JP2009210762A - Objective lens optical system - Google Patents
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Abstract
Description
対象物に対して接近して位置づけられる対物レンズ光学系に関する。 The present invention relates to an objective lens optical system positioned close to an object.
従来、光学顕微鏡等に用いられる対物レンズは、補正環が設けられたものがあった。この補正環は、観察対象である試料等の上に載置されるカバーガラスによって生ずる収差を補正するためのものである。すなわち、補正環は、使用するカバーガラスの厚さに応じて、操作者が補正環を操作することによって、対物レンズを構成する一部のレンズ群を光軸方向に移動させて、収差を補正するものである(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の対物レンズの補正環による補正は、カバーガラスの厚さが、所定の狭い範囲内であるときのみに有効であり、使用できるカバーガラスの厚さを制限するものであった。このため、薄いカバーガラスや厚いカバーガラスを使用した観察をすることができず、観察できる条件を狭めていた。 However, the correction using the correction ring of the conventional objective lens is effective only when the thickness of the cover glass is within a predetermined narrow range, and limits the thickness of the cover glass that can be used. For this reason, observation using a thin cover glass or a thick cover glass cannot be performed, and the conditions under which observation is possible have been narrowed.
また、従来の補正環は、所定の範囲内にあるカバーガラスの厚さに応じて収差を補正するものであったため、光源から発せられる光束の波長を異ならしめて試料を観察するような場合には、波長の変更によって生ずる収差については、十分に補正することが困難であった。 In addition, since the conventional correction ring corrects aberrations according to the thickness of the cover glass within a predetermined range, in the case of observing a sample with different wavelengths of light beams emitted from a light source. It has been difficult to sufficiently correct aberrations caused by wavelength changes.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、種々の厚さを有するカバーガラスを用いた場合であっても、カバーガラスの存在によって生ずる収差を十分に補正することができると共に、波長を異ならしめて使用するような場合であっても、波長の相違によって生ずる収差を容易にかつ十分に補正することができる対物レンズ光学系を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to sufficiently eliminate aberrations caused by the presence of a cover glass even when cover glasses having various thicknesses are used. It is an object of the present invention to provide an objective lens optical system capable of correcting and easily and sufficiently correcting an aberration caused by a difference in wavelength even when the wavelength is used differently.
以上のような目的を達成するために、本発明においては、対象物光透過体の厚さと調整用光透過体の厚さとの和が、一定の範囲に含まれるようにする。また、レンズ系に入射する光束の波長に基づいて、可動レンズの位置を固定レンズに対して光軸に沿って調整する。 In order to achieve the above object, in the present invention, the sum of the thickness of the object light transmitting body and the thickness of the adjusting light transmitting body is included in a certain range. Further, the position of the movable lens is adjusted along the optical axis with respect to the fixed lens based on the wavelength of the light beam incident on the lens system.
具体的には、本発明に係る対物レンズ光学系は、
光軸方向に沿って移動して対象物に焦点を合わせる少なくとも2つのレンズからなるレンズ系と、
前記対象物と前記レンズ系との間の光路上に配置された調整用光透過体であって、前記対象物を覆う対象物光透過体の厚さに基づく厚さを有する調整用光透過体と、含み、
前記対象物と前記レンズ系との間の光路における前記対象物光透過体の厚さと前記調整用光透過体の厚さとの和が、一定の範囲に含まれることを特徴とする。
Specifically, the objective lens optical system according to the present invention is:
A lens system consisting of at least two lenses that move along the optical axis direction and focus on the object;
An adjustment light transmitting body disposed on an optical path between the object and the lens system, the adjustment light transmitting body having a thickness based on the thickness of the object light transmission body covering the object Including,
The sum of the thickness of the object light transmitting body and the thickness of the adjusting light transmitting body in the optical path between the object and the lens system is included in a certain range.
このように、本発明に係る対物レンズ光学系は、レンズ系と調整用光透過体とを含む。レンズ系は、少なくとも2つのレンズからなり、これらのレンズのうちの少なくとも1つのレンズは、光軸方向に沿って移動することによって、対象物に焦点を合わせることができる。 As described above, the objective lens optical system according to the present invention includes the lens system and the adjustment light transmitting body. The lens system includes at least two lenses, and at least one of these lenses can be focused on the object by moving along the optical axis direction.
調整用光透過体は、対象物とレンズ系との間の光路上に配置される。さらに、この調整用光透過体は、対象物光透過体の厚さに基づく厚さを有する。この対象物光透過体は、対象物を覆うものである。 The adjustment light transmitting body is disposed on the optical path between the object and the lens system. Further, the adjustment light transmission body has a thickness based on the thickness of the object light transmission body. This object light transmitting body covers the object.
さらに、対象物光透過体の厚さと調整用光透過体の厚さとの和が、一定の範囲に含まれる。この対象物光透過体の厚さと調整用光透過体の厚さとは、対象物とレンズ系との間の光路におけるものであり、光束の光路にかかわる厚さである。 Further, the sum of the thickness of the object light transmitting body and the thickness of the adjusting light transmitting body is included in a certain range. The thickness of the object light transmitting body and the thickness of the adjusting light transmitting body are in the optical path between the object and the lens system, and are the thicknesses related to the optical path of the light beam.
また、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記一定の範囲が、前記対象物光透過体と前記調整用光透過体とによって生ずる収差を、前記レンズ系によって補正できる範囲であるものが好ましい。
The objective lens optical system according to the present invention is
It is preferable that the certain range is a range in which aberrations caused by the object light transmitting body and the adjustment light transmitting body can be corrected by the lens system.
さらに、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記レンズ系が、前記レンズ系に対して位置が固定された少なくとも1つのレンズからなる固定レンズと、前記固定レンズに対して光軸方向に沿って移動することができる少なくとも1つのレンズからなる可動レンズと、からなり、
前記一定の範囲にわたって、前記可動レンズを前記固定レンズに対して移動することができるレンズ位置調整手段を含むものが好ましい。
Furthermore, the objective lens optical system according to the present invention is:
The lens system includes a fixed lens including at least one lens whose position is fixed with respect to the lens system, and a movable including at least one lens movable along the optical axis direction with respect to the fixed lens. A lens,
It is preferable to include a lens position adjusting unit capable of moving the movable lens with respect to the fixed lens over the certain range.
さらにまた、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記可動レンズが、少なくとも1つの凹レンズと、少なくとも1つの凸レンズとを含み、
前記凹レンズの硝材の屈折率をn1、分散をν1とし、前記凸レンズの硝材の屈折率をn2、分散をν2としたときに、
0.1<n1−n2<0.6
−40<ν1−ν2<+40
であるものが好ましい。
屈折率を上述した範囲にすることによって、球面収差を適切に補正することができ、分散を上述した範囲にすることによって、色収差を適切に補正することができる。
Furthermore, the objective lens optical system according to the present invention is:
The movable lens includes at least one concave lens and at least one convex lens;
When the refractive index of the glass material of the concave lens is n1, the dispersion is ν1, the refractive index of the glass material of the convex lens is n2, and the dispersion is ν2.
0.1 <n1-n2 <0.6
−40 <ν1-ν2 <+40
Are preferred.
By setting the refractive index within the above-described range, the spherical aberration can be appropriately corrected, and by setting the dispersion within the above-described range, the chromatic aberration can be appropriately corrected.
また、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記対象物を照明して、前記対象物光透過体と前記調整用光透過体と前記レンズ系を介して前記対象物の像を観察するものが好ましい。
The objective lens optical system according to the present invention is
What illuminates the object and observes the image of the object through the object light transmitting body, the adjustment light transmitting body, and the lens system is preferable.
さらに、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記レンズ系の焦点を合わせた位置を前記対象物として、前記レンズ系と前記調整用光透過体と前記対象物光透過体とを介して光束を前記対象物に照射して、前記対象物を加工するものが好ましい。
Furthermore, the objective lens optical system according to the present invention is:
Using the focused position of the lens system as the object, the object is irradiated with a light beam through the lens system, the adjustment light transmissive body, and the object light transmissive body. What is processed is preferable.
さらにまた、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記調整用光透過体が、前記レンズ系に対して着脱可能に設けられるものが好ましい。
Furthermore, the objective lens optical system according to the present invention is:
It is preferable that the adjustment light transmitting body is provided so as to be detachable from the lens system.
また、本発明に係る対物レンズ光学系は、
光軸方向に沿って移動して対象物に対して焦点を合わせる少なくとも2つのレンズからなるレンズ系であって、位置が固定された少なくとも1つのレンズからなる固定レンズと、前記固定レンズに対して移動することができる少なくとも1つのレンズからなる可動レンズと、からなるレンズ系と、
前記レンズ系に入射する光束の波長に基づいて、前記可動レンズの位置を前記固定レンズに対して光軸に沿って調整することができるレンズ位置調整手段と、を含むことを特徴とする。
The objective lens optical system according to the present invention is
A lens system composed of at least two lenses that move along the optical axis direction and focus on an object, the fixed lens including at least one lens fixed in position, and the fixed lens A movable lens comprising at least one lens capable of moving, and a lens system comprising:
Lens position adjusting means capable of adjusting the position of the movable lens with respect to the fixed lens along the optical axis based on the wavelength of the light beam incident on the lens system.
さらに、本発明に係る対物レンズ光学系は、
前記レンズ位置調整手段が、光束の一の波長に対して調整できる範囲を、前記一の波長に対して調整できる範囲と、少なくとも一部異ならしめて調整できる波長対応調整手段を含むものが好ましい。
Furthermore, the objective lens optical system according to the present invention is:
It is preferable that the lens position adjusting unit includes a wavelength correspondence adjusting unit that can adjust the range that can be adjusted with respect to one wavelength of the light beam at least partially different from the range that can be adjusted with respect to the one wavelength.
種々の厚さを有するカバーガラスを用いた場合であっても、カバーガラスの存在によって生ずる収差を十分に補正することができると共に、波長を異ならしめて使用するような場合であっても、波長の相違によって生ずる収差を容易にかつ十分に補正することができる。 Even when cover glasses having various thicknesses are used, aberrations caused by the presence of the cover glass can be sufficiently corrected, and even when using different wavelengths, The aberration caused by the difference can be easily and sufficiently corrected.
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<<<第1の実施の形態>>>
図1〜図4は、第1の実施の形態による対物レンズ光学系10の概略を示す図である。
<<<< first embodiment >>>>
1 to 4 are diagrams schematically showing the objective lens
<<対物レンズ光学系10>>
対物レンズ光学系10は、対物レンズ体20と調整用ガラス板60とを含む。
<< Objective
The objective lens
対物レンズ体20は、後述するように、少なくとも2つのレンズからなる。この対物レンズ体20は、試料等の対象物Oに接近して、対象物Oによって回折された光束が入射されたり、対象物Oに向けて光束を出射させたりするためのものである。
The
調整用ガラス板60は、後述するカバーガラス50によって生ずる収差を調整するためのガラス板である。
The
<対物レンズ体20>
対物レンズ体20は、レンズ系30と補正環40とを含む。対物レンズ体20は、略筒状の形状を有する筐体22を有する。レンズ系30は、対物レンズ体20の筐体22の内部に設けられている。補正環40は、対物レンズ体20の筐体22の外側に設けられている。後述するように、対物レンズ体20に光束が入射する場合(図4(a)参照)と、対物レンズ体20から光束を出射させる場合(図4(b)参照)との双方の場合がある。
<
The
<レンズ系30>
レンズ系30は、上述したように、少なくとも2つのレンズからなる。この少なくとも2つのレンズは、固定レンズ群32と可動レンズ群34とからなる。図1〜図4では、固定レンズ群32と可動レンズ群34とを破線で示した。固定レンズ群32と可動レンズ群34とは、いずれも少なくとも1つのレンズからなればよい。なお、本明細書では、便宜的に、これらの少なくとも1つのレンズを、固定レンズ群32と可動レンズ群34と称する。
<
As described above, the
固定レンズ群32と可動レンズ群34とは、対物レンズ体20の筐体22の内部に、光軸Lが一致するように設けられている。固定レンズ群32は、対物レンズ体20の筐体22の内側に固定されて設けられている。一方、可動レンズ群34は、対物レンズ体20の筐体22の内部で、固定レンズ群32に対して相対的に、光軸Lに沿って移動できるように設けられている。
The fixed
後述するように、可動レンズ群34を固定レンズ群32に対して移動させることにより、カバーガラス50と調整用ガラス板60とによって発生する収差が十分小さくなる位置に可動レンズ群34を位置づけることができ、発生した収差を補正することができる。
As will be described later, by moving the
なお、レンズ系30を構成する固定レンズ群32と可動レンズ群34とは、想定されるカバーガラス50の厚さと調整用ガラス板60の厚さとに応じて発生する収差の補正に適合したレンズ等の光学素子が用いられて構成されている。たとえば、固定レンズ群32と可動レンズ群34とを構成するレンズなどの光学素子の配置や屈折率や分散などの構成や特性を、想定されるカバーガラス50の厚さと調整用ガラス板60の厚さとに対応できるように、適合させたものにしておく必要がある。
Note that the fixed
たとえば、カバーガラス50の厚さをt1、屈折率をn1とし、調整用ガラス板60の厚さをt2、屈折率をn2としたときに、
−2.5<(t1×n1+t2×n2)<2.5
を満たすものが好ましい。すなわち、この関係を満たすカバーガラス50と調整用ガラス板60とを適宜用いることによって、収差を補正することができる。
For example, when the thickness of the
−2.5 <(t1 × n1 + t2 × n2) <2.5
Those satisfying these conditions are preferred. That is, the aberration can be corrected by appropriately using the
このように、可動レンズ群34と固定レンズ群32とを構成するレンズの種類や組み合わせや配置等の構成を定めておくことで、後述するように、カバーガラス50と調整用ガラス板60とによって発生する収差を補正できる。
In this way, by determining the types, combinations, and arrangements of the lenses constituting the
<補正環40(レンズ位置調整手段)>
補正環40は、対物レンズ体20の筐体22の外周面で回転できるように設けられている。この補正環40は、略円環状の形状を有し、操作者、例えば、顕微鏡の観察者が回転操作することができる。補正環40は、可動レンズ群34と機械的に連結する連結機構(図示せず)を有する。操作者が補正環40を回転操作したときには、補正環40の回転動作が連結機構によって可動レンズ群34に伝達されて、可動レンズ群34は、固定レンズ群32に対して、光軸Lに沿って移動する。
<Correction ring 40 (lens position adjusting means)>
The
<カバーガラス50(対象物光透過体)>
カバーガラス50は、試料等の対象物Oを保護するために対象物を覆うガラス板である。このカバーガラス50は、対象物Oの上面に密着するように設けられる。対象物Oは、光軸L上に位置するように配置され、カバーガラス50も光軸L上に位置するように配置される。
<Cover Glass 50 (Object Light Transmitter)>
The
図1に示した例では、カバーガラス50は、厚さt1の薄板状の形状を有するガラスからなる。カバーガラス50の厚さt1は、例えば、約0.17mmなどである。
In the example shown in FIG. 1, the
<調整用ガラス板60、60’、60”(調整用光透過体)>
レンズ系30と対象物Oとの間に調整用ガラス板60が配置されている。調整用ガラス板60は、レンズ系30と対象物Oとの間の光軸L上の位置ならば任意の位置に配置することができる。
<
An
調整用ガラス板60は、板状の形状を有するガラスからなる。なお、調整用ガラス板60は、ガラスに限られず、光束を透過する何らかの材料からなるものにすることができる。
The
図1に示した例では、調整用ガラス板60は、厚さT1の板状のガラス板である。この調整用ガラス板60の厚さT1は、使用するカバーガラス50の厚さに応じて定められる。すなわち、カバーガラス50の厚さと調整用ガラス板60の厚さとの和が一定の範囲になるように、調整用ガラス板60の厚さT1を定める。例えば、一定の範囲の最小値をTminとし、最大値をTmaxとしたときには、カバーガラス50の厚さt1と調整用ガラス板60の厚さT1との和が、TminとTmaxとの間に含まれるようにする。ここで、Tminは、例えば、3.0mmであり、Tmaxは、例えば、4.5mmである。
In the example shown in FIG. 1, the
上述した一定の範囲は、上述した固定レンズ群32と可動レンズ群34とが収差を補正できる範囲であり、予め定められた範囲である。すなわち、カバーガラス50の厚さt1と調整用ガラス板60の厚さT1との和が一定の範囲にあるときには、カバーガラス50と調整用ガラス板60とよって生ずる収差を十分に小さくできるように、固定レンズ群32と可動レンズ群34との各々のレンズを予め構成しておく。
The fixed range described above is a range in which the fixed
図2は、厚さt2を有する厚いカバーガラス50’を用いたときの例を示す。カバーガラス50’は、図1に示したカバーガラス50の厚さt1よりも厚い厚さt2を有する。このような場合も、カバーガラス50’の厚さt2と調整用ガラス板60’の厚さT2との和が一定の範囲になるように、調整用ガラス板60’の厚さT2を定める。例えば、一定の範囲の最小値をTminとし、最大値をTmaxとした場合には、カバーガラス50’の厚さt2と調整用ガラス板60’の厚さT2との和が、TminとTmaxとの間に含まれるように、調整用ガラス板60’の厚さT2を定めればよい。この図2に示した例では、カバーガラス50’は、カバーガラス50よりも厚いので、調整用ガラス板60’の厚さT2は、図1に示した調整用ガラス板60の厚さT1よりも薄くなる。
FIG. 2 shows an example when a thick cover glass 50 'having a thickness t2 is used. The cover glass 50 'has a thickness t2 that is thicker than the thickness t1 of the
図3は、試料ガラス体50”の内部に、試料等である対象物Oが存在する場合の例を示す図である。この場合には、試料ガラス体50”の全体の厚さを考慮するのではなく、対象物Oと試料ガラス体50”の対物レンズ体20側の表面52(上面)との間の距離t3に応じて、調整用ガラス板60”の厚さを定めればよい。すなわち、距離t3と、調整用ガラス板60”の厚さT3の和が一定の範囲になるように、調整用ガラス板60”の厚さT3を定める。例えば、一定の範囲の最小値をTminとし、最大値をTmaxとした場合には、距離t3と調整用ガラス板60”の厚さT3との和が、TminとTmaxとの間に含まれるように、調整用ガラス板60’の厚さT3を定めればよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example in which an object O such as a sample exists inside the
この調整用ガラス板60、60’、60”は、対物レンズ体20と一体になって取り扱えるものが好ましい。具体的には、調整用ガラス板60、60’、60”は、対物レンズ体20に着脱可能に設けられるのが好ましい。例えば、対物レンズ体20に取り付けられるキャップとして構成されるのが好ましい。このようにすることで、取り扱いを簡便にすることができ、また、光路の調整を容易にすることができる。
The adjusting
このような調整用ガラス板60、60’、60”を用いることによって、対象物O側のNAが大きい場合においても、収差、特に球面収差を補正することができ、対物レンズ体20を用いて的確に対象物を観察したり、対物レンズ体20を介して対象物に光束を照射したりすることができる。
By using such
<収差の補正>
上述した図1〜図3のいずれの場合も、対象物Oと対物レンズ体20との間に配置されたカバーガラス50、50’や試料ガラス体50”(以下では、これらを特に区別する必要がない限り、単にカバーガラス50と称する。)の厚さと、調整用ガラス板60、60’、60”(以下では、これらを特に区別する必要がない限り、単に調整用ガラス板60と称する。)の厚さとの和が、一定の範囲に含まれるようにすることで、これらによって生ずる収差を十分に小さくすることができる。
<Aberration correction>
In any of the cases shown in FIGS. 1 to 3 described above, the
カバーガラス50を光束が透過する際には、カバーガラス50の屈折率に応じて、光束は屈折する。この屈折によって、収差、特に球面収差が発生する。カバーガラス50だけでなく、調整用ガラス板60を配置したときには、カバーガラス50の屈折率と調整用ガラス板60の屈折率とに応じて、光束は屈折する。この調整用ガラス板60は、透過する光束をさらに屈折させて、屈折の度合いが所定の範囲内になるようにするために配置する。この屈折の度合いは、補正環40の操作によって可動レンズ群34の位置を調整することにより収差を十分小さくできる程度の範囲のものである。すなわち、可動レンズ群34の位置を調整することによって収差を十分小さくできる一定の範囲を予め定めておき、この一定の範囲に収まるように、調整用ガラス板60によって屈折の度合いを調整する。
When the light beam passes through the
このように、調整用ガラス板60により、光束の屈折の度合いを調整することによって、収差を十分に小さくすることができる。特に、各々が種々の厚さを有する複数の調整用ガラス板、例えば、1.5mmや3.0mmの厚さの調整用ガラス板を予め準備しておき、カバーガラス50の厚さに応じて、屈折の度合いが所定の範囲内になるような厚さを有する調整用ガラス板を選択して使用し、補正環40の操作によって可動レンズ群34の位置を調整することにより、収差を十分小さくするものが好ましい。
Thus, the aberration can be sufficiently reduced by adjusting the degree of refraction of the light beam by the adjusting
<<対象物の像を観察する場合>>
図4(a)は、対物レンズ体20によって対象物Oの像を観察する場合の例を示す図である。特に、対象物Oの形状や大きさ等の形態を検査するものが好ましい。対象物Oの下方に所定の波長の光束を発する光源70が設けられている。光源70から発せられた光束は、上方に向かって進み、対象物Oを照射する。照射された光束は、対象物Oによって回折されて、カバーガラス50を透過する。上述したように、カバーガラス50を透過するときに、光束はカバーガラス50の屈折率に応じて屈折する。さらに、カバーガラス50を透過した光束は、調整用ガラス板60を透過する。光束が調整用ガラス板60を透過するときにも、調整用ガラス板60の屈折率に応じて屈折する。その後、光束は、対物レンズ体20に入射する。対物レンズ体20は、予め対象物Oに焦点が合わされていると共に、収差を十分小さくできる位置に可動レンズ群34は位置づけられている。このため、対物レンズ体20によって変換された光束により、対物レンズ体20の上方の像面(図示せず)において、対象物Oの像が形成される。
<< When observing an image of an object >>
FIG. 4A is a diagram illustrating an example in which an image of the object O is observed by the
この場合に、調整用ガラス板60によって、屈折の度合いが所定の範囲内になるようにして、対物レンズ体20に光束を入射させることができ、補正環40の操作によって、可動レンズ群34を一定の範囲内で位置を調整することにより、収差を十分小さくすることができるので、像面(図示せず)において、対象物Oの像を明確に形成することができる。このようにすることで、対象物Oの像が輪郭がぼやけることなく、対象物Oを観察することができる。特に、光学顕微鏡で対象物Oを観察するときには、NAが大きくなる場合が多いが、このような場合であっても、カバーガラス50の厚さに応じた厚さを有する調整用ガラス板60を用いることによって、収差を十分に補正して、対象物Oを観察することができる。
In this case, the
<<対象物を加工する場合>>
図4(b)は、対物レンズ体20から光束を発して、その光束を対象物Oに照射して加工する場合の例を示す図である。なお、図4(b)に示した例では、試料ガラス体50”の内部に対象物Oが存在する場合を示したが、試料ガラス体50”の内部に、対象物Oが存在しなくてもよい。この場合には、試料ガラス体50”の内部の所定の位置に焦点を合わせて、その位置の媒質を対象物Oとして照射すればよい。
<< When processing an object >>
FIG. 4B is a diagram showing an example in the case of processing by emitting a light beam from the
対物レンズ体20の上方に所定の波長及び所定の出力の光束を発する光源80、例えばレーザ光源が設けられている。光源80から発せられた光束は、下方に向かって進み、対物レンズ体20に入射する。対物レンズ体20に入射した光束は、対物レンズ体20の固定レンズ群32と可動レンズ群34とによって、収差が十分小さくなるように変換されて出射される。対物レンズ体20から出射された光束は、調整用ガラス板60”を透過する。光束が調整用ガラス板60”を透過するときに、調整用ガラス板60”の屈折率に応じて屈折する。さらに、調整用ガラス板60”を透過した光束は、試料ガラス体50”を透過する。試料ガラス体50”を透過するときにも、光束は試料ガラス体50”の屈折率に応じて屈折する。その後、光束は、対象物Oの位置に照射されて、対象物Oを加工する。
A
この場合にも、対物レンズ体20は、予め対象物Oに焦点が合わされていると共に、収差を十分小さくできる位置に可動レンズ群34は位置づけられている。このため、対象物Oに照射される光束の輪郭を明確にできるので、光束による加工によって形成される形状の輪郭を明確にすることができる。
Also in this case, the
<<<第2の実施の形態>>>
図5は、第2の実施の形態による対物レンズ体200の内部の構造の概略を示す図である。なお、この図5においては、第1の実施の形態による対物レンズ体20と同様の構成要素には、同一の符号を付した。
<<< Second Embodiment >>>
FIG. 5 is a diagram showing an outline of the internal structure of the
対物レンズ体200は、第1の実施の形態の対物レンズ体20と同様に、レンズ系30を含む。このレンズ系30は、第1の実施の形態と同様に、固定レンズ群32と可動レンズ群34とからなる。これらの固定レンズ群32と可動レンズ群34とは、第1の実施の形態のものと同様の構成及び機能を有する。なお、図5に示すように、上述した対物レンズ体200の可動レンズ群34の端部には、摺動子202が固定されて設けられている。
The
さらに、対物レンズ体200は、補正環400も含む。補正環400は、対物レンズ体200の筐体22の外周面で回転できるように設けられている。この補正環400は、略円環状の形状を有し、操作者、例えば、顕微鏡の観察者が回転操作することができる。補正環400の内側には、ネジ山(図示せず)が形成されている。この補正環400の内側に形成されたネジ山と螺合できるように、摺動子202にもネジ山(図示せず)が形成されている。摺動子202は、操作者が補正環400を回すことによって、螺合しているネジ山により動作が伝達されて、光軸Lに沿って移動することができる。
Furthermore, the
摺動子202の側部には、支持体204が設けられている。支持体204の1つの側面には、溝206が形成されている。摺動子202は、摺動子202の端部が溝206で上下に移動できるように配置されている。操作者によって補正環400が回されたときには、補正環400のネジ山との螺合によって、補正環400の動作が伝達され、摺動子202は、溝206に沿って上下方向(図5の矢印Aで示す方向)、すなわち、光軸Lに沿った方向に移動することができる。
A
支持体204の溝206の上側には、上側制限壁208が形成され、溝206の下側には、下側制限壁210が形成されている。摺動子202が、図5の上下方向(光軸Lに沿った方向)に移動したときには、摺動子202が上側制限壁208に当接したり、下側制限壁210に当接したりする。このように、摺動子202が、上側制限壁208に当接したり、下側制限壁210に当接したりすることによって、摺動子202が移動できる範囲が制限される。この上側制限壁208と下側制限壁210とによって摺動子202が移動できる範囲を定めることによって、可動レンズ群34が移動できる範囲を画定することができる。すなわち、上側制限壁208によって、可動レンズ群34が移動できる上限が画定され、下側制限壁210によって、可動レンズ群34が移動できる下限が画定される。
An upper limiting
支持体204には、溝206が形成されている側面の反対側の側面に、突起212が形成されている。さらに、支持体204の突起212と向かい合うように、係止体214が設けられている。
A
係止体214は、対物レンズ体200の筐体22の内部に固定して設けられている。係止体214には、支持体204の突起212と向かい合う側に、複数の凹部、例えば、4つの凹部216a〜216dが形成されている。支持体204の突起212は、これらの4つの凹部216a〜216dのうちのいずれかと選択的に係合することができる。
The locking
支持体204にはレバー(図示せず)が連結されている。レバーの端部は、筐体22の外部に突出するように設けられている。筐体22から突出したレバーの端部は、操作者が操作できるようにされている。操作者がレバーを操作することによって、支持体204を上下方向に移動させることができる。操作者のレバーの操作によって、支持体204は上下方向に移動され、4つの凹部216a〜216dのうちのいずれか1つに支持体204の突起212を選択的に係合させることができる。
A lever (not shown) is connected to the
上述したように補正環400によって、上側制限壁208と下側制限壁210とにより制限される範囲内で、可動レンズ群34を移動させることができる。すなわち、補正環400によって、可動レンズ群34を微動させることができる。さらに、4つの凹部216a〜216dを選択することによって、可動レンズ群34の位置を大きく変更することもできる。すなわち、4つの凹部216a〜216dの選択によって、可動レンズ群34を粗動させることができる。このような機構にしたことにより、支持体204の突起212を凹部216aに係合させたときには、図5に示したR1の範囲内で、可動レンズ群34を移動させることができる。支持体204の突起212を凹部216bに係合させたときには、R2の範囲内で、可動レンズ群34を移動させることができる。同様に、支持体204の突起212を凹部216cに係合させたときには、R3の範囲内で、可動レンズ群34を移動させることができ、支持体204の突起212を凹部216dに係合させたときには、R4の範囲内で、可動レンズ群34を移動させることができる。
As described above, the
4つの凹部216a〜216dの位置は、光源(図示せず)から発せられ光束の波長に応じて予め定められたものである。たとえば、凹部216aは、紫外光に対応するようにし、凹部216bは、可視光に対応するようにし、凹部216cは、赤外光に対応するようにし、凹部216dは、遠赤外光に対応するように定める。操作者は、光源から発せられる光束の波長に応じて、4つの凹部216a〜216dのうちのいずれにするかを定める。これにより、4つの範囲R1〜R4のうち、波長に応じて最も収差を小さくすることができる範囲を決定することができる。さらに、補正環400を操作することによって、上側制限壁208と下側制限壁210とにより制限される範囲内で、可動レンズ群34を移動させる。これにより、その波長で最も収差を小さくなる位置に可動レンズ群34を位置づけることができる。
The positions of the four
たとえば、光源から発せられる光束を可視光にして使用する場合には、突起212が凹部216bと係合するように、レバーを操作して支持体204を位置づける。さらに、補正環400を操作することによって、可動レンズ群34を移動させて、収差が最も小さくなる位置に可動レンズ群34を位置づけることができる。このようにすることで、可視光において、収差が最も小さくなる位置に可動レンズ群34を位置づけることができる。
For example, when the luminous flux emitted from the light source is used as visible light, the
このように、可動レンズ群34の粗動によって、使用する光束の波長に対応させると共に、可動レンズ群34の微動によって、その波長における収差を小さくすることができる。このようにしたことにより、簡素な構成でかつ簡便な方法で、収差を的確に小さくすることができる。
In this way, the coarse movement of the
なお、レンズ系30を構成する固定レンズ群32と可動レンズ群34とは、想定される波長に適合したレンズ等の光学素子が用いられて構成されている。たとえば、上述した例のように、紫外光、可視光、赤外光、遠赤外光のいずれにも対応させるには、固定レンズ群32と可動レンズ群34とを構成するレンズなどの光学素子の配置や屈折率や分散などの構成や特性を、これらの波長の全てに対応できるように、適合させたものにしておく必要がある。
Note that the fixed
たとえば、可動レンズ群34が、少なくとも1つの凹レンズと、少なくとも1つの凸レンズとを含み、凹レンズの硝材の屈折率をn1、分散をν1とし、凸レンズの硝材の屈折率をn2、分散をν2としたときに、
0.1<n1−n2<0.6
−40<ν1−ν2<+40
を満たすものが好ましい。
For example, the
0.1 <n1-n2 <0.6
−40 <ν1-ν2 <+40
Those satisfying these conditions are preferred.
上述したように構成したことによって、光束の波長に応じて、可動レンズ群34の位置を変更することができるので、使用する波長に応じて最も収差を小さくできる位置に、可動レンズ群34の位置づけることができる。
With the configuration as described above, the position of the
このようにすることで、光源から発せられる光束の波長に応じて、可動レンズ群34が移動できる範囲を変更することによって、その波長における収差、特に、球面収差やコマ収差や、軸上色収差を的確に補正することができる。
In this way, by changing the range in which the
<<数値実施例>>
以下に、本発明による投影光学系の具体的な数値実施例を示す。
<< Numerical Examples >>
Specific numerical examples of the projection optical system according to the present invention will be described below.
<レンズの構成>
図6は、数値実施例で使用したレンズの構成を示す図である。
<Lens configuration>
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the lens used in the numerical examples.
図6に示すように、上述した第1の実施の形態で示した構成に対応する構成には同一の符号を付して示した。 As shown in FIG. 6, the components corresponding to those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
この数値実施例におけるレンズの構成では、図6に示すように、可動レンズ群34は、1枚の凹レンズと1枚の凸レンズとの組み合わせからなるレンズ群である。図6(a)は、カバーガラス50の厚さを0.2mmにしたときの可動レンズ群34の位置を示し、図6(b)は、カバーガラス50の厚さを1.7mmにしたときの可動レンズ群34の位置を示す。図6(a)に示すように、カバーガラス50の厚さが0.2mmのときは、可動レンズ群34は、図6(a)の右寄りに移動した位置に位置づけられている。これに対して、カバーガラス50の厚さが1.7mmのときは、可動レンズ群34は、図6(a)の左寄りに移動した位置に位置づけられている。このように、可動レンズ群34を位置を変更することによって、収差を最も小さい位置に可動レンズ群34を位置づけることができる。
In the configuration of the lens in this numerical example, as shown in FIG. 6, the
図7及び図8は、この図6(a)及び(b)に示したレンズデータを示す表である。なお、このレンズデータは、焦点距離f=4mm、NA=0.8、有効域φ0.25mm(物体側)としたときのものである。 7 and 8 are tables showing the lens data shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). This lens data is for a focal length f = 4 mm, NA = 0.8, and an effective area φ0.25 mm (object side).
図7に示した表の最も左側の列(surf)はレンズの面番号であり、左から二番目の列(Type)は、レンズの種類であり、左から三番目の列(Radius)は、曲率半径であり、左から四番目の列(Radius)は、面間隔である。 The leftmost column (surf) of the table shown in FIG. 7 is the lens surface number, the second column (Type) from the left is the type of lens, and the third column (Radius) from the left is It is a radius of curvature, and the fourth column from the left (Radius) is a surface interval.
また、図7の表の最も右側の列に示すように、面番号2及び3の面が、カバーガラス50の面であり、面番号4及び5の面が、調整用ガラス板60の面である。さらに、図7の表の最も右側の列に示すように、d1は、可動レンズ群34とその右隣りに配置されたレンズとの間隔であり、d2は、可動レンズ群34とその左隣りに配置されたレンズとの間隔である(図6(a)及び(b)参照。)。これらのd1及びd2の値を定めることによって、可動レンズ群34の位置を特定することができる。以下では、この右間隔d1及び左間隔d2の値を用いて、可動レンズ群34の位置を示す。
Further, as shown in the rightmost column of the table of FIG. 7, the
図8に示した表の最も左側の列(surf)はレンズの面番号であり、左から二番目の列(Glass)は、材質であり、左から三番目〜七番面の列は、波長が、1.05、0.55、0.78、0.478、1.56(μm)の各々のときの屈折率である。 The leftmost column (surf) in the table shown in FIG. 8 is the lens surface number, the second column (Glass) from the left is the material, and the third through seventh columns from the left are the wavelengths. Is the refractive index at each of 1.05, 0.55, 0.78, 0.478, and 1.56 (μm).
図9は、図6に示したレンズの構成における数値実施例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a numerical example in the configuration of the lens shown in FIG.
図9(a)は、カバーガラス50の厚さを0.2mmのときのコマ収差を示すグラフである。この例では、可動レンズ群34の位置を右間隔d1=6.104mm及び左間隔d2=1.096mmとする共に、波長λ=1050nmの光束を使用するとしたときのものである。この場合には、コマ収差は良好になっている。
FIG. 9A is a graph showing coma aberration when the thickness of the
一方、図9(b)は、カバーガラス50の厚さを1.7mmとしたのときのコマ収差を示すグラフである。この例では、可動レンズ群34の位置及び使用する光束の波長を、図9(a)と同様、すなわち、d1=6.104、d2=1.096、λ=1050nmとしたときのものである。この場合には、コマ収差は劣っている。このように、同じ波長の光束を使用して、可動レンズ群34の位置を変更することなく、カバーガラス50の厚さを厚くしたときには、コマ収差は劣ることになる。
On the other hand, FIG. 9B is a graph showing coma aberration when the thickness of the
これに対して、図9(c)は、カバーガラス50の厚さを1.7mmとしたのときのコマ収差を示すグラフであるが、可動レンズ群34の位置を右間隔d1=0.5mm及び左間隔d2=6.7mmに変更すると共に、波長λ=1050nmの光束を使用するとしたときのものである。すなわち、図9(c)は、使用する光束の波長は同じであるが、補正環40によって、可動レンズ群34を移動させたときのものである。このように、カバーガラス50の厚さを1.7mmに厚くしても、補正環40によって、可動レンズ群34を移動させることにより、コマ収差を良好にすることができる。
On the other hand, FIG. 9C is a graph showing coma aberration when the thickness of the
図10は、図6に示したレンズの構成における数値実施例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a numerical example in the configuration of the lens shown in FIG.
図10(a)は、カバーガラスの厚さが、0.2mmのときのコマ収差を示すグラフである。この例の場合には、可動レンズ群34の位置を右間隔d1=6.104mm及び左間隔d2=1.096mmにすると共に、波長λ=1560nmの光束を使用するとしたときのものである。
FIG. 10A is a graph showing coma aberration when the thickness of the cover glass is 0.2 mm. In the case of this example, the position of the
図9(a)に示したグラフのように、可動レンズ群34の位置が、右間隔d1=6.104mm及び左間隔d2=1.096mmであっても、光束の波長がλ=1050nmであった場合には、コマ収差は良好であったのに対して、この図10(a)に示した例では、光束の波長をλ=1560nmとしたときには、コマ収差は劣る。このように、可動レンズ群34の位置を変更することなく、波長を変更したときには、コマ収差は劣ることになる。
As shown in the graph of FIG. 9A, even when the position of the
これに対して、図10(b)は、可動レンズ群34を移動させたときのコマ収差を示すグラフである。すなわち、図10(a)と同じ波長λ=1560nmの光束を使用して、可動レンズ群34の位置を、右間隔d1=6.42mm及び左間隔d2=0.78mmに変更したときのものである。このように、可動レンズ群34を移動させることによって、波長λ=1560nmに変更した場合であっても、コマ収差を良好にすることができる。
On the other hand, FIG. 10B is a graph showing coma aberration when the
図11は、図6に示したレンズの構成における数値実施例を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a numerical example in the configuration of the lens shown in FIG.
図11(a)は、カバーガラスの厚さが、1.7mmのときのコマ収差を示すグラフである。この例の場合には、可動レンズ群34の位置を右間隔d1=0.5mm及びd2=6.7mmにすると共に、波長λ=1560nmの光束を使用するとしたときのものである。
FIG. 11A is a graph showing coma aberration when the thickness of the cover glass is 1.7 mm. In the case of this example, the position of the
図9(c)に示したグラフのように、可動レンズ群34の位置が、右間隔d1=0.5mm及びd2=6.7mmであっても、光束の波長がλ=1050nmであった場合には、コマ収差は良好であったのに対して、この図11(a)に示した例では、光束の波長をλ=1560nmとしたときには、コマ収差は劣る。このように、可動レンズ群34の位置を変更することなく、波長を変更したときには、コマ収差は劣ることになる。
As shown in the graph of FIG. 9C, when the
これに対して、図11(b)は、可動レンズ群34を移動させたときのコマ収差を示すグラフである。すなわち、図11(a)と同じ波長λ=1560nmの光束を使用して、可動レンズ群34の位置を、右間隔d1=0.816mm及び左間隔d2=6.384mmに変更したときのものである。このように、可動レンズ群34を移動させることによって、波長λ=1560nmに変更した場合であっても、カバーガラス50の厚さが、1.7mmであるときにも、コマ収差を良好にすることができる。
On the other hand, FIG. 11B is a graph showing coma aberration when the
10 対物レンズ光学系
20 対物レンズ体
30 レンズ系
32 固定レンズ群
34 可動レンズ群
40 補正環(レンズ位置調整手段)
50、50’ カバーガラス(対象物光透過体)
50” 試料ガラス体(対象物光透過体)
60、60’、60” 調整用ガラス板
204 支持体(波長対応調整手段)
212 突起(波長対応調整手段)
214 係止体(波長対応調整手段)
DESCRIPTION OF
50, 50 'cover glass (light transmission object)
50 "sample glass body (light transmission object)
60, 60 ', 60 "
212 projection
214 Locking body (wavelength adjustment means)
Claims (9)
前記対象物と前記レンズ系との間の光路上に配置された調整用光透過体であって、前記対象物を覆う対象物光透過体の厚さに基づく厚さを有する調整用光透過体と、含み、
前記対象物と前記レンズ系との間の光路における前記対象物光透過体の厚さと前記調整用光透過体の厚さとの和が、一定の範囲に含まれることを特徴とする対物レンズ光学系。 A lens system consisting of at least two lenses that move along the optical axis direction and focus on the object;
An adjustment light transmitting body disposed on an optical path between the object and the lens system, the adjustment light transmitting body having a thickness based on the thickness of the object light transmission body covering the object Including,
Objective lens optical system characterized in that the sum of the thickness of the object light transmitting body and the thickness of the adjusting light transmitting body in the optical path between the object and the lens system is included in a certain range. .
前記一定の範囲にわたって、前記可動レンズを前記固定レンズに対して移動することができるレンズ位置調整手段を含む請求項1に記載の対物レンズ光学系。 The lens system includes a fixed lens including at least one lens whose position is fixed with respect to the lens system, and a movable including at least one lens movable along the optical axis direction with respect to the fixed lens. A lens,
The objective lens optical system according to claim 1, further comprising lens position adjusting means capable of moving the movable lens with respect to the fixed lens over the certain range.
前記凹レンズの硝材の屈折率をn1、分散をν1とし、前記凸レンズの硝材の屈折率をn2、分散をν2としたときに、
0.1<n1−n2<0.6
−40<ν1−ν2<+40
である請求項4に記載の対物レンズ光学系。 The movable lens includes at least one concave lens and at least one convex lens;
When the refractive index of the glass material of the concave lens is n1, the dispersion is ν1, the refractive index of the glass material of the convex lens is n2, and the dispersion is ν2.
0.1 <n1-n2 <0.6
−40 <ν1-ν2 <+40
The objective lens optical system according to claim 4, wherein
前記レンズ系に入射する光束の波長に基づいて、前記可動レンズの位置を前記固定レンズに対して光軸に沿って調整することができるレンズ位置調整手段と、を含むことを特徴とする対物レンズ光学系。 A lens system composed of at least two lenses that move along the optical axis direction and focus on an object, the fixed lens including at least one lens fixed in position, and the fixed lens A movable lens comprising at least one lens capable of moving, and a lens system comprising:
An objective lens comprising: lens position adjusting means capable of adjusting the position of the movable lens along the optical axis with respect to the fixed lens based on a wavelength of a light beam incident on the lens system. Optical system.
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