JP2003084208A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の振動に同期した像ぶれのない観察を簡
単な構成で、安価に実現できる顕微鏡装置を提供する。 【解決手段】 顕微鏡本体１の観察光学系の光路ｘを横
切る開口部１２ａを有するディスク１２を有し、このデ
ィスク１２をモータ１３で回転駆動させるとともに、モ
ータ１３の回転数を制御する回転制御装置１５を有する
像ぶれ低減装置５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の観察像のぶ
れを低減する像ぶれ低減機能を備えた顕微鏡装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶基板などの被検体の検査に
用いられる顕微鏡装置は、被検体の微細化にともない高
分解能のものが用いられている。また、最近は、これら
被検体は、大型化の傾向にあり、これにともない、より
大きな範囲を観察できる大型の顕微鏡装置が用いられる
ようになっている。

【０００３】ところが、大型の被検体に対して高分解能
の顕微鏡装置を用いて微細な観察を行うと、被検体に伝
わる僅かな振動により像ぶれが生じることがあり、被検
体の観察像に悪影響を与えることがあった。

【０００４】そこで、従来、特開平７−１９０７２７号
公報に開示されるように、振動計により試料の振動を検
出し、振動の微分がゼロのときに撮像を行うことで、試
料が振動により変化しない時の画像を撮像するようにし
たもの、特開平１０−２１３５２２号公報に開示される
ように、ＡＦ（オートフォーカス）により試料に合焦
し、このときのＡＦ装置の合焦信号の変動から試料の振
動周期を測定し、この振動周期に同期したタイミングに
より撮像を行うことで、像ぶれのない画像を取得するよ
うにしたもの、および特開平６−１６０１７１号公報に
開示されるように、試料の振動に同期したストロボによ
り試料を照明することで、試料のスローモーションおよ
び静止画を観察するものなどが考えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平７−
１９０７２７号公報のものは、試料の振動周期を測定し
て振動の微分＝０（振動の変化が０）で撮像を行うよう
にしているため、振動計や、この振動計の出力から微分
＝０のタイミングを検出する信号処理部などが必要とな
り、その分構成が複雑になり、また、振動の微分が０と
いう条件で撮像する場合、合焦が保証されないという問
題があった。

【０００６】また、特開平１０−２１３５２２号公報の
ものは、ＡＦの合焦信号をもとに試料の振動周期(合焦
程度が高くなるタイミング)を検出し、このタイミング
で撮像を行うようになっているため、合焦信号を処理し
て撮像を制御する装置が必要で、その分構成が複雑とな
り、また、光軸に対して垂直方向の振動に関しては、振
動周期の検出が難しいこともあり、さらには、カメラに
使用される電子シャッタによっては振動周波数が制限さ
れ、高価な高速度カメラを使用する必要があるなどの問
題があった。

【０００７】さらに、特開平６−１６０１７１号公報の
ものは、ストロボスコープのストロボ制御が用いられる
が、このような光源をストロボさせることで試料を停止
させて観察する方法は、様々な光源を利用する顕微鏡で
は、光源によってストロボ発光できないものもあり、全
ての顕微鏡に適用できないという問題があった。

【０００８】一方、これら公報に開示された技術の他に
も、高速度カメラを用いて試料の振動と同期した撮像を
行う方法が考えられるが、この方法は既存の装置に適用
しやすい利点はあるものの、価格的に高価である。ま
た、光源としてパルスレーザを用い、試料の振動に同期
して照明を行う方法も考えられるが、高速なパルスレー
ザは、やはり価格的に高価であり、しかも、レーザ光
は、干渉による像劣化を考慮しなければならないという
問題がある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、試料の振動に同期した観察を簡単な構成で、安価に
実現できる顕微鏡装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
顕微鏡と、前記顕微鏡の観察光学系または照明光学系の
少なくとも一方の光学系に設けられ、前記光学系の光束
を周期的に遮断／透過可能な光束遮断／透過手段と、前
記遮断／透過手段の透過と遮断の周期を任意に設定可能
な周期制御手段とを有する像ぶれ低減手段とを具備した
ことを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の発明は、顕微鏡と、前記顕
微鏡の観察光学系または照明光学系の少なくとも一方の
光学系を横切る開口部を有するディスクと、前記ディス
クを回転駆動させる回転駆動手段と、前記ディスクを任
意の回転数に制御する回転制御手段とを有する像ぶれ低
減手段とを具備したことを特徴としている。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記ディスクを前記光学系の平行光の部分
に配置したことを特徴としている。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載の発明において、前記ディスクと前記回転駆動手段
を前記顕微鏡と別体に構成したことを特徴としている。

【００１４】この結果、本発明によれば、周期的に振動
する試料の同一位相状態を連続して観察できるようにし
たので、試料の振動による像ぶれの少ない観察画像を得
ることができる。

【００１５】また、本発明によれば、平行光をディスク
の開口部が横切ることで、開口通過時の視野内の明るさ
変化を均一にすることができる。

【００１６】さらに、本発明によれば、ディスクや回転
駆動手段を顕微鏡と別体にしたので、これらディスクや
回転駆動手段より発生する振動を顕微鏡側に伝えないよ
うにできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００１８】(第１の実施の形態)図１は、本発明の第１
の実施の形態が適用される透過光観察の顕微鏡装置の概
略構成を示している。図において、１は顕微鏡本体で、
この顕微鏡本体１は、水平方向のベース部１ａ、このベ
ース部１ａに対し直立して形成された胴部１ｂを有し、
さらに胴部１ｂの先端部に、ベース部１ａに対し平行な
対物アーム１ｃを有している。

【００１９】顕微鏡本体１の胴部１ｂには、試料３を載
置したステージ２が上下動可能に設けられている。この
ステージ２は、顕微鏡本体１側面に配置された図示しな
い焦準ハンドルを操作することで焦準機構を介して上下
方向に移動できるようになっている。

【００２０】対物アーム１ｃには、図示しないレボルバ
を介して複数の対物レンズ４が設けられ、レボルバの回
転操作により、対物レンズ４を選択的に観察光学系の光
路ｘ上に切換できるようになっている。

【００２１】対物アーム１ｃの上方には、像ぶれ低減装
置５を介して結像レンズ６を有する三眼鏡筒７が設けら
れている。この三眼鏡筒７には、光路ｘ方向に対して所
定角度傾けて接眼レンズ８が設けられるとともに、光路
ｘ方向に沿って中間鏡筒９を介してＣＣＤカメラ１０が
設けられている。ＣＣＤカメラ１０には、モニタ１１が
接続されている。

【００２２】像ぶれ低減装置５は、観察光学系の光束を
周期的に遮断／透過可能な光束遮断／透過手段として、
観察光学系の光路ａの光束を遮断／透過する開口部１２
ａを有するディスク１２と、このディスク１２を所定の
回転数で回転させる駆動源としてのモータ１３を有して
いる。また、モータ１３には、ディスク１２による透過
と遮断の周期を任意に設定する周期制御手段として回転
制御装置１５が接続されている。この回転制御装置１５
は、モータ１３の回転数を制御するもので、モータ回転
数を表示する回転数表示部１５ａとモータ回転数を調整
する操作つまみ１５ｂを有している。

【００２３】ここで、モータ１３には、例えば、ＤＣモ
ータが使用される。このＤＣモータは、印加電圧値に応
じて回転数が変化するので、回転制御装置１５として
は、可変電圧アンプを用いることができ、価格的に安価
にして構成できる。勿論、モータ１３は、ＤＣモータに
限定されるものでなく、ＡＣサーボモータや超音波モー
タなどのようにディスク１２を回転させることが可能な
ものならば適用することができる。また、ここで使用さ
れるディスク１２には、例えば、図２（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示すようなものが用いられる。同図（ａ）は、
円板状のディスク１２周縁部の円周方向に沿って等間隔
に４個の円形状の開口部１２ａを形成したもの、同図
（ｂ）は、円板状のディスク１２周縁部の円周方向に沿
って等間隔に２個の円形状の開口部１２ａを形成したも
の、同図（ｃ）は、ディスク１２の円周方向に沿って等
間隔に４個のスリット状の開口部１２ａを形成したもの
である。

【００２４】一方、図１に戻って、顕微鏡本体１の背面
下部には、透過照明用光源１６が配置されている。この
透過照明用光源１６のランプ１６ａからの照明光は、コ
レクタレンズ１７で平行光になって、顕微鏡本体１のベ
ース部１ａ内部のミラー１８で光路ｘ方向に反射され、
コンデンサレンズ１９を介してステージ２上の試料３に
照射される。そして、試料３を透過した光は、合焦した
対物レンズ４で平行光となって像ぶれ低減装置５のディ
スク１２の開口部１２ａを透過し三眼鏡筒７に入射さ
れ、接眼レンズ８で観察像として目視観察され、同時
に、結像レンズ６を介してＣＣＤカメラ１０の撮像面に
結像され、撮像された試料３の様子がモニタ１１に表示
される。

【００２５】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。

【００２６】いま、試料３の振動が問題にならないよう
な場合は、像ぶれ低減装置５のディスク１２の開口部１
２ａを光路ｘ上に位置させ、この光路ｘを遮らないよう
にしている。

【００２７】次に、試料３が振動している場合は、回転
制御装置１５の操作つまみ１５ｂを調整して像ぶれ低減
装置５のモータ１３を回転させる。そして、モータ１３
の回転数を上昇していくと、図３（Ｄ）に示すように試
料３の振動周期の整数倍とディスク１２の開口部１２ａ
による光路ｘの光束を遮断／透過する周期が一致する。
この状態で、像ぶれは改善されるが、このとき同図から
明らかなように、合焦位置をｃ、試料３の振動振幅をａ
とすると、ディスク１２の開口部１２ａを通過する光は
ｂのみの僅かな量であり、このため、ＣＣＤカメラ１０
のサンプリング周期内に入射する光量も少なくなり、撮
像画像は暗くなってしまう。

【００２８】そこで、モータ１３の回転数を、さらに上
昇して試料３の振動の周期とディスク１２の開口部１２
ａの光路ｘの光束を遮断／透過する周期が一致する回転
数を探す。この操作は、モニタ１１の画像を見ながら行
う。その後、試料３の振動周期にディスク１２の開口部
１２ａの光路ｘの光束を遮断／透過する周期が近づく
と、図３（Ｃ）に示すように合焦位置ｃ、試料３の振動
振幅ａに対して、ディスク１２の開口部１２ａを通過す
る光ｂの総量が増加し、ＣＣＤカメラ１０に入射する光
量も多くなって撮像画像の明るさが大幅に改善される。
また、この時のモニタ１１上に映し出される試料像は、
試料３の振動周期とディスク１２の開口部１２ａの光路
ｘの光束を遮断／透過する横切る周期の最小公倍数で決
まる周期でゆっくり振動した状態で見える。

【００２９】ここで、試料３の振動が光軸方向ならば、
像がボケるのが観察でき、光軸と垂直な面内の振動なら
ば、試料３が動くのが観察できる。試料３の振動が光軸
方向の場合は、ディスク１２の回転数の調整とともに、
合焦も微調整する必要がある。この場合、図３(Ａ)(Ｂ)
に示すように、合焦位置によって像のボケ具合に相違が
生じる。同図（Ａ）は、振動の最大値の位置に合焦させ
た場合、同図（Ｂ）は、振動の中間の位置に合焦させた
場合である。

【００３０】なお、試料３の振動が周期的な場合は、振
動の最大値または最小値の位置で振動の変化が最小にな
るので、これら最大値または最小値に合焦した場合にボ
ケを一番小さくできる。また、図３（Ｅ）に示すように
試料３の振動の最大値または最小値の位置でディスク１
２の開口部１２ａが光路ｘの光束を透過するようにすれ
ば、像ぶれを改善できると同時に、撮像画像の明るさを
最大にすることができる。

【００３１】ここで、ディスク１２として、図２(ａ)
(ｂ)に示すように周縁部の円周方向に沿って等間隔で複
数の円形状の開口部１２ａを形成したものを使用した場
合、これらのディスク１２は、開口部１２ａの数が異な
るものの、それぞれの開口部１２ａは、同一円周上に中
心を持ち、且つ角度を等分した位置に配置されているの
で、ディスク１２が同一回転数の場合は、開口部１２ａ
の数を多くすると、開口部１２ａが光路ｘを横切る周期
を短くできる。つまり、ディスク１２が同一回転数で回
っている場合、図２(ａ)に示すディスク１２は、開口部
１２ａの光路ｘを横切る周期を同図(ｂ)の場合の半分に
できる。これにより、開口部１２ａの数を多くすること
で、ディスク１２の回転数を下げることができるが、回
転数を下げると、開口部１２ａの通過時間が長くかかる
ので、像ぶれ量は、その分大きくなってしまう。このこ
とから、ディスク１２の径、開口部１２ａの数は、像ぶ
れの対象となる振動や周波数、装置の大きさなどを考慮
して決定する必要がある。また、同図(ｃ)に示すように
スリット状の開口部１２ａを形成したものを使用した場
合は、ディスク１２の回転軸と光路ｘとの間の距離を調
整する機能を設ければ、像ぶれ量と観察像の明るさを調
整できる。例えば、ディスク１２の回転軸を光路ｘに近
づけると、開口部１２ａが光路ｘを通過する時間が長く
なり、像ぶれ量は大きくなるが、観察像は明るくなり、
また、ディスク１２の回転軸を光路ｘから離すと、開口
部１２ａが光路ｘを通過する時間が短くなり、像ぶれ量
は小さくなり、観察像は暗くなる。これにより、これら
の設定は、観察条件に応じて調整される。

【００３２】従って、このようにすれば、像ぶれ低減装
置５において、ディスク１２の開口部１２ａが光路ｘを
横切る周期を試料３の振動周期と一致させることで、周
期的に振動する試料３の同一位相状態を連続して観察で
きるようにしたので、試料３の振動による像ぶれを低減
でき、像ぶれの少ない良質の観察画像を得ることができ
る。また、このような像ぶれ低減装置５は、ディスク１
２、モータ１３および回転制御装置１５の簡単な構成か
らなるので、価格的にも安価にすることができる。さら
に、観察光学系の光路ｘの平行光をディスク１２の開口
部１２ａが横切るようになるので、開口通過時の視野内
の明るさ変化を均一にすることができる。

【００３３】(第２の実施の形態)次に、本発明の第２の
実施の形態を説明する。

【００３４】図４は、第２の実施の形態が適用される落
射光観察の顕微鏡装置の概略構成を示すもので、図１と
同一部分には、同符号を付している。

【００３５】この場合、顕微鏡本体１の対物アーム１ｃ
の上方には投光管２１が設けられている。この投光管２
１は、落射照明用光源２２を有し、この落射照明用光源
２２のランプ２２ａからの照明光は、照明光学系を構成
するコレクタレンズ２３で平行光となって、投光管２１
内部の光路ｙを通ってハーフミラー２４により光路ｘ方
向に反射され、対物レンズ４を介してステージ２上の試
料３に照射される。そして、試料３から反射された光
は、対物レンズ４で平行光となってハーフミラー２４を
透過して三眼鏡筒７に入射され、接眼レンズ８で観察像
として目視観察され、同時に、結像レンズ６を介してＣ
ＣＤカメラ１０の撮像面に結像されるようになってい
る。

【００３６】また、投光管２１内の光路ｙ上には、像ぶ
れ低減装置２５が設けられている。この像ぶれ低減装置
２５は、光路ｙの光束を遮断／透過する開口部２６ａを
有するディスク２６と、このディスク２６を所定の回転
数で回転させる駆動源のモータ２７を有し、また、この
モータ２７には、モータ２７の回転数を制御するための
モータ回転数を表示する回転数表示部２８ａとモータ回
転数を調整する操作つまみ２８ｂを有する回転制御装置
２８が接続されている。

【００３７】このような構成においても、第１の実施の
形態で述べたと同様にして像ぶれ低減装置２５におい
て、モータ２７の回転数を制御し、ディスク２６により
光路ｙの光束を遮断／透過することにより、像ぶれの低
減を実現することができる。

【００３８】従って、このようにしても、第１の実施の
形態で述べたと同様な効果を期待できる。加えて、像ぶ
れ低減装置２５を対物アーム１ｃ上方に設けられた投光
管２１に取付け、落射照明用光源２２からの平行光から
なる光束をディスク２６により遮断／透過するようにし
たので、試料３に照射される照明光の光量を抑制するこ
とができる。このことは、光源として、紫外線などの光
源を使用した場合に、試料３に与えるダメージを軽減す
ることができる。また、像ぶれ低減装置２５を試料３お
よび対物レンズ４から離して配置しているので、ディス
ク２６やモータ２７で発生する振動を試料３および対物
レンズ４に伝えないようにもでき、像ぶれ低減効果をさ
らに向上させることができる。

【００３９】(第３の実施の形態)次に、本発明の第３の
実施の形態を説明する。

【００４０】図５は、第３の実施の形態が適用される透
過光観察の顕微鏡装置の概略構成を示すもので、図１と
同一部分には、同符号を付している。

【００４１】この場合、透過照明用光源１６からの照明
光のミラー１８とコンデンサレンズ１９との間の光路ｚ
上に像ぶれ低減装置３１が設けられている。この像ぶれ
低減装置３１は、ミラー１８とコンデンサレンズ１９と
の間の光路ｚの光束を遮断／透過する開口部３２ａを有
するディスク３２と、このディスク３２を所定の回転数
で回転させる駆動源のモータ３３を有し、また、このモ
ータ３３には、モータ３３の回転数を制御するためのモ
ータ回転数を表示する回転数表示部３４ａとモータ回転
数を調整する操作つまみ３４ｂを有する回転制御装置３
４が接続されている。

【００４２】このような構成においても、第１の実施の
形態で述べたと同様にして像ぶれ低減装置３１におい
て、モータ３３の回転数を制御し、ディスク３２により
光路ｚの光束を遮断／透過することにより、像ぶれの低
減を実現することができる。

【００４３】従って、このようにしても、第１および２
の実施の形態で述べたと同様な効果を期待できる。加え
て、像ぶれ低減装置３１は、透過照明用光源１６からの
照明光のミラー１８とコンデンサレンズ１９との間の光
路ｚに配置されることで、顕微鏡本体１と別体（機械的
な結合を持たない）に構成できるので、ディスク３２や
モータ３３で発生する振動を試料３および対物レンズ４
側に伝えないようにでき、像ぶれ低減効果をさらに向上
させることができる。

【００４４】(第４の実施の形態)次に、本発明の第４の
実施の形態を説明する。

【００４５】図６は、第４の実施の形態が適用される透
過光観察の顕微鏡装置の概略構成を示すもので、図１と
同一部分には、同符号を付している。

【００４６】この場合、顕微鏡本体１の対物アーム１ｃ
の上方には、像ぶれ低減装置４１が配置されている。こ
の像ぶれ低減装置４１は、観察光学系の光路ｘの光束を
遮断／透過する液晶シャッタ４２を有し、この液晶シャ
ッタ４２には、液晶シャッタ４２の閉じ時間を表示する
シャッタ閉時間表示部４３ａと液晶シャッタ４２の閉じ
時間を調整する操作つまみ４３ｂを有する液晶シャッタ
制御装置４３が接続されている。

【００４７】このような構成においても、第１の実施の
形態で述べたと同様にして像ぶれ低減装置４１におい
て、液晶シャッタ４２の閉じ時間を制御し、光路ｘの光
束を遮断／透過することにより、像ぶれの低減を実現す
ることができる。

【００４８】従って、このようにしても、第１および２
の実施の形態で述べたと同様な効果を期待でき、加え
て、像ぶれ低減装置４１に液晶シャッタ４２を用いるこ
とにより、装置自身で発生する振動を大幅に低減でき、
像ぶれ低減効果をさらに向上させることができる。

【００４９】なお、上述した実施の形態では、光束の遮
断／透過を行う構成を回転するディスクや液晶シャッタ
の例で説明したが、これらに限定されるものでなく、例
えば、機械的シャッタを用いても、その作用効果は変わ
らない。

【００５０】その他、本発明は、上記実施の形態に限定
されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しな
い範囲で種々変形することが可能である。

【００５１】さらに、上記実施の形態には、種々の段階
の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から
幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようと
する課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄
で述べられている効果が得られる場合には、この構成要
件が削除された構成が発明として抽出できる。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試料
の振動に同期した像ぶれのない観察を簡単な構成で、安
価に実現できる顕微鏡装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態に適用される像ぶれ低減装置
のディスクの概略構成を示す図。

【図３】第１の実施の形態の動作を説明するための図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図５】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の概略構成を示す
図。

【符号の説明】

１…顕微鏡本体 １ａ…ベース部 １ｂ…胴部 １ｃ…対物アーム ２…ステージ ３…試料 ４…対物レンズ ５…像ぶれ低減装置 ６…結像レンズ ７…三眼鏡筒 ８…接眼レンズ ９…中間鏡筒 １０…ＣＣＤカメラ １１…モニタ １２…ディスク １２ａ…開口部 １３…モータ １５…回転制御装置 １５ａ…回転数表示部 １５ｂ…操作つまみ １６…透過照明用光源 １６ａ…ランプ １７…コレクタレンズ １８…ミラー １９…コンデンサレンズ ２１…投光管 ２２…落射照明用光源 ２２ａ…ランプ ２３…コレクタレンズ ２４…ハーフミラー ２５…像ぶれ低減装置 ２６…ディスク ２６ａ…開口部 ２７…モータ ２８…回転制御装置 ２８ａ…回転数表示部 ２８ｂ…操作つまみ ３１…像ぶれ低減装置 ３２…ディスク ３２ａ…開口部 ３３…モータ ３４…回転制御装置 ３４ａ…回転数表示部 ３４ｂ…操作つまみ ４１…像ぶれ低減装置 ４２…液晶シャッタ ４３…液晶シャッタ制御装置 ４３ａ…シャッタ閉時間表示部 ４３ｂ…操作つまみ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡と、 前記顕微鏡の観察光学系または照明光学系の少なくとも
   一方の光学系に設けられ、前記光学系の光束を周期的に
   遮断／透過可能な光束遮断／透過手段と、前記遮断／透
   過手段の透過と遮断の周期を任意に設定可能な周期制御
   手段とを有する像ぶれ低減手段とを具備したことを特徴
   とする顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 顕微鏡と、 前記顕微鏡の観察光学系または照明光学系の少なくとも
   一方の光学系を横切る開口部を有するディスクと、前記
   ディスクを回転駆動させる回転駆動手段と、前記ディス
   クを任意の回転数に制御する回転制御手段とを有する像
   ぶれ低減手段とを具備したことを特徴とする顕微鏡装
   置。
3. 【請求項３】 前記ディスクを前記光学系の平行光の部
   分に配置したことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡装
   置。
4. 【請求項４】 前記ディスクと前記回転駆動手段を前記
   顕微鏡と別体に構成したことを特徴とする請求項２また
   は３記載の顕微鏡装置。