JPH0477709A - 同期走査顕微鏡 - Google Patents

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〕 この発明は、試料を微小光スポットで走査し、この走査
に同期して撮像する同期走査顕微鏡に関する。

〔従来技術〕

同期走査顕微鏡として、試料をレーザ光による照明用微
小スポットで走査し、試料の像を拡大し、上記走査に同
期して搬像する顕微鏡か知られている（特開昭６０−１
８１．７１８）。この同期走査顕微鏡では、光偏向器の
入力信号を用いて撮像装置内の偏向コイルを制御してい
た。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、従来の同期走査顕微鏡は光偏向器の入力信号に
基づき撮像装置を制御していたので、光偏向器にセトリ
ングタイムやドリフト特性などが存在した時には、光偏
向器の走査と撮像装置の走査か厳密に同期しないという
欠点かあった。

そこで本発明は、上記欠点を解決することを目的とする
。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題を達成する為、本発明は光源、照明光学系、走
査機構、センサ、撮像装置および同期手段を備えて構成
されている。ここで、光源はレー、す光を出射し、照明
光学系は上記レーザ光を用いて試料上に微小光スポット
を形成する。また、走査機構は上記レーザ光を偏向する
ことにより微小光スポットて試料を走査し、センサは上
記走査機構により偏向されたレーザ光の偏向角または微
小光スポットの走査位置を検出する。さらに、撮像装置
は上記試料からの光を電子流に変換し、この電子流を偏
向して一点に集中させ、これを画像データとして出力す
る。また、同期手段は上記センサにより検出された偏向
角または走査位置を示す信号に基づき上記電子流を偏向
し、走査機構と撮像装置の走査を同期させる。

〔作用〕

光源からのレーザ光は照明光学系および走査機構を経て
試料に照射されるので、試料は微小光スポットにより走
査される。走査機構により偏向（出力）されたレーザ光
の走査位置情報（レーザ光の偏向角、微小光スポットの
走査位置）はセンサから同期手段に供給され、この走査
位置情報に基づき、走査機構の走査と同期するように撮
像装置の電子流か偏向される。その為、走査機構により
偏向されたレーザ光の振れ状態がドリフト特性の為に入
力信号に対応しなくても、撮像装置の走査は走査機構の
走査と同期する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例に係る同期走査顕微鏡を添附図
面に基づき説明する。なお、説明において同一要素には
同一符号を使用し、重複する説明は省略する。

第１図は本発明の第１実施例に係る同期走査顕微鏡を示
すものである。この同期走査顕微鏡はレーザ発振器（光
源）１、照明光学系２、光偏向器（走査機構）３、セン
サ４、イメージディセクタチューブ（撮像装置）５およ
び同期走査用回路（同期手段）６を備えて構成されてい
る。

照明光学系２は、集光レンズ２　ａ　％スペーシャルフ
ィルタ２ｂ、　レンズ２Ｃ，リレーレンズ（第２のレン
ズ）２ｄ１対物レンズ（第１のレンズ）２ｅを備えてお
り、レーザ光を利用して微小光スポットを試料７上に形
成する。レーザ発振器１から出力されたレーザ光は集光
レンズ２ａにより集光され、スペーシャルフィルタ２ｂ
およびレンズ２ｃを透過して光偏向器３に入射する。レ
ーザ光はスペーシャルフィルタ２ｂによりビーム形状が
整形され、レンズ２Ｃにより平行光に変えられる。

光偏向器３は２個のガルバノメータミラーを回動させる
ことにより、当該ミラーに入射するレザ光を互いに直交
する２方向に偏向させる構造を有する。この光偏向器３
は光偏向器駆動部８に接続されており、例えば制御部１
２に内蔵されたＣＰＵから送られてくる走査信号（以下
、「第１走査信号」という。）に基づき、ガルバノメー
タミラーの偏向、すなわち、試料７に照射されるレーザ
光の走査かなされる。また、ガルバノメータミラーの回
動軸近傍にはセンサ４か配置されており、ガルバノメー
タミラーの回動位置が検出される。

このセンサ４の出力値は、ポジション信号として同期走
査用回路６に送られ、光偏向器３の走査と同期させる為
の信号（以下、「第２走査信号」という。）がイメージ
ディセクタチューブ５に送られる。

光偏向器３の出射側にはリレーレンズ２ｄが配置されて
おり、その光軸出射側には対物レンズ２ｅと、試料７が
載置されたｘ−ｙ−ｚステージ９か配置されている。対
物レンズ２ｅはレーザ光を回折限界にまで集光して試料
７に照射できるように配置されており、リレーレンズ２
ｄは偏向されたレーザ光が対物レンズ２ｅの後側焦点付
近の瞳に集束して入射するように配置されている。その
為、光偏向器３の偏向位置と対物レンズ２ｅの瞳は共役
関係になっている。ｘ−ｙ−ｚステージ９は対物レンズ
２ｅの光軸方向（Ｚ方向）及びその方向と直交する２方
向（Ｘ方向、Ｙ方向）に試料７を移動させることができ
るので、試料７に対する照明状態を調整することかでき
る。試料７からの光はｘ−ｙ−ｚステージ９の上方に配
置された拡大光学系を構成する対物レンズ１０および結
像レンズ１１により収集され、拡大された微小光スポッ
トかイメージディセクタチューブ（ＩｍａｇｅＤｉｓｓ
ｅｃｔｏｒ　Ｔｕｂｅ）　５に入射する。イメージディ
セクタチューブ５には制御部１２か接続されている。

第２図は上記実施例に係る同期走査顕微鏡の回路構成を
示すブロック図である。前述した制御部１２にはＣＰＵ
コ２ａＳＤ／Ａコンバータ１２ｂ。

Ａ／Ｄコンバータ］、２ｃ、１２ｄ、フレームバッファ
１２ｅ、ルックアップテーブル１２ｆか含まれている。

ＣＰ　Ｕ　１．２　ａはＤ／Ａコンバータ１２ｂを介し
て光偏向器駆動部８に接続されているので、ＣＰＵＩ　
２ａから光偏向器駆動部８に第１走査信号を送ることか
できる。この第１走査皓号に基づき、光偏向器３の偏向
制御かなされ、試料７に照射されるレーザ光か走査され
る。光偏向器３から出射されたレーザ光の偏向角はでン
ザ４こより検出され、Ａ／Ｄコンバータ］、、　２　ｄ
を介し、位置信号としてルックアップテーブル１２ｆに
送られる。なお、ルックアップテーブル１．２　ｆには
ＣＰ　Ｕ　］、　２　ａから光偏向器駆動部８に送られ
る信号も送られ、これらの情報に基つき、試料７上に集
光されるビームスポットの位置とメモリア）・レスか１
対１に対応した参照用テーブルか作成される。この参照
用テーブルとセンサ４からのモニタ信号に基づき、デー
タの書き込みアドレスを決定することかできる。また、
でンサ４の出力値はアンプ］４及びパワーアンプ］５を
介し、第２走査信号としてイメージディセクタチューブ
５の光電子流偏向器５Ｃに送られる。この第２走査信号
により、イメージディセクタチューブ５の走査は、光偏
向器３の走査と同期する。

第３図は第１実施例に係る同期走査顕微鏡の第１走査信
号、ポジション信号およびイメージディセクタチューブ
との同期走査の関係を示すグラフである。

同図（ａ）はＣＰＵ１２ａから光偏向器駆動部８に入力
される第１走査信号を示し、同図（ｂ）はセンサ４から
出力されるポジション信号を示す。

これらのグラフから、光偏向器駆動部８に入力される信
号に対してセンサ４からの出力信号は時間的に遅れかあ
り、入力信号をイメージディセクタチューブ５の走査信
号としてそのまま使用すると制御誤差か生じることが分
かる。また、光偏向器３にドリフトが発生すると、入力
信号の直線部か曲線に変化する等の波形歪か生じ、走査
位置にズレが生しる。同図（ｂ）に示すポジション信号
をイメージディセクタチューブ５の走査用信号に増幅し
てやることにより、同図（Ｃ）のごとく常に光偏向器３
と同期して検出がなされる。このように、本実施例では
イメージディセクタチューブ５の光電子流偏向器５Ｃの
第２走査信号として、光偏向器駆動部８に入力される第
１走査信号や走査データ等の信号ではなく、センサ４か
ら実際に出力され、レーザ光の走査位置を示す第２走査
信号を使用している為、光偏向器３とイメージディセク
タチューブ５の走査を厳密に一致させることかできる。

第４図は、イメージディセクタチューブ５の構成例を示
すものである（特開昭６０−１８１７１８、Ｇｏｌｄｓ
ｔａｉｎ（１９８９）　、Ａ　ｃｏｎｒｏｃａ＋　ｖｉ
ｄｅｏ−ｒａｔｅｌａｓｅｒ−ｂｅａｍ　ｓｃａｔｔｅ
ｒｉｎｇ　ｒｅｌ”ｌｅｃｔｅｄ−ｌｉｇｈｔＩＩｉｃ
ｒｏｓｃｏｐｅ　ｗｉｔｈ　ｎｏ　ｍｏｖｉｎｇ　ｐａ
ｒｔｓ”、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
、Ｖｏｌ、１５７．Ｐｔ、１．Ｊａｎｕａｒｙ　１９９
０．ｐｐ、２９−３８、参照）。イメージディセクタチ
ューブ５は、光電面５ａ、光電子像集束器５ｂ、光電子
流偏向器５ｃ、アパーチャ板５ｄ、２次電子増倍器５ｅ
、陽極５ｆを含んで構成されており、充電面５ａには光
偏向器３により偏向された微小光スポットが照射される
。この微小光スポットは、光電子流に変換され、光電子
流偏向器５ｃにより第２走査信号に基つく偏向制御かな
される。その為、光偏向器３の走査と厳密に合致させた
制御かでき、光電子流をアパーチャ板５ｄのピンホール
か位置する一点上に集めることかできる。アパーチャ板
５ｄを透過した光電子は２次電子増倍器５ｅにより増倍
された後、陽極５ｆから取り出されイメージデータとし
て出力される。

第５図は、アパーチャと光電子密度の関係を示すもので
ある。同図（ａ）は本実施例に係る同期走査顕微鏡のア
パーチャに入射する光電子密度を示し、同図（ｂ）は従
来の同期走査顕微鏡のアパチャに入射する光電子密度を
示すものである。

従来の同期走査顕微鏡では光偏向器の入力信号によりイ
メージディセクタチューブ等の撮像装置を制御していた
ので、光偏向器にドリフトか生じた時には光偏向器と撮
像装置の走査か一致せず、アパーチャ板に集束結像され
る光電子流の光電子密度のピーク値近傍を常に取り込む
ことかできない（同図（ｂ）参照）。しかし、本実施例
の同期走査顕微鏡では、センサ４の出力信号に基づき、
イメージディセクタチューブ５の偏向制御を行っている
ので、厳密に走査を光偏向器３に一致させる二とかでき
、アパーチャ板５ｄに照射される光電子流の光電子密度
のピーク値近傍をアパーチャ内に取り込むことができ、
効率良く散乱光を除去することかできる。

イメージディセクタチューブ５により出力されたイメー
ジデータは、第２図に示すように、プリアンプ］３及び
Ａ／Ｄコンバータ１２（を介して、フレームバッファ１
２ｅに入力される。

第６図は、フレームバッファ１２ｅにおける画像メモリ
アドレスとビームスポットを模式的に示すものである。

同図（ａ）はメモリアドレス領域１６内にビームスポッ
ト１７か位置している理想状態を示し、同図（ｂ）は第
１走査信号と第２走査信号か互いにドリフトしているド
リフト状態を示す。上記実施例に係る同期走査顕微鏡で
は、ルックアップテーブル］２ｆ　（第２図参照）によ
り光偏向器３のドリフトに合わせた補正かなされるので
、メモリアドレス領域１６とビームスポット１７の位置
を合致させることができる（同図（ａ）参照）。

次に、本発明の第２実施例に係る同期走査顕微鏡を説明
する。第７図は第２実施例に係る同期走査顕微鏡を示す
ものである。第１実施例との差異は、センサとして光偏
向器の外部に設置された半導体装置検出素子（ＰＳＤ）
１８を使用している点である。半導体装置検出素子１８
はシリコンフォトダイオードを応用した非分割型の素子
であり、連続した電気信号（Ｘ座標信号、Ｙ座標信号）
により先スポットの位置を検出することができる。

例えば電気光学結晶を用いた光偏向器３により偏向され
たレーザ光はビームスプリッタ１つにより入射光の一部
が反射され、結像レンズ２ｏを介して半導体装置検出素
子１８に入射する。

この実施例によると、光偏向器３の外部に設置された半
導体装置検出素子］８により出力されたビーム走査位置
を示す信号は増幅され、第２走査信号としてイメージデ
ィセクタチューブ５に送られるので、光偏向器３の内部
にセンサを内蔵する必要がなく、光偏向器３とイメージ
ディセクタチューブ５の走査は互いに同期する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、光偏向器として電気光学結晶、音響光学結晶を
使用することかできる。

また、上記実施例では対物レンズとして有限補正光学系
を使用しているが、無限遠補正光学系をにおいても構成
することができる。

さらに、上記実施例では透過型顕微鏡で説明したが、ビ
ームスプリッタ、ダイクロイックミラーを用いることに
より、１つの対物レンズで反射型顕微鏡を構成すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は走査機構の入力側の信号ではなく、出力側の信
号に基いて撮像装置の走査を制御するので、光偏向器と
撮像装置の走査を厳密に一致させることができる。その
為、走査機構のドリフトの影響を除去することができる
。

また、走査機構と試料の間に形成される光路に対物レン
ズが配置されているので、レーザ光を回折限界にまで集
光することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る同期走査顕微鏡を示
す概略図、第２図は第１実施例に係る同期走査顕微鏡に
適用できる回路構成例を示すブロック図、第３図は光偏
向器に入力される第］走査信号、光偏向器から出力され
るポジション信号およびイメージディセクタチューブの
第２走査信号の同期走査の関係を示すグラフ、第４図は
上記実施例に使用できるイメージディセクタチューブの
構成例を示す概略図、第５図は上記実施例及び従来例に
おけるイメージディセクタチューブのアパーチャと光電
子密度を示すグラフ、第６図は画像メモリアドレスとビ
ームスポットの位置関係を示す模式図、第７図は本発明
の第２実施例に係る同期走査顕微鏡を示す概略図である
。 〕・・・レーサ発振器、２・・・照明光学系、３・・光
偏向器（照明走査機構）、４・・・センサ、５・・・イ
メージディセクタチューブ（撮像装置）、６・・同期走
査用回路（同期手段）、７・・試料、８・・光偏向器駆
動部、９・・Ｘ−Ｙ−Ｚステーン、〕Ｏ・・対物レンズ
、１］・・−結像レンズ、］３・・・プリアンプ、１４
・・アンプ、１５・・・パワーアンプ、１６・画像メモ
リアドレス、］７・・・ビームスポット、］８・・・半
導体装置検出素子（ＰＳＤ）、］、９・・ビームスプリ
ッタ、２０・結像レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を出射する光源と、 前記レーザ光を用いて試料上に微小光スポットを形成す
   る照明光学系と、 前記レーザ光を偏向することにより前記微小光スポット
   で前記試料を走査する走査機構と、前記走査機構により
   偏向されたレーザ光の偏向角または前記微小光スポット
   の走査位置を検出するセンサと、 前記試料からの光を電子流に変換し、この電子流を偏向
   して一点に集中させ、これを画像データとして出力する
   撮像装置と、 前記センサにより検出された偏向角または走査位置を示
   す信号に基づき前記電子流を偏向し、前記走査機構と前
   記撮像装置の走査を同期させる同期手段とを含んで構成
   されている同期走査顕微鏡。 ２、前記照明光学系が、試料と前記走査機構との間に配
   置され前記偏向されたレーザ光を回折限界にまで集光し
   て前記試料に照射する第１のレンズと、前記第１のレン
   ズと前記走査機構との間に配置され、前記第１のレンズ
   の後側焦点位置と前記走査機構の偏向位置を共役にする
   第２のレンズをさらに含んで構成されている請求項１記
   載の同期走査顕微鏡。