JP3010365B2

JP3010365B2 - 対物レンズ

Info

Publication number: JP3010365B2
Application number: JP2122935A
Authority: JP
Inventors: 豊治榛澤; 良治斎藤
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2015-02-21
Also published as: US5142409A; JPH0419609A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、波長250nm付近の近紫外域の光を使った対
物レンズに関するものである。

［従来の技術］波長250nm付近の近紫外域の光を使った対物レンズ
は、高解像結像レンズ、紫外域における生体の研究、レ
ーザーの研究応用等に用いられる。このような用途に
は、反射対物レンズも多く用いられているが、高解像が
要求される紫外域での生体研究や、レーザーの研究等に
おいては、屈折系の方が有利である。屈折系のの紫外線
対物レンズは、JOSA38巻689頁に記載されている。この
対物レンズは、高倍率で、グリセリン油浸ならびに高NA
で球面収差が良好に補正されている。

また特開平１−319719号、特開平１−319720号公報に
記載されている紫外線対物レンズは、低倍率，低NAでは
あるが少ないレンズ枚数で球面収差が比較的良好に補正
されている。

［発明が解決しようとする課題］前記のJOSAに記載されている対物レンズは、像面湾曲
が大きく、有効視野が極めて小さく、またグリセリン油
浸のために半導体分野やレーザーの応用には使用できな
い。

又前記両公開公報に記載された対物レンズは、構成枚
数が少ないために低倍率，低NAであるにもかかわらず色
収差，像面湾曲が十分に補正されていない。

本発明は、250nm付近の波長で色収差が良好に補正さ
れ視野周辺まで性能劣化の少ない屈折系の高解像対物レ
ンズを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の対物レンズは、物体側から順に、物体側に強
い凹面を向けたメニスカスレンズと少なくとも二つ以上
の接合レンズを含む正のパワーの第１群と、少なくも二
つのレンズを含む正のパワーの第２群とよりなり、光学
材料厚5mmの時の内部透過率が波長300nmで50％以上の透
過率をもつ光学材料のみからなることを特徴とするもの
である。

また、本発明の対物レンズは、後に詳細に説明する下
記条件（１）、（２）を満足することを特徴とする（１） 0.7＜f_I/f＜1.5 （２） 1.5＜f_II/f_I＜５本発明のように波長250nm付近で使用する光学系で
は、光学材料の透過特性が大でなければならず、通常は
フッ化カルシウム（CaF₂）、フッ化リチウム（LiF）、
溶融石英（又は合成石英）程度に限られる。

これらの材料は、いずれも上記波長域で1.42〜1.51の
屈折率で、また分散も広い範囲に分布していない。した
がって上記の光学材料のみで可視光用の対物レンズと同
様のNAを持ち、広い視野まで諸収差が良好に補正された
対物レンズを設計することは困難であった。

前記のような構成の本発明のレンズ系は、低倍率の対
物レンズで上記の困難性を克服して数10nmの波長域にわ
たり視野周辺まで諸収差を補正し得るものである。

本発明では、上記のように第１群の第１レンズを物体
側に強い凹面を向けたメニスカスレンズにしたことによ
り球面収差の補正と像面の平坦性とを確保するようにし
た。

また第１群は二つ以上の接合レンズを含むようにした
ので、軸上収差，倍率収差の補正が出来る。第１レンズ
を接合レンズにすれば、倍率の色収差は更に補正され
る。配置するレンズの光学材料としては、第１群中の少
なくとも二つの接合レンズの正レンズはフッ化カルシウ
ムまたはフッ化リチウム、負レンズは石英系材料を用い
ることが色収差補正上望ましい。

又対物レンズの倍率が10倍から20倍程度の時は、次の
条件（１）を満足することが収差補正にとって好まし
い。

（１） 0.7＜f_I/f＜1.5 ただしf_Iは第１群の焦点距離である。

この条件の下限を越えると第１群の正のパワーが強く
なり球面収差の補正が難しくなり、上限を越えるとコマ
収差が多く発生する。

本発明の対物レンズの第２群は、少なくとも二つのレ
ンズを含み正のパワーを有している。この第２群は、特
に軸外収差（コマ収差，非点収差，像面湾曲）を補正す
るために必要であり、第１群とのパワーバランスを考え
て次の条件を満足することが収差補正上望ましい。

（２） 1.5＜f_II/f_I＜５ただしf_IIは第２群の焦点距離である。

この条件の下限を越えるとコマ収差の補正が難しくな
り、上限を越えると非点隔差，像面湾曲が大きくなる。

第１群の第１レンズの物体側の凹面の曲率半径r₁は、
次の条件（３）を満足することが収差補正上更に望まし
い。

（３） 0.15＜|r₁|/f＜0.45 ただしｆは全系の焦点距離である。

この条件の下限を越えると、コマ収差，球面収差の補
正が難しくなる。上限を越えるとペッツバール和が大に
なり像面の平坦性が悪化する。

更に第１群と第２群との間隔Ｄを次の条件を満足する
ようにすれば、諸収差を良好に補正する上で好ましい。

0.5＜D/f この条件の下限を越えると第２群に入射する光線高が
低くなり像面湾曲，コマ収差の補正が困難になる。

以上述べた本発明の対物レンズは使用波長が250nm付
近と短いために、一般の可視光を利用した光学顕微鏡対
物レンズと比較して同じNAながら約２倍強の分解能を持
っている。また更に高い分解能が得られる高倍率，高NA
の紫外線対物レンズの走査用として用いることが出来
る。又超LSIの研究，検査，測定への応用，染色体や生
体組織の研究等幅広い分野への応用が考えられる。

尚250nm付近の光源として、エキシマレーザーKrF（24
9nm）、Ar⁺レーザーの２倍高調波（257nm）、YAGレーザ
ーの４倍高調波（266nm）があり、これらレーザーの研
究にも応用出来る。又一般光源としては超高圧水銀灯
（254nm）やキセノンランプ等の利用が可能である。

［実施例］次に本発明の対物レンズの各実施例を示す。

実施例１ｆ＝1,β＝−20,NA＝0.4 d₀＝0.044 r₁＝−0.223 d₁＝0.088 石英 r₂＝0.175 d₂＝0.376 CaF₂ r₃＝−0.324 d₃＝0.022 r₄＝1.623 d₄＝0.496 CaF₂ r₅＝−0.477 d₅＝0.087 r₆＝−0.491 d₆＝0.088 石英 r₇＝0.513 d₇＝0.333 CaF₂ r₈＝−1.068 d₈＝0.047 r₉＝1.232 d₉＝0.29 CaF₂ r₁₀＝−0.511 d₁₀＝0.088 石英 r₁₁＝1.143 d₁₁＝1.224 r₁₂＝1.561 d₁₂＝0.219 CaF₂ r₁₃＝−2.216 d₁₃＝0.009 r₁₄＝1.215 d₁₄＝0.167 石英 r₁₅＝0.787 f_I＝0.9,f_II＝2.87 実施例２ｆ＝1,β＝−20,NA＝0.4 d₀＝0.052 r₁＝−0.281 d₁＝0.121 石英 r₂＝1.532 d₂＝0.423 LiF r₃＝−0.327 d₃＝0.019 r₄＝−1.58 d₄＝0.114 石英 r₅＝0.742 d₅＝0.195 CaF₂ r₆＝−0.985 d₆＝0.009 r₇＝4.795 d₇＝0.231 CaF₂ r₈＝−0.499 d₈＝0.093 石英 r₉＝0.792 d₉＝0.341 LiF r₁₀＝−1.634 d₁₀＝1.641 r₁₁＝8.381 d₁₁＝0.324 CaF₂ r₁₂＝−1.656 d₁₂＝0.462 r₁₃＝1.192 d₁₃＝0.277 CaF₂ r₁₄＝−18.791 d₁₄＝0.225 石英 r₁₅＝0.846 f_I＝1.33,f_II＝3.41 実施例３ｆ＝1,β＝−20,NA＝0.4 d₀＝0.058 r₁＝−0.267 d₁＝0.116 石英 r₂＝0.299 d₂＝0.494 CaF₂ r₃＝−0.490 d₃＝0.006 r₄＝2.107 d₄＝0.233 CaF₂ r₅＝−0.692 d₅＝0.012 r₆＝−5.352 d₆＝0.116 石英 r₇＝0.528 d₇＝0.442 CaF₂ r₈＝−0.489 d₈＝0.116 石英 r₉＝−1.905 d₉＝0.061 r₁₀＝1.233 d₁₀＝0.384 CaF₂ r₁₁＝−0.599 d₁₁＝0.116 石英 r₁₂＝0.851 d₁₂＝1.566 r₁₃＝1.721 d₁₃＝0.291 CaF₂ r₁₄＝−2.283 d₁₄＝0.012 r₁₅＝1.536 d₁₅＝0.221 石英 r₁₆＝0.884 f_I＝0.77,f_II＝3.32 実施例４ｆ＝1,β＝−10,NA＝0.2 d₀＝0.049 r₁＝−0.235 d₁＝0.477 石英 r₂＝−0.511 d₂＝0.007 r₃＝8.339 d₃＝0.488 CaF₂ r₄＝−0.603 d₄＝0.007 r₅＝−3.479 d₅＝0.07 石英 r₆＝0.468 d₆＝0.249 CaF₂ r₇＝−0.451 d₇＝0.07 石英 r₈＝−6.42 d₈＝0.035 r₉＝2.84 d₉＝0.21 CaF₂ r₁₀＝−0.493 d₁₀＝0.07 石英 r₁₁＝48.894 d₁₁＝1.088 r₁₂＝1.696 d₁₂＝0.21 CaF₂ r₁₃＝−1.963 d₁₃＝0.011 r₁₄＝0.962 d₁₄＝0.105 石英 r₁₅＝0.706 f_I＝1.41,f_II＝2.69 ただしr₁,r₂,…はレンズ各面の焦点距離、d₁,d₂,…は
各レンズの肉厚およびレンズ間隔である。

上記各実施例１乃至実施例４は夫々第１図乃至第４図
に示すもので、いずれも250nmで±20nmの波長範囲で色
収差が補正されている。

これら実施例１〜４の収差状況は、夫々第５図乃至第
８図に示す通りである。

［発明の効果］本発明の対物レンズは、300nm以下の特定波長域と広
い視野まで諸収差が良好に補正されたもので紫外線用の
対物レンズとして好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は夫々実施例１乃至実施例４の断面
図、第５図乃至第８図は夫々実施例１乃至実施例４の収
差曲線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に物体側に強い凹面を向けた
メニスカスレンズと少なくとも二つ以上の接合レンズを
含む正の屈折力の第１群と、少なくとも二つ以上のレン
ズを含み正の屈折力を有する第２群とよりなり、300nm
で光学材料厚が5mmとしたとき50％以上の内部透過率を
持つ光学材料のみで構成され下記の条件（１）、（２）
を満足することを特徴とする対物レンズ。（１） 0.7＜f_I/f＜1.5 （２） 1.5＜f_II/f_I＜５ただし、f_Iは第１群の焦点距離、f_IIは第２群の焦点距
離、ｆは全系の焦点距離である。
【請求項２】第１群に含まれる二つ以上の接合レンズが
正レンズはフッ化カルシウム又はフッ化リチウム、負レ
ンズは石英からなる請求項１の対物レンズ。