JPH0659100A - 顕微鏡のケーラ照明光学系 - Google Patents
顕微鏡のケーラ照明光学系Info
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- JPH0659100A JPH0659100A JP20918292A JP20918292A JPH0659100A JP H0659100 A JPH0659100 A JP H0659100A JP 20918292 A JP20918292 A JP 20918292A JP 20918292 A JP20918292 A JP 20918292A JP H0659100 A JPH0659100 A JP H0659100A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 軟Ｘ線顕微鏡にケーラ照明を実現することが
目的である。 【構成】 レンズＬ1 とレンズＬ2 により光源Ｓ1 の二
次光源Ｓ2 を形成し、二次光源Ｓ2 の直後に設けたゾー
ンプレートＺにより、二次光源からの光を試料Ｔ面上に
照射するようにしてある。レンズＬ2 の焦点距離ｆ2 ＜
ｐとすることで、二次光源Ｓ2 を形成する光線の主光線
４を収束光線にし、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を実現して
いる。レンズＬ1 をゾーンプレート、斜入射反射鏡、レ
ンズＬ2 をゾーンプレート、ピンホールのある遮光板に
代えても、本発明のケーラ照明光学系を構成できる。
目的である。 【構成】 レンズＬ1 とレンズＬ2 により光源Ｓ1 の二
次光源Ｓ2 を形成し、二次光源Ｓ2 の直後に設けたゾー
ンプレートＺにより、二次光源からの光を試料Ｔ面上に
照射するようにしてある。レンズＬ2 の焦点距離ｆ2 ＜
ｐとすることで、二次光源Ｓ2 を形成する光線の主光線
４を収束光線にし、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を実現して
いる。レンズＬ1 をゾーンプレート、斜入射反射鏡、レ
ンズＬ2 をゾーンプレート、ピンホールのある遮光板に
代えても、本発明のケーラ照明光学系を構成できる。
Description
【０００１】
【０００２】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。特に軟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。
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。特に軟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。
【０００３】
【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。クリティ
カル照明は図６に示す如く、光源Ｓ1 の像を集光レンズ
Ｌで試料Ｔ上に２次光源Ｓ2 そのまま投影される。ケー
ラ照明は、図７に示す如く、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２次光源Ｓ2 を作り、広がった平行光束が試料Ｔを照
明するの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、現在は殆ど総ての顕微鏡でケーラ照明
が採用されている。
リティカル照明とケーラ照明が知られている。クリティ
カル照明は図６に示す如く、光源Ｓ1 の像を集光レンズ
Ｌで試料Ｔ上に２次光源Ｓ2 そのまま投影される。ケー
ラ照明は、図７に示す如く、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２次光源Ｓ2 を作り、広がった平行光束が試料Ｔを照
明するの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、現在は殆ど総ての顕微鏡でケーラ照明
が採用されている。
【０００４】そして、従来の可視光，赤外光や紫外光な
どに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される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。
どに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される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。
【０００５】ところが、軟Ｘ線を用いる軟Ｘ線顕微鏡の
場合には、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。このような場合には、
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。この様な状況であるの
で、軟Ｘ線顕微鏡においては、専らクリティカル照明が
用いられて来た。
場合には、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。このような場合には、
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。この様な状況であるの
で、軟Ｘ線顕微鏡においては、専らクリティカル照明が
用いられて来た。
【０００６】クリティカル照明の従来例として図８にウ
ォルター型コンデンサーＣとウォルター型対物レンズＬ
W を用いた例を示す。図において光源Ｓ1 をウォルター
型コンデンサーＣにより投影され、遮光板１に遮られた
中央部を除く光束は２次光源として試料Ｔ上に照射さ
れ、更にウォルター型対物レンズＬW によって拡大され
て位置３に像Ａが写される構成である。
ォルター型コンデンサーＣとウォルター型対物レンズＬ
W を用いた例を示す。図において光源Ｓ1 をウォルター
型コンデンサーＣにより投影され、遮光板１に遮られた
中央部を除く光束は２次光源として試料Ｔ上に照射さ
れ、更にウォルター型対物レンズＬW によって拡大され
て位置３に像Ａが写される構成である。
【０００７】図９にゾーンプレートコンデンサーＺ1 と
ゾーンプレートＺ2 を使用したクリティカル照明の従来
例を示す。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に２次光源Ｓ2 を形成し、更に２次光
源Ｓ2 からの光をゾーンプレートＺ2 により試料Ｔ上に
照射し、試料Ｔの像は位置３に像Ａとして拡大される。
ゾーンプレートＺ2 を使用したクリティカル照明の従来
例を示す。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に２次光源Ｓ2 を形成し、更に２次光
源Ｓ2 からの光をゾーンプレートＺ2 により試料Ｔ上に
照射し、試料Ｔの像は位置３に像Ａとして拡大される。
【０００８】図10に回転楕円面コンデンサーＣとシュヴ
ァルツシルト型対物レンズＬS を用いた例である。図に
おいて、光源Ｓ1 を回転楕円面コンデンサーＣにより試
料Ｔの位置に照明し、シュヴァルツシルト型対物レンズ
ＬS を経て、位置３に拡大された像Ａとして出現する構
成である。
ァルツシルト型対物レンズＬS を用いた例である。図に
おいて、光源Ｓ1 を回転楕円面コンデンサーＣにより試
料Ｔの位置に照明し、シュヴァルツシルト型対物レンズ
ＬS を経て、位置３に拡大された像Ａとして出現する構
成である。
【０００９】
【００１０】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。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
と云う欠点がある。
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。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
と云う欠点がある。
【００１１】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、光源の像がぼやけて均一な照明が行
えるような工夫がなされている。しかしながら、軟Ｘ線
のように殆ど物質を透過しない光の場合、単に透過型の
拡散板を使用しただけでは問題は解決されない。そこ
で、同一出願人が先に提案した特願平03─129467号とし
て提案したものがあるが、この場合には光量のロスが大
きい。
に拡散板を設けて、光源の像がぼやけて均一な照明が行
えるような工夫がなされている。しかしながら、軟Ｘ線
のように殆ど物質を透過しない光の場合、単に透過型の
拡散板を使用しただけでは問題は解決されない。そこ
で、同一出願人が先に提案した特願平03─129467号とし
て提案したものがあるが、この場合には光量のロスが大
きい。
【００１２】現在、殆どの光学顕微鏡にケーラ照明を用
いていることでも明らかなように、光源からの光を有効
に使用して、尚かつ均一な照明を得るにはケーラ照明が
適している。
いていることでも明らかなように、光源からの光を有効
に使用して、尚かつ均一な照明を得るにはケーラ照明が
適している。
【００１３】本発明は、上記の問題点に鑑み、軟Ｘ線顕
微鏡においても、ケーラ照明を実現することを目的とす
る。
微鏡においても、ケーラ照明を実現することを目的とす
る。
【００１４】本発明は、先ず、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２次光源を形成し、その２次光源の直後において
ゾーンプレートによって、試料を照明することにより問
題点を解決し、以て、均一照明ができて、良質画像が得
られる軟Ｘ線顕微鏡を実現する。
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２次光源を形成し、その２次光源の直後において
ゾーンプレートによって、試料を照明することにより問
題点を解決し、以て、均一照明ができて、良質画像が得
られる軟Ｘ線顕微鏡を実現する。
【００１５】先ず、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
所謂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全て含むものとする。
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
所謂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全て含むものとする。
【００１６】図において、Ｓ1 は物体高さがＳ1 の光源
（以下光源Ｓ1 という）、Ｓ2 は物体高さがＳ2 の２次
光源（以下２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２次光源Ｓ2 を形成
する。この時の倍率をｍとする。次に、２次光源Ｓ2 の
光をレンズＬ1 で試料Ｔの位置３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２次光
源Ｓ2 が位置するようにしてある。従って、試料Ｔの位
置はレンズＬ2 の反対側の焦点位置となる。
（以下光源Ｓ1 という）、Ｓ2 は物体高さがＳ2 の２次
光源（以下２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２次光源Ｓ2 を形成
する。この時の倍率をｍとする。次に、２次光源Ｓ2 の
光をレンズＬ1 で試料Ｔの位置３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２次光
源Ｓ2 が位置するようにしてある。従って、試料Ｔの位
置はレンズＬ2 の反対側の焦点位置となる。
【００１７】この様にコンデンサーを構成している場
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) また、 φ＝2 ｆ2 ψ2 ＝2 ｆ2 ψ1 ／ｍ (2) が得られる。
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) また、 φ＝2 ｆ2 ψ2 ＝2 ｆ2 ψ1 ／ｍ (2) が得られる。
【００１８】上記の(1),(2) 式の意味するところについ
て考えみる。先ず、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 を大きくするか、レンズ
Ｌ1 による倍率ｍを大きくするか、レンズＬ2 の焦点距
離ｆ2を小さいくするかが条件となる。そして、大きな
照明視野φを得るための条件は、レンズＬ1 の倍率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 が大きいかである。
て考えみる。先ず、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 を大きくするか、レンズ
Ｌ1 による倍率ｍを大きくするか、レンズＬ2 の焦点距
離ｆ2を小さいくするかが条件となる。そして、大きな
照明視野φを得るための条件は、レンズＬ1 の倍率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 が大きいかである。
【００１９】先ず、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
持った光源が使えるので、(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、それ程大き
くない開口数θを簡単に満たすことができる。この時、
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。
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
持った光源が使えるので、(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、それ程大き
くない開口数θを簡単に満たすことができる。この時、
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。
【００２０】次に、発光面積の小さな、殆ど点光源しか
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。(1) 式において、この場合Ｓ1 が小さいので、出
来るだけｍを大きくし、かつｆ2 を小さくする必要があ
る。更に(2) 式より、ｍを大きくしｆ2 を小さくすれ
ば、φが小さくなるのでψ1をかなり大きくする必要が
ある。そこで、ｍについては、光源Ｓ1 の位置を移動す
ることでｍを大に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しなければならないと云う問題が
ある。
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。(1) 式において、この場合Ｓ1 が小さいので、出
来るだけｍを大きくし、かつｆ2 を小さくする必要があ
る。更に(2) 式より、ｍを大きくしｆ2 を小さくすれ
ば、φが小さくなるのでψ1をかなり大きくする必要が
ある。そこで、ｍについては、光源Ｓ1 の位置を移動す
ることでｍを大に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しなければならないと云う問題が
ある。
【００２１】軟Ｘ線は物質の透過率が悪く、屈折率も殆
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や斜入射の全反射を
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。
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や斜入射の全反射を
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。
【００２２】この中で、ウォルター型やシュヴァルツシ
ルト型は、図８に示される如く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で示す様なレンズＬ
2 に使用するのは難しい。また焦点距離ｆ2 もそれ程小
さくできない。これに反し、ゾーンプレートの場合は、
輪帯状開口ではなく、焦点距離ｆ2 も小さく出来るので
レンズＬ2 に適している。
ルト型は、図８に示される如く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で示す様なレンズＬ
2 に使用するのは難しい。また焦点距離ｆ2 もそれ程小
さくできない。これに反し、ゾーンプレートの場合は、
輪帯状開口ではなく、焦点距離ｆ2 も小さく出来るので
レンズＬ2 に適している。
【００２３】従って、レンズＬ1 によって２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。
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。
【００２４】しかし、ゾーンプレート自体の開口数は現
状の技術では、それ程大きく出来ないので、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
に工夫が必要となる。
状の技術では、それ程大きく出来ないので、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
に工夫が必要となる。
【００２５】ゾーンプレートの開口数をNAZ ,Z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。
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。
【００２６】例えば、波長を、生物試料観察に重要と言
われる「水の窓」と呼ばれる波長域40Åとする。現在の
技術で作ることの出来る最外殻ゾーンの線幅は、約30nm
であるから、(3) 式から開口数は0.07が限度であり、図
１に示す光学系では、開口数が0.07より大きな対物レン
ズは対応できない。従って図２に示す様な工夫が必要と
なる。
われる「水の窓」と呼ばれる波長域40Åとする。現在の
技術で作ることの出来る最外殻ゾーンの線幅は、約30nm
であるから、(3) 式から開口数は0.07が限度であり、図
１に示す光学系では、開口数が0.07より大きな対物レン
ズは対応できない。従って図２に示す様な工夫が必要と
なる。
【００２７】図２では、２次光源Ｓ2 を作る光線の主光
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Ｓ
1 の実像或いは虚像を焦点距離ｆ2 のレンズＬ2 によっ
て２次光源Ｓ2 が形成される。
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Ｓ
1 の実像或いは虚像を焦点距離ｆ2 のレンズＬ2 によっ
て２次光源Ｓ2 が形成される。
【００２８】この時、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 ）
採ることによって２次光源Ｓ2 を形成する光束の主光線
４を収束光線にすることができる。この様にすることに
よって、ゾーンプレートＺの開口数NAZ より大きなコン
デンサーとしての開口数NAを得ることが出来る。この様
に、２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
ことが出来る。
ｐをレンズＬ2 の焦点距離ｆ2 より大きく（ｐ＞ｆ2 ）
採ることによって２次光源Ｓ2 を形成する光束の主光線
４を収束光線にすることができる。この様にすることに
よって、ゾーンプレートＺの開口数NAZ より大きなコン
デンサーとしての開口数NAを得ることが出来る。この様
に、２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
ことが出来る。
【００２９】本発明は、上述のように、結像光学系の照
明光学系において、ゾーンプレートによって２次光源か
らの光を試料上に照射することを特徴とするものであ
り、更に、２次光源を形成する主光線が収束光線となっ
ているものである。
明光学系において、ゾーンプレートによって２次光源か
らの光を試料上に照射することを特徴とするものであ
り、更に、２次光源を形成する主光線が収束光線となっ
ているものである。
【００３０】
【実施例】図３にウォルター型対物レンズ用に構成され
たコンデンサーの実施例を示す。前述の説明に対応する
ように、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
２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。
たコンデンサーの実施例を示す。前述の説明に対応する
ように、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
２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。
【００３１】更に、２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Ａは、ウォルター型対物レンズＬW によって拡
大されて位置３に写るように構成されている。
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Ａは、ウォルター型対物レンズＬW によって拡
大されて位置３に写るように構成されている。
【００３２】軟Ｘ線の波長は、生物試料観察に重要と言
われる「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をNAZ ＝0.05とすれば、必
要なコンデンサーの射出側の開口数は、NA＝sin θ＝0.
05、また、照明する視野を約50μm とし、光源をレーザ
プラズマ光源とすると、光源の大きさは約50μm であ
る。
われる「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をNAZ ＝0.05とすれば、必
要なコンデンサーの射出側の開口数は、NA＝sin θ＝0.
05、また、照明する視野を約50μm とし、光源をレーザ
プラズマ光源とすると、光源の大きさは約50μm であ
る。
【００３３】ここで、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Ｚの半径ｒと
焦点距離ｆとの関係については、 ｆ＝ｒ／NAZ (4)
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Ｚの半径ｒと
焦点距離ｆとの関係については、 ｆ＝ｒ／NAZ (4)
【００３４】従って、(3),(4) 式から ｆ＝2 ｄｒ／λ (5) 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) を満たす必要がある。
を有効に使うために、 ｒ≧ ｆθ＋φ／2 (6) を満たす必要がある。
【００３５】今、ゾーンプレートＺの最外殻の半径ｒを
ｒ＝2mm とすると、前述の通り、現在の技術で作り得る
最外殻のゾーン幅は30nmであるから、ゾーンプレートの
開口数NAZ は、NAZ ＝0.07となる。従って、ｆ＝3mm 、
また、 ｆθ＋φ／2 ＝0.175 ≦0.2 となり、(6) 式を満足させる。
ｒ＝2mm とすると、前述の通り、現在の技術で作り得る
最外殻のゾーン幅は30nmであるから、ゾーンプレートの
開口数NAZ は、NAZ ＝0.07となる。従って、ｆ＝3mm 、
また、 ｆθ＋φ／2 ＝0.175 ≦0.2 となり、(6) 式を満足させる。
【００３６】図４に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の第２の実施例を示す。ここで
は、50μm のゾーンプレート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
更に拡大された２次光源Ｓ2 を形成する。更に、ゾーン
プレートＺ3 で２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Ａはシュヴァルツシル
ト対物レンズＬS によって位置３に拡大される。
構成したコンデンサーの第２の実施例を示す。ここで
は、50μm のゾーンプレート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
更に拡大された２次光源Ｓ2 を形成する。更に、ゾーン
プレートＺ3 で２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Ａはシュヴァルツシル
ト対物レンズＬS によって位置３に拡大される。
【００３７】ここで、軟Ｘ線の波長は「水の窓」と呼ば
れる波長域の40Åである。シュヴァルツシルト対物レン
ズＬS の開口数NAS は0.25、従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50μ
m 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50μm である。
れる波長域の40Åである。シュヴァルツシルト対物レン
ズＬS の開口数NAS は0.25、従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50μ
m 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50μm である。
【００３８】今、２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)から実像Ａまでの距離
ｐ1 （実像位置と云う）は、 ｐ1 ＝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Ｚ1(焦点距離ｆ1)から実像Ａまでの距離
ｐ1 （実像位置と云う）は、 ｐ1 ＝ｆ1 ｐ0 ／( ｐ0 −ｆ1) (7) ゾーンプレートＺ1 の倍率ｍ1 は、 ｍ1 ＝−ｆ1 ／ (ｐ0 −ｆ1) (8)
【００３９】ゾーンプレートＺ2 による２次光源Ｓ2 の
位置ｂは、実像位置をａとして、 ａ＝ｐ1 −ｐ ｂ＝ｆ2 ａ／（ ｆ2 ＋ａ） ＝ｆ2(ｐ1 −ｐ) ／｛ｆ2 ＋( ｐ1 −ｐ) ｝ (9) ゾーンプレートＺ2 の倍率ｍ2 は、 ｍ2 ＝−ｆ2 ／｛ｆ2 ＋（ｐ1 −ｐ）｝ (10) となる。
位置ｂは、実像位置をａとして、 ａ＝ｐ1 −ｐ ｂ＝ｆ2 ａ／（ ｆ2 ＋ａ） ＝ｆ2(ｐ1 −ｐ) ／｛ｆ2 ＋( ｐ1 −ｐ) ｝ (9) ゾーンプレートＺ2 の倍率ｍ2 は、 ｍ2 ＝−ｆ2 ／｛ｆ2 ＋（ｐ1 −ｐ）｝ (10) となる。
【００４０】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ｐ2 は、 ｐ2 ＝ｆ2 ｐ／( ｐ−ｆ2) (11) 主光線４のゾーンプレートＺ2 に対する角度ψ1,ψ2 の
関係は、 ψ1 ／ψ2 ＝（ｐ／ｆ2 ）−１ (12)
Ｚ2 ( 焦点距離ｆ2 ) による投影位置ｐ2 は、 ｐ2 ＝ｆ2 ｐ／( ｐ−ｆ2) (11) 主光線４のゾーンプレートＺ2 に対する角度ψ1,ψ2 の
関係は、 ψ1 ／ψ2 ＝（ｐ／ｆ2 ）−１ (12)
【００４１】ゾーンプレートＺ3 ( 焦点距離ｆ3 ) によ
る照明視野の位置ｃ、即ちゾーンプレートＺ3 と試料Ｔ
の面との距離ｃは、ｃ＜ｆ3 であり、 ｃ＝ｆ3 ｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3)｝／ ｆ3 ＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝］ (13) 従って、開口数NAとの関係は、 NA ／ψ2 ＝１＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝／ｆ3 (14) で表される。
る照明視野の位置ｃ、即ちゾーンプレートＺ3 と試料Ｔ
の面との距離ｃは、ｃ＜ｆ3 であり、 ｃ＝ｆ3 ｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3)｝／ ｆ3 ＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝］ (13) 従って、開口数NAとの関係は、 NA ／ψ2 ＝１＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝／ｆ3 (14) で表される。
【００４２】今、(7) 式において、ゾーンプレートＺ1
の焦点距離ｆ1 ＝1.98mm, 光源位置ｐ0 ＝2mm とすれ
ば、実像位置ｐ1 ＝198 ≒200mm 、倍率ｍ＝200 ÷2 ＝
100 となる。従って、50μm の光源は5mm に拡大され、
開口角度ψ1 ＝0.0125となる。
の焦点距離ｆ1 ＝1.98mm, 光源位置ｐ0 ＝2mm とすれ
ば、実像位置ｐ1 ＝198 ≒200mm 、倍率ｍ＝200 ÷2 ＝
100 となる。従って、50μm の光源は5mm に拡大され、
開口角度ψ1 ＝0.0125となる。
【００４３】更に、焦点距離ｆ2 ＝10mmのゾーンプレー
トＺ2 をゾーンプレートＺ1 からｐ＝180mm 離れた位置
にセットして２次光源を形成すると、(9) 式から ａ＝ｐ1 −ｐ＝ 200−180 ＝20mm、 また、 ｂ＝ｆ2 ａ／（ｆ2 ＋ａ）＝(10 ×20) /(10＋
20) ＝6.67mm となり、倍率ｍ2 ＝ａ／ｂ＝6.67／20＝1/3 で２次光源
の大きさは、Ｓ2 ＝5/3＝1.67mmである。
トＺ2 をゾーンプレートＺ1 からｐ＝180mm 離れた位置
にセットして２次光源を形成すると、(9) 式から ａ＝ｐ1 −ｐ＝ 200−180 ＝20mm、 また、 ｂ＝ｆ2 ａ／（ｆ2 ＋ａ）＝(10 ×20) /(10＋
20) ＝6.67mm となり、倍率ｍ2 ＝ａ／ｂ＝6.67／20＝1/3 で２次光源
の大きさは、Ｓ2 ＝5/3＝1.67mmである。
【００４４】また、この場合の瞳の投影位置ｐ2 は、(1
1)式から、 ｐ2 ＝ｆ2 ｐ÷( ｐ−ｆ2)＝( 10×180)÷(180−10) ＝
10.59mm 、 また主光線４の角度変化は、ψ2 ＝ψ1 ×｛( ｐ／ｆ2)
−１｝ ＝ψ1 ×ψ1 ×｛（180/10) −１｝ ＝ψ1 ×17 ＝0.2125 となり、ψ2 ＝ 0.2125 が得られる。
1)式から、 ｐ2 ＝ｆ2 ｐ÷( ｐ−ｆ2)＝( 10×180)÷(180−10) ＝
10.59mm 、 また主光線４の角度変化は、ψ2 ＝ψ1 ×｛( ｐ／ｆ2)
−１｝ ＝ψ1 ×ψ1 ×｛（180/10) −１｝ ＝ψ1 ×17 ＝0.2125 となり、ψ2 ＝ 0.2125 が得られる。
【００４５】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 ｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3)｝÷ ｆ3 ＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝］ ＝2 ×｛ 10.59−（6.67＋2 ）｝÷ 2 ＋｛10.59 −8.67｝］ ＝2 ×1.92÷3.92＝3.84÷3.92) ＝0.979 ≒0.98 ｃ＝0.98を得る。
＝2 mmとすると、(13)式から、 ｃ＝ｆ3 ｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3)｝÷ ｆ3 ＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝］ ＝2 ×｛ 10.59−（6.67＋2 ）｝÷ 2 ＋｛10.59 −8.67｝］ ＝2 ×1.92÷3.92＝3.84÷3.92) ＝0.979 ≒0.98 ｃ＝0.98を得る。
【００４６】また、(14)式から、 NA ＝ψ2 ×［１＋｛ｐ2 −( ｂ＋ｆ3 ) ｝／ｆ3 ］ ＝ψ2 ×［１＋｛10.59 −( 6.67＋2)｝／2 ］ ＝ψ2 ×1.96＝0.0125×1.96＝0.4165＝0.4165 となり、NA＝0.4165が得られる。
【００４７】この時、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。即ち、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。
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。即ち、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。
【００４８】次に、別の数値例により、上述と同様に検
討してみる。今、ゾーンプレートＺ1 の焦点距離ｆ1 ＝
3.92mm, 光源位置ｐ0 ＝4mm に変えてみると、(7) 式か
ら、実像位置ｐ1 ＝196 ≒200mm 、倍率は50倍となり、
50μm の光源は2.5mm に拡大され、開口角度は、ψ1 ＝
0.00625 （前述の1/2)となる。
討してみる。今、ゾーンプレートＺ1 の焦点距離ｆ1 ＝
3.92mm, 光源位置ｐ0 ＝4mm に変えてみると、(7) 式か
ら、実像位置ｐ1 ＝196 ≒200mm 、倍率は50倍となり、
50μm の光源は2.5mm に拡大され、開口角度は、ψ1 ＝
0.00625 （前述の1/2)となる。
【００４９】更に、焦点距離ｆ2 ＝10mmのゾーンプレー
トＺ2 をゾーンプレートＺ1 からｐ＝180mm （数値は前
記と同じ）離れた位置にセットして２次光源を形成する
と、(9) 式から ａ＝ｐ1 −ｐ＝200 −180 ＝20mm、 ｂ＝ｆ2 ａ÷（ｆ2 ＋ａ）＝(10 ×20) ÷ (10＋20) ＝6.67mm 倍率ｍは、 ｍ＝6.67÷20＝1/3
トＺ2 をゾーンプレートＺ1 からｐ＝180mm （数値は前
記と同じ）離れた位置にセットして２次光源を形成する
と、(9) 式から ａ＝ｐ1 −ｐ＝200 −180 ＝20mm、 ｂ＝ｆ2 ａ÷（ｆ2 ＋ａ）＝(10 ×20) ÷ (10＋20) ＝6.67mm 倍率ｍは、 ｍ＝6.67÷20＝1/3
【００５０】２次光源の大きさＳ2 は、 Ｓ2 ＝2.5 ×1/3 ＝0.83mm となる。この場合の瞳の投影位置ｐ2 は、(11)式から、 ｐ2 ＝ｆ2 ｐ÷( ｐ−ｆ2)＝( 10×180)÷(180−10) ＝10.59mm
【００５１】また主光線４の角度変化ψ2 は、 ψ2 ＝ψ1 ×｛( ｐ÷ｆ2)−１｝ ＝ψ1 ×｛（180 ÷10) −１｝ ＝ψ1 ×17 ＝0.00625 ×17＝0.10625 となる。
【００５２】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＝0.98となり、また、(14)式か
らNA＝0.20825 が得られる。ここで、ゾーンプレートＺ
1 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。即ち、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。
とすると、(13)式からｃ＝0.98となり、また、(14)式か
らNA＝0.20825 が得られる。ここで、ゾーンプレートＺ
1 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。即ち、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。
【００５３】以上の実施例における数値は、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出来る。
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出来る。
【００５４】光源に放射光源を用いた実施例を図５に示
す。図において、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２次光源Ｓ
2 を形成する。ゾーンプレートＺ2 は２次光源Ｓ2 の光
を用いて試料Ｔを照射し、対物レンズＬで拡大像Ａを写
す。
す。図において、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２次光源Ｓ
2 を形成する。ゾーンプレートＺ2 は２次光源Ｓ2 の光
を用いて試料Ｔを照射し、対物レンズＬで拡大像Ａを写
す。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、先ず光源の２次光源を
形成し、その２次光源の直後に置いたゾーンプレートに
より試料面上を照射するするようにしたので、軟Ｘ線顕
微鏡においてもケーラ照明を実現でき、更に、発光面積
の小さなレーザプラズマ光源や、放射光源を使用するこ
とも可能となる。
形成し、その２次光源の直後に置いたゾーンプレートに
より試料面上を照射するするようにしたので、軟Ｘ線顕
微鏡においてもケーラ照明を実現でき、更に、発光面積
の小さなレーザプラズマ光源や、放射光源を使用するこ
とも可能となる。
【図１】ケーラ照明光学系の基本構成図である。
【図２】大きい開口数に適するコンデンサーを構成する
原理図である。
原理図である。
【図３】本発明をウォルター型対物レンズに用いた第１
の実施例を示す。
の実施例を示す。
【図４】本発明をシュヴァルツシルト対物レンズに用い
た第２の実施例を示す。
た第２の実施例を示す。
【図５】本発明の光源に放射光源を用いた第３の実施例
を示す。
を示す。
【図６】従来のクリティカル照明の原理図を示す。
【図７】従来のケーラ照明の原理図を示す。
【図８】ウォルター型コンデンサーとウォルター型対物
レンズを用いた従来の照明光学系を示す。
レンズを用いた従来の照明光学系を示す。
【図９】ゾーンプレートコンデンサーとゾーンプレート
対物レンズを使用したクリティカル照明の従来例を示
す。
対物レンズを使用したクリティカル照明の従来例を示
す。
【図１０】回転楕円面コンデンサーとシュヴァルツシル
ト型対物レンズを用いた照明光学系の従来例を示す。
ト型対物レンズを用いた照明光学系の従来例を示す。
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,Ｌ2,Ｌ3 レンズ ｐ Ｌ1,Ｌ2 間の距離 Ｓ1 光源 Ｓ2 ２次光源 Ｔ 試料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 顕微鏡のケーラ照明光学系
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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がとして拡大される。
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がとして拡大される。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
＝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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の顕微鏡照明
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によって二次光源から
の光を試料面上を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。
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によって二次光源から
の光を試料面上を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。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケーラ照明光学系の基本構成の説明図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
で、光源に放射光源を用いた場合の構成図である。
【図６】クリティカル照明の説明図である。
【図７】ケーラ照明の説明図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【符号の説明】 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 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
Claims (2)
- 【請求項１】 顕微鏡のケーラ照明光学系において、ゾ
ーンプレートによって２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する顕微鏡のケーラー照明
光学系。 - 【請求項２】 ２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する請求項１に記載の顕微鏡の
ケーラ照明光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20918292A JP3226338B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 軟ｘ線顕微鏡のケーラ照明光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20918292A JP3226338B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 軟ｘ線顕微鏡のケーラ照明光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0659100A true JPH0659100A (ja) | 1994-03-04 |
| JP3226338B2 JP3226338B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=16568702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20918292A Expired - Fee Related JP3226338B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 軟ｘ線顕微鏡のケーラ照明光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3226338B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010282192A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Samsung Electronics Co Ltd | Ｅｕｖマスク用空間映像測定装置及び方法 |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP20918292A patent/JP3226338B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010282192A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Samsung Electronics Co Ltd | Ｅｕｖマスク用空間映像測定装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3226338B2 (ja) | 2001-11-05 |
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