专利名称：显微镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显微镜装置及用于其的变焦透镜。
背景技术：
在显微镜这样的现有的光学装置中，按照以下的顺序进行观察、摄影。首先，通过 低倍率的物镜在宽视野下寻找应观察的位置。然后，变换(更换)成高倍率的物镜，将物体 (试料)放大。并且，直接进行放大的物体的观察，或通过摄像装置进行摄影。此时，倍率范 围为1倍左右 100倍左右。因此，作为在这样的宽倍率范围进行物体的观察、摄影的方法， 公知使用变焦透镜。作为用于显微镜的变焦透镜，例如有专利文献1所公开的变焦透镜。专利文献1 JP特许第4061152号近年来，在生物学研究、尤其是活细胞的研究中，采用使用了对细胞的损伤小的红 外光的观察方法。例如，包括利用红外光进行的微分干涉观察(IR-DIC)、光钳等。为了应 对这样的观察方法，需要具备不仅在可见区域而且在红外区域也进行像差校正的光学系统 的显微镜装置。但是，在现有的显微镜装置所使用的变焦透镜中，仅在可见区域进行像差校 正。
发明内容
本发明鉴于这样的问题，其目的在于提供一种通过具备在宽波长区域良好地进行 了像差校正的变焦透镜而可以应对可见区域以及红外区域的观察的显微镜装置。为了实现这样的目的，本发明的显微镜装置，包括物镜和摄像用光路，其中，在上 述摄像用光路中配置成像透镜以及用于使由上述成像透镜形成的一次像再次成像的变焦 透镜，上述变焦透镜由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力 的第2透镜组以及具有正屈光力的第3透镜组构成，随着从低倍向高倍的变倍，上述第1 透镜组向物体侧移动，上述第2透镜组向像侧移动，上述第1透镜组和上述第3透镜组中 的至少一方，包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整体具有正屈 光力的复合透镜，上述具有正屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具 有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ctl、上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为 θ Ct2时，上述第2透镜组包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整 体具有负屈光力的复合透镜，上述具有负屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透 镜的上述具有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ct3、上述具有负屈光力的单透镜的部 分色散比为9Ct4时(其中，设该透镜的玻璃材料相对于C线的折射率为nC、相对于t线 的折射率为nt、相对于F线的折射率为nF时，部分色散比θ Ct被定义为θ Ct = (nC-nt)/ (nF-nC))，满足下式的条件θ Ctl- θ Ct2 < 0. 08、θ Ct4_ θ Ct3 > 0. 12。此外，本发明的显微镜装置，包括物镜和摄像用光路，其中，在上述摄像用光路中 配置成像透镜以及用于使由上述成像透镜形成的一次像再次成像的变焦透镜，上述变焦透 镜由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力的第2透镜组、具有正屈光力的第3透镜组以及具有负屈光力的第4透镜组构成，随着从低倍向高倍的变倍，上 述第2透镜组向像侧移动，上述第3透镜组向物体侧移动，上述第1透镜组和上述第3透 镜组中的至少一方，包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整体具 有正屈光力的复合透镜，上述具有正屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的 上述具有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ctl’、上述具有负屈光力的单透镜的部分色 散比为9Ct2’时，上述第2透镜组包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透 镜构成、整体具有负屈光力的复合透镜，上述具有负屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设 构成该透镜的上述具有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ct3’、上述具有负屈光力的单 透镜的部分色散比为9Ct4’时(其中，设该透镜的玻璃材料相对于C线的折射率为nC、相 对于t线的折射率为nt、相对于F线的折射率为nF时，部分色散比θ Ct被定义为θ Ct = (nC-nt)/(nF-nC))，满足下式的条件θ Ctl' - θ Ct2，< 0. 08、θ CU' - θ Ct3，> 0. 12。此外优选，上述成像透镜由多个透镜组构成，在设构成上述多个透镜组的最靠近 像面的透镜组的焦距为fL、上述成像透镜的焦距为fT时，满足下式的条件fL < 0以及1. 5 < fL/fT < 3. 0。此外优选，在设通过上述成像透镜形成的一次像的倍率为β时，满足下式的条 件0. 6 < I β I < 1. 0。根据本发明，可以实现通过具备在宽波长区域良好地进行了像差校正的变焦透镜 而可以应对可见区域以及红外区域的观察的显微镜装置。
图1是第1实施例的显微镜装置的构成剖视图。图2是第1实施例的显微镜装置中的高倍变焦时的(2. 34Χ)的部分构成图。图3是第1实施例的变焦透镜的构成剖视图，(a)表示低倍时(0. 70X)的状态， (b)表示中倍时(1. 17X)的状态，(c)表示高倍时(2.34X)的状态。图4是第1实施例的变焦透镜的低倍时(0. 70 X)的轴上色差图。图5是第1实施例的变焦透镜的高倍时(2. 34X)的轴上色差图。图6是第1实施例的变焦透镜的低倍时(0.70X)的各像差图(球面像差、像面弯 曲、畸变像差、倍率色像差、横向像差)。图7是第1实施例的变焦透镜的高倍时(2.34X)的各像差图(球面像差、像面弯 曲、畸变像差、倍率色像差、横向像差)。图8是第2实施例的显微镜装置的构成剖视图。图9是第2实施例的显微镜装置中的高倍变焦时的(3. 95X)的部分构成图。图10是第2实施例的变焦透镜的构成剖视图，(a)表示低倍时(0. 80X)的状态， (b)表示中倍时(1.97X)的状态，(c)表示高倍时(3.95X)的状态。图11是第2实施例的变焦透镜的低倍时(0. 80 X)的轴上色差图。图12是第2实施例的变焦透镜的高倍时(3. 95X)的轴上色差图。图13是第2实施例的变焦透镜的低倍时(0. 80X)的各像差图(球面像差、像面 弯曲、畸变像差、倍率色像差、横向像差)。图14是第2实施例的变焦透镜的高倍时(3.95X)的各像差图(球面像差、像面弯曲、畸变像差、倍率色像差、横向像差)。标号说明MS、MS，…显微镜装置2…物镜3、10…成像透镜11----次像12 (12a、12b)…变焦透镜Gl…第1透镜组G2…第2透镜组G3…第3透镜组G4…第4透镜组
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的显微镜装置MS如图 1所示，从标本1发出的光通过物镜2而成为平行光束，并入射到构成成像透镜的透镜组3。 在目视观察时，在光路中插入棱镜4，通过该棱镜4使从透镜组3射出的光偏向而将光引导 向目视观察用光路，通过设于该光路内的透镜组5而形成一次像6。观察者8通过目镜7来 观察该一次像6。此外，在摄像时，从光路中除去棱镜4，将从透镜组3射出的光引导向摄像 用光路，通过设于该光路内的反射镜9偏向后，通过构成成像透镜的透镜组10而形成一次 像11。来自该一次像11的光经过变焦透镜12 (在图1中图示了由第1透镜组G1、第2透 镜组G2、第3透镜组G3构成的变焦透镜12a)，并通过反射镜13而偏向后，在摄像元件15 上形成像14。变焦透镜12作为第1构成(以下称为第1变焦透镜12a)，可以构成为，如图3所 示，由从物体侧依次排列的、具有正屈光力(折射力)的第1透镜组G1、具有负屈光力的第 2透镜组G2和具有正屈光力的第3透镜组G3构成，随着从低倍向高倍的变倍，第1透镜组 Gl向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动。此外，变焦透镜12作为第2构成(以下称为第2变焦透镜12b)，也可以构成为， 如图10所示，由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组G1、具有负屈光力的第2 透镜组G2、具有正屈光力的第3透镜组G3和具有负屈光力的第4透镜组G4构成，随着从低 倍向高倍的变倍，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动。根据第2构成 的变焦透镜12b，与上述第1构成的变焦透镜12a相比可以提高变倍比。在具有上述构成的变焦透镜12 (12a、12b)中，第1透镜组Gl和第3透镜组G3中 的至少一方，包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整体具有正屈 光力的复合透镜，上述具有正屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具 有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ ctl，上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为 θ Ct2时(其中，设该透镜的玻璃材料相对于C线的折射率为nC、相对于t线的折射率为nt、 相对于F线的折射率为nF时，部分色散比θ Ct被定义为θ Ct = (nC-nt) / (nF-nC))，满足 以下的条件式(1)。θ Ctl- θ Ct2 < 0. 08... (1)
6
上述条件式(1)是用于缩小由第1透镜组Gl及第3透镜组G3中的至少一方所具 有的正屈光力的复合透镜产生的色差的二次光谱的条件。若超过该条件式(1)的上限值， 则二次光谱变大，难以同时抑制可见区域和红外区域的色差。另外，为了利用该具有正屈光 力的复合透镜良好地校正色差，使二次光谱越小越好，换言之，上述条件式(1)左边的值越 小越好。此外，更优选的是，可以满足以下的条件式(1’)、进而满足以下的条件式(1”)。θ Ctl-θ Ct2 < 0. 06…(1，)θ Ctl-θ Ct2 < 0· 03…(1”)进而，在本实施方式中，第2透镜组G2包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈 光力的单透镜构成、整体具有负屈光力的复合透镜，上述具有负屈光力的复合透镜中的至 少一枚，在设构成该透镜的上述具有正屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ct3，上述具有负 屈光力的单透镜的部分色散比为θ Ct4时，更优选满足以下的条件式O)。θ Ct4- θ Ct3 > 0. 12... (2)上述条件式( 是用于增大由第2透镜组G2中配置的具有负屈光力的复合透镜 产生的色差的二次光谱的条件。通过满足该条件式O)，可以通过构成第2透镜组G2的具 有负屈光力的复合透镜产生相反的色差，而抵消由上述第1透镜组Gl或第3透镜组G3中 的至少一方所具有的正屈光力的复合透镜产生的二次光谱，进而可以在宽波长区域抑制色 差。另外，为了利用构成第2透镜组G2的具有负屈光力的复合透镜而在宽波长区域进行消 色差，使二次光谱越大越好，换言之，上述条件式( 左边的值越大越好。此外，更优选的是，可以满足以下的条件式(2’)、进而满足以下的条件式以”)。θ Ct4- θ Ct3 > 0. 13— (2')θ Ct4- θ Ct3 > 0. 14... (2")如上所述，在本实施方式的显微镜装置MS中构成为，通过第1透镜组Gl及第3透 镜组G3中的至少一方所含有的、具有正屈光力的复合透镜产生预定量的色差，并通过第2 透镜组G2所含有的、具有负屈光力的复合透镜，有意识地产生将由上述具有正屈光力的复 合透镜产生的色差抵消的色差，从而将由变焦透镜12(lh、12b)产生的色差抑制得较小。 因此，通过满足上述条件式⑴和O)，同时使条件式⑴的值更小、条件式⑵的值更大， 可以在更宽的波长区域良好地抑制色差。进而，在本实施方式中，成像透镜由多个透镜组(在图1中为透镜组3、10a、10b) 构成，在设构成多个透镜组的最靠近像面的透镜组的焦距为fL、成像透镜的焦距为fT时， 优选满足以下的条件式⑶和0)。fL < 0— (3)1. 5 < I fL/fT I < 3. 0... (4)上述条件式(3)及(4)是用于缩小变焦透镜12(12a、12b)的透镜直径的、成像透 镜的条件。从成像透镜射出的主光线在射出光瞳位置暂时聚光后扩散。从而，在成像透镜 的射出光瞳位于变焦透镜12的附近时，即便是变焦透镜12的透镜直径并不怎么大，也可以 使来自成像透镜的光束入射到变焦透镜12。但是，在引导距离较长时，成像透镜的射出光瞳 位置向物体侧远离变焦透镜12，为了使来自成像透镜的光束不被掩暗(*，> 3 )地入射 到变焦透镜12，不得不增大变焦透镜12的透镜直径。
因此，以同时满足上述条件式C3)及(4)的方式构成成像透镜时，构成该透镜的最 靠近像面的透镜组(图1中为透镜组IOb)具有负屈光力，并且该负的透镜组配置在一次像 面11的附近，因此可以使成像透镜的射出光瞳位置向最终像面侧移动。从而，可以缩小变 焦透镜12的透镜直径。另外，若超过上述条件式(3)的上限值，则构成成像透镜的最靠近像面的透镜组 不具有屈光力或者具有正屈光力，无法使成像透镜的射出光瞳位置向最终像面侧移动。从 而无法抑制变焦透镜12的透镜直径。此外，若超过条件式的上限值，则构成成像透镜 10的最靠近像面的透镜组的负屈光力变得过小，难以使射出光瞳位置向像侧移动。另一方 面，若低于条件式的下限值，则构成成像透镜的最靠近像面的透镜组的负屈光力变得 过大，难以进行像差校正。此外，在本实施方式中，在设通过(图1中由透镜组3、10a、IOb构成的)成像透镜 形成的一次像的倍率为β时，优选满足以下的条件式(5)。0. 6 < I β I < 1. 0... (5)通过满足上述条件式(5)，可以缩小由成像透镜形成的一次像11，可以缩小与该 一次像11接着的变焦透镜12(lh、12b)的透镜直径。[实施例] 接下来参照
本实施方式的各实施例。以下示出了表1及表2，这些表是第1及第2实施例的变焦透镜12a、12b所涉及 的各参数的表。在[整体参数]中，Y表示像高，NA表示数值孔径，TL表示物镜全长(最 大值)。此外，在[透镜参数]中，面序号表示沿光线的行进方向、从物体侧开始的透镜面 的顺序，r表示各透镜面的曲率半径，d表示从各光学面到下一光学面(或像面)为止在光 轴上的距离即面间隔，nd表示对d线(波长587.6nm)的折射率，vd表示对d线的阿贝数。 在[可变间隔数据]中，f表示透镜全系的焦距，di (其中i为整数)表示低倍时、中倍时、 高倍时第i面的可变的面间隔。在[各组焦距数据]中表示各组的首面及焦距。在[条件 式]中表示对应于上述条件式(1)及O)的值。另外，在表中，焦距、曲率半径、面间隔以及其他长度的单位一般采用“mm”。然而由 于成比例地放大或者成比例地缩小光学系统也能够得到同等的光学性能，因此单位并不限 定于“mm”。可以采用其他适当的单位。(第1实施例)利用图1 图7及表1说明第1实施例的显微镜装置MS。如图1所示，在本实施 例的显微镜装置MS中，从标本1发出的光通过物镜2而成为平行光束，并入射到构成成像 透镜的透镜组3。在目视观察时，在光路中插入棱镜4，通过该棱镜4使从透镜组3射出的 光偏向而将光引导向目视观察用光路，通过设于该光路内的透镜组5而形成一次像6。观察 者8通过目镜7来观察该一次像6。此外，在摄像时，从光路中除去棱镜4，将从透镜组3射 出的光引导向摄像用光路，通过设于该光路内的反射镜9偏向后，通过构成成像透镜的透 镜组10而形成一次像11。来自该一次像11的光经过变焦透镜12(1 )，并通过反射镜13 而偏向后，在摄像元件15上形成像14。在上述构成的显微镜装置MS中，如图2所示，从物镜2(省略图示)的射出光瞳2’ 射出的光束通过成像透镜(倍率β = 0.85Χ，焦距fT = 170.9mm)形成一次像11。另外，本实施例的成像透镜包括从物体侧依次排列的、透镜组3和由两个透镜组10a、10b构成的 透镜组10。并且，构成该成像透镜的透镜组中，最靠近像面侧配置的透镜组IOb具有负屈光 力(焦距fL = -314. 9mm)。从而，在到一次像11距离150. 8mm的位置形成成像透镜的射出 光瞳。其位于由第1透镜组Gl 第3透镜组G3构成的变焦透镜12a的内部。根据上述构成的成像透镜，该透镜所涉及的条件式、即条件式(3)成为fL =-314. 9，条件式(4)成为|fL/fT| = 1.84，条件式(5)成为β =0.85。由此可知，全部 满足了这些条件式⑶ (5)。接下来对上述变焦透镜1 进行说明。第1实施例的变焦透镜1 如图3所示， 由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组G1、具有负屈光力的第2透镜组G2以 及具有正屈光力的第3透镜组G3构成，随着从低倍向高倍的变倍，第1透镜组Gl向物体侧 移动，第2透镜组G2向像侧移动。第1透镜组Gl具有从物体侧依次排列的由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜Ll 1和 双凸透镜L12构成的复合透镜；以及双凸透镜L13。第2透镜组G2具有从物体侧依次排列的双凹透镜L21 ；以及由双凹透镜L22和 凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23构成的复合透镜。第3透镜组G3具有从物体侧依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L31和双 凸透镜L32构成的复合透镜；以及由双凸透镜L33和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜L34构 成的复合透镜。表1表示构成第1实施例的显微镜装置MS的变焦透镜12a的各参数的表。另外， 表1中的面序号1 16对应于图3所示的面1 16。(表 1)[整体参数]Y = 11, NA = 0. 040, TL = 87. 8[透镜参数]
权利要求
1.一种显微镜装置，包括物镜和摄像用光路，其特征在于，在上述摄像用光路中配置成像透镜以及用于使由上述成像透镜形成的一次像再次成 像的变焦透镜，上述变焦透镜由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力的 第2透镜组以及具有正屈光力的第3透镜组构成，随着从低倍向高倍的变倍，上述第1透镜 组向物体侧移动，上述第2透镜组向像侧移动，上述第1透镜组和上述第3透镜组中的至少一方，包括由具有正屈光力的单透镜和具 有负屈光力的单透镜构成、整体具有正屈光力的复合透镜，上述具有正屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具有正屈光力的 单透镜的部分色散比为θ Ctl、上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为0Ct2时，上述第2透镜组包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整体具 有负屈光力的复合透镜，上述具有负屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具有正屈光力的 单透镜的部分色散比为θ Ct3、上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为9Ct4时，满足 下式的条件θ Ctl- θ ct2 < 0. 08 θ Ct4- θ Ct3 > 0. 12，其中，设该透镜的玻璃材料相对于C线的折射率为nC、相对于t线的折射率为nt、相对 于F线的折射率为nF时，部分色散比θ Ct被定义为θ Ct= (nC-nt)/(nF-nC)。
2.一种显微镜装置，包括物镜和摄像用光路，其特征在于，在上述摄像用光路中配置成像透镜以及用于使由上述成像透镜形成的一次像再次成 像的变焦透镜，上述变焦透镜由从物体侧依次排列的、具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力的 第2透镜组、具有正屈光力的第3透镜组以及具有负屈光力的第4透镜组构成，随着从低倍 向高倍的变倍，上述第2透镜组向像侧移动，上述第3透镜组向物体侧移动，上述第1透镜组和上述第3透镜组中的至少一方，包括由具有正屈光力的单透镜和具 有负屈光力的单透镜构成、整体具有正屈光力的复合透镜，上述具有正屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具有正屈光力的 单透镜的部分色散比为θ Ctl’、上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为0Ct2’时，上述第2透镜组包括由具有正屈光力的单透镜和具有负屈光力的单透镜构成、整体具 有负屈光力的复合透镜，上述具有负屈光力的复合透镜中的至少一枚，在设构成该透镜的上述具有正屈光力的 单透镜的部分色散比为θ Ct3’、上述具有负屈光力的单透镜的部分色散比为0Ct4’时，满 足下式的条件θ Ctl，- θ Ct2，< 0. 08 θ CU' - θ Ct3，> 0. 12，其中，设该透镜的玻璃材料相对于C线的折射率为nC、相对于t线的折射率为nt、相对 于F线的折射率为nF时，部分色散比θ Ct被定义为θ Ct= (nC-nt)/(nF-nC)。
3.根据权利要求1或2所述的显微镜装置，其特征在于，上述成像透镜由多个透镜组构成，在设构成上述多个透镜组的最靠近像面的透镜组的焦距为fL、上述成像透镜的焦距为 fT时，满足下式的条件 f L < 0.1. 5 < fL/fT < 3. 0。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的显微镜装置，其特征在于， 在设通过上述成像透镜形成的一次像的倍率为β时，满足下式的条件0. 6 < I β < .1. 0。
全文摘要
一种可应对可见区域及红外区域的观察的显微镜装置。显微镜装置的摄像用光路中配置的变焦透镜由分别具有正负正屈光力的第1、第2和第3透镜组构成，随着从低向高变倍，第1、第2透镜组分别向物体侧、像侧移动。第1和第3透镜组中至少一方包括由分别具有正及负屈光力的单透镜构成、整体为正屈光力的复合透镜，其中至少一枚在设正、负屈光力的单透镜各自的部分色散比为θCt1、θCt2时，第2透镜组包括由分别具有正及负屈光力的单透镜构成、整体为负屈光力的复合透镜，其中至少一枚在设正、负屈光力的单透镜各自的部分色散比为θCt3、θCt4时，满足θCt1-θCt2＜0.08、θCt4-θCt3＞0.12的条件。
文档编号G02B21/36GK102109671SQ201010623080
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月27日 优先权日2009年12月25日
发明者中山浩明 申请人:株式会社尼康