JPS60247613A - 高倍率顕微鏡対物レンズ - Google Patents
高倍率顕微鏡対物レンズInfo
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- JPS60247613A JPS60247613A JP10393484A JP10393484A JPS60247613A JP S60247613 A JPS60247613 A JP S60247613A JP 10393484 A JP10393484 A JP 10393484A JP 10393484 A JP10393484 A JP 10393484A JP S60247613 A JPS60247613 A JP S60247613A
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- lens
- aberration
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- refractive power
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
- G02B27/0068—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の技術分野)
本発明は、顕微鏡対物レンズ、特に物体側に配置される
カバーガラス等の平行平面板の厚さの変化に対しても良
好な結像性能を維持し得る高倍率対物レンズに関する。
カバーガラス等の平行平面板の厚さの変化に対しても良
好な結像性能を維持し得る高倍率対物レンズに関する。
(発明の背景)
最近の光デイスク分野の技術発展にはめざましいものが
あり、プラスチックス技術の発達と相俟って各種の光デ
ィスクが開発、市販さつつある。
あり、プラスチックス技術の発達と相俟って各種の光デ
ィスクが開発、市販さつつある。
また、これらに使われている樹脂も数多く、ポリカーボ
ネート(P C)やアクリル(PMMA)など多種類に
及んでいる。ところで、これらの光ディスクの検査、即
ちディスク上に形成された微細なピットや溝の検査を光
学的に行うには2つの方法が考えられる。第1は、ディ
スクの信号読み出し面側からプラスチック保護層を通し
て検査する方法。第2は、ディスクの反対側即ちアルミ
ニウムの蒸着面側から検査する方法である。第1の方法
は厚さ約1 、2mmのプラスチック層を通して検査す
るため、作動距離が少なくとも空気換算で0.8mm以
上必要であり、かつプラスチックの平行平面板で生ずる
球面収差を補正する機能を備えたものでなければならな
い。第2の方法では、作動距離が小さな対物レンズでも
検査が可能であるが、アルミニウムの蒸着後に信号面の
検査を行うことはできないので蒸着前に検査をしなけれ
ばならず、ゴミや汚れを極端に嫌うため、実際上の検査
は不可能である。そこで、従来はやむを得ずプラスチッ
ク基板を通して検査しており、作動距離の制約から、倍
率が40倍程度、開口数(N、^、)が0.5〜0゜5
5程度の対物レンズでの検査に頼らざるを得なかった。
ネート(P C)やアクリル(PMMA)など多種類に
及んでいる。ところで、これらの光ディスクの検査、即
ちディスク上に形成された微細なピットや溝の検査を光
学的に行うには2つの方法が考えられる。第1は、ディ
スクの信号読み出し面側からプラスチック保護層を通し
て検査する方法。第2は、ディスクの反対側即ちアルミ
ニウムの蒸着面側から検査する方法である。第1の方法
は厚さ約1 、2mmのプラスチック層を通して検査す
るため、作動距離が少なくとも空気換算で0.8mm以
上必要であり、かつプラスチックの平行平面板で生ずる
球面収差を補正する機能を備えたものでなければならな
い。第2の方法では、作動距離が小さな対物レンズでも
検査が可能であるが、アルミニウムの蒸着後に信号面の
検査を行うことはできないので蒸着前に検査をしなけれ
ばならず、ゴミや汚れを極端に嫌うため、実際上の検査
は不可能である。そこで、従来はやむを得ずプラスチッ
ク基板を通して検査しており、作動距離の制約から、倍
率が40倍程度、開口数(N、^、)が0.5〜0゜5
5程度の対物レンズでの検査に頼らざるを得なかった。
このため、ディスクの信号面をもっと高倍率で、高解像
で検査したいという要求が強く、さらには、ディスクの
材質や厚さに応じた補正機能を持つ対物レンズの必要性
が高まってきている。
で検査したいという要求が強く、さらには、ディスクの
材質や厚さに応じた補正機能を持つ対物レンズの必要性
が高まってきている。
従来の、所謂補正還付対物レンズは上記のような要望に
ある程度応えるものではあるが、一般には生物観察用の
カバーガラスやシャーレの厚さに対する補正を行うもの
であるため、プラスチックに対しては十分な性能を維持
することが難しい。
ある程度応えるものではあるが、一般には生物観察用の
カバーガラスやシャーレの厚さに対する補正を行うもの
であるため、プラスチックに対しては十分な性能を維持
することが難しい。
特に、高倍率、高N、A、の対物レンズでは、屈折率や
分散のわずかな違いが色収差や球面収差に大きく影響す
るので、ディスクに使用される樹脂材料に応じた補正機
能が不可欠である。しかも、樹脂材料のなかには、ポリ
カーボネートのように屈折率を一定に保つことが難しい
ものもあるため、ディスクの厚さ変化に対する補正のみ
ならず、屈折率変化に対しても良好な補正機能を持たな
ければならず、従来以上に大きな補正範囲を持つことが
必要である。
分散のわずかな違いが色収差や球面収差に大きく影響す
るので、ディスクに使用される樹脂材料に応じた補正機
能が不可欠である。しかも、樹脂材料のなかには、ポリ
カーボネートのように屈折率を一定に保つことが難しい
ものもあるため、ディスクの厚さ変化に対する補正のみ
ならず、屈折率変化に対しても良好な補正機能を持たな
ければならず、従来以上に大きな補正範囲を持つことが
必要である。
しかしながら、100倍程程度高倍率対物レンズにおい
て大きな作動距離と共に大きな補正範囲をもたせること
は極めて難しい。例えば、光デイスク用の基板としての
平行平面板の厚さは約1.2+wmであるが、これを通
して観察するためには、空気換算で1.0〜1 、5m
n+の作動距離を持たせなければならず、従来の100
倍対物レンズの作動距離がせいぜい0.3〜0.4mm
であることからすれば、数倍もの作動距離が必要である
。しかも、大きな補正範囲にわたって良好な性能を維持
しなければならず、このような対物レンズの設計には多
大の困難を伴っていた。
て大きな作動距離と共に大きな補正範囲をもたせること
は極めて難しい。例えば、光デイスク用の基板としての
平行平面板の厚さは約1.2+wmであるが、これを通
して観察するためには、空気換算で1.0〜1 、5m
n+の作動距離を持たせなければならず、従来の100
倍対物レンズの作動距離がせいぜい0.3〜0.4mm
であることからすれば、数倍もの作動距離が必要である
。しかも、大きな補正範囲にわたって良好な性能を維持
しなければならず、このような対物レンズの設計には多
大の困難を伴っていた。
(発明の目的)
本発明の目的は、高倍率で大きな開口数を有しながらも
、物体面との間に配置される透明物体の光学的光路長の
変化、即ちその透明物体の厚さ或いは屈折率の変化に対
しても、安定して優れた結像性能を維持し得る高倍率の
顕微鏡対物レンズを提供することにある。
、物体面との間に配置される透明物体の光学的光路長の
変化、即ちその透明物体の厚さ或いは屈折率の変化に対
しても、安定して優れた結像性能を維持し得る高倍率の
顕微鏡対物レンズを提供することにある。
(発明の概要)
本発明による対物レンズは、第1図に示す例の如く、物
体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレン
ズ成分と複数の正レンズ成分を有する正屈折力の第ルン
ズ群Gい弱い屈折力の第2レンズ群G2、正レンズ成分
を有し光軸上を移動可能な正屈折力の第3レンズ群G、
及び負屈折力の第4レンズ群G4からなり、該第ルンズ
群G、と物体面との間に配置される透明物体Pの光学的
光路長の変化に応じて該第3レンズ群G、は前記第2レ
ンズ群G2及び前記第4レンズ群G4に対して相対的に
移動可能に構成されたものである。
体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレン
ズ成分と複数の正レンズ成分を有する正屈折力の第ルン
ズ群Gい弱い屈折力の第2レンズ群G2、正レンズ成分
を有し光軸上を移動可能な正屈折力の第3レンズ群G、
及び負屈折力の第4レンズ群G4からなり、該第ルンズ
群G、と物体面との間に配置される透明物体Pの光学的
光路長の変化に応じて該第3レンズ群G、は前記第2レ
ンズ群G2及び前記第4レンズ群G4に対して相対的に
移動可能に構成されたものである。
正屈折力を持つ第ルンズ群G、は物体面からの光束を僅
かに収斂する光束に変換し、球面収差及び色収差を補正
不足の状態に発生する。第2レンズ群G2はかなり大き
な焦点距離を持ち、発散性屈折力の接合面を有して第2
レンズ群G2としての屈折力は収斂性または発散性でご
く弱いものであり、球面収差及び色収差を大きく補正過
剰に発生する。
かに収斂する光束に変換し、球面収差及び色収差を補正
不足の状態に発生する。第2レンズ群G2はかなり大き
な焦点距離を持ち、発散性屈折力の接合面を有して第2
レンズ群G2としての屈折力は収斂性または発散性でご
く弱いものであり、球面収差及び色収差を大きく補正過
剰に発生する。
第3レンズ群G3は第2レンズ群G、からのほぼ平行な
光束、又は、弱い収斂性または発散性の光束を大きく収
斂させる強い正屈折力を有している。第3レンズ群G、
での球面収差は当然負であり、この第3レンズ群G、を
第2レンズ群G2及び第4レンズ群G4に対して相対的
に移動することによって、第1,3レンズ群G3へ入射
する光束の高さを変え、これによって第3レンズ群G、
で発生する球面収差量を変えるものである。そして、第
4レンズ群G4は大きな負の屈折力を有し、ペッツバー
ル和を小さくすると共にレンズ系の全長を所定の長さと
するものである。このために第4レンズ群G4としては
、互いに凹面を向き合わせた2つのレンズ成分を持つほ
ぼ対称形状の構成とすることが望ましい。この第4レン
ズ群G4では、軸上色収差を逆色消しすると共に、高次
の色の球面収差と倍率の色収差を補正する機能を有して
いる。
光束、又は、弱い収斂性または発散性の光束を大きく収
斂させる強い正屈折力を有している。第3レンズ群G、
での球面収差は当然負であり、この第3レンズ群G、を
第2レンズ群G2及び第4レンズ群G4に対して相対的
に移動することによって、第1,3レンズ群G3へ入射
する光束の高さを変え、これによって第3レンズ群G、
で発生する球面収差量を変えるものである。そして、第
4レンズ群G4は大きな負の屈折力を有し、ペッツバー
ル和を小さくすると共にレンズ系の全長を所定の長さと
するものである。このために第4レンズ群G4としては
、互いに凹面を向き合わせた2つのレンズ成分を持つほ
ぼ対称形状の構成とすることが望ましい。この第4レン
ズ群G4では、軸上色収差を逆色消しすると共に、高次
の色の球面収差と倍率の色収差を補正する機能を有して
いる。
このような本発明の対物レンズにおける基本的収差構造
において、物体面との間に配置される透明物体としての
平行平面板の光学的光路長、即ち厚さと屈折率との積の
値が基準値より大きくなる場合には、第3レンズ群〔(
を第4レンズ群G4側に移動し、平行平面板の光学的光
路長が基準値より小さくなる場合には、第34ンズ群G
3を第2レンズ群Gz側に移動することによって、収差
補正がなされる。いま、平行平面板の厚さが基準値より
大きくなる場合を考えてみる。この場合平行平面板では
正の球面収差が発生する。また、実質的な作動距離を保
つために、平行平面板の上面即ち対物レンズ側の面から
対物レンズの最前面までの距離をあまり変化させないよ
うにすると、平行平面板の厚さ増加分の空気換算量だけ
作動距離が伸びたことになり、物点から対物レンズの最
前レンズ面への光束の入射高は高くなる。そして、第ル
ンズ群G、を射出するときの高さはあまり変わらずに、
その収斂の度合が大きくなる。従って、第2レンズ群G
2への光束の入射高は小さくなり、第2レンズ群G2で
発生する正の球面収差の量が小さくなる。
において、物体面との間に配置される透明物体としての
平行平面板の光学的光路長、即ち厚さと屈折率との積の
値が基準値より大きくなる場合には、第3レンズ群〔(
を第4レンズ群G4側に移動し、平行平面板の光学的光
路長が基準値より小さくなる場合には、第34ンズ群G
3を第2レンズ群Gz側に移動することによって、収差
補正がなされる。いま、平行平面板の厚さが基準値より
大きくなる場合を考えてみる。この場合平行平面板では
正の球面収差が発生する。また、実質的な作動距離を保
つために、平行平面板の上面即ち対物レンズ側の面から
対物レンズの最前面までの距離をあまり変化させないよ
うにすると、平行平面板の厚さ増加分の空気換算量だけ
作動距離が伸びたことになり、物点から対物レンズの最
前レンズ面への光束の入射高は高くなる。そして、第ル
ンズ群G、を射出するときの高さはあまり変わらずに、
その収斂の度合が大きくなる。従って、第2レンズ群G
2への光束の入射高は小さくなり、第2レンズ群G2で
発生する正の球面収差の量が小さくなる。
この正の球面収差の減少量は、平行平面板での厚さの増
加に伴う球面収差増加量よりもかなり大きいため、第3
レンズ群G、における負の球面収差量を小さくすること
が必要になる。このために第3レンズ群G3を第4レン
ズ群G4側に移動させて第3レンズ群G3に入射する第
2レンズ群G2からの光束の入射高を低くして、第3レ
ンズ群G3での負の球面収差量を減少させ、全体として
の球面収差をバランスさせるのである。平行平面板の厚
さが小さくなる場合には、上記とそれぞれ逆の傾向とな
り、第3レンズ群G3を第2レンズ群G2側に接近させ
ることにより、第3レンズ群G、へ入射する光束の入射
高を高くし、第3レンズ群G3での負の球面収差量を増
加させて全体としての補正状態を維持するのである。
加に伴う球面収差増加量よりもかなり大きいため、第3
レンズ群G、における負の球面収差量を小さくすること
が必要になる。このために第3レンズ群G3を第4レン
ズ群G4側に移動させて第3レンズ群G3に入射する第
2レンズ群G2からの光束の入射高を低くして、第3レ
ンズ群G3での負の球面収差量を減少させ、全体として
の球面収差をバランスさせるのである。平行平面板の厚
さが小さくなる場合には、上記とそれぞれ逆の傾向とな
り、第3レンズ群G3を第2レンズ群G2側に接近させ
ることにより、第3レンズ群G、へ入射する光束の入射
高を高くし、第3レンズ群G3での負の球面収差量を増
加させて全体としての補正状態を維持するのである。
このように、本発明の構成においては、可動群としての
第3レンズ群G、における収差変動は、平行平面板にお
ける収差変動と同一の方向であり、平行平面板と第3レ
ンズ群G3との両者における収差変動を、固定群として
の第2レンズ群Gzによって打ち消しでいる点が特徴で
ある。
第3レンズ群G、における収差変動は、平行平面板にお
ける収差変動と同一の方向であり、平行平面板と第3レ
ンズ群G3との両者における収差変動を、固定群として
の第2レンズ群Gzによって打ち消しでいる点が特徴で
ある。
ここで、第3レンズ群G3には強い屈折力を持たせるこ
とによって、収差補正に必要な第3レンズ群G3の移動
量を少なくすることができると共に、大きな補正範囲が
可能となる。また、平行平面板の光学的光路長変化によ
り、第ルンズ群Gl及び第2レンズ群G2で生ずる倍率
や像位置の誤差を第3レンズ群G、での強い屈折力によ
って縮小することができ、作動距離や倍率の誤差を小さ
くするのに有効である。このため、第ルンズ群Gい第2
レンズ群G2及び第3レンズ群G、の焦点距離を、それ
ぞれ、−fl、ft、fxとし、全系の合成焦点距離を
Fとするとき、以下の条件を満足することが望ましい。
とによって、収差補正に必要な第3レンズ群G3の移動
量を少なくすることができると共に、大きな補正範囲が
可能となる。また、平行平面板の光学的光路長変化によ
り、第ルンズ群Gl及び第2レンズ群G2で生ずる倍率
や像位置の誤差を第3レンズ群G、での強い屈折力によ
って縮小することができ、作動距離や倍率の誤差を小さ
くするのに有効である。このため、第ルンズ群Gい第2
レンズ群G2及び第3レンズ群G、の焦点距離を、それ
ぞれ、−fl、ft、fxとし、全系の合成焦点距離を
Fとするとき、以下の条件を満足することが望ましい。
2 <f+/F< 4 (1)
10 < l ft/ F l (2)4 <f3/F
< 10 (3) 以下、上記の各条件式について説明する。
< 10 (3) 以下、上記の各条件式について説明する。
(1)式の条件は、球面収差と作動距離とに関して、第
ルンズ群G1の適切な屈折力配分を規定するものである
。この条件の下限を外れると第ルンズ群G、の収斂性屈
折力が大きくなり過ぎるため、作動距離を大きくするこ
とが難しくなる。収差に関しては、特に短波長光におけ
る高次の球面収差が補正不足の状態で残存してしまう。
ルンズ群G1の適切な屈折力配分を規定するものである
。この条件の下限を外れると第ルンズ群G、の収斂性屈
折力が大きくなり過ぎるため、作動距離を大きくするこ
とが難しくなる。収差に関しては、特に短波長光におけ
る高次の球面収差が補正不足の状態で残存してしまう。
また、負の非対称収差が発生し、これについても短波長
光で著しくなってしまう。さらに、ペッツバール和も大
きくなって像面弯曲が補正不足になり、像面の平坦性を
維持することが難しくなる。この条件の上限を越えると
、第ルンズ群G、の収斂性屈折力が弱くなり過ぎるため
、第ルンズ群Glでの球面収差量が大きくなり過ぎ、後
続のレンズ群によっても良好に補正することは難しくな
る。
光で著しくなってしまう。さらに、ペッツバール和も大
きくなって像面弯曲が補正不足になり、像面の平坦性を
維持することが難しくなる。この条件の上限を越えると
、第ルンズ群G、の収斂性屈折力が弱くなり過ぎるため
、第ルンズ群Glでの球面収差量が大きくなり過ぎ、後
続のレンズ群によっても良好に補正することは難しくな
る。
(2)式の条件は、第2レンズ群Gtの屈折力に関する
ものであり、その屈折力は弱く負でも正でもよい。従っ
て、倍率やレンズ系の全長にはあまり関与していない。
ものであり、その屈折力は弱く負でも正でもよい。従っ
て、倍率やレンズ系の全長にはあまり関与していない。
しかしながら、第2レンズ群G2において軸上及び倍率
の色収差を共に大きく補正し、かつ第ルンズ群G、で発
生する負の球面収差よりも大きな量の正の球面収差を発
生させており、収差バランス上大きな役割を有している
。第2レンズ群G2の焦点距離が正の値で(2)式の範
囲を外れて小さくなる場合には、第2レンズ群G2の収
斂作用が強くなり過ぎ、第3レンズ群G3の収斂作用を
弱めることになって、軸外収差特にコマ収差の補正が難
しくなり、更に収差補正のための第3レンズ群G、の移
動量が大きくなってしまい、レンズの偏芯誤差の悪影響
も大きくなってしまう。
の色収差を共に大きく補正し、かつ第ルンズ群G、で発
生する負の球面収差よりも大きな量の正の球面収差を発
生させており、収差バランス上大きな役割を有している
。第2レンズ群G2の焦点距離が正の値で(2)式の範
囲を外れて小さくなる場合には、第2レンズ群G2の収
斂作用が強くなり過ぎ、第3レンズ群G3の収斂作用を
弱めることになって、軸外収差特にコマ収差の補正が難
しくなり、更に収差補正のための第3レンズ群G、の移
動量が大きくなってしまい、レンズの偏芯誤差の悪影響
も大きくなってしまう。
また、逆に第2レンズ群G2の焦点距離が負の4fhで
小さくなりって(2)式の条件を外れると、第2レンズ
群G2において光束が大きく発散され過ぎて第3レンズ
群G3の収斂作用に負担がががり過ぎ、高次の色収差の
補正が困難となる。
小さくなりって(2)式の条件を外れると、第2レンズ
群G2において光束が大きく発散され過ぎて第3レンズ
群G3の収斂作用に負担がががり過ぎ、高次の色収差の
補正が困難となる。
条件式(3)は、移動群としての第3レンズ群G3の屈
折力に関するものでふる。(3)式の下限を外れると、
第3レンズ群G3での収斂作用が強くなり過ぎ全長が短
くなってしまう。また、第3レンズ群G3で発生する負
の球面収差が大きくなり過ぎて、特に高次の球面収差が
加速度的に大きくなって開口の全域に渡って球面収差を
良好に補正することが難しくなってしまう。他方、この
条件の上限を越えると、第3レンズ群G3での収斂作用
が弱まり、結果的に第4レンズ群G4での発散作用も弱
めることになってコマ収差のバランスが崩れ、また、第
4レンズ群G4のペッツバール和が正方向になるため、
像面弯曲が残存し像面の平坦性を維持し得ないこととな
る。
折力に関するものでふる。(3)式の下限を外れると、
第3レンズ群G3での収斂作用が強くなり過ぎ全長が短
くなってしまう。また、第3レンズ群G3で発生する負
の球面収差が大きくなり過ぎて、特に高次の球面収差が
加速度的に大きくなって開口の全域に渡って球面収差を
良好に補正することが難しくなってしまう。他方、この
条件の上限を越えると、第3レンズ群G3での収斂作用
が弱まり、結果的に第4レンズ群G4での発散作用も弱
めることになってコマ収差のバランスが崩れ、また、第
4レンズ群G4のペッツバール和が正方向になるため、
像面弯曲が残存し像面の平坦性を維持し得ないこととな
る。
上記の如き本発明の構成において、更に、第ルンズ群G
1中最も物体側の正メニスカスの物体側の凹レンズ面の
曲率半径をR1、この正メニスカスレンズの屈折率をN
、とするとき、 0.1 < l (N、−1) / R11< 0.5
(4)の条件を満たすことが望ましい。また第2レン
ズ群G2は負レンズと正レンズとの貼合せからなる2個
のレンズ成分で構成し、各貼合せ面の面層折力をそれぞ
れΦ2.Φ、とするとき、 0.1 < lΦ、+Φ3 1−F< 0.2 (5)
の条件をみたすことが望ましい。ここで、各貼合せ面の
面層折力Φは、貼合せ面の曲率半径をRとし、貼合せを
構成する負レンズの屈折率をNn、正レンズの屈折率を
Npするとき、 Φ = (Nn−Np) /R で定義されるものとする。
1中最も物体側の正メニスカスの物体側の凹レンズ面の
曲率半径をR1、この正メニスカスレンズの屈折率をN
、とするとき、 0.1 < l (N、−1) / R11< 0.5
(4)の条件を満たすことが望ましい。また第2レン
ズ群G2は負レンズと正レンズとの貼合せからなる2個
のレンズ成分で構成し、各貼合せ面の面層折力をそれぞ
れΦ2.Φ、とするとき、 0.1 < lΦ、+Φ3 1−F< 0.2 (5)
の条件をみたすことが望ましい。ここで、各貼合せ面の
面層折力Φは、貼合せ面の曲率半径をRとし、貼合せを
構成する負レンズの屈折率をNn、正レンズの屈折率を
Npするとき、 Φ = (Nn−Np) /R で定義されるものとする。
さらに、第3レンズ群G3の物体側レンズ面及び像側レ
ンズ面の曲率半径をそれぞれR3,R3’とするとき、 1.3 < lR3’/R3+ (6)の条件を満たす
ことが望ましい。
ンズ面の曲率半径をそれぞれR3,R3’とするとき、 1.3 < lR3’/R3+ (6)の条件を満たす
ことが望ましい。
上記(4)式の条件の下限を外れるときには、最前レン
ズ面の曲率半径が大きくなり過ぎ、ペッツバール和が大
きくなって像面弯曲が著しくなる。
ズ面の曲率半径が大きくなり過ぎ、ペッツバール和が大
きくなって像面弯曲が著しくなる。
ペッツバール和を小さくするために第4レンズ群G4の
負の屈折力を強くすると、全系にて維持ささるコマ収差
のバランスが崩れてその非対称性が著しくなってしまう
。また、この条件の上限を越えると、最前レンズ面での
収斂作用が弱まり、物体からの光束が大きく広がって球
面収差、特に高次の球面収差が著しくなり、他のレンズ
群によっても補正できなくなる。また、軸外物点の結像
に寄与する斜光束について、主光線に関して上側と下側
の光束のそれぞれにおける収斂作用のバランスが崩れ、
特に作動距離が長い場合にはその影響が大きく、後方レ
ンズ群でのコマ収差などの軸外収差の補正も困難になる
。
負の屈折力を強くすると、全系にて維持ささるコマ収差
のバランスが崩れてその非対称性が著しくなってしまう
。また、この条件の上限を越えると、最前レンズ面での
収斂作用が弱まり、物体からの光束が大きく広がって球
面収差、特に高次の球面収差が著しくなり、他のレンズ
群によっても補正できなくなる。また、軸外物点の結像
に寄与する斜光束について、主光線に関して上側と下側
の光束のそれぞれにおける収斂作用のバランスが崩れ、
特に作動距離が長い場合にはその影響が大きく、後方レ
ンズ群でのコマ収差などの軸外収差の補正も困難になる
。
上記(5)式の条件は、第2レンズ群G2における色収
差及び球面収差の補正量に関する。この下限を外れる場
合には、貼合せ面の曲率半径が大きくなり、色消しの作
用が弱くなって第2レンズ群G2までの色収差を補正過
剰にすることが難しくなり、第3レンズ群G3を移動さ
せたときの色収差の変動が大きくなってしまい、本発明
の基本的な収差構造を持たせることが難しくなる。そし
て、第2レンズ群G2での軸上色収差、倍率色収差とも
に補正量が小さくなるため、第4レンズ群G4での軸上
色収差の逆色補正も小さくなり、このために倍率色収差
が残存してしまう。また、球面収差の補正量も小さくな
るため、第3レンズ群G3での負の球面収差量も小さく
せざるを得なくなり、従って、第3レンズ群G3の移動
量が増すことになり、上記(2)式の条件を外れた場合
と同様に軸外収差が悪化してしまう。逆に、(5)式の
条件の上限を越えると、貼合せ面の曲率半径が小さくな
り、第2レンズ群G2での球面収差、色収差の補正量が
大きくなり過ぎ、上記とは逆の傾向が著しくなり倍率色
収差および球面収差の補正バランスを保ことが難しくな
る。
差及び球面収差の補正量に関する。この下限を外れる場
合には、貼合せ面の曲率半径が大きくなり、色消しの作
用が弱くなって第2レンズ群G2までの色収差を補正過
剰にすることが難しくなり、第3レンズ群G3を移動さ
せたときの色収差の変動が大きくなってしまい、本発明
の基本的な収差構造を持たせることが難しくなる。そし
て、第2レンズ群G2での軸上色収差、倍率色収差とも
に補正量が小さくなるため、第4レンズ群G4での軸上
色収差の逆色補正も小さくなり、このために倍率色収差
が残存してしまう。また、球面収差の補正量も小さくな
るため、第3レンズ群G3での負の球面収差量も小さく
せざるを得なくなり、従って、第3レンズ群G3の移動
量が増すことになり、上記(2)式の条件を外れた場合
と同様に軸外収差が悪化してしまう。逆に、(5)式の
条件の上限を越えると、貼合せ面の曲率半径が小さくな
り、第2レンズ群G2での球面収差、色収差の補正量が
大きくなり過ぎ、上記とは逆の傾向が著しくなり倍率色
収差および球面収差の補正バランスを保ことが難しくな
る。
(6)式の条件は第3レンズ群G3における球面収差量
とメリディオナル像面の補正に関するものである。第3
レンズ群G3は第2レンズ群G2からのほぼ平行に近い
光束を太き(収斂させて第4レンズ群G、に入射させて
いるため、第3レンズ群G、での球面収差が小さくなる
ためには、この条件の如く、平行光束の側により曲率の
強いレンズ面を設けることが望ましい。この条件の範囲
を外れると、第3レンズ群G3の物体側のレンズ面の曲
率半径が小さくなって、メリディオナル像面が負となり
像面の平坦性を維持できなくなる。また、第3レンズ群
G、で発生する球面収差の量が大きくなり過ぎ、特に高
次の球面収差及びコマ収差の補正が難しくなる。
とメリディオナル像面の補正に関するものである。第3
レンズ群G3は第2レンズ群G2からのほぼ平行に近い
光束を太き(収斂させて第4レンズ群G、に入射させて
いるため、第3レンズ群G、での球面収差が小さくなる
ためには、この条件の如く、平行光束の側により曲率の
強いレンズ面を設けることが望ましい。この条件の範囲
を外れると、第3レンズ群G3の物体側のレンズ面の曲
率半径が小さくなって、メリディオナル像面が負となり
像面の平坦性を維持できなくなる。また、第3レンズ群
G、で発生する球面収差の量が大きくなり過ぎ、特に高
次の球面収差及びコマ収差の補正が難しくなる。
(実施例)
以下、本発明の実施例について説明する。第1図は本発
明による第1実施例のレンズ構成図である。第ルンズ群
G、は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズLい像側により曲率の強い面を向けた正レ
ンズL2、両凸正レンズL3及び、負レンズと正レンズ
との貼合せからなる貼合せの正レンズL4で構成され、
第2レンズ群G2はそれぞれ負レンズと正レンズとの貼
合せからなる2個の貼合せレンズLS、L6で構成され
、第3レンズ群G3は貼合せまたは単一の両凸正レンズ
L。
明による第1実施例のレンズ構成図である。第ルンズ群
G、は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズLい像側により曲率の強い面を向けた正レ
ンズL2、両凸正レンズL3及び、負レンズと正レンズ
との貼合せからなる貼合せの正レンズL4で構成され、
第2レンズ群G2はそれぞれ負レンズと正レンズとの貼
合せからなる2個の貼合せレンズLS、L6で構成され
、第3レンズ群G3は貼合せまたは単一の両凸正レンズ
L。
で構成され、第4レンズ群G4は像側により曲率の強い
面を向けた正レンズL8とこれと貼合された両凹負レン
ズL、及び、両凹負レンズLIOとこれと貼合され物体
側により曲率の強い面を向けた正レンズL、とからなっ
ている。
面を向けた正レンズL8とこれと貼合された両凹負レン
ズL、及び、両凹負レンズLIOとこれと貼合され物体
側により曲率の強い面を向けた正レンズL、とからなっ
ている。
この第1実施例は、基板材質としてアクリル(PMMA
)を用いた光ディスクの検査用に設計されたものであり
、倍率100、開口数(N、A、)0.8を有する。そ
して、アクリル基板の基準厚を1.2s+mとして、こ
のとき実質的作動距離に対応する基板の対物レンズ側面
から対物レンズの最前レンズ面頂点までの距離d0は1
.35であり、アクリル基板の厚さの0.9〜1.5m
mの範囲で良好な結像性能を維持するものである。アク
リルのd線(λ−587.6nm)に対する屈折率は1
.491 、アツベ数は57.6である。
)を用いた光ディスクの検査用に設計されたものであり
、倍率100、開口数(N、A、)0.8を有する。そ
して、アクリル基板の基準厚を1.2s+mとして、こ
のとき実質的作動距離に対応する基板の対物レンズ側面
から対物レンズの最前レンズ面頂点までの距離d0は1
.35であり、アクリル基板の厚さの0.9〜1.5m
mの範囲で良好な結像性能を維持するものである。アク
リルのd線(λ−587.6nm)に対する屈折率は1
.491 、アツベ数は57.6である。
本発明による第2実施例は、基板材質としてポリカーボ
ネート(P C)を用いた光ディスクの検査用に設計さ
れたものであるが、そのレンズ構成は第2図に示したご
とくである。この第2実施例は、倍率100、開口数(
N、^、)0.8を有し、ポリカーボネート基板の基準
厚を1 、2n+mとして、このとき実質的作動距離に
対応するこの基板の対物レンズ側面から対物レンズの最
前レンズ面頂点までの距離d0は1.43で、ポリカー
ボネートの厚さの0.9〜1 、5+n+++の範囲で
良好な結像性能を維持するものである。ポリカーボネー
トのd線(λ−587.6nm)に対する屈折率は1.
585 、アツベ数は30.2である。
ネート(P C)を用いた光ディスクの検査用に設計さ
れたものであるが、そのレンズ構成は第2図に示したご
とくである。この第2実施例は、倍率100、開口数(
N、^、)0.8を有し、ポリカーボネート基板の基準
厚を1 、2n+mとして、このとき実質的作動距離に
対応するこの基板の対物レンズ側面から対物レンズの最
前レンズ面頂点までの距離d0は1.43で、ポリカー
ボネートの厚さの0.9〜1 、5+n+++の範囲で
良好な結像性能を維持するものである。ポリカーボネー
トのd線(λ−587.6nm)に対する屈折率は1.
585 、アツベ数は30.2である。
また、本発明による第3実施例は、第1実施例と同様に
、基板材質としてアクリル(PMMA)を用いた光ディ
スクの検査用に設計されたものである。第3図のレンズ
構成図に示す如く、基本的には前述の実施例と同様の構
成を有しているが、第3レンズ群G3を貼合せの正レン
ズで構成したものであり、この第3実施例でも、アクリ
ル基板の厚さに対して0.9〜1 、5mmの範囲で良
好な結像性能を維持することが可能である。
、基板材質としてアクリル(PMMA)を用いた光ディ
スクの検査用に設計されたものである。第3図のレンズ
構成図に示す如く、基本的には前述の実施例と同様の構
成を有しているが、第3レンズ群G3を貼合せの正レン
ズで構成したものであり、この第3実施例でも、アクリ
ル基板の厚さに対して0.9〜1 、5mmの範囲で良
好な結像性能を維持することが可能である。
以下の表1〜3に各実施例の諸元を示す。但し、各表中
、左端の数字は物体側からの順序を表すものとし、βは
倍率を、N、A、は開口数を、doは作動距離に対応し
、基板の対物レンズ側面から対物レンズの最前レンズ面
頂点までの距離をそれぞれ表すものとする。但し、屈折
率及びアツベ数は共にd線(λ=587.6nm)に対
する値である。
、左端の数字は物体側からの順序を表すものとし、βは
倍率を、N、A、は開口数を、doは作動距離に対応し
、基板の対物レンズ側面から対物レンズの最前レンズ面
頂点までの距離をそれぞれ表すものとする。但し、屈折
率及びアツベ数は共にd線(λ=587.6nm)に対
する値である。
1 (1)
(表1 続き)
2 (2)
(表2 続き)
表3(第3 施1)
fz= 132.0 f4= 5.5
(表3 続き)
上記第1、第2及び第3実施例についての諸収差図をそ
れぞれ順に、第4図、第5図及び第6図に示す。各収差
図の(A)は透明物体としての基板の厚さが、基準値の
1 、2mmの状態、(B)は基準値より小さい0.9
mn+の状態、(C)は基準値より大きい1.5mmの
状態における各諸収差図である。
れぞれ順に、第4図、第5図及び第6図に示す。各収差
図の(A)は透明物体としての基板の厚さが、基準値の
1 、2mmの状態、(B)は基準値より小さい0.9
mn+の状態、(C)は基準値より大きい1.5mmの
状態における各諸収差図である。
これらの収差図には、基準波長としてのd線(λ=58
7.6nm、 )についての球面収差、非点収差、コマ
収差及び歪曲収差を示し、球面収差図中には、併せて、
C線(λ=656.3nm ) 、F線(λ=486゜
1nm )及びg線(λ−435,8nm )について
も示した。
7.6nm、 )についての球面収差、非点収差、コマ
収差及び歪曲収差を示し、球面収差図中には、併せて、
C線(λ=656.3nm ) 、F線(λ=486゜
1nm )及びg線(λ−435,8nm )について
も示した。
各諸収差図から、何れの実施例も100倍という高倍率
でありしかも比較的大きな作動距離を有しつつ、物体面
と対物レンズとの間に配置される透明物体の厚さの大き
な変化に対しても、常に安定して優れた結像性能を有し
ていることが明らかである。
でありしかも比較的大きな作動距離を有しつつ、物体面
と対物レンズとの間に配置される透明物体の厚さの大き
な変化に対しても、常に安定して優れた結像性能を有し
ていることが明らかである。
また、上記第1〜第3実施例について、球面収差の3次
収差係数をそれぞれ表4、表5、表6に示す。これらの
各表では、透明物体の厚さが、0.9mm 、 1.2
mm及び1.5nu++の3つの場合についての係数を
それぞれ示しており、左端の数字はレンズ面の物体側か
らの順序を表すものとする。これらの表によれば、透明
物体の厚さが厚くなるに従って、透明物体の表面におけ
る球面収差の3次収差係数が負に大きな値となっており
、ここでの球面収差が正に増大することが裏付けられる
。そして、透明物体の厚さが厚くなっても第ルンズ群G
、及び第4レンズ群G4での球面収差の3次収差係数は
ほとんど変化しないのに対し、第2レンズ群G2及び第
3レンズ群G3での球面収差の3次収差係数が大きく変
化していることが明らかである。この結果、全系におけ
る球面収差の3次収差係数は、透明物体の厚さが変化し
てもほぼ一定の小さな値となっている。このことは、球
面収差が常に良好に補正されていることを裏付けており
、第4図(A)(B)(C)〜第6図(A)(B)(C
)に示した球面収差図とよく符号している。
収差係数をそれぞれ表4、表5、表6に示す。これらの
各表では、透明物体の厚さが、0.9mm 、 1.2
mm及び1.5nu++の3つの場合についての係数を
それぞれ示しており、左端の数字はレンズ面の物体側か
らの順序を表すものとする。これらの表によれば、透明
物体の厚さが厚くなるに従って、透明物体の表面におけ
る球面収差の3次収差係数が負に大きな値となっており
、ここでの球面収差が正に増大することが裏付けられる
。そして、透明物体の厚さが厚くなっても第ルンズ群G
、及び第4レンズ群G4での球面収差の3次収差係数は
ほとんど変化しないのに対し、第2レンズ群G2及び第
3レンズ群G3での球面収差の3次収差係数が大きく変
化していることが明らかである。この結果、全系におけ
る球面収差の3次収差係数は、透明物体の厚さが変化し
てもほぼ一定の小さな値となっている。このことは、球
面収差が常に良好に補正されていることを裏付けており
、第4図(A)(B)(C)〜第6図(A)(B)(C
)に示した球面収差図とよく符号している。
紅 (球面収差の3次収差係数:第2実施例)紅 (球
面収差の3次収差係数:第3実施例)(発明の効果) 以上の如く、本発明によれば、100倍という高倍率で
、0.8という大きな開口数を有しながらも、物体面と
の間に配置される透明物体の光学的光路長の変化、即ち
その透明物体の厚さ或いは屈折率の大きな変化に対して
も、安定して優れた結像性能を維持し得る高倍率の顕微
鏡対物レンズが達成される。従来の100倍の対物レン
ズでの補正範囲が、せいぜい0.17vw±0.06m
mであったのに対し、本発明によれば1 、2mm±0
.3mmという極めて広い範囲に渡って十分な補正がな
され得る。尚、本発明による対物レンズでは、上記の実
施例のごとく、物体面との間の透明物体の厚さ1 、2
mmを差し引いても、残りの実質的な作動距離が1ml
11以上あるため、透明物体を対物レンズの物体側の防
塵ガラスとして設けても、通常の長作動距離対物レンズ
として用いることが可能である。
面収差の3次収差係数:第3実施例)(発明の効果) 以上の如く、本発明によれば、100倍という高倍率で
、0.8という大きな開口数を有しながらも、物体面と
の間に配置される透明物体の光学的光路長の変化、即ち
その透明物体の厚さ或いは屈折率の大きな変化に対して
も、安定して優れた結像性能を維持し得る高倍率の顕微
鏡対物レンズが達成される。従来の100倍の対物レン
ズでの補正範囲が、せいぜい0.17vw±0.06m
mであったのに対し、本発明によれば1 、2mm±0
.3mmという極めて広い範囲に渡って十分な補正がな
され得る。尚、本発明による対物レンズでは、上記の実
施例のごとく、物体面との間の透明物体の厚さ1 、2
mmを差し引いても、残りの実質的な作動距離が1ml
11以上あるため、透明物体を対物レンズの物体側の防
塵ガラスとして設けても、通常の長作動距離対物レンズ
として用いることが可能である。
第1図は本発明による第1実施例のレンズ構成図、第2
図は本発明による第2実施例のレンズ構成図、第3図は
本発明による第3実施例のレンズ構成図であり、第4図
(A)(B)(C)、第5図(A)(B)(C)及び第
6図(A)、(B)(C)はそれぞれ本発明による第1
、第2、第3実施例の諸収差図であり、(A)は透明物
体厚が基準値の状態、(B)は基準値より小さい状態、
(C)は基準値より大きい状態を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 G1・・第ルンズ群 G2・・・第2レンズ群 G、・・・第3レンズ群 G4・・・第4レンズ群 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡辺隆男
図は本発明による第2実施例のレンズ構成図、第3図は
本発明による第3実施例のレンズ構成図であり、第4図
(A)(B)(C)、第5図(A)(B)(C)及び第
6図(A)、(B)(C)はそれぞれ本発明による第1
、第2、第3実施例の諸収差図であり、(A)は透明物
体厚が基準値の状態、(B)は基準値より小さい状態、
(C)は基準値より大きい状態を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 G1・・第ルンズ群 G2・・・第2レンズ群 G、・・・第3レンズ群 G4・・・第4レンズ群 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡辺隆男
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカ
スレンズ成分と複数の正レンズ成分を有する正屈折力の
第1171群、弱い屈折力の第2レンズ群、正レンズ成
分を有し光軸上を移動可能な正屈折力の第3レンズ群及
び負屈折力の第4レンズ群からなり、該第1171群と
物体面との間に配置される透明物体の光学的光路長の変
化に応じて該第3レンズ群は前記第2レンズ群及び前記
第4レンズ群に対して相対的に移動可能に構成され、前
記透明物体の光学的光路長が所定の基準値よりも大きい
場合には該第3レンズ群を前記第4レンズ群側に移動し
、前記透明物体の光学的光路長が所定の基準値よりも小
さい場合には該第3レンズ群を前記第2レンズ群側に移
動することによって、収差補正を行い得ることを特徴と
する高倍率顕微鏡対物レンズ。 2、特許請求の範囲第1項記載の対物レンズにおいて、
前記第1171群、第2レンズ群及び第3レンズ群の焦
点距離をそれぞれ、f+、fz、f3、全系の合成焦点
距離をFとするとき、以下の条件を満足することを特徴
とする高倍率顕微鏡対物レンズ。 2 <f+/F< 4 (1) 10 < lf2/F l (2) 4 <fs/F< io (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10393484A JPS60247613A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 高倍率顕微鏡対物レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10393484A JPS60247613A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 高倍率顕微鏡対物レンズ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60247613A true JPS60247613A (ja) | 1985-12-07 |
JPH0431097B2 JPH0431097B2 (ja) | 1992-05-25 |
Family
ID=14367263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10393484A Granted JPS60247613A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 高倍率顕微鏡対物レンズ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60247613A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6323119A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-30 | Mitsutoyo Corp | 顕微鏡用対物レンズ |
JPH0350517A (ja) * | 1989-07-19 | 1991-03-05 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡対物レンズ |
US5076676A (en) * | 1990-11-27 | 1991-12-31 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective lens system for microscopes |
US5270860A (en) * | 1991-10-28 | 1993-12-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective for microscopes |
-
1984
- 1984-05-23 JP JP10393484A patent/JPS60247613A/ja active Granted
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6323119A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-30 | Mitsutoyo Corp | 顕微鏡用対物レンズ |
JPH0350517A (ja) * | 1989-07-19 | 1991-03-05 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡対物レンズ |
US5076676A (en) * | 1990-11-27 | 1991-12-31 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective lens system for microscopes |
US5270860A (en) * | 1991-10-28 | 1993-12-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | Objective for microscopes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0431097B2 (ja) | 1992-05-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |