JP5427998B1 - 透過式共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速な透過式共焦点顕微鏡を提供することが課題である。
【解決手段】 光源、該光源からの光を振って検査対象を走査させる回転多面体鏡、検査対象から反射した光を前記回転多面体鏡を介して受光素子に入射させるようにした走査ユニットを検査対象の表裏に設け、一の走査ユニットからの光で検査対象を走査し、検査対象を透過した光を他の走査ユニットの受光素子に入力させるよう、２つの回転多面体鏡を駆動するそれぞれのモータ用の駆動回路を同期制御回路に接続し、この同期制御回路で２つの回転多面体鏡を同期回転させて検査対象を透過式で検査できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は透過式共焦点顕微鏡に係り、特に、それぞれに回転多面体鏡を有する反射式共焦点顕微鏡からなる走査ユニット２つを検査対象の表裏に設け、光源からの光を一の走査ユニットの回転多面体鏡で振って対象を高速に走査できるようにすると共に、対象を通過した光を、他の走査ユニットの回転多面体鏡で受けて正確にこの走査ユニットに於ける共焦点位置へ集められるようにして、高速に対象を走査できるようにした透過式共焦点顕微鏡に関するものである。

共焦点顕微鏡は、特許文献１の図５に示されているように構成されている。レーザなどの光源からの光はコリメータレンズで整形され、ビームスプリッタを介して音響光学素子やガルバノミラーなどで構成された二次元走査装置に送られて振られ、リレーレンズ、対物レンズを介して対象に結像されて走査がなされる。そして対象から反射してきた光は、前記対物レンズ、リレーレンズ、二次元走査装置を介して戻され、ビームスプリッタによってレーザ光と分離されて結像レンズでピンホールに結像され、それを通過した光が受光素子で検出される。

ここでピンホールは結像レンズの焦点位置に置かれ、また対物レンズの焦点位置と共役な関係の位置に置かれている。このようにピンホールが結像レンズの焦点位置に置かれていることで、対象の対物レンズに於ける焦点位置以外の光はピンホールでカットされ、光軸方向に分解能が生じて光学的断層像を得ることができる。そのため、医学研究分野では高い分解能や定量性によって研究に必須な機器となりつつあり、また、産業用途に於いても、微細化の一途をたどる半導体の検査などに用いられて高精度な表面微細形状測定（段差、線幅、粗さ）に有効な機器として定着している。

しかしながら二次元走査装置として、前記特許文献１に記されているような音響光学素子やガルバノミラーを用いた場合、広範囲で高速な走査は難しいため、最近は特許文献２の図１に示されているように、回転多面体鏡（以下ポリゴンミラーと略称する）を用いることが多くなっている。

特開２０００−３１０７３４号公報 特開２０１１−７６０２４号公報

しかしながらこれら特許文献１、２に示された共焦点顕微鏡は、いずれも対象からの反射光を検出するものであるが、透過光による検査や測定をしたいという要求も存在する。

すなわち、例えば透明板の表裏の平行度や凹凸を検査する場合、一方から入射した光で両面を検査することも可能ではあるが、レーザ光の入射側と対向する面は板の内部を２度通ってくるため明るさが減少し、かつ、内部に気泡などがある場合、その気泡を２度通過するために散乱などによる障害が大きくなる。また細胞内の構造を検査する場合も同様であり、細胞内に濁りがあるとそこを２度通過するわけであるから検査したい部分からの光は大きく減少する。

また共焦点顕微鏡は、瞳投影レンズとしてのリレーレンズにより、ガルバノミラーなどで構成された二次元走査装置（走査ユニット）と対物レンズの瞳（射出瞳）とを共役位置に配置することが重要である。すなわち二次元走査装置が共役位置にないと、視野周辺を走査するためのレーザビームが正しい位置や角度で対物レンズに入射しなくなり、周辺が暗くなったり画像自体が得られなくなる。

ところが透過式共焦点顕微鏡の場合、対象を走査するための第１の二次元走査装置と、対象を透過した光を受光素子へ送るための第２の二次元走査装置とを設置する必要があるが、これらはそれぞれ別個に駆動することになるため、例え第２の二次元走査装置が共役位置に配されていたとしても、２つの二次元走査装置が厳密に同期駆動できないとピンホールへ向かわせる光の角度がズレ、ピンホールに結像しなくなって正しい測定ができなくなる。これが透過式共焦点顕微鏡を構成する上での課題となるが、特に二次元走査装置としてガルバノミラーを用いた場合、同期制御は不可能といえるほど難しいものとなる。

これは走査の高速化を追求してポリゴンミラーなどの回転多面体鏡を用いた場合も同じである。特に走査側と受光素子側にポリゴンミラーを用いた場合、走査は高速に実施できるが、走査側ポリゴンミラーにより振って対象を透過した光を受光素子に向かわせる受光素子側ポリゴンミラーは、走査側ポリゴンミラーの反射面と厳密に同期させて動作させないと、対象を透過した光を受光素子方向に反射させることができなくなる。

そのため本発明においては、それぞれ回転多面体鏡を有した第１（走査側）と第２（受光素子側）の二次元走査装置（走査ユニット）における回転多面体鏡の反射面を厳密に同期させ、透過光による検査や測定を高速におこなえるようにした透過式共焦点顕微鏡を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる透過式共焦点顕微鏡は、
光源と、該光源からの光を振って対物レンズを介して検査対象を走査させる回転多面体鏡と、前記検査対象で反射して前記回転多面体鏡を介して戻った光を集光する集光レンズと、前記対物レンズの焦点位置と共役な関係の位置となる前記集光レンズの焦点位置に置かれたピンホールを介して、又は直接、検査対象からの反射光を受光する受光素子と、で構成される反射式共焦点顕微鏡からなる走査ユニットを検査対象の表裏に設け、
前記走査ユニットのうちの一の走査ユニットによる走査により前記検査対象を透過した光が他の走査ユニットにおける受光素子に入射されるよう、前記検査対象の表裏に設けた走査ユニットにおけるそれぞれの回転多面体鏡を回転させる２つのモータを同期制御する同期制御回路を備えると共に、前記他の走査ユニットにおける集光レンズの焦点位置は前記一の対物レンズの焦点位置と共役な関係の位置とし、
前記検査対象の表裏に設けたそれぞれの走査ユニットを反射式共焦点顕微鏡として動作可能とすると共に、一の走査ユニットから発した光で対象を走査し、透過した光を他の走査ユニットにおける受光素子に入射させて、透過光による対象走査をも行えるようにしたことを特徴とする。

また、前記２つの走査ユニットにおける回転多面体鏡のそれぞれには、その一部に両回転多面体鏡を同期合わせするための同期用マークが設けられ、該同期用マークを検出するためそれぞれの回転多面体鏡に対応し、第１の発光素子と第３の受光素子、及び第２の発光素子と第４の受光素子とからなるマーク検出手段が設けられ、前記同期制御回路は前記第３と第４の受光素子出力信号により前記２つの回転多面体鏡を同期合わせしたり、前記２つの走査ユニットにおけるそれぞれの回転多面体鏡に対面し、それぞれの走査ユニットの光源による走査開始点の検出用に第５と第６の受光素子からなる原点検出手段が設けられ、前記同期制御回路は前記第５と第６の受光素子出力信号により前記２つの回転多面体鏡を同期させることができる。

さらに、前記２つの走査ユニットにおけるそれぞれのモータはそれぞれ別個のモータ駆動回路で駆動され、前記同期制御回路は、前記第３と第４の受光素子、または第５と第６の受光素子からの信号を受けて前記２つの回転多面体鏡の同期を判定する一致判定回路と、該一致判定回路からの同期不一致の信号を受け、モータクロック発生器からのクロック信号を間引いて前記２つのモータ駆動回路の一方に送るモータクロック間引き回路とを備えていることで、第１と第２の回転反射鏡の同期合わせを簡単に行うことができる。

また、前記同期制御回路は、前記モータクロック間引き回路からの信号を受けてモータクロックを分周する分周回路と、積分回路で構成されて前記分周回路から出力されたクロック信号を分周した信号の位相を微調整するモータミラー面位相制御回路とを備えていることで、さらに正確で素早く第１と第２の回転反射鏡の同期合わせを行うことができる。

さらに、前記２つの走査ユニットは、そのどちらかまたは両方に、前記光源とは波長の異なる１つ、または複数の光源を備えていることで、異なる波長による走査を同時に行うことも可能となる。

以上記載のごとく本発明になる透過式共焦点顕微鏡は、検査対象の表裏に設けられた反射式共焦点顕微鏡により表裏から対象を検査できると共に、それぞれのユニットに用いられている回転多面体鏡を回転させるモータを同期制御することで、一の走査ユニットで対象を走査、透過した光を他の走査ユニットにおける受光素子に正確に入射させられるから、対象を透過光で高速に検査、測定することができる。

本発明になる透過式共焦点顕微鏡の構成概略斜視図である。 本発明になる透過式共焦点顕微鏡における回転多面体鏡を駆動するモータ駆動回路とそのモータ駆動回路を制御し、２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路の一例である。 図２に示した回転多面体鏡同期駆動回路のタイムチャートである。 本発明になる透過式共焦点顕微鏡における回転多面体鏡を駆動するモータ駆動回路とそのモータ駆動回路を制御し、２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路の他の例である。 図４に示した２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路における、モータミラー面位相制御回路の回路例を示した図である。 図４に示した回転多面体鏡同期駆動回路のタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる透過式共焦点顕微鏡の構成概略斜視図である。図中１０は、ガラスや細胞を載せたプラパートなどの検査対象となる透明板を載置し、図示していない駆動装置で２次元的に移動可能とした試料載置台で、この試料載置台１０を境に図上、上側を第１走査ユニット２０ａ、下側を第２走査ユニット２０ｂと称し、同一構成要素には同一番号を附して第１走査ユニット２０ａの構成要素にはａの符号を、第２走査ユニット２０ｂの構成要素にはｂの符号を付して説明する。

試料載置台１０は、その中央にガラスや細胞を載せたプラパートなどの検査対象となる透明板を載置するため、周囲に溝１２を有した孔１４が設けられ、上記したように図示していない駆動装置で、光軸をＺ軸とした場合に直行するＸＹ軸からなる２次元方向に移動可能に構成されている。

第１、第２走査ユニット２０ａ、２０ｂは、試料載置台１０に載置した対象を走査するため、レーザなどの光源２２ａ、２２ｂ、この光源２２ａ、２２ｂからの光を平行光束とするコリメータレンズ２４ａ、２４ｂ、平行光束としたレーザ光を回転多面体鏡２６ａ、２６ｂ方向に向かわせるビームスプリッタ２８ａ、２８ｂ、ｆθレンズなどで構成された走査レンズ３０ａ、３０ｂ、反射鏡３２ａ、３２ｂ、対物レンズ３４ａ、３４ｂを有する。

なお、この図１では回転反射鏡として回転多面体鏡、すなわちポリゴンミラーを用いた場合を図示しているが、平面状の回転鏡でも良いことは自明である。また、図示はしていないが、対物レンズ３４ａ、３４ｂは試料載置台１０に載置した対象に焦点を合わせられるよう光軸方向に移動可能に構成しても良い。

そして、検査対象を通過、または反射して、対物レンズ３４ａ、３４ｂ、反射鏡３２ａ、３２ｂ、回転多面体鏡（以下、ポリゴンミラーと称する）２６ａ、２６ｂと戻り、ビームスプリッタ２８ａ、２８ｂを通過した光は、反射プリズムまたは反射鏡（以下単に反射プリズムと称する）３６ａ、３６ｂで集光レンズ３８ａ、３８ｂ方向に向けられる。そしてこの集光レンズ３８ａ、３８ｂでピンホール板４０ａ、４０ｂの中央に設けられたピンホール４００ａ、４００ｂに集光され、受光素子４２ａ、４２ｂにより反射光、または通過光の光量が検出される。

ここでピンホール４００ａ、４００ｂは、集光レンズ３８ａ、３８ｂの焦点位置となるよう設置され、また対物レンズ３４ａ、３４ｂの焦点位置と共役な関係の位置に置かれている。尚、このピンホール板４０ａ、４０ｂは、受光素子４２ａ、４２ｂの受光面が十分に小さい場合、図のピンホール４００ａ、４００ｂに受光面がくるよう設置できる場合は省いても良い。

さらにポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの回転を同期させる制御に使うため、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂに設けられたミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂを検出する発光素子４６ａ、４６ｂ、受光素子４８ａ、４８ｂが設けられ、さらにポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの回転によって振られて検査対象を走査するレーザ光の走査原点を検出するため、原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂが設けられている。５２ａ、５２ｂは、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂを回転させる、例えばホール素子による回転速度検出センサーを持つＤＣブラシレスモータ（以下単にモータと称する）である。

なお、本発明になる透過式共焦点顕微鏡を透過式共焦点顕微鏡として使う場合は光源２２ｂ、コリメータレンズ２４ｂ、ビームスプリッタ２８ｂ、及び反射プリズム３６ａ、集光レンズ３８ａ、ピンホール板４０ａ、受光素子４２ａは不要であるが、第１走査ユニット２０ａを反射式共焦点顕微鏡として用いる場合、及び試料載置台１０に載置した検査対象を表裏から一度に検査するため、第１走査ユニット２０ａ、第２走査ユニット２０ｂをそれぞれ反射式共焦点顕微鏡として用いる場合はこれらの構成要素をそのまま用いる。また、図中のコリメータレンズ２４ａ、２４ｂ、走査レンズ３０ａ、３０ｂ、対物レンズ３４ａ、３４ｂなどは単レンズとして図示しているが、これは図面を簡略化して示しているだけであり、一般的に行われているようにそれぞれ複数のレンズを用いて構成してもよいことは自明である。

まず本発明になる透過式共焦点顕微鏡を、透過式共焦点顕微鏡として使う場合について説明すると、レーザなどの光源２２ａから出た光はコリメータレンズ２４ａで平行光束にされ、ビームスプリッタ２８ａによりポリゴンミラー２６ａ方向に向けられる。ポリゴンミラー２６ａは、後記するモータ駆動回路で駆動されるモータ５２ａで回転され、送られてきたレーザ光を各反射面で振り、その光はｆθレンズなどで構成された走査レンズ３０ａを通過し、反射鏡３２ａ、対物レンズ３４ａを介して試料載置台１０の孔１４に設けられた溝１２に載置された検査対象を走査する。

そして検査対象となるガラスや細胞を載せたプラパートを通過した光は対物レンズ３４ｂを通過して反射鏡３２ｂで反射され、走査レンズ３０ｂを介してポリゴンミラー２６ａと同期回転しているポリゴンミラー２６ｂにより、常時ビームスプリッタ２８ｂ方向に反射される。そしてビームスプリッタ２８ｂを通過した反射光は反射プリズム３６ｂで方向を曲げられ、集光レンズ３８ｂによりその焦点位置に置かれたピンホール板４０ｂのピンホール４００ｂに焦点を結び、このピンホール４００ｂを通過した光量が受光素子４２ｂで検出される。

検査対象の走査開始位置は、レーザ光などの光源２２ａ、２２ｂから送られたレーザ光、または上記したように検査対象を通過して対物レンズ３４ｂを通過して反射鏡３２ｂで反射され、走査レンズ３０ｂを介してポリゴンミラー２６ｂに送られた反射光を、走査原点検出用の受光素子５０ａ、５０ｂが検出した時点から導き出す。

また、本発明になる透過式共焦点顕微鏡を、例えば検査対象を表裏から走査する反射式共焦点顕微鏡として使う場合、光源２２ａ、２２ｂから出てコリメータレンズ２４ａ、２４ｂで平行光束とされたレーザ光は、ビームスプリッタ２８ａ、２８ｂを通過してポリゴンミラー２６ａ、２６ｂで振られ、ｆθレンズなどで構成された走査レンズ３０ａ、３０ｂ、反射鏡３２ａ、３２ｂ、対物レンズ３４ａ、３４ｂを介して検査対象を走査する。

そして検査対象から反射した光はレーザ光の光路を逆に戻り、対物レンズ３４ａ、３４ｂ、反射鏡３２ａ、３２ｂ、走査レンズ３０ａ、３０ｂを介してポリゴンミラー２６ａ、２６ｂで反射され、ビームスプリッタ２８ａ、２８ｂでレーザ光と分離されて通過する。そして、反射プリズム３６ａ、３６ｂにより集光レンズ３８ａ、３８ｂに向けられ、ピンホール板４０ａ、４０ｂのピンホール４００ａ、４００ｂに集光されて、通過した光の光量が受光素子４２ａ、４２ｂで検出される。

なお、本発明になる透過式共焦点顕微鏡を検査対象の一面からのみ走査する反射式共焦点顕微鏡として使う場合、例えば第１走査ユニット２０ａ側だけを駆動すればよい。そのため本発明は、透過式共焦点顕微鏡としても反射式共焦点顕微鏡としても使うことができる。また、本発明になる透過式共焦点顕微鏡を反射式共焦点顕微鏡として使う場合、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂを同期回転させる必要はなくなる。

図２は、本発明になる透過式共焦点顕微鏡における回転多面体鏡を駆動するモータ駆動回路とそのモータ駆動回路を制御し、２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路の一例であり、図３は図２に示した回転多面体鏡同期駆動回路のタイムチャートである。前記したように本発明を透過式共焦点顕微鏡として使う場合、図１に於ける光源２２ａから出てポリゴンミラー２６ａで振られ、試料載置台１０上の検査対象を通過した光は、今度はポリゴンミラー２６ｂでビームスプリッタ２８ｂ方向に向けられ、集光レンズ３８ｂでピンホール板４０ｂ上のピンホール４００ｂに結像する必要があるが、そのためにはポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの面が同期して回転している必要がある。それを実現するのがこの図２に示した回路であり、モータ５２ａ、５２ｂを制御し、２つのポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの面が同期して回転するようにするものである。

なお、この図２に於いても同一構成要素には同一番号を付し、第１走査ユニット２０ａに対応する要素にはａを、第２走査ユニット２０ｂに対応する要素にはｂを付してある。

図２において、６０はモータ５２ａ、５２ｂの回転数を同じにするため、共通の周波数のクロックを発生するモータクロック発生器、６２ａ、６２ｂはポリゴンミラー２６ａ、２６ｂを同期回転させるため、モータクロック発生器６０から送られるクロックの位相を制御するモータクロック位相制御回路で、これはポリゴンミラー２６ａ、２６ｂに付されたミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂを検出する受光素子４８ａ、４８ｂからの信号を受け、ミラー面の同期、同期不一致を判定する一致判定回路６４ａ、６４ｂと、この一致判定回路６４ａ、６４ｂからの同期不一致を知らせる信号を受けた時、モータクロック発生器６０から送られてくるモータクロックの一方を間引き、それによってモータ５２ａまたは５２ｂの回転の位相を変化させる（たとえば一方のモータの回転を遅らせる）ことでポリゴンミラー２６ａ、２６ｂを同期させるモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂとからなっている。６８ａ、６８ｂはモータ駆動回路である。

そしてモータ駆動回路６８ａ、６８ｂは、外部からモータ電源７０、モータクロック発生器６０からモータクロック位相制御回路６２ａ、６２ｂを介して送られてくるモータクロック信号、モータ起動信号７２が入力されると、モータクロック周波数に対応した回転数までモータ５２ａ、５２ｂを回転させ、所定の回転数に達すると一定回転数で回し続けると共にモータロック信号を出力する。

図３に於いてモータクロック発生器出力６０はモータクロック発生器から送られるモータクロックで、ミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂは、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂ上に付されたミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂを受光素子４８ａ、４８ｂが検出した信号である。

モータ駆動回路６８ａ、６８ｂに単にモータ起動信号７２を入力し、モータ駆動回路６８ａ、６８ｂによりモータ５２ａ、５２ｂを駆動すると、通常、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同期は図のミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂのように位相がズレている。そしてこの位相がズレたミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂは、一致判定回路６４ａ、６４ｂに送られて同期ズレが検出される。

すると一致判定回路６４ａ、６４ｂから、モータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂに同期不一致の信号が送られる。そのため例えばモータクロック間引き回路６６ａから、図３のモータクロック間引き回路出力６６ａに波線で示したように、途中のクロックが間引かれたクロックがモータ駆動回路６８ａに送られる。そのためモータ５２ａの回転位相が変化（この場合は遅くなる）し、これが図３の位相制御後ミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂに示したように、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂが同期するまで続けられる。そしてポリゴンミラー２６ａ、２６ｂが同期したら、前記したようにモータ駆動回路６８ａ、６８ｂは、モータロック信号を出力し、モータ５２ａ、５２ｂを一定回転数で回転させる。

なお、ミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂは、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同一位置に完全に一致させて画くことは困難だから、予めミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂの位置差を実験で確認し、その位置差に相応した時間差を加味して一致判定回路６４ａ、６４ｂで一致判定を実施する必要がある。

また、このようにしてもミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂだけではポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの面同期を完全に実現するのが困難な場合、ある程度面同期が進んだ段階で原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂの出力を利用し、両者が一致した時点をポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同期一致と判定するようにすることもできる。この場合、センサ（受光素子）４８ａ、４８ｂの信号と同様、原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂからの信号を一致判定回路６４ａ、６４ｂに入れ、原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂからの信号の一致を判定させて、前記したようにモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂにモータクロックの間引きを実施させる。

なお、ミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂを用いず、このように原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂの出力のみで同期合わせするようにしてもよい。この場合、光源２２ａ、２２ｂの両者からの光を原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂで検出して同期合わせをすればよいが、上記したようにある程度の同期が進むまで光源２２ａ、２２ｂの両者からの光でおこない、最終的な同期合わせを光源２２ａから光だけを用い、対象を通過した光がポリゴンミラー２６ｂで反射した光により同期合わせをするようにしても良い。

また、以上の説明では、一致判定回路６４ａ、６４ｂからモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂに同期不一致の信号が送られ、モータクロック間引き回路６６ａによってモータクロック発生器出力６０の間引きが行われるよう説明したが、逆に、モータクロック間引き回路６６ｂによってモータクロック発生器出力６０の間引きを行うようにしても良い。

ただ、図３のミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂのように両者の位相ズレが少ない場合は、ミラー面検出センサ出力４８ａ側、すなわちモータクロック間引き回路６６ａによりモータクロック発生器６０からのクロック信号を間引くと、より早く同期させることができる。そのため一致判定回路６４ａ、６４ｂには、モータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂのどちらでモータクロックを間引いた方がより早く同期が達成できるか、すなわちミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂの時間的な差がプラスかマイナスか、かつ、時間差はそれぞれのセンサ出力間隔の半分以上か半分以下か、により、間引きを実施する間引き回路を選択する機能を持たせるとより早く同期が達成できる。

なお、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同期合わせは電源ＯＮした時に実施するだけであるから通常は急ぐ必要はなく、モータクロック位相制御回路６２ａ、６２ｂは一つだけ備えるようにしてもよい。またモータクロック発生器６０が発生するクロック信号は、一般的にモータ駆動用に低い周波数が用いられるが、高い周波数のクロックをモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂに送り、この回路で低減させるようにすると共に、周波数の高い段階で間引きを実施し、位相の制御をより細かく行えるようにしてもよい。

図４は本発明になる透過式共焦点顕微鏡における回転多面体鏡を駆動するモータ駆動回路とそのモータ駆動回路を制御し、２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路の他の例である。また図５は、図４に示した２つの回転多面体鏡を同期駆動させるための回路における、モータミラー面位相制御回路８２ａ、８２ｂの回路例であり、図６は図４に示した回転多面体鏡同期駆動回路のタイムチャートである。図４に於いて図２と同一の構成要素には同一番号を附し、また第１走査ユニット２０ａに対応する要素にはａを、第２走査ユニット２０ｂに対応する要素にはｂを付してある。

図４において６０はモータクロック発生器、６２ａ、６２ｂはモータクロック位相制御回路で、このモータクロック位相制御回路は図２で説明したように一致判定回路６４ａ、６４ｂとモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂとからなっている。６８ａ、６８ｂはモータ駆動回路、８０ａ、８０ｂは分周回路、８２ａ、８２ｂはモータミラー面位相制御回路である。

モータ駆動回路６８ａ、６８ｂは、図２の場合と同様、モータクロック発生器６０からモータクロック位相制御回路６２ａ、６２ｂ、分周回路８０ａ、８０ｂ、モータミラー面位相制御回路８２ａ、８２ｂを介して送られてくるモータクロック信号、モータ電源７０、モータ起動信号７２が入力されると、モータクロック周波数に対応した回転数までモータ５２ａ、５２ｂを回転させ、所定の回転数に達すると一定回転数で回し続けると共にモータロック信号を出力する。

このうち分周回路８０ａ、８０ｂは、モータクロック位相制御回路６２ａ、６２ｂから送られてくる位相制御されたモータクロック信号を１／２、１／４などに分周し、モータクロック信号のパルス幅やパルス間隔を変化させて、より同期合わせが容易になるようにする。またモータミラー面位相制御回路８２ａ、８２ｂは、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、オペレーショナルアンプ９０、９１の間にコンデンサ９２と、（Ａ）では固定抵抗９５を、（Ｂ）では可変抵抗９６を、（Ｃ）では入力端子９８から抵抗値を設定するデジタル抵抗９７を図のように接続した積分回路で構成され、位相制御をより細かく行えるようにしたものである。

図６に於いてモータクロック発生器出力６０はモータクロック発生器から送られるモータクロックで、ミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂはポリゴンミラー２６ａ、２６ｂ上に付されたミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂを受光素子４８ａ、４８ｂが検出した信号である。モータ駆動回路６８ａ、６８ｂに単にモータ起動信号７２を入力し、モータ駆動回路６８ａ、６８ｂによりモータ５２ａ、５２ｂを駆動すると、通常、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同期は図のミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂのようにズレてくる。

そのため、このミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂは一致判定回路６４ａ、６４ｂに送られて同期ズレが検出される。一致判定回路６４ａ、６４ｂには、モータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂのどちらでモータクロックを間引いた方がより早く同期が達成できるか、を選択する機能を持たせてもよいことは前記したとおりであり、図３の例と同様モータクロック間引き回路出力６６ａに波線で示したように、途中のクロックを間引いた信号を分周回路８０ａに送る。

分周回路８０ａは、送られてきた間引きクロック信号により、図６の分周回路出力８０ｂに比較して間引かれた分周回路出力８０ａのような分周出力を生成し、それをモータミラー面位相制御回路８２ａに送る。モータミラー面位相制御回路８２ａは前記したように積分回路であり、モータミラー面位相制御回路８２ａ−１、８２ａ−２のように少しずつ位相がズレた出力を生成し、モータ駆動回路６８ａに送ることでモータ５２ａの回転の位相を変化させる。この動作は図６の位相制御後ミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂに示したように、ポリゴンミラー２６ａ、２６ｂが同期して回転するまで続けられる。そしてポリゴンミラー２６ａ、２６ｂが同期したら、前記したようにモータ駆動回路６８ａ、６８ｂはモータロック信号を出力し、モータ５２ａ、５２ｂを一定回転数で回転させる。

なお、ミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂは、前記したようにポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同一位置に完全に一致させて画くことは困難だから、予めミラー面検出センサ出力４８ａ、４８ｂの位置差を実験で確認し、その位置差に相応した時間差を加味して一致判定回路６４ａ、６４ｂで一致判定を実施する必要がある。また、ミラー面同期用マーク４４ａ、４４ｂだけではポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの面同期を完全に実現するのが困難な場合、ある程度面同期が進んだ段階で原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂの出力を利用し、両者が一致した時点をポリゴンミラー２６ａ、２６ｂの同期一致と判定するようにしてもよく、さらに原点検出用受光素子５０ａ、５０ｂの出力のみで同期合わせするようにしてもよい。

さらに、以上の説明では、一致判定回路６４ａ、６４ｂからモータクロック間引き回路６６ａ、６６ｂに同期不一致の信号が送られ、モータクロック間引き回路６６ａによってモータクロック発生器出力６０の間引きが行われるよう説明したが、逆に、モータクロック間引き回路６６ｂによってモータクロック発生器出力６０の間引きを行うようにしても良い。

このように、透過式共焦点顕微鏡と走査ユニットのポリゴンミラーを回転させるモータの制御回路を構成することで、第１と第２の走査ユニットに於ける２つのポリゴンを厳密に同期させることができ、また走査ユニットは、回転多面体鏡（ポリゴンミラー）を用いていることで透過光による検査や測定を高速でおこなうことができる。

なお、図１に示した本発明の構成では、光源として２２ａ、２２ｂで示したように各走査ユニットに１つだけ用いる場合を例に説明してきたが、必要に応じてユニット毎に波長の異なる光源を複数用い、それによって波長毎に異なる情報を得られるようにしても良い。この場合、ビームスプリッタ２８ａ、２８ｂと反射プリズム３６ａ、３６ｂとの間に、光源２２ａ、２２ｂとは波長の異なる光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタを配置する。こうすると、例えば光源としてそれぞれ３原色の波長のものを用いれば、走査結果をカラーで表示することも可能となる。

本発明になる透過式共焦点顕微鏡は、ガラスや細胞などの検査対象を透過した光で高速に検査することができ、医学研究分野や産業分野に於いても大きな効果をもたらすことができる。

１０ 試料載置台
１２ 溝
１４ 孔
２０ａ 第１走査ユニット
２０ｂ 第２走査ユニット
２２ａ、２２ｂ 光源
２４ａ、２４ｂ コリメータレンズ
２６ａ、２６ｂ ポリゴンミラー
２８ａ、２８ｂ ビームスプリッタ
３０ａ、３０ｂ 走査レンズ
３２ａ、３２ｂ 反射鏡
３４ａ、３４ｂ 対物レンズ
３６ａ、３６ｂ 反射プリズム
３８ａ、３８ｂ 集光レンズ
４０ａ、４０ｂ ピンホール板
４００ａ、４００ｂ ピンホール
４２ａ、４２ｂ 受光素子
４４ａ、４４ｂ ミラー面同期用マーク
４６ａ、４６ｂ 発光素子
４８ａ、４８ｂ 受光素子
５０ａ、５０ｂ 原点検出用受光素子
５２ａ、５２ｂ モータ
６０ モータクロック発生器
６２ａ、６２ｂ モータクロック位相制御回路
６４ａ、６４ｂ 一致判定回路
６６ａ、６６ｂ モータクロック間引き回路
６８ａ、６８ｂ モータ駆動回路
７０ モータ電源
７２ モータ起動信号
８０ａ、８０ｂ 分周回路
８２ａ、８２ｂ モータミラー面位相制御回路
オペレーショナルアンプ９０、９１
コンデンサ９２
固定抵抗
可変抵抗９６
デジタル抵抗９７
入力端子９８

Claims (6)

1. 光源と、該光源からの光を振って対物レンズを介して検査対象を走査させる回転多面体鏡と、前記検査対象で反射して前記回転多面体鏡を介して戻った光を集光する集光レンズと、前記対物レンズの焦点位置と共役な関係の位置となる前記集光レンズの焦点位置に置かれたピンホールを介して、又は直接、検査対象からの反射光を受光する受光素子と、で構成される反射式共焦点顕微鏡からなる走査ユニットを検査対象の表裏に設け、
   前記走査ユニットのうちの一の走査ユニットによる走査により前記検査対象を透過した光が他の走査ユニットにおける受光素子に入射されるよう、前記検査対象の表裏に設けた走査ユニットにおけるそれぞれの回転多面体鏡を回転させる２つのモータを同期制御する同期制御回路を備えると共に、前記他の走査ユニットにおける集光レンズの焦点位置は前記一の対物レンズの焦点位置と共役な関係の位置とし、
   前記検査対象の表裏に設けたそれぞれの走査ユニットを反射式共焦点顕微鏡として動作可能とすると共に、一の走査ユニットから発した光で対象を走査し、透過した光を他の走査ユニットにおける受光素子に入射させて、透過光による対象走査をも行えるようにしたことを特徴とする透過式共焦点顕微鏡。
2. 前記２つの走査ユニットにおける回転多面体鏡のそれぞれには、その一部に両回転多面体鏡を同期合わせするための同期用マークが設けられ、該同期用マークを検出するためそれぞれの回転多面体鏡に対応し、第１の発光素子と第３の受光素子、及び第２の発光素子と第４の受光素子とからなるマーク検出手段が設けられ、前記同期制御回路は前記第３と第４の受光素子出力信号により前記２つの回転多面体鏡を同期合わせすることを特徴とする請求項１に記載した透過式共焦点顕微鏡。
3. 前記２つの走査ユニットにおけるそれぞれの回転多面体鏡に対面し、それぞれの走査ユニットの光源による走査開始点の検出用に第５と第６の受光素子からなる原点検出手段が設けられ、前記同期制御回路は前記第５と第６の受光素子出力信号により前記２つの回転多面体鏡を同期合わせすることを特徴とする請求項１に記載した透過式共焦点顕微鏡。
4. 前記２つの走査ユニットにおけるそれぞれのモータはそれぞれ別個のモータ駆動回路で駆動され、前記同期制御回路は、前記第３と第４の受光素子、または第５と第６の受光素子からの信号を受けて前記２つの回転多面体鏡の同期を判定する一致判定回路と、該一致判定回路からの同期不一致の信号を受け、モータクロック発生器からのクロック信号を間引いて前記２つのモータ駆動回路の一方に送るモータクロック間引き回路とを備えていることを特徴とする請求項２または３に記載した透過式共焦点顕微鏡。
5. 前記同期制御回路は、前記モータクロック間引き回路からの信号を受けてモータクロックを分周する分周回路と、積分回路で構成されて前記分周回路から出力されたクロック信号を分周した信号の位相を微調整するモータミラー面位相制御回路とを備えていることを特徴とする請求項４に記載した透過式共焦点顕微鏡。
6. 前記２つの走査ユニットは、そのどちらかまたは両方に、前記光源とは波長の異なる１つ、または複数の光源を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した透過式共焦点顕微鏡。