JPH06308404A - 光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、集光光学系の向きを複数の方向へ切
換え可能にして、試料の寸法に左右されずに観察できる
ようにすることを目的とする。 【構成】本光学顕微鏡は、所定の光学系を内蔵した顕微
鏡本体２２と、前記顕微鏡本体２２の光学系と光学的に
結合され集光作用を持つ集光光学系３４と、前記集光光
学系３４を保持した状態で前記顕微鏡本体２２における
前記光学系の一端部に設けられ前記集光光学系３４の向
きを少なくとも２方向に切換える方向切換手段３０とを
具備する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡に係り、さ
らに詳しくは対物レンズを保持する構造の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来より在る走査型光学顕微鏡
の構成例を示している。この走査型光学顕微鏡は、光源
１からのレーザビームをビームエクスパンダー２によっ
て必要な大きさのビーム径に拡大し、その拡大したレー
ザビームをビームスプリッター３を介して光偏向器４に
入射する。光偏向器４は対物レンズの瞳位置と共役な瞳
位置に設けられており、入射するレーザビームをＹ方向
に偏向している。この光偏向器４を出射したレーザビー
ムを瞳伝送レンズ５，６により同じく対物レンズの瞳位
置と共役な位置に配置された光偏向器７に入射しＸ方向
に偏向させている。そして光偏向器７を出射したレーザ
ビームを瞳投影レンズ８及び結像レンズ９を介して対物
レンズ１０に入射し、試料Ｓ上に回折で制限されるスポ
ットを形成している。上記２つの偏向器４，７を制御す
ることによりスポットで試料ＳをＸ，Ｙの２方向に走査
できるものとなる。

【０００３】試料Ｓが透過物体であれば、試料Ｓに投射
されたレーザビームはコンデンサレンズ１１を介して光
検出器１２に入射し検出される。また試料Ｓが反射物体
であれば、試料Ｓからの反射光が対物レンズ１０に再入
射し、同じ経路を遡りビームスプリッター３で反射さ
れ、光検出器１３で検出される。

【０００４】ところで、上述した走査型光学顕微鏡で
は、一般的な光学顕微鏡で目視観察していた試料を観察
対象としていた。そのため従来の走査型光学顕微鏡は正
立光学顕微鏡と同様に、試料Ｓをステージ上に置き対物
レンズ１０を試料Ｓ上に配置する構成となっていた。一
方、最近は走査型光学顕微鏡で大型の試料、例えばロー
ルに巻かれた鉄板，液晶基板を観察する要請が強くなり
つつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料Ｓ
をステージ上に置き対物レンズ１０を試料Ｓ上に配置す
る構成の走査型光学顕微鏡では、光軸上に挿入された対
物レンズの方向は常に観察光軸方向、すなわちステージ
側を向くように設計されているため、ステージ上に載ら
ない試料は観察することができなかった。そこで試料の
一部を切り取ってステージ上に載る大きさに加工してか
ら観察していた。また大型ロールに巻かれた鉄板等の大
型試料は観察することができず、観察対象の寸法が大き
く制限されていた。

【０００６】このような不具合は走査型光学顕微鏡に限
らず他の光学顕微鏡にも共通にいえることである。本発
明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、対物レ
ンズ等の集光光学系の向きを複数の方向へ切換え可能
で、ステージに載らない大きな観察対象まで観察するこ
とができる光学顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に対応する光学顕微鏡は、所定の光学系を内
蔵した顕微鏡本体と、集光作用を持ち前記顕微鏡本体の
光学系と光学的に結合された集光光学系と、前記集光光
学系を保持した状態で前記顕微鏡本体における前記光学
系の一端部に設けられ前記集光光学系の向きを少なくと
も２方向に切換える方向切換手段とを具備する構成とし
た。

【０００８】また請求項２に対応する光学顕微鏡は、光
源と、前記光源からの光を試料上に集光する集光光学系
と、前記光源の光を前記集光光学系へ導くと共にその光
を２次元走査する走査光学系を内蔵した走査ユニット
と、前記試料からの光を検出する光検出手段と、前記集
光光学系を保持した状態で前記走査ユニットにおける走
査光学系の一端部に設けられ前記集光光学系の向きを少
なくとも２方向に切換える方向切換手段とを具備する構
成とした。

【０００９】また請求項３に対応する光学顕微鏡は、請
求項２に対応する光学顕微鏡の構成に加え、前記走査ユ
ニットを顕微鏡本体から分離可能に構成し、顕微鏡本体
から分離された前記走査ユニットを支柱に取付けるよう
にした。

【００１０】

【作用】請求項１に対応する光学顕微鏡では、集光作用
を持った集光光学系が方向切換手段に保持され、その集
光光学系の向きが方向切換手段により少なくとも２方向
に切換え可能になっている。従って、集光光学系の向き
を顕微鏡本体の観察光学系の光軸及びその光軸から外れ
た他の方向とに設定することができ、観察光軸上のステ
ージに載置される試料と、その他の位置に配置される試
料とをそれぞれ観察することができるものとなる。観察
光軸以外に配置される試料はステージ等による寸法上の
制限を受けないことから、種々の寸法の試料を観察する
ことができるものとなる。

【００１１】請求項２に対応する光学顕微鏡では、光源
の光が走査光学系を通って集光光学系に導かれ、その集
光光学系により試料上に集光される。試料上に集光した
光で形成されるスポットは走査光学系により２次元方向
へ移動させることができる。スポットで試料が２次元走
査されると、その試料からの光が光検出器で検出され
る。一方で、集光光学系は方向切換手段を介して走査ユ
ニットに保持されているため、方向切換手段により集光
光学系の向きが少なくとも２方向に切換えられるものと
なる。従って、上記同様に、種々の寸法の試料を観察で
きるものとなる。

【００１２】請求項３に対応する光学顕微鏡では、支柱
に保持された走査ユニットに対し集光光学系が方向切換
手段を介して保持される。従って、走査ユニットの取付
け位置と、方向切換手段により切換えられる集光光学系
の向きとの組合わせにより，集光光学系を向けられる範
囲がより広範囲となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１，図２には本発明の一実施例に係る走査型光学顕微鏡
の側面図が示されている。本実施例の走査型光学顕微鏡
は、ベース２１と走査ユニット２２から顕微鏡本体を構
成している。ベース２１は上面にＺステージ２４が設け
られ、そのＺステージ２４にＸＹステージ２５が支持さ
れている。走査ユニット２２は、その基端部がベース２
１に対してボルト２３で締結されている。また走査ユニ
ット２２の先端部は、ＸＹステージ２５に対向する第１
端面とこの第１端面と垂直な第２端面とを有している。
第１端面には後述するレボルバの丸アリ溝に嵌合する凸
部２６が下方に突出して形成され、第２端面には上記凸
部２６と同一形状の凸部２７が水平方向へ突出して形成
されている。走査ユニット２２の中には図７，図８に示
す走査光学系が内蔵されている。走査ユニット２２の先
端部に形成された凸部２６，２７のいずれかにレボルバ
３０が選択的に取付けられる。

【００１４】レボルバ３０の具体的な構成を図３，図４
に示す。レボルバ３０は、上記凸部２６，２７が嵌合す
る丸アリ溝３１が形成された固定部３２と、集光光学系
としての対物レンズが取付けられる回し環３３とから構
成されている。回し環３３は複数の対物レンズを同時に
保持でき、所定の対物レンズ３４を回転して走査光学系
の光軸上に配置するものである。

【００１５】固定部３２は、回し環３３が回転自在に取
付けられた上下可動部３５を備えている。上下可動部３
５は、固定部３２の各種構成部品を保持又は固定する筐
体３６の対向する側壁に配設された一対の上下スライド
部３７ａ，３７ｂにより水平方向の移動を規制され、上
下方向にのみ移動可能に保持されている。また上下可動
部３５をバネ３８が常に下方に付勢している。なおレボ
ルバ３０の説明において、水平方向及び上下方向とは、
レボルバ３０が図１に示す状態で保持される場合を基準
にしている。

【００１６】上下可動部３５の一端部３５ａの近傍に
は、筐体３６の対向する両側壁に回転シャフト４０の両
端部が長軸を中心に回転自在に支持されている。この回
転シャフト４０にレバー４１の基端部が固着されてい
る。レバー４１の先端部にはベアリング４２が支持され
ており、そのベアリング４２が上下可動部３５の一端部
３５ａの下面を支持している。また回転シャフト４０に
はレバー４１から所定距離離れたところにもう一つのレ
バー４３の基端部が固着されている。レバー４３の先端
部にはベアリング４４が設けられている。レバー４１は
水平状態に固定され、レバー４３は垂直状態で固定され
ている。

【００１７】レバー４３の先端部に設けられたベアリン
グ４４を雌捩子４５の端面で水平方向へ押圧することに
より、レバー４１を回転シャフト４０を中心に回動さ
せ、上下可動部３５を上下動させることができる。雌捩
子４５を水平方向へ進退させるために、雌捩子４５に雄
捩子４６を螺合しており、その雄捩子４６をステッピン
グモータ４７で回転させている。雄捩子４６とステッピ
ングモータ４７を固定し、雌捩子４５を回転方向には固
定で水平方向へ移動可能に支持すれば、ステッピングモ
ータ４７で雄捩子４６を回転させることにより、上下可
動部３５が上下することになる。なお、レボルバ３０は
図２に示すような状態でも取付けられることから、上下
可動部３５の一端部３５ａとベアリング４２との間にガ
タが生じないように、常にバネ３８が上下可動部３５を
ベアリング４２の方向へ押圧している。

【００１８】図５及び図６は、固定部３２に形成した丸
アリ溝３１の上面図及び斜視図を示している。固定部３
２の丸アリ溝３１は、その底面が上記凸部２６，２７と
ほぼ同径の円形をなしている。また丸アリ溝３１の開口
部には開口中心に向けて突出する２つの係合部５１，５
２が形成されている。この係合部５１，５２は、開口中
心を挟んで対向する２位置よりもいずれか一方に偏った
位置に形成されている。そして固定部３２の側面から丸
アリ溝３１に向けて止め捩子５４を挿入し、その止め捩
子５４の先端部を丸アリ溝３１内に貫通させている。符
号５３は丸アリ溝３１の中心に光軸と同心状に形成され
た光路穴である。

【００１９】走査ユニット２２の先端部に形成した円錐
台形状をなす凸部２６，２７を丸アリ溝３１に挿入し、
止め捩子５４を固定部３２の側面から挿入し、凸部２
６，２７の側面に止め捩子５４の先端を当接させること
により、走査ユニット２２の凸部２６又は凸部２７にレ
ボルバ３０を固定できることになる。

【００２０】図７及び図８に走査ユニット２２内に形成
された走査光学系を示す。同図に示す走査光学系は、走
査ユニット２２の内部に収納したレーザ光源６１から発
するレーザビームをビームエクスパンダ６２で所定の径
に成形し、その所定径にされたレーザビームを第１のシ
ャッター６３を介してミラー６４に入射する。そのミラ
ー６４で進行方向を変えたレーザビームをダイクロイッ
クミラー６５に入射する。このダイクロイックミラー６
５には外部レーザ光源７７からのレーザビームも入射す
るようになっている。外部レーザ光源７７からのレーザ
ビームは光ファイバー７８を通って走査ユニット２２ま
で導かれる。光ファイバー７８の一端部にビームエクス
パンダ７９が取付けられており、このビームエクスパン
ダ７９を出射したレーザビームは第２のシャッター８０
を介してダイクロイックミラー６５に入射する。第１の
シャッター６３と第２のシャッター８０のいずれか一方
を用途に応じて選択することにより、レーザ光源を使い
分けることができる。レーザ光源６１を用いてれば光フ
ァイバーが必要ないことからファイバーロスを削減でき
ると共に、光軸を安定化させることができる。また、外
部レーザ光源７７を用いれば光源部の振動源となり得る
光源を用いた場合の振動をカットできるメリットがあ
る。

【００２１】ダイクロイックミラー６５を透過又は反射
したレーザビームは第３のシャッター６６を介して偏光
ビームスプリッター６７に入射する。第３のシャッター
６６は走査開始と共に開き、走査終了と共に閉じるよう
に制御される。これにより、走査時以外はレーザビーム
が試料に照射されることを防止する。

【００２２】偏光ビームスプリッター６７を透過したレ
ーザビームは、前述した対物レンズ３４の瞳位置と共役
な位置に設けられた共振型ガルバノメータスキャナ６８
に入射する。レーザビームは共振型ガルバノメータスキ
ャナ６８によりＸ方向へ偏向される。このレーザビーム
は瞳伝送レンズ６９，７０及びミラー７１によって対物
レンズ３４の瞳位置と共役な位置に設けられた非共振型
ガルバノメータスキャナ７２に入射する。そしてレーザ
ビームが非共振型ガルバノメータスキャナ７２によって
Ｘ方向と直交するＹ方向へ偏向される。

【００２３】この様にしたＸ，Ｙ方向に２次元走査され
たレーザビームは瞳投影レンズ７３及び結像レンズ７
４，１／４波長板７５を通ってミラー７６に入射する。
このミラー７６は走査光学系の光路に対して挿脱自在に
なっており、レボルバ３０が図１に示す位置に取付けら
れているときには光路内に挿入され、図２に示す位置に
取付けられているときにはミラー７６が光路から脱する
位置まで後退するように操作される。

【００２４】ミラー７６が光路内にあるときは、レーザ
ビームがミラー７６で下方に反射してレボルバ３０の対
物レンズ３４に入射する（図１，図８に示す状態のと
き）。またミラー７６が光路から脱しているときは、レ
ーザビームが直進して、同じくレボルバ３０の対物レン
ズ３４に入射する（図２に示す状態のとき）。

【００２５】対物レンズ３４から出射するレーザビーム
は所定位置に集光する。レーザビームの集光位置に試料
Ｓが配置されていれば、試料Ｓ上にスポットを形成し、
そのスポットで試料ＳがＸＹ方向に２次元走査されるも
のとなる。

【００２６】試料Ｓで反射したレーザビームは対物レン
ズ３４に入射し、１／４波長板７５，結像レンズ７４，
瞳投影レンズ７３，共振型ガルバノメータスキャナ６８
を通って偏向ビームスプリッター６７で反射され集光レ
ンズ８１を介して光検出器８２で検出される。

【００２７】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。本実施例では観察試料Ｓの大き
さに応じてレボルバ３０の取付け位置を切換えて対物レ
ンズ４の向きを変化させることができる。例えば、ＸＹ
ステージ２５の上に載る大きさの試料Ｓを観察する場合
は、図１及び図８に示すように、レボルバ３０を走査ユ
ニット２２の凸部２６に嵌合させて対物レンズ３４をＸ
Ｙステージ２５に対向させる。

【００２８】走査ユニット２２に対するレボルバ３０の
取付けは次のようにして行う。すなわち、止め捩子５４
を固定部３２から引抜いておき、固定部３２の丸アリ溝
３１に走査ユニット２２の凸部２６を滑り込ませる。丸
アリ溝３１に凸部２６を嵌合させたならば、止め捩子５
４を固定部３２に螺入し、止め捩子５４の先端部を凸部
２６の側面に所定の押圧力で当接させる。これにより走
査ユニット２２の凸部２６にレボルバ３０が固定され
る。

【００２９】またレボルバ３０の取付けと共に走査光学
系におけるミラー７６を光路上に挿入する。次にレボル
バ３０のＺ軸方向（この場合は上下方向）の位置を調整
して、対物レンズ３４の焦点位置に試料Ｓを配置する。
このＺ軸調整はステッピングモータ４７を駆動して行
う。ステッピングモータ４７を所定方向に回転させる
と、雄捩子４６が雌捩子４５内を螺進する。雄捩子４６
側が固定されているため、雌捩子４５が相対的に水平方
向へ移動しレバー４３のベアリング４４が押される。そ
の結果、レバー４３を介して回転シャフト４０が所定方
向に回動する。回転シャフト４０が回動すると、回転シ
ャフト４０に固定されているレバー４１が回転しベアリ
ング４２が回転シャフト４０を中心に移動する。レバー
４１が図中時計回りに回転すれば、上下可動部３５がバ
ネ３８の押圧力に抗し、かつ上下スライド部３７ａ，３
７ｂにガイドされて上方へ移動する。またレバー４１が
時計回りと逆方向に回転すれば、上下可動部３５がバネ
３８の押圧力に押されて、かつ上下スライド部３７ａ，
３７ｂにガイドされて下方へ移動する。

【００３０】一方、ＸＹステージ２５の上に載りきらな
い大きな試料Ｓ′を観察する場合は、図２に示すよう
に、レボルバ３０を走査ユニット２２の凸部２７に嵌合
させて対物レンズ３４を水平方向に向けて保持する。具
体的な取付け操作は上述した場合と同じである。またミ
ラー７６を走査光学系の光路から外し、光源からのレー
ザビームがレボルバ３０の対物レンズ３４に直接入射す
るようにする。

【００３１】対物レンズ３４を水平方向へ向けた場合、
観察対象となる試料Ｓ′を当該走査型光学顕微鏡の前方
に配置する。試料Ｓ′を走査型光学顕微鏡の前方に配置
するためには、走査型光学顕微鏡とは別体の保持機構で
試料Ｓ′を支えるため試料の大きさがステージにより制
限を受けることはなくなる。

【００３２】また、走査ユニット２２はベース２１に対
しボルト２３で締結されているので、ボルト２３による
締結を解除すれば、走査ユニット２２をベース２１から
分離することができる。

【００３３】このように本実施例によれば、レボルバ３
０を走査ユニット２２先端部の互いに直交する第１端面
と第２端面とに選択的に取付けられるようにしたので、
レボルバ３０の取付け位置を変更することにより対物レ
ンズ３４の向きを２方向に切換えることができる。した
がって、ＸＹステージ２５に載らない大きな試料Ｓ′で
あっても走査型光学顕微鏡の前方に近接配置することに
より観察することができ、従来のように試料の一部を切
り取って観察するなどの作業を削除できる。

【００３４】なお、走査ユニット２２は顕微鏡本体から
取り外すことができるので、例えば図９に示すよう、走
査ユニット２２を支柱に固定して使用することができ
る。支柱９０の所定の高さのところに固定台９１を垂直
に固設し、その固定台９１に走査ユニット２２の基端部
をボルト２３で締結する。走査ユニット２２先端部の第
２端面にはレボルバ３０を取付けておく。また試料Ｓ′
は搬送ステージ９２に載置する。

【００３５】そして、試料Ｓ′を搬送ステージ９２に載
せて支柱９０のある位置まで移動し、そこで試料Ｓ′に
レボルバ３０の対物レンズ３４からのレーザビームを入
射して観察を行う。

【００３６】このように走査ユニット２２を支柱に固定
して使用すれば、走査型光学顕微鏡の構造に制限される
ことなく、あらゆる大きさ又は形状の試料Ｓ′を観察す
ることができるようになる。例えば、試料Ｓ′′のよう
に下部が裾広がりな形状のものであっても、そのような
形状の試料Ｓ′′と干渉することなく観察を行うことが
できる。

【００３７】なお、上述した実施例では対物レンズの向
きを２方向にしか切換えられないが、３方向またはそれ
以上の方向に切換えるようにレボルバの保持機構を変更
することもできる。

【００３８】また上述した実施例は走査型光学顕微鏡に
関するものであるが、この種の顕微鏡に限定されること
なく、その他の光学顕微鏡にも適用することができる。
またレボルバ３０のＺ軸方向の位置を調整するための機
構としてラック・ピニオン機構を採用することもでき
る。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能であ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、対
物レンズ等の集光光学系の向きを複数の方向へ切換え可
能で、ステージに載らない大きな観察対象まで観察する
ことができる光学顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る走査型光学顕微鏡の側
面図であり、対物レンズを垂直方向に向けた状態を示す
図である。

【図２】上記実施例に係る走査型光学顕微鏡の側面図で
あり、対物レンズを水平方向に向けた状態を示す図であ
る。

【図３】上記実施例の走査型光学顕微鏡に備えられたレ
ボルバの平面図である。

【図４】上記実施例の走査型光学顕微鏡に備えられたレ
ボルバの断面図である。

【図５】図３，４に示すレボルバの丸アリ溝部分の平面
図である。

【図６】図３，４に示すレボルバの丸アリ溝部分の斜視
図である。

【図７】上記実施例の走査型光学顕微鏡に備えられた走
査光学系の平面図である。

【図８】上記実施例の走査型光学顕微鏡に備えられた走
査光学系の側面図である。

【図９】上記実施例の変形例を示す図である。

【図１０】従来の走査型光学顕微鏡の走査光学系の構成
図である。

【符号の説明】

２１…ベース、２２…走査ユニット、２３…ボルト、２
４…Ｚステージ、２５…ＸＹステージ、２６，２７…凸
部、３０…レボルバ、３１…丸アリ溝、３２…固定部、
３３…回し環、３４…対物レンズ、３５…上下可動部、
３６…筐体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光学系を内蔵した顕微鏡本体と、
   集光作用を持ち前記顕微鏡本体の光学系と光学的に結合
   された集光光学系と、前記集光光学系を保持した状態で
   前記顕微鏡本体における光学系の一端部に設けられ前記
   集光光学系の向きを少なくとも２方向に切換える方向切
   換手段とを具備したことを特徴とする光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 光源と、前記光源からの光を試料上に集
   光する集光光学系と、前記光源の光を前記集光光学系へ
   導くと共にその光を２次元走査する走査光学系を内蔵し
   た走査ユニットと、前記試料からの光を検出する光検出
   手段と、前記集光光学系を保持した状態で前記走査ユニ
   ットにおける走査光学系の一端部に設けられ前記集光光
   学系の向きを少なくとも２方向に切換える方向切換手段
   とを具備したことを特徴とする光学顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記走査ユニットを顕微鏡本体から分離
   可能に構成し、顕微鏡本体から分離された前記走査ユニ
   ットを支柱に取付けることを特徴とする請求項２記載の
   光学顕微鏡。