JP4097781B2 - 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、顕微鏡等の光学系に用いられる高開口数、高倍率の対物レンズに関するものであり、特に、紫外光を用いた顕微鏡等の光学系に用いられる対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の紫外線顕微鏡用の対物レンズは、波長が３００ｎｍより短くなるとレンズとして使用し得る媒質が実質的には石英と蛍石に限定されるため、これらの媒質を用いた３枚接合レンズや２枚接合レンズを多用して色補正を行っていた。しかし、これらの媒質はその屈折率や分散値が近く、３枚接合レンズを多用しても十分な色収差補正が困難であり（特開平３−１８８４０７号参照）、また、設計はできたとしても、このような紫外の波長域では作業性や接着力の良い接合剤がなく、接合が上手くできないため、接合面が多数あると実際に性能の良い対物レンズを製作するのは困難であった。つまり、接合剤の硬化に時間がかかるものが多く、心出しをして接合しても固まるまでの間に心がずれてしまったり、また、接着の強度が弱いため、特に３枚接合レンズでは徐々に心がずれて行き、性能が劣化するという問題がある。
【０００３】
これをある程度解決する手段としては、以下のような技術が開示されている。
特開平６−３４７７００号の場合は、媒質としては石英のみを用い、少なくとも１枚の平面型の回折光学素子を用いることにより、接合レンズを用いずに色収差を補正するものである。
特開平９−２４３９２３号の場合は、３枚接合レンズは用いず、２枚接合レンズを多用することにより、色収差を補正するものである。
【０００４】
ここで、回折光学素子に関して簡単に説明しておく。詳細はオプトロニクス社発行の「光学デザイナーのための小型光学エレメント」第６章及び第７章や、「ＳＰＩＥ，Ｎｏ．１６２，Ｐ．４６〜５３（１９７７）」、あるいは、上記特開平６−３４７７００号等に詳しく説明されている。要は、通常のレンズは屈折作用により光線を曲げるのに対して、回折光学素子はその名の通り回折作用で光を曲げるものであり、これをレンズとして用いたものがいわゆる回折レンズである。屈折はスネルの法則に従い、波長が短い光程よく曲がるが、回折はその逆で波長が長い光程よく曲がる。これを通常の屈折レンズに用いられるアッべ数に換算すると−３．４５となり、逆分散かつ非常に高分散であることが分かる。したがって、通常の屈折レンズと回折レンズを組み合わせることにより、非常に強力な色収差補正が可能となるのである。また、回折による曲がり角はそのピッチによって自由に制御できるため、非常に自由度の高い非球面特性も持たせることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−３４７７００号のものは、平面基板の上に回折面を形成したいわゆる平面型回折光学素子を用いており、極端に小さなピッチのものは製作できないという製造上の理由から、そのパワーを余り強くすることができないため、色補正能力が十分に発揮できておらず、さらに、接合レンズを全く用いていないため、補正すべき波長幅が広く、高度なアポクロマティック設計を必要とする対物レンズは設計できなかった。
【０００６】
また、特開平９−２４３９２３号のものは、３枚接合レンズは用いていないが、２枚接合レンズを多用しており、実際の製作時は接合時の心ズレ等が問題となり、設計性能を十分に発揮させることが難しい。また、３枚接合レンズを用いていないため、前者同様、補正すべき波長幅が広く高度なアポクロマティック設計を必要とする対物レンズは設計すら難しい。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非平面上に回折面を形成した回折光学素子を用いることにより、波長幅が広くても高度なアポクロマティック設計が可能であり、また、その設計性能を損なうことなく製作できる対物レンズを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正のパワーを有する第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなり、
前記第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、前記第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とするものである：
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｌは対物レンズの同焦距離であり、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されている場合の曲率半径であり、回折面の基板が非球面で構成される場合は近軸曲率半径とする。
【０００９】
以下、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。
本発明の対物レンズは、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正の屈折力の第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなり、基板でパワーを持った回折レンズを用いることにより、強力な収差、特に色収差の補正が可能となる。なお、屈折回折レンズとは、回折面を有するレンズのことである。対物レンズは全体として正のパワーを持つため、接合レンズを多用せずに屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、回折面のパワーをかなり強くしなければならないが、基板が平面のものでは、製造上の制約からも余り強いパワーを持たせることはできない。屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、屈折面と同程度の強い正パワーの回折面が必要となり、そのためには、正パワーの非平面の上に回折面を形成する必要があるのである。ただし、平面基板上に回折面を形成したいわゆる平面型回折レンズと異なり、非平面上に回折面を形成したいわゆる非平面型回折レンズでは、回折面に入射する軸外光束と軸上光束の回折面へ入射する角度が異なるため、軸上の色収差を補正すると、軸外で色コマ収差が発生する。非球面特性を持った色コマ収差であるから、これを球面系のレンズで補正することは困難であり、そのため、第３群にも非球面特性を持つ回折レンズが必要となるのである。
【００１０】
また、上記の構成において、第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置されていることが望ましい。瞳位置近傍はマージナル光線高が高いため、そこに回折面を配置することにより、軸上の色収差や球面収差がより効果的に補正可能であり、また、主光線高の高い位置に回折面を配置することにより、倍率の色収差を含む色コマ収差がより効果的に補正可能となる。
【００１１】
また、第２群中の非平面上に形成された回折面の回折によるパワーが正パワーであることが望ましい。これにより、正パワーの持つ大きな逆分散特性を用いてより効果的に色収差を補正することができる。
【００１２】
また、屈折回折レンズも含めた各レンズの媒質が、蛍石や石英を含む、使用紫外域の波長（２５０ｎｍ近傍）で厚さ１０ｍｍで透過率５０％以上である物質であることが望ましい。これにより、用いる紫外域においても透過率の十分高い対物レンズを得ることができる。
【００１３】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと最も物体側のレンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、先玉により発生した大きな色収差を接合レンズでも補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１４】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、非平面上の回折面だけでは補正しきれなかった色収差をこの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１５】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間と、その非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、先玉により発生した大きな色収差を接合レンズでも補正し、かつ、非平面上の回折面だけでは補正しきれなかった色収差も、その後ろの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１６】
また、最も像側のレンズが正の屈折力を持つ石英と負の屈折力を持つ蛍石の接合レンズからなることが望ましい。これにより、第３群中の回折面だけでは補正しきれなかった倍率の色収差をこの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１７】
また、第２群中の非平面上の回折面が主として軸上の色収差を補正し、第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面が主として倍率の色収差を含む色コマ収差を補正するものであることが望ましい。
【００１８】
基板でパワーを持った回折レンズを用いることにより、強力な収差、特に色収差の補正が可能となる。対物レンズは全体として正のパワーを持つため、接合レンズを多用せずに、屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、回折面のパワーをかなり強くしなければならないが、基板が平面のものでは、製造上の制約からもあまりパワーを持たせることはできない。屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、屈折面と同程度の強い正パワーの回折面が必要となり、そのためには、正パワーの非平面の上に回折面を形成する必要があるのである。そして、このような強い正パワーを持つ回折面をマージナル光線高の高い第２群中に配することにより、効果的な軸上の色収差の補正が可能となり、他方、主光線高の高い第３群中にも配することにより、倍率の色収差を含む色コマ収差を効果的に補正することができる。
【００１９】
また、上記構成において、下記の条件（１）を満足することが望ましい。
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されているときの曲率半径、Ｌは同焦距離である。なお、回折面の基板が非球面で構成されている場合は、前記の曲率半径は近軸曲率半径となる。また、同焦距離は、対物レンズの取り付け基準面（胴付面）から物体面までの距離である。これにより、非平面上に形成された回折面が大きな色コマ収差を発生することなく、他のレンズ群で十分補正可能な程度に収まると同時に、基板もパワーを持った回折レンズにおいてより強力な色収差補正が可能となる。ここで、条件（１）の下限の０．１５を下回るときは、回折面の基板の曲率半径が小さすぎ、他のレンズ群では補正しきれない程の大きな色コマ収差が発生してしまう。逆に、上限の０．５を上回るときは、回折面の基板の曲率半径が大きすぎ、基板のパワーが小さくなることにより、十分な色補正能力が得られない。なお、上記条件（１）の上限及び下限を越えた場合に発生する現象は、曲率半径が近軸曲率半径に置き換わった場合にも同様に発生する。
【００２０】
また、上記構成において、さらに下記の条件（２）から（４）を満足することが望ましい。
（２） ０．８≦Ｒ1 ／ｔ1 ≦５
（３） Ｄ2 ／Ｄ≧０．８
（４） （ｈ3 ×ｆ）／（Ｄ×Ｉ）≧０．５
ただし、Ｒ1 は第１群中の上記平凸レンズ又はメニスカスレンズの像側の面の曲率半径、ｔ1 はその肉厚、Ｄ2 は第２群中の正のパワーを有する屈折回折レンズの回折面でのマージナル光束径、Ｄは対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈ3 は第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面での最大像高からの主光線高、ｆは対物レンズの焦点距離、Ｉは標本面での最大像高である。
【００２１】
これにより、第２群中の回折面でより効果的に軸上の色収差が補正でき、第３群中の回折面で倍率の色収差を含む色コマ収差がより効果的に補正できる。ここで、条件（２）の下限の０．８を下回るときは、先玉の像側の曲率半径が小さすぎ、そこで発生する諸収差が後群で補正しきれず、逆に、上限の５を上回るときは、物体からの高ＮＡ（開口数）の光束を効果的に収斂光にして後群に導けなくなる。また、条件（３）で下限の０．８を下回るときは、第２群中の回折面での軸上色収差の補正が不十分となり、全体として補正不足となる。さらに、条件（４）の下限の０．５を下回るときは、第３群での倍率の色収差の補正が不十分となり、やはり全体としての色収差が補正不足となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施例で用いている回折光学素子（回折レンズ）についてさらに詳しく述べる。後に示す実施例で用いられている回折光学素子（回折レンズ）は、すべに述べた通りのものであるが、このような回折光学素子（回折レンズ）の設計法として、ウルトラ・ハイ・インデックス法（ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれる方法が知られている。これは、回折光学素子（回折レンズ）を屈折率の極めて大きな仮想レンズ（ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ）として設計する方法である。この手法についても、上述の「ＳＰＩＥ，Ｎｏ．１６２，Ｐ．４６〜５３（１９７７）」に記載されているが、図７を用いて簡単に説明する。図７において、符号１はウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ、２は法線である。このウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１においては、次の式（ａ）で表される関係が成り立つ。
【００２３】
（ｎu −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’ ・・・（ａ）
ただし、ｎu はウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の屈折率、ｚはウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ、ｎ’はそれぞれ入射側媒質及び射出側媒質の屈折率、θ、θ’は光線の入射角及び射出角である。なお、後に示す実施例のデータでは、ｎu ＝１０００１、あるいは１００１としている。
【００２４】
一方、回折による光線の屈曲は以下の式（ｂ）で表される。ただし、ｍは回折光の次数、λは波長、ｄはピッチである。
【００２５】
ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ ・・・（ｂ）
よって、式（ａ）及び（ｂ）より、以下の式（ｃ）が導ける。
（ｎu −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ ・・・（ｃ）
すなわち、ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の面形状と回折光学素子（回折レンズ）のピッチとの間には、式（ｃ）で与えられる等価関係が成立し、この式を通じてウルトラ・ハイ・インデックス法で設計したデータから回折光学素子（回折レンズ）のピッチを求めることができるのである。また、ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１を非球面レンズとして設計することにより、非球面特性を有する回折光学素子（回折レンズ）として設計できることは言うまでもない。
【００２６】
なお、詳細は前記文献に譲るが、ウルトラ・ハイ・インデックス法で回折レンズを設計する際は、以下に示す式（ｄ）で表されるように、波長に対する屈折率を定める。
ｎu （λ）＝（λ／λ0 ）×ｎu （λ0 ）＋１ ・・・（ｄ）
ここで、ｎu （λ）はある波長λでの屈折率、λ0 は基準波長であり、後記の実施例のように、λ0 を２５４ｎｍ、ｎu （λ0 ）を１０００１又は１００１とすると、波長２５７ｎｍ、２６０ｎｍの屈折率は後記のようになる。
【００２７】
なお、以下の実施例では、非球面項として１０次までを用いているが、１２次、１４次、・・・という高次の非球面項を使用してもよい。
【００２８】
実施例１
実施例１の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図１に示す。逆光線追跡の順の面番号１、２、・・をｒ1 、ｒ2 、・・で、面間隔１、２、・・をｄ1 、ｄ2 、・・で示してある。そして、光線として、軸上下側光線をａ、軸上上側光線をｂ、最大像高の軸外主光線をｃ、最大像高の軸外上側光線をｄ、最大像高の軸外下側光線をｅで示してある（他の実施例も同様）。
【００２９】
この実施例は、接合レンズは用いず、石英及び蛍石の単レンズと非平面屈折回折レンズを用いたものである。この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、３枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなり、第２群Ｇ２は、両凸レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズとの４枚からなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとの５枚からなる。
【００３０】
実施例２
実施例２の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図２に示す。この実施例は、第２群Ｇ２中の非平面型回折レンズの前後に接合レンズを配置して、さらに収差、特に軸上色収差をより良く補正したものである。また、接合レンズを用いたことにより、倍率の色収差も若干補正されているため、第３群Ｇ３の回折レンズは平面型回折レンズでも収差補正可能であった。
【００３１】
この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、２枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズとの３群４枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズとの２群３枚からなり、第３群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、２枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとの７枚からなる。
【００３２】
実施例３
実施例３の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図３に示す。この実施例は、第２群Ｇ２中の非平面型回折レンズの前後に接合レンズを配置して、さらに収差、特に軸上の色収差をより良く補正すると共に、最も像側のレンズも接合レンズとすることにより、倍率の色収差もより良く補正したものである。実施例２と同様、接合レンズを用いたことにより、接合レンズで倍率の色収差も補正されているため、第３群Ｇ３の回折レンズは平面型回折レンズでも収差補正可能であった。
【００３３】
この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、２枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズとの３群４枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズとの２群３枚からなり、第３群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、２枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズと像側に凸面を向けた平凸レンズとの接合レンズとの７群８枚からなる。
【００３４】
次に、上記実施例１〜３の数値データを示す。これらは全て無限設計の対物レンズであり、そのため追跡データは逆光線追跡（対物レンズの胴付から標本面に向かっての追跡）データとなっている。各実施例の対物レンズの焦点距離は１．８ｍｍであり、実視野はφ０．２ｍｍである。これは焦点距離１８０ｍｍの結像レンズを用いたとき、視野数φ２０ｍｍの１００×対物レンズとなる。その他の仕様も全て同じであり、下記の通りである。
【００３５】
開口数 ：０．９
作動距離 ：０．３ｍｍ
焦点距離 ：１．８ｍｍ
補正波長域：２５４ｎｍ〜２６０ｎｍ
同焦距離 ：４５ｍｍ
実視野 ：φ０．２ｍｍ
なお、非球面は、光軸方向をＺ軸、光軸と垂直な方向をＹ軸とすると、以下の式にて表せられる。
ただし、Ｃは面頂における曲率（＝１／ｒ、ｒは曲率半径）、Ｋは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００３６】
また、レンズ材料については、石英は“ＳＩＬＩＣＡ”と、蛍石は“ＣＡＦＬ”と、回折面は“‘ｄｏｅ’”と表記してある。なお、ＳＩＬＩＣＡ、ＣＡＦＬの屈折率は次の通りである。
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
以上の実施例１〜３の収差図をそれぞれ図４〜図６に示す。各図中、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）はコマ収差をそれぞれ示す。
【００４１】
上記何れの実施例も、これらの構成に限定されるものではなく、様々な組み合せ、群構成で構成できることは言うまでもなく、特に屈折回折レンズに関しては、その製作性（回折面の裏面は平面の方が作りやすい等）を考慮して、片面を平面として２枚のレンズ（片方は片面が平面の屈折回折レンズ、他方は単なる屈折レンズ）に分割して構成できることは言うまでもない。例えば、実施例１の第３群Ｇ３中の屈折回折レンズを平面で２分割して、片方を平凸形状の屈折回折レンズ、片方を単なる平凹レンズとし、これらを接合してもよいし、その間に空気間隔を設けてもよい。さらに、また、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３に少なくとも１枚配置された回折レンズは、非平面型回折レンズと平行平面型回折レンズを組み合せたものとしてもよい。
【００４２】
以上の本発明の対物レンズは例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正の屈折力の第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなることを特徴とする対物レンズ。
【００４３】
〔２〕 第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置されていることを特徴とする上記１記載の対物レンズ。
【００４４】
〔３〕 第２群中の非平面上に形成された回折面の回折によるパワーが正パワーであることを特徴とする上記１又は２記載の対物レンズ。
【００４５】
〔４〕 屈折回折レンズも含めた各レンズの媒質が、蛍石や石英を含む、使用紫外域の波長（２５０ｎｍ近傍）で厚さ１０ｍｍで透過率５０％以上である物質であることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４６】
〔５〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４７】
〔６〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４８】
〔７〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間と、前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４９】
〔８〕 最も像側のレンズが正の屈折力を持つ石英と負の屈折力を持つ蛍石の接合レンズからなることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の対物レンズ。
【００５０】
〔９〕 前記第２群中の非平面上の回折面が主として軸上の色収差を補正し、前記第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面が主として倍率の色収差を含む色コマ収差を補正することを特徴とする上記から８の何れか１項記載の対物レンズ。
【００５１】
〔１０〕 下記の条件（１）を満足することを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の対物レンズ。
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されているときの曲率半径、Ｌは全系の同焦距離である。
【００５２】
〔１１〕 下記の条件（２）から（４）を満足することを特徴とする上記１から１０の何れか１項記載の対物レンズ。
（２） ０．８≦Ｒ1 ／ｔ1 ≦５
（３） Ｄ2 ／Ｄ≧０．８
（４） （ｈ3 ×ｆ）／（Ｄ×Ｉ）≧０．５
ただし、Ｒ1 は第１群中の前記平凸レンズ又はメニスカスレンズの像側の面の曲率半径、ｔ1 はその肉厚、Ｄ2 は第２群中の正のパワーを有する屈折回折レンズの回折面でのマージナル光束径、Ｄは対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈ3 は第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面での最大像高からの主光線高、ｆは対物レンズの焦点距離、Ｉは標本面での最大像高である。
【００５３】
【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、使用媒質が限定される紫外域で用いられる対物レンズにおいても、接合レンズを多用することなく、軸上の色収差、倍率の色収差を始めとする諸収差が良好に補正された高倍・高ＮＡ対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図２】本発明の実施例２の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図３】本発明の実施例３の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図４】実施例１の収差図である。
【図５】実施例２の収差図である。
【図６】実施例３の収差図である。
【図７】ウルトラ・ハイ・インデックス法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
１…ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ
２…法線
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡等の光学系に用いられる高開口数、高倍率の対物レンズに関するものであり、特に、紫外光を用いた顕微鏡等の光学系に用いられる対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の紫外線顕微鏡用の対物レンズは、波長が３００ｎｍより短くなるとレンズとして使用し得る媒質が実質的には石英と蛍石に限定されるため、これらの媒質を用いた３枚接合レンズや２枚接合レンズを多用して色補正を行っていた。しかし、これらの媒質はその屈折率や分散値が近く、３枚接合レンズを多用しても十分な色収差補正が困難であり（特開平３−１８８４０７号参照）、また、設計はできたとしても、このような紫外の波長域では作業性や接着力の良い接合剤がなく、接合が上手くできないため、接合面が多数あると実際に性能の良い対物レンズを製作するのは困難であった。つまり、接合剤の硬化に時間がかかるものが多く、心出しをして接合しても固まるまでの間に心がずれてしまったり、また、接着の強度が弱いため、特に３枚接合レンズでは徐々に心がずれて行き、性能が劣化するという問題がある。
【０００３】
これをある程度解決する手段としては、以下のような技術が開示されている。
特開平６−３４７７００号の場合は、媒質としては石英のみを用い、少なくとも１枚の平面型の回折光学素子を用いることにより、接合レンズを用いずに色収差を補正するものである。
特開平９−２４３９２３号の場合は、３枚接合レンズは用いず、２枚接合レンズを多用することにより、色収差を補正するものである。
【０００４】
ここで、回折光学素子に関して簡単に説明しておく。詳細はオプトロニクス社発行の「光学デザイナーのための小型光学エレメント」第６章及び第７章や、「ＳＰＩＥ，Ｎｏ．１６２，Ｐ．４６〜５３（１９７７）」、あるいは、上記特開平６−３４７７００号等に詳しく説明されている。要は、通常のレンズは屈折作用により光線を曲げるのに対して、回折光学素子はその名の通り回折作用で光を曲げるものであり、これをレンズとして用いたものがいわゆる回折レンズである。屈折はスネルの法則に従い、波長が短い光程よく曲がるが、回折はその逆で波長が長い光程よく曲がる。これを通常の屈折レンズに用いられるアッべ数に換算すると−３．４５となり、逆分散かつ非常に高分散であることが分かる。したがって、通常の屈折レンズと回折レンズを組み合わせることにより、非常に強力な色収差補正が可能となるのである。また、回折による曲がり角はそのピッチによって自由に制御できるため、非常に自由度の高い非球面特性も持たせることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−３４７７００号のものは、平面基板の上に回折面を形成したいわゆる平面型回折光学素子を用いており、極端に小さなピッチのものは製作できないという製造上の理由から、そのパワーを余り強くすることができないため、色補正能力が十分に発揮できておらず、さらに、接合レンズを全く用いていないため、補正すべき波長幅が広く、高度なアポクロマティック設計を必要とする対物レンズは設計できなかった。
【０００６】
また、特開平９−２４３９２３号のものは、３枚接合レンズは用いていないが、２枚接合レンズを多用しており、実際の製作時は接合時の心ズレ等が問題となり、設計性能を十分に発揮させることが難しい。また、３枚接合レンズを用いていないため、前者同様、補正すべき波長幅が広く高度なアポクロマティック設計を必要とする対物レンズは設計すら難しい。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非平面上に回折面を形成した回折光学素子を用いることにより、波長幅が広くても高度なアポクロマティック設計が可能であり、また、その設計性能を損なうことなく製作できる対物レンズを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正のパワーを有する第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなり、
前記第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、前記第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とするものである：
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｌは対物レンズの同焦距離であり、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されている場合の曲率半径であり、回折面の基板が非球面で構成される場合は近軸曲率半径とする。
【０００９】
以下、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。
本発明の対物レンズは、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正の屈折力の第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなり、基板でパワーを持った回折レンズを用いることにより、強力な収差、特に色収差の補正が可能となる。なお、屈折回折レンズとは、回折面を有するレンズのことである。対物レンズは全体として正のパワーを持つため、接合レンズを多用せずに屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、回折面のパワーをかなり強くしなければならないが、基板が平面のものでは、製造上の制約からも余り強いパワーを持たせることはできない。屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、屈折面と同程度の強い正パワーの回折面が必要となり、そのためには、正パワーの非平面の上に回折面を形成する必要があるのである。ただし、平面基板上に回折面を形成したいわゆる平面型回折レンズと異なり、非平面上に回折面を形成したいわゆる非平面型回折レンズでは、回折面に入射する軸外光束と軸上光束の回折面へ入射する角度が異なるため、軸上の色収差を補正すると、軸外で色コマ収差が発生する。非球面特性を持った色コマ収差であるから、これを球面系のレンズで補正することは困難であり、そのため、第３群にも非球面特性を持つ回折レンズが必要となるのである。
【００１０】
また、上記の構成において、第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置されていることが望ましい。瞳位置近傍はマージナル光線高が高いため、そこに回折面を配置することにより、軸上の色収差や球面収差がより効果的に補正可能であり、また、主光線高の高い位置に回折面を配置することにより、倍率の色収差を含む色コマ収差がより効果的に補正可能となる。
【００１１】
また、第２群中の非平面上に形成された回折面の回折によるパワーが正パワーであることが望ましい。これにより、正パワーの持つ大きな逆分散特性を用いてより効果的に色収差を補正することができる。
【００１２】
また、屈折回折レンズも含めた各レンズの媒質が、蛍石や石英を含む、使用紫外域の波長（２５０ｎｍ近傍）で厚さ１０ｍｍで透過率５０％以上である物質であることが望ましい。これにより、用いる紫外域においても透過率の十分高い対物レンズを得ることができる。
【００１３】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと最も物体側のレンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、先玉により発生した大きな色収差を接合レンズでも補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１４】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、非平面上の回折面だけでは補正しきれなかった色収差をこの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１５】
また、上記の非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間と、その非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することが望ましい。これにより、先玉により発生した大きな色収差を接合レンズでも補正し、かつ、非平面上の回折面だけでは補正しきれなかった色収差も、その後ろの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１６】
また、最も像側のレンズが正の屈折力を持つ石英と負の屈折力を持つ蛍石の接合レンズからなることが望ましい。これにより、第３群中の回折面だけでは補正しきれなかった倍率の色収差をこの接合レンズで補正することができ、全体としてより効果的に色収差の補正ができる。
【００１７】
また、第２群中の非平面上の回折面が主として軸上の色収差を補正し、第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面が主として倍率の色収差を含む色コマ収差を補正するものであることが望ましい。
【００１８】
基板でパワーを持った回折レンズを用いることにより、強力な収差、特に色収差の補正が可能となる。対物レンズは全体として正のパワーを持つため、接合レンズを多用せずに、屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、回折面のパワーをかなり強くしなければならないが、基板が平面のものでは、製造上の制約からもあまりパワーを持たせることはできない。屈折面で発生する正の色収差を補正するためには、屈折面と同程度の強い正パワーの回折面が必要となり、そのためには、正パワーの非平面の上に回折面を形成する必要があるのである。そして、このような強い正パワーを持つ回折面をマージナル光線高の高い第２群中に配することにより、効果的な軸上の色収差の補正が可能となり、他方、主光線高の高い第３群中にも配することにより、倍率の色収差を含む色コマ収差を効果的に補正することができる。
【００１９】
また、上記構成において、下記の条件（１）を満足することが望ましい。
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されているときの曲率半径、Ｌは同焦距離である。なお、回折面の基板が非球面で構成されている場合は、前記の曲率半径は近軸曲率半径となる。また、同焦距離は、対物レンズの取り付け基準面（胴付面）から物体面までの距離である。これにより、非平面上に形成された回折面が大きな色コマ収差を発生することなく、他のレンズ群で十分補正可能な程度に収まると同時に、基板もパワーを持った回折レンズにおいてより強力な色収差補正が可能となる。ここで、条件（１）の下限の０．１５を下回るときは、回折面の基板の曲率半径が小さすぎ、他のレンズ群では補正しきれない程の大きな色コマ収差が発生してしまう。逆に、上限の０．５を上回るときは、回折面の基板の曲率半径が大きすぎ、基板のパワーが小さくなることにより、十分な色補正能力が得られない。なお、上記条件（１）の上限及び下限を越えた場合に発生する現象は、曲率半径が近軸曲率半径に置き換わった場合にも同様に発生する。
【００２０】
また、上記構成において、さらに下記の条件（２）から（４）を満足することが望ましい。
（２） ０．８≦Ｒ1 ／ｔ1 ≦５
（３） Ｄ2 ／Ｄ≧０．８
（４） （ｈ3 ×ｆ）／（Ｄ×Ｉ）≧０．５
ただし、Ｒ1 は第１群中の上記平凸レンズ又はメニスカスレンズの像側の面の曲率半径、ｔ1 はその肉厚、Ｄ2 は第２群中の正のパワーを有する屈折回折レンズの回折面でのマージナル光束径、Ｄは対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈ3 は第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面での最大像高からの主光線高、ｆは対物レンズの焦点距離、Ｉは標本面での最大像高である。
【００２１】
これにより、第２群中の回折面でより効果的に軸上の色収差が補正でき、第３群中の回折面で倍率の色収差を含む色コマ収差がより効果的に補正できる。ここで、条件（２）の下限の０．８を下回るときは、先玉の像側の曲率半径が小さすぎ、そこで発生する諸収差が後群で補正しきれず、逆に、上限の５を上回るときは、物体からの高ＮＡ（開口数）の光束を効果的に収斂光にして後群に導けなくなる。また、条件（３）で下限の０．８を下回るときは、第２群中の回折面での軸上色収差の補正が不十分となり、全体として補正不足となる。さらに、条件（４）の下限の０．５を下回るときは、第３群での倍率の色収差の補正が不十分となり、やはり全体としての色収差が補正不足となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施例で用いている回折光学素子（回折レンズ）についてさらに詳しく述べる。後に示す実施例で用いられている回折光学素子（回折レンズ）は、すべに述べた通りのものであるが、このような回折光学素子（回折レンズ）の設計法として、ウルトラ・ハイ・インデックス法（ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれる方法が知られている。これは、回折光学素子（回折レンズ）を屈折率の極めて大きな仮想レンズ（ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ）として設計する方法である。この手法についても、上述の「ＳＰＩＥ，Ｎｏ．１６２，Ｐ．４６〜５３（１９７７）」に記載されているが、図７を用いて簡単に説明する。図７において、符号１はウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ、２は法線である。このウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１においては、次の式（ａ）で表される関係が成り立つ。
【００２３】
（ｎu −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’ ・・・（ａ）
ただし、ｎu はウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の屈折率、ｚはウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ、ｎ’はそれぞれ入射側媒質及び射出側媒質の屈折率、θ、θ’は光線の入射角及び射出角である。なお、後に示す実施例のデータでは、ｎu ＝１０００１、あるいは１００１としている。
【００２４】
一方、回折による光線の屈曲は以下の式（ｂ）で表される。ただし、ｍは回折光の次数、λは波長、ｄはピッチである。
【００２５】
ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ ・・・（ｂ）
よって、式（ａ）及び（ｂ）より、以下の式（ｃ）が導ける。
（ｎu −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ ・・・（ｃ）
すなわち、ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１の面形状と回折光学素子（回折レンズ）のピッチとの間には、式（ｃ）で与えられる等価関係が成立し、この式を通じてウルトラ・ハイ・インデックス法で設計したデータから回折光学素子（回折レンズ）のピッチを求めることができるのである。また、ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ１を非球面レンズとして設計することにより、非球面特性を有する回折光学素子（回折レンズ）として設計できることは言うまでもない。
【００２６】
なお、詳細は前記文献に譲るが、ウルトラ・ハイ・インデックス法で回折レンズを設計する際は、以下に示す式（ｄ）で表されるように、波長に対する屈折率を定める。
ｎu （λ）＝（λ／λ0 ）×ｎu （λ0 ）＋１ ・・・（ｄ）
ここで、ｎu （λ）はある波長λでの屈折率、λ0 は基準波長であり、後記の実施例のように、λ0 を２５４ｎｍ、ｎu （λ0 ）を１０００１又は１００１とすると、波長２５７ｎｍ、２６０ｎｍの屈折率は後記のようになる。
【００２７】
なお、以下の実施例では、非球面項として１０次までを用いているが、１２次、１４次、・・・という高次の非球面項を使用してもよい。
【００２８】
実施例１
実施例１の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図１に示す。逆光線追跡の順の面番号１、２、・・をｒ1 、ｒ2 、・・で、面間隔１、２、・・をｄ1 、ｄ2 、・・で示してある。そして、光線として、軸上下側光線をａ、軸上上側光線をｂ、最大像高の軸外主光線をｃ、最大像高の軸外上側光線をｄ、最大像高の軸外下側光線をｅで示してある（他の実施例も同様）。
【００２９】
この実施例は、接合レンズは用いず、石英及び蛍石の単レンズと非平面屈折回折レンズを用いたものである。この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、３枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなり、第２群Ｇ２は、両凸レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズとの４枚からなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとの５枚からなる。
【００３０】
実施例２
実施例２の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図２に示す。この実施例は、第２群Ｇ２中の非平面型回折レンズの前後に接合レンズを配置して、さらに収差、特に軸上色収差をより良く補正したものである。また、接合レンズを用いたことにより、倍率の色収差も若干補正されているため、第３群Ｇ３の回折レンズは平面型回折レンズでも収差補正可能であった。
【００３１】
この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、２枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズとの３群４枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズとの２群３枚からなり、第３群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、２枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとの７枚からなる。
【００３２】
実施例３
実施例３の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図を図３に示す。この実施例は、第２群Ｇ２中の非平面型回折レンズの前後に接合レンズを配置して、さらに収差、特に軸上の色収差をより良く補正すると共に、最も像側のレンズも接合レンズとすることにより、倍率の色収差もより良く補正したものである。実施例２と同様、接合レンズを用いたことにより、接合レンズで倍率の色収差も補正されているため、第３群Ｇ３の回折レンズは平面型回折レンズでも収差補正可能であった。
【００３３】
この対物レンズは、物体側から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３の３群からなり、第１群Ｇ１は、２枚の物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズとの３群４枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズとの２群３枚からなり、第３群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、２枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズの像側の面に回折面を設けた屈折回折レンズと、物体側に凹面を向けた凹平レンズと像側に凸面を向けた平凸レンズとの接合レンズとの７群８枚からなる。
【００３４】
次に、上記実施例１〜３の数値データを示す。これらは全て無限設計の対物レンズであり、そのため追跡データは逆光線追跡（対物レンズの胴付から標本面に向かっての追跡）データとなっている。各実施例の対物レンズの焦点距離は１．８ｍｍであり、実視野はφ０．２ｍｍである。これは焦点距離１８０ｍｍの結像レンズを用いたとき、視野数φ２０ｍｍの１００×対物レンズとなる。その他の仕様も全て同じであり、下記の通りである。
【００３５】
開口数 ：０．９
作動距離 ：０．３ｍｍ
焦点距離 ：１．８ｍｍ
補正波長域：２５４ｎｍ〜２６０ｎｍ
同焦距離 ：４５ｍｍ
実視野 ：φ０．２ｍｍ
なお、非球面は、光軸方向をＺ軸、光軸と垂直な方向をＹ軸とすると、以下の式にて表せられる。
【００３６】
また、レンズ材料については、石英は“ＳＩＬＩＣＡ”と、蛍石は“ＣＡＦＬ”と、回折面は“‘ｄｏｅ’”と表記してある。なお、ＳＩＬＩＣＡ、ＣＡＦＬの屈折率は次の通りである。
以上の実施例１〜３の収差図をそれぞれ図４〜図６に示す。各図中、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）はコマ収差をそれぞれ示す。
【００４１】
上記何れの実施例も、これらの構成に限定されるものではなく、様々な組み合せ、群構成で構成できることは言うまでもなく、特に屈折回折レンズに関しては、その製作性（回折面の裏面は平面の方が作りやすい等）を考慮して、片面を平面として２枚のレンズ（片方は片面が平面の屈折回折レンズ、他方は単なる屈折レンズ）に分割して構成できることは言うまでもない。例えば、実施例１の第３群Ｇ３中の屈折回折レンズを平面で２分割して、片方を平凸形状の屈折回折レンズ、片方を単なる平凹レンズとし、これらを接合してもよいし、その間に空気間隔を設けてもよい。さらに、また、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３に少なくとも１枚配置された回折レンズは、非平面型回折レンズと平行平面型回折レンズを組み合せたものとしてもよい。
【００４２】
以上の本発明の対物レンズは例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正の屈折力の第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなることを特徴とする対物レンズ。
【００４３】
〔２〕 第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置されていることを特徴とする上記１記載の対物レンズ。
【００４４】
〔３〕 第２群中の非平面上に形成された回折面の回折によるパワーが正パワーであることを特徴とする上記１又は２記載の対物レンズ。
【００４５】
〔４〕 屈折回折レンズも含めた各レンズの媒質が、蛍石や石英を含む、使用紫外域の波長（２５０ｎｍ近傍）で厚さ１０ｍｍで透過率５０％以上である物質であることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４６】
〔５〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４７】
〔６〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４８】
〔７〕 前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、最も物体側のレンズとの間と、前記非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズと、負のパワーを有する屈折回折レンズとの間に、蛍石と石英からなる接合レンズを有することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の対物レンズ。
【００４９】
〔８〕 最も像側のレンズが正の屈折力を持つ石英と負の屈折力を持つ蛍石の接合レンズからなることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の対物レンズ。
【００５０】
〔９〕 前記第２群中の非平面上の回折面が主として軸上の色収差を補正し、前記第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面が主として倍率の色収差を含む色コマ収差を補正することを特徴とする上記から８の何れか１項記載の対物レンズ。
【００５１】
〔１０〕 下記の条件（１）を満足することを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の対物レンズ。
（１） ０．１５≦Ｒ2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｒ2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されているときの曲率半径、Ｌは全系の同焦距離である。
【００５２】
〔１１〕 下記の条件（２）から（４）を満足することを特徴とする上記１から１０の何れか１項記載の対物レンズ。
（２） ０．８≦Ｒ1 ／ｔ1 ≦５
（３） Ｄ2 ／Ｄ≧０．８
（４） （ｈ3 ×ｆ）／（Ｄ×Ｉ）≧０．５
ただし、Ｒ1 は第１群中の前記平凸レンズ又はメニスカスレンズの像側の面の曲率半径、ｔ1 はその肉厚、Ｄ2 は第２群中の正のパワーを有する屈折回折レンズの回折面でのマージナル光束径、Ｄは対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈ3 は第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面での最大像高からの主光線高、ｆは対物レンズの焦点距離、Ｉは標本面での最大像高である。
【００５３】
【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、使用媒質が限定される紫外域で用いられる対物レンズにおいても、接合レンズを多用することなく、軸上の色収差、倍率の色収差を始めとする諸収差が良好に補正された高倍・高ＮＡ対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図２】本発明の実施例２の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図３】本発明の実施例３の対物レンズの光軸及び軸上・軸外光線を含む断面図である。
【図４】実施例１の収差図である。
【図５】実施例２の収差図である。
【図６】実施例３の収差図である。
【図７】ウルトラ・ハイ・インデックス法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
１…ウルトラ・ハイ・インデックス・レンズ
２…法線
Claims (2)
- 物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み、全体として正のパワーを有する第１群と、非平面上に回折面が形成された正のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第２群と、負のパワーを有する屈折回折レンズを少なくとも１枚含む第３群とからなり、
前記第２群中の非平面上に形成された回折面が瞳位置近傍に配置され、前記第３群の回折面が主光線高の高い位置に配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする対物レンズ：
（１） ０．１５≦Ｒ 2 ／Ｌ≦０．５
ただし、Ｌは対物レンズの同焦距離であり、Ｒ 2 は第２群中の屈折回折レンズの回折面の基板が球面で構成されている場合の曲率半径であり、回折面の基板が非球面で構成される場合は近軸曲率半径とする。 - 以下の条件式（２）〜（４）をさらに満足することを特徴とする請求項１記載の対物レンズ：
（２） ０．８≦Ｒ 1 ／ｔ 1 ≦５
（３） Ｄ 2 ／Ｄ≧０．８
（４） （ｈ 3 ×ｆ）／（Ｄ×Ｉ）≧０．５
ただし、Ｒ 1 は第１群中の前記平凸レンズ又はメニスカスレンズの像側面の曲率半径、ｔ 1 はそれの肉厚、Ｄ 2 は第２群中の正のパワーを有する屈折回折レンズの回折面でのマージナル光束径、Ｄは対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈ 3 は第３群中の負のパワーを有する屈折回折レンズの回折面での最大像高からの主光線高、ｆは対物レンズの焦点距離、Ｉは標本面での最大像高である。
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