、明るい蛍光像および高い分解能を得るために、液浸対物光学系１の物体側の開口数は０．５を確保している。また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特に、レーザ走査型共焦点顕微鏡の対物光学系として適した対物光学系である。
作動距離（ＷＤ）は０．０９８ｍｍであり、液浸対物光学系の先端を生体に密着させることで、生体内部をブレなく観察可能である。
【００６９】
また、本実施例の液浸対物光学系１を図２に示されるレーザ走査型共焦点顕微鏡システムに接続することにより、対物光学系の後ろに瞳投影光学系や走査ユニットを接続しても、瞳投影光学系や走査ユニットを生体から離れた位置に接触することなく配置することができる。
【００７０】
［第２の実施例］
次に、第２の実施形態に係る液浸対物光学系２０の一実施例について、図２、図６および表２を参照して以下に説明する。
図２および表２において、符号ｒは曲率半径（ｍｍ）、符号ｄは面間隔（ｍｍ）、表２において、符号ｎはｄ線（５８７．５６ｎｍ）の屈折率、符号νはアッベ数ν＝（ｎ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）を示している。ここで、ｎＦ、ｎＣは、それぞれＦ線，Ｃ線の屈折率である。
【００７１】
【表２】
2006119300.tif 000004
【００７２】
また、図６の収差図の内、符号ＮＡは像面側の開口数、符号ｙは像高を示し、符号Ｍはメリディオナル面、符号Ｓはサジタル面を示し、倍率色収差はｄ線（５８７．５６ｎｍ）を基準としている。
また、ｓ線の波長は８５２．１１ｎｍ、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ、ｅ線の波長は５４６．０７ｎｍ、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍである。
本実施例は、第１の実施例と比較して、色収差を可視光域から９００ｎｍ付近の近赤外域まで補正し、さらに、観察範囲も第１の実施例より広い範囲を確保している。
【００７３】
レンズの直径は平行平板Ｐ１から両凹レンズＬ５までが１ｍｍ、両凸レンズＬ６から両凹レンズＬ１1までが１．４ｍｍであり、非常に小さい直径のレンズのみで構成されている。
このため、本実施例の液浸対物光学系２０は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。  
【００７４】
また、本実施例の液浸対物光学系２０は、先端部から結像面の光学系の全長が、１１．５５ｍｍであり、液浸対物光学系２０の後ろにリレーレンズやＣＣＤを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやＣＣＤが動物（の頭部など）と接触し難い構成になっている。
また、明るい蛍光像および高い分解能を得るために、液浸対物光学系２０の物体側の開口数は０．５を確保している。
【００７５】
また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特に、レーザ走査型共焦点光学顕微鏡の液浸対物光学系２０として適している。
さらに、生体内で散乱が小さい近赤外領域まで収差が補正されているために、組織表面から深いところを、より鮮明に観察できる光学系である。
また、本実施例も第１の実施例と同様に、レーザ走査共焦点光学システム２に接続可能である。
【００７６】
［第３の実施例］
次に、第３の実施形態に係る液浸対物光学系３０の一実施例について、図３、図７および表３を参照して以下に説明する。
図３、図７および表３における符号は、第２の実施例と同じである。
本実施例は、第２の実施例と比較して、作動距離ＷＤを長くしたものである。
【００７７】
【表３】
2006119300.tif 000005
【００７８】
レンズの直径は平行平板Ｐ１から両凹レンズＬ５までが１ｍｍ、両凸レンズＬ６から両凹レンズＬ１1までが１．４ｍｍであり、非常に小さい直径のレンズのみで構成されている。
このため、本実施例の液浸対物光学系３０は、マウスなどの小動物の体内の深部を低侵襲で観察するのに適した光学系である。  
【００７９】
また、本実施例の液浸対物光学系３０は、先端部から結像面の光学系の全長が、１１．７１ｍｍであり、対物レンズの後ろにリレーレンズやＣＣＤを接続して、生体から少し離れたところで像を監視しても、リレーレンズやＣＣＤが動物（の頭部など）と接触し難い構成になっている。
また、明るい蛍光像および高い分解能を得るために液浸対物光学系２０の物体側の開口数ＮＡは０．５を確保している。
【００８０】
また、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されているので、白色光観察や蛍光観察、特にレーザ走査型共焦点光学顕微鏡の液浸対物光学系３０として適している。
さらに、生体内で散乱が小さい近赤外領域まで収差が補正されているために、組織表面から深いところをより鮮明に観察できる光学系である。
【００８１】
また、作動距離ＷＤは０．２ｍｍであり、液浸対物光学系２０の先端を生体組織に押し当てた場合でも、押し当てた生体組織表面からより深い場所を観察することが可能である。
本実施例も第１、第２の実施例と同様に、レーザ走査共焦点光学システム２に接続可能である。
【００８２】
表４に第１〜第３の実施例における条件式（１）〜（９）のデータを示す。
【表４】
2006119300.tif 000006
【００８３】
なお、本発明（第１〜第３の実施形態全ての）の液浸対物光学系１，２０，３０にはイメージファイババンドル、ＣＣＤを接続して明視野観察を行うことも可能である。
そのときには、液浸対物光学系１，２０，３０のすぐ外側に照明用ファイバを設けて生体を照明したり、対物光学系の後ろ側にリレーレンズとハーフミラーを設けて照明光を液浸対物光学系１，２０，３０と同軸に入射させたりする方法などがある。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液浸対物光学系を示すレンズ配列である。
【図２】図１の液浸対物光学系を備えたレーザ走査型共焦点顕微鏡システムを示す全体構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液浸対物光学系を示すレンズ配列である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る液浸対物光学系を示すレンズ配列である。
【図５】図１の液浸対物光学系の実施例による各収差を示す図である。
【図６】図３の液浸対物光学系の実施例による各収差を示す図である。
【図７】図４の液浸対物光学系の実施例による各収差を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
Ｇ１  第１群
Ｇ２  第２群
Ｇ３  第３群
Ｇ４  第４群
Ｇ５  第５群
Ｌ１  平凸レンズ
Ｌ２  両凸レンズ（レンズ）
Ｌ３  平凹レンズ（レンズ）
Ｌ４  両凸レンズ
Ｌ５  両凹レンズ
Ｌ６  両凸レンズ（正レンズ）
Ｌ７  負メニスカスレンズ（接合レンズ）
Ｌ８  両凸レンズ（接合レンズ）
Ｌ９  平凸レンズ
Ｌ１０  平凸レンズ（接合レンズ）
Ｌ１１  両凹レンズ（接合レンズ：負レンズ）
１，２０，３０  液浸対物光学系
β  液浸対物光学系の倍率
Ｆ３  第３群Ｇ３の焦点距離
Ｆ５  第５群Ｇ５の焦点距離
Ｆ１２  第１群Ｇ１と第２群Ｇ２を合わせた焦点距離
Ｆ１４  第１群Ｇ１から第４群Ｇ４までを合わせた焦点距離
ν３、ν４、ν５  各々、レンズＬ３〜レンズＬ５のｄ線に対するアッベ数
ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ７、ｎ８  各々、レンズＬ３〜Ｌ８のｄ線に対する屈折率
Ｒ３Ｉ  レンズＬ３の像面側の曲率半径
Ｒ４Ｏ、Ｒ４５  各々、両凸レンズＬ４の物体側、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５の接合面の曲率半径
Ｒ５Ｉ  レンズＬ５の像面側の曲率半径
Ｒ７８  レンズＬ７とレンズＬ８との接合面の曲率半径
【図１】
2006119300.tif 000007
【図２】
2006119300.tif 000008
【図３】
2006119300.tif 000009
【図４】
2006119300.tif 000010
【図５】
2006119300.tif 000011
【図６】
2006119300.tif 000012
【図７】
2006119300.tif 000013