(57)【要約】【課題】瞳変調素子を有する顕微鏡対物レンズユニットであって、ユーザーが他の顕微鏡対物レンズユニットに交換する必要なしに、異なる種類の観察ができる顕微鏡対物レンズユニットを提供すること。【解決手段】顕微鏡対物レンズと、複数の瞳変調素子と、瞳変調素子を切り替える切替え部と、顕微鏡対物レンズを保持するレンズ鏡筒と、を有し、瞳変調素子は、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置に配置され、切替え部は、複数の瞳変調素子のうちの少なくともいずれか一つを顕微鏡対物レンズの光路内に挿脱することを特徴とする。【選択図】図１
2013186214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡対物レンズと、
複数の瞳変調素子と、
前記瞳変調素子を切り替える切替え部と、
前記顕微鏡対物レンズを保持するレンズ鏡筒と、を有し、
前記瞳変調素子は、前記顕微鏡対物レンズの後側焦点位置に配置され、
前記切替え部は、複数の前記瞳変調素子のうちの少なくともいずれか一つを前記顕微鏡対物レンズの光路内に挿脱することを特徴とする顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項２】
前記顕微鏡対物レンズの後側焦点位置は、前記顕微鏡対物レンズの外側に位置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ユニット。
【請求項３】
前記切替え部は、複数の瞳変調素子が備えられている保持部と、
前記保持部を光軸を中心として回転させる駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項４】
前記切替え部は、瞳変調素子が備えられている複数の保持部と、
複数の前記保持部板をそれぞれ光路内へ挿脱する駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項５】
前記顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
ＬＬ1／ｆ＜１      （１）
ここで、
ｆは、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、
ＬＬ1は、前記顕微鏡対物レンズの全長、
である。
【請求項６】
前記顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
ｆ_F＜０      （２）
ここで、ｆ_Fは、最も試料から遠いレンズを除いたレンズ群の合成焦点距離である。
【請求項７】
最も試料に近いレンズが負の屈折力を持つことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項８】
以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
−２０≦ｆ_1／ｆ≦−０．２      （３）
ここで、
ｆ_1は、最も試料に近いレンズの焦点距離、
ｆは、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、
である。
【請求項９】
最も試料に近いレンズのいずれか片方の面が非球面形状であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項１０】
以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
０．３≦ｆ_R／ｆ≦２      （４）
ここで、
ｆ_Rは、最も試料から遠いレンズの焦点距離、
ｆは、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、
である。
【請求項１１】
以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
０．２≦ＬＬ2／ｆ≦２      （５）
ここで、
ＬＬ2は、最も試料から遠いレンズから後側焦点位置の距離、
ｆは、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、
である。
【請求項１２】
前記顕微鏡対物レンズの同焦点距離ＰＤは次式（６）で算出することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
ＰＤ＝４５＋１５ｍ      （６）
ここで、ｍは−１、０、１、２、３、又は４である。
【請求項１３】
以下の条件式（７）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ユニット。
０．２ｍｍ＜ＷＤ＜３．０ｍｍ      （７）
ここで、
ＷＤは、前記顕微鏡対物レンズの前端から物体までの距離である。
【請求項１４】
３枚から６枚の単レンズからなることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項１５】
前記顕微鏡対物レンズを構成するレンズは、少なくとも２種類の硝材からなり、ｄ線に対する屈折率は１．７以下であることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【請求項１６】
前記顕微鏡対物レンズユニットは、観察装置に着脱可能な着脱部を有することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の顕微鏡対物レンズユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡対物レンズユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
位相変調を利用する顕微鏡対物レンズとして、位相差顕微鏡用の対物レンズが知られている。例えば、特許文献１には、位相差観察装置の対物レンズが提案されている。この対物レンズにおいては、後側焦点位置に、０次光の強度を弱める輪帯状の減光領域と、０次光の位相を９０度変える位相変化領域とを設けた、位相変調素子（位相膜、位相物体）が配置されている。
【０００３】
試料としての透明な位相物体を光が透過するとき、位相物体内で回折が生じる。このため、入射光は、回折されずに直進する直接光と、位相物体で回折した回折光と、に分かれる。ここで、回折光の位相は直接光の位相からλ／４遅れるため、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置に配置した位相膜によって、直接光の位相をλ／４進ませる。さらに、直接光の強度を回折光に合わせて減光する。これにより、像位置では、直接光と回折光が干渉により弱め合い、位相差がある部位では暗く、位相差がない部位では明るい位相像が得られる。
なお、以下、減光領域と位相膜とを蒸着した接合部品と、無蒸着の接合部品との２枚を貼りあわせた部材に代表される部材を、適宜、瞳変調素子という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４７１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位相差顕微鏡対物レンズで明視野観察をする時、瞳位置に位相板を配置する。配置された位相板により、光量が低下すること、コントラストが低下すること、像にフレアが発生すること、試料の色が正確に像に再現されないこと、等の問題を生ずる場合がある。
これらの問題は、顕微鏡において、位相差観察時と明視野観察時とをおこなう際に、ユーザーがそれぞれ対物レンズユニットを交換することで解決できる。
ここで、ユーザーが対物レンズユニットを交換する時、光軸ずれ、顕微鏡対物レンズ間の固体差に起因する観察範囲の変化、ピントのズレを生ずるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、瞳変調素子を有する顕微鏡対物レンズユニットであって、ユーザーが他の顕微鏡対物レンズユニットに交換する必要なしに、異なる種類の観察ができる顕微鏡対物レンズユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る顕微鏡対物レンズユニットは、
顕微鏡対物レンズと、
複数の瞳変調素子と、
瞳変調素子を切り替える切替え部と、
顕微鏡対物レンズを保持するレンズ鏡筒と、を有し、
瞳変調素子は、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置に配置され、
切替え部は、複数の瞳変調素子のうちの少なくともいずれか一つを顕微鏡対物レンズの光路内に挿脱することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る顕微鏡対物レンズユニットは、ユーザーが他の顕微鏡対物レンズユニットに交換する必要なしに、異なる種類の観察ができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る顕微鏡対物レンズユニットの断面図である。（ｂ）は、ターレット型位相板の正面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る顕微鏡対物レンズユニットの断面図である。
【図３】本発明の顕微鏡対物レンズユニットが備える実施例１の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施例１の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図５】本発明の顕微鏡対物レンズユニットが備える実施例２の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、実施例２の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図７】本発明の顕微鏡対物レンズユニットが備える実施例３の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、実施例３の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図９】本発明の顕微鏡対物レンズユニットが備える実施例４の顕微鏡対物レンズのレンズ断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、実施例４の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図１１】結像レンズの断面図である。
【図１２】本発明の実施例１の顕微鏡対物レンズと結像レンズを組み合わせたときのレンズ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る顕微鏡対物レンズユニットの実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。
以下の説明において、物体側とは試料側のことをいう。
【００１１】
（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る顕微鏡対物レンズユニット１００の断面図を示している。図１においては、後述する実施例１の顕微鏡対物レンズＯＢを用いた例を示している。
【００１２】
顕微鏡対物レンズユニット１００は、レンズ鏡筒ＬＢ、レンズ鏡筒ＬＢの一方の端部に収容された顕微鏡対物レンズＯＢ、レンズ鏡筒ＬＢの他方の端部に形成され、観察装置に着脱可能な着脱部Ｍ、及び、瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４を備える。
【００１３】
図１（ａ）において、ＰＤは同焦点距離（ｐａｒｆｏｃａｌｉｚｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）である。顕微鏡対物レンズユニット１００の同焦点距離ＰＤは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）で規定されている。具体的には、カバーガラスなしの場合、同焦点距離は、ＰＤ＝４５＋１５ｍ（ｍ＝−１，０，１，２，３，４）と規定されている。カバーガラスありの場合は、カバーガラスなしの場合の同焦点距離にｔ（ｎ−１／ｎ）が加わったものになる。例えば、同焦点距離が４５ｍｍの場合、ＰＤ＝［４５＋ｔ（ｎ−１／ｎ）］と規定されている。ここで、ｔはカバーガラスの厚さ、ｎはカバーガラスの使用波長における屈折率である。
【００１４】
ここで、実施例１の顕微鏡対物レンズでは、第１レンズから第５レンズまでの長さは４．２１ｍｍである。例えば、同焦点距離が４５ｍｍの場合、実施例１の顕微鏡対物レンズの同焦点距離に占める割合は約１／１０となる。このように、実施例の顕微鏡対物レンズは、従来の顕微鏡対物レンズにはないほど短い、光学系の長さを有している。
また、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズＯＢでは、後側焦点位置Ｆ’は、顕微鏡対物レンズＯＢの外側に位置している。すなわち、後側焦点位置Ｆ’から着脱部Ｍまでの空間には、レンズは存在していない。
なお、これに限られず、顕微鏡対物レンズＯＢの後側焦点位置Ｆ’は、顕微鏡対物レンズＯＢの内部に位置する構成でも良い。
なお、図１（ａ）において、顕微鏡対物レンズＯＢのスケールと、顕微鏡対物レンズＯＢを保持する保持部材（レンズ鏡筒ＬＢ）のスケールは同じではない。
【００１５】
さらに、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニット１００は、
複数の位瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４と、
瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４を切り替える切替え部と、
顕微鏡対物レンズＯＢを保持するレンズ鏡筒ＬＢと、を有している。
瞳変調素子ＰＰ１は、顕微鏡対物レンズＯＢの後側焦点位置Ｆ’に配置されている。
切替え部は、複数の瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４のうちの少なくともいずれか一つ、例えば瞳変調素子ＰＰ１を顕微鏡対物レンズＯＢの光軸ＡＸ上の光路内に挿脱する。
【００１６】
図１（ｂ）は、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットにおける４つの瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４の構成例を示す正面図である。図１（ｂ）は、瞳変調素子ＰＰ１〜ＰＰ４の例として位相板の構成例を示す。
図１（ｂ）に示す位相板である瞳変調素子ＰＰ１は、光透過領域１０３と、リング状に形成された位相膜１０４と、から構成される。
ここで、位相膜１０４の領域には減光フィルタ（ＮＤフィルタ）が設けられている。また、位相膜１０４の外側は光透過領域１０３となっている。瞳変調素子（位相板）ＰＰ１は、照明光学系に設けられたリングスリット（不図示）と共役位置に配置されている。これにより、０次回折光はすべて位相膜１０４内を透過し、１次回折光は光透過領域１０３を透過する。位相膜１０４においては、０次回折光だけが、例えば１／４波長だけ位相が進み、振幅も弱まり、光強度が小さくなる。
【００１７】
０次回折光が、１次回折光と像面で干渉することによって、試料の位相の変化が明暗のコントラストに変換される。
その他の瞳変調素子（位相板）ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４は、それぞれ瞳変調素子（位相板）ＰＰ１とは異なる位相差量を付与するように構成されている。
なお、瞳変調素子ＰＰ４は、すべての入射光を変調せずに、そのまま透過させる。瞳変調素子ＰＰ４を選択することで、位相差を利用しない、明視野観察や蛍光観察ができる。
【００１８】
そして、図１（ｂ）に示すように、複数、例えば４つの瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４が、円形形状の保持部１０１において周方向に等間隔に設けられている。基板１０１は、モータ１０２により光軸ＡＸ中心として、図１（ｂ）に示す矢印Ａ方向へ回転する。
【００１９】
図１（ａ）に戻って、切替え部の説明を続ける。モータ１０２は、支持部１０６によりレンズ鏡筒ＬＢに固定されている。
また、制御部１０５は、不図示の外部装置からモータ１０２へ駆動信号を送る。モータ１０２は、光軸ＡＸを中心として保持部１０１を回転させる。これにより、ユーザーは、瞳変調素子ＰＰ１〜ＰＰ４のうちの所望する瞳変調素子を顕微鏡対物レンズＯＢの光路内へ挿入することができる。
本実施形態では、保持部１０１と、モータ１０２と、制御部１０５とで、切替え部を構成する。
【００２０】
レンズ鏡筒ＬＢの内部においては、顕微鏡対物レンズＯＢの光軸ＡＸに略直交するように保持部１０１が配置されている。保持部１０１は、顕微鏡対物レンズＯＢの後側焦点位置Ｆ’において瞳変調素子ＰＰ１〜ＰＰ４を保持するように構成されている。これにより、顕微鏡対物レンズＯＢの後側焦点位置Ｆ’に瞳変調素子ＰＰ１〜ＰＰ４が配置される。
【００２１】
瞳変調素子ＰＰ１〜ＰＰ４としては、例えば液晶素子を用いることができる。液晶素子は、印加電圧を変えることによって、素子を透過する光の位相差を自在に制御することができるため、試料内部又は顕微鏡システムで発生した収差を簡便に補正することができる。
【００２２】
このような構成により、ユーザーは顕微鏡対物レンズユニットを交換せずに、瞳変調素子を切替えること、または取り外すことができる。
例えば、明視野観察や蛍光観察の時は、瞳変調素子を光路外へ退避する。位相差観察の時は瞳変調素子を光路内へ挿入する。これにより、顕微鏡対物レンズユニット自体の交換が不要である。このため、明視野や蛍光観察においても、光量低下、コントラスト低下、像のフレア、色の劣化の低減された観察ができる。
さらに、位相膜の種類が異なる複数の瞳変調素子を切替えることで、コントラスの異なる画像を取得できる。
また、従来は、観察する像の明るさを変える時、照明光の明るさを変えている。ここで、本実施形態によれば、透過率の異なる素子を瞳変調素子として用いることで、照明の明るさを変えずに、像の明るさを変えることができる。
【００２３】
また、本実施形態では、顕微鏡対物レンズＯＢの後側焦点位置Ｆ’を、顕微鏡対物レンズＯＢの外側に位置させることが望ましい。
【００２４】
顕微鏡対物レンズＯＢの内部に後側焦点位置Ｆ’が存在する場合、瞳変調素子を挿脱するとレンズ間の光路長が変化する。そのため、顕微鏡対物レンズＯＢの焦点距離が変化して、光学性能が劣化してしまう。
これに対して、本実施形態のように、顕微鏡対物レンズＯＢの外側に後側焦点位置Ｆ’が存在する場合、顕微鏡対物レンズＯＢから射出する光線は平行光である。このため、瞳変調素子を挿脱して、顕微鏡対物レンズＯＢと結像レンズＴＬとの間の光路長が変化しても、光学性能劣化はない。そのため、簡便に瞳変調素子を挿脱できるという効果を奏する。
【００２５】
また、瞳変調素子ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４として用いる位相変調素子は、例えば以下の（１）〜（４）のいずれかを用いることができる。
（１）位相差顕微鏡用の位相膜
（２）キュービック位相変調マスク
キュービック位相変調マスクは、一方の面がｚ＝ｋ（ｘ３＋ｙ３）の曲面形状を有し、他方の面が平面形状を有している。このキュービック位相変調マスクを通過した光の位相は、その入射位置（ｘ，ｙ）に応じてずれを生じる。キュービック位相変調マスクによって位相分布を与えられた光をＣＣＤに投影し、得られた出力を画像処理することによって、被写界深度を拡大した画像を得ることができる。
（３）ＮＤフィルタ
（４）波面変調素子
波面変調素子としては、例えば透過型ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）デバイスと呼ばれる液晶空間光変調素子がある。このような素子は、入射光の位相を変調し波面制御を行うことができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットによれば、ユーザーが他の顕微鏡対物レンズユニットに交換する必要なしに、所望の位相板を選択することで、異なる種類の観察ができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る顕微鏡対物レンズユニットについて説明する。上記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図２は、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットの断面構成を示している。
【００２８】
瞳変調素子（位相板）ＰＰ１は、保持部１０１ａに保持されている。瞳変調素子（位相板）ＰＰ２は、保持部１０１ｂに保持されている。制御部２０３は、不図示の外部装置からモータ２０２へ駆動信号を送る。モータ２０２は、保持部１０１ａ、１０１ｂをそれぞれ矢印Ｂ方向（紙面において光軸ＡＸに直交する方向）へ駆動する。
【００２９】
これにより、ユーザーは、瞳変調素子（位相板）ＰＰ１、ＰＰ２のうちの所望する位相板を光路内へ挿入することができる。
本実施形態では、保持部１０１ａ、１０１ｂと、モータ２０２と、制御部２０３とで、切替え部を構成する。
【００３０】
本実施形態では、以下の４つの状態（１）、（２）、（３）、（４）を切替えることで、試料を観察できる。
（１）瞳変調素子（位相板）ＰＰ１のみが光路に挿入された状態
（２）瞳変調素子（位相板）ＰＰ２のみが光路に挿入された状態
（３）瞳変調素子（位相板）ＰＰ１、ＰＰ２の両方が光路に挿入された状態
（４）瞳変調素子（位相板）が全く光路に挿入されていない状態
【００３１】
次に、本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズに関して説明する。
顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
ＬＬ1／ｆ＜１      （１）
ここで、
ｆは、顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、
ＬＬ1は、顕微鏡対物レンズの全長（ｍｍ）、
である。
【００３２】
条件式（１）は、顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）と全長（ｍｍ）の関係を定める条件式である。
条件式（１）を満たすと、顕微鏡対物レンズの全長が、顕微鏡対物レンズの焦点距離よりも短くなる。このため、後側焦点位置を顕微鏡対物レンズの外に出すことができる。
【００３３】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
ｆ_F＜０      （２）
ここで、ｆ_Fは、最も試料から遠いレンズを除いたレンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）である。
【００３４】
条件式（２）は、最も試料から遠いレンズを除いたレンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）の範囲を定める条件式である。
ここで、本実施形態における顕微鏡対物レンズは、最も試料から遠いレンズに対応する後群と、この後群を除いたレンズ群に対応する前群と、を備える。
条件式（２）を満足すると、顕微鏡対物レンズの前群が負の屈折力を持ち、像側主点位置はより像側に位置する。このため、焦点距離に対して全長を短くすることができる。したがって、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置を顕微鏡対物レンズの外に位置させることができる。
【００３５】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、最も試料に近いレンズが負の屈折力を持つことが好ましい。
【００３６】
試料に近いレンズが負の屈折力を持つと、像側主点位置がより像側に位置する。このため、焦点距離に対して全長を短くすることができる。したがって、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置をレンズの外に出すことができる。
さらに、試料に近いレンズが負の屈折力を持つことにより、このレンズから前側焦点位置までの距離（作動距離）を長くすることができる。そのため、試料とレンズの衝突による損傷リスクを低減できる。
【００３７】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
−２０≦ｆ_1／ｆ≦−０．２      （３）
ここで、
ｆ_1は、最も試料に近いレンズの焦点距離（ｍｍ）、
ｆは、顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、
である。
【００３８】
条件式（３）は、最も試料に近いレンズの焦点距離（ｍｍ）と顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）の関係を定める条件式である。
条件式（３）の下限を下回ると、負レンズ（最も試料に近いレンズ）の屈折力が小さいため、対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難になる。
条件式（３）の上限を上回ると、負レンズ（最も試料に近いレンズ）の屈折力が大きい強いため、球面収差やコマ収差が多く発生する。
【００３９】
好ましくは、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足するとよい。
−５≦ｆ_1／ｆ≦−０．３      （３’）
【００４０】
さらに好ましくは、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３”）を満足するとよい。
−１≦ｆ_1／ｆ≦−０．４      （３”）
【００４１】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズは、最も試料に近いレンズのいずれか片方の面が非球面形状であることが好ましい。
【００４２】
最も試料に近いレンズは、軸上の光線と軸外の光線が離れている。このため、いずれか片方の面（入射面と射出面の一方の面）を非球面にすると、中心性能と周辺性能（ディストーション）の性能を維持しつつ顕微鏡対物レンズの全長を短くできる。
【００４３】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
０．３≦ｆ_R／ｆ≦２      （４）
ここで、
ｆ_Rは、最も試料から遠いレンズの焦点距離（ｍｍ）、
ｆは、顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、
である。
【００４４】
条件式（４）は、最も試料から遠いレンズの焦点距離（ｍｍ）と顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）の関係を定める条件式である。
条件式（４）の下限を下回ると、正レンズ（最も試料から遠いレンズ）の屈折力が大きいため、球面収差やコマ収差が多く発生する。
条件式（４）の上限を上回ると、正レンズ（最も試料から遠いレンズ）の屈折力が小さいため、顕微鏡対物レンズの全長が長くなってしまうため、顕微鏡対物レンズの透過率が下がってしまう。
【００４５】
好ましくは、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足するとよい。
０．４≦ｆ_R／ｆ≦１．５      （４’）
【００４６】
さらに好ましくは、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４”）を満足するとよい。
０．５≦ｆ_R／ｆ≦１      （４”）
【００４７】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
０．２≦ＬＬ2／ｆ≦２      （５）
ここで、
ＬＬ2は、最も試料から遠いレンズから後側焦点位置の距離（ｍｍ）、
ｆは、顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、
である。
【００４８】
条件式（５）は、最も試料から遠いレンズから後側焦点位置の距離（ｍｍ）と顕微鏡対物レンズの焦点距離（ｍｍ）の関係を定める条件式である。
条件式（５）の下限を下回ると、最も試料から遠いレンズの屈折力を大きくする必要があり、球面収差やコマ収差が多く発生する。また、顕微鏡対物レンズから瞳変調素子までの間隔が短いため、瞳変調素子の配置が困難になる。
条件式（５）の上限を上回ると、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置から、最も像側のレンズ（最も試料から遠いレンズ）までの間隔が大きくなる。このため、軸外光は、顕微鏡対物レンズへの入射時に光線高が高くなる。よって、軸外に特有な収差（コマ収差・像面湾曲）が多く発生する。
【００４９】
好ましくは、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満足するとよい。
０．４≦ＬＬ2／ｆ≦１．７      （５’）
【００５０】
さらに好ましくは、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５”）を満足するとよい。
０．６≦ＬＬ2／ｆ≦１．５      （５”）
【００５１】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、
顕微鏡対物レンズの同焦点距離ＰＤは次式（６）で算出することが好ましい。
ＰＤ＝４５＋１５ｍ      （６）
ここで、ｍは−１、０、１、２、３、又は４である。
【００５２】
また、同焦点距離ＰＤはカバーガラスが無い場合の同焦点距離であって、カバーガラスがある場合の同焦点距離は、カバーガラスなしの場合の同焦点距離ＰＤにｔ（ｎ−１／ｎ）が加わったものである。ここで、ｔはカバーガラスの厚さ、ｎはカバーガラスの使用波長における屈折率である。
上式（６）で算出する同焦点距離は、既存の顕微鏡対物レンズユニットと同じ同焦点距離であるため、本顕微鏡対物レンズユニットが選択されたときも、常に試料にピントを合わせることができる。
【００５３】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットが備える顕微鏡対物レンズは、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．２ｍｍ＜ＷＤ＜３．０ｍｍ      （７）
ここで、
ＷＤは、顕微鏡対物レンズの前端から物体までの距離である。
【００５４】
条件式（７）は、顕微鏡対物レンズの前端から物体までの距離を規定する条件式である。なお、物体とは、試料又はカバーガラスのことをいう。
条件式（７）の下限を下回ると、作動距離が短い為、作業がしづらくなる。例えば、試料にピントを合わせるときに顕微鏡対物レンズが試料に接触し、試料を破損する恐れがある。
条件式（７）の上限を上回ると、顕微鏡対物レンズ全長が長くなるため、顕微鏡対物レンズの透過率が下がってしまう。
【００５５】
好ましくは、条件式（７）に代えて次式（７’）を満足するとよい。
０．５ｍｍ＜ＷＤ＜２．０ｍｍ      （７’）
【００５６】
さらに好ましくは、条件式（７）に代えて次式（７”）を満足するとよい。
０．７ｍｍ＜ＷＤ＜１．７ｍｍ      （７”）
【００５７】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、３枚から６枚の単レンズからなることが好ましい。
【００５８】
単レンズが７枚以上になると、レンズと空気の境界面の数が多いため、透過率が低下する。
単レンズが２枚以下になると、第１レンズが負レンズであるため、もう片方のレンズは焦点距離が短い正レンズにする必要があり、この正レンズで収差が多く発生してしまう。
【００５９】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットにおいて、顕微鏡対物レンズを構成するレンズは、少なくとも２種類の硝材からなり、ｄ線に対する屈折率は１．７以下であることが好ましい。
【００６０】
これにより、色収差の補正が可能となる。
【００６１】
本実施形態の顕微鏡対物レンズユニットは、観察装置に着脱可能な着脱部を有することが好ましい。
【００６２】
顕微鏡の観察範囲は、「視野数／（結像レンズの焦点距離／顕微鏡対物レンズの焦点距離）」であり、着脱部を有することにより様々な種類の顕微鏡に対して着脱できる。
【００６３】
以下に、本発明に係る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。
【００６４】
以下、本発明の顕微鏡対物レンズの実施例１〜４について説明する。実施例１〜４のレンズ断面図を、それぞれ図３、図５、図７、図９に示す。これらの断面図中、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は各レンズ、カバーガラスはＣで示してある。また、図１１は結像レンズの断面図、図１２は、顕微鏡対物レンズと結像レンズを組み合わせたときのレンズ断面図である。図１２において、ＯＢは対物レンズ、ＴＬは結像レンズである。
【００６５】
なお、実施形態に係る顕微鏡対物レンズユニットが備える実施例１〜４の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１１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。
【００６６】
実施例１の顕微鏡対物レンズは、図３に示すように、物体側より順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体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負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５とで構成されている。
ここで、両凸正レンズＬ５は後群に対応し、両凹負レンズＬ１、正メニスカスレンズＬ２、正メニスカスレンズＬ３、及び負メニスカスレンズＬ４は前群に対応する。
各実施例において、第１面ｒ１は試料面である。
【００６７】
非球面は、両凹負レンズＬ１の両面と、正メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、負メニスカスレンズＬ４の両面と、両凸正レンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。
【００６８】
実施例２の顕微鏡対物レンズは、図５に示すように、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体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負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５とで構成されている。
ここで、両凸正レンズＬ５は後群に対応し、負メニスカスレンズＬ１、正メニスカスレンズＬ２、正メニスカスレンズＬ３、及び負メニスカスレンズＬ４は前群に対応する。
【００６９】
非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面と、正メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ３の両面と、負メニスカスレンズＬ４の両面と、両凸正レンズＬ５の両面との合計１０面に用いている。
【００７０】
実施例３の顕微鏡対物レンズは、図７に示すように、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体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負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４とで構成されている。
ここで、両凸正レンズＬ４は後群に対応し、負メニスカスレンズＬ１、正メニスカスレンズＬ２、及び負メニスカスレンズＬ３は前群に対応する。
【００７１】
非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面と、正メニスカスレンズＬ２の両面と、負メニスカスレンズＬ３の両面との合計６面に用いている。
【００７２】
実施例４の顕微鏡対物レンズは、図９に示すように、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凸正レンズＬ３とで構成されている。
ここで、両凸正レンズＬ３は後群に対応し、負メニスカスレンズＬ１及び負メニスカスレンズＬ２は前群に対応する。
【００７３】
非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面と、負メニスカスレンズＬ２の両面と、両凸正レンズＬ３の両面との合計６面に用いている。
【００７４】
結像レンズは、図１１に示すように、両凸レンズＬ１１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４とで構成されている。両凸レンズＬ１１と負メニスカスレンズＬ１２とが接合されている。また、両凸レンズＬ１３と両凹負レンズＬ１４とが接合されている。
【００７５】
以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は上記の外、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。また、焦点距離は全系の焦点距離、ＮＡは物体側の開口数、ＷＤは作動距離である。
【００７６】
また、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
ｘ＝（ｙ2／Ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／Ｒ）2｝1/2］
＋aｙ4 ＋bｙ6＋cｙ8＋dｙ10＋eｙ12＋fｙ14＋gｙ16
ただし、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、a、b、c、d、e、f、gはそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
【００７７】
数値実施例１
単位ｍｍ
面データ
面番号      r         d         nd       νd
1（物面）  ∞       0.17      1.5163    64.1
2          ∞       0.93
3*      -39.28      0.41      1.5307    55.7
4*        1.58      0.55
5*        1.08      0.69      1.5307    55.7
6*        1.16      0.31
7*        1.27      0.55      1.5307    55.7
8*        2.82      0.63
9*       -2.01      0.33      1.6349    23.9
10*       -7.77      0.04
11*        8.27      0.70      1.5307    55.7
12*       -1.74
非球面データ
第３面
k=1.5000e+001
a=1.5292e-002,b=-2.6082e-003,c=6.9681e-004,d=-3.0641e-005
第４面
k=-8.1764e-001
a=-7.7369e-002,b=1.0338e-002,c=1.0829e-004,d=-9.8389e-005
第５面
k=-1.2590e+000
a=-1.7655e-002,b=-2.5790e-003
第６面
k=-8.6895e-001
a=-1.0585e-001,b=1.7929e-002,c=1.6927e-003
第７面
k=-1.5753e+000
a=-4.1155e-002,b=1.4678e-002
第８面
k=1.3514e+000
a=1.7655e-002,b=-3.3527e-003
第９面
k=1.5046e+000
a=5.3763e-002,b=-2.9705e-002,c=-6.9808e-004
第１０面
k=3.5929e+000
a=3.4244e-002,b=-3.2268e-002,c=-2.1329e-003
第１１面
k=-5.0000e+000
a=-1.3838e-002,b=-5.7848e-004,c=4.1265e-004
第１２面
k=-1.1539e+000
a=-2.5780e-002,b=-2.2360e-003,c=3.7672e-003
焦点距離   4.5
ＮＡ       0.17
ＷＤ       0.93
最大像高   0.28
最も試料に近いレンズの焦点距離ｆ_1（５８８ｎｍ）       -2.85
最も試料から遠いレンズの焦点距離ｆ_R（５８８ｎｍ）      2.77
焦点位置からレンズ最終面までの距離                      5.31
顕微鏡対物レンズ全長ＬＬ1                               4.21
最も試料から遠いレンズから後側焦点位置までの距離ＬＬ2   5.46
【００７８】
数値実施例２
単位ｍｍ
面データ
面番号      r         d         nd       νd
1（物面）  ∞       0.17      1.5163    64.1
2          ∞       1.10
3*        9.58      0.37      1.5337    55.9
4*        1.20      0.63
5*        1.43      0.66      1.5446    56.0
6*        4.75      0.31
7*        6.27      0.61      1.5446    56.0
8*       55.42      0.69
9*       -2.22      0.43      1.6142    25.6
10*      -10.83      0.06
11*       15.52      0.72      1.5337    55.9
12*       -1.93
非球面データ
第３面
k=-2.2071e+002
a= 1.3211e-002,b=-8.2349e-004,c= 2.0830e-004,d=-4.7133e-006,e=-1.0299e-006,
f= 8.7247e-008,g=-9.5085e-010
第４面
k=-1.6336e+000
a=-2.8064e-002,b= 2.8170e-003,c=-2.0563e-004,d=-1.9198e-005,e= 2.9801e-006,
f=-4.5050e-008,g= 1.3259e-008
第５面
k=-5.7921e-001
a=-1.0702e-002,b=-2.5916e-002,c= 4.2975e-003,d=-3.7653e-004,e=-1.4533e-005,
f=-1.4245e-006,g= 7.7289e-007
第６面
k= 2.4836e-001
a= 3.2573e-002,b=-3.3138e-002,c= 2.5668e-002,d=-5.7221e-003,e= 3.0196e-004,
f=-1.5543e-005,g=-1.2315e-005
第７面
k=-3.9383e+000
a=-6.7509e-003,b= 2.0564e-002,c= 3.5887e-003,d=-3.0518e-003,e=-4.9395e-005,
f=-9.4424e-006,g= 1.4299e-006
第８面
k=-3.8964e+002
a= 1.0676e-002,b= 1.1249e-002,c=-9.4845e-003,d= 1.2875e-003,e=-6.1447e-005,
f=-5.6834e-005,g= 1.0704e-004
第９面
k= 1.4272e+000
a= 4.1289e-002,b=-1.6301e-002,c= 1.4390e-002,d=-6.2550e-004,e= 1.3290e-003,
f= 4.5438e-004,g=-1.6981e-003
第１０面
k=-1.5658e+002
a=-1.4678e-002,b= 3.2408e-002,c=-2.5992e-002,d= 5.0919e-003,e= 2.6945e-003,
f= 4.2757e-003,g=-2.9207e-003
第１１面
k=-3.8871e+002
a=-3.3433e-002,b= 1.6018e-002,c=-1.8520e-002,d=-1.1819e-003,e=-3.7513e-003,
f=-4.9674e-003,g= 3.2479e-003
第１２面
k= 2.6646e-001
a=-4.1496e-003,b= 3.6642e-003,c=-9.0048e-003,d=-9.5081e-005,e= 5.1015e-004,
f= 4.2305e-004,g=-1.9400e-003
焦点距離   5.0
ＮＡ       0.21
ＷＤ       1.10
最大像高   0.30
最も試料に近いレンズの焦点距離ｆ_1（５８８ｎｍ）       -2.6
最も試料から遠いレンズの焦点距離ｆ_R（５８８ｎｍ）      3.26
焦点位置からレンズ最終面までの距離                      5.76
顕微鏡対物レンズ全長ＬＬ1                               4.49
最も試料から遠いレンズから後側焦点位置までの距離ＬＬ2   6.64
【００７９】
数値実施例３
単位ｍｍ
面データ
面番号      r         d         nd       νd
1（物面）  ∞       0.17      1.5163    64.1
2          ∞       1.41
3*       -1.09      0.59      1.5247    56.4
4*      -15.96      0.10
5*        1.04      0.91      1.5247    56.4
6*        3.91      0.78
7*       -3.17      0.37      1.6070    27.6
8*      -26.96      0.20
9        20.00      0.69      1.4845    70.2
10        -1.70 
非球面データ
第３面
k=-6.9786e+000
a=6.3761e-002,b=-1.8935e-002,c=5.0398e-003,d=-7.1260e-004,e=4.5015e-005
第４面
k=3.1388e+001
a=7.7831e-002,b=-1.9566e-002,c=8.0390e-004,d=3.7556e-004,e=-4.4489e-005
第５面
k=-4.3135e+000
a=5.7351e-002,b=-3.6453e-002,c=1.7406e-002,d=-7.9964e-003,e=1.1960e-003
第６面
k=-1.8788e+001
a=1.9904e-002,b=1.9157e-002,c=-1.0712e-002,d=6.1387e-003
第７面
k=-3.1804e+000
a=-1.0317e-002,b=8.5494e-003,c=-1.5358e-002,d=-1.1944e-003,e=-4.1261e-003
第８面
k=0.0000e+000
a=2.6155e-002,b=2.1272e-002,c=-3.8343e-002
焦点距離   4.5
ＮＡ       0.17
ＷＤ       1.41
最大像高   0.28
最も試料に近いレンズの焦点距離ｆ_1（５８８ｎｍ）       -2.25
最も試料から遠いレンズの焦点距離ｆ_R（５８８ｎｍ）      3.27
焦点位置からレンズ最終面までの距離                      5.23
顕微鏡対物レンズ全長ＬＬ1                               3.64
最も試料から遠いレンズから後側焦点位置までの距離ＬＬ2   5.59
【００８０】
数値実施例４
単位ｍｍ
面データ
面番号      r         d         nd       νd
1（物面）  ∞       0.17      1.5163    64.1
2          ∞       1.39
3*       -1.95      0.78      1.5300    56.2
4*       -2.35      0.56
5*        1.31      0.44      1.5750    39.0
6*        0.81      0.42
7*        6.59      0.81      1.5300    56.2
8*       -1.61 
非球面データ
第３面
k=-1.0449e+001
a=5.5882e-002,b=-1.3350e-002,c=2.6973e-003,d=-1.0012e-004
第４面
k=-1.6403e+001
a=6.9137e-002,b=-3.4070e-002,c=1.1627e-002,d=-1.5912e-003
第５面
k=-9.3960e-001
a=-3.6455e-002,b=-3.0444e-001,c=3.8188e-003,d=6.7536e-002
第６面
k=-9.7480e-001
a=9.8250e-002,b=-3.8374e-001,c=3.9960e-001,d=-1.0609e-001
第７面
k=-1.0445e+000
a=1.8012e-001,b=1.3582e-001,c=8.8920e-002,d=-1.5580e-002
第８面
k=2.8889e-001
a=5.2987e-002,b=-3.7558e-002,c=2.3123e-001,d=5.2485e-003
焦点距離   4
ＮＡ       0.14
ＷＤ       1.39
最大像高   0.24
最も試料に近いレンズの焦点距離ｆ_1（５８８ｎｍ）       -67.3
最も試料から遠いレンズの焦点距離ｆ_R（５８８ｎｍ）       2.52
焦点位置からレンズ最終面までの距離                       4.57
顕微鏡対物レンズ全長ＬＬ1                                3.01
最も試料から遠いレンズから後側焦点位置までの距離ＬＬ2    4.66
【００８１】
結像レンズ
単位ｍｍ
面番号    r           d         nd       νd
1      68.75       7.73     1.4875    70.2
2     -37.57       3.47     1.8061    40.9
3    -102.85       0.70
4      84.31       6.02     1.8340    37.2
5     -50.71       3.03     1.6445    40.8
6      40.66 
焦点距離      180
【００８２】
以上の実施例１〜４の収差図をそれぞれ図４、図６、図８、図１０、に示す。各図中、”ＮＡ”は物体側の開口数を、”ＦＩＹ”は最大物体高を示す。なお、実施例１〜４の各収差図における収差は、結像レンズ側から光線を入射させたときの物体面（試料面）での収差を示している。
【００８３】
これらの収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、軸外横収差（ＤＹ）を示す。
【００８４】
次に、各実施例における条件式の値を掲げる。
条件式   実施例１  実施例２  実施例３  実施例４  
(1)LL1/f   0.94      0.90      0.81      0.75 
(2)f_F    -4.50     -4.75     -6.26     -4.41 
(3)f_1/f  -0.63     -0.52     -0.50    -16.83  
(4)f_R/f   0.62      0.65      0.73      0.63
(5)LL2/f   1.21      1.33      1.24      1.17
(7)WD      0.93      1.10      1.41      1.39
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本顕微鏡対物レンズユニットは、ユーザーが他の顕微鏡対物レンズユニットに交換する必要なしに、異なる種類の観察ができる顕微鏡対物レンズユニット有用である。
【符号の説明】
【００８６】
Ｌ１〜Ｌ５  各レンズ
Ｌ１１〜Ｌ１４  結像レンズ
Ｍ  着脱部
Ｃ  カバーガラス
ＯＢ  顕微鏡対物レンズ
ＴＬ  結像レンズ
ＬＢ  レンズ鏡筒
ＡＸ  光軸
ＰＤ  同焦点距離
Ｍ  着脱部
１００、２００  顕微鏡対物レンズユニット
ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４  瞳変調素子（位相板）
１０１、１０１ａ、１０１ｂ  保持部
１０２、２０２  モータ
１０３  光透過領域
１０４  位相膜
１０５、２０３  制御部
１０６  支持部
【図１】
2013186214.tif 000003
【図２】
2013186214.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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