(57)【要約】【課題】全変倍域に亘って、テレセントリシティを良好に維持し、撮影画面全域で照度ムラが少なく、比較的長い作動距離（ワーキングディスタンス）を確保するとともに、変倍光学系ひいてはレンズ鏡筒を小型化（短縮化）し、高変倍率と撮影範囲の大画面化を実現する。【解決手段】被写体側から順に、正のパワーを有する光軸方向に可動の第１レンズ群と、正のパワーを有する像面に対して固定の第２レンズ群と、負のパワーを有する光軸方向に可動の第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群とからなり、第１レンズ群より像側に、光軸側方から入射した照明光を被写体側に反射させ被写体からの反射光を透過させる光束分岐手段を備え、第３レンズ群を光軸方向に沿って移動させて変倍し、この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を光軸方向に沿って移動させることを特徴とする同軸照明変倍光学装置。【選択図】図３
2014115496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体側から順に、正のパワーを有する光軸方向に可動の第１レンズ群と、正のパワーを有する像面に対して固定の第２レンズ群と、負のパワーを有する光軸方向に可動の第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群とからなり、
第１レンズ群より像側に、光軸側方から入射した照明光を被写体側に反射させ被写体からの反射光を透過させる光束分岐手段を備え、
第３レンズ群を光軸方向に沿って移動させて変倍し、
この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を光軸方向に沿って移動させることを特徴とする同軸照明変倍光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の同軸照明変倍光学装置において、第３レンズ群を、低倍率側から高倍率側への変倍に際して像側へ移動させ、この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を同じ像側へ移動させる同軸照明変倍光学装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の同軸照明変倍光学装置において、第４レンズ群は、低倍率側から高倍率側への変倍に際し、像面に対して固定され又は少なくとも一部がピント補正のために光軸方向に可動である同軸照明変倍光学装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置において、次の条件式（１）及び（２）を満足する同軸照明変倍光学装置。
（１）0.2＜f1/f2＜1.8
（２）0.4＜f1/D1＜1.8
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
f2：第２レンズ群の焦点距離、
D1：低倍率端における被写体と第１レンズ群の最も被写体側の面との間の距離。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置において、次の条件式（３）を満足する同軸照明変倍光学装置。
（３）H0＋D1×tan[arc・sin（NAL/2）]＜H1＜［H0＋D1×tan[arc・sin（NAL）]］×1.1
但し、
H0：低倍率端における被写体の撮影可能な最大高さ、
D1：低倍率端における被写体と第１レンズ群の最も被写体側の面との間の距離、
NAL：低倍率端における被写体側の開口数、
H1：低倍率端における被写体から第１レンズ群の最も被写体側に位置するレンズ面の最大高さ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置において、第４レンズ群と像面との間に位置させて、変形可能な１つの隔壁を介して屈折率の異なる２つの透明液体を透明な平行平板で挟んで構成した焦点位置可変素子をさらに備えている同軸照明変倍光学装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置において、正のパワーを有する第１レンズ群、第２レンズ群及び第４レンズ群は、ｄ線に対するアッベ数が８０以上の低分散な材料からなる正レンズを少なくとも１枚含んでいる同軸照明変倍光学装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置において、前記光束分岐手段は、第１レンズ群と第２レンズ群の間、または第２レンズ群と第３レンズ群の間のいずれかに配置されている同軸照明変倍光学装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の同軸照明変倍光学装置を備える製造装置又は検査装置。
【請求項１０】
被写体側から順に、正のパワーを有する光軸方向に可動の第１レンズ群と、正のパワーを有する像面に対して固定の第２レンズ群と、負のパワーを有する光軸方向に可動の第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群とからなり、第１レンズ群より像側に、光軸側方から入射した照明光を被写体側に反射させ被写体からの反射光を透過させる光束分岐手段を備えた同軸照明変倍光学装置において、
第３レンズ群を光軸方向に沿って像面側に移動させて変倍するステップと、
この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を光軸方向に沿って移動させるステップと、を有することを特徴とする同軸照明変倍光学装置のテレセントリシティ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸照明変倍光学装置及びこれを用いた製造装置又は検査装置、並びに同軸照明変倍光学装置のテレセントリシティ補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体、ＬＥＤ及び液晶などの電子デバイス並びにバイオチップなどの製造装置又は検査装置に用いられる基板観察光学装置には、同軸照明変倍光学装置が搭載されている。同軸照明変倍光学装置は、複数のレンズ群からなる画像取込み用の変倍光学系と、この変倍光学系の光路上に配置された光束分岐手段（例えばビームスプリッタ）とを備えており、この光束分岐手段によって、変倍光学系の光軸側方から入射した照明光を被写体（観察対象物）に反射させ、被写体（観察対象物）からの反射光をテレビカメラの結像面に結像させてこれを観察する。近年では、大画面サイズのカメラで撮影できる、より撮影範囲（視野）の広い同軸照明変倍光学装置の開発が望まれている。
【０００３】
このような同軸照明変倍光学装置は、広い視野に対して均一な照明光が要求され、何より、被写体側の軸外主光線の角度を軸上光束と平行にするテレセントリシティを良好に維持することが重要な技術課題である。しかし、従来の同軸照明変倍光学装置は、テレセントリシティが良好なのは全変倍域の非常に狭い範囲に限られており、低倍率側から高倍率側への変倍に際してテレセントリシティが悪化する変倍域が必ず存在していた。例えば、低倍率側でテレセントリシティが悪化しがちな同軸照明変倍光学装置は、全変倍域において照度ムラ（画面周辺光量不足）の無い照明光を供給しようとすると変倍域が非常に狭くなってしまい、変倍域を広く確保しようとすると外部照明を別部材として設けなければならなかった。
【０００４】
さらに同軸照明変倍光学装置は、被写体から変倍光学系の最も被写体側の面までの距離（作動距離、ワーキングディスタンス）を５０ｍｍ〜５００ｍｍ確保することが望まれ、アライメント操作のときにデフォーカスによる倍率変化が極力少ない、いわゆる被写体側テレセントリシティを良好とすることが好ましい。またレンズ鏡筒は極力短いことが望まれている。また被写体と光束分岐手段（例えばビームスプリッタ）の間に位置するレンズ面による照明光の反射は、フレアの原因となって光学性能の劣化を招くため、この区間のレンズ枚数は極力少ないことが好ましい。
【０００５】
特許文献１には、被写体側と像側の双方におけるテレセントリックを狙った両側テレセントリックズームレンズとして、被写体側から順に正負正正の４群レンズ構成であり、低倍率側から高倍率側への変倍に際し、正のパワーの第１レンズ群と第４レンズ群を像面に対して固定し、負のパワーの第２レンズ群と正のパワー第３レンズ群を独立して光軸方向に沿って移動させるものが開示されている。
しかし、被写体から正のパワーの第１レンズ群の最も被写体側の面までの距離（作動距離、ワーキングディスタンス）に対して、正のパワーの第１レンズ群の最も被写体側の面から正の第４レンズ群の最も像側の面までの距離（レンズ全長）が長すぎて、５０ｍｍ以上の作動距離を必要とする製造装置又は検査装置に適用する観察光学系としては相応しくない。
【０００６】
特許文献２には、被写体側から順に正正正負の４群レンズ構成であり、低倍率側から高倍率側への変倍に際し、負のパワーの第４レンズ群の全体を光軸方向に沿って移動させるズーム光学系が開示されている。
しかし、隣接する第１レンズ群ないし第４レンズ群の間隔が狭くこれらが密集しているため、構造が複雑で製造が困難である。また、被写体から正のパワーの第１レンズ群の最も被写体側の面までの距離（作動距離、ワーキングディスタンス）に対して、負のパワーの第４レンズ群の最も像側の面から像面までの距離（バックフォーカス）が長すぎて、１００ｍｍ以上の作動距離を必要とする製造装置又は検査装置に適用する観察光学系としては相応しくない。
【０００７】
特許文献３には、被写体側から順に正負正の３群構成であり被写体側にテレセントリックで像側にアフォーカルな対物レンズの像側に、ズームレンズを後続させることが開示されている。
しかし、被写体側をテレセントリックにするための対物レンズがレンズ全系の収差補正を行うことを前提としているので、レンズ枚数の増加とレンズ全系の大型化が避けられない。このため、作動距離に対してレンズ全長が長くなりすぎてコストも増加してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１６１４３号公報
【特許文献２】特開２００６−７８７０５号公報
【特許文献３】特開２００７−１１９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、全変倍域に亘って、テレセントリシティを良好に維持し、広視野で均一な照明光と比較的長い作動距離（ワーキングディスタンス）を確保するとともに、変倍光学系ひいてはレンズ鏡筒を小型化（短縮化）し、高変倍率と撮影範囲の大画面化を実現することができる同軸照明変倍光学装置及びこれを用いた製造装置又は検査装置、並びに同軸照明変倍光学装置のテレセントリシティ補正方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の同軸照明変倍光学装置は、被写体側から順に、正のパワーを有する光軸方向に可動の第１レンズ群と、正のパワーを有する像面に対して固定の第２レンズ群と、負のパワーを有する光軸方向に可動の第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群とからなり、第１レンズ群より像側に、光軸側方から入射した照明光を被写体側に反射させ被写体からの反射光を透過させる光束分岐手段を備え、第３レンズ群を光軸方向に沿って移動させて変倍し、この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を光軸方向に沿って移動させることを特徴としている。
【００１１】
より具体的には、第３レンズ群を、低倍率側から高倍率側への変倍に際して像側へ移動させ、この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を同じ像側へ移動させることが好ましい。
【００１２】
第４レンズ群は、低倍率側から高倍率側への変倍に際し、像面に対して固定とし又は少なくとも一部がピント補正のために光軸方向に可動とすることができる。
【００１３】
本発明の同軸照明変倍光学装置は、次の条件式（１）及び（２）を満足することが好ましい。
（１）0.2＜f1/f2＜1.8
（２）0.4＜f1/D1＜1.8
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
f2：第２レンズ群の焦点距離、
D1：低倍率端における被写体と第１レンズ群の最も被写体側の面との間の距離（作動距離、ワーキングディスタンス）、
である。
【００１４】
本発明の同軸照明変倍光学装置は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）H0＋D1×tan[arc・sin（NAL/2）]＜H1＜［H0＋D1×tan[arc・sin（NAL）]］×1.1
但し、
H0：低倍率端における被写体の撮影可能な最大高さ、
D1：低倍率端における被写体と第１レンズ群の最も被写体側の面との間の距離、
NAL：低倍率端における被写体側の開口数、
H1：低倍率端における被写体から第１レンズ群の最も被写体側に位置するレンズ面の最大高さ、
である。
【００１５】
本発明の同軸照明変倍光学装置は、第４レンズ群と像面との間に位置させて、変形可能な１つの隔壁を介して屈折率の異なる２つの透明液体を透明な平行平板で挟んで構成した焦点位置可変素子をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
正のパワーを有する第１レンズ群、第２レンズ群及び第４レンズ群は、ｄ線に対するアッベ数が８０以上の低分散な材料からなる正レンズを少なくとも１枚含んでいることが好ましい。
【００１７】
前記光束分岐手段は、第１レンズ群と第２レンズ群の間、または第２レンズ群と第３レンズ群の間のいずれかに配置されている。
【００１８】
本発明は、例えば、半導体、ＬＥＤ及び液晶などの電子デバイス並びにバイオチップなどの製造装置又は検査装置の態様にあっては、上述したいずれかの同軸照明変倍光学装置を備えている。
【００１９】
本発明の同軸照明変倍光学装置のテレセントリシティ補正方法は、被写体側から順に、正のパワーを有する光軸方向に可動の第１レンズ群と、正のパワーを有する像面に対して固定の第２レンズ群と、負のパワーを有する光軸方向に可動の第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群とからなり、第１レンズ群より像側に、光軸側方から入射した照明光を被写体側に反射させ被写体からの反射光を透過させる光束分岐手段を備えた同軸照明変倍光学装置において、第３レンズ群を光軸方向に沿って像面側に移動させて変倍するステップと、この変倍の結果悪化するテレセントリシティを補正するために、第１レンズ群を光軸方向に沿って移動させるステップと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、全変倍域に亘って、テレセントリシティを良好に維持し、広視野で均一な照明光と比較的長い作動距離（ワーキングディスタンス）を確保するとともに、変倍光学系ひいてはレンズ鏡筒を小型化（短縮化）し、高変倍率と撮影範囲の大画面化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による同軸照明変倍光学装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】本発明による同軸照明変倍光学装置の外観構成を示す正面図である。
【図３】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例１の低倍率端と高倍率端のレンズ構成図である。
【図４】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例１の低倍率端における諸収差図である。
【図５】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例１の高倍率端における諸収差図である。
【図６】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例２の低倍率端と高倍率端のレンズ構成図である。
【図７】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例２の低倍率端における諸収差図である。
【図８】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例２の高倍率端における諸収差図である。
【図９】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例３の低倍率端と高倍率端のレンズ構成図である。
【図１０】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例３の低倍率端における諸収差図である。
【図１１】本発明による同軸照明変倍光学装置の数値実施例３の高倍率端における諸収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１ないし図１１を参照して、本発明による同軸照明変倍光学装置１００について説明する。同軸照明変倍光学装置１００は、鏡筒機枠１１０と、照明機枠１２０とを一体に有している。鏡筒機枠１１０の上端部には、ＣＣＤカメラ（エリアセンサーカメラ）１１１を接続するマウント（Ｃマウント）１１２が設けられている。
【００２３】
鏡筒機枠１１０には、被検査物（ワーク、例えばプリント配線板）Ｗの表面の像をＣＣＤカメラ１１１の撮像面に結像させる画像取込み変倍光学系が収納されている。この画像取込み変倍光学系は、図３（数値実施例１）、図６（数値実施例２）及び図９（数値実施例３）に示すように、被写体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、負のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。
【００２４】
第１レンズ群Ｇ１は、全数値実施例１−３を通じて、正単レンズ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、全数値実施例１−３を通じて、物体側から順に位置する正レンズ２１と負レンズ２２の接合レンズからなる。
第３レンズ群Ｇ３は、数値実施例１、３では、物体側から順に、正レンズ３１及び負レンズ３２からなり、数値実施例２では、物体側から順に、負レンズ３１’及び負レンズ３２’からなる。
第４レンズ群Ｇ４は、全数値実施例１−３を通じて、物体側から順に、正レンズ４１及び正レンズ４２からなる。
【００２５】
照明機枠１２０には、図３（数値実施例１）、図６（数値実施例２）及び図９（数値実施例３）に示すように、画像取込み光学系の光軸Ｏに対して４５゜をなすビームスプリッタ（光束分岐手段）ＢＳと、このビームスプリッタＢＳに対して照明光を与える光源ＬＳが支持されている。図示は省略しているが、光源ＬＳは、例えば、光軸Ｏと直交する照明光軸を有し、この照明光軸に直交する（光軸Ｏと平行な）平面上にマトリックス状に並べられた多数のＬＥＤ（発光体）からなる面光源照明光源と、この多数のＬＥＤとビームスプリッタＢＳの間に位置する、照明光軸と直交する、光量分布を均一にするための拡散板を備えている。
【００２６】
鏡筒機枠１１０と照明機枠１２０は、相対移動が生じないようにリジッドに結合されており、ビームスプリッタＢＳと多数のＬＥＤ（ビームスプリッタＢＳと拡散版）の相対位置関係は、固定されている。被写体であるワークＷとビームスプリッタＢＳとの間に位置する第１レンズ群Ｇ１は、ビームスプリッタＢＳで反射された照明光束を集光させてワークＷを照明する機能も有し、図１には、ワークＷ表面の撮像エリアと照明光束による照明エリアを示した。
【００２７】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、鏡筒機枠１１０の接続マウント１１２にＣＣＤカメラ１１１を結合して用いる。光源ＬＳにおいて、多数のＬＥＤを発光させると、面光源と見なせる照明光が拡散板で拡散してビームスプリッタＢＳに入射し、第１レンズ群Ｇ１側に反射する。この照明光束は、第１レンズ群Ｇ１を通してワークＷに照射され、その反射光が画像取込み光学系を介してＣＣＤカメラ１１１の撮像面に結像する。光源ＬＳの照明光束でワークＷ面を広く照明（撮像エリアを含む広い照明エリアを確保）できるため、ワークＷ面が多少（例えば光軸Ｏと直交する方向から±２゜程度）傾いていても、画像取込み光学系には必要な照明光束が充分入射し、撮像画像の照明のケラレ（画面周辺光量不足）が生じることはない（図１）。
【００２８】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、第１レンズ群Ｇ１の被写体側にビームスプリッタＢＳを配置する場合と比較して、第１レンズ群Ｇ１からワークＷまでの作動距離（ワーキングディスタンス）を長くとることができる。このため、ワークＷの配置位置に自由度が生まれ、ワークＷあるいはワークＷ上の要素にアプローチする際の作業性を高めることができる。
【００２９】
より具体的に本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、主に工場内の製造装置や検査装置に搭載されるので、スペース効率を考慮して、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離（作動距離、ワーキングディスタンス）を５０ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好ましい。
【００３０】
以上の実施形態では、画像取込み光学系の光軸Ｏと光源ＬＳの照明光軸が直交しているが、光軸Ｏと照明光軸は、光源ＬＳからの面照明光束が光軸Ｏ上に照射される交差関係にあればよい。また、光源ＬＳとビームスプリッタＢＳの間に位置する拡散板は省略することも可能である。光源ＬＳは、多数の発光体からなる面光源照明光源として、有機ＥＬ照明パネルを使用することも可能である。
【００３１】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、低倍率端から高倍率端への変倍に際し、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４を撮像面に対して固定し（光軸方向に移動させず）、第３レンズ群Ｇ３を像側に移動させる。そして、第３レンズ群Ｇ３を像側に移動させた変倍の結果悪化するテレセントリシティを、第１レンズ群Ｇ１を同じ像側に移動させることで補正している。被写体面における軸外主光線は、低倍率側で外側（軸外側）に広がり、高倍率側で光軸方向の内側（軸上側）に狭まる。正のパワーの第１レンズ群Ｇ１は、被写体面から遠くなるほど、被写体面における軸外主光線を光軸方向の内側（軸上側）に向ける作用が弱まる。従って、低倍率側から高倍率側の変倍のために第３レンズ群Ｇ３が移動する方向と、この変倍に伴うテレセントリシティの悪化を補正するために第１レンズ群Ｇ１が移動する方向とは、像側の同一方向となる。
【００３２】
なお、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３の移動機構として、第１レンズ群Ｇ１を固定した部材とこれを支持する部材、及び、第３レンズ群Ｇ３を固定した部材とこれを支持する部材の一方と他方に、ガイド溝とスライドピンをそれぞれ設けて、このスライドピンをガイド溝に沿って移動させることができる。
【００３３】
第１レンズ群Ｇ１は、全数値実施例１−３を通じて、ｄ線に対するアッベ数が８０以上の高分散な材料からなる正レンズ１１で構成されている。これにより、特に高倍率端とその近傍において倍率色収差を良好に補正して優れた光学性能を得ることができる。
【００３４】
第２レンズ群Ｇ２は、全数値実施例１−３を通じて、ｄ線に対するアッベ数が８０以上の高分散な材料からなる正レンズ２１で構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、全数値実施例１−３を通じて、ｄ線に対するアッベ数が８０以上の高分散な材料からなる正レンズ４１と正レンズ４２で構成されている。これにより、特に高倍率端とその近傍において軸上色収差を良好に補正して優れた光学性能を得ることができる。
【００３５】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の比を規定している。条件式（１）を満足することで、変倍時におけるテレセントリシティ補正効果とピント補正効果を両立させることができる。
条件式（１）の上限を超えると、変倍時のテレセントリシティ補正効果が不足するとともに、変倍時のピント補正効果が不十分となる。
条件式（１）の下限を超えると、変倍時のテレセントリシティ補正効果が過剰になるとともに、変倍時のテレセントリシティ補正効果が不十分となる。
【００３６】
条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離（作動距離、ワーキングディスタンス）との比を規定している。条件式（２）を満足することで、所定の作動距離において、テレセントリシティ補正に最適な第１レンズ群Ｇ１のパワーを決定することができる。
条件式（２）の上限を超えると、テレセントリシティ補正不足になってしてしまう。
条件式（２）の下限を超えると、テレセントリシティ過剰になってしまう。
【００３７】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、低倍率端における被写体の撮影可能な最大高さをH0、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離をD1、低倍率端における被写体側の開口数をNAL、低倍率端における被写体から第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側に位置するレンズ面の最大高さをH1としたときに、次の条件式（３）を満足している。
（３）H0＋D1×tan[arc・sin（NAL/2）]＜H1＜［H0＋D1×tan[arc・sin（NAL）]］×1.1
条件式（３）を満足することで、照度ムラの発生を抑えることができる。
【実施例】
【００３８】
次に具体的な数値実施例１−３を示す。諸収差図及び表中において、ｅ線、ｄ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数を示している。長さの単位は[mm]である。全数値実施例１−３を通じて、非球面レンズは用いていない。
【００３９】
［数値実施例１］
図３−図５及び表１−表２は、本発明による同軸照明変倍光学装置１００の数値実施例１を示している。図３は低倍率端と高倍率端のレンズ構成図であり、図４は低倍率端の諸収差図であり、図５は高倍率端の諸収差図である。表１はレンズデータであり、表２は本願の条件式対応数値に関する各種データである。
【００４０】
本数値実施例１の同軸照明変倍光学装置１００は、被写体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、負のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間には、光束分岐手段としてのビームスプリッタＢＳが設けられており、このビームスプリッタＢＳの側方には、照明光を発する光源ＬＳが設けられている。第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間には絞りＳが配置されている。
【００４１】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸の平凸正レンズ１１からなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に位置する両凸正レンズ２１と像側に凸の負メニスカスレンズ２２の接合レンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズ３１及び両凹負レンズ３２からなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸正レンズ４１及び物体側に凸の平凸正レンズ４２からなる。
【００４２】
光源ＬＳが発した照明光は、ビームスプリッタＢＳで反射され、第１レンズ群Ｇ１（平凸正レンズ１１）を透過して被写体面であるワークＷを照射する。ワークＷからの反射光は、第１レンズ群Ｇ１、ビームスプリッタＢＳ、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を介してＣＣＤカメラ１１１の撮像面に結像する。
【００４３】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００は、低倍率端から高倍率端への変倍に際し、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４を撮像面に対して固定し（光軸方向に移動させず）、第３レンズ群Ｇ３を像側に移動させる。そして、第３レンズ群Ｇ３を像側に移動させた変倍の結果悪化するテレセントリシティを、第１レンズ群Ｇ１を同じ像側に移動させることで補正している。被写体面における軸外主光線は、低倍率側で外側（軸外側）に広がり、高倍率側で光軸方向の内側（軸上側）に狭まる。正のパワーの第１レンズ群Ｇ１は、被写体面から遠くなるほど、被写体面における軸外主光線を光軸方向の内側（軸上側）に向ける作用が弱まる。従って、低倍率側から高倍率側の変倍のために第３レンズ群Ｇ３が移動する方向と、この変倍に伴うテレセントリシティの悪化を補正するために第１レンズ群Ｇ１が移動する方向とは、像側の同一方向となる。
【００４４】
表２に明らかなように、本数値実施例１では、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離f1を141.4mm、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離f2を236.7mm、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離D1を160.88mmとして、f1／f2＝0.60、f1／D1＝0.85となり、条件式（１）と（２）を満足している。また、低倍率端において被写体面から第１レンズ群Ｇ１に入射する最大像高の主光線の角度（テレセン度）を0.05°に収め、高倍率端において被写体面から第１レンズ群Ｇ１に入射する最大像高の主光線の角度（テレセン度）を0.04°に収めることに成功している。
【００４５】
ここで、低倍率端における被写体面からの反射光束を光学系に取り込む状況を説明する。低倍率端における被写体の撮影可能な最大高さH0は16mm、低倍率端における被写体側の開口数NALは0.017、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離D1は160.88mmであるから、被写体面からの反射光束を全て取り込める境界の高さHMは、下記の式で計算される。
HM=H0＋D1×tan[arc・sin（NAL）＋0.04]
=16＋160.88×tan[arc・sin（0.017）＋0.04]
=18.8［mm］
【００４６】
照度ムラが問題にされるのは、中心光束に対する周辺光束の減少が２０％を超える場合である。第１レンズ群Ｇ１への入射光束の片側NAの半分が欠けると、入射光束周辺光量の減少が２０％に近づく。従って、第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側で最低限必要な入射面の高さHLは、下記の式で計算される。
HL=H0＋D1×tan[arc・sin（NAL/2）]
=16＋160.88×tan[arc・sin（0.0085）]
=17.4［mm］
【００４７】
また、レンズの径の余裕としては、１０％程度もあれば十分なので、第１レンズ群Ｇ１で必要な入射面の最大高さHHは、下記の式より計算される。
HH=［H0＋D1×tan[[arc・sin（NAL）]］×1.1
=［16＋160.88×tan[[arc・sin（0.017）]］×1.1
=20.6［mm］
【００４８】
従って、第１レンズ群Ｇ１における被写体側の光透過部の最大高さH1について、下記の条件式（３）を満足させていれば、照度ムラの発生を抑えるために十分なテレセントリシティ補正の効果を発揮させることが出来る。
（３）H0＋D1×tan[arc・sin（NAL/2）]＜H1＜［H0＋D1×tan[arc・sin（NAL）]］×1.1
【００４９】
すなわち本数値実施例１では、第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側のレンズ透過部の直径2×H1を、次の条件の下で設定している。
2×HL（=34.8mm）≦2×H1≦2×HH（=41.2mm）
【００５０】
【表１】
2014115496.tif 000003
【表２】
2014115496.tif 000004
【００５１】
［数値実施例２］
図６−図８及び表３−表４は、本発明による同軸照明変倍光学装置１００の数値実施例２を示している。図６は低倍率端と高倍率端のレンズ構成図であり、図７は低倍率端の諸収差図であり、図８は高倍率端の諸収差図である。表３はレンズデータであり、表４は本願の条件式対応数値に関する各種データである。
【００５２】
この数値実施例２のレンズ構成は、以下の点を除いて、数値実施例１のレンズ構成と同一である。
（１）第３レンズ群Ｇ３が、物体側から順に、像側に凸の負メニスカスレンズ３１’及び像側に凸の負メニスカスレンズ３２’からなる。
（２）第４レンズ群Ｇ４の正レンズ４１が像側に凸の正メニスカスレンズである。
【００５３】
表４に明らかなように、本数値実施例２では、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離f1を106.5mm、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離f2を322.4mm、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離D1を177.2mmとして、f1／f2＝0.33、f1／D1＝0.60となり、条件式（１）と（２）を満足している。また、低倍率端において被写体面から第１レンズ群Ｇ１に入射する最大像高の主光線の角度（テレセン度）は0.49°であり、低倍率端における被写体側の開口数NALは0.017である。すなわち、本数値実施例２における低倍率端のテレセン度は、光学系への入射光束の光軸の片側半分に相当し、照度ムラの発生を抑える限界となっている。
【００５４】
【表３】
2014115496.tif 000005
【表４】
2014115496.tif 000006
【００５５】
［数値実施例３］
図９−図１１及び表５−表６は、本発明による同軸照明変倍光学装置１００の数値実施例３を示している。図９は低倍率端と高倍率端のレンズ構成図であり、図１０は低倍率端の諸収差図であり、図１１は高倍率端の諸収差図である。表５はレンズデータであり、表６は本願の条件式対応数値に関する各種データである。
【００５６】
この数値実施例３のレンズ構成は、以下の点を除いて、数値実施例１のレンズ構成と同一である。
（１）光束分岐手段としてのビームスプリッタＢＳが、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間ではなく、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に位置している。
【００５７】
表６に明らかなように、本数値実施例３では、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離f1を301.8mm、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離f2を200.5mm、低倍率端における被写体と第１レンズ群Ｇ１の最も被写体側の面との間の距離D1を190.4mmとして、f1／f2＝1.51、f1／D1＝1.59となり、条件式（１）と（２）を満足している。また、低倍率端において被写体面から第１レンズ群Ｇ１に入射する最大像高の主光線の角度（テレセン度）は0.49°であり、低倍率端における被写体側の開口数NALは0.017である。すなわち、本数値実施例２における低倍率端のテレセン度は、光学系への入射光束の光軸の片側半分に相当し、照度ムラの発生を抑える限界となっている。
【００５８】
【表５】
2014115496.tif 000007
【表６】
2014115496.tif 000008
【００５９】
本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００を、露光装置のアライメント光学システムや三次元測定機等の検査システムに搭載すれば、全変倍範囲に亘って被写体面のデフォーカスによる倍率変化が非常に少ない極めて優れた光学システムを実現することができる。また、本実施形態の同軸照明変倍光学装置１００を、チップマウンタや欠陥検査装置の検査光学システムに搭載すれば、ＣＣＤ寸法が１インチ以上の大画面サイズのカメラでも、全変倍範囲に亘り、全画面内での照明ムラの少ない良好な画像を撮影することが可能になる。従って、光源ＬＳ以外の外部光源を省略することができるので、スペースの有効利用と装置の性能アップにより、生産性の向上効果が期待できる。
【００６０】
以上の各数値実施例１−３では、低倍率側から高倍率側への変倍に際し、第４レンズ群Ｇ４の全体を撮像面に対して固定した場合を例示して説明したが、これに限定されず、第４レンズ群Ｇ４の少なくとも一部をピント補正のために光軸方向に可動とする態様も可能である。
【００６１】
以上の各数値実施例１−３では、光束分岐手段としてキュービックタイプのビームスプリッタＢＳを用いた場合を例示して説明したが、光束分岐手段としてハーフミラー、あるいは透過率と反射率が略等しい反射面の片面に蒸着処理を施した平行平面板を用いることも可能である。
【００６２】
以上の各数値実施例１−３では、光束分岐手段としてのビームスプリッタＢＳを第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に設けた場合（数値実施例１、２）及びビームスプリッタＢＳを第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に設けた場合（数値実施例３）を例示して説明した。しかし、光束分岐手段としてのビームスプリッタＢＳは、第１レンズ群Ｇ１よりも像面側に設ければよく、例えば、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間あるいは第４レンズ群Ｇ４と像面の間に設けてもよい。
【００６３】
また本発明の同軸照明変倍光学装置１００の変形例として、第４レンズ群Ｇ４と像面との間に位置させて、変形可能な１つの隔壁を介して屈折率の異なる２つの透明液体を透明な平行平板で挟んで構成した焦点位置可変素子を設けることも可能である。このような焦点位置可変素子は、例えば特表２０１２−５２０４７７号公報に開示されているように周知である。これにより、ピントの合わない中間変倍範囲において電気的な操作でピント補正を容易に行えるので、複雑なカム機構を用いることなく、簡単な機構によって、全変倍域でピント合わせを行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１００  同軸照明変倍光学装置
１１０  鏡筒機枠
１１１  ＣＣＤカメラ（エリアセンサーカメラ）
１１２  マウント（Ｃマウント）
１２０  照明機枠
ＢＳ  ビームスプリッタ（光束分岐手段）
ＬＳ  光源
Ｗ  ワーク（被検査物）
Ｇ１  正のパワーを有する第１レンズ群
１１  正単レンズ
Ｇ２  正のパワーを有する第２レンズ群
２１  正レンズ
２２  負レンズ
Ｇ３  負のパワーを有する第３レンズ群
３１  正レンズ
３２  負レンズ
３１’  負レンズ
３２’  負レンズ
Ｇ４  正のパワーを有する第４レンズ群
４１  正レンズ
４２  正レンズ
【図１】
2014115496.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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