JP3312061B2 - 顕微鏡対物レンズ - 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で、特に紫外光を用いた顕微鏡等の
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】従来の紫外線顕微鏡用の対物レンズは、
その波長が３３０ｎｍより短くなるとレンズとして使用
し得る硝材が螢石と石英に限定されるために、これら硝
材を用いたレンズを接合した接合レンズを多用して色補
正を行なっていた。しかし２種類の硝材では色補正の能
力に乏しく狭い範囲での色補正しか出来なかった。更に
螢石は加工性が悪くまた波長が３００ｎｍ以下では適当
な接合剤がなく、深紫外域では結局石英だけが適切な硝
材である。しかし石英のみで構成された対物レンズで
は、色補正が不可能であるため、光源としては、狭帯域
発振する１種類のレーザーしか用いることが出来ない。

【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、特開平２−１１０９号、特開平４−
３６１２０１号および特開平４−２１４５１６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小型光学エレメント」第６，第７
章、「ＳＰＩＥ」 第１２６巻 ４６〜５３頁（１９７
７年）等に詳細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１３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’は光線の射出角であ
る。

【０００７】一方、回折現象では、図１４のように光は
次の式（２）で表わされる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）に従って光線を曲げるよう
にした光学素子が回折型光学素子である。尚、図１４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１５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１６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、回折型光学素子の焦点距
離をｆ、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】前記の従来例は、いずれも基本的にステッ
パー用レンズに関するものであり、石英のみで構成され
ている光学系で、色収差の補正等を行なったものであ
る。これらのうち特開平２−１１０９号公報の光学系
は、瞳位置に回折型光学素子を配置したことを特徴とし
ている。又特開平４−３６１２０１号の光学系は、回折
型光学素子の周辺部では中心部よりも高次の回折光を用
いることを特徴としている。更に特開平４−２１４５１
６号の光学系は、光線高の高いところに回折型光学素子
を配置したことを特徴としている。これら従来例は、低
倍率の顕微鏡対物レンズには応用できる面もあるが、は
るかに高い倍率で高ＮＡの顕微鏡対物レンズに応用する
ことは出来ない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑み、高倍率、高ＮＡに対応出来るレンズ系で、石英一
種類のみであっても回折型光学素子を用いることによっ
て効果的に諸収差特に色収差を補正した顕微鏡対物レン
ズを提供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡対物レン
ズは、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は
物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み全体とし
て正の屈折力の第１群と、少なくとも１枚の回折型光学
素子を含んだ第２群とを備え、下記の条件（１）を満足
し、且つ少なくとも１枚の回折型光学素子が条件（２）
および（３）のうちの少なくとも一方を満足することを
特徴としている。 （１） ０．５＜｜Ｒ｜／ｔ＜５ （２） Ｄ₁ ／Ｄ＞０．８ （３） （ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＞０．０７ ただし、Ｒは前記メニスカスレンズの像側の面の曲率半
径、ｔは前記メニスカスレンズの肉厚、Ｄ₁ は前記回折
型光学素子の面でのマージナル光束径、Ｄは前記顕微鏡
対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈは前記回折型
光学素子の面での主光線高、ｆは前記顕微鏡対物レンズ
の全系の焦点距離、Ｌは前記顕微鏡対物レンズの同焦距
離、Ｉは標本面での最大像高である。そして、上記条件
（１）および（２）を満足する構成では、物体側が平面
の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレン
ズは、最も物体側に配置されている。また、前記第１群
と前記第２群を構成する屈折型レンズは、いずれも単レ
ンズである。 また、前記第１群と前記第２群を構成する
屈折型レンズは、いずれも同一の硝材である。

【００２３】高ＮＡ、高倍率の対物レンズは、物体側か
ら出た高ＮＡの発散光を収斂光にするために先玉に強い
パワーの面を設ける必要がある。この強いパワーの面を
物体側に凸面を向けたレンズに用いるとその面で発生す
る諸収差が非常に大になる。そのために必然的に先玉は
物体側に平面または凹面を向けたメニスカスレンズにな
る。このメニスカスレンズの像側の面のパワーを強くし
なければならずこの面の曲率半径は非常に小さくなり、
縁肉を確保するために先玉はほぼ半球状になる。この先
玉のメニスカスレンズを規定したのが条件（１）であ
る。この条件（１）の下限の０．５を越えるとこのメニ
スカスレンズの縁肉を確保出来ず、逆に上限の５を越え
ると面のパワーが弱くなりすぎて物体からの光を効果的
に収斂光にすることが出来ない。

【００２４】本発明の対物レンズは、前記のメニスカス
レンズで収斂ぎみになった光線を更に第１群中の数枚の
正レンズにて収斂させて回折型光学素子を含む第２群へ
導くようにし、この第２群にて色収差等を補正するよう
にしている。

【００２５】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。

【００２６】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（２）である。この条件
（２）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。

【００２７】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（３）である。この条件（３）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。

【００２８】以上の説明からわかるように、色収差を効
果的に補正するためには、その用途に応じた適切な位置
に回折型光学素子を配置する必要がある。

【００２９】尚条件（３）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。

【００３０】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、製作精度も良
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、実際に製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。

【００３１】

【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）と呼ばれものが知られ
ている。これは、回折型光学素子を屈折率のきわめて大
きい仮想的なレンズ（ウルトラ−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（１９７
７年）に記載されているが、図１７を用いて簡単に説明
する。図１７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。

【００３２】 （ｎ_U −１）ｄｚ ／ｄｈ＝ｎsin θ−ｎ’sin θ’ （１０） 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。

【００３３】式（２）および（１０）から次の式（１
１）が求まる。

【００３４】 （ｎ_U −１）ｄｚ ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ （１１） 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（１１）で与えらえる等価関係
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。

【００３５】一般的な軸対称非球面は、下記のように表
わされる。 ｚ＝ｃｈ² ／［１＋｛１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² ｝^1/2 ］＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰＋・・・・ （１２） 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，１
０次，・・・の非球面係数である。

【００３６】式（１１），（１２）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（１３）で表わされる。 ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛ｃｈ／｛１＋（１−ｃ² （１＋ｋ）ｈ² ）^1/2} ＋４ Ａｈ³ ＋６Ｂｈ⁵ ＋８Ｃｈ⁷ ＋１０Ｄｈ⁹ ＋・・・・｝］ （ １３） 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。

【００３７】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＝0.70，倍率＝50，同焦距離＝
45mm 標本面最大像高＝0.20mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.8660 ｒ₁ ＝-1.9996 ｄ₁ ＝3.8538 石英 ｒ₂ ＝-3.0051 ｄ₂ ＝0.2 ｒ₃ ＝-18.9946 ｄ₃ ＝2.8804 石英 ｒ₄ ＝-7.3945 ｄ₄ ＝0.2 ｒ₅ ＝65.8028 ｄ₅ ＝2.7977 石英 ｒ₆ ＝-16.8378 ｄ₆ ＝0.2 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.0 石英 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0 ｒ₉ ＝-3.2859×10⁵(DOE1) ｄ₉ ＝0.2 ｒ₁₀＝16.2471 ｄ₁₀＝2.6929 石英 ｒ₁₁＝3946.0273 ｄ₁₁＝2.0025 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝1.0 石英 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0 ｒ₁₄＝0.4222×10⁶(DOE2)ｄ₁₄＝2.3926 ｒ₁₅＝9.3997 ｄ₁₅＝5.0 石英 ｒ₁₆＝4.6739 ＤＯＥ１ Ｋ＝-1，Ａ＝−0.355512×10^-8， Ｂ＝0.255580 ×10^-10 Ｃ＝−0.276940×10^-12 ，Ｄ＝−0.492542×10^-15 ＤＯＥ２ Ｋ＝-1，Ａ＝0.944679×10^-8， Ｂ＝−0.372543×10^-10 Ｃ＝−0.135587×10^-12 ，Ｄ＝0.627142 ×10^-13 ｜Ｒ｜ ／ｔ＝0.78 ＤＯＥ１ Ｄ₁ ／Ｄ＝1.00，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.106 ＤＯＥ２ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.80，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.027

【００３８】実施例２ 焦点距離＝1.8mm ，ＮＡ＝0.90，倍率＝100 ，同焦距離
＝45mm 標本面最大像高＝0.10mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.5202 ｒ₁ ＝-3.5097 ｄ₁ ＝3.9565 石英 ｒ₂ ＝-3.1721 ｄ₂ ＝0.2 ｒ₃ ＝-25.5673 ｄ₃ ＝3.6571 石英 ｒ₄ ＝-7.7297 ｄ₄ ＝0.2 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝1.0 石英 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0 ｒ₇ ＝1.6281×10⁶(DOE1) ｄ₇ ＝0.2 ｒ₈ ＝15.4510 ｄ₈ ＝5.0 石英 ｒ₉ ＝-16.2334 ｄ₉ ＝0.2 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝1.0 石英 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0 ｒ₁₂＝-3.8924×10⁵(DOE2) ｄ₁₂＝0.2 ｒ₁₃＝28.6396 ｄ₁₃＝2.8321 石英 ｒ₁₄＝-91.0899 ｄ₁₄＝3.6190 ｒ₁₅＝-6.8166 ｄ₁₅＝2.0 石英 ｒ₁₆＝-10.6927 ｄ₁₆＝0.2003 ｒ₁₇＝8.4376 ｄ₁₇＝2.5850 石英 ｒ₁₈＝4.9177 ｄ₁₈＝3.5485 ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝1.0 石英 ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝0 ｒ₂₁＝0.5853×10⁶(DOE3) ｄ₂₁＝0.2 ｒ₂₂＝5.2022 ｄ₂₂＝3.5626 石英 ｒ₂₃＝48.6437 ｄ₂₃＝3.9752 ｒ₂₄＝-3.5803 ｄ₂₄＝5.0 石英 ｒ₂₅＝23.3843 ＤＯＥ１ Ｋ＝-1，Ａ＝−0.586575×10^-8， Ｂ＝0.105584×10^-10 Ｃ＝−0.114914×10^-11 ，Ｄ＝0.438189×10^-13 ＤＯＥ２ Ｋ＝-1，Ａ＝0.315284 ×10^-8， Ｂ＝−0.139031×10^-10 Ｃ＝0.111483 × 10^-11，Ｄ＝−0.324566×10^-13 ＤＯＥ３ Ｋ＝-1，Ａ＝−0.157706×10^-8， Ｂ＝−0.411489×10^-9 Ｃ＝0.764800 × 10^-11，Ｄ＝−0.118926×10^-11 ｜Ｒ｜ ／ｔ＝0.80 ＤＯＥ１ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.90，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.045 ＤＯＥ２ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.95，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.019 ＤＯＥ３ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.52，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.086

【００３９】実施例３ 焦点距離＝3.6mm ，ＮＡ＝0.90，倍率＝100 ，同焦距離
＝100mm 標本面最大像高＝0.10mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.8232 ｒ₁ ＝-4.5891 ｄ₁ ＝4.2051 石英 ｒ₂ ＝-3.5905 ｄ₂ ＝0.15 ｒ₃ ＝-18.1769 ｄ₃ ＝3.4758 石英 ｒ₄ ＝-8.6006 ｄ₄ ＝0.15 ｒ₅ ＝-42.4203 ｄ₅ ＝2.8290 石英 ｒ₆ ＝-18.3477 ｄ₆ ＝0.15 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.0 石英 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0 ｒ₉ ＝-4.6500×10⁵(DOE1) ｄ₉ ＝2.3380 ｒ₁₀＝18.6150 ｄ₁₀＝6.8566 石英 ｒ₁₁＝-70.6680 ｄ₁₁＝0.4264 ｒ₁₂＝-684.8949 ｄ₁₂＝2.0 石英 ｒ₁₃＝31.2416 ｄ₁₃＝4.6278 ｒ₁₄＝-9.5514 ｄ₁₄＝2.0 石英 ｒ₁₅＝-14.7720 ｄ₁₅＝0.15 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.0 石英 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0 ｒ₁₈＝2.3143×10⁷(DOE2) ｄ₁₈＝0.15 ｒ₁₉＝118.9395 ｄ₁₉＝3.0545 石英 ｒ₂₀＝-24.0674 ｄ₂₀＝6.0351 ｒ₂₁＝18.8858 ｄ₂₁＝5.9248 石英 ｒ₂₂＝∞ ｄ₂₂＝0 ｒ₂₃＝-3.6009 ×10⁶(DOE3) ｄ₂₃＝0.15 ｒ₂₄＝16.4878 ｄ₂₄＝3.3455 石英 ｒ₂₅＝151.2259 ｄ₂₅＝2.0635 ｒ₂₆＝-9.6929 ｄ₂₆＝3.2223 石英 ｒ₂₇＝8.6410 ｄ₂₇＝6.0496 ｒ₂₈＝-9.5754 ｄ₂₈＝6.2379 石英 ｒ₂₉＝-136.3117 ｄ₂₉＝25.9711 ｒ₃₀＝-22.5706 ｄ₃₀＝7.00 石英 ｒ₃₁＝-18.2056 ＤＯＥ１ Ｋ＝-1，Ａ＝−0.978136×10^-9， Ｂ＝−0.552784×10^-11 Ｃ＝-0.151562×10^-12 ，Ｄ＝0.142616× 10^-14 ＤＯＥ２ Ｋ＝-1，Ａ＝0.405846 ×10^-9， Ｂ＝0.125266 ×10^-10 Ｃ＝0.161396 × 10^-12， Ｄ＝-0.142574×10^-15 ＤＯＥ３ Ｋ＝-1，Ａ＝0.232811 ×10^-8， Ｂ＝0.742643 ×10^-11 Ｃ＝−0.309069× 10^-13， Ｄ＝0.731189×10^-14 ｜Ｒ｜ ／ｔ＝0.85 ＤＯＥ１ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.98，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.033 ＤＯＥ２ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.81，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.042 ＤＯＥ３ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.64，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.106

【００４０】実施例４ 焦点距離＝3.6mm ，ＮＡ＝0.90，倍率＝100 ，同焦距離
＝100mm 標本面最大像高＝0.10mm ｒ₀ ＝∞ ｄ₀ ＝0.8755 ｒ₁ ＝-4.8102 ｄ₁ ＝5.3204 石英 ｒ₂ ＝-4.3657 ｄ₂ ＝0.1573 ｒ₃ ＝-11.9270 ｄ₃ ＝3.8504 石英 ｒ₄ ＝-8.2848 ｄ₄ ＝0.15 ｒ₅ ＝-24.8350 ｄ₅ ＝3.6041 石英 ｒ₆ ＝-24.6366 ｄ₆ ＝0.15 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.0 石英 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0 ｒ₉ ＝-4.8658×10⁵(DOE) ｄ₉ ＝1.4144 ｒ₁₀＝24.4149 ｄ₁₀＝6.9009 石英 ｒ₁₁＝-27.4833 ｄ₁₁＝1.2232 ｒ₁₂＝-106.5697 ｄ₁₂＝2.0 石英 ｒ₁₃＝27.2764 ｄ₁₃＝6.6174 ｒ₁₄＝-10.4558 ｄ₁₄＝2.8083 石英 ｒ₁₅＝-16.1963 ｄ₁₅＝0.8542 ｒ₁₆＝168.5767 ｄ₁₆＝4.1096 石英 ｒ₁₇＝-22.5842 ｄ₁₇＝0.15 ｒ₁₈＝17.4537 ｄ₁₈＝4.0673 石英 ｒ₁₉＝ 344.2078 ｄ₁₉＝0.15 ｒ₂₀＝16.7564 ｄ₂₀＝3.7221 石英 ｒ₂₁＝71.3470 ｄ₂₁＝2.7494 ｒ₂₂＝-17.0797 ｄ₂₂＝2.4919 石英 ｒ₂₃＝8.7006 ｄ₂₃＝8.1241 ｒ₂₄＝253.5226 ｄ₂₄＝4.9548 石英 ｒ₂₅＝7.7408 ｄ₂₅＝29.8340 ｒ₂₆＝-13.6864 ｄ₂₆＝4.102532 石英 ｒ₂₇＝-13.1893 ＤＯＥ Ｋ＝-1，Ａ＝−0.136158×10^-9 ，Ｂ＝−0.377494×10^-14 Ｃ＝−0.369325× 10^-14，Ｄ＝0.323198×10^-16 ｜Ｒ｜ ／ｔ＝0.82 ＤＯＥ Ｄ₁ ／Ｄ＝0.96，（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＝0.042 ただしｒ₀ ，ｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・ は各面の曲率半径、ｄ
₀ ，ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・は各面間隔で、ｒ₀ は物体面、ｄ₀
は作動距離である。

【００４１】実施例１，２は、夫々図１，４に示す構成
で、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを用いた走査型レーザー顕微鏡
（ＬＳＭ）用対物レンズであり、硝材は石英のみでλ＝
４４１ｎｍ、３２５ｎｍの２波長で色収差補正してあ
る。これらのうち実施例１は、２枚の回折型光学素子
（ＤＯＥ）を用いてあり、ＤＯＥ１で主として軸上・倍
率色収差を補正し、ＤＯＥ２で更に軸上残存色収差を補
正している。この実施例１はｒ₁₆より像側に１９．７１
４３ｍｍが胴付位置である。、実施例２は、３枚の回折
型光学素子を用い、ＤＯＥ１，ＤＯＥ２により主として
軸上色収差を補正し、ＤＯＥ３により倍率色収差を補正
している。この実施例２の胴付位置は、面ｒ₂₅より像側
に０．３４３４ｍｍである。

【００４２】実施例３，４は、夫々図７，図１０に示す
構成で、ＤＵＶ（ＤＥＥＰ ＵＬＴＲＡ ＶＩＯＬＥ
Ｔ）レーザーを用いた走査型レーザー顕微鏡（ＬＳＭ）
用対物レンズで、同様に硝材は石英のみである。実施例
３はλ＝２６６±２ｎｍでの色収差補正を行なってい
る。この実施例は３枚の回折型光学素子を用い、ＤＯＥ
１にて軸上色収差を、ＤＯＥ３にて倍率色収差を、又Ｄ
ＯＥ２にて両残存収差を補正している。更に実施例４
は、１板の回折型光学素子を用いており、これにより主
として軸上色収差を補正している。これら実施例の胴付
位置は、断面図に符号Ｂにて示してあり、実施例３がｒ
₃₁より物体側に１．３８６１３３ｍｍ、実施例４がｒ₂₇
より物体側に１．３８１９ｍｍである。

【００４３】尚実施例すべて回折型光学素子の非球面効
果により、球面収差、コマ収差等も補正している。また
ｎ_u ＝１０００１で設計してある。また、各実施例の断
面図は、右側（ｒ₀側）が物体側で、各収差図は逆追跡
により物体面に結像させた時のものを示してある。

【００４４】

【発明の効果】本発明の対物レンズは、単一の硝材のみ
で高ＮＡ、高倍率であってしかも諸収差特に色収差が良
好に補正されている。

【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３のコマ収差曲線図

【図１３】通常のガラスでの屈折状況を示す図

【図１４】回折現象による光の屈折状況を示す図

【図１５】回折型光学素子のブレーズ化した状態での断
面図

【図１６】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１７】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】物体側から順に、物体側が平面の平凸レン
   ズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを最も物
   体側に含み全体として正の屈折力の第１群と、少なくと
   も１枚の回折型光学素子を含んだ第２群とを備え、下記
   の条件（１）を満足し、且つ少なくとも１枚の回折型光
   学素子が条件（２）を満足する顕微鏡対物レンズ。 （１） ０．５＜｜Ｒ｜／ｔ＜５ （２） Ｄ₁ ／Ｄ＞０．８ ただし、Ｒは前記メニスカスレンズの像側の面の曲率半
   径、ｔは前記メニスカスレンズの肉厚、Ｄ₁ は前記回折
   型光学素子の面でのマージナル光束径、Ｄは前記顕微鏡
   対物レンズ中の最大マージナル光束径である。
2. 【請求項２】物体側から順に、物体側が平面の平凸レン
   ズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み全
   体として正の屈折力の第１群と、少なくとも１枚の回折
   型光学素子を含んだ第２群とを備え、下記の条件（１）
   を満足し、且つ少なくとも１枚の回折型光学素子が条件
   （３）を満足する顕微鏡対物レンズ。 （１） ０．５＜｜Ｒ｜／ｔ＜５ （３） （ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＞０．０７ ただし、Ｒは前記メニスカスレンズの像側の面の曲率半
   径、ｔは前記メニスカスレンズの肉厚、ｈは回折型光学
   素子の面での主光線高、ｆは全系の焦点距離、Ｌは同焦
   距離、Ｉは標本面での最大像高である。
3. 【請求項３】前記第１群と前記第２群を構成する屈折型
   レンズは、いずれも単レンズである請求項１又は２の顕
   微鏡対物レンズ。
4. 【請求項４】前記第１群と前記第２群を構成する屈折型
   レンズは、いずれも同一の硝材である請求項１又は２の
   顕微鏡対物レンズ。