JPH05241077A - 測光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学系で発生するフレアを除去でき、しかも光
学要素のアライメント調整が容易に行なえる測光装置を
提供する。 【構成】光源１２からの光は、集光レンズ１４を介して
コンデンサーレンズ１６に入射し、試料１８に集光され
る。試料１８を通過した光は、対物レンズ２０に入射し
て集光される。中間像面に配置したピンホール２２を通
過した光は、光量検出部２４に入射し光量が測定され
る。コンデンサレンズ１６の視野絞り位置には、フレア
測光用黒色板２６と測光用黒色板２８が選択的に配置さ
れる。フレア測光用黒色板２６はその中央に径ｄ2の黒
色部２６ａを有し、この黒色部２６ａと同心でその径ｄ
3がｄ3＝ｄ2×（５〜１０）の円形開口を有する遮光部
２６ｂを有している。また、測光用黒色板２８は径ｄ3
の円形開口を有する遮光部２８ａのみを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡の光量を検
出する測光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この測光装置は、ピンホール後に置いた
分光グレーティングとラインセンサによる分光測光を行
なう装置や、そのデータを処理することによって試料表
面の薄膜の膜厚測定や薄膜物質の同定を行なう装置など
に用いられる。

【０００３】測光装置の光学系は、図２に示すように、
光源１１２から射出された照明光は集光レンズ１１４に
より集光され、コンデンサレンズ１２０の視野絞り位置
に配置されたピンホール１１６を通って、シャッター１
１８を介してコンデンサレンズ１２０に入射し、試料１
２２に集光される。試料１２２を透過した光は、対物レ
ンズ１２４により集光され、中間像面に配置されたピン
ホール１２６を通って光量検出部１２８に入射し、光量
が検出される。このような測光装置において、コンデン
サレンズに測定用対物レンズと同一のものを用いて光学
収差を取り除いた小穴直良式が有名である。また、一般
に使用されているものでは、コンデンサレンズの視野絞
りにピンホールのないものが多い。

【０００４】測光は、まず照明光学光路中に設けたシャ
ッターを閉じた状態で測光し、検出系（受光素子や増幅
回路）の暗電流と、試料で反射して室内の光が対物レン
ズを通って検出系へ入り込んで発生させる電流（外乱ノ
イズ）とをメモリーしておき、この値をシャッターを開
いた状態で測光して得られた値から差し引いて行なう。

【０００５】次に視野絞りにピンホールのないタイプの
測光性能について述べる。試料はコンデンサレンズによ
り対物レンズの視野全体にわたって照射されるので中間
像面の像には多くのフレアがのっている。このフレア
は、本発明者の測定によれば０．５〜３％であった。

【０００６】測定法は、透過の場合は、対物実視野の１
／１０の黒色部を設けたガラスを試料面に配置するとと
もに、黒色部の像の１／５のピンホールを中間像面に配
置して光量測定を行ない、Ｆ＝（黒色板挿入時光量）／
（黒色板を抜いた時の光量）×１００［％］の式から計
算により求まる。落射の場合は、黒色部を設けたガラス
の換りに光吸収箱を配置して光量測定を行ない、同様の
計算により求まる。

【０００７】視野絞りとフレアの関係は発明者の測定で
視野絞りを絞り込む程フレアは小さくなる。これは黒色
部の大きさを変えず、絞りを絞り込む毎に視野が小さく
なるからで、つまり、フレア源となる照野面積が小さく
なるからである。

【０００８】従ってフレアの測定には照野を一定とする
としておかねばならない。又、正確なフレアを測定する
には黒色部の大きさは照野に対し、充分小さい必要があ
る。それは、測定時には当然ながら黒色部はなく、この
分フレアは小さくなっているからである。そこで日光光
学研究組合やＡＮＳＩでは黒色径／照野径＝１／５〜１
／２０として、黒色部によるフレアの低下を無視できる
ようにしている。かつ、測光径と黒色径の比もレンズの
収差分が測光部に入らないために測光径／黒色径＝１／
４〜１／５と上記機関は提案している。

【０００９】次に小穴直良法におけるフレアについて述
べる。この方法は、原理的には必要な部分のみに照射
し、必要な部分のみを通った光のみを把えるため理想的
である。しかし実際には、正確なピンホール像とピンホ
ールの芯合せが困難なことと、試料を通り抜けた後、測
光側の光学系で発生したフレア光量と収差光量は測光の
対象であるため、図２においてピンホール１２６はピン
ホール１１６の像より大きくしなければならない。つま
り、このピンホール１２６は試料面の照射スポット径
（ｓ）より大きい径の測光径（ｄ）をもつ。そのため図
中ａ部、測光径ｄと照射径ｓとの輪帯部に何らかの光が
あるとこれをひろってしまい誤差を生じる。ａ部を照明
する光は室内の光はもちろん図３のように照明光がコン
デンサレンズや測光側対物レンズによって反射される光
や透過測光でガラス板上に試料が置かれたり、ＬＣＤ基
板のカラーフィルタなどガラスにフィルタが印刷されて
いるものはガラスの２回反射図４などがある。又、落射
測光では測光対物が、照射コンデンサを兼ねるのでフレ
アが大きい。よって小穴直良では照射スポットと測光径
はなるべく同径に近い方が良いが前述した芯合せの問題
と、照射スポット径の光であるが測光対物の収差によっ
て測光ピンホールに入射しない光、測光対物レンズによ
って生じるフレア成分が測光できないことになる。

【００１０】その他に小穴直良では、投光測と測光側の
レンズの光軸合せやピント合せ精度を要し、測定に手間
がかかり、装置も複雑になるという欠点がある。

【００１１】例えば、対物レンズの倍率を変える場合に
はレボルバーを回して対物レンズを変更するとともに、
これに応じてコンデンサレンズも同じ倍率のものに変え
なければならない。ところで、レボルバーのクリック精
度は５μｍ〜１μｍ程度で、コンデンサレンズの取付ネ
ジの精度も５μｍ〜１μｍ程度であるから、両者の芯合
わせが必要となる。又、５０倍の対物レンズの焦点深度
を１μｍとして、対物レンズとコンデンサ間のピント合
わせもμｍ単位となる。

【００１２】また、ガラス表面に塗布したカラーフィル
タなとの測定では、ガラスの厚みによる収差を補正した
ＷＤの長いコンデンサレンズが透過の場合は必要であ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
従来の測光装置では、ピンホールの無いタイプのもので
は測光値に多量のフレアが加わる。その改良である小穴
直良式においても、ピンホールの無いタイプのもの程で
はないにしろ、測光値にフレアがのる上、光学アライメ
ントの調整が煩雑である。

【００１４】本発明は、光学系で発生するフレアを除去
でき、しかも光学要素のアライメント調整が容易に行な
える測光装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の測光装置は、顕
微鏡の中間像面位置に配置されたピンホールを通過した
光を測光する装置であって、照明光を試料に集光するコ
ンデンサレンズの視野絞り位置に、中間像面上において
前記ピンホールよりも大きく結像する黒色部を有する黒
色板を着脱可能に設け、黒色板を配置していない時の光
量から、黒色板を配置した時の光量を差し引くことによ
り、測定値からフレアを除去したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明の測光装置では、まず、黒色板をコンデ
ンサレンズの視野絞り位置に挿入して測光を行ない、暗
電流とフレア電流とからなるノイズ成分を測定しメモリ
ーしておく。次に、黒色板を取り除いた状態で測光を行
なう。この測定値から、メモリーしておいたノイズ成分
の値を差し引く。これによりフレアを取り除いた測光測
定が行なわれる。

【００１７】

【実施例】本発明の測光装置の一実施例の光学系を図１
に示す。光源１２にはハロゲンランプなどを使用し、安
定化電源により駆動される。光源１２からの光は、集光
レンズ１４を介してコンデンサーレンズ１６に入射し、
試料１８に集光される。試料１８を通過した光は、対物
レンズ２０に入射して集光される。中間像面に配置した
ピンホール２２を通過した光は、光量検出部２４に入射
し光量が測定される。集光レンズ１４とコンデンサレン
ズ１６との間で、コンデンサレンズ１６の視野絞り位置
には、フレア測光用黒色板２６と測光用黒色板２８が選
択的に配置される。フレア測光用黒色板２６はその中央
に径ｄ2の黒色部２６ａを有している。その径ｄ2は、ピ
ンホール２２の径をｄ1とすると、次式で与えられる。

【００１８】 ｄ2 ＝ｄ1×｛コンデンサ倍率／測光対物倍率｝×（２^1/2〜５） （１） ここで、コンデンサ倍率＝（絞りの黒色板径）／（試料
上の像の径）である。さらにフレア測定用黒色板２６
は、黒色部２６ａと同心でその径ｄ3がｄ3＝ｄ2×（５
〜１０）の円形開口を有する遮光部２６ｂを有してい
る。これらの黒色部２６ａと遮光部２６ｂはガラスにＢ
Ｃｒ膜を蒸着により形成して作られる。また、測光用黒
色板２８は、フレア測光用黒色板２６とほぼ同様である
が、径ｄ3の円形開口を有する遮光部２８ａのみを有
し、中央の黒色部は有していない。なお、（１）式中の
２^1/2の値は、光学系の収差が除去でき、しかもフレア
測定に大きな影響を及ぼさないように、実験により求め
られた。

【００１９】次に測光の手順について説明する。まず、
フレア測光用黒色板２６を視野絞り位置に挿入し、暗電
流とフレア（対物レンズの周りの室内光を含むフレア）
電流で構成されるノイズ光量（電流）を測定してメモリ
ーしておく。次に、フレア測光用黒色板２６を取り除
き、換わりに測光用黒色板２８を挿入して測光する。そ
の測定値から先にメモリーしておいた値を差し引く。こ
のようにすると測光部以外の照野からピンホール２２に
入り込む光は、黒色部２６ａの面積に対し照野径が充分
大きければ、黒色部２６ａがあってもなくても同様なの
でフレア光量はカットされる。

【００２０】測光部からの光でありながら収差によりピ
ンホール２２に入射しない光と、同じく、測光部からの
光で、測光光学系によっておこされるフレアの中ピンホ
ールに入射しない光は測光できないが、対物レンズは設
計上は光軸付近では収差がほとんどないから、測光部か
らの光と測光部以外からピンホール２２に入る光とは相
殺されるため問題はない。また、フレアについても同様
に考えることができる。

【００２１】このような光学系は、ピンホールを用いな
い方式に比べて精度が良い。また、小穴直良のように照
明スポットと測光ピンホールの正確な位置合せは、フレ
アを一度測定しておけば標本のパターンが変らない限り
必要ない。

【００２２】試料に対してコンデンサレンズが多少上下
に移動しても、照明光束の状態はほとんど変わらないか
ら、コンデンサレンズと対物レンズのピント合わせもフ
レア測定時以外はラフでも構わない。

【００２３】

【発明の効果】本発明の測光装置では、光学系で発生す
るノイズ（フレア）を除去でき、しかも同一の操作で暗
電流も除去できる。また、小穴直良方式のような正確な
アライメントを必要とせず、操作が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測光装置の一実施例の光学系を示す。

【図２】従来の測光装置の光学系を示す。

【図３】従来の装置で生じる問題を説明する図である。

【図４】図３の状態における試料上での光量分布を示
す。

【符号の説明】 １４…集光レンズ、１６…コンデンサレンズ、２０…対
物レンズ、２６…フレア測光用黒色板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡の中間像面位置に配置されたピン
   ホールを通過した光を測光する測光装置において、 照明光を試料に集光するコンデンサレンズの視野絞り位
   置に、中間像面上において前記ピンホールよりも大きく
   結像する黒色部を有する黒色板を着脱可能に設け、黒色
   板を配置していない時の光量から、黒色板を配置した時
   の光量を差し引くことにより、測光値から光学系のフレ
   ア成分を除去したことを特徴とする測光装置。