JP2008299210A - 干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉像を有する干渉画像と干渉像が重畳されていない明視野画像を容易、且つ確実に選択可能に取得できる干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】本発明は、切換環５２を枠５３に対して光軸２２の周りに沿って回動させ、第１のビームスプリッタ１２は光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動させる。切換環５２を回動させ、目盛５４ａが目盛５４ｂを選択すると、参照面１３が第１のビームスプリッタ１２を介して対物レンズ１０の物体側焦点位置と光学的に共役な位置に配置され、干渉画像が取得される。また切換環５２を回動させ、目盛５４ａが目盛５４ｃを選択すると、参照面１３が共役な位置から離れた位置に配置され、明視野画像が取得される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、サンプルの３次元形状を測定、観察する干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置に関する。

一般に微細なサンプルの３次元形状を高精度に測定する方法として、顕微干渉計測法（干渉顕微鏡装置）が知られている。例えば、特許文献１には、光源から出射された光が干渉対物レンズを介してサンプルに導かれる顕微干渉計測法が開示されている。この顕微干渉計測法は、サンプルから反射した反射光（以下、測定光）と干渉対物レンズ内に設けられた参照面から反射した反射光（以下、参照光）を干渉させた干渉像を撮像し、干渉画像を取得する。

干渉対物レンズには、例えばマイケルソン型干渉対物レンズや、ミラウ型干渉対物レンズ等がある。マイケルソン型干渉対物レンズや、ミラウ型干渉対物レンズには、いずれも干渉対物レンズの内部に設けられたビームスプリッタにより参照光路が形成されている。この参照光路には、干渉対物レンズの物体側焦点位置と共役な位置に参照鏡面が設けられている。

顕微干渉計測法における光源は、ハロゲンランプや水銀ランプ等であり、広い波長域を有する白色の可視光を出射する。この光源から出射された光には、様々な波長の光が混ざっている。このような光源は、白色光つまりコヒーレント長が短い光を出射するため、測定光と参照光の光路差がゼロの時に干渉像が発生する。干渉像が発生する距離（可干渉距離）は、光路差が数ミクロンメートル以下と非常に狭い。また可干渉距離は、光源の波長幅、つまりバンド幅が広いほど狭くなる。また干渉対物レンズとサンプルとの相対距離が変化し、測定光と参照光の光路差がゼロの時に最も干渉強度が強くなる。

顕微干渉計測法は、このような性質を利用してサンプルの３次元形状を計測する。

即ち、駆動部によって干渉対物レンズが光軸方向（以下、Ｚ方向）に走査されるたびに、撮像部（以下、撮像素子）はサンプルの干渉画像を順次取得する。撮像素子が撮像した干渉画像の全ての画素に対して、制御部は干渉強度が最大となるときの光軸方向の位置を求める。これによりサンプルの３次元的な形状が求められる。

なお、このような干渉対物レンズを用いた場合、対物レンズの焦点位置において、サンプルの像に干渉像（干渉縞）が重なった画像（干渉画像）が取得される。そのため、干渉像が重畳されていない画像（コントラストの良好な明視野画像）を取得するためには、他の対物レンズを配置する必要がある。

また、特許文献２には、干渉画像と明視野画像の両方を取得するために、参照面とハーフミラーの間に回転又は移動自在なシャッタが配置されている干渉対物レンズ装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、干渉画像と明視野画像を個別に取得する顕微鏡が開示されている。
米国特許第５１３３６０１号明細書 実公平０５−０２４１６３号公報 実公平０８−００５４４９号公報

しかしながら、観察者、または測定者が、干渉対物レンズを通常の明視野用の対物レンズに切り換えて、干渉像が重畳されていない画像（コントラストの良好な明視野画像）を取得するための、これらの操作は、時間がかかり、また明視野用の対物レンズを装備することで、装置価格を高価なものにしてしまう。

また、特許文献２に開示されている干渉対物レンズ装置のミラウ型干渉対物レンズにおいて、シャッタを開閉する開閉機構により対物レンズを透過した光の一部がけられてしまう。シャッタが開いている際に、シャッタが対物レンズの径の外側まで退避しないと、シャッタは、光路上に残る。これにより、例えば分解能が劣化してしまう等の光学的に不要な不具合が発生してしまう。

また、一般的に対物レンズは、焦点深度内にて性能上最適となるように光学設計される。しかしながら、特許文献３に開示されている顕微鏡は、対物レンズを移動させて、干渉画像と、明視野画像を個別に取得する。これにより顕微鏡は、少なくとも一方の性能を損なうこととなる。例えば、顕微鏡が、干渉画像を取得することを優先する場合、干渉画像には、視野周辺部において波面収差の劣化による可干渉性の劣化やフラットネスによって、視野中心と周辺部における干渉位置のずれ等が生じる。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、干渉像を有する干渉画像と干渉像が重畳されていない明視野画像を容易、且つ確実に選択可能に取得できる干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明は目的を達成するために、サンプルに光を照射する対物レンズと、前記サンプルと前記対物レンズの間に配置され、前記光を分割する光分割部材と、前記光分割部材によって分割された光路上の一方に配置され、前記光分割部材によって分割された前記光によって照射される参照面と、を具備する干渉対物レンズにおいて、前記対物レンズに対して前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に沿った光軸方向に相対移動させる、又は前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に対して傾く方向に移動させる移動機構と、前記移動機構によって前記対物レンズに対して相対移動する、又は傾く方向に移動する前記光分割部材と前記参照面の移動範囲を、前記参照面から反射した前記光と前記サンプルから反射した前記光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置まで規制する規制部と、を具備することを特徴とする干渉対物レンズを提供する。

また本発明は目的を達成するために、サンプルに光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を前記サンプルに照射する対物レンズと、前記対物レンズと前記サンプルの間に配置され、前記光を分割することで一方の前記光を透過させ、他方の前記光を反射させる光分割部材と、前記光分割部材によって分割された光路上に配置され、前記光分割部材から反射された他方の前記光によって照射される参照面と、を有する干渉対物レンズと、干渉しあう前記サンプルから反射する前記光と前記参照面から反射する前記光を結像させて干渉像を観察する観察光学系と、を具備する干渉顕微鏡装置において、前記対物レンズに対して前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に沿った光軸方向に相対移動させる、又は前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に対して傾く方向に移動させる移動機構と、前記移動機構によって前記対物レンズに対して相対移動する、又は傾く方向に移動する前記光分割部材と前記参照面の移動範囲を、前記参照面から反射した前記光と前記サンプルから反射した前記光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置まで規制する規制部と、を具備することを特徴とする干渉顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、干渉像を有する干渉画像と干渉像が重畳されていない明視野画像を容易、且つ確実に選択可能に取得できる干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置を提供できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１と、図２Ａと、図２Ｂを参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る干渉顕微鏡装置の構成図である。図２Ａと図２Ｂは、第１の実施形態における干渉対物レンズの半断面図である。
本実施形態における干渉顕微鏡装置１００は、サンプル１１の上方に配置される干渉対物レンズ１と、干渉対物レンズ１の上方に配置されている観察光学系２と、干渉対物レンズ１と、観察光学系２の間に配置されている照明光学系３から構成される。サンプル１１は、図示しないステージに載置されている。

照明光学系３には、可視域から赤外域までの光を出射する例えばハロゲンランプ等の光源１４と、光源１４から出射された光を集光し、投影し、複数のレンズから構成される投影光学系１５と、投影光学系１５によって投影された光を下方（干渉対物レンズ１側）に反射させるハーフミラー１６と、が順次配置される。ハーフミラー１６は、光軸２２上に配置されている。また、ハーフミラー１６は、サンプル１１と、後述する参照面１３とサンプル１１から反射した反射光を観察光学系２に向けて透過する。

干渉対物レンズ１には、ハーフミラー１６の下方（ハーフミラー１６の反射光路上）に配置され、光源１４から出射された光を集光し、サンプル１１にこの光を照射する対物レンズ１０と、対物レンズ１０とサンプル１１の間に配置され、対物レンズ１０を透過した光の一方を透過させ、他方を反射させる光分割部材である第１のビームスプリッタ１２（例えばダイクロイックプリズムや、ダイクロイックミラー）と、第１のビームスプリッタ１２によって反射された光によって照射される参照面１３と、が順次配置される。

対物レンズ１０と、第１のビームスプリッタ１２と、参照面１３は、干渉対物レンズ１の光軸２２上に配置されており、ミラウ型干渉光学系を構成している。
第１のビームスプリッタ１２は、所望する反射透過率特性を有し、対物レンズ１０を透過した光の波長域に応じて、対物レンズ１０を透過した光の一方を透過させ、他方を反射させる。
本実施形態の参照面１３は、通常、第１のビームスプリッタ１２を介して対物レンズ１０の物体側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。参照面１３の表面（第１のビームスプリッタ１２に対向する面）は、鏡面である。また参照面１３は、第１のビームスプリッタ１２によって分割された光路上に配置されている。

観察光学系２には、ハーフミラー１６の上方（ハーフミラー１６の透過光路上）に配置され、サンプル１１及び参照面１３から反射され干渉対物レンズ１とハーフミラー１６を透過した光を結像させる結像レンズ１７と、結像レンズ１７の焦点位置に配置され、結像レンズ１７によって結像された光を撮像する撮像部である、例えばＣＣＤカメラ等の撮像素子１８と、結像レンズ１７と撮像素子１８の間に配置され、所望する反射透過率特性を有し、結像レンズ１７を透過した光の波長域に応じて、光を透過、又は反射させる第２の光分割部材である第２のビームスプリッタ（例えばダイクロイックプリズムや、ダイクロイックミラー）１９と、第２のビームスプリッタ１９と撮像素子１８の間に配置され、透過する光の波長域に応じて透過率が異なるバンドパスフィルタ２１と、第２のビームスプリッタ１９によって反射された光を目視観察する際に使用する観察部である接眼レンズ２０と、が順次配置される。

結像レンズ１７と、撮像素子１８と、第２のビームスプリッタ１９と、バンドパスフィルタ２１と、接眼レンズ２０は、光軸２２上に配置されている。
接眼レンズ２０は、第２のビームスプリッタ１９によって分割された少なくとも１つの光路上に配置されている。
バンドパスフィルタ２１は、所望する透過率特性を有し、所望する波長λｎｍを中心とする波長域の光だけを透過させる。なおバンドパスフィルタ２１の透過率特性は、所望する例えば光の領域で任意（所望）に設定可能である。
撮像素子１８は、バンドパスフィルタ２１を透過した光の干渉像を撮像する。

次に図２Ａと図２Ｂを参照して干渉対物レンズの構成について詳細に説明する。
干渉対物レンズ１には、第１のビームスプリッタ１２を、対物レンズ１０に対して、対物レンズ１０の光軸２２に沿った光軸方向に相対移動させる移動機構４５が設けられている。移動機構４５は、枠５３と、切換環５２と、ピン５１と、リング５０によって構成されている。枠５３は、対物レンズ１０と参照面１３を固定保持し、後述する回動規制部５５と、切換環５２と、ピン５１と、リング５０と、によって第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動可能に保持している。

枠５３には、溝を有する回動規制部５５が設けられている。この回動規制部５５は、光軸２２の周りに沿って回動する切換環５２を保持し、切換環５２の回動範囲を規制する。切換環５２は、例えばリング形状を有し、図示しないカム機構を有している。カム機構には、回動規制部５５を介してピン５１の一端が取り付けられている。ピン５１の他端は、第１のビームスプリッタ１２を保持する保持部であるリング５０に取り付けられている。

切換環５２は、枠５３に対して光軸２２の周りに沿って回動する。これにより切換環５２は、ピン５１を介してリング５０を光軸２２に沿って移動させ、リング５０によって保持されている第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動させる。その際、回動規制部５５は、切換環５２によって対物レンズ１０に対して光軸２２に沿って相対移動する第１のビームスプリッタ１２の移動範囲を、参照面１３から反射した光とサンプル１１から反射した光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置にまで規制する。なお回動規制部５５は、第１のビームスプリッタ１２の移動範囲を、対物レンズ１０の焦点深度内で干渉が生じる位置から対物レンズ１０の焦点深度内で干渉が生じない位置にまで規制することが好適である。

干渉が生じる位置とは、第１のビームスプリッタ１２が移動し、図１と図２Ａに示すように参照面１３が第１のビームスプリッタ１２を介して対物レンズ１０の物体側焦点位置と光学的に共役な位置（以下、共役な位置）に配置されている状態であり、干渉縞が例えば撮像素子１８によって測定、観察される位置である。これにより、撮像素子１８は、干渉情報を有し、波長域に応じた干渉像を撮像することができ、干渉顕微鏡装置１００は、干渉画像を取得する。

また、干渉が生じない位置とは、第１のビームスプリッタ１２が移動し、図２Ｂに示すように参照面１３が第１のビームスプリッタ１２を介して対物レンズ１０の物体側焦点位置と光学的に共役な位置から十分離れた位置（以下、共役な位置から十分離れた位置）に配置されている状態であり、干渉縞が例えば撮像素子１８によって測定、観察されない位置である。これにより接眼レンズ２０にて目視観察される画像には、参照面１３から反射した反射光（参照光）が重畳されていない。よって、接眼レンズ２０は、コントラストの良いクリアな画像（以下、参照光が重畳しない画像を明視野画像と称する）を測定、観察し、干渉顕微鏡装置１００は、明視野画像を取得する。

このように移動機構４５は、切換環５２を回動させ、第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動させる。その際、回動規制部５５は、第１のビームスプリッタ１２の移動範囲を、参照面１３が共役な位置から共役な位置から十分離れた位置までに規制する。よって第１のビームスプリッタ１２の光軸方向における位置が調整されると、参照面１３は共役な位置、または共役な位置から十分離れた位置に切り換わる。

また、切換環５２と枠５３の外周面には、第１のビームスプリッタ１２の光軸２２上の位置を選択する切換位置表示部５４がそれぞれ設けられている。切換環５２における切換位置表示部５４は、目盛５４ａである。この目盛５４ａは、第１のビームスプリッタ１２の移動先を、干渉が生じる位置、または干渉が生じない位置のどちらかに切り換えて選択する切換位置選択部でもある。枠５３における切換位置表示部５４は、目盛（ＩＮ）５４ｂと、目盛（ＯＵＴ）５４ｃである。

切換環５２の回動範囲と、目盛５４ｂと目盛５４ｃの範囲は、対応している。そのため切換環５２が回動した際に目盛５４ａは、目盛５４ｂと目盛５４ｃの間で移動し、目盛５４ｂと目盛５４ｃのどちらかを選択する。

例えば、切換位置選択部である目盛５４ａが目盛５４ｂを選択すると、切換環５２が枠５３に対して光軸２２の周りに沿って回動し、第１のビームスプリッタ１２はピン５１と、リング５０を介して光軸２２に沿って移動する。これにより第１のビームスプリッタ１２は、図２Ａに示すようにサンプル１１に近接した（参照面１３から離れた）位置に配置される。参照面１３は、図２Ａに示すように共役な位置に配置されることとなる。

また、切換位置選択部である目盛５４ａが目盛５４ｃを選択すると、第１のビームスプリッタ１２は、サンプル１１から離れた（参照面１３に近接した）位置に配置される。これにより参照面１３は、図２Ｂに示すように共役な位置から離れた位置に配置されることとなる。

このように切換位置選択部である目盛５４ａは、目盛５４ｂと目盛５４ｃのどちらかを選択することで、移動機構４５によって移動する第１のビームスプリッタ１２の移動先を、干渉が生じる位置、または干渉が生じない位置のどちらかを選択する。よって目盛５４ａは、参照面１３を、図２Ａに示すように共役な位置、または図２Ｂに示すような共役な位置から離れた位置に配置することを選択する。

次に、本実施形態における干渉顕微鏡装置１００の動作方法について説明する。
光源１４から出射された光は、投影光学系１５により集光、投影され、ハーフミラー１６によって下方（干渉対物レンズ１側）に反射される。その際、反射された一方の反射光は、対物レンズ１０と、第１のビームスプリッタ１２を透過してサンプル１１を照射する。他方の反射光は、対物レンズ１０を透過した後に、第１のビームスプリッタ１２によって反射され、参照面１３を照射する。

サンプル１１から反射した反射光は、第１のビームスプリッタ１２の反射透過率特性に基づいて、再び第１のビームスプリッタ１２を透過し、対物レンズ１０を透過する。また、参照面１３から反射した反射光は、第１のビームスプリッタ１２の反射透過率特性に基づいて、再び第１のビームスプリッタ１２によって反射され、対物レンズ１０を透過する。このとき、参照面１３から反射した反射光とサンプル１１から反射した反射光において、干渉が生じる。そのため対物レンズ１０を透過する透過光には、このような干渉情報を有する波長域の光と、干渉情報を有さない波長域の光が含まれている。

対物レンズ１０を透過した透過（干渉）光は、ハーフミラー１６を透過し、結像レンズ１７によって結像される。その際、第２のビームスプリッタ１９は、所望する反射透過率特性に基づいて光の一方を透過させ、他方を反射させる。

第２のビームスプリッタ１９を透過した光において、所望する透過率特性を有するバンドパスフィルタ２１により所望する波長λｎｍを中心とする波長域の光だけがさらにバンドパスフィルタ２１を透過する。この波長域の光は、干渉情報を有している。よって撮像素子１８は、干渉情報を有し、波長域に応じた干渉像を撮像する。これにより干渉顕微鏡装置１００は、干渉像を有する干渉画像を取得する。なお、バンドパスフィルタ２１の中心波長は、インターフェログラムの周期を決め、バンド幅は、可干渉距離を決めるものである。

第２のビームスプリッタ１９によって反射された光は、接眼レンズ２０に入射し、サンプル１１の拡大像が接眼レンズ２０によって目視観察される。この入射光には、上述したように干渉情報を有する波長域の光と、干渉情報を有さない波長域の光が含まれている。

次に、切換環５２が回動し、目盛５４ａが目盛５４ｂを選択すると、カム機構によって第１のビームスプリッタ１２が光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動する。参照面１３は、図２Ａに示すように共役な位置に配置されることとなる。よって、対物レンズ１０の焦点がサンプル１１上に位置した際、上述したように干渉が発生する。これにより撮像素子１８は、干渉像を撮像し、干渉顕微鏡装置１００は、干渉画像を取得する。また、干渉画像は、接眼レンズ２０によっても観察される。

また、切換環５２が回動し、目盛５４ａが目盛５４ｃを選択すると、参照面１３は、図２Ｂに示すように共役な位置から離れた位置に配置されることとなる。対物レンズ１０の焦点がサンプル１１上に位置した際、光路長が異なるため干渉が発生しない。
また、対物レンズ１０の焦点がサンプル１１上に位置しない状態において、参照面１３までの光路長が一致しても、サンプル１１から反射される光は、対物レンズ１０の焦点深度外の光である。つまり波面が大きく乱れているために、干渉は発生しない。

このように干渉が発生しない場合、接眼レンズ２０には、干渉情報を有さない波長域の光のみが入射する。そのため接眼レンズ２０にて目視観察される画像には、参照面１３から反射した反射光（参照光）が重畳されていない。よって、コントラストの良いクリアな画像が、接眼レンズ２０によって観察され、干渉顕微鏡装置１００は、明視野画像を取得する。

次に、サンプル１１に対して３次元形状計測を行う際の干渉顕微鏡装置１００の動作手順について説明する。
目盛５４ａが目盛５４ｃを選択した状態において、撮像素子１８によって撮像される画像が参照されて、または接眼レンズ２０にて目視観察が行われながらサンプル１１の所望の位置に大まかにフォーカス合わせ（第１のフォーカス合わせ）が行われる。

次に、切換環５２が光軸２２の周りに沿って回動し、目盛５４ａが目盛５４ｂを選択する。この状態において、撮像素子１８によって撮像される画像が参照されて、または接眼レンズ２０にて目視観察が行われながら干渉縞が発生するように前記動作（第１のフォーカス合わせ）よりも微細なフォーカス合わせ（第２のフォーカス合わせ）が行われる。

第１のフォーカス合わせの際に、大まかにフォーカス合わせが行われている。そのため第１のフォーカス合わせをした位置の近傍に干渉領域が存在する。よって、第２のフォーカス合わせが行われた際に容易に干渉縞が見つけられ、測定、観察される。干渉縞が見つけられ、測定、観察された際、干渉対物レンズ１は、干渉対物レンズ１に設けられている図示しない走査機構によって光軸２２に沿って走査され、撮像素子１８は順次干渉画像を取得する。その際、干渉顕微鏡装置１００は、干渉強度が最大となる走査位置を画像の各画素についてもとめ、サンプル１１の３次元形状を測定する。

このように、本実施形態の干渉顕微鏡装置１００は、切換環５２を枠５３に対して光軸２２の周りに沿って回動させ、第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動させる。切換環５２が回動し、目盛５４ａが目盛５４ｂを選択すると、参照面１３が共役な位置に配置され、干渉画像が取得される。また切換環５２が回動し、目盛５４ａが目盛５４ｃを選択すると、参照面１３が共役な位置から離れた位置に配置され、明視野画像が取得される。

よって、本実施形態の干渉顕微鏡装置１００は、切換環５２の回動（切り換え）動作によって干渉像を有する干渉画像と干渉像が重畳されていない明視野画像を容易、且つ確実に選択可能に取得することができる。

また、切換環５２が回動し、目盛５４ａが目盛５４ｃを選択し、参照面１３が共役な位置から離れた位置に配置された状態において、本実施形態の干渉顕微鏡装置１００は、明視野画像を取得できる。よって本実施形態の干渉顕微鏡装置１００は、干渉対物レンズ１によって通常の顕微鏡観察も行うことができる。

また、切換環５２が回動し、第１のビームスプリッタ１２が移動した際、参照面１３と第１のビームスプリッタ１２の間の光路は遮られない。そのため本実施形態の干渉顕微鏡装置１００は、干渉画像と明視野画像を対物レンズ１０の焦点位置において取得することができ、例えば分解能が劣化してしまう等の光学的に不要な不具合が発生することを防止できる。よって、本実施形態の干渉顕微鏡装置１００によって取得される干渉画像と明視野画像は、光学的な性能に劣化がない。

なお、本実施形態において、第１のビームスプリッタ１２は、光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動したが、これに限定する必要はない。参照面１３が図２Ａに示すように共役な位置と、図２Ｂに示すように共役な位置から離れた位置に配置されることができれば良い。

また、本実施形態において、第１のビームスプリッタ１２は、移動機構４５によって光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動したが、これに限定する必要はない。例えば参照面１３が、光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動しても良い。また、第１のビームスプリッタ１２と参照面１３が、光軸２２に沿って対物レンズ１０に対して相対移動しても良い。

次に、本実施形態における変形例について図３Ａと、図３Ｂと、図３Ｃを参照して説明する。
第１のビームスプリッタ１２を移動させる構成は、上述した第１の実施形態に限定する必要はなく、例えば、図３Ａに示すような構成であってもよい。図３Ａは、本実施形態における第１の変形例を示す図であり、干渉対物レンズの半断面図である。図３Ｂと図３Ｃは、光軸２２に対する第１のビームスプリッタ１２の傾きを示す概略図である。なお、図３Ｂは、図３Ａに示す第１のビームスプリッタ１２を矢印Ａ方向から見た際の概略図である。また、図３Ｃは、図３Ａに示す第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対して斜めに傾けた際に第１のビームスプリッタ１２を矢印Ａ方向から見た際の概略図である。図３Ｂと図３Ｃには、対物レンズ１０と、参照面１３と、第１のビームスプリッタ１２以外の構成（例えばリング６４と枠５３）の図示を省略している。
干渉対物レンズ１には、第１のビームスプリッタ１２を、対物レンズ１０の光軸２２に対して傾く方向（傾き方向）に相対移動させる移動機構６０が設けられている。移動機構６０は、枠５３と、リング６４と、切換レバー６６と、によって構成されている。枠５３は、対物レンズ１０と参照面１３を固定保持し、リング６４に第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対して傾き可能に保持させている。

また、枠５３の外周面には、切換位置表示部６２（目盛（ＩＮ）６２ｂと、目盛（ＯＵＴ）６２ｃ）が設けられている。リング６４には、第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対して傾かせる切換レバー６６が接続している。切換レバー６６の回動範囲は、目盛６２ｂから目盛６２ｃまでの範囲と対応している。

そのため、切換レバー６６は、回動して目盛６２ｂ、または目盛６２ｃのどちらかを選択することで、第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対する傾き先を、干渉が生じる位置、または干渉が生じない位置のどちらかに切り換えて選択する切換位置選択部である。

また、目盛６２ｂと目盛６２ｃは、切換レバー６６によって光軸２２に対して傾く第１のビームスプリッタ１２の傾き（移動）範囲を、参照面１３から反射した光とサンプル１１から反射した光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置にまで規制する規制部である。なお、規制部は、第１のビームスプリッタ１２の傾き範囲を、対物レンズ１０の焦点深度内で干渉が生じる位置から、対物レンズ１０の焦点深度内で干渉が生じない位置にまで規制することが好適である。

干渉が生じる位置とは、例えば切換レバー６６が目盛６２ｂを選択し、リング６４が光軸２２に対して傾き、第１のビームスプリッタ１２の表面１２ａが、図３Ａと図３Ｂに示すように光軸２２に対して直交し、参照面１３に第１のビームスプリッタ１２から反射した光が垂直に入射する状態である。つまり、干渉が生じる位置とは、図３Ａに示すように参照面１３が、共役な位置に配置されている状態であり、干渉縞が例えば撮像素子１８によって測定、観察される位置である。これにより、撮像素子１８は、干渉情報を有し、波長域に応じた干渉像を撮像することができ、干渉顕微鏡装置１００は、干渉画像を取得する。

また、干渉が生じない位置とは、切換レバー６６が目盛６２ｃを選択し、第１のビームスプリッタ１２の表面１２ａが、図３Ｃに示すように光軸２２に対して傾き、参照面１３に第１のビームスプリッタ１２から反射した光が、対物レンズ１０に入射しない状態である。つまり、干渉が生じない位置とは、図３Ｃに示すように参照面１３は、共役な位置から十分離れた位置に配置されている状態であり、干渉縞が例えば撮像素子１８によって測定、観察されない位置である。これにより、接眼レンズ２０にて目視観察される画像には、参照面１３から反射した反射光（参照光）が重畳されていない。よって接眼レンズ２０は、明視野画像を測定、観察し、干渉顕微鏡装置１００は、明視野画像を取得する。

切換レバー６６は、目盛６２ｂと目盛６２ｃのどちらかを選択することで、第１のビームスプリッタ１２を、干渉が生じる位置、または干渉が生じない位置のどちらかを選択する。これにより切換レバー６６は、参照面１３を、図３Ａと図３Ｂに示すように共役な位置、または図３Ｃに示すように共役な位置から離れた位置に配置することを選択する。

このように、移動機構６０は、第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対して傾く方向に相対移動させる。その際、規制部である目盛６２ｂ，６２ｃは、第１のビームスプリッタ１２の傾き範囲を、参照面１３が共役な位置から共役な位置から十分離れた位置にまで規制する。よって、第１のビームスプリッタ１２の傾き位置が調整されると、参照面１３は共役な位置、または共役な位置から十分離れた位置に切り換わる。

次に、本変形例における干渉顕微鏡装置１００の動作方法について簡単に説明する。
第１の実施形態と同様に光源１４から出射された光は、投影光学系１５により集光、投影され、ハーフミラー１６によって下方（干渉対物レンズ１側）に反射される。

その際、切換レバー６６が目盛６２ｂを選択すると、第１のビームスプリッタ１２の表面１２ａは、図３Ａと図３Ｂに示すように光軸２２に対して直交する。対物レンズ１０の焦点がサンプル１１上に位置した際、参照面１３には、対物レンズ１０を透過し、第１のビームスプリッタ１２によって反射された反射光が垂直に入射し、参照面１３は、この反射光によって照射される。よって、参照面１３は、共役な位置に配置されることとなる。また、サンプル１１は、対物レンズ１０と、第１のビームスプリッタ１２を透過した反射光によって照射される。

このとき、参照面１３から反射した反射光とサンプル１１から反射した反射光において、干渉が生じる。これにより、撮像素子１８は、干渉像を撮像し、干渉顕微鏡装置１００は、干渉画像を取得する。また、干渉画像は、接眼レンズ２０によっても観察される。

また、切換レバー６６が目盛６２ｃを選択すると、第１のビームスプリッタ１２の表面１２ａは、図３Ｃに示すように光軸２２に対して傾く。その際、参照面１３には、対物レンズ１０を透過し、第１のビームスプリッタ１２によって反射された反射光が入射せず、参照面１３は、この反射光によって照射されない。よって参照面１３は、共役な位置から離れた位置に配置されることとなる。また、サンプル１１は、対物レンズ１０と、第１のビームスプリッタ１２を透過した反射光によって照射される。このとき、参照面１３には光が照射されないために、干渉が生じない。

このように干渉が発生しない場合、接眼レンズ２０には、干渉情報を有さない波長域の光のみが入射する。そのため、接眼レンズ２０にて目視観察される画像には、参照面１３から反射した反射光（参照光）が重畳されていない。よって、コントラストの良いクリアな画像が、接眼レンズ２０によって観察され、干渉顕微鏡装置１００は、明視野画像を取得する。

本変形例におけるサンプル１１に対して３次元形状計測を行う際の動作手順は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

このように、本変形例は、切換レバー６６の切換動作によって第１のビームスプリッタ１２を光軸２２に対して傾けること（傾く方向に移動させる）で、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本変形例において、第１のビームスプリッタ１２は、移動機構６０によって光軸２２に対して傾いたが、これに限定する必要はない。参照面１３が図３Ａと図３Ｂに示すように第１のビームスプリッタ１２から反射した光が垂直に入射する状態と、第１のビームスプリッタ１２から反射した光が入射しない状態に切り替わればよい。そのため、参照面１３が、第１のビームスプリッタと同様に移動機構６０によって光軸２２に対して傾いても良い。また、参照面１３と第１のビームスプリッタ１２が傾いても良い。

なお、上述した第１の実施形態と、第１の変形例において、切換環５２と、切換レバー６６を、例えばステッピングモータや、超音波モータや、ピエゾ等を用いて電動によって回動させて（切り換えて）もよい。

また、本変形例は、上述した第１の実施形態に組み込むこともできる。
このように上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

図１は、第１の実施形態に係る干渉顕微鏡装置の構成図である。 図２Ａは、第１の実施形態における干渉対物レンズの半断面図であり、参照面が第１のビームスプリッタを介して対物レンズの物体側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている状態を示している。 図２Ｂは、第１の実施形態における干渉対物レンズの半断面図であり、参照面が第１のビームスプリッタを介して対物レンズの物体側焦点位置と光学的に共役な位置から十分離れた位置に配置されている状態を示している。 図３Ａは、第１の実施形態における第１の変形例を示す図であり、干渉対物レンズの半断面図である。 図３Ｂは、光軸に対する第１のビームスプリッタの傾きを示す概略図であり、図３Ａに示す第１のビームスプリッタを矢印Ａ方向から見た際の概略図である。 図３Ｃは、光軸に対する第１のビームスプリッタの傾きを示す概略図であり、図３Ａに示す第１のビームスプリッタを光軸に対して傾けた際に第１のビームスプリッタを矢印Ａ方向から見た際の概略図である。

符号の説明

１…干渉対物レンズ、２…観察光学系、３…照明光学系、１０…対物レンズ、１１…サンプル、１２…第１のビームスプリッタ、１２ａ…表面、１３…参照面、１４…光源、１５…投影光学系、１６…ハーフミラー、１７…結像レンズ、１８…撮像素子、１９…第２のビームスプリッタ、２０…接眼レンズ、２１…バンドパスフィルタ、２２…光軸、４５…移動機構、５０…リング、５１…ピン、５２…切換環、５３…枠、５４…切換位置表示部、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，６２ｂ，６２ｃ…目盛、５５…回動規制部、６０…移動機構、６２…切換位置表示部、６４…リング、６６…切換レバー、１００…干渉顕微鏡装置。

Claims (8)

1. サンプルに光を照射する対物レンズと、
   前記サンプルと前記対物レンズの間に配置され、前記光を分割する光分割部材と、
   前記光分割部材によって分割された光路上の一方に配置され、前記光分割部材によって分割された前記光によって照射される参照面と、
   を具備する干渉対物レンズにおいて、
   前記対物レンズに対して前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に沿った光軸方向に相対移動させる、又は前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に対して傾く方向に移動させる移動機構と、
   前記移動機構によって前記対物レンズに対して相対移動する、又は傾く方向に移動する前記光分割部材と前記参照面の移動範囲を、前記参照面から反射した前記光と前記サンプルから反射した前記光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置まで規制する規制部と、
   を具備することを特徴とする干渉対物レンズ。
2. 前記規制部は、前記移動範囲を、前記対物レンズの焦点深度内で前記干渉が生じる位置から前記対物レンズの焦点深度内で前記干渉が生じない位置まで規制することを特徴とする請求項１に記載の干渉対物レンズ。
3. 前記移動機構によって移動する前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方の移動先である、前記干渉が生じる位置、または前記干渉が生じない位置のどちらかを選択する選択部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の干渉対物レンズ。
4. 前記光分割部材は、所望する透過反射率特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の干渉対物レンズ。
5. サンプルに光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
   前記対物レンズと前記サンプルの間に配置され、前記光を分割することで一方の前記光を透過させ、他方の前記光を反射させる光分割部材と、
   前記光分割部材によって分割された光路上に配置され、前記光分割部材から反射された他方の前記光によって照射される参照面と、
   を有する干渉対物レンズと、
   干渉しあう前記サンプルから反射する前記光と前記参照面から反射する前記光を結像させて干渉像を観察する観察光学系と、
   を具備する干渉顕微鏡装置において、
   前記対物レンズに対して前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に沿った光軸方向に相対移動させる、又は前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方を、前記対物レンズの光軸に対して傾く方向に移動させる移動機構と、
   前記移動機構によって前記対物レンズに対して相対移動する、又は傾く方向に移動する前記光分割部材と前記参照面の移動範囲を、前記参照面から反射した前記光と前記サンプルから反射した前記光によって干渉が生じる位置から干渉が生じない位置まで規制する規制部と、
   を具備することを特徴とする干渉顕微鏡装置。
6. 前記規制部は、前記移動範囲を、前記対物レンズの焦点深度内で前記干渉が生じる位置から前記対物レンズの焦点深度内で前記干渉が生じない位置まで規制することを特徴とする請求項５に記載の干渉顕微鏡装置。
7. 前記移動機構によって移動する前記光分割部材と前記参照面の少なくとも一方の移動先である、前記干渉が生じる位置、または前記干渉が生じない位置のどちらかを選択する選択部を有することを特徴とする請求項５乃至請求項６に記載の干渉顕微鏡装置。
8. 前記光分割部材は、所望する透過反射率特性を有することを特徴とする請求項５乃至請求項７に記載の干渉顕微鏡装置。

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