JP2005208521A - 鏡筒光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】アイポイントを高い位置にすると共に対物レンズの光軸に近い位置に設定する。
【解決手段】対物レンズ３を通る第一光路Ｌ１を対物レンズの光軸Ｏに対して接眼レンズ１５とは反対方向に折り曲げる第一反射部材４と、第一反射部材４で反射した第二光路Ｌ２を接眼レンズ１５方向に導く第二反射部材８と、第二反射部材で反射した第三光路Ｌ３を折り曲げる第三反射部材９と、第三反射部材で反射した光束を有する第四光路Ｌ４を接眼レンズ１５方向に導く第四反射部材１２とを備えている。第三光路Ｌ３中に第１結像レンズ６ｂと第２結像レンズ１０ａを配設する。対物レンズの光軸Ｏと第三光路Ｌ３とのなす角度α、第三光路と第四光路とでなす角度βは、下記条件式を満足する。９０°＜α＜１８０°（１）、０°＜β＜１８０°（２）、０°＜α＋β＜１８０°（３）
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡等の鏡筒光学系、例えば半導体検査装置に用いる顕微鏡用鏡筒光学系に関する。

従来、顕微鏡等の鏡筒光学系として、下記特許文献１に開示されたものがある。この鏡筒光学系は、対物レンズを通る光束を入射面からプリズム内に進入させハーフミラーからなる第２面、入射面である第１面、第３面でＭ型に反射させて射出面から射出させる。プリズムから射出する光束は対物レンズの光軸と平行で反対方向に向いている。そして射出光束を反射鏡で反射させて斜め上方に向かわせ、リレーレンズ、分割プリズムを通して接眼レンズで肉眼観察することができる。
特開平８−２７８４４８号公報

しかしながら、上述した鏡筒光学系では、Ｍ型の光路を形成する透過反射プリズムにより対物レンズの光軸を接眼レンズの方向に順次反射させているため、観察者の目の位置であるアイポイントと対物レンズの光路上に配置されている観察対象物との距離が長くなってしまっている。アイポイントと観察対象物との距離が離れていると、観察者が目を接眼レンズから外して直接観察対象物を見る場合や観察対象物の位置を調整する場合等の作業が非常にやりにくいという不具合がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その目的はアイポイントを観察対象物に近い位置に設定するようにした鏡筒光学系を提供することにある。

本発明による鏡筒光学系は、対物レンズと、該対物レンズを通る光束を有する第一光路を対物レンズの光軸に対して接眼レンズとは反対方向に折り曲げる第一反射部材と、該第一反射部材で反射した光束を有する第二光路を対物レンズの光軸に対して接眼レンズ方向に導く第二反射部材と、該第二反射部材で反射した光束を有する第三光路を折り曲げる第三反射部材と、該第三反射部材で反射した光束を有する第四光路を接眼レンズ方向に導く第四反射部材とを備えてなることを特徴とする。
本発明によれば、第一反射部材によって接眼レンズと反対方向に反射光束を折り曲げるために、アイポイントを観察対象物に近づけることができる。

また、第一光路における対物レンズ上の任意の点をＡとし、前記第一光路と第三光路との交点をＢとし、前記第三光路の第三反射部材での反射点をＣとした場合、∠ＡＢＣ＝αとして以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
９０°＜α＜１８０° （１）
この場合、角度αが１８０°未満の鈍角に設定されるために第三光路が接眼レンズ方向に高く傾斜するためにアイポイントを高く設定できる。
また、第四光路の第四反射部材での反射点をＤとした場合、∠ＢＣＤ＝βとして以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０°＜β＜１８０° （２）
上記（１）式との関係で角度βは、第四光路を対物レンズの光軸から離れないように折り曲げることができ、これによってアイポイントを観察対象物に近づけることができ、接眼レンズをより対物レンズ側に配設できるために、装置をコンパクト化できる。なお、本件発明は上記（１）式と（２）式のいずれか一方または両方を満足することが好ましい。
また、上記角度αと角度βは、下記条件式（３）を満足することが更に好ましい。
０°＜α＋β＜１８０° （３）
上記（３）式を満足させれば、第四光路を対物レンズの光軸に近づくように折り曲げることができるため、アイポイントを観察対象物に近づけ、接眼レンズをより対物レンズ側に配設できるために、装置を更にコンパクト化できる。

また、第三光路に十分なスペースがある場合には、第三光路に結像光学系を配置することが好ましい。これにより、スペースを有効に使用することができる。
また、第四反射部材と接眼レンズとの間を走行する光束を有する第五光路には、第二結像光学系が配設されていることが好ましい。これによって光学系の収差性能を更に向上できる上に、観察対象物の像を正立像として観察できる。
なお、第一光路内には中間鏡筒が配設され、該中間鏡筒を挟んで対物レンズの少なくとも一部と接眼レンズとが配設されていてもよい。第一反射部材による反射光束を接眼レンズと反対側に折り曲げ、更に角度αをもって第三光路を斜め上方に向けて形成するために、中間鏡筒を配設しても下方に突出するのを防止できる。

本発明による鏡筒光学系によれば、第一反射部材によって接眼レンズと反対方向に反射光束を折り曲げるためにアイポイントを観察対象物に近づけることができると共に、第三光路の光路長を長く形成できてレンズ等を挿入することが可能になり、光学系を自由に設計できる。しかも、アイポイントを高い位置に設定できると共に光学系をコンパクトに設計できる。

以下、本発明の実施の形態による鏡筒光学系を添付図面により説明する。図１は第一の実施の形態による鏡筒光学系を示すものである。
図１に示す鏡筒光学系１は、例えば半導体検査装置に用いられる顕微鏡の鏡筒光学系である。鏡筒光学系１は、標本２（観察対象物）の上方に対物レンズ３が配設され、対物レンズ３の光軸Ｏに沿う上方には第一反射部材４が設けられている。対物レンズ３と第一反射部材４との間には第１結像レンズ６ａが配設されている。対物レンズ３と第一反射部材４との間の光軸Ｏを含む光路を第一光路Ｌ１とする。なお、対物レンズ３と第一反射部材４または第１結像レンズ６ａとの間には落射投光管等の適宜の中間鏡筒が配設可能である。
第一反射部材４で反射した光束は第二反射部材８で反射して対物レンズ３の光軸Ｏに対して第二反射部材８とは反対側に配置された第三反射部材９へ向かう。第一反射部材４は反射光束が対物レンズ３の光軸Ｏに対して第三反射部材９とは反対側へ折り曲げられるように配置されている。第一反射部材４と第二反射部材８との間の光路を第二光路Ｌ２とし、第二反射部材と第三反射部材９との間の光路を第三光路Ｌ３という。

第三光路Ｌ３内には第１結像レンズ６ｂと第２結像レンズ１０ａとが結像光学系として配設され、第１結像レンズ６ａ，６ｂを通過した光束は第三光路Ｌ３上で第１結像レンズ６ｂと第二結像レンズ１０ａとの間に一次像（倒立像）Ｉａを結像する。
次に第三反射部材９で反射した第三光路Ｌ３の光束は下方（標本２側）に折り曲げられて第四反射部材１２で反射させられる。第四反射部材１２はチルティング可能な可変ミラーとし、これによってアイポイントを上下方向に調整可能とする。第四反射部材１２で略水平方向に曲げられた光路上には、順次第２結像レンズ１０ｂ（第二の結像光学系）、双眼分割用プリズム１４、接眼レンズ１５が配列されている。なお、双眼分割用プリズム１４と接眼レンズ１５は双眼鏡筒部１３を構成する。一次像Ｉａは第２結像レンズ１０ａ、１０ｂを通して双眼分割用プリズム１４と接眼レンズ１５との間の二次像Ｉｂ（正立像）として結像する。観察者は接眼レンズ１５を通して標本２の正立像を観察できる。
ここで、第三反射部材９と第四反射部材１２との間の光路を第四光路Ｌ４といい、第四反射部材１２で反射して接眼レンズ１５に向かう光路を第五光路Ｌ５という。

図１に示す鏡筒光学系１において、第一光路Ｌ１における対物レンズ３上の任意の点をＡとし、第一光路Ｌ１と第三光路Ｌ３との交差点をＢとし、 第三光路Ｌ３の第三反射部材９での反射点をＣとし、第四光路Ｌ４の第四反射部材１２での反射点をＤとする。そして∠ＡＢＣ＝α、∠ＢＣＤ＝βとして、次の式を満足するものとする。
９０°＜α＜１８０° （１）
０°＜β＜１８０° （２）
０°＜α＋β＜１８０° （３）

ここで、第三光路Ｌ３について、第一反射部材４による第一光路Ｌ１の反射方向を対物レンズ３の光軸Ｏに対して接眼レンズ１５とは反対方向に設定したため、第一光路Ｌ１の反射方向を接眼レンズ１５と同一方向に設定する場合よりも第三光路Ｌ３を長く形成でき、第三光路Ｌ３中に第１結像レンズ６ｂと第２結像レンズ１０ａを挿入することができて収差を小さくできる。そして、（１）式から角度αを９０°より大きく設定したために第三光路Ｌ３を第三反射部材９に向けて上方へ傾斜させて形成でき、アイポイントを上方に導くことができる。
さらに（２）、（３）式から角度βを９０°未満にしたために、第五光路Ｌ５に設定した接眼レンズ１５を対物レンズ３の光軸Ｏに近づけた内側に配置させることができ、接眼レンズ１５が顕微鏡検査装置の外側に突出するのを抑制できる。
なお、第一反射部材４として全反射ミラーを採用したが、これに代えて半透過ミラーとしてもよい。この場合、第一反射部材４を透過した一部の光束の光路上に直筒部１７が配設され、この直筒部１７にビデオカメラ１８やＣＣＤ等の撮影光学系を配設することができる。これによって標本２の像を撮像でき、接眼レンズ１５による肉眼観察とビデオカメラ１８等による写真撮影とを同時に行うことができる。

本実施の形態による鏡筒光学系１は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。標本２の反射光は対物レンズ３を通過して第一光路Ｌ１から第一反射部材４で接眼レンズ１５とは反対側に反射する。そして第二反射部材８で反射して対物レンズの光軸Ｏに対して鈍角αで傾斜して斜め上方の第三光路Ｌ３を第三反射部材９に向かう。この第三光路Ｌ３中において光束は第１結像レンズ６ｂを通過した後で一次像Ｉａを結像する。
次いで、第二結像レンズ１０ａを透過して第三反射部材９で光路を折り曲げられるが、このときの角度βは９０°未満の鋭角に設定されているから、第四光路Ｌ４は対物レンズ３の光軸Ｏに近づく方向に偏向させられる。そして第四反射部材１２で反射させられて第２結像レンズ１０ｂ、双眼分割用プリズム１４を通して正立像からなる二次像Ｉｂを得て、接眼レンズ１５を通して観察する。

上述のように本実施の形態によれば、第一反射部材４によって第一光路Ｌ１の光束を接眼レンズ１５とは反対側に折り曲げることでアイポイントを標本２に近づけることができるため、標本２を、鏡筒光学系１を通して観察する作業と観察者が目を接眼レンズ１５から外して直接観察したり位置調整したりする作業とを容易に行える。しかも、接眼レンズ１５の方向に向かう第三光路Ｌ３を長く形成できて、第１結像レンズ６ｂ及び第２結像レンズ１０ａを光路内に挿入できる。そのため、これら結像レンズ６ｂ、１０ａによって収差性能を向上できる。特に反射光学系としてプリズムを使用しないために第三光路Ｌ３の光路長を延ばしてレンズ等の光学部材の挿入等を適宜行えて自由に光学系を設計できる。
また、角度αを鈍角に設定することで第三光路Ｌ３を対物レンズ３から離間する方向に傾斜させることができて、対物レンズ３との間に中間鏡筒を配設し易く、しかも中間鏡筒が下方に突出して対物レンズ３を装着したレボルバー等に干渉したりすることはない。
また、角度βを鋭角に設定することで第三光路Ｌ３を折り曲げた第四光路Ｌ４を対物レンズ３の光軸Ｏ方向に近づけることができるため、接眼レンズ１５の位置をより光軸Ｏに近接させることができる。特に半導体チップ等の検査用顕微鏡装置では、ステージが大きいために接眼レンズ１５を光軸Ｏに近づけることで、アイポイントが外側に突出するのを防止できてコンパクトな装置を得られる。更に第四反射部材１２をチルティングさせることで、接眼レンズ１５を適宜の高い位置に設定できる。

なお、上述の実施の形態では、角度βを鋭角に設定したが、（２）式に基づいて角度βを鈍角に設定してもよい。これによって接眼レンズ１５は上述の実施の形態の場合よりも水平方向外側に突出するが、それ以外は上述の実施の形態と同等の効果が得られる。

次に本発明の第二の実施の形態を図２により説明するが、上述の第一の実施の形態と同一または同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施の形態による鏡筒光学系１７は第一の実施の形態による鏡筒光学系１と基本構成を同一にしており、第三光路Ｌ３における第１結像レンズ６ｂ、第２結像レンズ１０ａに代えて焦点距離をより長くした別の第１結像レンズ６ｃが配設されている。そして第五光路Ｌ５において第四反射部材１２と双眼分割用プリズム１４との間に第２結像レンズ１０ｂは設けられていない。
そして、第１結像レンズ６ａ、６ｃによって標本２の像の焦点位置が延ばされ、双眼分割用プリズム１４の光束進行方向前方側に一次像Ｉａを倒立像として結像させる。この一次像Ｉａを接眼レンズ１５で観察することができる。そのため、本鏡筒光学系１７はリレーのない１回結像の光学系を構成する。
本実施の形態による鏡筒光学系１７においても第一の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

なお、第二の実施の形態による鏡筒光学系１７において、第１結像レンズ６ａ，６ｃに代えてリレーレンズを配設するようにしてもよい。また、本鏡筒光学系１７においても第一反射部材４として半透過ミラーを採用して一部の透過光を、直筒部１７やビデオカメラ１８等によって撮影することができ、標本２の像について肉眼観察と写真撮影とを同時に行うことができる。

本発明の第一の実施の形態による鏡筒光学系の構成図である。 第二の実施の形態による鏡筒光学系の構成図である。

符号の説明

１、１７ 鏡筒光学系
２ 標本（観察対象物）
３ 対物レンズ
４ 第一反射部材
６ａ、６ｂ、６ｃ 第１結像レンズ
８ 第二反射部材
９ 第三反射部材
１２ 第四反射部材
１５ 接眼レンズ
１０ａ、１０ｂ 第２結像レンズ
Ｌ１ 第一光路
Ｌ２ 第二光路
Ｌ３ 第三光路
Ｌ４ 第四光路
Ｌ５ 第五光路
Ｏ 対物レンズの光軸

Claims (5)

1. 対物レンズと、該対物レンズを通る光束を有する第一光路を対物レンズの光軸に対して接眼レンズとは反対方向に折り曲げる第一反射部材と、該第一反射部材で反射した光束を有する第二光路を前記対物レンズの光軸に対して前記接眼レンズ方向に導く第二反射部材と、該第二反射部材で反射した光束を有する第三光路を折り曲げる第三反射部材と、該第三反射部材で反射した光束を有する第四光路を前記接眼レンズ方向に導く第四反射部材とを備えてなる鏡筒光学系。
2. 前記第一光路における対物レンズ上の任意の点をＡとし、前記第一光路と第三光路との交点をＢとし、前記第三光路の第三反射部材での反射点をＣとした場合、∠ＡＢＣ＝αとして以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の鏡筒光学系。
   ９０°＜α＜１８０° （１）
3. 前記第四光路の第四反射部材での反射点をＤとした場合、∠ＢＣＤ＝βとして以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２に記載の鏡筒光学系。
   ０°＜β＜１８０° （２）
4. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項３に記載の鏡筒光学系。
   ０°＜α＋β＜１８０° （３）
5. 前記第四反射部材と接眼レンズとの間を走行する光束を有する第五光路には、第二の結像光学系が配設されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の鏡筒光学系。
   

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