JP3805735B2 - 対物レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関し、特に、波長250nm近辺の深紫外領域で用いられる、高NA、高倍の無限遠補正型対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長250nm近辺の深紫外領域（ＤＵＶ域）で用いられる対物レンズとしては、大きく分けて３つのタイプが知られている。第１のタイプは、同一の媒質（多くの場合、石英）で形成された複数のレンズだけで構成されたものであって、原理的には色収差の補正ができないものである（例えば、特許文献１及び２参照）。第２のタイプは、異なる媒質（多くの場合、石英と蛍石）で形成されたレンズを接合剤で接合するようにしたものであって、色収差の補正ができるようにしたものである（例えば、特許文献３〜６参照）。また、第３のタイプは、石英で形成されたレンズと蛍石で形成されたレンズを用いて色収差を補正するようにはしているが、両者を接合剤によって接合してはいないものである（例えば、特許文献７及び８参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２４２３８１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０４５１０号公報
【特許文献３】
特開平５−７２４８２号公報
【特許文献４】
特開平９−２４３９２３号公報
【特許文献５】
特開平１１−２４９０２５号公報
【特許文献６】
特開２００１−４２２２４号公報
【特許文献７】
特開平１１−１６７０６７号公報
【特許文献８】
特開２００１−３１８３１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１のタイプのものは、原理的に色収差が補正できないため、波長幅を有する光源(ランプや狭帯域化していないエキシマレーザ等)を用いた時には、色収差で集光性能が著しく低下してしまい、波長とNAで決まる所定の分解能が得られないという問題がある。
また、第２のタイプのものは、色収差を補正することが可能であるため、上記の問題は有していない。しかし、深紫外光を好適に通す接合剤があまりないこと、またあっても、その接合剤の接着力や作業性に難があるものしかないという問題がある。また、ランプ程度の光であればよいが、レーザのような高エネルギ−の光を入射すると、深紫外光照射により接合剤が劣化し、対物レンズの透過率を低下させてしまうという問題がある。さらに、第３のタイプのものは、上記二つのタイプのものにおける問題点をすべてクリアしている。しかしながら、特許文献７に記載されたものは、基本的には深紫外レーザを用いたレーザリペア用の対物レンズに関するものであって、実施例としても、開口数０．４のものしか開示されていない。従って、これでは、波長を短くして高分解能を得ることができるようにすることは到底不可能であるという問題がある。
【０００５】
顕微鏡の分解能は、基本的には、波長と対物レンズの開口数とで決まるが、通常の顕微鏡で用いている可視光の中心波長は５５０ｎｍ前後であり、乾燥系対物レンズの最大開口数は０．９程度である。そのため、使用波長を２５０ｎｍ近辺にすると、波長が半分であるために分解能は約２倍となるが、それはあくまでも開口数が同じ場合のことである。使用波長を２５０ｎｍ付近にしたとしても、開口数が０．４程度では、波長が約半分であって且つ開口数も半分であることから相殺されてしまい、分解能としては、従来の顕微鏡と何ら変わることがないことになってしまう。
【０００６】
また、特許文献８に記載されているものは、接合を用いないで開口数０．９を実現している。ただし、ＤＵＶ域での性能は補正されているが、ＤＵＶ域の結像位置とＡＦ（オートフォーカス）に用いる近赤外域の結像位置が大きく離れており、アクティブＡＦで瞬時にフォーカスすることができない。
また、本願出願人の出願に係る特願２００１−２０８１２５号に記載のものは、上記問題点を全てクリアしているが、曲率半径の変化や面精度や肉厚公差といったレンズの製造誤差の影響を受け難いという光学系ではなかった。
【０００７】
本発明は、上記のごとき従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合レンズを使わずに色収差を補正し、且つ半導体の高集積化や光記録媒体の大容量化に伴なう微細化に対応すべく、分解能を飛躍的に向上させ、またＡＦ可能とすることで瞬時にフォーカスでき、製造誤差に対しても優れた結像性能を維持する高NA（開口数）の深紫外対物レンズを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による対物レンズは、すべてのレンズが単レンズで構成されていて、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと少なくとも各２枚の負レンズと正レンズを有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、負レンズと正レンズとの組合せを少なくとも１組有して構成された群であって、該群内におけるすべての前記組合せにおいて、前記負レンズは物体側及び像側のいずれか一方の面が前記正レンズと隣接し、前記負レンズの曲率半径は前記正レンズに隣接する側がその反対側よりも小さい第２レンズ群と、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズからなり、物体側及び像側に前記両凸正レンズが配置され、全体として正のパワーを持つ第３レンズ群と、負メニスカスレンズと少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つ第４レンズ群と、で構成された開口数が０．７以上の対物レンズであって、前記第２レンズ群中のすべての前記組合せにおける前記負レンズにおいて、前記正レンズに隣接する側の曲率半径をＲmin、該正レンズに隣接する側とは反対側の曲率半径をＲmaxとしたとき、下記の条件（１）を満足することを特徴としている。
0 ＜ ｜Rmin／Ｒmax｜ ＜ 0.5 （１）
【０００９】
本発明によれば、上記対物レンズにおける第2レンズ群の焦点距離をFL2(mm)、第3レンズ群の焦点距離をFL3(mm)としたとき、下記の条件（２）を満足することを特徴としている。
1 ＜ ｜FL2／FL3｜ （２）
【００１０】
また、本発明によれば、上記対物レンズの第1レンズ群の焦点距離をFl1(mm)、第２レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をFL234(mm)としたとき、下記の条件（３）を満足することを特徴としている。
-15 ＜ FL1／FL234 ＜ -1 （３）
【００１１】
また、本発明によれば、上記第１，第３及び第４レンズ群は、それぞれ、媒質の異なる正レンズと負レンズとの間に空気間隔を設け、且つ対物レンズの同焦距離をＬ(mm)、前記空気間隔をｄ(mm)、該空気間隔を挟んで向かい合う正パワーの面の曲率半径をRp、負パワーの面の曲率半径をRnとしたとき、下記条件（４）及び（５）を満足させるようにしたレンズ対を、少なくとも１組有していることを特徴としている。なお、この条件式におけるＬは、対物レンズの全長と定義しているが、対物レンズの同焦距離が対物レンズの全長と略等しい場合は、Ｌとして対物レンズの同焦距離を用いても良い。ここで、対物レンズの全長とは、第１レンズ面から最終レンズ面までの距離である。
d/L ＜ 0.025 （４）
0.58 ＜ Rp/Rn ＜ 1.73 （５）
【００１２】
また、本発明によれば、対物レンズに用いる硝材は石英と蛍石であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明によれば、第３レンズ群の媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された少なくとも一つのレンズ対は、負レンズが石英、正レンズが蛍石で構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明によれば、第１レンズ群の、少なくとも１枚の凹レンズの、像側の曲率半径をＲi、物体側の曲率半径をＲoとしたとき、下記の条件（６）を満足することを特徴としている。
Ｒi ＜ Ｒo （６）
【００１５】
また、本発明によれば、深紫外域での物体側結像位置をＤＵＶfp、赤外域の波長の物体結像位置をＩＲfpとしたとき、下記の条件（７）を満足することを特徴とする。
｜ＤＵＶfp − ＩＲfp｜ ≦ １２μｍ （７）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明するが、説明に先立ち、本発明の作用効果について記述する。
本発明の対物レンズは、媒質の異なるレンズを接合剤で接合するようなことはせず、全て単レンズで構成されている。そして、本発明によれば、色収差を補正できるとともに、接合剤を用いた場合における問題点をクリアでき、しかも２５０ｎｍ近辺の波長と高開口数に見合った分解能も得ることが可能である。更に赤外光を使ったアクティブＡＦが可能となることで操作性が良く、製造誤差にも強い深紫外顕微鏡を提供することができる。
【００１７】
本発明の第1レンズ群は、像側から順に、像側に凸を向けた正メニスカスレンズと少なくとも各２枚の負レンズと正レンズで構成され、全体として負のパワーを持っている。そして、第１レンズ群の中に、強い負パワーのレンズを設けて、像側に出射する光線を平行光にする作用をもたせると共に、軸外収差である像面湾曲やコマ収差を補正している。また、単純に負パワーのレンズだけを配したのでは諸収差のバランスがとれなくなるため、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、強い負パワーを持った両凹の負レンズを配することにより、ガウス面を設け、全体としてバランスよく像面湾曲や倍率色収差の補正を行えるようにしている。また、媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも１組有する構成をとることで、第２〜第４レンズ群で補正しきれなかった色収差を含む軸上および軸外の諸収差の補正を行えるようにしている。
【００１８】
また、第２レンズ群は、負レンズと正レンズとの組合せを少なくとも１組有して構成された群であって、該群内におけるすべての前記組合せにおいて、前記負レンズは物体側及び像側のいずれか一方の面が前記正レンズと隣接し、前記負レンズの曲率半径は前記正レンズに隣接する側が該正レンズに隣接する側とは反対側に比べ小さいことを特徴としている。これは、第３レンズ群、第４レンズ群で発生する球面収差とコマ収差に対し逆方向の球面収差とコマ収差を発生させて打ち消し合う作用を持たせるためである。特に正レンズに隣接する負レンズの曲率半径を小さくすることで、第３レンズ群、第４レンズ群と逆方向の球面収差が発生しやすく、上記作用が可能となる。また、条件式（１）はこの収差を補正する条件であり、上限である0.5を上回ると収差補正の効果が薄まり、第３レンズ群、第４レンズ群で発生した球面収差を補正しきれなくなってしまう。
【００１９】
また、第３レンズ群は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズからなり、物体側及び像側に前記両凸正レンズが配置され、全体として正のパワーを持つことを特徴としている。標本面から出射する光は、第４レンズ群を通過する際マージナル光線が広がって第３レンズ群に入射するが、この第３レンズ群に負のパワーを配置すると光線は更に広がり、光線の高さ（光軸に対するマージナル光線のＹ方向の幅）が非常に大きくなってしまう。これは、レンズの外径が大きくなって製造原価が高くなるという問題点が生じることと、レンズの製造誤差によって性能が劣化しやすいということを意味する。よって、本発明では、第３レンズ群を全体として正パワーとし、更に物体側と像側双方に両凸レンズを配置することによって、第４レンズ群から射出されるマージナル光線の光線高を低くすることを可能にしている。光線高を低くできるということは、レンズ外径が小さくても良いということであるから、製造誤差やレンズ形状の変化に対しても性能を維持できるような構成となる。更に、媒質の異なる負レンズと正レンズを配置することにより、248nm±数nmにおけるDUV波長域の色収差とアクティブＡＦに用いられるＮＩＲ（近赤外）域の軸上色収差を補正することが可能となる。
【００２０】
また、第４レンズ群は、負メニスカスレンズと少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つことを特徴としている。これは負メニスカスレンズが存在することで、第４レンズ群中の正レンズで発生する球面収差を補正する効果がある。また、少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つことにより、主に、単色収差を良好に補正することができる。開口数が０．７以上、特に０．９クラスの対物レンズになると、物体から出た光線の角度を小さくしないと、単色収差すら補正できなくなるが、少なくとも1枚の正メニスカスレンズを用いて光線の角度を徐々に小さくすることによって、それが可能になる。
【００２１】
また、条件式（２）は、第２レンズ群と第３レンズ群の焦点距離の比率を表しており、下限である１を下回ると、第２レンズ群に比べ第３レンズ群の焦点距離が大きくなってしまう。この場合、第３レンズ群での光線高が高くなってしまい、レンズ外径が大きくなり、第３レンズ群の収差補正係数が大きくなり製造誤差の影響を受けやすくなるという問題が起きる。
【００２２】
また、条件式（３）は、第１レンズ群と第２〜第４レンズ群の焦点距離の比率を表しており、下限である-15を下回ると、軸外収差補正に寄与する第１レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎるため、つまり負パワーが弱くなりすぎるため、コマ収差や像面湾曲の補正が困難になる。また、上限値である-1を上回ると、第１レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎるため、つまり負パワーが強くなりすぎるため、第２〜第４レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎ、正パワーが弱まる。その結果、第２〜第４レンズ群での光線高が高くなることから、各レンズ群での収差発生量が増えてしまう。
【００２３】
また、第１、第３及び第４レンズ群は、それぞれ、媒質の異なる負レンズと正レンズを配置することにより構成されている。本発明の対物レンズは、２４８ｎｍ±数ｎｍで性能を発揮することを前提としており、第１レンズ群は倍率の色収差補正、第３レンズ群、第４レンズ群では軸上の色収差補正を可能にしている。
【００２４】
また、条件式（４）はレンズ同士を近接して配置させるための条件であるが、この条件の上限である０．０２５を上回ると、レンズ間の空気間隔が広くなりすぎ、良好な色収差の補正ができなくなってしまう。更に条件式（５）は、請求項４で定義されているレンズ対（以下、単にレンズ対という）の向かい合わされた各面の曲率半径をほぼ同じにするための条件であって、それを満足させれば、色収差を含む諸収差を好適に補正することが可能となる。なお、この条件範囲を超えてしまうと、特に色収差の補正が困難になってしまう。このことから、上記の条件式（４）及び（５）は、接合剤を用いなくても、擬似的に、接合レンズを用いた場合と同じ役割をさせ、球面収差や色収差を補正するための条件となる。
【００２５】
また、上記対物レンズにおいて、各レンズに用いる硝材を石英と蛍石にすることにより、潮解性や複屈折性のある媒質を用いていなくても、２５０ｎｍ近辺の深紫外領域用の対物レンズとして、製造性・耐性がよく、透過率の高いものが得られる。
【００２６】
また、上記対物レンズにおいて、第１レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群のそれぞれにおける、媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された前記少なくとも１組のレンズ対の、負レンズを石英、正レンズを蛍石で構成することで、第１レンズ群では主に倍率色収差、第３及び第４レンズ群では軸上色収差を含む諸収差をより良好に補正することができる。
【００２７】
また、上記対物レンズにおいて、第１レンズ群の、少なくとも１枚の負レンズにおいて、像側の曲率半径をＲi、物体側の曲率半径Ｒoとしたとき、条件式（６）を満足させるようにすると、凸レンズと凹レンズに入射する光線を好適に曲げることができる。
【００２８】
また、条件式（７）は物体側において、深紫外域（２４８±５ｎｍ）と近赤外域（主に半導体レーザでＡＦに用いられる波長は６７０〜９００ｎｍの単波長である）の結像位置のズレ量を示す条件である。物体から出た光線は、ある開口数で対物レンズに入射し、対物レンズから平行光となり、結像レンズによって結像される。通常、顕微鏡用のＡＦの場合、図１３に示すように、対物レンズと結像レンズの間に、近赤外光のみを反射するダイクロイックミラーＤＭが光軸に対し４５°の角度で配置されている。対物レンズから出た可視光はダイクロイックミラーＤＭを通過し、観察側の結像レンズによって結像する。また、近赤外光はダイクロイックミラーＤＭで反射し、ＡＦ用結像レンズで結像される。観察側とＡＦ側の結像位置が合っていれば、物体側の結像位置も同じであることから、近赤外光によるＡＦが可能となる。しかし、実際には、対物レンズにはある程度の軸上の色収差が存在する。この場合、観察側の結像位置は変えられないが、ＡＦ側の結像位置は所定の結像位置に導くよう、ＡＦ用結像レンズが光軸方向に、ある程度移動可能な構成を備えている。例えば、焦点距離１．８ｍｍの対物レンズと焦点距離１８０ｍｍの結像レンズを用いると、１００倍対物レンズとなる。基本的にＡＦ用結像レンズの焦点距離は、観察側における結像レンズの焦点距離の１／２〜１／４に設定されていることが多い。その理由は、観察側の結像レンズと同じ焦点距離ではＡＦ用結像レンズの移動量が多すぎるためである。
【００２９】
例えば、焦点距離１．８ｍｍの１００倍対物レンズと、１８０ｍｍのＡＦ用結像レンズを用いたとすると、物体側における可視光と近赤外光の結像位置ズレが±５μｍであった場合、ＡＦ側のズレ量は縦倍率から、
±０．００５（ｍｍ）×１００（倍）×１００（倍）＝ ±５０ｍｍ
にもなる。これでは、スペースやレンズ駆動モーターなどの問題から、上記ズレ量を実現することは無理である。そこで、ＡＦ用結像レンズの焦点距離を観察側における結像レンズの焦点距離の１／２〜１／４にし、例えば、焦点距離が１／２の９０ｍｍであれば、
±０．００５（ｍｍ）×５０（倍）×５０（倍）＝ ±１２．５ｍｍ
とＡＦ側の結像位置のズレは１／４となる。可視光線を中心とした通常の対物レンズであれば、波長の差が比較的小さく、物体側における可視光と近赤外光のズレは少ないため、ＡＦ用結像レンズの移動量も少なくてすむ。しかしながら、本発明の深紫外域用の対物レンズは２５０ｎｍ近辺の波長を基準としているので、近赤外光の波長との差は倍以上になってしまう。条件式（７）は、上記問題を解決するための条件であり、この条件式の上限を上回ると、ＡＦ用結像レンズの移動量が大きくなりすぎて、ＡＦ用結像レンズでズレを補正しきれなくなってしまう。
【００３０】
以下、本発明の実施例を、図１〜１２を用いて説明する。本発明の実施例は全て、焦点距離1.8mm、深紫外域での補正波長領域248±5nmであり、焦点距離180mmの結像レンズと組み合わせた時、視野数φ5mm、倍率100倍となるものである。波長領域248±5nmの範囲で色収差を補正してあるため、狭帯域化していないKrFエキシマレーザと組み合わせた使用が可能であり、接合剤を用いていないため、高エネルギのレーザに対しても十分な耐性がある。なお、半値全幅7nm程度のバンドパスフィルタと組み合わせれば、レーザ照射の前段階として、標本を水銀ランプ等で照明し観察することも可能である。また、深紫外域と赤外域の物体側での結像ズレを抑えたことにより、ＡＦが可能である。
なお、全実施例において、収差図で表されている収差は、対物レンズ単体を逆追跡した時の物体面でのものであり、単位はmm及び%である。球面収差に関しては、点線が248nm、一点鎖線が243nm、実線が253nmを表している。
【００３１】
第１実施例
第１実施例のレンズ構成は図１に示され、各収差は図２に示されている。図２から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１、Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８，Ｌ１４が配置されている。更に、隣接するこれら７枚のレンズＬ８〜Ｌ１４で、６組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７及びＰ８を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーを持っている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ９を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３２】
また、下記のデータ１から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ９が条件（４），（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
【００３３】
第２実施例
第２実施例のレンズ構成は図３に示され、各収差は図４に示されている。図３から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５とで構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１及びＰ２を構成して、擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８及びＬ１４が配置されている。更に隣接する２枚のレンズＬ８とＬ９で１組のレンズ対Ｐ３を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、また、５枚のレンズＬ５〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６及びＰ７を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、隣接する２枚のレンズＬ１５とＬ１６で１組のレンズ対Ｐ８を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３４】
また、次のデータ２から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ８が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）ををそれぞれ満足している。
【００３５】
第３実施例
第３実施例のレンズ構成は図５に示され、各収差は図６に示されている。図５から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する２枚のレンズＬ３とＬ４で１組のレンズ対Ｐ１を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹の負レンズＬ９で構成されており、１枚目の負レンズＬ６と２枚目の負レンズＬ９の曲率半径は、何れも同じ群内の正レンズに隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、３枚の両凸正レンズＬ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、２枚の両凹負レンズＬ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ１０及びＬ１４が配置されている。更に、隣接するこれら５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で、４組のレンズ対Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４及びＰ５を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ６を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３６】
また、次のデータ３から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ６が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
【００３７】
第４実施例
第４実施例のレンズ構成は図７に示され、各収差は図８に示されている。図７から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する２枚のレンズＬ３及びＬ４で１組のレンズ対Ｐ１を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また第３レンズ群Ｇ３は、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の．両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、全体として正のパワーをもっている。そして、両凸レンズと両凹レンズは媒質が異なり、交互に配置されている。また、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８、Ｌ１４が配置されている。更に、隣接する２枚のレンズＬ８、Ｌ９で１組のレンズ対Ｐ２を形成して、擬似的な２枚接合レンズを構成している。また、隣接する５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５及びＰ６を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成している。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、正レンズＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ７を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３８】
また、次のデータ４から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ７が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
【００３９】
第５実施例
第５実施例のレンズ構成は図９に示され、各収差は図１０に示されている。図９から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１，Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８，Ｌ１４が配置されている。更に、隣接するこれら２枚のレンズＬ８及びＬ９で１組のレンズ対Ｐ３を形成して擬似的な２枚接合レンズを、これら５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６及びＰ７を形成して擬似的な３枚接合レンズを夫々構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ８を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００４０】
また、次のデータ５から明らかなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ８が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
【００４１】
第６実施例
第６実施例のレンズ構成は図１１に示され、各収差は図１２に示されている。図１１から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１、Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸の正レンズＬ６と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７で構成されており、負レンズＬ７の曲率半径は、正レンズＬ６に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８及びＬ１４が配置されている。更に、隣接する７枚のレンズＬ８〜Ｌ１４で、６組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７及びＰ８を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、１組のレンズ対Ｐ９を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００４２】
また、次のデータ６から明らかなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ９が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
【００４３】
以上説明したように、本発明の対物レンズは、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記のような特徴も有している。
（１）石英と蛍石で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の対物レンズ。
【００４５】
（２）媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された前記少なくとも１組のレンズ対は、負レンズが石英、正レンズが蛍石で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、接合レンズを使わずに色収差を補正でき、且つ半導体の高集積化や光記録媒体の大容量化に伴なう微細化に対応すべく、分解能を飛躍的に向上させ、またＡＦ可能とすることで瞬時にフォーカスでき、製造誤差に対しても優れた結像性能を維持する高NAの深紫外対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のレンズ構成図である。
【図２】第１実施例の収差図である。
【図３】第２実施例のレンズ構成図である。
【図４】第２実施例の収差図である。
【図５】第３実施例のレンズ構成図である。
【図６】第３実施例の収差図である。
【図７】第４実施例のレンズ構成図である。
【図８】第４実施例の収差図である。
【図９】第５実施例のレンズ構成図である。
【図１０】第５実施例の収差図である。
【図１１】第６実施例のレンズ構成図である。
【図１２】第６実施例の収差図である。
【図１３】ＡＦ装置を備えた通常の顕微鏡の概略構成図である。
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ１８ レンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｐ１〜Ｐ９ レンズ対
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関し、特に、波長250nm近辺の深紫外領域で用いられる、高NA、高倍の無限遠補正型対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長250nm近辺の深紫外領域（ＤＵＶ域）で用いられる対物レンズとしては、大きく分けて３つのタイプが知られている。第１のタイプは、同一の媒質（多くの場合、石英）で形成された複数のレンズだけで構成されたものであって、原理的には色収差の補正ができないものである（例えば、特許文献１及び２参照）。第２のタイプは、異なる媒質（多くの場合、石英と蛍石）で形成されたレンズを接合剤で接合するようにしたものであって、色収差の補正ができるようにしたものである（例えば、特許文献３〜６参照）。また、第３のタイプは、石英で形成されたレンズと蛍石で形成されたレンズを用いて色収差を補正するようにはしているが、両者を接合剤によって接合してはいないものである（例えば、特許文献７及び８参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２４２３８１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０４５１０号公報
【特許文献３】
特開平５−７２４８２号公報
【特許文献４】
特開平９−２４３９２３号公報
【特許文献５】
特開平１１−２４９０２５号公報
【特許文献６】
特開２００１−４２２２４号公報
【特許文献７】
特開平１１−１６７０６７号公報
【特許文献８】
特開２００１−３１８３１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１のタイプのものは、原理的に色収差が補正できないため、波長幅を有する光源(ランプや狭帯域化していないエキシマレーザ等)を用いた時には、色収差で集光性能が著しく低下してしまい、波長とNAで決まる所定の分解能が得られないという問題がある。
また、第２のタイプのものは、色収差を補正することが可能であるため、上記の問題は有していない。しかし、深紫外光を好適に通す接合剤があまりないこと、またあっても、その接合剤の接着力や作業性に難があるものしかないという問題がある。また、ランプ程度の光であればよいが、レーザのような高エネルギ−の光を入射すると、深紫外光照射により接合剤が劣化し、対物レンズの透過率を低下させてしまうという問題がある。さらに、第３のタイプのものは、上記二つのタイプのものにおける問題点をすべてクリアしている。しかしながら、特許文献７に記載されたものは、基本的には深紫外レーザを用いたレーザリペア用の対物レンズに関するものであって、実施例としても、開口数０．４のものしか開示されていない。従って、これでは、波長を短くして高分解能を得ることができるようにすることは到底不可能であるという問題がある。
【０００５】
顕微鏡の分解能は、基本的には、波長と対物レンズの開口数とで決まるが、通常の顕微鏡で用いている可視光の中心波長は５５０ｎｍ前後であり、乾燥系対物レンズの最大開口数は０．９程度である。そのため、使用波長を２５０ｎｍ近辺にすると、波長が半分であるために分解能は約２倍となるが、それはあくまでも開口数が同じ場合のことである。使用波長を２５０ｎｍ付近にしたとしても、開口数が０．４程度では、波長が約半分であって且つ開口数も半分であることから相殺されてしまい、分解能としては、従来の顕微鏡と何ら変わることがないことになってしまう。
【０００６】
また、特許文献８に記載されているものは、接合を用いないで開口数０．９を実現している。ただし、ＤＵＶ域での性能は補正されているが、ＤＵＶ域の結像位置とＡＦ（オートフォーカス）に用いる近赤外域の結像位置が大きく離れており、アクティブＡＦで瞬時にフォーカスすることができない。
また、本願出願人の出願に係る特願２００１−２０８１２５号に記載のものは、上記問題点を全てクリアしているが、曲率半径の変化や面精度や肉厚公差といったレンズの製造誤差の影響を受け難いという光学系ではなかった。
【０００７】
本発明は、上記のごとき従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合レンズを使わずに色収差を補正し、且つ半導体の高集積化や光記録媒体の大容量化に伴なう微細化に対応すべく、分解能を飛躍的に向上させ、またＡＦ可能とすることで瞬時にフォーカスでき、製造誤差に対しても優れた結像性能を維持する高NA（開口数）の深紫外対物レンズを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による対物レンズは、すべてのレンズが単レンズで構成されていて、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと少なくとも各２枚の負レンズと正レンズを有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、負レンズと正レンズとの組合せを少なくとも１組有して構成された群であって、該群内におけるすべての前記組合せにおいて、前記負レンズは物体側及び像側のいずれか一方の面が前記正レンズと隣接し、前記負レンズの曲率半径は前記正レンズに隣接する側がその反対側よりも小さい第２レンズ群と、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズからなり、物体側及び像側に前記両凸正レンズが配置され、全体として正のパワーを持つ第３レンズ群と、負メニスカスレンズと少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つ第４レンズ群と、で構成された開口数が０．７以上の対物レンズであって、前記第２レンズ群中のすべての前記組合せにおける前記負レンズにおいて、前記正レンズに隣接する側の曲率半径をＲmin、該正レンズに隣接する側とは反対側の曲率半径をＲmaxとしたとき、下記の条件（１）を満足することを特徴としている。
0 ＜ ｜Rmin／Ｒmax｜ ＜ 0.5 （１）
【０００９】
本発明によれば、上記対物レンズにおける第2レンズ群の焦点距離をFL2(mm)、第3レンズ群の焦点距離をFL3(mm)としたとき、下記の条件（２）を満足することを特徴としている。
1 ＜ ｜FL2／FL3｜ （２）
【００１０】
また、本発明によれば、上記対物レンズの第1レンズ群の焦点距離をFl1(mm)、第２レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をFL234(mm)としたとき、下記の条件（３）を満足することを特徴としている。
-15 ＜ FL1／FL234 ＜ -1 （３）
【００１１】
また、本発明によれば、上記第１，第３及び第４レンズ群は、それぞれ、媒質の異なる正レンズと負レンズとの間に空気間隔を設け、且つ対物レンズの同焦距離をＬ(mm)、前記空気間隔をｄ(mm)、該空気間隔を挟んで向かい合う正パワーの面の曲率半径をRp、負パワーの面の曲率半径をRnとしたとき、下記条件（４）及び（５）を満足させるようにしたレンズ対を、少なくとも１組有していることを特徴としている。なお、この条件式におけるＬは、対物レンズの全長と定義しているが、対物レンズの同焦距離が対物レンズの全長と略等しい場合は、Ｌとして対物レンズの同焦距離を用いても良い。ここで、対物レンズの全長とは、第１レンズ面から最終レンズ面までの距離である。
d/L ＜ 0.025 （４）
0.58 ＜ Rp/Rn ＜ 1.73 （５）
【００１２】
また、本発明によれば、対物レンズに用いる硝材は石英と蛍石であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明によれば、第３レンズ群の媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された少なくとも一つのレンズ対は、負レンズが石英、正レンズが蛍石で構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明によれば、第１レンズ群の、少なくとも１枚の凹レンズの、像側の曲率半径をＲi、物体側の曲率半径をＲoとしたとき、下記の条件（６）を満足することを特徴としている。
Ｒi ＜ Ｒo （６）
【００１５】
また、本発明によれば、深紫外域での物体側結像位置をＤＵＶfp、赤外域の波長の物体結像位置をＩＲfpとしたとき、下記の条件（７）を満足することを特徴とする。
｜ＤＵＶfp − ＩＲfp｜ ≦ １２μｍ （７）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明するが、説明に先立ち、本発明の作用効果について記述する。
本発明の対物レンズは、媒質の異なるレンズを接合剤で接合するようなことはせず、全て単レンズで構成されている。そして、本発明によれば、色収差を補正できるとともに、接合剤を用いた場合における問題点をクリアでき、しかも２５０ｎｍ近辺の波長と高開口数に見合った分解能も得ることが可能である。更に赤外光を使ったアクティブＡＦが可能となることで操作性が良く、製造誤差にも強い深紫外顕微鏡を提供することができる。
【００１７】
本発明の第1レンズ群は、像側から順に、像側に凸を向けた正メニスカスレンズと少なくとも各２枚の負レンズと正レンズで構成され、全体として負のパワーを持っている。そして、第１レンズ群の中に、強い負パワーのレンズを設けて、像側に出射する光線を平行光にする作用をもたせると共に、軸外収差である像面湾曲やコマ収差を補正している。また、単純に負パワーのレンズだけを配したのでは諸収差のバランスがとれなくなるため、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、強い負パワーを持った両凹の負レンズを配することにより、ガウス面を設け、全体としてバランスよく像面湾曲や倍率色収差の補正を行えるようにしている。また、媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも１組有する構成をとることで、第２〜第４レンズ群で補正しきれなかった色収差を含む軸上および軸外の諸収差の補正を行えるようにしている。
【００１８】
また、第２レンズ群は、負レンズと正レンズとの組合せを少なくとも１組有して構成された群であって、該群内におけるすべての前記組合せにおいて、前記負レンズは物体側及び像側のいずれか一方の面が前記正レンズと隣接し、前記負レンズの曲率半径は前記正レンズに隣接する側が該正レンズに隣接する側とは反対側に比べ小さいことを特徴としている。これは、第３レンズ群、第４レンズ群で発生する球面収差とコマ収差に対し逆方向の球面収差とコマ収差を発生させて打ち消し合う作用を持たせるためである。特に正レンズに隣接する負レンズの曲率半径を小さくすることで、第３レンズ群、第４レンズ群と逆方向の球面収差が発生しやすく、上記作用が可能となる。また、条件式（１）はこの収差を補正する条件であり、上限である0.5を上回ると収差補正の効果が薄まり、第３レンズ群、第４レンズ群で発生した球面収差を補正しきれなくなってしまう。
【００１９】
また、第３レンズ群は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズからなり、物体側及び像側に前記両凸正レンズが配置され、全体として正のパワーを持つことを特徴としている。標本面から出射する光は、第４レンズ群を通過する際マージナル光線が広がって第３レンズ群に入射するが、この第３レンズ群に負のパワーを配置すると光線は更に広がり、光線の高さ（光軸に対するマージナル光線のＹ方向の幅）が非常に大きくなってしまう。これは、レンズの外径が大きくなって製造原価が高くなるという問題点が生じることと、レンズの製造誤差によって性能が劣化しやすいということを意味する。よって、本発明では、第３レンズ群を全体として正パワーとし、更に物体側と像側双方に両凸レンズを配置することによって、第４レンズ群から射出されるマージナル光線の光線高を低くすることを可能にしている。光線高を低くできるということは、レンズ外径が小さくても良いということであるから、製造誤差やレンズ形状の変化に対しても性能を維持できるような構成となる。更に、媒質の異なる負レンズと正レンズを配置することにより、248nm±数nmにおけるDUV波長域の色収差とアクティブＡＦに用いられるＮＩＲ（近赤外）域の軸上色収差を補正することが可能となる。
【００２０】
また、第４レンズ群は、負メニスカスレンズと少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つことを特徴としている。これは負メニスカスレンズが存在することで、第４レンズ群中の正レンズで発生する球面収差を補正する効果がある。また、少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つことにより、主に、単色収差を良好に補正することができる。開口数が０．７以上、特に０．９クラスの対物レンズになると、物体から出た光線の角度を小さくしないと、単色収差すら補正できなくなるが、少なくとも1枚の正メニスカスレンズを用いて光線の角度を徐々に小さくすることによって、それが可能になる。
【００２１】
また、条件式（２）は、第２レンズ群と第３レンズ群の焦点距離の比率を表しており、下限である１を下回ると、第２レンズ群に比べ第３レンズ群の焦点距離が大きくなってしまう。この場合、第３レンズ群での光線高が高くなってしまい、レンズ外径が大きくなり、第３レンズ群の収差補正係数が大きくなり製造誤差の影響を受けやすくなるという問題が起きる。
【００２２】
また、条件式（３）は、第１レンズ群と第２〜第４レンズ群の焦点距離の比率を表しており、下限である-15を下回ると、軸外収差補正に寄与する第１レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎるため、つまり負パワーが弱くなりすぎるため、コマ収差や像面湾曲の補正が困難になる。また、上限値である-1を上回ると、第１レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎるため、つまり負パワーが強くなりすぎるため、第２〜第４レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎ、正パワーが弱まる。その結果、第２〜第４レンズ群での光線高が高くなることから、各レンズ群での収差発生量が増えてしまう。
【００２３】
また、第１、第３及び第４レンズ群は、それぞれ、媒質の異なる負レンズと正レンズを配置することにより構成されている。本発明の対物レンズは、２４８ｎｍ±数ｎｍで性能を発揮することを前提としており、第１レンズ群は倍率の色収差補正、第３レンズ群、第４レンズ群では軸上の色収差補正を可能にしている。
【００２４】
また、条件式（４）はレンズ同士を近接して配置させるための条件であるが、この条件の上限である０．０２５を上回ると、レンズ間の空気間隔が広くなりすぎ、良好な色収差の補正ができなくなってしまう。更に条件式（５）は、請求項４で定義されているレンズ対（以下、単にレンズ対という）の向かい合わされた各面の曲率半径をほぼ同じにするための条件であって、それを満足させれば、色収差を含む諸収差を好適に補正することが可能となる。なお、この条件範囲を超えてしまうと、特に色収差の補正が困難になってしまう。このことから、上記の条件式（４）及び（５）は、接合剤を用いなくても、擬似的に、接合レンズを用いた場合と同じ役割をさせ、球面収差や色収差を補正するための条件となる。
【００２５】
また、上記対物レンズにおいて、各レンズに用いる硝材を石英と蛍石にすることにより、潮解性や複屈折性のある媒質を用いていなくても、２５０ｎｍ近辺の深紫外領域用の対物レンズとして、製造性・耐性がよく、透過率の高いものが得られる。
【００２６】
また、上記対物レンズにおいて、第１レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群のそれぞれにおける、媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された前記少なくとも１組のレンズ対の、負レンズを石英、正レンズを蛍石で構成することで、第１レンズ群では主に倍率色収差、第３及び第４レンズ群では軸上色収差を含む諸収差をより良好に補正することができる。
【００２７】
また、上記対物レンズにおいて、第１レンズ群の、少なくとも１枚の負レンズにおいて、像側の曲率半径をＲi、物体側の曲率半径Ｒoとしたとき、条件式（６）を満足させるようにすると、凸レンズと凹レンズに入射する光線を好適に曲げることができる。
【００２８】
また、条件式（７）は物体側において、深紫外域（２４８±５ｎｍ）と近赤外域（主に半導体レーザでＡＦに用いられる波長は６７０〜９００ｎｍの単波長である）の結像位置のズレ量を示す条件である。物体から出た光線は、ある開口数で対物レンズに入射し、対物レンズから平行光となり、結像レンズによって結像される。通常、顕微鏡用のＡＦの場合、図１３に示すように、対物レンズと結像レンズの間に、近赤外光のみを反射するダイクロイックミラーＤＭが光軸に対し４５°の角度で配置されている。対物レンズから出た可視光はダイクロイックミラーＤＭを通過し、観察側の結像レンズによって結像する。また、近赤外光はダイクロイックミラーＤＭで反射し、ＡＦ用結像レンズで結像される。観察側とＡＦ側の結像位置が合っていれば、物体側の結像位置も同じであることから、近赤外光によるＡＦが可能となる。しかし、実際には、対物レンズにはある程度の軸上の色収差が存在する。この場合、観察側の結像位置は変えられないが、ＡＦ側の結像位置は所定の結像位置に導くよう、ＡＦ用結像レンズが光軸方向に、ある程度移動可能な構成を備えている。例えば、焦点距離１．８ｍｍの対物レンズと焦点距離１８０ｍｍの結像レンズを用いると、１００倍対物レンズとなる。基本的にＡＦ用結像レンズの焦点距離は、観察側における結像レンズの焦点距離の１／２〜１／４に設定されていることが多い。その理由は、観察側の結像レンズと同じ焦点距離ではＡＦ用結像レンズの移動量が多すぎるためである。
【００２９】
例えば、焦点距離１．８ｍｍの１００倍対物レンズと、１８０ｍｍのＡＦ用結像レンズを用いたとすると、物体側における可視光と近赤外光の結像位置ズレが±５μｍであった場合、ＡＦ側のズレ量は縦倍率から、
±０．００５（ｍｍ）×１００（倍）×１００（倍）＝ ±５０ｍｍ
にもなる。これでは、スペースやレンズ駆動モーターなどの問題から、上記ズレ量を実現することは無理である。そこで、ＡＦ用結像レンズの焦点距離を観察側における結像レンズの焦点距離の１／２〜１／４にし、例えば、焦点距離が１／２の９０ｍｍであれば、
±０．００５（ｍｍ）×５０（倍）×５０（倍）＝ ±１２．５ｍｍ
とＡＦ側の結像位置のズレは１／４となる。可視光線を中心とした通常の対物レンズであれば、波長の差が比較的小さく、物体側における可視光と近赤外光のズレは少ないため、ＡＦ用結像レンズの移動量も少なくてすむ。しかしながら、本発明の深紫外域用の対物レンズは２５０ｎｍ近辺の波長を基準としているので、近赤外光の波長との差は倍以上になってしまう。条件式（７）は、上記問題を解決するための条件であり、この条件式の上限を上回ると、ＡＦ用結像レンズの移動量が大きくなりすぎて、ＡＦ用結像レンズでズレを補正しきれなくなってしまう。
【００３０】
以下、本発明の実施例を、図１〜１２を用いて説明する。本発明の実施例は全て、焦点距離1.8mm、深紫外域での補正波長領域248±5nmであり、焦点距離180mmの結像レンズと組み合わせた時、視野数φ5mm、倍率100倍となるものである。波長領域248±5nmの範囲で色収差を補正してあるため、狭帯域化していないKrFエキシマレーザと組み合わせた使用が可能であり、接合剤を用いていないため、高エネルギのレーザに対しても十分な耐性がある。なお、半値全幅7nm程度のバンドパスフィルタと組み合わせれば、レーザ照射の前段階として、標本を水銀ランプ等で照明し観察することも可能である。また、深紫外域と赤外域の物体側での結像ズレを抑えたことにより、ＡＦが可能である。
なお、全実施例において、収差図で表されている収差は、対物レンズ単体を逆追跡した時の物体面でのものであり、単位はmm及び%である。球面収差に関しては、点線が248nm、一点鎖線が243nm、実線が253nmを表している。
【００３１】
第１実施例
第１実施例のレンズ構成は図１に示され、各収差は図２に示されている。図２から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１、Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８，Ｌ１４が配置されている。更に、隣接するこれら７枚のレンズＬ８〜Ｌ１４で、６組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７及びＰ８を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーを持っている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ９を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３２】
また、下記のデータ１から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ９が条件（４），（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
第２実施例
第２実施例のレンズ構成は図３に示され、各収差は図４に示されている。図３から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５とで構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１及びＰ２を構成して、擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８及びＬ１４が配置されている。更に隣接する２枚のレンズＬ８とＬ９で１組のレンズ対Ｐ３を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、また、５枚のレンズＬ５〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６及びＰ７を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、隣接する２枚のレンズＬ１５とＬ１６で１組のレンズ対Ｐ８を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３４】
また、次のデータ２から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ８が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）ををそれぞれ満足している。
第３実施例
第３実施例のレンズ構成は図５に示され、各収差は図６に示されている。図５から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する２枚のレンズＬ３とＬ４で１組のレンズ対Ｐ１を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹の負レンズＬ９で構成されており、１枚目の負レンズＬ６と２枚目の負レンズＬ９の曲率半径は、何れも同じ群内の正レンズに隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、３枚の両凸正レンズＬ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、２枚の両凹負レンズＬ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ１０及びＬ１４が配置されている。更に、隣接するこれら５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で、４組のレンズ対Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４及びＰ５を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ６を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３６】
また、次のデータ３から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ６が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
第４実施例
第４実施例のレンズ構成は図７に示され、各収差は図８に示されている。図７から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する２枚のレンズＬ３及びＬ４で１組のレンズ対Ｐ１を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また第３レンズ群Ｇ３は、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の．両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、全体として正のパワーをもっている。そして、両凸レンズと両凹レンズは媒質が異なり、交互に配置されている。また、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８、Ｌ１４が配置されている。更に、隣接する２枚のレンズＬ８、Ｌ９で１組のレンズ対Ｐ２を形成して、擬似的な２枚接合レンズを構成している。また、隣接する５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５及びＰ６を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成している。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、正レンズＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ７を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００３８】
また、次のデータ４から明かなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ７が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
第５実施例
第５実施例のレンズ構成は図９に示され、各収差は図１０に示されている。図９から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１，Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７で構成されており、負レンズＬ６の曲率半径は、正レンズＬ７に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８，Ｌ１４が配置されている。更に、隣接するこれら２枚のレンズＬ８及びＬ９で１組のレンズ対Ｐ３を形成して擬似的な２枚接合レンズを、これら５枚のレンズＬ１０〜Ｌ１４で４組のレンズ対Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６及びＰ７を形成して擬似的な３枚接合レンズを夫々構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、レンズＬ１５及びＬ１６は１組のレンズ対Ｐ８を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００４０】
また、次のデータ５から明らかなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ８が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
第６実施例
第６実施例のレンズ構成は図１１に示され、各収差は図１２に示されている。図１１から明かなように、本実施例の第１レンズ群Ｇ１は、像側から順に配置された、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と、正レンズＬ５で構成され、隣接する３枚のレンズＬ３〜Ｌ５で２組のレンズ対Ｐ１、Ｐ２を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として負のパワーをもっている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸の正レンズＬ６と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７で構成されており、負レンズＬ７の曲率半径は、正レンズＬ６に隣接する側がその反対側に比べて小さくなるように選定されている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズを交互に配置してなる、４枚の両凸正レンズＬ８，Ｌ１０，Ｌ１２及びＬ１４と、３枚の両凹負レンズＬ９，Ｌ１１及びＬ１３で構成され、物体側及び像側に両凸正レンズＬ８及びＬ１４が配置されている。更に、隣接する７枚のレンズＬ８〜Ｌ１４で、６組のレンズ対Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７及びＰ８を形成して擬似的な３枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７とＬ１８で構成され、１組のレンズ対Ｐ９を形成して擬似的な２枚接合レンズを構成し、全体として正のパワーをもっている。
【００４２】
また、次のデータ６から明らかなように、本実施例は、条件（１），（２），（３）及び（６）を、レンズ対Ｐ１〜Ｐ９が条件（４）及び（５）を、また、深紫外域と赤外域の物体側の波面収差結像位置も条件（７）を夫々満足している。
以上説明したように、本発明の対物レンズは、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記のような特徴も有している。
（１）石英と蛍石で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の対物レンズ。
【００４５】
（２）媒質の異なる負レンズと正レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された前記少なくとも１組のレンズ対は、負レンズが石英、正レンズが蛍石で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、接合レンズを使わずに色収差を補正でき、且つ半導体の高集積化や光記録媒体の大容量化に伴なう微細化に対応すべく、分解能を飛躍的に向上させ、またＡＦ可能とすることで瞬時にフォーカスでき、製造誤差に対しても優れた結像性能を維持する高NAの深紫外対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のレンズ構成図である。
【図２】第１実施例の収差図である。
【図３】第２実施例のレンズ構成図である。
【図４】第２実施例の収差図である。
【図５】第３実施例のレンズ構成図である。
【図６】第３実施例の収差図である。
【図７】第４実施例のレンズ構成図である。
【図８】第４実施例の収差図である。
【図９】第５実施例のレンズ構成図である。
【図１０】第５実施例の収差図である。
【図１１】第６実施例のレンズ構成図である。
【図１２】第６実施例の収差図である。
【図１３】ＡＦ装置を備えた通常の顕微鏡の概略構成図である。
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ１８ レンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｐ１〜Ｐ９ レンズ対
Claims (6)
- すべてのレンズが単レンズで構成されていて、像側から順に配置された、
像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと少なくとも各２枚の負レンズと正レンズを有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、
負レンズと正レンズとの組合せを少なくとも１組有して構成された群であって、該群内におけるすべての前記組合せにおいて、前記負レンズは物体側及び像側のいずれか一方の面が前記正レンズと隣接し、前記負レンズの曲率半径は前記正レンズに隣接する側がその反対側よりも小さい第２レンズ群と、
媒質の異なる両凸正レンズと両凹負レンズからなり、物体側及び像側に前記両凸正レンズが配置され、全体として正のパワーを持つ第３レンズ群と、
負メニスカスレンズと少なくとも１枚の正メニスカスレンズを有する全体として正のパワーを持つ第４レンズ群と、
で構成された対物レンズであって、
前記第２レンズ群中のすべての組合せにおける前記負レンズにおいて、前記正レンズに隣接する側の曲率半径をＲmin、該正レンズに隣接する側とは反対側の曲率半径をＲmaxとしたとき、下記条件を満足することを特徴とする開口数０．７以上の対物レンズ。
0 ＜ ｜Rmin／Ｒmax｜ ＜ 0.5 - 前記第２レンズ群の焦点距離をFL2(mm)、前記第３レンズ群の焦点距離をFL3(mm)としたとき、下記条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
1 ＜ ｜FL2／FL3｜ - 前記第１レンズ群の焦点距離をFL1(mm)、前記第２レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離をFL234(mm)としたとき、下記条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
-15 ＜ FL1／FL234 ＜ -1 - 第１，第３及び第４レンズ群は、それぞれ、媒質の異なる正レンズと負レンズとの間に空気間隔を設け、且つ対物レンズの同焦距離をＬ(mm)、前記空気間隔をｄ(mm)、該空気間隔を挟んで向かい合う正パワーの面の曲率半径をRp、負パワーの面の曲率半径をRnとしたとき、下記条件を満足させるようにしたレンズ対を、少なくとも１組有していることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
d/L ＜ 0.025
0.58 ＜ Rp/Rn ＜ 1.73 - 第１群の少なくとも１枚の凹レンズにおいて、像側の曲率半径をRi、物体側の曲率半径をRoとしたとき、下記条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の対物レンズ。
Ri ＜ Ro - 深紫外域での物体側結像位置をDUVfp、赤外域の波長の物体結像位置をＩＲfpとするとき、下記条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の対物レンズ。
｜ＤＵＶfp − ＩＲfp｜ ≦ １２μｍ
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