JPS60241009A - 長作動距離高倍率対物レンズ - Google Patents

長作動距離高倍率対物レンズ

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JPS60241009A
JPS60241009A JP9729484A JP9729484A JPS60241009A JP S60241009 A JPS60241009 A JP S60241009A JP 9729484 A JP9729484 A JP 9729484A JP 9729484 A JP9729484 A JP 9729484A JP S60241009 A JPS60241009 A JP S60241009A
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lens
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Hiroshi Yamada
浩 山田
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Nikon Corp
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Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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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、顕微鏡対物レンス、特に作動距離が大きな高
倍率対物レンズに関する。
(発明の背景) 最近の顕微鏡の用途は多岐にわたり、対物レンズの仕様
として高N、A、で作動距離が大きく、しかも高解像力
が望まれている。特に、IC関連の標本の場合には、試
料を7ちさないこと、また傷をっけないことが絶対の条
件であり、作動距離の短い対物レンズ、特に高倍率の対
物レンズはこのために非常に慎重に使用しなければなら
ず、操作性が著しく劣っていた。例えば、100倍程度
の対物レンズの場合、作動距離は0.3〜0.4 mm
というのが普通であり、作動距離が1〜2mm必要なと
きには20〜40倍の対物レンズを使って接眼レンズに
高倍率のものを用い、総合倍率として1000倍程度を
得ているのが実状であった。しかし、これでは総合倍率
は高くても、解像力そのものは対物レンズのN、A、で
決まってしまうため、解像力が不足し具味の良くない像
しか得られない。
また、被検標本の凹部の底を観察する場合には当然なが
ら四部の深さ以上の作動距離を有する対物レンズが必要
であり、深さが1〜2mmの場合に&j:20〜40倍
程度の対物レンズでしか観察を行うことができなかった
。さらに、標本に対して外部から何等かの環境変化を与
える場合、例えば、電界や磁界をかげたり、冷却や加熱
を行う場合、これらのための各種装置を取り付けるにも
作動距離が長いことが不可欠である。
しかしながら、高倍率であることば即ち焦点距離が小さ
くなることであり、iff!常は焦点距離が小さくなる
につれて作動距離も小さくなってしま・う。
作動距離を長くするには、対物レンズ基の前群の焦点距
呻を大きく廿さるを得ないが、これにより球面収差、色
収差が補正困難になってしまう。特に、残存二次スペク
トルの量が大きくなり、また短波長側の光線についての
高次の球面収差が著しくなり、これらの良好な補正は甚
だ困難を伴うものであった。
(発明の目的) 本発明の目的は、高倍率であるにもかかわらず、長い作
動距離を有し、しかも優れた結像性能を有する対物レン
ズを提供することにある。
(発明の概要) 本発明による対物レンズは、第1図及び第2図に示す例
の如く、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズ成分と複数の接合正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第ルンズ群
Gい物体側により強い曲率の面を向けた正レンズ成分を
有する正屈折力の第2レンズ群G2、像側に凹面を向け
た負の接合レンズ成分を有する負屈折力の第3レンズ群
G3及び物体側に凹面を向けた負の接合レンズ成分を有
する負屈折力の第4レンズ群G4からなり、該第117
1群G1中の最も物体側の正メニスカスレンズ成分の屈
折率をN1、その物体側の凹面の曲率半径をP6、該第
2レンズ群G2及び該第3レンズ群G3の焦点距離をそ
れぞれfz、h 、該第2レンズ群G2及び該第3レン
ズ群G3の中心厚をそれぞれ12,13、該第2レンス
群G2と該第3レンズ群G3との空気間隔をDとし、全
系の合成焦点距離をFとするとき、以Fの条件を満足す
るものである。
2.5F<llハ/ (N、−1) l < 5.OF
 (1)2.0 < l fz/ f+ l < 4.
0 (2)5、OF<t2+t、+D <IO,OF 
(3)以下、これらの条件式について説明する。
(1)式の条件は、球面収差、コマ収差及び像面弯曲の
補正に関するものである。この条件の下限を外れると、
対物レンズの最前レンズ面での収斂作用が弱くなり、光
栄が大きく発散してしまうため球面収差が悪化して良好
な補正が困難になる。
特に、高次の球面収差とコマ収差が、作動距離が長くな
る程悪化してしまい、後続のレンズ群では十分な補正を
行うことが困難となる。また、この条件の1++gを越
えるとペッツバール和か大きくなり、像面弯曲が補正困
難になり、平坦な像面を得ることが難しくなってしまう
(2)式の条件は、第2レンズ群G2と第3レンズ群G
3との屈折力のバランスに関するものである。
下限を外れると、相対的に第2レンズ群G2の正屈折力
が強くなりレンズ系の全長が短くなる傾向にある。この
ため、第2レンズ群G2と第3レンス群G3との各中心
厚及び両群の空気間隔を小さくシ。
レンズ系後方の発散作用によって全長を伸ばすと、ペッ
ツバール和が大きくなり、像面弯曲が残存して平坦性が
悪くなる。また、上限を越えると、相対的に第3レンズ
群G3の負屈折力が強くなり過ぎる。第3レンズ群G、
ば軸上色収差を逆色消ししており、また倍率色収差もわ
ずかながら補正不足にしているが、これらの補正作用が
強くなるため、軸上色収差が補正不足になる。これを第
4レンス群G4における逆色消しの作用を弱めて打ち消
すと第4レンズ群G4の倍率色収差の補正作用が弱くな
り、第3レンズ群G3までの残存量に加えてさらに大き
な収差量が残存してしまう。
条件式(3)は、第2レンス群G2と第3レンズ群G3
との各レンズ厚及び両群の間隔に関するものであり、物
像間距離即ちレンズ系の全長と、他の対物レンズとの同
焦点を保つための対物レンズ長(同焦点距離)とのバラ
ンスを図るためのものである。この条件の下限を外れる
と、第3レンズ群G3を射出する光束が十分に絞られな
いうちに第4レンズ群G4での強い発散作用を受りるこ
ととなり、レンズ系全長が長くなってしまう。このため
、レンズ系全体を比例縮小すると、作動距離もこれと共
に短くなってしまい操作性が悪くなる。また、第2レン
ス群G2の屈折力を強くしてレンズ系の全長を小さくす
ると条件(2)の下限を外れた場合と同様に像面の平坦
性を維持することが難しくなってしまう。他方、この条
件の」1限を越えると、第4レンズ群G4に入射する光
束が絞られ過ぎるため、第4レンズ群G4の強い発散作
用によってもレンズ系全長を所定の長さに維持すること
が難しくなってしまう。このためにレンズ系全長を比例
拡大ずれは、作動距離は長くすることができるが、対物
レンズ鏡筒の長さが他の対物レンズより大きくなり過ぎ
て、同焦点を保つことが難しくなってしまう。
上記の如き本発明の構成において、軸上色収差について
は収斂性の第ルンズ群G、と第2レンス群G2とで補正
過剰となるのを発散性の第3レンズ群G3及び第4レン
ヌ群G、とで補正し、倍率の色収差については、各レン
ズ群によって補正することが望ましい。このために、本
発明では、第3レンズ群G3を物体側がら順に正レンズ
と両凹負レンズとの貼合せで構成し、第4レンズ群G4
を物体側がら順に両凹負レンズと両凸正レンズとの貼合
せで構成するとともに、第3レンズ群G、中の正レンズ
及び負レンズのアソへ数をそれぞれVp3.Vn3 と
し、第4レンズ群G4中の正レンズ及び負レンズのアソ
へ数をそれぞれνp4+Vn4 とするとき、15 <
 (Vnz Vp3) + (Vn4Vp4) 〈60
 (4)の条件を満たすことが望ましい。
(4)式の下限を外れると、第ルンス群G1及び第2レ
ンズ群G2で補正過剰となる軸上色収差を第3レンズ群
G3及び第4レンズ群G4によって補正するために、第
3レンズ群G3及び第4レンズ群G4中の貼合せ面の曲
率を強くしなければならなくなり、この結果短波長光に
対する高次の球面収差が補正不足になり過ぎる。また、
第ルンズ群G、及び第2レンズ群G2での軸上色収差量
を小さくすると、倍率色収差の補正が難しくなり全体と
して良好な性能を維持することが難しくなる。他方、こ
の」−眼を越えると、第3レンズ群G3及び第4レンズ
群G4中の貼合せ面の曲率か弱くなり、短波長光に対す
る高次の球面収差が補正過剰となってしまう。尚、第4
レンズ群G4としては、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズと両凹負レンズとの貼合せからなる両凹形状
の負レンズ成分で構成することも可能であり、この場合
にも上記の(4)弐の条件を満たすことが望ましい。
また、第2レンズ群G2の物体側のレンズ面の面層折力
をΦ2、第3レンズ群G3の像側のレンズ面の面舵折力
をΦ3とするとき、 2〈lΦ3/Φ21<5 (5) 1 の条件を満たすことも望ましい。ここで、Φ2及び
Φ3は、第2レンズ群G2の物体側レンズ面の曲率半径
をR2、屈折率をN2 とし、第3レンズ群G。
の像側レンズ面の曲率半径をR3、屈折率を■、とする
とき、それぞれ 中2−(N2−1)/R2 Φ3 = N −N:l) /L と定義される。
(5)式の下限を外れると、第2レンズ群G2の物体側
のレンズ面の収斂作用が強くなり、レンズ系の全長を所
定の長さとするためには、第2レンズ群G2及び第3レ
ンズ群G3の中心厚および両群の空気間隔を小さくして
、後続の発散レンズ群との間隔を小さくしなければなら
ない。このため、ペソッハール和が大きくなって像面の
平坦性を維持することが難しくなり、更に、メリディオ
ナル像面が補正過剰となり第3レンス群G3や第4レン
ス群G4によっても良好な補正は難しくなる。また、条
件(5)の上限を越えると、メリディオナル像面が補正
不足になり過ぎ、像面の平坦性が悪化する。更に、第2
レンズ群G2の物体側レンズ面の屈折力が弱くなって第
2レンズ群G2としての屈折力が弱まり、相対的に第3
レンズ群G3の負屈折力が強くなって、上記(2)式の
条件の上限を越えた場合と同様に、倍率色収差が大きく
残存してしまう。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。第1図は本発
明による第1実施例のレンズ構成図である。第ルンズ群
G、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1.い同じく物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズ1.2、両凸正レンズし3、それぞれ負メ
ニスカスレンズと正レンズとの貼合せからなる3個の貼
合せ正レンズI、4゜LS+l−6からなり、第2レン
ズ群G2は両凸正レンズ1.7とこれと貼合され物体側
により強い曲率の面を向けた負レンズ1,8とからなり
、第3レンズ群G3は像側により曲率の強い面を向けた
正レンズL9とこれと貼合された両凹負レンズLIOと
からなり、第4レンズ群G、は両凹負レンズLl+ こ
れと貼合され1ま た両凸正レンズI、1□とからなっている。
本発明による第2実施例は、第1図に示した第1実施例
とほぼ同一のレンズ構成を有しているためレンズ構成図
は省略した。第1、第2実施例は共に、倍率100倍で
、N、A、0.85を有し、作動距離が全系の焦点距離
の1.1倍以上である。
また、本発明による第3実施例は第2図のレンズ構成図
に示す如く、基本的には前述の実施例と同様の構成を有
しているが、第ルンス群G1中の貼合せ正レンズL4と
し、との空気間隔が大きくなっている点、また第2レン
ズ群G2と第3レンズ群G3との空気間隔が大きく、第
3レンズ群G3と第4レンズ群G4との空気間隔が小さ
くなっていることが特徴的である。第4実施例は、第2
図に示した第3実施例とほぼ同一のレンズ構成を有して
いるためレンズ構成図は省略した。第3実施例及び第4
実施例も共に、倍率100倍で、N、A、0.80を有
し、作動距離が全系の焦点距離の1.4倍以上である。
以下の表に各実施例の諸元を示す。但し、各表中、左端
の数字は物体側からの順序を表すものとし、βは倍率を
、N、A、は開口数を、智、D、は作動距Mを、Pはペ
ンツバール和をそれぞれ表すものとする。尚、屈折率n
及びアツベ数νばそれぞれ基準波長としてのd線(λ−
587.6nm )に対する値である。
3 z 4 第フ1tjiJ!!i 第3実施(舛 5 17 −− 6 上記第1、第2、第3及び第4実施例についての諸収差
図をそれぞれ順に、第3図、第4図、第5図及び第6図
に示す。各収差図には、基準波長としてのd線(λ−5
87.6nm )についての球面収差、非点収差、コマ
収差及び歪曲収差を示し、球面収差図中には、併せて、
C線(λ−656.3nm )、F線(λ−486.1
nm )及び8線(λ−435,8nm )についても
示した。
各諸収差図から、何れの実施例も100倍という高倍率
でありながら、大きな作動距離を有し、しかも優れた結
像性能を有していることが明らかである。特に、高倍率
で長作動距離の対物レンズに発生しがちな短波長光線に
ついての高次の球面収差が極めて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、高倍率であるにもかかわ
らず、長い作動距離を有し、しかも優れた結像性能を有
する対物レンズが達成される。従って、被検物体の四部
の底までも十分に検鏡することができると共に、半導体
素子の種々の検査に8 対応でき、その操作性を高め、最近一層の高集積化がな
されている半導体素子の検査に大きく寄与するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による第1実施例のレンズ構成図、第2
図は本発明による第2実施例のレンズ構成図であり、第
3、第4、第5及び第6図はそれぞれ第1、第2、第3
及び第4実施例の諸収差図である。 〔主要部分の符号の説明〕 G1・・・第1121群 G2・・・第2レンズ群 G1・・・第3レンズ群 G4・・・第4レンズ群 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡辺隆男 9

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
    ンズ成分と複数の接合正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第1121群、物体
    側により強い曲率の面を向けた正レンズ成分を有する正
    屈折力の第2レンズ群、像側に凹面を向けた負の接合レ
    ンズ成分を有する負屈折力の第3レンズ群及び物体側に
    凹面を向りた負の接合レンズ成分を有する負屈折力の第
    4レンズ群からなり、該第1121群中の最も物体側の
    正メニスカスレンズ成分の屈折率をNいその物体側の凹
    面の曲率半径をRい該第2レンズ群及び該第3レンズ群
    の焦点距離をそれぞれり、h、該第2レンズ群及び該第
    3レンズ群の中心厚をそれぞれt2.t3、該第2レン
    ズ群と該第3レンズ群との空気間隔をDとし、全系の合
    成焦点距離をFとするとき、以下の条件を満足すること
    を特徴とする対物レンズ。 2.5 F< IRI/ (N、−1) l < 5.
    OF (1)2.0 < l f2/f31 <4.0
     (2)5、OF<t2+t、−1−D <IO,OF
     (3)
JP9729484A 1984-05-15 1984-05-15 長作動距離高倍率対物レンズ Granted JPS60241009A (ja)

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JP9729484A JPS60241009A (ja) 1984-05-15 1984-05-15 長作動距離高倍率対物レンズ

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JPS60241009A true JPS60241009A (ja) 1985-11-29
JPH0426447B2 JPH0426447B2 (ja) 1992-05-07

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JP (1) JPS60241009A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6323119A (ja) * 1986-07-04 1988-01-30 Mitsutoyo Corp 顕微鏡用対物レンズ
US5132845A (en) * 1990-07-06 1992-07-21 Olympus Optical Co., Ltd. High mangification objective lens system
JP2008145787A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Olympus Corp 長作動距離対物レンズ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6323119A (ja) * 1986-07-04 1988-01-30 Mitsutoyo Corp 顕微鏡用対物レンズ
US5132845A (en) * 1990-07-06 1992-07-21 Olympus Optical Co., Ltd. High mangification objective lens system
JP2008145787A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Olympus Corp 長作動距離対物レンズ

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JPH0426447B2 (ja) 1992-05-07

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