JPH0694999A - コンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コントラストの大きな微分干渉像の得られるコ
ンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を提供する。 【構成】被検物体上に、光スポットを照射し、反射光に
よりダブルモード導波路中に基本モードおよび１次モー
ドを励起する。一旦基本モードと１次モードとを別々に
分離し、基本モードの強度を低減し、再び合波して、両
モードを干渉させる。この干渉した光を用いて、被検物
体の光スポットが照射された領域の微分情報を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンフォーカルレーザ
走査顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンフォーカルレーザ走査微分干
渉顕微鏡については、例えば、OPTICS COMMUNICATION 1
st September 1991 No.2,3 Vol.85 pp177-182に記載さ
れている。従来のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡は、図３に示すように、レーザ光源１０１と、ハー
フミラー１０２と、集光光学系１０４とを備え、レーザ
光を集光して被検物体１０５上に照射する。被検物体１
０５からの反射光を検出する手段として、チャネル導波
路が形成された電気光学効果を有する基板１０６を備え
ている。該チャネル導波路は、検出面上に入射端面を持
つダブルモード導波路領域１０７と、ダブルモード導波
路１０７を２本のチャネル導波路１０９，１１０に分岐
させる導波路分岐領域１０８とを有し、さらに分岐され
た２本のチャネル導波路１０９，１１０を伝搬する光を
各々検出する２つの光検出素子１１１，１１２を有す
る。ダブルモード導波路領域１０７の基板表面には、電
極１１４が設けられている。

【０００３】被検物体１０５のレーザスポットで照明さ
れた部分に、傾きまたは反射率の勾配があると、チャネ
ル導波路１０７の入射端に結像したレーザスポットの位
相分布または強度分布に傾斜が生じ、この傾斜により前
記ダブルモード導波路領域１０７に２つのモード（基本
モードと１次モード）が励振され、両モードの干渉によ
り、前記２つの光検出素子１１１，１１２による信号１
１３から被検物体１０５の微小な段差（位相情報）また
は反射率変化（振幅情報）を検知することができる。こ
こで、ダブルモード導波路７の完全結合長（基本モード
と１次モードの位相差がπとなる長さ）をＬcとし、ダ
ブルモード領域の長さＬとすると、 Ｌ＝Ｌc（２ｍ＋１） （ｍ＝０，１，２，…） となるとき、被検物体の段差による反射光の位相分布が
検出され、 Ｌ＝ｍＬc （ｍ＝１，２，…） となるとき、被検物体の透過率や反射率等の分布による
反射光の強度分布が検出され、この構成は微分干渉系と
なる。

【０００４】このように、光検出手段として導波路デバ
イスを用いることにより被検物体の位相情報と振幅情報
とを独立に得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のコ
ンフォーカルレーザ走査顕微鏡で得られる被検物体の微
分干渉像は、コントラストが十分でないという問題があ
った。

【０００６】本発明は、コントラストの大きな微分干渉
像を得ることができるコンフォーカルレーザ微分干渉顕
微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、被検物体上に、光スポットを照射す
る照明光学系と、前記被検物体に対して前記光スポット
を相対的に移動させる走査手段と、前記光スポットにつ
いての前記被検物体からの反射光を検出する検出光学系
とを有するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡に
おいて、前記検出光学系は、前記光スポットの反射光の
光路上に入射端を有する第１のダブルモード導波路部
と、前記第１のダブルモード導波路部を伝搬した光を、
０次モードの光と１次モードの光とに分岐する第１の分
岐部と、前記第１の分岐部で分岐された０次モードの光
を導波する０次モード光用シングルモード導波路部と、
前記第１の分岐部で分岐された１次モードの光を導波す
る１次モード光用シングルモード導波路部と、前記０次
モード光用シングルモード導波路部を伝搬した光の一部
を導いて分岐する第２の分岐部と、前記第２の分岐部で
分岐した光を導波する第３のシングルモード導波路部
と、前記第３のシングルモード導波路部を伝搬した光と
前記１次モード光用シングルモード導波路部を伝搬した
光とを合波する合波部と、前記合波部の合波した光を導
波する第２のダブルモード導波路部と、前記第２のダブ
ルモード導波路部を伝搬した光を２つに分岐する第３の
分岐部と、前記第３の分岐部で分岐された光をそれぞれ
導波する２本の導波路部と、前記２本の導波路部の出射
端にそれぞれ配置されて、出射光の強度を検出する第１
および第２の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信
号と第２の検出手段の検出信号との差を求める差分演算
手段とを有し、前記０次モード光用シングルモード導波
路部は、前記第１のダブルモード導波路部の０次モード
の等価屈折率と等しい屈折率を有し、前記１次モード光
用シングルモード導波路部は、前記第１のダブルモード
導波路部の１次モードの等価屈折率と等しい屈折率を有
し、前記第１の分岐部は、前記第１のダブルモード導波
路部を伝搬したダブルモード光を、前記等価屈折率を有
する前記０モード光用シングルモード導波路部と１次モ
ード光用シングルモード導波路部とに導くことにより、
０次モード光と１次モード光とに分岐することを特徴と
するコンフォーカルレーザ微分干渉顕微鏡が提供され
る。

【０００８】

【作用】発明者らは、従来のコンフォーカルレーザ走査
微分干渉顕微鏡では、ダブルモード導波路領域において
基本モード光の強度が、１次モード光の強度より１桁以
上大きいために、両モードが干渉した場合の光の強度変
調が小さく、このため、コントラストが十分に得られな
いということを知見した。そこで、本発明では、光検出
手段に用いられるチャネル導波路内のダブルモード導波
路領域に励振される２つのモード光を、一旦、モードご
とに別々に取りだし、基本モード光の強度のみを低減さ
せて、再び、１次モード光と合波することにより、微分
干渉像のコントラストを向上させる。

【０００９】基本モード成分を抑制するためには、非対
称な分岐導波路を利用する。すなわち、ダブルモード導
波路の光を等価屈折率の異なる２つのシングルモード導
波路に導く。２つのシングルモード導波路の等価屈折率
は、ダブルモード導波路領域に励振される２つのモード
の等価屈折率にそれぞれ設定する。これにより、基本モ
ード成分と１次モード成分を分離できる。このモードの
分離については、OPTICS LETTERS March 1982 Vol.7 pp
136-138 に示されている。分離された基本モード成分の
一部を取り出すことにより、基本モード成分を低減す
る。そして、低減した基本モード成分を、再び１次モー
ド成分と合波させることにより、従来より両モードの干
渉した場合の光の強度変調を大きくすることができる。
これにより、コントラストの大きな微分干渉像が得られ
る。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡を図１を用いて説明する。

【００１１】本実施例の第１のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡は、図１のように、半導体レーザ光源
２１と、ハーフミラー２２と、対物レンズ２４とを光路
上に順に配置した照明光学系を有している。照明光学系
は、被検物体２５上に光スポットを照射する。また、ハ
ーフミラー２２と、対物レンズ２４との間には、光スポ
ットを被検物体２５に対して、相対的に移動させるＸ−
Ｙスキャニング装置２３が配置されている。

【００１２】また、被検物体２５からの反射光の光路上
には、導波路が形成された電気光学効果を有する基板２
６が配置されている。基板２６には、光スポットの反射
光の光路上に入射端を有するダブルモード導波路２７
と、ダブルモード導波路２７を伝搬した光を基本モード
の光と１次モードの光とに分岐するための分岐部２８が
形成されている。分岐部２８には、分岐部２８で分岐さ
れた光のうち、基本モードの光を導波する基本モード光
用シングルモード導波路２９と、１次モードの光を導波
する１次モード光用シングルモード導波路３０が接続さ
れている。１次モード光用シングルモード導波路３０上
には、１組の電極４７が形成されている。電極４７に
は、図示しない電源が接続されている。また、基本モー
ド光用シングルモード導波路２９には、導波した光を分
岐するための分岐部３１が接続されている。分岐部３１
は、テーパ状に形成され、分岐した光をシングルモード
導波路３２、３３に導く。分岐部３１には、１組の電極
４６が配置されている。シングルモード導波路３２は、
基板２６の端部に出射端を有する。シングルモード導波
路３２の出射端には、光検出器３９が配置されていて出
射光を検出する。

【００１３】シングルモード導波路３３と１次モード光
用シングルモード導波路３０には、シングルモード導波
路３３を伝搬した光と１次モード光用シングルモード導
波路３０を伝搬した光とを合波する合波部３４が接続さ
れている。合波部３４には、合波した光を導波するダブ
ルモード導波路３５と、ダブルモード導波路３５を伝搬
した光を２つに分岐する分岐部３６と、分岐部３６で分
岐された光をそれぞれ導波する２本のチャネル導波路部
３７、３８とが連結されている。２本のチャネル導波路
部３７、３８の出射端には、光検出器４０、４１がそれ
ぞれ配置されて、出射光の強度を検出する。また、光検
出器４０、４１には、光検出器４０の検出信号と光検出
器４１の検出信号との差を求める差動演算回路４２が接
続されている。差動回路４２には、制御装置４４が接続
されている。制御装置４４には、モニタ４５が接続され
ている。

【００１４】基本モード光用シングルモード導波路２９
は、ダブルモード導波路２７の基本モードの等価屈折率
と等しい屈折率を有する。また、１次モード光用シング
ルモード導波路３０は、ダブルモード導波路２７の１次
モードの等価屈折率と等しい屈折率を有する。分岐部２
８は、ダブルモード導波路２７を伝搬した光を、これら
等価屈折率の異なる導波路２９、３０に導くことによ
り、基本モード光と１次モード光とに分離する。

【００１５】また、ダブルモード導波路３５の基本モー
ドの等価屈折率は、シングルモード導波路３３の等価屈
折率と等しく、１次モードの等価屈折率は、シングルモ
ード導波路３０の等価屈折率と等しい。合波部３４は、
シングルモード導波路３３を伝搬した光と１次モード光
用シングルモード導波路３０を伝搬した光とを、上述の
ように等価屈折率を一致させたダブルモード導波路３５
に導いくことにより、シングルモード導波路３３を伝搬
した光でダブルモード導波路３５の基本モードを励起
し、１次モード用シングルモード導波路３０を伝搬した
光でダブルモード導波路３５の１次モードを励起する。

【００１６】本実施例では、基板２６としてｚカット、
ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ₃を用い、導波路２７、３０、３
５、３７、３８をＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ₃によって形成し
た。導波路２９、３２、３３は、プロトン交換ＬｉＮｂ
Ｏ₃によって形成した。また、導波路は、チャネル状に
形成している。また、分岐部２８において、導波路２９
と導波路３０とがなす角は、１／１００ｒａｄとした。
分岐部３６においても、導波路３７と導波路３８とがな
す角は、１／１００ｒａｄとした。

【００１７】つぎに、本実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の動作について説明する。レーザ光
源２１を出た光はハーフミラー２２で反射され、Ｘ−Ｙ
２次元スキャニング手段２３を経て対物レンズ２４に入
射し、物体面５に集光される。物体面２５で反射した
後、再び対物レンズ２４及びＸ−Ｙ２次元スキャニング
手段２３を経てハーフミラー２２を透過した光は、電気
光学効果を有する基板２６上に形成されたチャネル導波
路２７の入射端面が配置された検出面上に集光される。
ダブルモード導波路２７中を伝搬した光は、やがて非対
称な分岐領域２８に達し２本のシングルモード導波路２
９、３０に分配される。シングルモード導波路２９、３
０は異なる等価屈折率を持ち、それぞれダブルモード導
波路２７の基本モードの等価屈折率Ｎ0と１次モードの
等価屈折率Ｎ1に設定されているので、基本モードと１
次モードはそれぞれシングルモード導波路２９、３０に
進む。シングルモード導波路２９は、さらに分岐領域３
１で２つに分配され、一方はシングルモード導波路３２
を進んで光検出器３９に至る。他方はシングモード導波
路３３を経てシングルモード導波路３０と合波部３４で
合波し、ダブルモード導波路３５を経て対称な分岐部３
６に達し、再び２本のチャネル導波路３７、３８にパワ
ーが分配され、基板２６に接合された光検出器４０、４
１に至る。したがって、分岐部３６における両モードの
干渉は、光検出器４０、４１の出力差として検出され
る。ここで、ダブルモード導波路２７の入射端がピンホ
ールと同様の働きをするので、この構成はコンフォーカ
ルレーザ走査微分干渉顕微鏡を構成する。ここで、ハー
フミラー２２と対物レンズ２４とが照明光学系を形成
し、対物レンズ２４が集光光学系を形成している。

【００１８】そして前述した通り、このようなコンフォ
ーカルレーザ走査顕微鏡において、物体２５が位相情報
または振幅情報を持つとき、チャネル導波路２７の入射
端に結像したレーザスポットの位相分布または強度分布
に傾斜が生じ、ダブルモード導波路２７内に偶・奇両モ
ード（基本モードと１次モード）が励振され、それぞれ
シングルモード導波路２９、３０に進む。ここで、基板
２６は電気光学効果を有しているので、電極４６に電圧
を印加すると、分岐部３１の導波路３３との接続部と、
分岐部３１の導波路３２との接続部には、それぞれ基板
面に垂直で互いに逆方向の電圧が印加される。したがっ
て、電気光学効果により、分岐部３１のシングルモード
導波路３３との接続部の等価屈折率と、分岐部３１のシ
ングルモード導波路３２との接続部の等価屈折率の大き
さは、互いに逆の方向に変化する。すなわち、分岐部３
１のシングルモード導波路３３との接続部の等価屈折率
が電圧印加により大きくなった場合には、分岐部３１の
シングルモード導波路３２との接続部の等価屈折率は小
さくなる。分岐部３１において、シングルモード導波路
２９を伝搬した光は、等価屈折率の大きな導波路の方に
多く分配される。したがって、電極４６に印加する電圧
の方向と大きさを調節することにより、シングルモード
導波路３３に分配される光量を任意に変えることができ
る。シングルモード導波路３３に分配される光量は、シ
ングルモード３０を導波する光の光量と同程度になるよ
うに調節した場合に、導波路３５中の干渉した光の強度
振幅が大きくなり、大きなコントラストが得られる。従
って、差動回路４２の出力を観察しながら最も大きなコ
ントラストが得られるように電極４６に電圧を印加す
る。

【００１９】また、電極４７に印加する電圧を調整する
ことで、シングルモード導波路３０を伝搬する光の位相
を調節することができる。。被検物体２５の段差による
反射光の位相分布を検出する場合には、電極４７の電圧
を調節して、分岐部３６における両モードの位相差をπ
／２になるようにする。被検物体２５上に段差がある場
合には、ダブルモード導波路２７の入射端に結像した光
スポットの位相分布に傾斜が生じる。この傾斜により、
ダブルモード導波路２７内に基本モードと１次モードが
励起され、両モードの干渉により、２つの検出器４０、
４１に達する光パワーの差が生じる。

【００２０】また、被検物体２５の透過率や反射率等の
分布による反射光の強度分布を検出する場合には、電極
４７の電圧を調節して、両モードの位相差をπとなるよ
うにする。被検物体２５上に透過率や反射率等の分布が
ある場合には、ダブルモード導波路２７の入射端に結像
した光スポットの強度分布に傾斜が生じる。この傾斜に
より、ダブルモード導波路２７内に基本モードと１次モ
ードが励起され、両モードの干渉により、２つの検出器
４０、４１に達する光パワーの差が生じる。

【００２１】制御装置４４は、差動回路４２の差動信号
４３をＸ−Ｙ２次元スキャン手段２３から被検物体上お
ける光ビームの位置に対応させて記憶し、画像化する。
そして、モニター４５に微分干渉像を表示させる。尚、
光検出器３９からの信号は導波路デバイスのアライメン
ト時に利用することができる。

【００２２】つぎに、基板２６に、導波路２７、３０、
３５、３７、３８を形成する方法について説明する。ま
ず、クラッドとなるｚカットＬｉＮｂＯ₃基板２６上
に、３００オングストロームのＴｉ膜をＲＦスパッタに
より形成する。このＴｉ膜をリソグラフィ法により上記
分岐部２８、３６、合波部３４を備えた導波路２７、３
０、３５、３７、３８の形状にパターニングする。導波
路の伝搬方向は、ｘ伝搬とする。パターニングしたＴｉ
膜とＬｉＮｂＯ₃基板２６とを、１０００℃で６時間熱
処理して、ＴｉをＬｉＮｂＯ₃基板２６中に拡散させ
て、コア部を形成する。さらに、基板２６上に、導波路
２９、３２、３３以外の部分を覆ったマスクを形成す
る。このマスクを形成した基板２６を安息香酸溶液中に
浸漬してプロトン交換し、コア部を形成する。本実施例
では、ダブルモード導波路部１４の幅を７μｍ、そのほ
かの導波路の幅は４μｍとした。最後に、入射端と出射
端を研磨して完成させる。

【００２３】このように、本実施例のコンフォーカルレ
ーザ走査微分干渉顕微鏡では、基本モード光強度を低減
させているので、基本モードと１次モードの干渉した光
の強度振幅が大きく、コントラストの大きな微分干渉像
を得ることができる。

【００２４】また、電気光学効果を利用して、電極４６
に印加する電圧を調節することにより、基本モード光の
強度を低減させる割合を任意に調節することができるの
で、試料の状態に応じて最大限のコントラストが得られ
るように設定することが可能である。従って、ユーザが
観察しやすいコントラストの大きな微分干渉像を提供す
ることができる。

【００２５】つぎに、本実施例の第２のコンフォーカル
レーザ走査微分干渉顕微鏡を、図２を用いて説明する。
第２の実施例のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微
鏡は、第１の実施例と同様に、半導体レーザ光源５１
と、ハーフミラー５２と、対物レンズ５４とを光路上に
順に配置した照明光学系を有している。照明光学系は、
被検物体５５上に光スポットを照射する。また、ハーフ
ミラー５２と、対物レンズ５４との間には、光スポット
を被検物体５５に対して、相対的に移動させるＸ−Ｙス
キャニング装置５３が配置されている。

【００２６】また、被検物体５５からの反射光の光路上
には、導波路が形成された電気光学効果を有する基板５
６とが配置されている。基板５６には、光スポットの反
射光の光路上に入射端を有するトリプルモード導波路５
７と、トリプルモード導波路５７を伝搬した光をモード
ごとの光に分岐するための分岐部５８が形成されてい
る。分岐部５８には、分岐部５８で分岐された光のう
ち、基本モードの光を導波する基本モード光用シングル
モード導波路５９と、１次モードの光を導波する１次モ
ード光用シングルモード導波路６０と、２次モードの光
を導波する２次モード光用シングルモード導波路６１と
が接続されている。１次モード光用シングルモード導波
路６０上には、１組の電極７１が形成されている。電極
７１には、図示しない電源が接続されている。２次モー
ド光用シングルモード導波路６１上には、１組の電極７
２が形成されている。電極７２には、図示しない電源が
接続されている。基本モード光用シングルモード導波路
５９は、途中で消滅する。

【００２７】シングルモード導波路６０とシングルモー
ド導波路６１には、シングルモード導波路６０を伝搬し
た光とシングルモード導波路６１を伝搬した光とを合波
する合波部６２が接続されている。合波部６２には、合
波した光を導波するトリプルモード導波路６３と、トリ
プルモード導波路６３を伝搬した光を２つに分岐する分
岐部６４と、分岐部６４で分岐された光をそれぞれ導波
する２本のチャネル導波路部６５、６６とが連結されて
いる。２本のチャネル導波路部６５、６６の出射端に
は、光検出器６７、６８がそれぞれ配置されて、出射光
の強度を検出する。また、光検出器６７、６８には、光
検出器６７の検出信号と光検出器６８の検出信号との差
を求める差動演算回路６９が接続されている。差動回路
６９には、図示しない制御装置が接続されている。制御
装置には、モニタが接続されている。

【００２８】基本モード光用シングルモード導波路５９
は、トリプルモード導波路５７の基本モードの等価屈折
率と等しい屈折率を有する。また、１次モード光用シン
グルモード導波路６０は、トリプルモード導波路５７の
１次モードの等価屈折率と等しい屈折率を有する。２次
モード光用シングルモード導波路６１は、トリプルモー
ド導波路５７の２次モードの等価屈折率と等しい屈折率
を有する。分岐部５８は、トリプルモード導波路５７を
伝搬した光を、これら等価屈折率の異なる導波路５９、
６０、６１に導くことにより、基本モード光と１次モー
ド光と２次モード光に分離する。

【００２９】また、トリプルモード導波路６３の１次モ
ードの等価屈折率は、シングルモード導波路６０の等価
屈折率と等しく、２次モードの等価屈折率は、シングル
モード導波路６１の等価屈折率と等しい。合波部６２
は、シングルモード導波路６０を伝搬した光とシングル
モード導波路６１を伝搬した光とを、上述のように等価
屈折率を一致させたトリプルモード導波路６３に導いく
ことにより、シングルモード導波路６０を伝搬した光で
トリプルモード導波路６３の１次モードを励起し、シン
グルモード導波路６１を伝搬した光でトリプルモード導
波路６３の２次モードを励起する。

【００３０】本実施例では、基板５６としてｚカット、
ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ₃を用い、導波路５７、６１、６
３、６５、６６をＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ₃によって形成し
た。導波路６０は、プロトン交換ＬｉＮｂＯ₃によって
形成した。また、導波路は、チャネル状に形成してい
る。

【００３１】つぎに、第２実施例のコンフォーカルレー
ザ走査微分干渉顕微鏡の動作を説明する。照明光学系
は、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。物
体面５５で反射した光はチャネル導波路５７の入射端面
に集光される。チャネル導波路５７はトリプルモード導
波路であり、トリプルモード導波路５７中を伝搬した光
はやがて非対称な３分岐部５８に達し、３本のシングル
モード導波路５９，６０，６１に分配される。ここで、
３本のシングルモード導波路５９，６０，６１の等価屈
折率をそれぞれ、トリプルモード導波路５７の基本モー
ド、１次モード、２次モードの等価屈折率Ｎ0、Ｎ1、Ｎ
2 に設定しておけば、トリプルモード導波路５７の基本
モード、１次モード、２次モードはそれぞれシングルモ
ード導波路５９，６０，６１に進む。基本モードが直進
し、１次モードと２次モードが斜めに進む構成にするこ
とにより、モード間のクロストークを抑制している。シ
ングルモード導波路５９は途中で消滅し基本モード成分
は消光する。一方、シングルモード導波路６０，６１を
伝搬する１次モード成分と２次モード成分は、結合領域
６２で合波し、トリプルモード導波路６３を経て対称な
分岐部６４に達し、２本の同等なチャネル導波路６５，
６６にパワーが分配され、基板５６に接合された光検出
器６７，６８に至る。光検出器からの信号処理について
は、第１実施例と同様である。ここで、電極７１，７２
に印加する電圧を調整することで、シングルモード導波
路６０，６１をそれぞれ伝搬する１次モード成分と２次
モード成分の間の位相差を任意に変えることができる。
よって、分岐部６４における１次モードと２次モードの
位相差も任意に変えることができ、第１実施例の場合の
基本モードと１次モードの干渉と同様に、１次モードと
２次モードの干渉により物体５５の微分情報を得ること
ができる。

【００３２】第２の実施例では、１次モードと２次モー
ドとを干渉させた光を用いている。１次モードと２次モ
ードとを干渉させた光は、基本モードと１次モードの干
渉した光より強度変調が大きいので、コントラストを向
上することができる。

【００３３】また、第２実施例ではマルチモード導波路
にトリプルモード導波路を選び、１次モードと２次モー
ドの干渉を用いているが、マルチモード導波路をより高
次とし、任意の偶・奇モードの干渉を用いることも可能
である。

【００３４】上記の各実施例の構成において、チャネル
導波路を形成するための好適な材料の別な例について、
表１に示す。導波路のクラッド基板として、例えば、Ｓ
ｉ、ソーダガラス、パイレックス、溶融石英を用いるこ
とができる。これらは、電気光学効果を有さないが、検
出に必要な分岐部の位相差満たすように、導波路の長さ
や光学系の位置あわせを精密に行なうことによって、本
実施例に用いることができる。また、電気光学効果を有
する材料（表１中において、＊印で示す）として、Ｌｉ
ＴａＯ₃，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等も用いることができる。
これらの電気光学的効果に基づき電極を形成することに
よって、分岐部３６や６４における位相差Δφを変える
ことが可能である。ＧａＡｓ，ＩｎＰではさらに、光源
１のレーザダイオードＬＤや光検出素子をモノリシック
に一体化することも可能である。基板にＳｉを用いる場
合には、受光素子を一体化することが可能である。した
がって、上記の実施例ではレーザ光源及び光検出器は導
波路デバイスに対して外付けとなっているが、ガリウム
砒素などの化合物半導体基板を用いて、光検出器を導波
路デバイスと同一基板上に構成することができ、装置の
小型・軽量・調整の省力化はさらに進めることができ
る。ただし、レーザ光源や光検出器を導波路と一体的に
構成することが難しい場合には、これらを分離して配置
し、オプティカルファイバーやレンズ系によって光を導
く構成としても良い。また、ダブルモード導波路は近接
して配置された２本のシングルモード導波路で代用する
ことができる。これらを含め、本発明に用い得るチャネ
ル導波路を形成するための基板と導波層との材料につい
て、それぞれ表１のように整理することができ、各材料
の特徴に基づいて適宜の材料を用いることが好ましい。

【００３５】

【表１】

【００３６】ところで、上述した実施例は、対物レンズ
を照明光学系と集光光学系とに共用するもので、所謂落
射照明型の顕微鏡を構成しているが、本発明において
は、被検物体の一方の側に照明光学系を、他方の側に集
光光学系を配置した所謂透過型顕微鏡としても構成し得
ることはいうまでもない。

【００３７】また、光検出器からの２つの差動信号を処
理した信号に対して、適当な処理を加えることにより種
々のコントラストをもつ画像が得られることは言うまで
もない。

【００３８】尚、各実施例においては被検物体と光スポ
ットとを相対的に移動させる手段として、振動鏡や回転
ミラー等のＸ−Ｙ二次元スキャナーによって光スポット
を被検物体上で走査する構成としたが、逆に光スポット
を固定し、被検物体を載置するステージを走査する構成
とすることも可能である。振動鏡や回転ミラー等によっ
て光学系中の光束を振動させて光スポットを走査する場
合には、光学系の残存収差の影響により被検物体上の光
スポットと導波路の入射端に集光される光スポットとの
共役関係を厳密に維持できない恐れもあり、このような
場合にはステージの走査によることが望ましい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基本モー
ド光の強度を低減することにより、コントラストの大き
な微分干渉像をが得られるコンフォーカルレーザ走査微
分干渉顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例のコンフォーカルレー
ザ走査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。

【図２】 本発明の第２の実施例のコンフォーカルレー
ザ走査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。

【図３】 従来のコンフォーカルレーザ走査顕微鏡の構
成を示す説明図。

【符号の説明】 ２１、５１…レーザ光源、２３、５３…Ｘ−Ｙスキャニ
ング装置、２７…ダブルモード導波路、２９、３０、３
２、３３、３５、６０、６１…シングルモード導波路、
３７、３８、６５、６６…導波路、３９、４０、４１、
６７、６８…光検出器、１４６、４７、７１、７２…電
極、４２、６９…差動回路、４４…制御装置、４５…モ
ニタ、５７、６３…トリプルモード導波路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検物体上に、光スポットを照射する照明
   光学系と、前記被検物体に対して前記光スポットを相対
   的に移動させる走査手段と、前記光スポットについての
   前記被検物体からの反射光を検出する検出光学系とを有
   するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡におい
   て、 前記検出光学系は、前記光スポットの反射光の光路上に
   入射端を有する第１のダブルモード導波路部と、前記第
   １のダブルモード導波路部を伝搬した光を、０次モード
   の光と１次モードの光とに分岐する第１の分岐部と、前
   記第１の分岐部で分岐された０次モードの光を導波する
   ０次モード光用シングルモード導波路部と、前記第１の
   分岐部で分岐された１次モードの光を導波する１次モー
   ド光用シングルモード導波路部と、 前記０次モード光用シングルモード導波路部を伝搬した
   光の一部を導いて分岐する第２の分岐部と、前記第２の
   分岐部で分岐した光を導波する第３のシングルモード導
   波路部と、 前記第３のシングルモード導波路部を伝搬した光と前記
   １次モード光用シングルモード導波路部を伝搬した光と
   を合波する合波部と、前記合波部の合波した光を導波す
   る第２のダブルモード導波路部と、前記第２のダブルモ
   ード導波路部を伝搬した光を２つに分岐する第３の分岐
   部と、前記第３の分岐部で分岐された光をそれぞれ導波
   する２本の導波路部と、前記２本の導波路部の出射端に
   それぞれ配置されて、出射光の強度を検出する第１およ
   び第２の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信号と
   第２の検出手段の検出信号との差を求める差分演算手段
   とを有し、 前記０次モード光用シングルモード導波路部は、前記第
   １のダブルモード導波路部の０次モードの等価屈折率と
   等しい屈折率を有し、前記１次モード光用シングルモー
   ド導波路部は、前記第１のダブルモード導波路部の１次
   モードの等価屈折率と等しい屈折率を有し、 前記第１の分岐部は、前記第１のダブルモード導波路部
   を伝搬したダブルモード光を、前記等価屈折率を有する
   前記０次モード光用シングルモード導波路部と１次モー
   ド光用シングルモード導波路部とに導くことにより、０
   次モード光と１次モード光とに分岐することを特徴とす
   るコンフォーカルレーザ微分干渉顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第２のダブルモー
   ド導波路部の０次モードの等価屈折率は、前記第３のシ
   ングルモード導波路部の等価屈折率に等しく、１次モー
   ドの等価屈折率は、前記１次モード光用シングルモード
   導波路部の等価屈折率に等しく、 前記合波部は、前記第３のシングルモード導波路部を伝
   搬した光と前記１次モード光用シングルモード導波路部
   を伝搬した光とを、前記等価屈折率を有する前記第２の
   ダブルモード導波路に導くことにより、前記第３のシン
   グルモード導波路部を伝搬した光で前記第２のダブルモ
   ード導波路部の０次モードを励起し、前記１次モード光
   用シングルモード導波路部を伝搬した光で前記第２のダ
   ブルモード導波路部の１次モードを励起して合波するこ
   とを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微
   鏡。
3. 【請求項３】請求項１において、前記第２の分岐部にお
   いて、前記第３のシングルモード導波路部と接続される
   部分は、電気光学効果を有する材料で構成され、 前記第３のシングルモード導波路部に分岐する光量を調
   節するために、前記分岐部のうち前記電気光学効果を有
   する材料で構成された部分に電圧を印加する電極をさら
   に有することを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微
   分干渉顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項１において、前記１次モード光用シ
   ングルモード導波路部の少なくとも一部は、電気光学効
   果を有する材料で構成され、 前記１次モード光用シングルモード導波路部を導波する
   光の位相を調節するために、前記１次モード光用シング
   ルモード導波路部のうち前記電気光学効果を有する材料
   で構成された部分に、電圧を印加する電極をさらに有す
   ることを特徴するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
   微鏡。
5. 【請求項５】被検物体上に、光スポットを照射する照明
   光学系と、前記被検物体に対して前記光スポットを相対
   的に移動させる走査手段と、前記光スポットについての
   前記被検物体からの反射光を検出する検出手段光学系と
   有するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡におい
   て、 前記検出光学系は、前記光スポットの反射光の光路上に
   入射端を有する第１のマルチモード導波路部と、前記第
   １のマルチモード導波路部を伝搬した光を、モードごと
   の複数の光に分岐する第１の分岐部と、前記第１の分岐
   部で分岐されたモードごとの複数の光のうち、０次モー
   ド以外の予め定められた２つのモードの光をそれぞれ導
   波する２本のシングルモード導波路部と、 前記２本のシングルモード導波路部を伝搬した光を合波
   する合波部と、前記導波部の合波した光を導波する第２
   のマルチモード導波路部と、前記第２のマルチモード導
   波路部を伝搬した光を２つに分岐する第２の分岐部と、
   前記第２の分岐部で分岐された光をそれぞれ導波する２
   本の導波路部と、前記２本の導波路部の出射端にそれぞ
   れ配置されて、出射光の強度を検出する第１および第２
   の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信号と第２の
   検出手段の検出信号との差を求める差分演算手段とを有
   し、 前記第１の分岐部は、前記第１のマルチモード導波路部
   を伝搬した光を、第１のマルチモード導波路部における
   各モードの等価屈折率にそれぞれ等しい等価屈折率を有
   する各モードに対応するシングルモード導波路に導くこ
   とにより各モード光ごとに分岐することを特徴とするコ
   ンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡。
6. 【請求項６】請求項５において、前記第２のマルチモー
   ド導波路部の複数のモードのうち２つのモードの等価屈
   折率は、前記２本のシングルモード導波路部のそれぞれ
   の等価屈折率と等しく、 前記合波部は、前記２本のシングルモード導波路部をそ
   れぞれ導波した光を、前記等価屈折率を有する前記第２
   のマルチモード導波路に導くことにより、前記２本のシ
   ングルモード導波路部をそれぞれ導波した光で、前記第
   ２のマルチモード導波路部の２つのモードを励起して合
   波することを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分
   干渉顕微鏡。
7. 【請求項７】請求項５において、前記２本のシングルモ
   ード導波路部の少なくとも一方は、電気光学効果を有す
   る材料で構成され、 前記一方のシングルモード導波路部を導波する光の位相
   を調節するために、前記電気光学効果を有する材料で構
   成されたシングルモードに電圧を印加する電極をさらに
   備えることを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分
   干渉顕微鏡。