JP3312057B2 - 対物レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等の光学系に用
いられる対物レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の対物レンズは、特に高倍率、高Ｎ
Ａのものは、諸収差なかでも色収差を良好に補正するた
めに多数の接合レンズを必要とし又異常分散ガラスを用
いる必要があった。そのため高価にならざるを得ず、更
に硝材が限定される紫外線や赤外線で用いられる対物レ
ンズの場合設計が出来ないこともある。

【０００３】最近光学素子として回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）を用いた光学系が注目されている。この回折型光学
素子を用いた対物レンズで、本発明の対物レンズと類似
する従来例として、特開昭６３−７７００３号、特開昭
６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３６３６号、特
開昭６０−２４７６１１号、特開平２−１１０９号、特
開平４−３６１２０１号の各公報に記載されたもの等が
ある。

【０００４】又前記の回折現象を利用した回折型光学素
子即ちディフラクティブ オプティカル エレメント
［Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍ
ｅｎｔｓ（ＤＯＥ）］は、オプトロニクス社発行の「光
学デザイナーのための光学エレメント」第６，第７章、
および Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃ．Ｓｗｅａｔｔ著『ＮＥＷ
ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＤＥＳＩＧＮＩＮＧ ＨＯＬ
ＯＧＲＡＰＨＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴ
Ｓ』（ＳＰＩＥ．ＶＯＬ．１２６，Ｐ４６−５３，１９
７７）等に記載されているが、その原理を簡単に述べる
と下記の通りである。

【０００５】通常の光学ガラスは、図１６において次の
式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。

【０００６】 ｎsin θ＝ｎ’sin θ’ （１） ただし、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ’は出射側媒質の
屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の出射角であ
る。

【０００７】一方、回折現象では、図１７のように光は
次の式で表わす回折の法則にしたがって曲げられる。

【０００８】 ｎsin θ−ｎ’sin θ’＝ｍλ／ｄ （２） ただしｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔であ
る。

【０００９】上記の式（２）に従って光線を屈折させる
ようにした光学素子が回折型光学素子である。尚、図１
７では遮蔽部と透過部が間隔ｄで並設されたものを示し
たが、図１８のように透明体の表面に断面鋸歯状の回折
面を設けてブレーズ化するか、図１９のようにそのバイ
ナリー近似を行なうと高い回折効率を得ることが出来
る。

【００１０】次に上記のような回折型光学素子を使用す
ることによる利点について説明する。

【００１１】屈折系の薄肉レンズの場合、次の式（３）
に示す関係が成立つ。

【００１２】 １／ｆ＝（ｎ−１）（１／ｒ₁ −１／ｒ₂ ） （３） ただし、ｆは焦点距離、ｒ₁ ，ｒ₂ は夫々入射面と射出
面の曲率半径、ｎはレンズの屈折率である。

【００１３】上記式（３）の両辺を波長λにて微分する
と下記のように式（４）が求まる。

【００１４】 ｄｆ／ｄλ＝−ｆ（ｄｎ／ｄλ）／（ｎ−１） ∴ Δｆ＝−ｆ｛Δｎ／（ｎ−１）｝ （４） ここで係数倍的効果を除くと、Δｎ／（ｎ−１）が分散
特性を表わすことになるので、分散値νを次のように定
義出来る。

【００１５】 ν≡（ｎ−１）／Δｎ （５） したがって可視域における分散特性（アッベ数ν_d ）は
次のようになる。

【００１６】 ν_d ＝（ｎ_d −１）／（ｎ_F −ｎ_C ） （６） 一方回折型光学素子の場合は、次の式が成立する。回折
型光学素子の焦点距離ｆは、入射する平行光の光線高ｈ
のところでの格子間隔をｄ_h とすると下記の式（７）の
ようになる。

【００１７】 ｆ＝ｈ／（ｎ’sin θ’）＝（ｄ_h ｈ）／（ｍλ） （７） 無収差の回折型光学素子の場合、ｄ_h ｈは一定であるの
で、ｆ＝Ｃ／λ（Ｃは定数）である。このｆ＝Ｃ／λの
両辺をλで微分すると次のようにして式（８）が得られ
る。

【００１８】 ｄｆ／ｄλ＝−Ｃ／λ² ＝−ｆ／λ Δｆ＝−ｆ（Δλ／λ） （８） Δｎ／（ｎ−１）＝νであるので、式（４）と（８）と
からν＝λ／Δλである。したがって、回折型光学素子
の可視域でのアッベ数ν_d は下記の通りである。

【００１９】 ν_ｄ＝λ_ｄ／（λ_Ｆ−λ_Ｃ）＝−３．４５３ （９） このように回折型光学素子は、非常に大きな負の分散特
性を持つ。通常のガラスの分散特性は、約２０〜９５で
あるので、回折型光学素子は非常に大きな逆分散特性を
持つことがわかる。また同様の計算により、回折型光学
素子は異常分散性を持つことがわかる。

【００２０】前記従来例のうち、特開昭６３−７７００
３号、特開昭６３−１５５４３２号、特開昭５９−３３
６３６号、特開昭６０−２４７６１１号公報のレンズ系
は、いずれも光ディスクのピックアップレンズに関する
ものであり、回折型光学素子１〜２枚、又は、屈折型光
学素子（レンズ）１枚と回折型光学素子１枚よりなり、
基本的に光源は単色であり、回折型光学素子の色収差の
補正能力は利用されていない。

【００２１】また、特開平２−１１０９号、特開平４−
３６１２０１号公報のレンズ系は、いずれもステッパー
等に用いられる撮影レンズに関するものであり、石英の
みで構成されており、接合レンズは用いていない。特に
前者の特開平２−１１０９号公報のレンズ系は、瞳位置
に回折型光学系を配置したことを特徴としており、後者
の特開平４−３６２０１号公報のレンズ系は、回折型光
学素子の周辺部では中心部より高次の回折光を用いるこ
とを特徴としている。

【００２２】しかし、これらの従来例は、ピックアップ
レンズタイプであり、より複雑な構成を要する顕微鏡対
物レンズに対応できない。またステッパーレンズタイプ
は、低倍率の顕微鏡対物レンズには適用し得る可能性は
あるが、高倍率、高ＮＡの顕微鏡対物レンズには適用出
来ない。つまり、対物レンズの色収差補正を回折型光学
素子のみで行なう場合、回折型光学素子のパワーを強く
しなければならず、回折型光学素子の最小ピッチが制作
不能なまで小さくなるためである。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高倍率、高
ＮＡで、接合レンズや異常分散ガラスを多用することな
しに諸収差、特に色収差を補正した対物レンズを提供す
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡対物レン
ズ（以下対物レンズという）は、少なくとも１枚の回折
型光学素子と、少なくとも一つの接合レンズを含むこと
を特徴とするもので、少ない光学素子で特殊なガラス材
料を用いることなしに諸収差特に色収差を良好に補正し
たものである。

【００２５】通常の対物レンズは、異なるアッベ数の硝
材よりなるレンズを接合した接合レンズを用いて色収差
を補正している。そして通常の硝材のアッベ数は２０〜
９５でいずれも正の値である。一方回折型光学素子のア
ッベ数は、前述のように負で小さい絶対値を有してい
る。そのためこの回折型光学素子と通常のガラスのレン
ズとを組み合わせれば、強力な色収差補正作用を持たせ
ることが出来る。

【００２６】また、高級対物レンズでは色補正をアポク
ロマートにする必要があり、そのため異常分散硝子を多
用しなければならない。しかし、これらの硝子は価格が
高く、またその加工性も悪いものが多いため、これらの
対物レンズをより高価なものとしている。この問題も回
折型光学素子を用い、その大きな異常分散性を利用して
解決することができる。

【００２７】また、高ＮＡ・高倍率の対物レンズの色補
正を回折型光学素子だけで行うと、そのパワーが強くな
りすぎ最小ピッチが小さくなりすぎるが、少なくともひ
とつの接合レンズを用いることによって回折型光学素子
と色補正を分担させ、その最小ピッチを緩める事が出来
る。

【００２８】更に色収差を良好に補正するためには、次
の条件（１），（２）の少なくとも一方をを満足するこ
とが望ましい。なお、条件（１）のみを満足する場合、
回折型光学素子の配置位置は対物レンズの瞳位置近傍で
あるのがよい。

【００２９】 （１） Ｄ₁ ／Ｄ＞０．８ （２） （ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＞０．０７ ただし、Ｄ₁ は回折型光学素子の位置でのマージナル光
束径、Ｄは最大のマージナル光束径、ｈは回折型光学素
子の面での主光線高、ｆは焦点距離、Ｉは標本面での最
大像高、Ｌは同焦距離である。

【００３０】色収差は、大きく分けて軸上色収差と倍率
の色収差の２種類あり、前者は焦点位置の波長によるず
れで、後者は焦点距離（倍率）の波長によるずれであ
る。

【００３１】これら色収差のうち、軸上色収差の補正を
行なう上で最も効果的な位置は、対物レンズにおいて
は、瞳位置であるが、正確に瞳位置である必要はなく、
この瞳の近傍で光束径（軸上マージナル光束径）の大き
な所が、軸上色収差を補正する上で効果的である。これ
を考慮して定めたのが前記条件（１）である。この条件
（１）において、下限の０．８以下になると他の屈折型
光学素子（レンズ）で発生する軸上色収差を回折型光学
素子で補正しきれなくなり、屈折型光学素子に多くの接
合レンズを用いなければならず又異常分散ガラスを必要
とし、回折型光学素子を用いたことによる効果が十分で
はなくなる。

【００３２】一方倍率の色収差を補正するのに最も効果
的な位置は、瞳位置ではなくそこから少し離れた主光線
がある程度の光線高を有する位置である。この倍率の色
収差を効果的に補正するための回折型光学素子の配置位
置を定めたのが条件（２）である。この条件（２）にお
いて下限の０．０７を越えると倍率の色収差を十分補正
出来ず、屈折型光学素子に接合レンズを多く用いたり、
異常分散ガラスを用いる必要が生じ、回折型光学素子を
用いたことによる効果が十分得られない。尚条件（２）
においてｆ，Ｌ，Ｉはこの条件を正規化するためのもの
で、ｆ／Ｉは主光線角のパラメーター、Ｌは光学系全体
の大きさのスケーリングのためのパラメーターである。

【００３３】以上述べたように、本発明の対物レンズに
おいては、その用途に応じて適切な回折型光学素子を前
記の条件（１），（２）の少なくとも一方を満足する位
置に配置することが、特に色収差を一層良好に補正する
上でより好ましい。

【００３４】尚、レンズ系中に接合レンズと回折型光学
素子とを少なくとも１つずつ用いて色収差の補正を分担
させるためには、少なくとも一つの接合レンズの両レン
ズのアッベ数差Δνが下記条件（３）を満足することが
好ましい。

【００３５】（３） Δν＞２０ Δνがこの条件（３）の下限の２０より小になると接合
レンズによる色収差の補正作用が不十分になり、回折型
光学素子の最小ピッチをあまり大きくできなくなる。

【００３６】更に回折型光学素子は、その格子間隔を任
意に設定し得ると云う製作上の特徴を有している。した
がって、回折型光学素子は、格子間隔を種々に変えるこ
とにより任意の非球面レンズと等価の作用を得ることが
でき、しかも変曲点が多数あってもよい等通常の非球面
レンズよりも設計の自由度が大であり、制作精度も良
い。その上非球面レンズでは補正出来ない色収差の補正
が可能である。又屈折率分布型レンズは、色収差の補正
が可能であるが、実際に制作可能な屈折率分布型レンズ
は限られており、又紫外線や赤外線には十分対応し得な
い。このように、回折型光学素子は、非球面レンズや屈
折率分布型レンズよりも優れた収差補正能力を有すると
共に製作上も有利である。したがって、本発明のよう
に、これを対物レンズに用いることによって、対物レン
ズの高性能化、コストの低減が可能であり、更に従来不
可能であった新しい対物レンズの設計等が可能になる。

【００３７】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。まず
本発明の実施例で用いる回折型光学素子について更に詳
細に述べる。後に示す実施例で用いられている回折型光
学素子（ＤＯＥ）は既に述べた通りのものであるが、こ
のような回折型光学素子を含む光学系の設計法として、
ウルトラ−ハイ インデックス法（ｕｌｔｒａｈｉｇｈ
ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄｓ）と呼ばれるものが知ら
れている。これは、回折型光学素子を屈折率をきわめて
大きい仮想的なレンズ（ウルトラーハイインデックス
レンズ）に置き換えて設計する方法である。このことに
ついては、ＳＰＩＥ １２６巻４６−５３頁（１９７７
年）に記載されているが図２０を用いて簡単に説明す
る。図２０において１はウルトラ−ハイ インデックス
レンズ、２は法線である。このウルトラ−ハイ インデ
ックス レンズにおいては、次の式（１１）で表わされ
る関係が成立つ。

【００３８】 （ｎ_U −１）ｄｚ ／ｄｈ＝ｎsin θ−ｎ’sin θ’ （１１） ただし、ｎ_U はウルトラ−ハイ インデックス レンズ
の屈折率、ｚはウルトラ−ハイ インデックス レンズ
の光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ，ｎ’はそ
れぞれ入射側媒質および射出側媒質の屈折率、θ，θ’
は光線の入射角および射出角である。尚後に示す実施例
のデーターではｎ_U ＝１００１又は１０００１としてい
る。

【００３９】式（２）および（１１）から次の式（１
２）が求まる。

【００４０】 （ｎ_U −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ （１２） 即ち、ウルトラ−ハイ インデックス レンズ（屈折率
が極めて大きい屈折型レンズ）の面形状と回折型光学素
子のピッチとの間には式（１２）で与えられる等価関係
が成立し、この式を通じてウルトラ−ハイ インデック
ス 法で設計したデータから回折型光学素子のピッチを
定めることができるのである。

【００４１】一般的な軸対称非球面は、下記のように表
わされる。

【００４２】 ｚ＝ｃｈ² ／［｛１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² }^1/2 ］＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰＋・・・・ （１３） ただし、ｚは光軸（像の方向を正）、ｈは面とｚ軸との
交点を原点としｚ軸に直交した座標軸のうちメリジオナ
ル方向の座標軸、ｃは基準面の曲率、ｋは円錐定数で
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は夫々，４次，６次，８次，１０
次，・・・の非球面係数である。

【００４３】式（１２），（１３）よりある光線高にお
ける上記非球面と等価の回折型光学素子のピッチｄは、
次の式（１４）で表わされる。 ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛ｃｈ／（１−ｃ² （１＋ｋ）ｈ² ）^1/2 ＋４Ａｈ³＋ ６Ｂｈ⁵ ＋８Ｃｈ⁷ ＋１０Ｄｈ⁹ ＋・・・・｝］ （１４） 尚以下の実施例では、非球面項として１０次までである
が、１２次，１４次，・・・の非球面項を使用してもよ
い。

【００４４】次に各実施例のデーターを示す。 実施例１ 焦点距離＝3.6mm ，ＮＡ＝1.1(水浸) ，倍率＝100 ，同
焦距離＝45mm 標本面最大像高＝0.05mm ｒ₀ ＝∞（物体面） ｄ₀ ＝0.17 ｎ₀ ＝1.521 ν₀ ＝56.02 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.12 ｎ₁ ，ν₁ （水） ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝2.5814 ｎ₂ ＝1.596 ν₂ ＝39.3 ｒ₃ ＝-2.0016 ｄ₃ ＝0.15 ｒ₄ ＝-6.6313 ｄ₄ ＝2.2727 ｎ₃ ＝1.678 ν₃ ＝55.34 ｒ₅ ＝-4.4815 ｄ₅ ＝0.15 ｒ₆ ＝7.2872 ｄ₆ ＝3.7582 ｎ₄ ＝1.488 ν₄ ＝70.21 ｒ₇ ＝-5.6995 ｄ₇ ＝1.0 ｎ₅ ＝1.678 ν₅ ＝55.34 ｒ₈ ＝8.2626 ｄ₈ ＝3.3432 ｎ₆ ＝1.497 ν₆ ＝81.14 ｒ₉ ＝-9.3735 ｄ₉ ＝0.15 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝1.5 ｎ₇ ＝1.516 ν₇ ＝64.14 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0 ｒ₁₂＝-5.5443 ×10⁶(DOE)ｄ₁₂＝0.15 [ｎ_U＝10001] ｒ₁₃＝8.6431 ｄ₁₃＝1.0 ｎ₈ ＝1.678 ν₈ ＝55.34 ｒ₁₄＝4.7497 ｄ₁₄＝4.2904 ｎ₉ ＝1.497 ν₉ ＝81.14 ｒ₁₅＝-5.7355 ｄ₁₅＝1.0 ｎ₁₀＝1.596 ν₁₀＝39.29 ｒ₁₆＝-55.2542 ｄ₁₆＝0.15 ｒ₁₇＝12.1862 ｄ₁₇＝2.2382 ｎ₁₁＝1.497 ν₁₁＝81.14 ｒ₁₈＝-14.3804 ｄ₁₈＝7.0 ｎ₁₂＝1.596 ν₁₂＝39.29 ｒ₁₉＝7.3769 ｄ₁₉＝8.5761 ｒ₂₀＝-2.9707 ｄ₂₀＝2.0598 ｎ₁₃＝1.678 ν₁₃＝55.34 ｒ₂₁＝11.1831 ｄ₂₁＝7.0 ｎ₁₃＝1.596 ν₁₄＝39.3 ｒ₂₂＝-7.1268 （ＤＯＥ面） Ｋ＝-1，Ａ＝0.282845×10^-8，Ｂ＝-0.695088 ×10^-10 Ｃ＝0.643649×10^-11 ，Ｄ＝-0.321846 ×10^-12 Ｄ₁ ／Ｄ＝0.99，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.064 ，最
小ピッチ＝130 μｍ

【００４５】実施例２ 焦点距離＝9mm ，ＮＡ＝0.6(水浸) ，倍率＝20，同焦距
離＝45mm 標本面最大像高＝0.25mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.17 ｎ₀ ＝1.521 ν₀ ＝56.02 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.12 ｎ₁ ，ν₁ （水） ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝1.0 ｎ₂ ＝1.516 ν₂ ＝64.15 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝1.3056 ｒ₄ ＝-3.8226 ｄ₄ ＝1.5 ｎ₃ ＝1.744 ν₃ ＝44.79 ｒ₅ ＝-96.9912 ｄ₅ ＝2.2154 ｎ₄ ＝1.755 ν₄ ＝27.51 ｒ₆ ＝-5.4626 ｄ₆ ＝0.15 ｒ₇ ＝-19.8772 ｄ₇ ＝2.2181 ｎ₅ ＝1.487 ν₅ ＝70.21 ｒ₈ ＝-6.7810 ｄ₈ ＝0.15 ｒ₉ ＝-8.6681 ｄ₉ ＝1.5 ｎ₆ ＝1.639 ν₆ ＝34.48 ｒ₁₀＝61.1760 ｄ₁₀＝3.7076 ｎ₇ ＝1.487 ν₇ ＝70.21 ｒ₁₁＝-7.8096 ｄ₁₁＝0.15 ｒ₁₂＝58.3918 ｄ₁₂＝3.5924 ｎ₈ ＝1.487 ν₈ ＝70.21 ｒ₁₃＝-9.6113 ｄ₁₃＝1.5 ｎ₉ ＝1.749 ν₉ ＝34.96 ｒ₁₄＝-41.0966 ｄ₁₄＝0.15 ｒ₁₅＝19.2027 ｄ₁₅＝1.5 ｎ₁₀＝1.603 ν₁₀＝42.32 ｒ₁₆＝11.9017 ｄ₁₆＝3.6322 ｎ₁₁＝1.487 ν₁₁＝70.21 ｒ₁₇＝-76.0706 ｄ₁₇＝0.15 ｒ₁₈＝-800896.0617(DOE) ｄ₁₈＝0 [ｎ_U＝1001] ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝2.0 ｎ₁₂＝1.516 ν₁₂＝64.15 ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝14.1927 ｒ₂₁＝23.9945 ｄ₂₁＝2.9486 ｎ₁₃＝1.762 ν₁₃＝40.1 ｒ₂₂＝-31.1050 ｄ₂₂＝1.5 ｎ₁₃＝1.487 ν₁₄＝70.21 ｒ₂₃＝10.0681 （ＤＯＥ面） Ｋ＝-1，Ａ＝0.263441×10^-8，Ｂ＝-0.964788 ×10^-11 Ｃ＝-0.315285 ×10^-13 ，Ｄ＝-0.299622 ×10^-15 Ｄ₁ ／Ｄ＝0.99，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.205 ，最
小ピッチ＝87μｍ

【００４６】実施例３ 焦点距離＝3.6mm ，ＮＡ＝0.75，倍率＝50，同焦距離＝
45mm 標本面最大像高＝0.265mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.9498 ｒ₁ ＝-2.2690 ｄ₁ ＝4.0409 ｎ₁ ＝1.678 ν₁ ＝55.34 ｒ₂ ＝-3.4762 ｄ₂ ＝0.1 ｒ₃ ＝16.9526 ｄ₃ ＝3.3974 ｎ₂ ＝1.487 ν₂ ＝70.21 ｒ₄ ＝-9.1604 ｄ₄ ＝0.1 ｒ₅ ＝-28.7293 ｄ₅ ＝1.8 ｎ₃ ＝1.596 ν₃ ＝39.29 ｒ₆ ＝6.5830 ｄ₆ ＝4.4396 ｎ₄ ＝1.487 ν₄ ＝70.21 ｒ₇ ＝-15.6408 ｄ₇ ＝0.1 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0 ｎ₅ ＝1.516 ν₅ ＝64.15 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0 ｒ₁₀＝-5.7585 ×10⁶(DOE)ｄ₁₀＝0.1 ［ｎ_U＝10001］ ｒ₁₁＝20.2252 ｄ₁₁＝3.6611 ｎ₆ ＝1.487 ν₆ ＝70.21 ｒ₁₂＝-10.5398 ｄ₁₂＝1.8 ｎ₇ ＝1.596 ν₇ ＝39.29 ｒ₁₃＝10.7283 ｄ₁₃＝3.4719 ｎ₈ ＝1.487 ν₈ ＝70.21 ｒ₁₄＝-28.0713 ｄ₁₄＝9.5097 ｒ₁₅＝24.5125 ｄ₁₅＝3.5584 ｎ₉ ＝1.596 ν₉ ＝39.21 ｒ₁₆＝-8.897 ｄ₁₆＝1.8 ｎ₁₀＝1.498 ν₁₀＝65.03 ｒ₁₇＝-18.2382 ｄ₁₇＝4.0127 ｒ₁₈＝-7.0308 ｄ₁₈＝1.8 ｎ₁₁＝1.498 ν₁₁＝65.03 ｒ₁₉＝15.1697 （ＤＯＥ面） Ｋ＝-1，Ａ＝0.885874×10^-9，Ｂ＝-0.373681 ×10^-10 Ｃ＝0.171463×10^-11 ，Ｄ＝-0.455259 ×10^-13 Ｄ₁ ／Ｄ＝0.98，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.071 ，最
小ピッチ＝80 μｍ

【００４７】実施例４ 焦点距離＝3.6mm ，ＮＡ＝0.75，倍率＝50，同焦距離＝
45mm 標本面最大像高＝0.265mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.9145 ｒ₁ ＝-2.6605 ｄ₁ ＝4.1491 ｎ₁ ＝1.678 ν₁ ＝55.34 ｒ₂ ＝-3.3609 ｄ₂ ＝0.1 ｒ₃ ＝59.4216 ｄ₃ ＝3.9495 ｎ₂ ＝1.617 ν₂ ＝62.8 ｒ₄ ＝-4.8439 ｄ₄ ＝1.8 ｎ₃ ＝1.596 ν₃ ＝39.29 ｒ₅ ＝8.9186 ｄ₅ ＝4.4558 ｎ₄ ＝1.439 ν₄ ＝94.96 ｒ₆ ＝-11.2459 ｄ₆ ＝0.1 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.0 ｎ₅ ＝1.516 ν₅ ＝64.15 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0 ｒ₉ ＝-7.2979 ×10⁶(DOE)ｄ₉ ＝0.1 ［ｎ_U＝10001］ ｒ₁₀＝19.9999 ｄ₁₀＝3.4234 ｎ₆ ＝1.439 ν₆ ＝94.96 ｒ₁₁＝-21.6675 ｄ₁₁＝14.4364 ｒ₁₂＝103.5371 ｄ₁₂＝6.0 ｎ₇ ＝1.596 ν₇ ＝39.29 ｒ₁₃＝-11.7643 ｄ₁₃＝3.0881 ｒ₁₄＝-6.5185 ｄ₁₄＝2.7072 ｎ₈ ＝1.498 ν₈ ＝65.03 ｒ₁₅＝17.4388 （ＤＯＥ面） Ｋ＝-1，Ａ＝0.136333×10^-8，Ｂ＝-0.205407 ×10^-10 Ｃ＝0.275330×10^-12 ，Ｄ＝-0.502831 ×10^-14 Ｄ₁ ／Ｄ＝0.96，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.076 ，最
小ピッチ＝157 μｍ

【００４８】実施例５ 焦点距離＝36mm，ＮＡ＝0.20，倍率＝10，同焦距離＝10
0mm 標本面最大像高＝0.8mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝10.8729 ｒ₁ ＝-10.1528 ｄ₁ ＝7.0 ＳｉＯ₂ ｒ₂ ＝-12.8207 ｄ₂ ＝0.2 ｒ₃ ＝1185.9548 ｄ₃ ＝7.0 ＳｉＯ₂ ｒ₄ ＝-20.8861 ｄ₄ ＝9.6560 ｒ₅ ＝166976.3323(DOE)ｄ₅ ＝0 [ｎ_U＝1001] ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝3.0 ＳｉＯ₂ ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝36.8382 ｒ₈ ＝18.3786 ｄ₈ ＝5.2879 ＣａＦ₂ ｒ₉ ＝-14.5637 ｄ₉ ＝5.2019 ＳｉＯ₂ ｒ₁₀＝15.9489 ｄ₁₀＝3.5421 ｒ₁₁＝-9.8983 ｄ₁₁＝6.6329 ＳｉＯ₂ ｒ₁₂＝-12.7649 ｄ₁₂＝0.2 ｒ₁₃＝-107.5879 ｄ₁₃＝3.4872 ＳｉＯ₂ ｒ₁₄＝-38.6725 Ｄ₁ ／Ｄ＝0.69，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.344 ，最
小ピッチ＝8.9 μｍ ただし、ｒ₀，ｒ₁，ｒ₂・・・は各面の曲率半径、ｄ₀，
ｄ₁，ｄ₂・・・は各面間の間隔、ｎ₁，ｎ₂，・・・は各
レンズの屈折率、ν₁，ν₂，・・・は各レンズのアッベ
数である。

【００４９】上記データーにおいて、ｒ₀はいずれも物
体面である。又実施例１，２は水浸系対物レンズで
ｎ₀，ν₀はカバーガラス、ｎ₁，ν₁は水であり、実施例
３〜５のｄ₀は作動距離である。更にデーター中のＤＯ
Ｅは回折型光学素子で、式（１４）にて求められるビッ
チｄの回折面が形成されている。

【００５０】以上の実施例１は図１に、実施例２は図４
に、実施例３は図７に又実施例４は図１０に示す通りの
構成である。これら実施例で用いている回折型光学素子
は非球面効果を持たせたものでこれによって球面収差、
コマ収差等も良好に補正している。又実施例５は図１３
に示す構成で低ＮＡ、低倍率なので回折型光学素子に非
球面効果を持たせる必要はなく、回折型光学素子は色収
差のみを補正している。

【００５１】実施例１は、近紫外から可視にわたって色
補正を行なった対物レンズで、主として軸上色収差の補
正のために光束径の大きい所に回折型光学素子を配置し
てある。実施例２は、近紫外から可視にわたって色補正
を行なった対物レンズで、軸上色収差、倍率の色収差を
１枚の回折型光学素子で補正するために光束径が大きく
かつ主光線高の高い位置に回折型光学素子を配置してい
る。実施例３は可視域で色補正を行なっている対物レン
ズであり、実施例４も、１枚の回折型光学素子で軸上色
収差、倍率色収差を補正している。更に実施例５は、回
折型光学素子により主として軸外色収差を補正し石英と
螢石とを接合したレンズで主として軸上色収差を補正し
ている。

【００５２】尚各実施例の断面図は、右側が物体側であ
る。また図１，４，７，１０における符号Ｂは胴付位置
を示し、夫々レンズ最終面（図において最も左側の面）
より物体側に３．６，０．３５２６，０．６４７７，
１．２３００である。実施例５の胴付位置はレンズ最終
面より像側に１．０８０８である。更に各実施例の収差
曲線図は、逆追跡により描いたものである。

【００５３】

【発明の効果】本発明の対物レンズは、回折型光学素子
を用いることによって高ＮＡ，高倍率で、諸収差特に色
収差を良好に補正したレンズ系である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例１の球面収差，非点収差，歪曲
収差曲線図

【図３】本発明の実施例１のコマ収差曲線図

【図４】本発明の実施例２の断面図

【図５】本発明の実施例２の球面収差，非点収差，歪曲
収差曲線図

【図６】本発明の実施例２のコマ収差曲線図

【図７】本発明の実施例３の断面図

【図８】本発明の実施例３の球面収差，非点収差，歪曲
収差曲線図

【図９】本発明の実施例３のコマ収差曲線図

【図１０】本発明の実施例４の断面図

【図１１】本発明の実施例４の球面収差，非点収差，歪
曲収差曲線図

【図１２】本発明の実施例４のコマ収差曲線図

【図１３】本発明の実施例５の断面図

【図１４】本発明の実施例５の球面収差，非点収差，歪
曲収差曲線図

【図１５】本発明の実施例５のコマ収差曲線図

【図１６】通常のガラスでの屈折状況を示す図

【図１７】回折現象による光の屈折状況を示す図

【図１８】回折型光学素子のブレーズ化した状態での断
面図

【図１９】回折型光学素子のバイナリー近似を行なった
ものの断面図

【図２０】ウルトラ−ハイ インデックス レンズにお
ける光の屈折状況を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 21/02 G02B 13/00 G02B 9/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１枚の回折型光学素子と、少な
   くとも一つの接合レンズを有し、前記回折型光学素子の
   少なくとも１枚が瞳位置近傍に配置され次の条件（１）
   を満足する顕微鏡対物レンズ。（１） Ｄ ₁ ／Ｄ＞０．８ ただし、Ｄ ₁ は前記回折型光学素子の位置でのマージナ
   ル光束の径、Ｄは最大のマージナル光束径である。
2. 【請求項２】少なくとも１枚の回折型光学素子と、少な
   くとも一つの接合レンズを有し、前記回折型光学素子の
   少なくとも１枚が次の条件（２）を満足する顕微鏡対物
   レンズ。 （２） （ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＞０．０７ ただし、ｈは前記回折型光学素子の位置での主光線高、
   ｆは前記顕微鏡対物レンズの焦点距離、Ｌは前記顕微鏡
   対物レンズの同焦点距離、Ｉは標本面での最大像高であ
   る。
3. 【請求項３】前記条件（２）を満足する前記回折型光学
   素子が、更に条件（１）を満足する請求項２の顕微鏡対
   物レンズ。
4. 【請求項４】前記少なくとも一つの接合レンズの両レン
   ズのアッベ数差Δνが、下記条件（３）を満足する請求
   項１又は２の対物レンズ。 （３） Δν＞２０