JP2006235250A - Measuring microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共焦点光学系を用いて、被検物の表面高さや形状等を測定する測定顕微鏡に関する。 The present invention relates to a measurement microscope that measures the surface height, shape, and the like of a test object using a confocal optical system.
被検物に光源からの光を照射して映し出される画像の画像処理を行い、被検物の表面高さや形状の測定等を行う測定顕微鏡として、例えば、被検物の表面上に光学系の焦点を合わせ、そのときの高さの情報を取得する共焦点光学系を利用するものがある(例えば、特許文献1を参照)。共焦点光学系は、対物レンズの像面側にピンホールを配し、このピンホールを通して、例えば、光源から発せられる光(通常はレーザ光)を被検物に照射し、ピンホールを通過する被検物面からの戻り光を、CCDカメラなどの撮像素子により検出するものが代表的な構成として知られている。 As a measurement microscope that performs image processing of an image projected by irradiating light from a light source onto the test object and measures the surface height and shape of the test object, for example, an optical system on the surface of the test object There is one that uses a confocal optical system that focuses and acquires information on the height at that time (see, for example, Patent Document 1). The confocal optical system has a pinhole on the image plane side of the objective lens. Through this pinhole, for example, light (usually a laser beam) emitted from a light source is irradiated to the test object and passes through the pinhole. A typical configuration is one in which return light from the surface of the object to be detected is detected by an image sensor such as a CCD camera.
このような構成による共焦点光学系は、被検物面が対物レンズの被検物側の焦点面にあると、ピンホールを通して検出される戻り光の輝度(光量)が最大となり、該被検物面が対物レンズの被検物側の焦点面からわずかでも光軸方向にずれると、ピンホールへの戻り光が大部分遮光されるため、撮像素子が検出する戻り光の輝度は急激に減少する性質を持つ。したがって、共焦点光学系のこのような性質を利用して、被検物面からの戻り光の光量を検出することによって、被検物面の高さや特定の領域における表面形状を測定できるようになっている。
しかしながら、上記のような共焦点光学系を用いた測定顕微鏡では、得られる被検物面の像の焦点深度が浅いためにユーザの所望する測定位置が探しづらく、高さ測定に多くの時間を要するという問題点があった。 However, in the measurement microscope using the confocal optical system as described above, it is difficult to find the measurement position desired by the user because the depth of focus of the obtained image of the object surface is shallow, and it takes a lot of time for the height measurement. There was a problem that it took.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、効率よく被検物の高さ測定を行うことができる測定顕微鏡を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the measurement microscope which can perform the height measurement of a test object efficiently.
このような目的を達成するため、本発明は、白色光源と、光が自由に透過可能な透過部と、複数の小孔(例えば、本実施形態における共焦点ピンホール8b)が形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部とからなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転するディスク(例えば、本実施形態における共焦点ディスク8)と、前記ディスクの透過部及び所定のレンズ系から形成される非共焦点光学系と、前記ディスクのニポウディスク部及び所定のレンズ系から形成される共焦点光学系(例えば、本実施形態における照明光学系2及び測定光学系3)と、前記白色光源により照明された前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して前記被検物を観察する観察手段とを備え、前記観察手段は、前記ディスクの回転により前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された観察像を観察できるように構成される。
In order to achieve such an object, according to the present invention, a white light source, a transmissive portion through which light can be freely transmitted, and a plurality of small holes (for example, the
また、本発明は、白色光源と、所定の色の光を出射する第2の光源と、光が自由に透過可能な透過部及び複数の小孔が形成されたニポウディスク部からなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転する第1のディスクと、前記白色光源と前記第1のディスクとの間に設けられ、前記第1のディスクと同一形状を有し、前記第1のディスクと同期回転する第2のディスクと、前記白色光源からの照明光を、前記第2のディスクを透過させ、前記第1のディスクの透過部から所定のレンズ系を介して被検物に照射する非共焦点光学系とともに、前記第2の光源からの照明光を、前記第2のディスクで反射させ、前記第1のディスクのニポウディスク部から前記所定のレンズ系を介して被検物に照射する共焦点光学系とからなる光学系(例えば、本実施形態における照明光学系2´及び測定光学系3´)と、前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して前記被検物を観察する観察手段とを備え、前記観察手段は、前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された観察像を観察できるように構成される。
In addition, the present invention includes a white light source, a second light source that emits light of a predetermined color, a transmission part through which light can freely pass, and a nippo disk part in which a plurality of small holes are formed. A first disk that rotates at a predetermined rotation speed at the center, and is provided between the white light source and the first disk, has the same shape as the first disk, and is synchronized with the first disk The non-shared light that irradiates the test object through the second disk that rotates and the illumination light from the white light source through the second disk and through a predetermined lens system from the transmission part of the first disk. A confocal system in which illumination light from the second light source is reflected by the second disk together with the focus optical system, and is irradiated on the test object from the tip disk part of the first disk through the predetermined lens system. An optical system comprising an optical system (for example, a book Observation in which the illumination
また、本発明は、白色光源と、光が自由に透過可能な透過部と、複数の小孔が形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部とからなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転するディスクと、前記ディスクの透過部及び所定のレンズ系から形成される非共焦点光学系と、前記ディスクのニポウディスク部及び所定のレンズ系から形成される共焦点光学系(例えば、本実施形態における照明光学系2及び測定光学系3)と、前記白色光源により照明された前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して受光して前記被検物の画像を取得する撮像手段(例えば、本実施形態における撮像素子12)とを備え、前記撮像手段により取得される前記被検物の画像は、前記ディスクの回転により前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された画像であるように構成される。
Further, the present invention comprises a white light source, a transmissive portion through which light can freely pass, and a nipou disc portion on which a plurality of small holes are formed and a filter that transmits only light of a predetermined color is formed, A disk that rotates at a predetermined rotation speed around a rotation axis, a non-confocal optical system formed from a transmission part of the disk and a predetermined lens system, and a tip disk part of the disk and a predetermined lens system A confocal optical system (for example, the illumination
また、本発明は、白色光源と、所定の色の光を出射する第2の光源と、光が自由に透過可能な透過部及び複数の小孔が形成されたニポウディスク部からなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転する第1のディスクと、前記白色光源と前記第1のディスクとの間に設けられ、前記第1のディスクと同一形状を有し、前記第1のディスクと同期回転する第2のディスクと、前記白色光源からの照明光を、前記第2のディスクを透過させ、前記第1のディスクの透過部から所定のレンズ系を介して被検物に照射する非共焦点光学系とともに、前記第2の光源からの照明光を、前記第2のディスクで反射させ、前記第1のディスクのニポウディスク部から前記所定のレンズ系を介して被検物に照射する共焦点光学系(例えば、本実施形態における照明光学系2´及び測定光学系3´)とからなる光学系と、前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して受光して前記被検物の画像を取得する撮像手段(例えば、本実施形態における撮像素子12)とを備え、前記撮像手段により取得される前記被検物の画像は、前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された画像であるように構成される。
In addition, the present invention includes a white light source, a second light source that emits light of a predetermined color, a transmission part through which light can freely pass, and a nippo disk part in which a plurality of small holes are formed. A first disk that rotates at a predetermined rotation speed at the center, and is provided between the white light source and the first disk, has the same shape as the first disk, and is synchronized with the first disk The non-shared light that irradiates the test object through the second disk that rotates and the illumination light from the white light source through the second disk and through a predetermined lens system from the transmission part of the first disk. A confocal system in which illumination light from the second light source is reflected by the second disk together with the focus optical system, and is irradiated on the test object from the tip disk part of the first disk through the predetermined lens system. Optical system (for example, in this embodiment An optical system comprising a bright
なお、前記第1のディスク及び前記第2のディスクには、所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されていることが望ましい。 It is desirable that a filter that transmits only light of a predetermined color is formed on the first disk and the second disk.
本発明において、前記ニポウディスク部は、前記回転軸を中心とする扇形状を有するように構成してもよい。 In this invention, you may comprise the said nipa disc part so that it may have a fan shape centering on the said rotating shaft.
また、本発明において、前記ニポウディスク部は、前記複数の小孔が所定間隔で螺旋状に配列されて形成された場合、これに沿った形状を有するように構成してもよい。 In the present invention, when the plurality of small holes are spirally arranged at a predetermined interval, the nipou disc portion may be configured to have a shape along the same.
以上説明したように、本発明によれば、被検物の焦点深度の浅い共焦点像に、被検物の焦点深度の深い明視野像を重畳した画像が得られるため、観測者は視野内における被検物の全体状態が把握し易くなって速やかに測定場所を探し出せるとともに、光の強度に合わせて高い精度で焦点合わせが行えるため、効率の良い被検物の高さや形状測定ができる測定顕微鏡を実現することができた。 As described above, according to the present invention, an image obtained by superimposing a bright field image having a deep focal depth of the test object on a confocal image having a shallow focus depth of the test object can be obtained. This makes it easy to grasp the overall condition of the test object at the time point, and can quickly find the measurement location, and can perform focusing with high accuracy according to the intensity of the light, making it possible to efficiently measure the height and shape of the test object. A microscope could be realized.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図1に示すように、本発明の測定顕微鏡1は、照明光学系2と、測定光学系3と、その他の計測制御装置とから構成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the measurement microscope 1 of the present invention is composed of an illumination
照明光学系2は、測定光学系3の側方に位置し、その光軸上に順に、白色光源4、コレクタレンズ5及び照明用ハーフミラー6が配設されて構成される。一方、測定光学系3は、その光軸上に順に、対物レンズからなる第1の結像光学系7と、共焦点ディスク8と、照明用ハーフミラー6と、リレーレンズからなる第2の結像光学系10と、撮像用ハーフミラー11と、撮像素子12と、接眼レンズ13とから構成される。
The illumination
被検物14は、XYステージ15に載置されて、測定光学系3における第1の結像光学系7の下方に配置され、テーブルのX方向(矢印21が示す方向),Y方向(矢印22が示す方向)の位置を調節することにより、測定対象部位を視野に入れることができる。
The
照明光学系2及び測定光学系3からなるいわゆる非共焦点/共焦点光学系は、当該顕微鏡1の鏡筒部1a内に備えられ、ベース部1bに対してZ方向(矢印23が示す方向(高さ方向))に移動可能である。言い換えると、非共焦点/共焦点光学系は、XYテーブル15に載置された被検物14に対してZ方向に移動可能である。なお、鏡筒部1aとベース部1bとの相対的なZ方向の移動量はリニアスケール16にて検出可能であり、詳しくは後述するが、被検物14の焦点位置の違いから被検物14各部の高さの測定が可能となっている。
A so-called non-confocal / confocal optical system comprising the illumination
白色光源4から出射した照明光(例えば、ハロゲンランプやキセノンランプ等)は、コレクタレンズ5で平行光に変換され、照明用ハーフミラー6に照射される。照明用ハーフミラー6は約半分の光を透過して残りの光を反射するものであり、白色光源4から出射した照明光は測定光学系3の光軸方向下方に直角に反射する。そして、照明用ハーフミラー6で反射された照明光は、共焦点ディスク8の上面の視野範囲と共役な範囲を照射する(いわゆるケーラー照明を行う)。
Illumination light (for example, a halogen lamp or a xenon lamp) emitted from the white light source 4 is converted into parallel light by the collector lens 5 and applied to the illumination half mirror 6. The illumination half mirror 6 transmits about half of the light and reflects the remaining light, and the illumination light emitted from the white light source 4 is reflected perpendicularly downward in the optical axis direction of the measurement
共焦点ディスク8は、図2(a)にも示すように、薄い円板状に形成されており、光が自由に透過可能な透過部8aと、板厚方向に貫通する複数の小孔である共焦点ピンホール8bが形成されて所定の色の光のみ(例えば赤色などの焦点深度の浅い色、若しくは補色の緑色等など)を透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部8cとから構成される。この共焦点ディスク8の全面には、ニポウディスク部8cにて反射した光が第2の結像光学系10に到達し難いように、反射防止膜が製膜されている。但し、これに限定されるものではなく、例えば、偏光板を用いて、前記反射した光が第2の結像光学系10に到達しないように構成してもよい。なお、図1中では1つの共焦点ピンホール8bを図示しているが、図2中では図示していない。
As shown in FIG. 2A, the
そして共焦点ディスク8は、モータMにより回転軸8dを中心に所定の回転速度、すなわち観察者の瞳17の応答時間や撮像素子12の蓄積時間に対して十分に速く、共焦点ピンホール8bのパターンのスキャンムラにならない回転速度で回転する。その結果、測定顕微鏡1では、ディスク8に形成された共焦点ピンホール8bを通過した照明光が、スポット光として被検物14の物体面Oを走査して、該共焦点ピンホール8b(スポット光)の反射像を撮像素子12で検出され、被検物14のある領域における高さ情報を取得することができる。
The
なお、共焦点ディスク8の透過部8aが観察光路中に存在するときに、非共焦点光学系が形成され、非共焦点像が観察(撮像)される。また、非焦点ディスク8のニポウディスク部8cが観察光路中に存在するときに、共焦点光学系が形成され共焦点像が観察(撮像)される。共焦点ディスク8において、明視野像の明るさに対する共焦点像の明るさの比は、回転軸8dを中心としたと透過部に対するニポウディスク部8cの角度比率(面積比)に、これは予め設定されている。また、共焦点ディスク8において、透過部8aに対するニポウディスク部8cの面積比が同じであれば、基本的にはそれらディスクの性能は等価とみなされ、例えば、同じ直径を有するニポウディスク部8の形状が、図2(a)に示すように回転軸8dを中心とする扇形状8cを有するものであっても、図2(b)に示すように複数の小孔である共焦点ピンホール8bを所定間隔で螺旋状に配列して形成した場合にこれに沿った形状を有するであっても構わない。
In addition, when the
このような構成の共焦点ディスク8は、測定光学系3を通過する光線(照明光等)を遮るように測定光学系3の光軸に対して直交するように配置され、該共焦点ディスク8に形成された共焦点ピンホール8bを通過した照明光は、第1の結像光学系7によりステージ15に載置された被検物14に、共焦点ピンホール8bの像として集光されて照射される。被検物14に集光照射された共焦点ピンホール8bの像は、被検物14の表面(以下、物体面Oと呼ぶ)で反射されて、再び第1の結像光学系7に入射し、この第1の結像光学系7で集光され、共焦点ディスク8上に反射像として結像し、さらに、共焦点ピンホール8bを通過する。そして、照明用ハーフミラー6を透過した後、第2の結像光学系10で再度結像され、撮像用ハーフミラー11を介し、撮像素子12の方向に進むものと接眼レンズ13の方向に進むものとに分割される。これら分割された光のうち、接眼レンズ13の方向に進んだ光は、観察者の瞳17の視野位置にて結像し、眼視観察に用いられる。一方、撮像素子12の方向に進んだ光は、該素子12の撮像面上にて受光されて光電変換され、撮像素子12が検出する光の強度(明るさ)に応じた撮像信号が出力される。この撮像信号は、デジタル信号に変換された後に、共焦点像として蓄えられる。
The
撮像素子12及び観察者の瞳17で認識される像は、被検物14からの戻り光が、透過部8aを透過するときにできる明視野像(非共焦点像)と、ニポウディスク部8cを透過するときにできる例えば赤色などの所定の色で光る共焦点像(反射像)とが重畳したものである。これは、上記したように、共焦点ディスク8が、光が自由に透過可能な透過部8aと、複数の小孔(共焦点ピンボール8b)が形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部8cとから構成され、且つ、モータMにより回転軸8dを中心に撮像素子12の蓄積時間や観察者の瞳の応答時間よりも十分に速く回転することに起因する。
The image recognized by the
ここで、透過部8aを透過するときに得られる明視野像は、第1の結像光学系7の焦点面が物体面Oに一致しているときは解像度が上がり、物体面Oが光軸方向に焦点面からずれているときは解像度が下がるが、明るさは合焦状態に係らずほとんど変化しない。よって、焦点深度の深い明視野像からは、視野内における被検物14の全体状態を容易に求めることができる。
Here, the bright field image obtained when passing through the
また、ニポウディスク部8cを透過するときに得られる被検物14の共焦点像は、第1の結像光学系7の焦点面が物体面Oに一致しているときだけ所定の色(例えば赤色や緑色等)で明るく映り、物体面Oが光軸方向に焦点面からずれているときは暗く映るようになっている。すなわち、被検物14の表面高さが、いわば等高線のように表示される。よって、測定顕微鏡1では、焦点面の光軸方向への移動に応じて強度が変化することにより、被検物14からの戻り光を撮像素子12が受光して得られる共焦点像から高さ情報を求めることができるようになっている。以下に、本実施形態に係る測定顕微鏡1を用いて、被検物14の高さ測定を行う具体的な方法について説明する。
The confocal image of the
図1に示すように、照明光学系2及び測定光学系3を含む鏡筒部1aは、光軸方向に沿って上下に移動可能なように構成されている。このため、鏡筒部1aを上下移動させて、第1の結像光学系7の焦点位置を物体面O1付近(Z0)において光軸方向に移動させると、鏡筒部1aの光軸方向位置Zと撮像素子12で検出される共焦点像の光の強度Iとの関係は、図3に示すように、第1の結像光学系7の焦点面と被検物14の物体面Oとが一致する位置Z0において、光の強度Iが最も大きくなるような分布を示す(以降、光の強度の最大値を「IZピーク値」と呼ぶ)。同様に、被検物14の物体面O2付近(Z1)に結像光学系7の焦点位置を移動させると、共焦点像の光の強度Iが図3のように最大値を示す。したがって、鏡筒部1aを物体面O1からO2へ光軸方向に移動させ、撮像素子12で検出された信号のIZピーク値を求めて、このとき鏡筒部1aの光軸方向位置Z(Z0)をリニアスケール16にて読み取れば、被検物14の高さ情報を得ることができる。
As shown in FIG. 1, the lens barrel 1a including the illumination
なお、共焦点ディスク8を所定の速度で回転させて、被検物14の物体面Oを所定の色の光がスキャンしているため、物体面O上の多数のポイントに対する高さ情報を同時に測定することができる。このとき、物体面O上の測定範囲は撮像素子12の撮像面の撮像視野に対応し、被検物14の高さ情報の測定範囲は鏡筒部1aの光軸方向移動範囲に対応する。
Since the
また、照明光学系2及び測定光学系3からなる非共焦点/共焦点光学系は、被検物14を載置するXYステージ15に対して垂直な方向に移動可能なように構成されている。このため、非共焦点/共焦点光学系2,3をXYステージ15に対して移動させることにより、被検物14を光軸に対して垂直な方向に所望若しくは任意の位置に移動させ、光線を物体面Oに照射すれば、広範囲にわたり被検物14の高さ測定が可能である。
The non-confocal / confocal optical system including the illumination
以上のように、本発明の測定顕微鏡1では、被検物14からの戻り光が透過部8aを通ったときにできた焦点深度の深い明視野像(非共焦点像)と、ニッポウディスク部8cを通ったときにできた焦点深度の浅い共焦点像(反射像)とが重畳された画像、すなわち焦点が合った部分については所定の色で明るく強調され、それ以外の焦点が合っていない部分については被検物14の実際の色に近い色彩の画像を得ることができる。
As described above, in the measurement microscope 1 of the present invention, the bright field image (non-confocal image) having a deep focal depth formed when the return light from the
その結果、本発明によれば、被検物14が、例えば透明体などコントラストの低いものやだれた縁部・バンプ頂頭部など、従来目視だけでは焦点合わせが行い難いものであっても、観察者は明るく光り強調される合焦位置を目安にすることで所望の測定場所での焦点合わせが容易にできるため、被検物14の高さや表面形状を簡単に測定でき、作業効率を向上させることができる。
As a result, according to the present invention, even if the
また、従来の共焦点光学系を利用した測定顕微鏡では、被検物14の高さ測定を行う上で、焦点が合っているか否かの判断は所定の色で光る共焦点像を見て行うが、本発明ではこの共焦点像に明視野像を重畳することによって、観察者は視野内の状態及び現在の測定場所を把握しやすくなり、測定作業をスムーズに行うことができる。
Further, in a measurement microscope using a conventional confocal optical system, when measuring the height of the
さらに、観察者は、焦点深度の深い明視野像により被検物14の全体状態を観察しつつ、焦点深度の浅い共焦点像により合焦状態が把握できるため、手動で高さ測定を行う際に、明視野像のコントラストだけを見て焦点を合わせる場合よりも、より精度の高く、効率の良い被検物14の高さ測定を行うことができる。
Furthermore, since the observer can grasp the in-focus state with a confocal image with a shallow depth of focus while observing the entire state of the
以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。 The present invention as described above is not limited to the above embodiment, and can be improved as appropriate without departing from the gist of the present invention.
上記実施形態では、白色光源4が明視野像用及び共焦点像用の照明光源を兼用しているが、例えば、これら照明光源を独立させて測定顕微鏡を構成することもできる。以下に、第2の実施形態として、図4を用いて説明する。なお、上記実施形態と同じ機能を有するものについては、同じ付番をしてその説明を省略する。 In the above-described embodiment, the white light source 4 serves as both a bright-field image confocal image and a confocal image illumination light source. However, for example, these illumination light sources can be made independent to constitute a measurement microscope. The second embodiment will be described below with reference to FIG. In addition, about the thing which has the same function as the said embodiment, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図4に示すように、第2の実施形態の測定顕微鏡30は、照明光学系2´と、測定光学系3と、その他の計測制御装置とから構成される。
As shown in FIG. 4, the
照明光学系2´は、測定光学系3の側方に位置し、明視野像用の白色光源4の光軸上に、順にコレクタレンズ5a、第2の共焦点ディスク8´、コレクタレンズ5b及び照明用ハーフミラー6が配設されるとともに、共焦点像用の第2の光源31(ここでは白色光源)の光軸上に順にコレクタレンズ5c、波長選択フィルタ32及び第2の共焦点ディスク8´が配設されて構成される。
The illumination
このように、明視野像用及び共焦点像用の光源を独立させることより、照明強度がそれぞれ独立して調光可能となる。また、第2の光源31の光路上に波長選択フィルタ32を配置することによって、第2の光源31から照射された光を、任意の色に変更することが可能となる。但し、この構成に限定されるものではなく、第2の光源31と波長選択フィルタ32の組み合わせに代えて、色付光源(例えば、蛍光発色)など特定の波長を有する光源を用いてもよい。
Thus, by making the light source for the bright-field image and the confocal image independent, the illumination intensity can be dimmed independently. Further, by arranging the
一方、測定光学系3は、その光軸上に順に、対物レンズからなる第1の結像光学系7と、第1の共焦点ディスク8と、照明用ハーフミラー6と、リレーレンズからなる第2の結像光学系10と、撮像用ハーフミラー11と、撮像素子12と、接眼レンズ13とから構成される。また、被検物14は、XYステージ15に載置されて、測定光学系3における第1の結像光学系7の下方に配置され、テーブルのX方向(矢印21が示す方向),Y方向(矢印22が示す方向)の位置を調節することにより、測定対象部位を視野に入れることができる。
On the other hand, the measurement
このような照明光学系2´及び測定光学系3からなる非共焦点/共焦点光学系は、当該顕微鏡30の鏡筒部1a内に備えられており、ベース部1bに対してZ方向(矢印23が示す方向(高さ方向))に移動可能である。言い換えれば、非共焦点/共焦点光学系は、XYテーブル15に載置された被検物14に対してZ方向に移動可能である。なお、鏡筒部1aとベース部1bとの相対的なZ方向の移動量は、リニアスケール16にて検出可能であり、被検物14の焦点位置の違いから被検物14各部の高さの測定が可能となっている。
Such a non-confocal / confocal optical system including the illumination
白色光源4から出射した照明光は、コレクタレンズ5aにより平行光に変換され、第2の共焦点ディスク8´を経て、コレクタレンズ5bにより再び平行光に変換され、照明用ハーフミラー6に照射される。また、第2の光源31から出射した光は、コレクタレンズ5cで平行光に変換され、波長選択フィルタ32により所定の色の光に変換され、第2の共焦点ディスク8´で反射され、コレクタレンズ5bにより平行光に変換され、照明用ハーフミラー6に照射される。そして、白色光源4及び第2の光源31からの照明光はともに測定光学系3の光軸方向下方に直角に反射する。ここで、照明用ハーフミラー6で反射された照明光は、共焦点ディスク8の上面の視野範囲と共役な範囲を照射される(いわゆるケーラー照明が行われる)。
The illumination light emitted from the white light source 4 is converted into parallel light by the collector lens 5a, is converted again into parallel light by the
第1及び第2の共焦点ディスク8,8´は、同じ形状を有している。すなわち、薄い円板状に形成されており、光が自由に透過可能な透過部8aと、板厚方向に貫通する複数の小孔である共焦点ピンホール8bが形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部8cとから構成される。また、本実施形態では、共焦点ディスク8の全面には、ニポウディスク部8cにて反射した光が第2の結像光学系10に到達し難いように、反射防止膜が製膜されている。なお、図4中では1つの共焦点ピンホール8bを図示している。ここで、第2の光源31に、単色レーザ光源(例えば、蛍光発色)が用いられた場合は照射される光の強度を調節すれば、上記実施形態とは異なりフィルタが製膜されていないニポウディスク部を備えた共焦点ディスクを用いることも可能である。
The first and second
第1及び第2の共焦点ディスク8,8´は、それぞれモータM,M´(図示略)により回転軸8d,8d´を中心に、所定速度で同期回転する。ここで、所定速度とは、観察者の瞳17の応答時間や撮像素子12の蓄積時間に対して十分に速く、共焦点ピンホール8bのパターンのスキャンムラにならない回転速度を示す。
The first and second
このような第1の共焦点ディスク8は測定光学系3を通過する光線(照明光等)を遮る測定光学系3の光軸に対して直交して配置され、第2の共焦点ディスク8´は白色光源4からの光を透過させ、第2の光源31からの光を反射するように傾けて配置される。
Such a first
第1の共焦点ディスク8に形成された共焦点ピンホール8bを通過した照明光は、第1の結像光学系7によりステージ15に載置された被検物14に、共焦点ピンホール8bの像として集光されて照射される。被検物14に集光照射された共焦点ピンホール8bの像は、被検物14の表面(以下、物体面Oと呼ぶ)で反射されて、再び第1の結像光学系7に入射し、この第1の結像光学系7で集光されて第1の共焦点ディスク8上に反射像として結像し、さらに共焦点ピンホール8bを通過する。そして、照明用ハーフミラー6を透過した後、第2の結像光学系10で再度結像され、撮像用ハーフミラー11を介して、撮像素子12の方向に進むものと接眼レンズ13の方向に進むものとに分割される。これら分割された光のうち、接眼レンズ13の方向に進んだ光は、観察者の瞳17の視野位置にて結像して、眼視観察に用いられる。一方、撮像素子12の方向に進んだ光は、該素子12の撮像面上にて受光されて光電変換され、撮像素子12が検出する光の強度(明るさ)に応じた撮像信号が出力される。この撮像信号は、デジタル信号に変換された後に、共焦点像として蓄えられる。
Illumination light that has passed through the
その結果、第2の実施形態における測定顕微鏡1は、観察者の瞳17及び撮像素子12において、被検物14からの戻り光が、透過部8aを透過して得られる被検物14の明視野像と、ニポウディスク部8cを透過して得られる被検物14の共焦点像とが重畳された画像を得ることができ、第1の実施形態と同様に効率よく被検物14の高さ測定を行うことができる。
As a result, in the measurement microscope 1 in the second embodiment, the bright light of the
1 測定顕微鏡
2 照明光学系(共焦点光学系)
3 測定光学系(共焦点光学系)
4 白色光源
5 コレクタレンズ
6 照明用ハーフミラー
7 第1の結像光学系
8 共焦点ディスク
10 第2の結像光学系
11 撮像用ハーフミラー
12 撮像素子(撮像手段)
13 接眼レンズ
14 被検物
15 XYステージ
16 リニアスケール
8a 透過部
8b 共焦点ピンホール(小孔)
8c ニポウディスク部
8d 回転軸
M モータ
1 Measuring
3 Measurement optical system (confocal optical system)
4 white light source 5 collector lens 6 illumination half mirror 7 first imaging
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13
8c
Claims (7)
光が自由に透過可能な透過部と、複数の小孔が形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部とからなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転するディスクと、
前記ディスクの透過部及び所定のレンズ系から形成される非共焦点光学系と、
前記ディスクのニポウディスク部及び所定のレンズ系から形成される共焦点光学系と、
前記白色光源により照明された前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して前記被検物を観察する観察手段とを備え、
前記観察手段は、前記ディスクの回転により前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された観察像を観察できることを特徴とする測定顕微鏡。 A white light source,
It consists of a transmission part that allows light to freely pass through and a Niipou disk part on which a plurality of small holes are formed and a filter that transmits only light of a predetermined color is formed. A rotating disc,
A non-confocal optical system formed from a transmission part of the disk and a predetermined lens system;
A confocal optical system formed from a Nipkow disk portion of the disk and a predetermined lens system;
Observing means for observing the test object through the non-confocal optical system or the confocal optical system with return light from the test object illuminated by the white light source;
The observation means includes a bright field image of the test object obtained by transmitting the return light through the non-confocal optical system by rotation of the disk, and the test obtained by transmitting through the confocal optical system. A measuring microscope characterized by being able to observe an observation image superimposed with a confocal image of an object.
所定の色の光を出射する第2の光源と、
光が自由に透過可能な透過部及び複数の小孔が形成されたニポウディスク部からなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転する第1のディスクと、
前記白色光源と前記第1のディスクとの間に設けられ、前記第1のディスクと同一形状を有し、前記第1のディスクと同期回転する第2のディスクと、
前記白色光源からの照明光を、前記第2のディスクを透過させ、前記第1のディスクの透過部から所定のレンズ系を介して被検物に照射する非共焦点光学系とともに、前記第2の光源からの照明光を、前記第2のディスクで反射させ、前記第1のディスクのニポウディスク部から前記所定のレンズ系を介して被検物に照射する共焦点光学系とからなる光学系と、
前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して前記被検物を観察する観察手段とを備え、
前記観察手段は、前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された観察像を観察できることを特徴とする測定顕微鏡。 A white light source,
A second light source that emits light of a predetermined color;
A first disk that consists of a transmission part through which light can freely pass and a nipou disk part in which a plurality of small holes are formed, and that rotates at a predetermined rotational speed about a rotation axis;
A second disk provided between the white light source and the first disk, having the same shape as the first disk, and rotating synchronously with the first disk;
Along with the non-confocal optical system that transmits the illumination light from the white light source through the second disk and irradiates the test object from the transmission part of the first disk through a predetermined lens system. An optical system comprising a confocal optical system that reflects illumination light from the light source of the first light source on the second disk and irradiates the object to be inspected from the Nipou disk portion of the first disk via the predetermined lens system; ,
Observation means for observing the test object through the non-confocal optical system or the confocal optical system with the return light from the test object,
The observation means includes a bright field image of the test object obtained by transmitting the return light through the non-confocal optical system, and a confocal image of the test object obtained by transmitting through the confocal optical system. A measurement microscope characterized by being able to observe an observation image in which and are superimposed.
光が自由に透過可能な透過部と、複数の小孔が形成されて所定の色の光のみを透過させるフィルタが製膜されたニポウディスク部とからなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転するディスクと、
前記ディスクの透過部及び所定のレンズ系から形成される非共焦点光学系と、
前記ディスクのニポウディスク部及び所定のレンズ系から形成される共焦点光学系と、
前記白色光源により照明された前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して受光して前記被検物の画像を取得する撮像手段とを備え、
前記撮像手段により取得される前記被検物の画像は、前記ディスクの回転により前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された画像であることを特徴とする測定顕微鏡。 A white light source,
It consists of a transmission part that allows light to freely pass through and a Niipou disk part on which a plurality of small holes are formed and a filter that transmits only light of a predetermined color is formed. A rotating disc,
A non-confocal optical system formed from a transmission part of the disk and a predetermined lens system;
A confocal optical system formed from a Nipkow disk portion of the disk and a predetermined lens system;
An imaging means for receiving the return light from the object illuminated by the white light source via the non-confocal optical system or the confocal optical system and acquiring an image of the object;
The image of the test object acquired by the imaging means includes a bright-field image of the test object obtained by transmitting the return light through the non-confocal optical system by the rotation of the disk, and the confocal optics. A measurement microscope, wherein the measurement microscope is an image on which a confocal image of the test object obtained by passing through a system is superimposed.
所定の色の光を出射する第2の光源と、
光が自由に透過可能な透過部及び複数の小孔が形成されたニポウディスク部からなり、回転軸を中心に所定の回転速度で回転する第1のディスクと、
前記白色光源と前記第1のディスクとの間に設けられ、前記第1のディスクと同一形状を有し、前記第1のディスクと同期回転する第2のディスクと、
前記白色光源からの照明光を、前記第2のディスクを透過させ、前記第1のディスクの透過部から所定のレンズ系を介して被検物に照射する非共焦点光学系とともに、前記第2の光源からの照明光を、前記第2のディスクで反射させ、前記第1のディスクのニポウディスク部から前記所定のレンズ系を介して被検物に照射する共焦点光学系とからなる光学系と、
前記被検物からの戻り光を、前記非共焦点光学系又は前記共焦点光学系を介して受光して前記被検物の画像を取得する撮像手段とを備え、
前記撮像手段により取得される前記被検物の画像は、前記戻り光が前記非共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の明視野像と、前記共焦点光学系を透過して得られる前記被検物の共焦点像とが重畳された画像であることを特徴とする測定顕微鏡。 A white light source,
A second light source that emits light of a predetermined color;
A first disk that consists of a transmission part through which light can freely pass and a nipou disk part in which a plurality of small holes are formed, and that rotates at a predetermined rotational speed about a rotation axis;
A second disk provided between the white light source and the first disk, having the same shape as the first disk, and rotating synchronously with the first disk;
Along with the non-confocal optical system that transmits the illumination light from the white light source through the second disk and irradiates the test object from the transmission part of the first disk through a predetermined lens system. An optical system comprising a confocal optical system that reflects illumination light from the light source of the first light source on the second disk and irradiates the object to be inspected from the Nipou disk portion of the first disk via the predetermined lens system; ,
An imaging means for receiving return light from the test object via the non-confocal optical system or the confocal optical system and acquiring an image of the test object;
The image of the test object acquired by the imaging means is transmitted through the confocal optical system and a bright field image of the test object obtained by transmitting the return light through the non-confocal optical system. A measurement microscope, wherein the obtained confocal image of the test object is an superimposed image.
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