JPH102803A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、視野全体の温度分布の計測と、微細
な観察像を同時に得られる光学装置を提供する。 【解決手段】試料２１から発する光の光路２２上に分岐
ミラー２３を配置し、この分岐ミラー２３により分岐さ
れた赤外光を、赤外光撮像素子２６に、また、可視光
を、撮像素子３０にそれぞれ投影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に対する赤外
光による温度計測と光学像の観察を可能にした光学装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、結晶成長過程における結
晶の温度計測と観察、宇宙空間のような微小重力環境に
おける自由表面を有する液柱に生じる対流の温度測定と
観察の他に、ＩＣ産業分野におけるシリコンウェハーの
内部観察、プリント基板の半田付けの検査、通電中の液
晶の検査、さらにはバイオ分野における生物の細胞分裂
過程の研究などさまざまな分野に、試料の光学像の観察
と同時に、赤外光による温度計測を可能にした光学装置
が用いられている。

【０００３】しかして、従来、この種の光学装置とし
て、図１１に示すように、試料１から発する赤外光を、
赤外光での減衰の少ないレンズ２を通して赤外光用撮像
素子３に取り込み、試料１の視野全体の温度測定と観察
を可能にしたもの、あるいは、図１２に示すように試料
１１からの可視光をレンズ１２を通して反射ミラー１３
で反射し、結像レンズ１４を通して像面位置１５に投影
される像を観察し、一方、試料１１からの赤外光をレン
ズ１２の外側を通して集光ミラー１６で反射して赤外検
出部１７に集光して、試料１１の視野の一部のみの温度
測定を可能にしたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の装置
では、試料１の視野全体の温度測定に重点をおいている
関係で、温度計測に必要な赤外光だけを使用しているた
め、試料１を微細に観察するのには分解能に乏しく、例
えば、赤外光の波長を５μｍとすると、光学顕微鏡に用
いる可視光の波長は１／１０（０．５μｍ）程度である
ことから、これらの波長差による分解能は、１０倍も悪
化してしまい、このような状態では、例えば、結晶成長
過程などで、結晶の温度測定と同時に、結晶表面や周辺
の構造を鮮明に観察することが困難になるという問題が
ある。

【０００５】また、後者の装置では、赤外光と可視光を
区別して、赤外光で温度測定を行い、可視光で観察を行
うようにしているので、観察像としてそれなりに鮮明な
ものが得られるが、試料２１の視野の一部のみの温度計
測を行うようになっているので、視野全体の温度分布に
ついては、リアルタイムで計測および観察することがで
きないという問題がある。また、試料１１からの赤外光
を観察用レンズ１２の外側を通すようにしていることか
ら、観察用レンズ１２と試料１１までの距離を長くしな
ければならず、それだけ分解能が低下してしまうという
問題がある。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、視野全体の温度分布の計測と、微細な観察像を同時
に得られる光学装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
試料と、この試料から発せられる光の光路に設けられ前
記光路上の光を赤外光と可視光に分岐する分岐手段と、
この分岐手段により分岐された赤外光より温度を計測す
る温度計測手段と、前記分岐手段により分岐された可視
光より光学像を観察する観察手段とにより構成してい
る。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、さらに前記試料に対して落射照明光を照射する落
射照明手段を有している。請求項３記載の発明は、請求
項１記載において、さらに前記試料に対して透過照明光
を照射する透過照明手段を有している。

【０００８】この結果、請求項１または３記載の発明に
よれば、試料の視野全体の温度分布の計測とともに、結
晶などの微細な観察像を同時に得られる。また、請求項
２記載の発明によれば、試料から発する光が少ない場合
や不透明な物質などの場合にも、安定して温度測定と像
観察を実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 （第１の実施の形態）図１は、第１実施の形態にかかる
光学装置の概略構成を示している。図において、２１は
試料で、この試料２１から発する光の光路２２上に、分
岐ミラー２３を配置している。

【００１０】この分岐ミラー２３は、例えばシリコンゲ
ルマニウムなど赤外光の減衰の少ない材質の基板上に、
蒸着膜材として、例えば亜鉛、イットリウムなどを多層
膜に形成してなるもので、図２に示すように可視光の波
長（０．５μｍ）周囲では、透過率が０％に近く、一
方、赤外光の波長（５μｍ）周囲では、透過率が１００
％に近くなるような特性を有し、試料２１からの光路２
２の可視光を反射し、赤外光を透過することにより、こ
れら赤外光と可視光を分離するようにしている。

【００１１】そして、分岐ミラー２３で分割された赤外
光の測定光路２４には、シリコンレンズ２５および赤外
光撮像素子２６を配置し、この赤外光撮像素子２６に投
影される赤外像により温度計測を行い、また、可視光に
よる観察光路２７には、対物レンズ２８、結合レンズ２
９および撮像素子３０を配置し、この撮像素子３０に投
影される光学像を観察するようにしている。

【００１２】しかして、このような構成において、いま
試料２１より発した光が、光路２２に沿って進み、分岐
ミラー２３に達すると、この分岐ミラー２３により赤外
光は透過され、可視光は反射される。

【００１３】そして、分岐ミラー２３を透過した赤外光
は、測定光路２４のシリコンレンズ２５を通して赤外光
撮像素子２６に投影され、温度計測が行われ、一方、分
岐ミラー２３で反射した可視光は、観察光路２７の対物
レンズ２８、結合レンズ２９を通して撮像素子３０に投
影され、可視像が観察される。

【００１４】従って、このようにすれば、試料２１から
発する光の光路２２上に分岐ミラー２３を配置し、この
分岐ミラー２３により分岐された赤外光を、赤外光撮像
素子２６に、また、可視光を、撮像素子３０にそれぞれ
投影するようにしたので、試料２１の視野全体の温度分
布の計測とともに、結晶などの微細な観察像を同時に得
られることになる。 （第２の実施の形態）図３は、第２の実施の形態の概略
構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付して
いる。

【００１５】この場合、３１は落射照明用の光源で、こ
の光源３１には、例えばハロゲンランプを使用してい
る。この光源３１からの照明光を、レンズ３２を通しハ
ーフミラー３３により反射して観察光路２７に導入し、
対物レンズ２８、分岐ミラー２３を通して試料２１面を
照射するようにしている。そして、試料２１での反射光
と試料２１自身から発する光とを、分岐ミラー２３に与
え、ここで赤外光と可視光に分割し、赤外光を測定光路
２４の赤外光撮像素子２６に投影し、可視光を観察光路
２７の撮像素子３０に投影するようにしている。

【００１６】しかして、このような構成において、落射
照明用の光源３１からの照明光は、レンズ３２を通しハ
ーフミラー３３により反射され、観察光路２７の対物レ
ンズ２８、分岐ミラー２３を通して試料２１面に照射さ
れる。すると、試料２１面からの反射光と試料２１自身
から発する光が光路２２に沿って進み、分岐ミラー２３
に達し、この分岐ミラー２３により赤外光は透過され、
可視光は反射される。

【００１７】そして、分岐ミラー２３を透過した赤外光
は、測定光路２４のシリコンレンズ２５を通して赤外光
撮像素子２６に投影され、温度計測が行われ、一方、分
岐ミラー２３で反射された可視光は、観察光路２７の対
物レンズ２８、結合レンズ２９を通して撮像素子３０に
投影され、光学像が観察される。

【００１８】従って、このようにすれば、落射照明用の
光源３１からの照明光が試料２１面に照射されるように
なっているので、試料２１から発する光が少ない場合や
不透明な物質などの場合にも、安定して温度測定と像観
察を実現することができる。 （第３の実施の形態）図４は、第３の実施の形態の概略
構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付して
いる。

【００１９】この場合、４１は透過照明用の光源で、こ
の光源４１には、例えばハロゲンランプを使用してい
る。この光源４１からの光を、赤外光カットフィルタ４
２、レンズ４３を通して照明光に生成し、この照明光を
試料２１の裏面から照射するようにしている。

【００２０】この場合、透過照明用光源として用いられ
るハロゲンランプは、図５に示すように赤外波長領域ま
での光波が存在するため、赤外光カットフィルタ４２と
して、図６に示すように赤外波長領域の光波をカットす
るものを用い、試料２１裏面から照射される透過照明光
より赤外光をすべてカットするようにしている。

【００２１】そして、試料２１の透過光と試料２１自身
から発する光とを、分岐ミラー２３に与え、ここで赤外
光と可視光に分割し、赤外光を測定光路２４の赤外光撮
像素子２６に投影するとともに、可視光を観察光路２７
の撮像素子３０に投影するようにしている。

【００２２】しかして、このような構成において、透過
照明用の光源４１からの照明光は、赤外光カットフィル
タ４２により赤外光成分をすべてカットされ、レンズ４
３を通して照明光として試料２１裏面より照射される。
すると、試料２１を透過した光と試料２１自身から発す
る光が光路２２に沿って進み、分岐ミラー２３に達し、
この分岐ミラー２３により赤外光は透過され、可視光は
反射される。

【００２３】そして、分岐ミラー２３を透過した赤外光
は、測定光路２４のシリコンレンズ２５を通して赤外光
撮像素子２６に投影され、温度計測が行われ、一方、分
岐ミラー２３で反射した可視光は、観察光路２７の対物
レンズ２８、結合レンズ２９を通して撮像素子３０に投
影され、光学像が観察される。

【００２４】従って、このようにすれば、透過照明用の
光源４１の照明光は、赤外光カットフィルタ４２により
赤外光成分がカットされ試料２１裏面から照射されるよ
うになっているので、試料２１から発した赤外光のみが
赤外光撮像素子２６に投影されるようになり、さらに正
確な温度計測を実現することができる。 （第４の実施の形態）図７は、第４の実施の形態の概略
構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付して
いる。

【００２５】この場合、５１は落射照明用の光源で、こ
の光源５１には、例えば水銀ランプを使用している。こ
の光源５１からの照明光を、レンズ５２、励起フィルタ
５３を通しダイクロイックミラー５４により観察光路２
７に導入し、対物レンズ２８、分岐ミラー２３を通して
試料２１面を照射するようにしている。そして、試料２
１から反射される光と試料２１自身から発する光を分岐
ミラー２３に与え、ここで赤外光と可視光に分割し、赤
外光を測定光路２４の赤外光撮像素子２６に投影すると
もに、可視光を観察光路２７の対物レンズ２８、吸収フ
ィルタ５５、結合レンズ２９を通して撮像素子３０に投
影するようにしている。

【００２６】この場合、光源５１としての水銀ランプ
は、図８に示すように赤外波長まで含まない特性を有
し、励起フィルタ５３、ダイクロイックミラー５４およ
び吸収フィルタ５５は、それぞれ図９（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示すような特性を有するものとする。

【００２７】しかして、このような構成において、落射
照明用の光源５１からの照明光は、励起フィルタ５３に
送られる。この場合、励起フィルタ５３は、図９（ａ）
に示す特性を有するので、この励起フィルタ５３により
試料２１を励起する波長のみが透過され、レンズ５２を
通しダイクロイックミラー５４により反射され、観察光
路２７の対物レンズ２８、分岐ミラー２３を通して試料
２１面に照射される。すると、試料２１面からは、励起
光により波長が長くなった光、励起光自身の反射光およ
び赤外光の３つの光が発せられ、光路２２に沿って進
み、分岐ミラー２３により分割される。この場合、励起
光により波長が長くなった光と励起光自身の反射光は、
観察光路２７に進み、赤外光は測定光路２４に進む。

【００２８】そして、分岐ミラー２３からの赤外光は、
測定光路２４のシリコンレンズ２５を通して赤外光撮像
素子２６に投影され、温度計測が行われる。一方、分岐
ミラー２３で反射された励起光により波長が長くなった
光と励起光自身の反射光は、観察光路２７の対物レンズ
２８を通ってダイクロイックミラー５４、吸収フィルタ
５５に送られる。この場合、ダイクロイックミラー５４
は、図９（ｂ）に示す特性を有し、吸収フィルタ５５
は、同図（ｃ）に示す特性を有するので、ダイクロイッ
クミラー５４により励起光自身の反射光のほとんどが除
去されるとともに、さらに吸収フィルタ５５により吸収
され、励起光により波長が長くなった光のみが結合レン
ズ２９を通して撮像素子３０に投影され、光学像が観察
される。

【００２９】従って、このようにすれば、さらに、試料
２１面から励起光により波長が長くなった光に基づく観
察像が得られるようになるので、例えば、微細生物試料
の細胞分裂育成過程などの観察に最適である。

【００３０】また、落射照明用の光源として用いられる
水銀ランプは、図８に示すように赤外波長まで含まない
特性を有していて、試料２１面に赤外光を照射していな
いので、試料２１自身から発した赤外光のみを投影でき
るようになり、さらに正確な温度計測を実現することが
できる。 （第５の実施の形態）図１０は、第５の実施の形態の概
略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付し
ている。

【００３１】この場合、６１は透過照明用の光源で、こ
の光源６１には、例えば水銀ランプを使用している。こ
の光源６１からの光を、レンズ６２、励起フィルタ６３
を通して試料２１の裏面から照射するようにしている。
そして、試料２１を透過した光と試料２１自身から発す
る光を分岐ミラー２３に与え、ここで赤外光と可視光に
分割し、赤外光を測定光路２４の赤外光撮像素子２６に
投影するともに、可視光を観察光路２７の対物レンズ２
８、吸収フィルタ６４、結合レンズ２９を通して撮像素
子３０に投影するようにしている。

【００３２】この場合も、光源６１としての水銀ランプ
は、図８に示すように赤外波長まで含まない特性を有
し、励起フィルタ６３、吸収フィルタ６４は、それぞれ
図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような特性を有するもの
とする。

【００３３】しかして、このような構成において、透過
照明用の光源６１からの照明光は、励起フィルタ６３に
送られ、試料２１を励起する波長のみが透過され、試料
２１の裏面から照射される。すると、試料２１からは、
励起光により波長が長くなった光、励起光自身の透過光
および赤外光の３つの光が発せられ、光路２２に沿って
進み、分岐ミラー２３により分割される。この場合、励
起光により波長が長くなった光と励起光自身の透過光
は、観察光路２７に進み、赤外光は測定光路２４に進
む。

【００３４】そして、分岐ミラー２３からの赤外光は、
測定光路２４のシリコンレンズ２５を通して赤外光撮像
素子２６に投影され、温度計測が行われる。一方、分岐
ミラー２３で反射された励起光により波長が長くなった
光と励起光自身の透過光は、観察光路２７の対物レンズ
２８を通って吸収フィルタ６４に送られ、ここで、励起
光自身の透過光は吸収され、励起光により波長が長くな
った光のみが結合レンズ２９を通して撮像素子３０に投
影され、光学像が観察される。従って、このようにして
も、第４の実施の形態と同様な効果を期待できる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試料
の視野全体の温度分布の計測とともに、結晶などの微細
な観察像を同時に得られる。また、試料から発する光が
少ない場合や不透明な物質などの場合にも、安定して温
度測定と像観察を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態に用いられる分岐ミラーの特
性を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図５】第３の実施の形態に用いられるハロゲンランプ
の特性を示す図。

【図６】第３の実施の形態に用いられる赤外光カットフ
ィルタの特性を示す図。

【図７】本発明の第４実施の形態の概略構成を示す図。

【図８】第４実施の形態に用いられる水銀ランプの特性
を示す図。

【図９】第４実施の形態に用いられる励起フィルタ、ダ
イクロイックミラー、吸収フィルタの特性を示す図。

【図１０】本発明の第５実施の形態の概略構成を示す
図。

【図１１】従来の光学装置の一例の概略構成を示す図。

【図１２】従来の光学装置の他の例の概略構成を示す
図。

【符号の説明】

２１…試料、 ２２…光路、 ２３…分岐ミラー、 ２４…測定光路、 ２５…シリコンレンズ、 ２６…赤外光撮像素子、 ２７…観察光路、 ２８…対物レンズ、 ２９…結合レンズ、 ３０…撮像素子、 ３１…落射照明用光源、 ３２…レンズ、 ３３…ハーフミラー、 ４１…透過照明用光源、 ４２…赤外光カットフィルタ、 ４３…レンズ、 ５１…落射照明用光源、 ５２…レンズ、 ５３…励起フィルタ、 ５４…ダイクロイックミラー、 ５５…吸収フィルタ、 ６１…透過照明用光源、 ６２…レンズ、 ６３…励起フィルタ、 ６４…吸収フィルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料と、 この試料から発せられる光の光路に設けられ該光路上の
   光を赤外光と可視光に分岐する分岐手段と、 この分岐手段により分岐された赤外光より温度を計測す
   る温度計測手段と、 前記分岐手段により分岐された可視光より光学像を観察
   する観察手段とを具備したことを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 さらに前記試料に対して落射照明光を照
   射する落射照明手段を有することを特徴とする請求項１
   記載の光学装置。
3. 【請求項３】 さらに前記試料に対して透過照明光を照
   射する透過照明手段を有することを特徴とする請求項１
   記載の光学装置。