JP3226338B2 - Koehler illumination optical system for soft X-ray microscope - Google Patents
Koehler illumination optical system for soft X-ray microscopeInfo
- Publication number
- JP3226338B2 JP3226338B2 JP20918292A JP20918292A JP3226338B2 JP 3226338 B2 JP3226338 B2 JP 3226338B2 JP 20918292 A JP20918292 A JP 20918292A JP 20918292 A JP20918292 A JP 20918292A JP 3226338 B2 JP3226338 B2 JP 3226338B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light source
- zone plate
- optical system
- lens
- illumination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば顕微鏡などの結
像光学系の照明光学系において、特に光源として発光面
積の小さな光源を用いる場合の照明光学系に関するもの
である。例えば、軟X線顕微鏡のように、発光面積の小
さなレーザプラズマ光源や、放射光源を用いる場合に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system of an imaging optical system such as a microscope, and more particularly to an illumination optical system in which a light source having a small light emitting area is used as a light source. For example, the present invention relates to a case where a laser plasma light source having a small light emission area or a radiation light source is used as in a soft X-ray microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、顕微鏡に用いられる照明法にはク
リティカル照明とケーラ照明が知られている。図6に示
すようにクリティカル照明は、光源S1 の像を集光レン
ズLで試料T上にそのまま投影する。他方、図7に示す
ようにケーラ照明は、光源S1の一点から出た光をレン
ズL1 を用いて集光レンズL2 の物体空間焦点面に光源
S1 の像を作り、広がった平行光束が試料Tを照明する
構成で、ケーラ照明の方が複雑な光学系が必要となる。
しかしながら、ケーラ照明の場合には、光源の発光形状
の影響を受けることなく、試料Tの面上に均一な照明が
行えるので、現在ではほとんどすべての顕微鏡で、ケー
ラ照明が採用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, critical illumination and Koehler illumination are known as illumination methods used for microscopes. Critical illumination, as shown in Figure 6, as it is projected onto the sample T and the image of the light source S 1 by the condenser lens L. On the other hand, as shown in FIG. 7, the Koehler illumination forms an image of the light source S 1 on the focal plane of the object space of the condenser lens L 2 using light emitted from one point of the light source S 1 using a lens L 1. The light beam illuminates the sample T, and the Koehler illumination requires a more complicated optical system.
However, in the case of the Koehler illumination, uniform illumination can be performed on the surface of the sample T without being affected by the light emission shape of the light source. Therefore, at present, Koehler illumination is employed in almost all microscopes.
【0003】そして、従来の可視光,赤外光や紫外光な
どを用いる光学顕微鏡には、ハロゲンランプや水銀ラン
プなどのように、照明視野に比較して大きな発光面積を
有する光源が用いられている。このような場合には、簡
単にケーラ照明を実現することができる。ところが、軟
X線を用いる軟X線顕微鏡では、必要な照明視野の大き
さに比較して、大きな発光面積の光源が使用できない。
この場合簡単には、ケーラ照明を実現することは難し
く、更に、可視域の光学系のような屈折光学系が使えな
いことも、ケーラ照明使用の困難さを大きくしている。
このような状況であるので、軟X線顕微鏡においては、
専らクリティカル照明が用いられてきた。In a conventional optical microscope using visible light, infrared light, ultraviolet light, or the like, a light source such as a halogen lamp or a mercury lamp having a light emitting area larger than an illumination visual field is used. I have. In such a case, Koehler illumination can be easily realized. However, in a soft X-ray microscope using soft X-rays, a light source having a large light emitting area cannot be used as compared with a required size of an illumination visual field.
In this case, it is difficult to easily realize the Koehler illumination, and the inability to use a refractive optical system such as an optical system in the visible region increases the difficulty of using the Koehler illumination.
Under such circumstances, in a soft X-ray microscope,
Critical lighting has been used exclusively.
【0004】クリティカル照明の従来例を、図8,図9
及び図10で示してある。図8は、ウォルター型対物レ
ンズLwに、ウォルター型コンデンサーCを用いた例で
ある。光源S1はウォルター型コンデンサーCにより投
影され、遮光板1に遮られた中央部を除く光束が試料T
上に照射され、試料Tの像は更にウォルター型対物レン
ズLwによって位置3に像Aとして拡大される。FIGS. 8 and 9 show a conventional example of critical illumination.
And in FIG. 8, the Walter type objective lens L w, an example using a Wolter type condenser C. The light source S 1 is projected by the Walter condenser C, and the luminous flux excluding the central part blocked by the light shielding plate 1 is the sample T.
Is irradiated on the image of the sample T is further enlarge the image A in position 3 by Wolter objective lens L w.
【0005】図9は、ゾーンプレートの対物レンズZ2
に、ゾーンプレートのコンデンサーZ1 を用いた例であ
る。光源S1 をゾーンプレートコンデンサーZ1 により
等倍投影して、遮光板1に設けられたピンホール2の位
置の試料Tを照射し、試料Tの像はゾーンプレートの対
物レンズZ2 により位置3に像Aとして拡大される。FIG. 9 shows an objective lens Z 2 of a zone plate.
In an example using a capacitor Z 1 of zone plate. The light source S 1 is projected at the same magnification by the zone plate condenser Z 1 to irradiate the sample T at the position of the pinhole 2 provided on the light shielding plate 1, and the image of the sample T is moved to the position 3 by the objective lens Z 2 of the zone plate. Is enlarged as an image A.
【0006】図10は、シュヴァルツシルト型対物レン
ズLS に、回転楕円面コンデンサーCを用いた例であ
る。光源S1 を回転楕円面コンデンサーCにより試料T
を照射し、試料Tの像はシュヴァルツシルト型対物レン
ズLS により位置3に像Aとして拡大される。FIG. 10 shows an example in which a spheroidal condenser C is used for a Schwarzschild type objective lens L S. Light source S 1 is sample T by spheroidal condenser C
And the image of the sample T is magnified as an image A at a position 3 by the Schwarzschild type objective lens L S.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の軟X線顕微鏡で
は、照明光学系にクリティカル照明を用いていたため
に、照明むらを生じ良い画質の顕微鏡像が得られなかっ
た。これは、クリティカル照明の場合は、光源の像をそ
のまま試料上に投影するので、観察される試料の像に光
源の情報が重なってしまうという欠点のためである。可
視光等を用いる顕微鏡では、光源の直後に拡散板を設け
て、光源の像をぼやかし均一な照明が行えるような工夫
がなされている。しかし、軟X線のようにほとんど物質
を透過しない光の場合、簡単に透過型の拡散板を使うこ
とができない。その対策として、やや大きな光量損失を
伴うが、先に本願の発明者は、反射型の拡散板の使用を
特願平03─129467号として提案した。このような事情
で、光源からの光が有効に使用でき、かつ、均一な照明
を得るにはケーラ照明が適している。これは、現在ほと
んどすべての光学顕微鏡が、ケーラ照明を採用している
ことからも明らかである。しかし、軟X線顕微鏡では、
ケーラ照明を実現するのが難しいことも前述した。In the conventional soft X-ray microscope, since critical illumination is used for the illumination optical system, illumination unevenness occurs and a microscope image of good image quality cannot be obtained. This is because, in the case of critical illumination, since the image of the light source is directly projected onto the sample, the information of the light source overlaps the image of the sample to be observed. In a microscope using visible light or the like, a device is provided in which a diffuser plate is provided immediately after the light source so that an image of the light source can be blurred and uniform illumination can be performed. However, in the case of light that hardly passes through a substance, such as soft X-rays, it is not easy to use a transmission type diffusion plate. As a countermeasure, a large loss of light quantity is involved, but the inventor of the present application has previously proposed the use of a reflection type diffusion plate in Japanese Patent Application No. 03-129467. Under such circumstances, Koehler illumination is suitable for effectively using light from the light source and obtaining uniform illumination. This is evident from the fact that almost all optical microscopes now employ Koehler illumination. However, with a soft X-ray microscope,
As mentioned earlier, it is difficult to realize Koehler lighting.
【0008】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、軟X線顕微鏡において、光源からの光
が有効に使用でき、かつ、均一な照明が得られるケーラ
照明を実現することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes a Koehler illumination in a soft X-ray microscope in which light from a light source can be used effectively and uniform illumination can be obtained. It is intended to be.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡のケーラ
照明光学系は、第一に、ゾーンプレートによって二次光
源からの光を試料上に照射するようにしたことを特徴と
している。また、第一の特徴に加えて、この二次光源を
形成する主光線が収束光線となっていることを特徴とし
ている。具体的には、斜入射型全反射鏡、ゾーンプレー
ト及びシュヴァルツシルト光学系等によって、光源の二
次光源を形成し、この二次光源の直後に設けたゾーンプ
レートによって、試料を照明することにより均一照明が
できて、良質の画像が得られる軟X線顕微鏡を実現す
る。The Koehler illumination optical system of the microscope according to the present invention is characterized in that first, light from a secondary light source is irradiated onto a sample by a zone plate. Further, in addition to the first feature, the principal ray forming the secondary light source is a convergent ray. Specifically, a secondary light source of a light source is formed by a grazing incidence type total reflection mirror, a zone plate, a Schwarzschild optical system, and the like, and a sample is illuminated by a zone plate provided immediately after the secondary light source. A soft X-ray microscope capable of uniform illumination and obtaining a high-quality image is realized.
【0010】[0010]
【作用】まず、ケーラ照明光学系の基本的構成につい
て、単純化した照明光学系を示す図1を用いて説明す
る。以下の解析は、薄肉光学系で行い、また、レンズと
は、いわゆるガラス製の屈折光学系のみでなく、一般的
にレンズ作用を有する光学素子をすべて含むものとす
る。図中、S1 は大きさ(物体高さ)がS1 の光源(以
下、光源S1 という)、S2 は大きさがS2 の二次光源
(以下、二次光源S2 という)、L1 は焦点距離f1 を
有するレンズ、L2 は焦点距離f2 を有するレンズであ
る。レンズL1 により光源S1 の二次光源S2 を形成す
る。このときの倍率をmとする。次に、二次光源S2 の
光をレンズL2 で試料に照射する。ここでは簡単にする
ために、レンズL2 の焦点位置f2 に二次光源S2 が位
置するようにしてある。したがって、試料Tの位置はレ
ンズL2 の反対側の焦点位置となる。First, the basic configuration of the Koehler illumination optical system will be described with reference to FIG. 1 showing a simplified illumination optical system. The following analysis is performed with a thin-walled optical system, and a lens includes not only a so-called refractive optical system made of glass but also generally all optical elements having a lens function. In the figure, S 1 is a light source having a size (object height) of S 1 (hereinafter, referred to as a light source S 1 ), S 2 is a secondary light source having a size of S 2 (hereinafter, a secondary light source S 2 ), L 1 is a lens, L 2 having a focal length f 1 is a lens having a focal length f 2. The lens L 1 to form a secondary light source S 2 of the light source S 1. The magnification at this time is m. Then, irradiating the sample with light of a secondary light source S 2 with the lens L 2. Here, to simplify the focal position f 2 the secondary light source S 2 of the lens L 2 is are to be positioned. Accordingly, the position of the sample T is the focal position of the opposite side of the lens L 2.
【0011】このように照明光学系を構成している場
合、レンズL1 の開口数をψ1,ψ2 ,レンズL2 の射出
側の開口数をθ、照明視野の大きさをφとすると、 tan θ=S2 /f2 =mS1 /f2 (1) φ=2 f2 ψ2 =2 f2 ψ1 /m (2) が得られる。When the illumination optical system is configured as described above, if the numerical aperture of the lens L 1 is ψ 1 , ψ 2 , the numerical aperture on the exit side of the lens L 2 is θ, and the size of the illumination field is φ. Tan θ = S 2 / f 2 = mS 1 / f 2 (1) φ = 2 f 2 ψ 2 = 2 f 2 ψ 1 / m (2)
【0012】上記の(1),(2) 式の意味するところを少し
考えてみる。まず、射出側の開口数θの大きいコンデン
サーとするためには、光源S1 が大きいか、レンズL1
による倍率mが大きいか、レンズL2 の焦点距離f2 が
小さいかが条件となる。また、大きな照明視野φを得る
には、レンズL1 による倍率mが小さいか、レンズL2
の焦点距離f2 が大きいか、レンズL1 の開口数ψ1 が
大きいかが条件となる。通常の光学顕微鏡の場合には、
光源としてはハロゲンランプなどのように大きな発光面
積を有する光源が使えるので、(2) 式を満たすm,f2
に対して十分な大きさの開口数θが得られる。極低倍の
対物レンズを使用する場合は、mの値を大きくすれば、
それほど大きくない開口数θを簡単に満たすことができ
る。このとき、光源の数倍程度の大きな照明視野を満た
すためには、mが大きくなった以上にψ1 を大きくする
必要があるが、これはランプ側の集光レンズを非球面に
することで解決されている。Let us consider a little what the above expressions (1) and (2) mean. First, in order to obtain a condenser having a large numerical aperture θ on the emission side, the light source S 1 must be large or the lens L 1 must be large.
Or magnification m by a large, or the focal length f 2 of the lens L 2 is small is a condition. Also, if large in order to obtain the illumination field φ is the magnification m by a small lens L 1, the lens L 2
Focal length f or 2 larger, or a numerical aperture of [psi 1 of the lens L 1 is large is a condition of. In the case of a normal optical microscope,
Since a light source having a large light emitting area such as a halogen lamp can be used as the light source, m, f 2 satisfying the expression (2) can be used.
, A sufficient numerical aperture θ is obtained. When using an extremely low magnification objective lens, increasing the value of m
A not so large numerical aperture θ can be easily satisfied. At this time, in order to satisfy the large illumination field of several times the light source, m although it is necessary to increase the [psi 1 more than it increases, which is by the lamp side of the condenser lens in an aspheric Has been resolved.
【0013】次に、発光面積の小さなほとんど点光源し
か使用できない軟X線領域のコンデンサーについて考え
てみる。この場合、大きな開口数θを得るには、(1) 式
においてS1 が小さいので、倍率mを大きくし、かつ、
レンズL2 の焦点距離f2 を小さくする必要がある。ま
た、(2) 式より、倍率mを大きくしてレンズL2 の焦点
距離f2 を小さくすれば、照明視野の大きさφが小さく
なるので、ψ1 をかなり大きくする必要がある。倍率m
は、光源S1 の位置を移動することで、大きくすること
は可能であるが、レンズL2 の焦点距離f2 を小さくす
るには、レンズL2 の設計自体で焦点距離を小さくする
必要がある。Next, consider a condenser in the soft X-ray region where almost only a point light source having a small light emitting area can be used. In this case, in order to obtain a large numerical aperture θ, since S 1 is small in the equation (1), the magnification m is increased, and
It is necessary to reduce the focal length f 2 of the lens L 2. Further, equation (2), by reducing the focal length f 2 of the lens L 2 by increasing the magnification m, the size of the illumination field φ decreases, it is necessary to significantly increase the [psi 1. Magnification m
, By moving the position of the light source S 1, is susceptible to large, in order to reduce the focal length f 2 of the lens L 2 it is necessary to reduce the focal length in the design itself of the lens L 2 is there.
【0014】ところで、軟X線は物質の透過率が悪く、
屈折率もほとんど1であるから、屈折光学系は使用でき
ない。また、直入射の反射率も低いので、軟X線用の結
像光学系としては、回折を利用したゾーンプレート、斜
入射の全反射を利用したウォルター型反射鏡、多層膜で
直入射の反射率を向上させたシュヴァルツシルト型光学
系等が使用されている。この中で、ウォルター型やシュ
ヴァルツシルト型は、図8,図10で示したように輪帯
状の開口を有しており、照明も輪帯状になるので、図1
で示したレンズL2 に使用するのは難しい。また、焦点
距離f2 もそれほど小さくできない。By the way, soft X-rays have poor material transmittance,
Since the refractive index is almost 1, a refractive optical system cannot be used. In addition, since the reflectance at direct incidence is low, the imaging optical system for soft X-rays includes a zone plate using diffraction, a Walter-type reflecting mirror using total reflection at oblique incidence, and reflection at normal incidence with a multilayer film. A Schwarzschild type optical system or the like having an improved efficiency is used. Among them, the Walter type and the Schwarzschild type have a ring-shaped opening as shown in FIGS. 8 and 10, and the illumination is also ring-shaped.
It is difficult to use the lens L 2 shown in. Moreover, not be much smaller focal length f 2.
【0015】これに反し、ゾーンプレートは、輪帯状開
口ではなく、焦点距離も小さくできるのでレンズL2 に
適している。ゾーンプレートをレンズL2 に用いれば、
レンズL1 によって二次光源S2 を形成し、その光を焦
点距離の短いゾーンプレートで試料T面上に照明するこ
とにより、軟X線域でのケーラ照明が可能である。しか
し、現状の技術では、ゾーンプレート自体の開口数をそ
れほど大きくできないので、開口数の大きな対物レンズ
に対応したコンデンサーとするには、更に工夫が必要で
ある。On the other hand, the zone plate is not suitable for the lens L 2 because it can have a small focal length instead of an annular opening. The use of zone plate lens L 2,
By the lens L 1 to form a secondary light source S 2, by illuminating on the sample T plane in a short zone plate the light of the focal length, it is possible to Koehler illumination with soft X-ray region. However, with the current technology, the numerical aperture of the zone plate itself cannot be increased so much, and further contrivance is required to make the condenser compatible with an objective lens having a large numerical aperture.
【0016】ゾーンプレートの開口数をNAZ ,ゾーンプ
レートの最外殻ゾーンの幅をd,波長をλとすると、 NAZ =λ/(2 d) (3) の関係がある。例えば、波長を、生物試料観察に重要で
「水の窓」と呼ばれる波長域40Åとする。現在の技術で
作ることのできる最外殻ゾーンの幅dは、約30nmである
から、(3) 式より開口数NAZ は0.07が限度であり、図1
に示した光学系では、開口数が0.07より大きな対物レン
ズに対応できない。その対策として、図2に示すような
工夫が必要となる。If the numerical aperture of the zone plate is NA Z , the width of the outermost zone of the zone plate is d, and the wavelength is λ, there is a relationship of NA Z = λ / (2d) (3). For example, the wavelength is set to a wavelength range of 40 ° which is important for observing a biological sample and is called a “water window”. The width d of the outermost zone that can be made with current technology, since it is about 30 nm, (3) the numerical aperture NA Z 0.07 is limited from the equation, 1
Cannot cope with an objective lens having a numerical aperture larger than 0.07. As a countermeasure, a device as shown in FIG. 2 is required.
【0017】図2では、二次光源S2 を形成する光線の
主光線4が収束光線になるように、レンズを2枚使用し
ている。焦点距離f1 を有するレンズL1 によって光源
S1の像を投影する。レンズL1 によって投影された光
源S1 の実像あるいは虚像を、焦点距離f2 のレンズL
2 によって二次光源S2 とする。このとき、レンズL1
とレンズL2 との距離pを、レンズL2 の焦点距離f2
より大きく(p>f2 )取ることによって、二次光源S
2 を形成する光線の主光線4を収束光線にすることがで
きる。このような構成により、ゾーンプレートZの開口
数NAZ に比較してコンデンサーとしての大きな開口数NA
を得ることができる。要約すれば、二次光源を形成する
主光線4を収束光線とすることにより、大きな開口数に
適するコンデンサーを構成することができる。[0017] In Figure 2, the secondary light source S 2 principal ray 4 of the light rays forming the can so that the convergence beam, and use two lenses. Projecting an image of the light source S 1 by the lens L 1 having a focal length f 1. A real image or a virtual image of the light source S 1 projected by the lens L 1 is converted into a lens L having a focal length f 2 .
2 by the secondary light source S 2. At this time, the lens L 1
A lens the distance p between L 2, the focal length f 2 of the lens L 2
By taking larger (p> f 2 ), the secondary light source S
The principal ray 4 of the rays forming 2 can be a convergent ray. With such a configuration, a large numerical aperture as a capacitor as compared to the numerical aperture NA Z zone plate Z NA
Can be obtained. In summary, a condenser suitable for a large numerical aperture can be formed by making the principal ray 4 forming the secondary light source a convergent ray.
【0018】[0018]
【実施例】第1実施例 図3は、本発明に係るケーラ照明光学系の第1実施例で
あり、ウォルター型対物レンズ用に構成したコンデンサ
ーを示している。前述の説明に対応するように、実質
上、同一部材には同一符号を付した。約50μm の大きさ
を持った光源(レーザプラズマ光源)S1 をゾーンプレ
ートZ1 により等倍投影して、遮光板1に設けられたピ
ンホール2の位置に二次光源S2 を形成する。この遮光
板1で波長選択を行うものである。更に、二次光源S2
からの光をゾーンプレートZ2 により試料Tの面上に照
射する。照明された試料Tの像は、ウォルター型対物レ
ンズLW により位置3に像Aとして拡大される。 First Embodiment FIG. 3 shows a first embodiment of a Koehler illumination optical system according to the present invention, and shows a condenser configured for a Walter type objective lens. To correspond to the above description, substantially the same members are denoted by the same reference numerals. A light source (laser plasma light source) S 1 having a size of about 50 μm is projected at the same magnification by a zone plate Z 1 to form a secondary light source S 2 at a position of a pinhole 2 provided in a light shielding plate 1. Wavelength selection is performed by the light shielding plate 1. Further, the secondary light source S 2
The zone plate Z 2 light from irradiating onto the surface of the sample T. Image of the illuminated sample T is expanded to the position 3 by Wolter type objective lens L W as an image A.
【0019】前述したように、軟X線の波長は、生物試
料観察に重要で「水の窓」と呼ばれる波長域の40Åであ
る。ウォルター型対物レンズの開口数NAは0.05,したが
って、必要なコンデンサーの射出側の開口数sin θ=0.
05, 照明する視野は約50μmとする。光源をレーザプラ
ズマ光源とすると、前述のとおり光源の大きさは約50μ
m である。ゾーンプレートの開口数NAZ と、最外殻の輪
帯幅d,波長λとの関係は、前述の(3) 式、NAz =λ/
(2 d)であるが、ゾーンプレートの半径rと焦点距離
fとの関係は、 f=r/NAZ (4) で表されるから f=2 dr/λ (5) という関係が得られる。ここで、コンデンサーの開口数
θとrとの間には、光線を有効に使うために、 r≧ fθ+φ/2 (6) という条件を満たす必要がある。As described above, the wavelength of soft X-rays is 40 ° in a wavelength range that is important for observing biological samples and is called a “water window”. The numerical aperture NA of the Walter type objective lens is 0.05, and therefore, the necessary numerical aperture on the exit side of the condenser sin θ = 0.
05, The visual field to be illuminated is about 50 μm. If the light source is a laser plasma light source, the size of the light source is about 50μ as described above.
m. And the numerical aperture NA Z of the zone plate, annular width d of the outermost shell, the relationship between the wavelength lambda, of the above (3), NA z = lambda /
Is a (2 d), the relationship between the radius r and the focal length f of the zone plate, is obtained relationship because represented by f = r / NA Z (4 ) f = 2 dr / λ (5) . Here, a condition of r ≧ fθ + φ / 2 (6) must be satisfied between the numerical aperture θ of the condenser and r in order to effectively use the light beam.
【0020】前述のように、現在の技術で作り得る最外
殻のゾーン幅dは30nmであるから、(3) 式よりゾーンプ
レートの開口数NAZ は0.07となる。また、ゾーンプレー
トの最外殻の半径rを0.2mm とすると、(4) 式よりf=
3mm となる。その結果、fθ+φ/2 =0.175 ≦0.2 と
なり、(6) 式の条件を満足する。このように、本実施例
における数値を有する図3の照明光学系は、ケーラ照明
光学系を構成する。[0020] As described above, since the zone width d of outermost get made with current technology is 30 nm, the numerical aperture NA Z 0.07 (3) from equation zone plate. If the radius r of the outermost shell of the zone plate is 0.2 mm, f =
3 mm. As a result, fθ + φ / 2 = 0.175 ≦ 0.2, which satisfies the condition of Expression (6). Thus, the illumination optical system of FIG. 3 having the numerical values in the present embodiment constitutes a Koehler illumination optical system.
【0021】第2実施例 図4は、本発明に係るケーラ照明光学系の第2実施例で
あり、シュヴァルツシルト対物レンズ用に構成したコン
デンサーを示している。約50μm の大きさをもった光源
S1 を、ゾーンプレートZ1 で拡大投影して実像を形成
させ、その実像を用いてゾーンプレートZ2 により拡大
された二次光源S2 を形成する。ゾーンプレートZ3 で
二次光源S2 からの光を試料Tの面上に照射する。照射
された試料Tの像は、シュヴァルツシルト対物レンズL
S により位置3に像Aとして拡大される。 Second Embodiment FIG. 4 shows a second embodiment of the Koehler illumination optical system according to the present invention, which shows a condenser configured for a Schwarzschild objective lens. A light source S 1 having a size of about 50 μm is enlarged and projected by a zone plate Z 1 to form a real image, and a secondary light source S 2 enlarged by the zone plate Z 2 is formed using the real image. In zone plate Z 3 is irradiated with light from the secondary light source S 2 on the surface of the sample T. The image of the illuminated sample T is a Schwarzschild objective lens L
The image is enlarged to the position 3 by S as the image A.
【0022】第1実施例と同様に、軟X線の波長は40Å
である。シュヴァルツシルト対物レンズLS の開口数NA
は0.25,したがって、必要なコンデンサーの射出側の開
口数sin θ=0.25,照明する視野は約50μm とする。光
源をレーザプラズマ光源とすると光源の大きさは約50μ
m である。二次光源S2 の伝達について考える。ゾーン
プレートZ1(焦点距離f1)による実像の位置p0 ′は、 p0 ′=f1 p0 /( p0 −f1) (7) ゾーンプレートZ1 の倍率m1 は、 m1 =−f1 / (p0 −f1) (8) ゾーンプレートZ2 による二次光源S2 の位置bは、実
像位置をaとして、 a=p0 ′−p b=f2 a/( f2 +a) =f2(p0 ′−p) /{f2 +( p0 ′−p) } (9) ゾーンプレートZ2 の倍率m2 は、 m2 =−f2 /{f2 +(p0 ′−p)} (10) となる。As in the first embodiment, the soft X-ray has a wavelength of 40 °.
It is. Numerical aperture NA of Schwarzschild objective lens L S
Is 0.25, so the required condenser exit side numerical aperture sin θ = 0.25, and the illuminated field is about 50 μm. If the light source is a laser plasma light source, the size of the light source is about 50μ
m. Consider the transmission of the secondary light source S 2. Zone plate Z 1 (focal length f 1) Position p 0 of the real image by 'is, p 0' = f 1 p 0 / (p 0 -f 1) (7) magnification m 1 of zone plate Z 1 is, m 1 = −f 1 / (p 0 −f 1 ) (8) The position b of the secondary light source S 2 by the zone plate Z 2 is a = p 0 ′ −p b = f 2 a / ( f 2 + a) = f 2 (p 0 '-p) / {f 2 + (p 0' -p)} (9) magnification m 2 of zone plate Z 2 is, m 2 = -f 2 / { f 2 + (P 0 '-p)} (10)
【0023】瞳の投影について考える。ゾーンプレート
Z2 (焦点距離f2)による投影位置p′は、 p′=f2 p/( p−f2) (11) 主光線4の角度ψ1 とψ2 の関係は、 ψ2 /ψ1 =(p/f2 )−1 (12) ゾーンプレートZ3 ( 焦点距離f3 ) による照明視野の
位置c、すなわち、ゾーンプレートZ3 と試料Tの面と
の距離cは、c<f3 であり、 c=f3 {p′−( b+f3)}/[f3 +{p′−( b+f3 ) }] (13) したがって、開口数NAとの関係は、 NA /ψ2 =1+{p′−( b+f3 ) }/f3 (14) で表される。Consider the projection of the pupil. The projection position p ′ by the zone plate Z 2 (focal length f 2 ) is: p ′ = f 2 p / (p−f 2 ) (11) The relationship between the angles ψ 1 and ψ 2 of the principal ray 4 is 、 2 / ψ 1 = (p / f 2 ) −1 (12) The position c of the illumination visual field by the zone plate Z 3 (focal length f 3 ), that is, the distance c between the zone plate Z 3 and the surface of the sample T is c < is f 3, c = f 3 { p '- (b + f 3)} / [f 3 + {p' - (b + f 3)}] (13) Therefore, the relationship between the numerical aperture NA, NA / [psi 2 = 1 + {p ′ − (b + f 3 )} / f 3 (14)
【0024】ゾーンプレートZ1 の焦点距離f1 を1.98
mm, 光源S1 とゾーンプレートZ1間の距離p0 を2mm
とすると、(7) 式及び(8) 式より、実像位置p0 ′は20
0mm,倍率m1 は100 となる。したがって、大きさ50μm
の光源は5mm に拡大される。また、ψ1 は0.0125とな
る。次に、ゾーンプレートZ1 からp=180mm 離れた位
置に、焦点距離f2 が10mmのゾーンプレートZ2 を配置
して二次光源を形成すると、(9) 式と(10)式より、 a=p0 ′−p= 200−180 =20 b=f2 a/(f2 +a)=(10 ×20) /(10+20) =6.67 となり、a=20mm,b=6z67mmが得られる。倍率m2 =
b/a=1/3 であり、また、二次光源の大きさはS2 =
5/3 =1.67mmとなる。この場合の瞳の投影位置p′は、
(11)式より、 p′=f2 p/( p−f2)=( 10×180)/(180−10) =10.59 となり、p′=10.59mm が得られる。主光線4の角度変
化は、(12)式より、 ψ2 =ψ1 ×{( p/f2)−1}=0.0125×{(180/10) −1}=0.2125 となり、ψ2 = 0.2125 が得られる。The focal length f 1 of the zone plate Z 1 is set to 1.98.
mm, the distance p 0 between the light source S 1 and the zone plate Z 1 is 2 mm
From the equations (7) and (8), the real image position p 0 ′ is 20
0 mm and magnification m 1 are 100. Therefore, the size 50μm
Light source is expanded to 5mm. Also, [psi 1 becomes 0.0125. Then, at a distance p = 180 mm from the zone plate Z 1, the focal length f 2 to form a secondary light source by disposing a zone plate Z 2 of 10 mm, (9) and (10), a = P 0 '-p = 200-180 = 20 b = f 2 a / (f 2 + a) = (10 × 20) / (10 + 20) = 6.67, and a = 20 mm and b = 6z67 mm are obtained. Magnification m 2 =
b / a = 1/3, and the size of the secondary light source is S 2 =
5/3 = 1.67mm. The projection position p 'of the pupil in this case is
From equation (11), p '= f 2 p / (p-f 2) = (10 × 180) / (180-10) = 10.59 next, p' is = 10.59Mm obtained. From the equation (12), the angle change of the principal ray 4 is as follows: ψ 2 = ψ 1 × {(p / f 2 ) -1} = 0.0125 × {(180/10) -1} = 0.2125, and ψ 2 = 0.2125 Is obtained.
【0025】更に、ゾーンプレートZ3 の焦点距離f3
=2 mmとすると、(13)式から、 c=f3 {p′−( b+f3)}/[f3 +{p′−( b+f3 ) }] =2 ×{ 10.59−(6.67+2 )}/[ 2 +{10.59 −8.67}]=0.98 となり、c=0.98mmが得られる。また、開口数NAは、(1
4)式から、 NA =ψ2 ×[1+{p′−( b+f3 ) }/f3 ] =0.2125×[1+{10.59 −( 6.67+2)}/2 ]=0.4165 となり、NA=0.4165が得られる。このとき、ゾーンプレ
ートZ1 の開口数を0.07とすると瞳径は、約0.28mmとな
るから、照明視野の直径は、8.4 μm となる。すなわ
ち、開口数0.41のシュヴァルツシルト対物レンズに対応
するケーラ照明が可能である。[0025] In addition, the focal length f 3 of the zone plate Z 3
Assuming that = 2 mm, from equation (13), c = f 3 {p ′ − (b + f 3 )} / [f 3 + {p ′ − (b + f 3 )}] = 2 × {10.59− (6.67 + 2) } / [2 + {10.59−8.67}] = 0.98, and c = 0.98 mm is obtained. The numerical aperture NA is (1
4) from the equation, NA = ψ 2 × [1+ {p '- (b + f 3)} / f 3] = 0.2125 × [1+ {10.59 - (6.67 + 2)} / 2] = 0.4165 next, NA = 0.4165 is obtained Can be At this time, when the numerical aperture of the zone plate Z 1 and 0.07 pupil diameter, from approximately 0.28 mm, the diameter of the illuminated field becomes 8.4 [mu] m. That is, Koehler illumination corresponding to a Schwarzschild objective lens having a numerical aperture of 0.41 is possible.
【0026】第3実施例 図4の照明光学系に対して、別の数値を採用して上述と
同様に検討してみる。ゾーンプレートZ1 の焦点距離f
1 =3.92mm, 光源S1 とゾーンプレートZ1間の距離p
0 を4mm とすると、(7) 式及び(8) 式より、実像位置p
0 ′は200mm,倍率m1 は50となる。したがって、大き
さ50μm の光源は2.5mm に拡大される。また、ψ1 は0.
00625 となる。次に、ゾーンプレートZ1 からp=180m
m 離れた位置に、焦点距離f2 が10mmのゾーンプレート
Z2 を配置して二次光源を形成すると、(9) 式と(10)式
より、 a=p0 ′−p= 200−180 =20 b=f2 a/(f2 +a)=(10 ×20) /(10+20) =6.67 となり、倍率m2 =b/a=1/3 ,二次光源の大きさは
S2 =2.5/3 =0.83mmである。この場合の瞳の投影位置
p′は、(11)式より、 p′=f2 p/( p−f2)=( 10×180)/(180−10) =10.59 となり、p′=10.59mm が得られる。主光線4の角度変
化は、(12)式より、 ψ2 =ψ1 ×{( p/f2)−1}=0.00625 ×{(180/10) −1} =0.00625 ×17=0.10625 となり、ψ2 = 0.10625が得られる。 Third Embodiment A different numerical value is adopted for the illumination optical system of FIG. The focal length f of the zone plate Z 1
1 = 3.92mm, the distance between the light source S 1 and the zone plate Z 1 p
Assuming that 0 is 4 mm, the real image position p is obtained from Equations (7) and (8).
0 'is 200 mm and the magnification m 1 is 50. Therefore, a light source with a size of 50 μm is enlarged to 2.5 mm. Also, ψ 1 is 0.
00625. Then, p = 180m from the zone plate Z 1
m to a position away, to form a secondary light source focal length f 2 Place the zone plate Z 2 of 10 mm, (9) and (10), a = p 0 '-p = 200-180 = 20 b = f 2 a / (f 2 + a) = (10 × 20) / (10 + 20) = 6.67, magnification m 2 = b / a = 1/3, and the size of the secondary light source is S 2 = 2.5 / 3 = 0.83 mm. The projection position of the pupil when p 'is from (11), p' = f 2 p / (p-f 2) = (10 × 180) / (180-10) = 10.59 next, p '= 10.59 mm. From equation (12), the angle change of the principal ray 4 is as follows: ψ 2 = ψ 1 × {(p / f 2 ) -1} = 0.00625 × {(180/10) -1} = 0.00625 × 17 = 0.10625 ψ 2 = 0.10625 is obtained.
【0027】ゾーンプレートZ3 の焦点距離f3 =2 mm
とすると、(13)式からc=0.98mmとなり、(14)式からNA
=0.20825 が得られる。このとき、ゾーンプレートZ1
の開口数を0.07とすると、瞳径は約0.28mmとなり、照明
視野の直径は16.8μm となる。したがって、この場合
も、開口数0.21のシュヴァルツシルト対物レンズに対応
するケーラ照明が可能である。この他、各ゾーンプレー
トの仕様を適切に選択することにより、任意の開口数及
び照明視野の大きさに対応させることができる。[0027] The focus of the zone plate Z 3 distance f 3 = 2 mm
From equation (13), c = 0.98 mm, and from equation (14), NA
= 0.20825 is obtained. At this time, the zone plate Z 1
If the numerical aperture is 0.07, the pupil diameter is about 0.28 mm, and the diameter of the illumination field is 16.8 μm. Therefore, also in this case, Koehler illumination corresponding to a Schwarzschild objective lens having a numerical aperture of 0.21 is possible. In addition, by appropriately selecting the specifications of each zone plate, it is possible to correspond to an arbitrary numerical aperture and the size of the illumination visual field.
【0028】第4実施例 光源に放射光源を用いた第4実施例を図5に示す。放射
光源S1 からの光は、斜入射反射鏡5で反射された後、
ゾーンプレートZ1 で二次光源S2 を形成する。ゾーン
プレートZ2 は二次光源S2 からの光を用いて試料Tを
照射し、照射された試料Tの像は、対物レンズLにより
位置3に像Aとして拡大される。[0028] A fourth embodiment using the radiation source to the fourth embodiment the light source in FIG. The light from the radiation light source S 1 is reflected by the grazing incidence reflection mirror 5,
In zone plate Z 1 to form a secondary light source S 2. The zone plate Z 2 irradiates the sample T with light from the secondary light source S 2, and the image of the illuminated sample T is enlarged to the position 3 by the objective lens L as an image A.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明の軟X線顕微
鏡のケーラ照明光学系は、まず、光源の二次光源を形成
し、この二次光源の直後に設けたゾーンプレートを介し
て二次光源からの光を試料面上に照射する構成により、
光源からの光が有効に使用でき、かつ、均一な照明が得
られるケーラ照明を軟X線顕微鏡において実現できる。As described above, the Koehler illumination optical system of the soft X-ray microscope according to the present invention firstly forms a secondary light source as a light source, and a zone provided immediately after the secondary light source. with the configuration of the light from the secondary light source Te <br/> through the plate is irradiated onto the sample surface,
Light from a light source can be used effectively, and Koehler illumination capable of obtaining uniform illumination can be realized in a soft X-ray microscope.
【図1】ケーラ照明光学系の基本構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of a Koehler illumination optical system.
【図2】開口数の大きな対物レンズに対応したゾーンプ
レートコンデンサーを有するケーラ照明光学系の構成図
である。FIG. 2 is a configuration diagram of a Koehler illumination optical system having a zone plate condenser corresponding to an objective lens having a large numerical aperture.
【図3】本発明に係るケーラ照明光学系の第1実施例
で、ウォルター型対物レンズ用に構成したゾーンプレー
トコンデンサーを含む構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a first embodiment of a Koehler illumination optical system according to the present invention, including a zone plate condenser configured for a Walter objective lens.
【図4】本発明に係るケーラ照明光学系の第2実施例
で、シュヴァルツシルト型対物レンズ用に構成したゾー
ンプレートコンデンサーを含む構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram including a zone plate condenser configured for a Schwarzschild type objective lens in a second embodiment of the Koehler illumination optical system according to the present invention.
【図5】本発明に係るケーラ照明光学系の第4実施例
で、光源に放射光源を用いた場合の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the Koehler illumination optical system according to the present invention, in which a radiation light source is used as a light source.
【図6】クリティカル照明の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of critical illumination.
【図7】ケーラ照明の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of Koehler illumination.
【図8】ウォルター型対物レンズにウォルター型コンデ
ンサーを用いた従来のクリティカル照明光学系の構成図
である。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional critical illumination optical system using a Walter condenser for a Walter objective lens.
【図9】ゾーンプレート対物レンズにゾーンプレートコ
ンデンサーを用いた従来のクリティカル照明光学系の構
成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional critical illumination optical system using a zone plate condenser for a zone plate objective lens.
【図10】シュヴァルツシルト型対物レンズに回転楕円
面コンデンサーを用いた従来のクリティカル照明光学系
の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional critical illumination optical system using a spheroidal condenser for a Schwarzschild type objective lens.
1 遮光板 2 ピンホール 3 像の位置 4 主光線 5 斜入射反射鏡 A 像 L1 レンズ L2 レンズ L3 レンズ S1 光源 S2 二次光源 T 試料 Z1 ゾーンプレート Z2 ゾーンプレート Z3 ゾーンプレートPosition of the light-shielding plate 2 pinhole 3 image 4 principal ray 5 grazing incidence reflection mirror A image L 1 lens L 2 lens L 3 lens S 1 source S 2 the secondary light source T samples Z 1 zone plate Z 2 zone plate Z 3 Zone plate
Claims (2)
ラ照明光学系の二次光源からの光をゾーンプレートを介
して試料上に照射するようにしたことを特徴とする軟X
線顕微鏡のケーラ照明光学系。 1. A lighting optical system of the soft X-ray microscope, cable
Light from the secondary light source of the illumination optics through the zone plate
Soft X, characterized in that so as to irradiate onto the sample and
Koehler illumination optics for a line microscope.
となっている請求項1に記載の軟X線顕微鏡のケーラ照
明光学系。2. A Koehler illumination optical system for a soft X-ray microscope according to claim 1, wherein a chief ray forming said secondary light source is a convergent ray.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20918292A JP3226338B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Koehler illumination optical system for soft X-ray microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20918292A JP3226338B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Koehler illumination optical system for soft X-ray microscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0659100A JPH0659100A (en) | 1994-03-04 |
JP3226338B2 true JP3226338B2 (en) | 2001-11-05 |
Family
ID=16568702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20918292A Expired - Fee Related JP3226338B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Koehler illumination optical system for soft X-ray microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3226338B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101535230B1 (en) * | 2009-06-03 | 2015-07-09 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for measuring an aerial image of EUV mask |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP20918292A patent/JP3226338B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0659100A (en) | 1994-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4108970B2 (en) | Total reflection fluorescence microscope with white light source | |
JP4671463B2 (en) | Illumination optical system and microscope equipped with illumination optical system | |
JP2002236258A6 (en) | Total reflection fluorescence microscope with white light source | |
JPH10177139A (en) | Wide band uv-ray image system using cata-dioptric principle | |
JP2009514028A (en) | Optical system for evanescent field illumination | |
JP4820377B2 (en) | A device for projecting a reduced image of a photomask using a Schwarzschild objective | |
JP2001221953A (en) | Microscope | |
JP2006243723A (en) | Objective and microscope | |
JP4496782B2 (en) | Reflective optical system and exposure apparatus | |
JP3067491B2 (en) | Projection exposure equipment | |
JPH09292572A (en) | Vertical illumination type fluorescence microscope | |
JP3226338B2 (en) | Koehler illumination optical system for soft X-ray microscope | |
US6940641B2 (en) | Fluorescence observation apparatus | |
JP2696360B2 (en) | Illumination optics | |
JP3380868B2 (en) | Projection exposure equipment | |
JP2001013413A (en) | Microscope | |
JP3908022B2 (en) | Fluorescence observation equipment | |
KR101663039B1 (en) | Internal Coaxial Optical System with Beam Splitter of Hemisphere Prism Type | |
JP2801232B2 (en) | Microscope equipment | |
JP3029040B2 (en) | X-ray microscope | |
JP2515893B2 (en) | Imaging X-ray microscope | |
JPH06230200A (en) | Sofy x-ray microscope | |
JP2001188177A (en) | Stereoscopic microscope and dark field lighting device | |
JPH0666997A (en) | Lighting optical system | |
JPH04265900A (en) | Image-forming type soft x-rays microscope device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010807 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |