JPH1031161A - 共焦点顕微鏡光路において定義した縦色収差を生成する ための装置 - Google Patents

共焦点顕微鏡光路において定義した縦色収差を生成する ための装置

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JPH1031161A
JPH1031161A JP9094372A JP9437297A JPH1031161A JP H1031161 A JPH1031161 A JP H1031161A JP 9094372 A JP9094372 A JP 9094372A JP 9437297 A JP9437297 A JP 9437297A JP H1031161 A JPH1031161 A JP H1031161A
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バウマン ハンス−ゲオルグ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 顕微鏡装置において少ない費用でしかも他の
像欠陥を引き起こさずに所定の縦色収差を生成すること
である。 【解決手段】定義した縦色収差を有し結像光路内で顕微
鏡対物レンズ８、および中間像を生成するレンズ間の平
行光路内に、あるいは回転して光路内に出入する少なく
とも一つのレンズまたは少なくとも一つのガラス板また
は少なくとも一つの回折要素から成る付加光学系１６、
１７を設置して成る顕微鏡対物レンズを有する、共焦点
顕微鏡光路において定義した縦色収差を生成するための
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡光路におい
て、縦の色収差を生成するための光学系に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】レンズを有する光学装置は像欠陥を有す
るが、それらは補正状態に応じて多かれ少なかれ良好に
補正される。しかし光学系には、少なくとも部分領域に
おいて他の像欠陥、特に鏡像力場内の横色収差を生成せ
ずに所定の縦色収差を有しなければならない場合があ
る。例えば深さの異なる物体構造を各色により固定像面
に結像する必要のある機器といった用途もある。
【０００３】ＷＯ第９２／０１９６５号では、このため
同時共焦点像生成のための装置において大きな色収差を
有する対物レンズを設置する。これは、ドイツ特許Ａ１
第４４１９９４０号の対象でもある。それら装置のため
み、それ以外の像欠陥が生じない特殊対物レンズを開発
する必要がある。「共焦点顕微鏡ハンドブック」（Plen
um Press、ニューヨーク、ロンドン、1995、p.263、26
4）には同様に独自に構成した対物レンズが示される
が、それらは開口数に関して最適であり得ない。
【０００４】それら独自に構成した対物レンズは、その
目的にしか使用できない欠点を持つ。さまざまな「平面
プロファイルの深さ」については、それぞれ特別の対物
レンズを開発しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、顕微
鏡装置において少ない費用でしかも他の像欠陥を引き起
こさずに所定の縦色収差を生成することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴を有する装置により解決される。本発明の好ましい
別形態は、従属請求項の対象である。
【０００７】好ましくは、中間像を生成するため対物レ
ンズと鏡筒レンズ間に付加光学系を設置し、その際物体
を対物レンズにより無限遠に結像する。しかし本発明の
付加光学系は、物体を直接共焦点絞り面に結像する対物
レンズに後置できる。こうして中間波長の各物点の光線
が平行に付加光学系に入射し、そこから再び平行に出射
し、その際より長い波長を持つ、より深部にある物体箇
所、およびより短い波長を持つ、より高位置にある物体
箇所の光線が、同様に付加光学系を平行に出射し、従っ
て像内ですべてをシャープに結像する。このようにして
観察者は、各色、各平面の物点を同時にシャープに観る
ことができ、こうして実質的に拡大した焦点深度を得る
ことができる。
【０００８】他の物体深度の、他の波長の、平行に出射
しない光線が結像に寄与しないことは、共焦点結像の本
質のためであり、中間像内のニプコー円板の孔システ
ム、または中間像からの小直径像点のみを共通の孔絞り
により結像するレンズ構成など適当な構造を特徴とする
からである。本発明の付加光学系で焦点距離は、中間波
長、例えば５４６nmについて無限遠、より長い波長につ
いて負の焦点距離、より短い波長について正の焦点距離
が、上記の場合の顕微鏡物体の色と高さの帰属関係（な
いし反対の関係では逆）についてそれぞれメートル領域
で実現される。
【０００９】こうして共焦点顕微鏡の場合、色による物
体の深度による区別化は、色に関し完全補正しない対物
レンズの偶然に任せるのでなく、高度に補正した周辺部
補正プランアポクロマートを使用でき、それらにより青
が山頂、緑が谷位置、赤が海底以下など色による地形の
高度断面図の場合のように、まず第一に物体細部の深度
に対し色を正確に配色させることができ、第二に色がス
ペクトル色として良好に区別化でき、偶然的な縦の残留
色収差の混合色ではない。所定の縦色収差を生成する本
発明の光学システムでは、他の像欠陥、特に横色収差な
いし倍率色収差、像面湾曲、コマ、非点収差およびひず
みも良好に補正される。顕微鏡に最適に使用するため付
加光学系の長さは、例えば鏡筒レンズ交換システムとし
て使用できるように３０mmを越えてはならない。本発明
の他の利点および効果は、図示した実施例により以下に
詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１に照明光学系１があり、光源
２、照明視野絞り３および開口絞り４を有し、ビームス
プリッタ５を介して光路内に傾斜して設置したニプコー
円板の方法により孔マスク６の方向に導かれるので、孔
マスク６の上側で照明視野絞り３の像が得られる。
【００１１】孔マスク６と照明視野絞り３は、鏡筒レン
ズ７と対物レンズ８により観察物体９の平面に結像し、
この物体がまた孔マスク６上に戻って結像される（共焦
点結像）。孔マスク６は、モータ１０により回転運動さ
れるので、孔マスク上の孔模様が物体面上に移動する。
物体９により反射した光線は、また孔マスク６の孔を貫
通し、ビームスプリッタ５を通る。孔マスクの平面は、
物体９の像とともにレンズ１１およびバウエルンファイ
ント（Bauernfeind)プリズム１２を介し接眼レンズ１３
に結像される。
【００１２】孔マスク６の前および背後の光路におい
て、孔マスク６を光路内で光学的に直立させる相互に反
対向きのくさび状プリズム１４、１５が設置されてい
る。
【００１３】第１付加光学系１６または第２光学系１７
は対物レンズ８と鏡筒レンズ７間で、物体９が対物レン
ズ８により無限遠に結像されるところに、交換可能およ
びスライド導入可能に設置される。
【００１４】このようにして中間波長を持つ物点の光線
は、付加光学系１６または１７に平行に入射しそこから
再び平行に出射し、その際より長い波長を持つ深部にあ
る物体箇所の光線、およびより短い波長を持つ高い位置
の物体箇所の光線は、対応して同様に付加システムから
平行に出射し、従って像内ですべてがシャープに結像さ
れる。他の物体深度の他の波長を持つ平行に出射しない
光線が結像に寄与しないことは、中間像内のニプコー円
板の孔システム、または中間像からの小口径の像点のみ
が共通孔絞りにより結像されるレンズ配置など、適当な
構造を特徴とする共焦点結像の本質に基づく。
【００１５】図２および表１ならびに図３および表２に
示す付加光学系は、レンズ厚を合わせて互いに３０mm弱
の間隔を有する二つの系から成る。図２ないし図４に
は、それぞれ像中央から来る光線Ｓｂ、および像周辺部
からの光線Ｓｒを示す。一枚の接合レンズから成り所定
の色ずれを生成するが、倍率色収差および視野補正の残
留収差を有する単一付加光学系も使用できる。
【００１６】単一付加光学系の例を表４および図４に示
す。例えば図４の単一付加光学系において付加光学系後
の空気空間において各色が少し発散し、それが軸外にお
ける別の色の像をもたらすことがある、一方図２と図３
の実施例では、第２光学系により各色が再び集まるの
で、各像深度について一色のみ発生する。
【００１７】図２と図３の２光学系は、異なる符号のほ
とんど同じ焦点距離（±５％）を有し、「鏡像的に反対
向き」、すなわち例えば図示のように構成し、その形態
は共通中心に鏡像対称に設置するが、反対のレンズタイ
プ、すなわち一方の系の集光レンズが他の系の発散レン
ズと同じまたは類似のレンズから成り、同じまたは類似
の焦点距離を有するが符号が反対である。
【００１８】好ましくはその際各系のレンズは、少なく
ともそれぞれ一枚のクラウンレンズとフリントレンズ、
すなわち色分散の大きいアッベ数と小さいアッベ数を有
するレンズで構成する。すなわちそれぞれ４０以上の大
きいアッベ数νのレンズと、４０以下の小さいアッベ数
νのレンズを使用することを意味する。
【００１９】原理的作用ひいては原理的構成に関し、あ
る系の個々のレンズがどのような順序で配置されるかは
重要であり、レンズ種、厚さおよび半径も同一であって
はならず、それにより異なる課題に適合するため利用で
きる。
【００２０】図３および表２にその光学系を示すが、そ
こではクラウンレンズとフリントレンズの順序が置き換
えられ、各系が異なるレンズから成り別のレンズ曲率を
有する。
【００２１】この装置の光学的作用を表３に示す。鏡像
対称の構成により、一の系の発散レンズが常に他の系の
集光レンズの作用を補正し、それにより簡単なっ接合レ
ンズのコマと非点収差に関し残留収差を除去し、さらに
像面湾曲ないしペッツバールの和０が総合焦点距離によ
り無限遠になる。
【００２２】ひずみも二つの系の焦点距離の反対符号に
より補正され、他方、個々の系が各自反対向きでより大
きい色収差を所望の総合収差として有することにより、
色コマおよび特に倍率色収差または色ひずみなどの色収
差が二つの系間の空気間隔により除去される。
【００２３】鏡像対称のレンズの異なるレンズタイプ、
および異なる幾何的形態により、所望の色収差が最適な
視野補正で調節できる。
【００２４】表１の例は、第２集光レンズＬ4を後置し
た第２発散レンズＬ3を有する負の焦点距離を持つ系Ｇ
２が後置される、第１集光レンズＬ1と第１発散レンズ
Ｌ2を有する正の焦点距離を持つ系Ｇ1から成る。
【００２５】所定の縦色収差は、各系の異なる半径から
発生する。光学パラメータの好ましい測定により、色コ
マ、非点収差、ガウス欠陥および倍率色収差などの像欠
陥が十分補正される。
【００２６】図２のようにレンズＬ1、Ｌ2およびＬ3、
Ｌ4から成る付加光学系の第１および第２光学系Ｇ1、Ｇ
2に関する焦点距離、レンズタイプ、レンズ面Ｆ1ないし
Ｆ6の曲率半径、および厚さｄ1ないしｄ5:
【００２７】
【表１】図３の付加光学系は、発散レンズＬ5、集光レ
ンズＬ6び発散レンズＬ7、集光レンズＬ8から構成され
る負の焦点距離を持つ光学系Ｇ3、および正の焦点距離
を持つ光学系Ｇ4から成る。この場合所定の縦方向色収
差は、二つの系内の軽度に異なるレンズでも各種半径で
も発生する。
【００２８】図３のようにレンズＬ5、Ｌ6およびＬ7、
Ｌ8から成る付加光学系の第１および第２光学系Ｇ3、Ｇ
4に関する焦点距離、レンズタイプ、レンズ面Ｆ1ないし
Ｆ6の曲率半径、および厚さｄ1ないしｄ5:
【００２９】
【表２】図３および表２の例に関し各対物レンズ倍率の
ときの４波長の物体面の位置の差異:
【００３０】
【表３】 二つのレンズＬ9、Ｌ10の構成:
【００３１】
【表４】本発明は、提示した実施形態に拘束されない。
特に他に構成した付加光学系、例えば回折系またはレン
ズ板が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の共焦点顕微鏡の全体配置図である。
【図２】本発明の付加光学系の構造図である。
【図３】本発明の別の付加光学系の構造図である。
【図４】単一付加光学系の図である。
【符号の説明】
１ 照明光学系 ２ 光源 ３ 照明視野絞り ４ 開口絞り ５ ビームスプリッタ ６ 孔マスク ７ 鏡筒レンズ ８ 対物レンズ ９ 物体 １０ モータ １１ レンズ １２ バウエルンファイント（農民の敵）プリズム １３ 接眼レンズ １４、１５ くさび状プリズム １６、１７ 付加光学系

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 定義した縦色収差を有し結像光路内で顕
    微鏡対物レンズに付加光学系を後置して成る顕微鏡対物
    レンズを有する、共焦点顕微鏡光路において定義した縦
    色収差を生成するための装置。
  2. 【請求項２】 顕微鏡対物レンズが、物体を無限遠に結
    像する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 付加光学系を、顕微鏡対物レンズ、およ
    び中間像を生成するレンズ間の平行光路内に設置する請
    求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 顕微鏡対物レンズが、物体を絞り面に結
    像する請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 付加光学系が、回転して光路内を出入す
    る請求項１ないし４の一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 複数の付加光学系が、選択的に回転して
    光路内に導かれる請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 付加光学系が、少なくとも一つのレンズ
    または少なくとも一つのガラス板または少なくとも一つ
    の回折要素から成る請求項１ないし６の一項に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 付加光学系が、一つの光学要素から成る
    請求項１ないし７の一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 二つの接合レンズＬ9、Ｌ10が以下の表
    ４の構成によることを特徴とする請求項８に記載の装
    置。 【表４】
  10. 【請求項１０】 付加光学系が、二つの光学系から成る
    ことを特徴とする請求項１ないし７の一項に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 異なる材料のそれぞれ一つの集光レン
    ズおよび一つの発散レンズを各光学要素が有する請求項
    １０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 光学要素が、±５％の誤差をもって異
    なる符号の同じ焦点距離を有する請求項１０または１１
    に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 異なる材料のそれぞれ一つの集光レン
    ズおよび一つの発散レンズを有し、その際異なる材料が
    ４０以上の大きいアッベ数νのレンズ、および４０以下
    の小さいアッベ数νのレンズである二つの光学系を有す
    る請求項１１または１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 第１光学系の集光レンズのレンズタイ
    プが、第２光学系の発散レンズのレンズタイプに対応
    し、第１光学系の発散レンズのレンズタイプと第２光学
    系の集光レンズのレンズタイプが互いに対応する請求項
    １１ないし１３の少なくとも一項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 レンズタイプとして、クラウンレンズ
    とフリントレンズを使用することを特徴とする請求項１
    ないし１４の少なくとも一項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 各光学系のレンズタイプとして、それ
    ぞれ異なるクラウンレンズおよびフリントレンズを使用
    する請求項１０ないし１５の少なくとも一項に記載の装
    置。
  17. 【請求項１７】 二つの光学系が、互いに鏡像対称の集
    光レンズおよび発散レンズの構成を有する請求項１０な
    いし１６の少なくとも一項に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 第１および第２光学系の集光レンズお
    よび発散レンズの順序が反対である請求項１１ないし１
    ７の少なくとも一項に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 付加光学系の第１および第２レンズ間
    の間隔が３０mm以下である請求項１０ないし１８の少な
    くとも一項に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 レンズＬ1、Ｌ2およびＬ3、Ｌ4から成
    る付加光学系の第１および第２光学系Ｇ1、Ｇ2が、以下
    の表１の焦点距離、レンズタイプ、レンズ面Ｆの曲率半
    径、および厚さｄによることを特徴とする請求項１０な
    いし１９の少なくとも一項に記載の装置。 【表１】
  21. 【請求項２１】 レンズＬ5、Ｌ6およびＬ7、Ｌ8から成
    る付加光学系の第１および第２光学系Ｇ3、Ｇ4が、焦点
    距離、レンズタイプ、レンズ面Ｆの曲率半径、および厚
    さｄについて以下の表２の指定を有する請求項１０ない
    し１９の一項に記載の装置。 【表２】
JP9094372A 1996-03-30 1997-03-31 共焦点顕微鏡光路において定義した縦色収差を生成する ための装置 Withdrawn JPH1031161A (ja)

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DE19612846.3 1996-03-30
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