小型超高開口率カタジオプトリック対物系
【課題】広いスペクトル域で標本を撮像できる対物系及び撮像方法を提供する。
【解決手段】標本撮像用の超高開口率対物系であって、
レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群１０１と、中間像の近傍に配置された視野レンズ素子１１２を１個又は複数個含む視野レンズ素子群１０２と、前記視野レンズ素子群と標本との間に配置され中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群１０３と、を備え、カタジオプトリック素子群が、球面状反射面、有意の反りを示さない反射面を有する１個又は複数個のマンジャン素子１１５、並びにメニスカスレンズ素子１１４を有し、そのメニスカスレンズ素子が、各マンジャン素子に直接接触せず、前記球面状反射面の球面曲率半径とは実質的に逆方向にメニスカス表面曲率半径を有するメニスカス表面を備えるよう配置される。
【解決手段】標本撮像用の超高開口率対物系であって、
レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群１０１と、中間像の近傍に配置された視野レンズ素子１１２を１個又は複数個含む視野レンズ素子群１０２と、前記視野レンズ素子群と標本との間に配置され中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群１０３と、を備え、カタジオプトリック素子群が、球面状反射面、有意の反りを示さない反射面を有する１個又は複数個のマンジャン素子１１５、並びにメニスカスレンズ素子１１４を有し、そのメニスカスレンズ素子が、各マンジャン素子に直接接触せず、前記球面状反射面の球面曲率半径とは実質的に逆方向にメニスカス表面曲率半径を有するメニスカス表面を備えるよう配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号（原題：High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System、出願日：２００３年２月２１日）に基づく利益を享受する係属中の米国特許出願第１０／４３４３７４号（原題：High Performance Catadioptric Imaging System、発明者：David G. Shafer, et al.、出願日：２００３年５月７日）の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、大まかには光学撮像の分野に関し、より具体的には顕微鏡撮像、検査、リソグラフィ等に使用されるカタジオプトリック（catadioptric）光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
標本の表面上にある特徴的構成を検査、撮像等する能力を有する光学系は色々ある。例えば半導体ウェハ上又はフォトマスク上の欠陥を検査する光学系や、スライド上の生物標本を精査する光学系である。また、撮像に顕微鏡が用いられることもある。例えば生物学的検査、寸法検査、半導体検査等、狭小範囲や微細特徴部分の高解像度画像を得たい複雑な検査では、顕微鏡が使用されることが多い。
【０００４】
顕微鏡を用いた撮像系は現在数多く市販されている。例えば本願出願人による特許出願や本願出願人に付与された特許に記載のものである。その中でも米国特許出願第１０／４３４３７４号（以下「先出願１」）に記載の対物系は、小型の割りに優れた光学特性を呈するカタジオプトリック対物系であり、特に深紫外域内の割合に広いスペクトル域に亘り高いＮＡ（numerical aperture：開口率）で、全体として良好に動作させることができる。ただ、深紫外域内では色収差補正がかなり難しくなる場合がある。
【０００５】
また、本願出願人に付与された特許に係る特許文献１に記載の対物系は、これよりはやや大きめだが幾つかの点で望ましい光学特性を呈するカタジオプトリック対物系であり、使用するスペクトル域が十分狭ければそのスペクトル域全体で好適に収差補正できるので、広い視野を有する超高ＮＡ撮像系として構成することができる。
【０００６】
これら、特許文献１に記載の大型超高ＮＡ対物系及び先出願１に記載の小型広帯域対物系は、何れも一種類のガラス素材から形成できる等、共通した有益な特質を有しているが、最終目的が大きく違うため使用するレンズの配列や使用形態が違っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６０６４５１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８４２２９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここに、例えば前出の各種検査に使用する場合、総体としてＮＡが高く視野サイズが広い対物系が有利であろう。一般に、ＮＡとはその対物系から標本への照光及びその標本からその対物系への集光が可能な角度範囲のことをいい、視野サイズとは要求される光学特性が全て充足される領域（視野）の標本位置における直径のことをいう。即ち、広いサイズの視野全体に亘り超高ＮＡ撮像を成功裡且つ効率的に実行できる対物系が、ここで述べているようなハイエンドな用途には相応しい。具体的には、７６°にも及ぶ広い角度で照明及び撮像できる程の超高ＮＡ対物系が求められる。しかしながら、先出願１や特許文献１に記載の構造で達成できるのは、こうした要求水準に比し低ＮＡ或いは狭視野サイズのものだけである。それでいて、全体として個々の光学素子の直径がやや大きすぎ、しかもその製造公差が非常にタイトになる（即ちレンズ制作を精密に実行しなければならない）。即ち、光学性能、サイズ、コスト等の面で従来の構造には限界があった。
【０００９】
また、顕微鏡を使用した深紫外域での標本検査（前出）用に望まれているのは、ＮＡが非常に高く且つ視野サイズが広い、という特性を有する光学系である。例えば、その動作波長が例えば１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３２５ｎｍ、３５５ｎｍ或いは更に長く可視域に属するものにて、そうした光学特性を実現することが嘱望されている。加えて、従来より小型で従来よりルーズな公差で製造できるものが望ましい。
【００１０】
即ち、標準的な顕微鏡を用いた顕微検査に使用でき、前述した従来の撮像系に見られたような難点がない対物系及び撮像系を実現することが、求められている。更に、本願にて指摘するような難点を呈さない優れた機能性を有する光学検査システムを実現することも、求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ここに、本発明の一実施形態に係る対物系は、標本撮像用の超高ＮＡ対物系であって、レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群と、中間像の近傍に１個又は複数個配置された視野レンズ素子と、中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、を備える。そのカタジオプトリック素子群としては、マンジャン（Mangin）素子及びメニスカス（meniscus）レンズ素子各々を１個又は複数個含む素子配列を用いる。
【００１２】
また、本発明の他の実施形態に係る対物系は、標本撮像用の超高ＮＡ対物系であって、入射光から中間像を生成する複数個のレンズ素子と、その視野内にある中間像の近傍に１個又は複数個配置された視野レンズ素子と、視野レンズ素子の視野内の中間像から採光して標本向けに低収差出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、を備える。中間像とカタジオプトリック素子群の間には、月型の視野レンズ素子を１個又は複数個配する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内のメニスカスレンズ素子の反りが球面ミラー素子の反りと逆方向である１２素子対物系を示す図である。
【図２】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内のメニスカスレンズ素子の反りが球面ミラー素子の反りと同方向である１２素子対物系を示す図である。
【図３】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図４】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、カタジオプトリック素子群を２個有する９素子対物系を示す図である。
【図５】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．４ｍｍで、２個のカタジオプトリック素子群で２素子瞳リレーを形成した９素子対物系を示す図である。
【図６】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、その球面ミラー素子が専用のミラー素子である１０素子対物系を示す図である。
【図７】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、その球面ミラー素子が鏡面付レンズ素子である１０素子対物系を示す図である。
【図８】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．４ｍｍで、固体カタジオプトリック素子を備え浸漬撮像を行う際に使用される１４素子対物系を示す図である。
【図９】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約２．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１０】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍ、中心波長が２１３ｎｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１１】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約１．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１２】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約１．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子があり、全長が長くカタジオプトリック素子直径が小さな１２素子対物系を示す図である。
【図１３】一般的な構成を有する顕微鏡及び本発明に係る対物系のその顕微鏡における使用形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、別紙図面を参照しつつ本発明について詳細に説明する。本件技術分野において習熟を積んだ者（いわゆる当業者）であれば、この説明を参照することで、上述のものもそれ以外のものも含め、本発明の利点を好適に理解することができよう。
【００１５】
なお、別紙図面は本発明の例示説明のためのものであり、要旨限定を旨とするものではない。
【００１６】
まず、本発明に係る対物系は小型カタジオプトリック対物系であり、そのＮＡが非常に高く、視野サイズが割合に広く、小型で、製造公差もルーズでよく、顕微鏡を用いた半導体検査等の先進的用途に使用できるものである。更に、この小型超高ＮＡ対物系では各種暗視野方式及び明視野方式による撮像を実施できる。本対物系によれば、標本表面から引いた法線に対し７６°もの広い角度範囲に亘り、照光及び集光することができる。
【００１７】
本発明に係る対物系は様々な波長の（ビーム）光、例えば赤外域から深紫外域に至る様々な波長で使用でき、またその波長向けに最適化することができる。例えば、紫外域に属する波長である１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ等々のビーム光向けに、本発明に係る対物系を構成或いは最適化することができる。そのための調整はいわゆる当業者であれば容易に行える。使用波長が１１０〜２００ｎｍの帯域内である場合は、その帯域にて光透過特性が良好な弗化物ガラスを用いるとよい。
【００１８】
本発明によれば、ＮＡが０．９７にも及ぶ程高く高品質画像が得られるカタジオプトリック光学系を、好適に実現することができる。ＮＡがこのように高いということは、非常に広い入射角範囲で照明及び結像を行えるということである。次の式
【数１】
は、ＮＡと標本への入射角との関係を表している。この式中のｎは屈折率であり、空気の場合その値は１．０００である。従って、空気中におけるＮＡと入射角の関係は、概略、次の表１の通りとなる。
【表１】
【００１９】
また、本発明に係る対物系を構成するレンズ素子は互いに同一種類のガラス素材によって形成することができるが、別々の種類のガラス素材を用いて形成してもかまわない。紫外域〜深紫外域で使用するのであれば、光透過特性の点で有利な熔融シリカを用いるとよい。熔融シリカには、熱的安定性に優れ、研磨が割合に容易であるという利点もある。
【００２０】
従来技術に対する本発明の相違点の一つは、カタジオプトリック素子群或いはその構成素子に改変を施した点にある。まず、先出願１に記載の小型広帯域対物系は、本発明に比べ低ＮＡ且つ狭視野サイズである。狭視野サイズということは、標本を許容範囲内の光学特性劣化で撮像できる面積が狭いということである。低ＮＡ及び狭視野サイズになるのは、合焦レンズ素子群にて生じる一次の軸上色収差（axial color）を補正するのにカタジオプトリック素子群全体での屈折力を負にしなければならないためである。これに対し、本発明では、狭帯域光を使用することとして軸上色収差を補正する必要をなくし、カタジオプトリック素子群内の屈折素子群全体での屈折力を０或いは正の値にすることができるようにしている。また、先出願１では、カタジオプトリック素子群を合焦レンズ素子群内に結像できるように視野レンズ素子群を構成することで、横色収差（lateral color）を補正している。本発明の視野レンズ素子群における結像動作もこれと類似した動作であるが、本発明では、視野レンズ素子における結像及び受光によって高次の球面収差（spherical aberration）やコマ収差（coma）等の単色収差（monochromatic aberration）を制御できるようにしている。
【００２１】
また、特許文献１に記載の大型カタジオプトリック超高ＮＡ対物系は、光学素子の偏心に対する非常にタイトな製造公差を満たす必要があるため、製造自体が非常に困難である。即ち、特許文献１では急角度での入射を受け入れることによって高次球面収差及びコマ収差のレベルを許容水準以下に抑え、カタジオプトリック素子群内で生じる収差をそれによって補正するようにしているので、偏心公差をタイトに設定する必要がある。これに対し、本発明では、合焦レンズ素子群の偏心公差を小さくすることによってカタジオプトリック素子群内での高次収差を抑えるようにしているため、合焦レンズ素子群にて高次球面収差等を補正する必要がない。
【００２２】
更に、高次収差を抑えるには、カタジオプトリック素子群としてそのマンジャン素子の個数が１個又は２個という単純な素子配列を用いるのでは不十分である。即ち、そうした単純な構成のカタジオプトリック素子群でも、高次の球面収差や高次のコマ収差のうち一方であれば十分に抑圧できるが、それらを同時に且つ十分に抑圧することはできない。
【００２３】
本発明におけるカタジオプトリック素子群の基本思想は従来とは異なるものである。本願では幾つかの基本思想を提案するが、そのうちの一つは、球面ミラー素子、レンズ素子及びマンジャン素子を組み合わせた三素子型の構成を採り、そのレンズ素子が三重経路で使用されるように（即ちその素子を光が一往復半するように）カタジオプトリック素子群を構成し、カタジオプトリック素子群のマンジャン素子を標本例えばウェハ側に寄せた配置で使用する、というものである。
【００２４】
図１に本発明の一実施形態に係る対物系を示す。本対物系は合焦レンズ素子群１０１、視野レンズ素子群１０２及びカタジオプトリック素子群１０３から構成されている。合焦レンズ素子群１０１はレンズ素子１０４〜１１１から構成されており、図中左側から光（light energy）が入射するとこの合焦レンズ素子群１０１によって中間像１１７が生成される。中間像１１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群１０１の先にある視野レンズ素子１１２の視野内で、視野レンズ素子１１２の先にあるカタジオプトリック素子群１０３内の球面ミラー素子１１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１０３は、この球面ミラー素子１１３とマンジャン素子１１５との間にメニスカスレンズ素子１１４を配置し、そのメニスカスレンズ素子１１４を三重経路で使用するよう構成されている。メニスカスレンズ素子１１４の反りは球面ミラー素子１１３の反りとは逆方向である。
【００２５】
表２に、図１に示した対物系のレンズ処方を示す。
【表２】
【００２６】
いわゆる当業者であれば理解できるように、表２の最左列に記されている数字は図１の左端から順に面を数えたもの即ち面番号を表している。例えばレンズ素子１０４の面のうち図１に向かって左側の面はこの表では面１として表されており、右側の面は面２として表されている。面１の曲率半径は２５．２４５ｍｍ、レンズ素子１０４の厚みは１．２５ｍｍ、面２の曲率半径は７．３４８ｍｍ、面２とその次の面との間隔は２．０ｍｍである。また、レンズ素子１０４を形成しているガラス素材は熔融シリカである。
【００２７】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１０２の視野内に中間像１１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１０３はその中間像１１７から採光した光を焦点１１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、カタジオプトリック素子群１０３は標本による反射光から中間像１１７を生成し、合焦レンズ素子群１０１は視野レンズ素子群１０２の視野内にある中間像１１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００２８】
更に、表２によれば、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカである。熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできるが、その素材は本対物系の使用波長域全体に亘り光吸収率が低い素材である必要がある。また、単一素材により形成された超高ＮＡ対物系には、その素材が優れた光透過特性を呈する波長域内ならどの波長にも、中心波長を合わせる（再最適化する）ことができるという利点がある。本対物系のように熔融シリカを用いた場合、１９０ｎｍ〜赤外域に至る波長域にて良好な光透過特性が得られるので、その波長域内で中心波長を再最適化できる。例えばレーザ光を使用する場合、１９３ｎｍ、１９８．５ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍ、３２５ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ、３６４ｎｍ等といった波長に再最適化できる。また、レンズ素子を形成するガラス素材として弗化カルシウムを使用する場合は、１５７ｎｍで動作するエキシマレーザを本対物系と組み合わせて使用すればよい。再最適化には各種構成部材の調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。
【００２９】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、その視野サイズが約０．８ｍｍ、最大素子直径が３０ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていたほとんどの対物系に比べてかなり小さいので、本対物系は、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。図１３に、一般的な顕微鏡の構成を示す。この図の顕微鏡は対物系１３０１、フランジ１３０２及び顕微鏡タレット１３０３から構成されている。同図には標本１３０４も示されている。なお、図中の部材寸法比は概略であり正確なものではない。
【００３０】
このように、図１及び表２に示した対物系は、空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差（polychromatic wavefront error）を約０．０４５波長未満にすることができる。また、三素子型のカタジオプトリック素子群１０３を用いているため、本対物系では、所望特性の実現と公差のルーズ化を両立させることができる。例えば、波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度（その素子群を構成する何れかの素子が１０μｍ偏心したときに生じる波面収差）は、合焦レンズ素子群１０１では最高約０．３６波長、視野レンズ素子群１０２では約０．３２波長、カタジオプトリック素子群１０３では最高約０．４波長と低レベルであり、どの素子が１０μｍ偏心しても波面収差が波長／２未満、場合によっては波長／３未満にもなるので、偏心に対する製造公差をルーズにすることができる。
【００３１】
また、これはあらゆる光学系にいえることであるが、トレードオフの関係を利用し、例えば帯域幅、視野サイズ、ＮＡ、対物系サイズ等の特性のうち何れかを犠牲にして他の特性を向上させることが可能である。そのうちどの特性を優先して高めるかは、その対物系乃至光学系の用途に応じて決めればよい。例えばＮＡを低め或いは高める代わりに他の特性を最適化する場合、ＮＡを低くする代わりに、製造公差を緩め、対物系の外径を小さくし、視野サイズ及び帯域幅を拡げ、或いは光学部品点数を減らす（但し特性は同レベルを保つ）こと等が可能である。逆に、視野サイズや帯域幅を犠牲にし対物系素子直径を僅かばかり大きくするのと引替に、光学素子を最適化してＮＡを高めることもできる。
【００３２】
更に、本対物系は自動収差補正型である。即ち、何も光学部品を付加しなくても収差が補正され検査装置としての仕様が充足されるように構成されている。言い換えれば、何も部品を追加しなくても収差がほとんどない像を得ることができ、またそのほぼ完全な像を得るのに別途収差補正を施す必要もない。自動収差補正能力があるので、光学的検査計測をより簡便に行うことができ、また他の自動収差補正型撮像用光学系につないで使用することもできる。更に、別の撮像用光学系を用いて残存収差を補正し、それを通じて帯域幅や視野サイズ等を向上させて光学仕様をより高水準にすることもできる。
【００３３】
また、本発明に係る対物系においては、様々な照明モード及び撮像モードを超高ＮＡで実行することができる。実行できる照明・撮像モードとしては、明視野モード、各種暗視野モード等のモードがある。その他のモード、例えば共焦点、微分干渉コントラスト、偏光コントラスト等のモードも、本発明に係る対物系により実行することができる。
【００３４】
明視野モードは顕微鏡システムにて広く用いられている。明視野モードの優れたところは得られる画像が鮮明であることである。本発明に係る対物系では、明視野モード下で対象物を照明し、その対象物上にある特徴部分のサイズを画像上で求め、それに本対物系の倍率を乗ずることにより、その特徴部分のサイズをかなり正確に知ることができる。従って、画像比較処理アルゴリズムと、本発明に係る対物系乃至光学系とを併用し、コンピュータによる物体検知分類処理を実施することもできる。更に、明視野モードで照明に使用する光源は通常は広帯域非コヒーレント光源であるが、照明用レーザ光源も使用することができる。即ち、照明系構成部品に少々修正を施せば、それを本発明に係る対物系と好適に併用できる。
【００３５】
共焦点モードは光学切断解析に際し対象物上の特徴部分間の高低差を分解検知するのに使用される。即ち、特徴部分間の高さの違いはどの撮像モードでもうまく検知することができないものであるが、共焦点モードならば同じ対象物上にありその高さが違う複数の注目特徴部分を別々に撮像でき、それらの像の比較によって特徴部分同士の相対的な高さを知ることができる。共焦点モードも本発明に係る対物系にて実施できる。
【００３６】
暗視野モードは対象物上の特徴部分を検知するのに用いられる。このモードは、対象物の表面のうち平坦な部分では光がほとんど散乱せず反射光が鏡面反射光になるのに対して、対象物の表面に突出等している特徴部分による反射光が散乱反射光になることを利用したモードである。この散乱反射光を受光できるよう検知器を配置することによって、平坦な部分を表す暗い背景の中に特徴部分からの散乱反射光による明るい部分が表示される画像を、得ることができる。即ち、暗視野モードを用い半導体ウエハ等の対象物を検査した場合、暗い背景の上に粒子、形状不正等、様々な特徴部分が表示された画像を得ることができる。この暗視野モードも本発明に係る対物系にて実施できる。更に、暗視野モードで得られる信号は対象物上の特徴部分にぶつかり散乱反射された光を捉えた信号であり、特徴部分が小さい割りにその拡がりが大きな信号になる。拡がりが大きいということは、その特徴部分の実サイズの割りに画像上で占める画素数が多くなるということであり、従って対象物の検査を高速で行うことが可能になる。更に、対象物上の繰り返しパターンによる反射光をフーリエフィルタリングで抑圧することにより、暗視野検査時に得られる検知信号の信号対雑音比を高めることができる。
【００３７】
暗視野モードには様々な種類があり、種類によって照明方式や集光方式が異なっている。即ち、その対象物から収集した散乱反射光や回折光による画像の信号対雑音比が許容水準以上になるよう、暗視野モードの種類毎に照明方式や集光方式が工夫されている。また、リング暗視野、レーザ方向暗視野、ダブル暗視野、中央暗背景暗視野等、複数種類の暗視野モードで撮像できる光学系もある。本発明に係る対物系でも、そうした複数種類の暗視野モードで撮像を行うことができる。
【００３８】
図１に示した対物系では、上述した様々な照明・撮像モードを何れも効率的に実行することができる。その際、相応の構成部品に若干の改変を施すことで、特性パラメタのうち何れかを改善させることもできる。何れにせよ、本発明に係る対物系によれば、上掲のどのモードによる撮像・検査でも、広い波長域に亘りまた高ＮＡ且つ広視野サイズで行うことができる。更に、本対物系は標準的な顕微鏡タレットに装着して動作させることができ、従来知られていた水準よりも高い撮像性能を実現できる。
【００３９】
図２に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であるが、図１に示した対物系とはカタジオプトリック素子群内素子に違いがある。即ち、本対物系におけるカタジオプトリック素子群２０３は、球面ミラー素子２１３とマンジャン素子２１５の間にメニスカスレンズ素子２１４を配置した構成であり、その屈折力はほぼ０である。このメニスカスレンズ素子２１４は球面ミラー素子２１３と同じ方向に反った形状であり、図示の例ではその厚みがほぼ均一な板によって実現されている。
【００４０】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群２０１、視野レンズ素子群２０２及びカタジオプトリック素子群２０３から構成されている。合焦レンズ素子群２０１はレンズ素子２０４〜２１１から構成されており、この合焦レンズ素子群２０１によって中間像２１７が生成されている。中間像２１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群２０１の先にある視野レンズ素子２１２の視野内で、更にその視野レンズ素子２１２の先にあるカタジオプトリック素子群２０３内の球面ミラー素子２１３の頂点付近である。カタジオプトリック素子群２０３は三素子配列であり、この球面ミラー素子２１３と、マンジャン素子２１５との間にメニスカスレンズ素子２１４を配置し、そのメニスカスレンズ素子２１４を三重経路で使用するよう構成されている。このメニスカスレンズ素子２１４の反りは、球面ミラー素子２１３の反りと同じ方向である。
【００４１】
表３に、図２に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表３】
【００４２】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群２０１は入射光を合焦させることによって視野レンズ素子群２０２の視野内に中間像２１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群２０３はその中間像２１７から採光した光を焦点２１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、例えば暗視野モードではこれとは逆の経路を辿る。即ち、カタジオプトリック素子群２０３は標本による反射光を受光して中間像２１７を生成し、合焦レンズ素子群２０１は視野レンズ素子群２０２の視野内にある中間像２１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００４３】
また、本対物系を例えば３５５ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は２８ｍｍになる。この最大素子直径は、同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さいサイズである。このように小型であることは対物系の特性としてはとりわけ有益なことであり、そのサイズならフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。このように、本対物系は、空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその波面収差を約０．０３９波長未満にすることができる。
【００４４】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群２０３を用いているため、本対物系では、所望特性の実現と公差のルーズ化を両立させることができる。例えば、波長が３５５ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群２０１では最高約０．２８７波長、視野レンズ素子群２０２では約０．２６７波長、カタジオプトリック素子群２０３では最高０．２４６波長であるので、製造公差をルーズにしてよい。
【００４５】
更に、表３に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、本対物系に対しては特性上の要求に応じて再最適化を施すことができる。最適に動作する波長を変更する処理即ち再最適化を施す際には、各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００４６】
図３に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であるが、前述の各実施形態とはそのカタジオプトリック素子群内素子に違いがある。即ち、本対物系におけるカタジオプトリック素子群３０３は、球面ミラー素子３１３とマンジャン素子３１５の間に負レンズ素子３１４を配置した構成である。
【００４７】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群３０１、視野レンズ素子群３０２及びカタジオプトリック素子群３０３から構成されている。合焦レンズ素子群３０１はレンズ素子３０４〜３１０から構成されており、この合焦レンズ素子群３０１によって中間像３１７が生成されている。中間像３１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群３０１の先にある視野レンズ素子３１１及び３１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群３０３内の球面ミラー素子３１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群３０３は三素子配列であり、この球面ミラー素子３１３とマンジャン素子３１５との間に負レンズ素子３１４を配置し、その負レンズ素子３１４を三重経路で使用するよう構成されている。
【００４８】
表４に、図３に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表４】
【００４９】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群３０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群３０２の視野内に中間像３１７を生成し、マンジャンミラー素子配列たるカタジオプトリック素子群３０３はその中間像３１７から採光した光を焦点３１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、カタジオプトリック素子群３０３は標本による反射光から中間像３１７を生成し、合焦レンズ素子群３０１は視野レンズ素子群３０２の視野内にある中間像３１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００５０】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は２６ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さいサイズである。小型であることは対物系の特性としてはとりわけ有益なことであり、本対物系ほど小さければ例えばそのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもの波面収差を約０．０３９波長未満にすることができる。
【００５１】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群３０３を用いているため、本対物系では、合焦レンズ素子群３０１及び視野レンズ素子群３０２に課する公差をかなりルーズにすることができる。例えば、波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群３０１では最高約０．２６波長、視野レンズ素子群３０２では約０．３３波長であり、従って製造公差をルーズにすることができる。但し、同じ場合におけるカタジオプトリック素子群３０３の１０μｍ素子偏心感度は最高約０．７２波長であるので、本対物系におけるカタジオプトリック素子群３０３の偏心公差はややタイトに設定せざるを得ない。
【００５２】
更に、表４に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００５３】
図４に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は、前述の実施形態と異なり９素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群内素子に違いがあり、しかも２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４を配列したダブルカタジオプトリックキャビティ型の構成になっている。一方のキャビティは他方のキャビティにおける高次収差の補正に使用されている。そうすることによって、合焦レンズ素子群４０１及び視野レンズ素子４０３の公差をかなりルーズにすることができる。
【００５４】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群４０１、１個の視野レンズ素子４０３からなる視野レンズ素子群、並びに２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４から構成されている。合焦レンズ素子群４０１はレンズ素子４０６〜４０８から構成されており、この合焦レンズ素子群４０１によって第１中間像４１５が生成されている。第１カタジオプトリック素子群４０２は、球面ミラー素子４０９と実質的に平坦な素子４１１との間にレンズ素子４１０を配置した三素子配列型の構成であり、この第１カタジオプトリック素子群４０２によって第２中間像４１６が生成されている。第２中間像４１６が生成される位置は第１カタジオプトリック素子群４０２の先にある視野レンズ素子４０３の視野内で、更にその先にある第２カタジオプトリック素子群４０４内の球面ミラー素子４１２の頂点又はその近傍である。この第２カタジオプトリック素子群４０４は、球面ミラー素子４１２とマンジャン素子４１３から構成される２素子配列型の構成である。なお、前掲の平坦素子４１１と第２カタジオプトリック素子群４０４内の球面ミラー素子４１２は同一素子によって実現することもできる。その素子の一方の鏡面を平坦素子４１１の鏡面として、他方の鏡面を球面ミラー素子４１２の鏡面として、それぞれ使用すればよい。その場合、視野レンズ素子４０３は素子４１１及び４１２を兼ねる単体素子の中央に孔を形成し、そのほぼ中央に入れればよい。本対物系には更に外部瞳４０５を設けることもできる。
【００５５】
表５に、図４に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表５】
【００５６】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群４０１は入射光を合焦させて第１中間像４１５を生成し、第１カタジオプトリック素子群４０２は第１中間像４１５から採光して視野レンズ素子４０３の視野内に第２中間像４１６を生成し、そして第２カタジオプトリック素子群４０４は第２中間像４１６から採光した光を焦点４１４に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たる第２カタジオプトリック素子群４０４は標本による反射光から第２中間像４１６を生成し、第１カタジオプトリック素子群４０２は視野レンズ素子４０３の視野内にある第２中間像４１６から採光して第１中間像４１５を生成し、そして合焦レンズ素子群４０１はその第１中間像４１５から採光して出射光を生成する。また、外部瞳４０５即ち開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００５７】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は４０ｍｍになる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、またその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００５８】
更に、ダブルカタジオプトリックキャビティ型の構成即ち２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４を配列した構成を採っているため、公差を更にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群４０１では最高約０．６１波長、第１カタジオプトリック素子群４０２では採光約０．５４波長、視野レンズ素子４０３では約０．５４波長、第２カタジオプトリック素子群４０４では最高約０．７７波長となるので、製造公差をルーズにしてもかまわない。
【００５９】
更に、表５に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００６０】
図５に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も２個のカタジオプトリック素子群５０４及び５０５を配列したダブルカタジオプトリックキャビティ型の９素子構成であるが、前述の実施形態とは各カタジオプトリック素子群内における素子配列及びカタジオプトリック素子群同士の配列が異なる他、２素子瞳リレー型の構成である点で異なっている。即ち、一方のキャビティが他方のキャビティにおける高次収差の補正に使用されており、従って合焦レンズ素子群５０２及び視野レンズ素子群５０３の公差をかなりルーズにすることができる点で、図４に示した対物系と共通しているが、図４では２個のカタジオプトリック素子群の間に配置されていた視野レンズ素子を別の場所に動かし、より簡単に製造できるようにしている点で、図４に示した対物系とは相違している。
【００６１】
具体的には、本対物系は瞳リレー素子群５０１、合焦レンズ素子群５０２、視野レンズ素子群５０３、並びに２個のカタジオプトリック素子群５０４及び５０５から構成されている。瞳リレー素子群５０１は外部瞳５０６をうまく形成できるようレンズ素子５０７及び５０９から構成されており、その内部ではレンズ素子５０７とレンズ素子５０９の間に第１中間像５０８が生成されている。その次段の合焦レンズ素子群５０２はレンズ素子５１０〜５１２から構成されており、この合焦レンズ素子群５０２によって第２中間像５２１が生成されている。第２中間像５２１が生成される位置は、合焦レンズ素子群５０２の先にある視野レンズ素子５１３の付近である。更にその先にある第１カタジオプトリック素子群５０４は、球面ミラー素子５１４と実質的に平坦なミラー素子５１６との間にレンズ素子５１５を配置した三素子配列型の構成であり、第２カタジオプトリック素子群５０５内の球面ミラー素子５１７の頂点付近に第３中間像５２０を生成する。第２カタジオプトリック素子群５０５は球面ミラー素子５１７とマンジャン素子５１８からなる２素子配列型の構成である。更に、球面ミラー素子５１７は前掲の平坦素子５１６と一体化することができる。即ち、その表裏に鏡面がある単一の素子として製造することができる。
【００６２】
表６に、図５に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表６】
【００６３】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、瞳リレー素子群５０１は外部瞳５０６の位置から入射し第１中間像５０８を生成した光を合焦レンズ素子群５０２にリレーし、合焦レンズ素子群５０２はその光を合焦させて視野レンズ素子５１３の近傍に第２中間像５２１を生成し、第１カタジオプトリック素子群５０４は第２中間像５２１から採光して第３中間像５２０を生成し、そして第２カタジオプトリック素子群５０５は第３中間像５２０から採光した光を標本５１９向けに出射する。また、標本５１９に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たる第２カタジオプトリック素子群５０５は標本５１９による反射光から第３中間像５２０を生成し、第１カタジオプトリック素子群５０４はこの第３中間像５２０から採光して視野レンズ素子群５０３内の視野レンズ素子５１３の近傍に第２中間像５２１を生成し、合焦レンズ素子群５０２はその第２中間像５２１から採光して瞳リレー素子群５０１への入射光を生成し、瞳リレー素子群５０１はその光から外部瞳５０６を生成する。また、外部瞳５０６即ち開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００６４】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．４ｍｍ、最大素子直径は４４ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さい大きさである。小型であることは、対物系の特性としてはかなり有益なことである。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００６５】
また、こうしたダブルカタジオプトリック素子群配列を採ることで、公差を更にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、瞳リレー素子群５０１内素子や合焦レンズ素子群５０２内素子では最高約１．３２波長、視野レンズ素子群５０３では最高約１．２波長、第１カタジオプトリック素子群５０４では最高約０．３４波長、第２カタジオプトリック素子群５０５では最高約０．７６波長であるので、製造公差をルーズにしても差し支えない。
【００６６】
更に、表６に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００６７】
図６に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１０素子構成である。そのカタジオプトリック素子群６０３は、従来の超高ＮＡ対物系と同様２素子型の構成であるが、それを構成しているのは半球面ミラー素子６１２及びほぼ平坦なマンジャン素子６１３である。
【００６８】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群６０１、視野レンズ素子群６０２及びカタジオプトリック素子群６０３から構成されている。合焦レンズ素子群６０１はレンズ素子６０４〜６１０から構成されており、この合焦レンズ素子群６０１によって中間像６１５が生成されている。中間像６１５が生成される位置はその先にある視野レンズ素子６１１の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群６０３内の球面ミラー素子６１２の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群６０３はこの球面ミラー素子６１２とマンジャン素子６１３からなる２素子配列型の構成である。
【００６９】
表７に、図６に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表７】
【００７０】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群６０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群６０２の視野内に中間像６１５を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群６０３はその中間像６１５から採光した光を標本６１４向けに出射する。また、標本６１４に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群６０３は標本６１４による反射光から中間像６１５を生成し、合焦レンズ素子群６０１は視野レンズ素子群６０２の視野にある中間像６１５から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００７１】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３０ｍｍになる。従って、本対物系は、約４５ｍｍのフランジ対物距離を有する標準的な顕微鏡タレット内に装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００７２】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群６０１では最高約１．１９波長、視野レンズ素子群６０２では約０．５６波長、カタジオプトリック素子群６０３では最高約０．６０波長となる。従って図１や図２に示した対物系に比べ幾点かの公差をタイトにせざるを得ないが、対物系自体の大きさは従来の超高ＮＡ対物系に比べ小型になっている。
【００７３】
更に、表７に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００７４】
図７に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１０素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群７０３は従来の超高ＮＡ対物系と同様２素子型の構成であるが、それを構成しているのは半球面マンジャン素子７１２及びほぼ平坦なマンジャン素子７１３である。
【００７５】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群７０１、視野レンズ素子群７０２及びカタジオプトリック素子群７０３から構成されている。合焦レンズ素子群７０１はレンズ素子７０４〜７１０から構成されており、この合焦レンズ素子群７０１によって中間像７１５が生成されている。中間像７１５が生成される位置はその先にある視野レンズ素子７１１の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群７０３内の半球面マンジャン素子７１２の鏡面の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群７０３はこの半球面マンジャン素子７１２と平坦マンジャン素子７１３からなる２素子配列型の構成である。
【００７６】
表８に、図７に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表８】
【００７７】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群７０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群７０２の視野内に中間像７１５を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群７０３はその中間像７１５から採光した光を焦点７１４に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群７０３は標本による反射光から中間像７１５を生成し、合焦レンズ素子群７０１は視野レンズ素子群７０２の視野にある中間像７１５から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００７８】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３２ｍｍになる。従って、本対物系は、約４５ｍｍのフランジ対物距離を有する標準的な顕微鏡タレット内に装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０４波長未満にすることができる。
【００７９】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群７０１では最高約１．２波長、視野レンズ素子群７０２では約０．５５波長、カタジオプトリック素子群７０３では最高約０．５２波長となる。従って図１や図２に示した対物系に比べ幾点かで公差をタイトにせざるを得ないが、対物系自体の大きさは従来の超高ＮＡ対物系に比べ小型になっている。
【００８０】
更に、表８に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、図７に示した対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００８１】
図８に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１４素子構成であり、浸漬撮像方式にて０．９７という超高ＮＡを実現し、また浸漬型としては大きめな視野サイズが得られるように構成されている。
【００８２】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群８０１、視野レンズ素子群８０２及びカタジオプトリック素子群８０３から構成されている。合焦レンズ素子群８０１はレンズ素子８０５〜８１５から構成されており、この合焦レンズ素子群８０１によって中間像８２１が生成されている。中間像８２１が生成される位置はその先にある視野レンズ素子８１６及び８１７の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群８０３内のマンジャン素子８１８の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群８０３内のマンジャン素子８１８は、単体のガラス片の表裏両面上に又はそのすぐそばに反射面を形成した単体型の素子である。即ち、マンジャン素子８１８は単一ガラス片の表面に沿うように２個のマンジャン反射面を形成した構造の固体マンジャン素子である。こうした固体マンジャン素子８１８をカタジオプトリック素子群８０３として使用しているため、好ましいことに、浸漬方式による超高ＮＡ撮像を行うことができる。
【００８３】
表９に、図８に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表９】
【００８４】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群８０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群８０２の視野内に中間像８２１を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群８０３はその中間像８２１から採光した光を標本８１９向けに出射する。また、標本８１９に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群８０３は標本８１９による反射光から中間像８２１を生成し、合焦レンズ素子群８０１は視野レンズ素子群８０２の視野にある中間像８２１から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り８０４の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００８５】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．４ｍｍ、最大素子直径は３０ｍｍになる。小型であることは、対物系の特性としてはとりわけ有益なことである。そして、本対物系は、水中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０３５波長未満にすることができる。
【００８６】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群８０１では最高約０．２１５波長、視野レンズ素子群８０２では約０．２５波長、カタジオプトリック素子群８０３では最高約０．３０波長となる。従ってこれらについての公差を割合にルーズにすることができる。また、本対物系には外部瞳８０４があるので、そこに開口を配置してＮＡを制御することや、そこにフィルタを配置してフーリエフィルタリングを行うことや、それを利用して暗視野モードを実施することができる。
【００８７】
更に、表９に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００８８】
図９に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１２素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群９０３内の素子配列に違いがある。本対物系におけるカタジオプトリック素子群９０３内素子配列は、球面ミラー素子９１３とマンジャン素子９１５の間に屈折力が０になるようレンズ素子９１４を配置する、というものであり、またそのレンズ素子９１４は球面ミラー素子９１３とは逆方向に反る形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。この構成によって超高ＮＡを実現する点は図１に示した実施形態と共通しているが、但し、各素子直径を大きくすることで視野サイズを拡げている点が異なっている。また、図示例におけるメニスカスレンズ素子９１４はその厚みがほぼ均一な板として形成されている。
【００８９】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群９０１、視野レンズ素子群９０２及びカタジオプトリック素子群９０３から構成されている。合焦レンズ素子群９０１はレンズ素子９０４〜９１１から構成されており、この合焦レンズ素子群９０１によって中間像９１７が生成されている。中間像９１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子９１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群９０３内の球面ミラー素子９１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群９０３はこの球面ミラー素子９１３とマンジャン素子９１５の間にメニスカスレンズ素子９１４を配置した三素子配列型の構成であり、そのメニスカスレンズ素子９１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子９１４は、球面ミラー素子９１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【００９０】
表１０に、図９に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１０】
【００９１】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群９０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群９０２の視野内に中間像９１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群９０３はその中間像９１７から採光した光を焦点９１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群９０３は標本による反射光から中間像９１７を生成し、合焦レンズ素子群９０１は視野レンズ素子群９０２の視野内にある中間像９１７から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００９２】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約２．０ｍｍ、最大素子直径は１０４ｍｍになる。本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５５波長未満にすることができる。
【００９３】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群９０３を用いているため、上掲の性能を実現できるだけでなくその公差を非常にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群９０１では最高０．４０波長、視野レンズ素子群９０２では０．２６９波長、カタジオプトリック素子群９０３では最高０．３４波長であるので、製造公差をルーズにしても差し支えない。
【００９４】
更に、表１０に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００９５】
図１０に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１００３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１０１３とマンジャン素子１０１５の間には屈折力がほぼ０になるようにレンズ素子１０１４が配置されており、またそのレンズ素子１０１４が球面ミラー素子１０１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１０１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。
【００９６】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１００１、視野レンズ素子群１００２及びカタジオプトリック素子群１００３から構成されている。合焦レンズ素子群１００１はレンズ素子１００４〜１０１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１００１によって中間像１０１７が生成されている。中間像１０１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１０１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群１００３内の球面ミラー素子１０１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１００３はこの球面ミラー素子１０１３とマンジャン素子１０１５の間にレンズ素子１０１４を配置した三素子配列型の構成であり、レンズ素子１０１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１０１４は球面ミラー素子１０１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【００９７】
表１１に、図１０に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１１】
【００９８】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１００１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１００２の視野内に中間像１０１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１００３はその中間像１０１７から採光した光を焦点１０１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１００３は標本による反射光から中間像１０１７を生成し、合焦レンズ素子群１００１は視野レンズ素子群１００２の視野内にある中間像１０１７から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００９９】
また、本対物系を例えば２１３ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３１．５ｍｍとなる。そのため、本対物系は、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍである標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。そして、本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１００】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１００３を用いているため、その公差を全般的にルーズにすることができる。例えば波長が２１３ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１００１では最高約０．４４６９波長、視野レンズ素子群１００２では約０．４３８７波長、カタジオプトリック素子群１００３では最高約０．４６３波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１０１】
更に、表１１に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１０２】
図１１に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１１０３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１１１３とマンジャン素子１１１５の間には屈折力がほぼ０になるようレンズ素子１１１４が配置されており、またそのレンズ素子１１１４が球面ミラー素子１１１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１１１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。
【０１０３】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１１０１、視野レンズ素子群１１０２及びカタジオプトリック素子群１１０３から構成されている。合焦レンズ素子群１１０１はレンズ素子１１０４〜１１１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１１０１によって中間像１１１７が生成されている。中間像１１１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１１１２の視野内で、更にその先にあるそのカタジオプトリック素子群１１０３内の球面ミラー素子１１１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１１０３はこの球面ミラー素子１１１３とマンジャン素子１１１５の間にレンズ素子１１１４を配置した三素子配列型の構成であり、レンズ素子１１１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１１１４は球面ミラー素子１１１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【０１０４】
表１２に、図１１に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１２】
【０１０５】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１１０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１１０２の視野内に中間像１１１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１１０３はその中間像１１１７から採光した光を焦点１１１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１１０３は標本による反射光から中間像１１１７を生成し、合焦レンズ素子群１１０１は視野レンズ素子群１１０２の視野内にある中間像１１１７から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り１１１８の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【０１０６】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約１．０ｍｍ、最大素子直径は３７ｍｍとなる。本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実施できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１０７】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１１０３を用いているため、その公差を割合にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１１０１では最高約０．３８波長、視野レンズ素子群１１０２では約０．３２波長、カタジオプトリック素子群１１０３では最高約０．４１波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１０８】
更に、表１２に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１０９】
図１２に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１２０３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１２１３とマンジャン素子１２１５の間には屈折力がほぼ０になるようにレンズ素子１２１４が配置されており、またそのレンズ素子１２１４が球面ミラー素子１２１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１２１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。更に、図１１に示した対物系に比べると、本対物系では、その合焦レンズ素子群１２０１が長く、カタジオプトリック素子群１２０３が細くなっている。
【０１１０】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１２０１、視野レンズ素子群１２０２及びカタジオプトリック素子群１２０３から構成されている。合焦レンズ素子群１２０１はレンズ素子１２０４〜１２１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１２０１によって中間像１２１７が生成されている。中間像１２１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１２１２の視野内で、カタジオプトリック素子群１２０３内の球面ミラー素子１２１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１２０３はこの球面ミラー素子１２１３とマンジャン素子１２１５の間にレンズ素子１２１４を配置した三素子配列型の構成であり、そのレンズ素子１２１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１２１４は球面ミラー素子１２１４とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【０１１１】
表１３に、図１２に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１３】
【０１１２】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１２０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１２０２の視野内に中間像１２１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１２０３はその中間像１２１７から採光した光を焦点１２１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１２０３は標本による反射光から中間像１２１７を生成し、合焦レンズ素子群１２０１は視野レンズ素子群１２０２の視野内にある中間像１２１７から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り１２１８の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【０１１３】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約１．０ｍｍ、最大素子直径は２８ｍｍとなる。このように図１１に示した対物系に比べ素子直径が細いのは、一つには合焦レンズ素子群１２０１が合焦レンズ素子群１１０１より長いからである。また、このように小型であることは、対物系の特性としてはひときわ有益なことである。そして、本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１１４】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１２０３を用いているため、その公差を割合ルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１２０１では最高約０．４０波長、視野レンズ素子群１２０２では約０．３１波長、カタジオプトリック素子群１２０３では最高約０．４７波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１１５】
更に、表１３に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１１６】
以上説明した本発明の対物系は、様々な用途乃至環境で使用することができる。例えばリソグラフィ、顕微鏡、生物学的検査、医学研究等である。
【０１１７】
更に、本発明についてその特定の実施形態に基づき説明を行ったが、これは本発明の技術的範囲に何か要旨限定を加えることを目的とした説明ではなく、むしろ、本発明の実施形態を様々に記すことによって標本撮像用の超高ＮＡ対物系としての本発明の構成及び効果に関する記載を補強することを目的としたものである。従って、本発明を説明するのに使用した種々の実施形態に対し、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で様々に修正を施すこともできるものと解されたい。本願は、本発明の原理におおよそ従う種々の変形、用途、応用等をくまなく包含することを狙った出願であり、例えば本発明が属する技術範囲にて既に知られている或いは常用されている種類の変形を本願記載の構成に施したものも、本発明の技術的範囲に属するものとする。
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号（原題：High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System、出願日：２００３年２月２１日）に基づく利益を享受する係属中の米国特許出願第１０／４３４３７４号（原題：High Performance Catadioptric Imaging System、発明者：David G. Shafer, et al.、出願日：２００３年５月７日）の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、大まかには光学撮像の分野に関し、より具体的には顕微鏡撮像、検査、リソグラフィ等に使用されるカタジオプトリック（catadioptric）光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
標本の表面上にある特徴的構成を検査、撮像等する能力を有する光学系は色々ある。例えば半導体ウェハ上又はフォトマスク上の欠陥を検査する光学系や、スライド上の生物標本を精査する光学系である。また、撮像に顕微鏡が用いられることもある。例えば生物学的検査、寸法検査、半導体検査等、狭小範囲や微細特徴部分の高解像度画像を得たい複雑な検査では、顕微鏡が使用されることが多い。
【０００４】
顕微鏡を用いた撮像系は現在数多く市販されている。例えば本願出願人による特許出願や本願出願人に付与された特許に記載のものである。その中でも米国特許出願第１０／４３４３７４号（以下「先出願１」）に記載の対物系は、小型の割りに優れた光学特性を呈するカタジオプトリック対物系であり、特に深紫外域内の割合に広いスペクトル域に亘り高いＮＡ（numerical aperture：開口率）で、全体として良好に動作させることができる。ただ、深紫外域内では色収差補正がかなり難しくなる場合がある。
【０００５】
また、本願出願人に付与された特許に係る特許文献１に記載の対物系は、これよりはやや大きめだが幾つかの点で望ましい光学特性を呈するカタジオプトリック対物系であり、使用するスペクトル域が十分狭ければそのスペクトル域全体で好適に収差補正できるので、広い視野を有する超高ＮＡ撮像系として構成することができる。
【０００６】
これら、特許文献１に記載の大型超高ＮＡ対物系及び先出願１に記載の小型広帯域対物系は、何れも一種類のガラス素材から形成できる等、共通した有益な特質を有しているが、最終目的が大きく違うため使用するレンズの配列や使用形態が違っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６０６４５１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８４２２９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここに、例えば前出の各種検査に使用する場合、総体としてＮＡが高く視野サイズが広い対物系が有利であろう。一般に、ＮＡとはその対物系から標本への照光及びその標本からその対物系への集光が可能な角度範囲のことをいい、視野サイズとは要求される光学特性が全て充足される領域（視野）の標本位置における直径のことをいう。即ち、広いサイズの視野全体に亘り超高ＮＡ撮像を成功裡且つ効率的に実行できる対物系が、ここで述べているようなハイエンドな用途には相応しい。具体的には、７６°にも及ぶ広い角度で照明及び撮像できる程の超高ＮＡ対物系が求められる。しかしながら、先出願１や特許文献１に記載の構造で達成できるのは、こうした要求水準に比し低ＮＡ或いは狭視野サイズのものだけである。それでいて、全体として個々の光学素子の直径がやや大きすぎ、しかもその製造公差が非常にタイトになる（即ちレンズ制作を精密に実行しなければならない）。即ち、光学性能、サイズ、コスト等の面で従来の構造には限界があった。
【０００９】
また、顕微鏡を使用した深紫外域での標本検査（前出）用に望まれているのは、ＮＡが非常に高く且つ視野サイズが広い、という特性を有する光学系である。例えば、その動作波長が例えば１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３２５ｎｍ、３５５ｎｍ或いは更に長く可視域に属するものにて、そうした光学特性を実現することが嘱望されている。加えて、従来より小型で従来よりルーズな公差で製造できるものが望ましい。
【００１０】
即ち、標準的な顕微鏡を用いた顕微検査に使用でき、前述した従来の撮像系に見られたような難点がない対物系及び撮像系を実現することが、求められている。更に、本願にて指摘するような難点を呈さない優れた機能性を有する光学検査システムを実現することも、求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ここに、本発明の一実施形態に係る対物系は、標本撮像用の超高ＮＡ対物系であって、レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群と、中間像の近傍に１個又は複数個配置された視野レンズ素子と、中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、を備える。そのカタジオプトリック素子群としては、マンジャン（Mangin）素子及びメニスカス（meniscus）レンズ素子各々を１個又は複数個含む素子配列を用いる。
【００１２】
また、本発明の他の実施形態に係る対物系は、標本撮像用の超高ＮＡ対物系であって、入射光から中間像を生成する複数個のレンズ素子と、その視野内にある中間像の近傍に１個又は複数個配置された視野レンズ素子と、視野レンズ素子の視野内の中間像から採光して標本向けに低収差出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、を備える。中間像とカタジオプトリック素子群の間には、月型の視野レンズ素子を１個又は複数個配する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内のメニスカスレンズ素子の反りが球面ミラー素子の反りと逆方向である１２素子対物系を示す図である。
【図２】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内のメニスカスレンズ素子の反りが球面ミラー素子の反りと同方向である１２素子対物系を示す図である。
【図３】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図４】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、カタジオプトリック素子群を２個有する９素子対物系を示す図である。
【図５】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．４ｍｍで、２個のカタジオプトリック素子群で２素子瞳リレーを形成した９素子対物系を示す図である。
【図６】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、その球面ミラー素子が専用のミラー素子である１０素子対物系を示す図である。
【図７】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍで、その球面ミラー素子が鏡面付レンズ素子である１０素子対物系を示す図である。
【図８】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．４ｍｍで、固体カタジオプトリック素子を備え浸漬撮像を行う際に使用される１４素子対物系を示す図である。
【図９】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約２．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１０】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約０．８ｍｍ、中心波長が２１３ｎｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１１】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約１．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子がある１２素子対物系を示す図である。
【図１２】そのＮＡが０．９７、視野サイズが約１．０ｍｍで、そのカタジオプトリック素子群内に負レンズ素子があり、全長が長くカタジオプトリック素子直径が小さな１２素子対物系を示す図である。
【図１３】一般的な構成を有する顕微鏡及び本発明に係る対物系のその顕微鏡における使用形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、別紙図面を参照しつつ本発明について詳細に説明する。本件技術分野において習熟を積んだ者（いわゆる当業者）であれば、この説明を参照することで、上述のものもそれ以外のものも含め、本発明の利点を好適に理解することができよう。
【００１５】
なお、別紙図面は本発明の例示説明のためのものであり、要旨限定を旨とするものではない。
【００１６】
まず、本発明に係る対物系は小型カタジオプトリック対物系であり、そのＮＡが非常に高く、視野サイズが割合に広く、小型で、製造公差もルーズでよく、顕微鏡を用いた半導体検査等の先進的用途に使用できるものである。更に、この小型超高ＮＡ対物系では各種暗視野方式及び明視野方式による撮像を実施できる。本対物系によれば、標本表面から引いた法線に対し７６°もの広い角度範囲に亘り、照光及び集光することができる。
【００１７】
本発明に係る対物系は様々な波長の（ビーム）光、例えば赤外域から深紫外域に至る様々な波長で使用でき、またその波長向けに最適化することができる。例えば、紫外域に属する波長である１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ等々のビーム光向けに、本発明に係る対物系を構成或いは最適化することができる。そのための調整はいわゆる当業者であれば容易に行える。使用波長が１１０〜２００ｎｍの帯域内である場合は、その帯域にて光透過特性が良好な弗化物ガラスを用いるとよい。
【００１８】
本発明によれば、ＮＡが０．９７にも及ぶ程高く高品質画像が得られるカタジオプトリック光学系を、好適に実現することができる。ＮＡがこのように高いということは、非常に広い入射角範囲で照明及び結像を行えるということである。次の式
【数１】
は、ＮＡと標本への入射角との関係を表している。この式中のｎは屈折率であり、空気の場合その値は１．０００である。従って、空気中におけるＮＡと入射角の関係は、概略、次の表１の通りとなる。
【表１】
【００１９】
また、本発明に係る対物系を構成するレンズ素子は互いに同一種類のガラス素材によって形成することができるが、別々の種類のガラス素材を用いて形成してもかまわない。紫外域〜深紫外域で使用するのであれば、光透過特性の点で有利な熔融シリカを用いるとよい。熔融シリカには、熱的安定性に優れ、研磨が割合に容易であるという利点もある。
【００２０】
従来技術に対する本発明の相違点の一つは、カタジオプトリック素子群或いはその構成素子に改変を施した点にある。まず、先出願１に記載の小型広帯域対物系は、本発明に比べ低ＮＡ且つ狭視野サイズである。狭視野サイズということは、標本を許容範囲内の光学特性劣化で撮像できる面積が狭いということである。低ＮＡ及び狭視野サイズになるのは、合焦レンズ素子群にて生じる一次の軸上色収差（axial color）を補正するのにカタジオプトリック素子群全体での屈折力を負にしなければならないためである。これに対し、本発明では、狭帯域光を使用することとして軸上色収差を補正する必要をなくし、カタジオプトリック素子群内の屈折素子群全体での屈折力を０或いは正の値にすることができるようにしている。また、先出願１では、カタジオプトリック素子群を合焦レンズ素子群内に結像できるように視野レンズ素子群を構成することで、横色収差（lateral color）を補正している。本発明の視野レンズ素子群における結像動作もこれと類似した動作であるが、本発明では、視野レンズ素子における結像及び受光によって高次の球面収差（spherical aberration）やコマ収差（coma）等の単色収差（monochromatic aberration）を制御できるようにしている。
【００２１】
また、特許文献１に記載の大型カタジオプトリック超高ＮＡ対物系は、光学素子の偏心に対する非常にタイトな製造公差を満たす必要があるため、製造自体が非常に困難である。即ち、特許文献１では急角度での入射を受け入れることによって高次球面収差及びコマ収差のレベルを許容水準以下に抑え、カタジオプトリック素子群内で生じる収差をそれによって補正するようにしているので、偏心公差をタイトに設定する必要がある。これに対し、本発明では、合焦レンズ素子群の偏心公差を小さくすることによってカタジオプトリック素子群内での高次収差を抑えるようにしているため、合焦レンズ素子群にて高次球面収差等を補正する必要がない。
【００２２】
更に、高次収差を抑えるには、カタジオプトリック素子群としてそのマンジャン素子の個数が１個又は２個という単純な素子配列を用いるのでは不十分である。即ち、そうした単純な構成のカタジオプトリック素子群でも、高次の球面収差や高次のコマ収差のうち一方であれば十分に抑圧できるが、それらを同時に且つ十分に抑圧することはできない。
【００２３】
本発明におけるカタジオプトリック素子群の基本思想は従来とは異なるものである。本願では幾つかの基本思想を提案するが、そのうちの一つは、球面ミラー素子、レンズ素子及びマンジャン素子を組み合わせた三素子型の構成を採り、そのレンズ素子が三重経路で使用されるように（即ちその素子を光が一往復半するように）カタジオプトリック素子群を構成し、カタジオプトリック素子群のマンジャン素子を標本例えばウェハ側に寄せた配置で使用する、というものである。
【００２４】
図１に本発明の一実施形態に係る対物系を示す。本対物系は合焦レンズ素子群１０１、視野レンズ素子群１０２及びカタジオプトリック素子群１０３から構成されている。合焦レンズ素子群１０１はレンズ素子１０４〜１１１から構成されており、図中左側から光（light energy）が入射するとこの合焦レンズ素子群１０１によって中間像１１７が生成される。中間像１１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群１０１の先にある視野レンズ素子１１２の視野内で、視野レンズ素子１１２の先にあるカタジオプトリック素子群１０３内の球面ミラー素子１１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１０３は、この球面ミラー素子１１３とマンジャン素子１１５との間にメニスカスレンズ素子１１４を配置し、そのメニスカスレンズ素子１１４を三重経路で使用するよう構成されている。メニスカスレンズ素子１１４の反りは球面ミラー素子１１３の反りとは逆方向である。
【００２５】
表２に、図１に示した対物系のレンズ処方を示す。
【表２】
【００２６】
いわゆる当業者であれば理解できるように、表２の最左列に記されている数字は図１の左端から順に面を数えたもの即ち面番号を表している。例えばレンズ素子１０４の面のうち図１に向かって左側の面はこの表では面１として表されており、右側の面は面２として表されている。面１の曲率半径は２５．２４５ｍｍ、レンズ素子１０４の厚みは１．２５ｍｍ、面２の曲率半径は７．３４８ｍｍ、面２とその次の面との間隔は２．０ｍｍである。また、レンズ素子１０４を形成しているガラス素材は熔融シリカである。
【００２７】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１０２の視野内に中間像１１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１０３はその中間像１１７から採光した光を焦点１１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、カタジオプトリック素子群１０３は標本による反射光から中間像１１７を生成し、合焦レンズ素子群１０１は視野レンズ素子群１０２の視野内にある中間像１１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００２８】
更に、表２によれば、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカである。熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできるが、その素材は本対物系の使用波長域全体に亘り光吸収率が低い素材である必要がある。また、単一素材により形成された超高ＮＡ対物系には、その素材が優れた光透過特性を呈する波長域内ならどの波長にも、中心波長を合わせる（再最適化する）ことができるという利点がある。本対物系のように熔融シリカを用いた場合、１９０ｎｍ〜赤外域に至る波長域にて良好な光透過特性が得られるので、その波長域内で中心波長を再最適化できる。例えばレーザ光を使用する場合、１９３ｎｍ、１９８．５ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍ、３２５ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ、３６４ｎｍ等といった波長に再最適化できる。また、レンズ素子を形成するガラス素材として弗化カルシウムを使用する場合は、１５７ｎｍで動作するエキシマレーザを本対物系と組み合わせて使用すればよい。再最適化には各種構成部材の調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。
【００２９】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、その視野サイズが約０．８ｍｍ、最大素子直径が３０ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていたほとんどの対物系に比べてかなり小さいので、本対物系は、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。図１３に、一般的な顕微鏡の構成を示す。この図の顕微鏡は対物系１３０１、フランジ１３０２及び顕微鏡タレット１３０３から構成されている。同図には標本１３０４も示されている。なお、図中の部材寸法比は概略であり正確なものではない。
【００３０】
このように、図１及び表２に示した対物系は、空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差（polychromatic wavefront error）を約０．０４５波長未満にすることができる。また、三素子型のカタジオプトリック素子群１０３を用いているため、本対物系では、所望特性の実現と公差のルーズ化を両立させることができる。例えば、波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度（その素子群を構成する何れかの素子が１０μｍ偏心したときに生じる波面収差）は、合焦レンズ素子群１０１では最高約０．３６波長、視野レンズ素子群１０２では約０．３２波長、カタジオプトリック素子群１０３では最高約０．４波長と低レベルであり、どの素子が１０μｍ偏心しても波面収差が波長／２未満、場合によっては波長／３未満にもなるので、偏心に対する製造公差をルーズにすることができる。
【００３１】
また、これはあらゆる光学系にいえることであるが、トレードオフの関係を利用し、例えば帯域幅、視野サイズ、ＮＡ、対物系サイズ等の特性のうち何れかを犠牲にして他の特性を向上させることが可能である。そのうちどの特性を優先して高めるかは、その対物系乃至光学系の用途に応じて決めればよい。例えばＮＡを低め或いは高める代わりに他の特性を最適化する場合、ＮＡを低くする代わりに、製造公差を緩め、対物系の外径を小さくし、視野サイズ及び帯域幅を拡げ、或いは光学部品点数を減らす（但し特性は同レベルを保つ）こと等が可能である。逆に、視野サイズや帯域幅を犠牲にし対物系素子直径を僅かばかり大きくするのと引替に、光学素子を最適化してＮＡを高めることもできる。
【００３２】
更に、本対物系は自動収差補正型である。即ち、何も光学部品を付加しなくても収差が補正され検査装置としての仕様が充足されるように構成されている。言い換えれば、何も部品を追加しなくても収差がほとんどない像を得ることができ、またそのほぼ完全な像を得るのに別途収差補正を施す必要もない。自動収差補正能力があるので、光学的検査計測をより簡便に行うことができ、また他の自動収差補正型撮像用光学系につないで使用することもできる。更に、別の撮像用光学系を用いて残存収差を補正し、それを通じて帯域幅や視野サイズ等を向上させて光学仕様をより高水準にすることもできる。
【００３３】
また、本発明に係る対物系においては、様々な照明モード及び撮像モードを超高ＮＡで実行することができる。実行できる照明・撮像モードとしては、明視野モード、各種暗視野モード等のモードがある。その他のモード、例えば共焦点、微分干渉コントラスト、偏光コントラスト等のモードも、本発明に係る対物系により実行することができる。
【００３４】
明視野モードは顕微鏡システムにて広く用いられている。明視野モードの優れたところは得られる画像が鮮明であることである。本発明に係る対物系では、明視野モード下で対象物を照明し、その対象物上にある特徴部分のサイズを画像上で求め、それに本対物系の倍率を乗ずることにより、その特徴部分のサイズをかなり正確に知ることができる。従って、画像比較処理アルゴリズムと、本発明に係る対物系乃至光学系とを併用し、コンピュータによる物体検知分類処理を実施することもできる。更に、明視野モードで照明に使用する光源は通常は広帯域非コヒーレント光源であるが、照明用レーザ光源も使用することができる。即ち、照明系構成部品に少々修正を施せば、それを本発明に係る対物系と好適に併用できる。
【００３５】
共焦点モードは光学切断解析に際し対象物上の特徴部分間の高低差を分解検知するのに使用される。即ち、特徴部分間の高さの違いはどの撮像モードでもうまく検知することができないものであるが、共焦点モードならば同じ対象物上にありその高さが違う複数の注目特徴部分を別々に撮像でき、それらの像の比較によって特徴部分同士の相対的な高さを知ることができる。共焦点モードも本発明に係る対物系にて実施できる。
【００３６】
暗視野モードは対象物上の特徴部分を検知するのに用いられる。このモードは、対象物の表面のうち平坦な部分では光がほとんど散乱せず反射光が鏡面反射光になるのに対して、対象物の表面に突出等している特徴部分による反射光が散乱反射光になることを利用したモードである。この散乱反射光を受光できるよう検知器を配置することによって、平坦な部分を表す暗い背景の中に特徴部分からの散乱反射光による明るい部分が表示される画像を、得ることができる。即ち、暗視野モードを用い半導体ウエハ等の対象物を検査した場合、暗い背景の上に粒子、形状不正等、様々な特徴部分が表示された画像を得ることができる。この暗視野モードも本発明に係る対物系にて実施できる。更に、暗視野モードで得られる信号は対象物上の特徴部分にぶつかり散乱反射された光を捉えた信号であり、特徴部分が小さい割りにその拡がりが大きな信号になる。拡がりが大きいということは、その特徴部分の実サイズの割りに画像上で占める画素数が多くなるということであり、従って対象物の検査を高速で行うことが可能になる。更に、対象物上の繰り返しパターンによる反射光をフーリエフィルタリングで抑圧することにより、暗視野検査時に得られる検知信号の信号対雑音比を高めることができる。
【００３７】
暗視野モードには様々な種類があり、種類によって照明方式や集光方式が異なっている。即ち、その対象物から収集した散乱反射光や回折光による画像の信号対雑音比が許容水準以上になるよう、暗視野モードの種類毎に照明方式や集光方式が工夫されている。また、リング暗視野、レーザ方向暗視野、ダブル暗視野、中央暗背景暗視野等、複数種類の暗視野モードで撮像できる光学系もある。本発明に係る対物系でも、そうした複数種類の暗視野モードで撮像を行うことができる。
【００３８】
図１に示した対物系では、上述した様々な照明・撮像モードを何れも効率的に実行することができる。その際、相応の構成部品に若干の改変を施すことで、特性パラメタのうち何れかを改善させることもできる。何れにせよ、本発明に係る対物系によれば、上掲のどのモードによる撮像・検査でも、広い波長域に亘りまた高ＮＡ且つ広視野サイズで行うことができる。更に、本対物系は標準的な顕微鏡タレットに装着して動作させることができ、従来知られていた水準よりも高い撮像性能を実現できる。
【００３９】
図２に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であるが、図１に示した対物系とはカタジオプトリック素子群内素子に違いがある。即ち、本対物系におけるカタジオプトリック素子群２０３は、球面ミラー素子２１３とマンジャン素子２１５の間にメニスカスレンズ素子２１４を配置した構成であり、その屈折力はほぼ０である。このメニスカスレンズ素子２１４は球面ミラー素子２１３と同じ方向に反った形状であり、図示の例ではその厚みがほぼ均一な板によって実現されている。
【００４０】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群２０１、視野レンズ素子群２０２及びカタジオプトリック素子群２０３から構成されている。合焦レンズ素子群２０１はレンズ素子２０４〜２１１から構成されており、この合焦レンズ素子群２０１によって中間像２１７が生成されている。中間像２１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群２０１の先にある視野レンズ素子２１２の視野内で、更にその視野レンズ素子２１２の先にあるカタジオプトリック素子群２０３内の球面ミラー素子２１３の頂点付近である。カタジオプトリック素子群２０３は三素子配列であり、この球面ミラー素子２１３と、マンジャン素子２１５との間にメニスカスレンズ素子２１４を配置し、そのメニスカスレンズ素子２１４を三重経路で使用するよう構成されている。このメニスカスレンズ素子２１４の反りは、球面ミラー素子２１３の反りと同じ方向である。
【００４１】
表３に、図２に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表３】
【００４２】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群２０１は入射光を合焦させることによって視野レンズ素子群２０２の視野内に中間像２１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群２０３はその中間像２１７から採光した光を焦点２１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、例えば暗視野モードではこれとは逆の経路を辿る。即ち、カタジオプトリック素子群２０３は標本による反射光を受光して中間像２１７を生成し、合焦レンズ素子群２０１は視野レンズ素子群２０２の視野内にある中間像２１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００４３】
また、本対物系を例えば３５５ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は２８ｍｍになる。この最大素子直径は、同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さいサイズである。このように小型であることは対物系の特性としてはとりわけ有益なことであり、そのサイズならフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。このように、本対物系は、空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその波面収差を約０．０３９波長未満にすることができる。
【００４４】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群２０３を用いているため、本対物系では、所望特性の実現と公差のルーズ化を両立させることができる。例えば、波長が３５５ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群２０１では最高約０．２８７波長、視野レンズ素子群２０２では約０．２６７波長、カタジオプトリック素子群２０３では最高０．２４６波長であるので、製造公差をルーズにしてよい。
【００４５】
更に、表３に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、本対物系に対しては特性上の要求に応じて再最適化を施すことができる。最適に動作する波長を変更する処理即ち再最適化を施す際には、各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００４６】
図３に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であるが、前述の各実施形態とはそのカタジオプトリック素子群内素子に違いがある。即ち、本対物系におけるカタジオプトリック素子群３０３は、球面ミラー素子３１３とマンジャン素子３１５の間に負レンズ素子３１４を配置した構成である。
【００４７】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群３０１、視野レンズ素子群３０２及びカタジオプトリック素子群３０３から構成されている。合焦レンズ素子群３０１はレンズ素子３０４〜３１０から構成されており、この合焦レンズ素子群３０１によって中間像３１７が生成されている。中間像３１７が生成される位置は、合焦レンズ素子群３０１の先にある視野レンズ素子３１１及び３１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群３０３内の球面ミラー素子３１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群３０３は三素子配列であり、この球面ミラー素子３１３とマンジャン素子３１５との間に負レンズ素子３１４を配置し、その負レンズ素子３１４を三重経路で使用するよう構成されている。
【００４８】
表４に、図３に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表４】
【００４９】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群３０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群３０２の視野内に中間像３１７を生成し、マンジャンミラー素子配列たるカタジオプトリック素子群３０３はその中間像３１７から採光した光を焦点３１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、カタジオプトリック素子群３０３は標本による反射光から中間像３１７を生成し、合焦レンズ素子群３０１は視野レンズ素子群３０２の視野内にある中間像３１７から採光して出射光を生成する。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００５０】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は２６ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さいサイズである。小型であることは対物系の特性としてはとりわけ有益なことであり、本対物系ほど小さければ例えばそのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもの波面収差を約０．０３９波長未満にすることができる。
【００５１】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群３０３を用いているため、本対物系では、合焦レンズ素子群３０１及び視野レンズ素子群３０２に課する公差をかなりルーズにすることができる。例えば、波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群３０１では最高約０．２６波長、視野レンズ素子群３０２では約０．３３波長であり、従って製造公差をルーズにすることができる。但し、同じ場合におけるカタジオプトリック素子群３０３の１０μｍ素子偏心感度は最高約０．７２波長であるので、本対物系におけるカタジオプトリック素子群３０３の偏心公差はややタイトに設定せざるを得ない。
【００５２】
更に、表４に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００５３】
図４に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は、前述の実施形態と異なり９素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群内素子に違いがあり、しかも２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４を配列したダブルカタジオプトリックキャビティ型の構成になっている。一方のキャビティは他方のキャビティにおける高次収差の補正に使用されている。そうすることによって、合焦レンズ素子群４０１及び視野レンズ素子４０３の公差をかなりルーズにすることができる。
【００５４】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群４０１、１個の視野レンズ素子４０３からなる視野レンズ素子群、並びに２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４から構成されている。合焦レンズ素子群４０１はレンズ素子４０６〜４０８から構成されており、この合焦レンズ素子群４０１によって第１中間像４１５が生成されている。第１カタジオプトリック素子群４０２は、球面ミラー素子４０９と実質的に平坦な素子４１１との間にレンズ素子４１０を配置した三素子配列型の構成であり、この第１カタジオプトリック素子群４０２によって第２中間像４１６が生成されている。第２中間像４１６が生成される位置は第１カタジオプトリック素子群４０２の先にある視野レンズ素子４０３の視野内で、更にその先にある第２カタジオプトリック素子群４０４内の球面ミラー素子４１２の頂点又はその近傍である。この第２カタジオプトリック素子群４０４は、球面ミラー素子４１２とマンジャン素子４１３から構成される２素子配列型の構成である。なお、前掲の平坦素子４１１と第２カタジオプトリック素子群４０４内の球面ミラー素子４１２は同一素子によって実現することもできる。その素子の一方の鏡面を平坦素子４１１の鏡面として、他方の鏡面を球面ミラー素子４１２の鏡面として、それぞれ使用すればよい。その場合、視野レンズ素子４０３は素子４１１及び４１２を兼ねる単体素子の中央に孔を形成し、そのほぼ中央に入れればよい。本対物系には更に外部瞳４０５を設けることもできる。
【００５５】
表５に、図４に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表５】
【００５６】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群４０１は入射光を合焦させて第１中間像４１５を生成し、第１カタジオプトリック素子群４０２は第１中間像４１５から採光して視野レンズ素子４０３の視野内に第２中間像４１６を生成し、そして第２カタジオプトリック素子群４０４は第２中間像４１６から採光した光を焦点４１４に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たる第２カタジオプトリック素子群４０４は標本による反射光から第２中間像４１６を生成し、第１カタジオプトリック素子群４０２は視野レンズ素子４０３の視野内にある第２中間像４１６から採光して第１中間像４１５を生成し、そして合焦レンズ素子群４０１はその第１中間像４１５から採光して出射光を生成する。また、外部瞳４０５即ち開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００５７】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は４０ｍｍになる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、またその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００５８】
更に、ダブルカタジオプトリックキャビティ型の構成即ち２個のカタジオプトリック素子群４０２及び４０４を配列した構成を採っているため、公差を更にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群４０１では最高約０．６１波長、第１カタジオプトリック素子群４０２では採光約０．５４波長、視野レンズ素子４０３では約０．５４波長、第２カタジオプトリック素子群４０４では最高約０．７７波長となるので、製造公差をルーズにしてもかまわない。
【００５９】
更に、表５に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００６０】
図５に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も２個のカタジオプトリック素子群５０４及び５０５を配列したダブルカタジオプトリックキャビティ型の９素子構成であるが、前述の実施形態とは各カタジオプトリック素子群内における素子配列及びカタジオプトリック素子群同士の配列が異なる他、２素子瞳リレー型の構成である点で異なっている。即ち、一方のキャビティが他方のキャビティにおける高次収差の補正に使用されており、従って合焦レンズ素子群５０２及び視野レンズ素子群５０３の公差をかなりルーズにすることができる点で、図４に示した対物系と共通しているが、図４では２個のカタジオプトリック素子群の間に配置されていた視野レンズ素子を別の場所に動かし、より簡単に製造できるようにしている点で、図４に示した対物系とは相違している。
【００６１】
具体的には、本対物系は瞳リレー素子群５０１、合焦レンズ素子群５０２、視野レンズ素子群５０３、並びに２個のカタジオプトリック素子群５０４及び５０５から構成されている。瞳リレー素子群５０１は外部瞳５０６をうまく形成できるようレンズ素子５０７及び５０９から構成されており、その内部ではレンズ素子５０７とレンズ素子５０９の間に第１中間像５０８が生成されている。その次段の合焦レンズ素子群５０２はレンズ素子５１０〜５１２から構成されており、この合焦レンズ素子群５０２によって第２中間像５２１が生成されている。第２中間像５２１が生成される位置は、合焦レンズ素子群５０２の先にある視野レンズ素子５１３の付近である。更にその先にある第１カタジオプトリック素子群５０４は、球面ミラー素子５１４と実質的に平坦なミラー素子５１６との間にレンズ素子５１５を配置した三素子配列型の構成であり、第２カタジオプトリック素子群５０５内の球面ミラー素子５１７の頂点付近に第３中間像５２０を生成する。第２カタジオプトリック素子群５０５は球面ミラー素子５１７とマンジャン素子５１８からなる２素子配列型の構成である。更に、球面ミラー素子５１７は前掲の平坦素子５１６と一体化することができる。即ち、その表裏に鏡面がある単一の素子として製造することができる。
【００６２】
表６に、図５に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表６】
【００６３】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、瞳リレー素子群５０１は外部瞳５０６の位置から入射し第１中間像５０８を生成した光を合焦レンズ素子群５０２にリレーし、合焦レンズ素子群５０２はその光を合焦させて視野レンズ素子５１３の近傍に第２中間像５２１を生成し、第１カタジオプトリック素子群５０４は第２中間像５２１から採光して第３中間像５２０を生成し、そして第２カタジオプトリック素子群５０５は第３中間像５２０から採光した光を標本５１９向けに出射する。また、標本５１９に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たる第２カタジオプトリック素子群５０５は標本５１９による反射光から第３中間像５２０を生成し、第１カタジオプトリック素子群５０４はこの第３中間像５２０から採光して視野レンズ素子群５０３内の視野レンズ素子５１３の近傍に第２中間像５２１を生成し、合焦レンズ素子群５０２はその第２中間像５２１から採光して瞳リレー素子群５０１への入射光を生成し、瞳リレー素子群５０１はその光から外部瞳５０６を生成する。また、外部瞳５０６即ち開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００６４】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．４ｍｍ、最大素子直径は４４ｍｍになる。この最大素子直径は同じ波長域で従来使用されていた大抵の対物系に比べかなり小さい大きさである。小型であることは、対物系の特性としてはかなり有益なことである。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００６５】
また、こうしたダブルカタジオプトリック素子群配列を採ることで、公差を更にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、瞳リレー素子群５０１内素子や合焦レンズ素子群５０２内素子では最高約１．３２波長、視野レンズ素子群５０３では最高約１．２波長、第１カタジオプトリック素子群５０４では最高約０．３４波長、第２カタジオプトリック素子群５０５では最高約０．７６波長であるので、製造公差をルーズにしても差し支えない。
【００６６】
更に、表６に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００６７】
図６に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１０素子構成である。そのカタジオプトリック素子群６０３は、従来の超高ＮＡ対物系と同様２素子型の構成であるが、それを構成しているのは半球面ミラー素子６１２及びほぼ平坦なマンジャン素子６１３である。
【００６８】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群６０１、視野レンズ素子群６０２及びカタジオプトリック素子群６０３から構成されている。合焦レンズ素子群６０１はレンズ素子６０４〜６１０から構成されており、この合焦レンズ素子群６０１によって中間像６１５が生成されている。中間像６１５が生成される位置はその先にある視野レンズ素子６１１の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群６０３内の球面ミラー素子６１２の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群６０３はこの球面ミラー素子６１２とマンジャン素子６１３からなる２素子配列型の構成である。
【００６９】
表７に、図６に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表７】
【００７０】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群６０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群６０２の視野内に中間像６１５を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群６０３はその中間像６１５から採光した光を標本６１４向けに出射する。また、標本６１４に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群６０３は標本６１４による反射光から中間像６１５を生成し、合焦レンズ素子群６０１は視野レンズ素子群６０２の視野にある中間像６１５から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００７１】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３０ｍｍになる。従って、本対物系は、約４５ｍｍのフランジ対物距離を有する標準的な顕微鏡タレット内に装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【００７２】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群６０１では最高約１．１９波長、視野レンズ素子群６０２では約０．５６波長、カタジオプトリック素子群６０３では最高約０．６０波長となる。従って図１や図２に示した対物系に比べ幾点かの公差をタイトにせざるを得ないが、対物系自体の大きさは従来の超高ＮＡ対物系に比べ小型になっている。
【００７３】
更に、表７に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００７４】
図７に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１０素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群７０３は従来の超高ＮＡ対物系と同様２素子型の構成であるが、それを構成しているのは半球面マンジャン素子７１２及びほぼ平坦なマンジャン素子７１３である。
【００７５】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群７０１、視野レンズ素子群７０２及びカタジオプトリック素子群７０３から構成されている。合焦レンズ素子群７０１はレンズ素子７０４〜７１０から構成されており、この合焦レンズ素子群７０１によって中間像７１５が生成されている。中間像７１５が生成される位置はその先にある視野レンズ素子７１１の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群７０３内の半球面マンジャン素子７１２の鏡面の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群７０３はこの半球面マンジャン素子７１２と平坦マンジャン素子７１３からなる２素子配列型の構成である。
【００７６】
表８に、図７に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表８】
【００７７】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群７０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群７０２の視野内に中間像７１５を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群７０３はその中間像７１５から採光した光を焦点７１４に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群７０３は標本による反射光から中間像７１５を生成し、合焦レンズ素子群７０１は視野レンズ素子群７０２の視野にある中間像７１５から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００７８】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３２ｍｍになる。従って、本対物系は、約４５ｍｍのフランジ対物距離を有する標準的な顕微鏡タレット内に装着することができる。本対物系は、このように空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０４波長未満にすることができる。
【００７９】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群７０１では最高約１．２波長、視野レンズ素子群７０２では約０．５５波長、カタジオプトリック素子群７０３では最高約０．５２波長となる。従って図１や図２に示した対物系に比べ幾点かで公差をタイトにせざるを得ないが、対物系自体の大きさは従来の超高ＮＡ対物系に比べ小型になっている。
【００８０】
更に、表８に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、図７に示した対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００８１】
図８に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１４素子構成であり、浸漬撮像方式にて０．９７という超高ＮＡを実現し、また浸漬型としては大きめな視野サイズが得られるように構成されている。
【００８２】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群８０１、視野レンズ素子群８０２及びカタジオプトリック素子群８０３から構成されている。合焦レンズ素子群８０１はレンズ素子８０５〜８１５から構成されており、この合焦レンズ素子群８０１によって中間像８２１が生成されている。中間像８２１が生成される位置はその先にある視野レンズ素子８１６及び８１７の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群８０３内のマンジャン素子８１８の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群８０３内のマンジャン素子８１８は、単体のガラス片の表裏両面上に又はそのすぐそばに反射面を形成した単体型の素子である。即ち、マンジャン素子８１８は単一ガラス片の表面に沿うように２個のマンジャン反射面を形成した構造の固体マンジャン素子である。こうした固体マンジャン素子８１８をカタジオプトリック素子群８０３として使用しているため、好ましいことに、浸漬方式による超高ＮＡ撮像を行うことができる。
【００８３】
表９に、図８に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表９】
【００８４】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群８０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群８０２の視野内に中間像８２１を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群８０３はその中間像８２１から採光した光を標本８１９向けに出射する。また、標本８１９に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群８０３は標本８１９による反射光から中間像８２１を生成し、合焦レンズ素子群８０１は視野レンズ素子群８０２の視野にある中間像８２１から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り８０４の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００８５】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．４ｍｍ、最大素子直径は３０ｍｍになる。小型であることは、対物系の特性としてはとりわけ有益なことである。そして、本対物系は、水中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０３５波長未満にすることができる。
【００８６】
また、例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群８０１では最高約０．２１５波長、視野レンズ素子群８０２では約０．２５波長、カタジオプトリック素子群８０３では最高約０．３０波長となる。従ってこれらについての公差を割合にルーズにすることができる。また、本対物系には外部瞳８０４があるので、そこに開口を配置してＮＡを制御することや、そこにフィルタを配置してフーリエフィルタリングを行うことや、それを利用して暗視野モードを実施することができる。
【００８７】
更に、表９に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００８８】
図９に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系は１２素子構成であり、そのカタジオプトリック素子群９０３内の素子配列に違いがある。本対物系におけるカタジオプトリック素子群９０３内素子配列は、球面ミラー素子９１３とマンジャン素子９１５の間に屈折力が０になるようレンズ素子９１４を配置する、というものであり、またそのレンズ素子９１４は球面ミラー素子９１３とは逆方向に反る形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。この構成によって超高ＮＡを実現する点は図１に示した実施形態と共通しているが、但し、各素子直径を大きくすることで視野サイズを拡げている点が異なっている。また、図示例におけるメニスカスレンズ素子９１４はその厚みがほぼ均一な板として形成されている。
【００８９】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群９０１、視野レンズ素子群９０２及びカタジオプトリック素子群９０３から構成されている。合焦レンズ素子群９０１はレンズ素子９０４〜９１１から構成されており、この合焦レンズ素子群９０１によって中間像９１７が生成されている。中間像９１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子９１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群９０３内の球面ミラー素子９１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群９０３はこの球面ミラー素子９１３とマンジャン素子９１５の間にメニスカスレンズ素子９１４を配置した三素子配列型の構成であり、そのメニスカスレンズ素子９１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子９１４は、球面ミラー素子９１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【００９０】
表１０に、図９に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１０】
【００９１】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群９０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群９０２の視野内に中間像９１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群９０３はその中間像９１７から採光した光を焦点９１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群９０３は標本による反射光から中間像９１７を生成し、合焦レンズ素子群９０１は視野レンズ素子群９０２の視野内にある中間像９１７から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００９２】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約２．０ｍｍ、最大素子直径は１０４ｍｍになる。本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５５波長未満にすることができる。
【００９３】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群９０３を用いているため、上掲の性能を実現できるだけでなくその公差を非常にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群９０１では最高０．４０波長、視野レンズ素子群９０２では０．２６９波長、カタジオプトリック素子群９０３では最高０．３４波長であるので、製造公差をルーズにしても差し支えない。
【００９４】
更に、表１０に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【００９５】
図１０に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１００３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１０１３とマンジャン素子１０１５の間には屈折力がほぼ０になるようにレンズ素子１０１４が配置されており、またそのレンズ素子１０１４が球面ミラー素子１０１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１０１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。
【００９６】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１００１、視野レンズ素子群１００２及びカタジオプトリック素子群１００３から構成されている。合焦レンズ素子群１００１はレンズ素子１００４〜１０１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１００１によって中間像１０１７が生成されている。中間像１０１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１０１２の視野内で、更にその先にあるカタジオプトリック素子群１００３内の球面ミラー素子１０１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１００３はこの球面ミラー素子１０１３とマンジャン素子１０１５の間にレンズ素子１０１４を配置した三素子配列型の構成であり、レンズ素子１０１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１０１４は球面ミラー素子１０１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【００９７】
表１１に、図１０に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１１】
【００９８】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１００１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１００２の視野内に中間像１０１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１００３はその中間像１０１７から採光した光を焦点１０１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１００３は標本による反射光から中間像１０１７を生成し、合焦レンズ素子群１００１は視野レンズ素子群１００２の視野内にある中間像１０１７から採光して出射光をもたらす。また、図示しない開口絞りの位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【００９９】
また、本対物系を例えば２１３ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約０．８ｍｍ、最大素子直径は３１．５ｍｍとなる。そのため、本対物系は、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍである標準的な顕微鏡タレットに装着することができる。そして、本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１００】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１００３を用いているため、その公差を全般的にルーズにすることができる。例えば波長が２１３ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１００１では最高約０．４４６９波長、視野レンズ素子群１００２では約０．４３８７波長、カタジオプトリック素子群１００３では最高約０．４６３波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１０１】
更に、表１１に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１０２】
図１１に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１１０３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１１１３とマンジャン素子１１１５の間には屈折力がほぼ０になるようレンズ素子１１１４が配置されており、またそのレンズ素子１１１４が球面ミラー素子１１１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１１１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。
【０１０３】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１１０１、視野レンズ素子群１１０２及びカタジオプトリック素子群１１０３から構成されている。合焦レンズ素子群１１０１はレンズ素子１１０４〜１１１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１１０１によって中間像１１１７が生成されている。中間像１１１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１１１２の視野内で、更にその先にあるそのカタジオプトリック素子群１１０３内の球面ミラー素子１１１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１１０３はこの球面ミラー素子１１１３とマンジャン素子１１１５の間にレンズ素子１１１４を配置した三素子配列型の構成であり、レンズ素子１１１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１１１４は球面ミラー素子１１１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【０１０４】
表１２に、図１１に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１２】
【０１０５】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１１０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１１０２の視野内に中間像１１１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１１０３はその中間像１１１７から採光した光を焦点１１１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１１０３は標本による反射光から中間像１１１７を生成し、合焦レンズ素子群１１０１は視野レンズ素子群１１０２の視野内にある中間像１１１７から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り１１１８の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【０１０６】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約１．０ｍｍ、最大素子直径は３７ｍｍとなる。本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実施できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１０７】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１１０３を用いているため、その公差を割合にルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１１０１では最高約０．３８波長、視野レンズ素子群１１０２では約０．３２波長、カタジオプトリック素子群１１０３では最高約０．４１波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１０８】
更に、表１２に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１０９】
図１２に本発明の他の実施形態に係る対物系を示す。本対物系も１２素子構成であり、またそのカタジオプトリック素子群１２０３内の素子配列も図１に示したそれと同様である。即ち、球面ミラー素子１２１３とマンジャン素子１２１５の間には屈折力がほぼ０になるようにレンズ素子１２１４が配置されており、またそのレンズ素子１２１４が球面ミラー素子１２１３とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。図示例におけるメニスカスレンズ素子１２１４は、ここでもその厚みがほぼ均一な板とされている。更に、図１１に示した対物系に比べると、本対物系では、その合焦レンズ素子群１２０１が長く、カタジオプトリック素子群１２０３が細くなっている。
【０１１０】
具体的には、本発明は合焦レンズ素子群１２０１、視野レンズ素子群１２０２及びカタジオプトリック素子群１２０３から構成されている。合焦レンズ素子群１２０１はレンズ素子１２０４〜１２１１から構成されており、この合焦レンズ素子群１２０１によって中間像１２１７が生成されている。中間像１２１７が生成される位置はその先にある視野レンズ素子１２１２の視野内で、カタジオプトリック素子群１２０３内の球面ミラー素子１２１３の頂点又はその近傍である。カタジオプトリック素子群１２０３はこの球面ミラー素子１２１３とマンジャン素子１２１５の間にレンズ素子１２１４を配置した三素子配列型の構成であり、そのレンズ素子１２１４は三重経路で使用されるように配置されている。更に、そのレンズ素子１２１４は球面ミラー素子１２１４とは逆方向に反った形状のメニスカスレンズ素子として形成されている。
【０１１１】
表１３に、図１２に示した対物系についてのレンズ処方を示す。
【表１３】
【０１１２】
本対物系の空気中におけるＮＡは、図示されている仕組みにより、約０．９７近くに達し或いは更にそれを上回る値にもなる。即ち、合焦レンズ素子群１２０１は入射光を合焦させて視野レンズ素子群１２０２の視野内に中間像１２１７を生成し、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１２０３はその中間像１２１７から採光した光を焦点１２１６に置かれた図示しない標本に向け出射する。また、標本に発する逆方向の光路においては、マンジャンミラー配列たるカタジオプトリック素子群１２０３は標本による反射光から中間像１２１７を生成し、合焦レンズ素子群１２０１は視野レンズ素子群１２０２の視野内にある中間像１２１７から採光して出射光をもたらす。また、開口絞り１２１８の位置に開口かマスクを配置することで本対物系のＮＡを制限乃至修正することもできる。
【０１１３】
また、本対物系を例えば２６６ｎｍの波長で使用した場合、視野サイズは約１．０ｍｍ、最大素子直径は２８ｍｍとなる。このように図１１に示した対物系に比べ素子直径が細いのは、一つには合焦レンズ素子群１２０１が合焦レンズ素子群１１０１より長いからである。また、このように小型であることは、対物系の特性としてはひときわ有益なことである。そして、本対物系は空気中で約０．９７という高いＮＡを実現できる超高ＮＡ対物系であり、しかもその多色波面収差を約０．０５波長未満にすることができる。
【０１１４】
また、三素子型のカタジオプトリック素子群１２０３を用いているため、その公差を割合ルーズにすることができる。例えば波長が２６６ｎｍで別途収差補正手段なしの場合の１０μｍ素子偏心感度は、合焦レンズ素子群１２０１では最高約０．４０波長、視野レンズ素子群１２０２では約０．３１波長、カタジオプトリック素子群１２０３では最高約０．４７波長となるので、製造公差をルーズにすることができる。
【０１１５】
更に、表１３に示されているように、本対物系内のガラス部分に使用されている素材は一種類即ち熔融シリカであるが、図１の対物系に関する説明がここにも当てはまり、熔融シリカ以外の素材を使用して本対物系を形成することもできる。また、動作波長の再最適化の際には各種構成部材の微調整や交換等が必要になるが、いわゆる当業者であればこれは大概行えることである。更に、本対物系は図１に示した対物系と同様にして自動収差補正型とされている。そして、本対物系においても、図１に示した対物系と同じく超高ＮＡで種々の照明モード及び撮像モードを使用することができる。
【０１１６】
以上説明した本発明の対物系は、様々な用途乃至環境で使用することができる。例えばリソグラフィ、顕微鏡、生物学的検査、医学研究等である。
【０１１７】
更に、本発明についてその特定の実施形態に基づき説明を行ったが、これは本発明の技術的範囲に何か要旨限定を加えることを目的とした説明ではなく、むしろ、本発明の実施形態を様々に記すことによって標本撮像用の超高ＮＡ対物系としての本発明の構成及び効果に関する記載を補強することを目的としたものである。従って、本発明を説明するのに使用した種々の実施形態に対し、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で様々に修正を施すこともできるものと解されたい。本願は、本発明の原理におおよそ従う種々の変形、用途、応用等をくまなく包含することを狙った出願であり、例えば本発明が属する技術範囲にて既に知られている或いは常用されている種類の変形を本願記載の構成に施したものも、本発明の技術的範囲に属するものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本撮像用の超高開口率対物系であって、
レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群と、
中間像の近傍に配置された視野レンズ素子を１個又は複数個含む視野レンズ素子群と、
前記視野レンズ素子群と標本との間に配置され中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、
を備え、カタジオプトリック素子群が、球面状反射面、有意の反りを示さない反射面を有する１個又は複数個のマンジャン素子、並びにメニスカスレンズ素子を有し、
そのメニスカスレンズ素子が、各マンジャン素子に直接接触せず、前記球面状反射面の球面曲率半径とは実質的に逆方向にメニスカス表面曲率半径を有するメニスカス表面を備えるよう配置されている、超高開口率対物系。
【請求項１】
標本撮像用の超高開口率対物系であって、
レンズ素子を１個又は複数個含み入射光を合焦させて中間像を生成する合焦レンズ素子群と、
中間像の近傍に配置された視野レンズ素子を１個又は複数個含む視野レンズ素子群と、
前記視野レンズ素子群と標本との間に配置され中間像から採光し出射光をもたらすカタジオプトリック素子群と、
を備え、カタジオプトリック素子群が、球面状反射面、有意の反りを示さない反射面を有する１個又は複数個のマンジャン素子、並びにメニスカスレンズ素子を有し、
そのメニスカスレンズ素子が、各マンジャン素子に直接接触せず、前記球面状反射面の球面曲率半径とは実質的に逆方向にメニスカス表面曲率半径を有するメニスカス表面を備えるよう配置されている、超高開口率対物系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９８５６０（Ｐ２０１２−１９８５６０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２３１８３（Ｐ２０１２−１２３１８３）
【出願日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【分割の表示】特願２００８−５０４２６４（Ｐ２００８−５０４２６４）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【分割の表示】特願２００８−５０４２６４（Ｐ２００８−５０４２６４）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
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