(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から遠い順に凸レンズおよび凹レンズの２枚接合レンズと、凸レンズおよび凹レンズからなる全体として物体側に凹面を向けたメニスカス状の２枚接合レンズとの、２組の２枚接合レンズからなり、全体として負の屈折力を持つ第１群と、物体側から遠い順に物体側へ凸面を向けた凸メニスカスレンズと、凸レンズおよび凹レンズの２枚接合レンズと、凸レンズ、凹レンズおよび凸レンズの３枚接合レンズと、最も物体側に配置され物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズとを含んで、全体として正の屈折力を持つ第２群とを備える顕微鏡対物レンズにおいて、
当該顕微鏡対物レンズ全体の焦点距離が２ｍｍであって、
前記第１群の最も物体側に位置する面の曲率半径をr1r(mm)、前記第２群の物体側から最も遠い側にある凸メニスカスレンズの物体側面の曲率半径をr2F(mm)、最も物体側にある凸メニスカスレンズの物体側面の曲率半径をr2r(mm)、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凸レンズの平均の屈折率をn2p、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凹レンズの平均の屈折率をn2n、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凹レンズに使用されている硝材のアッベ数をν2nと表すとき、
【数１】
0003960784.tif 000008
である
ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡対物レンズにおいて、
前記第１群中の凹レンズのうち少なくとも１枚は、その硝材の部分分散比をθ1ctとすると、
（５）θ1ct＞０．８６
の値の硝材を使用する
ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は顕微鏡対物レンズに関する。特に、倍率が１００倍程度で、長作動距離と大きな開口数NAを併せ持ち、可視光領域から近赤外線領域まで収差補正がなされた無限遠補正型顕微鏡対物レンズに関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、半導体や液晶技術の発展は目覚ましいものがあり、その集積度は益々上がってきている。これらの観察、測定、リペアなどにおいては、操作の便宜上、顕微鏡対物レンズの作動距離が大きいことが望ましい。
このような目的に関し、長作動距離の顕微鏡対物レンズとして、特開昭６３−２３１１９号、特開平４−２６８１３号、特開平１０−２５３８９１号、特開平６−１７５０３４号等が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６３−２３１１９号、特開平１０−２５３８９１号においては、主に可視光領域のみについて収差補正がなされたものであった。したがって、可視光での結像位置と赤外領域の結像位置とは一致せず、特に、YAGレーザ（波長１０６４nm）などの近赤外光を使ってのリペアや観察等は不可能であった。
【０００４】
また、特開平４−２６８１３号や特開平６−１７５０３４号のレンズは、長作動距離を有し可視光領域から近赤外光領域まで良く収差補正がなされている。
しかしながら、近赤外光領域では波長が長くなるため、分解能が可視光領域よりも大幅に低下するのに加え、近年の半導体の高集積化等に対し、上記レンズはともに、レンズ自身の持っている開口数（NA）が５０倍対物レンズで０．４２（特開平４−２６８１３号）〜０．４５（特開平６−１７５０３４号）、１００倍対物レンズで０．５（特開平４−２６８１３号）と小さく、分解能および集光力に問題があった。特に、エミッション顕微鏡等のように、顕微鏡下で作業しながら赤外領域での微弱な近赤外光を集光し検知するような装置の場合、顕微鏡対物レンズには長作動距離と高NA、かつ、可視光領域から近赤外領域までの波長領域に渡って収差補正が良好になされていることが求められる。
【０００５】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、可視光領域から赤外光領域までの幅広い波長領域にわたって色収差および諸収差の良く補正された操作性のよい長作動距離と高NA（高分解能、高集光力）を併せ持つ倍率が１００倍程度の無限遠補正型顕微鏡対物レンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡対物レンズは、物体側から遠い順に凸レンズおよび凹レンズの２枚接合レンズと、凸レンズおよび凹レンズからなる全体として物体側に凹面を向けたメニスカス状の２枚接合レンズとの、２組の２枚接合レンズからなり、全体として負の屈折力を持つ第１群と、物体側から遠い順に物体側へ凸面を向けた凸メニスカスレンズと、凸レンズおよび凹レンズの２枚接合レンズと、凸レンズ、凹レンズおよび凸レンズの３枚接合レンズと、最も物体側に配置された物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズとを含んで、全体として正の屈折力を持つ第２群とを備える顕微鏡対物レンズにおいて、
当該顕微鏡対物レンズ全体の焦点距離が２ｍｍであって、
前記第１群の最も物体側に位置する面の曲率半径をr1r(mm)、前記第２群の物体側から最も遠い側にある凸メニスカスレンズの物体側面の曲率半径をr2F(mm)、最も物体側にある凸メニスカスレンズの物体側面の曲率半径をr2r(mm)、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凸レンズの平均の屈折率をn2p、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凹レンズの平均の屈折率をn2n、前記第２群中の２枚接合レンズおよび３枚接合レンズに用いられた凹レンズに使用されている硝材のアッベ数をν2nと表すとき、
【０００７】
【数２】
0003960784.tif 000002
【０００８】
であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１群中の凹レンズのうち少なくとも１枚は、その硝材の部分分散比をθ1ctとすると、
（５）θ1ct＞０．８６
の値の硝材を使用することが好ましい。
ただし、θ1ctとはF線における屈折率をnF、C線における屈折率をnC、t線における屈折率をntとすると、
【００１０】
【数３】
0003960784.tif 000003
【００１１】
で表される部分分散比である。
各スペクトル線の波長は以下の通りである。
d線：５８７．５６ｎｍ
F線：４８６．１３ｎｍ
C線：６５６．２７ｎｍ
t線：１０１３．９８ｎｍ
また、アッベ数νは、d線における屈折率をndとすると、
【００１２】
【数４】
0003960784.tif 000004
【００１３】
で表される。
【００１４】
このような構成によれば、物体面の一点から出た発散する光線束は、第２群の物体側レンズに入射する。すると、第２群に入射された光線束は集束されて出射され、第１群に入射される。第１群に入射された光線束は第１群により平行光線束となり、第１群より出射される。
【００１５】
次に、各式について説明する。
（１）式は、第１群の最も物体側に位置する面の曲率半径r1rと、第２群の物体側より最も遠い側にある凸メニスカスレンズにおける物体側の面の曲率半径r2Fを規定するものである。
（１−１）式において、この式の上限を超えて大きくなると、上記の二面での球面収差、コマ収差の発生が大きくなり、他の面でこの収差を補正しようとすると高次収差の発生が顕著になる。
また、下限を超えて小さくなると他の面で発生した収差をこの二面でバランスを取ることができなくなる。
【００１６】
（１−２）式は、（１−１）式のr2Fの値の範囲において、曲率半径r1rを規定するもので、正負の球面収差およびコマ収差の発生量をコントロールして、対物レンズ全体として球面収差、コマ収差およびその高次収差を良好に補正するものである。この式の上限を超えると、曲率半径r2Fの面での球面収差、コマ収差の発生量が大きくなり、曲率半径r1Fの面および他の面ではこの発生した収差を補正しきれなくなる。また、逆に、この式の下限を超えると、曲率半径r1rの面での球面収差、コマ収差の発生量が大きくなり、曲率半径r2Fの面および他の面ではこの収差を補正しきれなくなる。
つまり、（１）式は、光学系全体として、球面収差およびコマ収差と、その高次収差をバランス良く補正するのに必要なものである。
【００１７】
（２）式は、第２群中最も物体側にある凸メニスカスレンズにおいて物体側の面の曲率半径r2rを規定するものである。（２）式の上限を超えると、この面での球面収差等の発生が少なくなり、収差補正上有利になるが、同時に作動距離が短くなり、本発明の目的である長作動距離を保つことができなくなる。
また、下限を超えると無収差レンズの条件であるアプラナティックの条件から大きく外れるため、球面収差、コマ収差の発生が大きくなる。したがって、（２）式は長作動距離と高NAを同時に達成するために必要な条件である。
【００１８】
（３）式は、第２群に使用される接合レンズに使用される凸レンズと凹レンズの屈折率を規定するものである。（３）式を満たさないと、接合面の曲率半径がきつくなり、高次収差、特に、球面収差、コマ収差の高次収差の発生が顕著になり、これを第２群中の他のレンズおよび第１群のレンズでは補正できず、本発明の目的の一つである高NAが実現できない。
【００１９】
（４）式は、第２群中の凹レンズのアッベ数を規定するものである。
この式の条件を満たさないと、可視光領域から近赤外線領域までの幅広い範囲に渡っての色収差補正が困難になる。つまり、レンズ全体として凸レンズの総合の部分分散比と、凹レンズの部分分散比の解離が大きくなり、それが色収差の補正を困難にするからである。
【００２０】
（５）式を満たす硝材を第１群中の凹レンズに使用すると、第１群、第２群を通して、凸レンズの総合の部分分散比と凹レンズの総合の部分分散比を近づけることができ、可視光領域から近赤外線領域までの幅広い波長領域の軸上色収差の補正が可能になる。
また、θ1ct＞０．８６を満たす硝材のアッベ数は大きいため、その硝材を第１群に使用すると軸上色収差のみならず倍率の色収差も同時に補正することができる。すなわち、（５）式は可視光領域から近赤外線領域までの幅広い軸上色収差と倍率の色収差を補正するのを容易にするために必要な式である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
図１には、本発明にかかる顕微鏡対物レンズの第１実施例が示されている。この顕微鏡対物レンズは、物体側から遠い順に、全体として負の屈折力をもつ第１群G1と、正の屈折力を持つ第２群G2とから構成されている。
第１群G1は凸レンズL1および凹レンズL2の２枚接合レンズと、凸レンズL3および凹レンズL4からなる全体として物体側に凹面を向けたメニスカス状の２枚接合レンズとの、２組の２枚接合レンズから構成されている。
第２群G2は、物体側より遠い順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズL5と、凹レンズL6および凸レンズL7の２枚接合レンズと、凸レンズL8および凹レンズL9の２枚接合レンズと、凸レンズL10、凹レンズL11および凸レンズL12の３枚接合レンズと、凸レンズL13、凹レンズL14および凸レンズL15の３枚接合レンズと、物体側に凹面を向けた３枚の凸メニスカスレンズL16、L17およびL18とから構成されている。
【００２２】
このような構成において、焦点距離２００ｍｍの結像レンズで結像したときの倍率が１００倍、物体側の開口数NAが０．７、焦点距離が２ｍｍとなるように各レンズの光学定数を表１に示すように設定したところ、レンズ系の最も物体側に位置するメニスカスレンズL18の面の頂点から物体までの距離である作動距離（WD）が、１１．９７ｍｍとなり、長作動距離の高NA対物レンズを得ることができた。
【００２３】
【表１】
0003960784.tif 000005
【００２４】
ここで、表１において、r1〜r28は各レンズL1〜L18の各面の曲率半径であり（r1〜r28はmm単位における値である）、d1〜d27は各レンズL1〜L18の厚さおよびレンズの間隔であり、n1〜n18は各レンズL1〜L18のd線における屈折率であり、ν1〜ν18は各レンズL1〜L18のアッベ数である。
【００２５】
第１実施例において、各レンズ系の光学定数を基に、上記（１）〜（５）式を求める。
（１−１）  ｜１／r2F｜＝０．１１４
０．１１２≦０．１１４≦０．１１４
（１−２）  ｜r1r／r2F｜＝１．０１
０．７＜１．０１＜１．１
（２）  １／r2r＝０．０３１
０．０２８≦０．０３１≦０．０３１
（３）  n2n−n2P＝（n6＋n9＋n11＋n14）／４
−（n7＋n8＋n10＋n12＋n13＋n15）／６＝０．３
０．３＞０．２５
（４）  ν6＝４９．６、ν9＝４９．６、ν11＝４９．３、
ν14＝４９．６＞４４
（５）  L4のθ1ct＝０．８６３４＞０．８６
以上より、各式を満たしている。
【００２６】
図２には、本第１実施例の対物レンズの球面収差（図２（A））、非点収差（図２（B））および歪曲収差（図２（C））が示されている。
球面収差には、d線、F線、C線、１０６４ｎｍおよび１６００ｎｍの各波長における収差が示されている。また、非点収差、歪曲収差はd線の値である。ここで、Y’は焦点距離２００ｍｍの結像レンズに結像されるときの像高（１５ｍｍ）である。
これらの図から、本第１実施例の対物レンズは可視光領域から近赤外線領域までよく収差補正がなされた高NAであり、かつ、長作動距離を有する対物レンズであることが示される。
このように、本実施例では（１）〜（４）、さらには（５）の条件を満たすことにより、倍率１００倍、開口数NAが０．７、作動距離が１１．９７mmで、色収差補正が可視光領域から近赤外線領域まで幅広い領域でなされた極めて高性能の対物レンズを得ることができた。
よって、この顕微鏡対物レンズを利用することにより、顕微鏡下での作業効率を著しく向上させることができる。
【００２７】
（第２実施例）
図３には、本発明の第２実施例における対物レンズの構成が示されている。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、第１実施例との相違点は、例えば、第１実施例では第１群G1を構成する２組の２枚接合レンズは両方とも負の屈折力を有しているのに対し、第２実施例では、物体側に配置されるメニスカス状の２枚接合レンズ（L3およびL4の２枚接合レンズ）は正の屈折力を有しているなどの点である。
このような構成において、焦点距離２００ｍｍの結像レンズで結像したときの倍率が１００倍、物体側の開口数NAが０．７、焦点距離が２ｍｍとなるように各レンズの光学定数を表２に示すように設定したところ、レンズ系の最も物体側に位置するメニスカスレンズL18の面の頂点から物体までの距離である作動距離（WD）が１１．９７ｍｍとなり、長作動距離の高NA対物レンズを得ることができた。
【００２８】
【表２】
0003960784.tif 000006
【００２９】
なお、表２において、r1〜r28は各レンズL1〜L18の各面の曲率半径であり（r1〜r28はmm単位における値である）、d1〜d28は各レンズL1〜L18の厚さおよびレンズ間隔であり、n1〜n18は各レンズL1〜L18のｄ線における屈折率であり、ν１〜ν１８は各レンズＬ１〜Ｌ１８のアッベ数である。
第２実施例において、各レンズ系の光学定数を基に、上記（１）〜（５）式を求める。
（１−１）  ｜１／r2F｜＝０．１１４
０．１１２≦０．１１４≦０．１１４
（１−２）  ｜r1r／r2F｜＝０．９９
０．７＜０．９９＜１．１
（２）  １／r2r＝０．０３
０．０２８≦０．０３≦０．０３１
（３）  n2n−n2p＝（n6＋n9＋n11＋n14）／４
−（n7＋n8＋n10＋n12＋n13＋n15）／６＝０．３
０．３＞０．２５
（４）  ν6＝４９．６、ν9＝４９．６、ν11＝４９．３、
ν14＝４９．６＞４４
（５）  L4のθ1ct＝０．８６３４＞０．８６
以上より、各式を満たしている。
【００３０】
図４には、第２実施例の対物レンズの球面収差（図４（A））、非点収差（図４（B））および歪曲収差（図４（C））が示されている。
球面収差には、d線、F線、C線、１０６４ｎｍおよび１６００ｎｍの各波長における収差を示している。また、非点収差、歪曲収差はd線の値である。ここで、Y’は焦点距離２００ｍｍの結像レンズに結像されるときの像高（１５ｍｍ）である。
これらの図から、本実施例の対物レンズは可視光領域から近赤外線領域までよく収差補正がなされた高NAであり、かつ、長作動距離を有する対物レンズであることが示される。
このように、本実施例では（１）〜（４）、さらには（５）の条件を満たすことにより、倍率１００倍、開口数NAが０．７、作動距離１１．９７mmで色収差補正が可視光領域から近赤外線領域まで幅広い領域でなされた極めて高性能の対物レンズを得ることができた。
よって、この顕微鏡対物レンズを利用することにより、顕微鏡下での作業効率を著しく向上させることができる。
【００３１】
（第３実施例）
図５には、本発明にかかる第３実施例における対物レンズの構成が示されている。基本的な構成は第１実施例、第２実施例と同様であるが、例えば、レンズL4、L11に使用した硝材が第１実施例、第２実施例とは異なる。また、第２群中の最も物体に近いL13、L14およびL15の３枚接合レンズの形状が第１実施例、第２実施例では全体として両凸レンズの形状を示しているのに対し、第３実施例では物体側に凸面を向けたメニスカス状の形態をしている。
【００３２】
このような構成において、焦点距離２００ｍｍの結像レンズで結像したときの倍率が１００倍、物体側の開口数NAが０．７焦点距離が２ｍｍとなるように各レンズの光学定数を表３に示すように設定したところ、レンズ系の最も物体側に位置するメニスカスレンズL18の面の頂点から物体までの距離である作動距離（WD）が１１．９７ｍｍとなり、長作動距離の高NA対物レンズを得ることができた。
【００３３】
【表３】
0003960784.tif 000007
【００３４】
なお、表３において、r1〜r28は各レンズL1〜L18の各面の曲率半径であり（r1〜r28はmm単位における値である）、d1〜d27は各レンズL1〜L18の厚さおよびレンズの間隔であり、n1〜n18は各レンズL1〜L18のｄ線における屈折率であり、ν１〜ν１８は各レンズＬ１〜Ｌ１８のアッベ数である。
第３実施例において、各レンズ系の光学定数を基に、上記（１）〜（５）式を求める。
（１−１）  ｜１／r2F｜＝０．１１２
０．１１２≦０．１１２≦０．１１４
（１−２）  ｜r1r／r2F｜＝０．８４
０．７＜０．８４＜１．１
（２）  １／r2r＝０．０２８
０．０２８≦０．０２８≦０．０３１
（３）  n2n−n2p＝（n8＋n9＋n11＋n14）／４
−（n7＋n8＋n10＋n12＋n13＋n15）／６＝０．２７
０．３＞０．２５
（４）  ν8＝４９．６、ν9＝４９．６、ν11＝４４．３、
ν14＝４９．６＞４４
（５）  L4のθ1ct＝０．８６８７＞０．８６
以上より、各式を満たしている。
【００３５】
図６には、本第３実施例の対物レンズの球面収差（図６（A））、非点収差（図６（B））および歪曲収差（図６（C））が示されている。
球面収差には、d線、F線、C線、１０６４ｎｍおよび１６００ｎｍの各波長における収差を示している。また、非点収差、歪曲収差はd線の値である。ここで、Y’は焦点距離２００ｍｍの結像レンズに結像されるときの像高（１５ｍｍ）である。
これらの図から、本第３実施例の対物レンズは可視光領域から近赤外線領域までよく収差補正がなされた高NAであり、かつ、長作動距離を有する対物レンズであることが理解される。
このように、本第３実施例では（１）〜（４）、さらには（５）の条件を満たすことにより、倍率１００倍、開口数NAが０．７、作動距離１１．９７mmで色収差補正が可視光領域から近赤外線領域まで幅広い領域でなされた極めて高性能の対物レンズを得ることができた。
よって、この顕微鏡対物レンズを利用することにより、顕微鏡下での作業効率を著しく向上させることができる。
【００３６】
尚、本発明の顕微鏡対物レンズは、上述の各実施例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、第１群G1と第２群G2のレンズ枚数の変更、凸レンズや凹レンズ、接合レンズの配列の変更も本発明の要旨を逸脱しない限り可能である。
さらに、上記実施例では無限遠補正型の顕微鏡対物レンズについて示したが、良く補正された小型の結合レンズを第１群G1の像面側に設けることで有限補正型として使用できることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の顕微鏡対物レンズによれば、可視光領域から近赤外線領域まで幅広い色収差補正がなされた高分解能、高倍率、長作動距離を得ることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施例の顕微鏡対物レンズの構成図である。
【図２】前記実施例の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図３】本発明にかかる第２実施例の顕微鏡対物レンズの構成図である。
【図４】前記実施例の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【図５】本発明にかかる第３実施例における顕微鏡対物レンズの構成図である。
【図６】前記第３実施例の顕微鏡対物レンズの収差図である。
【符号の説明】
G1        第１群
G2        第２群
L1〜L18  レンズ
r1〜r28  レンズの曲率半径
【図１】
0003960784.tif 000009
【図２】
0003960784.tif 000010
【図３】
0003960784.tif 000011
【図４】
0003960784.tif 000012
【図５】
0003960784.tif 000013
【図６】
0003960784.tif 000014