JPH0458208A

JPH0458208A - 走査型顕微鏡

Info

Publication number: JPH0458208A
Application number: JP17064290A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hakamata; 和男袴田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-02-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光学式の走査型顕微鏡、特に詳細には、試料が
載置される試料台と、照明光を試料上に照射する光学系
とを電歪素子により相対的に移動させて、照明光を試料
上において走査させるようにした走査型顕微鏡に関する
ものである。

（従来の技術）従来より、照明光を微小な光点に収束させ、この光点を
試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を透
過した光あるいはそこで反射した光を光検出器で検出し
て、試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした
光学式走査型顕微鏡が公知となっている。なお特開昭６
２−２１７２１８号公報には、この走査型顕微鏡の一例
が示されている。

従来の光学式走査型顕微鏡においては、上記の走査機構
として、照明光ビームを光偏向器によって２次元的に偏
向させる機構が多く用いられていた。

しかしこの機構においては、ガルバノメータミラーやＡ
ＯＤ　（音響光学光偏向器）等の高価な光偏向器が必要
であるという難点が有る。またこの機構においては、照
明光ビームを光偏向器で振るようにしているから、送光
光学系の対物レンズにはこの先ビームが刻々異なる角度
で入射することになり、それによる収差を補正するため
に対物レンズの設計が困難になるという問題も認められ
ている。特にＡＯＤを使用した場合には、対物レンズ以
外にもＡＯＤから射出した光束に非点収差が生ずるため
特殊な補正レンズが必要となり、光学系をより複雑なも
のとしている。

上記の点に鑑み従来より、照明光ビームは偏向させない
で、試料台の方を２次元的に移動させて照明光光点の走
査を行なうことが考えられている。

さらには、本出願人による特願平１−２４８９４８号明
細書に示されるように、送光光学系と受光光学系とを共
通の移動台に搭載し、この移動台を試料台に対して移動
させることにより、照明光光点の走査を行なうことも考
えられている。

上述のように光学系と試料台とを相対的に移動させて照
明先光点の走査を行なう場合は、撮像所要時間短縮化の
ために、光学系あるいは試料台を高速で移動させること
が求められる。そのため、この移動用の駆動源として電
歪素子を利用することが考えられる。

（発明が解決しようとする課題）ところが上述のような電歪素子にあっては、特に高速駆
動する際に、自身の発熱のために温度上昇して、振れ幅
が変動してしまうという不具合が認められる。こうして
電歪素子の振れ幅が変動すると、照明光の走査幅が変動
するので、試料像が歪んで撮像されてしまうことになる
。

本発明は、この電歪素子の振れ幅変動による照明光の走
査幅の変動を防止することができる、光学式の走査型顕
微鏡を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明による走
査型顕微鏡は、前述したように、試料が載置される試料
台と、照明光を試料上に照射する光学系とを電歪素子に
より相対的に移動させて、この照明光を試料上において
走査させる走査型顕微鏡において、電歪素子の温度を直接または間接的に検出する温度検出
手段と、電歪素子を冷却する冷却手段と、この冷却手段の駆動を、上記温度検出手段の出力に応じ
て制御して、電歪素子の温度を所定値に制御する手段と
が設けられたことを特徴とするものである。

上記の構成においては、電歪素子が発熱してもも、その
温度は所定値に保たれるから、電歪素子の振れ幅が変動
してしまうことがなくなる。

（実　施　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の一実施例による走査型顕微鏡を示し
ている。この走査型顕微鏡は、透過型の共焦点走査型顕
微鏡である。まず、走査型顕微鏡の基本構成について、
第１図および走査機構を詳しく示す第２図を参照して説
明する。

第１図に示されるように、照明光ｌ［を発するレーザダ
イオード５が、移動台Ｉ５に一体的に保持されている。

また移動台１５には、コリメーターレンズ１６および対
物レンズ１７からなる送光光学系１８と、対物レンズ１
９および集光レンズ２０からなる受光光学系２１とが、
互いに光軸を一致させて固定されている。

上記の光学系１８．２１の間には、移動台１５と別体と
された試料台２２が配されている。そして受光光学系２
１の下方において移動台１５には、光検出器９が固定さ
れている。この光検出器９としては、例えばフォトダイ
オード等が用いられる６また光検出器９の前側（図中上
方）には、ピンホール８ａを有するピンホール板８が配
されている。

レーザダイオード５から発せられたレーザ光（照明光）
　１１は、コリメーターレンズ１Ｂによって平行光とさ
れ、次に対物レンズ１７によって集光されて、試料台２
２に載置された試料２３上で（表面部分あるいはその内
部で）微小な光点Ｐに収束する。

試料２３を透過した各透過光１１’　の光束は、受光光
学系２１の対物レンズ１９によって平行光とされ、次に
集光レンズ２０によって集光されて点像Ｑに結像する。

この点像Ｑは、光検出器９によって検出される。この光
検出器９からは、光点Ｐで照射された試料２３の各部分
の明るさを示す信号Ｓが出力される。

なお、上記点像Ｑをピンホール８ａを介して検出するこ
とにより、そのハローや試料２３で散乱した光をカット
することができる。

次に、照明光１１の光点Ｐの２次元走査について、第２
図も参照して説明する。移動台１５は架台３２に対して
、矢印Ｘ方向に移動自在に支持されている。

すなわち架台３２には２本のガイドロッド４０．４０の
一端部が固定され、移動台１５に設けられた２つのガイ
ド孔４１．４１中にこれらのガイドロッド４０．４０が
遊嵌されている。上記移動台１５と架台３２との間には
、積層ピエゾ素子３３が介装されている。この積層ピエ
ゾ素子３３はピエゾ素子駆動回路３４から駆動電力を受
けて、移動台１５を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる
。この往復移動の振動数は、例えば１ＯｋＨｚとされる
。その場合、主走査幅を１００μｍとすると、主走査速
度は、１０ＸＩＯ３ＸＬＯＯＸＩＯ’　Ｘ２＝２ｍ／ｓとなる
。

一方試料台２２は架台３２に対して、上記矢印Ｘ方向と
直角な矢印Ｙ方向に移動自在に支持されている。すなわ
ち架台３２には、２本のガイドロッド４５．４５の一端
部が固定され、試料台２２に設けられた２つのガイド孔
４Ｂ、４６中にこれらのガイドロッド４５．４５が遊嵌
されている。上記試料台２２と架台３２との間には、積
層ピエゾ素子４７が介装されている。この積層ピエゾ素
子４７はピエゾ素子駆動回路４８から駆動電力を受けて
、試料台２２を矢印Ｙ方向に高速で往復移動させる。そ
れにより試料台２２は移動台１５に対して相対移動され
、前記光点Ｐが試料２３上を、主走査方向Ｘと直交する
Ｙ方向に副走査する。

なおこの副走査の所要時間は例えば１／２０秒とされ、
その場合、副走査幅を１００μｍとすると、副走査速度
は、２０Ｘ１００　ＸＩＯ’　Ｘ　２＝０．００４　ｍ／　
ｓ■４ｍｍ／ｓと、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台２２を移動させても、試料
２３が飛んでしまうことを防止できる。

以上のようにして光点Ｐが試料２３上を２次元的に走査
することにより、該試料２３の２次元像を担持するアナ
ログの信号Ｓが得られる。以下第３図を参照して、この
画像信号Ｓから画素分割されたデジタル画像データを作
成する点について説明する。

第３図は走査型顕微鏡の電気回鋒を示している。

図示されるようにピエゾ素子駆動回路３４および４８に
は、制御回路３５から主走査ドライブ信号Ｓ１および副
走査ドライブ信号Ｓ２が入力され、それにより主、副走
査の同期を取って積層ピエゾ素子３３．４７が駆動され
る。

一方光検出器９が出力したアナログ画像信号Ｓは画像信
号用アンプ５０で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５１に入
力される。またこのＡ／Ｄ変換器５１には、サンプリン
グクロック発生回路５２から所定周波数のサンプリング
クロックＳ３が入力され、該Ａ／Ｄ変換器５１はこのサ
ンプリングクロックＳ３の周波数でアナログ画像信号Ｓ
をサンプリング（標本化）し、そしてデジタルの画像デ
ータＳｄに変換する。このデジタル画像データＳｄは−
たん画像メモリ５３に記憶された後、そこから逐次読み
出される。読み出された画像データＳｄは例えばＣＲＴ
等からなる画像再生装置５４に送られ、試料２３の顕微
鏡像再生のために供せられる。

ここで、第１図に示されるように、極めて高速で振動す
る主走査用積層ピエゾ素子３３には、−例として３つの
温度センサ６０が、互いに適宜間隔をおいて取り付けら
れている。またこの積層ピエゾ素子３３には、−例とし
て２つのベルチェ素子６■が、互いに適宜間隔をおいて
取り付けられている。これらのベルチェ素子６１は、ベ
ルチェ素子駆動回路６２から駆動電流Ｅを受けて作動し
、積層ピエゾ素子３３を冷却する。

第３図図示のように上記温度センサ６０の出力は、温度
制御回路６３に入力される。この温度制御回路６３は、
３つの温度センサ６０の出力を例えば平均処理する等に
より、積層ピエゾ素子３３の温度を求める。そして温度
制御回路６３は、予め設定された目標値である所定温度
Ｔｍと、上記の実際の温度との偏差を求め、この偏差を
解消する方向に上記駆動電流Ｅの値を制御するベルチェ
素子駆動制御信号Ｓｐを出力する。ベルチェ素子駆動回
路６２が出力する駆動電流Ｅは、この制御信号ｓｐに基
づいて定められるので、積層ピエゾ素子３３の温度は、
上記の所定温度Ｔｍに保たれる。

こうして積層ピエゾ素子３３の温度が所定温度Ｔｍに保
たれれば、その振れ幅が温度変化のために変動してしま
うことがなくなる。したがって、この積層ピエゾ素子３
３による照明光光点Ｐの主走査幅は常に一定に保たれ、
歪みの無い試料像を撮像可能となる。

なお、複数の温度センサ６０が検出した積層ピエゾ素子
３３の各点の温度に応じて、複数のベルチェ素子６１を
個別に駆動制御することにより、積層ピエゾ素子３３に
おいて温度勾配が生じないようによりきめ細かく温度調
節することも可能である。

また、積層ピエゾ素子３３を冷却する手段としては、ベ
ルチェ素子６１に限らず、その他例えば空冷ファン等を
用いることもできる。

さらに本実施例では、特に高速駆動される主走査用積層
ピエゾ素子３３にのみ本発明を適用しているが、それに
加えて、副走査用積層ピエゾ素子４７を温度調節するよ
うにしても構わない。その場合は、積層ピエゾ素子４７
の温度変化により、照明光光点Ｐの副走査幅が変動して
しまうことを防止可能となる。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り本発明の走査型顕微鏡において
は、試料台あるいは光学系を移動させる電歪素子の温度
を温度検出手段により検出し、この温度検出手段の出力
に応じて冷却手段の駆動を制御して、電歪素子の温度を
所定値に制御するように構成したので、電歪素子が発熱
してもちその温度は所定値に保たれ、よって、電歪素子
の振れ幅が変動してしまうことがなくなる。したがって
、本発明の走査型顕微鏡においては、電歪素子の振れ幅
変動による照明光走査幅の変動が防止され、歪みの無い
試料像を撮像可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による走査型顕微鏡を示す
概略正面図、第２図は、上記走査型顕微鏡の要部を示す斜視図、第３図は、上記走査型顕微鏡の電気回路を示すブロック
図である。５・・・レーザダイオード　９・・・光検出器１１・・
・照明光　　　　　　１１゛　・・・透過光１５・・・
移動台　　　　　　１６・・・コリメーターレンズ１７
．１９・・・対物レンズ　　１８・・・送光光学系２０
・・・集光レンズ　　　　２Ｉ・・・受光光学系２２・
・・試料台　　　　　　２３・・・試料３２・・・架台
　　　　　　　３３．４７・・・積層ピエゾ素子３４．
４８・・・ピエゾ素子駆動回路５０・・・アンプ　　　　　　５１・・・Ａ／Ｄ変換器
５２・・・サンプリングクロック発生回路６０・・・温
度センサ　　　　６■・・・ベルチェ素子６２・・・ベ
ルチェ素子駆動回路　　Ｂ３・・・温度制御回路第図

Claims

【特許請求の範囲】試料が載置される試料台と、照明光を試料上に照射する
光学系とを相対的に移動させることにより、この照明光
を試料上において走査させる走査型顕微鏡であって、前記試料台あるいは光学系を移動させる手段として電歪
素子が用いられ、この電歪素子の温度を直接または間接的に検出する温度
検出手段と、前記電歪素子を冷却する冷却手段と、前記温度検出手段の出力に応じて前記冷却手段の駆動を
制御して、前記電歪素子の温度を所定値に制御する手段
とが設けられたことを特徴とする走査型顕微鏡。