DE3586383T2

DE3586383T2 - Bildaufnahmegeraet.

Info

Publication number: DE3586383T2
Application number: DE8585306813T
Authority: DE
Inventors: Daikichi Awamura
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2005-09-26
Also published as: DE3586383D1; EP0176358A2; CA1266324A; KR910000617B1; EP0176358B1; KR860002742A; US4736110A; EP0176358A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung mit hohem S/R und kleiner Bildverzerrung.
Bisher wurde eine mikroskopische Bildaufnahmevorrichtung vom Abtasttyp verwendet, in welcher ein Lichtstrahl zweidimensional mittels zweier Ablenker abgelenkt wurde, um eine Probe bei einer hohen Geschwindigkeit mit einem feinen Fleck abzutasten, und ein Lichtstrom, der durch die Probe reflektiert wurde, durchstrahlte die beiden Ablenker in der entgegengesetzten Richtung und wurde zum Einfallen auf ein Lichtempfangselement wie eine Photomultiplierröhre gebracht, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches die optische Information der Probe repräsentiert. Eine solche Lichtaufnahmevorrichtung hat mehrere Vorteile dahingehend, daß jegliches Streulicht gemäß der Tatsache, daß die Probe durch einen Strahlfleck abgetastet wird, vermieden werden kann, daß ein Bild, welches auf einem Monitor dargestellt wird, untersucht werden kann, und daß die Klarheit und der Kontrast des gezeigten Bildes elektrisch in einer einfachen und präzisen Weise eingestellt werden kann. Deshalb kann eine solche Bildaufnahmevorrichtung vorteilhafterweise in verschiedenen Anwendungen benutzt werden.
Als ein Bildsensor ist auch ein zweidimensionaler Festkörperbildsensor entwickelt worden. Gewöhnlich wurde der zweidimensionale Festkörperbildsensor anstelle einer Bildaufnahmeröhre verwendet, auf welche ein Bild einer gleichförmig beleuchteten Probe mittels einer Objektivlinse projiziert wird.
In der bekannten Bildaufnahmevorrichtung vom optischen Abtastmikroskop-Typ ist es, da die Probe durch einen Lichtstrahl bei hoher Geschwindigkeit abgetastet wird, notwendig, eine Photomultiplierröhre mit einer hohen Empfindlichkeit zu benutzen, und aus diesem Grunde muß die Vorrichtung in ihrer Dimension groß und bezüglich der Kosten aufwendig sein. Ferner ist es schwierig, den Lichtstrahl zweidimensional bei einer konstanten Geschwindigkeit abzulenken, um die Probe abzutasten. Wenn die Abtastgeschwindigkeit fluktuiert, kann eine Bildverzerrung vorkommen und deshalb würde das Bild der Probe nicht exakt reproduziert. Ferner ist es notwendig, da der zweidimensionale Festkörperbildsensor eine niedrige Empfindlichkeit aufweist, eine Lichtquelle zu benutzen, die Licht hoher Intensität emittiert. Die Vorrichtung, die den Festkörperbildsensor umfaßt, muß dann auch in ihrer Dimension groß sein. Darüber hinaus könnte die Schärfe des reproduzierten Bildes nicht hoch gemacht werden, da die Schärfe oder das Auflösevermögen des zweidimensionalen Bildsensors relativ niedrig ist. Eine solche Schärfe ist zu niedrig, um die Bildaufnahmevorrichtung bei einem Defektfeststellungssystem zu verwenden.
Ferner können in der bekannten Bildaufnahmevorrichtung die Lichtquelle und der Photodetektor nicht gemeinsam für die Reflexionstypuntersuchung und für die Transmissionstypuntersuchung verwendet werden. Daher muß die Probe, wenn dieselbe Probe sowohl in der Reflexionstypuntersuchung als auch in der Transmissionstypuntersuchung beobachtet werden soll, zuerst in eine Reflexionstypvorrichtung gelegt werden und muß dann in eine Transmissionstypvorrichtung gebracht werden. Aus diesem Grunde wird die Handhabung durch den Benutzer sehr kompliziert, und es ist oftmals sehr schwierig, denselben Teil der Probe auf beide Methoden zu untersuchen. Außerdem müssen zwei Vorrichtungen vorgesehen sein, und dies erfordert einen großen Raum und hohe Kosten.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 27, No. 4B, September 1984, Seiten 2642 bis 2644 offenbart eine eindimensionale Laserabtastvorrichtung, um Laserlicht zu fokussieren und mittels einer Linse und eines Abtastspiegels auf ein Objekt zu leiten, welches in der Brennebene der Linse angeordnet ist. Diese Vorrichtung erzielt keine zweidimensionale Rasterabtastung. Sie offenbart weder Mittel, um eine Reflexions- oder Transmissionsuntersuchung zu ermöglichen, noch vermittelt sie das hohe Signal zu Rauschverhältnis und die erforderliche niedrige Bildverzerrung.
Die US-A-4241257 von Koester offenbart eine Abtastmikroskopvorrichtung. Diese Vorrichtung vermittelt lediglich eine X-Richtungsabtastung eines Lichtstreifens, so daß der Lichtstreifen quer über eine Objektebene in einer Richtung senkrecht zur Länge des Lichtstreifens abgetastet wird. Dies erzeugt ein zweidimensionales Bild auf dem Detektor, kann aber keine vollständige Abtastung eines Objektes größerer Dimensionen vermitteln, ohne das Objekt zu bewegen oder die Dimensionen der Vorrichtung zu vergrößern. Die verwendete Reflektorstruktur würde es nicht ermöglichen, die Vorrichtung sowohl für eine Reflexions- als auch für eine Transmissionsuntersuchung zu verwenden.
Bei Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, das Objekt zu bewegen, um eine vollständige zweidimensionale Rasterabtastung zu erhalten. Der verwendete Abtaster kann in einem System sein, welches die Fähigkeit aufweist, durch das Objekt reflektiertes oder hindurchgestrahltes Licht zu sammeln.
Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand, eine Bildaufnahmevorrichtung zu vermitteln, die ein Bildsignal vermitteln kann, welches ein hohes S/R und eine kleine Verzerrung aufweist.
Es ist ein anderer Gegenstand der Erfindung, eine Bildaufnahmevorrichtung zu vermitteln, vermittels der eine Probe sowohl in der Reflexionstypuntersuchung als auch in der Transmissionstypuntersuchung beobachtet werden kann.
Es ist ein anderer Zweck der Erfindung, eine Bildaufnahmevorrichtung zu vermitteln, bei welcher eine Brennpunktbedingung einer Objektivlinse in einer einfachen und exakten Weise detektiert werden kann.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Bildaufnahmevorrichtung zu vermitteln, die ein farbiges Bildsignal erhalten kann, das ein hohes S/R und eine kleine Farbabweichung aufweist.
Die vorliegende Erfindung vermittelt eine Bildaufnahmevorrichtung mit:
einer Lichtquelleneinheit, die wenigstens eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahles einschließt;
einem ersten Ablenkmittel zum Ablenken des Lichtstrahls in eine Hauptabtastrichtung bei einer Hauptabtastfrequenz;
einem Linsensystem zum Fokussieren des durch das erste Ablenkmittel abgelenkten Lichtstrahls auf eine Probe und zum Bündeln des von der Probe empfangenen Lichtstroms;
einer Lichtabfühleinheit einschließlich wenigstens eines in der Brennebene des Linsensystems angeordneten linearen Bildsensors zum Empfangen von Licht von der Probe und mit einer Mehrzahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die linear in der Hauptabtastrichtung ausgerichtet sind; und
Mitteln zum Auslesen photoelektrischer Ladung, die in den photoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors gespeichert sind, bei einer Auslesefrequenz; wobei
die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zweites Ablenkmittel zwischen dem ersten Ablenkmittel und dem Linsensystem angeordnet ist und den Lichtstrahl ablenkt, der durch das Ablenkmittel in einer Unterabtastrichtung im wesentlichen senkrecht zur Hauptabtastrichtung bei einer Unterabtastfrequenz so abgelenkt wurde, daß ein Rastermuster des Lichtstrahls auf die Probe projiziert werden kann, um ein komplettes zweidimensionales Bild der Probe zu erhalten;
und daß der Lichtstrom von der Probe durch eine Ablenkeinrichtung bei der Unterabtastfrequenz synchron mit der Ablenkung des Lichts durch das zweite Ablenkmittel abgelenkt wird, um bei dem oder jedem linearen Bildsensor der Ablenkung zu entsprechen, die durch das zweite Ablenkmittel verursacht ist.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine prinzipielle Konstruktion der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht, die eine Lagebeziehung zwischen einem Lichtfleck und photoelektrischen Wandlerelementen darstellt;
Fig. 3A, 3B und 3C sind Schaubilder, die eine Beziehung zwischen der Auslesefrequenz bei einem linearen Bildsensor und einer in dem linearen Bildsensor gespeicherten Ladungsmenge darstellen;
Fig. 4A und 4B sind schematische Darstellungen, die Abtastliniendichten zeigen;
Fig. 5 ist ein Schaubild, das eine Abschattung einer Objektivlinse beschreibt;
Fig. 6 und 7 sind schematische Darstellungen, die zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung zeigen;
Fig. 8A, 8B und 8C sind Schaubilder, die die Beziehung zwischen der Auslesefrequenz und der Ladungsmenge darstellen;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die eine modifizierte Ausführungsform der in Fig. 9 gezeigten Bildaufnahmevorrichtung beschreibt;
Fig. 11 ist ein Schaltbild einer Brennpunktdetektionsvorrichtung, die in Fig. 10 gezeigt ist;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Farbbildaufnahmevorrichtung zeigt;
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform der Antriebsschaltung der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung beschreibt;
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der Antriebsschaltung der in Fig. 14 dargestellten Vorrichtung zeigt;
Fig. 16A und 16B sind schematische Darstellungen, die eine Farbabweichung darstellen, die in Vertikalrichtung auftritt;
Fig. 17 ist eine Wellenform zur Korrektur der Farbabweichung;
Fig. 18A und 18B sind Schaubilder, die Aberration und Korrektursignal zeigen;
Fig. 19 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform des Aberrationskorrekturglieds zeigt;
Fig. 20A, 20B, 20C und 20D sind schematische Darstellungen und Schaubilder zur Erklärung der Korrektur der Farbabweichung in einer horizontalen Richtung;
Fig. 21 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 22A, 22B und 22C sind schematische Darstellungen und Signalwellenformen zur Erklärung der Korrektur der Tonnenverzeichnung;
Fig. 23A Fig. 23B sind schematische Darstellungen und Signalwellenformen zur Erklärung, wie eine Verzerrung in der horizontalen Richtung zu korrigieren ist;
Fig. 24A und 24B sind Schaubilder die zeigen, wie eine nicht-lineare Verzerrung zu korrigieren ist;
Fig. 25 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung zeigt;
Fig. 26 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, welche eine zylindrische Linse verwendet;
Fig. 27 ist eine Draufsicht, die eine Lagebeziehung zwischen einem geradlinigen Lichtfleck und photoelektrischen Wandlerelementen beschreibt;
Fig. 28 ist ein Blockschaltbild, das eine Antriebsschaltung der in Fig. 26 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Fig. 29 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, die zylindrische Linsen verwendet;
Fig. 30 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt und
Fig. 31 ist ein Blockschaltbild, das eine Antriebsschaltung der in Fig. 30 gezeigten Vorrichtung zeigt.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Ein Laserlichtstrahl, der von einer Laserlichtquelle l emittiert wird, wird durch einen Aufweiter 2 aufgeweitet, und ein aufgeweiteter Lichtstrom wird dann zum Einfall auf ein akustisch-optisches Element 3 gebracht, das ein erstes Ablenkelement bildet. Das akustisch-optische Element 3 lenkt den Lichtstrahl wechselseitig bei einer Hauptabtastfrequenz f&sub1; in eine Hauptabtastrichtung, d. h. X Richtung auf einer zu untersuchenden Probe ab. Der durch das akustisch-optische Element 3 abgelenkte Lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 4 fokussiert und dann auf einen Schwingspiegel 8 über eine Zwischenlinse 5, einen halbdurchlässigen Spiegel 6 und einen total reflektierten Spiegel 7 eingeleitet. Der Schwingspiegel 8 dient als ein zweites Ablenkelement, welches den Lichtstrahl bei einer geeigneten Abtastfrequenz in eine Unterabtastrichtung, d. h. Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung ablenkt. Gewöhnlich wird die Abtastfrequenz der horizontalen Abtastfrequenz Art angeglichen. In Fig. 1 ist die X-Richtung senkrecht zu der Zeichenebene, und die Y-Richtung ist in der Zeichenebene. Der Lichtstrahl, der durch den Schwingspiegel 8 reflektiert wird, wird durch eine Objektivlinse 9 auf eine Probe 10 als ein feiner Fleck fokussiert. Auf diese Weise wird ein Raster des Lichtstrahls auf der Probe 10 gebildet und die Probe wird in die X- und Y-Richtungen abgetastet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Lichtstrahl, der durch die Probe 10 reflektiert wird, detektiert, um optische Informationen über die Probe zu erhalten. Zu diesem Zweck wird der Lichtstrom, der durch die Probe 10 reflektiert wird, durch die Objektivlinse 9 gebündelt und auf einen linearen Bildsensor 11 mittels des Schwingspiegels 8, des total reflektierenden Spiegels 7 und des halbdurchlässigen Spiegels 6 fokussiert. Das bedeutet, daß ein Bild eines kleinen Teils der Probe auf einen Teil des linearen Bildsensors 11 projiziert wird. Es sollte erwähnt werden, daß der lineare Bildsensor 11 an einer zu der Zwischenlinse 5 in bezug auf die Probe 10 konjugierten Position angeordnet ist. Eine Anzahl von photoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors 11 sind in der Unterabtastrichtung X angeordnet. Diese photoelektrischen Wandlerelemente werden bei einer Auslesefrequenz f&sub2; ausgelesen, um ein Ausgangssignal zu erhalten. Gewöhnlich ist die Auslesefrequenz der horizontalen Abtastfrequenz Fv angeglichen.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht, welche die Lagebeziehung zwischen dem Lichtfleck, der auf den linearen Bildsensor 11 projiziert wird und den photoelektrischen Wandlerelementen auf dem linearen Bildsensor 11 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Lichtfleck 12, der auf den linearen Bildsensor 11 projiziert wird, ein wenig größer als eine Lichtaufnahmeöffnung der photoelektrischen Wandlerelemente 11a, 11b, . . . 11n. Gemäß dem Ablenkvorgang des akustisch-optischen Elements 3 wird der Strahlfleck 12 in die X-Richtung abgelenkt, die mit der Anordnung der photoelektrischen Wandlerelemente 11a bis 11n ausgerichtet ist. Aus diesem Grunde wird der Lichtstrahl, der von der Probe 10 reflektiert wird, durch die photoelektrischen Wandlerelemente 11a bis 11n in einer linearen Weise empfangen und wird darauf folgend in ein elektrisches Signal konvertiert. Erfindungsgemäß kann, da die photoelektrischen Wandlerelemente einzeln auf Pixels des Bildes der Probe 10 bezogen sind, jegliche Verzerrung des Bildes so lange effektiv vermieden werden, wie die Auslesefrequenz des linearen Bildsensors nicht fluktuiert, selbst wenn die Abtastfrequenz in dem akustisch-optischen Element 3 variiert wird. Im Gegensatz dazu wird das Bild bei bekannten Vorrichtungen verzerrt, wenn die Abtastfrequenz variiert wird. Darüber hinaus ist es möglich, da der Strahlfleck 12 größer als das photoelektrische Wandlerelement ausgebildet ist, das Ausgangssignal stabil abzuleiten, selbst wenn eine Position des Strahlflecks, der auf den linearen Bildsensor auftrifft, fluktuiert oder die Vorrichtung externen Schwingungen unterworfen ist. Insbesondere ist es möglich, wenn die Objektivlinse durch eine Zoom-Linse gebildet wird, einen Durchmesser des Strahlflecks in Übereinstimmung mit dem Zoomen zu variieren, und auf diese Weise ist das obige Merkmal in der Bildaufnahmevorrichtung, welche die Zoom-Linse umfaßt, von Interesse.
Fig. 3A bis 3C sind Schaubilder, die eine Beziehung zwischen der Auslesefrequenz für den linearen Bildsensor 11 und Ladungsmengen, die in den photoelektrischen Wandlerelementen gespeichert sind, zeigen. Da das photoelektrische Wandlerelement eine Fähigkeit zum Ansammeln von Ladungen aufweist, ist eine Ladungsmenge, die in dem Element gespeichert ist, proportional zu einer Lichtmenge, die von dem Element empfangen wird, bis eine Sättigungsladungsmenge erreicht ist.
Fig. 3A stellt eine Ladungsmenge dar, die in dem photoelektrischen Wandlerelement gespeichert ist, wenn die Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors der Hauptabtastfrequenz f&sub1; angeglichen wird, d. h. immer, wenn die Probe 10 durch den Lichtstrahl abgetastet wird, werden die in den photoelektrischen Wandlerelementen gespeicherten Ladungen sofort ausgelesen. Fig. 3B zeigt einen Fall, bei dem f&sub2; = f&sub1;/2, d. h. immer, wenn die Probe zweimal abgetastet wird, wird der lineare Bildsensor 11 einmal abgetastet. Fig. 3C stellt einen Fall dar, bei welchem immer, wenn die Probe dreimal abgetastet wird, der lineare Bildsensor einmal abgetastet wird, d. h. f&sub2; = f&sub1;/3.
Gemäß der Erfindung wird die Hauptabtastfrequenz f&sub1; des akustisch-optischen Elements 3 zur Ablenkung des Lichtstrahls in die Hauptabtastrichtung im wesentlichen als ein ganzzahliges Vielfaches der Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors 11 eingestellt, so daß das in der Probe 10 reflektierte Licht durch den Bildsensor 11 mehrere Male empfangen wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Ausgangssignal mit einer größeren Amplitude zu erhalten als die des Ausgangssignals, das erhalten wird, wenn die Hauptabtastfrequenz f&sub1; auf die Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors 11 eingestellt wird, und auf diese Weise wird ein Signal zu Rauschen-Verhältnis des Ausgangssignals größer gemacht.
Im folgenden wird die Bestimmung des photoelektrisch konvertierten Ausgangssignals erklärt. Fig. 4A ist eine schematische Darstellung, die die Abtastung auf der Probe in dem bekannten mikroskopischen Bildaufnahmesystem vom Abtast-Typ zeigt, und Fig. 4B ist eine schematische Darstellung, die das Aussehen der Abtastung der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung darstellt. In der bekannten Vorrichtung, wenn von einer Lichtquelle mit geringer Ausgangsleistung Gebrauch gemacht wird, ist es notwendig, die Hauptabtastgeschwindigkeit zu reduzieren, so daß die Abtastliniendichte klein sein muß, wie in Fig. 4A gezeigt. Aus diesem Grunde wird die optische Information der Probe, die zwischen den Abtastlinien angeordnet ist, komplett verloren. Im Gegensatz dazu ist es erfindungsgemäß möglich, da die Hauptabtastfrequenz f&sub1; höher gemacht werden kann als die Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors 11, ein Ausgangssignal mit der großen Amplitude abzuleiten, selbst obwohl die Hauptabtastgeschwindigkeit hoch gemacht ist und deshalb die Abtastliniendichte hochgemacht ist wie in Fig. 4A gezeigt. Auf diese Weise kann gemäß der Erfindung die Abtastliniendichte entsprechend höher gemacht werden ohne die Abnahme in der Abtastgeschwindigkeit und in S/R zu verursachen, und deshalb kann die optische Information der Probe sehr genau wiedergegeben werden. In den Vorrichtungen zur Abtastung von Defekten in Mustern, wie Photomaskenmustern und Fadenkreuzmustern zur Verwendung bei der Halbleiterherstellung können mit der Hilfe von bekannten Mikroskopen vom Abtasttyp feine Defekte, die zwischen aufeinanderfolgenden Abtastlinien existieren, nicht detektiert werden. In den Defektabtastvorrichtungen jedoch, die die Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung umfassen, können solche feinen Defekte gut und exakt abgefühlt werden.
Als nächstes wird die Beseitigung von Abschattungen der Objektivlinse erklärt. Im allgemeinen entstehen, wenn der abgelenkte Lichtstrahl zum Einfall auf die Objektivlinse gebracht wird, Abschattungen wie in Fig. 5 dargestellt. Das bedeutet, daß eine Lichtmenge, die durch einen peripheren Bereich der Linse transmittiert wird, kleiner gemacht wird als die, die durch einen zentralen Bereich hindurchgestrahlt wird. Das führt dazu, daß ein peripherer Bereich des wiedergegebenen Bildes dunkler ist als ein zentraler Bereich. In den bekannten Bildaufnahmevorrichtungen, welche eine Photomultiplierröhre einschließen, kann das reproduzierte Bild, wenn die obige Abschattung durch mechanische Änderung der Abtastgeschwindigkeit bei der Ablenkeinrichtung zu korrigieren ist, entsprechend verzerrt werden. Es ist möglich, die Abschattung elektrisch zu korrigieren, aber es ist sehr schwierig, die Korrektur gleichmäßig auszuführen, weil die Abtastgeschwindigkeit bei der Ablenkeinrichtung fluktuiert. In der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung kann die Schattierung, da das Bild der Probe einzeln auf die photoelektrischen Wandlerelemente des linearen Bildsensors bezogen ist, mechanisch korrigiert werden durch Vergrößern der Abtastgeschwindigkeit in den zentralen Bereich der Objektivlinse und durch Vermindern der Abtastgeschwindigkeit in dem peripheren Bereich. In diesem Falle geschieht die Verzerrung des Bildes niemals so lange wie der lineare Bildsensor bei der konstanten Auslesefrequenz ausgelesen wird. Ferner kann die Abschattung auch elektrisch korrigiert werden durch Verstärken des photoelektrischen Ausgangssignals von dem linearen Bildsensor fit einer Verstärkung, die in Übereinstimmung mit der Position der Objektivlinse variiert.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind Bereiche, die ähnlich denen der Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die in Fig. 1 benutzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwischen dem Schwingspiegel 8 und der Objektivlinse 9 Zwischenlinsen 20 und 21 angeordnet, die dazu dienen, ein Rasterbild, das durch das akustisch-optische Element 3 und den Schwingspiegel 8 gebildet wird, auf eine Probe 10 mittels der Objektivlinse 9 zu projizieren. Mit diesem Aufbau ist es möglich, das Rasterbild auf die Probe 10 ohne Verzerrung zu projizieren, und deshalb kann ein verzerrungsfreies Bild wiedergegeben werden.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Transmissionstyp-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung. Auch in dieser Ausführungsform werden Bereiche, die denen in Fig. 1 ähnlich sind, durch dieselben Bezugszeichen, die in Fig. 1 benutzt werden, bezeichnet. Ein von einer Laserlichtquelle 1 emittierter Lichtstrahl wird durch einen Aufweiter 2 aufgeweitet und auf einen ersten Schwingspiegel 30 über ein akustisch-optisches Element 3, das aus einer ersten Ablenkvorrichtung und einer Zwischenlinse 4 gebildet ist, zum Einfall gebracht. Der erste Schwingspiegel 30 wird gedreht wie durch die Pfeile und gezeigt, um die Unterabtastung zu bewerkstelligen. Der Lichtstrahl, der von dem ersten Schwingspiegel 30 reflektiert wird, wird durch eine Kondensorlinse 31 auf einen feinen Fleck fokussiert, der auf die Probe 10 projiziert wird. Auf diese Weise wird die Probe 10 in die X und Y Richtungen abgetastet. Ein Lichtstrom, der durch die Probe 10 transmittiert wird, wird durch eine Objektivlinse 9 gebündelt und wird zum Einfall auf einen zweiten Schwingspiegel 32 gebracht. Der zweite Schwingspiegel 32 wird synchron mit dem ersten Schwingspiegel 30 rotiert, wie durch die Pfeile c und d gezeigt ist. Es sollte bemerkt werden, daß wenn der erste Spiegel 30 in die Richtungen a und b geschwenkt wird, jeweils der zweite Spiegel 31 in die Richtungen c und d geschwenkt wird. Der durch den zweiten Schwingspiegel 32 reflektierte Lichtstrahl wird durch eine Bildlinse 33 auf einen linearen Bildsensor 11 als ein feiner Fleck projiziert. Auch in der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung vom Transmissionstyp kann jegliche Verzerrung des Bildes effektiv verhindert werden. Ferner ist es möglich, wenn die Hauptabtastfrequenz f&sub1; des akustisch-optischen Ablenkelements 3 um ein Vielfaches höher gemacht wird als die Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors 11, das photoelektrische Ausgangssignal mit einem hohen S/R zu erhalten.
In den Fig. 3B und 3C wird die Auslesefrequenz f&sub2; des linearen Bildsensors eingestellt, um das photoelektrische Ausgangssignal mit hohem S/R und hoher Auflösung zu erhalten. Erfindungsgemäß ist es möglich, anstatt der Auslesefrequenz f&sub2; die Hauptabtastfrequenz f&sub1; bei dem akustisch-optischen Ablenkelement 3 einzustellen, wie in Fig. 8A bis 8C dargestellt. In dieser Ausführungsform kann die Signalverarbeitung, da die Auslesefrequenz f&sub2; immer gleich der horizontalen Abtastfrequenz fH bleiben kann, wesentlich einfacher gemacht werden als in dem Fall der Fig. 3A bis 3C.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung, in welcher die Probe sowohl auf Reflexions- als auch Transmissions-Weise untersucht werden kann. Ein Lichtstrahl, der von einer Laserlichtquelle 51 emittiert wird, wird durch einen Aufweiter 52 aufgeweitet und wird über die rechtwinkligen Prismen 53 und 54 zum Einfall auf ein akustisch-optisches Element 55 gebracht, das als eine erste Ablenkeinrichtung dient. Das akustisch-optische Element 55 lenkt den Lichtstrahl in die Hauptabtastrichtung X bei der Hauptabtastfrequenz f&sub1; ab. Der durch das akustisch-optische Element 55 abgelenkte Lichtstrahl wird durch eine fokussierende Linse 56 fokussiert und zum Einfall auf einen Strahlteiler 61 mittels einer Zwischenlinse 57, rechtwinkligen Prismen 58, 59 und 60 gebracht. Der Lichtstrahl wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel 61a des Strahlteilers 61 transmittiert und fällt auf eine Linse 62. Die Linse 62 dient dem Lichtstrahl, der hin zu einer Probe geleitet wird, als eine Art Zwischenlinse. Der Lichtstrahl, der von der Linse 62 ausgeht, fällt auf einen Schwingspiegel 63, der als eine zweite Ablenkeinrichtung dient. Der Lichtstrahl wird durch den Schwingspiegel 63 in die Unterabtastrichtung Y senkrecht zu der X-Richtung abgelenkt. Der Schwingspiegel 63 wird wahlweise in einer ersten Position angenommen, die durch die durchgezogene Linie a bezeichnet ist und in einer zweiten Position, die durch eine Strichpunktlinie b bezeichnet ist, wobei diese Positionen senkrecht zueinander sind. Das bedeutet, wenn die Vorrichtung als eine Bildaufnahmevorrichtung vom Reflexionstyp benutzt wird, ist der Spiegel 63 in die Position a gebracht, während der Spiegel 63 beim Transmissionstyp in die Position b gewechselt wird. Zuerst wird der Reflexionstyp erklärt. In diesem Fall wird der Lichtstrahl durch den Spiegel 63 in der Position a reflektiert, wird ferner durch die rechtwinkligen Prismen 64, 65 und 66 reflektiert und fällt auf eine Zwischenlinse 67. Dann wird der von der Zwischenlinse 67 ausgehende Lichtstrahl durch ein rechtwinkliges Prisma 68 reflektiert und durch eine Objektivlinse 69 auf die Probe 70 als ein feiner Lichtfleck fokussiert. Da der Lichtstrahl, der auf die Probe 70 auftrifft, in die X und Y Richtungen mittels der ersten und zweiten Ablenkeinrichtungen 55 und 63 abgelenkt wird, wird die Probe 70 rasterförmig abgetastet.
Ein von der Probe 70 reflektierter Lichtstrom wird durch die Objektivlinse 69 gebündelt und fällt auf den Schwingspiegel 63 mittels des rechtwinkligen Prismas 68, der Zwischenlinse 67 und den rechtwinkligen Prismen 66, 65 und 64. Nach der Reflexion durch den Schwingspiegel 63 trifft der Lichtstrahl auf den halbdurchlässigen Spiegel 61a des Strahlteilers 61 über die Bildlinse 62. Der auch von dem halbdurchlässigen Spiegel 61a reflektierte Lichtstrahl wird über das rechtwinklige Prisma 71 zum Einfall auf eine optische Weg-Schalteinrichtung 72 gebracht. Die optische Weg-Schalteinrichtung 72 umfaßt ein rechtwinkliges Prisma, das um einen Winkel von 90º drehbar ist. Das bedeutet, daß eine Reflexionsoberfläche 72a des rechtwinkligen Prismas im Reflexionsmodus in eine Position a, dargestellt durch eine durchgezogene Linie, eingestellt ist, während im Transmissionsmodus die reflektierende Oberfläche 72a in eine Position b, bezeichnet durch die Strichpunktlinie, gewechselt wird. Die Rotation des rechtwinkligen Prismas der optischen Weg-Schalteinrichtung 72 wird durch geeignete Antriebsmechanismen (nicht gezeigt) in Verbindung mit der Rotation des Schwingspiegels 63 betrieben. Der Lichtstrahl, der durch das optische Weg-Schaltprisma 72 reflektiert wird, trifft auf einen linearen Bildsensor 73 als ein feiner Fleck. Es muß angemerkt werden, daß der lineare Bildsensor eine Zahl von photoelektrischen Wandlerelementen umfaßt, die in der Hauptabtastrichtung X angeordnet sind. In dem Reflexionsmodus dient die Linse 62 als eine Bildlinse, die ein Bild der Probe 70 auf den linearen Bildsensor 73 abbildet. Durch Auslesen der photoelektrischen Ladungen, die in den photoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors 73 gespeichert sind, bei einer Auslesefrequenz f&sub2; wird ein photoelektrisches Ausgangssignal erhalten.
Im folgenden wird der Transmissionsmodus erklärt. In dieser Weise des Betriebs werden der Schwingspiegel 63 und die optische Weg-Schalteinrichtung 72 in die Position d geändert. Dann wird der Lichtstrahl, der auf den Schwingspiegel 63 auftrifft nach unten reflektiert und wird durch die Reflexionsoberflächen 74a und 74b eines pentagonalen Prismas 74 reflektiert. Dann wird der Lichtstrahl weiter durch ein rechtwinkliges Prisma 75 reflektiert und fällt auf eine Kondensorlinse 79 mittels Zwischenlinsen 76 und rechtwinkligen Prismen 77 und 78 ein. Der Lichtstrahl, der durch die Kondensorlinse 79 divergiert, wird auf die Rückseite der Probe 70 als ein feiner Fleck projiziert. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erhaltene Bild in dem Transmissionsmodus, da das pentagonale Prisma 74 zur Umkehrung von rechts und links im optischen Weg des Transmissionsmodus angeordnet ist, nicht horizontal entgegengesetzt zu dem des Reflexionsmodus gebildet.
Ein Lichtstrom, der durch die Probe 70 transmittiert wird, wird durch die Objektivlinse 69 gebündelt und trifft über das rechtwinklige Prisma 68, die Zwischenlinse 67, die recht winkligen Prismen 66, 65 und 64 auf den Schwingspiegel 63. Da die rückseitige Oberfläche des Schwingspiels 63 mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist, wird der Lichtstrahl durch die rückseitige Oberfläche des Schwingspiegels 63 reflektiert und trifft auf eine Bildlinse 80. Die Bildlinse 80 bildet über rechtwinklige Prismen 81 und 82 und die optische Weg-Schalteinrichtung 72, die in Position b eingestellt ist, ein Bild der Probe 70 auf dem linearen Bildsensor 73 ab. Es sollte bemerkt werden, daß der lineare Bildsensor 73 bei einem Brennpunkt der Bildlinse 80 angeordnet ist. Die Bildlinsen 62 und 80 sind mit anderen Worten in bezug auf den linearen Bildsensor 73 in konjugierten Positionen angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform kann, da die beiden Oberflächen des Schwingspiegels 63 als Reflexionsoberflächen ausgebildet sind, im Transmissionsmodus der Lichtstrahl, der auf die Probe trifft und der Lichtstrahl, der von der Probe ausgeht, in die Unterabtastrichtung Y durch denselben Schwingspiegel 63 abgelenkt werden, das Bild der Probe kann exakt auf den linearen Bildsensor 73 projiziert werden, wie vergleichsweise in einem Fall, in welchem zwei separate Schwingspiegel synchron zueinander angetrieben sind.
Ferner wird das Rasterbild in dem Reflexionsmodus auf einer Pupillenposition der Zwischenlinse 67 mittels der Zwischenlinse 57 und der Bildlinse 62 gebildet und wird dann auf die Probe 70 mittels der Objektivlinse 69 projiziert. Im Transmissionsmodus wird das Rasterbild bei einer Pupille der Zwischenlinse 76 mittels der Zwischenlinse 57 und der Bildlinse 62 gebildet und wird dann auf die Probe 70 mittels der Kondensorlinse 79 projiziert. Aus diesem Grunde ist es in beiden Moden möglich, das Rasterbild ohne Verzerrung auf der Probe 70 auszubilden.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine automatische Brennpunktsteuerung vorgesehen. In Fig. 10 sind Bereiche, die denen in Fig. 9 dargestellten ähnlich sind, mit denselben in Fig. 9 gezeigten Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erklärung wird weggelassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Strahlteiler 83 in dem optischen Weg zwischen der optischen Weg-Schalteinrichtung 72 und dem linearen Bildsensor 73 angeordnet. Ein Teil des Lichtstrahls, der durch das rechtwinklige Prisma der optischen Weg-Schalteinrichtung 72 reflektiert wird, wird durch den Strahlteiler 83 reflektiert und trifft auf eine konvexe Linse 84, welche ein Bild der Probe 70 auf einer Bildebene F ausbildet, die zu dem linearen Bildsensor 73 konjugiert ist. Der von der konvexen Linse 84 ausgehende Lichtstrahl durchstrahlt eine mit einem Spalt versehene Platte 85 und trifft auf einen halbdurchlässigen Spiegel 86. Ein durch den halbdurchlässigen Spiegel 86 hindurchgestrahlter Lichtstrahl wird von einem ersten Photodetektor 87 empfangen und ein durch den halbdurchlässigen Spiegel 86 reflektierter Lichtstrahl wird von einem zweiten Photodetektor 88 empfangen. Die ersten und zweiten Photodetektoren 87 und 88 sind vor und hinter der Brennebene F der konvexen Linse 84 angeordnet. Aus diesem Grunde variieren die Lichtmengen, die auf die ersten und zweiten Photodetektoren 87 und 88 auftreffen, in entgegengesetzten Richtungen in Übereinstimmung mit einer Defokussierungsbedingung der Objektivlinse 69 in bezug auf die Probe 70. In diesem Fall wird ein Lichtempfangsbereich des Photodetektors kleiner ausgebildet als ein Querschnitt des einfallenden Lichtstrahls. Dann ist es durch Vergleichen der photoelektrischen Ausgangssignale, die von den ersten und zweiten Photodetektoren 87 und 88 geliefert werden, möglich, die Brennpunktbedingung der Objektivlinse 69 in einer leichten und exakten Weise zu ermitteln.
Fig. 11 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform einer automatischen Brennpunktssteuerungsschaltung zeigt. Ausgaben der ersten und zweiten Photodetektoren 87 und 88 sind jeweils mit positiven und negativen Eingaben eines Differentialverstärkers 89 verbunden, um eine Differenz zwischen den Ausgabesignalen des Photodetektors als ein Fokussierungsfehlersignal zu erhalten. Das auf diese Weise erhaltene Fokussierungsfehlersignal wird über eine Brückenschaltung 90 einer nicht gezeigten Objektivlinsentreibersteuerungsschaltung zugeführt, um die Objektivlinse 69 entlang ihrer optischen Achse zu bewegen, wie durch die Pfeile A und B in Fig. 10 gezeigt ist. Die Brückenschaltung 90 ist vorgesehen eine solche Situation zu vermeiden, daß die Steuerung der Objektivlinse nicht ausgeführt werden kann, selbst wenn die Objektivlinse 69 von der Position in dem Brennpunkt in einem großen Ausmaß abweicht. Das bedeutet, daß die Ausgangssignale des ersten und zweiten Photodetektors 87 und 88 in einem Addierer 91 summiert werden, und ein auf diese Weise gebildetes Summensignal einer negativen Eingabe eines Differentialverstärkers 92 zugeführt wird, der als ein Komperator dient. Auf eine positive Eingabe des Differentialverstärkers 92 wird eine Referenzspannung V angewendet. Eine Ausgabe des Differentialverstärkers 92 wird mit einer Steuerungseingabe der Schaltung 90 verbunden. Wenn die Objektivlinse 69 von der Im-Brennpunkt Bedingung stark abweicht, nehmen die Lichtmengen, die auf die Photodetektoren 87 und 88 auftreffen, stark ab, und auf diese Weise wird das Summensignal von dem Differentialvertärker 91 niedriger als die Referenzspannung V. Dann wird ein Schaltarm 90a des Schalters 90 von einem Kontakt 90b zu einem Kontakt 90c gewechselt, der mit einem Potentiometer 93 verbunden ist. Das Potentiometer 93 ist mit der Spannungsversorgung verbunden und vorteilhafterweise so eingestellt, daß wenn der Schalter 90 zum Kontakt 90c gewechselt wird, eine Referenzpositionsspannung erzeugt wird, mittels welcher die Objektivlinse 69 automatisch in eine Referenzposition gebracht wird. Bei geeigneter Einstellung des Potentiometers 93 ist es möglich, die Objektivlinse 69 immer innerhalb eines steuerbaren Bereichs zu halten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Objektivlinse durch eine andere Objektivlinse ersetzt wird, oder die Vorrichtung zwischen dem Transmissionsmodus und dem Reflexionsmodus geschaltet wird.
Wie oben erklärt, kann die Brennpunktsbedingung erfindungsgemäß, da eine Lichtmenge, die auf den linearen Bildsensor auftrifft, wesentlich erhöht werden kann, durch Verwenden eines Teils des Untersuchungslichts detektiert werden, während S/R des photoelektrischen Ausgabesignals von dem linearen Bildsensor noch hoch beibehalten werden kann.
Um die automatische Brennpunktssteuerung im Falle des Transmissionsmodus auszuführen, wird vorzugsweise die Probe 70 in bezug auf die Objektivlinse 69 und die Kondensorlinse 79 in Übereinstimmung mit dem Fokussierungsfehlersignal bewegt.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Die Farbbildaufnahmevorrichtung umfaßt rote, grüne und blaue Lichtquellen 101, 102 und 103. In der vorliegenden Ausführungsform wird die rote Lichtquelle 101 durch einen He-Ne-Laser, der Licht der Wellenlänge 633 nm emittiert, gebildet, die grüne Lichtquelle 102 wird durch einen Argonlaser, der blaues Licht der Wellenlänge 488 nm gebildet und die blaue Lichtquelle 103 umfaßt einen He-Cd-Laser, der blaues Licht mit einer Wellenlänge von 442 nm emittiert. Es muß beachtet werden, daß all die Lichtstrahlen, die von den Laserlichtquellen 101 bis 103 emittiert werden, linear polarisiert sind. Der rote, von der Lichtquelle 101 emittierte Lichtstrahl wird durch einen Aufweiter 104 in einen parallelen Lichtstrom aufgeweitet, der auf ein erstes akustisch-optisches Element 106 über ein rechtwinkliges Prisma 105 einfällt. Das erste akustisch-optische Element 106 dient als eine erste Ablenkeinrichtung und lenkt den roten Strahl in die Hauptabtastrichtung X bei einer Hauptabtastfrequenz f&sub1; ab. Der von dem ersten akustisch-optischen Element 106 abgelenkte Lichtstrahl wird aufeinanderfolgend durch die Zwischenlinsen 107 und 108, ein erstes Polarisationsprisma 109 und eine Viertelwellenlängenplatte 110 transmittiert und trifft einen ersten dichroitischen Spiegel 111. Der erste dichroitische Spiegel 111 reflektiert nur grünes Licht und transmittiert Licht, das eine andere Wellenlänge aufweist.
Aus diesem Grunde wird der rote Lichtstrahl durch den ersten dichroitischen Spiegel 111 transmittiert und trifft dann auf einen zweiten dichroitischen Spiegel 112, der lediglich blaues Licht reflektiert. Daher wird der rote Lichtstrahl durch den zweiten dichroitischen Spiegel 112 transmittiert und trifft auf einen Schwingspiegel 113, der eine zweite Ablenkeinrichtung bildet. Der Schwingspiegel 113 lenkt den roten Lichtstrahl in eine Unterabtastrichtung Y senkrecht zu der Hauptabtastrichtung X bei einer Unterabtastfrequenz ab. Der rote Lichtstrahl, der durch den Schwingspiegel 113 abgelenkt wurde, wird zum Einfall auf eine Objektivlinse über die Zwischenlinsen 114 und 115 gebracht und auf eine Probe 117 als ein feiner Lichtfleck fokussiert. Auf diese Weise kann die Probe rasterförmig durch den roten Lichtfleck in die X und Y Richtungen abgetastet werden.
Ein durch die Probe 117 reflektierter roter Lichtstrom wird durch die Objektivlinse 116 gesammelt und trifft über die Zwischenlinsen 115 und 114 auf den Schwingspiegel 113. Der rote Lichtstrahl, der durch den Schwingspiegel 113 reflektiert wird, durchstrahlt die ersten und zweiten dichroitischen Spiegel 112 und 111 und die Viertelwellenlängenplatte 110 und trifft dann auf das erste Polarisationsprisma 109. Da der erste, auf das erste Polarisationsprisma 109 auftreffende Lichtstrahl durch die Viertelwellenlängenplatte 110 zweimal hindurchgelangt, wurde seine Polarisationsebene um 90º gedreht. Aus diesem Grunde wird der rote Lichtstrahl nun durch einen Polarisationsfilm 109a des Polarisationsprismas 109 reflektiert und trifft auf einen ersten linearen Bildsensor 119 über eine erste konkave Linse 118. Der lineare Bildsensor 119 ist in einer Brennebene des optischen Systems, das aus der Zwischenlinse 114 und der konkaven Linse 118 gebildet wird, angeordnet und umfaßt eine Zahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die linear in der Hauptabtastrichtung X angeordnet sind, welche senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 12 ist. Der lineare Bildsensor 19 wird bei einer Auslesefrequenz f&sub2; ausgelesen, um ein photoelektrisches Ausgabesignal zu erhalten.
Ein grüner Lichtstrahl, der von der grünen Laserlichtquelle 102 emittiert wird, wird durch einen Aufweiter 120 hindurchgeschickt und trifft über ein rechtwinkliges Prisma 121 auf ein zweites akustisch-optisches Element 122. Das akustisch-optische Element 122 lenkt den grünen Lichtstrahl in die Hauptabtastrichtung X bei der Hauptabtastfrequenz f&sub1; ab. Der durch das zweite akustischoptische Element 122 abgelenkte grüne Lichtstrahl wird durch Zwischenlinsen 123 und 124 und ein zweites Polarisationsprisma 125 hindurchgestrahlt und wird dann durch ein rechtwinkliges Prisma 126 reflektiert. Dann wird der grüne Lichtstrahl durch eine Viertelwellenlängenplatte 127 hindurchgestrahlt und trifft auf den ersten dichroitischen Spiegel 111. Der grüne Lichtstrahl wird von dem ersten dichroitischen Spiegel 111 reflektiert und dann in den mit dem roten Lichtstrahl gemeinsamen optischen Weg eingeführt. Das bedeutet, daß der grüne Lichtstrahl, der von dem ersten dichroitischen Spiegel 111 reflektiert wurde, durch den zweiten dichroitischen Spiegel 112 hindurchgestrahlt wird und zum Einfall auf den Schwingspiegel 113 gebracht wird. Der in die Unterabtastrichtung Y durch den Schwingspiegel 113 abgelenkte grüne Lichtstrahl wird auf die Probe 117 mittels den Zwischenlinsen 114 und 115 und der Objektivlinse 116 fokussiert. In diesem Falle wird, da der grüne Lichtstrahl nach dem ersten dichroitischen Spiegel 111 durch denselben optischen Weg wie der rote Lichtstrahl hindurchgestrahlt wird, derselbe Bereich der Probe 117 simultan von den roten und grünen Lichtstrahlen abgetastet.
Ein grüner, durch die Probe 117 reflektierter Lichtstrom wird durch die Objektivlinse 116 gebündelt und durch die Zwischenlinsen 115, 114, den Schwingspiegel 113 und den zweiten dichroitischen Spiegel 112 hindurchgestrahlt und wird durch den ersten dichroitischen Spiegel 111 reflektiert. Nachdem der grüne Lichtstrahl ferner durch die Viertelwellenlängenplatte 127 hindurchgestrahlt wird und von dem rechtwinkligen Prisma 126 reflektiert wird, trifft er auf das Polarisationsprisma 125. Da der grüne Lichtstrahl, der auf das Polarisationsprisma 125 trifft, durch die Viertelwellenlängenplatte 127 zweimal hindurchgelangt ist, wird er nun von einem Polarisationsfilm 125a reflektiert und trifft über eine zweite Konkavlinse 128 und einen Halbspiegel 129 auf einen zweiten linearen Bildsensor 130. Ein Lichtstrom, der durch den Halbspiegel 129 reflektiert wird, trifft auf eine Brennpunktdetektionseinrichtung 131. Der zweite lineare Bildsensor 130 ist an einem Brennpunkt eines optischen Systems angeordnet, das aus der Zwischenlinse 114 und der zweiten Konkavlinse 128 besteht, und umfaßt eine Zahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die linear in der Hauptabtastrichtung X senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 12 angeordnet sind. Der lineare Bildsensor 130 wird bei der Unterabtastfrequenz f&sub2; ausgelesen, um ein grünes farbiges Ausgabesignal zu erhalten
Ein von der blauen Laserlichtquelle 103 emittierter blauer Lichtstrahl trifft auf ein drittes akustisch-optisches Element 134 mittels eines Aufweiters 132 und eines rechtwinkligen Prismas 133 und wird darin bei der Hauptabtastfrequenz f&sub1; in die Hauptabtastrichtung X abgelenkt. Der abgelenkte blaue Lichtstrahl wird durch ein drittes Polarisationsprisma 137 über Zwischenlinsen 135 und 136 hindurchgestrahlt und von einem rechtwinkligen Prisma 138 reflektiert. Dann gelangt der blaue Lichtstrahl durch eine Viertelwellenlängenplatte 139 und wird von dem zweiten dichroitischen Spiegel 112 reflektiert. Ferner propagiert der blaue Lichtstrahl entlang dem gemeinsamen optischen Weg und trifft auf den Schwingspiegel 113. Der blaue Lichtstrahl wird durch den Schwingspiegel 113 in die Unterabtastrichtung Y abgelenkt und über die Zwischenlinsen 114, 115 und die Objektivlinse 116 auf die Probe 117 projiziert.
Der blaue Lichtstrom, der durch die Probe 117 reflektiert wird, wird von der Objektivlinse 116 gebündelt und wiederum in die Unterabtastrichtung Y durch den Schwingspiegel 113 über die Zwischenlinsen 115 und 114 abgelenkt. Der durch den Schwingspiegel 113 abgelenkte blaue Lichtstrahl wird durch den zweiten dichroitischen Spiegel 112, das rechtwinklige Prisma 138 und den Polarisationsfilm 137a des dritten Polarisationsprismas 137 reflektiert und auf einen dritten linearen Bildsensor 141 über eine dritte Konkavlinse 140 projiziert. Der dritte lineare Bildsensor 141 ist in einem Brennpunkt der Zwischenlinse 114 und der dritten Konkavlinse 140 angeordnet und schließt eine Zahl von photoelektrischen Wandlerelementen ein, die linear in der Hauptabtastrichtung X angeordnet sind. Der dritte lineare Bildsensor 141 wird auch bei der Auslesefrequenz f&sub2; ausgelesen, um ein blaues Bildsignal zu erhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Schwingspiegel 113 gemeinsam für all die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen benutzt, und deshalb kann jegliche Abweichung der Unterabtastrichtung Y zwischen roten, grünen und blauen Rastern effektiv vermieden werden.
Fig. 13 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform einer Treiberschaltung der in Fig. 12 gezeigten farbigen Bildaufnahmevorrichtung zeigt. Die Treiberschaltung umfaßt eine Synchronisierungsschaltung 142, die vertikale und horizontale Synchronisierungssignale V und H erzeugt, die jeweils vertikale und horizontale Abtastfrequenzen fV und fH aufweisen. Das horizontale Synchronisierungssignal H wird an einen Taktpulsgenerator 143 angelegt, der dann Taktpulse zur Auslesung der ersten, zweiten und dritten linearen Bildsensoren 119 und 130 und 141 erzeugt. Diese Auslesetaktpulse werden den ersten, zweiten und dritten linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 zugeführt und Photoladungen, die in den photoelektrischen Wandlerelementen der Sensoren gespeichert sind, werden synchron zueinander bei der Auslesefrequenz f&sub2; ausgelesen, welche gleich der horizontalen Abtastfrequenz fH ist. Aus diesem Grunde wird eine Wiederholungsfrequenz fc der Taktpulse, die von dem Taktpulsgenerator 143 geliefert werden, durch N·fH dargestellt, wobei N die Zahl der photoelektrischen Wandlerelemente des linearen Bildsensors ist. Die horizontalen und vertikalen Synchronisierungssignale H und V, die von der Synchronisierungsschaltung 142 erzeugt werden, werden jeweils an die Treiberschaltung des akustischoptischen Elements 144 und die Schwingspiegel-Treiberschaltung des akustisch-optischen Elements 143 geliefert. Dann wird von der Treiberschaltung 144 ein Treibersignal erzeugt, das die Hauptabtastfrequenz f&sub1; aufweist, und die ersten, zweiten und dritten akustisch-optischen Elemente 106, 122 und 134 werden synchron zueinander bei der Hauptabtastfrequenz f&sub1; angetrieben. Die Schwingspiegeltreiberschaltung 145 erzeugt ein Schwingspiegeltreibersignal, das eine im wesentlichen dreiecksförmige Wellenform aufweist, mittels welcher der Spiegel 133 bei der vertikalen Abtastfrequenz fV zum Schwingen gebracht wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Hauptabtastfrequenz f&sub1; gleich der Frequenz fH des horizontalen Synchronisierungssignals gemacht. Jedoch kann die Hauptabtastfrequenz f&sub1; höher eingestellt sein als die Frequenz fH des horizontalen Synchronisierungssignals. In jedem Falle kommen, da der lineare Bildsensor die Ladungsanhäufungsfunktion aufweist, selbst wenn die Hauptabtastfrequenz f&sub1; fluktuiert, Bildverzerrungen und Farbaufzeichnungsfehler so lange nicht vor, wie die linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 synchron zueinander bei der konstanten Auslesefrequenz f&sub2; ausgelesen werden.
Die roten, grünen und blauen Farbbildsignale R, G und B, die aus den linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 ausgelesen werden, werden durch Verstärker 147, 148 und 149 verstärkt, und dann werden die vertikalen und horizontalen Synchronisierungssignale V und H, die von einer Prozessorschaltung 142 geliefert werden, zu den Farbsignalen addiert. Die Farbsignale werden so für einen Farbmonitor 150 verarbeitet, um ein farbiges Bild zu reproduzieren, und werden durch einen Videokassettenrecorder 151 aufgezeichnet.
In der Farbbildaufnahmevorrichtung ist es, da die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen auf die Probe mittels des gemeinsamen optischen Systems projiziert werden, notwendig, eine chromatische Aberration des optischen Systems zu korrigieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind zu diesem Zweck jeweils die Konkavlinsen 118, 128 und 140 vor den linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 beweglich entlang der optischen Achse angeordnet, und ferner sind auch die linearen Bildsensoren beweglich in Richtung der optischen Achse angeordnet. Als erstes werden die zweite Konkavlinse 128 und der zweite Bildsensor 130 in die Richtung der optischen Achse derart bewegt, daß das Grünlicht-Bild korrekt auf dem zweiten linearen Bildsensor 130 gebildet wird. Dann werden die ersten und dritten Konkavlinsen 118 und 140 und die linearen Bildsensoren 119 und 141 entlang der optischen Achse derart eingestellt, daß die roten und blauen Bilder jeweils korrekt in den ersten und dritten linearen Bildsensoren 119 und 141 gebildet werden. Auf diese Weise kann die chromatische Aberration effektiv korrigiert werden. Es sollte beachtet werden, daß es nicht immer notwendig ist, die zweite Konkavlinse 128 zu bewegen, sondern die Einstellung kann leicht durch Bewegen des Konkavspiegels 128 entlang der optischen Achse ausgeführt werden.
Wenn die chromatische Aberration mittels der Konkavlinsen kompensiert wird, ist es möglich, den Ablenkungswinkel des Lichtstrahls, der auf den linearen Bildsensor trifft, zu vergrößern. Darüber hinaus kann eine variable Vergrößerungslinse anstelle der beweglichen konkaven Linse benutzt werden.
Wie in Fig. 12 dargestellt, umfaßt die Brennpunktdetektionseinrichtung 131 eine Konvexlinse 160, einen Spalt 161, einen Halbspiegel 162, erste und zweite Fotodetektoren 163 und 164. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Brennpunktsbedingung des optischen Systems durch Benutzung des grünen Lichtstrahls detektiert. Die Konstruktion und Handhabung der Brennpunktdetektionseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform sind vollständig die selben wie die der Ausführungsform, die in Fig. 10 dargestellt ist. Die Objektivlinse 116 wird entlang ihrer optischen Achse in die Richtung A oder B in Übereinstimmung mit einem Fokussierungsfehler bewegt, der durch Verarbeitung der Ausgabesignale von den ersten und zweiten Fotodetektoren 163 und 164 erhalten wird.
Wie oben bei der Farbbildaufnahme gemäß der Erfindung erwähnt, kann, da der Schwingspiegel zur Ausführung der vertikalen Abtastung für die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen gemeinsam verwendet wird, jeglicher Farbaufzeichnungsfehler in die Vertikalrichtung vollständig vermieden werden. Ferner kann auch ein Farbaufnahmefehler in die Horizontalrichtung solange verhindert werden wie die ersten, zweiten und dritten linearen Bildsensoren synchron miteinander abgetastet werden, oder selbst wenn die Hauptabtastungszeiten in den ersten, zweiten akustisch-optischen Elementen voneinander abweichen.
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Farbaufnahmefehler der Unter-Abtastrichtung, d. h. die vertikale Richtung, vollständiger korrigiert werden. Wie oben erwähnt, kann in der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung, da der Schwingspiegel für die drei Farbstrahlen gemeinsam benutzt wird, die Farbabweichung in die Vertikalrichtung gemäß mechanischer Fluktuation vermieden werden. Jedoch hat die Objektivlinse verschiedene Brechungsindizes für die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen und eine chromatische Aberration findet statt. Dies führt dazu, daß durch die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen gebildeten Rasterdimensionen jeweils auf den ersten, zweiten und dritten Bildsensoren nicht zueinander identisch ausgebildet sind, und daß dort in die vertikale Abtastrichtung eine Farbabweichung erzeugt wird.
In der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform sind Bereiche, die denen, die in Fig. 12 illustriert sind, durch dieselben Bezugszeichen dargestellt, die in Fig. 12 benutzt werden, und ihre Erklärung wird weggelassen. In dieser Ausführungsform sind die Position des roten und grünen Lasers 101 und 102 miteinander vertauscht, und der erste dichroitische Spiegel 111 ist ausgebildet, um den roten Lichtstrahl wahlweise zu reflektieren. Ferner sind die rechtwinkligen Prismen 126 und 138, die in die optischen Wege des roten und blauen Lichtstrahls eingesetzt sind durch erste und zweite Schwingkorrekturspiegel 170 und 171 ersetzt, die die Strahlen in die Unterabtastrichtung Y ablenken. Deshalb wird der rote Lichtstrahl, der in die Hauptabtastrichtung X durch das zweite akustisch-optische Element 122 abgelenkt wird, zum Einfall auf den ersten Korrekturspiegel 170 gebracht und wird dadurch in die Unterabtastrichtung Y abgelenkt. Ferner wird der von der Probe 117 reflektierte rote Lichtstrahl von dem ersten Korrekturschwingspiegel 170 über den gemeinsamen Schwingspiegel 113 reflektiert. Ähnlich wird der blaue Lichtstrahl von dem zweiten Korrekturspiegel 171 reflektiert. Es sollte beachtet werden, daß die in der Ausführungsform der Fig. 12 gezeigten Konkavlinsen 118, 128 und 140 weggelassen wurden.
Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, das eine Treiberschaltung der obigen, in Fig. 14 dargestellten Bildaufnahmevorrichtung zeigt. Bereiche, die denen in Fig. 13 gezeigten ähnlich sind, sind ebenfalls durch die selben Bezugszeichen bezeichnet, die in Fig. 13 benutzt wurden. In der vorliegenden Ausführungsform sind eine erste Korrekturspiegeltreiberschaltung 172 und eine zweite Korrekturspiegeltreiberschaltung 173 vorgesehen, die durch das vertikale Abtastsignal V, das von der Synchronisierungsschaltung 142 geliefert wird, gesteuert werden. Die ersten und zweiten Korrekturspiegeltreiberschaltungen 172 und 173 erzeugen Treibersignale, die synchron zu den Treibersignalen für den gemeinsamen Schwingspiegel 113 sind.
Im folgenden wird die Korrekturarbeitsweise ebenfalls mit Bezug auf die Fig. 16 bis 18 erläutert. Fig. 16A zeigt Abtastbereiche, die durch die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen auf der Probe 117 ausgebildet werden, und Fig. 16B verdeutlicht rote, grüne und blaue Bilder IR, IG und IB eines Bildes 0 in der Probe 117. In Fig. 16A stellt eine durchgezogene Linie einen Abtastbereich FG des grünen Lichtstrahls, eine unterbrochene Linie ein Abtastbereich FR des roten Lichtstrahls, und eine Strichpunktlinie bezeichnet einen Abtastbereich FB des blauen Lichtstrahls. In dem vorliegenden Beispiel ist der blaue Abtastbereich FG größer als der grüne Abtastbereich FB bei Ansicht in vertikaler Richtung, und der rote Abtastbereich FR ist kleiner als der grüne Abtastbereich FG. So wird auf dem Farbmonitor 150 das blaue Bild IG kleiner als das grüne Bild IG reproduziert, und das rote Bild IR wird größer als das grüne Bild IG gezeigt. Auf diese Weise wird eine Farbabweichung in die Vertikalrichtung erzeugt. Um die Farbabweichung zu vermeiden, werden die roten und blauen Abtastbereiche FR und FB so eingestellt, daß sie identisch mit dem grünen Abtastbereich FG sind durch Steuerung der Treibersignale für die ersten und zweiten Korrekturschwingspiegel 170 und 171.
Fig. 17 verdeutlicht Ablenkungssignale für den gemeinsamen Schwingspiegel 113 und erste und zweite Korrekturschwingspiegel 170 und 171. Ein Signal a stellt eine Wellenform des Ablenkungssignals für den gemeinsamen Schwingspiegel 113, und die Signale b und c beschreiben Wellenformen der Ablenkungssignale für jeweils die ersten und zweiten Korrekturspiegel 170 und 171. Der grüne Lichtstrahl wird als Standardstrahl für die Farbabweichungskorrektur benutzt und wird deshalb nur von dem gemeinsamen Schwingspiegel 113 abgelenkt, der in Übereinstimmung mit der Ablenkungssignalwellenform a in Schwingung versetzt wird. Da der rote Abtastbereich FR kleiner als der grüne Abtastbereich Fg ist, wird der erste Korrekturspiegel 170 in Übereinstimmung mit der Ablenkungssignalwellenform b in Schwingungen versetzt, welche die selbe Phase wie das gemeinsame Ablenkungssignal a aufweist, so daß der rote Lichtstrahl in einem größeren Ausmaß in die vertikale Richtung abgelenkt wird, und so der rote Abtastbereich FR gleich dem grünen Abtastbereich FG gemacht wird. Im Gegensatz dazu wird der zweite Korrekturspiegel 171 in Übereinstimmung mit dem Ablenkungssignal c, welches die entgegengesetzte Phase zu dem des gemeinsamen Ablenkungssignals a aufweist, in Schwingungen versetzt, so daß die Ablenkungsgröße des blauen Lichtstrahls in die Vertikalrichtung verkleinert wird. Auf diese Weise können der rote und blaue Abtastbereich FR und FB vollständig identisch mit dem grünen Abtastbereich FG gemacht werden. Aus diesem Grunde können die vertikalen Größen des roten und blauen Bildes IR und IB der vertikalen Größe des grünen Bildes IG angeglichen werden.
In dem bis hier erläuterten Beispiel ist angenommen worden, daß die chromatische Aberration linear in Übereinstimmung mit der Vergrößerung in einer Entfernung von der optischen Achse der Objektivlinse zunimmt. Erfindungsgemäß jedoch, wenn die chromatische Aberration nichtlinear auftritt, wie in Fig. 18A dargestellt, ist es möglich, die chromatische Aberration durch Benutzung eines nichtlinearen, in Fig. 18B dargestellten Ablenkungssignals zu korrigieren.
Fig. 19 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der die chromatische Aberration korrigierenden Einrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform wird Gebrauch gemacht von einer planparallelen Platte 175 anstelle des Schwingspiegels. Die Platte 175 ist in dem optischen Weg beweglich um eine sich in die Hauptabtastrichtung X erstreckende Welle angeordnet. Deshalb wird der Lichtstrahl von der optischen Achse, wie in Fig. 19 dargestellt, abgelenkt und eine Größe der Ablenkung ist bezogen auf den Neigungswinkel der planparallelen Platte 175. Auf diese Weise ist es durch Drehen der planparallelen Platte 175 in Übereinstimmung mit dem Korrektursignal ähnlich dem Ablenkungssignal b oder c in Fig. 17 möglich, die chromatische Aberration zu korrigieren.
Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, die chromatische Aberration in horizontaler Richtung zu korrigieren. Wie in Fig. 20A dargestellt, weisen die roten, grünen und blauen Abtastrahmen FR, FG und FB verschiedene Größen in der horizontalen Richtung gemäß der chromatischen Aberration der Objektivlinse auf. Das bedeutet, wenn der rote Abtastbereich FR kleiner als der grüne Abtastbereich FG ist, ist ein rotes Bild MR eines Objektes 0, das auf dem zweiten linearen Bildsensor 130 gebildet ist, kleiner als ein auf dem ersten linearen Bildsensor 119 gebildetes grünes Bild MG, dann ist ein rotes, auf dem Farbmonitor 150 reproduziertes Bild MR kleiner als ein grünes Bild IG. Da der blaue Abtastbereich FB größer als der grüne Abtastbereich FG ist, wird ein blaues, auf dem dritten linearen Bildsensor 141 gebildetes blaues Bild MB größer als das grüne Bild MG, und deshalb wird ein blaues, auf dem Farbmonitor 150 gezeigtes Bild IB größer als das grüne Bild IG. Auf diese Weise entsteht die Farbabweichung in die horizontale Richtung. Eine solche Farbabweichung kann kompensiert werden durch Einstellung der Positionen der linearen Bildsensoren entlang der optischen Achsen oder durch Bewegen der Konkavlinsen, die vor den linearen Bildsensoren, wie in Fig. 12 gezeigt, vorgesehen sind. In einem solchen Falle jedoch können die Farbbilder nicht korrekt auf die linearen Bildsensoren fokussiert werden, und so wird die Schärfe der Farbbilder verschlechtert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 an Positionen im Brennpunkt angeordnet und die Auslesefrequenzen der linearen Bildsensoren sind in Übereinstimmung mit der chromatischen Aberration so eingestellt, um die Vergrößerungen von jeweiligen Farbbildern zueinander identisch zu machen.
Fig. 20C zeigt Wellenformen der Auslesetaktpulse WR/WG und WB für die ersten, zweiten und dritten linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 der in Fig. 12 gezeigten Farbbildaufnahmevorrichtung. Wenn eine horizontale Dimension des Bildes, das auf dem linearen Bildsensor gebildet wird, kleiner als ein Standardwert ist, wird die Auslesetaktfrequenz vermindert, und wenn das Bild auf dem linearen Bildsensor größer als das Standardbild ist, wird die Auslesetaktfrequenz vergrößert. In dem vorliegenden Beispiel wird der erste lineare Bildsensor 119 durch Auslesetaktpulse WR ausgelöst, die eine Frequenz niedriger als die der Auslesetaktpulse WG des zweiten linearen Bildsensors 130 aufweisen, der das Standardfarbbild, d. h. das grüne Bild MG empfängt. Ferner wird der dritte lineare Bildsensor 141 durch Auslesetaktpulse WB ausgelesen, die eine höhere Frequenz aufweisen als die der Taktpulse WG. Dann werden, wie in Fig. 20D dargestellt, auf dem Farbmonitor 150 rote, grüne und blaue Bilder wiedergegeben, die dieselbe horizontale Dimension aufweisen. Auf diese Weise kann die Farbabweichung in der horizontalen Richtung gemäß der chromatischen Aberration der Objektivlinse einfach und präzise durch Einstellen der Frequenzen der Auslesetaktpulse für die linearen Bildsensoren korrigiert werden, während die Schärfe des Bildes hoch bleiben kann.
Die Frequenzen der Auslesetaktpulse WR, WG und WB für die linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 können manuell durch Steuerungseinstellglieder, die in dem Taktpulsgenerator 143 vorgesehen sind, eingestellt werden. Darüber hinaus werden, da die chromatische Aberration speziellen Objektivlinsen innewohnend ist, die gewünschten Auslesetaktpulsfrequenzen für jeweilige Objektivlinsen zuvor im ROM gespeichert und notwendige Daten können automatisch aus dem ROM ausgelesen werden, wenn eine Objektivlinse durch eine andere ersetzt wird.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform der Treiberschaltung zeigt, durch welche die Farbabweichung in die Horizontalrichtung kompensiert werden kann. In Fig. 21 sind Bereiche, die ähnlich denen in Fig. 15 gezeigten sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, die in Fig. 15 benutzt wurden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten, zweiten und dritten linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 durch dieselben Auslesetaktpulse synchron zueinander ausgelesen. Dann werden jeweils über die Verstärker 147, 148 und 149 rote, grüne und blaue Farbbildsignale R, G und B in Speichern 176, 177 und 178 durch die Steuerung einer Einschreibsteuerschaltung 179, die das horizontal synchronisierende Signal H von der Synchronisierungsschaltung 142 empfängt, gespeichert. Dann werden die roten, grünen und blauen Signale aus den Speichern 176, 177 und 178 durch Steuerung der Auslesesteuerungsschaltung 180 bei verschiedenen Auslesefrequenzen entsprechend der Abweichung in die horizontale Richtung ausgelesen. D. h., das rote Farbsignal wird langsam von dem Auslesesignal ausgelesen, mit einer Frequenz fR, die niedriger ist als eine Frequenz fG zum Auslesen des grünen Farbsignals, und das blaue Farbsignal wird in Übereinstimmung mit einer Frequenz fB höher als fG ausgelesen. Es sollte beachtet werden, daß die Auslesezeiteinstellungen an den Speichern 176, 177 und 178 so bestimmt sind, daß Mittelpunkte von entsprechenden Farbbildern simultan ausgelesen werden. Aus diesem Grunde ist die Anzahl der Speicherabschnitte, die tatsächlich ausgelesen werden, unterschiedlich für die jeweiligen Speicher 176, 177 und 178. Dann werden die roten, grünen und blauen Farbsignale auf dem Farbmonitor 150 wiedergegeben und von einem Videokassettenrekorder 151 in derselben Weise, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 15 aufgezeichnet. Jeder Speicher kann als ein Paar von Zeilenspeichern oder als ein Bildspeicher ausgebildet sein.
In der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung ist es auch möglich, jegliche Abweichung des Bildes in der horizontalen Richtung gemäß dem Ausrichtungsfehler und anderen Aberrationen als der chromatischen Aberration zu beseitigen. Selbst wenn die Verzerrung gemäß der chromatischen Aberration korrigiert wird, kann das Bild in der horizontalen Richtung wegen verschiedener Gründe verzerrt sein. Zum Beispiel wenn Spiegel und Linsen nicht korrekt ausgerichtet sind, wird das Bild in verschiedene Formen verzerrt. Erfindungsgemäß kann eine solche Verzerrung effektiv durch geeignetes Einstellen der Auslesefrequenz des linearen Bildsensors korrigiert werden.
Fig. 22A verdeutlicht ein reproduziertes Rasterbild oder den Monitor, der der sogenannten Tonnenverzeichnung unterworfen ist. Eine solche Verzerrung geschieht, wenn ein zentraler Bereich aufgeweitet und obere und untere Bereiche in der horizontalen Richtung verkleinert sind. Dann wird die Auslesetaktfrequenz in einer derartigen Weise geändert, daß die Frequenz in den oberen und unteren Bereichen niedriger ist und höher wird in dem zentralen Bereich, wie in Fig. 22B verdeutlicht. Zu diesem Zweck werden in der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform die horizontalen und vertikalen Synchronisierungssignale H und V von der Synchronisierungsschaltung 142 an den Taktpulsgenerator 143 geliefert, so daß der Taktpulsgenerator 143 die Auslesetaktpulse erzeugt, welche die Frequenz aufweisen, die synchron mit dem vertikalen Synchronisierungssignal V variiert. Dann kann die Verzerrung wie in Fig. 22C gezeigt, korrigiert werden. In der in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform kann dieselbe Korrektur durch Variieren der Frequenz des Auslesesignals, das von der Auslesesteuerungsschaltung 180 geliefert wird, ausgeführt werden.
Fig. 23A zeigt ein anderes Beispiel der Abweichung, in welcher die Vergrößerung in den rechten halben Bereich vermindert ist und in dem linken halben Bereich vergrößert ist. Eine solche Abweichung kann erzeugt werden, wenn der Spiegel nicht in bezug auf die optische Abweichung korrekt angeordnet ist. Um eine solche Abweichung zu beseitigen, wird die Auslösefrequenz bei dem linearen Bildsensor in dem linken halben Bereich vergrößert und in dem rechten halben Bereich vermindert, wie in Fig. 23B dargestellt. Wenn die Abweichung gemäß der Variation der Größe in der horizontalen Richtung kompensiert ist, wird die Präzision in der Dimension des angezeigten Bildes auf dem Monitor verbessert. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Dimensionen von IC-Mustern auf der Basis des auf dem Monitor reproduzierten Bildes gemessen werden.
Fig. 24A zeigt ein weiteres Beispiel der Verzerrung. In dem vorliegenden Beispiel erscheint die Verzerrung nicht linear. In diesem Falle kann die Verzerrung effektiv korrigiert werden, wenn die Auslesefrequenz bei dem linearen Bildsensor nicht linear, wie in Fig. 24B dargestellt, variiert wird.
Es sollte angemerkt werden, daß die oben mit Bezug auf die Fig. 23 und 24 erläuterten Korrekturmethoden in gleicher Weise durch Ändern der Auslesefrequenz für den Speicher in der in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform übernommen werden können. Ferner kann das oben erwähnte Prinzip der Verzerrungskorrektur in gleicher Weise auf die monochromatische Bildaufnahmevorrichtung unter Benutzung eines einzelnen Lichtstrahles angewendet werden.
Fig. 25 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In Fig. 25 sind Bereiche ähnlich denen in Fig. 12 gezeigten mit denselben Bezugszeichen gezeichnet, die in Fig. 12 benutzt werden. Beim Vergleich der vorliegenden Ausführungsform mit der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform ist es offensichtlich, daß verschiedene optische Elemente eng beieinander angeordnet sind, und deshalb kann die gesamte Vorrichtung in einer kompakten Weise konstruiert werden. Das bedeutet, daß in der vorliegenden Ausführungsform der Ablenkspiegel 113 unmittelbar nach den akustisch-optischen Elementen 106, 122 und 134 angeordnet ist, so daß die Zwischenlinsen 107, 108, 123, 124, 135 und 136, die in Fig. 12 dargestellt sind, wegfallen.
Fig. 26 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung darstellt. In den bisher erläuterten Ausführungsformen wird die Hauptabtastung mittels akustisch-optischer Elemente ausgeführt, die den Lichtstrahl in die Hauptabtastrichtung X ablenken. Ein solches akustisch-optisches Element ist jedoch teuer und auf diese Weise wird die gesamte Vorrichtung teuer. Insbesondere sind in der Farbbildaufnahmevorrichtung drei akustisch-optische Elemente vorgesehen, die Vorrichtung muß teuer werden. Darüber hinaus kann der Lichtstrahl in dem akustisch-optischen Element, selbst wenn ein Einfallswinkel nur wenig geändert wird, nicht korrekt abgelenkt werden. Aus diesem Grunde ist die Einstellung des akustisch-optischen Elements sehr beschwerlich. In der in Fig. 26 dargestellten Ausführungsform wird ein von einer Laserlichtquelle 201 emittierter Lichtstrahl in einen parallelen Strahl mittels eines Aufweiters 202 ausgedehnt und wird dann zum Einfall auf eine zylindrische Linse 203 gebracht, die den Lichtstrahl lediglich in der Unterabtastrichtung Y parallel zu der Zeichenebene der Fig. 26 zusammenlaufen läßt. Deshalb kann nach dem Hindurchgehen durch die zylindrische Linse 203 ein sehr dünner geradliniger Lichtstrahl, der sich in die Hauptabtastrichtung X erstreckt, erhalten werden. Dieser Lichtstrahl wird durch einen Halbspiegel 204 hindurchgestrahlt und trifft auf einen Schwingspiegel 205, der in die Richtungen a und b schwingt. Aus diesem Grunde wird der Lichtstrahl in die Unterabtastrichtung Y bei einer konstanten Frequenz entsprechend der vertikalen Abtastfrequenz abgelenkt. Der auf diese Weise abgelenkte geradlinige Lichtstrahl wird zum Einfall auf eine Objektivlinse 208 über eine Bildlinse 206 und Zwischenlinse 207 gebracht und auf eine Probe 209 als ein sehr dünner geradliniger Lichtfleck fokussiert. Auf diese Weise wird die Probe 209 durch den geradlinigen Lichtstrahl zweidimensional abgetastet.
Ein von der Probe 209 reflektierter Lichtstrom wird durch die Objektivlinse 208 korrigiert und von dem Schwingspiegel 205 über die Linsen 207 und 206 reflektiert. Der von dem Schwingspiegel 205 reflektierte Lichtstrahl trifft ferner über den Halbspiegel 204 auf einen linearen Bildsensor 210. Der lineare Bildsensor 210 ist bei einem Brennpunkt der Bildlinse 206 angeordnet und umfaßt eine Zahl von photoelektrischen Wandlerelementen, die in der Hauptabtastrichtung X ausgerichtet sind. Das bedeutet, daß ein geradliniger Lichtfleck 211 auf photoelektrische Wandlerelemente 210a, 210b.....210n des linearen Bildsensors 210, wie in Fig. 27 gezeigt, projiziert wird. Dann wird der lineare Bildsensor 210 bei einer Auslesefrequenz ausgelesen, die auf die horizontale Synchronisierungsfrequenz bezogen ist, um ein Bildsignal zu erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Hauptabtastung, da der geradlinige, sich in die Hauptabtastrichtung erstreckende Lichtfleck 211 von dem linearen Bildsensor 210 abgetastet wird, präzise, ohne einer mechanischen Fluktuation in die Hauptabtastrichtung unterworfen zu sein, ausgeführt werden und deshalb kann ein sehr scharfes Bild erhalten werden.
Fig. 28 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform einer Treiberschaltung der Bildaufnahmevorrichtung zeigt. Dort ist eine Synchronisierungsschaltung 220 zur Erzeugung horizontaler und vertikaler Synchronisierungssignale H und V vorgesehen. Das horizontale Synchronisierungssignal H wird an einen Taktpulsgenerator 221 geliefert, um Auslesetaktpulse zu erzeugen, die eine Wiederholungsfrequenz FC gleich N·FH aufweisen, wobei N die Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente 210A, . . ..... 210N des linearen Bildsensors 210 sind und FH eine Frequenz des horizontalen Synchronisierungssignals H ist. Das vertikale Synchronisierungssignal V wird einer Schwingspiegeltreiberschaltung 222 zugeführt, um ein Treibersignal zu erzeugen mittels dessen der Schwingspiegel 205 periodisch im Takt der vertikalen Synchronisierungsfrequenz fV in Schwingungen versetzt wird. Ein photoelektrisches, von dem linearen Bildsensor 210 ausgelöstes Ausgabesignal wird durch einen Verstärker 224 verstärkt und dann einem Monitor und Videokassettenrecorder 226 zugeführt, nachdem die horizontalen und vertikalen Synchronisierungssignale H und V hierzu mittels einer Prozessorschaltung 223 addiert wurden.
Fig. 29 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In Fig. 29 sind Bereiche, die ähnlich denen in Fig. 12 sind, mit denselben Bezugszeichen wie die in Fig. 12 benutzten, dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils erste, zweite und dritte zylindrische Linsen 230, 231, 232 zwischen Aufweitern 104, 120, 132 und Polarisationsprismen 109, 125, 137 angeordnet, um rote, grüne und blaue geradlinige Lichtstrahlen, die sich in die Hauptabtastrichtung X senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 29 erstrecken, auszubilden. Diese geradlinigen Lichtstrahlen treffen auf den Schwingspiegel 113 mittels des gemeinsamen optischen Wegs, und der Schwingspiegel wird bei der vertikalen Synchronisierungsfrequenz VV in Schwingungen versetzt, um die Lichtstrahlen in die Unterabtastrichtung Y senkrecht zu der Hauptabtastrichtung X abzulenken. Nachdem die durch die Probe 117 reflektierten Lichtstrahlen wieder durch den Schwingspiegel 113 abgelenkt wurden, treffen sie auf die linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 als geradlinige Lichtflecken. Dann werden die linearen Bildsensoren 119, 130 und 141 synchron zueinander bei einer Periode des horizontalen Synchronisierungssignals ausgelesen, um rote, grüne und blaue Farbbildsignale zu erhalten.
In den Ausführungsformen, welche die in den Fig. 26 und 29 dargestellte zylindrische Linse verwenden, ist die Auflösung des Bildes in die horizontale Richtung ein wenig vermindert im Vergleich zu den Ausführungsformen, welche die akustisch-optischen Elemente verwenden, aber die Auflösung in die vertikale Richtung ist noch hoch. Ferner ist es, da der Lichtstrahl in der Hauptabtastrichtung zusammenläuft, möglich, den geradlinigen Lichtfleck auszubilden, der eine hohe Intensität auf dem linearen Bildsensor aufweist und auf diese Weise kann das Bildsignal, welches ein hohes S/R aufweist, erhalten werden.
Fig. 30 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Im Falle der Aufnahme von Makrophotographien von winzigen Insekten und Blumen durch Verwendung einer gewöhnlichen unbewegten Kamera oder Fernsehkamera, ist es möglich, ein Bild zu erhalten, in welchem alle Teile des Objektes scharf fokussiert sind. Um einen im Brennpunkt liegenden Bereich aufzuweiten, ist es wirkungsvoll, eine Fokustiefe einer Objektivlinse zu vergrößern. In einem solchen Falle kann jedoch die Auflösung vermindert sein, und wenn das Objekt eine große Dimension in der Richtung der optischen Achse aufweist, kann das gesamte Objekt nicht scharf fokussiert werden.
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, wurde eine Lichtabtastkamera entwickelt, in welcher ein sehr dünner Lichtschirm mit rechten Winkeln an einer optischen Achse einer Objektivlinse gebildet wird, die auf den Lichtschirm fokussiert ist. Dann wird das Objekt entlang der optischen Achse durch den Lichtschirm bewegt, während ein Verschluß der Kamera offenbleibt. Auf diese Weise werden scharfe Bilder der Objektbereiche, die durch den Lichtschirm hindurchgelangen, aufeinanderfolgend auf einem photographischen Film abgebildet, um ein Photo zu erhalten, in dem alle Teile des Objektes scharf fokussiert sind. Solch ein Photo ähnelt einem Photo, das von einem Abtasttyp-Elektronenmikroskop aufgenommen wurde, aber wenn ein Farbfilm verwendet wurde, ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten.
Es ist jedoch in der bekannten Lichtabtastkamera sehr schwierig, den sehr dünnen Lichtschirm, der eine hohe Intensität aufweist, auszubilden. Es ist deshalb ein Nachteil, daß es sehr lange Zeit dauert, etwa eine Minute, um ein einzelnes Photo aufzunehmen. Darüber hinaus ist es in der Lichtabtastkamera, da die Dicke des Lichtschirms nicht in der Größenordnung eines Mikrons gemacht werden kann, unmöglich, ein scharfes Bild einer krenelieren Konstruktion eines Halbleiterchips zu gewinnen. In der in Fig. 30 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, ein sehr scharfes Bild eines Objekts über seine gesamte Tiefe aufzunehmen. Das optische System der in Fig. 30 gezeigten Bildaufnahmevorrichtung ist im wesentlichen dasselbe wie das in Fig. 12 dargestellte und Bereiche, die den in Fig. 12 gezeigten ähnlich sind, sind mit denselben in Fig. 12 benutzten Bezugszeichen bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Probe 117 auf einem Objekttisch 250 plaziert, der beweglich in der optischen Achsrichtung der Objektivlinse 116, wie durch die Pfeile A und B gezeigt, angeordnet ist. Der Objekttisch 250 wird durch einen Objekttischtreibermechanismus 251 angetrieben, der durch eine Objekttischtreiberschaltung 252 gesteuert wird. Ferner ist eine Signalverarbeitungsschaltung 253 vorgesehen, die rote, grüne und blaue Rahmenspeicher 253R, 253G und 253B umfaßt. Die Objekttischtreiberschaltung 252 und Signalverarbeitungsschaltung 253 sind durch eine Steuerschaltung 254 gesteuert. Nachdem die roten, grünen und blauen Bildsignale geeignet in der Signalverarbeitungsschaltung 253 verarbeitet wurden, werden die Bildsignale einer zusammengesetzten Schaltung 255 zugeführt, um ein farbiges Fernsehsignal auszubilden, welches dann von einem Videokassettenrecorder 256 aufgezeichnet wird und auf einem Farbmonitor 257 gezeigt wird.
Fig. 31 ist ein Blockschaltdiagramm, das eine Ausführungsform einer Treiberschaltung für die linearen Bildschirmsensoren und die Signalverarbeitungsschaltung 253 darstellt. Die Treiberschaltung umfaßt eine Synchronisierungsschaltung 258, die horizontale und vertikale Synchronisierungssignale H und V erzeugt, einen Taktpulsgenerator 259 zur Erzeugung von Auslesetaktpulsen, die eine Wiederholungsperiode aufweisen, die gleich ist einem Produkt der Zahl der photoelektrischen Wandlerelementen N und der horizontalen Synchronisierungsfrequenz FH, eine Treiberschaltung des akustisch-optischen Elements 260 zur Erzeugung eines Treibersignales für die akustisch-optischen Elemente 106, 122 und 134, und einer Schwingspiegeltreiberschaltung 261 zur Erzeugung eines Treibersignals für den Schwingspiegel 113 synchron mit dem vertikalen Synchronisierungssignal V. In der vorliegenden Ausführungsform werden die akustisch-optischen Elemente 106, 122 und 134 synchron mit dem horizontalen Synchronisierungssignal V angetrieben. Aber wie oben erläutert, können sie mit einer höheren Frequenz als der des horizontalen Synchronisierungssignals angetrieben werden.
Die roten, grünen und blauen Bildsignale, die von den linearen Bildsensoren 119, 131 und 141 ausgelesen werden, werden von den Verstärkern 262, 263 und 264 verstärkt und dann in digitale Signale mittels A/D Konverter 265, 266 und 267 konvertiert. Die digitalen Bildsignale werden dann Operationsschaltungen 268, 269 und 270 zugeführt, die in der Signalverarbeitungsschaltung 253 vorgesehen sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird die einfachste Operation für die Farbbildsignale in der Signalverarbeitungsschaltung 253 ausgeführt. Zunächst wird der Objekttisch 250 in eine anfängliche Position gebracht und die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen werden zweidimensional mittels der akustisch-optischen Elemente 106, 122 und 134 und den Schwingspiegel 113 abgelenkt, um rote, grüne und blaue Raster auf einer Abtastebene, die beim Brennpunkt der Objektivlinse 116 angeordnet ist, auszubilden. Zur selben Zeit wird der Objekttisch 250 entlang der optischen Achse mit einer hinreichend kleineren Geschwindigkeit als die vertikale Abtastgeschwindigkeit bewegt. Während der Schwingspiegel 113 durch eine Periode in Schwingung versetzt wurde, werden die Farbbildsignale eines Feldes der Operationsschaltung 268, 269 und 270 über die Verstärker 262, 263 und 264 zugeführt und werden dann jeweils in den Bildspeichern 253R, 253G und 253B gespeichert. Dann, nachdem der Objekttisch 250 über eine sehr kleine Entfernung entlang der optischen Achse der Objektivlinse 116 bewegt wurde, werden die Farbbildsignale eines nächsten Feldes den Operationsschaltungen 268, 269 und 270 zugeführt, zu welchen die Bildsignale, die in den Bildspeichern 253R, 253G und 253B gespeichert sind, ebenfalls ausgelesen werden. In den Operationsschaltungen werden diese Farbbildsignale zueinander addiert und die auf diese Weise aufsummierten Farbbildsignale wiederum in den Bildspeichern 253R, 253G und 253B gespeichert. Dieselbe Signalverarbeitung wird wiederholt ausgeführt, während der Objekttisch 250 allmählich in Richtung der optischen Achse bewegt wird. Schließlich werden in den Bildspeichern 253R, 253G und 253B die Farbbildsignale erhalten, die für viele Felder aufsummiert wurden. Dann werden die Farbbildsignale, die in den Bildspeichern gespeichert sind, ausgelesen und ein Farbbild wird auf dem Farbmonitor 257 wiedergegeben. Wenn ein Ausdruck erforderlich ist, wird das angezeigte Bild auf dem Monitor 257 von einer unbewegten Kamera 271 photographiert.
Bei der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung wird, da der Lichtstrahl zweidimensional abgelenkt und als ein sehr feiner Fleck auf der Abtastebene fokussiert wird, ein Bereich der Probe, der in der Abtastebene angeordnet ist, hell beleuchtet, aber ein Bereich außerhalb der Abtastebene wird nicht beleuchtet und bleibt deshalb dunkel. Aus diesem Grunde werden scharfe Bilder, wenn die Probe in bezug auf die Abtastebene bewegt wird, von Bereichen der Probe aufeinanderfolgend auf dem linearen Bildsensor ausgebildet. Besonders wenn die Vergrößerung der Objektivlinse hoch ist, kann ein sehr scharfes und helles Bild der Probe erhalten werden, da andere Bereiche als die Abtastebene sehr dunkel werden.
Es sollte bemerkt werden, daß die Arbeitsweise in den Operationsschaltungen 268, 269 und 270 nicht auf den additiven Betrieb beschränkt ist, sondern modifiziert werden kann. Zum Beispiel ist es möglich, die Maximumwerte in den Bildspeichern 253, 253G und 253B zu speichern. Das kann einfach durch Vergleichen der Eingabebildsignale mit den zuvor gespeicherten Bildsignalen ausgeführt werden, und die letzteren Bildsignale werden durch die Eingabesignale nur ersetzt, wenn die Eingabesignale größer als die gespeicherten Signale sind. Ferner können in den Operationsschaltungen 268, 269 und 270 verschiedene Interpolationen ausgeführt werden, um optimale Bilder in bezug auf die jeweiligen Objekte zu erhalten.
Darüber hinaus ist es nicht immer notwendig, den Objekttisch mit einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen. Zum Beispiel wenn ein dunkler Bereich des Objektes aufzunehmen ist, wird der Objekttisch langsam bewegt, während in einem hellen Gebiet der Objekttisch mit einer höheren Geschwindigkeit angetrieben wird. Auf diese Weise ist es dann möglich, ein Bild zu erhalten, das eine gleichmäßige Helligkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsformen beschränkt, sondern es können sich viele Modifikationen und Änderungen von denen, die im Stand der Technik innerhalb des Bereichs der Erfindung kundig sind, vorgestellt werden. Zum Beispiel wird in den vorliegenden Ausführungsformen der Schwingspiegel bei der vertikalen Abtastfrequenz betrieben, aber wenn ein Speicher zur Speicherung des Bildauslesesignals des linearen Bildsensors benutzt wird, kann der Spiegel bei einer höheren als der vertikalen Abtastfrequenz in Schwingungen versetzt werden.
Ferner kann der Schwingspiegel durch einen drehbar angeordneten polygonalen Spiegel ersetzt werden. In den Farbbildaufnahmevorrichtungen sind drei akustisch-optische Elemente zur Ablenkung der roten, grünen und blauen Lichtstrahlen in die Hauptabtastrichtung vorgesehen. Es ist auch möglich, die drei Lichtstrahlen mittels eines einzigen akustisch-optischen Elements abzulenken. In diesem Fall werden die drei Lichtstrahlen zum Einfall auf das akustisch-optische Element bei verschiedenen Einfallswinkeln in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen gebracht. Im Falle der Verwendung des einzigen akustischoptischen Elements muß ein optisches System vorgesehen sein, um die drei in verschiedene Richtungen abgelenkten Strahlen auf dem gemeinsamen Schwingspiegel zum Einfall zu bringen, dennoch kann die Zahl der kostspieligen akustisch-optischen Elemente minimalisiert werden und deshalb kann die gesamte Vorrichtung weniger kostspielig sein.
Ferner kann in der in Fig. 30 gezeigten Ausführungsform das optische System, das die Objektivlinse einschließt, in der Richtung der optischen Achse in bezug auf den stationären Objekttisch bewegt werden.
In den soweit erläuterten Ausführungsformen umfaßt die Lichtquelle den Laser, aber sie kann auch durch andere Lichtquellen wie eine Glühlampe und eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe gebildet sein. In einem solchen Falle ist es möglich, die fluoreszierende Beobachtung durch Vorsehen eines Filters zum selektiven Abtrennen der wahrnehmbaren Lichtstrahlen vor der Lichtquelle durchzuführen.
Die vorteilhaften Effekte der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden.
(1) Im Falle der Benutzung des Ablenkungselements zur Ablenkung des Lichtstrahls in die Hauptabtastrichtung ist es möglich, da die Probe durch den Lichtstrahlfleck abgetastet wird und der lineare Bildsensor eine Ladungsanhäufungsfunktion aufweist, ein Bildsignal zu erhalten, das hohes S/R und hohe Auflösung aufweist. Ferner kann die Abtastlichtquelle klein in ihren Ausmaßen gemacht werden.
(2) Da die Pixel der Probe immer auf die fotoelektrischen Wandlerelemente des linearen Bildsensors bezogen sind, ist es, selbst wenn die Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahls in die horizontale Richtung variiert, möglich, ein verzerrungsfreies Bild wiederzugeben.
(3) Da die Abschattung infolge der Linsen und Spiegel leicht durch elektrische oder mechanische Mittel korrigiert werden kann, ist es möglich, aufgrund der Tatsache, daß das Probenbild präzise mit den photoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors in Übereinstimmung steht, ein Probenbild zu erhalten, das eine gleichmäßige Helligkeit aufweist.
(4) Wenn die Hauptabtastfrequenz höher gemacht ist als die Auslesefrequenz des linearen Bildsensors, kann die Abtastliniendichte entsprechend vergrößert werden, ohne die Abtastgeschwindigkeit zu vermindern, und deshalb kann die optische Information der Probe exakt wiedergegeben werden. Insbesondere, da der lineare Bildsensor, der mehr als eintausend fotoelektrische Wandlerelemente aufweist, leicht erhalten werden kann, kann leicht ein Bildsignal abgeleitet werden, das eine hohe Auflösung aufweist.
(5) Wenn die Lichtquelle durch einen Laser gebildet wird, der einen kohärenten Lichtstrahl emittiert, werden Interferenzphänomene gemäß dem krenelierten Aufbau der Probenoberfläche erzeugt.
(6) Im Falle der Untersuchung einer lebenden Probe kann eine kleine Menge einer fluoreszierenden Komponente, die darin enthalten ist, mit dem Laserlichtstrahl angeregt werden, um fluoreszierendes Licht zu emittieren, das durch den linearen Bildsensor detektiert werden kann.

Claims

1. Eine Bildaufnahmevorrichtung mit:

einer Lichtquelleneinheit, die wenigstens eine Lichtquelle (1) zum Emittieren eines Lichtstrahles einschließt;

einem ersten Ablenkmittel (3) zum Ablenken des Lichtstrahls in eine Hauptabtastrichtung bei einer Hauptabtastfrequenz;

einem Linsensystem (9) zur Fokussierung des durch das erste Ablenkmittel abgelenkten Lichtstrahls auf eine Probe und zum Bündeln des von der Probe empfangenen Lichtstroms;

einer Lichtabfühleinheit (11) einschließlich wenigstens einer in der Brennebene des Linsensystems angeordneten linearen Bildsensors zum Empfangen von Licht von der Probe (10) und mit einer Mehrzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen, die linear in der Hauptabtastrichtung ausgerichtet sind; und

Mitteln zum Auslesen fotoelektrischer Ladungen, die in den fotoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors gespeichert sind, bei einer Auslesefrequenz; dadurch gekennzeichnet, daß

ein zweites Ablenkmittel (8, 30) zwischen dem ersten Ablenkmittel (3) und dem Linsensystem (9, 31) angeordnet ist und den Lichtstrahl ablenkt, der durch das Ablenkmittel (3) in einer Unterabtastrichtung im wesentlichen senkrecht zur Hauptabtastrichtung bei einer Unterabtastfrequenz so abgelenkt wurde, daß ein Rastermuster des Lichtstrahls auf die Probe (10) projiziert werden kann, um ein komplettes zweidimensionales Bild der Probe zu erhalten;

und daß der Lichtstrom von der Probe durch eine Ablenkeinrichtung (8, 32) bei der Unterabtastfrequenz synchron mit der Ablenkung des Lichts durch das zweite Ablenkmittel (8, 30) abgelenkt wird, um bei dem oder jedem linearen Bildsensor der Ablenkung zu entsprechen, die durch das zweite Ablenkmittel (8, 30) verursacht ist.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet dadurch, daß die Ablenkeinrichtung (8, 32) zum Leiten des Lichts von der Probe auf die Lichtablenkeinheit (11) durch das zweite Ablenkmittel (8) vorgesehen ist, das so angeordnet ist, daß sie durch die Probe reflektiertes Licht erhält.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Linsensystem eine Linse (9) umfaßt, die zwischen dem zweiten Ablenkmittel (8) und der Probe (10) angeordnet ist, um sowohl Licht auf die Probe (10) zu fokussieren als auch durch die Probe reflektiertes Licht zu empfangen.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ablenkeinrichtung (8, 32) zum Leiten des Lichts von der Probe (10) auf die Lichtfühleinheit (11) durch eine dritte Ablenkeinrichtung (32) vermittelt ist, die zum Empfangen von durch die Probe (10) transmittierten Lichts angeordnet ist.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Linsensystem eine erste Linse (31) umfaßt, die zwischen dem zweiten Ablenkmittel (8) und der Probe (10) angeordnet ist, sowie eine zweite Linse, die zwischen der Probe (10) und der dritten Ablenkeinrichtung (32) angeordnet ist.

6. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste Ablenkmittel (3) bei der Hauptabtastfrequenz betrieben wird, die gleich der Auslesefrequenz des linearen Bildsensors ist.

7. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste Ablenkmittel (3) bei der Hauptabtastfrequenz betrieben wird, die höher als die Auslesefrequenz des linearen Bildsensors ist.

8. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein zwischen dem ersten Ablenkmittel (3) und der Linse (9) angeordnetes Zwischenlinsensystem (5) umfaßt.

9. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Größe des auf den linearen Bildsensor (11) projizierten Lichtstrahls ein wenig größer als eine Lichtaufnahmeöffnung eines fotoelektrischen Wandlerelements (11a ... 11n) des linearen Bildsensors ist.

10. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Brennpunktabfühlmittel (84, 86, 87, 88) umfaßt zum Abfühlen einer Brennpunkt-Bedingung der Linse (69) durch Empfangen eines Teils der Lichtstrahls, der auf den linearen Bildsensor (73) gerichtet ist.

11. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Lichtquelle (1, 51) eine Laserlichtquelle ist.

12. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das erste Ablenkmittel (3) ein akusto-optisches Element umfaßt.

13. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das zweite Ablenkmittel (8) einen schwingenden Spiegel umfaßt.

14. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das zweite Ablenkmittel (8) einen rotierenden, polygonalen Spiegel umfaßt.

15. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelleneinheit rote, grüne und blaue Lichtquellen (101, 102, 103) zum Emittieren roter, grüner und blauer Lichtstrahlen umfaßt, und die Lichtabfühleinheit drei lineare Bildsensoren (119, 130, 141) zum Empfangen jeweils roter, grüner und blauer Lichtstrahlen umfaßt, und wobei die Vorrichtung ferner ein optisches System (111, 112, 126, 138) aufweist zum Einführen der roten, grünen und blauen Lichtstrahlen in einen gemeinsamen optischen Weg, der zwischen dem ersten Ablenkmittel (106, 122, 134) und dem zweiten Ablenkmittel (113) angeordnet ist.

16. Eine Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das optische System erste und zweite dichroitische Spiegel (111, 112) umfaßt, die in einem optischen Weg eines Lichtstrahls angeordnet sind.

17. Eine Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, die weiterhin eine Brennpunktpunktabfühleinrichtung (131) umfaßt zum Abfühlen einer Brennpunktbedingung der Linse (116) mittels eines Teils eines Lichtstrahls, der auf einen linearen Bildsensor (130) gerichtet ist.

18. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der das optische System wenigstens zwei konkave Linsen (118, 128, 140) umfaßt, die beweglich entlang optischer Wege von wenigstens zwei Lichtstrahlen angeordnet sind zum Einstellen der Größe der Rasterbilder, die auf die wenigstens zwei Lichtstrahlen bezogenen, linearen Bildsensoren (119, 130, 141) projiziert werden.

19. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, die ferner wenigstens zwei dritte Ablenkmittel (170, 171) umfaßt zur Ablenkung wenigstens zweier Lichtstrahlen in der Unterabtastrichtung synchron mit dem zweiten Ablenkmittel (113), so daß irgendeine Abweichung des Rasters in der Unterabtastrichtung kompensiert werden kann.

20. Eine Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die dritten Ablenkmittel (170, 171) linear angetrieben sind.

21. Eine Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die dritten Ablenkmittel (170, 171) nichtlinear angetrieben sind.

22. Eine Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die dritten Ablenkmittel (170, 171) ein Schwingmittel umfassen.

23. Eine Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die dritten Ablenkmittel (170, 171) eine planparallele Platte umfassen, die drehbar um eine sich in die Hauptabtastrichtung erstreckende Welle angeordnet ist.

24. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei der wenigstens zwei Auslesefrequenzen wenigstens zweier linearer Bildsensoren (119, 130, 141) derart einstellbar sind, daß irgendeine Abweichung in der Hauptabtastrichtung zwischen roten, grünen und blauen Rastern kompensierbar ist.

25. Eine Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Auslesemittel drei Speicher (176, 177, 178) zum Speichern von Bildsignalen umfassen, die jeweils von den drei linearen Bildsensoren (119, 130, 141) ausgelesen werden, eine Einschreibsteuerungsschaltung (179) zur Steuerung der Einschreiboperation in die drei Speicher, und eine Auslesesteuerungseinheit (180) zur Steuerung der Ausleseoperation bei den drei Speichern.

26. Eine Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Auslesefrequenzen wenigstens zweier Speicher (176, 177, 178) derart einstellbar sind, daß irgendeine Abweichung in der Hauptabtastrichtung zwischen roten, grünen und blauen Rastern kompensierbar ist.

27. Eine Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Auslesefrequenz linear geändert wird.

28. Eine Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Auslesefrequenz nichtlinear geändert wird.

29. Eine Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der eine Auslesefrequenz wenigstens eines Speichers (176, 177, 178) derart einstellbar ist, daß irgendeine Abweichung eines Rasters in der Unterabtastrichtung kompensierbar ist.

30. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Objekttisch (250) zum Abstützen der Probe (117) umfaßt, Mittel (251) zum Bewegen des Objekttisches in bezug auf die Linse (116) und ihre optische Achsenrichtung, und eine Signalverarbeitungsschaltung (253), die einen Rahmenspeicher (253R, 253G, 253B) zum Speichern des von dem linearen Bildsensor (119, 130, 141) ausgelesenen Bildsignals einschließt.

31. Eine Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Signalverarbeitungsschaltung (253) eine Summe von Bildsignalen ableitet, die von den jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen des linearen Bildsensors (119, 130, 141) ausgelesen sind.

32. Eine Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, bei der der Objekttisch (250) mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt ist.

33. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelleneinheit einen Aufweiteinrichtung (202) zum Aufweiten des von der Lichtquelle (201) emittierten Lichtstrahls umfaßt, eine zylindrische Linse (203) zur Bündelung des aufgeweiteten Lichtstrahls lediglich in der Unterabtastrichtung, um einen geradlinigen Lichtstrahl zu bilden, einen Schwingspiegel (205) zur Ablenkung des gebündelten Lichtstrahls in die Unterabtastrichtung, und eine Linse (206) zur Fokussierung des abgelenkten Lichtstrahls auf die Probe (209) als einen geradlinigen Lichtfleck.

34. Eine Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Lichtquelleneinheit rote, grüne und blaue Lichtquellen (101, 102, 103) umfaßt, die jeweils rote, grüne und blaue Lichtstrahlen emittieren, und das Rasterprojiziermittel drei Paare von Aufweiteinrichtungen (104, 120, 132) und zylindrische Linsen (230, 231, 232) umfaßt, die jeweils in einem roten, grünen und blauen optischen Weg angeordnet sind, ein optisches System (111, 112, 126, 138) zur Einführung des roten, grünen und blauen Lichtstrahls in einen gemeinsamen optischen Weg, und einen einzelnen Schwingspiegel (113), der zum Empfangen der roten, grünen und blauen Lichtstrahlen, die sich entlang des gemeinsamen optischen Weges ausbreiten, angeordnet ist und um die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen in die Unterabtastrichtung abzulenken.

35. Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Vorrichtung ferner ein optisches System (6, 7) umfaßt zur Leitung des von dem Linsensystem (9) und durch das zweite Ablenkmittel (8) abgelenkten Lichtstrahls auf den linearen Bildsensor.

36. Eine Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der das optische System einen Halbspiegel (6) umfaßt, der zwischen dem ersten und zweiten Ablenkmittel (3, 8) angeordnet ist.

37. Eine Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, bei der das optische System ein Polarisationselement (109, 125, 137) und ein Viertelwellenlängen-Blättchen (110, 127, 139) umfaßt, die zwischen dem ersten und zweiten Ablenkmittel angeordnet sind.

38. Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Objektivlinse (69) zur Bündelung eines durch die Probe transmittierten Lichtstroms, ein drittes Ablenkmittel (63) zur Ablenkung eines von der Objektivlinse (69) in die Unterabtastrichtung ausgehenden Lichtstrahls synchron mit dem zweiten Ablenkmittel (63), und ein optisches System (72, 80, 81, 82) zur Leitung des durch das dritte Ablenkmittel abgelenkten Lichtstrahls auf den linearen Bildsensor.

39. Eine Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der das zweite und dritte Ablenkmittel Reflexionsoberflächen umfassen, die auf der Vorder- und Rückseite einer Platte gebildet sind, die über eine sich in die Unterabtastrichtung erstreckende Welle schwenkbar ist.

40. Eine Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die Platte (63) erste und zweite zueinander senkrechte Positionen einnimmt, und die Vorrichtung ferner ein Schaltelement für den optischen Weg (72) umfaßt, das erste und zweite Positionen einnimmt, so daß dann, wenn die Platte (63) und das Schaltelement für den optischen Weg (72) in deren ersten Positionen sind, der Lichtstrahl, der durch das erste Ablenkmittel (55) und die als zweites Ablenkmittel wirkende Platte (63) abgelenkt ist, auf die Probe (70) projiziert wird und ein durch die Probe (70) reflektierter Lichtstrom durch die Objektivlinse (69) gebündelt und auf den linearen Bildsensor (73) mittels des zweiten Ablenkmittels und des Schaltelements für den optischen Weg (72) projiziert wird, um eine Untersuchung des Reflexionstyps zu bewirken; und dann, wenn die Platte (63) und das Schaltelement für den optischen Weg (72) in deren zweiten Positionen sind, der durch das erste Ablenkmittel (55) und die als zweites Ablenkmittel wirkende Platte (63) abgelenkte Lichtstrahl auf die Probe (70) mittels einer Kondensorlinse projiziert wird, und ein durch die Probe (70) transmittierter Lichtstrom durch die Objektivlinse (69) gebündelt und auf den linearen Bildsensor (73) mittels der als drittes Ablenkmittel wirkenden Platte (63) und das Schaltelement für den optischen Weg (72) projiziert wird, um eine Untersuchung des Transmissionstyps zu bewirken.

41. Eine Vorrichtung nach Anspruch 40, die ferner ein optisches System (74) umfaßt zum Umkehren von rechts und links, das in einem optischen Weg zwischen der Platte (63) und einer Kondensorlinse (79) angeordnet ist.