专利名称：显微镜光学系统以及显微镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及显微镜光学系统、以及使用该显微镜光学系统的显微镜系统。
背景技术：
若在显微镜光学系统中使用衍射光学元件，则与现有技术相比，在色像差修正等方面具有优势，使光学性能提高，且能够设计低成本的显微镜物镜。但是，在将这种衍射光学元件使用在显微镜光学系统中时，不仅是用来成像的级数的光从显微镜物镜中透过，而且其他级数的光(以下，称为“无用级数的光”)也从显微镜物镜中透过，因此会产生耀斑。为了使这种衍射光学元件中的由无用级数的光导致的耀斑变得不明显，公知只要使像面中的无用级数的光的光斑变大即可(例如，参照专利文献I)。在先技术文献 专利文献I :日本特开平11-125709号公报但是，当在显微镜光学系统的物镜中使用衍射光学元件的情况下，存在如下课题若不进行考虑了该显微镜光学系统的特征的设计，则无法有效抑制由衍射光学元件的无用级数的光导致的耀斑。
发明内容
本发明是鉴于这样的课题而做出的，其目的在于提供一种使得由衍射光学元件的无用级数的光导致的耀斑少的显微镜光学系统、以及使用该显微镜光学系统的显微镜系统。为了解决上述课题，本发明的第一显微镜光学系统的特征在于，具有物镜，该物镜具有衍射光学元件，并将来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和第二物镜，该第二物镜将来自该物镜的大致平行光束会聚而形成物体的像，在将衍射光学元件的m级光用于成像的情况下，当从位于光轴上的物体射出的最大NA的光入射至衍射光学元件并从该衍射光学元件射出的、级数与m级光不同的光入射至第二物镜中的角度为Θ，向第二物镜的入射光瞳的直径为D (mm)时，满足下式的条件〔数式I〕I Θ I > tarT1 (O. 06/D)。此外，本发明的第二显微镜光学系统的特征在于，具有物镜，该物镜具有衍射光学元件，并将来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和第二物镜，该第二物镜将来自该物镜的大致平行光束会聚而形成物体的像，当从位于光轴上的物体射出的最大NA的光入射至衍射光学元件并从该衍射光学元件射出的衍射光中的、用于成像的级数的光的射出角度与无用级数的光的射出角度之差为S Θ，用于成像的级数的光的出射高度为h，出射角度为Θ doe,向第二物镜的入射光瞳的直径作为D〔_〕，由构成物镜的透镜中的与衍射光学元件相比位于像侧的透镜组成的透镜组的焦距为Π时，满足下式的条件〔数式2〕
|50) > 二::cos(0doe) Sin(Odoe)|此外，在这样的显微镜光学系统中，优选衍射光学元件是紧密贴合多层型衍射光学元件。此外，在这样的显微镜光学系统中，优选衍射光学元件在具有不同折射率的树脂层彼此的接合面上形成有衍射格栅图案，树脂层分别配置在平面基板上。此外，在这样的显微镜光学系统中，优选由构成物镜的透镜中的与衍射光学元件相比位于像侧的透镜组成的透镜组具有负折射力。此外，本发明的显微镜系统的特征在于，具有载置物体的载物台；对该物体进行照明的照明光学系统；和将来自物体的光会聚而形成该物体的像的上述任一 显微镜光学系统。发明的效果通过以上那样构成本发明，能够提供一种使得由衍射光学元件的无用级数的光导致的耀斑少的显微镜光学系统以及显微镜系统。
图I是用于说明显微镜光学系统的构成的说明图。图2是表示构成物镜的衍射光学元件及第二透镜组与第二物镜的关系的说明图。图3是用于说明显微镜系统的构成的说明图。图4是表示第一实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图5是第一实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。图6是表示第二实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图7是第二实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。图8是表示第三实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图9是第三实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。图10是表示第四实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图11是第四实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。图12是表示第五实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图13是第五实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。图14是表示第六实施例的显微镜光学系统的构成的透镜构成图，(a)表示整体，(b)表示物镜，(c)表示第二物镜以及棱镜。图15是第六实施例的显微镜光学系统的光斑图，(a)表不O级光，(b)表不2级光。
具体实施例方式在显微镜光学系统中，具有因暗视野照明的使用而易于使耀斑明显的问题。另一方面，由于是包含照明系统在内的光学系统，所以非常明亮的光源并不位于视野内，不会成为耀斑源。但是，当在该显微镜光学系统中使用衍射光学元件的情况下，在通常的基于多重反射而产生的耀斑之外，衍射光学元件的无用级数的光成为问题。这种由无用级数的光导致的耀斑由该级数的衍射效率来决定耀斑光量，并由在成像面上的光斑的大小来决定照度。因此，在使用了衍射光学元件的显微镜光学系统中，需要提高用来成像的使用级数的光的衍射效率，并使由无用级数的光导致的耀斑变大。通常，在显微镜光学系统中，通过无限远光学系统的物镜使来自物体的光束成为大致平行光束，并通过第二物镜成像。若在该第二物镜的成像位置上配置CXD摄像机则能够取得图像，若配置目镜则能够目视观察，从而能够进行图像取得和目视观察的切换。在这 样的显微镜光学系统中，对于较暗物体的观察，适合利用能够将摄像时间调整得较长的CCD摄像机，但是却容易使耀斑成为问题。此外，由于显微镜光学系统为放大系统，所以即使物体高度小且该物体高度不同，物镜中的光路的差也较小。因此，在考虑由衍射光学元件导致的耀斑的情况下，仅考虑轴上物体光也没有问题。以下，参照
本发明的优选实施方式。首先，基于图I所示的显微镜光学系统MS来进行说明。该显微镜光学系统MS构成为具有物镜0L，使来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和第二物镜IL，使该大致平行光束会聚而形成物体的像。另外，物镜OL构成为，在使来自物体的光会聚而成为会聚光束之后，使该会聚光线成为大致平行光线，在使来自物体的光成为会聚光线的位置上配置有衍射光学元件GD。由此，在以后的说明中，将由与衍射光学元件⑶相比位于物体侧的透镜构成的透镜组称为第一透镜组G1，将由与衍射光学元件⑶相比位于像侧的透镜构成的透镜组称为第二透镜组G2。衍射光学元件GD (衍射光学面)具有负色散值(在后述的实施例中，色散系数(阿贝数)=-3. 453)，由于色散大，且异常色散性(在后述的实施例中，部分色散比(ng-nF)/(nF-nC) =0. 2956)强，所以具有强大的色像差修正能力。光学玻璃的色散系数通常为30 80左右，但是如上述那样，衍射光学元件的色散系数是负值。换言之，衍射光学元件GD的衍射光学面的分散特性与通常的玻璃(折射光学元件)相反，具有随着光的波长变短而折射力变小、波长越长的光折曲得越大的性质。由此，通过与通常的折射光学元件组合，能够得到大的消色效果。因此，通过利用衍射光学元件GD，能够实现用通常的光学玻璃得不到的良好的色像差修正。如图I所示可知，为了使通过衍射光学元件⑶产生的无用级数的光在成像面上的光斑变大，只要使向第二物镜IL的入射角Θ变大即可。因为物镜OL与第二物镜IL之间是大致平行系统，所以，在从轴上物体发出的光的情况下，相对于第二物镜IL的入射角大致为0°。另外，由于该显微镜光学系统MS的像侧开口数(NA)越大，所成的像就越明亮，所以耀斑变得不明显。在该图I所示的显微镜光学系统MS中，当由从轴上物体放射的光中最大NA的光线通过衍射光学元件GD所产生的无用级数的光的、相对于第二物镜IL的入射角为Θ，第二物镜IL的焦距为f2时，用f2tan Θ表示由该无用级数的光在像面上形成的光斑的距光轴的高度。作为发明人的试验结果，可知在像侧NA为O. 015的情况下，在显微镜具有通常所要求的分辨率的光学系统中，若来自物体的光会聚，则只要使像面上的基于无用级数的光而产生的光斑增大至半径为2. Omm左右，耀斑就不会明显。由此可知，只要使由最大NA的光线产生的无用级数的光的、向第二物镜IL的入射角Θ满足如下式子(a)即可。〔数式3〕
权利要求
1.一种显微镜光学系统，其特征在于，具有物镜，该物镜具有衍射光学元件，并将来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和第二物镜，该第二物镜将来自所述物镜的大致平行光束会聚而形成所述物体的像，在将所述衍射光学元件的m级光用于成像的情况下，当从位于光轴上的所述物体射出的最大NA的光入射至所述衍射光学元件并从该衍射光学元件射出的、级数与所述m级光不同的光入射至所述第二物镜中的角度为9，向所述第二物镜的入射光瞳的直径为D时，满足下式的条件 〔数式10〕 0I > tarT1 (0. 06/D) 其中，所述D的单位为mm。
2.一种显微镜光学系统，其特征在于，具有 物镜，该物镜具有衍射光学元件，并将来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和 第二物镜，该第二物镜将来自所述物镜的大致平行光束会聚而形成所述物体的像， 当从位于光轴上的所述物体射出的最大NA的光入射至所述衍射光学元件并从该衍射光学元件射出的衍射光中的、用于成像的级数的光的射出角度与无用级数的光的射出角度之差为S 0，用于所述成像的级数的光的出射高度为h，出射角度为0 doe，向所述第二物镜的入射光瞳的直径为D，由构成所述物镜的透镜中的与所述衍射光学元件相比位于像侧的透镜组成的透镜组的焦距为fl时，满足下式的条件 〔数式11〕
3.根据权利要求I或2所述的显微镜光学系统，其特征在于， 所述衍射光学元件是紧密贴合多层型衍射光学元件。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的显微镜光学系统,其特征在于， 所述衍射光学元件在具有不同折射率的树脂层彼此的接合面上形成有衍射格栅图案，所述树脂层分别配置在平面基板上。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的显微镜光学系统，其特征在于， 由构成所述物镜的透镜中的与所述衍射光学元件相比位于像侧的透镜组成的透镜组具有负折射力。
6.—种显微镜系统,其特征在于,具有 载置物体的载物台； 对所述物体进行照明的照明光学系统；和 将来自所述物体的光会聚而形成该物体的像的、权利要求I 5中任一项所述的显微镜光学系统。
全文摘要
提供一种使得衍射光学元件的无用级数的光所产生的耀斑少的显微镜光学系统。显微镜光学系统(MS)具有物镜(OL)，该物镜具有衍射光学元件(GD)并将来自物体的光会聚而成为大致平行光束；和第二物镜(IL)，将来自该物镜(OL)的大致平行光束会聚而形成物体的像，在将衍射光学元件(GD)的m级光用于成像的情况下，当从位于光轴上的物体射出的最大NA的光入射至衍射光学元件并从该衍射光学元件射出的m±1级光入射至第二物镜(IL)中的角度为θ，向该第二物镜(IL)的入射光瞳的直径作为D〔mm〕时，满足下式的条件〔数式12〕|θ|＞tan-1(0.06/D)。
文档编号G02B21/02GK102959451SQ201180031600
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月25日
发明者向井香织, 吉田三环子 申请人:株式会社尼康