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技術 ズーム対物レンズ

出願人 カールツァイスマイクロスコピーゲーエムベーハー
発明者 レンフーシーインゴファールブッシュマティアスゴンショールミヒャエルゲグラーホルガーリヒターハラルトシャドヴィンケルイェルクシャフェルロビンツアニーデン
出願日 2016年9月27日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-188155
公開日 2017年6月22日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2017-111423
状態 特許登録済
技術分野 レンズ系
主要キーワード 作動間隔 部分システム 顕微鏡使用者 デジタルズーミング 集束距離 同焦点距離 例示的実施 現況技術
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月22日)のものです。
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図面 (9)

課題

最小の設置寸法の場合の対物レンズ製造費を減少させ、かつ作動間隔が一定のままであることにより倍率変更の際に物体が常に焦点内にあり続ける顕微鏡検査ズーム対物レンズを提供すること。

解決手段

本発明は、5つのレンズ群G1,G2,G3,G4,G5を含み、倍率を連続的に変化させ得るズーム対物レンズに関しており、この場合、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5が物体Objに対して固定されており、第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4が軸方向に変位可能に配置されている。これに関連しては、以下の条件、小さな倍率βから大きな倍率βに移行する際、第2のレンズ群G2と第3のレンズ群G3の間の可変空気間隔L1vが小さくなるかまたは変曲点を有すること、第2、第3、および第5のレンズ群G2,G3,G5が正の屈折力を有すること、ならびに第4のレンズ群G4が負の屈折力を有することが適用される。

概要

背景

顕微鏡検査では通常、倍率の異なるレボルバー内の対物レンズ旋回させることによって、焦点距離の異なる結像レンズ切り替えることによって、(たいていは結像レンズの前で)無限空間にアフォーカル部分システムを付加することによって、鏡柱において調節自在(アフォーカル)システムを使用することによって、またはデジタルズーミングによって結像倍率を変化させることができる。

レボルバー内の対物レンズを速く旋回させるとき、結像レンズを切り替えるとき、およびアフォーカル部分システムを付加するときに、鏡柱での強い振動、像の明るさの急激な変化、およびフォーカスドリフトが発生し得る。さらに、レボルバー内の対物レンズ交換の際には、しばしば液浸媒質の交換も必要であり、したがって顕微鏡使用者が液浸するかまたは顕微鏡使用者の標本を液浸から解放し、その後、試料位置を改めて見つけ出さなければならない。

鏡柱において調節自在システムを使用する際にはかなり大きな設置スペースが必要となるのに対し、デジタルズーミング」は解像度適合なしで倍率だけを変化させ、この「ズーミング」は連続的な倍率変更と定義されている。

第1の側面はコンパクト性である。すべてのズーム・システムは、開口光線および主光線での光線通過高さを変えるために、可変空気間隔を内包している。
これに関し開口光線は、軸上の物点から出て開口縁部に当たる光線であり、これに対して主光線は、視野最高点から出て瞳の中心を通って延びる光線と定義されている。

したがって焦点距離(つまり倍率)は変化し、バックフォーカス焦点)は変化しない。この場合、像欠陥は最適化されたままである。
この空気間隔の変化により、ズーム比が大きい場合にとりわけ、ズーム・システムの設置寸法が大きくなる。

その一方で顧客のために鏡柱を造形するにあたっては、常にコンパクト性(つまりできるだけ短い設置長さ)が目標とされる。
米国特許第6674582号明細書(特許文献1)では、オリンパス社のズーム対物レンズ10×/0.25〜40×/0.60(0.80)が、複数の例示的実施形態と共に示されている。これら例示的実施形態は、理論的研究のために考えられたものであり、作製するために考えられてはいない。これらの解決策に関する欠点としては、
−対物レンズに開口絞りが組み込まれており、この開口絞りの直径を倍率に応じて調整しなければならないこと、
− 対物レンズが16〜20個のレンズを有しており、これらのレンズのうちの幾つかは複数の非球面を有していること、および
− 設置長さが比較的大きいことが分かっている。

この対物レンズは、仮に作製可能だとしても極端に高いコストでしか製造することができない。
連続的な倍率変更(ズーミング)は重要な側面である。倍率の全範囲結像欠陥回折限界まで補正する。さらに焦点位置をズーミングの際に維持し続ける。こうすることで観察者は、ズーミング中に関心のある試料位置(region of interest)を常に眼前に保つことができ、像がどこかに行ってしまうことを回避することができる。

たとえ設計段階ですべての倍率に対する集束距離が一定のままであっても、許容誤差がそれぞれの倍率に応じて集束距離を変動させる。この変動を、後から各々の対物レンズに関して測定および記録する。続いて、このデータを鏡柱に転送する。対物レンズで倍率を変更するにあたって、鏡柱がそのような機能を補助する場合は、このデータによって自動的に再合焦することができる。

ズーム機能付きで、同時に下記の特性を有する顕微鏡対物レンズのための光学デザインはこれまで公表されていない。
− 設置長さ ≦63.56mm、
− 非球面なしのセミアポクロマート補正、
− 4×ズームによる連続的な倍率変更、
開口数最大0.8、および
−レンズ数 ≦14個。

これに関し、設置長さは物体面からリア絞りまでの長さであり、その一方で同焦点距離は物体面から対物レンズ胴付き面までの長さと定義されている。
顕微鏡検査のためには、カバーガラスが0.17mmで設置長さが48.56mmで、同焦点距離が45mmのズーム対物レンズは実現不可能である。となると、同焦点距離に関するISOで標準化された次のレベルは、設置長さ63.56mmおよびカバーガラス0.17mmでの、60mmであろう。

概要

最小の設置寸法の場合の対物レンズの製造費を減少させ、かつ作動間隔が一定のままであることにより倍率変更の際に物体が常に焦点内にあり続ける顕微鏡検査用ズーム対物レンズを提供すること。本発明は、5つのレンズ群G1,G2,G3,G4,G5を含み、倍率を連続的に変化させ得るズーム対物レンズに関しており、この場合、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5が物体Objに対して固定されており、第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4が軸方向に変位可能に配置されている。これに関連しては、以下の条件、小さな倍率βから大きな倍率βに移行する際、第2のレンズ群G2と第3のレンズ群G3の間の可変の空気間隔L1vが小さくなるかまたは変曲点を有すること、第2、第3、および第5のレンズ群G2,G3,G5が正の屈折力を有すること、ならびに第4のレンズ群G4が負の屈折力を有することが適用される。

目的

効果

実績

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請求項1

5つのレンズ群(G1、G2、G3、G4、G5)を含み、倍率を連続的に変化させ得るズーム対物レンズであって、第1のレンズ群(G1)、第2のレンズ群(G2)、および第5のレンズ群(G5)が物体(Obj)に対して固定されており、第3のレンズ群(G3)および第4のレンズ群(G4)が軸方向に変位可能に配置されており、かつ下記の条件、小さな倍率βから大きな倍率βに移行する際、該第2のレンズ群(G2)と該第3のレンズ群(G3)の間の可変空気間隔(L1v)が小さくなるかまたは変曲点を有すること、該第2、第3、および第5のレンズ群(G2、G3、G5)が正の屈折力を有すること、ならびに該第4のレンズ群(G4)が負の屈折力を有することが適用される、ズーム対物レンズ。

請求項2

同焦点距離が60mmで、設置長さが≦63.56mmであり、該同焦点距離が物体面からリア絞りの前の対物レンズ胴付き面までの長さであり、該設置長さが物体面からリア絞りまでの長さに定義されていることを特徴とする請求項1に記載のズーム対物レンズ。

請求項3

前記第1のレンズ群(G1)が、メニスカス状単レンズであるか、または接合光学素子からなり、該接合光学素子ではフロントレンズ(L1)が前記物体側(Obj)の方向に向いた平面を有しており、前記第2のレンズ群(G2)が、それぞれ正の屈折力をもつ最大で2つの単レンズ(L4またはL2/L3またはL3/L4)と、最大で3つのレンズ(L2/L3またはL4/L5/L6またはL5/L6/L7)で構成された接合光学素子とからなり、前記第3のレンズ群(G3)が、2つの単レンズ(L7/L8)または2重の接合光学素子(L5/L6またはL8/L9)のいずれかを有しており、前記第4のレンズ群(G4)が、2重の接合光学素子(L7/L8またはL9/L10またはL10/L11)からなるか、または2重の接合光学素子(L11/L12)および1つの単レンズ(L10)からなるかのいずれかであり、該2重の接合光学素子がメニスカス状のレンズ(L7またはL9またはL11またはL10)を有しており、該メニスカス状のレンズの曲率中心が前記物体側にあり、かつ前記第5のレンズ群(G5)が2重の接合光学素子であり、該接合光学素子では両凸レンズ(L10またはL12またはL14またはL13)が結像側にあることを特徴とする請求項1または2に記載のズーム対物レンズ。

請求項4

前記第3のレンズ群(G3)および前記第4のレンズ群(G4)を変位させるため、手動式およびモータ式のうちの少なくとも一方で、それぞれ1つの補正環によって駆動される2つの調節要素が存在していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズーム対物レンズ。

請求項5

光線束を制限するためにレンズ(L1〜L14)が境界線を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズーム対物レンズ。

請求項6

倍率を適合するために直径が可変の絞りが設けられていないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズーム対物レンズ。

技術分野

0001

本発明は、5つのレンズ群を含み、倍率を連続的に変化させ得るズーム対物レンズに関しており、この場合、第1のレンズ群、第2のレンズ群、および第5のレンズ群は物体に対して固定されており、第3のレンズ群および第4のレンズ群は軸方向に変位可能に配置されている。

背景技術

0002

顕微鏡検査では通常、倍率の異なるレボルバー内の対物レンズ旋回させることによって、焦点距離の異なる結像レンズ切り替えることによって、(たいていは結像レンズの前で)無限空間にアフォーカル部分システムを付加することによって、鏡柱において調節自在(アフォーカル)システムを使用することによって、またはデジタルズーミングによって結像倍率を変化させることができる。

0003

レボルバー内の対物レンズを速く旋回させるとき、結像レンズを切り替えるとき、およびアフォーカル部分システムを付加するときに、鏡柱での強い振動、像の明るさの急激な変化、およびフォーカスドリフトが発生し得る。さらに、レボルバー内の対物レンズ交換の際には、しばしば液浸媒質の交換も必要であり、したがって顕微鏡使用者が液浸するかまたは顕微鏡使用者の標本を液浸から解放し、その後、試料位置を改めて見つけ出さなければならない。

0004

鏡柱において調節自在システムを使用する際にはかなり大きな設置スペースが必要となるのに対し、デジタルズーミング」は解像度適合なしで倍率だけを変化させ、この「ズーミング」は連続的な倍率変更と定義されている。

0005

第1の側面はコンパクト性である。すべてのズーム・システムは、開口光線および主光線での光線通過高さを変えるために、可変空気間隔を内包している。
これに関し開口光線は、軸上の物点から出て開口縁部に当たる光線であり、これに対して主光線は、視野最高点から出て瞳の中心を通って延びる光線と定義されている。

0006

したがって焦点距離(つまり倍率)は変化し、バックフォーカス焦点)は変化しない。この場合、像欠陥は最適化されたままである。
この空気間隔の変化により、ズーム比が大きい場合にとりわけ、ズーム・システムの設置寸法が大きくなる。

0007

その一方で顧客のために鏡柱を造形するにあたっては、常にコンパクト性(つまりできるだけ短い設置長さ)が目標とされる。
米国特許第6674582号明細書(特許文献1)では、オリンパス社のズーム対物レンズ10×/0.25〜40×/0.60(0.80)が、複数の例示的実施形態と共に示されている。これら例示的実施形態は、理論的研究のために考えられたものであり、作製するために考えられてはいない。これらの解決策に関する欠点としては、
−対物レンズに開口絞りが組み込まれており、この開口絞りの直径を倍率に応じて調整しなければならないこと、
− 対物レンズが16〜20個のレンズを有しており、これらのレンズのうちの幾つかは複数の非球面を有していること、および
− 設置長さが比較的大きいことが分かっている。

0008

この対物レンズは、仮に作製可能だとしても極端に高いコストでしか製造することができない。
連続的な倍率変更(ズーミング)は重要な側面である。倍率の全範囲結像欠陥回折限界まで補正する。さらに焦点位置をズーミングの際に維持し続ける。こうすることで観察者は、ズーミング中に関心のある試料位置(region of interest)を常に眼前に保つことができ、像がどこかに行ってしまうことを回避することができる。

0009

たとえ設計段階ですべての倍率に対する集束距離が一定のままであっても、許容誤差がそれぞれの倍率に応じて集束距離を変動させる。この変動を、後から各々の対物レンズに関して測定および記録する。続いて、このデータを鏡柱に転送する。対物レンズで倍率を変更するにあたって、鏡柱がそのような機能を補助する場合は、このデータによって自動的に再合焦することができる。

0010

ズーム機能付きで、同時に下記の特性を有する顕微鏡対物レンズのための光学デザインはこれまで公表されていない。
− 設置長さ ≦63.56mm、
− 非球面なしのセミアポクロマート補正、
− 4×ズームによる連続的な倍率変更、
開口数最大0.8、および
−レンズ数 ≦14個。

0011

これに関し、設置長さは物体面からリア絞りまでの長さであり、その一方で同焦点距離は物体面から対物レンズ胴付き面までの長さと定義されている。
顕微鏡検査のためには、カバーガラスが0.17mmで設置長さが48.56mmで、同焦点距離が45mmのズーム対物レンズは実現不可能である。となると、同焦点距離に関するISOで標準化された次のレベルは、設置長さ63.56mmおよびカバーガラス0.17mmでの、60mmであろう。

先行技術

0012

米国特許第6674582号明細書
米国特許第5999329号明細書

発明が解決しようとする課題

0013

現況技術の欠点を出発点とし、本発明の基礎を成す課題は、最小の設置寸法の場合の対物レンズの製造費を減少させ、かつ作動間隔が一定のままであることにより倍率変更の際に物体が常に焦点内にあり続けるという主旨で、顕微鏡検査用ズーム対物レンズをさらに発展させることである。

課題を解決するための手段

0014

この課題は、特許請求項1の特徴を有する冒頭に述べた種類のズーム対物レンズによって解決される。有利な形態は従属請求項2〜6に示されている。
本発明によれば、小さな倍率から大きな倍率に移行する際、第2のレンズ群(G2)と第3のレンズ群(G3)との間の可変の空気間隔(L1v)が小さくなるかまたは変曲点を有している。

0015

第2、第3、および第5のレンズ群(G2、G3、G5)は正の屈折力を有しており、その一方で第4のレンズ群(G4)は負の屈折力を有している。
有利なのは、第1のレンズ群が、液浸を使用しないメニスカス状単レンズであるか、または液浸を使用する接合光学素子からなり、この接合光学素子ではフロントレンズが物体側の方向に向いた平面を有しており、その一方で第2のレンズ群が、正の屈折力をもつ少なくとも1つの単レンズと、接合光学素子とからなることである。

0016

これに関し第3のレンズ群は、分離しているかまたは相互に接合されている2つのレンズを有しており、その一方で第4のレンズ群は、2重の接合光学素子からなるか、または2重の接合光学素子および1つの単レンズからなる。2重の接合光学素子はメニスカス状のレンズを内包しており、このメニスカス状のレンズの曲率中心は物体側にあり、この両方のレンズ群の変位は、手動式および/またはモータ式で、それぞれ1つの補正環によって駆動される2つの調節要素を使って行われる。

0017

第5のレンズ群は2重の接合光学素子であり、この接合光学素子では両凸レンズ結像側にある。有利なのは、光線束を制限するためにレンズが境界線を有することである。
本発明による解決策に関し、同焦点距離が60mmで設置長さが63.56mm以下のズーム機能付きの4種の顕微鏡対物レンズを手短に述べる。

0018

これに関しては、対物レンズの内部に調整可能な開口絞りが必要ないように、光線束の制限を選択している。
以下では、本発明によるズーム対物レンズを例示的実施形態に基づいてより詳しく説明する。

図面の簡単な説明

0019

倍率5×〜20×のための第1の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図。
倍率10×〜40×のための第2の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図。
倍率10×〜40×のための第3の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図。
倍率10×〜40×のための第4の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図。
例示的実施形態1に基づく、それぞれ最小および最大の倍率での4つの波長に関する開口に対応した縦収差像面湾曲非点収差、ならびに歪曲を示す図。
例示的実施形態2に基づく、それぞれ最小および最大の倍率での4つの波長に関する開口に対応した縦収差、像面湾曲、非点収差、ならびに歪曲を示す図。
例示的実施形態3に基づく、それぞれ最小および最大の倍率での4つの波長に関する開口に対応した縦収差、像面湾曲、非点収差、ならびに歪曲を示す図。
例示的実施形態4に基づく、それぞれ最小および最大の倍率での4つの波長に関する開口に対応した縦収差、像面湾曲、非点収差、ならびに歪曲を示す図。

実施例

0020

図1は、物体側Obj、レンズ群G1、G2、G3、G4、およびG5を基礎として、5×(最小)、10×(中程度)、および20×(最大)の倍率βでの第1の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図を一緒に示しており、この場合、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5は物体面Objに対して固定されており、かつ第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4は軸方向に変位可能に配置されており、可変の空気間隔A1、A2、およびA3を特色とする。さらに、この図は、レンズL1〜L10の面FL1〜FL19および半径r1〜r19ならびにレンズの厚さまたは空気間隔d1〜d18を示している。L1vを付した可変の空気間隔L1v=レンズ群G2とG3の間のA1は、小さな倍率から大きな倍率に移行する際に小さくなる。

0021

この例示的実施形態で示した液浸なしで用いられるズーム対物レンズの第1のレンズ群G1は、メニスカス状の単レンズL1からなる。レンズ群G2、G3、およびG5はそれぞれ正の屈折力を有しており、その一方でレンズ群G4は負の屈折力を有している。

0022

レンズ群G2は、正の屈折力をもつ少なくとも1つの単レンズL4と、少なくとも2つのレンズL2およびL3で構成された接合光学素子とからなる。
レンズ群G3は、分離しているかまたは接合されているかのいずれかである2つのレンズL5およびL6を有しており、その一方でレンズ群G4は、レンズL7およびL8で構成された2重の接合光学素子を内包しており、この接合光学素子ではメニスカス状のレンズL7およびレンズL7の両方の曲率中心が物体側Objにある。レンズ群G5は、レンズL9およびL10を有する2重の接合光学素子であり、この接合光学素子では両凸レンズL10が結像側にある。

0023

開口数NAが0.18(倍率5×)および0.25(倍率20×)での、5×〜20×の倍率βのための第1の例示的実施形態に基づくズーム対物レンズは、下記の構造データを特徴とし、これに関し、半径r1〜r19ならびに厚さもしくは空気間隔d1〜d18または可変の空気間隔A1、A2、およびA3はmmで示されており、その一方で、neは屈折率であり、νeはアッベ数である。

0024

既知の焦点距離195mmのアクロマート補正された鏡筒が用いられている。

0025

入射瞳無限遠にあり、かつ視野数が23の場合、可変の空気間隔A1、A2、およびA3は下記の固有値を特色とし、

0026

その一方で制限性の面FL12の直径は8.50mmである。

0027

図2は、物体側Obj、レンズ群G1、G2、G3、G4、およびG5を基礎として、10×(最小)、20×(中程度)、および40×(最大)の倍率での第2の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図を一緒に示しており、この場合、第1の例示的実施形態でのように、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5は物体面Objに対して固定されており、第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4は軸方向に変位可能に配置されており、可変の空気間隔A1、A2、およびA3を特色とする。さらに、この図は、レンズL1〜L12の面FL1〜FL23および半径r1〜r23ならびにレンズの厚さまたは空気間隔d1〜d22を示している。L1vを付した可変の空気間隔L1v=レンズ群G2とG3の間のA1は、ここでは、小さな倍率から大きな倍率に移行する際に、より詳しくは示されていない変曲点を有している。

0028

この例示的実施形態で示した同様に液浸なしで用いられるズーム対物レンズの第1のレンズ群G1は、ここでもメニスカス状の単レンズL1からなる。レンズ群G2、G3、およびG5はそれぞれ正の屈折力を有しており、その一方でレンズ群G4は負の屈折力を有している。

0029

レンズ群G2は、ここでは2つの単レンズL2およびL3と、レンズL4、L5、およびL6で構成された三重の接合光学素子とからなり、その一方でレンズ群G3は、この例示的実施形態のように分離しているかまたは接合されているかのいずれかである2つのレンズL7およびL8を有している。

0030

レンズ群G4は、レンズL9およびL10で構成された2重の接合光学素子であり、この接合光学素子ではメニスカス状のレンズL9およびレンズL9の両方の曲率中心が物体側Objにある。

0031

レンズ群G5は、レンズL11およびL12を有する2重の接合光学素子であり、この接合光学素子では両凸レンズL12が結像側にある。
開口数NAが0.3(倍率10×)および0.6(倍率40×)での、10×〜40×の倍率βのための第2の例示的実施形態に基づくズーム対物レンズは下記の構造データを特徴とし、これに関し、半径r1〜r23ならびに厚さもしくは空気間隔d1〜d22または可変の空気間隔A1、A2、およびA3はmmで示されており、その一方でneは屈折率であり、νeはアッベ数である。

0032

既知の焦点距離195mmのアクロマート補正された鏡筒が用いられている。

0033

入射瞳が無限遠にあり、かつ視野数が22の場合、可変の空気間隔A1、A2、およびA3は下記の固有値を特色とし、

0034

その一方で制限性の面FL3、FL13、FL19、およびFL23は下記の直径を有している。

0035

図3は、物体側Obj、レンズ群G1、G2、G3、G4、およびG5を基礎として、10×(最小)、20×(中程度)、および40×(最大)の倍率での第3の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図を一緒に示しており、この場合、前出の例示的実施形態と同様に、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5は物体面Objに対して固定されており、第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4は軸方向に変位可能に配置されており、可変の空気間隔A1、A2、およびA3を特色とする。さらに、この図は、レンズL1〜L14の面FL1〜FL24および半径r1〜r24ならびにレンズの厚さまたは空気間隔d1〜d23を示している。L1vを付した可変の空気間隔L1v=レンズ群G2とG3の間のA1は、小さな倍率から大きな倍率に移行する際に小さくなる。

0036

この例示的実施形態で示した液浸ありで用いられるズーム対物レンズの第1のレンズ群G1は、レンズL1、L2、およびL3を有する接合光学素子からなり、この接合光学素子ではフロントレンズL1が物体側Objに平面を有している。レンズ群G2、G3、およびG5はそれぞれ正の屈折力を有しており、その一方でレンズ群G4は負の屈折力を有している。

0037

レンズ群G2は、ここでは単レンズL4と、3重の接合光学素子L5、L6、およびL7とからなり、その一方でレンズ群G3は2つのレンズL8およびL9を有しており、これらのレンズは、この例示的実施形態でのように接合されているかまたは分離しているかのいずれかである。

0038

レンズ群G4は、単レンズL10と、レンズL11およびL12で構成された2重の接合光学素子とからなり、この接合光学素子ではメニスカス状のレンズL11およびレンズL11の両方の曲率中心が物体側Objにある。

0039

レンズ群G5は、レンズL13およびL14を有する2重の接合光学素子であり、この接合光学素子では両凸レンズL14が結像側にある。
開口数NAが0.3(倍率10×)および0.8(倍率40×)での、10×〜40×の倍率βのための第3の例示的実施形態に基づくズーム対物レンズは下記の構造データを特徴とし、これに関し、半径r1〜r24ならびに厚さもしくは空気間隔d1〜d23または可変の空気間隔A1、A2、およびA3はmmで示されており、その一方で、neは屈折率であり、νeはアッベ数である。

0040

既知の焦点距離195mmのアクロマート補正された鏡筒が用いられている。

0041

入射瞳が無限遠にあり、かつ視野数が20の場合、可変の空気間隔A1、A2、およびA3は下記の固有値を特色とし、

0042

その一方で制限性の面FL3、FL15、FL20、およびFL24は下記の直径を有している。

0043

図4は、物体側Obj、レンズ群G1、G2、G3、G4、およびG5を基礎として、10×(最小)、20×(中程度)、および40×(最大)の倍率での第4の例示的実施形態におけるズーム対物レンズの概略図を一緒に示しており、この場合、前出の例示的実施形態と同様に、第1のレンズ群G1、第2のレンズ群G2、および第5のレンズ群G5は物体面Objに対して固定されており、第3のレンズ群G3および第4のレンズ群G4は軸方向に変位可能に配置されており、可変の空気間隔A1、A2、およびA3を特色とする。さらに、この図は、レンズL1〜L13の面FL1〜FL23および半径r1〜r23ならびにレンズの厚さまたは空気間隔d1〜d22を示している。L1vを付した可変の空気間隔L1v=レンズ群G2とG3の間のA1は、小さな倍率から大きな倍率に移行する際に小さくなる。

0044

この例示的実施形態で示した液浸ありで用いられるズーム対物レンズの第1のレンズ群G1は、レンズL1およびL2を有する接合光学素子からなり、この接合光学素子ではフロントレンズL1が物体側Objに平面を有している。レンズ群G2、G3、およびG5はそれぞれ正の屈折力を有しており、その一方でレンズ群G4は負の屈折力を有している。

0045

レンズ群G2は、ここでは2つの単レンズL3およびL4と、レンズL5、L6、およびL7で構成された3重の接合光学素子とからなり、その一方でレンズ群G3は2つのレンズL8およびL9を有しており、これらのレンズは、この例示的実施形態のように接合されているかまたは分離しているかのいずれかである。

0046

レンズ群G4は、レンズL10およびL11を有する2重の接合光学素子からなり、この接合光学素子ではメニスカス状のレンズL10およびレンズL10の両方の曲率中心が物体側Objにある。

0047

レンズ群G5は、レンズL12およびL13を有する2重の接合光学素子であり、この接合光学素子では両凸レンズL13が結像側にある。
開口数NAが0.3(倍率10×)および0.8(倍率40×)での、10×〜40×の倍率βのための第4の例示的実施形態に基づくズーム対物レンズは下記の構造データを特徴とし、これに関し、半径r1〜r23ならびに厚さもしくは空気間隔d1〜d22または可変の空気間隔A1、A2、およびA3はmmで示されており、その一方で、neは屈折率であり、νeはアッベ数である。

0048

焦点距離164.5mmの、ICS(Inter Colour−Correction System)に基づいて補正された鏡筒が用いられている。

0049

入射瞳が無限遠にあり、かつ視野数が20の場合、可変の空気間隔A1、A2、およびA3は下記の固有値を特色とし、

0050

その一方で制限性の面FL3、FL6、FL17、およびFL23は下記の直径を有している。

0051

図5は、例示的実施形態1に基づくズーム対物レンズに関し、それぞれ5×の最小倍率β(像I)および20×の最大倍率β(像II)での、4つの波長(0.480nm、0.546nm、0.644nm、および0.436nm)に関する開口に対応した射出瞳における縦収差図を示している。さらに、このズーム対物レンズに関して像面湾曲および非点収差(像IIIおよび像V)を示している。

0052

像IIIおよび像Vはそれぞれ、最小倍率および最大倍率の各々に対する、像高Y(最大11mm)に対応した4つの波長でのサジタル像面およびタンジェンシャル像面である。これに関し、Sはサジタル像面およびTはタンジェンシャル像面を表している。S像面とT像面は常にペアで示され、したがって図ではT像面だけに符号を付している。非点収差は、両方の像面の差から読み取ることができる。

0053

4つの異なる波長での、像高Y(最大11mm)に対応した歪曲(像IVおよび像VI)を、同様に最小倍率および最大倍率に対して示している。
図6は、例示的実施形態2に基づくズーム対物レンズに関し、それぞれ10×の最小倍率β(像I)および40×の最大倍率β(像II)での、4つの波長(0.644nm、0.546nm、0.480nm、および0.436nm)に関する開口に対応した射出瞳における縦収差図を示している。さらに、このズーム対物レンズに関して像面湾曲および非点収差(像IIIおよび像V)を示している。像IIIおよび像Vはそれぞれ、最小倍率および最大倍率の各々に対する、像高Y(最大11mm)に対応した4つの波長でのサジタル像面およびタンジェンシャル像面である。これに関し、Sはサジタル像面およびTはタンジェンシャル像面を表している。S像面とT像面は常にペアで示され、したがって図ではT像面だけに符号を付している。非点収差は、両方の像面の差から読み取ることができる。4つの異なる波長での、像高Y(最大11mm)に対応した歪曲(像IVおよび像VI)を、同様に最小倍率および最大倍率に対して示している。

0054

図7は、例示的実施形態3に基づくズーム対物レンズに関し、例示的実施形態3に基づくズーム対物レンズによる、それぞれ10×の最小倍率β(像I)および40×の最大倍率β(像II)での、4つの波長(0.644nm、0.546nm、0.480nm、および0.436nm)に関する開口に対応した射出瞳における縦収差図を示している。

0055

さらに、このズーム対物レンズに関して像面湾曲および非点収差(像IIIおよび像V)を示している。像IIIおよび像Vはそれぞれ、最小倍率および最大倍率の各々に対する、像高Y(最大11mm)に対応した4つの波長でのサジタル像面およびタンジェンシャル像面である。これに関し、Sはサジタル像面およびTはタンジェンシャル像面を表している。S像面とT像面は常にペアで示され、したがって図ではT像面だけに符号を付している。非点収差は、両方の像面の差から読み取ることができる。4つの異なる波長での、像高Y(最大11mm)に対応した歪曲(像IVおよび像VI)を、同様に最小倍率および最大倍率に対して示している。

0056

図8は、例示的実施形態4に基づくズーム対物レンズに関し、例示的実施形態4に基づくズーム対物レンズによる、それぞれ10×の最小倍率β(像I)および40×の最大倍率β(像II)での、4つの波長(0.480nm、0.436nm、0.546nm、および0.644nm)に関する開口に対応した射出瞳における縦収差図を示している。さらに、このズーム対物レンズに関して像面湾曲および非点収差(像IIIおよび像V)を示している。像IIIおよび像Vはそれぞれ、最小倍率および最大倍率の各々に対する、像高Y(最大11mm)に対応した4つの波長でのサジタル像面およびタンジェンシャル像面である。これに関し、Sはサジタル像面およびTはタンジェンシャル像面を表している。S像面とT像面は常にペアで示され、したがって図ではT像面だけに符号を付している。非点収差は、両方の像面の差から読み取ることができる。4つの異なる波長での、像高Y(最大11mm)に対応した歪曲(像IVおよび像VI)を、同様に最小倍率および最大倍率に対して示している。

0057

G1〜G5…レンズ群
L1〜L14…レンズ
FL1〜FL24…面
r1〜r24…半径
d1〜d23…厚さ/空気間隔
β…倍率
NA…開口数
L1v、A1、A2、A3…可変の空気間隔
Obj…物体側
S…サジタル像面(図では符号を付されていない線。)
T…タンジェンシャル像面
Y…像高
ne…屈折率
νe…アッベ数

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