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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023167134
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】顕微鏡用対物レンズ
(51)【国際特許分類】
G02B 21/02 20060101AFI20231116BHJP
G02B 21/36 20060101ALI20231116BHJP
【ＦＩ】
G02B21/02 A
G02B21/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022078069
(22)【出願日】2022-05-11
(71)【出願人】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】100096884
【弁理士】
【氏名又は名称】末成 幹生
(72)【発明者】
【氏名】川西 悠貴
(72)【発明者】
【氏名】神田 剛
【テーマコード（参考）】
2H052
2H087
【Ｆターム（参考）】
2H052AA09
2H052AB01
2H087KA09
2H087LA01
2H087PA07
2H087PA16
2H087PB12
2H087QA03
2H087QA07
2H087QA12
2H087QA17
2H087QA21
2H087QA26
2H087QA34
2H087QA42
2H087QA46
2H087RA32
2H087RA42
2H087UA03
2H087UA06
(57)【要約】
【課題】放射線の影響下で利用可能であり、収差が抑制された顕微鏡用対物レンズを得る。
【解決手段】最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズ１０２を有し、前記第１のレンズ１０２は、前記観察対象物の側の面である第１の面３と該第１の面の反対側の面である第２の面４を有し、前記第１の面３は凹面１０２ａを有し、前記第２の面４は凸面を有し、前記石英の屈折率をｎ１、前記凹面１０２ａの曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１として、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３を満たし、使用の状態において、前記第１のレンズ１０２の前記凹面１０２ａが放射線に被曝する環境に露出している顕微鏡用対物レンズ１００。
【選択図】図１
【解決手段】最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズ１０２を有し、前記第１のレンズ１０２は、前記観察対象物の側の面である第１の面３と該第１の面の反対側の面である第２の面４を有し、前記第１の面３は凹面１０２ａを有し、前記第２の面４は凸面を有し、前記石英の屈折率をｎ１、前記凹面１０２ａの曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１として、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３を満たし、使用の状態において、前記第１のレンズ１０２の前記凹面１０２ａが放射線に被曝する環境に露出している顕微鏡用対物レンズ１００。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズを有し、
前記第１のレンズは、前記観察対象物の側の面である第１の面と該第１の面の反対側の面である第２の面を有し、
前記第１の面は凹面を有し、
前記第２の面は凸面を有し、
前記石英の屈折率をｎ１、
前記凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１として、
０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３
を満たす顕微鏡用対物レンズ。
前記第１のレンズは、前記観察対象物の側の面である第１の面と該第１の面の反対側の面である第２の面を有し、
前記第１の面は凹面を有し、
前記第２の面は凸面を有し、
前記石英の屈折率をｎ１、
前記凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１として、
０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３
を満たす顕微鏡用対物レンズ。
【請求項2】
使用の状態において、前記第１のレンズの前記第１の面を放射線に被曝する環境に露出させることが可能な請求項１に記載の顕微鏡用対物レンズ。
【請求項3】
前記第１のレンズの前記第２の面の側であり、前記第１のレンズから離れた位置に、前記第１のレンズに近い位置から順に第２のレンズおよび第３のレンズが配置され、
前記第２のレンズは２つの凹面を有し、
前記第３のレンズは２つの凹面を有し、
前記第２のレンズの一方の凹面と前記第３のレンズの一方の凹面とが向かい合うように前記第２のレンズと前記第３のレンズが配置され、
前記第２のレンズの屈折率をｎ２、
前記第３のレンズの屈折率をｎ３、
前記第２のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ２、
前記第３のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位ｍｍ）をｒ３
として、
０．０４＜｜（ｎ２－１）／（ｒ２×ｎ２）｜＜０．０７
０．０２＜｜（ｎ３－１）／（ｒ３×ｎ３）｜＜０．０６
を満たす請求項１に記載の顕微鏡用対物レンズ。
前記第２のレンズは２つの凹面を有し、
前記第３のレンズは２つの凹面を有し、
前記第２のレンズの一方の凹面と前記第３のレンズの一方の凹面とが向かい合うように前記第２のレンズと前記第３のレンズが配置され、
前記第２のレンズの屈折率をｎ２、
前記第３のレンズの屈折率をｎ３、
前記第２のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ２、
前記第３のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位ｍｍ）をｒ３
として、
０．０４＜｜（ｎ２－１）／（ｒ２×ｎ２）｜＜０．０７
０．０２＜｜（ｎ３－１）／（ｒ３×ｎ３）｜＜０．０６
を満たす請求項１に記載の顕微鏡用対物レンズ。
【請求項4】
前記第２のレンズの前記一方の凹面と前記第３のレンズの前記一方の凹面との光軸上における距離ｄは、ｄ＝２．５ｍｍ～５．０ｍｍである請求項３に記載の顕微鏡用対物レンズ。
【請求項5】
前記第２のレンズと前記第３のレンズの間には、光学絞りが配置されている請求項４に記載の顕微鏡用対物レンズ。
【請求項6】
前記第１のレンズと前記光学絞りとの間において、
正レンズと負レンズを張り合わせた色消しレンズ１、２、３を有し、
色消しレンズ１はレンズ１とレンズ２、
色消しレンズ２はレンズ３とレンズ４、
色消しレンズ３はレンズ５とレンズ６から構成され、
レンズ２とレンズ４、レンズ５は異常分散ガラスであり、
前記レンズ１のｇ線における屈折率をn01g、Ｆ線における屈折率をn01F、Ｃ線における屈折率をn01C、d線におけるアッベ数をνd1、部分分散比θg.F.1をθg.F.1＝(n01g－n01F) ／n01F－n01C)、
前記レンズ２のｇ線における屈折率をn02g、Ｆ線における屈折率をn02F、Ｃ線における屈折率をn02C、d線におけるアッベ数をνd2、部分分散比θg.F.2をθg.F.2＝(n02g－n02F) ／(n02F－n02C)、
前記レンズ３のｇ線における屈折率をn03g、Ｆ線における屈折率をn03F、Ｃ線における屈折率をn03C、d線におけるアッベ数をνd3、部分分散比θg.F.3をθg.F.3＝(n03g－n03F) ／(n03F－n03C)、
前記レンズ４のｇ線における屈折率をn04g、Ｆ線における屈折率をn04F、Ｃ線における屈折率をn04C、d線におけるアッベ数をνd4、部分分散比θg.F.4をθg.F.4＝(n04g－n04F) ／(n04F－n04C)、
前記レンズ５のｇ線における屈折率をn05g、Ｆ線における屈折率をn05F、Ｃ線における屈折率をn05C、d線におけるアッベ数をνd5、部分分散比θg.F.5をθg.F.5＝(n05g－n05F) ／(n05F－n05C)、
前記レンズ６のｇ線における屈折率をn06g、Ｆ線における屈折率をn06F、Ｃ線における屈折率をn06C、d線におけるアッベ数をνd6、部分分散比θg.F.6をθg.F.6＝(n06g－n06F) ／(n06F－n06C)として、
-0.0015＜(θg.F.2－θg.F.1)／(νd2－νd1)＜０
-0.0015＜(θg.F.4－θg.F.3)／(νd4－νd3)＜０
-0.0015＜(θg.F.6－θg.F.5)／(νd6－νd5)＜０
である請求項５に記載の顕微鏡用対物レンズ。
正レンズと負レンズを張り合わせた色消しレンズ１、２、３を有し、
色消しレンズ１はレンズ１とレンズ２、
色消しレンズ２はレンズ３とレンズ４、
色消しレンズ３はレンズ５とレンズ６から構成され、
レンズ２とレンズ４、レンズ５は異常分散ガラスであり、
前記レンズ１のｇ線における屈折率をn01g、Ｆ線における屈折率をn01F、Ｃ線における屈折率をn01C、d線におけるアッベ数をνd1、部分分散比θg.F.1をθg.F.1＝(n01g－n01F) ／n01F－n01C)、
前記レンズ２のｇ線における屈折率をn02g、Ｆ線における屈折率をn02F、Ｃ線における屈折率をn02C、d線におけるアッベ数をνd2、部分分散比θg.F.2をθg.F.2＝(n02g－n02F) ／(n02F－n02C)、
前記レンズ３のｇ線における屈折率をn03g、Ｆ線における屈折率をn03F、Ｃ線における屈折率をn03C、d線におけるアッベ数をνd3、部分分散比θg.F.3をθg.F.3＝(n03g－n03F) ／(n03F－n03C)、
前記レンズ４のｇ線における屈折率をn04g、Ｆ線における屈折率をn04F、Ｃ線における屈折率をn04C、d線におけるアッベ数をνd4、部分分散比θg.F.4をθg.F.4＝(n04g－n04F) ／(n04F－n04C)、
前記レンズ５のｇ線における屈折率をn05g、Ｆ線における屈折率をn05F、Ｃ線における屈折率をn05C、d線におけるアッベ数をνd5、部分分散比θg.F.5をθg.F.5＝(n05g－n05F) ／(n05F－n05C)、
前記レンズ６のｇ線における屈折率をn06g、Ｆ線における屈折率をn06F、Ｃ線における屈折率をn06C、d線におけるアッベ数をνd6、部分分散比θg.F.6をθg.F.6＝(n06g－n06F) ／(n06F－n06C)として、
-0.0015＜(θg.F.2－θg.F.1)／(νd2－νd1)＜０
-0.0015＜(θg.F.4－θg.F.3)／(νd4－νd3)＜０
-0.0015＜(θg.F.6－θg.F.5)／(νd6－νd5)＜０
である請求項５に記載の顕微鏡用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線環境下での使用が想定される顕微鏡用対物レンズに関する。
【背景技術】
【0002】
放射線環境下で顕微鏡を利用する場合、光学系を構成するガラスレンズが放射線の影響で着色する現象が発生する。この現象をブラウニングという。この現象を回避する方法として、放射線環境下に露出するレンズを石英で構成する構造が考えられる。レンズを石英で構成した顕微鏡については、例えば特許文献１や特許文献２が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６３９２９４７号公報
【特許文献2】特許第５３８５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
放射線の影響を最も受けるのは、最も観察対象物の側にあるレンズである。他方において、顕微鏡の場合、最も観察対象物の側にあるレンズ（前玉）には、必要なＮＡを得るための光学機能が要求される。ここで、前玉として石英レンズを採用した場合、以下の点が問題となる。
【0005】
石英はガラスに比較して屈折率が小さい。例えば、５５０ｎｍ付近における石英の屈折率は１．４６であり、レンズ用ガラスの屈折率は１．５から１．８５（種類による）である。
【0006】
そのため、石英レンズのパワーをガラスレンズの場合と同様のものとしようとすると、レンズ表面の曲率半径をガラスレンズの場合に比較して小さくする必要がある。しかしながら、レンズ表面の曲率半径が小さくなると、レンズ曲率の程度が強くなり、収差の問題が顕在化する。
【0007】
このような背景において、本発明は、放射線の影響下（環境下）で利用可能であり、収差が抑制された顕微鏡用対物レンズを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズを有し、前記第１のレンズは、前記観察対象物の側の面である第１の面と該第１の面の反対側の面である第２の面を有し、前記第１の面は凹面を有し、前記第２の面は凸面を有し、前記石英の屈折率をｎ１、前記凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１として、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３を満たす顕微鏡用対物レンズである。本発明の顕微鏡用対物レンズは、使用の状態において、前記第１のレンズの前記第１の面を放射線に被曝する環境に露出させることが可能である。
【0009】
本発明において、前記第１のレンズの前記第２の面の側であり、前記第１のレンズから離れた位置に、前記第１のレンズに近い位置から順に第２のレンズおよび第３のレンズが配置され、前記第２のレンズは２つの凹面を有し、前記第３のレンズは２つの凹面を有し、前記第２のレンズの一方の凹面と前記第３のレンズの一方の凹面とが向かい合うように前記第２のレンズと前記第３のレンズが配置され、前記第２のレンズの屈折率をｎ２、前記第３のレンズの屈折率をｎ３、前記第２のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位はｍｍ）をｒ２、前記第３のレンズの前記一方の凹面の曲率半径（単位ｍｍ）をｒ３として、
０．０４＜｜（ｎ２－１）／（ｒ２×ｎ２）｜＜０．０７
０．０２＜｜（ｎ３－１）／（ｒ３×ｎ３）｜＜０．０６
を満たす態様が挙げられる。
０．０４＜｜（ｎ２－１）／（ｒ２×ｎ２）｜＜０．０７
０．０２＜｜（ｎ３－１）／（ｒ３×ｎ３）｜＜０．０６
を満たす態様が挙げられる。
【0010】
本発明において、前記第２のレンズの前記一方の凹面と前記第３のレンズの前記一方の凹面との光軸上における離間距離ｄは、ｄ＝２．５ｍｍ～５．０ｍｍである構成は好ましい。本発明において、前記第２のレンズと前記第３のレンズの間には、光学絞りが配置されている態様が挙げられる。
【0011】
本発明において、前記第１のレンズと前記光学絞りとの間において、前記第１のレンズの側から順に配置された正レンズと負レンズを張り合わせた色消しレンズ１、２、３を有し、色消しレンズ１はレンズ１とレンズ２、色消しレンズ２はレンズ３とレンズ４、色消しレンズ３はレンズ５とレンズ６から構成され、前記レンズ１のｇ線における屈折率をn01g、Ｆ線における屈折率をn01F、Ｃ線における屈折率をn01C、d線におけるアッベ数をνd1、部分分散比θg.F.1をθg.F.1＝(n01g－n01F) ／(n01F－n01C)、前記レンズ２のｇ線における屈折率をn02g、Ｆ線における屈折率をn02F、Ｃ線における屈折率をn02C、d線におけるアッベ数をνd2、部分分散比θg.F.2をθg.F.2＝(n02g－n02F) ／(n02F－n02C)、前記レンズ３のｇ線における屈折率をn03g、Ｆ線における屈折率をn03F、Ｃ線における屈折率をn03C、d線におけるアッベ数をνd3、部分分散比θg.F.3をθg.F.3＝(n03g－n03F) ／(n03F－n03C)、前記レンズ４のｇ線における屈折率をn04g、Ｆ線における屈折率をn04F、Ｃ線における屈折率をn04C、d線におけるアッベ数をνd4、部分分散比θg.F.4をθg.F.4＝(n04g－n04F) ／(n04F－n04C)、前記レンズ５のｇ線における屈折率をn05g、Ｆ線における屈折率をn05F、Ｃ線における屈折率をn05C、d線におけるアッベ数をνd5、部分分散比θg.F.5をθg.F.5＝(n05g－n05F) ／(n05F－n05C)、前記レンズ６のｇ線における屈折率をn06g、Ｆ線における屈折率をn06F、Ｃ線における屈折率をn06C、d線におけるアッベ数をνd6、部分分散比θg.F.6をθg.F.6＝(n06g－n06F) ／(n06F－n06C)として、-0.0015＜(θg.F.2－θg.F.1)／(νd2－νd1)＜０、-0.0015＜(θg.F.4－θg.F.3)／(νd4－νd3)＜０、-0.0015＜(θg.F.6－θg.F.5)／(νd6－νd5)＜０である態様が挙げられる。ここで、レンズ２とレンズ４、レンズ５は異常分散ガラスである。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、放射線の影響下で利用可能であり、収差が抑制された顕微鏡用対物レンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態の対物レンズの概念図である。
【図2】実施形態の顕微鏡のブロック図である。
【図3】具体例１のレンズ構成図である。
【図4】具体例１の縦収差図である。
【図5】具体例１の横収差図である。
【図6】具体例２のレンズ構成図である。
【図7】具体例２の縦収差図である。
【図8】具体例２の横収差図である。
【図9】具体例３のレンズ構成図である。
【図10】具体例３の縦収差図である。
【図11】具体例３の横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（概要）
図１には、最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズ１０２を有し、前記第１のレンズ１０２は、前記観察対象物の側の面である第１の面３と該第１の面の反対側の面である第２の面４を有し、前記第１の面３は凹面１０２ａを有し、前記第２の面４は凸面を有し、前記石英の屈折率をｎ１、前記凹面１０２ａの曲率半径（単位はｍ）をｒ１として、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６２を満たし、使用の状態において、前記第１のレンズ１０２の前記第１の面３（凹面１０２ａ）が放射線に被曝する環境に露出している顕微鏡用対物レンズ１００が示されている。
図１には、最も観察対象物の側にあり、石英により構成された第１のレンズ１０２を有し、前記第１のレンズ１０２は、前記観察対象物の側の面である第１の面３と該第１の面の反対側の面である第２の面４を有し、前記第１の面３は凹面１０２ａを有し、前記第２の面４は凸面を有し、前記石英の屈折率をｎ１、前記凹面１０２ａの曲率半径（単位はｍ）をｒ１として、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６２を満たし、使用の状態において、前記第１のレンズ１０２の前記第１の面３（凹面１０２ａ）が放射線に被曝する環境に露出している顕微鏡用対物レンズ１００が示されている。
【0015】
図１には、実施形態である対物レンズ１００のレンズの構成が示されている。図２は、対物レンズ１００を用いた顕微鏡２００の概要が示されている。この例では、顕微鏡２００を用いた観察対象物（試料）１５０の観察が行われる。
【0016】
顕微鏡２００を用いた観察対象物の観察は、石英板１０１を介して行われる。この例において、石英板１０１は、観察対象物を保持するシャーレの底板の部分であり、この底板の部分を介して顕微鏡２００を用いた観察が行われる。石英板１０１の部分がカバーガラスである場合もあり得る。この例において、石英板１０１の厚みは０．３ｍｍである。
【0017】
顕微鏡２００は、蛍光顕微鏡における例であり、対物レンズ１００、観察対象物１５０に蛍光を生じさせるための照明光を発光する光源２１０、照明光と観察光を分離するビームスプリッター２２０、結像レンズ２３０、撮像を行う検出器２４０を備える。ビームスプリッター２２０としては、プリズムを用いたものやダイクロイックミラーが利用される。対物レンズ１００は、無限遠補正の対物レンズであり、検出器２４０の側に出射する光束は平行光となる。この対物レンズ１００からの平行光が結像レンズ２３０により、集束され、検出器２４０の位置で観察対象物１５０の像が結像する。検出器２４０は、２次元イメージセンサであり、上記結像した像を画像イメージデータとして検出する。検出器２４０としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサが利用される。
【0018】
光源２１０からの照明光が対物レンズ１００を介して観察対象物１５０に照射され、観察対象物１５０におけるその反射光および観察対象物１５０で生じた蛍光が対物レンズ１００を介して、検出器２３０で検出され、顕微鏡画像の画像データが得られる。
【0019】
（対物レンズの構造）
図１に示すように、対物レンズ１００は、観察対象の側から、レンズ１０２、レンズ１０３、レンズ１０４、レンズ１０５、レンズ１０６、レンズ１０７、レンズ１０８、レンズ１０９、レンズ１１０、レンズ１１１、レンズ１１２、レンズ１１３と配置された構造を有する。
図１に示すように、対物レンズ１００は、観察対象の側から、レンズ１０２、レンズ１０３、レンズ１０４、レンズ１０５、レンズ１０６、レンズ１０７、レンズ１０８、レンズ１０９、レンズ１１０、レンズ１１１、レンズ１１２、レンズ１１３と配置された構造を有する。
【0020】
図２に示す顕微鏡２００は、放射線環境下での使用を前提としている。そのため、最も観察対象物１５０の側にあり、放射線環境下に曝されるレンズ１０２を石英で構成する。レンズ１０２は、対物レンズ１００の最も前の位置にあるので前玉と呼ばれる。
【0021】
この例では、レンズ１０２の厚みが十分に確保でき、放射線環境下における放射線を十分に遮蔽できる見込みであるので、レンズ１０３の後のレンズは、レンズ用の光学ガラスを利用している。放射線を遮蔽するのに必要な石英材料の厚みは、最低２ｍｍ、好ましくは３ｍｍ程度と見積もられる。なお、放射線はガンマ線を想定しているが、例えば観察対象物１５０が放射性物質である場合も想定される。
【0022】
レンズ１０２により放射線を遮蔽できず、レンズ１０３にも耐放射線機能が必要な場合は、レンズ１０３も石英で構成する。これは、レンズ１０４以降においても同じである。
【0023】
なお、レンズ１０３以降に耐放射線特性が要求される場合でも、その要求性能がそれほど高くない場合は、レンズ１０３以降の材質として耐放射性ガラスを用いることもできる。なお、レンズ１０２は、長時間にわたり放射線に曝される可能性が想定されるので、石英で構成することが必須である。
【0024】
対物レンズ１００は、石英板１０１を含めて光学設計がされている。対物レンズ１００は、可視光帯域（Ｆ線、ｄ線、Ｃ線、ｇ線）で設計されている。開口数は、ＮＡ＝０．５６としている。
【0025】
この例において、レンズ１０２の材質は石英であり、レンズ１０３～レンズ１０６、レンズ１０８、レンズ１１１～レンズ１１３の材質はレンズ用の光学ガラスである。レンズ１０７、レンズ１０９、レンズ１１０は、レンズ用の異常分散ガラスを用いて構成されている。
【0026】
以下、観察対象物１５０の側を前、前側、前段等と記述し、観察対象物と反対の側（検出器２３０の側）を後、後側、後段等と記述する。また、あるレンズに着目した場合に、前側のレンズ面を前面、後側のレンズ面を後面と記述する。
【0027】
また、各レンズの前面と後面には、符号が付してあり、その符合によりレンズ面を特定する。例えば、レンズ１０２の前面を３面（符号３の面）と表記し、レンズ１０２の後面を４面（符号４の面）と表記する。また例えば、レンズ１０３の前面を５面と表記し、レンズ１０３の後面を６面と表記する。
【0028】
レンズ１０２は正の屈折力を有し、前面（３面）が凹面１０２ａ、後面（４面）が凸面のメニスカスレンズである。レンズ１０２の後段には、レンズ１０３が配置されている。
【0029】
レンズ１０３は、正の屈折力を有している。レンズ１０３の後段には、レンズ１０４及びレンズ１０５が配置されている。レンズ１０４とレンズ１０５は貼り合わせレンズを構成し、全体として正の屈折力を有している。
【0030】
レンズ１０４とレンズ１０５の後段には、レンズ１０６及びレンズ１０７が配置されている。レンズ１０６とレンズ１０７は貼り合わせレンズを構成しており、全体として正の屈折力を有している。
【0031】
レンズ１０６とレンズ１０７の後段には、レンズ１０８及びレンズ１０９が配置されている。レンズ１０８とレンズ１０９は貼り合わせレンズを構成しており、全体として正の屈折力を有している。
【0032】
レンズ１０８とレンズ１０９の後段には、レンズ１１０及びレンズ１１１が配置されている。レンズ１１０とレンズ１１１は張り合わせレンズを構成しており検出器側に凹面を向けたメニスカスレンズである。
【0033】
レンズ１１０とレンズ１１１の後段には、レンズ１１２及びレンズ１１３が配置されている。レンズ１１２とレンズ１１３は張り合わせレンズを構成しており観察対象側に凹面を向けたメニスカスレンズである。これらの２つのメニスカスレンズは、２つを合わせて全体として負の屈折力を有している。
【0034】
レンズ１１１の後面の凹面（符号１８ａ）とレンズ１１２の前面の凹面（符号２０ａ）の間は、空間１１４となっている。レンズ１１１とレンズ１１２の間には、光学絞り１１５が配置されている。光学絞り１１５は、中央に丸い孔が空いた平板形状を有している。
【0035】
（レンズ１０２の詳細）
レンズ１０２には石英を用いている。石英は、ガラスと比較して低屈折率であるので、同じ光学特性を得る場合、ガラス製の場合に比較してレンズ表面の曲率半径を小さくする必要がある。この場合、レンズの曲率をガラスの場合に比較して小さくしなくてはならず、ガラスの場合に比較して収差の問題が顕在化する。
レンズ１０２には石英を用いている。石英は、ガラスと比較して低屈折率であるので、同じ光学特性を得る場合、ガラス製の場合に比較してレンズ表面の曲率半径を小さくする必要がある。この場合、レンズの曲率をガラスの場合に比較して小さくしなくてはならず、ガラスの場合に比較して収差の問題が顕在化する。
【0036】
そこで、本実施形態では、レンズ１０２では、ある程度の収差の発生を許容しつつ、前玉に必要な光学特性を追求し、後段（レンズ１０２から見て、観察対象物１５０から離れた側）のレンズ群によって収差を補正している。
【0037】
上記の目的を達成するために、レンズ１０２の前面（３面）は、以下の条件で設計されている。まず、上述のように、３面は凹面１０２ａを有し、４の面は凸面である。ここで、レンズ１０２を構成する石英の屈折率をｎ１とし、凹面１０２ａの曲率半径（単位はｍｍ）をｒ１とした場合に、レンズ１０２の凹面１０２ａに係るペッツバール和（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）が、下記の条件を満たすようにする。
０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３
０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３
【0038】
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜≦０．０２８となると、曲率半径ｒ１が大きくなり、レンズ表面の曲率が小さくなるので（より平面に近づく）、対物レンズ１００の前玉（最も観察対照物の側のレンズ１０２）に要求される像面湾曲等の収差補正が不足し、周辺画角における解像度を得るのが困難になる。この場合、後段で収差の補正が難しくなる。
【0039】
他方において、｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜≧０．０６３となると、凹面１０２ａの曲率半径ｒ１が小さくなり製造製が悪くなる。また、凹面１０２ａの曲率半径が小さくなり、球面収差等の収差の発生が顕著となる。この場合においても、後段で収差の補正が難しくなる。
【0040】
以上の理由により、後段で収差を補正でき、且つ、要求される解像度を得るために必要なレンズ１０２は、上記の不等式を満たす必要がある。
【0041】
（収差の補正に必要な条件）
以下、前玉（レンズ１０２）において生じた収差を後段において補正する仕組みについて説明する。この例では、図１のレンズ１１１とレンズ１１２を用いて上記収差の補正を行う。ここでは、レンズ１１１の１８面とレンズ１１２の２０面に係り、下記の条件を満足するように設計が行われている。
以下、前玉（レンズ１０２）において生じた収差を後段において補正する仕組みについて説明する。この例では、図１のレンズ１１１とレンズ１１２を用いて上記収差の補正を行う。ここでは、レンズ１１１の１８面とレンズ１１２の２０面に係り、下記の条件を満足するように設計が行われている。
【0042】
ここでは、レンズ１１１を構成するガラスの屈折率をｎ１７、レンズ１１２を構成するガラスの屈折率をｎ２０、ｒ１８を１８面（符号１８ａの凹面）の曲率半径（単位はｍｍ）、ｒ２０を２０面（符号２０ａの部分の凹面）の曲率半径（単位はｍｍ）として、１８面と２０面に係るペッツバール和に関して、下記の条件を満足するようにする。
【0043】
０．０４＜｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＜０．０７
０．０２＜｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＜０．０６
０．０２＜｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＜０．０６
【0044】
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜≦０．０４となると、ｒ１８が大きくなり、１８面による収差を補正する機能が不足する。つまり、有効な収差の補正が困難になる。
【0045】
０．０７≦｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜となると、ｒ１８が小さくなり、レンズ１１１の製造製の低下、また１８面の凹面構造によるコマ収差等の収差の発生が顕在化する。
【0046】
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜≦０．０２となると、ｒ２０が大きくなり、２０面による収差を補正する機能が不足する。つまり、有効な収差の補正が困難になる。
【0047】
０．０６≦｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜となると、ｒ２０が小さくなり、レンズ１１２の製造製の低下、また２０面の凹面構造によるコマ収差等の収差の発生が顕在化する。
【0048】
また、面１８と面２０の間の向かい合った凹面の間に形成された空間１１４の部分における光軸上における面１８と面２０との間の離間距離ｄ１８は、２．５ｍｍ＜ｄ１８＜５ｍｍの範囲とする。５ｍｍ≦ｄ１８となると、像面湾曲の補正が難しくなる。ｄ１８≦２．５ｍｍとなると、レンズ１１１とレンズ１１２が接触し、物理的に実現できない。
【0049】
（色収差の補正を行う場合の条件）
本実施形態では、以下の構成により特に色収差の補正を行う。ここでは、負のレンズ１０６と正のレンズ１０７による貼り合わせレンズにより色消しレンズ１が構成され、負のレンズ１０８と正のレンズ１０９による貼り合わせレンズにより色消しレンズ２が構成され、正のレンズ１１０と負のレンズ１１１による貼り合わせレンズにより色消しレンズ３が構成されている。また、レンズ１０７、レンズ１０９、レンズ１１０を異常分散ガラスにより構成している。そして、以下に説明する条件を満足することで色収差の補正を行っている。ここでは、各レンズに係る（θg.F.2－θg.F.1）／（ν２－ν１）を以下のように限定する。
本実施形態では、以下の構成により特に色収差の補正を行う。ここでは、負のレンズ１０６と正のレンズ１０７による貼り合わせレンズにより色消しレンズ１が構成され、負のレンズ１０８と正のレンズ１０９による貼り合わせレンズにより色消しレンズ２が構成され、正のレンズ１１０と負のレンズ１１１による貼り合わせレンズにより色消しレンズ３が構成されている。また、レンズ１０７、レンズ１０９、レンズ１１０を異常分散ガラスにより構成している。そして、以下に説明する条件を満足することで色収差の補正を行っている。ここでは、各レンズに係る（θg.F.2－θg.F.1）／（ν２－ν１）を以下のように限定する。
【0050】
-0.0015＜(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＜０
-0.0015＜(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３)＜０
-0.0015＜(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６)＜０
-0.0015＜(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３)＜０
-0.0015＜(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６)＜０
【0051】
ここで、θg.F＝(ng－nF)(nF－nC)であり、ngはｇ線（435.824nm）における屈折率、nFはＦ線（486.133nm）における屈折率、nCはＣ線（656.273nm）における屈折率である。
【0052】
上記の場合、レンズ１０６のｇ線における屈折率をn01g、Ｆ線における屈折率をn01F、Ｃ線における屈折率をn01Cとして、θg.F.10＝(n01g－n01F)(n01F－n01C)である。また、レンズ１０６のアッベ数をν１０とする。なお、アッベ数は、d線(波長587.6560nm)における値である。これは、他のアッベ数も同じである。
【0053】
レンズ１０７のｇ線における屈折率をn02g、Ｆ線における屈折率をn02F、Ｃ線における屈折率をn02Cとして、θg.F.11＝(n02g－n02F) ／(n02F－n02C)である。また、レンズ１０７のアッベ数をν１１とする。
【0054】
レンズ１０８のｇ線における屈折率をn03g、Ｆ線における屈折率をn03F、Ｃ線における屈折率をn03Cとして、θg.F.13＝(n03g－n03F) ／(n03F－n03C)である。また、レンズ１０８のアッベ数をν１３とする。
【0055】
レンズ１０９のｇ線における屈折率をn04g、Ｆ線における屈折率をn04F、Ｃ線における屈折率をn04Cとして、θg.F.14＝(n04g－n04F) ／(n04F－n04C)である。また、レンズ１０９のアッベ数をν１４とする。
【0056】
レンズ１１０のｇ線における屈折率をn05g、Ｆ線における屈折率をn05F、Ｃ線における屈折率をn05Cとし、θg.F.16＝(n05g－n05F) ／(n05F－n05C)である。また、レンズ１１０のアッベ数をν１６とする。
【0057】
レンズ１１１のｇ線における屈折率をn06g、Ｆ線における屈折率をn06F、Ｃ線における屈折率をn06Cとして、θg.F.17＝(n06g－n06F) ／(n06F－n06C)である。また、レンズ１１１のアッベ数をν１７とする。
【0058】
（θg.F.2－θg.F.1）／（ν２－ν１）が上記の範囲以上となると、色収差の補正過多となり、新たな色収差を招く。また、（θg.F.2－θg.F.1）／（ν２－ν１）が上記の範囲以下となると、色収差の補正不足となり、色収差が残る。
【0059】
以下、上述した対物レンズの具体例について説明する。なお、以下の具体例においては結像レンズ２３０として、焦点距離=１１２ｍｍの理想レンズの使用を前提としている。
【0060】
（具体例１）
以下は具体例１における各種データである。レンズ断面図は図３に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ18＝２.８５ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０４８３３
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０５４９８
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０５２３１
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０６
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１１
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．００１０６
以下は具体例１における各種データである。レンズ断面図は図３に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ18＝２.８５ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０４８３３
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０５４９８
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０５２３１
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０６
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１１
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．００１０６
【0061】
また、表１は具体例１のレンズデータを示している。ここで、Ｒは曲率、Ｄは光軸上におけるレンズの厚みまたは当該面の後ろの隙間の寸法（単位：ｍｍ）、ｎｄはレンズを構成するガラスの屈折率、νｄはアッベ数である。これは、表２および表３も同じである。
【0062】
【表1】
【0063】
図４に具体例１の場合の縦収差のデータを示す。縦収差は、光軸の方向における収差である。例えば、光軸の方向における焦点の位置のずれが縦収差となる。図４には、左から縦収差である球面収差、非点収差が示されている。これは、図７および図１０も同じである。いずれの場合も収差がなければ、縦軸に一致した直線となる。図５に横収差のデータを示す。横収差は、像面に平行な方向（画面に平行な方向）における収差である。これは、図８および図１１も同じである。いずれの場合も収差がなければ横軸に一致した水平な直線となる。
【0064】
（具体例２）
以下は具体例２における各種データである。レンズ断面図は図６に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ18＝２.９ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０２８５６
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０５９３３
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０５３６
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０３
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１３
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．００１０１
また、表２は具体例２のレンズデータを示している。
以下は具体例２における各種データである。レンズ断面図は図６に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ18＝２.９ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０２８５６
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０５９３３
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０５３６
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０３
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１３
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．００１０１
また、表２は具体例２のレンズデータを示している。
【0065】
【表2】
【0066】
図７に具体例２の場合の縦収差のデータを、図８に横収差のデータを示す。それぞれはC線(波長656.2725nm),d線(波長587.5618),F線(波長486.1327nm),g線(波長435.8343nm)に対する、収差図である。
【0067】
（具体例３）
以下は具体例３における各種データである。レンズ断面図は図９に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ１８＝２.５ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０６２８３
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０４４６
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０３４７２
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０６
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１３
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．０００９２
また、表３は具体例３のレンズ設計データを示している。
以下は具体例３における各種データである。レンズ断面図は図９に示す。
倍率β＝－１１．２、開口数ＮＡ＝０．５６、ワーキングディスタンスＤ０＝３ｍｍ、焦点距離ｆ＝１０ｍｍ、ｄ１８＝２.５ｍｍ
｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０６２８３
｜（ｎ１７－１）／（ｒ１８×ｎ１７）｜＝０．０４４６
｜（ｎ２０－１）／（ｒ２０×ｎ２０）｜＝０．０３４７２
(θg.F.11－θg.F.10)／(ν１１－ν１０)＝－０．００１０６
(θg.F.14－θg.F.13)／(ν１４－ν１３) )＝－０．００１１３
(θg.F.17－θg.F.16)／(ν１７－ν１６) )＝－０．０００９２
また、表３は具体例３のレンズ設計データを示している。
【0068】
【表3】
【0069】
図１０に具体例３の場合の縦収差のデータを、図１１に横収差のデータを示す。それぞれはC線(波長656.2725nm),d線(波長587.5618),F線(波長486.1327nm),g線(波長435.8343nm)に対する、収差図である。
【0070】
（レンズ１０２の設計条件について）
具体例１～３のレンズ１０２に関する限定を下記に列挙する。
（具体例１）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０４８３３
（具体例２）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０２８５６
（具体例３）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０６２８３
具体例１～３のレンズ１０２に関する限定を下記に列挙する。
（具体例１）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０４８３３
（具体例２）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０２８５６
（具体例３）｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＝０．０６２８３
【0071】
ここで、具体例２の条件（０．０２８５６）は、有意な限定範囲の下限（０．０２８）に近い。また、具体例３の条件（０．０６２８３）は、有意な限定範囲の上限（０．０６３）に近い例である。各収差図から、C線～g線の波長域にわたって各種収差が良好に補正されていることがわかる。
【0072】
以上のように、０．０２８＜｜（ｎ１－１）／（ｒ１×ｎ１）｜＜０．０６３を満たす範囲であれば、放射線の影響下（環境下）で利用可能であり、収差が抑制された顕微鏡用対物レンズが得られる。
【0073】
（その他）
図１、図３、図６、図９には、１２枚のレンズを用いた対物レンズ１００の例が示されているが、レンズの数は例示する数に限定されない。より多くのレンズを利用する形態も可能である。なお、より少ないレンズとすることも可能であるが、ＮＡと収差の両立については厳しい設計となる。顕微鏡用対物レンズ１００は、放射線の影響がない環境で利用することも可能である。
図１、図３、図６、図９には、１２枚のレンズを用いた対物レンズ１００の例が示されているが、レンズの数は例示する数に限定されない。より多くのレンズを利用する形態も可能である。なお、より少ないレンズとすることも可能であるが、ＮＡと収差の両立については厳しい設計となる。顕微鏡用対物レンズ１００は、放射線の影響がない環境で利用することも可能である。
【符号の説明】
【0074】
１００…対物レンズ、１０１…石英板、１０２～１１３…レンズ、１１４…２つの凹面の間の空間、１１５…光学絞り、１５０…観察対象の試料、２００…顕微鏡、２１０…光源、２２０…ビームスプリッター、２３０…結像レンズ、２４０…撮像を行う検出器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
