JPH07104488B2 - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

顕微鏡対物レンズ

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JPH07104488B2
JPH07104488B2 JP2131916A JP13191690A JPH07104488B2 JP H07104488 B2 JPH07104488 B2 JP H07104488B2 JP 2131916 A JP2131916 A JP 2131916A JP 13191690 A JP13191690 A JP 13191690A JP H07104488 B2 JPH07104488 B2 JP H07104488B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、顕微鏡対物レンズに関し、特に、レトロフォ
ーカス光学系の無限遠補正型の顕微鏡対物レンズに関す
る。
(従来の技術) 半導体ICパターンにおける異物の有無の観察等におい
て、顕微鏡の利用が盛んになされている。また、YAGレ
ーザ等を顕微鏡本体に搭載して、半導体ICパターン上の
異物等にレーザ光を照射して、切断除去することもなさ
れている。これらの場合において、操作の便宜上、顕微
鏡対物レンズの作動距離が長いことが望ましい。それに
関し、本出願人により長作動距離の顕微鏡対物レンズ
が、特開昭60−70412や特開昭63−23119に開示されてい
る。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、前記出願で開示された顕微鏡対物レンズ
に係る発明は、主に可視光線領域においてのみレンズの
収差補正のなされたものであった。そして、肉眼観察や
可視光線領域に感度特性を有するTVカメラによる観察等
を行なう他に、YAGレーザ等の赤外線領域において半導
体ICパターンの切断等を行なう場合には、次のような問
題点が存在した。即ち、可視光線領域において結像条件
を満たすように焦点位置合わせをしたとしても、赤外線
領域においては結像条件を満たさず、そのためにYAGレ
ーザ等のレーザスポットをICパターンの正確な位置に照
射することができないか、あるいは正確に照射するため
には、肉眼でとらえることのできないYAGレーザ等のレ
ーザスポットを試行錯誤的に照射して焦点位置合わせを
しなければならないという問題点が存在していた。
なお、可視光線領域から近赤外線領域にいたるまでの広
い波長範囲に渡って収差補正された顕微鏡対物レンズ
は、例えば特開昭62−49313に開示されている。しか
し、その作動距離は、50倍程度の倍率の対物レンズにお
いて、たかだか焦点距離の1倍程度というように非常に
短いものであり、操作上問題点があった。
本発明は、係る状況に鑑みなされたものであり、その目
的は、可視光線領域から近赤外線領域にいたるまでの広
い波長範囲に渡って、色収差やその他の諸収差を良好に
補正された長作動の無限遠補正型の顕微鏡対物レンズを
提供することである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、物体側から遠い側にあり、全体に負の屈折率
を有する第1レンズ群と、物体側から近い側にあり、全
体に正の屈折率を有する第2レンズ群とから成るいわゆ
るレトロフォーカス光学系の無限遠補正型の顕微鏡対物
レンズにおいて、 前記第2レンズ群は、1枚以上の単独の凸レンズと、1
個以上の凸レンズと凹レンズとの接合レンズとから成
り、 nd2Nを、第2レンズ群の凹レンズの波長d線における平
均屈折率Σndi/A、 nd2Pを、第2レンズ群の凹レンズと接合された凸レンズ
の波長d線における平均屈折率Σndi/B、 ν2PPを、第2レンズ群の各凸レンズのアッベ数(nd
1)/(nF−nC)、 ν2Nを、第2レンズ群の凹レンズの平均アッベ数Σνi/
B、 θi2ctを、第2レンズ群の凹レンズに使用される硝材の
うちの一つの硝材の部分分散比(nC−nt)/(nF−nc) nF、nd、nC及びntを、各々F線、d線、C線及びt線の
屈折率、 nidを、部分分散比θi2ctをもつ硝材のd線の屈折率、 とするとき、次の(1)乃至(4)の各式、 (1)nd2N−nd2P>0.15 (2)ν2PP>80 (3)62>ν2N>50 (4)θi2ct>0.840 nid>1.6 を満たすことによって、前記課題を解決する。
(作用) 物体面の一点から出た発散する光線は第2レンズ群の物
体側のレンズに入射し、収束されて第2レンズ群の像面
側のレンズを出射し、第1レンズ群に入射し、光軸に平
行する光線束になり第1レンズ群を出射する。
第2レンズ群には単独の凹レンズは含まれない。
次に各式について説明する。
(1)式、nd2N−nd2P>0.15は、第2レンズ群の接合レ
ンズの屈折率を規定するものである。(1)式は球面収
差に関する式で、(1)式を満たさないと、接合面の曲
率半径がきつく、即ち小さくなり高次の球面収差が発生
し、他のレンズ群である第1レンズ群では補正しきれな
い。特に、短波長域で発生する高次収差と長波長域であ
る近赤外域で発生する高次収差のバランスがくずれ、収
差の補正が極めて難しくなる。
(2)式、ν2PP>80は、第2レンズ群中の各凸レンズ
のアッベ数を規定するものである。即ち、第2レンズ群
中の各凸レンズのアッベ数はいずれも80より大きくなけ
ればならない。(2)式を満たさないと、短波長域と長
波長域での各波長の球面収差、コマ収差等の発生に多大
なずれを生じ、広い波長域に渡って各波長の諸収差を同
時に補正することが困難になる。
また、(2)式を満たさないと、凸レンズと凹レンズと
の、アッベ数νの差が小さくなり、色消しをすると凸レ
ンズと凹レンズのパワーを強くしなければならず、球面
収差、コマ収差等の高次収差の発生を招き、それを補正
しようとするとレンズ枚数を増やさなければならず生産
コストの上昇を招くことになる。
(3)式、62>ν2N>50は、第2レンズ群中の各凹レン
ズのアッベ数を規定するものである。(3)式の上限よ
り大きいアッベ数の硝材を使用すると、凸レンズと凹レ
ンズのアッベ数νの差が小さくなって、(2)式で説明
したようになる。また、下限より小さいアッベ数の硝材
を使用すると、凸レンズと凹レンズのアッベ数の差が大
きくなり、球面収差、コマ収差等の諸収差の補正上有利
になるが、凹レンズの屈折率の波長分散が大きくなる。
従って、波長による収差の差が大きくなり、同時に収差
を補正することが困難となり、また色収差を補正した場
合、最短波長と最長波長とで色消しすると中間部の波長
の色収差が補正されない等の不都合を招き、広範囲の波
長域に渡っての良好な色収差の補正をすることがでいな
くなる。
(4)式、θi2ct>0.840は、第2レンズ群にある凹レ
ンズに使用するされる硝材のうちの一つの硝材の種類を
規定したものである。2次スペクトルを除く硝材の選び
方としてケーニッヒの判定方がある(久保田広著、光
学、53頁〜参照)。それによれば、部分分数比の等しい
凸レンズと凹レンズを使用すれば2次スペクトルの発生
を防ぐことが出来る。本発明もこれを応用し、(4)式
の部分分散比を使用することによって、第2レンズ群に
おける凸レンズ全体の総合の部分分散比と凹レンズ全体
の総合の部分分散比を近ずけることによって広い波長域
全体に渡って色収差のバランスをとり、かつ(4)式、
nid>1.6で屈折率の範囲を規定し、色収差の補正と、色
波長の球面収差、コマ収差等の高次収差を同時に補正す
ることを見出したものである。
(実施例) 以下に添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。
本発明に係る第1の実施例を第1図に示す。第1図は、
倍率50倍、焦点距離fd=4.0mm、開口数N.A.=0.42、作
動距離W.D.=18.7mmの顕微鏡対物レンズの構成配置を示
す。ここで作動距離W.D.は、第2レンズ群の最も物体側
のレンズの面の頂点から物体面までの距離である。また
倍率は、焦点距離200mmの結像レンズを付けた時の物体
高に対する像高の比である。
第1表に第1実施例の諸量を示す。ここでLiは物体面に
遠い側から近い側に向かってi番目のレンズを指し、
ni、νiはレンズのLiの屈折率、アッベ数を指す。ま
た、第1図に示すように、diはレンズの厚さあるいは隣
接するレンズの間の距離を示し、riは曲率半径を示す。
また、nd2N−nd2P、ν2PP、ν2N及びθi2ctの各値が示
され、(1)式乃至(4)式の関係式を満たすことがわ
かる。また第1表の下欄に、平均屈折率nd2N、nd2Pの定
義に従った計算式が示されている。
第1レンズ群は凹レンズL1と凸レンズL2との接合レンズ
で構成される。第2レンズ群は、物体面から遠い側から
近い側に向かって順に、単独の凸レンズL3、凸レンズL4
と凹レンズL5と凸レンズL6との接合レンズ、凸レンズL7
と凹レンズL8と凸レンズL9との接合レンズ、凸レンズL
10と凸レンズL11との接合レンズ、単独の凸レンズL12
び単独の凸レンズL13とから構成される。
第1図に示した第1実施例の収差図を第2図に示す。こ
こでY′は、焦点距離200mmの結像レンズを付けた時の
物体高に対する像高を示す。
球面収差はc線、d線、F線及び近赤外波長域でのYAG
レーザの発信波長である1064nmの各々について示されて
おり、良好に補正されていることがわかる。非点収差は
像高Y′=15mmについて示されており、サジタル面S及
びメリジオナル面Mについて良好な補正されていること
が認められる。
歪曲収差も同様に像高Y′=15mmについて示され、良好
に補正されていることが認められる。
次に第2実施例を第3図に示す。第3図は、倍率100
倍、焦点距離fd=2.0mm。開口数N.A.=0.5、作動距離W.
D.=14.9mmの顕微鏡対物レンズの構成配置を示す。
第1レンズ群は凹レンズL1と凸レンズL2との接合レンズ
で構成される。第2レンズ群は、物体面から遠い側から
近い側に向かって順に、単独の凸レンズL3、凹レンズL4
と凸レンズL5との接合レンズ、凸レンズL6と凹レンズL7
と凸レンズL8との接合レンズ、凸レンズL9と凹レンズL
10と凸レンズL11との接合レンズ、凸レンズL12と凹レン
ズL13との接合レンズ、凸レンズL10と凸レンズL11との
接合レンズ、単独の凸レンズL14及び単独の凸レンズL15
とから構成される。
第2表に第2実施例の諸量を示す。表示記号は第1表と
同様である。また、nd2N−nd2P、ν2PP、ν2N及びθ
i2ctの各値が示され、(1)式乃至(4)式の関係式を
満たすことがわかる。
第4図に、第3図に示した第2実施例の収差図を示す。
球面収差、非点収差及び歪曲収差がともに良好に補正さ
れていることが認められる。
次に第3実施例を第5図に示す。第5図は、倍率20倍、
焦点距離fd=10.01mm、開口数N.A.=0.4、作動距離W.D.
=21.8mmの顕微鏡対物レンズの構成配置を示す。
第1レンズ群は凹レンズL1と凸レンズL2との接合レンズ
で構成される。第2レンズ群は、物体面から遠い側から
近い側に向かって順に、凸レンズL3と凹レンズL4と凸レ
ンズL5との接合レンズ、凸レンズL6と凹レンズL7と凸レ
ンズL8との接合レンズ、凸レンズL9と凹レンズL10との
接合レンズ、単独の凸レンズL11及び単独の凸レンズL12
とから構成される。
第3表に第3実施例の諸量を示す。表示記号は第1表と
同様である。また、nd2N−nd2P、ν2PP、ν2N及びθ
i2ctの各値が示され、(1)式乃至(4)式の関係式を
満たすことがわかる。
第6図に、第5図に示した第3実施例の収差図を示す。
球面収差、非点収差及び歪曲収差がともに良好に補正さ
れていることが認められる。
次に第4実施例を第7図に示す。第7図は、倍率10倍、
焦点距離fd=20.0mm、開口数N.A.=0.26、作動距離W.D.
=32.3mmの顕微鏡対物レンズの構成配置を示す。
第1レンズ群は凹レンズL1と凸レンズL2との接合レンズ
で構成される。第2レンズ群は、物体面から遠い側から
近い側に向かって順に、単独の凸レンズL3、凹レンズL4
と凸レンズL5との接合レンズ、凸レンズL6と凹レンズL7
と凸レンズL8との接合レンズ、単独の凸レンズL9、及び
単独の凹レンズL10とから構成される。
第4表に第4実施例の諸量を示す。表示記号は第1表と
同様である。また、nd2N=nd2P、ν2PP、ν2N及びθ
i2ctの各値が示され、(1)式乃至(4)式の関係式を
満たすことがわかる。
第8図に、第7図に示した第4実施例の収差図を示す。
球面収差、非点収差及び歪曲収差がともに良好に補正さ
れていることを認められる。
次に第5実施例を第9図に示す。第9図は、倍率5倍、
焦点距離fd=40.1mm、開口数N.A.=0.14、作動距離W.D.
=38.7mmの顕微鏡対物レンズの構成配置を示す。
第1レンズ群は、前記第1乃至第4実施例と異なり、単
独の凸レンズL1と単独の凹レンズL2とで構成される。第
2レンズ群は、物体面から遠い側から近い側に向かって
順に、凹レンズL3と凸レンズL4との接合レンズ、単独の
凸レンズL5、単独の凸レンズL6、凸レンズL76と凹レン
ズL8との接合レンズとから構成される。
第5表に第5実施例の諸量を示す。表示記号は第1表と
同様である。また、nd2N−nd2P、ν2PP、ν2N及びθ
i2ctの各値が示され、(1)式乃至(4)式の関係式を
満たすことがわかる。
第10図に、第9図に示した第5実施例の収差図を示す。
球面収差、非点収差及び歪曲収差がともに良好に補正さ
れていることが認められる。
以上本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、
本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは言うまでも無い。
例えば、第1レンズ群や第2レンズ群のレンズ枚数の変
更、凸レンズや凹レンズやそれらの接合レンズの配列関
係の変更等は、本発明の要旨を逸脱しない限り本発明の
範囲に含まれる。
[発明の効果] 本発明は、上記のような構成にしたので、可視光線領域
から近赤外線領域にいたるまでの広い波長波長に渡っ
て、色収差やその他の諸収差を良好に補正された長作動
の無限遠補正型の顕微鏡対物レンズを提供することであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例のレンズ構成断面図であ
る。第2図は、第1実施例の収差図である。第3図は、
本発明の第2実施例のレンズ構成断面図である。第4図
は、第2実施例の収差図である。第5図は、本発明の第
3実施例のレンズ構成断面図である。第6図は、第3実
施例の収差図である。第7図は、本発明の第4実施例の
収差図である。第8図は、第4実施例の収差図である。
第9図は、本発明の第5実施例のレンズ構成断面図であ
る。第10図は、第5実施例の収差図である。 Li……レンズ、r1……曲率半径、 di……レンズの厚さあるいは隣接するレンズ間の距離 W.D.……作動距離

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体側から遠い側にあり、全体に負の屈折
    率を有する第1レンズ群と、物体側から近い側にあり、
    全体に正の屈折率を有する第2レンズ群とから成るいわ
    ゆるレトロフォーカス光学系の無限遠補正型の顕微鏡対
    物レンズにおいて、 前記第2レンズ群は、1枚以上の単独の凸レンズと、1
    個以上の凸レンズと凹レンズとの接合レンズとから成
    り、 nd2Nを、第2レンズ群の凹レンズの波長d線における平
    均屈折率Σndi/A、 nd2Pを、第2レンズ群の凹レンズと接合された凸レンズ
    の波長d線における平均屈折率Σndi/B、 ν2PPを、第2レンズ群の各凸レンズのアッベ数(nd
    1)/(nF−nC)、 ν2Nを、第2レンズ群の凹レンズの平均アッベ数Σνi/
    A、 θi2ctを、第2レンズ群の凹レンズに使用される硝材の
    うちの一つの硝材の部分分散比(nC−nt)/(nF
    nc)、 nF、nd、nC及びntを、各々F線、d線、C線及びt線の
    屈折率、 nidを、部分分散比θi2ctをもつ硝材のd線の屈折率、 とするとき、次の(1)乃至(4)の各式、 (1)nd2N−nd2P>0.15 (2)ν2PP>80 (3)62>ν2N>50 (4)θi2ct>0.840 nid>1.6 を満たすことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
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