JP5440891B2 - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡対物レンズに関する。

半導体やプリント基板等の標本を観察するための顕微鏡装置に用いられる対物レンズは、近年における半導体の高集積化に伴い、微細なパターンを高倍率で鮮明な画像として観察する必要があり、大きい開口数と色収差を含めた高度な収差補正が必要となっている。その上、作業効率や操作性の面から、十分な作動距離も必要とされている。従来、高倍率・高開口数で色収差が良好に補正された対物レンズとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２００９−１９２９８８号公報

しかしながら、このような従来の顕微鏡対物レンズは開口数が大きく、また色収差も良く補正されているが、この顕微鏡対物レンズが取り付けられた顕微鏡装置の操作性の面で作動距離が十分とは言えない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高開口数で、且つ、色収差に対してアポクロマートであり、更に、長作動距離で周辺まで収差が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。

前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、第１レンズ群は、最も物体側に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズを有し、第２レンズ群は、正の屈折力を有する回折光学素子を有し、回折光学素子は、第１レンズ群及び第２レンズ群を通過する光束の径が最も大きくなる部分よりも像側に配置される。
そして、この顕微鏡対物レンズは、第１レンズ群の最も物体側に配置された正メニスカスレンズの媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１とし、物体側に向けて凹面を有したときは負、凸面を有したときは正の符号とし、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ１とし、全系の焦点距離をＦとし、第１レンズ群及び第２レンズ群を通過する光束の最大径をΦmaxとし、回折光学素子の回折光学面を通過する光束の最大径をΦDOEとしたとき、次式
ｎ１ ≧ １．８
０．５ ≦ （−ｒ１）／Ｆ ≦ ４．５
ΦDOE／Φmax ＜ ０．９
の条件を満足する。

このような顕微鏡対物レンズは、第１レンズ群及び第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
０．３ ≦ ｆ１２／（−ｆ３） ≦ ２
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微鏡対物レンズは、回折光学素子の焦点距離をｆDOEとしたとき、次式
１００ ≦ ｆDOE／Ｆ ≦ １０００
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微鏡対物レンズにおいて、第３レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを有し、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、Ｆ線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線に対する屈折率をｎＣとして、部分分散比θｇＦを次式
θｇＦ ＝ （ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義し、第３レンズ群が有する接合レンズを構成する正レンズと負レンズの部分分散比の差をΔθｇＦ３、アッベ数の差をΔν３としたとき、次式
−０．００３５ ≦ ΔθｇＦ３／Δν３ ≦ −０．００２
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微鏡対物レンズにおいて、第２レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを有し、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、Ｆ線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線に対する屈折率をｎＣとして、部分分散比θｇＦを次式
θｇＦ ＝ （ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義し、第２レンズ群が有する接合レンズを構成する正レンズと負レンズの部分分散比の差をΔθｇＦ２、アッベ数の差をΔν２としたとき、次式
−０．００２５ ≦ ΔθｇＦ２／Δν２ ≦ −０．０００６
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微鏡対物レンズは、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
２ ≦ ｆ１／Ｆ ≦ １０
１５ ≦ ｆ２／Ｆ ≦ ３０
の条件を満足することが好ましい。

本発明を以上のように構成すると、色収差に対してアポクロマートであって、長作動距離で視野の周辺まで収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供することができる。

第１実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 上記第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第２実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 上記第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 第３実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。 上記第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。 上記顕微鏡対物レンズとともに用いられる結像レンズのレンズ構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズの構成について説明する。この顕微鏡対物レンズＯＬ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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有して構成される。

このような顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体から出た発散光の光軸に対する角度を緩めつつ平行光束へと近づけて第２レンズ群Ｇ２に導くためのレンズ群であり、最も物体側に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（例えば、図１における正メニスカスレンズＬ１）を有して構成される。

また、第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１から出射した光束を収束光にするレンズ群であり、主に軸上色収差や色の球面収差、高次収差成分を補正している。そのため、この第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する回折光学素子ＧＤを有して構成される。ここで、回折光学素子ＧＤは、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を通過する光束の径が最も大きくなる部分よりも像側に配置される。また、この第２レンズ群Ｇ２は、上記の収差を補正するために、少なくとも１枚の接合レンズ（例えば、図１における接合レンズＣＬ１１）を有して構成されている。

この第２レンズ群Ｇ２に設けられた回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）は、負の分散値（アッベ数＝−３．４５３）を有し、分散が大きく、また異常分散性（後述する実施例では部分分散比（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）＝０．２９５６）が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常３０〜８０程度であるが、上述のように回折光学素子のアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄは分散特性が通常のガラス（屈折光学素子）とは逆で光の波長が短くなるに伴い屈折力が小さくなり、長い波長の光ほど大きく曲がる性質を有している。そのため、通常の屈折光学素子と組み合わせることにより、大きな色消し効果が得られる。したがって回折光学素子ＧＤを利用することで、通常の光学ガラスでは達し得ない良好な色収差の補正が可能になる。

本実施形態における回折光学素子ＧＤは、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素（例えば、図１の場合、光学部材Ｌ９，Ｌ１０）を接合し、その接合面に回折格子溝を設けて回折光学面Ｄを構成している、いわゆる「密着複層型回折光学素子」である。そのため、この回折光学素子は、ｇ線からＣ線を含む広波長域において回折効率を高くすることができる。したがって、本実施の形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは広波長域において利用することが可能となる。なお、回折効率は、透過型の回折光学素子において１次回折光を利用する場合、入射強度Ｉ０と一次回折光の強度Ｉ１との割合η（＝Ｉ１／Ｉ０×１００［％］）を示す。

また、密着複層型回折光学素子は、回折格子溝が形成された２つの回折素子要素をこの回折格子溝同士が対向するように近接配置してなるいわゆる分離複層型回折光学素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、量産効率がよく、また光線の入射角に対する回折効率が良いという長所を備えている。したがって、密着複層型回折光学素子を利用した本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬでは、製造が容易となり、また回折効率も良くなる。

また、第３レンズ群Ｇ３は、第２レンズ群Ｇ２を出射した収斂光束を略平行光束にするレンズ群である。この第３レンズ群Ｇ３は、色収差を補正するために、少なくとも１枚の接合レンズ（例えば、図１における接合レンズＣＬ３１）を有して構成されている。

それでは、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬを構成するための条件について説明する。

まず、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に配置され、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１としたとき、次の条件式（１）を満足することが望ましい。

ｎ１ ≧ １．８ （１）

この条件式（１）を満足すると、正メニスカスレンズＬ１のレンズ面の曲率が緩くなり、収差を良好に保つことができる。また、物体側に凹面を向けたレンズ面（第１面）の負の屈折力を強くすることにより、ペッツバール和を負とすることができ、平坦性を維持することができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面、すなわち、正メニスカスレンズＬ１の物体側のレンズ面（図１における第１面）の曲率半径をｒ１とし、この顕微鏡対物レンズＯＬの全系の焦点距離をＦとしたとき、次の条件式（２）を満足することが望ましい。

０．５ ≦ （−ｒ１）／Ｆ ≦ ４．５ （２）

条件式（２）は、顕微鏡対物レンズＯＬの最も物体側にあるレンズ面の曲率半径を規定するものである。この条件式（２）の下限値を下回ると第１面の曲率がきつくなり過ぎて光束が大きく発散しすぎてしまい、後群のレンズ群での補正が難しくなり、球面収差が悪化してしまう。反対にこの条件式（２）の上限値を上回ると第１面の曲率が緩くなり過ぎてしまい、高開口数の顕微鏡対物レンズでは、この面で高次の球面収差が発生してしまう。なお、条件式（２）の上限値を４．２にすることにより、本願の効果をさらに発揮させることができる。また、この条件式（２）の上限値を４．０にすることにより、本願の効果をさらに発揮させることができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を通過する光束の最大径をΦmaxとし、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄを通過する光束の最大径をΦDOEとしたとき、次の条件式（３）を満足することが望ましい。

ΦDOE／Φmax ＜ ０．９ （３）

条件式（３）は、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄを通過する光線の最大有効径の条件を示している。有効径の大きいところに回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）が配置されると、高次の球面収差やコマ収差が発生してしまうため、この条件式（３）を満足する必要がある。なお、条件式（３）の上限値を０．８にすることにより、本願の効果をさらに発揮させることができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離をｆ１２とし、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、次の条件式（４）を満足することが望ましい。

０．３ ≦ ｆ１２／（−ｆ３） ≦ ２ （４）

条件式（４）は第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との屈折力配置を規定するものである。この条件式（４）の上限値を上回ると高次の収差補正を行うことが難しくなる。反対にこの条件式（４）の下限値を下回ると、十分な作動距離を得ることができなくなる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤの焦点距離をｆDOEとしたとき、次の条件式（５）を満足することが望ましい。

１００ ≦ ｆDOE／Ｆ ≦ １０００ （５）

条件式（５）は回折光学素子ＧＤの焦点距離を規定するものである。この条件式（５）の上限値を上回ると回折光学素子ＧＤの屈折力が弱くなり、色収差の補正に十分寄与しなくなってしまう。反対にこの条件式（５）の下限値を下回ると回折格子の最小ピッチが細かくなりすぎてしまい、格子形状の誤差が、この回折光学素子ＧＤの性能を大きく落としてしまうため、製造誤差が厳しくなってしまう。

なお、回折光学素子ＧＤは第２レンズ群Ｇ２に配置されているが、これにより、物体からの光束が収束する部分に配置されるので、この回折光学素子ＧＤにより高次収差の補正を良好に行うことができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第３レンズ群Ｇ３が有する接合レンズを構成する正レンズと負レンズの部分分散比の差をΔθｇＦ３、ｄ線（λ＝５８７．５６２ｎｍ）に対するアッベ数の差をΔν３としたとき、次の条件式（６）を満足することが望ましい。また、部分分散比及びアッベ数の差の取り扱いは、正レンズから負レンズ、又は、負レンズから正レンズのどちらでも良く、部分分散比の差を正レンズから負レンズとした場合、アッベ数の差も同じ正レンズから負レンズとすれば良い。

−０．００３５ ≦ ΔθｇＦ３／Δν３ ≦ −０．００２ （６）

ただし、上記部分分散比θｇＦは、下記式（ａ）によって定義された数値であり、ｎｇ、ｎＦ、ｎＣは、接合レンズを構成する正レンズ及び負レンズの媒質のｇ線（λ＝４３５．８３５ｎｍ）、Ｆ線（λ＝４８６．１３３ｎｍ）及びＣ線（λ＝６５６．２７３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ表している。

θｇＦ ＝ （ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ） （ａ）

条件式（６）は、第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズの正レンズと負レンズの部分分散比の差とアッベ数の差とを規定するものである。第２レンズ群Ｇ２に配置されている回折光学素子ＧＤは、倍率の色収差の補正には大きく寄与していない。そのため、倍率の色収差については、第３レンズ群Ｇ３に配置された接合レンズの媒質（硝材）の選択により効果的に補正することが必要である。この条件式（６）の下限値を下回ると倍率の色収差の２次スペクトルが残存してしまい、反対に上限値を上回るとアッベ数の差が小さくなり、倍率の１次の色収差が残存してしまう。

また、この顕微鏡対物レンズＯＬは、第２レンズ群Ｇ２が有する接合レンズを構成する正レンズと負レンズの部分分散比の差をΔθｇＦ２、ｄ線に対するアッベ数の差をΔν２としたとき、次の条件式（７）を満足することが望ましい。

−０．００２５ ≦ ΔθｇＦ２／Δν２ ≦ −０．０００６ （７）

条件式（７）は、第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズの正レンズと負レンズの部分分散比の差とアッベ数の差とを規定するものである。通常はこれらの差がより小さい方が良いが、回折光学素子ＧＤを使用しているため、この条件式（７）の上限値を上回ると２次スペクトルが補正過剰となってしまう。この２次スペクトルの補正過剰を回折光学素子ＧＤで調整すると、回折光学素子ＧＤの屈折力が小さくなってしまい、色収差の補正に十分寄与できなくなってしまう。反対に条件式（７）の下限値を下回ると２次スペクトルが残存してしまう。この２次スペクトルを回折光学素子ＧＤで補正しようとすると、回折格子の最小ピッチが小さくなってしまい、製造誤差が光学性能に大きく影響してしまう。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１としたとき、次の条件式（８）を満足することが望ましい。

２ ≦ ｆ１／Ｆ ≦ １０ （８）

条件式（８）は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を規定するものである。この条件式（８）の下限値を下回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなりすぎ、球面収差やコマ収差などを良好に補正することができなくなる。反対に条件式（８）の上限値を上回ると物体からの光線を収束させることができず、光束が大きくなり過ぎてしまい、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの外形が大きくなってしまう。また、後方のレンズに入射する光線の高さが高くなり、球面収差を良好に補正することができなくなる。

また、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、次の条件式（９）を満足することが望ましい。

１５ ≦ ｆ２／Ｆ ≦ ３０ （９）

条件式（９）は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を規定するものである。この条件式（９）の下限値を下回ると第１レンズ群Ｇ１で発生した色収差や球面収差の補正が不足してしまう。反対にこの条件式（９）の上限値を上回ると、この第２レンズ群Ｇ２に設けられた接合レンズの接合面の負の屈折力が強くなり、高次の球面収差の発生が大きくなってしまう。また、第３レンズ群Ｇ３に入射する光線の高さが高くなってしまい、諸収差の補正が困難になる。

本実施形態に係る顕微鏡対物レンズを以上のように構成すると、高倍率で高開口数であり、十分な作動距離を持ち、色収差に対してアポクロマートであり、また、その他の諸収差も良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供することができる。

以下に、本実施形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬの３つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子ＧＤに形成された回折光学面Ｄの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（ｂ）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面Ｄを超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（ｂ）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための屈折率の値を次の表１に示す。

（表１）
波長 屈折率（超高屈折率法による）
ｄ線 587.562ｎｍ 10001.0000
Ｃ線 656.273ｎｍ 11170.4255
Ｆ線 486.133ｎｍ 8274.7311
ｇ線 435.835ｎｍ 7418.6853

各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（頂点曲率半径）をｒとし、円錐定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＡnとしたとき、以下の式（ｂ）で表される。なお、以降の実施例において、「Ｅ−ｎ」は「×１０^-n」を示す。

Ｓ（ｙ）＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋（１−κ×ｙ²／ｒ²）^1/2｝
＋Ａ2×ｙ²＋Ａ4×ｙ⁴＋Ａ6×ｙ⁶＋Ａ8×ｙ⁸＋Ａ10×ｙ¹⁰ （ｂ）

なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に＊印を付しており、非球面式（ｂ）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。

また、以下の各実施例における顕微鏡対物レンズＯＬ１〜ＯＬ３は、無限遠補正型のものであり、図７に示す構成であって、表２に示す諸元を有する結像レンズＩＬとともに使用される。なお、この表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号を、第２欄ｒは各光学面の曲率半径を、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｄはｄ線に対する屈折率を、そして、第５欄νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示している。ここで、空気の屈折率1.00000は省略してある。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。

（表２）
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 75.043 5.10 1.623 57.0
2 -75.043 2.00 1.750 35.2
3 1600.580 7.50
4 50.256 5.10 1.668 42.0
5 -84.541 1.80 1.613 44.4
6 36.911

なお、この結像レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ２３と両凹レンズＬ２４とを接合した接合レンズから構成される。

［第１実施例］
上述の説明で用いた図１は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ１を示している。この顕微鏡対物レンズＯＬ１は上述した通り、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、から構成される。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正メニスカスレンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と両凸レンズＬ４とを接合した接合レンズＣＬ１１から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とを接合した接合レンズＣＬ２１、及び、回折光学面Ｄを含む平板形状の回折光学素子ＧＤから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、両凹レンズＬ１２と両凸レンズＬ１３と両凹レンズＬ１４とを接合した接合レンズＣＬ３１から構成される。

また、回折光学素子ＧＤは、平板状の光学ガラスＬ８、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ９，Ｌ１０、及び、平板状の光学ガラスＬ１１がこの順で接合され、光学部材Ｌ９，Ｌ１０の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。

この図１に示す第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ１の諸元を表３に示す。なお、この表３において、Ｆは全系の焦点距離を、ＮＡは開口数を、βは倍率を、ｄ０は物体から最初のレンズ（正メニスカスレンズＬ１）の物体側の面（第１面）の頂点までの光軸上の距離をそれぞれ示している。また、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ１２は第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を、ｆDOEは回折光学素子ＧＤの焦点距離を、Φmaxは第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を通過する光束の最大径を、ΦDOEは回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄを通過する光束の最大径をそれぞれ示している。なお、第１欄ｍに示す各光学面の番号（右の＊は回折光学面として形成されているレンズ面を示す）は、図１に示した面番号１〜２１に対応している。また、第２欄ｒにおいて、曲率半径0.000は平面を示している。また、回折光学面の場合は、第２欄ｒにベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示し、超高屈折率法に用いるデータは非球面データとして諸元表内に示している。さらに、この表３には、上記条件式（１）〜（８）に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。以上の諸元表の説明は、以降の実施例においても同様である。

なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、全系の焦点距離Ｆその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

（表３）
Ｆ＝4ｍｍ
ＮＡ＝0.8
β＝50x
ｄ０＝3.38
ｆ１＝9.2
ｆ２＝114.2
ｆ１２＝8.8
ｆ３＝-22.4
Φmax＝17.92
ΦDOE＝12.80

ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -4.220 4.00 1.903 35.7
2 -5.421 0.20
3 -47.354 4.00 1.603 65.5
4 -12.900 0.20
5 85.133 1.10 1.517 52.4
6 12.610 8.00 1.498 82.5
7 -16.869 0.20
8 30.992 5.35 1.640 60.1
9 -17.900 1.20 1.738 32.3
10 9.973 5.60 1.498 82.5
11 -32.895 3.00
12 0.000 2.50 1.517 64.1
13 0.000 0.06 1.528 34.7
14 0.000 0.00 10001.000 -3.5
15* 0.000 0.06 1.557 50.2
16 0.000 3.00 1.517 64.1
17 0.000 16.10
18 -67.221 1.70 1.652 58.5
19 12.651 2.70 1.717 29.5
20 -9.076 1.25 1.517 52.3
21 8.270

回折光学面データ
第１５面 κ＝1 Ａ2＝-5.9524E-08 Ａ4＝3.8419E-10
Ａ6＝-4.8802E-12 Ａ8＝6.5871E-15 Ａ10＝0.00000E+00

条件対応値
（１）ｎ１＝1.903
（２）（−ｒ１）／Ｆ＝1.06
（３）ΦDOE／Φmax＝0.71
（４）ｆ１２／（−ｆ３）＝0.4
（５）ｆDOE／Ｆ＝210
（６）ΔθｇＦ３／Δν３＝-0.0022，-0.0021
（７）ΔθｇＦ２／Δν２＝-0.0019，-0.0010
（８）ｆ１／Ｆ＝2.3
（９）ｆ２／Ｆ＝28.6

なお、表３に示した条件対応値のうち、条件式（６）は第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズＣＬ３１を構成するレンズＬ１２，Ｌ１３の値及びレンズＬ１３，Ｌ１４の値を示している。また、条件式（７）は第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズＣＬ２１を構成するレンズＬ５，Ｌ６の値及びレンズＬ６，Ｌ７の値を示している。このように、第１実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。

図２に、この第１実施例におけるｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線の光線に対する球面収差、非点収差、及び、コマ収差の諸収差図を示す。これらの収差図のうち、球面収差図は開口数ＮＡに対する収差量を示し、非点収差図は像高Ｙに対する収差量を示し、コマ収差図は、像高Ｙが１２．５ｍｍのとき、９．０ｍｍのとき、６．０ｍｍのとき、及び、０ｍｍのときの収差量を示している。また、球面収差図及びコマ収差図において、実線はｄ線を示し、点線はＣ線を示し、一点鎖線はＦ線を示し、二点鎖線はｇ線を示している。さらに、非点収差図において、実線は各波長の光線に対するサジタル像面を示し、破線は各波長の光線に対するメリジオナル像面を示している。これらの諸収差図の説明は以降の実施例においても同様である。この図２に示す各収差図から明らかなように、第１実施例では諸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］
次に、第２実施例として、図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ２について説明する。この図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ２も、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。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正メニスカスレンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３、及び、両凸レンズＬ４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５とを接合した接合レンズＣＬ１１から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ６と両凹レンズＬ７と両凸レンズＬ８とを接合した接合レンズＣＬ２１、両凸レンズＬ９と両凹レンズＬ１０とを接合した接合レンズＣＬ２２、及び、回折光学面Ｄを含む平板形状の回折光学素子ＧＤから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズＬ１５、及び、両凹レンズＬ１６と両凸レンズＬ１７とを接合した接合レンズＣＬ３１から構成される。

また、この第２実施例に係る回折光学素子も密着複層型の回折光学素子であって、平板状の光学ガラスＬ１１、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１２，Ｌ１３、及び、平板状の光学ガラスＬ１４がこの順で接合され、光学部材Ｌ１２，Ｌ１３の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。

この図３に示した第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ２の諸元を表４に示す。なお、表４に示す面番号は図３に示した面番号１〜２７と一致している。

（表４）
Ｆ＝2ｍｍ
ＮＡ＝0.9
β＝100x
ｄ０＝3.81
ｆ１＝8.6
ｆ２＝36.4
ｆ１２＝9.5
ｆ３＝-6.1
Φmax＝19.79
ΦDOE＝10.36
ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -7.160 3.40 1.883 40.8
2 -6.151 0.10
3 -23.001 4.00 1.498 82.5
4 -10.283 0.10
5 135.400 4.20 1.498 82.5
6 -19.100 0.10
7 82.148 6.20 1.498 82.5
8 -13.130 1.10 1.613 44.3
9 -39.504 0.20
10 50.990 5.95 1.498 82.5
11 -13.200 1.10 1.654 39.7
12 18.697 6.10 1.498 82.5
13 -15.801 0.20
14 17.850 4.85 1.498 82.5
15 -12.450 1.00 1.804 39.6
16 231.728 1.00
17 0.000 2.00 1.517 64.1
18 0.000 0.10 1.528 34.7
19 0.000 0.00 10001.000 -3.5
20* 0.000 0.10 1.557 50.2
21 0.000 3.00 1.517 64.1
22 0.000 9.05
23 -5.917 1.15 1.713 53.9
24 6.350 1.60
25 -5.331 1.00 1.564 60.7
26 9.204 1.70 1.755 27.5
27 -7.900

回折光学面データ
第２０面 κ＝1 Ａ2＝-8.0000E-08 Ａ4＝8.4238E-10
Ａ6＝-1.2711E-11 Ａ8＝1.1492E-13 Ａ10＝0.00000E+00

条件対応値
（１）ｎ１＝1.883
（２）（−ｒ１）／Ｆ＝3.58
（３）ΦDOE／Φmax＝0.52
（４）ｆ１２／（−ｆ３）＝1.6
（５）ｆＤＯＥ／Ｆ＝312.5
（６）ΔθｇＦ３／Δν３＝-0.0021
（７）ΔθｇＦ２／Δν２＝-0.0008，-0.0008，-0.0008
（８）ｆ１／Ｆ＝4.3
（９）ｆ２／Ｆ＝18.2

なお、表４に示した条件対応値のうち、条件式（６）は第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズＣＬ３１を構成するレンズＬ１６，Ｌ１７の値を示している。また、条件式（７）は第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズＣＬ２１を構成するレンズＬ６，Ｌ７の値及びレンズＬ７，Ｌ８の値と、接合レンズＣＬ２２を構成するレンズＬ９，Ｌ１０の値とを示している。このように、第２実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。また、図４にこの第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ２の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第２実施例でも、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分かる。

［第３実施例］
次に、第３実施例として、図５に示す顕微鏡対物レンズＯＬ３について説明する。この図５に示す顕微鏡対物レンズＯＬ３も、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。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正メニスカスレンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４を接合した接合レンズＣＬ１１から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とを接合した接合レンズＣＬ２１、両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９とを接合した接合レンズＣＬ２２、及び、回折光学面Ｄを含む平板形状の回折光学素子ＧＤから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズＬ１４、及び、両凹レンズＬ１５と両凸レンズＬ１６とを接合した接合レンズＣＬ３１から構成される。

また、この第３実施例に係る回折光学素子も密着複層型の回折光学素子であって、平板状の光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、平板状の光学ガラスＬ１３がこの順で接合され、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。

この図５に示した第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ３の諸元を表５に示す。なお、表５に示す面番号は図５に示した面番号１〜２５と一致している。

（表５）
Ｆ＝1.33ｍｍ
ＮＡ＝0.9
β＝150x
ｄ０＝2.95
ｆ１＝7.7
ｆ２＝33.0
ｆ１２＝8.2
ｆ３＝-4.8
Φmax＝17.83
ΦDOE＝10.15

ｍ ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 -5.290 3.50 1.804 39.6
2 -5.030 0.15
3 -18.200 2.90 1.603 65.5
4 -9.566 0.15
5 27.978 6.20 1.498 82.6
6 -12.264 1.30 1.569 56.0
7 -19.297 0.20
8 30.758 5.60 1.498 82.6
9 -13.300 1.00 1.673 38.2
10 12.192 6.70 1.498 82.6
11 -14.331 0.15
12 21.570 4.70 1.498 82.6
13 -10.130 1.00 1.804 39.6
14 -89.173 0.70
15 0.000 2.50 1.517 64.1
16 0.000 0.06 1.528 34.7
17 0.000 0.00 10001.000 -3.5
18* 0.000 0.06 1.557 50.2
19 0.000 3.00 1.517 64.1
20 0.000 12.00
21 -6.151 1.70 1.517 52.4
22 6.151 3.00
23 -4.178 1.00 1.734 51.5
24 6.681 2.20 1.785 25.6
25 -7.986

回折光学面データ
第１８面 κ＝1 Ａ2＝-7.3529E-08 Ａ4＝1.2704E-09
Ａ6＝-3.6213E-11 Ａ8＝1.4394E-13 Ａ10＝0.00000E+00

条件対応値
（１）ｎ１＝1.804
（２）（−ｒ１）／Ｆ＝3.98
（３）ΦDOE／Φmax＝0.57
（４）ｆ１２／（−ｆ３）＝1.7
（５）ｆＤＯＥ／Ｆ＝511.3
（６）ΔθｇＦ３／Δν３＝-0.0026
（７）ΔθｇＦ２／Δν２＝-0.0008，-0.0008，-0.0008
（８）ｆ１／Ｆ＝5.8
（９）ｆ２／Ｆ＝24.8

なお、表５に示した条件対応値のうち、条件式（６）は第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズＣＬ３１を構成するレンズＬ１５，Ｌ１６の値を示している。また、条件式（７）は第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズＣＬ２１を構成するレンズＬ５，Ｌ６の値及びレンズＬ６，Ｌ７の値と、接合レンズＣＬ２２を構成するレンズＬ８，Ｌ９の値とを示している。このように、第３実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。また、図６にこの第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ３の球面収差、非点収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第３実施例でも、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分かる。

ＯＬ（ＯＬ１〜ＯＬ３） 顕微鏡対物レンズ Ｇ１ 第１レンズ群
Ｌ１ 正メニスカスレンズ Ｇ２ 第２レンズ群 Ｇ３ 第３レンズ群
ＧＤ 回折光学素子 ＣＬ２１，ＣＬ２２，ＣＬ３１ 接合レンズ

Claims (6)

1. 物体側から順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   負の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、
   前記第１レンズ群は、最も物体側に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズを有し、
   前記第２レンズ群は、正の屈折力を有する回折光学素子を有し、
   前記回折光学素子は、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群を通過する光束の径が最も大きくなる部分よりも像側に配置され、
   前記第１レンズ群の前記正メニスカスレンズの媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１とし、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ１とし、全系の焦点距離をＦとし、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群を通過する光束の最大径をΦmaxとし、前記回折光学素子の回折光学面を通過する光束の最大径をΦDOEとしたとき、次式
   ｎ１ ≧ １．８
   ０．５ ≦ （−ｒ１）／Ｆ ≦ ４．５
   ΦDOE／Φmax ＜ ０．９
   の条件を満足する顕微鏡対物レンズ。
2. 前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
   ０．３ ≦ ｆ１２／（−ｆ３） ≦ ２
   の条件を満足する請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
3. 前記回折光学素子の焦点距離をｆDOEとしたとき、次式
   １００ ≦ ｆDOE／Ｆ ≦ １０００
   の条件を満足する請求項１または２に記載の顕微鏡対物レンズ。
4. 前記第３レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを有し、
   ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、Ｆ線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線に対する屈折率をｎＣとして、部分分散比θｇＦを次式
   θｇＦ ＝ （ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   で定義し、前記第３レンズ群が有する前記接合レンズを構成する正レンズと負レンズの前記部分分散比の差をΔθｇＦ３、アッベ数の差をΔν３としたとき、次式
   −０．００３５ ≦ ΔθｇＦ３／Δν３ ≦ −０．００２
   の条件を満足する請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
5. 前記第２レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを有し、
   ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、Ｆ線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線に対する屈折率をｎＣとして、部分分散比θｇＦを次式
   θｇＦ ＝ （ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   で定義し、前記第２レンズ群が有する前記接合レンズを構成する正レンズと負レンズの前記部分分散比の差をΔθｇＦ２、アッベ数の差をΔν２としたとき、次式
   −０．００２５ ≦ ΔθｇＦ２／Δν２ ≦ −０．０００６
   の条件を満足する請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
6. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
   ２ ≦ ｆ１／Ｆ ≦ １０
   １５ ≦ ｆ２／Ｆ ≦ ３０
   の条件を満足する請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。

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