JPH0567004B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の技術分野） 本発明は、倍率が100倍程度、開口数（Ｎ，Ａ）
が、1.4程度で色収差と像面湾曲の良く補正され
た、液浸系プランアポクロマート高倍率対物レン
ズに関する。 （発明の背景） 一般に、液浸系プランアポクロマート対物レン
ズは、高倍率になるほど収差補正が困難になつて
いる。まず、像面弯曲の程度、即ち平坦性の大ま
かな目安として、ペツツヴアール和があり、平坦
性を良くするには、この値が小さくなければなら
ないことは、良く知られている。また、単レンズ
で考えた場合、そのペツツヴアール和はその焦点
距離の逆数に等しいと考えて良い。焦点距離は、
対物レンズの倍率が大きくなるに従つて、小さく
なるので当然、ペツツヴアール和は大きくなり高
倍になるにつれて、像面弯曲が通常は悪くなる。 そして、色収差とペツツヴアール和について
も、その補正においては、相反することが経験的
に知られている。即ち、色収差を良くしようとす
ると、ペツツヴアール和が悪くなり、ペツツヴア
ール和を小さくしようとすると色収差が悪くなり
両者を共に良く補正することは非常に難しい。こ
れに加えて、倍率が大きくなるにつれて、通常
は、開口数も当然大きくなるわけであるから、色
による球面色収差の曲がりや乱れも大きくなる。
このように色収差だけをみても、軸上の２次スペ
クトル以外にも色による球面収差の曲がりのほか
に、倍率色収差、色によるコマ収差が増大し、高
倍率になる程補正が困難になる。 従来のこの種の高倍率液浸系対物レンズとし
て、例えば、特開昭59−155822号公報のものが知
られている。この例は先玉に埋込みレンズからな
る接合レンズを用いた倍率60倍の対物レンズであ
り、接合面の曲率半径と屈折率差とによつて、ペ
ツツヴアール和を小さくして像面弯曲を補正して
いる。この方法は設計上かなり有用であり、最近
用いられる例も多い。ただ実際には、加工上難し
い点がある。特に、埋込まれる側の凹面はかなり
強い曲面となり、また硝種は屈折率が1.8を越え
るため、硬いものが多く凹面加工が非常に難し
く、時間もかかつてコストが高くなりがちであ
る。また、像側の凸面に関しても半球オーバーギ
リギリまで使うことが多い為、有効範囲まで、精
度よく研磨することが難しい。このため、倍率が
100倍にもなると焦点距離が一層小さくなる為、
更に、凹面凸面の曲率も強くなり、加工が一段と
困難になる傾向にあつた。 （発明の目的） 本発明の目的は、これらの加工の非常に難しい
特殊な形状を必要とせず、従来の加工技術によつ
て、平坦性にすぐれ、色収差が良く補正された、
油浸系高倍プランアポクロマート対物レンズを提
供することにある。 （発明の概要） 本発明による液浸系高倍率対物レンズは、第１
図及び第３図に示した実施例の構成の如く、物体
側から順に単一の正レンズ成分と物体側に凹面を
向けた単一の正レンズを有し合成で正屈折力を有
する第１レンズ群G₁、接合正レンズを有する第
２レンズ群G₂及び負屈折力の第３レンズ群G₃か
ら構成され、第３レンズ群G₃は像側に凹面を向
けた負メニスカス接合レンズ成分の前群と、物体
側に凹面を向けた接合メニスカスレンズ成分の後
群とから構成される。 そして、全系の合成焦点距離をＦ、第２レンズ
群G₂の焦点距離をf₂、第３レンズ群G₃の焦点距
離をf₃とし、前記第３レンズ群G₃中の後群として
の接合メニスカスレンズ成分を形成する負レンズ
と正レンズの屈折率をそれぞれN_o、N_pとすると
き、 (1) ８＜f₂／Ｆ＜40 (2) ２＜−f₃／Ｆ＜４ (3) ｜N_p−N_o｜＜0.06 の各条件を満足するものである。 このような本発明の構成により、第１レンズ群
G₁では、球面収差、色収差とも補正不足に構成
され、第２レンズ群G₂は色収差と球面収差を補
正し第１レンズ群G₁と第２レンズ群G₂とで、球
面収差と色収差とがほぼ補正されている。そし
て、第１レンズ群G₁と第２レンズ群G₂とで補正
しきれない収差については、第３レンズ群G₃に
よつて補正している。即ち、第３レンズ群G₃は、
主に倍率色収差と像面湾曲を補正している。第３
レンズ群G₃の前群で球面収差と軸上色収差を補
正オーバーにして、後群でそれらを戻してバラン
スさせ、全系としての倍率色収差を補正してい
る。また、第３レンズ群G₃中の前群と後群との
互いに向い合わせの凹面によつて、ペツツヴアー
ル和を小さくして像面の平坦性を良くしている。 以下に上記条件式について説明する。 (1)式の条件は、第２レンズ群G₂の収斂正屈折
力の適切な範囲を規定するものである。この条件
の下限を越え場合には、第１レンズ群G₁からの
光束が第２レンズ群G₂を通過した後、収斂され
すぎるため、第３レンズ群G₃へ入射する際の入
射高が小さくなり、全長が短かくなつてしまう。
また、上限を越える場合には、第３レンズ群G₃
への入射高が逆に高くなりすぎるため、球面収差
のふくらみが大きくなり全長も長くなつてしま
う。そこで、第３レンズ群G₃の負屈折力を弱く
する為に、第３群中前群の物体側のレンズ面の曲
率を強くすると、球面収差、コマ収差が大きく乱
れることとなる。また、第１群の屈折力を強くし
て、第２群の屈折力を補おうとすると、ペツツヴ
アール和が大きくなり、像面弯曲が悪化してしま
う。 (2)式の条件は、第３レンズ群G₃の負屈折力の
適切な範囲を規定するものである。この条件の上
限を越える場合には、第３レンズ群G₃としての
負屈折力が弱くなり、これに伴つて第３レンズ群
G₃中の前群と後群との互いに向い合わせの凹面
の負屈折力弱くなりペツツヴアール和が大きくな
つて、像面弯曲が悪化してしまう。逆に、この条
件の下限に近づいて第３レンズ群G₃の負屈折力
が大きくなると、ペツツヴアール和を小さくして
像面弯曲を補正するには有利となるが、下限の値
を越えると、補正過剰になつてしまう。また、第
１、第２群の正のパワーを強くせねばならず、そ
の分色収差が悪くなつてしまう。更に、軸外の上
側光線と下側光線に対する屈折力が大きく異なつ
てくる為、バランスが崩れて、非対称収差が生じ
てくる。 (3)式の条件は、第３レンズ群G₃中後群として
の接合メニスカスレンズ成分を形成する負レンズ
と正レンズとの屈折率の差に関するものである。
この後群は逆色消しとなつており、第１レンズ群
G₁から第３レンズ群G₃中の前群までの群で色収
差がオーバーになつた分をもとに戻し、倍率色収
差を十分補正している。この条件を外れる場合に
は、屈折率の差が大きすぎて、色による球面収差
の乱れが大きくなつてしまう。また、接合面の曲
率を強くすることにより倍率色収差を大きく補正
しているが、接合面が軸外収差にききすぎて非対
称収差が発生し、特に、短波長で著しくなる。 ここで、２次スペクトルを良くする為に凹レン
ズにクルツフリント系の硝子を使用している。 以上の如き構成において、具体的には、各レン
ズ群を以下の如く構成することが望ましい。 即ち、第１レンズ群G₁は、物体側から順に、
単一の平凸正レンズ成分L₁、物体側に凹面を向
けた正メニスカスレンズ成分L₂及び正レンズ成
分L₃で構成し、第１レンズ群G₁中の全ての成分
を単一レンズとすることができる。また、第２レ
ンズ群G₂は正レンズ・負レンズ・正レンズの３
枚の貼り合わせからなる正レンズ成分L₄、負レ
ンズと正レンズとの貼り合わせからなる貼合せレ
ンズ成分L₅及び正レンズと負レンズとの貼り合
わせからなる貼合せレンズ成分L₆で構成し、第
３レンズ群G₃は、両凸正レンズと両凹負レンズ
との貼り合わせからなる負メニスカスレンズ成分
L₇の前群と、物体側に凹面を向けた負レンズと
像側に凸面を向けた正レンズとの貼り合わせから
なるメニスカスレンズ成分L₈の後群とで構成し、
この前群と後群とが互いに凹面を向き合わせて配
置されるものである。 第１レンズ群G₁中最も像側の正レンズ成分L₃
に、フリント系硝材を使つて、色収差をアンダー
にし、次の第２群物体側の正レンズ成分L₄を、
いわゆるハイパークロマテイツクの構成として、
接合面の曲率を強くすることによつて開口数の大
きい部分の色による球面収差の乱れの補正と、倍
率色収差とのバランスを維持することが好まし
い。また、第３レンズ群G₃の後群においても、
ハイパークロマテイツクの構成とし、第３前群の
逆色消しと合わせて、倍率色収差の補正と色によ
る球面収差の乱れとを補正することが望ましい。 上記の如き本発明においては、更に、第３レン
ズ群G₃中の後群としての貼合せメニスカスレン
ズ成分を構成する正レンズのアツベ数をν_pとする
とき、 ν_p＜205−100・N_p の条件を満足することが望ましい。 この条件は、第３群中後群の正レンズの屈折率
とアツベ数に関するものである。 この範囲をはずれると、硝種としてアツベ数の
大きなクラウン側のものに片寄る。このため、逆
色消しの効果をもたせるには接合レンズの負レン
ズもクラウン側に寄せざるを得ない。即ち、正レ
ンズも負レンズも共に、クラウン側に寄り、共に
アツベ数が大きくなつて、軸上色収差は補正でき
るが倍率色収差の補正量が小さくなり、補正不足
のまま、残存してしまう。 また、第１レンズ群G₁中の最も像側の正レン
ズ成分L₃を単一の正レンズで構成し、その屈折
率及びアツベ数をそれぞれ、n₁、ν₁とするとき、 (5) ν₁＜210−100・n₁ の条件を満たすことも望ましい。この条件の如
く、この正レンズ成分としてフリント系の硝種を
使うことにより、結果的に二次ペクトルを良くす
ると共に、倍率色収差のバランス、色による球面
収差の乱れなどを有利に補正することが可能とな
る。即ち、この条件により第１レンズ群G₁では
軸上、倍率色収差ともに補正不足にしておき、第
２群以降の色消しパワーを強めることが可能にな
つて、２次スペクトルを良くし、倍率色収差のバ
ランスや色による球面収差の乱れを補正すること
が可能になるわけである。 この色消しについては、まず、第２群の物体側
の正レンズ成分L₄を構成する負レンズに部分分
散比のよいクルツフリント系の硝子を用い、正レ
ンズに屈折率がほぼ近く、アツベ数の大きいクラ
ウン系硝子を用い、いわゆるハイパークロマテイ
ツクとして、軸上色収差の２次スペクトルを良く
し、更に色による球面収差の乱れを補正してい
る。接合面がハイパークロマテイツクの為、基準
波長の特に、軸外光束に対する影響が小さいので
接合面を通常より強くすることができ、諸々の色
収差のバランスをさせることが可能になる。 上記(5)式の条件が外れるならば、第１レンズ群
G₁中の像側の正レンズ成分を単一で構成した場
合に、逆色消し量が小さくなる為、これ以降の群
の色消しパワーも弱くせざるを得ず、２次スペク
トルが悪くなつて、アポクロマートとしての性能
を保てなくなる。また倍率色収差が補正過剰にな
つてしまう。 さらに、第１レンズ群G₁と第２レンズ群G₂と
の空気間隔D₁をとするとき、 (6) D₁／Ｆ＜2.5 の条件を満足することも好ましい。 第１レンズ群G₁と第２レンズ群G₂との空気間
隔は小さい方がよいが、例えば開口絞りを配置す
る場合には、この間隔をあける程度確保すること
が必要となる。対物レンズの開口絞りの位置とし
ては、対物レンズの瞳位置、即ち大まかに言え
ば、対物レンズに物体側から平行光束を入射させ
た時の焦点位置が理想的である。この位置に置け
ば、軸上光束を絞つた時に軸外の光束も均等に絞
ることができるが、絞り位置がここから遠くなる
に従つて軸外（周辺）の光束のみが大きく絞ら
れ、軸上（中心）の光束があまり絞れないという
事態が起こつて好ましくない。 一般に、高倍の対物の焦点距離は小さく、倍率
100倍の場合には、ｆ＝1.5〜2.5mmと特に小さい
ので、その絞り位置も必然的に第１群近傍とな
る。本発明による対物レンズにおいては、第１レ
ンズ群G₁と第２レンズ群G₂との間に開口絞りを
設けることが望ましく、この場合両群の間隔を大
きくすることは絞りを設けるために、メカ的な余
裕ができるので都合よいが上記の条件(6)を越えて
こ空気間隔を大きくすることは収差上好ましくな
い。即ち、第１群からの光線が第２群に入射する
際、高さが高くなりすぎ、短波長の球面収差がア
ンダーになるすぎるのである。また、短波長の非
対称収差が発生し、内方性コマ収差を大きくして
しまう。 （実施例） 以下に本発明による実施例について説明する。
本発明による第１実施例及び第２実施例は、共に
倍率100で、N.A.＝1.4を有する液浸系プランアク
ロマート対物レンズである。第１図は、本発明に
よる第１実施例のレンズ構成図であり、第３図に
は第２実施例のレンズ構成ずを示す。各実施例と
も前述の通りのレンズ構成からなつており、第１
レンズ群G₁は単一の正レンズ３個という簡単な
構成である。各レンズ構成図中には、軸上物体か
らの光線の様子を実線にて示した。 以下の表１に第１実施例の諸元を示し、表２に
は第２実施例の諸元を示す。各表中、左端の数字
は物体側からの順序を表し、屈折率及びアツベ数
はｄ線（λ＝587.6nm）対する値である。 尚、第１実施例においては、屈折率1.522、ア
ツベ数58、厚さ0.17mmのカバーガラスと屈折率
1.515、アツベ数41のオイルが、物体面と対物レ
ンズとの間に存在し、また、第２実施例において
は、カバーガラスが存在せずオイルのみが存在し
ているものとして設計されたものである。

【表】

【表】

【表】 上記第１実施例及び第２実施例についての諸収
差図をそれぞれ、第２図及び第４図に示す。球面
収差図中には、基準光線としてのｄ線（λ＝
587.6nm）に加えて、Ｃ線（λ＝656.3nm）、Ｆ線
（λ＝486.1nm）及びｇ線（λ＝435.8nm）につい
ても併記した。 各収差図から、いずれの実施例もN.A.＝1.4と
いう大開口数を有しつつも、像面の平坦正に優
れ、極めて良好な結像性能を維持していることが
明らかである。 （発明の効果） 以上の如く本発明によれば、埋込みレンズを使
わずに、油浸系高倍率対物レンズの平坦性を良く
することができるため、従来の加工技術で簡単に
製造することが可能であり、大幅なコストダウン
と品質の安定性が期待できる。そして、色収差も
良好に補正され、優れた結像性能を維持する油浸
系高倍プランアポクロマート対物レンズが達成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例のレンズ構成
図、第２図は第１実施例についての諸収差図、第
３図は第２実施例のレンズ構成図、第４図は第２
実施例の諸収差図である。 主要部分の符号の説明、G₁……第１レンズ群、
G₂……第２レンズ群、G₃……第３レンズ群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体側から順に、正の単一単レンズと物体側
   に凹面を向けた正メニスカスレンズとを有し合成
   で正屈折力を有する第１レンズ群G₁、接合正レ
   ンズを有する第２レンズ群G₂及び負屈折力の第
   ３レンズ群G₃から構成され、前記第３レンズ群
   G₃は像側に凹面を向けた負メニスカス接合レン
   ズ成分の前群と、物体側に凹面を向けた接合メニ
   スカスレンズ成分の後群とから構成され、全系の
   焦点距離をＦ、前記第２レンズ群G₂の焦点距離
   をf₂、前記第３レンズ群G₃の焦点距離をf₃とし、
   前記第３レンズ群G₃中の後群としての接合メニ
   スカスレンズ成分を形成する負レンズと正レンズ
   の屈折率をそれぞれN_o、N_pとするとき、 (1) ８＜f₂／Ｆ＜40 (2) ２＜−f₃／Ｆ＜４ (3) ｜N_p−N_o｜＜0.06 の各条件を満足することを特徴とする高倍率顕微
   鏡対物レンズ。