JP6057583B2 - Optical scanning device and scanning inspection device - Google Patents

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Description

本発明は、光走査装置および走査型検査装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device and a scanning type inspection device.

従来、レーザ光の焦点の位置を波面変換素子を用いてレーザ光の光軸方向に移動することにより、観察面を試料の深さ方向に迅速に移動することができる走査型光学顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, there has been known a scanning optical microscope that can quickly move the observation surface in the depth direction of the sample by moving the focal position of the laser light in the optical axis direction of the laser light using a wavefront conversion element. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2004−109219号公報JP 2004-109219 A

しかしながら、特許文献1では、焦点の位置毎に波面変換素子の反射面の形状を最適化し、観察面を1つずつ走査している。したがって、深さ位置が異なる複数の観察面を観察する場合、少なくとも1つの観察面の走査に要する時間だけ各観察面の観察時刻に時差が生じることとなり、深さ位置が異なる複数の観察面を同時に走査して観察することができないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができる光走査装置および走査型検査装置を提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1, the shape of the reflection surface of the wavefront conversion element is optimized for each focal position, and the observation surface is scanned one by one. Therefore, when observing a plurality of observation planes with different depth positions, a time difference occurs in the observation time of each observation plane for the time required for scanning at least one observation plane, and a plurality of observation planes with different depth positions are displayed. There is an inconvenience that scanning and observation cannot be performed simultaneously.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an optical scanning device and a scanning inspection device capable of scanning a plurality of regions to be inspected at different depth positions substantially simultaneously. To do.

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、同一の平面上を進む複数のレーザ光に前記平面上における相対的な角度を付与して前記複数のレーザ光を同一箇所に集合させるビーム角度設定部と、該ビーム角度設定部により前記同一箇所に集合させられた前記レーザ光を前記平面に沿う方向に走査する走査部と、該走査部によって走査される各前記レーザ光を収束させることにより焦点を形成させる合焦光学系と、該合焦光学系によって形成される各前記レーザ光の焦点の位置を前記レーザ光の光軸方向に調整することによって、少なくとも一部の焦点の位置を前記光軸方向に異ならせる合焦位置調整手段とを備える光走査装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a beam angle setting unit that gives a plurality of laser beams traveling on the same plane to a relative angle on the plane and collects the plurality of laser beams at the same location, and the beam angle setting unit. A scanning unit that scans the laser beams gathered at the same location in a direction along the plane, and a focusing optical system that forms a focal point by converging the laser beams scanned by the scanning unit; by adjusting the position of the focal point of each of the laser beams in the optical axis direction before Symbol laser beam formed by該合focusing optical system, the focus position to vary the position of at least a portion of the focal point on the optical axis An optical scanning device including an adjusting unit is provided.

本発明によれば、ビーム角度設定部によって走査部に集合させられた複数のレーザ光は、走査部により、該走査部への入射角度に応じた相対的な角度を成して走査される。これにより、複数のレーザ光は、走査方向に沿う面内において同一の範囲を時間間隔をあけて順番に走査される。   According to the present invention, the plurality of laser beams collected in the scanning unit by the beam angle setting unit are scanned by the scanning unit at a relative angle corresponding to the incident angle to the scanning unit. As a result, the plurality of laser beams are sequentially scanned in the same range in the plane along the scanning direction with a time interval.

この場合に、合焦光学系を介して被検体に照射される複数のレーザ光の焦点の位置は、合焦位置調整手段によって互いに光軸方向に異なるので、複数のレーザ光は被検体の互いに異なる深さ位置を走査される。このときの各レーザ光が各深さ位置を走査される時刻の差は、走査部による複数のレーザ光の走査周期に相当する十分に短い時間となる。これにより、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができる。   In this case, since the focal positions of the plurality of laser beams irradiated to the subject via the focusing optical system are different from each other in the optical axis direction by the focusing position adjusting means, the plurality of laser beams are mutually reflected on the subject. Different depth positions are scanned. The difference in time at which each laser beam is scanned at each depth position at this time is a sufficiently short time corresponding to the scanning period of the plurality of laser beams by the scanning unit. As a result, a plurality of regions to be inspected having different depth positions can be scanned substantially simultaneously.

上記発明においては、前記走査部の前段に直列に設けられ、それらの間の途中位置に前記複数のレーザ光に焦点を形成させた後に各レーザ光を略平行光束として前記走査部に出射する一対のレンズ系を備え、前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に形成される前記焦点の位置を各レーザ光の光軸方向に調整してもよい。
このようにすることで、合焦光学系によって形成される各レーザ光の焦点の光軸方向の位置を簡易な構成で互いに異ならせることができる。
In the above invention, the pair of laser beams are provided in series in front of the scanning unit, and each laser beam is emitted to the scanning unit as a substantially parallel light beam after a focus is formed on the plurality of laser beams at an intermediate position therebetween. comprising a lens system, the focal position adjusting means, the position of the focal point is formed between the pair of the lens system may be adjusted in the direction of the optical axis of the laser beams.
By doing in this way, the position of the focus of each laser beam formed by the focusing optical system in the optical axis direction can be made different with a simple configuration.

また、上記発明においては、前記一対のレンズ系のうち一方が、各前記レーザ光の光路上に設けられ各前記レーザ光を収束光束とする複数の収束レンズ系であり、前記合焦位置調整手段が、各前記収束レンズ系の前記光路における前記光軸方向の位置を調整してもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ簡易な構成によって互いに異ならせることができる。
In the above invention, one of the pair of lens systems is a plurality of converging lens systems that are provided on an optical path of each of the laser beams and use the laser beams as a convergent light beam, and the focusing position adjusting unit However, the position in the optical axis direction in the optical path of each converging lens system may be adjusted.
By doing in this way, the focus position of each laser beam can be made different from each other independently and with a simple configuration.

また、上記発明においては、各前記収束レンズ系が、前記各レーザの光軸方向に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ容易に変更することができる。
Moreover, in the said invention, each said converging lens system may be provided so that a movement in the optical axis direction of each said laser is possible.
By doing in this way, the position of the focus of each laser beam can be changed independently and easily.

また、上記発明においては、前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に設けられ、各前記レーザ光の光路長を調整する光路長調整部を備えていてもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ簡易な構成によって互いに異ならせることができる。
Moreover, in the said invention, the said focus position adjustment means may be provided between the said pair of lens systems, and may be provided with the optical path length adjustment part which adjusts the optical path length of each said laser beam.
By doing in this way, the focus position of each laser beam can be made different from each other independently and with a simple configuration.

また、上記発明においては、前記一対のレンズ系の間に設けられた、入射されたレーザ光を2つの光路に分岐する分岐部および該分岐部によって分岐された2つの光路を1つに合流させる合流部を備え、前記光路長調整部が、前記分岐部によって分岐された各光路において互いに角度を成して設けられ、前記分岐部から入射されるレーザ光を順に反射して前記合流部へ導く一対のミラーを備え、各該一対のミラーは、該一対のミラーを経由した前記分岐部から前記合流部までの光路長を変更可能であってもよい。
このようにすることで、分岐部において分岐された2つのレーザ光は、一対のミラーによって互いに異なる光路長を与えられてから合流部において合流させられる。これにより、光路長調整部の構成を簡易にすることができる。
In the invention described above, the branching portion provided between the pair of lens systems for branching the incident laser beam into two optical paths and the two optical paths branched by the branching portion are merged into one. The optical path length adjusting unit is provided with an angle with each other in the optical paths branched by the branch unit, and sequentially reflects the laser light incident from the branch unit and guides it to the junction unit. A pair of mirrors may be provided, and each of the pair of mirrors may be capable of changing an optical path length from the branch portion to the junction portion via the pair of mirrors.
By doing so, the two laser beams branched at the branching portion are given different optical path lengths by the pair of mirrors and then merged at the junction. Thereby, the structure of an optical path length adjustment part can be simplified.

また、上記発明においては、前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に沿う方向に一体的に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、2つレーザ光の焦点の位置を独立にかつ容易に変更することができる。
In the above invention, the pair of mirrors may be provided so as to be integrally movable in a direction along the incident optical axis of the laser light incident from the branch portion.
By doing in this way, the position of the focus of two laser beams can be changed independently and easily.

また、上記発明においては、前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に交差する方向に一体的に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、合流部において合流される2つのレーザ光の距離間隔のみを容易に変更することができる。
In the above invention, the pair of mirrors may be provided so as to be integrally movable in a direction intersecting an incident optical axis of laser light incident from the branching portion.
By doing in this way, only the distance space | interval of the two laser beams merged in a merge part can be changed easily.

また、上記発明においては、前記一対のレンズ系、分岐部、一対のミラーおよび合流部が、直列に複数組備えられていてもよい。
このようにすることで、走査部によって走査されるレーザ光の数を2、4、8、…と増加することができる。
In the above invention, a plurality of sets of the pair of lens systems, the branching unit, the pair of mirrors, and the merging unit may be provided in series.
By doing so, the number of laser beams scanned by the scanning unit can be increased to 2, 4, 8,.

また、上記発明においては、前記一対のレンズ系のうち一方の前段において前記複数のレーザ光の光軸を互いに平行にする平行化手段を備え、前記一対のレンズ系のうち他方が、前記平行化手段によって光軸が互いに平行とされた前記複数のレーザ光を共通して受光するとともに、受光した前記複数のレーザ光を前記同一箇所に集合させるコリメートレンズ系であり、前記ビーム角度設定部が、前記コリメートレンズ系からなっていてもよい。
このようにすることで、コリメート光学系がビーム角度設定部を兼ねることにより、構成を簡易にすることができる。
In the above invention, includes a collimating means for mutually parallel optical axes of the plurality of laser beams in front of one of said pair of lens systems, other of the pair of the lens system, the collimated A collimating lens system for commonly receiving the plurality of laser beams whose optical axes are parallel to each other by the means, and collecting the received plurality of laser beams at the same location, and the beam angle setting unit, It may consist of the collimating lens system.
By doing in this way, a collimating optical system can serve as a beam angle setting part, and can simplify a structure.

また、上記発明においては、前記走査部により走査された前記レーザ光が通過する走査方向の範囲を制限するスリットを備えていてもよい。
このようにすることで、走査部によって走査される複数のレーザ光のうち一部を、順番に切り替えながら被検体に照射することができる。
Moreover, in the said invention, you may provide the slit which restrict | limits the range of the scanning direction through which the said laser beam scanned by the said scanning part passes.
In this way, it is possible to irradiate the subject with a part of the plurality of laser beams scanned by the scanning unit while switching in order.

また、上記発明においては、前記走査部により走査された前記レーザ光を前記走査部による走査方向に対して直交する方向に走査するもう1つの走査部を備えていてもよい。
このようにすることで、被検体においてレーザ光を2次元的に走査することができる。
In the invention described above, another scanning unit that scans the laser beam scanned by the scanning unit in a direction orthogonal to a scanning direction by the scanning unit may be provided.
By doing in this way, a laser beam can be scanned two-dimensionally in the subject.

また、上記発明においては、前記合焦位置調整手段が、前記複数のレーザ光のうち一部の複数のレーザ光の前記光軸方向の焦点の位置を同一とし、前記もう1つの走査部が、前記一部の複数のレーザ光を前記直交する方向に互いに異なる位置に走査してもよい。
このようにすることで、複数のレーザ光が同一の深さ位置の平面を位置をずらしながら順番に走査されるので、被検体の1つの被検査面の走査に要する時間を短縮することができる。
また、上記発明においては、前記合焦位置調整手段が、各前記レーザ光の焦点の位置を、前記レーザ光の光軸方向に互いに異ならせてもよい。
In the above invention, the in-focus position adjusting means sets the same focal position in the optical axis direction of some of the plurality of laser beams, and the other scanning unit includes: The some laser beams may be scanned at different positions in the orthogonal direction.
By doing so, a plurality of laser beams are scanned in order while shifting the position of the plane at the same depth position, so that the time required for scanning one inspection surface of the subject can be shortened. .
Moreover, in the said invention, the said focus position adjustment means may mutually vary the position of the focus of each said laser beam in the optical axis direction of the said laser beam.

また、本発明は、上記いずれかに記載の光走査装置と、該光走査装置により走査された前記レーザ光を被検体に照射する観察光学系と、該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記被検体からの光を検出する検出部とを備える走査型検査装置を提供する。   In addition, the present invention provides the optical scanning device according to any one of the above, an observation optical system that irradiates a subject with the laser light scanned by the optical scanning device, and the laser light is irradiated by the observation optical system. In addition, a scanning inspection apparatus including a detection unit that detects light from the subject is provided.

本発明によれば、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to scan a plurality of areas to be inspected at different depth positions substantially simultaneously.

本発明の第1の実施形態に係る光走査装置およびこれを備える走査型検査装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention and a scanning inspection apparatus including the same. 図1の走査型検査装置において試料に照射されるビーム同士の焦点の位置の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship of the position of the focus of the beams irradiated to a sample in the scanning type inspection apparatus of FIG. 図1の走査型検査装置において試料に照射されるビームの焦点の位置と走査される平面との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the position of the focus of the beam irradiated to a sample, and the scanning plane in the scanning type inspection apparatus of FIG. 図1の走査型検査装置において試料に照射されるビーム同士の焦点の位置の関係の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the positional relationship of the focus of the beams irradiated to a sample in the scanning type inspection apparatus of FIG. 図1の走査型検査装置において試料に照射されるビームの焦点の位置と走査される平面との関係の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the relationship between the focus position of the beam irradiated to a sample, and the scanning plane in the scanning type inspection apparatus of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る光走査装置およびこれを備える走査型検査装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the optical scanning device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and a scanning type inspection apparatus provided with the same. 図6の光走査装置の変形例を示す部分的な構成図である。It is a partial block diagram which shows the modification of the optical scanning device of FIG.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る光走査装置1およびこれを備える走査型検査装置100について図1〜図5を参照して説明する。
(First embodiment)
An optical scanning device 1 according to a first embodiment of the present invention and a scanning inspection apparatus 100 including the same will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係る光走査装置1は、図1に示されるように、光源12から入射されたビーム(レーザ光)Lから互いに平行に同一方向に進む4つのビームL1〜L4を生成する3つのビームスプリッタ2a〜2c(平行化手段)およびミラー(平行化手段)3と、4つのビームL1〜L4を走査する第1のスキャナ(走査部)4と、各ビームL1〜L4を第1のスキャナ4に収束させる一対のレンズ系(合焦位置調整手段)5と、第1のスキャナ4により走査された各ビームL1〜L4が通過する範囲を制限するスリット6と、該スリット6を通過したビームL1〜L4を第1のスキャナ4による走査方向に対して直交する方向に走査する第2のスキャナ7と、2つのスキャナ4,7によるビームL1〜L4の走査タイミングを同期させる制御部8とを備えている。図中、符号9は、スリット6を通過したビームL1〜L4をリレーするリレーレンズを示し、符号10は、瞳投影レンズを示している。   As shown in FIG. 1, the optical scanning device 1 according to the present embodiment generates three beams L1 to L4 that travel in the same direction parallel to each other from a beam (laser light) L incident from a light source 12. Beam splitters 2a to 2c (parallelizing means) and mirrors (parallelizing means) 3, a first scanner (scanning unit) 4 that scans four beams L1 to L4, and each beam L1 to L4 is a first scanner. 4, a pair of lens systems (focusing position adjusting means) 5 that converges to 4, a slit 6 that limits a range through which each of the beams L 1 to L 4 scanned by the first scanner 4 passes, and a beam that has passed through the slit 6. The second scanner 7 that scans L1 to L4 in a direction orthogonal to the scanning direction of the first scanner 4 and the scanning timing of the beams L1 to L4 by the two scanners 4 and 7 are synchronized. And a part 8. In the figure, reference numeral 9 denotes a relay lens that relays the beams L1 to L4 that have passed through the slit 6, and reference numeral 10 denotes a pupil projection lens.

3つのビームスプリッタ2a〜2cは、所定の光軸A上に直列に配置され、光軸Aに沿って入射されたビームLのうち、一部を光軸A沿って透過し、他の部分を光軸Aに垂直な光軸B1〜B3に沿って同一の方向に反射する。このときのビームスプリッタ2a〜2cによるビームの透過光量と反射光量との比は、光源12側のビームスプリッタ2a〜2cから順番に、1:3、1:2、1:1とされている。これにより、3つのビームスプリッタ2a〜2cからは、光量が同一の4つのビームL1〜L4が出射される。   The three beam splitters 2a to 2c are arranged in series on a predetermined optical axis A, and part of the beam L incident along the optical axis A is transmitted along the optical axis A and the other part is transmitted. The light is reflected in the same direction along the optical axes B1 to B3 perpendicular to the optical axis A. At this time, the ratio of the amount of light transmitted and reflected by the beam splitters 2a to 2c is set to 1: 3, 1: 2, and 1: 1 in order from the beam splitters 2a to 2c on the light source 12 side. Accordingly, four beams L1 to L4 having the same light amount are emitted from the three beam splitters 2a to 2c.

ミラー3は、ビームスプリッタ2a〜2cを透過したビームL4を、光軸B4に沿って、かつ、ビームスプリッタ2a〜2cによる反射方向と同一の方向に反射するように配置されている。   The mirror 3 is disposed so as to reflect the beam L4 transmitted through the beam splitters 2a to 2c along the optical axis B4 and in the same direction as the reflection direction by the beam splitters 2a to 2c.

ここで、ビームスプリッタ2a〜2cおよびミラー3によって反射されるビームL1〜L4の光軸B1〜B4は、同一平面上に配置されている。また、光軸B1〜B4の間隔が略均等になるように、ビームスプリッタ2a〜2cおよびミラー3の光軸A方向の位置が設定されている。これにより、同一平面上を、略一定の距離間隔を空けて互いに平行に進む4つのビームL1〜L4が生成される。   Here, the optical axes B1 to B4 of the beams L1 to L4 reflected by the beam splitters 2a to 2c and the mirror 3 are arranged on the same plane. Further, the positions of the beam splitters 2a to 2c and the mirror 3 in the optical axis A direction are set so that the intervals between the optical axes B1 to B4 are substantially equal. As a result, four beams L1 to L4 traveling in parallel with each other at a substantially constant distance on the same plane are generated.

一対のレンズ系5は、ビームスプリッタ2a〜2cおよびミラー3と第1のスキャナ4との間に設けられている。一対のレンズ系5は、各ビームL1〜L4の光路上に配置された可動レンズ(収束レンズ系)51a〜51dと、可動レンズ51a〜51dよりも大きな画角を有し4つのビームL1〜L4を共通に受光するコリメートレンズ系(ビーム角度設定部)52とを備えている。   The pair of lens systems 5 are provided between the beam splitters 2 a to 2 c and the mirror 3 and the first scanner 4. The pair of lens systems 5 includes movable lenses (converging lens systems) 51a to 51d disposed on the optical paths of the beams L1 to L4, and four beams L1 to L4 having a larger angle of view than the movable lenses 51a to 51d. And a collimating lens system (beam angle setting unit) 52 for commonly receiving light.

可動レンズ51a〜51dは、ビームスプリッタ2a〜2cまたはミラー3から入射されたビームL1〜L4を収束光束に変換する収束レンズ系である。可動レンズ51a〜51dは、光軸B1〜B4に沿って移動可能に設けられている。   The movable lenses 51a to 51d are converging lens systems that convert the beams L1 to L4 incident from the beam splitters 2a to 2c or the mirror 3 into convergent light beams. The movable lenses 51a to 51d are provided so as to be movable along the optical axes B1 to B4.

コリメートレンズ系52は、可動レンズ51a〜51dによって焦点F1〜F4に収束され後に拡散光束となって入射される各ビームL1〜L4を略平行光束に変換して出射するとともに、互いに平行な光軸B1〜B4に沿って入射される4つのビームL1〜L4を一点に収束する。
なお、図1には、可動レンズ51a〜51dおよびコリメートレンズ系52として、単一のレンズからなる構成が示されているが、これらレンズ系は複数のレンズから構成されていてもよい。
The collimating lens system 52 converts the beams L1 to L4, which are converged to the focal points F1 to F4 by the movable lenses 51a to 51d and then incident as diffused light beams, into substantially parallel light beams, emits them, and has optical axes parallel to each other. The four beams L1 to L4 incident along B1 to B4 are converged to one point.
In FIG. 1, the movable lenses 51 a to 51 d and the collimating lens system 52 are configured by a single lens, but these lens systems may be configured by a plurality of lenses.

ここで、各可動レンズ51a〜51dの光軸B1〜B4上の位置を移動することにより、可動レンズ51a〜51dとコリメートレンズ系52との間の各ビームL1〜L4の焦点F1〜F4の位置が光軸B1〜B4に沿って変化する。本実施形態においては、図1に示されるように、4つの焦点F1〜F4の位置が、光源12側から順番にコリメートレンズ系52から近くなるように、可動レンズ51a〜51dの光軸B1〜B4上の位置が設定されている。すなわち、可動レンズ51a〜51dが同一の焦点距離を有している場合には、各可動レンズ51a〜51dとコリメートレンズ系52との距離間隔が光源12側から順次近くなるように、可動レンズ51a〜51dは光軸B1〜B4上に配置されている。   Here, the positions of the focal points F1 to F4 of the beams L1 to L4 between the movable lenses 51a to 51d and the collimating lens system 52 by moving the positions of the movable lenses 51a to 51d on the optical axes B1 to B4. Varies along the optical axes B1 to B4. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the optical axes B1 to B1 of the movable lenses 51a to 51d are arranged so that the positions of the four focal points F1 to F4 are closer to the collimating lens system 52 in order from the light source 12 side. A position on B4 is set. That is, when the movable lenses 51a to 51d have the same focal length, the movable lens 51a is arranged such that the distance between the movable lenses 51a to 51d and the collimating lens system 52 is gradually reduced from the light source 12 side. ˜51d are arranged on the optical axes B1 to B4.

第1のスキャナ4は、例えばガルバノミラーからなり、コリメートレンズ系52によって4つのビームL1〜L4が収束される位置に配置されている。これにより、4つのビームL1〜L4は、同一平面上における相対的な角度が付与されて第1のスキャナ4における同一箇所に集合させられる。第1のスキャナ4は、4つのビームL1〜L4に共通する前記平面に垂直な揺動軸を中心に揺動することにより、前記平面上において異なる角度で入射された各ビームL1〜L4を、これらビームL1〜L4の相対的な角度を維持しながら、ビームL1〜L4の配列方向に走査するようになっている。   The first scanner 4 is composed of, for example, a galvanometer mirror, and is arranged at a position where the four beams L1 to L4 are converged by the collimating lens system 52. Thereby, the four beams L1 to L4 are given relative angles on the same plane and are collected at the same location in the first scanner 4. The first scanner 4 oscillates around an oscillation axis perpendicular to the plane common to the four beams L1 to L4, thereby causing the beams L1 to L4 incident at different angles on the plane to While maintaining the relative angles of the beams L1 to L4, scanning is performed in the arrangement direction of the beams L1 to L4.

第1のスキャナ4の後段には4つのビームL1〜L4を共通して受光する収束レンズ(合焦光学系)11が備えられている。該収束レンズ11は、第1のスキャナ4から互いに異なる方向に進む4つのビームL1〜L4の進行方向を互いに平行にしてスリット6に出射するとともに、各ビームL1〜L4を収束光束に変換することにより焦点を形成させる。   A converging lens (focusing optical system) 11 that receives the four beams L1 to L4 in common is provided at the subsequent stage of the first scanner 4. The converging lens 11 emits four beams L1 to L4 traveling in different directions from the first scanner 4 to the slit 6 in parallel with each other, and converts the beams L1 to L4 into convergent light beams. To form a focal point.

スリット6は、ビームL1〜L4を通過させる開口部6aを有している。開口部6aの、ビームL1〜L4の配列方向の寸法は、互いに隣り合うビームL1〜L4の間隔と略同一となっている。これにより、4つのビームL1〜L4のうち1つのみがスリット6を通過し、残りの3つはスリット6によって遮断されるようになっている。そして、第1のスキャナ4の揺動に伴って4つのビームL1〜L4が順番にスリット6から出射されるようになっている。   The slit 6 has an opening 6a through which the beams L1 to L4 pass. The dimension of the opening 6a in the arrangement direction of the beams L1 to L4 is substantially the same as the interval between the adjacent beams L1 to L4. Thereby, only one of the four beams L1 to L4 passes through the slit 6 and the remaining three are blocked by the slit 6. As the first scanner 4 swings, the four beams L1 to L4 are emitted from the slit 6 in order.

第2のスキャナ7は、第1のスキャナ4の揺動軸に垂直な揺動軸を中心に揺動することにより、第1のスキャナ4によって走査されたビームL1〜L4を、ビームL1〜L4の配列方向に直交する方向に走査する。
制御部8は、第1のスキャナ4が1片道揺動する毎に、第2のスキャナ7の揺動軸に対する角度を所定の角度ずつ変更させる。
The second scanner 7 oscillates around the oscillation axis perpendicular to the oscillation axis of the first scanner 4, thereby converting the beams L 1 to L 4 scanned by the first scanner 4 into the beams L 1 to L 4. Scan in a direction orthogonal to the array direction.
The control unit 8 changes the angle of the second scanner 7 relative to the swing axis by a predetermined angle every time the first scanner 4 swings one way.

次に、このように構成された光走査装置1を備える走査型検査装置100について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置100は、ビームL1〜L4を試料S上で走査して該試料Sの画像を取得する走査型顕微鏡装置であって、光走査装置1と、該光走査装置1に所定の光軸Aに沿ってビームLを入射する光源12と、試料Sが載置されるステージ13と、光走査装置1により走査されたビームL1〜L4を試料Sに照射する観察光学系14と、ビームL1〜L4の照射により試料Sにおいて発生した信号光を検出する検出部15と、該検出部15により検出された信号光の情報を2次元情報または3次元情報として復元する復元部16と、該復元部16により復元された試料Sの画像情報を表示する表示部17とを備えている。
Next, a scanning inspection apparatus 100 including the optical scanning apparatus 1 configured as described above will be described.
A scanning inspection apparatus 100 according to the present embodiment is a scanning microscope apparatus that scans beams L1 to L4 on a sample S to acquire an image of the sample S, and includes the optical scanning apparatus 1 and the optical scanning apparatus. 1 includes a light source 12 that makes a beam L incident along a predetermined optical axis A, a stage 13 on which a sample S is placed, and observation optics that irradiates the sample S with beams L1 to L4 scanned by the optical scanning device 1. The system 14, the detection unit 15 that detects the signal light generated in the sample S by the irradiation of the beams L1 to L4, and the restoration that restores the information of the signal light detected by the detection unit 15 as two-dimensional information or three-dimensional information And a display unit 17 for displaying the image information of the sample S restored by the restoration unit 16.

観察光学系14は、光走査装置1の瞳投影レンズ10から出射されたビームL1〜L4を結像する結像レンズ14aと、該結像レンズ14aにより結像されたビームL1〜L4を試料Sに照射する対物レンズ14bとを備えている。
復元部16は、検出部15から該検出部15よって検出された信号光の情報を受け取り、制御部8からビームL1〜L4の各方向の走査位置の情報を受け取り、信号光の情報を走査位置との情報とを対応づけて2次元情報または3次元情報として復元することができるようになっている。
The observation optical system 14 includes an imaging lens 14a that images the beams L1 to L4 emitted from the pupil projection lens 10 of the optical scanning device 1, and the beams L1 to L4 that are imaged by the imaging lens 14a. And an objective lens 14b for irradiating the lens.
The restoration unit 16 receives information on the signal light detected by the detection unit 15 from the detection unit 15, receives information on the scanning positions of the beams L1 to L4 from the control unit 8, and converts the information on the signal light into the scanning position. Can be restored as two-dimensional information or three-dimensional information.

次に、光走査装置1および走査型検査装置100の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置100により試料Sの画像を取得するには、光源12からビームLを発生させて該ビームLを光走査装置1に入射させる。光走査装置1において、ビームLは、直列に並ぶ3つのビームスプリッタ2a〜2cによって略同一の光量を有するように4つに分割される。分割された4つのビームL1〜L4は、ビームスプリッタ2a〜2cおよびミラー3から同一の平面に沿って互いに平行に出射される。
Next, operations of the optical scanning device 1 and the scanning inspection apparatus 100 will be described.
In order to acquire an image of the sample S by the scanning inspection apparatus 100 according to the present embodiment, a beam L is generated from the light source 12 and the beam L is incident on the optical scanning apparatus 1. In the optical scanning device 1, the beam L is divided into four so as to have substantially the same amount of light by three beam splitters 2a to 2c arranged in series. The divided four beams L1 to L4 are emitted in parallel to each other along the same plane from the beam splitters 2a to 2c and the mirror 3.

そして、各ビームL1〜L4は、各可動レンズ51a〜51dとコリメートレンズ系52との間の途中位置で一度焦点F1〜F4を結んだ後にコリメートレンズ系52によって略平行光束に戻され、該コリメートレンズ系52によって第1のスキャナ4の同一位置に互いに異なる角度で入射される。第1のスキャナ4に入射した4つのビームL1〜L4は、第1のスキャナ4によって偏向されて収束レンズ11に入射し、該収束レンズ11によって進行方向が互いに平行となるように変換され、スリット6に入射する。   The beams L1 to L4 are once returned to substantially collimated beams by the collimating lens system 52 after the focal points F1 to F4 are once formed at intermediate positions between the movable lenses 51a to 51d and the collimating lens system 52, respectively. The light is incident on the same position of the first scanner 4 at different angles by the lens system 52. The four beams L1 to L4 incident on the first scanner 4 are deflected by the first scanner 4 and incident on the converging lens 11, and are converted by the converging lens 11 so that their traveling directions are parallel to each other. 6 is incident.

スリット6において、第1のスキャナ4により走査される4つのビームL1〜L4は、1つずつ順番に開口部6aを通過する。スリット6を通過したビームは、リレーレンズ9を通り、第2のスキャナ7によって偏向され、瞳投影レンズ10を介して結像レンズ14aにより結像され、対物レンズ14bにより試料Sに照射される。   In the slit 6, the four beams L1 to L4 scanned by the first scanner 4 sequentially pass through the opening 6a one by one. The beam that has passed through the slit 6 passes through the relay lens 9, is deflected by the second scanner 7, is imaged by the imaging lens 14a via the pupil projection lens 10, and is irradiated onto the sample S by the objective lens 14b.

ここで、第1のスキャナ4が1回片道揺動する間に、スリット6を通過するビームL1〜L4が順番に切り替わる。そして、4つのビームL1〜L4は、試料Sにおいて順番に1ラインずつ走査される。第1のスキャナ4が1回片道揺動した後、第2のスキャナ7が所定の角度だけ揺動することにより、次にビームL1〜L4が試料Sに照射される位置がラインに直交する方向に移動する。これにより、試料Sにおいて各ビームL1〜L4は2つのスキャナ4,7によって間欠的に2次元的に走査される。   Here, while the first scanner 4 swings one way once, the beams L1 to L4 passing through the slit 6 are switched in order. The four beams L1 to L4 are scanned one line at a time in the sample S. After the first scanner 4 swings one way once, the second scanner 7 swings by a predetermined angle, so that the positions where the beams L1 to L4 are next irradiated onto the sample S are perpendicular to the line. Move to. Thereby, in the sample S, the beams L1 to L4 are intermittently scanned two-dimensionally by the two scanners 4 and 7.

試料SにビームL1〜L4が照射されることにより、試料Sで発生した信号光(例えば、蛍光)は、試料Sが載置されているステージ13を透過し、検出部15により検出される。検出部15によって検出された信号光の情報は、復元部16において試料Sの画像として復元され表示部17に表示される。   By irradiating the sample S with the beams L <b> 1 to L <b> 4, signal light (for example, fluorescence) generated in the sample S passes through the stage 13 on which the sample S is placed and is detected by the detection unit 15. Information on the signal light detected by the detection unit 15 is restored as an image of the sample S in the restoration unit 16 and displayed on the display unit 17.

この場合に、本実施形態によれば、各可動レンズ51a〜51dとコリメートレンズ系52との間の各ビームL1〜L4の焦点F1〜F4の位置がビームL1〜L4の光軸方向に互いに異なることにより、図2に示されるように、収束レンズ11によって収束された各ビームL1〜L4が形成する焦点の位置も光軸方向に互いに異なり、その結果、スリット6を通過して試料Sに照射される各ビームL1〜L4の焦点の位置も試料の深さ方向(Z方向)に互いに異なる。   In this case, according to the present embodiment, the positions of the focal points F1 to F4 of the beams L1 to L4 between the movable lenses 51a to 51d and the collimating lens system 52 are different from each other in the optical axis direction of the beams L1 to L4. Accordingly, as shown in FIG. 2, the positions of the focal points formed by the beams L1 to L4 converged by the converging lens 11 are also different from each other in the optical axis direction. As a result, the sample S is irradiated through the slit 6 The focal positions of the beams L1 to L4 are also different from each other in the depth direction (Z direction) of the sample.

すなわち、4つのビームL1〜L4は、図3に示されるように、試料Sにおいて、深さ位置が互いに異なる平面P1〜P4上を順番に走査されることとなる。このときの、各ビームL1〜L4が各平面P1〜P4上を走査される時刻の差は、第1のスキャナ4によるビームL1〜L4の走査周期に相当する十分に短い時間となる。したがって、試料Sの深さ位置が異なる4つの平面P1〜P4を略同時に走査して観察することができる。   That is, as shown in FIG. 3, the four beams L1 to L4 are sequentially scanned on the planes P1 to P4 having different depth positions in the sample S. The difference in time at which the beams L1 to L4 are scanned on the planes P1 to P4 at this time is a sufficiently short time corresponding to the scanning period of the beams L1 to L4 by the first scanner 4. Therefore, four planes P1 to P4 having different depth positions of the sample S can be scanned and observed substantially simultaneously.

なお、本実施形態においては、光源12からのビームLを4つに分割し、4つのビームL1〜L4全ての焦点の位置を互いに異ならせることにより、4つの平面P1〜P4を観察することとしたが、分割されるビームの数および略同時に観察する平面の数は適宜変更可能である。   In the present embodiment, the four beams P1 to P4 are observed by dividing the beam L from the light source 12 into four parts and making the focal positions of all the four beams L1 to L4 different from each other. However, the number of beams to be divided and the number of planes to be observed substantially simultaneously can be appropriately changed.

例えば、図4に示されるように、4つのビームL1〜L4の焦点の位置を、2つの焦点の位置の間で交互に異ならせてもよい。このとき、第1のスキャナ4が片道半分揺動する毎に、第2のスキャナ7が所定の角度だけ揺動する。このようにすることで、図5に示されるように、異なる深さの2つの平面P1,P2を略同時に観察することができる。このときに、観察範囲全体を走査するのに要する時間は、1つの平面を1つのビームで走査する場合と比べて半分で済む。このように、同一の平面P1/P2を複数のビームL2,L4/L1.L3を用いて走査することにより、1つの画像の取得に要する時間を短縮することができる。   For example, as shown in FIG. 4, the focal positions of the four beams L1 to L4 may be alternately changed between the two focal positions. At this time, every time the first scanner 4 swings halfway one way, the second scanner 7 swings by a predetermined angle. In this way, as shown in FIG. 5, two planes P1 and P2 having different depths can be observed almost simultaneously. At this time, the time required to scan the entire observation range is half as compared with the case of scanning one plane with one beam. In this way, the same plane P1 / P2 is divided into a plurality of beams L2, L4 / L1. By scanning using L3, the time required to acquire one image can be shortened.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る光走査装置1’およびこれを備える走査型検査装置100’について図6および図7を参照して説明する。本実施形態においては、第1の実施形態に係る光走査装置1および走査型検査装置100と異なる構成について主に説明し、光走査装置1および走査型検査装置100と共通の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an optical scanning device 1 ′ according to a second embodiment of the present invention and a scanning inspection device 100 ′ including the same will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the configuration different from the optical scanning device 1 and the scanning inspection apparatus 100 according to the first embodiment will be mainly described, and the configuration common to the optical scanning apparatus 1 and the scanning inspection apparatus 100 is the same. The description is abbreviate | omitted and attached | subjected.

本実施形態に係る光走査装置1’は、図6に示されるように、光源12から出力されたビームLから複数のビームを生成する手段および各ビームの焦点の位置を互いに異ならせる手段が、第1の実施形態と主に異なっている。   As shown in FIG. 6, the optical scanning device 1 ′ according to the present embodiment includes means for generating a plurality of beams from the beam L output from the light source 12 and means for making the focal positions of the beams different from each other. This is mainly different from the first embodiment.

すなわち、光走査装置1’は、光源12から光軸Aに沿ってビームLが入射される1/2波長板21と、該1/2波長板21を透過したビームLを偏光方向に応じて2つに分割する第1の偏光ビームスプリッタ(分岐部)22と、該第1の偏光ビームスプリッタ22によって分割された2つのビームLp,Lsをそれぞれ折り返す2組のミラー対(合焦位置調整手段、光路長調整部)23,24と、これらミラー対23,24によって折り返された各ビームLp,Lsを合流させる第2の偏光ビームスプリッタ(合流部)25と、それらの間の途中位置において各ビームLp,Lsに焦点Fp,Fsを結ばせる一対のレンズ系5’とを備えている。   That is, the optical scanning device 1 ′ includes a half-wave plate 21 on which the beam L is incident along the optical axis A from the light source 12, and the beam L transmitted through the half-wave plate 21 according to the polarization direction. A first polarizing beam splitter (branching unit) 22 that divides into two, and two pairs of mirrors (focusing position adjusting means) that fold back the two beams Lp and Ls divided by the first polarizing beam splitter 22 , Optical path length adjustment unit) 23, 24, a second polarization beam splitter (merging unit) 25 that merges the beams Lp, Ls folded by the mirror pairs 23, 24, and a halfway position between them. A pair of lens systems 5 ′ for connecting the focal points Fp and Fs to the beams Lp and Ls are provided.

本実施形態において、光源12は、直線偏光を有するビームLを出力する。
1/2波長板21は、光源12から入射されたビームLの偏光方向を、第1の偏光ビームスプリッタ22によって分離される2つのビームLp,Lsの強度が互いに等しくなるような適切な偏光方向に回転させて出射する。
In the present embodiment, the light source 12 outputs a beam L having linearly polarized light.
The half-wave plate 21 has an appropriate polarization direction in which the intensity of the two beams Lp and Ls separated by the first polarization beam splitter 22 is equal to the polarization direction of the beam L incident from the light source 12. Rotate to and emit.

第1の偏光ビームスプリッタ22は、1/2波長板21から出射された直線偏光のビームLを変更によって分離し、P偏光を有するビームLpを光軸Aに沿って透過させ、S偏光を有するビームLsを光軸Aに垂直な光軸Bに沿って90°偏向して出射する。   The first polarization beam splitter 22 separates the linearly polarized beam L emitted from the half-wave plate 21 by changing, transmits the beam Lp having P polarization along the optical axis A, and has S polarization. The beam Ls is emitted by being deflected by 90 ° along the optical axis B perpendicular to the optical axis A.

第1のミラー対23は、互いに90°の角度を成して対向配置された2つのミラーを備えている。一方のミラーは、光軸A上に該光軸Aと45°の角度をなして配置され、第1の偏光ビームスプリッタ22を透過したビームLpを90°反射する。他方のミラーは、一方のミラーによって反射されたビームLpを90°反射することにより、ビームLpを光軸Aに平行な光軸A’に沿って折り返す。   The first mirror pair 23 includes two mirrors arranged to face each other at an angle of 90 °. One mirror is disposed on the optical axis A at an angle of 45 ° with the optical axis A, and reflects the beam Lp transmitted through the first polarizing beam splitter 22 by 90 °. The other mirror reflects the beam Lp reflected by the one mirror by 90 °, thereby folding the beam Lp along the optical axis A ′ parallel to the optical axis A.

第2のミラー対24は、互いに90°の角度を成して対向配置された2つのミラーを備えている。一方のミラーは、光軸B上に該光軸Bと45°の角度をなして配置され、第1の偏光ビームスプリッタ22において反射されたビームLsを90°偏向する。他方のミラーは、一方のミラーによって反射されたビームLsを90°反射することにより、ビームLsを光軸Bに平行な光軸B’に沿って折り返す。   The second mirror pair 24 includes two mirrors arranged to face each other at an angle of 90 °. One mirror is disposed on the optical axis B at an angle of 45 ° with the optical axis B, and deflects the beam Ls reflected by the first polarizing beam splitter 22 by 90 °. The other mirror reflects the beam Ls reflected by the one mirror by 90 °, thereby folding the beam Ls along the optical axis B ′ parallel to the optical axis B.

第2の偏光ビームスプリッタ(平行化手段)25は、第1のミラー対23によって折り返されたビームLpを光軸A’に沿って透過させ、第2のミラー対24によって折り返されたビームLsを光軸A’に沿って90°偏向することにより、2つのビームLp,Lsを同一の光路に合流させる。第2の偏光ビームスプリッタ25によって合流された2つのビームLp,Lsは、光軸A’に沿って互いに平行に進行する。   The second polarization beam splitter (parallelizing means) 25 transmits the beam Lp folded by the first mirror pair 23 along the optical axis A ′, and the beam Ls folded by the second mirror pair 24. By deflecting by 90 ° along the optical axis A ′, the two beams Lp and Ls are joined to the same optical path. The two beams Lp and Ls merged by the second polarization beam splitter 25 travel in parallel with each other along the optical axis A ′.

ここで、第1のミラー対23および第2のミラー対24は、2つの光軸A,Bに沿う方向に移動可能に設けられている。
第1のミラー対23が光軸Aに沿う方向移動することにより、光路におけるビームLpの焦点Fpの位置が当該ビームLpの光軸方向に移動し、第2のミラー対24が光軸Bに沿う方向に移動することにより、光路におけるビームLsの焦点Fsの位置が当該ビームLsの光軸方向に移動する。このように、第1の偏光ビームスプリッタ22の後段における2つのビームLp,Lsの光路長を独立に変更することにより、各ビームLp,Lsの焦点Fp,Fsの位置を独立に移動することができる。
Here, the first mirror pair 23 and the second mirror pair 24 are provided so as to be movable in directions along the two optical axes A and B.
When the first mirror pair 23 moves in the direction along the optical axis A, the position of the focal point Fp of the beam Lp in the optical path moves in the optical axis direction of the beam Lp, and the second mirror pair 24 moves to the optical axis B. By moving in the direction along, the position of the focal point Fs of the beam Ls in the optical path moves in the optical axis direction of the beam Ls. In this way, by independently changing the optical path lengths of the two beams Lp and Ls in the subsequent stage of the first polarizing beam splitter 22, the positions of the focal points Fp and Fs of the beams Lp and Ls can be moved independently. it can.

また、第1のミラー対23を光軸Bに沿う方向に移動することにより、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射するビームLpが光軸A’に交差する方向に平行移動し、第2のミラー対24を光軸Aに沿う方向に移動することにより、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射するビームLsが光軸B’に沿う方向に平行移動する。これにより、合流された2つのビームLp,Lsの距離間隔のみを変更することができる。   Further, by moving the first mirror pair 23 in the direction along the optical axis B, the beam Lp incident on the second polarization beam splitter 25 is translated in the direction intersecting the optical axis A ′, and the second By moving the mirror pair 24 in the direction along the optical axis A, the beam Ls incident on the second polarization beam splitter 25 is translated in the direction along the optical axis B ′. Thereby, only the distance interval between the two merged beams Lp and Ls can be changed.

一対のレンズ系5’は、1/2波長板21と第1の偏光ビームスプリッタ22との間に配置された収束レンズ系51’と、第2の偏光ビームスプリッタ25とスキャナ4との間に配置されたコリメートレンズ系52’とを備えている。   The pair of lens systems 5 ′ are arranged between the converging lens system 51 ′ disposed between the half-wave plate 21 and the first polarization beam splitter 22, and between the second polarization beam splitter 25 and the scanner 4. And a collimating lens system 52 ′ arranged.

収束レンズ系51’は、第1の偏光ビームスプリッタ22によって分離される前のビームLを収束光束に変換する。これにより、第1の偏光ビームスプリッタ22によって分離された2つのビームLp,Lsの、第1の偏光ビームスプリッタ22から各焦点Fp,Fsの位置までの光路長は、互いに等しくなる。   The converging lens system 51 ′ converts the beam L before being separated by the first polarization beam splitter 22 into a convergent light beam. Thereby, the optical path lengths of the two beams Lp and Ls separated by the first polarizing beam splitter 22 from the first polarizing beam splitter 22 to the positions of the focal points Fp and Fs are equal to each other.

コリメートレンズ系52’は、第2の偏光ビームスプリッタ25によって合流された2つのビームLp,Lsを共通に受光し、これらビームL1,L2を略平行光束に変換して出射するとともに、互いに平行に入射された2つのビームLp,Lsを一点に収束する。   The collimating lens system 52 ′ receives in common the two beams Lp and Ls merged by the second polarization beam splitter 25, converts these beams L1 and L2 into substantially parallel light beams, emits them, and is parallel to each other. The two incident beams Lp and Ls are converged to one point.

このように構成された光走査装置1’を備える走査型検査装置100’は、ビームLp,Lsを試料(被検体)S上で走査して該試料Sの画像を取得する走査型顕微鏡装置であり、光走査装置1’以外の構成は第1の実施形態の走査型検査装置100と同一であるので、その説明を省略する。   The scanning inspection apparatus 100 ′ including the optical scanning apparatus 1 ′ configured as described above is a scanning microscope apparatus that scans the beams Lp and Ls on the sample (subject) S and acquires an image of the sample S. In addition, the configuration other than the optical scanning device 1 ′ is the same as that of the scanning type inspection apparatus 100 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、光走査装置1’および走査型検査装置100’の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置100’により試料Sの画像を取得するには、光源12からビームLを発生させて該ビームLを光軸Aに沿って光走査装置1’に入射させる。光走査装置1’において、ビームLは、1/2波長板21によって偏光方向が適切に回転させられた後、収束レンズ系51’を透過することにより収束光束とされ、第1の偏光ビームスプリッタ22によって2つに分割される。
Next, the operation of the optical scanning device 1 ′ and the scanning inspection device 100 ′ will be described.
In order to acquire an image of the sample S by the scanning type inspection apparatus 100 ′ according to the present embodiment, a beam L is generated from the light source 12, and the beam L is incident on the optical scanning apparatus 1 ′ along the optical axis A. In the optical scanning device 1 ′, the polarization direction of the beam L is appropriately rotated by the half-wave plate 21, and then the converged light beam is transmitted through the converging lens system 51 ′. The first polarization beam splitter 22 is divided into two.

第1の偏光ビームスプリッタ22を透過したP偏光を有するビームLpは、第1のミラー対23によって折り返され、第1の偏光ビームスプリッタ22により反射されたS偏光を有するビームLsは第2のミラー対24によって折り返される。そして、互いに偏光方向の異なる2つのビームLp,Lsが第2の偏光ビームスプリッタ25において合流される。合流された2つのビームLp,Lsは、互いに平行に直進する。   The beam Lp having P-polarized light transmitted through the first polarizing beam splitter 22 is folded by the first mirror pair 23, and the beam Ls having S-polarized light reflected by the first polarizing beam splitter 22 is the second mirror. Folded by pair 24. Then, two beams Lp and Ls having different polarization directions are merged in the second polarization beam splitter 25. The two merged beams Lp and Ls go straight in parallel with each other.

ここで、これら2つのビームLp,Lsは、収束レンズ系51’とコリメートレンズ系52’との間の途中位置で一度焦点Fp,Fsを結んだ後にコリメートレンズ系52’によって略平行光束に戻され、該コリメートレンズ系52’によって第1のスキャナ4の同一位置に互いに異なる角度で入射される。第1のスキャナ4に入射した2つのビームLp,Lsは、第1のスキャナ4によって偏向されて収束レンズ11に入射し、該収束レンズ11によって進行方向が再び互いに平行となるように変換され、スリット6に入射する。   Here, these two beams Lp and Ls are once returned to a substantially collimated beam by the collimating lens system 52 ′ after the focal points Fp and Fs are once formed at a midway position between the converging lens system 51 ′ and the collimating lens system 52 ′. Then, the light is incident on the same position of the first scanner 4 at different angles by the collimating lens system 52 ′. The two beams Lp and Ls incident on the first scanner 4 are deflected by the first scanner 4 and incident on the converging lens 11. The converging lens 11 converts the traveling directions to be parallel to each other again. The light enters the slit 6.

スリット6において、第1のスキャナ4により走査される2つのビームLp,Lsは、1つずつ順番に開口部6aを通過する。スリット6を通過したビームは、リレーレンズ9を通り、第2のスキャナ7によって偏向され、瞳投影レンズ10を介して結像レンズ14aにより結像され、対物レンズ14bにより試料Sに照射される。   In the slit 6, the two beams Lp and Ls scanned by the first scanner 4 sequentially pass through the opening 6a one by one. The beam that has passed through the slit 6 passes through the relay lens 9, is deflected by the second scanner 7, is imaged by the imaging lens 14a via the pupil projection lens 10, and is irradiated onto the sample S by the objective lens 14b.

ここで、第1のスキャナ4が1回片道揺動する間に、スリット6を通過するビームLp,Lsが順番に切り替わる。そして、2つのLp,Lsは、試料Sにおいて順番に1ラインずつ走査される。第1のスキャナ4が1回片道揺動した後、第2のスキャナ7が所定の角度だけ揺動することにより、次にビームLp,Lsが試料Sに照射される位置がラインに直交する方向に移動する。これにより、試料Sにおいて各ビームLp,Lsは2つのスキャナ4,7によって間欠的に2次元的に走査される。以下、第1の実施形態と同様にして、試料Sの画像が生成される。   Here, while the first scanner 4 swings one way once, the beams Lp and Ls passing through the slit 6 are switched in order. The two Lp and Ls are scanned one line at a time in the sample S. After the first scanner 4 swings one way once, the second scanner 7 swings by a predetermined angle, so that the position where the beam Lp, Ls is next irradiated on the sample S is perpendicular to the line. Move to. Accordingly, the beams Lp and Ls on the sample S are intermittently scanned two-dimensionally by the two scanners 4 and 7. Thereafter, an image of the sample S is generated in the same manner as in the first embodiment.

この場合において、本実施形態によれば、収束レンズ系51’とコリメートレンズ系52’との間の各Lp,Lsの焦点Fp,Fsの位置がビームLp,Lsの光軸方向に互いに異なることにより、収束レンズ11によって収束された各ビームLp,Lsが形成する焦点の位置も光軸方向に互いに異なり、その結果、スリット6を通過して試料Sに照射される各ビームLp,Lsの焦点の位置も試料の深さ方向(Z方向)に互いに異なる。   In this case, according to the present embodiment, the positions of the focal points Fp and Fs of the Lp and Ls between the converging lens system 51 ′ and the collimating lens system 52 ′ are different from each other in the optical axis direction of the beams Lp and Ls. Accordingly, the positions of the focal points formed by the beams Lp and Ls converged by the converging lens 11 are also different from each other in the optical axis direction. As a result, the focal points of the beams Lp and Ls irradiated through the slit 6 to the sample S Are different from each other in the depth direction (Z direction) of the sample.

すなわち、2つのビームLp,Lsは、試料Sにおいて、深さ位置が互いに異なる平面を順番に走査されることとなる。このときの、各ビームLp,Lsが各平面上を走査される時刻の差は、第1のスキャナ4によるビームLp,Lsの走査周期に相当する十分に短い時間となる。したがって、試料Sの深さ位置が異なる2つの平面を略同時に走査して観察することができる。   That is, the two beams Lp and Ls are sequentially scanned on the sample S on the planes having different depth positions. The difference in time at which the beams Lp and Ls are scanned on each plane at this time is a sufficiently short time corresponding to the scanning period of the beams Lp and Ls by the first scanner 4. Therefore, two planes with different depth positions of the sample S can be scanned and observed substantially simultaneously.

なお、本実施形態においては、光源12からのビームLを2つに分割し、2つのビームLp,Lsの焦点の位置を光軸方向に互いに異ならせることにより、2つの平面を観察することとしたが、分割するビームの数を増やし、略同時に観察する平面の数および各平面の走査に用いるビームの数を適宜変更してもよい。   In the present embodiment, the beam L from the light source 12 is divided into two, and the focal positions of the two beams Lp and Ls are made different from each other in the optical axis direction, thereby observing two planes. However, the number of beams to be divided may be increased, and the number of planes to be observed substantially simultaneously and the number of beams used for scanning each plane may be appropriately changed.

すなわち、光走査装置1’は、図7に示されるように、収束レンズ系51’とコリメートレンズ系52’との間に直列に配置された複数組(図示する例では2組)の第1の偏光ビームスプリッタ22、第1のミラー対23、第2のミラー対24および第2の偏光ビームスプリッタ25を備えていてもよい。ここで、前段の組の第1のミラー対23および第2のミラー対24を通過した各ビームは、符号27で表される1組の伝達用レンズ27により、前段の組と後段の組との間で略平行光束として伝達され、且つ後段の第1のミラー対23および第2のミラー対24に対し再び収束光束として入射する構成になっている。図7に示される構成によれば、光源12からのビームLを4つに分割することができる。符号26は、ビームを偏向するミラーを示している。   That is, as shown in FIG. 7, the optical scanning device 1 ′ includes a plurality of sets (two sets in the illustrated example) of the first group arranged in series between the converging lens system 51 ′ and the collimating lens system 52 ′. The polarizing beam splitter 22, the first mirror pair 23, the second mirror pair 24, and the second polarizing beam splitter 25 may be provided. Here, each beam that has passed through the first mirror pair 23 and the second mirror pair 24 in the preceding stage is converted into a group in the preceding stage and a group in the subsequent stage by a set of transmission lenses 27 denoted by reference numeral 27. Between the first mirror pair 23 and the second mirror pair 24, which are transmitted again as substantially parallel light beams. According to the configuration shown in FIG. 7, the beam L from the light source 12 can be divided into four. Reference numeral 26 denotes a mirror for deflecting the beam.

このようにすることで、前段の組の第1のミラー対23および第2のミラー対24ならびに後段の第1のミラー対23および第2のミラー対24の位置を調整することにより、第1の実施形態と同様に図2または図4のように、試料Sにおける4つのビームの焦点の位置を深さ方向に異ならせることができる。   In this way, by adjusting the positions of the first mirror pair 23 and the second mirror pair 24 in the preceding set and the first mirror pair 23 and the second mirror pair 24 in the subsequent stage, Similar to the embodiment, as shown in FIG. 2 or 4, the focal positions of the four beams on the sample S can be varied in the depth direction.

1,1’ 光走査装置
100,100’ 走査型検査装置
2a〜2c ビームスプリッタ(平行化手段)
3 ミラー(平行化手段)
4,7 スキャナ(走査部)
5,5’ 一対のレンズ系(合焦位置調整手段)
51a〜51d 可動レンズ(合焦位置調整手段、収束レンズ系)
51’ 収束レンズ系
52,52’ コリメートレンズ系(ビーム角度設定部)
6 スリット
6a 開口部
8 制御部
9 リレーレンズ
10 瞳投影レンズ
11 収束レンズ(合焦光学系)
12 光源
13 ステージ
14 観察光学系
14a 結像レンズ
14b 対物レンズ
15 検出部
16 復元部
17 表示部
21 1/2波長板
22 第1の偏光ビームスプリッタ(分岐部)
23,24 ミラー対(合焦位置調整手段、光路長調整部)
25 第2の偏光ビームスプリッタ(合流部、平行化手段)
26 ミラー
A 試料
1, 1 'optical scanning device 100, 100' scanning type inspection device 2a-2c beam splitter (parallelizing means)
3 Mirror (parallelizing means)
4,7 Scanner (scanning part)
5,5 'pair of lens systems (focusing position adjustment means)
51a to 51d movable lens (focusing position adjusting means, converging lens system)
51 ′ Converging lens system 52, 52 ′ Collimating lens system (beam angle setting unit)
6 slit 6a aperture 8 control unit 9 relay lens 10 pupil projection lens 11 converging lens (focusing optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Light source 13 Stage 14 Observation optical system 14a Imaging lens 14b Objective lens 15 Detection part 16 Restoration part 17 Display part 21 1/2 wavelength plate 22 1st polarizing beam splitter (branch part)
23, 24 Mirror pair (focus position adjustment means, optical path length adjustment unit)
25 Second polarization beam splitter (merging section, collimating means)
26 Mirror A Sample

Claims (15)

同一の平面上を進む複数のレーザ光に前記平面上における相対的な角度を付与して前記複数のレーザ光を同一箇所に集合させるビーム角度設定部と、
該ビーム角度設定部により前記同一箇所に集合させられた前記レーザ光を前記平面に沿う方向に走査する走査部と、
該走査部によって走査される各前記レーザ光を収束させることにより焦点を形成させる合焦光学系と、
該合焦光学系によって形成される各前記レーザ光の焦点の位置を前記レーザ光の光軸方向に調整することによって、少なくとも一部の焦点の位置を前記光軸方向に異ならせる合焦位置調整手段とを備える光走査装置。
A beam angle setting unit that gives a plurality of laser beams traveling on the same plane to give a relative angle on the plane and collects the plurality of laser beams at the same place;
A scanning unit that scans the laser light gathered at the same location by the beam angle setting unit in a direction along the plane;
A focusing optical system that forms a focal point by converging each of the laser beams scanned by the scanning unit;
By adjusting the position of the focal point of each of the laser beams in the optical axis direction before Symbol laser beam formed by該合focusing optical system, the focus position to vary the position of at least a portion of the focal point on the optical axis An optical scanning device comprising adjustment means.
前記走査部の前段に直列に設けられ、それらの間の途中位置に前記複数のレーザ光に焦点を形成させた後に各レーザ光を略平行光束として前記走査部に出射する一対のレンズ系を備え、
前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に形成される前記焦点の位置を各レーザ光の光軸方向に調整する請求項1に記載の光走査装置。
Provided in series in front of the scanning unit, and having a pair of lens systems for emitting each laser beam to the scanning unit as a substantially parallel light beam after forming a focus on the plurality of laser beams at an intermediate position between them ,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the focusing position adjusting unit adjusts a position of the focal point formed between the pair of lens systems in an optical axis direction of each laser beam.
前記一対のレンズ系のうち一方が、各レーザ光の光路上に設けられ各前記レーザ光を収束光束とする複数の収束レンズ系であり、
前記合焦位置調整手段が、各前記収束レンズ系の前記光路における前記光軸方向の位置を調整する請求項2に記載の光走査装置。
One of the pair of lens systems is a plurality of converging lens systems that are provided on an optical path of each laser beam and each laser beam is a convergent light beam,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the focusing position adjusting unit adjusts a position in the optical axis direction in the optical path of each converging lens system.
各前記収束レンズ系が、前記各レーザの光軸方向に移動可能に設けられている請求項3に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 3, wherein each of the converging lens systems is provided so as to be movable in an optical axis direction of each of the lasers. 前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に設けられ、各前記レーザ光の光路長を調整する光路長調整部を備える請求項2に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 2, wherein the focusing position adjusting unit includes an optical path length adjusting unit that is provided between the pair of lens systems and adjusts an optical path length of each of the laser beams. 前記一対のレンズ系の間に設けられた、入射されたレーザ光を2つの光路に分岐する分岐部および該分岐部によって分岐された2つの光路を1つに合流させる合流部を備え、
前記光路長調整部が、前記分岐部によって分岐された各光路において互いに角度を成して設けられ、前記分岐部から入射されるレーザ光を順に反射して前記合流部へ導く一対のミラーを備え、
各該一対のミラーは、該一対のミラーを経由した前記分岐部から前記合流部までの光路長を変更可能である請求項5に記載の光走査装置。
Provided between the pair of lens systems, a branching unit that branches incident laser light into two optical paths, and a joining unit that joins the two optical paths branched by the branching unit into one,
The optical path length adjustment unit includes a pair of mirrors that are provided at an angle with each other in each optical path branched by the branching unit and that sequentially reflect the laser light incident from the branching unit and guide the laser beam to the joining unit. ,
The optical scanning device according to claim 5, wherein each of the pair of mirrors is capable of changing an optical path length from the branching portion to the merging portion via the pair of mirrors.
前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に沿う方向に一体的に移動可能に設けられている請求項6に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 6, wherein the pair of mirrors are provided so as to be integrally movable in a direction along an incident optical axis of laser light incident from the branch portion. 前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に交差する方向に一体的に移動可能に設けられている請求項6または請求項7に記載の光走査装置。   8. The optical scanning device according to claim 6, wherein the pair of mirrors are provided so as to be integrally movable in a direction intersecting an incident optical axis of laser light incident from the branch portion. 前記分岐部、一対のミラーおよび合流部が、直列に複数組備えられている請求項6から請求項8のいずれかに記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 6, wherein a plurality of sets of the branching unit, the pair of mirrors, and the merging unit are provided in series. 前記一対のレンズ系のうち一方の前段において前記複数のレーザ光の光軸を互いに平行にする平行化手段を備え、
前記一対のレンズ系のうち他方が、前記平行化手段によって光軸が互いに平行とされた前記複数のレーザ光を共通して受光するとともに、受光した前記複数のレーザ光を前記同一箇所に集合させるコリメートレンズ系であり、
前記ビーム角度設定部が、前記コリメートレンズ系からなる請求項2から請求項9のいずれかに記載の光走査装置。
Comprising a collimating means for mutually parallel optical axes of the plurality of laser beams in front of one of said pair of lens systems,
The other of the pair of lens systems receives the plurality of laser beams whose optical axes are parallel to each other by the collimating means, and collects the received laser beams at the same location. A collimating lens system,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the beam angle setting unit includes the collimating lens system.
前記走査部により走査された前記レーザ光が通過する走査方向の範囲を制限するスリットを備える請求項1から請求項10のいずれかに記載の光走査装置。   11. The optical scanning device according to claim 1, further comprising a slit that limits a range in a scanning direction through which the laser light scanned by the scanning unit passes. 前記走査部により走査された前記レーザ光を前記走査部による走査方向に対して直交する方向に走査するもう1つの走査部を備える請求項1から請求項11のいずれかに記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, further comprising another scanning unit that scans the laser light scanned by the scanning unit in a direction orthogonal to a scanning direction by the scanning unit. 前記合焦位置調整手段が、前記複数のレーザ光のうち一部の複数のレーザ光の前記光軸方向の焦点の位置を同一とし、
前記もう1つの走査部が、前記一部の複数のレーザ光を前記直交する方向に互いに異なる位置に走査する請求項12に記載の光走査装置。
The in-focus position adjusting means has the same focal position in the optical axis direction of some of the plurality of laser beams,
The optical scanning device according to claim 12, wherein the another scanning unit scans the part of the plurality of laser beams to different positions in the orthogonal direction.
前記合焦位置調整手段が、各前記レーザ光の焦点の位置を、前記レーザ光の光軸方向に互いに異ならせる請求項1または請求項2に記載の光走査装置。3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the focus position adjusting unit makes the focal positions of the laser beams different from each other in an optical axis direction of the laser beams. 請求項1から請求項14のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置により走査された前記レーザ光を被検体に照射する観察光学系と、
該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記被検体からの光を検出する検出部とを備える走査型検査装置。
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 14 ,
An observation optical system for irradiating a subject with the laser beam scanned by the optical scanning device;
A scanning inspection apparatus comprising: a detection unit that detects light from the subject irradiated with the laser light by the observation optical system.
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