JP3841484B2

JP3841484B2 - 顕微鏡の落射照明システム

Info

Publication number: JP3841484B2
Application number: JP19622996A
Authority: JP
Inventors: 章渡辺
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JPH1039224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡の落射照明システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来顕微鏡の照明系には、良好な性能を持つケーラ照明を使用するのが一般的である。図４は従来のケーラ照明の一例で、実公昭５８ー３７０４９号公報に示すものであり、光源１、コレクタレンズ２、正レンズ３、開口絞り４、リレーレンズ５、ハーフミラー６、対物レンズの瞳７、視野絞り８から構成され、正レンズ３、開口絞り４、リレーレンズ５は同一の投光管５０内に収納されている。
【０００３】
この場合、光源１からの発散光は、コレクタレンズ２により略平行光に集光され、正レンズ３により最初に開口絞り４の位置に投影される。さらに、リレーレンズ５により、ハーフミラー６で反射した後、対物レンズの瞳７に結像する。
【０００４】
このようなケーラ照明は、光源像を一度開口絞り４の位置に投影するため、開口絞り４の開口制御により、有害なフレア、ムラを除去することができ、均一でかつ明るい照明を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のケーラ照明は、投光管５０の軸方向の長さを短くすることができないが、通常の顕微鏡にとっては何等問題がない。
【０００６】
ところが、このような構成のケーラ照明を有する顕微鏡を、例えば図５のような半導体検査装置９などに組み込む際に、投光管５０の軸方向の長さをできるだけ短くしたいという要望がある。また、半導体検査装置では、要求される性能レベルがそれほど高くない場合が多いから、あえてケーラ照明を使用する必要はなく、逆に開口絞り４、視野絞り８などがあるとかえって構造上ならびに操作上邪魔になり、コスト的にも高くなる。このようなことから、従来の半導体検査装置等にあっては、照明装置としてはケーラ照明を使用せず、投光管５０の軸方向長さの短縮を主眼とした簡易型照明が用いられている。
【０００７】
このようなことから、従来は検査装置に用いる顕微鏡には簡易型照明を組み込み、また検査装置以外に用いられる顕微鏡にはケーラ照明が組み込まれてため、両者の顕微鏡を一方から他方に変更するには照明光学系全体を丸ごと交換する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、良好な性能を有するケーラ照明と、簡易型照明を用途に応じてどちらかを簡単に選択可能であり、製造上の効率およびユーザの利便性を向上させることができる顕微鏡の落射照明システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、以下のような構成となっており、この実施形態を説明する図１〜図３との対応は次のようになる。顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのハーフミラーを有するハーフミラーユニット（ａ１，ａ２）と、光源およびこの光源からの光を当該ユニット内で結像させた後に前記標本位置に投影させる光学系を有し、前記ハーフミラーユニットに着脱可能な第１投光ユニット（ｂ１とｃ１が一体的に構成されたもの，ｂ５とｃ３が一体的に構成されたもの）と、光源を有し、この光源からの光を当該ユニット内で結像させずに前記標本位置に投影させるべく構成され、前記ハーフミラーユニットに着脱可能な第２投光ユニット（ｂ２とｃ１が一体的に構成されたもの、ｂ３とｃ１が一体的に構成されたもの、ｂ４とｃ２が一体的に構成されたもの、ｂ６とｃ３が一体的に構成されたもの，ｂ７とｃ４が一体的に構成されたもの）と、を備え、前記ハーフミラーユニットに対して、前記第１投光ユニットと前記第２投光ユニットのどちらか一方を選択的に装着するようにしたことを特徴とする顕微鏡の落射照明システムである。
【００１０】
また、前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、次のようにしたものである。前記第１の投光ユニット及び前記第２の投光ユニットのうち少なくとも一方に対して、前記光源を着脱可能な光源ユニットを有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡の落射照明システムである。
【００１１】
さらに、前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、次のようにしたものである。前記第２の投光ユニットは、前記光源から出射される照明光の出射端が前記顕微鏡に設けられる対物レンズの瞳共役位置近傍に配置され、前記光源の像を前記対物レンズの瞳位置に投影することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡の落射照明システムである。
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、次のようにしたものである。前記第２の投光ユニットは、前記光源を着脱可能な光源ユニットと、一端が該光源ユニット内の前記光源に接続され、他端が前記第２の投光ユニット内の前記瞳共役位置近傍に配置されるファイバを有することを特徴とする請求項３記載の顕微鏡の落射照明システムである。
請求項１〜４のいずれかに対応する発明によれば、良好な性能を有するケーラ照明と、簡易型照明の照明系をシステム的に構成することにより、該２種類の照明系を用途に応じてどちらかを簡単に選択可能であり、製造上の効率およびユーザの利便性を向上させることができる顕微鏡の落射照明システムを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態を説明するためのもので、ハーフミラーユニットａ１と、第１投光ユニット（構成部ｂ１と構成部ｃ１が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｂ２と構成部ｃ１が一体的に構成されたもの）からなっている。
【００１５】
ハーフミラーユニットａ１は第１の投光管（容器）１０内にリレーレンズ１１およびハーフミラー１２がそれぞれ収納されたものであり、顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのものである。
【００１６】
第１投光ユニットの構成部ｃ１は第１の投光管（容器）２０内に光源であるランプ２１が収納されている。第１投光ユニットの構成部ｂ１は投光管（容器）３０内にコレクタレンズ３４、正レンズ３１、開口絞り（ＡＳ）３２、視野絞り（ＦＳ）３３からなる、いわゆるケーラ照明要素（一回投影式構成部材）である。このような構成の第１投光ユニットは、ランプ２１からの光を投光管３０でコレクタレンズ３４、正レンズ３１により結像させた後に、開口絞り３２、視野絞り３３で瞳位置７に投影させるものである。
【００１７】
第２投光ユニットの構成部ｃ１は、第２の投光管（容器）２０１内に光源であるランプ２１が収納されている。第２投光ユニットの構成部ｂ２（直接結像式構成部材）は、投光管（容器）３０１のみで構成されているが、構成部ｂ２を、ハーフミラーユニットａ１と構成部ｃ１の間に組込んだとき、ランプ２１の位置が構成部ｂ１の開口絞り３２の位置（光源像が形成される光源像位置）になるように構成されている。このような構成の第２投光ユニットは、ランプ２１からの光を結像させずに前記瞳位置７に投影させるものである。
【００１８】
以上述べたハーフミラーユニットａ１に第１投光ユニットの構成部ｂ１，ｃ１、ハーフミラーユニットａ１と第２投光ユニットの構成部ｂ２，ｃ１はいずれも着脱可能に構成され、具体的には端部同士が互にねじ込み機構、嵌合機構、丸アリ機構のいずれかにより着脱可能な構成となっていて、ハーフミラーユニットａ１に対して、前記第１投光ユニットと前記第２投光ユニットのどちらか一方を選択的に装着するように構成されている。
【００１９】
図１においは、ランプ２１からの照明光は、コレクタレンズ３４により２・θ1 分の角度（ＮＡ）が導かれ、略平行光線となり、正レンズ３１により集光され、開口絞り３２、視野絞り３３により２・θ3 分の角度（ＮＡ）に広げられ、リレーレンズ１１に照射され、対物レンズの瞳位置７に結像される。
【００２０】
構成部ｂ２（直接結像式構成部材）は、投光管（容器）３０１のみで構成されているが、構成部ｂ２を、ハーフミラーユニットａ１と構成部ｃ１の間に組込んだとき、ランプ２１の位置が構成部ｂ１の開口絞り３２の位置（光源像が形成される光源像位置）になるように構成されている。
【００２１】
このようにハーフミラーユニットａ１に対して、構成部ｂ１，ｂ２を用意し、これらを好みに応じて選択して組み合わせることで、条件に合った落射照明装置を効率よく得ることができると共に、それぞれの場合に合った最適な光学性能を確保する設計が可能である。
【００２２】
構成部ｂ１，ｂ２のいずれかを選択するには、次の点を考慮する。すなわち、主として顕微鏡と組み合わせるときで、均一でかつ明るい照明が必要で、比較的投光管の長さが問題ならないときは、構成部ｂ１を選択する。また、主として顕微鏡以外の装置に組込むときで、照明性能を多少犠牲にしても、投光管の長さを短くし、かつ安価にしたいときは、構成部ｂ２を選択する。
【００２３】
図２は図１の実施形態の変形例を示すもので、図１とは第２投光ユニットが異なる。すなわち、第２投光ユニット（構成部ｃ１と構成部ｂ３が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｃ２と構成部ｂ４が一体的に構成されたもの）であり、構成部ｃ１は第２の投光管（容器）２０２内に光源であるランプ２１が収納されており、また構成部ｃ２は光ファイバ３７の一方の端末に図示しない光源が接続されている。
【００２４】
ハーフミラーユニットａ１に第２投光ユニット（構成部ｃ１とｂ３一体的に構成されたもの）は、ねじ込み機構、嵌合機構、丸アリ機構のいずれかにより着脱可能であって以下のような構成となっている。
【００２５】
構成部ｂ３は、投光管３０２の内部には、コレクタレンズ３５、凹レンズ３６が収納されている。この場合、ランプ２１からの照明光は、コレクタレンズ３５により、２・θ4分の角度（図１の２・θ2 分の角度より大きな値）が導かれ、略平行光線となり、凹レンズ３６により２・θ3 分の角度に射出され、リレーレンズ１１に照射され、対物レンズの瞳７に結像される。この構成部ｂ３によれば、照明光源の取り込みＮＡを図１に示す構成部ｂ２よりも大きくすることができる。
【００２６】
また、構成部ｂ４は、投光管３０３の内部には、光ファイバ３７の他方の端末が導入されている。この場合の光ファイバ３７の出射角度２・θ5 は、通常のランプ等の出射角度に比較して小さいため、リレーレンズ１１に対して適切な出射角度のものを使用すれば、簡単な構成で、最大限の明るさを達成できる。
【００２７】
このようにハーフミラーユニットａ１に対して、構成部ｂ３，ｂ４を用意し、これらを好みに応じて選択して組み合わせることで、簡易照明装置でありながら明るさを最大限に改善できる。
【００２８】
さらに、構成部ｂ４は、光ファイバ３７で構成しているため、構成部ｂ３に比べて光源側のスペースを小さくできる。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
図３は第２の実施形態を説明するための図であり、ハーフミラーユニットａ２と、第１投光ユニット（構成部ｃ３と構成部ｂ５が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｃ３と構成部ｂ６が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｃ４と構成部ｂ７が一体的に構成されたもの）とからなり、ハーフミラーユニットａ２は半反射鏡（ハーフミラー）１２が第１の容器１０内に収納されたものである。
【００３０】
また、構成部ｃ３は第２の投光管（容器）２０３内に光源であるランプ２１が収納されている。さらに、構成部ｃ４は前述の構成部ｃ２と同じ構成で光ファイバ３７の一方の端末に図示しない光源が接続されている。
【００３１】
構成部ｂ５はハーフミラーユニットａ２と構成部ｃ３の間に配置され、また構成部ｂ６はハーフミラーユニットａ２と構成部ｃ３の間に配置され、さらに構成部ｂ７はハーフミラーユニットａ２と構成部ｃ４の間に配置され、ハーフミラーユニットａ２に第１投光ユニットがねじ込み機構、嵌合機構、丸アリ機構のいずれかにより着脱可能であって以下のような構成となっている。
【００３２】
構成部ｂ５は、投光管（容器）４０内にコレクタレンズ４１、正レンズ４２、開口絞り（ＡＳ）４３、視野絞り（ＦＳ）４４、リレーレンズ群４５からなる、いわゆるケーラ照明要素である。
【００３３】
構成部ｂ６は投光管（容器）４０１内にリレーレンズ群４７が収納されている。この場合、リレーレンズ群４７は、ランプ２１の開口角度２・θ´4 をなるべく大きく取るため、専用設計されている。
【００３４】
構成部ｂ７は投光管（容器）４０２内にリレーレンズ４８が収納され、かつ投光管４０２内に光ファイバ３７の一方の端末が導入されている。光ファイバ３７の他方の端末に、図示しない光源が接続され、これにより構成部ｃ４が構成されている。
【００３５】
この場合も、リレーレンズ４８は、光ファイバ３７の出射開口角度２・θ´5に合わせて最適な開口角度で対物レンズの瞳７に光源を結像することができるように、専用設計されている。
【００３６】
このように、ハーフミラーユニットａ２に対して、構成部ｂ５，ｂ６，ｂ７を用意し、これらを好みに応じて選択して組み合わせることで、条件に合った落射照明装置を効率よく得ることができる。さらに、本実施形態では、リレーレンズを第１投光ユニットの構成部ｂ５、第２投光ユニットの構成部ｂ６、ｂ７の側に含めるようにしたので、それぞれのリレーレンズを光源・長さ制限・照明性能に合わせて最適に光学設計することができ、設計自由度が向上する。
【００３７】
構成部ｂ５，ｂ６，ｂ７のいずれかを選択するには、次の点を考慮する。すなわち、主として顕微鏡と組み合わせるときで、均一でかつ明るい照明が必要で、比較的投光管の長さが問題ならないときは、構成部ｂ５を選択する。また、主として顕微鏡以外の装置に組込むときで、照明性能を多少犠牲にしても、投光管の長さを短くし、かつ安価にしたいときは、構成部ｂ６，ｂ７を選択する。
【００３８】
なお、以上述べた実施形態では、明視野照明について説明したが、明視野と暗視野の併用の照明であっても同様に実施できる。また、以上述べた実施形態で簡易型照明装置を構成する構成部ｂ２，ｂ５，ｂ６，ｂ７の場合には、照明光のムラを抑制するため、フロストガラス（すりガラス）を光源とハーフミラー１２の間の光路の任意位置に挿入するようにしてもよい。さらに、以上述べた実施形態では、光源としていわゆるランプ、光ファイバ３７の２種類をあげたが、これに限らず水銀灯等のアーク式、光源側にリフレクタ等を用いた平行光式のいずれかであっても同様に実施できる。また、以上述べた実施形態では、ケーラ照明要素ｂ１，ｂ５にそれぞれ組み合わされる光源としてランプ２１を使用した場合について説明したが、これに限らず光ファイバ３７を使用した場合であっても前述の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、図１及び図２の光源ユニットｃ１と、図３の光源ユニットｃ３はフィラメントサイズ及びフィラメント材料が同一のものでもよく、あるいはフィラメントサイズ及びフィラメント材料が異なる別のもので構成してもよい。
【００３９】
以上実施形態に基づいて説明してきたが、以下のように構成した発明も本発明に含まれる。以下の構成は、実施形態を説明する図１〜図３との対応は次のようになる。前述した実施形態は、いずれも構成部ｃ１とｂ１、ｃ１とｂ２、ｃ１とｂ３、ｃ２とｂ４、ｃ３とｂ５、ｃ３とｂ６、ｃ４とｂ７はいずれも一体的に形成されたものについて説明したが、これを互いに着脱可能な構成としたものである。
【００４０】
（１）顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのハーフミラーを有するハーフミラーユニット（ａ１，ａ２）と、光源を有する光源ユニット（ｃ１，ｃ３，ｃ４）と、前記光源からの光を当該ユニット内で結像させた後に前記標本位置に投影させる光学系を有し、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第１中間ユニット（ｂ１，ｂ５）と、前記光源からの光を結像させずに前記標本位置に投影させるべく構成され、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第２中間ユニット（ｂ２，ｂ３，ｂ６，ｂ７）と、を備え、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に、前記第１中間ユニットと前記第２中間ユニットのどちらか一方を選択的に装着するようにしたことを特徴とする顕微鏡の落射照明システム。
【００４１】
（２）顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのハーフミラーを有するハーフミラーユニット（ａ１，ａ２）と、光源を有する光源ユニット（ｃ１，ｃ３，ｃ４）と、前記光源からの光を当該ユニット内で結像させた後に前記標本位置に投影させる光学系を有し、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第１中間ユニット（ｂ１，ｂ５）と、前記光源からの光を結像させずに前記標本位置に投影させるべく構成され、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第２中間ユニット（ｂ２，ｂ３，ｂ６，ｂ７）と、を備え、前記ハーフミラーユニット、前記光源ユニット及び前記第１中間ユニットを組み合わせて構成される顕微鏡の落射照明システム。
【００４２】
（３）顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのハーフミラーを有するハーフミラーユニット（ａ１，ａ２）と、光源を有する光源ユニット（ｃ１，ｃ３，ｃ４）と、前記光源からの光を当該ユニット内で結像させた後に前記標本位置に投影させる光学系を有し、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第１中間ユニット（ｂ１，ｂ５）と、前記光源からの光を結像させずに前記標本位置に投影させるべく構成され、前記ハーフミラーユニットと前記光源ユニットとの間に着脱可能な第２中間ユニット（ｂ２，ｂ３，ｂ６，ｂ７）と、を備え、前記ハーフミラーユニット、前記光源ユニット及び前記第２中間ユニットを組み合わせて構成される顕微鏡の落射照明システム。
【００４３】
これらのものは、第１、第２の実施形態における第１または第２投光ユニットを、それぞれ第１または第２中間ユニットと光源ユニットとに分離可能にしたものである。
【００４４】
この様にすると、例えば第１の実施形態及びその変形例の第１投光ユニット（構成部ｂ１と構成部ｃ１が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｂ２と構成部ｃ１が一体的に構成されたもの）と、第２投光ユニット（構成部ｃ１と構成部ｂ３が一体的に構成されたもの）のうちのどれか一つを用いる場合に、ハーフミラーユニットａ１と光源ユニットを構成する構成部ｃ１は共通であるので、中間ユニットを構成している構成部ｂ１，ｂ２，ｂ３だけを変更することで、所望の落射照明システムを構成できる。
【００４５】
同様に、第２の実施形態においてハーフミラーユニットａ１と、光源ユニットを構成する構成部ｃ３を共通とし、第１中間ユニットを構成する構成部ｂ５、第２中間ユニットを構成する構成部ｂ６だけを変更することで、所望の落射照明システムを構成できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、良好な性能を有するケーラ照明と、簡易型照明を用途に応じてどちらかを簡単に選択可能であり、製造上の効率およびユーザの利便性を向上させることができる顕微鏡の落射照明システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による落射照明システムの第１の実施形態を説明するための概略構成図。
【図２】本発明による落射照明システムの第２の実施形態を説明するための概略構成図。
【図３】本発明による落射照明システムの第３の実施形態を説明するための概略構成図。
【図４】従来の落射照明システムの一例を説明するための概略構成図。
【図５】従来の落射照明システムの一例を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１０…投光管（容器）、１１…リレーレンズ、１２…ハーフミラー、２０，２０１，２０２，２０３，２０４…投光管（容器）、２１…ランプ、３０，３０１，３０２…投光管（容器）、３１…正レンズ、３２…開口絞り、３３…視野絞り、３４…コレクタレンズ、３５…コレクタレンズ、３６…凹レンズ、３７…光ファイバー、４０，４０１，４０２…投光管（容器）、４１…コレクタレンズ、４２…正レンズ、４３…開口絞り、４４…視野絞り、４５…リレーレンズ群、４７…リレーレンズ群、４８…リレーレンズ。

Claims

顕微鏡の標本位置に照明光を導入するためのハーフミラーを有するハーフミラーユニットと、
光源およびこの光源からの光を当該ユニット内で結像させた後に前記標本位置に投影させる光学系を有し、前記ハーフミラーユニットに着脱可能な第１投光ユニットと、
光源を有し、この光源からの光を当該ユニット内で結像させずに前記標本位置に投影させるべく構成され、前記ハーフミラーユニットに着脱可能な第２投光ユニットと、を備え、
前記ハーフミラーユニットに対して、前記第１投光ユニットと前記第２投光ユニットのどちらか一方を選択的に装着するようにしたことを特徴とする顕微鏡の落射照明システム。
前記第１の投光ユニット及び前記第２の投光ユニットのうち少なくとも一方に対して、前記光源を着脱可能な光源ユニットを有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡の落射照明システム。
前記第２の投光ユニットは、前記光源から出射される照明光の出射端が前記顕微鏡に設けられる対物レンズの瞳共役位置近傍に配置され、前記光源の像を前記対物レンズの瞳位置に投影することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡の落射照明システム。
前記第２の投光ユニットは、前記光源を着脱可能な光源ユニットと、
一端が該光源ユニット内の前記光源に接続され、他端が前記第２の投光ユニット内の前記瞳共役位置近傍に配置されるファイバを有することを特徴とする請求項３記載の顕微鏡の落射照明システム。