JP5574226B2 - 干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置に関する。

従来より、試料表面の微細構造を高精度に測定する手段として、光の干渉を利用した干渉顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照）。干渉顕微鏡は、干渉対物レンズを透過した照明光を試料表面に照射し、試料表面で反射した反射光（以下、測定光）と、干渉対物レンズ内に設けられた参照面（参照鏡面）から反射した反射光（以下、参照光）とを干渉させた干渉縞から、試料表面を観察するとともにその凹凸を測定するものである。このような干渉顕微鏡として、マイケルソン型の対物レンズを用いたものが知られている。

図４に示すように、マイケルソン型の干渉対物レンズ５０は、対物レンズ系５１と、対物レンズ系５１と試料５２との間に配設された光路分割プリズム５３と、光路分割プリズム５３の一方の分割光路中に配設された参照鏡５４とを備え、対物レンズ系５１を透過した照明光は光路分割プリズム５３に入射して、試料５２へ向かう光路と、参照鏡５４へ向かう光路とに分割され、試料５２で反射された光と、参照鏡５４で反射された光とを光路分割プリズム５３で互いに干渉させて、干渉縞を得るようになっている。なお、参照鏡５４は、表面反射鏡で構成されている。

特開２０００−１９３８９１号公報

しかしながら、上記のような従来のマイケルソン型の干渉対物レンズでは、試料表面と参照鏡面とが共役であるため、参照鏡面についたゴミなどが像面に映り込んでしまい、測定に悪影響を与えることがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、参照鏡面についたゴミなどが像面に映り込むのを防ぎ、良好な測定が可能な干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る干渉対物レンズは、対物レンズ系と、前記対物レンズ系より試料側に配置され、前記対物レンズ系を経て入射した白色光源からの光を、互いの光軸が略垂直になるように分割する光路分割部材と、前記光路分割部材によって分割された一方の光路中に配置される参照鏡とを有し、前記光路分割部材によって分割された他方の光路中に位置する前記試料からの反射光と、前記参照鏡からの反射光とを干渉させて干渉縞を生成するように構成される。その上で、前記参照鏡は、ガラス材料からなる透明の基板部材の裏面に反射膜が形成された裏面反射鏡であり、前記光路分割部材より前記試料側に、前記裏面反射鏡の前記基板部材によって生じた光路差を補正する光路差補正部材を有し、前記光路差補正部材は、前記基板部材と同一のガラス材料により形成され且つ同一の光路長を有して構成される。

上記構成の干渉対物レンズにおいて、前記光路差補正部材は、前記光路分割部材に接合して配置されるか、もしくは前記光路分割部材から間隔をあけて配置されることが好ましい。

また、本発明に係る干渉対物レンズは、対物レンズ系と、前記対物レンズ系より試料側に配置され、前記対物レンズ系を経て入射した白色光源からの光を、互いの光軸が略垂直になるように分割する光路分割部材と、前記光路分割部材によって分割された一方の光路中に配置される参照鏡とを有し、前記光路分割部材によって分割された他方の光路中に位置する前記試料からの反射光と、前記参照鏡からの反射光とを干渉させて干渉縞を生成するように構成される。その上で、前記参照鏡は、ガラス材料からなる透明の基板部材の裏面に反射膜が形成された裏面反射鏡であり、前記光路分割部材は、前記基板部材と同一のガラス材料により形成された試料側部材と参照鏡側部材とからなり、前記試料側部材は、その光路長が前記裏面反射鏡の前記基板部材の光路長と前記参照鏡側部材の光路長との総和に相当するように形成されている。

また、本発明の顕微鏡装置は、上記いずれかの干渉対物レンズを有する。

本発明によれば、参照鏡面についたゴミなどが像面に映り込むのを防ぎ、良好な測定が可能な干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することができる。

本実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の構成を示す図である。 他の実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の構成を示す図である。 他の実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の構成を示す図である。 マイケルソン型の干渉対物レンズの基本構成を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１を用いて、本実施形態に係る干渉対物レンズ及びこの干渉対物レンズを有する顕微鏡装置の構成について説明する。図１に示す顕微鏡装置１は、試料２２側から順に、干渉対物レンズ２０と、照明用ハーフミラー１２と、検出器１３とが配置され、さらに照明用ハーフミラー１２の側方に光源１１が配置されて構成されている。

干渉対物レンズ２０は、対物レンズ系２１と、対物レンズ系２１と試料２２との間に配設された光路分割プリズム２３と、光路分割プリズム２３の一方の分割光路中に配設された参照鏡２４とを備えて構成される。

参照鏡２４は、ガラス材料からなる透明の基板部材２４ａの裏面に、反射膜２４ｂが形成された裏面反射鏡であり、基板部材２４ａの表面から入射した光は反射膜２４ｂで反射され、基板部材２４ａの表面から出射される。なお、基板部材２４ａは、焦点深度よりも厚く、また面精度が保てる程度の厚さを有している。

本実施形態においては、試料２２と光路分割プリズム２３との間に、光路差補正部材２５が配置されている。光路差補正部材２５は、光路分割プリズム２３の試料側面に接合されており、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一のガラス材料で形成され且つ同一の光路長を有する。

光源１１から射出された照明光は、照明用ハーフミラー１２に照射され、一部の光がこの照明用ハーフミラー１２を透過し、残りの光が試料２２側に反射される。この照明用ハーフミラー１２で反射された光は、干渉対物レンズ２０に入射する。そして、対物レンズ系２１を透過した照明光は、光路分割プリズム２３に入射し、試料２２へ向かう光路と、参照鏡２４へ向かう光路とに分割される。試料２２側に分割された光は、光路差補正部材２５を透過し、試料２２に照射される。試料２２で反射された光は、再び光路差補正部材２５を透過し、光路分割プリズム２３に入射する。光路分割プリズム２３で、試料２２で反射された光と、参照鏡２４で反射された光とを互いに干渉させ、干渉縞が形成される。この干渉縞は、対物レンズ系２０及び照明用ハーフミラー１２を透過し、検出器１３に導かれる。そして、検出器１３にて検出された干渉縞の形状や変化を測定解析することにより、試料２２の表面の凹凸情報が得られるようになっている。

以上のように、参照鏡２４を裏面反射鏡とし、その基板部材２４ａの厚さを焦点深度よりも厚く形成することにより、参照鏡２４の表面に付着したゴミが像面上に結像することを防ぐことができる。しかしながら、参照鏡２４を（従来の表面反射鏡（図４参照）から）裏面反射鏡に変更しただけでは、光路分割プリズム２３から試料２２までの光路長（以下、「試料側光路長」と称する）と、光路分割プリズム２３から参照鏡２４の反射面までの光路長「参照鏡側光路長」と称する）との間で、基板部材２４ａによる光路長差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一の光路長を有する光路差補正部材２５を、光路分割プリズム２３と試料２２との間に（光路分割プリズム２３の試料側面に接合して）配置することで、試料側光路長と参照鏡側光路長とを一致させ、良好な試料２２の測定を可能にしている。

ここまで、本実施形態に係る干渉対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置について、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。以下、他の実施形態について説明するが、上記実施形態と同様の機能を有するものについては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

例えば、図２に示す干渉対物レンズ３０のように、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一の光路長を有する光路差補正部材３５を、光路分割プリズム２３と試料２２との間に、光路分割プリズム２３から間隔をあけて配置し、試料側光路長と参照鏡側光路長とを一致させる構成としてもよい。このとき、光路差補正部材３５は、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一のガラス材料で形成されていることが好ましい。

また、図３に示す干渉対物レンズ４０のように、光路分割プリズム４３は試料側部材４３ａと参照鏡側部材４３ｂとからなり、試料側部材４３ａの光路長が裏面反射鏡の基板部材２４ａの光路長と参照鏡側部材４３ｂの光路長との総和に相当するように、言い換えれば試料側部材４３ａの光路長が参照鏡側部材４３ｂの光路長よりも裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一の光路長の分だけ大きくなるように、試料側部材４３ａを形成し、試料側光路長と参照鏡側光路長とを一致させる構成としてもよい。この構成によれば、図１に示す実施形態のように、光路分割プリズム２３と試料２２との間に、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一の光路長を有する光路差補正部材２５を配置することなく、試料側光路長と参照鏡側光路長とを一致させることが可能である。なお、光路分割プリズム４３は、試料側部材４３ａと参照鏡側部材４３ｂとの２つの部材とも、裏面反射鏡の基板部材２４ａと同一のガラス材料で形成されていることが好ましい。これにより、光源１１として、単色光源だけでなく、白色光源も利用することが可能となる。

１ 顕微鏡装置
１１ 光源
１２ 照明用ハーフミラー
１３ 検出器
２０，３０，４０，５０ 干渉対物レンズ
２１，５１ 対物レンズ系
２２，５２ 試料
２３，４３，５３ 光路分割プリズム（光路分割部材）
２４ 参照鏡（裏面反射鏡）
２４ａ 基板部材
２４ｂ 反射膜
２５，３５ 光路差補正部材
４３ａ 試料側部材（光路差補正部材）
４３ｂ 参照鏡側部材
５４ 参照鏡（表面反射鏡）

Claims (4)

1. 対物レンズ系と、前記対物レンズ系より試料側に配置され、前記対物レンズ系を経て入射した白色光源からの光を、互いの光軸が略垂直になるように分割する光路分割部材と、前記光路分割部材によって分割された一方の光路中に配置される参照鏡とを有し、
   前記光路分割部材によって分割された他方の光路中に位置する前記試料からの反射光と、前記参照鏡からの反射光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉対物レンズにおいて、
   前記参照鏡は、ガラス材料からなる透明の基板部材の裏面に反射膜が形成された裏面反射鏡であり、
   前記光路分割部材より前記試料側に、前記裏面反射鏡の前記基板部材によって生じた光路差を補正する光路差補正部材を有し、
   前記光路差補正部材は、前記基板部材と同一のガラス材料により形成され且つ同一の光路長を有することを特徴とする干渉対物レンズ。
2. 前記光路差補正部材は、前記光路分割部材に接合して配置されるか、もしくは前記光路分割部材から間隔をあけて配置され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. 対物レンズ系と、前記対物レンズ系より試料側に配置され、前記対物レンズ系を経て入射した白色光源からの光を、互いの光軸が略垂直になるように分割する光路分割部材と、前記光路分割部材によって分割された一方の光路中に配置される参照鏡とを有し、
   前記光路分割部材によって分割された他方の光路中に位置する前記試料からの反射光と、前記参照鏡からの反射光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉対物レンズにおいて、
   前記参照鏡は、ガラス材料からなる透明の基板部材の裏面に反射膜が形成された裏面反射鏡であり、
   前記光路分割部材は、前記基板部材と同一のガラス材料により形成された試料側部材と参照鏡側部材とからなり、
   前記試料側部材は、その光路長が前記裏面反射鏡の前記基板部材の光路長と前記参照鏡側部材の光路長との総和に相当するように形成されていることを特徴とする干渉対物レンズ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の干渉対物レンズを有する顕微鏡装置。

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