JPH01277812A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、観察すべき試料を立体的に再現できる顕微鏡
装置に関するものである。

（従来の技術） スポット状に集束した光ビームにより試料を２次元的に
走査し、試料からの反射光又は透過光を光電変換装置で
受光し、この光電出力信号に基いて画像再生を行なうビ
ーム走査型顕微鏡装置が実用化されており、例えば本願
人が提案した特願昭６０−７６６１１号公報に記載され
ている。この本願人の提案による顕微鏡装置では、レー
ザ光源から放射した光ビームを主走査用偏向袋Ｗ＆び副
走査用偏向装置によって２次元的に偏向し、この偏向光
ビームを対物レンズによってスポット状に集束して試料
に向けて投射し、これにより試料をスポット状光ビーム
によって２次元的に走査している。そして、試料からの
反射光を同一対物レンズで集光し、対物レンズからの光
束をリニアイメージセンサ上に投影し、リニアイメージ
センサの各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出周波
数で読出して光電出力信号を発生させている。この本願
人が提案したビーム走査型顕微鏡装置は、リニアイメ−
ジセンサの電荷蓄積効果を利用し各素子に蓄積された電
荷を所定の読出周波数で読出す構成としているから、主
走査速度にムラ等が生じて画像歪みのない鮮明な画像を
再現でき大きな利点を達成できる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した顕微鏡装置は、試料入射面に対する法線の延長
上に１個の対物レンズを配置し、この対物レンズにより
試料に向けて光ビーム投射すると共に試料からの光束を
集光するように構成されている。このため、試料の平面
像を鮮明に再現できるが、試料を立体的に再現しにくい
難点があった。

すなわち、試料表面に凹凸がある場合、この凹部又は凸
部の存在は明瞭に再現されるが、凸部又は凹部を立体的
に再現しにくく、凹部か凸部かの判断に若干の経験的技
術が必要とされていた。また、観察すべき試料によって
は、試料の側面から見た画像情報を得たいとする要望も
強く、この要請を満たす必要性もある。

さらに、１個の対物レンズを用い、この対物レンズを照
明用のビーム投射用集光レンズ及び試料から発する光束
を集光する対物レンズとして兼用する構成では、対物レ
ンズの開口数に限界があり、画像の解像力及び明るさの
観点からも開口数を増大したいとする要請も強（なって
いる。

従って、本発明の目的は上述した欠点を除去し、試料表
面を立体的に再現できると共に大きな開口数が得られる
顕微鏡装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明による顕
微鏡装置は、光ビームを放射する光源と、光源から発す
る光ビームを所定の走査周波数で主走査方向に偏向する
偏向手段と、偏向ビームを試料に向けてスポットとして
投射する集光レンズと、集光レンズの光軸に対して０°
及び１８０°の角度以外の角度を持って配置され、試料
からの光束を集光する少なくとも１個の対物レンズと、
複数の素子が主走査方向と対応する方向に一次元的に配
列され対物レンズから発光する光束を受光して所定の読
出周波数で光電出力信号を出力するリニアイメージセン
サと、前記試料を主走査方向と直交する方向に駆動する
試料駆動装置とを具えることを特１衣とする。

このように、本発明ではスポット状照明光を投射す゛る
集光レンズと試料からの光束を集光する対物レンズとを
用い、対物レンズの光軸が集光レンズの光軸に対して所
定の角度をなすように配置すると共に、対物レンズから
の光束をリニアイメージセンサ上に１ライン毎に入射さ
せる。この結果、試料を種々の方向から見た立体的な画
像として再現できると共に、画像歪のない鮮明な画像を
再生できる。さらに、１個の集光レンズのまわりに複数
個の対物レンズを配置すれば、複数の方向から見た画像
を同時に再生することができると共に対物レンズ系の開
口数を等価的に増大させることができる。

（実施例） 第１図は本発明による顕微鏡装置の一例の構成を示す線
図である。レーザ光源１から放射された光ビームをエキ
スパンダ２により拡大平行光束とし、この拡大平行光束
を音響光学素子３に入射させる。この音響光学素子３は
光ビームを主走査方向に高速振動させるものであり、高
速振動する光ビームにより試料はＸ方向（紙面と直交す
る方向）に高速走査されることになる。この音響光学素
子３により偏向された光ビームはリレーレンズ４及び５
を経て集光レンズ６に入射し、この集光レンズによって
微小スポット状に集束されて試料７に入射する。この集
光レンズ６は、その光軸が試料７の入射面の法線に対し
て例えば４５°の角度をなすように配置する。試料７は
試料台８に装着され、この試料台８を試料駆動装置９に
より主走査方向と直交するＸ方向（紙面方向）に例えば
６０８ｇの鋸歯波で偏向する。この試料駆動装置９はア
ーム９ａ及びモータ９ｂ及び回転を振動に変換する変換
機構を有し、モータ９ｂの回転を変換機構を介して振動
に変換し、この振動によりアーム９ａを紙面内で矢印ａ
及びｂ方向に振動させることにより試料７及び試料台８
を所定のレートで紙面内で往復移動させる。尚、試料７
の移動量はアーム９ａのアーム長に比べて極めて微小な
距離であるため試料７の移動はほぼ直線移動とみなすこ
とができ、焦点状態に何んら悪影響を及ぼすことはない
。従って、試料７は４５°の入射角で入射するスポット
状光ビームにより主走査方向およびこれと直交する副走
査方向に２次元的に走査されることになる。

本例では、試料からの反射光を集光して試料の光学情報
を得るものとする。試料７の入射面の法線に対して４５
°の角度を以て集光レンズ６と対向するように対物レン
ズＩＯを配置し、この対物レンズ１０によって試料７か
らの反射光を集光する。そして、対物レンズ１０からの
光束を結像レンズ１１を介してリニアイメージセンサ１
２上に微小スポット状に入射させる。このリニアイメー
ジセンサ１２は結像レンズ１１の結像位置に配置され、
試料７からの反射光を主走査方向の１ライン毎に受光す
るように各受光素子がＸ方向と対応する方向に一次元的
に配列され、試料７からの反射光を各素子により受光し
て光電変換を行なう。そして、各素子に蓄積された電荷
を所定の読出周波数で読出して光電出力信号を発生する
。このリニアイメージセンサ１２は電荷蓄積効果を有し
ているから、試料７の画素とリニアイメージセンサを構
成する各受光素子とが常に１対１の対応関係になり、音
響光学素子３による主走査方向の走査速度ムラが生じて
も受光量が若干変化するにすぎず、従って、画像歪みが
発生する不都合を解消できる。このように構成すれば、
試料の側面方向から見た画像情報も再現され、試料の表
面状態を立体的に再生することができる。

第２図は駆動回路の一例の構成を示す回路図である。垂
直及び水平同期信号■及びＨを形成する同期回路２０を
クロック発生回路２１に接続して水平同期信号Ｈを供給
する。クロック発生回路２１では、供給されてくる水平
同期信号Ｈに基いてリニアイメージセンサ１２の各素子
に蓄積された電荷を読出すためのクロックパルスを形成
し、この読出し用のクロックパルスをリニアイメージセ
ンサ１２に供給する。同期回路２０には、音響光学素子
３の駆動を制御する音響光学素子駆動回路２２を接続し
て水平同期信号Ｈを供給し、また試料駆動装置９の駆動
を制御する試料駆動回路２３を接続して垂直同期信号■
を供給し、更にプロセッサ回路２４を接続して垂直同期
信号■及び水平同期信号Ｈを供給する。

リニアイメージセンサ１２では、試料７からの反射光量
に応じた電荷量が各素子に蓄積されるので、これら電荷
量を読出し用クロックパルスに基いてそれぞれ同期して
読出し、リニアイメージセンサに接続した増巾器２５を
介してそれぞれ増巾し、プロセッサ回路２４から供給さ
れる垂直同期信号■及び水平同期信号Ｈを印加して画像
信号を形成する。

そして、画像信号をモニタ２６に供給して表示したり、
ＶＴＲ２７に記録する。尚、増巾した光電出力信号をフ
レームメモリに一旦記憶してから信号処理を行なっても
よい。

第３図は本発明による顕微鏡装置の変形例の構成を示す
線図である。尚、第１図で用いた部材と同一の部材には
同一符号を付して説明する。レーザ光源１から放射した
レーザ光をエキスパンダ２で拡大平行光束とし、音響光
学素子３により主走査方向に偏向する。偏向ビームをリ
レーレンズ４、偏向プリズム３０、λ／４板３１及びリ
レーレンズ５を経て集光レンズ６に入射させ、この集光
レンズによってスポットとして試料７に投射する。本例
では、集光レンズ６を試料７の入射面の法線の延長上に
配置し、試料７に対してその垂直方向から照明する。こ
の集光レンズ６はビーム投射を行なうと共に試料７で反
射した光束を集光する対物レンズとしての機能も果すも
のとする。さらに、集光レンズ６を中心にして第１及び
第２の対物レンズ３２及び３３を、それらの光軸が集光
レンズ６の光軸と鋭角をなすように配置し、試料７から
の反射光のうち側方に向けて反射した反射光を第１及び
第２の対物レンズ３２及び３３で集光する。試料７は試
料台８と共に試料駆動装置９により主走査方向と直交す
る副走査方向に所定のレートで往復移動する。従って、
本例では、スポット状光ビームにより試料７をその垂直
方向から２次元的に走査し、試料７から側方に向けて反
射した反射光及び垂直方向に向けて反射した反射光を集
光して画像再現を行なうことになる。試料７から紙面の
左側に向けて反射した光束は第１対物レンズ３２で集光
され、結像レンズ３４を経て第１リニアイメージセンサ
３５上に微小スポットとして入射する。一方、紙面の右
側に向けて反射した反射光は第２の対物レンズ３３で集
光され結像レンズ３６を経て第２のリニアイメージセン
サ３７上に微小スポットとして入射する。

さらに試料７から垂直方向に反射した反射光は集光レン
ズ６によって集光され、リレーレンズ（結像レンズ）５
及びλ／４板３１を経て偏光プリズム３０に入射し、こ
の偏光プリズムによって反射し第３のリニアイメージセ
ンサ３８上に微小スポットとして入射する。そして、各
リニアイメージセンサに生じた電荷を所定の読出周波数
で読出して３個の光電出力信号を発生する。このように
構成すれば、１回のビーム走査によって正面方向及び２
個の側面方向から見た３個の画像を同時に再現すること
ができる。そして、各光電出力信号について信号処理を
行ない３個の画像信号を発生させる。信号処理によって
３個の画像信号を合成すれば、３方向から見た画像情報
として再現でき、対物レンズ系の開口数を等価的に増大
させることができる。

尚、画像再生に際し、操作者の切換操作によって試料の
正面画像、側面画像がそれぞれ別個に再生でき、或は３
方向から見た合成画像として再生することもできる。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や
変更が可能である。例えば上述した実施例では試料の反
射画像を再現する構成としたが、勿論透過画像を再現す
ることもできる。

さらに、上述した実施例では試料像をモノクロ画像とし
て再現したが、赤、緑、青の３個の光源を用い３本の光
ビーム合成して主走査を行なうこ。

とによりカラー画像を再現することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、試料に向けてスポ
ット状照明光を投射する集光レンズと試料からの光束を
集光する対物レンズとを用い、対物レンズの光軸が集光
レンズの光軸に対して所定の角度をなすように配置して
いるから、試料を種々の方向から見た画像として再現で
き、従って試料像を立体的に再生することができる。

さらに、複数個の対物レンズを用いて試料からの光束を
集光する構成とすれば、種々の方向から見た画像を同時
に再現できると共に、対物レンズ系の開口数を等価的に
増大させることができる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による顕微鏡装置の一例の構成を示す線
図、 第２図は駆動回路の構成を示す回路図、第３図は本発明
による顕微鏡装置の変形例の構成を示す線図である。 １・・・レーザ光源　　２・・・エキスパンダ３・・・
音響光学素子 ４．５・・・リレーレンズ ６・・・集光レンズ　　７・・・試料 ８・・・試料台　　　　９・・・試料駆動装置１０・・
・対物レンズ　　１１・・・結像レンズ１２・・・リニ
アイメージセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光ビームを放射する光源と、光源から発する光ビー
   ムを所定の走査周波数で主走査方向に偏向する偏向手段
   と、偏向ビームを試料に向けてスポットとして投射する
   集光レンズと、集光レンズの光軸に対して０°及び１８
   ０°の角度以外の角度を持って配置され、試料からの光
   束を集光する少なくとも１個の対物レンズと、複数の素
   子が主走査方向と対応する方向に一次元的に配列され、
   対物レンズから発する光束を受光して所定の読出周波数
   で光電出力信号を出力するリニアイメージセンサと、前
   記試料を主走査方向と直交する方向に駆動する試料駆動
   装置とを具えることを特徴とする顕微鏡装置。