(57)【要約】【課題】２次の色収差の少ない良好な画像を得ることができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】物体からの光を集光する対物レンズ１０と、この対物レンズ１０からの光を結像して物体の像を形成する結像レンズ群２０とを有する顕微鏡装置１において、この結像レンズ群２０が含む少なくとも一部のレンズ群（例えば、結像レンズ２１）を、物体側から順に、正レンズと負レンズからなる前群ＦＧと、正レンズと負レンズとからなる後群ＲＧとから構成し、この結像レンズ２１が、後群ＲＧの正レンズと負レンズとの基準波長に対する屈折率の差をΔｎとし、結像レンズ２１の焦点距離をｆとし、後群ＲＧの焦点距離をｆ′としたとき、次式｜Δｎ｜  ＜  ０．１｜ｆ′／ｆ｜  ≧  ２．９の条件を満足するように構成する。【選択図】図２
2009222971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズからの光を結像して前記物体の像を形成する結像レンズ群とを有し、
前記結像レンズ群が含む少なくとも一部のレンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズからなる前群と、正レンズと負レンズとからなる後群とを有し、
前記後群の前記正レンズと前記負レンズとの基準波長に対する屈折率の差をΔｎとし、前記一部のレンズ群の焦点距離をｆとし、前記後群の焦点距離をｆ′としたとき、次式
｜Δｎ｜  ＜  ０．１
｜ｆ′／ｆ｜  ≧  ２．９
の条件を満足する顕微鏡装置。
【請求項２】
前記後群の前記正レンズと前記負レンズとのアッベ数の差をΔνとしたとき、次式
｜Δν｜  ＜  １０
の条件を満足する請求項１に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では顕微鏡装置で物体を観察する際には目視観察のみならず、ＣＣＤ等の撮像素子により撮像して観察する方法も良く用いられている。ＣＣＤにより撮像して観察する方法では撮影後の画像をデジタル的に撮像素子の画素数が許す範囲で限りなく拡大して観察することも可能である。その為にＣＣＤ撮影での観察は目視観察よりも収差をよく取り除く必要があり、その中でも特に倍率色収差の補正は重要である。色によるズレがあると、拡大したときに一目瞭然になるからである。それに加え、ＣＣＤは人間の目では感知しにくい短波長領域にも感度を持つ為に、短波長領域でも色消しを行わなければならない。そのため、諸収差が補正された結像レンズが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで倍率色収差をどの程度まで補正すべきかについて考えると、撮像素子個々では画素ピッチの大きさで考えるとよい。顕微鏡装置のＣＣＤ撮像素子は２／３インチＣＣＤが使われる場合が多い。２／３インチＣＣＤで５Ｍの画素数を持つ場合１画素の大きさはおよそ３．４μｍになる。倍率色収差によってスポットの中心位置のズレ量が１画素（ピクセル）の大きさを超えると倍率の色収差を感知できる。よってこの場合を考えるとＣＣＤ撮像素子の大きさ、すなわち対角１１ｍｍの大きさに相当する像高において最大でも３．４μｍ以下に倍率色収差を抑えなければならない。
【０００４】
例えば特許文献１の実施例１に開示されたレンズデータについて検討すると、この実施例では焦点距離ｆ＝１００と規格化されているが、実際の結像レンズと同様の焦点距離に換算し、イメージサークルが対角１１ｍｍの大きさとなるように比例縮小をすると、このレンズの倍率色収差は、ｄ線基準でＣ線＝＋２．１μｍ、Ｆ線＝−２．０μｍ、ｇ線＝−０．２μｍとなり、Ｃ線とＦ線の差は４μｍにもなり目標値を満たすことができない。
【特許文献１】特許第２５２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような顕微鏡装置のうち、特に倒立顕微鏡装置の場合には正立顕微鏡装置と比べ長い距離をリレーしてつなぐために倍率色収差の補正がより困難になるという課題があった。すなわち、対物レンズの像を結像レンズで結像して２群のレンズ群からなるリレーレンズでリレーするか、若しくは対物レンズの像を２群のレンズ群からなるリレーレンズでリレーした後、結像レンズで結像するように構成されるが、このような構成によると、これらの結像レンズ及びリレーレンズは正レンズ（若しくは正レンズ群）となるため、２次の色収差の補正が困難となる。例えば、普通ダブレットとして設計する際に、Ｃ線とｇ線で色消しを行った場合には、Ｆ線はＣ線とｇ線とに対しマイナス方向に向かう。正レンズには基本的にこのような性質がある。このような性質のレンズを３群つなげてリレーするのであるから、普通に設計すると３群分の２次の色収差が発生し、Ｆ線はダブレット一枚で構成された場合と比べ３倍分マイナス方向に向かうこととなる。また、レンズ設計では、それぞれのレンズ群で色収差(２次の色収差も含む)を補正するのが基本ではあるが、全長の制限や、瞳の位置関係、既存のレンズ構成を採用できるかどうか(コストダウン)、などの検討項目があった場合に、２次の色収差まで補正することは難しいという課題もあった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、２次の色収差も十分に補正された良好な画像を得ることができる顕微鏡装置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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡装置は、物体からの光を集光する対物レンズと、この対物レンズからの光を結像して物体の像を形成する結像レンズ群とを有し、この結像レンズ群が含む少なくとも一部のレンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズからなる前群と、正レンズと負レンズとからなる後群とを有して構成される。そして、後群の正レンズと負レンズとの基準波長（ｄ線）に対する屈折率の差をΔｎとし、当該一部のレンズ群の焦点距離をｆとし、その後群の焦点距離をｆ′としたとき、次式
｜Δｎ｜  ＜  ０．１
｜ｆ′／ｆ｜  ≧  ２．９
の条件を満足する。
【０００８】
また、このような顕微鏡装置は、後群の正レンズと負レンズとのアッベ数の差をΔνとしたとき、次式
｜Δν｜  ＜  １０
の条件を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、２次の色収差の少ない良好な画像を得ることの出来る顕微鏡装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施の形態における顕微鏡装置の構成について説明する。この顕微鏡装置１は、物体側から順に、無限遠系の対物レンズ１０、及び、結像レンズ群２０を有し、この結像レンズ群２０は、さらに、物体側から順に、結像レンズ２１、第１リレーレンズ２２、及び、第２リレーレンズ２３を有しており、物体面Ｏからの光を対物レンズ１０で平行光束に変換し、この平行光束を結像レンズ２１で物体面Ｏの１次像として１次像面Ｉ１に結像し、さらに、この１次像を第１及び第２リレーレンズ２２，２３でリレーして２次像面Ｉ２に結像するように構成されている。なお、これらのレンズはそれぞれ、実際には複数枚のレンズから構成されているが、ここでは表記されていない。また、結像レンズ群２０は、結像レンズ２１だけで構成しても良いし、結像レンズ２１と第１及び第２リレーレンズ２２，２３の配置はこの図１に示す構成に限定されることはなく、対物レンズ１０の像側に第１及び第２リレーレンズ２２，２３、及び、結像レンズ２１の順で配置し、対物レンズ１０の無限遠の像を第１及び第２リレーレンズ２２，２３でリレーした後、結像レンズ２１で物体面Ｏの像を結像するように構成しても良い。
【００１１】
この顕微鏡装置１において、２次の色収差を補正するために、対物レンズ１０よりも像側に配置された結像レンズ群２０（結像レンズ２１、第１リレーレンズ２２、及び、第２リレーレンズ２３）の少なくともずれかを２群４枚構成としている。図２に、図１における結像レンズ２１を２群４枚構成とした場合を示す。この結像レンズ２１は、物体側より順に前群ＦＧと後群ＲＧとから構成されており、前群ＦＧは、物体側より順に、正レンズ（図２の場合には、両凸レンズＬ１１）と負レンズ（図２の場合には、負メニスカスレンズＬ２１）とを接合した接合レンズで構成され、後群ＲＧは、物体側より順に、正レンズ（図２の場合には、正メニスカスレンズＬ２１）と負レンズ（図２の場合には、負メニスカスレンズＬ２２）とを接合した接合レンズで構成されている。
【００１２】
２次の色収差も含めた色収差を補正するためには、２群の構成が効果的である。２群の構成であれば、絞り位置を当該レンズ群の物体側とすれば、適切な硝材を選択して前群ＦＧで軸上色収差を補正し、後群ＲＧで倍率色収差を補正することができるからである。逆に、１群のみの構成では、適切な硝材を選択して正レンズと負レンズとを組み合わせることにより２次の色収差が少ない設計は可能であるが、上述のようなＣＣＤ観察の条件を満足する程度に２次の倍率の色収差を補正することは困難である。また、２群構成とすることにより、対物レンズ１０の位置が光軸方向に移動したとしても収差の変化の少ない光学系とすることができる。
【００１３】
このように、この実施の形態における結像レンズ２１では、前群ＦＧで軸上色収差や球面収差及び像面湾曲を補正し、後群ＲＧで倍率色収差を補正し、そして前群ＦＧ・後群ＲＧとも適切な硝材を選択することにより２次の色収差を補正するように構成されている。前群ＦＧの１枚目に配置された正レンズには異常分散性を持ったリン酸クラウン系のアッベ数の大きいレンズを配置し、２枚目に配置された負レンズにはアンチモンフリント系の異常分散ガラス（例えば、基準波長（ｄ線）に対する屈折率ｎｄ＝１．６１で、アッベ数νｄ＝４４）を用いることが好ましい。
【００１４】
また、後群ＲＧで倍率色収差を補正するために、この後群ＲＧを構成する２枚のレンズの基準波長（ｄ線）に対する屈折率の差がほぼ０、または０．１未満とすることが望ましい。すなわち、後群ＲＧを構成する２枚のレンズの基準波長（ｄ線）に対する屈折率の差Δｎは、次の条件式（１）を満足することが望ましい。
【００１５】
｜Δｎ｜  ＜  ０．１                              （１）
【００１６】
後群ＲＧを、この条件式（１）を満足する屈折率差の２枚のレンズで構成することにより、前群ＦＧで補正した基準波長の収差を崩さず、この後群ＲＧで倍率色収差のみを補正することができる。色収差の観点から見ると後群ＲＧで、２次の色収差を含めた倍率色収差を補正するためには、接合面（図２の場合は、第５面）の曲率半径を小さくしたい。しかし、この後群ＲＧを構成する２枚のレンズの屈折率差が大きい場合に、この接合面の曲率半径を小さくすると、球面収差が過剰補正されてしまい好ましくないからである。
【００１７】
また、後群ＲＧのパワーは弱い方が好ましい。この後群ＲＧのパワーが弱い方が、前群ＦＧで補正した色収差以外の収差に影響を与えないからである。すなわち、この結合レンズ２１の全系の焦点距離をｆとし、後群ＲＧの焦点距離をｆ′としたとき、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００１８】
｜ｆ′／ｆ｜  ≧  ２．９                          （２）
【００１９】
また、後群ＲＧにおいて２次の色収差を補正するためには、この後群ＲＧを構成する２枚のレンズのアッベ数がほぼ同一であることが望ましく、これらのレンズのアッベ数の差Δνが、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。この後群ＲＧを構成する２枚のレンズのアッベ数の差が条件式（３）の上限値以上になると、前群で補正した軸上色収差も変動してしまい好ましく無いからである。
【００２０】
｜Δν｜  ＜  １０                                （３）
【００２１】
さらに、後群ＲＧにおいて２次の色収差を補正するためには、通常のガラスと異常分散ガラスとを組み合わせた接合レンズとすることが効果的である。そのため、以上より、この後群ＲＧを構成する２枚のレンズには、屈折率とアッベ数とがほぼ同じ値である通常のガラスと異常分散ガラスとを組み合わせて構成することが効果的である。
【００２２】
なお、以上の説明においては、顕微鏡装置１を構成する結像レンズ群２０のうち、結像レンズ２１を２群４枚構成にした場合について説明したが、第１及び第２リレーレンズ２２，２３の少なくともいずれかを２群４枚構成としても良い。
【実施例】
【００２３】
それでは、上述のように結像レンズ２１を２群４枚構成とした場合について、２つの実施例を以下に示す。
【００２４】
（第１実施例）
上述の説明で用いた図２は、第１実施例に係る顕微鏡装置１のうち、対物レンズ１０及び結像レンズ２１の構成を示している（以降の実施例においても同様である）。この結像レンズ２１は、物体側から順に、前群ＦＧと後群ＲＧとから構成され、前群ＦＧは、物体側から順に、両凸レンズＬ１１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２とを接合した接合レンズで構成され、後群ＲＧは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２とを接合した接合レンズで構成されている。
【００２５】
次の表１に、図２に示した第１実施例に係る結像レンズ２１の諸元を示す。この表１のレンズデータにおいて、第１欄ｍは、物体側から順に光学面に付された番号（面番号）を、第２欄ｒは、各光学面における曲率半径を、第３欄ｄは、各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｄは、基準波長（ｄ線）に対する屈折率を、そして、第５欄νｄは、アッベ数をそれぞれ示している。なお、空気の屈折率1.00000は省略してある。また、表１のｆはこの結像レンズ２１全系の焦点距離を、ｆ′は後群ＲＧの焦点距離を示している。さらに、表１の条件対応値には、上述の条件式（１）〜（３）に対応する値も合わせて示している。ここで、以下の全ての諸元値において掲載される曲率半径、面間隔、焦点距離、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これらに限られるものではない。また、これらの符号の説明及び諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
【００２６】
（表１）
［レンズデータ］
ｍ       ｒ        ｄ        ｎｄ      νｄ
1     101.033     6.0     1.497820    82.56
2     -59.991     2.0     1.612660    44.46
3    -164.007     3.5
4      88.026     5.0     1.749500    35.27
5     365.266     2.0     1.654115    39.68
6      62.749   169.6
［焦点距離データ］
ｆ＝190.0
ｆ′＝-553.5
（条件対応値）
（１）｜Δｎ｜＝0.095
（２）｜ｆ′／ｆ｜＝2.91
（３）｜Δν｜＝4.4
【００２７】
このように第１実施例では上記条件式（１）及び（２）は満たされていることが分かる。図３に、この第１実施例におけるｄ線（λ＝５８７．５６２ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３５．８３４ｎｍ）、Ｆ線（λ＝４８６．１３３ｎｍ）及びＣ線（λ＝６５６．２７３ｎｍ）の波長に対する球面収差、非点収差、及び、倍率色収差の諸収差図を示す。なお、球面収差図及び倍率色収差図において、実線はｄ線を示し、破線はＣ線を示し、一点鎖線はＦ線を示し、二点鎖線はｇ線を示している。また、球面収差図では、縦軸はＦナンバー（ＦＮｏ）の値を示し、非点収差図及び倍率色収差図では、縦軸は像高（Ｙ）の値を示し、いずれの収差図においても横軸は収差量を示している。また、非点収差図において、破線はメリジオナル像面を示し、実線はサジタル像面を示している。これらの収差図の説明は以降の実施例においても同様である。
【００２８】
この図３に示す各収差図から、前述の規格「対角１１ｍｍの大きさに相当する像高において３．４μｍ」を満たしているかどうかをチェックしてみると、表１に示す第１実施例に係る結像レンズ２１では、対角１１ｍｍに相当する像高での倍率色収差は、Ｃ線＝＋０．５μｍ、Ｆ線＝−０．５μｍ、ｇ線＝＋０．００２μｍとなり、Ｃ線とＦ線の差をとっても１μｍのズレしか発生していない。よって規格を満たしており、この第１実施例に係る結像レンズ２１を有する顕微鏡装置１は、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されることが分かる。
【００２９】
（第２実施例）
次に、第２実施例として図４に示す結像レンズ２１について説明する。この図４に示す結像レンズ２１は、物体側から順に、前群ＦＧと後群ＲＧとから構成され、前群ＦＧは、物体側から順に、両凸レンズＬ１１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２とを接合した接合レンズで構成され、後群ＲＧは、物体側から順に、両凸レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２とを接合した接合レンズで構成されている。
【００３０】
前述したように倍率色収差の許容量には閾値がある。仮に第１実施例に示すような結像レンズ２１を設計した場合であってもその他のレンズで２次の倍率色収差が大きく出ていたら、閾値に入らない可能性がある。そのような場合においては、この第２実施例に示すように、後群ＲＧに対して、屈折率もアッベ数もほぼ同じである通常の硝子と、異常分散硝子とを用いるとよい。
【００３１】
次の表２に、図４に示した第２実施例に係る結像レンズ２１の諸元を示す。なお、この第２実施例において、物体側より３番目のレンズ（両凸レンズＬ２１）の硝材は通常のガラスであり、４番目のレンズ（両凹レンズＬ２２）の硝材は異常分散ガラスである。
【００３２】
（表２）
［レンズデータ］
ｍ       ｒ        ｄ        ｎｄ      νｄ
1     180.000     5.0     1.497820    82.56
2     -65.000     2.0     1.654115    39.68
3    -130.000     5.0
4     120.000    12.0     1.749500    35.27
5     -20.000     2.0     1.749505    35.33
6     106.829   165.8
［焦点距離データ］
ｆ＝190.0
ｆ′＝-2382.8
［条件対応値］
（１）｜Δｎ｜＝0
（２）｜ｆ′／ｆ｜＝12.54
（３）｜Δν｜＝0
【００３３】
このように第２実施例では上記条件式（１）〜（３）は全て満たされていることが分かる。図５に、この第２実施例におけるｄ線、ｇ線、Ｆ線及びＣ線の光線に対する球面収差、非点収差、及び、倍率色収差の諸収差図を示す。
【００３４】
この図５に示す各収差図から、この第２実施例に係る結像レンズ２１では、対角１１ｍｍに相当する像高での倍率色収差は、Ｃ線＝−０．１１μｍ、Ｆ線＝−０．６６μｍ、ｇ線＝−２．０２μｍとなり、ｄ線とｇ線の差を求めると２μｍのズレがあるが、前述の規格「対角１１ｍｍの大きさに相当する像高において３．４μｍ」を満たしている。また、２次の色収差が逆方向に出ているので、その他の光学系で２次の色収差が出ていたとしても相殺することができる特長を有する。よって、この第２実施例に係る結像レンズ２１を有する顕微鏡装置１は、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例に係る顕微鏡装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図３】第１実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
【図４】第２実施例に係る顕微鏡装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図５】第２実施例に係る結像レンズの諸収差図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  顕微鏡装置    １０  対物レンズ
２０  結像レンズ群    ２１  結像レンズ    ＦＧ  前群    ＲＧ  後群
【図１】
2009222971.tif 000003
【図２】
2009222971.tif 000004
【図３】
2009222971.tif 000005
【図４】
2009222971.tif 000006
【図５】
2009222971.tif 000007