JP2007065077A

JP2007065077A - 顕微鏡

Info

Publication number: JP2007065077A
Application number: JP2005248107A
Authority: JP
Inventors: Akira Takahashi; 顕高橋; Hitoshi Usami; 仁宇佐美
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】照明装置からの照明光が外乱光としてオートフォーカス信号に悪影響を及ぼすことなく、正確にオートフォーカスを行うことができる顕微鏡を提供する。
【解決手段】被検物５に対して照明光を照射する照明光源１１と、被検物５に対して自動合焦を行うための補助光を照射する補助光源１５を備えたオートフォーカス装置４と、を有し、照明光源１１の照明光及び補助光源１５の補助光は、被検物５に対して間欠的に照射されかつ常に単独で照射されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡に関する。

従来、顕微鏡には、被検物を照明するために落射照明装置や透過照明装置が備えられ、斯かる照明装置の光源には、ハロゲンランプ等の直流的に発光する光源が用いられている。またこのような顕微鏡には、被検物に対して半導体レーザや発光ダイオード等の光をオートフォーカス補助光として照射し、当該被検物からの反射光を検出することで合焦位置を検出して自動的に合焦を行うオートフォーカス装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平１１−２６４９２８号公報

しかしながら、上述のようなオートフォーカス装置を備えた顕微鏡では、被検物で反射されたオートフォーカス補助光を検出する際に、照明装置からの照明光が外乱光としてオートフォーカス補助光とともに検出されてしまう。このため、オートフォーカス信号のＳ／Ｎ比が悪化し、合焦精度が低下してしまうという問題がある。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、照明装置からの照明光が外乱光としてオートフォーカス信号に悪影響を及ぼすことなく、正確にオートフォーカスを行うことができる顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
被検物に対して照明光を照射する照明光源と、
前記被検物に対して自動合焦を行うための補助光を照射する補助光源を備えたオートフォーカス装置と、を有し、
前記照明光源の照明光及び前記補助光源の補助光は、前記被検物に対して間欠的に照射されかつ常に単独で照射されることを特徴とする顕微鏡を提供する。

また、本発明の顕微鏡は、
前記照明光源の照明光及び前記補助光源の補助光の前記被検物に対する照射は、前記照明光源及び前記補助光源をそれぞれパルス発光させて行われることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、
前記照明光源として、白色発光ダイオードを有することが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、
前記補助光源として、半導体レーザを有することが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、
前記補助光源として、発光ダイオードを有することが望ましい。

本発明によれば、照明装置からの照明光が外乱光としてオートフォーカス信号に悪影響を及ぼすことなく、正確にオートフォーカスを行うことができる顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る顕微鏡を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。
本実施形態に係る顕微鏡１は、図１に示すように、顕微鏡本体２と、透過照明装置３と、オートフォーカス装置４とからなる。
顕微鏡本体２は、被検物５を載置するステージ６を備えており、該ステージ６の上方には、レンズ７と、ハーフミラー８と、レンズ９と、ＣＣＤカメラ１０とを順に備えている。なお、ステージ６は、駆動部６ａを介して図中上下方向へ移動可能である。なお、本顕微鏡１では、被検物５として機械部品、ウエハ、ＩＣパッケージ、生体標本等を配置することができる。

ステージ６下方に配置されている透過照明装置３は、光源１１とレンズ１２とからなり、本実施形態では光源１１として白色発光ダイオードを備えている。
オートフォーカス装置４は、顕微鏡本体２におけるハーフミラー８の反射光路上に配置されたオートフォーカス用瞳分割ミラー１２と、遮光部材１３と、レンズ１４と、オートフォーカス補助光源１５とを順に備えており、さらに、オートフォーカス用瞳分割ミラー１２の反射光路上には、オートフォーカス用受光レンズ１６と、ナイフエッジ１７と、オートフォーカス用受光素子１８とを順に備えている。本実施形態では、オートフォーカス補助光源１５としてレーザダイオードが備えられており、オートフォーカス用受光素子１８として２分割フォトダイオードが備えられている。また、ナイフエッジ１７は、駆動部１７ａを介して光軸に対して垂直な方向へ移動可能である。

以上の構成の下、本実施形態に係る顕微鏡１は、透過照明装置３の光源１１から射出された光は、レンズ１２を介してステージ６に載置された被検物５を照明し、この被検物５からの光は、レンズ７、ハーフミラー８、レンズ９を順に介してＣＣＤカメラ１０へ導かれることで、ＣＣＤカメラ１０において被検物５を撮像することができる。

また、本実施形態におけるオートフォーカス装置４は、公知のナイフ・エッジ法によってオートフォーカスを行う装置であって、オートフォーカス補助光源１５から射出された光は、レンズ１４を透過した後、遮光部材１３によってその一部が遮光される。そして、遮光部材１３によって遮光されることなく進行した光は、オートフォーカス用瞳分割ミラー１２、ハーフミラー８、レンズ７を順に介して、被検物５へ導かれる。そしてこの被検物５からの反射光は、再びレンズ７、ハーフミラー８を介し、さらにオートフォーカス用瞳分割ミラー１２によって反射されて、オートフォーカス用受光レンズ１６を介してオートフォーカス用受光素子１８へ入射する。

このようにして被検物５からの反射光を受光したオートフォーカス用受光素子１８は、前記反射光の光量情報をオートフォーカス信号として不図示の制御部へ出力する。そしてこの制御部は、このオートフォーカス信号に基づき駆動部６ａを介してステージ６を上下動させ、これによりレンズ７の焦点位置に被検物５が配置されて合焦が達成される。

次に、本実施形態に係る顕微鏡１の最も特徴的な構成について詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る顕微鏡１における各光源の発光の様子を示すタイムチャートを示す図であり、図３は、不図示の制御部による各光源への発光指令信号を示す図である。
本実施形態において、透過照明装置３における光源１１は、上述した不図示の制御部によって制御され、図２（ａ）に示すように一定の周期で点灯（ＯＮ）と消灯（ＯＦＦ）とを繰り返すように構成されている（以下、「パルス発光」という。）。そしてこれに伴い、ＣＣＤカメラ１０は不図示の制御部によって制御され、光源１１に同期してその点灯時に撮像を行うように構成されている。なお、詳しくは本実施形態において光源１１のパルス発光は、図３（ａ）に示す光源１１を発光させるためのパルス状の発光指令信号が制御部から光源１１へ入力されることで行われる。また、光源１１のパルス発光は、具体的には１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の周期で行うことが好ましい。なお、本実施形態において光源１１として採用されている白色発光ダイオードは、パルス発光を高周波数で行うことができるという利点がある。

そして本実施形態において、オートフォーカス装置４におけるオートフォーカス補助光源１５は、上述の制御部によって制御され、図２（ｂ）に示すように光源１１の消灯時に点灯するパルス発光を行うように構成されている。そしてこれに伴い、オートフォーカス用受光素子１８は制御部によって制御され、被検物５で反射されたオートフォーカス補助光の検出を、オートフォーカス補助光源１５に同期してその点灯時に行うように構成されている。

なお、詳しくは本実施形態においてオートフォーカス補助光源１５のパルス発光は、上述した光源１１のパルス発光と同様に、オートフォーカス補助光源１５を発光させるためのパルス状の発光指令信号が制御部から当該補助光源１５へ入力されることで行われる。ここで、上述した光源１１のパルス発光は図３（ｂ）にその光強度を示すように、制御部からの発光指令信号がＯＦＦ状態になった後、光源１１の光強度がゼロになる（消灯）まで、遅れが生じてしまう。このため、制御部は、図３（ｃ）に示すようにオートフォーカス補助光源１５の発光指令信号を、光源１１の光強度がゼロとなるタイミングで当該補助光源１５へ入力するように設定されている。

以上の構成により、透過照明装置３の光源１１が消灯している間に、オートフォーカス装置４におけるオートフォーカス補助光源１５を発光させ、被検物５で反射されたオートフォーカス補助光の検出を行うことができる。したがって、オートフォーカス用受光素子１８によってオートフォーカス補助光の検出を行う際に、透過照明装置３からの照明光が外乱光としてオートフォーカス補助光とともに検出されてしまうことがない。このため、オートフォーカス用受光素子１８は、Ｓ／Ｎ比の高いオートフォーカス信号を制御部へ出力することができ、これにより高精度なオートフォーカスを実現することができる。

なお、上述のように本実施形態では、オートフォーカス補助光源１５としてレーザダイオードが用いられているが、オートフォーカス補助光源１５はこれに限られず、半導体レーザや発光ダイオード等を用いることもできる。半導体レーザはパルス発光しやすく、照明光のスポットを小さくできるという利点があり、発光ダイオードは被検面の所定の範囲に対して平均的な合焦を行う場合に有利である。
また、本実施形態として透過照明装置３を備えた顕微鏡を示したが、本発明はこれに限られず例えば落射照明装置等の他の照明装置を備えた顕微鏡においても同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡１は、透過照明装置３の光源１１とオートフォーカス装置４の光源１５のパルス発光は、上述のように不図示の制御部からの発光指令信号に基づいて行われているが、本発明はこれに限られず、光路中に例えば機械式シャッタや電気的光学素子等を配置し、これらを用いてパルス発光を達成する構成とすることもできる。さらには、照明装置３の光源１１及びオートフォーカス装置４の光源１５のかわりに、共通の光源を１つ配置し、この共通の光源からの光路を２経路に分割しそれぞれの経路を機械式シャッタでＯＮ／ＯＦＦ制御する構成とすることも可能である。

以上、本実施形態によれば、照明装置からの照明光が外乱光としてオートフォーカス信号に悪影響を及ぼすことなく、正確にオートフォーカスを行うことができる顕微鏡を実現することができる。なお、本発明の一実施形態として顕微鏡を示しているが、本発明はこれに限られず、半導体検査装置や投影機等にも適用することができる。

本発明の実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る顕微鏡における各光源の発光の様子を示すタイムチャートを示す図である（（ａ）は照明装置の光源、（ｂ）はオートフォーカス補助光源をそれぞれ示す。）。本発明の実施形態に係る顕微鏡における不図示の制御部による各光源への発光指令信号を示す図である（（ａ）は照明装置の光源への発光指令信号、（ｂ）は照明装置の光源の光強度を示す図２（ａ）の拡大図、（ｃ）はオートフォーカス補助光源への発光指令信号をそれぞれ示す。）。

符号の説明

１顕微鏡
２顕微鏡本体
３透過照明装置
４オートフォーカス装置
６ステージ
１０ＣＣＤカメラ
１１透過照明装置の光源
１５オートフォーカス補助光源

Claims

被検物に対して照明光を照射する照明光源と、
前記被検物に対して自動合焦を行うための補助光を照射する補助光源を備えたオートフォーカス装置と、を有し、
前記照明光源の照明光及び前記補助光源の補助光は、前記被検物に対して間欠的に照射されかつ常に単独で照射されることを特徴とする顕微鏡。
前記照明光源の照明光及び前記補助光源の補助光の前記被検物に対する照射は、前記照明光源及び前記補助光源をそれぞれパルス発光させて行われることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記照明光源として、白色発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡。
前記補助光源として、半導体レーザを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
前記補助光源として、発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡。