JPH07146400A - 照明光学系およびそれを用いた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな開口数の対物レンズに適応し得る分光
機能を具える照明光学系と、それを用いて光源からの光
の有効利用と高い解像力とを両立し得るようにした顕微
鏡とを提供する。 【構成】 光源１１からのビーム１２をゾーンプレート
１３に入射して収束させて点光源（２次光源）を形成
し、その点光源からのビーム１２を斜入射鏡コンデンサ
１４によって試料１８に照射する際に、ゾーンプレート
３の収束点にピンホール５を有する遮光板６を設けてビ
ーム２を分光して単色化する。試料１８を通過した光を
対物レンズ（ゾーンプレート１９）により光検出器２０
上に結像する。その際、各構成要素の光軸上の配置を所
定の式により決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シンクロトロン放射
（ＳＲ）光源等のビームラインやレーザプラズマ光源等
の白色光源からの光を試料に照射する照明光学系およ
び、その照明光学系を用いて生体観察や半導体検査等に
好適になるように構成した顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可視光を用いる通常の光学顕微鏡の分解
能はほぼ０．２μｍであるので、より高解像度を必要と
する観察の場合には電子顕微鏡を用いることになる。し
かし、電子顕微鏡により生体等を観察するためには、脱
水、固定等の前処理が必要となるとともに、観察を真空
中で行わなければならないという制約を受ける。そこ
で、軟Ｘ線領域の光を用いることにより高解像度および
空気中での観察を実現するようにした顕微鏡の開発が進
められるようになり、その中でも特に、生体観察を目的
とするものとして、「水の窓」と呼ばれる２３〜４３Å
の波長領域を用いる顕微鏡の開発が進められている。こ
のような顕微鏡は、光源と、該光源から放射された光線
を試料上に集光するコンデンサレンズとを有する照明光
学系と、試料から反射または透過した光線や蛍光等を拡
大して結像する対物レンズと、結像された像を検出する
検出器等から構成され、検出された像はＣＲＴ等に表示
される。

【０００３】一般に、軟Ｘ線領域においては、あらゆる
物質の屈折率は１に近い値となるため屈折や反射はほと
んど起こらず、吸収も大きくなることから、可視光領域
において用いられている屈折光学系や通常の反射光学系
を結像光学系として用いることができない。よって、軟
Ｘ線領域においては、結像光学系として例えば回折現象
を利用したゾーンプレートや、全反射を利用した斜入射
鏡（斜入射反射光学系）や、多層膜によって反射率を増
大させる多層膜反射光学系（シュヴァルツシルド光学
系）が用いられている。

【０００４】上記各光学素子を用いた顕微鏡光学系の従
来例を図５〜７に示す。図５は、ゾーンプレートを対物
レンズとして用いた従来例を示す図である。ゾーンプレ
ートを対物レンズとして用いる場合には、ゾーンプレー
トは色収差が大きいのでその照明光には単色化された光
を用いる必要があるため、対物レンズおよびコンデンサ
レンズには同一光学系（ゾーンプレート）を用いてい
る。この従来例は、光源（例えばＳＲ光源）５１と、光
源５１からの光を試料５３上に照射するコンデンサゾー
ンプレート５２と、試料５３の直前に設置されて光源５
１からの光を単色化するピンホール５４とを有する照明
光学系と、試料５３の像を結像する対物ゾーンプレート
５５とにより構成されている。

【０００５】この従来例では、光源からの光を有効に利
用するためには直径の大きいコンデンサゾーンプレート
を用いる必要があり、直径の大きいコンデンサゾーンプ
レートを用いる場合、光学系の開口数を決定する最外郭
ゾーンの線幅は後述するように所定値以下には小さくす
ることができないので、コンデンサゾーンプレートの開
口数は小さくなる。一方、対物ゾーンプレートは、解像
力を高くするためには最外郭ゾーンの線幅を最小線幅
（例えば０．０３μｍ）にする必要があり、直径が小さ
いにも拘らず開口数ＮＡの大きい対物ゾーンプレートが
要求される。その結果、コンデンサゾーンプレートおよ
び対物ゾーンプレートの開口数が一致せず、結像性能の
劣化が避けられない。

【０００６】以下、上記問題点について図面および式を
用いてさらに詳しく説明する。一般に、ゾーンプレート
は、図８に例示するように多数のゾーンより成り、中央
寄りのゾーンほど線幅およびゾーン間隔が広くなってお
り、外側になるにつれて線幅およびゾーン間隔が順次狭
くなり、最外郭のゾーンの線幅（最外郭線幅）δｎを最
も狭い最小線幅δｎ₂ にしている。例えば軟Ｘ線用ゾー
ンプレートを製造する場合、現在の製造技術においては
最小線幅δｎは０．０３μｍ程度が限界であり、それよ
りも小さくすることは難しい。

【０００７】ここで、ゾーンプレートの最外郭線幅δｎ
および開口数ＮＡは、波長をλとすると次式で表わされ
る。

【数４】 ＮＡ＝λ／２δｎ −（４） また、顕微鏡の解像度δは、良く知られているように、
次式で表わされる。

【数５】 δ＝０．６１λ／ＮＡ −（５） したがって、顕微鏡の解像度δとゾーンプレートの最外
郭線幅δｎとの関係は次式で表わされ、波長λに依存し
ない。

【数６】 δ＝１．２２δｎ −（６）

【０００８】上記各式を用いて波長λ＝４０ｎｍ（０．
０４μｍ）、最外郭線幅δｎ＝δｎ ₂ ＝０．０３μｍの
ゾーンプレートについて考察すると、（６）式より解像
力δ＝０．０３７μｍとなり、（５）式より開口数ＮＡ
＝０．６７となる。この最外郭線幅を最小線幅δｎ₂ に
したゾーンプレートは、解像力を必要とする対物レンズ
用のゾーンプレートに用いられる。一方、コンデンサゾ
ーンプレートには、光源からの光を有効に利用するため
に直径の大きいゾーンプレートが用いられるが、直径の
大きいゾーンプレートを用いる場合、直径が大きいこと
から生じる製造上の障害のため最外郭ゾーンの線幅を所
定値（例えば０．０６μｍ）以下に小さくすることがで
きない。この最外郭線幅δｎ＝０．０６μｍのゾーンプ
レートにおいては、（５）、（６）式より開口数ＮＡ＝
０．３３となって対物レンズ用のゾーンプレートの約半
分となる。したがって、対物レンズ用のゾーンプレート
の開口の全体をカバーすることができないので結像性能
の劣化が避けられない。

【０００９】図６は、斜入射鏡（ウォルタ光学系）を対
物レンズとして用いた従来例を示す図であり、対物レン
ズおよびコンデンサレンズには同一光学系（斜入射光学
系）が用いられている。この従来例は、光源５６と、光
源５６からの光を試料５７上に照射するコンデンサ斜入
射鏡５８とを有する照明光学系と、試料５７の像を結像
する対物斜入射鏡５９とにより構成されている。上記に
おいて、光源としてシンクロトロン放射（ＳＲ）光源等
やレーザプラズマ光源等の白色光源を用いる場合には、
軟Ｘ以外の光も含まれているので、コンデンサレンズの
前に分光器を設ける必要がある。

【００１０】図７は、２枚の多層膜球面鏡を組み合わせ
たシュヴァルツシルド光学系（多層膜光学系）を対物レ
ンズとして用いた従来例を示す図である。この従来例
は、光源６０と、光源６０からの光を試料６１上に照射
するコンデンサレンズ６２とを有する照明光学系と、試
料６１の像を結像する対物シュヴァルツシルド光学系６
３とにより構成されている。なお、コンデンサレンズに
もシュヴァルツシルド光学系を用いる例は極めて少ない
が、他の光学系の従来例にならって、同一光学系（シュ
ヴァルツシルド光学系）を用いることとした。

【００１１】この従来例は、合計４枚の多層膜球面鏡の
ピーク反射率の波長を４枚とも正確に一致させることが
困難であり、また、軟Ｘ線領域で用いる多層膜の層数は
数十から数百に達して帯域幅が非常に狭くなるため、僅
かな製作誤差によって夫々の反射帯域がずれてしまい、
光が透過しなくなる惧れがある。さらに、上記図７の構
成においてコンデンサレンズにゾーンプレートを用いる
構成も考えられるが、シュヴァルツシルド対物レンズの
開口数はゾーンプレート対物レンズの開口数よりも大き
いので、上記図５の従来例と同様に対物レンズ用のゾー
ンプレートの開口の全体をカバーすることができず、結
像性能の劣化が避けられない。よって、この従来例の構
成は採用するのが難しい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図５の従来例では、照
明光学系のコンデンサレンズとしてゾーンプレートを用
いているため、対物レンズの大きな開口の全体をコンデ
ンサレンズがカバーすることができない問題が生じ、ま
た、図６の従来例では、照明光学系のコンデンサレンズ
として斜入射鏡を用いているため、光を単色化のために
分光器を別途設ける必要があり、コストアップや装置全
体の大型化を招く問題が生じる。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑み、開口数の大
きな対物レンズを用いる場合にも適用することができ、
かつ、簡単に分光することができる照明光学系と、その
照明光学系を用いて光源からの光の有効利用と高い解像
力とを両立し得るようにした顕微鏡とを提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の照明光学系は、請求項１に示すように、光源と、前記
光源からの光を集光して点光源を形成するゾーンプレー
トと、前記ゾーンプレートにより形成される点光源の直
後に設けられたピンホールと、前記ピンホールを通過し
た光を試料に照射する斜入射鏡とを具えて成ることを特
徴とするものである。

【００１５】また、本発明の顕微鏡は、請求項２に示す
ように、光源と、前記光源からの光を集光して点光源を
形成するゾーンプレートと、前記ゾーンプレートにより
形成される点光源の直後に設けられたピンホールと、前
記ピンホールを通過した光を試料に照射する斜入射鏡
と、前記試料を通過した光を結像する対物レンズとして
の対物ゾーンプレートまたは斜入射鏡とを具えて成るこ
とを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明の請求項１の照明光学系は、図１の原理
図に示すように、光源１からのビーム２をゾーンプレー
ト３に入射してそこでビーム２を収束（１次回折）させ
て点光源（２次光源）を形成し、その点光源からのビー
ム２を斜入射鏡コンデンサ４によって試料７に照射する
際に、ゾーンプレート３の収束点にビーム２が通過し得
る程度の径のピンホール５を有する遮光板６を設けて、
入射されるビーム２を分光して単色化するようにしてい
るので、大きな開口数を有する対物レンズに適応し得る
分光機能を具える照明光学系となる。

【００１７】上記について、図８のゾーンプレートの場
合を例に取って説明する。ゾーンプレートのｎ番目（ｎ
は自然数）のゾーン半径ｒ_n は、一般に、次の近似式に
よって設計される。

【数７】 ｒ_n ＝ （ｎλｆ） ただし、ｎ；自然数、λ；観察に用いる光の波長、ｆ； ゾーンプレートの焦点距離 −（７） よって、ｎ＝１のときの焦点距離ｆは、（７）式より

【数８】 ｆ＝（ｒ₁ ）² ／λ −（８） となり、波長λの逆数に比例することになる。したがっ
て、（８）式を満たすようにゾーンプレート２を配置す
ることにより、分光が可能になる。

【００１８】また、本発明の顕微鏡は、図１の原理図に
示すように、上記照明光学系のピンホール５を通過した
光を斜入射鏡コンデンサ４により試料７に収束し（その
際、焦点を合わせる必要がないのは言うまでもない）、
試料７を通過した光を対物レンズ８によって結像する際
に、対物レンズとして、対物ゾーンプレートまたは斜入
射鏡を用いているので、例えば直径を大きくしたゾーン
プレート３を経てビーム２が斜入射鏡コンデンサ４を通
過したときの開口数を、対物レンズ８の開口数以下に調
整することができ、光源１からのビーム２を有効に利用
することができる。また、その場合、対物ゾーンプレー
ト８の開口数を最外郭線幅最小値δｎ₂にすることがで
きるので、高い解像力が得られる。

【００１９】さらに、上記顕微鏡において、前記ゾーン
プレートおよび前記対物レンズが、条件式

【数９】 ｆ１＝Ｃ１／λ ただし、ｆ１；ゾーンプレートの焦点距離、Ｃ１；ゾーンプ レートの焦点距離を規定する定数、λ；観察に用いる光の波長 −（９）

【数１０】 ｆ２＝Ｃ２／λ ただし、ｆ２；対物レンズの焦点距離、Ｃ２；対物レンズの 焦点距離を規定する定数 −（10）

【数１１】 で規定される条件に応じて相対的位置関係を光軸方向に
調整されるように構成するのが好ましく、その顕微鏡に
おいては、上記顕微鏡の作用効果は勿論、対物レンズ固
定時に照明光学系のゾーンプレートを光軸方向に移動す
ることにより観察に用いる光の波長を種々の波長に変更
することができ、任意の波長での試料観察が可能になる
作用効果も得られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図２は本発明の照明光学系の実施例の構成を
示す図である。この照明光学系は、ゾーンプレートを対
物レンズとして用いて顕微鏡を構成する場合に好適にな
るように構成されており、光源として放射光源（例えば
ＳＲ光源）１１を用いている。なお、光源としては、そ
こから照射されたビームがゾーンプレートにより集光さ
れて点光源を形成する必要があるため、放射光源のよう
な指向性の強い光源を用いる方がより好ましいが、必ず
しも放射光源に限定されるものではない。

【００２１】図２において、放射光源１１からのビーム
１２をゾーンプレート１３に入射すると、ビーム１２は
収束されて一次回折光となり、点光源（二次光源）１４
を形成する。ここで、ゾーンプレート１３は、光を有効
利用するために直径ができるだけ大きいことが望まし
い。その理由は、一般に放射光源からのビームの直径は
１０ｍｍ以上であるのに対し、軟Ｘ線用のゾーンプレー
トの直径は数ｍｍだからである。この場合、最外郭ゾー
ンのゾーン幅が大きくなってもゾーンプレートの直径を
大きくすることを優先して光量損失を少なくするのが得
策である。

【００２２】直径を大きくした結果、開口数ＮＡが小さ
くなりビーム１２の収束角が小さくなっても、ゾーンプ
レート１３と斜入射鏡コンデンサ（回転楕円鏡）１７と
の間隔を大きくすることにより斜入射鏡コンデンサ１７
で十分大きなＮＡに変換することができ、ゾーンプレー
トの直径を製作可能な程度に十分大きくすることができ
る。例えば、ゾーンプレート１３を最外郭線幅δｎ＝
０．０６μｍ、直径０．５ｍｍにすると、開口数ＮＡは
０．３３になる。よって、この照明光学系は、大きな開
口数を有する対物レンズに適応し得る分光機能を具える
ものとなる。

【００２３】点光源１４の直後に、点光源１４からのビ
ームを通過し得る径のピンホール１５を有する遮光板１
６を設け、このピンホール１５によって点光源１４から
斜入射鏡コンデンサ１７に入射されるビームを単色化す
るため分光して斜入射鏡コンデンサ１７に入射する。上
記単色化のためのピンホール１５を有する遮光板１６
は、対物レンズにゾーンプレートを用いる場合の大きな
色収差を考慮して設けたものであり、放射光のように連
続した波長の光を用いる場合に不要な光を遮断できるの
で、試料に入射する光が減少して試料のダメージが軽減
される効果も得られる。

【００２４】上記ピンホール１５の径は、以下のように
して決定する。ゾーンプレート１３によるスポットの径
φは、次式

【数１２】 φ＝１．２２λ／ＮＡ −（12） で表わされるから、ゾーンプレート１３として最外郭線
幅を最小線幅δｎ₂ にしたゾーンプレートを用いた場
合、次式

【数１３】 φ＝２．４４δｎ₂ −（13） で与えられ、使用する波長に依存しない。ピンホール１
５の径は、この（13）式で与えられる値よりも若干大き
くするのが望ましいが、あまり大きくし過ぎない方がよ
い。具体的には、ゾーンプレート１３の最小線幅δｎ₂
の２〜５倍程度が望ましい。もっとも、実際は、１０〜
５０μm 程度の大きなピンホールを用いて、ゾーンプレ
ート１３の集光位置（焦点位置）より少しずらした位置
で使用することが多い。

【００２５】上記斜入射鏡コンデンサ１７は、回転楕円
面より成り、点光源１４から入射されたビームを試料１
８上に照射する。斜入射鏡コンデンサ１７の倍率βは、
例えばゾーンプレート１３のＮＡが０．３３で、対物ゾ
ーンプレート１９のＮＡが０．６７である場合、条件
式；β＝ＮＡ１／ＮＡ２によりβ＝０．５となり、点光
源１４からのビームは斜入射鏡コンデンサ１７によって
試料１８上に１／２で縮小投影されることになる。その
際、斜入射鏡コンデンサ１７は、直径を大きくしたゾー
ンプレー１ト３を経て入射したビームを対物レンズ１９
の開口数を満たすように調整する。

【００２６】なお、上記照明光学系において、ゾーンプ
レート１３を後述するようにして光軸に沿って移動する
とともにその移動と同期して顕微鏡の対物レンズも移動
し、観察に使用する光の波長をコンデンサレンズに適合
させるようにすれば、任意の波長における観察が可能な
顕微鏡に適用し得る照明光学系となる。

【００２７】図３は本発明の顕微鏡の実施例の構成を示
す図である。この顕微鏡は、上記照明光学系と、対物レ
ンズとして用いるゾーンプレート１９とを組み合わせて
構成したものである。図３において、試料１８を通過し
たビームは、例えば最外郭線幅δｎ＝０．０３μｍ、直
径０．１ｍｍ、ＮＡ＝０．６７の対物ゾーンプレート１
９によって検出器２０に入射され、検出器（ＭＣＰや半
導体画像検出器等）２０上に試料像が拡大投影される。
なお、上記配置においては図示していないが、ゾーンプ
レート１３および対物ゾーンプレート１９は式（１）〜
（３）が成立するように光軸上を移動可能に構成されて
いる。

【００２８】以下、上記各構成要素を光軸上にどのよう
に配置するかを式を用いて詳細に説明する。いま、波長
をλ、ｎ番目のゾーンの直径をｒ_n とすると、ゾーンプ
レートの焦点距離ｆは次式で表わされる。

【数１４】 ｒ_n ＝ （ｎｆλ） −（14） したがって、ゾーンプレートの焦点距離ｆは、波長λに
反比例することになり、定数Ｃを用いて次の一般式で表
わすことができる。

【数１５】 ｆ＝Ｃ／λ −（15）

【００２９】この一般式により、ゾーンプレート１３の
焦点距離（すなわち、ピンホール１５からゾーンプレー
ト１３までの距離）ｆ１は、ゾーンプレートの焦点距離
を規定する定数をＣ１とすると、次式となる。

【数１６】 ｆ１＝Ｃ１／λ −（16） また、上記一般式により、対物ゾーンプレート１９の焦
点距離ｆ２は、対物ゾーンプレートの焦点距離を規定す
る定数をＣ２とすると、次式となる。

【数１７】 ｆ２＝Ｃ２／λ −（17）

【００３０】したがって、波長λで観察を行う場合、例
えばゾーンプレート１３および対物ゾーンプレート１８
を移動して、ピンホール１５からゾーンプレート１３ま
での距離ｆ１がｆ１＝Ｃ１／λになるように位置関係を
調整するとともに、試料１８から対物ゾーンプレート１
９までの距離ａが、試料１８から対物ゾーンプレート１
９の像（検出器２０の結像面）までの距離Ｌを用いて表
わした次式

【数１８】 を満たすように位置関係を調整することにより、任意の
波長における観察を行うことができる顕微鏡となり、こ
の顕微鏡は光源からの光を有効利用するとともに高い解
像力が得られるものとなる。

【００３１】なお、図２、図３に示した実施例の各構成
要素の配置においては、遮光板１６、斜入射鏡コンデン
サ１７および試料１８の部分を一体的に取り扱って固定
し、ピンホール１５からゾーンプレート１３までの距離
および試料１８から対物ゾーンプレート１９までの距離
を調整し得るようにゾーンプレート１３および対物ゾー
ンプレート１９を光軸上で移動可能に構成している。こ
の構成が上述した作用効果を得る上ではより好ましいも
のであるが、これに限定されるものではなく、ゾーンプ
レート１３がピンホール１５（遮光板１６）から所定の
距離に配置され、かつ、対物ゾーンプレート１９が試料
１８およびその像と所定の位置関係を実現するものであ
れば他の構成でもよい。

【００３２】例えば、ゾーンプレート１３を移動する代
わりにピンホール１５（遮光板１６）を移動することに
より上記所定の距離を実現したり、ピンホール１５（遮
光板１６）、斜入射鏡コンデンサ１７、試料１８および
対物ゾーンプレート１９の相対的位置関係を変化させる
ことにより対物ゾーンプレート１９の位置を決定するよ
うにしてもよい。その場合、ゾーンプレート１３の焦点
距離によってピンホール１５（遮光板１６）の位置が決
定され、それにより斜入射鏡コンデンサ１７および試料
１８も決定され、試料１８から対物ゾーンプレート１９
までの距離が試料とその像との間の距離Ｌとの関係上変
化することになり、任意の波長における観察が可能にな
る。

【００３３】図４は本発明の顕微鏡の他の実施例の構成
を示す図である。この顕微鏡は、上記照明光学系と、対
物レンズとして用いる斜入射鏡（ウォルタ鏡）２７とを
組み合わせて構成したものであり、光源２１としてレー
ザプラズマ光源を用いている。図３において、光源２１
からの光はゾーンプレート２２によりピンホール２３を
有する遮光板２４に集光される。このとき、焦点を完全
に合わせる必要はない。遮光板２４を通過した光はピン
ホール２３に一方の焦点を一致させた回転楕円面を有す
る斜入射鏡２５により試料２６上に集光される。試料２
６を通過した光は、斜入射鏡２７により検出器（ＭＣＰ
や半導体画像検出器等）２８に入射され、検出器２８上
に試料像が拡大投影される。

【００３４】上記において、斜入射鏡コンデンサ２５の
ＮＡは対物レンズの斜入射鏡（ウォルタ鏡）２７のＮＡ
を満たすようになっている。また、ウォルタ型対物レン
ズは色収差がないので、ピンホールの径φは前記（13）
式にそれほど制限されず、最小線幅の２倍程度より大き
ければ最小線幅の１００倍程度まで問題ない。また、上
記ゾーンプレート２２および斜入射鏡２７を図３の実施
例と同様にして光軸方向に移動し得るように構成するこ
とにより、任意の波長における観察が可能になることは
言うまでもない。

【００３５】ところで、上記照明光学系と、対物レンズ
としてのシュヴァルツシルド光学系とを組み合わせて顕
微鏡を構成することも可能である。しかし、対物レンズ
をシュヴァルツシルド光学系とすると、シュヴァルツシ
ルド光学系自体は特定の波長のみにおいて結像するの
で、任意の波長における観察には使用することができな
い。その場合、光学顕微鏡のレボルバ機構のように、複
数のシュヴァルツシルド光学系を設けて選択的に所望の
シュヴァルツシルド光学系を使用し得るように構成すれ
ば、任意の波長に対応させることができる。

【００３６】なお、上述した照明光学系により、光源か
らのビームをゾーンプレートで集光してそれを点光源と
し、その点光源からのビームをピンホールを有する遮光
板を介して単色化してから斜入射鏡コンデンサに入射し
て試料上に照射し、試料を通過した光を対物レンズによ
って結像する際に、

【数１９】 β＝ＮＡ１／ＮＡ２＜１（ただし、ＮＡ１；ゾーンプレートの開口数、ＮＡ２ ；対物レンズ（対物ゾーンプレート）の開口数） −（19） が成立するように上記各構成要素を配置することによ
り、ビーム２が例えば直径を大きくしたゾーンプレート
を経て斜入射鏡コンデンサを通過したときの開口数を、
対物レンズの開口数以下に調整することができるから、
光源からのビームを有効に利用することができる。ま
た、その場合、対物レンズの開口数は最外郭線幅最小値
δｎ₂ にできるので、高い解像力が得られる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
系は、図１の原理図に示すように、光源１からのビーム
２をゾーンプレート３に入射してそこでビーム２を収束
（１次回折）させて点光源（２次光源）を形成し、その
点光源からのビーム２を斜入射鏡コンデンサ４によって
試料７に照射する際に、ゾーンプレート３の収束点にビ
ーム２が通過し得る程度の径のピンホール５を有する遮
光板６を設けて、入射されるビーム２を分光して単色化
するようにしているので、大きな開口数を有する対物レ
ンズに適応し得る分光機能を具える照明光学系となる。
また、この照明光学系は、放射光のように波長が連続す
る光を用いる場合に不要な波長の光を遮断できるので、
試料に入射する光の量を減少させることができ、試料の
損傷を軽減することができる。

【００３８】また、本発明の顕微鏡は、図１の原理図に
示すように、上記照明光学系のピンホール５を通過した
光を斜入射鏡コンデンサ４により試料７に収束し（その
際、焦点を合わせる必要がないのは言うまでもない）、
試料７を通過した光を対物レンズ８によって結像する際
に、対物レンズとして、対物ゾーンプレートまたは斜入
射鏡を用いているので、例えば直径を大きくしたゾーン
プレート３を経てビーム２が斜入射鏡コンデンサ４を通
過したときの開口数を、対物レンズ８の開口数以下に調
整することができ、光源１からのビーム２を有効に利用
することができる。また、その場合、対物ゾーンプレー
ト８の開口数を最外郭線幅最小値δｎ₂にすることがで
きるので、高い解像力が得られる。

【００３９】さらに、上記顕微鏡において、前記ゾーン
プレートおよび前記対物レンズが、上記条件式（９）、
（10）、（11）で規定される条件に応じて相対的位置関
係を光軸方向に調整されるように構成するのが好まし
く、その顕微鏡においては、上記顕微鏡の作用効果は勿
論、対物レンズ固定時に照明光学系のゾーンプレートを
光軸方向に移動することにより観察に用いる光の波長を
種々の波長に変更することができ、任意の波長での試料
観察が可能になる作用効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学系およびそれを用いた顕微鏡
の原理図である。

【図２】本発明の照明光学系の実施例の構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の顕微鏡の実施例の構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の顕微鏡の他の実施例の構成を示す図で
ある。

【図５】従来技術を説明するための図である。

【図６】従来技術を説明するための図である。

【図７】従来技術を説明するための図である。

【図８】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ 放射光源（ＳＲ光源） １３ ゾーンプレート １４ 点光源（二次光源） １５ ピンホール １６ 遮光板 １７ 斜入射鏡（斜入射鏡コンデンサ） １８ 試料 １９ 対物レンズ（対物ゾーンプレート） ２０ 光検出器 ２１ 光源（レーザプラズマ光源） ２２ ゾーンプレート ２３ ピンホール ２４ 遮光板 ２５ 斜入射鏡（斜入射鏡コンデンサ） ２６ 試料 ２７ 対物レンズ（斜入射鏡；ウォルタ光学系） ２８ 光検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光を集光して点
   光源を形成するゾーンプレートと、前記ゾーンプレート
   により形成される点光源の直後に設けられたピンホール
   と、前記ピンホールを通過した光を試料に照射する斜入
   射鏡とを具えて成ることを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】 光源と、前記光源からの光を集光して点
   光源を形成するゾーンプレートと、前記ゾーンプレート
   により形成される点光源の直後に設けられたピンホール
   と、前記ピンホールを通過した光を試料に照射する斜入
   射鏡と、前記試料を通過した光を結像する対物レンズと
   しての対物ゾーンプレートまたは斜入射鏡とを具えて成
   ることを特徴とする顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記ゾーンプレートおよび前記対物レン
   ズが、条件式 【数１】 ｆ１＝Ｃ１／λ ただし、ｆ１；ゾーンプレートの焦点距離、Ｃ１；ゾーンプ レートの焦点距離を規定する定数、λ；観察に用いる光の波長 −（１） 【数２】 ｆ２＝Ｃ２／λ ただし、ｆ２；対物レンズの焦点距離、Ｃ２；対物レンズの 焦点距離を規定する定数 −（２） 【数３】 で規定される条件に応じて相対的位置関係を光軸方向に
   調整されるように構成したことを特徴とする、請求項２
   記載の顕微鏡。