JPH11231224A

JPH11231224A - 顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH11231224A
Application number: JP10048603A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hayashi; 一博林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】視野角が大で明るく、標本操作などの操作
の行ないやすい構成にする。【解決手段】正の第１群と、標本側に凸面を向けた
メニスカス形状の第２群と標本側に凹面を向けたメニス
カス形状の第３群と正の第４群とよりなり、下記条件を
満足するようにした。（１）ＮＡ／β≧０．０５５（２）ＷＤ／ｆ≧０．４（３）０．９≧ｆ／Ｌ≧０．５（ｆ≧４０．Ｌ≧
４５）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は顕微鏡対物レンズ
で、特に蛍光観察において用いられる顕微鏡対物レンズ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡の蛍光観察において、低倍率の対
物レンズを用いる場合、観察視野が広いために、視野全
体を照明すると照明光の照度が低下し、標本が明るい蛍
光を発しない。また、対物レンズの開口数が小さいため
十分明るい蛍光像が得られない。そのために、一般に低
倍率の対物レンズによる蛍光観察は不向きであるとされ
ていた。

【０００３】顕微鏡対物レンズの従来例として、特公平
５−６７００２号公報に記載された対物レンズが知られ
ている。この対物レンズは、作動距離が長く、高解像力
で、広視野でしかも平坦性の優れたアポクロマート級の
レンズ系である。

【０００４】しかしこの従来例に実施例１、２として記
載された対物レンズは、焦点距離に比較して比較的長い
作動距離を有しているが、絶対的な作動距離が短く、つ
まり１５．１mmおよび１５．０mmであって、蛍光観察下
での標本操作のためには、作動距離が不足している。

【０００５】又、この従来例の実施例の対物レンズは、
開口数が高解像を得るのに十分な大きさであるが、比較
的暗い蛍光を観察するには、高解像を満たすよりも更に
大きなＮＡが必要である。つまり要求される解像力を得
るのに必要なＮＡ以上のＮＡが要求される。

【０００６】一般に開口数を小さくすることにより比較
的長い作動距離の対物レンズを設計することは容易であ
るが、この方法で作動距離を長くすると、蛍光観察での
明るい像を確保することができない。

【０００７】又、対物レンズにおいて、作動距離を長く
するための他の手段として、物体側に凸面を向けた厚肉
のメニスカスレンズを、像に近い側に配置し、同一の焦
点距離であって、作動距離を更に長くする方法がある。
しかし、焦点距離の比較的長い低倍率の対物レンズは、
レンズ系の全長が長くなりすぎるため、この方法は好ま
しくない。

【０００８】以上述べたような事情により、マクロ領域
での蛍光観察および標本操作性の優れたい高ＮＡで作動
距離が長く、視野の広い低倍率観察用の対物レンズは、
従来存在しなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、比較的低い倍率
での蛍光観察のニーズが高まりつつある。低倍の蛍光観
察下でＧＦＰなど生体への影響の少ない蛍光を発する蛋
白を細胞の一部に組込みそれをマーカーとして細胞の振
る舞いや、その転移を観察する際のスクリーニング用途
であったり、観察する集合の中から蛍光色素や蛋白によ
ってマーキングされた部位のみの選別や摘出等を手作業
を行なうマクロアプリケーションが要望されている。

【００１０】従来の顕微鏡対物レンズは、前述のよう
に、広視野である低倍率対物レンズは、ＮＡが小さいた
めに十分な明るさが得られず、マーカーでの識別が困難
であったり、標本操作を行なうのに十分な作業スペース
を確保し得る長い作動距離を得ることができない。

【００１１】又、標本操作等の作業スペースを確保する
ために、実体顕微鏡を用いることがあるが、実体顕微鏡
はその構造上、通常の顕微鏡に比べて一般に像が暗く、
そのため明るさと作業スペースとの両立が図られる必要
のある蛍光観察用の顕微鏡は知られていない。

【００１２】又実体顕微鏡の対物レンズには、左右個別
の観察光路が存在し、左右の光路にけられが生じないよ
うに径の十分大きいレンズを必要とし得られる明るさの
わりにレンズの外径が大になる欠点がある。

【００１３】又、焦点距離が５０mm〜１００mm程度の実
体顕微鏡用対物レンズにおいて、比較的長い作動距離を
確保するためには、図１１に示すような物体側に凸面を
向けた厚肉のメニスカスレンズを像側に配置したタイプ
のレンズ系が採用される。しかし、このタイプのレンズ
系は、図面からもわかるようにレンズ系の全長が長くな
り、このようなタイプの対物レンズを備えた顕微鏡は大
型にならざるを得ない。

【００１４】本発明は、視野角が大であって明るくしか
も小型な顕微鏡対物レンズを提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡対物レン
ズは、標本側より順に、図１に示す構成を基本、構成と
するもので凸のパワーを有する第１群Ｇ₁と、標本側に
凸面を向けたメニスカス形状の第２群Ｇ₂と、標本側に
凹面を向けたメニスカス形状の第３群Ｇ₃と凸のパワー
を有する第４群Ｇ₄とよりなり、下記条件（１），
（２），（３）を満足することを特徴としている。（１）ＮＡ／β≧０．０５５（２）ＷＤ／ｆ≧０．４（３）０．９≧ｆ／Ｌ≧０．５（ｆ≧４０．Ｌ≧４５）ただし、ＮＡは対物レンズの開口数、βは対物レンズの
倍率、ＷＤは対物レンズの作動距離、ｆは対物レンズ全
系の焦点距離である。

【００１６】本発明の顕微鏡対物レンズは、前記の通り
の構成にすることによって、適度な倍率の蛍光観察にお
いて、従来の顕微鏡対物レンズにては得られなかった明
るいレンズ系になし得、同時に標本操作等を容易に行な
い得る十分な作動距離と作業空間を確保し得る。

【００１７】上記レンズ構成のレンズ系において、条件
（１）を満足すれば、従来の対物レンズよりも明るい像
を得ることが可能である。つまり、ＮＡ／βの値が０．
０５５より大きな値になれば明るい対物レンズになし得
る。逆にＮＡ／βが０．０５５よりも小になると明るい
対物レンズになし得ない。このように、ＮＡ／βが大き
い程明るい像を得ることは可能であるが、ＮＡ／βの値
が大になると対物レンズより射出する光束の径が大にな
る。そのため、顕微鏡の本体の光路径によって、射出す
る光束の径は制限される。そのため、対物レンズのＮＡ
は条件（１）を満足し、顕微鏡本体の径により制限され
るＮＡ／βの値に近い値になるようにすればより望まし
い。

【００１８】条件（２）は、標本操作等を容易に行ない
得るに十分な作動距離を確保するための条件であり、Ｗ
Ｄ／ｆが０．４よりも小になると操作性上好ましくな
い。

【００１９】条件（３）は、対物レンズ全系の焦点距離
ｆに対する顕微鏡取り付け面から焦点位置までの距離
Ｌ、つまり顕微鏡本体に対物レンズを取り付ける際の当
て付け面から標本面までの距離を規定するものである。
この距離Ｌは従来一般の顕微鏡対物レンズは、４５mmで
ある。広い視野を確保するためには、倍率が低く、全系
の焦点距離は、ある程度以上の長さになり、また長い作
動距離ＷＤを確保するためにはＬをある程度長くするこ
とが望ましい。

【００２０】対物レンズにおいて、ＮＡが大で標本操作
性を良くするための作動距離ＷＤを確保することは難し
い。十分に長い作動距離を確保するためには、焦点距離
ｆと長さＬを大にすればよいが、これらの値を必要以上
に長くすると顕微鏡が大型になる。

【００２１】前記条件（２）、（３）を満足することに
よりレンズ系の全長を抑えつつ標本操作に適した作動距
離ＷＤを確保することができるので、蛍光観察下でのマ
クロアプリケーションに適した対物レンズになし得る。

【００２２】又、本発明の対物レンズは、前述のような
４群構成のレンズ系で、ほぼ対称型の配置になってい
る。本発明においては、前記条件（１）、（２）を満足
した上で、前記条件（３）を満足することが望ましく、
これによって本発明の目的を達成し得るほぼ対称型の配
置のレンズ系となし得る。もし条件（３）の上限又は下
限よりはずれた場合、いずれも対称型のレンズ配置から
大幅にずれたレンズ構成にならざるを得ず、例えば図１
１に示すような構成をとらざるを得なくなる。以上の点
からも、条件（３）を満足することが重要である。

【００２３】本発明の目的を達成し得る対物レンズを得
るためには、比較的簡単な構成で効率良く収差を補正す
る必要がある。

【００２４】焦点距離よりも全長のやや長い対物レンズ
で、作動距離ＷＤを長くするためには、対称型のレンズ
系が望ましい。この対称型のレンズ系は、本発明の対物
レンズのように、物体側（標本側）より順に、正のパワ
ーのレンズ群と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状
のレンズ群と物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレ
ンズ群と、正のパワーのレンズ群とにより構成される光
学系である。

【００２５】上記のような構成の本発明の対物レンズに
おいて、レンズ構成枚数を最小にするためには、第４群
を凸レンズ１枚にて構成することが望ましい。又、この
第４群を２枚の凸レンズにて構成すれば、収差の発生を
抑えつつ第４群のパワーを強くすることができる。この
ように第４群のパワーを強くすれば、レンズ間の間隔例
えば第３群と第４群の間隔を可変としてレンズの製造誤
差等により発生する収差を効率良く補正することができ
る。

【００２６】上記のように、第４群を２枚のレンズにて
構成した場合、この第４群のパワーが下記条件（４）を
満足することが好ましい。（４）１．３ｆ≧ｆ₄ ≧０．７５ｆただし、ｆ₄ は第４群の焦点距離、ｆは対物レンズ全系
の焦点距離である。

【００２７】条件（４）の上限の１．３ｆを超えると第
４群のパワーが弱くなり収差補正のための調整量が大に
なり調整が困難になる。又下限の０．７５ｆを超えると
第４群のパワーが強くなりぎて球面収差が悪化し又収差
補正に必要な調整量が小さくなりぎて調整のための最適
位置の設定がむずかしくなる。

【００２８】蛍光観察において、明るくコントラストの
良い像を得るためには、対物レンズが高ＮＡであると同
時に、励起光に用いられる可視光よりも短い波長の光の
透過率が高いレンズで、レンズの硝材自体が発する蛍光
が少ないことが望ましい。

【００２９】特に、第３群あるいは第４群に含まれる凸
レンズの硝材の選択は、色収差の補正上重要であり、少
なくとも１枚の凸レンズに低分散の硝材を用いることが
望ましい。したがって、第３群あるいは第４群に屈折率
が１．５４以下でアッベ数が６２以上の凸レンズを少な
くとも１枚含むことが望ましい。つまり、下記条件
（５）を満足することが望ましい。（５）ｎ_p ≦１．５４、ν_p ≧６２ただし、ｎ_p 、ν_p は凸レンズの屈折率およびアッベ数
である。上記ｎ_ｐが１．５４以上でν_ｐが６２以下の場
合色収差の補正にとって好ましくない。

【００３０】前掲の従来例の顕微鏡対物レンズは、アポ
クロマート級の色収差の補正を行なったもので、軸上収
差のほか倍率の色収差をも補正するために第４群にアッ
ベ数が３５．８未満の単一の正レンズを用いている。

【００３１】しかし、本発明の対物レンズは、特に蛍光
観察に主眼を置き、観察物体として単色に発光する物体
を主として考えるので、アポクロマート級の色収差の補
正は行なわず、紫外域の光の透過率が高く、極力簡単な
構成で高いＮＡの顕微鏡対物レンズを実現し得るように
した。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を下記デ
ータを有する各実施例をもとに説明する。

【００３３】実施例１ｆ＝45.00 ，ＮＡ＝0.267 ，ＷＤ＝30.00 ｒ₁ ＝35.3164 ｄ₁ ＝5.2809 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.14 ｒ₂ ＝-40.0822 ｄ₂ ＝0.5 ｒ₃ ＝14.7646 ｄ₃ ＝4.8525 ｎ₂ ＝1.6779 ν₂ ＝55.34 ｒ₄ ＝31.922 ｄ₄ ＝2.2 ｎ₃ ＝1.61656 ν₃ ＝36.63 ｒ₅ ＝10.2391 ｄ₅ ＝10.9431 ｒ₆ ＝-9.4242 ｄ₆ ＝2.5 ｎ₄ ＝1.61656 ν₄ ＝36.63 ｒ₇ ＝-30.7191 ｄ₇ ＝6.6656 ｎ₅ ＝1.497 ν₅ ＝81.54 ｒ₈ ＝-13.5552 ｄ₈ ＝0.5 ｒ₉ ＝-348.926 ｄ₉ ＝3.3819 ｎ₆ ＝1.51633 ν₆ ＝64.14 ｒ₁₀＝-36.1128 ＮＡ／β＝0.067 ，ＷＤ／ｆ＝0.67，ｆ／Ｌ＝0.69（Ｌ＝65の時）

【００３４】実施例２ｆ＝43.47 ，ＮＡ＝0.265 ，ＷＤ＝26.98 ｒ₁ ＝53.084 ｄ₁ ＝4.3 ｎ₁ ＝1.48749 ν₁ ＝70.23 ｒ₂ ＝-40.2552 ｄ₂ ＝0.3 ｒ₃ ＝16.9388 ｄ₃ ＝6.3035 ｎ₂ ＝1.6779 ν₂ ＝55.34 ｒ₄ ＝-78.748 ｄ₄ ＝1.4954 ｎ₃ ＝1.53172 ν₃ ＝48.91 ｒ₅ ＝11.7842 ｄ₅ ＝7.58 ｒ₆ ＝-11.4255 ｄ₆ ＝0.9517 ｎ₄ ＝1.59551 ν₄ ＝39.21 ｒ₇ ＝105.4238 ｄ₇ ＝7.7345 ｎ₅ ＝1.497 ν₅ ＝81.54 ｒ₈ ＝-20.947 ｄ₈ ＝0.7 ｒ₉ ＝-49.1698 ｄ₉ ＝4.32 ｎ₆ ＝1.48749 ν₆ ＝70.23 ｒ₁₀＝-21.0641 ｄ₁₀＝0.72 ｒ₁₁＝112.4636 ｄ₁₁＝3.37 ｎ₇ ＝1.48749 ν₇ ＝70.23 ｒ₁₂＝-184.323 ＮＡ／β＝0.064 ，ＷＤ／ｆ＝0.62，ｆ／Ｌ＝0.67（Ｌ＝65の時）ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数である。尚データ中のｒ，ｄ等の
長さの単位はmmである。

【００３５】実施例１は図２に示す構成で、両凸レンズ
よりなる第１群Ｇ１と、正のレンズと負のレンズとを接
合した接合メニスカスレンズの第２群Ｇ２と、負のレン
ズと正のレンズとを接合した接合メニスカスレンズの第
３群Ｇ３と、凸レンズの第４群Ｇ４との４群６枚構成の
レンズ系である。

【００３６】この実施例は、第４群を１枚の凸レンズに
て構成し、レンズ構成枚数の少ないレンズ系である。

【００３７】実施例２は、図３に示すレンズ構成で、両
凸レンズの第１群Ｇ１と、正のレンズと負のレンズを接
合した接合メニスカスレンズの第２群Ｇ２と、負のレン
ズと正のレンズとを接合した接合メニスカスレンズの第
３群Ｇ３と、２枚の凸レンズからなる第４群Ｇ４とより
なる４群７枚構成のレンズ系である。

【００３８】この実施例は、第４群を２枚のレンズにて
構成し、これにより屈折面の数が増加し、球面収差を効
率よく補正し得るので、収差を補正しつつ第４群のパワ
ーを強くすることができる。又第４群以外のレンズの面
の曲率を弱くすることができ、レンズの加工が容易にな
る。又、第４群のパワーを強くすることにより第３群と
第４群の間の空気間隔での光線の傾きが大きくなり、各
レンズの製造誤差により発生する収差をこの空気間隔を
可変にして効率良く打ち消すことができる。このように
実施例２は、レンズ構成枚数が増えるが製造上有利な構
成である。

【００３９】実施例３は、図４に示す構成で、レンズ系
の構成自体は図３に示す第２の実施例と同じ構成の対物
レンズで、水中にある観察物体を良好な像で観察するた
めに第３群と第４群の間隔ｄ₈ を変化させて収差を補正
するようにした実施例である。

【００４０】このように第３群と第４群との間隔ｄ₈ を
変化させて収差補正を行なう際の水面から物体までの距
離（水の厚さ）Ｄと、物体に合焦した時の水面から対物
レンズ第１面ｒ₁ までの距離ｄ₀ と、収差補正のために
第３群と第４群を変化させた時の間隔の値ｄ₈とを示す
と下記の通りである。

【００４１】Ｄｄ₀ ｄ₈ 0.3 26.7171 0.75 3 24.5675 0.9 6 22.1088 1.15 上記各実施例の対物レンズは、いずれも無限遠設計のレ
ンズ系で、例えば図５に示し下記データの結像レンズと
組合わせて用いられる。Ｒ₁ ＝68.7541 Ｄ₁ ＝7.7321 Ｎ₁ ＝1.48749 Ｖ₁ ＝70.2 Ｒ₂ ＝-37.5679 Ｄ₂ ＝3.4742 Ｎ₂ ＝1.8061 Ｖ₂ ＝40.95 Ｒ₃ ＝-102.848 Ｄ₃ ＝0.6973 Ｒ₄ ＝84.3099 Ｄ₄ ＝6.0238 Ｎ₃ ＝1.834 Ｖ₃ ＝37.16 Ｒ₅ ＝-50.71 Ｄ₅ ＝3.0298 Ｎ₄ ＝1.6445 Ｖ₄ ＝40.82 Ｒ₆ ＝40.6619 データー中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，・・・は結像レンズの曲率半
径、Ｄ₁ ，Ｄ₂ ，・・・は結像レンズの肉厚および面間
隔、Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，・・・は結像レンズのｄ線に対する屈
折率、Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，・・・は結像レンズのアッベ数であ
る。

【００４２】図６、図７は夫々実施例１、実施例２の収
差状況を示す図、図８，図９，図１０は、前記表に記載
したように収差補正した時の夫々（１）、（２）、
（３）の状態における収差状況を示す図である。

【００４３】これら図６乃至図１０に示す収差曲線図
は、いずれも図５に示す結像レンズを各実施例の対物レ
ンズからの距離１２０ｍｍにおいて得られる対物レンズ
と結像レンズ全体の収差状況を示している。

【００４４】本発明の顕微鏡対物レンズは、特許請求の
範囲の請求項に記載する構成の他に下記のレンズ系も発
明の目的を達成し得る。

【００４５】（１）特許請求の範囲の請求項３に記載す
るレンズ系で、第３群と第４群の間隔を変化させて製造
誤差による収差を補正するようにしたことを特徴とする
顕微鏡対物レンズ。

【００４６】（２）特許請求の範囲の請求項３に記載す
るレンズ系で、第３群と第４群の間隔を変化させて標本
の前（レンズ系側）の液体の厚さによる収差の悪化を補
正することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。

【００４７】

【発明の効果】本発明の対物レンズによれば、従来にな
い明るさが得られ、比較的暗い蛍光像を低倍率の広視野
で観察し得、蛍光観察下でスクリーニング作業の能率を
向上させ得る。

【００４８】又、対物レンズの全長を抑えつつ十分な作
動距離を確保し得、これにより顕微鏡取り付け面から焦
点位置までの距離が４５mm程度の従来の対物レンズと併
用して顕微鏡に取り付けることが可能で、顕微鏡全体の
大型化を防止し得、しかも標本のまわりの作業スペース
を確保できる。これにより蛍光をマーカーとしての標本
の選別や特定部位の摘出など手作業にて操作することが
容易になる。又、顕微鏡取付面から焦点位置までの距離
が４５mm程度の高倍率対物レンズと併用することによ
り、簡単な切り替え手段による対物レンズの切り替えが
可能であり、スクリーニング作業にて検出した部位を高
倍率対物レンズにて詳細に観察することを素早く行ない
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明対物レンズの基本構成を示す図

【図２】本発明の実施例１の断面図

【図３】本発明の実施例２の断面図

【図４】本発明の実施例３の断面図

【図５】本発明の対物レンズと組合わせ使用する結像レ
ンズの断面図

【図６】本発明の実施例１の収差曲線図

【図７】本発明の実施例２の収差曲線図

【図８】本発明の実施例３の収差曲線図

【図９】本発明の実施例３の収差曲線図

【図１０】本発明の実施例３の収差曲線図

【図１１】従来の対物レンズの一例を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標本側より順に、凸のパワーを有する第１
群と、標本側に凸面を向けたメニスカス形状の第２群
と、標本側に凹面を向けたメニスカス形状の第３群と凸
のパワーを有する第４群とよりなり、下記条件（１），
（２），（３）を満足する顕微鏡対物レンズ。（１）ＮＡ／β≧０．０５５（２）ＷＤ／ｆ≧０．４（３）０．９≧ｆ／Ｌ≧０．５（ｆ≧４０．Ｌ≧４５）ただし、ＮＡは対物レンズの開口数、βは対物レンズの
倍率、ＷＤは対物レンズの作動距離、ｆは対物レンズ全
系の焦点距離である。
【請求項２】上記第３群、および第４群中に下記条件
（５）を満足する少なくとも１枚の凸レンズを含むこと
を特徴とする請求項１の顕微鏡対物レンズ。（５）ｎ_p ≦１．５４、ν_p ≧６２ただし、ｎ_p は凸レンズの屈折率、ν_p は凸レンズのア
ッベ数である。
【請求項３】上記第４群が少なくとも２枚の凸レンズを
含み、下記条件（４）を満足し又第３群と第４群の空気
間隔を可変にして収差を補正し得るようにした請求項１
の顕微鏡対物レンズ。（４）１．３ｆ≧ｆ₄ ≧０．７５ｆただし、ｆ₄ は第４群の焦点距離、ｆは対物レンズ全系
の焦点距離である。