WO2011162187A1 - 画像生成装置 - Google Patents

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image
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寺田　浩敏
吉剛 岩城
共則 中村
輝雄 高橋
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Hamamatsu Photonics KK
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons

Definitions

  • the present invention relates to an image generation apparatus that generates an image by irradiating a measured object with spatially modulated light.
  • Patent Document 1 describes an optical device that irradiates a sample with light from a light source device through a diffraction grating and captures a sample image at that time with a CCD camera.
  • this light source device obtains a plurality of modulated images by capturing images while moving the diffraction grating at a constant speed in a direction perpendicular to the fringes of the diffraction grating, and then image-processing those modulated images. Form an image.
  • Patent Document 2 below also discloses a microscope apparatus in which an SLM (Spatial Light Modulator) is arranged in an optical path of illumination light in order to irradiate a sample with spatially modulated light.
  • SLM Surface Light Modulator
  • the sample is irradiated with spatially modulated light, and the resulting image of the sample is captured through an optical system including an objective lens and an imaging lens.
  • an optical system including an objective lens and an imaging lens.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an image generating apparatus capable of obtaining a pattern image of a sample with improved resolution with a simple apparatus configuration.
  • an image generation apparatus is an image generation apparatus that generates an image of an object to be measured, and that modulates the intensity of a laser light source and a laser light source that emits laser light. Control the laser modulator, the laser scanning unit that scans the irradiation position of the laser light on the object to be measured, and the laser modulating unit and the laser scanning unit so that the object to be measured is irradiated with illumination light of a plurality of spatial modulation patterns.
  • a control unit for detecting a detection unit for detecting a signal generated from the object to be measured in response to irradiation of illumination light of a plurality of spatial modulation patterns, irradiation position information on the irradiation position of illumination light controlled by the control unit, and irradiation position Generating characteristic distribution information in which characteristic information related to the characteristic of the signal detected by the detection unit is associated with the laser light irradiation in the plurality of characteristic distribution information corresponding to the spatial modulation pattern.
  • the intensity of the laser light emitted from the laser light source is modulated by the laser modulation unit, and at the same time, the laser scanning unit applies the object to be measured such as a semiconductor device or a biological sample.
  • the object to be measured is irradiated while the irradiation position is scanned.
  • a signal generated from the object to be measured is detected by the detecting unit while the laser modulating unit and the laser scanning unit are controlled by the control unit so that the object to be measured is irradiated with illumination light of a plurality of two-dimensional spatial modulation patterns. Is done.
  • the signal generation unit correlates the information related to the irradiation position of the illumination light and the information related to the characteristic of the signal detected according to the irradiation of the illumination light at the irradiation position corresponding to each spatial modulation pattern.
  • a two-dimensional characteristic image is generated corresponding to each spatial modulation pattern
  • a pattern image of the object to be measured is generated by the image processing unit based on the plurality of two-dimensional characteristic images.
  • a pattern image of a sample with improved resolution can be obtained with a simple apparatus configuration.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image generation device according to a first embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram which shows the spatial modulation pattern of the illumination light prescribed
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image generation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • An image generation apparatus 1 shown in FIG. 1 scans illumination light based on a plurality of spatial modulation patterns on an object to be measured, which is an electric element such as a semiconductor device, and generates an electric signal generated from the object to be measured A accordingly.
  • the image generation apparatus 1 includes a laser light source 3 that emits laser light, a laser scanner (laser scanning unit) 5, an electric signal detector (detection unit) 7 that detects an electric signal generated from the object A to be measured, and a laser.
  • An optical system 9 that guides laser light from the light source 3 toward the object A to be measured, a laser output control unit (laser modulation unit) 11 that controls the output intensity of the laser light source 3, and the operation of the laser scanner 5 are controlled.
  • An electrical signal imaging that images the electrical characteristics of the electrical signal detected by the electrical signal detector 7 and the modulation pattern control unit 15 that controls the spatial modulation pattern irradiated to the object A to be measured.
  • Unit (signal generation unit) 17 and an image data calculation unit (image processing unit) 19 that generates a pattern image of the object A using the imaging signal generated by the electrical signal imaging unit 17.
  • the optical system 9 includes a relay lens 21, a mirror 23, and an objective lens 25.
  • the relay lens 21 is an optical system that efficiently guides the laser light whose irradiation angle is changed by the laser scanner 5 to the objective lens 25, and projects the exit pupil of the objective lens 25 onto the reflection surface of the laser scanner 5.
  • the laser beam reflected by the laser scanner 5 has a role of reliably reaching the objective lens 25.
  • the mirror 23 may not be used.
  • the laser scanner 5 is an optical device that scans the irradiation position two-dimensionally by changing the traveling direction of the laser light. In other words, the laser scanner 5 changes the incident angle of the laser light incident on the relay lens 21 to change the irradiation position of the laser light irradiated through the optical system 9 on the surface of the object A to be measured. Scan in two dimensions.
  • a galvanometer mirror having two mirrors whose rotation axes are orthogonal to each other and whose rotation angles can be electrically controlled can be used.
  • a polygon mirror a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror, an AOD (acousto-optic deflector), a resonant scanner (resonant galvanometer scanner), an EO scanner (electro-optic light deflector), etc. are employed.
  • a MEMS Micro Electro Mechanical System
  • AOD acousto-optic deflector
  • a resonant scanner resonant galvanometer scanner
  • an EO scanner electro-optic light deflector
  • the intensity of the laser light output from the laser light source 3 is configured to be modulated by a control signal from the laser output control unit 11 connected to the laser light source 3, and the laser light to be measured by the laser scanner 5 is measured.
  • the irradiation position on the surface of the object A is configured to be changeable by a control signal from the scanner control unit 13 connected to the laser scanner 5.
  • a modulation pattern control unit 15 is connected to the laser output control unit 11 and the scanner control unit 13, and the modulation pattern control unit 15 emits illumination light based on a plurality of predetermined spatial modulation patterns on the object A to be measured.
  • the laser output control unit 11 and the scanner control unit 13 are controlled so as to be scanned.
  • the modulation pattern control unit 15 performs control so that the irradiation position of the laser beam is moved along the X-axis direction which is a predetermined direction along the plane of the object A to be measured.
  • the irradiation intensity of the laser beam is modulated so that the intensity distribution in the axial direction periodically increases and decreases according to a trigonometric function (sin function or cos function).
  • a trigonometric function sin function or cos function
  • the strip-shaped irradiation pattern L1 periodically modulated with the width W1 along the X-axis direction is formed.
  • the modulation pattern control unit 15 shifts the laser irradiation position in the direction along the Y axis perpendicular to the X axis, and then moves the laser light irradiation position in the X axis direction and modulates the laser light intensity.
  • the formation of the strip-shaped irradiation pattern L1 is repeated under control. As a result, a spatial modulation pattern having a striped pattern with a desired pitch W1 along the Y-axis direction can be generated. Note that the intensity of the laser light may be modulated periodically by ON-OFF.
  • the modulation pattern control unit 15 causes the laser beam intensity to gradually shift the spatial phase of the strip-shaped irradiation pattern L2 along the X axis between adjacent patterns in the Y axis direction. It is also possible to control the modulation. In this case, it is possible to generate a spatial modulation pattern that approximates a striped pattern having a desired pitch W2 that is inclined by a desired angle ⁇ 2 with respect to the Y-axis direction. Further, as shown in FIG. 4, the modulation pattern control unit 15 makes the irradiation intensity of the laser beam uniform during one scan of the laser beam along the X axis, and forms a plurality of strips arranged in the Y axis direction.
  • a spatial modulation pattern having a striped pattern with a desired pitch W3 along the X-axis direction can be generated.
  • the spatial modulation pattern is preferably a striped pattern having n-fold rotational symmetry (n is 3 or more).
  • the electric signal detector 7 detects an electric signal such as a photovoltaic current generated from the measurement object A in accordance with the irradiation timing of the illumination light having the spatial modulation pattern as described above. For example, the electrical signal detector 7 detects a characteristic value such as a current value of a photovoltaic current generated in response to laser light irradiation as a voltage change between two terminals of the object A to be measured.
  • the electrical signal imaging unit 17 is connected to the electrical signal detector 7 and the modulation pattern control unit 15 and images the characteristic values detected by the electrical signal detector 7. That is, the electrical signal imaging unit 17 specifies the irradiation position of the laser beam on the measurement object A when the characteristic value is detected as irradiation position information such as XY coordinates.
  • the electric signal imaging unit 17 generates characteristic distribution information in which the irradiation position information is associated with the characteristic information regarding the characteristic value of the electric signal detected according to the irradiation of the laser beam at the corresponding irradiation position. To do. Furthermore, the electrical signal imaging unit 17 generates a two-dimensional characteristic image including a plurality of characteristic distribution information corresponding to each spatial modulation pattern irradiated to the object A to be measured. For example, the electrical signal imaging unit 17 generates a two-dimensional characteristic image signal in which each characteristic value is arranged for each coordinate on the object A to be measured. When the spatial modulation patterns as shown in FIGS. 2 to 4 are continuously formed in time, the electric signal imaging unit 17 generates a separate characteristic image for each spatial modulation pattern.
  • the plurality of characteristic images generated by the electrical signal imaging unit 17 are subjected to image processing by the image data calculation unit 19.
  • the image data calculation unit 19 irradiates the surface of the object A to be measured with a striped spatial modulation pattern along the Y-axis direction while changing the spatial phase at a desired frequency to obtain a plurality of characteristic images.
  • the plurality of characteristic images obtained at that time are obtained as moire (interference fringe) components between the stripe pattern by the illumination light and the characteristic image resulting from the structure of the object A to be measured, and the space resulting from the fine structure of the object A to be measured.
  • the high frequency component appears as moiré after being converted to a low frequency component.
  • the image data calculation unit 19 uses the characteristic distribution obtained from the plurality of characteristic images, based on the frequency information of the irradiated spatial modulation pattern, and the original characteristic distribution resulting from the actual structure of the object A to be measured. Generate an image. Then, the image data calculation unit 19 irradiates a plurality of spatial modulation patterns along the four directions while changing the spatial phase at a desired frequency, and creates a plurality of characteristic distribution images by performing similar image processing. A high-resolution pattern image in which the resolution is increased in four directions can be generated from a plurality of characteristic distribution images.
  • the intensity of the laser light emitted from the laser light source 3 is modulated by the laser output control unit 11, and at the same time the irradiation position of the object A to be measured by the laser scanner 5.
  • the object to be measured A is irradiated while being scanned.
  • the electrical signal detector 7 is controlled while the laser output control unit 11 and the laser scanner 5 are controlled by the modulation pattern control unit 15 such that illumination light of a plurality of two-dimensional spatial modulation patterns is irradiated on the object A to be measured.
  • an electric signal generated from the object A to be measured is detected.
  • the electrical signal imaging unit 17 corresponds to each spatial modulation pattern, information on the illumination light irradiation position and information on the characteristics of the electrical signal detected according to the illumination light irradiation at the irradiation position.
  • the attached characteristic distribution information is generated, and a two-dimensional characteristic image is generated corresponding to each spatial modulation pattern.
  • the image data calculation unit 19 uses the plurality of two-dimensional characteristic images to determine the object A to be measured. A pattern image is generated. This eliminates the need to pass through an optical system including an objective lens and an imaging lens when acquiring a pattern image from the object A, so that the resolution of the pattern image of the sample can be easily improved.
  • a high-resolution pattern image of the object A can be easily obtained without requiring a complicated driving mechanism for driving a diffraction grating or the like. That is, in this embodiment, it is only necessary to mount a simple optical system and a laser scanner.
  • the phase and orientation of the spatial modulation pattern of the illumination light applied to the object to be measured can be easily changed by the control of the modulation pattern control unit 15 to quickly obtain a high-resolution image at a desired position and orientation. be able to.
  • SLM Surface Light Modulator
  • the number of stripes at the resolution limit ⁇ 3 the number of pixels in the uniaxial direction is required.
  • the number of pixels is further tripled to match the pixels to the stripe pitch.
  • the conventional apparatus requires an expensive SLM.
  • light transmission / reflection loss in the SLM, loss at pixel joints, zero-order light, and higher-order light also occur.
  • the object A to be measured causes multiphoton absorption such as two-photon absorption, or generates second-order harmonics (SHG) For those that show nonlinear reactions, such reactions are likely to occur.
  • multiphoton absorption such as two-photon absorption
  • SHG second-order harmonics
  • the laser output control unit 11 modulates the intensity of the laser light so as to change according to the trigonometric function, it is easy to form a spatial modulation pattern.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the image generation apparatus 101 according to the second embodiment of the present invention.
  • the image generating apparatus 101 shown in the figure irradiates a measurement object such as a semiconductor device with illumination light having a plurality of spatial modulation patterns, and detects reflected light generated from the measurement object A as an optical signal accordingly.
  • This is an apparatus for obtaining a high-resolution pattern image of an object to be measured based on the characteristic distribution of the optical signal.
  • the difference of the image generating apparatus 101 from the first embodiment is that an optical signal detector 107 and an optical signal imaging unit 117 are provided instead of the electrical signal detector 7 and the electrical signal imaging unit 17.
  • the optical signal detector 107 detects reflected light or the like generated from the measurement object A as an optical signal.
  • the optical signal detector 107 is a photoelectric converter such as a photomultiplier tube or a photoelectric tube that outputs a characteristic value such as the intensity of reflected light as an electric signal.
  • the optical signal imaging unit 117 also includes characteristic information regarding the characteristic value of the optical signal detected by the optical signal detector 107, and irradiation position information of the laser light on the measurement object A when the characteristic value is detected. Is generated for each of the plurality of spatial modulation patterns from the characteristic distribution information associated with the two-dimensional characteristic image (characteristic image) including the plurality of characteristic distribution information.
  • FIG. 6 shows a detailed configuration around the optical signal detector 107 of the image generating apparatus 101.
  • a beam splitter 31 is disposed between the laser scanner 5 and the exit of the laser light source 3 constituted by an optical fiber and the optical signal detector 107.
  • This beam splitter 31 transmits the reflected light and scattered light from the object A to be measured incident through the laser scanner 5 and guides it to the optical signal detector 107, and at the same time reflects the laser light from the laser light source 3 to the laser.
  • the light path of the reflected light and the scattered light is separated from the optical path of the laser light by being guided to the measured object A side via the scanner 5.
  • a half mirror having a 1: 1 relationship between reflectance and transmittance, or one having a predetermined relationship such as 8: 2 is used.
  • a polarization beam splitter can be used as the beam splitter 31.
  • a quarter wavelength plate is inserted between the polarizing beam splitter and the objective lens 25.
  • the reflected light When passing through the wave plate, the reflected light can be converted into linearly polarized light that is 90 degrees different from that at the time of incidence. As a result, the reflected light can be transmitted through the polarization beam splitter and guided to the optical signal detector 107 side.
  • a spatial filter 35 and a condenser lens 33 are disposed between the optical signal detector 107 and the beam splitter 31.
  • the spatial filter 35 is placed at a position conjugate with the end face of the fiber of the laser light source 3 to form a confocal optical system, and its filter diameter is substantially equal to the beam spot diameter formed on the face conjugate with the fiber end face. Is set.
  • This spatial filter 35 blocks the reflection / scattering component from the portion out of focus of the reflected / scattering light returned from the object A to be measured through the optical system.
  • the image generating apparatus 101 described above it is possible to acquire the characteristics of reflected / scattered light generated by the irradiation of the spatial modulation pattern onto the measurement object A as a pattern image with improved resolution on the measurement object. .
  • the phase and orientation of the spatial modulation pattern of the illumination light applied to the object to be measured can be easily changed by the control of the modulation pattern control unit 15, and a high-resolution image image at a desired position and orientation can be quickly obtained. Obtainable.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an image generation apparatus 201 according to the third embodiment of the present invention.
  • the image generation apparatus 201 shown in the figure irradiates a measurement object such as a cell with excitation light of a plurality of spatial modulation patterns, and detects weak fluorescence generated from the measurement object A as an optical signal accordingly.
  • This is an apparatus for obtaining a high-resolution pattern image of an object to be measured based on the characteristic distribution of the optical signal.
  • the image generating apparatus 201 is different from the second embodiment in the configuration around the optical signal detector.
  • a photoelectric converter such as a photomultiplier tube capable of outputting a characteristic value such as weak fluorescence intensity as an electric signal is used.
  • a dichroic mirror 41 is disposed between the exit of the laser light source 3 and the optical signal detector 207 and the laser scanner 5 instead of the beam splitter.
  • the dichroic mirror 41 transmits the fluorescence from the object A to be measured incident through the laser scanner 5 and guides it to the optical signal detector 207, and at the same time reflects the laser light from the laser light source 3 and passes through the laser scanner 5. Then, the fluorescent light path is separated from the laser light optical path by guiding it to the DUT A side.
  • the dichroic mirror 41 has a function of reflecting excitation light toward the laser scanner 5 and transmitting fluorescence generated from the object A to be measured, and has a short wavelength reflection and a long wavelength transmission optical multilayer film. It is a mirror containing.
  • an excitation wavelength selection filter 43 is provided between the laser light source 3 and the dichroic mirror 41.
  • the excitation wavelength selection filter 43 is provided to select a wavelength that matches the characteristics of the laser light source 3 from the wavelength of the laser light source 3 in accordance with the fluorescence excitation characteristics of the object A to be measured.
  • a barrier filter 45 is provided between the optical signal detector 207 and the dichroic mirror 41.
  • the barrier filter 45 cuts the excitation light so that the excitation light does not reach the optical signal detector 207 when fluorescence is detected by the optical signal detector 207.
  • This barrier filter absorbs and reflects the wavelength component of the excitation light, cuts it off and transmits the wavelength component of the fluorescence, and transmits only the wavelength component of the fluorescence. It is a band pass filter to be made.
  • an image generating apparatus 201 it is possible to acquire the characteristics of the fluorescence generated by the irradiation of the spatial modulation pattern onto the object to be measured A as a pattern image with improved resolution on the object to be measured.
  • the phase and orientation of the spatial modulation pattern of the illumination light applied to the object to be measured can be easily changed by the control of the modulation pattern control unit 15, and a high-resolution image image at a desired position and orientation can be quickly obtained. Obtainable.
  • a configuration as shown in FIG. 9 may be adopted as the configuration of the optical system for guiding the illumination light.
  • an axicon 211 and a converter lens 212 may be inserted between the laser light source 3 and the laser scanner 5.
  • the axicon 211 is a conical prism, and is an optical element that converts a parallel beam having a circular cross section emitted from the laser light source 3 into a beam having a circular cross section.
  • the converter lens 212 is a lens that projects a ring-shaped beam emitted from the axicon 211 onto the laser scanner 5 in a circumferential shape.
  • the laser light source 3 of the image generating apparatuses 1, 101, 201 as shown in FIG. 10, a configuration capable of observing multiphoton excitation such as two-photon excitation in the object A to be measured may be employed.
  • the laser light source 3 employs a configuration comprising an ultrashort pulse laser 3a that includes a wavelength capable of two-photon absorption in the DUT A as an emission wavelength, and a laser modulator 3b that modulates the output thereof.
  • An excitation wavelength selection filter 301 for selecting a desired wavelength component from the laser light is inserted between the laser light source 3 and the laser scanner 5.
  • Two-photon excitation is a phenomenon in which electrons are excited by two photons having a wavelength twice that of the original excitation light to emit fluorescence.
  • the excitation wavelength selection filter 301 functions to transmit light having a wavelength twice that of the excitation wavelength of the fluorescent sample. If such a laser light source 3 is used, it is possible to use light having a long wavelength and low energy, so that damage to the sample is suppressed, and the sample has good permeability, so that the light can reach a deep place and has a feature of two-photon absorption. Excitation that makes use of the three-dimensional locality of an excitation point can be performed. In addition, as a feature of two-photon excitation, a resolution equivalent to that of a single wavelength can be obtained even though the wavelength is doubled, and higher resolution can be expected by combining with this technique. When the configuration of the laser light source 3 shown in FIG.
  • the dichroic mirror 41 and the barrier filter 45 need to be changed to those having different functions. That is, the dichroic mirror 41 has a function of reflecting the long wavelength excitation light incident from the laser light source 3 side toward the laser scanner 5 and transmitting the short wavelength fluorescence generated from the object A to be measured. A dichroic mirror having optical characteristics of long wavelength reflection and short wavelength transmission is used.
  • the barrier filter 45 is a low-pass filter having a property of cutting by absorbing and reflecting the long-wavelength component of the excitation light and transmitting the short-wavelength component of the fluorescence, and having a short-wavelength transmission property, A bandpass filter that transmits only the wavelength component is used.
  • the detection unit detects an electrical signal generated from the object to be measured, and the signal generation unit generates characteristic distribution information in which illumination light irradiation position information and characteristic information related to the characteristic of the electric signal are associated with each other. Is preferable. In this case, it is possible to obtain the electrical characteristics such as the photocurrent value generated by irradiating the object to be measured with the laser light as a pattern image in the object to be measured, and to improve the accuracy of the characteristic analysis of the electric element such as a semiconductor. Can be improved.
  • the detection unit detects an optical signal generated from the object to be measured, and the signal generation unit generates characteristic distribution information in which the irradiation position information of the illumination light and the characteristic information regarding the characteristic of the optical signal are associated with each other. It is also suitable. By adopting such a configuration, it is possible to acquire the characteristics of light such as reflected light and fluorescence generated with irradiation of the laser beam to the object to be measured as a pattern image with improved resolution in the object to be measured.
  • the laser light from the laser light source includes a wavelength capable of multiphoton absorption in the object to be measured.
  • the effect on the object to be measured is equivalent to a spot shape that is squared for two photons and cubed for three photons, and the generated signal is effectively scanned with a small spot.
  • the modulation stripes can be made finer, and the resolution can be further improved.
  • the laser modulator modulates the intensity of the laser light so as to change according to a trigonometric function. If such a laser modulation unit is provided, it is easy to form a spatial modulation pattern.
  • the present invention uses an image generating apparatus that generates an image by irradiating a measured object with spatially modulated light, and can obtain a pattern image of a sample with improved resolution with a simple apparatus configuration. It is.

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Abstract

　画像生成装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源３と、レーザ光の強度を変調させるレーザ出力制御部１１と、レーザ光の被測定物Ａへの照射位置を走査するレーザスキャナ５と、被測定物Ａに複数の空間変調パターンの照明光を照射するように制御する変調パターン制御部１５と、複数の空間変調パターンの照明光の照射に応じて被測定物Ａから生じる電気信号を検出する電気信号検出器７と、照明光の照射位置に関する照明位置情報と、検出された信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を含む２次元特性画像を生成する電気信号画像化部１７と、複数の空間変調パターンに対応して生成された複数の特性画像を基に、被測定物Ａのパターン画像を生成する画像データ演算部１９とを備える。

Description

画像生成装置
　本発明は、被測定物に空間変調された光を照射することにより画像を生成する画像生成装置に関するものである。
　従来から、半導体デバイス等に空間変調された光を照射してその結果生じた像を観察する光学装置が用いられている。例えば、下記特許文献１には、光源装置からの光を回折格子を通して試料に照射して、そのときの試料像をＣＣＤカメラで撮像する光学装置が記載されている。また、この光源装置は、回折格子を等速度で回折格子の縞と垂直な方向に移動しながら撮像することで複数の変調像を得た後に、それらの変調像を画像処理することで試料の像を形成する。また、下記特許文献２には、試料に空間変調された光を照射するために、照明光の光路中にＳＬＭ（Spatial Light Modulator）を配置した顕微鏡装置も開示されている。
特開２００１－１１７０１０号公報 特開２００７－１９９５７２号公報
　しかしながら、上述した従来の画像生成用の装置では、試料に空間変調された光を照射し、その結果生じた試料の像を、対物レンズや結像レンズ等を含む光学系を通じて撮像するため、最終的に生成する試料の二次元像の分解能を上げることに限界が生じる。すなわち、試料の二次元像の分解能は、光学系の光学的性能と二次元撮像装置のピクセル分解能と感度によって上限値が決まってしまう傾向にある。
　そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な装置構成で分解能が向上された試料のパターン像を得ることが可能な画像生成装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一側面にかかる画像生成装置は、被測定物の画像を生成する画像生成装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の強度を変調させるレーザ変調部と、レーザ光の被測定物への照射位置を走査するレーザ走査部と、被測定物に複数の空間変調パターンの照明光を照射するように、レーザ変調部及びレーザ走査部を制御する制御部と、複数の空間変調パターンの照明光の照射に応じて被測定物から生じる信号を検出する検出部と、制御部によって制御された照明光の照射位置に関する照射位置情報と、照射位置におけるレーザ光の照射に応じて検出部によって検出された信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成し、空間変調パターンに対応して複数の特性分布情報を含む２次元特性画像を生成する信号生成部と、複数の空間変調パターンに対応して生成した複数の２次元特性画像を基に、被測定物のパターン画像を生成する画像処理部と、を備える。
　このような画像生成装置によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が、レーザ変調部によってその強度が変調されると同時に、レーザ走査部によって、半導体デバイスや生物試料などの被測定物への照射位置が走査されながら、被測定物に照射される。このとき、制御部によって、被測定物に複数の２次元空間変調パターンの照明光が照射されるようにレーザ変調部およびレーザ走査部が制御されながら、検出部によって被測定物から生じる信号が検出される。さらに、信号生成部によって、それぞれの空間変調パターンに対応して、照明光の照射位置に関する情報とその照射位置における照明光の照射に応じて検出された信号の特性に関する情報が対応付けられた特性分布情報が生成されるとともに、それぞれの空間変調パターンに対応して２次元特性画像が生成され、画像処理部によって、複数の２次元特性画像を基に被測定物のパターン画像が生成される。これにより、被測定物からパターン画像を取得する際に対物レンズや結像レンズ等を含む光学系を通す必要がないので、試料のパターン像の分解能を容易に向上させることができる。それに加えて、被測定物に照射する照明光の空間変調パターンの位相および向きを容易に変更することができ、所望の位置および向きの高解像度画像を素早く得ることができる。
　本発明によれば、簡易な装置構成で分解能が向上された試料のパターン像を得ることができる。
本発明の第１実施形態に係る画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図１の変調パターン制御部によって規定される照明光の空間変調パターンを示す概念図である。 図１の変調パターン制御部によって規定される照明光の空間変調パターンを示す概念図である。 図１の変調パターン制御部によって規定される照明光の空間変調パターンを示す概念図である。 本発明の第２実施形態に係る画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図５の画像生成装置の光信号検出器の周辺の詳細構成を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図７の画像生成装置の光信号検出器の周辺の詳細構成を示す概略構成図である。 本発明の変形例である光学系を示す概略構成図である。 本発明の変形例であるレーザ光源を示す概略構成図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明に係る画像生成装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態に係る画像生成装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す画像生成装置１は、半導体デバイス等の電気素子である被測定物に対して複数の空間変調パターンに基づいて照明光を走査し、それに応じて被測定物Ａから生じる電気信号の複数の特性分布を検出し、それらの複数の特性分布を基にして被測定物の高解像度パターン像を得るための装置である。この画像生成装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源３と、レーザスキャナ（レーザ走査部）５と、被測定物Ａから生じる電気信号を検出する電気信号検出器（検出部）７と、レーザ光源３からのレーザ光を被測定物Ａに向けて導光する光学系９と、レーザ光源３の出力強度を制御するレーザ出力制御部（レーザ変調部）１１と、レーザスキャナ５の動作を制御するスキャナ制御部１３と、被測定物Ａに照射される空間変調パターンを制御する変調パターン制御部１５と、電気信号検出器７によって検出された電気信号の電気特性を画像化する電気信号画像化部（信号生成部）１７と、電気信号画像化部１７によって生成された画像化信号を用いて被測定物Ａのパターン画像を生成する画像データ演算部（画像処理部）１９とを備えている。
　詳細には、光学系９は、リレーレンズ２１、ミラー２３、及び対物レンズ２５から構成されている。リレーレンズ２１は、レーザスキャナ５によって照射角度が振られたレーザ光を対物レンズ２５まで効率よく導くための光学系であり、対物レンズ２５の射出瞳をレーザスキャナ５の反射面に投影することにより、レーザスキャナ５を反射されたレーザ光を対物レンズ２５に確実に到達させる役割を有する。ここでは、ミラー２３は用いなくてもよい。
　レーザスキャナ５は、レーザ光の進行方向を変更することによりその照射位置を２次元的に走査させる光学装置である。すなわち、レーザスキャナ５は、リレーレンズ２１に向けて入射するレーザ光の入射角度を変更することにより、光学系９を介して照射されるレーザ光の照射位置を、被測定物Ａの表面上で２次元的に走査させる。このようなレーザスキャナ５としては、互いの回転軸が直交する２つのミラーを有し、それらの回転角が電気的に制御可能にされたガルバノメータミラーを用いることができる。その他、レーザスキャナ５としては、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー、ＡＯＤ（音響光学偏向器）、レゾナントスキャナ（共振型ガルバノメータスキャナ）、ＥＯスキャナ（電気光学的光偏向器）等を採用することもできる。
　ここで、レーザ光源３から出力されるレーザ光の強度は、レーザ光源３に接続されたレーザ出力制御部１１からの制御信号によって変調可能に構成されており、レーザスキャナ５によるレーザ光の被測定物Ａの表面の照射位置は、レーザスキャナ５に接続されたスキャナ制御部１３からの制御信号によって変更可能に構成されている。さらに、レーザ出力制御部１１およびスキャナ制御部１３には変調パターン制御部１５が接続され、変調パターン制御部１５によって、被測定物Ａに予め決められた複数の空間変調パターンに基づいて照明光が走査されるように、レーザ出力制御部１１およびスキャナ制御部１３が制御される。
　次に、図２～図４を参照して、変調パターン制御部１５によって規定される照明光の空間変調パターンについて例示する。
　図２～４には、変調パターン制御部１５によって規定された空間変調パターンの被測定物Ａに対する照射状態を示している。図２に示すように、まず、変調パターン制御部１５は、被測定物Ａの平面に沿った所定方向であるＸ軸方向に沿ってレーザ光の照射位置を移動させるように制御すると同時に、Ｘ軸方向の強度分布が三角関数（ｓｉｎ関数、又はｃｏｓ関数）に従って周期的に増減するようにレーザ光の照射強度を変調させる。同図において、矢印は、レーザ照射位置の変更状態を示している。これにより、Ｘ軸方向に沿って幅Ｗ１で周期的に変調された帯状照射パターンＬ１が形成される。続けて、変調パターン制御部１５は、Ｘ軸に垂直なＹ軸に沿った方向にレーザ照射位置をずらした後に、レーザ光の照射位置のＸ軸方向に沿った移動とレーザ光強度の変調を制御して帯状照射パターンＬ１の形成を繰り返す。その結果、Ｙ軸方向に沿った所望のピッチＷ１の縞模様を有する空間変調パターンを生成することができる。なお、レーザ光の強度は、周期的なＯＮ―ＯＦＦで変調されてもよい。
　また、図３に示すように、変調パターン制御部１５は、Ｘ軸に沿った帯状照射パターンＬ２の空間的な位相を、Ｙ軸方向において隣接するパターン間で徐々にシフトさせるようにレーザ光強度の変調を制御することもできる。この場合は、Ｙ軸方向に対して所望の角度θ２だけ傾斜する所望のピッチＷ２の縞模様に近似される空間変調パターンを生成することができる。さらに、図４に示すように、変調パターン制御部１５は、Ｘ軸に沿った１回のレーザ光の走査の間のレーザ光の照射強度を均一にし、Ｙ軸方向に配列される複数の帯状照射パターン間で照射強度が変調されるように制御することもできる。この場合、Ｘ軸方向に沿った所望のピッチＷ３の縞模様を有する空間変調パターンを生成することができる。なお、空間変調パターンとしては、ｎ回回転対称(ｎは３以上)の縞状パターンがよい。
　上記のような空間変調パターンを有する照明光の照射タイミングに合わせて、電気信号検出器７は、被測定物Ａから生じる光起電流等の電気信号を検出する。例えば、電気信号検出器７は、レーザ光の照射に応じて生じる光起電流の電流値等の特性値を、被測定物Ａの２端子間の電圧変化として検出する。電気信号画像化部１７は、電気信号検出器７及び変調パターン制御部１５に接続されており、電気信号検出器７によって検出された特性値を画像化する。すなわち、電気信号画像化部１７は、特性値が検出された時の被測定物Ａ上のレーザ光の照射位置をＸＹ座標などの照射位置情報として特定する。そして、電気信号画像化部１７は、その照射位置情報と、該当の照射位置におけるレーザ光の照射に応じて検出された電気信号の特性値に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成する。さらに、電気信号画像化部１７は、被測定物Ａに照射されたそれぞれの空間変調パターンに対応して、複数の特性分布情報を含む２次元特性画像を生成する。例えば、電気信号画像化部１７は、各特性値が被測定物Ａ上の座標毎に配列された２次元の特性画像信号を生成する。図２～図４に示すような空間変調パターンが時間的に連続して形成される場合には、電気信号画像化部１７は、それぞれの空間変調パターン毎に別々の特性画像を生成する。
　電気信号画像化部１７によって生成された複数の特性画像は、画像データ演算部１９によって画像処理が施される。例えば、画像データ演算部１９は、被測定物Ａの表面にＹ軸方向に沿った縞模様の空間変調パターンを、所望の周波数で空間位相を変化させながら照射させ、複数の特性画像を得る。そのとき得られる複数の特性画像は、照明光による縞模様と被測定物Ａの構造に起因する特性画像とのモアレ（干渉縞）成分として得られ、被測定物Ａの微細構造に起因する空間高周波成分は、モアレとして低周波成分に変換され現れる。そこで、画像データ演算部１９は、複数の特性画像から得られた特性分布から、照射された空間変調パターンの周波数情報をもとに、実際の被測定物Ａの構造に起因する本来の特性分布画像を生成する。そして、画像データ演算部１９は、４方位に沿った複数の空間変調パターンを、所望の周波数で空間位相を変化させながら照射させ、同様の画像処理をおこなうことで複数の特性分布画像を作成し、複数の特性分布画像から４方位に解像度が高められた高解像度のパターン画像を生成することができる。
　以上説明した画像生成装置１によれば、レーザ光源３から発せられたレーザ光が、レーザ出力制御部１１によってその強度が変調されると同時に、レーザスキャナ５によって被測定物Ａへの照射位置が走査されながら、被測定物Ａに照射される。このとき、変調パターン制御部１５によって、被測定物Ａに複数の２次元空間変調パターンの照明光が照射されるようにレーザ出力制御部１１およびレーザスキャナ５が制御されながら、電気信号検出器７によって被測定物Ａから生じる電気信号が検出される。さらに、電気信号画像化部１７によって、それぞれの空間変調パターンに対応して、照明光の照射位置に関する情報とその照射位置における照明光の照射に応じて検出された電気信号の特性に関する情報が対応付けられた特性分布情報が生成されるとともに、それぞれの空間変調パターンに対応して２次元特性画像が生成され、画像データ演算部１９によって、複数の２次元特性画像を基に被測定物Ａのパターン画像が生成される。これにより、被測定物Ａからパターン画像を取得する際に対物レンズや結像レンズ等を含む光学系を通す必要がないので、試料のパターン像の分解能を容易に向上させることができる。
　また、画像生成装置１によれば、回折格子等を駆動する複雑な駆動機構を必要とせずに、被測定物Ａの高解像度パターン画像を簡易に取得することができる。つまり、本実施形態では簡単な光学系とレーザスキャナ等を搭載するだけで済む。それに加えて、変調パターン制御部１５の制御によって、被測定物に照射する照明光の空間変調パターンの位相および向きを容易に変更することができ、所望の位置および向きの高解像度画像を素早く得ることができる。これに対して、空間変調パターン生成用としてＳＬＭ（Spatial Light Modulator）を用いた従来装置では、任意の方向に任意の角度で回折させるためには非常に微細なＳＬＭが必要となる。例えば、試料上に投影する縞の位相を３種類に変更する場合は、解像限界の縞の本数×３の一軸方向のピクセル数が必要となる。さらに、軸に対する斜め方向にも縞を形成したい場合には、ピクセル形状が矩形であるために、縞のピッチにピクセルを合わせるのにさらに３倍のピクセル数が必要になる。その結果、従来装置では高価なＳＬＭが必要になる。また、ＳＬＭにおける光の透過／反射ロスや、ピクセルの継ぎ目におけるロス、０次光、高次光の問題も発生する。
　さらに、レーザ光を２次元的に走査して変調する手法を取ることにより、被測定物Ａが２光子吸収などの多光子吸収を起こすものや、第２次高調波（SHG）を発生するものなど、非線形な反応を示すものに対しては、それらの反応が起こりやすい。その結果、例えば２光子吸収などを利用すればさらに高分解能化された画像化も可能になる。
　さらに、レーザ出力制御部１１がレーザ光の強度を三角関数に従って変化するように変調させるので、空間変調パターンの形成が容易になる。
　［第２実施形態］
　図５は、本発明の第２実施形態に係る画像生成装置１０１の構成を示すブロック図である。同図に示す画像生成装置１０１は、半導体デバイス等の被測定物に対して複数の空間変調パターンの照明光を照射し、それに応じて被測定物Ａから生じる反射光を光信号として検出し、その光信号の特性分布を基にして被測定物の高解像度パターン像を得るための装置である。この画像生成装置１０１の第１実施形態との相違点は、電気信号検出器７及び電気信号画像化部１７の代わりに、光信号検出器１０７及び光信号画像化部１１７を備える点である。
　すなわち、光信号検出器１０７は、被測定物Ａから生じる反射光等を光信号として検出する。例えば、光信号検出器１０７は、反射光の強度等の特性値を電気信号として出力する光電子増倍管や光電管等の光電変換器である。また、光信号画像化部１１７は、光信号検出器１０７によって検出された光信号の特性値に関する特性情報と、その特性値が検出された時の被測定物Ａ上のレーザ光の照射位置情報とが対応付けられた特性分布情報から、複数の特性分布情報を含む２次元特性画像(特性画像)を、複数の空間変調パターンごとに生成する。
　図６には、画像生成装置１０１の光信号検出器１０７の周辺の詳細構成を示している。同図に示すように、光ファイバで構成されるレーザ光源３の出射口及び光信号検出器１０７と、レーザスキャナ５の間にはビームスプリッタ３１が配置されている。このビームスプリッタ３１は、レーザスキャナ５を経て入射する被測定物Ａからの反射光および散乱光を透過して光信号検出器１０７に導くと同時に、レーザ光源３からのレーザ光を反射してレーザスキャナ５を経由して被測定物Ａ側に導くことにより、反射光および散乱光の光路をレーザ光の光路と分離する。このようなビームスプリッタ３１としては、反射率および透過率が１：１の関係を有するハーフミラーや８：２等の所定の関係を有するものが用いられる。また、レーザ光が所定の偏光成分を有する場合には、ビームスプリッタ３１として、偏光ビームスプリッタを用いることもできる。この場合は、偏光ビームスプリッタと対物レンズ２５との間に、１／４波長板を挿入する。これにより、偏光ビームスプリッタ側から直線偏光のレーザ光が入射した場合に、円偏光に変換して被測定物Ａに照射することができるとともに、被測定物Ａからの反射光が再び１／４波長板を透過する際に、その反射光を入射時とは９０度異なる直線偏光に変換することができる。その結果、反射光を偏光ビームスプリッタに透過させて光信号検出器１０７側に導くことができる。
　また、光信号検出器１０７とビームスプリッタ３１との間には、空間フィルタ３５と集光レンズ３３とが配置されている。空間フィルタ３５は、レーザ光源３のファイバの端面と共役な位置に置かれて共焦点光学系を形成し、そのフィルタ径がファイバ端面と共役な面に作られるビームスポット径とほぼ等しくなるように設定されている。この空間フィルタ３５は、被測定物Ａから光学系を経て戻ってきた反射散乱光のうち、焦点から外れた部分からの反射散乱成分を遮断する。
　以上説明した画像生成装置１０１によれば、被測定物Ａへの空間変調パターンの照射に伴って生じる反射散乱光の特性を、被測定物における分解能が向上されたパターン像として取得することができる。それに加えて、変調パターン制御部１５の制御によって、被測定物に照射する照明光の空間変調パターンの位相および向きを容易に変更することができ、所望の位置および向きの高解像度イメージ画像を素早く得ることができる。
　［第３実施形態］
　図７は、本発明の第３実施形態に係る画像生成装置２０１の構成を示すブロック図である。同図に示す画像生成装置２０１は、細胞等の被測定物に対して複数の空間変調パターンの励起光を照射し、それに応じて被測定物Ａから生じる微弱な蛍光を光信号として検出し、その光信号の特性分布を基にして被測定物の高解像度パターン像を得るための装置である。この画像生成装置２０１は、光信号検出器の周辺の構成が第２実施形態と異なる。
　すなわち、光信号検出器２０７としては、微弱な蛍光の強度等の特性値を電気信号として出力することが可能な光電子増倍管等の光電変換器が用いられる。また、図８に示すように、レーザ光源３の出射口及び光信号検出器２０７と、レーザスキャナ５の間にはビームスプリッタの代わりにダイクロイックミラー４１が配置される。このダイクロイックミラー４１は、レーザスキャナ５を経て入射する被測定物Ａからの蛍光を透過して光信号検出器２０７に導くと同時に、レーザ光源３からのレーザ光を反射してレーザスキャナ５を経由して被測定物Ａ側に導くことにより、蛍光の光路をレーザ光の光路と分離する。このダイクロイックミラー４１は、励起光をレーザスキャナ５に向けて反射し、被測定物Ａから生じた蛍光を透過する機能を有し、短波長反射および長波長透過の光学特性を有する誘電体多層膜を含むミラーである。
　また、レーザ光源３とダイクロイックミラー４１との間には、励起波長選択用フィルタ４３が設けられている。この励起波長選択用フィルタ４３は、被測定物Ａの蛍光励起特性に合わせ、レーザ光源３の波長からその特性に合う波長を選択するために設けられる。
　さらに、光信号検出器２０７とダイクロイックミラー４１との間には、バリアフィルタ４５が設けられる。このバリアフィルタ４５は、光信号検出器２０７による蛍光の検出時に、光信号検出器２０７に向けて励起光が到達しないように励起光をカットする。このバリアフィルタは、励起光の波長成分を吸収、反射することによりカットし、蛍光の波長成分を透過させる性質を有し、長波長透過性を有するハイパスフィルタ、又は、蛍光の波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタである。
　このような画像生成装置２０１によれば、被測定物Ａへの空間変調パターンの照射に伴って生じる蛍光の特性を、被測定物における分解能が向上されたパターン像として取得することができる。それに加えて、変調パターン制御部１５の制御によって、被測定物に照射する照明光の空間変調パターンの位相および向きを容易に変更することができ、所望の位置および向きの高解像度イメージ画像を素早く得ることができる。
　なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、被測定物Ａに照射される空間変調パターンのコントラストを上げるために、照明光を導光するための光学系の構成として、図９に示すような構成を採用してもよい。
　詳細には、レーザ光源３とレーザスキャナ５との間にアキシコン２１１およびコンバータレンズ２１２を挿入してもよい。アキシコン２１１は、円錐形のプリズムであり、レーザ光源３から出射された断面円形の平行ビームを断面がリング状のビームに変換する光学素子である。コンバータレンズ２１２は、アキシコン２１１から出射されたリング状のビームをレーザスキャナ５上に円周状に投影させるレンズである。このような照明光用の光学系を用いることで、レーザ光源３からのレーザ光を対物レンズ２５の瞳位置でリング状に形成することができる。これにより、被測定物Ａの表面でのレーザ光スポットの半値幅を小さくすることができ、レーザビームをエアリディスク径で走査する場合の空間変調パターンのコントラストの低下を防止することができる。
　また、画像生成装置１，１０１，２０１のレーザ光源３としては、図１０に示すように、被測定物Ａにおける２光子励起等の多光子励起を観察可能な構成が採用されてもよい。具体的には、レーザ光源３として、被測定物Ａにおいて２光子吸収が可能な波長を発光波長として含む超短パルスレーザ３ａと、その出力を変調させるレーザ変調器３ｂとから成る構成を採用し、レーザ光源３とレーザスキャナ５の間にレーザ光から所望の波長成分を選択する励起波長選択用フィルタ３０１を挿入する。２光子励起は本来の励起光の波長の２倍の波長の２つの光子によって電子が励起されて蛍光を発する現象である。そのため、励起波長選択用フィルタ３０１は、蛍光試料の励起波長の２倍の波長の光を透過させるように機能する。このようなレーザ光源３を用いれば、波長の長いエネルギの低い光を使えるため、試料に与えるダメージを抑え、しかも、試料透過性もよく、深いところまで光を到達させ、２光子吸収の特徴である、励起個所の３次元局所性を生かした励起ができる。また、２光子励起の特徴として、２倍の波長でありながら、１倍の波長と同等の分解能が得られ、さらに本技術と組み合わせることで、高解像度化が期待できる。
　なお、図１０に示したレーザ光源３の構成を、画像生成装置２０１と組み合わせて使用した場合には、ダイクロイックミラー４１及びバリアフィルタ４５をその機能が異なるものに変更する必要がある。すなわち、ダイクロイックミラー４１としては、レーザ光源３側から入射した長波長の励起光をレーザスキャナ５に向けて反射し、被測定物Ａから生じた短波長の蛍光を透過するような機能を有し、長波長反射および短波長透過の光学特性を有するダイクロイックミラーが使用される。また、バリアフィルタ４５としては、励起光の長波長成分を吸収、反射することによりカットし、蛍光の短波長成分を透過させる性質を有し、短波長透過性を有するローパスフィルタ、又は、蛍光の波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタが使用される。
　ここで、検出部は、被測定物から生じる電気信号を検出し、信号生成部は、照明光の照射位置情報と、電気信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成する、ことが好適である。この場合、被測定物へのレーザ光の照射に伴って生じる光起電流値等の電気特性を、被測定物におけるパターン像として取得することができ、半導体等の電気素子の特性解析の精度を向上させることができる。
　また、検出部は、被測定物から生じる光信号を検出し、信号生成部は、照明光の照射位置情報と、光信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成する、ことも好適である。かかる構成を採れば、被測定物へのレーザ光の照射に伴って生じる反射光や蛍光等の光の特性を、被測定物における分解能が向上されたパターン像として取得することができる。
　さらに、レーザ光源からのレーザ光は、被測定物において多光子吸収が可能な波長を含む、ことも好適である。こうすれば、被測定物に与える効果は、スポット形状を、2光子であれば2乗、3光子であれば3乗したものと同等となり、発生する信号は実効的に小さなスポットでスキャンしたと同じ事となり、変調の縞を細かくすることができ、分解能をさらに向上させることが可能となる。
　またさらに、レーザ変調部は、レーザ光の強度を三角関数に従って変化するように変調させることも好適である。かかるレーザ変調部を備えれば、空間変調パターンの形成が容易になる。
　本発明は、被測定物に空間変調された光を照射することにより画像を生成する画像生成装置を使用用途とし、簡易な装置構成で分解能が向上された試料のパターン像を得ることができるものである。
　１，１０１，２０１…画像生成装置、３…レーザ光源、５…レーザスキャナ（レーザ走査部）、７…電気信号検出器（検出部）、１１…レーザ出力制御部（レーザ変調部）、１５…変調パターン制御部、１７…電気信号画像化部（信号生成部）、１９…画像データ演算部（画像処理部）、１０７，２０７…光信号検出器（検出部）、１１７…光信号画像化部（信号生成部）、Ａ…被測定物。

Claims (5)

  1. 　被測定物の画像を生成する画像生成装置であって、
    　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光の強度を変調させるレーザ変調部と、
    　前記レーザ光の前記被測定物への照射位置を走査するレーザ走査部と、
    　前記被測定物に複数の空間変調パターンの照明光を照射するように、前記レーザ変調部及び前記レーザ走査部を制御する制御部と、
    　前記複数の空間変調パターンの照明光の照射に応じて前記被測定物から生じる信号を検出する検出部と、
    　前記制御部によって制御された前記照明光の照射位置に関する照射位置情報と、前記照射位置における前記レーザ光の照射に応じて前記検出部によって検出された信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成し、前記空間変調パターンに対応して複数の前記特性分布情報を含む２次元特性画像を生成する信号生成部と、
    　複数の前記空間変調パターンに対応して生成した複数の前記２次元特性画像を基に、前記被測定物のパターン画像を生成する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする画像生成装置。
  2. 　前記検出部は、前記被測定物から生じる電気信号を検出し、
    　前記信号生成部は、前記照明光の前記照射位置情報と、前記電気信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成する、
    ことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
  3. 　前記検出部は、前記被測定物から生じる光信号を検出し、
    　前記信号生成部は、前記照明光の前記照射位置情報と、前記光信号の特性に関する特性情報とが対応付けられた特性分布情報を生成する、
    ことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
  4. 　前記レーザ光源からの前記レーザ光は、被測定物において多光子吸収が可能な波長を含む、
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の画像生成装置。
  5. 　前記レーザ変調部は、前記レーザ光の強度を三角関数に従って変化するように変調させる、
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の画像生成装置。
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