JP2000292416A - Photoacoustic microscope apparatus and its imaging method - Google Patents
Photoacoustic microscope apparatus and its imaging methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体試料の表面お
よび内部欠陥、ならびに微小試料の表面および内部の品
質を非破壊的に評価・検査し測定する装置、ならびに生
体も含めた固体試料の任意の位置に任意のタイミングで
光ビームを照射し、光音響効果を用いて検出する装置、
及びそれらを応用した映像方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for non-destructively evaluating, inspecting and measuring the surface and internal defects of a solid sample and the quality of the surface and internal of a micro sample, and an arbitrary solid sample including a living body A device that irradiates a light beam at an arbitrary timing to the position and detects using a photoacoustic effect,
And an imaging method using them.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光音響顕微鏡では、圧電素子を用
いる方法とコンデンサーマイクロフォン法を用いる方法
が主であった。いずれの場合にも光ビームの走査系に関
しては、精密さが要求される工業計測の場合、パルスモ
ーターやサーボモーターなどで駆動する機械的なスライ
ド・ステージを用いるものがほとんどであった。2. Description of the Related Art Conventionally, photoacoustic microscopes mainly use a method using a piezoelectric element and a method using a condenser microphone method. In any case, the scanning system of the light beam uses a mechanical slide stage driven by a pulse motor, a servomotor, or the like in most cases of industrial measurement that requires precision.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光音響
顕微鏡を用いて、微小なサイズから大きなサイズまでの
汎用の試料に対して試料の高速駆動を行う場合、ウオー
ムギヤなどの機構を用いているステージを使用する事が
必要不可欠である。しかしながら、その際に発生する音
響的な騒音と、駆動にかなりの時間を必要とするとい
う、アクセス時間の問題を解決しなければならず、ここ
に技術的な隘路が存在していた。When a high-speed driving of a general-purpose sample from a small size to a large size is performed using the above-described conventional photoacoustic microscope, a mechanism such as a worm gear is used. It is essential to use a stage. However, it was necessary to solve the problem of the access time, that is, the acoustic noise generated at that time and the considerable time required for driving, and there was a technical bottleneck here.
【０００４】本発明は、精密さが要求される工業計測に
おいても、微小なサイズから大きなサイズまでの汎用の
試料に対して、試料の高速駆動を音響的な騒音の発生を
極力抑止した環境下で行うとともに、同時に電磁力に基
づくリニア・モーター式のスライド・ステージを用い、
その制御をプログラミング的に工夫する事により、光音
響顕微鏡の駆動部を高速に動作させ、かつ静粛な動作環
境を実現し、光ビームを試料に対してランダムに走査す
ることができる光音響顕微鏡装置及びその映像方法を提
供することを目的としている。According to the present invention, even in industrial measurement where precision is required, high-speed driving of a sample can be performed in an environment in which generation of acoustic noise is suppressed as much as possible for a general-purpose sample from a small size to a large size. At the same time, using a linear motor type slide stage based on electromagnetic force,
A photoacoustic microscope that can operate the drive unit of the photoacoustic microscope at high speed and realize a quiet operating environment by scanning the sample randomly with a light beam by devising the control programmatically. And an imaging method thereof.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、 〔１〕断続光であるレーザービームを変調器により変調
し、光学系により密閉容器の光音響セルの検出部内に設
置された試料表面に照射して、物質内部に熱を発生さ
せ、これを音波に変化させて音響センサにより検出し、
情報処理装置による信号処理により、画像として構成す
る光音響顕微鏡装置であって、レーザービームと試料と
の相対的位置変動を伴いながら光走査・集光させる際
に、操作する可動ミラーとリニアモーターステージとを
備え、広範囲にわたり高速でかつ静粛な走査を可能にす
るようにしたものである。According to the present invention, in order to achieve the above object, [1] a laser beam, which is intermittent light, is modulated by a modulator, and an optical system is used in a detection section of a photoacoustic cell of a closed container. By irradiating the surface of the placed sample to generate heat inside the substance, this is converted into sound waves and detected by an acoustic sensor,
A photoacoustic microscope device configured as an image by signal processing by an information processing device. A movable mirror and a linear motor stage that are operated when light scanning and focusing are performed with relative position fluctuation between a laser beam and a sample. And enables high-speed and quiet scanning over a wide range.
【０００６】〔２〕上記〔１〕記載の光音響顕微鏡装置
において、前記可動ミラーを静止させ、レーザービーム
を固定させた状態で、リニアモーターステージを駆動し
て走査を行うようにしたものである。[2] The photoacoustic microscope apparatus according to [1], wherein the scanning is performed by driving the linear motor stage while the movable mirror is stationary and the laser beam is fixed. .
【０００７】〔３〕上記〔１〕記載の光音響顕微鏡装置
において、前記リニアモーターステージを固定して、前
記可動ミラーを駆動して、レーザービームによる走査を
行うようにしたものである。[3] In the photoacoustic microscope apparatus according to the above [1], the linear motor stage is fixed, and the movable mirror is driven to perform scanning by a laser beam.
【０００８】〔４〕上記〔１〕記載の光音響顕微鏡装置
において、前記可動ミラーと、リニアモーターステージ
との協動により走査を行うようにしたものである。[4] The photoacoustic microscope apparatus according to [1], wherein scanning is performed by cooperation of the movable mirror and a linear motor stage.
【０００９】〔５〕上記〔１〕記載の光音響顕微鏡装置
において、前記リニアモーターステージを情報処理装置
のプログラミングなどにより、レーザービームを試料表
面の上にランダムに走査するようにしたものである。[5] In the photoacoustic microscope apparatus according to the above [1], the linear motor stage is configured to randomly scan a laser beam on a sample surface by programming of an information processing apparatus.
【００１０】〔６〕断続光であるレーザービームを変調
器により変調し、光学系により密閉容器の光音響セルの
検出部内に設置された試料表面に照射して、物質内部に
熱を発生させ、これを音波に変化させて音響センサによ
り検出し、情報処理装置による信号処理により、画像と
して構成する光音響顕微鏡装置による映像方法であっ
て、レーザービームと試料との相対的位置変動を伴いな
がら光走査・集光させ、広範囲にわたり高速でかつ静粛
な走査を行うようにしたものである。[6] A laser beam, which is an intermittent light, is modulated by a modulator, and the optical system irradiates a sample surface installed in a detection unit of a photoacoustic cell of a closed container to generate heat inside a substance. This is an imaging method using a photoacoustic microscope device that converts this into a sound wave and detects it with an acoustic sensor and performs signal processing by an information processing device to form an image, using light with a relative position change between the laser beam and the sample. By scanning and condensing, high-speed and quiet scanning is performed over a wide range.
【００１１】〔７〕上記〔６〕記載の光音響顕微鏡装置
による映像方法において、前記光走査を情報処理装置の
プログラミングなどにより、レーザービームを試料表面
の上にランダムに走査するようにしたものである。[7] The imaging method using the photoacoustic microscope apparatus according to the above [6], wherein the optical scanning is performed such that a laser beam is randomly scanned over a sample surface by programming of an information processing apparatus or the like. is there.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１３】図１は本発明の実施例を示す光音響顕微鏡
装置の基本的な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a photoacoustic microscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
【００１４】図１において、１は断続光源となるレーザ
ー光源、２は光変調器（メカニカルチョッパー）、３は
レーザー・ビームの位置を試料表面に照射するための可
動ミラー、４は光学顕微鏡であり、レーザー・ビームの
集光に用いられる。５は密閉容器内の光音響セルであ
り、この光音響セル５中に試料６を装着する。７はコン
デンサ・マイクロフォン等の音響センサである。８は駆
動系に用いられるリニアモーターステージである。９，
１０はそれぞれプリアンプ、ロックイン・アンプ等の電
気信号の増幅・整形機能を持たせた部分である。１１は
情報の表示部、記録部となるマイクロコンピュータであ
り、ステージ制御装置１２とＧＰ−ＩＢなどの情報バス
１３を経由して制御のための通信を行っている。なお、
マイクロコンピュータ１１と計測器とを直接接続する場
合、情報バス１３は省略可能である。１４はＤ／Ａ変換
器、１５はスキャナドライバーである。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser light source serving as an intermittent light source, 2 denotes an optical modulator (mechanical chopper), 3 denotes a movable mirror for irradiating the position of a laser beam onto the sample surface, and 4 denotes an optical microscope. , Used to focus laser beams. Reference numeral 5 denotes a photoacoustic cell in a closed container, in which a sample 6 is mounted. Reference numeral 7 denotes an acoustic sensor such as a condenser microphone. Reference numeral 8 denotes a linear motor stage used for a drive system. 9,
Numeral 10 is a portion having a function of amplifying and shaping electric signals such as a preamplifier and a lock-in amplifier. Reference numeral 11 denotes a microcomputer serving as an information display unit and a recording unit, and performs communication for control with the stage control device 12 via an information bus 13 such as GP-IB. In addition,
When the microcomputer 11 is directly connected to the measuring instrument, the information bus 13 can be omitted. 14, a D / A converter; and 15, a scanner driver.
【００１５】以下、この実施例の具体的構成の説明を行
う。Hereinafter, a specific configuration of this embodiment will be described.
【００１６】この光音響顕微鏡装置は大きく分けて光学
部、駆動部、検出部、信号処理部、コンピュータ部に分
けられる。光学部は、レーザー光源（例えば、アルゴン
レーザー）１とレーザー光を変調させるための光変調器
（メカニカルチョッパー）２、可動ミラー３、そして、
レーザー光収束のための光学顕微鏡４からなる。This photoacoustic microscope apparatus is roughly divided into an optical section, a drive section, a detection section, a signal processing section, and a computer section. The optical unit includes a laser light source (for example, argon laser) 1, an optical modulator (mechanical chopper) 2 for modulating laser light, a movable mirror 3, and
It comprises an optical microscope 4 for converging laser light.
【００１７】駆動部は、試料６を走査する２軸リニアモ
ーターステージ８と、これを制御するステージ制御装置
（ＣＡＴII）１２からなる。The driving section comprises a two-axis linear motor stage 8 for scanning the sample 6, and a stage control device (CATII) 12 for controlling the stage.
【００１８】検出部は、光音響セル５と、音響センサ７
（圧力センサ：コンデンサ・マイクロフォン）、信号処
理部は、光音響信号を増幅するプリアンプ９、同期検波
するロックイン・アンプ１０を有する。The detection unit includes a photoacoustic cell 5 and an acoustic sensor 7
(Pressure sensor: condenser microphone), the signal processing unit includes a preamplifier 9 for amplifying the photoacoustic signal and a lock-in amplifier 10 for synchronous detection.
【００１９】コンピュータ部は、マイクロコンピュータ
１１及び情報バス（ＧＰ−ＩＢバス）１３からなる。ま
た、この情報バス１３にはＤ／Ａ変換器１４を介してス
キャナドライバー１５が接続されている。The computer section comprises a microcomputer 11 and an information bus (GP-IB bus) 13. A scanner driver 15 is connected to the information bus 13 via a D / A converter 14.
【００２０】そこで、レーザー光源１から照射されたレ
ーザー光は光変調器（メカニカルチョッパー）２により
一定周波数に変調される。変調されたレーザー光は、光
学顕微鏡４の対物レンズにより収束され、試料６表面上
に照射される。試料６の走査は２軸リニアモーターステ
ージ８を駆動して行う。光音響セル５内では試料６が断
続光を吸収するため、発生した熱の一部が試料６表面近
傍の気体に伝わり、気体が膨張する。ここで、発生した
周期的な圧力変化を音響センサ（マイクロフォン）７に
よって電気的信号に変換して検出する。検出された信号
は、ロックイン・アンプ１０により変調信号と同期検波
され、Ｓ／Ｎの向上がなされる。そして、振幅及び位相
がマイクロコンピュータ１１内に読み込まれ、処理され
て画像としてマイクロコンピュータ１１の画面上に再構
成・表示される。Therefore, the laser light emitted from the laser light source 1 is modulated by an optical modulator (mechanical chopper) 2 to a constant frequency. The modulated laser light is converged by the objective lens of the optical microscope 4 and is irradiated on the surface of the sample 6. The scanning of the sample 6 is performed by driving the two-axis linear motor stage 8. In the photoacoustic cell 5, since the sample 6 absorbs the intermittent light, a part of the generated heat is transmitted to the gas near the surface of the sample 6, and the gas expands. Here, the generated periodic pressure change is converted into an electric signal by the acoustic sensor (microphone) 7 and detected. The detected signal is synchronously detected with the modulation signal by the lock-in amplifier 10, and the S / N is improved. Then, the amplitude and phase are read into the microcomputer 11, processed, and reconstructed and displayed as an image on the screen of the microcomputer 11.
【００２１】以下、リニアモーターステージの構成につ
いて説明する。Hereinafter, the configuration of the linear motor stage will be described.
【００２２】このリニアモーターステージとしては、例
えば、中央精機（株）製を用いることができる。As the linear motor stage, for example, Chuo Seiki Co., Ltd. can be used.
【００２３】図２は本発明で用いられるリニアモーター
ステージの側面図、図３は図２のＡ−Ａ′矢視図であ
る。FIG. 2 is a side view of the linear motor stage used in the present invention, and FIG. 3 is a view taken on line AA 'of FIG.
【００２４】これらの図に示すように、このリニアモー
ターステージ８は、固定子３０と可動子としての可動テ
ーブル３６から構成されている。その固定子３０は、ヨ
ーク部材を構成するベース部３１とそのベース部３１の
中央から突出した中央突出部３２と、この中央突出部３
２から両側に広がる水平部３３と、ベース部３１の側面
に突出する側面突出部３４を有している。そのベース部
３１にはマグネット３５が配置されている。As shown in these figures, the linear motor stage 8 includes a stator 30 and a movable table 36 as a movable element. The stator 30 includes a base portion 31 constituting a yoke member, a central protruding portion 32 protruding from the center of the base portion 31, and a central protruding portion 3.
It has a horizontal portion 33 extending from both sides to both sides, and a side projecting portion 34 projecting from the side surface of the base portion 31. A magnet 35 is arranged on the base 31.
【００２５】一方、可動子側には、可動テーブル３６
と、その可動テーブル３６の両側の下方に延びる垂下部
３７と、その垂下部３７の下端の内側に配置される偏平
可動コイル３８が配置されている。On the other hand, the movable table 36
In addition, a hanging part 37 extending downward on both sides of the movable table 36 and a flat movable coil 38 arranged inside a lower end of the hanging part 37 are arranged.
【００２６】更に、固定子側の側面突出部３４の上端内
面と可動子側の下部外側面との間にクロスローラーガイ
ド３９が配置されている。Further, a cross roller guide 39 is arranged between the inner surface at the upper end of the side projection 34 on the stator side and the lower outer surface on the mover side.
【００２７】そこで、マグネット３５による磁束Ｂの磁
界中に置かれた偏平可動コイル３８に電流Ｉを流すと偏
平可動コイル３８にはフレニングの左手の法則により、
推力が発生することにより、可動テーブル３６を駆動す
ることができる。Then, when a current I is applied to the flat movable coil 38 placed in the magnetic field of the magnetic flux B by the magnet 35, the flat movable coil 38 is applied to the flat movable coil 38 according to Frening's left-hand rule.
The movable table 36 can be driven by the generation of the thrust.
【００２８】このように、本発明で用いるリニアモータ
ーステージ８は可動形リニア直流モーターに属し、偏平
コイル型の直流モーターである。今まで用いていたパル
スステージは、１パルスで２μｍの精度で駆動してお
り、駆動時の音響ノイズもかなりのものであっが、本発
明で用いるリニアモーターステージ８は、偏平可動コイ
ル３８を有し、強力なマグネット３５〔例えば、住友特
殊金属（株）製、ＮＥＯＭＡＸ）を使用しているので、
小型、薄型、軽量である。また、コイルインダクタンス
がＬ＝３ｍｈと小さく、電気的応答性に優れている。更
に、ダイレクトドライブであるため、ボールネジ等の回
転−直線運動変換機構が無く高速駆動（４０ｍｍ／ｓｅ
ｃ）が可能である。As described above, the linear motor stage 8 used in the present invention belongs to a movable linear DC motor, and is a flat coil type DC motor. The pulse stage used so far is driven with an accuracy of 2 μm per pulse, and the acoustic noise during driving is considerable. However, the linear motor stage 8 used in the present invention has a flat movable coil 38. Since a strong magnet 35 (for example, NEOMAX manufactured by Sumitomo Special Metals Co., Ltd.) is used,
Small, thin and lightweight. Further, the coil inductance is as small as L = 3 mh, and the electrical response is excellent. Furthermore, since it is a direct drive, there is no rotation-linear motion conversion mechanism such as a ball screw, and high-speed drive (40 mm / sec)
c) is possible.
【００２９】また、可動部はステージ及び可動コイルの
みで構成され、構造が簡単で信頼性が高い。可動部はク
ロスローラガイド使用により低発塵、高耐久、低騒音で
ある。更に、ブラシが用いられていないので、保守が簡
単であるという利点がある。The movable portion is composed of only the stage and the movable coil, and has a simple structure and high reliability. The movable part has low dust generation, high durability and low noise by using a cross roller guide. Further, since no brush is used, there is an advantage that maintenance is simple.
【００３０】図４は本発明で用いられるリニアモーター
ステージの制御システム構成図である。FIG. 4 is a block diagram of a control system for a linear motor stage used in the present invention.
【００３１】この図において、リニアモーターステージ
８にはリニアスケール４１が配置され、このリニアスケ
ール４１からの情報は波形整形ユニット４２を介して、
位置検出のために、パルス指令Ｓcom と比較されるとと
もに、Ｆ／Ｖ変換器４３により速度検出が行われる。な
お、４５は位置制御部、４６は速度制御部、４７は電流
制御部であり、フィードバック制御が行われるようにな
っている。In this figure, a linear scale 41 is arranged on the linear motor stage 8, and information from the linear scale 41 is transmitted via a waveform shaping unit 42.
In order to detect the position, the speed is compared with the pulse command Scom, and the speed is detected by the F / V converter 43. In addition, 45 is a position control unit, 46 is a speed control unit, 47 is a current control unit, and performs feedback control.
【００３２】このリニアモーターステージ８の制御シス
テムは、フルクローズドループ方式となっている。The control system of the linear motor stage 8 is of a fully closed loop type.
【００３３】この図に示すように、この制御システム
は、機械系すなわち可動テーブルの位置情報をフィード
バックする制御であるため、高い精度の位置決めができ
る。この系は、位置ループ、速度ループ、電流ループよ
り構成され、各制御部に別れる。まず、位置制御部４５
でで指令位置と現在位置の差を計算し、偏差に応じた速
度指令を出す。次に、速度制御部４６では指令速度と現
在速度とを比較してその速度偏差から、トルク指令を計
算する。電流制御部４７ではトルク指令と電流の差をと
り、トルク指令通りの電流を流すための演算を行い、パ
ワーＦＥＴを用いたＰＷＭ電流増幅回路によりリニアモ
ーターステージ８を駆動する。リニアスケール４１から
の移動距離と速度に比例したパルス信号は、位置制御部
４５と速度制御部４６へフィードバックされる。As shown in this figure, the control system is a control for feeding back the position information of the mechanical system, that is, the movable table, so that the positioning can be performed with high accuracy. This system includes a position loop, a speed loop, and a current loop, and is divided into control units. First, the position control unit 45
Use to calculate the difference between the command position and the current position, and issue a speed command according to the deviation. Next, the speed control unit 46 compares the command speed with the current speed and calculates a torque command from the speed deviation. The current controller 47 calculates the difference between the torque command and the current, performs an operation for flowing a current according to the torque command, and drives the linear motor stage 8 by a PWM current amplifier circuit using a power FET. The pulse signal proportional to the moving distance and the speed from the linear scale 41 is fed back to the position control unit 45 and the speed control unit 46.
【００３４】このように構成したので、本発明のリニア
モーターステージ８によれば、高分解能の達成ができ
る。例えば、パルスステージ２０分の１の０．１μｍの
精度で駆動することができる。With this configuration, according to the linear motor stage 8 of the present invention, high resolution can be achieved. For example, the pulse stage can be driven with an accuracy of 0.1 / m, which is 1/20 of the pulse stage.
【００３５】また、高精度位置決めが可能である。つま
り、ギアを使用していないためバックラッシュがなく、
位置決めの経年変化が無い。また、フルクローズドルー
プ方式であるため、精密な位置決めが可能である。Further, high-precision positioning is possible. In other words, there is no backlash because no gear is used,
No aging of positioning. In addition, since it is a fully closed loop system, precise positioning is possible.
【００３６】更に、駆動時の音響ノイズもほとんど無
く、さらに高速応答、高速駆動などが特徴として挙げら
れる。Furthermore, there is little acoustic noise at the time of driving, and further, high-speed response, high-speed driving, and the like are features.
【００３７】次に、試料のランダム走査について説明す
る。Next, random scanning of the sample will be described.
【００３８】レーザービームを試料表面の任意の位置に
ランダムな順序で照射することは、オプティカル・スキ
ャナによっても、リニアモーターステージのいずれによ
っても達成することができる。Irradiation of the laser beam at an arbitrary position on the sample surface in a random order can be achieved by either an optical scanner or a linear motor stage.
【００３９】オプティカル・スキャナの場合は、フィー
ドバックループを有するガルバノメーターによった制御
を行うため、かなりの高速動作が可能であるが、鏡を回
転させるようにしているため、原理的に非直線歪みを有
している（変位量が回転角度のｔａｎに比例するため
に、正方形の中心からビームを振った場合に変位量が大
きくなるにつれて正方形の四隅を対角線方向に延ばした
図形になってしまう）。In the case of an optical scanner, control is performed by a galvanometer having a feedback loop, so that a considerably high-speed operation is possible. However, since the mirror is rotated, nonlinear distortion is in principle possible. (Because the displacement amount is proportional to the rotation angle tan, when the beam is shaken from the center of the square, as the displacement amount increases, the square becomes a figure in which the four corners of the square are extended diagonally.) .
【００４０】一方、リニアモーターステージの場合に
は、パルスエンコーダーを有するリニアモーターステー
ジに加えるパルス数と移動方向を自由に変更することに
より、従来のようなパルスモーターステージとは異なっ
て、騒音を発生することなく、しかも移動途中の滞在時
間が極めて少ない駆動が可能である。On the other hand, in the case of a linear motor stage, unlike the conventional pulse motor stage, noise is generated by freely changing the number of pulses to be applied to the linear motor stage having the pulse encoder and the moving direction. It is possible to perform the driving without having to spend a very short time while moving.
【００４１】図５は本発明の実施例を示す光音響顕微鏡
の試料の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a sample of a photoacoustic microscope showing an embodiment of the present invention.
【００４２】この図に示すように、試料２１には、アル
ミニウムの矩形板を用いた。その大きさはＬ1 （４０ｍ
ｍ）×Ｌ2 （４０ｍｍ）×厚さ（１０ｍｍ）である。こ
の試料２１のほぼ中央部にスリット状の欠陥２２，２３
がお互いに直角に交差している。これらの欠陥２２，２
３の深さはどちらも２．０ｍｍである。As shown in this figure, a rectangular plate of aluminum was used for the sample 21. Its size is L 1 (40m
m) × L 2 (40 mm) × thickness (10 mm). The slit-like defects 22 and 23 are almost at the center of the sample 21.
Cross at right angles to each other. These defects 22, 2
The depth of each of No. 3 is 2.0 mm.
【００４３】本発明の光音響顕微鏡装置を用い上記試料
２１を測定して得られた光音響画像の一例を、図６に示
す。FIG. 6 shows an example of a photoacoustic image obtained by measuring the sample 21 using the photoacoustic microscope apparatus of the present invention.
【００４４】解像度は１００×１００ピクセルであり、
変調周波数は１８０Ｈｚであった。画像において、白い
部分では光音響信号が強く、黒くなるにつれて信号が弱
くなっていく様子を示している。画像中央部に著しく強
い光音響（上下、左右）が確認できる。このことから、
上記試料２１の２本の表面欠陥２２，２３が互いに交差
している状態が、光音響画像として明瞭に表示されてい
ることが分かり、本画像が表面欠陥の交差部光音響信号
であることがわかる。The resolution is 100 × 100 pixels,
The modulation frequency was 180 Hz. In the image, a photoacoustic signal is strong in a white portion, and the signal becomes weaker as the image becomes darker. Remarkably strong photoacoustic (up and down, left and right) can be confirmed at the center of the image. From this,
It can be seen that the state where the two surface defects 22 and 23 of the sample 21 intersect each other is clearly displayed as a photoacoustic image, and that this image is a photoacoustic signal at the intersection of the surface defects. Understand.
【００４５】図の中央部で、欠陥２２，２３が直角に交
差している光音響像が最大になっている。In the center of the figure, the photoacoustic image in which the defects 22 and 23 intersect at right angles is the largest.
【００４６】このように、本発明によれば、広範囲にわ
たり高速でかつ静粛な走査を行うことができる。As described above, according to the present invention, high-speed and quiet scanning can be performed over a wide range.
【００４７】上記では、リニアモーターステージによる
走査について述べたが、リニアモーターステージは固定
しておき、マイクロコンピュータ１１−情報バス１３−
Ｄ／Ａ変換器１４を介したスキャナドライバー１５の駆
動により、可動ミラー３を駆動して試料表面の走査を行
うようにしてもよい。In the above description, the scanning by the linear motor stage has been described. However, the linear motor stage is fixed, and the microcomputer 11-information bus 13-
The movable mirror 3 may be driven to scan the sample surface by driving the scanner driver 15 via the D / A converter 14.
【００４８】さらに、上記したリニアモーターステージ
８の走査と可動ミラー３の走査との協動作用により、試
料６表面の走査を行うようにしてもよい。Further, the scanning of the surface of the sample 6 may be performed by cooperating the scanning of the linear motor stage 8 and the scanning of the movable mirror 3.
【００４９】特に、スキャナドライバー１５の駆動によ
る可動ミラー３による走査の場合には、高速でかつ静粛
な走査を行うことができる。In particular, in the case of scanning by the movable mirror 3 driven by the scanner driver 15, high-speed and quiet scanning can be performed.
【００５０】このように、本発明によれば、それぞれ高
速・ランダムアクセス、ならびに高精度の試料上の位置
決め・照射を行う２つの動作モードが可能である多機能
型の光音響顕微鏡装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, there is provided a multifunctional photoacoustic microscope apparatus capable of performing two operation modes for performing high-speed / random access and positioning / irradiation on a sample with high precision. be able to.
【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、静粛さと高速性、またコンピュータ制御による
ランダム・アクセス性を兼ね備えた光音響顕微鏡及びそ
の映像方法を実現することができ、本装置によればマイ
クロマシンや微小電子部品の内部欠陥を非破壊的に検査
したり、また尿や血液などの時間的に変化しやすい生体
試料などをランダムな順序で定量的に測定することが１
台の装置で可能となる。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize a photoacoustic microscope having both quietness, high speed, and random access by computer control, and an image method thereof. According to this device, it is possible to nondestructively inspect internal defects of micromachines and microelectronic components, and to quantitatively measure biological samples such as urine and blood which are likely to change over time in a random order.
It is possible with one device.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の実施例を示す光音響顕微鏡装置の基本
的構成を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a photoacoustic microscope apparatus showing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明で用いられるリニアモーターステージの
側面図である。FIG. 2 is a side view of a linear motor stage used in the present invention.
【図３】図２のＡ−Ａ′矢視図である。FIG. 3 is a view as viewed in the direction of arrows AA ′ in FIG. 2;
【図４】本発明で用いられるリニアモーターステージの
制御システム構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a control system of a linear motor stage used in the present invention.
【図５】本発明の実施例を示す光音響顕微鏡装置の試料
の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a sample of the photoacoustic microscope apparatus showing the embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施例を示す光音響顕微鏡装置による
光音響画像を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a photoacoustic image obtained by a photoacoustic microscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
１ レーザー光源 ２ 光変調器（メカニカルチョッパー） ３ 可動ミラー ４ 光学顕微鏡 ５ 光音響セル ６，２１ 試料 ７ 音響センサ ８ リニアモーターステージ ９ プリアンプ １０ ロックイン・アンプ １１ マイクロコンピュータ １２ ステージ制御装置 １３ 情報バス １４ Ｄ／Ａ変換器 １５ スキャナドライバー ２２，２３ 欠陥 Reference Signs List 1 laser light source 2 optical modulator (mechanical chopper) 3 movable mirror 4 optical microscope 5 photoacoustic cell 6, 21 sample 7 acoustic sensor 8 linear motor stage 9 preamplifier 10 lock-in amplifier 11 microcomputer 12 stage controller 13 information bus 14 D / A converter 15 Scanner driver 22, 23 Defect
Claims (7)
より変調し、光学系により密閉容器の光音響セルの検出
部内に設置された試料表面に照射して、物質内部に熱を
発生させ、これを音波に変化させて音響センサにより検
出し、情報処理装置による信号処理により、画像として
構成する光音響顕微鏡装置であって、レーザービームと
試料との相対的位置変動を伴いながら光走査・集光させ
る際に、操作する可動ミラーとリニアモーターステージ
とを備え、広範囲にわたり高速でかつ静粛な走査を可能
にすることを特徴とする光音響顕微鏡装置。1. A laser beam, which is an intermittent light, is modulated by a modulator, and the optical system irradiates a sample surface installed in a detection part of a photoacoustic cell of a closed container to generate heat inside a substance. This is a photoacoustic microscope device that changes the light into sound waves and detects it with an acoustic sensor, and configures it as an image by signal processing by an information processing device. Optical scanning and focusing with a relative position change between the laser beam and the sample A photoacoustic microscope apparatus comprising a movable mirror and a linear motor stage to be operated when scanning, and enabling high-speed and quiet scanning over a wide range.
て、前記可動ミラーを静止させ、レーザービームを固定
させた状態で、リニアモーターステージを駆動して走査
を行うことを特徴とする光音響顕微鏡装置。2. A photoacoustic microscope according to claim 1, wherein the scanning is performed by driving a linear motor stage while the movable mirror is stationary and the laser beam is fixed. apparatus.
て、前記リニアモーターステージを固定して、前記可動
ミラーを駆動して、レーザービームによる走査を行うこ
とを特徴とする光音響顕微鏡装置。3. The photoacoustic microscope apparatus according to claim 1, wherein the linear motor stage is fixed, and the movable mirror is driven to perform scanning with a laser beam.
て、前記可動ミラーと、リニアモーターステージとの協
動により走査を行うことを特徴とする光音響顕微鏡装
置。4. The photoacoustic microscope apparatus according to claim 1, wherein scanning is performed by cooperation of the movable mirror and a linear motor stage.
て、前記リニアモーターステージを情報処理装置のプロ
グラミングなどにより、レーザービームを試料表面の上
にランダムに走査することを可能にしたことを特徴とす
る光音響顕微鏡装置。5. The photoacoustic microscope device according to claim 1, wherein the linear motor stage can be randomly scanned with a laser beam on the surface of the sample by programming of an information processing device or the like. Photoacoustic microscope equipment.
より変調し、光学系により密閉容器の光音響セルの検出
部内に設置された試料表面に照射して、物質内部に熱を
発生させ、これを音波に変化させて音響センサにより検
出し、情報処理装置による信号処理により、画像として
構成する光音響顕微鏡装置による映像方法であって、レ
ーザービームと試料との相対的位置変動を伴いながら光
走査・集光させ、広範囲にわたり高速でかつ静粛な走査
を行うことを特徴とする光音響顕微鏡装置の映像方法。6. A laser beam, which is an intermittent light, is modulated by a modulator, and is irradiated by an optical system onto a sample surface installed in a detection unit of a photoacoustic cell of a closed container to generate heat inside a substance. This is an imaging method using a photoacoustic microscope device that converts an image into a sound wave and detects it with an acoustic sensor and processes it as an image by signal processing by an information processing device. An imaging method for a photoacoustic microscope apparatus, wherein light is condensed and high-speed and quiet scanning is performed over a wide range.
映像方法において、前記光走査を情報処理装置のプログ
ラミングなどにより、レーザービームを試料表面の上に
ランダムに走査することを特徴とする光音響顕微鏡装置
による映像方法。7. An imaging method using a photoacoustic microscope apparatus according to claim 6, wherein the optical scanning is performed by randomly scanning a laser beam on the surface of the sample by programming of an information processing apparatus. An imaging method using a microscope device.
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