JPH046512A

JPH046512A - 顕微鏡用対物レンズ

Info

Publication number: JPH046512A
Application number: JP2109850A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Hayashi; 尚久林
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1992-01-10
Also published as: EP0454090B1; DE69103318T2; US5235465A; EP0454090A1; DE69103318D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、紫外域、特に波長３００ｎｗ以下の遠紫外
域においても使用可能な顕微鏡用対物レンズに関する。

（従来の技術とその課題）従来から周知のように、顕微鏡において、その対物レン
ズの開口数（ＮＡ）が同一である場合には、波長が短く
なるにしたがって解像限界が上昇し、試料の細部にわた
って観察することができる。また、試料に紫外線を照射
した場合には、可視光線を照射した場合に比べ、より強
度の大きな蛍光が放出されることが多い。したがって、
顕微鏡により試料を観察して、より多くの情報を得るた
めに、紫外域においても使用することができる顕微鏡を
提供することが望まれる。そのためには、紫外域や遠紫
外域でも使用することができる対物レンズが必要となる
。

そこで、従来より紫外域や遠紫外域において使用可能な
対物レンズとして、例えば第６図に示す顕微鏡用対物レ
ンズが採用されていた。第６図はこの顕微鏡用対物レン
ズ７０の構成を示す図である。この対物レンズ７０は、
光波術］ンタクト誌Ｖｏ１．２５　Ｎｏ、２（１９８７
年２月）Ｐ、１３７に記載されたものである。

同図に示すように、この対物レンズ７０は、物体側（同
図の左側）から結像側（同図の右側）に向けて順次配列
された蛍石製の第ルンス７１゜第２および第３レンズ群
７２．７３により構成されている。第２レンズ群７２は
石英製の凹レンズ７２ａを蛍石製の凸レンズ７２ｂ、７
２ｃて挾んて接合したものである。また、第３レンズ群
７３は、第２レンズ群７２と同様に、石英製の凹レンズ
７３ａを蛍石製の凸レンズ７３ｂ、７３ｃて挟んて接合
したものである。

この対物レンズ７０では、各レンズ７１．７２ａ　〜７
２ｃ、７３ａ　〜７３ｃは、いずれも石英製あるいは蛍
石製であるため、紫外線や遠紫外線を透過てきる。した
がって、対物レンズ７０は紫外域や遠紫外域でも使用可
能である。

しかも、第２レンズ群７２は石英製の凹レンズ７２ａと
蛍石製の凸レンズ７２ｂ、７２ｃとて構成され、また第
３レンズ群７３は石英製の凹レンズ７３ａと蛍石製の凸
レンズ７３ｂ、７３ｃとて構成されているので、色収差
の補正を行うこともてきる。

ところで、第２レンズ群７２においては、凸レンズ７２
ｂ、凹レンズ７２ａおよび凸レンズ７２Ｃの相互間がオ
プチカルコンタクトされている。

また、第３レンズ群７３においても、凸レンズ７３ｂ、
凹レンズ７３ａおよび凸レンズ７３ｃの相互間がオプチ
カルコンタクトされている。その理由は、現時点におい
て、遠紫外線を透過する実用的な接着剤は存在しないか
らである。このため、レンズ接合面での全反射が無いよ
うにするためには、接合面をオプチカルコンタクトする
しか方法はない。したがって、各接合面を高精度に加工
することが要求され、対物レンズ７０の製造コストが増
大するという問題がある。

そこで、本願発明者は上記問題を解消した顕微鏡用対物
レンズを先の出願（特開平１−３１９７１９号公報およ
び特開平１−３１９７２０号公報で、以下、単に「先の
出願」と称する。）において提案した。第７図はこの提
案にかかる顕微鏡用対物レンズの１例を示す図である。

この提案例によれば、顕微鏡用対物レンズ６０は石英製
あるいは蛍石製のレンズ６１〜６３により構成されてい
る。そして、これらの第１ないし第３レンズ６１〜６３
は、同図に示すように、物体側（同図の左側）から像側
（同図の右側）にこの順序で所定の空気間隔をもって配
列されている。したかって、この顕微鏡用対物レンズ６
０は紫外域や遠紫外域において使用可能である。しかも
、各レンズ６１〜６３は相互に離隔されている、言い換
えればこの対物レンズ６０では、貼り合わせ面が存在し
ない。したかって、この顕微鏡用対物レンズ６０ては、
オプチカルコンタクトにすることが不要となり、上記問
題が解消される。

ところで、第７図に示す対物レンズ６０は、結像レンズ
（その詳細な構成は後で述べる）と協働して物体の像を
所定の結像倍率Ｍをもって結像レンズの焦点面に結像す
るような構成をとっている。

この時の結像倍率Ｍは、結像レンズの焦点距離ｆ　と対
物レンズ６０の焦点距離ｆ１との比となる。すなわち、
結像倍率Ｍは、Ｍ−ｍ−−ｆ２／ｆｌ　　　　　・・・（１）となる。

また、顕微鏡では、通常結像レンズを固定しておき、対
物レンズを交換して、結像倍率を変化させているが、そ
のために、相互に異なった焦点距離をもった対物レンズ
を用意する必要がある。

例えば、第７図に示した対物レンズ６０を、ある対物レ
ンズと交換して結像倍率を（５ＸＭ）倍にする場合につ
いて考えてみる。

この場合、（１）式かられかるように、結像倍率を（５
ＸＭ）倍にするためには、焦点距離が（ｆ１１５）の対
物レンズを用意する必要がある。

ここで、単に焦点距離を（ｆ１１５）に設定するだけで
あれば、例えば対物レンズ６０を比例縮小すればよい。

しかしながら、対物レンズ６０を１７５倍にした対物レ
ンズと交換したときには、瞳の位置を固定している限り
、対物レンズから物体までの距離も１７５倍にする必要
があり、対物レンズの交換後、ピントを合わせ直す必要
が生じる。これは、顕微鏡の操作性を著しく低下させる
ものであり、好ましいものではない。逆に、物体位置を
固定すると瞳の位置が動いてしまうため、固定した照明
系では照明状態が変わってしまい好ましくない。また、
上記対物レンズの交換により、瞳の大きさも１１５倍に
なり、固定した照明系ではそのレンズ交換と同時に物体
を照明する光量が大きく変化する。

したがって、対物レンズの交換によって結像倍率を（５
ＸＭ）倍にする場合には、交換後の対物レンズが、（１）焦点距離が対物レンズ６０の１１５倍てあり、（
２）対物レンズの交換後も、ピントを合わせ直す必要の
ない、すなわち対物レンズ６０と同焦点となっており、（３）シかも、瞳の位置と大きさが対物レンズ６０のそ
れとほぼ等しい、という条件を備えることが求められる。

（発明の目的）この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、上記
した先の出願にかかる対物レンズとは別の構成によって
、紫外域や遠紫外域において使用可能な顕微鏡用対物レ
ンズを低コストで提供することを第１の目的とする。

また、この発明は、結像レンズと協働して物体の像を所
定の結像倍率で結像レンズの焦点面上に結像する、先の
出願の対物レンズに対し、その焦点距離がほぼ１１５倍
で、しかも同焦点になっており、瞳の位置と大きさがほ
ぼ等しい顕微鏡用対物レンズを提供することを第２の目
的とする。

（目的を達成するための手段）請求項１記載の発明は、上記第１の目的を達成するため
に、物体側から像側へ、第１ないし第１１レンズをこの
順序に所定の空気間隔をもって配列している。これら第
１ないし第１１レンズのうち、前記第１レンズは石英製
で凹面を物体側に向けたメニスカスレンズであり、前記
第２レンズは石英製で凸面を物体側に向けたメニスカス
レンズであり、前記第３．第５．第６および第８レンズ
はともに蛍石波で正のパワーを有し、前記第４゜７およ
び９レンズはともに石英製で負のパワーを有し、前記第
１０レンズは石英製または蛍石波で正のパワーを有し、
前記第１１レンズは石英製で凹面を像側に向けたメニス
カスレンズとしている。

また、請求項２記載の発明は、結像レンズと協働して物
体の像を所定の結像倍率Ｍをもって結像面上に結像する
対物レンズと交換可能であり、しかも前記対物レンズに
代えて前記結像レンズと組合せて使用されたときに、結
像倍率がほぼ（５ＸＭ）倍となる顕微鏡用対物レンズに
向けられたものである。

そして、上記第２の目的を達成するために、物体側から
像側へ、第１ないし第１１レンズをこの順序に所定の空
気間隔をもって配列している。

これら第１ないし第１１レンズのうち、前記第１レンズ
は石英製で凹面を物体側に向けたメニスカスレンズであ
り、前記第２レンズは石英製で凸面を物体側に向けたメ
ニスカスレンズであり、前記第３、第５．第６および第
８レンズはともに蛍石波で正のパワーを有し、前記第４
．７および９レンズはともに石英製で負のパワーを有し
、前記第１０レンズは石英製または蛍石波で正のパワー
を有し、前記第１１レンズは石英製で凹面を像側に向け
たメニスカスレンズとしている。

（実施例）Ａ、第１実施例第１図はこの発明にかかる顕微鏡用対物レンズの第１実
施例を示す図である。同図に示すように、この対物レン
ズ１０は第１ないし第１１レンズ１１〜２１により構成
されている。これら第１ないし第１１レンズ１１〜２１
は、物体側（同図の左側）から像側（同図の右側）へこ
の順序に所定の空気間隔をもって配列されている。これ
ら第１ないし第１１レンズ１１〜２１のうち、第２レン
ズ１２は凹面１１ａを物体側に向けたメニスカスレンズ
であり、第２レンズ１２は凸面１２ａを物体側に向けた
メニスカスレンズである。また、第３゜第５．第６．第
８および第１０レンズ１３，１５゜１６．１８．２０は
ともに正のパワーを有する一方、第４，７および９レン
ズ１４．１７．１９はともに負のパワーを有している。

さらに、前記第１１レンズ２１は凹面２１ａを像側に向
けたメニスカスレンズである。

第１表は、上記のように構成された対物レンズ１０のレ
ンズデータを示すものである。

（以下余白）第表なお、同表（および後で説明する第３表）において、ｒ
、は物体側から数えてｉ番目（ｌ−１〜２２）のレンズ
面の曲率半径を、またｄ、は物体側から数えてｉ番目（
ｉ−１〜２１）のレンズ面と（ｉ＋１）番目のレンズ面
との光軸Ｚ上のレンズ面間距離を示すものである。また
、同表かられかるように、第１．第２．第４．第７．第
９および第１１レンズ、１１，１２，１４，１７，１９
゜２１は石英製であり、第３．第５．第６．第８および
第１０レンス、１３，１５，１６，１８．２０は蛍石製
である。

また、対物レンズ１０の焦点距離ｆは６．０であり、開
口数（Ｎ＾）は５／Ｉ２てあり、像サイズは１０．６で
ある。

ところで、この対物レンズ１０は落射照明型顕微鏡に適
用することを考慮して、いわゆる無限遠補正系としてい
る。すなわち、以下に説明する結像レンズと組合わせて
、物体の像を所定の結像面に結像するように構成されて
いる。

〈結像レンズ〉第２図は結像レンズの構成を示す図であり、先の出願に
おいて示された結像レンズと同一のものである。同図に
示すように、結像レンズ５０は、第１ないし第３レンス
５１〜５３により構成されている。これら第１ないし第
３レンズ５１〜５３は、物体側（同図の左側）から像側
（同図の右側）へこの順序に所定の空気間隔をもって配
列されている。

第２表は、上記のように構成された結像レンズ５０のレ
ンズデータを示すものである。

第２表なお、同表において、Ｒ１は物体側から数えてｉ番目（
ｉ−１〜６）のレンズ面の曲率半径を、またり、は物体
側から数えてｉ番目（ｌ−１〜５）のレンズ面と（ｉ＋
１）番目のレンズ面との光軸Ｚ上のレンズ面間距離を示
すものである。また、同表かられかるように、第３レン
ズ５２は蛍石製であり、第２および第３レンズ５２．５
３は石英製である。また、この結像レンズ５０の焦点距
離ｆ′　は３００て′ある。

したがって、この結像レンズ５０と上記第１実施例にか
かる対物レンズ１０とからなる顕微鏡の結像倍率Ｍ′は
、Ｍ’　−−ｆ　’　／　ｆ　−−３００／８．０−−５
０．０となる。

第３Ａ図および第３Ｂ図は、それぞれ対物レンズ１０と
結像レンズ５０とを組合せたレンズ系の球面収差および
正弦条件を示す図である。なお、両図（および後で説明
する第５Ａ図、第５Ｂ図）において、符号Ａ−Ｄはそれ
ぞれ波長２９８．、０６　（ｎｍ）。

２０２．５４（ｎｓ）、　３９８．８４（ｎｍ）、　２
５３．７０（ｒ＋ｍ）の光についての結果を示している
。

第３Ｃ図および第３Ｄ図は、それぞれ波長２９８゜０ｆ
ｔ（ｎＩｌｌ）についての非点収差および歪曲収差を示
す図である。なお、第３Ｃ図（および後で説明する第５
Ｃ図）において、実線Ｓはサジタル像面を、また破線Ｍ
はメリジオナル像面を示している。

第３Ａ図および第３Ｂ図から、この対物レンズ１０によ
れば、紫外域および遠紫外域の光に対して収差が少ない
ことがわかる。したがって、この対物レンズ１０を紫外
域や遠紫外域において使用可能であることは明らかであ
る。また、第３Ｃ図および第３Ｄ図から、対物レンズ１
０を用いたレンズ系の非点収差および歪曲収差が少ない
ことが明らかである。

Ｂ、第２実施例第４図はこの発明にかかる顕微鏡用対物レンズの第２実
施例を示す図である。この第２実施例にかかる対物しン
ズ３０は、対物レンズ１０と基本的に同一の構成をとっ
ている。すなわち、対物レンズ３０は、物体側（同図の
左側）から像側（同図の右側）へこの順次に所定の空気
間隔をもって配列された第１ないし第１１レンズ３１〜
４１により構成されている。

第３表は、この対物レンズ３０のレンズデータを示すも
のである。

（以下余白）第３表なお、同表かられかるように、第１．第２．第４、第７
．第９．第１０および第１１レンズ、３１．３２，３４
，３７．３９．４０．４１は石英製であり、第３．第５
．第６および第８レレズ、３３．３５，３６．３８は蛍
石型である。

また、対物レンズ３０の焦点距離ｆは６．０であり、開
口数（Ｎ＾）は５／１２てあり、像サイズは１０６であ
る。

この対物レンズ３０についても、上記第１実施例と同様
に、いわゆる無限遠補正系とし、第２図に示す結像レン
ズ５０を組合せされる。したかって、この結像レンズ５
０と上記第２実施例にかかる対物レンズ３０とからなる
顕微鏡の結像倍率Ｍ′　も、Ｍ’　−−ｆ　’　／　ｆ　−−３００／６．０−−５
０．０となる。

第５Ａ図および第５Ｂ図は、それぞれ対物レンズ３０と
結像レンズ５０とを組合せたレンズ系の球面収差および
正弦条件を示す図である。また、第５Ｃ図および第５Ｄ
図は、それぞれ波長２９８．０８（１ｍ）についての非
点収差および歪曲収差を示す図である。

第５Ａ図および第５Ｂ図から、この対物レンズ３０によ
れば、紫外域および遠紫外域の光に対して収差が少ない
ことがわかる。したがって、この対物レンズ３０を紫外
域や遠紫外域において使用可能であることは明らかであ
る。また、第５Ｃ図および第５Ｄ図から、対物レンズ３
０を用いたレンズ系の非点収差および歪曲収差が少ない
ことが明らかである。

Ｃ０第１および第２実施例の効果以上のように、第１および第２実施例にかかる対物レン
ズ１０．３０は紫外域や遠紫外域において使用可能であ
り、これらの波長領域において優れた特性を有している
。また、いずれの実施例においても、第１．ないし第１
１レンズは相互に離隔されている。そのため、オプチカ
ルコンタクトの必要はなくなり、対物レンズを低コスト
で提供することができる。

なお、上記においては、特に説明しなかったが、いずれ
の実施例も、可視域および赤外域においてもいずれの収
差も少なく、各対物レンズ１０．３０を赤外域から遠紫
外域の範囲において使用可能であることが確認された。

ところで、本願発明者が先に開示した対物レンズ６０（
第７図）は結像レンズ５０（第２図）と組合されて、結
像倍率Ｍが一１０倍のレンズ系を構成している。すなわ
ち、対物レンズ６０の焦点距離は３０である。これに対
して、上記実施例にかかる対物レンズ１０．３０の焦点
距離はいずれも６である。したがって、結像レンズ５０
を固定しておき、例えば第１実施例の対物レンズ１０を
対物レンズ６０と交換することによって、結像倍率Ｍを
一１０倍から一５０倍に変化させることができる。

しかも、対物レンズ１０．３０はいずれも対物レンズ６
０と同焦点になっている。その結果、対物レンズの交換
（例えば、対物レンズ６０から対物レンズ１０への交換
）後も、ピントを合わせ直す必要がなくなり、顕微鏡の
操作性が向上する。

その上、各対物レンズ１０．３０の瞳径は対物レンズ６
０とほぼ同程度となっている。したがって、レンズ交換
によっても、物体を照明する光量に大きな変化は認めら
れず、良好な状態で物体の観察を行うことができる。

すなわち、上記実施例にかかる対物レンズ１０゜３０は
いずれも本願の第２の目的に合致する対物レンズといえ
る。

（発明の効果）以上のように、請求項１の発明によれば、石英製の第１
および第２レンズと、蛍石製の第３レンズと、石英製の
第４レンズと、蛍石製の第５および第６レンズと、石英
製の第７レンズと、蛍石製の第８レンズと、石英製の第
９レンズと、石英製または蛍石製の第１０レンズと、石
英製の第１１レンズとを、物体側から像側へ、この順序
に配列されているために、当該対物レンズを紫外域や遠
紫外域において使用することができる。

また、各レンズは所定の空気間隔をもって相互に離隔さ
れているために、オプチカルコンタクトの必要がなくな
り、当該対物レンズを安価に提供することができる。

また、請求項３の発明によれば、石英製で凹面を物体側
に向けたメニスカスレンズである第１レンズと、石英製
で凸面を物体側に向けたメニスカスレンズである第２レ
ンズと、蛍石製で正のパワーを有する第３レンズと、石
英製で負のパワーを有する第４レンズと、蛍石製で正の
パワーを有する第５．第６レンズと、石英製で負のパワ
ーを有する第７レンズと、蛍石製で正のパワーを有する
第８レンズと、石英製で負のパワーを有する第９レンズ
と、石英製または蛍石製で正のパワーを有する第１０レ
ンズと、石英製で凹面を像側に向けたメニスカスレンズ
である第１１レンズとを、物体側から像側へ、この順序
に所定の空気間隔をもって配列されている。そのため、
当該対物レンズの瞳を被交換用の先の出願の対物レンズ
の瞳と同じ位置および大きさに保ちながら、本願の対物
レンズの焦点距離を先の出願の対物レンズのほぼ１１５
倍とすることができる。しかも、当該対物レンズを先の
出願の被交換用対物レンズとほぼ同焦点にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる顕微鏡用対物レンズの第１
実施例を示す図であり、第２図は、結像レンズの構成を示す図であり、第３Ａ図
、第３Ｂ図、第３Ｃ図および第３Ｄ図は、それぞれ第１
図に示す対物レンズと上記結像レンズとを組合せたレン
ズ系の球面収差、正弦条件、非点収差および歪曲収差を
示す図であり、第４図は、この発明にかかる顕微鏡用対
物レンズの第２実施例を示す図であり、第５Ａ図、第５Ｂ図、第５Ｃ図および第５Ｄ図は、それ
ぞれ第４図に示す対物レンズと上記結像レンズとを組合
せたレンズ系の球面収差、正弦条件、非点収差お、よび
歪曲収差を示す図であり、第６図および第７図は、それ
ぞれ従来の顕微鏡用対物レンズの構成を示す図である。１０．３０川対物レンズ、１１．３１・・・第１レンズ、１１ａ、３１ａ・・・凹面、１２．３２・・・第２レンズ、１２ａ、３２ａ・・・凸面、１３．３３・・・第３レンズ、１４．３４・・・第４レンズ、１５．３５・・・第５レンズ、１６．３６・・・第６レンズ、１７．３７・・・第７レンズ、１８．３８・・・第８レンズ、１９．３９・・・第９レンズ、２０．４０・・・第１０レンズ、２１．４１・・・第１１レンズ、２１ｇ、４１ａ・＝凹面、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物体側から像側へ、第１ないし第１１レンズをこ
の順序に所定の空気間隔をもって配列してなり、前記第
１レンズは石英製で凹面を物体側に向けたメニスカスレ
ンズであり、前記第２レンズは石英製で凸面を物体側に
向けたメニスカスレンズであり、前記第３、第５、第６
および第８レンズはともに蛍石製で正のパワーを有し、
前記第４、７および９レンズはともに石英製で負のパワ
ーを有し、前記第１０レンズは石英製または蛍石製で正
のパワーを有し、前記第１１レンズは石英製で凹面を像
側に向けたメニスカスレンズであることを特徴とする顕
微鏡用対物レンズ。
（２）結像レンズと協働して物体の像を所定の結像倍率
Ｍをもって結像面上に結像する対物レンズと交換可能で
あり、しかも前記対物レンズに代えて前記結像レンズと
組合せて使用されたときに、結像倍率がほぼ（５×Ｍ）
倍となる顕微鏡用対物レンズであつて、物体側から像側へ、第１ないし第１１レンズをこの順序
に所定の空気間隔をもって配列してなり、前記第１レン
ズは石英製で凹面を物体側に向けたメニスカスレンズで
あり、前記第２レンズは石英製で凸面を物体側に向けた
メニスカスレンズであり、前記第３、第５、第６および
第８レンズはともに蛍石製で正のパワーを有し、前記第
４、７および９レンズはともに石英製で負のパワーを有
し、前記第１０レンズは石英製または蛍石製で正のパワ
ーを有し、前記第１１レンズは石英製で凹面を像側に向
けたメニスカスレンズであることを特徴とする顕微鏡用
対物レンズ。