JPS60209715A - 高倍率アポクロマ−ト対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、高倍率の顕微鏡対物レンズ、とくに超高倍率
のアポクロマート対物レンズに関する。

（発明の背景） 一般に、顕微鏡の総合倍率は使用される対物レンズの開
口数（Ｎ、Ａ、）の５００〜１０００倍が最適とささて
おり、それ以上の拡大は無効倍率又は馬鹿拡大と呼ばれ
、あまり実用的ではないとされていた。

従って、総合倍率を上げるには、それに伴って、Ｎ、Ａ
、も大きくする必要があり、１０００倍以上の総合倍率
にする場合には、標本と対物レンズとの間の媒質をオイ
ルにする、いわゆる液浸系にしてＮ、＾。

を１．０以上にすることが知られている。しかし、この
方法では、標本をオイルで汚すことになり、ＩＣウェハ
などの工業用標本には不適当で、あまり用いられること
ばなかった。そこで、乾燥系対物レンズの場合は、標本
と対物レンズとの間の媒質が空気であるから、Ｎ、＾、
が１．０を越えることはなく、従って総合倍率も１００
０倍以内が望ましいとされていた。仮に、使用される接
眼レンズを最も標準的な１０倍接眼レンズとすると、対
物レンズの倍率は１００４’、’、以内というのが従来
の顕微鏡の定説であった。しかし、これらのことは、人
間の眼の分解能を基準として出てきたもので、主に肉眼
観察における場合に言えるものである。特に、最近はｗ
４微鏡の使われ方も単に肉眼観察に留まらず、写真撮影
、ＩＴ■装置、画像解析など多岐に渡り、これらの周辺
機器の感度、分解能などを名えるとまだＮ、Ａ、に比し
て倍率を上げる余地は残っており、また、倍率を上げた
いという要望も年々高まっている。特に、顕微鏡のユー
ザーにおいては、最近のＩＣ，ＬＳＩの開発、製造技術
のめざましい発展に伴い、そのパターンは年々微細化し
ているので、集積度の非常に高いウェハなどを検査する
為の高性能の顕微鏡装置が必要とされてきている。

もし、従来の装置において倍率を一上げようとする場合
は１００倍対物レンズに１５倍や２０倍の接眼レンズを
組合せるか、中間の変倍系にて１．５〜２．０倍の倍率
をかりる方法がある。しかし、この方法では、１００倍
対物レンズの残存収差、特に色収差などが更に拡大され
て見え味がかなり悪化してしまう。仮に、１００倍対物
レンズが理想状態に近いものでも、１５倍や２０倍の接
眼レンズ自体の収差、特に像面弯曲が加味されて平坦性
が悪（なってしまう。また、光路の中間に変倍系を挿入
してより拡大すると、フレアーなどが増し、コントラス
トが低下して高解像を要求される場合には適さない。

更に、操作性を考えた場合、接眼レンズや中間変倍系を
交換、挿入したりすることは、作業能率を低下させるの
で好ましくない。

そして、最近は特に高倍率アクロマート対物レンズで残
存している色収差が問題とされてきており、これらの色
収差のないいわゆるアポクロマートでしかも、倍率が１
５０倍以上の超高倍率アポクロマート対物レンズの要望
が一段と強くなってきている。しかしながら、顕微鏡の
設計上からみた場合、倍率を上げることにより、レンズ
の焦点距離が短くなる為、実用的な作動距離を保ったま
ま倍率を上げることが難しく、しかも作動距離が大きく
なる程収差補正が困難になる。特に色収差が著しく悪化
し、短波長の球面収差、色収差などが著しくなり、補正
が困難となって良好な結像性能を維持することが難しく
なってしまうのが実情であった。

（発明の目的） 本発明の目的は、高倍率の対物レンズに発生しからな収
差、待に色収差が良好に補正され、実用上十分な作動距
離を有する極めて高倍率のアポクロマート対物レンズを
提供することにある。

（発明の概要） 本発明による高倍率アポクロマート対物レンズは、物体
側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
成分、貼り合わせ正レンズ成分及び物体側に凸面を向け
たメニスカスレンズ成分を有し物体からの光束を収斂光
束に変換する正屈折力の前群と、該前群の像側に配置さ
れ負レンズ成分と正レンズ成分および負レンズ成分との
貼り合わせで構成された負屈折力の後群とを有するもの
であり、該前群及び該後群の焦点距離をそれぞれｆｔ、
ｆｚとし、該後群の最も物体側及び最も像側のレンズ面
の曲率半径をそれぞれＲ１，Ｒ４とし、該後群中の物体
側負レンズ成分、正レンズ成分及び像側の負レンズ成分
のア・７ベ数をそれぞれ　ＶＩ＋Ｖ２＋Ｖ、とするとき
、 ０．５　＜　ｌ　ｆｌ／ｆ２１　＜１．０　（１）Ｖｌ
　＞Ｖｚ　Ｖ３＞Ｖｇ　（２） の条件を満足するものである。

（１）式の条件は作動距離と諸収差とのバランスを保つ
ためのものである。（１）式の上限を越えると、作動距
離は大きくできるが、その結果球面収差、コマ収差、非
点収差などが発生し、特に高次の短波長における球面収
差の補正が困難になる。また、後群の負屈折力が強くな
り、像面弯曲が補正過剰となってしまう。逆に、この条
件の下限を外れると、前群の焦点距離が小さくなる為、
ペッツバール和が大きくなる。また、作動距離が小さく
なる為操作性が悪くなり、更に、前群のレンズ面の曲率
半径が小さくなり、レンズの加工上も不利である。

（２）式の条件は、負レンズ、正レンズ及び負レンズの
３枚の接合によって構成された後群に用いられた各レン
ズ成分のアツベ数の最適条件を示し、色収差を良好に補
正するだめのものである。

後群の負屈折力は（１）式の条件の如くであるが、３枚
の接合からなる負レンズ群を構成し、張り合わせを形成
する各車レンズの屈折力を強くしたいときには、その配
置は負、正、負の順序が最も効果的である。そこで、本
発明では３枚接合の中央の正レンズ成分に分散の大きな
ガラスを用い、その前後に分＋ｌｋの小さいガラスを用
いて全体として軸上色収差を大きく補正不足にすること
によって全系のバランスを図っている。また逆に、倍率
の色収差に対しては、前群と後群とをそれぞれ独立に補
正することとしている。尚、後群中の中央の正レンズ成
分に異常分散ガラスを用いることにょって、軸上色収差
の２次スペクトルをより良好に補正することが可能であ
る。

このため、条件（２）を外れると、後群として必要な軸
上色収差の補正不足量が小さくなり、全系として補正過
剰になってしまう。この状態をバランスさせるために、
前群の色収差量を小さくすると、倍率色収差の残存量が
増大してしまう。また、後群としての屈折力が弱くなる
ため、軸上色収差の２次スペクトルの量も良好に補正す
ることが難しくなる。

（３）式の条件は、主にコマ収差のバランスに関するも
のである。後群の形状は、空気と接する物体側及び像側
の各面がともに発散作用を有するレンズ面であることが
必要であり、球面収差及びコマ収差のバランスを維持す
るために、この条件の範囲で両凹レンズ形状であること
が最適である。

この条件の下限を外れると、球面収差が補正不足になり
、もともと前群で補正不足とした球面収差が更に不足ぎ
みとなり、またコマ収差も内方コマ収差が著しくなって
しまい良好な性能を保ことが難しくなる。逆に、この条
件の上限を越える場合には、後群の球面収差が補正過剰
となり全系としての球面収差も補正過剰となってしまう
。またコマ収差についても外方性のコマ収差が著しくな
ってしまう。

（実施例） 以下に本発明による実施例について説明する。

第１図〜第３図は本発明によるアポクロマ−１・対物レ
ンズのレンズ構成図であり、図中には軸上物点からの光
束を示した。図示した実施例の如く、前群Ｇ１は物体側
から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズの
第１成分Ｌ＋、同じく正メニスカスレンズの第２成分Ｌ
２及び第３成分Ｌ３、負レンズと正レンズとの接合正レ
ンズの第４成分Ｌ４、同じく負レンズと正レンズとの接
合正レンズの第５成分し３、第６成分Ｌ６、さらに物体
側に凸面を向けたメニスカス形状で両凸レンズと両凹レ
ンズとの張り合わせからなる接合レンズの第７成分り、
とを有している。そして、後群Ｇ２は前”述した如く負
レンズＬ８、正レンズし、及び負レンズＬＩＯの３成分
の接合で形成されている。正レンズＬ９と負レンズＬ１
゜との接合面は像側に凸面を向けていることが望ましい
が、負レンズＬ８と正レンズＬ９との接合面の向きは像
側に凸でも物体側に凸でも可能である。

以下の表１〜３に本発明による第１〜第３実施例の諸元
を示す。各表中、左端の数字は物体側からの順序を表す
ものとし、ｎｄ及びνｄはそれぞれｄ線（λ＝　５８７
　、６ｎｍ）に対する屈折率及びアツベ数を表すものと
する。また、Ｗ、Ｄ、は作動距離に対応する値、即ち物
体面と最前レンズ面頂点との距離表土　（第１実施例） ［、＝−ｂ、１ 表１　（第２実施例） 紅　（第３実施例） 上記第１、第２、第３実施例の対物レンズをそれぞれの
使用倍率で用いた場合の諸収差図を順に第４図、第５図
、第６図に示す。各収差図には、ｄ線（λ−５８７．６
ｎｍ）についての球面収差（Ｓｐｈ）、非点収差（Ａｓ
ｔ）、コマ収差（Ｃｏｍａ）、及び歪曲収差（Ｄｉｓ）
を示し、球面収差図中には、Ｃ線（λ−６５６．３ｎｍ
）、Ｆ線（λ＝　４８６．１ｎｍ）及びｇ線（λ−４３
５，８ｎｍ）についても併記した。尚、ＬＲ面面差差び
非点収差については、これらの補正状態を分り易く示す
為に、横軸を従来の表示スケールよりも拡大して表した
。

各収差図より、各実施例とも１５０〜２００倍という高
倍率でＮ、Ａ、０．９５という大きな開口数を持ち、実
用上十分な作動距離を有しつつもアポクロマート対物レ
ンズとして極めて優れた結像性能を有していることが明
らかである。特に、球面収差及び球面収差の色収差は、
球面収差図に示される如く２００倍に達する高倍率にお
いても、従来の１００倍対物レンズと同程度又はそれ以
上に良好に補正されていることが判る。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、倍率２００倍に達する極
めて高倍率であってしかも実用上十分な作動距離を有し
つつ、諸収差、特に色収差が良好に補正されたアポクロ
マート対物レンズが実現できる。従って、ＩＣやＬＳＩ
等の極微細なパターンの検査、測定をより正確に行うこ
とが可能となり、いわゆる半導体産業の発展に大きく寄
与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明による第１
、第２及び第３実施例のレンズ構成図であり、第４図、
第５図及び第６図はそれぞれ第１、第２及び第３実施例
の諸収差図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｇ１・・前群 Ｇ２・・・後群 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡辺　隆男 第６ ＳＰｈ　、　ＡＳｔ　Ｄｉ５ 図 Ｃｏ７７７α

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
   ンズ成分、貼り合わせ正レンズ成分及び物体側に凸面を
   向けたメニスカスレンズ成分を有し物体からの光束を収
   斂光束に変換する正屈折力の前群と、該前群の像側に配
   置され負レンズ成分と正レンズ成分および負レンズ成分
   との貼り合わせで構成された負屈折力の後群とを有し、
   該前群及び該後群の焦点距離をそれぞれｆｌ＋ｆ２とし
   、該後群の最も物体側及び最も像側のレンズ面の曲率半
   径をそれぞれｌ？　＋　、Ｒ４とし、該後群中の物体側
   負レンズ成分、正レンズ成分及び像側の負レンズ成分の
   アソへ数をそれぞれ　Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３とするとき、０
   ．５１ｆｌ／ｆＺｌ＜１．０　（１）Ｖｌ＞Ｖｚ　、Ｖ
   ｓ＞Ｖｚ　（２） の条件を満足することを特徴とする高倍率アポクロマー
   ト対物レンズ。