JPH0664234B2 - 低倍率投影対物レンズ - Google Patents

低倍率投影対物レンズ

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JPH0664234B2
JPH0664234B2 JP60190257A JP19025785A JPH0664234B2 JP H0664234 B2 JPH0664234 B2 JP H0664234B2 JP 60190257 A JP60190257 A JP 60190257A JP 19025785 A JP19025785 A JP 19025785A JP H0664234 B2 JPH0664234 B2 JP H0664234B2
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lens
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lens group
aberration
projection objective
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22Telecentric objectives or lens systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/02Telephoto objectives, i.e. systems of the type + - in which the distance from the front vertex to the image plane is less than the equivalent focal length

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、被検物体の正確な拡大像を得るための投影レ
ンズ、特に広い視野を有する低倍率の投影対物レンズに
関する。
〔発明の背景〕
一般に、投影検査器は正確な拡大像をスクリーンに形成
することは勿論であるが、合焦誤差のような偶然誤差に
ついても極力測定誤差にならないような配慮が必要であ
る。このようなことから、投影対物レンズはテレセント
リツク光学系であり、歪曲収差が十分に小さく補正され
ていることが前提となる。勿論、顕微鏡対物レンズ等の
他のレンズと同様に、その他の収差についても十分小さ
く補正することが要求される。以上は投影対物レンズ一
般について言えることであるが、その要求を5倍程度の
低倍率投影レンズで実現しようとした時の問題点には、
次のようなものがある。
まず、第1の問題点は作動距離の点である。一般の対物
レンズでは、作動距離は焦点距離の半分程度であるの
で、焦点距離の長い低倍率用の投影対物レンズにおいて
は、この割合のままであると、作動距離が長くなり過ぎ
てレンズ寸法(物体面よりレンズ後端までの距離)が極
めて大きなものとなる。投影器の対物レンズとしてはコ
ンパクトである必要もあり、一般的には低倍率の対物レ
ンズでは、像側から順に収斂性レンズ群と発散性レンズ
群とからなる所謂テレタイプ(望遠タイプ)を採用する
ことによって作動距離を必要にして十分な長さまで短か
くし、レンズ寸法の短縮化を達成している。
この時、基本的なテレタイプだけでは、テレセントリツ
ク光学系にすることは不可能であるため、発散性レンズ
群と物体面との間に収斂性のフイールドレンズ群を設け
る構成が知られており、このようなレンズ構成の例は、
例えば特開昭59−204816号公報にも開示されている。
しかし、低倍率用の対物レンズでは視野径が大きいため
歪曲収差を良好に補正するという観点からみるとフイー
ルドレンズ群に対する負担は極めて大きいものである。
従つて、従来のレンズ構成ではフイールドレンズ群のレ
ンズ枚数を多くし、それでも補正しきれず残つている収
差を強引にテレタイプを構成する収斂性レンズ群及び発
散性レンズ群で補正しようとしているため、各群の屈折
力が強くなつて、多くのレンズ枚数を必要としていた。
そして、上記特開昭59−204816号公報のものの如く、多
くのレンズ枚数によって複雑に構成されてはいても、依
然として性能的に満足出来るものでなかった。
第2の問題点は反射照明に関する点である。現在の投影
レンズでは、操作性の改善のために照明光を供給するた
めのハーフミラーを内蔵することが一般的である。前記
のテレタイプのレンズ構成においても、屈折力の配分を
工夫すればハーフミラーの内蔵が可能な解は種々存在す
る。しかし、ここで問題となるのは、ハーフミラー内蔵
の投影レンズでは、反射照明を行なう時、前記フィール
ドレンズに相当するレンズ群を介して物体面を照明する
ことになつて、このレンズ面での反射光がフレアーを生
ずる点を考慮する必要がある。この時、5倍投影レンズ
のような低倍率では視野径が大きいので、テレセントリ
ック性を維持するためにはレンズの口径も大きくしなけ
ればならない。従って、歪曲収差等の諸収差を良好に補
正する目的のために、レンズ面の曲率を大きくすること
が難しくなり、フレアーが発生し易くなる。そして、第
3群として必要な屈折力を満たすために、屈折力の弱い
多数のレンズで構成せざるを得なくなり、ますますフレ
アーの発生が著しくなり、反射率の低い物体を観察する
場合の大きな障害となっていた。フレアーを減少させる
ために、フイールドレンズ群のレンズ枚数を減らすと収
差補正の負担が大きくなり過ぎ、歪曲収差等の補正が困
難であつた。
また、第3の問題点はコストの点である。テレセントリ
ツク光学系では物体側のレンズは少なくとも物体径以上
必要であつて、1例をあげると、スクリーン径350mmの
投影器のための5倍対物レンズでは、視野径70mmである
ため開口を考慮すると最低80mm程度の大口径のレンズが
必要である。このため前記したフイールドレンズ群のレ
ンズ枚数が多いとそれだけでコストを高める要因となっ
ていた。
〔発明の目的〕
本発明は、これらの欠点を解決し、結像性能を向上させ
ると共に反射照明におけるフレアーを減少させ、低反射
率の物体においても反射照明によって表面形状の鮮明な
観察が可能であり、しかも簡単な構成からなる低倍率の
投影対物レンズを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明による投影対物レンズは、像側から順に、正レン
ズ成分とその物体側に配置された負レンズ成分とを有す
る収斂性の第1レンズ群G、負レンズ成分とその物体
側に配置された正レンズ成分とを有する発散性の第2レ
ンズ群G及び収斂性の第3レンズ群Gとから構成さ
れるものである。
一般に、投影対物レンズでは前述したとおり歪曲収差を
第1に補正すべきものであるが、それに劣らず重要な点
は、スクリーン全体で良好な像が得られることが必要で
あり、換言すれば像面弯曲が良好に補正されていなけれ
ばならない。このためにはペッツバール和を十分小さく
することが必要である。前掲の特開昭59−204816号公報
に開示されたレンズ構成は、基本的に薄肉レンズの集合
であって、このような構成ではペッツバール和をパワー
配分によつて補正せねばならない。このため、各群の屈
折力を強くすることが必要になつており、ますます収差
補正を困難にしていた原因の一つであった。本発明で
は、各群の屈折力を許容可能な範囲で出来るだけ弱く
し、そのことによつて生ずるペッツバール和の劣化を、
発散性の第2レンズ群を負レンズ成分とその物体側に配
置された正レンズ成分とで厚肉のレンズ群として構成す
ることによつて補正することを可能とした。
各群の屈折力を弱くした場合に生ずる問題は、ペッツバ
ール和以外にレンズの寸法が大きくなることである。本
発明では第1群及び第2群の構成を工夫することによつ
てレンズの寸法をコンパクトになしえた。まず、収斂性
の第1群を少なくとも正レンズ及び負レンズ1枚づつよ
り構成し、正レンズを像側に配置することによつて、こ
の群の主面を像側に大きく移し、また発散性の第2群は
少なくとも負レンズ及び正レンズ1枚づつより構成し、
負レンズを像側に配置することによつて主面を像側に移
す。このような構成にすることによつて、第1群及び第
2群を物体側に大きく近づけて配置することを可能と
し、実際のレンズの寸法(物体面から最も像側に配置さ
れた第1群の像側レンズの面頂点までの距離)を小さく
することを可能とした。従つて、本発明では従来のもの
より薄肉系の配置では大きくなるが、実際のレンズ寸法
ではほとんど同程度の形状とすることが可能となった。
上記の通り、本発明におけるコンパクト化のための重要
な点は、収斂性の第1レンズ群及び発散性の第2レンズ
群における、各正レンズ及び負レンズの並び方であつ
て、正レンズと負レンズとは接合であつても若干分離し
てあつても同様の効果を得ることが可能である。この方
法によつて、本発明では各群の屈折力を従来例に対して
ほぼ半分程度になし得たのである。
このような本発明によるレンズ構成では、第3群は基本
的にフイールドレンズとして働くため、球面収差及び軸
上の色収差は第1群と第2群で補正する必要がある。例
えば、倍率5倍程度の低倍率投影レンズの実効Fナンバ
ーはF8.5程度であるので、本発明の場合、前述したよう
に各群の屈折力を弱くなしえたため、球面収差は収斂性
の第1群と発散性の第2群のレンズ形状即ち、レンズの
ベンデングで十分補正可能となる。また、軸上色収差は
第1群、第2群が少なくとも正・負のレンズ1枚づつよ
り構成されているため、硝子の選択によつて非常に容易
となる。この時、主に第2群と第3群で倍率の色収差も
同時に補正することが要求されるが、第1実施例を示し
た第1図の光路図からも明らかなように、絞りが第1群
近傍にあって、軸上色収差と倍率色収差に対する各群の
寄与が大きく異なるため、倍率色収差と軸上の色収差と
のバランスをとることは容易である。
このような本発明による基本構成において、以下のよう
な条件を満足することが必要である。
すなわち、 f:投影対物レンズ全体の焦点距離 f:第2レンズ群Gの焦点距離 f:第3レンズ群Gの焦点距離 D:第2レンズ群と第3レンズ群との間の空気間隔 とするとき、 0.45<D/f<0.65 (1) 0.5<f/f<0.8 (2) 0.2<|f|/f<0.45 (3) の各条件を満足することが必要である。
第2群と第3群の間隔は短かい方が第2群での入射高が
大きくなつて第3群で発生した収差を補正するのに有利
であるが、反射照明のための斜設ハーフミラーHを第2
群と第3群との間に配置するためには、前記(1)式の
条件を満たすことが必要である。第2群と第3群との間
隔が、(1)式の下限より小さくなるとハーフミラーを
配置することが困難で、上限より大きくなると第2群へ
の入射高が小さくなり過ぎて第3群と第2群との収差補
正のバランスを維持することが難しくなる。
第3群の屈折力については、上記(2)式の条件を満足
することが必要である。この条件の上限より大きくなつ
た場合、実質的絞りの位置がレンズの外側に大きくはず
れ第1群の口径が大きくなつて収差補正上不利となる。
また、下限を外れる場合には、視野径に対して第3群の
焦点距離が小さくなって、第3群の収差補正の負担が大
きくなり過ぎる。さらに、ハーフミラーを入れる必要上
第2群と第3群との間隔を一定以上とする必要があるた
め、実質的絞りの位置が第2群に近づき過ぎて、第2群
の入射高が小さくなり、第3群で発生した収差を補正す
ることが困難となる。第2群の屈折力を強くして補正し
ようとすると、第2群への物体の各輪帯よりの入射高は
第3群の収差によつて変動するため、物体高によつて第
2群の寄与が非常に異なることとなつて、歪曲収差等に
強い曲がりが生じる。
第3群の屈折力は、前述した方法で許容可能な範囲内で
出来るだけ弱くできるので、収差補正上の負担を減らす
ことができる。従つて、本発明による後記の第1実施例
のように正レンズ1枚のみで第3群を構成することも可
能となる。第3群を1枚のレンズで構成することは、簡
単なレンズ構成であるばかりではなく、反射照明時のフ
レアーを減らす上で非常に有利であることは云うまでも
ない。
第2群の屈折力については、上記条件(3)を満たすこ
とが必要である。下限より小さいと第2群を簡単なレン
ズ構成とすることができず前記したような機能を第2群
に付加出来ない。上限より大きいとレンズの寸法が大き
くなり過ぎる。
ところで、絞り位置に関しては、前述した本発明の基本
構成の説明から明らかなように、第1群の近傍、特に第
1群の第2群側の位置とするのが、第1群に対する収差
補正の負担も少なく各群の機能分担も出来るので最も望
ましい。尚、絞りとは、光束を制限する目的のみのため
に設けられた部材を指すのみならず、レンズ鏡筒自体や
レンズの支持環が絞りの機能を持つ場合も含み、より明
確には、斜光束の主光線が光軸と交わる位置が実質的な
絞り位置として定義されるものとする。
また、コマ収差に関しては、後記する第1実施例のよう
に、絞りを第1群の若干後方にくるように構成し、第1
群と第2群とを絞り位置に関してほぼ対称に構成するこ
によって、良好に補正することが可能である。第1群は
球面収差の補正のために、像側の面が像側に凸の比較的
強い面となることが望ましいため、コマ収差の補正のた
めには、第2群は物体側の面が物体側に凸面を向けた形
状であることが望ましく、第2群を接合メニスカスレン
ズで構成する場合には、必然的に物体側に凸面を向ける
ように構成することが望ましい。
そして、第3群を単一の正レンズで構成すると、反射照
明のときのフレアーが少なくなる点で極めて有効ではあ
るが、ある程度の収差は必ず残留する。このため、第2
群を接合メニスカスレンズとして構成する場合には、そ
の接合メニスカスレンズの像側に位置する負レンズの屈
折率をn 、物体側に位置する正レンズの屈折率をn
とするとき、 n >n として、接合面を発散面となし、これによって主に歪曲
収差をより良好に補正可能にすることが有効である。
上記のように、本発明では各群の機能を明確にし、最適
な屈折力配分及びレンズ構成を確立したため、極めて少
ないレンズ枚数で、従来例よりも収差を改善しさらに画
角を大きくすることが可能となつた。
〔実施例〕
以下に、本発明による実施例について説明する。第1図
のレンズ構成図に示した第1実施例は、本発明の最も基
本的な構成からなる投影対物レンズである。図示の如
く、像側から順に、両凸正レンズLとその物体側にて
接合された両凹負レンズLとで構成された収斂性の第
1レンズ群G、両凹負レンズLとその物体側にて接
合された両凸正レンズLとで構成された発散正の第2
レンズ群G、及び単一の正レンズLからなる収斂正
の第3レンズ群Gを有している。第1図中には、軸上
物点からの光線の様子を実線で示し、軸外物点からの光
線の様子を破線にて示した。
第2図にレンズ構成を示した第2実施例は、第1図に示
した第1実施例の構成において、第1レンズ群Gを構
成する正レンズLと負レンズLとを分離することに
よって収差補正の自由度を増やし、画角をさらに大きく
したものである。
第3図に示した第3実施例は、第2図に示した第2実施
例の構成において、最も像側に位置する両凸正レンズL
を貼合せレンズとして構成したものであり、色収差を
より一層改善したものである。
以下の表1、2、3に本発明による第1、第2、第3実
施例の諸元をそれぞれ示す。各表中、左端の数字は像側
からの順序を表し、屈折率及びアッベ数はd線(λ=58
7.6nm)に対する値である。また、dは像面から最も
像側レンズ面の頂点までの距離を表すものとする。
上記の第1〜第3実施例についての諸収差図を、それぞ
れ順に、第4図〜第6図に示す。
各収差図から、何れの実施例も簡単なレンズ構成である
にもかかわらず、極めて良好な結像性能を有しているこ
とが分かる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、簡単な構成でありなが
ら、テレセントリック性を維持しつつ結像性能を向上さ
せた低倍率の投影対物レンズが達成されるため、投影検
査機において物体面の広い範囲をより高精度で測定する
ことが可能になると共に、反射照明におけるフレアーを
減少させることができ、従来は難しかった低反射率の物
体の表面形状の観察も良好に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による第1実施例のレンズ構成図、第2
図は第2実施例のレンズ構成図、第3図は第3実施例の
レンズ構成図、第4図は第1実施例の諸収差図、第5図
は第2実施例の諸収差図、第6図は第3実施例の諸収差
図である。 〔主要部分の符号の説明〕 G……第1レンズ群 G……第2レンズ群 G……第3レンズ群

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】像側から順に、正レンズ成分とその物体側
    に配置された負レンズ成分とを有する収斂性の第1レン
    ズ群G、負レンズ成分とその物体側に配置された正レ
    ンズ成分とを有する発散性の第2レンズ群G及び収斂
    性の第3レンズ群Gとから構成され、 f:投影対物レンズ全体の焦点距離 f:第2レンズ群Gの焦点距離 f:第3レンズ群Gの焦点距離 D:第2レンズ群と第3レンズ群との間の空気間隔 とするとき、 0.45<D/f<0.65 (1) 0.5<f/f<0.8 (2) 0.2<|f|/f<0.45 (3) の各条件を満足することを特徴とする低倍率投影対物レ
    ンズ。
JP60190257A 1985-08-29 1985-08-29 低倍率投影対物レンズ Expired - Lifetime JPH0664234B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60190257A JPH0664234B2 (ja) 1985-08-29 1985-08-29 低倍率投影対物レンズ
US06/898,097 US4753523A (en) 1985-08-29 1986-08-20 Low magnification projection objective lens

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JP60190257A JPH0664234B2 (ja) 1985-08-29 1985-08-29 低倍率投影対物レンズ

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Publication Number Publication Date
JPS6250717A JPS6250717A (ja) 1987-03-05
JPH0664234B2 true JPH0664234B2 (ja) 1994-08-22

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ID=16255126

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