JP2934715B2 - 光導波路デバイス及びそれを用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 - Google Patents
光導波路デバイス及びそれを用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンフォーカルレーザ走
査顕微鏡に関する。
査顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンフォーカルレーザ走査顕微鏡は、レ
ーザ光源と、レーザ光源からの光束を被検物体上に集光
して光スポットを形成する照明光学系と、被検物体から
の光束を検出面上に集光する集光光学系と、検出面上に
集光された光束を検出する検出手段と、被検物体に対し
て光スポットを相対的に移動させるための走査手段とを
有し、被検物体上にレーザ光を集光し又検出面上におい
てもピンホール開口を通して光検出している。このた
め、焦点深度が非常に浅いという利点を有しており、種
々の用途に用いられようとしている。
ーザ光源と、レーザ光源からの光束を被検物体上に集光
して光スポットを形成する照明光学系と、被検物体から
の光束を検出面上に集光する集光光学系と、検出面上に
集光された光束を検出する検出手段と、被検物体に対し
て光スポットを相対的に移動させるための走査手段とを
有し、被検物体上にレーザ光を集光し又検出面上におい
てもピンホール開口を通して光検出している。このた
め、焦点深度が非常に浅いという利点を有しており、種
々の用途に用いられようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなコンフォー
カルレーザ走査顕微鏡を用いて、微分干渉像を得るため
には、従来の一般的光学顕微鏡における微分干渉装置の
構成を用いて実現することができる。しかしながら、複
雑な構成となり、しかも歪みの少ない特殊な対物レン
ズ、ノマルスキープリズム、波長板等が必要であるため
各光学要素の所望の精度での製造が困難であり、高価な
装置となるという欠点があった。
カルレーザ走査顕微鏡を用いて、微分干渉像を得るため
には、従来の一般的光学顕微鏡における微分干渉装置の
構成を用いて実現することができる。しかしながら、複
雑な構成となり、しかも歪みの少ない特殊な対物レン
ズ、ノマルスキープリズム、波長板等が必要であるため
各光学要素の所望の精度での製造が困難であり、高価な
装置となるという欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、小型にして製造の容易な
コンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を得ることに
ある。
コンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を得ることに
ある。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】上記目的のために本発明で
は導波路デバイスを用い、従来の構成とは全く異なる原
理による微分干渉像を得るものである。すなわち、コン
フォーカルレーザ走査顕微鏡において、光検出手段にチ
ャネル導波路が形成された基板を設け、該チャネル導波
路は前記検出面上に入射端面を持つダブルモード導波路
領域と該ダブルモード導波路を２本のシングルモード導
波路に分岐させる導波路分岐領域とを有し、さらに分岐
された２本のシングルモード導波路を伝搬する光を各々
検出する検出素子とを設けたものである。
は導波路デバイスを用い、従来の構成とは全く異なる原
理による微分干渉像を得るものである。すなわち、コン
フォーカルレーザ走査顕微鏡において、光検出手段にチ
ャネル導波路が形成された基板を設け、該チャネル導波
路は前記検出面上に入射端面を持つダブルモード導波路
領域と該ダブルモード導波路を２本のシングルモード導
波路に分岐させる導波路分岐領域とを有し、さらに分岐
された２本のシングルモード導波路を伝搬する光を各々
検出する検出素子とを設けたものである。
【０００６】また、照明光学系と集光光学系とで同一の
対物レンズを共用した所謂落射照明型のコンフォーカル
レーザ走査顕微鏡においては、検出手段にチャネル導波
路の形成された基板を設け、このチャネル導波路は前記
検出面上に端面を持つダブルモード導波路領域と該ダブ
ルモード導波路を３本のシングルモード導波路に分岐さ
せる導波路分岐領域とを有する構成とし、該３本のシン
グルモード導波路の中央の１本にはレーザ光源からの照
明光束を導いて対物レンズを介して被検物体上に光スポ
ットを形成し、該３本のシングルモード導波路の内の外
側の２本のシングルモード導波路を伝搬する光を各々検
出する検出素子を設けた構成とすることも可能である。
対物レンズを共用した所謂落射照明型のコンフォーカル
レーザ走査顕微鏡においては、検出手段にチャネル導波
路の形成された基板を設け、このチャネル導波路は前記
検出面上に端面を持つダブルモード導波路領域と該ダブ
ルモード導波路を３本のシングルモード導波路に分岐さ
せる導波路分岐領域とを有する構成とし、該３本のシン
グルモード導波路の中央の１本にはレーザ光源からの照
明光束を導いて対物レンズを介して被検物体上に光スポ
ットを形成し、該３本のシングルモード導波路の内の外
側の２本のシングルモード導波路を伝搬する光を各々検
出する検出素子を設けた構成とすることも可能である。
【０００７】
【作用】本発明では、被検物体で反射されたレーザスポ
ットは、対物レンズ、結像レンズ等からなる集光光学系
によって、検出面上にて再びスポット像となる。このス
ポット像が形成される位置に、ダブルモードチャネル導
波路をスポット像の中心とダブルモードチャネル導波路
の中心が一致するように配置すると、導波路の幅方向の
スポット像振幅分布がスポット中心を原点としたとき偶
関数であればダブルモード導波路内には偶モードしか励
振されない。それ以外の場合は偶・奇両モードが励振さ
れる。ここでダブルモード領域に続いてシングルモード
チャネル導波路に分岐する導波路分岐領域を設けておけ
ば、偶モードのみ励振された場合は二つの分岐に等量の
光が分配され、それ以外の場合は偶モードと奇モードの
干渉が生じるため二つの分岐に分配される光量は一般に
等しくない。一般に被検物体に傾斜、すなわち物理的な
傾斜は勿論、屈折率傾斜など光路長を変化させるすべて
の傾斜及び、光透過率分布又は光反射率分布の傾斜があ
ると、スポット像の振幅分布は奇関数成分をもつように
なり、このときダブルモード導波路内に偶・奇両モード
が励振されその結果二つの分岐に分配されると光量が等
しくなくなる。従って、二つの分岐を伝搬する光量の差
を検出することによって、被検物体の微視的な傾斜を検
出できることになる。
ットは、対物レンズ、結像レンズ等からなる集光光学系
によって、検出面上にて再びスポット像となる。このス
ポット像が形成される位置に、ダブルモードチャネル導
波路をスポット像の中心とダブルモードチャネル導波路
の中心が一致するように配置すると、導波路の幅方向の
スポット像振幅分布がスポット中心を原点としたとき偶
関数であればダブルモード導波路内には偶モードしか励
振されない。それ以外の場合は偶・奇両モードが励振さ
れる。ここでダブルモード領域に続いてシングルモード
チャネル導波路に分岐する導波路分岐領域を設けておけ
ば、偶モードのみ励振された場合は二つの分岐に等量の
光が分配され、それ以外の場合は偶モードと奇モードの
干渉が生じるため二つの分岐に分配される光量は一般に
等しくない。一般に被検物体に傾斜、すなわち物理的な
傾斜は勿論、屈折率傾斜など光路長を変化させるすべて
の傾斜及び、光透過率分布又は光反射率分布の傾斜があ
ると、スポット像の振幅分布は奇関数成分をもつように
なり、このときダブルモード導波路内に偶・奇両モード
が励振されその結果二つの分岐に分配されると光量が等
しくなくなる。従って、二つの分岐を伝搬する光量の差
を検出することによって、被検物体の微視的な傾斜を検
出できることになる。
【０００８】いま被検物の傾き角をθとし、sinθ＝α
とする。傾き０の場合のスポット振幅分布をｕ（ｘ）、
ダブルモード導波路の固有界分布を偶・奇両モードにつ
いてそれぞれfe（ｘ）、fo（ｘ）とするとｕ（ｘ）、fe
（ｘ）は偶関数、fo（ｘ）は奇関数である。傾きのある
ときのスポット振幅分布ｕα（ｘ）はｋ＝２π／λ
（λ：波長）として ｕα（ｘ）≒ｕ（ｘ）exp（ikαｘ） ＝ｕ（ｘ）〔cos（ｋαｘ）＋ｉsin（ｋαｘ）〕 （１） と表される
とする。傾き０の場合のスポット振幅分布をｕ（ｘ）、
ダブルモード導波路の固有界分布を偶・奇両モードにつ
いてそれぞれfe（ｘ）、fo（ｘ）とするとｕ（ｘ）、fe
（ｘ）は偶関数、fo（ｘ）は奇関数である。傾きのある
ときのスポット振幅分布ｕα（ｘ）はｋ＝２π／λ
（λ：波長）として ｕα（ｘ）≒ｕ（ｘ）exp（ikαｘ） ＝ｕ（ｘ）〔cos（ｋαｘ）＋ｉsin（ｋαｘ）〕 （１） と表される
【０００９】ここで、偶モードの励振効率ηeは、
【００１０】
【数１】 となり、一方奇モードの励振効率ηoは、
【００１１】
【数２】 となる。積分範囲を適当に選び、この範囲で｜ｋαｘ｜
≪２πならば、 cos（ｋαｘ）≒１，sin（ｋαｘ）≒ｋαｘ となるから、ｕ（ｘ）、fo（ｘ）、fe（ｘ）が一定の関
数であることより、 ηe≒一定 ηo∝ｉα （４） となることがわかる。偶モードと奇モードの干渉による
光強度変化はC1、C2を実定数とし、φを分岐点に於ける
偶・奇両モードの位相差とすれば Ｉ∝｜ηe±ｉηo exp｛ｉφ｝｜２＝｜C1±ｉαC2exp｛ｉφ｝｜２（５） よって、exp｛ｉφ｝＝±ｉにとれば（５）はおおむね Ｉ＝C1 2±２αC1C2 （６） となってαに比例した強度変化が得られ、いわゆる微分
像を得ることができる。
≪２πならば、 cos（ｋαｘ）≒１，sin（ｋαｘ）≒ｋαｘ となるから、ｕ（ｘ）、fo（ｘ）、fe（ｘ）が一定の関
数であることより、 ηe≒一定 ηo∝ｉα （４） となることがわかる。偶モードと奇モードの干渉による
光強度変化はC1、C2を実定数とし、φを分岐点に於ける
偶・奇両モードの位相差とすれば Ｉ∝｜ηe±ｉηo exp｛ｉφ｝｜２＝｜C1±ｉαC2exp｛ｉφ｝｜２（５） よって、exp｛ｉφ｝＝±ｉにとれば（５）はおおむね Ｉ＝C1 2±２αC1C2 （６） となってαに比例した強度変化が得られ、いわゆる微分
像を得ることができる。
【００１２】従って、このような微分像を得るために
は、ダブルモードとシングルモードとの分岐点に於て、
両モード間に９０°の奇数倍の位相差がもたらされるこ
とが必要である。このために、前記ダブルモードの領域
の長さＬは両モードのよく知られた完全結合長（偶・奇
両モードの位相差が１８０°となる長さ）をLcとした場
合 Ｌ＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） （７） とするのが好ましい。
は、ダブルモードとシングルモードとの分岐点に於て、
両モード間に９０°の奇数倍の位相差がもたらされるこ
とが必要である。このために、前記ダブルモードの領域
の長さＬは両モードのよく知られた完全結合長（偶・奇
両モードの位相差が１８０°となる長さ）をLcとした場
合 Ｌ＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） （７） とするのが好ましい。
【００１３】尚、（１）式は物体の傾斜を考えているか
ら、位相物体を想定していることになる。本発明は位相
物体のみならず、強度変調物体（光の透過率又は反射率
が変化するような物体）にも適用できる。こうした物体
はたとえばαを実数として ｕα（ｘ）＝ｕ（ｘ）（１＋αｘ） （８） などと表現できる。このとき明らかに ηe≒一定 ， ηo∝α （９） となるから、偶奇両モードの干渉によって二つの分岐に
分配される光量比が最大となるのは分岐点に於て両モー
ド間に１８０°の整数倍の位相差がもたらされたとき、
即ち（５）式でexp｛ｉφ｝＝±１ と置いた場合であ
る。
ら、位相物体を想定していることになる。本発明は位相
物体のみならず、強度変調物体（光の透過率又は反射率
が変化するような物体）にも適用できる。こうした物体
はたとえばαを実数として ｕα（ｘ）＝ｕ（ｘ）（１＋αｘ） （８） などと表現できる。このとき明らかに ηe≒一定 ， ηo∝α （９） となるから、偶奇両モードの干渉によって二つの分岐に
分配される光量比が最大となるのは分岐点に於て両モー
ド間に１８０°の整数倍の位相差がもたらされたとき、
即ち（５）式でexp｛ｉφ｝＝±１ と置いた場合であ
る。
【００１４】よって、強度変調物体の微分像をみるため
にはダブルモード領域の長さＬは結合長Lcの整数倍 Ｌ＝ｍLc （ｍ＝１，２，…） （１０） が好ましい。即ち、ダブルモード領域の長さＬのとり方
いかんによって物体の位相変調部分、又は強度変調部分
のみの微分像をみることができるわけである。
にはダブルモード領域の長さＬは結合長Lcの整数倍 Ｌ＝ｍLc （ｍ＝１，２，…） （１０） が好ましい。即ち、ダブルモード領域の長さＬのとり方
いかんによって物体の位相変調部分、又は強度変調部分
のみの微分像をみることができるわけである。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す概略構成図
であって、半導体レーザ光源１を出た光はハーフミラー
２で反射され、周知のＸ−Ｙ２次元スキャニング手段３
を経て対物レンズ４に入射し、物体面５に集光される。
物体面５で反射した後再び対物レンズ４及びＸ−Ｙ２次
元スキャニング手段３を経てハーフミラー２を透過した
光は、基板６上に形成されたチャネル導波路７の入射端
面が配置された検出面上に集光される。チャネル導波路
７はダブルモード導波路であり、ダブルモード導波路７
中を伝搬した光はやがて分岐領域８に達し２本のシング
ルモード導波路９、10にパワーが分配され、基板６に接
合された２つの光検出器11、12に至る。ここでチャネル
導波路７の入射端がピンホールと同様の働きをするの
で、この構成はコンフォーカルレーザ走査顕微鏡を構成
する。ここで、ハーフミラー２と対物レンズ４とが照明
光学系を形成し、対物レンズ４が集光光学系を形成して
いる。
であって、半導体レーザ光源１を出た光はハーフミラー
２で反射され、周知のＸ−Ｙ２次元スキャニング手段３
を経て対物レンズ４に入射し、物体面５に集光される。
物体面５で反射した後再び対物レンズ４及びＸ−Ｙ２次
元スキャニング手段３を経てハーフミラー２を透過した
光は、基板６上に形成されたチャネル導波路７の入射端
面が配置された検出面上に集光される。チャネル導波路
７はダブルモード導波路であり、ダブルモード導波路７
中を伝搬した光はやがて分岐領域８に達し２本のシング
ルモード導波路９、10にパワーが分配され、基板６に接
合された２つの光検出器11、12に至る。ここでチャネル
導波路７の入射端がピンホールと同様の働きをするの
で、この構成はコンフォーカルレーザ走査顕微鏡を構成
する。ここで、ハーフミラー２と対物レンズ４とが照明
光学系を形成し、対物レンズ４が集光光学系を形成して
いる。
【００１６】そして前述した通り、レーザスポットで照
明された物体５上の一点に傾きがあった場合、チャネル
導波路７の入射端に結像したレーザスポットの位相分布
に傾斜が生じる。この傾斜によりダブルモード導波路７
内に偶・奇両モードが励振され、両モードの干渉により
２つの光検出器11，12に達する光パワーの比が変化す
る。よって、作動検出手段13によって２つの検出器11，
12の出力の差動信号14をとることによって、物体面上の
微小な凸凹を検知することができる。このときダブルモ
ード領域の長さＬは、完全結合長をLcとして、 Ｌ＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） とすればよく、この構成が微分干渉系となることはすで
に述べた通りである。具体的には、差動信号14をＸ−Ｙ
２次元スキャニング手段３から比検物体上における光ビ
ームの位置に対応させて記憶し画像化するための制御手
段15により、モニター16に微分干渉像を表示することが
できる。
明された物体５上の一点に傾きがあった場合、チャネル
導波路７の入射端に結像したレーザスポットの位相分布
に傾斜が生じる。この傾斜によりダブルモード導波路７
内に偶・奇両モードが励振され、両モードの干渉により
２つの光検出器11，12に達する光パワーの比が変化す
る。よって、作動検出手段13によって２つの検出器11，
12の出力の差動信号14をとることによって、物体面上の
微小な凸凹を検知することができる。このときダブルモ
ード領域の長さＬは、完全結合長をLcとして、 Ｌ＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） とすればよく、この構成が微分干渉系となることはすで
に述べた通りである。具体的には、差動信号14をＸ−Ｙ
２次元スキャニング手段３から比検物体上における光ビ
ームの位置に対応させて記憶し画像化するための制御手
段15により、モニター16に微分干渉像を表示することが
できる。
【００１７】図２は本発明の第２実施例を示す概略構成
図であり、この構成では照明光学系と集光光学系とで対
物レンズ２８を共用しており、検出用の導波路の一部が
レーザ光を導くための照明系の機能を併せ持っている。
レーザ光源21は半導体レーザであり、基板２２上に形成
されたシングルモードチャネル導波路23に対して光結合
効率が最も大きくなるように、基板22に固定されてい
る。導波路23に入射したレーザ光は分岐24を経てダブル
モード導波路25を伝搬する。導波路の分岐２４において
は、ダブルモード導波路25に対して３本のシングルモー
ド導波路が結合されており、真ん中のシングルモード導
波路23は照明用に、外側の２本のシングルモード導波路
は後述する検出用に用いられる。このとき真ん中のシン
グルモードチャネル導波路23の中心線とダブルモード導
波路25の中心線とが一致するような位置関係にすること
によって、真ん中のシングルモードチャネル導波路23か
らダブルモード導波路25へ入射する光は、ダブルモード
導波路25内で偶モードしか励振しない。従って事実上レ
ーザ光はシングルモード状態で端面26から出射する。
図であり、この構成では照明光学系と集光光学系とで対
物レンズ２８を共用しており、検出用の導波路の一部が
レーザ光を導くための照明系の機能を併せ持っている。
レーザ光源21は半導体レーザであり、基板２２上に形成
されたシングルモードチャネル導波路23に対して光結合
効率が最も大きくなるように、基板22に固定されてい
る。導波路23に入射したレーザ光は分岐24を経てダブル
モード導波路25を伝搬する。導波路の分岐２４において
は、ダブルモード導波路25に対して３本のシングルモー
ド導波路が結合されており、真ん中のシングルモード導
波路23は照明用に、外側の２本のシングルモード導波路
は後述する検出用に用いられる。このとき真ん中のシン
グルモードチャネル導波路23の中心線とダブルモード導
波路25の中心線とが一致するような位置関係にすること
によって、真ん中のシングルモードチャネル導波路23か
らダブルモード導波路25へ入射する光は、ダブルモード
導波路25内で偶モードしか励振しない。従って事実上レ
ーザ光はシングルモード状態で端面26から出射する。
【００１８】ダブルモード導波路25の端面を射出する照
明光束は、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段27を経て対物
レンズ28に入射し、物体面29上に集光される。物体面29
で反射した後再び対物レンズ28及びＸ−Ｙ２次元スキャ
ニング手段27を経た光束は、基板22上に形成されたチャ
ネル導波路25の端面が配置された検出面26上に集光され
る、ここにレーザスポットが形成される。このあとは第
１実施例と同じで、物体面の傾斜に伴い２つのシングル
モードチャネル導波路30、31に分配されるパワー比が変
わり、基板22に固定された光検出器32、33にて導波路3
0、31からの光を検出し差動信号34をとれば、微分干渉
信号が得られる。図２においては、作動信号34とＸ−Ｙ
２次元スキャニング手段27からの信号により画像化する
ための制御手段及びモニターは、図１に示した第１実施
例の構成と同等であるため、省略した。
明光束は、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段27を経て対物
レンズ28に入射し、物体面29上に集光される。物体面29
で反射した後再び対物レンズ28及びＸ−Ｙ２次元スキャ
ニング手段27を経た光束は、基板22上に形成されたチャ
ネル導波路25の端面が配置された検出面26上に集光され
る、ここにレーザスポットが形成される。このあとは第
１実施例と同じで、物体面の傾斜に伴い２つのシングル
モードチャネル導波路30、31に分配されるパワー比が変
わり、基板22に固定された光検出器32、33にて導波路3
0、31からの光を検出し差動信号34をとれば、微分干渉
信号が得られる。図２においては、作動信号34とＸ−Ｙ
２次元スキャニング手段27からの信号により画像化する
ための制御手段及びモニターは、図１に示した第１実施
例の構成と同等であるため、省略した。
【００１９】図３は、本発明の第３実施例を示す概略構
成図であり、レーザ光源４１からの光束はコリメータレ
ンズレンズ42により平行光束に変換され、ハーフミラー
43で反射されたのち、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段44
を経て対物レンズ45により被検物体46上に集光される。
被検物体46からの反射光は対物レンズ45の集光作用を受
け、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段44、ハーフミラー43
を透過して検出手段に導かれる。この第３実施例の構成
では、検出手段として２つの導波路デバイス50、60を用
いており、各々の導波路デバイスに対して物体からの反
射光を供給するハーフミラー70が配置されている。勿論
ハーフミラー70は揺動鏡や着脱可能な反射ミラーであっ
てもよい。各導波路デバイスには、図１に示した第１実
施例の基板６上に形成された導波路デバイスと同様に、
それぞれダブルモード導波路51,61 とこれに続いて分岐
された２本のシングルモード導波路52,53 及び 62,63が
設けられ、各々のシングルモード導波路の射出端には光
検出器54,55 及び64,65 が接合されている。そして、各
光検出器からの信号の作動信号を得るための作動検出手
段56,66 が設けられていることを前記図１の構成と同様
である。
成図であり、レーザ光源４１からの光束はコリメータレ
ンズレンズ42により平行光束に変換され、ハーフミラー
43で反射されたのち、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段44
を経て対物レンズ45により被検物体46上に集光される。
被検物体46からの反射光は対物レンズ45の集光作用を受
け、Ｘ−Ｙ２次元スキャニング手段44、ハーフミラー43
を透過して検出手段に導かれる。この第３実施例の構成
では、検出手段として２つの導波路デバイス50、60を用
いており、各々の導波路デバイスに対して物体からの反
射光を供給するハーフミラー70が配置されている。勿論
ハーフミラー70は揺動鏡や着脱可能な反射ミラーであっ
てもよい。各導波路デバイスには、図１に示した第１実
施例の基板６上に形成された導波路デバイスと同様に、
それぞれダブルモード導波路51,61 とこれに続いて分岐
された２本のシングルモード導波路52,53 及び 62,63が
設けられ、各々のシングルモード導波路の射出端には光
検出器54,55 及び64,65 が接合されている。そして、各
光検出器からの信号の作動信号を得るための作動検出手
段56,66 が設けられていることを前記図１の構成と同様
である。
【００２０】ここで重要なのは、第１の導波路デバイス
50及び第２導波路デバイス60に於けるダブルモード導波
路領域51,61 のそれぞれの長さL1、L2である。いま偶モ
ードと奇モードの完全結合長をLcとおいて L1＝ｍLc （ｍ＝１，２，…） L2＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） のように選べば、第１の導波路デバイス50の出力から
は、ダブルモードとシングルモードとの間に１８０°の
整数倍の位相差がもたらされるために、物体の強度分布
の微分像を、また第２導波路デバイス60の出力からは、
両モード間に９０°の奇数倍の位相差がもたらされるた
め、物体の位相分布の微分像を、それぞれ取り出すこと
ができる。尚、図３の構成においても、制御手段及びモ
ニターは、図1に示した第１実施例の構成と同等である
ため、省略した。
50及び第２導波路デバイス60に於けるダブルモード導波
路領域51,61 のそれぞれの長さL1、L2である。いま偶モ
ードと奇モードの完全結合長をLcとおいて L1＝ｍLc （ｍ＝１，２，…） L2＝Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） のように選べば、第１の導波路デバイス50の出力から
は、ダブルモードとシングルモードとの間に１８０°の
整数倍の位相差がもたらされるために、物体の強度分布
の微分像を、また第２導波路デバイス60の出力からは、
両モード間に９０°の奇数倍の位相差がもたらされるた
め、物体の位相分布の微分像を、それぞれ取り出すこと
ができる。尚、図３の構成においても、制御手段及びモ
ニターは、図1に示した第１実施例の構成と同等である
ため、省略した。
【００２１】ところで、上述した各実施例は、いずれも
対物レンズを照明光学系と集光光学系とに共用するもの
で、所謂落射照明型の顕微鏡を構成しているが、本発明
においては、図２に示した第２実施例の如き構成を除い
て、被検物体の一方の側に照明光学系を、他方の側に集
光光学系を配置した所謂透過型顕微鏡としても構成し得
ることはいうまでもない。
対物レンズを照明光学系と集光光学系とに共用するもの
で、所謂落射照明型の顕微鏡を構成しているが、本発明
においては、図２に示した第２実施例の如き構成を除い
て、被検物体の一方の側に照明光学系を、他方の側に集
光光学系を配置した所謂透過型顕微鏡としても構成し得
ることはいうまでもない。
【００２２】また、上記の各実施例ではレーザ光源及び
光検出器は導波路デバイスに対して外付けとなっている
が、シリコン基板を用いれば、光検出器を導波路デバイ
スと同一基板上に構成することができ、またガリウム砒
素などの化合物半導体基板を用いればレーザ光源と光検
出器との両方を導波路と同一基板上にモノリシックに集
積でき、装置の小型・軽量・調整きの省力化はさらに進
めることができる。そして、ダブルモード導波路は近接
して配置された２本のシングルモード導波路で代用する
ことができる。さらに、２本のシングルモード導波路を
通過する光強度を検出する光検出素子からの作動信号に
対して、適当な処理を加えることにより種々のコントラ
ストをもつ画像が得られることは云うまでもない。
光検出器は導波路デバイスに対して外付けとなっている
が、シリコン基板を用いれば、光検出器を導波路デバイ
スと同一基板上に構成することができ、またガリウム砒
素などの化合物半導体基板を用いればレーザ光源と光検
出器との両方を導波路と同一基板上にモノリシックに集
積でき、装置の小型・軽量・調整きの省力化はさらに進
めることができる。そして、ダブルモード導波路は近接
して配置された２本のシングルモード導波路で代用する
ことができる。さらに、２本のシングルモード導波路を
通過する光強度を検出する光検出素子からの作動信号に
対して、適当な処理を加えることにより種々のコントラ
ストをもつ画像が得られることは云うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、特別な対
物レンズもノマルスキープリズムや波長板等の格別の光
学素子も必要なく、導波路を用いた新しい原理に基づい
て小型で簡単な構成からなるコンフォーカル・レーザ走
査微分干渉顕微鏡を提供することができる。また、特に
図２に示した第２実施例の構成では、従来難しかったレ
ーザ光源と受光側ピンホールの位置合わせが不要となる
という利点も有している。そして、図３に示した第３実
施例で述べたようにダブルモード領域の長さＬを変える
ことで物体の位相変調部分と強度変調部分とを独立にと
り出し、それらの微分像をみることもできる。この位相
情報・強度情報の分離は、本発明による顕微鏡の本質的
な特徴と有用性を示すものである。
物レンズもノマルスキープリズムや波長板等の格別の光
学素子も必要なく、導波路を用いた新しい原理に基づい
て小型で簡単な構成からなるコンフォーカル・レーザ走
査微分干渉顕微鏡を提供することができる。また、特に
図２に示した第２実施例の構成では、従来難しかったレ
ーザ光源と受光側ピンホールの位置合わせが不要となる
という利点も有している。そして、図３に示した第３実
施例で述べたようにダブルモード領域の長さＬを変える
ことで物体の位相変調部分と強度変調部分とを独立にと
り出し、それらの微分像をみることもできる。この位相
情報・強度情報の分離は、本発明による顕微鏡の本質的
な特徴と有用性を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の概略構成図。
【図２】第２実施例の概略構成図。
【図３】第３実施例の概略構成図。
【符号の説明】 １，２１，４１ レーザ光源 ７，25,51,61 ダブルモード導波路 ９，10,31,32,33,52,53,62,63 シングルモード導波路 11,12,21,32,33,54,55,64,65 光検出器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−44554（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−288102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−214934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−93305（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−68738（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−267513（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−78720（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−278009（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−209339（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−252444（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208057（ＪＰ，Ａ) 国際公開90／1716（ＷＯ，Ａ１) ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ ＩＯＮＳ，ＶＯＬ．85（1991），ｐ. 177−182 レーザ顕微鏡研究会講演論文集，７ｔ ｈ（1991年５月10日），ｐ．18−23 光学，Ｖｏｌ．24（12）（1995），ｐ 729−730 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36 G01B 11/00 - 11/30 G11B 7/12 - 7/22
Claims (12)
- 【請求項１】レーザ光源と、 該レーザ光源からの光束を集光して被検物体上に光スポ
ットを形成する照明光学系と、 該被検物体からの光束を検出面上に集光する集光光学系
と、 該検出面上に集光された光束を検出する光検出手段と、 該被検物体に対して前記光スポットを相対的に移動させ
るための走査手段とを有し、 前記光検出手段は前記検出面上に入射端面を有し、該入
射端面に入射する光に応じて偶モード及び奇モードのい
ずれか一方または両方を励振するダブルモードチャネル
導波路領域と、 該ダブルモードチャネル導波路領域を２本のチャネル導
波路に分岐させる導波路分岐領域と、 前記分岐された２本のチャネル導波路を伝搬する光を各
々検出する検出素子と、を有し、 該各々の検出素子による検出信号によって被検物体の情
報を得ることを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微
分干渉顕微鏡。 - 【請求項２】レーザ光源と、 該レーザ光源からの光束を集光して被検物体上に光スポ
ットを形成する照明光学系と、 該被検物体からの光束を検出面上に集光する集光光学系
と、 該検出面上に集光された光束を検出する光検出手段と、 該被検物体に対して前記光スポットを相対的に移動させ
るための走査手段とを有し、 前記照明光学系と集光光学系とは同一の対物レンズを共
用し、 前記光検出手段は前記検出面上に入射端面を有し、該入
射端面に入射する光に応じて偶モード及び奇モードのい
ずれか一方または両方を励振するダブルモードチャネル
導波路領域と、 該ダブルモードチャネル導波路領域を３本のチャネル導
波路に分岐させる導波路分岐領域と、を有し、 前記レーザ光源からの光束は前記３本のチャネル導波路
のうち中央のチャネル導波路に導かれた後、前記ダブル
モードチャネル導波路領域の前記入射端面より射出し、
前記対物レンズを介して前記被検物体上に導かれる構成
とし、 さらに前記光検出手段は前記３本のチャネル導波路の内
の外側の２本のチャネル導波路を伝搬する光を各々検出
する検出素子を有する構成とし、 該検出素子の検出信号によって被検物体の情報を得るこ
とを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微
鏡。 - 【請求項３】前記３本のチャネル導波路のうち中央のチ
ャネル導波路はシングルモードチャネル導波路であるこ
とを特徴とする請求項２記載のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡。 - 【請求項４】前記中央のチャネル導波路の中心線と前記
ダブルモードチャネル導波路の中心線とが一致している
ことを特徴とする請求項２または３記載のコンフォーカ
ルレーザ走査微分干渉顕微鏡。 - 【請求項５】前記ダブルモードチャネル導波路領域の長
さをＬとし、該ダブルモードチャネル導波路領域内に於
ける偶−奇モードの位相差がπとなる長さをとすると
き、 Ｌ≒ｍLc （ｍ＝１，２，…） Ｌ≒Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） のいずれかの関係を満たすことを特徴とする請求項１、
２、３または４記載のコンフォーカルレーザ走査微分干
渉顕微鏡。 - 【請求項６】光を入射する入射端面を有し、該入射端面
に入射する光に応じて偶モード及び奇モードのいずれか
一方または両方を励振するダブルモードチャネル導波路
領域と、 前記ダブルモードチャネル導波路領域を２つのチャネル
導波路に分岐させる導波路分岐領域と、 前記２本のチャネル導波路を伝搬する光を各々検出する
検出素子とを有し、 該各々の検出素子による検出信号によって前記光の情報
を検出することを特徴とする光導波路デバイス。 - 【請求項７】レーザ光源と、 前記レーザ光源からの光束を集光して被検物体上に光ス
ポットを形成する照明光学系と、 該被検物体からの光束を検出面上に集光する集光光学系
と、 前記検出面上に入射端面を有し、該入射端面に入射する
光に応じて偶モード及び奇モードのいずれか一方または
両方を励振するダブルモードチャネル導波路領域と、 前記ダブルモードチャネル導波路領域を３つのチャネル
導波路に分岐させる導波路分岐領域と、 前記３本のチャネル導波路のうち外側の２本のチャネル
導波路を伝搬する光を各々検出する検出素子と、を有
し、 前記レーザ光源からの光束は前記３本のチャネル導波路
のうち中央のチャネル導波路に導かれた後、前記ダブル
モードチャネル導波路領域の前記入射端面より射出し、
前記対物レンズを介して前記被検物体上に導かれる構成
とし、 前記各々の検出素子による検出信号によって前記被検物
体の情報を検出することを特徴とする光導波路デバイ
ス。 - 【請求項８】前記中央のチャネル導波路はシングルモー
ドチャネル導波路であることを特徴とする請求項７に記
載の光導波路デバイス。 - 【請求項９】前記中央のチャネル導波路の中心線と前記
ダブルモードチャネル導波路の中心線とが一致している
ことを特徴とする請求項７または８に記載の光導波路デ
バイス。 - 【請求項１０】前記ダブルモードチャネル導波路領域の
長さをＬとし、該ダブルモードチャネル導波路領域内に
於ける偶−奇モードの位相差がπとなる長さをLcとする
とき、 Ｌ≒ｍLc （ｍ＝１，２，…） Ｌ≒Lc（２ｍ＋１）／２ （ｍ＝０，１，２，…） のいずれかの関係を満たすことを特徴とする請求項６、
７、８または９に記載の光導波路デバイス。 - 【請求項１１】光を入射する入射端面を有し、前記入射
端面に入射する光に応じて偶モード及び奇モードの何れ
か一方もしくは両方を励振するダブルモードチャネル導
波路領域に光を入射させ、前記ダブルモードチャネル導
波路領域の幅方向の強度分布から前記光の情報を検出す
る方法。 - 【請求項１２】前記ダブルモードチャネル導波路領域を
伝搬する光を２本のチャネル導波路に分岐させて検出す
ることにより、前記ダブルモードチャネル導波路の幅方
向の強度分布を検出することを特徴とする請求項１１に
記載の方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40021290A JP2934715B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光導波路デバイス及びそれを用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 |
| EP19910311256 EP0489580B1 (en) | 1990-12-03 | 1991-12-03 | Confocal laser scanning differential interference contrast microscope |
| DE69117455T DE69117455T2 (de) | 1990-12-03 | 1991-12-03 | Konfokales Laser-Abtastmikroskop mit Kontrast durch Differenz aus Interferenzsignalen |
| US08/364,709 US5581345A (en) | 1990-12-03 | 1994-12-28 | Confocal laser scanning mode interference contrast microscope, and method of measuring minute step height and apparatus with said microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40021290A JP2934715B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光導波路デバイス及びそれを用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04208913A JPH04208913A (ja) | 1992-07-30 |
| JP2934715B2 true JP2934715B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=18510127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40021290A Expired - Fee Related JP2934715B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光導波路デバイス及びそれを用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2934715B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH063594A (ja) * | 1992-06-18 | 1994-01-14 | Nikon Corp | コンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡 |
| EP0620458A4 (en) * | 1992-09-07 | 1995-02-01 | Nippon Kogaku Kk | OPTICAL WAVEGUIDE AND OPTICAL INSTRUMENT USING THE SAME. |
| JPH06235833A (ja) * | 1993-02-09 | 1994-08-23 | Nikon Corp | 光導波路 |
| US5617500A (en) * | 1994-05-20 | 1997-04-01 | Nikon Corporation | System for detecting an optical information and scanning microscope system |
| JPH08122026A (ja) * | 1994-10-20 | 1996-05-17 | Nikon Corp | 微小段差測定方法 |
| JP5051699B2 (ja) * | 2007-05-29 | 2012-10-17 | 株式会社リコー | レーザ顕微鏡 |
| CN109187492A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | 分光瞳差动共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法 |
| CN109444109A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-08 | 北京理工大学 | 共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测融合方法与装置 |
| CN111239154A (zh) * | 2020-01-18 | 2020-06-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种横向差动暗场共焦显微测量装置及其方法 |
| CN111239153B (zh) * | 2020-01-18 | 2023-09-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种轴向差动暗场共焦显微测量装置及其方法 |
-
1990
- 1990-12-03 JP JP40021290A patent/JP2934715B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．８５（１９９１），ｐ．１７７−１８２ |
| レーザ顕微鏡研究会講演論文集，７ｔｈ（１９９１年５月１０日），ｐ．１８−２３ |
| 光学，Ｖｏｌ．２４（１２）（１９９５），ｐ７２９−７３０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04208913A (ja) | 1992-07-30 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |