JP2007225789A

JP2007225789A - 測定顕微鏡

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Publication number: JP2007225789A
Application number: JP2006045453A
Authority: JP
Inventors: Yukinaga Shimomichi; 幸永下道
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】被測定物の色に関係なく合焦検出を再現性良く行える測定顕微鏡を提供する。
【解決手段】測定顕微鏡１００は、被測定物１０１を水平移動させるステージ１０２と、鏡筒部１０３と、鏡筒部１０３を上下移動させる上下動機構１０４と、鏡筒部１０３の位置を検出する位置検出部１０５とを有している。鏡筒部１０３は観察光学系１１０と落射照明光学系１２０と指標投影光学系１３０を有している。観察光学系１１０は対物レンズ１１１と結像レンズ１１２と焦点板１１３と接眼レンズ１１４とを有し、落射照明光学系１２０は照明光源１２１と照明用レンズ１２２と照明用ハーフミラー１２３とを有している。指標投影光学系１３０は、複数色の光を発する光源部１３１とコリメートレンズ１３３とスプリットプリズム１３４とリレーレンズ１３６と結像レンズ１３８とハーフミラー１３９とを有し、スプリットプリズム１３４は指標の領域のみ光を透過する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定顕微鏡に関する。

被測定物の測定面の段差を測定する装置の一つとして測定顕微鏡が知られている。測定顕微鏡の従来例の概略構成を図８に示す。この測定顕微鏡は、被測定物１を観察する観察光学系１０を有している。観察光学系１０は、被測定物１に対向する対物レンズ１１と、対物レンズ１１と共に結像光学系を構成する結像レンズ１２と、対物レンズ１１と結像レンズ１２からなる結像光学系による結像位置に配置された焦点板１３と、焦点板１３に結像される像を目視観察するための接眼レンズ１４とから構成されている。

測定顕微鏡はさらに、対物レンズ１１を介して被測定物１を照明する照明光学系３０を有している。照明光学系３０は、光源３１と、照明用レンズ３３と、リレーレンズ３６と、スプリットプリズム３４と、結像レンズ３８と、ハーフミラー３９とから構成されている。ハーフミラー３９は結像レンズ１２と対物レンズ１１の間に位置し、結像レンズ３８から入射する光を対物レンズ１１に方向付ける。

観察光学系１０と照明光学系３０は、図示しない上下動機構の架台に設置されており、上下動機構によって光軸方向に移動されることにより、対物レンズ１１と測定面１ａまたは１ｂの相対位置を調整することにより合焦が行われる。

スプリットプリズム３４は二枚の半円形くさび型プリズム３４ａと３４ｂで構成されている。二つのプリズム３４ａと３４ｂは左右（上下）に隣接して位置し、互いに逆方向に傾斜している。またプリズム３４ａと３４ｂは、図９に示されるように、それぞれ指標３４ａａと３４ｂｂを有している。二つの指標３４ａａと３４ｂｂは、プリズム３４ａと３４ｂの境界を基準にして線対称な形状を有している。

光源３１から発せられた照明光は、照明用レンズ３３、リレーレンズ３６を通過したのち、スプリットプリズム３４に入射し、指標３４ａａと３４ｂｂの領域に入射した一部を除いてスプリットプリズム３４を透過する。スプリットプリズム３４を透過した照明光はそれぞれ二本のビームとなり、光軸に対して逆方向に同じ角度で偏向される。その後、二本のビームは、結像レンズ３８とハーフミラー３９を経たのち、対物レンズ１１によって被測定物１の測定面１ａまたは１ｂに照射される。その結果、指標３４ａａと３４ｂｂの像が被測定物１の測定面１ａまたは１ｂに投影される。被測定物１の測定面１ａまたは１ｂに投影された指標３４ａａと３４ｂｂの像は、対物レンズ１１と結像レンズ１２と焦点板１３と接眼レンズ１４とからなる観察光学系１０によって目視確認される。

被測定物１の測定面１ａまたは１ｂが合焦位置に位置している状態では、図１０に示されるように、指標像４１ａａと４１ｂｂは、中央に上下（左右）ずれなく投影される。一方、合焦位置から少しはずれている状態では、図１１に示されるように、指標像４１ａａと４１ｂｂは、上下（左右）に少しずれて投影される。合焦位置からさらに大きくずれている状態では、指標像４１ａａと４１ｂｂは更に大きくずれてぼやける。

図８の測定顕微鏡において、測定面１ａと測定面１ｂの段差Ｈを測定する場合、接眼レンズ１４を介して目視観察しながら、測定面１ａに対して、接眼レンズ１４の視野内に見える指標像４１ａａと４１ｂｂが上下（左右）ずれなく投影されるように上下動機構により対物レンズ１１と測定面１ａの間の距離を調整し、そのときの対物レンズ１１の位置をスケールなどの位置検出手段によって読み取る。測定面１ｂに対しても同様な操作を行い、そのとき対物レンズ１１の位置を位置検出手段によって読み取る。これら二つの読み取り結果の差から段差Ｈが求められる。従って、被測定物の測定面の段差を再現性良く測定するには、測定面に対する合焦検出を再現性良く行える必要がある。
特許第３５５０５８０号明細書英国特許第２０７６１７６号明細書

上述した測定顕微鏡では、照明光学系３０は、指標３４ａａと３４ｂｂを投影する光学系と、測定面１ａまたは１ｂを照明する光学系とを兼ねている。合焦検出は、測定面１ａまたは１ｂに投影された指標像４１ａａと４１ｂｂの上下（左右）を合わせることによって行われる。このため、被測定物の色によっては、投影された指標像４１ａａと４１ｂｂが見えにくく、合焦検出を再現性良く行うことがむずかしい場合がある。

また、指標のコントラストを上げるために照明光の色を変更すると、観察像が実際の被測定物の色と違うために測定しにくくなる。たとえば、一般的に緑色は比視感度が高いため、指標を投影する色は緑色が好ましい。しかし、電気配線用の基板は一般的に緑色であるため、この基板に対して、照明光を緑色にした場合、被測定物と同色となるので、被測定物自体が見えにくくなり、指標のコントラストも悪くなり、合焦検出の再現性が悪くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、被測定物の色に関係なく、合焦検出を再現性良く行える測定顕微鏡を提供することである。

本発明による測定顕微鏡は、対物レンズと、前記対物レンズを介して被測定物の測定面に合焦検出用の指標を投影する指標投影光学系と、前記指標投影光学系と前記被測定物の測定面との相対位置を調整する機構とを備え、前記指標投影光学系は、複数色の光を発する光源部を有している。

本発明によれば、被測定物の色に関係なく、合焦検出を再現性良く行える測定顕微鏡を提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を図１に示す。

図１に示されるように、本実施形態の測定顕微鏡１００は、被測定物１０１を水平移動させるステージ１０２と、光学系を内蔵した鏡筒部１０３と、鏡筒部１０３を上下移動させる上下動機構１０４と、鏡筒部１０３の上下方向の位置を検出するスケールなどの位置検出部１０５とを有している。

鏡筒部１０３は、被測定物１０１を観察する観察光学系１１０を有している。観察光学系１１０は、被測定物１０１に対向する対物レンズ１１１と、対物レンズ１１１と共に結像光学系を構成する結像レンズ１１２と、対物レンズ１１１と結像レンズ１１２からなる結像光学系による結像位置に配置された焦点板１１３と、焦点板１１３に結像される像を目視観察するための接眼レンズ１１４とから構成されている。

鏡筒部１０３はさらに、対物レンズ１１１を介して被測定物１０１を照明する落射照明光学系１２０を有している。落射照明光学系１２０は、照明光を発する照明光源１２１と、照明用レンズ１２２と、照明用ハーフミラー１２３とから構成されている。照明用ハーフミラー１２３は結像レンズ１１２と対物レンズ１１１の間に位置し、照明用レンズ１２２から入射する光を対物レンズ１１１に方向付ける。

鏡筒部１０３はさらに、対物レンズ１１１を介して被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに合焦検出用の指標を投影する落射型の指標投影光学系１３０を有している。指標投影光学系１３０は、複数色の光を発する光源部１３１と、コリメートレンズ１３３と、リレーレンズ１３６と、スプリットプリズム１３４と、結像レンズ１３８と、ハーフミラー１３９とから構成されている。ハーフミラー１３９は結像レンズ１１２と照明用ハーフミラー１２３の間に位置し、結像レンズ１３８から入射する光を対物レンズ１１１に方向付ける。

複数色の光を発する光源部１３１は、たとえば、異なる色の光を発する複数色のＬＥＤを備えたＬＥＤ光源１３２で構成される。ＬＥＤ光源１３２は、たとえば、ＲＧＢ色で発光するＬＥＤを有し、ＲＧＢ色のいずれかの光を選択的に発したり、ＲＧＢ色の発光強度を独立に調整することにより様々な色の光を作り出したりできる。もちろん白色光を作り出すことも可能である。また、ここではＬＥＤ光源１３２がＲＧＢの三色のＬＥＤを有している例を述べたが、ＬＥＤ光源１３２は二色のＬＥＤを有しているものや、四色以上のＬＥＤを有しているものであってもよい。

スプリットプリズム１３４は二枚の半円形くさび型プリズム１３４ａと１３４ｂで構成されている。二つのプリズム１３４ａと１３４ｂは左右（上下）に隣接して位置し、互いに逆方向に傾斜している。またプリズム１３４ａと１３４ｂは、図２に示されるように、それぞれ指標１３４ａａと１３４ｂｂを有している。二つの指標１３４ａａと１３４ｂｂはプリズム１３４ａと１３４ｂの境界を基準にして線対称な形状を有し、所定のパターンを形成している。指標１３４ａａと１３４ｂｂは、プリズム１３４ａと１３４ｂの表面に設けられた遮光膜に選択的に形成された透過領域で構成されている。従って、スプリットプリズム１３４は指標１３４ａａと１３４ｂｂの領域のみ光を透過し、それ以外の領域では光を遮断する。

図１の測定顕微鏡１００において、落射照明光学系１２０の照明光源１２１から発せられた照明光は、照明用レンズ１２２と照明用ハーフミラー１２３と対物レンズ１１１を経て、被測定物１０１の測定面１０１ａと１０１ｂを照明する。照明光源１２１から発せられる照明光は、観察に適した光量に調整される。

また、光源部１３１から発せられた光は、コリメートレンズ１３３、リレーレンズ１３６を通過し、スプリットプリズム１３４に入射する。スプリットプリズム１３４に入射した光は、指標１３４ａａと１３４ｂｂの領域に入射した一部だけがスプリットプリズム１３４を透過し、残りはスプリットプリズム１３４で遮断される。指標１３４ａａと１３４ｂｂを透過した光はそれぞれ指標１３４ａａと１３４ｂｂの形状を反映した断面形状の二本のビームとなる。これら二本のビームはそれぞれ二つのプリズム１３４ａと１３４ｂによって光軸に対して逆方向に同じ角度で偏向され、結像レンズ１３８を通過し、ハーフミラー１３９で反射され、照明用ハーフミラー１２３を透過し、対物レンズ１１１によって集光され、被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに照射される。

スプリットプリズム１３４は、リレーレンズ１３６と結像レンズ１３８の間に形成される対物レンズ１１１の後ろ側焦点に共役な位置に配置されている。そのため指標１３４ａａと１３４ｂｂからの光は、結像レンズ１３８と対物レンズ１１１によってリレーされ、被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに結像される。その結果、指標１３４ａａと１３４ｂｂの像が被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに投影される。

被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに投影された指標１３４ａａと１３４ｂｂの像は、対物レンズ１１１と結像レンズ１１２と焦点板１１３と接眼レンズ１１４とからなる観察光学系１１０によって目視確認される。

光源部１３１から発せられる光は、被測定物１０１の測定面１０１ａと１０１ｂの色と照明光源１２１から発せられる光とに対して、好適な光量と好適な色に調整される。ここで好適な色とは、照明光源１２１から発せられる光とは異なる色であり、しかも目視により認識しやすい色である。すなわち、指標投影光学系１３０は、落射照明光学系１２０の照明光とは異なる色の光で指標１３４ａａと１３４ｂｂを被測定物１０１に投影する。また好適な光量とは、被測定物１０１の測定面１０１ａと１０１ｂの像と指標１３４ａａと１３４ｂｂの像の識別を容易にするに十分なコントラストを与える光量である。これにより、使用者は、被測定物１０１の測定面１０１ａと１０１ｂに投影される指標１３４ａａと１３４ｂｂの像を容易に認識し得る。

被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂが合焦位置に位置している状態では、図３に示されるように、指標像１４１ａａと１４１ｂｂは、中央に上下（左右）ずれなく投影される。一方、被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂが合焦位置から少しはずれている状態では、図４に示されるように、指標像１４１ａａと１４１ｂｂは、上下（左右）に少しずれて投影される。合焦位置からさらに大きくずれている状態では、指標像１４１ａａと１４１ｂｂは更に大きくずれてぼやける。

測定面１０１ａと測定面１０１ｂの段差Ｈを測定する場合、接眼レンズ１１４を介して焦点板１１３を目視観察しながら、たとえば、まず、測定面１０１ａに対して照明光源１２１の光量を調整し、さらに光源部１３１の光を認識しやすい色に調整する。さらに、接眼レンズ１１４の視野内に見える指標像１４１ａａと１４１ｂｂが上下（左右）ずれなく投影されるように上下動機構１０４により調整し、そのときの鏡筒部１０３の位置を位置検出部１０５によって読み取る。また、測定面１０１ｂに対しても同様な操作を行ったのち、鏡筒部１０３の位置を位置検出部１０５によって読み取る。これら二つの読み取り結果の差から段差Ｈが求められる。

本実施形態の測定顕微鏡１００によれば、指標投影光学系１３０の光源部１３１から発せられる光の色を、被測定物１０１の色に応じて認識しやすい色に設定できる。これにより、様々な被測定物に対して合焦検出を再現性良く行えるようになる。

＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を図５に示す。図５において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図５に示されるように、本実施形態の測定顕微鏡２００は、第一実施形態の測定顕微鏡１００の指標投影光学系１３０に代えて、指標投影光学系２３０を有している。指標投影光学系２３０は、第一実施形態の指標投影光学系１３０の光源部１３１に代えて、複数色の光を発する光源部２３１を有している。

光源部２３１は、一つの白色光源２３２と、回転板２３３と、回転板２３３を回転可能に保持しているモーター２３４とから構成されている。回転板２３３は、図６に示されるように、赤フィルター２３３ｒと緑フィルター２３３ｇと青フィルター２３３ｂと開口２３３ｗとを有し、これらは、回転板２３３の回転中心に対して同心の円周上にたとえば等間隔で配置されている。モーター２３４により回転板２３３の回転角度を調整することにより、赤フィルター２３３ｒと緑フィルター２３３ｇと青フィルター２３３ｂと開口２３３ｗの一つが指標投影光学系２３０の光軸上に配置されうる。つまり、回転板２３３とモーター２３４は、複数の色フィルター２３３ｒと２３３ｇと２３３ｂの一つを選択的に光路上に配置する機構を構成している。

赤フィルター２３３ｒが光軸上に配置された場合、指標投影光学系２３０は被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに指標１３４ａａと１３４ｂｂを赤色光で投影する。また、緑フィルター２３３ｇが光軸上に配置された場合には緑色光で、青フィルター２３３ｂが光軸上に配置された場合には青色光で指標１３４ａａと１３４ｂｂを投影する。さらに、開口２３３ｗが光軸上に配置された場合には、白色光で指標１３４ａａと１３４ｂｂを投影する。

本実施形態の測定顕微鏡２００においても、指標投影光学系２３０の光源部２３１から発せられる光の色を、被測定物１０１の色に応じて認識しやすい色に設定できる。これにより、様々な被測定物に対して合焦検出を再現性良く行えるようになる。

＜第三実施形態＞
本発明の第三実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を図７に示す。図７において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図７に示されるように、本実施形態の測定顕微鏡３００は、第一実施形態の測定顕微鏡１００の指標投影光学系１３０に代えて、指標投影光学系３３０を有している。指標投影光学系３３０は、第一実施形態の指標投影光学系１３０の光源部１３１に代えて、複数色の光を発する光源部３３１を有している。

光源部３３１は、青色ＬＥＤ３３２ｂと緑色ＬＥＤ３３２ｇと赤色ＬＥＤ３３２ｒとハーフミラー３３３とハーフミラー３３４とから構成されている。ハーフミラー３３３は、青色ＬＥＤ３３２ｂから発せられる青色光の光路と、緑色ＬＥＤ３３２ｇから発せられる緑色光の光路とを合成する。またハーフミラー３３３は、赤色ＬＥＤ３３２ｒから発せられる赤色光の光路と、ハーフミラー３３３によって合成された光路とを合成する。青色ＬＥＤ３３２ｂと緑色ＬＥＤ３３２ｇと赤色ＬＥＤ３３２ｒはそれぞれ独立に光の強度を変更可能である。

青色ＬＥＤ３３２ｂと緑色ＬＥＤ３３２ｇと赤色ＬＥＤ３３２ｒのいずれか一つが選択的に発光された場合、指標投影光学系３３０は被測定物１０１の測定面１０１ａまたは１０１ｂに指標１３４ａａと１３４ｂｂを青色光と緑色光と赤色光のいずれかで投影する。また青色ＬＥＤ３３２ｂと緑色ＬＥＤ３３２ｇと赤色ＬＥＤ３３２ｒから発せられる光の強度を独立に調整することにより、指標投影光学系３３０は様々な色の光で指標１３４ａａと１３４ｂｂを投影しうる。

本実施形態の測定顕微鏡３００においても、指標投影光学系３３０の光源部３３１から発せられる光の色を、被測定物１０１の色に応じて認識しやすい色に設定できる。これにより、様々な被測定物に対して合焦検出を再現性良く行えるようになる。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

たとえば、複数色の光を発する光源部は、交換可能に装着される光源ユニットを含んでいて、この光源部に装着される光源ユニットが、異なる色の光を発する複数の光源ユニットの間で交換される構成であってもよい。

本発明の第一実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を示している。図１に示されたスプリットプリズムを光軸に沿って見た平面図である。図１の測定顕微鏡において被測定物の測定面が合焦位置に位置している状態において測定面に投影される指標像を示している。図１の測定顕微鏡において被測定物の測定面が合焦位置から少しはずれている状態において測定面に投影される指標像を示している。本発明の第二実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を示している。図１に示された回転板を光軸に沿って見た平面図である。本発明の第三実施形態の測定顕微鏡の概略的構成を示している。測定顕微鏡の従来例の概略構成を示している。図８に示されたスプリットプリズムを光軸に沿って見た平面図である。図８の測定顕微鏡において被測定物の測定面が合焦位置に位置している状態において測定面に投影される指標像を示している。図８の測定顕微鏡において被測定物の測定面が合焦位置から少しはずれている状態において測定面に投影される指標像を示している。

符号の説明

１…被測定物、１ａ…測定面、１ｂ…測定面、１０…観察光学系、１１…対物レンズ、１２…結像レンズ、１３…焦点板、１４…接眼レンズ、３０…照明光学系、３１…光源、３３…照明用レンズ、３４…スプリットプリズム、３４ａ…プリズム、３４ａａ…指標、３４ｂ…プリズム、３４ｂｂ…指標、３６…リレーレンズ、３８…結像レンズ、３９…ハーフミラー、４１ａａ…指標像、４１ｂｂ…指標像、１００…測定顕微鏡、１０１…被測定物、１０１ａ…測定面、１０１ｂ…測定面、１０２…ステージ、１０３…鏡筒部、１０４…上下動機構、１０５…位置検出部、１１０…観察光学系、１１１…対物レンズ、１１２…結像レンズ、１１３…焦点板、１１４…接眼レンズ、１２０…落射照明光学系、１２１…照明光源、１２２…照明用レンズ、１２３…照明用ハーフミラー、１３０…指標投影光学系、１３１…光源部、１３２…ＬＥＤ光源、１３３…コリメートレンズ、１３４…スプリットプリズム、１３４ａ…プリズム、１３４ａａ…指標、１３４ｂ…プリズム、１３４ｂｂ…指標、１３６…リレーレンズ、１３８…結像レンズ、１３９…ハーフミラー、１４１ａａ…指標像、１４１ｂｂ…指標像、２００…測定顕微鏡、２３０…指標投影光学系、２３１…光源部、２３２…白色光源、２３３…回転板、２３３ｂ…青フィルター、２３３ｇ…緑フィルター、２３３ｒ…赤フィルター、２３３ｗ…開口、２３４…モーター、３００…測定顕微鏡、３３０…指標投影光学系、３３１…光源部、３３２ｂ…青色ＬＥＤ、３３２ｇ…緑色ＬＥＤ、３３２ｒ…赤色ＬＥＤ、３３３…ハーフミラー、３３４…ハーフミラー。

Claims

対物レンズと、
前記対物レンズを介して被測定物の測定面に合焦検出用の指標を投影する指標投影光学系と、
前記指標投影光学系と前記被測定物の測定面との相対位置を調整する機構とを備え、
前記指標投影光学系は、複数色の光を発する光源部を有している、測定顕微鏡。
前記光源部は、異なる色の光を発する複数の光源を有している、請求項１に記載の測定顕微鏡。
前記複数の光源のうちの一つが選択的に発光される、請求項２に記載の測定顕微鏡。
前記複数の光源から発せられる光の強度が独立に調整される、請求項２に記載の測定顕微鏡。
前記光源部は、一つの光源と、複数の色フィルターと、前記複数の色フィルターの一つを選択的に光路上に配置する機構とを有している、請求項１に記載の測定顕微鏡。
前記光源部は、交換可能に装着される光源ユニットを含み、前記光源部に装着される光源ユニットは、異なる色の光を発する複数の光源ユニットの間で交換される、請求項１に記載の測定顕微鏡。
前記被測定物を照明する落射照明光学系をさらに備えている、請求項１に記載の測定顕微鏡。
前記指標投影光学系は、前記落射照明光学系の照明光とは異なる色の光で前記指標を投影する、請求項７に記載の測定顕微鏡。