JP2004177732A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペース面及び低コストの面での不利を伴うことなく、単色光学系で発生したエネルギー密度の高い単色光が白色光学系のカラー撮像素子に到達することを効果的に防止することができる光学測定装置を提供する。
【解決手段】白色光学系３は、白色光源２０及びレンズ２１，２２を含む白色投光系と、カラー撮像素子２４及びレンズ２３を含む白色受光系と、対物レンズ１７の光軸から白色投光系を分離させるためのフィルタハーフミラー１６とを含み、フィルタハーフミラー１６と対物レンズ１７との間に、対物レンズ１７の光軸から単色光学系２の単色光源１０及び受光素子１９を含む部分を分離させるためのハーフミラー１５が設けられ、フィルタハーフミラー１６は単色光を通過させないで白色光のほとんどの成分を通過させるフィルタガラスを基材としており、フィルタハーフミラー１６を通過した白色光がカラー撮像素子２４に到達する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単色光源からの単色光を試料に照射して試料からの単色光を受光素子で受光するための単色光学系と、白色光源からの白色光を試料に照射して試料からの白色光をカラー撮像素子で受光するための白色光学系とを備え、対物レンズ及びその光軸が単色光学系と白色光学系とに共通である光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような光学測定装置として、カラー撮像機能を備えた共焦点顕微鏡がある。共焦点顕微鏡は、対物レンズの焦点と試料との距離を変化させながら試料表面を単色光で走査し、試料表面からの単色光を共焦点光学系（単色光学系）を介して受光素子で受光し、受光情報を処理して得られる試料表面の高さ分布や超深度画像（焦点深度が非常に深い画像）等を画面に表示する。対物レンズの焦点と試料との距離を変化させると、共焦点光学系を介して受光素子に入射する光の量、すなわち受光量が変化し、試料の表面にピントが合ったときに受光量が最大となる。したがって、最大受光量が得られるときの対物レンズの焦点と試料との距離から試料表面の各点の高さ情報が求められる。
【０００３】
また、対物レンズの焦点と試料との距離を所定ピッチで変化させながら試料表面の各点の最大受光量（ピントが合ったときの受光量）を取得し、各点の最大受光量をつなぎ合わせることにより、焦点深度の非常に深い試料表面の白黒画像を得ることができる。この画像が超深度画像である。
【０００４】
更に、カラー撮像機能を備えた共焦点顕微鏡（カラー共焦点顕微鏡）は、共焦点光学系（単色光学系）と対物レンズ及びその光軸を共通にする非共焦点光学系（白色光学系）を備えている。白色光で照射された試料からの光を非共焦点光学系を介してカラー撮像素子で受光することにより、超深度画像と同じ範囲の試料表面のカラー画像を得ることができる。このカラー画像は超深度画像と異なり焦点深度の浅いものであるが、試料表面概略を観察する際に、あるいは目的の部分の共焦点画像を得るために試料の位置決めを行う際に役立つ。また、カラー画像の輝度信号を超深度画像の輝度信号で置き換えるような合成処理を行うことにより、焦点深度の深いカラー画像（これをカラー超深度画像という）を得ることができる。
【０００５】
上記のように単色光学系と白色光学系とが対物レンズ及びその光軸を共通にするカラー共焦点顕微鏡のような光学測定装置において、単色光学系と白色光学系の分離、あるいは投光系と受光系との分離には通常、ビームスプリッタやハーフミラーが使用される。
【０００６】
図４は、従来のカラー共焦点顕微鏡の光学系の構成例を示す図である。この構成例において、共焦点光学系（単色光学系）１０１は、試料ｗｋに単色光（例えばレーザ光）を照射するための単色光源１０２、コリメートレンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５、試料ｗｋを単色光で走査するための水平垂直偏向装置１０６、ハーフミラー１０７、対物レンズ１０８、ＰＨレンズ１０９、ピンホール板１１０、受光素子１１１を含む。
【０００７】
また、非共焦点光学系（白色光学系）１１２は、試料ｗｋに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための白色光源１１３、コレクタレンズ１１４、コンデンサレンズ１１５、ビームスプリッタ１１６、ハーフミラー１０７、対物レンズ１０８、結像レンズ１１７及びカラー撮像素子１１８を含んでいる。対物レンズ１０８とその光軸（及びハーフミラー１０７）は単色光学系１０１及び白色光学系１１２に共通である。
【０００８】
図４の構成では、ハーフミラー１０７によって対物レンズ１０８の光軸から単色光学系１０１の単色光源１０２及び受光素子１１１を含む部分を分離させている。また、白色光学系１１２のうちの白色光源１１３及びレンズ１１４，１１５を含む白色投光系とカラー撮像素子１１８及びレンズ１１７を含む白色受光系とをビームスプリッタ１１６によって分離させている。
【０００９】
このような光学系によれば、単色光学系１０１と白色光学系１１２の両方が常時働いているので、単色光学系１０１の受光素子１１１から得られた画像と白色光学系１１２のカラー撮像素子１１８から得られた画像とをリアルタイムで重ねて表示し、又は画面分割して同時に表示することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示した光学系の場合、単色光源１０２から試料ｗｋに照射され試料ｗｋで反射してハーフミラー１０７に戻る光の一部はハーフミラー１０７を通過してカラー撮像素子１１８へ到達する。鏡面のように光反射率の高い試料ｗｋの場合は比較的強い単色光がカラー撮像素子１１８へ到達する。更に、単色光学系１０１の受光素子１１１から得られる画像の解像度を上げるために、波長の短い可視レーザを単色光源１０２として用いた場合に、カラー撮像素子１１８に結像するレーザスポットのエネルギー密度が高くなり、カラー撮像素子（ＣＣＤ）１１８にダメージが生ずるおそれがある。
【００１１】
カラー撮像素子１１８（特にＣＣＤの直前に配置されるカラーフィルタ）に焼付け等のダメージが発生すると、カラー撮像素子１１８から得られる画像に色ずれ等の不具合が発生する。
【００１２】
このような現象を防ぐ第１の方法として、図５に示すように、図４のハーフミラー１０７に代えて可動式ミラー１０７’を使用する構成が考えられる。この構成では、白色光学系１１２のカラー撮像素子１１８による撮像を行うときは可動式ミラー１０７’を実線で示す位置にして対物レンズ１０８とビームスプリッタ１１６との間の光路を開放する。他方、単色光学系１０１の受光素子１１１による画像を取得するときは可動式ミラー１０７’を破線で示す位置に切り替えて、対物レンズ１０８とビームスプリッタ１１６との間の光路を遮断する。
【００１３】
こうすることにより、単色光源１０２から試料ｗｋに照射され試料ｗｋで反射して戻る光は可動式ミラー１０７’で反射して受光素子１１１に向かい、白色光学系１１２のカラー撮像素子１１８に到達することはない。したがって、カラー撮像素子１１８がエネルギー密度の高いレーザスポットによってダメージを受けるおそれはなくなる。
【００１４】
しかし、図５の構成では、可動式ミラー１０７’の切り替えによって単色光学系１０１又は白色光学系１１２のいずれかのみが能動状態となる。したがって、図４の構成のように単色光学系１０１の受光素子１１１から得られた画像と白色光学系１１２のカラー撮像素子１１８から得られた画像とをリアルタイムで重ねて表示したり、画面分割して同時に表示したりできない。
【００１５】
カラー撮像素子１１８がエネルギー密度の高いレーザスポットによってダメージを受けることを回避するための別の方法として、図４においてカラー撮像素子１１８又は結像レンズ１１７の前に光学フィルタを配置して、単色光（レーザ光）を遮断するようにしてもよい。光学フィルタとして、単色光源１０２から発せられる単色光のスペクトルを減衰させ、他の可視光成分をできるだけ減衰させずに透過する特性を備えたものを使用する必要がある。
【００１６】
この場合は、図５の構成のような問題はない。単色光学系１０１の受光素子１１１から得られた画像と白色光学系１１２のカラー撮像素子１１８から得られた画像とをリアルタイムで重ねて表示し、又は画面分割して同時に表示することを可能としながら、カラー撮像素子１１８がエネルギー密度の高いレーザスポットによってダメージを受けることを回避することができる。しかし、光学フィルタをカラー撮像素子１１８又は結像レンズ１１７の前に追加する必要があるので、スペース面及び低コストの面で図４の構成に比べて不利になる。
【００１７】
本発明は上記のような課題に鑑み、スペース面及び低コストの面での不利を伴うことなく、単色光学系で発生したエネルギー密度の高い単色光が白色光学系のカラー撮像素子に到達することを効果的に防止することができる光学測定装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学測定装置の第１の構成は、単色光源からの単色光を試料に照射して試料からの単色光を受光素子で受光するための単色光学系と、白色光源からの白色光を試料に照射して試料からの白色光をカラー撮像素子で受光するための白色光学系とを備え、対物レンズ及びその光軸が単色光学系と白色光学系とに共通である光学測定装置であって、白色光学系は、白色光源及びレンズを含む白色投光系と、カラー撮像素子及びレンズを含む白色受光系と、対物レンズの光軸から白色投光系を分離させるための第１ハーフミラーとを含み、第１ハーフミラーと対物レンズとの間に、対物レンズの光軸から単色光学系の単色光源及び受光素子を含む部分を分離させるための第２ハーフミラーが設けられ、第１ハーフミラーが単色光を通過させないで白色光のほとんどの成分を通過させるフィルタガラスを基材として用いたフィルタハーフミラーであり、フィルタハーフミラーを通過した白色光がカラー撮像素子に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、単色光源（例えばレーザ）から発した単色光（レーザ光）の成分がフィルタハーフミラーを通過する際に取り除かれて白色受光系のカラー撮像素子に到達しない。したがって、カラー撮像素子がエネルギー密度の高い単色光（レーザ光）によってダメージを受けるおそれがない。また、対物レンズの光軸から白色投光系を分離させるための第１ハーフミラー、つまり白色投光系と白色受光系とを分離するためのハーフミラーがフィルタハーフミラーとして光学フィルタの機能を兼ね備えているので、光学フィルタを別途設ける必要がなく、スペース面やコスト面で有利である。
【００２０】
本発明による光学測定装置の第２の構成は、単色光源からの単色光を試料に照射して試料からの単色光を受光素子で受光するための単色光学系と、白色光源からの白色光を試料に照射して試料からの白色光をカラー撮像素子で受光するための白色光学系とを備え、対物レンズ及びその光軸が単色光学系と白色光学系とに共通である光学測定装置であって、白色光学系は、白色光源及びレンズを含む白色投光系と、カラー撮像素子及びレンズを含む白色受光系と、白色投光系及び白色受光系を互いに分離させるための第１ハーフミラー又はビームスプリッタを含み、第１ハーフミラー又はビームスプリッタと対物レンズとの間に、対物レンズの光軸から単色光学系の単色光源及び受光素子を含む部分を分離させるための第２ハーフミラーが設けられ、第２ハーフミラーが単色光のほとんどを通過させないか又は反射させるフィルタハーフミラーであり、フィルタハーフミラーを通過した白色光がカラー撮像素子に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、単色光源（例えばレーザ）から発した単色光（レーザ光）のほとんどがフィルタハーフミラーを通過する際に取り除かれて白色受光系のカラー撮像素子に到達しない。したがって、カラー撮像素子がエネルギー密度の高い単色光（レーザ光）によってダメージを受けるおそれがない。また、対物レンズの光軸から単色光学系の単色光源及び受光素子を含む部分を分離させるための第２ハーフミラー、つまり単色光学系と白色光学系とを分離するためのハーフミラーがフィルタハーフミラーとして光学フィルタの機能を兼ね備えているので、光学フィルタを別途設ける必要がなく、スペース面やコスト面で有利である。
【００２２】
好ましい実施形態において、上記の光学測定装置はカラー撮像機能を備えたカラー共焦点顕微鏡である。つまり、単色光学系は受光素子の手前に設けられたピンホール板を含む共焦点光学系であり、対物レンズの焦点と試料との距離を変化させながら試料表面を単色光で走査したときに受光素子から得られる受光情報に基づいて試料表面の高さ分布及び超深度画像を取得すると共に、カラー撮像素子で試料表面のカラー画像を取得する機能を備えている。このようなカラー共焦点顕微鏡において、上記のようなフィルタハーフミラーを用いることにより、所要スペースの増加やコスト上昇を伴うことなく、又は最小限に抑えながら、カラー撮像素子がエネルギー密度の高い単色光によってダメージを受けるおそれを取り除くことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る光学測定装置であるカラー共焦点顕微鏡を用いたシステムの概略構成を示している。このシステム（カラー共焦点顕微鏡システム）１は、共焦点光学系（単色光学系に相当する）２及び非共焦点光学系（白色光学系に相当する）３を有するカラー共焦点顕微鏡と、カラー共焦点顕微鏡のレーザ駆動回路４４、第１ＡＤ変換器４１、ＣＣＤ駆動回路４３、第２ＡＤ変換器４２、対物レンズ移動機構４０、マイクロコンピュータを用いた制御部４６等を含むコントローラと、コントローラに接続された表示装置４７及び入力装置（コンソール）４８とを備えている。
【００２５】
まず、カラー共焦点顕微鏡の共焦点光学系（単色光学系）２とその信号処理について説明する。共焦点光学系２は、試料ｗｋに単色光（例えばレーザ光）を照射するための光源１０、コリメートレンズ１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、水平垂直偏向装置１４、ハーフミラー１５、対物レンズ１７、ＰＨレンズ１８、ピンホール板９、受光素子１９等を含んでいる。
【００２６】
光源１０には、例えば半導体レーザが用いられる。但し光源１０はレーザに限るわけではなく、単色光源であればよい。また、水銀ランプのように単色光源でなくても、バンドフィルタと組み合わせることによって単色光源として使用することができる。レーザ駆動回路４４によって駆動される光源１０から出たレーザ光は、コリメートレンズ１１を通り、偏光ビームスプリッタ１２で光路を曲げられ、１／４波長板１３を通過する。この後、水平垂直偏向装置１４によって水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された後、ハーフミラー１５で反射して光路を曲げられ、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置かれた試料ｗｋの表面に集光される。
【００２７】
水平垂直偏向装置１４は水平偏向用のレゾナント（共振型）スキャナーと垂直偏向用のガルバノ（電磁型）スキャナーで構成されている。両者でレーザ光を水平及び垂直方向に偏向させることにより、試料ｗｋの表面をレーザ光で走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向ということにする。対物レンズ１７は、対物レンズ移動機構４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動される。これにより、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向（すなわち試料ｗｋの高さ方向）での距離を変化させることができる。
【００２８】
ただし、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での距離は、他の方法で変化させることもできる。例えば、対物レンズ１７をＺ方向に駆動する代わりに試料ステージ３０をＺ方向に駆動してもよい。あるいは、対物レンズ１７と試料ｗｋとの間に屈折率が変化するレンズを挿入することにより、対物レンズ１７の焦点をＺ方向に移動させる構成も可能である。
【００２９】
本実施形態のカラー共焦点顕微鏡では、制御部４６からの制御信号によって対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７がＺ軸方向に電動で移動可能であると共に、試料ステージ３０は、ステージ手動操作機構３１を介して手動操作によってＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に変位可能である。また、入力装置４８のキー操作（例えばアップ／ダウンキーの操作）によって制御部４６及び対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７を上下動することも可能である。
【００３０】
試料ｗｋで反射されたレーザ光は、上記の光路を逆にたどるように、対物レンズ１７を通ってハーフミラー１５で反射し、水平垂直偏向装置１４を介して１／４波長板１３を再び通る。この結果、レーザ光は偏光ビームスプリッタ１２を透過し、ＰＨレンズ１８によって集光される。集光されたレーザ光は、ＰＨレンズ１８の焦点位置に配置されたピンホール板９のピンホールを通過して受光素子１９に入射する。受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤチューブ（光電子増倍管）やフォトダイオードで構成され、受光量を電気信号に変換する。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びゲイン制御回路（図示せず）を介して第１ＡＤ変換器４１に与えられ、ディジタル値に変換される。
【００３１】
上記のような構成の共焦点光学系２により、試料ｗｋの高さ（深さ）情報を取得することができる。以下に、その原理を簡単に説明する。
【００３２】
上述のように、対物レンズ１７が対物レンズ移動機構４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動されると、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対距離が変化する。そして、対物レンズ１７の焦点が試料ｗｋの表面に結ばれたときに、試料ｗｋの表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経てＰＨレンズ１８で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホール板９のピンホールを通過する。したがって、このときに、受光素子１９の受光量が最大になる。逆に、対物レンズ１７の焦点が試料ｗｋの表面からずれている状態では、ＰＨレンズ１８によって集光されたレーザ光はピンホール板９からずれた位置に焦点を結ぶので、一部のレーザ光しかピンホールを通過することができない。その結果、受光素子１９の受光量は著しく低下する。
【００３３】
したがって、試料ｗｋの表面の任意の点について、対物レンズ１７をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら受光素子１９の受光量を検出すれば、その受光量が最大になるときの対物レンズ１７のＺ方向位置（対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での距離）を高さ情報として一義的に求めることができる。
【００３４】
実際には、対物レンズ１７を１ステップ（１ピッチ）移動するたびに水平垂直偏向装置１４によって試料ｗｋの表面を走査して受光素子１９の受光量を得る。対物レンズ１７をＺ方向での測定範囲の下端から上端までＺ方向に移動させたとき、走査範囲内の各点（画素）について、Ｚ方向位置に応じて変化する受光量データが得られる。
【００３５】
図２は、対物レンズ１７のＺ方向位置に応じて変化する受光量の例を示すグラフである。このような受光量データに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ｗｋの表面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、マイクロコンピュータを用いた制御部４６によって実行される。
【００３６】
得られた表面高さの分布情報は、いくつかの方法で表示装置４７のモニタ画面に表示することができる。例えば３次元表示によって試料の高さ分布（表面形状）を立体的に表示することができる。あるいは、高さデータを輝度データに変換することにより、明るさの二次元分布として表示できる。高さデータを色差データに変換することにより、高さの分布を色の分布として表示することもできる。
【００３７】
また、ＸＹ走査範囲内の各点（画素）について得られた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ｗｋの表面画像（白黒画像）が得られる。各画素における最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれば、表面高さの異なる各点でピントの合った焦点深度の非常に深い超深度画像が得られる。また、任意の注目画素で最大受光量が得られた高さ（Ｚ方向位置）に固定した場合は、注目画素の部分と高低差が大きい部分の画素の受光量は著しく小さくなり、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像（すなわちスライス画像）が得られる。
【００３８】
次に、非共焦点光学系（白色光学系）３とその信号処理について説明する。非共焦点光学系３は、試料ｗｋに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための白色光源２０、コレクタレンズ２１、コンデンサレンズ２２、フィルタハーフミラー１６、ハーフミラー１５、対物レンズ１７、結像レンズ２３及びカラーＣＣＤ（カラー撮像素子）２４を含んでいる。ハーフミラー１５及び対物レンズ１７は共焦点光学系２及び非共焦点光学系３に共用されており、対物レンズ１７の光軸は共焦点光学系２及び非共焦点光学系３に共通である。
【００３９】
白色光源２０には例えば白色ランプが用いられるが、特に専用の光源を設けないで自然光又は室内光を利用してもよい。白色光源２０から出た白色光は、コレクタレンズ２１及びコンデンサレンズ２２を通り、フィルタハーフミラー１６で反射して光路を曲げられ、ハーフミラー１５を通過して対物レンズ１７によって試料ステージ３０上の試料ｗｋの表面に集光される。
【００４０】
試料ｗｋで反射された白色光は、上記の光路を逆にたどるように、対物レンズ１７及びハーフミラー１５を通過する。そして、フィルタハーフミラー１６を通過した光が結像レンズ２３を通りカラーＣＣＤ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦点光学系２のピンホール板９のピンホールと共役又は共役に近い位置に設けられている。カラーＣＣＤ２４で撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ駆動回路４３によって読み出され、そのアナログ出力信号は第２ＡＤ変換器４２に与えられ、ディジタル値に変換される。
【００４１】
フィルタハーフミラー１６は、白色光学系３のうちのカラーＣＣＤ２４及び結像レンズ２３を含む白色受光系（対物レンズ１７の光軸上にある）と白色光源２０及び２つのレンズ２１，２２を含む白色投光系とを分離させるための第１ハーフミラーに相当する。また、前述のハーフミラー１５はフィルタハーフミラー１６と対物レンズ１７との間に設けられた第２ハーフミラーに相当し、対物レンズ１７の光軸から単色光学系（共焦点光学系）２の単色光源１０及び受光素子１９を含む部分を分離させるためのものである。
【００４２】
フィルタハーフミラー１６は、光源（半導体レーザ）１０からの単色光を通過させないで白色光源２０からの白色光のほとんどの成分を通過させるように不純物が混ぜられたフィルタガラスに金属膜や誘電体膜を蒸着して反射面１６ａを形成したものである。したがって、フィルタハーフミラー１６を通過して結像レンズ２３でカラーＣＣＤ２４に結像される光には半導体レーザ１０からの単色光はほとんど含まれていない。その結果、エネルギー密度の高いレーザスポットでカラーＣＣＤ２４（特にカラーフィルタ）がダメージを受けるおそれが解消される。また、カラーＣＣＤ２４又は結像レンズ２３の前に光学フィルタを別途設けてレーザ光を遮断する構成に比べてスペース面及びコスト面で有利である。なお、上記のようなフィルタガラスは、シャープカットフィルタという名称で市販されている。
【００４３】
上記のようにして得られたカラー画像は、試料ｗｋの観察用の拡大カラー画像として表示装置４７のモニタ画面に表示される。このカラー画像は、共焦点光学系による超深度画像等の測定を行いたい試料表面の場所を見つけるのにも役立つ。また、共焦点光学系２で得られた超深度画像と非共焦点光学系３で得られた通常のカラー画像とを組み合わせて、すべての画素で略ピントの合った焦点深度の深いカラー超深度画像を生成し、表示することもできる。例えば、非共焦点光学系３で得られたカラー画像を構成する輝度信号を共焦点光学系２で得られた超深度画像の輝度信号で置き換える合成処理により、カラー超深度画像を生成することができる。同様に、非共焦点光学系３で得られたカラー画像を構成する輝度信号を共焦点光学系２で得られたスライス画像の輝度信号で置き換える合成処理により、カラースライス画像を生成することができる。
【００４４】
上記のようなカラー画像に関する処理についても、制御部４６を含むコントローラが司る。コントローラにはコンソール（操作卓）のような入力装置４８やＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶表示装置）のような表示装置４７が接続されている。
【００４５】
ユーザは、表示装置４７の画面上に表示されるガイダンスにしたがって入力装置４８を用いて種々の測定用パラメータを設定することができる。例えば、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲（測定範囲）や移動ピッチを設定する。あるいは、試料ｗｋの表面の光反射率等に応じて受光素子１９の受光感度（ＰＭＴゲイン）やＮＤフィルタによる減衰量の設定を行うことにより、画面に表示された超深度画像やスライス画像が適当な明るさ（輝度）になるように調整する。また、カラーＣＣＤ２４によるカラー画像の取得のためのシャッタースピードやゲイン及びホワイトバランスの設定を行う。
【００４６】
図３は、本発明の別の実施形態に係るカラー共焦点顕微鏡システムの概略構成を示している。図１に示した構成では白色光学系３のうちの白色光源２０及び２つのレンズ２１，２２を含む白色投光系を対物レンズ１７の光軸から分離させるための第１ハーフミラーにフィルタハーフミラー１６を使用したが、図３の構成では単色光学系２の単色光源１０及び受光素子１９を含む部分を対物レンズ１７の光軸から分離させるための第２ハーフミラーにフィルタハーフミラー１６を使用している。
【００４７】
この構成でも、フィルタハーフミラー１６を通過して結像レンズ２３でカラーＣＣＤ２４に結像される光には半導体レーザ１０からの単色光はほとんど含まれていないので、エネルギー密度の高いレーザスポットでカラーＣＣＤ２４がダメージを受けるおそれが解消される。しかも、カラーＣＣＤ２４又は結像レンズ２３の前に光学フィルタを別途設けてレーザ光を遮断する構成に比べてスペース面及びコスト面で有利である。
【００４８】
また、図３の構成では、第１ハーフミラー１５に代えてビームスプリッタを用いてもよいし、図４に示した従来の構成のように、白色光源２０及び２つのレンズ２１，２２を含む白色投光系を対物レンズ１７の光軸上に配置してカラーＣＣＤ２４及び結像レンズ２３を含む白色受光系の光軸を対物レンズ１７の光軸と直角に配置してもよい。
【００４９】
図３の構成では、フィルタハーフミラー１６は半導体レーザ１０からの単色光のみを反射すればよく、その単色光に対して完全なミラーとして機能するように設計することができる。この場合は、フィルタハーフミラー１６に使用される基材として市販のシャープカットフィルタを用いる必要は必ずしもない。つまり、ミラー（反射膜）の設計によって単色光のほとんどを通過させないで反射するようにしてフィルタハーフミラー１６を実現することができる。しかも、フィルタハーフミラー１６による単色光（レーザ光）の反射率を高くすることができれば、単色光（レーザ光）の利用効率を上げることもできる。
【００５０】
また、レーザ光を励起光として試料ｗｋに照射し、試料ｗｋから励起される蛍光を観察する蛍光型共焦点顕微鏡に図３のような光学系を適用すれば、白色光学系３による悪影響を取り除く効果も得られる。すなわち、白色光源２０から発せられた照射光が試料ｗｋに照射されるときにフィルタハーフミラー１６を通過することによってレーザ光の波長成分が取り除かれるので、白色光学系３による試料の観察の際（目的部分を探す際）に無用に試料ｗｋ中の蛍光物質を励起することがない。その結果、白色光学系３による観察から単色光学系２による測定に切り替えてレーザ光を試料ｗｋに照射した時点で初めて試料ｗｋ中の蛍光物質が励起されて蛍光が発せられ、適切な蛍光測定を行うことが可能になる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を適宜変形例を含めながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することが可能である。例えば、上記の実施形態の光学測定装置は反射型のカラー共焦点顕微鏡であるが、透過型のカラー共焦点顕微鏡にも本発明を適用することができる。透過型のカラー共焦点顕微鏡の場合は、試料の裏面から共焦点光学系（単色光学系）のレーザ光（単色光）及び非共焦点光学系（白色光学系）の白色光が照射される。共焦点光学系に用いる単色光源はレーザ光源に限らず、水銀ランプのような複数波長を含む光源とバンドフィルタとの組合せで単色光源を構成してもよい。非共焦点光学系の光源は自然光又は室内光で代用することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光学測定装置、特にカラー共焦点顕微鏡によれば、スペース面及び低コストの面での不利を伴うことなく、単色光学系で発生したエネルギー密度の高い単色光が白色光学系のカラー撮像素子に到達することを効果的に防止し、カラー撮像素子がエネルギー密度の高い単色光によってダメージを受けるおそれを解消することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光学測定装置であるカラー共焦点顕微鏡を用いたシステムの概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズのＺ方向位置に応じて変化する受光量の例を示すグラフである。
【図３】本発明の別の実施形態に係るカラー共焦点顕微鏡システムの概略構成を示す図である。
【図４】従来のカラー共焦点顕微鏡の光学系の構成例を示す図である。
【図５】従来の共焦点顕微鏡の光学系の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
２ 単色光学系（共焦点光学系）
３ 白色光学系（非共焦点光学系）
９ ピンホール板
１０ 単色光源
１５ ハーフミラー
１６ フィルタハーフミラー
１７ 対物レンズ
１９ 受光素子
２０ 白色光源
２１，２２ 白色投光系のレンズ
２３ 白色受光系のレンズ
２４ カラー撮像素子（カラーＣＣＤ）
ｗｋ 試料

Claims (3)

1. 単色光源からの単色光を試料に照射して試料からの単色光を受光素子で受光するための単色光学系と、白色光源からの白色光を試料に照射して試料からの白色光をカラー撮像素子で受光するための白色光学系とを備え、対物レンズ及びその光軸が前記単色光学系と前記白色光学系とに共通である光学測定装置であって、前記白色光学系は、白色光源及びレンズを含む白色投光系と、カラー撮像素子及びレンズを含む白色受光系と、前記対物レンズの光軸から前記白色投光系を分離させるための第１ハーフミラーとを含み、
   前記第１ハーフミラーと前記対物レンズとの間に、前記対物レンズの光軸から前記単色光学系の単色光源及び受光素子を含む部分を分離させるための第２ハーフミラーが設けられ、
   前記第１ハーフミラーが前記単色光を通過させないで前記白色光のほとんどの成分を通過させるフィルタガラスを基材として用いたフィルタハーフミラーであり、該フィルタハーフミラーを通過した白色光が前記カラー撮像素子に到達するように構成されていることを特徴とする光学測定装置。
2. 単色光源からの単色光を試料に照射して試料からの単色光を受光素子で受光するための単色光学系と、白色光源からの白色光を試料に照射して試料からの白色光をカラー撮像素子で受光するための白色光学系とを備え、対物レンズ及びその光軸が前記単色光学系と前記白色光学系とに共通である光学測定装置であって、前記白色光学系は、白色光源及びレンズを含む白色投光系と、カラー撮像素子及びレンズを含む白色受光系と、前記白色投光系及び前記白色受光系を互いに分離させるための第１ハーフミラー又はビームスプリッタとを含み、
   前記第１ハーフミラー又はビームスプリッタと前記対物レンズとの間に、前記対物レンズの光軸から前記単色光学系の単色光源及び受光素子を含む部分を分離させるための第２ハーフミラーが設けられ、
   前記第２ハーフミラーが前記単色光のほとんどを通過させないか又は反射させるフィルタハーフミラーであり、該フィルタハーフミラーを通過した白色光が前記カラー撮像素子に到達するように構成されていることを特徴とする光学測定装置。
3. 前記単色光学系は受光素子の手前に設けられたピンホール板を含む共焦点光学系であり、前記対物レンズの焦点と試料との距離を変化させながら試料表面を単色光で走査したときに前記受光素子から得られる受光情報に基づいて前記試料表面の高さ分布及び超深度画像を取得すると共に、前記カラー撮像素子で前記試料表面のカラー画像を取得する機能を備えていることを特徴とする
   請求項１又は２記載の光学測定装置。

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