JP5051698B2 - 結像光学系および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系および検査装置に関し、例えばＦＰＤガラス基板、ＴＡＢテープなどの検査装置に好適な結像光学系に関するものである。

従来、ＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）ガラス基板や、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープ（テープフィルムにＩＣドライバを実装したもの）などを検査する検査装置に使用可能な光学系であって、広い視野が確保された結像光学系が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

米国特許第６，４３７，９２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の結像光学系では、像面上の有効結像領域（結像視野）の最周辺部まで所要の高い解像力を確保することができない。その結果、検査対象物の微細化、およびＣＣＤ（電荷結合素子）のような撮像素子の高精細化・高画素化がさらに進むと、従来の結像光学系では、広い視野範囲に対してコントラストの高い良好な像を形成することができなくなってしまう。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、且つ広い視野範囲において中心部から最周辺部まで所要の高解像力を確保することのできる結像光学系を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系において、
前記第１面側から順に、前記第１面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズとを有する第１レンズ群と、正レンズと負レンズとからなる接合レンズを有する第２レンズ群と、開口絞りと、前記第１面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと前記第２面側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる負屈折力の接合レンズを有する第３レンズ群と、正屈折力の接合レンズを有する第４レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群中の前記正レンズは、両凸レンズを有し、
前記第２レンズ群中の前記負レンズは、両凹レンズを有し、
前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの前記第１面側の面の曲率半径をＲ ₁ とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ ₁ とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの屈折率をｎ _N1 とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記正レンズの屈折率をｎ _P1 とするとき、
０．１５＜Ｒ ₁ ／ｆ ₁ ＜０．５
ｎ _N1 ／ｎ _P1 ＞１
の条件を満足することを特徴とする結像光学系を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の結像光学系を備えていることを特徴とする検査装置を提供する。

本発明の実施形態では、４群構成において、第２レンズ群中の接合レンズと第３レンズ群中の接合レンズとがともに開口絞り側に凹面を向けた接合メニスカス形状を有し、開口絞りに関してコンセントリックに近い構成を採用しているので、球面収差および非点収差を良好に補正するとともに、軸上収差と軸外収差の両方を良好に補正することができる。その結果、本実施形態の結像光学系では、可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、且つ広い視野範囲において中心部から最周辺部まで所要の高解像力を確保することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。本実施形態では、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光に基づいて物体の縮小像または等倍像を形成する結像光学系に対して本発明を適用している。本実施形態の結像光学系は、例えば図１に示すように、物体側（第１面側）から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳＰと、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とからなる４群構成である。

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負メニスカスレンズと、正レンズとを有する。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズと負レンズとからなる接合レンズを有する。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと像側（第２面側）に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる負屈折力の接合レンズを有する。第４レンズ群Ｇ４は、正屈折力の接合レンズを有する。

さらに具体的には、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズと負レンズとからなる接合レンズＳ２１は、両凸レンズと両凹レンズとからなり、両凸レンズの像側のレンズ面と両凹レンズの物体側のレンズ面とを貼り合わせることにより構成されている。あるいは、接合レンズＳ２１は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなり、正メニスカスレンズの像側のレンズ面と負メニスカスレンズの物体側のレンズ面とを貼り合わせることにより構成されている。第３レンズ群Ｇ３中の負屈折力の接合レンズＳ３１は、負メニスカスレンズの像側のレンズ面と正メニスカスレンズの物体側のレンズ面とを貼り合わせることにより構成されている。

本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１において、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズで発生した歪曲収差を、例えば両凸レンズのような正レンズの作用により良好に補正することができる。物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズで発生した像面湾曲および球面収差により下コマの補正が困難になるが、その後側に両凸レンズのような正レンズを配置することにより、それらの収差を互いに打ち消すように補正して収差バランスをとることが可能である。

また、本実施形態では、第３レンズ群Ｇ３中の接合レンズＳ３１の接合面が物体側に凹面を向けているので、上コマを良好に補正して主光線に対して点対称にすることが可能になり、視野周辺での解像力を向上させることができる。また、第２レンズ群Ｇ２との関係から、開口絞りＳＰに向かって強い曲率の凹面を向けた負メニスカスレンズを第３レンズ群Ｇ３中に配置することにより、球面収差をさらに良好に補正することができる。

また、本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２中の接合レンズＳ２１と第３レンズ群Ｇ３中の接合レンズＳ３１とが開口絞りＳＰを挟んで配置され、接合レンズＳ２１および接合レンズＳ３１がともに開口絞りＳＰ側に凹面を向けた接合メニスカス形状を有する。このように、開口絞りＳＰに関してコンセントリック（同心状）に近い構成を採用することにより、球面収差および非点収差を良好に補正するとともに、軸上収差と軸外収差の両方を良好に補正することができる。その結果、本実施形態の結像光学系では、可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、且つ広い視野範囲において中心部から最周辺部まで所要の高解像力を確保することができる。

なお、本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２中の接合レンズＳ２１を両凸レンズと両凹レンズとにより構成する場合、開口絞りＳＰに近い側に両凹レンズを配置し、強い曲率の凹面を開口絞りＳＰに向けることにより、球面収差を良好に補正することができる。また、接合レンズＳ２１中の正レンズとして両凸レンズを用いることにより、接合レンズＳ２１の接合面において球面収差および像面湾曲の収差バランスをとり、下コマを良好に補正することができる。また、接合レンズＳ２１中の正レンズとして物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを用い、負レンズとして像側に凹面を向けた負メニスカスレンズを用いた場合、接合レンズＳ２１の接合面の曲率半径の絶対値を大きくすることで下コマを良好に補正し、主光線に対して点対称のコマ収差として良好に補正することができる。

また、本実施形態では、第４レンズ群Ｇ４において、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズを最も物体側に配置し、開口絞りＳＰに向かって屈折力の弱い凹面を向けた接合メニスカス形状の接合レンズＳ４１を配置することにより、開口絞りＳＰに関してコンセントリックに近い状態に設定すると、球面収差および非点収差を良好に補正することができる。また、開口絞りＳＰから離れた位置に接合レンズＳ４１を配置することにより、上コマおよび倍率色収差を良好に補正することができる。

また、本実施形態では、開口絞りＳＰの前後に配置した接合レンズＳ２１，Ｓ３１中の正レンズの屈折率を負レンズの屈折率よりも大きくすることにより、レンズ面の曲率を弱くしたままペッツバール和を小さく抑えて、像面湾曲を良好に補正することができる。また、第４レンズ群Ｇ４において、接合レンズＳ４１を最も像側に配置することにより、色収差を良好に補正することができる。また、接合レンズＳ４１を開口絞りＳＰ側に凹面を向けた接合メニスカス形状にして、できるだけコンセントリックな状態に近づけることにより、軸外収差の発生を抑えるだけではなく、光学系全体を光軸に沿って移動させてフォーカシングを行う際の収差変動を抑えることも可能である。

本実施形態では、第３レンズ群Ｇ３が負の屈折力を有し、以下の条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。条件式（１）および（２）において、ｆ_S3は基準波長であるｅ線（λ＝５４６．０７ｎｍ）に対する第３レンズ群Ｇ３の焦点距離であり、ｆはｅ線に対する結像光学系の焦点距離であり、Ｒ₃は第３レンズ群Ｇ３中の接合レンズＳ３１の接合面の曲率半径である。
−３．４＜ｆ_S3／ｆ＜−１．６ （１）
０．２＜Ｒ₃／ｆ_S3＜４．１ （２）

条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離について、ひいては接合レンズＳ３１の焦点距離について適切な範囲を規定するものである。条件式（１）を満たすことにより、４００ｎｍ〜７００ｎｍの広い波長範囲に亘って、さらに良好な色収差補正を達成することが可能になる。条件式（１）の下限値を下回ると、接合レンズＳ３１の屈折力が弱くなり過ぎて、球面収差が補正不足になり、ひいては所要の結像性能が得られなくなる。逆に、条件式（１）の上限値を上回ると、接合レンズＳ３１の屈折力が強くなり過ぎて、ペッツバール和がマイナス方向へ大きくなる。その結果、像面湾曲が大きくなり、視野の中心部から周辺部まで良好な結像性能を確保することができなくなる。

条件式（２）は、開口絞りＳＰを挟んでほぼ対称に配置された２つの接合レンズのうち、像側の接合レンズＳ３１の接合面の曲率半径Ｒ３について適切な範囲を規定するものである。接合レンズＳ３１の接合面の曲率半径Ｒ３を負の値にする（接合面を物体側に向かって凹面状にする）ことにより、上コマを補正するのに有利になる。ちなみに、物体側の接合レンズＳ２１の接合面の曲率半径を負の値にする（接合面を物体側に向かって凹面状にする）ことは下コマの補正に効果があり、主光線に対して点対称のコマ収差として良好に補正する効果がある。条件式（２）の下限値を下回ると、接合レンズＳ３１の接合面の屈折力が強くなり過ぎて、球面収差が補正過剰になる。条件式（２）の上限値を上回ると、ｇ線の倍率色収差が基準波長であるｅ線の倍率色収差に対してプラスになり過ぎて、視野の最周辺部における結像性能が低下し、また、曲率半径Ｒ３の絶対値が大きくなり過ぎて、中間像の像面の曲がりを補正し切れなくなる。その結果、中間像の劣化となる。

また、本実施形態では、次の条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。条件式（３）および（４）において、Ｒ₁は第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径であり、ｆ₁およびｎ_N1はｅ線に対する当該負メニスカスレンズの焦点距離および屈折率であり、ｎ_P1はｅ線に対する第１レンズ群Ｇ１中の正レンズの屈折率である。
０．１５＜Ｒ₁／ｆ₁＜０．５ （３）
ｎ_N1／ｎ_P1＞１ （４）

条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの物体側に凹面を向けたレンズ面の曲率半径Ｒ₁について適切な範囲を規定するものである。条件式（３）を満足することにより、視野周辺部におけるコマ収差および倍率色収差を良好に補正することができる。さらに、像面湾曲も良好に補正して像面の平坦性を保つことができ、ひいては視野の周辺部まで高解像を確保することが可能になる。条件式（３）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの屈折力が弱くなり過ぎて、上コマの補正が困難になり、コマ収差の対称性も悪化してしまう。また、ｇ線の倍率色収差が基準波長であるｅ線の倍率色収差に対してプラスになり過ぎて、軸外での良好な結像性能を得ることが困難になる。

条件式（３）の下限値を下回ると、曲率半径Ｒ₁が小さくなり過ぎて、軸外からの光の入射角度が大きくなり、主光線を跳ね上げる屈折力が大きくなるため、下コマの補正が困難になり、外向性コマになり易い。また、ｇ線の倍率色収差が基準波長であるｅ線の倍率色収差に対してマイナスになり過ぎて、視野の周辺部における結像性能が著しく低下してしまう。これらの収差を補正するには第１レンズ群Ｇ１中の正レンズの屈折力を強くする必要があるが、その場合にはペッツバール和が小さくなり、非点隔差が大きくなってしまう。

条件式（３）を満足する際に条件式（４）も同時に満足することにより、ペッツバール和を適切な値に設定して像面の平坦性を保つとともに、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの屈折率ｎ_N1を高く設定して入射面を曲率の弱い凹面形状にすることにより、光線の最小偏角をできるだけ小さくして収差の発生を抑えることができる。また、条件式（４）を満足する光学材料の組合せを選択することにより、第１レンズ群Ｇ１中の正レンズに異常分散性の高い光学材料を使用して軸上色収差を良好に補正することができ、さらに良好な色消しおよび視野周辺部での良好な結像性能の確保を実現することができる。

また、本実施形態では、次の条件式（５）〜（８）を満足することが好ましい。条件式（５）および（６）において、ν_P1およびＰ_P1はｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する第１レンズ群Ｇ１中の正レンズのアッベ数および異常分散比（部分分散比）であり、ν_P4およびＰ_P4はｄ線に対する第４レンズ群Ｇ４中の正レンズのアッベ数および異常分散比である。条件式（７）および（８）において、ν₂₁およびＰ₂₁はｄ線に対する第２レンズ群Ｇ２中の正レンズのアッベ数および異常分散比であり、ν₃₂およびＰ₃₂はｄ線に対する第３レンズ群Ｇ３中の正メニスカスレンズのアッベ数および異常分散比である。

ν_P1＞８０，ν_P4＞８０ （５）
Ｐ_P1＞０．９５，Ｐ_P4＞０．９５ （６）
ν₂₁＞６５，ν₃₂＞６５ （７）
Ｐ₂₁＞０．９５，Ｐ₃₂＞０．９５ （８）

結像光学系に含まれる正レンズに条件式（５）〜（８）を満足する異常分散性の光学材料を用い、各正レンズの色消しに適した負レンズを選択することにより、広い波長範囲に亘って軸上色収差を良好に補正することができる。ここで、異常分散性について簡単に説明する。光学材料の２つの部分分散（２つの波長の光に対する屈折率の差）の比を部分分散比（異常分散比）Ｐという。異常分散比Ｐは、次の式（ａ）により定義される。
Ｐ＝（ｎｇ−ｎｅ）／（ｎＦ−ｎＣ） （ａ）

式（ａ）において、ｎｇはｇ線（λ＝４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率であり、ｎＦはＦ線（λ＝４８６.１３ｎｍ）に対する屈折率であり、ｎｅはｅ線（λ＝５４６．０７ｎｍ）に対する屈折率であり、ｎＣはＣ線（λ＝６５６．２７ｎｍ）に対する屈折率である。異常分散比Ｐとｄ線に対するアッベ数νｄとをグラフにプロットしたとき、標準的な光学材料の座標から外れている光学材料が「異常分散性の光学材料」と呼ばれる。

条件式（７）および（８）を満足する正レンズ（第２レンズ群Ｇ２中の正レンズおよび第３レンズ群Ｇ３中の正メニスカスレンズ）を形成する光学材料として、ｅ線に対する屈折率が１．５７以上の材料を選択することにより、広い波長範囲に亘って色収差を良好に補正しつつ、ペッツバール和を適切な数値に設定することにより像面の平坦性を確保することができる。

さらに、本実施形態では、各レンズ群の屈折力を比較的弱くすることにより諸収差の発生を抑えている。個々のレンズの屈折力を弱くし過ぎると、軸上色収差の補正が不足する。そのため、異常分散性の高い光学材料を正レンズに使用することにより、色収差を良好に補正して高解像力を達成している。視野の中心（センター）から軸外最周辺まで高解像な結像性能を確保するには、基準波長であるｅ線での光学性能において球面収差などの軸上収差を良好に補正することはいうまでもなく、軸外のコマ収差の対称性を良くすることが必要であり、軸上色収差および倍率色収差も良好に補正することにより回折限界に近い良好な結像性能を達成することができる。

また、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズのシェイプ・ファクター（shape factor）が、次の条件式（９）を満足することが好ましい。シェイプ・ファクターは、ベンディングによるレンズ形状を表すパラメータである。条件式（９）において、ｒ１およびｒ２は、当該負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径および像側の面の曲率半径である。ちなみに、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズでは、曲率半径ｒ１およびｒ２はともに負の値であり、｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜を満足する。
１．１＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜４．７ （９）

条件式（９）の上限値を上回ると、ペッツバール和がマイナス側に大きくなり過ぎて、像面湾曲が大きく発生するとともに、球面収差も補正過剰になる。逆に、条件式（９）の下限値を下回ると、ｇ線の倍率色収差が基準波長であるｅ線の倍率色収差に対してプラスになり過ぎて、倍率色収差の補正が困難になる。負メニスカスレンズの屈折力が弱くなりすぎたことにより発生した収差を補正するために、第２レンズ群Ｇ２中の接合面の曲率半径の絶対値を大きくし、正の屈折力を弱くする方法があるが、それによって負の屈折力が特に中間画角の位置で不足するため像の劣化も起こる。また、対称性の収差を補正するために正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と対称な屈折力の位置関係にある第４レンズ群Ｇ４中の接合レンズＳ４１の正の屈折力を強くする必要が生じるため、正レンズの縁が小さくなりすぎて加工ができなくなってしまう。正レンズの中心厚を厚くして縁の厚さをある程度確保することもできるが、異常分散性の光学材料を選択しているためコストアップになる。

なお、後述の第１実施例および第４実施例では、一対のフレア絞りＳＦ１，ＳＦ２を絞り空間に配置しているが、フレア絞りＳＦ１，ＳＦ２は光線決定面として機能しているだけなので、開口絞りＳＰの前後のどの位置に配置しても良い。このため、金物の構造を優先して、フレア絞りＳＦ１，ＳＦ２を配置すれば良い。以下、本実施形態の具体的な数値例としての実施例について説明する。

［第１実施例］
図１は、本実施形態の第１実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。図１を参照すると、第１実施例の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、第１フレア絞りＳＦ１と、開口絞りＳＰと、第２フレア絞りＳＦ２と、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。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負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２とにより構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ２１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ３１により構成されている。第４レンズ群Ｇ４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Ｌ４１と、両凹レンズＬ４２と両凸レンズＬ４３との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ４１とにより構成されている。

次の表（１）に、第１実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、βは結像光学系の結像倍率を、ＮＡは像側開口数を、ＦNOは実効Ｆナンバーを、ｆはｅ線に対する結像光学系の焦点距離を、Ｙｍは最大像高をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部材諸元において、面番号は物体面から像面への光線の進行する経路に沿った面の順序を、ｒは各面の曲率半径を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔を、ｎｅはｅ線に対する屈折率を、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示している。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）〜表（４）においても同様である。

表（１）
（主要諸元）
β＝−０.５
ＮＡ＝０．０８
ＦNO＝６.０
ｆ＝１１９.３
Ｙｍ＝３１．０

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎｅ νｄ 光学部材
1 -64.76999 4.5 1.52451 62.3 （Ｌ１１）
2 -123.38335 0.5
3 108.18784 7.5 1.49845 81.5 （Ｌ１２）
4 -108.18784 0.2
5 30.94925 9.0 1.59446 68.3 （Ｌ２１）
6 -416.00400 5.0 1.51976 52.4 （Ｌ２２）
7 22.30231 5.5
8 ∞ 8.0 （ＳＦ１）
9 ∞ 8.0 （ＳＰ）
10 ∞ 5.5 （ＳＦ２）
11 -21.59652 5.1 1.51976 52.4 （Ｌ３１）
12 -97.08700 8.1 1.57098 71.3 （Ｌ３２）
13 -35.22235 1.0
14 -98.91874 7.0 1.49845 81.5 （Ｌ４１）
15 -42.55745 2.7
16 -129.79821 4.0 1.52451 62.3 （Ｌ４２）
17 129.87900 8.5 1.48699 85.2 （Ｌ４３）
18 -78.93316

（条件式対応値）
ｆ_S3＝−１９７．７１３
Ｒ₃＝−９７．０８７００
Ｒ₁＝−６４．７６９９９
ｆ₁ ＝−２６６．９９７
ｎ_N1＝１．５２４５１
ｎ_P1＝１．４９８４５
ｒ１（Ｒ₁）＝−６４．７６９９９
ｒ２＝−１２３．３８３３５
（１）ｆ_S3／ｆ＝−１．６６
（２）Ｒ₃／ｆ_S3＝０．４９
（３）Ｒ₁／ｆ₁ ＝０．２４
（４）ｎ_N1／ｎ_P1＝１．０１７
（５）ν_P1＝８１．５
ν_P4＝８５．２
（６）Ｐ_P1＝０．９９５
Ｐ_P4＝０．９９５
（７）ν₂₁＝６８．３
ν₃₂＝７１．３
（８）Ｐ₂₁＝１．００６
Ｐ₃₂＝１．００４
（９）（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＝３．２１０

図２は、第１実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは像側開口数を、Ｙは像高を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８４ｎｍ）を、ＦはＦ線（λ＝４８６.１３ｎｍ）を、ｅはｅ線（λ＝５４６．０７ｎｍ）を、ＣはＣ線（λ＝６５６．２７ｎｍ）をそれぞれ表している。また、非点収差図において、点線はメリジオナル像面を表し、実線はサジタル像面を表している。図２における表記は、以降の図４、図６、図８においても同様である。図２の各収差図から明らかなように、第１実施例の結像光学系では、広い視野範囲の全体に亘って諸収差が良好に補正され、特に可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。

［第２実施例］
図３は、本実施形態の第２実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。図３を参照すると、第２実施例の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳＰと、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。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負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２とにより構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ２１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ３１により構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凹レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ４１とにより構成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。

表（２）
（主要諸元）
β＝−０.２５
ＮＡ＝０．０８
ＦNO＝６.５
ｆ＝１２０．５
Ｙｍ＝３１．０

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎｅ νｄ 光学部材
1 -73.55745 4.5 1.52458 59.8 （Ｌ１１）
2 -113.89829 3.0
3 126.83729 7.2 1.49845 81.6 （Ｌ１２）
4 -167.55814 2.5
5 32.07881 10.5 1.59527 67.9 （Ｌ２１）
6 -122.12941 3.5 1.51976 52.4 （Ｌ２２）
7 24.25725 13.5
8 ∞ 13.5 （ＳＰ）
9 -21.39072 4.0 1.51976 52.4 （Ｌ３１）
10 -91.74959 9.0 1.59527 67.9 （Ｌ３２）
11 -31.65923 0.3
12 -246.73794 3.7 1.51825 64.1 （Ｌ４１）
13 66.75443 9.5 1.49845 81.6 （Ｌ４２）
14 -57.43348

（条件式対応値）
ｆ_S3＝−４００．２０２
Ｒ₃＝−９１．７４９５９
Ｒ₁＝−７３．５５７４５
ｆ₁ ＝−４１１．７０４
ｎ_N1＝１．５２４５８
ｎ_P1＝１．４９８４５
ｒ１（Ｒ₁）＝−７３．５５７４５
ｒ２＝−１１３．８９８２９
（１）ｆ_S3／ｆ＝−３.３２
（２）Ｒ₃／ｆ_S3＝０.２３
（３）Ｒ₁／ｆ₁ ＝０.１８
（４）ｎ_N1／ｎ_P1＝１．０１７
（５）ν_P1＝８１.６
ν_P4＝８１.６
（６）Ｐ_P1＝０.９９５
Ｐ_P4＝０.９９５
（７）ν₂₁＝６７.９
ν₃₂＝６７.９
（８）Ｐ₂₁＝１.００２
Ｐ₃₂＝１.００２
（９）（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＝４．６４７

図４は、第２実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。図４の各収差図から明らかなように、第２実施例の結像光学系においても、第１実施例と同様に、広い視野範囲の全体に亘って諸収差が良好に補正され、特に可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。

［第３実施例］
図５は、本実施形態の第３実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。図５を参照すると、第３実施例の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳＰと、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。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負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２とにより構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ２１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ３１により構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ４１とにより構成されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。なお、第３実施例は、条件式（１）および（２）を満足していない。

表（３）
（主要諸元）
β＝−１．０
ＮＡ＝０．０５
ＦNO＝１０．１
ｆ＝１２１．１
Ｙｍ＝３１．０

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎｅ νｄ 光学部材
1 -117.21560 4.2 1.51825 64.1 （Ｌ１１）
2 -1248.52730 0.1
3 55.50133 6.5 1.49845 81.6 （Ｌ１２）
4 -164.04529 0.2
5 32.67051 7.7 1.59527 67.9 （Ｌ２１）
6 1266.73220 5.0 1.57392 53.0 （Ｌ２２）
7 24.25418 10.4
8 ∞ 10.0 （ＳＰ）
9 -25.97177 4.0 1.53430 48.9 （Ｌ３１）
10 -120.02848 7.1 1.59527 67.9 （Ｌ３２）
11 -34.13710 2.3
12 -20.15775 6.0 1.51825 64.1 （Ｌ４１）
13 -23.28770 0.1
14 -398.65680 9.0 1.49845 81.6 （Ｌ４２）
15 -25.90978 3.5 1.51825 64.1 （Ｌ４３）
16 -69.64123

（条件式対応値）
Ｒ₁＝−１１７．２１５６０
ｆ₁ ＝−２４９．９２７
ｎ_N1＝１．５１８２５
ｎ_P1＝１．４９８４５
ｒ１（Ｒ₁）＝−１１７．２１５６０
ｒ２＝−１２４８．５２７３０
（３）Ｒ₁／ｆ₁ ＝０.４７
（４）ｎ_N1／ｎ_P1＝１．０１３
（５）ν_P1＝８１.６
ν_P4＝８１.６
（６）Ｐ_P1＝０.９９５
Ｐ_P4＝０.９９５
（７）ν₂₁＝６７.９
ν₃₂＝６７.９
（８）Ｐ₂₁＝１.００２
Ｐ₃₂＝１.００２
（９）（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＝１．２０７

図６は、第３実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。図６の各収差図から明らかなように、第３実施例の結像光学系においても、第１実施例および第２実施例と同様に、広い視野範囲の全体に亘って諸収差が良好に補正され、特に可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。

［第４実施例］
図７は、本実施形態の第４実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。図７を参照すると、第４実施例の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、第１フレア絞りＳＦ１と、開口絞りＳＰと、第２フレア絞りＳＦ２と、負屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。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負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２とにより構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ２１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２との貼り合わせによる負屈折力の接合レンズＳ３１により構成されている。第４レンズ群Ｇ４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Ｌ４１と、両凹レンズＬ４２と両凸レンズＬ４３との貼り合わせによる正屈折力の接合レンズＳ４１とにより構成されている。次の表（４）に、第４実施例にかかる結像光学系の諸元の値を掲げる。

表（４）
（主要諸元）
β＝−０．７
ＮＡ＝０．０８
ＦNO＝６．６
ｆ＝１２２．０
Ｙｍ＝３１．０

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎｅ νｄ 光学部材
1 -81.83996 4.5 1.52451 62.3 （Ｌ１１）
2 -192.60312 0.5
3 86.21528 7.5 1.49845 81.5 （Ｌ１２）
4 -139.03205 1.9
5 30.81254 9.0 1.59446 68.3 （Ｌ２１）
6 1305.42270 5.0 1.51976 52.4 （Ｌ２２）
7 22.24531 5.7
8 ∞ 8.0
9 ∞ 8.0
10 ∞ 5.5
11 -21.82811 5.1 1.51976 52.4 （Ｌ３１）
12 -808.04032 8.1 1.57098 71.3 （Ｌ３２）
13 -36.28815 2.1
14 -68.92873 7.0 1.49845 81.5 （Ｌ４１）
15 -42.56557 5.2
16 -199.50870 4.0 1.52451 62.3 （Ｌ４２）
17 187.02919 8.5 1.48699 85.2 （Ｌ４３）
18 -73.24760

（条件式対応値）
ｆ_S3＝−２０１．９９１
Ｒ₃＝−８０８．０４０３２
Ｒ₁＝−８１．８３９９６
ｆ₁ ＝−２７５．１６５
ｎ_N1＝１．５２４５１
ｎ_P1＝１．４９８４５
ｒ１（Ｒ₁）＝−８１．８３９９６
ｒ２＝−１９２．６０３１２
（１）ｆ_S3／ｆ＝−１．６６
（２）Ｒ₃／ｆ_S3＝４.００
（３）Ｒ₁／ｆ₁ ＝０.３０
（４）ｎ_N1／ｎ_P1＝１．０１７
（５）ν_P1＝８１.５
ν_P4＝８５.２
（６）Ｐ_P1＝０.９９５
Ｐ_P4＝０.９９５
（７）ν₂₁＝６８.３
ν₃₂＝７１.３
（８）Ｐ₂₁＝１.００６
Ｐ₃₂＝１.００４
（９）（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＝２．４７８

図８は、第４実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。図８の各収差図から明らかなように、第４実施例の結像光学系においても、第１実施例〜第３実施例と同様に、広い視野範囲の全体に亘って諸収差が良好に補正され、特に可視域の光に対して軸上色収差および倍率色収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。

なお、上述の各実施例において、諸元中の焦点距離、最大像高、曲率半径、中心厚（軸上間隔）などの長さの単位には一般に「ｍｍ」が使われる。しかしながら、光学系を比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、長さの単位は必ずしも「ｍｍ」に限られるものではない。

また、上述の各実施例では、物体の縮小像または等倍像を形成する高解像力の結像光学系に対して本発明を適用している。しかしながら、光の性質から物体と像との間には可逆性があるため、各実施例の物体面と像面とを逆向きに使用することもできる。すなわち、各実施例の構成にしたがって、物体の拡大像または等倍像を形成する結像光学系、具体的には結像倍率βが−１.０倍〜−２.３３倍程度の結像光学系が得られる。

本実施形態の第１実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。 第１実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。 本実施形態の第２実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。 第２実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。 本実施形態の第３実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。 第３実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。 本実施形態の第４実施例にかかる結像光学系のレンズ構成を示す図である。 第４実施例の結像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差および倍率色収差を示す図である。

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
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌｉｉ 各レンズ
Ｓｉｉ 各接合レンズ
ＳＰ 開口絞り
ＳＦ１、２ フレア絞り

Claims (5)

1. 第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系において、
   前記第１面側から順に、前記第１面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズとを有する第１レンズ群と、正レンズと負レンズとからなる接合レンズを有する第２レンズ群と、開口絞りと、前記第１面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと前記第２面側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる負屈折力の接合レンズを有する第３レンズ群と、正屈折力の接合レンズを有する第４レンズ群とを備え、
   前記第２レンズ群中の前記正レンズは、両凸レンズを有し、
   前記第２レンズ群中の前記負レンズは、両凹レンズを有し、
   前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの前記第１面側の面の曲率半径をＲ ₁ とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ ₁ とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記負メニスカスレンズの屈折率をｎ _N1 とし、ｅ線に対する前記第１レンズ群中の前記正レンズの屈折率をｎ _P1 とするとき、
   ０．１５＜Ｒ ₁ ／ｆ ₁ ＜０．５
   ｎ _N1 ／ｎ _P1 ＞１
   の条件を満足することを特徴とする結像光学系。
2. 前記第３レンズ群は、負の屈折力を有し、
   ｅ線に対する前記第３レンズ群の焦点距離をｆ _S3 とし、ｅ線に対する前記結像光学系の焦点距離をｆとし、前記第３レンズ群中の前記接合レンズの接合面の曲率半径をＲ ₃ とするとき、
   −３．４＜ｆ _S3 ／ｆ＜−１．６
   ０．２＜Ｒ ₃ ／ｆ _S3 ＜４．１
   の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. ｄ線に対する前記第１レンズ群中の前記正レンズのアッベ数および異常分散比をν _P1 およびＰ _P1 とし、ｄ線に対する前記第２レンズ群中の前記正レンズのアッベ数および異常分散比をν ₂₁ およびＰ ₂₁ とし、ｄ線に対する前記第３レンズ群中の前記正メニスカスレンズのアッベ数および異常分散比をν ₃₂ およびＰ ₃₂ とし、ｄ線に対する前記第４レンズ群中の正レンズのアッベ数および異常分散比をν _P4 およびＰ _P4 とするとき、
   ν _P1 ＞８０，ν _P4 ＞８０
   Ｐ _P1 ＞０．９５，Ｐ _P4 ＞０．９５
   ν ₂₁ ＞６５，ν ₃₂ ＞６５
   Ｐ ₂₁ ＞０．９５，Ｐ ₃₂ ＞０．９５
   の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 前記第１面の像を前記第２面上に形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学系。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学系を備えていることを特徴とする検査装置。

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