(57)【要約】【課題】  構成の簡素化を図りつつ、高ＮＡで、長作動距離を有する干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供する。【解決手段】  干渉対物レンズ１０は、参照ミラー１２と、光源３１からの照明光を試料３４へ向かう光と参照ミラー１２へ向かう光とに分割する光路分割プリズム１１と、光路分割プリズム１１を内部に備え、この光路分割プリズム１１と試料３４との間に配置された第１のレンズ群２１と、光路分割プリズム１１と参照ミラー１２との間に配置された第２のレンズ群２２とを含む、複数のレンズからなる対物レンズ系２０とを有し、対物レンズ系２０を構成するレンズを介して光路分割プリズム１１に入射した照明光を、第１のレンズ群２１を介して試料３４へ向かう光と、第２のレンズ群２２を介して参照ミラー１２へ向かう光とに分割し、試料３４から第１のレンズ群２１を通して得られる反射光と、参照ミラー１２から第２のレンズ群２２を通して得られる反射光とを光路分割プリズム１１で重ね合わせて干渉縞を形成する。【選択図】  図１
2011197166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照ミラーと、
光源からの照明光を試料へ向かう光と前記参照ミラーへ向かう光とに分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段を内部に備え、この光路分割手段と前記試料との間に配置された第１のレンズ群と、前記光路分割手段と前記参照ミラーとの間に配置された第２のレンズ群とを含む、複数のレンズからなる対物レンズ系とを有し、
前記対物レンズ系を構成するレンズを介して前記光路分割手段に入射した前記照明光を、前記第１のレンズ群を介して前記試料へ向かう光と、前記第２のレンズ群を介して前記参照ミラーへ向かう光とに分割し、前記試料から前記第１のレンズ群を通して得られる反射光と、前記参照ミラーから前記第２のレンズ群を通して得られる反射光とを前記光路分割手段で重ね合わせて干渉縞を形成することを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項２】
前記光路分割手段から前記試料表面までの光路長と、前記光路分割手段から前記参照ミラーまでの光路長とを一致させるために、前記光路長の調整が可能な光路長調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の干渉対物レンズ。
【請求項３】
前記光路長調整手段は、前記参照ミラーであり、
前記参照ミラーは、前記光路分割手段から前記参照ミラーまでの前記光路長を調整するために、前記第２のレンズ群の光軸方向に沿って変位可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の干渉対物レンズ。
【請求項４】
前記参照ミラーは、前記干渉縞の縞間隔を調整するために、該ミラーの反射面と前記第２のレンズ群の光軸との交点を中心点として揺動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の干渉対物レンズ。
【請求項５】
前記光路長調整手段は、前記光路分割手段であり、
前記光路分割手段は、複数のプリズムが組み合わされたものであり、これら複数のプリズムの相対的な位置をずらすことにより、前記光路長の調整が可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の干渉対物レンズ。
【請求項６】
前記光路長調整手段は、所定の厚さを有する光学部材であり、
前記光学部材は、前記光路分割手段から前記第１のレンズ群までの光路及び前記光路分割手段から前記第２のレンズ群までの光路の少なくともいずれか一方の光路上に配置することにより、前記光路長の調整が可能であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の干渉対物レンズ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の干渉対物レンズを有する顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、試料表面の微細構造を高精度に測定する手段として、光の干渉を利用した干渉顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照）。干渉顕微鏡は、干渉対物レンズを透過した照明光を試料表面に照射し、試料表面で反射した反射光（以下、測定光）と、干渉対物レンズ内に設けられた参照面から反射した反射光（以下、参照光）とを干渉させた干渉縞から、試料表面を観察するとともにその凹凸を測定するものである。このような干渉顕微鏡として、ミロー型、マイケルソン型、リニーク型の対物レンズを用いたものが知られている。
【０００３】
例えば、図３に示すように、ミロー型の干渉対物レンズ４０は、対物レンズ４１と、対物レンズ４１と試料４２との間に配設されたハーフミラー４３と、対物レンズ４１とハーフミラー４３との間に配設された参照ミラー４４とを備え、対物レンズ４１を透過した照明光は、ハーフミラー４３を介して透過光と反射光とに分割され、透過光は試料４２の表面に照射され、反射光は参照ミラー４４に照射され、試料４２で反射された光と、参照ミラー４４で反射された光とを互いに干渉させて、干渉縞を得るようになっている。
【０００４】
また、図４に示すように、マイケルソン型の干渉対物レンズ５０は、対物レンズ５１と、対物レンズ５１と試料５２との間に配設された光路分割プリズム５３と、光路分割プリズム５３の一方の分割光路中に配設された参照ミラー５４とを備え、対物レンズ５１を透過した照明光は光路分割プリズム５３に入射して、試料５２へ向かう光路と、参照ミラー５４へ向かう光路とに分割され、試料５２で反射された光と、参照ミラー５４で反射された光とを光路分割プリズム５３で互いに干渉させて、干渉縞を得るようになっている。
【０００５】
また、図５に示すように、リニーク型の干渉対物レンズ６０は、照明光を試料６５へ向かう光と参照ミラー６４へ向かう光とに分割するハーフミラー６１と、このハーフミラー６１と試料６５との間に配設された第１の対物レンズ６２と、ハーフミラー６１と参照ミラー６４との間に配設され、第１の対物レンズ６２と同じ光学性能を有する第２の対物レンズ６３とを備え、ハーフミラー６１に入射した照明光は、試料６５へ向かう光路と、参照ミラー６４へ向かう光路とに分割され、第１の対物レンズ６２を透過して試料６５で反射された光と、第２の対物レンズ６３を透過して参照ミラー６４で反射された光とをハーフミラー６１で互いに干渉させて、干渉縞を得るようになっている。なお、ハーフミラー６１、第１の対物レンズ６２及び第２の対物レンズ６３は、それぞれ独立して設けられた部材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ミロー型の干渉対物レンズ４０は、その上面に参照ミラー４４が形成されている平板状の第１の光学部材４５及び同じく上面にハーフミラー４３が形成されている平板状の第２の光学部材４６を、当該対物レンズ４０と試料４２との間に配置する構成であるため、対物レンズ４０と試料４２との間に広い空間を確保する必要があり、高ＮＡにはなりきれず、かといって参照ミラー４４が第１の光学部材４５の中心付近に設けられているため、低ＮＡでも作成するのは難しいという問題点があった。また、（マイケルソン型の対物レンズ５０ほどではないものの）長作動距離の対物レンズを作ることも難しかった。
【０００８】
また、マイケルソン型の干渉対物レンズ５０は、当該対物レンズ５０と試料５２との間に光路分割プリズム５３を配置する構成であるため、この対物レンズ５０と試料５２との間には広い空間を確保する必要があり、高ＮＡ、長作動距離の対物レンズを作ることが難しいという問題点があった。
【０００９】
また、リニーク型の干渉対物レンズ６０は、どんなタイプの対物レンズにも対応可能であるものの、独立して設けられた２つの対物レンズ６３，６４を、ハーフミラー６１の後のそれぞれ光路長がぴったり一致するように極めて高精度に配置する必要があり、製造するのが容易ではないという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、構成の簡素化を図りつつ、高ＮＡで、長作動距離を有する干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明の干渉対物レンズは、参照ミラーと、光源からの照明光を試料へ向かう光と前記参照ミラーへ向かう光とに分割する光路分割手段と、前記光路分割手段を内部に備え、この光路分割手段と前記試料との間に配置された第１のレンズ群と、前記光路分割手段と前記参照ミラーとの間に配置された第２のレンズ群とを含む、複数のレンズからなる対物レンズ系とを有し、前記対物レンズ系を構成するレンズを介して前記光路分割手段に入射した前記照明光を、前記第１のレンズ群を介して前記試料へ向かう光と、前記第２のレンズ群を介して前記参照ミラーへ向かう光とに分割し、前記試料から前記第１のレンズ群を通して得られる反射光と、前記参照ミラーから前記第２のレンズ群を通して得られる反射光とを前記光路分割手段で重ね合わせて干渉縞を形成する。
【００１２】
なお、本発明の干渉対物レンズにおいては、前記光路分割手段から前記試料表面までの光路長と、前記光路分割手段から前記参照ミラーまでの光路長とを一致させるために、前記光路長の調整が可能な光路長調整手段を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の干渉対物レンズにおいては、前記光路長調整手段は、前記参照ミラーであり、前記参照ミラーは、前記光路分割手段から前記参照ミラーまでの前記光路長を調整するために、前記第２のレンズ群の光軸方向に沿って変位可能に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の干渉対物レンズにおいては、前記参照ミラーは、前記干渉縞の縞間隔を調整するために、該ミラーの反射面と前記第２のレンズ群の光軸との交点を中心点として揺動可能に設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の干渉対物レンズにおいては、前記光路長調整手段は、前記光路分割手段であり、前記光路分割手段は、複数のプリズムが組み合わされたものであり、これら複数のプリズムの相対的な位置をずらすことにより、前記光路長の調整が可能であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の干渉対物レンズにおいては、前記光路長調整手段は、所定の厚さを有する光学部材であり、前記光学部材は、前記光路分割手段から前記第１のレンズ群までの光路及び前記光路分割手段から前記第２のレンズ群までの光路の少なくともいずれか一方の光路上に配置することにより、前記光路長の調整が可能であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の顕微鏡装置は、上記いずれかの干渉対物レンズを有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構成の簡素化を図りつつ、高ＮＡで、長作動距離を有する干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の構成を示す図である。
【図２】他の実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の構成を示す図である。
【図３】ミロー型の干渉対物レンズの基本構成を示す図である。
【図４】マイケルソン型の干渉対物レンズの基本構成を示す図である。
【図５】リニーク型の干渉対物レンズの基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１を用いて、本実施形態に係る干渉対物レンズ及びこの干渉対物レンズを有する顕微鏡装置の構成について説明する。図１に示す顕微鏡装置１は、試料３４側から順に、干渉対物レンズ１０と、照明用ハーフミラー３２と、検出器３３とが配置され、さらに照明用ハーフミラー３２の側方に光源３１が配置されて構成されている。
【００２１】
干渉対物レンズ１０は、同一鏡筒１３内に、参照ミラー１２と、光源３１からの照明光を試料３４へ向かう光と参照ミラー１２へ向かう光とに分割する光路分割プリズム１１と、前記光路分割プリズム１１を内部に備え、このプリズム１１と試料３４との間に配置された第１のレンズ群２１と、光路分割プリズム１１と参照ミラー１２との間に配置され、第１のレンズ群２１と同等の光学性能を有する第２のレンズ群２２と、光路分割プリズム１１の光源３１側に配置され、１枚又は複数枚のレンズからなるレンズ群２３とを有する対物レンズ系２０とから構成され、光路分割プリズム１１から試料３４の表面までの光路長と、光路分割プリズム１１から参照ミラー１２までの光路長とが一致するように配置されて構成されている。
【００２２】
光源３１から射出された照明光は、照明用ハーフミラー３２に照射され、一部の光がこの照明用ハーフミラー３２を透過し、残りの光が試料３４側に反射される。この照明用ハーフミラー３２で反射された光は、干渉対物レンズ１０に入射し、まず対物レンズ系２０を構成する１枚又は複数枚のレンズからなるレンズ群２３を介して光路分割プリズム１１に入射し、第１のレンズ群２１を介して試料３４へ向かう光と、第２のレンズ群２２を介して参照ミラー１２へ向かう光とに分割される。そして、試料３４から第１のレンズ群２１を通して得られる反射光と、参照ミラー１２から第２のレンズ群２２を通して得られる反射光とを光路分割プリズム１１で互いに重ね合わせ、干渉縞を形成する。このように形成された干渉縞は、対物レンズ系２０を構成する１枚又は複数枚のレンズからなるレンズ群２３及び照明用ハーフミラー３２を透過し、検出器３３に導かれる。そして、検出器３３により検出された干渉縞の形状や変化を測定解析することにより、試料３４の表面の凹凸情報が得られるように構成されている。
【００２３】
このように本実施形態に係る干渉対物レンズ１０を有する顕微鏡装置１は、対物レンズ系２０内に、言い換えれば同一鏡筒１３内に、光路分割プリズム１１、第１のレンズ群２１及び第２のレンズ群２２を組み込んだ構成となっている。よって、これら部材がそれぞれ独立して設けられている図５に示すようなリニーク型の干渉対物レンズ６０を有する顕微鏡装置と比べて、構成が簡素化され、光路分割プリズム１１（ハーフミラー）から試料３４の表面までの光路長と参照ミラー１２までの光路長とが合わせやすくなり、製造容易性の向上を図ることができる。また、このように同一鏡筒１３内に各部材を一旦組み込んでしまえば、これら部材の位置及び角度調整に対する高い精度と信頼性を確保できるため、扱いやすさを向上させることができる。さらに、第１のレンズ群２１と試料３４との間に広い空間を確保することが可能となるため、高倍、高ＮＡ、長作動距離を有する対物レンズへの対応や設計が可能である。
【００２４】
以上のように、本実施形態に係る干渉対物レンズ１０及びこれを有する顕微鏡装置１について、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２５】
例えば、本実施形態の干渉対物レンズ１０においては、光路分割プリズム１１から試料３４の表面までの光路長と、光路分割プリズム１１から参照ミラー１２までの光路長とを一致させるために、前記光路長の調整が可能な光路長調整手段を有することが好ましい。
【００２６】
具体的には、上記光路長調整手段は、参照ミラー１２であり、参照ミラー１２は光路分割プリズム１１から参照ミラー１２までの光路長を調整するために、図２に示すように、第２のレンズ群２２の光軸方向に沿って（図中では矢印ａで示す方向に）変位可能に設けられていることが好ましい。
【００２７】
この構成により、参照ミラー１２は光軸方向に沿って変位させることで、光路分割プリズム１１から参照ミラー１２までの光路長を調整することができるため、参照ミラー１２で反射される反射光を確実に光路分割プリズム１１へ再帰させ、干渉縞を得ることができる。また、観察し易いように、干渉縞のコントラストといった調整も可能である。
【００２８】
また、この構成により、参照ミラー１２を十分試料共役面と離して調整すれば、干渉縞の無い観察も可能である。
【００２９】
さらに好ましくは、参照ミラー１２は、干渉縞の縞間隔を調整するために、図２に示すように、該ミラー１２の反射面と第２のレンズ群２２の光軸との交点（図中では点ｂで示す）を中心点として揺動可能に設けられていることが好ましい。
【００３０】
この構成により、参照ミラー１２は該ミラー１２の反射面と第２のレンズ群２２の光軸との交点ｂを中心点として揺動させることで、参照ミラー１２で反射される反射光の角度を調整することができるため、干渉縞の縞間隔を調整することができる。また、参照ミラー１２で反射される反射光を確実に光路分割プリズム１１へ再帰させ、試料３４からの反射光に干渉させることができる。さらに、参照ミラー１２の角度を調整しても、光路分割プリズム１１との光路長が変化しないため、参照光の光路長が調整された状態を維持したままで、参照ミラー１２で反射される反射光の角度を調整することが可能である。
【００３１】
また、上記光路長調整手段は、光路分割プリズム１１であり、光路分割プリズム１１は、複数のプリズムが組み合わされたものであり、これら複数のプリズムの相対的な位置をずらすことにより（例えば、各プリズムの対向間隔は維持したままで、図２中の矢印ｃで示すようにスライド移動）、前記光路長の調整が可能であることが好ましい。
【００３２】
この構成により、光路分割プリズム１１から第１のレンズ群２１を介して試料３４の表面までの光路長と、光路分割プリズム１１から第２のレンズ群２２を介して参照ミラー１２までの光路長とを一致させ、試料３４からの反射光と、参照ミラー１２で反射される反射光とを確実に光路分割プリズム１１へ再帰させ、干渉縞を得ることができる。
【００３３】
また、上記光路長調整手段は、平行平板など所定の厚さを有する光学部材１４であり、この光学部材１４は、光路分割プリズム１１から第１のレンズ群２１までの光路（例えば、図２で示す位置１４ａや位置１４ｂ）及び光路分割プリズム１１から第２のレンズ群２２までの光路（例えば、図２で示す位置１４ｃや位置１４ｄ）の少なくともいずれか一方の光路上に配置することにより、前記光路長の調整が可能であることが好ましい。
【００３４】
このような構成により、所定の厚さを有する光学部材１４を配置して光路長を調整することで、光路分割プリズム１１から第１のレンズ群２１を介して試料３４の表面までの光路長と、光路分割プリズム１１から第２のレンズ群２２を介して参照ミラー１２までの光路長とを一致させ、干渉縞を観察することができる。
【００３５】
なお、光学部材１４は、光路上から挿脱可能に構成することも可能である。また、光学部材１４は、（図２中の位置１４ａや位置１４ｃで示すように）光路分割プリズム１１の試料３４側のレンズ面や参照ミラー１２側のレンズ面に貼り付けてもよい。また、光学部材１４は、複数枚配置しても構わない。また、光学部材１４は、光束入射位置を中心として回動可能となるように配置し、この光学部材１４内での該光束の光路長を調整可能としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  顕微鏡装置
１０  干渉対物レンズ
１１  光路分割プリズム（光路分割手段，光路長調整手段）
１２  参照ミラー（光路長調整手段）
１３  鏡筒
１４  光学部材（光路長調整手段）
２０  対物レンズ系
２１  第１のレンズ群
２２  第２のレンズ群
２３  対物レンズ系内の構成レンズ群
３１  光源
３２  照明用ハーフミラー
３３  検出器
３４  試料
【図１】
2011197166.tif 000003
【図２】
2011197166.tif 000004
【図３】
2011197166.tif 000005
【図４】
2011197166.tif 000006
【図５】
2011197166.tif 000007