JPH0477710A - 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
期して撮像する顕微鏡が知られている（特開昭６Ｏ−１
８１７１８）。この同期走査顕微鏡では、撮像装置から
検出される画像データは、フレームメモリに光偏向器の
走査（入力）信号と同期して書き込まれていた。

〔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にドリフトが
発生した場合、実際の光スポ・ソト位置とフレームメモ
リに記憶されたデータアドレスの位置が合致せず、画像
データがずれた状態で記憶されるので、画像を積算する
際に画素ズレが生じ、レーザ顕微鏡としての分解能が低
下する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
。

〔課題を解決するための手段〕

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、記憶手段および補正手段を
含んで構成されている。

ここで、光源はレーザ光を出射し、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・ソトを形成し、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
ットで上記試料を走査する。

また、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し、撮
像装置は試料からの光を入射し画像データを検出する。

さらに、記憶手段は撮像装置からの画像データを上記走
査機構の走査信号と同期して書き込み、補正手段は上記
記憶手段に記憶されたデータのアドレス位置を上記セン
サからの出力値に基づき補正する。

〔作用〕

本発明は以上のように構成されているので、走査機構の
走査信号と同期して画像データが記憶手段（例えばフレ
ームメモリ）に記憶される。しかし、走査機構にドリフ
ト等か発生し、記憶手段に記憶されたデータのアドレス
と微小光スポ・ノドがすれた時には、センサから出力さ
れた走査位置情報に基づき、データのアドレス位置か補
正される。

その為、あらかしめ試料上に集光されるビームスポット
の位置は、走査機構のドリフト特性等に拘らず、常に、
記憶手段のデータアドレスと一致する。

〔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、同
期走査用回路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を含み、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〕から出力され集光レンズ２ａで集光さ
れた光はスペーシャルフィルタ２ｂおよびレンズ２ｃに
入射し、ビーム形状が整形された平行光になって光偏向
器３に入射する。

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ーザ光を互いに直
交する２方向に偏向させる構造を有し、試料７に照射さ
れるレーザ光の走査かなされる。このガルバノメータミ
ラーの回動軸近傍にはセンサ４か配置され、ガルバノメ
ータミラーの回動位置か検出されている。このセンサ４
の出力値は、ポジンヨン信号として制御部１２に送られ
、微小光スポットのドリフト量などに基づく補正かなさ
れる。

光偏向器３の出射側には、リレーレンズ２ｄと対物レン
ズ２ｅか配置されており、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なっている。リレーレ
ンズ２ｄ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
ので、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。対物レンズ２ｅの光軸出射側には
試料７か載置されたｘ−ｙ−ｚステージ９か配置され、
ステージを異なる３方向に移動することにより、試料７
に対する照明状態を調整することができる。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（Ｉｍａｇｅ　Ｄｉｓｓｅｃｔｏｒ　
Ｔｕｂｅ）５に入射する。

イメージディセクタチューブ５には、フレームバッファ
（記憶手段）を備えた制御部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
１２ａＳＤ／Ａコンバータ１２ｂ１Ａ／Ｄコンバータ］
、２ｃ、１２ｄ、フレームバッファ１２ｅ１ルツクアツ
プテーブル１２ｆか含まれている。ルックアンプテーブ
ル１．２　ｆには、フレームバッファ１．２　ｅに記憶
されるデータのアドレスと第１走査信号で示されるはす
のビームスポットの位置か］対１て対応する対称表かあ
らかじめ作成されている。従って、このルックアップテ
ーブル１２ｆに対して、光偏向器３を駆動するための第
１走査信号をディジタル値で示す走査データか送られる
と、この走査データに基づき、フレームバッファ１２ｅ
のアドレスが指定され、このアドレスにイメージディセ
クタチューブ５から検出されたイメージデータか第１走
査信号と同期して書き込まれる。このとき、光偏向器駆
動部８からのポジション信号を参照して、フレームバッ
ファ１２ｅに記憶されたデータのアドレスか補正される
ので、例えば、光偏向器３にドリフトが発生した場合で
もメモリアドレスとビームスポットは常に一致し、画素
ズレは発生しない。補正方法としては、例えば第１走査
信号とポジション信号とを比較し、その差分に鑑みてフ
レームバッファ］、　２　ｅに記憶されたアドレス位置
を補正する方法かある。この場合、得られるイメージデ
ータのＳ／Ｎ比を向上させるため、補正後のデータの積
算もシ、＜は平均化かなされる。

第３図は、フレームバッファ１２ｅにおける画像メモリ
アドレス領域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が位置している理想状態を示し、同図（ｂ）
は光偏向器３にドリフトが生じた時のドリフト状態を示
す。従来の同期走査顕微鏡によると、光偏向器３を駆動
する走査信号と同期してフレームバッファ１２ｅに記憶
されたデータアドレスにイメージデータが書き込まれて
いたので、光偏向器３にドリフトが発生すると、メモリ
アドレス領域とスポット位置が一致せず、画素ズレが生
じていた（同図（ｂ）参照）。

しかし、本実施例に係る同期走査顕微鏡では、センサ４
からの出力値を参照しながら、フレームバッファ１２ｅ
に記憶されるデータのアドレスが補正されるので、前述
したような画素ズレはなくなる。

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　ｃｏｎｆｏｃａｌ　ｖｉ
ｄｅｏ−ｒａｔｅａｓｅｒ−ｂｅａｍ　　ｓｃａｔｔｅ
ｒｉｎｇ　　ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ−１ｊｇｈｔトｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ　　ｗｉｔｈ　　ｎｏ　　ｍｏｖｉｎｇ　　
ｐａｒｔｓ−、Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆＭｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ、Ｖｏｌ、］５７．Ｐｔ、１．Ｊａｎｕａｒｙ　
　１９９０．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
、光電子犬偏向器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、光電面５
ａ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
、光電子犬偏向器５Ｃにより第２走査信号に基づく偏向
制御かなされる。その為、光偏向器３の走査と厳密に合
致させた制御かなされ、光電子流はアパーチャ板５ｄの
ピンホールが位置する一点上に集められる。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ーチャに入射する光電子密度
を示すものである。

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の偏向制御かな
されるので、その走査は光偏向器３の走査と一致し、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
ーク値近傍がアパーチャ内に取り込まれる。

イメージディセクタチューブ５により検出されたイメー
ジデータは、第２図に示すように、プリアンプ１３及び
Ａ／Ｄコンバータ１２ｃを介して、第１走査信号と同期
してフレームバッファ１２ｅに取り込まれる。

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６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）
により光スポットの位置を検出することができる。

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］９により入射光の一部が反射され、結像レンズ２０
を介して半導体装置検出素子１８に導かれている。

その為、光偏向器３により形成されたレーザ光の微小ス
ポットの位置は半導体装置検出素子１８により検出され
る。この検出信号は前述のポジション信号と等価なもの
であって制御部１２に送られ、この検出信号に基づき、
制御部１２のフレームバッファに記憶されたデータアド
レスの位置か補正される。

第２実施例によると、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による微小光スポットのド
リフト量に基づき、フレームバッファ１２ｅのメモリア
ドレスを補正することができる。

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
使用することができる。

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
することかできる。

さらに、上記実施例では透過型顕微鏡で説明しているが
、ビームスプリッタまたはダイクロイックミラーを用い
ることにより、一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〕

本発明は走査機構を駆動するための入力側の信号で画像
データをメモリに書き込みなから、走査した結果を検出
した出力側の信号に基いて上記メモリのアドレスを補正
するので、画像ズレがなく長時間の積算ができる。

また、透過、反射、蛍光、微分干渉など、通常の光学顕
微鏡に比べ高分解能、高コントラストにおける検鏡がで
きる。

さらに、照明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。 １・・・レーザ発振器、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ステージ、１０・対物レンズ、
１１・・・結像レンズ、１３・・・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、１７・・・ビームスポット、半導体装
置検出素子 （ＰＳＤ） ９・・・ビ ームスプリッタ、 つ ０・・・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入射し、前記試料の画像データを検
   出する撮像装置と、 前記撮像装置からの画像データを前記走査機構の走査信
   号と同期して書き込む記憶手段と、前記記憶手段に記憶
   されたデータのアドレス位置を前記センサからの出力値
   に基づき補正する補正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、前記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。