JP4288394B2

JP4288394B2 - 長作動距離顕微鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP4288394B2
Application number: JP00937699A
Authority: JP
Inventors: 弘太郎山口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP2000206414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高倍率で、かつ長い作動距離を有する顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路等を顕微鏡観察する場合は、集積回路の高集積化に伴い高倍率、かつ高解像力であることと、良好な操作性を確保するため作動距離が充分に長いことが必要である。作動距離の長い顕微鏡対物レンズは、通常の顕微鏡対物レンズに比較して、前群の焦点距離を大きくする必要があるため、前群で発生する球面収差及び色収差量が大きくなる。特に、開口数（以下、「ＮＡ」という）が大きいほど、作動距離を長くすると収差量は増大してしまうため収差補正はより困難となる。
【０００３】
高倍率で長作動距離の顕微鏡対物レンズとしては、特公平３−５８４９３号公報、特公平４−２６４４７号公報又は特開平４−４０４０９号公報に開示されたレンズが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公平３−５８４９３号公報に開示された対物レンズは、ＮＡは０．９と大きいのに対して作動距離が１ｍｍ程度しかなく不十分である。また、特公平４−２６４４７号公報に開示された対物レンズも、ＮＡは０．８と大きいが、作動距離は２ｍｍ程度で充分ではない。さらに、特開平４−４０４０９号公報に開示された対物レンズは、ＮＡ及び作動距離ともに充分な大きさであるが、レンズを構成する枚数が多すぎるので問題である。
【０００５】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、高倍率、かつ高ＮＡ（具体的にはＮＡが０．７以上）であり、長い作動距離を有し、諸収差が広視野にわたり良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下に、実施形態に示した図面を用いてその内容を説明する。
【０００７】
本発明の長作動距離顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第１レンズ成分Ｌ１と、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第２レンズ成分Ｌ２と、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第３レンズ成分Ｌ３とからなる正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、物体側に凸面を向けた接合面を有する接合レンズ成分Ｌ４と、正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４と正レンズ成分Ｌ２５とからなる接合レンズ成分Ｌ５と、物体側に凹面を向けた接合面を有する接合レンズ成分Ｌ６とからなる正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを備えている。
【０００８】
かかる構成により、第１レンズ群Ｇ１の屈折力を弱めることで長い作動距離を確保している。また、第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１からの発散光を収斂光に変換するとともに、正レンズ成分と負レンズ成分とを貼り合わせることで球面収差、軸上色収差を補正している。また、第３レンズ群Ｇ３が強い負の屈折力を有することで、ペッツバール和を減少させるとともに、高い倍率を達成している。物体から出た光束は、正の屈折力のメニスカス形状の単レンズである第１、第２、第３レンズ成分Ｌ１〜Ｌ３によって緩やかに曲げられる。その際に像側により屈折力の大きな面を持たせることでマージナル光線の偏角をできるだけ小さくなるようにしている。
【０００９】
また、本発明は、以下の条件式（１）、
（１）ｎ１１＞１．７８
を満足することが望ましい。ここで、ｎ１１は、第１レンズ成分Ｌ１のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）における屈折率を表している。
【００１０】
条件式（１）は、第１レンズ成分Ｌ１の屈折率の適切な範囲を規定している。一般に正の等しい屈折力のレンズでは屈折率が大きい方がペッツバール和を減少できることに加えて曲率半径を大きくできる。したがって、球面収差の発生を抑えることができるので収差を補正する上で有利となる。条件式（１）の下限値を下回ると、像の平坦性が悪くなるだけでなく球面収差の補正も困難となる。さらに好ましくは、視野数２５まで良好に像面湾曲を補正するためには第１レンズ成分Ｌ１の屈折率ｎ１１が１．８より大きいことが望ましい。
【００１１】
また、本発明は、以下の条件式（２）、
（２）（ν１２＋ν１３）／２＞７０
を満足することが望ましい。ここで、ν１２又はν１３は各々第１レンズ群Ｇ１中の第２レンズ成分Ｌ２又は第３レンズ成分Ｌ３のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）におけるアッベ数を表している。
【００１２】
条件式（２）は、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の単レンズからなる第２レンズ成分Ｌ２と第３レンズ成分Ｌ３との平均アッベ数の適切な範囲を規定している。条件式（２）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１で発生する色収差が大きくなりすぎるので、収差補正が困難となる。さらに好ましくは、色収差を良好に補正するためには第２レンズ成分Ｌ２と第３レンズ成分Ｌ３との平均アッベ数は８０より大きいことが望ましい。
【００１３】
さらに好ましくは、第２レンズ群Ｇ２中の物体側に凹面を向けた接合面を持つ接合レンズ成分Ｌ６は弱い負の屈折力を有することが望ましい。
【００１４】
第４，第５，第６レンズ成分Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６は、第３レンズ成分Ｌ３からの発散光を収斂光に変換するとともに屈折率と分散に差のある正レンズと負レンズとを貼り合わせることで球面収差、軸上色収差を補正している。特に、第４レンズ成分Ｌ４には、物体側に凸面を向けた接合面を持たせ、第５レンズ成分Ｌ５を正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４と正レンズ成分Ｌ２５との３枚接合レンズ成分とし、第６レンズ成分Ｌ６は、物体側に凹面を向けた接合面を持たせることでより効率よく球面収差と軸上色収差を補正することができる。
【００１５】
また、本発明では、第３レンズ群Ｇ３は、負レンズ成分Ｌ３１と正レンズ成分Ｌ３２と負レンズ成分Ｌ３３とからなる接合レンズＬ７であることが望ましい。第７レンズ成分Ｌ７に強い負の屈折力を持たせることでペッツバール和を減少させ、負レンズ成分Ｌ３１、正レンズ成分Ｌ３２、負レンズ成分Ｌ３３の３枚接合レンズにすることで軸上色収差と倍率色収差をバランスよく補正できる。
【００１６】
また、本発明は、以下の条件（３）、
（３） ν３２＜３８
の条件を満足することが望ましい。ここで、ν３２は第３レンズ群Ｇ３の正レンズ成分Ｌ３２のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）におけるアッベ数を表している。
【００１７】
条件式（３）は、第７レンズ成分Ｌ３の正レンズ成分Ｌ３２のアッベ数の適切な範囲を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、倍率色収差を補正するために接合面の曲率半径が小さくなりすぎ短波長側のコマ収差が悪化してしまう。さらに好ましくは、軸上色収差と倍率色収差をバランスよく補正するには第７レンズ成分Ｌ７の正レンズ成分Ｌ３２のアッベ数が３１より小さいことが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の数値実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズについて説明する。
【００１９】
(第１実施例)
図１は、第１実施例にかかる長作動距離顕微鏡レンズのレンズ構成を示す図である。物体から順に、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力のメニスカス形状の単レンズである各々第１、第２、第３レンズ成分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、負レンズ成分Ｌ２１と正レンズ成分Ｌ２２との貼合わせからなり物体側に凸面を向けた接合面を有する第４レンズ成分Ｌ４と、正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４と正レンズ成分Ｌ２５との３枚を貼合わせた第５レンズ成分Ｌ５と、正レンズ成分Ｌ２６と負レンズ成分Ｌ２７との貼合わせからなり物体側に凹面を向けた接合面を有する第６レンズ成分Ｌ６と、負レンズ成分Ｌ３１と正レンズ成分Ｌ３２と負レンズ成分Ｌ３３との３枚を貼合わせた接合レンズの第７レンズ成分Ｌ７とから構成されている。
【００２０】
以下の表１に第１実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズの諸元値を掲げる。表１において、βは倍率、ＮＡは開口数、Ｆは全系の合成焦点距離(単位：ｍｍ)、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番、ｒは各レンズ面の曲率半径(単位：ｍｍ)、ｄは各レンズ面の間隔(単位：ｍｍ)、ｎｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数をぞれぞれ表している。また、ｄ０は物体面から第１レンズ群Ｇ１の第１レンズ面までの距離である。なお、以下全ての実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００２１】
（第１実施例）
【表１】

【００２２】
図２は、第１実施例についての諸収差を示す図である。各収差図においてｄはｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）、ＣはＣ線（λ＝６５６．２８ｎｍ）、ＦはＦ線（λ＝４８６．１３ｎｍ）線、ｇはｇ線（λ＝４３５．８４ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を表す図において実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示している。以下の実施例において、本実施例と同様の符号を用いる。収差図から明らかなように、諸収差が十分に補正されていることがわかる。
【００２３】
（第２実施例）
図３は、第２実施例にかかる長作動距離顕微鏡レンズのレンズ構成を示す図である。物体から順に、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力のメニスカス形状の単レンズである各々第１、第２、第３レンズ成分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、負レンズ成分Ｌ２１と正レンズ成分Ｌ２２との貼合わせからなり物体側に凸面を向けた接合面を有する第４レンズ成分Ｌ４と、正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４と正レンズ成分Ｌ２５との３枚を貼合わせた接合レンズの第５レンズ成分Ｌ５と、正レンズ成分Ｌ２６と負レンズ成分Ｌ２７との貼合わせからなり物体側に凹面を向けた接合面を有する第６レンズ成分Ｌ６と、負レンズ成分Ｌ３１と正レンズ成分Ｌ３２と負レンズ成分Ｌ３３との３枚を貼合わせた接合レンズの第７レンズ成分Ｌ７とから構成されている。
【００２４】
以下の表２に本実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズの諸元値を掲げる。
【００２５】
【表２】
β＝−１００．０ＮＡ＝０．８ｄ０＝５．２０８Ｆ＝２．０００面番号 r d nd νd 1 -8.831 3.0 1.80400 46.60 2 -6.711 0.１ 1.00000 3 -18.541 3.0 1.49782 82.52 4 -10.602 0.15 1.00000 5 -58.182 3.2 1.49782 82.52 6 -18.558 0.2 1.00000

【００２６】
図４は、本実施例の諸収差を示す図である。図から明らかなように諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００２７】
また、上記各実施例の顕微鏡対物レンズは、無限遠補正型のレンズであり、例えば表３に諸元値を掲げる結像レンズと組み合せて使用される。図５は、当該結像レンズのレンズ構成を示す図である。
【００２８】
【表３】

【００２９】
上記各実施例にかかる顕微鏡対物レンズと上記結像レンズとの間隔は５０ｍｍ〜１８０ｍｍの何れの位置でも良い。図２又は図４に示した諸収差は、間隔を１５０ｍｍとしたときのものである。また、間隔は５０ｍｍ〜１８０ｍｍの間であれば１５０ｍｍ以外の値でもほぼ図２又は図４と同様の収差状況を示す。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、倍率が１００倍程度で、かつＮＡが０．８程度と大きく、広視野にわたって優れた結像性能を有する長作動距離の顕微鏡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】本発明の第１実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】第１実施例の諸収差を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズのレンズ構成を示す図である。
【図４】第２実施例の諸収差を示す図である。
【図５】各実施例にかかる長作動距離顕微鏡対物レンズと共に用いる結像レンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群

Claims

物体側から順に、
像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第１レンズ成分と、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第２レンズ成分と、像側により屈折力の大きな面を向けた正屈折力の第３レンズ成分とからなる正屈折力を有する第１レンズ群と、
物体側に凸面を向けた接合面を有する接合レンズ成分と、正レンズ成分と負レンズ成分と正レンズ成分とからなる接合レンズ成分と、物体側に凹面を向けた接合面を有する接合レンズ成分とからなる正屈折力を有する第２レンズ群と、
負屈折力を有する第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ成分のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）における屈折率をｎ１１としたとき、
（１）ｎ１１＞１．７８
の条件を満足することを特徴とする長作動距離顕微鏡対物レンズ。
前記第３レンズ群は、負レンズ成分と正レンズ成分と負レンズ成分とからなる接合レンズで構成されることを特徴とする請求項１記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。
前記第１レンズ群中の第２レンズ成分又は前記第３レンズ成分のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）におけるアッベ数をν１２又はν１３とそれぞれしたとき、
（２）（ν１２＋ν１３）／２＞７０
の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の長作動距離顕微鏡対物レンズ。