JP3600926B2 - Long working distance microscope objective - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動距離の長い中倍率程度の顕微鏡対物レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、生物顕微鏡、工業顕微鏡の対物レンズは、長作動距離のものが求められることが多い。生物顕微鏡では、標本を加熱ステージの中に入れて観察したいときに作動距離が必要となり、通常の対物レンズでは観察することができない場合がある。また、標本の生物細胞に直接針を刺して様々な操作をするときに、作動距離が長くないと、十分な操作ができない場合がある。工業顕微鏡においては、凹凸がある標本を見ることが多いため、標本を保護するためにも作動距離は長い方がよい。また、凹凸の大きい標本の底面を観察したい場合や標本を傾けて観察するような場合にも、対物レンズの作動距離が必要になる。
【0003】
20×程度の中倍率の対物レンズの場合、凹凸のある標本の低部の観察等において作動距離が焦点距離の2倍以上の20mm程度のものが求められている。中倍率の作動距離の長い対物レンズとしては、特開昭60−14215号記載のものや、特開昭64−63915号記載のものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来例には、作動距離が焦点距離の2倍以上の20mm程度のものはなく、十分な操作性を満たす作動距離には不足している。
【0005】
本発明は従来技術の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来以上の長い作動距離を有しつつ、優れた結像性能を有する長作動距離顕微鏡対物レンズを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の長作動距離顕微鏡対物レンズは、物体から順に、複数の正屈折力単体レンズから構成され、物体からの光線を収斂光束に変換する第1レンズ群と、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ成分を少なくとも1つ含み、全体で負の屈折力を持つ第2レンズ群とからなり、以下の条件を満足することを特徴とするものである。
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
2.54≦|fm /f|<5 ・・・(2)
ただし、r1 は前記第1レンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離、fm は前記第2レンズ群中の何れか1つの接合メニスカスレンズの焦点距離である。
【0007】
また、第1レンズ群中の少なくとも1つの正屈折力単体レンズのd線に対するアッべ数νd が以下の条件を満足することが望ましい。
【0008】
νd >62 ・・・(3)
さらに、第2レンズ群に負レンズと正レンズと負レンズの3枚接合レンズを含むことが望ましい。
また、その3枚接合レンズは、物体側に凸面を向けていることが望ましい。
【0009】
また、その3枚接合レンズの何れか一方の負レンズのd線に対するアッベ数をνo 、その3枚接合レンズの正レンズのd線に対するアッべ数をνt とするとき、以下の条件を満たすことが望ましい。
【0010】
νt −νo >30 ・・・(4)
また、第2レンズ群は、全て負の屈折力を持った接合レンズで構成されていることが望ましい。
【0011】
また、以下のような構成においても、本発明の長作動距離対物レンズは構成することができる。すなわち、物体から順に、複数の正屈折力単体レンズから構成され、正屈折力を有する第Iレンズ群、負の屈折力を有する第IIレンズ群、負の屈折力を有する第III レンズ群、負の屈折力を有する第IVレンズ群により構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする構成である。
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
ただし、r1 は前記第Iレンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離である。
【0012】
また、第IIレンズ群は、負レンズと正レンズと負レンズの3枚接合レンズであることが望ましい。
【0013】
また、第IIレンズ群は、物体側に凸面を向けたレンズであることが望ましい。
【0014】
また、その第IIレンズ群中の少なくとも1つの負レンズのd線に対するアッべ数をνo 、その3枚接合レンズの正レンズのd線に対するアッべ数をνt とするとき、以下の条件を満たすことが望ましい。
【0015】
νt −νo >30 ・・・(4)
また、第III レンズ群は、正レンズ、負レンズの接合レンズであることが望ましい。
【0016】
また、第III レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであることが望ましい。
【0017】
また、第IVレンズ群は、接合レンズを有することが望ましい。
【0018】
さらに、以下の条件を満足することが望ましい。
3<|fII/fb | ・・・(5)
ただし、fIIは第IIレンズ群の焦点距離、fb は第IIレンズ群から第IVレンズ群までの合成の焦点距離である。
【0019】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用について詳細に説明する。顕微鏡対物レンズの同焦位置を一定とし、作動距離を長くするには、物体側に正の屈折力を持つレンズ群を配置し、像側に強い負の屈折力を持つレンズ群を配置する必要がある。一般に、対物レンズの作動距離は長くなる程諸収差が急激に悪化する。長作動距離の顕微鏡対物レンズは、この構成でなるべく作動距離を長くしながら諸収差を良好に補正することが必要になる。
【0020】
本発明の顕微鏡対物レンズは、物体から順に、複数の正屈折力単体レンズから構成される第1レンズ群と、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ成分を少なくとも1つ含み、全体で負の屈折力を持つ第2レンズ群とから構成される。
【0021】
第1レンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズは、アプラナテックに近い面を2面構成することによって収差の発生を最小限に抑えながら、物体からの発散光の光線高を下げている。また、それに続く正屈折力の単体レンズにより光線を収斂光線に変化させる。
【0022】
第1レンズ群は単体レンズにより構成した方がレンズの枚数を少なくすることができ、この結果、作動距離を長くすることができる。第1レンズ群は単体正レンズにより構成されるため、色収差が補正不足であるが、20×程度の中倍率では、後に続く第2レンズ群の接合レンズにより色収差を補正することが可能である。
【0023】
上記の(1)式は、前記単体正レンズの屈折力を規定したものである。この式の下限の3.4を越えると、アプラナテックな条件から外れ、コマ収差、球面収差が増大する。また、(1)式の範囲を越えると、最も物体側の面の曲率半径が小さくなり、作動距離を大きくすることが難しくなる。
【0024】
また、第2レンズ群は、少なくとも1つ物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ成分を含み、全体で負の屈折力を持っている。物体からの光線は第1レンズ群により収束光線になっているので、第2レンズ群には少なくとも1つ物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズを持つことが収差補正上有利である。また、何れか1つの負のメニスカスレンズの焦点距離は上記の(2)式を満たすことが必要である。(2)式の下限の2.54を越えると、負のメニスカスレンズのパワーが大きすぎてペッツバール和がマイナス方向に大きくなり、コマ収差が補正できなくなる。(2)式の上限の5を越えると、負のメニスカスレンズで負担する負のパワーが小さくなり、その分を他のレンズが負担することになり、短波長の球面収差、コマ収差を補正することが困難になる。
【0025】
第1レンズ群の少なくとも1つの正の単レンズのd線に対するアッべ数は、(3)式を満たすことが望ましい。第1レンズ群で発生する色収差を少なくするためには、第1レンズ群の少なくとも1つのレンズを(3)式を満たす低分散ガラスを用いる必要がある。(3)式を満たさない場合には、色収差が補正不足になる。
【0026】
第2レンズ群は、第1レンズ群で補正不足の色収差を補正するための負レンズ、正レンズ、負レンズにて構成される3枚接合レンズが必要である。第2レンズ群は全体で負の屈折力を持つため、3枚接合レンズも負の屈折力を持つ負レンズ、正レンズ、負レンズの組合せにより負の屈折力を負担することが望ましい。また、この3枚接合レンズは第1レンズ群により収斂光束に変換された光線中に配置されるため、物体側に凸面を向けることによって、コマ収差の発生を小さく抑えることができる。
【0027】
この3枚接合レンズにより有効に色収差を補正するには、(4)式を満たすことが望ましい。3枚接合レンズの凹レンズと凸レンズのアッべ数の差を(4)式のように大きくすることにより、色収差を小さくすることができる。(4)式の範囲を越えると、特に短波長の球面収差を補正することができなくなる。
【0028】
また、第2レンズ群は全体として強い負のパワーを持つ必要があるため、全て負のパワーを持つレンズにより構成し、パワーを分散することが望ましい。また、長作動距離の対物レンズでは、軸上の色収差、倍率の色収差の補正が困難になるため、全ての群が接合レンズで構成されていることが望ましい。
【0029】
本発明においては、レンズ系の群構成を4群構成とすることもできる。
長作動距離顕微鏡対物レンズは、前群に正のパワー、後群に負のパワーを持つことが必要であるが、この後群の強い負のパワーを第IIレンズ群、第III レンズ群、第IVレンズ群に分散して構成している。強い負のパワーを3つの群に分散することにより、長作動距離を保ちながら各収差の発生を小さく抑えることができる。特に、強い正屈折力の第Iレンズ群で発生する正のペッツバール和は、この3つの負の屈折力を持つ群による補正が望ましい。
【0030】
本構成では、物体から発した発散光を正屈折力を有する第Iレンズ群により収斂光束にし、それを負屈折力を有する第IIレンズ群ないし第IVレンズ群によって徐々に収斂度を弱めて行き、第IVレンズ群を射出する光線、すなわち対物レンズを射出する光線が平行光になるようにする。
【0031】
すでに述べたように、第Iレンズ群の最も物体側の単体正レンズにアプラナテックに近い面を2面有することによって、球面収差、コマ収差を良好に補正しながら物体からの発散光の光線高を下げている。
【0032】
この場合の条件式(1)は、第Iレンズ群の単体正レンズの最も物体側のレンズ面の屈折力を対物レンズの焦点距離で規格化したものである。条件式(1)を満たすことによって、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。
【0033】
また、第IIレンズ群を負レンズと正レンズと負レンズの3枚接合レンズとすることで、色収差を効果的に補正することが可能となる。
【0034】
さらに、第IIレンズ群は収斂光束中にあるため、物体側に凸面を向けることによって、コマ収差の発生を小さく抑えることができる。
【0035】
また、第IIレンズ群の負レンズと正レンズのアッべ数は(4)式を満たすことが望ましい。(4)式を満たすことによって、色収差を十分に補正することができる。
【0036】
第III レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズとすることが望ましい。これによって、色収差を効果的に補正することができる。
【0037】
さらに、第IIレンズ群射出後の光線は収斂光束になっているため、第III レンズ群は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとすることによって、コマ収差の発生を小さく抑えることができる。
【0038】
また、第IVレンズ群が接合レンズを有することによって、色収差、中でも倍率の色収差を十分に補正することが可能となる。
【0039】
また、(5)式は、第IIレンズ群ないし第IVレンズ群の全体の負屈折力に対する第IIレンズ群の負屈折力を規定したものである。(5)式の下限の3を越えると、第IIレンズ群の負担する負の屈折力が強くなりすぎ、短波長の球面収差、コマ収差を十分に補正することができなくなる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の長作動距離顕微鏡対物レンズの実施例1〜4について説明する。
各実施例のレンズデータは後記するが、図1〜図4はそれぞれ実施例1〜4のレンズ構成を示す断面図である。
【0041】
実施例1の構成は、図1に断面図を示すように、第1レンズ群G1は、物体側に平面を向けた正の平凸レンズと凸面を物体側に向けた正メニスカス単体レンズとにより構成され、第1レンズ群G1は第Iレンズ群Iと同じである。第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の3枚接合メニスカスレンズ、両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズからなり、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズにより構成されており、第2レンズ群G2の3枚接合メニスカスレンズが第IIレンズ群IIを、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズが第III レンズ群III を、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズが第IVレンズ群IVを構成している。
【0042】
実施例2の構成は、図2に断面図を示すように、第1レンズ群G1は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと正の両凸単体レンズとにより構成され、第1レンズ群G1は第Iレンズ群Iと同じである。第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなり、物体側に凸面を向けた負の3枚接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ、両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズにより構成されており、第2レンズ群G2の3枚接合レンズが第IIレンズ群IIを、物体側に凸面を向けた第1の負の接合メニスカスレンズが第III レンズ群III を、物体側に凸面を向けた第2の負の接合メニスカスレンズが第IVレンズ群IVを構成している。
【0043】
実施例3の構成は、図3に断面図を示すように、第1レンズ群G1は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと正の両凸単体レンズとにより構成され、第1レンズ群G1は第Iレンズ群Iと同じである。第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなり、物体側に凸面を向けた負の3枚接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズからなり、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズにより構成されており、第2レンズ群G2の3枚接合レンズが第IIレンズ群IIを、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズが第III レンズ群III を、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズ第IVレンズ群IVを構成している。
【0044】
実施例4の構成は、図4に断面図を示すように、第1レンズ群G1は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと正の両凸単体レンズとにより構成され、第1レンズ群G1は第Iレンズ群Iと同じである。第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなり、物体側に凸面を向けた負の3枚接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズからなり、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズからなり、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズにより構成されており、第2レンズ群G2の3枚接合レンズが第IIレンズ群IIを、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズが第III レンズ群III を、物体側に凹面を向けた負の接合メニスカスレンズ第IVレンズ群IVを構成している。
【0045】
以下に、各実施例のレンズデータを示す。記号は、上記の他、NAは開口数、WDは作動距離、βは倍率、fは焦点距離である。また、r1 、r2 …は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、d1 、d2 …は物体側から順に示した各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は物体側から順に示した各レンズのd線の屈折率、νd1、νd2…は物体側から順に示した各レンズのアッべ数である。
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
上記実施例1〜4は何れも対物レンズからの射出光が平行光束となる無限遠補正型の対物レンズであり、これら単体では結像しない。そこで、例えば以下に示すレンズデータを有し、図5にレンズ断面を示す結像レンズと組み合わせて使用される。ただし、レンズデータ中、r1’、r2’…は物体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、d1’、d2’…は物体側から順に示した各レンズ面間の間隔、nd1’ 、nd2’ …は物体側から順に示した各レンズのd線の屈折率、νd1’ 、νd2’ …は物体側から順に示した各レンズのアッベ数である。
【0051】
【0052】
この場合、実施例1〜4の対物レンズと図5の結像レンズの間の間隔は50mm〜170mmの間の何れの位置でもよいが、この間隔を120mmとした場合の実施例1〜4の収差図をそれぞれ図6〜図9に示す。ただし、これら収差図において、(a)は球面収差、(b)は非点収差、(c)は歪曲収差、(d)はコマ収差を示す。これら収差図中、IHは像高を示す。なお、上記間隔が50mm〜170mmの間で120mm以外の位置においてもほぼ同様の収差状況を示す。
【0053】
以上の本発明の長作動距離顕微鏡対物レンズは例えば次のように構成することができる。
〔1〕 物体から順に、複数の正屈折力単体レンズから構成され、物体からの光線を収斂光束に変換する第1レンズ群と、物体側に凸面を向けた負の接合メニスカスレンズ成分を少なくとも1つ含み、全体で負の屈折力を持つ第2レンズ群とからなり、以下の条件を満足することを特徴とする長作動距離顕微鏡対物レンズ。
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
1.8<|fm /f|<5 ・・・(2)’
ただし、r1 は前記第1レンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離、fm は前記第2レンズ群中の何れか1つの接合メニスカスレンズの焦点距離である。
【0054】
〔2〕 以下の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
2.1<|fm /f|<4.8 ・・・(2)”
。
【0055】
〔3〕 前記第1レンズ群中の少なくとも1つの正屈折力単体レンズのd線に対するアッべ数νd が以下の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
νd >62 ・・・(3)
。
【0056】
〔4〕 前記第2レンズ群に負レンズと正レンズと負レンズの3枚接合レンズが含まれることを特徴とする上記〔1〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0057】
〔5〕 前記3枚接合レンズは、物体側に凸面を向けていることを特徴とする上記〔4〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0058】
〔6〕 前記3枚接合レンズの何れか一方の負レンズのd線に対するアッベ数をνo 、前記3枚接合レンズの正レンズのd線に対するアッべ数をνt とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする上記〔4〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
νt −νo >30 ・・・(4)
。
【0059】
〔7〕 前記第2レンズ群は、全て負の屈折力を持った接合レンズで構成されていることを特徴とする上記〔1〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0060】
〔8〕 物体から順に、複数の正屈折力単体レンズから構成され、正屈折力を有する第Iレンズ群、負の屈折力を有する第IIレンズ群、負の屈折力を有する第III レンズ群、負の屈折力を有する第IVレンズ群により構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする長作動距離顕微鏡対物レンズ。
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
ただし、r1 は前記第Iレンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離である。
【0061】
〔9〕 前記第IIレンズ群は、負レンズと正レンズと負レンズの3枚接合レンズであることを特徴とする上記〔8〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0062】
〔10〕 前記第IIレンズ群は、物体側に凸面を向けたレンズであることを特徴とする上記〔8〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0063】
〔11〕 前記第IIレンズ群中の少なくとも1つの負レンズのd線に対するアッべ数をνo 、前記3枚接合レンズの正レンズのd線に対するアッべ数をνt とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする上記〔9〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
νt −νo >30 ・・・(4)
。
【0064】
〔12〕 前記第III レンズ群は、正レンズ、負レンズの接合レンズであることを特徴とする上記〔8〕記載の長作動顕微鏡対物レンズ。
【0065】
〔13〕 前記第III レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする上記〔8〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0066】
〔14〕 前記第IVレンズ群は、接合レンズを有することを特徴とする上記〔8記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
【0067】
〔15〕 さらに、以下の条件を満足することを特徴とする上記〔8〕記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
3<|fII/fb | ・・・(5)
ただし、fIIは前記第IIレンズ群の焦点距離、fb は前記第IIレンズ群から第IVレンズ群までの合成の焦点距離である。
【0068】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の顕微鏡対物レンズは、従来以上の長い作動距離を有しつつ、優れた結像性能を有する中倍率程度の生物顕微鏡、工業顕微鏡に適したレンズ系である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の顕微鏡対物レンズの実施例1のレンズ断面図である。
【図2】実施例2のレンズ断面図である。
【図3】実施例3のレンズ断面図である。
【図4】実施例4のレンズ断面図である。
【図5】各実施例の顕微鏡対物レンズと共に用いる結像レンズの1例のレンズ断面図である。
【図6】実施例1の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を示す収差図である。
【図7】実施例2の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を示す収差図である。
【図8】実施例3の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を示す収差図である。
【図9】実施例4の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を示す収差図である。
【符号の説明】
G1…第1レンズ群
G2…第2レンズ群
I …第Iレンズ群
II …第IIレンズ群
III …第III レンズ群
IV …第IVレンズ群[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a medium magnification microscope objective lens having a long working distance.
[0002]
[Prior art]
In recent years, objective lenses for biological microscopes and industrial microscopes are often required to have a long working distance. In a biological microscope, a working distance is required when a specimen is to be placed in a heating stage for observation, and may not be observed with a normal objective lens. In addition, when performing various operations by directly inserting a needle into a biological cell of a specimen, a sufficient operation may not be performed unless the working distance is long. In the case of an industrial microscope, since a specimen having irregularities is often seen, a longer working distance is better to protect the specimen. The working distance of the objective lens is also required when observing the bottom surface of a sample having large irregularities or observing the sample while tilting the sample.
[0003]
In the case of a medium-magnification objective lens of about 20 ×, it is required to have a working distance of about 20 mm, which is at least twice the focal length, for observing a low portion of a sample having irregularities. As objective lenses having a medium working distance and a long working distance, those described in JP-A-60-14215 and those described in JP-A-64-63915 are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, none of the above-mentioned conventional examples has a working distance of about 20 mm, which is twice or more the focal length, and is insufficient for a working distance satisfying sufficient operability.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and an object thereof is to provide a long working distance microscope objective lens having excellent imaging performance while having a longer working distance than before. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A long working distance microscope objective lens of the present invention that achieves the above object is composed of a plurality of single lenses having a positive refractive power in order from an object, a first lens group that converts a light beam from the object into a convergent light beam, The second lens group includes at least one negative cemented meniscus lens component having a convex surface and has a negative refractive power as a whole, and satisfies the following condition.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f (1)
2.54 ≦ | f m / f | <5 ··· (2)
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the first lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the most object side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. the focal length of, is f m is the focal length of any one of cemented meniscus lens in the second lens group.
[0007]
Further, it is desirable that the Abbe number ν d of at least one positive refractive power single lens in the first lens group with respect to the d line satisfies the following condition.
[0008]
ν d > 62 (3)
Further, it is desirable that the second lens group includes a triplet of a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
Further, it is desirable that the triplet lens has a convex surface facing the object side.
[0009]
When the Abbe number of any one of the three cemented lenses with respect to the d-line of the negative lens is ν o , and the Abbe number of the positive lens of the three cemented lenses with respect to the d-line is ν t , the following conditions are satisfied. It is desirable to satisfy.
[0010]
ν t −ν o > 30 (4)
In addition, it is desirable that the second lens group is all composed of a cemented lens having negative refractive power.
[0011]
Further, the long working distance objective lens of the present invention can also be configured in the following configuration. That is, in order from the object, it is composed of a plurality of single lenses having a positive refractive power, an I-th lens group having a positive refractive power, a II-th lens group having a negative refractive power, a III-th lens group having a negative refractive power, And a configuration characterized by satisfying the following condition.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f ··· (1)
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the I-th lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the closest object-side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. Is the focal length.
[0012]
Further, it is desirable that the second lens group is a cemented triplet including a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
[0013]
It is desirable that the second lens group is a lens having a convex surface facing the object side.
[0014]
When the Abbe number of at least one negative lens in the second lens group with respect to the d-line is ν o , and the Abbe number of the positive lens of the three cemented lens with respect to the d-line is ν t , the following condition is satisfied. It is desirable to satisfy
[0015]
ν t −ν o > 30 (4)
The third lens group is preferably a cemented lens of a positive lens and a negative lens.
[0016]
The third lens group is preferably a meniscus lens having a convex surface facing the object side.
[0017]
It is desirable that the fourth lens group includes a cemented lens.
[0018]
Further, it is desirable to satisfy the following conditions.
3 <| f II / f b | (5)
Here, f II is the focal length of the second lens group, and f b is the combined focal length of the second to fourth lens groups.
[0019]
Hereinafter, the reason why the above configuration is employed in the present invention and the operation thereof will be described in detail. In order to keep the focus position of the microscope objective lens constant and extend the working distance, it is necessary to arrange a lens group with positive refractive power on the object side and a lens group with strong negative refractive power on the image side There is. In general, as the working distance of the objective lens increases, various aberrations rapidly deteriorate. With a microscope objective lens having a long working distance, it is necessary to favorably correct various aberrations while increasing the working distance as much as possible with this configuration.
[0020]
The microscope objective lens of the present invention includes, in order from the object, a first lens group including a plurality of single lenses having a positive refractive power, and at least one negative cemented meniscus lens component having a convex surface facing the object side. A second lens group having a negative refractive power.
[0021]
The single lens having a positive refractive power closest to the object side in the first lens group has two surfaces close to Aplanatic, thereby minimizing the generation of aberrations and lowering the ray height of divergent light from the object. . Further, the light beam is changed into a convergent light beam by a single lens having a positive refracting power subsequent thereto.
[0022]
When the first lens group is constituted by a single lens, the number of lenses can be reduced, and as a result, the working distance can be increased. Since the first lens group is constituted by a single positive lens, the chromatic aberration is insufficiently corrected. However, at a medium magnification of about 20 ×, the chromatic aberration can be corrected by the cemented lens of the subsequent second lens group.
[0023]
Equation (1) above defines the refractive power of the single positive lens. If the lower limit of 3.4 of this expression is exceeded, the aplanatic condition is deviated, and coma and spherical aberration increase. When the value exceeds the range of expression (1), the radius of curvature of the surface closest to the object becomes small, and it becomes difficult to increase the working distance.
[0024]
The second lens group includes at least one negative cemented meniscus lens component having a convex surface facing the object side, and has a negative refractive power as a whole. Since light rays from an object are converged by the first lens group, it is advantageous for aberration correction to have at least one negative meniscus lens having a convex surface facing the object side in the second lens group. The focal length of any one of the negative meniscus lenses needs to satisfy the above equation (2). If the lower limit of 2.54 in the expression (2) is exceeded, the power of the negative meniscus lens is too large, and the Petzval sum increases in the negative direction, making it impossible to correct coma. When the value exceeds the upper limit of 5 in the expression (2), the negative power borne by the negative meniscus lens is reduced, and the other lens bears the power, thereby correcting short-wavelength spherical aberration and coma. It becomes difficult.
[0025]
It is desirable that the Abbe number of at least one positive single lens of the first lens group with respect to the d-line satisfies Expression (3). In order to reduce the chromatic aberration generated in the first lens group, it is necessary to use at least one lens of the first lens group with a low dispersion glass satisfying the expression (3). When the expression (3) is not satisfied, the chromatic aberration is insufficiently corrected.
[0026]
The second lens group requires a triplet lens composed of a negative lens, a positive lens, and a negative lens for correcting chromatic aberration that is insufficiently corrected by the first lens group. Since the second lens group has a negative refractive power as a whole, it is desirable that the triplet lens also bears the negative refractive power by a combination of a negative lens, a positive lens, and a negative lens having a negative refractive power. Further, since the three-element cemented lens is arranged in the light beam converted into a convergent light beam by the first lens group, the generation of coma can be suppressed to a small value by directing the convex surface toward the object side.
[0027]
In order to effectively correct chromatic aberration by using the three cemented lens, it is desirable to satisfy Expression (4). The chromatic aberration can be reduced by increasing the difference between the Abbe numbers of the concave lens and the convex lens of the three-element cemented lens as shown in Expression (4). If the value exceeds the range of the expression (4), it becomes impossible to correct particularly the spherical aberration of a short wavelength.
[0028]
In addition, since the second lens group needs to have strong negative power as a whole, it is desirable that all of the second lens groups are constituted by lenses having negative power and the power is dispersed. In addition, with an objective lens having a long working distance, it is difficult to correct axial chromatic aberration and magnification chromatic aberration. Therefore, it is preferable that all the units are formed of cemented lenses.
[0029]
In the present invention, the group configuration of the lens system may be a four-group configuration.
The long working distance microscope objective lens needs to have a positive power in the front group and a negative power in the rear group. However, the strong negative power of the rear group is used for the second lens group, the third lens group, and the second lens group. It is configured to be dispersed in the IV lens group. By dispersing the strong negative power into three groups, the occurrence of each aberration can be suppressed to a small value while maintaining a long working distance. In particular, the positive Petzval sum generated in the I-th lens unit having strong positive refractive power is preferably corrected by the three groups having negative refractive power.
[0030]
In this configuration, the divergent light emitted from the object is converted into a convergent light beam by the first lens unit having positive refracting power, and the convergence is gradually reduced by the second lens unit or the fourth lens unit having negative refracting power. , The light beam emitted from the IV-th lens group, that is, the light beam emitted from the objective lens, becomes parallel light.
[0031]
As described above, the single positive lens closest to the object side in the I-th lens unit has two surfaces close to aplanatic, so that spherical aberration and coma can be corrected well and the height of the divergent light from the object can be improved. Has been lowered.
[0032]
Conditional expression (1) in this case is obtained by standardizing the refractive power of the lens surface closest to the object side of the single positive lens in the I-th lens unit with the focal length of the objective lens. By satisfying conditional expression (1), spherical aberration and coma can be favorably corrected.
[0033]
In addition, chromatic aberration can be effectively corrected by forming the second lens group as a triplet of a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
[0034]
Furthermore, since the second lens group is in the convergent light beam, the generation of coma can be suppressed to a small value by turning the convex surface toward the object side.
[0035]
Further, it is desirable that the Abbe numbers of the negative lens and the positive lens in the second lens group satisfy Expression (4). By satisfying the expression (4), chromatic aberration can be sufficiently corrected.
[0036]
The third lens group is preferably a cemented lens of a positive lens and a negative lens. Thereby, chromatic aberration can be effectively corrected.
[0037]
Further, since the light beam emitted from the second lens group is a convergent light beam, the occurrence of coma aberration can be suppressed to a small value by using the third lens group as a meniscus lens having a convex surface facing the object side.
[0038]
In addition, since the fourth lens group includes a cemented lens, chromatic aberration, particularly, chromatic aberration of magnification, can be sufficiently corrected.
[0039]
Equation (5) defines the negative refractive power of the second lens group with respect to the entire negative refractive power of the second to fourth lens groups. When the lower limit of 3 in the expression (5) is exceeded, the negative refractive power of the second lens group becomes too strong, and it becomes impossible to sufficiently correct short-wavelength spherical aberration and coma.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, Examples 1 to 4 of the long working distance microscope objective lens of the present invention will be described.
Although lens data of each embodiment will be described later, FIGS. 1 to 4 are cross-sectional views showing the lens configurations of the
[0041]
As shown in the sectional view of FIG. 1, the first lens group G1 includes a positive plano-convex lens having a flat surface facing the object side and a positive meniscus single lens having a convex surface facing the object side. The first lens group G1 is the same as the I-th lens group I. The second lens group G2 includes a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, a biconvex lens, and a biconcave lens. The second lens group G2 includes a negative three cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, a biconvex lens, and a biconcave lens. A negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the negative side, a biconcave lens and a biconvex lens, and a negative cemented meniscus lens having a concave surface facing the object side. The triple cemented meniscus lens of the second lens group G2 is In the second lens group II, the negative cemented meniscus lens with the convex surface facing the object side constitutes the third lens group III, and the negative cemented meniscus lens with the concave surface facing the object side constitutes the fourth lens group IV. .
[0042]
In the configuration of the second embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the first lens group G1 includes a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a single positive biconvex single lens. G1 is the same as the I-th lens group I. The second lens group G2 includes a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, a biconvex lens, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side. The negative three-element cemented lens and the biconvex lens have a convex surface facing the object side. A negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a negative cemented meniscus lens composed of a biconvex lens and a biconcave lens having a convex surface facing the object side. Is a second cemented lens having the second lens group II, the first negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side is the third lens lens group III, and the second negative cemented meniscus having a convex surface facing the object side. The lenses constitute the fourth lens group IV.
[0043]
In the configuration of the third embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the first lens group G1 includes a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a positive biconvex simplex lens, and the first lens group G1 has a first lens group. G1 is the same as the I-th lens group I. The second lens group G2 includes a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, a biconvex lens, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side. The negative three-element cemented lens and the biconvex lens have a convex surface facing the object side. A negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side and a negative cemented meniscus lens composed of a biconcave lens and a biconvex lens having a concave surface facing the object side. Is a negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, a negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a negative cemented meniscus lens having a concave surface facing the object side. Is composed.
[0044]
In the configuration of the fourth embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the first lens group G1 includes a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a positive biconvex simplex lens. G1 is the same as the I-th lens group I. The second lens group G2 includes a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side, a biconvex lens, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side. The negative three-element cemented lens and the biconvex lens have a convex surface facing the object side. A negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, a negative cemented meniscus lens composed of a biconcave lens and a biconvex lens, having a concave surface facing the object side, and a second lens group G2 Is a negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, a negative cemented meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a negative cemented meniscus lens having a concave surface facing the object side. Is composed.
[0045]
The lens data of each example is shown below. In addition to the above symbols, NA is the numerical aperture, WD is the working distance, β is the magnification, and f is the focal length. Further, r 1, r 2 ... curvature radius of each lens surface shown in order from the object side, d 1, d 2 ... the spacing between the lens surface shown in order from the object side, n d1, n d2 ... the object The d-line refractive index of each lens shown in order from the side, ν d1 , ν d2 ... are Abbe numbers of each lens shown in order from the object side.
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
Each of the first to fourth embodiments is an infinity-correction type objective lens in which light emitted from the objective lens becomes a parallel light beam, and these alone do not form an image. Therefore, for example, it has the following lens data and is used in combination with an imaging lens whose lens cross section is shown in FIG. In the lens data, r 1 ′, r 2 ′,... Are the radii of curvature of the respective lens surfaces shown in order from the object side, d 1 ′, d 2 ′, are the distances between the respective lens surfaces shown in order from the object side, nd1 ', nd2 ' ... are the d-line refractive indices of the lenses shown in order from the object side, and νd1 ', νd2 ' ... are the Abbe numbers of the lenses shown in order from the object side.
[0051]
[0052]
In this case, the distance between the objective lens in Examples 1 to 4 and the imaging lens in FIG. 5 may be any position between 50 mm to 170 mm. The aberration diagrams are shown in FIGS. However, in these aberration diagrams, (a) shows spherical aberration, (b) shows astigmatism, (c) shows distortion, and (d) shows coma. In these aberration diagrams, IH indicates the image height. It should be noted that substantially the same aberration situation is shown at a position other than 120 mm when the interval is between 50 mm and 170 mm.
[0053]
The above-described long working distance microscope objective lens of the present invention can be configured, for example, as follows.
[1] In order from the object, a first lens group composed of a plurality of single lenses having a positive refractive power and converting a light beam from the object into a convergent light beam, and at least one negative cemented meniscus lens component having a convex surface facing the object side. A long working distance microscope objective lens comprising: a second lens group having a negative refractive power as a whole and satisfying the following conditions.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f (1)
1.8 <| f m / f | <5 ··· (2) '
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the first lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the most object side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. the focal length of, is f m is the focal length of any one of cemented meniscus lens in the second lens group.
[0054]
[2] The long working distance microscope objective according to the above [1], which satisfies the following conditions.
2.1 <| f m /f|<4.8 ··· ( 2) "
.
[0055]
[3] The long working distance microscope objective according to [1], wherein the Abbe number ν d of at least one positive refractive power single lens in the first lens group with respect to d-line satisfies the following condition. lens.
ν d > 62 (3)
.
[0056]
[4] The long working distance microscope objective according to the above [1], wherein the second lens group includes a triplet of a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
[0057]
[5] The long working distance microscope objective lens according to [4], wherein the triplet lens has a convex surface facing the object side.
[0058]
[6] When the Abbe number of any one of the three cemented lenses with respect to the d-line of the negative lens is ν o , and the Abbe number of the positive lens of the three-element cemented lens with respect to the d-line is ν t , the following conditions are satisfied. 3. The long working distance microscope objective according to the above [4], wherein
ν t −ν o > 30 (4)
.
[0059]
[7] The long working distance microscope objective according to the above [1], wherein the second lens group is composed of a cemented lens having a negative refractive power.
[0060]
[8] An I-th lens unit having a positive refractive power, a II-th lens group having a negative refractive power, a III-th lens unit having a negative refractive power, which is composed of a plurality of single lenses having a positive refractive power in order from the object. A long working distance microscope objective lens comprising a fourth lens group having a negative refractive power and satisfying the following conditions.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f ··· (1)
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the I-th lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the closest object-side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. Is the focal length.
[0061]
[9] The long working distance microscope objective according to the above [8], wherein the second lens group is a triplet of a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
[0062]
[10] The long working distance microscope objective according to the above [8], wherein the second lens group is a lens having a convex surface facing the object side.
[0063]
[11] When the Abbe number of at least one negative lens in the second lens group with respect to the d-line is ν o , and the Abbe number of the positive lens of the three cemented lens with respect to the d-line is ν t , The long working distance microscope objective lens according to the above [9], which satisfies a condition.
ν t −ν o > 30 (4)
.
[0064]
[12] The long working microscope objective according to the above [8], wherein the third lens group is a cemented lens of a positive lens and a negative lens.
[0065]
[13] The long working distance microscope objective lens according to [8], wherein the third lens group is a meniscus lens having a convex surface facing the object side.
[0066]
[14] The long working distance microscope objective lens described in [8], wherein the fourth lens group has a cemented lens.
[0067]
[15] The long working distance microscope objective according to [8], further satisfying the following conditions.
3 <| f II / f b | (5)
Here, f II is the focal length of the second lens group, and f b is the combined focal length of the second to fourth lens groups.
[0068]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the microscope objective lens of the present invention is a lens system suitable for medium-size biological microscopes and industrial microscopes having excellent imaging performance while having a longer working distance than before. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a microscope objective lens according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a lens according to a second embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of a lens according to a third embodiment.
FIG. 4 is a sectional view of a lens according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a lens cross-sectional view of one example of an imaging lens used with the microscope objective lens of each embodiment.
FIG. 6 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, a distortion, and a coma of the first embodiment.
FIG. 7 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, a distortion, and a coma of the second embodiment.
FIG. 8 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, a distortion, and a coma in the third embodiment.
FIG. 9 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, a distortion, and a coma of the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
G1 First lens group G2 Second lens group I ... Ith lens group II ... IInd lens group III ... IIIth lens group IV ... IVth lens group
Claims (6)
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
2.54≦|fm /f|<5 ・・・(2)
ただし、r1 は前記第1レンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離、fm は前記第2レンズ群中の何れか1つの接合メニスカスレンズの焦点距離である。In order from the object, the first lens group is configured by a plurality of single lenses having a positive refractive power, and converts a light beam from the object into a convergent light beam, and includes at least one negative cemented meniscus lens component having a convex surface facing the object side. A long working distance microscope objective lens comprising a second lens group having a negative refractive power as a whole and satisfying the following conditions.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f (1)
2.54 ≦ | f m / f | <5 ··· (2)
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the first lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the most object side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. the focal length of, is f m is the focal length of any one of cemented meniscus lens in the second lens group.
3.4<|r1 /(n1 −1)|/f ・・・(1)
ただし、r1 は前記第Iレンズ群の最も物体側の正屈折力単体レンズの物体側の曲率半径、n1 は前記の最も物体側の正屈折力単体レンズの屈折率、fはレンズ全系の焦点距離である。In order from the object, it is composed of a plurality of single lenses having a positive refractive power, the first lens group having a positive refractive power, the second lens group having a negative refractive power, the third lens group having a negative refractive power, and a negative refractive power. A long working distance microscope objective lens constituted by a fourth lens group having power and satisfying the following conditions.
3.4 <| r 1 / (n 1 -1) | / f (1)
Here, r 1 is the radius of curvature of the object-side positive refractive power single lens of the I-th lens unit on the object side, n 1 is the refractive index of the most object side positive refractive power single lens, and f is the entire lens system. Is the focal length.
νd >62 ・・・(3)At least one long working distance microscope objective lens according to claim 1, wherein the Abbe number [nu d at the d-line of the positive refracting power alone lens satisfies the following condition in the first lens group.
ν d > 62 (3)
3<|fII/fb | ・・・(5)
ただし、fIIは前記第IIレンズ群の焦点距離、fb は前記第IIレンズ群から第IVレンズ群までの合成の焦点距離である。3. The objective according to claim 2, wherein the following conditions are satisfied.
3 <| f II / f b | (5)
Here, f II is the focal length of the second lens unit, and f b is the combined focal length of the second to fourth lens units.
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