JPH0519173A - 走査幅検出装置および走査型顕微鏡の倍率表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被走査体と走査部とを往復相対移動させて、
該走査部により被走査体を直線的に走査する装置におい
て、走査初期位置を設定せずに、有効走査幅を正確に検
出する。 【構成】 走査時に同時にグリッドパターンを光で走査
し、そこを経た光を検出する光検出器28’の出力Ｓｇを
２値化して、デジタル変位データＤを得る。このデータ
Ｄにおける、グリッドパターン上の等ピッチ特定点を示
すデータの順位ｘと、それらの各サンプリング順位ｙと
の関係を１次式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似させる。そしてこの
１次式の係数ａの逆数１／ａに、比例定数ｐ・Ｎｓを乗
じる（ｐはグリッドパターンの光反射部材の並設ピッ
チ、Ｎｓはデジタル変位データＤを形成するための信号
Ｓｇの有効走査期間内サンプリング数）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビーム等により被走
査体を走査する装置において、走査幅を検出する装置に
関するものである。

【０００２】また本発明は、光学式走査型顕微鏡や、走
査型電子顕微鏡等の走査型顕微鏡において、プローブに
よる実際の走査幅を検出し、それに基づいて顕微鏡倍率
を表示する装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、照明光を微小な光点に収束さ
せ、この光点により試料を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、さらに
は試料から生じた蛍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62-217218 号公
報には、この走査型顕微鏡の一例が示されている。

【０００４】従来の光学式走査型顕微鏡においては、上
記走査機構として、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。

【０００５】しかしこの機構においては、ガルバノメー
タミラーやＡＯＤ（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光ビームが刻々
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。

【０００６】上記の点に鑑み従来より、照明光ビームは
偏向させないで照明光走査を行なうことが考えられてい
る。例えば、本出願人による特願平1-246946号明細書に
は、送光光学系を移動台に搭載し、この移動台を試料台
に対して相対的に往復移動させることにより、照明光の
走査を行なうことが示されている。このような走査機構
は光学式走査型顕微鏡に限らず、その他、走査型電子顕
微鏡や走査型トンネル顕微鏡、さらには光走査読取装置
等にも適用可能である。

【０００７】ところで、上記のような走査機構において
は、被走査体と走査部（つまり例えば走査型顕微鏡にあ
っては、送光光学系や探針等を搭載したプローブ）とを
高速で相対移動させるために、その往復駆動手段とし
て、ピエゾ素子や超音波振動子、さらには音叉とそれを
共振させる電磁石の組合せからなる駆動手段等が用いら
れることが多い。このような駆動手段は、例えばその駆
動電圧の変動等により、比較的往復移動の幅が変化しや
すくなっている。この往復移動の幅が変化すれば、当然
走査幅が変化することになる。

【０００８】このようにして走査幅が変化すると、先に
述べた各種走査型顕微鏡にあっては、撮像された顕微鏡
像の倍率が設計値からかけ離れてしまうし、また光走査
読取装置においては、読取像の大きさが変動してしまう
ことになる。このような不具合を無くすためには、実際
の走査幅を何らかの手段によって検出し、その検出した
走査幅に基づいて顕微鏡倍率を表示したり、あるいは走
査幅が所期の値となるように走査機構の駆動を補正する
ことが必要となる。

【０００９】上記のように実際の走査幅を検出する装置
の一つとして、◆被走査体および走査部の一方と一体化
された、複数の光反射部材または光遮断部材が前記往復
移動の方向に並設されてなるグリッドパターンと、◆被
走査体および走査部の他方と一体化されて、上記グリッ
ドパターンに光を照射する投光器と、◆このグリッドパ
ターンで反射し、あるいはそこを透過した光を検出する
受光器と、◆この受光器が出力した光検出信号の周期的
変動の数をカウントする手段とを備えたものが知られて
いる。すなわち、この走査幅検出装置において、上記光
検出信号の周期的変動の数は、投光器からグリッドパタ
ーンに照射された光が横切った光反射部材または光遮断
部材の数であるので、この周期的変動の数をカウントす
れば、走査幅が分かることになる。例えば、グリッドパ
ターンが複数の光反射部材からなり、受光器がこの光反
射部材で反射した光を検出するようになっている場合、
受光器の光検出信号は、周期的にパルス状に立ち上が
る。そこで、このパルス状の立上りの数Ｎをカウント
し、グリッドパターンの光反射部材の並設ピッチｐに上
記Ｎを乗じれば、実際の走査幅が求められる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしそのような走査
幅検出装置は、誤差が生じやすく、極めて高精度に走査
幅を求めたい場合には適用困難となっている。以下、こ
の誤差について詳しく説明する。例えば上記カウント数
Ｎが100 、つまり投光器からグリッドパターンに照射さ
れた光が光反射部材または光遮断部材を100 個（第ｍ番
目のものから第（ｍ＋99）番目のものまで）横切ったと
する。このとき実際の状態は、上記光が第ｍ番目の部材
を照射する直前の状態から走査が開始して、第（ｍ＋9
9）番目の部材を横切った直後に走査が終了するような
こともあれば、それとは対照的に、上記光が第（ｍ−
１）番目の部材に近接している状態から走査が開始し
て、第（ｍ＋100 ）番目の部材に近接したところで走査
が終了するようなこともある。このような２つの場合に
おいて、走査幅はいずれも100 ｐとして求められること
になるが、実際の走査幅は、前者の場合は99ｐに近いも
のであり、他方後者の場合は101 ｐに近いものである。

【００１１】このような不具合を避けるため、走査開始
の初期位置を所定位置に設定することも考えられるが、
往復駆動手段として先に述べたピエゾ素子等が用いられ
る場合は、そのような初期位置を設定することが非常に
困難となっている。

【００１２】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、走査初期位置を設定しなくても、走査幅
を極めて正確に検出することができる装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】また本発明は、前述したような走査型顕微
鏡において、走査幅を極めて正確に検出して、倍率を高
精度に表示することができる倍率表示装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による走査幅検出
装置は、先に述べたように被走査体と走査部とを往復相
対移動させて、該走査部からの光ビーム等により被走査
体を直線的に走査する装置において、◆上記被走査体お
よび走査部の一方と一体化された、複数の光反射部材ま
たは光遮断部材が上記往復移動の方向に一定ピッチで並
設されてなるグリッドパターンと、◆被走査体および走
査部の他方と一体化されて、上記グリッドパターンに光
を照射する投光器と、◆このグリッドパターンで反射
し、あるいはそこを透過した光を検出する受光器と、◆
この受光器が出力した光検出信号を所定のサンプリング
クロックに基づいてサンプリングしてデジタル変位デー
タを得る手段と、◆このデジタル変位データ中の、上記
グリッドパターンにおける等ピッチの特定点を示すデー
タの順位ｘ（ｘ＝１，２，３……）と、それらの各デー
タのサンプリング順位ｙとの関係を１次式ｙ＝ａｘ＋ｂ
に近似させ、この近似式における係数ａの逆数に、有効
走査所要時間および上記光反射部材または光遮断部材の
ピッチから定まる所定の比例定数を乗じて、この有効走
査における走査幅を求める演算手段とが設けられてなる
ものである。

【００１５】一方本発明による走査型顕微鏡の倍率表示
装置は、試料に対してプローブを往復相対移動させ、該
プローブにより試料を直線的に走査する走査型顕微鏡に
おいて、◆上に記した構成の本発明による走査幅検出装
置と、◆この走査幅検出装置が求めた走査幅に対する、
顕微鏡像出力手段の上記走査方向の出力幅の倍率を演算
する手段と、◆この演算された倍率を表示する表示手段
とが設けられてなるものである。

【００１６】

【作用および発明の効果】上記構成の走査幅検出装置に
おいて、近似式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａは、上記光反射部
材または光遮断部材の１ピッチ当りのサンプリング数を
示す。したがってその逆数１／ａは、サンプリング１回
当り何ピッチ分走査がなされるかを示すものとなる。そ
こでこの１／ａに上記ピッチｐを乗じれば、その値ｐ・
１／ａは、サンプリング１回当り（つまりサンプリング
周期τ当り）の走査長さを示すことになる。通常、有効
走査所要時間Ｔは水平同期信号等により正確に規定さ
れ、そしてこの有効走査所要時間Ｔとサンプリング周期
τとは対応が取れているから、上記の値ｐ・１／ａにＴ
／τを乗じれば、すなわち１／ａに比例定数ｐ・Ｔ／τ
を乗じれば、有効走査における走査幅が正確に求められ
ることになる。

【００１７】なお走査型顕微鏡等においては一般に、顕
微鏡像を担う連続的電気信号を所定のサンプリングクロ
ックに基づいてサンプリングして、デジタル画像信号を
得るようにしている。その際はこのサンプリングクロッ
クを、前記デジタル変位データを得るためのサンプリン
グに共用することができる。その場合、有効走査期間内
の画像信号サンプリング数をＮｓとすると、上記デジタ
ル変位データのサンプリング数も同じくＮｓであるか
ら、Ｔ／τ＝Ｎｓとなる。そこでこの場合は、上記比例
定数をｐ・Ｎｓとすればよいことになる。

【００１８】本発明による走査型顕微鏡の倍率表示装置
においては、上記のようにして正確に求められる走査幅
に対する、顕微鏡像出力手段の走査方向の出力幅の倍率
を演算するようにしているから、この演算された倍率も
当然正確なものとなる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。

【００２０】図２は、本発明の一実施例による倍率表示
装置を備えた共焦点走査型顕微鏡を示すものであり、ま
た図３は、その走査機構の平面形状を詳しく示してい
る。図２に示されるように単色光レーザ10からは、単一
波長の照明光11が射出される。直線偏光したこの照明光
11は、Ｐ偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面25ａ
に入射し、そこを透過する。偏光ビームスプリッタ25を
通過した照明光11は、偏波面調整用のλ／２板12を通過
し、入射用レンズ13で集光されて、偏波面保存光ファイ
バー14内に入射せしめられる。

【００２１】この偏波面保存光ファイバー14としては、
図４に断面形状を示すように、クラッド14ａ内にコア14
ｂが配され、このコア14ｂの両側に応力付与部14ｃ、14
ｃが形成されてなる、いわゆるＰＡＮＤＡ型のものが用
いられている。そして直線偏光した照明光11は、λ／２
板12を適宜回転させることにより、偏波面の向きが応力
付与部14ｃ、14ｃの並び方向、あるいはそれに直交する
方向と揃う状態にして（本実施例では後者の方向、すな
わち図４の矢印Ｕ方向）、該光ファイバー14内に入射せ
しめられる。

【００２２】この光ファイバー14の一端はプローブ15に
固定されており、該光ファイバー14内を伝搬した照明光
11はこの一端から出射する。この際光ファイバー14の一
端は、点光源状に照明光11を発することになる。プロー
ブ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（受光光学系を兼ねる）18が固定され
ている。なお、コリメーターレンズ16と対物レンズ17と
の間には、λ／４板19が配設されている。

【００２３】上記の照明光11はコリメーターレンズ16に
よって平行光とされ、λ／４板19を通過して円偏光とさ
れ、次に対物レンズ17によって集光されて、試料台22に
載置された試料23上で（表面あるいはその内部で）微小
な光点Ｐに結像する。試料23で反射した反射光11”は旋
回方向が逆向きの円偏光となり、λ／４板19を通過し
て、偏波面の向きが照明光11のそれと直交する直線偏光
とされる。この反射光11”の光束は、コリメーターレン
ズ16によって集光されて、偏波面保存光ファイバー14内
に入射せしめられる。このときの反射光11”の偏波面の
向きは、図４の矢印Ｖ方向となる。光ファイバー14を伝
搬した反射光11”はその一端から出射し、レンズ13によ
って平行光とされる。

【００２４】この反射光11”はλ／２板12を通過後、Ｓ
偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面25ａに入射
し、そこで反射する。この反射光11”は、集光レンズ26
で集光され、アパーチャピンホール27を通して光検出器
28によって検出される。この光検出器28は例えばフォト
マルチプライヤ（光電子増倍管）等からなり、そこから
は、試料23の照明光照射部の明るさを示す連続信号Ｓ
（図５の（ｆ）参照）が出力される。

【００２５】上述のように、λ／４板19と偏光ビームス
プリッタ25とから構成される光アイソレータを設けたこ
とにより、反射光11”がレーザ10側に戻ることがなくな
り、より大光量の反射光11”が光検出器28に導かれるよ
うになる。また、入射用レンズ13や光ファイバー14の端
面等で反射した照明光11が、光検出器28に入射すること
も防止され、Ｓ／Ｎの高い信号Ｓが得られるようにな
る。

【００２６】次に、照明光11の光点Ｐの２次元走査につ
いて、図３を参照して説明する。プローブ15は、水平に
配された音叉30の一方の先端部に、光学系18の光軸が垂
直となる状態で固定されている。この音叉30は、その基
部30ａが架台32に固定されて、所定の固有振動数で振動
可能となっている。そして音叉30の内側には、その両先
端部とそれぞれ若干の間隔をおいて、電磁石31が配設さ
れている。この電磁石31は、取付部材34を介して架台32
に固定されている。

【００２７】上記電磁石31には、駆動回路33から、音叉
30の固有振動数と等しい周波数の矩形パルス電圧Ｖｄが
印加される。こうして音叉30の両端部に断続的に磁界が
作用することにより、音叉30はその固有振動数で共振す
る。そこで、この音叉30に固定されているプローブ15
は、図２、図３中のＸ方向（水平方向）に高速で往復移
動し、光点Ｐの主走査がなされる。

【００２８】また試料台22は架台32に対して、Ｚ方向
（光学系18の光軸方向）に往復移動可能なＺ移動ステー
ジ24Ｚ、およびＸ、Ｚ両方向に対して直角なＹ方向に往
復移動可能なＹ移動ステージ24Ｙを介して取り付けられ
ている。そこで、上記のようにして光点Ｐの主走査を行
なうとき、同時にＹ移動ステージ24Ｙを往復駆動させる
と、光点Ｐの副走査がなされる。

【００２９】そして、光点Ｐの２次元走査を行なう毎
に、Ｚ移動ステージ24Ｚを移動させることにより、たと
え試料23の表面に微細な凹凸があるような場合でも、該
試料23をＺ方向に移動させた範囲内で、全ての面に焦点
が合った画像を担う信号Ｓを得ることが可能となる。

【００３０】なお本実施例では図３に示す通り、音叉30
の他方の先端部に、プローブ15と同じ構成のダミープロ
ーブ15’が取り付けられている。それにより、音叉30の
一端部、他端部の機械的バランスを良好に保ち、理想に
近い共振系を構成できるようになる。

【００３１】ダミープローブ15’は上述のように作用す
る他、音叉30の変位を示すデータを得る作用も果たす。
すなわちこのダミープローブ15’には、プローブ15の送
光光学系18と同様にコリメーターレンズ16’、対物レン
ズ17’およびλ／４板19’からなる投光用光学系18’
（図７参照）が搭載されている。そしてこの光学系18’
には、図２に示されるように、偏波面保存光ファイバー
14’を介して入射用レンズ13’、λ／２板12’、単色光
レーザ10’、そして膜面25ａ’を有する偏光ビームスプ
リッタ25’、集光レンズ26’、アパーチャピンホール2
7’、フォトダイオード等の光検出器28’が光学的に結
合されている。以上の要素10’、12’、13’、14’、2
5’、25ａ’、26’、27’はそれぞれ、前述した照明光
用の各要素10、12、13、14、25、25ａ、26、27と同様の
ものである。

【００３２】また図１および図７に示されるように、ダ
ミープローブ15’を保持した音叉30の先端部の下方に
は、それに近接させてグリッドパターン60が配されてい
る。このグリッドパターン60は、比較的光吸収率の高い
材料からなる基板61上に、複数の所定幅の線状光反射部
材62が互いに所定間隔を置いて並設されてなるものであ
る。このグリッドパターン60は、取付部材63を介して架
台32に固定されている。光反射部材62は、例えばアルミ
ニウムやその他の金属、あるいは化合物の膜からなり、
照射された光を高反射率で反射させる。またこれらの光
反射部材62は、音叉30の先端部の振動方向（Ｘ方向）に
並設されている。

【００３３】なお本実施例では、音叉30の内側に電磁石
31を配して、音叉30の両端部にそれぞれ磁界を作用させ
るようにしているので、電磁石を音叉30の１つの端部の
外側にのみ配する場合に比べれば、音叉30に作用する磁
束密度、つまりは作用する力を、より大きくすることが
できる。

【００３４】次に図１を参照して、電気的な構成につい
て説明する。前述した光検出器28が出力する連続的なア
ナログ信号Ｓは、アンプ40で増幅されてからＡ／Ｄ変換
器41に入力され、そこでピクセルクロックＣｐに基づい
て周期およびタイミングが規定された上でサンプリング
され、そして量子化されて、デジタルの画像信号Ｓｄに
変換される。この画像信号Ｓｄは、一たん画像データメ
モリ42に格納された後、そこから読み出され、後述する
信号合成器90を介してＤ／Ａ変換器43に送られ、そこで
Ｄ／Ａ変換される。こうして得られたアナログの画像信
号Ｓは、ＣＲＴ表示装置等のラスタ走査方式の画像再生
装置44に入力される。この画像再生装置44においては、
画像信号Ｓが担持する画像、すなわち試料23の顕微鏡像
が再生される。

【００３５】なお、画像信号Ｓｄの画像データメモリ42
への格納は、後述のようにして作成される水平同期信号
ｆ_H および垂直同期信号ｆ_V に基づいて制御される。ま
たこの画像データメモリ42としては例えばデュアルポー
トメモリが使用され、そこからの画像データＳｄの読出
しは、その格納とは独立して、モニタ系水平同期信号ｆ
_MH、モニタ系垂直同期信号ｆ_MVおよびモニタ系ピクセル
クロックＣ_MPに基づいて制御される。これらの同期信号
ｆ_MH、ｆ_MVおよびピクセルクロックＣ_MPは、モニタ系同
期信号発生器45によって作成され、画像再生装置44にお
けるラスタ走査もこれらの同期信号ｆ_MHおよびｆ_MVに基
づいて制御される。またＤ／Ａ変換器43における画像デ
ータＳｄのＤ／Ａ変換は、上記ピクセルクロックＣ_MPに
基づいて制御される。

【００３６】次に、音叉30の駆動等について説明する。
コンピュータシステムのＣＰＵ（中央処理装置）46は、
データバス47を介して第１カウンタ71に周波数指定信号
Ｓｓを送る。また第１カウンタ71には、パルス発生器74
から一定周波数のパルス信号ｆosc が入力され、この第
１カウンタ71は上記周波数指定信号Ｓｓが示す数だけ信
号ｆosc のパルス数をカウントして、水平同期信号ｆ_H
を作成する（図５の（ａ）参照）。一方ＣＰＵ46からＦ
ＩＦＯ（first-in first-out ）メモリ75には、ピクセ
ルクロックデータＤｐが送られる。該データＤｐはＦＩ
ＦＯメモリ75に一時的に格納された後、第１カウンタ71
から送られて来る水平同期信号ｆ_H により出力アドレス
がゼロリセットされつつ、該メモリ75から入力順に出力
される。前述したようにして振動する音叉30の変位Ｆ
は、図５の（ｄ）に示すように、ほぼ時間ｔを変数とす
る正弦関数に従って変化する。それに対処するため上記
ピクセルクロックデータＤｐは、クロック間隔が上記正
弦関数の１／２の周期（これは後述するように、水平同
期信号ｆ_H の周期と等しくなる）で変化するように変調
されたピクセルクロックを担持するものとなっている。
このピクセルクロックの変調は、クロック間隔が、上記
正弦関数を微分した値の絶対値に反比例するようになさ
れている。ただし、このピクセルクロックは、音叉変位
との位相差に対して相関が取られているものではなく、
上述の通りにしてＦＩＦＯメモリ75からの出力が制御さ
れることにより、図５の（ａ）と（ｅ）に示されるよう
に、水平同期信号ｆ_H の位相と合わせられる。

【００３７】なお前記パルス発生器74に接続されたＤ／
Ａ変換器76には、ＣＰＵ46から動作周波数補正信号Ｓｍ
が入力され、該パルス発生器74が出力するパルス信号ｆ
oscの周波数は、この補正信号Ｓｍに基づいて微小補正
される。また上記水平同期信号ｆ_H は第４カウンタ77に
も入力される。そしてこの第４カウンタ77は、ＣＰＵ46
から入力される垂直ライン数設定信号Ｓｗが示す数だけ
水平同期信号ｆ_H をカウントして、垂直同期信号ｆ_V を
出力する。

【００３８】第１カウンタ71から出力された水平同期信
号ｆ_H は、第２カウンタ72にも入力される。第２カウン
タ72は、周期が水平同期信号ｆ_H のそれと等しいパルス
信号Ｓｆを出力する。この信号Ｓｆを図５の（ｂ）に示
す。なおこの図５においては、パルス信号Ｓｆの位相を
水平同期信号ｆ_H の位相と揃えて示してあるが、第２カ
ウンタ72は実際には、後述のようにしてＣＰＵ46から入
力される遅延設定信号Ｓｅが示す量Ｌ２だけ、水平同期
信号ｆ_H の位相に対して遅延させてパルス信号Ｓｆを出
力させる。この遅延量Ｌ２は、遅延設定信号Ｓｅが示す
数だけパルス信号ｆosc のパルス数をカウントすること
によって設定される。

【００３９】上記のパルス信号Ｓｆは、第３カウンタ73
に入力される。第３カウンタ73は、入力されたパルス信
号Ｓｆと位相が揃った矩形波の音叉動作信号Ｓｏを出力
する。この音叉動作信号Ｓｏを図５の（ｃ）に示す。こ
の音叉動作信号Ｓｏの高レベル部の幅は、ＣＰＵ46から
入力されるデューティ設定信号Ｓｖが示す数だけパルス
信号ｆosc のパルス数をカウントすることにより、この
デューティ設定信号Ｓｖに対応した幅に設定される。電
磁石31には、後述のようにして、上記音叉動作信号Ｓｏ
と同じ波形の駆動電圧Ｖｄ（図５の（ｃ）参照）が印加
されるので、この信号Ｓｏは電磁石31の駆動デューティ
比を決定するものとなる。音叉30の振幅はこのデューテ
ィ比を高くするほど大きくなるので、上記デューティ設
定信号Ｓｖは照明光主走査幅を変更する際に変えられ
る。

【００４０】次に、上記音叉動作信号Ｓｏに従って駆動
電圧Ｖｄを生成する点について説明する。音叉動作信号
Ｓｏは、電磁石用駆動回路33に入力される。この電磁石
用駆動回路33は、オープンコレクタバッファ51、フォト
カプラ52、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ53、ダイオード54、コ
ンデンサ55等からなり、上記音叉動作信号Ｓｏと同じ波
形の矩形パルス電圧Ｖｄを電磁石31に印加する。

【００４１】上述のようにして駆動電圧Ｖｄにより電磁
石31が駆動され、それにより音叉30が振動する。このと
きの音叉30の変位Ｆは、前述した通り、図５の（ｄ）に
示すように変化する。そしてこのとき、電磁石31および
音叉30の応答遅れにより、駆動電圧Ｖｄに対して音叉変
位Ｆは、図５にＬ１で示す量だけ遅れることになる。こ
のような音叉変位Ｆに対してピクセルクロックＣｐは、
その周期最短点ｋが音叉速度最大点ｊと一致するように
位相が定められねばならない。しかし、前述した通りピ
クセルクロックＣｐは水平同期信号ｆ_H と位相が合わせ
られているので、音叉変位Ｆを図５にＬ２で示す量だけ
遅延させる。そうするためには、駆動電圧Ｖｄの位相す
なわちパルス信号Ｓｆの位相を、水平同期信号ｆ_H に対
してＬ２だけシフト（遅延）させればよい。前述したよ
うにこのパルス信号Ｓｆの遅延量Ｌ２は、第２カウンタ
72によって設定される。なお、シフトされた駆動電圧Ｖ
ｄの位相を図５の（ｃ’）に示す以下、主走査方向（Ｘ
方向）の有効走査幅を検出する点、およびそれに基づい
て顕微鏡倍率を表示する点について説明する。顕微鏡像
を撮像する際には、前述したレーザ10’および光検出器
28’も作動状態に設定される。このレーザ10’から射出
されたレーザ光65は、偏波面保存光ファイバー14’を伝
搬して、ダミープローブ15’の光学系18’により、グリ
ッドパターン60上で小さな光点Ｐ’に収束する。そして
この光点Ｐ’は、音叉30が振動することにより、グリッ
ドパターン60上を主走査方向（Ｘ方向）と同方向に往復
走査する。そこでこの光点Ｐ’は、複数の光反射部材62
と、それらの間の低反射率の基板61の部分とを交互に照
射する。

【００４２】光反射部材62で反射した反射光65”は、試
料23からの反射光11”が光検出器28によって検出される
のと同様にして、光検出器28’によって検出される。一
方光点Ｐ’が基板61の部分を照射しているときは、その
反射光量が著しく低下する。そのため光検出器28’の出
力信号Ｓｇは、図６の（ｂ）に示す通り、音叉30の移動
にともなって周期的に変動する。信号Ｓｇはアンプ80で
増幅されてから、２値化回路81に入力される。２値化回
路81はこの信号Ｓｇを、ピクセルクロックＣｐが入力さ
れる都度サンプリングし、所定のしきい値と大小を比較
することにより２値化して、デジタルの変位データＤを
得る。このデジタル変位データＤは、上記サンプリング
の順位ｙ（図６の（ｃ）に示す）毎に示せば、例えば同
図の（ｄ）のようなものとなる。このデジタル変位デー
タＤは、１主走査期間のデータ毎に、ラインメモリ82に
一時的に格納される。

【００４３】ＣＰＵ46に接続されたＤＳＰ（デジタル・
シグナル・プロセッサ）83は、上記ラインメモリ82に記
憶されたデジタル変位データＤを読み出し、該データＤ
から、グリッドパターン60上における等ピッチの特定点
を示すデータを抽出する。この抽出データとしては前述
の通り、図６の（ｂ）に示すように、信号ＳｇのＡ点に
対応するデータや、その他Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点等に対応す
るデータが利用される。ＤＳＰ83は、こうして抽出され
たデジタル変位データの順位ｘ（図６の（ｄ）参照：ｘ
＝１、２、３…）とそのサンプリング順位ｙ（ｙ＝１、
２、３…）との関係を、例えば最小二乗法を適用して１
次式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似させる。そしてＤＳＰ83は、こ
の１次式の係数ａを示すデータをＣＰＵ46に入力する。

【００４４】ＣＰＵ46は、この係数ａの逆数１／ａに比
例定数ｐ・Ｎｓを乗じることにより、Ｘ方向の有効走査
幅Ｌｘを求める。なお、ｐは光反射部材62の並設ピッ
チ、Ｎｓはデジタル変位データＤを形成するための信号
Ｓｇのサンプリング数である。本例において、Ｘ方向有
効走査期間内の信号Ｓｇのサンプリング数は、Ａ／Ｄ変
換器41における信号Ｓのサンプリング数と等しく、この
ような場合には、先に詳しく説明した通り、１／ａに比
例定数ｐ・Ｎｓを乗じれば有効走査幅Ｌｘが求められ得
る。

【００４５】次にＣＰＵ46は、上記有効走査幅Ｌｘに対
する、画像再生装置44のＸ方向出力幅Ｌｘ’の倍率Ｍ＝
Ｌｘ’／Ｌｘを演算し、この倍率Ｍを示す信号Ｑｍを画
像信号発生器91に入力する。画像信号発生器91は、倍率
Ｍを表す数字および文字を担持するデジタル画像信号Ｓ
ｊを出力する。このデジタル画像信号Ｓｊは、前述した
信号合成器90に入力される。信号合成器90は、画像デー
タメモリ42から読み出された画像信号Ｓｄに上記画像信
号Ｓｊを合成する。この合成は、画像信号Ｓｄが示す顕
微鏡像の周辺部に、例えば白ヌキ文字で倍率Ｍを表示す
るようになされる。この合成処理をした画像信号Ｓｄを
画像再生装置44に入力することにより、その出力画像に
は倍率Ｍが表示される。先に説明した通りの理由によ
り、上記有効走査幅Ｌｘは走査初期位置を設定しなくて
も極めて正確に検出され得、したがって、求められる倍
率Ｍも正確なものとなる。

【００４６】なお、図６（ｂ）に示した信号Ｓｇの立上
り部や立下り部は、光反射部材62の端部の欠け等による
反射光65”の光量変化の影響が直接的に表われる。そこ
で、この影響によりグリッドパターン60上の等ピッチ特
定点検出の精度が低下することを防止するためには、図
６（ｂ）のＣ点やＤ点に対応するデジタル変位データＤ
を、上記等ピッチ特定点を示すものとして抽出するのが
望ましい。

【００４７】また、複数の光反射部材62が並設されてな
るグリッドパターン60の代りに、光透過性の基板上に複
数の光遮断部材が並設されてなるグリッドパターンを用
い、そのグリッドパターンを通過した光を受光器で検出
するようにしてもよい。

【００４８】以上、音叉30を電磁石31により振動させる
走査型顕微鏡に適用された実施例について説明したが、
本発明による走査幅検出装置は、顕微鏡以外の装置にお
いて走査幅を検出するために適用することも可能であ
る。また本発明による走査型顕微鏡の倍率表示装置は、
上記実施例における光学式の走査型顕微鏡に限らず、そ
の他の走査型顕微鏡に対しても同様に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による倍率表示装置を備えた
走査型顕微鏡の電気回路図

【図２】図１の走査型顕微鏡を示す一部破断正面図

【図３】図１の走査型顕微鏡に用いられた照明光走査機
構の平面図

【図４】図１の走査型顕微鏡に用いられた偏波面保存光
ファイバーの断面図

【図５】図１の走査型顕微鏡における各種信号の波形
と、音叉の変位との関係を示すグラフ

【図６】本発明装置におけるデジタル変位データとその
サンプリング順位、および該データ中の特定データの順
位を示す説明図

【図７】図１の走査型顕微鏡の要部を示す一部破断斜視
図

【符号の説明】

10、10’ 単色光レーザ 11 照明光 11”、65” 反射光 14、14’ 偏波面保存光ファイバー 15 プローブ 15’ ダミープローブ 16、16’ コリメーターレンズ 17、17’ 対物レンズ 18 送光光学系 18’ 投光用光学系 22 試料台 23 試料 26、26’ 集光レンズ 27、27’ アパーチャピンホール 28、28’ 光検出器 30 音叉 31 電磁石 32 架台 33 駆動回路 41 Ａ／Ｄ変換器 42 画像データメモリ 43、76 Ｄ／Ａ変換器 44 画像再生装置 46 ＣＰＵ 60 グリッドパターン 61 基板 62 光反射部材 71、72、73、77 カウンタ 74 パルス発生器 75 ＦＩＦＯメモリ 81 ２値化回路 82 ラインメモリ 83 ＤＳＰ 90 信号合成器 91 画像信号発生器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被走査体と走査部とを往復相対移動させ
   て、該走査部により被走査体を直線的に走査する装置に
   おいて、 前記被走査体および走査部の一方と一体化された、複数
   の光反射部材または光遮断部材が前記往復移動の方向に
   一定ピッチで並設されてなるグリッドパターンと、 前記被走査体および走査部の他方と一体化されて、前記
   グリッドパターンに光を照射する投光器と、 このグリッドパターンで反射またはそこを透過した光を
   検出する受光器と、この受光器が出力した光検出信号を
   所定のサンプリングクロックに基づいてサンプリングし
   てデジタル変位データを得る手段と、 このデジタル変位データ中の、前記グリッドパターンに
   おける等ピッチの特定点を示すデータの順位ｘ（ｘ＝
   １，２，３……）と、それらの各データのサンプリング
   順位ｙとの関係を１次式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似させ、この
   近似式における係数ａの逆数に、有効走査所要時間およ
   び前記光反射部材または光遮断部材のピッチから定まる
   所定の比例定数を乗じて、この有効走査における走査幅
   を求める演算手段とが設けられてなる走査幅検出装置。
2. 【請求項２】 試料に対してプローブを往復相対移動さ
   せ、該プローブにより試料を直線的に走査する走査型顕
   微鏡において、 請求項１に記載の走査幅検出装置と、 この走査幅検出装置が求めた走査幅に対する、顕微鏡像
   出力手段の前記走査方向の出力幅の倍率を演算する手段
   と、 この演算された倍率を表示する表示手段とが設けられて
   なる走査型顕微鏡の倍率表示装置。