(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、
物体側に凹面を向けたメニスカス正レンズよりなる第１レンズ群と、
正レンズと、物体側が正レンズであって少なくとも１つの接合面が負屈折力
を有する接合レンズとを含み、発散光束を収斂光束に変換する正屈折力の第２レンズ群と、
少なくとも１つの接合面が負屈折力を有する、正屈折力の接合レンズよりなる第３レンズ群と、
接合レンズよりなる第４レンズ群と、
接合レンズよりなる第５レンズ群と、
からなり、
以下の条件式を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
ｎ１  ＞  １．８
ν５Ｎ−ν５Ｐ  ≧  ３４．７７
ただし、
ｎ１  ：第１レンズ群を構成するメニスカス正レンズのｄ線に対する屈折率
ν５Ｎ：第５レンズ群中の負レンズのｄ線に対するアッベ数
ν５Ｐ：第５レンズ群中の正レンズのｄ線に対するアッベ数
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡対物レン
ズ。
１．２  ＜  ｜ｒ１｜／ｄ０  ＜  ２．２
ただし、
ｄ０  ：物体面から第１レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離
ｒ１  ：第１レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
【請求項３】
第３レンズ群が、物体側から順に、両凸正レンズと、両凹負レンズと、正レ
ンズとの接合レンズであることを特徴とする請求項１乃至２に記載の顕微鏡対
物レンズ。
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３に記載の顕微鏡対
物レンズ。
ν５Ｐ  ＜  ２２
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は倍率が５０倍程度で、焦点距離の２倍以上の作動距離を有するアクロマート級の顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、本発明のような５０倍程度の倍率の顕微鏡対物レンズにおいては、
作動距離を長くしようとすると、球面収差、及び色収差の悪化を招きやすい。
このため、作動距離と開口数の両方を十分に大きくすることは、非常に困難であった。
【０００３】
倍率が５０倍程度のアクロマート級の長作動距離顕微鏡対物レンズとしては、特開平９−９０２３０号公報に開示されているもの等が知られている。しかし、特開平９−９０２３０号公報に開示されている対物レンズは、開口数が０．４５程度であり、満足すべき開口数と作動距離の大きさが得られていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、倍率が５０倍程度で、作動距離が長く、開口数を０．５５程度まで大きくできるアクロマート級顕微鏡対物レンズを提供する。
【０００５】
【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、請求項１においては、物体側より順に、
物体側に凹面を向けたメニスカス正レンズよりなる第１レンズ群と、
正レンズと、物体側が正レンズであって少なくとも１つの接合面が負屈折力
を有する接合レンズとを含み、発散光束を収斂光束に変換する正屈折力の第２レンズ群と、
少なくとも１つの接合面が負屈折力を有する、正屈折力の接合レンズよりなる第３レンズ群と、
接合レンズよりなる第４レンズ群と、
接合レンズよりなる第５レンズ群と、
からなり、
以下の条件式を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
ｎ１  ＞  １．８
ν５Ｎ−ν５Ｐ  ≧  ３４．７７
ただし、
ｎ１  ：第１レンズ群を構成するメニスカス正レンズのｄ線に対する屈折率
ν５Ｎ：第５レンズ群中の負レンズのｄ線に対するアッベ数
ν５Ｐ：第５レンズ群中の正レンズのｄ線に対するアッベ数
次に、請求項２の対物レンズにおいては、以下の条件式（３）を満足するこ
とを特徴とする。
（３）  １．２  ＜  ｜ｒ１｜／ｄ０  ＜  ２．２
ただし、
ｄ０  ：物体面から第1レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離
ｒ１  ：第１レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
次に、請求項３の対物レンズにおいては、第３レンズ群が、物体側から順に
、両凸正レンズと、両凹負レンズと、正レンズとの接合レンズであることを特
徴とする。
【０００６】
次に、請求項４の対物レンズにおいては、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
（４）  ν５Ｐ  ＜  ２２
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の対物レンズにおいて、第１レンズ群は、物点から発した光束を、発散の度合をゆるめるように通過させる。このとき、第１レンズ群は、正の屈折力を有し、かつ、極力球面収差を発生させないように、物体側に凹面を向けたメニスカス正レンズによって構成される必要がある。さらに、球面収差を発生しにくくするためには、高い開口数の光線に対しても、レンズ面に対する光線の入射角ができるだけ大きくならないようにする必要があり、特に前記メニスカス正レンズの像側の曲率半径を大きくする必要がある。このためには、第１レンズ群を構成するメニスカス正レンズの屈折率ができるだけ高いことが望ましく、少なくとも以下の条件式（１）を満足する必要がある。
（１）  ｎ１  ＞  １．８
条件式（１）の値が下限値を下回ると、第１レンズ群において球面収差が過剰に発生し、後続のレンズ群によっても十分な補正が困難になる。また、上記の効果を十分に発揮するためには、条件式（１）の下限値は１．８５であることが望ましい。
【０００８】
また、第１レンズ群は、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）  １．２  ＜  ｜ｒ１｜／ｄ０  ＜  ２．２
ただし、
ｄ０  ：物体面から第１レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離
ｒ１  ：第１レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
球面収差の補正のみを考慮した場合、第１レンズ群の最も物体側の面に対して、物点から発した光束が垂直入射することが望ましい。このときの条件は、
｜ｒ１｜／ｄ０＝１
である。しかしこのような構成であると、同軸落射照明を行なう場合、対物レンズ後方から入射された照明光が、第１レンズ群の最も物体側の面で反射し、フレアー光となって観察像面に戻るため、像のコントラストを著しく悪化させる。従って、条件式（３）の値が下限値を下回ると、同軸落射観察を行う際のフレアー光が大きくなり、観察像のコントラストが著しく悪化する。これに対し、条件式（３）の値が上限値を上回ると、第１レンズ群の最も物体側の面において負の球面収差が過大に発生してしまい、第２レンズ群以降において十分に補正できなくなる可能性がある。
【０００９】
次に、第２レンズ群は、第１レンズ群によって発散の度合をゆるめられた光束を、さらに収斂光束に変換し、かつ、第１レンズ群において発生した球面収差及び軸上色収差の一部を補正する。
【００１０】
従って、第２レンズ群は、正レンズと、少なくとも１つの接合面が負の屈折力を有する接合レンズとを含む必要がある。このとき、負の屈折力を有する接合面は、第１レンズ群において発生した負の球面収差の補正に寄与するが、接合レンズを構成する物体側のレンズが負レンズであると、接合面が物体側に凸面を向けた形状になる。そうすると、軸外光束の最周辺の光線が接合面に入射する時の角度が大きくなり、次の正の屈折力を有する面に入射するときの、光線の高さが不必要に高くなるため、球面収差の補正に伴って、下側のコマ収差がプラスになりやすい。従って、第２レンズ群に含まれる接合レンズは、接合面を物体側に凹面を向けた形状にするために、物体側が正レンズである必要がある。
【００１１】
そして、第２レンズ群において良好な軸上色収差の補正を行なうためには、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）  ν２Ｐ  ＞  ６５
ただし
ν２Ｐ：第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
条件式（５）の値が下限値を下回ると、接合レンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなり、軸上色収差の補正が困難になる。また、もし軸上色収差の補正が可能であっても、正レンズ及び負レンズの屈折力が大きくなり過ぎるため、それぞれの曲率半径が小さくなり、高次の球面収差が発生しやすくなる。
【００１２】
次に、第３レンズ群は、負の屈折力を有する接合面によって残存する球面収差をさらに補正し、第４レンズ群及び第５レンズ群は接合レンズによって、残存する色収差をさらに補正する。
【００１３】
ここで、第３レンズ群において、２次分散も含めた軸上色収差の補正を十分に行なうためには、正レンズを構成するガラスと負レンズを構成するガラスとの、部分分散比の差を小さくすることが望ましい。ただし一般的には、、部分分散比の差が小さくなるようにガラスを選択すると、正レンズを構成するガラスと負レンズを構成するガラスとのアッベ数の差が小さくなりがちであり、単なる２枚の接合レンズで第３レンズ群を構成した場合、十分に色収差を補正しようとすると、正レンズ及び負レンズそれぞれの屈折力が大きくなり過ぎ、それぞれの曲率半径が小さくなり過ぎるため、レンズ形状が加工困難なものになったり、高次の球面収差が発生しやすくなる可能性がある。従ってこれを防ぎ、かつ球面収差とコマ収差とをバランス良く補正するために、第３レンズ群を、物体側から順に、両凸正レンズと、両凹負レンズと、正レンズとの三枚接合レンズによって構成することが望ましい。
【００１４】
そして、第３レンズ群において、さらに良好な軸上色収差の補正を行なうためには、第３レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのうちいずれか一つが、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）  ν３Ｐ  ＞  ６５
ただし
ν３Ｐ：第３レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのうち、いずれか一つのアッベ数
条件式（５）の値が下限値を下回ると、接合レンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなり、たとえ第３レンズ群を三枚接合レンズによって構成したとしても、軸上色収差の補正が困難になる。また、もし軸上色収差の補正が可能であっても、正レンズ及び負レンズの屈折力が大きくなり過ぎるため、それぞれの曲率半径が小さくなり、高次の球面収差が発生しやすくなる。
【００１５】
次に、第４レンズ群の接合レンズ、及び第５レンズ群の接合レンズによって、残存する軸上色収差、及び倍率色収差を補正する。そして、第４レンズ群において軸上色収差をより良好に補正するためには、第４レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズが、以下の条件式を満足することが望ましい。
（７）  ν４Ｐ  ＞  ６５
ただし
ν４Ｐ：第３レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのうち、いずれか一つのアッベ数
条件式（７）の値が下限値を下回ると、接合レンズを構成する正レンズと負レンズとのアッベ数の差が小さくなり、軸上色収差の補正が困難になる。また、もし軸上色収差の補正が可能であっても、正レンズ及び負レンズの屈折力が大きくなり過ぎるため、それぞれの曲率半径が小さくなり、高次の球面収差が発生しやすくなる。
【００１６】
しかし次に、第５レンズ群を構成する接合レンズを、アッベ数の大きな正レンズとアッベ数の小さな負レンズとの接合という通常の色消しレンズの構成とすると、軸上色収差は補正可能であるが、倍率色収差の補正が不十分になってしまう。従って、軸上色収差と倍率色収差とを、両方とも十分に補正するためには、まず第２乃至第４レンズ群において、軸上色収差を過剰に補正し、次に第５レンズ群を構成する接合レンズを、アッベ数の小さな正レンズとアッベ数の大きな負レンズとの接合という通常の色消しレンズとは逆の構成にすることにより、過剰に補正された軸上色収差を適正な補正に戻すとともに、倍率色収差を補正する。そして、倍率色収差を十分に補正するために、特に本発明のような長作動距離対物レンズの場合には、第１レンズ群が前記条件式（１）を満足するのと同時に、第５レンズ群が以下の条件式（２）を満足する必要がある。
（２）    ν５Ｎ−ν５Ｐ  ＞  ３０
ただし、
ν５Ｎ：第5レンズ群中の負レンズのアッベ数
ν５Ｐ：第5レンズ群中の正レンズのアッベ数
条件式（２）の値が下限値を下回ると、倍率色収差の補正効果が不足し、十分な倍率色収差の補正ができなくなる。
【００１７】
さらに、第５レンズ群において、軸上色収差を補正しつつ、さらに十分に倍率色収差を補正するためには、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）  ν５Ｐ  ＜  ２５
ただし
ν５Ｐ：第３レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのうち、いずれか一つのアッベ数
条件式（４）の値が上限値を上回ると、倍率色収差を十分に補正することが困難になる。
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
各実施例における顕微鏡対物レンズは無限遠系補正型のものであり、表１に示したような諸元の結像レンズと共に使用される。但し、表１及び以下全ての表中において、ｆは対物レンズの焦点距離を、N.A.は開口数を、βは倍率を示している。さらに、Ｒはレンズの曲率半径、Ｄはレンズ面の間隔、ｎｄおよびνｄはそれぞれｄ線(587.6nm)に対する屈折率およびアッベ数を示している。
0004552248.tif 000002
また図１に、該結像レンズの構成図を示す。
【００２０】
図２は、本発明の実施例１の構成図である。
【００２１】
実施例１は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、最も物体側に正レンズを配置した接合レンズと、正単レンズとを含み、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、両凸正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正レンズと負レンズとの接合レンズからなる第４レンズ群Ｇ４と、正レンズと負レンズとの接合レンズからなる第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。
表２に、実施例１の諸元を示す。
0004552248.tif 000003
図３に、実施例１の収差図を示す。図２は、実施例１の対物レンズを、前記した結像レンズと組み合わせたときの収差図である。このとき、実施例１の対物レンズと結像レンズとの間隔は１５０ｍｍとしている。また、図２の各収差図中において、ｄはｄ線(587.6nm)における収差を、ＣはＣ線(656.3nm)における収差を、ＦはＦ線(486.1nm)における収差を、ｇはｇ線(435.8nm)における収差を示している。また、非点収差図は、ｄ線(587.6nm)における非点収差を示し、実線はサジタル像面を、破線はメリディオナル像面を表す。さらに、コマ収差図及び歪曲収差図は、基準波長であるｄ線のコマ収差及び歪曲収差を示す。
【００２２】
図３より、実施例１は、０．５５という大きな開口数を確保し、１０ｍｍ以上の作動距離を有しながら、十分に各収差が補正されていることがわかる。
【００２３】
図４は、本発明の実施例２の構成図である。
【００２４】
実施例２は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、正単レンズと、最も物体側に正レンズを配置した接合レンズとを含み、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、両凸正レンズと両凹負レンズと正レンズとの接合レンズからなり、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正レンズと負レンズとの接合レンズからなる第４レンズ群Ｇ４と、正レンズと負レンズとの接合レンズからなる第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。
表３に、実施例２の諸元を示す。
0004552248.tif 000004
図５に、実施例２の収差図を示す。図５は、実施例２の対物レンズを、前記した結像レンズと組み合わせたときの収差図である。このとき、実施例２の対物レンズと結像レンズとの間隔は１５０ｍｍとしている。ただし、図５の各収差図中における記号は、全て図３と同様である。
【００２５】
図５より、実施例２は、開口数が０．４５で、１７ｍｍ以上の作動距離を有するにもかかわらず、十分に各収差が補正されていることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、 これらの諸条件を満たす事により、作動距離が長い、結像性能の優れた50倍程度のアクロマート級顕微鏡対物レン
ズを得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結像レンズの構成図。
【図２】実施例１の構成図。
【図３】実施例１の収差図。
【図４】実施例２の構成図。
【図５】実施例２の収差図。
【符号の説明】
Ｇ１：    第１レンズ群
Ｇ２：    第２レンズ群
Ｇ３：    第３レンズ群
Ｇ４：    第４レンズ群
Ｇ５：    第５レンズ群
【図１】
0004552248.tif 000005
【図２】
0004552248.tif 000006
【図３】
0004552248.tif 000007
【図４】
0004552248.tif 000008
【図５】
0004552248.tif 000009