JPH09197283A - 対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低倍率でありながら高い開口数
で接合レンズや異常分散ガラスを多用することなしに色
収差を良好に補正した対物レンズ並びに前記の対物レン
ズより射出する平行光束を結像する結像レンズを含み、
対物レンズの変換なしに低倍率では広い視野、高倍率で
は高解像力での観察を行ない得る結像光学系を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明の対物レンズは、物体側に凹面を向
けたメニスカスレンズと少なくとも一つの正の接合レン
ズを含む正の第１群と、負の第２群よりなり、第１群中
に少なくとも一つの回折型光学系を含み、この光学素子
を瞳位置より物体側で射出瞳径よりも軸上マージナル光
線高の小さい位置に配置した。又本発明の結像光学系
は、前記対物レンズと二つの所定倍率に変換する結像レ
ンズを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡等に用いら
れる対物レンズおよび対物レンズより射出する平行光束
を結像させる結像光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、顕微鏡の分野では、低倍率の対物
レンズ並の広い視野と高倍率の対物レンズ並の高分解能
を同時に兼ね備えている低倍率高ＮＡ対物レンズが必要
になっている。

【０００３】従来の顕微鏡による観察においては、低倍
率の対物レンズで広い視野にわたって観察して目的とす
る位置を発見した後に、高倍率用対物レンズに交換して
微細な構造を観察していた。しかし、対物レンズを交換
した時に光軸が多少ずれるため、対物レンズを交換して
倍率を変えた後に、目的とする被検物を再び探す必要が
ある。

【０００４】又、現在の一般的な対物レンズは、同焦距
離が決まっており、対物レンズを交換しても焦点はおお
よそ合うように設計されている。しかし、正確に焦点位
置が等しくなっているのではなく、そのため高倍率対物
レンズのように焦点深度が極めて浅い対物レンズの場
合、被観察物体を見失いがちであり、目的の位置を探し
なおす必要があった。

【０００５】検査用顕微鏡は、上記のような操作上の煩
雑さや効率の悪さが問題であるが、特に半導体ウエハー
等の微細な製品を検査する検査用顕微鏡は、対物レンズ
交換時の機械的な摩擦等により生ずる微細な塵が被検物
上に落ちることが指摘されている。又、対物レンズを頻
繁に交換するため耐久性も問題になる。

【０００６】これらの問題を解決するためには、対物レ
ンズを一つに固定し後ろで変倍するシステムにすること
が考えられる。しかし広い視野を観察する低倍率対物レ
ンズのＮＡはあまり大きくなく高倍率観察には解像力が
不足する。そのため低倍率でありながら高いＮＡの対物
レンズが必要になり、この対物レンズを用いることによ
りレンズ系を変換せずに後ろの光学系又は電気系により
変倍を行なうことにより低倍率の広い視野での観察と高
倍率での高分解能観察が可能になる。

【０００７】しかし、従来５倍の対物レンズなみの視野
の広さと５０倍の対物レンズなみの分解能との両方を持
つ低倍率高ＮＡの対物レンズを設計することは困難であ
った。その理由として対物レンズの射出瞳径が非常に大
きくなることがあげられる。高ＮＡの対物レンズは、高
いＮＡで入射する光束をある程度迅速に収斂させる必要
があるため、前群に強い正のパワーを配置する必要があ
る。これは全長をある程度短くする必要があるためであ
る。前群のパワーを弱くすると収差の発生は少なくなる
が、ペッツバール和を小にしつつ光束径を所定の瞳径に
なるように射出するには後群に負担がかかりすぎ、その
結果諸収差を補正できなくなるか全長を長くせざるを得
ない。

【０００８】高倍率で高ＮＡの対物レンズは、物体から
の光束を前群で収斂光束にしつつ収差を補正し、前群で
補正しきれない残存収差を後群で補正するのが一般的で
ある。この高倍率高ＮＡの対物レンズは、最終的な射出
瞳径が小さくパワーが弱いので後群での収差発生量が微
小である。一方低倍率で高ＮＡの対物レンズは、最終的
な光線高を高くする必要があり、そのため高倍率対物レ
ンズとは収差発生の様子が異なっている。この場合、射
出瞳径が非常に大であるため、前群のパワーを弱くして
射出瞳径まで光線を緩やに曲げて行けば前群での収差の
発生量は少なく押えることが出来る。しかしそうする
と、前述のように対物レンズ全体の諸収差を良好に補正
できなくなるか又は全長を長くせざるを得なくなる。そ
こで前群に強いパワーを配置して光束を一度絞りその後
更に大きな射出瞳径まで光束を広げて平行光束又は収斂
光束にして射出しなければならず、その時に後群にある
程度強い正のパワーのレンズが必要になる。結局ここで
発生する収差と前群で補正しきれなかった残存収差とを
後群のみで補正することは困難である。

【０００９】また、この種対物レンズで、通常のレンズ
のみで色収差を良好に補正するためには、ダブレット、
トリプレット、異常分散ガラスを多用することになりレ
ンズ系が大型になる。

【００１０】更にこの対物レンズから射出される光束が
平行光束の場合、つまりいわゆる無限遠補正の対物レン
ズの場合、光束を結像させる結像レンズ系も通常の屈折
系レンズのみを使用したレンズ系ではレンズ枚数が多く
なり、全長が大で非常に大型な構成になる。それは、こ
のレンズ系の射出ＮＡが大きいからである。例えば全体
の倍率が５倍であって、物体側のＮＡが０．７であると
すると射出ＮＡは０．１４となり、通常の結像用レンズ
系の数倍の値になる。更に結像用レンズ系は、対物レン
ズとは異なり入射瞳位置がレンズ群より物体側（対物レ
ンズ側）にあるため、特にコマ収差の補正が難しく単純
な構成では収差を良好に補正できない。

【００１１】最近光学素子として回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）を用いた光学系が注目されている。この回折型光学
素子を用いた対物レンズで、本発明の対物レンズと類似
する従来例として、特開昭６３−７７００３号、特開昭
６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３６３６号、特
開昭６０−２４７６１１号、特開平２−１１０９号、特
開平４−３６１２０１号、特開平６−３３１８９８号お
よび特開平６−３４７７００号の各公報に記載されたも
の等がある。

【００１２】又前記の回折現象を利用した回折型光学素
子即ちディフラクチブ オプティクス エレメンツ［Ｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｍｅｎｔ
ｓ（ＤＯＥ）］は、オプトロニクス社発行の「光学デザ
イナーのための小型光学エレメント」第６，第７章、
「ＳＰＩＥ」 第１２６巻 ４６〜５３頁（１９７７
年）等に詳細に記載されているが、その原理を簡単に述
べると下記の通りである。

【００１３】通常の光学ガラスは、図１９において次の
式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。

【００１４】 ｎsin θ＝ｎ’ｎsin θ’ （１） ただし、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ’は射出側媒質の
屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の射出角であ
る。

【００１５】一方、回折現象では、図２０のように光は
次の式（２）で表わされる回折の法則にしたがって曲げ
られる。

【００１６】 ｎsin θ−ｎ’sin θ’＝ｍλ／ｄ （２） ただしｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔であ
る。

【００１７】上記の式（２）に従って光線を曲げるよう
にした光学素子が回折型光学素子ＤＯＥである。尚、図
２０では遮蔽部と透過部が間隔ｄで並設されたものを示
したが、図２１のように透明体の表面に断面鋸状の回折
面を設けてブレーズ化するか、図２２のようにそのバイ
ナリー近似を行なうと高い回折効率を得ることが出来
る。

【００１８】次に上記のような回折型光学素子を使用す
ることによる利点について説明する。

【００１９】屈折系の薄肉レンズの場合、次の式（３）
に示す関係が成立つ。

【００２０】 １／ｆ＝（ｎ−１）（１／ｒ₁ −１／ｒ₂ ） （３） ただし、ｆは焦点距離、ｒ₁ ，ｒ₂ は夫々入射面と射出
面の曲率半径、ｎはレンズの屈折率である。

【００２１】上記式（３）の両辺を波長λにて微分する
と下記のように式（４）が求まる。

【００２２】 ｄｆ／ｄλ＝−ｆ（ｄｎ／ｄλ）／（ｎ−１） ∴ Δｆ＝−ｆ｛Δｎ／（ｎ−１）｝ （４） ここで係数倍的効果を除くと、Δｎ／（ｎ−１）が分散
特性を表わすことになるので、分散値νを次のように定
義出来る。

【００２３】 ν≡（ｎ−１）／Δｎ （５） したがって可視域における分散特性（アッベ数ν_d ）は
次のようになる。

【００２４】 ν_d ＝（ｎ_d −１）／（ｎ_F −ｎ_C ） （６） 一方回折型光学素子の場合は、回折型光学素子の焦点距
離をｆ、入射する平行光の光線高ｈのところでの格子間
隔をｄ_h とすると下記の式（７）のようになる。

【００２５】 ｆ＝ｈ／（ｎ’sin θ’）＝（ｄ_h ｈ）／（ｍλ） （７） 無収差の回折型光学素子の場合、ｄ_h ｈは一定であるの
で、ｆ＝Ｃ／λ（Ｃは定数）である。このｆ＝Ｃ／λの
両辺をλで微分すると次のようにして式（８）が得られ
る。

【００２６】 ｄｆ／ｄλ＝−Ｃ／λ² ＝−ｆ／λ ∴ Δｆ＝−ｆ（Δλ／λ） （８） Δｎ／（ｎ−１）＝νであるので、式（４）と（８）と
からν＝λ／Δλである。したがって、回折型光学素子
の可視域でのアッベ数ν_d は下記の通りである。

【００２７】 ν_d ＝λ_d ／（λ_F −λ_C ）＝−３．４５３ （９） このように回折型光学素子は、非常に大きな負の分散特
性を持つ。通常のガラスの分散特性は、約２０〜９５で
あるので、回折型光学素子は非常に大きな逆分散特性を
持つことがわかる。また同様の計算により、回折型光学
素子は異常分散特性を持つことがわかる。

【００２８】前記従来例のうち、特開昭６３−７７００
３号、特開昭６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３
６３６号、特開昭６０−２４７６１１号のレンズ系は、
いずれも光ディスクのピックアップレンズに関するもの
であり、１〜２枚の回折型光学素子よりなるもの又は１
枚の屈折型光学素子（レンズ）と１枚の回折型光学素子
よりなるもので、基本的には光源は単色であり、回折型
光学素子が有する色収差補正能力は利用していない。し
たがって、これらピックアップレンズをより複雑な顕微
鏡対物レンズに適用することは出来ない。

【００２９】また、特開平２−１１０９号、特開平４−
３６１２０１号公報記載のレンズ系は、いずれもステッ
パー等に用いられる投影レンズに関するものであり、石
英のみで構成されており、接合レンズは用いていないた
めに狭い波長範囲もしくは２波長の色収差の補正は可能
であるが、かなり広い波長域（５０ｎｍ以上）の色収差
を補正することは困難である。

【００３０】又、特開平６−３４７７００号、特開平６
−３３１８９８号公報に記載されているレンズ系は、顕
微鏡光学系に用いられる対物レンズに関するものであっ
て、前者は単一の硝材と少なくとも１枚の屈折率分布型
レンズとより構成されているが接合レンズは用いられて
いない。そのため、ステッパータイプと同様に広い波長
域での色収差の補正は困難である。一方後者は、回折型
光学素子と接合レンズとを用いたレンズ系で、広い波長
範囲で色収差を良好に補正することを特徴としている。
しかし、低倍率で高ＮＡの対物レンズには適用できな
い。それは、射出瞳径が非常に大きくなるとレンズ系の
後群で発生する諸収差と前群で発生する諸収差とを同時
に補正することが極めて困難であり、後者の従来例の条
件では不十分である。

【００３１】又この従来例である本出願人の提案した特
開平６−３３１８９８号公報には、回折型光学素子を用
いた低倍率の対物レンズが記載されている。この対物レ
ンズは、紫外線用の倍率が１０×、焦点距離が３６mm、
ＮＡが０．２の対物レンズで、波長２６２〜２７０ｎｍ
の領域で色収差の補正がなされており、射出瞳半径より
も光線高が低い位置に回折型光学素子を配置している。
この対物レンズは補正波長範囲が高々８ｎｍと極めて狭
く、ステッパータイプと同様にかなり広い波長範囲での
色収差を良好に補正することは困難である。又全系を前
群と後群とに分けた場合、両群とも正のパワーである低
ＮＡの対物レンズ故のパワー配置であり、この構成を高
ＮＡの対物レンズに適用することは困難である。

【００３２】又、対物レンズを切替えずに観察倍率を変
更する光学系として、特開平２−２８１２２３号、特開
昭６４−２８６１１号、特開平５−１２７０９６号公報
等の従来例がある。これら従来例は、いずれも高倍率観
察時のＮＡが小さく、最近の半導体製品等の微細な構造
を観察、測定するには、解像力が極めて不足している。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低倍率であ
りながら高い開口数を有し、しかも接合レンズや異常分
散ガラスを多用することなしに、諸収差特に広い波長範
囲にわたって色収差を良好に補正した対物レンズを提供
するものである。

【００３４】更に、広い波長領域の諸収差が良好に補正
されていてしかもレンズ枚数が少なく、接合面を多用し
ない単純な構成の対物レンズから射出した平行光束を結
像するレンズ系と、低倍率で高ＮＡの前記対物レンズと
変倍光学系とを組合わせて、対物レンズの変換なしに低
倍率では広い視野の観察、高倍率では高解像力での観察
を行ない得る結像光学系を提供するものである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の対物レンズは、
物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレン
ズと少なくとも一つの正のパワーの接合レンズとを含む
全体として正のパワーの第１群と、負のパワーの第２群
とからなる２群構成のレンズ系で、前記第１群中に少な
くとも一つの回折型光学素子を含み、前記回折型光学素
子が対物レンズの瞳位置より物体側であって射出瞳半径
よりも軸上マージナル光線高の低い位置に配置されてい
ることを特徴とする。

【００３６】色収差には大きくわけ軸上色収差と倍率の
色収差の２種類あり、前者は焦点位置のずれ、後者は焦
点距離（倍率）のずれである。これら色収差のうち、軸
上色収差の補正に有効なのは対物レンズの瞳位置である
が、正確に瞳位置ではなく、その近傍の光束径（軸上マ
ージナル光線高）の大きなところの方がより効果的であ
ることが多い。又倍率の色収差の補正に有効なのは瞳位
置ではなく、そこから少し離れた主光線がある程度の光
線高を有する位置付近である。

【００３７】低倍率で高いＮＡの対物レンズは、後群の
パワーが弱く、そのためガラスの組合せや接合面を用い
ることにより後群での色収差の補正は可能である。しか
し強い正のパワーを持つ前群で発生する色収差の補正
は、通常のレンズのみでは対応できず、回折型光学素子
ＤＯＥを用いるのが有効である。ここで、対物レンズの
瞳位置が対物レンズの中にある場合は、瞳位置の前後で
軸外収差の補正の方向が異なる。例えば瞳位置より物体
側で発生した軸外の色収差を補正する場合、瞳より物体
側で補正すれば軸外色収差と軸上色収差とを同時に補正
できる。しかし瞳位置より像側で軸外色収差を補正する
と軸上色収差は逆に悪化する。更に詳細に説明すると、
瞳位置より物体側の凸のパワーで発生した色収差補正を
逆追跡すると、短波長の光ほど内側へ屈折するため短波
長の光ほど対物レンズに近い位置に焦点を結び、主光線
高つまり倍率は、短波長ほど低くなる。これを瞳より物
体側で補正するためには反対に短波長の光ほど外側に屈
折させればよい。一方瞳より像側で補正する場合、短波
長光ほど外側へ屈折させれば焦点位置のずれは補正でき
る。しかし、この時物体位置での主光線高は、短波長光
程低くなるので、倍率の色収差を補正すれば軸上色収差
は悪化する。

【００３８】以上の説明から、対物レンズの瞳位置前後
でパワーを比較して色収差の発生量の大きい側で色収差
を補正すべきであることがわかる。もし、対物レンズの
瞳位置前後で軸外色収差の発生量がほぼ同程度であれ
ば、夫々の軸外色収差が互いに相殺され多大な軸外色収
差の補正は必要なくなるが、上述のように低倍率で高Ｎ
Ａの対物レンズの場合、瞳よりも物体側の前群のパワー
が後群のパワーに比べて圧倒的に強い。そのため、回折
型光学素子ＤＯＥにより色収差を補正するためには、対
物レンズの瞳位置よりも物体側で、上記第１群に回折型
光学素子ＤＯＥを配置しなければならない。また、前群
の正のパワーを強くして第１群の光束の径をおさえなけ
れば特にペッツバール和の補正で後群に負担がかかりす
ぎ、前群で補正し切れなかった残存収差を後群で補正出
来ない。特に第１群の光束径が射出瞳径以上になると、
諸収差を良好に補正するためには対物レンズの全長を長
大にする必要がある。

【００３９】以上のことより、少なくとも第１群での軸
上マージナル光線高（光束径）を射出瞳の半径よりも低
くし、第１群中に回折型光学素子ＤＯＥを配置しなけれ
ば、全長を短く維持したまま回折型光学素子ＤＯＥの色
収差補正能力を有効に利用して諸収差を良好に補正する
ことは出来ない。

【００４０】前述のように高ＮＡの対物レンズは、高Ｎ
Ａの発散光束を迅速に収斂光束の方向に向かわせ第１群
を通る光線高を低くおさえる必要がある。そのため前群
には強い正のパワーのレンズ群を配置しなければなら
ず、この強い正のパワーの屈折によって発生する諸収差
を最小限にして効果的に収斂光束にするには複数の屈折
面にパワーを分散させなければならない。また広い波長
領域での色収差の補正を回折型光学素子ＤＯＥのみで行
なうと、パワーが強くなりすぎて、ＤＯＥの最小ピッチ
が製作不可能なまでに小さくなってしまう。そのためレ
ンズ系中に接合レンズと回折型光学素子とを少なくとも
一つづつ用いて色収差を補正しなければならない。この
色収差の補正のうち特に軸外の色収差を補正するために
は接合レンズを対物レンズの瞳位置より物体側の前群中
に配置しなければならない。その場合、前述のように前
群には正のパワーの面が複数必要であるため接合レンズ
を正のパワーにすることが全体の収差補正にとって最も
効果的である。つまり、強い正のパワーを持つ第１群に
少なくとも一つの正のパワーの接合レンズを含んでいる
構成にしなければならない。

【００４１】また、高ＮＡを有する対物レンズは、前群
に強い正のパワーを有しその焦点距離が短くなるため、
後群に負のパワーのレンズ群を配置しなければ、全系の
焦点距離を長く（倍率を低く）出来ない。更に、前群で
発生する大きな正のペッツバール和および球面収差を補
正するためにも後群に負のパワーのレンズ群が必要であ
る。

【００４２】本発明の光学系において、色収差および諸
収差をバランス良く補正するためには、下記の条件
（１）を満足することが望ましい。

【００４３】（１） Ｄ／Ｈ＞０．６ ただし、Ｈは対物レンズの射出瞳半径、Ｄは回折型光学
素子位置での軸上マージナル光線高である。

【００４４】この条件（１）は、回折型光学素子を配置
する位置を定めるもので、Ｄ／Ｈが条件（１）の下限の
０．６を越えると主として強い正のパワーを有する第１
群で発生した軸上色収差を補正しきれなくなり屈折系に
多くの接合レンズを用いなければならなくなり、また異
常分散ガラスを用いなければならず、回折型光学素子を
用いたことによる効果が十分に得られない。

【００４５】又、本発明のレンズ系は、下記条件（２）
を満足することが好ましい。

【００４６】（２） ０．５＜Ｍ／Ｈ＜０．９ ただしＭは第１群に含まれる少なくとも一つの正のパワ
ーの接合レンズの像側の第１面での軸上マージナル光線
高である。

【００４７】条件（２）は、第１群に配置される正のパ
ワーの接合レンズの位置に関するものである。Ｍ／Ｈが
条件（２）の上限の０．９を越えると第１群での光束径
が大きくなりすぎるため、たとえこの正のパワーの接合
レンズにより前群の色収差を補正しようとしても又前群
の強い正のパワーを分散させても、収差全体をバランス
よく良好に補正することが難しくなる。逆に下限の０．
５を越えると第１群の接合レンズによる軸上色収差の補
正が不十分になるため回折型光学素子に収差補正の負担
がかかり、回折型光学素子の最小ピッチが小さくなり製
作が不可能になる。

【００４８】又、本発明の対物レンズは、下記条件
（３）を満足することが望ましい。

【００４９】（３） ０．５＜ｆ₁ ／ｆ＜０．８ ただしｆは対物レンズの焦点距離、ｆ₁ は第１群の焦点
距離である。

【００５０】条件（３）において、ｆ₁ ／ｆが上限の
０．８を越えると第１群の正のパワーが不足して光束径
が大きくなりすぎ、限られた大きさにレンズ系をおさめ
るためには特にペッツバール和の補正において後群に負
担がかかりすぎレンズ系全体の収差補正が非常に困難に
なる。又下限の０．５を越えると第１群のパワーが強く
なりすぎ、そのため急激な屈折により発生する諸収差を
第１群、第２群で補正することが困難になる。

【００５１】又本発明において、下記条件（４）を満足
することが望ましい。

【００５２】（４） ３＜｜ｆ₂ ／ｆ｜＜３０ ただしｆ₂ は第２群の焦点距離である。

【００５３】条件（４）において、｜ｆ₂ ／ｆ｜が下限
の３を越えると主としてペッツバール和の補正に寄与す
る負のパワーが強くなりすぎる。そのため、最終的に所
定の瞳径にして平行光束で射出するために必要である後
群の正のパワーも強くせざるを得ず、ここでの諸収差の
発生量が多くなり補正し得なくなる。また上限の３０を
越えると、逆に前群の強い正のパワーで発生した球面収
差やペッツバール和が補正不足になる。

【００５４】又、回折型光学素子は、製作上の特徴とし
て回折格子間隔を任意に設定できることがある。これは
任意形状の非球面レンズと等価であり、しかも通常の非
球面レンズより設計の自由度（変曲点が多数あってもよ
い等）がより大であり、またその製作精度もよい。又非
球面レンズは、色収差の補正が出来ず、この点を考え合
わせると回折型光学素子の方が明らかに収差補正能力が
すぐれている。又屈折率分布レンズは色収差を補正出来
るが、実際に作成し得るものは限られており、紫外線や
赤外線の波長には十分対応し得ない。

【００５５】このように、回折型光学素子は、非球面レ
ンズや屈折率分布レンズ以上に優れた収差補正能力があ
り、これを用いることによって対物レンズの高性能化や
コスト低減および従来不可能であった新しい対物レンズ
の設計等が出来るようになる。

【００５６】また、低倍率高ＮＡの対物レンズの設計に
おいては、通常色収差を良好に補正するためにダブレッ
トやトリプレットを多用しなければならない。しかも光
束径が全体的に大きいことも関係して接合レンズの肉厚
は可成り厚いものになり、レンズ系の全長が大になる。

【００５７】しかし、回折型光学素子を用いることによ
り接合レンズを多用する必要がなく、又回折型光学素子
自体が薄いため対物レンズの全体の長さを短く出来、顕
微鏡光学系を小型になし得る。

【００５８】本発明の対物レンズにおいて、少なくとも
一つの接合レンズの隣接するレンズのアッベ数差Δνが
下記条件（５）を満足することが望ましい。

【００５９】（５） Δν＞２０ 低倍率で高ＮＡの対物レンズにおいて、広い波長領域で
の色収差の補正を回折型光学素子のみで行なおうとする
とそのパワーが強くなりすぎ最小ピッチが極めて小さく
なり製作不能になる。そのため、レンズ系中に接合レン
ズと回折型光学素子とを少なくとも一つづつ用い、色収
差の補正を分担させなければならない。その場合接合レ
ンズが上記条件（５）を満足することが好ましい。

【００６０】条件（５）において、Δνが下限の２０を
越えると接合レンズによる色収差の補正作用が不十分に
なり、回折型光学素子の最小ピッチをあまり大きくでき
なくなる。又レンズ群全体として収差が残る。

【００６１】次に、本発明は対物レンズから射出した平
行光束を結像させる結像レンズに特徴を有するもので、
この結像レンズに少なくとも１枚の回折型光学素子が用
いられ下記条件（６）を満足するものである。

【００６２】（６） Ｔ＞９０ ただし、Ｔは対物レンズの射出瞳位置から結像レンズの
対物レンズ側の第１面までの距離である。

【００６３】最近の対物レンズは、対物レンズ単体では
結像しないものが一般的である。つまり物体像が無限遠
に形成されるように設計されており、結像させるために
は別個の結像レンズを配置しなければならない。この対
物レンズと結像レンズの間の光束は平行光束であり、こ
のレンズ間隔には例えばハーフミラーや光学フィルター
などを配置し、この対物レンズと結像レンズとの間隔を
変化させても結像位置や結像性能は変化しない。このよ
うな構成（無限遠に結像する構成）にしないで、対物レ
ンズが単体で結像するようにすると、ミラーやフィルタ
ー等を付加する場合、付加したフィルター等の厚み分だ
け像位置が移動し、中間レンズが必要になり、構成が複
雑になりまた倍率が変化したりする。そのために様々な
観察方法での観察が行なわれる現代の光学系システムに
は適していない。

【００６４】この結像レンズは、通常１群又は２群程度
のシンプルな構成にするのが一般的である。しかし、そ
れは一般的な対物レンズに用いる場合つまり像側のＮＡ
がさほど大きくならない場合である。

【００６５】上述のような低倍率で高ＮＡの対物レンズ
に使用する場合は、像側のＮＡがかなり大きくなるため
結像レンズを対物レンズ並の複雑なレンズ構成にする必
要がある。更に結像レンズは、対物レンズとは異なり、
入射瞳位置（対物レンズの射出瞳位置）がレンズ群より
物体側（対物レンズ側）にあるため特にコマ収差の補正
が難しく、通常のレンズのみで設計しようとする場合、
レンズ枚数が多くなり接合面も多用しなければならな
い。その結果、レンズ系はコストが高くなり全長が長く
複雑な構成になる。そのため強力な色収差補正能力と非
球面効果とを有する回折型光学素子を用いることによっ
て、主としてコマ収差、球面収差を非球面効果によって
又色収差は回折型光学素子の強力な逆分散特性で良好に
補正することができ、接合レンズを多用することなく少
ないレンズ枚数の全長の短いシンプルなレンズ系を設計
できる。

【００６６】前記の条件（６）は、対物レンズから結像
レンズの物体側の第１面までの距離を規定するもので、
Ｔの値が条件（６）の下限の９０を越えると対物レンズ
と結像レンズとの間に落射照明用ハーフミラーやフィル
ター、中間鏡筒等を挿入することが出来ない。その結
果、装置の汎用性に乏しくなり、各種観察方法に対応で
きなくなる。又この距離Ｔを長くとれば、軸外光の光線
高が高くなり、更に瞳から離れる分、軸外収差の補正が
困難になる。簡単な構成でこれらを良好に補正するに
は、上述のように回折型光学素子を使用することが最も
効果的である。

【００６７】又、少ないレンズ枚数で諸収差を良好に補
正するためには、凹面を持つ二つのレンズの凹面同士を
向かい合わせたいわゆるガウス型のレンズ構成を含むこ
とが望ましい。このガウス型がペッツバール和の補正を
中心として諸収差の補正に効果的であることはよく知ら
れている。しかし上記の結像レンズのように入射瞳がレ
ンズ群より離れている光学系では、光束が非対称になり
比較的強い凹のパワーをもつ二つのガウス面を光束が通
過する際にコマ収差が発生しやすい。回折型光学素子
は、このような光学系に特に有効であり、回折型光学素
子が持つ非球面効果によってコマ収差を良好に補正する
ことが出来る。つまり入射瞳がレンズ群から離れている
結像レンズにおいては、ガウス型の構成の強力なペッツ
バール和の補正効果と回折型光学素子の非球面による収
差補正効果、色収差補正能力とを組合わせることにより
最も簡単な構成で諸収差を効果的に補正することが可能
になる。

【００６８】本発明の結像光学系は、前述の本発明の低
倍率で高ＮＡの対物レンズと所定の二つの異なった倍率
に変換する光学系を含んでいて、低倍率で広い視野の観
察が出来高倍率で極めて高い解像力での観察が可能であ
ることを特徴とする。

【００６９】対物レンズを交換することなしに低倍率で
広い視野を観察し、高倍率では極めて高い解像力での観
察を行なうためには、対物レンズ自体が広視野で高ＮＡ
を有するものでなければならない。このような光学系
は、低倍率で高ＮＡの対物レンズと変倍光学系とを組合
わせることによってのみ可能になる。

【００７０】上記のような光学系は、次のような態様の
ものが考えられる。第１の態様としては、前記の低倍率
で高ＮＡの対物レンズと、この対物レンズから射出する
光束を二つの光路に分割する手段と、分割された光路の
うちの一方の光路には対物レンズから射出される平行光
束を総合倍率が低くなるように結像させるように焦点距
離の比較的短い第１の結像レンズを配置し、他の光路に
は総合倍率が高くなるように結像させる焦点距離の長い
第２の結像レンズを配置した光学系である。

【００７１】第２の態様としては、前記の低倍率で高Ｎ
Ａの対物レンズと、この対物レンズから射出する平行光
束を結像させるレンズ系で結像性能を劣化させないまま
焦点距離を変化させ得る焦点距離可変結像レンズを配置
し、この焦点距離可変結像レンズにより全系の総合倍率
を低倍率から高倍率まで変化させる光学系である。

【００７２】又、第３の態様は、前記の低倍率で高ＮＡ
の対物レンズと、この対物レンズから射出する平行光束
を結像させる結像レンズと、この結像レンズにより結像
された像の倍率を変えるための変倍光学系を設け、この
変倍光学系により低倍率から高倍率まで変化させるもの
である。

【００７３】更に前記第１の態様の光学系において、第
２、第３の態様のような変倍手段を高倍率観察用の光路
に配置して、低倍率での広い視野を観察しながら他方で
任意に倍率を変換させることも可能である。

【００７４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を述べ
る。

【００７５】まず、本発明の光学系で用いる回折型光学
素子について更に詳細に述べる。このような回折型光学
素子を含む光学系の設計法としてウルトラハイ インデ
ィクス法（ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈ
ｏｄｓ）と呼ばれる方法が知られている。それは、回折
型光学素子を屈折率の極めて大きい仮想的なレンズ（ウ
ルトラハイ インディクス レンズ）におきかえて設計
する方法である。この方法は、ＳＰＩＥ １２６巻４６
頁乃至５３頁（１９７７年）に記載されている。その内
容を説明すると図２３において、１はウルトラハイ イ
ンディクスレンズ、２は法線で、このウルトラハイ イ
ンディクス レンズにおいては、次の式で表わされる関
係が成立つ。

【００７６】（ｎ_u −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎsin θ−ｎ’
sin θ’ただし、ｎ_u はウルトラハイ インディクス
レンズの屈折率、ｚはウルトラハイ インディクス レ
ンズの光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ，ｎ’
は夫々入射側媒質および射出側媒質の屈折率、θ，θ’
は光線の入射角および射出角である。

【００７７】 （ｎ_u −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ （１１） 即ち、ウルトラハイ インディクス レンズの（屈折率
が極めて大きい屈折率分布型レンズ）の面形状と回折型
光学素子のピッチとの間には、式（１１）にて与えられ
る等価関係が成立しこの式（１１）を通してウルトラハ
イ インディクス法で設計したデーターから回折型光学
素子のピッチを定めることが出来る。

【００７８】ここで、一般的な軸対称な非球面は、下記
の式（１２）にて表わされる。

【００７９】 ｚ＝Ｃｈ² ／［１−Ｃ²（ｋ＋１）ｈ² ］^1/2 ＋Ａ₁ ｈ⁴ ＋Ａ₂ ｈ⁶ ＋Ａ₃ ｈ⁸ ＋Ａ₄ ｈ¹⁰＋・・・ （１２） ただし、ｚは光軸（像の方向を正）、ｈは面とｚ軸との
交点を原点としＺ軸に直交する座標軸のうちのメリジオ
ナル方向の座標軸、Ｃは基準球面の曲率、ｋは円錐定
数、Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ ，・・・は夫々４次，６
次，８次，１０次，・・・の非球面係数である。

【００８０】前記式（１１），（１２）より、ある光線
高における上記非球面と等価の回折型光学素子のピッチ
ｄは下記式（１３）で表わされる。

【００８１】 ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛Ｃｈ／（１−Ｃ² （１＋ｋ）ｈ² ）^1/2 ＋４Ａ₁ ｈ³ ＋６Ａ₂ ｈ⁵ ＋８Ａ₃ ｈ⁷ ＋１０Ａ₄ ｈ⁹ ＋・・・｝］ （１３）

【００８２】次に本発明の各実施例のデーターを示す。

【００８３】実施例１ ｒ₁ ＝56.9463 ｄ₁ ＝6.9680 ｎ₁ ＝1.8467 ν₁ ＝23.9 ｒ₂ ＝252.7410 ｄ₂ ＝0.2000 ｒ₃ ＝33.8157 ｄ₃ ＝8.8534 ｎ₂ ＝1.6031 ν₂ ＝60.7 ｒ₄ ＝92.8529 ｄ₄ ＝5.0000 ｎ₃ ＝1.6727 ν₃ ＝32.1 ｒ₅ ＝20.2043 ｄ₅ ＝15.7471 ｒ₆ ＝-28.2148 ｄ₆ ＝5.0943 ｎ₄ ＝1.7408 ν₄ ＝27.8 ｒ₇ ＝35.1080 ｄ₇ ＝11.8484 ｎ₅ ＝1.6031 ν₅ ＝60.7 ｒ₈ ＝-39.9804 ｄ₈ ＝0.5871 ｒ₉ ＝46.1917 ｄ₉ ＝5.9329 ｎ₆ ＝1.7234 ν₆ ＝37.9 ｒ₁₀＝27.1893 ｄ₁₀＝11.6423 ｎ₇ ＝1.5225 ν₇ ＝59.8 ｒ₁₁＝-217.4491 ｄ₁₁＝2.1068 ｒ₁₂＝190.8653 ｄ₁₂＝5.0000 ｎ₈ ＝1.60311 ν₈ ＝60.7 ｒ₁₃＝-99.9999 ｄ₁₃＝0.2000 ｒ₁₄＝1.8401×10⁷ 非球面ｄ₁₄＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝5.0000 石英 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝9.5412 ｒ₁₇＝59.2708 ｄ₁₇＝6.2086 ｎ₁₀＝1.8348 ν₁₀＝42.7 ｒ₁₈＝-103.3562 ｄ₁₈＝0.2000 ｒ₁₉＝14.3813 ｄ₁₉＝7.6747 ｎ₁₁＝1.8830 ν₁₁＝40.8 ｒ₂₀＝9.8549 ｄ₂₀＝7.1950 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝-0.967292 ×10^-11 ，Ａ₂ ＝0.386640×10^-14 Ａ₃ ＝-0.510608 ×10^-16 ，Ａ₄ ＝0.219320×10^-18 Ｄ／Ｈ＝0.72，Ｍ／Ｈ＝0.80，ｆ₁ ／ｆ＝0.71，ｆ₂ ／ｆ＝17.6

【００８４】実施例２ ｒ₁ ＝52.4632 ｄ₁ ＝6.1095 ｎ₁ ＝1.8830 ν₁ ＝40.8 ｒ₂ ＝117.0441 ｄ₂ ＝0.2000 ｒ₃ ＝38.3710 ｄ₃ ＝10.0216 ｎ₂ ＝1.8467 ν₂ ＝23.8 ｒ₄ ＝2140.9873 ｄ₄ ＝6.8888 ｎ₃ ＝1.8052 ν₃ ＝25.4 ｒ₅ ＝20.6505 ｄ₅ ＝16.1925 ｒ₆ ＝-26.4929 ｄ₆ ＝5.0000 ｎ₄ ＝1.7618 ν₄ ＝26.6 ｒ₇ ＝34.3820 ｄ₇ ＝11.2393 ｎ₅ ＝1.6031 ν₅ ＝60.7 ｒ₈ ＝-44.3698 ｄ₈ ＝0.2000 ｒ₉ ＝101.5346 ｄ₉ ＝5.0000 ｎ₆ ＝1.8830 ν₆ ＝40.8 ｒ₁₀＝-321.2585 ｄ₁₀＝1.5447 ｒ₁₁＝2.2520×10⁷ 非球面ｄ₁₁＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝3.5000 石英 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.2000 ｒ₁₄＝38.9345 ｄ₁₄＝11.8381 ｎ₈ ＝1.7495 ν₈ ＝35.3 ｒ₁₅＝24.3128 ｄ₁₅＝12.0591 ｎ₉ ＝1.5163 ν₉ ＝64.2 ｒ₁₆＝-95.2360 ｄ₁₆＝2.1063 ｒ₁₇＝41.7971 ｄ₁₇＝5.5189 ｎ₁₀＝1.8830 ν₁₀＝40.8 ｒ₁₈＝312.3800 ｄ₁₈＝0.2000 ｒ₁₉＝22.9489 ｄ₁₉＝10.9761 ｎ₁₁＝1.8467 ν₁₁＝23.9 ｒ₂₀＝14.8284 ｄ₂₀＝6.2050 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝0.747078×10^-11 ，Ａ₂ ＝-0.999216 ×10^-14 Ａ₃ ＝-0.276273 ×10^-16 ，Ａ₄ ＝0.659632×10^-19 Ｄ／Ｈ＝0.81，Ｍ／Ｈ＝0.81，ｆ₁ ／ｆ＝0.63，ｆ₂ ／ｆ＝5.3

【００８５】実施例３ ｒ₁ ＝83.3176 ｄ₁ ＝5.7575 ｎ₁ ＝1.8467 ν₁ ＝23.9 ｒ₂ ＝761.7768 ｄ₂ ＝0.4613 ｒ₃ ＝32.4472 ｄ₃ ＝8.16783 ｎ₂ ＝1.8830 ν₂ ＝40.8 ｒ₄ ＝62.5778 ｄ₄ ＝5.0309 ｎ₃ ＝1.7618 ν₃ ＝26.6 ｒ₅ ＝20.3515 ｄ₅ ＝16.4358 ｒ₆ ＝-30.0484 ｄ₆ ＝5.0000 ｎ₄ ＝1.8467 ν₄ ＝23.9 ｒ₇ ＝-103.8238 ｄ₇ ＝0.2000 ｒ₈ ＝311.0709 ｄ₈ ＝7.5854 ｎ₅ ＝1.8830 ν₅ ＝40.8 ｒ₉ ＝34.1769 ｄ₉ ＝11.7553 ｎ₆ ＝1.6031 ν₆ ＝60.7 ｒ₁₀＝-41.8122 ｄ₁₀＝0.6373 ｒ₁₁＝1.9853×10⁷ 非球面ｄ₁₁＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝3.5000 石英 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.2000 ｒ₁₄＝51.2934 ｄ₁₄＝5.0000 ｎ₈ ＝1.7552 ν₈ ＝27.5 ｒ₁₅＝27.9337 ｄ₁₅＝11.3579 ｎ₉ ＝1.5891 ν₉ ＝61.2 ｒ₁₆＝-115.6770 ｄ₁₆＝8.6539 ｒ₁₇＝59.0308 ｄ₁₇＝9.9815 ｎ₁₀＝1.8348 ν₁₀＝42.7 ｒ₁₈＝-84.2375 ｄ₁₈＝0.2000 ｒ₁₉＝14.9776 ｄ₁₉＝7.8370 ｎ₁₁＝1.8830 ν₁₁＝40.8 ｒ₂₀＝10.0088 ｄ₂₀＝7.2383 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝-0.412723 ×10^-11 ，Ａ₂ ＝0.682059×10^-14 Ａ₃ ＝0.145055×10^-16 ，Ａ₄ ＝0.450653×10^-19 Ｄ／Ｈ＝0.76，Ｍ／Ｈ＝0.77，ｆ₁ ／ｆ＝0.61，ｆ₂ ／ｆ＝5.8

【００８６】実施例４ ｒ₁ ＝74.9875 ｄ₁ ＝7.1236 ｎ₁ ＝1.8830 ν₁ ＝40.8 ｒ₂ ＝328.0289 ｄ₂ ＝3.3944 ｒ₃ ＝7.4455×10⁷ 非球面ｄ₃ ＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝4.0000 石英 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.2000 ｒ₆ ＝79.2504 ｄ₆ ＝9.2690 ｎ₃ ＝1.5163 ν₃ ＝64.2 ｒ₇ ＝-158.5654 ｄ₇ ＝22.4807 ｎ₄ ＝1.6889 ν₄ ＝31.1 ｒ₈ ＝40.4073 ｄ₈ ＝7.6313 ｒ₉ ＝-342.6892 ｄ₉ ＝27.6578 ｎ₅ ＝1.8467 ν₅ ＝23.8 ｒ₁₀＝-147.0218 ｄ₁₀＝98.6980 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝-0.390321 ×10^-11 ，Ａ₂ ＝0.134732×10^-14 Ａ₃ ＝-0.106997 ×10^-18 ，Ａ₄ ＝0.974510×10^-22

【００８７】実施例５ ｒ₁ ＝89.4677 ｄ₁ ＝17.1402 ｎ₁ ＝1.8830 ν₁ ＝40.8 ｒ₂ ＝1712.7348 ｄ₂ ＝0.2000 ｒ₃ ＝66.3778 ｄ₃ ＝10.1293 ｎ₂ ＝1.6031 ν₂ ＝60.7 ｒ₄ ＝-184.8557 ｄ₄ ＝18.7911 ｎ₃ ＝1.8503 ν₃ ＝32.3 ｒ₅ ＝43.3920 ｄ₅ ＝9.1411 ｒ₆ ＝-84.1848 ｄ₆ ＝26.0000 ｎ₄ ＝1.8052 ν₄ ＝25.4 ｒ₇ ＝-72.6246 ｄ₇ ＝0.2000 ｒ₈ ＝3.9148×10⁷ 非球面ｄ₈ ＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝4.0000 石英 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝106.6194 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝-0.822093 ×10^-11 ，Ａ₂ ＝0.306338×10^-14 Ａ₃ ＝0.452768×10^-17 ，Ａ₄ ＝0.836988×10^-21

【００８８】実施例６ ｒ₁ ＝74.2429 ｄ₁ ＝16.9064 ｎ₁ ＝1.5174 ν₁ ＝52.4 ｒ₂ ＝-532.4193 ｄ₂ ＝2.0027 ｒ₃ ＝1.2695×10⁸ 非球面ｄ₃ ＝0.0000 ＤＯＥ ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝5.0000 石英 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.2000 ｒ₆ ＝46.8289 ｄ₆ ＝10.3015 ｎ₃ ＝1.4970 ν₃ ＝81.6 ｒ₇ ＝-1051.9533 ｄ₇ ＝17.0251 ｎ₄ ＝1.7995 ν₄ ＝42.2 ｒ₈ ＝35.0896 ｄ₈ ＝18.1661 ｒ₉ ＝-33.8580 ｄ₉ ＝10.0818 ｎ₅ ＝1.8467 ν₅ ＝23.9 ｒ₁₀＝-52.0608 ｄ₁₀＝0.2000 ｒ₁₁＝-181.2513 ｄ₁₁＝5.2578 ｎ₆ ＝1.7995 ν₆ ＝42.2 ｒ₁₂＝-56.0832 ｄ₁₂＝107.8221 非球面係数 Ｋ＝-1.000000 ，Ａ₁ ＝-0.109176 ×10^-11 ，Ａ₂ ＝0.154421×10^-14 Ａ₃ ＝-0.136217 ×10^-18 ，Ａ₄ ＝-0.612276 ×10^-22 上記データー中ｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・ は各面の曲率半径、ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・ は各 レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ₁ ，ｎ₂ ，・・・ は各レンズの屈折率、ν₁ ， ν₂ ，・・・ は各レンズのアッベ数である。

【００８９】上記の実施例は、いずれも波長領域４８８
〜６３２．８ｎｍにわたって色収差が補正された対物レ
ンズ又は結像レンズである。それらのうち実施例１乃至
実施例３は、図１乃至図３に示す構成の対物レンズで全
て焦点距離が３６mm、ＮＡが０．７、同焦点距離約１１
５mm、作動距離５mm、物体側視野数３．２mm、射出瞳径
５０mmである。これら実施例に示す図１乃至図３は、い
ずれも図面右側が物体側である。又実施例４乃至実施例
６は図４乃至図６に示す構成の結像レンズで、全て焦点
距離が１８０mm、対物レンズの射出瞳位置から結像レン
ズの物体側第１面までの距離は約１２０mmである。これ
ら図４乃至図６は右側が像側である。

【００９０】図２４は、本発明の低倍率で高ＮＡの対物
レンズと変倍光学系を含む結像レンズとよりなる光学系
を示す図である。この図において１１は被検物体、１２
は対物レンズ、１３は対物レンズ１２から射出された平
行光束を二つの光路ａ，ｄに分割するハーフミラー、１
４は光路ａに配置され投影倍率５倍で撮像素子１５に投
影する結像レンズ、１６は反射鏡、１７は光路ｄに配置
され一度結像させて像１８を形成するレンズ、１９は像
１８を撮像素子２０上に結像させるレンズである。ここ
で、撮像素子２０に投影される像は、レンズ１７，１９
よりなる結像レンズにより５０倍の投影倍率にて投影さ
れる。この図２４に示されている光学装置では、第１の
光路ａで得られる像により広視野の観察が行なわれ、第
２の光路ｄで得られる像により高解像観察を行なうこと
が出来る。

【００９１】又、図２５は他の光学装置を示す図で、１
１は被検体、１２は対物レンズ、２１は結像レンズ、２
２は結像レンズによる第１結像位置、２３は変倍光学
系、２４は撮像素子である。

【００９２】この図２５の光学装置では、変倍光学系２
３により低倍率から高倍率まで変倍して撮像素子２４に
結像する。これにより広い視野での観察と高解像による
観察を可能にしている。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、低倍率でありながら高
い開口数を有し、しかも接合レンズや異常分散ガラスを
多用することなく諸収差、特に色収差を広い波長範囲に
わたり補正された対物レンズを実現出来る。更に広い波
長領域で諸収差が良好に補正されていてしかもレンズ枚
数が少なく接合面を多用しない単純な構成の結合レンズ
系を得ることができる。また前記の低倍率で高ＮＡの対
物レンズと変倍光学系との組合わせにより異なる倍率の
対物レンズの交換なしに低倍率では広い視野での観察を
行ない、高倍率では高解像力での観察が可能である。

【００９４】本発明には、特許請求の範囲に記載するも
ののほか下記の各項に記載のものも含まれる。

【００９５】（１） 特許請求の範囲の請求項１に記載
されているレンズ系で、回折型光学素子が下記の条件
（１）を満足する位置に配置されている対物レンズ。

【００９６】（１） Ｄ／Ｈ＞０．６ （２） 特許請求の範囲の請求項１又は前記の（１）の
項に記載されているレンズ系で、下記条件（２）を満足
する対物レンズ。

【００９７】（２） ０．５＜Ｍ／Ｈ＜０．９ （３） 特許請求の範囲の請求項１あるいは前記の
（１）又は（２）の項に記載されているレンズ系で、下
記条件（３）を満足する対物レンズ。

【００９８】（３） ０．５＜ｆ₁ ／ｆ＜０．８ （４） 特許請求の範囲の第１項あるいは前記の
（１），（２）又は（３）の項に記載されているレンズ
系で、下記条件（４）を満足する対物レンズ。

【００９９】（４） ３＜｜ｆ₁ ／ｆ｜＜３０ （５） 特許請求の範囲の請求項１あるいは前記の
（１），（２），（３）又は（４）の項に記載されてい
るレンズ系で、下記条件（５）を満足する対物レンズ。

【０１００】（５） Δν＞２０ （６） 特許請求の範囲の請求項２に記載されている結
像レンズで、凹面を互いに対向させて配置された二つの
レンズを含む結像レンズ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例２の断面図

【図３】本発明の実施例３の断面図

【図４】本発明の実施例４の断面図

【図５】本発明の実施例５の断面図

【図６】本発明の実施例６の断面図

【図７】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差を示
す図

【図８】実施例１のコマ収差（タンジェンシャルおよび
サジタル）を示す図

【図９】実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差を示
す図

【図１０】実施例２のコマ収差（タンジェンシャルおよ
びサジタル）を示す図

【図１１】実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す図

【図１２】実施例３のコマ収差（タンジェンシャルおよ
びサジタル）を示す図

【図１３】実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す図

【図１４】実施例４のコマ収差（タンジェンシャルおよ
びサジタル）を示す図

【図１５】実施例５の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す図

【図１６】実施例５のコマ収差（タンジェンシャルおよ
びサジタル）を示す図

【図１７】実施例６の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す図

【図１８】実施例６のコマ収差（タンジェンシャルおよ
びサジタル）を示す図

【図１９】光線の屈折の状態を示す図

【図２０】光線の回折の状態を示す図

【図２１】断面鋸歯状の回折格子を示す図

【図２２】バイナリー近似による回折格子を示す図

【図２３】ウルトラハイ インディクス レンズを示す
図

【図２４】本発明の変倍光学系を含む結像光学系の構成
を示す図

【図２５】本発明の変倍光学系を含む結像光学系の構成
の他の例を示す図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から順に、物体側に凹面を向けたメ
   ニスカスレンズと少なくとも一つの正のパワーの接合レ
   ンズを含む全体として正のパワーの第１群と、負のパワ
   ーの第２群とよりなるレンズ系で、前記第１群中に少な
   くとも一つの回折型光学素子を含み、前記回折型光学素
   子が光学系の瞳位置より物体側で射出瞳半径よりも軸上
   マージナル光線高の小さい位置に配置されていることを
   特徴とする対物レンズ。
2. 【請求項２】対物レンズから射出した平行光束を結像さ
   せるレンズ系で、レンズ系中に少なくとも一つの回折型
   光学素子を有し、下記条件（６）を満足することを特徴
   とする結像レンズ系。 （６） Ｔ＞９０ ただし、Ｔは対物レンズの射出瞳位置から結像レンズ系
   の第１面までの距離である。
3. 【請求項３】物体側から順に、物体側に凹面を向けたメ
   ニスカスレンズと少なくとも一つの正のパワーの接合レ
   ンズを含む全体として正のパワーの第１群と、負のパワ
   ーの第２群とよりなるレンズ系で、第１群中に少なくと
   も一つの回折型光学素子を含み、前記回折型光学素子が
   光学系の瞳位置より物体側で射出瞳半径よりも軸上マー
   ジナル光線高の小さい位置に配置された対物レンズと、
   少なくとも二つの所定の倍率に変換する結像レンズ系と
   を含む結像光学系。