JPS63503171A - 光学的構成部材とその装置への応用 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 学的構成部材とその装置への応用 本発明は光学的構成部材とその光学的構成部材を暗視野照明（Ｄｕｎｋｅｌｆｅ ｌｄｂｅｌｅｕｃｈｔｕｎｇ）を実現するための自動焦点装置を具備する光学的 装置への応用に関する。

レーザー自動焦点装置（Ｌａｓｅｒａｕｔｏｆｏｋｕｓ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ） の原理上の作動態様は西ドイツ国特許第３２１９５０３号明細書により公知であ る。この種の装置の場合、暗視野照明の実現を望むと、照明光束の中心領域の円 形の遮断（Ａｕｓｂｌｅｎｄｕｎｇ）が、例えば構造的中央遮断部（ｇｅｂａｕ ｃｈｌｉｃｈｅｎ　Ｍｉｔｔｅｎｓｔｏｐｐｓ）の旋回により行われなければな らない。しかし、その際レーザー自動焦点機能は効果をなくし、それに加えて、 計測光も同様に遮断される（ａｕｓｂｌｅｎｄｅｎ）る。

従って、この欠点の除去のために、可視光線を１ｏｏχ吸収するが、然し赤外線 に近い波長領域から開放する赤外線フィルター（ＩＲ−Ｆｉｌｔｅｒ）として暗 視野遮断部（Ｄｕｎｋｅｌｆｅｌｄ−ｓｔｏｐｐ）部を形成することが必要とな ろう。しかしながら、平面平行な赤外線フィルター板は光路において焦点距離変 化を生せしめるので、このような方法だけでは、不都合な焦点のずれをもたらす 。

それゆえに、組合せにおいて波長に依存している透過作用もしくは遮光作用（Ｓ ｐｅｒｒｗｉｒｋｕｎｇ）と同時に焦点のずれの補整を実現するような光学的構 造部材を提供することが本発明の課題である。別の部分的な課題はレーザー自動 焦点装置において、暗視野照明（Ｄｕｎｋｅｌｆｅｌｄｂｅｌｅｕｃｈ）ｆｆｌ を、本来の自動焦点機能の妨害ないし除去なしに保証することにある。

この課題は本発明により、一体的に形成され、そして作動状態（Ｗｉｒｋｓｔｅ ｌｌｕｎｇ）において、それぞれの波長もしくは波長領域に関して分離して（ｄ ｉｓｋｒｅｔ）区別される少なくとも２つの部分光束を含む全光束で光束断面を 変化する（収斂もしくは発散する）ように、そして付加的に部分光束の一つにつ いて透過する（透明な）ように、およびその他の部分光束を遮断する（不透明な ）ように働くような光学的構造部材により解決される。

その際その光学的構造部材は少なくとも１つの光学的に効果的な面を有する。有 利には光学的構造部材はフィルターレンズとして形成される。それにも拘わらず 、その光学的構造部材はフィルターフレネルレンズとして或いはフィルターレン ズアレイとして存在することも可能である。本発明のより好ましい実施例に基づ いて、レンズは収斂レンズ（Ｓａｍｍｅｌｌｉｎｓｅ）として形成される。有利 には、その光学的構造部材は可視光線を完全に吸収し、より短い、もしくはより 長い波長の光に関して、つまり一方では赤外線に関して、他方では紫外線に関し て透明であるという特性を有する。

さらに前記の部分的な課題は暗視野照明の実現のための自動焦点装置を備える光 学機器における本発明に基づく光学的構造部材を利用するだめの装置によって解 決される。

その隙その光学機器は赤外線で働くレーザー自動焦点装置を有する落射顕微鏡と することができる。本発明に基づく装置は次のように適合されうる。即ち本発明 に基づく装置は光学機器、特に落射顕微鏡において観察する対象物に自動的に焦 点を合わせるための装置に関し、該装置では中心をはずれて延びる別々の計測光 束によって測光点を対象物の表面上につくり、該測光点は反射（送り戻され）　 （ｒｅｍｉｔｔｉｅｒｅｎ）され同様に中心をはずれて延びる計測光束によって 照明側の計測光路からの遮断後に光電装置に以下のように結像され、即ちその信 号が対象物面の対物レンズの焦点面からの移動の場合に制御装置を付勢するよう に結像され、該制御装置は対象物面を焦点面に戻し、その際、この装置は計測光 束のためのレーザー光線を発生させるための光源と、照明側の計測光束の半分の 幾何学的な遮断のための、および同時に、反射された計測光束を計測光路からの 幾何学的な遮断のための光学的構成部材と、軸方向に限定的に移動可能であり予 め与えられたずれの割合に従ってレンズの位置調節のための手段が付属されてい るレンズシステムと、差動ダイオードとして形成した光電装置で、その際差動ダ イオードの前にスリット絞り（Ｓｐａ　１　ｔｂ　１ｅｎｄｅ）を配置し、そし てそのスリットが差動ダイオードのスリットに垂直に、ならびにそのつと存在す る焦点ずれ量の程度に従って結像されるレーザースポットの移動する点（Ｆｌｅ ｃｋ）の方向に延びるように形成される（ａｕｓｒｉｃｈｔｅｎ）光電装置と、 照明側の計測光束を光学機器の照明光路の方へ導入する、もしくは反射される計 測光束をその光学機器の照明光路から反射するビームスプリッタ−（Ｔｅｉｌｅ ｒｓｐｉｅｇｅｌ）　とを有するように行うことができ、その際、暗視野照明を 行うための構造要素は赤外線フィルターレンズとして形成され、照明光束の第１ ビームスプリンターと特に二色性の第２ビームスプリッタ−との間を延びる部分 にその軸近くの中心領域において挿入可能に配置されている。

赤外線フィルターレンズを鏡筒レンズ（Ｔｕｂｕｓ　１１ｎｓｅ）と照明視野絞 りの面に設けたマークの、特に液状結晶マトリックス（Ｆｌｉｓｓｉｇｋｒｉｓ ｔａｌｌ−Ｍａｔｒｉｘ）の面との間に出し入れ可能に配置することは好都合で ある。特に、長所として、赤外線フィルターレンズを可視光線を完全に吸収し、 赤外線領域の近くに存在する波長から透過するフィルター特性を有するように形 成することが特に有利であり、その際、最大透過は９０３ｎｍの波長の場合に与 えられる。その装置は又赤外線フィルターレンズがそれらの結像重要性（ａｂｂ ｉｌｄｕｎｇｓｒｅｌｅｖａｎｔｅｎ）ならびに材料特性および幾何学特性に関 して、赤外線フィルターレンズの照明光束へ方向を変えることによって導出され る焦点ずれが適当に補整されるように選択もしくは測られているように形成され ることもできる。その際、その光学的構造部材を光路の方へ方向を変えることが できる単独マウンティングにおいて３点支持によって保持されることが可能であ る。その単独はめこみ部材は光学的構造部材の周囲を囲むリングを含むことがで き、該リングから３つの連結ブリッジがマウンティング枠に延びる。都合よく、 リングと連結ブリッジは透明な材料から成り立っている。

結局、その装置は同様の断面の幾何学形状の及び結像特性に影響する色々のレン ズ幾何学形状の多くの光学的構造部材が共通のキャリヤ、スライダ、リボルバ等 の上に配置され、前後して作用可能であるような方法で形成されている。

以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は自動焦点装置と本発明に基づく（横断面における）平凸の光学的構造部 材とを有する落射顕微鏡（Ａｕｆｌ　ｉｃｈ　ｔ−Ｍｉｋｒｏｓｋｏｐ）への光 線進路の部分的側面図；第２図は単独マウンティングに保持された第１図に係る 赤外線フィルターレンズの平面図である。

第１図には垂直に延在する結像光線束Ａが示されている。１は対象物を表し、そ の対象物の表面が焦点面にある。結像光線束Ａはまず第一に対物レンズ２を通過 する。

対物レンズ瞳３を通過したのち、光線束Ａは第一の２色性ビームスプリッターＴ 、を通って進み、そのビームスプリッタ−は可視領域において５０対５０の割合 、赤外領域においては特に９５％の高反射を示す。通過後、鏡筒レンズ４を通っ て後対象物１の像が中間像面５に作られる。

そのあと、光束Ａは図示されていない接眼レンズＯＫに達する。

この光学機器の照明光路は、図の場合水平に延在する。

°光源６から照明光束Ｂはレンズ７を通ったのち、開口絞り８を通って進む。光 束Ｂはつぎに２色性第２ビームスプリッターＴ２を貫通し、その第２ビームスプ リッタ−Ｔ２は光源６からきた可視光線に対して出来るだけ高い透過率と赤外線 に対して出来るだけ高い反射率を有する。

照明視野絞り９の面にマーク１０があり、そのマーク１０の機能は当面の関連に おいて考慮外とすることができる。

この光束は次に平凸の赤外線フィルターレンズ２５に進む。

この発明に基づく光学的構造部材６からきた光束Ｂの中１ビームスプリッタ−Ｔ 、に進み、そこから反射された成分が対象物１の方へ方向を変える。

レーザーダイオード（ＬＤ）として示された形で形成されているレーザー光源か ら（とくにパルスにされて）光がでる。好都合な例として、顕微鏡的な像を乱す 影響をしない赤外線計測光が使われる。計測光束Ｍはレンズ１３を通り、次に両 方向矢印１５に従う軸方向に移動することができるレンズ１４を通り、２色性第 ２ビームスプリッターＴ２に導かれ、該第２ビームスプリンターは両方の光線束 ＭとＢの光学的切断位置に配置されている。

照明視野絞り９が置かれている中間像面にはレーザー光源ＬＤの像がつくられる 。開口絞り８は照明視野絞り９と同様にモーターで位置調節できる。

それと同時に計測スポット１６が対象物の上面での焦点がづれている場合に移動 するので、瞳１７の半分が覆われる。計測光束Ｍの半分の幾何学的な覆いは変向 プリズム１日の助けをかりてうまくゆき、該変向プリズムは瞳エフの高さで計測 光束Ｍに半分がとりいれられる。それは完全に鏡面にしたプリズム面１９を有す る。変向プリズム１８の配置によって妨げられない照明側の計測光束の一部分は 第１図において第一のハツチングによって特徴づけられている。照明側の計測光 束の中心をはずれて進んでいる部分はＭｂによって示されている。計測光束はＭ ｌ、に沿って、即ち中心をはずれて（大体において）この部分システムの光学的 軸線に平行して対物レンズ瞳３に達する。

対象物１の上面で反射したのち、反射計測光束Ｍｒは、Ｔ、で反射したのちＭの スリット板の計測光束Ｍｂによって照明されない瞳１７の半分を通過する。それ はそのつぎに変向プリズム１８の完全に鏡面状の面１９によって照明側の計測光 路Ｍから外へ反射され、プリズム面２０での完全な反射の後並びにレンズ２１を 通過した後２つのダイオードＤ、とＤ２とから成る差動ダイオードに達する。

両方のダイオードの間に狭いスリット２２がある。差動ダイオードＤ、とＤよと の前にスリット絞り２３が配置されている。そのスリット絞りは２つの半絞りか ら成り、その半絞りの間に絞りスリット２４が自由にされる。

絞りスリット２４がダイオードスリット２２に垂直に延びることは明らかである 。焦点がずれている場合、第１図に示すように計測点１６の像が中心位置からず れる。

同時に示されていない手段は計測点の像のずれの割合に従って対象物１を制御し 、より詳しく言えば対象物テーブル２６を焦点が完全にあうまで両矢印２７の方 向に動かす。

照明視野絞り９が配置されている中間像面にマークｌＯが有り、該マークにより 目にみえない計測点１６の位置が確かめられる。その内部にプレートの中心で互 いに交差する２つの液体結晶片（Ｆｌｌｌｓｓｆｇｋｒｉｓｔａｌｌａｍｅｌｌ ｅｎ）を有するサンドインチ状の二重ガラス板からなり、液体結晶片は電圧印加 毎に中心の交差領域を照明光に対して非透過性にすることが出来る。

レンズ１４を計測光束Ｍの光学軸に平行に限定的に移動させることができるので 、示された装置では赤外線と可視光線との間の“ずれ（Ｏｆｆｓｅｔ）”の調節 や焦点兼調整のような尚付加的な機能が可能である。

第１図に示す概略図は（赤外線フィルターレンズ２５を間接的に含む単独マウン ティング枠２８を軸３２の回りに全光束から回転させるとき）原理上は西ドイツ 国特許第３２１９５０３号から知られている。しかし通常の光のもとてレーザー 自動焦点明視野落射照明用装置が実現される。しかし本第１図においては落射暗 視野照明が図示されている。

次に本発明をあげる。

全光束の中心領域へ本発明に基づく赤外線フィルターレンズ２５を動かすとその ために、光源６から来る可視光線が１００％吸収され、反対に、レーザー光源Ｌ Ｄから来る赤外線は妨げられずに通過する。平凸の赤外線フィルターレンズ２５ として形成された光学的構造部材は可視光線が単に光束Ｍ域外部で、更にレンズ 系１１へ、その次に第１ビームスプリッタ−Ｔ、へ、そしてそこから対象物テー ブル２６上の対象物１へ達するように寸法設計されている。従って暗視野照明が 赤外線レーザー自動焦点機能の維持のもとで保証される。その上に赤外線フィル ターレンズとして光学的構造部材を形成することにより、なによりも、生じてい る焦点のずれを自動的に補整される。

第２図に、本発明に基づく光学的構造部材のため光路へもたらすことができる保 持器の平面図、然も光ａ６の方向から見た図が示される。単独マウンティング枠 ２８は軸３２の回りに光路の方へ旋回できる。赤外線フィルターレンズ２５は成 る間隔で外枠２日を伴う３つの結合ブリッジ２９によって中心に支持されている リング３０に含まれている。赤外線フィルターレンズ２５は三箇所でリング３０ と結合されている、結合点３１参照のこと。

リング３０並びに結合ブリッジ２９は可視光線を通す材料で出来ている。示され た３点支持の代わりに、勿論その他の構造も考えられる。しかしその際に第２図 に示された変形は他の形態に比べて可能な限り少ししか支持結合が外の光束領域 に存在しないような長所がある。

この光学的構造部材に関して、シングルサスペンションの代わりに多数の赤外線 フィルターレンズを受容するための回転式、線状連結器、等々も挿入できる。そ の際合理的な方法としてレンズのどれも赤外線の透過状態に関して大体において 等しく働くが、屈折性に関しては夫々異なるものを並べるべきであろう。

その他の装置は本発明に基づく光学的構造部材の利用のもとて例えば光学的構造 部材が可視光線を完全に吸収その他の応用例は赤外線フレネル（フィルター）レ ンズとして或いはフィルターレンズアレイとしてのこの光学的構造部材の挿入物 に関する。

本発明の趣旨はつまり有限或いは無限の光路の中へ運ばれることができる光学的 構造部材は特殊なスペクトルを選択するフィルター特性を与えること、その上同 時にそれによって呼びおこされる幾何学的光学的な消極的な影響を相応しく像の 補整手段によって調整すること沢山のその他の（ここでは詳細には注釈しない） 光学装置を実用させる。

関連記号ないし関連数字リスト Ａ　−結像光線束 Ｂ　−照明光線束 ＤＩ、Ｄｚ　−ダイオード ＬＤ　−レーザー光源 Ｍ　−計測光束 Ｍ、　−（Ｍ）の照明側の部分 Ｍ、、　−反射した計測光束 Ｏｋ　−接眼レンズ Ｔ、　−第１ビームスプリッタ−（可視光線：５０対５０に分割、赤外線：特に ９５％反射）Ｔ２　−第２の（２色性）ビームスプリッタ−１一対象物 ２　一対物レンズ（暗視野に関する） ３　一対物レンズ瞳 ４　−鏡筒レンズ ５　−中間像面 ６　−光源 ７　−レンズ ８　−開口絞り １４　−（軸上を移動する）レンズ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　工ＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＩ、５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一体的に形成され、そして作動状態（Ｈｉｒｋｓｔｅｌｌｕｎｇ）におい て、それぞれの波長もしくは波長領域に関して分離して（ｄｉｓｋｒｅｔ）区別 される少なくとも２つの部分光束を含む全光束で光束断面を変化する（収斂もし くは発散する）ように、そして付加的に部分光束の一つについて透過する（透明 な）ように、およびその他の部分光束を遮断する（不透明な）ように働くことを 特徴とする光学的構造部材。 （２）少なくとも１つの平らでない光学上有効な平面を有することを特徴とする 特許請求の範囲第１項に記載の光学的構造部材。 （３）フィルターレンズとして形成されていることを特徴とする特許請求の範囲 第１項または第２項に記載の光学的構造部材。 （４）フィルターフレネルレンズとして形成されていることを特徴とする特許請 求の範囲第１項または第２項に記載の光学的構造部材。 （５）フィルターレンズアレイとして形成されていることを特徴とする特許請求 の範囲第１項または第２項に記載の光学的構造部材。 （６）レンズが収斂レンズとして形成されていることを特徴とする特許請求の範 囲第１項〜５項までの少なくとも１つに記載の光学的構造部材。 （７）可視光線は完全に吸収されそれより短い乃至長い波長の光は透過されるこ とを特徴とする第１項〜第６項までの少なくとも１つに記載の光学的構造部材。 （８）赤外線が透過されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の光学 的構造部材。 （９）紫外線が透過されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の光学 的構造部材。 （１０）暗視野照明の実現のための自動焦点装置を備える光学機器において前述 の特許請求の範囲の内の少なくとも１つに記載の光学的構造部材を使用するため の装置。 （１１）その光学機器が赤外線で働くレーザー自動焦点装置を伴う落射顕微鏡で あることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 （１２）光学機器、特に落射顕微鏡において観察する対象物に自動的に焦点を合 わせるための装置にして、該装置では中心をはずれて延びる別々の計測光束によ って測光点を対象物の表面上につくり、該測光点は反射され同様に中心をはずれ て延びる計測光束によって照明側の計測光路からの遮断後に光電装置に以下のよ うに結像され、即ちその信号が対象物面の対物レンズの焦点面からの移動の場合 に制御装置を付勢するように結像され、該制御装置は対象物面を焦点面に戻し、 その際、この装置は計測光束のためのレーザー光線を発生させるための光源と、 照明側の計測光束の半分の幾何学的な遮断のための、および同時に、反射された 計測光束を計測光路からの幾何学的な遮断のための光学的構成部材と、軸方向に 限定的に移動可能であり予め与えられたずれの割合に従ってレンズの位置調節の ための手段が付属されているレンズシステムと、差動ダイオードとして形成した 光電装置で、その際差動ダイオードの前にスリット絞りを配置し、そしてそのス リットが差動ダイオードのスリットに垂直に、ならびにそのつど存在する焦点ず れ量の程度に従って結像されるレーザースポットの移動する点の方向に延びるよ うに形成される光電装置と、照明側の計測光束を光学機器の照明光路の方へ導入 する、もしくは反射される計測光束をその光学機器の照明光路から反射するビー ムスプリッターとを有する装置の移動焦点調節のための特許請求の範囲第１０項 または第１１項に記載の装置において、暗視野照明を行うための構造要素は赤外 線フィルターレンズ（２５）として形成され、照明光束（Ｂ）の第１ビームスプ リッター（Ｔ１）と特に二色性の第２ビームスプリツター（Ｔ２）との間を延び る部分にその軸近くの中心領域において挿入可能に配置されている（第１図）こ とを特徴とする装置。 （１３）赤外線フィルターレンズ（２５）が鏡筒レンズ（１１）と照明視野絞り （９）の面に設けられているマーク（１０）との間に出し入れ出来るように配置 されていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 （１４）赤外線フィルターレンズ（２５）が可視光線を完全に吸収し赤外線領域 の近くに存在する波長を透過するフィルター特性を有し、その際９０３ｎｍの波 長で最大に透過することを特徴とする特許請求の範囲第１２項または１３項に記 載の装置。 （１５）赤外線フィルターレンズ（２５）がそれらの結像の重要性並びに材料特 性および幾何学特性に関して、赤外線フィルターレンズ（２５）の照明光束（Ｂ ）の方へ方向をかえることによって導出される焦点ずれが相応しく補整されるよ うに選択され、もしくは測定されていることを特徴とする前述の特許請求の範囲 の少なくとも１つに記載の装置。 （１６）光学的構造部材（２５）が光路の方へ方向を変えることができる単独マ ウンティング内に、特に３点支持により、支えられていることを特徴とする特許 請求の範囲第１０項〜第１５項のうちの少なくとも１つに記載の装置（第２図） 。 （１７）３点支持が光学的構造部材（２５）の周囲をとりかこんでいるリング（ ３０）を有し、該リングから３つの結合ブリッジ（２９）が単独マウンティング 枠（２８）に延びることと、前記リング（３０）と結合ブリッジ（２９）とが透 明な材料から成り立っていることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の 装置。 （１８）同様の断面の幾何学形状の及び結像特性に影響する色々のレンズ幾何学 形状の多くの光学的構造部材が共通のキャリヤ、スライダ、リボルバ等の上に配 置され、前後して作用可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項〜第 １５項のうちの少なくとも１つに記載の装置。