JP4711649B2 - ラスタ顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、被検対象（試料）を照明するための光源と、検出ビーム路と、該検出ビーム路に配されると共に前記被検対象から射出する検出光を検出するための検出器とを有するラスタ（走査）顕微鏡に関する。

ラスタ顕微鏡検査では、試料（被検対象）は光ビームで照明され、当該試料から射出される反射光又は蛍光光が観察される。照明光ビームの（合焦）スポットは、制御可能なビーム偏向装置によって、通常は２つのミラーの傾動運動によって対象物面を移動するが、（２つの）偏向軸は通常は互いに垂直に配されるため、一方のミラーはｘ方向に、他方のミラーはｙ方向に偏向を行う。ミラーの傾動運動は、例えばガルバノメータ調節要素によって行われる。被検対象から射出し検出ビーム路を介して到来する光の出力（パワー）は、検出器によって走査ビームの位置に依存して測定される。通常、ガルバノメータ調節要素には、実際の（その時々の）ミラー位置を検出するためのセンサ（複数）が備えられる。

特に共焦点ラスタ顕微鏡では、被検対象が光ビームの合焦スポットによって３次元的に走査される。

共焦点ラスタ顕微鏡は、通常、光源と、該光源の光をピンホール絞り（所謂励起絞り）（のピンホール）に合焦する結像光学系と、ビームスプリッタと、ビーム制御のためのビーム偏向装置と、顕微鏡光学系と、検出絞りと、検出光ないし蛍光光を検出するための検出器（複数）とを有する。照明光は、例えばニュートラル（中性）ビームスプリッタ又はダイクロイック（二色性）ビームスプリッタとして構成可能なビームスプリッタを介して差込入射されることがしばしばある。しかしながら、ニュートラルビームスプリッタは、分割比に応じて多くの励起光又は多くの検出光が喪失されるという欠点を有する。

被検対象から到来する検出光（例えば蛍光光又は反射光）は、ビーム偏向装置を介して再びビームスプリッタに戻り着き、該ビームスプリッタを通過した後、検出器が後置される検出絞りに合焦される。合焦スポットの領域から直接由来しない検出光は、上記のものとは異なる経路を辿り、検出絞りを通過しないため、被検対象を連続的に（順次）走査することにより１つの３次元画像を生成する点情報が得られる。３次元画像は、大抵は、層ごとに画像データを記録することにより得られるが、走査光ビームの被検対象上ないし被検対象内部での軌道は、理想的にはメアンダ状ないしジグザグ状をなす。（なお、メアンダ状とは、例えば、ｙ位置一定の下でｘ方向（ｘ正方向）に１つの列（ないし行）を走査し、（その列の終点で）ｘ走査を終了し、次いでｙ位置を調節して次に走査すべき列に旋回的に移動し、そしてｙ位置一定の下で当該列をｘの反対方向（ｘ負方向）に走査することを繰り返すことにより生じる形状等をいう。）層ごとの画像データ記録を可能にするために、試料テーブル又は対物レンズは、１つの層を走査した後シフトされ、次に走査すべき層が対物レンズの合焦面にもたらされる。

ＤＥ ４３ ３０ ３４７ Ａ１ 特開２００１−２３５６８４号公報

多くの場合、被検対象は、複数のマーカー、例えば複数の異なる蛍光着色物質によって試料に調製される。これらの蛍光着色物質は、例えば異なる複数の励起波長を有する照明光ビームによってシーケンシャルに（順次的に）励起することができる。

ラスタ顕微鏡では、大抵、例えば被検対象から射出する検出光を同時に検出することができるような大掛かりで高性能な検出器、例えばマルチバンド検出器又はスペクトロメータが使用される。選択装置及び検出装置を有し、光ビームの少なくとも２つのスペクトル領域を選択・検出する装置が知られている（上掲特許文献１参照）。この装置は、高効率かつ簡単な構造で異なる複数のスペクトル領域を確実かつ同時に選択・検出するために、次のように構成される。すなわち、選択装置が、光ビームのスペクトル分解手段と、一方では第１のスペクトル領域を分離通過させ、他方では分離通過されなかったスペクトル領域の少なくとも一部を反射する手段とを有し、検出装置が、分離通過される第１のスペクトル領域のビーム路に配される第１の検出器と、反射されるスペクトル領域のビーム路に配される第２の検出器とを有するように構成される。一方では第１のスペクトル領域を分離通過させ、他方では分離通過されないスペクトル領域の少なくとも一部を反射する手段としては、有利なものとして、鍍銀化（ミラー化）された絞り面を有するスリット絞り装置が設けられる。この装置は、とりわけ走査顕微鏡のマルチバンド検出器として使用することができる。

本発明の課題は、任意の光学的検査に使用可能な検出器を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、ラスタ顕微鏡内の被検対象を照明するための光源と、検出ビーム路とを有し、外部の検査装置からの光をもスペクトル検出可能なラスタ顕微鏡が提供される。このラスタ顕微鏡において、前記検出ビーム路内には検出器としてマルチバンド検出器又はスペクトロメータが配され、前記被検対象から射出する検出光が分散要素を用いてスペクトル分解され、前記検出器により検出され、更に該ラスタ顕微鏡には前記検出ビーム路の光軸方向に光を入射させる差込入射装置が前記分散要素の前に挿入可能であり、更に前記差込入射装置が光伝送ガイド部材と接続されていて、この光伝送ガイド部材が、該ラスタ顕微鏡の外部の検査装置からの光を前記差込入射装置に供給し、前記差込入射装置がこの光を前記検出ビーム路に差込入射し、前記検出ビーム路の光軸へ偏向し、前記分散要素を介して前記検出器に供給すること、及び、前記差込入射装置が挿入されると、リンク装置を介して前記検出ビーム路内へ移動する少なくとも１つのビームトラップが設けられている（形態１・基本構成）。

本発明の独立請求項１により、上記課題に対応する効果が上述の通り達成される。即ち本発明は、ラスタ顕微鏡を任意の光学的検査の検出器として使用することを可能とした。
更に、各従属請求項により、付加的な効果が後述の通りそれぞれ達成される。

以下に本発明の好ましい実施の形態を上記基本構成を形態１として示す。以下の各形態は、本願の特許請求の範囲の各請求項に記載した各々の構成要件にも対応している。
（形態１）上記基本構成のとおり。
（形態２）スペクトル分解された前記検出光を２つの相異なる個別検出器に供給するミラー装置が設けられていることが好ましい。
（形態３）前記被検対象の透過光が前記差込入射装置に供給されることが好ましい。
（形態４）前記差込入射装置が、プラグ部材を有する前記光伝送ガイド部材と接続するための差込結合部と、前記光伝送ガイド部材からの光を射出するための射出光学系とを含み、前記差込入射装置のミラーが、前記光伝送ガイド部材からの光を前記検出ビーム路の光軸へ偏向することが好ましい。
（形態５）前記光伝送ガイド部材が取り外されると、外部に対して光を遮断するよう前記差込入射装置を自動的に閉鎖する閉鎖装置を有することが好ましい。
（形態６）前記外部の検査装置からの光を前記検出器へ偏向する偏向要素が前記検出ビーム路内へ挿入可能であることが好ましい。
（形態７）該ラスタ顕微鏡は共焦点ラスタ顕微鏡として構成されることが好ましい。
（形態８）前記光源が、フォトニックバンドギャップ物質を含む連続発振レーザとして構成されていることが好ましい。

本発明は、大抵非常に大掛かりでかつ大抵非常に高性能な検出器を有するラスタ顕微鏡を、任意の光学的検査、とりわけ外部の光学的検査のための検出器として使用することができるという利点を有する。外部の光学的検査は、ラスタ顕微鏡から離隔して（ないし別個に）実行される検査であり得るが、このとき、ラスタ顕微鏡は検出装置として「巧妙に利用」される。

ラスタ顕微鏡は、検出器としてマルチバンド検出器又はスペクトロメータを有すると有利である。

ラスタ顕微鏡の特に好ましい一実施形態では、（ラスタ顕微鏡によって検出されるべき被検対象から射出する反射光ないし蛍光光等の本来の）検出光以外の光（以下「非検出光光」という）を差込入射装置に供給する光伝送ガイド部材（Lichtleiter）が設けられる。光伝送ガイド部材から非検出光光を射出するための分離射出光学系（Auskoppeloptik）が設けられると好ましい。

とりわけ好ましい一変形形態では、差込入射装置は、光伝送ファイバプラグ部材の差込結合が可能な差込結合部を有する。

有利には、例えば偏向ミラーとして構成可能であると共に非検出光光を検出器へ偏向する偏向要素又は差込入射装置を検出ビーム路に挿脱可能に構成することができる。偏向要素又は差込入射装置の挿脱可能性は、モータにより制御されて行われると有利である。

特別な一実施形態では、差込入射装置は、少なくとも１つのビームトラップを有する。このビームトラップは、非検出光光以外の別の光、例えば検出ビーム路からの検出光又は散乱光が検出器に到達するのを阻止する。ビームトラップは、光伝送ガイド部材を差込結合部に差し込むことによって活性化されるように構成されると有利である。

ラスタ顕微鏡の好ましい一変形形態では、差込入射装置は、有利には自動的に作動する閉鎖装置を有する。この閉鎖装置は、光伝送ガイド部材を取り外すと、外部に対し光を十分にないし大幅に遮断するようラスタ顕微鏡を閉鎖するため、とりわけ、例えば危険なレーザビームがラスタ顕微鏡から射出することを阻止する。

とりわけ有利な一実施形態では、非検出光光は、（被検対象を透過する）透過光である。これにより、例えば、被検対象の蛍光画像と吸収画像（Absorptionsbild）（ないし透過画像）とを同時又は順次に生成することができる。パラメータを適切に選択することにより、「リアルカラーの（実際の色の）」透過画像を生成することができる。このために、被検対象は、有利には３つの異なる波長の照明光によりシーケンシャルに（順次的に）照明され、得られた３つの透過画像は、１つの「リアルカラーの」透過画像に合成される際に適切に重み付けされる。例えば「フォトニックバンドギャップ」物質を基礎とする光源によって生成することができるような全照明スペクトルによって被検対象を照明すると、吸収スペクトルを記録することができる。透過光は、有利にはコンデンサによってコリメートされ、差込入射装置に至る光伝送ガイド部材に差込入射される。透過光のための他の取出位置として、ランプハウジング又はミラーハウジングを使用することができる。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、同様に作用する構造要素には同じ図面参照符号が付してある。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のためのものであって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を排除することは意図しない。この点に関しては、補正・訂正後においても同様である。

図１に、被検対象（試料）７を照明するための照明光ビーム５を生成する光源３を有する本発明のラスタ顕微鏡１の一例を示す。図示のラスタ顕微鏡は、共焦点ラスタ顕微鏡として構成されている。通常の（ラスタ顕微鏡としての）作動のために、照明光ビーム５は走査ユニット８に入射され、そこで照明光ビームは照明ピンホール絞り９を通過した後、カルダン式に懸架された走査ミラー１３に向かって照明光ビーム５を反射する主ビームスプリッタ１１に到達する。カルダン式に懸架された走査ミラー１３は、図示しない鏡筒光学系及び走査光学系を介し、更に顕微鏡対物レンズ１５を介して被検対象７上ないし被検対象７を貫通するよう照明光ビーム５を案内する。被検対象から射出した検出光１７は、上記の推移方向とは反対方向に推移して顕微鏡対物レンズ１５を介し図示しない走査光学系及び鏡筒光学系を介し、並びにカルダン式に懸架された走査ミラー１３を介してビームスプリッタ１１に戻り着き、該ビームスプリッタ１１と該ビームスプリッタ１１に後置された検出ピンホール絞り１９を通過した後、最終的に検出器２１に到達する。検出器２１は、図示のラスタ顕微鏡１ではマルチバンド検出器として構成されている。検出器２１は、プリズムとして構成されかつ検出光１７を空間的にスペクトル分解する分散要素（スペクトル分解要素）２３を有する。空間的にスペクトル分解された検出光１７は、ミラー装置２５により２つのスペクトル領域に分割され、それぞれ光電子増倍管として構成された２つの相異なる個別検出器（検出要素）２７、２９に導かれる。

検出ビーム路には、検出光１７以外の光（以下「非検出光光」という）３３を検出ビーム路に差込入射し、検出器２１に供給することができるよう構成された差込入射装置３１を配することができる。差込入射装置は、プラグ部材を有する光伝送ガイド部材３７を差し込むことができるよう構成された差込結合部３５を有する。光伝送ガイド部材３７は、外部の装置ないし検査系３９からの非検出光光３３を差込入射装置３１に供給する。差込入射装置３１は、非検出光光３３を光伝送ガイド部材３７から射出するための射出光学系４１と、非検出光光３３を検出ビーム路の光軸に偏向するミラー４３を有する。

図２に、共焦点ラスタ顕微鏡として構成され、光源として２つの半導体レーザ４５、４７を有する本発明のラスタ顕微鏡の一例の走査ユニット８を示す。半導体レーザ４５、４７の光は、偏向ミラー４９とビーム結合器６５によって１つの照明光ビーム５にまとめられ、次いで、図１に関して説明したように、走査ユニット８に入射される。非検出光光３３は、光伝送ガイド部材３７を介して差込入射装置３１に供給され、そこで射出光学系４１によってコリメートされ、更に偏向ミラー４３によって、非検出光光３３を空間的にスペクトル分解するプリズム４６へ向かって偏向される。空間的にスペクトル分解された非検出光光は、フィールドレンズ４８によって焦線（Fokuslinie）に合焦される。この焦線には、非検出光光の検出すべきスペクトル成分を選択分離して個別検出器２８へ到達させるよう構成された、摺動可能な２つの絞り面（ないし絞り壁、Blendenbacken）５１、５３が配設される。各絞り面５１、５３の摺動によって、一方では検出すべきスペクトル領域の位置も、他方では検出すべきスペクトル領域の幅も調節可能となる。

図３に、共焦点ラスタ顕微鏡として構成され、（被検対象を透過した）透過光としての非検出光光３３が光伝送ガイド部材３７により差込入射装置３１に供給されるよう構成された本発明のラスタ顕微鏡の他の一例を示す。光源３は、図示のラスタ顕微鏡では、「フォトニックバンドギャップ」物質を含む連続（発振）レーザとして構成される。このラスタ顕微鏡は、とりわけ、被検対象７の吸収スペクトルを記録するのに適する。透過光５７はコンデンサ５９によりコリメートされ、差込光学系６１によって光伝送ガイド部材３７に入射される。

図４に、共焦点ラスタ顕微鏡として構成された本発明のラスタ顕微鏡の更に他の一例を示す。図示のラスタ顕微鏡では、非検出光光３３として（被検対象を透過した）透過光が使用される。透過光５７のための取出位置として、図示の実施例では、透過光５７を光伝送ガイド部材３７に入射するための差込光学系６１を有するランプハウジング（ハウジング部材）６３が選択されている。この実施例では、差込入射装置３１は、走査ユニット内の検出ビーム路にとりわけモータ等の駆動装置によって制御されて挿脱可能に構成され、走査ユニット８内にはビームトラップ６７が配設される。ビームトラップ６７は、透過光（非検出光光）５７以外の別の光、例えば検出ビーム路からの検出光１７又は散乱光が検出器２１に到達するのを阻止する。即ち、差込入射装置３１が挿入されると、回転軸線６９の周りに枢動可能なリンク装置７１の一端が押し下げられることにより、該リンク装置７１の他端に配されたビームトラップ６７は、（図示の）検出ビーム路上の作動位置にもたらされる。この作動位置では引っ張りバネ７３は伸長されるため、差込入射装置３１が検出ビーム路から離脱されると、リンク装置７１の他端は引っ張りバネ７３によって下方に牽引され、ビームトラップ６７は検出ビーム路から離脱する（このため検出光の検出が可能となる）。また、走査ユニット８の所定位置への差込入射装置３１の挿入を、センサ、スイッチ等によって自動的に検出し、相応の駆動機構によって又は手動でビームトラップ６７を上記作動位置へもたらすよう構成することも可能である。また、他の一変形例では、偏向ミラー４３を走査ユニット８内、とりわけ検出ビーム路に挿脱可能に構成することも可能である。

本発明のラスタ顕微鏡の一例。 差込入射装置を有する走査ユニットの一例。 本発明のラスタ顕微鏡の他の一例。 本発明のラスタ顕微鏡の更に他の一例。

符号の説明

１ ラスタ（走査）顕微鏡
３ 光源
５ 照明光ビーム
７ 被検対象（試料）
８ 走査ユニット
９ 照明ピンホール絞り
１１ 主ビームスプリッタ
１３ 走査ミラー
１５ 顕微鏡対物レンズ
１７ 検出光
１９ 検出ピンホール絞り
２１ 検出器
２３ 分散要素（スペクトル分解要素）
２５ ミラー装置
２７ 個別検出器（検出要素）
２８ 個別検出器（検出要素）
２９ 個別検出器（検出要素）
３１ 差込入射装置
３３ 非検出光光
３５ 差込結合部
３７ 光伝送ガイド部材
３９ 外部の装置ないし検査系
４１ 射出光学系
４３ （偏向）ミラー（偏向要素）
４５ 半導体レーザ
４６ プリズム
４７ 半導体レーザ
４８ フィールドレンズ
４９ 偏向ミラー
５１ 絞り面（Blendenbacken）
５３ 絞り面
５５ 連続（発振）レーザ
５７ 透過光
５９ コンデンサ
６１ 差込光学系
６３ ランプハウジング
６５ ビーム結合器
６７ ビームトラップ
６９ 回転軸線
７１ リンク装置
７３ 引っ張りバネ

Claims (8)

1. ラスタ顕微鏡内の被検対象を照明するための光源と、検出ビーム路とを有し、外部の検査装置からの光をもスペクトル検出可能なラスタ顕微鏡において、
   前記検出ビーム路内には検出器としてマルチバンド検出器又はスペクトロメータが配され、前記被検対象から射出する検出光が分散要素を用いてスペクトル分解され、前記検出器により検出され、更に該ラスタ顕微鏡には前記検出ビーム路の光軸方向に光を入射させる差込入射装置が前記分散要素の前に挿入可能であり、更に前記差込入射装置が光伝送ガイド部材と接続されていて、この光伝送ガイド部材が、該ラスタ顕微鏡の外部の検査装置からの光を前記差込入射装置に供給し、前記差込入射装置がこの光を前記検出ビーム路に差込入射し、前記検出ビーム路の光軸へ偏向し、前記分散要素を介して前記検出器に供給すること、及び、
   前記差込入射装置が挿入されると、リンク装置を介して前記検出ビーム路内へ移動する少なくとも１つのビームトラップが設けられていること
   を特徴とするラスタ顕微鏡。
2. スペクトル分解された前記検出光を２つの相異なる個別検出器に供給するミラー装置が設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載のラスタ顕微鏡。
3. 前記被検対象の透過光が前記差込入射装置に供給されること
   を特徴とする請求項１に記載のラスタ顕微鏡。
4. 前記差込入射装置が、プラグ部材を有する前記光伝送ガイド部材と接続するための差込結合部と、前記光伝送ガイド部材からの光を射出するための射出光学系とを含み、前記差込入射装置のミラーが、前記光伝送ガイド部材からの光を前記検出ビーム路の光軸へ偏向すること
   を特徴とする請求項１に記載のラスタ顕微鏡。
5. 前記光伝送ガイド部材が取り外されると、外部に対して光を遮断するよう前記差込入射装置を自動的に閉鎖する閉鎖装置を有すること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のラスタ顕微鏡。
6. 前記外部の検査装置からの光を前記検出器へ偏向する偏向要素が前記検出ビーム路内へ挿入可能であること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のラスタ顕微鏡。
7. 該ラスタ顕微鏡は共焦点ラスタ顕微鏡として構成されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のラスタ顕微鏡。
8. 前記光源が、フォトニックバンドギャップ物質を含む連続発振レーザとして構成されていること
   を特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のラスタ顕微鏡。

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