JP2008145787A - 長作動距離対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた結像性能を有しながらも全長に対する作動距離の割合を従来よりも大きくすることができる長作動距離対物レンズを提供する。
【解決手段】物体側より、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換する第1レンズ群と、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第2レンズ群から構成され、以下の条件を満たす。
0.3 ≦ L_h/L ≦ 0.65
30 ≦ν_2N-ν_2P ≦ 50
2.9 ≦ |f₁/f₂| ≦ 5
ただし、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第2レンズ群中の負レンズのアッベ数をν_2N、第2レンズ群中の正レンズのアッベ数をν_2P、第1レンズ群の焦点距離をｆ₁、第2レンズ群の焦点距離をf₂とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡に用いられる長作動距離対物レンズに関し、倍率が50倍〜100倍程度で、焦点距離の4倍以上の作動距離を有した長作動距離対物レンズに関するものである。

近年、金属や半導体の加工に用いられる工業系の顕微鏡対物レンズでは、長作動距離が求められることが多くなっている。例えば、ICを観察する場合では、凹部の底面のパターンを観察するため、より長い作動距離が必要となる。また、凸凹のある基板上の観察では、基板保護のためにも長い作動距離が必要となる。さらに、レーザーリペアとして使用する場合には標本面から加工物が飛散することや、作動距離内部に薄いガラス板やリード線、固定治具による段差などが含まれることが多いため、より長い作動距離を有する対物レンズが求められている。

良好な収差補正をしつつ作動距離を延長する場合には、対物レンズの全長・全幅を拡大することが効果的である。しかし、作動距離の増加に伴う対物レンズの体積・重量の増加は、装置の省エネルギー化、位置決めの高精度化、また製造コストに対して大きな弊害となる。

以上のことから、良好な光学性能を保ち、レンズを収める空間の体積を小さくし、全長に対する作動距離の比率を従来よりも高める技術が、対物レンズに強く望まれている。
高倍率で作動距離の長い対物レンズについては、下記に挙げる特許文献１から特許文献７に示されているものが知られているが、いずれも、対物レンズの全長・全幅を拡大しており、装置の省エネルギー化、位置決めの高精度化、製造コストに大きな障害となっている。

また、下記の特許文献８に示される対物レンズは全長・全幅を拡大はしていないが、技術の進歩により、十分な作動距離を持っているとはいえなくなっている。
特開平６−１７５０３４号公報 特開平１０−２８８７４０号公報 特開２０００−２０６４１４号公報 特開２００３−１６７１９９号公報 特開２００１−２０８９７６号公報 特開２００５−２５８１４８号公報 特開平７−２０３８５号公報 特開平９−９０２３０号公報

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、優れた結像性能を有しながらも全長に対する作動距離の割合を従来よりも大きくすることができる、長作動距離対物レンズを提供することである。

上記目的を達成する本発明の長作動距離対物レンズは、２群構成と見做した場合、物体側より、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持つ物体からの光線を収斂光束に変換する第1レンズ群と、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第2レンズ群から構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする。

0.3 ≦ L_h/L ≦ 0.65 …（１）
30 ≦ν_2N-ν_2P ≦ 50 …（２）
2.9 ≦ |f₁/f₂| ≦ 5 …（３）
ただし、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第2レンズ群中の負レンズのアッベ数をν_2N、第2レンズ群中の正レンズのアッベ数をν_2P、第1レンズ群の焦点距離をｆ₁、第2レンズ群の焦点距離をf₂とする。

また、以下の条件を満たすことが望ましい。
3.1 ≦ ｆ₁/F ≦ 6 …（４）
ただし、全系の焦点距離をFとする。

上記目的を達成する本発明の長作動距離対物レンズは、３群構成と見做した場合、物体側より、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換する第Iレンズ群と、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折率を有する第IIレンズ群と、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第IIIレンズ群から構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする。

0.3 ≦ L_h/L ≦ 0.65 …（１）
30 ≦ ν_IIIN-ν_IIIP ≦ 50 …（５）
2.9 ≦ |f_I/f_II-III| ≦ 5 …（６）
ただし、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第IIIレンズ群中の負レンズのアッベ数をν_IIIN、第IIIレンズ群中の正レンズのアッベ数をν_IIIP、第Ｉレンズ群の焦点距離をｆ_I、第IIレンズ群と第IIIレンズ群の合成焦点距離をf_II-IIIとする。

また、以下の条件を満たすことが望ましい。
3.1 ≦ ｆ_I/F ≦ 6 …（７）
ただし、全系の焦点距離をFとする。

また、２群構成と見做した場合も３群構成と見做した場合でも、以下の条件を満たすことが望ましい。
n_f ＞ 1.8 …（８）
ただし、最も物体側に近い正レンズの屈折率をn_fとする。

また３群構成と見做した場合において、本発明を１００倍程度の長作動距離対物レンズに適用するには、以下の条件を満たすことが望ましい。
95 ＜ | F_I / F | ＜ 105 …（９）
n_IIN ＞ 1.7 …（１０）
ただし、対物レンズの全系の焦点距離をF、前記長作動対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離をF_I、第IIレンズ群の負レンズの屈折率をn_IINとする。

さらに、長作動距離対物レンズにおいては、以下の条件を満たすことが望ましい。
ＷＤ/ L ≦0.25 …（１１）
ただし、WDは対物レンズの作動距離とする。

また、本発明を５０倍程度の長作動距離対物レンズに適用するには、以下の条件を満たすことが望ましい。
45 ＜ | F_I / F | ＜ 55 …（１２）
ＷＤ/ L ≦0.55 …（１３）
また、本発明を５０倍程度の長作動距離対物レンズに適用した場合に別の視点で２群構成と見做すと、物体側より、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換する第A１レンズ群と、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第B２レンズ群から構成され、以下の条件を満たすことを特徴とする。

45 ＜ | F_I / F | ＜ 55 …（１２）
0.4 ≦ L_h/L ≦ 0.65 …（１３）
4.8 ≦ ｆ_A1/F ≦ 5.3 …（１４）
ただし、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第1レンズ群の焦点距離をｆ_A1、全系の焦点距離をF、前記対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離をF_Iとする。

また、本発明による５０倍程度の長作動距離対物レンズを別の視点で３群構成と見做すと、物体側より、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換する第AIレンズ群と、負の屈折率を有する第BIIレンズ群と少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第CIIIレンズ群から構成され、以下の条件を満たすことを特徴とするものである。

45 ＜ | F_I / F | ＜ 55 …（１２）
0.4 ≦ L_h/L ≦ 0.65 …（１３）
4.8 ≦ ｆ_AI/F ≦ 5.3 …（１５）
ただし、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第Ｉレンズ群の焦点距離をｆ_AI、全系の焦点距離をF、前記対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離をF_Iとする。

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説明する。
同焦距離が一定である対物レンズの作動距離を長くするためには、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が長くなる程諸収差が急激に悪化する。このため、長作動距離の対物レンズは、この構成でなるべく作動距離を長くしたまま諸収差を補正することが必要となる。

本発明の長作動距離対物レンズは、物体側から順に、正の屈折率の1群と負の屈折率を持つ2群で構成されている。第1レンズ群は、物体側に正の単レンズおよび接合レンズを含み、物体からの光線を緩やかに収斂光束に変換する役割をもつ。作動距離が長くなると光線高が高くなり、球面収差の補正が困難となる。このため、物体側には、光線高を抑えるため、（８）式を満たすような正レンズを配置することが必要である。また、作動距離が長くなると色収差の補正が困難となるため、第1レンズ群中には色収差補正のため、接合レンズを配置する必要がある。

第2レンズ群は強い負の屈折力を持ち、第１レンズ群通過後の収斂光線を強い負の屈折力によって大きな倍率を得る役割を果たしている。また、第２レンズ群の強い負の屈折力は対物レンズのペッツバール和を小さくし、像面湾曲を良好に補正する役割も果たしている。また、作動距離が長くなると倍率の色収差の補正が困難となるため、第２レンズ群中には倍率の色収差補正の為、接合レンズを配置する必要がある。

上記（１）および（１３）式は、対物レンズの収斂光線の始まりの位置を規定したものである。（１）式の下限0.3を下回ると、物点から発生した発散した光束を強引に収斂光線としようとするため、第1群の物体側付近の各レンズ面に対する光線の入射角度が大きくなり、球面収差を著しく悪化させ、収斂していく後ろの群においても補正するのが困難となる。（１）式の上限0.65を超えると、後部で強引に光束を強引に収斂光線としようとするため、第2群の各レンズ面に対する光線の入射角度が大きくなり、コマ収差の補正が困難となる。また、50倍程度になると（１３）式の値以内が各収差補正するためには、望ましい。

上記（２）式は、第2レンズ群中に構成される接合レンズの各レンズのアッベ数に関係を定めたものである。（２）式の下限30を下回ると、倍率の色収差の補正が困難となる。（２）式の上限50を超えると、軸上色収差の補正が困難となる。

通常、軸上色収差を補正するためには、アッベ数の大きな正レンズとアッベ数の小さな負レンズとの接合レンズを用いて、補正を行う。しかし、長作動距離の対物では、軸上色収差は補正できるが、倍率の色収差までの補正は困難である。

今回、軸上と倍率の両方の色収差を補正するために、第1群で軸上色収差を過剰に補正し、（２）式に記載されるように、通常とは逆に、アッベ数の小さな正レンズとアッベ数の大きな負レンズとの接合より、過剰に補正された軸上色収差を適当な補正に戻すとともに、倍率色収差を補正する。

上記（３）式は、第1レンズ群と第2レンズ群の屈折力の関係を定めたものである。（３）式の下限の2.9を下回ると、第2レンズ群の屈折力が弱まり対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難になる。（３）式の上限の5を超えると、第2レンズ群の屈折力が強くなり、像面湾曲の補正について有利であるが、第1レンズ群の光線高が高くなる為、諸収差が発生し、補正が困難になる。また、レンズ外径も大きくなり、対物レンズの操作性が悪くなる。

上記（４）および（１４）式は、正の第1レンズ群の焦点距離の関係を示したものである。上記式の3.1を下回ると、正の屈折力が大きすぎて、ペッツバール和が＋方向に大きくなり、像面湾曲が補正できなくなる。上記式の6を超えると正の第1レンズ群が負担する正の屈折力が小さくなり、その分、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。上記式を満たすことで球面収差、コマ収差を良好に補正することが可能となる。また、50倍程度になると、各収差補正するためには（１４）式の値以内が望ましい。

上記（８）式は第１レンズ群で最も物体側に近い正レンズの屈折率を規定したものである。球面収差を発生しにくくするためには、高い開口数の光線に対しても、レンズ面に対する光線の入射角度をできるだけ小さくする必要がある。このために、第1レンズ群中の先球の屈折力をできるだけ高いことが望ましい。上記式の1.8を下回ると、球面収差の補正が困難となる。

上記（９）式および（１２）式は対物レンズと、前記対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離の関係を示したものであり、本発明を適用する倍率を示す。実用する際に100×程度として用いるためには、（９）式の値以内にする。また、50×程度として用いるためには、（１２）式の値以内にする。

上記（１１）式は倍率が100×程度の対物レンズに関しての、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離と作動距離の関係を示したものである。上記式の0.25を超えると第２レンズ群の屈折力が弱くなり、対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を補正するのが困難となる。

上記（１３）式は倍率が50×程度の対物に関しての、物体面〜像側の最終レンズ面までの距離と作動距離の関係を示したものである。上記式の0.55を超えると第２レンズ群の屈折力が弱くなり、対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を補正するのが困難となる。

本発明においては、レンズ系の群構成を3群構成とみなすこともできる。
第Iレンズ群は、物体側に正の単レンズおよび接合レンズを含み、物体からの光線を緩やかに収斂光束に変換する役割をもつ。作動距離が長くなると光線高が高くなり、球面収差の補正が困難となる。このため、物体側には、光線高を抑えるため、（８）式を満たすような正レンズを配置することが必要である。また、作動距離が長くなると色収差の補正が困難となるため、第Iレンズ群中には色収差補正のため、接合レンズを配置する必要がある。

第IIレンズ群は、第Iレンズ群で発生する色収差、コマ収差、球面収差を補正するために用いる。接合レンズを用いることで、色収差および球面収差を強力に補正する。なお、この接合の物体側の面が凸面であることで、第I群で収斂光束となった光線が入射する際に、諸収差の発生を抑えることができる。

第IIIレンズ群は、強い負の屈折力を持ち、対物レンズのペッツバール和を小さくし、像面湾曲を良好に補正する役割も果たしている。また、作動距離が長くなると倍率の色収差の補正が困難となるため、第IIIレンズ群中には倍率の色収差補正の為、接合レンズを配置する必要がある。

上記（５）式は、第IIIレンズ群中に構成される接合レンズの各レンズのアッベ数に関係を定めたものである。（５）式の下限30を下回ると、倍率の色収差の補正が困難となる。（５）式の上限50を超えると、軸上色収差の補正が困難となる。

通常、軸上色収差を補正するためには、アッベ数の大きな正レンズとアッベ数の小さな負レンズとの接合レンズを用いて、補正を行う。しかし、長作動距離の対物では、軸上色収差は補正できるが、倍率の色収差までの補正は困難である。

上記（６）式は、第Iレンズ群と、第IIレンズ群と第IIIレンズ群の合成焦点距離との屈折力の関係を定めたものである。（６）式の下限の2.9を下回ると、第2レンズ群の屈折力が弱まり対物レンズのペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難になる。（６）式の上限の5を超えると、第2レンズ群の屈折力が強くなり、像面湾曲の補正について有利であるが、第1レンズ群の光線高が高くなる為、諸収差が発生し、補正が困難になる。また、レンズ外径も大きくなり、対物レンズの操作性が悪くなる。

上記（７）および（１５）式は、正の第1レンズ群の焦点距離の関係を示したものである。上記式の3.1を下回ると、正の屈折力が大きすぎて、ペッツバール和が＋方向に大きくなり、コマ収差が補正できなくなる。上記式の6を超えると正の第1レンズ群が負担する正の屈折力が小さくなり、その分、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。上記式を満たすことで球面収差、コマ収差を良好に補正することが可能となる。また、50倍程度になると、各収差補正するためには（１５）式の値以内が望ましい。

上記（１０）式は、倍率が100×程度の対物に関しての、第IIレンズ群の負レンズの屈折率を規定したものである。上記式の1.7を下回ると、第IIレンズ群、第IIIレンズ群のレンズ面への光線の入射角度が大きくなり、コマ収差の補正が困難となる。

本発明によれば、優れた結像性能を有しながらも全長に対する作動距離の割合を従来よりも大きくすることができる、長作動距離対物レンズを提供することができる。

以下に、本発明の長作動距離顕微鏡対物レンズの実施例１〜６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６はそれぞれ実施例１〜６のレンズ構成を示す断面図である。また、図１３は本実施例に利用する表７記載の結像レンズの断面図である。

実施例１は、１００×対物レンズの設計例であり、図１の断面図に示すように、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２枚と、両凸レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズと、２組の両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと、両凹単体負レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例１を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズと、２組の両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、両凹単体負レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

実施例２は、１００×対物レンズの設計例であり、図２の断面図に示すように、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２枚と、両凸レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、２枚の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズと両凹単体負レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例２を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、２枚の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

実施例３は、１００×対物レンズの設計例であり、図３の断面図に示すように、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２枚と、両凸レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズと、２組の両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと、物体側に凸面を向けた負単体メニスカスレンズと、両凹レンズと像側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成される。

実施例３を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズと、２組の両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、物体側に凸面を向けた負単体メニスカスレンズと、両凹レンズと像側に凹面を向けたメニスカスレンズの接合レンズから構成される。

実施例４は、５０×対物レンズの設計例であり、図４の断面図に示すように、第１レンズ群（Ｇ１）は、両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズと、両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例４を異なる視点で２群レンズとみなすこともできる。このとき、第A1レンズ群は両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成されている。第B2レンズ群は、両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例４を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

また、実施例４を異なる視点で３群レンズとみなすこともできる。このとき、第AIレンズ群は第A１レンズ群と同じである。第BIIレンズ群は、第B2レンズ群の両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第CIIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

実施例５は、５０×対物レンズの設計例であり、図５の断面図に示すように、第１レンズ群（Ｇ１）は、両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズと、両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例５を異なる視点で２群レンズとみなすこともできる。このとき、第A1レンズ群は両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成されている。第B2レンズ群は、両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例５を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

また、実施例５を異なる視点で３群レンズとみなすこともできる。このとき、第AIレンズ群は第A１レンズ群と同じである。第BIIレンズ群は、第B2レンズ群の両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第CIIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

実施例６は、５０×対物レンズの設計例であり、図６の断面図に示すように、第１レンズ群（Ｇ１）は、両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズと、両凸単体正レンズにより構成される。第２レンズ群（Ｇ２）は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例６を異なる視点で２群レンズとみなすこともできる。このとき、第A1レンズ群は両凸単体正レンズと、両凸レンズと像側に凸面を向けたメニスカスレンズの接合レンズにより構成されている。第B2レンズ群は、両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズにより構成される。

実施例６を３群レンズとみなすこともできる。このとき、第Iレンズ群は第１レンズ群と同じである。第IIレンズ群は、第２レンズ群の物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第IIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

また、実施例６を異なる視点で３群レンズとみなすことも出来る。このとき、第AIレンズ群は第A１レンズ群と同じである。第BIIレンズ群は、第B2レンズ群の両凸単体正レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凸レンズと両凹レンズの組み合わせの３枚接合レンズと、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズから構成されており、第CIIIレンズ群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズから構成される。

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。実施例１〜６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い補正型の対物レンズであり、これら単体では結合しない。そこで、例えば表７に示すレンズデータを有し、図13にレンズ断面図を示す結像レンズと組み合わせて使用される。なお、表１〜７において、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。

また、レンズデータの下に添えられる数値は上述の条件式（１）から（１４）のそれぞれに対応し、レンズデータから計算されたものである。

ＮＡ＝０．６、ＷＤ＝１０．２、ｆ＝１．８、β＝−１００

（１） L_h/L ＝ 0.356
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 42.24
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 4.222
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 5.326
（８） n_f ＝ 1.883
（９） | F_I / F | ＝ 100
（１０） n_IIN ＝ 1.738
（１１） ＷＤ/L ＝ 0.21

ＮＡ＝０．７、ＷＤ＝７．９、ｆ＝１．８、β＝−１００

（１） L_h/L ＝ 0.417
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 33.6
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 3.065
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 5.398
（８） n_f ＝ 1.883
（９） | F_I / F | ＝ 100
（１０） n_IIN ＝ 1.738
（１１） ＷＤ/L ＝ 0.162

ＮＡ＝０．６、ＷＤ＝８．９、ｆ＝１．８、β＝−１００

（１） L_h/L ＝ 0.339
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 47.47
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 3.543
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 5.518
（８） n_f ＝ 1.883
（９） | F_I / F | ＝ 100
（１０） n_IIN ＝ 1.72047
（１１） ＷＤ/L ＝ 0.182

ＮＡ＝０．３５、ＷＤ＝１８．１、ｆ＝３．６、β＝−５０

（１） L_h/L ＝ 0.448
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 31.92
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 2.995
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 3.177
（８） n_f ＝ 1.834
（１２） | F_I / F | ＝ 50
（１３） ＷＤ/L ＝ 0.37
（１４）,（１５） ｆ_A1/F ＝ｆ_AI/F ＝ 4.828

ＮＡ＝０．３５、ＷＤ＝２０、ｆ＝３．６、β＝−５０

（１） L_h/L ＝ 0.605
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 31.92
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 3.352
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 3.193
（８） n_f ＝ 1.834
（１２） | F_I / F | ＝ 50
（１３） ＷＤ/L ＝ 0.408
（１４）,（１５） ｆ_A1/F ＝ｆ_AI/F ＝ 5.077

ＮＡ＝０．２５、ＷＤ＝２４．１、ｆ＝３．６、β＝−５０

（１） L_h/L ＝ 0.559
（２）,（５） ν_2N-ν_2P ＝ν_IIIN-ν_IIIP ＝ 30.7
（３）,（６） |f₁/f₂| ＝ｆ_I-ｆ_II-III ＝ 4.523
（４）,（７） ｆ₁/F ＝ｆ_I/F ＝ 3.143
（８） n_f ＝ 1.834
（１２） | F_I / F | ＝ 50
（１３） ＷＤ/L ＝ 0.49
（１４）,（１５） ｆ_A1/F ＝ｆ_AI/F ＝ 5.088
上記実施例１〜６の対物レンズと以下に記載の図13の結像レンズとの間の間隔は50ｍｍ〜170ｍｍ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１〜６の収差図をそれぞれ図7から図12に示す。ただし、これらの収差図において、（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。これら収差図中の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、同様の収差状況を示す。

また、以下に記載の結像レンズの焦点距離は１８０mmであり、実施例１から実施例３は倍率１００倍、実施例４から実施例６は倍率５０倍の対物レンズが実現されている。

以上のように、上述したいずれの実施例の顕微鏡対物レンズも、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50〜100倍率程度の工業顕微鏡に適したレンズ系である。

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。 実施例２のレンズ断面図である。 実施例３のレンズ断面図である。 実施例４のレンズ断面図である。 実施例５のレンズ断面図である。 実施例６のレンズ断面図である。 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。 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。 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。 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。 実施例５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。 実施例６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。 各実施例の顕微鏡対物レンズと組み合わせて用いる結像レンズの例のレンズ断面図である。

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
A1…第A1レンズ群
B2…第B2レンズ群
AI…第AIレンズ群
BII…第BIIレンズ群
CIII…第CIIIレンズ群

Claims (10)

1. 物体側より順に第1レンズ群と第2レンズ群とから構成され、
   前記第1レンズ群は、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持つ物体からの光線を収斂光束に変換するレンズ群であり、
   前記第2レンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つレンズ群であり、
   物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、前記第2レンズ群中の負レンズのアッベ数をν_2N、前記第2レンズ群中の正レンズのアッベ数をν_2P、前記第1レンズ群の焦点距離をｆ₁、前記第2レンズ群の焦点距離をf₂としたときに、以下の条件式
   0.3 ≦ L_h/L ≦ 0.65
   30 ≦ν_2N-ν_2P ≦ 50
   2.9 ≦ |f₁/f₂| ≦ 5
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
2. 請求項１に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   前記長作動距離対物レンズの全系の焦点距離をFとしたときに、以下の条件式
   3.1 ≦ ｆ₁/F ≦ 6
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
3. 物体側より順に第Iレンズ群と第IIレンズ群と第IIIレンズ群とから構成され、
   前記第Iレンズ群は、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換するレンズ群であり、
   前記第IIレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折率を有するレンズ群であり、
   前記第IIIレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つレンズ群であり、
   物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、前記第IIIレンズ群中の負レンズのアッベ数をν_IIIN、前記第IIIレンズ群中の正レンズのアッベ数をν_IIIP、前記第Ｉレンズ群の焦点距離をｆ_I、前記第IIレンズ群と前記第IIIレンズ群の合成焦点距離をf_II-IIIとしたときに、以下の条件式
   0.3 ≦ L_h/L ≦ 0.65
   30 ≦ ν_IIIN-ν_IIIP ≦ 50
   2.9 ≦ |f_I/f_II-III| ≦ 5
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
4. 請求項３に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   前記長作動距離対物レンズの全系の焦点距離をFとしたときに、以下の条件式
   3.1 ≦ ｆ_I/F ≦ 6
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
5. 請求項２又は４に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   前記長作動距離対物レンズの最も物体側に近い正レンズの屈折率をn_fとしたときに、以下の条件式
   n_f ＞ 1.8
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
6. 焦点距離がF_Iの結像レンズと組み合わせて用いる請求項３に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   対物レンズの全系の焦点距離をF、前記第IIレンズ群の負レンズの屈折率をn_IINとしたときに、以下の条件式
   95 ＜ | F_I / F | ＜ 105
   n_IIN ＞ 1.7
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
7. 請求項６に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   対物レンズの全系の焦点距離をF、前記長作動対物レンズの作動距離をWDとしたときに、以下の条件式
   ＷＤ/ L ≦0.25
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
8. 焦点距離がF_Iの結像レンズと組み合わせて用いる請求項５に記載の長作動距離対物レンズにおいて、
   対物レンズの全系の焦点距離をF、前記長作動対物レンズの作動距離をWDとしたときに、以下の条件式
   45 ＜ | F_I / F | ＜ 55
   ＷＤ/ L ≦0.55
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
9. 物体側より順に第A１レンズ群と第B２レンズ群から構成され、
   前記第A１レンズ群は、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換するレンズ群であり、
   前記第B２レンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つ第B２レンズ群であり、
   物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第1レンズ群の焦点距離をｆ_A1、全系の焦点距離をF、前記長作動対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離をF_Iとしたときに、以下の条件式
   45 ＜ | F_I / F | ＜ 55
   0.4 ≦ L_h/L ≦ 0.65
   4.8 ≦ ｆ_A1/F ≦ 5.3
   を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。
10. 物体側より順に第AIレンズ群と第BIIレンズ群と第CIIIレンズ群とから構成され、
    前記第AIレンズ群は、正の単レンズおよび接合レンズを含み、正の屈折力を持ち物体からの光線を収斂光束に変換するレンズ群であり、
    前記第BIIレンズ群は、負の屈折率を有するレンズ群であり、
    前記第CIIIレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを含み、負の屈折力を持つレンズ群であり、
    物体面〜像側の最終レンズ面までの距離をL、物体面〜レンズに入射および射出する光線が最も高くなる位置までの距離をL_h、第Ｉレンズ群の焦点距離をｆ_AI、全系の焦点距離をF、前記長作動対物レンズと組み合わせる結像レンズの焦点距離をF_Iとしたときに、以下の条件式
    45 ＜ | F_I / F | ＜ 55
    0.4 ≦ L_h/L ≦ 0.65
    4.8 ≦ ｆ_AI/F ≦ 5.3
    を満たすことを特徴とする長作動距離対物レンズ。