(57)【要約】【課題】倍率比が１０以上のズーム光学系を有する光学系であっても、倍率変動に伴って測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化することのない光学系、及びそれを使用した測定検査装置を提供する。【解決手段】（ａ）においては、ズーム光学系３の瞳６の位置と対物レンズ系の瞳５の位置が一致しているので、前記の主光線は遮られることなく結像面４に到達し結像に寄与することができる。（ｂ）においては、倍率の変化に伴い、結像光学系３における瞳位置６’が（ａ）における位置と異なってくる。しかし、ズーム光学系３の位置と結像面４の位置を移動させ、それにより、新しい瞳６’の位置が、対物レンズ系２の瞳５の位置と一致するようにしている。これにより、対物レンズ系２の主光線とズーム光学系３の主光線を一致させることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物面の像を結像面に結像させる光学系であって、物面に面し、固定倍率と固定焦点を有する対物レンズ系と、当該対物レンズ系の後段に配置された、倍率が変更可能なズーム光学系を有し、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系であって、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、当該光学系の物面側のテレセントリック性を保ちながら、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学系であって、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、前記対物レンズ系の瞳位置と、前記ズーム光学系の瞳位置が一致するように、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とする光学系。
【請求項４】
被検体の像を結像面に結像させ、結像した像の観察又は画像処理を行うことにより被検体の測定又は検査を行う装置であって、この光学系が請求項１から請求項３に記載の光学系のいずれかを有し、当該光学系の物面が前記被検体位置とされていることを特徴とする測定検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ系とズーム光学系を有する光学系、及びそれを使用した測定検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
対物レンズ系とズーム光学系を有し、ズーム光学系の倍率を変化させることにより、被検体の全体像と細部パターンを、対物レンズを交換せずに測定・検査可能な測定検査装置はよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような測定検査装置に用いられる光学系は、通常、固定倍率で固定焦点を有する対物レンズ系と、その後段に設置されたズーム光学系により構成されている。その構成の概要を図２に示す。
【０００４】
図２おいて、（ａ）は所定の倍率であるときの光学系の配置を示し、（ｂ）はそれよりも大きな倍率としたときの光学系の配置を示す。（ａ）において、物面１より出た光は、対物レンズ系２、ズーム光学系３を通り、結像面４上に結像する。この状態において、対物レンズ系２では物面側テレセントリック性が保たれるようになっており、その瞳５の中心を通る光線（主光線）は、物面１から垂直に出射した光となる。
【０００５】
そして、（ａ）に示される状態においては、ズーム光学系３の瞳６の位置と対物レンズ系の瞳５の位置が一致しているので、前記の主光線は遮られることなく結像面４に到達し結像に寄与することができる。
【０００６】
ところが、（ｂ）の状態においては、ズーム光学系３の倍率変動により、ズーム光学系の瞳位置が６’の位置に移動する。すると、ズーム光学系３の瞳６’の位置と対物レンズ系２の瞳５の位置が異なってくる。よって、ズーム光学系３の主光線は、図に示すように、対物レンズ系２の前側で物面１と垂直ならずθ（≠９０°）の角度を有することとなる。すなわち、この光学系全体としての物体側テレセントリック性が崩れることとなる。
【０００７】
物面でのテレセントリック性が無くなると、被検体の光軸方向の位置が変化したり、被検体に凹凸があった場合に、倍率が変化したり、各部で倍率が異なったり、像がぼけたりすることになり、測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化する。
【０００８】
このような問題の発生を避けるために、ズーム光学系を工夫し、瞳位置を不変としたものも実用化されている。しかしながら、このようなズーム光学系の倍率比は大きくすることができず、せいぜい１０程度が限度であるとされている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、倍率比が１０以上のズーム光学系を有する光学系であっても、倍率変動に伴って測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化することのない光学系、及びそれを使用した測定検査装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、物面の像を結像面に結像させる光学系であって、物面に面し、固定倍率と固定焦点を有する対物レンズ系と、当該対物レンズ系の後段に配置された、倍率が変更可能なズーム光学系を有し、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とする光学系（請求項１）である。
【００１１】
本手段においては、対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、ズーム光学系の倍率に対応して可変とされているので、この間隔を調整することにより、倍率変動に伴って測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化することのないようにすることができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、当該光学系の物面側のテレセントリック性を保ちながら、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１３】
本手段においては、対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、光学系の物面側のテレセントリック性を保ちながら、ズーム光学系の倍率に対応して可変とされているので、被検体の光軸方向の位置が変化したり、被献体に凹凸があった場合に、倍率が変化したり、各部で倍率が異なったり、像がぼけたりすることがなくなり、測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化することが無いようにすることができる。
【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第４の手段であって、前記対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、前記対物レンズ系の瞳位置と、前記ズーム光学系の瞳位置が一致するように、前記ズーム光学系の倍率に対応して可変とされていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１５】
本手段においては、対物レンズ系とズーム光学系との間隔が、対物レンズ系の瞳位置と、ズーム光学系の瞳位置が一致するように、ズーム光学系の倍率に対応して可変とされているので、瞳位置に絞り等が設けられる場合であっても、互いの光学系の瞳位置が異なることによる光線の蹴られを少なくすることができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第４の手段は、被検体の像を結像面に結像させ、結像した像の観察又は画像処理を行うことにより被検体の測定又は検査を行う装置であって、この光学系が前記第１の手段から第３の手段の光学系のいずれかを有し、当該光学系の物面が前記被検体位置とされていることを特徴とする測定検査装置（請求項４）である。
【００１７】
本手段においては、前記第１の手段から第３の手段の光学系のいずれかを有しているので、それぞれの光学系の有する作用効果を奏することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である測定検査装置の光学系を示す概要図である。図２に示したものと同じように、（ａ）はズーム光学系が所定の倍率である場合、（ｂ）はズーム光学系が（ａ）よりも高倍率である場合の光学系の配置を示している。
【００１９】
（ａ）において、物面１より出た光は、対物レンズ系２、ズーム光学系３を通り、結像面４上に結像する。この状態において、対物レンズ系では物面側テレセントリック性が保たれるようになっており、その瞳５の中心を通る光線（主光線）は、物面１から垂直に出射した光となる。
【００２０】
そして、（ａ）に示される状態においては、ズーム光学系３の瞳６の位置と対物レンズ系の瞳５の位置が一致しているので、前記の主光線は遮られることなく結像面４に到達し結像に寄与することができる。
【００２１】
（ｂ）においては、倍率の拡大に伴い、結像光学系３における瞳位置６’が（ａ）における位置と異なってくる。しかし、図２に示した従来例と異なり、この実施の形態においては、ズーム光学系３の位置と結像面４の位置を移動させ、それにより、新しい瞳６’の位置が、対物レンズ系２の瞳５の位置と一致するようにしている。
【００２２】
このように、ズーム光学系３の瞳の位置が常に対物レンズ系２の瞳５の位置に一致するように、対物レンズ系２とズーム光学系３との間隔を変えてやれば、対物レンズ系２の主光線とズーム光学系３の主光線を一致させることができる。この実施の形態の場合、対物レンズ系２は物面側テレセントリック性が保たれるようになっているので、光学系全体としても物面側テレセントリック性が保たれる。よって、被検体の光軸方向の位置が変化したり、被検体に凹凸があった場合でも、倍率が変化したり、各部で倍率が異なったり、像がぼけたりすることがなくなり、測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化ことが無いようにすることができる。
【００２３】
なお、図１においては、物面側のみテレセントリックであり、像面側はテレセントリックとなっていないが、像面側をテレセントリックとしてもよいことは勿論である。
【００２４】
また、物面側がテレセントリックとなっていない場合であっても、対物レンズ系とズーム光学系の瞳位置が常に一致するようにしておけば、光線の蹴られ等の問題を防ぐ効果がある。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、倍率比が１０以上のズーム光学系を有する光学系であっても、倍率変動に伴って測定検査精度及び繰り返し再現性が悪化することのない光学系、及びそれを使用した測定検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である測定検査装置の光学系を示す概要図である。
【図２】従来の測定検査装置に用いられる光学系の概要を示す図である。
【符号の説明】
１：物面
２：対物レンズ系
３：ズーム光学系
４：結像面
５：対物レンズ系の瞳
６、６’：ズーム光学系の瞳
【図１】
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【図２】
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