JPH0476452B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、紫外域、特には、波長300nｍ以下
の遠紫外域でも使用可能な顕微鏡用対物レンズに
関する。

＜従来の技術＞ 従来の公知の顕微鏡用対物レンズは、その大半
のものが、可視域や赤外域で使用されるものであ
つた。

これは、ほとんどの光学ガラスが波長300nｍ
より短波長の紫外域や遠紫外域の光を透過できな
いためである。

ところで、同じ開口数（NA）であつても、波
長が短くなるほど解像限界が上昇して細部まで観
測できるとか、試料に紫外光を照射してその試料
から発せられた紫外光あるいは蛍光を観測できる
など、試料の光学的特性の変化に対応して多くの
情報を得る上で紫外域や遠紫外域でも使用できる
ことが望まれている。

従来の顕微鏡用対物レンズとしては、光透過構
成を採用せず、反射鏡による反射構成を採用して
いた。

第１従来例 第５図は、PUDOLF KINGSLAKE著
“LENS DESIGN FUNDAMENTALS”
（ACADEMIC PRESS 1978）P.333に示された
顕微鏡用対物レンズであり、上記反射構成が採用
されている。

即ち、開口０１を有する第１の反射鏡０２と、
開口０１から入射される光を反射して第１の反射
鏡０２に反射させる第２の反射鏡０３とから構成
されている。

この第１従来例によれば、２枚の反射鏡０２，
０３を用いているだけであるから、色収差が無
く、反射鏡０２，０３の反射率さえ問題が無けれ
ば紫外域でも使用可能であり、性能も優秀なもの
である。

ところが、かかる構成の対物レンズでは、物体
側をテレセントリツクにできないために、視野周
辺での光量が低下したり、試料の凹凸に起因して
倍率が変化する欠点があり、また、中心の光束が
遮蔽されているために光量が低下するとともに、
回折によつて解像力が低下する欠点があり、更
に、ターレツト式に配置された複数の対物レンズ
を切換えて倍率を変えようとすると、複数の対物
レンズ間で瞳径と同焦点距離を同時に統一するこ
とができない欠点があるといつたように、設計上
の自由度が低い欠点があつた。

ところで、紫外域や遠紫外域の光を透過できる
光学材料として、螢石、石英、フツ化リチウム
（LiF）、フツ化バリウム（BaF₂）、塩化ナトリウ
ム（NaCl）などが知られており、これらの材料
を用いて顕微鏡用対物レンズを構成したものとし
ては、次のようなものがある。

第２従来例 第６図は、KINGSLAKE監修“APPLIED
OPTICS AND OPTICAL ENGINEERING
”（ACADEMIC PRESS 1965）P.173に記載
されているカタデイオプトリツクタイプの顕微鏡
用対物レンズを示し、負のパワーの石英製の第１
レンズ０４ａ、この第１レンズ０４ａに接合され
た正のパワーの螢石製の第２レンズ０４ｂ、およ
び第２レンズ０４ｂに隣設された負のパワーの螢
石製の第３レンズ０４ｃから成る屈折レンズ系０
４と、第１の反射鏡０５と、開口０６を有する第
２の反射鏡０７と、開口０６を通つた光を透過す
る石英製の第４レンズ０８とから構成されてい
る。

第３従来例 第７図は、光技術コンタクト誌、Vol.25No.２
（1987年２月）のP.137に記載されている顕微鏡用
対物レンズを示し、螢石製の第１レンズ０９と、
石英製の凹レンズ０１０ａを螢石製の凸レンズ０
１０ｂ，０１０ｃで挟んで接合した第２レンズ０
１０と、その第２レンズ０１０と同様に石英製の
凹レンズ０１１ａを螢石製の凸レンズ０１１ｂ，
０１１ｃで挟んで接合した第３レンズ０１１とか
ら構成されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上述のような第２および第３従
来例の場合には、それぞれ次のような欠点があつ
た。

第２従来例の欠点 石英製の第１レンズ０４ａと螢石製の第２レン
ズ０４ｂとを接合しているが、紫外域や遠紫外域
の波長の光を透過可能な接着剤が現状では無いた
め、接合面での反射が無いように接合面をオプチ
カルコンタクトにしなければならず、接合面の加
工に高い精度が要求されて高価になる欠点があつ
た。

また、中心の光束が遮蔽されているために、前
述第１従来例と同様に、解像力、光量のいずれも
が低下する欠点があつた。

第３従来例の欠点 第２レンズ０１０および第３レンズ０１１それ
ぞれを石英製の凹レンズ０１０ａ，０１１ａと二
枚の螢石製の凸レンズ０１０ｂ，０１０ｃ，０１
１ｂ，０１１ｃとから構成し、石英製の凹レンズ
０１０ａ，０１１ａのみではできない色収差の補
正を、螢石製の凸レンズ０１０ｂ，０１０ｃ，０
１１ｂ，０１１ｃとの組合わせによつて行うこと
ができるようにしているが、前述第２従来例と同
様に、石英製の凹レンズ０１０ａ，０１１ａと二
枚の螢石製の凸レンズ０１０ｂ，０１０ｃ，０１
１ｂ，０１１ｃそれぞれ間の接合面をオプチカル
コンタクトにしなければならず、接合面の加工に
高い精度が要求されて高価になる欠点があつた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであつて、反射構成を採用せずに、石英製のレ
ンズと螢石製のレンズとの組み合わせにより色収
差を補正して紫外域や遠紫外域で使用できる顕微
鏡用対物レンズを安価にして提供できるようにす
ることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明の顕微鏡用対物レンズは、このような目
的を達成するために、 石英製または螢石製で凹面側が物体側に向けら
れた正パワーのメニスカスレンズで構成した第１
群レンズと、 前記第１群レンズの物体画とは反対側に空気を
媒体とする空間を隔てて配置された石英製の両凹
レンズと、該両凹レンズの物体側とは反対側に空
気を媒体とする空間を隔てて配置された螢石製の
両凸レンズとから構成した第２群レンズとから構
成され、 かつ、 下記条件式 φ₁＞０、 φ₂＞０、 0.35φ＜φ₂＜0.92φ、 1.05Lφ＜（φ₁＋φ₂）／φ＜1.15Lφ 0.9＜｜φ₂₊／φ_2-｜＜1.2 但し、 φ₁：第１群レンズのパワー φ₂：第２群レンズのパワー φ：全系のパワー Ｌ：物体面からレンズ系の像側焦点までの距離 φ₂₊：第２群レンズを構成する凸レンズのパワー φ_2-：第２群レンズを構成する凹レンズのパワー を満足するように構成したことを特徴としてい
る。

第２群レンズのパワーφ₂は、全系のパワーφ
の0.92倍未満で、かつ、0.35倍を越えるように設
定される。0.92倍以上になると、作動距離が小さ
くなり、逆に、0.35倍以下になると、レンズ系の
全長が焦点距離に比べて過大になるからである。

第１群レンズのパワーφ₁と第２群レンズのパ
ワーφ₂との和を全系のパワーφで除した値（φ₁
＋φ₂）／φは、物体面からレンズ系の像側焦点
までの距離Ｌに全系のパワーφを乗じたものの
1.15倍未満で、かつ、1.05倍を越えるように設定
される。1.15倍以上になると、ペツツバール和が
大きくなつて像面の湾曲が大きくなりすぎるとと
もに、レンズ系の全長が焦点距離に比べて過大に
なり、逆に、1.05倍以下になると、テレセントリ
ツクな特性を持たせにくくなるからである。

第２群レンズを構成する螢石製の両凸レンズの
パワーφ₂₊と第２群レンズを構成する石英製の両
凹レンズのパワーφ_2-との比の絶対値｜φ₂₊／φ_2-
｜は、1.2未満で、かつ、0.9を越えるように設定
される。この範囲から外れると、色収差の補正が
困難になり、そして、1.2以上になると、球面収
差の補正が不足し、逆に、0.9以下になると、補
正過剰になるとともに像面の湾曲が大きくなるか
らである。

＜作用＞ 上記構成によれば、第１群レンズおよび第２群
レンズのいずれをも、石英製か螢石製あるいは両
者の組み合わせとし、かつ、第１群レンズと第２
群レンズ、および、第２群レンズにおける石英製
の両凹レンズと螢石製の両凸レンズそれぞれの間
に接着剤を用いないようにすることによつて、紫
外域や遠紫外域の光を透過でき、そして、第２群
レンズを、負のパワーを有する石英製の両凹レン
ズと正のパワーを有する螢石製の両凸レンズとの
組み合わせとすることによつて、球面収差および
色収差を補正できる。

＜実施例＞ 次に、本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。

以下の第１および第２実施例いずれの顕微鏡用
対物レンズとも、開口数（NA）が0.083、像サイ
ズφが10.6、そして、結像倍率が−10倍の仕様で
ある。

また、顕微鏡を構成する場合にあつては、対物
レンズを通して試料を照明する落射照明で使用す
ることを考え、いわゆる無限遠補正系としてお
り、対物レンズ単独では結像させないで、例え
ば、下記の結像レンズと組み合わせて使用する場
合を想定している。

〔結像レンズの構成〕

結像レンズは、第１レンズ、第２レンズおよび
第３レンズの３枚で構成され、それぞれの材質、
第１レンズの第２レンズとは反対側を向いた面の
曲率半径r₁、第２レンズ側を向いた面の曲率半径
r₂、第２レンズの第１レンズ側を向いた面の曲率
半径r₃、第３レンズ側を向いた面の曲率半径r₄、
第３レンズの第２レンズ側を向いた面の曲率半径
r₅、および、第２レンズとは反対側を向いた面の
曲率半径r₆それぞれ、ならびに、第１レンズの中
心厚d₁、第１レンズと第２レンズとの光軸上での
面間隔d₁₂、第２レンズの中心厚d₂、第２レンズ
と第３レンズとの光軸上での面間隔d₂₃、および、
第３レンズの中心厚d₃それぞれが下記のように設
定されている。

〔曲率半径、レンズ中心厚、レンズ面間隔、材質〕

r₁＝23.000 d₁＝7.00 螢石製 r₂＝−31.540 d₁₂＝2.75 r₃＝−23.180 d₂＝7.00 石英製 r₄＝33.710 d₂₃＝86.40 r₅＝−10.530 d₃＝7.00 石英製 r₆＝−13.488 この結像レンズにおいても、石英製と螢石製の
レンズのみの組み合わせとし、かつ、第１レンズ
と第２レンズ、および第２レンズと第３レンズそ
れぞれは、空気を媒体とする空間を隔てて配置さ
れている。

第１実施例 第１図は、第１実施例の対物レンズの配置図で
あり、螢石製で凹面側が物体側に向けられた正パ
ワーのメニカスレンズで構成した第１群レンズ１
と、その第１群レンズ１の物体側とは反対側に空
気を媒体とする空間を隔てて配置された第２群レ
ンズ２とから顕微鏡用対物レンズが構成され、か
つ、その第２群レンズ２が、石英製の両凹レンズ
３と、その両凹レンズ３の物体側とは反対側に空
気を媒体とする空間を隔てて配置された螢石製の
両凸レンズ４とから構成されている。

そして、第１群レンズ１の、第２群レンズ２と
は反対側を向いた面の曲率半径R₁、第２群レン
ズ２側を向いた面の曲率半径R₂、第２群レンズ
２を構成する両凹レンズ３の、第１群レンズ１側
を向いた面の曲率半径R₃、第２群レンズ２を構
成する両凸レンズ４側を向いた面の曲率半径R₄、
第２群レンズ２を構成する両凸レンズ４の、前記
両凹レンズ３側を向いた面の曲率半径R₅、およ
び、両凹レンズ３とは反対側を向いた面の曲率半
径R₆それぞれ、ならびに、第１群レンズ１の中
心厚D₁、第１群レンズ１と第２群レンズ２を構
成する両凹レンズ３との光軸上での面間隔D₁₂、
両凹レンズ３の中心厚D₂、両凹レンズ３と第２
群レンズ２を構成する両凸レンズ４との光軸上で
の面間隔D₂₃、および、両凸レンズ４の中心厚D₃
それぞれが下記のように設定されている。

〔曲率半径、レンズ中心厚、レンズ面間隔、材質〕

R₁＝−45.000 D₁＝4.00 螢石製 R₂＝−11.500 D₁₂＝20.60 R₃＝−17.850 D₂＝1.00 石英製 R₄＝5.000 D₂₃＝0.20 R₅＝5.360 D₃＝5.00 螢石製 R₆＝−8.350 また、上記対物レンズにおいて、第１群レンズ
１のパワーφ₁、第２群レンズ２のパワーφ₂、第
２群レンズ２を構成する両凹レンズ３のパワー
φ_2-、第２群レンズ２を構成する両凸レンズ４の
パワーφ₂₊、全系のパワーφ、および、物体面か
らレンズ系の像側焦点までの距離Ｌそれぞれは次
の通りである。

φ₁＝0.030513 φ₂＝0.025630 φ_2-＝−0.126829 φ₂₊＝0.123336 φ＝0.033333 Ｌ＝45 上記各値に基づけば、 0.35φ＝0.011667 0.92φ＝0.030667 となり、0.35φ＜φ₂＜0.92φを満足していることが
明らかである。

また、 （φ₁＋φ₂）／φ＝1.684290 1.05Lφ＝1.575000 1.15Lφ＝1.725000 となり、1.05Lφ＜（φ₁＋φ₂）／φ＜1.15Lφを満足
していることが明らかである。

また、 ｜φ₂₊／φ_2-｜＝0.972456 となり、0.9＜｜φ₂₊／φ_2-｜＜1.2を満足している
ことが明らかである。

上記対物レンズの球面収差につき、波長
298.06nｍ（符号１で示す）、202.54nｍ（符号２
で示す）、398.84nｍ（符号３で示す）、253.70nｍ
（符号４で示す）の光に対して求めたところ、第
２図のａに示す図を得た。

また、上記対物レンズの正弦条件につき、前述
と同じ符号１〜４で示した波長の光に対して求め
たところ、第２図のｂに示す図を得た。

また、上記対物レンズの非点収差につき、サジ
ツタル像面（符号Ｓで示す）およびメチジオナル
像面（符号Ｍで示す）それぞれを求めたところ、
第２図のｃに示す図を得た。

また、上記対物レンズの歪曲収差について求め
たところ、第２図のｄに示す図を得た。

これらの結果、球面収差および正弦条件それぞ
れから、紫外域および遠紫外域の光のいずれに対
しても収差を少なくでき、しかも、300nｍより
短波長の遠紫外域の光（符号１，２および４）に
対して、300nｍより長い波長の紫外域の光（符
号３）に対するよりも全体として収差を少なくで
きており、遠紫外域において良好に使用できるこ
とが明らかであり、また、非点収差および歪曲収
差それぞれにおいても収差を少なくできているこ
とが明らかである。

第２実施例 第３図は、第２実施例の対物レンズの配置図で
あり、石英製で凹面側が物体側に向けられた正パ
ワーのメニスカスレンズで構成した第１群レンズ
１１と、その第１群レンズ１１の、物体側とは反
対側に空気を媒体とする空間を隔てて配置された
第２群レンズ１２とから構成され、かつ、その第
２群レンズ１２が、石英製の両凹レンズ１３と、
その両凹レンズ１３の、物体側とは反対側に空気
を媒体とする空間を隔てて配置された螢石製の両
凸レンズ１４とから構成されている。

そして、第１群レンズ１１の、第２群レンズ１
２とは反対側を向いた面の曲率半径R₁、第２群
レンズ１２側を向いた面の曲率半径R₂、第２群
レンズ１２を構成する両凹レンズ１３の、第１群
レンズ１１側を向いた面の曲率半径R₃、第２群
レンズ１２を構成する両凸レンズ１４側を向いた
面の曲率半径R₄、第２群レンズ１２を構成する
両凸レンズ１４の、前記両凹レンズ１３側を向い
た面の曲率半径R₅、および、両凹レンズ１３と
は反対側を向いた面の曲率半径R₆それぞれ、な
らびに、第１群レンズ１１の中心厚D₁、第１群
レンズ１１と第２群レンズ１２を構成する両凹レ
ンズ１３との光軸上での面間隔D₁₂、両凹レンズ
１３の中心厚D₂、両凹レンズ１３と第２群レン
ズ１２を構成する両凸レンズ１４との光軸上での
面間隔D₂₃、および、両凸レンズ１４の中心厚D₃
それぞれが下記のように設定されている。

〔曲率半径、レンズ中心厚、レンズ面間隔、材質〕

R₁＝−44.300 D₁＝1.00 石英製 R₂＝−13.830 D₁₂＝21.40 R₃＝−44.710 D₂＝3.75 石英製 R₄＝5.400 D₂₃＝0.16 R₅＝5.613 D₃＝3.80 螢石製 R₆＝−10.060 また、上記対物レンズにおいて、第１群レンズ
１１のパワーφ₁、第２群レンズ１２のパワーφ₂、
第２群レンズ１２を構成する両凹レンズ１３のパ
ワーφ_2-、第２群レンズ１２を構成する両凸レン
ズ１４のパワーφ₂₊、全系のパワーφ、および、
物体面からレンズ系の像側焦点までの距離Ｌそれ
ぞれは次の通りである。

φ₁＝0.024550 φ₂＝0.030121 φ_2-＝−0.103851 φ₂₊＝0.116571 φ＝0.033333 Ｌ＝45 上記値に基づけば、 0.35φ＝0.011667 0.92φ＝0.030667 となり、0.35φ＜φ₂＜0.92φを満足していることが
明らかである。

また、 （φ₁＋φ₂）／φ＝1.640123 1.05Lφ＝1.575000 1.15Lφ＝1.725000 となり、1.05Lφ＜（φ₁＋φ₂）／φ＜1.15Lφを満足
していることが明らかである。

また、 ｜φ₂₊／φ_2-｜＝1.122481 となり、0.9＜｜φ₂₊／φ_2-｜＜1.2を満足している
ことが明らかである。

上記対物レンズの球面収差につき、波長
298.06nｍ（符号１で示す）、202.54nｍ（符号２
で示す）、398.84nｍ（符号３で示す）、253.70nｍ
（符号４で示す）の光に対して求めたところ、第
４図のａに示す図を得た。

また、上記対物レンズの正弦条件につき、前述
と同じ符号１〜４で示した波長の光に対して求め
たところ、第４図のｂに示す図を得た。

また、上記対物レンズの非点収差につき、サジ
ツタル像面（符号Ｓで示す）およびメリジオナル
像面（符号Ｍで示す）それぞれ求めたところ、第
４図のｃに示す図を得た。

また、上記対物レンズの歪曲収差について求め
たところ、第４図のｄに示す図を得た。

これらの結果、球面収差および正弦条件それぞ
れから、紫外域および遠紫外域の光のいずれに対
しても収差を少なくでき、しかも、300nｍより
短波長の遠紫外域の光（符号１，２および４）に
対して、300nｍより長い波長の紫外域の光（符
号３）に対するよりも全体として収差を少なくで
きており、遠紫外域において良好に使用できるこ
とが明らかであり、また、非点収差および歪曲収
差それぞれにおいても収差を少なくできているこ
とが明らかである。

そして、石英製または螢石製で形成する第１群
レンズのパワーφ₁、第２群レンズのパワーφ₂、
第２群レンズを構成する石英製の両凹レンズのパ
ワーφ_2-、第２群レンズを構成する螢石製の両凸
レンズのパワーφ₂₊、全系のパワーφ、および、
物体面からレンズ系の像側焦点までの距離Ｌに対
して、下記条件式 φ₁＞０、 φ₂＞０、 0.35φ＜φ₂＜0.92φ 1.05Lφ＜（φ₁＋φ₂）／φ＜1.15Lφ 0.9＜｜φ₂₊／φ_2-｜＜1.2 を満足する場合に、球面収差、正弦条件、非点収
差および歪曲収差のいずれにおいても収差を少な
くでき、紫外域や遠紫外域において良好に使用で
きる顕微鏡用対物レンズを構成できることが推測
された。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明の顕微鏡用対物レ
ンズによれば、紫外域や遠紫外域の光を透過でき
る石英または螢石のみを材料として第１群レンズ
および第２群レンズのいずれをも構成し、かつ、
第１群レンズと第２群レンズ、および、第２群レ
ンズにおける石英製の両凹レンズと螢石製の両凸
レンズそれぞれの間を空気を媒体とする空間とし
て、接着剤を用いない構成にするから、紫外域や
遠紫外域で良好に使用可能な顕微鏡対物レンズを
提供できる。

しかも、接着剤を使用しないばかりか、接合面
をオプチカルコンタクトにする必要がないから、
接合面の加工に精度が要求されず、安価に構成で
きる。

そのうえ、第２群レンズを、物体側に負のパワ
ーを有する石英製の両凹レンズと像側に正のパワ
ーを有する螢石製の両凸レンズとで構成するか
ら、色収差および球面収差のいずれをも補正して
良好な像を得ることができる。

また、反射構成を採用せず、中心の光束を遮蔽
しないから、視野中央の光を良好に取込み、解像
力および光量のいずれをも高くでき、鮮明な像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る顕微鏡用対物レンズの実
施例を示し、第１図は、第１実施例のレンズの配
置図、第２図のａ，ｂ，ｃおよびｄは、第１実施
例の球面収差図、正弦条件図、非点収差図および
歪曲収差図、第３図は、第２実施例のレンズの配
置図、第４図のａ，ｂ，ｃおよびｄは、第２実施
例の球面収差図、正弦条件図、非点収差図および
歪曲収差図、第５図は、第１従来例の反射鏡の配
置図、第６図は、第２従来例のレンズおよび反射
鏡の配置図、第７図は、第３従来例のレンズの配
置図である。 １，１１……第１群レンズ、２，１２……第２
群レンズ、３，１３……両凹レンズ、４，１４…
…両凸レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英製または螢石製で凹面側が物体側に向け
   られた正パワーのメニスカスレンズで構成した第
   １群レンズと、 前記第１群レンズの物体側とは反対側に空気を
   媒体とする空間を隔てて配置された石英製の両凹
   レンズと、前記両凹レンズの物体側とは反対側に
   空気を媒体とする空間を隔てて配置された螢石製
   の両凸レンズとから構成した第２群レンズとから
   構成され、 かつ、 下記条件式 φ₁＞０、 φ₂＞０、 0.35φ＜φ₂＜0.92φ、 1.05Lφ＜（φ₁＋φ₂）／φ＜1.15Lφ 0.9＜｜φ₂₊／φ_2-｜＜1.2 但し、 φ₁：第１群レンズのパワー φ₂：第２群レンズのパワー φ：全系のパワー Ｌ：物体面からレンズ系の像側焦点までの距離 φ₂₊：第２群レンズを構成する凸レンズパワー φ_2-：第２群レンズを構成する凹レンズパワー を満足するように構成したことを特徴とする顕微
   鏡用対物レンズ。