(57)【要約】【課題】より広い範囲を観察できるコンパクトな顕微鏡対物レンズを提供すること。【解決手段】無限遠補正の結像レンズの焦点距離をＦｔｌ、最大像高をＩＨ、中間鏡筒倍率係数をＱ、投影倍率係数をＰとそれぞれしたとき、  顕微鏡対物レンズと結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズである。  ５＜ＣＲＡ＜２２      （１）  ＣＲＡ＝ｔａｎ−１（ＩＨ／（Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ））【選択図】図１
2013222078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無限遠補正の結像レンズの焦点距離をＦｔｌ、最大像高をＩＨ、中間鏡筒倍率係数をＱ、投影倍率係数をＰとそれぞれしたとき、
顕微鏡対物レンズと結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
５＜ＣＲＡ＜２２      （１）
ＣＲＡ＝ｔａｎ−１（ＩＨ／（Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ）） 
【請求項２】
前記顕微鏡対物レンズの射出瞳径φＰは、条件式（２）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。
φＰ＜１５      （２）
【請求項３】
前記顕微鏡対物レンズの入射側の開口数をＮＡ、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離をＦｏｂとし、結像面に配置される撮像素子への総合投影倍率を以下に定義されるβとしたとき、
β＝（Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ）／Ｆｏｂ、
条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡対物レンズ。
０．２＜ＮＡ      （３）
ｌｏｇ（２×ＩＨ／β）＞−１．０６×ＮＡ＋０．８６      （４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、肉眼観察用の接眼レンズを備えないデジタル専用顕微鏡が開発されている。例えば、従来の対物レンズよりも解像力を維持したまま、広い範囲を撮影するための顕微鏡レンズが特許文献１に提案されている。この対物レンズは、２０倍対物レンズ並みの解像力（ＮＡ＝０．８）を有する１０倍対物レンズである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の顕微鏡対物レンズでは、レンズ全長が既存の対物レンズの４５ｍｍに対して６０〜１２０ｍｍと非常に大きくなってしまう。また、射出瞳径も既存の対物レンズのφ１５程度に比較して、φ３０程度となる。このように、従来の対物レンズは、既存の対物レンズのほぼ２倍の大きさとなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より広い範囲を観察できるコンパクトな顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の顕微鏡対物レンズは、
無限遠補正の結像レンズの焦点距離をＦｔｌ、最大像高をＩＨ、中間鏡筒倍率係数をＱ、投影倍率係数をＰとそれぞれしたとき、
顕微鏡対物レンズと結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することを特徴とする。
５＜ＣＲＡ＜２２      （１）
ＣＲＡ＝ｔａｎ−１（ＩＨ／（Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ）） 
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる顕微鏡対物レンズは、より広い範囲を観察できるコンパクトなレンズであるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は実施例１の顕微鏡対物レンズの断面構成を示す図、（ｂ）は結像レンズの断面構成を示す図である。
【図２】実施例１の対物レンズと結像レンズを組み合わせた光学系の非点収差、歪曲収差、球面収差を示す図である。
【図３】（ａ）は実施例２の顕微鏡対物レンズの断面構成を示す図、（ｂ）は結像レンズの断面構成を示す図である。
【図４】実施例２の対物レンズと結像レンズを組み合わせた光学系の非点収差、歪曲収差、球面収差を示す図である。
【図５】（ａ）は実施例３の顕微鏡対物レンズの断面構成を示す図、（ｂ）は結像レンズの断面構成を示す図である。
【図６】実施例３の対物レンズと結像レンズを組み合わせた光学系の非点収差、歪曲収差、球面収差を示す図である。
【図７】（ａ）は実施例４の顕微鏡対物レンズの断面構成を示す図、（ｂ）は結像レンズの断面構成を示す図である。
【図８】実施例４の対物レンズと結像レンズを組み合わせた光学系の非点収差、歪曲収差、球面収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかか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。
【００１０】
まず、従来の顕微鏡においては、結像レンズの基準焦点距離は１６０ｍｍから２１０ｍｍに設定されている。肉眼観察用の双眼装置を構成するため、結像レンズの最終面から像までの空気換算距離が１５０ｍｍ以上必要である。
【００１１】
接眼レンズは双眼装置のプリズムの大きさ及び１０倍接眼レンズの設計から視野数は最大でもφ２６．５である。これ以上視野数が大きいと双眼プリズムの有効径が大きくなってプリズムが大きくなる。これにより、高価になると同時に１０倍接眼レンズの設計も難しくなる。この結果、実用化されていない。したがって、各対物レンズの実際の標本観察範囲も、視野数φ２６．５程度を上限として、対物レンズの倍率で割った範囲で収差補正、設計されている。
【００１２】
このような従来のシステムの特徴を再考し、鋭意研究した結果、上述の双眼装置の制約から、対物レンズと結像レンズとの光線がアフォーカル部分における最大主光線傾角（ＣＲＡ）が制約されていることを見出した。
【００１３】
最大視野数をφ２６．５のとき、結像レンズの焦点距離が１６０〜２１０ｍｍであればＣＲＡは３．６１°〜４．７４°である。既存の従来の顕微鏡対物レンズは、この値を上回ることなく設計されている。
【００１４】
電子撮像素子で像を取得する構成の場合、電子撮像素子の素子サイズにあわせて結像レンズ以降で投影倍率を調整する。ここで、光束がアフォーカル部分におけるＣＲＡは変わらない。
このシステムにとらわれたもとで、上述の特許文献１に記載されたようにＮＡを保ったまま広範囲を撮影しようとすると、対物レンズのサイズを係数倍することで観察視野径を大きくする思想で設計していた。これにより、同時に瞳径も大きくなり、レンズ径が太くなってしまう。そして、ＣＲＡはほぼ変わらない。
【００１５】
本実施形態では、無限遠補正の結像レンズの焦点距離をＦｔｌ、最大像高をＩＨ、中間鏡筒倍率係数をＱ、投影倍率係数をＰとそれぞれしたとき、
顕微鏡対物レンズと結像レンズの間の主光線最大傾角ＣＲＡ（単位：度）は、条件式（１）を満足することを特徴とする。
５＜ＣＲＡ＜２２      （１）
ＣＲＡ＝ｔａｎ−１(ＩＨ／（Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ）） 
【００１６】
本実施形態は、ＣＲＡを大きくすることで光学系の全長、太さを大きくせず、より広い視野を撮影できる撮像素子専用の顕微鏡を構成した。対物レンズの焦点距離を大きくせず観察視野径を拡げ、同時に瞳径も大きくならないため光学系は大きくならずに済む。
【００１７】
条件式（１）は、ＣＲＡの適切な範囲を規定している。
条件式（１）の下限値を下回ると、従来のシステムと変わらず効果がない。
条件式（１）の上限値を上回ると、顕微鏡対物レンズ、結像レンズとも像面湾曲、コマ収差の補正が十分にできない。
【００１８】
条件式（１）の代わりに、条件式（１’）を満足することが望ましい。
６＜ＣＲＡ＜１８      （１’）
条件式（１）の代わりに、条件式（１”）を満足することがさらに望ましい。
６＜ＣＲＡ＜１３      （１”）
【００１９】
また、本実施形態において、顕微鏡対物レンズの射出瞳径φＰは、
φＰ＜１５      （２）
を満足することが望ましい。
【００２０】
条件式（２）は、射出瞳径の適切な範囲を規定している。
条件式（２）の上限値を上回ると、顕微鏡対物レンズのコマ収差を補正することが難しくなり補正するため顕微鏡対物レンズのレンズ枚数も増加し大型化する。
【００２１】
また、本実施形態において、顕微鏡対物レンズの入射側の開口数をＮＡ、顕微鏡対物レンズの焦点距離をＦｏｂとしたとき、結像面に配置される撮像素子への総合投影倍率を以下に定義されるβとそれぞれしたとき、条件式（３）、（４）を満足することが望ましい。
β＝(Ｆｔｌ×Ｑ×Ｐ)／Ｆｏｂであり、
０．２＜ＮＡ      （３）
ｌｏｇ（２×ＩＨ／β）＞−１．０６×ＮＡ＋０．８６      （４）
【００２２】
条件式（３）は、ＮＡの適切な範囲を規定している。
条件式（３）の下限値を下回ると、顕微鏡対物レンズとして期待される分解能を十分得られない。
また、条件式（４）の左辺は標本の観察範囲の直径であり、右辺のＮＡの一次関数との関係式である。従来、対物レンズは１０倍、２０倍と離散的な値である。これは観察接眼との倍率を掛け合わせた総合倍率を適正な値にするためである。
【００２３】
これに対して、固体撮像素子で撮像する場合はそのような制約はない。このため、顕微鏡対物レンズの倍率も自由に設定できる。これにより、条件式（４）は従来の顕微鏡より広い範囲を十分なＮＡで撮影する境界を表わしている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
図１（ａ）は、実施例１に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。図１（ｂ）は、本顕微鏡対物レンズと組み合わせる結像レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ実施例１にかかる顕微鏡対物レンズの非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、球面収差（ＳＡ）を示す収差図である。
なお、図１（ａ）において、ＣＧはカバーガラスである。また、物体側とは、試料側をいう。
【００２６】
実施例１の顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、両凸正レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５との接合レンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７との接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８とからなる。
【００２７】
図１（ｂ）は、実施例１の顕微鏡対物レンズに組み合せる結像レンズの概略構成を示す断面構成図である。
物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と、両凹負レンズＬ２２と両凸正レンズＬ２３との接合レンズと、平凸正レンズＬ２４と平凹負レンズＬ２５との接合レンズと、両凸正レンズＬ２６からなる。
【００２８】
図３（ａ）は、実施例２に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。図３（ｂ）は、本顕微鏡対物レンズと組み合わせる結像レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ実施例２にかかる顕微鏡対物レンズの非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、球面収差（ＳＡ）を示す収差図である。
なお、図３（ａ）において、ＣＧはカバーガラスである。また、物体側とは、試料側をいう。
【００２９】
実施例２の顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、両凸正レンズ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と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４との接合レンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７とからなる。
【００３０】
図３（ｂ）は、実施例２の顕微鏡対物レンズに組み合せる結像レンズの概略構成を示す断面構成図である。
物体側から順に、平凸正レンズＬ２１と、両凸正レンズＬ２２と、両凸正レンズＬ２３と両凹負レンズＬ２４との接合レンズと、平凸正レンズＬ２５とからなる。
【００３１】
図５（ａ）は、実施例３に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。図５（ｂ）は、本顕微鏡対物レンズと組み合わせる結像レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ実施例３にかかる顕微鏡対物レンズの非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、球面収差（ＳＡ）を示す収差図である。
なお、図５（ａ）において、ＣＧはカバーガラスである。また、物体側とは、試料側をいう。
【００３２】
実施例３の顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と両凸正レンズＬ２との接合レンズと、両凸正レンズＬ３と、両凹負レンズＬ４と両凸正レンズＬ５との接合レンズと、両凹負レンズＬ６と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と両凸正レンズＬ８との接合レンズとからなる。
【００３３】
図３（ｂ）は、実施例３の顕微鏡対物レンズに組み合せる結像レンズの概略構成を示す断面構成図である。
物体側から順に、両凹負レンズＬ２１と両凸正レンズＬ２２との接合レンズと、両凸正レンズＬ２３と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４との接合レンズとからなる。
【００３４】
図７（ａ）は、実施例４に係る顕微鏡対物レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。図７（ｂ）は、本顕微鏡対物レンズと組み合わせる結像レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ実施例４にかかる顕微鏡対物レンズの非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、球面収差（ＳＡ）を示す収差図である。
なお、図７（ａ）において、ＣＧはカバーガラスである。また、物体側とは、試料側をいう。
【００３５】
実施例４の顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と両凸正レンズＬ４との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と両凸正レンズＬ６との接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と両凸正レンズＬ８と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９との接合レンズと、両凸正レンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１との接合レンズとからなる。
【００３６】
図７（ｂ）は、実施例４の顕微鏡対物レンズに組み合せる結像レンズの概略構成を示す断面構成図である。
物体側から順に、両凹負レンズＬ２１と両凸正レンズＬ２２との接合レンズと、両凸正レンズＬ２３と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４との接合レンズとからなる。
【００３７】
次に、上記各実施例の顕微鏡対物レンズと結像レンズを構成する光学部材の数値データを示す。数値データ中、ｆｔｌは結像レンズ全体の焦点距離、なお、ｒは光学部材の曲率半径、ｄは光学部材の面間隔（肉厚又は空気間隔）、ｎｄは光学部材のｄ線における屈折率、νdは光学部材のｄ線におけるアッベ数をそれぞれ示している。
また、ＮＡは顕微鏡対物レンズの入射側の開口数、Ｆｏｂは顕微鏡対物レンズの焦点距離、Ｆｔｌは全系の焦点距離、ＩＨは最大像高、Ｑは中間鏡筒倍率係数、Ｐは投影倍率係数、ＣＲＡ（単位：度）は主光線最大傾角、φｐは射出瞳径、βは総合投影倍率である。
【００３８】
数値実施例１
単位      ｍｍ
面データ
対物レンズ                              
面番号    r           d         nd          νd
物体      ∞          0.17      1.5163      64.1 
0         ∞         11.21 
1        172.221      0.55      1.7215      29.2 
2         27.654      3.44      1.6968      55.4 
3        -19.291      0.14                 
4         58.215      2.63      1.6968      55.4 
5        -46.909      0.14                 
6         12.165      5.70      1.6968      55.4 
7        -31.350      0.95      1.6889      31.2 
8          8.002      6.20                  
9         -8.266      0.89      1.6034      38.0 
10      -364.112      5.13      1.6935      53.3 
11       -13.604      0.14                 
12      -137.084      2.68      1.7237      38.1 
13       -30.866
結像レンズ                        
面番号    r           d         nd          νd
21        48.952      3.00      1.4875      70.2 
22      -326.612      2.47                 
23       -25.056      2.50      1.6134      44.3 
24        41.275      6.00      1.7200      46.0  
25       -33.253      0.25                 
26        30.955      4.50      1.4970      81.5 
27         ∞         2.50      1.6541      39.7 
28        23.497      2.90                 
29        37.460      4.41      1.4875      70.2 
30       -84.979                         
(条件式対応値）
NA    0.40
Fob   18.03 
Ftl   50.0 
CRA   13° 
Q      1 
P      1 
β＝(Ftl×Q×P)/Fob      2.77
IH     11 
φP    14.4
log(2×IH/β）   0.90 
-1.06×NA+0.86    0.44
【００３９】
数値実施例２
単位：ｍｍ
対物レンズ                        
面番号     r          d          nd         νd
物体      ∞          0.17      1.5163      64.1 
0         ∞          7.30 
1        166.845      0.61      1.7130      53.8 
2        -15.327      0.02                 
3          6.284      0.82      1.6779      55.3 
4         22.990      0.04                 
5          4.483      1.63      1.7130      53.8 
6         38.317      0.40      1.6989      30.1 
7          2.859      3.22                 
8         -3.203      0.33      1.6483      33.8 
9       -122.623      1.67      1.6935      53.3 
10        -5.670      0.02                 
11       -24.767      1.25      1.6645      35.8 
12        -7.568                          
結像レンズ                        
面番号    r           d          nd         νd
21        ∞          4.68      1.5163      64.1 
22       -41.885      0.22                 
23        54.746      6.84      1.5891      61.1 
24       -73.486      0.22                 
25        36.462      8.40      1.5891      61.1 
26       -73.486      3.24      1.7618      26.5 
27        21.803      5.71                 
28        33.850      5.76      1.7859      44.2 
29        ∞                        
(条件式対応値）
NA    0.35  
Fob   9.9    
Ftl   30 
CRA   20.4°
Q     1
P     1
β=(Ftl×Q×P)/Fob  3.0 
IH    11
φP   6.9 
log(2×IH/β)    0.86 
-1.06×NA+0.86   0.49
【００４０】
数値実施例３
単位：ｍｍ
対物レンズ                        
面番号    r           d         nd          νd
物体      ∞          0.17      1.5163      64.1 
0         ∞          1.47  
1         -7.296      2.23      1.5268      51.4 
2         14.633      8.02      1.4339      95.6 
3         -7.961      1.00  
4         65.889      2.59      1.4856      85.2 
5        -16.706      1.80  
6        -74.525      0.89      1.6204      38.4 
7         19.611      3.39      1.4856      85.2 
8        -25.809     26.21  
9       -461.611      1.07      1.5891      61.1 
10        15.094      2.23      1.6204      38.4 
11        21.286      5.26      1.4339      95.6 
12       -26.908                         
結像レンズ                        
面番号    r           d         nd          νd
21       -25.344      3.75      1.5163      64.1 
22       146.068      8.75      1.6779      55.3 
23       -32.678      2.50  
24        91.455      8.75      1.4970      81.5 
25       -31.076      3.75      1.6730      38.1 
26      -112.813                        
(条件式対応値）
NA     0.3
Fob    18
Ftl    90
CRA    7.3°
Q      1 
P      1
β=(Ftl×Q×P)/Fob     5
IH       11
φP      10.8
log(2×IH/β）   0.64
-1.06×NA+0.86   0.54
【００４１】
数値実施例４
単位：ｍｍ
対物レンズ                        
面番号    r           d         nd          νd
物体      ∞          0.17      1.5163      64.1 
0         ∞          0.48 
1         -3.377      4.12      1.4587      67.7 
2         -3.334      0.14 
3        -12.952      2.45      1.5691      71.3 
4         -6.973      0.18 
5        -89.413      0.99      1.5750      41.4 
6         15.155      5.85      1.4339      95.3 
7         -9.522      0.18 
8        125.839      0.90      1.5520      49.7 
9         16.241      4.88      1.4856      85.2 
10       -17.209      1.90 
11        39.450      1.17      1.5520      49.7 
12         7.407      6.84      1.4339      95.3 
13       -12.884      1.02      1.5268      51.4 
14       -64.453     17.55 
15        76.843      2.52      1.6034      38.0 
16        -9.751      1.53      1.4856      85.2 
17        11.623 
結像レンズ                        
面番号    r           d         nd          νd
21       -21.420      3.17      1.5163      64.1 
22       123.450      7.40      1.6779      55.3 
23       -27.618      2.11 
24        77.294      7.40      1.4970      81.5 
25       -26.264      3.17      1.6730      38.1 
26       -95.345  
(条件式対応値）
NA    0.75
Fob   4.5
Ftl   76    
CRA   8.7°  
Q     1  
P     1  
β=(Ftl×Q×P)/Fob  17
IH    11 
φP   6.8
log(2×IH/β)    0.11
-1.06×NA+0.86   0.06
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる顕微鏡対物レンズは、大きなＮＡで広い範囲を撮影するコンパクトな顕微鏡システムに有用である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｌ１〜Ｌ１１、Ｌ２１〜Ｌ２６  各レンズ
ＣＧ  カバーガラス
【図１】
2013222078.tif 000003
【図２】
2013222078.tif 000004
【図３】
2013222078.tif 000005
【図４】
2013222078.tif 000006
【図５】
2013222078.tif 000007
【図６】
2013222078.tif 000008
【図７】
2013222078.tif 000009
【図８】
2013222078.tif 000010