物镜的制作方法

专利名称：物镜的制作方法
技术领域：
本发明的各种实施例涉及物镜。
背景技术：
关于显微镜的物镜，总是要求高的数值孔径从而在荧光观察期间改进分辨率和亮 度，并且还需要良好的色差校正。然而当数值孔径增加时，焦深降低并且色差(包括由于球 面像差引起的色差)的校正变得困难，并且为了解决这个问题，必须使用很多反常色散玻 璃，这是昂贵的并且难以加工。成像元件例如CCD及其周边技术近来也在进步，并且显微镜 的目的变得更像图像输入装置而非用于使用目镜观察样本的传统显微镜。在此情形中，所 获得的图像优选地在全部的整个视场中是平坦的和均勻的。在这种情况中，提出了当今的、 使用衍射光学元件的各种物镜从而以先进的方式校正色差(例如见专利文献1)。专利文献1 日本公开专利公报No. H06-331898然而，这个物镜的问题在于，在全部的整个视场中，各种像差不能被足够地校正以 用于显微镜。

发明内容
本发明的各种实施例提供一种物镜，其中没有使用很多反常色散玻璃、数值孔径 是高的，并且在全部的整个视场中，各种像差、特别地色差被足够地校正。根据本发明的各种实施例的物镜包括，例如，按照从物体的次序，整体上具有正折 射光焦度的第一透镜组，和整体上具有负折射光焦度的第二透镜组。第一透镜组包括正透 镜组，该正透镜组最靠近物体置放并且其面对物体的透镜表面是平面或者凹形表面；衍射 光学元件，其中胶合由光学材料制成的两个衍射元件构件，并且在胶合表面上具有形成有 衍射光栅凹槽的衍射光学表面；和至少一个胶合透镜，并且第二透镜组包括彼此面对的、面 对图像的凹形表面和面对物体的凹形表面。比主光线穿过光轴的位置更加靠近物体地置放 衍射光学元件。根据实施例，该物镜满足以下条件表达式θ max I ^ 10°其中θ max表示进入衍射光学元件的光线的最大入射角，并且满足以下条件表达 式fdoe/fa| ^ 100其中fa表示物镜的焦距，并且fdoe表示衍射光学元件的焦距。在物镜的实施例中，以下条件表达式得以满足3 ^ |f2/fa| ^ 30其中fa表示物镜的焦距，并且f2表示第二透镜组的焦距，透镜表面的光焦度Φ
由Φ = (n' -η) /r定义，其中r表示透镜表面的曲率半径，并且η和η’是在透镜表面之前和之后在介质的d线处的折射率，并且以下条件表达式得以满足0. 7 彡 I Φ2-1/Φ2-2| 彡 1. 4其中Φ2-1表示面对图像的凹形表面的光焦度，并且Φ2-2表示在第二透镜组中 面对物体的凹形表面的光焦度。在物镜的实施例中，以下条件表达式得以满足2 ^ N/H ^ 10其中N表示在衍射光学元件中的衍射光学表面上的衍射光栅凹槽的数目，并且H 表示在衍射光学元件中的衍射光学表面的有效半径。在物镜的实施例中，以下条件表达式得以满足ν dmax ^ 85其中ν dmax表示在物镜中包括的正透镜的阿贝数的最大数值。在物镜的实施例中，以下条件表达式得以满足ndl ( 1. 540. 0145 彡 nFl-nCl1. 55 ( nd2nF2-nC2 ^ 0. 013其中ndl表示衍射光学元件的两个衍射元件构件中的、其折射率较低并且阿贝数 较小的衍射元件构件的材料在d线(λ = 587. 562nm)处的折射率，nFl表示在F线(λ = 486. 133nm)处的折射率，并nCl表示在C线(λ = 656. 273nm)处的折射率，并且nd2表示 在衍射光学元件的两个衍射元件构件中的、其折射率较高并且阿贝数较大的衍射元件构件 的材料在d线处的折射率，nF2表示在F线处的折射率，并且nC2表示在C线处的折射率。在物镜的实施例中，第一透镜组具有至少一个正单透镜。利用根据本发明的各种实施例的物镜，能够提供一种物镜，其中数值孔径是高的， 并且在全部的整个视场中，各种像差、特别地色差能够被足够校正。附图简要说明

图1是描绘根据本发明的实施例的实例1的物镜的透镜构造的图表；图2是示出根据实例1的物镜的各种像差的曲线图；图3是描绘根据本发明的实施例的实例2的物镜的透镜构造的图表；图4是示出根据实例2的物镜的各种像差的曲线图；图5是描绘根据本发明的实施例的实例3的物镜的透镜构造的图表；图6是示出根据实例3的物镜的各种像差的曲线图；图7是描绘根据本发明的实施例的实例4的物镜的透镜构造的图表；图8是示出根据实例4的物镜的各种像差的曲线图；图9是描绘根据本发明的实施例的实例5的物镜的透镜构造的图表；图10是示出根据实例5的物镜的各种像差的曲线图；图11是描绘根据本发明的实施例的实例6的物镜的透镜构造的图表；图12是示出根据实例6的物镜的各种像差的曲线图；图13是描绘根据本发明的实施例的实例7的物镜的透镜构造的图表；图14示出根据实例7的物镜的各种像差的曲线图；并且
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图15是描绘由物镜使用的成像透镜的透镜构造的图表。数字和字符的解释OL (0L1 到 7)物镜Gl第一透镜组Ll平凸透镜(正透镜)L3正弯月形透镜(正单透镜)CL12、CL13、CL14、CL15 胶合透镜G2第二透镜组⑶衍射光学元件D衍射光学表面
具体实施例方式现在将参考附图描述本发明的实施例。首先，将使用图1描述根据本发明的实施 例的物镜的构造。按照从物体的次序，物镜OL具有整体上具有正折射光焦度的第一透镜组 G1、和置于图像侧处并且整体上具有负折射光焦度的第二透镜组G2，衍射光学元件⑶比主 光线穿过光轴的位置更加靠近物体而被置放。在这个物镜OL中，第一透镜组Gl是用于会聚从物体发射的发散光的透镜组，并且 具有最靠近物体置放的、具有面对图像的锐利凸形表面的正透镜构件(例如在图1的情形 中其中平凸透镜Ll和正弯月形透镜L2被胶合的胶合透镜CL11)。这里正透镜被置于最靠 近物体置放的正透镜构件的物体侧，并且正透镜的这个物体侧表面被形成为平面或者具有 低曲率的凹形表面，从而气泡并不在正透镜的物体侧表面(第1表面)上余留，并且当在物 镜OL的顶端被浸入浸没液体中的情况下观察物体(样本)时不产生各种像差。在各种实 施例中，至少一个单透镜(例如在图1的情形中的正弯月形透镜L3)被置于第一透镜组Gl 中，因为如果最靠近物体置放的正透镜构件的图像侧凸形表面的曲率是高的，则产生球面 像差和彗差。这里，正透镜构件由单透镜或者胶合透镜构成。在本实施例的物镜OL中，置放衍射光学元件GD以校正色差。衍射光学元件GD 具有衍射光学表面D，其中同心地形成每Imm由几行到几百行精细凹槽或者狭缝形成的光 栅结构，并且具有如此性质，即，使得进入这个衍射光学表面D中的光被衍射到由光栅栅距 (衍射光栅凹槽的间隔)和入射光的波长确定的方向。衍射光学元件GD(衍射光学表面D) 具有负色散数值(在本实施例的情形中阿贝数="3. 453)，即，色散是严重的并且反常色散 (在本实施例的情形中部分色散比率(ng-nF)/(nF-nC) = 0. 2956)是强的，因此衍射光学元 件GD具有强的色差校正能力。光学玻璃的阿贝数通常为大约30到80，但是衍射光学元件 的阿贝数具有负的数值。换言之，不像普通玻璃(折射光学元件)那样，衍射光学元件GD 的衍射光学表面D具有色散特征，其中当光的波长更短时折射率降低，并且当光的波长更 长时光被更大地折射。因此如果这个衍射光学元件⑶被与普通折射光学元件组合，则能够 实现良好的消色差效果。结果，通过使用衍射光学元件GD，色差能够被良好地校正。为了由衍射光学元件GD同时地校正纵向色差和横向色差，由于折射光焦度的布 置，必须比主光线穿过光轴的位置更加靠近物体地置放衍射光学表面D。这是因为，在主光 线穿过光轴的位置的前侧(物体侧)中，能够由衍射光学元件GD以平衡的方式校正纵向色差和横向色差，并且能够使用胶合透镜等在主光线穿过光轴的位置后面校正其余的横向色 差。为了防止衍射光学元件⑶的衍射光栅凹槽的最小节距降低，必须使用第一透镜组Gl 的折射透镜在特定的程度上执行一级的消色差。为此目的，至少一个胶合透镜(例如在图 1的情形中胶合透镜CL12)被置于第一透镜组Gl中。其中通过胶合由不同光学材料制成的两个衍射元件构件(例如在图1的情形中光 学部件L9和L10)并且在胶合表面上形成衍射光栅凹槽而构造衍射光学表面D的、根据本 实施例的衍射光学元件GD，被称为“接触多层式衍射光学元件”。因此这个衍射光学元件能 够在从g线(λ = 435. 835nm)到C线的、宽的波长范围中增加衍射频率。结果，根据本实 施例的物镜OL能够被应用于宽的波长范围。当在透射式衍射光学元件中使用一级衍射光 时，衍射频率示出入射强度IO和一级衍射光的强度Il的比率η ( = Ι1/Ι0Χ100[% ])。与其中具有衍射光栅凹槽的两个衍射元件构件被紧密地置放从而衍射光栅凹槽 彼此面对的、分离的多层式衍射光学元件相比，能够利用简单的制造步骤制造接触多层式 衍射光学元件。因此大规模生产效率是高的并且相对于入射视角的衍射效率是良好的。因 此在使用接触多层式衍射光学元件的、根据本实施例的物镜OL的情形中，制造是容易的并 且衍射效率提高。第二透镜组G2是用于使得被第一透镜组Gl会聚的光成为平行光束的透镜组。第 二透镜组G2具有所谓的“高斯型构造”从而校正佩兹伐和(petzval sum)，并且具有如此 负透镜，该负透镜具有面对图像的、带有高的曲率的凹形表面(图1中的双凹透镜L16)，和 如此负透镜，该负透镜具有面对物体的、带有高的曲率的凹形表面(图1中的负弯月形透镜 L17)，从而这些凹形表面(在图1中，透镜L16的、面对图像的凹形表面(第24表面)和透 镜L17的、面对物体的凹形表面(第25表面))彼此面对。现在将描述用于构造根据本实施例的物镜OL的条件。如果进入衍射光学元件GD 的光流的角度是大的，则衍射效率下降并且具有除了指定级之外的级的衍射光的效率增加 并且耀斑产生。因此在这个物镜OL中，衍射光学元件GD应该被置于满足以下条件表达式 ⑴的位置中。|emax|<io°⑴其中Θ max表示进入衍射光学元件⑶的光线的最大入射角。条件表达式(1)规定进入衍射光学元件GD的光线的最大入射角。通过满足这个条 件表达式(1)，衍射效率提高，具有除了指定级之外的级的衍射光的效率的增加得以抑制， 并且耀斑能够被充分地防止。根据本实施例的物镜OL满足以下条件表达式(2)，其中fa表示整个物镜OL的焦 距，并且fdoe表示衍射光学元件⑶的焦距。fdoe/fa| ^ 100 (2)条件表达式⑵是用于限制衍射光学元件GD的衍射光学表面D的光焦度的条件 表达式。如果未达到条件表达式(2)的下限，则衍射光学元件⑶的衍射光学表面D的光焦 度变得太高，并且产生了严重色差。如果在其它折射系统中校正了在衍射光学表面D上产 生的这个色差，则折射系统的光焦度增加，并且产生了不能被校正的球面像差和彗差。周边 衍射光栅凹槽的节距宽度也降低，并且制造变得困难。在各种实施例中，物镜OL满足以下条件表达式(3)，其中f2表示第二透镜组G2的焦距。3 彡 I f2/fa | 彡 30 (3)条件表达式(3)是用于限制第二透镜组G2的光焦度的条件表达式。如果超过条 件表达式(3)的上限，则佩兹伐和增加并且图像的平坦度受到影响。在另一方面，如果未达 到条件表达式(3)的下限，则产生了具有高的级的球面像差和彗差。为了进一步改进性能， 在各种实施例中，条件表达式(3)的下限是4，并且其上限是20。在各种实施例中，这个物镜OL满足以下条件表达式(4)，其中Φ2-1表示第二透镜 组G2的、面对图像的、具有高曲率的凹形表面的光焦度，并且Φ2-2表示其面对物体的、具 有高曲率的凹形表面的光焦度。这里透镜表面的光焦度Φ被定义如下，其中r表示曲率半 径，并且η和η’表示在这个透镜表面之前和之后介质的在d线处的折射率。0. 7 彡 I Φ2-1/Φ2-2| 彡 1. 4 (4)其中 Φ = (n' -n)/r。条件表达式(4)是用于限制置于第二透镜组G2中的、彼此面对的凹形表面的光焦 度的平衡的条件表达式，如果未满足条件表达式(4)的上限或者下限，则彼此面对的、具有 高曲率的凹形表面的光焦度平衡变差，并且彗差变得加重。在各种实施例中，根据这个实例的物镜OL满足以下条件表达式(5)，其中N表示衍 射光学元件GD的衍射光学表面D的衍射光栅凹槽的数目，并且H表示衍射光学表面D的有 效半径。2 ^ N/H ^ 10 (5)条件表达式(5)是用于规定衍射光学表面D的有效半径和衍射光栅凹槽的数目的 适当范围的条件表达式。如果超过条件表达式(5)的上限，则色差的校正变得过度。在另 一方面，如果未达到条件表达式(5)的下限，则校正变得不足。根据本实施例的物镜OL满足以下条件表达式(6)，其中ν dmax表示在物镜OL中 包括的正透镜的阿贝数的最大数值。ν dmax 彡 85 (6)条件表达式(6)是用于规定在物镜OL中包括的正透镜的阿贝数的条件表达式。 具有超过条件表达式(6)的上限的阿贝数的玻璃材料是具有反常色散特性的材料，例如萤 石，并且如果除了使用衍射光学元件⑶，这种材料被用于正透镜，则色差的校正变得过度。根据本实施例的物镜OL满足以下条件表达式(7)到(10)，其中ndl表示衍射光学 元件GD的两个衍射元件构件中的、其折射率较低并且阿贝数较小的衍射元件构件的材料 在d线处的折射率，nFl表示在F线处的折射率，并且nCl表示在C线处的折射率，并且nd2 表示衍射光学元件的两个衍射元件构件中的、其折射率较高并且阿贝数较大的衍射元件构 件的材料在d线处的折射率，nF2表示在F线处的折射率，并且nC2表示在C线处的折射率。ndl 彡 1. 54(7)0. 0145 彡 nFl-nCl (8)1. 55 彡 nd2(9)nF2-nC2 彡 0. 013 (10)条件表达式(7)到(10)分别地规定衍射光学元件⑶的两个衍射元件构件的折射 率和相对于F线和C线的色散(nF-nC)。通过满足这些条件表达式，能够胶合两个不同的衍
8射元件构件以形成具有更好性能的衍射光学表面D，并且结果能够在从g线到C线的、宽的 波长范围中实现90%或者更高的衍射效率。在日本专利申请No. 2004-367607和日本专利 申请No. 2005-237573中公开了被用于这种光学材料的树脂的实例。如果每一个条件表达 式(7)到(10)的上限或者下限未被满足，则根据本实施例的消色差透镜系统的衍射光学元 件GD变得难以实现90%或者更高的衍射效率和维持接触多层式衍射光学元件的形状。当ηm是第m级的衍射光的衍射效率时，能够由以下表达式确定衍射效率ηm。这 里m表示衍射级，d表示衍射光栅的高度，nl表示构成衍射光栅表面(衍射光学表面D)的 一种材料的折射率，n2表示构成衍射光栅表面(衍射光学表面D)的另一材料的折射率，并 且λ表示波长。n m = {(sin (a-m) τι) / (a-m) τι }2其中a = {(nl-l)d-(n2_l)d}/X。在被用于以下实例的树脂的组合的情形中，能够实现具有极好数值的接触多层式 衍射光学元件，即，光栅高度是20. 05 μ m,并且第一级衍射效率在宽的波长范围中是98% 或者更高，在g线处98%，在F线处98%，在d线处100%并且在C线处98%。实例将在下面示出根据本实施例的物镜OL的七个实例，并且在每一个实例中，利用超 高折射率方法计算在衍射光学元件GD上形成的衍射光学表面D的相差，该方法使用普通折 射率和以后述及的非球面表达式(11)。超高折射率方法使用在非球面形状和衍射光学表 面上的光栅栅距之间的预定等效关系，并且在本实例中，利用超高折射率方法的数据即利 用以后述及的非球面表达式(11)及其系数示出衍射光学表面D。在该实例中，d线、C线、F 线和g线被选择作为计算像差特性的目标。表格1示出被用于本实例的d线、C线、F线和 g线的波长和为用于超高折射率方法的计算的每一条谱线设定的折射率数值。(表格1)波长折射率(基于超高折射率方法)d 线 587.562nm 10001.0000C 线 656.273nm 11170.4255F 线 486. 133nm 8274. 7311g 线 435.835nm 7418.6853在每一个实例中，由以下表达式(11)给出非球面表面，其中y是沿着垂直于光轴 的方向的高度，S(y)是沿着光轴从在高度y处的、每一个非球面的顶点的切平面到每一个 非球面表面的距离(垂度)，r是基准球面的曲率半径(近轴曲率半径)，κ是锥形系数，并 且An是第n阶的非球面系数。在以下实例中，“E-n”意味着“X10_n”。此时近轴曲率半径 R由以下表达式(12)给出。S(y) = (y2/r)/{l+(l-K Xy2/r2)1/2}+A2 X y2+A4 X y4+A6 X y6+A8 X y8 (11)R = l/(l/r+2A2)(12)在每一个实例中，如果在透镜表面上形成衍射光学表面，则将“ *，，附于表面编号的 右侧，并且非球面表达式(11)表示衍射光学表面的性能数据。
每一个实例的物镜OL是具有图15所示构造的无穷远校正式的，并且被与具有表 格2所示数据的成像透镜IL 一起地使用。在表格2中，第一列m示出从物体侧数起的、每 一个光学表面的编号，第二列r示出每一个光学表面的曲率半径，第三列d示出在光轴上从 每一个光学表面到下一个光学表面的距离，第四列nd示出在d线处的折射率，并且第五列 vd示出阿贝数。在这里省略了空气的折射率1.00000。对于数据表格的这个说明对于下 文中的其它实例而言是相同的。(表格2)
mrdndVd
175. 0435.11.6228057. 0
2-75. 0432.01.7495035. 2
31600.5807.5
450. 2565.11.6675542. 0
5-84. 5411.81.6126644. 4
636. 911
按照从物体的次序，这个成像透镜IL具有其中胶合双凸透镜L21和双凹透镜L22
的胶合透镜，和其中胶合双凸透镜L23和双凹透镜L24的胶合透镜。(实例1)被用于以上说明的图1示出根据实例1的物镜0L1。这个物镜OLl是被用于这样 一种显微镜的物镜，在显微镜中样本(物体)被设置于盖板C下面，并且在顶端被浸入浸没 液体中的状态下观察这个样本，并且包括，按照从物体的次序，即按照从盖板C的次序，具 有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二透镜组G2，并且衍射光学元 件GD被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括其中胶合具有面对物体的平面的平凸 透镜Ll和具有面对图像的锐利凸形表面的正弯月形透镜L2的胶合透镜CLll ；具有面对物 体的凹形表面的正弯月形透镜L3 ；其中胶合双凹透镜L4和双凸透镜L5的胶合透镜CL 12 ； 其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L6和双凸透镜L7的胶合透镜CL13 ；包 括衍射光学平面D并且胶合具有面对图像的凹形表面的平凹透镜Lll (衍射光学元件GD) 和双凸透镜L 12的胶合透镜CL14 ；和其中胶合双凸透镜L13和双凹透镜L14的胶合透镜 CL15。第二透镜组G2包括其中胶合双凸透镜L15和具有面对图像的、带有高曲率的凹形 表面的双凹透镜L16的胶合透镜CL21和其中胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形表面 的负弯月形透镜L17，和具有面对图像的凸形表面的正弯月形透镜L18的胶合透镜CL22。如上所述，在衍射光学元件GD中，光学玻璃L8、由不同树脂材料构成的两个光学 部件L9和LlO以及光学玻璃(平凹透镜)Lll被以这个次序胶合，并且在光学部件L9和 LlO的胶合表面上形成衍射光栅凹槽(衍射光学表面D)。换言之，这个衍射光学元件GD是 接触多层式衍射光学元件。表格3示出根据图1中的实例1的物镜OLl的数据。在表格3中，fa表示整个物 镜OLl的焦距，NA表示数值孔径，并且β表示放大率。在使用盖板C的实例1到实例5中， d0表示排除盖板C的厚度在光轴上从样本到最靠近物体的第一透镜(透镜Li)的、最靠近 物体的透镜表面的顶点的距离，并且在并不使用盖板C的实例6和实例7中，d0表示从样 本到最靠近物体的第一透镜(透镜Li)的、最靠近物体的透镜表面的顶点的距离。在第一
10列m中示出的、每一个光学表面的编号(在右侧的“*”示意被形成为衍射光学表面的透镜 表面)对应于图1所示的表面编号1到27。在第二列r中，曲率半径0.0000示意平面。在 衍射光学表面的情形中，第二列r示出是将成为基础的非球面的基准的球面的曲率半径， 并且被用于超高折射率方法的数据在数据表格中示出作为非球面数据。在表格3中，还示 出相应于条件表达式(1)到(10)的数值，即，条件对应数值。被用于实例1到实例5的盖 板C具有厚度0. 17mm和1. 522的、在d线处的折射率，并且在数据表格中示出在浸没液体 的在d线处的折射率nd和阿贝数vd。这个说明对于将在以后描述的、随后的实例而言是 相同的。 在以下数据中，除非另外规定，“mm”通常被用作曲率半径r、表面距离d、物镜的焦 距fa和其它长度的单位。然而，该单位不限于“mm”，而是能够替代地使用另一适当的单位， 因为即便光学系统被成比例地扩大或者成比例地缩小，也实现了等价的光学性能。
0123](表格3)0124]fa =3. 330125]NA =1. 40126]d0 =0. 140127]β =60X0128]mrdndvd0129]10. 0000651. 51859.0130]2-1· 2613372. 00328.0131]3-3. 5380120132]4-10.3823711. 65258.0133]5-6.7520120134]6-90.6441011. 51752.0135]717. 4108001. 49882.0136]8-13. 9880100137]9269.0601001. 72034.0138]1017. 4277801. 49882.0139]11-17. 8770100140]120. 0001001. 51764.0141]130. 0000201. 55750.0142]140. 00000010001. 000-3.0143]15*0. 0000. 201. 52834.70144]160. 0001. 001. 81646.60145]1714. 0287. 711. 49882.50146]18-17. 3130. 200147]1920.9284. 511. 49882.50148]20-24. 7371. 001. 81646.60149]2144. 1590. 200150]229. 1795. 501. 62060.3
23 -53.913 724 4.373 225 -4.601 326 -38.524 327 -8.677浸没液体nd = 1. 515vd = 41.4衍射光学表面数据第十五表面κ = 1条件对应数值(1) I θ max I = 5. 6°(2) I fdoe/fa I = 780(3) |f2/fa| = 10. 7(4) I Φ2-1/Φ2-2| = 1. 28(5)N/H = 2. 77(6) ν dmax = 82. 5(7)ndl = 1. 528(8)nFl-nCl = 0. 0152(9)nd2 = 1. 557(10)nF2_nC2 = 0. Oil在表格3所示的条件对应数值中，在条件表达式(4)中的Φ 2-1示意第24表面的 光焦度，并且Φ2-2示意第25表面的光焦度。因此在实例1中，全部的条件表达式(1)到 (10)得以满足。图2是示出在实例1中的相对于d线、C线、F线和g线的球面像差、像散 和彗差的各种像差的曲线图。在这些曲线图中，示出球面像差的曲线图示意相对于数值孔 径NA的像差量，示出像散的曲线图示意相对于图像高度Y的像差量，并且示出彗差的曲线 图示意当图像高度Y是12. 5mm、9mm、6mm和Omm时的像差量。在示出球面像差和彗差的曲 线图中，实线示意d线、点线示意C线、短划线示意F线，并且两点链线示意g线。在示出像 散的曲线图中，实线示意在每一个波长处的子午图像平面，并且虚线示意在每一个波长处 的弧矢图像平面。关于示出各种像差的曲线图的说明对于随后的实例而言是相同的。如在 图2中示出像差的每一个曲线图阐明地，各种像差被良好地校正，并且在实例1中保证了优 良的成像性能。(实例2)现在将作为实例2描述图3所示的物镜0L2。图3所示的物镜0L2也是被用于这 样一种显微镜的物镜，在显微镜中样本(物体)被设置于盖板C下面，并且在顶端被浸入浸 没液体中的状态下观察这个样本，并且包括，按照从物体的次序，即，按照从盖板C的次序， 具有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二透镜组G2，并且衍射光学 元件⑶被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括具有面对物体的平面和面对图像
20 83 90 30
1.816 46.6
1. 670 57. 3 1.717 29. 5
A2 = -1. 92301E-08 A6 = -3. 71803E-13
A4 = 1.01800E-10 A8 = -4. 33291E-15的锐利凸形表面的平凸透镜Ll ；具有面对物体的凹形表面的正弯月形透镜L2 ；具有面对物 体的凹形表面的正弯月形透镜L3 ；衍射光学元件GD ；其中胶合双凸透镜L8、双凹透镜L9和 双凸透镜LlO的胶合透镜CL11，和其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L11、 双凸透镜L12和双凹透镜L13的胶合透镜CL12。第二透镜组G2包括其中胶合双凸透镜 L14和具有面对图像的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L15的胶合透镜CL21 ；和其中 胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L 16和双凸透镜L17的胶合透镜 CL22。在衍射光学元件GD中，光学玻璃L4、由不同树脂材料构成的两个光学部件L5和 L6以及光学玻璃L7被以这个次序胶合，并且在光学部件L5和L6的胶合表面上形成衍射光 栅凹槽(衍射光学表面D)。表格4示出根据图3中的实例2的物镜0L2的数据。在表格4中的表面编号对应 于图3所示的表面编号1到26。(表格4)fa = 2.0NA =1.3d0 = 0. 22
β = IOOXmrdndvd
10. 0003.411. 518590
2-2. 6300.19
3-9.2833.461. 603654
4-5. 6400.22
5-45. 5862.621. 498825
6-11. 2640.15
70. 0001.501. 518590
80. 0000.201. 557502
90. 0000.0010001.000-35
10*0. 0000.201. 528347
110. 0001.501.51859.0
120. 0000.20
1395. 5733.621.49882.5
14-11. 4341.031.61344.3
1512. 5506.721.49882.5
16-13. 5111.00
1719.7100.981.69755.5
188. 5056.051.49882.5
19-18.3861.501.62447.0
20231. 4493.50
217. 4874.681.60365.4
13
在衍射光学元件GD中，光学玻璃L4、由不同树脂材料构成的两个光学部件L5和 L6以及光学玻璃L7被以这个次序胶合，并且在光学部件L5和L6的胶合表面上形成衍射光 栅凹槽(衍射光学表面D)。表格5示出根据图5中的实例3的物镜0L3的数据。在表格5中的表面编号对应 于图5所示的表面编号1到27。(表格5)
fa =2. 0
NA =1. 3
d0 =0. 22
β =100X
mrdndvd
10. 0003. 391. 51859.0
2-2. 6630. 22
3-9.1093. 481. 60365.4
4-5. 6540. 24
5-41. 6412. 631. 60365.4
6-11. 8360. 16
70. 0001. 501. 51859.0
80. 0000. 201. 55750.2
90. 0000. 0010001.000-3.5
10*0. 0000. 201. 52834.7
110. 0001. 501. 51859.0
120. 0000. 20
13194. 2053. 631. 49882.5
14-11. 4891. 031. 60643.7
1512. 0466. 721. 49882.5
16-13. 5870. 99
1720.4650. 971. 69755.5
188. 5736. 041. 49882.5
19-18.0941. 501. 61849.8
20253. 1293. 49
217. 6524. 661. 62060.3
22-85. 2587. 351. 72050.2
233. 1062. 84
24-2. 3254. 981. 72050.2
25151. 1260. 98
26-288.7133. 991. 78644.2
27-9.000
浸没液体
15
nd—1．515
V d一41．4
衍射光学表面数据
第十表面K—lA2一一6．8l 197E—08A4—3．083521王一lo
A6一一6．70 196[一14A8一一6．32486[!一14
条件对应数值
(1) O maX 一3．7’
(2) fd。e／fa 一367．o
(3) f2／fa —12．1
(4) ①2一l／①2—2 一o．75
(5)N／H一7．10
(6)V dmaX一82．5
(7)ndl—1．528
(8)nFl—nCl—o．0152
(9)nd2一1．557
](10)nF2一nC2一o．011
在表格5所示的条件对应数值中，在条件表达式(4)中的①2一l示意第23表面的光焦度，并且①2—2示意第24表面的光焦度。因此同样在实例3中，全部的条件表达式(1)到(10)得以满足。图6是示出根据实例3的物镜。L3的球面像差、像散和彗差的各种像差的曲线图。如示出像差的每一个曲线图阐明地，各种像差被良好地校正，并且也在实例3中保证了优良的成像性能。
(实例4)
现在将作为实例4描述图7所示的物镜。L4。图7所示的物镜。L4也是被用于这样一种显微镜的物镜，在显微镜中样本(物体)被设置于盖板C下面，并且在顶端被浸入浸没液体中的状态下观察这个样本，并且包括，按照从物体的次序，即，按照从盖板C的次序，具有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二透镜组G2，并且衍射光学元件GD被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括其中胶合具有面对物体的平面的平凸透镜Ll和具有面对图像的锐利凸形表面的正弯月形透镜L2的胶合透镜CLll；具有面对物体的凹形表面的正弯月形透镜L3；其中胶合双凹透镜L4和双凸透镜L5的胶合透镜CLl2；包括衍射光学表面D并且其中胶合具有面对图像的凹形表面的平凹透镜L9(衍射光学元件GD)和双凸透镜Llo的胶合透镜CLl3；其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L11和双凸透镜L12的胶合透镜CLl4；和其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L13、双凸透镜L 14和双凹透镜L15的胶合透镜CLl5。第二透镜组G2包括其中胶合双凸透镜L16和具有面对图像的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L17的胶合透镜CL2l；和其中胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L18和双凸透镜L19的胶合透镜CL22。
在衍射光学元件GD中，光学玻璃L6、由不同树脂材料构成的两个光学部件L7和L8以及光学玻璃(平凹透镜)L9被以这个次序胶合，并且在光学部件L7和L8的胶合表面上形成衍射光栅凹槽(衍射光学表面D)。表格6示出根据图 所示的表面编号1到
7中的实例4的物镜0L4的数据。在表格6中的表面编号对应 28。(表格6)
fa =3. 33
NA =1. 25
d0 =0. 25
β =60X
mrdndvd
1-10.5410.631. 45967.8
2-1. 0522.781. 83542.7
3-2. 8530.07
4-11. 7633.101. 64060.1
5-7. 4990.16
6-53. 2231.001. 53248.9
715. 0928.291. 49882.5
8-11. 3210.19
90. 0001.001. 51764.1
100. 0000.201. 55750.2
110. 0000.0010001.000-3.5
12*0. 0000.201. 52834.7
130. 0000.991. 81646.6
1416.2928.801. 49882.5
15-14. 4290.19
1616.0951.181.74444. 8
1710.5166.301.49882. 5
18-119.4710.58
1930.0831.091.81646. 6
2013. 0254.491.49882. 5
21-13. 1101.001.81646. 6
2237. 7090.18
238. 7015.901.60360. 7
24-27. 1474.611.61863. 3
254. 2422.87
26-4. 9194.421.60365. 4
2742. 1363.731.59639. 2
28-8. 910
浸没液体
nd =1. 333
vd ==55. 9
衍射光学表面数据第十二表面κ=1 A2 = -2. 20000E-08 A4 = -3. 48972E-13A6 = -6. 90107E-15 A8 = 1.40411E-15条件对应数值(1) I θ max| = 4. 0°(2) I fdoe/fa I = 682. 5(3) |f2/fa| = 19. 4(4) I Φ2-1/Φ2-2| = 1. 19(5) N/H = 3. 39(6) ν dmax = 82. 5(7)ndl = 1. 528(8)nFl-nCl = 0. 0152(9)nd2 = 1. 557(10)nF2-nC2 = 0. Oil在表格6所示的条件对应数值中，在条件表达式(4)中的Φ 2-1示意第25表面的 光焦度，并且Φ2-2示意第26表面的光焦度。因此同样在实例4中，全部的条件表达式(1) 到(10)得以满足。图8是示出根据实例4的物镜0L4的球面像差、像散和彗差的各种像差 的曲线图。如示出像差的每一个曲线图阐明地，各种像差被良好地校正，并且也在实例4中 保证了优良的成像性能。(实例5)现在将作为实例5描述图9所示的物镜0L5。图9所示的物镜0L5也是被用于这样 一种显微镜的物镜，在显微镜中样本(物体)被设置于盖板C下面，并且在顶端被浸入浸没 液体中的状态下观察这个样本，并且包括，按照从物体的次序，即，按照从盖板C的次序，具 有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二透镜组G2，并且衍射光学元 件GD被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括其中胶合具有面对物体的平面的平凸 透镜Ll和具有面对图像的锐利凸形表面的正弯月形透镜L2的胶合透镜CLll ；具有面对物 体的凹形表面的正弯月形透镜L3 ；其中胶合双凹透镜L4和双凸透镜L5的胶合透镜CL12 ； 包括衍射光学表面D并且其中胶合具有面对图像的凹形表面的平凹透镜L9 (衍射光学元件 ⑶)和双凸透镜LlO的胶合透镜CL13 ；其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜 Lll和双凸透镜L12的胶合透镜CL14 ；和其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透 镜L13、双凸透镜L14和双凹透镜L15的胶合透镜CL15。第二透镜组G2包括其中胶合双 凸透镜L16和具有面对图像的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L17的胶合透镜CL21 ； 和其中胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L18和双凸透镜L19的胶 合透镜CL22。在衍射光学元件GD中，光学玻璃L6、由不同树脂材料构成的两个光学部件L7和 L8以及光学玻璃(平凹透镜)L9被以这个次序胶合，并且在光学部件L7和L8的胶合表面 上形成衍射光栅凹槽(衍射光学表面D)。表格7示出根据图9中的实例5的物镜0L5的数据。在表格7中的表面编号对应 于图9所示的表面编号1到28。
A6 = -1. 23765E-14 A8 = 2. 60069E-15条件对应数值(1) I θ max I = 4. 2°(2) |fdoe/fa| = 819. 2(3) |f2/fa| = 16. 4(4) I Φ2-1/Φ2-2| = 1. 25(5) N/H = 2. 70(6) ν dmax = 82. 5(7)ndl = 1. 528(8)nFl-nCl = 0. 0152(9)nd2 = 1. 557(10)nF2-nC2 = 0. Oil在表格7所示的条件对应数值中，在条件表达式(4)中的Φ 2-1示意第25表面的 光焦度，并且Φ2-2示意第26表面的光焦度。因此同样在实例5中，全部的条件表达式(1) 到(10)得以满足。图10是示出根据实例5的物镜0L5的球面像差、像散和彗差的各种像 差的曲线图。如示出像差的每一个曲线图阐明地，各种像差被良好地校正，并且也在实例5 中保证了优良的成像性能。(实例6)现在将作为实例6描述图11所示的物镜0L6。图11所示的物镜0L6是干式物镜， 包括，按照从物体的次序，具有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二 透镜组G2，并且衍射光学元件⑶被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括其中胶合 具有面对物体的、带有低曲率的凹形表面的正弯月形透镜Ll和具有面对图像的锐利凸形 表面的正弯月形透镜L2的胶合透镜CLll ；双凸正透镜L3、衍射光学元件GD，和其中胶合具 有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L8和双凸透镜L9的胶合透镜CL12。第二透镜组G2 包括其中胶合双凸透镜L 10和具有面对图像的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜Lll 的胶合透镜CL21 ；和其中胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形表面的双凹透镜L12和 双凸透镜L13的胶合透镜CL22。在衍射光学元件GD中，光学玻璃L4、由不同树脂材料构成的两个光学部件L5和 L6以及光学玻璃L7被以这个次序胶合，并且在光学部件L5和L6的胶合表面上形成衍射光 栅凹槽(衍射光学表面D)。表格8示出根据图11中的实例6的物镜0L6的数据。在表格8中的表面编号对 应于图11所示的表面编号1到20。(表格8)
fa =10. 00
NA =0. 46
dO =4. 68
β =20X
mrdndvd
1-14. 8797. 571. 80439. 6
(实例 7)
现在将作为实例7描述图13所示的物镜0L7。图13所示的物镜0L7是干式物镜， 包括，按照从物体的次序，具有正折射光焦度的第一透镜组Gl和具有负折射光焦度的第二 透镜组G2，并且衍射光学元件⑶被置于第一透镜组Gl中。第一透镜组Gl包括其中胶合 具有面对物体的、带有低曲率的凹形表面的双凹透镜Ll和具有面对图像的锐利凸形表面 的双凸透镜L2的胶合透镜CLll ；和包括衍射光学表面D并且胶合具有面对物体的凸形表 面的平凸透镜L3和具有面对图像的凸形表面的平凸透镜L4的胶合透镜L12(衍射光学元 件GD)；和其中胶合具有面对物体的凸形表面的负弯月形透镜L7和双凸透镜L8的胶合透 镜CL13。第二透镜组G2包括其中胶合双凸透镜L9和具有面对图像的、带有高曲率的凹 形表面的双凹透镜LlO的胶合透镜CL21 ；和其中胶合具有面对物体的、带有高曲率的凹形 表面的双凹透镜Lll和双凸透镜L12的胶合透镜CL22。在衍射光学元件GD中，由不同树脂材料构成的两个光学部件L4和L5在透镜L3和 L6之间被以这个次序胶合，并且在光学部件L4和L5的胶合表面上形成衍射光栅凹槽(衍 射光学表面D)。表格9示出根据图13中的实例7的物镜0L7的数据。在表格9中的表面编号对 应于图13所示的表面编号1到18。(表格9)
fa =10. 00
NA =0. 46
d0 =4. 68
β =20X
mrdndvd
1-15. 3737.491.78644.
21902. 6742.991.62060.
3-11. 3440.40
425. 4373.001.61754.丨
50. 0000.201.55750.
60. 0000.0010001. 000-3. ！
7氺0. 0000.201.52834.‘
80. 0003.501.61754.丨
9-25. 3350. 21
1046.5111. 411. 80439. 6
1110.5104. 501. 49882. 5
12-30.0070. 20
1310. 5554. 011. 60365. 4
14-91. 9967. 001. 70241. 2
156. 0072. 70
16-6.2593. 691. 58140. 7
1738. 6182. 541. 74935. 3
18-11. 756
衍射光学表面数据第七表面κ = 1
A2 = -4. 61565E-08 A4 = -2. 28998E-12 A6 = 8.36695E-13 A8 = -1. 04070E-15条件对应数值(1) I θ max I = 4. 8°(2) |fdoe/fa| = 108. 3(3) I f2/fa | =1.2(4) I Φ2-1/Φ2-2| = 1. 26(5)N/H = 5. 08(6) ν dmax = 82. 5(7)ndl = 1. 528(8)nFl-nCl = 0. 0152(9)nd2 = 1. 557(10)nF2-nC2 = 0. Oil在表格9所示的条件对应数值中，在条件表达式(4)中的Φ 2-1示意第15表面的 光焦度，并且Φ2-2示意第16表面的光焦度。因此同样在实例7中，全部的条件表达式(1) 到(10)得以满足。图14是示出根据实例7的物镜0L7的球面像差、像散和彗差的各种像 差的曲线图。如示出像差的每一个曲线图阐明地，各种像差被良好地校正，并且也在实例7 中保证了优良的成像性能。
权利要求
一种物镜，包括按照从物体的次序，整体上具有正折射光焦度的第一透镜组和整体上具有负折射光焦度的第二透镜组，其中所述第一透镜组包括正透镜，所述正透镜最靠近所述物体置放，并且所述正透镜的最靠近所述物体的透镜表面是平面或者凹形表面；衍射光学元件，在所述衍射光学元件中，胶合由不同的光学材料制成的两个衍射元件构件，并且所述衍射光学元件具有在胶合表面上形成有衍射光栅凹槽的衍射光学表面；和至少一个胶合透镜，所述第二透镜组包括彼此面对的、面对图像的凹形表面和面对物体的凹形表面，比主光线穿过光轴的位置更加靠近所述物体地置放所述衍射光学元件，以下条件表达式得以满足|θmax|≤10°其中θmax表示进入所述衍射光学元件的光线的最大入射角，并且以下条件表达式得以满足|fdoe/fa|≥100其中fa表示所述物镜的焦距，并且fdoe表示所述衍射光学元件的焦距。
2.根据权利要求1的物镜，其中 以下条件表达式得以满足 其中fa表示所述物镜的焦距，并且f2表示所述第二透镜组的焦距， 透镜表面的光焦度Φ定义为 Φ = (n' -η) /r其中r表示所述透镜表面的曲率半径，并且η和η’是在所述透镜表面之前和之后的介 质的在d线处的折射率，并且 以下条件表达式得以满足 0. 7 彡 I Φ2-1/Φ2-2 彡 1. 4其中Φ2-1表示在所述第二透镜组中所述面对图像的凹形表面的光焦度，并且Φ2-2 表示在所述第二透镜组中所述面对物体的凹形表面的光焦度。
3.根据权利要求1或者权利要求2的物镜，其中以下条件表达式得以满足 2彡N/H彡10其中N表示在所述衍射光学元件中的所述衍射光学表面上的衍射光栅凹槽的数目，并 且H表示在所述衍射光学元件中的所述衍射光学表面的有效半径。
4.根据权利要求1到权利要求3中任何一项的物镜，其中以下条件表达式得以满足 ν dmax ^ 85其中ν dmax表示在所述物镜中包括的正透镜的阿贝数的最大数值。
5.根据权利要求1到权利要求4中任何一项的物镜，其中以下条件表达式得以满足 ndl ( 1. 54其中，在所述衍射光学元件的所述两个衍射元件构件中的、折射率较低并且阿贝数较 小的衍射元件构件的材料，在d线处的折射率被表示为ndl，在F线处的折射率被表示为 nFl，并且在C线处的折射率被表示为nCl ；而在所述衍射光学元件的所述两个衍射元件构 件中的、折射率较高并且阿贝数较大的衍射元件构件的材料，在d线处的折射率被表示为 nd2，在F线处的折射率被表示为nF2，并且在C线处的折射率被表示为nC2。
6.根据权利要求1到权利要求5中任何一项的物镜，其中所述第一透镜组具有至少一 个正单透镜。
全文摘要
本发明涉及一种物镜(OL)，包括整体上具有正折射光焦度并且具有正透镜(平凸透镜(L1))和至少一个胶合透镜(胶合透镜(CL12)等)的、置于物体侧上的第一透镜组(G1)，该正透镜最靠近物体置放并且其最靠近物体的透镜表面是平面或者具有低曲率的表面；整体上具有负折射光焦度并且具有彼此面对的、面对图像的凹形表面和面对物体的凹形表面的、置于图像侧上的第二透镜组(G2)；和衍射光学元件(GD)，其中胶合由不同的光学材料制成的两个衍射元件构件，具有在胶合表面上形成有衍射光栅凹槽的衍射光学表面(D)，并且比主光线穿过光轴的位置更加靠近物体置放。
文档编号G02B21/02GK101965533SQ20098010629
公开日2011年2月2日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年2月25日
发明者吉田三环子, 宫川晶子 申请人:株式会社尼康