JPH0426447B2 - - Google Patents

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JPH0426447B2
JPH0426447B2 JP9729484A JP9729484A JPH0426447B2 JP H0426447 B2 JPH0426447 B2 JP H0426447B2 JP 9729484 A JP9729484 A JP 9729484A JP 9729484 A JP9729484 A JP 9729484A JP H0426447 B2 JPH0426447 B2 JP H0426447B2
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JP
Japan
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lens group
lens
positive
refractive power
object side
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JP9729484A
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JPS60241009A (ja
Inventor
Hiroshi Yamada
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Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
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Publication date
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Publication of JPS60241009A publication Critical patent/JPS60241009A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
(発明の技術分野) 本発明は、顕微鏡対物レンズ、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、試料を汚さないこと、また傷を
つ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
が著しく劣つていた。例えば、100倍程度の対物
レンズの場合、作動距離は0.3〜0.4mm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つ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つた。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.で決まつてしまうため、解像力が不足し見
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
当然ながら凹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
は20〜40倍程度の対物レンズでしか観察を行うこ
とがでなかつた。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
磁界をかけたり、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、高倍率であることは即ち焦点距
離が小さくなることであり、通常は焦点距離が小
さくなるにつれて作動距離も小さくなつてしま
う。作動距離を長くするには、対物レンズ系の前
群の焦点距離を大きくせざるを得ないが、これに
より球面収差、色収差が補正困難になつてしま
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な甚だ困難
を伴うものであつた。 (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1レンズ群G1、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1レンズ群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R1、該第2レンズ群G2及び
第3レンズ群G3の焦点距離をそれぞれf2,f3、該
第2レンズ群G2及び第3レンズ群G3の中心厚を
それぞれt2,t3、該第2レンズ群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、以下の条件を満足するもの
である。 2.5F<|R1/(N1−1)|<5.0F (1) 2.0<|f2/f3|<4.0 (2) 5.0F<t2+t3+D<10.0F (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、光束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
件の上限を越えるとペツツバール和が大きくな
り、像面弯曲が補正困難になり、平坦な像面を得
ることが難しくなつてしまう。 (2)式の条件は、第2レンズ群G2と第3レンズ
群G3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
ズ群G3との各中心厚及び両群の空気間隔を小さ
くし、レンズ系後方の発散作用によつて全長を伸
ばすと、ペツ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G3は軸上色収差を
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レンズ群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レンズ群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けることと
なり、レンズ系全長が長くなつてしまう。このた
め、レンズ系全体を比例縮小すると、作動距離も
これと共に短くなつてしまい操作性が悪くなる。
また、第2レンズ群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
くなつてしまう。他方、この条件の上限を越える
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
つてもレンズ系全長を所定の長さに維持すること
が難しくなつてしまう。このためにレンズ系全長
を比例拡大すれは、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
くなつてしまう。 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1レンズ群G1と第2レン
ズ群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レンズ群G4とで補正し、倍率
の色収差については、各レンズ群によつて補正す
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を物体側か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
を物体側か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G3
中の正レンズ及び負レンズのアツベ数をそれぞれ
Vp3,Vn3とし、第4レンズ群G4中の正レンズ及
び負レンズのアツベ数をそれぞれVp4,Vn4とす
るとき、 15<(Vn3−Vp3)+(Vn4−Vp4)<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1レンズ群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によつて補
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1レンズ
群G1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、この上限を越えると、第3レンズ群G3
び第4レンズ群G4中の貼合せ面の曲率が弱くな
り、短波長光に対する高次の球面収差が補正過剰
となつてしまう。尚、第4レンズ群G4としは、
物体側に凹面を向けて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)式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
面屈折力をΦ2、第3レンズ群G3の像側のレンズ
面の面屈折力をΦ3とするとき、 2<|Φ3/Φ2|<5 (5) の条件を満たすことも望ましい。ここで、Φ2
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G3
の像側レンズ面の曲率半径をR3、屈折率をN3
するとき、それぞれ Φ2=(N2−1)/R2 Φ3=(1−N3)/R3 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
ツツバール和が大きくなつて像面の平坦性を維持
することが難しくなり、更に、メリデイオナル像
面が補正過剰となり第3レンズ群G3や第4レン
ズ群G4によつ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、メリデイオナル像
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
屈折力が弱くなつて第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
折力が強くなつて、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1レンズ群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L1、同じ
く物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL2
両凸正レンズL3、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L4,L5,L6からなり、第2レンズ群G2は両
凸正レンズL7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L8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とれと貼合された両凹負レンズL10
とからなり、第4レンズ群G4は両凹負レンズL11
これと貼合された両凸正レンズL12とからなつて
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1レンズ群G1
の貼合せ正レンズL4とL5との空気間隔が大きく
なつている点、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つて
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、W.D.は作動
距離を、Pはペツ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はそれぞれ
基準波長としてのd線(λ=587.6nm)に対する
値である。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 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=587.6nm)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=486.1nm)及びg線(λ=435.8nm)
についても示した。 各諸収差図から、何らの実施例も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
つて、被検物体の凹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
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1レンズ群、
G2……第2レンズ群、G3……第3レンズ群、G4
……第4レンズ群。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 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1レンズ群、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レンズ群からなり、該第1レンズ群中の最も
    物体側の正メニスカスレンズ成分の屈折率をN1
    その物体側の凹面の曲率半径をR1、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
    f2,f3、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。 2.5F<|R1/(N1−1)|<5.0F (1) 2.0<|f2/f3|<4.0 (2) 5.0F<t2+t3+D<10.0F (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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JPS60241009A JPS60241009A (ja) 1985-11-29
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6323119A (ja) * 1986-07-04 1988-01-30 Mitsutoyo Corp 顕微鏡用対物レンズ
JP3126028B2 (ja) * 1990-07-06 2001-01-22 オリンパス光学工業株式会社 高倍率対物レンズ
JP5087265B2 (ja) * 2006-12-11 2012-12-05 オリンパス株式会社 長作動距離対物レンズ
JP7791702B2 (ja) 2021-12-10 2025-12-24 株式会社エビデント 対物レンズ

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