JPH09197288A - 光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定作業中に対物レンズと試料とが衝突する
のを確実に防止する。 【解決手段】 本発明は、対物レンズと試料とが衝突す
るのを防止するために設定された衝突防止位置における
試料からの反射光或いは透過光の集光点と共役な位置に
所要の径のピンホールが位置するよう配置されたピンホ
ール板（４７）と、ピンホール板のピンホールを通過し
た光を検出し、電気信号に変換する第２の光検出器（４
８）と、第２の光検出器にて変換された電気信号のレベ
ルがあらかじめ衝突を防止するために設定された基準レ
ベルを超えた場合に、移動機構（４４）により対物レン
ズ（２６）の焦点位置と試料（２８）の位置との相対距
離が変化させられるのを防止する衝突防止手段（３０，
４４）とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡に係わ
り、特に点状光源によって試料を点状に照明し、この試
料に照明された光から共焦点画像を得る共焦点走査型光
学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の光学顕微鏡の光学系の概
略構成を示す図である。

【０００３】同図に示すように、光源１から出射した光
は、レンズ２によって集光されながら、ハーフミラー３
によって反射された後に、対物レンズ４等の主光学系に
導かれる。

【０００４】ハーフミラー３によって反射した光源１か
らの光は、対物レンズ４で集光された後に、ステージ５
上に載置された試料６表面に照射される。そして、試料
６表面で反射した照明光は、対物レンズ４、結像レンズ
７で拡大された後、拡大観察に供される。

【０００５】上記ステージ５上に載置された試料６は、
対物レンズ４の焦点位置において観察する必要があるた
め、ステージ５は、コンピュータ８により制御されるス
テージ移動制御部９によって、光軸方向及び光軸と直交
する方向に移動することができる構成となっている。

【０００６】次に、共焦点走査型光学顕微鏡について説
明する。

【０００７】共焦点走査型光学顕微鏡は、点状光源によ
って観察試料を点状に照明し、照明された試料からの透
過光または反射光を再び点状に結像させて、ピンホール
開口を有する検出器像の濃淡情報を得る顕微鏡である。

【０００８】図９は、点光源から出射したレーザ光が観
察試料にて反射し、この反射光を光検出器で検出するま
での共焦点走査型光学顕微鏡の光学系の概略構成を説明
するための図である。

【０００９】同図に示すように、点光源１１から出射し
た光は、ハーフミラー１２を通過して、収差のよく補正
された対物レンズ１３によって結像された後に試料１４
上に照明される。

【００１０】試料１４上に照明され、反射した照明光
は、再び対物レンズ１３を通過した後、ハーフミラー１
２で反射され、その後集光する。この反射照明光の集光
位置には、ピンホール１５が配置され、このピンホール
１５を通過した光が光検出器１６にて検出される。

【００１１】試料１４の二次元画像は、照明光をテレビ
のラスター走査と同じように、二次元走査することによ
り得られる。ところで、図９中の点線は、対物レンズ１
３の集光位置からずれた位置１７の反射光を示してい
る。この反射光は、同図に示すように、ピンホール１５
上では集光しない。

【００１２】従って、このような光は、ピンホール１５
を通過することができずに、光検出器１６には到達しな
い。すなわち、このような光学系では、対物レンズ１３
の集光位置、すなわち合焦位置のみの画像を得ることが
できる。

【００１３】次に、図１０に示すような高さの異なる試
料１８を共焦点走査型光学顕微鏡にて観察する場合につ
いて考える。

【００１４】まず、上述のような共焦点走査型光学顕微
鏡において、試料１８のＡ面に合焦した場合、Ｂ面やＣ
面はぼけてしまう。したがって、上述の構成の共焦点走
査型光学顕微鏡においては、Ａ，Ｂ，Ｃ面の全面に合焦
した画像を得ることは不可能であった。

【００１５】しかしながら、共焦点光学系を持つ光学顕
微鏡の場合、Ａ面にピントを合わせた画像を保存し、同
じようにして得られたＢ面、Ｃ面の画像をたし合わせる
と、全面に合焦した画像を得ることができる。実際に
は、各画素について、明るさの最大値を保持させれば良
い。

【００１６】この光学的特性を利用して試料の表面形状
を測定する方法については、「Theory and Practice of
Scanning Optical Microscopy (ACADEMIC PRESS INC.
(LONDON)LTD printing 1994 ISBN 0-12-757760-2 p.126
〜p.130 」に開示されている。

【００１７】すなわち、試料１８のある一点に集光し、
この集光された一点について光軸方向（ｚ方向）に走査
を行ない、走査中に輝度が最高になるｚ位置を検出し記
憶する。

【００１８】次に、集光した光をｘ方向に移動させ、そ
の点でｚ方向に走査を行ない、走査中に輝度が最高にな
る位置を検出し記憶する。さらに、集光した光をｘ方向
に移動させ、その点でｚ方向に走査を行ない走査中に輝
度が最高になるｚ位置を検出し記憶する。

【００１９】以上の走査を、繰り返しｘ方向及びｙ方向
に行なうことにより、試料１８の表面形状を測定するこ
とができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光学顕微鏡において、高倍率の対物レンズ４を使用して
いる場合には、対物レンズ４の焦点深度が浅くなるた
め、試料６の光軸方向の焦点合わせが困難であり、焦点
合わせの際に、対物レンズ４とステージ５上に載置され
た試料６とが衝突してしまうという問題があった。

【００２１】また、共焦点走査型光学顕微鏡の場合、ｚ
方向の情報、すなわち高さ情報を得るためには、対物レ
ンズ１３の焦点位置と試料１８の位置とを相対的に移動
させなければならない。

【００２２】対物レンズ１３には、対物レンズ１３の先
端から焦点位置までの距離（動作距離）ＷＤが決まって
いるので、試料の形状によっては、測定作業中に対物レ
ンズ１３と試料１８とが衝突してしまう可能性があると
いう問題があった。

【００２３】このような問題を解決するために、従来
は、対物レンズに試料が衝突した場合に機械的に逃げる
機構を設け、衝突により試料が破壊されるのを未然に防
止したり、設定された動作距離と試料最上面からの移動
距離とを比較して衝突を未然に防止していた。

【００２４】しかしながら、このような解決方法では、
試料にダメージを与えたり、最上面検出のための初期動
作に時間がかかったり、モータ脱調等によるエラーが発
生した場合に、対物レンズと試料とが衝突するのを防ぐ
ことができないという問題があった。

【００２５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、測定作業中に対物レンズとステージ上に載置さ
れた試料とが衝突するのを確実に防止することのできる
光学顕微鏡を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】従って、まず、上記目的
を達成するために請求項１に係る発明は、光源からの出
射光を対物レンズを介して試料に集光するとともに、前
記出射光を試料に対して二次元走査し、試料から得られ
た光を共焦点の関係にある光学系を介して第１の光検出
器により検出して画像情報を得るようにし、前記対物レ
ンズの焦点位置とステージ上に載置された試料の位置と
の光軸方向の相対距離を移動機構により変化させること
により、前記試料の共焦点画像を得る共焦点走査型光学
顕微鏡において、前記対物レンズと前記試料とが衝突す
るのを防止するために設定された衝突防止位置における
試料からの反射光或いは透過光の集光点と共役な位置に
所要の径のピンホールが位置するよう配置されたピンホ
ール板と、前記ピンホール板のピンホールを通過した光
を検出し、電気信号に変換する第２の光検出器と、前記
第２の光検出器にて変換された電気信号のレベルがあら
かじめ衝突を防止するために設定された基準レベルを超
えた場合に、前記移動機構により前記対物レンズの焦点
位置と試料の位置との相対距離が変化させられるのを防
止する衝突防止手段とを具備したことを特徴とする。

【００２７】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の共焦点走査型光学顕微鏡において、前記ピンホール
板と前記対物レンズとの間の光路上に、試料からの照明
光或いは透過光を集光する光学レンズを設けたことを特
徴とする。

【００２８】さらに、請求項３に係る発明は、対物レン
ズと試料との相対距離を移動機構により調整し、光源か
らの出射光を対物レンズを介して、ステージ上に載置さ
れた試料に集光し、この試料に集光された光の反射光或
いは透過光により試料を観察する光学顕微鏡において、
前記対物レンズと前記試料とが衝突するのを防止するた
めに設定された衝突防止位置に、前記試料が位置したと
きの前記試料からの反射光あるいは透過光を検知する衝
突位置検知手段と、前記衝突位置検知手段により、前記
試料が衝突防止位置に位置したことが検知された場合
に、前記試料と前記対物レンズとの相対距離が前記移動
機構により変化させられるのを防止する衝突防止手段と
を具備したことを特徴とする。

【００２９】請求項１に係る発明は、対物レンズとステ
ージ上に載置された試料とが衝突するのを防止するため
に設定された衝突防止位置における試料からの反射光或
いは透過光の集光点と共役な位置に所要の径のピンホー
ルが位置するよう配置されたピンホール板を通過した光
を第２の光検出器により検出する。

【００３０】そして、衝突防止手段により、第２の光検
出器にて変換された電気信号のレベルがあらかじめ衝突
を防止するために設定された基準レベルを超えた場合
に、移動機構により対物レンズの焦点位置とステージ上
に載置された試料の位置との相対距離が変化させられる
のを防止するので、対物レンズと試料とが衝突するのを
未然に防止することができる。

【００３１】請求項２に係る発明は、請求項１記載の共
焦点走査型光学顕微鏡において、ピンホール板と対物レ
ンズとの間の光路上に、試料からの照明光或いは透過光
を集光する光学レンズを設けているので、共焦点走査型
光学顕微鏡の全体構成を小型化することができる。

【００３２】請求項３に係る発明は、衝突位置検知手段
により、対物レンズとステージ上に載置された試料とが
衝突するのを防止するために設定された衝突防止位置
に、試料が位置したときの試料からの反射光あるいは透
過光を検知し、衝突防止手段により、衝突位置検知手段
によって試料が衝突防止位置に位置したことが検知され
た場合に、ステージ上に載置された試料と対物レンズと
の相対距離が移動機構により変化させられるのを防止す
るので、対物レンズと試料とが衝突するのを未然に防止
することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００３４】＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る共焦点走査型光学顕微鏡の構成を
示す図である。

【００３５】同図に示すように、共焦点走査型光学顕微
鏡２１のレーザ光源２２から出射したレーザ光の光路上
には、ミラー２３が配置されており、このミラー２３に
て反射したレーザ光の光路上には、二次元走査機構２４
が配置されている。

【００３６】二次元走査機構２４は、ミラー２３を介し
て得られたレーザ光源２２からのレーザ光を２次元走査
（ＸＹ走査）するための機構であり、レボルバ２５に取
り付けられた対物レンズ２６を介してステージ２７上の
試料２８にレーザ光を二次元走査しながら照射する。

【００３７】この二次元走査機構２４によるレーザ光の
二次元走査は、走査制御ユニット２９から出力される走
査制御信号に基づいて行なわれる。二次元走査機構２４
は、たとえば、Ｘ軸方向走査用のガルバノミラーと、Ｙ
軸方向走査用のガルバノミラーとを有しており、これら
ガルバノミラーをＸ軸方向、Ｙ軸方向に回動すること
で、対物レンズ２６に対するスポット光の光路をＸＹ方
向に振らせることができる。

【００３８】走査制御ユニット２９から二次元走査機構
２４に出力される走査制御信号は、コンピュータ３０か
らの走査指示命令に基づいて出力される。

【００３９】また、コンピュータ３０は、操作部３１か
らのコマンドや走査指令をうけて、走査制御ユニット２
９及び画像処理ユニット３２の制御を行なうとともに、
画像データの保存、再生、編集等の処理の中枢を担うも
のである。

【００４０】さらに、コンピュータ３０は、画像処理ユ
ニット３２の画像メモリ３２ａに格納されたレーザ走査
による画像をディスプレイ３０ａ上に表示するととも
に、測定範囲設定、測定範囲での移動量の設定、画素の
表示、及びシステムの制御などを行なう。

【００４１】さらに、コンピュータ３０は、ＴＶカメラ
３７で撮像されて得られた試料２８のＴＶ画像信号か
ら、画像を得て、ディスプレイ３０ａ上に表示する。

【００４２】二次元走査機構２４と対物レンズ２６との
間の光路上には、光路に対して進退操作可能なミラー３
３が設けられている。また、白色光源３４は白色光を発
生するものである。

【００４３】また、ミラー３３と対向する位置には、ハ
ーフミラー３５が配置されるとともに、これらミラー３
３及びハーフミラー３５の間の光路上には、レンズ３６
が配置されている。

【００４４】つまり、共焦点画像の観察時には、対物レ
ンズ２６と二次元走査機構２４との間の光路上からミラ
ー３３を退避させ、光路中にミラー３３を挿入してある
ときには、白色光源３４からの光をハーフミラー３５に
てミラー３３へと反射させて導き、対物レンズ２６方向
へ送ることができ、また、対物レンズ２６を介して入射
された試料２８からの反射光をミラー３３で反射させて
ハーフミラー３５へと導くことができる。

【００４５】ＴＶカメラ３７は、ハーフミラー３５を介
してミラー３３に対向するよう配置されており、試料２
８の画像をＴＶ画像信号に変換するものであって、ミラ
ー３３で反射されて導かれた試料２８からの反射光がハ
ーフミラー３５を通過してＴＶカメラ３７へと導かれる
構成である。

【００４６】一方、二次元走査機構２４とミラー２３と
の間の光路上には、ハーフミラー３９，４０が配置され
ている。

【００４７】ハーフミラー３９は、二次元走査機構２４
を介して得られる試料２８からの反射光を第１の検出系
に導くための鏡であって、半透明鏡である。レンズ４１
は、このハーフミラー３９を介して得られた二次元走査
機構２４からの反射光を集光するレンズである。

【００４８】ピンホール板４２は、所要の径のピンホー
ルを開けたもので、光検出器４３の受光面の全面におけ
るレンズ４１の焦点位置にそのピンホールを位置させて
配置される。

【００４９】光検出器４３は、ピンホールを介して得ら
れる光をその光量対応の電気信号に変換する光検出素子
である。

【００５０】上記画像処理ユニット３２は、画像メモリ
３２ａ、画像メモリ３２ｂを備えている。画像メモリ３
２ａ及び画像メモリ３２ｂは、それぞれ１フレーム分の
容量をもつ画像メモリであり、５１２画素×５１２画素
×８ビット（２５６階調）構成で１フレームとしたメモ
リである。

【００５１】画像メモリ３２ａには、光検出器４３より
検出された反射光の電気信号（輝度信号）がスポット光
の現在のＸＹ走査位置対応の画素位置に、データとして
記憶保存される。

【００５２】この画像メモリ３２ａに記憶されるデータ
は、その画素位置の記憶情報と加算して得た値である。
このようにすることで、高さ位置の異なる画像の足し込
みができることになる。

【００５３】画像メモリ３２ｂは、ｚ移動回路４４によ
って、粗動ステージ４５に載置されたステージ２７が移
動された回数を記憶する。

【００５４】ｚ移動回路４４は、コンピュータ３０によ
り制御され、ステージ２７を高さ方向、すなわち、ｚ軸
方向に基準幅単位で駆動移動させるべく制御を行なう回
路である。

【００５５】また、ｚ移動回路４４は、ステージ２７を
ｚ軸方向に基準幅分、駆動移動制御する毎に、カウント
を１つずつ進める機能と、このカウント値を画像処理ユ
ニット３２の画像メモリ３２ｂに与える機能を有してい
る。

【００５６】ステージ２７は、試料２８を載置してお
り、この試料２８のＸＹ軸方向位置合わせとＺ軸方向位
置合わせとを可能にしたものであり、粗動ステージ４５
はステージ２７を保持してこれをｚ軸方向に移動操作す
ることができるものである。

【００５７】ハーフミラー４０は、二次元走査機構２４
を介して得られる試料２８からの反射光を第２の検出系
に導くための鏡であって、半透明鏡である。

【００５８】レンズ４６は、このハーフミラー４０を介
して得られた二次元走査機構２４からの反射光を集光す
るレンズであり、ピンホール板４７は、所要の径のピン
ホールを開けたもので、図２に示すように、試料２８に
て反射した反射光の集光点Ｘと共役な位置に配置され
る。

【００５９】すなわち、対物レンズ２６と試料２８とが
衝突するのを防止するために設定された衝突防止位置Ｙ
に試料２８表面がきた場合、試料２８表面にて反射した
光は、図２において点線で示したように、試料２８表面
より対物レンズ２６側で集光する。

【００６０】そして、この対物レンズ２６側の集光点Ｘ
にて集光した光は、集光点Ｘと共役な位置に配置された
ピンホール４７を通過する。

【００６１】光検出器４８は、ピンホールを介して得ら
れる光をその光量対応の電気信号に変換する光検出素子
である。比較回路４９は、光検出器４８から出力される
電気信号のレベルとあらかじめ定められた所定の基準レ
ベルとを比較し、電気信号のレベルが基準レベルを超え
た場合に、コンピュータ３０に基準レベル超過信号を出
力する。

【００６２】この所定の基準レベルは、試料２８が衝突
防止位置Ｙに位置した場合に、最大となる光検出器４８
にて検出される電気信号を検出することができるよう適
切なレベルが設定される。

【００６３】コンピュータ３０は、比較回路４９から基
準レベル超過信号が出力されると、ｚ移動回路４４にス
テジ２７のｚ方向の移動を停止させる移動停止信号を出
力する。

【００６４】ｚ移動回路４４は、コンピュータ３０から
移動停止信号が出力されると、ステージ２７のｚ方向の
移動を停止させる。

【００６５】本装置においては、試料２８の画像を得る
のに２通りの選択が可能である。１つは、白色光源３４
からの光を使用して試料２８を照明し、その反射光を対
物レンズ２６、レンズ３６、ハーフミラー３５を通して
ＴＶカメラ３７でとらえた画像を利用する方式である。

【００６６】他の方法は、レーザ光源２２からのレーザ
光を二次元走査機構２４により二次元走査して試料２８
に与え、その反射光を対物レンズ２６、二次元走査機構
１４、ハーフミラー３９、レンズ４１、ピンホール板４
２を介して、光検出器４３に入射させて、光検出器４３
からの出力を画像処理ユニット３２に与えて画像として
得て、これをディスプレイ３０ａに表示して観察する方
式である。

【００６７】次に、上述の如く構成された本実施の形態
に係る共焦点走査型光学顕微鏡の動作について説明す
る。

【００６８】レーザ光源２２から出射したレーザ光は、
ミラー２３で反射され、ハーフミラー３９，４０を通過
して二次元走査機構２４に入射する。二次元走査機構２
４は、コンピュータ３０からの命令に基づき走査制御ユ
ニット２９から出力される走査制御信号によって動作を
開始する。ここでは、レーザ光はＴＶのラスタ走査と同
様に、Ｘ及びＹ方向に偏向される。

【００６９】レーザ光は、レボルバ２５、対物レンズ２
６を通過してステージ２７上の試料２８に、微小なスポ
ットに集光するとともに、そのスポットが試料２８上を
移動していく。

【００７０】試料２８にて反射した光は、入射した光路
を逆に辿り、ハーフミラー３９で反射されてレンズ４１
で集光される。レンズ４１の集光位置には、ここにピン
ホールを位置させたピンホール板４２が配置されてい
る。

【００７１】ピンホール板４２のピンホールを通過した
光は、光検出器４３に入射する。光検出器４３は、試料
２８の反射光を電気信号に変換し、画像処理ユニット３
２に出力する。画像処理ユニット３２に入射した電気信
号は、画像メモリ３２ａに保存される。

【００７２】ステージ２７の光軸方向（ｚ方向）への移
動は、コンピュータ３０からの指令によりｚ移動回路４
４にて行なわれる。また、画像メモリ３２ｂには、ｚ移
動回路４４によってステージ２７が移動した回数が保存
される。

【００７３】レーザ走査による画像は、画像処理ユニッ
ト３２からコンピュータ３０に送られ、コンピュータ３
０のディスプレイ３０ａに表示される。このほかに、測
定範囲設定、測定範囲での移動量の設定、画素の表示、
およびシステムの制御はコンピュータ３０により行なわ
れる。

【００７４】次に、測定限界の検出について説明する。

【００７５】まず、観察者は、試料２８をステージ２７
に載せ、大まかなピント合わせを行なう。ここで、共焦
点画像でピント合わせを行なうこともできるが、焦点深
度が極端に浅いため、ＴＶ画像においてピント合わせを
行なう。

【００７６】ＴＶ画像を使用して測定範囲を求めるに
は、まず観察者は、ミラー３３を対物レンズ２６と二次
元走査機構２４との間を繋ぐ光路上に挿入し、ＴＶカメ
ラ３７を使用することができるようにする。

【００７７】そして、白色光源３４を点灯し、その光を
ハーフミラー３５、レンズ３６、ミラー３３を介して対
物レンズ２６へと送り、ステージ２７側に照射する。ス
テージ２７側からの反射光は、これと逆の経路を辿り、
ハーフミラー３５を通過し、ＴＶカメラ３７にとらえら
れ、映像信号化され、コンピュータ３０のディスプレイ
３０ａ上に画像として表示される。

【００７８】従って、試料２８をステージ２７に載せる
ことで試料２８の画像がＴＶカメラ３７で撮像されるこ
とになり、この撮像された試料画像は、コンピュータ３
０のディスプレイ３０ａ上に表示されるので、観察者は
このモニタ画像を見ながら粗動ステージ４５のｚ軸位置
を粗調整して大まかなピント合わせを行なう。

【００７９】大まかなピント合わせが終了したならば、
次にミラー３３を対物レンズ２６と二次元走査機構２４
とを繋ぐレーザ光路から外す。これにより、ミラー３３
により遮られていたレーザ光路は光路が確保されること
になり、試料２８に対してレーザ走査を開始することが
できる。

【００８０】次に、観察者からの走査指令がコンピュー
タ３０に出されることにより、あるいはミラー３３をレ
ーザ光路から退避することにより発生されるコンピュー
タ３０からの命令によって、試料２８にレーザビームの
ＸＹ走査が開始される。

【００８１】レーザ走査が開始されると、レーザ走査に
よる画像が画像処理ユニット３２の画像メモリ３２ａに
格納されるので、この画像メモリ３２ａ上の画像をコン
ピュータ３０のディスプレイ３０ａに表示させることで
共焦点画像を観察することができる。

【００８２】共焦点画像が表示されると観察者は、この
表示画像を見ながら操作部３１を操作して、測定範囲の
設定を行なう。この測定範囲の設定は、操作部３１の操
作により、ステージ２７を上下に移動させながら、画像
が完全に見えなくなる位置を捜すことにより行なわれ
る。

【００８３】次に、ステージ２７をｚ軸方向に動かし、
試料２８表面が対物レンズ２６に近づいてくる場合につ
いて図２を参照して説明する。なお、図２は、説明を簡
略化するために走査系の光学素子等は省略している。

【００８４】同図に示すように、本実施の形態の共焦点
走査型光学顕微鏡においては、試料２８表面と対物レン
ズ２６とが衝突するのを防止するために、衝突防止位置
Ｙが設定されている。

【００８５】レーザ光源２２から出射したレーザ光は、
ハーフミラー３９，４０を通過し、対物レンズ２６の先
端からＷＤ（焦点距離）に集光される。この集光位置に
試料２８がある場合、試料２８で反射した光は、入射光
と同じ光路を逆に戻り、ハーフミラー３９で反射されピ
ンホール４２の位置で集光する。

【００８６】ピンホール４２は、対物レンズ２６の集光
位置と共役な位置に配置されているため、試料表面が集
光位置にあるときのみ反射光は、ピンホール４２を通過
し、光検出器４３に入射する。

【００８７】そして、試料２８が衝突防止位置Ｙに移動
してきた場合、試料２８表面で反射した光は、図２の点
線で示したように、試料表面より対物レンズ２６側の集
光点Ｘで集光する。

【００８８】集光点Ｘで集光したレーザ光は、対物レン
ズ２６を通過しハーフミラー４０で反射され再度集光す
る。この位置、すなわち集光点Ｘと共役な位置にはピン
ホール４７が置かれているので、光検出器４８の出力
は、試料２８の表面が衝突防止位置Ｙに来たときに最大
となる。

【００８９】比較回路４９は、図３に示すように、光検
出器４８からの電気信号のレベルとあらかじめ定められ
た基準レベルとを比較し、電気信号のレベルが基準レベ
ルを超えた場合に、試料２８が衝突防止位置Ｙに来たと
判断し、コンピュータ３０に基準レベル超過信号を出力
する。

【００９０】上記基準レベルは、試料２８が衝突防止位
置Ｙに来たことを検出することができるように最適な値
が設定される。

【００９１】コンピュータ３０は、比較回路４９から基
準レベル超過信号が出力されると、ｚ移動回路４４にス
テージ２７のｚ方向の移動を停止させる移動停止信号を
出力する。

【００９２】ｚ移動回路４４は、コンピュータ３０から
移動停止信号が出力されると、ステージ２７のｚ方向の
移動を停止させる。

【００９３】図４は、ハーフミラー４０とピンホール板
４７との距離を短くするために、ハーフミラー４０とピ
ンホール板４７とを繋ぐ光路上にレンズ５１を配置した
場合の構成を示す図である。

【００９４】このように構成することで、試料２８の衝
突を検出するための系の全体構成を小さくすることがで
きる。また、集光点Ｘの位置によっては、反射光が発散
する場合もあるが、このような場合にもレンズ５１によ
って、反射光を集束させることができる。

【００９５】従って、本実施の形態に係る共焦点走査型
光学顕微鏡によれば、光検出器４８によって検出される
試料２８表面にて反射した反射光を電気信号に変換し、
比較回路４９により、この変換された電気信号のレベル
とあらかじめ設定された基準レベルとを比較して、電気
信号のレベルが基準レベルを超えている場合に、ｚ移動
回路４４によって、ステージ２７のｚ方向の移動を停止
させるので、対物レンズ２６と試料２８とが衝突するの
を未然に防止することができる。

【００９６】＜第２の実施の形態＞次に、本発明の第２
の実施の形態に係る共焦点走査型光学顕微鏡について説
明する。

【００９７】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る
共焦点走査型光学顕微鏡の構成を示す図であり、図６
は、同第２の実施の形態における共焦点走査型光学顕微
鏡の二次元走査機構の構成を示す図である。なお、図１
と同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００９８】上述の第１の実施の形態の共焦点走査型光
学顕微鏡と本実施の形態の共焦点走査型光学顕微鏡と異
なる点は、上述の第１の実施の形態のように、対物レン
ズからの反射光を二次元走査機構通過後に検出するので
はなく、二次元走査機構の途中で光を分割して検出する
ことにある。

【００９９】図５に示すように、レーザ光源２２から出
射し、ミラー２３にて反射したレーザ光の光路上には、
二次元走査機構６１が設けられている。この二次元走査
機構６１は、図６に示すように構成されており、ミラー
２３にて反射したレーザ光路上には、ガルバノミラー
（第１の光偏向手段）６２が配置されている。

【０１００】このガルバノミラー６２によって反射した
レーザ光の光路上には、レンズ６３、レンズ６４が配置
されており、レンズ６４を通過したレーザ光の光路上に
は、ガルバノミラー（第２の光偏向手段）６５が配置さ
れている。

【０１０１】このガルバノミラー６５で反射したレーザ
光の光路上には、図５に示すように、ミラー８１が配置
されており、このミラー８１にて反射したレーザ光は、
対物レンズ２６に導かれるように構成されている。

【０１０２】また、レンズ６３とレンズ６４との間の光
路上には、試料２８にて反射し、対物レンズ２６、ミラ
ー８１、ガルバノミラー６５、レンズ６４を介して入力
される反射光を分割するハーフミラー６６が配置されて
いる。

【０１０３】ハーフミラー６６にて分割された反射光の
光路上には、レンズ６７が配置されており、このレンズ
６７を通過した反射光の光路上には、一次元ラインセン
サ６９が配置されている。

【０１０４】また、レンズ６７と一次元ラインセンサ６
９との間の光路上には、ハーフミラー６８が配置されて
おり、このハーフミラー６８で分割された反射光の光路
上にはレンズ７０が配置され、このレンズ７０を通過し
た反射光の光路上には、一次元ラインセンサ７１が配置
されている。

【０１０５】上記一次元ラインセンサ６９は、対物レン
ズ２６の焦点位置と共役な位置に配置されており、対物
レンズ２６の焦点位置の光が入力される。この一次元ラ
インセンサ６９の出力は、上述の第１の実施の形態にお
いて述べたように、画像として画像メモリ３２ａに格納
される。

【０１０６】また、一次元ラインセンサ７１は、図２に
示す衝突防止位置Ｙにおける試料２８にて反射したレー
ザ光の集光点Ｘと共役な位置に配置されており、試料２
８が衝突防止位置Ｙにきた時に、最大出力を得る。

【０１０７】この一次元ラインセンサ７１の出力は、上
述の第１の実施の形態において述べたように、比較回路
４９によって、基準レベルとの比較が行なわれる。

【０１０８】次に、上述の如く構成された本実施の形態
にかかる共焦点走査型光学顕微鏡の動作について説明す
る。

【０１０９】レーザ光源２２から出射したレーザ光は、
ミラー２３にて反射した後、二次元走査機構６１のＸ軸
方向に回動するガルバノミラー６２によって反射され
る。

【０１１０】ガルバノミラー６２にて反射したレーザ光
は、レンズ６３、レンズ６４を通過した後、ｙ軸方向に
回動するガルバノミラー６５によって反射してミラー８
１に導かれる。

【０１１１】そして、このミラー８１で反射したレーザ
光は、対物レンズ２６を通過し、試料２８表面でＸＹ方
向に走査される。

【０１１２】試料２８表面で反射したレーザ光は、対物
レンズ２６、ミラー８１、ガルバノミラー６５、レンズ
６４を通過し、ハーフミラー６６にて、その一部が分割
されてレンズ６７に導かれる。

【０１１３】レンズ６７に入射したレーザ光は、ハーフ
ミラー６８によって、その一部が反射された後、残りの
レーザ光がレンズ６７の焦点位置に配置された一次元ラ
インセンサ６９に入射する。

【０１１４】一次元ラインセンサ６９は、入射したレー
ザ光を電気信号に変換し、上述の第１の実施の形態にお
いて述べたように、画像メモリ３２ａに画像として格納
される。

【０１１５】一方、ハーフミラー６８で反射したレーザ
光は、レンズ７０を通過した後、その光路上に配置され
た一次元ラインセンサ７１に入力される。上述のよう
に、一次元ラインセンサ７１は、衝突防止位置Ｙにおけ
る試料２８にて反射したレーザ光の集光点Ｘと共役な位
置に配置されていることから、試料２８が衝突防止位置
Ｙにきたときに、その出力が最大となる。

【０１１６】上記一次元ラインセンサ７１の出力は、上
述の第１の実施の形態において述べたように、比較回路
４９によって、最大出力を検出するためのあらかじめ定
められた基準レベルと比較され、この基準レベルを超え
た場合には、コンピュータ３０により、ｚ移動回路４４
に移動停止信号を出力してステージ２７のｚ方向の移動
を停止させる。

【０１１７】したがって、本実施の形態の共焦点走査型
光学顕微鏡においては、上述の第１の実施の形態におい
て述べた効果に加え、ピンホールの数を削減することが
できる。

【０１１８】また、上述の第１の実施の形態の共焦点走
査型光学顕微鏡においては、三次元方向の調整が必要で
あるのに対し、本実施の形態の共焦点走査型光学顕微鏡
においては、二次元方向の調整を行なうのみで済むとい
う利点がある。

【０１１９】＜第３の実施の形態＞次に、本発明の第３
の実施の形態に係る光学顕微鏡について説明する。

【０１２０】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る
光学顕微鏡の構成を示す図である。なお、図８と同一部
分には、同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。

【０１２１】同図に示すように、本実施の形態の光学顕
微鏡は、結像レンズ７とハーフミラー３との間の光路上
に、ハーフミラー９１を設けている。また、衝突防止位
置Ｙにステージ５上に載置された試料６が移動してきた
場合の反射光の集光点Ｘと共役な位置であって、ハーフ
ミラー９１の反射光路上には、その光路上に所定径のピ
ンホールを有するピンホール板９２が配置されている。

【０１２２】このピンホール板９２のピンホールを通過
した光路上には、反射光を電気信号に変換する光検出器
９３が配置されている。この光検出器９３は、比較回路
９４に接続されている。

【０１２３】比較回路９４は、光検出器９３から出力さ
れる電気信号のレベルがあらかじめ定められたレベルを
超えている場合に、停止信号をステージ移動制御部９５
に出力する。

【０１２４】なお、この所定レベルは、ステージ５上に
載置された試料６が衝突防止位置Ｙに移動したときに、
検出器９３にて検出される最大の電気信号のレベルを検
出することができるように適切なレベルが設定される。

【０１２５】ステージ移動制御部９５は、比較回路９４
から停止信号が出力されると、ステージ５の移動を停止
する。

【０１２６】次に、上述の如く構成された本実施の形態
に係る光学顕微鏡の動作について説明する。

【０１２７】光源１から出射した光は、レンズ２によっ
て集光されながら、ハーフミラー３によって反射された
後に、対物レンズ４に導かれる。ハーフミラー３によっ
て反射した光源１からの光は、対物レンズ４で集光され
た後に、ステージ５上に載置された試料６表面に照射さ
れる。

【０１２８】そして、試料６表面で反射した照明光は、
対物レンズ４、ハーフミラー３を通過した後、その一部
はハーフミラー９１にて反射し、残りの反射光はハーフ
ミラー９１を通過し、結像レンズ７で拡大された後、拡
大観察に供される。

【０１２９】ハーフミラー９１で反射した照明光の一部
は、ステージ５上に載置された試料６が衝突防止位置Ｙ
に移動していない場合には、ピンホール板９２のピンホ
ールが、集光点Ｘと共役な位置に配置されていることか
ら、ピンホール板９２のピンホールを、その全てが通過
することができず、その結果、光検出器９３では、微弱
な光しか検出することができない。

【０１３０】したがって、このような場合には、光検出
器９３から微弱な電気信号しか比較回路９４に出力され
ず、その結果、比較回路９４により、ステージ移動制御
部９５に停止信号が出力されることはない。

【０１３１】一方、ステージ５上に載置された試料６が
衝突防止位置Ｙに移動した場合には、試料６の表面で反
射した光は、集光点Ｘで集光した後に、対物レンズ４に
入射する。

【０１３２】そして、対物レンズ４を通過した反射光
は、集光されながらハーフミラー３を通過し、その一部
がハーフミラー９１によって反射して、ピンホール板９
２のピンホールを通過し、光検出器９３によって、ハー
フミラー９１で反射した全ての光が検出される。

【０１３３】すなわち、ステージ５上に載置された試料
６が衝突防止位置Ｙに位置した場合に、光検出器９３で
検出される光量が最大となる。

【０１３４】そして、このピンホール板９２のピンホー
ルを通過した反射光は、光検出器９３によって、電気信
号に変換されたのち、比較回路９４に出力される。比較
回路９４は、この光検出器９３からの電気信号とあらか
じめ定められた電気信号のレベルとを比較する。

【０１３５】この所定レベルは、試料６が衝突防止位置
Ｙに位置場合を検出することができるようなレベルに設
定されていることから、比較回路９４からステージ移動
制御部９５に停止信号が出力される。

【０１３６】ステージ移動制御部９５は、比較回路９４
から停止信号が出力されると、ステージ５の移動を停止
する。これにより、試料６と対物レンズ４とが衝突する
のを未然に防止することができる。

【０１３７】なお、上述の第１〜第３の実施の形態の光
学顕微鏡においては、比較回路により光検出器から出力
される電気信号のレベルとあらかじめ定められた基準レ
ベルとを比較することにより、対物レンズと試料との衝
突を未然に検出していたが、衝突を未然に検出する方法
は、上記方法に限られるものではない。

【０１３８】他の衝突を未然に検出する方法としては、
たとえば、光検出器からの検出信号のレベルを記憶し、
現在の光量と数ステップ（ステージを移動するモータの
移動量の単位）前の光量とを比較して、光量の変化点
（極大点）を検出することにより衝突を未然に検出する
方法も考えられる。

【０１３９】また、上述の第１〜第３の実施の形態の光
学顕微鏡においては、反射型の光学顕微鏡について説明
したが、透過型の光学顕微鏡についても適用することが
できることはいうまでもない。

【０１４０】さらに、上述の第１〜第３の実施の形態の
光学顕微鏡においては、ステージを移動する場合につい
て説明したが、対物レンズを移動させるような構成の光
学顕微鏡についても適用することができることはいうま
でもない。

【０１４１】さらに、上述の第１〜第３の実施の形態の
光学顕微鏡において、対物レンズを交換し、その動作距
離（ＷＤ）が変化するような場合には、スライダ上にピ
ンホールを複数設け、これら複数のピンホールを選択す
ることができるようにすることにより対応することが可
能となる。

【０１４２】従って、本実施の形態に係る光学顕微鏡に
よれば、光検出器９３によって検出される試料６表面に
て反射した反射光を電気信号に変換し、比較回路９４に
より、この変換された電気信号のレベルとあらかじめ設
定された基準レベルとを比較して、電気信号のレベルが
基準レベルを超えている場合に、ステージ移動制御部９
５によって、ステージ５の移動を停止させるので、対物
レンズ４と試料６とが衝突するのを未然に防止すること
ができる。

【０１４３】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
測定作業中に対物レンズとステージ上に載置された試料
とが衝突するのを確実に防止することのできる光学顕微
鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る共焦点走査型
光学顕微鏡の構成を示す図である。

【図２】同第１の実施の形態における共焦点走査型光学
顕微鏡の光学系の概略構成を示す図である。

【図３】同第１の実施の形態における共焦点走査型光学
顕微鏡の比較回路の動作を説明するための図である。

【図４】同第１の実施の形態における共焦点走査型光学
顕微鏡においてハーフミラーとピンホール板とを繋ぐ光
路上にレンズを配置した場合の構成を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る共焦点走査型
光学顕微鏡の構成を示す図である。

【図６】同第２の実施の形態における共焦点走査型光学
顕微鏡の二次元走査機構の構成を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る光学顕微鏡の
構成を示す図である。

【図８】従来の光学顕微鏡の光学系の概略構成を示す図
である。

【図９】従来の共焦点走査型光学顕微鏡の光学系の概略
構成を示す図である。

【図１０】観察試料の形状を示す図である。

【符号の説明】

１…光源、 ２，３６，４１，５１，６３，６４，６７，７０…レン
ズ、 ３，３５，３９，４０，６６，６８，９１…ハーフミラ
ー、 ４，２６…対物レンズ、 ５，２７…ステージ、 ６，２８…試料、 ７…結像レンズ、 ８，３０…コンピュータ、 ２１…共焦点走査型光学顕微鏡、 ２２…レーザ光源、 ２３，３３，８１…ミラー、 ２４，６１…二次元走査機構、 ２５…レボルバ、 ２９…走査制御ユニット、 ３１…操作部、 ３２…画像処理ユニット、 ３４…白色光源、 ３７…ＴＶカメラ、 ４２，９２…ピンホール板、 ４３，４８，９３…光検出器、 ４４…ｚ移動回路、 ４５…粗動ステージ、 ４７…ピンホール板、 ４９，９４…比較回路、 ６２，６５…ガルバノミラー、 ６９，７１…一次元ラインセンサ、 ９５…ステージ移動制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの出射光を対物レンズを介して
   試料に集光するとともに、前記出射光を試料に対して二
   次元走査し、試料から得られた光を共焦点の関係にある
   光学系を介して第１の光検出器により検出して画像情報
   を得るようにし、前記対物レンズの焦点位置とステージ
   上に載置された試料の位置との光軸方向の相対距離を移
   動機構により変化させることにより、前記試料の共焦点
   画像を得る共焦点走査型光学顕微鏡において、 前記対物レンズと前記試料とが衝突するのを防止するた
   めに設定された衝突防止位置における試料からの反射光
   或いは透過光の集光点と共役な位置に所要の径のピンホ
   ールが位置するよう配置されたピンホール板と、 前記ピンホール板のピンホールを通過した光を検出し、
   電気信号に変換する第２の光検出器と、 前記第２の光検出器にて変換された電気信号のレベルが
   あらかじめ衝突を防止するために設定された基準レベル
   を超えた場合に、前記移動機構により前記対物レンズの
   焦点位置と試料の位置との相対距離が変化させられるの
   を防止する衝突防止手段とを具備したことを特徴とする
   共焦点走査型光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記ピンホール板と前記対物レンズとの
   間の光路上に、試料からの照明光或いは透過光を集光す
   る光学レンズを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   共焦点走査型光学顕微鏡。
3. 【請求項３】 対物レンズと試料との相対距離を移動機
   構により調整し、光源からの出射光を対物レンズを介し
   て、ステージ上に載置された試料に集光し、この試料に
   集光された光の反射光或いは透過光により試料を観察す
   る光学顕微鏡において、 前記対物レンズと前記試料とが衝突するのを防止するた
   めに設定された衝突防止位置に、前記試料が位置したと
   きの前記試料からの反射光あるいは透過光を検知する衝
   突位置検知手段と、 前記衝突位置検知手段により、前記試料が衝突防止位置
   に位置したことが検知された場合に、前記試料と前記対
   物レンズとの相対距離が前記移動機構により変化させら
   れるのを防止する衝突防止手段とを具備したことを特徴
   とする光学顕微鏡。