(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源より発した照明光を試料に照射する照明光学系と、
前記試料を載置するステージと、
前記ステージを駆動するステージ駆動系と、
前記試料より発した観察光を集光する結像光学系と、
前記結像光学系を通過した前記観察光を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を処理する処理装置と、
前記試料上での前記照明光の照度を低減する照度低減手段と、
前記照度が前記試料の画像を表示するのに充分な照度である時間幅をＴFとし、前記照度が前記試料の画像を表示するのに充分な照度未満である時間幅をＴNとし、
α＝ＴF／（ＴF＋ＴN）
としたとき、前記ステージの速度に応じて、前記照度低減手段によって前記αを変更する制御手段と、
前記ＴNの間、当該ＴNの時間幅の前の前記試料の静止画像を、前記処理装置からの画像信号に基づいて表示するモニターとを備えることを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ステージが停止しているときには前記αを０とし、前記ステージが移動しているときには前記αを１とすることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ステージが停止しているときには前記αを０より大、１より小とすることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記照度低減手段は、前記光源の出力を調整する光源制御手段あるいは前記照明光の光路中に挿脱自在に配置された遮光板又は減光板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記顕微鏡は共焦点型のレーザー走査顕微鏡であり、
前記光源は、波長が可視域より短いコヒーレント光源であり、
前記照明光学系は、前記照明光を前記試料の面方向に２次元的に走査する走査手段を有し、
前記処理装置は、前記検出器からの信号と前記走査手段からの信号とを処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業顕微鏡等の顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、解像力の高い光学的顕微鏡の需要に伴って、使用波長の短波長化が進んでいる。
従来の顕微鏡の構成を、以下簡単に説明する。光源より発した照明光は、照明レンズを透過して、ハーフミラーに入射する。ハーフミラーに入射した照明光のうちハーフミラーで反射した照明光は、対物レンズを透過してステージ上に載置された試料を照射する。ここで、光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する平面内で互いに直交する２方向をＸ、Ｙ方向とすると、ステージはステージ駆動系にて、ＸＹＺ方向に移動可能となっている。
【０００３】
試料で反射した観察光は、対物レンズを透過して、ハーフミラーに入射する。ハーフミラーを透過した観察光は、結像レンズを透過してイメージセンサー上に結像する。イメージセンサーの出力信号は、ビデオ信号処理回路にて画像信号に変換された後、モニターに転送される。これによって、試料の画像がモニター上に表示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の顕微鏡において、ステージの移動を停止して、同一試料面を長時間観察するとき、その試料面に照射される光のエネルギーが徐々に高くなり、その部分が変形、変色等の損傷を受ける場合があった。このような現象は、照明光を微小なスポットに集光させるレーザー走査顕微鏡においては、特に顕著に現れていた。
【０００５】
このような試料面上の光のエネルギー、すなわち、照明光の照射量は、照度と照射時間との積で求まる。試料が受ける損傷の程度は、この照射量と相関がある。すなわち、照射量が大きいと試料の損傷は大きく、照射量が小さいと試料の損傷は小さくなる。そして、試料の損傷が大きい場合、その試料を再度観察、測定するときの再現性が低下するばかりか、試料が製品であればその品質を低下させることになる。
したがって本発明は、試料の変形、変色等の損傷が少ない顕微鏡を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、添付図面に付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、光源（１）と、光源（１）より発した照明光を試料（Ａ）に照射する照明光学系（２〜４）と、試料（Ａ）を載置するステージ（５）と、ステージ（５）を駆動するステージ駆動系（６）と、試料（Ａ）より発した観察光を集光する結像光学系（４〜７）と、結像光学系（４〜７）を通過した観察光を検出する検出器（８）と、検出器（８）からの信号を処理する処理装置（９）と、処理装置（９）からの画像信号に基づいて試料（Ａ）の画像を表示するモニター（１０）とを有する顕微鏡において、試料（Ａ）上での照明光の照度を低減する照度低減手段（１ａ、１２）を備え、照度が試料（Ａ）の画像を表示するのに充分な照度である時間幅をＴFとし、照度が試料（Ａ）の画像を表示するのに充分な照度未満である時間幅をＴNとし、
α＝ＴF／（ＴF＋ＴN）                  （１）
としたとき、ステージ（５）の速度に応じて、照度低減手段（１ａ、１２）によってαを変更し、モニター（１０）は、ＴNの間、ＴNの時間幅の前の試料（Ａ）の静止画像を表示することを特徴とする顕微鏡である。
その際、照度低減手段（１ａ、１２）は、ステージ（５）が停止しているときにはαを０とし、ステージ（５）が移動しているときにはαを１とすることができる。
【０００７】
以上の構成により、同一試料面における照明光の照射量は減少するため、試料の受ける損傷は減少することになる。以下、本発明の作用について詳しく説明する。一般に、工業顕微鏡等の顕微鏡のステージに載置される試料は、ほとんど静止物体である。すなわち、微生物等のように試料自体が、外力なく動き回ることはない。
したがって、試料を載置したステージが停止していれば、モニター上に表示される試料の画像は変化しないことになる。また、ステージが完全に停止していなくても、比較的低い速度で移動している場合には、最新の静止画像を更新しながらモニター上に表示すれば、試料のリアルタイムの動画像（ライブ画像）を表示しているのと、ほぼ同じ状態となる。
【０００８】
例えば、ステージが停止している間、すなわちステージの速度が０の間、モニター上に、試料の動画像を表示せずに、モニター画面をフリーズ（固定）して、試料の静止画像を表示する場合を考える。このとき、ステージを停止して、その停止の瞬間又は所定の時間経過した後、試料に至る照明光の照度を低減することで、試料の損傷を防ぐことができる。
また、モニター上には照度が低減される直前の画像を、静止画像として表示する、すなわち、モニター画面をフリーズした状態にする。これにより、観察や測定に係る不都合も生じない。
一方、ステージが再び移動し始めた場合、即座に、試料に至る照明光の照度を正常の値となるように復帰させて、モニター上に試料の動画像を表示する。
【０００９】
ここで、ステージの停止状態とは、光軸に直交する方向（ＸＹ方向）においても、光軸方向（Ｚ方向）においても、ステージの変位がない状態である。したがって、試料上の所望の位置を探している段階（ＸＹ方向移動段階）や、ピント位置を調整している段階（Ｚ方向移動段階）においては、ステージは停止状態ではないため、モニター上には動画像が表示されることになる。そして、それらの作業が終了した段階で、初めてステージは停止状態になり、モニター上には静止画像が表示される。
【００１０】
そして、ステージの変位は、例えば、エンコーダーや干渉計等の変位計測器を用いることによって、容易に検出することができる。また、電動ステージを用いている場合であれば、ステージ駆動用モーターの作動の有無によって、ステージの変位を検出することができる。
また、試料に至る照明光の照度の低減は、光源の出力を低下させたり、停止させることで達成できる。また、遮光板によって照明光を遮断することでも達成できる。その他、偏光を利用して偏光板や波長板を回転させることによって照明光を遮光したり、液晶の波長板を電気的に変調することによって照明光を遮光しても良い。
【００１１】
このように、本発明では、ステージの速度ｖに応じて、試料に至る照明光の照度を調整している、すなわち、（１）式のαの値を変更している。その変更方法は、図３に示すように何通りか考えられる。図３（Ａ）〜（Ｄ）において、横軸はステージ速度ｖを表し、縦軸はα値を表している。ここで、ステージ速度ｖは、次式のように、ＸＹＺ方向の各速度ｖx、ｖy、ｖzを合成した速度である。
0004186263.tif 000002
同図（Ａ）は、ステージ速度ｖが０のときα値が０になるように制御した場合である。すなわち、ステージが停止したとき照度が試料の画像を表示するのに充分な照度である時間幅ＴFが０となり、ステージが少しでも移動したとき照度が試料の画像を表示するのに充分な照度未満である時間幅ＴNが０となる。態様としては、ステージが停止したときに即座に照度を低下させても良いし、徐々に照度を低下させても良い。
【００１２】
同図（Ｂ）は、ステージ速度ｖが０のときのα値（α0）が、０＜α0＜１となるように制御した場合である。すなわち、ステージが停止したとき、照度が試料の画像を表示するのに充分な照度となる時間幅ＴFと、充分な照度未満となる時間幅ＴNとの比率が一定となる。そして、ステージが少しでも移動したとき、照度が試料の画像を表示するのに充分な照度未満である時間幅ＴNが０となる。態様としては、ステージが停止したときに、一定時間毎に照度を高めて静止画像を更新する場合である。
【００１３】
同図（Ｃ）は、ステージ速度ｖが、０から所定速度ｖ0に達する間、α値が比例的に変化するように制御した場合である。すなわち、ステージが速度ｖ0以下のとき、充分な照度となる時間幅ＴFと、充分な照度未満となる時間幅ＴNとの比率が、その速度に応じて変動する。態様としては、前述したように、ステージが低速度で移動しているときに、モニター上に更新された静止画像が表示される場合であって、ステージ速度ｖが低下していくと、静止画像の更新間隔が長くなっていく場合である。
同図（Ｄ）は、同図（Ｃ）に対して、ステージを減速したときのα値の勾配と、ステージを加速したときのα値の勾配とが異なるように制御した場合である。すなわち、充分な照度未満である時間幅ＴNが０となる加速時のステージ速度ｖ1を、時間幅ＴNが０となる減速時のステージ速度ｖ2より低く設定している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は、本発明による顕微鏡の第１実施例である。光源１より発した照明光は、照明レンズ２を透過して、ハーフミラー３に入射する。ここで、光源１の出力は、光源制御装置１ａによって制御されている。ハーフミラー３に入射した照明光のうちハーフミラー３で反射した照明光は、対物レンズ４を透過してステージ５上に載置された試料Ａを照射する。ここで、ステージ５はステージ駆動系６にて、ＸＹＺ方向に移動可能となっている。
試料Ａで反射した観察光は、対物レンズ４を透過して、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を透過した観察光は、結像レンズ７を透過してイメージセンサー８上に結像する。イメージセンサー８の出力信号は、ビデオ信号処理回路９にて画像信号に変換された後、モニター１０に転送される。これによって、試料Ａの画像がモニター１０上に表示される。
【００１５】
ここで、ステージ５の位置は、変位センサー１１で検出されて、その出力信号が制御回路１２に転送される。そして、制御回路１２では、その変位センサー１１からの出力信号により、ステージ５の速度を求める、すなわちステージ５の移動と停止を識別する。すなわち、出力値の変動があるときはステージ５が移動していると認識し、出力値の変動がないときはステージ５が停止していると認識する。そして、予め定めた時間連続して変位センサー１１からの出力信号の変動がないとき、すなわち、ステージが停止していると判断されるとき、光源１の出力を停止（オフ）する。これと同時に、ビデオ信号処理回路９では、試料Ａの画像の取り込みを中止して、モニター１０上には光源出力オフとなる直前の画像を、静止画像として表示する。なお、モニター１０上に表示される試料Ａの画像を取り込むタイミングは、ステージ５が停止した後であって、光源１の出力が停止される前であれば、いつでも良い。
【００１６】
次に、変位センサー１１からの出力信号の変動が再びあったとき、すなわち、ステージ５が再び移動したと判断されるとき、制御回路１２は直ちに光源１の出力をオンする。それと同時に、ビデオ信号処理回路９にて、試料Ａの画像の取り込みを開始する。これによって、モニター１０上には、再び試料Ａの動画像が表示される。
なお、本第１実施例では、光源１の出力をオン、オフすることにより、試料Ａに至る照度の低減をおこなったが、その代わりに、光源１の出力を低下させても、例えば１割以下となるように絞っても良い。また、光源１からステージ５までの照明光の光路中に遮光板を挿入し、この遮光板の開閉動作によって照明光を遮断、解除しても良い。その際、照明光を完全に遮光できなくても、ある程度照度を低下できれば、例えば、照明光の照度を１割以下にすることができる減光板でも良い。
以上のように、本第１実施例では、試料Ａに不必要な照明光を照射することを避けて、試料Ａの損傷を効果的に低減することができる。
【００１７】
次に、図２にて、本発明による顕微鏡の第２実施例を示す。図２は、共焦点型のレーザー走査顕微鏡である。レーザー光源２１より発した照明光は、照明レンズ２を透過して、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３で反射した照明光は、２次元光ビーム走査手段２４、対物レンズ４を通過してステージ５上の試料Ａの表面に微小なレーザースポットを形成する。
試料Ａで反射した観察光は、対物レンズ４、２次元光ビーム走査手段２４を通過して、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を透過した観察光は、集光レンズ２８を透過して、ピンホール２９上に再びスポットを形成する。ピンホール２９を通過した観察光は、検出器３０に入射する。検出器３０に入射した観察光は光電変換されて、２次元光ビーム走査手段２４からの制御信号と共に、信号処理回路３１に入力された後、モニター１０に転送される。これによって、試料Ａの拡大像がモニター１０上に表示される。
【００１８】
本第２実施例においても、前記第１実施例と同様に、変位センサー１１からの出力信号によって、ステージ５の移動と停止の識別を制御回路１２にて行う。そして、ステージが予め定めた時間停止したときには、遮光板３５は照明光の光路内に移動する。それと同時に、信号処理回路３１における試料Ａの画像の取り込みを中止して、モニター１０上には照明光が遮断される直前の静止画像を表示される。一方、ステージ２６が再び移動し始めたときには、直ちに遮光板３５は光路外へ移動する。同時に、信号処理回路３１での試料Ａの画像取り込みを開始して、モニター１０上に再び動画像が表示される。
【００１９】
以上のように、本第２実施例においても、前記第１実施例と同様に、試料Ａに不必要な照明光を照射することを避けて、試料Ａの損傷を効果的に低減することができる。また、本第２実施例においては、レーザー光源２１を用いているため、その波長領域が短い。波長が可視域より短い場合、例えば紫外域〜軟Ｘ線領域の短波長領域である場合、不必要な照明光の照射を避けて、試料の損傷を低減することが特に重要となる。
なお、本実施例では、ステージ５の速度と（１）式におけるαとの関係を図３（Ａ）に示すような関係としたが、その代わりに、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示すような関係とすることもできる。
また、本実施例では、反射照明型の顕微鏡について説明したが、本発明は、透過照明型の顕微鏡にも適用できる。
また、本実施例における顕微鏡は、モニター１０上で試料Ａの計測を行うことで測定装置として用いることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、ステージ停止中に、試料が受ける照明光の照度を低減しているので、試料の損傷の少ない顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による顕微鏡を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施例による顕微鏡を示す概略図である。
【図３】ステージ速度ｖとα値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光源                        １ａ…光源制御装置
２…照明レンズ
３…ハーフミラー                ４…対物レンズ
５…ステージ                    ６…ステージ駆動系
７…結像レンズ                  ８…イメージセンサー
９…ビデオ信号処理回路          １０…モニター
１１…変位センサー              １２…制御回路
２１…レーザー光源              ２４…２次元光ビーム走査手段
２８…集光レンズ                ２９…ピンホール
３０…検出器                    ３１…信号処理回路
３５…遮光板                    Ａ…試料
【図１】
0004186263.tif 000003
【図２】
0004186263.tif 000004
【図３】
0004186263.tif 000005