JPH01282515A - Beam scanning type optical microscope - Google Patents
Beam scanning type optical microscopeInfo
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- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明はビーム走査型光学顕微鏡に係り、特に走査型カ
ラー光学顕微鏡に適した安価な走査機構を有するビーム
走査型光学顕微鏡に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a beam scanning optical microscope, and particularly to a beam scanning optical microscope having an inexpensive scanning mechanism suitable for a scanning color optical microscope. Regarding.
(従来の技術)
従来より、光学顕微鏡の性能をより向上させる手段とし
て、共焦点光学系を用い、細く絞った光ビームで試料を
走査し、ビーム反射光の強度分布からその、光学像を得
る走査型光学顕微鏡が知られている。このように共焦点
光学系を使用することで、分解能が良くコントラストの
高い映像を得ることができる。(Prior art) Conventionally, as a means to further improve the performance of an optical microscope, a confocal optical system has been used to scan a sample with a narrowly focused light beam and obtain an optical image of the sample from the intensity distribution of the beam reflected light. Scanning optical microscopes are known. By using a confocal optical system in this way, it is possible to obtain images with good resolution and high contrast.
このビーム走査型光学顕微鏡では、その光源として、細
い光ビームを得易いことから一般にレーザ光が使用され
ており、また、多色(一般には赤緑青の3色)の光ビー
ムを用いることによってカラーの像を得ることが可能で
ある。This beam-scanning optical microscope generally uses laser light as its light source because it is easy to obtain a narrow light beam, and also uses a polychromatic (generally three colors of red, green, and blue) light beam to create a color image. It is possible to obtain an image of
一方、リアルタイムで像を得るためには、一般にテレビ
ジョンで用いられているフレーム数程度の走査速度が求
められる。On the other hand, in order to obtain an image in real time, a scanning speed comparable to the number of frames generally used in television is required.
この光ビームを走査する方法としては、ガルバノメータ
(振動ミラー)または、ポリゴン・ミラー(多角形回転
ミラー)等を用いて走査する方法が知られているが、ガ
ルバノメータは安価であるものの、一般に走査速度を高
くすることが難かしく垂直走査に用いることは可能であ
っても、水平走査に使用することは困難であった。Known methods for scanning this light beam include scanning using a galvanometer (vibrating mirror) or polygon mirror (polygon rotating mirror), but although galvanometers are inexpensive, they generally have a low scanning speed. Although it is possible to use it for vertical scanning, it is difficult to use it for horizontal scanning.
またポリゴン・ミラーはガルバノメータよりも高速な走
査能力を持ち、水平走査にも対応可能であるが、形状が
大きく、比較的高価な上、高倍率使用時に曲転ミラーの
振動が画面を劣化させるという問題があった。Additionally, polygon mirrors have faster scanning capabilities than galvanometers and can also handle horizontal scanning, but they are large and relatively expensive, and the vibrations of the curved mirror degrade the screen when used at high magnification. There was a problem.
そこで、垂直走査にはガルバノメータを用い、水平走査
には極めて高価であるが、高速走査が可能でかつ機械的
可動部のない音響光学偏光素子(以下、A OD :
Aeoust 0ptic Device )を使用す
る構成としたものが一般的である。Therefore, a galvanometer is used for vertical scanning, and an acousto-optic polarizing element (hereinafter referred to as AOD), which is extremely expensive but capable of high-speed scanning and has no mechanically moving parts, is used for horizontal scanning.
A typical configuration uses an optical device (Aeoust Optical Device).
ところで、AODはその走査角度(偏向角度)が使用す
る光の波長に依存するため、従来のビーム走査型光学顕
微鏡では、カラー映像を得る場合には、3色の光ビーム
を夫々別鳥のAODにより偏向し、偏向した後に上記各
光ビームを同一光軸上に重ね合わせてから、垂直走査用
のガルバノメータに入射させる方法を用いている。By the way, since the scanning angle (deflection angle) of an AOD depends on the wavelength of the light used, in conventional beam scanning optical microscopes, when obtaining color images, the three color light beams are separated from the AOD of different birds. After being deflected, the above-mentioned light beams are superimposed on the same optical axis, and then the light beams are made to enter a vertical scanning galvanometer.
従って、試料からの反射光の検出器も、3色の光ビーム
の反射光に対応して夫々1つずつ備えられていた。Therefore, one detector for the reflected light from the sample was also provided, one for each of the three colors of light beams reflected from the sample.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、水平走査用の偏向素子例えばAODは非
常に高価であり、上述したように従来のビーム走査型光
学−顕微鏡では、この高価な偏向器を複数色例えば3色
の光ビーム毎に用いる必要があることから、装置全体の
価格が非常に高価なものになるという問題があった。さ
らに、試料からの反射光の検出器もまた・ビームの色数
例えば3色分必要であるため、益々価格上昇を招くとい
う問題があった。また、このように複数系列の光学系を
備えるということは、装置構成の繁雑化、光学系の調整
作業の複雑化を招くという欠点もあった。(Problem to be Solved by the Invention) However, a deflection element for horizontal scanning, such as an AOD, is very expensive, and as described above, in the conventional beam scanning optical microscope, this expensive deflector is used for multiple colors, for example, Since it is necessary to use each color of light beam, there is a problem in that the cost of the entire device becomes very expensive. Furthermore, since the detector for the reflected light from the sample also requires a beam of three colors, for example, there is a problem in that the price increases further. Furthermore, having multiple optical systems in this manner has the drawback of complicating the device configuration and complicating the adjustment work for the optical systems.
本発明は上述した問題を解決するためになされ、たちの
で、高価な光学偏向素子を極力少なくするとともに検出
光学系の・簡、素、化が可能な構成とし、装置構成の簡
素化により装置全体のコスト低減、装置調整作業の簡略
化が可能なビーム走査型光学顕微鏡を提供することを・
目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems.The present invention has been made to reduce the number of expensive optical deflection elements as much as possible, and to simplify the detection optical system. We aim to provide a beam scanning optical microscope that can reduce costs and simplify equipment adjustment work.
purpose.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明のビーム走査型光学顕微鏡は、光ビームにより試
料を走査照射し、前記光ビームの試料からの反射光の強
度分布に基づいて前記試料の光学像を得るビーム走査型
光学顕微鏡において、複数色の光ビームを出力するビー
ム出力機構と、前記ビーム出力機構からの複数のビーム
光に夫々対応して設けられ、該ビーム光の強度を各色毎
に制御する輝度変調素子と、前記各輝度変調素子により
輝度変調されたビーム光を同一光軸に対し夫々所定の角
度で重ね合わせるビーム合成光学系と、前記ビーム合成
光学系により合成されたビーム光を前記試料面に対し2
次元的に走査するビーム偏向機構と、前記ビーム偏向機
構から出力されたビーム光を試料表面に集束させる集束
光学系と、前記試料からのビーム反射光を取出し該反射
光の光強度を検出する反射光検出機構と、前記各輝度変
調素子の駆動を所定の周期で時分割制御するとともに、
前記所定の周期に基づいて前記ビーム偏向機・構の駆動
を制御して所望のビーム走査を行う制御部と、前記ビー
ム走査周期と同期して前記反射光検出機構からの出力を
読取り多色画像を得る画像処理機構とを有することを特
徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The beam scanning optical microscope of the present invention scans and irradiates a sample with a light beam, and scans and irradiates the sample with a light beam based on the intensity distribution of reflected light from the sample. In a beam scanning optical microscope that obtains an optical image, a beam output mechanism that outputs a plurality of color light beams is provided corresponding to each of the plurality of beams from the beam output mechanism, and the intensity of the beam is adjusted for each color. a beam combining optical system that superimposes the beams modulated in brightness by each of the brightness modulating elements at a predetermined angle with respect to the same optical axis; and a beam combined by the beam combining optical system. 2 beams of light to the sample surface
a beam deflection mechanism that scans dimensionally; a focusing optical system that focuses the beam light output from the beam deflection mechanism on the sample surface; and a reflection system that extracts beam reflected light from the sample and detects the light intensity of the reflected light. Time-divisionally controlling the drive of the photodetection mechanism and each of the brightness modulation elements at a predetermined period,
a control unit that controls driving of the beam deflection mechanism/mechanism based on the predetermined cycle to perform desired beam scanning; and a control unit that reads the output from the reflected light detection mechanism in synchronization with the beam scanning cycle to form a multicolor image. The invention is characterized in that it has an image processing mechanism that obtains.
ビーム偏向機構としては、光偏向素子例えばAODを、
少なくとも高速走査側のビーム偏向系に用いるのが好適
である。As the beam deflection mechanism, an optical deflection element such as an AOD,
It is preferable to use it at least in a beam deflection system on the high-speed scanning side.
(作 用)
本発明では、複数色の光源からの光ビームを高速に択一
する光学系を備えることにより、垂直および水平走査光
学系を1組とし、さらには、試料からの反射光検出器を
も前記光ビームを択一する光学系と同期して時分割使用
することにより、安価で調整の容易なビーム走査型光学
顕微鏡用の光学系が得られる。(Function) In the present invention, by providing an optical system that selects light beams from light sources of multiple colors at high speed, a set of vertical and horizontal scanning optical systems is provided, and furthermore, a set of vertical and horizontal scanning optical systems is provided. By time-divisionally using the optical system in synchronization with the optical system that selects the light beam, an inexpensive and easily adjustable optical system for a beam scanning optical microscope can be obtained.
(実施例)
以下、本発明を走査型カラー光学顕微鏡の光学系に適用
した実施例について図を参照して説明する。(Example) Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an optical system of a scanning color optical microscope will be described with reference to the drawings.
本実施例ではビーム光源として3色のレーザ光源1.2
.3を用い、これら3色の光源には、例えば夫々の色毎
に対応した単色のレーザ光源例えば、赤はHe−Neレ
ーザ(波長833 nm) s緑はArレーザ(波長5
15 nm) 、青はHe−Cdレーザ(波長441.
8nm)を各々用いてもよいし、何本かの発振スペクト
ルを有するレーザ光を分光して得る場合には、例えば、
赤は11 e −N eレーザ(波長833 nl6)
から得、緑と青はArレーザ(波長515 runと4
88 r+m)を分光して得てもよい。また、光3源色
の同時発振が可能なRGBレーザを用いてもよい。In this embodiment, three color laser light sources 1 and 2 are used as beam light sources.
.. For example, red is a He-Ne laser (wavelength: 833 nm); green is an Ar laser (wavelength: 5 nm).
15 nm), blue is a He-Cd laser (wavelength 441.
8 nm) may be used individually, or when obtaining laser beams having several oscillation spectra by spectroscopy, for example,
Red is 11e-Ne laser (wavelength 833nl6)
Green and blue are obtained from Ar laser (wavelength 515 run and 4
88 r+m) may be obtained by spectroscopy. Furthermore, an RGB laser capable of simultaneous oscillation of three light source colors may be used.
各々の光源1.2.3から出力されたビーム光aは、夫
々集光レンズ4.5.6により、光学変調素子例えばp
、 OM (A OM : Acoust Optic
Modulator ) 7.8.9の変調中心に焦点
を結ぶように集束される。これは、AOMの性質上、光
ビーム径が小さい程、高速に輝度変調することができる
ことによる。The light beam a output from each light source 1.2.3 is transmitted through a condenser lens 4.5.6 to an optical modulation element such as p
, OM (A OM: Acoust Optic
Modulator) 7.8.9 is focused to the modulation center. This is because, due to the nature of the AOM, the smaller the light beam diameter, the faster the brightness modulation can be performed.
この3個のAOM7.8.9には、図示を省略した制御
回路から、高周波電気信号が送られ、この高周波電気信
号に基づいて3色のビーム光aを時間的に順次切換える
(1色を選ぶ)ように制御される。A high-frequency electric signal is sent to these three AOMs 7.8.9 from a control circuit (not shown), and based on this high-frequency electric signal, the three color beams a are sequentially switched over time (one color is controlled).
この制御は、基本的には複数色のうちの1色を選ぶため
のスイッチ動作であるが、さらにAOMの高周波信号の
強度を変えることによりその回折効率を変化させること
ができる性質を利用することで、各色光源の強度差の補
正(時間変化も含む)や、AODの偏向角による透過率
の違いの補正、さらに試料の反射率に対応した照度調整
等を行わせることが可能となる。This control is basically a switch operation to select one of multiple colors, but it also takes advantage of the property that the diffraction efficiency can be changed by changing the intensity of the AOM's high-frequency signal. This makes it possible to correct differences in intensity between color light sources (including changes over time), correct differences in transmittance due to the deflection angle of the AOD, and adjust illuminance in accordance with the reflectance of the sample.
こうしてAOM7.8.9を異なるタイミングで通過し
た3色夫々の色のビーム光は、夫々レンズ系10.11
.12で所定の照射角の平行光例えば後述する光偏向素
子例えばAODの入射ひとみに合わせた大きさの平行光
に整形されて、ミラー13.14.15により、各色の
光ビーム波長によって定まる所望の角度にてAOD 1
6に入射される。上記各ミラー13.14.15は、夫
々光11iX1.2.3からのビーム光のみを反射して
、他の波長の光は透過する波長選択性を有するグイクロ
イックミラーである。In this way, the beams of each of the three colors that passed through the AOM 7.8.9 at different timings are transmitted to the lens systems 10.11 and 10.11.
.. At step 12, parallel light having a predetermined irradiation angle is shaped into a parallel light having a size that matches the entrance pupil of an optical deflection element, for example, an AOD, which will be described later. AOD 1 at angle
6. Each of the mirrors 13, 14, 15 is a guichroic mirror having wavelength selectivity that reflects only the beam light from the light beam 11iX1.2.3 and transmits light of other wavelengths.
AOD16には、図示を省略した制御回路から、光ビー
ムの偏向用の高周波電気信号が与えられており、この高
周波電気信号を変化させることにより、入射したビーム
光を所定の方向へ偏向させることができる。A high frequency electric signal for deflecting the light beam is given to the AOD 16 from a control circuit (not shown), and by changing this high frequency electric signal, the incident light beam can be deflected in a predetermined direction. can.
ところで、AOD16は、その偏向角度が入射光に対し
て波長依存性を有するため、ビーム光の波長に対応して
入射角度を決定するとともに、偏向用の高周波電気信号
の周波数も変える必要がある。即ち、同じ角度の走査を
行うためには、例えば赤では584MHzから94.7
MHz 、緑では75.5MHzから120.5MHz
、青では82.7MHzから132.3MHzというよ
うに印加周波数を変えて走査するよう制御する。このと
きの各色による周波数域の切換えは、上記AOM7.8
.9による3色のビーム光の切換えタイミングと同期し
て行われる。例えば、AOM7.8.9で赤のビーム光
が選択された場合には、該ビーム波長に対応した高周波
電気信号例えば58.3MIIzから94.7MHzの
周波数域で走査が行われる。By the way, since the deflection angle of the AOD 16 has wavelength dependence with respect to the incident light, it is necessary to determine the incident angle in accordance with the wavelength of the beam light and also change the frequency of the high-frequency electric signal for deflection. That is, in order to scan at the same angle, for example, for red, the frequency is 584 MHz to 94.7 MHz.
MHz, from 75.5MHz to 120.5MHz in green
For blue, scanning is controlled by changing the applied frequency from 82.7 MHz to 132.3 MHz. At this time, the switching of the frequency range for each color is performed using the AOM7.8 described above.
.. This is done in synchronization with the switching timing of the three color beams by 9. For example, when a red beam light is selected in AOM 7.8.9, scanning is performed using a high frequency electrical signal corresponding to the beam wavelength, for example, in a frequency range from 58.3 MIIz to 94.7 MHz.
こうしてAODl 6で一次元走査例えば水平方向走査
された光ビームbは、その偏向中心位置、即ちAODl
6の偏向中心位置を垂直方向走査系の偏向中心位置に
リレーするためのリレーレンズ17を通り、ハーフミラ
−18を透過して垂直方向走査系例えばガルバノメータ
19の偏向中心に入射される。In this way, the light beam b that has been one-dimensionally scanned, for example, in the horizontal direction, by the AODl 6 is located at its deflection center position, that is, the AODl
The beam passes through a relay lens 17 for relaying the deflection center position of No. 6 to the deflection center position of a vertical scanning system, is transmitted through a half mirror 18, and is incident on the deflection center of a vertical scanning system, for example, a galvanometer 19.
ガルバノメータ19では、入射したビーム光すをさらに
AODl6による走査方向と直交方向例えば垂直方向に
走査して2次元的に走査されたビーム光とする。In the galvanometer 19, the incident light beam is further scanned in a direction perpendicular to the scanning direction by the AOD 16, for example, in a vertical direction, to form a two-dimensionally scanned light beam.
ところで、ガルバノメータ19は機械的な走査を行う構
造であることから、高速な走査には適さず、本実施例で
は、通常のテレビジョンの走査で言う垂直走査を行わせ
、水平方向走査をAODl6により行わせた。即ち、図
示を省略した制御回路により、AODl 6による所望
の水平走査回数の間に1回の垂直走査を行う如くガルバ
ノメータ19が回転させられる。By the way, since the galvanometer 19 has a structure that performs mechanical scanning, it is not suitable for high-speed scanning.In this embodiment, the galvanometer 19 performs vertical scanning, which is the same as normal television scanning, and horizontal scanning is performed by AOD16. I made it happen. That is, a control circuit (not shown) rotates the galvanometer 19 so as to perform one vertical scan during a desired number of horizontal scans by the AODl 6.
こうして、2次元走査されたビーム光Cは、その偏向中
心位置、即ちガルバノメータ19の偏向中心位置を対物
レンズ22の入射ひとみ位置にリレーするための第2の
リレーレンズ20を通り、ハーフミラ−21を透過して
対物レンズ22の入射ひとみに角度情報を持った平行光
の状態で入射し、該対物レンズ22によって試料23上
に2次元に走査照射される絞られた光点として結像され
る。In this way, the two-dimensionally scanned beam C passes through the second relay lens 20 for relaying its deflection center position, that is, the deflection center position of the galvanometer 19 to the entrance pupil position of the objective lens 22, and passes through the half mirror 21. The light passes through and enters the entrance pupil of the objective lens 22 in the form of parallel light with angular information, and is imaged by the objective lens 22 as a narrowed light spot that is scanned and irradiated two-dimensionally onto the sample 23.
そして、試料23からのビーム反射光dは、ビーム光の
光路の可逆性から、対物レンズ22、ハーフミラ−21
、第2のリレーレンズ20、ガルバノメータ19を通過
した後、ハーフミラ−18でその一部が反射されて、結
像レンズ24を経て、検出器25に結像する。The reflected light beam d from the sample 23 is transmitted through the objective lens 22 and the half mirror 21 due to the reversibility of the optical path of the beam light.
, the second relay lens 20 and the galvanometer 19, a portion of it is reflected by the half mirror 18, passes through the imaging lens 24, and forms an image on the detector 25.
ここで、ビーム光がガルバノメータ19を往路復路とも
通過する構成としているため、垂直走査はキャンセルさ
れ、検出器25上に結像する光点の軌跡は、水平方向走
査成分のみの軌跡となる。Here, since the beam light passes through the galvanometer 19 both in the forward and backward directions, the vertical scanning is canceled and the locus of the light spot imaged on the detector 25 is a locus of only the horizontal scanning component.
検出器25は、例えばフォト・ダイオードのような像(
例えばスポット)の位置に不感な単眼の検出器であって
も、CCDラインセンサのような走査方向に対して受光
部を列設したものでも良い。The detector 25 is configured to detect an image (such as a photodiode), for example.
For example, it may be a monocular detector that is insensitive to the position of a spot, or it may be a CCD line sensor in which light receiving sections are arranged in a row in the scanning direction.
単眼の検出器の場合は、−回の水平走査の間に所定のタ
イミングで所望の回数だけ(水平ビクセル数だけ)検出
器の出力をサンプリングし、CCDラインセンサ等の場
合には、−回の水平走査が終るたびにセンサの持ってい
る水平ビクセル数に等しい情報を引出すように制御する
。In the case of a monocular detector, the output of the detector is sampled a desired number of times (the number of horizontal pixels) at a predetermined timing during - times of horizontal scanning, and in the case of a CCD line sensor, etc., the output of the detector is sampled during - times of horizontal scanning. Control is performed to extract information equal to the number of horizontal pixels possessed by the sensor each time a horizontal scan is completed.
以上を色を変えながら行った2次元走査により得られた
映像を重ね合わせることにより、カラーの像が得られる
。A color image is obtained by superimposing the images obtained by two-dimensional scanning while changing the colors.
ところで、色を切換えるタイミング即ち、AOM7.8
.9によるビーム切換えタイミングとしては種々考えら
れるが、垂直走査用のガルバノメータ19の応答が遅い
ことから単色の2次元像を3面撮像して1枚のカラー像
とすると、フレーム速度が速くとれないことと、AOD
l 6がAOM7.8.9はど速い応答ができないこと
から、各ピクセルごとに3色のデータをとると色切換え
に要する時間が無視できなくなることとにより、第2図
に示したように一回の水平走査ごとに色を変えることが
効率が良い。即ち、1回の垂直走査の間に3色を順次切
換えながら所望の本数の水平走査を行えば良い。By the way, the timing of switching colors, that is, AOM7.8
.. Various timings can be considered for the beam switching timing by 9, but since the response of the vertical scanning galvanometer 19 is slow, the frame speed cannot be fast if three monochromatic two-dimensional images are captured to form one color image. and AOD
Since AOM7.8.9 cannot provide a fast response, the time required for color switching cannot be ignored if three color data are taken for each pixel. It is efficient to change the color every horizontal scan. That is, a desired number of horizontal scans may be performed while sequentially switching the three colors during one vertical scan.
一方、補助的観察手段として、本実施例では、白色光源
27、ハーフミラ−21,26、三眼鏡筒28からなる
補助観察機構を具備している。On the other hand, as an auxiliary observation means, in this embodiment, an auxiliary observation mechanism consisting of a white light source 27, half mirrors 21 and 26, and a trinocular tube 28 is provided.
白色光源27から出力された光は、ハーフミラ−26を
通って試料23の表面に照射される。試料23で反射し
た光は、ハーフミラ−21,26の順に反射されて三眼
鏡筒28に至る。ここで、レーザ光と白色光とを同時に
試料に照射すると、走査型カラー光学顕微鏡としての性
能が低下することから、本来のレーザ光によるn1定系
と補助観察系とは択一的に使用する。The light output from the white light source 27 passes through the half mirror 26 and is irradiated onto the surface of the sample 23. The light reflected by the sample 23 is reflected by the half mirrors 21 and 26 in this order, and reaches the trinocular tube 28. Here, if the sample is irradiated with laser light and white light at the same time, the performance as a scanning color optical microscope will deteriorate, so the original n1 constant system using laser light and the auxiliary observation system should be used as an alternative. .
ここで、上述実施例に用いたAODの動作特性の一例に
ついて以下第3図を参照して説明する。Here, an example of the operating characteristics of the AOD used in the above embodiment will be described below with reference to FIG. 3.
AOD 16には各色(波長)によって最適な入射角が
あり、一方、各色によって走査(偏向)に必要な高周波
電気信号(超音波信号)の帯域が異なり、また走査範囲
が制限される。The AOD 16 has an optimal incident angle for each color (wavelength), but the band of high-frequency electrical signals (ultrasonic signals) necessary for scanning (deflection) differs depending on each color, and the scanning range is limited.
第3図は、3色(R,GSB)の出力走査範囲をなるべ
く重ねるように使用する場合のパラメータ例を示してい
る。FIG. 3 shows an example of parameters when output scanning ranges of three colors (R, GSB) are used so as to overlap as much as possible.
■ 入射角
■ 走査用超音波のf(周波数)
を各色で変えることになる。特に周波数fを変える必要
性から、RGBを同時に走査できないことになり、AO
Dによる3色時分割の必要性がでてく る 。■Angle of incidence■ The f (frequency) of the scanning ultrasonic waves will be changed for each color. In particular, the need to change the frequency f makes it impossible to scan RGB at the same time, so AO
The need for three-color time division using D arises.
例えば、AODの所定の偏向面Sに対する各R1G、B
レーザの入射角度θR1θG1θBの関係が、Gレーザ
を中心として、RレーザがGレーザに対してAOD側に
約0.2’ 、そしてBレーザがGレーザに対してRレ
ーザの反対側に約0.1°の入射角度であるとすれば、
各R,G、Bレーザに対してAODを夫々
R(50〜100MHz)、
G (75,5〜120.5MHz )、B (76〜
138MIIz)
の高周波で動作させれば、各色の偏向角は夫々、θR−
(例えば(2o8〜5.5” ) )、θG−(例えば
(3,3〜5.3°))、eD−C例えば(3,0〜5
.8” ) )となり、これら各色の偏向幅の共通部分
を取出して走査ビームとすればよい。For example, each R1G, B for a predetermined deflection surface S of the AOD
The relationship between the incident angles θR1θG1θB of the lasers is such that with the G laser at the center, the R laser is about 0.2' on the AOD side with respect to the G laser, and the B laser is about 0.2' on the opposite side of the R laser with respect to the G laser. If the angle of incidence is 1°, then
The AOD for each R, G, and B laser is set to R (50 to 100 MHz), G (75,5 to 120.5 MHz), and B (76 to 120.5 MHz), respectively.
When operated at a high frequency of 138MIIz), the deflection angle of each color is θR-
(e.g. (2o8~5.5")), θG- (e.g. (3,3~5.3°)), eD-C e.g. (3,0~5
.. 8'')), and the common portion of the deflection widths of these colors can be taken out and used as a scanning beam.
本実施例では、上述説明の通り、光源がらの各色のレー
ザ光をAOM7.8.9により所定の周期で選択すると
ともに、該周期に同期したタイミングでAODへの高周
波電気信号の印加を変化させる方式により3色時分割制
御を行っている。In this embodiment, as explained above, the laser beam of each color from the light source is selected at a predetermined cycle by AOM7.8.9, and the application of high-frequency electrical signals to the AOD is changed at a timing synchronized with the cycle. This method performs three-color time-division control.
ところで、本発明の構成は、上述した実施例に限定され
るものではなく、例えば水平・垂直方向の走査を共にA
ODにより行う構成としてもよい。By the way, the configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the configuration of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
A configuration may also be adopted in which this is performed by OD.
以下、このような実施例について第4図を参照して説明
する。尚、第1図と同一部分には同一符号を付して重複
する部分の説明を省略する。Hereinafter, such an embodiment will be explained with reference to FIG. 4. Note that the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the explanation of the overlapping parts will be omitted.
第1図に示した第1の実施例と異なる点は、遅い方の走
査即ち本例における垂直走査にもAOD29を使用して
いる点である。The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the AOD 29 is also used for the slower scan, that is, the vertical scan in this example.
即ち、第1のAODl 6により水平方向に偏向された
ビーム光すをリレーレンズ17により第2のAOD31
に伝送し、該AOD31により垂直方向に走査して2次
元的に走査されたビーム光Cを得る構成とした。That is, the optical beam deflected in the horizontal direction by the first AODl 6 is transmitted to the second AOD 31 by the relay lens 17.
The AOD 31 scans in the vertical direction to obtain a two-dimensionally scanned beam C.
このような構成にすると、AOD31が効率を加味する
と光路の可逆性を有しないことから、試料23からの反
射光dを第2のAOD31を逆に透過させて検出するこ
とが困難となり、従ってハーフミラ−18をハーフミラ
−21と、リレーレンズ20との間に配設して、該ハー
フミラ−18の反射光軸上に結像レンズ24、検出器3
2からなる検出系を設ける。With such a configuration, since the AOD 31 does not have optical path reversibility when efficiency is taken into account, it becomes difficult to transmit the reflected light d from the sample 23 in the opposite direction through the second AOD 31 and detect it. -18 is arranged between the half mirror 21 and the relay lens 20, and the imaging lens 24 and the detector 3 are placed on the reflection optical axis of the half mirror 18.
A detection system consisting of 2 is provided.
このとき、検出器32上に結像する反射光の光点の軌跡
は、2次元的な軌跡となるため、前述節1の実施例のよ
うなCCDライン・センサ(−次元CCD素子)を用い
ることはできない。このため、検出器には単眼のフォト
・ダイオードまたは、2次元のCCDセンサ等を用いる
。At this time, the locus of the light spot of the reflected light that forms an image on the detector 32 becomes a two-dimensional locus, so a CCD line sensor (-dimensional CCD element) like the embodiment in Section 1 above is used. It is not possible. For this reason, a monocular photodiode, a two-dimensional CCD sensor, or the like is used as the detector.
その他、動作は第1図の実施例と同様であるが、本実施
例の場合は、水平・垂直走査ともにAODl6.31に
より行っているため、単に左右走査を光路上の上から下
に向がって順次行うだけでなく、AODl6.31の制
御回路の組み力次第で、縦・横もしくは上下逆の走査、
部分走査(画面の一部分のみの走査)、斜め走査、飛越
し走査等、種々の走査方法に容易に対応できる。In other respects, the operation is the same as that of the embodiment shown in Fig. 1, but in this embodiment, both horizontal and vertical scanning are performed by AODl6.31, so the left and right scanning is simply performed in the direction from the top to the bottom of the optical path. In addition to scanning sequentially, depending on the strength of the control circuit of the AODl6.31, it is possible to scan vertically, horizontally, or upside down.
It can easily accommodate various scanning methods such as partial scanning (scanning only a part of the screen), diagonal scanning, and interlaced scanning.
なお、本実施例においても、第5図に示すように、R6
83色の光は、tfml(7)AOD16i、1m対し
て前述第3図で示した角度で入射しなければならない。In addition, in this example as well, as shown in FIG.
The 83 colors of light must be incident on the 1 m tfml(7) AOD 16i at the angle shown in FIG. 3 above.
また、同時に、第1のAOD 16によって走査された
ビーム光すが直交方向の走査をする第2のAOD31に
対して前述した角度で入射するように、第1のAOD3
1に入射させるときに双方のAODl 6.31に対す
る角度を立体的につけておく必要がある。At the same time, the first AOD 31 is arranged such that the beam scanned by the first AOD 16 is incident on the second AOD 31 scanning in the orthogonal direction at the above-mentioned angle.
1, it is necessary to adjust the angle to both AODl 6.31 three-dimensionally.
さいわい、AODは走査方向(面)と直交する方向の角
度(仮想的反射面上に投影した角度)に対して数度程度
であればほとんど不感であるため、第1のAODl6に
入射する際、予め直交方向の第2のAOI)31に対す
る所定の角度をつけておくことが可能である。Fortunately, the AOD is almost insensitive to angles perpendicular to the scanning direction (plane) (angles projected onto the virtual reflective surface) of a few degrees, so when entering the first AOD 16, It is possible to set a predetermined angle with respect to the second AOI 31 in the orthogonal direction in advance.
またこの場合、第2のAOD31の入射ひとみでけられ
等が発生しないよう設計できれば2つのAODl6.3
1間のリレーレンズ17を省略することもできる。In this case, if the entrance pupil of the second AOD 31 can be designed so that vignetting etc. does not occur, the two AODs 6.3
It is also possible to omit the relay lens 17 between the two.
このように、水平・垂直両方向をAODl 6.31で
行うことにより、ビームの高速走査照射が可能となり、
また種々の走査方法に容易に対応することができる。In this way, by performing both horizontal and vertical directions at AODl 6.31, high-speed scanning irradiation of the beam is possible.
Moreover, it can easily correspond to various scanning methods.
[発明の効果コ
以上説明したように、本発明のビーム走査型光学顕微鏡
によれば、高価な光学偏向素子を極力少なくするととも
に検出光学系の簡素化が可能となり、装置構成の簡素化
により装置全体のコスト低減、装置調整作業の簡略化が
可能となる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the beam scanning optical microscope of the present invention, the number of expensive optical deflection elements can be minimized and the detection optical system can be simplified. It is possible to reduce the overall cost and simplify the device adjustment work.
第1図は本発明による実施例のビーム走査型光学顕微鏡
の構成を示す図、第2図はビーム走査の手順を説明する
ための図、第3図は実施例に用いるAODの動作の一例
を説明するための図、第4図は本発明の他の実施例の構
成を示す図、第5図はAODを2次元に組み合せた場合
の動作の一例を説明するための図である。
1.2.3・・・・・・レーザ光源、7.8.9・・・
・・・光変調素子(AOM) 、16・・・・・・光偏
向素子(AOD)、17・・・・・・リレーレンズ、1
9・・・・・・ガルバノメータ、20・・・・・・第2
のリレーレンズ、22・・・・・・対物レンズ、23・
・・・・・試料、24・・・・・・結像レンズ、25・
・・・・・検出器、27・・・・・・白色光源、28・
・・・・・3眼鏡筒、31・・・・・・第2の光偏向素
子(A OD)、32・・・・・・検出器。
出願人 東京エレクトロン株式会社
代理人 弁理士 須 山 佐 −
第1図
水平走査
サンプリング
番
第2図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a beam scanning optical microscope according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the beam scanning procedure, and FIG. 3 is an example of the operation of the AOD used in the embodiment. FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the operation when AODs are two-dimensionally combined. 1.2.3... Laser light source, 7.8.9...
... light modulation element (AOM), 16 ... light deflection element (AOD), 17 ... relay lens, 1
9... Galvanometer, 20... Second
Relay lens, 22...Objective lens, 23.
...Sample, 24...Imaging lens, 25.
...Detector, 27...White light source, 28.
. . . 3 spectacle tubes, 31 . . . second optical deflection element (AOD), 32 . . . detector. Applicant Tokyo Electron Co., Ltd. Agent Patent Attorney Sasa Suyama - Figure 1 Horizontal scanning sampling number Figure 2
Claims (1)
からの反射光の強度分布に基づいて前記試料の光学像を
得るビーム走査型光学顕微鏡において、 複数色の光ビームを出力するビーム出力機構と、前記ビ
ーム出力機構からの複数のビーム光に夫々対応して設け
られ、該ビーム光の強度を各色毎に制御する輝度変調素
子と、 前記各輝度変調素子により輝度変調されたビーム光を同
一光軸に対し夫々所定の角度で重ね合わせるビーム合成
光学系と、 前記ビーム合成光学系により合成されたビーム光を前記
試料面に対し2次元的に走査するビーム偏向機構と、 前記ビーム偏向機構から出力されたビーム光を試料表面
に集束させる集束光学系と、 前記試料からのビーム反射光を取出し該反射光の光強度
を検出する反射光検出機構と、 前記各輝度変調素子の駆動を所定の周期で時分割制御す
るとともに、前記所定の周期に基づいて前記ビーム偏向
機構の駆動を制御して所望のビーム走査を行う制御部と
、 前記ビーム走査周期と同期して前記反射光検出機構から
の出力を読取り多色画像を得る画像処理機構とを有する
ことを特徴とするビーム走査型光学顕微鏡。[Claims] A beam scanning optical microscope that scans and irradiates a sample with a light beam and obtains an optical image of the sample based on the intensity distribution of light reflected from the sample by the light beam, comprising: a beam output mechanism that outputs a beam, a brightness modulation element that is provided corresponding to each of the plurality of beam lights from the beam output mechanism and controls the intensity of the beam light for each color; and a brightness modulation element that is modulated by each of the brightness modulation elements. a beam combining optical system that superimposes the combined beams at predetermined angles with respect to the same optical axis; a beam deflection mechanism that two-dimensionally scans the beam beams combined by the beam combining optical system with respect to the sample surface; a focusing optical system that focuses the beam light output from the beam deflection mechanism on the sample surface; a reflected light detection mechanism that extracts the beam reflected light from the sample and detects the light intensity of the reflected light; and each of the brightness modulation elements. a control unit that time-divisionally controls the drive of the beam deflection mechanism at a predetermined cycle and controls the drive of the beam deflection mechanism based on the predetermined cycle to perform a desired beam scan; 1. A beam scanning optical microscope, comprising: an image processing mechanism that reads output from a photodetection mechanism and obtains a multicolor image.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63112721A JPH01282515A (en) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | Beam scanning type optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63112721A JPH01282515A (en) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | Beam scanning type optical microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01282515A true JPH01282515A (en) | 1989-11-14 |
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ID=14593864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63112721A Pending JPH01282515A (en) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | Beam scanning type optical microscope |
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Country | Link |
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