(57)【要約】      （修正有）【課題】少ないレンズ枚数で軽量小型化を達成しながら、周辺光量の低下抑制、カラーシェーディングの発生抑制、及び広い面積の撮影を可能とする高性能のアタッチメントレンズと、それを備えた蛍光測定装置を提供する。【解決手段】光学性能補正用のアタッチメントレンズＰＡは、マスターレンズＰＢと組み合わされた状態で試料Ｓの蛍光像を形成する。アタッチメントレンズＰＡは、試料Ｓ側にテレセントリックであり、射出瞳をマスターレンズＰＢの入射瞳付近に有する。アタッチメントレンズＰＡは、光学的なパワーを有するレンズ群として、試料Ｓ側から順に、正パワーの第１群Ｇｒ１と、負パワーの第２群Ｇｒ２と、正パワーの第３群Ｇｒ３と、の３群を有し、第１群Ｇｒ１が１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成されており、第２群Ｇｒ２と第３群Ｇｒ３がそれぞれ１枚の単レンズで構成されている。【選択図】図１
2011170074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスターレンズと組み合わされた状態で測定対象物の蛍光像を形成する光学性能補正用のアタッチメントレンズであって、測定対象物側にテレセントリックであり、射出瞳を前記マスターレンズの入射瞳付近に有し、光学的なパワーを有するレンズ群として、測定対象物側から順に、正パワーの第１群と、負パワーの第２群と、正パワーの第３群と、の３群を有し、前記第１群が１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成されており、前記第２群及び第３群がそれぞれ１枚の単レンズで構成されていることを特徴とするアタッチメントレンズ。
【請求項２】
測定対象物を照明する励起光と、測定対象物で発生した蛍光と、の光路分離を行う蛍光キューブを、前記第３群とマスターレンズとの間に有することを特徴とする請求項１記載のアタッチメントレンズ。
【請求項３】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載のアタッチメントレンズ；
｜φ１＋φ２＋φ３｜＜０．００２  …（１）
ただし、
φ１：第１群のパワー（ｍｍ-1）、
φ２：第２群のパワー（ｍｍ-1）、
φ３：第３群のパワー（ｍｍ-1）、
である。
【請求項４】
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアタッチメントレンズ；
ｄ３＞４０  …（２）
ただし、
ｄ３：第３群からアタッチメントレンズの射出瞳までの間隔（ｍｍ）、
である。
【請求項５】
以下の条件式（３）〜（６）を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアタッチメントレンズ；
ν１≧５５  …（３）
ν２≧５５  …（４）
ν３≧５５  …（５）
｜ν２−ν３｜≦２０  …（６）
ただし、
ν１：第１群のアッベ数、
ν２：第２群のアッベ数、
ν３：第３群のアッベ数、
である。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアタッチメントレンズと、そのアタッチメントレンズをコリメータ光学系として瞳がマッチングするように配置されたマスターレンズと、マスターレンズによって結像した蛍光像を記録する撮像装置と、蛍光試料を励起するための照明装置と、を備えたことを特徴とする蛍光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアタッチメントレンズ及びそれを装着した蛍光測定装置に関するものであり、例えば、蛍光撮影装置，蛍光光度測定装置等の蛍光測定装置、及びそれに搭載される撮像光学系において光学性能を補正するためのアタッチメントレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生化学・分子生物学の分野では、励起光により自ら蛍光発光する試料や蛍光試薬で染色された試料を撮影して、その濃度，形状，色等を測定する蛍光測定装置が使用されている。蛍光測定装置を用いた測定では、試料（例えば培養細胞）が多数のウェルに収容されたマイクロプレート（細胞培養容器）の全体をカメラユニットで一時に撮影し、その撮影画像に基づいて各ウェルに収容されている試料の濃度，形状，色，化学発光・蛍光発光の強度等を定量することが一般に行われている。
【０００３】
蛍光測定装置による撮影を普通の撮影レンズで行うと、マイクロプレートの周辺部（容器内のウェルで容器外縁付近）に位置する試料から撮影レンズに入る主光線が、撮影レンズの光軸に対して斜めになる。このため、ウェルの壁面が写り込んでしまって、ウェルの底面が撮影できなくなる。これを防ぐために、マイクロプレートの近傍にフレネルレンズ等のアタッチメントレンズを設置して、物体側にテレセントリックにする補正が一般的に行われている（例えば、特許文献１，２参照。）。また、既存の撮像レンズをマスターレンズとしてその補正をアタッチメントレンズで行うのではなく、撮像光学系全体として新規に設計したものも従来より提案されている（例えば、特許文献３，４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７４８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１５１５６５号公報
【特許文献３】米国特許第６，１９８，５７７号明細書
【特許文献４】特開２００３−１９５１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２で提案されているような構成は簡便であるが、アタッチメントレンズのレンズ枚数が少ないため、後続のマスターレンズとの瞳のマッチングを良好に行うことができない。つまり、マスターレンズの入射位置付近での瞳の球面収差を補正することができず、マイクロプレートの周辺部に位置する試料からの主光線が強く曲げられてしまう。このため、マスターレンズに対する入射光量が減って、像面での周辺光量の低下が生じることになる。
【０００６】
また、落射照明（同軸照明）で励起光を照射するタイプの蛍光測定装置には、励起フィルタ，ダイクロイックミラー及び吸収フィルタを１つにユニット化した蛍光キューブを備えたものが知られているが、特許文献１，２で提案されているような構成において、マスターレンズの直前に蛍光キューブを配置すると、ダイクロイックミラーに対する主光線の入射角が物高により異なるため、カラーシェーディングが大きく発生することになる。つまり、マイクロプレートの中心部と周辺部とでダイクロイックミラーへの光線の入射角が大きく異なるため、マイクロプレートの中心部から離れた試料ほど光のスペクトルが短波長側にシフトしてしまうのである。
【０００７】
特許文献３で提案されている構成では、光束がレンズ枠でケラレないように撮像光学系全体を専用レンズとして構成しているが、寸法が大きく（全長１．６ｍ）、レンズ枚数が多くて重量が重いという問題がある。また、複雑な構成をとっているため組み立てが困難であり、蛍光キューブを配置するためのスペースの確保も困難である。
【０００８】
特許文献４で提案されている構成では、試料側のコリメータ部を構成している第１〜第３レンズ群がそれぞれ独立に収差補正されているため、レンズ枚数が多くて重量が重いという問題がある。また、レンズ枚数が多い分だけ空気との接触面数が多いため、表面反射に起因する迷光の発生量も多く、微弱蛍光撮影には不利な構成となっている。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、少ないレンズ枚数で軽量小型化を達成しながら、周辺光量の低下抑制、カラーシェーディングの発生抑制、及び広い面積の撮影を可能とする高性能のアタッチメントレンズと、それを備えた蛍光測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のアタッチメントレンズは、マスターレンズと組み合わされた状態で測定対象物の蛍光像を形成する光学性能補正用のアタッチメントレンズであって、測定対象物側にテレセントリックであり、射出瞳を前記マスターレンズの入射瞳付近に有し、光学的なパワーを有するレンズ群として、測定対象物側から順に、正パワーの第１群と、負パワーの第２群と、正パワーの第３群と、の３群を有し、前記第１群が１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成されており、前記第２群及び第３群がそれぞれ１枚の単レンズで構成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、測定対象物側にテレセントリックであり、射出瞳がマスターレンズの入射瞳付近に位置しているため、大きい面積に広がって位置する測定対象物の全体を一度に撮影することができる。正負正のパワー配置を有しているため、少ないレンズ枚数で倍率の色消しを行うことができ、また、撮影画像の周辺光量の低下やカラーシェーディングの発生を抑えることができる。第１群が１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成されており、第２群及び第３群がそれぞれ１枚の単レンズで構成されているため、レンズ枚数の削減が可能になるとともに、ガラスと空気との境界面による不要な表面反射が低減されて、より微弱な蛍光を発生する測定対象物の撮影が可能となる。
【００１２】
本発明のアタッチメントレンズは、測定対象物を照明する励起光と、測定対象物で発生した蛍光と、の光路分離を行う蛍光キューブを、前記第３群とマスターレンズとの間に有する構成であってもよい。
【００１３】
本発明のアタッチメントレンズでは蛍光キューブを配置するためのスペースの確保が容易であるため、この構成によると、カラーシェーディングの発生量を低下させることができ、マスターレンズのレンズ枠のケラレによる周辺光量低下も抑えることができる。
【００１４】
本発明のアタッチメントレンズは、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
｜φ１＋φ２＋φ３｜＜０．００２  …（１）
ただし、
φ１：第１群のパワー（ｍｍ-1）、
φ２：第２群のパワー（ｍｍ-1）、
φ３：第３群のパワー（ｍｍ-1）、
である。
【００１５】
この構成によると、像面湾曲の良好な補正が可能となる。
【００１６】
本発明のアタッチメントレンズは、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
ｄ３＞４０  …（２）
ただし、
ｄ３：第３群からアタッチメントレンズの射出瞳までの間隔（ｍｍ）、
である。
【００１７】
この構成によると、励起光と蛍光との光路分離を良好に行うためのスペースを確保することができる。
【００１８】
本発明のアタッチメントレンズは、以下の条件式（３）〜（６）を満足することが好ましい。
ν１≧５５  …（３）
ν２≧５５  …（４）
ν３≧５５  …（５）
｜ν２−ν３｜≦２０  …（６）
ただし、
ν１：第１群のアッベ数、
ν２：第２群のアッベ数、
ν３：第３群のアッベ数、
である。
【００１９】
この構成によると、倍率色収差を良好に補正することが可能となる。
【００２０】
本発明の蛍光測定装置は、本発明に係るアタッチメントレンズと、そのアタッチメントレンズをコリメータ光学系として瞳がマッチングするように配置されたマスターレンズと、マスターレンズによって結像した蛍光像を記録する撮像装置と、蛍光試料を励起するための照明装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、高画質の蛍光像や正確な測定結果を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、少ないレンズ枚数で軽量小型化を達成しながら、周辺光量の低下抑制、カラーシェーディングの発生抑制、及び広い面積の撮影を可能とする高性能のアタッチメントレンズを実現することができる。そして、本発明に係るアタッチメントレンズを備えることにより、高画質の蛍光像や正確な測定結果が得られる蛍光測定装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る蛍光測定装置の概略構成例を模式的に示す斜視図。
【図２】本発明に係る蛍光測定装置の概略構成例を模式的に示す水平断面図。
【図３】本発明に係る蛍光測定装置の概略構成例を模式的に示す垂直断面図。
【図４】第１の実施の形態（実施例１）の光学構成を示す光路図。
【図５】第２の実施の形態（実施例２）の光学構成を示す光路図。
【図６】実施例１の球面収差，非点収差，歪曲収差及び倍率色収差を示す収差図。
【図７】実施例２の球面収差，非点収差，歪曲収差及び倍率色収差を示す収差図。
【図８】実施例１の横収差図。
【図９】実施例２の横収差図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るアタッチメントレンズ，蛍光測定装置等を説明する。本発明に係るアタッチメントレンズは、マスターレンズと組み合わされた状態で測定対象物の蛍光像を形成する光学性能補正用のアタッチメントレンズであって、測定対象物側にテレセントリックであり、射出瞳を前記マスターレンズの入射瞳付近に有している。そして、光学的なパワーを有するレンズ群として、測定対象物側から順に、正パワーの第１群と、負パワーの第２群と、正パワーの第３群と、の３群を有し（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）、前記第１群が１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成されており、前記第２群及び第３群がそれぞれ１枚の単レンズで構成されている。
【００２５】
測定対象物側にテレセントリックなアタッチメントレンズを、その射出瞳がマスターレンズの入射瞳付近に位置するように配置すると、測定対象物（マイクロプレート全域の試料）のどの部分に位置する試料についても、アタッチメントレンズに入る主光線が光軸に対して平行になるため、マイクロプレートのウェル底面の撮影を画面全体について良好に行うことが可能となる。したがって、大きい面積に広がって位置する測定対象物の全体を一度に撮影することができる。
【００２６】
正負正のパワー配置を採用することにより、マスターレンズとの組み合わせ状態で効果的な光学性能の補正が可能なコリメータ光学系を構成することができる。物体側にテレセントリックなアタッチメントレンズが、測定対象物から発生する蛍光を集光して射出瞳から略平行光として射出するように、コリメータ光学系として作用する構成にすれば、マスターレンズと組み合わせたときの光学系全体の結像倍率βは、β＝−ｆｍ／ｆａ（ｆｍ：マスターレンズの焦点距離、ｆａ：アタッチメントレンズの焦点距離）となる。したがって、マスターレンズと組み合わせたときの総合倍率をβ＝−ｆｍ／ｆａで決定することが可能となるため、タンデム系の構成をとることも可能となる。例えば、撮影対象物を一般的な大きさのマイクロプレート１２８ｍｍ×８５ｍｍとし、撮像素子を２／３インチＣＣＤ素子（受光面サイズ８．８ｍｍ×６．６ｍｍ）とすると、光学系全体の結像倍率を０．０６９倍（＝８．８ｍｍ／１２８ｍｍ）より小さくすれば、容器全体の撮影が可能となる。このことから、後述する実施例ではマスターレンズの焦点距離ｆｍ＝２８ｍｍ、アタッチメントレンズの焦点距離ｆａ≒５００ｍｍとして、結像倍率を約−０．０５６倍としている。
【００２７】
また、正負正のパワー配置を有するアタッチメントレンズでは、測定対象物からの近軸光線の高さが第１群，第２群及び第３群のすべてについて正の値となり、瞳からの近軸光線の高さが第１群，第２群及び第３群のすべてについて負の値となるため、パワー配置が正負正であることと合わせて、倍率の色収差の発生の符号が負正負となることにより、３つのレンズ群で倍率色収差を打ち消し合う作用が発生する。この作用により、貼り合わせレンズを使用しなくても、パワーとアッベ数の条件から３群全体で倍率の色消しを行うことが可能となる。したがって、それぞれのレンズ群で色消しを行う必要がないので、使用するレンズの枚数を減らすことができる。
【００２８】
倍率色収差を補正するために、第２，第３レンズ群に正負の組み合わせレンズを用いると、レンズ枚数が増えてガラスと空気との境界面での表面反射量が大きくなる。このため、微弱蛍光（照明エネルギーの数千分の１〜数万分の１）の撮影に正負の組み合わせレンズは適していない。しかも、コリメータ部には有効径が大きなレンズが必要とされるため、正負の組み合わせレンズや正負の貼り合わせレンズはレンズ部及び鏡筒部の重量増加を招く。それに対し、第１群を１枚のフレネルレンズ又は同じ硝材から成る２枚以上のレンズで構成し、第２群及び第３群をそれぞれ１枚の単レンズで構成すると、レンズ枚数の削減が可能になるとともに、ガラスと空気との境界面による不要な表面反射を低減することができるため、より微弱な蛍光を発生する測定対象物の撮影が可能となる。
【００２９】
アタッチメントレンズによる補正を正パワーのみで行おうとすると、画面周辺部ほど光束が強く曲げられるため（瞳の球面収差）、画面中心部に比べて画面周辺部ほどマスターレンズに入射する光量が減ってしまう。それに対し、正負正のパワー配置を有するアタッチメントレンズでは、正パワーのレンズ群で発生する瞳の球面収差を負パワーの第２群で補正することができるので、マスターレンズとの瞳のマッチングが良くなり、測定対象物からの光束が蛍光キューブの開口部やマスターレンズの鏡筒等でケラレて周辺光量の低下が起こるのを防ぐことができる。したがって、撮影画像の周辺光量の低下を抑えた蛍光撮影が可能となる。
【００３０】
落射照明で励起光を照射するタイプの蛍光測定装置には、励起フィルタ，ダイクロイックミラー及び吸収フィルタを１つにユニット化した蛍光キューブを備えたものが知られているが、マスターレンズの直前に蛍光キューブを配置すると、前述したように、ダイクロイックミラーに対する主光線の入射角が物高により異なるため、カラーシェーディングが大きく発生することになる。それに対し、正負正のパワー配置を有するアタッチメントレンズでは、蛍光キューブ設置位置を光束が通過する前に、第１群で折り曲げた軸外光束の角度を第２群の負パワーで小さくすることができるので、ダイクロイックミラーへの光線入射角度を小さくした状態に揃えることができる。したがって、カラーシェーディングの発生量を低下させることができる。マスターレンズへの光線入射角も小さくなるので、マスターレンズのレンズ枠のケラレによる周辺光量低下も抑えることができる。
【００３１】
上述した特徴的構成によると、少ないレンズ枚数で軽量小型化を達成しながら、周辺光量の低下抑制、カラーシェーディングの発生抑制、及び広い面積の撮影を可能とする高性能のアタッチメントレンズを実現することができる。また、既存の撮影レンズ（例えば、一般的なライカ判等の写真撮影用レンズ）をマスターレンズ（主レンズ系）としてそのまま使用することができ、マスターレンズと組み合わされた状態で測定対象物の蛍光像を形成する光学性能補正用アタッチメントレンズとして、充分な光学性能を維持しながら枚数削減による光量低下の防止，コンパクト化，低コスト化等を達成することができる。そして、本発明に係るアタッチメントレンズを備えることにより、高画質の蛍光像や正確な測定結果が得られる蛍光測定装置を実現することが可能となる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，軽量小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
【００３２】
アタッチメントレンズは、測定対象物を照明する励起光と、測定対象物で発生した蛍光と、の光路分離を行う蛍光キューブを、前記第３群とマスターレンズとの間に有することが望ましい。前述したアタッチメントレンズの構成によると、蛍光キューブを配置するためのスペースの確保が容易であり、第３群とマスターレンズとの間に蛍光キューブを配置しても、前述したように、カラーシェーディングの発生量を低下させることができ、マスターレンズのレンズ枠のケラレによる周辺光量低下も抑えることができる。したがって、励起光と蛍光との光路分離の位置を第３群とマスターレンズとの間に設定することが好ましい。
【００３３】
以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
｜φ１＋φ２＋φ３｜＜０．００２  …（１）
ただし、
φ１：第１群のパワー（ｍｍ-1）、
φ２：第２群のパワー（ｍｍ-1）、
φ３：第３群のパワー（ｍｍ-1）、
である。
【００３４】
条件式（１）は、アタッチメントレンズのペッツバール和を０に近い値にする上で好ましい条件範囲を規定している。撮像素子の大きさ：１０ｍｍ（受光面の対角サイズ）とし、マスターレンズとして焦点距離２８ｍｍのダブルガウス又はレトロフォーカスタイプの結像レンズを使用すると仮定した場合、マスターレンズが持つペッツバール和はおよそ０．００５〜０．００８の値である。また、アタッチメントレンズのペッツバール和：Ｐｚは、Ｐｚ＝φ１／ｎ１＋φ２／ｎ２＋φ３／ｎ３（ｎ１：第１群の屈折率、ｎ２：第２群の屈折率、ｎ３：第３群の屈折率）であるが、ガラスの屈折率をｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝ｎ＝１．５と近似すると、Ｐｚ＝０となる条件は、ｎ（φ１＋φ２＋φ３）＝φ１＋φ２＋φ３＝０と表現できる。条件式（１）が成り立っていれば、アタッチメントレンズのペッツバール和はおよそＰｚ＜０．００２／ｎ（＝１．５）＝０．００１３となり、マスターレンズのペッツバール和に大きな影響を与えることは無い。逆に、この条件範囲から外れるにしたがって、アタッチメントレンズ部のペッツバール和が正又は負で大きくなり、マスターレンズのペッツバール和に与える影響が大きくなってきてマスターレンズの収差補正のバランスを崩してしまう。したがって、条件式（１）を満たすことにより、像面湾曲の良好な補正が可能となる。
【００３５】
以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
ｄ３＞４０  …（２）
ただし、
ｄ３：第３群からアタッチメントレンズの射出瞳までの間隔（ｍｍ）、
である。
【００３６】
条件式（２）は、開口絞り位置付近に蛍光キューブを設置するためのスペースを確保する上で好ましい条件範囲を規定している。既存のマスターレンズに前置するアタッチメントレンズを想定した場合、条件式（２）を満たすスペースを確保すれば、蛍光キューブで励起光と蛍光との光路分離を良好に行うことができる。また、９０＞ｄ３＞６０を満たすことが更に好ましい。
【００３７】
以下の条件式（３）〜（６）を満足することが望ましい。
ν１≧５５  …（３）
ν２≧５５  …（４）
ν３≧５５  …（５）
｜ν２−ν３｜≦２０  …（６）
ただし、
ν１：第１群のアッベ数、
ν２：第２群のアッベ数、
ν３：第３群のアッベ数、
である。
【００３８】
例えば、測定対象物が細胞を蛍光試薬で染色した試料である場合、蛍光試薬は励起光を受けると離散的な点光源の集合として撮影されるので、倍率色収差があるとＲＧＢ合成時に点像のズレが目立つことになる。つまり、複数の蛍光試薬で染色した画像（単色画像）をＲＧＢ合成し、重ね合わせて細胞の分布の様子を見る等の画像処理操作を行った際、色ズレが生じてしまう。これを主として補正する必要がある。条件式（３）〜（６）は、第２群及び第３群がそれぞれ１枚の単レンズから成る構成において、倍率色消しを効果的に行う上で好ましい条件範囲を規定している。条件式（３）〜（５）を満たすことにより、各レンズ群を紫外光の透過率の良いクラウン系や合成石英の光学ガラスで構成することが可能になる。条件式（６）は、条件式（３）〜（５）を満たすときに、第２群と第３群により倍率の色収差が打ち消しされる条件を規定している。この条件式（６）の条件範囲を外れると、倍率の色収差が大きくなってしまうため、簡単なレンズ構成では収差補正が困難になる。したがって、条件式（３）〜（６）を満たすことにより、倍率色収差を良好に補正することが可能となる。
【００３９】
上記と同様の観点から、ν１＞６０，ν２＞５０，ν３＞６０を満たすことが好ましく、５８＜ν１＜７０，５６＜ν２＜７０，５８＜ν３＜７０を満たすことが更に好ましい。また、上記アッベ数の条件式（３）〜（６）を満たす硝材の一般性を考慮した場合、各レンズ群に用いるレンズの屈折率ｎは、ｎ＜１．５５を満たすことが好ましい。
【００４０】
例えば、利用が容易なマスターレンズの焦点距離ｆｍ＝２８ｍｍと、２／３インチ及び１／２インチのＣＣＤ素子での撮像に好適な結像倍率となる範囲と、を考慮すると、以下の条件式（７）を満足することが望ましく、条件式（３）〜（７）を満足することが更に望ましい。
４００≦ｆａ≦６００  …（７）
ただし、
ｆａ：アタッチメントレンズの焦点距離（ｍｍ）、
である。
【００４１】
蛍光試薬には、Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ，ＤＡＰＩ，ＦＵＲＡ２，テトラサイクリン等、紫外励起を必要とするものがある。このため、同軸落射照明を行うように蛍光キューブを絞り位置付近に配置する場合、アタッチメントレンズを構成するガラス材料として、紫外光で透過率が低下しない材料を用いる必要がある。そのようなガラス材料の具体例としては、例えば、第１群に合成石英、第２群にＫ１０、第３群にＢＫ７が挙げられる。ランタンやバリウム等を含む高屈折率のガラスは、紫外光領域で透過率が悪い傾向があるので、紫外励起を必要とする蛍光撮影用には望ましくない。
【００４２】
上述したアタッチメントレンズと、そのアタッチメントレンズをコリメータ光学系として瞳がマッチングするように配置されたマスターレンズと、を備えることにより、高画質の蛍光像や正確な測定結果が得られる蛍光測定装置を実現することが可能となる。その蛍光測定装置の概略構成例を図１〜図３に模式的に示す。図１は蛍光測定装置１０の主要部の外観を模式的に示しており、図２は蛍光測定装置１０の水平断面構造を模式的に示しており、図３は蛍光測定装置１０の垂直断面構造を模式的に示している。
【００４３】
蛍光測定装置１０は、光源ユニット１，カメラユニット２，撮像光学系ＯＰ等を備えており、撮像光学系ＯＰはアタッチメントレンズＰＡ（補正レンズ系）とマスターレンズ（主レンズ系）ＰＢとで構成されている。アタッチメントレンズＰＡは、マイクロプレート３側から順に、第１群Ｇｒ１，折り返しミラーＭＲ，第２群Ｇｒ２，第３群Ｇｒ３及び蛍光キューブＣＵを有しており、光源ユニット１は、ランプ１ａ，ライトパイプ１ｂ及び集光レンズ１ｃを有している。
【００４４】
蛍光測定装置１０は、図１に示すように、光源ユニット１からの白色光Ｌ１を蛍光キューブＣＵで励起光Ｌ２に分光変換し、マイクロプレート３上にセットされた試料Ｓを励起光Ｌ２（照明光）で落射照明して蛍光Ｌ３（観察光）を発生させる構成になっている。また、蛍光キューブＣＵを複数装備しており、ターレット式の交換機構（図２，図３中、Ｘ：ターレット軸）により複数の蛍光キューブＣＵのうちの１つを選択して所定位置に交換配置することが可能になっている。
【００４５】
蛍光キューブＣＵは、励起フィルタ，ダイクロイックミラー，吸収フィルタ等を内蔵しており、試料Ｓから発せられた蛍光Ｌ３をダイクロイックミラーで励起光Ｌ２から光路分離する。また、複数の蛍光キューブＣＵは、射出する励起光Ｌ２の波長が互いに異なるように、内蔵されている励起フィルタ等がそれぞれ異なっている。したがって、前記交換機構で蛍光キューブＣＵを交換配置することにより、励起光Ｌ２及び蛍光Ｌ３の波長を切り替えることが可能である。
【００４６】
光源ユニット１からの白色光Ｌ１が蛍光キューブＣＵに入射して励起フィルタに照射されると、所定波長の励起光Ｌ２（例えば青色光）が励起フィルタを透過する。その励起光Ｌ２はダイクロイックミラーで反射した後（光軸ＡＸの折り曲げ角度：９０°）、蛍光キューブＣＵから射出し、アタッチメントレンズＰＡで試料Ｓに照射される。試料Ｓには、例えば、青色光の照明光で励起すると緑色光の蛍光が発生するように（短波長励起・長波長発光）、人工骨上に培養した骨芽細胞のカルシウムに結合する蛍光試薬が用いられている。試料Ｓから発生した蛍光Ｌ３（例えば緑色光）は、アタッチメントレンズＰＡを再び通過した後、蛍光キューブＣＵに入射してダイクロイックミラーを透過する。そして、Ｓ／Ｎ比を向上させるための吸収フィルタを透過して、蛍光キューブＣＵから射出する。蛍光キューブＣＵを射出した蛍光Ｌ３は、マスターレンズＰＢを通過し、蛍光測定用のカメラユニット２に入射して、撮像素子ＳＲの受光面上に蛍光像ＩＭを形成する。蛍光像ＩＭは撮像素子ＳＲで電気的な信号に変換され、蛍光像ＩＭの撮影，測定，観察等が行われる。
【００４７】
図４，図５に、撮像光学系ＯＰの具体的な光学構成として、アタッチメントレンズＰＡの第１，第２の実施の形態を有する撮像光学系ＯＰをそれぞれ光学断面で示す。第１，第２の実施の形態のアタッチメントレンズＰＡはいずれも、マスターレンズＰＢと組み合わされた状態で試料Ｓの蛍光像ＩＭを形成する光学性能補正用のアタッチメントレンズであって、物面ＯＢ側にテレセントリックであり、射出瞳をマスターレンズＰＢの入射瞳付近に有している。また、光学的なパワーを有するレンズ群として、物面ＯＢ側から順に、正パワーの第１群Ｇｒ１と、負パワーの第２群Ｇｒ２と、正パワーの第３群Ｇｒ３と、の３群を有し、第１群Ｇｒ１が同じ硝材から成る２枚のレンズで構成されており、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３がそれぞれ１枚の単レンズで構成されている。
【００４８】
マスターレンズＰＢは、例えば一般的なライカ判等の写真撮影用レンズであり、図４，図５では理想レンズとして示してある。マスターレンズＰＢに前置されているアタッチメントレンズＰＡは、いずれの実施の形態においても、第１群Ｇｒ１が両凸の正レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズから成っており、第２群Ｇｒ２が像側に凹の負メニスカスレンズから成っており、第３群Ｇｒ３が像側に凸の正メニスカスレンズから成っている。また、第１の実施の形態では球面のみで構成されており、第２の実施の形態では第２群Ｇｒ２の像側面と第３群Ｇｒ３の像側面が非球面で構成されている。第２の実施の形態では、第２群Ｇｒ２の位置が歪曲収差の補正に適した位置からズレるので、それを補正するために、第２群Ｇｒ２と第３群Ｇｒ３の各単レンズの像側面を非球面としている。また、第１群Ｇｒ１と第２群Ｇｒ２との間隔をあけて、その空間に９０度の折り返しミラーＭＲを容易に配置できるように構成している。
【００４９】
アタッチメントレンズＰＡは、測定対象物Ｓ側にテレセントリックであり、射出瞳がマスターレンズＰＢの入射瞳付近に位置しているため、大きい面積に広がって位置する測定対象物Ｓの全体を一度に撮影することができる。正負正のパワー配置を有しているため、少ないレンズ枚数で倍率の色消しを行うことができ、また、撮影画像の周辺光量の低下やカラーシェーディングの発生を抑えることができる。第１群Ｇｒ１が同じ硝材から成る２枚のレンズで構成されており、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３がそれぞれ１枚の単レンズで構成されているため、レンズ枚数の削減が可能になるとともに、ガラスと空気との境界面による不要な表面反射が低減されて、より微弱な蛍光を発生する測定対象物の撮影が可能となる。したがって、少ないレンズ枚数で軽量小型化を達成しながら、周辺光量の低下抑制、カラーシェーディングの発生抑制、及び広い面積の撮影を可能とする高性能のアタッチメントレンズＰＡが実現される。
【００５０】
アタッチメントレンズＰＡでは、蛍光キューブＣＵを配置するためのスペースの確保が容易であるため、蛍光キューブＣＵを第３群Ｇｒ３とマスターレンズＰＢとの間に有する構成によると、カラーシェーディングの発生量を低下させることができ、マスターレンズのレンズ枠のケラレによる周辺光量低下も抑えることができる。
【００５１】
アタッチメントレンズＰＡでは、前記条件式（１）を満たすことにより、像面湾曲の良好な補正が可能となる。前記条件式（２）を満たすことにより、励起光と蛍光との光路分離を良好に行うためのスペースを確保することが可能となる。また、前記条件式（３）〜（６）を満たすことにより、倍率色収差を良好に補正することが可能となる。
【００５２】
蛍光測定装置１０は、アタッチメントレンズＰＡと、そのアタッチメントレンズＰＡをコリメータ光学系として瞳がマッチングするように配置されたマスターレンズＰＢと、マスターレンズＰＢによって結像した蛍光像ＩＭを記録するカメラユニット２と、蛍光試料Ｓを励起するための光源ユニット１と、を備えた構成になっているので、高画質の蛍光像や正確な測定結果を得ることが可能である。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を実施したアタッチメントレンズＰＡ，マスターレンズＰＢ及びそれらを有する撮像光学系ＯＰの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２（ｅｘ１，２）は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１，第２の実施の形態の光学構成を表す光路図（図４，図５）は、対応する実施例１，２の光学配置，光路等をそれぞれ示している。
【００５４】
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号ｉ，曲率半径ｒ（ｍｍ），軸上での面間隔ｄ（ｍｍ），ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率ｎｄ，ｄ線に関するアッベ数ｖｄ，及び有効直径Ｄｅを示す。実施例２では、面番号に＊が付された面が非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式（ＡＳ）で定義される。非球面データとして円錐定数を示す（表記の無い項の係数は０である。）。
ｚ＝（ｃ・ｈ2）／［１＋√{１−（１＋Ｋ）・ｃ2・ｈ2}］＋Σ（Ａｊ・ｈj）  …（ＡＳ）
ただし、
ｈ：ｚ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）、
ｚ：高さｈの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量（面頂点基準）、
ｃ：面頂点での曲率（曲率半径ｒの逆数）、
Ｋ：円錐定数、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。
【００５５】
各種データとして、撮像光学系ＯＰ全体の焦点距離（ｆ，ｍｍ），Ｆナンバー（Ｆｎｏ．），物体側の開口数（ＮＡ），物高ｙｏｂの最大値（ｍｍ），像高ｙｉｍの最大値（ｍｍ），レンズ全長（ＴＬ，ｍｍ），バックフォーカス（ＢＦ，ｍｍ），像倍率（β）等を示す。バックフォーカスＢＦは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長ＴＬは、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスＢＦを加えたものである。また、各条件式に対応する実施例の値を表１に示す。
【００５６】
図６，図７は、実施例１，２（ｅｘ１，２）にそれぞれ対応する収差図であり、（Ａ）は球面収差図（ｍｍ）、（Ｂ）は非点収差図（μｍ）、（Ｃ）は歪曲収差図（％）、（Ｄ）は倍率色収差図（μｍ）である。図６，図７中、縦軸ｐｒは入射瞳半径（実施例１：１６７．４３８０ｍｍ，実施例２：３４８．７１２３ｍｍ）、縦軸ｙｉｍは撮像素子ＳＲの受光面上での像高（物高ｙｏｂの最大値８０ｍｍに対応する。）であり、破線はＦ線（波長４８６．１３０ｎｍ）、実線はｄ線（波長５８７．５６０ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．２８０ｎｍ）に対する各収差量（ｍｍ）を表している。また、非点収差図では、Ｔがタンジェンシャル像面（メリディオナル像面）、Ｓがサジタル像面を表している。
【００５７】
図８，図９は、実施例１，２（ｅｘ１，２）にそれぞれ対応する横収差図である。図８，図９中、（Ａ），（Ｂ）は物高ｙｏｂ＝０．００ｍｍ、（Ｃ），（Ｄ）は物高ｙｏｂ＝−４０．００ｍｍ、（Ｅ），（Ｆ）は物高ｙｏｂ＝−５６．００ｍｍ、（Ｇ），（Ｈ）は物高ｙｏｂ＝−８０．００ｍｍでの横収差をそれぞれ示しており、（Ａ），（Ｃ），（Ｅ），（Ｇ）はメリディオナル像の横収差（ＥＹの最大スケール：±５μｍ、ＰＹの最大スケール：±入射瞳半径）、（Ｂ），（Ｄ），（Ｆ），（Ｈ）はサジタル像の横収差（ＥＸの最大スケール：±５μｍ、ＰＸの最大スケール：±入射瞳半径）をそれぞれ示している。また、破線はＦ線、実線はｄ線、一点鎖線はＣ線に対する各横収差を表している。
【００５８】
実施例１
単位：mm
面データ
i              r           d       nd         vd         De
物面               ∞        46.500                       160.00
1           496.153      22.000   1.45844   67.830    172.00
2          -513.044       1.000                       172.00
3           170.640      24.000   1.45844   67.830    172.00
4           516.895     138.000                       172.00
5           155.187       4.000   1.50137   56.409     70.00
6            59.513     130.100                        70.00
7           -92.413       5.000   1.51680   64.167     40.00
8           -70.335      70.600                        40.00
9（絞りＳＴ）  ∞        28.000                        14.84
10（ＰＢ：理想レンズ）-   29.487                        24.70
像面               ∞                                       9.07
【００５９】
各種データ
f   = 631.841
Fno.=   1.95
NA（物体側） = 0.015
yob（最大値）=80
yim（最大値）= 4.529
TL=452.187
BF= 29.487
β= -0.0566
入射瞳位置：11114.78mm
射出瞳位置：1×1010mm
アタッチメントレンズＰＡ（i=1〜9：第１面から絞りまでのコリメータ部）の焦点距離：516.1mm
マスターレンズＰＢ（i=10：理想レンズ設定）の焦点距離：28mm
物点位置（物面との面間隔）：-46.5mm
第１面から絞りまでの長さ：394.7mm
【００６０】
実施例２
単位：mm
面データ
i              r           d       nd         vd         De
物面               ∞        46.500                       160.00
1           603.444      19.000   1.45844   67.830    172.00
2          -694.837       1.000                       172.00
3           221.810      20.000   1.45844   67.830    172.00
4           856.288     222.600                       172.00
5           103.272       4.000   1.50137   56.409     56.00
6*           49.542      69.500                        56.00
7           -80.116       5.000   1.51680   64.167     44.00
8*          -57.565      71.600                        44.00
9（絞りＳＴ）  ∞        28.000                        14.91
10（ＰＢ：理想レンズ）-   29.594                        24.79
像面               ∞                                       9.03
【００６１】
第６面の非球面データ
K= 0.2549332
【００６２】
第８面の非球面データ
K= 0.2115807
【００６３】
各種データ
f   =1374.341
Fno.=   1.94
NA（物体側） = 0.015
yob（最大値）=80
yim（最大値）= 4.507
TL=470.294
BF= 29.594
β= -0.0563
入射瞳位置：24350.31mm
射出瞳位置：1×1010mm
アタッチメントレンズＰＡ（i=1〜9：第１面から絞りまでのコリメータ部）の焦点距離：507.5mm
マスターレンズＰＢ（i=10：理想レンズ設定）の焦点距離：28mm
物点位置（物面との面間隔）：-46.5mm
第１面から絞りまでの長さ：412.7mm
【００６４】
【表１】
2011170074.tif 000003
【００６５】
なお、前述の実施例１及び実施例２では第１群、第２群、第３群のそれぞれに異なる光学ガラスを用いているが、これに限られず、前記条件式を満たす光学ガラスであれば三つのレンズ群にすべて同じ光学ガラスを使用してアタッチメントレンズを構成することも可能である。例えば、第１群、第２群、第３群のガラス材料として合成石英を用いれば、効率の良い紫外光の同軸落射照明が可能な蛍光撮影用アタッチメントレンズが構成できる。
【００６６】
本発明の実施の形態や実施例は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施の形態や実施例は、あくまでも、本発明の一つの実施の形態等であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施の形態や実施例に記載されたものに制限されるものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１    光源ユニット（照明装置）
１ａ    ランプ
１ｂ    ライトパイプ
１ｃ    集光レンズ
２    カメラユニット（撮像装置）
３    マイクロプレート
１０    蛍光測定装置
ＯＰ    撮像光学系
ＰＡ    アタッチメントレンズ（コリメータ光学系）
ＰＢ    マスターレンズ
ＣＵ    蛍光キューブ
Ｇｒ１    第１群
Ｇｒ２    第２群
Ｇｒ３    第３群
ＭＲ    折り返しミラー
ＳＴ    絞り
Ｓ    試料（測定対象物）
ＳＲ    撮像素子
ＯＢ    物面（測定対象物）
ＩＭ    像面（蛍光像）
Ｌ１    白色光
Ｌ２    励起光
Ｌ３    蛍光
Ｘ    ターレット軸
ＡＸ    光軸
【図１】
2011170074.tif 000004
【図２】
2011170074.tif 000005
【図３】
2011170074.tif 000006
【図４】
2011170074.tif 000007
【図５】
2011170074.tif 000008
【図６】
2011170074.tif 000009
【図７】
2011170074.tif 000010
【図８】
2011170074.tif 000011
【図９】
2011170074.tif 000012