JP3132821B2 - 対物レンズ - Google Patents

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レンズと射出側に凸面を向けた
正レンズからなる第１群と、少なくとも二つ以上の接合
レンズからなる第２群と、接合負レンズを含み全体とし
て負の屈折力を有する第３群とから構成されるレンズ系
で光学材料厚5mmの時の内部透過率が波長300nmで50％以
上の透過率を持つ光学材料のみからなることを特徴とす
るものである。

更に本発明の対物レンズは、第２群の正レンズがフッ
化カルシウム又はフッ化リチウムよりなり、第２群の負
レンズが石英材料よりなり、第３群の少なくとも一つの
正レンズが石英材料よりなり、第３群の少なくとも一つ
の負レンズがフッ化カルシウム又はフッ化リチウムより
なることを特徴とする。

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。その
ために、像面平坦性が良く、前記の波長域の一定範囲で
色収差が補正された高倍対物レンズを設計することは困
難である。

前記のような構成の本発明のレンズ系は、高倍，高開
口数の対物レンズで上記の困難性を克服して数10nmの波
長範囲にわたり高解像が得られるようにしたものであ
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
り高開口数に対しても球面収差の補正を可能にし更に広
い視野にわたって像面平坦性とを確保するようにした。

このレンズを接合レンズにすれば、軸上色収差および
倍率色収差を一層良好に補正し得る。この場合物体側の
レンズを石英系材料の負レンズにし、射出側のレンズを
フッ化カルシウム又はフッ化リチウムの正レンズにする
ことが好ましい。又第１群の第２レンズに射出側に凸面
を向けた正の屈折力のレンズを配置すれば、球面収差の
補正にとって有効である。

対物レンズの倍率が80×〜100×程度のときは、第１
群を焦点距離f_Iが次の条件（１）を満足することが望ま
しい。

（１） 0.5≦f_I/f≦３ ただしｆは全系の焦点距離である。

この条件（１）の上限を越えると第２群のパワーが強
くなり色収差の補正が困難になる。又条件（１）の下限
を越えると第１群における球面収差の補正が充分でなく
第２群以降での補正が困難になる。

前記のように第２群は、少なくとも二つ以上の接合レ
ンズからなるもので、特に色収差を重点的に補正する役
割を担っている。又各接合レンズは、フッ化カルシウム
又はフッ化リチウムからなる正レンズと、石英系材料か
らなる負レンズとの組合わせで構成されることが好まし
い。又３枚接合レンズを用いれば少ないレンズ成分で色
収差を補正するのに有効である。このようにレンズ成分
を少なくすることは、上記波長域において広帯域の反射
防止コートが使われない場合、レンズの空気接触面を減
らし分光透過特性を向上させてフレア等の有害光を少し
でも減少させ得るので有効である。

対物レンズの倍率が80×〜100×程度であるときは、
第２群の焦点距離f_IIが次の条件（２）を満足すること
が望ましい。

（２） ３≦f_II/f≦6.8 条件（２）の上限を越えると、全系の倍率を確保する
上で第１群のパワーが強くなり、球面収差および像面平
坦性の補正が困難になり又下限を越えると色収差の補正
が不可能になる。

第３群は、第２群から比較的大きな空気間隔を持って
配置され、接合負レンズを含み全体として負の屈折力を
有している。このようにこの第３群に負のパワーを持た
せることにより、高倍率でありながら一定の作動距離を
保ち、又全系の球面収差，色収差，像面平坦性などの諸
収差を補正するようにしている。この場合、接合レンズ
がメニスカス形状であれば全系の像面平坦性を確保する
上で有利である。また第３群を構成する少なくとも一つ
の正レンズは石英レンズからなり、少なくとも一つの負
レンズはフッ化カルシウム又はフッ化リチウムにて構成
することが望ましい。これによって全系の倍率色収差の
補正に効果的になる。

対物レンズの倍率が80×〜100×程度の場合、第３群
は、次の条件（３）を満足することが好ましい。

（３） −f_III/f≧７ ただしf_IIIは第３群の焦点距離である。

この条件（３）の下限を越えると各群のパワーが強く
なり球面収差の補正が困難になり、製作上のエラーの効
きが大きくなるため組立時に大きな問題になる。

更に第２群と第３群との空気間隔Ｄが次の条件（４）
を満足することが、少ないレンズで収差を良好に補正し
得るので望ましい。

（４） D/f≧４ この条件（４）の下限を越えると特に倍率色収差と像
面平坦性の補正が難しくなる。

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
究にも応用できる。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１ ｆ＝1,β＝−100,NA＝0.8 d₀＝0.063 r₁＝−0.604 d₁＝0.248 石英 r₂＝∞ d₂＝0.956 CaF₂ r₃＝−0.802 d₃＝0.030 r₄＝−14.05 d₄＝0.952 CaF₂ r₅＝−1.71 d₅＝0.042 r₆＝91.4 d₆＝0.316 石英 r₇＝1.84 d₇＝1.33 CaF₂ r₈＝−3.68 d₈＝0.042 r₉＝9.02 d₉＝1.03 CaF₂ r₁₀＝−2.38 d₁₀＝0.333 石英 r₁₁＝2.44 d₁₁＝0.914 CaF₂ r₁₂＝−12.7 d₁₂＝0.030 r₁₃＝7.03 d₁₃＝0.345 石英 r₁₄＝1.70 d₁₄＝1.56 CaF₂ r₁₅＝−2.02 d₁₅＝0.699 石英 r₁₆＝9.00 d₁₆＝13.4 r₁₇＝−2.65 d₁₇＝1.43 CaF₂ r₁₈＝7.97 d₁₈＝1.38 石英 r₁₉＝−3.16 d₁₉＝0.358 CaF₂ r₂₀＝−5.38 f_I＝1.89,f_II＝5.91,f_III＝−28.7 Ｄ＝13.4（＝d₁₆） 実施例２ ｆ＝1,β＝−80,NA＝0.80 d₀＝0.053 r₁＝−0.544 d₁＝0.315 石英 r₂＝−5.62 d₂＝0.589 CaF₂ r₃＝−0.605 d₃＝0.026 r₄＝−6.14 d₄＝0.203 石英 r₅＝8.21 d₅＝0.934 CaF₂ r₆＝−1.32 d₆＝0.125 r₇＝179 d₇＝1.18 CaF₂ r₈＝−1.23 d₈＝0.387 石英 r₉＝2.43 d₉＝1.04 CaF₂ r₁₀＝−4.16 d₁₀＝0.074 r₁₁＝9.22 d₁₁＝1.16 CaF₂ r₁₂＝−2.07 d₁₂＝0.261 石英 r₁₃＝2.14 d₁₃＝1.03 CaF₂ r₁₄＝−9.31 d₁₄＝8.30 r₁₅＝4.50 d₁₅＝1.98 石英 r₁₆＝−2.06 d₁₆＝0.600 CaF₂ r₁₇＝2.36 f_I＝1.52,f_II＝7.69,f_III＝−34.6 Ｄ＝8.3（＝d₁₄） 実施例３ ｆ＝1,β＝−80,NA＝0.80 d₀＝0.063 r₁＝−0.573 d₁＝1.21 石英 r₂＝−0.927 d₂＝0.035 r₃＝−43.2 d₃＝1.00 CaF₂ r₄＝−1.76 d₄＝0.035 r₅＝−8.28 d₅＝0.350 石英 r₆＝2.49 d₆＝1.22 CaF₂ r₇＝−2.92 d₇＝0.060 r₈＝13.9 d₈＝1.16 CaF₂ r₉＝−1.84 d₉＝0.244 石英 r₁₀＝2.43 d₁₀＝0.977 CaF₂ r₁₁＝7.01 d₁₁＝0.046 r₁₂＝7.00 d₁₂＝0.279 石英 r₁₃＝2.02 d₁₃＝1.48 CaF₂ r₁₄＝−2.44 d₁₄＝0.360 石英 r₁₅＝17.8 d₁₅＝10.7 r₁₆＝−2.03 d₁₆＝0.383 CaF₂ r₁₇＝2.64 d₁₇＝1.58 石英 r₁₈＝−1.78 d₁₈＝0.442 CaF₂ r₁₉＝−5.20 f_I＝2.08,f_II＝5.77,f_III＝−15.4 Ｄ＝10.7（＝d₁₅） 実施例４ ｆ＝1,β＝−100,NA＝0.80 d₀＝0.067 r₁＝−0.707 d₁＝0.242 石英 r₂＝1.32 d₂＝0.977 CaF₂ r₃＝−0.863 d₃＝0.031 r₄＝−36.9 d₄＝0.990 CaF₂ r₅＝−1.76 d₅＝0.044 r₆＝23.3 d₆＝0.329 石英 r₇＝2.10 d₇＝1.43 CaF₂ r₈＝−3.65 d₈＝0.043 r₉＝−11.4 d₉＝0.331 石英 r₁₀＝2.14 d₁₀＝1.36 CaF₂ r₁₁＝−7.47 d₁₁＝0.065 r₁₂＝−140 d₁₂＝0.369 石英 r₁₃＝2.10 d₁₃＝1.10 CaF₂ r₁₄＝−11.9 d₁₄＝0.087 r₁₅＝8.01 d₁₅＝1.32 CaF₂ r₁₆＝−2.19 d₁₆＝1.22 石英 r₁₇＝15.0 d₁₇＝14.1 r₁₈＝−2.91 d₁₈＝1.02 CaF₂ r₁₉＝4.71 d₁₉＝1.41 石英 r₂₀＝−2.48 d₂₀＝0.348 CaF₂ r₂₁＝−7.22 f_I＝1.95,f_II＝6.51,f_III＝−21.0 Ｄ＝14.1（＝d₁₇） 実施例５ ｆ＝1,β＝−100,NA＝0.8 d₀＝0.068 r₁＝−0.628 d₁＝0.264 石英 r₂＝∞ d₂＝0.969 CaF₂ r₃＝−0.831 d₃＝0.029 r₄＝−13.3 d₄＝0.953 CaF₂ r₅＝−1.71 d₅＝0.042 r₆＝∞ d₆＝0.316 石英 r₇＝1.87 d₇＝1.27 CaF₂ r₈＝−3.60 d₈＝0.042 r₉＝9.18 d₉＝0.999 CaF₂ r₁₀＝−2.35 d₁₀＝0.333 石英 r₁₁＝2.25 d₁₁＝0.907 CaF₂ r₁₂＝−11.9 d₁₂＝0.030 r₁₃＝7.06 d₁₃＝0.339 r₁₄＝1.75 d₁₄＝1.55 CaF₂ r₁₅＝−2.21 d₁₅＝0.706 石英 r₁₆＝8.76 d₁₆＝10.0 r₁₇＝8.03 d₁₇＝1.06 石英 r₁₈＝−34.4 d₁₈＝0.583 CaF₂ r₁₉＝5.55 d₁₉＝2.18 r₂₀＝−2.15 d₂₀＝1.48 CaF₂ r₂₁＝10.4 d₂₁＝1.38 石英 r₂₂＝−3.87 f_I＝1.93,f_II＝5.95,f_III＝−27.1 Ｄ＝10（＝d₁₆） 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５は夫々第１図乃至第５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１〜５の収差状況は、夫々第６図乃至第
10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以下の波長域で使用可
能な高倍，高NAで像面平坦性が良好に補正されたもので
かつ一定の波長範囲で色収差が良好に補正された高解像
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５図は夫々実施例１乃至実施例５の断面
図、第６図乃至第10図は夫々実施例１乃至実施例５の収
差曲線図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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射出側に凸面を向けた正レンズか
   らなる第１群と、少なくとも二つ以上の接合レンズから
   なる第２群と、接合負レンズを含み全体として負の屈折
   力を有する第３群とよりなり、300nmで光学材料厚が5mm
   とした時50％以上の内部透過率を持つ光学材料のみを有
   し、第２群の正レンズはフッ化カルシウム又はフッ化リ
   チウムよりなり、第２群の負レンズは石英材料よりな
   り、第３群の少なくとも一つの正レンズが石英材料より
   なり、第３群の少なくとも一つの負レンズがフッ化カル
   シウム又はフッ化リチウムよりなる対物レンズ。
2. 【請求項２】前記第１群、前記第２群、前記第３群の焦
   点距離をf_I、f_II、f_IIIとし、全系の焦点距離をｆとす
   る時、次の条件（１）、（２）、（３）を満足する請求
   項（１）の対物レンズ。 （１）0.5≦f₁/f≦３ （２）３≦f_II/f≦6.8 （３）−f_III/f≧７