JP4258827B2 - 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、対物レンズに関し、特に波長３００ｎｍ以下の遠紫外域において使用される対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、０．８５以上の開口数を有し、波長３００ｎｍ以下の遠紫外域において使用される対物レンズでは、物体の近くに配置されたメニスカスレンズ、特に最も物体側に配置されたメニスカスレンズの像側面の曲率半径を小さく設定することにより収差補正を行っているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、曲率半径の小さい面を有するレンズ、特に有効半径を曲率半径の絶対値で割った値が１．９０を超えるレンズでは、レンズの作製および面形状の計測が困難になり、組込み時の偏芯公差が厳しくなるという不都合があった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩く、収差が良好に補正された対物レンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では、０．８５以上の開口数を有し、３００ｎｍ以下の波長の光に対して用いられる対物レンズにおいて、
全体として正の屈折力を有し、４枚の物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、像側に向いて負の屈折力を有する面とを含む第１レンズ群と、
全体として負の屈折力を有し、像側に向いて負の屈折力を有する面を含む第２レンズ群とを備え、
前記正のメニスカスレンズの像側の面の有効直径をＥＤとし、前記正のメニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒとしたとき、前記正のメニスカスレンズのうちの最も物体に近い前記正のメニスカスレンズが、
ＥＤ／｜ｒ｜＜１．９０
の条件を満足することを特徴とする対物レンズを提供する。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単一種の光学材料で形成されている。また、前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単レンズとして形成されていることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる対物レンズのレンズ構成を概略的に示す図である。本実施形態では、１９３．４ｎｍの波長の光に対して用いられる対物レンズに本発明を適用している。図１を参照すると、本実施形態の対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【０００８】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸レンズＬ１６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８とから構成されている。
【０００９】
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２とから構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と観察物体（不図示）との間の光路中には、平行平面板の形態を有するカバーガラスＰが配置されている。第１レンズ群Ｇ１において、負メニスカスレンズＬ１５の像側の面および負メニスカスレンズＬ１７の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。また、第２レンズ群Ｇ２において、両凹レンズＬ２２の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。
【００１０】
本実施形態では、カバーガラスＰを含むすべての光学部材が石英で形成されている。石英は、使用波長１９３．４ｎｍの光に対して５ｍｍの厚さで５０％以上の内部透過率を有する光学材料である。そして、使用波長１９３．４ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０１９５４である。また、本実施形態の対物レンズは無限遠設計されているので、対物レンズの像側に２０ｍｍの空気間隔を隔てて焦点距離２００ｍｍの結像レンズ（第２対物レンズ）を配置し、対物レンズと結像レンズとの組合せにより有限光学系を形成している。
【００１１】
次の表（１）に、本実施形態にかかる対物レンズの諸元の値を掲げる。表（１）において、Ｆは対物レンズの焦点距離を、ＮＡは対物レンズの物体側開口数を、βは対物レンズと結像レンズとを組み合わせた合成光学系の倍率をそれぞれ表している。さらに、面番号は物体側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ＥＤは各面の有効直径（ｍｍ）を、ｎは使用波長（λ＝１９３．４ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００１２】
【表１】
【００１３】
図２および図３は、本実施形態における諸収差図である。図２の非点収差において、実線はサジタル像面を、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示している。また、図３の横収差において、Ｙは像高（ｍｍ）を示している。各収差図から明らかなように、本実施形態では、諸収差が良好に補正されていることがわかる。なお、本実施形態において示す諸収差図は、対物レンズと結像レンズとの軸上空気間隔が２０ｍｍの場合の諸収差図であるが、軸上空気間隔が広い範囲に亘って変化しても収差の変動がほとんどないことを本発明者は検証している。
【００１４】
ところで、図１を参照すると、第１レンズ群Ｇ１において、物体に比較的近く位置決めされて物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（Ｌ１１〜Ｌ１３）の像側の面の曲率半径が小さくなる傾向があることがわかる。本実施形態では、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１では、その像側の面の有効直径ＥＤが３．０９１ｍｍであり、その曲率半径ｒが−１．６７３０８ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１１について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜は１．８５である。
【００１５】
また、物体側から２番目の正メニスカスレンズＬ１２では、その像側の面の有効直径ＥＤが５．４２６ｍｍであり、その曲率半径ｒが−３．３１３３ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１２について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜が１．６４である。さらに、物体側から３番目の正メニスカスレンズＬ１３では、その像側の面の有効直径ＥＤが７．２５２ｍｍであり、その曲率半径ｒが−４．８６３３５ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１３について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜が１．４９である。
【００１６】
以上のように、本実施形態では、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１の比ＥＤ／｜ｒ｜だけが突出して大きくならないように、マージナル光線を内側に曲げる作用を物体からより遠い面に負担させている。すなわち、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１の比ＥＤ／｜ｒ｜を従来よりも抑え、その代わりに物体側から２番目の正メニスカスレンズＬ１２および３番目の正メニスカスレンズＬ１３の比ＥＤ／｜ｒ｜を従来よりも大きく設定している。その結果、第１レンズ群Ｇ１を構成するすべてのメニスカスレンズについて、その像側の面の比ＥＤ／｜ｒ｜を１．９０よりも小さく抑えることができる。
【００１７】
また、上述したように、第１レンズ群Ｇ１において、負メニスカスレンズＬ１５の像側の面およびおよび負メニスカスレンズＬ１７の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。さらに、第２レンズ群Ｇ２において、両凹レンズＬ２２の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。その結果、像側を向いた負屈折力の面を備えることにより、正弦条件を良好に補正することができる。
【００１８】
以上のように、本実施形態の対物レンズでは、第１レンズ群Ｇ１を構成するすべてのメニスカスレンズについて、その像側の面の比ＥＤ／｜ｒ｜を１．９０よりも小さく抑えているので、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩い。また、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２において、像側を向いた負屈折力の面を備えているので、正弦条件を良好に補正することができ、ひいては諸収差を良好に補正することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩く、収差が良好に補正された対物レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる対物レンズのレンズ構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態における諸収差図である。
【図３】本実施形態における諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ レンズ
Ｐ カバーガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズに関し、特に波長３００ｎｍ以下の遠紫外域において使用される対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、０．８５以上の開口数を有し、波長３００ｎｍ以下の遠紫外域において使用される対物レンズでは、物体の近くに配置されたメニスカスレンズ、特に最も物体側に配置されたメニスカスレンズの像側面の曲率半径を小さく設定することにより収差補正を行っているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、曲率半径の小さい面を有するレンズ、特に有効半径を曲率半径の絶対値で割った値が１．９０を超えるレンズでは、レンズの作製および面形状の計測が困難になり、組込み時の偏芯公差が厳しくなるという不都合があった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩く、収差が良好に補正された対物レンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では、０．８５以上の開口数を有し、３００ｎｍ以下の波長の光に対して用いられる対物レンズにおいて、
全体として正の屈折力を有し、４枚の物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、像側に向いて負の屈折力を有する面とを含む第１レンズ群と、
全体として負の屈折力を有し、像側に向いて負の屈折力を有する面を含む第２レンズ群とを備え、
前記正のメニスカスレンズの像側の面の有効直径をＥＤとし、前記正のメニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒとしたとき、前記正のメニスカスレンズのうちの最も物体に近い前記正のメニスカスレンズが、
ＥＤ／｜ｒ｜＜１．９０
の条件を満足することを特徴とする対物レンズを提供する。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単一種の光学材料で形成されている。また、前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単レンズとして形成されていることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる対物レンズのレンズ構成を概略的に示す図である。本実施形態では、１９３．４ｎｍの波長の光に対して用いられる対物レンズに本発明を適用している。図１を参照すると、本実施形態の対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【０００８】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、両凸レンズＬ１６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８とから構成されている。
【０００９】
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２とから構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と観察物体（不図示）との間の光路中には、平行平面板の形態を有するカバーガラスＰが配置されている。第１レンズ群Ｇ１において、負メニスカスレンズＬ１５の像側の面および負メニスカスレンズＬ１７の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。また、第２レンズ群Ｇ２において、両凹レンズＬ２２の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。
【００１０】
本実施形態では、カバーガラスＰを含むすべての光学部材が石英で形成されている。石英は、使用波長１９３．４ｎｍの光に対して５ｍｍの厚さで５０％以上の内部透過率を有する光学材料である。そして、使用波長１９３．４ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０１９５４である。また、本実施形態の対物レンズは無限遠設計されているので、対物レンズの像側に２０ｍｍの空気間隔を隔てて焦点距離２００ｍｍの結像レンズ（第２対物レンズ）を配置し、対物レンズと結像レンズとの組合せにより有限光学系を形成している。
【００１１】
次の表（１）に、本実施形態にかかる対物レンズの諸元の値を掲げる。表（１）において、Ｆは対物レンズの焦点距離を、ＮＡは対物レンズの物体側開口数を、βは対物レンズと結像レンズとを組み合わせた合成光学系の倍率をそれぞれ表している。さらに、面番号は物体側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ＥＤは各面の有効直径（ｍｍ）を、ｎは使用波長（λ＝１９３．４ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００１２】
【表１】
図２および図３は、本実施形態における諸収差図である。図２の非点収差において、実線はサジタル像面を、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示している。また、図３の横収差において、Ｙは像高（ｍｍ）を示している。各収差図から明らかなように、本実施形態では、諸収差が良好に補正されていることがわかる。なお、本実施形態において示す諸収差図は、対物レンズと結像レンズとの軸上空気間隔が２０ｍｍの場合の諸収差図であるが、軸上空気間隔が広い範囲に亘って変化しても収差の変動がほとんどないことを本発明者は検証している。
【００１４】
ところで、図１を参照すると、第１レンズ群Ｇ１において、物体に比較的近く位置決めされて物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（Ｌ１１〜Ｌ１３）の像側の面の曲率半径が小さくなる傾向があることがわかる。本実施形態では、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１では、その像側の面の有効直径ＥＤが３．０９１ｍｍであり、その曲率半径ｒが−１．６７３０８ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１１について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜は１．８５である。
【００１５】
また、物体側から２番目の正メニスカスレンズＬ１２では、その像側の面の有効直径ＥＤが５．４２６ｍｍであり、その曲率半径ｒが−３．３１３３ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１２について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜が１．６４である。さらに、物体側から３番目の正メニスカスレンズＬ１３では、その像側の面の有効直径ＥＤが７．２５２ｍｍであり、その曲率半径ｒが−４．８６３３５ｍｍである。したがって、正メニスカスレンズＬ１３について、有効直径と曲率半径の絶対値との比ＥＤ／｜ｒ｜が１．４９である。
【００１６】
以上のように、本実施形態では、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１の比ＥＤ／｜ｒ｜だけが突出して大きくならないように、マージナル光線を内側に曲げる作用を物体からより遠い面に負担させている。すなわち、最も物体側に配置された正メニスカスレンズＬ１１の比ＥＤ／｜ｒ｜を従来よりも抑え、その代わりに物体側から２番目の正メニスカスレンズＬ１２および３番目の正メニスカスレンズＬ１３の比ＥＤ／｜ｒ｜を従来よりも大きく設定している。その結果、第１レンズ群Ｇ１を構成するすべてのメニスカスレンズについて、その像側の面の比ＥＤ／｜ｒ｜を１．９０よりも小さく抑えることができる。
【００１７】
また、上述したように、第１レンズ群Ｇ１において、負メニスカスレンズＬ１５の像側の面およびおよび負メニスカスレンズＬ１７の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。さらに、第２レンズ群Ｇ２において、両凹レンズＬ２２の像側の面が、「像側に向いて負の屈折力を有する面」を構成している。その結果、像側を向いた負屈折力の面を備えることにより、正弦条件を良好に補正することができる。
【００１８】
以上のように、本実施形態の対物レンズでは、第１レンズ群Ｇ１を構成するすべてのメニスカスレンズについて、その像側の面の比ＥＤ／｜ｒ｜を１．９０よりも小さく抑えているので、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩い。また、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２において、像側を向いた負屈折力の面を備えているので、正弦条件を良好に補正することができ、ひいては諸収差を良好に補正することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、レンズの作製および面形状の計測が容易で、組込み時の偏芯公差が比較的緩く、収差が良好に補正された対物レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる対物レンズのレンズ構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態における諸収差図である。
【図３】本実施形態における諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ レンズ
Ｐ カバーガラス
Claims (3)
- ０．８５以上の開口数を有し、３００ｎｍ以下の波長の光に対して用いられる対物レンズにおいて、
全体として正の屈折力を有し、４枚の物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズと、像側に向いて負の屈折力を有する面とを含む第１レンズ群と、
全体として負の屈折力を有し、像側に向いて負の屈折力を有する面を含む第２レンズ群とを備え、
前記正のメニスカスレンズの像側の面の有効直径をＥＤとし、前記正のメニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒとしたとき、前記正のメニスカスレンズのうちの最も物体に近い前記正のメニスカスレンズが、
ＥＤ／｜ｒ｜＜１．９０
の条件を満足することを特徴とする対物レンズ。 - 前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単一種の光学材料で形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。
- 前記対物レンズを構成するすべてのレンズ成分は単レンズとして形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103558676A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-05 | 梧州奥卡光学仪器有限公司 | 6倍超长工作距离物镜 |
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| CN114326073B (zh) * | 2022-01-05 | 2024-01-30 | 浙江浙大西投脑机智能科技有限公司 | 一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置 |
-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002108724A patent/JP4258827B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103558676A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-05 | 梧州奥卡光学仪器有限公司 | 6倍超长工作距离物镜 |
| CN103558676B (zh) * | 2013-11-07 | 2015-08-12 | 梧州奥卡光学仪器有限公司 | 6倍超长工作距离物镜 |
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| JP2003161881A (ja) | 2003-06-06 |
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