JP4487335B2 - 落射照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、落射照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡の照明光学系にはむらなく明るい照明を行うことができるケーラー照明光学系が採用されている。
【０００３】
このケーラー照明光学系は照明の視野と開口数とを独立に変えることができるように構成されている。
【０００４】
そして、試料と共役な位置には試料への照射領域を変更可能な視野絞りが配置されている。視野絞りでは互いに隣接する円弧状の絞り羽根を駆動して開口部を可変する。
【０００５】
この視野絞りによれば、像の大きさ・形状を決めることができ、結像に寄与する光以外の光を遮断してフレアを除去し、コントラストを高めることができる。
【０００６】
したがって、観察する視野のみを照明するように、視野より少し大きめの開口にして視野絞りを使用するのが一般的である。
【０００７】
ところで、透過照明では視野絞りを試料面に結像させるためにコンデンサレンズを用い、この像を対物レンズによって観察するため、対物レンズの倍率によって視野絞りの大きさを適切な大きさ（視野より少し大きなサイズ）に調整する必要がある。
【０００８】
また、透過照明では試料面に視野絞りを結像させるにはコンデンサレンズを光軸方向へ移動させてピントを合わせる必要がある。
【０００９】
一方、落射照明では視野絞りはハーフミラーによって偏光するように構成され、対物レンズを介して試料面に結像させる。
【００１０】
そのため、対物レンズがコンデンサレンズの役目を果たし、対物レンズの倍率によって視野絞りの大きさを調整する必要がなく、対物レンズの倍率が変わっても視野に対する視野絞りの大きさは常に一定である。
【００１１】
また、落射照明では対物レンズがコンデンサレンズの役目を果たすので、試料面と視野絞りとは常に共役な関係にある。
【００１２】
そのため、落射照明で鏡面のように表面に凹凸が少ない試料を観察する場合、視野絞りの開口部を視野よりも小さく絞り、視野絞りの像にピントを合わせることによって試料の表面にピントを容易に合わせることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、視野絞りは複数の非常に薄い円弧状の絞り羽根が矢車部品に等間隔に配置されている。１枚の羽根は羽根を駆動させるために２つの部品（ダボ）を必要とするため、例えば、８枚の絞り羽根で構成される絞り羽根の場合、（１＋２）×８＝２４の部品が必要になる。
【００１４】
そのため、視野絞りは通常３０以上の部品を必要とし、組立には熟練を要し、部品点数の多さと相俟って製造コストが嵩んでしまう。
【００１５】
また、鏡面状態の試料を観察する場合、検鏡者は視野絞りを絞ってピントを合わせた後、視野絞りを再び視野よりも大きくして観察を行うが、ピント合わせ前と同じサイズにする操作は非常に面倒である。
【００１６】
視野絞りをピント合わせ前と同じサイズに調整できない場合、像質（コントラスト）が多少変化してしまう。このコントラストの変化は目視の場合には問題にならないが、像をＣＣＤ等の受光素子で受光して線幅測定等を行う場合には安定した測定結果が得られないという問題がある。
【００１７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は鏡面状態の試料を観察する場合であっても試料に容易にピントを合わせることができる、操作性に優れた落射照明装置を安価に提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明の落射照明装置は、光源からの光を対物レンズを介して試料へ照射する照明系と、前記試料からの光を前記対物レンズを介して集光し、前記試料の像を結像する観察光学系とを備える落射照明装置において、前記照明系の光路の前記試料と共役な位置に、前記照明系の視野よりも狭い開口を有した前記試料への照射領域が固定の固定絞りと、前記照明系の視野よりも少し大きく形成された開口部とを切換可能に挿脱することが可能な切換機構を配置し、かつ前記対物レンズと前記試料との間の距離を変える可変手段を配置し、前記可変手段により前記対物レンズと前記試料との間の距離を変える際に、前記切換機構により前記照明系の視野よりも狭い開口を前記照明系の光路に配置可能とし、前記観察光学系による観察を行う際に、前記切換機構により前記照明系の視野よりも少し大きく形成された開口部を前記照明系の光路に配置可能としたことを特徴とする。
【００１９】
照明系の光路の試料と共役な位置に固定絞りを配置したので、固定絞りによって視野を絞り、この固定絞りの像にピントを合わせることで、表面の凹凸が極端に少ない試料に対してピントを合わせる。また、照射領域が固定であるので、製造が容易であり、しかも視野絞りを調整するための手間がかからない。
【００２０】
請求項２に記載の発明の落射照明装置は、請求項１に記載の落射照明装置において、前記固定絞りは遮光部材によって所定範囲が遮光された透明基板であることを特徴とする。
【００２１】
遮光部材によって透明基板の任意の場所を遮光することができる。視野内における指標の占める割合を小さくすることができる。視野の中心に指標を位置させることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の落射照明装置において、前記固定絞りは、その開口部の形状が視野の中央に十字形に形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の落射照明装置において、前記固定絞りは、その開口部の形状が視野の中央に矩形に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
固定絞りによって試料にピントを合わせた後、固定絞りを照明系光路から外して観察を行う。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１はこの発明の第１実施形態に係る落射照明装置のブロック構成図である。
【００２６】
落射照明装置は、光源１１と、コレクタレンズ１２と、開口絞り１３と、固定絞り３０と、視野レンズ１４と、ハーフミラー１５と、対物レンズ１６とを備える。
【００２７】
コレクタレンズ１２と、開口絞り１３と、固定絞り３０と、視野レンズ１４と、ハーフミラー１５と、対物レンズ１６とで照明系が構成され、対物レンズ１６とハーフミラー１５とで観察光学系が構成される。
【００２８】
コレクタレンズ１２は光源１１からの光を集め、集めた光を視野レンズ１４等の光学素子に進ませる。
【００２９】
開口絞り１３は光の強さを調節する。
【００３０】
ハーフミラー１５は光源１１からの光を反射させるとともに、物体面（試料面）１７で反射された光を透過させる。
【００３１】
固定絞り３０は物体面１７及び像面１８と共役な位置関係にあり、像面１８には物体面１７及び固定絞り３０の像が結像される。
【００３２】
次に固定絞り３０の形状を説明する。
【００３３】
図２〜４は固定絞りを示す図である。
【００３４】
これらの固定絞り３０は金属板で形成されている。
【００３５】
図２は視野の中央に矩形の開口部３１を形成した場合を、図３は視野の中央に円形の開口部３２を形成した場合を、図４は視野内の指標３３を除いて開口部３４とした場合を示している。
【００３６】
各図において、円（図３においては外側の円）は視野を示している。
【００３７】
ほとんどコントラストがない鏡面状態の試料を観察するとき、上記固定絞り３０を用いてピント合わせが行われる。
【００３８】
光源１１から出射された光はコレクタレンズ１２、開口絞り１３、固定絞り３０及び視野レンズ１４を通り、ハーフミラー１５によって偏光されて照明光になり、対物レンズ１６を通して物体面１７に投影される。
【００３９】
この照明光によって得られた像は光路を逆行し、対物レンズ１６及びハーフミラー１５を通って像面１８に結像する。
【００４０】
このとき、検鏡者は物体面１７と対物レンズ１６との間の距離を変化させて像面１８に結像された固定絞り３０の像にピント合わせることで、物体面１７に対してピントを合わせる。
【００４１】
このとき、例えば図２に示すように矩形の開口部３１を形成した固定絞り３０を用いた場合には像面１８に矩形の像が結像される。
【００４２】
なお、像面１８は接眼レンズで観察されるだけでなく、ＣＣＤ等の受光素子を配置して観察してもよい。また、このＣＣＤの出力に基いて焦点ずれを演算して、物体面１７と対物レンズ１６との間の距離を電気的に変化させるようにしてもよい。
【００４３】
この実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００４４】
▲１▼鏡面状態の試料を観察するとき、従来の視野絞りのようにピントを合わせた後に再び視野絞りを調整する面倒な操作がなくなり、操作性が向上する。
【００４５】
▲２▼固定視野絞り３０は金属板を打ち抜くだけであり、従来の視野絞りのように複数の絞り羽根を組み立てる作業がないので、製造コストを低減することができる。
【００４６】
図５〜７は固定絞りの変形例を示す図である。
【００４７】
この変形例は固定絞り３０を例えば透明なガラス板（透明基板）を用いて形成した例である。
【００４８】
各図において、円が視野を示すのは図２〜４と同様である。
【００４９】
図５は視野の中央に十字形の遮光部（指標）３５を形成した場合を、図６は視野に比し十分に小さい三角形の遮光部３６を９０°の間隔で形成した場合を、図７は視野に比し十分に小さい三角形と円とからなる遮光部３７を形成した場合を示している。
【００５０】
遮光部３５，３６，３７にはガラス板の表面の所定部分に金属（遮光部材）を蒸着させて薄い金属皮膜のパターンが形成されている。
【００５１】
この変形例によれば、上記実施形態の効果▲１▼と同じ効果を奏することができる。
【００５２】
また、複数の絞り羽根からなる視野絞りと比べて、製造コストを低減することができる。
【００５３】
更に、金属の蒸着によってガラス板の任意の場所を遮光部にすることができるので、上記実施形態よりも指標のバリエーションを増やすことができる。
【００５４】
また、視野内における指標の占める割合を小さくしたので、視野が広く確保され、指標が観察の際の妨げにならず、検鏡の際に固定絞り３０を外す必要がない。
【００５５】
また、図５に示したように十字形の遮光部３５を視野の中心に配置することによってピント合わせが容易になる。
【００５６】
なお、図２〜４の固定絞り３０をガラス板で構成した場合には、この変形例でも前述の▲１▼、▲２▼と同様の効果を奏することができる。
【００５７】
図８，９は固定絞りの他の変形例を示す図である。
【００５８】
この変形例は視野の半分以上を遮光部材によって遮光した例である。
【００５９】
図８は視野に比し十分に小さい円とこの円に９０゜の間隔で形成された溝とで構成された開口部３８を、図９は視野の中央に十字形に形成された開口部３９を示している。
【００６０】
これらの固定絞り３０は、図２〜４のように金属板で形成しても、図５〜７のようにガラス板の表面の所定部分に金属を蒸着させて薄い金属皮膜のパターンを形成することでも製造することができる。
【００６１】
なお、各図において、円が視野を示すのは図２〜４と同様である。
【００６２】
図１０はこの発明の第２実施形態に係る落射照明装置のブロック構成図であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
この実施形態は切換機構によって固定絞り３０を光軸に対して挿脱できるようにした点で第１実施形態と異なる。
【００６４】
図１１は切換機構の概略構成図である。
【００６５】
切換機構５０は可動部５１とこの可動部を摺動可能に保持するガイド部５２とを備えている。
【００６６】
可動部５１は矩形状の板であり、この可動部５１には可動部５１を移動させるための操作つまみ５３が設けられている。また、可動部５１には開口部５５と固定絞り３０とが所定間隔をおいて配置されている。
【００６７】
ガイド部５２は落射照明装置本体（図示せず）に設けられ、可動部５１を移動可能に保持している。ガイド部５２は照明系光路に直交して設けられ、照明系光路に可動部５１の開口部５５と固定絞り３０とを選択的に位置させることができる。
【００６８】
また、切換機構５０はクリックストップ機構５４を備える。このクリックストップ機構５４はボール５４ａとＶ溝５４ｂとを備え、ボール５４ａをＶ溝５４ｂに落ち込ませることによって開口部５５又は固定絞り３０が照明系光路に位置決めされる。
【００６９】
なお、開口部５５は視野を遮られないように視野より少し大きく形成されている。
【００７０】
この落射照明装置でコントラストのほとんどない鏡面状態の試料を観察するとき、まず固定絞り３０を照明系光路に配置し、この固定絞り３０を利用してピントを合わせた後、操作つまみ５３を操作して固定絞り３０を照明系光路から外して開口部５５を照明系光路に配置し、広い観察視野（固定絞り３０が視野にない状態）で試料面を観察する。
【００７１】
なお、コントラストのある試料に対しては最初から開口部５５を照明系光路に配置して物体面１７の観察を行えばよい。
【００７２】
この実施形態によれば、前述の▲１▼、▲２▼の効果と同じ効果を奏することができる。
【００７３】
また、第１実施形態で述べた固定絞り３０を使用できるとともに、図８，９に記載した視野の半分以上を覆う形状の固定絞り３０を使用するときには、観察時に光路から固定絞り３０を外してしまえばよく、固定絞りの形状の自由度が一層高まる。
【００７６】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の落射照明装置によれば、固定絞りのない広い観察視野で試料を観察することができる。また、視野を大きく遮るような固定絞りでも、光路から外せばよいので、使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る落射照明装置のブロック構成図である。
【図２】図２は固定絞りを示す図である。
【図３】図３は固定絞りを示す図である。
【図４】図４は固定絞りを示す図である。
【図５】図５は固定絞りの変形例を示す図である。
【図６】図６は固定絞りの変形例を示す図である。
【図７】図７は固定絞りの変形例を示す図である。
【図８】図８は固定絞りの他の変形例を示す図である。
【図９】図９は固定絞りの他の変形例を示す図である。
【図１０】図１０はこの発明の第２実施形態に係る落射照明装置のブロック構成図である。
【図１１】図１１は切換機構の概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 光源
１６ 対物レンズ
３０ 固定絞り

Claims (4)

1. 光源からの光を対物レンズを介して試料へ照射する照明系と、
   前記試料からの光を前記対物レンズを介して集光し、前記試料の像を結像する観察光学系とを備える落射照明装置において、
   前記照明系の光路の前記試料と共役な位置に、前記照明系の視野よりも狭い開口を有した前記試料への照射領域が固定の固定絞りと、前記照明系の視野よりも少し大きく形成された開口部とを切換可能に挿脱することが可能な切換機構を配置し、かつ前記対物レンズと前記試料との間の距離を変える可変手段を配置し、
   前記可変手段により前記対物レンズと前記試料との間の距離を変える際に、前記切換機構により前記照明系の視野よりも狭い開口を前記照明系の光路に配置可能とし、前記観察光学系による観察を行う際に、前記切換機構により前記照明系の視野よりも少し大きく形成された開口部を前記照明系の光路に配置可能としたことを特徴とする落射照明装置。
2. 前記固定絞りは遮光部材によって所定範囲が遮光された透明基板であることを特徴とする請求項１に記載の落射照明装置。
3. 前記固定絞りは、その開口部の形状が視野の中央に十字形に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の落射照明装置。
4. 前記固定絞りは、その開口部の形状が視野の中央に矩形に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の落射照明装置。

Images