JP2002006232A - 自動合焦機能を有する顕微鏡 - Google Patents

自動合焦機能を有する顕微鏡

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JP2002006232A
JP2002006232A JP2000183007A JP2000183007A JP2002006232A JP 2002006232 A JP2002006232 A JP 2002006232A JP 2000183007 A JP2000183007 A JP 2000183007A JP 2000183007 A JP2000183007 A JP 2000183007A JP 2002006232 A JP2002006232 A JP 2002006232A
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JP
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light
ultraviolet light
objective lens
visible light
microscope
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JP2000183007A
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Yasuo Yonezawa
康男 米澤
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】紫外光観察の機能と可視光観察の機能とを併せ
持ち、しかも、自動合焦機能を有する顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】対物レンズ2,3と、対物レンズ2,3の
ピントズレを検出する自動合焦部15〜23とを有す
る。対物レンズ2,3は、可視光観察のための可視光用
対物レンズ3および紫外光観察のための紫外光用対物レ
ンズ2のいずれか一方が、前記顕微鏡の検出光路中に選
択的に配置される。自動合焦部15〜23は、前記選択
的に配置された対物レンズを通して近赤外光を被検面に
照射し、その反射光を受光検出する構成である。紫外光
用対物レンズ2は、紫外光と近赤外光と間で色収差補正
がされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動合焦機能を備
えた顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動合焦機能を備える可視光顕微
鏡としては、例えば、特開昭60−100114号公報
に記載されているように、自動合焦のために近赤外光を
用いる構成が一般的である。近赤外光は、対物レンズを
通して被検物体に照射され、その反射光を検出すること
により合焦状態が検出される。その際、近赤外光と観察
用可視光とでは波長が異なるため、可視光用に設計され
た対物レンズでは近赤外光と可視光とで色収差が発生す
る。そこで、特開昭60−100114号公報記載の技
術では、自動合焦機構の近赤外光の光路に光学部材を挿
入して光路長を調整することにより、色収差を補正する
ことが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のように可視光顕
微鏡では、近赤外光を用いた自動合焦が実現されている
が、近年は、半導体デバイスや磁気ヘッド等の微細化に
伴って、紫外線顕微鏡が脚光を浴びてきている。その一
方で、可視光顕微鏡も、肉眼視が可能であることや色情
報が得られるといった利点があるため、微細構造の観察
においても依然として必要とされている。このため、紫
外光観察と可視光観察の機能を併せ持つ顕微鏡が望まれ
ている。また、紫外光観察は、モニターを通さなければ
目視で観察できないため、可視光観察を目視で行う場合
よりも焦点位置あわせが難しく、自動合焦機能を備える
ことが望まれる。
【0004】本発明は、紫外光観察の機能と可視光観察
の機能とを併せ持ち、しかも、自動合焦機能を有する顕
微鏡を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような顕微鏡が提供され
る。
【0006】すなわち、対物レンズ2,3と、前記対物
レンズ2,3のピントズレを検出する自動合焦部15〜
23とを有する自動合焦機能を有する顕微鏡において、
前記対物レンズ2,3は、可視光観察のための可視光用
対物レンズ3および紫外光観察のための紫外光用対物レ
ンズ2のいずれか一方が、前記顕微鏡の検出光路中に選
択的に配置されて成り、前記自動合焦部15〜23は、
前記選択的に配置された前記可視光用対物レンズ3およ
び前記紫外光用対物レンズ2のいずれか一方の対物レン
ズを通して近赤外光を被検面1に照射し、その反射光を
受光検出する構成であり、前記紫外光用対物レンズ2
は、前記紫外光と前記近赤外光と間で色収差補正がされ
ていることを特徴とする自動合焦機能を備えた顕微鏡が
提供される。
【0007】前記紫外光用対物レンズ2は、少なくとも
石英と蛍石の2種類の硝材を用いる構成とすることがで
きる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の顕微鏡に
ついて図面を用いて説明する。
【0009】本実施の形態の顕微鏡は、図1のように、
光軸101上に順に、被検物体を搭載するためのステー
ジ107、可視光用対物レンズ3、可視光用ハーフミラ
ー7、ダイクロイックミラー12、ダイクロイックミラ
ー21、可視光用結像レンズ24を順に備えている。ダ
イクロイックミラー12は、近赤外光と可視光とを透過
し、紫外光を反射する特性を有する。ダイクロックミラ
ー21は、可視光を透過し、近赤外光を反射する特性を
有する。なお、可視光用対物レンズ3は、紫外光用対物
レンズ2と交換可能に配置されている。また、ステージ
107は、被検面1を対物レンズ2,3の焦点位置に移
動させるために、被検物体を光軸101の方向に上下さ
せる機構を有する。
【0010】可視光用ハーフミラー7により光軸101
から分離される光軸104上には、ハーフミラー7側か
ら順に、可視光用フィールドレンズ6、可視光用コレク
タレンズ5、可視光光源4が配置されている。
【0011】また、ダイクロイックミラー12により、
光軸101から分離される光軸103上には、ダイクロ
イックミラー12側から順に紫外光用ハーフミラー1
1、紫外光用フィールドレンズ10、紫外光用コレクタ
レンズ9、紫外光光源8が配置されている。紫外光用ハ
ーフミラー11により光軸103から分離される光軸1
05上には、紫外光用結像レンズ13が配置されてい
る。
【0012】ダイクロイックミラー21により光軸10
1から分離される光軸102上には、ダイクロイックミ
ラー21側から順に、近赤外光用ハーフミラー20、ハ
ーフストップ19、近赤外光用コレクタレンズ18、ス
リット17、近赤外光用コンデンサレンズ16、近赤外
光光源15が配置されている。また、近赤外光用ハーフ
ミラー20により光軸102から分離される光軸106
上には、近赤外光用集光レンズ22、CCDラインセン
サ23が順に配置されている。CCDラインセンサ23
は、合焦制御部108に接続されている。これらは、自
動合焦系(AF系)を構成している。近赤外光光源15
は、ここでは近赤外光を発するLEDを用いる。
【0013】このような構成の本実施の顕微鏡で、可視
光観察する場合について説明する。図1のように、可視
光用対物レンズ3を光軸101上に配置するとともに、
可視光光源4から可視光の照明光を出射させる。また、
自動合焦系を動作させるために、近赤外光光源15から
も近赤外光を出射させる。可視光光源4から出射された
可視光は、コレクタレンズ5、フィールドレンズ6を通
過し、ハーフミラー7で反射されて、可視光用対物レン
ズ3により集光され、被検面1を照明する。被検面1か
らの可視光の反射光は、再び可視光用対物レンズ3を通
り、可視光用ハーフミラー7を透過した後、ダイクロッ
クミラー12,ダイクロイックミラー21を通り抜けて
可視光用結像レンズ24で集光されて、可視光用像面2
5上に結像する。この像を不図示の接眼レンズを介して
直接肉眼で観察するか、もしくは、不図示のCCDカメ
ラ等の撮像部により撮像してモニターを介して観察す
る。これにより、被検面1の可視光像を観察することが
できる。
【0014】この可視光による観察時にける自動合焦系
の動作を説明する。近赤外光光源15から出射された近
赤外光は、近赤外光用コンデンサーレンズ16を通って
スリット17を照明する。スリット17を通過した光
は、コレクタレンズ18を通り、ハーフストップ19で
光束の半分をカットされ、近赤外光用ハーフミラー20
を透過し、ダイクロイックミラー21で反射され、ダイ
クロイックミラー12およびハーフミラー7を通過し
て、可視光用対物レンズ3により被検面1に集光され
る。
【0015】このとき、可視光用対物レンズ3は、可視
光と近赤外光との色収差が補正されているものを用い
る。よって、被検面1が可視光用対物レンズ3の焦点位
置に位置する場合には、近赤外光のスリット像も被検面
1上に結像する。被検面1で反射された近赤外光は、光
軸101に沿って照明時とは反対側の光路を進みなが
ら、可視光用対物レンズ3を再び通り、可視光用ハーフ
ミラー7,ダイクロイックミラー12を通過し、ダイク
ロイックミラー21で反射され、さらに近赤外光用ハー
フミラー20で反射された後、近赤外光用集光レンズ2
2で集光される。これにより、CCDラインセンサ23
上にスリット像が結像される。被検面1が、可視光用対
物レンズ3の焦点位置からずれている場合には、CCD
ラインセンサ23上でスリット像が横方向にずれるた
め、CCDラインセンサ23の出力位置を合焦制御部1
08で検出することにより、被検面1からの焦点位置ず
れ量を検出することができる。合焦制御部108は、検
出した焦点位置ずれ量に応じて、ステージ107を光軸
101方向に上下させる制御信号を出力する。これによ
り、被検面1を可視用対物レンズ3の焦点位置に自動合
焦させることができる。
【0016】つぎに、紫外光観察を行う場合について説
明する。この場合は、図2のように、可視光用対物レン
ズ2に代えて紫外光用対物レンズ2を光軸101上に配
置するとともに、紫外光光源8から紫外光照明光を出射
させる。また、自動合焦系を動作させるために近赤外光
光源15からも照明光を出射させる。紫外光光源8から
出射された紫外光の照明光は、紫外光用コレクタレンズ
9およびフィールドレンズ10を通り、紫外光用ハーフ
ミラー11を透過し、ダイクロイックミラー12で反射
された後、ハーフミラー7を通過し、紫外光用対物レン
ズ3により集光され、被検面1を照明する。被検面1か
らの紫外光の反射光は、再び紫外光用対物レンズ2を通
り、可視光用ハーフミラー7を透過し、ダイクロイック
ミラー12、紫外光用ハーフミラー11で反射されて、
紫外光用結像レンズ13で集光されて、紫外光用像面1
4上に結像する。この像を不図示のCCDカメラ等の撮
像部により撮像してモニターを介して観察する。これに
より、被検面1の紫外光像を観察することができる。
【0017】この紫外光による観察時においても、自動
合焦系の動作により、被検面1は紫外光用対物レンズ2
の合焦位置に配置される。自動合焦系の近赤外光の光路
は、可視光像の観察時と同様であるが、可視光観察時と
異なり、光軸101上には紫外光用対物レンズ2が配置
されているので、近赤外光は紫外光用対物レンズ2によ
って集光され、被検面1に照射される。また、被検面か
らの反射光は再び紫外光用対物レンズ2を通り、CCD
ラインセンサ23に至る。
【0018】このとき、近赤外光と紫外光とでは、波長
が大きく異なるため、紫外光用対物レンズ2における色
収差が問題となるが、本実施の形態では、紫外光用対物
レンズ2として、レンズ設計時に、近赤外光と紫外光と
の色収差が補正されているレンズを用いていることによ
りこれを解決している。具体的には、紫外光用対物レン
ズ2を、少なくとも石英と蛍石の2種類の硝材で構成す
ることにより、紫外光と近赤外光との間で色収差補正を
行う構成としている。これにより、被検面1が対物レン
ズ2の紫外光での焦点位置に位置する場合には、近赤外
光のスリット像も被検面1上に結像する。よって、紫外
光観察時においても、近赤外光の自動合焦系を用いて、
紫外光用対物レンズ2の焦点位置に被検面1を自動合焦
させることができる。
【0019】このように本実施の形態では、可視光用対
物レンズ3として可視光と近赤外光とで色収差補正がな
されているものを用い、紫外光用対物レンズ3として紫
外光と近赤外光とで色収差補正がなされているものを用
いる構成にすることにより、近赤外光の自動合焦系によ
り、可視光観察時にも紫外光観察時にも自動合焦を行う
ことができる。これにより、自動合焦系を、可視光用と
紫外光用で兼用することができるため、可視光観察用の
自動合焦系と、紫外光観察用の自動合焦系とを別々に用
意する必要がない。しかも、収差補正のための機構を別
途備える必要もない。よって、自動合焦機能を備えた可
視光観察と紫外光観察が可能な顕微鏡を簡単な構成で実
現することが可能になる。
【0020】また、近赤外光を用いた自動合焦系は、従
来より種々の構成が知られているため、上記構成に代え
て、これらのものを用いることが可能である。
【0021】なお、上述の構成では、近赤外光光源15
として、LEDを用い、スリット17を通すことにより
スリット像を得る構成としていたが、半導体レーザ等の
レーザ光源を用いることもできる。この場合、スリット
17は不要であり、スポット像を結像させることにより
同様に自動合焦することができる。
【0022】また、上述の構成では、ハーフミラー7は
固定式であり、紫外光観察時にもハーフミラー7を光路
中に配置しているが、ハーフミラー7を跳ね上げ式と
し、紫外光観察時には光路からはずす構成にすることに
より、紫外光観察時の光量を増加させることができるた
め、明るさを向上させることができる。
【0023】
【発明の効果】上述してきたように、本発明の請求項1
または2に記載の構成によれば、紫外光観察の機能と可
視光観察の機能とを併せ持ち、しかも、自動合焦機能を
有する顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の顕微鏡の全体構成と、
可視光による観察時の対物レンズ2,3の配置および光
路を示すブロック図。
【図2】図1の顕微鏡において、紫外光による観察時の
対物レンズ2,3の配置および光路を示すブロック図。
【符号の説明】
1…被検面 2…紫外光用対物レンズ 3…可視光用対物レンズ 4…可視光光源 5…可視光用コレクタレンズ 6…可視光用フィールドレンズ 7…ハーフミラー 8…紫外光光源 9…紫外光用コレクタレンズ 10…紫外光用フィールドレンズ 11…紫外光用ハーフミラー 12…ダイクロイックミラー 13…紫外光用結像レンズ 14…紫外光用像面 15…近赤外光光源 16…近赤外光用コンデンサーレンズ 17…スリット 18…近赤外光用コレクタレンズ 19…ハーフストップ 20…近赤外光用ハーフミラー 21…ダイクロイックミラー 22…近赤外光用集光レンズ 23…CCDラインセンサ 24…可視光用結像レンズ 25…可視光用像面 107…ステージ 108…合焦制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対物レンズと、前記対物レンズのピントズ
    レを検出する自動合焦部とを有する自動合焦機能を有す
    る顕微鏡において、 前記対物レンズは、可視光観察のための可視光用対物レ
    ンズおよび紫外光観察のための紫外光用対物レンズのい
    ずれか一方が、前記顕微鏡の検出光路中に選択的に配置
    されて成り、 前記自動合焦部は、前記選択的に配置された前記可視光
    用対物レンズおよび前記紫外光用対物レンズのいずれか
    一方の対物レンズを通して近赤外光を被検面に照射し、
    その反射光を受光検出する構成であり、 前記紫外光用対物レンズは、前記紫外光と前記近赤外光
    と間で色収差補正がされていることを特徴とする自動合
    焦機能を有する顕微鏡。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の顕微鏡において、前記紫
    外光用対物レンズは、少なくとも石英と蛍石の2種類の
    硝材を用いて構成されていることを特徴とする自動合焦
    機能を有する顕微鏡。
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