JP2000066107A

JP2000066107A - 顕微鏡

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Publication number: JP2000066107A
Application number: JP10247847A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 裕史大木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP4186263B2

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の変形、変色等の損傷が少ない顕微鏡を提
供する。【解決手段】試料Ａ上での照明光の照度を低減する照度
低減手段１ａ、１２を備え、照度が試料Ａの画像を表示
するのに充分な照度である時間幅をＴ_Fとし、照度が試
料Ａの画像を表示するのに充分な照度未満である時間幅
をＴ_Nとし、 α＝Ｔ_F／（Ｔ_F＋Ｔ_N）としたとき、ステージ５の速度に応じて、照度低減手段
１ａ、１２によってαを変更し、モニター１０は、Ｔ_N
の間、Ｔ_Nの時間幅の前の試料Ａの静止画像を表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業顕微鏡等の顕
微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、解像力の高い光学的顕微鏡の需要
に伴って、使用波長の短波長化が進んでいる。従来の顕
微鏡の構成を、以下簡単に説明する。光源より発した照
明光は、照明レンズを透過して、ハーフミラーに入射す
る。ハーフミラーに入射した照明光のうちハーフミラー
で反射した照明光は、対物レンズを透過してステージ上
に載置された試料を照射する。ここで、光軸方向をＺ方
向とし、Ｚ方向と直交する平面内で互いに直交する２方
向をＸ、Ｙ方向とすると、ステージはステージ駆動系に
て、ＸＹＺ方向に移動可能となっている。

【０００３】試料で反射した観察光は、対物レンズを透
過して、ハーフミラーに入射する。ハーフミラーを透過
した観察光は、結像レンズを透過してイメージセンサー
上に結像する。イメージセンサーの出力信号は、ビデオ
信号処理回路にて画像信号に変換された後、モニターに
転送される。これによって、試料の画像がモニター上に
表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の顕微鏡にお
いて、ステージの移動を停止して、同一試料面を長時間
観察するとき、その試料面に照射される光のエネルギー
が徐々に高くなり、その部分が変形、変色等の損傷を受
ける場合があった。このような現象は、照明光を微小な
スポットに集光させるレーザー走査顕微鏡においては、
特に顕著に現れていた。

【０００５】このような試料面上の光のエネルギー、す
なわち、照明光の照射量は、照度と照射時間との積で求
まる。試料が受ける損傷の程度は、この照射量と相関が
ある。すなわち、照射量が大きいと試料の損傷は大き
く、照射量が小さいと試料の損傷は小さくなる。そし
て、試料の損傷が大きい場合、その試料を再度観察、測
定するときの再現性が低下するばかりか、試料が製品で
あればその品質を低下させることになる。したがって本
発明は、試料の変形、変色等の損傷が少ない顕微鏡を提
供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、光源
（１）と、光源（１）より発した照明光を試料（Ａ）に
照射する照明光学系（２〜４）と、試料（Ａ）を載置す
るステージ（５）と、ステージ（５）を駆動するステー
ジ駆動系（６）と、試料（Ａ）より発した観察光を集光
する結像光学系（４〜７）と、結像光学系（４〜７）を
通過した観察光を検出する検出器（８）と、検出器
（８）からの信号を処理する処理装置（９）と、処理装
置（９）からの画像信号に基づいて試料（Ａ）の画像を
表示するモニター（１０）とを有する顕微鏡において、
試料（Ａ）上での照明光の照度を低減する照度低減手段
（１ａ、１２）を備え、照度が試料（Ａ）の画像を表示
するのに充分な照度である時間幅をＴ_Fとし、照度が試
料（Ａ）の画像を表示するのに充分な照度未満である時
間幅をＴ_Nとし、 α＝Ｔ_F／（Ｔ_F＋Ｔ_N）（１）としたとき、ステージ（５）の速度に応じて、照度低減
手段（１ａ、１２）によってαを変更し、モニター（１
０）は、Ｔ_Nの間、Ｔ_Nの時間幅の前の試料（Ａ）の静止
画像を表示することを特徴とする顕微鏡である。その
際、照度低減手段（１ａ、１２）は、ステージ（５）が
停止しているときにはαを０とし、ステージ（５）が移
動しているときにはαを１とすることができる。

【０００７】以上の構成により、同一試料面における照
明光の照射量は減少するため、試料の受ける損傷は減少
することになる。以下、本発明の作用について詳しく説
明する。一般に、工業顕微鏡等の顕微鏡のステージに載
置される試料は、ほとんど静止物体である。すなわち、
微生物等のように試料自体が、外力なく動き回ることは
ない。したがって、試料を載置したステージが停止して
いれば、モニター上に表示される試料の画像は変化しな
いことになる。また、ステージが完全に停止していなく
ても、比較的低い速度で移動している場合には、最新の
静止画像を更新しながらモニター上に表示すれば、試料
のリアルタイムの動画像（ライブ画像）を表示している
のと、ほぼ同じ状態となる。

【０００８】例えば、ステージが停止している間、すな
わちステージの速度が０の間、モニター上に、試料の動
画像を表示せずに、モニター画面をフリーズ（固定）し
て、試料の静止画像を表示する場合を考える。このと
き、ステージを停止して、その停止の瞬間又は所定の時
間経過した後、試料に至る照明光の照度を低減すること
で、試料の損傷を防ぐことができる。また、モニター上
には照度が低減される直前の画像を、静止画像として表
示する、すなわち、モニター画面をフリーズした状態に
する。これにより、観察や測定に係る不都合も生じな
い。一方、ステージが再び移動し始めた場合、即座に、
試料に至る照明光の照度を正常の値となるように復帰さ
せて、モニター上に試料の動画像を表示する。

【０００９】ここで、ステージの停止状態とは、光軸に
直交する方向（ＸＹ方向）においても、光軸方向（Ｚ方
向）においても、ステージの変位がない状態である。し
たがって、試料上の所望の位置を探している段階（ＸＹ
方向移動段階）や、ピント位置を調整している段階（Ｚ
方向移動段階）においては、ステージは停止状態ではな
いため、モニター上には動画像が表示されることにな
る。そして、それらの作業が終了した段階で、初めてス
テージは停止状態になり、モニター上には静止画像が表
示される。

【００１０】そして、ステージの変位は、例えば、エン
コーダーや干渉計等の変位計測器を用いることによっ
て、容易に検出することができる。また、電動ステージ
を用いている場合であれば、ステージ駆動用モーターの
作動の有無によって、ステージの変位を検出することが
できる。また、試料に至る照明光の照度の低減は、光源
の出力を低下させたり、停止させることで達成できる。
また、遮光板によって照明光を遮断することでも達成で
きる。その他、偏光を利用して偏光板や波長板を回転さ
せることによって照明光を遮光したり、液晶の波長板を
電気的に変調することによって照明光を遮光しても良
い。

【００１１】このように、本発明では、ステージの速度
ｖに応じて、試料に至る照明光の照度を調整している、
すなわち、（１）式のαの値を変更している。その変更
方法は、図３に示すように何通りか考えられる。図３
（Ａ）〜（Ｄ）において、横軸はステージ速度ｖを表
し、縦軸はα値を表している。ここで、ステージ速度ｖ
は、次式のように、ＸＹＺ方向の各速度ｖ_x、ｖ_y、ｖ_z
を合成した速度である。同図（Ａ）は、ステージ速度ｖが０のときα値が０にな
るように制御した場合である。すなわち、ステージが停
止したとき照度が試料の画像を表示するのに充分な照度
である時間幅Ｔ_Fが０となり、ステージが少しでも移動
したとき照度が試料の画像を表示するのに充分な照度未
満である時間幅Ｔ_Nが０となる。態様としては、ステー
ジが停止したときに即座に照度を低下させても良いし、
徐々に照度を低下させても良い。

【００１２】同図（Ｂ）は、ステージ速度ｖが０のとき
のα値（α₀）が、０＜α₀＜１となるように制御した場
合である。すなわち、ステージが停止したとき、照度が
試料の画像を表示するのに充分な照度となる時間幅Ｔ_F
と、充分な照度未満となる時間幅Ｔ_Nとの比率が一定と
なる。そして、ステージが少しでも移動したとき、照度
が試料の画像を表示するのに充分な照度未満である時間
幅Ｔ_Nが０となる。態様としては、ステージが停止した
ときに、一定時間毎に照度を高めて静止画像を更新する
場合である。

【００１３】同図（Ｃ）は、ステージ速度ｖが、０から
所定速度ｖ₀に達する間、α値が比例的に変化するよう
に制御した場合である。すなわち、ステージが速度ｖ₀
以下のとき、充分な照度となる時間幅Ｔ_Fと、充分な照
度未満となる時間幅Ｔ_Nとの比率が、その速度に応じて
変動する。態様としては、前述したように、ステージが
低速度で移動しているときに、モニター上に更新された
静止画像が表示される場合であって、ステージ速度ｖが
低下していくと、静止画像の更新間隔が長くなっていく
場合である。同図（Ｄ）は、同図（Ｃ）に対して、ステ
ージを減速したときのα値の勾配と、ステージを加速し
たときのα値の勾配とが異なるように制御した場合であ
る。すなわち、充分な照度未満である時間幅Ｔ_Nが０と
なる加速時のステージ速度ｖ₁を、時間幅Ｔ_Nが０となる
減速時のステージ速度ｖ₂より低く設定している。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は、本発明による顕微鏡の第１実施例
である。光源１より発した照明光は、照明レンズ２を透
過して、ハーフミラー３に入射する。ここで、光源１の
出力は、光源制御装置１ａによって制御されている。ハ
ーフミラー３に入射した照明光のうちハーフミラー３で
反射した照明光は、対物レンズ４を透過してステージ５
上に載置された試料Ａを照射する。ここで、ステージ５
はステージ駆動系６にて、ＸＹＺ方向に移動可能となっ
ている。試料Ａで反射した観察光は、対物レンズ４を透
過して、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を
透過した観察光は、結像レンズ７を透過してイメージセ
ンサー８上に結像する。イメージセンサー８の出力信号
は、ビデオ信号処理回路９にて画像信号に変換された
後、モニター１０に転送される。これによって、試料Ａ
の画像がモニター１０上に表示される。

【００１５】ここで、ステージ５の位置は、変位センサ
ー１１で検出されて、その出力信号が制御回路１２に転
送される。そして、制御回路１２では、その変位センサ
ー１１からの出力信号により、ステージ５の速度を求め
る、すなわちステージ５の移動と停止を識別する。すな
わち、出力値の変動があるときはステージ５が移動して
いると認識し、出力値の変動がないときはステージ５が
停止していると認識する。そして、予め定めた時間連続
して変位センサー１１からの出力信号の変動がないと
き、すなわち、ステージが停止していると判断されると
き、光源１の出力を停止（オフ）する。これと同時に、
ビデオ信号処理回路９では、試料Ａの画像の取り込みを
中止して、モニター１０上には光源出力オフとなる直前
の画像を、静止画像として表示する。なお、モニター１
０上に表示される試料Ａの画像を取り込むタイミング
は、ステージ５が停止した後であって、光源１の出力が
停止される前であれば、いつでも良い。

【００１６】次に、変位センサー１１からの出力信号の
変動が再びあったとき、すなわち、ステージ５が再び移
動したと判断されるとき、制御回路１２は直ちに光源１
の出力をオンする。それと同時に、ビデオ信号処理回路
９にて、試料Ａの画像の取り込みを開始する。これによ
って、モニター１０上には、再び試料Ａの動画像が表示
される。なお、本第１実施例では、光源１の出力をオ
ン、オフすることにより、試料Ａに至る照度の低減をお
こなったが、その代わりに、光源１の出力を低下させて
も、例えば１割以下となるように絞っても良い。また、
光源１からステージ５までの照明光の光路中に遮光板を
挿入し、この遮光板の開閉動作によって照明光を遮断、
解除しても良い。その際、照明光を完全に遮光できなく
ても、ある程度照度を低下できれば、例えば、照明光の
照度を１割以下にすることができる減光板でも良い。以
上のように、本第１実施例では、試料Ａに不必要な照明
光を照射することを避けて、試料Ａの損傷を効果的に低
減することができる。

【００１７】次に、図２にて、本発明による顕微鏡の第
２実施例を示す。図２は、共焦点型のレーザー走査顕微
鏡である。レーザー光源２１より発した照明光は、照明
レンズ２を透過して、ハーフミラー３に入射する。ハー
フミラー３で反射した照明光は、２次元光ビーム走査手
段２４、対物レンズ４を通過してステージ５上の試料Ａ
の表面に微小なレーザースポットを形成する。試料Ａで
反射した観察光は、対物レンズ４、２次元光ビーム走査
手段２４を通過して、ハーフミラー３に入射する。ハー
フミラー３を透過した観察光は、集光レンズ２８を透過
して、ピンホール２９上に再びスポットを形成する。ピ
ンホール２９を通過した観察光は、検出器３０に入射す
る。検出器３０に入射した観察光は光電変換されて、２
次元光ビーム走査手段２４からの制御信号と共に、信号
処理回路３１に入力された後、モニター１０に転送され
る。これによって、試料Ａの拡大像がモニター１０上に
表示される。

【００１８】本第２実施例においても、前記第１実施例
と同様に、変位センサー１１からの出力信号によって、
ステージ５の移動と停止の識別を制御回路１２にて行
う。そして、ステージが予め定めた時間停止したときに
は、遮光板３５は照明光の光路内に移動する。それと同
時に、信号処理回路３１における試料Ａの画像の取り込
みを中止して、モニター１０上には照明光が遮断される
直前の静止画像を表示される。一方、ステージ２６が再
び移動し始めたときには、直ちに遮光板３５は光路外へ
移動する。同時に、信号処理回路３１での試料Ａの画像
取り込みを開始して、モニター１０上に再び動画像が表
示される。

【００１９】以上のように、本第２実施例においても、
前記第１実施例と同様に、試料Ａに不必要な照明光を照
射することを避けて、試料Ａの損傷を効果的に低減する
ことができる。また、本第２実施例においては、レーザ
ー光源２１を用いているため、その波長領域が短い。波
長が可視域より短い場合、例えば紫外域〜軟Ｘ線領域の
短波長領域である場合、不必要な照明光の照射を避け
て、試料の損傷を低減することが特に重要となる。な
お、本実施例では、ステージ５の速度と（１）式におけ
るαとの関係を図３（Ａ）に示すような関係としたが、
その代わりに、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示すような関係と
することもできる。また、本実施例では、反射照明型の
顕微鏡について説明したが、本発明は、透過照明型の顕
微鏡にも適用できる。また、本実施例における顕微鏡
は、モニター１０上で試料Ａの計測を行うことで測定装
置として用いることもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明では、ステージ停止
中に、試料が受ける照明光の照度を低減しているので、
試料の損傷の少ない顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による顕微鏡を示す概略図
である。

【図２】本発明の第２実施例による顕微鏡を示す概略図
である。

【図３】ステージ速度ｖとα値との関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１…光源１ａ…光源制御装置２…照明レンズ３…ハーフミラー４…対物レンズ５…ステージ６…ステージ駆動系７…結像レンズ８…イメージセンサ
ー９…ビデオ信号処理回路１０…モニター１１…変位センサー１２…制御回路２１…レーザー光源２４…２次元光ビー
ム走査手段２８…集光レンズ２９…ピンホール３０…検出器３１…信号処理回路３５…遮光板Ａ…試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源より発した照明光を試料に
照射する照明光学系と、前記試料を載置するステージ
と、該ステージを駆動するステージ駆動系と、前記試料
より発した観察光を集光する結像光学系と、該結像光学
系を通過した前記観察光を検出する検出器と、該検出器
からの信号を処理する処理装置と、該処理装置からの画
像信号に基づいて前記試料の画像を表示するモニターと
を有する顕微鏡において、前記試料上での前記照明光の照度を低減する照度低減手
段を備え、前記照度が前記試料の画像を表示するのに充分な照度で
ある時間幅をＴ_Fとし、前記照度が前記試料の画像を表
示するのに充分な照度未満である時間幅をＴ_Nとし、 α＝Ｔ_F／（Ｔ_F＋Ｔ_N）としたとき、前記ステージの速度に応じて、前記照度低
減手段によって前記αを変更し、前記モニターは、前記Ｔ_Nの間、当該Ｔ_Nの時間幅の前の
前記試料の静止画像を表示することを特徴とする顕微
鏡。
【請求項２】前記照度低減手段は、前記ステージが停止
しているときには前記αを０とし、前記ステージが移動
しているときには前記αを１とすることを特徴とする請
求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】前記照度低減手段は、光源の出力を調整す
るものであることを特徴とする請求項１又は２記載の顕
微鏡。
【請求項４】前記照度低減手段は、前記照明光の光路中
に挿脱自在に配置された遮光板又は減光板によって形成
されたことを特徴とする請求項１又は２記載の顕微鏡。
【請求項５】前記顕微鏡は前記ステージの位置を検出す
る変位センサーを備え、該変位センサーからの信号に基づいて、前記ステージの
速度を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項記載の顕微鏡。
【請求項６】前記ステージ駆動系は駆動モーターを備
え、該駆動モーターからの信号に基づいて、前記ステージの
速度を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項記載の顕微鏡。
【請求項７】前記光源は、コヒーレント光源であり、前記照明光学系は、前記照明光を前記試料の面方向に２
次元的に走査する走査手段を有し、前記処理装置は、前記検出器からの信号と前記走査手段
からの信号とを処理することを特徴とする請求項１〜６
のいずれか１項記載の顕微鏡。
【請求項８】前記顕微鏡は共焦点型のレーザー走査顕微
鏡であることを特徴とする請求項７記載の顕微鏡。
【請求項９】前記光源の波長が可視域より短いことを特
徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の顕微鏡。