JP5529729B2 - 広帯域顕微鏡法に使用するための浸液を用いる反射屈折顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Description

この出願は、２００３年８月２２日に出願されたデイビッドＧ．シェーファー（Ｄａｖｉｄ Ｇ． Ｓｈａｆｅｒ）らが発明者の「広帯域顕微鏡法のための反射屈折イメージングシステム（Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｂｒｏａｄ Ｂａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題する同時係属の米国特許出願番号１０／６４６，０７３の一部継続出願であり、そしてそれは、２００３年５月７日に出願されたデイビッドＧ．シェーファー（Ｄａｖｉｄ Ｇ． Ｓｈａｆｅｒ）らが発明者の「高性能反射屈折イメージングシステム（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許出願番号１０／４３４，３７４の一部継続出願であり、そしてそれは、２００３年２月２１日に出願された「高性能、低コスト反射屈折イメージングシステム（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国仮特許出願番号６０／４４９，３２６の利点を主張するものであり、およびこの出願は、また、２００４年３月２９日に出願されたＪ．ジョセフ・アームストロング（Ｊ． Ｊｏｓｅｐｈ Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ）らが発明者の「広帯域顕微鏡法に使用するための浸液を用いる反射屈折イメージングシステム（Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｉｑｕｉｄ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ Ｂｒｏａｄ Ｂａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題する同時係属の米国特許出願番号１０／８１２，１１１の一部継続出願である。すべてのこれらの出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般に、光学イメージングの分野に関し、より詳しくは、顕微鏡的なイメージング、検査、およびリソグラフィ用途のために使用する反射屈折光学システムに関する。

現在利用可能な光学システムは、例えば、半導体ウェーハまたはフォトマスク上の欠陥を検査するか、あるいはその代わりにスライド上の生体試料を調べるような、標本の表面の特徴を検査するかまたは画像化する能力を有する。顕微鏡は、生物学、計測学、半導体検査および、小さいエリアおよび／または特徴の高解像度画像が望まれる他の複合の検査用途を含む、さまざまなイメージング状況において使用されてきた。

典型的に利用できるイメージングシステムは、乾燥イメージングまたは、気体媒質（例えば空気）でのイメージングを使用している検査を提供する顕微鏡を含む。特定のより新規な用途は、液浸イメージングから利益を得てもよい。乾燥イメージングとは異なり、液浸イメージングは、サンプルを水または他の液体に浸して、そして液体内で画像化するかまたは画像を検査する。液浸イメージングは、特定の状況では、乾燥イメージングを超える改良された分解能を含むがこれに限らない、増加した光学特性を提供することができる。さらに、特定の生体試料と関連した性質および壊れやすい属性のため、生物学的イメージングシステムは、しばしば乾燥イメージングを全く使用することができない。この状況では、生物学的イメージングシステムは、液浸イメージングを実行することが可能なシステムの使用を必要として、サンプルが液体に浸漬されている間にサンプルを画像化することができるだけである。

液浸イメージングに関する課題および、液浸イメージングシステムの中で使用される対物レンズは、低い波長または幅広い波長範囲のいずれかの光エネルギーがある場合に、あるいは、別々のタイプの光およびイメージングモードがある場合に、液浸イメージング操作を使用する画像を分解する能力を含む。さらに、液浸技術は、標準器材（例えば顕微鏡）において利用可能な対物レンズによって、普遍的に使用されることができない。

液浸イメージングをサポートするように設計された顕微鏡は、標本の高解像度イメージングのための設計にとって困難でありえる。受け入れられる画像の品質を改善するために、この種のシステムは、標本上の所望の特徴の外観を改良するために、さまざまなイメージングモードを使用してもよい。液浸イメージングシステムにおいて使用するイメージングモードは、標本のタイプ、観察されている標本の特徴、イメージング環境、および他の関連した考慮すべき問題、に応じて別々の利点を提供する、明視野、暗視野、差分干渉コントラスト、共焦、および他のイメージングモードを含んでもよい。単に既存の対物レンズとともに液浸物質を使用することは、多くの場合、より小さい受け入れ可能な画像または結果を提供することができるだけである。

特定のイメージングモードは、波長を変化させる光エネルギーを使用してもよく、したがって、多種多様な波長およびさまざまにわたる波長範囲がある場合に、効果的に画像を分解して操作する能力は、特に有益である。加えて、多くの用途はまた、高解像度を維持しながら、広いエリアにわたって画像化することを要求する。現在利用可能な液浸対物レンズは、広いエリアにわたる画像化を許容しないで、また、大きい照射野を提供するとして知られる。液浸イメージングのために、システムの対物レンズは、設計の最も重大な構成要素のうちの１つであって、波長の幅広い範囲を有する光を使用してもよい。現在利用可能な液浸対物レンズは、波長の幅広い範囲を有する光のための正確なイメージング性能を提供しない。さらに、典型的な顕微鏡設計および対物レンズの寸法については、１．２の開口数（ＮＡ）、ほぼ０．２５０ミリメートルまでのおよびそれを超える照射野を提供し、そして、良好な視覚性能を呈するデバイスを提供することを聞いたことがない。

標準顕微鏡の範囲内で対物レンズが作用する能力は、上述の半導体および生物学的検査のために要求される詳細な検査性能にとって達成するのが望ましくかつ困難である。幅広い波長をサポートすることができて、大きい照射野を呈することができる液浸対物レンズは、現在知られていない。いくつかの乾燥対物レンズの設計は、波長の広帯域イメージングのために多くの修正がなされてもよいが、しかしそれらは、概して高性能にはできなくて、０．９５を上回るＮＡ（開口数）を有する。

従って、以前から知られている乾燥イメージング／液浸イメージングシステムに提示する前述の欠点を克服する、標準顕微鏡および顕微鏡検査用途と連動して使用するためのシステムおよび対物レンズを提供すること、並びに、標本を検査するための方法を提供することは、有益である。さらに、本明細書において記述される負の態様を呈しているデバイス上の改良された機能性を有する光学検査システム設計を提供することは、有益である。

本発明による第１の形態は、対物レンズであって、以下を含む：
ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の光線を発生するように構成される光源から光線を受け入れて、焦点を合わせた光線を形成するように構成される少なくとも１つの合焦レンズを含む合焦レンズ群；
前記合焦レンズ群から合焦した光線を受け入れて、中間の光線を発生するように適応される視野レンズ；
前記視野レンズから前記中間の光線を受け入れて、制御された光線を形成するように配置されるマンジンミラー装置；および
前記マンジンミラー装置と標本との間の浸液；
そこにおいて、前記対物レンズの全ての要素は４０ミリメートル未満の直径を有して、前記対物レンズは、ほぼ１．２を上回る開口数および０．２０ミリメートルを上回る照射野を備える。
本発明による第２の形態は、
標本を検査するための方法であって、以下を含む：
ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの範囲の波長を有する光線を発生するステップ；
少なくとも１つのレンズを使用して、前記光線の焦点を合わせて、合焦した光線にするステップであって、前記合焦において使用する各レンズはほぼ２５ミリメートルを下回る直径を有するステップ；
前記合焦した光線を受け入れて、前記合焦した光線を中間の光線に変換するステップ；および
前記中間の光線を受け入れて、液浸物質を通して制御された光線を標本に提供するステップ；
そこにおいて、制御された光線は、ほぼ１．２を上回る開口数および０．２０ミリメートルを上回る照射野を備える。
本設計の一態様によれば、標本をイメージングするための対物レンズが提供され、その対物レンズが開示される。この対物レンズは、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の光線を発生するように構成される光エネルギー源から光線を受け入れて、１．２を上回る開口数および０．２０ミリメートルを上回る照射野を備えるために浸液と関連したマンジンミラー装置を使用する。ここで、この対物レンズの全ての要素は、４０ミリメートル未満の直径を有する。

本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
対物レンズであって、以下を含む：
ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の光エネルギーを発生するように構成される光エネルギー源から光エネルギーを受け入れて、焦点を合わせた光エネルギーを形成するように構成される少なくとも１つの合焦レンズを含む合焦レンズ群；
前記合焦レンズ群から合焦した光エネルギーを受け入れて、中間の光エネルギーを発生するように適応される視野レンズ；
前記視野レンズから前記中間の光エネルギーを受け入れて、制御された光エネルギーを形成するように配置されるマンジンミラー装置；および
前記マンジンミラー装置と標本との間の浸液；
そこにおいて、前記対物レンズの全ての要素は４０ミリメートル未満の直径を有して、前記対物レンズは、ほぼ１．２の開口数および０．０５ミリメートルを上回る照射野を備える。
［適用例２］
適用例１に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、前記光エネルギーがある場合には、０．２を上回る相対的な帯域幅を備える。
［適用例３］
適用例１に記載の対物レンズにおいて、複数のガラス材料が用いられる。
［適用例４］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、前記マンジンミラー装置が以下を含む：
前記浸液と接触する実質的に平坦な表面、および前記標本に向かってカーブした第２の表面を有する第１のレンズ／ミラー要素；および
第１の反射表面を有する第２のレンズ／ミラー要素。
［適用例５］
適用例４に記載の対物レンズにおいて、前記第２のレンズ／ミラー要素が、合焦した光エネルギーを通過させることを許容する中心開口をさらに有する。
［適用例６］
適用例４に記載の対物レンズにおいて、前記第２のレンズ／ミラー要素がカーブした反射面を形成され、前記カーブした反射面は、当該カーブした反射面の反対側に実質的に平坦な側を有するレンズ上に形成される。
［適用例７］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、ほぼ１．０を上回る開口数を有するように構成される。
［適用例８］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、ほぼ１．１を上回る開口数を有するように構成される。
［適用例９］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、ほぼ１．２を上回る開口数、および０．２０ミリメートルを上回る照射野を有するように構成される。
［適用例１０］
適用例１に記載の対物レンズにおいて、前記合焦レンズ群の各レンズおよび前記視野レンズの各々が、多くてもほぼ２５ミリメートルの直径を有する。
［適用例１１］
適用例１に記載の対物レンズにおいて、前記視野レンズ、前記合焦レンズ群および前記マンジンミラー装置を含む前記対物レンズが、８つ以下の要素を含む。
［適用例１２］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、石英ガラスである。
［適用例１３］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、フッ化カルシウムである。
［適用例１４］
適用例３に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、ＢＫ７である。
［適用例１５］
適用例１に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、フランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジは、前記標本からほぼ６０ミリメートルに位置するように構成される。
［適用例１６］
標本を検査するために使用される対物レンズであって、以下を含む：
ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の広帯域の光エネルギーを受け入れるように構成される合焦レンズ群であって、前記合焦レンズ群は、少なくとも１つの合焦レンズを含む；
前記合焦レンズ群から焦点を合わせた光エネルギーを受け入れて、中間の光エネルギーを発生するように適応される少なくとも１つの視野レンズ；
前記視野レンズから前記中間の光エネルギーを受け入れて、制御された光エネルギーを形成するように配置されるマンジンミラー装置；および
前記マンジンミラー装置と前記標本との間に位置する液浸物質；
前記マンジンミラー装置は、１．０を上回る開口数およびほぼ０．０５ミリメートルを超える照射野とともに、前記制御された光エネルギーを前記標本に与える。
［適用例１７］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、前記広帯域の光エネルギーがある場合には、０．３を上回る相対的な帯域幅を備える。
［適用例１８］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに複数のガラス材料が用いられる。
［適用例１９］
適用例１８に記載の対物レンズにおいて、前記マンジンミラー装置が以下を含む：
前記浸液と接触する実質的に平坦な表面、および前記標本に向かってカーブした第２の表面を有する第１のレンズ／ミラー要素；および
第１の反射表面を有する第２のレンズ／ミラー要素。
［適用例２０］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズの各要素が、ほぼ２５ミリメートルを下回る直径を有する。
［適用例２１］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、多くても７つの要素を有する。
［適用例２２］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、９つ未満の要素を含む。
［適用例２３］
適用例１８に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、石英ガラスである。
［適用例２４］
適用例１８に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、フッ化カルシウムである。
［適用例２５］
適用例１８に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、ＢＫ７である。
［適用例２６］
適用例１６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、顕微鏡内のフランジに配置されるように構成され、前記フランジは、正常動作の間、前記標本からほぼ６０ミリメートル以下に位置する。
［適用例２７］
適用例１７に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、主として水である。
［適用例２８］
適用例１７に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、石英ガラスの分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
［適用例２９］
適用例１７に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、フッ化カルシウムの分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
［適用例３０］
適用例１７に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、ＢＫ７の分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
［適用例３１］
適用例１７に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、比較的最小限の球面収差、軸性カラー、側面カラー、および収差の色の変化を発生するために最適化される。
［適用例３２］
適用例３１に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、残余の側面カラーを許容するために最適化される。
［適用例３３］
標本を検査するために方法であって、以下を含む：
赤外光範囲を通るほぼ３５０ナノメートルの範囲の波長を有する光エネルギーを発生するステップ；
少なくとも１つのレンズを使用して、前記光エネルギーの焦点を合わせて、合焦した光エネルギーにするステップであって、前記合焦において使用する各レンズはほぼ２５ミリメートルを下回る直径を有するステップ；
前記合焦した光エネルギーを受け入れて、前記合焦した光エネルギーを中間の光エネルギーに変換するステップ；および
前記中間の光エネルギーを受け入れて、液浸物質を通して制御された光エネルギーを標本に提供するステップ；
そこにおいて、制御された光エネルギーは、ほぼ１．２の開口数および０．０５ミリメートルを上回る照射野を備える。
本発明のこれらのおよび他の利点は、以下の発明の詳細な説明および添付の図面から当業者にとって明らかになる。

本発明は、例として、および制限するためにではなく、添付の図面に図示される。
図１は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する６つの要素の反射屈折液浸対物レンズを示す。 図２は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する６つの要素の反射屈折液浸対物レンズの別の例を示す。 図３は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する６つの要素の反射屈折液浸対物レンズのさらに別の例を示す。 図４は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズを示す。 図５は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズの別の例を示す。 図６は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズのさらに別の例を示す。 図７は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズの追加的な例を示す。 図８は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズの別の例を示す。 図９は、４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を超えて修正されて、およびほぼ０．２５０ミリメートルの照射野面積を有する、本設計による１．２のＮＡ（開口数）を有する７つの要素の反射屈折液浸対物レンズを示す。 図１０は、顕微鏡設計において使用する対物レンズの概念ビューを示す。

本設計は、２つのガラス材料を使用して広い波長範囲を超えて修正される反射屈折液浸対物レンズを提示する。本明細書において使用される対物レンズは、顕微鏡検査分野において特定の利点を提供してもよい。対物レンズ設計の一態様は、図１に示される。図１に示す反射屈折対物レンズは、可視スペクトル領域（すなわち、ほぼ０．４８０〜０．６６０マイクロメートル波長）の広帯域イメージングに対して最適化される。この対物レンズは、６つの要素を使用して、ＢＫ７屈折率整合流体が液浸物質として使用される場合に、１．２の高開口数を提供する。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、より高い屈折率を有する液浸物質を含む、他の液浸物質が使用可能である。提示される発明の設計は、軸上色収差および第１順位の横色収差のために修正するオフナー視野レンズ（Ｏｆｆｎｅｒ ｆｉｅｌｄ ｌｅｎｓ）と結合して、シュップマン原理（Ｓｃｈｕｐｍａｎｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）を使用する。図１に提示される態様に示すように、視野レンズ群１０２は、性能の向上を得るために中間画像１０８からわずかに位置がずらされ、そして、１０５で示すように、この設計は浸液およびカバーガラスを使用する。

本明細書で使用しているように、用語「浸液（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ）」、「液浸物質（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）」または「浸液層（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ ｌａｙｅｒ）」は、特にガスまたはガス状の材料と区別されるように、液体または他の粘性材料を含むがこれに限らず、任意の非固体非ガス状の物質に関連する。本設計において使用されることができる浸液としては、限定はされないが、水、油状物、シリコーンゲルまたは他の液体、半流動体、粘性物質、あるいは部分的に粘性物質が挙げられる。固体、ガス状、または他の材料が、本明細書で用いられる「浸液（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ）」または「液浸物質（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）」の中に含まれることができると共に、これらの材料は、主に液体、半流動体、粘性物質、あるいは部分的に粘性物質を含む。これらの用語は、主に用語「浸液（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ）」を使用しているこの考察を通じて使用されるが、しかし、液浸物質または浸液層のような他の用語の使用は、本明細書において提示した定義に合致している材料を示す。

本明細書において提示する対物レンズ要素の構造は、希望される有益な性能を提供することに注意すべきである。当業者に理解されているように、人は単に、現在利用可能な対物レンズを手にとって、液浸流体を使用して、そして、本明細書において述べられる性能を有する相当に実行している対物レンズを得ることができない。対物レンズが１つの環境において特定の性能を呈することができるというだけの理由で、液浸物質を加えることのような変更を為すことが、その完成度を改良するかまたは維持さえすることを意味しない。例えば、ＮＡ（開口数）、照射野および色性能のような、述べられる性能を可能にすることは、本明細書において提供される要素のユニークな構成である。

図１から、反射屈折群１０１すなわちマンジンミラー装置は、マンジンミラー要素１０６を含む。マンジンミラー要素１０６は、浸液（図示せず）に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群１０１はまた、光が第１表面を離れて反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素１０７上の凹状反射面を含む。反射屈折群１０１の両方の要素１０６および１０７は、反射材料が存在しないミラーコーティングにおける中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本１０４からカバーガラスおよび浸液１０５を通ってマンジンミラー要素１０６へ通過して、凹面リフレクタ１０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素１０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器１０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素１０７はレンズとして作用する。中間画像１０８は、要素１０７に近接して形成される。視野レンズ群１０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図１に示される態様では、１つの視野レンズ１０９が使用される。

合焦レンズ群１０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では３つのレンズ要素１１０、１１２および１１３を使用する。合焦レンズ群１０３のすべてのレンズは、視野レンズ群１０２および中間画像１０８から光を集める。光線束のＮＡ（開口数）は、開口絞１１１によって制御される。

浸液１０５が図１において呼び出されることに注意されたい。これが液体を表すように、それは図面において特に識別可能ではないが、しかし、浸液１０５の表示は、液体が図の最も左の要素と標本（図示せず）との間に配置されることを示唆するために提供される。本出願のすべての図は、同様の方法で浸液の存在を示す。ここで、液体は示されるが、図面の範囲内で特に識別可能ではない。

図１に図示される本発明の態様に対するレンズ規定は、表１に提示される。

当業者によって認識されることができるように、表１の最も左の欄の数字は、図１の左から表面を計数している表面番号を表す。例えば、図１に提示される方向でのレンズ１１３の左表面（表１の表面１７）は、−２６．７６８ミリメートルの曲率半径、２．０００ミリメートルの厚みを有し、最も右の表面（表面１８）は、−１５．７９２ミリメートルの曲率半径を有する。厚みに関して、示される厚み測定は、レンズの厚みか、または、図面における右側の表面または左側の表面である特定の表面に応じて次の表面からの距離のどちらかを表す。要素１０６、１０７、１１０、および１１２としての材料は、ＢＫ７（当業者に公知のホウケイ酸塩）である。要素１０９および１１３としての材料は、フッ化カルシウムである。

本明細書で用いられ、そして、一般によく理解されている略語ＯＢＪは、「対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）」を表す。一方、略語ＳＴＯは、開口絞、すなわち、一般によく理解されているように、設計のための開口絞を表す。ＩＭＡは、イメージ平面または位置を表するために理解される。

図１に提示される設計において、開口数は、ＢＫ７屈折率整合流体において、ほぼ１．２に接近してもよく、またはそれを超えてもよい。図１から、合焦レンズ群１０３は、光エネルギーを受け入れて、焦点を合わせた光エネルギーを送り出す能力を有する。視野レンズ群１０２は、焦点を合わせた光エネルギーを受け入れて、中間の光エネルギーを提供し、そして中間画像１０８を形成する能力を有する。反射屈折群１０１は、中間のエネルギーを受け入れて、標本１０４に制御光エネルギーを提供する。あるいは、反射経路は標本１０４から始まり、そして、標本からの反射光は反射屈折群１０１によって受け入れられて、反射された光エネルギーを形成して送り出す。視野レンズ群１０２は、反射された光エネルギーおよび、送り出している結果としての光エネルギーを受け入れる。そして、合焦レンズ群１０３は、結果として生じる光エネルギーを受け入れて、焦点を合わせた結果としての光エネルギーを送り出す。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞１１１に配置されることができる。その結果は、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野およびこの照射野全体に０．９４よりもよい多色性のストレール比を有する、ほぼ１．２のＮＡ（開口数）でほぼ４８０〜６６０ナノメートルから修正された帯域幅を有する広い帯域の光エネルギーを使用している標本を画像化する能力である。

したがって図１および表１に提示される設計は、２つのガラス材料、ＢＫ７およびフッ化カルシウムを使用する。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。例えば、設計は、４０５、４８８、５３２６３２ナノメートルのレーザーの用途に、最適化されることができる。設計は、４００〜１０００ナノメートルの範囲の中でランプ・スペクトルバンドをカバーするために、最適に使用されることもできる。再最適化は、構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

図１の設計における最大の要素の直径は、ほぼ３５．６ミリメートルであり、一般に４０ミリメートル未満である。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。この対物レンズの小型化は、特に対物レンズの性能特性からみて有益である。その結果、対物レンズは、フランジと対象物との間にほぼ６０ミリメートルの距離を有する標準の顕微鏡タレットに取り付けられることができる。この液浸対物レンズは、ほぼ１．２の開口数、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を支持して、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの修正された帯域幅、および照射野全体に０．９４よりもよい多色性のストレール比を有する。このレベルは、単一の設計の組合せにおいて従来は達成できなかったレベルである。この装置の照射野は、光学性能の最小限の低下とともにシステムが画像化することができる標本上のエリアのサイズを表す。

任意の光学設計によっても真であるように、特定の交換条件が、対物レンズまたは光学設計の所望の用途に応じて性能特性を改良するために作成されてもよい。例えば、用途に応じて、上述した性能特性の１つを改良するために、帯域幅、照射野、開口数および／または対物レンズのサイズを犠牲にすることは、可能である。例えば、より少ないまたはより多いＮＡ（開口数）のために最適化することは、可能である。ＮＡ（開口数）を減らすことは、対物レンズの製造公差および外径を減らすことができる。より少ないＮＡ（開口数）設計は、より大きい照射野およびより大きい帯域幅を提供することができる。同じ性能およびより少ない光学要素を有するより少ないＮＡ（開口数）設計も、可能である。より多いＮＡ（開口数）としての設計を最適化することは、照射野または帯域幅を一般に制限して、対物レンズ要素のわずかに増加した直径を要求してもよい。したがって、本設計のための性能特性の組合せが特に注目に値して、既知の対物レンズ設計において一般に達成されなかったことが理解されるべきである。

図１の設計は、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから設計帯域幅にわたる、比較的低い固有の多色性の波面収差を提供する。低い波面収差は、増加した製造無歪限界すなわち製造の容易さを提供して、その一方で、製造された対物レンズの比較的高い性能を可能にする。この設計は自己修正でもあり、この文脈において、自己修正は、対物レンズが検査設計仕様を達成するために、収差を修正するためのいかなる追加的な光学構成要素も要求しないことを意味する。換言すれば、追加的な構成要素は、一般に収差フリーの画像を提供するために必要でない、すなわち、対物レンズは、追加的な構成要素を必要としないで、実質的に完全な画像を提供する。自己修正能力は、他の自己修正された画像光学系に対する、より単純な光学的試験計測および光学配列を提供することができる。追加的な画像光学系を使用する残余の収差のさらなる修正も可能である。ここで、さらなる修正は、帯域幅または照射野を含むがこれに限らず、光学仕様を増加させることができる。

本明細書において提示される液浸対物レンズ設計は、光およびイメージングのさまざまなモードをサポートすることができる。サポートされるモードは、明視野および様々な暗視野光およびイメージングモードを含むことができる。例えば共焦、差動干渉コントラスト、分極コントラストのような他のモードが、本設計を使用してサポートされてもよい。

明視野モードは、顕微鏡システムで共通して使う。明視野光の効果は、発生される画像の明快さである。本明細書において提示されるような対物レンズとともに明視野光を使用することは、光学システムの拡大によって増大される対象物の特徴サイズの比較的正確な表示を提供する。本明細書において提示される対物レンズおよび光学構成要素は、コンピュータ化された対象物検出および分類のための像比較および処理アルゴリズムによって、容易に用いられることができる。明視野モードは、概して広帯域非コヒーレント光源を使用する。しかし、わずかに修正された光学システム構成要素とともに、そして、本明細書において提示される対物レンズ設計を使用することができる、レーザー光源を使用することが可能でもよい。

共焦モードは、光学区分（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ）が対象物の特徴の高さ違いを解決するために用いられた。大部分のイメージングモードは、特徴の頂点に変更を検出するのが困難である。共焦モードは、興味がある各高さで、対象物の特徴の別個のイメージを形成する。画像の比較は、それから別々の特徴の相対的な高所を示す。共焦モードは、本明細書において提示される設計を用いて使用されてもよい。

暗視野モードは、対象物の特徴を検出するために用いられた。暗視野モードの利点は、平坦な鏡エリアが探知器へ向かうごくわずかな光しか散乱させず、暗い画像に結びつくということである。対象物より上に突出している表面特徴部すなわち対象物は、探知器の方へ光を散乱させる傾向がある。したがって、半導体ウェーハのような対象物の検査において、暗視野イメージングは、暗い背景における特徴、粒子または他の不規則性のイメージを発生する。本設計は、暗視野モード光とともに使用されてもよい。暗視野モードは、光を散乱させる小さい特徴にぶつかると、即座に、大きい結果として生じる信号を発生する。この大きい結果として生じる信号によって、より大きなピクセルが、与えられた特徴サイズのために使用されることができて、そして、より速い対象物検査ができるようにする。フーリエ・フィルタリングは、反復するパターン信号を最小化して、暗視野検査の間、欠陥信号対雑音比を改良するために用いることもできる。

各々が特定の光および収集方式を含む、多くの別々の暗視野モードが存在する。対象物から集められる散乱されたおよび回析された光が、受け入れ可能なＳＮ比を提供するように、光および収集方式は選択されることができる。特定の光学システムは、リング暗視野、レーザー方向暗視野、二重暗視野、および中央暗所を含む別々の暗視野イメージングモードを使用する。これらの暗視野イメージングモードの各々は、本設計において使用されてもよい。

特定の構成要素に対するわずかな修正が、特定の性能パラメータに改良を提供してもよいとはいえ、上述した任意のイメージングモードが、図１の液浸イメージング設計とともに効率的に使用されてもよい。任意の構成において、提示した液浸イメージングの対物レンズ設計は、比較的高い開口数の結果とともに挙げられる任意のイメージングモードの検査を可能にし、比較的高い照射野とともに広い波長スペクトルにわたるオペレーションを可能にする。この設計は、標準顕微鏡タレットの中で作動することができて、従来から知られているものよりもよいイメージング性能を提供する。

本設計の代替の態様は、６つの別個の要素を有する液浸対物レンズを提示する。設計のこの態様は、図２に提示される。図１の設計と図２の設計との違いは、主に合焦レンズ群２０３における変化である。この変更は、同様の性能を有するより厚いレンズを可能にする。より厚いレンズの使用は、光学表面の簡略製造およびより簡単な研磨を可能にすることができる。これに加えて、図１の設計ではメニスカスレンズ１１２がサンプルから離れて面するかまたはサンプルから離れてカーブするのに対して、メニスカスレンズ２１２はサンプルに向かって面するかまたはサンプルに向かってカーブしている。図２の方法のメニスカスレンズの曲率は、要素面から反射される光の効果を減らすことができる。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられることができる。図２の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図２の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９６である。

図２から、反射屈折群２０１は、マンジンミラー要素２０６を含む。マンジンミラー要素２０６は、浸液に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群２０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素２０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素２０６および凹面リフレクタ２０７の両方は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本２０４からカバーガラスおよび浸液２０５を通ってマンジンミラー要素２０６へ通過して、凹面リフレクタ２０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素２０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器２０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素２０７はレンズとして作用する。中間画像２０８は、要素２０７に近接して形成される。視野レンズ群２０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図２に示される態様では、１つの視野レンズ２０９が使用される。

合焦レンズ群２０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では３つのレンズ要素２１０、２１１および２１２（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群２０３は、中間画像２０８を含めて、視野レンズ群２０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図２に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果および柔軟性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表２に示される。

要素２０６、２０７、２１０、および２１１としての材料は、ＢＫ７である。要素２０９および２１２としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

要素の最大部の直径は２２．０ミリメートルであるが、前と同じように一般に３０ミリメートル未満であり、ほぼ２２．０ミリメートルである。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の代替の態様は、前と同じように６つの要素を有する液浸対物レンズを提示する。設計のこの態様は、図３に提示される。図３の設計と図２の設計との主要な違いは、合焦レンズ群にある。図３の設計は、サンプルの方へ面するメニスカスレンズ３１２を許容すると共に、より薄いレンズを使用する。より薄いレンズは、個々の要素面から反射される光の効果を減らすことができる。設計のこの態様は、ＢＫ７のための屈折率整合流体（すなわちＢＫ７レンズにマッチして、良好な光学性能を提供する流体）を使用する。ＢＫ７にマッチする流体の１つの例は、カーギル（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）社の製品コード番号１１５１０によって生産されるが、これ以外も利用できる。この流体は、３１０ナノメートルと１１００ナノメートルとの間の波長にとってＢＫ７と非常に似ている屈折率を有するために設計される。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられることができる。図３の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図３の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９２である。

図３から、反射屈折群３０１は、マンジンミラー要素３０６を含む。反射屈折群３０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素３０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素３０６および凹面リフレクタ３０７の両方は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本３０４からカバーガラスおよび浸液３０５を通ってマンジンミラー要素３０６へ通過して、凹面リフレクタ３０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素３０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器３０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素３０７はレンズとして作用する。中間画像３０８は、要素３０７に近接して形成される。視野レンズ群３０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図３に示される態様では、１つの視野レンズ３０９が使用される。

合焦レンズ群３０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では３つのレンズ要素３１０、３１１および３１２（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群３０３は、中間画像３０８を含めて、視野レンズ群３０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図３に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果および柔軟性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表３に示される。

要素３０６、３０７、３０９、および３１１としての材料はＢＫ７である、そして、要素３１０および３１２としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。再最適化は、構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

要素の最大部の直径は、ほぼ３０．０ミリメートルである。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の別の態様は、前と同じように７つの要素を有する液浸対物レンズを提示する。そして、図４に示される。図４の設計と図２の設計との主要な違いは、合焦レンズ群のレンズ上の湾曲をより現実的で容易に製造するための、視野レンズ群に加えられる追加的なレンズである。設計のこの態様は、前と同じようにＢＫ７のための屈折率整合流体を使用するが、しかし、ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、より高い屈折率を有する他の液浸物質が使用されることができる。図４の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、前と同じようにほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図４の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９３である。

図４から、反射屈折群４０１は、マンジンミラー要素４０６を含む。マンジンミラー要素４０６は、前と同じように浸液４０５に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群４０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素４０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素４０６および凹面リフレクタ４０７の両方は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本４０４からカバーガラスおよび浸液４０５を通ってマンジンミラー要素４０６へ通過して、凹面リフレクタ４０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素４０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器４０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素４０７はレンズとして作用する。要素４０７は、内側（標本側）の反射表面がカーブする一方、外面表面が平坦または比較的平坦である形状を有して、そして、要素４０７は、反射デバイスと同様にこの構成のレンズとして作用することに注意されたい。中間画像４０８は、要素４０７に近接して形成される。視野レンズ群４０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図４に示される態様では、２つの視野レンズ４０９および４１０が使用される。

合焦レンズ群４０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では３つのレンズ要素４１１、４１２および４１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群４０３は、中間画像４０８を含めて、視野レンズ群４０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図４に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果および柔軟性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表４に示される。

要素４０６、４０７、４０９、４１０および４１２としての材料は、ＢＫ７である。要素４１１および４１３としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、そしてその結果、設計およびレンズ規定は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して変更（再最適化）されることができる。再最適化は、構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

図４の設計において要素の最大部の直径は、ほぼ２４．０ミリメートルであり、全ての場合において３０ミリメートル未満である。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の別の態様は、図５に示すように、前と同じように７つの要素を有する液浸対物レンズを提示する。図５の設計と図４の設計との主要な違いは、レンズ５０９および５１０間のレンズ間隔の増加である。このレンズ間隔は、合焦レンズ群の一部としてレンズ５１０機能をより作成して、そして、合焦機能を実行する。このシフトは、図４から同様のレンズ４１２と比較して、レンズ５１２の厚みの減少を許容する。そしてその結果として、レンズ４１２よりも、実装しておよび製造するのがより容易な対物レンズ設計（特にレンズ５１２）に結びつく。加えて、中間画像５０８は、ガラス等質性と関連した課題を減らすために、外側の要素５０７を動かす。

図５の設計は、前と同じように浸液５０５としてＢＫ７のための屈折率整合流体を使用する。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられてもよい。図５の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。そして、図５の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９１である。

図５から、反射屈折群５０１は、マンジンミラー要素５０６を含む。マンジンミラー要素５０６は、浸液に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群５０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素５０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素５０６および凹面リフレクタ５０７の両方は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本５０４からカバーガラスおよび浸液５０５を通ってマンジンミラー要素５０６へ通過して、凹面リフレクタ５０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素５０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器５０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素５０７はレンズとして作用する。中間画像５０８は、要素５０７に近接して形成される。視野レンズ群５０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図５に示される態様では、１つの視野レンズ５０９が使用される。

合焦レンズ群５０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では４つのレンズ要素５１０、５１１、５１２、および５１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群５０３は、中間画像５０８を含めて、視野レンズ群５０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図５に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果および柔軟性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表５に示される。

要素５０６、５０７、５０９、５１０および５１２は、ＢＫ７で形成される。一方、要素５１１および５１３は、フッ化カルシウムから形成される。

したがって、図５および表５に提示される設計は、ＢＫ７およびフッ化カルシウムの２つのガラス材料を使用する。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

要素の最大部の直径はほぼ３０．０ミリメートルであるが、全ての場合において４０．０ミリメートル未満である。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計のさらに別の態様は、前と同じように７つの要素を有する液浸対物レンズを提示する。設計のこの態様は、図６に提示される。図６の設計と図５の設計との主要な違いは、合焦レンズ群のレンズ構成の変更にある。この構成では、レンズ要素６１２は増加した厚みを有する。そして、図４に示される要素４１２と同様である。設計のこの態様は、前と同じようにＢＫ７のための屈折率整合流体を使用する。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられることができる。図６の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図６の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９４である。

図６から、反射屈折群６０１は、マンジンミラー要素６０６を含む。マンジンミラー要素６０６は、浸液に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群６０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素６０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素６０６および凹面リフレクタ６０７の両方は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本６０４からカバーガラスおよび浸液６０５を通ってマンジンミラー要素６０６へ通過して、凹面リフレクタ６０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素６０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器６０７の開口を通ることができる。光が反射コーティングの中心開口を通過するときに、要素６０７はレンズとして作用する。中間画像６０８は、要素６０７に近接して形成される。視野レンズ群６０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図６に示される態様では、１つの視野レンズ６０９が使用される。

合焦レンズ群６０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では４つのレンズ要素６１０、６１１、６１２、および６１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群６０３は、中間画像６０８を含めて、視野レンズ群６０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図６に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果および柔軟性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表６に示される。

要素６０６、６０７、６０９、６１１および６２１としての材料は、ＢＫ７である。要素６１０および６１３としての材料は、フッ化カルシウムである。したがって、図６および表６に提示される設計は、ＢＫ７およびフッ化カルシウムの２つのガラス材料を使用する。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、レンズ／構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

要素の最大部の直径はほぼ３０．０ミリメートルであるが、全ての場合において４０．０ミリメートル未満である。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の代替の態様は、前と同じように７つの要素を有する液浸対物レンズを提示する。設計のこの態様は、図７に提示される。図７の設計と先行する設計との主要な違いは、先行する設計に示すレンズ態様なしで、ミラーレンズ要素から純粋な第１表面（前面）ミラーへの要素７０７の変更である。図７の設計はまた、レンズ７１３の製造をより容易にする、レンズ７１３としての増加した厚みを有する。加えて、中間画像７０８および視野レンズ７０９は、ミラー要素７０７の有限厚みと同様に、対物レンズのレンズ７０９のより簡単な実装を可能にするために、要素７０７からさらに離れて移動された。設計のこの態様は、前と同じようにＢＫ７のための屈折率整合流体を使用する。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられることができる。図７の設計の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図７の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９２である。

図７から、反射屈折群７０１は、マンジンミラー要素７０６を含む。マンジンミラー要素７０６は、浸液７０５に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群７０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素７０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素７０６は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本７０４から任意のカバーガラスおよび浸液７０５を通ってマンジンミラー要素７０６へ通過して、凹面リフレクタ７０７からマンジンミラー要素７０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器７０７の中心孔を通ることができる。中間画像７０８は、要素７０７および視野レンズ群７０２に近接して形成される。視野レンズ群７０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図７に示される態様では、１つの視野レンズ７０９が使用される。

合焦レンズ群７０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では４つのレンズ要素７１０、７１１、７１２、および７１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群７０３は、中間画像７０８を含めて、視野レンズ群７０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図７に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果、柔軟性および性能特性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表７に示される。

要素７０６、７０７、７０９、７１０、７１１および７１２としての材料は、ＢＫ７である。要素７１３としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、その低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、レンズ／構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

図７のそれと同様の設計のための要素の最大部の直径は、ほぼ３０．０ミリメートルであり、一般に４０．０ミリメートル未満である。そしてそれは、前と同じようにこの波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の代替の態様は、別々の７つの要素の液浸対物レンズを提示して、図８に示される。図８の設計は、図７の同様のレンズ７１２と比較して、製造するのがより容易なレンズ８１２を作成する、レンズ８１２のための減少した厚みを有する。この設計はまた、ＢＫ７のための屈折率整合流体を使用する。ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、他の液浸物質が、より高い屈折率とともに用いられることができる。図８の対物レンズは、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有する、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルから帯域幅を通じて修正される。図８の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９２である。

図８から、反射屈折群８０１は、マンジンミラー要素８０６を含む。マンジンミラー要素８０６は、浸液に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群８０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素８０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素８０６は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本８０４からカバーガラスおよび浸液８０５を通ってマンジンミラー要素８０６へ通過して、凹面リフレクタ８０７からマンジンミラー要素８０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器８０７の中心孔を通ることができる。中間画像８０８は、要素８０７および視野レンズ群８０２に近接して形成される。視野レンズ群８０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図８に示される態様では、１つの視野レンズ８０９が使用される。

合焦レンズ群８０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では４つのレンズ要素８１０、８１１、８１２、および８１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群８０３は、中間画像８０８を含めて、視野レンズ群８０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図８に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果、柔軟性および性能特性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表８に示される。

要素８０６、８０７、８０９、８１０、８１１および８１３として使用する材料は、ＢＫ７である、そして、要素８１２としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよいことに注意されたい。ＢＫ７は、前と同じようにその低コストのため、可視スペクトルのガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、レンズ／構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

図８の設計における要素の最大部の直径は、ほぼ２６．６ミリメートルであり、全ての場合において４０．０ミリメートル未満である。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

本設計の追加的な７つの要素バージョンが、図９に示される。図９の設計と先行する設計との主要な違いは、合焦レンズ群９０３のレンズの構成である。ＢＫ７のための屈折率整合流体が使用されるが、しかし、ＮＡ（開口数）をさらに増加させるために、より高い屈折率を有する他の液浸物質が用いられることができる。図９の設計の対物レンズは、前と同じように、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を有するほぼ４８０〜６６０ナノメートルの帯域幅を通じて修正される。この設計は、照射野の端縁で単色の性能を高めるために追加の自由度を許容する、横色収差を除いて色収差のための十分に自己修正である。５３２ナノメートルでの図９の設計に対する最悪の場合の多色性のストレール比は、ほぼ０．９８である。以下の光学構成要素（例えば管レンズ）の横色収差を修正することは、それから可能である。

図９から、反射屈折群９０１は、マンジンミラー要素９０６を含む。マンジンミラー要素９０６は、浸液に近接して反射部分を有する反射的に被覆したレンズ要素である。反射屈折群９０１はまた、光が第１表面を反射するときに、第１面ミラーとして作用する要素９０７上の凹状反射面を含む。マンジンミラー要素９０６は、反射材料が存在しない中心の光学的開口を有する。反射材料の欠如によって、光は、対象物すなわち標本９０４からカバーガラスおよび浸液９０５を通ってマンジンミラー要素９０６へ通過して、凹面リフレクタ９０７の第１のすなわち内側の表面からマンジンミラー要素９０６の反射面上へ反射して、さらに凹状球面反射器９０７の開口を通ることができる。中間画像９０８は、要素９０７および視野レンズ群９０２に近接して形成される。視野レンズ群９０２は、１つ以上のレンズを含んでもよく、図９に示される態様では、１つの視野レンズ９０９が使用される。

合焦レンズ群９０３は、マルチプル・レンズ要素を、示される態様では４つのレンズ要素９１０、９１１、９１２、および９１３（全て単一のタイプの材料から形成されてもよい）を使用する。合焦レンズ群９０３は、中間画像９０８を含めて、視野レンズ群９０２から光を集める。開口またはマスクは、対物レンズのＮＡ（開口数）を制限するかまたは修正するために、開口絞（図示せず）に配置されることができる。図９に提示される設計は、図１の設計に関して記述される効果、柔軟性および性能特性の仮想的に全てを有する。この実施形態に対するレンズ規定は、表９に示される。

再度、要素９０６、９０７、９０９、９１０、９１１および９１３としての材料は、ＢＫ７である。一方、要素９１２としての材料は、フッ化カルシウムである。他の材料が使用されてもよいが、設計の中で使用する他の材料は、対物レンズの設計によってサポートされる波長の範囲にわたる低い吸収を要求してもよい。ＢＫ７は、この出願のガラス材料としての理想選択である。フッ化カルシウムは、非常に広い伝送範囲を有し、したがって、その設計は、ＢＫ７としての低い吸収を有する任意の中心波長に対して再最適化されることができる。再最適化は、レンズ／構成要素のわずかなチューニングまたは変更を要求し、そして、当業者の能力の範囲内で一般的でもよい。

要素の最大部の直径は２４．０ミリメートルである。そしてそれは、この波長範囲において従来使用される多くの対物レンズの設計よりも有意に小さい。

したがって一般に、本設計は、ほぼ４０ミリメートルのしかし２０〜２５ミリメートル程度に低い最大部の直径を有するレンズおよび要素を含んで、ほとんどの場合に１．０およびほぼ１．２を上回る開口数を提供して、そして、いくつかの場合に０．２０ミリメートルを上回るがしかし、全ての場合に０．０５ミリメートルを上回る、ほぼ０．２５ミリメートルの照射野を提供する。対物レンズのための修正された帯域幅は、ほぼ４８０〜６６０ナノメートルである。対物レンズは、送り出された光エネルギーがある場合に、０．２を上回る相対的な帯域幅を提供する。ここで、相対的な帯域幅は、入力されまたは受け入れられた帯域幅（時々参照帯域幅と呼ばれる）にみなされている帯域幅の比率である。

対物レンズ１００１、フランジ１００２および顕微鏡１００３の概念上の図面（一定の比率でない）が、図１０に図示される。対物レンズ１００１は、本明細書において開示される対物レンズ設計の形態をとってもよい。通常の状況において、フランジは、標本からほぼ６０ミリメートルに位置してもよい。液浸イメージングを使用する顕微鏡システムは、概して転倒型である。この種の顕微鏡において、大部分の部品の順序は、典型的に逆転する。この場合、顕微鏡より上に対物レンズを保持するフランジ１００２については、顕微鏡１００３は一番下にある。サンプル１００４はそれから、視るために対物レンズの上に配置される。この装置は、対物レンズ１００１とサンプル１００４との間に浸液を配置することを単純化する。

本明細書において提示される設計および図で示される特定の態様は、制限しないことになっているが、しかし、本発明の教示および利点、すなわち、高いＮＡ（開口数）および改良された照射野を有する広帯域光エネルギー状態を良好に実行する能力を有する既存の顕微鏡用に構成される小型の直径の対物レンズ、をまだ組み込むと共に、代替の構成要素を含んでもよい。本発明はしたがって、本発明の特定の実施形態と関連して記述されると共に、本発明は、さらなる修正の能力があることが理解される。この出願は、一般に、本発明の原理に従い、そして、本発明が関係する技術の範囲内で知られたおよび慣習的な実行の範囲内に由来するような現在の開示からのこの種の逸脱を含む、本発明の任意の変化、使用または適応もカバーすることを意図する。

Claims (28)

1. 対物レンズであって、以下を含む：
   ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の光線を発生するように構成される光源から光線を受け入れて、焦点を合わせた光線を形成するように構成される少なくとも１つの合焦レンズを含む合焦レンズ群；
   前記合焦レンズ群から合焦した光線を受け入れて、中間の光線を発生するように適応される視野レンズ；
   前記視野レンズから前記中間の光線を受け入れて、制御された光線を形成するように配置されるマンジンミラー装置；および
   前記マンジンミラー装置と標本との間の浸液；
   そこにおいて、前記対物レンズの全ての要素は４０ミリメートル未満の直径を有して、前記対物レンズは、ほぼ１．２を上回る開口数および０．２０ミリメートルを上回る照射野を備える。
2. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、複数のガラス材料が用いられる。
3. 請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記マンジンミラー装置が以下を含む：
   前記浸液と接触する実質的に平坦な表面、および前記標本に向かってカーブした第２の表面を有する第１のレンズ／ミラー要素；および
   第１の反射表面を有する第２のレンズ／ミラー要素。
4. 請求項３に記載の対物レンズにおいて、前記第２のレンズ／ミラー要素が、合焦した光線を通過させることを許容する中心開口をさらに有する。
5. 請求項３に記載の対物レンズにおいて、前記第２のレンズ／ミラー要素は、カーブした反射面と、実質的に平坦な面とを有するレンズとして形成される。
6. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記合焦レンズ群の各レンズおよび前記視野レンズの各々が、多くてもほぼ２５ミリメートルの直径を有する。
7. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記視野レンズ、前記合焦レンズ群および前記マンジンミラー装置を含む前記対物レンズが、８つ以下の要素を含む。
8. 請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、石英ガラスである。
9. 請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、フッ化カルシウムである。
10. 請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記ガラス材料のうちの１つが、ＢＫ７である。
11. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、フランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジは、前記標本からほぼ６０ミリメートルに位置するように構成される。
12. 標本を検査するために使用される対物レンズであって、以下を含む：
    ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの波長範囲の広帯域の光線を受け入れるように構成される合焦レンズ群であって、前記合焦レンズ群は、少なくとも１つの合焦レンズを含む；
    前記合焦レンズ群から焦点を合わせた光線を受け入れて、中間の光線を発生するように適応される少なくとも１つの視野レンズ；
    前記視野レンズから前記中間の光線を受け入れて、制御された光線を形成するように配置されるマンジンミラー装置；および
    前記マンジンミラー装置と前記標本との間に位置する液浸物質；
    前記マンジンミラー装置は、ほぼ１．２を上回る開口数およびほぼ０．２０ミリメートルを超える照射野とともに、前記制御された光線を前記標本に与える。
13. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに複数のガラス材料が用いられる。
14. 請求項１３に記載の対物レンズにおいて、前記マンジンミラー装置が以下を含む：
    前記浸液と接触する実質的に平坦な表面、および前記標本に向かってカーブした第２の表面を有する第１のレンズ／ミラー要素；および
    第１の反射表面を有する第２のレンズ／ミラー要素。
15. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズの各要素が、ほぼ２５ミリメートルを下回る直径を有する。
16. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、多くても７つの要素を有する。
17. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、９つ未満の要素を含む。
18. 請求項１３に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、石英ガラスである。
19. 請求項１３に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、フッ化カルシウムである。
20. 請求項１３に記載の対物レンズにおいて、１つのガラス材料が、ＢＫ７である。
21. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、顕微鏡内のフランジに配置されるように構成され、前記フランジは、正常動作の間、前記標本からほぼ６０ミリメートル以下に位置する。
22. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、主として水である。
23. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、石英ガラスの分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
24. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、フッ化カルシウムの分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
25. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記液浸物質が、ＢＫ７の分散に近い分散を有する屈折率整合流体である。
26. 請求項１２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、比較的最小限の球面収差、軸上色収差、横色収差、および収差の色の変化を発生するために最適化される。
27. 請求項２６に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズが、残余の横色収差を許容するために最適化される。
28. 標本を検査するための方法であって、以下を含む：
    ほぼ４８０〜６６０ナノメートルの範囲の波長を有する光線を発生するステップ；
    少なくとも１つのレンズを使用して、前記光線の焦点を合わせて、合焦した光線にするステップであって、前記合焦において使用する各レンズはほぼ２５ミリメートルを下回る直径を有するステップ；
    前記合焦した光線を受け入れて、前記合焦した光線を中間の光線に変換するステップ；および
    前記中間の光線を受け入れて、液浸物質を通して制御された光線を標本に提供するステップ；
    そこにおいて、制御された光線は、ほぼ１．２を上回る開口数および０．２０ミリメートルを上回る照射野を備える。

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