TW200538758A - Laser-light-concentrating optical system - Google Patents

Description

200538758 玫、發明說明： |[考务明戶斤腐 技術領域 本毛明係關於-種雷射聚光光學系統，其係使雷射光 5聚光於介質中之不同部分者。 此外，本案發明係關於一種光學系統，其係可於入射 到光學系統之光曈面内之光量及光量分布呈固定下改變光 源位置者本&明特別是有關於—種可聚光於介質中之深 度不同部分的最佳光學系統，或是關於一種適於改變聚光 10 位置之光學系統。 本案發明係以日本特願2004-132996號及特願 2004-132994號為基礎申請案並吸收有其等之内容。 I[先前技名餘;j 背景技術 15 迄今，雖有欲聚光至介質中之深度不同部分的需求， 但在聚光之同時將引起產生曲面像差。舉例言之，在生物 領域中’欲製作顯微鏡標本時，一般來說，幾乎都是將1 料置於載玻片上再蓋上蓋玻片密封，而製成附有蓋玻片之 標本’但以顯微鏡觀察盖玻片厚度不同之標本時，將產生 20 前述之曲面像差。此外，LCD用之玻璃亦有厚度不均者 欲穿過基板進行觀察時亦將發生曲面像差。再者，若曲φ 像差量在不同厚度間相異，亦有聚光性能發生變彳匕（劣、化^ 之問題。 因此’迄今為了在修正曲面像差以抑制聚光性能變化 5 200538758 之同4旎聚光到前述之厚度相異部分，已採用了各種技術。 其中’舉例來說，已知有將厚度不同之平行平板玻璃 以可裝卸自如之方式配置在接物透鏡等之聚光光學系統前 端的技術。 5 另舉例5之，亦已知有一種顯微鏡用之附調節輪接物 透見，、在七率4〇倍程度、開口數NA(Numerical Aperture) 為〇·93之超廣視野範圍内可使各種像差校正良好，且亦少 因盍玻片厚度變化引起性能劣化(如參照專利文獻1)。 再者，亦已知有一種光學系統，其可使合成焦點距離 10無限大(No P〇wer Lens)之曲面像差校正光學系統朝光轴方 向移動而修正曲面像差（如參照專利文獻2)。 另外，更已知有一種顯微鏡裝置，如第32圖所示般， 係於接物透鏡250與光源251之間配置曲面像差校正透鏡 252，再使該曲面像差校正透鏡乃2沿光軸移動，藉此修正 15 曲面像差（如參照專利文獻3)。 【專利文獻1】日本特開平5_119263號公報（第丨圖等）。 【專利文獻2】日本特開2〇〇3_175497號公報（第i圖等）。 【專利文獻3】日本特開2〇〇1-83428號公報（第丄圖等）。 C發明内容3 2〇 發明之揭示 發明所欲解決之課題 然而，前述之曲面像差校正技術中，利用平行平板玻 璃者將因平行平板玻璃之傾斜等導致甚大之性能劣化。因 此，固持平行平板之框架需要高精度，且平行平板固定於 6 200538758 框架時亦須高精度’故而甚為價昂。此外，在微小之 WD(Work Distance)中必須手動進行交換，這是非常費工之 作業。且更是難以進行持續變化。 另外，该專利文獻1之调節輪接物透鏡具高精度，因此 甚為價昂而難以謀求低成本化。再者，其亦難以依聚光位 置自動調節曲面像差，而不易因應自動化。 此外，該專利文獻2之光學系統中，合成焦點距離係以

無限大之透鏡進行修正，因此，即使已修正過曲面像差， 聚光位置亦不發生變化。若欲聚光到介質中相異之部分， K) WD必定發生變化，卯在定值以下無法進行像差校正。另， 其除擴束器之外亦須有曲面像差校正光學系統，結構複雜 且零件數量增加，而難以低成本化。 15 20 力"寻刊文獻3之顯微鏡裝置係如第32圖所示，係藉 著使曲面像差;^正透鏡252朝光軸方向移動而可進行曲面 像差之b正’但隨著曲面像差校正透鏡况之移動，入射到 接物透鏡250之光束徑將發生變化。 、窃心即光束之廣度發生變化。因此，將如第33圖所示， 光里毛生又化’且標本面上之亮度出現變化。於此，在具 有料^機構時，可檢測影像之亮度並依亮度使光源功 率發^變化。如此雖可藉由在影像側控制亮度以使亮度保 持口疋’但部具有裝置結構變為複雜等問題。 ^ 卜光目里面内具有光量分布時，光量分布亦有發生 、交化之虞。因此種光量分布之變化，而有聚光性能隨之產 生變化之問題。再者，因係依據來自影像取得機構之電性 7 200538758 #號來移動曲面像差校正透鏡 ，而甚為耗時。 另一方面’在進行觀察之際，欲變更焦點位置時，一 般而言係採用使載置有標本之活動台（Stage)朝光軸方向移 動或使光學系統朝光軸方向移動之結構。 5 然而，載置於活動台之標本亦有12英吋晶圓等大型物 件，若要高精度地移動位置就不得不使裝置大型化。此外， 欲使光學线本身移動時，難㈣度良好地使其移動。 本案發明係#於前述事態者，第i目的即在於提供一種 雷射聚光光學系統，其結構簡單且無須多耗工程 10曲面像差校正。 進订 此外，本發明之第2目的在於提供一種光學系統，复杜 構間早且無須多耗工程即可在使光量分布呈固定之前提下 進行曲面像差板正。另，除該第2目的以外，本發明之 亦在於提供一種可藉簡單結構即可使聚光位置變化之光風 15 糸欲。 予 解決課題之手段 為達成前述第1目的，本案發明係採用下述手段。 P本^ $之雷射聚光光學系統係設有 係射出雷射光者； / 耵九源， 20 „ k九先子糸統，係設於該雷射光源鱼介 貝之間，並於使雷射光聚光到該介質中之同時，使來自、I =點之光再次聚光；及，雷射發散點移動: :雷射光料之該介_折射㈣及從該介料 =位置間的輯’使該f射先之雷射發散點的位置可^ 雷射光之光軸上移動者。 /D Μ 8 200538758 若依該雷射聚光光學系統，則從雷射光源射 光將藉由聚光光學系統而於聚光到介質中之同時 點進行光之再次聚光，独光檢測諸測已再度^光之 光。此時，雷射光將以發散光狀態入射至聚光光學=统。 5換言之’在以發散光狀態從雷射光源射出或以平行 態從雷射光源射出後，透過各種透鏡等光學系統轉換成發 散光狀f再入射至聚光光學系統。如此，以雷射光成為發 散光狀悲之位置(點)作為發散點。此外，使雷射光聚光時， 係依用以聚光之該介質的折射率以及從該介質表面至聚光 10位置間的距離，而透過雷射發散點移動機構使該雷射發散 點與光檢測器之位置沿雷射光之光轴上移動，因此，即使 令雷射光聚光到介質中深度不同之部位，亦可在各個位置 ^極力抑制曲面像差之發生量。故而可使雷射光有效地聚 光至所而之介質深度’進而謀求提高聚光性能。 15 I 因可極力抑制曲面像差之發生量，而可使像差較 v之光再:欠聚光而獲得正確_察影像。因此可高精度地 進行介質中之觀察。 特別是因僅使雷射發散點移動，而無須如習知者般耗 費工程而可容易地進行曲面像差校正。此外，無須設置如 20習知之調節輪接物透鏡般之等特殊光學系統，故可於追求 、-構簡化之同時謀求低成本彳卜另，因僅使雷射發散點移 動，容易進行連續變動且易於因應自動化。 亦可设有-掃描機構，該掃描機構可使該雷射光朝相 對於該聚光光學系統之光轴呈垂直之方向進行掃描。 9 200538758 此時，雷射光亦可藉掃描機構來進行掃描，故無須移 動介質側即可跨介質之整體領域進行觀察。 該雷射發散點移動機構可按預先測得之該聚光光學系 統之波陣面數據而設定雷射發散點之位置。 5 此時，因雷射發散點移動機構係考量預先測得之聚光 光學系統之波陣面數據，如構成聚光光學系統一部分之接 物透鏡的波陣面數據及聚光光學系統整體的波陣面數據而 設定雷射發散點之位置，故可更加提高雷射光之聚光性能 以及觀察性能。 10 亦可與該聚光光學系統聯合設置一觀察光學系統，該 觀察光學系統係使該聚光光學系統下面至介質表面間之距 離維持在預定距離者，且該觀察光學系統設有自動聚焦檢 測機構或自動聚焦機構。 此時，可藉觀察光學系統使聚光光學系統之下面（接物 15 透鏡之下面）至介質表面間之距離維持在預定距離，而可於 如聚光光學系統與介質之水平方向的相對移動（即，進行掃 描）時，使自介質表面起之深度控制在所需深度。 該聚光光學系統與該介質表面之光軸方向的相對距離 亦可呈固定。 20 此時，即使在用以使雷射光聚光之介質深度變化時， 構成聚光光學系統一部分之接物透鏡與介質表面之光軸方 向的相對距離，即WD(Woirk Distance)係設定成定值，故除 可使裝置結構簡化外，可同時提高觀察速度。 此外，為達成前述第2目的，本發明係採用下述手段。 10 200538758 /即，本發明之光學系統之第1樣態係設有：射出機構， 係使光束以平行光輪_出者；聚光光料統，

10 使該光束聚光者；第丨透鏡群，係配設於·出機構 :光學系統間之該光束中，並可沿該光束之光轴二t 且係由1片以上之透鏡所構成者；第2透鏡群，係 定狀態配設於該第m鏡群與該聚光光料姻之該 中’且係由1片以上之透鏡所構成者；及移動機構，係 =束聚光之位置__，使該第丨透麟移動者=該 、兄群之後側：!、點位置係至少配置於該聚光光學系統 之入射光瞳(enti*anee pupil)位置附近。 … 右依忒光學系統，則藉射出機構而以平行 鏡群及第一自折射後二: 朝光轴方：此時，透過移動機構使第1透鏡群 15 動，可使光源位置朝光軸方向移動。亦即，

置者使第1 口透鏡群移動’可改變從第2透鏡群看來之光源位 可又更從该聚光光學系統看來之實質光源位

If 1^1 因入射至第1透鏡群之光束呈平行光束狀態，而 可使瞳面内之止旦\ ‘ 九里y布呈固定。因此，可抑制聚光性能之 Μ炫苓照第11圖具體說明如下。如第11圖所示，第1透鏡 夕透1 兄群)係配置於平行光束中，即使在該第1透鏡沿光軸 、動可若入射至第1透鏡之光線至光軸之距離⑻固定，則 第1透鏡後之光線角度(q)將不會發生變化(平行）。該等 角度不、交化（平行）之光線將聚光於第2透鏡（第2透鏡群）之 11 200538758 後側焦面上的1點（必定通過）。因第2透鏡之後側焦點位置與 聚光光學系統之入射光瞳位置係配置成一致，故而入射到 第1透鏡之平行光束將不反應第1透鏡的位置而在聚光光學 系統之入射光瞳位置保持相同光束徑，而可不被排除地在 5 聚光光學系統内聚光。 意即，可依至欲聚光位置之距離使第丨透鏡群移動，藉 此使聚光光學系統之聚光位置朝光軸方向移動。再者，入 射至聚光光學系統之光束徑將不因第2透鏡群而發生變 化，因此，可令習知之聚光位置光量變化及光瞳面内之光 10 量分布變化大致為0。 此外，於第11圖中，雖可使第2透鏡（第2透鏡群)之後側 焦點位置與聚光光學系統之入射光瞳位置一致，藉此使聚 光位置上之光量變化與光瞳面内之光量分布變化大致為 0 ’但使2個位置相互位於附近（即，使第2透鏡之後側焦點 15至少配置在聚光光學系統之入射光曈位置附近）亦可獲得 同等效果。茲參照第12圖而更具體說明如下。 如第12圖所示，令第2透鏡（第2透鏡群)之後側焦點位置 與聚光光學系統之入射光曈位置間之偏差量為dl、第2透鏡 之焦點位置為f2、第1透鏡（第丨透鏡群)移動時入射到聚光光 20學系統之光束徑的變動率（以第2透鏡之後側焦點位置之光 束徑為基準）為X%，則可表示如下·· x=100x(dlxd)/(f22)。 若改寫上式，即成為dl=(f22)/dx(x/l〇〇)。 於此，在第2透鏡之後側焦點位置與聚光光學系統之入 12 200538758 射光瞳位置-致時’ duo。亦即，即使第遵鏡移動，入、 至聚光光學系統之光束徑亦不發生變化(x=0)。 入射 配置成此種狀態為最佳，但可令化心奶己， 保光束徑之變動率χ$20(±ι0%以下）。 而確 5 15 20 更可顿仏㈤/^以使光束徑之變動率^^⑺出％ 以下）。 〜 更宜令dlS0.06xf22/ci，以过# , + 3%以下）。 叫保光束徑之變動率…(± 10 更 再者，因可贼第崎鏡群移較可進行辆、 ―，而無須如習知般使聚光光學系統或活動台等^

向移動。因此，可謀求結構之簡化，無須錄卫程即可I 易地進行曲面像差校正。此外，由於不需如習知^ 物透鏡等般設置特殊光學㈣，從此點看來亦 ^ 簡化及低成本化。 口為、、、。構 該聚光光學系統係使該光束聚光至介質中，且 機構可依用以聚光之該介質的折射率及從介質表面至 ^ 位置間之距離而使該第丨透鏡群移動。 來尤 :=，因移動機構係依用以聚光之該介質的 幻,貝表面至聚光位置間之距離 及 除可更正確地使光束從介質表面聚^弟1透叙群移動，故 抑制曲面像差之發生量。因此，=所欲深度’亦可更 ^ 圖媒聚光性能之提高。 =射出機構亦可設有-用以射出雷射㈣射^ 亦可如用具有該光學系統之光學鎳夾 ’、 令該第1透鏡群與第2透鏡群之聚焦，距離為|f|時’該移 13 200538758 動機構可使該第1透鏡群移動至滿足下式之位置： l/|f|<0.(U 〇 令該第2透鏡群之焦點距離為f2時，該第2透鏡群可滿 足下式： 5 f 2 > 0。 令該第1透鏡群之焦點距離為fl且該第2透鏡群之焦點 距離為f2時，該第1透鏡群與該第2透鏡蛘可滿足下述式： fl<0 且 l$|f2/fl|$5。 令該第1透鏡群之焦點距離為fl且該第2透鏡群之焦點 10距離為f2時，該第1透鏡群與該第2透鏡群可滿足下述式： 衍>0且0.5$的/£2丨$2。 此外’本發明之光學系統之第2樣態係設有：雷射光 源，係用以射出雷射光者；平行光束機構，係使由該雷射 光源射出之該雷射光之光束成為平行光束者；聚光光學系 15統，係使該平行光束狀態之該雷射光於介質中聚光，同時 使來自聚光點之光再次聚光者；掃描機構，係使該介質中 之聚光點可朝相對該雷射光之光軸方向呈垂直之方向掃描 者；光檢測器，係配置於與該雷射光源共軛之位置，並檢 測透過該聚光光學系統而再度聚光之光者；第1透鏡群，係 2〇配設於該平行光束機構與該聚光光學系統間之該平行光束 中，並可沿該光束之光軸方向移動，且係由丨片以上之透鏡 所構成者；第2透鏡群，係以固定狀態配設於該第1透鏡群 與該聚光光學系統間之該平行光束中，I係由一片以上之 透鏡所構成者；及移動機構，係依使該雷射光聚光之該介 200538758 貝的折射率以及由介質表面至欲聚光之位置間的距離，使 該第1透鏡群移動者；且’該第2透鏡群之後側焦點位置係 至少配置於該聚光光學系統之人射光瞳位置附近。 若依該光學系統，則自雷射光源射出之雷射光係藉平 5订光束機構轉換為平行光束而入射至第j透鏡群，再各於兮 第m鏡群與第2透鏡群折㈣，於藉聚光光料統聚光^ 介質中之同時再次被聚光，而被光檢測器檢測出。此時， 藉移動機構使幻透鏡朝光軸方向移動，可使光源位置朝光 轴方向移動。即，可藉著使第i透鏡移動而變更從第2透鏡 10群看來之光源位置，且更可變更從該聚光光學系統看來之 之實質光源位置。藉此，可依介質中之深度而極力抑制曲 面像差。 此外，入射到第m鏡群之光束呈平行光束狀態，因 此，即便使第1透鏡群朝光軸方向移動而於各位置上使光束 15 折射，亦可使光束以同樣的折射角射出。 此外’因第2透鏡群之後_、點位置係至少配置於聚光 光學系統之入射光瞳位置附近，故而入射到第2透鏡之光可 確實地被聚光光學系統聚心於此，使第i透鏡群:至欲聚 光位置間之距離移動，可藉此變更入射到第2透鏡群的位 2〇置’而可極力抑制所需聚光點上之曲面像差發生量。此外， 藉著第2透鏡群，可使光束不產生變化地確實入射至聚光光 學系統，而可抑制習知之光量變化及光晴面内光量布變 化。換言之，於令聚光光學系統之入射光量固定之同時， 可使光瞳面内之光量分布隨之固定，而可抑制亮度或聚光 15 200538758 性能發生變化。因此可抑制聚光性能之變化。 如前述’因可極力抑制曲面像差之發生量，而可將像 差車父少之光再次聚光而獲得正確的觀察像。故而可高精度 地進行介質中之觀察。此外，可藉掃描機構進行聚光點之 5掃描’故可跨介質之整體領域進行觀察。 更因可僅移動第1透鏡群而進行光源位置之變更，而無 需如習知般移動聚光光學系統及活動台等。因此，可謀求 結構之簡化’無須多耗工程即可容易地於進行曲面像差校 正之同時進行介質中之觀察。此外，由於不需如習知調節 10輪接物透鏡等般設置特殊光學系統，從此點看來亦可圖謀 結構簡化及低成本化。 δ亥掃描機構可為電流計鏡(galVan〇jneter他⑽）。 本發明之光學系統之第3樣態係係設有：雷射光源，係 用以射出雷射光者；平行光束機構，係使由該雷射光源射 15出之該雷射光之光束成為平行光束者；聚光光學系統，係 使該平行光束狀態之該雷射光於介質中聚光，同時使來自 聚光點之光再次聚光者；光檢測器，係配置於與該雷射光 源共軛之位置，並檢測透過該聚光光學系統而再度聚光之 光者；第1透鏡群，係配設於該平行光束機構與該聚光光學 20系統間之該平行光束中，並可沿該光束之光轴方向移動: 且係由1片以上之透鏡所構成者；第2透鏡群，係以固定狀 悲配設於該第1透鏡群與該聚光光學系統間之該平行光束 中，且係由-片以上之透鏡所構成者·，及移動機構 使該雷射光聚光之該介質的折射率以及由介質表面至欲^ 16 200538758 光之位置間的距離，使該第1读 私、， 便以1透^鮮移動者；且，該第2透 學系統之入射 病之後側焦點位置係至少配置於該聚光光 光曈位置附近。 者 該第1透鏡群與第2透鏡群亦可為可從光 路中自由插拔 «亥♦光光學糸統與該介質表面 丨貝衣甶之先軸方向的相對距離 可呈固定。

此外，本發明之像差校正光學系統之第】樣態係一使來 川夕光源之光束聚光之光學系統’且排他性地將滿足下式之 夕數透鏡配置成可於光路中自由插拔者，即： 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ； 然而， d:聚光光料統之人射光瞳位置至多數透鏡之距離； 1 :聚光光學系統之入射光瞳位置至光源位置之距離； 15 f :多數透鏡之焦點位置； NA :光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數广 a:聚光光學系統之入射光曈徑。 鬌 此外，本發明之雷射掃描光學系統之第1;^ 下式之多數透鏡配置於收束/發散光學系統中 20中自由插拔者； 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ；然而， 態係將滿足 而可於光路 d:聚光光學系統之入射光曈位置至多數透# ^ 1:聚光光學系統之入射光瞳位置至光源“π 不1立置之距離； 17 200538758 f:多數透鏡之焦點位置； NA :光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數 a :聚光光學系統之入射光瞳經。 此外，本發明之雷射掃描顯微鏡可具有上述之雷射掃 5 描光學系統。 -另’本案發明之光學鎳夾套組的第丨樣態係將滿足下式 之多數透鏡配置於收束/發散光學系統中而可於光路中自 由插拔者： _ 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ； 10 然而， d·聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距離； 1 · ?κ光光學系統之入射光瞳位置至光源位置之距離； f :多數透鏡之焦點位置； NA :光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）； 15 a •聚光光學系統之入射光瞳徑。 此外，本案發明之像差校正光學系統之第2樣態係一包 • 含用以射出平行光束之光源及用以使平行光束聚光之光學 系統的聚光光學系統，且係排他性地將滿足下式之多數透 鏡配置成可於光路中自由插拔者； 20 b(M)/f=：a 然而， b :來自光源之平行光束徑； d:聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距離； f:多數透鏡之焦點位置； 18 200538758 a:聚光光學系統之人射光瞳徑。 另’本啦明之雷射掃描光學 將滿足下狀多_排他性地 b(f-d)/f=a 中自由插拔者； 然而 b:來自光源之平行光束徑； ==:一多數一 a:聚光光學系統之人射光瞳徑。 10 15 20 多數=二=之光學錦失組係排他性地將滿足下式之 數透置切於祕巾自由插拔者； b(f-d)/f=a 然而， b:來自光源之平行光束徑； d:聚光光學㈣之人射切位置至多數 f:多數透鏡之焦點位置； 之距離’ a:聚光光學系統之人射光瞳徑。 發明之效果 若依本發明之聚光光學系統 構可依《光之介點移動機 距離而使雷射發散點 直間的 Φτ /α雷射先之光軸上移動，故可於介質 中不同深度之各個位w卜榀七4 、；|貝 上極力抑制曲面像差之發生量。 此，可使雷射光有效率妯取古= 里 u 旱也♦先至所需之介質深度，進而可 楗鬲聚光性能。此外，因 τ u了將像差較少之光再次聚光 19 200538758 得正麵觀察像，而可高精度地進行介質中之觀察。特別 是，因可僅移動雷射發散點，因此無須如習知般多耗工程， 除可容易地於進行曲面像差校正外，並無需如設置特殊之 光學系統，因此可結構簡化及低成本化。 5 此外，若依本發明之光學系統，則使第1透鏡群依至欲 聚光位置間之距離移動，藉此變更入射到第2透鏡群的位 置，亦即，改變從聚光光學系統看來之實質光源位置，而 可極力抑制所需聚光點上之曲面像差發生量。此外，藉著 後側焦點位置與聚光光學系統之入射光瞳位置一致的第2 1〇透鏡群，可使入射至聚光光學系統之光束徑不發生變化， 而可抑制習知之光量變化及光瞳面内光量分布變化。因 此’可抑制聚光性能之變化。 更者’因僅使第1透鏡群移動即可進行光源位置之變 更’而可使結構簡化，無須多耗工程即可容易地進行曲面 15像差校正。 圖式簡單說明 第1圖係一結構圖，用以顯示本發明第1實施形態之雷 射聚光光學系統。 第2圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 2〇 本面照射深度不同之位置進行觀察時的流程圖之一例。 第3圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 本面照射深度不同位置之狀態者，（a)圖係照射從標本面起 5〇μηι之位置，（b)圖係照射從標本面起75μπι之位置，（c)圖 係、知、射從標本面起1 ΟΟμιη之位置。 20 200538758 第4圖係顯示將聚光光學系統之波陣面數據列入考慮 而以相同雷射聚光光學系統照射雷射光時之流程圖。 第5圖係一結構圖，用以顯示本發明第2實施形態之雷 射聚光光學系統。 5 第6圖係一結構圖，用以顯示本發明之雷射聚光光學系 統之其他例。 第7圖係一結構圖，用以顯示本發明之第3實施形態之 雷射聚光光學系統。 # 第8圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 10 本面照射深度不同之位置進行觀察時的流程圖之一例。 第9圖係顯示本發明之第4實施形態之雷射聚光光學系 統者，且係使雷射光從標本面照射深度不同之位置進行觀 察時的流程圖之一例。 第10圖係用以顯示依第9圖所示流程圖使雷射光從標 15 本面照射到深度不同位置之狀態者，（a)圖係照射從標本面 起50μιη之位置，（b)圖係照射從標本面起75μιη之位置，（c) ® 圖係照射從標本面起ΙΟΟμιη之位置。 第11圖係用以說明本發明之光學系統之作用效果者， ' 且顯示第1透鏡、第2透鏡與聚光光學系統之位置關係。 20 第12圖係顯示同一聚光光學系統之入射光瞳位置與第 2透鏡之後側焦點位置間之關係者。 第13圖係一顯示本發明第5實施形態之光學系統之結 構圖。 第14圖係藉同一光學系統使光束聚光到所欲位置時之 21 200538758 流程圖之一例。 第15(a)〜15(c)圖係已於本發明第5實施形態之光學系 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 第16圖係顯示本發明第6實施形態之結構圖。 5 第17圖係顯示本發明第7實施形態之結構圖。 第18(a)〜18(c)圖係已於本發明第7實施形態之光學系 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 第19(a)〜19(c)圖係一顯示本發明光學系統之第8實施 形態之結構圖。 10 第20圖係一顯示本發明光學系統之第9實施形態之結 構圖。 第21圖係藉同一光學系統使光束聚光到所欲位置時之 流程圖之一例。 第22(a)〜22(c)圖係已於本發明第9實施形態之光學系 15 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 第23圖係一顯示本發明光學系統之第10實施形態之結 構圖。 第24圖係顯示藉同一光學系統使雷射光從介質表面聚 光到深度不同之位置的狀態者，（a)圖係照射從表面起50μπι 20 之位置，（b)圖係照射從表面起75μιη之位置，（c)圖係照射從 表面起ΙΟΟμπι之位置。 第25圖係顯示同一光學系統之變形例者，該變形例係 採用平面電流計鏡之光學系統之一例。 第26圖係顯示將本發明之光學系統用於光學鎳夾組光 22 200538758 學系統之一例。 第27圖係顯示一在發散光束中配設多數個可自由插拔 之凸透鏡的光學系統者。 第28圖係顯示一在收束光束中配設多數個可自由插拔 5 之凸透鏡的光學系統者。 第29圖係顯示一在收束光束中配設多數個可自由插拔 之凹透鏡的光學系統者。 第30圖係顯示一光學系統，該光學系統係以凸透鏡將 平行光束轉換成收束光，並於該收束光中設置多數個可自 10 由插拔之凹透鏡者。 第31圖係顯示一於第23圖之光學系統中組合多數個可 自由插拔之凹透鏡的光學系統者。 第32圖係用以說明習知之曲面像差校正者，且顯示出 可使曲面像差校正透鏡朝光軸移動之光學系統的一例。 15 第33圖係一用以顯示因第32圖之光學系統而使入射光 瞳位置之光量發生變化的狀態者。 I；實施方式3 實施本發明之最佳形態 茲參照第1圖至第3圖，將本發明第1實施形態之雷射聚 20 光光學系統說明如下。 本發明之雷射聚光光學系統1係如第1圖所示，係設 有：雷射光源2，係使雷射光L以發散光狀態（非平行光束狀 態）射出者；聚光光學系統4，係配置於該雷射光源2與標本 (介質）3之間，且於使雷射光束L聚光至標本中之同時使來 23 200538758 自聚光點之光再次聚光者；光檢測器5(針孔檢測器），係配 置於與該雷射光源2共軛之位置，並透過針孔 測藉該聚光光學系統4而再度聚光之光者；雷射發散點移動 機構，係依使雷射光L聚光之標本3的折射率以及標本面"(標 5本之表面）3至欲聚光之位置間的距離，使雷射光[之雷射發 散點6之位置，~雷射光源2之位置可沿雷射紅之光轴上移 動者；針孔檢測器移動機構，係用以使針孔5八與光檢測哭$ 相對於已移動之雷射發散點6為共輛之位置；掃描機構 係使雷射光L可朝相對於聚光光學系統4呈直交之方向（水 10平方向、XY方向）掃描者。 此外，標本3係載置於可朝χγ方向移動之活動台（圖中 未示）上。 15 20 Χ 3 ”、夕動機構係與控制部連接，係藉接受來 πΓΓΓ信號而使雷射光源2移動，而使雷射發散點可 _控制部動機構係與控制_^ 位置。此外# _相對雷射發編呈共輛之 及，可依自該CrT可!，資訊之輸入部; 光源2之移動之各輸人貞SfL(輸人數據)計算雷射 射發散點移動:構:其::而可依計算結果_ 行雷身另ί光ϋΤΓ制雷射發散點移動機構外，亦同時進 射光L射出、。制’而於f射光發散點6移動結束後使雷 别述永先光學系統4係設有：半反射鏡川，係使從雷射 24 200538758 光源2射出之雷射光L反射成光軸方向變更90度者；成像透 鏡11，係使被該半反射鏡10反射之雷射光L成為概略平行光 者；第1電流計鏡12，係以不同角度使雷射光L反射成可朝 與標本面3a平行之方向（X方向）掃描者；第1光瞳中繼光學 5系統13，係使經該第1電流計鏡12反射之雷射光L得以中繼 者；第2電流計鏡14，係以不同角度使通過該第1光瞳中繼 光學系統13之雷射光L反射成朝與標本面3a呈水平之其他 方向（Y方向）掃描者；第2光瞳中繼光學系統15，係使經該 第2電流計鏡14反射之雷射光L得以中繼者；及，接物透鏡 10 16，係於使通過該第2光瞳中繼光學系統15之雷射光L聚光 至標本内之同時，使來自聚光點之光再次聚光者。 前述第1電流計鏡12及第2電流計鏡14係於各自之中心 位置上具有係配置成朝向相互直交之方向的旋轉軸1 、 14a，且係構成為在該旋轉軸i2a、14a之軸旋上的預定角度 15 範圍内振動。藉由該振動，而可如前述般以不同角度反射 雷射光L。意即，該二電流計鏡12、14係作為前述掃描機構 7發揮機能。此外，該二電流計鏡12、14係以控制部控制其 振動。 前述針孔5 A及光檢測器5係配置於半反射鏡1〇之後 20側’並藉由受控制部控制之針孔檢測器移動機構，而可與 雷射光源2之移動同步朝光軸方向移動。 藉由構成如前述之雷射聚光光學糸統1，觀察自標本面 3a起深度不同之位置，並對此加以說明。此外，舉例言之， 於本實施形態中，係針對由標本面3a起50μιη、75μιη、1()()μπι 25 200538758 之位置進行觀察時加以說明。 首先，觀察從標本面3a起深度50μπι之位置時，係如第 2圖所示，對控制部之輸入部輸入標本3之折射率、從標本 面3a至欲聚光位置之距離（即5〇μπι)及聚光光學系統4之開 5 口數NA(Numerical Aperture)(步驟S1)。計算部係依該輸入 數據而算出雷射發散點6之移動量（即雷射光源2之移動量） 以及接物透鏡16下面至標本面3a之距離（即WD值）（步驟 S 2)。计鼻結束後，控制部係依計鼻結果進行控制，使雷射 發散點移動機構朝雷射光L之光軸方向移動，並使接物透鏡 10 16與標本面3a間之距離(WD: Work Distance)變化（步驟S3)。 雷射光源2移動及WD變化結束後，控制部將信號送至 雷射光源2而使雷射光L射出（步驟S4)。射出之雷射光l以半 反射鏡1 〇反射後’精成像透鏡11成為概略平行光而入射至 第1電流計鏡12。接著，藉第1電流計鏡12，朝向標本面3a 15 之X方向而以不同角度被反射。被反射出之雷射光L係透過 第1光瞳中繼光學系統13而以第2電流計鏡14朝標本面3a之 Y方向以不同角度被反射。被反射出之雷射光L再透過第2 光瞳中繼光學系統15入射至接物透鏡16。接著，如第3(a) 圖所示，透過接物透鏡16聚光至標本面3a起50μηι之距離。 20 此時，如前述，係因應50μιη之深度調整雷射光源2之 位置（即雷射發散點6之位置），因此可極力抑制深度5〇pm& 置之曲面像差發生量，而可有效地使雷射光聚光到該位置。 此外，來自該聚光點之光係透過接物透鏡16而再次被 聚光，通過前述光路並透過針孔5A而以光檢測器檢測出。 26 200538758 即’以接物透鏡16再她聚光之光係依序進行：通過第2光 瞳中繼光學系統15、藉第2電流計鏡14反射、通過幻光曈 中繼光學系統13、藉第1電流計鏡12反射、通過成像透鏡11 及穿透半反射鏡1〇後，透過針孔5A而藉光檢測器被檢測 5出。此外，藉接物透鏡16而再次被聚光之光係以2個電流計 鏡反射成係通過與雷射光L所經光路相同之光路。 如珂述，因係以極力抑制曲面像差發生量之狀態下使 雷射光聚光至聚光點（從標本面起深度5〇μιη之位置），而可 藉光檢測5獲得誤差更少之觀察像。因此，可進行高精度 10之觀察。特別是，針孔5Α及光檢測器5係與雷射光源2之移 動同步朝光輛方向移動，而可藉共焦點效果獲得對比良好 之聚光點觀察像。 此外因係使雷射光藉兩電流計鏡12、14而朝向標本 面3a之水平方向（χγ)方向掃描，可跨視野範圍整體進行觀 15察。此4，無須觸動標本3側（活動台側）便可跨視野整體進 行掃描。 其次，進行標本面3a起深度75μηι或1〇0μιη位置之觀察 時，與前述情況相同，對輸入部輸入標本3之折射率、從標 本面3a至欲聚光位置之距離(75μιη或1〇〇μηι)及聚光光學系 20統4之ΝΑ。計算部計算結束後，控制部係依計算結果進行 控制，使雷射光源2朝雷射光l之光軸方向移動，並使雷射 光源2移動至預定位置。之後，使雷射光L射出，並藉聚光 光學系統4使雷射光L聚光至標本面3a起乃帅幻卿以之位 置，並使來自聚光狀錢次聚光，透過収細以光檢 27 200538758 測為5進行檢剛。 此日守’與前述者相同，因係因應75^瓜或1〇〇μιη之深度 而私動田射光源2並調整雷射發散點6之位置，而可於每-位置上極力抑制曲面像差之發生量，而如第3(b)、3(c)圖所 7 使辑射光L有效地聚光至75μιη或ΙΟΟμιη之位置聚光 點。進而可獲得誤差更少之觀察像。

如4述’若依本實施形態之雷射聚光光學系統丨，則使 雷射光聚光到自標本面3a起不同深度(卿⑺、75叫、ι〇〇㈣ 日守，可依私本3之折射率及標本面3a至欲聚光位 置間之距 1〇離、藉田射發散點移動機構使雷射光源2,即雷射發散點6 沿光軸上移動，極力抑制曲面像差發生量，進而可以最適 於各種冰度之狀喊雷射光[有效聚光。因此，即使自標本 面3a起之，度改變，亦可於各位置上獲得誤差較少之觀察 像而可问精度地觀察標本3。此外，針孔Μ及光檢測器$ 係”田射光源2之移動同步朝光轴方向移動，而可藉共焦點 效果獲得對比良好之聚光點觀察像。 此外’因係呈現_僅使雷射絲2移動之結構，而無須 如習知者般多耗卫程而可容易地進行曲面像差之修正。此 20 外因…』白么之调節輪接物透鏡等特殊之光學系統，除 可圖、”°構@化外’亦可低成本化。再者，因僅使光源2移動， 而可容易地連續進行變動，且易於因應自動化。 另，於前述第1y 錢轭形恶中，係對輸入部輸入標本3之 折射率、從標本面％至欲聚光位置之距離及聚光光學系統4 之NA來❹雷射光源2之位置，但輸人數據並不限於上述 28 200538758 者，舉例言之，除該等輸入數據外，更可輸入聚光光學系 統4預先測定之波陣面數據，再計算雷射光源2之位置。 意即，如第4圖所示，對輸入部輸入各種數據（前述步 驟S1)時，係輸入標本3之折射率、從標本面3a至欲聚光位 5 置之距離、聚光光學系統4之NA及聚光光學系統4之波陣面 數據。 藉此’可高精度地進行曲面像差校正，使雷射光L之聚 光性能更提高，藉此獲得誤差更少之觀察像。 此外，舉例言之，聚光光學系統4之波陣面數據可為構 10 成聚光光學糸統4一部分之接物透鏡16的波陣面數據，亦可 利用聚光光學系統4之整體波陣面數據。 此外，前述第1實施形態中，針孔5A及光檢測器5係藉 著針孔檢測器移動機構而可移動，但亦可構成為僅使針孔 5A移動至相對於雷射發散點6為共輛之位置。 15 其次，參照第5圖說明本發明第2實施形態之雷射聚光 光學系統。另，於此第2實施形態中，與第丨實施形態之構 成要件相同的部分係賦予與相同的元件編號，並省略其說 明。此外，該第5圖中，為使圖之内容更明瞭，而省略業已 於第1圖中顯示之針孔檢測器移動機構、雷射發散點移動機 20 構及控制機構之圖示。 第2實施形態與第1實施形態之相異點在於：第1實施形 態係以雷射發散點移動機構使雷射光源2移動，藉此調整雷 射發散點6之位置；而第2實施形態之雷射聚光光學系統2田〇 則ίτ、以雷射發散點移動機構使雷射光源2、半反射鏡川、針 29 200538758 孔5A與光檢測器5作整體移動，藉以調整雷射發散點之位 置。 藉由此種結構，除可使雷射發散點之位置容易移動 外，並可無須使針孔5A與光檢測器5與雷射光源2之移動同 5步。因此，結構可更為簡單而可圖低成本化。 此外，雷射發散點之移動方法並不限於前述第丨及第2 貝鉍形怨，舉例來說，即使如第6圖所示之聚光光學系統25 般使雷射發散點6移動亦無妨（於此圖中，為使圖式内容更 為明瞭，而省略雷射發散點移動機構及控制機構）。意即， 10可構成為·於半反射鏡10與成像透鏡11間配設第1鏡26及第 2鏡27 ’以使穿透半反射鏡10之雷射光L反射成光軸各以90 度為單位 變化，而可藉二鏡26、27使雷射光L之出射方 向變更180度’並藉雷射發散點移動機構使二鏡26、27整體 地朝雷射光L之光軸方向移動。此外，亦可使用反射面為相 15對之臺形稜鏡取代二鏡26、27。 | 藉如此結構，可無須變更雷射光源2、針孔5A及光檢測 器5之位置’而容易地移動雷射發散點6之位置，進而可圖 結構之更簡化。 此外’前述雷射聚光光學系統25係設有平面電流計鏡 20 28。該平面電流計鏡28係具有與前述第1實施形態之第1電 流計鏡12與第2電流計鏡14之旋轉軸12a、14a朝相同方向的 2個旋轉軸28a、28b，且在該等旋轉轴28a、28b之軸旋上於 預定角度範圍内平面性地振動。亦即，平面電流計鏡28係 作為掃描機構發揮機能。 30 200538758 如上述’即使從無須如第丨實施形態般設置電流計鏡及 光曈中繼光學系統各二之觀點看來，亦可於結構更簡易化 之同時達到低成本化。 接著’蒼照第7圖及第8圖說明本發明第3實施形態之雷 5射聚光光學系統如下。此外，於此第3實施形態中，與第2 實施形態之構成要件相同的部分係賦予與相同的元件編 號，並省略其說明。 第3貝靶形悲與第2實施形態之相異點在於··第2實施形 態係使掃描無涉於接物透鏡16與標本面如間 之距離而進 10行；第3實施形態則係以接物透鏡16與標本面33間之距離維 持在一定的狀態下進行掃描。 思即’本貫施形態之雷射聚光光學系統3〇係如第7圖所 不，係與聚光光學系統4聯合設置者，其設有聚光光學系統 4，即，使接物透鏡16下面至標本面如間之距離維持預定距 15離之觀察光學系統31。此外，該觀察光學系統η係具有自 動聚焦機構。 μ 該觀察光學系統31設有：光源32,係照射出呈直線偏 光之半導體雷射光L，者；第1透鏡Μ，係使自該光源32照射 出之半導體雷射光L，成為平行光者；偏光分光器34,係與 該第1透鏡33鄰接配置者；第2透鏡35，係使穿透該偏光^ 光，34之半導體雷射光L，收束及發散者；第3透鏡36，係使 已藉該第2透鏡35發散之半導體雷射光L，成為聚光光學系 統I6之光瞳直徑大小的平行光者；1M波長板π，係使穿透 該第3透鏡之半導體雷射光L，之偏光成為圓偏光者，·分光鏡 31 200538758 (Dichroic Mirr〇r)38，係使穿過該1/4波長板37之半導體雷射 光L’反射成光軸方向改變90度而入射至聚光光學系統16 者；第4透鏡40，係使再次穿透1/4波長板37而被該偏光分 光器34反射之來自接物透鏡16的返回光入射至柱狀透鏡 5 (CylindricalLens)39者；以及光電二極體4卜係配置於柱狀 透鏡39之後側者。 前述偏光分光器34除使直線偏光中（如與入射面平行 且係振動成分之P成分）的直線偏光狀之光穿透外，並具有 可使係與入射面垂直且係振動成分之5成份的光反射之機 10能。此外，控制部係基於藉前述光電二極體41而受光之檢 測信號將活動台作反餽控制，使活動台朝垂直方向（光袖方 向）移動。即，使其呈自動聚焦。藉此，可使半導體雷射光 L’之焦點經常聚合在標本面％上。 以前述結構之雷射聚光光學系統30進行掃描時，對控 15制部之輸入部輸入標本3之折料、從標本面知至欲聚光位 置之距離及ΛΚ光光學系統3〇之開口數NA(步驟Μ)。計算部 係依1請入數據而算出雷射發散點之移動量（即雷射光源2 之移動量)(步驟S2)及自動聚焦之偏移量（步驟S8)。 其—人，攸光源32照射直線偏光之半導體雷射光L，。被 2〇照狀半導體雷射光L，藉第1透鏡33成為平行光後，入射到 偏光刀光& 34 °接著’成為與人射面平行且麵動成分之P 刀的直線偏光之光，再藉第2透鏡％收束後，成為發散狀 悲°之後’已呈發散之光係藉第3透鏡36而再次成為平行 光並入射到I/4波長板37。此外，此時平行光係呈現與接 32 200538758 物透鏡16相應之光束寬度。穿透1/4波長板而呈圓偏光之半 導體雷射光L’係受到分光鏡38反射而入射到接物透鏡16。 而入射到接物透鏡16之光則照明到標本面3a。 接著，被標本面3a反射之光以接物透鏡16聚光後，被 5 分光鏡38反射而入射到1/4波長板37，成為與入射面垂直且 為振動成分之S成分偏光。該光穿透第3透鏡36及第2透鏡35 後，入射到偏光分光器34而朝第4透鏡40被反射。之後，藉 第4透鏡40收束後，穿透柱狀透鏡39而於光電二極體41上成 像。該成像之光作光電轉換後，作為檢測信號被送至控制 10部（步驟S5)。該控制部係按照計算求出之偏移量及送來之檢 測信號進行計算（步驟S6)，更使活動台朝船垂方向（光軸方 向）移動（步驟S7)。即，自動地進行聚焦，並使雷射光聚光 到所需深度，故而可使接物透鏡16與標本面如間之距離控 制在適切狀態。 15 20 藉此，可使接物透鏡16與標本面如間之距離經常維持 在固疋距離地進订掃描。因此，即使活動台出現些許彎曲 或活動台移動發生或多或少的誤差，亦可使雷射壯正確地 聚光到所需深度。故而可在更正確地控制標本面如起之聚 光位置的同時進行掃描，而更高精度地觀察標本3。 士此外，在進行两述掃描之際，欲變更雷射光匕之聚光位 才° ;事~進仃自動聚焦之偏移量計算(步驟S8)後再進 =描二例言之，以聚光物，深度之狀態下進行掃 適狀-Γ光二5(W木度進行掃描時’需變更WD值至最 ，^定最適值。隨著該WD值之變更，亦產生 33 200538758 使自動聚焦僅偏移預定量之必要。換言之，藉著叶瞀自動 聚焦之偏移量，可修正WD值。接著，於進行:移後:即可 如同前述般進行不同深度之掃描。 其次’參照第9及10圖說明本發明第4實施形態之雷射 5聚光光學系統。此外，於此第4實施形態中，與第3實施形 態之構成要件相同的部分係賦予與相同的元件編號，並省 略其說明。 第3實施形態與第2實施形態之相異點在於··第3實施形 態中，接物透鏡16與標本面3a之光軸方向的相對距離（即 10 WD)並未固定，而第4實施形態中之WD係呈固定。 即，預先設定活動台及接物透鏡之光軸方向上的位置 後，設定成使兩者之位置經常維持在同樣位置。換言之， 如第9圖所示，對輸入部輸入各種數據(上述步驟時，輸 入WD值除外之數據，即，標本3之折射率、從標本面^至 15欲聚光位置之距離及聚光光學系統4之NA等數據。 如此一來，如第10圖所示，於令WD固定之狀態下，藉 著雷射發散點移動機構而僅使雷射發散點沿光轴移動，因 此’於將自動聚焦之偏移量作初期設定後，T無須再次計 算偏移量。故而可縮短偏移所需時間，提高產出量 2〇 (thr〇UghpUt)。此外，亦可減少因進行偏移而產生之自動聚 焦之精度劣化。 另外’本發明之技術範圍並不限於上述實施形態，餘 未逸脫本發明旨趣之範圍内，亦可加上各種變化。 舉例來說’前述各實施形態中係使雷射光聚光至標本 34 200538758 内，但不僅限於標本，¥ 4々先至介質中亦可。此外，雖令欲 水光之距離為5〇μπι、η μ /祚，但並不限於該等距 離而可任思设疋。另，雖係移動活動台以使接物透鏡與 標本面間之光軸方向的相對距離發生變化，但亦不限於 5此例士口可利用壓電制動器aCtuat〇〇等使接物透鏡 移動而使相對距離變化。 此外，雖構造成藉著控制部來自動控制雷射發散點移 動機構，但亦可依控制部之計算結果，以各種方法使雷射 發散點移動機構動作而移動雷射發散點之位置。 1〇 此外，前述第3實施形態所說明之觀察光學系統僅為一 例示，若可使接物透鏡之下面至標本面之距離維持在預定 距離，亦可組合透鏡等各光學系統進行構成。 茲參照第13及14圖說明本發明第5實施形態之光學系 統。 15 本實施形態之光學系統101係如第13圖所示，設有：射 出機構，係使光束L以平行光束狀態射出者（圖中未示）；聚 光光學系統103，係具有用以使光束L聚光之接物透鏡1〇2 ; 弟1透鏡（弟1透鏡群）104 ’係配設於射出機構與接物透鏡1 〇2 間之光束中’且可沿光束L之光軸方向移動者；第2透鏡（第 20 2透鏡群）1〇5，係以固定狀態配設於該第丨透鏡1〇4與接物透 鏡102間之光束中；及，移動機構106，係依至欲使光束l 聚光之位置間的距離，使該第1透鏡104移動者。 該第1透鏡104係一雙凹透鏡，並固定在一圖中未示之 框上。該移動機構106係與透鏡框連接，並透過該透鏡框使 35 200538758 第1透叙ι〇4可移動。此外，移動機構應係與圖中未示之控 制。P連接彳接叉來自該控制部之信號而動作。 該控制部係設有：輸人部，係可輸入預定 資訊者；及， 計=部，係按該輪入部所輸入之各輸入數據(輸入數據)計算 «亥第1透U4之移動量者，且該控制部係構造成可依計算 結果使移動機構106移動預定量。此外，控制部除控制移動 機構106外，亦同時進行設出機構之控制，以使光束[在^ 透鏡104移動結束後射出。 此外’該第2透鏡1〇5為凸透鏡，係配置成平面側朝向 10第1透鏡104側’即’使凸面側朝向接物透鏡1〇2側且後側焦 點位置在接物透鏡102之入射光瞳位置之至少附近的位置 上。 藉著前述結構之光學系統1〇1，針對欲使光束]1聚光時 之狀態加以說明。 15 首先’如第14圖所示，對控制部之輸入部輸入基準位 置到欲使光束L聚光之聚光點間的移動量（步驟S1A)。計算 部再依該輸入數據計算移動機構1〇6之移動量（步驟S2A)。 計算結束後，控制部依計算結果使移動機構1〇6朝光束L之 光軸移動，並使第1透鏡1〇4移動到預定位置（步驟S3A)。 20 第1透鏡104移動結束後，控制部將信號送至射出機 構’並使光束L射出。被射出之光束l以平行光束狀態在第i 透鏡104折射而成為發散光狀態，再入射到第2透鏡1〇5。 即，藉著移動第1透鏡104來改變光軸方向中之光束L的發散 點位置。成為發散光之光束L藉第2透鏡105再次折射後，入 36 200538758 射到接物透鏡102並聚光至所需位置（步驟S4A)。

接著，欲使光束L聚光到與前述聚光點不同之位置上 日^，與別述相同地將基準位置至新聚光點間之移動量輸入 到輸入部。控制部係按計算部的計算結果使移動機構丨〇6動 5作，而使第1透鏡1〇4沿光軸方向移動。藉此，從射出機構 射出之光束L在與前述位置不同的位置上折射成為發散光 狀態，再入射到第2透鏡1〇5。此時，因光束L係以平行光束 狀態入射到第1透鏡104，故而可無涉第1透鏡104之位置而 經常以同樣角度折射，再入射到第2透鏡105。因此，光束L 1〇係以光曈面内之光量及光量分布相同的狀態下藉接物透鏡 102而聚光。 如前述，若依本實施形態之光學系統101，則可藉著移 動第1透鏡104來變更光束l之發散點位置，即，進行實質光 源位置之變更，且可於光瞳面内之光量及光量分布固定下 15將♦光點麦更到所需位置，並極力抑制該位置（各聚光點） 上發生曲面像差。 此外，因係構造成僅使第1透鏡104移動，除結構簡易 而低成本化外’並可無須多耗工程。 於此，將已於前述第5實施形態說明之第丨透鏡及第2 20鏡之更具體構成例示於第15圖。此外，各透鏡係設定如表卜 此外’於表1中’ R為透鏡之曲率半徑，d為透鏡厚度或 空氣間隔，η為折射率。 37 200538758 面數 R d 1 -10 1 2 〇〇 間隔dl 3 〇〇 2 4 -30 【表1】 η 1.50619 1.50619 物點位置〇〇(使平行光束入射） 從最終面透鏡至入射光曈之距離=593 27.519 37.519 47.519 -351.25 ⑺ 351.25 間隔dl 從聚光光Μ狀人射光雜置看麵光源位置 第1透鏡的焦點距離fl _198

第2透鏡的焦點距離β 接著’參照第16圖說明本發明第6實施形態之光學系 統。此外，該第6實施形態中，與第5實施形態中之構成要 5件相同的部分係賦予相同之元件編號，並省略其說明。 第6實施形態與第5實施形態之相異點在於：第5實施形 態中，第1透鏡104為雙凹透鏡；相對於此，第6實施形態之 光學系統中，第1透鏡104為凸透鏡，且配置成其平面側係 朝向第2透鏡105側。 10 本實施形態亦與第1實施形態相同，以平行光束狀態入 射之光束L係無涉於第1透鏡104之位置而經常以相同角度 折射後入射到第2透鏡105。因此，本實施形態可達成與第5 實施形態相同之作用效果。 接著，參照第17圖說明本發明之第7實施形態。此外， 15 該第7實施形態中，與第6實施形態中之構成要件相同的部 分係賦予相同之元件編號，並省略其說明。 第7實施形態與第6實施形態之相異點在於··第6實施形 38 200538758 悲中’第2透鏡群係由1片凸透鏡（即第2透鏡105)所構成，相 對於此，第7實施形態之第2透鏡群11〇則係由2片透鏡111、 112構成。 意即，本實施形態之第2透鏡群110係如第17圖所示， 5由配置在第1透鏡群之凸透鏡104側的雙凹透鏡111及鄰接 該雙凹透鏡111配置的雙凸透鏡112所構成。此外，該第2透 鏡群11〇整體之後側焦點位置係位於接物透鏡1〇2之入射光 瞳位置附近。 本實施形態之光學系統可達成與第2實施形態相同之 10作用，此外，因可使第2透鏡群110與接物透鏡102之間隔（距 離)較大，而可於其間配置其他觀察系統等，更提高設計上 的自由度。 茲將已於前述第3實施形態說明之第1透鏡及第2透鏡 群之更具體結構例示於第18圖。此外，各透鏡係設定成如 15表2所示。 另，於表2中，R為透鏡之曲率半徑，d為透鏡厚度或空 氣間隔，η為折射率。 39 200538758 【表2】 面數 1 2 3 4 5 6 R d η 20.2477 2 1.50619 00 間隔d2 41 9178 1 1.50619 00 12.983 00 2 1.50619 -12.2735 位置°°(使平行光束入射） 從最終面透鏡至入射光瞳之距離=65.44 間隔d2 53.97 63.97 〇〇 160

從聚光光學系統之入射光瞳位置看來的光源位置 = 第1透鏡的焦點距離订 40 第2透鏡的焦點距離^2 40 如前述表2及第IS圖所示，可將第2透鏡群構造成凹透 鏡、凸透鏡，藉此可使從第2透鏡群之最終面透鏡至第2透 5鏡群之後側焦點位置間之距離較第2透鏡群之焦點距離 40mm更大。 其次，芩照第19圖，將本發明第8實施形態之光學系統 說明如下。此外，該第8實施形態中，與第5實施形態之構 成要件相同的部分係賦予相同之元件編號，並省略其說明。 10 第8實施形態與第5實施形態之相異點在於：第5實施形 態之第1透鏡群係由1片雙凹透鏡（即第1透鏡1〇4)所構成，相 對來說，第8實施形態之第1透鏡群115則係由2片透鏡116、 1Π構成。 即，本實施形態之第1透鏡群115係如第19圖所示，係 15 由一將凸部朝射出機構側配置之凸透鏡116及鄰接該凸透 鏡116而配置之雙凹透鏡117所構成者。此外，本實施形態 40 200538758 之第2透鏡群係由1片雙凸透鏡118構成者。 本實施形態亦與第5實施形態相同，以平行光束狀態入 射之光束L係無涉於該第1透鏡群115之位置而經常以相同 角度折射後入射到第2透鏡⑽，而達成與第1實施形態相同 5 之效果。 更者，若令2片透鏡116、117所構成之第i透鏡群ιΐ5的 合成焦點距離為fH片雙凸透鏡118之焦點距離為f2，則可 令|fl|=|f2|，藉此可在入射到接物透鏡1〇2之入射光瞳的光束 徑與入射到第1透鏡群115之光束徑相等之狀態下，達到與 10第5實施形態相同之效果。 接著，芩照第20及21圖說明本發明第9實施形態之光學 系統。此外，該第9實施形態中，與第5實施形態之構成要 件相同的部分係賦予相同之元件編號，並省略其說明。 第9貫施形悲與第5實施形態之相異點在於··第5實施形 〜、係僅使光束LI光到所需之位置上，相對於此，第9實施 形態之光學系統係使光束L聚光至從介質（標本)八表面起不 同之深度處。 即，本實施形態之光學系統中，接物透鏡1〇2使光束L 聚光到介質中，而移動機構1〇6則按照欲聚光之介質A的折 2〇射率以及介質表面至欲聚光位置間的距離，使第丨透鏡 1G4(第1透鏡群)移動。 按照此種結構之光學系統，針對欲使光束L聚光到從介 質A表面起深度不同之位置時的狀態說明如下。 首先，如第21所示，對控制部之輸入部輸入介質A之折 41 200538758 射率、介質表面起至欲聚光位置間的距離（如50μηι)以及聚 光光學系統103之ΝΑ(步驟S5A)。 計异部再依該輸入數據算出第1透鏡1〇4之移動量（步 驟S6A)。計算結束後，控制部按照計算結果使移動機構1〇6 5朝光軸方向移動，而使第1透鏡104之位置移動到預定位置 (步驟S7A)。 第1透鏡104移動結束後，控制部使呈平行光束狀態之 光束L從射出機構射出。藉此，光束L係以極力抑制曲面像 差發生量之狀態聚光到介質Α表面起之所需位置（步驟8Α)。 10 如前述，因係使第1透鏡1〇4按照輸入到輸入部之距離 移動而使光束L聚光，故可使光束L於更抑制曲面像差發生 量之狀態聚光到所需深度，進而提高聚光性能。 於此，兹將已於前述第9實施形態說明之第1透鏡群及 第2透鏡群之更具體結構例示於第22圖。另，各透鏡係設定 15 如表3。 於表3中，R為透鏡之曲率半徑，d為透鏡厚度或空氣間 隔，η為折射率。 42 200538758 【表3】 面數 R d η 1 20.2477 2 1.50619 2 〇〇 間隔d2 3 -11.9178 1 1.50619 4 〇〇 12.983 5 6 〇〇 -12.2735 2 1.50619 物點位置〇〇(使平行光束入射） 從最終面透鏡至入射光瞳之距離=65.44 間隔 d2 43.97 5. 從聚光光學系統之入射光瞳位置看來的光源位置 -160 *97 63·97 00 160 第1透鏡的焦點距離fl 40 第2透鏡的焦點距離f2 40 如上述表3及第22圖所示，係使第1透鏡群為凸透鏡、 凹透鏡之結構，並使第1透鏡群之合成焦點距離Fl== 4〇，如 5 此一來，其絕對值即與第2透鏡群之合成焦點距離？2=4〇之 絕對值相等。藉著此種結構，光束將不致於聚光到第丨透鏡 群及第2透鏡群之近邊，可使入射到第1透鏡群之入射光束 徑與第2透鏡之後側焦點位置上的光束徑大約同程度。 其次，參照第23圖說明本發明第10實施形態之光學系 10 統。此外，該第10實施形態中，與第9實施形態之構成要件 相同的部分係賦予相同之元件編號，並省略其說明。 第10實施形態與第9實施形態之相異點在於：第9實施 形態之光學系統係僅使光束L聚光至從介質（標本)A表面起 深度不同之位置，相對於此，第10實施形態之光學系統則 15 除使雷射光L’聚光到介質A表面起之深度不同處外，並再次 進行聚光以進行觀察。 43 200538758 + 心之田射先學糸統（光學系統）120係設

有·雷射光源121，係用以你+ 6丄，A . μ用乂使运射光射出者；成像透鏡（平 2束機構m2，係使從該雷射光源121射出之雷射光l，之 束成為平彳T光束者；聚光光學純123，係㈣使平行光

狀紅雷射紅，聚朗介質巾，同時使來自聚光點 之光再-人聚光者;掃描機構124，係可使介質，之聚光點朝 =對於雷射光L，之光軸呈垂直之方向(水平方向、χγ方向） 掃描者及光仏測益⑵，係設於與雷射光源⑵共概之 位置上’並檢測出藉聚光光學系統123而再次Μ之光者。 1〇 $，介質Α係載置於可朝ΧΥ方向移動之活動台（圖中未 示）上此外帛23圖係將光學系統整體描繪於2次元平面 内，但實際上’ Ρ部⑽中所示虛線部份)係構造成相對於紙 面呈垂直的狀態。 别述聚光光學系統123係設有：半反射鏡126，係使從 15雷射光源121射出之雷射光L’反射成光軸方向變更9〇度 者，成像透鏡122’係使藉該半反射鏡126而反射之雷射光1， 呈平行光束狀悲並成像者，第1電流計鏡127，係以不同角 度反射雷射光L’，使其可朝與介質Α表面成水平之方向（χ 方向）掃描者；第1光瞳中繼光學系統128，係用以使業經該 20第1電流計鏡127反射之雷射光L中繼者；第2電流計鏡129， 係以不同角度反射已通過第1光曈中繼光學系統128之雷射 光L，，使其朝與介質Α表面成平行之其他方向（Υ方向）掃描 者；第2光瞳中繼光學系統130,係用以使經該第2電流計鏡 129反射之雷射光L’中繼者；及，接物透鏡102，係使通過 44 200538758 該第2光瞳中繼光學糸統130之雷射光L’聚光到介質中，並 使來自聚光點之光再次聚光者。 該第1電流計鏡127及第2電流計鏡129各於其中心位置 設有互朝直交方向配置之旋轉軸127a、129a，且構造成該 5 旋轉軸127a、129a之軸旋係於預定角度範圍内振動者。藉 由該振動，可使雷射光L’如上述般以不同角度反射。此外， 藉著兩電流計鏡127、129之組合，可使雷射光l，朝與聚光 光學系統123之光軸方向直交之方向（XY方向）掃描。即，該 等電流計鏡127、129係作為前述之掃描機構發揮功能。此 10 外，兩電流計鏡127、129係以控制部控制其振動（動作）。 另外，前述光檢測器125係配設在半反射鏡126之後側。 再者，本實施形態之第1透鏡群係由1片係雙凸透鏡之 第1透鏡104所構成，且配設於成像透鏡122與第1電流計鏡 127之間，可於平行光束中沿光軸方向移動。此外，第2透 15 鏡群係由1片係雙凸透鏡之第2透鏡105構成者，係配置於第 1透鏡104與第1電流計鏡127間之平行光束中，且後側焦點 位置係位於聚光光學系統123整體之入設光瞳附近。 按照此種結構之雷射光學系統120，針對觀察介質a表 面起深度不同之位置的情況說明如下。此外，本實施型態 20中，係如第24圖所示，舉例言之，針對觀察介質a表面起 50μιη、75μπι及ΙΟΟμπι之狀況加以說明。 首先，如第24圖所示，觀察介質Α表面起深度5〇μΐη之 位置時，對控制部之輸入部輸入介質Α之折射率、從介質a 表面至欲聚光位置間之距離（即5〇μιη)、聚光光學系統之να 45 200538758 以及接物透鏡102與介質A表面間之距離（即WD值）。計算部 再依該輸入數據算出第1透鏡104之移動量。計算結束後， 控制部按照計算結果使移動機構1〇6朝光軸方向移動，而使 第1透鏡104之位置移動到預定位置。 5 第1透鏡1〇4移動結束後，控制部將信號送至雷射光源 121使雷射光L’射出。射出之雷射光L’於半反射鏡126反射 後，藉成像透鏡122成為平行光束狀態，再入射到配置在預 定位置上的第1透鏡104。接著，藉第1透鏡1〇4折射成收束 光狀態後，以第2透鏡105再次折射而入射到第1電流計鏡 10 127。接著，藉該第1電流計鏡127，以不同角度朝介質A表 面之X方向反射。被反射之雷射光L，係透過第2光瞳中繼光 學系統128而藉第2電流計鏡129以不同角度朝介質A表面之 Y方向反射。被反射之雷射光L，係透過第2光瞳中繼光學系 統130入射到接物透鏡1〇2。接著，如第24(a)圖所示，藉接 15物透鏡1〇2而聚光至介質表面起50μιη之位置。 此時，如前述般，因已按50μηι之深度來變更第1透鏡 104之位置’即實質光源位置（收束點之位置），而可極力抑 制深度50μιη位置之曲面像差發生量，使雷射光l，效率良好 地聚光到該位置上。 20 此外，來自該聚光點之光將藉接物透鏡102而再次聚 光’並通過與前述相反之光路，而以光檢測器125檢測出。 即，藉接物透鏡102再次聚光之光係依序進行：通過第2光 瞳中繼光學系統130、藉第2電流計鏡129反射、通過第1光 瞳中繼光學系統128、藉第1電流計鏡127反射、通過第2透 46 200538758 鏡105及第1透鏡1〇4、通過成像透鏡122及穿透半反射鏡1〇 後izt過針孔而藉光檢測器125被檢測出。此外，藉接物透 鏡102而再次被聚光之光係以2個電流計鏡127、129反射成 係通過與雷射光L，所經光路相同之光路。 5 如前述，因係以極力抑制曲面像差發生量之狀態下使 雷射光L’聚光至聚光點（從標本面起深度50μιη之位置），而 可藉光檢測器125獲得誤差更少之觀察像。因此，可進行高 精度之觀察。 此外’因係使雷射光L，藉兩電流計鏡127、129而朝向 10標本Α表面之水平方向（χγ)方向掃描，故可跨介質a之整體 表面領域，而可容易地進行廣範圍之觀察。此時，無須觸 動介質側（活動台側）便可跨介質A之整體進行掃描。 接著’進行介質A表面起深度75μιη或ΙΟΟμπι位置之觀 察時，與如述情況相同，對輸入部輸入介質Α之折射率、從 15介質A表面至欲聚光位置之距離(75μιη或ΙΟΟμπι)及聚光光 學系統123之ΝΑ以及WD值。計算部計算結束後，控制部係 依計算結果進行控制，使移動機構1〇6朝光軸方向移動，並 使第1透鏡104之位置移動至預定位置。之後，使雷射光L， 射出’並藉聚光光學系統123使雷射光L，聚光至介質A表面 20起75μΓη41〇〇μη之位置，使來自聚光點之光再次聚光，而 以光檢測器125進行檢測。 此時，與前述者相同，因應75μιη或ΙΟΟμπι之深度而移 動第1透鏡104並調整發散點之位置，故而可於每一位置上 極力抑制曲面像差之發生量，而如第24(b)、24(c)圖所示， 47 200538758 可使雷射光L’有效地聚光至75(1111或100(1111之位置聚光點。 進而可獲得誤差更少之高精度觀察像。 此外，使WD值變化時，舉例言之，係使活動台朝光軸 方向移動以調整WD。 5 如前述’若依本實施形態之雷射光學系統120，則使雷 射光L’聚光到自介質a表面起之不同深度(5〇μπι、75μιη、 ΙΟΟμιη)時’可依介質a之折射率及介質a表面至欲聚光位置 間之距離，藉移動機構1〇6使第1透鏡1〇4，即發散點6沿光 軸上移動，而極力抑制曲面像差發生量，進而可以最適於 10各種深度之狀態使雷射光L，有效聚光。因此，即使自介質A 表面起之深度改變，亦可於各位置上獲得誤差較少之觀察 像，而可高精度地觀察介質A。 此外，前述第10實施形態係採用第丨電流計鏡127及第2 電流計鏡129作為掃描機構124,但並不限於此，舉例言之， 15 如第25圖所示，亦可採用平面電流計鏡135作為掃描機構 124。該平面電流計鏡135具有與第1電流計鏡127及第2電流 計鏡129之旋轉軸127a、129a朝向相同方向的兩個旋轉轴 135a、135b，且係構造成該等旋轉軸135a、1351)之軸旋係 於預定角度範圍内作平面性地振動。 20 藉此，可無須如前述第1〇實施形態般地設置電流計鏡 及光瞳中繼光學系統各2個，而更可圖結構之簡易化及低成 本化。 此外，本發明之技術範圍並不限於上述第5〜1〇實施形 態，於未逸脫本發明旨趣之範圍内，可施加各種變化。 48 200538758 例如，第1透鏡群與第2透鏡群可如第5實施形態般僅以 1片透鏡構成，亦可如第7及第8實施形態般以1片以上的透 鏡構成。此外，各透鏡並未對其種類（如凸透鏡、凹透鏡及 雙凸透鏡)作限制，可自由加以組合設計。 5 特別是，於前述第5〜10實施形態中，可設定移動機構 使第1透鏡群移動成滿足下式： l/|f|<0.0 卜 此外，|f|為第1透鏡群與第2透鏡群之合成焦點距離。 如此可具有無焦（afocal)部分。 1〇 另，前述第5〜川實施形態中，可將第2透鏡群設定成滿 足下式： f2>0 〇 且f2為第2透鏡群之焦點距離。 聚光光學系統之入射光瞳位置多在聚光光學系統内， 15但可將第2透鏡群設定成正屈光度（凸透鏡），藉此即使聚光 光學系統之入射光瞳存在於光學系統内，亦可使第2透鏡群 之後側焦點位置與聚光光學系統之入射光瞳位置一致。 此外，前述第5〜1〇實施形態中，可將第1透鏡群及第2 透鏡群設定成滿足下式： 2〇 fl<0且 l$|f2/fl|$5。 此外，fl為該第1透鏡群之焦點距離，f2為該第2透鏡群 之焦點距離。 可使第1透鏡群為負屈光度（凹透鏡)且第2透鏡群為正 屈光度（凸透鏡），以使結構小型化。此外，因l$f2/fl，而 49 200538758 可簡單地構成第1透於 、兄f。因此，不僅價廉亦可抑制性能劣 化。此外，因丨f2/fl|〈 为 ’而可使光學系統小型化。 卜士則述，第1透鏡群及第2透鏡群之設定並不僅 限於Π < 〇、1 $ 丨 < : ~ 4 = 5，舉例來說，前述第5〜1〇實 態可設定成滿足下式： 只她开/ fl>〇，且0.5^|f1/f2|^2。

藉此’可使兩透鏡群之焦點位置呈現正的焦點距離， 而可僅藉單狀結構而以近等倍率地進行中繼。 此外’則述第5〜1〇實施形態雖係構造成藉著控制部來 1〇自動控制移動機構，但亦可依控制部之計算結果使移動機 構動作，進而移動第丨透鏡群之位置。 此外，亦可如第26圖所示，將本發明之光學系統採用 在光鎳夾光學系統中。此時，因可抑制曲面像差發生量， 例如，可更高精度地捕捉水中之微小物體。 15 更者，亦可以第27圖所示之像差校正光學系統進行曲 面像差校正。即，像差校正光學系統係一用以將來自光源 (未圖示）之光束L聚光的光學系統，且係排他性地將滿足下 式之多數透鏡141、142、143配置成可於光路中自由插拔者： 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa。 20 此外，前述d為從包含接物透鏡之聚光光學系統的入射 光瞳位置至多數透鏡141、142、143之距離；前述1為從聚 光光學系統144之入射光曈位置至光源位置間之距離；前述 f為多數透鏡141、142、143之焦點位置；前述να為光源之 NA(從聚光透鏡看來之NA);且前述a為聚光光學系統丨44之 50 200538758 前述多數透鏡 入射光瞳徑。此外，光束L呈發散光狀態 141、142、143為凸透鏡。 &月·!逑結構之像差校正光學系統i4 〇即使在發散光源狀 態下欲觀察（聚光)介質中之深度不同部位時，亦可於光量固 5定且瞳面内之光量分布固定下，進行曲面像差發生量業已 受到抑制之觀察。此外，無須如習知者般組合調節輪接物 透鏡等之高價接物透鏡，亦無須交換厚度不同之玻璃等。

此外於上述之第27圖所示像差校正光學系統14〇中， 係於發散光束中配設係凸透鏡之多數透鏡141、142、143， 10但亦可如第28圖所示，將多數透鏡^卜M2、M3配設在收 束光束中。此時’僅須使多數透鏡14ι、142、143為凹透鏡 即可。 再者，可如第29圖所示，將係凹透鏡之多數透鏡141、 142、143配設於平行光束中。 15 更可如第30圖所示，先以凸透鏡145使平行光束轉換為 收束光後，再配設多數透鏡141、142、143。 另外，更如第31圖所示，將前述像差校正光學系統140 與第10實施形態之雷射光學系統組合使用。此外，多數透 鏡141、142、143係藉透鏡插拔機構146而構造成可插拔自 20 如者。 即使結構如上述，亦可達到與第10實施形態相同之效 果。 此外，本發明更包含下述各者。 [附記項1] 51 200538758 一種光學系統，係設有：射出機構，係使光束以平行 光束狀悲射出者；聚光光學系統，係用以使該光束聚光者； 第1透鏡群，係配設於該射出機構與該聚光光學系統間之該 5光束中，並可沿該光束之光軸方向移動，且係由1片以上之 '、兄所構成者；第2透鏡群，係以固定狀態配設於該第1透 鏡群與該聚光光學系統間之該光束中，且係由一片以上之 、、見所構成者；及移動機構，係依至欲使該光束聚光之位 間的距離，使該第1透鏡群移動者；且該第2透鏡群之後 10側焦點位置係至少配置於該聚光光學系統之入射光瞳位置 附近。 [P付記項2] 具中該聚光光學系統係使該光 果聚光至介質中，且該移動機 拚> 為構係依用以聚光之該介貝的 15

20 听射率及從介質表面至聚弁 鮮移動者 先位置間之距離而使該第1透鏡 ⑽記項3] π T琢射出 即ιπ圮項1驭z之无學系統 以射出雷射光之雷射光源 付記項4] 一種光學系統，係設右·+a ^ . ,·每射光源，係用以射出雷射 叱者；平行光束機構，係使由 > ^ ^ ^ 由°亥运射光源射出之該雷射光 壯— 光+系統，係使該平行光束 , A先，同時使來自聚光點之光再 人4光者；光檢測器，係配w 己置於與該雷射光源共軛之位置， 52 200538758 $檢測透輯聚光光學I统而再度聚光之光者；第1透鏡 行光：、配°又於6亥平行光束機構與該聚光光學系統間之該平 凌束中亚可沿該光束之光軸方向移動，且係由1月以上 、/明構成者；第2透鏡群，係以固定狀態配設於該第1 以2與該聚光光學系統間之該平行光束中，且係由一片 光之汐八兄所構成者；及，移動機構，係依使該雷射光聚 “ 1貝的折射率以及由介質表面至欲聚光之位置間的 距離，使兮隹 Μ弟透鏡群移動者；且，該第2透鏡群之後側焦 點位置係$小 、夕配置於該聚光光學系統之入射光瞳位置附 0 近。 [附記項5] 15 20 光者.種光學系統，係設有：雷射光源，係用以射出雷射 ^平订光束機構’係使由該雷射光源射出之該雷射光 ^成為平仃光束者；聚光光學系統，係使該平行光束 之^射光於介質中聚光，同時使來自聚光點之光再 =水光者’掃描機構，錢該介質中之聚光點可朝相對該 雷射光，料方向呈垂直之方向掃描者；光檢測器，係配 忒田射光源共軛之位置，並檢測透過該聚光光學系 ^再度聚光之光者；第丨透鏡群，係配設於該平行 構與該聚光光㈣關之該平行光束中，並可沿該光束= 先軸方向移動，且係由^以上之透鏡所構成者 於 :::二定狀態配設於該第1透鏡群與該聚光光學系統： 之该千仃光束中，且係由m之透鏡所構成者 移動機構，係依使該雷射光聚光之該介質的折射率以及由 53 200538758 介質表面至欲聚光之位置間的距離，使該第1透鏡群移動 者；且，該第2透鏡群之後側焦點位置係至少配置於該聚光 光學系統之入射光曈位置附近。 [附記項6] 5 如附記項5之光學系統，其中該掃描機構係一電流計 鏡。 [附記項7] 如附記項4〜6中任一項之光學系統，其中該第1透鏡群 與第2透鏡群係可從光路中自由插拔。 10 [附記項8] 如附記項4〜6中任一項之光學系統，其中該聚光光學系 統與該介質表面之光軸方向的相對距離呈固定。 [附記項9] 一種光學鎳夾套組光學系統，係具有附記項1〜3中任一 15 項之光學系統者。 [附記項10] 如附記項1〜8中任一項之光學系統，其於令該第1透鏡 群與第2透鏡群之聚焦距離為|f|時，該移動機構係使該第1 透鏡群移動至滿足下式之位置·· l/|f|<〇.〇l。 20 [附記項11] 如附記項1〜8中任一項之光學系統，其於令該第2透鏡 群之焦點距離為f2時，該第2透鏡群係滿足下式：f2>0。 [附記項12] 如附記項1〜8中任一項之光學系統，其於令該第1透鏡 54 200538758 群之焦點距離為fl且該第2透鏡群之焦點距離為£2時，該第i 透鏡群與該第2透鏡群係滿足下式：fl<〇ilg|f2/flg5。 [附記項13 ] 如附記項1〜8中任一項之光學系統，其於令該第1透鏡 样之焦點距離為fl且該第2透鏡群之焦點距離為^時，該第i 透鏡群與該第2透鏡群係滿足下述式：fl>〇且〇5^丨fl/f2| $2。 [附記項14] 一種像差校正光學系統，係使來自光源之光束聚光之 光學系統，且係排他性地將滿足下式之多數透鏡配置成可 於光路中自由插拔者：2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ;然而，d :聚 光光學系統之入射光曈位置至多數透鏡之距離；丨··聚光光 學系統之入射光瞳位置至光源位置之距離；f:多數透鏡之 焦點位置，NA:光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）； a :聚光光學系統之入射光瞳徑。 [附記項15] 一種雷射掃描光學系統，係將滿足下式之多數透鏡配 |於收束/發散光學系統中而可於光路中自由插拔者： 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ;然而，d :聚光光學系統之入射光瞳 位置至多數透鏡之距離；丨：聚光光學系統之入射光瞳位置 |光源位置之距離；f:多數透鏡之焦點位置；Να :光源之 開口數(從聚光透鏡看來之開口數）；a ••聚光光學系統之入 射光瞳徑。 [附記項16] 55 200538758 一種雷射掃描顯微鏡，係具有附記項15之雷射掃描光 學系統者。 [附記項17] 一種光學鎳夾套組之光學系統，係將滿足下式之多數 5 透鏡配置於收束/發散光學系統中而可於光路中自由插拔 者：2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ;然而，d :聚光光學系統之入射 光瞳位置至多數透鏡之距離；1 ··聚光光學系統之入射光瞳 位置至光源位置之距離；f :多數透鏡之焦點位置；NA :光 源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）；a :聚光光學系統 10 之入射光曈徑。 [附記項18] 一種像差校正光學系統，係一包含用以射出平行光束 之光源及用以使平行光束聚光之光學系統的聚光光學系 統，且係排他性地將滿足下式之多數透鏡配置成可於光路 15中自由插拔者：b(f-d)/f=a ;然而，b :來自光源之平行光束 徑；d :聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距離； 多數透鏡之焦點位置；a:聚光光學系統之入射光瞳徑。 [附記項19] -種雷射掃描光學系統，係於平行光束巾排他性地將 2〇滿足下式之多數透鏡配置成可於光路中自由插拔者· b(f-d)/f=a ;然而，b :來自光源之平行光束徑；d :聚光光 學系統之入射光曈位置至多數透鏡之距離；f ••多數透鏡之 焦點位置·，a:聚光光學系統之人射光曈徑。 [附記項20] 56 200538758 下式一之係於平行光束中排他性地將滿足 下大夕數透鏡配置成可於光路中自由插 5 10 15 20 b_/f=a;然而’ b:來自光源之平行光束徑；d:聚 學糸統之人射光瞳位置至錄透鏡之距離；f:多 焦點位置；a:聚光光學系統之入射光瞳徑。 ，兄 產業上的可利用性 =依本發明之聚^學纟統，縣料發散 構，依欲聚光之介質折射率及介質表面至欲聚光位置= 使雷射發散點沿雷射光之光軸上移動，故可於= 中不同深度之各個位置上極力抑制曲面像差之發生量^ —可使田射光有效率地聚光至所需之介質深度，進而可 提同聚光性能。此外，因可將曲面像差較少之光再次聚光 而料正確的觀察像，而可高精度地進行介質中之觀察。 制疋’因僅移動雷射發散點，因此無須如習知般多耗工 秋’除可容易地於進行曲面像差校正外，並無需設置特殊 之光學系統’因此可結構簡化及低成本化。 ，此外，若依本發明之光學系統’則使第丨透鏡群依至欲 聚光位置間之距離移動，藉此變更人射到第2透鏡群的位 置亦即，改變從聚光光學系統看來之實質光源位置，而 可極力抑制所需聚光點上之曲面像絲生量。此外，藉著 後=焦點位置與聚光光學系統之人射光瞳位置-致的第2 、兄_彳使人射至聚光光學系統之光束徑不發生變化， 而可抑制習知之光量變化及光瞳面内光量分布變化。因 此，可抑制聚光性能之變化。 57 200538758 更者，因僅使第1透鏡群移動即可進行光源位置之變 更，而可使結構簡化，無須多耗工程即可容易地進行曲面 像差校正。 【圖式簡單說明3 5 第1圖係一結構圖，用以顯示本發明第1實施形態之雷 射聚光光學系統。 第2圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 本面照射深度不同之位置進行觀察時的流程圖之一例。 • 第3圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 10 本面照射深度不同位置之狀態者，（a)圖係照射從標本面起 50μιη之位置，（b)圖係照射從標本面起75μιη之位置，（c)圖 係照射從標本面起ΙΟΟμηι之位置。 第4圖係顯示將聚光光學系統之波陣面數據列入考慮 而以相同雷射聚光光學系統照射雷射光時之流程圖。 15 第5圖係一結構圖，用以顯示本發明第2實施形態之雷 射聚光光學系統。 ® 第6圖係一結構圖，用以顯示本發明之雷射聚光光學系 統之其他例。 第7圖係一結構圖，用以顯示本發明之第3實施形態之 20 雷射聚光光學系統。 第8圖係顯示藉同一雷射聚光光學系統使雷射光從標 本面照射深度不同之位置進行觀察時的流程圖之一例。 第9圖係顯示本發明之第4實施形態之雷射聚光光學系 統者，且係使雷射光從標本面照射深度不同之位置進行觀 58 200538758 察時的流程圖之一例。 第10圖係用以顯示依第9圖所示流程圖使雷射光從標 本面照射到深度不同位置之狀態者，（a)圖係照射從標本面 起50μιη之位置，（b)圖係照射從標本面起75|1111之位置，（c) 5 圖係照射從標本面起1〇〇μηι之位置。 第11圖係用以說明本發明之光學系統之作用效果者， 且顯示第1透鏡、第2透鏡與聚光光學系統之位置關係。 第12圖係顯示同一聚光光學系統之入射光曈位置與第 H 2透鏡之後側焦點位置間之關係者。 10 第13圖係一顯示本發明第5實施形態之光學系統之結 構圖。 第14圖係藉同一光學系統使光束聚光到所欲位置時之 流程圖之一例。 第15(a)〜15(c)圖係已於本發明第5實施形態之光學系 15 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 第16圖係顯示本發明第6實施形態之結構圖。 • 第17圖係顯示本發明第7實施形態之結構圖。 第18(a)〜18(c)圖係已於本發明第7實施形態之光學系 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 2〇 第19(a)〜19(c)圖係一顯示本發明光學系統之第8實施 形態之結構圖。 第20圖係一顯示本發明光學系統之第9實施形態之結 構圖。 第21圖係藉同一光學系統使光束聚光到所欲位置時之 59 200538758 流程圖之一例。 第22(a)〜22(c)圖係已於本發明第9實施形態之光學系 統中說明之第1透鏡及第2透鏡之具體結構圖。 第2 3圖係一顯示本發明光學系統之第丨〇實施形態之結 5 構圖。 第2 4圖係顯示藉同一光學系統使雷射光從介質表面聚 光到深度不同之位置的狀態者，（a)圖係照射從表面起5〇μπι % 之仅置，（b)圖係照射從表面起75μπι之位置，（c)圖係照射從 表面起ΙΟΟμπι之位置。 10 第25圖係顯示同一光學系統之變形例者，該變形例係 餘用平面電流計鏡之光學系統之一例。 第26圖係顯示將本發明之光學系統用於光學鎳失組光 予糸統之—例。 第27圖係顯示一在發散光束中配設多數個可自由插拔 15 . 〈凸透鏡的光學系統者。 ® 第28圖係顯示一在收束光束中配設多數個可自由插拔 <凸透鏡的光學系統者。 第29圖係顯示一在收束光束中配設多數個可自由插拔 凹透鏡的光學系統者。 2〇 ^ 第3〇圖係顯示一光學系統，該光學系統係以凸透鏡將 平行光束轉換成收束光，並於該收束光中設置多數個可自 由插拔之凹透鏡者。 第31圖係顯示一於第2 3圖之光學系統中組合多數個可 自由插拔之凹透鏡的光學系統者。 60 200538758 第32圖係用以說明習知之曲面像差校正者，且顯示出 可使曲面像差校正透鏡朝光軸移動之光學系統的一例。 第33圖係一用以顯示因第32圖之光學系統而使入射光 瞳位置之光量發生變化的狀態者。

【圖式之主要元件代表符號表】 A...介質 27…第2鏡 L、L’...雷射光、光束 28...平面電流計鏡 1、20、25、30...雷射聚光光學 28a、28b…旋轉軸 系統 31...觀察光學系統 2...雷射光源 32...光源 3.··標本(介質） 33...第1透鏡 4...聚光光學系統 34...偏光分光器 5...光檢測器 35...第2透鏡 5A...針孔 36...第3透鏡 6...雷射發散點 37... 1/4波長板 7...掃描機構 38...分光鏡 10…半反射鏡 39...柱狀透鏡 11...成像透鏡 40...第4透鏡 12…弟1電流計鏡 41...光電二極體 13...第1光曈中繼光學系統 101…光學系統 14...第2電流計鏡 102...接物透鏡 15...第2光曈中繼光學系統 103...聚光光學系統 16...接物透鏡 104…第1透鏡(第1透鏡群) 26…第1鏡 105…第2透鏡(第2透鏡群) 61 200538758 106···移動機構 110···第2透鏡群 111···雙凹透鏡 112···雙凸透鏡 115···第1透鏡群 116.··凸透鏡 117···雙凹透鏡 118…雙凸透鏡 120···雷射光學系統(光學系統) 121.. .雷射光源 122…成像透鏡(平行光束機構) 123.. .聚光光學系統 124…掃描機構 125.. .光檢測器 126.. .半反射鏡 127…弟1電流計鏡 127a、129a...旋轉軸 128…第1光瞳中繼光學系統 129···第2電流計鏡 130.··第2光瞳中繼光學系統 135…平面電流計鏡(掃描機構) 135a、135b...旋轉軸 140···像差校正光學系統 14卜 142、143···透鏡 144·.·聚光光學系統 145···凸透鏡 146···透鏡插拔機構 250···接物透鏡 252···曲面像差校正透鏡

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Claims (1)

1. 200538758 拾、申請專利範圍： 1. 一種雷射聚光光學系統，係設有： 雷射光源，係射出雷射光者； 聚光光學系統，係設於該雷射光源與介質之間，並 5 於使雷射光聚光到該介質中之同時，使來自聚光點之光 再次聚光；及 雷射發散點移動機構，係依用以使該雷射光聚光之 該介質的折射率以及從該介質表面至欲聚光位置的距 離，使該雷射光之雷射發散點的位置可沿該雷射光之光 10 軸上移動者。 2. 如申請專利範圍第1項之雷射聚光光學系統，其設有一 掃描機構，該掃描機構可使該雷射光朝相對於該聚光光 學系統之光軸呈垂直之方向以進行掃描。 3. 如申請專利範圍第1項之雷射聚光光學系統，其中該雷 15 射發散點移動機構係按照預先測得之該聚光光學系統 之波陣面數據而設定雷射發散點之位置者。 屯如申請專利範圍第1項之雷射聚光光學系統，其設有一 觀察光學系統，該觀察光學系統係與該聚光光學系統聯 合設置，且使該聚光光學系統下面至介質表面間之距離 20 維持在預定距離者； 且該觀察光學系統係設有自動聚焦檢測機構或自 動聚焦機構。 5.如申請專利範圍第1項之雷射聚光光學系統，其中該聚 光光學系統與該介質表面之光軸方向的相對距離呈固 63 200538758 定 6. —種光學系統，係設有： 射出機構，係使光束以平行光束狀態射出者； 聚光光學系統，係用以使該光束聚光者； 5 第1透鏡群，係配設於該射出機構與該聚光光學系 統間之該光束中，並可沿該光束之光軸方向移動，且係 由1片以上之透鏡所構成者； 弟2透鏡群’係以固定狀態配設於該第1透鏡群與今 聚光光學系統間之該光束中，且係由一片以上之透鏡所 10 構成者；及 移動機構，係依至欲使該光束聚光之位置的距離， 使該第1透鏡群移動者； 且該第2透鏡群之後側焦點位置係至少配置於該聚 光光學糸統之入射光瞳(entrance pupil)位置附近。 15 7·如申請專利範圍第6項之光學系統，其中該聚光光學系 統係使該光束聚光至介質中，且該移動機構係依用以聚 光之該介質的折射率及從介質表面至聚光位置之距2 而使該第1透鏡群移動者。 8·如申請專利範圍第6項之光學系統，其中該射出機構設 20 有一用以射出雷射光之雷射光源。 9· 一種光學鎳夾，係具有申請專利範圍第6項之光學系統 者。 ’、 10·如申請專利範圍苐6項之光學系統，其於八 μ 、、7嗞弟1透鏡群 與第2透鏡群之聚焦距離為|f|時，該移動機構係使飞 64 200538758 透鏡群移動至滿足下式之位置： Mflco.oi。 11·如申請專利範圍第6項之光學系統，其於令該第2透鏡群 之焦點距離為f2時，該第2透鏡群係滿足下式： 5 f 2 > 〇 〇 I2·如申睛專利範圍第6項之光學系統，其於令該第1透鏡群 之焦點距離為fl且該第2透鏡群之焦點距離為f2時，該第 1透鏡群與該第2透鏡群係滿足下述式： fl<〇且l$|f2/fl|$5。 10 I3·如申請專利範圍第6項之光學系統，其於令該第丨透鏡群 之焦點距離為f 1且該第2透鏡群之焦點距離為f2時，該第 1透鏡群與該第2透鏡群係滿足下述式： fl>〇且0.5$ 丨fl/f2|^2。 14· 一種光學系統，係設有： 15 雷射光源，係用以射出雷射光者； 平行光束機構，係使由該雷射光源射出之該雷射光 之光束成為平行光束者； 聚光光學系統，係使該平行光束狀態之該雷射光於 介質中聚光，同時使來自聚光點之光再次聚光者； 20 掃描機構，係使該介質中之聚光點可朝相對該雷射 光之光軸方向呈垂直之方向掃描者； 光檢測器，係配置於與該雷射光源共軛之位置，並 檢測透過該聚光光學系統而再度聚光之光者； P透鏡群’係崎㈣平行光束機構與該聚光光 65 200538758 學系統間之該平行光束巾，並可沿該光束之光轴方向移 動，且係由1片以上之透鏡所構成者； 。 第2透鏡群’係以固定狀態配設於該第i透鏡群與該 聚光光學系統間之該平行光束中，且传由一 丁、街月以上之透 5 鏡所構成者；及 移動機構，係依使該雷射光聚光之該介質的折射率 以及由介質表面至欲聚光之位置間的距離，使該第工透 鏡群移動者； 且，該第2透鏡群之後側焦點位置係至少配置於該 10 聚光光學糸統之入射光瞳位置附近。 15.如申請專利範圍第14項之光學系統，其中該掃描機構係 電流計鏡(galvanometer mirro)。 16· —種光學系統，係設有·· 雷射光源，係用以射出雷射光者·， 15 +行光束機構，係使由該雷射光源射出之該雷射光 之光束成為平行光束者； 聚光光學线，錢該平行光束狀態之該f射光於 介質中聚光，同時使來自聚光點之光再次聚光者； 光檢測器，係配置於與該雷射光源共輛之位置，並 20 榀測透過该聚光光學系統而再度聚光之光者； 第1透鏡群，係配設於該平行光束機構與該聚光光 學系統間之該平行光束巾，並可沿該光束之光軸方向移 動，且係由1片以上之透鏡所構成者； 第2透鏡群，係以固定狀態配設於該第1透鏡群與該 66 200538758 聚光光學系統間之該平行光束中，且係由一片以上之透 鏡所構成者；及 移動機構，係依使該雷射光聚光之該介質的折射率 以及由介質表面至欲聚光之位置間的距離，使該第1透 鏡群移動者； 且’該第2透鏡群之後側焦點位置係至少配置於該 聚光光學系統之入射光瞳位置附近。 § Π·如申請專利範圍第16項之光學系統，其中該第丨透鏡群 與第2透鏡群係可從光路中自由插拔。 18·如申請專利範圍第16項之光學系統，其中該聚光光學系 統與該介質表面之光軸方向的相對距離呈固定。 19· 一種像差权正(Aberration Correct)光學系統，係使來自 光源之光束聚光之光學系統，且係排他性地將滿足下式 之多數透鏡配置成可於光路中自由插拔者； 2(d2+lxf-lxd)NA=fxa ； % 然而， d·聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距 離； 1 :聚光光學系統之入射光瞳位置至光源位w 20 ^ 且 離； f:多數透鏡之焦點位置； NA ·光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）； a ·聚光光學系統之入射光瞳徑。 2〇· —種雷射掃描光學系統，係將滿足下式之多數透鏡配置 67 200538758 於收束/發散光學系統中而可於光路中自由插拔者； 2(d2+lxMxd)NA=fxa ； 然而， d:聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距 5 離； 1:聚光光學系統之入射光瞳位置至光源位置之距 離； f :多數透鏡之焦點位置； NA ··光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）； 10 a :聚光光學系統之入射光瞳徑。 21. —種雷射掃描顯微鏡，係具有申請專利範圍第20項之雷 射掃描光學糸統者。 22. —種光學鎳夾組之光學系統，係將滿足下式之多數透鏡 配置於收束/發散光學系統中而可於光路中自由插拔 15 者； 2(d2+lxMxd)NA=fxa ； 然而， d:聚光光學系統之入射光曈位置至多數透鏡之距 離， 20 1 :聚光光學系統之入射光曈位置至光源位置之距 離； f :多數透鏡之焦點位置； NA ··光源之開口數(從聚光透鏡看來之開口數）； a:聚光光學系統之入射光曈徑。 68 200538758 23. -種像差;k正光學系統，係—包含用以射出平行光束之 光源及用以使平行光束聚光之光學系統的聚先光學^ 統，且係排他性地將滿足下式之多數透鏡配 2 路中自由插拔者； 先 5 b(f-d)/f=a

   b :來自光源之平行光束徑； d:聚光光學系統之入射光瞳位 置至多數遷鏡之距 10 15 f:多數透鏡之焦點位置； a:聚光光學系統之入射光曈徑。 24· -種雷射掃描絲純’係排錄㈣滿足下式之多數 透鏡配置成可於光路中自由插拔者； b(f-d)/f=a 然而， b:來自光源之平行光束徑； d·聚光光學系統之入射光瞳位置至多數透鏡之距 離； f•多數透鏡之焦點位置； a •聚光光學系統之入射先瞳徑。 25· —種光學鎳失組，係排他性地將滿足下式之多數透鏡配 置成可於光路中自由插拔者； b(f-d)/f=：a 然而， 69 200538758 b :來自光源之平行光束徑； d:聚光光學系統之入射光曈位置至多數透鏡之距 離； f :多數透鏡之焦點位置； 5 a:聚光光學系統之入射光瞳徑。

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