(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロ対物レンズ（１５）および／またはマクロ対物レンズ（５）を保持するための対物レンズタレット（１４）であって、光軸（３）上の動作位置へと回転可能な対物レンズタレット（１４）と、
結像ビーム経路（２９）における観察光学装置（９）と、
複数の光学サブシステム（５ａ、５ｂ）で構成されたマクロ対物レンズ（５）と、
を備えて構成される顕微鏡（１８）であって、
第１の光学サブシステム（５ａ）が、前記対物レンズタレット（１４）に取り付け可能であり、第２の光学サブシステム（５ｂ）が、前記第１の光学サブシステムが前記光軸（３）上のその動作位置へと回転された場合に、前記対物レンズタレット（１４）と前記観察光学装置（９）との間の結像ビーム経路に挿入可能である、顕微鏡において、
さらに、
照明ビーム経路（２８）を生成するための入射照明装置（２０）であって、かつ前記照明ビーム経路（２８）を前記結像ビーム経路（２９）に結合するためのビームスプリッタ（１２）を含む入射照明装置（２０）と、前記マクロ対物レンズ（５）がその動作位置へ回転された場合に前記照明ビーム経路（２８）に挿入可能な、正の屈折力を有する調整光学装置（２）とを備えて構成され、
前記入射照明装置（２０）は、動作位置にあるマイクロ対物レンズ（１５）および代替として動作位置にある前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステムの両方によって、前記対物レンズ側に照明瞳（２６）があるテレセントリック照明ビーム経路（２８）を生成できるようになっていて、
前記調整光学装置（２）は、前記照明瞳（２６）を前記マクロ対物レンズ（５）の後部射出瞳（２７）へシフトさせ、前記射出瞳が、前記第１の光学サブシステム（５ａ）と前記ビームスプリッタ（１２）との間に位置している、
顕微鏡（１８）。
【請求項２】
反射を抑制するために、偏光子（３１）が、前記照明ビーム経路（２８）に挿入可能であり、検光子（３２）が、前記マクロ対物レンズ（５）の前記結像ビーム経路（２９）に挿入可能である、請求項１に記載の顕微鏡（１８）。
【請求項３】
前記偏光子（３１）、前記検光子（３２）および前記ビームスプリッタ（１２）が、偏光プリズム（１）として組み合わせて実現される、請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステム（５ａ）においてか、または前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステム（５ａ）と前記顕微鏡（１８）によって結像される対象物（６）との間にデポラライザ（１６）が配置される、請求項２または３に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記デポラライザ（１６）が、λ／４プレートおよび／または水晶板の形態をしている、請求項４に記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記デポラライザ（１６）が、それを、前記マクロ対物レンズ（５）の前記対象物側前部レンズに接合することによって、前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステム（５ａ）に統合される、請求項４または５に記載の顕微鏡。
【請求項７】
前記デポラライザ（１６）が、前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステム（５ａ）内に配置される、請求項４または５に記載の顕微鏡。
【請求項８】
前記調整光学装置（２）が、前記照明ビーム経路の前記対物レンズ側における前記照明瞳（２６）を、動作位置における前記マクロ対物レンズ（５）の前記後部射出瞳（２７）へシフトさせるように、およびこの射出瞳（２７）を完全に照明するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項９】
要素である偏光プリズム（１）、マクロ対物レンズ（５）の第２の光学サブシステム（５ｂ）および瞳調整光学装置（２）を含む群のうち、前記要素（１、５ｂ、２）の少なくとも２つがマクロモジュール（１０）に統合される、請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項１０】
前記入射照明装置（２０）が、前記マクロモジュール（１０）を配置した入射光タレット（４）を含む、請求項９に記載の顕微鏡。
【請求項１１】
少なくとも前記マクロ対物レンズ（５）の前記第２の光学サブシステム（５ｂ）および前記瞳調整光学装置（２）が、前記マクロモジュール（１０）に統合され、かつ前記マクロモジュール（１０）と前記マクロ対物レンズ（５）の前記第１の光学サブシステム（５ａ）との間の確動結合をもたらす、請求項９または１０に記載の顕微鏡。
【請求項１２】
前記マクロ対物レンズ（５）が、２つの光学サブシステム（５ａ、５ｂ）から構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１３】
前記第２の光学システム（５ｂ）が、前記対物レンズタレット（１４）と前記顕微鏡（１８）の鏡筒との間に配置される、請求項１２に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸上の動作位置へと回転できる、少なくとも１つのマイクロ対物レンズおよび／またはマクロ対物レンズを保持するための対物レンズタレット（objective turret）と、結像ビーム経路における観察光学装置（observation optics）と、複数の光学サブシステムから構成されたマクロ対物レンズと、を含む顕微鏡であって、第１の光学サブシステムが対物レンズタレットに取り付け可能であり、第２の光学サブシステムが、第１の光学サブシステムが光軸上のその動作位置へと回転されたときに、対物レンズタレットと観察光学装置との間の結像ビーム経路へと挿入可能である、顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
マクロ対物レンズを有する顕微鏡が、例えば特許文献１から周知である。そこでは、マクロ対物レンズは、「観測対物レンズ」と呼ばれている。観測対物レンズは、１×〜１．６×の倍率での、大きな対象フィールドの観測観察用に意図されている。顕微鏡観察用の通常の倍率を有する対物レンズを保持する従来の対物レンズタレットに、かかる観測対物レンズを統合することは問題となる。この問題は、観測対物レンズまたはマクロ対物レンズの同一焦点距離が、通常の倍率を有する顕微鏡対物レンズより大きいという点に存在する。同一焦点距離（同様に「光学機械的全長」）は、試料における対物面と、対物レンズタレット上で対物レンズを支持するフランジのショルダとの間の距離として定義される。同一焦点対物レンズの使用によって、顕微鏡観察中に対物レンズタレットを用いて２つの対物レンズ間で切り替える場合に再合焦する必要性が解消される。対物レンズ用の典型的な同一焦点距離は、４５ｍｍである。非同一焦点のマクロ対物レンズを用いると、観測観察への切り替えおよび観測観察からの切り替えの場合に、顕微鏡の設定に対してかなりの変更を行う必要があろう。観測対物レンズを従来の対物レンズタレットに統合するための、引用した文献において言及された１つの選択肢は、いわゆるベルトランレンズが、顕微鏡鏡筒に挿入可能であり、かつそこにおいて軸方向に移動可能な構成か、またはかかるベルトランレンズが、顕微鏡鏡筒に挿入可能であり、かつ補助レンズを追加的に使用できる構成を用いることである。しかしながら、結像目的に有利な、対象物空間のテレセントリック光路に関して、これらの構成は不利である。
【０００３】
したがって、特許文献１は、２つのサブシステムで作られた観測対物レンズを提案する。これらのサブシステムの１つは、それが、顕微鏡の光路へと切り替えられ得るように対物レンズタレットに配置され、もう一方の光学サブシステムは、それが、対物レンズタレットと顕微鏡鏡筒との間で光路へと切り替えられ得るように配置される。この構成において、最初に言及したサブシステムの同一焦点距離は、もう一方の切り替え可能な対物レンズのそれと等しい。さらに、第２に言及した光学サブシステムは、観察者の目の遠近調節特性に対する調整を可能にするために、軸方向に移動可能であってもよい。
【０００４】
Jenoptik Jena GmbHのそれぞれの透過光研究顕微鏡「ＪＥＮＡ ＶＡＬ」は、２５ｍｍの最大対象フィールド直径を達成する。
【０００５】
株式会社ニコンは、対物空間に配置された追加的な光学装置、および対物空間の外部で顕微鏡の倍率変換器の領域に配置された追加的な光学装置を含む０．５×マクロ対物レンズ（「Ultra-Low Mag ０．５ｘ Objective」）を提供する。
【０００６】
出願人は、対物空間の外部で倍率変換器の領域に配置された追加的な光学装置によって、マクロ対物レンズが対物レンズタレットに統合された研究顕微鏡（「Leica DM R」）用のモジュラーシステムを提供した。
【０００７】
通常の倍率の顕微鏡対物レンズを保持する対物レンズタレットにマクロ対物レンズを統合するための上記のアプローチは、透過照明用にのみ構成されている。
【０００８】
入射照明に関して、通常の倍率の顕微鏡対物レンズ（ここでは「マイクロ対物レンズ」と呼ばれる）を保持する対物レンズタレットにマクロ対物レンズを統合するための１つの選択肢が、特許文献２に説明されている。この文献では、結像および入射照明ビーム経路を実現するために、合計で３つのレンズ群を含む低倍率の対物レンズ（ここでは「マクロ対物レンズ」と呼ばれる）が提案されている。第１のレンズ群は通常の対物レンズ同一焦点距離内に配置され、一方で第２のレンズ群は、マクロ対物レンズの射出瞳の位置に配置される。第３のレンズ群は、入射照明チューブレンズとミラーシステムのミラーとの間の入射照明ビーム経路に配置され、前記ミラーは、入射照明ビーム経路を、マクロ対物レンズの第１のレンズ群へ、およびそこから対象物へと向ける。そこで提案されるマクロ対物レンズの有利な実施形態によれば、第２および第３のレンズ群は、このミラーシステムの一部を形成するが、このミラーシステムは、結像ビーム経路の方向に見ると、対物レンズの第１のレンズ群の下流に配置される。第２のレンズ群は、正の屈折力を有するが、結像ビーム経路においてミラーの下流に配置され、一方で第３のレンズ群は、入射照明ビーム経路における前述の位置にある。第３のレンズ群は、負の屈折力を有し、接眼レンズ中間像面への対象物の実際の結像に関係しない。このレンズ群は、単に入射照明に関係し、かつマクロ対物レンズの射出瞳が位置している第２のレンズ群の位置に、入射光の虚像を形成させる。したがって、（仮想）照明瞳は、マクロ対物レンズの後部射出瞳に位置する。
【０００９】
最後に、特許文献３は、ズーム観察光学システムおよびズーム照明光学システムを含む、蛍光顕微鏡検査法用のズーム顕微鏡を開示している。しかしながら、そこで提案されているズーム顕微鏡が低倍率範囲で動作される場合には、照明瞳が対物レンズ瞳から遠く離れ、それが、入射照明光のシェーディングの問題に帰着すると言われている。これを回避するために、ここでは、対物レンズの瞳の近くで光源の画像を形成する、活性化可能な光学システムを設けることが提案されている。この光学システムは、ここでも同様に入射照明ビーム経路に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第３２  ０５  ３０５  Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００８  ０３２  ３３７  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／００９１８２２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、反射光検査用の顕微鏡であって、マクロ対物レンズが、通常の倍率の顕微鏡対物レンズを保持する対物レンズタレットに統合され、かつ均一な照明下で、顕微鏡観察と観測観察との間の容易な切り替えを可能にする顕微鏡を提供することである。別の目的は、反射を抑制する簡単な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に記載の顕微鏡により、本発明に従って達成される。
【００１３】
光軸上の動作位置へと回転できる、少なくとも１つのマイクロ対物レンズを保持するための対物レンズタレットを含み、かつ顕微鏡の結像ビーム経路における観察光学装置と、同様に複数の光学サブシステムで構成されたマクロ対物レンズとをさらに含む顕微鏡であって、第１の光学サブシステムが、対物レンズタレットに取り付け可能であり、第２の光学サブシステムが、第１の光学サブシステムが顕微鏡の光軸上の動作位置へと回転された場合に、対物レンズタレットと観察光学装置との間の結像ビーム経路に挿入可能である顕微鏡は、照明ビーム経路を生成する、かつ照明ビーム経路を結像ビーム経路へと結合するためのビームスプリッタを含む入射照明装置を提供し、この入射照明装置は、動作位置にあるマイクロ対物レンズ、および代替として動作位置にあるマクロ対物レンズの第１の光学サブシステムの両方によって、照明瞳が対物レンズ側にあるテレセントリック照明ビーム経路を生成することを可能にするという点で、本発明に従って特徴づけられる。この目的のために、マクロ対物レンズがその動作位置にある場合（この位置では、マクロ対物レンズの光学サブシステムは、顕微鏡の光軸に挿入される）には、調整光学装置は、照明ビーム経路に挿入可能であり、照明瞳をマクロ対物レンズの後部射出瞳へシフトさせ、前記射出瞳は、第１の光学サブシステムとビームスプリッタとの間に位置する。これは、正の屈折力を有する調整光学装置によって達成できることが分かった。
【００１４】
マイクロ対物レンズまたはマクロ対物レンズが、それらのそれぞれの動作位置にある場合には、この構成は、照明瞳を対物レンズ側に、すなわち、ビームスプリッタから見ると、それぞれ、マイクロ対物レンズの方に位置する照明瞳、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムの方に位置する照明瞳を形成する。さらに、マクロ対物レンズが用いられ、その後部射出瞳は、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムとビームスプリッタとの間に位置する。最後に、調整光学装置およびその正の屈折力は、マクロ対物レンズがその動作位置にある場合に、照明瞳が、マクロ対物レンズの後部射出瞳へシフトされることを保証する。これらの手段は、顕微鏡観察とマクロ対物レンズを用いた観測観察との間の切り替えの場合に、口径食および光損失が発生するのを防止する。同時に、テレセントリック照明によって、連続的な合焦、すなわち、対象物とそれぞれの対物レンズの前部レンズとの間の距離を変えることが可能になる。
【００１５】
これらの手段は、テレセントリック照明を対象物空間に提供する２部分マクロ対物レンズ（「テレセントリック対物レンズ」）の場合に特に有利である。特に、この種の対物レンズにおいて、後部射出瞳は、第２の光学サブシステムの方へ明らかにシフトされ、対象物からさらに遠ざかる。対照的に、通常の倍率のマイクロ対物レンズでは、後部射出瞳は、一般に対物レンズ自体に位置する。本発明の手段によって、照明瞳が、マクロ対物レンズの後部射出瞳へシフトされることが保証され、その結果、対象物領域は、最適にかつテレセントリックに照明される。
【００１６】
入射照明装置は、用いられる対物レンズと無関係に、照明瞳を対物レンズ側に有する照明ビームを生成する。
【００１７】
本発明の顕微鏡構成はまた、反射抑制を実現するために特に適している。
【００１８】
入射照明の場合には、照明ビームは、たまたま光インターフェースで反射され、結果として厄介な（disturbing）一次反射をもたらす。この問題は、基本的に全ての対物レンズにおいて、すなわちまた、通常の倍率の顕微鏡対物レンズにおいて発生する。しかしながら、かかる顕微鏡対物レンズの開口数が、マクロ対物レンズのそれより著しく大きいので、そこにおける反射は、適切な対物レンズ設計によって、より効率的に抑制することができる。本発明による顕微鏡において、顕微鏡観察から、マクロ対物レンズを介した観測観察への切り替えのとき、マクロ対物レンズが適所にある場合には反射抑制を実現することがまた、容易に可能である。
【００１９】
本発明による顕微鏡において、次の場合には特に有利である。すなわち、反射を抑制するために、偏光子が照明ビーム経路に挿入可能であり、かつ検光子が、マクロ対物レンズがその動作位置にあるときに、マクロ対物レンズの結像ビーム経路に挿入可能である場合には、特に有利である。
【００２０】
これらの手段によって、上記の厄介な反射の著しい抑制が可能になる。特に、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムにおける照明光線の反射によって引き起こされる、いわゆる「一次反射」は、（ほぼ）完全に除去される。この目的のために、照明ビームの伝搬方向に見たときに、マクロ対物レンズの少なくとも第１の光学サブシステムの上流に位置決めできる偏光子をひとたび通過すると、偏光された照明光は、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムに入射し、それを通過する。マクロ対物レンズのこの光学サブシステムのインターフェースで反射された光は、その偏光方向を保持し、その少なくとも一部は、それぞれ、顕微鏡のマクロ対物レンズの結像ビーム経路に入る。それに応じて、結像ビームの伝搬方向に見たときに、第１の光学サブシステムの下流に配置された検光子によって、偏光をフィルタリングすることが可能になり、その結果、一次反射は、完全に除去することができる。厄介な反射の除去が、光強度低減の不都合に勝ることが分かった。
【００２１】
マクロ対物レンズの多部分設計によって、通常の倍率のマイクロ対物レンズを保持のための対物レンズタレットに、マクロ対物レンズを統合することが可能になる。この目的のために、対物レンズタレットに適合可能なマクロ対物レンズの光学サブシステムにおける同一焦点距離は、他の切り替え可能なマイクロ対物レンズの同一焦点距離と等しくなるように選択される。特に、マクロ対物レンズが２つの光学サブシステムから構成される場合には有利である。第１の光学サブシステムは、対物レンズタレットに適合可能であり、かつ「マクロ対物レンズのフィールドレンズ部」と呼ばれるが、特に、対象物空間にテレセントリック照明を提供するように設計してもよい。次に、マクロ対物レンズの第２の光学システムは、対物レンズタレットと顕微鏡鏡筒との間に有利に配置される。
【００２２】
本出願において用いられるように、用語「マイクロ対物レンズ」は、１×超〜約１００×、特に１．６×または５×〜１００×、さらに特に５０×〜１００×以上の典型的な倍率における対象物の顕微鏡検査用の顕微鏡対物レンズを意味すると理解される。一方で、用語「マクロ対物レンズ」は、倍率が、０．５×〜２×、特に０．５×〜１×、さらに特に約０．７×に及ぶ対物レンズを意味すると理解されたい。
【００２３】
それぞれの対物レンズに照明ビームを通過させるために、入射照明装置は、照明ビーム経路を顕微鏡の結像ビーム経路に結合するためのビームスプリッタを有する。ビームスプリッタは、顕微鏡の結像ビーム経路に有利に配置される。上記の偏光子が、照明ビームの伝搬方向に見たときにビームスプリッタの上流に配置され、一方で検光子が、結像ビームの伝搬方向に見たときにビームスプリッタの下流に位置決めされる場合は有利である。
【００２４】
さらに、偏光子、検光子、および上記のビームスプリッタが、偏光プリズム（同様に「偏光ビームスプリッタ」と呼ばれる）として組み合わせて実現される場合は有利である。偏光プリズムは、マクロ対物レンズの第１のサブシステム（フィールドレンズ部）の方に照明ビームを向け、それをそのプロセスで偏光し、かつまた顕微鏡の結像ビーム経路から偏光をフィルタリングする。
【００２５】
本発明の顕微鏡において、照明瞳が、マクロ対物レンズの後部射出瞳にシフトされ、今度は、この後部射出瞳が、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムとビームスプリッタとの間に位置しているので、反射抑制手段は、他の光学コンポーネントと衝突せずに容易に実現することができる。例えば、上記の偏光プリズムを、結像ビームの伝搬方向に見たときにマクロ対物レンズの第２の光学サブシステムの上流に配置することが可能である。偏光プリズムおよび調整光学装置が、光路に挿入可能な共通モジュールに配置される場合は特に有利である。
【００２６】
検査される対象物に依存して、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムにか、またはマクロ対物レンズの第１の光学サブシステムと対象物との間にデポラライザを配置することが有利になり得る。次に、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムを通過した光は、それが対象物に当たる前にデポラライザによって偏光解消される。次に、対象物の物理的特徴によって反射され、拡散され、回折された光は、結像ビーム経路に入り、続いて、それぞれ、検光子、すなわち偏光プリズムを通過することができる。しかしながら、検査または結像される対象物が、それ自体十分な程度まで照明光を偏光解消できる場合には、かかるデポラライザの必要はない。
【００２７】
前述のデポラライザは、λ／４プレートおよび／または水晶板の形態である場合は有利であり、光軸に対してある角度に位置決めされるのが好ましい。
【００２８】
特に有利な実施形態において、デポラライザは、それを、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステム内に組み込むことによって、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステムに統合される。あるいは、統合は、デポラライザを、マクロ対物レンズの対象物側前部レンズに接合することによって達成することができる。例えば、デポラライザが、典型的な形状の前部レンズの平面に接合される場合に（この平面は対物レンズ内に位置する）、反射を引き起こす可能性がある唯一の残りの表面は、前部レンズの外面である。マクロ対物レンズの場合には、前述の外面が、一般に激しく湾曲しているので、反射に対するその貢献は非常に小さい。したがって、全体として、この対物レンズ部は、非常にコンパクトであり、デポラライザに対して傾斜関係にある対物レンズ部の前に、デポラライザを位置決めする必要はない。
【００２９】
（反射防止用の）上記の偏光プリズムおよび（照明最適化用の）瞳調整光学装置が、マクロモジュールに統合される場合は有利である。これは、マクロモジュールを用いる場合に、本発明の両方の態様が達成されることを保証する。さらに、マクロ対物レンズの少なくとも第２の光学サブシステムがまたマクロモジュールに統合され、その結果、マクロ観察用に必要とされるコンポーネントが同時に利用可能である場合は有利である。さらに、マクロ観察用に必要とされる全てのコンポーネントの同時的な可用性を保証するために、マクロモジュールと、タレットに実装されたマクロ対物レンズの第１の光学サブシステムとの間の確動結合（positive coupling）を提供することが都合がよい。
【００３０】
顕微鏡の入射照明装置が、マクロモジュールを配置した入射光タレットを含む場合は、特にまた有用である。マイクロ対物レンズ用に、入射光タレットには、所望の入射照明用のビームスプリッタまたはビーム偏向器を含む反射キューブなどの他のモジュールを含んでもよい。上記確動結合は、純粋に機械的または電気機械的に達成してもよい。マクロ対物レンズを介した観測観察が、（手動または自動制御によって）選択された場合には、対物レンズタレット上のマクロ対物レンズの第１の光学サブシステムは、顕微鏡の結像ビーム経路（光軸）へと回転され、上記のマクロモジュールは、結像ビーム経路に同時に挿入される。マクロモジュールが、入射光タレットに配置された場合には、結像ビーム経路へのマクロモジュールの挿入は、タレットを回転させることによって達成される。顕微鏡観察への切り替えの場合には、それぞれのマイクロ対物レンズが、結像ビーム経路に挿入され、確動結合の結果として、マクロモジュールは、観察ビーム経路から除かれ、恐らく別の適切なモジュール（反射キューブ）が、ビーム経路に挿入される。自動顕微鏡の場合には、このプロセスは、電動式コンピュータ支援方法で実行してもよい。
【００３１】
上記の特徴および以下で説明する特徴が、特定の組み合わせにおいてだけでなく、本発明の範囲から逸脱せずに、他の組み合わせにおいて、または単独で使用可能であることが理解されよう。
【００３２】
本発明およびその利点は、例示的な実施形態を用いて図面に概略的に示され、図面に関連して以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】特定の実施形態において本発明に関連する発明的顕微鏡のコンポーネントの概略図である。
【図１ｂ】図１ａの詳細図であり、ここでは異なる実施形態において偏光プリズム１に焦点を当てている。
【図１ｃ】図１ａの詳細図であり、ここでは異なる実施形態においてマクロ対物レンズのサブシステム５ａ、およびデポラライザに焦点を当てている。
【図２】通常の倍率のマイクロ対物レンズが用いられる場合における通常の照明ビーム経路を示す概略図である。
【図３】単純なマクロ対物レンズが用いられる場合における照明ビーム経路を示す概略図である。
【図４】照明瞳用の調整光学装置を有するマクロ対物レンズを用いる場合における照明ビーム経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａは、本発明を理解するために適した顕微鏡コンポーネントを非常に概略的な方法で示す。顕微鏡の基本構成は当業者には周知であるので、以下の説明は、本発明にとって本質的な特徴に制限される。鏡筒、接眼レンズ、倍率変換器、ズームシステム、付属カメラなど、顕微鏡の周知のコンポーネントは、図１ａおよび以下の図において特に示されず、観察光学装置９と呼ばれる。図示の顕微鏡１８は、特にウエハ検査用に用いられる顕微鏡である。通常、かかる顕微鏡は、従来のマイクロ対物レンズを装備している。テレセントリック照明によって特定の利点が提供されるが、テレセントリック照明では、全ての物点が同じ開口および照明強度で照明される。これまでの周知のテレセントリックマイクロ対物レンズは、１６ｍｍの視野（ＦＯＶ）で単に１．６×までしか達しない。しかしながら、より大きな視野の全体像を提供するためには、より低い倍率またはさらに低減された、対象フィールドの全体画像を得ることが望ましい。
【００３５】
この目的のために、図１ａに示す実施形態は、マクロ対物レンズ５を対物レンズタレット１４に統合するが、対物レンズタレット１４は、マクロ対物レンズ５とは別に、マイクロ対物レンズ１５を通常の方法で装備している。この実施形態において、マクロ対物レンズ５は、第１の光学サブシステム５ａ（フィールドレンズ部）および第２の光学サブシステム５ｂ（対物レンズ部）を含む２部分構成を有する。この２部分構成は、一方でテレセントリック照明の容易な実現を可能にし、他方で典型的な同一焦点距離（例えば４５ｍｍ）との適合をもたらす。対物レンズタレット１４を、その回転軸１９を中心に回転させることによって、異なるマクロ対物レンズおよびマイクロ対物レンズを結像ビーム経路へと回転させることができる。同一焦点距離における同一性ゆえに、マクロ対物レンズ５を挿入する場合に再合焦する必要はない。さらに、空間制限内に留まることが可能である。
【００３６】
結像されるかまたは顕微鏡で検査される対象物は、６で示される。それは、顕微鏡ステージ１７に置かれる。
【００３７】
顕微鏡１８は、入射照明装置２０を有するが、この装置２０は、本明細書において後で詳細に説明する。明確にするために、図１ａは、光源８および入射照射軸７だけを示すが、この入射照射軸７沿って照明ビーム経路２８が延びる。照明を最適化するために、入射照明装置２０には、瞳調整光学装置２が含まれ、この瞳調整光学装置２は、照明瞳を、マクロ対物レンズ５の後部射出瞳に位置させる。これは、本明細書において後で詳細に説明する。
【００３８】
入射照明装置２０は、さらに、偏光ビームスプリッタまたはビーム分割偏光プリズム、要するに偏光プリズム１を含み、偏光プリズム１は、以下の機能を組み合わせる。一方で照明ビーム経路２８は、入射光照射軸７を顕微鏡の光軸３上へ偏向させることによって、顕微鏡１８の結像ビーム経路２９に結合される。このプロセスにおいて、照明光は偏光される。偏光プリズム１を通過した照明光は、入射光照射軸７の仮想延長線上に置かれた光トラップ（図示せず）によって吸収してもよい。ここで結像ビーム経路２９を検討すると、偏光プリズム１は、上記の偏光を入射光照射軸７に沿って後ろに反射させ、一方で、異なって偏光された光（異なる偏光成分を有する光）は、偏光プリズム１を通過することができ、かつマクロ対物レンズの第２の光学サブシステム５ｂを通過した後で観察光学装置９に入ってもよい。したがって、偏光プリズム１は、説明したコンポーネント、すなわち偏光子、ビームスプリッタおよび検光子を１つのユニットに組み合わせる。この構成によって、元の偏光方向を保持する反射光が観察光学装置９に入らなくてもよいことが保証される。かかる光は、主として、マクロ対物レンズ５の第１の光学サブシステム５ａのインターフェースにおける反射によって引き起こされる一次反射によって構成される。したがって、図示の構成によって、これらの厄介な一次反射を除去することが可能になる。
【００３９】
対象物６で反射された、元の偏光を保持する光がまた、観察光学装置９に入るのを防ぐことを保証するために、第１の光学サブシステム５ａと対象物６との間にデポラライザ１６を有利に配置してもよい。デポラライザ１６としてλ／４プレートを用いることが可能であるが、前記λ／４プレートは、マクロ対物レンズ５の第１の光学サブシステム５ａの前部レンズに有利に接合される（図１ｃを参照）。デポラライザ１６は、対象物６が、偏光された照明光で照明されないことを保証する。次に、対象物６の物理的特徴によって反射され、回折され、散乱される光は、フィールドレンズ部５ａを通過して偏光プリズム１に入り、そこから、この光は、前述の偏光成分がフィルタリングされた後で、マクロ対物レンズ５の第２の光学サブシステム５ｂを通り、観察光学装置９に入る。このプロセスにかかわる光損失は、容易に容認することができる。なぜなら、低減された反射の利点が、この光損失に大きく勝っているからである。
【００４０】
図１ａにさらに示すように、この例示的な実施形態において、入射照明装置２０は、２つ以上の個別モジュール１０、１１を保持する入射光タレット４を有するが、これらのモジュールは、それぞれ、回転軸１３を中心に入射光タレット４を回転させることによって、結像ビーム経路に挿入することができる。マクロ対物レンズ５用のモジュールは、本明細書においてマクロモジュール１０と呼ばれる。この例示的な実施形態において、前述のマクロモジュールには、偏光プリズム１、瞳調整光学装置２、およびマクロ対物レンズ５の第２の光学サブシステム５ｂが１つのユニットとして含まれる。マクロ対物レンズの第１の光学サブシステム５ａと前述のマクロモジュール１０との間の適切な結合によって、マクロ観察用に必要とされる全てのコンポーネントが、常に同時に動作位置にあることを保証することが可能になる。ビームスプリッタ１２を含む少なくとも１つのさらなる反射キューブ１１が、ここでは顕微鏡１８の残りのマイクロ対物レンズ１５用に設けられる（または、１つのかかる反射キューブ１１を、前記マイクロ対物レンズのそれぞれのために設けてもよい）。
【００４１】
図１ｂは、図１ａの詳細を示し、そこに示されたマクロモジュール１０に焦点を当てている。同様のコンポーネントは、同様の数字によって表示され、再度詳細に説明することはない。図１ｂでは、スプリッタモジュール３０が、偏光プリズム１の代わりに示されている。ビーム分割偏光プリズムまたは偏光ビームスプリッタが、様々な構成において利用可能である。代替として、図１ｂに示す従来の構成を用いることが可能であり、この場合には、スプリッタモジュール３０は、照明側に偏光子３１を有し、結像側に検光子３２を有する。ビームスプリッタ１２は、スプリッタモジュール３０を対角線状に分割して、入射光照射軸７を光軸３の方向に偏向させる。偏光子３１、検光子３２、およびビームスプリッタ１２は、当業者には一般に周知であり、したがって、本明細書ではさらに説明はしない。本明細書で用いられ用語「偏光プリズム」が、図１ｂに示すスプリッタモジュール３０を含み得ることに留意されたい。
【００４２】
図１ｃは、図１ａの別の詳細を示し、マクロ対物レンズ５の対象物側の光学サブシステム５ａに焦点を当てている。図１ｃは変形を示すが、この変形では、図１ａとは対照的に、デポラライザ１６は、前部レンズ３５の平面に接合され、その平面は、サブシステム５ａ内に位置する。前部レンズ３５は、対象物６に面するマクロ対物レンズ５の対象物側の光学サブシステム５ａのレンズである。図１ｃは、対物レンズ部５ａのコンパクトな構成を示す。対象物６に面する前部レンズ３５の外面の激しい湾曲ゆえに、この表面において起こり得るどんな反射も非常に弱い。
【００４３】
図２は、従来のマイクロ対物レンズの使用中に支配的な照明条件を概略的に示す。標準マイクロ対物レンズが、２５で示されている。入射照明装置２０には、照明光学装置２１、２２、開口絞り２３と同様に、照明ビーム経路２８用の偏向素子１２が含まれる。前述の偏向素子は、例えば、本明細書で前に説明した反射キューブ１１に配置してもよい。光源８は、照明光学装置２１によって開口絞り２３の位置で結像され、さらに、照明光学装置２２によって対物レンズ射出瞳２４の位置で結像される。標準対物レンズ２５ならびに照明光学装置２１および２２は、非常に概略的な形態で示されている。典型的には、これらのシステムには、複数のレンズ、およびフィルタ、ダイヤフラムなどのオプションのコンポーネントが含まれる。照明瞳が対物レンズ射出瞳２４に位置する場合には、対象物６をテレセントリックに照明することが可能である。この種の照明は、ここでは、好ましくは５×〜１００×のマイクロ対物レンズ用に実現される入射照明である。
【００４４】
図３は、マクロ対物レンズ５が用いられる場合に支配的な照明条件を示す。テレセントリック照明のために、前述のマクロ対物レンズは、２部分構成であるように選択され、したがって、フィールドレンズ部５ａおよび対物レンズ部５ｂに分割することができる。図３の残りのコンポーネントおよび要素は、図２のそれらに対応し、したがって、ここでは別個に説明はしない。照明瞳２６が、図２に示す構成においてと同じ位置にある一方で、マクロ対物レンズ５の後部射出瞳２７は、照明瞳２６から離れて、すなわち、マクロ対物レンズ５の第２のサブシステム５ｂの方に明らかに設定される。すなわち、マクロ対物レンズ５の射出瞳２７は、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステム５ａとビームスプリッタ１２との間に位置する。射出瞳２７と照明瞳２６との間の著しい空間的分離は、マクロ対物レンズの後部射出瞳２７の不十分な照明に帰着し、その結果、対象フィールドの小部分だけが照明可能であり、一方で視野は、著しくより大きくなり、特に対象物は、もはやテレセントリックに照明されない（実際には、図３において、ビームは、マクロ対物レンズ５の第１の光学サブシステム５ａと対象物６との間でわずかに拡散する）。
【００４５】
この問題を解決する一方法が、図４に示されている。入射照明装置２０の照明ビーム経路２８に瞳調整光学装置２を挿入することによって、照明瞳２６の位置をマクロ対物レンズ５の射出瞳２７の位置にシフトすること、および２つの位置を理想的に一致させることが可能になる。その結果、「シフトされた」照明瞳２６は、マクロ対物レンズ５の第１の光学サブシステム５ａとビームスプリッタ１２との間に位置する。好ましくは、この位置は、マクロモジュール１０のわずかに下にある。図３と図４の比較は、次のことを示す。すなわち、照明瞳２６の位置におけるこのシフトが、対象フィールドのはるかに大きな部分を照明できることと、今や対象物６がテレセントリックに照明されることと、をもたらすことを示す。この種の照明調整が、マクロ対物レンズ用にのみ有用なので、瞳調整光学装置２およびマクロ対物レンズの第２の光学サブシステム５ｂ（対物レンズ部）（同様に、可能なさらなるサブシステムと）を反射キューブ１０に組み合わせるのが有利であり、これもまた、マクロモジュール１０と呼んでもよい。次に、マクロモジュール１０は、マクロ対物レンズの第１の光学サブシステム５ａ（フィールドレンズ部）と常に一緒にビーム経路へ挿入することができる。この目的のために、対物レンズタレット１４（図１ａを参照）および入射光タレット４（図１ａを参照）の対応する移動を、ソフトウェアベース方法で、および電気機械的、電子的または純粋に機械的に確動結合してもよい。照明調整の結果として、利用可能な視野は、完全に照明され、照明は、図示の例示的な実施形態においてテレセントリックである。
【００４６】
上記の構成によって、３６ｍｍの視野（ＦＯＶ）を有する０．７×のマクロ対物レンズを標準対物レンズタレットに実現することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１  偏光プリズム
２  瞳調整光学装置
３  光軸
４  入射光タレット
５  マクロ対物レンズ
５ａ  マクロ対物レンズの第１の光学サブシステム
５ｂ  マクロ対物レンズの第２の光学サブシステム
６  対象物
７  入射光照明軸
８  光源
９  観察光学装置
１０  マクロモジュール
１１  反射キューブ
１２  ビームスプリッタ
１３  入射光タレットの回転軸
１４  対物レンズタレット
１５  マイクロ対物レンズ
１６  デポラライザ
１７  顕微鏡ステージ
１８  顕微鏡
１９  対物レンズタレットの回転軸
２０  入射光照明装置
２１、２２  照明光学装置
２３  開口絞り
２４  対物レンズの射出瞳
２５  標準マイクロ対物レンズ
２６  照明瞳
２７  後部射出瞳
２８  照明ビーム経路
２９  結像ビーム経路
３０  スプリッタモジュール
３１  偏光子
３２  検光子
３５  前部レンズ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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