(57)【要約】【課題】乱反射の影響を可及的に抑制し、所望の鮮明かつ高分解能の顕微画像を得ることのできる光学顕微観察用対物レンズを提供すること。【解決手段】前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂからなり、前群Ｆと中群Ｍとを合成した光学系の焦点位置１２に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りＳを設け、ここを後群Ｂの前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りＳを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の後方に設けられる対物レンズにおいて、前記対物レンズが前群、中群、後群からなり、前群と中群とを合成した光学系の焦点位置に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りを設け、ここを後群の前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにしたことを特徴とする光学顕微観察用対物レンズ。
【請求項２】
前群の試料側から数えて第１および第２のレンズグループがメニスカス単レンズよりなり、中群の試料側から数えて第３のレンズグループが凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚接合レンズよりなり、前記第３のレンズグループの試料側の凸レンズの屈折率が前記凹レンズの屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ全体の合成焦点距離をｆ、前記中群の試料側から数えて最初の凸レンズと凹レンズの接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにしてある請求項１に記載の光学顕微観察用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、微生物や組織細胞の観察や計測に用いられる光学顕微観察用対物レンズ（以下、単に対物レンズという）に関するもので、大きい開口数の明るい像から絞りを絞った小さい開口数の像まで、例えば、病理診断のための高い倍率かつ高い光学分解能の明るい像や血管の弾性繊維のように透明で乱反射する性質を有するコントラストの低い部位を像の濃淡として可視化するための対物レンズに関する。
【０００２】
【従来技術】
【非特許文献１】Ｅｕｇｅｎｅ  Ｈｅｃｈｔ  ’ＯＰＴＩＣＳ  Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ’，ＡＤＤＩＳＯＮ−ＷＥＳＬＥＹ，ｐｐ．４０３−４０５，ｐｐ．６１１−６１７，１９９８．
【特許文献１】特開昭６１−２７５８１２号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１６２号公報
従来は、微生物や組織細胞の生物試料のように、コントラストが低い試料を明るく高分解能かつコントラストがつくようにして観察するため、対物レンズの収差を少なくし、高開口数、高分解能の性能の向上を図ることと、染色方法や試料を構成する化学的物理的性質の差を色やコントラストの差にして可視化する方法が開発されている。
【０００３】
一般的な観察の方法として、微生物や組織細胞の観察・計測には染色法が用いられてきた。染色は、主に１０〜２０％のホルマリンによって固定したものをパラフィンによって包埋後、ミクロトームで薄切りし、試料を染色する方法や、その後の処理として脱パラフィン後、試薬で発色させる方法など様々な方法がある。
【０００４】
また、化学的物理的性質の差を光学的に強調させ、微生物や組織細胞を生きた状態や染色しないで観察する方法として、位相差法や干渉法がある（例えば、非特許文献１参照）。さらに、光学的な不均質によって起こる乱反射を観察する方法としてシュリーレン法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記観察を高い倍率かつ高い光学的分解能で自然な生物観察から位相差の検出まで最適に連続して開口数（ＮＡ）を可変させて目的とする光学現象を観察できる対物レンズはない。
【０００６】
一般に、試料の光学顕微鏡としてコントラストが高く鮮明なものを得るため、従来においては試料を明るく照明するとともに、この種の対物光学系として可及的に開口数の多きものが必要であった。
【０００７】
開口数が大きいことは、光学的分解能が高く焦点深度が浅いことが特徴で、試料内部の微小な一平面のみの画像を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、一般に、生物分野においてほとんどの場合がスライドガラスの上に試料を置き、その上にカバーガラスを載せて封入する。カバーガラスやスライドガラスの平坦精度については、例えば、カバーガラスの平坦精度は、ＪＩＳで定められているように、数μｍ単位の誤差がある。スライドガラスに付いても同様である。また、現在の生物観察用顕微鏡は、ステージの平坦度、固定手段、位置決めについても同程度の誤差がある。したがって、高倍率、例えば、４０倍、開口数０．９５（例えば、特許文献１参照）で、光学的分解能の限界で同じ３次元位置条件で観察・計測するのに、試料を固定している機械精度に比べ光学的分解能が高いため、繰り返し再観察、または計測しようとしても、その近傍に近づけることはできても、同じ位置や焦点に試料を確実に置くことは困難を極める。
【０００９】
また、対物レンズが高倍率の場合、カバーガラスの厚みや屈折率の誤差が収差に影響することは明らかで、このカバーガラスはＪＩＳで定められた標準として０．１７ｍｍとして設計する。特に、乾燥系はこの厚みによる影響が顕著であり、開口数が０．８を超えると補正が必要になる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、開口数が大きくて光学的分解能が高く焦点深度が浅いことは、明るい画像が得られる。このことから、コントラストが高く鮮明な画像を得るためには十分な染色が必要で目的とする部位の検出に求められている必要以上に濃い染色が行われ、光学的分解能の低下と同様な分解能の低下を来す可能性がある。
【００１１】
しかしながら、生物試料の観察・計測には、上述した各条件を考慮して、高いコントラストの鮮明な像が得られるように、適正な試料の前処理、例えば、適正な濃度の染色を行い、光学的手段で適正な光学的分解能かつ適正な焦点深度が得られるような条件で観察・計測できる光学系が必要となる。
【００１２】
このような条件を備えた構造を有する対物レンズとしては、開発された目的が低倍率で他の対物レンズと整合をとるためのもので、この発明の目的とは異なるが、同様な構造で固定絞りのものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
また、像の検出について、従来は肉眼による観察が主に行われてきたが、最近は肉眼で観察することに加えて、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子による計測が主流になりつつあり、撮像素子により高解像度、高分解能で低コントラストの差が検出できるようになったので、対物レンズは、これに必要な適正な光学的分解能、倍率、焦点深度で像全面に均一な像を結ぶことができる光学系が重要となる。
【００１４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、乱反射の影響を可及的に抑制し、所望の鮮明かつ高分解能の顕微画像を得ることのできる対物レンズを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の対物レンズは、試料の後方に設けられる対物レンズにおいて、前記対物レンズが前群、中群、後群からなり、前群と中群とを合成した光学系の焦点位置に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りを設け、ここを後群の前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【００１６】
上記構成の対物レンズにおいては、種々の試料の観察に最適な明るさの顕微画像を得ることができるとともに、所望の像を鮮明に結像させることができ、試料の顕微画像を高分解能に得られる。したがって、このような対物レンズを光学顕微観察装置に組み込んだ場合、血管における弾性板や液晶のように、透明でありかつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料を確実に観察することができる。
【００１７】
そして、請求項２に記載してあるように、前群の試料側から数えて第１および第２のレンズグループがメニスカス単レンズよりなり、中群の試料側から数えて第３のレンズグループが凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚接合レンズよりなり、前記第３のレンズグループの試料側の凸レンズの屈折率が前記凹レンズの屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ全体の合成焦点距離をｆ、前記中群の試料側から数えて最初の凸レンズと凹レンズの接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにした場合、虹彩絞りと共役の関係にある球面収差への補正が適切に行われ、本来の通常観察の結像で球面収差の曲がりを可及的に小さく抑制することができ、より好ましい対物レンズを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。まず、図１は、この発明の対物レンズの構成を概略的に示す図（原理構成図）で、この図において、１は対物レンズで、その構成は後述する。２は試料で、例えば、透明かつ乱反射する性質を有している。３はこの試料２の一方の面から試料２にテレセントリックに照射される照明光で、図示していない例えばハロゲンランプによって発せられる可視光よりなり、３ａはその入射光軸である。４は試料２の光出射側に試料２を覆うように設けられるカバーガラスである。５は対物レンズ１の試料１に最も近い側のレンズ（図２中の符号Ｌ９）である。Ｓは対物レンズ１内に設けられる虹彩絞りで、開口数（以下、ＮＡと表記する）を連続的に変化させることができるように構成されている。６は対物レンズの試料１に最も遠い側のレンズ（図２中の符号Ｌ１）で、虹彩絞りＳを経た光を収斂させるものである。７は前記収斂した光を入射光軸２ａと平行になるようにテレセントリックに出射するレンズである。
【００１９】
前記対物レンズ１においては、試料２に照明光３が入射して、例えば、試料２の点８において乱反射が生じると虹彩絞りＳの開口度を調整することにより、余分な光９が虹彩絞りＳによって遮断され、虹彩絞りＳの開口ｓを通過した光１０のみがレンズ７に収斂し、試料２における乱反射光を排除し、所定の濃淡にして可視化した状態で、点１１において収斂される。
【００２０】
図２は、前記対物レンズ１の具体的構成の一例を概略的に示すもので、この図において、符号Ｆ，Ｍ，Ｂは対物レンズ１を構成する３つのレンズ群であり、試料ＯＰ  （図１中の符号２）に最も近いものから前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂと光学的直列な関係になるように配置されている。そして、前群Ｆは、二つのレンズグループＧ１，Ｇ２からなり、中群Ｍは、二つのレンズグループＧ３，Ｇ４からなり、後群Ｂは、一つのレンズグループＧ５からなる。これらのレンズグループは、それぞれ１または複数のレンズＬ１〜Ｌ９よりなる。また、Ｓは開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りで、前群Ｆと中群Ｍとを合成した光学系の焦点位置１２に設けられている。この焦点位置１２は、後群Ｂの前焦点となるように構成されている。なお、図中の符号ｒ１〜ｒ１７は、レンズＬ１〜Ｌ９、虹彩絞りＳ、カバーガラスＰ（図１中の符号４）の曲率半径を示している。
【００２１】
そして、この実施の形態においては、前群Ｆの試料ＯＰ  側から数えて第１および第２のレンズグループＧ１，Ｇ２がメニスカス単レンズＬ９，Ｌ８よりなり、中群Ｍの試料ＯＰ  側から数えて第３のレンズグループＧ３が凸レンズＬ７、凹レンズＬ６、凸レンズＬ５の３枚接合レンズよりなり、この第３のレンズグループＧ３の試料ＯＰ  側の凸レンズＬ７の屈折率ｒ１０前記凹レンズＬ６の屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ１全体の合成焦点距離をｆ、中群Ｍの試料ＯＰ  側から数えて最初の凸レンズＬ７と凹レンズＬ６の接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにしてある。
【００２２】
ここで、前記５つのレンズグループＧ１〜Ｇ５の構成およびそれらの特性を、図３および図４をも参照しながら、より詳細に説明する。図２に示すように、試料ＯＰ  から遠い側に位置する側から各レンズに符号Ｌ１〜Ｌ９を付した場合、その特性は、下記表１に示す通りであり、この表１において、ｒは各レンズ面の曲率半径であり、例えばｒ５とｒ６はレンズＬ３の曲率半径である。そして、ｄは各レンズＬ１〜Ｌ９の厚さおよびレンズ間隔である。また、ｎｄは各レンズＬ１〜Ｌ９のｄ線における屈折率である。さらに、νｄは各レンズＬ１〜Ｌ９のアッベ数である。
【００２３】
【表１】
2004271779.tif 000003
【００２４】
そして、図３および図４は、前記対物レンズ１の特性を示すもので、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。そして、図３（Ａ）において、符号ｄ，ｇ，ｅ，Ｆ，Ｃは、それぞれ、ｄ線、ｇ線、ｅ線、Ｆ線、Ｃ線の各波長の球面収差を示し、また、同図（Ｂ）において、符号ｄＳ  ，ｄＴ  ，ｇＳ  ，ｇＴ  ，ｅＳ  ，ｅＴ  ，ＦＳ  ，ＦＴ  ，ＣＳ  ，ＣＴ  は、それぞれ、ｄ線、ｇ線、ｅ線、Ｆ線、Ｃ線の各波長の非点収差を示し、さらに、同図（Ｃ）において、符号ｄは、ｄ線の歪曲収差を示している。また、図４は、瞳の球面収差を示している。そして、同図において、符号ｄは、ｄ線の瞳の球面収差を示している。
【００２５】
上記構成の対物レンズ１においては、例えば焦点距離が１０ｍｍ、倍率が２０倍であるとき、虹彩絞りＳによってＮＡを、０．６〜０．０５までの範囲で任意に設定することができる。ＮＡと絞り直径との関係の一例は、例えば下記表２のようになる。
【００２６】
【表２】
2004271779.tif 000004
【００２７】
上記構成の対物レンズ１においては、前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂの３つのレンズグループからなり、前群Ｆと中群Ｍとを合成した光学系の焦点位置１２に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りＳを設け、ここを後群Ｂの前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することによりＮＡを連続的に変化させられるようにしているので、ＮＡを連続的に変化させても常に試料ＯＰ  側にテレセントリックの条件が保たれる。また、前群Ｆ、中群Ｍ、後群Ｂの３つのレンズグループからなるので、色補正が巧みに行われる。
【００２８】
したがって、上記対物レンズ１においては、これに内蔵されている虹彩絞りＳの開口度を適宜設定することができ、これによって、虹彩絞りＳのＮＡを適宜の大きさに任意に設定することができるので、例えば、血管の弾性板や液晶などのように、透明であり、かつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料であっても所定の明るさでもって観察することができ、鮮明な顕微画像を得ることができる。
【００２９】
そして、特に、上記対物レンズ１においては、前群Ｆの試料ＯＰ  側から数えて第１および第２のレンズグループＧ１，Ｇ２がメニスカス単レンズよりなり、中群Ｍの試料ＯＰ  側から数えて第３のレンズグループＧ３が凸レンズＬ７、凹レンズＬ６、凸レンズＬ５の３枚接合レンズよりなり、第３のレンズグループＧ１の試料ＯＰ  側の凸レンズＬ７の屈折率が前記凹レンズＬ６の屈折率より小さくしてあるとともに、対物レンズ全体の合成焦点距離をｆ、前記中群の試料側から数えて最初の凸レンズと凹レンズの接合面の曲率半径をｒ１０とするとき、
０．９ｆ＜ｒ１０＜１．４ｆ
となる関係を満たすようにしてあるので、虹彩絞りと共役の関係にある球面収差への補正が適切に行われ、本来の通常観察の結像で球面収差の曲がりを可及的に小さく抑制することができ、より好ましい対物レンズを得ることができる。なお、前記ｒ１０が０．９ｆ以下になると、本来の通常観察の結像で球面収差の間借りが大きくなって他の部分での補正が困難になる。また、前記ｒ１０が１．４ｆ以上になると、虹彩絞りＳの共役関係の球面収差の補正への寄与が小さすぎて効果が少ない。
【００３０】
次に、図５は、この発明の第２の実施の形態に係る対物レンズ１の具体的構成の他の例を概略的に示すもので、この図５に示す符号は、前記図２に示した符号と同じであるのでその説明は省略する。そして、この実施の形態における対物レンズ１を構成する各レンズＬ１〜Ｌ９の特性は、下記表３に示す通りであり、この表３において、ｒ，ｄ，ｎｄ，νｄは、前記表１における符号と同じであるので、その説明は省略する。
【００３１】
【表３】
2004271779.tif 000005
【００３２】
そして、図６および図７は、前記対物レンズ１の特性を示すもので、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示し、図７は、瞳の球面収差を示している。なお、これらの図における各符号は、前記図３および図４における符号と同じであるのでその説明は省略する。
【００３３】
そして、この第２の実施の形態に係る第１対物レンズ１２を組み込んだ光学顕微観察装置においても、その焦点距離が例えば１０ｍｍ、倍率が２０倍であるとき、虹彩絞りＳによってＮＡを、０．６〜０．０５までの範囲で任意に設定することができ、このＮＡと絞り直径との関係の一例は、例えば下記表４のようになる。
【００３４】
【表４】
2004271779.tif 000006
【００３５】
このように構成された対物レンズ１においても、前記第１実施の形態と同様の効果を奏することはいうまでもない。
【００３６】
なお、上記各実施の形態においては、前群Ｆが二つのレンズグループＧ１，Ｇ２からなるものであったが、これに限られるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の対物レンズにおいては、前群、中群、後群の３つのレンズグループからなり、前群と中群とを合成した光学系の焦点位置に開口径を連続的に変えることのできる虹彩絞りを設け、ここを後群の前焦点となるように構成するとともに、前記虹彩絞りを調整することにより開口数を連続的に変化させられるようにし、かつ開口数を連続的に変化させても常に試料側にテレセントリックの条件が保たれるようにしているので、種々の試料の観察に最適で均一な明るさの顕微画像を得ることができるとともに、所望の像を鮮明に結像させることができ、試料の顕微画像を高分解能に得られる。したがって、このような対物レンズを例えば光学顕微観察装置に組み込んだ場合、血管における弾性板や液晶のように、透明でありかつ部分部分における屈折率が微妙に異なり、乱反射を生じやすいといった特性を有する試料を確実に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の対物レンズの原理構成図である。
【図２】この発明の対物レンズの具体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】前記対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を説明するための図である。
【図４】前記対物レンズの瞳の球面収差を説明するための図である。
【図５】この発明の対物レンズの具体的構成の他の例を概略的に示す図である。
【図６】前記対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を説明するための図である。
【図７】前記対物レンズの瞳の球面収差を説明するための図である。
【符号の説明】
１…対物レンズ、試料…ＯＰ  、Ｆ…前群、Ｍ…中群、Ｂ…後群，Ｇ１〜Ｇ５…レンズグループ、Ｓ…虹彩絞り。
【図１】
2004271779.tif 000007
【図２】
2004271779.tif 000008
【図３】
2004271779.tif 000009
【図４】
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【図５】
2004271779.tif 000011
【図６】
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【図７】
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