JPH04161917A

JPH04161917A - 倍率可変型光学装置

Info

Publication number: JPH04161917A
Application number: JP28753090A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Hayasaka; 早坂　利美
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1992-06-05
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JP3012681B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は倍率可変の光学装置に係り、−さらに詳しくは
倍率の異なる２つの光学系により物体像を形成すること
ができ、被検体物の種々の計測やアライメントのために
使用できる倍率可変型光学装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の装置として、変倍可能な顕微鏡を利用したもの
が知られている。かかる装置では、倍率の異なる対物レ
ンズを装着したターレットマウントを回転させて対物レ
ンズを交換することによって倍率を切換えたり、ズーミ
ングによって倍率を変化させている。また、他の例とし
ては、単一のマウントで対物レンズの着脱交換により変
倍を行うものもある。さらに、実開昭６４−２４３１２
号公報には、倍率の異なる光学系を併設し、光路に反射
鏡を挿脱することによって選択的に倍率の異なる物体像
を形成するようにした光学装置が示されている。

これらの光学装置は、像形成に関与する光学部材の移動
によって変倍を行っている。そのため、変倍時には光軸
ずれが生じる可能性が高く、高精度、かつ能率よく測定
又はアライメントできないという欠点があった。

一方、実開昭６０−１０７８１．６号公報、特開昭６４
−２８６１．１号公報には上記欠点を除去することので
きる構成の光学装置が示されている。両者に示されてい
る光学装置は、リレーレンズにより倍率の異なる２つの
光路を形成し、対物レンズを出射した結像光束を互いに
倍率の異なる２つの光路に分岐する第１のハーフミラ−
と、２つの光路を通った結像光束を光軸と像位置が一致
するように合成する第２ハーフミラ−と、両ミラー間の
２光路の各々に挿脱可能に配置された遮光部材とから構
成されている。

この様な構成において、遮光部材を対応する光路に挿脱
することによって、一方の倍率の光路が選択されて任意
の倍率、すなわち変倍させることが可能になる。また、
結像に関与する光学部材の移動、切換えかないことがら
変倍時の光軸すれか発生しない。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したように光軸ずれを防止した光学
装置は、リレーレンズで倍率を変えているため、高倍率
側の開口数が十分でな（、解像力か低いという欠点かあ
った。また、像の明るさは、開口数の二乗に比例し、倍
率の２乗に反比例することから、低倍率側と同じ対物レ
ンズを使用してリレーレンズで倍率を高くすることは、
高倍率像の明るさを極端に減じることになる。その結果
、高倍率像と低倍率像の明るさが大きく違ってしまい、
測定精度、アライメント精度の低下につながる。

なお、特開昭６４−２８８１１号公報には、低倍率像と
高倍率像の明るさの差を縮小するために、上記第１のハ
ーフミラ−と第２のハーフミラ−の反射率、透過率の関
係を、高倍率側により多くの光量が分配されるように調
整する光学装置が示されている。

しかし、この様な構成であっても、高倍率側の開口数が
小さいため、絶対的な光量が不足し、十分な明るさを得
ることができないのが現状であった。

また、上記光学装置の構成では、対物レンズと第１のハ
ーフミラ−との間に、照明光を対物レンズに同軸的に導
くために、ハーフミラ−が設けられており、光路中に３
つのハーフミラ−か設置されることから、光量損失が大
きい。しかも、光量損失を補うために、対物レンズ近く
に照明光学系を設けなければならず、機構が複雑となり
装置全体が大型化するといった問題もある。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、倍
率変換による光軸ずれの発生を防止でき、高倍率時の対
物レンズの開口数を十分な明るさを得ることのできる大
きな開口数とすることができ、照明効率が良く、光量損
失が少なく、高精度で能率良く測定やアライメントがで
きる倍率変換型光学装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る倍率変換型光
学装置は、互いに倍率の異なる第】及び第２の光学系と
、試料から発した光束を分岐して前記第１及び第２の光
学系へそれぞれ導く光路分岐部材と、前記第１及び第２
の光学系の互いの光軸と結像位置が一致するように両者
の光路を合成し、かつ一方の面から入射せしめられた照
明光を前記第１及び第２の光学系へそれぞれ導く光路合
成部材と、前記第１及び第２の光学系であって、前記光
路分岐部材と前記光路合成部材との間の光路のそれぞれ
に挿脱自在に設けられた遮光部材とを具備してなるもの
とした。

前記光路合成部材に偏光ビームスプリッタを用い、前記
試料と前記光路分岐部材との間に、入射光の偏光状態を
変化させる偏光変換部材を設けるものとした。

〔作　用〕

以上のように構成された本発明によれば、次のような作
用を奏する。すなわち、倍率の異なる第１、第２の光学
系が夫々独立した対物レンズとして構成できるので、高
倍率側の光学系を構成する対物レンズの開口数を大きく
することが可能となる。

また、光路合成部材が二つの光路の光軸及び結像面を一
致させる本来の機能のほかに、照明光を各光学系へ導入
するためのハーフミラ−としての機能も併せ持つので、
光学部材が削減され、機構が簡単となって装置の小型化
が図られる。

さらに、照明光は光路合成部材によって導かれた光学系
を通って、試料を照明することとなるので、夫々の対物
レンズの開口を満たす照明が可能となり、効率の良い明
るい照明が可能となる。

また、光路合成部材として偏光ビームスプリッタを用い
、試料と前記光路分岐部材との間に偏光変換部材を設け
るようにしたので、さらに光量損失を減少させることが
でき、各レンズ面で反射された照明光が迷光となって像
面に達するのを防止し、コントラストの良い象が得られ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。

第１図は一実施例となる光学装置の光学系の構成を示す
図である。この光学装置は、試料Ｓと像面Ｉとの間の光
軸上に、試料Ｓ側から１／４波長板１．ハーフミラ−２
，低倍対物レンズ３．偏光ビームスプリッタ４かそれぞ
れ配置されている。

１／４波長板１は、偏光変換部材として機能するもので
、その振動方向は偏光ビームスプリッタ４へ入射して、
反射または透過する光の振動方向と４５度の角度をなす
ように設定されている。ハーフミラ−２は、光路分岐部
材として機能し、試料Ｓから発した光束を透過、および
反射することによって分岐する。ハーフミラ−２の透過
側には上記低倍対物レンズ３が配置され、反射側には高
倍対物レンズ５が配置されている。高倍対物レンズ５の
出射側には反射鏡６，７が配置されている。

これら反射鏡６，７は高倍対物レンズ５の光路を変位さ
せて上記偏光ビームスプリッタ４へ入射させている。偏
光ビームスプリッタ４は、低倍対物レンズ３が配置され
る光路と高倍対物レンズ５が配置される光路とを合成す
る光路合成部材として機能する。この偏光ビームスプリ
ッタ４は、入射面に垂直な偏光成分のほとんどを反射し
、入射面に平行な偏光成分のほとんどを透過させる。低
倍対物レンズ３．高倍対物レンズ５からそれぞれ出射し
、各々の光路からこの偏光ビームスプリッタ４に入射し
、透過１反射された各光束は像面Ｉに結像する。それぞ
れの光路における、偏光ビームスプリッタ４．低倍対物
レンズ３間、及び偏光ビームスプリツタ４１反射鏡７間
には、遮光部材８が挿脱自在に設けられている。

照明光源１０と偏光ビームスプリッタ４との間には、光
源側から反射鏡１１．同軸照明レンズ１２、減光部材１
３がそれぞれ配置されている。

反射鏡１１はこの同軸照明光路に対して挿脱可能に設け
られている。反射鏡１１が同軸照明光路に挿入された状
態では、照明光源１０からの照明光は反射鏡１１で反射
され斜光照明レンズ１４に入射し試料Ｓに斜光照明され
る。一方、反射鏡１１が同軸照明光路から脱した状態で
は、照明光源１０からの照明光は同軸照明レンズ１２を
通り、減光部材１３を介して偏光ビームスプリッタ４で
反射または透過されて同軸照明される。よって、反射鏡
１１を挿脱させることによって同軸照明と斜光照明が切
換えられ、同軸照明の光量を減光部材１３で所定量減衰
させることにより、両照明の光量差を縮小させることが
できる。

次に、以上のように構成された本実施例の動作について
説明する。

低倍率による結像時は、遮光部材８を実線で示すように
高倍対物レンズ５側の光路内に挿入する。

この様な状態において、照明光源１０を発した照明光は
、反射鏡１１が光路より脱した状態にあっては、同軸照
明レンズ１２を通り、偏光ビームスプリッタ４に入射す
る。偏光ビームスプリッタ４に入射した照明光のうち、
入射面に垂直な偏光成分の大半は反射されて低倍対物レ
ンズ３側の光路に入り、入射面に平行な偏光成分の大半
は透過して高倍対物レンズ５側の光路に入る。ここで、
偏光ビームスプリッタ４を透過した照明光は、遮光部材
８で反射して再び偏光ビームスプリッタ４に入射する。

この戻ってきた光束は入射面に平行な偏光成分であるの
で、その大半はそのまま透過し、反射されて像面に達す
るのはほんの僅かであり、結像のコントラストを悪化さ
せるほどではない。

偏光ビームスプリッタ４で反射された、入射面に垂直な
偏光成分は、低倍対物レンズ３を通り、ハーフミラ−２
及び１／４波長板１を透過し、試料Ｓに入射する。試料
Ｓからの反射光は、再び１／４波長板１．ハーフミラ−
２を通り低倍対物レンズ３に入射する。この光束は試料
面を介して１／４波長板１を２回透過するため、１／２
波長板を透過したのと同じこととなり、偏光方向か９０
度回転する。したがって、再び低倍対物レンズ３を通り
、偏光ビームスプリッタ４に入射した光束は、そのほと
んどが偏光ビームスプリッタ４を透過して像面Ｉに結像
する。なお、偏光ビームスプリッタ４で反射された照明
光が低倍体物レンズ３の各レンズ面で反射されて、再び
偏光ビームスプリッタ４に入射する光束は、そのほとん
どが偏光ビームスプリッタ４において反射されるので、
透過して像面■に達するのは僅かであり像のコントラス
トを悪化させるほどのものではない。

また、高倍対物レンズ５によって高倍率の像を結像させ
る場合は、図中破線で示すように、遮光部材８を、低倍
対物レンズ３側の光路上に挿入する。そして、上記低倍
率の場合と同様に、照明光源１０からの照明光を高倍対
物レンズ５側の光路を介して試料Ｓを照射し、その反射
光か再び元の光路内を通り、偏光ビームスプリッタ４で
反射されて、高倍率像か像面ｌで結像される。この高倍
率像も、１／４波長板１を２回透過して偏光方向が９０
度回転するためハーフミラ−２て反射された光束のほと
んどが偏光ビームスプリッタ４で反射されることから、
光量損失が少なくコントラストの良い像が得られる。な
お、照明光は、いずれの倍率の場合であっても１／４波
長板１を１度透過して偏光状態が同じになっているため
、変倍しても像に色付きの差が生じない。

また、反射鏡１１を照明光路に挿入した場合には、照明
光源１０を発した照明光は反射鏡１１で反射され、斜光
照明レンズ１４に入射し、試料Ｓを斜めから照明する。

この様にして斜光照明か行われる。なお、本実施例では
、同軸照明光路が試料Ｓよりも比較的離れて構成されて
いることから、上記のような単純な構成で斜光照明光路
が形成できる。

この様に本実施例によれば、偏光ビームスプリッタ４が
、低倍対物レンズ３側の光路と高倍対物レンズ５側の光
路とを合成する光路合成部材と、照明光をその２つの光
路に分岐する照明光分岐部材とに兼用されるので、機構
が単純となり装置が小型化される。また、偏光ビームス
ブリ・ンタ４で照明光を取込むと共に光路を合成し、１
／４波長板で偏光状態を変化させているので、光量損失
が少なく、各レンズ面で反射された照明光が迷光となっ
て像面に達するのを防止でき、コントラストの良い像を
得ることができる。

また、低倍対物レンズ３側の光路と、高倍対物レンズ５
側の光路とは、それぞれ独立した光学系として構成でき
るので、高倍対物レンズ５の開口数を大きくすることが
でき、解像力に優れ、かつ明るい像を得ることができ、
高精度の測定が可能となる。

また、同軸照明光は、それぞれの光路を通って試料を照
明するので、対物レンズの開口を満たす照明か可能とな
り、明るく効率の良い照明を行うことかできる。

さらに、反射鏡１１を照明光路に挿脱自在に設け、斜光
照明と同軸照明とを選択可能としたので、試料Ｓのパタ
ーンに応じて斜光照明（暗視野照明）と同軸照明（明視
野照明）とを選択でき、ＳＮ比の良い照明法に簡単に切
換えることができ、作業能率を向上させることができる
。

さらにまた、遮光部材８を任意の光路に挿入することに
より倍率を切換えることができ、倍率を変化させても光
軸ずれがないので、高倍率と低倍率の基準位置の共通化
を図ることができ、高精度で能率の良い測定、アライメ
ントを行うことができる。

なお、上記実施例において、同軸照明時の光量損失や、
低倍率像と高倍率像の色付きの差を問題としなれば、１
／４波長板１は他の偏光状態を変化させる部材を用いる
ことかできる。また、偏光ビームスプリッタ４に代えて
ハーフミラ−を設置し、１／４波長板１を除去した構成
とすることもできる。この場合、遮光部材８は、所定の
角度を持たせて光路中に挿入するように構成する。これ
は、遮光部材８から反射した照明光が像面Ｉに達して像
のコントラストを悪化させるのを防止するためである。

また、上記した偏光ビームスプリッタを使用しない場合
は、光路合成部材と光路分岐部材のいずれかの透過率と
反射率の関係を、倍率の異なる二つの対物レンズでそれ
ぞれ結像される像の明るさがほぼ等しくなるように設定
すれば、変倍による像の明るさの変化が小さく測定能率
を向上できる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、倍率変換による光
軸ずれの発生を防止でき、高倍率時の対物レンズの開口
数を十分な明るさを得ることのできる大きな開口数を得
ることができ、照明効率が良く、光量損失が少なく、高
精度で能率良く測定やアライメントかできる倍率変換型
光学装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る倍率変換型光学装置の
光学系の構成を示す図である。１・・・１／４波長板、２・・・ハーフミラ−１３，１
，低倍対物ンズ、４・・・偏光ビームスプリッタ、５・
・・高倍対物レンズ、６，７・・・反射鏡、８・・・遮
光部材、１０・・照明光源、１１・・・反射鏡、１２・
・・同軸照明レンズ、１３・・・減光部材、１４・・・
斜光照明レンズ。出願人代理人　弁理士　坪井　　淳

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに倍率の異なる第１及び第２の光学系と、試
料から発した光束を分岐して前記第１及び第２の光学系
へそれぞれ導く光路分岐部材と、前記第１及び第２の光
学系の互いの光軸及び結像位置が一致するように両者の
光路を合成し、かつ一方の面から入射せしめられた照明
光を前記第１及び第２の光学系へそれぞれ導く光路合成
部材と、前記第１及び第２の光学系内であって、前記光
路分岐部材と前記光路合成部材との間の光路のそれぞれ
に挿脱自在に設けられた遮光部材とを具備したことを特
徴とする倍率可変型光学装置。
（２）前記光路合成部材は偏光ビームスプリッタであり
、しかも前記試料と前記光路分岐部材との間に、入射光
の偏光状態を変化させる偏光変換部材を設けたことを特
徴とする請求項１記載の倍率可変型光学装置。