(57)【要約】【課題】生体組織、微生物等をＣＣＤにより撮像して観察する際に、良好な撮影画像が得られる拡大撮像レンズを提供する。【解決手段】物体側から像面側に向けて、正の屈折力をもつ両凸の第１レンズ１、正の屈折力をもつ両凸の第２レンズ２、負の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズ３、正の屈折力をもつメニスカス形状の第４レンズ４、所定の口径をもつ開口絞り８、負の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第５レンズ５、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第６レンズ６、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第７レンズ７が、順次に配列される。これにより、ＣＣＤの結像面に対して観察対象の画像を広い視野で鮮明に結像させることができ、又、分析機器等に適した小型の拡大撮像レンズが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に向けて順に、
正の屈折力をもつ両凸の第１レンズからなる第１レンズ群と、
正の屈折力をもつ両凸の第２レンズ，負の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズ，および正の屈折力をもつ第４レンズからなり，全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、
負の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第５レンズ，正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第６レンズ，および正の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第７レンズからなり，全体として負の屈折力をもつ第３レンズ群と、
を備えたことを特徴とする拡大撮像レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズのｄ線におけるアッベ数をν１とするとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の拡大撮像レンズ。
（１）  ν１＞８０
【請求項３】
前記第２レンズ群の第２レンズ、第３レンズ、第４レンズのｄ線におけるアッベ数をν２，ν３，ν４とするとき、下記条件式（２），（３）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の拡大撮像レンズ。
（２）  ν２−ν３＞５０
（３）  ν４−ν３＞５０
【請求項４】
前記第１レンズ、第２レンズ、第４レンズのｄ線における屈折率をＮ１，Ｎ２，Ｎ４、アッベ数をν１，ν２，ν４とするとき、下記条件式（４），（５）を満足することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の拡大撮像レンズ。
（４）  Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４
（５）  ν１＝ν２＝ν４
【請求項５】
前記第２レンズ、第３レンズ、第５レンズ、第６レンズ、第７レンズのｄ線におけるアッベ数をν２，ν３，ν５，ν６，ν７とするとき、下記条件式（６），（７），（８）を満足することを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の拡大撮像レンズ。
（６）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν５＜７
（７）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν６＜７
（８）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν７＜７
【請求項６】
前記第３レンズ群の第５レンズ、第６レンズ、第７レンズは、同一のガラス材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の拡大撮像レンズ。
【請求項７】
前記第２レンズ群の第４レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズである、
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の拡大撮像レンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群と第２レンズ群との間に、干渉フィルタを配置した、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載の拡大撮像レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織、微生物等が発する微弱な光を捉え、それらの観察対象(被写体)を拡大して撮像する拡大撮像レンズに関し、特に、分析機器等に内蔵されてＣＣＤ等の撮像素子で撮像するための光学系として適用される拡大撮像レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織、微生物等を観察するには、一般的に顕微鏡が用いられており、特に、生体組織あるいは微生物が発する微弱な光を捉えて観察を行なうために、低倍率の対物レンズを用いた顕微鏡光学系が従来から使用されている。
これら低倍率の顕微鏡光学系には、（ａ）広い視野に亘って良好な観察が行なえること、（ｂ）長い作動距離（観察対象に焦点を合わせたときの対物レンズの先端面から観察対象までの距離）が確保されること、（ｃ）大きな開口効率が得られること、の３つの性能をバランス良く両立させることが要求される。
【０００３】
すなわち、広い視野を得ることで、観察対象（被写体）の全体像を一度に把握することができ、又、観察対象を移動させながら観察することも可能になる。また、作動距離を長く設定することで、観察対象をシャーレ等の容器に入れたままで交換作業をする場合や観察しながら観察対象をピンセットで摘むような場合に、それらの作業がし易くなる。
さらに、開口効率を大きくすることで、蛍光のように非常に微弱な光を捉えることができ、又、開口数（ＮＡ）が大きいことで解像力も向上し、光の発生位置を高精度に特定することができる。
【０００４】
このような背景に基づき、上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の要件を満たすレンズ光学系が、顕微鏡の対物レンズとして種々開発されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平７−３０６３６４号公報
【特許文献２】特開平９−１３８３５１号公報
【特許文献３】特開２００１−２１８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の顕微鏡対物レンズは、観察者が肉眼で観察することを主目的としたものであるため、ＣＣＤ等の撮像素子により観察対象を撮像してモニター上の撮影画像を観察するようなシステムにおいては、従来の顕微鏡対物レンズをそのまま適用することができず、別個の光学部品が必要になる。
また、上記の対物レンズを備えた顕微鏡全体を、分析機器等の内部に組み込んでＣＣＤカメラで撮影するための専用の光学系として用いるようにすると、顕微鏡全体の寸法が大きいため、分析機器内へ収容するのが困難であるか、あるいは、分析機器が大型になる等の問題を生じる。それ故に、ＣＣＤカメラでの撮像に目的を絞った小型の光学系が求められている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、生体組織、微生物等が発する微弱な光を捉え、これらの観察対象（被写体）をＣＣＤ等の撮像素子により撮像してモニター等で観察することができるように、広い視野でかつ鮮明に撮像素子に結像させ得る拡大撮像レンズを提供することにあり、特に、開口数（ＮＡ）が０．２５程度、倍率が１．６５程度、物体から像面までの距離（共役長）が１５０ｍｍ程度であり、分析機器等の装置に組み込んで使用するのに好適な小型の拡大撮像レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の拡大撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ両凸の第１レンズからなる第１レンズ群と、正の屈折力をもつ両凸の第２レンズ，負の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズ，および正の屈折力をもつ第４レンズからなり，全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群と、負の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第５レンズ，正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第６レンズ，および正の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第７レンズからなり，全体として負の屈折力をもつ第３レンズ群と、を備えたことを特徴としている。
この構成によれば、全体としては、第１レンズからなる第１レンズ群、第２レンズ〜第４レンズからなる第２レンズ群、第５レンズ〜第７レンズからなる第３レンズ群により構成され、被写体から発せられた放射状の光は、第１レンズ群（第１レンズ）により屈折させられて略平行光になり、第２レンズ群（第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ）を通過することで色消し作用がなされ、第３レンズ群（第５レンズ、第６レンズ、第７レンズ）を通過することで色収差以外の諸収差が良好に補正されて、撮像素子の結像面に対して被写体の画像を広い視野で鮮明に結像させる。これにより、分析機器等に適した小型の拡大撮像レンズが得られる。
【０００８】
上記構成において、第１レンズのｄ線におけるアッベ数をν１とするとき、下記の条件式（１）、
（１）  ν１＞８０、
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、条件式（１）を満たすことで、第１レンズを通過した光の色収差を良好に補正することができる。これにより、後続のレンズ（第２レンズ〜第７レンズ）が担うべき色収差補正の負担率を減らすことができ、全体としての光学性能の向上に寄与する。
【０００９】
上記構成において、第２レンズ群を構成する第２レンズ、第３レンズ、第４レンズのｄ線におけるアッベ数をν２，ν３，ν４とするとき、下記の条件式（２），（３）、
（２）  ν２−ν３＞５０、
（３）  ν４−ν３＞５０、
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、条件式（２）を満たすことで、可視光線の領域で、色収差を極めて良好に補正することができる。
【００１０】
上記構成において、第１レンズ、第２レンズ、第４レンズのｄ線における屈折率をＮ１，Ｎ２，Ｎ４、アッベ数をν１，ν２，ν４とするとき、下記の条件式（４），（５）、
（４）  Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４、
（５）  ν１＝ν２＝ν４、
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ、第２レンズ、第４レンズの材料として、同一のガラス材料を用いることができ、それ故に全体としてのコストを低減することができる。
【００１１】
上記構成において、第２レンズ、第３レンズ、第５レンズ、第６レンズ、第７レンズのｄ線におけるアッベ数をν２，ν３，ν５，ν６，ν７とするとき、下記の条件式（６），（７），（８）、
（６）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν５＜７、
（７）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν６＜７、
（８）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν７＜７、
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３レンズ群（第５レンズ〜第７レンズ）で使用するガラス材料のアッベ数を、第２レンズのアッベ数と第３レンズのアッベ数との略中間程度の値とすることで、第２レンズ群（第２レンズ〜第４レンズ）を通過した後に残存する色収差以外の諸収差（球面収差、非点収差、歪曲収差等）をさらに良好に補正することができ、鮮明で良好な画像を得ることができる。
【００１２】
上記構成において、第３レンズ群を構成する第５レンズ、第６レンズ、第７レンズは、同一のガラス材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３レンズ群を構成する第５レンズ、第６レンズ、第７レンズを同一のガラス材料により形成することで、全体としてのコストを低減することができる。
【００１３】
上記構成において、第２レンズ群の第４レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズである、構成を採用することができる。
この構成によれば、正の屈折力をもつメニスカスレンズを採用することで、全体としてのレンズの配置構成を容易に成立させることができる。
【００１４】
上記構成において、第１レンズ群と第２レンズ群との間に、干渉フィルタを配置した、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズを通過した後の略平行な光線が干渉フィルタに進入するため、干渉フィルタの機能を十分に発揮させることができ、所望の波長領域の光のみを通過させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の構成をなす拡大撮像レンズによれば、生体組織、微生物等が発する微弱な光を捉えて、それらの観察対象を撮像素子で撮像してモニター等で観察する際に、非常に明るく、広い視野で鮮明な画像が得られると共に、小型の拡大撮像レンズが得られる。
特に、開口数（ＮＡ）が０．２５程度、倍率が１．６５程度、物体から像面までの距離（共役長）が１５０ｍｍ程度であり、非常に明るい鮮明な画像が得られると共に従来に比べて小型化されて、分析機器等の装置に搭載するのに好適な拡大撮像レンズが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る拡大撮像レンズの基本構成図、図２は図１に示す拡大撮像レンズの光路図である。
この実施形態に係る拡大撮像レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、正の屈折力をもつ両凸の第１レンズ１、正の屈折力をもつ両凸の第２レンズ２、負の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズ３、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズ４、負の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第５レンズ５、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第６レンズ６、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第７レンズ７が順次に配列されている。
そして、第１レンズ１により正の屈折力をもつ第１レンズ群（Ｉ）が形成され、第２レンズ２、第３レンズ３、および第４レンズ４により全体として正の屈折力をもつ第２レンズ群（ＩＩ）が形成され、第５レンズ５、第６レンズ６、および第７レンズ７により全体として負の屈折力をもつ第３レンズ群（ＩＩＩ）が形成されている。
【００１７】
また、この配列構成において、第４レンズ４と第５レンズ５との間には、所定の口径をもつ開口絞り８が配置され、第１レンズ１と第２レンズ２との間すなわち第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との間には、干渉フィルタ９が配置されている。
尚、第１レンズ１の前方（物体側）と第７レンズ７の後方（像面側）とには、それぞれ防塵用の平行平板からなるガラスプレート１０，１１が配置され、ガラスプレート１１の後方に撮像素子としてのＣＣＤの撮像面Ｐが配置される。
【００１８】
ここで、第１レンズ１〜第４レンズ４、開口絞り８、第５レンズ〜第７レンズ７においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１５）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１５）、ｄ線に対する第１レンズ１〜第７レンズ７の屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜７）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜７）で表す。また、第１レンズ１から撮像面Ｐまでのそれぞれの光軸方向Ｌにおける面間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１５）で表す。
【００１９】
第１レンズ１は、第１レンズ群（Ｉ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ１を向けかつ像面側に凸面Ｓ２を向けた、正の屈折力をもつ両凸レンズである。そして、第１レンズ１は、被写体（観察対象）から放射状に発せられた光を屈折させて略平行な光にする役割をなす。これにより、第１レンズ１を通過した光線は、干渉フィルタ９に略垂直に進入するため、干渉フィルタ９の機能が十分に発揮させられる。
ここで、第１レンズ１を通過した光線の色収差が大きいと、後続のレンズ系が担うべき色収差補正の負担率が大きくなるため、これを防ぐためにできるだけ色分散の少ない（アッベ数の大きい）ガラス材料を用いるのが好ましい。
そこで、第１レンズ１のアッベ数ν１が、条件式（１）、
（１）  ν１＞８０、
を満たすように設定される。この条件を満たすことにより、後続のレンズ系での色収差を小さくすることができ、全体としての光学性能の向上に寄与する。
【００２０】
第２レンズ２は、第２レンズ群（ＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ３を向けかつ像面側に凸面Ｓ４を向けた、正の屈折力をもつ両凸レンズである。
第３レンズ３は、第２レンズ群（ＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凹面Ｓ５を向けかつ像面側に凸面Ｓ６を向けた、負の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
第４レンズ４は、第２レンズ群（ＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ７を向けかつ像面側に凹面Ｓ８を向けた、正の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。尚、ここでは、第４レンズ４として、メニスカス形状のレンズを採用したが、物体側に凸面を向けかつ像面側に平面を向けた凸平レンズを採用してもよい。
【００２１】
すなわち、第２レンズ２〜第４レンズ４により構成される第２レンズ群（ＩＩ）は、本レンズ系の主要部分であって、高い色消し能力を有しアポクロマートと呼ばれる。
ここでは、色分散の少ない（アッベ数の大きい）ガラス材料により、正の屈折力をもつ第２レンズ２及び第４レンズ４を形成し、色分散の大きい（アッベ数の小さい）ガラス材料により、負の屈折力をもつ第３レンズ３を形成する。
このとき、第２レンズ２、第３レンズ３、第４レンズ４のそれぞれのアッベ数ν２，ν３，ν４が、条件式（２），（３）、
（２）  ν２−ν３＞５０、
（３）  ν４−ν３＞５０、
を満たすように設定する。この条件を満たすことにより、可視光線の領域で色収差を極めて良好に補正することができる。
【００２２】
さらに、第１レンズ１、第２レンズ２、第４レンズ４については、それぞれの屈折率Ｎ１，Ｎ２，Ｎ４及びアッベ数ν１，ν２，ν４が、条件式（４），（５）、
（４）  Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４、
（５）  ν１＝ν２＝ν４、
を満たすように設定される。この条件を満たすことにより、第１レンズ１、第２レンズ２、第４レンズ４の材料として同一のガラス材料を用いることができ、それ故にコストを低減することができる。
【００２３】
第５レンズ５は、第３レンズ群（ＩＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ１０を向けかつ像面側に凹面Ｓ１１を向けた、負の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
第６レンズ６は、第３レンズ群（ＩＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凹面Ｓ１２を向けかつ像面側に凸面Ｓ１３を向けた、正の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
第７レンズ７は、第３レンズ群（ＩＩＩ）を構成するものであり、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ１４を向けかつ像面側に凹面Ｓ１５を向けた、正の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
【００２４】
すなわち、第５レンズ５〜第７レンズ７により構成される第３レンズ群（ＩＩＩ）は、第２レンズ群（ＩＩ）を通過した後に残存している色収差以外の諸収差（球面収差、非点収差、歪曲収差等）をさらに良好に補正するためのものである。したがって、第３レンズ群（ＩＩＩ）全体では、屈折力を殆んどもたないようにし、又、色収差の発生を抑えるために、これら第５レンズ５、第６レンズ６、第７レンズ７のアッベ数ν５，ν６，ν７は、第２レンズ２のアッベ数ν２と第３レンズ３のアッベ数ν３との略中間程度の値に設定するのが好ましい。
【００２５】
そこで、第５レンズ５、第６レンズ６、第７レンズ７のアッベ数ν５，ν６，ν７が、下記の条件式（６），（７），（８）、
（６）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν５＜７、
（７）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν６＜７、
（８）  −７＜（ν２＋ν３）／２−ν７＜７、
を満たすように設定される。この条件を満たすことにより、第２レンズ群（ＩＩ）すなわち第２レンズ２〜第４レンズ４を通過した後に残存する色収差以外の諸収差（球面収差、非点収差、歪曲収差等）をさらに良好に補正することができ、鮮明で良好な画像を得ることができる。ここで、第５レンズ５、第６レンズ６、第７レンズ７としては、同一のガラス材料を用いて形成することで、全体としてのコストを低減することができる。
【００２６】
以上の構成からなる拡大撮像レンズの具体的な数値による実施例を、実施例１、実施例２として以下に示す。
【実施例１】
【００２７】
実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２にそれぞれ示される。また、実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図３に示す結果となる。尚、図３の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２８】
【表１】
2005049711.tif 000003
【００２９】
【表２】
2005049711.tif 000004
【００３０】
以上の実施例１においては、開口数（ＮＡ）が０．２５２、撮影倍率が１．６５、物体から像面Ｐまでの距離（共役長）が１５０．２ｍｍで、視野が広くて非常に明るく鮮明な画像が得られ、又、分析機器等の容易に搭載できる小型の拡大撮像レンズが得られる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２における主な仕様諸元は表３に、種々の数値データ（設定値）は表４にそれぞれ示される。また、実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図４に示す結果となる。尚、図４の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３２】
【表３】
2005049711.tif 000005
【００３３】
【表４】
2005049711.tif 000006
【００３４】
以上の実施例２においては、開口数（ＮＡ）が０．２５４、撮影倍率が１．６５、物体から像面Ｐまでの距離（共役長）が１５０．０ｍｍで、視野が広くて非常に明るく鮮明な画像が得られ、又、分析機器等の容易に搭載できる小型の拡大撮像レンズが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上述べたように、本発明の拡大撮像レンズは、生体組織、微生物等の観察対象を、肉眼で観察するのではなく、ＣＣＤ等の撮像素子により撮影してモニター上に表示して観察するシステムにおけるレンズ光学系として好適であり、又、生体組織、微生物等の観察に用途が限定されるものではなく、明るくて良好な観察画像を供する光学装置、特に共役長（物体から像面までの距離）を短くする必要がある光学装置等において好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る拡大撮像レンズの一実施形態を示す基本構成図である。
【図２】図１に示す拡大撮像レンズにおける光路図である。
【図３】実施例１に係る拡大撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。
【図４】実施例２に係る拡大撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｉ  第１レンズ群
ＩＩ  第２レンズ群
ＩＩＩ  第３レンズ群
１  第１レンズ（第１レンズ群）
２  第２レンズ（第２レンズ群）
３  第３レンズ（第２レンズ群）
４  第４レンズ（第２レンズ群）
５  第５レンズ（第３レンズ群）
６  第６レンズ（第３レンズ群）
７  第７レンズ（第３レンズ群）
８  開口絞り
９  干渉フィルタ
１０，１１  ガラスプレート
Ｐ  撮像面
Ｌ  光軸
【図１】
2005049711.tif 000007
【図２】
2005049711.tif 000008
【図３】
2005049711.tif 000009
【図４】
2005049711.tif 000010