JP2950004B2 - Confocal laser microscope - Google Patents

Confocal laser microscope

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JP2950004B2
JP2950004B2 JP5344992A JP5344992A JP2950004B2 JP 2950004 B2 JP2950004 B2 JP 2950004B2 JP 5344992 A JP5344992 A JP 5344992A JP 5344992 A JP5344992 A JP 5344992A JP 2950004 B2 JP2950004 B2 JP 2950004B2
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optical
measured
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light
laser microscope
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義彦 立川
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YOKOKAWA DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は共焦点レーザ顕微鏡に関
し、特に被測定物のZ軸方向の測定の改善に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal laser microscope, and more particularly to an improvement in measurement of an object to be measured in a Z-axis direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の共焦点レーザ顕微鏡の一例
を示す構成図である。図6において、レーザ光源1から
の出射光はレンズ2により集光され、光路を光軸に対し
て直交する2次元方向に変化させる音響光学素子3を介
してハーフミラー5に入射される。入射光はハーフミラ
ー5で反射され、レンズ6により被測定物7に照射され
る。被測定物7からの反射光(被測定光)は、レンズ6
で集光されてハーフミラー5を透過し、光検出器8に入
射される。これにより、光検出器8で被測定物7の像が
捕らえられる。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional confocal laser microscope. In FIG. 6, light emitted from a laser light source 1 is condensed by a lens 2 and is incident on a half mirror 5 via an acousto-optic element 3 that changes the optical path in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis. The incident light is reflected by the half mirror 5 and is radiated on the DUT 7 by the lens 6. The reflected light (measured light) from the object 7 is
And is transmitted through the half mirror 5 to be incident on the photodetector 8. Thus, the image of the DUT 7 is captured by the photodetector 8.

【0003】このような構成において、音響光学素子3
でハーフミラー5の入射光の光路を光軸に対して直交す
る2次元方向に変化させることにより、被測定物7に対
する光の走査を行う。ここで、光検出器8としては、例
えば1ドットの大きさが20μm×20μm程度の光検
出素子が5μmピッチ程度でマトリクス状に複数個(例
えば500×500程度)形成されたものを用いられ
る。一方、被測定光のビーム径は、共焦点構造であるこ
とから、1μm以下に絞ることも可能である。
In such a configuration, the acousto-optic device 3
By changing the optical path of the incident light of the half mirror 5 in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis, the scanning of the object 7 is performed. Here, as the photodetector 8, for example, a plurality of (for example, about 500.times.500) photodetectors having a size of about 20 .mu.m.times.20 .mu.m in one dot and having a pitch of about 5 .mu.m are used. On the other hand, the beam diameter of the light to be measured can be reduced to 1 μm or less because of the confocal structure.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に示す共焦点レーザ顕微鏡では、被測定物7の深
さ方向(Z軸方向)の測定にあたっては、所望の深さ位
置に入射光ビームが結像されるように被測定物を図示し
ない試料テーブルごと上下方向(Z軸方向)に移動させ
なければならず、位置決めに時間がかかるという問題が
あった。
However, in the confocal laser microscope shown in the above prior art, when measuring the object 7 in the depth direction (Z-axis direction), the incident light beam is located at a desired depth position. The object to be measured must be moved in the vertical direction (Z-axis direction) together with the sample table (not shown) so that an image is formed, and there is a problem that positioning takes time.

【0005】本発明は上記従来技術の課題を踏まえてな
されたものであり、被測定物の深さ方向についての入射
光ビームの位置決めが高速に行える共焦点レーザ顕微鏡
を提供することを目的としたものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a confocal laser microscope capable of positioning an incident light beam in a depth direction of an object to be measured at a high speed. Things.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、レーザ光源と、このレーザ光源の出
力光の光路を光軸に対して直交する2次元方向に変化さ
せる光路制御素子と、この光路制御素子の出力光を被測
定物に導く測定光学系と、前記被測定物からの被測定光
を検出する光検出器を備えた共焦点レーザ顕微鏡におい
て、前記測定光学系に、ビーム分岐要素と、反射光学要
素と、この反射光学要素を光軸方向に沿って変位させる
アクチュエータを設け、反射光学要素の位置に応じてレ
ーザ光源と被測定物との光路長を変化させることを特徴
とするものである。
According to the present invention, there is provided a laser light source and an optical path control for changing an optical path of output light from the laser light source in a two-dimensional direction orthogonal to an optical axis. Element, a measuring optical system for guiding the output light of the optical path control element to the object to be measured, and a confocal laser microscope including a photodetector for detecting the light to be measured from the object to be measured, wherein the measuring optical system Providing a beam splitting element, a reflecting optical element, and an actuator for displacing the reflecting optical element along the optical axis direction, and changing an optical path length between the laser light source and the DUT according to the position of the reflecting optical element. It is characterized by the following.

【0007】[0007]

【作用】本発明によると、アクチュエータで反射光学要
素の位置を光軸方向に沿って変位させることによりレー
ザ光源と被測定物との光路長を変化させることができ、
被測定物の深さ方向についての入射光ビームの位置決め
が高速に行える。
According to the present invention, the optical path length between the laser light source and the object to be measured can be changed by displacing the position of the reflection optical element along the optical axis direction by the actuator,
Positioning of the incident light beam in the depth direction of the measured object can be performed at high speed.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明の共焦点レーザ顕微鏡の一実施例を示す構成
図である。なお、図1において図6と同一要素には同一
符号を付して重複する説明は省略する。図1において、
9は偏光ビームスプリッタ、10は1/4波長板で、こ
れらはビーム分岐要素として用いている。11は反射光
学要素として用いるミラー、12はこのミラー11を光
軸方向に沿って変位させるアクチュエータである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a confocal laser microscope of the present invention. In FIG. 1, the same elements as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. In FIG.
Reference numeral 9 denotes a polarizing beam splitter, and 10 denotes a quarter-wave plate, which are used as beam splitting elements. 11 is a mirror used as a reflection optical element, and 12 is an actuator for displacing the mirror 11 along the optical axis direction.

【0009】このような構成の動作を説明する。レーザ
光源1の出力光はレンズ2で音響光学素子3に集光され
る。光軸に対して直交する2次元方向X,Yに対応して
設けられた2個の音響光学素子3に注入される周波数を
駆動回路4で変化させることにより、ビームの光路は
X,Yそれぞれの直角方向に走査される。この走査ビー
ムはハーフミラー5で反射され、レンズ6で集光され
る。レンズ6で集光されたビームは偏光ビームスプリッ
タ9お呼び1/4波長板10を透過してミラー11で反
射される。ミラー11で反射されたビームは光路を逆行
し、再度1/4波長板10を透過して偏光方向が90°
回転される。この結果、偏光ビームスプリッタ9で反射
され、被測定物7に照射される。被測定物7からの反射
光は光路を逆行し、偏光ビームスプリッタ9,1/4波
長板10,ミラー11,ハーフミラー5を透過して光検
出器8に照射される。
The operation of such a configuration will be described. The output light of the laser light source 1 is focused on the acousto-optic device 3 by the lens 2. By changing the frequency to be injected into the two acousto-optic elements 3 provided corresponding to the two-dimensional directions X and Y orthogonal to the optical axis by the drive circuit 4, the optical paths of the beams are respectively X and Y. Are scanned in the direction perpendicular to. This scanning beam is reflected by the half mirror 5 and collected by the lens 6. The beam condensed by the lens 6 is transmitted through a polarizing beam splitter 9 and a quarter-wave plate 10 and is reflected by a mirror 11. The beam reflected by the mirror 11 travels backward in the optical path, passes through the quarter-wave plate 10 again, and has a polarization direction of 90 °.
Rotated. As a result, the light is reflected by the polarization beam splitter 9 and is radiated on the DUT 7. The reflected light from the device under test 7 travels backward in the optical path, passes through the polarization beam splitter 9, the quarter-wave plate 10, the mirror 11, and the half mirror 5, and irradiates the photodetector 8.

【0010】ここで、ミラー11が固定されている状態
では被測定物7の深さ方向(Z軸方向)上にビームが結
像する位置は一定になるが、アクチュエータ12を駆動
してミラー11の位置を矢印で示す光軸方向に沿って変
化させることにより、被測定物7の深さ方向上にビーム
が結像する位置を変化させることができる。そして、ミ
ラー11は従来の試料テーブルに比べて質量を十分小さ
くすることが可能であり、高速に位置を変化させられる
ので、被測定物7の深さ方向についての入射光ビームの
位置決めが高速に行える。
Here, while the mirror 11 is fixed, the position where the beam is imaged in the depth direction (Z-axis direction) of the DUT 7 is constant. Is changed along the optical axis direction indicated by the arrow, the position where the beam is imaged in the depth direction of the DUT 7 can be changed. The mirror 11 can have a sufficiently small mass as compared with the conventional sample table, and can change its position at a high speed. Therefore, the positioning of the incident light beam in the depth direction of the DUT 7 can be performed at a high speed. I can do it.

【0011】これにより、音響光学素子3による光軸に
対して直交する2次元方向X,Yへの光路の走査と相ま
って、被測定物7の広い範囲を高速に測定できる。
Thus, a wide range of the DUT 7 can be measured at high speed in combination with the scanning of the optical path in the two-dimensional directions X and Y orthogonal to the optical axis by the acousto-optic element 3.

【0012】なお、上記実施例では、ビーム分岐要素と
して偏光ビームスプリッタと1/4波長板を用いること
により光の利用効率を高めているが、レーザ光源1から
出力される光の強度が高かったり光検出器8の光電変換
感度が高い場合にはハーフミラーであってもよい。
In the above embodiment, the use efficiency of light is increased by using a polarizing beam splitter and a quarter-wave plate as beam splitting elements. However, the intensity of light output from the laser light source 1 may be high. When the photoelectric conversion sensitivity of the photodetector 8 is high, a half mirror may be used.

【0013】また、上記実施例では、光路制御素子とし
て音響光学素子を用いているが、ガルバノミラーや、レ
ンズと光ファイバとの組み合わせなどでもよい。
In the above embodiment, an acousto-optic device is used as an optical path control device. However, a galvano mirror or a combination of a lens and an optical fiber may be used.

【0014】また、上記実施例においては光は非平行光
で示されているが、図2のような平行光であってもよ
い。ここで、レンズ21〜レンズ22の間が平行光にな
っている部分である。平行光にすることにより、レンズ
などの光学要素の位置合わせが容易になり、光学系設計
上の自由度が大きくなることから安定した構造が設計で
きる。
Although the light is shown as non-parallel light in the above embodiment, it may be a parallel light as shown in FIG. Here, the portion between the lenses 21 to 22 is a portion where the light is parallel. By using parallel light, alignment of optical elements such as lenses becomes easy, and the degree of freedom in designing an optical system increases, so that a stable structure can be designed.

【0015】また、反射光学要素としては、図3のよう
にリトロリフレクタ13を用いてもよい。ミラー11の
場合には光路を逆行させるための位置調整が難しいが、
リトロリフレクタ13は原理的に光路を逆行させる性質
があるため光軸の調整が容易になる。
A retro-reflector 13 may be used as the reflection optical element as shown in FIG. In the case of the mirror 11, it is difficult to adjust the position to reverse the optical path,
Since the retro-reflector 13 has the property of inverting the optical path in principle, the adjustment of the optical axis becomes easy.

【0016】また、図2の実施例では空間ビームとして
記述したが、平行光の部分を例えば図4のように光ファ
イバ23を使用して光を導くようにしてもよい。そし
て、このような構成とすることにより、光検出器8と被
測定物7を遠くに離すことが可能になるため、高温や低
温に保持されている被測定物7の測定も可能となる。
Although the embodiment of FIG. 2 is described as a spatial beam, the parallel light portion may be guided by using an optical fiber 23 as shown in FIG. 4, for example. With such a configuration, the photodetector 8 and the DUT 7 can be separated from each other, so that the DUT 7 maintained at a high or low temperature can be measured.

【0017】アクチュエータ12は反射光学要素を一方
向に変化させられればよく、PZTやボイスコイルを用
いることができる。
The actuator 12 only needs to be able to change the reflection optical element in one direction, and may use PZT or a voice coil.

【0018】また、上記実施例では、レーザ光源1つに
対して被測定点1つを対応させているので被測定物全体
を測定するためには順次走査をしなければならず、高速
測定は困難である。これに対しては、図5に示すよう
に、レンズ2と音響光学素子3の間に複数のピンホール
が形成されているピンホールアレイ14を設けて、レー
ザ光源1から出射される光を複数の点光源に変換し、光
検出器8の入射面に光検出素子に対向した複数のピンホ
ールが形成されたスペーシャルフィルタアレイ15を配
置して、このスペーシャルフィルタアレイ15のピンホ
ールに被測定光を入射させるようにすればよい。このよ
うに構成することにより、同時に多点測定が行えるの
で、高速測定が実現できる。そして、各音響光学素子3
は微小範囲で光軸を変化させればよいので駆動が容易に
なる。さらに、スペーシャルフィルタアレイ15を用い
ることによって光検出器8は高調波成分が除去された被
測定物7からの反射光のみを抽出できることになり、S
/N比が改善できる。
In the above embodiment, one point to be measured corresponds to one laser light source, so that scanning must be performed in order to measure the entire object to be measured. Have difficulty. In order to solve this problem, as shown in FIG. And a spatial filter array 15 having a plurality of pinholes facing the photodetector is arranged on the incident surface of the photodetector 8. What is necessary is just to make measurement light enter. With such a configuration, multi-point measurement can be performed simultaneously, so that high-speed measurement can be realized. And each acousto-optic element 3
Is easy to drive because the optical axis may be changed in a minute range. Further, by using the spatial filter array 15, the photodetector 8 can extract only the reflected light from the DUT 7 from which the harmonic components have been removed.
/ N ratio can be improved.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、被測定物の深さ方向についての
入射光ビームの位置決めが高速に行える共焦点レーザ顕
微鏡を実現できる。
As described above, according to the present invention, a confocal laser microscope capable of positioning an incident light beam in the depth direction of an object at a high speed can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の共焦点レーザ顕微鏡の一実施例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a confocal laser microscope of the present invention.

【図2】本発明の共焦点レーザ顕微鏡の他の実施例を示
す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the confocal laser microscope of the present invention.

【図3】本発明の共焦点レーザ顕微鏡の他の実施例を示
す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the confocal laser microscope of the present invention.

【図4】本発明の共焦点レーザ顕微鏡の他の実施例を示
す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the confocal laser microscope of the present invention.

【図5】本発明の共焦点レーザ顕微鏡の他の実施例を示
す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing another embodiment of the confocal laser microscope of the present invention.

【図6】共焦点レーザ顕微鏡の従来例である。FIG. 6 is a conventional example of a confocal laser microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2、6、21、22 レンズ 3 音響光学素子(光路制御素子) 4 駆動回路 5 ハーフミラー 7 被測定物 8 光検出器 9 偏光ビームスプリッタ 10 波長板 11 ミラー 12 アクチュエータ 13 リトロリフレクタ 14 ピンホールアレイ 15 スペーシャルフィルタアレイ 23 光ファイバ Reference Signs List 1 laser light source 2, 6, 21, 22 lens 3 acousto-optic element (optical path control element) 4 drive circuit 5 half mirror 7 device under test 8 photodetector 9 polarization beam splitter 10 wavelength plate 11 mirror 12 actuator 13 retroreflector 14 pin Hole array 15 Spatial filter array 23 Optical fiber

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 19/00 - 21/00 G02B 21/06 - 21/36 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 19/00-21/00 G02B 21/06-21/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ光源と、このレーザ光源の出力光
の光路を光軸に対して直交する2次元方向に変化させる
光路制御素子と、この光路制御素子の出力光を被測定物
に導く測定光学系と、前記被測定物からの被測定光を検
出する光検出器を備えた共焦点レーザ顕微鏡において、 前記測定光学系に、ビーム分岐要素と、反射光学要素
と、この反射光学要素を光軸方向に沿って変位させるア
クチュエータを設け、反射光学要素の位置に応じてレー
ザ光源と被測定物との光路長を変化させることを特徴と
する共焦点レーザ顕微鏡。
1. A laser light source, an optical path control element for changing an optical path of output light of the laser light source in a two-dimensional direction orthogonal to an optical axis, and a measurement for guiding the output light of the optical path control element to an object to be measured. In a confocal laser microscope provided with an optical system and a photodetector for detecting light to be measured from the object to be measured, the measuring optical system includes a beam splitting element, a reflecting optical element, and a light reflecting element. A confocal laser microscope comprising an actuator for displacing along an axial direction, and changing an optical path length between a laser light source and an object to be measured according to a position of a reflection optical element.
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US8817240B2 (en) * 2012-05-25 2014-08-26 Mitutoyo Corporation Interchangeable optics configuration for a chromatic range sensor optical pen
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