JPH0572482A

JPH0572482A - 紫外対物レンズ

Info

Publication number: JPH0572482A
Application number: JP3233121A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kashima; 鹿島伸悟
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JP3242426B2

Abstract

(57)【要約】【目的】２５０ｎｍ付近の波長域で使用可能な高倍、
高開口数で、像面の平坦性、透過率も良く、作動距離も
比較的長い乾燥系高解像紫外対物レンズ。【構成】物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと凹
凸接合メニスカスレンズよりなり、全体として正パワー
の第１レンズ群Ｌ１、３枚接合レンズを少なくとも２個
含み、全体として正パワーの第２レンズ群Ｌ２、凹凸接
合レンズを含み、負パワーの第３レンズ群Ｌ３よりな
り、（１）２．５＜｜ｆ₁／ｆ｜＜５、（２）５＜｜ｆ
₂／ｆ｜＜１０、（３）２．５＜｜ｆ₃／ｆ｜＜７．
５、の条件を満足する対物レンズである。ここで、
ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆはそれぞれ第１レンズ群Ｌ１、第
２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３及び全系の焦点距離
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長２５０ｎｍ付近の
紫外光用の対物レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波長２５０ｎｍ付近の紫外域の光を使っ
た対物レンズは、高解像結像レンズ、紫外域における生
体の研究、レーザーの研究応用等に用いられる。このよ
うな用途には反射対物レンズも多く用いられているが、
高解像が要求される場合には、屈折系のほうが有利であ
る。屈折系の紫外対物レンズは、例えばＪ．Ｏ．Ｓ．
Ａ．第３８巻第６８９頁に記載されており、この対物レ
ンズは、高倍率で、グリセリン浸並びに高開口数（Ｎ
Ａ）で、球面収差が良好に補正されている。

【０００３】また、特開平１−３１９７１９号、特開平
１−３１９７２０号公報に記載されている紫外対物レン
ズは、低倍率、低ＮＡであるが、少ないレンズで球面収
差が比較的良好に補正されている。

【０００４】さらに、ドイツ特許明細書第３９１５８６
８号に記載されている紫外対物レンズは、高ＮＡ、高倍
率で、可視から紫外域にわたって色補正されているが、
使用波長に応じて対物レンズの一部をフローティングす
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のＪ．Ｏ．Ｓ．
Ａ．に記載されている対物レンズは、像面湾曲が大き
く、有効視野が極めて小さく、また、グリセリン浸であ
るため、半導体市場やレーザーの応用には使用できな
い。

【０００６】また、前記両公開公報に記載された対物レ
ンズは、構成枚数が少ないために、低倍率、低ＮＡであ
るにもかかわらず、色収差、像面湾曲が十分には補正さ
れていない。

【０００７】さらに、ドイツ特許明細書第３９１５８６
８号に記載されている紫外対物レンズは、使用波長に応
じて対物レンズの一部をフローティングするものであ
り、また、作動距離（ＷＤ）も非常に短いため、操作性
が悪いという欠点を有する。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、波長２５０ｎｍ付近の紫外光
で視野周辺まで性能劣化がなく、比較的作動距離も長
く、波長に応じたフローティングの必要もない屈折系の
高解像対物レンズを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の紫外対物レンズ
は、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカス
レンズと凹凸接合メニスカスレンズよりなり、全体とし
て正パワーの第１レンズ群Ｌ１、３枚接合レンズを少な
くとも２個含み、全体として正パワーの第２レンズ群Ｌ
２、凹凸接合レンズを含み、負パワーの第３レンズ群Ｌ
３よりなり、以下の条件を満足することを特徴とするも
のである。

【００１０】（１）２．５＜｜ｆ₁／ｆ｜＜５（２）５＜｜ｆ₂／ｆ｜＜１０（３）２．５＜｜ｆ₃／ｆ｜＜７．５ただし、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆはそれぞれ第１レンズ群
Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３及び全系の
焦点距離である。

【００１１】この場合、１０ｍｍ厚、波長２５０ｎｍで
の内部透過率が８０％以上の硝材のみを用いて構成する
ことが望ましい。また、蛍石を用いる場合は、全て凸レ
ンズに用いるのが望ましい。

【００１２】

【作用】以下、上記構成を採用した理由と作用について
説明する。波長２５０ｎｍ付近で使用する光学系では、
透過率の問題から、使用する光学材料は、通常、蛍石、
溶融石英（又は、合成石英）程度に限られる。これらの
材料は、何れも上記波長域で１．４２〜１．５１の屈折
率で、また、分散（アッベ数）も広い範囲に分布してい
ないため、像面平坦性が良く、前記波長域の一定範囲で
色収差が補正された高倍対物レンズを設計することは困
難である。その傾向は、作動距離が長くなるほど顕著な
ものとなる。

【００１３】この波長域の光源としてはレーザーが主流
であり、それらはほぼ単色光源である。また、異なる波
長のレーザーを同時に用いることも殆どないため、ある
一定波長域にわたり色収差を補正する必要は必ずしもな
く、いくつかのレーザー波長で収差上の性能が出ていれ
ば十分であるが、波長毎に焦点調節のためにフローティ
ングをするのは、操作が煩雑で操作性が悪い。

【００１４】本発明の対物レンズでは、作動距離を調整
するだけで、いくつかのレーザー波長で高解像が得られ
るようにし、また、そうすることによって、従来のもの
よりはるかに大きな作動距離を得るようにしたものであ
る。

【００１５】このような対物レンズを得るためには、軸
上の色収差や倍率の色収差を補正する必要はないが、１
つのレンズ系で各波長での諸収差を良好に補正しなけれ
ばならない。そのためには、第１レンズ群Ｌ１で大きな
球面収差を発生させずに、第２レンズ群Ｌ２に光線を導
くことが重要である。大きな球面収差を発生させずに光
線を曲げて行くには、レンズ面の法線と入射光線の角度
差をあまり大きくしないことが必要であり、そのために
は、第１レンズ群Ｌ１は物体側に凹面を向けたメニスカ
スレンズの組み合わせとなり、それらの少なくとも１つ
を凹凸の接合レンズにすれば、さらに効果的である。第
２レンズ群Ｌ２への光線の導入を効果的に行うために設
定されたのが上記条件（１）である。ここで、その下限
の２．５を越えると、第１レンズ群Ｌ１のパワーが強く
なりすぎ、そこで発生する球面収差、像面湾曲がそれよ
り後群で補正しきれず、逆に、その上限の５を越える
と、大きな角度を持ったままの光線群が第２レンズ群Ｌ
２に導入されることになり、第１レンズ群Ｌ１で発生し
た球面収差等が第２レンズ群Ｌ２で補正しきれなくな
る。

【００１６】第２レンズ群Ｌ２は、３枚接合レンズを２
つ以上含むことによって、各波長の球面収差やコマ収差
を極めて良好に補正するものであり、その効果を最大限
に発揮するために、上記条件（２）が設定される。ここ
で、条件（２）の下限の５を越えると、第２レンズ群Ｌ
２のパワーが強くなりすぎ、そこで大きな球面収差やコ
マ収差が発生し、逆に、その上限の１０を越えると、光
線高を下げて負パワーの第３レンズ群Ｌ３に導くことが
できなくなり、第３レンズ群Ｌ３で像面湾曲の補正がで
きなくなる。

【００１７】また、第３レンズ群Ｌ３で像面湾曲の補正
を効果的に行うために、上記条件（３）が設定される。
ここで、その下限の２．５を越えると、第３レンズ群Ｌ
３のパワーが強くなりすぎ、そこで発生する球面収差、
コマ収差が他群で補正しきれず、逆に、その上限の７．
５を越えると、負パワーが弱くなりすぎ、像面湾曲が補
正できない。

【００１８】さらに、効果的に第３レンズ群Ｌ３へ光線
を導くためには、以下の条件を満足することが望まし
い。

【００１９】（４）２＜｜ｄ₃／ｆ｜＜６ただし、ｄ₃は第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３間
の距離である。ここで、その下限の２を越えると、第３
レンズ群Ｌ３へ入射する光線高が下がりきらず、効果的
に像面湾曲が補正できず、逆に、その上限の６を越える
と、光線が下がりすぎ、過剰な負のペッツバール値及び
コマ収差等が発生してしまう。

【００２０】また、本発明の対物レンズは、１０ｍｍ
厚、波長２５０ｎｍでの内部透過率が８０％以上の硝材
のみを用いることが望ましい。本対物レンズでは、高倍
率、高開口数、長作動距離で、極めて良好に収差補正を
するため、レンズ枚数が通常の対物レンズに比べてかな
り多くなっており、そのためにも是非とも必要な条件で
ある。

【００２１】さらに、本発明の対物レンズは、蛍石を用
いる場合は、全て凸レンズに用いるのが望ましい。ある
波長範囲で色収差を補正するには、後群で蛍石を凹レン
ズとして使う必要が生じるが、波長毎に諸収差を補正す
るのなら、通常通り蛍石は凸レンズに使ったほうが効果
的であるからである。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明の近紫外対物レンズの実施例
１から４について説明する。各実施例のレンズデータは
後記するが、実施例１から４のレンズ断面をそれぞれ図
１から図４に示す。ここで、全ての実施例は、１００
×、開口数（ＮＡ）０．８５であり、何れも乾燥無限遠
補正設計、焦点距離は３６０ｍｍとしてある。

【００２３】レンズ系の配置、材料としては（材料は括
弧内に表示する。）、物体（標本）側から順に、実施例
１においては、第１レンズ群Ｌ１は、物体側に凹面を向
けた負メニスカスレンズ（石英）と、両凹レンズ（石
英）、両凸レンズ（蛍石）の接合メニスカスレンズから
なり、第２レンズ群Ｌ２は、両凸レンズ（蛍石）、凹平
レンズ（石英）、平凸レンズ（蛍石）の３枚接合レンズ
と、両凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ（石英）、両凸レ
ンズ（蛍石）の３枚接合レンズと、両凸レンズ（蛍
石）、両凹レンズ（石英）の接合レンズ２個からなり、
第３レンズ群Ｌ３は、両凹レンズ（石英）、両凸レンズ
（蛍石）の接合レンズからなる。

【００２４】実施例２は、第１レンズ群Ｌ１は実施例１
と同様であり、第２レンズ群Ｌ２は、両凸レンズ（蛍
石）、凹平レンズ（石英）、平凸レンズ（蛍石）の３枚
接合レンズと、両凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ（石
英）、両凸レンズ（蛍石）の３枚接合レンズと、両凸レ
ンズ（蛍石）、両凹レンズ（石英）、像側に凹面を向け
た正メニスカスレンズ（蛍石）の３枚接合レンズと、両
凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ（石英）の接合レンズか
らなり、第３レンズ群Ｌ３は、両凹レンズ（石英）、像
側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（蛍石）の接合レ
ンズからなる。

【００２５】実施例３は、第１レンズ群Ｌ１は実施例
１、２と同様であり、第２レンズ群Ｌ２は、両凸レンズ
（蛍石）、凹平レンズ（石英）、平凸レンズ（蛍石）の
３枚接合レンズと、両凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ
（石英）、両凸レンズ（蛍石）の３枚接合レンズと、像
側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（石英）、両凸レ
ンズ（蛍石）、両凹レンズ（石英）の３枚接合レンズ
と、両凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ（石英）の接合レ
ンズからなり、第３レンズ群Ｌ３は実施例１と同様であ
る。

【００２６】実施例４は、第１レンズ群Ｌ１、第３レン
ズ群Ｌ３は実施例１、３と同様であり、第２レンズ群Ｌ
２は、両凸レンズ（蛍石）、凹平レンズ（石英）、平凸
レンズ（蛍石）の３枚接合レンズと、両凸レンズ（蛍
石）、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（石
英）の接合レンズと、両凸レンズ（蛍石）、両凹レンズ
（石英）、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（蛍
石）の３枚接合レンズと、両凸レンズ（蛍石）、両凹レ
ンズ（石英）の接合レンズからなる。

【００２７】以下に各実施例のレンズデータを示すが、
各データは実際の光線進行方向とは逆の順序で示してあ
る。なお、記号は、上記の外、ｆは全系の焦点距離、Ｎ
Ａは開口数、Ｍは倍率、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲
率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ
_d2…は各レンズの材料を示す。

【００２８】実施例１ｆ＝360 ＮＡ＝0.85 Ｍ＝ 100× ｒ₁= 56.370 ｄ₁= 2.51 ｎ_d1 =（蛍石）ｒ₂= -14.095 ｄ₂= 2.00 ｎ_d2 =（石英）ｒ₃= 8.928 ｄ₃=12.96 ｒ₄= -48.595 ｄ₄= 2.51 ｎ_d3 =（石英）ｒ₅= 11.674 ｄ₅= 6.29 ｎ_d4 =（蛍石）ｒ₆= -26.188 ｄ₆= 8.57 ｒ₇= -120.086 ｄ₇= 4.00 ｎ_d5 =（石英）ｒ₈= 16.927 ｄ₈= 8.47 ｎ_d6 =（蛍石）ｒ₉= -37.143 ｄ₉= 3.16 ｒ₁₀= 78.866 ｄ₁₀= 5.60 ｎ_d7 =（蛍石）ｒ₁₁= -48.273 ｄ₁₁= 4.00 ｎ_d8 =（石英）ｒ₁₂= 19.726 ｄ₁₂= 8.42 ｎ_d9 =（蛍石）ｒ₁₃= -55.289 ｄ₁₃= 0.20 ｒ₁₄= 25.214 ｄ₁₄= 4.95 ｎ_d10=（蛍石）ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 2.50 ｎ_d11=（石英）ｒ₁₆= 12.119 ｄ₁₆= 6.62 ｎ_d12=（蛍石）ｒ₁₇= -118.585 ｄ₁₇= 0.20 ｒ₁₈= 9.841 ｄ₁₈= 7.07 ｎ_d13=（蛍石）ｒ₁₉= -17.458 ｄ₁₉= 2.00 ｎ_d14=（石英）ｒ₂₀= 22.237 ｄ₂₀= 0.20 ｒ₂₁= 3.347 ｄ₂₁= 4.17 ｎ_d15=（石英）ｒ₂₂= 2.951 ｄ₂₂= 0.92 ｒ₂₃= ∞（標本）｜ｆ₁／ｆ｜＝3.47 ｜ｆ₂／ｆ｜＝7.65 ｜ｆ₃／ｆ｜＝5.53 ｜ｄ₃／ｆ｜＝3.6
。

【００２９】実施例２ｆ＝360 ＮＡ＝0.85 Ｍ＝ 100× ｒ₁= -302.660 ｄ₁= 3.67 ｎ_d1 =（蛍石）ｒ₂= -8.046 ｄ₂= 6.00 ｎ_d2 =（石英）ｒ₃= 9.999 ｄ₃=15.81 ｒ₄= -75.381 ｄ₄= 2.00 ｎ_d3 =（石英）ｒ₅= 14.686 ｄ₅= 5.80 ｎ_d4 =（蛍石）ｒ₆= -21.509 ｄ₆= 0.20 ｒ₇= -37.945 ｄ₇= 5.16 ｎ_d5 =（蛍石）ｒ₈= -11.123 ｄ₈= 3.91 ｎ_d6 =（石英）ｒ₉= 19.275 ｄ₉= 6.56 ｎ_d7 =（蛍石）ｒ₁₀= -33.468 ｄ₁₀= 0.55 ｒ₁₁= 57.028 ｄ₁₁= 5.39 ｎ_d8 =（蛍石）ｒ₁₂= -95.363 ｄ₁₂= 6.00 ｎ_d9 =（石英）ｒ₁₃= 18.294 ｄ₁₃= 7.07 ｎ_d10=（蛍石）ｒ₁₄= -47.646 ｄ₁₄= 0.28 ｒ₁₅= 24.213 ｄ₁₅= 5.71 ｎ_d11=（蛍石）ｒ₁₆= ∞ ｄ₁₆= 2.00 ｎ_d12=（石英）ｒ₁₇= 11.259 ｄ₁₇= 6.80 ｎ_d13=（蛍石）ｒ₁₈= -294.258 ｄ₁₈= 0.20 ｒ₁₉= 8.796 ｄ₁₉= 7.44 ｎ_d14=（蛍石）ｒ₂₀= -20.013 ｄ₂₀= 2.22 ｎ_d15=（石英）ｒ₂₁= 13.242 ｄ₂₁= 0.20 ｒ₂₂= 3.323 ｄ₂₂= 3.81 ｎ_d16=（石英）ｒ₂₃= 3.190 ｄ₂₃= 0.86 ｒ₂₄= ∞（標本）｜ｆ₁／ｆ｜＝3.8 ｜ｆ₂／ｆ｜＝7.114 ｜ｆ₃／ｆ｜＝4.71 ｜ｄ₃／ｆ｜＝4.39
。

【００３０】実施例３ｆ＝360 ＮＡ＝0.85 Ｍ＝ 100× ｒ₁= 154.703 ｄ₁= 2.52 ｎ_d1 =（蛍石）ｒ₂= -12.311 ｄ₂= 2.75 ｎ_d2 =（石英）ｒ₃= 9.742 ｄ₃=12.52 ｒ₄= -76.830 ｄ₄= 2.00 ｎ_d3 =（石英）ｒ₅= 10.937 ｄ₅= 5.41 ｎ_d4 =（蛍石）ｒ₆= -29.602 ｄ₆= 9.59 ｒ₇= -146.653 ｄ₇= 2.00 ｎ_d5 =（石英）ｒ₈= 16.169 ｄ₈= 7.72 ｎ_d6 =（蛍石）ｒ₉= -74.387 ｄ₉= 5.00 ｎ_d7 =（石英）ｒ₁₀= -41.770 ｄ₁₀= 1.70 ｒ₁₁= 74.643 ｄ₁₁= 6.70 ｎ_d8 =（蛍石）ｒ₁₂= -16.507 ｄ₁₂= 3.20 ｎ_d9 =（石英）ｒ₁₃= 17.339 ｄ₁₃= 7.92 ｎ_d10=（蛍石）ｒ₁₄= -47.678 ｄ₁₄= 0.20 ｒ₁₅= 26.822 ｄ₁₅= 4.90 ｎ_d11=（蛍石）ｒ₁₆= ∞ ｄ₁₆= 2.00 ｎ_d12=（石英）ｒ₁₇= 11.536 ｄ₁₇= 7.17 ｎ_d13=（蛍石）ｒ₁₈= -126.903 ｄ₁₈= 0.20 ｒ₁₉= 9.815 ｄ₁₉= 7.44 ｎ_d14=（蛍石）ｒ₂₀= -19.860 ｄ₂₀= 2.00 ｎ_d15=（石英）ｒ₂₁= 28.715 ｄ₂₁= 0.20 ｒ₂₂= 3.508 ｄ₂₂= 4.24 ｎ_d16=（石英）ｒ₂₃= 2.982 ｄ₂₃= 0.99 ｒ₂₄= ∞（標本）｜ｆ₁／ｆ｜＝3.50 ｜ｆ₂／ｆ｜＝8.13 ｜ｆ₃／ｆ｜＝5.39 ｜ｄ₃／ｆ｜＝3.48
。

【００３１】実施例４ｆ＝360 ＮＡ＝0.85 Ｍ＝ 100× ｒ₁= 175.567 ｄ₁= 5.35 ｎ_d1 =（蛍石）ｒ₂= -7.996 ｄ₂= 5.63 ｎ_d2 =（石英）ｒ₃= 9.174 ｄ₃=15.09 ｒ₄= -52.756 ｄ₄= 2.00 ｎ_d3 =（石英）ｒ₅= 15.358 ｄ₅= 5.86 ｎ_d4 =（蛍石）ｒ₆= -18.805 ｄ₆= 0.20 ｒ₇= -36.681 ｄ₇= 5.24 ｎ_d5 =（蛍石）ｒ₈= -10.479 ｄ₈= 5.82 ｎ_d6 =（石英）ｒ₉= 22.070 ｄ₉= 6.11 ｎ_d7 =（蛍石）ｒ₁₀= -34.954 ｄ₁₀= 3.08 ｒ₁₁= 60.484 ｄ₁₁= 6.00 ｎ_d8 =（石英）ｒ₁₂= 21.426 ｄ₁₂= 6.44 ｎ_d9 =（蛍石）ｒ₁₃= -51.266 ｄ₁₃= 2.27 ｒ₁₄= 23.125 ｄ₁₄= 5.86 ｎ_d10=（蛍石）ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 2.14 ｎ_d11=（石英）ｒ₁₆= 11.306 ｄ₁₆= 6.49 ｎ_d12=（蛍石）ｒ₁₇= -306.604 ｄ₁₇= 0.25 ｒ₁₈= 8.859 ｄ₁₈= 6.91 ｎ_d13=（蛍石）ｒ₁₉= -20.587 ｄ₁₉= 2.00 ｎ_d14=（石英）ｒ₂₀= 12.551 ｄ₂₀= 0.20 ｒ₂₁= 3.228 ｄ₂₁= 3.82 ｎ_d15=（石英）ｒ₂₂= 3.155 ｄ₂₂= 0.91 ｒ₂₃= ∞（標本）｜ｆ₁／ｆ｜＝3.73 ｜ｆ₂／ｆ｜＝6.33 ｜ｆ₃／ｆ｜＝4.81 ｜ｄ₃／ｆ｜＝4.19
。

【００３２】以上の実施例１〜４の紫外対物レンズの球
面収差、非点収差、歪曲収差、点像強度分布を示す収差
図を図５〜図８に示す。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２５０ｎｍ付近の波長域で使用可能な高倍、高開口数
で、像面の平坦性、透過率も良く、作動距離も比較的長
い乾燥系高解像紫外対物レンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の近紫外対物レンズの実施例１のレンズ
断面図である。

【図２】実施例２のレンズ断面図である。

【図３】実施例３のレンズ断面図である。

【図４】実施例４のレンズ断面図である。

【図５】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差、点
像強度分布を示す収差図である。

【図６】実施例２の図５と同様な収差図である。

【図７】実施例３の図５と同様な収差図である。

【図８】実施例４の図５と同様な収差図である。

【符号の説明】

Ｌ１…第１レンズ群Ｌ２…第２レンズ群Ｌ３…第３レンズ群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、物体側に凹面を向けた
メニスカスレンズと凹凸接合メニスカスレンズよりな
り、全体として正パワーの第１レンズ群Ｌ１、３枚接合
レンズを少なくとも２個含み、全体として正パワーの第
２レンズ群Ｌ２、凹凸接合レンズを含み、負パワーの第
３レンズ群Ｌ３よりなり、以下の条件を満足することを
特徴とする紫外対物レンズ：（１）２．５＜｜ｆ₁／ｆ｜＜５（２）５＜｜ｆ₂／ｆ｜＜１０（３）２．５＜｜ｆ₃／ｆ｜＜７．５ただし、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆはそれぞれ第１レンズ群
Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３及び全系の
焦点距離である。