(57)【要約】      （修正有）【課題】開口数と倍率が大きく、且つフラットネスが高く、諸収差が十分に補正された液浸顕微鏡対物レンズ及びそれを用いた顕微鏡を提供する。【解決手段】物体側より順に、正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、からなり、第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズ面と、第２レンズ面と、を有し、第１レンズ面は最も物体側に位置し、第２レンズ面は第１レンズ面よりも像側で、第１レンズ面の最も近くに位置し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。−３≦（ｒG12／ｆ）×（ＮＡob／ｎｄimm）２≦−１．７（１）ただし、ｒG12は、第２レンズ面における曲率半径、ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、ＮＡobは、液浸顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、ｎｄimmは、浸液のｄ線における屈折率、である。【選択図】図１
2015102758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、正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、からなり、
前記第１レンズ群は、第１レンズ面と、第２レンズ面と、を有し、
前記第１レンズ面は最も物体側に位置し、前記第２レンズ面は前記第１レンズ面よりも像側で、前記第１レンズ面の最も近くに位置し、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする液浸顕微鏡対物レンズ。
−３≦（ｒG12／ｆ）×（ＮＡob／ｎｄimm）２≦−１．７      （１）
ただし、
ｒG12は、前記第２レンズ面における曲率半径、
ｆは、前記液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ＮＡobは、前記液浸顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、
ｎｄimmは、浸液のｄ線における屈折率、
である。
【請求項２】
前記第１レンズ群は、発散光束を収斂光束に変換し、
前記第３レンズ群は、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分と、を有し、
前記物体側レンズ成分は最も物体側に配置され、前記像側レンズ成分は前記物体側レンズ成分よりも像側に配置され、
前記物体側レンズ成分は、凹面を像側に向けたメニスカス形状を有し、
前記像側レンズ成分は、凹面を物体側に向けたメニスカス形状を有し、
前記レンズ成分は、単レンズ又は接合レンズであることを特徴とする請求項１に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ群は、最も物体側に配置された第１接合レンズを有し、
前記第１接合レンズは、物体側レンズと、像側レンズと、を有し、
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
０．３≦ｎｄG1i−ｎｄG1o≦０．５      （２）
ただし、
ｎｄG1iは、前記像側レンズのｄ線における屈折率、
ｎｄG1oは、前記物体側レンズのｄ線における屈折率、
である。
【請求項４】
前記第１レンズ群は、物体側より順に、接合レンズと、単レンズと、を含み、
前記接合レンズと前記単レンズは、共に正の屈折力を有し、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
２．２≦ｆG1p／ｆ≦３．５      （３）
ただし、
ｆG1pは、前記接合レンズと前記単レンズとの合成焦点距離、
ｆは、前記液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【請求項５】
前記第３レンズ群は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
−３．８≦ｆG3／ｆ≦−３      （４）
ただし、
ｆG3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
ｆは、前記液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【請求項６】
前記第２レンズ群は、物体側レンズ成分を少なくとも有し、
前記物体側レンズ成分は最も物体側に配置されると共に、光軸方向に移動し、
前記レンズ成分は、単レンズ又は接合レンズであり、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
２０≦ｆG2o／ｆ≦５０      （５）
ただし、
ｆG2oは、前記物体側レンズ成分の焦点距離、
ｆは、前記液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【請求項７】
前記第１レンズ群は、３枚のレンズからなる接合レンズを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズ。
【請求項８】
光源と、照明光学系と、本体部と、観察光学系と、顕微鏡対物レンズと、を備え、
前記顕微鏡対物レンズに請求項１から７のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡対物レンズが用いられることを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液浸顕微鏡対物レンズ及びそれを用いた顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学や遺伝学の研究において、厚みのある生体標本を生きたまま、高い分解能で蛍光観察したいという要望がある。この要望に応えるためには、顕微鏡対物レンズは、大きい開口数（高ＮＡ）と倍率を有している必要がある。
【０００３】
また、このような顕微鏡対物レンズは、共焦点レーザ走査型顕微鏡で用いられることが多い。共焦点レーザ走査型顕微鏡は焦点深度が非常に小さいという特徴を備えることから、標本の断層像を得ることができる。そこで、正確な断層像を得るために、顕微鏡対物レンズは高いフラットネスを有している必要がある。
【０００４】
このような要求を満たす顕微鏡対物レンズとして、液浸顕微鏡対物レンズがある。液浸顕微鏡対物レンズでは、液浸顕微鏡対物レンズと標本との間に浸液が存在する。そのため、液浸顕微鏡対物レンズで生体標本の深部を観察すると、使用する浸液の種類によっては、生体標本の屈折率（１．３３〜１．４５）と浸液の屈折率とが異なるために、両者の屈折率の差により球面収差が発生する。この球面収差の発生を軽減するためには、生体標本の屈折率と浸液の屈折率とが近いことが望ましい。
【０００５】
具体的には、浸液は、水（屈折率１．３３）や、培養液（屈折率１．３３）や、シリコーンオイル（屈折率１．４０）や、グリセリンと水の混合液（屈折率１．３３〜１．４７）等が望ましい。そして、液浸顕微鏡対物レンズも、このような浸液に対して収差が良好に補正されていることが好ましい。
【０００６】
更に、球面収差は、観察位置（生体標本の表面からの深さ）によって変化する。そのため、液浸顕微鏡対物レンズに補正環を設けることが望ましい。このようにすることで、球面収差を補正できる。
【０００７】
開口数が大きい液浸顕微鏡対物レンズとしては、特許文献１に開示された液浸顕微鏡対物レンズがある。特許文献１に記載された液浸顕微鏡対物レンズでは、倍率と開口数が、それぞれ、６０倍、１．４、或いは、６０倍、１．３である。前者は油浸顕微鏡対物レンズ、後者はシリコーン浸顕微鏡対物レンズである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７０９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された液浸顕微鏡対物レンズは、開口数は大きいものの、倍率が十分に大きいとはいえない。また、シリコーン浸顕微鏡対物レンズは生体標本観察に適しているが、このシリコーン浸顕微鏡対物レンズについては開口数が十分に大きいとはいえない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、開口数と倍率が大きく、且つフラットネスが高く、諸収差が十分に補正された液浸顕微鏡対物レンズ及びそれを用いた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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の液浸顕微鏡対物レンズは、
物体側より順に、正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、からなり、
第１レンズ群は、第１レンズ面と、第２レンズ面と、を有し、
第１レンズ面は最も物体側に位置し、第２レンズ面は第１レンズ面よりも像側で、第１レンズ面の最も近くに位置し、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
−３≦（ｒG12／ｆ）×（ＮＡob／ｎｄimm）２≦−１．７      （１）
ただし、
ｒG12は、第２レンズ面における曲率半径、
ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ＮＡobは、液浸顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、
ｎｄimmは、浸液のｄ線における屈折率、
である。
【００１２】
また、本発明の顕微鏡は、
光源と、照明光学系と、本体部と、観察光学系と、顕微鏡対物レンズと、を備え、
顕微鏡対物レンズに上記の液浸顕微鏡対物レンズが用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、開口数と倍率が大きく、且つフラットネスが高く、諸収差が十分に補正された液浸顕微鏡対物レンズ及びそれを用いた顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１にかかる液浸顕微鏡対物レンズの光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施例２にかかる液浸顕微鏡対物レンズの光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施例３にかかる液浸顕微鏡対物レンズの光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図４】実施例１にかかる液浸顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図５】実施例２にかかる液浸顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図６】実施例３にかかる液浸顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図７】結像レンズの断面図である。
【図８】本発明の液浸顕微鏡対物レンズを用いた顕微鏡の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズは、物体側より順に、正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、からなり、第１レンズ群は、第１レンズ面と、第２レンズ面と、を有し、第１レンズ面は最も物体側に位置し、第２レンズ面は第１レンズ面よりも像側で、第１レンズ面の最も近くに位置し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
−３≦（ｒG12／ｆ）×（ＮＡob／ｎｄimm）２≦−１．７      （１）
ただし、
ｒG12は、第２レンズ面における曲率半径、
ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
ＮＡobは、液浸顕微鏡対物レンズの物体側の開口数、
ｎｄimmは、浸液のｄ線における屈折率、
である。
【００１６】
本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズ（以下、適宜、「対物レンズ」という）は、ｄ線における屈折率がｎｄimmである浸液と共に用いられる液浸顕微鏡対物レンズである。本実施形態の対物レンズは、物体側より順に、正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、を備えている。なお、物体側とは試料側を意味する。
【００１７】
対物レンズの物体側開口数（以下、単に「開口数」という）を大きくすると、より大きな発散角（回折角）の光を、試料から対物レンズに入射させることができる。その結果、試料の微細構造を、より細かく観察することができる。しかしながら、発散角が大きい光は、第１レンズ群における光線高が高い。このような光線を第１レンズ群で急激に曲げると、第１レンズ群において高次収差が発生しやすくなる。
【００１８】
本実施形態の対物レンズでは、第１レンズ群の屈折力を正屈折力にすることで、発散角が大きい光線を、第１レンズ群で徐々に曲げるようにしている。このようにすることで、高次収差が大きく発生することを抑えている。
【００１９】
また、第２レンズ群の屈折力も正屈折力にしている。上述のように、第１レンズ群では、発散角が大きい光線を徐々に曲げるようにしている。そのため、第１レンズ群から出射する光束径は十分に小さくなっていない。そこで、第２レンズ群で、光束径を徐々に小さくしている。
【００２０】
また、第３レンズ群の屈折力を負屈折力にしている。第２レンズ群で発散光束が収斂光束に変えられているので、第３レンズ群の位置では、光線の高さが低くなっている。そこで、第３レンズ群の負屈折力によって、ペッツバール和を小さくすることができる。また、第２レンズ群からの収斂光束は、第３レンズ群によって略平行光束に変えられている。
【００２１】
そして、本実施形態の対物レンズは、条件式（１）を満足する。
【００２２】
条件式（１）を満足することで、第２レンズ面の曲率半径を、光線の発散と収差の発生とをバランス良く抑制できる曲率半径にすることができる。その結果、収差の発生を抑えつつ、物体側の開口数を大きくすることができる。なお、第２レンズ面は、空気接触面と接合面のどちらでも良いが、接合面であることが好ましい。
【００２３】
条件式（１）の下限値を下回ると、第２レンズ面の曲率半径が大きくなりすぎる。この場合、第２レンズ面に入射する光線の入射角が大きくなるので、球面収差が大きく発生する。また、第２レンズ面が接合面の場合、色収差が大きく発生する。
【００２４】
条件式（１）の上限値を上回ると、第２レンズ面の曲率半径が小さくなりすぎる。この場合、第２レンズ面における負屈折力が大きくなるので、第２レンズ面を通過した後の軸上光束の光線高が高くなってしまう。これにより、高次の球面収差が発生するが、この高次の球面収差を第２レンズ面よりも像側に位置する光学系で補正することが難しくなる。また、球欠が深くなることで第２レンズ面の有効径が小さくなるので、物体側の開口数を大きくすることができない。
【００２５】
なお、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第１レンズ群は、発散光束を収斂光束に変換し、第３レンズ群は、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分と、を有し、物体側レンズ成分は最も物体側に配置され、像側レンズ成分は物体側レンズ成分よりも像側に配置され、物体側レンズ成分は、凹面を像側に向けたメニスカス形状を有し、像側レンズ成分は、凹面を物体側に向けたメニスカス形状を有し、レンズ成分は、単レンズ又は接合レンズであることが好ましい。
【００２６】
第１レンズ群で発散光束を収斂光束に変換できないと、第２レンズ群を通過する光線の高さが高くなる。そのため、第２レンズ群において高次の球面収差が発生しやすい。そこで、第１レンズ群では、発散角が大きい光線を徐々に曲げると共に、発散光束を収斂光束に変換している。このようにすることで、第１レンズ群において球面収差を良好に補正すると共に、第２レンズ群で高次の球面収差が発生することを防止している。
【００２７】
また、第３レンズ群では、物体側レンズ成分が凹面を像側に向けて配置され、像側レンズ成分が凹面を物体側に向けて配置される。このように、第３レンズ群では、２つのレンズ成分は凹面が向き合うように配置されるので、第３レンズ群は、いわゆるガウスタイプのレンズ構成を有することになる。これにより、適切な負のペッツバール和を第３レンズ群で確保している。
【００２８】
開口数が大きい対物レンズでは、物体に近い側に配置されたレンズ群、通常は第１レンズ群に接合レンズが配置されている。この接合レンズでは、物体側のレンズが像側のレンズに埋め込まれた状態で、２つのレンズが接合されている。この物体側のレンズ（埋め込みレンズ）と像側のレンズとの接合面でも、負のペッツバール和を得ることができるが、その量が不足しがちである。
【００２９】
そこで、第１レンズ群よりも像側に、凹面を有するレンズ群を配置する。そして、この凹面によって不足している負のペッツバール和を補うことで、ペッツバール和の補正を行う必要がある。凹面を有するレンズ群にメニスカス形状のレンズを配置する場合、１つのメニスカス形状のレンズだけではペッツバール和を十分に補正しきれない。そこで、メニスカス形状のレンズを２つ用い、２つのメニスカス形状のレンズを凹面が向き合うように配置する。このようにすることで、負のペッツバール和を十分確保できるので、ペッツバール和の補正を行うことができる。
【００３０】
また、凹面が物体側に向くように配置されたメニスカス形状のレンズを有することで、対物レンズから射出される光線の光線高や角度を最適に調整することができる。
【００３１】
なお、メニスカス形状のレンズは接合レンズであることが好ましい。このようにすることで、軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。
【００３２】
また、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第１レンズ群は、最も物体側に配置された第１接合レンズを有し、第１接合レンズは、物体側レンズと、像側レンズと、を有し、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．３≦ｎｄG1i−ｎｄG1o≦０．５      （２）
ただし、
ｎｄG1iは、像側レンズのｄ線における屈折率、
ｎｄG1oは、物体側レンズのｄ線における屈折率、
である。
【００３３】
条件式（２）を満足することで、発散角が大きい発散光束を対物レンズに入射させることができると共に、入射した発散角の大きな発散光束を無理なく収斂光束に変換させることができる。
【００３４】
ここで、物体側レンズの屈折率を浸液の屈折率に近づけることで、浸液と物体側レンズ面との境界での収差の発生を抑えつつ、発散角が大きい発散光束を対物レンズに入射させることができる。一方、像側レンズの屈折率は、物体側レンズの屈折率よりも適度に大きくなっている。そのため、入射した発散角の大きな発散光束を、光軸に近づけるように曲げることができる。
【００３５】
条件式（２）の上限値を上回ると、像側レンズの屈折率が大きくなりすぎる。この場合、レンズの厚み公差に対する球面収差の感度（変化率）が大きくなるので、製造誤差による収差の発生が大きくなる。また、屈折率が高い硝材では、紫外線の透過率が小さい。そのため、紫外光を使った蛍光観察では、試料を十分な明るさの紫外光で照明することが困難になる。
【００３６】
条件式（２）の下限値を下回ると、像側レンズの屈折率が小さくなりすぎる。この場合、対物レンズに入射した発散角の大きな発散光束を、光軸に近づけるように徐々に曲げることが困難になる。そのため、像側レンズを通過した後の軸上光束の光線高が高くなってしまう。これにより、高次の球面収差が発生するが、この高次の球面収差を像側レンズよりも像側に位置する光学系で補正することが難しくなる。
【００３７】
また、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第１レンズ群は、物体側より順に、接合レンズと、単レンズと、を含み、接合レンズと単レンズは、共に正の屈折力を有し、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
２．２≦ｆG1p／ｆ≦３．５      （３）
ただし、
ｆG1pは、接合レンズと単レンズとの合成焦点距離、
ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【００３８】
条件式（３）を満足することで、対物レンズ全体の屈折力に対して、接合レンズと単レンズとの合成屈折力を適切にすることができる。そのため、光線の発散と収差の発生とをバランス良く抑制することができる。その結果、収差の発生を抑えつつ、対物レンズに入射した発散角の大きな発散光束を、光軸に近づけるように徐々に曲げることができる。
【００３９】
条件式（３）の上限値を上回ると、接合レンズと単レンズとの合成焦点距離が大きくなりすぎる。この場合、接合レンズと単レンズとの合成屈折力が小さくなりすぎるので、対物レンズに入射した発散光束を、光軸に近づけるように徐々に曲げることが困難になる。そのため、単レンズを通過した後の軸上光束の光線高が高くなってしまう。これにより、高次の球面収差が発生するが、この高次の球面収差を単レンズよりも像側に位置する光学系で補正することが難しくなる。
【００４０】
条件式（３）の下限値を下回ると、接合レンズと単レンズとの合成焦点距離が小さくなりすぎる。この場合、各レンズにおけるレンズ面の曲率半径が小さくなりすぎるので、球面収差が発生する。特に、接合レンズの像側のレンズ面（空気接触面）における曲率半径が小さくなりすぎるため、球面収差の発生が大きくなる。
【００４１】
また、第１レンズ群における屈折力が大きくなりすぎるので、正のペッツバール和が増加する。この場合、正のペッツバール和の増加分を、第１レンズ群よりも像側に位置するレンズ群、特に、第３レンズ群における負のペッツバール和で相殺できることが好ましい。しかしながら、十分な負のペッツバール和を、第３レンズ群において確保することが困難になる。
【００４２】
また、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第３レンズ群は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
−３．８≦ｆG3／ｆ≦−３      （４）
ただし、
ｆG3は、第３レンズ群の焦点距離、
ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【００４３】
条件式（４）を満足することで、第３レンズ群の屈折力を適度に大きくすることができる。この場合、第３レンズ群における負のペッツバール和を適度に確保することができるので、像の平坦性を高めることができる。
【００４４】
条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群の屈折力が大きくなりすぎる。ここで、第３レンズ群を、物体側レンズ群と像側レンズ群とで構成し、物体側レンズ群では、最も像側の面が像面に凹面を向けており、像側レンズ群では、最も物体側の面が物体面に凹面を向けているとする。この場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなりすぎることで、物体側レンズ群における凹面の曲率半径と像側レンズ群における凹面の曲率半径とが、共に小さくなりすぎる。そのため、コマ収差が大きく発生する。
【００４５】
条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群における負のペッツバール和を十分に確保することが困難になる。そのため、像面湾曲が大きく発生する。その結果、像の平坦性が悪化する。
【００４６】
また、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第２レンズ群は、物体側レンズ成分を少なくとも有し、物体側レンズ成分は最も物体側に配置されると共に、光軸方向に移動し、レンズ成分は、単レンズ又は接合レンズであり、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
２０≦ｆG2o／ｆ≦５０      （５）
ただし、
ｆG2oは、物体側レンズ成分の焦点距離、
ｆは、液浸顕微鏡対物レンズ全系の焦点距離、
である。
【００４７】
カバーガラスの厚みの変化、浸液の種類の変更、標本や浸液の温度変化、あるいは観察位置の変化等の変化が生じると、この変化に伴って球面収差が変動する。このような場合、レンズ群を光軸方向に移動させることで球面収差を補正することができる。レンズ群の移動は、補正環の回転によって行うことができる。
【００４８】
そこで、本実施形態の対物レンズでは、第２レンズ群が移動可能になっている。ここで、第２レンズ群は物体側レンズ成分を少なくとも有し、物体側レンズ成分は最も物体側に配置されている。
【００４９】
上述のように、第１レンズ群で発散光束は収斂光束に変換されているが、発散光束は徐々に曲げられている。そのため、第１レンズ群を出射した収斂光束は、光線高が高い状態で第２レンズ群へ緩やかな角度で入射する。そこで、物体側レンズ成分を光軸方向に移動させることで、球面収差以外の収差の変動を抑えつつ、新たな球面収差を発生させることができる。
【００５０】
そして、物体側レンズ成分を適切な方向に移動させることで、この新たな球面収差の発生方向を、前述の変化によって生じた球面収差とは逆方向にすることができる。そのため、新たな球面収差の発生量を適切にすることで、前述の変化によって生じた球面収差を補正することができる。
【００５１】
条件式（５）を満足することで、前述の変化によって生じた球面収差を補正することができる。
【００５２】
条件式（５）の上限値を上回ると、物体側レンズ成分の屈折力が小さくなりすぎる。この場合、物体側レンズ群の移動量が大きくなるが、移動に必要なスペースを十分に確保することが困難になる。そのため、球面収差を十分に補正することが困難になる。
【００５３】
条件式（５）の下限値を下回ると、物体側レンズ成分の屈折力が大きくなりすぎる。この場合、物体側レンズ成分が移動したときに、球面収差以外の収差、例えば色収差の変動が大きくなる。そのため、対物レンズの光学性能が劣化する。
【００５４】
また、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズでは、第１レンズ群は、３枚のレンズからなる接合レンズを含むことが好ましい。
【００５５】
このようにすることで、適切な正の屈折力を保ちつつ、軸上色収差を良好に補正することができる。
【００５６】
また、本実施形態の顕微鏡は、光源と、照明光学系と、本体部と、観察光学系と、顕微鏡対物レンズと、を備え、顕微鏡対物レンズに上述の液浸顕微鏡対物レンズが用いられることを特徴とする。
【００５７】
本実施形態の顕微鏡によれば、開口数と倍率が大きく、且つフラットネスが高く、諸収差が十分に補正された液浸顕微鏡対物レンズを備えているため、高い解像度で試料の観察や画像の取得ができる。
【００５８】
なお、各条件式は、いずれの条件式を単独で用いても、自由に組み合わせて用いてもよく、本発明の効果を奏する。また、条件式の上限値、下限値をそれぞれ単独に変更した条件式であってもよく、同様に本発明の効果を奏する。
【００５９】
以下に、本発明に係る液浸顕微鏡対物レンズの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００６０】
以下、本発明の液浸顕微鏡対物レンズの実施例１〜３について説明する。実施例１〜３にかかる液浸顕微鏡対物レンズの光学構成を示す光軸に沿う断面を、それぞれ図１〜３に示す。これらの断面図中、Ｌ１〜Ｌ１７は各レンズを示している。また、図７は結像レンズの断面図である。
【００６１】
なお、実施例１〜３の液浸顕微鏡対物レンズは、無限遠補正の顕微鏡対物レンズである。無限遠補正の顕微鏡対物レンズでは、顕微鏡対物レンズから出射する光束が平行になるので、それ自体では結像しない。そのため、この平行光束は、例えば、図７に示すような結像レンズで集光される。そして、平行光束が集光された位置に試料面の像が形成される。上述の説明における像側とは、結像レンズ側のことを意味している。
【００６２】
次に、実施例１に係る対物レンズについて説明する。実施例１の対物レンズは、図１に示すように、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、からなる。
【００６３】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、平凸正レンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、からなる。ここで、平凸正レンズＬ１と正メニスカスレンズＬ２とが接合されている。また、両凸正レンズＬ５、負メニスカスレンズＬ６及び正メニスカスレンズＬ７が接合されている。なお、負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７は、それぞれ物体側に凹面を向けた平凹負レンズと像側に凸面を向けた平凸正レンズとしても良い。
【００６４】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、両凸正レンズＬ１１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、からなる。ここで、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９とが接合されている。また、負メニスカスレンズＬ１０、両凸正レンズＬ１１及び負メニスカスレンズＬ１２が接合されている。
【００６５】
第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、両凹負レンズＬ１５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、からなる。ここで、両凸正レンズＬ１３と両凹負レンズＬ１４とが接合されている。また、負メニスカスレンズＬ１６と正メニスカスレンズＬ１７とが接合されている。
【００６６】
また、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、位置が固定である。第２レンズ群Ｇ２では、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９との接合レンズが光軸に沿ってその他のレンズに対して移動する。
【００６７】
次に、実施例２に係る対物レンズについて説明する。実施例２の対物レンズは、図２に示すように、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、からなる。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。ここで、平凸正レンズＬ１と正メニスカスレンズＬ２とが接合されている。また、両凸正レンズＬ５、両凹負レンズＬ６及び両凸正レンズＬ７が接合されている。
【００６９】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、両凸正レンズＬ１１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、からなる。ここで、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９とが接合されている。また、負メニスカスレンズＬ１０、両凸正レンズＬ１１及び負メニスカスレンズＬ１２が接合されている。
【００７０】
第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、両凹負レンズＬ１５と、両凹負レンズＬ１６と、両凸正レンズＬ１７と、からなる。ここで、両凸正レンズＬ１３と両凹負レンズＬ１４とが接合されている。また、両凹負レンズＬ１６と両凸正レンズＬ１７とが接合されている。
【００７１】
また、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、位置が固定である。第２レンズ群Ｇ２では、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９との接合レンズがその他のレンズに対して光軸に沿って移動する。
【００７２】
次に、実施例３に係る対物レンズについて説明する。実施例３の対物レンズは、図３に示すように、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、からなる。
【００７３】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、平凸正レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。ここで、平凸正レンズＬ１と正メニスカスレンズＬ２とが接合されている。また、両凸正レンズＬ５、両凹負レンズＬ６及び両凸正レンズＬ７が接合されている。
【００７４】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、両凸正レンズＬ１１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、からなる。ここで、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９とが接合されている。また、負メニスカスレンズＬ１０、両凸正レンズＬ１１及び負メニスカスレンズＬ１２が接合されている。
【００７５】
第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、両凹負レンズＬ１５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、からなる。ここで、両凸正レンズＬ１３と両凹負レンズＬ１４とが接合されている。また、負メニスカスレンズＬ１６と正メニスカスレンズＬ１７とが接合されている。
【００７６】
また、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、位置が固定である。第２レンズ群Ｇ２では、負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９との接合レンズが光軸に沿ってその他のレンズに対して移動する。
【００７７】
次に、上述の各実施例の対物レンズを構成する光学部材の数値データを掲げる。なお、各実施例の数値データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径（ただし、ｒ１とｒ２は仮想面）、ｄは各レンズの肉厚または空気間隔（ただし、ｄ１はカバーガラスの厚み、ｄ２は浸液層の厚み）、ｎｄは各レンズのｄ線での屈折率、νｄは各レンズのアッべ数、βは倍率、ＮＡは開口数、ｆは対物レンズ全系の焦点距離、ＷＤは作動距離、ＦＮは視野数を示している。なお、倍率βは、後述の結像レンズ（焦点距離１８０ｍｍ）と組み合わせたときの倍率である。また、ＷＤはカバーガラスの厚みが０．１７ｍｍのときの距離である。また、視野数は２２ｍｍである。
【００７８】
各実施例の数値データは、試料と対物レンズの間にカバーガラスが存在している状態でのデータを示している。この状態では、カバーガラスと浸液とを介して試料の像が形成される。また、この場合、仮想面ｒ１は試料面とカバーガラスとの境界、ｒ２はカバーガラスと浸液との境界を示している。なお、浸液と生体標本の屈折率が近いので、カバーガラスと対物レンズの距離がｄ２の値より小さい状態では、仮想面ｒ１から標本内部に達した試料面からの光線が、少ない収差で対物レンズに入射する。よって、試料の内部を観察できることは明らかである。また、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、焦点距離ｆ、作動距離ＷＤの単位は、いずれもｍｍである。
【００７９】
数値実施例１
β＝−１００、ＮＡ＝１．３５、ｆ＝１．８、ＷＤ＝０．２１７、ＦＮ＝２２
面データ
面番号       r             d           nd       νd
1         ∞          d1          1.52100    56.02
2         ∞          d2          1.40409    51.90
3         ∞          1.0038      1.45852    67.83
4       -3.8000       2.9493      1.88300    40.76
5       -3.4688       0.1500
6       -6.6855       1.7804      1.75500    52.32
7       -5.7540       0.1510
8         ∞          2.5350      1.59522    67.74
9      -12.3287       0.1672
10       27.4440       6.1576      1.43875    94.93
11       -7.9036       1.1500      1.63775    42.41
12    -2553.4402       3.9799      1.43875    94.93
13      -10.9049       d13
14       33.7194       1.1000      1.63775    42.41
15        7.8248       5.5131      1.43875    94.93
16      -19.3175       d16
17        9.6846       1.0000      1.63775    42.41
18        5.9012       4.9087      1.43875    94.93
19       -9.4714       0.8000      1.61336    44.49
20      -24.9286       0.4775
21        5.1797       2.5301      1.49700    81.54
22      -21.3115       1.5338      1.63775    42.41
23        2.3963       1.6836      
24       -3.9461       0.7000      1.77250    49.60
25        8.8980       3.7400
26       -5.9356       1.1550      1.61336    44.49
27      -60.4766       2.3410      1.73800    32.26
28       -5.7630 
各種データ
d1        0.13       0.17       0.19
d2        0.2446     0.2170     0.2036
d13       0.4373     0.9473     1.2273
d16       1.0288     0.5188     0.2388
【００８０】
数値実施例２
β＝−１００、ＮＡ＝１．３５、ｆ＝１．８、ＷＤ＝０．２１７、ＦＮ＝２２
面データ
面番号       r             d           nd       νd
1         ∞          d1          1.52100    56.02
2         ∞          d2          1.40409    51.90
3         ∞          0.7101      1.45852    67.83
4       -3.3200       2.9351      1.88300    40.76
5       -3.2933       0.1500
6       -5.5538       1.7838      1.74100    52.64
7       -5.0869       0.1500
8     -146.1257       2.6771      1.59522    67.74
9      -10.7389       0.1500
10       29.5466       6.1582      1.43875    94.93
11       -7.4591       1.1000      1.63775    42.41
12      175.8765       4.4572      1.43875    94.93
13      -10.4332       d13
14       19.2142       1.0000      1.63775    42.41
15        7.4207       5.4946      1.43875    94.93
16      -25.8615       d16
17        9.5298       1.0000      1.63775    42.41
18        5.7485       5.1463      1.43875    94.93
19       -8.4216       0.8000      1.51633    64.14
20      -61.9312       0.6936
21        6.4042       2.4908      1.49700    81.54
22       -9.2067       1.4271      1.63775    42.41
23        2.5854       1.5639      
24       -3.9518       0.6391      1.61340    44.27
25        8.2481       2.8414
26       -5.2486       1.3103      1.61336    44.49
27      146.0111       2.9850      1.73800    32.26
28       -5.9005 
各種データ
d1        0.13       0.17       0.19
d2        0.2407     0.2170     0.2056
d13       0.3410     0.8110     1.0610
d16       0.9678     0.4978     0.2478
【００８１】
数値実施例３
β＝−１００、ＮＡ＝１．３５、ｆ＝１．８、ＷＤ＝０．２０３、ＦＮ＝２２
面データ
面番号       r             d           nd       νd
1         ∞          d1          1.52100    56.02
2         ∞          d2          1.40409    51.90
3         ∞          1.4260      1.45852    67.83
4       -5.5000       2.8477      1.88300    40.76
5       -3.8145       0.1500
6      -10.3682       1.7892      1.75500    52.32
7       -7.3992       0.1500     
8      -59.0521       2.1781      1.59522    67.74
9      -12.8963       0.1700
10       15.3806       6.3765      1.43875    94.93
11       -9.7346       1.0000      1.63775    42.41
12       33.0053       4.4661      1.43875    94.93
13      -12.7945       d13
14       27.8369       1.0010      1.63775    42.41
15        7.6694       5.7350      1.43875    94.93
16      -22.6935       d16
17        9.0865       1.0000      1.63775    42.41
18        5.9431       4.9670      1.43875    94.93
19       -9.4171       0.8000      1.61336    44.49
20      -24.6607       0.1064
21        4.6890       2.5288      1.49700    81.54
22      -15.3963       1.6444      1.63775    42.41
23        2.0303       1.9348
24       -3.1219       0.7000      1.77250    49.60
25       15.1148       4.0078     
26       -6.6909       0.7233      1.61336    44.49
27      -11.9643       1.8568      1.73800    32.26
28       -5.1821 
各種データ
d1        0.13       0.17       0.19
d2        0.2321     0.2030     0.1884
d13       0.4197     0.9297     1.1797
d16       1.0495     0.5395     0.2895
【００８２】
結像レンズ
面データ
面番号       r             d           nd       νd
1       68.7541       7.7321      1.48749    70.23
2      -37.5679       3.4742      1.80610    40.92
3     -102.8477       0.6973
4       84.3099       6.0238      1.83400    37.16
5      -50.7100       3.0298      1.64450    40.82
6       40.6619
焦点距離      180
【００８３】
図４〜６は、実施例１〜３に係る対物レンズの収差図である。各実施例の収差図は、液浸顕微鏡対物レンズと結像レンズとの間隔を１２０ｍｍとした場合の図である。これらの収差図において、”ＦＩＹ”は像高である。また、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、コマ収差（ＤＺＹ）、倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、ＩＭＨは像高である。
【００８４】
次に、各実施例における条件式（１）〜（５）の値を掲げる。
条件式                  実施例１    実施例２    実施例３
(1)(rG12/f)×(NAob/ndimm)2   -1.95       -1.71       -2.81
(2)ndG1i-ndG1o                0.42        0.42        0.42
(3)fG1p/f                     2.77        2.74        2.74
(4)fG3/f                     33.13       24.06       33.48
(5)fG2o/f                    -3.5        -3.51       -3.43
【００８５】
図８は、本実施形態の顕微鏡を示す図である。図８には、顕微鏡の一例として、レーザ走査型顕微鏡の外観構成例が示されている。図８に示すように、顕微鏡１０は、本体部１、対物レンズ２、レボルバ３、対物レンズ上下機構４、ステージ５、透過照明装置６、観察鏡筒７、スキャナー８を有する。また、顕微鏡１０には画像処理装置２０が接続され、この画像処理装置２０に画像表示装置２１が接続されている。本実施形態の顕微鏡では、この対物レンズ２に、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズが用いられている。
【００８６】
ステージ５は本体部１に設けられている。このステージ５の上に、試料９が載置される。また、本体部１の上方に、透過照明装置６が設けられている。この透過照明装置６によって、可視光の透過照明光が試料９に照射される。試料９からの光は、対物レンズ２を通過して観察鏡筒７に到達する。ユーザは、観察鏡筒７を介して、試料９を可視光で観察することができる。
【００８７】
また、本体部１の後方（紙面右側）には、レーザ光源（不図示）とスキャナー８が設けられている。レーザ光源とスキャナー８は、ファイバ（不図示）で接続されている。スキャナー８は、ガルバノスキャナーや光検出素子などが内部に配置されている。レーザ光源は２光子励起が可能な赤外光を発生するレーザである。レーザ光源からの光は、スキャナー８を通過後、対物レンズ２に入射する。対物レンズ２は、ステージ５の下方に位置している。よって、下方からも試料９の照明が行なわれる。
【００８８】
試料９からの光（反射光や蛍光）は、対物レンズ２を通過後、スキャナー８を介して、光検出素子で検出される。２光子励起では焦点位置のみから蛍光が生じるので、共焦点観察ができる。共焦点観察では、試料９の断面像を得ることができる。
【００８９】
レボルバ３には、対物レンズ上下機構４が接続されている。対物レンズ上下機構４は、対物レンズ２（レボルバ３）を、光軸方向に移動させることができる。試料９の光軸方向の断面像を複数得る場合は、対物レンズ上下機構４によって対物レンズ２を移動させればよい。
【００９０】
光検出素子で得られた信号は、画像処理装置２０に送信される。画像処理装置２０で信号処理が行なわれ、試料９の画像が画像表示装置２１で表示される。
【００９１】
上述の例では、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズを、２光子励起観察に用いている。
しかしながら、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズを、例えば、全反射蛍光観察に用いることもできる。その場合は、レーザ光源からの光束径を、液浸顕微鏡対物レンズの有効口径よりも小さくしておく。そして、その光束を、液浸顕微鏡対物レンズの光軸を含まないように、液浸顕微鏡対物レンズに入射させるようにする。
【００９２】
また、キセノンランプやハロゲンランプを使用する従来の顕微鏡に、本実施形態の液浸顕微鏡対物レンズを用いることもできる。
【００９３】
なお、実施例１から３は、浸液としてｄ線の屈折率が1.40409のシリコーンを使用している。他にグリセリンと水を混合した屈折率が近い浸液なども使用することも可能である。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明は、開口数と倍率が大きく、且つフラットネスが高く、諸収差が十分に補正された液浸顕微鏡対物レンズ及びそれを用いた顕微鏡に適している。
【符号の説明】
【００９５】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
１  本体部
２  対物レンズ
３  レボルバ
４  対物レンズ上下機構
５  ステージ
６  透過照明装置
７  観察鏡筒
８  スキャナー
９  試料
１０  顕微鏡
２０  画像処理装置
２１  画像表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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