JP2008268387A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

共焦点顕微鏡 Download PDF

Info

Publication number
JP2008268387A
JP2008268387A JP2007108771A JP2007108771A JP2008268387A JP 2008268387 A JP2008268387 A JP 2008268387A JP 2007108771 A JP2007108771 A JP 2007108771A JP 2007108771 A JP2007108771 A JP 2007108771A JP 2008268387 A JP2008268387 A JP 2008268387A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
sample
wavelength
lens
slit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007108771A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Koga
和典 古賀
Original Assignee
Nidec Tosok Corp
日本電産トーソク株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Tosok Corp, 日本電産トーソク株式会社 filed Critical Nidec Tosok Corp
Priority to JP2007108771A priority Critical patent/JP2008268387A/ja
Publication of JP2008268387A publication Critical patent/JP2008268387A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

【課題】測定時間を短縮することができる共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源22の光からライン状の輝線を取り出し、輝線から放射された白色光を、色収差発生レンズ34で連続した波長成分に色分散した後、対物レンズ36を介してステージ37上の試料21に照射する。色分散されたライン状の輝線は、光軸41上に波長ごとに連続して高さ方向に結像し、試料21の表面のある1つの点に1つの波長の光が焦点を結ぶ。試料21表面に焦点を結んだ波長の光の反射光を、対物レンズ36を介して色収差発生レンズ34で集光した後、スリット52で焦点を結ぶように構成する。スリット52を通過した光を、分光素子62で分光して2次元アレイ光検出器82に結像する。
【選択図】図1

Description

本発明は、被測定物の微小な高さや表面粗さを計測する共焦点顕微鏡に関する。
従来、レーザー光を用いて被測定物の表面形状を把握する顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1)。
この顕微鏡では、レーザー光を対物レンズにより試料上に集光し、その反射光を受光素子に集光するように共焦点光学系を構成し、前記対物レンズと前記試料とをZ方向に相対的に変位させ、受光光量が極大値となるZ方向の位置を測定することで試料表面の高さ位置を求めていた。
特開平8−210819号公報
しかしながら、このような従来の顕微鏡にあっては、試料表面の高さを求めるために、試料と対物レンズとの相対距離をZ方向に一定量変位させ、そのときの受光光量を記憶し、次にまた相対距離を一定量変位させ、前のZ位置での受光光量と比較するという作業を繰返して受光光量が極大値となるZ位置を求めることにより試料の高さを測定していた。
このように、試料と対物レンズとの相対距離をZ軸方向で変位させながらデータを取得する必要があるため、測定に時間がかかるという欠点があった。
また、Z方向の測定精度を上げるためには、繰返してデータ取得する際のZ方向間隔を狭くして分解能を上げる必要がある。この場合、データ取得回数が増大するため、測定時間がさらにかかるという欠点があった。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、測定時間を短縮することができる共焦点顕微鏡を提供することを目的とするものである。
前記課題を解決するために本発明の共焦点顕微鏡にあっては、白色光源と、該白色光源から発する光からライン状の輝線を得る手段と、前記ライン状の輝線の光を色収差発生レンズにより連続した波長成分に色分散し、対物レンズにより試料上に波長ごとのライン状の輝線を光軸上に沿って深度方向に連続して結像し、当該試料からの反射光又は透過光を対物レンズおよび色収差発生レンズにより結像面に結像する手段と、前記結像面にスリットを設け、スリットを通過した光を分光する手段と、分光された光を2次元アレイ光検出器に結像する手段と、を備えている。
すなわち、試料表面のある1点には、所定の波長の光が焦点を結ぶ。前記対物レンズに近い方には、波長の短い青色側の光が、遠い方には波長の長い赤色側の光が焦点を結ぶことになる。
また、前記試料に焦点を結んだ光は反射もしくは透過し、その反射光もしくは透過光は対物レンズと色収差発生レンズによりスリットに結像され、共焦点効果を得た後に分光手段で分光された後、2次元アレイ光検出器に結像される。
このとき、試料表面で焦点を結んだ波長以外の波長成分の光も前記試料で反射、もしくは透過されるが、焦点を結んでいないため対物レンズおよび色収差発生レンズでスリットに集光されスリットを通過する際の光量は非常に少なくなり、焦点を結んだ波長成分の光と分別可能となる。このような共焦点効果により試料上に焦点を結んだ光のみを検出することが可能となる。
例えば、前記試料に凹凸があり、試料上のある点では青色の波長の光が焦点を結び、別のある点では赤色の波長の光が焦点を結んだとすると、それぞれの反射光は対物レンズで補足され、色収差発生レンズでスリットに集光される。このスリットを通過した青色の波長の光と赤色の波長の光とは、コリメータレンズにより平行光となり分光素子に入射する。
そして、この分光素子に入射した青色の波長の光と赤色の波長の光とは、前記分光素子から異なる角度で射出され結像レンズの異なる位置に入射し、2次元アレイ光検出器上の異なる位置に結像される。
このように、分光された光の2次元アレイ光検出器への結像位置は、試料表面のY軸上の高さ位置と相関があり、試料上の1次元線上の高さ情報を一括してリアルタイムに得ることが可能となる。
以上説明したように本発明の共焦点顕微鏡にあっては、被測定物の1次元線上の微小な3次元形状を一括してリアルタイムに測定することが可能となる。
したがって、被測定物と対物レンズとの相対距離をZ方向に変位させながら各Z位置での受光光量を記憶して比較しなければならなかった従来と比較して、測定時間を大幅に短縮することができる。
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。図1は、本実施の形態にかかる共焦点顕微鏡1を示す図であり、該共焦点顕微鏡1は、被測定物の微小な高さや表面粗さを計測する装置である。
この共焦点顕微鏡1は、共焦点光学系11と観察光学系12とを備えている。
まず共焦点光学系11について説明する。
この共焦点光学系11は、被測定物としての試料21表面の高さ情報をリアルタイムに得るためのもので、光源22は、例えばハロゲンランプあるいはキセノンランプ等の白色光源で構成されている。
この光源22からの光は、スリット板31のスリット32を通過するように構成されており、これによりライン状の輝線が取り出される。このライン状の輝線から放射された白色光は、第1のハーフミラー33を介して、色収差発生レンズ34を通過するように構成されており、該色収差発生レンズ34によって連続した波長成分に色分散された後、第2のハーフミラー35により折り曲げられ、対物レンズ36を介してステージ37上の前記試料21に照射されるように構成されている。ここで、前記対物レンズ36は、色収差が無視できるように補正されていることが望ましい。
これにより、色分散されたライン状の輝線は、前記対物レンズ36によって光軸41上に波長ごとに連続して高さ方向に結像され、前記試料21の表面のある1つの点には1つの波長の光が焦点を結ぶ。そして、この試料21の表面に焦点を結んだ波長の光は反射され、再び前記対物レンズ36に向かうように構成されている。
この対物レンズ36を通った光は、前記第2のハーフミラー35で折り曲げられ、前記色収差発生レンズ34で集光された後、前記第1のハーフミラー33で折り曲げられ、結像面51に設けられたスリット52に焦点を結ぶように構成されている。
このとき、前記試料21に焦点を結ばない波長の光も試料21表面で反射され、前記対物レンズ36を通過して前記結像面51の前記スリット52に向かうこととなるが、これらの光は、このスリット52に集光することができない。このため、大部分がスリット52を通過できず、極わずかな光量しか通過することができないので、前記試料21に焦点を結んだ波長成分の光との分別が可能となる。
そして、このスリット52を通過した光は、コリメータレンズ61により平行光とされた後、分光素子62に入射するように構成されている。
図2及び図3には、この分光素子62としてプリズム−グレーティング−プリズムを採用した例が示されている。
このプリズム−グレーティング−プリズムは、2つのプリズム71,72の間にグレーティング73を挟みこんだ構造となっており、入射光はグレーティング73により分光され、設定したある波長の光は直進し、それより短いかあるいは長い波長の光は入射光に対して角度をもって射出されるように構成されている。なお、この分光素子62には、プリズムあるいはグレーティングを単独で用いても良い。
このような分光素子62により分光された光は、結像レンズ81により2次元アレイ光検出器82に結像される。
この2次元アレイ光検出器82としては、CCDエリア撮像素子あるいはCMOSエリア撮像素子を用いることができる。図2に示したように、前記2次元アレイ光検出器82には、前記スリット52を通過した光が帯状に結像され、帯の形状は、前記試料21に結像したライン状の輝線の範囲において当該試料21の高さ形状と相関する。
次に、前記観察光学系12に付いて図1を用いて説明する。
すなわち、この観察光学系12の光源101からの光は、コリメータレンズ102を通過して第3のハーフミラー103で折り曲げられ、前記第2のハーフミラー35を通過した後、前記対物レンズ36を介して前記試料21を照明する。照明された試料21の像は、前記対物レンズ36とチューブレンズ104を介して撮像カメラ105に結像され、当該撮像カメラ105を用いて前記試料21を観察できるように構成されている。
以上の構成にかかる本実施の形態において、前記色収差発生レンズ34によって波長成分に色分散された光は、前記対物レンズ36によって波長ごとに深度方向の異なる位置で結像される。このとき、前記対物レンズ36に近い方には波長の短い青色側の光が、遠い方には波長の長い赤色側の光が焦点を結ぶこととなる。
そして、前記試料21表面に凹凸があり、例えば当該試料21上のある点では青色の波長の光が焦点を結び、別のある点では赤色の波長の光が焦点を結ぶ場合、それぞれの反射光は、前記対物レンズ36で補足され、前記色収差発生レンズ34で結像面51のスリット52に集光される。そして、このスリット52を通過した青色の波長の光と、赤色の波長の光とは、前記コリメータレンズ61により平行光とされた後、前記分光素子62より異なる角度で射出され、前記結像レンズ81を介して、前記2次元アレイ光検出器82上の異なる位置に結像される。
このとき、分光された光の前記2次元アレイ光検出器82への結像位置は、前記試料21表面のY軸上の高さ位置と相関関係にある。このため、前記2次元アレイ光検出器82への結像位置から前記試料21表面の高さ情報をリアルタイムに取得することができる。
このように、前記試料21の1次元線上の微小な3次元形状を一括してリアルタイムに測定することができるため、被測定物と対物レンズとの相対距離をZ方向に変位させながら各Z位置での受光光量を記憶して比較しなければならなかった従来と比較して、測定時間を大幅に短縮することができる。
また、本実施の形態では、前記試料21の載置部が前記ステージ37で構成されている。このため、このステージ37を作動して前記試料21を前記ライン状の輝線と交差する方向に移動しながら計測を行うことにより、その測定範囲を面方向に広げることができる。
さらに、前記対物レンズ36を交換して倍率を変更することより、分解能を変更することもできる。
なお、本実施の形態では、前記試料21から反射した反射光を用いて試料21表面の高さ情報を取得する場合に付いて説明したが、これに限定されるものではなく、前記試料21を透過した透過光によって前記高さ情報を取得しても良い。
本発明の一実施の形態にかかる共焦点顕微鏡の光学系を示す概略構成図である。 同実施の形態にかかる分光光学系部分の概略構成図である。 同実施の形態にかかる分光光学系の原理図である。
符号の説明
1 共焦点顕微鏡
11 共焦点光学系
12 観察光学系
21 試料
22 光源(白色光源)
32 スリット
33 第1のハーフミラー
34 色収差発生レンズ
35 第2のハーフミラー
36 対物レンズ
37 ステージ
52 スリット
61 コリメータレンズ
62 分光素子
81 結像レンズ
82 2次元アレイ光検出器
101 光源
102 コリメータレンズ
103 第3のハーフミラー
104 チューブレンズ
105 撮像カメラ

Claims (1)

  1. 白色光源と、
    該白色光源から発する光からライン状の輝線を得る手段と、
    前記ライン状の輝線の光を色収差発生レンズにより連続した波長成分に色分散し、対物レンズにより試料上に波長ごとのライン状の輝線を光軸上に沿って深度方向に連続して結像し、当該試料からの反射光又は透過光を対物レンズおよび色収差発生レンズにより結像面に結像する手段と、
    前記結像面にスリットを設け、スリットを通過した光を分光する手段と、
    分光された光を2次元アレイ光検出器に結像する手段と、
    を備えたことを特徴とする共焦点顕微鏡。
JP2007108771A 2007-04-18 2007-04-18 共焦点顕微鏡 Pending JP2008268387A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007108771A JP2008268387A (ja) 2007-04-18 2007-04-18 共焦点顕微鏡

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007108771A JP2008268387A (ja) 2007-04-18 2007-04-18 共焦点顕微鏡

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008268387A true JP2008268387A (ja) 2008-11-06

Family

ID=40048007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007108771A Pending JP2008268387A (ja) 2007-04-18 2007-04-18 共焦点顕微鏡

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008268387A (ja)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101881607A (zh) * 2010-06-10 2010-11-10 上海理工大学 一种检测平面误差系统
JP2010271071A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Disco Abrasive Syst Ltd チャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機
JP2011209294A (ja) * 2011-06-20 2011-10-20 Mitsutoyo Corp プローブ顕微鏡
JP2013525838A (ja) * 2010-04-19 2013-06-20 ウィテック ウイッセンシャフトリッヒエ インストルメンテ ウント テヒノロジー ゲーエムベーハー 試料表面を結像する装置
JP2014016358A (ja) * 2009-01-13 2014-01-30 Semiconductor Technologies & Instruments Pte Ltd ウェーハを検査するためのシステム及び方法
US8736839B2 (en) 2010-10-27 2014-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical measuring apparatuses including polarized beam splitters
JP2014145866A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Nikon Corp 焦点維持装置及び顕微鏡
WO2015044035A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Konfokales lichtmikroskop und verfahren zum untersuchen einer probe mit einem konfokalen lichtmikroskop
JP2015200537A (ja) * 2014-04-07 2015-11-12 株式会社ディスコ 凹凸検出装置
JP2016197272A (ja) * 2016-09-02 2016-11-24 株式会社ニコン 焦点維持装置及び顕微鏡
JP2017072583A (ja) * 2015-08-26 2017-04-13 財團法人工業技術研究院Industrial Technology Research Institute 表面測定装置及びその方法
US9835449B2 (en) 2015-08-26 2017-12-05 Industrial Technology Research Institute Surface measuring device and method thereof
US9970754B2 (en) 2015-08-26 2018-05-15 Industrial Technology Research Institute Surface measurement device and method thereof
KR101899711B1 (ko) 2017-02-07 2018-09-17 한국광기술원 색수차 렌즈를 이용한 공초점 영상 구현 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01245215A (en) * 1988-01-27 1989-09-29 Commiss Energ Atom Method for scanning confocal microscopic test for each depth of extension visual field and device therefor
JPH05332733A (ja) * 1992-05-27 1993-12-14 Hitachi Ltd 検出光学系並びに立体形状検出方法
JPH10221607A (ja) * 1997-02-04 1998-08-21 Olympus Optical Co Ltd 共焦点顕微鏡
JP2000512401A (ja) * 1997-03-29 2000-09-19 カール ツアイス イエーナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 共焦点顕微鏡装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01245215A (en) * 1988-01-27 1989-09-29 Commiss Energ Atom Method for scanning confocal microscopic test for each depth of extension visual field and device therefor
JPH05332733A (ja) * 1992-05-27 1993-12-14 Hitachi Ltd 検出光学系並びに立体形状検出方法
JPH10221607A (ja) * 1997-02-04 1998-08-21 Olympus Optical Co Ltd 共焦点顕微鏡
JP2000512401A (ja) * 1997-03-29 2000-09-19 カール ツアイス イエーナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 共焦点顕微鏡装置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014016358A (ja) * 2009-01-13 2014-01-30 Semiconductor Technologies & Instruments Pte Ltd ウェーハを検査するためのシステム及び方法
JP2010271071A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Disco Abrasive Syst Ltd チャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機
JP2013525838A (ja) * 2010-04-19 2013-06-20 ウィテック ウイッセンシャフトリッヒエ インストルメンテ ウント テヒノロジー ゲーエムベーハー 試料表面を結像する装置
CN101881607A (zh) * 2010-06-10 2010-11-10 上海理工大学 一种检测平面误差系统
US8736839B2 (en) 2010-10-27 2014-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical measuring apparatuses including polarized beam splitters
JP2011209294A (ja) * 2011-06-20 2011-10-20 Mitsutoyo Corp プローブ顕微鏡
JP2014145866A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Nikon Corp 焦点維持装置及び顕微鏡
WO2015044035A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Konfokales lichtmikroskop und verfahren zum untersuchen einer probe mit einem konfokalen lichtmikroskop
JP2015200537A (ja) * 2014-04-07 2015-11-12 株式会社ディスコ 凹凸検出装置
JP2017072583A (ja) * 2015-08-26 2017-04-13 財團法人工業技術研究院Industrial Technology Research Institute 表面測定装置及びその方法
US9835449B2 (en) 2015-08-26 2017-12-05 Industrial Technology Research Institute Surface measuring device and method thereof
US9970754B2 (en) 2015-08-26 2018-05-15 Industrial Technology Research Institute Surface measurement device and method thereof
JP2016197272A (ja) * 2016-09-02 2016-11-24 株式会社ニコン 焦点維持装置及び顕微鏡
KR101899711B1 (ko) 2017-02-07 2018-09-17 한국광기술원 색수차 렌즈를 이용한 공초점 영상 구현 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008268387A (ja) 共焦点顕微鏡
US8773757B2 (en) Slit-scan multi-wavelength confocal lens module and slit-scan microscopic system and method using the same
JP5646604B2 (ja) 物体を3次元的に測定するための方法および測定装置
CN108254909B (zh) 光学显微镜和用于利用光学显微镜记录图像的方法
US7554572B2 (en) Image pickup apparatus for capturing spectral images of an object and observation system including the same
US20100097693A1 (en) Confocal microscope
JP2019144570A (ja) 顕微鏡用の検出装置
JP2014010216A (ja) 多焦点共焦点顕微鏡
JP2012237647A (ja) 多焦点共焦点ラマン分光顕微鏡
JP2008039771A (ja) 構造基板の高さ分布を測定するための装置および方法
TW201800720A (zh) 光學系統及使用該系統之物體表面或內部光反射介面三維形貌偵測方法
US9804029B2 (en) Microspectroscopy device
JP2010054391A (ja) 光学顕微鏡、及びカラー画像の表示方法
JP6595618B2 (ja) 広視野顕微鏡を用いて試料の空間分解された高さ情報を確定するための方法および広視野顕微鏡
US11137345B2 (en) Apparatus for implementing confocal image using chromatic aberration lens
JP2004191240A (ja) 3次元形状測定装置
KR101941581B1 (ko) 광학식 거리 측정 장치
KR20150059147A (ko) 렌즈의 색수차를 이용한 3차원 영상 획득 방법 및 이를 이용한 3차원 현미경
JP2007278849A (ja) 光学測定装置及び光学測定方法
KR101794641B1 (ko) 파장 분리를 이용한 높이 및 형상측정이 가능한 경사 분광시스템
JP2008215833A (ja) 光学特性測定装置および光学特性測定方法
JP2005017127A (ja) 干渉計および形状測定装置
JP2016148569A (ja) 画像測定方法、及び画像測定装置
US20130250088A1 (en) Multi-color confocal microscope and imaging methods
JP2008039750A (ja) 高さ測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110906

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120207