CN100449348C - 适用于分段像观察装置的图案形成部件 - Google Patents

Abstract

一种适用于分段像观察装置的图案形成部件，选择地向试样照射来自光源的光，扫描所述试样，取得来自所述试样的光，将其作为分段像，所述图案形成部件包括照射部和遮光部，在将所述照射部和所述遮光部的各自图案形成为直线状的同时，交互配置这些直线状图案。

Description

适用于分段像观察装置的图案形成部件

技术领域

本发明涉及适用于利用光来观察测定试样的微结构或三维形状的分段像观察装置的图案形成部件和使用该部件的分段(sectioning)像观察装置。

背景技术

以前，作为分段像观察装置，已知的是使用被称为尼普科夫(Nipkow)旋转盘的旋转盘的共焦点显微镜，该旋转盘以小孔径的10倍左右间隔将多个小孔螺旋状配置。

图1表示使用这种尼普科夫旋转盘的共焦点显微镜的简略构成，在卤素光源或水银光源等光源1发出的光的光路上，配置聚光透镜2、PBS(偏振光束分离器)3，在PBS3的反射光路上，通过尼普科夫旋转盘(下面称为旋转盘)4、第1成像透镜5、1/4波长板6、物镜7来配置试样8。在来自试样8的反射光的PBS3的透过光路上，通过第2成像透镜9来配置CCD相机10。在该CCD相机10的图像输出端子上连接监视器11，显示由CCD相机拍摄的图像。

这里，旋转盘4如图2所示，小孔4a的配置为螺旋状，各小孔的距离配置成小孔直径的10倍左右，通过旋转轴12连接在未图示的电机轴上，并以一定的旋转速度旋转。

在这种结构中，从光源1射出的光通过聚光透镜2后，经PBS3仅反射一定方向的偏振光成分，向以一定速度旋转的旋转盘4入射，通过该旋转盘4的小孔4a的光经过第1成像透镜5，由1/4波长板6变为圆偏振光，经物镜7向成像的试样8入射。从试样8反射的光经物镜7，再次形成与在1/4波长板6入射时垂直的偏振光方向，经第1成像透镜5将试样像投影在旋转盘4上。投影在旋转盘4上的试样像中，焦点聚合的部分通过小孔4a，并透过PBS3后，经第2成像透镜9，由CCD相机10进行拍摄。由CCD相机10拍摄的共焦点图像显示在监视器11中。

因此，在共焦点显微镜中，能够仅观察到通过旋转盘4的小孔4a的焦点聚合位置(高度)的像，通过上下(Z轴方向)移动焦点进行观察，可观察到试样8的每个高度的图像、即分段像。

在使用这种尼普科夫旋转盘的共焦点显微镜中，有必要在旋转盘上配置小孔，以便在肉眼的目视观察或CCD相机的拍摄中，使观察视场内的斑点不明显。即，有必要配置小孔，以便在人可识别的时间间隔(1/20-1/30秒左右)或CCD相机曝光时间(大于1/60或1/30秒)内，在试样的观察视场内一样地照射光。

为此，从前对小孔的配置提出了各种方案，例如，已知最简单的是螺旋状地、沿旋转盘的径向等角度配置多个小孔。但是，在这种小孔的配置中，因为在旋转盘的外周和内周上小孔的间距不同，所以在取得图像的亮度上产生明暗。

作为解决这种问题的方法，提出各种小孔的配置方案，用于降低取得图像的亮度光斑，使连接构成螺旋状排列的小孔列的多个小孔的中心的假想中心线的轨迹的径向间距和沿螺旋周向的间距配置成相等，或配置成构成多条小孔列的所有小孔的中心位置的半径均不同。

但是，对于前者的小孔配置，当旋转盘的中心与旋转轴正确一致时，观察视场内的像的亮度也变得一样，而当旋转盘的中心与旋转轴不一致时，在观察像内产生明暗的光斑。通常，因为小孔的直径非常小，为数十μm(以100倍下为45μm，以250倍下为100μm)左右，所以，为了在观察像中不会产生明暗的光斑，旋转盘的中心和偏离旋转中心都有必要为10μm以下，比小孔径小得多，因此，旋转盘上的小孔的形成、旋转盘的形状加工、对旋转轴的旋转盘的安装等都要求非常高的精度。

另外，对于后者的小孔配置，虽然改善了对于中心偏离而产生的观察像的明暗光斑，但仅是减轻光斑的程度，而不能完全消除光斑。

另外，在旋转盘上这样来形成小孔，是对配置小孔进行改进，以在所有试样的观察像中不产生明暗的光斑，因为正确确定了各小孔的配置，所以使用高精度制成的复杂图案，就可以进行小孔的位置确定。例如，在尼普科夫旋转盘中，在玻璃衬底上形成Cr或低反射Cr膜，其中对小孔图案进行掩模后进行蚀刻，该掩模也由使用与半导体制造相同的电子束的EB描绘装置来制作，因此在使用这种复杂的图案掩模时，存在旋转盘制作费用多而贵的问题。

作为解决这些问题的方法，如图3A所示，可以考虑在旋转盘14上形成直线状的透光部和遮光部交互排列后的直线图案部141与透过光的全透光部142，以及在这些直线图案部141和全透光部142之间各个扇形区域内的遮光部143、144，其中直线图案部141的透光部和遮光部的宽度与小孔的直径同样，为数10μm左右，如图3A和图3B所示，1∶1地形成旋转盘。

根据这种旋转盘，首先由CCD相机拍摄观察视场通过直线图案部141时的观察像，接着，由CCD相机拍摄通过全透光部142时的观察像。此时，在直线图案部141中拍摄的图像的透光部141a和遮光部141b各自的宽度比相等，所以不仅可得到焦点聚合的位置(高度)成分的像(共焦点图像成分)，而且还可得到焦点不重合位置(高度)成分的像(也透过非共焦点图像成分、加上这些成分的复合图像(包含非共焦点成分的共焦点图像))。通过从该复合图像中减去从全透光部142拍摄的明视场图像(仅非共焦点图像成分)，可得到仅焦点聚合的(位置(高度))成分的共焦点图像。另外，即使旋转盘的旋转中心偏离，在观察像中也不会产生明暗，并且，制作以直线状形成的透光部和遮光部交互排列后的直线图案部141的图案也因为是单纯的直线状图形，所以旋转盘的制作费用低廉

但是，对于图3A和图3B所示的旋转盘14，因为直线图案部141中的透光部和遮光部各自的宽度比为1∶1，所以交调失真(crosstalk)引起的非聚焦成分多。因此，当不进行减法运算时，不能期望具有仅当前焦点图像、即分段效果。因此，不能直接目视共焦点图像，而且需要用于图像处理的计算机这样的运算装置，使装置大型化，价格也变高，而且因为减法运算的两个图像是在不同的时间拍摄的，所以存在容易受到振动等外部干扰的影响等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于不会产生观察像的明暗光斑、可稳定观察优良的共焦点图像的分段像观察装置的图案形成部件。

本发明的第一方案的适用于分段像观察装置的图案形成部件，该分段像观察装置利用来自光源的光对试样进行扫描，所述图案形成部件包括：具有多个区域的旋转盘，所述多个区域中的每一个都包括交替设置的透光部和遮光部以形成直线形图案；围绕可刻在所述旋转盘上的所有同心圆的相同圆周，所有的透光部具有彼此相同的宽度并且所有的遮光部具有彼此相同的宽度；并且所述多个区域包括在所述透光部的宽度、遮光部的宽度和取向中的至少一项上彼此不同的直线形图案。

本发明的第二方案的图案形成部件，其中所述多个区域包括由同心圆界定的区域，并且所述多个区域中的每一个包括不同的直线形图案。

本发明的第三方案的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少两个区域的直线形图案包括遮光部宽度与透光部宽度的不同比率。

本发明的第四方案的图案形成部件，其中所述至少两个区域的透光部的宽度基本上恒定。

本发明的第五方案的图案形成部件，其中所述多个区域包括不同方向区域，所述不同方向区域具有方向不同于所述旋转盘的其他区域的方向的直线形图案。

本发明的第六方案的图案形成部件，其中所述不同方向区域被设置在该旋转盘的以下区域中，即，在观察视场内该旋转盘的其它区域的直线形图案平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向的区域。

本发明的第七方案的图案形成部件，其中当所述旋转盘中具有恒定宽度的不同方向区域的宽度为X并且透光部和遮光部的周期为W时，X/W为恒定。

本发明的第八方案的图案形成部件，其中所述多个区域包括至少两个同心圆区域，所述两个同心圆区域各自包括不同方向区域，并且其中：当至少两个同心圆区域的透光部具有相同宽度，所述至少两个同心圆区域的透光部与遮光部的相应周期W不同时，内侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W小于外侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W，并且内侧和外侧同心圆区域的不同方向区域的宽度X与周期W成比例。

本发明的第九方案的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少两个区域具有透光部宽度与遮光部宽度的相等比率，并且对所述区域中的每一个来说，透光部和遮光部的宽度不同。

本发明的第十方案的图案形成部件，其中，所述多个区域包括不同方向区域，其具有方向不同于所述旋转盘的其他区域的方向的直线形图案，并且所述不同方向区域被设置在该旋转盘的以下区域中，即，在观察视场内该旋转盘的其它区域的直线形图案平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向的区域。

本发明的第十一方案的图案形成部件，其中当所述旋转盘中具有恒定宽度的不同方向区域的宽度为X并且透光部和遮光部的周期为W时，X/W为恒定。

本发明的第十二方案的图案形成部件，其中所述多个区域包括至少两个区域，在该至少两个区域中透光部和遮光部具有相同宽度，内侧同心圆区域上的所述透光部和所述遮光部的周期W小于外侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W，并且内侧同心圆区域中的不同方向区域的宽度尺寸小于外侧同心圆区域中的不同方向区域的宽度尺寸。

本发明的第十三方案的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

本发明的第十四方案的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少一个包括多个扇形区域。

本发明的第十五方案的图案形成部件，其中所述多个区域中的每一个包括直线形图案，该直线形图案在观察视场内不平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向。

本发明的第十六方案的图案形成部件，其中所述多个区域包括具有预定中心角的扇形区域。

本发明的第十七方案的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少一个具有预定宽度并且包括方向不同于所述多个区域中的其他区域的直线形图案的方向的直线形图案。

本发明的第十八方案的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

本发明的第十九方案的适用于分段像观察装置的图案形成部件，该分段像观察装置利用来自光源的光对试样进行扫描，所述图案形成部件包括：旋转盘，该旋转盘包括：(i)至少一个区域，具有交替设置的透光部和遮光部以形成直线形图案；以及(ii)在所述至少一个区域的以下部分中形成的至少一个遮光区域，在该部分中所述直线形图案在观察视场内与所述旋转盘的旋转产生的扫描方向平行以减小不均匀亮度；围绕可刻在所述旋转盘上的所有同心圆的相同圆周，所述至少一个区域的所有透光部具有彼此相同的宽度并且所述至少一个区域的所有遮光部具有彼此相同的宽度；并且沿着可以刻在所述旋转盘上的任何同心圆的相同圆周，所述旋转盘不包括任何专用的透光区域以包括所述直线图案。

本发明的第二十方案的适用于分段像观察装置的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

因此，根据本发明，透光部和遮光部的直线形图案的旋转盘旋转的同时，边变化其方向边进行扫描，所以即使旋转盘中心偏离，也能得到不产生明暗光斑的好的观察像。

因为使在观察视场内旋转盘的旋转产生的扫描方向(H方向)与透光部和遮光部的直线形图案方向不平行，所以可防止观察像中产生明暗光斑。

因为旋转盘上的透光部和遮光部的直线形图案交互排列，所以可简单廉价地制作掩模图案。

根据本发明，设置多个交互配置直线形透光部和遮光部的图案存在区域，各个区域中线宽度不同，在横切光轴的方向上可移动旋转盘使用区域，可设定旋转盘的透过率，与试样情况结合，选择地设定分段效果和像的亮度，与试样相结合，可有效地利用光，对于各种试样，都可得到明亮的分段像。

另外，根据本发明，提供一种适用于分段像观察装置的盘和分段像观察装置，不会发生观察像的明暗光斑，可从盘上的多个图案中选择对应于物镜倍率或孔径的图案，可稳定观察好的图像。

根据本发明，将交互成直线形状排列透光部和遮光部的盘分割成多个区域，每个区域透光部的裂缝宽度(L)和遮光部的宽度(W-L)不同，即使多个物镜也能观察到共焦点图像，还可观察到共焦点效果不同的图像，同时，在各区域中，通过透光部和遮光部的周期W，可确定正交用来抑制发生明暗条纹的图案的不同方向区域的宽度1，任何区域中观察的共焦点图像都是优良的。并且，因为可简单地确定不同方向区域的宽度，所以没必要向现有技术那样使盘垂直来确定该区域的宽度，可减少检测时间，降低费用。

另外，根据本发明，考虑用于降低不必要的反射光(闪光)的、将旋转盘的倾角投影在盘上的试样像的倍率、视场范围、光的入射角，通过计算来确定降低闪光的实际角度，使用实际显微镜设计时的参数，不仅可得到无闪光的对比度好的分段图像的角度，而且也可设计在试样的焦点深度内加入盘的倾斜，不会产生在试样上的不同高度处观察具有焦点的像。

根据本发明，代替使用盘来扫描交互配置直线形透光部和遮光部的图案，而使用微型镜子阵列，通过变化各微型镜子的方向，形成图案进行扫描。因此，可形成排列于各种物镜中的裂缝光的宽度，根据现有技术，交换盘，没必要形成在圆周形分成多个区域的盘，作为变更例，形成排列在物镜中的图案，可简单地得到优良的共焦点图像。

附图的简要说明

图1是表示现有共焦点显微镜的一个例子的简要结构的图。

图2是表示用于现有共焦点显微镜的旋转盘的简要结构的图。

图3A和图3B是表示用于现有共焦点显微镜的旋转盘的简要结构的图。

图4是表示本发明实施例1的简要结构的图。

图5A和图5B是表示用于实施例1的旋转盘的简要结构的图。

图6A和图6B是说明实施例1的图。

图7是表示用于本发明实施例2的旋转盘的简要结构的图。

图8是表示用于本发明实施例3的旋转盘的简要结构的图。

图9是表示用于本发明实施例4的旋转盘的简要结构的图。

图10是表示用于本发明实施例5的旋转盘的简要结构的图。

图11是说明实施例5的图。

图12是表示适用于根据实施例6的共焦点显微镜的简要结构的图。

图13A和图13B是表示实施例6的旋转盘的图。

图14是表示本发明实施例7的旋转盘的图。

图15A和图15B是表示实施例8的旋转盘的图。

图16是表示本发明实施例9的旋转盘的图。

图17是表示本发明实施例10的旋转盘的图。

图18是表示本发明实施例11的旋转盘的图。

图19是图18中旋转盘28的图案部的局部放大图。

图20是本发明实施例12的说明图。

图21是表示明暗比和不同方向区域的宽度X的关系的图。

图22是表示明暗比和不同方向区域的宽度X的关系的图。

图23A和图23B是表示本发明实施例13的旋转盘的图。

图24是表示计算明暗比和不同方向区域的宽度X的关系结果的图。

图25是表示计算明暗比和不同方向区域的宽度X的关系结果的图。

图26是表示本发明实施例14的旋转盘的图。

图27是放大旋转盘和第1目镜的部分的图。

图28是表示本发明实施例15的旋转盘的图。

图29是表示本发明实施例16的说明图。

图30A到图30C是表示微型镜子阵列的结构的图。

图31A和图31B是表示由微型镜子阵列形成的图案例子的图。

图32A到图32D是表示由微型镜子阵列形成的图案例子的图。

图33是表示本发明实施例17的简要结构的图。

图34是表示用于实施例17的激励滤光器的透过特性的图。

图35A和图35B是表示使用实施例17的PBS和吸收滤光器的反射·透过特性的图。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的实施例。

(实施例1)

图4表示作为本发明适用的分段像观察装置的具有共焦点效果的显微镜(下面称为共焦点显微镜)的简要结构。与图1相同的部分附加相同标号。

在卤素光源或水银光源等光源1发出的光的光路上配置聚光透镜2、偏振光板15、PBS(偏振光束分离器)3，并在PBS3的反射光路上，通过作为图案形成部件的旋转盘13、第1成像透镜5、1/4波长板6、物镜7来配置试样8。在由试样8反射的光的PBS3的透过光路上，通过第2成像透镜9来配置CCD相机10。在该CCD相机10的图像输出端子上连接监视器11，显示由CCD相机拍摄的图像。

这里，旋转盘13通过旋转轴12等连接在未图示的可传送电机的、这里指电机轴上，并以一定的旋转速度旋转。旋转轴13如图5A所示，交互排列配置透过光的直线形的透光部13a和遮蔽光的为直线形的遮光部13b的各自图案。

此时，如图5A和图5B所示，直线形遮光部13b的宽度尺寸比直线形透光部13a的宽度尺寸大，例如，设定为1∶9。透过光的直线形透光部13a的宽度L，在试样像投影在旋转盘13上的放大率为M、光的波长为λ，物镜7的孔径为NA时，由下式确定。

L＝kλM/NA…(1)

这里，k是系数，经常使用的是k＝0.5-1左右。

例如，作为物镜7，采用放大率为100倍、NA＝0.9时，λ在可视范围内经常用550nm，则宽度L基本为45μm，当考虑k＝0.5-1时，设定在30-60μm的范围内。

下面说明如此结构的实施例1的作用。

从光源1射出的光通过聚光透镜2，通过偏振光板15变为仅某一种偏振光的直线偏振光，入射到PBS3上。PBS3反射透过偏振光板的方向的偏振光，透过与其垂直方向的偏振光。经PBS3反射的光入射到以一定速度旋转的旋转盘13上。

透过该旋转盘的直线形透光部13a的光通过第1成像透镜5，通过1/4波长板6变为圆偏振光，由物镜7成像，入射到试样8上。从试样8反射的光通过物镜7，由1/4波长板6变为与入射时正交的直线偏振光，通过第1成像透镜5，在旋转盘13上成像试样像。

当考虑观察试样8时的某一瞬间时，如图6A所示，在某一方向上进行线性投影。在该状态下，从试样8反射来的光成像在旋转盘13上时，试样8的焦点集合的部分以将投影在旋转盘13上的线和试样像相乘的形状而投影为线形，可通过旋转盘13，而非聚焦部分投影在旋转盘13上的像模糊，非聚焦像的大部分不能通过旋转盘13。至此，仅图案像在试样像上重叠，当使旋转盘13旋转时，图案像在试样像上边改变方向边移动(扫描)，因此，观察到的是消除了对其平均化的线像的焦点聚合的好的像。

因此，相对于CCD相机10的曝光时间，如果旋转盘13的旋转很快，则通过监视器11可观察到由CCD相机10拍摄的聚焦图像。具体而言，CCD相机10是通常的TV速度，曝光时间为1/60或1/30秒，在这些曝光时间中，设定为旋转盘13半旋转(中速)的1800rpm。

因此，作为旋转盘13，通过所谓的交互排列直线形的透光部13a和遮光部13b的图案的简单图案结构，就可得到作为聚焦像的分段图像。直线形的透光部13a和遮光部13b的直线形图案排列时，与上述小孔的情况不同，对应于旋转盘的旋转，在各个方向上扫描直线不变，即使例如旋转盘的中心偏离，也能得到不产生明暗光斑的好的观察像。

与尼普科夫旋转盘要复杂地排列多个小孔不同，因为直线形图案排列，所以可由EB描绘装置形成掩模图案，仅在一个方向上扫描电子束，所以制作非常便宜。

(实施例2)

下面说明本发明的实施例2。

对于适用于实施例2的共焦点显微镜，与图4相同，所以援引图4。

考虑上述旋转盘13旋转时的观察视场内的图案运动时，由直线形图案形成透光部13a和遮光部13b，如图6B所示，在观察视场内旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)与透光部13a和遮光部13b的直线形图案方向平行，在该状态下，旋转盘13即使旋转，投影在试样上的图案也基本不变化，在这前后，在观察像上沿旋转盘的旋转方向上会产生明暗的光斑。

图7是考虑了用图6B说明的观察像中可能生成的明暗光斑的旋转盘，下面参照图4来说明使用图7所示旋转盘的共焦点显微镜。

此时，旋转盘13在旋转盘的整个表面上透过光的直线形透光部13a和遮蔽光的直线形遮光部13b的各图案交互排列配置，在这些透光部13a和遮光部13b的直线形图案中，在当旋转盘旋转时、观察视场内与旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)平行的部分中，沿与这些13a和遮光部13b的直线形图案正交的方向，形成中心角度为数度左右的扇形遮光区域13c、13d。

因此，在透光部13a和遮光部13b的图案方向与观察视场内旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)平行的部分中，形成遮光区域13c、13d，在该部分中，因为不能观察像，所以可防止观察像中产生明暗的光斑。

在旋转盘13上的遮光区域13c、13d中，因为遮蔽了从光源1到试样8的光，所以相对于CCD相机10的曝光时间，旋转盘13的旋转慢，后面接着拍摄的图像之间亮度可能不同，此时，使旋转盘13的旋转与CCD相机10中的拍摄同步，例如，在CCD相机10的曝光时间中，通过半旋转(中速)旋转盘13来进行对应。

(实施例3)

下面说明本发明的实施例3。

对于适用实施例3的共焦点显微镜，与图4相同，所以援引图4。

图8表示用于这种共焦点显微镜的旋转盘的简要结构，旋转盘16如图8所示，形成沿圆周方向分割为3个扇形的区域161、162、163，在各个区域161、162、163中，交互配置透过光的直线形透光部16a和遮蔽光的直线形遮光部16b的图案。此时，各区域161、162、163中的直线形透光部16a和遮光部16b在旋转盘16旋转的同时，变化观察视场内的直线方向，此时，将各区域161、162、163中的直线形透光部16a和遮光部16b的图案方向设定为任何情况下都与观察视场内的旋转盘旋转的扫描方向平行。

此时直线形遮光部16b的宽度尺寸比直线形透光部16a的宽度尺寸大，例如设定为1∶9。另外，透过光的直线形透光部16a的宽度L由上述(1)式确定。

当旋转盘16动作时，考虑观察试样8的瞬间，在试样8上，与图6A所述相同，向规定方向倾斜，透光部16a的图案投影为直线形。在该状态下，从试样8反射的光在旋转盘16上成像，试样8的焦点聚合的部分在旋转盘16上投影为直线形，非聚焦部分投影在旋转盘16上的像模糊，所以非聚焦像的大部分不能透过旋转盘16，只有聚焦的像才能透过旋转盘16。但是，此时，图案像仅在试样像上重叠，当使旋转盘16旋转时，图案像在试样像上边变化方向边移动。

此时，如上述图6B所示，透光部16a和遮光部16b的图案方向相对于观察视场内旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)是平行的，即使旋转旋转盘16，因为投影在试样8上的图案基本不变化，所以不会产生明暗的光斑，而在该实施例中的旋转盘16，在任何情况下都因为将透光部16a和遮光部16b的直线形图案方向设定为与观察视场内旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)不平行，所以在观察像中不会产生明暗光斑，另外，通过旋转旋转盘16，直线形的像均匀化，可观察到焦点聚合的良好的像。

如上所述，通过交互配置透光部16a和遮光部16b的直线形图案，来形成方向不同的多个区域161、162、163，因为没有与观察视场内旋转盘的旋转的扫描方向(H方向)平行的部分，所以观察像中不产生明暗的光斑，可观察到良好的图像。另外，因为旋转盘16的面内不存在大量遮蔽光的部分，所以可有效利用光，另外，与尼普科夫旋转盘的复杂排列多个小孔不同，仅排列直线形图案，所以当用EB描绘装置制作掩模图案时，可只在一个方向上扫描电子束，所以可非常便宜地制作。

(实施例4)

下面说明本发明的实施例4。

对于适用实施例4的旋转盘的共焦点显微镜，与图4相同，所以援引图4。

图9表示用于这种共焦点显微镜的旋转盘17的简要结构，此时，在旋转盘17上与图5A和图5B所述相同地交互配置透过光的直线形透光部17a和遮蔽光的直线形遮光部17b的图案。这些透光部17a和遮光部17b的宽度尺寸关系和透光部17a的宽度L的设定条件与图5A和图5B所述相同。

在透光部17a和遮光部17b的直线形图案中与观察视场内的旋转盘旋转的扫描方向(H方向)平行的部分中，设置具有与透光部17a和遮光部17b的直线形图案正交的方向的透光部18a和遮光部18b的多个直线形图案的区域19a、19b。此时，区域19a、19b通过顺序变化各直线形图案的旋转盘边缘开始的长度尺寸而形成为扇形，这些扇形区域19a、19b的中心角θ由明暗光斑大小、或透光部18a和遮光部18b的宽度尺寸、观察视场存在于从旋转盘17的旋转中心开始的何距离R处来确定。例如，透光部18a的宽度尺寸为20μm，遮光部18b的宽度尺寸为180μm，R为30mm，在明暗光斑为1％以下时，θ设定在10°左右。

因此，即使使用这种旋转盘17，也可得到不产生明暗光斑的分段图案，将各直线形图案分成4个区域，因为直线方向实质是两个方向，所以可简单形成旋转盘17上的图案，成本低。

(实施例5)

下面说明本发明的实施例5。

对于适用本发明旋转盘的共焦点显微镜，与图4相同，所以援引图4。

图10表示用于这种共焦点显微镜的旋转盘20的简要结构，此时，在旋转盘20上与图5A和图5B所述相同地，交互配置透过光的直线形透光部20a和遮蔽光的直线形遮光部20b的图案。这些透光部20a和遮光部20b的宽度尺寸关系和透光部20a的宽度L的设定条件与图5A和图5B所述相同。

在透光部20a和遮光部20b的直线形图案中与观察视场内的旋转盘旋转的扫描方向(H方向)平行的部分中，设置具有一定宽度X的区域22，该区域具有与透光部20a和遮光部20b的直线形图案正交方向的透光部21a和遮光部21b的多个直线形图案。

此时，区域的宽度X由明暗光斑大小、或透光部21a和遮光部21b的宽度尺寸来确定。例如，考虑透光部21a的宽度尺寸为6μm、遮光部21b的宽度尺寸为54μm的情况，在实施例4所述旋转盘17的情况下，接近旋转盘中心的部分和远离的部分中，使明暗光斑在规定以下的角度θ不同，即，将从旋转盘中心开始的距离作为R，计算明暗光斑在1％以下的角度θ，可得到图11所示的结果。

根据该结果，当明暗光斑为1％时，距离R越大，θ越小，在观察视场非常广的情况下，因为利用了接近旋转盘中心的部分和远离的部分，所以当使θ一定来确定区域19a、19b时，在观察视场内存在光斑显著的部分和不显著的部分。

但是，在实施例5的旋转盘20的情况下，宽度X从X＝Rsinθ可基本得到如图11所述的一定值，即使观察视场非常广，也能在整个视场范围内使明暗光斑在规定以下，并可进行良好的试样观察。

(实施例6)

下面说明本发明的实施例6。

对于实施例1-5考虑如下的问题。

在上述分段像观察装置中得到的像的亮度与旋转盘面上的观察视场内的透光部面积成正比。

旋转盘的透光部直线图案的宽度如上所示，为了得到分段效果，将其确定为由光学系统的常数来确定的值。遮光部的宽度在通过从邻接的透光部中混入非聚焦光而损失平面分辨率、和高度方向的分段效果的意义上，虽然越大越有效，但实际上通过与用于成像的总光量的配合，设定为某个值(例如在上述实施例中，透光部∶遮光部＝1∶9)。因此，透光部、遮光部的线宽度值为固定值，旋转盘的透过效率一定。

但是，对于代表某种半导体试样、具有多层的结构具有高度的试样而言，根据目的，需要看见一次上下的像。在这种试样的观察中，有时使旋转盘上观察视场内的透过效率优先，用于像中的光量多时，在确保像的亮度这方面是有效的。

在荧光观察的情况下，为了得到像的亮度而增加光源的光量时，增加了向试样的照射光量，结果加快了褪色。同样地，在半导体领域的试样中，因照射光量而在电阻膜中引起质变，存在对试样的破坏的情况。

因此，在上述分段像观察装置中，当考虑在各种试样中适用高的分段效果时，特别是在荧光观察等观察中，存在旋转盘的透过率低而引起像的亮度不足的问题，难以适用于各种试样观察。特别是目视观察中，这种限制会产生更强的影响。

图12是表示适用于根据实施例6的共焦点显微镜的简要结构的图，与图4相同的部分标以相同的标号。在图12的结构中，示出了图4结构中的电机6和移动平台17的结构，电机16和旋转盘13安装在移动平台17上，旋转盘23可在横切光轴的方向上移动。因为其它结构与图4相同，所以省略详细说明。

图13A和图13B是表示本实施例的旋转盘的图。如图13A所示，旋转盘23A在旋转半径方向上以同心圆形分成三个区域231、232、233，如图13B的放大图所示，在各个区域中交互排列配置直线形透光部23a和遮光部23b。遮光部23b的线宽度在上述三个区域231、232、233中各不相同，相对于上述透光部的宽度L，例如为

231：50×L

232：10×L

233：4×L

在本实施例中，旋转盘23上的光的入射位置、即投影在试样8上的图案在旋转盘23上的位置，通过移动平台17的移动可选择图13A的231、232、233。此状态如13A中点划线圆所示，将观察视场设定为存在于特定的区域中。

因此，通过设定移动平台17，可将视场内的旋转盘的透过率变化为1倍、5倍、20倍。结果，根据本实施例的分段像观察装置，在试样8的高度方向变化小的情况下，或荧光观察中需要抑制照射在试样8上的光量的情况下，通过移动移动平台17，选择遮光部宽度不同的旋转盘23的使用部位，设定旋转盘13的透过率。

因此，可设定与试样8的状况相符合的适当分段效果和像的亮度，可进行对于各种试样适当亮度的分段像观察。

另外，旋转盘图案是与现有例子一样的单纯线形图案，不会增大制作费用，可廉价制作。

(实施例7)

下面说明本发明的实施例7。

对于适用本发明旋转盘的共焦点显微镜，与图12相同，所以援引图12。

图14是本发明实施例7的说明图。本实施例是实施例6的旋转盘的图案变更，所以仅记述图案部分，对于与实施例6相同的部分，省略其说明。

本实施例的旋转盘如图14所示，对于旋转盘的直线形图案241，与图10相同，设置直线图案，使旋转盘24旋转时的H方向与直线形图案平行的部分中的其它部分正交。在半径方向上与实施例6相同地设置遮光部宽度不同的三个区域。当通过采用这种旋转盘图案来旋转旋转盘时，可抑制旋转方案(H方向)和图案方向平行的位置中图像明暗的光斑。旋转盘透过率的变更可与实施例6相同地由旋转盘使用位置变更来设定，由此，对于与试样状况符合的像的亮度变更，可具有视场内较均匀的亮度。

(实施例8)

下面说明本发明的实施例8。

对于适用本发明旋转盘的共焦点显微镜，与图12相同，所以援引图12。

图15A是旋转盘23的整体图，图15B是旋转盘25的图案部的局部放大图。如图15A所示，旋转盘25分为两个区域252和252，例如，如图15B所示，对于区域251，配置透光部251a和遮光部251b交互的直线形图案。

在区域251中交互排列地配置透光部251a(或252a)和遮光部251b(或252b)，遮光部251b(或252b)的线宽度比透光部251a(或252a)宽，为9∶1。

在光路上(或观察视场)配置旋转盘25的内周侧上配置的区域252，通过与电机16连接的使用了线性导轨、球形螺栓、齿条&小齿轮等手动或自动控制的移动平台17，可向箭头方向移动。

透光部的宽度L与小孔的情况相同，试样像投影在旋转盘上的倍率为M，光的波长为λ，物镜的孔径为NA，利用(1)式，例如，对于图15A的区域251，作为物镜7，设定倍率为100倍，NA＝0.9，当设置在光路上时，使用通常使用的λ＝550nm来进行计算时，透光部251a的宽度L设定在30-60μm的范围内。

另一方面，在区域252中，假设物镜7的倍率为20倍，NA＝0.4时，在相同波长λ下，将区域252的透光部252a的宽度L设定在13.75-27.5μm的范围内。

当旋转旋转盘25时，观察视场内的直线方向变化，在透光部251a(或252a)和遮光部251b(或252b)的直线形图案中、观察视场内图案的方向与扫描方向平行的部分中，沿着透光部251a(或252a)和遮光部251b(或252b)的直线形图案正交的方向，设置中心角为数度左右的两个遮光区域281a和231b。

在使用图15A的区域252来观察试样像时，如图12所示，通过移动平台17向箭头方向移动时，在光路上(或观察视场内)配置与电机16连接的旋转盘25内周侧上配置的区域252。

另外，在观察视场内透光部251a(或252a)和遮光部251b(或252b)的直线形图案的方向与扫描方向平行的部分中，如图15A和图15B所示，配置两个遮光区域25a和25b，在该区域中，因为没有观察像，所以可防止观察像中产生明暗的光斑。

如上所述，通过从在旋转盘25上配置成同心圆形的多个区域中，选择符合物镜的倍率或孔径的最佳图案，所以不用交换旋转盘，仅通过移动旋转盘25，就可得到试样9的良好共焦点图像。

另外，对于旋转盘的图案，交互排列直线形的透光部和遮光部，由于图案简单，所以在观察像中不会产生明暗的光斑。与尼普科夫旋转盘要高精度、复杂地排列多个小孔的旋转盘不同，可由EB描绘装置形成掩模图案，仅在一个方向上扫描电子束，可高精度、非常便宜地制作。

(实施例9)

下面说明本发明的实施例9。

图16是表示本发明实施例9的结构的说明图。本实施例是实施例8中旋转盘的图案变更，仅记述图案部分，对于与实施例8相同的部分，省略其说明。

在实施例9中，透光部261a(或262a)的宽度尺寸比遮光部261b(或262b)的宽度尺寸大，例如，设定为9∶1。另外，透光部261a(或262a)的宽度尺寸W由上述(1)式确定。

在本实施例的旋转盘26的透光部261a和遮光部261b的直线形图案中，当旋转盘旋转时，观察视场内直线形的图案与旋转盘扫描方向平行的部分在与透光部261a和遮光部261b的直线形图案正交方向上，设置具有配置了直线图案的透光部263a、遮光部263b的两个区域263。这两个区域263沿旋转盘中心对称配置。左边的两个区域263通过顺序变化从各直线形图案的旋转盘边缘开始的长度尺寸来形成，左边区域263的中心角θ由明暗光斑大小、或遮光部262b和透光部261a的宽度尺寸、观察视场存在于从旋转盘26的旋转中心开始的何距离R处来确定。例如，在两个区域263中，透光部261a为20μm，遮光部261b为180μm，R为30mm，在明暗光斑为1％以下时，θ为10°左右。

在利用低倍率的物镜(且NA小的物镜)的情况下，透光部262a的尺寸宽度小，例如，在对旋转中心对称配置的两个区域306中，透光部262a为6μm，遮光部262b为54μm，可从图11求出中心角θ2。

与实施例8相同，在使用旋转盘内周侧的区域4来观察试样像的情况下，通过向箭头方向移动连接在如图12的电机上的旋转盘26，可不必交换旋转盘26，通过仅移动旋转盘26来对应于不同倍率和孔径的物镜7。

在旋转盘的观察视场内，对于在交互配置透光部261a(或262a)和遮光部261b(或262b)的直线形图案中与旋转盘扫描方向平行的部分，通过形成区域264a和区域264b，得到不产生明暗光斑的分段图像。

因此，本旋转盘的圆周方向的分割为4个，直线方向为两个方向，所以可在旋转盘上廉价制作图案。

(实施例10)

下面说明本发明的实施例10。

图17是表示本发明实施例10结构的说明图。本实施例是实施例8中旋转盘的图案变更，仅记述图案部分，对于与实施例8相同的部分，省略其说明。

本实施例的旋转盘27如图17所示，在旋转盘的直线形图案中，在旋转盘27的圆周方向上以每120°分割，使当旋转旋转盘时，观察视场内没有直线形图案与旋转盘扫描方向平行的部分。

对应于低倍率的物镜7，在区域6中，在光路上配置直线形的透光部272a、图案遮光部272b。

与实施例8相同，在使用旋转盘27内周侧的区域6来观察试样像时，通过向箭头方向移动连接在如图12的电机16上的旋转盘27，可不必交换旋转盘27，通过仅移动旋转盘27来对应于不同倍率和孔径的物镜7。

在旋转盘27的观察视场内，因为没有与旋转盘扫描方向平行的部分的直线形图案，所以得到未产生明暗光斑的分段图像。因为本实施例的图案中仅为直线图案，所以可高精度地制作，并可廉价地形成图案。

(实施例11)

图18是表示本发明实施例11的结构的说明图。本实施例是实施例8的旋转盘的图案变更，所以仅记述图案部分，对于与实施例8相同的部分，省略其说明。

本实施例的旋转盘，如图18所示，对于旋转盘28的透光部501a(或502a)和遮光部281b(或282b)的直线形图案，在与旋转盘的旋转的扫描方向平行的部分中，在与透光部281a(或282a)、遮光部281b(或282b)的直线形图案正交的方向的透光部283a(或284a)、遮光部283b(或284b)的多个直线形图案中，设置具有一定宽度的X1(或X2)的区域283(或区域284)。

例如，在区域7中，透光部宽度尺寸为6μm，遮光部的宽度尺寸为54μm，从旋转盘28的中心开始的距离为R，计算明暗光斑为1％时的θ，其结果为图11。距离R越大，θ越小，图18的宽度X1为X1＝Rsinθ，基本为一定值，观察视场内明暗光斑为一定值以下，可进行良好的试样观察。

同样地，区域8的X2宽度可从透光部282a与遮光部282b的尺寸宽度的比例来求出。

与实施例8一样，在使用旋转盘28内周侧的区域8来观察试样像的情况下，通过向箭头方向移动连接在电机16上的旋转盘28，可不必交换旋转盘28，通过仅移动旋转盘28来对应于不同倍率和孔径的物镜7。

通过形成区域283这种直线形图案，可得到不发生明暗光斑的分段图像。另外，因为图案为单纯的直线形图案，所以可制作精度好的旋转盘，并且廉价地制作。

在上述各实施例中，虽然表示了互相成直角地配置直线图案不同的方向，但不必一定是90°。与旋转盘的旋转方向所成的角可以是比作为计算所述明暗光斑的角度θ大的任何角。

(实施例12)

下面说明本发明的实施例12。

对于适用本发明旋转盘的共焦点显微镜，与图12相同，所以援引图12。另外，本实施例中说明的盘图案与图18相同，所以省略图示和说明。

图19是图18的旋转盘28的图案部的局部放大图。

这里详细说明旋转盘的图案。在观察视场内，在透光部281a(或282a)和遮光部281b(或282b)的直线形图案的方向与扫描方向平行的部分中，如图18所示，设置两个图案与其它部分正交的不同方向区域。通过该不同方向区域的宽度X1、X2，可确定明暗条纹的大小。考虑旋转盘上的某个半径中的明暗条纹。如图20所示，为计算方便，将图案直的部分形成扇形，将从其中心开始的半角作为θ。

将透光部的宽度作为L，透光部和遮光部的宽度作为W，在从半旋转旋转盘时r＝R到r＝R+W的范围内，反射光的亮度的最大值与最小值的比是明暗比。

将旋转盘的旋转角作为φ，裂缝的方向为φ＝0的方向，对于φ＝-θ～θ的范围，裂缝的方向相差90°。

将裂缝投影到样品上，反射并又回到旋转盘时向旋转盘投影的裂缝像，由于对象NA的影响，不是矩形。近似地，L处具有0点，假设为sinc函数。各旋转盘的旋转为φ时，反射光透过旋转盘的光量V(r，φ)为

公式(4)

$V(r,\mathrm{\&phi;})=\left\{\begin{array}{cc}\sin c(\frac{x(r,\mathrm{\&phi;})}{L}-\frac{L}{2})& x(r,\mathrm{\&phi;})\&le;L\\ 0& L<x(r,\mathrm{\&phi;})\&le;W\end{array}\right.---\left(4\right)$

这里，

公式(5)

$\begin{array}{cc}x(r,\mathrm{\&phi;})=r\sin \mathrm{\&phi;}-\mathrm{Lint}\left(\frac{r\sin \mathrm{\&phi;}}{L}\right)& -\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&phi;}<\mathrm{\&theta;}\end{array}---\left(5\right)$

或者公式

$\begin{array}{cc}x(r,\mathrm{\&phi;})=r\cos \mathrm{\&phi;}-\mathrm{Lint}\left(\frac{r\cos \mathrm{\&phi;}}{L}\right)& \mathrm{otherwise}\end{array}$

int(x)为表示x整数部分的函数。

从中心开始的距离为r的位置处，光量S(r)为对V进行半旋转积分，

公式(6)

$S\left(r\right)={\&Integral;}_{\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}}^{-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}}V(r,\mathrm{\&phi;})\mathrm{d\&phi;}---\left(6\right)$

对于公式(6)的计算，虽然在-π/2-π/2上积分φ，但因为对于x轴、y轴对称，所以在1/4旋转的φ＝0-π/2的范围内就够了。从r＝R到R+W对其进行计算，其最大值与最小值的比为裂缝在垂直部分为θ角时的明暗比。若将明暗比作为Iratio(θ)，则

公式(7)

$I_{\mathrm{ratio}}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{\max \left(S{\left(r\right)}_{r=R}^{r=R+W}\right)}{\min \left(S{\left(r\right)}_{r=R}^{r=R+W}\right)}---\left(7\right)$

求出其在θ＝0-π/4(45°)的范围内如何变化，判断θ在几度时最好，计算由各个裂缝宽度、从中心开始的距离R的明暗比的θ引起的变化。当将角度θ换算为不同方向区域的宽度X时，有

X＝Rsinθ  (8)

图21是由上式计算的明暗比与不同方向区域的宽度X的关系。是透光部的裂缝宽度L＝30μm、W＝300μm下R＝25mm和R＝40mm的位置的明暗比。从图21可知，R＝25mm、40mm时弯曲度也一致。即，明暗比的变化在L和W相同时，与R无关，由不同方向区域的宽度X确定。X越大，明暗比越小，超过一定值时，则基本不变化。图21的情况是X＝15mm左右。

因此，在图19的232中，透光部251a的裂缝宽度L为30μm、W为300μm时，X2＝10mm左右。

再考虑L、W都大时的情况。L＝60μm、W＝600μm时的明暗比的计算结果为图22。参见图22，因为L变大，所以X在20mm附近凸凹显著，在20-25附近，明暗比基本不变化。与图21相比，大约为倍数的位置。即，如果L∶W变化，当W变为2倍时，X值也加倍。在图19的231中，当L＝60μm、W＝600μm时，X1＝20mm。

如上所述，在透光部的裂缝宽度L、透光部与遮光部的周期宽度L、不同方向区域的宽度X之间存在[占空率L/W一定时，X与W成正比]的规律。根据从旋转盘的中心开始的距离R，在X中存在大小的上限。参照图20，角度θ为45°以上时，可知正交方向的图案区域变窄。即，X的最大值为

X≤Rsinπ/4     (9)

X与W成正比，当L∶W一定时，对应于多个物镜的形成图案时，如图18所示，必须在圆的外侧配置透光部的裂缝宽度L大的一方。

现在的旋转盘，如图18所示，在内侧和外侧两个带中为不同的裂缝宽度，所以可在内侧配置小的裂缝宽度，在外侧配置大的裂缝宽度。

如上所述，可从旋转盘28上配置成同心圆的多个区域中，选择与物镜的倍率和孔径相符的图案，同时，设置在各区域中防止明暗条纹的图案正交的不同方向区域的宽度X，可通过图案周期W来适当确定，即使切换区域进行观察，也可观察到好的共焦点图像。透光部的裂缝宽度L与其周期W一定时，设计所述不同方向区域的宽度X与W成正比，试验时不必确定图案的不同方向区域，可削减时间、费用。

(实施例13)

图23A和图23B是表示本发明实施例13的结构的说明图。本实施例是实施例11的旋转盘的图案变更，所以仅记述图案部分，对于与实施例11相同的部分，省略其说明。

本实施例的旋转盘如图23所示，在旋转盘中以同心圆分成两个区域，如图23B所示，外侧的区域291、293与内侧的区域292、294的透光部裂缝宽度L相同，外部的透光部和遮光部的周期W1与内侧的周期W2为不同的宽度。在外侧上，设置不同方向区域603时宽度为2X1，在内侧上，设置不同方向区域604时其宽度为2X2，该部分的图案与其它部分正交。

根据本实施例，在使用旋转盘29的内周侧区域8来观察试样像的情况下，通过向箭头方向移动连接在电机16上的旋转盘29，可不必交换旋转盘29，通过仅移动旋转盘29，可选择不同的图案。与实施例14不同，裂缝的宽度在内侧外侧为相同数值，其周期不同。

当观察样品时，减少共焦点效果，降低Z分辨率，期望亮度高。W/L越大，共焦点效果(Z分辨率)越好，在这种情况下，根据本实施例，在内侧和外侧中变化L与W的比，进行上述切换，可变化共焦点效果来进行亮度观察。

在本实施例中表示裂缝宽度L相同、仅周期W在两个区域291、292中不同的这种情况下的不同方向区域的宽度X的关系。

透光部的裂缝宽度为L＝30μm、其周期为W1＝150μm。与实施例11相同，计算明暗比与不同方向区域的宽度X的关系如图24所示。由图24可知，超过X＝5m附近，明暗比的变化小。将其与L相同、W＝300μm和W为2倍的图21相比，在X为2倍位置处明暗比基本为一定值。为了对其进行确定，L＝30μm、W＝1200μm和W非常大时的明暗比的计算结果如图25所示。这里，在X＝40-60mm附近，明暗比的变化非常小，与预想的图21的W＝300μm相比，可知为数值X的4倍。

对此总结得出：[与L/W无关，明暗比在一定值以下的不同方向区域的宽度X与图案的周期W成正比]。

与实施例11相同，在从旋转盘的中心开始的距离R与X之间存在公式(9)的关系，所以必须在外侧形成W大的图案。即，[在旋转盘上配置多个图案时，最好与图案的周期W成正比，从旋转盘开始的距离R大，当不能时，配置在W大的外侧]。

因此，在本实施例中，例如有

内侧：L＝30μm、W＝150μm

外侧：L＝30μm、W＝300μm。

如上所述，通过从旋转盘29上配置成同心圆形的多个区域中选择透光部的裂缝宽度L相同、周期W不同的图案，当交换旋转盘时，可容易观察共焦点效果和亮度变化的图像，同时在各区域中设置的用于防止明暗条纹的图案正交的不同方向区域的宽度X，由图案周期W来适当确定，即使切换区域进行观察，也可观察到好的共焦点图像。透光部的裂缝宽度L与其周期W一定时，设计所述不同方向区域的宽度X与W成正比，试验时不必确定图案的不同方向区域，可削减时间、费用。

在本实施例中，提出在旋转盘29的内周侧和外周侧中设置两个区域，但该区域若进入观察视场内，则最好在旋转盘29上以同心圆形设置三个以上的对应于各物镜7的图案区域、或Z分辨率不同的图案区域。

(实施例14)

下面说明本发明的实施例14。

图26表示适用于根据本发明实施例14的共焦点显微镜的简要结构，与图4相同的部分标示相同标号。在图12的结构中，表示图4结构中示出的电机16的结构，对于光轴倾斜规定角度θ后构成旋转盘。其它结构与图4相同，省略其详细说明。

旋转盘13如图26所示，相对垂直于光轴的面倾斜角度θ，并以一定的旋转速度进行旋转。旋转盘13的图案可以使用上述各实施例之一的旋转盘，所以省略对图案的说明和图示。

在图26的结构中，从试样8反射的光通过物镜7，经1/4波长板6，变为与入射时正交的直线偏振光，通过第1成像透镜5，在旋转盘13上成像试样8的像。在所成像中，焦点聚合成分的大部分通过旋转盘13上的透光部分，焦点不聚合的情况下不能通过。焦点不聚合成分的光在遮光部中部分被吸收，部分被反射。透光部分的透过率也不是100％，一部分光被反射。通过旋转盘13上的透光部分的成分透过PBS3，经第2成像透镜9，在CCD相机12中，在试样像内成像聚焦的成分。另一方面，反射的光经过第1成像透镜1、物镜7而在试样中反射等透过旋转盘13的透光部时，像的对比度降低，导致故障。

图27是放大旋转盘和第1目镜的部分的图。

旋转盘13从垂直于光轴的面倾斜角度θ，投影在旋转盘13上的试样像的倍率为M，观察视场的旋转盘13上的直径为R。物镜7的孔径为NA。首先考虑投影在视场中央的光轴上的像。旋转盘上该点的最大入射角ψ的sin以倍率X分割物镜的NA，当角度小时，有

φ＝NA/M。

因为旋转盘从垂直于光轴的面开始倾斜θ，所以上述最大入射角ψ的光对于垂直于旋转盘的轴，以

θ±φ＝θ±NA/M

进行入射。当该光的一部分反射时，为了不入射到目镜，

公式(5)

NA/M＜θ±NA/M  …(5)

所有符号为正，所以

公式(6)

θ＞2NA/M  …(6)

即可。

上面讨论了视场的中心点，对于旋转盘来自试样的光的角度最大时如图27右侧的线所示，为观察视场的端点。此时，对于(5)而言，必须增加通过光轴和观察视场端点的与主光轴所成的角度φ。最后，来自试样的光在由旋转盘13反射时，为了不入射到第1目镜7，则旋转盘的倾斜θ的条件为

公式(2)。

θ＞φ+2NA/M…(2)

当不考虑来自试样的光时，不描述来自光源的光在旋转盘上反射时的故障。一般显微镜的观察视场以相同的亮度进行照明，设计成来自光源的光入射，以满足物镜的NA。来自试样的光在旋转盘的视场内亮度一样，满足NA以在成像时条件相同，对于来自光源的光，公式(2)仍成立。

根据公式(2)，θ越大越好，试样的聚焦面和旋转盘的面倾斜时，在试样的不同高度上重合焦点，在旋转盘中投影的观察视场内，有必要进行焦点深度以内。试样面的焦点深度z_d通过物镜的NA和波长λ近似为下式。

公式

$\mathrm{Zd}=\frac{0.9\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{NA}}^2}$

投影在旋转盘上的试样像的焦点深度z‘_d为M²倍，有

公式(7)

$Z^{\&prime;}d=\frac{0.9M^2\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{NA}}^2}---\left(7\right)$

在投影在倾斜角度θ的旋转盘13上的试样像的观察视场内，有必要进入公式(7)的焦点浓度范围。当旋转盘13上的观察区域直径(视场直径)为R时，求θ的条件为

公式(8)

$\tan \mathrm{\&theta;}<\frac{Z^{\&prime;}d}{R}=\frac{0.9M^2\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{NA}}^{2}R}---\left(8\right)$

θ小、或常数基本接近1时，最好满足

公式(3)

$\mathrm{\&theta;}<\frac{M^2\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{NA}}^{2}R}---\left(3\right)$

作为一个例子，考虑物镜7的M＝50[倍]、NA＝0.9、视场直径R＝11[mm]的情况。光的波长为λ＝0.55[μm]。第1目镜的焦距为L，当L＝180[mm]时的φ为

公式

$\mathrm{\&phi;}=\frac{\frac{R}{2}}{L}=\frac{5.5}{180}=0.0306\left[\mathrm{rdd}\right]$

通过该式和公式(2)，

θ＞0.067[rad]＝3.8°，或者由公式(3)，

θ＞0.154[rad]＝8.8°，

将θ设定在3.8°＜θ＜8.8°的范围内。

如上所述，通过符合物镜的倍率或孔径、视场直径，及确定旋转盘13的倾角θ，可得到去除故障的共焦点图像。

(实施例15)

图28是表示本发明实施例15的结构的说明图。与实施例14相同的部分标示相同标号，省略其说明。

旋转盘13通过旋转轴12连接在电机16上，以一定的旋转速度进行旋转，旋转盘面相对于垂直于光轴的面倾斜θ。作为旋转盘13，例如，可以使用实施例6以后的旋转盘。电机16通过使用了线性导轨、球形螺栓、齿条&小齿轮等手动或自动控制的移动平台17，在保持角度θ的状态下，能向箭头方向移动。

对本实施例的作用进行说明。旋转盘使用图18所示的盘28。

在物镜7中使用100倍、NA＝0.95时，首先，通过与电机16连接的移动平台17，旋转旋转盘，使在光路上出现旋转盘13的区域282、283。通过来自光源的光，到拍摄为止的作用与实施例14的相同。接着，当物镜换成30倍、NA＝0.5时，在光路上(或观察视场)配置配置在旋转盘28的内周侧上的区域282、283，通过与电机16连接的移动平台17，向箭头方向移动。

考虑此时旋转盘的倾斜。视场直径、第1目镜的焦距、光的波长与实施例14相同。

当物镜为100倍、NA＝0.95时，由公式2)和公式(3)，有

2.8°＜θ＜31.7°，

当物镜为20倍、NA＝0.4时，由公式2)和公式(3)，有

4.0°＜θ＜7.2°，

因此，确定倾斜θ，以便只满足20倍的物镜条件。

在具有多个图案的情况下，根据各图案中使用的透镜特性来设定旋转盘的倾斜条件，即使交换物镜，也能观察到对比度好的分段图像。

在本实施例中，在旋转盘13的内周侧和外周侧中设置两个区域，若该区域进入观察视场内，则在旋转盘13中将对应于各物镜的图案区域设置成三个同心圆形。

在上述实施例中，虽然表示了同时满足公式(2)和(3)的例子，但不限于一定同时成立。例如，当使用20倍、NA＝0.4的物镜，观察视场大的情况下，在例如视场直径R＝25时，即使其它条件相同，公式(2)为

θ＞6.3°(2)’

在公式(3)的条件下，

θ＜3.2°(3)’，

不能同时满足(2)’和(3)’。此时，设定只满足进入焦点深度的条件(3)’，而不考虑故障降低的条件(2)’，故障可通过提高偏振光用光学系统的偏振光率、提高光学系统的反射防止膜等其它方法来降低。

(实施例16)

下面说明本发明的实施例16。本实施例与实施例1-13不同，代替了旋转盘，而使用微型镜子。

图29是表示本发明的第16实施例的结构的说明图。对于与图4相同的部分，附加相同的符号，并省略说明。

适用于本发明的微型镜子阵列32如图30A所示，将每个为数μm-数十μm的镜子二维多个排列，如图30B所示，每个镜子由两个杆支撑。安装每个镜子的各个电极，当向电极加电压时，如图30C所示，可以对朝向正面的状态(2)及与之分别反向倾斜的(1)、(3)的三个状态进行切换。

从光源1射出的光通过光学透镜2，变为偏振光板15的偏振光中的直线偏振光，入射到PBS3。PBS3反射透过偏振光板的方向的偏振光，透过与其垂直方向的偏振光。由PBS3反射的光由第1镜子31反射，以45度角向微型镜子阵列32入射。在微型镜子阵列32中，入射到朝向图30C的(2)的正面状态的微型镜子阵列32上的光，沿第2镜子33的方向反射，向图30C的(1)或(3)的方向状态的微型镜子入射的光朝向其它方向。沿第2镜子33前进的光由第2镜子33沿第1成像透镜5的方向反射，通过第1成像透镜5，由1/4波长板6变为圆偏振光，由物镜7成像，向试样8入射。

从试样8反射的光通过物镜7，经1/4波长板6，变为与入射时正交的直线偏振光，通过第1成像透镜5，由第1镜子7向微型镜子阵列32的方向反射，在镜子阵列上形成试样的像。基本相同地，在微型镜子阵列32中，入射到朝向图30C的(2)的正面的状态的微型镜子的光向第1镜子31的方向反射，向图30C的(1)或(3)的方向状态的微型镜子入射的光朝向其它方向。此时，焦点聚合的像在朝向微型镜子的图30C的(2)的正面的部分中成像，非聚焦部分在其它微型镜子中成像，因此只有焦点聚合的部分向第1镜子31的方向前进。

聚焦部分由第1镜子31反射，透过PBS3，通过第2成像透镜12，在CCD相机13上形成试样像。

说明实际拍摄时的动作。

微型镜子阵列32的各个镜子的大小为10μm×10μm。作为一个例子，物镜7为10倍、NA＝0.3。此时适当的裂缝宽度通过公式(1)，在微型镜子阵列32的位置中为10μm左右。各裂缝的周期为50μm。

当拍摄时，首先，从计算机34向驱动器35发送命令，如图31A所示，微型镜子阵列32面向各镜子的方向。在图31A和31B中，白的部分是图32C的(2)所示的朝向正面的镜子，黑的部分是图30C的(3)所示倾斜的、朝向第2镜子33的方向。如上所述，微型镜子在朝向正面的时候，照明光照射在试样上，在试样上投影裂缝光排列的像。在该状态下，由计算机34发送打开CCD相机10的快门的指令，以开始CCD相机10的曝光。

在快门打开的曝光中，微型镜子的图案如下所述。

从图31A的状态开始，在图31A的Y方向上裂缝光按照每条线动作，即，微型镜子阵列的图案如图31B所示，从计算机34向驱动器35发送指令。将其反复3次，同样地扫描样品，至此，与裂缝扫描相同，X方向的分辨率比Y方向的分辨率差，产生各向异性。为了消除这个问题，接着，如图32A所示，使相对于X倾斜45度的图案相同，通过向图32A的S方向运动进行扫描。如图32B所示的90度、图32C的135度的图案相同地进行扫描后，关闭CCD相机10的快门，结束曝光，向计算机34传送拍摄的图像，在监视器11上显示图像。通过以上动作得到各向异性少的共焦点图像。

接着，考虑更换物镜时的情况。当物镜为50倍、NA＝0.8时，裂缝宽度由公式(1)约为20μm，一个裂缝变为微型镜子的两条线，为100μm，以便裂缝间隔与10倍物镜时与裂缝宽度的比(占空比1∶5)相同，形成图32D的图案。如上所述，变化动作图案方向时，可得到共焦点图像。图中，虽然为了简便说明了12×12个微型镜子阵列，但实际上因为有500×500个以上的镜子排列，当裂缝宽度更大时，例如100倍、NA＝0.9的物镜裂缝宽度为40μm左右，同样可得到共焦点图像。

在本实施例中，将角度以每45度变化，但不一定限于该角度，也可以是90度或30度。角度越小，分辨率因方向而不同的各向异性越小，在1个画面中花费时间。此外，上面说明了裂缝的宽度与裂缝间隔的比为1∶5，但该数值为了改变亮度、Z方向的分辨率，也可设定为其它值。

(实施例17)

图33表示将本发明适用于荧光共焦点显微镜的简要结构，与图12相同的部分标示相同的标号。

在从水银光源等光源1射出的光的光路上配置聚光透镜2、激励滤光器36、分色镜37，在PBS37的反射光路上通过旋转盘13、第1成像透镜5、物镜7配置试样8。在从试样8发出的光的PBS37的透过光路上，通过吸收滤光器38、第2成像透镜9配置CCD相机10。在该CCD相机10的图像输出端子上连接监视器11，显示由CCD相机10拍摄的图像。

旋转盘13与图5A和图5B所示相同，交互配置透过光的直线形的透光部13a和遮蔽光的直线形的遮光部13b各自的图案，同时，将直线形遮光部13b的宽度尺寸设定得比直线形透光部13a的宽度尺寸大，例如1∶9。

激励滤光器36如图34所示，具有在比荧光波长a短的波长带中透过率为最大的透过特性，在从光源1发出的光中，选择透过激励荧光的规定波长的光，遮住其它波长的光。分色镜37如图35A所示，具有在比荧光波长a短的波长带中反射率为最大的反射特性，在反射透过激励滤光器36的波长的光，并如图35A和图35B所示，具有在包含荧光波长a的波长带中透过率为最大的透过特性，透过从试样8发出的荧光的波长。吸收滤光器38与图35B所示相同，具有在包含荧光波长a的波长带中透过率为最大的透过特性，遮住透过激励滤光器36的激励波长，透过荧光波长。

这些激励滤光器36、分色镜37和吸收滤光器38的波长特性因使用的荧光色素而不同，例如，在观察FITC的情况下，最大激励波长为490nm，最大荧光波长为520nm，透过激励滤光器36的波长和反射分色镜37的波长为460-490nm，透过分色镜37和吸收滤光器38的波长为510nm。

在这种结构中，从光源1射出的光通过聚光透镜2，由激励滤光器36入射到选择激励荧光的波长光的分色镜37上。分色镜37反射透过激励滤光器36的波长光，由分色镜37反射的光入射到以一定速度旋转的旋转盘13上。

透过该旋转盘13的直线形透光部13a的光通过第1成像透镜5，由物镜7成像，入射在试样8上。通过该入射光，由试样8发生荧光。

从试样8发出的荧光和反射光通过物镜7、经第1成像透镜5在旋转盘13上形成试样像。

此时，试样8的焦点聚合的部分以将投影在旋转盘13上的线与试样像相乘的形式投影成线形，可透过旋转盘13的透光部13a，而非聚焦部分投影在旋转盘13上的像模糊，所以非聚焦像的大部分不能透过旋转盘13。至此，在试样像上重叠图案像，当旋转旋转盘13时，图案像在试样像上边变化方向边移动(扫描)，对其进行平均化，消除线像，得到仅焦点聚合的像。

透过旋转盘13的透光部13a的荧光和反射光入射到分色镜37上，在分色镜37中，仅透过荧光波长。因为在吸收滤光器38中也透过荧光波长的光，所以只有荧光通过第2成像透镜9而在CCD相机10上形成为试样荧光像，可由监视器11进行观察。

因此，可期望与上述实施例1相同的效果。

用于该实施例17的旋转盘作为一个例子，也可适用于上述各实施例中说明的旋转盘中。

本发明不限于上述实施例，在不脱离发明主旨的范围内可进行各种变形。

例如，在上述各实施例中，在实施例4和5中，在正交透光部和遮光部的直线形图案的方向上，形成其它透光部和遮光部的直线形图案，但没必要一定要是正交的方向。

在上述实施例中，在监视器11上显示由CCD相机10拍摄的图像，也可代替CCD相机10，而改用目视观察。在第2成像透镜9的前面放置半透明反射镜，在分割光路上设置目镜，可进行目视和CCD两种观察，也可将镜子作为全反射，通过装卸式来进行切换。

在上述实施例中，直线形透光部的宽度和遮光部的宽度比为1∶9，但该比值既可小也可大，例如，当为1∶3左右时，像变亮，非聚焦成分多。当为1∶50或1∶100时，基本上没有非聚焦成分，可得到仅焦点聚合的分段像。

在本实施例中，虽然表示了在旋转盘的内周侧和外周侧上设置两个区域的实施例，但在未图示的物镜转换器中，因为可连接不同倍率和孔径的物镜7来进行观察，所以若该区域进入观察视场内，则在旋转盘上也可以同心圆设置三个以上的对应于各物镜7的图案区域。

在上述实施例中，虽然未提到，将试样8放置于Z平台上，边变化试样8与物镜7之间的距离边取得图像，可进行三维观察。

如上所述，根据本发明，可提供一种适用于分段像观察装置的图案形成部件和使用该部件的分段像观察装置，不会发生观察像的明暗光斑，可稳定观察良好的图像。

工业上的应用性

如上所述，本发明适用于利用光来观察·测定试样微小结构或三维形状的分段像观察装置中使用的图案形成部件和使用该部件的分段像观察装置。

Claims (20)

1.一种适用于分段像观察装置的图案形成部件，该分段像观察装置利用来自光源的光对试样进行扫描，所述图案形成部件包括：

具有多个区域的旋转盘，所述多个区域中的每一个都包括交替设置的透光部和遮光部以形成直线形图案；围绕可刻在所述旋转盘上的所有同心圆的相同圆周，所有的透光部具有彼此相同的宽度并且所有的遮光部具有彼此相同的宽度；并且所述多个区域包括在所述透光部的宽度、遮光部的宽度和取向中的至少一项上彼此不同的直线形图案。

2.根据权利要求1所述的图案形成部件，其中所述多个区域包括由同心圆界定的区域，并且所述多个区域中的每一个包括不同的直线形图案。

3.根据权利要求2所述的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少两个区域的直线形图案包括遮光部宽度与透光部宽度的不同比率。

4.根据权利要求3所述的图案形成部件，其中所述至少两个区域的透光部的宽度基本上恒定。

5.根据权利要求4所述的图案形成部件，其中所述多个区域包括不同方向区域，所述不同方向区域具有方向不同于所述旋转盘的其他区域的方向的直线形图案。

6.根据权利要求5所述的图案形成部件，其中所述不同方向区域被设置在该旋转盘的以下区域中，即，在观察视场内该旋转盘的其它区域的直线形图案平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向的区域。

7.根据权利要求6所述的图案形成部件，其中当所述旋转盘中具有恒定宽度的不同方向区域的宽度为X并且透光部和遮光部的周期为W时，X/W为恒定。

8.根据权利要求7所述的图案形成部件，其中所述多个区域包括至少两个同心圆区域，所述两个同心圆区域各自包括不同方向区域，并且其中：当至少两个同心圆区域的透光部具有相同宽度，所述至少两个同心圆区域的透光部与遮光部的相应周期W不同时，内侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W小于外侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W，并且内侧和外侧同心圆区域的不同方向区域的宽度X与周期W成比例。

9.根据权利要求2所述的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少两个区域具有透光部宽度与遮光部宽度的相等比率，并且对所述区域中的每一个来说，透光部和遮光部的宽度不同。

10.根据权利要求9所述的图案形成部件，其中，所述多个区域包括不同方向区域，各不同方向区域具有方向不同于所述旋转盘的其他区域的方向的直线形图案，并且所述不同方向区域被设置在该旋转盘的以下区域中，即，在观察视场内该旋转盘的其它区域的直线形图案平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向的区域。

11.根据权利要求10所述的图案形成部件，其中当所述旋转盘中具有恒定宽度的不同方向区域的宽度为X并且透光部和遮光部的周期为W时，X/W为恒定。

12.根据权利要求11所述的图案形成部件，其中所述多个区域包括至少两个区域，在该至少两个区域中透光部和遮光部具有相同宽度，内侧同心圆区域上的所述透光部和所述遮光部的周期W小于外侧同心圆区域上的透光部和遮光部的周期W，并且内侧同心圆区域中的不同方向区域的宽度尺寸小于外侧同心圆区域中的不同方向区域的宽度尺寸。

13.根据权利要求2所述的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

14.根据权利要求1所述的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少一个包括多个扇形区域。

15.根据权利要求1所述的图案形成部件，其中所述多个区域中的每一个包括直线形图案，该直线形图案在观察视场内不平行于所述旋转盘的旋转产生的扫描方向。

16.根据权利要求15所述的图案形成部件，其中所述多个区域包括具有预定中心角的扇形区域。

17.根据权利要求15所述的图案形成部件，其中所述多个区域中的至少一个具有预定宽度并且包括方向不同于所述多个区域中的其他区域的直线形图案的方向的直线形图案。

18.根据权利要求1所述的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

19.一种适用于分段像观察装置的图案形成部件，该分段像观察装置利用来自光源的光对试样进行扫描，所述图案形成部件包括：

旋转盘，该旋转盘包括：(i)至少一个区域，具有交替设置的透光部和遮光部以形成直线形图案；以及(ii)在所述至少一个区域的以下部分中形成的至少一个遮光区域，在该部分中所述直线形图案在观察视场内与所述旋转盘的旋转产生的扫描方向平行以减小不均匀亮度；围绕可刻在所述旋转盘上的所有同心圆的相同圆周，所述至少一个区域的所有透光部具有彼此相同的宽度并且所述至少一个区域的所有遮光部具有彼此相同的宽度；并且沿着可以刻在所述旋转盘上的任何同心圆的相同圆周，所述旋转盘不包括任何专用的透光区域以包括所述直线图案。

20.根据权利要求19所述的图案形成部件，其中所述旋转盘可以在光路上旋转。

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