JPH09288237A - Dark field vertical illuminating microscope - Google Patents

Dark field vertical illuminating microscope

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JPH09288237A
JPH09288237A JP17243796A JP17243796A JPH09288237A JP H09288237 A JPH09288237 A JP H09288237A JP 17243796 A JP17243796 A JP 17243796A JP 17243796 A JP17243796 A JP 17243796A JP H09288237 A JPH09288237 A JP H09288237A
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JP
Japan
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light
annular
light flux
dark
lens
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Application number
JP17243796A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Tamura
雄一 田村
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BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Original Assignee
BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently and uniformly irradiate an object to be measured with illumination light and to observe an optical image of good contrast. SOLUTION: The illumination light A emitted from a light source 10 is made incident on a double conical mirror 30 through a collector lens 11, an aperture diaphragm 14, a visual field diaphragm 15 and a collimator lens 16, and then, the light is formed to parallel zonal luminous fluxes with hardly generating a loss. The illumination light A as the parallel zonal luminous fluxes is also made incident on a condenser lens 50 through a zonal relay lens 40, a zonal reflection mirror 43 and zonal relay lenses 41 and 42 with hardly generating a transmission loss. The illumination light A is efficiently condensed on the surface of the object to be measured through the condenser lens 50, then, the object is irradiated with the light. Scattered light B generated in this process is transmitted through an objective lens 70, then, the optical image is detected by a photodetector 90.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、暗視野落射方式で
被測定物を照射して、その被測定物から発した光束（散
乱光または蛍光）に基づいて被測定物を観察する暗視野
落射顕微鏡に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dark field epi-illumination for illuminating an object to be measured by a dark field epi-illumination method and observing the object to be measured based on a light beam (scattered light or fluorescence) emitted from the object to be measured. It concerns a microscope.

【０００２】[0002]

【従来の技術】暗視野落射顕微鏡は、被測定物を暗視野
方式で照明するため、光学系のフレアーノイズが殆どな
く、コントラスト（Ｓ／Ｎ比）の非常に良い光学像が得
られ、被測定物からの微弱な散乱光や蛍光を観察するこ
とができるものである。図２３は、従来型の暗視野落射
顕微鏡の光学系を示す図である。2. Description of the Related Art Since a dark-field epi-illumination microscope illuminates an object to be measured by a dark-field method, there is almost no flare noise in the optical system and an optical image with a very good contrast (S / N ratio) can be obtained. It is possible to observe weak scattered light and fluorescence from the measurement object. FIG. 23 is a diagram showing an optical system of a conventional dark-field epi-illumination microscope.

【０００３】この暗視野落射顕微鏡においては、光源１
０から出力された照明光Ａは、先ず、コレクタレンズ１
１とコリメータレンズ１６とによって略平行光束とされ
る。この平行光束とされた照明光Ａは、遮光板２０によ
って光軸近傍の光束が遮光され、光軸から離れた光束部
分のみが透過して輪帯形状の光束に成形される。輪帯光
束とされた照明光Ａは、輪帯反射鏡４３で反射され、拡
散板２１で拡散され、コンデンサレンズ５０によって被
測定物６０の表面に集光照射される。ここで拡散板２１
は、被測定物６０の所定領域に照明光Ａを一様に照明す
るためのものであり、コンデンサレンズ５０は、通常の
球面レンズまたは反射鏡の中心部をくり貫いたものであ
る。このようにして照明光Ａが照射された被測定物６０
で発生した散乱光Ｂは、対物レンズ７０に入射し、輪帯
反射鏡４３の中央の孔部を通過して、光検出器９０で検
出される。In this dark-field epi-illumination microscope, the light source 1
The illumination light A output from 0 is first collected by the collector lens 1
1 and the collimator lens 16 form a substantially parallel light beam. The illumination light A that has been converted into the parallel light flux is shaped into a ring-shaped light flux by blocking only the light flux near the optical axis by the light blocking plate 20 and transmitting only the light flux portion away from the optical axis. The illumination light A that has been made into a ring-shaped luminous flux is reflected by the ring-shaped reflecting mirror 43, diffused by the diffuser plate 21, and condensed and irradiated onto the surface of the DUT 60 by the condenser lens 50. Here diffuser 21
Is for uniformly illuminating a predetermined region of the object to be measured 60 with the illumination light A, and the condenser lens 50 is formed by hollowing out the central portion of an ordinary spherical lens or reflecting mirror. The DUT 60 irradiated with the illumination light A in this manner
The scattered light B generated in 1 is incident on the objective lens 70, passes through the central hole of the annular reflecting mirror 43, and is detected by the photodetector 90.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の暗視野落射顕微鏡では、光源１０から出力された照
明光Ａのうち遮光板２０によって光軸から離れた光束部
分のみを透過させて、これをコンデンサレンズ５０に入
射させることから、照明光Ａの利用効率が悪い。例え
ば、図２４に示すようなコンデンサレンズ５０と対物レ
ンズ７０とからなる暗視野対物レンズ（照明光Ａの入射
側から見た平面図）について照明光Ａの利用効率を説明
する。この図に示した暗視野対物レンズの各部の寸法は
一般的な値であり、ここでは、コンデンサレンズ５０の
内径を１８ｍｍ、外形を２４ｍｍとする。このようなコ
ンデンサレンズ５０に照明光Ａを輪帯光束として入射さ
せる場合に、光源１０から出力された照明光Ａの遮光板
２０における最大利用効率η1は、 η1 ＝（１２2 −９2 ）／１２2 ＝０．４３ … (1) となる。However, in the above-mentioned conventional dark-field episcopic microscope, only the light flux portion of the illumination light A output from the light source 10 which is distant from the optical axis is transmitted by the light shielding plate 20, and this is transmitted through the light shielding plate 20. Since the light enters the condenser lens 50, the utilization efficiency of the illumination light A is poor. For example, the utilization efficiency of the illumination light A will be described for a dark-field objective lens (a plan view seen from the incident side of the illumination light A) including the condenser lens 50 and the objective lens 70 as shown in FIG. The dimensions of each part of the dark field objective lens shown in this figure are general values, and here, the condenser lens 50 has an inner diameter of 18 mm and an outer diameter of 24 mm. When the illumination light A is incident on the condenser lens 50 as a ring-shaped light flux, the maximum utilization efficiency η 1 of the illumination light A output from the light source 10 in the light shielding plate 20 is η 1 = (12 2 −9 2 ) / 12 2 = 0.43 (1)

【０００５】また、遮蔽板２０から拡散板２１に到るま
での光路は幅が狭く長いために、これに起因して、照明
光Ａがコンデンサレンズ５０に到達する効率が悪くな
る。例えば、図２５に示すような視野絞り１５からコン
デンサレンズ５０に到るまでの光学系について照明光Ａ
の利用効率を説明する。この図においても光学要素間の
距離などについては一般的な数値を示しており、視野絞
り１５の径を１２ｍｍとし、コンデンサレンズ５０の内
径を１８ｍｍ、外形を２４ｍｍとし、視野絞り１５とコ
リメータレンズ１６との間の光路長すなわちコリメータ
レンズ１６の焦点距離を２００ｍｍとし、コリメータレ
ンズ１６とコンデンサレンズ５０との間の光路長を１５
０ｍｍとする。Further, since the optical path from the shield plate 20 to the diffuser plate 21 has a narrow width and is long, the efficiency of the illumination light A reaching the condenser lens 50 is deteriorated due to this. For example, for the optical system from the field stop 15 to the condenser lens 50 as shown in FIG.
Explain the usage efficiency of. Also in this figure, general numerical values are shown for the distance between optical elements, and the field stop 15 has a diameter of 12 mm, the condenser lens 50 has an inner diameter of 18 mm, and an outer shape of 24 mm. And the focal length of the collimator lens 16 is 200 mm, and the optical path length between the collimator lens 16 and the condenser lens 50 is 15 mm.
0 mm.

【０００６】このような光学系において、視野絞り１５
を通過した照明光Ａの全てがコンデンサレンズ５０に入
射するのではない。すなわち、視野絞り１５の中央付近
から出射した光束Ａ１（図中で実線で示されている光
束）はコンデンサレンズ５０に入射する。しかし、視野
絞り１５の周辺部から出射した光束Ａ２（図中で波線で
示されている光束）や、視野絞り１５の中心から４ｍｍ
離れた地点から出射した光束Ａ３（図中で点線で示され
ている光束）は、コンデンサレンズ５０に入射しない。
すなわち、視野絞り１５から出射した照明光Ａのうち一
部分しかコンデンサレンズ５０に到達しないことになっ
て、照明光Ａの利用効率が低下する。In such an optical system, the field stop 15
All of the illumination light A that has passed through does not enter the condenser lens 50. That is, the light flux A1 (light flux indicated by the solid line in the figure) emitted from the vicinity of the center of the field stop 15 enters the condenser lens 50. However, the luminous flux A2 (the luminous flux indicated by the broken line in the figure) emitted from the peripheral portion of the field stop 15 or 4 mm from the center of the field stop 15
The light flux A3 emitted from a distant point (the light flux indicated by the dotted line in the drawing) does not enter the condenser lens 50.
That is, only a part of the illumination light A emitted from the field stop 15 reaches the condenser lens 50, and the utilization efficiency of the illumination light A decreases.

【０００７】この場合、視野絞り１５を通過した照明光
Ａがコンデンサレンズ５０に入射する効率η2 は、以下
のようにして求められる。まず、顕微鏡の画角（明視野
落射照明の画角）αは、視野数（２４ｍｍ）の半分すな
わち像高半径（１２ｍｍ）と結像レンズ（コリメータレ
ンズ）１６の焦点距離（２００ｍｍ）とから、 α≒１２／２００＝０．０６ｒａｄ＝３．６゜ … (2) で求められ、また、照明光Ａの画角βは、コリーメータ
レンズ１６からコンデンサレンズ５０までの光路の幅
（３ｍｍ）と長さ（１５０ｍｍ）とから、 β≒３／１５０＝０．０２ｒａｄ＝１．２゜ … (3) で求められる。したがって、照明光Ａの使用効率（暗視
野照明の明視野照明に対する比）η2 は、 η2 ＝β2 ／α2 ＝０．１１ … (4) となる。In this case, the efficiency η 2 of the illumination light A that has passed through the field stop 15 and is incident on the condenser lens 50 is obtained as follows. First, the angle of view (angle of view of bright-field epi-illumination) α of the microscope is calculated from half of the number of fields (24 mm), that is, the image height radius (12 mm) and the focal length (200 mm) of the imaging lens (collimator lens) 16. α≈12 / 200 = 0.06 rad = 3.6 ° (2), and the angle of view β of the illumination light A is the width (3 mm) of the optical path from the collimator lens 16 to the condenser lens 50. From the length (150 mm), β≈3 / 150 = 0.02 rad = 1.2 ° (3) Therefore, the use efficiency (ratio of dark field illumination to bright field illumination) η 2 of the illumination light A is η 2 = β 2 / α 2 = 0.11 (4)

【０００８】また、このような照明光学系の場合には、
被測定物６０上の照明範囲を確保することができない。
そこで、従来では、一定の広さの照明範囲を確保するた
めに、照明光学系の共役関係を崩し、コンデンサレンズ
５０の収差や拡散板２１を利用して必要な照明範囲を確
保していた。しかし、照明光学系の共役を崩すと、絞り
機能が作用しなくなる。このように、照明範囲の確保と
調整は両立し得なかった。In the case of such an illumination optical system,
The illumination range on the DUT 60 cannot be secured.
Therefore, in the past, in order to secure a certain wide illumination range, the conjugate relationship of the illumination optical system was broken, and the aberration of the condenser lens 50 and the diffusion plate 21 were used to secure the required illumination range. However, if the conjugation of the illumination optical system is broken, the diaphragm function will not work. Thus, securing and adjusting the illumination range were not compatible.

【０００９】また、一般には臨界照明法が用いられてお
り、光源１０の像が被測定物６０の表面に結像される。
したがって、光源１０からの照明光Ａの出射強度分布が
一様でなく不均一である場合には、被測定物６０に照射
される照明光Ａの強度分布も不均一となり、光検出器９
０で検出する散乱光の像は不正確なものとなる。そこ
で、従来より、照明範囲の極めて狭い１００倍程度の高
倍率対物レンズの場合を除いて、被測定物６０上の所定
領域に照明光Ａを一様に照射するために拡散板２１を通
常使用している。したがって、照明光Ａは拡散板２１か
ら拡散して出射され、コンデンサレンズ５０に入射する
効率η3 は数分の一になる。Generally, the critical illumination method is used, and the image of the light source 10 is formed on the surface of the object 60 to be measured.
Therefore, when the emission intensity distribution of the illumination light A from the light source 10 is not uniform but non-uniform, the intensity distribution of the illumination light A irradiated on the DUT 60 is also non-uniform and the photodetector 9
The scattered light image detected at 0 is inaccurate. Therefore, conventionally, the diffusion plate 21 is normally used to uniformly illuminate the predetermined region on the DUT 60 with the illumination light A, except in the case of a high-magnification objective lens having an extremely narrow illumination range of about 100 times. are doing. Therefore, the illumination light A is diffused and emitted from the diffusion plate 21, and the efficiency η 3 of being incident on the condenser lens 50 becomes a fraction.

【００１０】以上より、光源１０から出射された照明光
Ａのうち被測定物６０に照射される効率ηは、η1 、η
2 およびη3 の積で与えられ、その値は百分の一程度に
なる。このように照明光Ａの利用効率が悪いことから、
光検出器９０で観察する被測定物６０の像が暗い。ま
た、照明範囲を限定・調整することができず、像のコン
トラストを改善することも困難であった。このことは、
被測定物６０から発生する散乱光が微弱であったり、被
測定物６０に含まれる蛍光物質から発生する蛍光が微弱
である場合には、特に大きな問題であった。From the above, the efficiency η of the illumination light A emitted from the light source 10 to the object to be measured 60 is η 1 , η
It is given by the product of 2 and η 3 , and its value becomes about one hundredth. Since the utilization efficiency of the illumination light A is poor,
The image of the DUT 60 observed by the photodetector 90 is dark. Further, the illumination range cannot be limited and adjusted, and it is difficult to improve the contrast of the image. This means
When the scattered light generated from the object to be measured 60 is weak or the fluorescence generated from the fluorescent substance contained in the object to be measured 60 is weak, this is a particularly serious problem.

【００１１】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、光源から出力された照明光を高効率か
つ一様に被測定物に照射して、コントラストのよい光像
を観察することができる暗視野落射顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and illuminates the object to be measured with illumination light output from a light source with high efficiency and observes an optical image with good contrast. It is an object of the present invention to provide a dark-field episcopic microscope capable of performing.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項１に係る暗視野落
射顕微鏡は、(1) 第１の光束を出力する光源部と、(2)
第１の光束を入力し輪帯形状に成形して出力する輪帯光
束形成手段と、(3) 輪帯形状の第１の光束を伝送するリ
レーレンズ系と、(4) リレーレンズ系から出力された第
１の光束を入力し被測定物の所定領域に集光照射する輪
帯形状のコンデンサレンズと、(5) コンデンサレンズの
内側に同軸に配置され、第１の光束が照射された被測定
物の所定領域から発した第２の光束を入力し、所定位置
に結像する対物レンズと、(6) 対物レンズで結像された
第２の光束を検出する光検出手段と、を備えることを特
徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a dark field episcopic microscope comprising: (1) a light source section for outputting a first light beam; and (2)
An annular light flux forming means for inputting the first light flux, shaping it into an annular shape and outputting it, (3) a relay lens system for transmitting the first light flux of the annular shape, and (4) output from the relay lens system. A ring-shaped condenser lens for inputting the first light flux thus focused and irradiating the light onto a predetermined area of the object to be measured, and (5) a condenser lens coaxially arranged inside the condenser lens and irradiated with the first light flux. An objective lens for inputting a second light flux emitted from a predetermined region of the object to be measured and forming an image at a predetermined position, and (6) a photodetector for detecting the second light flux imaged by the objective lens are provided. It is characterized by

【００１３】この暗視野落射顕微鏡は以下のように作用
する。光源部から出力された第１の光束（照明光または
励起光）は、輪帯光束形成手段によって光束の損失が殆
ど無く輪帯形状とされ、リレーレンズ系によって伝送損
失が殆ど無くコンデンサレンズまで伝送される。したが
って、光源部から出力された第１の光束の大部分が、コ
ンデンサレンズによって被測定物の所定領域に集光照射
されるので、その所定領域から発生する第２の光束（散
乱光または蛍光）の強度は大きい。そして、この第２の
光束は、対物レンズを経て光検出手段によって検出され
る。This dark-field episcopic microscope operates as follows. The first light flux (illumination light or excitation light) output from the light source unit is formed into an annular shape with almost no light loss by the annular light flux forming means, and is transmitted to the condenser lens with almost no transmission loss by the relay lens system. To be done. Therefore, most of the first light flux output from the light source unit is focused and irradiated on the predetermined region of the object to be measured by the condenser lens, so that the second light flux (scattered light or fluorescence) generated from the predetermined region. Has a great strength. Then, this second light flux is detected by the light detection means via the objective lens.

【００１４】請求項２に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項１記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、第１の光束を輪帯幅および光束径が略一
定の平行輪帯形状として出力するとともに、リレーレン
ズ系が、その平行輪帯形状とされた第１の光束を略一定
径のまま伝送する１または２以上の輪帯リレーレンズを
備える、ことを特徴とする。この場合、輪帯光束形成手
段により平行輪帯形状とされた第１の光束は、１または
２以上の輪帯リレーレンズからなるリレーレンズ系によ
り伝送される。A dark-field episcopic microscope according to a second aspect is the dark-field episcopic microscope according to the first aspect, wherein the annular light flux forming means further has a first annular light flux having a substantially constant annular width and luminous flux diameter. Of parallel ring zones, and the relay lens system includes one or more ring zone relay lenses that transmit the first light flux in the parallel zone shape with a substantially constant diameter. And In this case, the first light flux formed into a parallel annular shape by the annular light flux forming means is transmitted by the relay lens system including one or more annular relay lenses.

【００１５】請求項３に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、円錐形状または円錐台形状の側面に形成
された第１の反射鏡と円錐台内壁側面に形成された第２
の反射鏡とを備えることを特徴とするものであり、光源
部から出力された第１の光束を第１および第２の反射鏡
で順次反射させて平行輪帯形状として出力する。A dark-field episcopic microscope according to a third aspect is the dark-field episcopic microscope according to the second aspect, wherein the annular light flux forming means is further formed on a side surface of a conical shape or a truncated cone shape. Second reflector formed on the side of the inner wall of the truncated cone
The first luminous flux output from the light source unit is sequentially reflected by the first and second reflecting mirrors and output as a parallel ring shape.

【００１６】請求項４に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、それぞれ回転対称形状である第１のプリ
ズムと第２のプリズムとを備えることを特徴とするもの
であり、光源部から出力された第１の光束を第１および
第２のプリズムで順次屈折させて平行輪帯形状として出
力する。A dark-field episcopic microscope according to a fourth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the second aspect, wherein the annular light flux forming means has a first prism and a second prism each having a rotationally symmetrical shape. A prism is provided, and the first light flux output from the light source unit is sequentially refracted by the first and second prisms and output as a parallel ring shape.

【００１７】請求項５に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、円盤形状の反射型の第１の回折格子と輪
帯形状の反射型の第２の回折格子とを備えることを特徴
とするものであり、光源部から出力された第１の光束を
第１および第２の回折格子で順次回折させて平行輪帯形
状として出力する。A dark-field episcopic microscope according to a fifth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the second aspect, wherein the annular zone light beam forming means further comprises a disc-shaped reflection type first diffraction grating and an annular zone. And a second reflective diffraction grating having a parallel shape, wherein the first light flux output from the light source unit is sequentially diffracted by the first and second diffraction gratings to form a parallel ring shape. Output as.

【００１８】請求項６に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、円盤形状の透過型の第１の回折格子と輪
帯形状の透過型の第２の回折格子とを備えることを特徴
とするものであり、光源部から出力された第１の光束を
第１および第２の回折格子で順次回折させて平行輪帯形
状として出力する。A dark-field episcopic microscope according to claim 6 is the dark-field episcopic microscope according to claim 2, wherein the annular light flux forming means further comprises a disc-shaped transmission type first diffraction grating and an annular zone. A second transmissive diffraction grating having a parallel shape, wherein the first light flux output from the light source unit is sequentially diffracted by the first and second diffraction gratings to form a parallel ring shape. Output as.

【００１９】請求項７に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯光
束形成手段が、回転対称形である第１の曲面鏡と回転対
称形であって中央に孔部が設けられている第２の曲面鏡
とを備えることを特徴とするものであり、光源部から出
力された第１の光束を第２の曲面鏡の孔部に入力し、第
１および第２の曲面鏡で順次反射させて平行輪帯形状と
して出力する。A dark-field episcopic microscope according to a seventh aspect is the dark-field episcopic microscope according to the second aspect, in which the annular light flux forming means is a rotationally symmetrical first curved mirror and a rotationally symmetrical type. And a second curved mirror having a hole in the center thereof, wherein the first light flux output from the light source unit is input to the hole of the second curved mirror. Then, they are sequentially reflected by the first and second curved mirrors and output as a parallel ring shape.

【００２０】請求項８に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、リレー
レンズ系が、(1) 輪帯光束形成手段の入射側および出射
側の何れかに配置される第１の輪帯リレーレンズと、
(2) コンデンサレンズの入射側に配置される第２の輪帯
リレーレンズと、(3) 第１および第２の輪帯リレーレン
ズの間の光路上に配置される第３の輪帯リレーレンズ
と、を備えることを特徴とする。この場合、輪帯光束形
成手段により平行輪帯光束に成形された第１の光束は、
リレーレンズ系を構成する第１ないし第３の輪帯リレー
レンズにより伝送され、第１の光束の自由光路長（光学
系のない光路の光路長を便宜的にこのように呼ぶ）が短
くなる。The dark-field episcopic microscope according to claim 8 is the dark-field episcopic microscope according to claim 2, further comprising: (1) either the incident side or the exit side of the annular beam forming means. A first annular relay lens arranged on the crab,
(2) A second annular relay lens arranged on the incident side of the condenser lens, and (3) a third annular relay lens arranged on the optical path between the first and second annular relay lenses. And are provided. In this case, the first light flux shaped into the parallel annular light flux by the annular light flux forming means is
The free optical path length of the first light flux transmitted by the first to third annular zone relay lenses constituting the relay lens system (the optical path length of the optical path without the optical system is referred to as such for convenience) is shortened.

【００２１】請求項９に係る暗視野落射顕微鏡は、請求
項８記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、第１の
輪帯リレーレンズが輪帯光束形成手段と一体である、こ
とを特徴とする。この場合、光学素子それぞれの配置と
装置の取り扱いが容易になる。A dark-field episcopic microscope according to claim 9 is the dark-field episcopic microscope according to claim 8, wherein the first annular zone relay lens is integral with the annular luminous flux forming means. And In this case, the arrangement of each optical element and the handling of the device become easy.

【００２２】請求項１０に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪帯
光束形成手段が、第１の光束を輪帯幅が略一定であって
光束径が次第に拡がる傾斜輪帯形状として出力するとと
もに、リレーレンズ系が、傾斜輪帯形状の第１の光束を
入力し光束径が略一定であって輪帯幅が次第に狭くなる
集光輪帯形状として出力するリレーレンズと、その集光
輪帯形状とされた第１の光束を略一定径のまま伝送する
１または２以上の輪帯リレーレンズとを備える、ことを
特徴とする。この場合、輪帯光束形成手段により傾斜輪
帯形状とされた第１の光束は、リレーレンズにより集光
輪帯形状とされ、さらに、１または２以上の輪帯リレー
レンズにより伝送される。A dark-field episcopic microscope according to a tenth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the first aspect, wherein the annular luminous flux forming means has a substantially constant annular width for the first luminous flux. The relay lens system outputs the light as a slanting annular zone shape in which the beam diameter gradually expands, and the relay lens system inputs the first light flux in the slanting zone shape and the beam diameter is substantially constant and the zone width gradually narrows. And a one or more ring-zone relay lenses that transmit the first light flux in the form of a light-collecting ring-zone having a substantially constant diameter. In this case, the first light flux having the inclined annular zone shape by the annular zone light flux forming means is made into a converging annular zone shape by the relay lens, and is further transmitted by one or two or more annular zone relay lenses.

【００２３】請求項１１に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１０記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪
帯光束形成手段が、円錐形状の側面に形成された反射鏡
を備えることを特徴とするものであり、光源部から出力
された第１の光束を反射鏡で反射させて傾斜輪帯形状と
して出力する。The dark-field episcopic microscope according to claim 11 is the dark-field episcopic microscope according to claim 10, wherein the annular luminous flux forming means further comprises a reflecting mirror formed on the side surface of the conical shape. The characteristic is that the first light flux output from the light source unit is reflected by a reflecting mirror and is output as an inclined annular zone shape.

【００２４】請求項１２に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１０記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪
帯光束形成手段が、入射面および出射面の少なくとも何
れか一方が凸状または凹状の円錐形状である回転対称形
の円錐プリズムを備えることを特徴とするものであり、
光源部から出力された第１の光束を円錐プリズムで屈折
させて傾斜輪帯形状として出力する。A dark-field episcopic microscope according to claim 12 is the dark-field episcopic microscope according to claim 10, wherein the annular light flux forming means has at least one of an entrance surface and an exit surface that is convex or It is characterized by comprising a rotationally symmetric conical prism having a concave conical shape,
The first light flux output from the light source unit is refracted by the conical prism and output as an inclined annular zone shape.

【００２５】請求項１３に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１０記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、輪
帯光束形成手段が、円盤形状の透過型の回折格子を備え
ることを特徴とするものであり、光源部から出力された
第１の光束を回折格子で回折させて傾斜輪帯形状として
出力する。A dark field episcopic microscope according to a thirteenth aspect is the dark field episcopic microscope according to the tenth aspect, wherein the annular light flux forming means further comprises a disc-shaped transmission type diffraction grating. The first light flux output from the light source unit is diffracted by the diffraction grating and is output in the form of an inclined annular zone.

【００２６】請求項１４に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項２または９記載の暗視野落射顕微鏡であって、さら
に、輪帯リレーレンズがフレネルレンズであることを特
徴とする。この場合、この輪帯リレーレンズを含む光学
素子それぞれの配置が容易となる。The dark-field episcopic microscope according to claim 14 is the dark-field episcopic microscope according to claim 2 or 9, wherein the annular relay lens is a Fresnel lens. In this case, it becomes easy to dispose each optical element including the ring relay lens.

【００２７】請求項１５に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、リレ
ーレンズ系が、光源部の像をコンデンサレンズの前側焦
点面に結像し、コンデンサレンズが、被測定物の所定領
域をケーラー照明法で照明する、ことを特徴とする。こ
の場合、光源部の発光ムラの影響を受けることなく、第
１の光束は被測定物に一様に照射される。A dark-field episcopic microscope according to a fifteenth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the first aspect, wherein the relay lens system further forms an image of the light source unit on a front focal plane of the condenser lens, The condenser lens illuminates a predetermined region of the object to be measured by the Koehler illumination method. In this case, the first light flux is uniformly applied to the object to be measured without being affected by the uneven light emission of the light source unit.

【００２８】請求項１６に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、光源
部が、第１の光束の光路上に配され、第１の光束の光軸
に垂直な平面上に複数の小レンズが配列されたレンズア
レイを備える、ことを特徴とする。この場合、光源部の
指向性の影響を受けることなく、第１の光束は被測定物
に一様に照射される。A dark-field episcopic microscope according to a sixteenth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the first aspect, further comprising a light source section arranged on an optical path of the first light beam, and a light beam of the first light beam. A lens array in which a plurality of small lenses are arranged on a plane perpendicular to the axis is provided. In this case, the first light flux is uniformly applied to the measured object without being affected by the directivity of the light source section.

【００２９】請求項１７に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、被測
定物に対してコンデンサレンズの反対側に配され、被測
定物を透過した第１の光束を吸収する透過光吸収部材を
更に備える、ことを特徴とする。この場合、被測定物に
照射されて透過した第１の光束が再び被測定物を透過し
て対物レンズに入射することはないので、Ｓ／Ｎ比の優
れた第２の光束の像が得られる。The dark-field episcopic microscope according to claim 17 is the dark-field episcopic microscope according to claim 1, which is arranged on the opposite side of the condenser lens to the object to be measured and transmits the object to be measured. It further comprises a transmitted light absorbing member that absorbs the first light flux. In this case, the first light flux that has been irradiated to and transmitted through the object to be measured does not pass through the object to be measured and is incident on the objective lens, so that an image of the second light beam having an excellent S / N ratio is obtained. To be

【００３０】請求項１８に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１７記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、透
過光吸収部材が、逆円錐形状の円錐内壁が傾斜して形成
されて、被測定物を透過した第１の光束を円錐内壁で多
重反射させて吸収する傾斜円錐内壁鏡である、ことを特
徴とする。この場合、被測定物を透過した第１の光束は
傾斜円錐内壁鏡により好適に吸収される。A dark-field episcopic microscope according to the eighteenth aspect is the dark-field episcopic microscope according to the seventeenth aspect, wherein the transmitted light absorbing member is formed by sloping the inner cone wall of the inverted cone shape, It is an inclined cone inner wall mirror that multiple-reflects and absorbs the first light flux that has passed through the measurement object by the inner wall of the cone. In this case, the first light flux transmitted through the object to be measured is preferably absorbed by the inclined cone inner wall mirror.

【００３１】請求項１９に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１８記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、傾
斜円錐内壁鏡の円錐内壁の頂部に接続され、頂部に到達
した第１の光束を入射して外部へ廃棄する光ファイバを
更に備える、ことを特徴とする。この場合、傾斜円錐内
壁鏡の円錐内壁の頂部に到達した第１の光束は、光ファ
イバにより外部に廃棄される。The dark-field episcopic microscope according to claim 19 is the dark-field episcopic microscope according to claim 18, which is further connected to the top of the cone inner wall of the inclined cone inner wall mirror and reaches the top. The optical fiber further comprises an optical fiber which is incident on and is discarded to the outside. In this case, the first light flux reaching the top of the inner cone wall of the inclined cone inner wall mirror is discarded to the outside by the optical fiber.

【００３２】請求項２０に係る暗視野落射顕微鏡は、請
求項１７記載の暗視野落射顕微鏡であって、さらに、透
過光吸収部材が、円錐台形状の遮光筒内壁が傾斜して形
成されて、被測定物を透過した第１の光束を遮光筒内壁
で多重反射させて吸収する傾斜円錐遮光筒である、こと
を特徴とする。この場合、被測定物を透過した第１の光
束は、傾斜円錐遮光筒により好適に吸収される。The dark-field episcopic microscope according to claim 20 is the dark-field episcopic microscope according to claim 17, wherein the transmitted light absorbing member is formed by sloping the inner wall of the truncated cone-shaped light-shielding cylinder. It is an inclined conical light-shielding tube that multiple-reflects and absorbs the first light flux transmitted through the object to be measured on the inner wall of the light-shielding tube. In this case, the first light flux that has passed through the object to be measured is suitably absorbed by the inclined conical light blocking tube.

【００３３】[0033]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【００３４】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。図１は、第１の実施形態に係る暗視
野落射顕微鏡の光学系の構成図である。(First Embodiment) First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of the dark-field episcopic microscope according to the first embodiment.

【００３５】光源１０は、被測定物６０に照射すべき照
明光（第１の光束）Ａを出射するものである。この光源
１０から出射された照明光Ａは、コレクタレンズ１１で
集光され、開口絞り１４および視野絞り１５それぞれの
開口部を通過し、コリメータレンズ１６に入射して平行
光束とされる。ここで、開口絞り１４は、コレクタレン
ズ１１によって光源１０の光像が結像される位置に配置
されており、被測定物６０に照射される照明光Ａの光量
を調整するものである。また、視野絞り１５は、視野絞
り１５と被測定物６０との間の光学系によって視野絞り
１５の像が被測定物６０表面に結像される位置に配置さ
れており、照明光Ａが照射される被測定物６０上の範囲
を定めるものである。The light source 10 emits illumination light (first light flux) A to be irradiated on the object 60 to be measured. The illumination light A emitted from the light source 10 is condensed by the collector lens 11, passes through the openings of the aperture stop 14 and the field stop 15, enters the collimator lens 16, and becomes a parallel light flux. Here, the aperture stop 14 is arranged at a position where the light image of the light source 10 is formed by the collector lens 11, and adjusts the light amount of the illumination light A with which the DUT 60 is irradiated. Further, the field stop 15 is arranged at a position where an image of the field stop 15 is formed on the surface of the object to be measured 60 by the optical system between the field stop 15 and the object to be measured 60, and the illumination light A is emitted. The range on the DUT 60 to be measured is defined.

【００３６】このようにしてコリメータレンズ１６によ
って平行光束とされた照明光Ａは、輪帯光束形成手段と
しての二重円錐鏡３０によって平行輪帯光束に成形され
る。この平行輪帯光束は、輪帯幅も光束径も一定の輪帯
光束である。そして、この平行輪帯光束は、輪帯リレー
レンズ４０、輪帯反射鏡４３、輪帯リレーレンズ４１，
４２を順に経て、コンデンサレンズ５０によって被測定
物６０表面の所定領域に集光照射される。なお、輪帯光
束形成手段である二重円錐鏡３０および輪帯リレーレン
ズ４０の何れかを照明系の入射瞳の共役位置に配置する
と、被測定物６０表面の所定領域が一様に明るく照明さ
れるので好ましい。そして、被測定物６０に照明光Ａが
照射されて発生した散乱光（第２の光束）Ｂは、対物レ
ンズ７０で結像されて光検出器９０によって検出され
る。The illumination light A thus converted into a parallel luminous flux by the collimator lens 16 is shaped into a parallel annular luminous flux by the double cone mirror 30 as an annular luminous flux forming means. The parallel annular light flux is an annular light flux having a constant annular width and a constant luminous flux diameter. Then, the parallel annular light flux is transmitted through the annular relay lens 40, the annular reflecting mirror 43, the annular relay lens 41,
After passing through 42 in order, the condenser lens 50 focuses and irradiates a predetermined region on the surface of the DUT 60. If any one of the double cone mirror 30 and the annular relay lens 40, which are the annular light flux forming means, is arranged at the conjugate position of the entrance pupil of the illumination system, a predetermined area on the surface of the DUT 60 is uniformly brightly illuminated. Therefore, it is preferable. The scattered light (second light flux) B generated by irradiating the DUT 60 with the illumination light A is imaged by the objective lens 70 and detected by the photodetector 90.

【００３７】本実施形態においてはケーラー照明法を採
用している。すなわち、コリメータレンズ１６から輪帯
リレーレンズ４２に到るまでの光学系によってコンデン
サレンズ５０の前側焦点面に開口絞り１４の像が結像さ
れるよう、開口絞り１４は配置されている。そして、コ
ンデンサレンズ５０は、前側焦点面に結像された照明光
Ａを入力して、被測定物６０表面に照射する。In this embodiment, the Koehler illumination method is adopted. That is, the aperture stop 14 is arranged so that the image of the aperture stop 14 is formed on the front focal plane of the condenser lens 50 by the optical system from the collimator lens 16 to the annular relay lens 42. Then, the condenser lens 50 inputs the illumination light A imaged on the front focal plane and irradiates the surface of the DUT 60.

【００３８】このようなケーラー照明法を採用すること
により、光源１０の発光ムラ（光源１０の出射位置によ
る強度の違い）が解消されて、被測定物６０表面の所定
領域は一様に照明される。したがって、従来の暗視野落
射顕微鏡では必要であった拡散板は不要となり、輪帯リ
レーレンズ系で伝送されてきた照明光Ａを高効率に利用
することができる。それだけでなく、被測定物６０に照
明光Ａが照射される照明範囲を確保でき、その照明範囲
の調整も可能となる。By adopting such a Koehler illumination method, uneven light emission of the light source 10 (difference in intensity depending on the emission position of the light source 10) is eliminated, and a predetermined area on the surface of the object 60 to be measured is uniformly illuminated. It Therefore, the diffuser plate required in the conventional dark-field episcopic microscope is not required, and the illumination light A transmitted by the annular relay lens system can be used with high efficiency. Not only that, the illumination range in which the illumination light A is irradiated to the DUT 60 can be secured, and the illumination range can be adjusted.

【００３９】次に、輪帯光束形成手段としての二重円錐
鏡３０について説明する。図２は、この二重円錐鏡３０
の出射側から見た平面図（ａ）、入射側から見た平面図
（ｂ）、光軸に沿って切断した端面図（ｃ）、および斜
視図（ｄ）である。二重円錐鏡３０は、光軸を中心とす
る回転対称体であって、円錐形状の側面に形成された反
射鏡３０Ａと、それに対面する円錐台形状の内壁に形成
された反射鏡３０Ｂとからなる。入射端３０ａに入射し
た照明光Ａは、先ず、円錐形状の側面に形成された反射
鏡３０Ａで反射され、続いて、円錐台形状の内壁に形成
された反射鏡３０Ｂで反射されて、出射端３０ｂから平
行輪帯光束として出射される。Next, the double cone mirror 30 as the annular light flux forming means will be described. FIG. 2 shows this double conical mirror 30.
4A is a plan view seen from the exit side, FIG. 4B is a plan view seen from the incidence side, FIG. 6C is an end view taken along the optical axis, and FIG. The double-conical mirror 30 is a rotationally symmetric body about the optical axis, and is composed of a reflecting mirror 30A formed on a conical side surface and a reflecting mirror 30B formed on an inner wall of a truncated cone shape facing the side surface. Become. The illumination light A that has entered the incident end 30a is first reflected by the reflecting mirror 30A formed on the side surface of the conical shape, and then by the reflecting mirror 30B formed on the inner wall of the truncated cone shape, and then the emitting end. It is emitted as a parallel annular light flux from 30b.

【００４０】なお、照明光Ａを平行輪帯光束に成形する
手段は、この二重円錐鏡３０に限られない。例えば、輪
帯光束形成プリズムを利用しても照明光Ａを平行輪帯光
束とすることができる。図３は、輪帯光束形成プリズム
の出射側から見た平面図（ａ）、入射側から見た平面図
（ｂ）、光軸に沿って切断した断面図（ｃ）、および斜
視図（ｄ）である。輪帯光束形成プリズム３１は、光軸
を中心とする回転対象体であって、一対のプリズム３１
Ａとプリズム３１Ｂとからなる。入射端３１ａから入射
した照明光Ａは、最初にプリズム３１Ａで屈折され、次
にプリズム３１Ｂで屈折され、出射端３１ｂから平行輪
帯光束として出射される。The means for shaping the illumination light A into the parallel annular light flux is not limited to the double conical mirror 30. For example, the illumination light A can be converted into a parallel annular light flux by using an annular light flux forming prism. FIG. 3 is a plan view (a) viewed from the exit side of the annular light flux forming prism, a plan view (b) viewed from the entrance side, a cross-sectional view (c) taken along the optical axis, and a perspective view (d). ). The ring-shaped light flux forming prism 31 is a rotation target body around the optical axis, and is a pair of prisms 31.
It is composed of A and a prism 31B. The illumination light A incident from the incident end 31a is first refracted by the prism 31A, then refracted by the prism 31B, and emitted as a parallel annular light flux from the emitting end 31b.

【００４１】また、反射型輪帯光束形成回折格子を利用
しても照明光Ａを平行輪帯光束とすることができる。図
４は、反射型輪帯光束形成回折格子を光軸に沿って切断
した断面図である。図４（ａ）は、反射型輪帯光束形成
回折格子３２の断面図であり、図４（ｂ）は、その断面
の形状を模式的に拡大して示した図である。この図に示
すように、反射型輪帯光束形成回折格子は、断面形状が
鋸歯状の輪帯格子からなる一対の反射型の回折現象を利
用して平行輪帯光束を形成するものである。この場合、
入射端３２ａに入射した照明光Ａは、一方の回折格子３
２Ａの中央に設けられた孔部を通過して、他方の回折格
子３２Ｂで反射・回折される。その回折された照明光Ａ
は、回折格子３２Ａで反射・回折されて、平行輪帯光束
として出射端３２ｂから出力される。Also, the illumination light A can be made into a parallel annular light flux by using the reflection type annular light flux forming diffraction grating. FIG. 4 is a cross-sectional view of the reflective annular zone light flux forming diffraction grating cut along the optical axis. 4A is a cross-sectional view of the reflection type annular zone light flux forming diffraction grating 32, and FIG. 4B is a diagram schematically showing the cross-sectional shape in an enlarged manner. As shown in this figure, the reflection type annular zone light flux forming diffraction grating forms a parallel annular zone light flux by utilizing a pair of reflection type diffraction phenomena composed of an annular zone grating having a sawtooth cross section. in this case,
The illumination light A that has entered the incident end 32a receives the diffraction grating 3 on one side.
It passes through a hole provided in the center of 2A and is reflected and diffracted by the other diffraction grating 32B. The diffracted illumination light A
Is reflected and diffracted by the diffraction grating 32A, and is output from the emission end 32b as a parallel annular light flux.

【００４２】また、透過型輪帯光束形成回折格子を利用
しても照明光Ａを平行輪帯光束とすることができる。図
５は、透過型輪帯光束形成回折格子を光軸に沿って切断
した断面図である。図５（ａ）は、透過型輪帯光束形成
回折格子３３の断面図であり、図５（ｂ）は、その断面
の形状を模式的に拡大して示した図である。この図に示
すように、透過型輪帯光束形成回折格子は、断面形状が
鋸歯状の輪帯格子からなる一対の透過型の回折現象を利
用して平行輪帯光束を形成するものである。この場合、
入射端３３ａに入射した照明光Ａは、一方の回折格子３
３Ａの中央に設けられた格子部分で透過・回折され、そ
の回折した照明光Ａは、他方の回折格子３３Ｂで透過・
回折されて、平行輪帯光束として出射端３３ｂから出力
される。Also, the illumination light A can be converted into a parallel annular light flux by using a transmission type annular light flux forming diffraction grating. FIG. 5 is a cross-sectional view of the transmission type annular zone light flux forming diffraction grating cut along the optical axis. 5A is a cross-sectional view of the transmission type annular zone light flux forming diffraction grating 33, and FIG. 5B is a diagram schematically showing the cross-sectional shape in an enlarged manner. As shown in this figure, the transmissive annular light flux forming diffraction grating forms a parallel annular light flux by utilizing a pair of transmissive diffraction phenomena composed of an annular grating having a sawtooth cross section. in this case,
The illumination light A that has entered the entrance end 33a receives one of the diffraction gratings 3
3A is transmitted and diffracted by a grating portion provided in the center of 3A, and the diffracted illumination light A is transmitted and diffracted by the other diffraction grating 33B.
The light is diffracted and is output from the exit end 33b as a parallel annular light flux.

【００４３】このように、二重円錐鏡３０、輪帯光束形
成プリズム３１、反射型輪帯光束形成回折格子３２およ
び透過型輪帯光束形成回折格子３３の何れを用いても、
その入射端に入射した照明光Ａは遮断されることがな
く、全ての光束が平行輪帯光束に成形されて出射され
る。したがって、照明光Ａが平行輪帯光束に成形される
際にも、光束の損失は極めて少ない。As described above, any one of the double-conical mirror 30, the annular light flux forming prism 31, the reflective annular light flux forming diffraction grating 32, and the transmissive annular light flux forming diffraction grating 33 can be used.
The illumination light A that has entered the incident end is not blocked, and all the light fluxes are shaped into parallel annular light fluxes and emitted. Therefore, even when the illumination light A is shaped into a parallel annular light flux, the loss of the light flux is extremely small.

【００４４】次に、輪帯リレーレンズ４０，４１および
４２について説明する。輪帯リレーレンズ４０，４１お
よび４２それぞれは、図６に示すように、光軸を中心と
する回転対称体であり、光軸に沿って切断したときの端
面の形状が凸レンズ形状であって（図６（ａ））、照明
光Ａが入射する方向から見れば照明光Ａの光束形状と同
様の輪帯形状である（図６（ｂ））。また、輪帯リレー
レンズ４０，４１および４２それぞれは互いに焦点距離
に等しい光路長だけ隔てられて配置される。Next, the annular relay lenses 40, 41 and 42 will be described. As shown in FIG. 6, each of the ring-shaped relay lenses 40, 41, and 42 is a rotationally symmetric body about the optical axis, and the shape of the end face when cut along the optical axis is a convex lens shape ( 6 (a)), when viewed from the direction in which the illumination light A enters, it has a ring shape similar to the luminous flux shape of the illumination light A (FIG. 6 (b)). Further, the annular relay lenses 40, 41 and 42 are arranged so as to be separated from each other by an optical path length equal to the focal length.

【００４５】なお、輪帯リレーレンズは、通常のガラス
レンズであってもよいが、光の回折現象を利用するフレ
ネル型のレンズであってもよい。図７は、輪帯フレネル
レンズの端面図と平面図である。輪帯フレネルレンズ
は、光軸を中心とする回転対称体であり、光軸に沿って
切断したときの端面が凸レンズと作用し得るフレネルレ
ンズであって（図７（ａ））、照明光Ａが入射する方向
から見れば照明光Ａの光束形状と同様の輪帯形状である
（図７（ｂ））。The ring-shaped relay lens may be a normal glass lens, or may be a Fresnel type lens utilizing the diffraction phenomenon of light. FIG. 7 is an end view and a plan view of the annular Fresnel lens. The annular Fresnel lens is a rotationally symmetric body centered on the optical axis, and the end surface when cut along the optical axis is a Fresnel lens that can act as a convex lens (FIG. 7A). When viewed from the incident direction, the light beam has an annular shape similar to that of the illumination light A (FIG. 7B).

【００４６】また、輪帯リレーレンズは、多数のレンズ
を輪帯状に融着接続して形成されたものであってもよ
い。図８は、８個のレンズを融着接続して形成された輪
帯リレーレンズの端面図と平面図である。この輪帯リレ
ーレンズは、光軸に沿って切断したときの端面図（図８
（ａ））も平面図（図８（ｂ））も、図６に示した輪帯
リレーレンズと同様である。ここで、融着接続される個
々のレンズは、球面レンズ、シリンドリカルレンズある
いはこれらと同一機能のフレネルレンズ等であり、輪帯
リレーレンズ系は、これらの組み合わせでもよい。ま
た、平面形状が図８（ｂ）に示した輪帯形状でなくても
よく、例えば、八角形等の多角形であってもよい。ま
た、輪帯リレーレンズの内径と外径との比が１に近く幅
が狭い場合には、図９（ａ）の端面図および図９（ｂ）
の平面図に示すように、１６や２４あるいは更に多数の
枚数のレンズを融着接続するのが好適である。The annular relay lens may be formed by fusion-bonding a large number of lenses in an annular shape. FIG. 8 is an end view and a plan view of an annular relay lens formed by fusion-bonding eight lenses. This annular relay lens has an end view (FIG. 8) when cut along the optical axis.
Both (a)) and the plan view (FIG. 8 (b)) are similar to those of the annular relay lens shown in FIG. Here, the individual lenses that are fusion-spliced are spherical lenses, cylindrical lenses, Fresnel lenses having the same function as these, or the like, and the annular relay lens system may be a combination thereof. Further, the planar shape does not have to be the annular shape shown in FIG. 8B, and may be, for example, a polygon such as an octagon. Further, when the ratio of the inner diameter to the outer diameter of the annular relay lens is close to 1 and the width is narrow, the end view of FIG. 9A and FIG.
It is preferable to fusion-bond 16 or 24 lenses or a larger number of lenses as shown in the plan view of FIG.

【００４７】次に、輪帯リレーレンズ４０，４１および
４２からなる輪帯リレーレンズ系の作用について説明す
る。図１０は、輪帯リレーレンズ系の作用を説明する図
である。なお、ここでは説明の簡便のために輪帯反射鏡
４３を省略して、輪帯リレーレンズ４０，４１および４
２が一直線の光軸に沿って配置されているものとして説
明する。この図に示すように、二重円錐鏡３０で平行輪
帯光束に成形された照明光Ａは、輪帯リレーレンズ４０
に入射して、輪帯リレーレンズ４１の位置に集光され、
さらに、輪帯リレーレンズ４１から出射した照明光Ａは
輪帯リレーレンズ４２に入射して平行輪帯光束として出
射される。そして、輪帯リレーレンズ４２から出射され
た照明光Ａはコンデンサレンズ５０に入射し、被測定物
６０表面に集光照射される。Next, the operation of the annular relay lens system composed of the annular relay lenses 40, 41 and 42 will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the annular relay lens system. For simplicity of explanation, the ring-shaped reflecting mirror 43 is omitted and the ring-shaped relay lenses 40, 41 and 4 are omitted.
2 will be described as being arranged along a straight optical axis. As shown in this figure, the illumination light A formed into a parallel annular light flux by the double conical mirror 30 is an annular relay lens 40.
And is condensed at the position of the annular relay lens 41,
Further, the illumination light A emitted from the annular relay lens 41 enters the annular relay lens 42 and is emitted as a parallel annular luminous flux. Then, the illumination light A emitted from the annular relay lens 42 enters the condenser lens 50 and is condensed and irradiated on the surface of the DUT 60.

【００４８】このように二重円錐鏡３０とコンデンサレ
ンズ５０との間に輪帯リレーレンズ系を設けることによ
り、視野絞り１５と被測定物６０との間の照明光学系は
無限遠光学系となる。したがって、視野絞り１５を通過
した照明光Ａは、被測定物６０表面に高効率に照射され
るだけでなく、必要な照明範囲の確保と調整も可能とな
る。By providing the annular relay lens system between the double conical mirror 30 and the condenser lens 50 in this way, the illumination optical system between the field stop 15 and the DUT 60 is an infinite optical system. Become. Therefore, the illumination light A that has passed through the field stop 15 not only irradiates the surface of the DUT 60 with high efficiency, but also secures and adjusts the necessary illumination range.

【００４９】例えば、平行輪帯光束とされた照明光Ａの
光路幅を３ｍｍとし、画角を０．０６ｒａｄ（＝３．６
゜）とした場合に、輪帯リレーレンズ４０，４１および
４２それぞれの焦点距離ｆが、 ｆ＜３ｍｍ／０．０６＝５０ｍｍ … (5) であれば、輪帯リレーレンズ系は照明光Ａを損失なく伝
送することができる。また、３枚の焦点距離５０ｍｍの
輪帯リレーレンズ４０，４１および４２を５０ｍｍ間隔
に配置することにより、自由光路（光学系のない光路）
を１００ｍｍ短縮することができる。For example, the optical path width of the illumination light A which is a parallel ring light flux is 3 mm, and the angle of view is 0.06 rad (= 3.6).
)), If the focal length f of each of the ring relay lenses 40, 41 and 42 is f <3 mm / 0.06 = 50 mm (5), the ring relay lens system changes the illumination light A. It can be transmitted without loss. In addition, by arranging three annular relay lenses 40, 41, and 42 having a focal length of 50 mm at intervals of 50 mm, a free optical path (optical path without an optical system)
Can be shortened by 100 mm.

【００５０】短縮すべき自由光路の長さと幅および画角
（照明範囲）が異なる場合には、輪帯リレーレンズの焦
点距離、間隔および枚数を最適に設計する。ただし、輪
帯リレーレンズの枚数は３以上の奇数であることが望ま
しい。また、輪帯リレーレンズを含めて光学素子それぞ
れの配置の問題やコストの制約がある場合には、理論値
とは異なる或程度の伝送損失を見込んで現実的配置も可
能である。When the length and width of the free optical path to be shortened and the angle of view (illumination range) are different, the focal length, the interval and the number of annular relay lenses are designed optimally. However, it is desirable that the number of annular relay lenses is an odd number of 3 or more. Further, if there is a problem in the arrangement of each optical element including the ring-shaped relay lens or there is a constraint on the cost, it is possible to make a realistic arrangement in consideration of a certain degree of transmission loss different from the theoretical value.

【００５１】なお、図１０では、照明光Ａのうち視野絞
り１５の中心から発した光束のみについて説明した。し
かし、実際には、視野絞り１５の開口部は点ではなく有
限の径を有するから、照明光Ａのうち視野絞り１５の開
口部の周辺部から発した光束については、図１０に示す
ような経路を経るのではない。In FIG. 10, only the luminous flux of the illumination light A emitted from the center of the field stop 15 has been described. However, in reality, since the aperture of the field stop 15 has a finite diameter, not a point, the luminous flux of the illumination light A emitted from the periphery of the aperture of the field stop 15 is as shown in FIG. It does not go through the route.

【００５２】図１１は、輪帯リレーレンズ系に斜めに入
射した場合の照明光Ａの光路を説明する図である。な
お、この図では、説明を更に簡便にするために、輪帯リ
レーレンズ４０，４１および４２それぞれについて、光
軸に沿って切断したときに現れる２端面のうちの１端面
についてのみ記してある。この図で、一点鎖線で示した
照明光Ａ１は、図１０で示した照明光Ａと同様のもので
あり、輪帯リレーレンズ系の光軸に平行に入射するもの
である。FIG. 11 is a diagram for explaining the optical path of the illumination light A when it is obliquely incident on the ring relay lens system. It should be noted that, in this drawing, for the sake of simplicity of explanation, only one of the two end faces that appear when the ring relay lenses 40, 41, and 42 are cut along the optical axis is shown. In this figure, the illumination light A1 indicated by the alternate long and short dash line is similar to the illumination light A shown in FIG. 10, and is incident parallel to the optical axis of the annular relay lens system.

【００５３】輪帯リレーレンズ４０に斜めに入射する照
明光Ａ２（図で実線で示した光束）は、照明光Ａのうち
視野絞り１５の開口部の周辺部から発した光束であり、
やはり平行光束である。この照明光Ａ２は、輪帯リレー
レンズ系がないとした場合（すなわち、従来の暗視野落
射顕微鏡の場合）には、破線で示した方向に進むので、
コンデンサレンズ５０に入射せず、無駄になってしま
う。Illumination light A2 (a light flux shown by a solid line in the figure) obliquely incident on the annular relay lens 40 is a light flux of the illumination light A emitted from the peripheral portion of the opening of the field stop 15.
After all it is a parallel light flux. Since the illumination light A2 travels in the direction indicated by the broken line in the case where the annular relay lens system is not provided (that is, in the case of the conventional dark field episcopic microscope),
It does not enter the condenser lens 50 and is wasted.

【００５４】しかし、輪帯リレーレンズ系がある場合に
は、この照明光Ａ２は、輪帯リレーレンズ４０によって
輪帯リレーレンズ４１の位置に集光され、さらに、輪帯
リレーレンズ４１から出射した照明光Ａ２は輪帯リレー
レンズ４２に入射して平行輪帯光束として出射される。
そして、この照明光Ａ２は、輪帯リレーレンズ系の光軸
に平行に入射して輪帯リレーレンズ４２から出射した照
明光Ａ１と交わる方向に進む。このように輪帯リレーレ
ンズ系を用いることにより、視野絞り１５を通過した照
明光Ａは再び一定領域に集められるので、二重円錐鏡３
０によって平行輪帯光束とされた照明光Ａはコンデンサ
レンズ５０まで効率よく伝送される。However, if there is a ring relay lens system, this illumination light A2 is condensed by the ring relay lens 40 at the position of the ring relay lens 41 and further emitted from the ring relay lens 41. The illumination light A2 enters the annular relay lens 42 and is emitted as a parallel annular light flux.
Then, the illumination light A2 enters in a direction parallel to the optical axis of the annular relay lens system and travels in a direction intersecting with the illumination light A1 emitted from the annular relay lens 42. By using the annular relay lens system in this way, the illumination light A that has passed through the field stop 15 is collected again in a certain area, so that the double conical mirror 3
The illumination light A that has been converted into a parallel annular light flux by 0 is efficiently transmitted to the condenser lens 50.

【００５５】なお、上記実施形態においては、輪帯リレ
ーレンズ系は、３枚の輪帯リレーレンズ４０，４１およ
び４３を備えて構成されるものであった（図１２
（ａ））。しかし、輪帯リレーレンズ系を構成する輪帯
リレーレンズの枚数は３またはそれ以上の奇数枚に限ら
れるものではない。例えば、図１２（ｂ）に示すよう
に、低倍率のコンデンサレンズ５０Ａが用いられ、且
つ、初段の輪帯リレーレンズ４０Ａからコンデンサレン
ズ５０Ａまでの光路が比較的短い場合には、輪帯リレー
レンズ系は、２枚の輪帯リレーレンズ４０Ａおよび４１
Ａで構成してもよい。In the above embodiment, the ring-shaped relay lens system is composed of three ring-shaped relay lenses 40, 41 and 43 (FIG. 12).
(A)). However, the number of annular relay lenses forming the annular relay lens system is not limited to an odd number of 3 or more. For example, as shown in FIG. 12B, when a low-magnification condenser lens 50A is used and the optical path from the first stage annular zone relay lens 40A to the condenser lens 50A is relatively short, the annular zone relay lens The system consists of two annular relay lenses 40A and 41.
You may comprise by A.

【００５６】以上のように、照明光Ａを平行輪帯光束に
成形する際においても、また、平行輪帯光束とされた照
明光Ａを輪帯リレーレンズ系でコンデンサレンズ５０ま
で伝送する際においても、照明光Ａの損失は極めて少な
い。さらに、ケーラー照明法を採用することにより拡散
板を不要としたので、この点でも照明光Ａの有効利用が
図られる。したがって、光源１０から出力され視野絞り
１５を通過した照明光Ａの殆どの光束が被測定物６０の
所定領域に照射されることとなり、また、その所定領域
から発生する散乱光Ｂの強度も強くなることから、光検
出器９０は極めて明るい光像を検出することができるこ
とになる。As described above, also when the illumination light A is formed into a parallel annular light flux, and when the illumination light A which is a parallel annular light flux is transmitted to the condenser lens 50 by the annular relay lens system. However, the loss of the illumination light A is extremely small. Further, since the Koehler illumination method is adopted, the diffuser plate is not required, and the illumination light A can be effectively used in this respect as well. Therefore, most of the luminous flux of the illumination light A output from the light source 10 and passing through the field stop 15 is irradiated to the predetermined area of the DUT 60, and the intensity of the scattered light B generated from the predetermined area is also strong. Therefore, the photodetector 90 can detect an extremely bright light image.

【００５７】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について説明する。図１３は、第２の実施形態に係る暗
視野落射顕微鏡の光学系の構成図である。本実施形態に
係る暗視野落射顕微鏡は、第１の実施形態と比較して、
光源１０の後段にレンズアレイ１２等が設けられている
点、輪帯リレーレンズとしてフレネルレンズが用いられ
ている点、および、被測定物６０の裏面側に傾斜円錐内
壁鏡１００等が設けられている点で異なる。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. FIG. 13 is a configuration diagram of the optical system of the dark-field episcopic microscope according to the second embodiment. The dark-field episcopic microscope according to the present embodiment, compared with the first embodiment,
The lens array 12 and the like are provided in the subsequent stage of the light source 10, the Fresnel lens is used as the annular relay lens, and the inclined cone inner wall mirror 100 and the like are provided on the back surface side of the DUT 60. The difference is that

【００５８】光源１０から出力された照明光Ａは、コレ
クタレンズ１１を経てレンズアレイ１２に入射する。こ
のレンズアレイ１２は、フライアイレンズあるいはイン
テグレータレンズとも呼ばれるもので、光軸に垂直な平
面上に多数の小レンズが２次元状に配列され、個々の小
レンズの入射端に入射した光束をその出射端に出射する
ものである。レンズアレイ１２を構成する多数の小レン
ズそれぞれから出射された照明光Ａは、コレクタレンズ
１３で集光され、開口絞り１４および視野絞り１５それ
ぞれの開口部を通過し、コリメータレンズ１６に入射し
て平行光束とされる。The illumination light A output from the light source 10 enters the lens array 12 via the collector lens 11. This lens array 12 is also called a fly-eye lens or an integrator lens, and a large number of small lenses are two-dimensionally arranged on a plane perpendicular to the optical axis, and the light flux incident on the incident end of each small lens is The light is emitted to the emission end. The illumination light A emitted from each of the small lenses forming the lens array 12 is condensed by the collector lens 13, passes through the openings of the aperture stop 14 and the field stop 15, and enters the collimator lens 16. It is a parallel light beam.

【００５９】ここで、開口絞り１４は、コレクタレンズ
１３によってレンズアレイ１２の光像が結像される位置
に配置されており、被測定物６０に照射される照明光Ａ
の光量を調整する。また、視野絞り１５は、視野絞り１
５と被測定物６０との間の光学系によって視野絞り１５
の像が被測定物６０表面に結像される位置に配置されて
おり、照明光Ａが照射される被測定物６０上の範囲を定
める。Here, the aperture stop 14 is arranged at a position where the optical image of the lens array 12 is formed by the collector lens 13, and the illumination light A radiated on the object 60 to be measured.
Adjust the light intensity of. The field stop 15 is the field stop 1.
5 through the optical system between the object 5 and the object to be measured 60.
Is arranged at a position where the image of is imaged on the surface of the DUT 60, and defines the range on the DUT 60 to which the illumination light A is irradiated.

【００６０】コリメータレンズ１６によって平行光束と
された照明光Ａは、二重円錐鏡３０によって平行輪帯光
束に成形され、輪帯フレネルレンズ４４、輪帯反射鏡４
３、輪帯フレネルレンズ４５，４６を順に経て、コンデ
ンサレンズ５０によって被測定物６０表面の所定領域に
集光照射される。輪帯フレネルレンズ４４，４５および
４６それぞれは、既に図７で説明したものであり、第１
の実施形態における輪帯リレーレンズ４０，４１および
４２それぞれと同様の作用をする。なお、輪帯フレネル
レンズ４４は、二重円錐鏡３０の出射端に貼り合わせら
れていてもよい。被測定物６０に照明光Ａが照射されて
発生した散乱光Ｂは、対物レンズ７０で結像されて光検
出器９０によって検出される。The illumination light A converted into a parallel luminous flux by the collimator lens 16 is shaped into a parallel annular luminous flux by the double conical mirror 30, and the annular Fresnel lens 44 and the annular reflecting mirror 4 are formed.
After passing through the ring Fresnel lenses 45 and 46 in this order, the condenser lens 50 condenses and irradiates a predetermined area on the surface of the DUT 60. Each of the annular Fresnel lenses 44, 45 and 46 has already been described with reference to FIG.
The same operation as that of the annular relay lenses 40, 41, and 42 in the above embodiment is performed. The annular Fresnel lens 44 may be attached to the emission end of the double conical mirror 30. The scattered light B generated by irradiating the DUT 60 with the illumination light A is imaged by the objective lens 70 and detected by the photodetector 90.

【００６１】本実施形態においては、ケーラー照明法の
採用に加えて、レンズアレイ１２を使用しており、これ
によって、被測定物６０表面の所定領域に照明光Ａを更
に均一に照射することができる。すなわち、ケーラー照
明法は、光源１０における照明光Ａの発光ムラを除去す
ることができるが、指向性を除去することができず、し
たがって、指向性を有する光源１０から出力された照明
光Ａが被測定物６０に斜めに照射される暗視野落射顕微
鏡においては、これに起因して被測定物６０上に照明ム
ラが生じる。そこで、レンズアレイ１２を用いて、レン
ズアレイ１２を構成する多数の小レンズそれぞれから出
射された照明光Ａを指向性のないものにする。これによ
って、被測定物６０表面の所定領域に照明光Ａを斜めに
照射する場合でも均一に照射することができ、光検出器
９０は散乱光Ｂの像を正確に検出することができる。In the present embodiment, in addition to the Koehler illumination method, the lens array 12 is used, whereby the illumination light A can be evenly applied to a predetermined region on the surface of the DUT 60. it can. That is, the Koehler illumination method can remove the unevenness of light emission of the illumination light A in the light source 10, but cannot remove the directivity. Therefore, the illumination light A output from the light source 10 having directivity cannot be removed. In the dark-field episcopic microscope in which the DUT 60 is obliquely irradiated, this causes uneven illumination on the DUT 60. Therefore, the lens array 12 is used to make the illumination light A emitted from each of the many small lenses forming the lens array 12 non-directional. As a result, even when the predetermined area on the surface of the DUT 60 is illuminated with the illumination light A obliquely, the illumination light A can be uniformly illuminated, and the photodetector 90 can accurately detect the image of the scattered light B.

【００６２】また、本実施形態では、被測定物６０の裏
面側すなわち照明光Ａが照射される側と反対側に傾斜円
錐内壁鏡１００が設けられている。この傾斜円錐内壁鏡
１００は、その表面に、深いほど径が小さい逆円錐形状
の円錐内壁が傾斜して形成されている。被測定物６０が
透明である場合には、被測定物６０に照射した照明光Ａ
は一部が被測定物６０を透過して裏面から出射するが、
その透過光は、傾斜円錐内壁鏡１００の傾斜円錐内壁に
入射し、その傾斜円錐内壁で多重反射する際に吸収され
る。したがって、傾斜円錐内壁鏡１００で反射して再び
被測定物６０を透過して表面に出てくる照明光Ａの光量
は極めて僅かであるので、これが、光検出器９０による
散乱光Ｂの検出に際してノイズとなることはない。Further, in the present embodiment, the inclined conical inner wall mirror 100 is provided on the back surface side of the object 60 to be measured, that is, on the side opposite to the side irradiated with the illumination light A. The inclined cone inner wall mirror 100 is formed with an inclined inner cone-shaped inner wall having a smaller diameter as it gets deeper. When the DUT 60 is transparent, the illumination light A radiated to the DUT 60
Part of the light passes through the DUT 60 and exits from the back surface.
The transmitted light is incident on the inner wall of the tilted cone of the tilted cone inner wall mirror 100, and is absorbed when multiple reflection is performed on the inner wall of the tilted cone. Therefore, the amount of the illumination light A reflected by the inclined conical inner wall mirror 100, transmitted through the DUT 60 again, and emitted to the surface is extremely small, and this is when the scattered light B is detected by the photodetector 90. It does not become noise.

【００６３】さらに、傾斜円錐内壁鏡１００の頂点に孔
部が設けられ、その孔部には光ファイバ１０１の入射端
が接続されている。この光ファイバ１０１は、傾斜円錐
内壁鏡１００に入射した光束のうち多重反射による吸収
によっても僅かに残った光束を、傾斜円錐内壁鏡１００
の頂点の孔部から外部へ廃棄する。このように光ファイ
バ１０１を設けることによって、再び被測定物６０を透
過して表面に出てくる照明光Ａの光量は更に僅少にな
る。また、光ファイバ１０１の出射端に光検出器１０２
を接続することにより、傾斜円錐内壁鏡１００の孔部か
ら廃棄される光束の光量をモニタすることができる。Further, a hole is provided at the apex of the inclined cone inner wall mirror 100, and the entrance end of the optical fiber 101 is connected to the hole. The optical fiber 101 receives a light beam, which remains in the light beam incident on the slanted cone inner wall mirror 100, due to absorption by multiple reflections, and slightly remains.
Discard outside from the hole at the top of. By providing the optical fiber 101 in this way, the amount of the illumination light A that passes through the DUT 60 again and appears on the surface becomes even smaller. Further, the photodetector 102 is provided at the emission end of the optical fiber 101.
By connecting with, it is possible to monitor the light amount of the light flux discarded from the hole of the inclined cone inner wall mirror 100.

【００６４】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
について説明する。図１４は、第３の実施形態に係る暗
視野落射顕微鏡の光学系の構成図である。本実施形態に
係る暗視野落射顕微鏡は、第２の実施形態と比較して、
光束径調整器１７が設けられている点、輪帯フレネルレ
ンズ４４に替えて二重円錐鏡３０の入射側にフレネルレ
ンズ４７が設けられている点、および、対物レンズ７０
と光検出器９０との間の光路上に結像レンズ８０が設け
られている点で異なる。(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. FIG. 14 is a configuration diagram of an optical system of the dark-field epi-illumination microscope according to the third embodiment. The dark-field episcopic microscope according to the present embodiment, compared with the second embodiment,
A light flux diameter adjuster 17 is provided, a Fresnel lens 47 is provided on the incident side of the double cone mirror 30 in place of the annular Fresnel lens 44, and the objective lens 70 is provided.
The difference is that the imaging lens 80 is provided on the optical path between the photodetector 90 and the photodetector 90.

【００６５】光源１０から出力された照明光Ａは、コレ
クタレンズ１１を経て、多数の小レンズが２次元状に配
列されたレンズアレイ１２に入射する。このレンズアレ
イ１２の個々の小レンズに入射端に入射した光束は、そ
の出射端に出射される。レンズアレイ１２を構成する多
数の小レンズそれぞれから出射された照明光Ａは、コレ
クタレンズ１３で集光され、開口絞り１４および視野絞
り１５それぞれの開口部を通過し、コリメータレンズ１
６によって平行光束とされる。The illumination light A output from the light source 10 passes through the collector lens 11 and enters the lens array 12 in which a large number of small lenses are two-dimensionally arranged. The light flux incident on the individual small lenses of the lens array 12 at the incident end is emitted at the outgoing end. The illumination light A emitted from each of the small lenses forming the lens array 12 is condensed by the collector lens 13, passes through the apertures of the aperture stop 14 and the field stop 15, and collimator lens 1
It is made into a parallel light flux by 6.

【００６６】ここで、開口絞り１４は、コレクタレンズ
１３によってレンズアレイ１２の光像が結像される位置
に配置されており、被測定物６０に照射される照明光Ａ
の光量を調整する。また、視野絞り１５は、視野絞り１
５と被測定物６０との間の光学系によって視野絞り１５
の像が被測定物６０表面に結像される位置に配置されて
おり、照明光Ａが照射される被測定物６０上の範囲を定
める。Here, the aperture stop 14 is arranged at a position where the optical image of the lens array 12 is formed by the collector lens 13, and the illumination light A irradiated on the object 60 to be measured.
Adjust the light intensity of. The field stop 15 is the field stop 1.
5 through the optical system between the object 5 and the object to be measured 60.
Is arranged at a position where the image of is imaged on the surface of the DUT 60, and defines the range on the DUT 60 to which the illumination light A is irradiated.

【００６７】コリメータレンズ１６から出力された照明
光Ａは、光束径調整器１７に入射して、所定の光束径の
平行光束とされて出射される。光束径調整器１７によっ
て平行光束とされた照明光Ａは、フレネルレンズ４７、
二重円錐鏡３０、輪帯反射鏡４３、輪帯フレネルレンズ
４５，４６を順に経て、コンデンサレンズ５０によって
被測定物６０表面の所定領域に集光照射される。そし
て、被測定物６０に照明光Ａが照射されて発生した散乱
光Ｂは、無限遠系の対物レンズ７０を経て結像レンズ８
０で結像されて光検出器９０によって検出される。The illumination light A output from the collimator lens 16 enters the light beam diameter adjuster 17 and is emitted as a parallel light beam having a predetermined light beam diameter. The illumination light A converted into a parallel light flux by the light flux diameter adjuster 17 receives the Fresnel lens 47,
After passing through the double-conical mirror 30, the ring-shaped reflecting mirror 43, and the ring-shaped Fresnel lenses 45 and 46 in this order, the condenser lens 50 collects and irradiates a predetermined area on the surface of the DUT 60. Then, the scattered light B generated by irradiating the DUT 60 with the illumination light A passes through the infinity objective lens 70 and then the imaging lens 8.
It is imaged at 0 and detected by the photodetector 90.

【００６８】ここで、フレネルレンズ４７は、第２の実
施形態における輪帯フレネルレンズ４４に替えて、二重
円錐鏡３０の入射端に設けられる。このフレネルレンズ
４７は、光束径調整器１７から出射された光束を入射し
て、輪帯フレネルレンズ４５の位置に集光する。なお、
フレネルレンズ４７は、二重円錐鏡３０の入射端に貼り
合わせられていてもよい。また、輪帯フレネルレンズ４
５および４６それぞれは、既に図７で説明したものであ
り、第２の実施形態において同符号を付した要素それぞ
れと同様の作用をする。したがって、フレネルレンズ４
７および輪帯フレネルレンズ４５と４６は、第１および
第２の実施形態と同様にリレーレンズ系を構成する。た
だし、フレネルレンズ４７が輪帯ではない点および二重
反射鏡３０の入射側に設けられている点が第２の実施形
態と異なる。したがって、フレネルレンズ４７から出射
された照明光Ａは、次第に集束しながら、二重円錐鏡３
０で平行輪帯光束に成形され輪帯反射鏡４３で反射さ
れ、輪帯フレネルレンズ４５の位置に集光される。Here, the Fresnel lens 47 is provided at the entrance end of the double conical mirror 30 in place of the annular Fresnel lens 44 in the second embodiment. The Fresnel lens 47 enters the light flux emitted from the light flux diameter adjuster 17 and condenses it at the position of the annular Fresnel lens 45. In addition,
The Fresnel lens 47 may be attached to the entrance end of the double cone mirror 30. In addition, the annular Fresnel lens 4
Each of 5 and 46 has already been described with reference to FIG. 7, and has the same operation as each of the elements denoted by the same reference numerals in the second embodiment. Therefore, the Fresnel lens 4
7 and the annular Fresnel lenses 45 and 46 constitute a relay lens system as in the first and second embodiments. However, it differs from the second embodiment in that the Fresnel lens 47 is not an annular zone and is provided on the entrance side of the double reflecting mirror 30. Therefore, the illumination light A emitted from the Fresnel lens 47 is gradually converged, and the double conical mirror 3
At 0, it is shaped into a parallel annular light flux, reflected by the annular reflecting mirror 43, and condensed at the position of the annular Fresnel lens 45.

【００６９】また、光束径調整器１７は、暗視野照明と
明視野照明との切り替えを容易に行えるよう設けられた
ものである。例えば、対物レンズ７０の開口数を０．５
とし、対物レンズ７０の倍率を１０とし、コリメータレ
ンズ１６から対物レンズ１７までの光路長を２００ｍｍ
とすると、明視野照明の場合には、照明開口数は０．０
５（＝０．５／１０）であり、対物レンズ１７に入射す
る照明光Ａの光束径は１０ｍｍ（＝０．０５×２００）
である。これに対して、暗視野照明の場合には、コンデ
ンサレンズ５０に入射する照明光Ａの光束径は、これま
でに述べた数値例では３ｍｍである。このように、明視
野照明の場合と暗視野照明の場合とでは光束径が異な
る。そこで、光束径調整器１７は、この光束径の違いを
調整するために設けられたものであり、入射した光束の
径に対して出射する光束の径を３／１０に縮小させる。The luminous flux diameter adjuster 17 is provided so as to easily switch between dark-field illumination and bright-field illumination. For example, the numerical aperture of the objective lens 70 is 0.5
And the magnification of the objective lens 70 is 10, and the optical path length from the collimator lens 16 to the objective lens 17 is 200 mm.
Then, in the case of brightfield illumination, the illumination numerical aperture is 0.0
5 (= 0.5 / 10), and the luminous flux diameter of the illumination light A entering the objective lens 17 is 10 mm (= 0.05 × 200).
It is. On the other hand, in the case of dark field illumination, the luminous flux diameter of the illumination light A entering the condenser lens 50 is 3 mm in the numerical examples described so far. As described above, the luminous flux diameter is different between the case of the bright field illumination and the case of the dark field illumination. Therefore, the light beam diameter adjuster 17 is provided to adjust the difference between the light beam diameters, and reduces the diameter of the emitted light beam to 3/10 of the diameter of the incident light beam.

【００７０】このようにすることにより、図１４に示す
ような暗視野照明の構成から輪帯反射鏡４３を取り去
り、これに替えてビームスプリッタ（図示せず）を配置
することにより、明視野照明に切り替えることができ
る。明視野照明においては、光束径調整器１７から出射
された照明光Ａは、ビームスプリッタで反射され、対物
レンズ７０で被測定物６０表面に集光照射され、被測定
物６０から発生した散乱光と反射光は、対物レンズ７０
および結像レンズ８０を経て光検出器９０で検出され
る。By doing so, the annular reflecting mirror 43 is removed from the configuration of the dark field illumination as shown in FIG. 14, and a beam splitter (not shown) is placed in place of the annular reflecting mirror 43, so that the bright field illumination is obtained. Can be switched to. In the bright-field illumination, the illumination light A emitted from the light beam diameter adjuster 17 is reflected by the beam splitter, focused on the surface of the DUT 60 by the objective lens 70, and scattered light generated from the DUT 60. And the reflected light is the objective lens 70
Then, the light is detected by the photodetector 90 via the imaging lens 80.

【００７１】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
について説明する。図１５は、第４の実施形態に係る暗
視野落射顕微鏡の光学系の構成図である。本実施形態に
係る暗視野落射顕微鏡は、第１の実施形態と比較して、
蛍光顕微鏡である点、および、平行輪帯光束を形成する
輪帯光束形成手段として二重曲面鏡が用いられている点
が異なる。(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 15 is a configuration diagram of the optical system of the dark-field episcopic microscope according to the fourth embodiment. The dark-field episcopic microscope according to the present embodiment, compared with the first embodiment,
The difference is that it is a fluorescence microscope and that a double curved mirror is used as an annular light flux forming means for forming a parallel annular light flux.

【００７２】光源１０Ａは、被測定物６０に照射すべき
励起光（第１の光束）Ｃを出射するものである。この光
源１０Ａから出力された励起光Ｃは、コレクタレンズ１
１で集光され、開口絞り１４および視野絞り１５それぞ
れの開口部を通過し、二重曲面鏡２９に入射する。ここ
で、開口絞り１４は、コレクタレンズ１１によって光源
１０Ａの光像が結像される位置に配置されており、被測
定物６０に照射される励起光Ｃの光量を調整するもので
ある。また、視野絞り１５は、視野絞り１５と被測定物
６０との間の光学系によって視野絞り１５の像が被測定
物６０表面に結像される位置に配置されており、励起光
Ｃが照射される被測定物６０上の範囲を定めるものであ
る。The light source 10A emits excitation light (first light flux) C to be applied to the object 60 to be measured. The excitation light C output from the light source 10A is the collector lens 1
The light is condensed at 1, passes through the respective openings of the aperture stop 14 and the field stop 15, and enters the double curved mirror 29. Here, the aperture stop 14 is arranged at a position where the light image of the light source 10A is formed by the collector lens 11, and adjusts the light amount of the excitation light C with which the DUT 60 is irradiated. The field stop 15 is arranged at a position where an image of the field stop 15 is formed on the surface of the object to be measured 60 by the optical system between the field stop 15 and the object to be measured 60, and the excitation light C is emitted. The range on the DUT 60 to be measured is defined.

【００７３】二重曲面鏡２９は、それぞれ回転対称形で
ある凸面鏡２９Ａと凹面鏡２９Ｂとからなり、凹面鏡２
９Ｂの中央には孔部が設けられている。視野絞り１５の
開口部を通過した励起光Ｃは、凹面鏡２９Ｂの中央の孔
部を通過して、先ず凸面鏡２９Ａで反射され、次に凹面
鏡２９Ｂで反射され、平行輪帯形状の光束として出力さ
れる。この二重曲面鏡２９の詳細については後述する。The double curved mirror 29 is composed of a convex mirror 29A and a concave mirror 29B, which are rotationally symmetrical, respectively.
A hole is provided in the center of 9B. The excitation light C that has passed through the opening of the field stop 15 passes through the central hole of the concave mirror 29B, is first reflected by the convex mirror 29A, is then reflected by the concave mirror 29B, and is output as a parallel annular light beam. It Details of the double curved mirror 29 will be described later.

【００７４】二重曲面鏡２９から平行輪帯光束として出
力された励起光Ｃは、励起フィルタ１８により励起波長
成分のみが透過し、輪帯リレーレンズ４０、輪帯反射鏡
４３、輪帯リレーレンズ４１，４２を順に経て、コンデ
ンサレンズ５０によって被測定物６０表面の所定領域に
集光照射される。The excitation light C output from the double-curved surface mirror 29 as a parallel annular light flux has only the excitation wavelength component transmitted by the excitation filter 18, and the annular relay lens 40, the annular reflecting mirror 43, and the annular relay lens. After passing through 41 and 42 in order, the condenser lens 50 converges and irradiates a predetermined region on the surface of the DUT 60.

【００７５】被測定物６０に励起光Ｃが照射されて発生
した蛍光（第２の光束）Ｄは、対物レンズ７０により結
像されて光検出器９０により検出される。対物レンズ７
０と光検出器９０との間の光路上に設けられた吸収フィ
ルタ８１は、励起光Ｃの散乱成分を吸収するものであっ
て、励起光散乱成分が光検出器９０に到達しないように
するものである。なお、自家蛍光を考慮すれば、この吸
収フィルタ８１は、被測定物６０から光検出器９０に至
るまでの光路上において、できる限り前方に設けておく
ことが好ましく、例えば、対物レンズ７０の被測定物６
０側、あるいは、対物レンズ７０が複数のレンズで構成
されている場合にそのレンズ間に設けておくのが好適で
ある。The fluorescent light (second light flux) D generated by irradiating the DUT 60 with the excitation light C is imaged by the objective lens 70 and detected by the photodetector 90. Objective lens 7
The absorption filter 81 provided on the optical path between 0 and the photodetector 90 absorbs the scattered component of the excitation light C and prevents the scattered component of the excitation light from reaching the photodetector 90. It is a thing. In consideration of auto-fluorescence, it is preferable that the absorption filter 81 is provided as far forward as possible on the optical path from the DUT 60 to the photodetector 90. Measured object 6
It is preferable to provide it on the 0 side or when the objective lens 70 is composed of a plurality of lenses.

【００７６】次に、二重曲面鏡２９について詳細に説明
する。この二重曲面鏡２９は、既述の輪帯光束形成手段
（二重円錐鏡３０、輪帯光束形成プリズム３１、反射型
輪帯光束形成回折格子３２、透過型輪帯光束形成回折格
子３３）と同様に平行輪帯光束を形成して出力するもの
であるが、既述の輪帯光束形成手段が平行光束を入力す
るのに対して、この二重曲面鏡２９は、視野絞り１５の
開口部を通過して拡がり角をもって入射した光束を入力
するものである。したがって、第１ないし第３の実施形
態で必要であったコリメータレンズ１６は、この二重曲
面鏡２９を使用する場合には不要となる。Next, the double curved mirror 29 will be described in detail. This double-curved surface mirror 29 is formed by the above-mentioned annular light flux forming means (double conical mirror 30, annular light flux forming prism 31, reflective annular light flux forming diffraction grating 32, transmissive annular light flux forming diffraction grating 33). Similarly to the above, the parallel annular light flux is formed and output. However, while the above-mentioned annular light flux forming means inputs the parallel light flux, the double curved mirror 29 has an aperture of the field stop 15. A light beam which has passed through the section and is incident with a divergence angle is input. Therefore, the collimator lens 16 required in the first to third embodiments becomes unnecessary when using this double curved mirror 29.

【００７７】この二重曲面鏡２９については種々のタイ
プのものが知られている（参考 ："Handbook of Optic
s", 2nd Ed., Vol.2, Chap.18, McGraw-Hill, New Yor
k）。例えば、凸面鏡２９Ａおよび凹面鏡２９Ｂそれぞ
れの形状として球面、放物面、楕円面または双曲面であ
るものが知られている。また、凸面鏡と凹面鏡との組み
合わせではなく、凹面鏡と凹面鏡との組み合わせからな
る二重曲面鏡も知られている。Various types of this double curved mirror 29 are known (reference: "Handbook of Optic
s ", 2nd Ed., Vol.2, Chap.18, McGraw-Hill, New Yor
k). For example, it is known that each of the convex mirror 29A and the concave mirror 29B has a spherical surface, a parabolic surface, an elliptical surface or a hyperboloidal shape. Further, a double curved mirror is also known which is not a combination of a convex mirror and a concave mirror but a combination of a concave mirror and a concave mirror.

【００７８】このような二重曲面鏡は、他の輪帯光束形
成手段（二重円錐鏡３０、輪帯光束形成プリズム３１、
反射型輪帯光束形成回折格子３２、透過型輪帯光束形成
回折格子３３）と比較して、以下の利点がある。すなわ
ち、他の輪帯光束形成手段、特に、反射型輪帯光束形成
回折格子３２や透過型輪帯光束形成回折格子３３は色収
差が大きいのに対して、二重曲面鏡は、色収差がなく、
より広い波長域で使用できる。また、二重曲面鏡は、二
重円錐鏡３０や輪帯光束形成プリズム３１に比較して、
頂点付近が特異ではないので、加工や光学系の調整が容
易となる。さらに、他の輪帯光束形成手段では必要であ
った輪帯光束を平行にするレンズは、頂点の位置ずれや
傾きの影響が比較的少ないので、二重曲面鏡では不要で
ある。Such a double-curved surface mirror is provided with other annular light flux forming means (double conical mirror 30, annular light flux forming prism 31,
Compared with the reflection type annular zone light flux forming diffraction grating 32 and the transmission type annular zone light flux forming diffraction grating 33), there are the following advantages. That is, the other annular zone light flux forming means, particularly the reflection type annular zone light flux forming diffraction grating 32 and the transmission type annular zone light flux forming diffraction grating 33 have large chromatic aberration, whereas the double curved mirror has no chromatic aberration.
It can be used in a wider wavelength range. In addition, the double curved mirror is compared with the double conical mirror 30 and the annular light flux forming prism 31,
Since the vicinity of the apex is not unique, processing and adjustment of the optical system are easy. Further, a lens for parallelizing the annular light flux, which was necessary in the other annular light flux forming means, is not necessary in the double curved mirror because the influence of the positional displacement and the inclination of the vertex is relatively small.

【００７９】（第５の実施形態）次に、第５の実施形態
について説明する。図１６は、第５の実施形態に係る暗
視野落射顕微鏡の光学系の構成図である。本実施形態に
係る暗視野落射顕微鏡は、第１の実施形態と比較して、
蛍光顕微鏡である点、輪帯幅が略一定で光束径が次第に
拡がる傾斜輪帯形状の励起光を出力する円錐鏡が輪帯光
束形成手段として備えられている点、その傾斜輪帯形状
の励起光をコンデンサレンズまで導くリレーレンズ系の
構成、および、被測定物の裏面側に傾斜円錐遮光筒が備
えられている点において異なる。(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 16 is a configuration diagram of an optical system of the dark-field episcopic microscope according to the fifth embodiment. The dark-field episcopic microscope according to the present embodiment, compared with the first embodiment,
The point is that it is a fluorescence microscope, the point that the conical mirror that outputs the excitation light in the inclined annular zone shape in which the annular zone width is substantially constant and the light beam diameter gradually expands is provided as the annular zone light beam forming means, the excitation of the inclined annular zone shape They differ in the configuration of a relay lens system that guides light to a condenser lens, and in that an inclined conical light shielding tube is provided on the back side of the object to be measured.

【００８０】光源１０Ａは、被測定物６０に照射すべき
励起光（第１の光束）Ｃを出射するものである。この光
源１０Ａから出力された励起光Ｃは、コレクタレンズ１
１で集光され、開口絞り１４および視野絞り１５それぞ
れの開口部を通過し、コリメータレンズ１６に入射して
平行光束とされる。ここで、開口絞り１４は、コレクタ
レンズ１１によって光源１０Ａの光像が結像される位置
に配置されており、被測定物６０に照射される励起光Ｃ
の光量を調整するものである。また、視野絞り１５は、
視野絞り１５と被測定物６０との間の光学系によって視
野絞り１５の像が被測定物６０表面に結像される位置に
配置されており、励起光Ｃが照射される被測定物６０上
の範囲を定めるものである。The light source 10A emits excitation light (first light flux) C to be applied to the object 60 to be measured. The excitation light C output from the light source 10A is the collector lens 1
The light beam is condensed by 1, passes through the openings of the aperture stop 14 and the field stop 15, enters the collimator lens 16, and becomes a parallel light beam. Here, the aperture stop 14 is arranged at a position where the light image of the light source 10A is formed by the collector lens 11, and the excitation light C radiated on the DUT 60 is measured.
The amount of light is adjusted. In addition, the field stop 15
An optical system between the field stop 15 and the DUT 60 is disposed at a position where an image of the field stop 15 is formed on the surface of the DUT 60, and the excitation light C is irradiated onto the DUT 60. To determine the range.

【００８１】このようにしてコリメータレンズ１６によ
って平行光束とされた励起光Ｃは、励起フィルタ１８に
より励起波長成分のみが透過し、円錐鏡３４により傾斜
輪帯光束に成形される。この傾斜輪帯光束は、輪帯幅が
一定であって光束径が次第に拡がる輪帯光束である。そ
して、この傾斜輪帯光束となった励起光Ｃは、リレーレ
ンズ３９により、光束径が略一定であって輪帯幅が次第
に狭くなる集光輪帯光束に成形され、この集光輪帯光束
となった励起光Ｃは、輪帯反射鏡４３、輪帯リレーレン
ズ４８，４９を順に経て、コンデンサレンズ５０によっ
て被測定物６０表面の所定領域に集光照射される。な
お、ここで、傾斜輪帯光束および集光輪帯光束それぞれ
の光束径は、光軸に垂直な面において光束の輪帯の幅に
ついての中心位置を結んで構成される円の径をいう。In the excitation light C thus converted into the parallel light flux by the collimator lens 16, only the excitation wavelength component is transmitted by the excitation filter 18, and the conical mirror 34 forms the inclined annular light flux. The inclined annular zone luminous flux is an annular zone luminous flux whose annular zone width is constant and whose luminous flux diameter gradually expands. Then, the excitation light C, which has become the inclined annular zone luminous flux, is shaped by the relay lens 39 into a condensed annular zone luminous flux with a substantially constant luminous flux diameter and a gradually narrowing annular zone width. The excitation light C passes through the annular reflecting mirror 43 and the annular relay lenses 48 and 49 in this order, and is condensed and irradiated onto a predetermined area on the surface of the DUT 60 by the condenser lens 50. Here, the diameter of each of the inclined annular zone luminous flux and the condensed annular zone luminous flux refers to the diameter of a circle formed by connecting the center positions of the annular zones of the luminous flux on a plane perpendicular to the optical axis.

【００８２】被測定物６０に励起光Ｃが照射されて発生
した蛍光（第２の光束）Ｄは、対物レンズ７０および結
像レンズ８０により結像されて光検出器９０により検出
される。対物レンズ７０と結像レンズ８０との間の光路
上に設けられた吸収フィルタ８１は、励起光Ｃの散乱成
分を吸収するものであって、励起光散乱成分が光検出器
９０に到達しないようにするものである。なお、自家蛍
光を考慮すれば、この吸収フィルタ８１は、被測定物６
０から光検出器９０に至るまでの光路上において、でき
る限り前方に設けておくことが好ましく、例えば、対物
レンズ７０の被測定物６０側、あるいは、対物レンズ７
０が複数のレンズで構成されている場合にそのレンズ間
に設けておくのが好適である。The fluorescent light (second light flux) D generated by irradiating the DUT 60 with the excitation light C is imaged by the objective lens 70 and the imaging lens 80 and detected by the photodetector 90. The absorption filter 81 provided on the optical path between the objective lens 70 and the imaging lens 80 absorbs the scattered component of the excitation light C so that the excited light scattered component does not reach the photodetector 90. It is something to do. In consideration of autofluorescence, this absorption filter 81 is
It is preferable to provide it as far as possible on the optical path from 0 to the photodetector 90. For example, the object to be measured 60 side of the objective lens 70 or the objective lens 7
When 0 is composed of a plurality of lenses, it is preferable to provide it between the lenses.

【００８３】また、本実施形態においては、被測定物６
０の裏面側すなわち励起光Ｃが照射される側と反対側に
傾斜円錐遮光筒１１０が設けられている、この傾斜円錐
遮光筒１１０は、深いほど径が大きい円錐台内壁が傾斜
して形成されたものである。被測定物６０が透明である
場合には、被測定物６０に照射した励起光Ｃは一部が被
測定物６０を透過して裏面から出射するが、その透過光
は、傾斜円錐遮光筒１１０の傾斜円錐内壁に入射し、そ
の傾斜円錐内壁で多重反射する際に吸収される。したが
って、傾斜円錐遮光筒１１０で反射して再び被測定物６
０を透過して表面に出てくる励起光Ｃの光量は極めて僅
かであるので、これが、光検出器９０による蛍光Ｄの検
出に際してノイズとなることはない。Further, in the present embodiment, the DUT 6 is
The inclined conical light-shielding cylinder 110 is provided on the back surface side of 0, that is, on the side opposite to the side irradiated with the excitation light C. The inclined conical light-shielding cylinder 110 is formed by sloping the inner wall of the truncated cone having a larger diameter as the depth increases. It is a thing. When the DUT 60 is transparent, part of the excitation light C radiated to the DUT 60 passes through the DUT 60 and is emitted from the back surface. It is incident on the inner wall of the inclined cone and is absorbed when multiple reflection is performed on the inner wall of the inclined cone. Therefore, the light is reflected by the inclined cone light-shielding tube 110 and is again measured 6.
Since the amount of the excitation light C that passes through 0 and emerges on the surface is extremely small, this does not cause noise when the fluorescence D is detected by the photodetector 90.

【００８４】次に、輪帯光束形成手段としての円錐鏡３
４について説明する。図１７は、この円錐鏡３４を光軸
に沿って切断した断面図である。この円錐鏡３４は、光
軸を中心とする回転対称体であって、円錐形状の側面に
反射鏡が形成されている。円錐形状の頂部側から入射し
た励起光Ｃは、その円錐形状の側面に形成された反射鏡
で反射されて、傾斜輪帯光束として出射される。Next, the conical mirror 3 as an annular light flux forming means
4 will be described. FIG. 17 is a sectional view of the conical mirror 34 taken along the optical axis. The conical mirror 34 is a rotationally symmetric body centered on the optical axis and has a conical side surface on which a reflecting mirror is formed. Excitation light C that has entered from the top of the conical shape is reflected by a reflecting mirror formed on the side surface of the conical shape, and is emitted as an inclined annular zone light beam.

【００８５】なお、励起光Ｃを傾斜輪帯光束に成形する
手段は、この円錐鏡３４に限られない。例えば、凸円錐
プリズムを利用しても励起光Ｃを傾斜輪帯光束とするこ
とができる。図１８は、凸円錐プリズムを光軸に沿って
切断した断面図である。この凸円錐プリズム３５は、光
軸を中心とする回転対称体であって、入射端３５ａが光
軸に垂直な平面であり、出射端３５ｂが凸円錐形状であ
る。この凸円錐プリズム３５の入射端３５ａに入射した
励起光Ｃは、出射端３５ｂで屈折されて、一度交差した
後に傾斜輪帯光束として出射される。なお、入射端およ
び出射端を入れ替えても構わない。The means for shaping the excitation light C into the inclined annular light flux is not limited to the conical mirror 34. For example, the excitation light C can be converted into an inclined annular zone light flux by using a convex conical prism. FIG. 18 is a cross-sectional view of the convex conical prism cut along the optical axis. The convex conical prism 35 is a rotationally symmetric body centered on the optical axis, and the incident end 35a is a plane perpendicular to the optical axis and the emitting end 35b is a convex conical shape. The excitation light C that has entered the entrance end 35a of the convex conical prism 35 is refracted at the exit end 35b, crosses once, and then exits as an inclined annular light flux. The entrance end and the exit end may be interchanged.

【００８６】また、凹円錐プリズムを利用しても励起光
Ｃを傾斜輪帯光束とすることができる。図１９は、凹円
錐プリズムを光軸に沿って切断した断面図である。この
凹円錐プリズム３６は、光軸を中心とする回転対称体で
あって、入射端３６ａが光軸に垂直な平面であり、出射
端３６ｂが凹円錐形状である。この凹円錐プリズム３６
の入射端３６ａに入射した励起光Ｃは、出射端３６ｂで
屈折されて、傾斜輪帯光束として出射される。この場合
も、入射端および出射端を入れ替えても構わない。Further, the excitation light C can also be made into an inclined annular zone light flux by using a concave conical prism. FIG. 19 is a sectional view of the concave conical prism cut along the optical axis. The concave conical prism 36 is a rotationally symmetric body about the optical axis, and has an incident end 36a which is a plane perpendicular to the optical axis and an emitting end 36b which has a concave conical shape. This concave conical prism 36
The excitation light C that has entered the light incident end 36a is refracted at the light emitting end 36b and is emitted as an inclined annular zone light beam. Also in this case, the entrance end and the exit end may be interchanged.

【００８７】また、回折格子を利用しても励起光Ｃを傾
斜輪帯光束とすることができる。図２０および図２１
は、回折格子を光軸に沿って切断した断面図である。図
２０は、回折格子３７から出射した励起光Ｃが一度交差
した後に拡がるものであり、図２１は、回折格子３８か
ら出射した励起光Ｃが直ちに拡がるものである。これら
何れの回折格子であっても、励起光Ｃは傾斜輪帯光束に
形成されて出射される。Further, the excitation light C can also be made into an inclined annular light flux by using a diffraction grating. 20 and 21
FIG. 4 is a cross-sectional view of the diffraction grating cut along the optical axis. 20 shows that the excitation light C emitted from the diffraction grating 37 crosses once and then spreads, and FIG. 21 shows that the excitation light C emitted from the diffraction grating 38 spreads immediately. In any of these diffraction gratings, the excitation light C is emitted after being formed into an inclined annular zone light beam.

【００８８】このように、円錐鏡３４、凸円錐プリズム
３５、凹円錐プリズム３６、回折格子３７，３８の何れ
を用いても、その入射端に入射した励起光Ｃは遮断され
ることなく、全ての光束が傾斜輪帯形状に成形されて出
射される。したがって、励起光Ｃが傾斜輪帯光束に成形
される際において光束の損失は極めて少ない。また、こ
の輪帯光束は、リレーレンズ系により伝送損失が殆ど無
くコンデンサレンズまで伝送され、さらに、第１の実施
形態と同様にケーラー照明法を採用しているので、光源
１０Ａから出射された励起光Ｃは効率よく被測定物６０
の所定領域に集光照射される。As described above, no matter which of the conical mirror 34, the convex conical prism 35, the concave conical prism 36, and the diffraction gratings 37 and 38 is used, the excitation light C incident on the incident end thereof is not blocked, and all of them are not blocked. Of the light flux is shaped into an inclined annular zone and emitted. Therefore, when the excitation light C is shaped into the inclined annular light flux, the loss of the light flux is extremely small. Further, the annular light flux is transmitted to the condenser lens with almost no transmission loss by the relay lens system, and further, the Koehler illumination method is adopted as in the first embodiment, and therefore the excitation emitted from the light source 10A. The light C is efficiently measured object 60
Concentrated irradiation is performed on a predetermined area of.

【００８９】次に、輪帯光束形成手段としての円錐鏡３
４から被測定物６０に到るまでの光学系の詳細につい
て、図２２を用いて説明する。図２２（ａ）は、図１６
に示した光学系と同様のものである。ただし、ここでは
説明の簡便のために励起フィルタ１８および輪帯反射鏡
４３を省略して、リレーレンズ３９、輪帯リレーレンズ
４８および４９が一直線の光軸に沿って配置されている
ものとして説明する。Next, the conical mirror 3 as an annular light flux forming means
Details of the optical system from 4 to the DUT 60 will be described with reference to FIG. FIG. 22 (a) is shown in FIG.
It is the same as the optical system shown in FIG. However, for simplicity of explanation, the excitation filter 18 and the ring-shaped reflecting mirror 43 are omitted here, and the relay lens 39 and the ring-shaped relay lenses 48 and 49 are arranged along the straight optical axis. To do.

【００９０】この図２２（ａ）に示す光学系では、視野
絞り１５から出射した励起光Ｃは、コリメータレンズ１
６により平行光束とされて円錐鏡３４に入射し、傾斜輪
帯形状に成形されて出射される。この傾斜輪帯形状に成
形された励起光Ｃは、輪帯幅を略一定に維持したまま光
束径を次第に拡げながらリレーレンズ３９に入射し、リ
レーレンズ３９から集光輪帯形状に成形されて出射され
る。この集光輪帯形状に成形された励起光Ｃは、光束径
を略一定に維持したまま輪帯幅を次第に狭めながら輪帯
リレーレンズ４８の位置に到達し集光・入射される。さ
らに、この輪帯リレーレンズ４８から出射された励起光
Ｃは、輪帯リレーレンズ４９に入射して平行輪帯光束と
して出射される。そして、輪帯リレーレンズ４９から出
射された励起光Ｃは、コンデンサレンズ５０に入射し、
被測定物６０の表面の所定領域に集光照射される。In the optical system shown in FIG. 22A, the excitation light C emitted from the field stop 15 is generated by the collimator lens 1
The light beam is collimated by 6 and enters the conical mirror 34, is shaped into an inclined annular zone, and is emitted. The excitation light C shaped in this inclined annular zone enters the relay lens 39 while gradually expanding the luminous flux diameter while maintaining the annular zone width substantially constant, and is shaped and emitted from the relay lens 39 in the concentrating annular zone shape. To be done. The excitation light C shaped into the light-collecting ring-shaped zone reaches the position of the ring-shaped relay lens 48 and is condensed / incident while gradually narrowing the width of the ring-shaped zone while maintaining the light flux diameter substantially constant. Further, the excitation light C emitted from the annular relay lens 48 enters the annular relay lens 49 and is emitted as a parallel annular luminous flux. Then, the excitation light C emitted from the annular relay lens 49 enters the condenser lens 50,
A predetermined area on the surface of the DUT 60 is focused and irradiated.

【００９１】このように、円錐鏡３４とコンデンサレン
ズ５０との間に、リレーレンズ３９並びに輪帯リレーレ
ンズ４８および４９からなるリレーレンズ系を設けるこ
とにより、視野絞り１５と被測定物６０との間の照明光
学系は無限遠光学系となる。したがって、視野絞り１５
を通過した励起光Ｃは、被測定物６０表面に高効率に照
射されるだけでなく、必要な照明範囲の確保と調整も可
能となる。As described above, by providing the relay lens system including the relay lens 39 and the annular relay lenses 48 and 49 between the conical mirror 34 and the condenser lens 50, the field stop 15 and the object to be measured 60 are connected. The illumination optical system in between is an infinite optical system. Therefore, the field stop 15
The excitation light C that has passed through not only irradiates the surface of the DUT 60 with high efficiency, but also can secure and adjust a necessary illumination range.

【００９２】なお、上記実施形態においては、リレーレ
ンズ系は、リレーレンズ３９並びに２枚の輪帯リレーレ
ンズ４８および４９を備えて構成されるものであった。
しかし、輪帯リレーレンズの枚数は２枚に限られるもの
ではない。例えば、図２２（ｂ）に示すように、低倍率
のコンデンサレンズ５０Ａが用いられ、且つ、リレーレ
ンズ３９Ａからコンデンサレンズ５０Ａまでの光路が比
較的短い場合には、これらの間には１枚の輪帯リレーレ
ンズ４８Ａのみでもよい。In the above embodiment, the relay lens system is configured to include the relay lens 39 and the two annular relay lenses 48 and 49.
However, the number of annular relay lenses is not limited to two. For example, as shown in FIG. 22 (b), when a low-magnification condenser lens 50A is used and the optical path from the relay lens 39A to the condenser lens 50A is relatively short, one sheet is placed between them. Only the ring relay lens 48A may be used.

【００９３】以上のように、励起光Ｃを傾斜輪帯光束に
成形する際においても、また、傾斜輪帯光束とされた励
起光Ｃをリレーレンズ系でコンデンサレンズ５０まで伝
送する際においても、励起光Ｃの損失は極めて少ない。
さらに、ケーラー照明法を採用することにより拡散板を
不要としたので、この点でも励起光Ｃの有効利用が図ら
れる。したがって、光源１０Ａから出力され視野絞り１
５を通過した励起光Ｃの殆どの光束が被測定物６０の所
定領域に照射されることとなり、また、その所定領域か
ら発生する蛍光Ｄの強度も強くなることから、光検出器
９０は極めて明るい蛍光像を検出することができること
になる。As described above, when the excitation light C is formed into the inclined annular zone luminous flux, and also when the excitation light C which is the inclined annular zone luminous flux is transmitted to the condenser lens 50 by the relay lens system, The loss of the excitation light C is extremely small.
Furthermore, since the Koehler illumination method is adopted, the diffuser plate is not required, and the excitation light C can be effectively used in this respect as well. Therefore, the field stop 1 is output from the light source 10A.
Most of the luminous flux of the excitation light C that has passed through 5 is irradiated to a predetermined area of the DUT 60, and the intensity of the fluorescence D generated from the predetermined area also becomes strong. A bright fluorescent image can be detected.

【００９４】また、本実施形態に係る暗視野落射顕微鏡
は、第１乃至第３の実施形態の場合と比較すると、輪帯
光束形成手段（円錐鏡３４、凸円錐プリズム３５、凹円
錐プリズム３６、回折格子３７，３８それぞれ）を単一
の部品から構成することができるので加工・調整が容易
となる。さらに、第１乃至第３の実施形態の場合と比較
して、リレーレンズ系を構成する輪帯リレーレンズのう
ちの１枚を通常の凸レンズであるリレーレンズ３９に置
き換えることができるので、この点でも加工・調整が容
易となる。Further, the dark-field epi-illumination microscope according to the present embodiment is different from the first to third embodiments in the annular beam forming means (conical mirror 34, convex conical prism 35, concave conical prism 36, Since each of the diffraction gratings 37 and 38) can be composed of a single component, it is easy to process and adjust. Further, as compared with the cases of the first to third embodiments, one of the annular relay lenses forming the relay lens system can be replaced with the relay lens 39 which is a normal convex lens, which is another point. However, it is easy to process and adjust.

【００９５】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形と応用が可能である。例えば、輪帯
光束形成手段として、最も簡単な輪帯絞り（遮光板）を
使用することもできる。この場合、遮光板により光が遮
られるので、光の利用効率は低下する。しかし、コレク
タレンズ等の照明光学系の収差を操作することにより、
絞り位置での開口部の強度を一様ではなく収差を発生さ
せて周辺部を明るくさせることで、光の利用効率の改善
を図ることができる。The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications and applications are possible. For example, the simplest ring-shaped aperture stop (light-shielding plate) can be used as the ring-shaped light flux forming means. In this case, since the light is blocked by the light blocking plate, the light utilization efficiency is reduced. However, by manipulating the aberration of the illumination optical system such as the collector lens,
The intensity of the aperture at the diaphragm position is not uniform, and aberration is generated to brighten the peripheral portion, so that the light utilization efficiency can be improved.

【００９６】また、例えば応用として、暗視野落射蛍光
顕微鏡において、励起光をパルス状に出力する光源と、
被測定物から発生した蛍光を時間分解検出する手段とを
備えることにより、蛍光寿命をも高精度に測定すること
ができる。As an application, for example, in a dark-field epi-illumination fluorescence microscope, a light source that outputs excitation light in a pulse shape,
By providing a means for time-resolving and detecting the fluorescence generated from the object to be measured, the fluorescence lifetime can be measured with high accuracy.

【００９７】また、比較的長い波長の操作光を出力する
操作光源と、その操作光を被測定物の表面に照射させそ
の照射位置を制御する操作制御装置などを設けてもよ
い。操作光が被測定物表面に照射されるとその照射位置
の特性が変化を受けるので、操作光が照射された蛍光物
質の挙動と操作光が照射されなかった蛍光物質の挙動と
を比較することにより、蛍光物質の平均的な情報だけで
なく、微環境下での個々の蛍光物質の挙動を観察するこ
とができる。Further, an operation light source for outputting operation light of a relatively long wavelength and an operation control device for irradiating the surface of the object to be measured with the operation light to control the irradiation position may be provided. When the operating light is irradiated on the surface of the object to be measured, the characteristics of the irradiation position change, so compare the behavior of the fluorescent substance irradiated with the operating light with the behavior of the fluorescent substance not irradiated with the operating light. This makes it possible to observe not only the average information of the fluorescent substances but also the behavior of the individual fluorescent substances under the microenvironment.

【００９８】以上のように蛍光顕微鏡に適用する場合に
は、本来微弱な蛍光であっても、被測定物には励起光が
高効率かつ一様に照射されるので、被測定物で発生する
蛍光の強度は強く、したがって、コントラストとＳ／Ｎ
比のよい蛍光像の測定、精度のよい蛍光寿命の測定、お
よび、正確な蛍光物質の挙動の観察が可能となる。When applied to the fluorescence microscope as described above, even if the fluorescent light is originally weak, it is generated in the measured object because the measured object is uniformly and efficiently irradiated with the excitation light. The intensity of the fluorescence is high, so the contrast and S / N
It is possible to measure a fluorescent image with a good ratio, to measure a fluorescent lifetime with accuracy, and to observe the behavior of a fluorescent substance accurately.

【００９９】[0099]

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、光源部から出力された第１の光束（照明光または
励起光）は、輪帯光束形成手段によって光束の損失が殆
ど無く輪帯形状とされ、リレーレンズ系によって伝送損
失が殆ど無くコンデンサレンズまで伝送される。As described above in detail, according to the present invention, the first luminous flux (illumination light or excitation light) output from the light source section is hardly lost by the annular luminous flux forming means. It is band-shaped and is transmitted to the condenser lens with almost no transmission loss by the relay lens system.

【０１００】このような暗視野落射方式の照明方法とし
たので、光源部から出力された第１の光束は、効率よく
コンデンサレンズによって被測定物の所定領域に集光照
射され、その所定領域から発生する第２の光束（散乱光
または蛍光）の強度は大きく、光検出器で第２の光束の
明るい像を優れたＳ／Ｎ比で観察することが可能とな
る。したがって、強度が弱い散乱光を観察することがで
きるだけでなく、微弱な蛍光をも観察することもでき、
特に蛍光単分子検出が容易になる。Since the dark-field epi-illumination method is used, the first light flux output from the light source section is efficiently focused and irradiated onto a predetermined region of the object to be measured by the condenser lens, and the first region is emitted from the predetermined region. The intensity of the generated second light flux (scattered light or fluorescence) is high, and it becomes possible to observe a bright image of the second light flux with an excellent S / N ratio by the photodetector. Therefore, not only can scattered light with low intensity be observed, but weak fluorescence can also be observed.
In particular, fluorescent single molecule detection becomes easy.

【０１０１】また、ケーラー照明法や光源部にレンズア
レイを採用することにより、光源部の発光ムラや指向性
を解消して、被測定物の所定領域を一様に照射すること
ができるので、第２の光束の正確な光像を得ることがで
きる。Further, by adopting the Koehler illumination method or the lens array in the light source section, it is possible to eliminate unevenness in light emission and directivity of the light source section and to uniformly irradiate a predetermined region of the object to be measured. An accurate light image of the second light flux can be obtained.

【０１０２】さらに、このような光学系としたことか
ら、従来必要であった拡散板は不要となり、また、照明
光学系の共役関係を維持することができるので、被測定
物上の照明範囲の確保と絞り機能との両立が可能とな
る。Further, since such an optical system is used, the diffuser plate, which has been necessary in the past, is unnecessary, and the conjugate relationship of the illumination optical system can be maintained, so that the illumination range of the object to be measured can be maintained. It is possible to achieve both the securing and the diaphragm function.

【０１０３】特に、輪帯光束形成手段として二重曲面鏡
を用いる場合には、他の輪帯光束形成手段と比較して、
色収差がないので、より広い波長域で使用でき、形状が
特異である頂点がないので、加工や光学系の調整が容易
となる。さらに、他の輪帯光束形成手段では必要であっ
た輪帯光束を平行にするレンズは、頂点の位置ずれや傾
きの影響が比較的少ないので、二重曲面鏡では不要であ
る。In particular, when a double-curved surface mirror is used as the annular light flux forming means, compared with other annular light flux forming means,
Since there is no chromatic aberration, it can be used in a wider wavelength range, and since there is no apex with a unique shape, processing and adjustment of the optical system are easy. Further, a lens for parallelizing the annular light flux, which was necessary in the other annular light flux forming means, is not necessary in the double curved mirror because the influence of the positional displacement and the inclination of the vertex is relatively small.

【０１０４】また、輪帯光束形成手段として傾斜輪帯光
束を形成するもの（円錐鏡、凸円錐プリズム、凹円錐プ
リズム、回折格子それぞれ）を用いる場合には、輪帯光
束形成手段を単一の部品から構成することができ、ま
た、リレーレンズ系を構成する輪帯リレーレンズのうち
の１枚を通常の凸レンズであるリレーレンズに置き換え
ることができるので、加工・調整が容易となる。When a device for forming an inclined annular light flux (conical mirror, convex conical prism, concave conical prism, diffraction grating) is used as the annular light flux forming means, a single annular light flux forming means is used. Since it can be composed of parts and one of the annular relay lenses constituting the relay lens system can be replaced with a relay lens which is a normal convex lens, processing and adjustment are facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】第１の実施形態に係る暗視野落射顕微鏡の光学
系の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of a dark-field episcopic microscope according to a first embodiment.

【図２】二重円錐鏡の出射側から見た平面図、入射側か
ら見た平面図、光軸に沿って切断した端面図、および斜
視図である。FIG. 2 is a plan view seen from the exit side of a double-conical mirror, a plan view seen from the entrance side, an end view taken along the optical axis, and a perspective view.

【図３】輪帯光束形成プリズムの出射側から見た平面
図、入射側から見た平面図、光軸に沿って切断した断面
図、および斜視図である。3A and 3B are a plan view seen from the exit side of the annular light flux forming prism, a plan view seen from the entrance side, a cross-sectional view taken along the optical axis, and a perspective view.

【図４】反射型輪帯光束形成回折格子を光軸に沿って切
断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a reflection type annular zone light flux forming diffraction grating taken along the optical axis.

【図５】反射型輪帯光束形成回折格子を光軸に沿って切
断した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the reflection type annular zone light flux forming diffraction grating cut along the optical axis.

【図６】輪帯リレーレンズの端面図と平面図である。FIG. 6 is an end view and a plan view of an annular relay lens.

【図７】輪帯フレネルレンズの端面図と平面図である。FIG. 7 is an end view and a plan view of an annular Fresnel lens.

【図８】多数のレンズを融着接続して形成された輪帯リ
レーレンズの端面図と平面図である。FIG. 8 is an end view and a plan view of an annular relay lens formed by fusion-bonding a large number of lenses.

【図９】更に多数のレンズを融着接続して形成された輪
帯リレーレンズの端面図と平面図である。9A and 9B are an end view and a plan view of an annular relay lens formed by fusion-bonding a larger number of lenses.

【図１０】輪帯リレーレンズ系の作用の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation of the ring relay lens system.

【図１１】輪帯リレーレンズ系の初段に斜めに入射した
場合の照明光の光路の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of an optical path of illumination light when obliquely entering the first stage of the annular relay lens system.

【図１２】輪帯リレーレンズ系の変形例の説明図であ
る。FIG. 12 is an explanatory diagram of a modified example of an annular relay lens system.

【図１３】第２の実施形態に係る暗視野落射顕微鏡の光
学系の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of an optical system of a dark-field episcopic microscope according to a second embodiment.

【図１４】第３の実施形態に係る暗視野落射顕微鏡の光
学系の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of an optical system of a dark-field episcopic microscope according to a third embodiment.

【図１５】第４の実施形態に係る暗視野落射顕微鏡の光
学系の構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram of an optical system of a dark-field episcopic microscope according to a fourth embodiment.

【図１６】第５の実施形態に係る暗視野落射顕微鏡の光
学系の構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of an optical system of a dark-field episcopic microscope according to a fifth embodiment.

【図１７】円錐鏡を光軸に沿って切断した断面図であ
る。FIG. 17 is a sectional view of a conical mirror taken along the optical axis.

【図１８】凸円錐プリズムを光軸に沿って切断した断面
図である。FIG. 18 is a sectional view of a convex conical prism taken along the optical axis.

【図１９】凹円錐プリズムを光軸に沿って切断した断面
図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of a concave conical prism taken along the optical axis.

【図２０】回折格子を光軸に沿って切断した断面図であ
る。FIG. 20 is a sectional view of the diffraction grating cut along the optical axis.

【図２１】回折格子を光軸に沿って切断した断面図であ
る。FIG. 21 is a sectional view of the diffraction grating cut along the optical axis.

【図２２】リレーレンズ系の変形例の説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram of a modification of the relay lens system.

【図２３】従来型の暗視野落射顕微鏡の光学系の構成図
である。FIG. 23 is a configuration diagram of an optical system of a conventional dark-field epi-illumination microscope.

【図２４】従来型の暗視野落射顕微鏡におけるコンデン
サレンズと対物レンズとからなる暗視野対物レンズの照
明光入射側から見た平面図である。FIG. 24 is a plan view seen from the illumination light incident side of a dark field objective lens including a condenser lens and an objective lens in a conventional dark field episcopic microscope.

【図２５】従来型の暗視野落射顕微鏡における視野絞り
からコンデンサレンズに到るまでの光学系を示す図であ
る。FIG. 25 is a diagram showing an optical system from a field stop to a condenser lens in a conventional dark-field episcopic microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０，１０Ａ…光源、１１…コレクタレンズ、１２…レ
ンズアレイ、１３…コレクタレンズ、１４…開口絞り、
１５…視野絞り、１６…コリメータレンズ、１７…光束
径調整器、１８…励起フィルタ、２０…遮光板、２１…
拡散板、２９…二重曲面鏡、３０…二重円錐鏡、３１…
輪帯光束形成プリズム、３２…反射型輪帯光束形成回折
格子、３３…透過型輪帯光束形成回折格子、３４…円錐
鏡、３５…凸円錐プリズム、３６…凹円錐プリズム、３
７，３８…回折格子、３９…リレーレンズ、４０，４
１，４２…輪帯リレーレンズ、４３…輪帯反射鏡、４
４，４５，４６…輪帯フレネルレンズ、４７…フレネル
レンズ、４８，４９…輪帯リレーレンズ、５０…コンデ
ンサレンズ、６０…被測定物、７０…対物レンズ、８０
…結像レンズ、８１…吸収フィルタ、９０…光検出器、
１００…傾斜円錐内壁鏡、１０１…光ファイバ、１０２
…光検出器、１１０…傾斜円錐遮光筒、Ａ，Ａ１，Ａ
２，Ａ３…照明光、Ｂ…散乱光、Ｃ…励起光、Ｄ…蛍
光。10, 10A ... Light source, 11 ... Collector lens, 12 ... Lens array, 13 ... Collector lens, 14 ... Aperture stop,
15 ... Field stop, 16 ... Collimator lens, 17 ... Luminous flux diameter adjuster, 18 ... Excitation filter, 20 ... Shading plate, 21 ...
Diffuser, 29 ... Double curved mirror, 30 ... Double conical mirror, 31 ...
Ring-shaped light flux forming prism, 32 ... Reflective ring-shaped light flux forming diffraction grating, 33 ... Transmissive ring-shaped light flux forming diffraction grating, 34 ... Conical mirror, 35 ... Convex conical prism, 36 ... Concave conical prism, 3
7, 38 ... Diffraction grating, 39 ... Relay lens, 40, 4
1, 42 ... Ring relay lens, 43 ... Ring reflector, 4
4, 45, 46 ... Annular Fresnel lens, 47 ... Fresnel lens, 48, 49 ... Annular relay lens, 50 ... Condenser lens, 60 ... Object to be measured, 70 ... Objective lens, 80
... Imaging lens, 81 ... Absorption filter, 90 ... Photodetector,
100 ... Inclined cone inner wall mirror, 101 ... Optical fiber, 102
... Photodetector, 110 ... Inclined cone light-shielding cylinder, A, A1, A
2, A3 ... Illumination light, B ... Scattered light, C ... Excitation light, D ... Fluorescence.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 第１の光束を出力する光源部と、 前記第１の光束を入力し輪帯形状に成形して出力する輪
帯光束形成手段と、 輪帯形状の前記第１の光束を伝送するリレーレンズ系
と、 前記リレーレンズ系から出力された前記第１の光束を入
力し被測定物の所定領域に集光照射する輪帯形状のコン
デンサレンズと、 前記コンデンサレンズの内側に同軸に配置され、前記第
１の光束が照射された前記被測定物の前記所定領域から
発した第２の光束を入力し、所定位置に結像する対物レ
ンズと、 前記対物レンズで結像された前記第２の光束を検出する
光検出手段と、 を備えることを特徴とする暗視野落射顕微鏡。1. A light source section for outputting a first light flux, an annular light flux forming means for inputting the first light flux, shaping it into an annular shape and outputting it, and a first annular light flux for forming the annular light flux. A relay lens system for transmitting, a ring-shaped condenser lens for inputting the first light flux output from the relay lens system and converging and irradiating the first light flux to a predetermined region of the object to be measured, and coaxially inside the condenser lens. An objective lens which is arranged and receives the second light flux emitted from the predetermined region of the measured object irradiated with the first light flux and forms an image at a predetermined position; and the objective lens formed by the objective lens. A dark field epi-illumination microscope, comprising: a light detection unit that detects a second light flux. 【請求項２】 前記輪帯光束形成手段は、前記第１の光
束を輪帯幅および光束径が略一定の平行輪帯形状として
出力するとともに、 前記リレーレンズ系は、その平行輪帯形状とされた前記
第１の光束を略一定径のまま伝送する１または２以上の
輪帯リレーレンズを備える、 ことを特徴とする請求項１記載の暗視野落射顕微鏡。2. The annular luminous flux forming means outputs the first luminous flux as a parallel annular shape having a substantially constant annular width and a uniform luminous flux diameter, and the relay lens system has the parallel annular shape. The dark-field episcopic microscope according to claim 1, further comprising one or more ring-shaped relay lenses that transmit the generated first light flux with a substantially constant diameter. 【請求項３】 前記輪帯光束形成手段は、円錐形状また
は円錐台形状の側面に形成された第１の反射鏡と円錐台
内壁側面に形成された第２の反射鏡とを備え、前記光源
部から出力された前記第１の光束を前記第１および前記
第２の反射鏡で順次反射させて平行輪帯形状として出力
する、ことを特徴とする請求項２記載の暗視野落射顕微
鏡。3. The light source for forming an annular light flux includes a first reflecting mirror formed on a side surface of a conical shape or a truncated cone shape, and a second reflecting mirror formed on a side surface of an inner wall of the truncated cone. 3. The dark-field episcopic microscope according to claim 2, wherein the first light flux output from the unit is sequentially reflected by the first and second reflecting mirrors and output as a parallel ring shape. 【請求項４】 前記輪帯光束形成手段は、それぞれ回転
対称形状である第１のプリズムと第２のプリズムとを備
え、前記光源部から出力された前記第１の光束を前記第
１および前記第２のプリズムで順次屈折させて平行輪帯
形状として出力する、ことを特徴とする請求項２記載の
暗視野落射顕微鏡。4. The annular light flux forming means includes a first prism and a second prism, each of which has a rotationally symmetrical shape, and the first light flux output from the light source unit is converted into the first light flux and the second light flux. The dark-field episcopic microscope according to claim 2, wherein the second prism is sequentially refracted and is output as a parallel annular zone shape. 【請求項５】 前記輪帯光束形成手段は、円盤形状の反
射型の第１の回折格子と輪帯形状の反射型の第２の回折
格子とを備え、前記光源部から出力された前記第１の光
束を前記第１および前記第２の回折格子で順次回折させ
て平行輪帯形状として出力する、ことを特徴とする請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡。5. The annular light flux forming means includes a disk-shaped reflective first diffraction grating and an annular reflective second diffraction grating, and the first light output from the light source unit. 3. The dark field epi-illumination microscope according to claim 2, wherein the first light flux is sequentially diffracted by the first and second diffraction gratings and is output as a parallel ring shape. 【請求項６】 前記輪帯光束形成手段は、円盤形状の透
過型の第１の回折格子と輪帯形状の透過型の第２の回折
格子とを備え、前記光源部から出力された前記第１の光
束を前記第１および前記第２の回折格子で順次回折させ
て平行輪帯形状として出力する、ことを特徴とする請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡。6. The annular light flux forming means includes a disk-shaped transmissive first diffraction grating and an annular transmissive second diffraction grating, and the first light output from the light source unit. 3. The dark field epi-illumination microscope according to claim 2, wherein the first light flux is sequentially diffracted by the first and second diffraction gratings and is output as a parallel ring shape. 【請求項７】 前記輪帯光束形成手段は、回転対称形で
ある第１の曲面鏡と回転対称形であって中央に孔部が設
けられている第２の曲面鏡とを備え、前記光源部から出
力された前記第１の光束を前記第２の曲面鏡の孔部に入
力し、前記第１および前記第２の曲面鏡で順次反射させ
て平行輪帯形状として出力する、ことを特徴とする請求
項２記載の暗視野落射顕微鏡。7. The light source for forming an annular light flux includes a first curved mirror having a rotationally symmetric shape and a second curved mirror having a rotationally symmetric shape and a hole portion provided at a center thereof. The first light flux output from the second curved mirror is input to the hole of the second curved mirror, and is sequentially reflected by the first and second curved mirrors to be output as a parallel ring shape. The dark-field epi-illumination microscope according to claim 2. 【請求項８】 前記リレーレンズ系は、 前記輪帯光束形成手段の入射側および出射側の何れかに
配置される第１の輪帯リレーレンズと、 前記コンデンサレンズの入射側に配置される第２の輪帯
リレーレンズと、 前記第１および前記第２の輪帯リレーレンズの間の光路
上に配置される第３の輪帯リレーレンズと、 を備えることを特徴とする請求項２記載の暗視野落射顕
微鏡。8. The relay lens system includes a first annular zone relay lens arranged on either an incident side or an emission side of the annular zone luminous flux forming means, and a first annular zone relay lens arranged on an incident side of the condenser lens. The second annular zone relay lens, and a third annular zone relay lens arranged on the optical path between the first and the second annular zone relay lenses. Dark-field episcopic microscope. 【請求項９】 前記リレーレンズ系は、前記第１の輪帯
リレーレンズが前記輪帯光束形成手段と一体である、こ
とを特徴とする請求項８記載の暗視野落射顕微鏡。9. The dark-field episcopic microscope according to claim 8, wherein in the relay lens system, the first annular zone relay lens is integral with the annular zone luminous flux forming means. 【請求項１０】 前記輪帯光束形成手段は、前記第１の
光束を輪帯幅が略一定であって光束径が次第に拡がる傾
斜輪帯形状として出力するとともに、 前記リレーレンズ系は、傾斜輪帯形状の前記第１の光束
を入力し光束径が略一定であって輪帯幅が次第に狭くな
る集光輪帯形状として出力するリレーレンズと、その集
光輪帯形状とされた前記第１の光束を略一定径のまま伝
送する１または２以上の輪帯リレーレンズと、を備え
る、 ことを特徴とする請求項１記載の暗視野落射顕微鏡。10. The annular light flux forming means outputs the first light flux in the form of an inclined annular zone having a substantially constant annular zone width and a gradually increasing beam diameter, and the relay lens system comprises an inclined annular zone. A relay lens for inputting the band-shaped first light beam and outputting the band-shaped first light beam as a light-collecting ring-shaped member having a substantially constant light beam diameter and a gradually narrowing ring-shaped band width, and the first light beam having the light-collecting ring-shaped member 2. The dark-field episcopic microscope according to claim 1, further comprising one or more ring-shaped relay lenses that transmit the light having a substantially constant diameter. 【請求項１１】 前記輪帯光束形成手段は、円錐形状の
側面に形成された反射鏡を備え、前記光源部から出力さ
れた前記第１の光束を前記反射鏡で反射させて傾斜輪帯
形状として出力する、ことを特徴とする請求項１０記載
の暗視野落射顕微鏡。11. The annular light flux forming means includes a reflecting mirror formed on a side surface of a conical shape, and the first light flux output from the light source unit is reflected by the reflecting mirror to form an inclined annular shape. The dark-field episcopic microscope according to claim 10, wherein 【請求項１２】 前記輪帯光束形成手段は、入射面およ
び出射面の少なくとも何れか一方が凸状または凹状の円
錐形状である回転対称形の円錐プリズムを備え、前記光
源部から出力された前記第１の光束を前記円錐プリズム
で屈折させて傾斜輪帯形状として出力する、ことを特徴
とする請求項１０記載の暗視野落射顕微鏡。12. The annular light flux forming means includes a rotationally symmetric conical prism in which at least one of an entrance surface and an exit surface has a convex or concave conical shape, and the light output from the light source unit. The dark field epi-illumination microscope according to claim 10, wherein the first light beam is refracted by the conical prism and is output as an inclined annular zone shape. 【請求項１３】 前記輪帯光束形成手段は、円盤形状の
透過型の回折格子を備え、前記光源部から出力された前
記第１の光束を前記回折格子で回折させて傾斜輪帯形状
として出力する、ことを特徴とする請求項１０記載の暗
視野落射顕微鏡。13. The annular luminous flux forming means includes a disc-shaped transmission type diffraction grating, and diffracts the first luminous flux output from the light source unit by the diffraction grating to output it as an inclined annular zone shape. The dark-field episcopic microscope according to claim 10, wherein 【請求項１４】 前記輪帯リレーレンズはフレネルレン
ズである、ことを特徴とする請求項２または９記載の暗
視野落射顕微鏡。14. The dark-field episcopic microscope according to claim 2, wherein the annular relay lens is a Fresnel lens. 【請求項１５】 前記リレーレンズ系は、前記光源部の
像を前記コンデンサレンズの前側焦点面に結像し、 前記コンデンサレンズは、前記被測定物の前記所定領域
をケーラー照明法で照明する、 ことを特徴とする請求項１記載の暗視野落射顕微鏡。15. The relay lens system forms an image of the light source unit on a front focal plane of the condenser lens, and the condenser lens illuminates the predetermined region of the object to be measured by a Koehler illumination method. The dark-field episcopic microscope according to claim 1, wherein 【請求項１６】 前記光源部は、前記第１の光束の光路
上に配され、前記第１の光束の光軸に垂直な平面上に複
数の小レンズが配列されたレンズアレイを備える、こと
を特徴とする請求項１記載の暗視野落射顕微鏡。16. The light source unit includes a lens array which is arranged on an optical path of the first light flux and in which a plurality of small lenses are arranged on a plane perpendicular to an optical axis of the first light flux. The dark-field episcopic microscope according to claim 1. 【請求項１７】 前記被測定物に対して前記コンデンサ
レンズの反対側に配され、前記被測定物を透過した前記
第１の光束を吸収する透過光吸収部材を更に備える、こ
とを特徴とする請求項１記載の暗視野落射顕微鏡。17. A transmission light absorbing member, which is arranged on the opposite side of the condenser lens with respect to the object to be measured, and absorbs the first light flux transmitted through the object to be measured. The dark-field epi-illumination microscope according to claim 1. 【請求項１８】 前記透過光吸収部材は、逆円錐形状の
円錐内壁が傾斜して形成されて、前記被測定物を透過し
た前記第１の光束を前記円錐内壁で多重反射させて吸収
する傾斜円錐内壁鏡である、ことを特徴とする請求項１
７記載の暗視野落射顕微鏡。18. The transmitted light absorbing member has an inverted conical cone inner wall formed to be inclined, and the first light flux transmitted through the DUT is multiply reflected by the inner cone wall to be absorbed. It is a cone inner wall mirror, It is characterized by the above-mentioned.
7. The dark-field episcopic microscope according to 7. 【請求項１９】 前記傾斜円錐内壁鏡の前記円錐内壁の
頂部に接続され、前記頂部に到達した前記第１の光束を
入射して外部へ廃棄する光ファイバを更に備える、こと
を特徴とする請求項１８記載の暗視野落射顕微鏡。19. An optical fiber connected to the top of said cone inner wall of said tilted cone inner wall mirror, and further comprising an optical fiber for injecting said first light flux reaching said top and discarding it to the outside. Item 21. A dark-field episcopic microscope according to item 18. 【請求項２０】 前記透過光吸収部材は、円錐台形状の
遮光筒内壁が傾斜して形成されて、前記被測定物を透過
した前記第１の光束を前記遮光筒内壁で多重反射させて
吸収する傾斜円錐遮光筒である、ことを特徴とする請求
項１７記載の暗視野落射顕微鏡。20. The transmitted light absorbing member has a truncated cone-shaped light-shielding cylinder inner wall that is inclined, and absorbs the first light flux that has passed through the object to be measured by multiple reflection on the light-shielding cylinder inner wall. The dark-field epi-illumination microscope according to claim 17, wherein the dark-field epi-illumination microscope is an inclined conical light-shielding tube.
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