JP2005107523A - 立体顕微鏡の対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】平坦な像面だけでなく大きな作業距離も併せ持つ、立体顕微鏡検査用のコンパクトで高解像度の対物レンズを提供する。
【解決手段】物体側から、−２．１１ｆ〜−１．２０ｆの焦点距離を有する第１レンズの後に、焦点距離１．３０ｆ〜１．４５ｆの第２レンズ、焦点距離１．１５ｆ〜１．３７ｆの第３レンズ、焦点距離０．６５ｆ〜１．７ｆの第４レンズ、焦点距離−０．９６ｆ〜−０．４８ｆの第５レンズと続いている。第１レンズと第５レンズの場合、屈折力の少なくとも８０％が像側表面に集中し、第２レンズではその値は少なくとも６０％となる。第３レンズの場合、屈折力の少なくとも６０％が物体側表面に集中し、第４レンズではその値は少なくとも７０％となる。第１と第５のレンズは、第１タイプの変則性部分分散を示す材質から作られており、第２、第３および第４のレンズは、第２タイプの変則性部分分散を示す材質から作られている。
【選択図】図１

Description

立体顕微鏡検査では、通常の顕微鏡検査とは違い、立体鏡による認識を得るために同一対物レンズを通る別々な２つの光チャネルが構成されている。この理由から、この種対物レンズのサイズ、つまりレンズ直径は、常用対物レンズに比べて大きくなっている。したがって、色の縦方向誤差を補正することが非常に重要になる。当誤差は立体顕微鏡では色の横方向誤差として知覚され、画像印象を著しく損なわせるからである。そのような対物レンズの持つ特性としては、その他に、平面を歪んだように見せるいわゆる球体現象を回避するために、できるだけ平坦な像面、および試料を取り扱う上で便利な大きな作業空間、さらに高い解像度が望まれる。

現状技術では、上記の条件を多少とも満たす様々な対物レンズが知られている。ＵＳ４，６４０，５８６には、最もコンパクトな４レンズ装備型の対物レンズが記載されている。当対物レンズは十分に色修正されており、一部には１００ｍｍ以上の大きな作業距離になるものもある。しかし、球体現象が明瞭に認められることや、開口比が比較的小さいことも欠点になっている。ＵＳ６，３３９，５０７にも対物レンズが記載されているが、不十分な色修正しか実現されていない。

他方、高い解像度と平坦な像面とを併せ持つ対物レンズも現状技術において知られている。しかし、それらの対物レンズの場合、短い作業距離しか持たず、しかも非常に嵩高である欠点を有する。それに対して、ＪＰ２００１−２２１９５５では、色修正の非常に優れた、歪みの少ない、大きな開口比を持つ、さらに球体現象の極僅かしか現われない解決策が紹介されている。ところが、この場合作業距離が最大で３２ｍｍしかなく、対物レンズが８枚レンズ型で、非常に手の込んだ構造になっており、製品価格が高価である。
ＵＳ６，３３９，５０７

上記より、本発明の課題は、平坦な像面だけでなく大きな作業距離も併せ持つ、立体顕微鏡検査用のコンパクトで高解像度の対物レンズを開発することにある。

この課題は、立体感を作り出す総計５レンズから成る立体顕微鏡用対物レンズで解決される。−物体面から見て− 第１のレンズの焦点距離は負であり、顕微鏡対物レンズ全体の焦点距離ｆに対するその比は最小で−２．１１、最大で−１．２０である。

第１レンズの屈折力は、そのうち像側表面が少なくとも８０％を占めている。第２レンズの焦点距離は正であり、対物レンズ全体の焦点距離ｆに対するその比は最小で１．３０、最大で１．４５である。第２レンズの屈折力は、そのうち像側表面が少なくとも６０％を占めている。第３レンズの場合、当レンズの屈折力は、そのうち物体のほうに向いた表面が少なくとも６０％を占めている。第３レンズも同じく正の焦点距離を持ち、全体の焦点距離ｆに対するその比は最小で１．１５、最大で１．３７である。続いての第４レンズも同じく正の焦点距離を持ち、全体の焦点距離に対するその比は最小で０．６、最大で１．７０である。第４レンズの屈折力は、そのうち物体側表面が少なくとも７０％を占めている。最終の第５レンズは負の焦点距離を持ち、全体の焦点距離に対するその比は最小で−０．９６、最大で−０．４８である。第５レンズの屈折力は、そのうち像側表面が少なくとも８０％を占めている。以上のほか、第４と第５のレンズを組み合わせた屈折力は顕微鏡対物レンズ全体の０．３１倍未満である。

また、第１、第５レンズは、第１のタイプの材質から作られているということにも留意しなければならない。なお、両レンズは同質、異質いずれの材料からも作ることができるが、ただ、双方とも第１タイプの部分分散を示すことが重要である。第２タイプの部分分散を示す材質から作られた第２、第３および第４のレンズについても同様のことが当てはまる。

本発明に基づく対物レンズから物体までの作業距離は、常に対物レンズの焦点距離に相当する程度の長さである。本発明に基づく対物レンズは非常にコンパクトである。その構造体の長さは、焦点距離全体の６８％未満に、直径は焦点距離全体の７７％未満に制限することができる。しかも像面は平坦で、像面の湾曲状態を特徴付けるペッツヴァル公式の和は０．００６未満である。可視スペクトル領域では、色の縦方向の誤差は対物レンズ焦点距離の０．０００３５％未満である。対物レンズの高い解像度は、回折制限下の補正−すなわち、回折小板の直径より小さい残留像偏差−と併せ０．３の開口数によって達成される。

本発明のある実施態様では、第１レンズと第５レンズが変則性の短フリントガラスから作られている。本発明のまた別な実施態様では、第２、第３、第４のレンズが変則性の弗素クラウンガラスから作られている。
顕微鏡対物レンズの実施態様としては、請求項４〜６に記載された構造データを持つものが有利である。なお、その場合の屈折率は波長５４６．０７ｎｍについての値である。アッベ数ｖ_ｅは次式
ｖ_ｅ ＝（ｎ_ｅ−１）／（ｎ_Ｆ’−ｎ_ｃ’）
より算出した。ただし、ｎ_ｅは波長５４６．０７ｎｍのときの屈折率、ｎ_ｃ’は波長６４３．８５ｎｍのときの屈折率、ｎ_Ｆ’は波長４７９．９９ｎｍのときの屈折率である。３例いずれの対物レンズも開口数は０．３である。しかし焦点距離および作業距離は異なっている。請求項４に記載の第１群構造データでは焦点距離７８．２ｍｍ、作業距離８０．０ｍｍである。請求項５に記載の第２群構造データでは焦点距離７８．５ｍｍ、作業距離７７．３ｍｍである。請求項６に記載の第３群構造データの場合、最終的には焦点距離７８．２ｍｍ、作業距離８１．８ｍｍである。

以下では実施例を基に顕微鏡対物レンズの説明をする。対応図面の図１には、請求項６に記載の構造データに準拠した対物レンズの構造例が示されている。
図１は本発明に基づく対物レンズの断面図である。最左端に物体面Ｏがあり、そこから８１．８ｍｍ離れて負の焦点距離を持つ第１レンズＬ１がある。このレンズの光軸における厚さは４ｍｍである。第１レンズＬ１の場合両側レンズ表面の曲率半径中心は像側にある。第１レンズＬ１では、曲率は像側表面のほうが物体側表面より遥かに大きく、したがって、屈折力は主に第２面に集中する。光軸に沿って、これより２．４９ｍｍ離れたところに第２レンズＬ２が配置されている。

第２レンズは正の焦点距離を有している。当第２レンズＬ２の場合でも像側表面のほうが物体側表面より大きな曲率を有している。それに続き、光軸に沿って０．１５ｍｍという非常に短い間隔で、同じく正の焦点距離を持つ第３のレンズＬ３が配置されている。このレンズは物体側表面の曲率のほうが大きく、したがって屈折力の少なくとも６０％はこちらの方に集中する。

次に、正の焦点距離を持つ第４のレンズＬ４が光軸に沿って同じく０．１５ｍｍという非常に短い間隔で続いている。この場合も同様に、物体側レンズ表面の方が像側表面よりも遥かに大きな半径曲率を有している。最後に、負の焦点距離を持つ第５レンズＬ５が配置されている。第５レンズＬ５の両表面に対する曲率半径中心は像側にあるが、曲率は像側表面の方が物体側表面より遥かに大きいので、屈折力の８０％以上が第２表面に集中する。

第４レンズＬ４と第５レンズＬ５を組み合わせると、その屈折力は顕微鏡対物レンズ全体の−０．３０３倍になる。実施例で示された第２、第３および第４のレンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４は、すべて同じ材質、つまり弗素クラウンガラスから作られたものである。しかし、必ずしもそうする必要はなく、請求項４および請求項５の構造例では、それらのレンズには少なくとも部分的には異なった材質が使用されている。第１レンズと第５レンズは異なった材質から作られているが、しかしいずれも短フリントガラスの変則性を示している。

対物レンズの構造実施例

符号の説明

Ｌ１〜Ｌ５ レンズ
Ｏ 物体面

Claims (6)

1. 物体面から順に、
   第１番目のレンズ（Ｌ１）、すなわち負の焦点距離（ｆ_１）を有し、顕微鏡対物レンズ全体の焦点距離（ｆ）に対するその焦点距離（ｆ_１）の比が最小で−２．１１、最大で−１．２０であって、その屈折力のうち像側表面が少なくとも８０％を占める第１レンズ（Ｌ１）と、
   正の焦点距離（ｆ_２）を有し、全体の焦点距離（ｆ）に対するその焦点距離（ｆ_２）の比が最小で１．３０、最大で１．４５であって、その屈折力のうち像側表面が少なくとも６０％を占める第２レンズ（Ｌ２）と、
   正の焦点距離（ｆ_３）を有し、全体の焦点距離（ｆ）に対するその焦点距離（ｆ_３）の比が最小で１．１５、最大で１．３７であって、その屈折力のうち物体側表面が少なくとも６０％を占める第３レンズ（Ｌ３）と、
   正の焦点距離（ｆ_４）を有し、全体の焦点距離（ｆ）に対するその焦点距離（ｆ_４）の比が最小で０．６５、最大で１．７０であって、その屈折力のうち物体側表面が少なくとも７０％を占める第４レンズ（Ｌ４）と、
   負の焦点距離（ｆ_５）を持ち、全体の焦点距離（ｆ）に対するその焦点距離（ｆ_５）の比が最小で−０．９６、最大で−０．４８であって、その屈折力のうち像側表面が少なくとも８０％を占める第５レンズ（Ｌ５）と、
   を備え、
   第４レンズ（Ｌ４）と第５レンズ（Ｌ５）を組み合わせた屈折力が顕微鏡対物レンズ全体の０．３１倍未満で、
   また、第１レンズ（Ｌ１）と第５レンズ（Ｌ５）が、第１の型の部分分散を示す材質から、第２レンズ（Ｌ２）、第３レンズ（Ｌ３）、第４レンズ（Ｌ４）が、第２の型の部分分散を示す材質から製作される、
   立体顕微鏡対物レンズ。
2. 第１レンズ（Ｌ１）と第５レンズ（Ｌ５）が変則性の短フリントガラスから製作されることを特徴とする、請求項１に記載の立体顕微鏡対物レンズ。
3. 第２レンズ（Ｌ２）、第３レンズ（Ｌ３）および第４レンズ（Ｌ４）が変則性の弗素クラウンガラスから製作されることを特徴とする、請求項１または２に記載の立体顕微鏡対物レンズ。
4. 半径ｒ、厚さｄ、距離ａ（それぞれ単位ｍｍ）、波長５４６．０７ｎｍにおける屈折率ｎ_ｅおよびアッベ数ｖ_ｅ等の構造データが下記数値であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の立体顕微鏡対物レンズ。
   

   
5. 半径ｒ、厚さｄ、距離ａ（それぞれ単位ｍｍ）、波長５４６．０７ｎｍにおける屈折率ｎ_ｅおよびアッベ数ｖ_ｅ等の構造データが下記数値であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の立体顕微鏡対物レンズ。
   

   
6. 半径ｒ、厚さｄ、距離ａ（それぞれ単位ｍｍ）、波長５４６．０７ｎｍにおける屈折率ｎ_ｅおよびアッベ数ｖ_ｅ等の構造データが下記数値であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の立体顕微鏡対物レンズ。
   

   

Images