JP2002214534A - 照明装置及び照明装置を備えた赤外顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタにかかる熱の負担を軽減し、フィル
タ及びフィルタ周辺の熱の発生を抑えることができる照
明装置、この照明装置を用いた赤外顕微鏡を提供する。 【課題を解決するための手段】 【解決手段】 照明光学系と所定の波長域の赤外光を透
過するフィルタ群を有し、該フィルタ群は半導体材料か
らなるフィルタと干渉フィルタとを有する。また、赤外
光を少なくとも発する光源と、該光源から発した光を標
本に導く照明光学系と、対物レンズと、所定の波長域の
赤外光を透過するフィルタ群とを備え、該フィルタ群は
半導体材料からなるフィルタと干渉フィルタとを有す
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、光源から射出され
た照明光から所定の波長域の赤外光を透過する照明装
置、及びこの照明装置を備えた赤外顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体のシリコン基板にＦＣＢ検
査では、近赤外域の光を用いて観察を行う赤外顕微鏡が
用いられるようになっている。この赤外顕微鏡による観
察では、一般に、１３００ｎｍまでの波長の赤外光が用
いられる。

【０００３】従来の落射型の赤外顕微鏡を図６に示す。
赤外顕微鏡１は顕微鏡本体２、照明装置３、観察鏡筒４
で構成されている。顕微鏡本体２には標本７を保持する
ためのステージ５、標本７の像を形成するための対物レ
ンズ６が設けられている。対物レンズ６は、可視波長域
から１３００ｎｍの赤外波長域の範囲で収差が良好に補
正されいる。

【０００４】照明装置３は、標本７を上側から照明する
ために、顕微鏡本体２の上方に配置されている。照明装
置３は光源８、照明光学系９、フィルタ１０、ハーフミ
ラー１１を有する。光源８としては可視波長域から赤外
波長域までの光を発生するもので、例えばハロゲンラン
プが用いられる。ハロゲンランプは赤外域での輝度が高
いため、赤外顕微鏡の光源として適している。光源８か
ら射出した光は、照明光学系９を通過してフィルタ１０
に入射する。フィルタ１０としては、色ガラスフィルタ
の表面に干渉膜をコートしたものや、色ガラスフィルタ
と干渉フィルタを貼り合わせたものが用いられる。

【０００５】フィルタ１０では、色ガラスフィルタの分
光透過率特性と干渉膜あるいは干渉フィルタの分光透過
率特性によって、所定の波長域のみの光、例えば１１０
０ｎｍ〜１３００ｎｍの赤外光が通過する。光源より射
出した光から所定の波長域の光のみをフィルタ１０によ
って取り出すのは、対物レンズ６が良好に像を形成でき
る波長域が可視波長域から１３００ｎｍの赤外波長域の
範囲に限られていることによる。

【０００６】所定の波長域以外の光のうち長波長側、す
なわち対物レンズ６の収差が補正されていない１３００
ｎｍ以上の波長域の光は、干渉膜あるいは干渉フィルタ
によって反射される。一方、所定の波長域以外の光のう
ち短波長側、すなわち可視域から近赤外域の光である
が、この波長域の光は対物レンズの結像性能の面では問
題とならない。しかしながら、この波長域の光はフレア
の原因となることがある。よって、色ガラスフィルタで
この波長域の光を吸収している。

【０００７】観察鏡筒４は結像レンズ１２、光路切り替
えプリズム１３、接眼レンズ１４を有する。結像レンズ
１２は対物レンズ６との組み合わせによって、標本７の
像を所定の位置に形成する。光路切り替えプリズム１３
は移動可能になっており、対物レンズ６と結像レンズ６
で形成される光路に対して挿脱される。

【０００８】観察者による目視観察を行う場合、光路切
り替えプリズム１３が光路中に挿入される。このとき、
フィルタ１０は光路から取り出される。対物レンズ６か
らの光は光路切り替えプリズム１３の反射面で反射され
て接眼レンズ１４に導かれ、接眼レンズ１４の手前に標
本７の像１５を形成する。観察者はこの像１５を、接眼
レンズ１４を介して観察する。一方、撮像装置（赤外カ
メラ）１６によって標本７の像を撮像する場合、光路切
り替えプリズム１３は光路から離脱させられる。よっ
て、標本７の像は撮像装置１６の撮像面に形成され、撮
像が行われる。なお、撮像装置１６は観察鏡筒４と別体
で、必要に応じて脱着することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、フィル
タ１０としては、色ガラスフィルタの表面に干渉膜をコ
ートしたものや、色ガラスフィルタと干渉フィルタを貼
り合わせたものが用いられる。ところが、色ガラスフィ
ルタは吸収型のフィルタであるため、可視光域から赤外
光域までの光を吸収する。特に、赤外光は熱線であるた
め、赤外光の吸収によって色ガラスフィルタ自身が発熱
してしまう。

【００１０】例えば、光源からの光が長時間照射された
場合や、短時間であっても出力が大きい光源からの光が
照射された場合は、赤外線の吸収が大きくなり、熱によ
って色ガラスフィルタ及びフィルタ周辺の部材に変形や
性能劣化が生じる。また、場合よっては亀裂が生じるこ
とも有り得る。

【００１１】本発明は上記のような問題点に鑑みなされ
たものであり、フィルタにかかる熱の負担を軽減し、フ
ィルタ及びフィルタ周辺の熱の発生を抑えることができ
る照明装置を提供することを目的とする。また、この照
明装置を用いた赤外顕微鏡を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の照明装置は、照明光学系と所定の波長域の
赤外光を透過するフィルタ群を有し、該フィルタ群は半
導体材料からなるフィルタと干渉フィルタとを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】また、本発明の赤外顕微鏡は、赤外光を少
なくとも発する光源と、該光源から発した光を標本に導
く照明光学系と、対物レンズと、所定の波長域の赤外光
を透過するフィルタ群とを備え、該フィルタ群は半導体
材料からなるフィルタと干渉フィルタとを有することを
特徴とする。

【００１４】また、前記半導体材料からなるフィルタは
前記所定の波長域の短波長側の波長よりも短い波長域の
光を反射し、前記干渉フィルタは前記所定の波長域の長
波長側の波長より長い波長域の光を反射することを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の照明装置は、照明光学系
と所定の波長域の赤外光を透過するフィルタ群を有し、
該フィルタ群は半導体材料からなるフィルタと干渉フィ
ルタとを有することを特徴とするものである。また、本
発明の赤外顕微鏡は、赤外光を少なくとも発する光源
と、該光源から発した光を標本に導く照明光学系と、対
物レンズと、所定の波長域の赤外光を透過するフィルタ
群とを備え、該フィルタ群は半導体材料からなるフィル
タと干渉フィルタとを有することを特徴とするものであ
る。

【００１６】このような構成を採ることにより、本発明
では、光源から射出された光が半導体材料からなるフィ
ルタと干渉フィルタを透過し、観察に必要な特定波長帯
域の照明光となる。つまり、これらのフィルタがバンド
パスフィルタの役割を果たしている事となる。

【００１７】そして、観察に必要な所定の波長域より短
波長側の光を半導体材料からなるフィルタで反射し、長
波長側の光を干渉フィルタで反射する。すなわち、別々
のフィルタで光源の光を遮光するので、熱が1枚のフィ
ルタに集中することがない。この結果、それぞれフィル
タ1枚にかかる熱の負担が軽減され、フィルタは常に別
々に空冷作用を受ける形となる。よって、フィルタ及び
フィルタ周辺の枠の発熱を抑える事が出来る。

【００１８】さらに、半導体材料は色ガラスと違い、観
察に必要な所定の波長域より短波長側の光を吸収でなく
反射する。よって、熱の蓄積が色ガラスより少ないの
で、発熱がさらに抑えられる。

【００１９】（実施例１）図１に本発明の照明装置、及
びこの照明装置を備えた赤外顕微鏡を示す。図６と同じ
構成要素には同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００２０】本実施例では、照明装置３に半導体材料か
らなるフィルタ１７と干渉フィルタ１８を別個に配置し
ている。本実施例の赤外顕微鏡でも、光源８から射出さ
れた照明光には白色光と赤外光が含まれている。この照
明光は照明光学系９を通り、照明光路中に配置された半
導体材料からなるフィルタ１７、干渉フィルタ１８を通
過する。この時、所定の波長域の赤外光のみが取り出さ
れる。干渉フィルタ１８から射出した光はハーフミラー
１１で反射され、対物レンズ６を経て標本７を照明す
る。

【００２１】標本７で反射した光は対物レンズ６を経て
平行光束となって射出し、ハーフミラー１１を通過し、
結像レンズ１２に入射する。撮像装置による撮像の場
合、光路切り替えプリズム１３は光路から外されいる。
よって、結像レンズ１２を通過した光は撮像装置である
赤外カメラ１６側に導かれ、赤外カメラ１６の受光面で
結像する。

【００２２】ここで、半導体材料からなるフィルタ１７
はシリコンを素材としている。そして、シリコン表面に
反射防止コートを施している。シリコンは１．１〜１５
μｍを透過する特性を持っている。一方、干渉フィルタ
１８は干渉コートにより、１３００nmよりも長波長側の
光が反射されるよう設計がなされている。

【００２３】図２に半導体材料からなるフィルタ１７が
シリコンの場合の分光透過率特性を実線で、干渉フィル
タ１８の分光透過率特性を一点鎖線で、半導体材料から
なるフィルタ１７と干渉フィルタ１８を合わせた場合の
分光透過特性を破線で示す。図２より、半導体材料がシ
リコンであるフィルタ１７では１１００ｎｍよりも長波
長側の光が透過しており、干渉フィルタ１８では１３０
０ｎｍから短波長側の光が透過していることがわかる。
よって、これら２枚のフィルタを組合わせると、１１０
０〜１３００ｎｍの赤外光が得られることがわかる。

【００２４】このように、光源８からの光は、上記２枚
のフィルタ１７，１８を透過する事により赤外観察に必
要な１１００〜１３００ｎｍの光のみとなる。よって、
この光で標本７が照明されるので、良好に結像する事が
できる。

【００２５】また、照明光路中に半導体材料からなるフ
ィルタ１７と干渉フィルタ１８を別々に配置し、それぞ
れ光源からの光を短波長側と長波長側に分けて反射させ
るので、フィルタにかかる熱をそれぞれに分散すること
ができる。また、各々のフィルタは別々に空冷作用を受
けるので、フィルタ及びフィルタ周辺の枠の発熱を抑え
ることが出来る。

【００２６】また図３に示すように、フィルタ１７，１
８をフィルタスライダ１９に装着しておき、このフィル
タスライダ１９を照明光路に対して挿脱可能にしておく
こともできる。このフィルタスライダ１９を照明光路か
ら外した場合は、可視光域での観察が可能となる。この
時、光路切り替えプリズム１３を光路に挿入すれば、光
路切り替えプリズム１３の反射面で標本７空の光が反射
されるので、接眼レンズ１４の前方に像１５が形成され
る。よって、接眼レンズ１４を通して目視観察を行うこ
とができる。なお、可視光域で観察あるいは撮像を行う
場合、フィルタスライダ１９とは別のフィルタスライダ
に赤外カットフィルタを装着しておき、フィルタスライ
ダ１９を外した時にこの別のフィルタスライダを光路中
に挿入するのが良い。

【００２７】本実施例では半導体材料からなるフィルタ
１７の素材としてシリコンを用いているが、この他に、
ゲルマニウムを用いることもできる。ゲルマニウムを用
いた場合、ゲルマニウムの特性により１８００ｎｍより
も長波長側の光を透過することができる。そして、干渉
フィルタの分光透過率特性を２０００ｎｍよりも長波長
側の光を反射するよう設計しておけば、これらのフィル
タの組み合わせによって１８００〜２０００ｎｍの光を
透過させることができる。なお、１８００〜２０００ｎ
ｍで照明を行う場合は、この波長域で収差が良好補正さ
れた光学系が必要となる。

【００２８】（実施例２）図４は本発明の別の照明装置
を示す概略構成図である。本実施例では照明装置２０と
光源ユニット２３と別体に構成されている。光源ユニッ
ト２３には光源８が格納されている。照明装置２０は、
照明光学系９、半導体材料からなるフィルタ２１、干渉
フィルタ２２、ハーフミラー１１を有している。

【００２９】本実施例では、半導体材料からなるフィル
タ２１と干渉フィルタ２２を互いに異なる方向に傾けて
配置している。上記２枚のフィルタ２１，２２をそれぞ
れ異なる方向に傾ける事により、フィルタで反射した光
によるフレアの発生を防止している。

【００３０】また、本実施例では、半導体材料からなる
フィルタ２１の素材としてガリウム砒素を用いている。
ガリウム砒素を用いた場合、ガリウム砒素の特性により
９００ｎｍよりも長波長側の光を透過することができ
る。そして、干渉フィルタ２２の分光透過率特性を１３
００ｎｍよりも長波長側の光を反射するよう設計してお
けば、これらのフィルタの組み合わせによって９００〜
１３００ｎｍの光を透過させることができる。

【００３１】（実施例３）図５は本発明の別の照明装
置、及びこの照明装置を用いた赤外顕微鏡を示す概略構
成図である。本実施例の赤外顕微鏡は、透過型の赤外顕
微鏡である。赤外顕微鏡２４は顕微鏡本体２５、光源ユ
ニット２６、観察鏡筒２７で構成されている。

【００３２】顕微鏡本体２には照明装置が内臓されてい
る。また、標本７を下方から照明するためステージ５の
下側にコンデンサ３２が設けられている。照明装置は照
明光学系２８、半導体材料からなるフィルタ２９、干渉
フィルタ３０、ミラー３１を有する。よって、光源ユニ
ットから射出した照明光は、照明光学系２８、半導体材
料からなるフィルタ２９、干渉フィルタ３０を通過した
後、ミラー３１で上方に反射され、コンデンサ３２を介
して標本７の下方から照射される。

【００３３】光源ユニット２６は顕微鏡本体に対して脱
着可能になっており、内部には光源８が格納されてい
る。観察鏡筒４は結像レンズ１２を有し、対物レンズ６
との組み合わせによって、標本７の像を所定の位置に形
成する。

【００３４】本実施例では、照明光学系２８とミラー３
１の間の照明光路中に、半導体材料のからなるフィルタ
２９と干渉フィルタ３０を配置している。ここで、半導
体材料からなるフィルタ２９の素材としてテルル化カド
ミウムを用いている。テルル化カドミウムを用いた場
合、テルル化カドミウムの特性により９００ｎｍよりも
長波長側の光を透過することができる。そして、干渉フ
ィルタ３０の分光透過率特性を１３００ｎｍよりも長波
長側の光を反射するよう設計しておけば、これらのフィ
ルタの組み合わせによって９００〜１３００ｎｍの光を
透過させることができる。

【００３５】なお、上記実施例では、いずれも光源側に
半導体材料からなるフィルタを配置しているが、光源側
に干渉フィルタを配置しても良い。ただし、干渉フィル
タに不純物がある場合や光源の光強度が大きい場合は、
熱によって干渉フィルタに亀裂が生じる可能性がある。
そこで、半導体材料からなるフィルタを光源側に配置し
ておけば、赤外光の一部が半導体材料からなるフィルタ
でカットされるので、干渉フィルタにおける変形や亀裂
の発生、あるいは干渉膜の剥離を防止することができ
る。

【００３６】以上説明した以外に、本発明は以下のよう
な特徴を備えている。

【００３７】［１］ 少なくとも赤外光を発する光源
と、標本の像を形成する対物光学系を備えた赤外顕微鏡
において、赤外の特定波長帯域のみを透過する半導体材
料からなるフィルタと、前記フィルタの透過帯域の任意
波長より長波長の光を反射する干渉フィルタを照明光路
中に備えた事を特徴とする赤外顕微鏡。

【００３８】［２］ ［１］の赤外顕微鏡において前記
赤外の特定波長帯域のみを透過する半導体材料からなる
フィルタがシリコンからなるフィルタである事を特徴と
する赤外顕微鏡。

【００３９】［３］ ［１］の赤外顕微鏡において前記
赤外の特定波長帯域のみを透過する半導体材料からなる
フィルタがゲルマニウムからなるフィルタである事を特
徴とする赤外顕微鏡。

【００４０】［４］ ［１］の赤外顕微鏡において前記
赤外の特定波長帯域のみを透過する半導体材料からなる
フィルタがガリウム砒素からなるフィルタである事を特
徴とする赤外顕微鏡。

【００４１】［５］ ［１］の赤外顕微鏡において前記
赤外の特定波長帯域のみを透過する半導体材料からなる
フィルタがテルル化カドミウムからなるフィルタである
事を特徴とする赤外顕微鏡。

【００４２】［６］ ［１］から［５］の赤外顕微鏡に
おいて、前記干渉フィルタは１３００ｎｍより長波長の
光を反射することを特徴とする赤外顕微鏡。

【００４３】［７］ ［１］から［５］の赤外顕微鏡に
おいて、前記干渉フィルタは２０００ｎｍより長波長の
光を反射することを特徴とする赤外顕微鏡。

【００４４】［８］ ［１］から［７］の赤外顕微鏡に
おいて、前記半導体材料からなるフィルタと、前記干渉
フィルタが互いに異なる方向に、光軸に対して傾けて配
置されている事を特徴とする赤外顕微鏡。

【００４５】［９］ ［１］から［８］の赤外顕微鏡に
おいて、前記半導体材料からなるフィルタと、前記干渉
フィルタがフィルタスライダにより挿脱可能である事を
特徴とする赤外顕微鏡。

【００４６】［１０］ 少なくとも赤外光を発する光源
を装着可能な赤外用照明装置において、赤外の特定波長
帯域のみを透過する半導体材料からなるフィルタと、前
記フィルタの透過帯域の任意波長より長波長の光を反射
する干渉フィルタを照明光路中に備えた事を特徴とする
赤外用照明装置。

【００４７】［１１］ ［１０］の赤外用照明装置にお
いて前記赤外の特定帯域のみを透過する半導体材料から
なるフィルタがシリコンからなるフィルタである事を特
徴とする赤外用照明装置。

【００４８】［１２］ ［１０］の赤外用照明装置にお
いて前記赤外の特定帯域のみを透過する半導体材料から
なるフィルタがゲルマニウムからなるフィルタである事
を特徴とする赤外用照明装置。

【００４９】［１３］ ［１０］の赤外用照明装置にお
いて前記赤外の特定帯域のみを透過する半導体材料から
なるフィルタがガリウム砒素からなるフィルタである事
を特徴とする赤外用照明装置。

【００５０】［１４］ ［１０］の赤外用照明装置にお
いて前記赤外の特定帯域のみを透過する半導体材料から
なるフィルタがテルル化カドミウムからなるフィルタで
ある事を特徴とする赤外用照明装置。

【００５１】［１５］ ［１０］から［１４］の赤外用
照明装置において、前記干渉フィルタは１３００ｎｍよ
り長波長の光を反射する事を特徴とする赤外用照明装
置。

【００５２】［１６］ ［１０］から［１４］の赤外用
照明装置において、前記干渉フィルタは２０００ｎｍよ
り長波長の光を反射する事を特徴とする赤外用照明装
置。

【００５３】［１７］ ［１０］から［１６］の赤外用
照明装置において、前記半導体材料からなるフィルタ
と、前記干渉フィルタが互いに異なる方向に、光軸に対
して傾けて配置されている事を特徴とする赤外用照明装
置。

【００５４】［１８］ ［１０］から［１７］の赤外用
照明装置において、前記半導体材料からなるフィルタ
と、前記干渉フィルタがフィルタスライダにより挿脱可
能である事を特徴とする赤外用照明装置。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による赤外
顕微鏡では、赤外観察時にフィルタにかかる熱の負担を
軽減し、フィルタ及びフィルタ周辺の枠の発熱を抑える
ことができる。

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であって、照明装置及び該
照明鏡筒を備えた落射型の赤外顕微鏡を示す図である。

【図２】 本発明の半導体材料（シリコン）からなるフ
ィルタ、干渉フィルタ、及びこれらのフィルタの組み合
わせの分光透過率特性を示す図である。

【図３】本発明の照明鏡筒に用いられるフィルタスライ
ダを示す図である。

【図４】本発明の第２実施例であって、照明装置を示す
図である。

【図５】本発明の第３実施例であって、照明装置及び該
照明鏡筒を備えた透過型の赤外顕微鏡を示す図である。

【図６】従来の赤外顕微鏡を示す図である。

【符号の説明】

１、２４ 赤外顕微鏡 ２、２５ 顕微鏡本体 ３、２０ 照明装置 ４、２７ 観察鏡筒 ５ ステージ ６ 対物レンズ ７ 標本 ８ 光源 ９、２８ 照明光学系 １０ フィルタ １１ ハーフミラー １２ 結像レンズ １３ 光路切り替えプリズム １４ 接眼レンズ １５ 標本の像 １６ 撮像装置（赤外カメラ） １７、２１、２９ 半導体材料からなるフィルタ １８、２２、３０ 干渉フィルタ １９ フィルタスライダ ２３、２６ 光源ユニット ３１ ミラー ３２ コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系と所定の波長域の赤外光を透
   過するフィルタ群を有し、該フィルタ群は半導体材料か
   らなるフィルタと干渉フィルタとを有することを特徴と
   する照明鏡筒。
2. 【請求項２】 赤外光を少なくとも発する光源と、該光
   源から発した光を標本に導く照明光学系と、対物レンズ
   と、所定の波長域の赤外光を透過するフィルタ群とを備
   え、該フィルタ群は半導体材料からなるフィルタと干渉
   フィルタとを有することを特徴とする赤外顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記半導体材料からなるフィルタは前記
   所定の波長域の短波長側の波長よりも短い波長域の光を
   反射し、前記干渉フィルタは前記所定の波長域の長波長
   側の波長より長い波長域の光を反射することを特徴とす
   る請求項２記載の赤外顕微鏡。