JP3372307B2 - Sampling signal generator and scanning optical microscope - Google Patents
Sampling signal generator and scanning optical microscopeInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザプリン
タ、バーコードリーダ等に使用され、光偏向手段からの
光の集光位置からサンプリング信号を生成するサンプリ
ング信号発生装置およびこれを用いた走査型光学顕微鏡
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in, for example, a laser printer, a bar code reader, etc., and a sampling signal generating device for generating a sampling signal from the condensing position of light from an optical deflecting means, and a scanning type using the same. Regarding an optical microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】光偏向器の偏向位置を検出する手段は、
特開昭63−267991号公報に開示れており、図1
1はその実施例を示すもので、走査レーザダイオード1
01から発生したレーザビーム111はコリメータレン
ズ102で平行になりガルバノミラー103に入射す
る。ガルバノミラー103で偏向されたレーザビームは
逆サインレンズ104を通り感光板105上に結像す
る。2. Description of the Related Art A means for detecting the deflection position of an optical deflector is
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-267991, FIG.
Reference numeral 1 shows an embodiment of the scanning laser diode 1
The laser beam 111 generated from 01 becomes parallel by the collimator lens 102 and is incident on the galvanometer mirror 103. The laser beam deflected by the galvanometer mirror 103 passes through the inverse sine lens 104 and forms an image on the photosensitive plate 105.
【0003】一方、タイミングレーザダイオード106
を出たレーザビームは、凸レンズ107を通りガルバノ
ミラー103で偏向される。この偏向されたレーザビー
ムは格子108を通り集光レンズ109で集められ光検
出器110に入射する。光検出器からの出力は、レーザ
ビームが格子108を通過するたびにパルスを出力す
る。この場合、格子108のパターンを変えることで任
意のガルバノミラー103の位置に対応するパルスを得
ることができる。On the other hand, the timing laser diode 106
The laser beam emitted from the laser beam passes through the convex lens 107 and is deflected by the galvanometer mirror 103. The deflected laser beam passes through the grating 108, is collected by the condenser lens 109, and is incident on the photodetector 110. The output from the photodetector outputs a pulse each time the laser beam passes through the grating 108. In this case, by changing the pattern of the grating 108, a pulse corresponding to the position of the arbitrary galvanometer mirror 103 can be obtained.
【0004】例えば、このパルスを画像のサンプリング
信号に用いる場合、ガルバノミラー103の動きが多少
不正確であっても、ガルバノミラー103の位置は格子
108により正確に検出できる。このため格子108を
もとにしたパルス信号をサンプリング信号として用いれ
ば正確な画像を得ることができる。For example, when this pulse is used as an image sampling signal, the position of the galvanometer mirror 103 can be accurately detected by the grating 108 even if the movement of the galvanometer mirror 103 is somewhat inaccurate. Therefore, if a pulse signal based on the grating 108 is used as a sampling signal, an accurate image can be obtained.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
に開示されていてる技術では、偏向角が一定の場合にし
か対応できない。このため、画像をフレームメモリに保
存するような場合、フレームメモリの縦と横のサイズ
は、例えば512×512のようにある一定した値を持
つ。このため、画像のサンプリングパルスの数も一定で
なければならない。ここで、従来の技術では、格子10
8の一端から他端までレーザビームを偏向した場合、光
検出器110から出てくるパルス数をNとすると、偏向
角を半分にした場合、光検出器110から出てくるパル
ス数はN/2と半分になり、必要なサンプリングパルス
数を確保できない。サンプリングパルス数をNにするに
は、例えばピッチを倍にした格子108に換えなければ
ならない。However, as shown in FIG.
The technique disclosed in US Pat. No. 6,096,839 can only deal with the case where the deflection angle is constant. Therefore, when the image is stored in the frame memory, the vertical and horizontal sizes of the frame memory have a certain fixed value such as 512 × 512. Therefore, the number of sampling pulses of the image also has to be constant. Here, in the conventional technique, the grid 10
When the laser beam is deflected from one end to the other end of 8 and the number of pulses emitted from the photodetector 110 is N, the number of pulses emitted from the photodetector 110 is N / when the deflection angle is halved. The number is halved to 2, and the required number of sampling pulses cannot be secured. In order to set the number of sampling pulses to N, it is necessary to replace the grating 108 with a double pitch, for example.
【0006】このようなことから、予めピッチの細かい
格子108を用いることも考えられるが、偏向角を連続
的に変化させるような場合、すべての偏向角に対応する
ピッチを格子108で実現するのは不可能である。From the above, it is conceivable to use the grating 108 having a fine pitch in advance, but when the deflection angle is continuously changed, the pitch corresponding to all the deflection angles is realized by the grating 108. Is impossible.
【0007】また、従来の技術が偏向角が一定であるた
め、これを走査型光学顕微鏡に使用する場合には、対物
レンズを変えなければ、画像を拡大、縮小することがで
きない。Further, since the conventional technique has a constant deflection angle, when this is used in a scanning optical microscope, the image cannot be enlarged or reduced unless the objective lens is changed.
【0008】本発明は、光偏向手段の偏向角が変化して
も必要なサンプリング信号を安定して正確に得ることが
できるサンプリング信号発生装置、ならびに対物レンズ
を変えずに画像を拡大、縮小できる走査型光学顕微鏡を
提供することを目的とする。According to the present invention, a sampling signal generator capable of stably and accurately obtaining a required sampling signal even if the deflection angle of the light deflecting means changes, and an image can be enlarged or reduced without changing the objective lens. An object is to provide a scanning optical microscope.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、光源の光を偏向する光
偏向手段と、この光偏向手段に照射し反射した光を集光
する集光手段と、この集光手段によって集光した位置に
配置され、光位置に応じた電気信号を出力する光位置検
出手段と、前記光偏向手段の偏向角に応じた値に予め設
定された基準電気信号を出力する基準信号発生手段と、
この基準信号発生手段からの基準電気信号と前記光位置
検出手段からの電気信号を入力し、両電気信号が一致し
たとき信号を出力する比較手段と、この比較手段からの
出力信号が入力されたときパルス信号を出力するパルス
発生手段と、を具備したサンプリング信号発生装置であ
る。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a light deflecting means for deflecting the light of a light source, and the light reflected by the light deflecting means. The light collecting means, the light position detecting means arranged at the position where the light is collected by the light collecting means and outputting an electric signal according to the light position, and a value according to the deflection angle of the light deflecting means are set in advance. Reference signal generating means for outputting a reference electric signal,
The reference electric signal from the reference signal generating means and the electric signal from the optical position detecting means are inputted, and the comparing means for outputting a signal when both electric signals match, and the output signal from the comparing means are inputted. And a pulse generating means for outputting a pulse signal when the sampling signal generating device.
【0010】上記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、光源の光を偏向する光偏向手段と、この光
偏向手段に照射し反射した光を集光する集光手段と、こ
の集光手段によって集光した位置に配置され、光位置に
応じた電気信号を出力する複数の特性の異なる光位置検
出手段と、前記光偏向手段で反射された光を前記光位置
検出手段にそれぞれ導く光学手段と、前記光偏向手段の
偏向角に応じた値に予め設定された基準電気信号を出力
する基準信号発生手段と、この各光位置検出手段の内偏
向角に応じて選択された光位置検出手段から出力される
電気信号と、前記基準信号発生手段から出力される電気
信号を入力し、両電気信号が一致したとき信号を出力す
る比較手段と、この比較手段からの出力信号が入力され
たときパルス信号を出力するパルス発生手段と、を具備
したサンプリング信号発生装置である。In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 2 is an optical deflecting means for deflecting the light of a light source, a condensing means for condensing the light radiated to the light deflecting means and condensing the reflected light. A plurality of optical position detecting means arranged at a position condensed by the condensing means and outputting an electric signal according to the optical position and having different characteristics, and the light reflected by the optical deflecting means are respectively transmitted to the optical position detecting means. Optical means for guiding, reference signal generating means for outputting a reference electric signal preset to a value according to the deflection angle of the light deflecting means, and light selected according to the inner deflection angle of each light position detecting means. Inputting the electric signal output from the position detecting means and the electric signal output from the reference signal generating means, and outputting a signal when both electric signals match, the output signal from the comparing means is input. When pulse signal A pulse generating means for outputting a sampling signal generator provided with the.
【0011】上記目的を達成するため、請求項3に対応
する発明は、請求項1記載の集光手段として、複数の焦
点距離の異なるレンズを使用し、前記光偏向手段の偏向
角に応じて最適なレンズが光路に挿入される構成とした
ことを特徴とするサンプリング信号発生装置である。In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 uses a plurality of lenses having different focal lengths as the light converging means according to claim 1, and according to the deflection angle of the light deflecting means. The sampling signal generating device is characterized in that an optimum lens is inserted in the optical path.
【0012】上記目的を達成するため、請求項4に対応
する発明は、請求項1記載の集光手段として、ズームレ
ンズを使用したことを特徴とするサンプリング信号発生
装置である。In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 4 is a sampling signal generating device characterized in that a zoom lens is used as the light converging means according to claim 1.
【0013】上記目的を達成するため、請求項5に対応
する発明は、請求項1記載の光偏向手段の偏向角が光学
的に無効倍率に相当する場合は、予め決められたサンプ
リング信号に切換える構成としたことを特徴とするサン
プリング信号発生装置である。To achieve the above object, the invention according to claim 5 switches to a predetermined sampling signal when the deflection angle of the optical deflecting means according to claim 1 optically corresponds to an invalid magnification. A sampling signal generator having a configuration.
【0014】上記目的を達成するため、請求項6に対応
する発明は、請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載
のサンプリング信号発生装置を備えたことを特徴とする
走査型光学顕微鏡である。In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 6 is characterized by comprising the sampling signal generator according to any one of claims 1 to 5. It is a scanning optical microscope.
【0015】[0015]
【作用】請求項1に対応する発明によれば、光位置検出
手段は受光面に入射した光の位置を電気信号として出力
するため、光偏向手段が連続可変となっても問題なく光
位置検出ができる。また、光位置検出手段からの電気信
号と、基準信号発生手段からの基準信号が一致したと
き、パルス発生手段からサンプリングパルス信号が出力
されるので、歪みのない画像が生成できる。According to the invention according to claim 1, since the light position detecting means outputs the position of the light incident on the light receiving surface as an electric signal , there is no problem even if the light deflecting means is continuously variable. You can Further, when the electric signal from the optical position detecting means and the reference signal from the reference signal generating means coincide with each other, the sampling pulse signal is output from the pulse generating means, so that an image without distortion can be generated.
【0016】請求項2に対応する発明によれば、複数の
特性の異なる光位置検出手段を有しているので、光偏向
手段の偏向角が小さくなるにつれて、感度の高い光位置
検出手段を使用することにより、確実にサンプリング信
号を発生させることができる。According to the invention corresponding to claim 2, since the plurality of light position detecting means having different characteristics are provided, the light position detecting means having high sensitivity is used as the deflection angle of the light deflecting means becomes smaller. By doing so, it is possible to reliably generate the sampling signal.
【0017】請求項3に対応する発明によれば、ズーム
レンズの場合に比べて簡単な構成で偏向角が小さくなっ
ても確実にサンプリング信号を発生させることができ
る。請求項4に対応する発明によれば、光偏向手段によ
る偏向角が小さくなっても、ズームレンズによって光位
置検出手段の走査幅を一定にすることができ、従って、
一つの光位置検出手段を用いる場合、偏向角が小さくな
っても確実にサンプリング信号を発生させることができ
る。According to the third aspect of the invention, the sampling signal can be reliably generated with a simpler structure than the case of the zoom lens even if the deflection angle becomes small. According to the invention corresponding to claim 4, even if the deflection angle by the light deflecting means becomes small, the scanning width of the light position detecting means can be made constant by the zoom lens.
When one optical position detecting means is used, the sampling signal can be surely generated even if the deflection angle becomes small.
【0018】請求項5に対応する発明によれば、光偏向
手段の偏向角が光学的に無効倍率に相当する場合には、
予め決められたサンプリング信号に切換えるように構成
したので、次の作用効果が得られる。すなわち、光偏向
手段の偏向角がかなり小さい領域では、光偏向手段は理
想的な状態に近い動作をしていると考えられる。従っ
て、光偏向手段の位置を検出する回路から理想動作をし
ていると仮定したサンプリング信号発生装置に切替え、
光学系を簡素化できる。According to the fifth aspect of the invention, when the deflection angle of the light deflecting means optically corresponds to the ineffective magnification,
Since the sampling signal is switched to the predetermined sampling signal, the following effects can be obtained. That is, in the region where the deflection angle of the light deflecting means is considerably small, it is considered that the light deflecting means operates in an almost ideal state. Therefore, the circuit for detecting the position of the light deflecting means is switched to the sampling signal generator which is assumed to be operating ideally,
The optical system can be simplified.
【0019】請求項6に対応する発明は、請求項1〜5
のいずれか一つに記載のサンプリング信号発生装置を備
えたので、対物レンズを変えずに、画像を拡大・縮小で
きる走査型光学顕微鏡を提供できる。The invention corresponding to claim 6 is defined by claims 1 to 5.
Bei sampling signal generating apparatus according to any one of
Thus , it is possible to provide a scanning optical microscope capable of enlarging / reducing an image without changing the objective lens.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明による第1実施例を示す概略
構成図である。この主たる構成は、光源を構成するレー
ザ光源10からのレーザビーム11を偏向する光偏向手
段を構成する共振型ガルバノスキャナー3と、このガル
バノスキャナー3に照射し反射した光を集光する集光手
段を構成する集光レンズ13と、この集光レンズ13に
よって集光した位置に配置され、光位置に応じたアナロ
グ電気信号を出力する光位置検出手段を構成する半導体
位置検出素子(PSD)14と、ガルバノスキャナー3
の偏向角θに応じた値に予め設定された基準電気信号を
出力する基準信号発生手段を構成するアドレスカウンタ
ー20、メモリ19、デジタル・アナログ変換回路(D
/A)21、可変利得増幅器22とからなっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment according to the present invention. The main configuration is a resonance type galvano scanner 3 which constitutes a light deflecting means for deflecting a laser beam 11 from a laser light source 10 which constitutes a light source, and a condensing means for condensing the light reflected by the galvano scanner 3. And a semiconductor position detecting element (PSD) 14 arranged at a position condensed by the condensing lens 13 and forming an optical position detecting means for outputting an analog electric signal according to the optical position. , Galvo scanner 3
Address counter 20, a memory 19, a digital-analog converter circuit (D) which constitutes a reference signal generating means for outputting a reference electric signal preset to a value corresponding to the deflection angle θ of
/ A) 21 and a variable gain amplifier 22.
【0021】また、基準信号発生手段からの基準電気信
号と光位置検出素子14からの電気信号を入力し、両電
気信号が一致したとき信号を出力する比較手段を構成す
る比較回路23と、比較回路23からの出力信号が入力
されたときパルス信号を出力するパルス発生手段を構成
するワンショットタイマー29とからなっている。Further, the reference electric signal from the reference signal generating means and the electric signal from the optical position detecting element 14 are input, and a comparison circuit 23 constituting a comparing means for outputting a signal when both electric signals match is compared with the comparison circuit 23. It comprises a one-shot timer 29 which constitutes a pulse generating means for outputting a pulse signal when the output signal from the circuit 23 is inputted.
【0022】レーザ光源1から出たレーザビーム2は共
振型ガルバノスキャナー3に取り付けられたミラー4の
表面4Aで反射する。偏向がおこなわれていない状態で
は、レーザビーム2は光軸5と一致している。A laser beam 2 emitted from a laser light source 1 is reflected by a surface 4A of a mirror 4 attached to a resonant galvanometer scanner 3. The laser beam 2 coincides with the optical axis 5 in a state where no deflection is performed.
【0023】共振型ガルバノスキャナー3は、以下に述
べる駆動回路9からの駆動信号の大きさに応じて駆動す
る。すなわち、コンピュータ6から出力される駆動開始
信号が波形発生回路7に出され、この波形発生回路7は
共振型ガルバノスキャナー3を駆動するための駆動信号
を発生する。この駆動信号は、可変利得増幅器8、駆動
回路9を通して、共振型ガルバノスキャナー3に伝えら
れる。共振型ガルバノスキャナー3では、駆動回路9か
らの駆動信号の大きさに応じて角度θでミラー4が振動
する。レーザビーム2は光軸5を中心に対称にX1 から
X2 の間を角度2θで偏向する。The resonance type galvano scanner 3 is driven according to the magnitude of a drive signal from a drive circuit 9 described below. That is, the drive start signal output from the computer 6 is output to the waveform generation circuit 7, and the waveform generation circuit 7 generates a drive signal for driving the resonance type galvano scanner 3. This drive signal is transmitted to the resonance type galvano scanner 3 through the variable gain amplifier 8 and the drive circuit 9. In the resonance type galvano scanner 3, the mirror 4 vibrates at an angle θ according to the magnitude of the drive signal from the drive circuit 9. The laser beam 2 is deflected symmetrically about the optical axis 5 between X 1 and X 2 at an angle 2θ.
【0024】次に、ミラー4の位置検出機能について説
明する。レーザ光源10から出たレーザビーム11はコ
リメータレンズ12で平行光束になる。ミラー4の裏面
4Bで反射したレーザビームは、集光レンズ13を通り
半導体位置検出素子(PSD)14上に集光する。PS
D14の受光面15の中心Oは光軸16にほぼ一致する
ように配置されている。偏向がおこなわれていない状態
では、レーザビーム11の集光点は光軸16と一致して
いる。集光点はミラー4の回動に合わせてPSD14の
受光面15上を移動する。Next, the function of detecting the position of the mirror 4 will be described. The laser beam 11 emitted from the laser light source 10 is collimated by the collimator lens 12. The laser beam reflected by the back surface 4B of the mirror 4 passes through the condenser lens 13 and is condensed on the semiconductor position detecting element (PSD) 14. PS
The center O of the light receiving surface 15 of D14 is arranged so as to substantially coincide with the optical axis 16. The converging point of the laser beam 11 coincides with the optical axis 16 in the state where the deflection is not performed. The condensing point moves on the light receiving surface 15 of the PSD 14 according to the rotation of the mirror 4 .
【0025】PSD14は図2に示すように、受光面1
5に入射した光の位置に応じた信号を発生する素子であ
る。例えば受光面15の光軸16からZだけ離れた位置
に光が入射したとする。両端の端子17,18に発生す
る電流I1 、I2 は、受光面15の長さを2L、総電流
をIとすると、
I1 =(L+Z)×I/2L
I2 =(L−Z)×I/2L
となる。電流I1 、I2 の和と差の比は、
(I1 −I2 )/(I1 +I2 )=Z/L …(1)
となり、電流値から入射光の位置が判明する。The PSD 14 is, as shown in FIG.
5 is an element that generates a signal corresponding to the position of the light incident on the light source 5. For example, it is assumed that light is incident on the light receiving surface 15 at a position apart from the optical axis 16 by Z. When the length of the light receiving surface 15 is 2L and the total current is I, the currents I 1 and I 2 generated at the terminals 17 and 18 at both ends are: I 1 = (L + Z) × I / 2L I 2 = (L−Z ) × I / 2L. The ratio of the sum of the currents I 1 and I 2 to the difference is (I 1 −I 2 ) / (I 1 + I 2 ) = Z / L (1), and the position of the incident light is found from the current value.
【0026】図1において、レーザビーム11は光軸1
6をはさんで角度2θで偏向する。集光点がPSD14
の受光面15上を15Aと15Bの間(長さlh)で移
動する。当然lhはPSD14の受光面15の長さ2L
より短くなければならないから、集光レンズ13の焦点
距離fは、
f×tan2θ1 =lh<2L
を満足するような値が選ばれる。In FIG. 1, the laser beam 11 has an optical axis 1.
Deflection at an angle 2θ with 6 in between. The condensing point is PSD14
It moves on the light receiving surface 15 between 15A and 15B (length lh). Naturally, 1h is the length of the light receiving surface 15 of the PSD 14 is 2L
Since it has to be shorter, the focal length f of the condensing lens 13 is selected such that f × tan2θ 1 = 1h <2L.
【0027】サンプリング数をNとすると、サンプリン
グ間隔lsは
ls=lh/N
となる。すなわち、PSD14の受光面15上をレーザ
ビーム11がls移動するたびに、サンプリング信号が
発生すればよい。n番目における位置信号は式(1)で
Z=n×lsとすれば求まる。When the number of samplings is N, the sampling interval ls is ls = 1h / N. That is, a sampling signal may be generated every time the laser beam 11 moves on the light receiving surface 15 of the PSD 14 by ls. The position signal at the n-th position can be obtained by setting Z = n × ls in Expression (1).
【0028】次に、サンプリング信号の発生手段につい
て説明する。メモリ(基準電圧RAM)19には、1番
目からN番目まで、式(1)でZ=n×ls(n=1〜
N)で得られた位置信号に対応した基準電圧データが記
憶されている。偏向の開始に先立って、メモリ19の1
番目の基準電圧データが記憶されているアドレスの値
が、コンピュータ6よりアドレスカウンター20にセッ
トされる。アドレスがメモリ19に出力されると、1番
目の基準電圧データがメモリ19よりデジタル・アナロ
グ変換回路(D/A)21ー可変利得増幅器22を通し
て比較回路23の一方の入力端子23Aに出力される。Next, a sampling signal generating means will be described. In the memory (reference voltage RAM) 19, from the first to the Nth, Z = n × ls (n = 1 to 1) in the equation (1).
Reference voltage data corresponding to the position signal obtained in N) is stored. Prior to the start of the deflection, 1 in the memory 19
The value of the address in which the th reference voltage data is stored is set in the address counter 20 by the computer 6. When the address is output to the memory 19, the first reference voltage data is output from the memory 19 to one input terminal 23A of the comparison circuit 23 through the digital / analog conversion circuit (D / A) 21 and the variable gain amplifier 22. .
【0029】次に偏向が開始されると、レーザビームが
PSD14の受光面15上を移動しはじめる。PSD1
4の両端からの出力信号はアンプ24、25で増幅され
たあと、そこから加算回路26で和信号が、また減算回
路27で差信号が作られる。Next, when the deflection is started, the laser beam starts moving on the light receiving surface 15 of the PSD 14. PSD1
Output signals from both ends of 4 are amplified by amplifiers 24 and 25, and then a sum signal is produced by an adder circuit 26 and a difference signal is produced by a subtractor circuit 27 therefrom.
【0030】さらに、式(1)を行うために割算器28
に入力し、この出力信号は比較回路23のもう一方の入
力端子23Bに入力される。入力端子23Aの信号レベ
ルに対して、入力端子23Bの信号レベルが大きい間は
比較回路23の出力はLOWである。入力端子23Bの
信号レベルがだんだん小さくなって入力端子23Aの信
号レベルより小さくなると、比較回路23の出力はHI
GHに変化する。比較回路23の出力はワンショットタ
イマー29にそのまま伝達されるが、ワンショットタイ
マー29ではある一定の時間が経過すると出力がHIG
HからLOWへ変化する。Further, the divider 28 is used to perform the equation (1).
And the output signal is input to the other input terminal 23B of the comparison circuit 23. The output of the comparison circuit 23 is LOW while the signal level of the input terminal 23B is higher than the signal level of the input terminal 23A. When the signal level of the input terminal 23B gradually decreases and becomes lower than the signal level of the input terminal 23A, the output of the comparison circuit 23 becomes HI.
Change to GH. The output of the comparison circuit 23 is transmitted as it is to the one-shot timer 29, but the output of the one-shot timer 29 becomes HIG after a certain period of time.
Change from H to LOW.
【0031】ワンショットタイマー29の出力におい
て、LOWからHIGHへ変化する時の立ち上がり信号
がサンプリング信号となり、このサンプリング信号がア
ナログ・デジタル変換回路(A/D)30に入力され
る。アナログ・デジタル変換回路30には、試料31を
通過したレーザビーム2を、フォトダイオード32で光
電変換したアナログの画像信号も出力しており、サンプ
リング信号によりアナログ画像信号がデジタル画像デー
タに変換される。At the output of the one-shot timer 29, the rising signal when changing from LOW to HIGH becomes a sampling signal, and this sampling signal is input to the analog / digital conversion circuit (A / D) 30. The analog-digital conversion circuit 30 also outputs an analog image signal obtained by photoelectrically converting the laser beam 2 that has passed through the sample 31 by the photodiode 32, and the analog image signal is converted into digital image data by the sampling signal. .
【0032】一方、ワンショットタイマー29の出力に
おいて、HIGHからLOWへ変化する時の立ち下がり
信号がカウンター信号になり、アドレスカウンター20
の値が一つ進み、メモリ19の2番目の基準電圧データ
が記憶されているアドレスがセットされる。以上のよう
に、メモリ19のN番目の基準電圧データが出力される
まで、上記動作が繰り返し行われる。On the other hand, at the output of the one-shot timer 29, the falling signal when changing from HIGH to LOW becomes a counter signal, and the address counter 20
Is incremented by one, and the address of the memory 19 where the second reference voltage data is stored is set. As described above, the above operation is repeated until the Nth reference voltage data of the memory 19 is output.
【0033】次に、ガルバノスキャナー3の偏向角が変
化した場合について述べる。偏向角がθの時のPSD1
4の出力信号の振幅をVとする。サンプリング数はNで
あるから、次にサンプリング信号を得るために、デジタ
ル・アナログ変換回路21から出力される基準電圧の変
化量はV/Nとなる。Next, the case where the deflection angle of the galvano scanner 3 changes will be described. PSD1 when the deflection angle is θ
The amplitude of the output signal of 4 is V. Since the number of samplings is N, the amount of change in the reference voltage output from the digital-analog conversion circuit 21 is V / N in order to obtain the next sampling signal.
【0034】偏向角がθ/2になった場合、PSD14
の出力信号の振幅はV/2になる。従って、基準電圧の
変化量も偏向角がθの時の1/2に設定しなければなら
ない。偏向角の設定はコンピュータ6で行われる。コン
ピュータ6は駆動信号の発生前に、可変利得増幅器8、
22に設定された偏向角に応じた利得のデータを出力す
る。このデータをもとに、偏向角および基準電圧の変化
量の設定が行われる。When the deflection angle becomes θ / 2, PSD14
The output signal has an amplitude of V / 2. Therefore, the amount of change in the reference voltage must also be set to 1/2 of that when the deflection angle is θ. The deflection angle is set by the computer 6. The computer 6 has a variable gain amplifier 8,
Outputs the gain data according to the deflection angle set to 22 .
It The deflection angle and the amount of change in the reference voltage are set based on this data.
【0035】ここで、偏向角がθの時と同じタイミング
でサンプリング信号を得るには、上記の方法以外に以下
の方法がある。
(1)図1の回路において、メモリ19内に、図3に示
すように全ての偏向角に対応する複数の基準電圧データ
を用意する。例えば、図3において、偏向角がθの場合
は、アドレスカウンタには0010がセットされる。ま
た、偏向角をθ/3に変更した場合にはアドレスカウン
タには0030がセットされる。Here, in order to obtain the sampling signal at the same timing as when the deflection angle is θ, there is the following method in addition to the above method. (1) In the circuit of FIG. 1, a plurality of reference voltage data corresponding to all deflection angles are prepared in the memory 19 as shown in FIG. For example, in FIG. 3, when the deflection angle is θ, 0010 is set in the address counter. When the deflection angle is changed to θ / 3, 0030 is set in the address counter.
【0036】(2)図1の回路において割算器28の出
力と比較回路23の間に、図4に示すように可変利得増
幅器40を設け、比較回路23の入力端子23Bへの入
力電圧が常に偏向角がθの時の電圧になるようにする。(2) In the circuit of FIG. 1, a variable gain amplifier 40 is provided between the output of the divider 28 and the comparison circuit 23 as shown in FIG. 4, and the input voltage to the input terminal 23B of the comparison circuit 23 is The voltage is always set so that the deflection angle is θ.
【0037】次に、図1の回路においてサンプリング信
号の発生が可能な、偏向角の可変範囲について考えてみ
る。サンプリング信号に関わる要因のうち、PSD14
の位置分解能について述べる。PSD14の性能は各社
異なるが、SiTek社のモデル1L10を使って説明
する。1L10は受光面の長さが10mm、位置分解能
は1.6μmである。分解点数Mは、
M=10/1.6×10-3
=6250
サンプリング数をN=1024とすると、
1024/6250で約1/6
すなわち、偏向角θの1/6までは1024のサンプリ
ング数は得られるが、それより小さい偏向角に対応でき
なくなる。従って、本実施例は、偏向角がθからθ/6
の範囲で使用する場合に適用される。もちろん、サンプ
リング数が少なくなれば、θ/6より小さい偏向角まで
適用できる。Next, let us consider the variable range of the deflection angle in which the sampling signal can be generated in the circuit of FIG. Of the factors related to the sampling signal, PSD14
The position resolution of will be described. Although the performance of the PSD 14 is different for each company, it will be described using the model 1L10 of SiTek. 1L10 has a light-receiving surface length of 10 mm and a positional resolution of 1.6 μm. The number of decomposition points M is: M = 10 / 1.6 × 10 −3 = 6250 Approximately 1/6 at 1024/6250 when the number of samplings is N = 1024, that is, 1024 samplings up to 1/6 of the deflection angle θ. However, it becomes impossible to deal with a smaller deflection angle. Therefore, in this embodiment, the deflection angle is from θ to θ / 6.
It applies when used in the range of. Of course, if the number of samplings decreases, a deflection angle smaller than θ / 6 can be applied.
【0038】次に、本発明の第2実施例について図5を
参照して説明する。ここでは、簡単のためにミラー位置
検出機構の部分に限定して述べる。図1と同じ構成要素
については同じ番号を付し、その説明は省略する。本発
明の実施例では、特性の異なる複数のPSD52,5
3,54を用意し、またハーフミラー50,51、減光
フィルタ56,57、スイッチ55を用意し、ミラー4
の偏向角の変化に応じて最適のPSD52〜54を選択
し、そこからサンプリング信号を得る構成になってい
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, for simplicity, only the mirror position detection mechanism will be described. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the embodiment of the present invention, a plurality of PSDs 52, 5 having different characteristics are provided.
3 and 54, half mirrors 50 and 51, neutral density filters 56 and 57, and a switch 55, and the mirror 4
The optimum PSDs 52 to 54 are selected according to the change in the deflection angle of and the sampling signal is obtained from the selected PSDs.
【0039】レーザ光源10から出たレーザビーム11
はコリメータレンズ12で平行光束になる。ミラー4の
裏面4Bで反射したレーザビームは、集光レンズ13・
第1のハーフミラー50を通り、第1のPSD52上に
集光する。第1のハーフミラー50で反射されたレーザ
ビームは第2のハーフミラー51で分割される。第2の
ハーフミラー51で反射・透過したレーザビームはそれ
ぞれ、第2・第3のPSD53、54に入射する。5
6、57は減光フィルタで、PSD52、53、54に
入射する光量が均等になるようにする役目をする。Laser beam 11 emitted from laser light source 10
Becomes a parallel light beam by the collimator lens 12. The laser beam reflected by the back surface 4B of the mirror 4 is collected by the condenser lens 13
The light passes through the first half mirror 50 and is condensed on the first PSD 52. The laser beam reflected by the first half mirror 50 is split by the second half mirror 51. The laser beams reflected and transmitted by the second half mirror 51 are incident on the second and third PSDs 53 and 54, respectively. 5
Reference numerals 6 and 57 denote neutral density filters, which serve to equalize the amounts of light incident on the PSDs 52, 53, and 54.
【0040】本実施例のPSD52、53、54は、そ
れぞれ特性が異なったものを使用する。具体的にSiT
ek社の製品を用いた場合について説明する。SiTe
k社の製品は以下の特性の異なるものがあり、それぞれ
をPSD52、53、54に対応させる。The PSDs 52, 53, 54 of this embodiment have different characteristics. Specifically, SiT
A case where a product of ek company is used will be described. SiTe
The products of company k have the following different characteristics, and they correspond to PSDs 52, 53, and 54, respectively.
【0041】
モデル名 受光面 分解能
PSD 52 1L10 10 mm 1.6μm
PSD 53 1L5 5 mm 0.8μm
PSD 54 1L2.5 2.5mm 0.4μm
レーザビーム11がPSD52〜54の受光面の左端
(Z=L)にきた時の位置信号PL は、式(1)で電流
を電圧に換算して(I1 →V1 ,I2 →V2 )
(V1 −V2 )/(V1 +V2 )=1
V1 +V2 =10Vとすると、
PL =(V1 −V2 )=10V
PSDの受光面の右端(Z=−L)にきた時の位置信号
PR は、
(V1 −V2 )/(V1 +V2 )=−1
PR =−10V
従って、出力信号の範囲Rは20V(±10V)にな
る。これはどのPSDについても同じである。1サンプ
リングあたりの電圧の変化量Δは、
Δ=R/N(Nはサンプリング数)
となる。Model Name Photoreceptive Surface Resolution PSD 52 1L10 10 mm 1.6 μm PSD 53 1L5 5 mm 0.8 μm PSD 54 1L2.5 2.5 mm 0.4 μm The laser beam 11 is at the left end (Z = The position signal P L when it comes to L) is obtained by converting the current into the voltage by the formula (1) (I 1 → V 1 , I 2 → V 2 ) (V 1 −V 2 ) / (V 1 + V 2). ) = If 1 V 1 + V 2 = a 10V, the position signals P R when came to P L = (V 1 -V 2 ) = 10V PSD of the right end of the light-receiving surface (Z = -L), (V 1 - V 2) / (V 1 + V 2) = - 1 P R = -10V Therefore, the range R of the output signal becomes 20V (± 10V). This is the same for any PSD. The voltage change amount Δ per sampling is Δ = R / N (N is the number of samplings).
【0042】ここで、最大偏向角をθとし、この時のレ
ーザビーム11の振れ幅は、PSD52の受光面の長さ
に一致するようになっているとする。この状態で偏向角
を変えた場合に、各PSD52〜54が発生する電圧の
変化量Δを算出すると以下のようになる。(簡単のため
にN=1000とする。)Here, it is assumed that the maximum deflection angle is θ, and the swing width of the laser beam 11 at this time matches the length of the light receiving surface of the PSD 52. When the deflection angle is changed in this state, the change amount Δ of the voltage generated by each PSD 52 to 54 is calculated as follows. (For simplicity, N = 1000.)
【0043】[0043]
【表1】 [Table 1]
【0044】PSD52で角度θ/4の時、電圧を増幅
して20mVにすることは可能である。しかし、同時に
ノイズも増幅し比較回路23での判定が不安定になり、
安定したサンプリング信号を得ることができない。従っ
て、偏向角が小さくなるのにあわせて、受光面の小さい
PSDを用いるようにすることが良いことは表1から明
らかである。When the angle at the PSD 52 is θ / 4, it is possible to amplify the voltage to 20 mV. However, at the same time, the noise is also amplified and the judgment in the comparison circuit 23 becomes unstable,
A stable sampling signal cannot be obtained. Therefore, it is clear from Table 1 that it is preferable to use a PSD with a small light receiving surface as the deflection angle becomes smaller.
【0045】偏向角にあわせて最適のPSDの信号を選
択できるようにするため、それぞれのPSDの出力信号
をスイッチ55に入力する。スイッチ55はコンピュー
タ6からの選択信号に応じて、(A1,A2)、(B
1,B2)、(C1,C2)のいずれかの信号を選ぶ。The output signal of each PSD is input to the switch 55 so that the optimum PSD signal can be selected according to the deflection angle. The switch 55 responds to a selection signal from the computer 6 by selecting (A1, A2), (B
1, B2) or (C1, C2) signal is selected.
【0046】上記例では、θ〜θ/2は信号(A1,A
2)を使用する。θ/2〜θ/4は信号(B1,B2)
を使用する。In the above example, θ to θ / 2 are signals (A1, A
Use 2). θ / 2 to θ / 4 are signals (B1, B2)
To use.
【0047】θ/4〜は信号(C1,C2)を使用す
る。というように選択条件を決めておけばよい。選ばれ
た信号は、アンプ24、25で増幅されたあと、そこか
ら加算回路26で和信号、減算回路27で差信号が作ら
れる。そして、和信号と差信号が割算器28に入力し、
出力信号は比較回路23へ送られる。Signals (C1, C2) are used for θ / 4 and above. It suffices to determine the selection conditions such as. The selected signals are amplified by the amplifiers 24 and 25, and thereafter, a sum signal is produced by the adder circuit 26 and a difference signal is produced by the subtractor circuit 27. Then, the sum signal and the difference signal are input to the divider 28,
The output signal is sent to the comparison circuit 23.
【0048】以上のように本発明の第2実施例では、偏
向角にあわせて最適のPSD52〜54の信号を選択で
きるようになっている。このため、第1実施例に比べ
て、より小さな偏向角に対しても安定したサンプリング
信号を得ることができる。As described above, in the second embodiment of the present invention, the optimum PSD 52 to 54 signals can be selected according to the deflection angle. Therefore, compared to the first embodiment, a stable sampling signal can be obtained even with a smaller deflection angle.
【0049】次に、本発明による第3実施例について図
6を参照して説明する。簡単のためにミラー位置検出機
構の部分に限定して述べる。図1と同じ構成要素につい
ては同じ番号を付し、その説明は省略する。本発明の実
施例では複数の焦点距離数の異なる集光レンズ60,6
2を用い、PSD61の受光面上のレーザビーム11の
幅を一定にするものである。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. For simplicity, only the mirror position detection mechanism will be described. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the embodiment of the present invention, a plurality of condenser lenses 60, 6 having different focal lengths are used.
2 is used to make the width of the laser beam 11 on the light receiving surface of the PSD 61 constant.
【0050】レーザ光源10から出たレーザビーム11
はコリメータレンズ12で平行光束になる。ミラー4の
裏面4Bで反射したレーザビームは、集光レンズ60を
通りPSD61上に集光する。PSD61上のレーザビ
ーム11の振れ幅L1は、偏向角をθ、集光レンズ60
の焦点距離をfとすると、
L1=f×tanθ
となる。次に偏向角が減少しθ/2になったとする。こ
のままでは、当然レーザビームの振れ幅は半分になる。
前述のように振れ幅の減少すると、PSD61からの出
力信号が小さくなり、安定したサンプリング信号が得ら
れにくくなる。本実施例ではPSD61上の長さを偏向
角がθの時と同じにするため、集光レンズ60の代わり
に別の集光レンズ62を光路に挿入する。集光レンズ6
2は焦点距離が集光レンズ60の2倍になっている。こ
のためPSD61上のレーザビームの振れ幅L2は、
L2=2f×tanθ/2
となる。tanθとθが略等しい範囲であれば、L1と
L2が略等しいから、偏向角がθの時と同じように安定
したサンプリング信号が得られる。集光レンズ60,6
2の焦点距離が変わると集光位置も変わるため、集光レ
ンズ60、62の切り換えに合わせてPSD61の位置
も光軸方向に移動させなけれけばならない。Laser beam 11 emitted from laser light source 10
Becomes a parallel light beam by the collimator lens 12. The laser beam reflected by the back surface 4B of the mirror 4 passes through the condenser lens 60 and is condensed on the PSD 61. The deflection width L1 of the laser beam 11 on the PSD 61 has a deflection angle of θ and a condenser lens 60.
Let f be the focal length of, then L1 = f × tan θ. Next, it is assumed that the deflection angle decreases to θ / 2. Under this condition, the oscillation width of the laser beam is naturally halved.
As described above, when the swing width decreases, the output signal from the PSD 61 becomes small, and it becomes difficult to obtain a stable sampling signal. In this embodiment, in order to make the length on the PSD 61 the same as when the deflection angle is θ, another condenser lens 62 is inserted in the optical path instead of the condenser lens 60. Condenser lens 6
In No. 2, the focal length is twice that of the condenser lens 60. Therefore, the swing width L2 of the laser beam on the PSD 61 is L2 = 2f × tan θ / 2. If tan θ and θ are substantially equal to each other, L1 and L2 are substantially equal to each other, so that a stable sampling signal can be obtained as in the case where the deflection angle is θ. Condensing lens 60, 6
Since the focal position changes when the focal length of 2 changes, the position of the PSD 61 must also be moved in the optical axis direction in accordance with the switching of the condenser lenses 60 and 62.
【0051】集光レンズ60、62の切り換えは図7に
示すようにモータ63で行われる。集光レンズ60、6
2は、ベース65上に固定されたレンズ枠64に組み込
まれている。ベース65の下部にはラック66が取り付
けられている。Switching of the condenser lenses 60 and 62 is performed by a motor 63 as shown in FIG. Condensing lens 60, 6
2 is incorporated in a lens frame 64 fixed on a base 65. A rack 66 is attached to the bottom of the base 65.
【0052】一方、モータ63の回転軸にはピニオン6
7が取り付けられており、ピニオン67を介してラック
66と繋がっている。同様にPSD61の移動について
も、ラック58とピニオン59で行われる。On the other hand, the pinion 6 is attached to the rotary shaft of the motor 63.
7 is attached and is connected to the rack 66 via the pinion 67. Similarly, the movement of the PSD 61 is also performed by the rack 58 and the pinion 59.
【0053】偏向角の変更はコンピュータ6で行われ、
偏向角にあった集光レンズ60,62の選択信号がコン
ピュータ6から出される。選択信号はモータ駆動回路6
8、69に送られる。駆動信号によって、モータ63の
回転軸およびピニオン67が回転する。この回転運動が
ラック66で直線運動に変換され、集光レンズ60、6
2やPSD61がY1,Y2の矢印方向に移動する。The deflection angle is changed by the computer 6,
The computer 6 outputs a selection signal for the condenser lenses 60 and 62 that matches the deflection angle. The selection signal is the motor drive circuit 6
Sent to 8, 69. The drive signal causes the rotation shaft of the motor 63 and the pinion 67 to rotate. This rotational movement is converted into linear movement by the rack 66, and the condenser lenses 60, 6
2 and PSD 61 move in the directions of the arrows Y1 and Y2.
【0054】本実施例では集光レンズ60,62が2種
類であったが、それ以上使用しても構わない。また、P
SD61の移動についても、本実施例以外の方法を実施
することも可能である。以上のように、第3実施例によ
れば、偏向角に応じて最適の集光レンズを用いるため、
安定したサンプリング信号が得られる。In the present embodiment, there are two types of condenser lenses 60 and 62, but more lenses may be used. Also, P
As for the movement of the SD 61, it is possible to carry out a method other than this embodiment. As described above, according to the third embodiment, since the optimum condenser lens is used according to the deflection angle,
A stable sampling signal can be obtained.
【0055】本発明による第4実施例について図8を参
照して説明する。ここでは、簡単のためにミラー位置検
出機構の部分に限定して述べる。図1と同じ構成要素に
ついては同じ番号を付し、その説明は省略する。本発明
の実施例では、集光レンズとしてズームレンズ70を使
用し、ズームレンズ70で集光した光をPSD71に導
くように構成したものである。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, for simplicity, only the mirror position detection mechanism will be described. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the embodiment of the present invention, the zoom lens 70 is used as the condenser lens, and the light condensed by the zoom lens 70 is guided to the PSD 71.
【0056】レーザ光源10から出たレーザビーム11
はコリメータレンズ12で平行光束になる。ミラー4の
裏面4Bで反射したレーザビーム11は、ズームレンズ
70を通りPSD71上に集光する。ズームレンズ70
はPSD71の受光面上のレーザビームの幅が一定にな
るように、偏向角に応じて焦点距離が連続的に変化す
る。第3実施例で説明したように、距離が変化するとズ
ームレンズ70やPSD71の位置も変化させなければ
ならない。これは図7のPSDの移動機構を用いればよ
い。Laser beam 11 emitted from laser light source 10
Becomes a parallel light beam by the collimator lens 12. The laser beam 11 reflected by the back surface 4B of the mirror 4 passes through the zoom lens 70 and is focused on the PSD 71. Zoom lens 70
The focal length continuously changes according to the deflection angle so that the width of the laser beam on the light receiving surface of the PSD 71 becomes constant. As described in the third embodiment, the positions of the zoom lens 70 and the PSD 71 must be changed when the distance changes. For this, the moving mechanism of the PSD shown in FIG. 7 may be used.
【0057】次に、本発明による第5実施例について図
9を参照して説明する。ここでは、図1と同じ構成要素
については同一符号を付し、その説明は省略し、かつま
た簡単のために、構成の一部を省略する。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and a part of the configuration will be omitted for simplification.
【0058】本実施例では、図9(a)に示すようにP
SD14をもとに作ったサンプリング信号81と、コン
ピュータ6から発生したサンプリング信号82を、スイ
ッチ80により使い分ける構成となっている。In this embodiment, as shown in FIG.
A switch 80 is used to selectively use a sampling signal 81 generated based on the SD 14 and a sampling signal 82 generated from the computer 6.
【0059】スイッチ80には、PSD14をもとに比
較回路23から出力されるサンプリング信号81と、コ
ンピュータ6からのサンプリング信号82が入力され
る。サンプリング信号81はミラーの位置を正確に反映
している。A sampling signal 81 output from the comparison circuit 23 based on the PSD 14 and a sampling signal 82 from the computer 6 are input to the switch 80. The sampling signal 81 accurately reflects the position of the mirror.
【0060】サンプリング信号82について分解点数
と、画像メモリの点から考えてみる。最大偏向角θの時
の、試料上のレーザビームの走査幅をL、光学系の分解
能をδとする。この光学系の分解点数Mは、
M=L/δ
一方、画像メモリの大きさをN×Nとする。MとNの関
係によって以下のような表示状態がある。M>Nの時
は、画像メモリが不足で、試料情報を間引き表示してい
る状態。M=Nの時は、試料情報を過不足なく表示して
いる状態。M<Nの時は、光学系の分解能以上に細かく
試料情報を表示している状態、いわゆる無効倍率(例え
ば物体の細部の観察にまったく効果をもたらさない高倍
率)の状態。Consider the sampling signal 82 in terms of the number of decomposition points and the image memory. Let L be the scanning width of the laser beam on the sample and δ be the resolution of the optical system at the maximum deflection angle θ. The resolution score M of this optical system is: M = L / δ On the other hand, the size of the image memory is N × N. There are the following display states depending on the relationship between M and N. When M> N, the image memory is insufficient and the sample information is decimated. When M = N, sample information is displayed without excess or deficiency. When M <N, the sample information is displayed more finely than the resolution of the optical system, that is, a so-called ineffective magnification (for example, a high magnification that has no effect on observing the details of the object).
【0061】例えば、顕微鏡の光学系で考えると、10
0倍の対物レンズを用いた場合、L=160μm、δ=
0.25μmであるから、
M=640
となる。画像メモリをN=512とすると、M>Nであ
るから問題ない。For example, considering an optical system of a microscope, 10
When a 0 × objective lens is used, L = 160 μm, δ =
Since it is 0.25 μm, M = 640. If the image memory is N = 512, then M> N, so there is no problem.
【0062】次に、偏向角をθ/4にすると、 M=640/4=160 となり、無効倍率の状態になる。Next, when the deflection angle is θ / 4, M = 640/4 = 160 And becomes a state of invalid magnification.
【0063】この状態では画像メモリの3画素以内に対
応する試料上のスポットのどの位置でサンプリングして
も、表示される画像には大きな差がないと考えられる。
即ち、サンプリングが多少ばらついても問題はないこと
になる。In this state, it is considered that there is no large difference in the displayed images even if sampling is performed at any position of the spot on the sample corresponding to within 3 pixels of the image memory.
That is, there is no problem even if the sampling varies a little.
【0064】逆に言えば、例えば図1のミラー4が、駆
動回路9からの駆動信号と完全に追従しているとした駆
動信号をもとに作ったサンプリング信号に対して、ミラ
ーが多少理想動作状態からはずれても問題ないことにな
る。さらに、偏向角が小さくなると、スキャナの動作も
安定し理想動作状態に近づくことから、図9(b)に示
すようにミラー4が駆動信号と完全に追従しているとし
て駆動信号をもとに作ったサンプリング信号82を使っ
ても問題はないということになる。Conversely speaking, for example, the mirror 4 of FIG. 1 is somewhat ideal with respect to the sampling signal generated based on the drive signal which is assumed to completely follow the drive signal from the drive circuit 9. There is no problem even if it deviates from the operating state. Further, as the deflection angle becomes smaller, the scanner operation also stabilizes and approaches the ideal operation state. Therefore, as shown in FIG. 9B, it is assumed that the mirror 4 completely follows the drive signal, and based on the drive signal. It means that there is no problem even if the created sampling signal 82 is used.
【0065】従って、偏向角に応じてコンピュータ6か
ら選択信号がスイッチ80に出力され、サンプリング信
号81とサンプリング信号82のいずれかを選ぶことに
よって、どの偏向角においても安定したサンプリング信
号が得られる。Therefore, a selection signal is output from the computer 6 to the switch 80 according to the deflection angle, and a stable sampling signal can be obtained at any deflection angle by selecting either the sampling signal 81 or the sampling signal 82.
【0066】図10は本発明による第1実施例のサンプ
リング信号発生装置を、走査型光学顕微鏡に用いた例で
ある。レーザ光源900からのレーザビーム901は、
ビームエキスパンダ902により必要な大きさのビーム
径に拡大される。拡大されたレーザビーム901は偏光
ビームスプリッタ903を通過して対物レンズ911の
瞳位置と共役な位置に設けられたガルバノスキャナー9
04に入射する。ここでレーザビーム901はY方向に
偏向される。FIG. 10 shows an example in which the sampling signal generator of the first embodiment according to the present invention is used in a scanning optical microscope. The laser beam 901 from the laser light source 900 is
The beam expander 902 expands the beam diameter to a required size. The expanded laser beam 901 passes through the polarization beam splitter 903 and the galvano scanner 9 provided at a position conjugate with the pupil position of the objective lens 911.
Incident on 04. Here, the laser beam 901 is deflected in the Y direction.
【0067】次に、瞳伝送レンズ905、906によっ
てやはり対物レンズ911の瞳位置と共役な位置に設け
られた共振型ガルバノスキャナー907に入射する。こ
こでレーザビーム901はX方向に偏向される。2次元
走査されたレーザビーム901は瞳投影レンズ908、
結像レンズ909およびλ/4波長板910を通過し、
対物レンズ911に入射する。そして試料912上に回
折で制限されるスポットを生じ、そのスポットで試料9
12をX−Y走査する。Then, the light is incident on a resonance type galvanometer scanner 907 which is also provided at a position conjugate with the pupil position of the objective lens 911 by the pupil transmission lenses 905 and 906. Here, the laser beam 901 is deflected in the X direction. The two-dimensionally scanned laser beam 901 is projected onto a pupil projection lens 908,
Passing through the imaging lens 909 and the λ / 4 wave plate 910,
It is incident on the objective lens 911. Then, a diffraction-limited spot is generated on the sample 912, and the sample 9
12 is scanned XY.
【0068】試料912が透過物体であれば、レーザビ
ーム901はコンデンサレンズ913を通って光検出器
914によって検出される。一方、試料912が反射物
体であればレーザビーム901は再び対物レンズ91
1、λ/4波長板910、結像レンズ909、瞳投影レ
ンズ908、光偏向器907、瞳伝送レンズ906,9
05、光偏向器904を通ってビームスプリッタ903
で反射されて集光レンズ915で集光され、集光位置に
配置したピンホール916を通って光検出器917で検
出される。When the sample 912 is a transparent object, the laser beam 901 passes through the condenser lens 913 and is detected by the photodetector 914. On the other hand, if the sample 912 is a reflecting object, the laser beam 901 is again reflected by the objective lens 91.
1, λ / 4 wave plate 910, imaging lens 909, pupil projection lens 908, optical deflector 907, pupil transmission lenses 906, 9
05, the beam splitter 903 through the optical deflector 904
Is reflected by the condenser lens 915, condensed by the condenser lens 915, passed through the pinhole 916 arranged at the condensing position, and detected by the photodetector 917.
【0069】コンピュータ927からX−Y走査を行う
ために駆動回路918,919に信号が送られる。この
うち、Y走査を行うガルバノスキャナー904は、高速
走査の必要がない(数10Hz)ため、線型動作のタイプ
が使用される。A signal is sent from the computer 927 to drive circuits 918 and 919 in order to perform XY scanning. Of these, the galvano scanner 904 that performs Y scanning does not require high-speed scanning (several tens Hz), so a linear operation type is used.
【0070】一方X走査を行う共振型ガルバノスキャナ
ー907は、高速走査を行う(10数kHz)ため、非線
形(例えば正弦波)型動作のタイプが使用される。従っ
て非線形走査でも歪みのない画像を得るため、レーザ光
源920(図1の10に相当)、コリメータレンズ92
1(図1の12に相当)、集光レンズ922(図1の1
3に相当)、PSD923(図1のPSD14に相
当)、サンプリング信号発生回路924によってミラー
の位置を検出し画像が線型になるようなサンプリング信
号を得るようになっている。920〜924は図1の第
1実施例の一部を簡略化したもので、レーザ光源920
から出たレーザビームはコリメータレンズ921で平行
になり、共振型ガルバノスキャナー907のミラーの裏
面で反射し、集光レンズ922を通りPSD923上に
集光する。PSD923からの信号をもとにサンプリン
グ信号発生回路924からサンプリング信号が出力さ
れ、メモリ926に入力する。On the other hand, the resonance type galvano scanner 907 which performs the X scanning performs a high speed scanning (10 and several kHz), so that a non-linear (for example, sine wave) type operation type is used. Therefore, in order to obtain an image without distortion even in the non-linear scanning, the laser light source 920 (corresponding to 10 in FIG. 1) and the collimator lens 92
1 (corresponding to 12 in FIG. 1), condenser lens 922 (1 in FIG. 1)
3), a PSD 923 (corresponding to PSD 14 in FIG. 1), and a sampling signal generating circuit 924 to detect the position of the mirror and obtain a sampling signal that makes the image linear. Reference numerals 920 to 924 are a simplified version of the first embodiment shown in FIG.
The laser beam emitted from the laser beam is collimated by the collimator lens 921, is reflected on the back surface of the mirror of the resonance type galvano scanner 907, passes through the condenser lens 922, and is condensed on the PSD 923. A sampling signal is output from the sampling signal generation circuit 924 based on the signal from the PSD 923 and input to the memory 926.
【0071】一方、光検出器914,917によって試
料912の強度情報が画像信号に変換され、スイッチ9
25にはいる。コンピュータ927によって透過画像信
号か反射画像信号のいずれかが選択される。選択された
画像信号はメモリ926にはいり、サンプリング信号発
生回路924からのサンプリング信号に基づいてメモリ
926に保存される。保存された画像信号はコンピュー
タ927を通してCRT928に表示される。On the other hand, the photodetectors 914 and 917 convert the intensity information of the sample 912 into an image signal, and the switch 9
I'm at 25. The computer 927 selects either the transmitted image signal or the reflected image signal. The selected image signal enters the memory 926 and is stored in the memory 926 based on the sampling signal from the sampling signal generation circuit 924. The stored image signal is displayed on the CRT 928 through the computer 927.
【0072】以上述べた図10の実施例のように、図1
の実施例のサンプリング信号発生装置を、ガルバノスキ
ャナー904を駆動用としたので、対物レンズ911を
変えずに、画像を拡大・縮小できる走査型光学顕微鏡が
得られる。As in the embodiment of FIG. 10 described above, FIG.
Since the galvano scanner 904 is used for driving the sampling signal generator of the above embodiment, a scanning optical microscope capable of enlarging / reducing an image without changing the objective lens 911 can be obtained.
【0073】[0073]
【発明の効果】本発明によれば、光偏向手段の偏向角が
変化しても必要なサンプリング信号を安定して正確に得
ることができるサンプリング信号発生装置、ならびに対
物レンズを変えずに画像を拡大、縮小できる走査型光学
顕微鏡を提供することができる。According to the present invention, a sampling signal generator capable of stably and accurately obtaining a required sampling signal even if the deflection angle of the light deflecting means changes, and an image can be displayed without changing the objective lens. A scanning optical microscope capable of enlarging and reducing can be provided.
【図1】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
1実施例を説明するための概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a first embodiment of a sampling signal generator according to the present invention.
【図2】 図1の半導体位置検出器を説明するための
図。FIG. 2 is a view for explaining the semiconductor position detector of FIG.
【図3】 図1のメモリを説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the memory of FIG.
【図4】 図1の変形例を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining a modified example of FIG.
【図5】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
2実施例を説明するための概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram for explaining a second embodiment of the sampling signal generator according to the present invention.
【図6】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
3実施例を説明するための概略構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining a third embodiment of the sampling signal generator according to the present invention.
【図7】 図6のミラー位置検出機構を説明するための
図。7A and 7B are views for explaining the mirror position detection mechanism of FIG.
【図8】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
4実施例を説明するための概略構成図。FIG. 8 is a schematic configuration diagram for explaining a fourth embodiment of a sampling signal generator according to the present invention.
【図9】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
5実施例を説明するための概略構成図。FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining a fifth embodiment of the sampling signal generator according to the present invention.
【図10】 本発明によるサンプリング信号発生装置を
走査型光学顕微鏡に適用した例を示す概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example in which a sampling signal generator according to the present invention is applied to a scanning optical microscope.
【図11】 従来の光偏向器の偏向位置を検出する手段
の一例を示す概略構成図。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an example of means for detecting a deflection position of a conventional optical deflector.
1…レーザ光源、2…レーザビーム、3…共振型ガルバ
ノスキャナー、4…ミラー、5…光軸、6…コンピュー
タ、7…波形発生回路、8…可変利得増幅器、9…駆動
回路、10…レーザ光源、11…レーザビーム、12…
コリメータレンズ、13…集光レンズ、14…半導体位
置検出器、15…受光面、16…光軸、17,18…端
子、19…メモリ、20…アドレスカウンター、21…
デジタル・アナログ変換回路、22…可変利得増幅器、
23…比較回路、23A,23B…入力端子、24,2
5…アンプ、26…加算回路、27…和信号・減算回
路、28…割算器、29…ワンショットタイマー、30
…アナログ・デジタル変換回路、31…試料、32…フ
ォトダイオード、40…可変利得増幅器、50,51…
ハーフミラー、52,53,54…半導体位置検出器、
55…スイッチ、56,57…減光フィルタ、60,6
2…集光レンズ、61…半導体位置検出器、63…モー
タ、64…レンズ枠、65…ベース、58,66…ラッ
ク、59,67…ピニオン、68,69…モータ駆動回
路、70…ズームレンズ、71…半導体位置検出器、8
0…スイッチ、81,82…サンプリング信号、900
…光源、901…レーザビーム、902…ビームエキス
パンダ、903…ビームスプリッタ、904…ガルバノ
スキャナー、905,906…瞳伝送レンズ、907…
光偏向器、908…瞳投影レンズ、909…結像レン
ズ、910…λ/4波長板、911…対物レンズ、91
2…試料、913…コンデンサレンズ、914…光検出
器、915…集光レンズ、916…ピンホール、917
…光検出器、918,919…駆動回路、920…レー
ザ光源、921…コリメータレンズ、922…集光レン
ズ、923…半導体位置検出器、924…サンプリング
信号発生回路、925…スイッチ、926…メモリ、9
27…コンピュータ、928…CRT。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Laser beam, 3 ... Resonance type galvano scanner, 4 ... Mirror, 5 ... Optical axis, 6 ... Computer, 7 ... Waveform generating circuit, 8 ... Variable gain amplifier, 9 ... Driving circuit, 10 ... Laser Light source, 11 ... Laser beam, 12 ...
Collimator lens, 13 ... Condensing lens, 14 ... Semiconductor position detector, 15 ... Light receiving surface, 16 ... Optical axis, 17, 18 ... Terminal, 19 ... Memory, 20 ... Address counter, 21 ...
Digital-analog conversion circuit, 22 ... Variable gain amplifier,
23 ... Comparison circuit, 23A, 23B ... Input terminal, 24, 2
5 ... Amplifier, 26 ... Addition circuit, 27 ... Sum signal / subtraction circuit, 28 ... Divider, 29 ... One-shot timer, 30
... analog / digital conversion circuit, 31 ... sample, 32 ... photodiode, 40 ... variable gain amplifier, 50,51 ...
Half mirror, 52, 53, 54 ... Semiconductor position detector,
55 ... switch, 56, 57 ... neutral density filter, 60, 6
2 ... Condensing lens, 61 ... Semiconductor position detector, 63 ... Motor, 64 ... Lens frame, 65 ... Base, 58, 66 ... Rack, 59, 67 ... Pinion, 68, 69 ... Motor drive circuit, 70 ... Zoom lens , 71 ... Semiconductor position detector, 8
0 ... switch, 81, 82 ... sampling signal, 900
... light source, 901 ... laser beam, 902 ... beam expander, 903 ... beam splitter, 904 ... galvano scanner, 905, 906 ... pupil transmission lens, 907 ...
Optical deflector, 908 ... Pupil projection lens, 909 ... Imaging lens, 910 ... λ / 4 wavelength plate, 911 ... Objective lens, 91
2 ... Sample, 913 ... Condenser lens, 914 ... Photodetector, 915 ... Condenser lens, 916 ... Pinhole, 917
... Photodetector, 918, 919 ... Driving circuit, 920 ... Laser light source, 921 ... Collimator lens, 922 ... Condensing lens, 923 ... Semiconductor position detector, 924 ... Sampling signal generating circuit, 925 ... Switch, 926 ... Memory, 9
27 ... Computer, 928 ... CRT.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−20480(JP,A) 特開 昭61−248016(JP,A) 特開 平4−69788(JP,A) 特開 平4−333013(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06K 7/016 G02B 21/00 G02B 26/10 G06K 7/10 G06T 1/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-20480 (JP, A) JP-A-61-248016 (JP, A) JP-A-4-69788 (JP, A) JP-A-4- 333013 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06K 7/016 G02B 21/00 G02B 26/10 G06K 7/10 G06T 1/00
Claims (6)
と、 この集光手段によって集光した位置に配置され、光位置
に応じた電気信号を出力する光位置検出手段と、 前記光偏向手段の偏向角に応じた値に予め設定された基
準電気信号を出力する基準信号発生手段と、 この基準信号発生手段からの基準電気信号と前記光位置
検出手段からの電気信号を入力し、両電気信号が一致し
たとき信号を出力する比較手段と、 この比較手段からの出力信号が入力されたときパルス信
号を出力するパルス発生手段と、 を具備したサンプリング信号発生装置。1. A light deflecting means for deflecting light from a light source, a condensing means for condensing light reflected by the light deflecting means, and a light position arranged at a position condensed by the condensing means. Optical position detecting means for outputting an electric signal according to the reference position, reference signal generating means for outputting a reference electric signal preset to a value according to the deflection angle of the light deflecting means, and a reference from the reference signal generating means. Comparing means for inputting an electric signal and the electric signal from the optical position detecting means and outputting a signal when both electric signals match, and pulse generation for outputting a pulse signal when the output signal from the comparing means is input A sampling signal generator comprising:
と、 この集光手段によって集光した位置に配置され、光位置
に応じた電気信号を出力する複数の特性の異なる光位置
検出手段と、 前記光偏向手段で反射された光を前記光位置検出手段に
それぞれ導く光学手段と、 前記光偏向手段の偏向角に応じた値に予め設定された基
準電気信号を出力する基準信号発生手段と、 この各光位置検出手段の内偏向角に応じて選択された光
位置検出手段から出力される電気信号と、前記基準信号
発生手段から出力される電気信号を入力し、両電気信号
が一致したとき信号を出力する比較手段と、 この比較手段からの出力信号が入力されたときパルス信
号を出力するパルス発生手段と、 を具備したサンプリング信号発生装置。2. A light deflecting means for deflecting light of a light source, a condensing means for condensing light reflected by the light deflecting means, and a light position arranged at a position condensed by the condensing means. optical means for guiding respectively the light position detecting means of different multiple characteristics, the light reflected by the light deflecting means to the light position detecting means for outputting an electrical signal corresponding to the response to the deflection angle of the light deflecting means Reference signal generating means for outputting a reference electric signal preset to a predetermined value, an electric signal output from the light position detecting means selected according to the internal deflection angle of each light position detecting means, and the reference signal Comparing means for inputting the electric signal output from the generating means and outputting the signal when both electric signals match, and pulse generating means for outputting the pulse signal when the output signal from the comparing means is input, Equipped sump Ring signal generator.
の偏向角に応じて最適なレンズが光路に挿入される構成
としたことを特徴とするサンプリング信号発生装置。3. The condensing unit according to claim 1, wherein the condensing unit is a plurality of lenses having different focal lengths, and an optimum lens is inserted in an optical path according to a deflection angle of the light deflecting unit. Sampling signal generator.
信号発生装置。4. The sampling signal generating device according to claim 1, wherein the light converging means is composed of a zoom lens.
学的に無効倍率に相当する場合は、 予め決められたサンプリング信号に切換えることを特徴
とするサンプリング信号発生装置。5. A sampling signal generator, wherein when the deflection angle of the light deflecting means according to claim 1 optically corresponds to an invalid magnification, the sampling signal is switched to a predetermined sampling signal.
載のサンプリング信号発生装置を備えたことを特徴とす
る走査型光学顕微鏡。6. A sampling signal generator according to any one of claims 1 to 5 is provided.
Scanning optical microscope that.
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---|---|---|---|
JP18806193A JP3372307B2 (en) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | Sampling signal generator and scanning optical microscope |
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1993
- 1993-07-29 JP JP18806193A patent/JP3372307B2/en not_active Expired - Fee Related
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