DE69121133T2

DE69121133T2 - Objektivlinsensystem zur Anwendung in einem Mikroskop

Info

Publication number: DE69121133T2
Application number: DE1991621133
Authority: DE
Inventors: Takahisa Hayashi
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: EP0452963A2; EP0452963B1; EP0452963A3; DE69121133D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektivlinsensystem zur Verwendung in einem Mikroskop, das im Ultraviolettbereich einsetzbar ist, insbesondere im fernen Ultraviolettbereich, in dem Licht eine Wellenlänge von weniger als 300 nm hat.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist in der Technik allgemein bekannt, daß ein Mikroskop die Eigenschaft hat, daß, wobei angenommen wird, daß die numerische Apertur (NA) eines Objektivlinsensystems, das innerhalb eines Mikroskops verwendet wird, konstant bleibt, je kürzer eine Wellenlänge des Lichtes, das darin verwendet wird, ist, desto besser seine Auflösungsgrenze ist. Somit ist es möglich, eine Probe in größeren Einzelheiten zu beobachten, indem die Wellenlänge des ausleuchtenden Lichtes verkürzt wird. Zusätzlich würde das Ausleuchten einer Probe mit ultraviolettem Licht oftmals zu einer Fluoreszenz stärkerer Intensität führen, die von einer Probe ausgestrahlt wird, als Fluoreszenz, die durch Beleuchten mit sichtbarem Licht erhalten wird. Bei diesem Hintergrund ist ein Mikroskop, das im Ultraviolettbereich verwendbar ist, in der Technik bevorzugt, da mehr Information erhalten wird, wenn eine Probe durch solch ein Mikroskop beobachtet wird. Somit muß ein Objektivlinsensystem zur Verwendung innerhalb eines Mikroskops im Ultraviolettund/oder fernen Ultraviolettbereich verwendbar sein.
Unter bekannten, herkömmlichen Objektivlinsensystemen, die im Ultraviolett- und/oder fernen Ultraviolettbereich verwendbar sind, ist beispielsweise ein Objektivlinsensystem zur Verwendung in einem Mikroskop, das in "Hikari Gijyutsu Contact", Band 25, Nummer 2, Seite 137 (Februar 1987) beschrieben ist.
Alle die Linsen des Objektivlinsensystems sind aus Quarz oder Fluorit hergestellt. Daher ist das Objektivlinsensystem in der Lage, ultraviolettes und/oder fernultraviolettes Licht zu übertragen.
Jedoch ist das Objektivlinsensystem mit einer Linsengruppe ausgestattet, in der eine Vielzahl von Linsen in optischen Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden. Dies geschieht aufgrund dessen, daß es kein praktisches Klebmittel gibt, das fernes ultraviolettes Licht unter den gegenwärtigen Umständen überträgt, und somit ist das einfache Verfahren zum Verhindern der Totalreflexion an den Linsenverbindungsflächen, die Verbindungsflächen in optischen Kontakt miteinander zu bringen. Bei dem Objektivlinsensystem ist es daher erforderlich, die Oberflächen, die in optischen Kontakt gebracht werden sollen, mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten, und somit werden die Herstellungskosten für das Objektivlinsensystem in problematischer Weise erhöht.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat bereits ein Objektivlinsensystem zur Verwendung in einem Mikroskop vorgeschlagen, bei dem ein solches Problem gelöst ist. Siehe Blatt für japanische Patentoffenlegungsschriften Nrn. 1-319719 und 1- 319720. Diese Literatur-Referenzen werden hiernach als die "vorangehenden Anmeldungen" bezeichnet werden. Figur 1 ist ein Blockschaubild eines Objektivlinsensystems zur Verwendung in einem Mikroskop gemäß einer Ausführungsform der vorangehenden Anmeldungen. Ein Objektivlinsensystem 10 umfaßt Linsen 11 bis 13, die entweder aus Quarz oder Fluorit hergestellt sind. Die Linsen 11 bis 13, d.h. eine erste bis eine dritte Linse, sind in der Reihenfolge von einer Objektseite (linke Seite in der Figur) zu einer Abbildungsseite (rechte Seite in der Figur) mit vorgewählten Luftzwischenräumen dazwischen versetzt. Dies ermöglicht es, daß das Objektivlinsensystem 10 sowohl im Ultraviolett- als auch im fernen Ultraviolettbereich verwendbar ist. Die Linsen 11 bis 13 sind, wie es gerade erwähnt worden ist, voneinander getrennt, das heißt, das Objektivlinsensystem umfaßt keine Verbindungsflächen. Somit, da kein optischer Kontakt vorliegt, ist das Objektivlinsensystem frei von dem Problem, das die Herstellungskosten betrifft.
Das Objektivlinsensystem 10 arbeitet mit einem Abbildungslinsensystem zusammen (dessen genaue Struktur später angegeben wird), um ein Bild eines Gegenstandes zu bilden, das auf der Brennebene des Abbildungslinsensystems bei einer vorbestimmten Abbildungsvergrößerung M beobachtet werden soll. Die Abbildungsvergrößerung M ist ein Verhältnis der Brennweite f&sub2; des Abbildungslinsensystems zu der Brennweite f&sub1; des Objektivlinsensystems 10 und ist gegeben als:
M = -f&sub2;/f&sub1; ... (1)
Im allgemeinen wird ein Ojektivlinsensystem mit einem anderen ausgetauscht, während ein Abbildungslinsensystem fest bleibt, so daß die Abbildungsvergrößerung M geändert wird. Objektivlinsensysteme für den Austausch sind zu diesem Zweck notwendig, wobei jedes der Linsensysteme eine Brennweite hat, die sich von der Brennweite f&sub1; unterscheidet.
Die Gleichung (1) ergibt, daß ein Objektivlinsensystem für den Austausch, das eine Brennweite von (f&sub1;/5) hat, notwendig ist, um einen Gegenstand mit der Abbildungsvergrößerung von 5 M zu betrachten. Die Gleichung (1) ergibt auch, daß ein Objektivlinsensystem für den Austausch, das eine Brennweite von (f&sub1;/10) hat, notwendig ist, einen Gegenstand mit der Abbildungsvergrößerung von 10 M zu betrachten. Um ein Objektivlinsensystem zu gestalten, das die Brennweite (f&sub1;/5) oder (f¹/10) hat und das dieselbe Anzahl von Linsen hat, wie beispielsweise das Objektivlinsensystem 10, ist es notwendig, die Brechkraft jeder Linse zu vergrößern. Wenn die Brechkraft jeder Linse vergrößert wird, wird jedoch im allgemeinen unvermeidbar die Aberration erhöht. Insbesondere wenn die Linsen aus einem glasartigen Material mit einem geringen Brechungsindex hergestellt werden, so wie Quarz oder Fluorit, wird die Aberration sich erhöhen. Um die Brechkraft zu erhöhen, ist es weiter notwendig, den Krümmungsradius jeder Linse zu verkleinern. Als Ergebnis wird unvermeidbar Totalreflexion in der Linsenfläche mit dem kleinen Krümmungsradius hervorgerufen.
Unter den Mitteln zum Lösen solcher Probleme gibt es ein Verfahren zu Erhöhen der Anzahl der Linsen, die das Objektivlinsensystem bilden. Es ist nämlich dieses Verfahren so ausgelegt, daß es die Brechkraft jeder Linse auf einen relativ niedrigen Pegel drückt, während die Anzahl der Linsen erhöht wird, um so die vorgeschriebene Brechkraft sicherzustellen. Jedoch ist das Objektivlinsensystem kompliziert, da die Anzahl der Linsen, die dasselbe bilden, vergrößert ist. Weiterhin werden die Kosten für das Objektivlinsensystem auch erhöht.
Ein weiteres Mittel zum Lösen der zuvor genannten Probleme ist ein Verfahren zum Benutzen eines Objektivlinsensystems vom Schwarzschild-Typ. Figur 2 ist ein Blockschaubild eines Objektivlinsensystems vom Schwarzschild-Typ. Ein Objektivlinsensystem 20 ist in "Lens Design Fundamentals" von Rudolf Kingslake, Academic Press, 1978, Seite 333 beschrieben. Wie in der Figur weist das Objektivlinsensystem 20 einen konkaven sphärischen Spiegel 21 und einen konvexen sphärischen Spiegel 22 auf. In dein Objektivlinsensystem 20 sind die Spiegel 21 und 22 im wesentlichen konzentrisch und sind so angeordnet, däß sie einander gegenüberliegen. Obwohl das Objektivlinsensystem 20 unkompliziert ist, ist es möglich, dessen Brechkraft zu erhöhen, um so seine Brennweite auf (f&sub1;/5) zu bringen.
Wenn das Objektivlinsensystem 10 jedoch durch das Objektivlinsensystem 20 ersetzt wird, ist es notwendig, eine Objekt- Position von der in bezug auf das Objektivlinsensystem 10 zu ändern, solange die Position einer Pupille festgehalten wird. Es ist nämlich notwendig, das Neufokussieren nach dem Ersetzen des Objektivlinsensystems durchzuführen. Dies verringert extrem die Betreibbarkeit des Mikroskops, in einer nichtbevorzugten Weise. Es ist denkbar, das gesamte Objektivlinsensystem zu bewegen, so daß kein Neufokussieren beim Ersetzen des Objektivlinsensystem erforderlich ist, wenn die Änderung der Position der Pupille erlaubt ist. Jedoch bewirkt die Änderung der Position der Pupille, daß ein Belichtungszustand ungenügend wird, wenn das Beleuchtungssystem in einem festen Zustand gehalten wird.
Somit ist es schwierig, das Objektivlinsensystem 10 durch das Objektivlinsensystem 20 zu ersetzen, solange sowohl die Position der Pupille als auch die Position des Gegenstandes in Koinzidenz gehalten werden.
Zusätzlich bewirkt ein solches Austauschen die Änderung in der Pupillengröße, was wiederum bemerkbar die Menge an beleuchtendem Licht auf dem Gegenstand ändert. Daher ist es notwendig, die numerische Apertur des Objektivlinsensystems zu erhöhen, so daß dessen Pupille nicht in der Größe geändert wird, selbst wenn die Abbildungsvergrößerung durch Austausch des Objektivlinsensystems erhöht wird. In dem Objektivlinsensystem 20 der Figur 2 jedoch ist die obere Grenze der numerischen Apertur ungefähr 0,7, und es ist in der Praxis schwierig, ein Objektivlinsensystem mit einer größeren numerischen Apertur zur Verfügung zu stellen.
Ein Objektivlinsensystem mit einer größeren numerischen Apertur ist beispielsweise in "Applied Optics and Optical Engineering III" beschrieben, unter Leitung von Kingslake, Academic Press, 1965, Seite 173. Figur 3 ist ein Blockschaubild des Objektivlinsensystems. Wie es in der Figur gezeigt ist, umfaßt ein Objektivlinsensystem 30 zwei sphärische Spiegel 31 und 32. In dem Objektivlinsensystem 30 ist weiter eine Linsengruppe 33, die aus drei Linsen 33a, 33b und 33c besteht, auf einer Objektseite (der unteren Seite der Figur) in bezug auf die Spiegel 31 und 32 angeordnet, während eine Linse 34 auf einer Bildseite (obere Seite der Figur) angeordnet ist, und somit ist seine numerische Apertur 0,72.
Wie es aus der Figur verstanden wird, wird jedoch optischer Kontakt in der Linsengruppe 33 zum Verbinden der Linsen 33a und 33b miteinander verwendet, was ein Problem ähnlich dem obigen verursacht. Weiterhin kann die numerische Apertur (= 0,72) nicht als ausreichend groß angesehen werden.
Somit, in dem Fall des Erhaltens eines Bildes des Gegenstandes unter einem Mikroskop mit einer Brechkraft von 5 M, muß ein Objektivlinsensystem für den Austausch haben:
(a) eine Brennweite, die 1/5 mal größer ist als die für das Objektivlinsensystem 10;
(b) Parfokalität; das heißt, die Eigenschaft, daß die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, ein Mikroskop nach dem Austausch wieder in den Fokus zu bringen; und
(c) eine Pupille, die grob dieselbe Größe hat wie die des Objektivlinsensystems 10.
Weiter, in dem Fall des Erhaltens eines Bildes des Gegenstandes unter einem Mikroskop mit einer Brechkraft von 10 M, muß ein Objektivlinsensystem für den Austausch haben:
(a) eine Brennweite, die 1/10 mal größer ist, als die des Objektivlinsensystems 10;
(b) Parfokalität; das heißt, die Eigenschaft, daß die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, ein Mikroskop nach dem Austausch wieder in den Fokus zu bringen; und
(c) eine Pupille, die grob dieselbe Größe hat wie die des Objektivlinsensystems 10.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein UV- durchlässiges Mikroskop-Objektivsystem mit einer höheren numerischen Apertur als bei der Vorrichtung des Standes der Technik zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Objektivlinsensystem wie in Anspruch 1 beansprucht gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1 bis 3 sind Blockschaubilder eines herkömmlichen Objektivlinsensystems zur Verwendung in einem Mikroskop;
Figuren 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind ein Blockschaubild eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figuren 5A, 5B, 5C und 5D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 4 verwendet;
Figuren 7A, 7B, 7C und 7D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 6 verwendet;
Figuren 9A, 9B, 9C und 9D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 8 verwendet;
Figuren 11A, 11B, 11C und 11D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 10 verwendet;
Figuren 13A, 13B, 13C und 13D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 12 verwendet;
Figuren 15A, 15B, 15C und 15D veranschaulichen die sphärische Aberration, Astigmatismus, seitliche chromatische Aberration und Verzeichnung eines optischen Systems, das das Abbildungslinsensystem der Figur 16 bzw. das Objektivlinsensystem der Figur 14 verwendet; und
Figur 16 ist ein Blockschaubild eines Abbildungslinsensystems.
Ein Objektivlinsensystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen konvexen sphärischen Spiegel, einen konkaven sphärischen Spiegel, eine erste Meniskuslinse und eine Linsengruppe auf. Bei dem Objektivlinsensystem sind der konvexe und der konkave sphärische Spiegel im wesentlichen konzentrisch und so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Die erste Meniskuslinse hat eine konkave Fläche, die auf eine Objektseite gerichtet ist, und ist so angeordnet, daß sie näher an der Objektseite liegt, als die sphärischen Spiegel. Die Linsengruppe umfaßt eine Vielzahl von Linsen, die so angeordnet sind, daß sie näher an einer Bildseite liegen als der konvexe sphärische Spiegel, wobei die Linsen mit vorgeschriebenen Luftzwischenräumen angeordnet sind. In der Linsengruppe ist die Linse, die der Bildseite am nächsten liegt, eine zweite Meniskuslinse. Die zweite Meniskuslinse hat eine konkave Fläche, die zu der Bildseite gerichtet ist.
Bei dem Objektivlinsensystem gibt es keinen optischen Kontakt.
Daher kann das Objektivlinsensystem zu niedrigen Kosten zur Verfügung gestellt werden.
Insbesondere wenn die erste Meniskuslinse und die Vielzahl von Linsen, die die Linsengruppe bilden, aus Quarz oder Fluorit hergestellt werden, ist das Durchlaßvermögen im Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereich verbessert.
Das Objektivlinsensystem ist mit anderen Objektivlinsensystemen gemäß den vorangehenden Anmeldungen austauschbar, um ein Bild zu bilden, indem mit einem Abbildungslinsensystem zusammengearbeitet wird. Bei dem Objektivlinsensystem, da die erste Meniskuslinse so angeordnet ist, daß sie näher an der Objektseite liegt als die sphärischen Spiegel, wird Aberration, die ein Problem beim Vergrößern der numerischen Apertur bildet, durch die erste Meniskuslinse korrigiert. Weiter dient die erste Meniskuslinse auch als ein Feldglätter.
Weiter ist die Linsengruppe so angeordnet, daß sie näher an der Bildseite liegt als der konvexe sphärische Spiegel. Dies ermöglicht es, daß die Parfokal-Länge des Objektivlinsensystems mit der des Objektivlinsensystems gemäß den vorangehenden Anmeldungen übereinstimmt, während die Position der Pupille des Objektivlinsensystems mit der des Objektivlinsen- Systems gemäß den vorangehenden Anmeldungen übereinstimmt. Das heißt, es ist möglich, die Perfokal-Längen auszugleichen, indem in geeigneter Weise die Position der Anordnung des Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt wird. Es sei angenommen, daß das Objektivlinsensystem nur den konvexen und den konkaven sphärischen Spiegel umfaßt, dann kann die Position der Pupille nicht frei gewählt werden, falls nicht die Aberration geopfert wird. Bei dem Objektivlinsensystem der vorliegenden Erfindung jedoch ist die Linsengruppe so angeordnet, daß sie näher an der Bildseite liegt als der konvexe sphärische Spiegel, wobei sie zwischen dem konvexen sphärischen Spiegel und der Pupille des Objektivlinsensystems angeordnet ist. Somit kann die Position der Pupille um eine gewünschte Entfernung bewegt werden, so daß die Position der Pupille identisch der der vorangehenden Anmeldungen gehalten werden kann.
Es ist möglich, eine ebene Platte anstelle der Linsengruppe anzuordnen, um es zu vereinfachen, daß die Position der Pupille des Objektivlinsensystems konstant gehalten wird. Jedoch wird die Störung in der Aberration, die von der ersten Meniskuslinse verursacht wird, korrigiert, und die Brechkraft des Gesamtsystems wird erhöht, ohne die Aberration zu stören, indem die Linsengruppe mit vorgeschriebener Brechkraft angeordnet wird.

Erstes Beispiel

Figur 4 ist ein Blockschaubild eines ersten Beispieles gemäß der vorliegenden Erfindung. In Figur 4 umfaßt ein Objektlinsensystem 210 eine Meniskuslinse 211, einen konkaven sphärischen Spiegel 212, einen konvexen sphärischen Spiegel 213 und eine Linsengruppe 214. In dem Objektivlinsensystem 210 sind die sphärischen Spiegel 212 und 213 im wesentlichen konzentrisch und sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Weiterhin ist die Meniskuslinse 211 auf einer Objektseite (der linken Seite in der Figur) in bezug auf die sphärischen Spiegel 212 und 213 angeordnet. Die Meniskuslinse 211 hat eine konkave Fläche S&sub2;&sub1;&sub1; die auf die Objektseite gerichtet ist.
Die Linsengruppe 214 ist auf einer Bildseite (der rechten Seite in der Figur) in bezug auf die sphärischen Spiegel 212 und 213 angeordnet. In der Linsengruppe 214 sind die Linsen 214a, 214b und 214c in dieser Reihenfolge von der Objektseite zu der Bildseite mit vorgeschriebenen Luftzwischenräumen angeordnet. Die Linse 214c, die der Bildseite am nächsten liegt, ist eine Meniskuslinse mit einer konkaven Fläche S214c, die zur Bildseite gerichtet ist.
Tabelle 1 zeigt Linsendaten des Objektivlinsensystems 210. Tabelle 1 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Quarz Fluorit
Mit Bezug auf Tabelle 1 (und die Tabellen 3 bis 7, die später beschrieben werden) zeigt ein Symbol ri den Krümmunsradius einer i-ten (i = 1 bis 10) Linse oder reflektierenden Fläche, und di zeigt einen Abstand zwischen einer i-ten (i = 1 bis 9) Fläche und einer (i + 1)-ten Flächen entlang einer optischen Achse, wobei i die Anzahl der Linsenflächen oder der reflektierenden Flächen bezeichnet und in der Richtung eines optischen Pfades definiert ist. In Tabelle 1 (und den Tabellen 3 bis 7, die später beschrieben werden), stellt ein Symbol RF dar, daß die Fläche eine reflektierende Fläche ist.
Wie es aus der Tabelle 1 verstanden wird, sind die Meniskuslinsen 211 und 214c aus Quarz hergestellt, während die Linsen 214a und 214b aus Fluorit hergestellt sind. Das Objektivlinsensystem 210 hat eine Brennweite f von 3,0, eine numerische Apertur (NA) von 5/6 und eine Bildgröße von 10,6.
Das Objektivlinsensystem 210 ist das sogenannte auf unendlich korrigierte Objektivsystem, so wie es innerhalb eines Mikroskops vom Reflexionstyp verwendet wird. Das heißt, das Objektivlinsensystem 210, wenn es in Kombination mit einem Abbildungslinsensystem der Figur 16 verwendet wird, bildet ein Bild eines Gegenstandes auf der Brennebene des Abbildungslinsensystems 40.
Figur 16 ist ein Blockschaubild des Abbildungslinsensystem, wobei das Abbildungslinsensystem identisch demjenigen ist, das in den vorangehenden Anmeldungen offenbart ist, nämlich Blatt für japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 1-319719 und 1- 319720. In Figur 16 umfaßt ein Abbildungslinsensystem 40 eine erste bis dritte Linse 41 bis 43. Die erste, die zweite und die dritte Linse 41, 42 und 43 sind in der Reihenfolge von einer Objektseite (linke Seite der Figur) zu einer Abbildungsseite (rechte Seite der Figur) mit vorbestimmten Luftzwischenräumen dazwischen versetzt.
Tabelle 2 unten zeigt Daten des Abbildungslinsensystems 40. Tabelle 2 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Fluorit Quarz
In Tabelle 2 stellt ein Symbol Ri den Krümmungsradius einer i- ten Linsenfläche von der Objektseite (linke Seite in der Figur) dar, und ein Symbol Di stellt eine Entfernung zwischen der i-ten Linsentläche und einer (i+1)-ten Linsenfläche entlang einer optischen Achse Z dar. Wie es aus der Tabelle 2 verstanden werden wir, ist die erste Linse 41 aus Fluorit hergestellt, die zweite und die dritte Linse 42 und 43 bestehen beide aus Quarz. Die Brennweite f' des Abbildungslinsensystems 40 ist 300.
Somit ist die Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskops, das aus dem Abbildungslinsensystem 40 und dem Objektivlinsensystem 210 gemäß dem ersten Beispiel besteht, wie folgt:
M' = -f'/f = -300/3,0 = -100,
Die Figuren 5A und 5C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Linsensystems, das aus dein Objektlinsensystem 210 bzw. dein Abbildungslinsensystem 40 besteht. Mit Bezug auf diese Figuren (und die Figuren 7A, 7C, 9A, 9C, 11A, 11C, 13A, 13C, 15A und 15C, die später beschrieben werden) zeigen durchgezogene Linien A, gestrichelte Linien B, punktstrichlierte Linien C und doppelpunktstrichlierte Linien D die Ergebnisse in bezug auf Licht mit Wellenlängen von 298,06 (nm), 202,54 (nm), 398,84 (nm) bzw. 253,70 (nm)
Die Figuren 5B und 5D veranschaulichen jeweils Astigmatismus und Verzeichnung in bezug auf die Wellenlänge von 298,06 (nm). Mit Bzug auf Figur 5B (und Figuren 7B, 9B, 11B, 13B und 15B, die später beschrieben werden) zeigt eine durchgezogene Linie S ein sagittales Bildfeld, und eine gestrichelte Linie M zeigt ein meridionales Bildfeld.
Es wird aus den Figuren 5A und 5C verstanden, daß die Aberration in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen bei dem Objektivlinsensystem 210 klein ist. Somit ist es offensichtlich, daß das Objektivlinsensystem 210 in Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen einsetzbar ist. Weiter wir klar aus den Figuren 5B und 5D verstanden, daß bei dem Linsensystem, das das Objektivlinsensystem 210 benutzt, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.

Zweites Beispiel

Figur 6 ist ein Blockschaubild eines zweiten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Objektivlinsensystem 220 entsprechend dem zweiten Beispiel hat dieselbe Struktur wie das Objektivlinsensystem 210 der Figur 4. Somit wird die genaue Beschreibung, was die Linsenstruktur betrifft, hier weggelassen.
Tabelle 3 zeigt Linsendaten dieses Objektivlinsensystem 220. Tabelle 3 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Quarz Fluorit
Wie es aus der Tabelle 3 verstanden wird, bestehen die Linsen 221, 224b und 224c aus Quarz, wohingegen eine Linse 224a aus Fluorit besteht. Das Objektivlinsensystem 220 hat eine Brennweite f von 3,0, eine numerische Apertur (NA) von 5/6 und eine Bildgröße von 10,6.
Das Objektivlinsensystem 220 ist auch ein sogenanntes auf unendlich korrigiertes Objektivsystem, ähnlich dem ersten Beispiel, und wird mit dem Abbildungslinsensystem kombiniert, das in Verbindung damit beschrieben ist. Daher ist die Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskops, das aus dem Abbildungslinsensystem und dem Objektivlinsensystem 220 gemäß dem zweiten Beispiel besteht, auch wie folgt:
M' = -f'/f = -300/3,0 = -100,0
Die Figuren 7A und 7C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Linsensystems, das aus dem Objektivlinsensystem 220 bzw. dem Abbildungslinsensystem 40 besteht. Die Figuren 7B und 7D veranschaulichen jeweils Astigmatismus und Verzeichnung bei einer Wellenlänge von 298,06 (nm).
Es wird aus den Figuren 7A und 7C verstanden, daß die Aberration klein in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen mit diesem Objektivlinsensystem 220 ist. Somit ist es offensichtlich, daß das Objektivlinsensystem 220 in Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen einsetzbar ist. Es wird klar aus den Figuren 7B und 7D verstanden, daß bei dem Linsensystem, welches das Objektivlinsensystem 220 verwendet, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.

Drittes Beispiel

Figur 8 ist ein Blockschaubild eines dritten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Objektivlinsensystem 230 gemäß dem dritten Beispiel hat auch dieselbe Struktur wie das Objektivlinsensystem 210 der Figur 4. Daher wird die genaue Beschreibung der Linsenstruktur hier weggelassen.
Tabelle 4 zeigt die Linsendaten dieses Objektivlinsensystems 230. Tabelle 4 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Fluorit Quarz
Wie es aus der Tabelle 4 verstanden werden wird, bestehen die Linsen 234b und 234c aus Quarz, während die Linsen 231 und 234a aus Fluorit bestehen.
Weiter hat das Objektivlinsensystem 230 eine Brennweite f von 3,0, eine numerische Apertur (NA) von 5/6 und eine Bildgröße von 10,6.
Auch das Objektivlinsensystem 230 ist das sogenannte auf unendlich korrigierte Objektivsystem ähnlich dem ersten und dem zweiten Beispiel, und es wird mit dem Abbildungslinsensystem wie zuvor kombiniert. Somit ist die Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskops, das aus dein Abbildungslinsensystem und dem Objektivlinsensystem 230 gemäß dem dritten Beispiel gebildet wird, auch wie folgt:
M' = -f'/f = -300/3,0 = -100,0
Die Figuren 9A und 9C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Linsensystems, das aus dem Objektivlinsensystem 230 bzw. dem Abbildungslinsensystem 40 besteht. Die Figuren 9B und 9D veranschaulichen jeweils Astigmatismus bzw. Verzeichnung mit Bezug auf eine Wellenlänge von 298,06 (nm).
Es wird aus den Figuren 9A und 9C verstanden, daß Aberration in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen klein bei dein Objektivlinsensystem 230 ist. Daher ist es klar, das das Objektivlinsensystem 230 in den Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen verwendbar ist. Weiter wird aus den Figuren 9B und 9D verstanden, daß bei einem Linsensystem, bei dein das Objektivlinsensystem 230 verwendet wird, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.

Viertes Beispiel

Figur 10 ist ein Blockschaubild eines vierten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Objektivlinsensystem 240 gemäß dem vierten Beispiel hat auch dieselbe Struktur wie das Objektivlinsensystem 210 der Figur 4. Daher wird die genaue Beschreibung der Linsenstruktur hier weggelassen.
Tabelle 5 zeigt Linsendaten des Objektivlinsensystems 240. Tabelle 5 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Fluorit Quarz
Wie es aus der Tabelle 5 verstanden wird, besteht eine Linse 241 aus Fluorit, während die Linsen 244a, 244b und 244c aus Quarz bestehen. Das Objektivlinsensystem 240 hat eine Brennweite f von 3,0, eine numerische Apertur (NA) von 5/6 und eine Bildgröße von 10,6.
Das Objektivlinsensystem 240 ist auch das sogenannte auf unendlich korrigierte Objektivsystem, ähnlich dem ersten bis dritten Beispiel, und wird mit dem Abbildungslinsensystem wie zuvor kombiniert. Daher ist die Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskopes, das mit dem Abbildungslinsensystem und dem Objektivlinsensystem 240 gemäß dem vierten Beispiel kombiniert wird, auch wie folgt:
M' = -f'/f = -300/3,0 = -100,0
Die Figuren 11A und 11C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Linsensystems, das aus dem Objektivlinsensystem 240 bzw. dem Abbildungslinsensystem 40 besteht. Die Figuren 11B und 11C veranschaulichen jeweils Astigmatismus und Verzeichnung mit Bezug auf eine Wellenlänge von 298,06 (nm).
Es wird aus den Figuren 11A und 11C verstanden, daß die Aberration klein in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen mit dem Objektivlinsensystem 240 ist. Daher ist es offensichtlich, daß das Objektivlinsensystem 240 in den Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen verwendbar ist. Weiter wird aus den Figuren 11B und 11D verstanden, daß bei einem Linsensystem, das das Objektivlinsensystem 240 verwendet, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.

Fünftes Beispiel

Figur 12 ist ein Blockschaubild eines fünften Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß Figur 12 weist ein Objektivlinsensystem 250 eine Meniskuslinse 251, einen konkaven sphärischen Spiegel 252, einen konvexen sphärischen Spiegel 253 und eine Linsengruppe 254 auf. Bei dem Objektivlinsensystem 250 sind die sphärischen Spiegel 252 und 253 im wesentlichen konzentrisch und sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Die Meniskuslinse 251 ist auf einer Objektseite (der linken Seite der Figur) in bezug auf diese sphärischen Spiegel 251 und 253 angeordnet. Die Meniskuslinse 251 hat eine konkave Fläche S&sub2;&sub5;&sub1;, die auf die Objektseite gerichtet ist.
Die Linsengruppe 254 ist auf einer Bildseite (der rechten Seite der Figur) in bezug auf den sphärischen Spiegel 253 angeordnet. In der Linsengruppe 254 sind die Linsen 254a bis 254e in dieser Reihenfolge von der Objektseite zu der Bildseite mit vorgeschriebenen Luftzwischenräumen angeordnet. Die Linse 254e, die der Bildseite am nächsten liegt, ist eine Meniskuslinse mit einer konkaven Fläche S&sub2;&sub5;&sub4;e, die auf die Bildseite gerichtet ist.
Tabelle 6 zeigt Linsendaten des Objektivlinsensystem 250. Tabelle 6 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Quarz Fluorit
Wie es aus Tabelle 6 verstanden wird, bestehen die Linsen 251, 254b und 254d aus Quarz, während die Linsen 254a, 254c und 254e aus Fluorit bestehen. Das Objektivlinsensystem 250 hat eine Brennweite f von 300/108 (= 2,78), eine numerische Apertur (NA) von 0,90 und eine Bildgröße von 10,6.
Auch das Objektivlinsensystem 250 ist das sogenannte auf unendlich korrigierte Objektivsystem ähnlich dem ersten bis vierten Beispiel und wird mit dem Abbildungslinsensystem wie zuvor kombiniert. Daher ist die Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskops, das aus dem Abbildungslinsensystem 40 und dem Objektivlinsensystem 250 gemäß dem fünften Beispiel gebildet ist, wie folgt:
M' = -f'/f = -108,
Die Figuren 13A und 13C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Linsensystems, das aus dem Objektivlinsensystem 250 und dem Abbildungslinsensystem 40 besteht. Die Figuren 13B und 13D veranschaulichen jeweils Astigmatismus bzw. Verzeichnung mit Bezug auf eine Wellenlänge von 298,06 (nm).
Es wird aus den Figuren 13A und 13C verstanden, daß die Aberration klein in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen mit dem Objektivlinsensystem 250 ist. Daher ist es offensichtlich, daß das Objektivlinsensystem 250 in den Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen verwendbar ist. Weiter wird klar aus den Figuren 13B und 13D verstanden, daß bei dem Linsensystem, welches das Objektivlinsensystem 250 verwendet, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.

Sechstes Beispiel

Figur 14 ist ein Blockschaubild eines sechsten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung. In Figur 14 umfaßt ein Objektivlinsensystem 260 eine Meniskuslinse 261, einen konkaven sphärischen Spiegel 262, einen konvexen sphärischen Spiegel 263 und eine Linsengruppe 264. Bei dem Objektivlinsensystem 260 sind die sphärischen Spiegel 262 und 263 im wesentlichen konzentrisch und sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Weiterhin ist die Meniskuslinse 261 auf einer Objektseite (der linken Seite der Figur) in bezug auf diese sphärischen Spiegel 262 und 263 angeordnet. Die Meniskuslinse 261 hat eine konkave Fläche S&sub2;&sub6;&sub1;, die auf die Objektseite gerichtet ist.
Die Linsengruppe 264 ist auf einer Bildseite (der rechten Seite der Figur) in bezug auf den sphärischen Spiegel 263 angeordnet. In der Linsengruppe 264 sind die Linsen 264a bis 264f in dieser Reihenfolge von der Objektseite zu der Bildseite mit vorgeschriebenen Luftzwischenräumen angeordnet. Die Linse 264f, die der Bildseite am nächsten liegt, ist eine Meniskuslinse mit einer konkaven Fläche S264f, die auf die Bildseite gerichtet ist.
Tabelle 7 zeigt Linsendaten des Objektivlinsensystem 260. Tabelle 7 Krümmungsradius Oberflächen-zu-Oberflächen-Abstand Material Quarz Fluorit
Wie es aus Tabelle 7 verstanden wird, bestehen die Linsen 261, 264a, 264b, 264d, 264e und 264f aus Quarz, während die Linse 264c aus Fluorit besteht.
Das Objektivlinsensystem 260 hat eine Brennweite f von 300/108 (=2,78), eine numerische Apertur (NA) von 0,90 und eine Bildgröße von 10,6. Auch das Objektivlinsensystem 260 ist das sogenannte auf unendlich korrigierte Objektivsystem ähnlich dem ersten bis fünften Beispiel und wird mit dem Abbildungslinsensystem wie zuvor kombiniert. Daher ist eine Abbildungsvergrößerung M' eines Mikroskops, das aus dem Abbildungslinsensystem und dem Objektivlinsensystem 260 gemäß dem sechsten Beispiel gebildet ist, wie folgt:
M'= -f'/f = -108,0
Die Figuren 15A und 15C veranschaulichen die sphärische Aberration und seitliche chromatische Aberration eines Systems, das aus dem Objektivlinsensystem 260 bzw. dem Abbildungslinsensystem 40 besteht. Weiter veranschaulichen die Figuren 15B und 15D jeweils Astigmatismus und Verzeichnung mit Bezug auf eine Wellenlänge von 298,06 (nm).
Es wird aus den Figuren 15A und 15C verstanden, daß die Aberration in bezug auf Licht aus Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen mit dem Objektivlinsensystem klein ist. Daher ist es klar, daß das Objektivlinsensystem 260 in den Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen verwendbar ist. Weiter wird klar aus den Figuren 15B und 15D verstanden, daß bei einem Linsensystem, welches das Objektivlinsensystem 260 benutzt, Astigmatismus und Verzeichnung klein sind.
Wie hier oben beschrieben sind die Objektivlinsensysteme 210, 220, 230, 240, 250 und 260 gemäß der Erfindung in Ultraviolett- und fernen Ultraviolettbereichen verwendbar und haben ausgezeichnete Eigenschaften in diesen Wellenlängenbereichen. Bei keinem Beispiel ist ein optischer Kontakt erforderlich, und das Objektivlinsensystem kann zu geringen Kosten zur Verfügung gestellt werden.
Obwohl keine besondere Beschreibung dazu oben gemacht worden ist, ist bestätigt worden, daß jedes Beispiel eine kleine Aberration im sichtbaren und infraroten Bereich zeigt, und das Objektivlinsensystem 210, 220, 230, 240, 250 oder 260 ist in einem Bereich über Infrarot und fernen Ultraviolettbereichen einsetzbar.
Nun wieder mit Bezug auf die vorangehenden Anmeldungen wird das Objektivlinsensystem 10 (Figur 1) mit dem Abbildungslinsensystem, wie es mit den Beispielen verwendet worden ist, kombiniert, um somit die Abbildungsvergrößerung M von -10 zu erhalten. Genauer ist die Brennweite des Objektivlinsensystems 10 30, während die Brennweite irgendeines der Objektivlinsensysteme 210, 220, 230 und 240 3,0 ist. Somit kann die Abbildungsvergrößerung M von -10 bis -100 variiert werden, indem zum Beispiel das Objektivlinsensystem 10 durch das Objektivlinsensystem 210 ersetzt wird, wobei das Abbildungslinsensystem 40 in derselben Position fixiert ist. Weiter ist die Brennweite irgendeines der Objektivlinsensysteme 250 und 260 2,78, so daß die Abbildungsvergrößerung M von -10 bis -108 variiert werden kann, indem beispielsweise das Objektiviinsensystem 10 durch das Objektivlinsensystem 250 ersetzt wird, wobei das Abbildungslinsensystem in derselben Position fixiert ist.
Jedes der Objektivlinsensysteme 210, 220, 230, 240, 250 und 260 hat eine parfokale Relation in bezug auf das Objektivlinsensystem 101 wie ausgeführt. Dies schaltet den zeitaufwendigen Prozeß aus, das Mikroskop nach dem Austauschen in den Fokus zu bringen (zum Beispiel, nachdem das Objektivlinsensystem 10 durch das Objektivlinsensystem 210 ersetzt worden ist), wodurch das Betreiben des Mikroskops stark verbessert werden würde.

Claims

1. UV-durchlässiges Objektivlinsensystem zur Verwendung in einem Mikroskop, mit:

einem konvexen (213; 223; 233; 243; 253; 263) und einem konkaven (212; 222; 232; 242; 252; 262) sphärischen Spiegel, die im wesentlichen konzentrisch sind, wobei der konvexe und konkave sphärische Spiegel (213, 212; 223, 222; 233, 232; 243, 242; 253, 252; 263, 262) so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen,

einer ersten Meniskuslinse (211; 221; 231; 241; 251; 261) die entlang einem optischen Pfad so angeordnet ist, daß sie näher an einer Objektseite liegt als der konvexe und konkave sphärische Spiegel (213, 212; 223, 222; 233, 232; 243, 242; 253, 252; 263, 262), und

einer Linsengruppe (214; 224; 234; 244; 254; 264), die so angeordnet ist, daß sie näher an einer Bildseite liegt, als der konvexe sphärische Spiegel (213; 223; 233; 243; 253; 263),

dadurch gekennzeichnet, daß die Linsengruppe (214; 224; 234; 244; 254; 264) aus einer Vielzahl von Linsen mit Luftzwischenraum besteht und daß die erste Meniskuslinse (211; 221; 231; 241; 251; 261) das einzige optische Element ist, das in dem optischen Pfad zwischen der Objektseite und dem konvexen und konkaven sphärischen Spiegel (213, 212; 223, 222; 233, 232; 243, 242; 253, 252; 263, 262) angeordnet ist.

2. Objektivlinsensystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meniskuslinse (121; 131; 151) eine konkave Fläche (121a; 131a; 151a) hat, die zu der Objektseite gerichtet ist.

3. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsengruppe (214; 224; 234; 244; 254; 264) eine zweite Meniskuslinse (214c; 224c; 234c; 244c; 254e; 264f) hat, wobei die zweite Meniskuslinse eine Linse ist, die näher an der Bildseite liegt und eine konkave Fläche (S214c; S224c; S234c; S244c; S254e, S264f) hat, die zu der Bildseite gerichtet ist.

4. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meniskuslinse (211; 221; 231; 241; 251; 261) und die Vielzahl von Linsen (214; 224; 234; 244; 254; 264) aus Quarz oder Fluorit hergestellt sind.

5. Verwendung eines Objektivlinsensystems (210; 220; 230; 240; 250; 260) wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht in einem Mikroskop.