JP2002023061A - Device and method for illuminating dark field of microscope - Google Patents

Device and method for illuminating dark field of microscope

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JP2002023061A
JP2002023061A JP2000209601A JP2000209601A JP2002023061A JP 2002023061 A JP2002023061 A JP 2002023061A JP 2000209601 A JP2000209601 A JP 2000209601A JP 2000209601 A JP2000209601 A JP 2000209601A JP 2002023061 A JP2002023061 A JP 2002023061A
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microscope
dark
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light source
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Tomohiro Miyashita
智裕 宮下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for illuminating dark field, by which dark field illumination having sufficient lightness and satisfactorily suppressed non-uniformity in lightness can be conducted. SOLUTION: This dark field illuminating device for microscope is configured by arranging a light source for supplying illumination light for illuminating an object to be observed, an optical shaping system for shaping luminous flux from the light source into almost parallel luminous flux having an annular cross section, an optical divergence element for converting the almost parallel luminous flux having the annular cross section to a plurality of divergent luminous flux, and an optical convergence element for converging and overlapping the divergent luminous flux on the surface of the object. It is preferable that an optical diffraction element or microlens array is used as an optical divergence element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は暗視野照明装置およ
び暗視野照明方法に関し、特に顕微鏡において観察すべ
き物体に対する落射型の暗視野照明に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dark field illumination device and a dark field illumination method, and more particularly to an epi-illumination type dark field illumination for an object to be observed by a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造工程では、半導体ウエハや液
晶基板などに付着したホコリやキズなどを検査するため
に、暗視野照明を用いた顕微鏡観察がよく利用される。
暗視野照明を用いた顕微鏡観察では、観察すべき物体か
らの反射光や透過光を直接観察するのではなく、物体か
らの散乱光を観察する。明視野照明よりも暗視野照明の
方が解像力が高く、良好なコントラストで観察を行うこ
とができる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, microscopic observation using dark-field illumination is often used to inspect dust, scratches, and the like attached to a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, and the like.
In microscopic observation using dark-field illumination, instead of directly observing reflected light or transmitted light from an object to be observed, it observes scattered light from the object. Dark-field illumination has higher resolution than bright-field illumination and enables observation with good contrast.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の暗視野照明装置
では、物体をほぼクリティカル照明するように光学配置
がなされているので、照明光束が物体面上で結像するこ
とがないように照明光を拡散させている。具体的には、
環状の凹面反射鏡を介して物体へ照明光束を導く場合、
凹面反射鏡よりも光源側に拡散板を配置して照明光を拡
散させる。この場合、拡散板で拡散された光の一部は照
明に寄与することがなく、光量の損失が発生する。
In the conventional dark-field illuminating device, the optical arrangement is made so that the object is almost critically illuminated. Therefore, the illuminating light is formed so that the illuminating light flux does not form an image on the object surface. Is spreading. In particular,
When guiding an illumination light flux to an object through an annular concave reflecting mirror,
A diffusion plate is arranged on the light source side of the concave reflecting mirror to diffuse the illumination light. In this case, a part of the light diffused by the diffusion plate does not contribute to illumination, and a light amount loss occurs.

【0004】一方、環状のコンデンサーレンズを介して
物体へ照明光束を導く場合、コンデンサーレンズの入射
面に拡散膜を形成し、この拡散膜の作用により照明光を
拡散させる方法がある。この場合は、特に低倍の顕微鏡
対物レンズを使用する際に拡散膜で拡散された光束が視
野外を照明することがないように、フレアー防止のため
の固定絞りをコンデンサーレンズと物体との間の光路中
に配置している。その結果、コンデンサーレンズを介し
た光の一部が固定絞りで遮られて照明に寄与することな
く失われるとともに、固定絞りの配置により作動距離が
短くなって操作性が損なわれる。このように、従来の暗
視野照明装置では、拡散板に起因する光量損失または固
定絞りに起因する光量損失のために、物体上の照野にお
いて十分な明るさを得られないという不都合があった。
On the other hand, when an illumination light beam is guided to an object via an annular condenser lens, there is a method in which a diffusion film is formed on the incident surface of the condenser lens, and the illumination light is diffused by the action of the diffusion film. In this case, a fixed diaphragm for preventing flare is placed between the condenser lens and the object so that the light flux diffused by the diffusion film does not illuminate outside the field of view, especially when using a low-magnification microscope objective lens. In the optical path of As a result, a part of the light passing through the condenser lens is blocked by the fixed diaphragm and is lost without contributing to illumination, and the arrangement of the fixed diaphragm shortens the working distance and impairs operability. As described above, in the conventional dark-field illumination device, there is a disadvantage that sufficient brightness cannot be obtained in an illumination field on an object due to a light amount loss caused by the diffusion plate or a light amount loss caused by the fixed stop. .

【0005】また、従来の暗視野照明装置では、いわゆ
るケーラー照明の光学配置となっていないので、特に低
倍の顕微鏡対物レンズを使用する場合には、観察する広
い視野内において明るさのムラがあるという不都合があ
った。
Further, in the conventional dark-field illuminating apparatus, the optical arrangement of so-called Koehler illumination is not used. Therefore, when a low-magnification microscope objective lens is used, brightness unevenness occurs in a wide visual field to be observed. There was an inconvenience.

【0006】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、十分な明るさを有し且つ明るさのムラが良好
に抑制された暗視野照明を行うことのできる暗視野照明
装置および暗視野照明方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a dark-field illumination device capable of performing dark-field illumination with sufficient brightness and with reduced unevenness in brightness. It is an object to provide a dark field illumination method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の顕微鏡の暗視野照明装置は、照明光を供給
するための光源と、光源からの光束を環状の断面を有す
るほぼ平行な光束に整形するための整形光学系と、環状
の断面を有するほぼ平行な光束を複数の発散光束に変換
するための発散光学素子と、発散光束を集光して物体面
上で重ね合わせるための集光光学素子と、を備えて構成
される。
In order to solve the above-mentioned problems, a dark-field illuminating device for a microscope according to the present invention comprises a light source for supplying illumination light and a light beam from the light source being substantially parallel having an annular cross section. A shaping optical system for shaping the light beam into a divergent light beam, a diverging optical element for converting a substantially parallel light beam having an annular cross section into a plurality of divergent light beams, and a light source for condensing the divergent light beams and superimposing them on the object plane And a light-collecting optical element.

【0008】本発明の好ましい態様によれば、上記の発
散光学素子は、回折光学素子又はマイクロレンズアレイ
であり、全体的に円環状をなしている(請求項2)。ま
た、本発明の好ましい態様によれば、本発明の暗視野照
明装置は、顕微鏡の対物レンズの開口数よりも大きな開
口数の光束で物体を照明し、上記の発散光学素子は、対
物レンズの胴付面よりも物体側に位置決めされている
(請求項3)。また、上記の発散光学素子は、顕微鏡の
結像光路中に選択的に挿入される複数の対物レンズ各々
に対して一体的に取り付けられていることが望ましい
(請求項4)。
According to a preferred aspect of the present invention, the diverging optical element is a diffractive optical element or a microlens array, and has an overall annular shape. Further, according to a preferred aspect of the present invention, the dark field illumination device of the present invention illuminates an object with a light beam having a numerical aperture larger than the numerical aperture of the objective lens of the microscope, and the diverging optical element includes It is positioned closer to the object side than the body-attached surface. Further, it is desirable that the diverging optical element is integrally attached to each of a plurality of objective lenses selectively inserted into an imaging optical path of a microscope (claim 4).

【0009】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
上記の集光光学素子は、環状のレンズ成分を有し、該レ
ンズ成分の光源側の面および物体側の面のうち少なくと
も一方の面は非球面状に形成されている(請求項5)。
また、上記の集光光学素子は、環状の凹面鏡を有し、該
凹面鏡の反射面は非球面形状に形成されている(請求項
6)。
Further, according to a preferred embodiment of the present invention,
The light-collecting optical element has an annular lens component, and at least one of the light-source-side surface and the object-side surface of the lens component is formed to be aspherical.
The above-mentioned condensing optical element has an annular concave mirror, and the reflection surface of the concave mirror is formed in an aspherical shape.

【0010】さらに、本発明の別の局面によれば、光源
からの照明光束を環状の断面を有するほぼ平行な光束に
整形し、環状の断面を有するほぼ平行な光束を複数の発
散光束に変換し、複数の発散光束を集光して物体面上で
重ね合わせることを特徴とする暗視野照明方法を提供す
る。
Further, according to another aspect of the present invention, the illumination light beam from the light source is shaped into a substantially parallel light beam having an annular cross section, and the substantially parallel light beam having an annular cross section is converted into a plurality of divergent light beams. The present invention also provides a dark-field illumination method characterized in that a plurality of divergent light beams are collected and superimposed on an object plane.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明では、光源からの照明光束
が環状の断面を有するほぼ平行な光束に整形された後、
回折光学素子又はマイクロレンズアレイに入射して任意
の発散角を持った多数の発散光束に変換され、これらが
集光光学素子により物体面上で重なり合う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, after an illumination light beam from a light source is shaped into a substantially parallel light beam having an annular cross section,
The light enters the diffractive optical element or the microlens array and is converted into a large number of divergent light beams having an arbitrary divergence angle, and these are overlapped on the object plane by the condensing optical element.

【0012】このように、本発明では、集光光学素子を
介したほぼ平行な光束あるいは適当な発散角(または、
収れん角)を有する光束が、ケーラー照明あるいはそれ
に近い照明状態で物体面を重畳的に照明する。その結
果、物体面上には、明るさのムラが良好に制御された照
野が形成される。また、本発明では、ケーラー照明ある
いはそれに近い照明状態で物体面を照明するため、従来
技術における拡散板などを用いて光束を拡散する必要が
ない。従って、回折光学素子又はマイクロレンズアレイ
に入射した光束は、実質的に光量を損失することなく、
集光光学素子を介して物体面へ導かれる。その結果、物
体面上には、十分な明るさを有する照野が形成される。
As described above, according to the present invention, a substantially parallel light beam or a suitable divergence angle (or
A light beam having a convergent angle) illuminates the object plane in a superimposed manner in Koehler illumination or an illumination state close thereto. As a result, an illuminated field in which the unevenness in brightness is well controlled is formed on the object plane. Further, in the present invention, since the object surface is illuminated in Koehler illumination or an illumination state similar thereto, it is not necessary to diffuse a light beam using a diffusion plate or the like in the related art. Therefore, the light beam incident on the diffractive optical element or the microlens array does not substantially lose the light amount,
The light is guided to the object plane via the condensing optical element. As a result, an illumination field having sufficient brightness is formed on the object plane.

【0013】本発明の暗視野照明装置に用いられる回折
光学素子、マイクロレンズアレイは、いずれも一体的に
円環状に配置された複数のレンズエレメントからなる。
回折光学素子又はマイクロレンズアレイの環状の入射面
に入射したほぼ平行な光束は、その射出面の近傍(すな
わち後側焦点面の近傍)において環状に並んだ複数の光
源像を形成する。これらの複数の光源像からの光束は、
集光光学素子により集光された後、物体面上で重なり合
う。
Each of the diffractive optical element and the microlens array used in the dark-field illumination device of the present invention comprises a plurality of lens elements integrally arranged in a ring.
The substantially parallel light beams incident on the annular entrance surface of the diffractive optical element or the microlens array form a plurality of light source images arranged annularly in the vicinity of the exit surface (that is, in the vicinity of the rear focal plane). The luminous flux from these multiple light source images is
After being focused by the focusing optics, they overlap on the object plane.

【0014】なお、本発明では、回折光学素子又はマイ
クロレンズアレイは、集光光学素子の前側焦点面となる
ように配置されていることが好ましい。この場合、複数
の光源像からの光束を平行光束に変換して物体面をケー
ラー照明することにより、照野内での明るさのムラをさ
らに良好に抑えることができる。
In the present invention, it is preferable that the diffractive optical element or the microlens array is arranged so as to be the front focal plane of the condensing optical element. In this case, by converting light beams from a plurality of light source images into parallel light beams and illuminating the object surface with Koehler illumination, brightness unevenness in the illumination field can be further suppressed.

【0015】回折光学素子またはマイクロレンズアレイ
を製作する場合、フォトリソグラフィーなどにより、マ
スクパターンを転写し、エッチング加工を行う。一度マ
スクパターンを製作してしまえば、それを繰り返し使用
することができる。本発明の暗視野照明装置に用いられ
る回折光学素子又はマイクロレンズアレイは、結像光学
系等に用いられる回折光学素子又はマイクロレンズアレ
イに比べて、要求されるアライメント精度などは低いの
で、製造上のコストは安価である。
When manufacturing a diffractive optical element or a microlens array, a mask pattern is transferred by photolithography or the like, and etching is performed. Once a mask pattern has been produced, it can be used repeatedly. Diffractive optical elements or microlens arrays used in the dark field illumination device of the present invention require lower alignment accuracy and the like than diffractive optical elements or microlens arrays used in imaging optical systems and the like. Is inexpensive.

【0016】本発明の暗視野照明装置に用いられる回折
光学素子は、その回折効率が4レベル以上が望ましい。
回折効率が4レベル以上であれば、80パーセント以上
の高い回折効率が得られるので、光量損失を低減する効
果が大きい。なお、回折効率を高いレベルとすると、そ
の分だけ多くのマスクパターンを用意しなければなら
ず、各マスクパターンを位置決めしてパターニングする
工程が増えるので、過剰に高レベルとするのは望ましく
ない。この点は、同様の製作法で製造されるマイクロレ
ンズアレイの場合でも同じである。
The diffraction efficiency of the diffractive optical element used in the dark field illumination device of the present invention is desirably 4 or more.
If the diffraction efficiency is at least four levels, a high diffraction efficiency of 80% or more can be obtained, so that the effect of reducing the light amount loss is large. When the diffraction efficiency is set to a high level, more mask patterns must be prepared accordingly, and the number of steps for positioning and patterning each mask pattern increases. Therefore, it is not desirable to set the level too high. This is the same in the case of a microlens array manufactured by a similar manufacturing method.

【0017】回折光学素子又はマイクロレンズアレイ
は、いずれも微小なレンズの集合体であり、規則的に繰
り返す凹凸パターンを有している。従って、拡散板に比
べて、これらは、多数の発散角が一定になるようにコン
トロールでき、表面での乱反射や散乱も小さくできる。
また、回折光学素子又はマイクロレンズアレイは、フォ
トリソグラフィーなどにより製造され、微小な繰り返し
凹凸パターンが得られるので、照野の明るさの均一性は
向上する。
Each of the diffractive optical element and the micro lens array is an aggregate of minute lenses, and has an irregular pattern that repeats regularly. Therefore, as compared with the diffusion plate, these can be controlled so that a large number of divergence angles are constant, and irregular reflection and scattering on the surface can be reduced.
Further, since the diffractive optical element or the microlens array is manufactured by photolithography or the like, and a fine repetitive uneven pattern is obtained, the uniformity of the brightness of the illumination field is improved.

【0018】また、顕微鏡では倍率の異なる複数の対物
レンズ鏡筒が回転自在のリボルバに装着され、このリボ
ルバの回転により所望の倍率の対物レンズが結像光路中
に選択的に挿入される。この場合、各対物レンズの倍率
に応じてその開口数および視野が実質的に異なるため、
各対物レンズの開口数よりも大きな開口数の光束でその
視野に応じた大きさの照野を良好に形成するには、対物
レンズ毎に発散光学素子(回折光学素子又はマイクロレ
ンズアレイ)および集光光学素子を設けることが必要と
なる。そのためには、発散光学素子および集光光学素子
は、対物レンズ鏡筒の胴付面(対物レンズ鏡筒をリボル
バに取り付ける際に基準となる面)よりも物体側に配置
されていることが好ましい。
In a microscope, a plurality of objective lens barrels having different magnifications are mounted on a rotatable revolver, and an objective lens having a desired magnification is selectively inserted into an imaging optical path by rotation of the revolver. In this case, since the numerical aperture and the field of view are substantially different depending on the magnification of each objective lens,
In order to favorably form an illumination field having a size corresponding to the field of view with a light beam having a numerical aperture larger than the numerical aperture of each objective lens, a diverging optical element (diffractive optical element or microlens array) and a collecting lens must be provided for each objective lens. It is necessary to provide an optical optical element. For this purpose, it is preferable that the diverging optical element and the condensing optical element are arranged on the object side with respect to the body-mounted surface of the objective lens barrel (the surface that becomes a reference when the objective lens barrel is mounted on the revolver). .

【0019】この構成により、顕微鏡の結像光路中に選
択的に位置決めされる複数の対物レンズの各々に対し
て、1組の発散光学素子及び集光光学系を一体的に取り
付けることができ、対物レンズの切り換えに際して検鏡
者に余分な操作を強いることなく良好な操作性を確保す
ることができる。仮に、発散光学素子および集光光学素
子を顕微鏡鏡基内に配置すると、良好な照明自体が不可
能になり易いだけでなく、対物レンズの切り換え毎に検
鏡者に余分な操作を強いることになり、操作性が悪くな
る。
According to this configuration, one set of a diverging optical element and a condensing optical system can be integrally attached to each of the plurality of objective lenses selectively positioned in the imaging optical path of the microscope, Good operability can be ensured without forcing the speculum operator to perform extra operations when switching the objective lens. If the diverging optical element and the condensing optical element are arranged inside the microscope base, not only good illumination itself tends to be impossible, but also an extra operation for the speculum is required every time the objective lens is switched. And operability deteriorates.

【0020】また、集光光学系に収差がある程度残存し
ていると、複数の光源像からの光束を平行光束に変換す
ることができなくなり、その結果物体面上において明る
さにある程度ムラのある照野が形成されてしまう。した
がって、集光光学系として環状のレンズ成分を用いる場
合、このレンズ成分の少なくとも一方の面に非球面を導
入することにより集光光学系ができるだけ無収差になる
ように構成することが好ましい。あるいは、レンズ成分
のような屈折系に代えて、原理的に無収差の集光光学系
として環状の放物凹面反射鏡を用いることにより、照野
内での明るさのムラをさらに良好に抑えることが好まし
い。
If a certain amount of aberration remains in the light-collecting optical system, it becomes impossible to convert light beams from a plurality of light source images into parallel light beams, and as a result, there is a certain degree of unevenness in brightness on the object plane. Teruno is formed. Therefore, when an annular lens component is used as the condensing optical system, it is preferable that the condensing optical system be configured so as to have as little aberration as possible by introducing an aspherical surface to at least one surface of the lens component. Alternatively, in place of a refraction system such as a lens component, by using an annular parabolic concave reflecting mirror as a focusing optical system having no aberration in principle, it is possible to further suppress unevenness in brightness in an illumination field. Is preferred.

【0021】以下、本発明の暗視野照明装置について、
図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、本発明
の実施形態にかかる暗視野照明装置の全体構成を概略的
に示す図である。また、図2は、図1のマイクロレンズ
アレイの光学的作用を説明するための部分拡大図であ
る。以下、回折光学素子とマイクロレンズアレイは、実
質的に同じ光学的作用をもつので、マイクロレンズアレ
イで代表させて説明する。
Hereinafter, the dark field illumination device of the present invention will be described.
This will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of a dark field illumination device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view for explaining the optical function of the microlens array of FIG. Hereinafter, since the diffractive optical element and the microlens array have substantially the same optical action, the description will be made with the microlens array as a representative.

【0022】本実施形態の暗視野照明装置は、図1に示
すように、照明光を供給するための光源1を備えてい
る。光源1としては、例えばハロゲンランプが用いられ
る。光源1からの光は、コレクタレンズ2を介してほぼ
平行な光束となった後、集光レンズ3を介して光源像4
を開口絞り5の近傍に形成する。開口絞り5から射出し
た照明光は、フィールドレンズ6を介してほぼ平行な光
束となった後、リング絞り7に入射する。リング絞り7
は、光軸を中心とした円環状の開口部を有する。
As shown in FIG. 1, the dark-field illumination device of the present embodiment includes a light source 1 for supplying illumination light. As the light source 1, for example, a halogen lamp is used. The light from the light source 1 becomes a substantially parallel light flux through the collector lens 2, and then passes through the condenser lens 3 to form a light source image 4.
Is formed near the aperture stop 5. The illumination light emitted from the aperture stop 5 is converted into a substantially parallel light beam via the field lens 6 and then enters the ring stop 7. Ring aperture 7
Has an annular opening centered on the optical axis.

【0023】リング絞り7の開口部を通過した円環状の
断面を有するほぼ平行な光束は、中空反射ミラー8に入
射する。中空反射ミラー8は、中央に形成された全体的
に円形状の開口部8bと、その外側に形成された全体的
に円環状の反射部8aとから構成されている。
A substantially parallel light beam having an annular cross section that has passed through the opening of the ring stop 7 enters the hollow reflecting mirror 8. The hollow reflecting mirror 8 includes a generally circular opening 8b formed at the center and a generally annular reflecting portion 8a formed outside the opening 8b.

【0024】中空反射ミラー8の反射部8aで反射され
た円環状の断面を有するほぼ平行な光束は、マイクロレ
ンズアレイ9に入射する。マイクロレンズアレイ9は、
図2に示すように、多数のレンズエレメント9aを全体
的に円環状に配置することによって構成されている。従
って、マイクロレンズアレイ9の入射面および射出面
は、入射する光束の断面に対応した円環状となってい
る。各レンズエレメント9aは、光源側に凸面を向けた
入射面と、物体側に凸面を向けた射出面とを有する正単
レンズである。また、各レンズエレメント9aは、その
前側(光源側)焦点面と入射面とがほぼ一致し且つ後側
焦点面と射出面とがほぼ一致するように形成されてい
る。
The substantially parallel light flux having an annular cross section reflected by the reflecting portion 8 a of the hollow reflecting mirror 8 enters the microlens array 9. The micro lens array 9
As shown in FIG. 2, a large number of lens elements 9a are arranged in an annular shape as a whole. Therefore, the entrance surface and the exit surface of the microlens array 9 have an annular shape corresponding to the cross section of the incident light beam. Each lens element 9a is a positive single lens having an entrance surface having a convex surface facing the light source side and an exit surface having a convex surface facing the object side. Further, each lens element 9a is formed such that its front (light source side) focal plane substantially coincides with the incident plane, and its rear focal plane substantially coincides with the exit plane.

【0025】従って、マイクロレンズアレイ9に入射し
た円環状の断面を有するほぼ平行な光束は、多数のレン
ズエレメント9aにより拡散される。換言すると、マイ
クロレンズアレイ9は、円環状の断面を有するほぼ平行
な入射光束に基づいて、その射出面の近傍において円環
状に並んだ多数の光源像を形成する。マイクロレンズア
レイ9により円環状に並んで形成された多数の光源像か
らの光束は、円環状のコンデンサーレンズ10により集
光された後、物体面11a上の所定領域で重ね合わされ
る。
Accordingly, substantially parallel light beams having an annular cross section incident on the microlens array 9 are diffused by a large number of lens elements 9a. In other words, the microlens array 9 forms a large number of light source images arranged in an annular shape in the vicinity of the exit surface based on substantially parallel incident light beams having an annular cross section. Light beams from a large number of light source images formed in a ring shape by the micro lens array 9 are condensed by a ring-shaped condenser lens 10 and then superimposed on a predetermined area on the object plane 11a.

【0026】図2に示すように、マイクロレンズアレイ
9の射出面とコンデンサーレンズ10の前側焦点面とが
ほぼ一致するように配置されている。また、図1に示す
ように、コンデンサーレンズ10の後側焦点面と物体面
11aとがほぼ一致するように配置されている。従っ
て、マイクロレンズアレイ9により形成された多数の光
源像からの光束は、コンデンサーレンズ10によりほぼ
平行な光束に変換された後、物体面11aの所定領域を
重畳的に照明する。
As shown in FIG. 2, the exit surface of the microlens array 9 and the front focal plane of the condenser lens 10 are arranged so as to substantially coincide with each other. Further, as shown in FIG. 1, the condenser lens 10 is disposed such that the rear focal plane thereof substantially coincides with the object plane 11a. Accordingly, light beams from a number of light source images formed by the microlens array 9 are converted into substantially parallel light beams by the condenser lens 10, and then illuminate a predetermined area of the object plane 11a in a superimposed manner.

【0027】このように、図1の暗視野照明装置では、
マイクロレンズアレイ9の射出面と光源1(ひいては光
源像4および開口絞り5)とが光学的にほぼ共役になっ
ている。
As described above, in the dark field illumination device of FIG.
The exit surface of the microlens array 9 and the light source 1 (therefore, the light source image 4 and the aperture stop 5) are almost optically conjugate.

【0028】顕微鏡の対物レンズは、円環状のマイクロ
レンズアレイ9の中空部分と、円環状のコンデンサーレ
ンズ10の中空部分を貫通するように配置されている。
すなわち、顕微鏡の対物レンズ鏡筒の中には、対物レン
ズの他に、その開口数及び視野に応じた1組のマイクロ
レンズアレイ9およびコンデンサーレンズ10が一体的
に取り付けられている。従って、暗視野照明された物体
面11aからの反射光は、対物レンズに入射することな
く、物体面11aからの散乱光だけが対物レンズによっ
て結像され暗視野像を形成する。この暗視野像は、例え
ば接眼レンズ(不図示)により観察される。
The objective lens of the microscope is disposed so as to penetrate the hollow portion of the annular micro lens array 9 and the hollow portion of the annular condenser lens 10.
That is, in the objective lens barrel of the microscope, in addition to the objective lens, a set of a microlens array 9 and a condenser lens 10 corresponding to the numerical aperture and the field of view are integrally mounted. Therefore, the reflected light from the object surface 11a illuminated with the dark field does not enter the objective lens, and only the scattered light from the object surface 11a is imaged by the objective lens to form a dark field image. This dark field image is observed by, for example, an eyepiece (not shown).

【0029】再び図1を参照すると、対物レンズ鏡筒1
2の中に、対物レンズ(不図示)、中空反射ミラー8、
マイクロレンズアレイ9およびコンデンサーレンズ10
が収納されている。マイクロレンズアレイ9およびコン
デンサーレンズ10は、対物レンズ鏡筒12の胴付面1
2aよりも物体側に位置決め固定されている。従って、
対物レンズの切り替えに際して、検鏡者は、どのような
マイクロレンズアレイ9を選ぶべきかということに注意
を払う必要はない。
Referring again to FIG. 1, the objective lens barrel 1
2, an objective lens (not shown), a hollow reflecting mirror 8,
Micro lens array 9 and condenser lens 10
Is stored. The microlens array 9 and the condenser lens 10 are attached to the body-mounted surface 1 of the objective lens barrel 12.
It is positioned and fixed on the object side of 2a. Therefore,
When switching the objective lens, the examiner does not need to pay attention to what microlens array 9 should be selected.

【0030】以上のように、本実施形態の暗視野照明装
置では、マイクロレンズアレイ9により形成された多数
の光源像からの光束は、コンデンサーレンズ10により
ほぼ平行な光束に変換された後、物体面11aの同一領
域を重畳的にケーラー照明する。その結果、物体面11
a上には、明るさのムラが良好に抑制された照野が形成
される。また、物体面をケーラー照明するので従来技術
における拡散板などを用いて光束を拡散する必要がない
ため、マイクロレンズアレイ9に入射した光束は、実質
的に光量損失することなくコンデンサーレンズ10を介
して物体面11aへ導かれる。その結果、物体面11a
上には、十分な明るさを有する照野が形成される。
As described above, in the dark-field illumination device of the present embodiment, the light beams from the multiple light source images formed by the microlens array 9 are converted by the condenser lens 10 into substantially parallel light beams, The same area of the surface 11a is subjected to Koehler illumination in a superimposed manner. As a result, the object plane 11
An illumination field in which unevenness in brightness is well suppressed is formed on a. Also, since the object surface is illuminated with Koehler, it is not necessary to diffuse the light beam using a diffusion plate or the like in the prior art, so that the light beam incident on the microlens array 9 passes through the condenser lens 10 without substantial loss of light amount. To the object plane 11a. As a result, the object plane 11a
An illuminated field having sufficient brightness is formed thereon.

【0031】また、上述の実施形態では、マイクロレン
ズアレイ9により形成された多数の光源像からの光束を
集光して物体面11a上で重ね合わせるための集光光学
系として、円環状のコンデンサーレンズ10を用いてい
る。この場合、コンデンサーレンズ10に収差がある程
度残存していると、多数の光源像からの光束を平行光束
に変換することができなくなり、その結果、物体面11
a上に若干ムラのある照野が形成される。
In the above-described embodiment, an annular condenser is used as a condensing optical system for condensing light beams from a large number of light source images formed by the microlens array 9 and superimposing them on the object surface 11a. The lens 10 is used. In this case, if a certain amount of aberration remains in the condenser lens 10, it becomes impossible to convert light beams from a large number of light source images into parallel light beams.
A slightly uneven illuminated field is formed on a.

【0032】この若干残存している明るさのムラをさら
に良好に抑えるには、コンデンサーレンズ10の光源側
の面および物体側の面のうちの少なくとも一方の面に非
球面を導入する。また、コンデンサーレンズ10のよう
な屈折系に代えて、原理的に無収差の集光光学系である
円環状の放物凹面反射鏡を用いる。このようにすれば照
野内での明るさのムラをより一層良好に抑えることがで
きる。
In order to further suppress the slightly remaining uneven brightness, an aspheric surface is introduced into at least one of the light source side surface and the object side surface of the condenser lens 10. Instead of a refraction system such as the condenser lens 10, an annular parabolic concave reflecting mirror which is a condensing optical system having no aberration is used in principle. In this way, the unevenness in brightness in the illuminated field can be further suppressed.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発散光学素子により生成された複数のほぼ平行な光束が
物体面を重畳的にほぼケーラー照明するので、物体面上
には明るさのムラが良好に抑制された照野が形成され
る。また、本発明では、物体面をほぼケーラー照明する
ので、従来の拡散板を用いて光束を拡散する必要がない
ため、実質的に光量損失することなく物体面上には十分
な明るさを有する照野が形成される。
As described above, according to the present invention,
Since the plurality of substantially parallel light beams generated by the diverging optical element superimpose substantially the Koehler illumination on the object plane, an illuminated field in which unevenness of brightness is suppressed well is formed on the object plane. In addition, in the present invention, since the object surface is almost Koehler-illuminated, there is no need to diffuse the light beam using a conventional diffuser, so that the object surface has sufficient brightness without substantial light amount loss. Teruno is formed.

【0034】また、本発明によれば、発散光学素子とし
て、全体的に円環状をなす回折光学素子又はマイクロレ
ンズアレイを用いるので、暗視野照明装置をコンパクト
にできる。さらに、多数の発散角が一定になるようにコ
ントロールでき、表面での乱反射や散乱も小さくでき、
また、照野の明るさの均一性は向上する。
Further, according to the present invention, the ring-shaped diffractive optical element or microlens array is used as the diverging optical element, so that the dark field illumination device can be made compact. Furthermore, many divergence angles can be controlled to be constant, irregular reflection and scattering on the surface can be reduced,
Further, the uniformity of the brightness of the illuminated field is improved.

【0035】また、本発明によれば、発散光学素子を対
物レンズの胴付面よりも物体側に配置するので、対物レ
ンズの切り替え操作が容易にできる。さらに、対物レン
ズ各々に発散光学素子を取り付けられるので、対物レン
ズの視野に適切な照野が自動的に得られ、観察の操作性
が向上する。
Further, according to the present invention, since the diverging optical element is arranged on the object side of the body surface of the objective lens, the operation of switching the objective lens can be easily performed. Furthermore, since a diverging optical element can be attached to each objective lens, an appropriate illumination field is automatically obtained in the field of view of the objective lens, and the operability of observation is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態にかかる暗視野照明装置の全
体構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an entire configuration of a dark field illumination device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のマイクロレンズアレイの光学的作用を説
明する部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating an optical function of the microlens array of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 コレクタレンズ 3 集光レンズ 4 光源像 5 開口絞り 6 フィールドレンズ 7 リング絞り 8 中空反射ミラー 9 マイクロレンズアレイ(回折光学素子) 10 コンデンサーレンズ 11 物体 11a 物体面 12 対物レンズ鏡筒 12a 胴付面 Reference Signs List 1 light source 2 collector lens 3 condenser lens 4 light source image 5 aperture stop 6 field lens 7 ring stop 8 hollow reflection mirror 9 micro lens array (diffractive optical element) 10 condenser lens 11 object 11a object plane 12 objective lens barrel 12a with body surface

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 観察される物体を照明する照明光を供給
するための光源と、前記光源からの光束を環状の断面を
有するほぼ平行な光束に整形するための整形光学系と、
前記環状の断面を有するほぼ平行な光束を複数の発散光
束に変換するための発散光学素子と、前記発散光束を集
光して物体面上で重ね合わせるための集光光学素子と、
を備えていることを特徴とする顕微鏡の暗視野照明装
置。
A light source for supplying illumination light for illuminating an object to be observed; a shaping optical system for shaping a light beam from the light source into a substantially parallel light beam having an annular cross section;
A diverging optical element for converting the substantially parallel light beam having the annular cross section into a plurality of divergent light beams, and a condensing optical element for condensing the divergent light beams and superimposing them on an object plane,
A dark field illumination device for a microscope, comprising:
【請求項2】 前記発散光学素子は、回折光学素子又は
マイクロレンズアレイであり、全体的に円環状をなして
いることを特徴とする請求項1記載の顕微鏡の暗視野照
明装置。
2. The dark-field illumination device for a microscope according to claim 1, wherein the diverging optical element is a diffractive optical element or a microlens array, and has an annular shape as a whole.
【請求項3】 顕微鏡の対物レンズの開口数よりも大き
な開口数の光束で前記物体を照明し、前記発散光学素子
は、前記対物レンズの胴付面よりも物体側に位置決めさ
れていることを特徴とする請求項1又は2記載の顕微鏡
の暗視野照明装置。
3. The object is illuminated with a light beam having a numerical aperture larger than a numerical aperture of an objective lens of a microscope, wherein the diverging optical element is positioned closer to the object side than a body surface of the objective lens. 3. The dark-field illuminating device for a microscope according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記発散光学素子は、前記顕微鏡の結像
光路中に選択的に挿入される複数の対物レンズ各々に対
して一体的に取り付けられていることを特徴とする請求
項1から3のいずれか1項に記載の顕微鏡の暗視野照明
装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the diverging optical element is integrally attached to each of a plurality of objective lenses selectively inserted into an imaging optical path of the microscope. The dark-field illumination device for a microscope according to any one of claims 1 to 7.
【請求項5】 前記集光光学素子は、環状のレンズ成分
を有し、該レンズ成分の光源側の面および物体側の面の
うち少なくとも一方の面は非球面状に形成されているこ
とを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の
顕微鏡の暗視野照明装置。
5. The condensing optical element has an annular lens component, and at least one of a light source side surface and an object side surface of the lens component is formed in an aspherical shape. The dark-field illumination device for a microscope according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記集光光学素子は、環状の凹面鏡を有
し、該凹面鏡の反射面は非球面形状に形成されているこ
とを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の
顕微鏡の暗視野照明装置。
6. The condensing optical element according to claim 1, wherein the converging optical element has an annular concave mirror, and the reflecting surface of the concave mirror is formed in an aspherical shape. Microscope dark field illuminator.
【請求項7】 光源からの照明光束を環状の断面を有す
るほぼ平行な光束に整形し、前記環状の断面を有するほ
ぼ平行な光束を複数の発散光束に変換し、前記複数の発
散光束を集光して、物体面上で重ね合わせることを特徴
とする顕微鏡の暗視野照明方法。
7. An illumination light beam from a light source is shaped into a substantially parallel light beam having an annular cross section, the substantially parallel light beam having the annular cross section is converted into a plurality of divergent light beams, and the plurality of divergent light beams are collected. A dark-field illumination method for a microscope, comprising illuminating and superimposing on an object plane.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1403676A1 (en) * 2002-09-28 2004-03-31 Leica Microsystems Semiconductor GmbH Apparatus for measuring structure widths
WO2006104183A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 National University Corporation, Hamamatsu University School Of Medicine Dlp type evanescent microscope
JP2006313213A (en) * 2005-05-09 2006-11-16 Olympus Corp Optical system for illumination and microscope lighting system
JP2014044380A (en) * 2012-08-29 2014-03-13 Nikon Corp Objective lens and microscope
JP2016151737A (en) * 2015-02-19 2016-08-22 オリンパス株式会社 Microscope illumination device and microscope
CN110244443A (en) * 2019-07-01 2019-09-17 达科为(深圳)医疗设备有限公司 A kind of integrated light supply apparatus for microcobjective array
CN111258046A (en) * 2020-02-26 2020-06-09 清华大学 Light field microscope system and method based on front microlens array
CN117589790A (en) * 2023-11-30 2024-02-23 魅杰光电科技(上海)有限公司 Dark field lighting device and optical detection system for dark field lighting

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1403676A1 (en) * 2002-09-28 2004-03-31 Leica Microsystems Semiconductor GmbH Apparatus for measuring structure widths
US6943901B2 (en) 2002-09-28 2005-09-13 Leica Microsystems Semiconductor Gmbh Critical dimension measuring instrument
WO2006104183A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 National University Corporation, Hamamatsu University School Of Medicine Dlp type evanescent microscope
JP2006313213A (en) * 2005-05-09 2006-11-16 Olympus Corp Optical system for illumination and microscope lighting system
JP2014044380A (en) * 2012-08-29 2014-03-13 Nikon Corp Objective lens and microscope
JP2016151737A (en) * 2015-02-19 2016-08-22 オリンパス株式会社 Microscope illumination device and microscope
CN105911683A (en) * 2015-02-19 2016-08-31 奥林巴斯株式会社 Illumination device for microscope and microscope
CN110244443A (en) * 2019-07-01 2019-09-17 达科为(深圳)医疗设备有限公司 A kind of integrated light supply apparatus for microcobjective array
CN111258046A (en) * 2020-02-26 2020-06-09 清华大学 Light field microscope system and method based on front microlens array
CN117589790A (en) * 2023-11-30 2024-02-23 魅杰光电科技(上海)有限公司 Dark field lighting device and optical detection system for dark field lighting

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