JP2008152011A - Confocal microscope and method for picking up confocal image - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal microscope which can be easily focused, and a method for picking up a confocal image. <P>SOLUTION: The confocal microscope is equipped with: a galvano mirror 105 for scanning linear light from a slit plate 130; a lens 107 for forming an image of the linear light on a sample arranged at a position conjugate to the slit plate 130; a CCD line sensor 110 having a pixel string corresponding to the linear light; a light shielding plate 120 for shielding a part of the light; a two-division optical sensor 109 for detecting the light reflected on the sample 300 out of the light scanned with the linear light by the galvano mirror 105; and a Z-axis drive motor 208 adjusting the focal position of the linear light based on an output from the two-division optical sensor 109 when the light shielding plate 120 is arranged on an optical path. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンフォーカル顕微鏡、及びコンフォーカル画像の撮像方法に関する。   The present invention relates to a confocal microscope and a method for capturing a confocal image.

従来のコンフォーカル顕微鏡では、1本のスリットを透過した光が試料に対して照明され、試料からの反射光は、1次元CCD(Charge−Coupled Device)により検出される構成を採用している(例えば、特許文献1)。このような従来のスリットコンフォーカル顕微鏡においては、マニュアル操作による焦点合わせを行うことが一般的であった。すなわち、1次元CCDカメラで検出される光量に応じて焦点合わせを行なっている。従来のコンフォーカル顕微鏡では、例えば、画像のコントラストや鮮鋭度から焦点合わせを行なっている。あるいは、観察光学系と別に設置したフォーカス光学系を用いてオートフォーカスを行なっている。
特開平10−104523号公報
A conventional confocal microscope employs a configuration in which light transmitted through one slit is illuminated on a sample, and reflected light from the sample is detected by a one-dimensional CCD (Charge-Coupled Device) ( For example, Patent Document 1). In such a conventional slit confocal microscope, it is common to perform focusing by manual operation. That is, focusing is performed according to the amount of light detected by the one-dimensional CCD camera. In a conventional confocal microscope, for example, focusing is performed based on image contrast and sharpness. Alternatively, autofocus is performed using a focus optical system installed separately from the observation optical system.
JP-A-10-104523

しかしながら、昨今の顕微鏡の使用において、所定の線幅や段差、粗さを自動で測定する必要性がでてきている。そのようなシステムを組む上で、低コストの焦点合わせ機構は、必要不可欠の機構となってきている。そして、焦点を合わせた状態で、観察や測定を行なう必要がある。しかしながら、従来のスリットコンフォーカル顕微鏡では、簡便な構成で焦点合わせを行なうことができないという問題点がある。   However, in recent use of a microscope, there is a need to automatically measure a predetermined line width, step, and roughness. In constructing such a system, a low-cost focusing mechanism has become an indispensable mechanism. And it is necessary to observe and measure in a focused state. However, the conventional slit confocal microscope has a problem that focusing cannot be performed with a simple configuration.

このように、従来のコンフォーカル顕微鏡では、簡便に焦点を調整することができないという問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡便な構成で焦点を調整することができるコンフォーカル顕微鏡、及びコンフォーカル画像の撮像方法を提供することを目的とする。
Thus, the conventional confocal microscope has a problem that the focus cannot be easily adjusted.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a confocal microscope and a confocal image capturing method capable of adjusting the focus with a simple configuration.

本発明の第1の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、照明光を出射する光源と、前記光源からの照明光を線状の光に変換する光変換手段と、前記線状の光を走査する走査手段と、前記光変換手段と共役な位置に配置された試料上に前記線状の光を結像し、前記試料からの透過光又は反射光を結像面に結像する結像手段と、前記透過光又は前記反射光を受光するよう前記結像面に配置され、前記線状の光に対応する画素列を有する観察用検出器と、前記光源からの光の光路上に配置され、前記光源からの光の一部を遮光する遮光部材と、前記走査手段によって前記線状の光とともに走査される光のうち前記試料で反射した光を検出する焦点位置用センサと、前記遮光部材を前記光路上に配置している状態における焦点位置用センサからの出力に基づいて、前記線状の光の焦点位置を調整する焦点調整手段と、を備えるものである。これにより、簡便な構成で焦点を調整することができる。   A confocal microscope according to a first aspect of the present invention includes a light source that emits illumination light, a light conversion unit that converts illumination light from the light source into linear light, and scanning that scans the linear light. And imaging means for imaging the linear light on a sample disposed at a position conjugate with the light conversion means, and imaging transmitted light or reflected light from the sample on an imaging surface; An observation detector disposed on the imaging surface to receive the transmitted light or the reflected light and having a pixel row corresponding to the linear light, and disposed on an optical path of light from the light source, A light shielding member for shielding a part of light from a light source, a focus position sensor for detecting light reflected by the sample out of light scanned together with the linear light by the scanning means, and the light shielding member. Output from the focus position sensor in the state of being placed on the optical path Zui and, in which and a focus adjustment means for adjusting the focal position of the line-shaped light. Thereby, the focus can be adjusted with a simple configuration.

本発明の第2の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、上記のコンフォーカル顕微鏡であって、前記位置検出用センサからの出力を積分する積分回路をさらに備え、前記積分回路での積分値に基づいて、前記焦点調整手段が焦点を調整することを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   A confocal microscope according to a second aspect of the present invention is the confocal microscope described above, further comprising an integration circuit that integrates an output from the position detection sensor, and based on an integration value in the integration circuit. The focus adjusting means adjusts the focus. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第3の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、上記のコンフォーカル顕微鏡であって、前記走査手段の走査端に配置された走査位置検出用検出器と、前記走査位置検出用検出器からの出力に基づいて、前記積分回路の積分値を増減させないクランプ動作を行なうクランプ回路と、をさらに備えるものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   A confocal microscope according to a third aspect of the present invention is the above-described confocal microscope, comprising: a scanning position detection detector disposed at a scanning end of the scanning means; and the scanning position detection detector. And a clamp circuit that performs a clamp operation that does not increase or decrease the integration value of the integration circuit based on the output. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第4の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、上記のコンフォーカル顕微鏡であって、前記走査位置検出用検出器からの出力に基づいて、前記積分回路の積分値をリセットすることを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   A confocal microscope according to a fourth aspect of the present invention is the confocal microscope described above, wherein the integration value of the integration circuit is reset based on an output from the scanning position detection detector. To do. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第5の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、上記のコンフォーカル顕微鏡であって、前記光変換手段がライン状の照明用開口部を有するスリット板であって、前記スリット板に焦点位置用センサに受光される光を透過する焦点位置用開口部が設けられていることを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で焦点を調製することができる。   A confocal microscope according to a fifth aspect of the present invention is the above-described confocal microscope, wherein the light conversion means is a slit plate having a line-shaped opening for illumination, and the slit plate is used for a focal position. A focal position opening through which light received by the sensor is transmitted is provided. Thereby, a focus can be prepared with a simple configuration.

本発明の第6の態様に係るコンフォーカル顕微鏡は、上記のコンフォーカル顕微鏡であって、前記焦点調整手段によって焦点が調整されている状態で、前記観察用検出器で線状の光を受光して観察を行なう場合に、前記遮光部材が前記光源からの光の一部を遮光しないことを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製した状態で観察することができる。   A confocal microscope according to a sixth aspect of the present invention is the confocal microscope described above, wherein linear light is received by the observation detector while the focus is adjusted by the focus adjusting means. When the observation is performed, the light shielding member does not shield part of the light from the light source. Thereby, it can observe in the state which adjusted the focus correctly.

本発明の第7の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、コンフォーカル光学系を介して光を検出して、コンフォーカル画像を撮像するコンフォーカル画像の撮像方法であって、光路上に配置された遮光部材によって光の一部を遮光するステップと、前記遮光された光を走査手段によって走査するステップと、前記走査された光を前記試料に集光して照射するステップと、前記試料で反射した反射光を焦点位置用センサで検出するステップと、前記焦点位置用センサからの出力に基づいて、前記試料の焦点を調整するステップと、前記試料の焦点が調整された状態で、ライン状の光を前記走査手段によって走査するステップと、前記走査手段によって走査されたライン状の光を前記試料に集光して照射するステップと、前記試料に照射されたライン状の光のうち前記試料で反射した反射光、又は前記試料を透過した透過光を、前記線状の光に対応する画素列を有する観察用検出器でコンフォーカル光学系を介して受光するステップとを有するものである。これにより、簡便に焦点を調製することができる。   A confocal image capturing method according to a seventh aspect of the present invention is a confocal image capturing method for detecting a light through a confocal optical system and capturing a confocal image, which is disposed on an optical path. A step of shielding a part of the light by the light shielding member, a step of scanning the shielded light by a scanning means, a step of condensing and irradiating the scanned light on the sample, A step of detecting reflected reflected light with a focus position sensor, a step of adjusting the focus of the sample based on an output from the focus position sensor, and a state in which the focus of the sample is adjusted are linear. Scanning with the scanning means, condensing and irradiating the sample with linear light scanned by the scanning means, and irradiating the sample. The reflected light reflected by the sample or the transmitted light transmitted through the sample is received through the confocal optical system by the observation detector having a pixel row corresponding to the linear light. And a step of performing. Thereby, a focus can be easily prepared.

本発明の第8の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、上述の撮像方法であって、前記試料の焦点を調整するステップでは、前記焦点位置用センサからの出力を積分した積分値に基づいて、前記焦点を調整することを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   The confocal image capturing method according to the eighth aspect of the present invention is the above-described image capturing method, wherein the step of adjusting the focus of the sample is based on an integrated value obtained by integrating the output from the focus position sensor. Then, the focus is adjusted. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第9の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、上述の撮像方法であって、前記走査手段に走査端では、前記積分値を増減させないクランプ動作を行なうことを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   A confocal image capturing method according to a ninth aspect of the present invention is the above-described image capturing method, characterized in that the scanning means performs a clamping operation that does not increase or decrease the integral value at the scanning end. is there. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第10の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、上述の撮像方法であって、前記走査手段の走査の一端において、前記積分値がリセットされることを特徴とするものである。これにより、正確に焦点を調製することができる。   A method for capturing a confocal image according to a tenth aspect of the present invention is the above-described image capturing method, wherein the integral value is reset at one end of scanning of the scanning unit. Thereby, the focus can be accurately adjusted.

本発明の第11の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、上述の撮像方法であって、前記線状の光をライン状の照明用開口部を有するスリット板によって生成し、前記スリット板に設けられた焦点位置用開口部を通過して、前記試料で反射した反射光を前記焦点位置用センサで検出することを特徴とするものである。これにより、簡便に焦点を調製することができる。   A confocal image capturing method according to an eleventh aspect of the present invention is the above-described imaging method, wherein the linear light is generated by a slit plate having a line-shaped illumination opening, and the slit plate has The reflected light reflected by the sample after passing through the provided focal position opening is detected by the focal position sensor. Thereby, a focus can be easily prepared.

本発明の第12の態様に係るコンフォーカル画像の撮像方法は、上述の撮像方法であって、前記ライン状の光を前記走査手段によって走査するステップでは、前記光の一部が遮光されていないことを特徴とするものである。   A confocal image capturing method according to a twelfth aspect of the present invention is the above-described imaging method, wherein a part of the light is not shielded in the step of scanning the line-shaped light by the scanning unit. It is characterized by this.

本発明によれば、簡便な構成で焦点を調整することができるコンフォーカル顕微鏡、及びコンフォーカル画像の撮像方法を提供することができる。これにより、正確に焦点を調製した状態で観察することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the confocal microscope which can adjust a focus with a simple structure, and the imaging method of a confocal image can be provided. Thereby, it can observe in the state which adjusted the focus correctly.

本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡においては、二つの領域を有する光センサからなる二分割センサとスリットの近傍に設けられた遮光板とを有するフォーカス機構を有している。このフォーカス機構によって、コンフォーカル顕微鏡における焦点合わせを自動で行うことができ、かつ低コストで行うことができる。以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。   The confocal microscope according to the present embodiment has a focus mechanism having a two-divided sensor composed of an optical sensor having two regions and a light shielding plate provided in the vicinity of the slit. With this focus mechanism, focusing in a confocal microscope can be performed automatically and at a low cost. Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Moreover, those skilled in the art can easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention.

本発明にかかるコンフォーカル顕微鏡の構成について図1を用いて説明する。図1はコンフォーカル顕微鏡1の構成概略図である。本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡1は、光学系100と、回路部200とを有している。光学系100は、光源101、レンズ102、103、106、107、108、ビームスプリッタ104、ガルバノミラー105、二分割光センサ109、CCDラインセンサ110、及び試料ホルダ111を備えている。また、本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡1の光学系100は、遮光板120及びスリット板130を有している。さらに、この光学系100からの光は、試料ホルダ111上に載置された試料300に集光される。このように、本実施の形態にかかる顕微鏡は、スリットコンフォーカル顕微鏡である。   The configuration of the confocal microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a confocal microscope 1. The confocal microscope 1 according to the present embodiment includes an optical system 100 and a circuit unit 200. The optical system 100 includes a light source 101, lenses 102, 103, 106, 107, 108, a beam splitter 104, a galvano mirror 105, a two-part photosensor 109, a CCD line sensor 110, and a sample holder 111. The optical system 100 of the confocal microscope 1 according to the present embodiment includes a light shielding plate 120 and a slit plate 130. Further, the light from the optical system 100 is collected on the sample 300 placed on the sample holder 111. Thus, the microscope according to the present embodiment is a slit confocal microscope.

本実施の形態では、試料300のコンフォーカル画像を撮像するCCDラインセンサ110を備えている。光源101からスリット板130を透過した光が試料300を反射して、CCDラインセンサ110により検出される。また、ガルバノミラー105を用いることによって、試料300上を光が走査できるようにしている。すなわち、試料300上を走査するために、ガルバノミラー105を用いる、このことによって、光源101からの光の焦点位置が対物レンズ107の軸と垂直な方向に変化する。ガルバノミラー105は、例えば、30Hzで光を走査する。ガルバノミラー105は、スリット板130を通過した線状の光を走査する。これにより、スリットコンフォーカル画像が撮像される。   In the present embodiment, a CCD line sensor 110 that captures a confocal image of the sample 300 is provided. The light transmitted from the light source 101 through the slit plate 130 reflects the sample 300 and is detected by the CCD line sensor 110. Further, by using the galvanometer mirror 105, light can be scanned on the sample 300. That is, the galvanometer mirror 105 is used to scan the sample 300, whereby the focal position of the light from the light source 101 changes in a direction perpendicular to the axis of the objective lens 107. The galvanometer mirror 105 scans light at 30 Hz, for example. The galvanometer mirror 105 scans the linear light that has passed through the slit plate 130. Thereby, a slit confocal image is imaged.

光源101は、例えば白色光源、蛍光励起光源等であり、さらに具体的には、水銀ランプ、ハロゲンランプ等種々の光源を用いることができる。また、発振位相の異なるレーザダイオードを2次元に配列して光源を構成してもよい。発振位相の異なるレーザダイオードを発振させることにより、スペックル(光の干渉により発生する小さな斑点)の発生を抑制することができる。さらに、光源101に複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバを設けても良い。すなわち、バンドルファイバから出射された光を照明光として利用してもよい。   The light source 101 is, for example, a white light source, a fluorescence excitation light source, and more specifically, various light sources such as a mercury lamp and a halogen lamp can be used. Further, the light source may be configured by two-dimensionally arranging laser diodes having different oscillation phases. Oscillation of laser diodes having different oscillation phases can suppress the generation of speckles (small spots generated by light interference). Further, a bundle fiber in which a plurality of optical fibers are bundled may be provided in the light source 101. That is, the light emitted from the bundle fiber may be used as illumination light.

二分割光センサ109は、二つの領域である領域Aと領域Bに分割された二分割PD(Photo diode)である。本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡においては、この二分割光センサ109の二つの領域において検知された光量によって、試料面が焦点位置に対してずれているか否かを判定することができる。また、試料面が焦点位置に対してずれている場合、試料面がレンズ107側にずれているか、レンズ107から遠ざかる側にずれているかを判定することができる。すなわち、二分割光センサ109は焦点合わせに用いられる。   The two-divided optical sensor 109 is a two-divided PD (Photo diode) divided into two regions, region A and region B. In the confocal microscope according to the present embodiment, it is possible to determine whether or not the sample surface is deviated from the focal position based on the light amounts detected in the two regions of the two-split optical sensor 109. In addition, when the sample surface is displaced with respect to the focal position, it can be determined whether the sample surface is displaced toward the lens 107 or away from the lens 107. That is, the two-part optical sensor 109 is used for focusing.

試料ホルダ111は、Z軸駆動モータ208を有し、試料300を図1における上下に移動できるようになっている。この試料ホルダ111は、後述するZ軸駆動モータ208によって上下移動しており、この上下移動によって、試料面が焦点位置にくるように制御されている。すなわち、試料ホルダ111の上下移動によって、焦点調整が行なわれる。具体的には、二分割光センサ109からの出力に応じてZ軸駆動モータ208を駆動する。そして、Z軸駆動モータ208の駆動によって試料ホルダ111を上下移動させて、試料300を合焦点位置に移動させる。なお、試料ホルダ111を移動して焦点位置を承知精する構成に限らず、レンズ107などを移動して焦点位置を調整してもよい。   The sample holder 111 has a Z-axis drive motor 208 so that the sample 300 can be moved up and down in FIG. The sample holder 111 is moved up and down by a Z-axis drive motor 208, which will be described later, and is controlled so that the sample surface comes to the focal position by this up and down movement. That is, focus adjustment is performed by moving the sample holder 111 up and down. Specifically, the Z-axis drive motor 208 is driven according to the output from the two-split optical sensor 109. Then, the sample holder 111 is moved up and down by driving the Z-axis drive motor 208 to move the sample 300 to the in-focus position. The configuration is not limited to the configuration in which the sample holder 111 is moved to recognize the focal position, but the focal position may be adjusted by moving the lens 107 or the like.

遮光板120はスリット板130の近傍に設けられており、図1における左右に動かすことが可能になっている。遮光板120は、スリット板130とレンズ103の間に配置される。焦点位置検出時においては、遮光板120が光路上に移動して光源101からの光を半分だけ遮断するようになっている。それに対して、通常のマスク検査時には、遮光板120は、図1における左に動いて光源101からの光を試料300に全て照射されるようになっている。すなわち、コンフォーカル顕微鏡で観察する際には、遮光板120が光路上から外れる。このように遮光板120は光路上に移動可能に設けられている。そして、通常の観察時には、遮光板120は、光路上から取り除かれ、焦点位置検出時には、光路上に配置される。遮光板120は、ソレノイドやモータやシリンダなどのアクチュエータによって、精度よく移動される。この遮光板120を光路上に配置すると、瞳に対して非対称に照明することができる。具体的には、瞳の片側半分が遮光され、もう片側半分のみから照明される。   The light shielding plate 120 is provided in the vicinity of the slit plate 130 and can be moved left and right in FIG. The light shielding plate 120 is disposed between the slit plate 130 and the lens 103. At the time of detecting the focal position, the light shielding plate 120 moves on the optical path so as to block the light from the light source 101 by half. On the other hand, at the time of normal mask inspection, the light shielding plate 120 moves to the left in FIG. 1 to irradiate the sample 300 with all the light from the light source 101. That is, when observing with a confocal microscope, the light shielding plate 120 is removed from the optical path. As described above, the light shielding plate 120 is movably provided on the optical path. The light shielding plate 120 is removed from the optical path during normal observation, and is disposed on the optical path during focus position detection. The light shielding plate 120 is accurately moved by an actuator such as a solenoid, a motor, or a cylinder. If this light-shielding plate 120 is arranged on the optical path, the pupil can be illuminated asymmetrically. Specifically, one half of the pupil is shielded and illuminated from only the other half.

また、スリット板130は、光源101の近傍の光路上に配設される。スリット板130によって、光源101からの光が線状の光に変換される。このスリット板130の位置は、一次像面の位置、CCDラインセンサ110の位置、及び試料面の位置に共役である。スリット板130からの光を走査することによって、試料300におけるコンフォーカル画像を撮像する領域を変化させることができる。すなわち、ガルバノミラー105を駆動させて、撮像領域を変化させる。ガルバノミラー105は、線状の光と垂直な方向に光を走査する。これにより、試料300上における光の入射位置が変化して、線状の光が走査される。そして、試料300で反射した反射光をCCDラインセンサ110によって検出する。CCDラインセンサ110の画素は線状の光に対応して配列されている。すなわち、CCDラインセンサ110は線状の光に対応する画素列を有する。これにより、コンフォーカル画像を撮像することができる。このように、CCDラインセンサ110からの出力によって、コンフォーカル画像を観察することができる。   The slit plate 130 is disposed on the optical path near the light source 101. The slit plate 130 converts light from the light source 101 into linear light. The position of the slit plate 130 is conjugate with the position of the primary image plane, the position of the CCD line sensor 110, and the position of the sample surface. By scanning the light from the slit plate 130, it is possible to change the region in the sample 300 where the confocal image is captured. That is, the imaging region is changed by driving the galvanometer mirror 105. The galvanometer mirror 105 scans light in a direction perpendicular to the linear light. Thereby, the incident position of the light on the sample 300 is changed, and the linear light is scanned. Then, the reflected light reflected by the sample 300 is detected by the CCD line sensor 110. The pixels of the CCD line sensor 110 are arranged corresponding to linear light. That is, the CCD line sensor 110 has a pixel row corresponding to linear light. Thereby, a confocal image can be taken. Thus, a confocal image can be observed by the output from the CCD line sensor 110.

スリット板130の概略構造図とそれに対応するセンサ配置を図2に示す。図2(a)、及び図2(b)には、それぞれ上側にスリット板130の概略構造図が示され、下側にラインセンサ110、及び二分割光センサ109の配置が示されている。図2に示されるように、スリット板130は、焦点位置用開口部131と画像照明用開口部132とを有している。画像照明用開口部132は横長のライン状の開口部である。この画像照明用開口部132を通過することによって、光源101からの光が線状の光に変換される。なお、焦点位置用開口部131と画像照明用開口部132とは、図2(a)に示したように画像照明用開口部132の長手方向と垂直な方向に配置されていてもよい。この場合、ラインセンサ110と二分割光センサ109とは、ラインセンサ110の画素の配列方向と垂直に配置される。あるいは、図2(b)に示すように、焦点位置用開口部131と画像照明用開口部132とをスリットの長手方向と平行な方向に配置しても良い。この場合、ラインセンサ110と二分割光センサ109とは、ラインセンサ110の画素の配列方向と平行方向に配置される。また、図2(b)に示す構成では、焦点位置用開口部131と画像照明用開口部132とをつなげてもよい。すなわち、ライン状の開口部の端部を画像照明用開口部132として用い、残りの開口部を焦点位置用開口部131として用いればよい。このように、焦点位置用開口部131と画像照明用開口部132との位置関係に応じて、二分割光センサ109とCCDラインセンサ110の位置が決定される。したがって、二分割光センサ109とCCDラインセンサ110の物理的な大きさによる制約を緩和することができる。よって、二分割光センサの横方向を大きくすることができ、焦点位置をより正確に検出することができる。   FIG. 2 shows a schematic structural diagram of the slit plate 130 and a sensor arrangement corresponding thereto. 2A and 2B, the schematic structural diagram of the slit plate 130 is shown on the upper side, and the arrangement of the line sensor 110 and the two-part photosensor 109 is shown on the lower side. As shown in FIG. 2, the slit plate 130 has a focal position opening 131 and an image illumination opening 132. The image illumination opening 132 is a horizontally long line-shaped opening. By passing through the image illumination opening 132, the light from the light source 101 is converted into linear light. The focal position opening 131 and the image illumination opening 132 may be arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the image illumination opening 132 as shown in FIG. In this case, the line sensor 110 and the two-split light sensor 109 are arranged perpendicular to the arrangement direction of the pixels of the line sensor 110. Alternatively, as shown in FIG. 2B, the focal position opening 131 and the image illumination opening 132 may be arranged in a direction parallel to the longitudinal direction of the slit. In this case, the line sensor 110 and the two-part optical sensor 109 are arranged in a direction parallel to the arrangement direction of the pixels of the line sensor 110. In the configuration shown in FIG. 2B, the focal position opening 131 and the image illumination opening 132 may be connected. That is, the end of the line-shaped opening may be used as the image illumination opening 132 and the remaining opening may be used as the focal position opening 131. As described above, the positions of the two-part optical sensor 109 and the CCD line sensor 110 are determined in accordance with the positional relationship between the focal position opening 131 and the image illumination opening 132. Therefore, restrictions due to the physical size of the two-split optical sensor 109 and the CCD line sensor 110 can be relaxed. Therefore, the lateral direction of the two-split optical sensor can be increased, and the focal position can be detected more accurately.

画像照明用開口部132は、光源101からの光をライン状の光に変換する。すなわち、画像照明用開口部132は、ライン状の光を生成する。試料300を反射した光をCCDラインセンサ110によって観測することによってこの試料300におけるコンフォーカル画像が撮像される。また、焦点位置用開口部131を通過した光は、二分割光センサ109に照射されることによって、焦点合わせを行っている。焦点位置用開口部131は、二分割光センサ109の形状に応じた形状を有している。ここでは、焦点位置用開口部131を矩形状にしている。   The image illumination opening 132 converts light from the light source 101 into line-shaped light. That is, the image illumination opening 132 generates line-shaped light. By observing the light reflected from the sample 300 by the CCD line sensor 110, a confocal image of the sample 300 is captured. Further, the light that has passed through the focal position opening 131 is irradiated onto the two-divided optical sensor 109 to perform focusing. The focal position opening 131 has a shape corresponding to the shape of the two-split optical sensor 109. Here, the focal position opening 131 is rectangular.

ここで、光源101から出射された光の経路について図1を用いて説明する。光源101から出射された光は、レンズ102によって集光されスリット板130に入射される。このスリット板130に入射された光は、画像照明用開口部132を通過した部分はライン状の光に変換されてレンズ103に入射される。また、焦点位置用開口部131を通過した光も同様にレンズ103に入射する。レンズ103に入射された光は、レンズ103によって平行光に変換され、ビームスプリッタ104によって反射し、ガルバノミラー105に入射される。ガルバノミラー105を反射した光は、レンズ106に入射する。レンズ106は、光を1次像面に集光する。そして、レンズ106で屈折された光はレンズ107に入射する。その後、光はレンズ107で屈折され、試料300を照明する。レンズ107は対物レンズであり、照明光を試料300上に集光する。そして、ガルバノミラー105を回転させることによって、試料300上の所定の撮像位置に照明することが可能になる。   Here, the path of the light emitted from the light source 101 will be described with reference to FIG. The light emitted from the light source 101 is collected by the lens 102 and enters the slit plate 130. The light that has entered the slit plate 130 is converted into line-shaped light at a portion that has passed through the image illumination opening 132 and is incident on the lens 103. Similarly, the light that has passed through the focal position opening 131 is incident on the lens 103. The light incident on the lens 103 is converted into parallel light by the lens 103, reflected by the beam splitter 104, and incident on the galvanometer mirror 105. The light reflected from the galvanometer mirror 105 enters the lens 106. The lens 106 condenses the light on the primary image plane. The light refracted by the lens 106 enters the lens 107. Thereafter, the light is refracted by the lens 107 and illuminates the sample 300. The lens 107 is an objective lens and collects illumination light on the sample 300. Then, by rotating the galvanometer mirror 105, it is possible to illuminate a predetermined imaging position on the sample 300.

試料300を反射した反射光は、レンズ107に入射する。レンズ107は反射光を1次像面に集光する。このようにレンズ107は光を試料上、及び1次像面上に結像する。この反射光はレンズ106に入射する。そして、反射光は、レンズ106で屈折され平行光束となる。平行光束となった反射光は、ガルバノミラー105で反射する。このガルバノミラー105で反射された反射光は、デスキャンされ、ビームスプリッタ104に入射する。そして、反射光の一部は、ビームスプリッタ104を通過して、レンズ108によってCCDラインセンサ110上に集光される。また、光源101からスリット板130内の焦点位置用開口部131を通過した光は、画像照明用開口部132を通過した光と同様の光路を通って、二分割光センサ109上に集光される。すなわち、焦点位置用開口部131を通過した光は、ビームスプリッタ104、ガルバノミラー105、レンズ106、レンズ107を介して試料300に入射する。そして、試料300で反射した焦点位置用開口部131からの光は、レンズ107、レンズ106、ガルバノミラー105、ビームスプリッタ104、及びレンズ108を介して二分割光センサ109に入射する。これにより、二分割光センサ109によって、試料300で反射した反射光を受光することができる。   The reflected light reflected from the sample 300 enters the lens 107. The lens 107 condenses the reflected light on the primary image plane. Thus, the lens 107 forms an image of light on the sample and the primary image plane. This reflected light is incident on the lens 106. The reflected light is refracted by the lens 106 to become a parallel light beam. The reflected light that has become a parallel light beam is reflected by the galvanometer mirror 105. The reflected light reflected by the galvanometer mirror 105 is descanned and enters the beam splitter 104. A part of the reflected light passes through the beam splitter 104 and is condensed on the CCD line sensor 110 by the lens 108. Further, the light passing from the light source 101 through the focal position opening 131 in the slit plate 130 passes through the same optical path as the light passing through the image illumination opening 132 and is condensed on the two-split optical sensor 109. The That is, light that has passed through the focal position opening 131 is incident on the sample 300 via the beam splitter 104, the galvanometer mirror 105, the lens 106, and the lens 107. Then, the light from the focal position opening 131 reflected by the sample 300 enters the two-divided optical sensor 109 via the lens 107, the lens 106, the galvanometer mirror 105, the beam splitter 104, and the lens 108. As a result, the reflected light reflected by the sample 300 can be received by the two-split optical sensor 109.

次に、本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡における焦点の合わせ方について説明する。まず、瞳に対称に照明した場合の二分割光センサ109の照明箇所について図3を用いて説明する。二分割光センサ109はA、Bの二つの領域に分けられている。図3(a)は試料面が焦点位置に位置する場合、図3(b)は試料面が焦点位置よりも前に位置する場合、図3(c)は試料面が焦点位置よりも後ろに位置する場合である。   Next, how to focus in the confocal microscope according to the present embodiment will be described. First, the illumination location of the two-part optical sensor 109 when the pupil is illuminated symmetrically will be described with reference to FIG. The two-split optical sensor 109 is divided into two areas A and B. 3A shows the case where the sample surface is located at the focal position, FIG. 3B shows the case where the sample surface is located before the focal position, and FIG. 3C shows the case where the sample surface is located behind the focal position. This is the case.

図3(a)に示すように、試料面が焦点位置に位置する場合には、二分割光センサ109上に焦点が位置するようになっている。このような状態においては、領域Aと領域Bともに光の照射量は変わらず略等しくなる。また、試料面が焦点位置よりも前に位置する場合(図3(b)参照)においても、試料面が焦点位置よりも後ろに位置する場合(図3(c)参照)においても、領域Aと領域Bともに光の照射量が変わらない。すなわち、二分割光センサ109上での光がぼやけるが、その中心位置は変わらない。そのため、瞳に対称に照明した場合には、焦点位置によって、領域Aと領域Bとで検出される光量の差が変化しない。よって、試料面が焦点位置に対してどこにあるかを判定することが困難である。   As shown in FIG. 3A, when the sample surface is located at the focal position, the focal point is located on the two-split optical sensor 109. In such a state, the amount of light irradiation in both the region A and the region B is substantially the same without changing. In addition, even when the sample surface is positioned before the focal position (see FIG. 3B) and when the sample surface is positioned behind the focal position (see FIG. 3C), the region A In both the region B and the region B, the light irradiation amount does not change. That is, the light on the two-split optical sensor 109 is blurred, but the center position is not changed. Therefore, when the pupil is illuminated symmetrically, the difference in the amount of light detected between the region A and the region B does not change depending on the focal position. Therefore, it is difficult to determine where the sample surface is with respect to the focal position.

それに対して、瞳に対して非対称に照明した場合には、焦点位置によって、領域Aと領域Bとで検出される光量の差が変化する。これにより、試料面の焦点位置に対する位置を判定することができる。ここで、瞳に対して非対称に照明した場合の二分割光センサ109の照明箇所について図4を用いて説明する。図4(a)〜図4(c)は、試料に入射する入射光と試料で反射する反射光とを模式的に示す図である。なお、図4において実線が試料に入射する入射光を示し、点線が試料で反射した反射光を示し、一点鎖線が光軸を示している。また、図4(a)は試料面が焦点位置に位置する場合、図4(b)は試料面が焦点位置よりも前に位置する場合、図4(c)は試料面が焦点位置よりも後ろに位置する場合である。この場合においては、瞳に対して半分だけを遮光板120によってカットした状態である。すなわち、図4では、左側の光のみで照明した状態が示されている。従って、試料面で反射した反射光は、主に、図4の右側を通って二分割光センサ109に入射する。   On the other hand, when the pupil is illuminated asymmetrically, the difference in the amount of light detected between the region A and the region B varies depending on the focal position. Thereby, the position with respect to the focal position of the sample surface can be determined. Here, the illumination part of the two-part optical sensor 109 when the pupil is illuminated asymmetrically will be described with reference to FIG. FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams schematically showing incident light incident on the sample and reflected light reflected by the sample. In FIG. 4, the solid line indicates the incident light incident on the sample, the dotted line indicates the reflected light reflected by the sample, and the alternate long and short dash line indicates the optical axis. 4A shows the case where the sample surface is located at the focal position, FIG. 4B shows the case where the sample surface is located before the focal position, and FIG. 4C shows the case where the sample surface is located before the focal position. This is the case behind. In this case, only half of the pupil is cut by the light shielding plate 120. That is, FIG. 4 shows a state illuminated with only the left side light. Accordingly, the reflected light reflected by the sample surface is incident on the two-part photosensor 109 mainly through the right side of FIG.

図4(a)に示されるように、試料面が焦点位置に位置する場合には、領域Aと領域Bともに照明される領域が同じであり、領域Aと領域Bともに略同じレベルの信号を出力する。それに対して、試料面が焦点位置よりも前に位置する場合においては、領域B側にだけ照明されることになる(図4(b)参照)。また、試料面が焦点位置よりも後ろに位置する場合においては、領域A側にだけ照明されることになる(図4(c)参照)。すなわち、焦点位置に応じて、反射光の入射位置が変化する。以上のことから、領域Aと領域Bの照射量を測定することによって、試料面が焦点位置に対して前と後ろのどちら側にいるのかを判定することができる。すなわち、焦点位置によって、領域Aと領域Bとで受光される光が異なる。従って、領域Aに照射された光量と領域Bに照射された光量との差に応じて、焦点合わせを行なうことができる。このように瞳位置において、片側半分のみを遮光して、片側半分で照明することによって、簡便に焦点位置を検出することができる。   As shown in FIG. 4A, when the sample surface is located at the focal position, both the region A and the region B are illuminated in the same region, and both the region A and the region B have substantially the same level of signal. Output. On the other hand, when the sample surface is positioned before the focal position, illumination is performed only on the region B side (see FIG. 4B). In addition, when the sample surface is located behind the focal position, illumination is performed only on the region A side (see FIG. 4C). That is, the incident position of the reflected light changes according to the focal position. From the above, it is possible to determine whether the sample surface is on the front side or the rear side with respect to the focal position by measuring the doses of the regions A and B. That is, the light received in the region A and the region B differs depending on the focal position. Therefore, focusing can be performed according to the difference between the amount of light applied to the region A and the amount of light applied to the region B. In this way, at the pupil position, the focal position can be easily detected by shielding only one half and illuminating with one half.

この判定においては、一般的に、領域Aに照射された光量aと領域Bに照射された光量bとを加算した(a+b)を分母にして、(a−b)を分子にした信号が用いられる。すなわち、(a−b)を(a+b)で割った信号が用いられる。そして、(a−b)/(a+b)の大きさによって、試料ホルダ111をZ軸駆動モータ208によって移動させる。これによって、試料300に焦点を合わせることができる。すなわち、(a−b)/(a+b)の大きさが略ゼロとなったとき、試料面が合焦点位置であると判定する。さらに、(a−b)/(a+b)の値が正であるか負であるかによって、焦点が前後どちらにずれているかが判別できる。例えば、(a−b)/(a+b)の値が正である場合、すなわち焦点位置が試料300よりも前方になっている状態と判別される(図4(c)参照)。そして、(a−b)/(a+b)の値の大きさによって、焦点位置のずれ量が分る。   In this determination, generally, a signal in which (a + b) obtained by adding the light amount a irradiated to the region A and the light amount b irradiated to the region B is used as a denominator and (a−b) as a numerator is used. It is done. That is, a signal obtained by dividing (a−b) by (a + b) is used. Then, the sample holder 111 is moved by the Z-axis drive motor 208 according to the size of (a−b) / (a + b). Thereby, the sample 300 can be focused. That is, when the size of (a−b) / (a + b) becomes substantially zero, it is determined that the sample surface is the in-focus position. Furthermore, it can be determined whether the focus is shifted forward or backward depending on whether the value of (a−b) / (a + b) is positive or negative. For example, when the value of (a−b) / (a + b) is positive, that is, it is determined that the focal position is in front of the sample 300 (see FIG. 4C). Then, the shift amount of the focal position can be determined by the magnitude of the value of (a−b) / (a + b).

次に、回路部200は、クランプ回路201a、201b、引算回路202、加算回路203、除算回路204、積分回路205、サンプルホールド回路206、ドライブアンプ207、Z軸駆動モータ208、PD(Photo diode)209a、209b、及びタイミング回路210を備えている。この回路部200によって、コンフォーカル顕微鏡で観察するときの焦点位置が試料300に合わせられる。なお、回路部200として、デジタル回路を用いてもよく、アナログ回路を用いてもよい。もちろん、回路部200として、アナログ回路とデジタル回路とを組み合わせた回路を用いてもよい。   Next, the circuit unit 200 includes a clamp circuit 201a, 201b, a subtraction circuit 202, an addition circuit 203, a division circuit 204, an integration circuit 205, a sample hold circuit 206, a drive amplifier 207, a Z-axis drive motor 208, a PD (Photo diode). ) 209a and 209b, and a timing circuit 210. By this circuit unit 200, the focal position when observing with a confocal microscope is adjusted to the sample 300. Note that a digital circuit or an analog circuit may be used as the circuit unit 200. Of course, as the circuit unit 200, a circuit in which an analog circuit and a digital circuit are combined may be used.

クランプ回路201a、201bは、二分割光センサ109に接続されている。上記のように、二分割光センサ109は領域Aと領域Bに二分割されている。そして、クランプ回路201aは二分割光センサ109の領域Aに、クランプ回路201bは二分割光センサ109の領域Bに接続されている。また、クランプ回路201a、201bは、タイミング回路210とも接続されている。クランプ回路201a、201bは、タイミング回路210からのタイミング信号を受信している間の二分割光センサ109からの信号を、試料面から反射してきた光以外の光と判定し、このときの信号レベルがゼロとなるよう二分割光センサ109からの出力信号をオフセットさせている。これにより、定常的な迷光等によるノイズを低減することができる。   The clamp circuits 201a and 201b are connected to the two-split optical sensor 109. As described above, the two-divided optical sensor 109 is divided into two regions A and B. The clamp circuit 201 a is connected to the area A of the two-divided optical sensor 109, and the clamp circuit 201 b is connected to the area B of the two-divided optical sensor 109. The clamp circuits 201a and 201b are also connected to the timing circuit 210. The clamp circuits 201a and 201b determine that the signal from the two-part optical sensor 109 while receiving the timing signal from the timing circuit 210 is light other than the light reflected from the sample surface, and the signal level at this time The output signal from the two-part optical sensor 109 is offset so that becomes zero. Thereby, noise due to steady stray light or the like can be reduced.

また、二分割光センサ109は、クランプ回路201a、201bを通して引算回路202と加算回路203に接続されている。すなわち、上記のようにオフセットが調整された二分割光センサ109からの信号が、引算回路202、及び加算回路203に入力される。引算回路202においては、二分割光センサ109の領域Aで検知した光量aから二分割光センサ109の領域Bで検知した光量bを引いた値(a−b)を信号として除算回路204に出力する。また、加算回路203においては、二分割光センサ109の領域Aで検知した光量aと二分割光センサ109の領域Bで検知した光量bとを加算した値(a+b)を信号として除算回路204に出力する。除算回路204は、この引算回路202からの信号(a+b)を分母とし、加算回路203からの信号(a−b)を分子として、(a−b)/(a+b)の信号を算出する。上記のように、(a−b)/(a+b)の信号に基づいて焦点位置が調製される。   Further, the two-divided optical sensor 109 is connected to the subtraction circuit 202 and the addition circuit 203 through the clamp circuits 201a and 201b. That is, the signal from the two-part optical sensor 109 with the offset adjusted as described above is input to the subtraction circuit 202 and the addition circuit 203. In the subtraction circuit 202, a value (ab) obtained by subtracting the light amount b detected in the region B of the two-split optical sensor 109 from the light amount a detected in the region A of the two-split optical sensor 109 is used as a signal to the division circuit 204. Output. Further, in the addition circuit 203, a value (a + b) obtained by adding the light amount a detected in the region A of the two-split optical sensor 109 and the light amount b detected in the region B of the two-split optical sensor 109 to the division circuit 204 as a signal. Output. The division circuit 204 calculates a signal of (ab) / (a + b) using the signal (a + b) from the subtraction circuit 202 as a denominator and the signal (ab) from the addition circuit 203 as a numerator. As described above, the focal position is adjusted based on the signal (a−b) / (a + b).

この除算回路204によって算出された値(a−b)/(a+b)は、積分回路205に出力される。積分回路205においては、除算回路204からの(a−b)/(a+b)を時間に対して積分していく。この積分時間は、タイミング回路210からのリセット信号によって制御されている。この積分回路205は、サンプルホールド回路206に接続されている。タイミング回路210からのサンプル信号がサンプルホールド回路206に出力されると、サンプルホールド回路206は積分回路205から(a−b)/(a+b)の時間に対する積分値を取り出す。このサンプルホールド回路206に取り出された値は、ドライブアンプ207に出力され、ドライブアンプ207によってZ軸駆動モータ208に応じた電流値に変換されて出力される。すなわち、ドライブアンプ207は、サンプルホールド回路206に取り出された値から求められる焦点位置からのずれ量分Z軸駆動モータ208が移動するだけの電流量に変換している。ドライブアンプ207から入力された電流量によって、Z軸駆動モータ208は試料ホルダ111を図1における上下に移動させる。このことによって、焦点位置に試料300を移動させることができる。   The value (ab) / (a + b) calculated by the division circuit 204 is output to the integration circuit 205. The integrating circuit 205 integrates (ab) / (a + b) from the dividing circuit 204 with respect to time. This integration time is controlled by a reset signal from the timing circuit 210. The integrating circuit 205 is connected to the sample and hold circuit 206. When the sample signal from the timing circuit 210 is output to the sample and hold circuit 206, the sample and hold circuit 206 extracts an integration value with respect to the time of (a−b) / (a + b) from the integration circuit 205. The value taken out by the sample hold circuit 206 is output to the drive amplifier 207, converted into a current value corresponding to the Z-axis drive motor 208 by the drive amplifier 207, and output. In other words, the drive amplifier 207 converts the amount of current into the amount that the Z-axis drive motor 208 can move by the amount of deviation from the focal position obtained from the value extracted by the sample hold circuit 206. The Z-axis drive motor 208 moves the sample holder 111 up and down in FIG. 1 according to the amount of current input from the drive amplifier 207. As a result, the sample 300 can be moved to the focal position.

さらに、試料300の端部の上部にPD209a、209bを配置している。すなわち、ガルバノミラー105によって、試料300の端部を照射するときになると、このPD209a、209b上に光が照射されるようになる。従って、ガルバノミラー105の回転方向が反転するタイミングでPD209a、209bに光が照射される。このPD209a、209bに光が照射されたときには、PD209a、209bからタイミング回路210に信号が出力される。すなわち、ガルバノミラー105によって試料面を光が走査している間において、試料の端部を照射する位置に光が照明されたときには、PD209a、209bからタイミング回路210に信号が出力されるようになる。PD209a、209bは1次像面上に配置されている。また、PD209a、209bは、視野の外側に配置される。PD209a、209bは、焦点位置用開口部131を通過した光を受光する。   Further, PDs 209 a and 209 b are arranged on the upper part of the end portion of the sample 300. That is, when it is time to irradiate the end portion of the sample 300 by the galvanometer mirror 105, light is irradiated onto the PDs 209a and 209b. Accordingly, the PDs 209a and 209b are irradiated with light at the timing when the rotation direction of the galvano mirror 105 is reversed. When the PDs 209a and 209b are irradiated with light, signals are output from the PDs 209a and 209b to the timing circuit 210. That is, when light is illuminated at a position where the end of the sample is irradiated while the sample surface is scanned by the galvanometer mirror 105, a signal is output from the PDs 209a and 209b to the timing circuit 210. . The PDs 209a and 209b are arranged on the primary image plane. The PDs 209a and 209b are arranged outside the field of view. The PDs 209a and 209b receive light that has passed through the focal position opening 131.

試料300上を光が走査する際に、試料300の端部で方向転換を行う。すなわち、試料300の端部において、ガルバノミラー105の走査方向が、例えば、180°反転する。そのときに行う方向転換は急激に行うことができないため、この試料300の端部に照射される光は、所定の時間照射されることになる。このため、積分回路205によって時間に対する積分を行う場合、試料300の端部にノイズの原因が存在すると、この部分におけるノイズが所定時間分積分されてしまう。従って、この部分のノイズが積分回路205によって積分された値に大きな影響を及ぼす。すなわち、方向転換を行なっている間の影響が大きくなってしまう。本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡においては、試料300の端部に光が照射されないように、PD209a、209bを配置している。換言すると、ガルバノミラー105の走査の両端にPD209a、209bを配置している。   When light scans over the sample 300, the direction is changed at the end of the sample 300. That is, the scanning direction of the galvanometer mirror 105 is reversed by 180 ° at the end of the sample 300, for example. Since the direction change performed at that time cannot be performed rapidly, the light irradiated to the end portion of the sample 300 is irradiated for a predetermined time. For this reason, when integration with respect to time is performed by the integration circuit 205, if there is a cause of noise at the end of the sample 300, the noise in this portion is integrated for a predetermined time. Therefore, the noise in this portion has a great influence on the value integrated by the integration circuit 205. That is, the influence during the direction change becomes large. In the confocal microscope according to the present embodiment, the PDs 209a and 209b are arranged so that light is not irradiated to the end portion of the sample 300. In other words, the PDs 209 a and 209 b are arranged at both ends of the scanning of the galvanometer mirror 105.

このように、PD209a、209bは照射される光の光量を検出すると同時に、走査端におけるマスクの役割も果たしていることになる。これにより、走査端において走査方向の方向転換を行う際に、焦点位置用開口部131を通過した光が試料300に入射するのを防ぐことができる。よって、方向転換を行なっている間のノイズの影響を低減することができ、焦点合わせを正確に行なうことができる。このように、走査端に配置されたPD209a、209bを用いることによって、走査位置を検出することができる。すなわち、PD209a、209bの出力によって、ガルバノミラー105の走査が走査端になっているタイミングか否かを判別することができる。走査端において光の走査方向が反転している間の光が二分割光センサ109に入射するのを防ぐことができる。   As described above, the PDs 209a and 209b detect the light amount of the irradiated light and at the same time serve as a mask at the scanning end. Accordingly, it is possible to prevent the light that has passed through the focal position opening 131 from entering the sample 300 when changing the direction of the scanning direction at the scanning end. Therefore, the influence of noise during the direction change can be reduced, and focusing can be performed accurately. Thus, the scanning position can be detected by using the PDs 209a and 209b arranged at the scanning end. That is, it is possible to determine whether or not the scanning of the galvano mirror 105 is at the scanning end based on the outputs of the PDs 209a and 209b. It is possible to prevent light from entering the two-part photosensor 109 while the scanning direction of light is reversed at the scanning end.

次に、上述の積分回路205とサンプルホールド回路206とクランプ回路201a、201bにおけるタイミングチャートを図5に示す。タイミング回路210は、PD209a及びPD209bから出力される信号から、クランプ回路201a、201bに出力されるクランプ信号を作成する。このクランプ信号とPD209a、209bから出力される信号のタイミングを示したのが図5(b)〜図5(d)である。すなわち、クランプ信号は、PD209aとPD209bに照射されている間、タイミング回路210から出力されることになる。また、ガルバノミラー105の振れ角を図5(a)に示している。ここでは、ガルバノミラー105の振れ角の基準角度を0として、基準角度からの振れ角を±で示している。ガルバノミラー105の振れ角は、一定の周期で変化している。そして、+方向の振れ角の速度と、−方向の振れ角速度が異なっている。   Next, FIG. 5 shows a timing chart of the integration circuit 205, the sample hold circuit 206, and the clamp circuits 201a and 201b. The timing circuit 210 creates a clamp signal output to the clamp circuits 201a and 201b from the signals output from the PD 209a and the PD 209b. FIGS. 5B to 5D show the timing of the clamp signal and the signals output from the PDs 209a and 209b. That is, the clamp signal is output from the timing circuit 210 while the PD 209a and the PD 209b are irradiated. Further, the deflection angle of the galvanometer mirror 105 is shown in FIG. Here, the reference angle of the deflection angle of the galvanometer mirror 105 is set to 0, and the deflection angle from the reference angle is indicated by ±. The deflection angle of the galvanometer mirror 105 changes at a constant period. The speed of the deflection angle in the + direction is different from the speed of the deflection angle in the − direction.

図5(c)、(d)で示したPD1、PD2は、PD209a、PD209bからの信号である。また、PD1、PD2は、走査する方向によって、PD209a、PD209bのどちらかになる。すなわち、PD1及びPD2のうちの一方がPD209aからの信号に対応し、他方がPD209bからの信号に対応する。ここで、PD209aからPD209bに向かって走査しているときに観察する場合、PD209bからPD209aに向かう速度は、PD209aからPD209bに向かう速度より早くなることが一般的である。例えば、光の走査による画像信号の生成には、一定の信号量レベルが必要となるため、一方向の走査は比較的低速で行う。すなわち、一方向のみ低速で走査を行い、ラインセンサ110からの出力を所定の信号量レベルまで到達させる。一方、反対方向の走査は、ロスタイムを低減するため、高速で行う。このような場合においては、PD1がPD209bに相当し、PD2がPD209aに相当する。なお、これは、本実施の形態における例として示したものであり、走査方向が逆であってもよいし、どちらの方向における走査速度を一定にして行っても本発明の趣旨に影響はない。図5(c)、及び図5(d)に示すように、PD1、及びPD2は、走査周期に応じた時間間隔でパルスが出力されるパルス波形となる。ここで、PD1、及びPD2のそれぞれは、1走査周期毎に1パルス出力される。ここで、走査周期とは、走査の一端から他端まで行った後、一端に戻るまでの時間とする。従って、1走査周期において、光が往復することになるため、走査の中心を2回通過する。PD1とPD2とパルスのタイミングは、走査速度に応じてずれている。また、PD209a、209bは走査の両端に配置されているため、PD1とPD2とのパルスは交互に出力される。   PD1 and PD2 shown in FIGS. 5C and 5D are signals from the PD 209a and the PD 209b. PD1 and PD2 are either PD209a or PD209b depending on the scanning direction. That is, one of PD1 and PD2 corresponds to a signal from PD 209a, and the other corresponds to a signal from PD 209b. Here, when observing while scanning from the PD 209a to the PD 209b, the speed from the PD 209b to the PD 209a is generally faster than the speed from the PD 209a to the PD 209b. For example, since a certain signal amount level is required for generating an image signal by scanning light, scanning in one direction is performed at a relatively low speed. That is, scanning is performed at low speed only in one direction, and the output from the line sensor 110 is made to reach a predetermined signal amount level. On the other hand, scanning in the opposite direction is performed at a high speed in order to reduce the loss time. In such a case, PD1 corresponds to PD209b and PD2 corresponds to PD209a. This is shown as an example in the present embodiment, and the scanning direction may be reversed, and the scanning speed in either direction is constant, and the gist of the present invention is not affected. . As shown in FIGS. 5C and 5D, PD1 and PD2 have a pulse waveform in which pulses are output at time intervals corresponding to the scanning cycle. Here, each of PD1 and PD2 outputs one pulse for each scanning period. Here, the scanning cycle is a time period from when one end of scanning is performed to the other end to when it returns to one end. Accordingly, since light reciprocates in one scanning cycle, it passes through the center of scanning twice. The timing of PD1 and PD2 and the pulse are shifted according to the scanning speed. Further, since the PDs 209a and 209b are arranged at both ends of scanning, the pulses of PD1 and PD2 are alternately output.

クランプ信号は、例えば、PD1とPD2とのOR出力となる。従って、PD209aに光が入射するタイミング、及びPD209bに光が入射するタイミングでクランプ信号が出力される。よって、クランプ信号では、1走査周期毎に2パルス出力される。このクランプ信号がクランプ回路201a、201bに出力されている間は、クランプ回路201a、201bはクランプ動作を行う。このクランプ動作は、二分割光センサ109からの信号の値を基準として、クランプ回路201aとクランプ回路201bとから出力される値を略ゼロとする動作である。このようにすることによって、除算回路204によって積分回路205に出力される値がゼロとなるために、積分回路205における積分値が一定の値をとるようになる。すなわち、クランプ信号がパルスを出力して、クランプ動作を行なっている間は、積分値が増減しない。したがって、試料300の端部における信号を積分回路205で積算されないようにすることができる。これにより、正確に焦点位置を合わせることができる。   The clamp signal is, for example, an OR output between PD1 and PD2. Accordingly, the clamp signal is output at the timing when the light enters the PD 209a and at the timing when the light enters the PD 209b. Therefore, two pulses are output for each scanning cycle in the clamp signal. While the clamp signal is output to the clamp circuits 201a and 201b, the clamp circuits 201a and 201b perform a clamp operation. This clamping operation is an operation in which the values output from the clamping circuit 201a and the clamping circuit 201b are set to substantially zero with reference to the value of the signal from the two-part optical sensor 109. By doing so, the value output from the dividing circuit 204 to the integrating circuit 205 becomes zero, so that the integrated value in the integrating circuit 205 takes a constant value. That is, the integral value does not increase or decrease while the clamp signal outputs a pulse and the clamp operation is performed. Therefore, the signal at the end of the sample 300 can be prevented from being integrated by the integration circuit 205. Thereby, the focal position can be accurately adjusted.

また、タイミング回路210は、PD1からの信号に基づいてサンプル信号とリセット信号とを生成する。サンプル信号とリセット信号のタイミングは、図5(e)、(f)に示されている。サンプル信号はPD1の立ち上がりのときに出力され、PD1の信号よりも短いパルス幅を有するパルス信号である。また、リセット信号はPD1の立下りのときに出力され、PD1よりも短いパルス幅を有するパルス信号である。サンプル信号はサンプルホールド回路206に出力される。サンプル信号に応じて、サンプルホールド回路206は、積分回路205に蓄積されている値を取り出しホールドする。そして、サンプルホールド回路206は、この値をドライブアンプ207に出力する。また、リセット信号は積分回路205に出力される。積分回路205はリセット信号に応じて積分していた値をゼロにリセットする。すなわち、積分回路205はリセット信号と次に入力されるリセット信号との間だけ、除算回路204から出力される(a−b)/(a+b)信号を積分することになる。すなわち、走査端を除いた1走査周期だけ、(a−b)/(a+b)信号を積分する。そして、1走査周期経過後、積分値をリセットしてゼロにする。   The timing circuit 210 generates a sample signal and a reset signal based on the signal from the PD1. The timings of the sample signal and the reset signal are shown in FIGS. 5 (e) and 5 (f). The sample signal is a pulse signal that is output when PD1 rises and has a shorter pulse width than the signal of PD1. The reset signal is a pulse signal that is output when PD1 falls and has a shorter pulse width than PD1. The sample signal is output to the sample hold circuit 206. In response to the sample signal, the sample hold circuit 206 extracts and holds the value accumulated in the integration circuit 205. Then, the sample hold circuit 206 outputs this value to the drive amplifier 207. The reset signal is output to the integration circuit 205. The integration circuit 205 resets the integrated value in response to the reset signal to zero. That is, the integration circuit 205 integrates the (a−b) / (a + b) signal output from the division circuit 204 only between the reset signal and the next input reset signal. That is, the (a−b) / (a + b) signal is integrated for one scanning period excluding the scanning end. Then, after one scanning cycle elapses, the integral value is reset to zero.

以上のようにすることによって、積分回路205によって積分された値は、図5(g)に示すような値となる。まず、光が走査の第1の端部に来ると、リセット信号が出力されて積分回路205内の値はゼロとなる。次に、ガルバノミラー105によって光の走査位置が試料300の第1の端部から第2の端部に移動する。第1の端部から第2の端部に移動するしている間、(a−b)/(a+b)信号が積分される。ここでは、焦点位置が試料300の後ろ側にあり、(a−b)/(a+b)の値が正であるとする(図4(c)参照)。この場合、図5(g)に示すように、積分回路205内の積分値は徐々に増加していく。すなわち、位置ずれ量と走査速度に応じた傾きで、積分値が変化して行く。そして、第2の端部に光の走査位置が移動したときに、タイミング回路210からクランプ回路201a、201bにクランプ信号が出力される。すなわち、PD2に光が入射するため、PD2の出力に基づくクランプ信号のパルスが出力される。クランプ信号のパルスが出力されている間、積分値がクランプされるため、積分値は一定になる。よって、クランプ信号のパルスが出力されている間、積分回路205内の積分値は正の値で一定となっている。   By doing as described above, the value integrated by the integration circuit 205 becomes a value as shown in FIG. First, when light comes to the first end of scanning, a reset signal is output and the value in the integrating circuit 205 becomes zero. Next, the light scanning position is moved from the first end of the sample 300 to the second end by the galvanometer mirror 105. While moving from the first end to the second end, the (ab) / (a + b) signal is integrated. Here, it is assumed that the focal position is on the rear side of the sample 300, and the value of (a−b) / (a + b) is positive (see FIG. 4C). In this case, as shown in FIG. 5G, the integration value in the integration circuit 205 gradually increases. That is, the integrated value changes with a slope corresponding to the amount of positional deviation and the scanning speed. When the light scanning position moves to the second end, a clamp signal is output from the timing circuit 210 to the clamp circuits 201a and 201b. That is, since light enters PD2, a pulse of a clamp signal based on the output of PD2 is output. Since the integral value is clamped while the clamp signal pulse is output, the integral value is constant. Therefore, while the clamp signal pulse is output, the integration value in the integration circuit 205 is a positive value and constant.

そして、ガルバノミラー105で方向転換を行い、走査方向を反転させる。これにより、光の走査位置が試料300の第2の端部から第1の端部まで移動する。第2の端部から第1の端部まで走査している間、積分回路205は積分をする。ここでは、試料300上の略同じ位置を操作しているため、上記のように焦点位置が試料300の後ろ側にある。よって、(a−b)/(a+b)の値が正である。従って、走査位置が試料300の第2の端部から第1の端部に移動している間でも、積分値が徐々に増加していく。ここで、走査方向を反転させたときに、走査速度を変化させている。これにより、積分値の増加の傾きも変化している。しかしながら、第1の端部から第2の端部までに移動する間の積分値の増加量と、第2の端部から第1の端部までに移動する間の積分値の増加量とは、略同じ値となる。これは、走査方向だけ反転させて、同じ領域を走査しているからである。   Then, the direction is changed by the galvanometer mirror 105 to reverse the scanning direction. Thereby, the scanning position of the light moves from the second end portion of the sample 300 to the first end portion. While scanning from the second end to the first end, the integration circuit 205 performs integration. Here, since the substantially same position on the sample 300 is operated, the focal position is behind the sample 300 as described above. Therefore, the value of (a−b) / (a + b) is positive. Therefore, the integrated value gradually increases even while the scanning position moves from the second end of the sample 300 to the first end. Here, the scanning speed is changed when the scanning direction is reversed. As a result, the slope of increase in the integrated value also changes. However, the increase amount of the integral value during the movement from the first end portion to the second end portion and the increase amount of the integral value during the movement from the second end portion to the first end portion are: The values are almost the same. This is because the same region is scanned while being reversed only in the scanning direction.

そして、第1の端部に光が走査されると、タイミング回路210からクランプ信号がクランプ回路201a、201bに出力される。すなわち、PD1に光が入射するため、PD1の出力に基づくクランプ信号のパルスが出力される。クランプ信号のパルスが出力されている間、積分値がクランプされるため、積分値は一定になる。このときに、タイミング回路210からサンプルホールド回路206にサンプル信号が出力され、(a−b)/(a+b)信号の積分値が取り出される。その後、リセット信号によって、積分回路205内の積分値はゼロに戻る。そして、次の走査でも同様に積分値を算出する。このように、第1の端部から第2の端部に移動している間、及び第2の端部から第1の端部まで移動している間において、(a−b)/(a+b)信号の積分を継続的に行なう。すなわち、ガルバノミラー105による走査が1往復する間、クランプ信号のパルスが出力されているときを除いて、積分を行い続ける。そして、走査が1往復する間の積分値によって焦点を調整する。これにより、試料面における取り込みノイズがキャンセルすることができる。すなわち、試料300面のパターンなどにより生じるノイズを低減することができる。   Then, when the first end is scanned with light, a clamp signal is output from the timing circuit 210 to the clamp circuits 201a and 201b. That is, since light enters PD1, a pulse of a clamp signal based on the output of PD1 is output. Since the integral value is clamped while the clamp signal pulse is output, the integral value is constant. At this time, a sample signal is output from the timing circuit 210 to the sample hold circuit 206, and an integral value of the (a−b) / (a + b) signal is extracted. Thereafter, the integrated value in the integrating circuit 205 returns to zero by the reset signal. The integrated value is calculated in the same manner in the next scan. Thus, during the movement from the first end to the second end and during the movement from the second end to the first end, (ab) / (a + b) ) Continuous signal integration. That is, while the scanning by the galvano mirror 105 makes one round trip, the integration is continued except when the pulse of the clamp signal is output. Then, the focal point is adjusted by the integral value during one reciprocation of scanning. Thereby, the capture noise on the sample surface can be canceled. That is, noise generated by the pattern on the surface of the sample 300 can be reduced.

例えば、試料面にパターンが形成されている場合、形成されているパターンによって反射率が異なる。従って、パターンの境界近傍では、反射光の光量に差が生じる。この場合、焦点位置が試料面に一致していても、PD209aで検出される光とPD209bで検出される光が異なってしまう。例えば、PD209aで検出される光の光量がPD209bで検出される光よりも高くなってしまう。この場合、パターンの反射率の違いによって、積分信号にノイズが生じてしまう。しかしながら、本実施の形態ではガルバノミラーによる走査が1往復する間、(a−b)/(a+b)信号を積分している。これにより、上記のノイズを低減することができる。すなわち、1往復期間に、光が同じパターンの境界を2回通過することになるため、上記のノイズがキャンセルされる。さらには、パターンの端部の傾斜面や段差で生じるノイズなどもキャンセルされる。このように、積分値を用いることで、正確に焦点合わせを行なうことができる。従って、様々なパターンが形成されている試料300に対しても、正確に焦点合わせを行なうことができる。もちろん、走査が1往復する間に限らず、走査が複数回往復する間積分を行ってもよい。   For example, when a pattern is formed on the sample surface, the reflectance varies depending on the formed pattern. Accordingly, there is a difference in the amount of reflected light in the vicinity of the pattern boundary. In this case, even if the focal position coincides with the sample surface, the light detected by the PD 209a and the light detected by the PD 209b are different. For example, the amount of light detected by the PD 209a is higher than that detected by the PD 209b. In this case, noise occurs in the integrated signal due to the difference in the reflectance of the pattern. However, in the present embodiment, the (ab) / (a + b) signal is integrated while the scanning by the galvanometer mirror makes one round trip. Thereby, said noise can be reduced. That is, since the light passes through the boundary of the same pattern twice in one round-trip period, the above noise is canceled. Furthermore, noise generated on the inclined surface or step of the end of the pattern is also canceled. In this way, it is possible to perform accurate focusing by using the integral value. Therefore, accurate focusing can be performed on the sample 300 on which various patterns are formed. Of course, integration may be performed not only during one reciprocation of scanning but also during a plurality of reciprocations of scanning.

以上のように、PD209a、209bからの信号に基づいて、タイミング回路210がクランプ信号、リセット信号、及びサンプル信号を出力して制御している。これによって、二分割光センサ109の信号から、自動的に焦点合わせを行うことができる。すなわち、走査を1往復している間の積分値によって、その領域の焦点位置のずれを検出することができる。このときの焦点位置の位置ずれ量は、走査を1往復している間に照明した領域における平均値となる。そして、実際に観察を行う場合、上記の位置ずれ量に応じて、Z軸駆動モータ208を動作させる。これにより、焦点位置が試料面と略一致した状態で観察することができる。例えば、試料ホルダ111を移動させている間に合焦点位置を求める。そして、実際の観察を行う際に、その照明された領域での積分値に応じた焦点位置にする。さらに、積分値に応じた焦点位置からオートフォーカスを行ってもよい。こにょうに、本実施の形態に係るコンフォーカル顕微鏡においては、二分割光センサ109と遮光板120、回路部200を用いることによって、簡便に焦点を合わせることができる。   As described above, the timing circuit 210 outputs and controls the clamp signal, reset signal, and sample signal based on the signals from the PDs 209a and 209b. Thereby, the focusing can be automatically performed from the signal of the two-split optical sensor 109. That is, it is possible to detect the deviation of the focal position of the region by the integral value during one round of scanning. At this time, the amount of misalignment of the focal position is an average value in an area illuminated during one reciprocation of scanning. And when actually observing, the Z-axis drive motor 208 is operated according to said positional deviation amount. Thereby, it can observe in the state in which the focus position substantially corresponded to the sample surface. For example, the in-focus position is obtained while the sample holder 111 is moved. Then, when performing actual observation, the focal position is set in accordance with the integral value in the illuminated area. Further, autofocus may be performed from a focal position corresponding to the integral value. As described above, in the confocal microscope according to the present embodiment, it is possible to easily focus by using the two-part optical sensor 109, the light shielding plate 120, and the circuit unit 200.

上記のように焦点が調製された状態で、各種の測定を行なう。例えば、3次元形状測定、パターンの段差や線幅の測定を行なう。このとき、焦点が合わせられているため、容易に測定を行なうことができる。   Various measurements are performed with the focus adjusted as described above. For example, three-dimensional shape measurement and pattern step and line width are measured. At this time, since the focus is adjusted, the measurement can be easily performed.

なお、上記の説明では、ガルバノミラー105によって光を走査したが、これに限るものではない。例えば、スリット板130を移動させて光を走査してもよい。この場合、スリット板130は、画像照明用開口部132の長手方向と垂直な方向に移動する。例えば、スリット板130は、図1における紙面と垂直な方向とに移動することが可能である。このように移動することによって、画像照明用開口部132を通過した線状の光とともに、焦点位置用開口部を通過した光を走査することができる。すなわち、撮像用の光と、焦点位置検出用の光とが、同じ走査手段によって走査されればよい。従って、撮像用の光と、焦点合わせ用の光とは、別の光源からの光であってもよい。さらに、スリット板130に限らず、シリンドリカルレンズや液晶パネルによって線状の光に変換することも可能である。さらには、スリット板130を複数の画像照明用開口部132を設けたマルチスリットとしても良い。   In the above description, light is scanned by the galvanometer mirror 105, but the present invention is not limited to this. For example, the slit plate 130 may be moved to scan the light. In this case, the slit plate 130 moves in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the image illumination opening 132. For example, the slit plate 130 can move in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. By moving in this way, it is possible to scan the light passing through the focal position opening together with the linear light passing through the image illumination opening 132. That is, the imaging light and the focus position detection light may be scanned by the same scanning unit. Accordingly, the imaging light and the focusing light may be light from different light sources. Furthermore, not only the slit plate 130 but also a linear light can be converted by a cylindrical lens or a liquid crystal panel. Furthermore, the slit plate 130 may be a multi slit provided with a plurality of image illumination openings 132.

なお、上記の説明では、焦点合わせを行なうために光の一部を遮光する遮光部材を遮光板120として説明したが、これに限るものではない。例えば、光路上に配置された液晶パネルを遮光部材として用いた場合でも、光の一部を遮光することができる。この場合、電気的な切替のみで、遮光を切り替えることができる。すなわち、光路上から遮光部材から出し入りさせる必要がなくなる。さらに、コンフォーカル顕微鏡1におけるコンフォーカル画像の撮像は、遮光部材によって光の一部を遮光したままでも可能である。すなわち、光の一部を遮光したままでは、視野が半分の状態となるが、この場合でも観察することができる。また、上記のコンフォーカル顕微鏡1を試料300で反射した光を用いて観察する落射照明型顕微鏡として説明したが、これに限るものではない。試料300を透過した光を用いて観察する透過照明型顕微鏡であってもよい。   In the above description, the light shielding member that shields a part of the light for focusing is described as the light shielding plate 120, but the present invention is not limited to this. For example, even when a liquid crystal panel arranged on the optical path is used as a light shielding member, part of the light can be shielded. In this case, light shielding can be switched only by electrical switching. That is, it is not necessary to move in and out of the light blocking member from the optical path. Furthermore, it is possible to capture a confocal image with the confocal microscope 1 even while part of the light is blocked by the light blocking member. That is, when a part of the light is blocked, the field of view is halved, but even in this case, observation is possible. Moreover, although the said confocal microscope 1 was demonstrated as an epi-illumination microscope which observes using the light reflected by the sample 300, it does not restrict to this. A transmission illumination microscope that observes using light transmitted through the sample 300 may be used.

本実施の形態のコンフォーカル顕微鏡の構成概略図である。It is a composition schematic diagram of the confocal microscope of this embodiment. コンフォーカル顕微鏡内のスリットにおける概略構造図である。It is a schematic structure figure in the slit in a confocal microscope. コンフォーカル顕微鏡内のスリットにおける焦点位置用開口部と画像照明用開口部の位置関係の一例である。It is an example of the positional relationship of the opening part for focus positions and the opening part for image illumination in the slit in a confocal microscope. 瞳に対称に照明した場合の二分割光センサの照明箇所を示す図である。It is a figure which shows the illumination location of the 2-part dividing optical sensor at the time of illuminating to a pupil symmetrically. 瞳に非対称に照明した場合の二分割光センサの照明箇所を示す図である。It is a figure which shows the illumination location of the 2-part dividing optical sensor at the time of illuminating a pupil asymmetrically.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンフォーカル顕微鏡
100 光学系、
101 光源 104 ビームスプリッタ 105 ガルバノミラー
102、103、106、107、108 レンズ 109 二分割光センサ
110 ラインセンサ 111 試料ホルダ
120 遮光板 130 スリット
131 焦点位置用開口部 132 画像照明用開口部
200 回路部
201a、201b クランプ回路 202 引算回路 203 加算回路
204 除算回路 205 積分回路 206 サンプルホールド回路
207 ドライブアンプ 208 軸駆動モータ 209a、209b PD
210 タイミング回路
300 試料
1 Confocal microscope 100 optical system,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Light source 104 Beam splitter 105 Galvanometer mirror 102, 103, 106, 107, 108 Lens 109 Two-part optical sensor 110 Line sensor 111 Sample holder 120 Light-shielding plate 130 Slit 131 Focal position opening part 132 Image illumination opening part 200 Circuit part 201a , 201b Clamp circuit 202 Subtraction circuit 203 Addition circuit 204 Division circuit 205 Integration circuit 206 Sample hold circuit 207 Drive amplifier 208 Axis drive motor 209a, 209b PD
210 Timing circuit 300 Sample

Claims (12)

照明光を出射する光源と、
前記光源からの照明光を線状の光に変換する光変換手段と、
前記線状の光を走査する走査手段と、
前記光変換手段と共役な位置に配置された試料上に前記線状の光を結像し、前記試料からの透過光又は反射光を結像面に結像する結像手段と、
前記透過光又は前記反射光を受光するよう前記結像面に配置され、前記線状の光に対応する画素列を有する観察用検出器と、
前記光源からの光の光路上に配置され、前記光源からの光の一部を遮光する遮光部材と、
前記走査手段によって前記線状の光とともに走査される光のうち前記試料で反射した光を検出する焦点位置用センサと、
前記遮光部材を前記光路上に配置している状態における焦点位置用センサからの出力に基づいて、前記線状の光の焦点位置を調整する焦点調整手段と、を備えるコンフォーカル顕微鏡。
A light source that emits illumination light;
Light converting means for converting illumination light from the light source into linear light;
Scanning means for scanning the linear light;
An imaging means for imaging the linear light on a sample disposed at a position conjugate with the light conversion means, and imaging transmitted light or reflected light from the sample on an imaging surface;
An observation detector disposed on the imaging surface to receive the transmitted light or the reflected light and having a pixel row corresponding to the linear light;
A light shielding member that is disposed on an optical path of light from the light source and shields part of the light from the light source;
A focus position sensor for detecting light reflected by the sample from light scanned together with the linear light by the scanning means;
A confocal microscope comprising: a focus adjusting unit that adjusts a focus position of the linear light based on an output from a focus position sensor in a state where the light shielding member is disposed on the optical path.
前記位置検出用センサからの出力を積分する積分回路をさらに備え、
前記積分回路での積分値に基づいて、前記焦点調整手段が焦点を調整することを特徴とする請求項1に記載のコンフォーカル顕微鏡。
An integration circuit for integrating the output from the position detection sensor;
The confocal microscope according to claim 1, wherein the focus adjustment unit adjusts a focus based on an integration value in the integration circuit.
前記走査手段の走査端に配置された走査位置検出用検出器と、
前記走査位置検出用検出器からの出力に基づいて、前記積分回路の積分値を増減させないクランプ動作を行なうクランプ回路と、をさらに備える請求項2に記載のコンフォーカル顕微鏡。
A detector for detecting a scanning position disposed at a scanning end of the scanning means;
The confocal microscope according to claim 2, further comprising: a clamp circuit that performs a clamp operation that does not increase or decrease an integration value of the integration circuit based on an output from the scanning position detection detector.
前記走査位置検出用検出器からの出力に基づいて、前記積分回路の積分値をリセットすることを特徴とする請求項3に記載のコンフォーカル顕微鏡。   4. The confocal microscope according to claim 3, wherein an integration value of the integration circuit is reset based on an output from the scanning position detection detector. 前記光変換手段がライン状の照明用開口部を有するスリット板であって、
前記スリット板に焦点位置用センサに受光される光を透過する焦点位置用開口部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のコンフォーカル顕微鏡。
The light conversion means is a slit plate having a line-shaped illumination opening,
5. The confocal microscope according to claim 1, wherein a focal position opening through which light received by the focal position sensor is transmitted is provided in the slit plate. 6.
前記焦点調整手段によって焦点が調整されている状態で、前記観察用検出器で線状の光を受光して観察を行なう場合に、前記遮光部材が前記光源からの光の一部を遮光しないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のコンフォーカル顕微鏡。   When the observation detector receives linear light with the focus being adjusted by the focus adjustment means, the light shielding member does not shield part of the light from the light source. A confocal microscope according to any one of claims 1 to 5. コンフォーカル光学系を介して光を検出して、コンフォーカル画像を撮像するコンフォーカル画像の撮像方法であって、
光路上に配置された遮光部材によって光の一部を遮光するステップと、
前記遮光された光を走査手段によって走査するステップと、
前記走査された光を前記試料に集光して照射するステップと、
前記試料で反射した反射光を焦点位置用センサで検出するステップと、
前記焦点位置用センサからの出力に基づいて、前記試料の焦点を調整するステップと、
前記試料の焦点が調整された状態で、ライン状の光を前記走査手段によって走査するステップと、
前記走査手段によって走査されたライン状の光を前記試料に集光して照射するステップと、
前記試料に照射されたライン状の光のうち前記試料で反射した反射光、又は前記試料を透過した透過光を、前記線状の光に対応する画素列を有する観察用検出器でコンフォーカル光学系を介して受光するステップとを有するコンフォーカル画像の撮像方法。
A confocal image capturing method for detecting light through a confocal optical system and capturing a confocal image,
Shielding a part of the light with a light shielding member disposed on the optical path;
Scanning the shielded light by a scanning means;
Condensing and irradiating the scanned light onto the sample;
Detecting reflected light reflected by the sample with a focus position sensor;
Adjusting the focus of the sample based on the output from the focus position sensor;
Scanning the line-shaped light with the scanning means in a state where the focus of the sample is adjusted;
Condensing and irradiating the sample with linear light scanned by the scanning means;
Of the line-shaped light irradiated to the sample, the reflected light reflected by the sample or the transmitted light transmitted through the sample is confocal-optic by an observation detector having a pixel array corresponding to the line-shaped light. And a step of receiving light through a system.
前記試料の焦点を調整するステップでは、前記焦点位置用センサからの出力を積分した積分値に基づいて、前記焦点を調整することを特徴とする請求項7に記載のコンフォーカル画像の撮像方法。   8. The method of capturing a confocal image according to claim 7, wherein in the step of adjusting the focus of the sample, the focus is adjusted based on an integrated value obtained by integrating the output from the focus position sensor. 前記走査手段に走査端では、前記積分値を増減させないクランプ動作を行なうことを特徴とする請求項8に記載のコンフォーカル画像の撮像方法。   9. The method of capturing a confocal image according to claim 8, wherein a clamping operation that does not increase or decrease the integral value is performed at the scanning end of the scanning unit. 前記走査手段の走査の一端において、前記積分値がリセットされることを特徴とする請求項8、又は9に記載のコンフォーカル画像の撮像方法。   The method for capturing a confocal image according to claim 8 or 9, wherein the integrated value is reset at one end of scanning of the scanning unit. 前記線状の光をライン状の照明用開口部を有するスリット板によって生成し、
前記スリット板に設けられた焦点位置用開口部を通過して、前記試料で反射した反射光を前記焦点位置用センサで検出することを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載のコンフォーカル画像の撮像方法。
The linear light is generated by a slit plate having a linear illumination opening,
11. The controller according to claim 7, wherein the focus position sensor detects reflected light that has passed through a focus position opening provided in the slit plate and reflected by the sample. A method for capturing a focal image.
前記ライン状の光を前記走査手段によって走査するステップでは、前記光の一部が遮光されていないことを特徴とする請求項7乃至11のいずれかに記載のコンフォーカル画像の撮像方法。   12. The confocal image capturing method according to claim 7, wherein in the step of scanning the line-shaped light by the scanning unit, a part of the light is not shielded.
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