(57)【要約】【課題】十分な色収差の補正がされ、且つ、視野範囲が十分で、その視野範囲における諸収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供する。【解決手段】顕微鏡対物レンズＯＬは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有し、第１レンズ群Ｇ１は、最も物体側に位置し、負の屈折力を有するレンズ面を含む正レンズ成分Ｌ１を有し、第２レンズ群Ｇ２は、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面Ｄを有する回折光学素子ＧＤを有し、第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１つ以上の、負の屈折力を有する色補正レンズ成分ＣＬ３１を有し、且つ、当該第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面が、像側に凹面を向けて配置されている。【選択図】図１
2010197536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
第２レンズ群と、
負の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、
前記第１レンズ群は、最も物体側に位置し、負の屈折力を有するレンズ面を含む正レンズ成分を有し、
前記第２レンズ群は、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面を有する回折光学素子を有し、
前記第３レンズ群は、少なくとも１つ以上の、負の屈折力を有する色補正レンズ成分を有し、且つ、当該第３レンズ群の最も像側のレンズ面が、像側に凹面を向けて配置されており、
前記第１レンズ群に設けられた前記正レンズ成分に含まれる前記負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に配置された負の屈折力を有するレンズ面の曲率半径をＲとし、当該負の屈折力を有するレンズ面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１、像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、当該負の屈折力を有するレンズ面の頂点から物体までの光軸上の距離をｄ０としたとき、次式
｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜  ≦  ０．１
の条件を満足し、
全系の焦点距離をｆとし、前記回折光学面を通る最大画角に対応する光束の主光線の光軸からの高さをｈとしたとき、次式
０．０１  ≦  ｜ｈ／ｆ｜  ≦  ０．０４
の条件を満足する顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１２としたとき、次式
１  ≦  ｜ｆ１２／ｆ｜  ≦  １．５
の条件を満足する請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
１０  ≦  ｜ｆ２／ｆ｜
の条件を満足する請求項１または２に記載の顕微鏡対物レンズ。
【請求項４】
前記回折光学素子における前記回折光学面の回折格子溝の数をＮとし、当該回折光学面の有効半径をＨとしたとき、次式
２  ≦  Ｎ／Ｈ  ≦  ５
の条件を満足する請求項１〜３いずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
【請求項５】
前記回折光学素子中の前記２つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ１、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ１、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ１とし、前記回折光学素子中の前記２つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ２、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ２、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ２としたとき、次式
ｎｄ１  ≦  １．５４
０．０１４５  ≦  ｎＦ１−ｎＣ１
１．５５  ≦  ｎｄ２
ｎＦ２−ｎＣ２  ≦  ０．０１３
の条件を満足する請求項１〜４いずれか一項に記載の顕微鏡対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の顕微鏡対物レンズは、諸収差の中でも色収差を良好に補正するために多数の接合レンズを必要とし、また、２次スペクトルを補正するのに異常分散ガラスを用いる必要があったため、高価にならざるを得なかった。近年、高倍率・高開口数で、接合レンズや異常分散ガラスを多用することなく諸収差、特に２次スペクトルまで含めた色収差を補正できる回折光学素子（ＤＯＥ）を用いたレンズ系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような回折光学素子を用いたレンズ系では、回折光学素子で色収差を補正できても、高画角でのコマ収差の補正が困難となり、視野周辺部での像性能が低いという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、十分な色収差の補正がされ、且つ、視野範囲が十分で、その視野範囲において諸収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、を有し、第１レンズ群は、最も物体側に位置し、負の屈折力を有するレンズ面を含む正レンズ成分を有し、第２レンズ群は、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素を接合し、当該接合面に回折格子溝が形成された回折光学面を有する回折光学素子を有し、第３レンズ群は、少なくとも１つ以上の、負の屈折力を有する色補正レンズ成分を有し、且つ、当該第３レンズ群の最も像側のレンズ面が、像側に凹面を向けて配置されている。そして、第１レンズ群に設けられた正レンズ成分に含まれる負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に配置された負の屈折力を有するレンズ面の曲率半径をＲとし、この負の屈折力を有するレンズ面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１、像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、この負の屈折力を有するレンズ面の頂点から物体までの光軸上の距離をｄ０としたとき、次式
｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜  ≦  ０．１
の条件を満足し、全系の焦点距離をｆとし、回折光学面を通る最大画角に対応する光束の主光線の光軸からの高さをｈとしたとき、次式
０．０１  ≦  ｜ｈ／ｆ｜  ≦  ０．０４
の条件を満足する。但し、軸外物点から発する光束の主光線は、軸外物点から射出される光束の中、最も光軸から離れた方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数（ＮＡ）の光線と第１レンズ群内の適宜の面との交点で制限し、最も光軸に近い方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第３レンズ群内の適宜の面との交点で制限したとき、当該光束の中心光線とする。
【０００７】
このような顕微鏡対物レンズは、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離をｆ１２としたとき、次式
１  ≦  ｜ｆ１２／ｆ｜  ≦  １．５
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このような顕微鏡対物レンズは、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
１０  ≦  ｜ｆ２／ｆ｜
の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
また、このような顕微鏡対物レンズは、回折光学素子における回折光学面の回折格子溝の数をＮとし、当該回折光学面の有効半径をＨとしたとき、次式
２  ≦  Ｎ／Ｈ  ≦  ５
の条件を満足することが好ましい。但し、有効半径Ｈは、軸上物点から射出される最大開口数の光線及び、軸外物点から射出される光束の中、最も光軸から離れた方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第１レンズ群内の適宜の面との交点で制限し、最も光軸に近い方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第３レンズ群内の適宜の面との交点で制限したときに決まる当該光束の最外側の光線で決定される。
【００１０】
さらに、このような顕微鏡対物レンズは、回折光学素子中の２つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ１、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ１、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ１とし、回折光学素子中の２つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ２、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ２、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ２としたとき、次式
ｎｄ１  ≦  １．５４
０．０１４５  ≦  ｎＦ１−ｎＣ１
１．５５  ≦  ｎｄ２
ｎＦ２−ｎＣ２  ≦  ０．０１３
の条件を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る顕微鏡対物レンズを以上のように構成すると、十分な色収差の補正がされ、且つ、視野範囲が十分で、その視野範囲における諸収差が良好に補正された顕微鏡対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。
【図２】上記第１実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。
【図３】第２実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。
【図４】上記第２実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。
【図５】第３実施例に係る顕微鏡対物レンズのレンズ構成図である。
【図６】上記第３実施例に係る顕微鏡対物レンズの諸収差図である。
【図７】上記顕微鏡対物レンズとともに用いられる結像レンズのレンズ構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本実施の形態に係る顕微鏡対物レンズの構成について説明する。この顕微鏡対物レンズＯＬは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを有して構成される。
【００１４】
このような顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体からの発散光束を平行光束へと近づけるためのレンズ群であり、そのため、最も物体側に位置し、負の屈折力を有するレンズ面を含む正レンズ成分（例えば、図１における正メニスカスレンズＬ１）を有して構成される。なお、正レンズ成分は、単レンズで構成しても良いし、接合レンズで構成しても良い。ここで、この正レンズ成分に含まれる負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に配置された負の屈折力を有するレンズ面（例えば、図１における第１面）の曲率半径をＲとし、当該レンズ面の物体側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ１、像側の媒質のｄ線に対する屈折率をｎ２とし、物体から当該レンズ面の頂点までの光軸上の距離をｄ０としたとき、次の条件式（１）を満足する。
【００１５】
｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜  ≦  ０．１                （１）
【００１６】
この条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１に設けられた上述の正レンズ成分に含まれる負の屈折力を有するレンズ面の屈折力を規定するものであり、この条件式（１）の上限値を上回ると、ペッツバール和の補正が困難となり、高画角までの像面平坦性を確保することが困難になる。
【００１７】
また、第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１から出射した略平行光束を受けて、色収差を補正するためのレンズ群であり、この色収差を補正するために回折光学素子ＧＤが設けられている。回折光学素子ＧＤは、１ｍｍあたり数本から数百本の細かい溝状またはスリット状の格子構造が同心円状に形成された回折光学面Ｄを備え、この回折光学面Ｄに入射した光を格子ピッチ（回折格子溝の間隔）と入射光の波長とによって定まる方向へ回折する性質を有している。また、回折光学素子ＧＤ（回折光学面Ｄ）は、負の分散値（後述する実施例ではアッベ数＝−３．４５３）を有し、分散が大きく、また異常分散性（後述する実施例では部分分散比（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）＝０．２９５６）が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常３０〜８０程度であるが、上述のように回折光学素子のアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子ＧＤの回折光学面Ｄは分散特性が通常のガラス（屈折光学素子）とは逆で光の波長が短くなるに伴い屈折率が小さくなり、長い波長の光ほど大きく曲がる性質を有している。そのため、通常の屈折光学素子と組み合わせることにより、大きな色消し効果が得られる。したがって回折光学素子ＧＤを利用することで、通常の光学ガラスでは達し得ない良好な色収差の補正が可能になる。
【００１８】
本実施の形態における回折光学素子ＧＤは、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素（例えば、図１の場合、光学部材Ｌ７，Ｌ８）を接合し、その接合面に回折格子溝を設けて回折光学面Ｄを構成している、いわゆる「密着複層型回折光学素子」である。そのため、この回折光学素子は、ｇ線からＣ線を含む広波長域において回折効率を高くすることができる。したがって、本実施の形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬは広波長域において利用することが可能となる。なお、回折効率は、透過型の回折光学素子において１次回折光を利用する場合、入射強度Ｉ０と一次回折光の強度Ｉ１との割合η（＝Ｉ１／Ｉ０×１００［％］）を示す。
【００１９】
また、密着複層型回折光学素子は、回折格子溝が形成された２つの回折素子要素をこの回折格子溝同士が対向するように近接配置してなるいわゆる分離複層型回折光学素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、量産効率がよく、また光線の入射角に対する回折効率が良いという長所を備えている。したがって、密着複層型回折光学素子を利用した本実施の形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬでは、製造が容易となり、また回折効率も良くなる。
【００２０】
ここで、この顕微鏡対物レンズＯＬの全系の焦点距離をｆとし、回折光学面Ｄ（図１における第１２面）を通る最大画角に対応する光束の主光線の光軸からの高さをｈとしたとき、この回折光学素子ＧＤは、次の条件式（２）を満足する位置に配置される。
【００２１】
０．０１  ≦  ｜ｈ／ｆ｜  ≦  ０．０４                      （２）
【００２２】
但し、この図１の顕微鏡レンズＯＬにおいて、軸外物点から発する光束の主光線を、軸外物点から射出される光束の中、最も光軸から離れた方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ３の物体側の面との交点で制限し、最も光軸に近い方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第３レンズ群Ｇ３内のレンズＬ１１の物体側の面との交点で制限し、軸外光束を決め、当該軸外光束の中心光線として決めている。
【００２３】
回折光学素子ＧＤを、この条件式（２）を満足する位置に配置することにより、この回折光学素子ＧＤの色収差補正能力を、軸上色収差の補正だけでなく倍率色収差の補正にも効果を持たせることができる。ただし、低倍では倍率色収差の補正は困難ではないため、より軸上色収差の補正に効果的で、ほどよく倍率色収差の補正も助けられるようなバランスを取ることが重要であり、条件式（２）はそれらを考慮した範囲を表している。
【００２４】
第３レンズ群Ｇ３は、第２レンズ群Ｇ２を出射した収斂光束を略平行光束にするレンズ群である。この第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する色補正レンズ成分（例えば、図１における両凸レンズＬ１１及び両凹レンズＬ１２からなる接合レンズ成分ＣＬ３１）を少なくとも１つ有して構成されている。さらに、この第３レンズ群Ｇ３の最も像側に配置されるレンズの像側の面（例えば、図１における第１８面）は、像側に凹形状に形成されている。第３レンズ群Ｇ３へ入射する光束は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の合成で正の屈折力を持っているため収斂光束となっている。第３レンズ群Ｇ３は、かかる収斂光束を受け、球面収差やコマ収差の発生を抑えつつ平行光束に変換することが大切である。第３レンズ群Ｇ３の最も像側の面は、第３レンズ群Ｇ３の負の屈折力の多くの部分を担う面であり、この面を像側に凹の面で構成することにより、収斂光線の当該最終面に対する入射角を小さく構成でき、特に高次のコマ収差等の発生を的確に抑えることが可能となる。なお、この色補正レンズ成分は、接合レンズとしてだけでなく、色収差補正能力を大きく低下させない程度の空気間隔を空けて配置した複数のレンズで構成しても良い。
【００２５】
さらに、この顕微鏡対物レンズＯＬは、全系の焦点距離をｆとし、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成焦点距離をｆ１２としたとき、次の条件式（３）を満足することが望ましい。
【００２６】
１  ≦  ｜ｆ１２／ｆ｜  ≦  １．５                          （３）
【００２７】
条件式（３）は、十分な作動距離を確保しながら十分な開口数（ＮＡ）を確保するための条件である。この条件式（３）の下限値を下回ると、全系の焦点距離ｆに比べ、第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２の合成焦点距離ｆ１２が短くなり、十分な開口数の確保が困難になるとともに、球面収差の補正が困難になる。反対に、条件式（３）の上限値を上回ると、全系の焦点距離ｆに比べ、第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２の合成焦点距離ｆ１２が長くなり、光線の収束が十分でなくなることで全長が長くなる傾向になるとともに、高画角での諸収差や、色収差の二次スペクトルの補正が困難となる。
【００２８】
ところで、回折光学素子ＧＤは、回折格子溝の厚さを持っているため、わずかな入射角の変化でも回折効率が大きく変化する。すなわち、回折光学面Ｄに対する入射角が大きくなると、回折効率が著しく低下し、ブレ−ズされていない次数の光線がフレアとなって表れてしまう。そこで、この顕微鏡対物レンズＯＬは、全系の焦点距離をｆとし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００２９】
１０  ≦  ｜ｆ２／ｆ｜                                      （４）
【００３０】
条件式（４）は、パワー配分を使って回折光学素子ＧＤへの入射角を制御するための条件である。この条件式（４）の下限値を下回ると、全系の焦点距離ｆに比べ、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２が短くなり、この第２レンズ群Ｇ２内での光線の屈折角が大きくなり、回折光学素子ＧＤへの入射角が大きくなってしまう。また、上述の条件式（３）で、全系の焦点距離ｆに対する第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２の合成焦点距離ｆ１２の範囲を規定しているため、この条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１のパワーが弱くなって第１レンズ群Ｇ１から発生する収差が減り、第２レンズ群Ｇ２での収差、特に球面収差の発生が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との収差のバランスをとるのが困難となる。
【００３１】
また、この顕微鏡対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤにおける回折光学面Ｄの回折格子溝の数をＮとし、この回折光学面Ｄの有効半径をＨとしたとき、次の条件式（５）を満足することが望ましい。
【００３２】
２  ≦  Ｎ／Ｈ  ≦  ５                                      （５）
【００３３】
但し、この図１の顕微鏡対物レンズＯＬにおいて、有効半径Ｈは、軸上物点から射出される最大開口数の光線及び、軸外物点から射出される光束の中、最も光軸から離れた方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ３の物体側の面との交点で制限し、最も光軸に近い方向に射出される光線を、軸上物点から射出される最大開口数の光線と第３レンズ群Ｇ３内のレンズＬ１１の物体側の面との交点で制限したときに決まる当該光束の最外側の光線で決定される。
【００３４】
条件式（５）は、回折光学面Ｄの回折格子溝の数Ｎと有効半径Ｈとの適切な範囲を規定する条件式である。この条件式（５）の下限値を下回ると、軸上色収差はｄ線とｇ線を色消しした際に、Ｃ線とＦ線で色消し不足となる（二次スペクトル）。一方、条件式（５）の上限値を上回ると、軸上色収差はｄ線とｇ線を色消しした際に、Ｃ線とＦ線で色消し過剰となる（二次スペクトル）。また、回折光学素子ＧＤに形成された回折格子溝の最小ピッチ幅が小さくなり、製造上の精度を確保するのが困難となる。
【００３５】
さらに、この顕微鏡対物レンズＯＬは、回折光学素子ＧＤ中の２つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ１、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ１、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ１とし、回折光学素子中の２つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の回折素子要素の材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ２、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ２、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ２としたとき、次の条件式（６）〜（９）を満足することが望ましい。
【００３６】
ｎｄ１  ≦  １．５４                                        （６）
０．０１４５  ≦  ｎＦ１−ｎＣ１                            （７）
１．５５  ≦  ｎｄ２                                        （８）
ｎＦ２−ｎＣ２  ≦  ０．０１３                              （９）
【００３７】
条件式（６）〜（９）は、回折光学素子ＧＤを構成する２つの回折素子要素の材質、すなわち２つの異なる紫外線硬化樹脂の屈折率と、Ｆ線及びＣ線に対する分散（ｎＦ−ｎＣ）をそれぞれ規定するものである。これらの条件式を満足することで、より良い性能で異なる２つの回折素子要素を密着接合させて回折光学面Ｄを形成することができ、これにより、ｇ線からＣ線までの広波長域において９０％以上の回折効率を実現することができる。なお、このような光学材料としての樹脂の例としては、例えば特願２００４−３６７６０７号公報、特願２００５−２３７５７３号公報等に記載されている。各条件式（６）〜（９）の上限値または下限値を超えると、本実施の形態に係る色消しレンズ系における回折光学素子ＧＤは、広波長域において９０％以上の回折効率を得ることが困難になり、密着複層型回折光学素子の利点を維持することが困難になってしまう。
【実施例】
【００３８】
以下に、本実施の形態に係る顕微鏡対物レンズＯＬの３つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子ＧＤに形成された回折光学面Ｄの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（１０）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面Ｄを超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（１０）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための屈折率の値を次の表１に示す。
【００３９】
（表１）
波長            屈折率（超高屈折率法による）
ｄ線     587.562ｎｍ     10001.0000
Ｃ線     656.273ｎｍ     11170.4255
Ｆ線     486.133ｎｍ      8274.7311
ｇ線     435.835ｎｍ      7418.6853
【００４０】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（頂点曲率半径）をｒとし、円錐定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＡnとしたとき、以下の式（１０）で表される。なお、以降の実施例において、「Ｅ−ｎ」は「×１０-n」を示す。
【００４１】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ×ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ2×ｙ2＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8＋Ａ10×ｙ10      （１０）
【００４２】
なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に＊印を付しており、非球面式（１０）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。
【００４３】
また、以下の各実施例における顕微鏡対物レンズＯＬ１〜ＯＬ３は、無限遠補正型のものであり、図７に示す構成であって、表２に示す諸元を有する結像レンズＩＬとともに使用される。なお、この表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号を、第２欄ｒは各光学面の曲率半径を、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｄはｄ線に対する屈折率を、そして、第５欄νｄはアッベ数をそれぞれ示している。ここで、空気の屈折率1.00000は省略してある。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
【００４４】
（表２）
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ         νｄ
1     75.043     5.10      1.62280      57.0
2    -75.043     2.00      1.74950      35.2
3   1600.580     7.50
4     50.256     5.10      1.66755      42.0
5    -84.541     1.80      1.61266      44.4
6     36.911
【００４５】
なお、この結像レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ２３と両凹レンズＬ２４とを接合した接合レンズから構成される。
【００４６】
［第１実施例］
上述の説明で用いた図１は、第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ１を示している。この顕微鏡対物レンズＯＬ１は、乾燥系の対物レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（正レンズ成分）Ｌ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、及び、両凸レンズＬ３と両凹レンズＬ４と両凸レンズＬ５とを接合した接合レンズ成分ＣＬ１１から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズ形状の回折光学素子ＧＤと両凹レンズＬ１０とを接合した接合レンズ成分ＣＬ２１から構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１２とを接合した接合レンズ成分（色補正レンズ成分）ＣＬ３１から構成される。ここで、この第１実施例においては、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に位置する正レンズ成分（正メニスカスレンズＬ１）は、１つの負の屈折力を有するレンズ面（第１面）を有し、また、第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面（第１８面）は、像側に凹面を向けて配置されている。
【００４７】
また、回折光学素子ＧＤは、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ６、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ７，Ｌ８、及び、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ９がこの順で接合され、光学部材Ｌ７，Ｌ８の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。
【００４８】
このように図１に示した第１実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ１の諸元を表３に示す。なお、この表３において、ｆは顕微鏡対物レンズＯＬ１の全系の焦点距離を、ＮＡは開口数を、βは倍率をそれぞれ示している。また、ｄ０は標本（物体）から最も物体側にある正レンズ成分（正メニスカスレンズＬ１）に含まれる負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に位置する負の屈折力を有するレンズ面（第１面）の頂点までの光軸上の距離を示している。なお、この第１実施例では、厚さ０．１７０ｍｍ、ｄ線に対する屈折率１．５２２１６、アッベ数５８．８のカバーガラスを用いて物体（標本）を観察するように構成されている。そのため、上述のｄ０は、このカバーガラスの厚さが除かれている。
【００４９】
また、表３において、ｈは回折光学面Ｄを通る最大画角に対応する光束の主光線の光軸からの高さを示し、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示し、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ１２は第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２の合成焦点距離を示し、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示し、Ｎは回折光学素子ＧＤにおける回折光学面Ｄの回折格子溝の数を示し、Ｈはこの回折光学面の有効半径を示す。また、前述の如く、本第１実施例における軸外主光線及び有効径を決める軸外光束を制限するレンズ面は、両凸レンズＬ３の物体側の面（第５面）と両凸レンズＬ１１の物体側の面（第１６面）である。
【００５０】
また、表３において、第１欄ｍに示す各光学面の番号（右の＊は回折光学面として形成されているレンズ面を示す）は、図１に示した面番号１〜１８に対応している。また、第２欄ｒにおいて、曲率半径0.000は平面を示している。また、回折光学面の場合は、第２欄ｒにベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示し、超高屈折率法に用いるデータは非球面データとして諸元表内に示している。さらに、この表３には、上記条件式（１）〜（９）に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。以上の諸元表の説明は、以降の実施例においても同様である。
【００５１】
なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、全系の焦点距離ｆその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００５２】
（表３）
ｆ＝10.030
ＮＡ＝0.75
β＝20x
ｄ０＝1.426
ｈ＝0.234
ｆ１＝11.913
ｆ２＝-2083.794
ｆ１２＝11.339
ｆ３＝-842.747
Ｎ＝25
Ｈ＝9.43
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ         νｄ
1     -5.203    10.00      1.72916      54.7
2     -8.542     0.15
3   -494.981     5.40      1.49782      82.5
4    -15.368     0.15
5     93.917     5.30      1.49782      82.5
6    -21.131     1.50      1.61340      44.3
7     17.138     7.65      1.49782      82.5
8    -24.188     0.15
9     57.175     4.00      1.51680      64.1
10      0.000     0.20      1.55690      50.2
11      0.000     0.00  10001.00000      -3.5
12*     0.000     0.20      1.52760      34.7
13      0.000     3.80      1.60300      65.5
14    -26.099     1.20      1.75520      27.5
15    166.877    14.80
16     24.623     4.60      1.71736      29.5
17    -41.588     1.15      1.51742      52.3
18     13.348
回折光学面データ
第１２面    κ＝1.0000    Ａ2＝-1.6667E-08    Ａ4＝3.83938E-14
Ａ6＝-1.86752E-16    Ａ8＝-6.20047E-19    Ａ10＝0.00000E+00
条件対応値
（１）｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜＝0.098
（２）｜ｈ／ｆ｜＝0.02
（３）｜ｆ１２／ｆ｜＝1.1
（４）｜ｆ２／ｆ｜＝207.7
（５）Ｎ／Ｈ＝2.7
（６）ｎｄ１＝1.528
（７）ｎＦ１−ｎＣ１＝0.0152
（８）ｎｄ２＝1.557
（９）ｎＦ２−ｎＣ２＝0.0111
【００５３】
なお、表３に示した条件対応値のうち、条件式（１）は、第１面の曲率半径Ｒ、その前後の媒質のｄ線に対する屈折率ｎ１，ｎ２及び物体から第１面までの光軸上の距離ｄ０から算出された値である。また、条件式（６），（７）は第１２面の値に相当し、条件式（８），（９）は第１０面の値に相当する。このように、第１実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。図２に、この第１実施例におけるｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線の光線に対する球面収差、非点収差、倍率色収差、及び、コマ収差の諸収差図を示す。これらの収差図のうち、球面収差図は開口数ＮＡに対する収差量を示し、非点収差図及び倍率色収差は像高Ｙに対する収差量を示し、コマ収差図は、像高Ｙが１２．５ｍｍのとき、９．０ｍｍのとき、６．０ｍｍのとき、及び、０ｍｍのときの収差量を示している。また、球面収差図、倍率色収差図及びコマ収差図において、実線はｄ線を示し、点線はＣ線を示し、一点鎖線はＦ線を示し、二点鎖線はｇ線を示している。さらに、非点収差図において、実線は各波長の光線に対するサジタル像面を示し、破線は各波長の光線に対するメリジオナル像面を示している。これらの諸収差図の説明は以降の実施例においても同様である。この図２に示す各収差図から明らかなように、第１実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００５４】
［第２実施例］
次に、第２実施例として、図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ２について説明する。この図３に示す顕微鏡対物レンズＯＬ２も、乾燥系の対物レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２とを接合した接合レンズ成分（正レンズ成分）ＣＬ１１、両凸レンズＬ３、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５とを接合した接合レンズ成分ＣＬ１２から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、回折光学面Ｄを含む平板形状の回折光学素子ＧＤ、及び、両凸レンズＬ１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１とを接合した接合レンズ成分ＣＬ２１で構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３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Ｌ１２と両凹レンズＬ１３とを接合した接合レンズ成分（色補正レンズ成分）ＣＬ３１から構成される。ここで、この第２実施例においては、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に位置する正レンズ成分（接合レンズ成分ＣＬ１１）は、２つの負の屈折力を有するレンズ面（第１面及び第２面）を有し、また、第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面（第２０面）は、像側に凹面を向けて配置されている。また、本第２実施例における軸外主光線及び有効径を決める軸外光束を制限するレンズ面は、正メニスカスレンズＬ２の像側の面（第３面）と正メニスカスレンズＬ１２の物体側の面（第１８面）である。
【００５５】
また、この第２実施例に係る回折光学素子ＧＤも密着複層型の回折光学素子であって、平板状の光学ガラスＬ６、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ７，Ｌ８、及び、平板状の光学ガラスＬ９がこの順で接合され、光学部材Ｌ７，Ｌ８の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００５６】
この図３に示した第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ２の諸元を表４に示す。なお、表４に示す面番号は図３に示した面番号１〜２０と一致している。また、ｄ０は標本（物体）から最も物体側にある正レンズ成分（接合レンズ成分ＣＬ１１）に含まれる負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に位置する負の屈折力を有するレンズ面（第１面）の頂点までの光軸上の距離を示している。
【００５７】
（表４）
ｆ＝9.962
ＮＡ＝0.45
β＝20x
ｄ０＝5.561
ｈ＝0.336
ｆ１＝15.459
ｆ２＝116.019
ｆ１２＝13.404
ｆ３＝-36.215
Ｎ＝26
Ｈ＝7.89
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ         νｄ
1    -13.200     8.80      1.59270      35.3
2    -89.546     5.46      1.65160      58.5
3    -12.975     0.20
4   1362.063     3.65      1.49782      82.6
5    -24.083     0.30
6     51.899     1.00      1.64769      33.8
7     18.663     4.50      1.49782      82.6
8    -93.183     0.20
9      0.000     1.50      1.51680      64.1
10      0.000     0.20      1.55690      50.2
11      0.000     0.00  10001.00000      -3.5
12*     0.000     0.20      1.52760      34.7
13      0.000     1.50      1.51680      64.1
14      0.000     0.20
15     30.634     5.10      1.49782      82.6
16    -18.485     1.00      1.66755      42.0
17  -1177.040    15.83
18   -550.436     3.70      1.74077      27.8
19    -14.581     2.80      1.51742      52.3
20     12.143
回折光学面データ
第１２面    κ＝1.0000    Ａ2＝-2.50000E-08    Ａ4＝1.32542E-13
Ａ6＝-2.23241E-16    Ａ8＝-1.44998E-18    Ａ10＝0.00000E+00
条件対応値
（１）｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜＝0.008
（２）｜ｈ／ｆ｜＝0.03
（３）｜ｆ１２／ｆ｜＝1.3
（４）｜ｆ２／ｆ｜＝11.6
（５）Ｎ／Ｈ＝3.3
（６）ｎｄ１＝1.528
（７）ｎＦ１−ｎＣ１＝0.0152
（８）ｎｄ２＝1.557
（９）ｎＦ２−ｎＣ２＝0.0111
【００５８】
なお、表４に示した条件対応値のうち、条件式（１）は、第１面の曲率半径Ｒ、その前後の媒質のｄ線に対する屈折率ｎ１，ｎ２及び物体から第１面までの光軸上の距離ｄ０から算出された値である。また、条件式（６），（７）は第１２面の値に相当し、条件式（８），（９）は第１０面の値に相当する。このように、第２実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。図４にこの第２実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ２の球面収差、非点収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第２実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５９】
［第３実施例］
次に、第３実施例として、図５に示す顕微鏡対物レンズＯＬ３について説明する。この図５に示す顕微鏡対物レンズＯＬ３も、乾燥系の対物レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、両凹レンズＬ１と両凸レンズＬ２とを接合した接合レンズ成分（正レンズ成分）ＣＬ１１、及び、両凸レンズＬ３から構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、平板形状の回折光学素子ＧＤから構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９とを接合した接合レンズ成分（色補正レンズ成分）ＣＬ３１から構成される。ここで、この第３実施例においても、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に位置する正レンズ成分（接合レンズ成分ＣＬ１１）は、２つの負の屈折力を有するレンズ面（第１面及び第２面）を有し、また、第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面（第１４面）は、像側に凹面を向けて配置されている。また、本第３実施例における軸外主光線及び有効径を決める軸外光束を制限するレンズ面は、両凸レンズＬ２の像側の面（第３面）と両凹レンズＬ９の像側の面（第１４面）である。
【００６０】
また、この第３実施例に係る回折光学素子ＧＤも密着複層型の回折光学素子であって、平板状の光学ガラスＬ４、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ５，Ｌ６、及び、平板状の光学ガラスＬ７がこの順で接合され、光学部材Ｌ５，Ｌ６の接合面に回折格子溝（回折光学面Ｄ）が形成されている。
【００６１】
この図５に示した第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ３の諸元を表５に示す。なお、表５に示す面番号は図５に示した面番号１〜１４と一致している。また、ｄ０は標本（物体）から最も物体側にある正レンズ成分（接合レンズ成分ＣＬ１１）に含まれる負の屈折力を有するレンズ面のうち、最も物体側に位置する負の屈折力を有するレンズ面（第１面）の頂点までの光軸上の距離を示している。
【００６２】
（表５）
ｆ＝20.015
ＮＡ＝0.25
β＝10x
ｄ０＝11.600
ｈ＝0.381
ｆ１＝24.397
ｆ２＝1200.063
ｆ１２＝23.824
ｆ３＝-2110.168
Ｎ＝27
Ｈ＝6.15
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ         νｄ
1    -20.000     9.70      1.80384      33.9
2     36.020     3.05      1.60300      65.5
3    -15.779     0.75
4     40.984     4.50      1.60311      60.7
5    -39.626     0.30
6      0.000     1.50      1.51680      64.1
7      0.000     0.20      1.55690      50.2
8      0.000     0.00  10001.00000      -3.5
9*     0.000     0.20      1.52760      34.7
10      0.000     1.50      1.51680      64.1
11      0.000    14.90
12     13.519     3.30      1.56883      56.3
13   -180.667     2.65      1.51823      58.9
14     10.140
回折光学面データ
第９面    κ＝1.0000    Ａ2＝-4.16667E-08    Ａ4＝1.32746E-13
Ａ6＝-2.17799E-16    Ａ8＝-1.31199E-18    Ａ10＝0.00000E+00
条件対応値
（１）｜（ｎ２−ｎ１）／（Ｒ・ｄ０）｜＝0.003
（２）｜ｈ／ｆ｜＝0.02
（３）｜ｆ１２／ｆ｜＝1.2
（４）｜ｆ２／ｆ｜＝60.0
（５）Ｎ／Ｈ＝4.4
（６）ｎｄ１＝1.528
（７）ｎＦ１−ｎＣ１＝0.0152
（８）ｎｄ２＝1.557
（９）ｎＦ２−ｎＣ２＝0.0111
【００６３】
なお、表５に示した条件対応値のうち、条件式（１）は、第１面の曲率半径Ｒ、その前後の媒質のｄ線に対する屈折率ｎ１，ｎ２及び物体から第１面までの光軸上の距離ｄ０から算出された値である。また、条件式（６），（７）は第９面の値に相当し、条件式（８），（９）は第７面の値に相当する。このように、第３実施例では上記条件式（１）〜（９）は全て満たされていることが分かる。図６にこの第３実施例に係る顕微鏡対物レンズＯＬ３の球面収差、非点収差、倍率色収差及びコマ収差の諸収差図を示す。この各収差図から明らかなように、この第３実施例でも、収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【符号の説明】
【００６４】
ＯＬ（ＯＬ１〜ＯＬ３）  顕微鏡対物レンズ    Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群    Ｇ３  第３レンズ群
ＧＤ  回折光学素子    ＣＬ３１  色補正レンズ成分
【図１】
2010197536.tif 000003
【図２】
2010197536.tif 000004
【図３】
2010197536.tif 000005
【図４】
2010197536.tif 000006
【図５】
2010197536.tif 000007
【図６】
2010197536.tif 000008
【図７】
2010197536.tif 000009