(57)【要約】【課題】フレア光の発生を低減できる対物レンズを提供すること。【解決手段】対物レンズ１は、前群レンズＧＦと、この前群レンズＧＦの光軸上でかつ前群レンズＧＦを挟んで物体面２とは反対側に配置された後群レンズＧＲと、前群レンズＧＦと後群レンズＧＲとの間に配置され照明光を前群レンズＧＦへ反射するとともに物体面２からの反射光を透過して後群レンズＧＲに入射させるハーフミラー１１とを備える。前群レンズＧＦは、２枚のレンズＬ４，Ｌ５を貼り合わせて構成された接合レンズからなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前群レンズと、
この前群レンズの光軸上でかつ前群レンズを挟んで物体面とは反対側に配置された後群レンズと、
前記前群レンズと後群レンズとの間に配置され照明光を前記前群レンズへ反射するとともに物体面からの反射光を透過して前記後群レンズに入射させるハーフミラーとを備え、
前記前群レンズは、１枚のレンズまたは２枚のレンズを貼り合わせて構成された接合レンズからなることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記後群レンズは、複数のレンズからなることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の対物レンズにおいて、
前記前群レンズおよび前記後群レンズの間を通過する光は、前記光軸に平行な状態であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の対物レンズにおいて、
略円筒形状の筒体であって、前記前群レンズと、前記ハーフミラーと、前記後群レンズとを内部に組み込み保持する保持筒を備え、
前記保持筒には、外壁面の略中央部に内部と貫通する孔部が形成され、
前記物体面を照射する光は、前記孔部を通って前記ハーフミラーに入射されることを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対物レンズを備え、撮像手段によって電子画像が得られるとともに、接眼レンズによって眼視観察ができる顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は、特許文献１に記載の従来の対物レンズ１０１を備えた顕微鏡装置の光学系１１０の概略図である。図１２において１０５は光源、１１１はビームスプリッタ、１０１は対物レンズ、１０４は結像レンズを示す。光源１０５からの照明光は、ビームスプリッタ１１１で４５度方向に反射され、対物レンズ１０１を介して物体面１０２に照射される。また、物体面１０２で反射された光は、ビームスプリッタ１１１を透過して、結像レンズ１０４で集光され、像面１０３で結像する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１７７６１号公報（図９）
【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、前記特許文献１に記載の顕微鏡装置では、図１３に示すように、結像により発生する各種の収差を補正するために、対物レンズ１０１が複数枚のレンズから構成されているので、対物レンズ１０１の各レンズ面によって発生するフレア光の問題があった。フレア（Flare ）光とは、照明の光が対物レンズ表面や内部で反射・散乱を起こし生じるもやがかかったような光のことである。すなわち、光源１０５からビームスプリッタ１１１に入射された照明光１０６は、ビームスプリッタ１１１で反射されて対物レンズ１０１に照射されるため、対物レンズ１０１のレンズ面で反射を起こしフレア光１０７を発生する。
【０００６】
図１３に示すように、対物レンズ１０１が複数枚のレンズＬ１０１〜Ｌ１０５を組み合わせて構成されている場合、フレア光１０７がレンズ枚数分加算されるので、測定上、支障となる程度までフレア光１０７の光量が大きくなる場合がある。フレア光１０７の光量が大きいと、コントラストが低下して見えが悪くなり、収差が良好に補正されていても実用上問題となる場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、フレア光の発生を低減できる対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の対物レンズは、前群レンズと、この前群レンズの光軸上でかつ前群レンズを挟んで物体面とは反対側に配置された後群レンズと、前群レンズと後群レンズとの間に配置され照明光を前群レンズへ反射するとともに物体面からの反射光を透過して後群レンズに入射させるハーフミラーとを備え、前群レンズは、１枚のレンズまたは２枚のレンズを貼り合わせて構成された接合レンズからなることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前群レンズと後群レンズとの間にハーフミラーが配置されているので、ハーフミラーで反射された照明光は、前群レンズを介して物体面に照射されるとともに、物体面で反射された反射光は、ハーフミラーを透過して後群レンズを介して像面側に照射される。フレア光は、対物レンズを介して物体面に照射される照明光が対物レンズのレンズ面で反射することによって発生するので、本発明のようにハーフミラーを前群レンズと後群レンズとの間に配置することによって、フレア光は、前群レンズのレンズ面だけで発生し、後群レンズのレンズ面からは発生しない。さらに、前群レンズが１枚のレンズまたは２枚のレンズを貼り合わせて構成された接合レンズによって構成されているので、従来の対物レンズと比べて、フレア光を発生するレンズ面を少なくすることができ、フレア光量を低減させることができる。
【００１０】
本発明の対物レンズでは、後群レンズは、複数のレンズからなることが好ましい。
本発明によれば、後群レンズを構成するレンズからはフレア光が発生しないので、後群レンズの設計の自由度を比較的高くすることができる。従って、後群レンズを複数のレンズから構成することで諸収差を補正でき、レンズ性能を向上させることができる。
【００１１】
本発明の対物レンズでは、前群レンズおよび後群レンズの間を通過する光は、光軸に平行な状態であることが好ましい。
本発明によれば、前群レンズと後群レンズとの間の光が、光軸に平行な状態であるので、前群レンズと後群レンズとの間にハーフミラーを容易に配置させることができるなど、前群レンズと後群レンズとの間における光学系の配置に自由度を持たせることができる。
【００１２】
本発明の対物レンズは、略円筒形状の筒体であって、前群レンズと、ハーフミラーと、後群レンズとを内部に組み込み保持する保持筒を備え、保持筒には、外壁面の略中央部に内部と貫通する孔部が形成され、物体面を照射する光は、孔部を通ってハーフミラーに入射されることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、前群レンズと、ハーフミラーと、後群レンズとが保持筒の内部に組み込み保持されているので、例えば、顕微鏡等の光学機器、投影機および画像処理測定機に対して容易に着脱させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の対物レンズ１を含んだ光学系１０を示す概念図である。
光学系１０では、物体面２および像面３の間に、物体面２に近い順に対物レンズ１と、結像レンズ４とが同一光軸上に配置されている。
対物レンズ１は、物体面２側の前群レンズＧＦと、像面３側の後群レンズＧＲと、前群レンズＧＦおよび後群レンズＧＲの間に配置されたハーフミラー１１を有して構成されている。そして、この対物レンズ１を含んだ光学系１０は、照明光を対物レンズ１のハーフミラー１１に入射する照明装置５を備えている。
【００１５】
照明装置５からの照明光は、物体面２に平行な向きでハーフミラー１１に入射されると、ハーフミラー１１で反射されて物体面２に対して直角方向に照射される。また、物体面２で反射した光は、対物レンズによって平行光とされ、結像レンズ４に入射される。結像レンズ４を通過した光は、像面３で結像される。このように本実施形態の光学系１０では、落射照明が構成されている。
【００１６】
図２は、本実施形態の対物レンズ１を搭載した光学機器としての顕微鏡を示す図である。顕微鏡は、図１で示す光学系１０を備えている。具体的には、図２に示すように、対物レンズ１と、結像レンズ４と、照明装置５と、接眼レンズ用ハーフミラー６と、接眼レンズ７とを有している。また、顕微鏡は、照明装置５からの照明光束の光路上に構成された照明光学系５０を備えている。そして、この顕微鏡では、物体面２で反射されて対物レンズ１に入射された光が、結像レンズ４を介して像面３で結像され、像面３を形成するＣＣＤカメラ等の撮像素子によって撮像される。これによって、物体面２の像を電子画像として取得することができる。また、接眼レンズ用ハーフミラー６で反射され、接眼レンズ７の方向に進んだ光は、中間像位置７１を介して接眼レンズ７に導かれ、視野位置にて結像される。これによって、接眼レンズ７から物体面２の像を所定倍率で眼視観察することができる。
【００１７】
照明装置５は、照明光を発生する図示しない光源と、光ファイバ５１とを備えている。
光ファイバ５１は、光源からの照明光を射出側端部５２から照明光学系５０に向かって射出する。
照明光学系５０は、射出側端部５２側から順に配置された集光レンズ５３と、照明光の光量を調整する開口絞り５４と、物体面の視野を調整する視野絞り５５と、リレーレンズ５６とから構成され、光ファイバ５１からの照明光を対物レンズ１のハーフミラー１１に入射する。
【００１８】
対物レンズ１の前群レンズＧＦは、ハーフミラー１１で反射された照明光を平行光にして物体面２に照射させるようになっている。このように、照明光学系５０によって、ケーラー照明が構成されている。すなわち、ハーフミラー１１に入射された照明光は、前群レンズＧＦのハーフミラー１１側の焦点位置５７において結像され、これによって物体面２に直接結像されることなく物体面２の視野範囲の全体に一様に照射される。
【００１９】
対物レンズ１は、略円筒形状の筒体である保持筒１２を備えている。この保持筒１２の内部に前述の１対の前群レンズＧＦおよび後群レンズＧＲが組み込まれ保持されている。
保持筒１２には、外壁面の略中央部に内部と貫通する孔部１３が形成されているとともに、この孔部１３を通って照明光が照射されるハーフミラー１１が組み込み保持されている。ハーフミラー１１は、前述したように、前群レンズＧＦおよび後群レンズＧＲの間に配置されている。
【００２０】
前群レンズＧＦは、物体面２側より近い順にレンズＬ５およびレンズＬ４を貼り合わせた接合レンズからなる。
ハーフミラー１１は、照明装置５から入射された照明光を前群レンズＧＦに向かって反射させる。また、ハーフミラー１１は、物体面２で反射して前群レンズＧＦによって平行光とされた光をそのまま透過して後群レンズＧＲに導く。
後群レンズＧＲは、物体面２側より近い順に互いに分離されたレンズＬ３と、レンズＬ２と、レンズＬ１とからなり、２枚の凸レンズの間に１枚の凹レンズを空気間隔をおいて配置したトリプレット（Triplet ）により構成される。このような後群レンズＧＲにより、像面３で結像される光の諸収差が補正される。
【００２１】
後群レンズＧＲによって補正された光は、平行光の状態のまま、結像レンズ４に導かれる。すなわち、本実施形態の顕微鏡は、対物レンズ１および結像レンズ４を使って物体面２の像を作る無限遠補正光学系として設計されたものである。
【００２２】
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）従来の対物レンズ１０１と比較すると、図１２に示すように、従来の対物レンズ１０１では、フレア光を発生するレンズの面が６面であるのに対して、本実施形態の対物レンズ１によると、フレア光を発生するレンズがレンズＬ４，Ｌ５の２面となり、フレア光量を１／３に低減することができる。
【００２３】
（２）後群レンズＧＲを構成するレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３がフレア光の発生に影響しないため、設計の自由度を比較的高くすることができる。すなわち、後群レンズＧＲをレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３から構成されるトリプレットとすることによって、諸収差を補正でき、レンズ性能を向上させることができる。
【００２４】
（３）前群レンズＧＦと後群レンズＧＲとの間の光が平行光とされることによって、ハーフミラー１１を挿入できるなど光学系配置に自由度を持たせることができる。
【００２５】
（４）フレア光を低減させるために、従来、レンズ面に多層反射防止膜を形成する場合があったが、低反射率のワークを観察する場合、多層反射防止膜によっても防止できずに残存するフレア光が実用上問題となる場合があった。これに対して、本発明によれば、多層反射防止膜を用いずに、フレア光を低減させることができるので、低反射率のワークであっても観察することができる。
【００２６】
（５）フレア光を低減させるために、従来、例えば、レンズ面の曲率半径を変更する場合があったが、フレア光を低減するためには収差が劣化する方向に曲率半径を変更する必要がある場合が多く、光学設計上の制限が生じていた。また、製造上、困難なレンズ形状となり易いといった問題点もあった。これに対して、本発明によれば、レンズの形状を変更しなくてもフレア光を低減させることができるので、光学設計上の制限を受けずに、容易に製造することができる。
【００２７】
（６）フレア光を低減させるために、従来、λ／４波長板を装着する場合があったが、λ／４波長板と同時に使用する偏光光学素子による光量の損失があり、製造費の増加にも繋がるという問題があった。これに対して、本発明によれば、λ／４波長板を装着しなくてもフレア光を低減させることができるので、光量の損失および製造費の増加を回避することができる。
【００２８】
（７）前群レンズＧＦのレンズ構成を変更せずに、後群レンズＧＲを構成するレンズ枚数だけを増加させた場合に、前群レンズＧＦのレンズ構成が同じなので、発生するフレア光の低減効果を維持することができ、かつ、後群レンズＧＲを構成するレンズ枚数が増加することによって、後群レンズＧＲによる諸収差の補正がさらに良好となり、レンズ性能を大幅に向上させることができる。
【００２９】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
［第１実施例］
図３は、本実施例の対物レンズ１の構成を具体的に示す図である。
この対物レンズ１において、焦点距離ｆ：１００ｍｍ、Ｎ．Ａ．（Numerical Aperture：開口数）：０．１５、視野：φ１ｍｍの条件（仕様１）で、各レンズの光学定数などを表１に示すように設定した。
ここで、ｒ１〜ｒ９は各レンズ各面の曲率半径、ｄ１〜ｄ９はレンズの厚み、Ｎｄ１〜Ｎｄ５は波長ｄ線（５８７．５６ｎｍ）における硝材の屈折率、νｄ１〜νｄ５は硝材のアッベ数である。なお、前記条件中の焦点距離ｆはｄ線における値とする。
【００３０】
【表１】
2009042519.tif 000003
【００３１】
本実施例における光路を図３に示す。また、本実施例における球面収差（Longitudinal Spherical Aber.）、非点収差（Astigmatic Field Curves ）および歪曲収差（distortion）を図４に示す。なお、図４中において、ｄ，Ｆ，Ｃは波長ｄ線、Ｆ線、Ｃ線を示す。図４に示すように、本実施例の対物レンズ１によれば、諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３２】
［第２実施例］
図５は、本実施例の対物レンズ１の構成を具体的に示す図、また、図６は、本実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
図５に示すように、第２実施例では、第１実施例の対物レンズ１の各レンズの構成を用いて、前述の条件（仕様１）を、焦点距離ｆ：１００ｍｍ、Ｎ．Ａ．：０．０１、視野：φ１６ｍｍの条件（仕様２）とした。仕様２では、Ｎ．Ａ．が仕様１よりも小さく設定されているので、解像度は低くなるが、焦点深度の深い像を得ることができる。図６に示すように、当該条件（仕様２）においても、諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３３】
［第３実施例］
図７は、本実施例の対物レンズ１Ａの構成を具体的に示す図、また、図８は、本実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
対物レンズ１Ａは、前述の第１実施例の対物レンズ１に対して後群レンズＧＲの構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、対物レンズ１Ａは、前群レンズＧＦと、ハーフミラー１１と、後群レンズＧＲとが配置された構成である。
【００３４】
前群レンズＧＦは、物体面２側より近い順にレンズＬ１８およびレンズＬ１７を貼り合わせた接合レンズからなる。
後群レンズＧＲは、物体面２側より近い順にレンズＬ１６と、レンズＬ１５およびレンズＬ１４を貼り合わせた接合レンズと、レンズＬ１３およびレンズＬ１２を貼り合わせた接合レンズと、レンズＬ１１とからなり、第１実施例の対物レンズよりも３枚多いレンズにより構成される。このような後群レンズＧＲにより諸収差が補正される。
【００３５】
このような構成において、焦点距離ｆ：１００ｍｍ、Ｎ．Ａ．：０．１５、視野：φ１ｍｍの条件（仕様３）で、各レンズの光学定数などを表２に示すように設定した。
ここで、ｒ１〜ｒ１３は各レンズ各面の曲率半径、ｄ１〜ｄ１３はレンズの厚み、Ｎｄ１〜Ｎｄ８は波長ｄ線における硝材の屈折率、νｄ１〜νｄ８は硝材のアッベ数である。なお、前記条件中の焦点距離ｆはｄ線における値とする。
【００３６】
【表２】
2009042519.tif 000004
【００３７】
本実施例における光路を図７に示す。また、図８に示すように、本実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差の結果から、本実施例では、第１実施例と比べて諸収差が更に良好に補正されていることがわかる。
すなわち、第１実施例の対物レンズ１と比べて、本実施例の対物レンズ１Ａでは、前群レンズＧＦのレンズ構成が同じなので、発生するフレア光の低減効果を維持することができ、かつ、後群レンズＧＲを構成するレンズ枚数が２枚多くなっているので、後群レンズＧＲによる諸収差の補正が良好となり、レンズ性能を大幅に向上させることができる。
【００３８】
［第４実施例］
図９は、本実施例の対物レンズ１Ａの構成を具体的に示す図、また、図１０は、本実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
図５に示すように、第４実施例では、第３実施例の対物レンズ１Ａの各レンズの構成を用いて、前述の条件（仕様３）を、焦点距離ｆ：１００ｍｍ、Ｎ．Ａ．：０．０１、視野：φ１６ｍｍの条件（仕様４）とした。仕様４では、Ｎ．Ａ．が仕様１よりも小さく設定されているので、解像度は低くなるが、焦点深度の深い像を得ることができる。図１０に示すように、当該条件（仕様４）においても、第１実施例と比べて諸収差が更に良好に補正されていることがわかる。
【００３９】
なお、以上のような本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、前群レンズＧＦが２枚のレンズを貼り合せた接合レンズで構成された場合を例にして説明したが、本発明では、図１１に示すように、対物レンズ１Ｂの前群レンズＧＦが１枚の非球面レンズＬ２４で構成されていてもよい。なお、後群レンズＧＲは、前記実施形態と同様に３枚のレンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３によって構成されている。このような対物レンズ１Ｂによれば、フレア光を発生するレンズが非球面レンズＬ２４の１枚だけなので、フレア光の光量を更に低減させることができる。
【００４０】
前記実施形態では、結像レンズ４と組み合わせるための対物レンズについて説明したが、対物レンズが結像レンズと組み合わされずに、対物レンズが像面に光を結像させる機能を有していてもよい。
【００４１】
前記実施形態では、結像レンズ４は、ズーム機能を備えたズーム結像レンズであってもよい。ズーム結像レンズと組み合わせるための対物レンズでは、テレ端（最も高倍率となるズーム結像レンズの位置、つまり最大Ｎ．Ａ．の位置）、およびワイド端（最も低倍率となるズーム結像レンズの位置）における収差を最適にするため、レンズの構成枚数を多くすることがあり、フレア光がより問題となる場合がある。従って、本発明の対物レンズをズーム結像レンズと組み合わせることによって、フレア光をより効果的に低減させることができる。
【００４２】
前記実施形態では、前群レンズＧＦと後群レンズＧＲとの間の光が平行光となる場合を説明したが、平行光に限らず、集光であってもよく、発散光であってもよい。例えば、前群レンズＧＦと後群レンズＧＲとの間の光が完全に平行光でなく、少しだけ集光され、または、少しだけ発散されるように、照明光を調整して入射させる場合も本発明に含まれる。このように、前群レンズＧＦと後群レンズＧＲとの間の光を完全な平行光としないことによって、装置の省スペース化を図ることができる。
【００４３】
前記実施形態では、ケーラー照明を構成する照明光学系５０を備えた場合を説明したが、照明光学系５０としては、ケーラー照明以外の照明を構成するものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、顕微鏡等の光学機器、投影機、および、画像処理測定機に装着される対物レンズに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る対物レンズを含んだ光学系を示す概念図。
【図２】前記実施形態の対物レンズを搭載した顕微鏡を示す図。
【図３】本発明の第１実施例の対物レンズの構成および光路を示す図。
【図４】前記実施例の対物レンズの諸収差を示す図。
【図５】本発明の第２実施例の対物レンズの構成および光路を示す図。
【図６】前記実施例の対物レンズの諸収差を示す図。
【図７】本発明の第３実施例の対物レンズの構成および光路を示す図。
【図８】前記実施例の対物レンズの諸収差を示す図。
【図９】本発明の第４実施例の対物レンズの構成および光路を示す図。
【図１０】前記実施例の対物レンズの諸収差を示す図。
【図１１】本発明の変形例に係る対物レンズの構成および光路を示す図。
【図１２】従来の対物レンズを含んだ光学系を示す概念図。
【図１３】従来の対物レンズにおける問題を説明する図。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ，１Ｂ…対物レンズ
２…物体面
１１…ハーフミラー
１２…保持筒
１３…孔部
ＧＦ…前群レンズ
ＧＲ…後群レンズ。
【図１】
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【図２】
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【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】
2009042519.tif 000012
【図９】
2009042519.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2009042519.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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