(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、両凸形状の接合レンズからなる第１レンズ群と、
接合レンズを少なくとも２群含む第２レンズ群と、
を有し、
以下の条件を満たすとともに、前記物体からの光は、前記第２レンズ群と前記第１レンズ群とを介して、前記第２レンズ群及び前記第１レンズ群の光軸に対して略平行な光軸をそれぞれ有する、少なくとも２つの観察光学系に向けて出射することを特徴とする平行系実体顕微鏡対物レンズ。
（１）      ０．１  ＜｜ｒ１１／ｆ１｜＜  １．０
ここで、
ｒ１１：前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ１  ：前記第１レンズ群の焦点距離．
【請求項２】
前記第２レンズ群における前記２群の接合レンズのうちの第１の接合レンズは、物体から最も遠い側に配置されており、凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状であり、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の平行系実体顕微鏡対物レンズ。
（２）      ０．５  ＜｜ｒ２１／ｆ｜＜  ８０
ここで、
ｒ２１：前記第１の接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ    ：前記平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離．
【請求項３】
前記第２レンズ群における前記２群の接合レンズのうちの第２の接合レンズは、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の平行系実体顕微鏡対物レンズ。
（３）      ０．１  ＜｜ｒ２２／ｆ｜＜  １．０
ここで、
ｒ２２：前記第２の接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ    ：前記平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離．
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行系単対物型双眼実体顕微鏡のための、特に色収差の発生を極力抑えたアポクロマートクラスの性能を有し、かつ像の平坦性に優れた対物レンズに関する。特に、焦点距離50ｍｍ程度の平行系実体顕微鏡用の高倍対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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２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なっている。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（平行系単対物型双眼顕微鏡）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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
平行系実体顕微鏡は、物体面にその焦点位置を一致させた一つの対物レンズが、その後に続く左右両眼用の変倍光学系にアフォーカル光束を導く役割を担っている。すなわち、対物レンズの光軸と実際に観察に使用される左右両眼用の変倍光学系の光軸とが異なることになる。このように、対物レンズを通る光束が対物レンズの回転中心に対して偏心しているため、光学設計をする際に大変難度の高いレンズ系になっている。
【０００４】
実体顕微鏡の場合、観察像の明るさや分解能を決定する対物レンズのＮＡが、０．１前後と比較的小さいのが通常である。それは、総合の観察倍率が10倍ないし500倍程度の低倍率であることや、解像力よりも操作性を考慮して長い作動距離が重要視されてきたからである。単対物双眼実体顕微鏡の対物レンズの場合、一つの対物レンズで両眼用の必要なＮＡの光を導くため、倍のＮＡで収差補正する必要がある。
【０００５】
さらに最近では、受精卵や細胞などより小さな物体を操作する研究が盛んであり、高倍・高ＮＡの実体顕微鏡のニーズが高まっている。また、広い波長領域にわたって高い解像を得るため色収差補正の性能の良いアポクロマート級の対物レンズも求められている。加えて、標本の写真撮影なども必要となるため、システム性の高い平行系単対物双眼実体顕微鏡において、高倍・高ＮＡのアポクロマート対物レンズが要求されることになる。
【０００６】
また一台の顕微鏡で、全体像から部分拡大像まで観察するため変倍光学系のズーム比も大きくなり、対物レンズによる像をより高倍まで拡大して観察する傾向である。このような単対物双眼実体顕微鏡の対物レンズの例として、実公平7−60218号公報、特開平10−26729号公報に開示されたレンズ系が知られている。
【０００７】
図１１は、実公平7−60218号公報に開示されたレンズ系の構成を示す図である。上記公報に記載されている実施例では、基準波長に対し短波長の光線の球面収差が周辺で過剰補正になっている。また、後に続く変倍光学系で高倍に拡大するとき、色収差が目立ち解像の悪い像になってしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点にかんがみてなされたものであり、高倍率・高ＮＡであり、色収差を徹底的に除去したアポクロマート級の平行系実体顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、両凸形状の接合レンズからなる第１レンズ群と、
接合レンズを少なくとも２群含む第２レンズ群と、
を有し、
以下の条件を満たすとともに、前記物体からの光は、前記第２レンズ群と前記第１レンズ群とを介して、前記第２レンズ群及び前記第１レンズ群の光軸に対して略平行な光軸をそれぞれ有する、少なくとも２つの観察光学系に向けて出射することを特徴とする平行系実体顕微鏡対物レンズを提供する。
（１）      ０．１  ＜｜ｒ１１／ｆ１｜＜  １．０
ここで、
ｒ１１：前記第１レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ１  ：前記第１レンズ群の焦点距離．
【００１１】
条件式（１）は軸上色収差の量を規定するものである。大きなＮＡを与える軸上光束はまず第１レンズ群を通り、そこで収束光束に曲げられる。そのため第１レンズ群で軸上の収差の補正作用を持たせることが望ましい。しかし、第１レンズ群の接合レンズのみに上記補正作用を持たせると、基準波長に対し長波長側の球面収差は補正不足、短波長側の球面収差は補正過剰となる。特に、ズーム高倍時、色収差が目立つようになる。
【００１２】
条件式（１）の上限値を上回ると、軸上の収差補正が困難になり、明るさの増加による球面収差の変化の曲がりが大きくなってしまう。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、色収差の補正が困難になり、ズーム高倍時の色ずれが目立つようになる。さらに好ましくは、上限値を０．４２、下限値を０．１５とすることが望ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記第２レンズ群における前記２群の接合レンズのうちの第１の接合レンズは、物体から最も遠い側に配置されており、凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状であり、以下の条件を満たすことが望ましい。
（２）      ０．５  ＜｜ｒ２１／ｆ｜＜  ８０
ここで、
ｒ２１：該第１の接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ    ：平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離である。
【００１４】
条件式（２）は２次スペクトルと歪曲収差の量を規定するものである。２次スペクトルとは、基準波長に対してさらに別の２波長について色消しされている場合であっても、その他の波長については色消しは完全ではなく不十分であり、光軸上に像点のスペクトルが、ある波長を極小として折り返された形で生ずる現象のことである。アポクロマート対物レンズでは可視光の波長領域で色収差を補正するため、２次スペクトルを補正する必要がある。
【００１５】
また、歪曲収差が残存している場合、特にズーム低倍時に像の左右の光束の対物レンズの通り方が異なるため、周辺を通った光束と中心付近を通った光束とで非対称な歪みを生じる。これにより、観察者の奥行知覚を乱し、平面の物体があたかも凸面状であるかのような錯覚を生じさせる。さらに、長時間にわたる観察では船酔いに似た現象を引き起こすことがわかっている。
【００１６】
さて、ズーム低倍時の画角の大きな光は第1レンズ群の正の屈折力によって光軸と略平行に曲げられ、第２レンズ群の最初の凹面によって光軸から離れる方向へ跳ね上げられる。その際大きな正の歪曲収差の発生に寄与している。平行系実体顕微鏡対物レンズは瞳がレンズ系の外にあり、レンズ全体としては正の屈折力を有している。このため、そのままでは負の歪曲収差が発生する。特に高倍対物レンズでは焦点距離が短い、すなわち屈折力が強いため大きな負の歪曲収差を有している。それを上記凹面によって正の収差を発生させて補正しているのである。
【００１７】
しかし、上記凹面は大きなＮＡの光をも跳ね上げてしまう。したがって、その後の接合面は色収差、特に２次スペクトルを補正し、また歪曲収差を悪化させないようにバランスをとる必要がある。
【００１８】
条件式（２）の上限値を上回ると２次スペクトルが補正しきれず、ズーム高倍時に色ずれが目立ってしまう。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると負の歪曲収差が発生し、像の左右で歪みが非対称になる。さらに好ましくは、上限値を１５、下限値を０．７とすることが望ましい。
【００１９】
また、本発明では、前記第２レンズ群における前記２群の接合レンズのうちの第２の接合レンズは、以下の条件を満たすことが望ましい。
（３）      ０．１  ＜｜ｒ２２／ｆ｜＜  １．０
ここで、
ｒ２２：前記第２レンズ群の第２の接合レンズの接合面の曲率半径，
ｆ    ：平行系実体顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離である。
【００２０】
条件式（３）はズーム低倍時の非点収差と、ズーム高倍時の軸上収差のバランスをとるものである。条件式（３）の上限値を上回ると接合面の色消しの力が弱くなり２次スペクトルが悪くなる。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると比較的像面近くにきつい曲率半径の面が存在することになり、ズーム低倍時の非点収差が補正しきれなくなる。さらに好ましくは、上限値を０．７５，下限値を０．４とすることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズの数値実施例について添付図面を用いて説明する。
【００２２】
（第１実施例）
図１は、本実施例にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レンズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２は、最も物体から遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４とからなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の第1の接合レンズを有している。
【００２３】
表１に本実施例の諸元値を掲げる。全体諸元において、ｆは対物レンズ全系の焦点距離、ＷＤは作動距離、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をそれぞれ示している。また、レンズデータにおいて、ｓは物体から遠い側から数えたレンズ面の順番、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは面間隔、nd、vdは各レンズに使用された硝子のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数をそれぞれ表している。なお、長さ、曲率半径などの単位はｍｍである。また、観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。さらに、以下全ての実施例の諸元値において、本実施例の諸元値と同様の符号を用いる。
【００２４】
【表１】
0004660873.tif 000002
図２は、本実施例の諸収差を示す図である。諸収差はいずれも観察光学系側（物体より遠い側）より光線を入射させて追跡したもので、観察光学系の光軸を通る光線を基準にして表示してある。また、非点収差と歪曲収差はズーム低倍時、横収差はズーム高倍時の収差図である。なお、以下、全ての実施例の諸収差図は、本実施例の諸収差と同様の条件のものを示し、同様の符号を用いる。図からも明らかなように諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００２５】
（第２実施例）
図３は、本実施例にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レンズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４とからなり、凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の第1の接合レンズを有している。
【００２６】
表２に本実施例の諸元値を掲げる。なお、観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。
【００２７】
【表２】
0004660873.tif 000003
図４は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らかなように良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【００２８】
（第３実施例）
図５は、本実施例にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レンズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４とからなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の第1の接合レンズを有している。
【００２９】
表３に本実施例の諸元値を掲げる。なお、観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。
【００３０】
【表３】
0004660873.tif 000004
図６は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らかなように良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【００３１】
（第４実施例）
図７は、本実施例にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レンズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４とからなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の第1の接合レンズを有している。
【００３２】
表４に本実施例の諸元値を掲げる。なお、観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。
【００３３】
【表４】
0004660873.tif 000005
図８は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らかなように良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【００３４】
（第５実施例）
図９は、本実施例にかかる平行系実体顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。物体から遠い側より順に、正の屈折力を有し、レンズＬ１とレンズＬ２とからなる両凸形状の接合レンズを含む第１レンズ群Ｇ１と、複数の接合レンズ又は単レンズからなり、少なくとも２群の接合レンズを含む第２レンズ群Ｇ２とを有している。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体から最も遠い側に、レンズＬ３とレンズＬ４とからなる凹面を物体から遠い側に向けたメニスカス形状の第1の接合レンズを有している。
【００３５】
表５に本実施例の諸元値を掲げる。なお、観察光学系の光軸間距離は22ｍｍ、観察光学系の入射瞳位置はズーム低倍時41ｍｍ、ズーム高倍時165ｍｍである。
【００３６】
【表５】
0004660873.tif 000006
図１０は本実施例の諸収差を示す図である。図から明らかなように良好に諸収差が補正されていることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高倍率、高ＮＡでアポクロマート級の性能を有する平行系実体顕微鏡対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第1実施例のレンズ構成及び光路を示す図である。
【図２】第１実施例の諸収差を示す図である。
【図３】第２実施例のレンズ構成及び光路を示す図である。
【図４】第２実施例の諸収差を示す図である。
【図５】第３実施例のレンズ構成及び光路を示す図である。
【図６】第３実施例の諸収差を示す図である。
【図７】第４実施例のレンズ構成及び光路を示す図である。
【図８】第４実施例の諸収差を示す図である。
【図９】第５実施例のレンズ構成及び光路を示す図である。
【図１０】第５実施例の諸収差を示す図である。
【図１１】従来の平行系実体顕微鏡レンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｌ１〜Ｌ８  各レンズ成分
【図１】
0004660873.tif 000007
【図２】
0004660873.tif 000008
【図３】
0004660873.tif 000009
【図４】
0004660873.tif 000010
【図５】
0004660873.tif 000011
【図６】
0004660873.tif 000012
【図７】
0004660873.tif 000013
【図８】
0004660873.tif 000014
【図９】
0004660873.tif 000015
【図１０】
0004660873.tif 000016
【図１１】
0004660873.tif 000017