JPH0226177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選定された試料特性をこの試料中の
個所に依存して表示する装置に関する。この場
合、選択された試料特性とは、組み合わされた２
つの異なる種類の光線により、例えば(a)散乱光線
−透過光線、(b)散乱光線−蛍光光線、(c)透過光線
−蛍光光線、(d)散乱光線−ラマン線、(e)透過光線
−ラマン線、(f)蛍光光線−ラマン線、(g)ラマン線
−ラマン線により、分析される試料の所望の特性
のことである。詳細には本発明は、選定された試
料特性を該試料中の個所に依存して表示する装置
であつて、該表示装置は、光源を備え、さらに光
源の走査光線により試料の微視的な領域をラスタ
走査する光線偏向装置を備え、該光線偏向装置は
試料上の光線位置を決定する光線偏向部材を有し
ており、さらに異なるスペクトル領域に応動する
位置固定の複数個の光線受信器を試料から送出さ
れる光線の検出のために備え、この場合少なくと
も１つの光線受信器のスペクトル領域を、このス
ペクトル領域が走査光線のスペクトル領域の外側
に設けられるように、選定し、換言すれば少なく
とも２つの異なる光線成分の検出において、これ
らの光線の成分のうち少なくとも一方を、照射側
で使用するスペクトル領域には含まれないように
選定し、さらに試料から送出される光線を光線受
信器へ集束させる、対物レンズを含む手段を備
え、試料の走査と同期して制御される、光線受信
器の出力信号を画像的に表示する装置を備えてい
る表示装置に関する。

表示形式の試料分析のために、試料を損傷する
ことなく測定の行える、所定の使用領域に最適の
分析法（クロマトグラフイ、質量分光計）が現在
採用されている。

従来公知の分光分析法では検査すべき試料は必
ずしも一義的に確認できない、何故ならば弱い吸
収スペクトルは、著しく高度の情報内容は有して
いないからである。難点は例えば、試料が複数種
類の物質を含有し、それらのスペクトルが重なる
場合に、生ずる。公知の光学的分析法では大抵
は、検査試料の全体としての情報しか得られな
い。即ち試料パラメータの空間的な分布に関する
情報が得られない。

Jobin Yvon社の雑誌“Mikroprobe Mole”お
よびGIT−専門誌Laboratorium Ｉ、1978、38頁
に試料の微量分析検出法が示されており、、この
場合試料をレーザ光線により連続的に照射してそ
の放出するラマン線の光により試料を観察してい
る。検査試料に含有されている所定の物質を特徴
づけるラマン線だけを用いて、その物質の空間的
分布を検出することもできる。そのため観察側で
の使用モノクロメータの相応の調整により、試料
の物質を特徴づける像が発生される。この像は、
成分分質の分子構造も表示することができる。

この方法の感度にはもとろん限界がある、何故
ならば固定波長のレーザが試料の領域全体の照射
のために用いられ、そのため散乱光の高い抑圧が
必要とされるからである。蛍光を発光する試料領
域が、装置の感度をさらに低下させる。

さらに試料表面の像全体がモノクロメータを介
して送像されるため、得られる解像度はモノクロ
メータにより制限される。

特にデリケートな試料を短波長の光で比較的長
い時間にわたり照射する場合は、被検試料の損傷
が回避できない。使用の際この方法は、十分強い
特性ラマンスペクトルを供給する試料に限られ
る。しかしこのことは、分子振動が偏波性を著し
く変化させる分子の場合だけにあてはまる。

Raman Spectrosopy誌、No.３（1975）、33〜43
頁に、ラマン−マイクロスコピイ装置が記載され
ている。この装置は走査方向に垂直に移動する試
料をレーザ光線により１次元的に走査し、走査周
波数に同期して読み出される光電子増幅管の信号
が、電子的に像を発生するために用いられる。試
料をラスタ状に走査することにより、特性ラマン
線の光により試料の像が得られる。この像は高い
被写界深度を有し、検査面全体が照射される方法
と比較して、感度がより高い利点を有する。例え
ば地質試料の場合に生ずる、光線による材料の損
傷は、ラスタ状走査の場合は最小となる。しかし
前述の蛍光に起因する感度の問題は、この公知の
装置の場合も現れる、何故ならば全部の走査線が
その都度光電子増倍管へ集束されるらである。

本発明の課題は、試料を特徴づけるパラメータ
を高い感度で検出しそのパラメータの空間分布を
高い解像度で測定する光学的分析装置を提供する
ことである。

この課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分に
示されている構成により解決されている。即ち前
述の上位概念に示された、選定された試料特性を
該試料中の個所に依存して表示する装置におい
て、対物レンズを光線偏向装置と試料との間に配
置するようにし、該配置において、走査光線が対
物レンズを通つて試料へ集束され次に試料から送
出された光線が対物レンズと光線偏向装置を介し
て少なくとも１つの光線受信器へ導かれるように
し、さらに光線偏向部材が対物レンズの像側の主
平面に対して共役な面に設けられるようにしたの
である。

この装置は、質量分光法およびマイクロプラズ
マゾンデと比較して、材料損傷のない分析が行え
るため、多数の材料に対して用いることができ
る。何故ならば使用対象とされる種々の分光分析
検出法に対して使用できるからである。

試料から放出される光線は、例えば蛍光、燐
光、ラマン線を有することがあり、これらが像表
示に用いられる。所望のスペクトル領域の位置お
よび幅は、使用光線に応じて、適当なフイルタお
よび検出器の選定により、調整することができ
る。

この方法は可視スペクトル領域の光を用いた照
射だけに限定されるものでなく、必要とされる場
合は、他の波長の光線（赤外線、紫外線）も使用
できることは明らかである。同じことが、放出光
線についてもあてはまる。“照射スペクトル中に
含まれていない光線”とは電磁波光線だけのこと
ではなくさらに、検出可能な試料パラメータのそ
れぞれの形式も意味する。この形式は、例えば試
料から放出された光電子から成る粒子線であるこ
ともある。光電子の光誘導放出が像発生のために
用いられるようにされているこの種の方法は、ラ
スタ電子顕微鏡の比較的高い解像度が必要とされ
ない個所では、どこでも使用することができる。
さらに試料の分子構造を示す一番外側の電子軌道
からの電子の“光”による高い被写界深度の像を
可能にする。この場合高エネルギの電子線による
被検物の損傷が生ずることはない。

例えば散乱光およびラマン光用の２つの検出器
により、特性波長の場合、分析すべき物質の分布
構成が可視的に指示できるように検出される。例
えばラマン線により確認される物質の空間的分布
は、その可視構成を同時に参照するのでなけれ
ば、大抵は全く無意味である（細胞中の含有物質
の位置検出）。２つの検出器により、検査試料を
特徴づける微弱な光線も、障害となるバツクグラ
ンドノイズから識別されるようになる。物質の
種々の成分の同時表示または非同時表示が、高い
検出感度で実施されるようになる。

検出光線および照射光が同じ走査装置により案
内されるため、現在照射中の試料点だけが常に固
定受光器へ結像ないし入射される。その結果すで
に走査の終了した試料領域から放射される、バツ
クグランド信号による障害を高める光線（残光性
蛍光）が、検出器へ入射されなくなる。さらにこ
の方法の費用は比較的僅かである、何故ならば数
個の装置（走査ユニツト、対物レンズ）が何倍に
も使用できるからである。そのため良好に補正さ
れた大口径の対物レンズを用いて、被検体面にお
いて、回析だけにより制限をうける照射光線の集
束作用が行えるようになる。これにより発生され
る像の解像度が最適となる。さらに試料光線の検
出の場合の光の強度が最大となる。

後者は、励振光の強度以下のオーダーにある、
照射スペクトル中に含まれていない光線（蛍光、
ラマン線）を検出すべき時は、著しく有利とな
る。特に有利であるのは、以下に示されているよ
うに、透過光線、散乱光線、蛍光またはラマン線
の検出により、少なくとも２つの信号列をほぼ同
時に発生して像形成のために用いる時である。

(a) 散乱光線−透過光線 光線の両成分を測定して適切に表示する場合
に、試料における吸光の分布を示す像を即ち吸
光だけにもとづき散乱ストラクチユアを示さな
い透過光−明領域像が得られる。同じ情報は、
低周波で変調した光線を試料へ案内して試料に
おける光吸収により生ずる熱線を赤外線検出器
で検出して（光熱効果）、像形成のために用い
る方法も可能にする。この方法により試料の吸
収特性の空間分布も測定できる。この方法は不
透明な試料の検査に対して特に有利であり、こ
の場合光の変調周波数を変化することにより、
焦点深度を制御することが出来る。光熱効果を
吸収スペクトルの検出のために用いることは公
知ではあるが、光熱効果による像発生は公知で
はない。

しかしこの場合は、像発生のため試料から送
出される光電子を検出する場合と同様に、当該
の検出器を照射用光学装置の外側に配置しなけ
ればならない。何故ならばこの光学装置は通常
は上述の光線を通過させないからである。この
場合照射光学装置は、発光−明領域像の発生の
ために共用される。

(b) 散乱光線−蛍光光線 暗領域像と蛍光を発する試料領域の表示とが
同時に得られ、さらにスペクトル領域の相応の
選択により、試料における例えば蛍光を発する
種々の不純物の相対位置を識別することが出来
る。

(c) 透過光線−蛍光光線 (b)と比較してこの場合、蛍光像を明領域像と
比較することができる。

(d) 散乱光線−ラマン線 暗領域像による可視的構造と対照して、分子
構造に応じて放出されるラマン線により一義的
に確認できる含有物質、表面欠陥、吸収物質の
位置を観察することができる。

(e) 透過光線−ラマン線 長すぎる光線持続時間および強すぎる光の強
度による被検体損傷を生ぜさせることなく、有
機体中の新陳代謝を観察することが出来る。
種々の新陳代謝物質は異なるラマンスペクトル
を発生する。その結果有機体中の新陳代謝物質
の独特の分布を、特性ラマン光の観察により検
出することが出来る。ラマン線強度の濃さはこ
れを放出する物質に厳密に依存するため、重畳
された複数個のスペクトルの定量的評価も可能
となる。

(f) 蛍光光線−ラマン線 ラマン線強度の測定と蛍光光線の測定とを同
時に行うことにより、蛍光を発するバツクグラ
ンドにより見誤ることのない、ラマン光による
材料表示が可能となる（減算）。ラマン光と蛍
光との区別は、蛍光の減衰消滅時間を利用する
ことにより、またはスペクトルがわかつている
場合は両光線成分の検出されるスペクトル領域
を適当に選定することにより、行われる。

(g) ラマン線−ラマン線 この組み合せにより、試料の複数個の異なる
成分の同時検出が可能となる。この場合は像が
適当に重ねられ、相対濃度で表示される。もち
ろん異なるラマン線へ同調される２つの検出器
の代わりに、波長の異なる２つの単色光の光源
を用いて、この光源で試料を交番的に照射す
る。

特に、不透明な固体の例えば試料表面の下側の
含有物または不均一性を検査する場合は、試料に
付加的に超音波を透過照射すると、著しく有利で
ある。超音波周波で変調された試料表面の散乱光
が、試料の内部構造の像を供給し、この像をラマ
ン光または蛍光による表面を特徴づける像と比較
することができる。この場合試料の内部構造と外
部構造との関係が、視覚化される。

さらにラマン光または蛍光による試料表面の時
間的変化を超音波照射中に観察することができ
る。そのため超音波クリーニング過程を監視する
ことが出来る。試料表面における超音波振幅の分
布を検出に用いることのできる散乱光と、不純物
の濃度の空間分布を示すラマン光とを同時に観察
する場合、超音波周波の持続時間と振幅を、物質
の特性に最適に選定することもできる。

検出器から得られた信号による、試料表面の像
としての表示は種々の方法で行われる。異なるス
ペクトル領域において表示されるストラクチユア
の間に相関関係が成立している時は、この相関関
係を１つの像として重畳して表示すると有利であ
る。この場合、両方の像には現れない細部が観察
者に対して、光の点滅により示されるような、時
間的に交番する表示形式が選定される。

例えばバツクグランド除去の目的で、物質を特
徴づける波長に応答する検出器と、これと多少異
なる波長に応答する第２検出器としての２つの検
出器の信号の差を、像として用いると有利であ
る。種々のスペクトル領域における光線により確
認される異なる物質の非相関分布が表示される時
は、像の個別表示が有利である。

コントラスト向上および前述の重畳像の発生の
目的で、異なる検出器の出力信号の振幅および／
または位相が電子的に制御される。例えば信号の
微分により被検体輪郭の一層良好な識別が達成さ
れ、２つの検出器の信号の論理結合（除算、減
算）により、コントラスト向上が達成される。こ
の構成は電子装置に対する僅かな費用で実施する
ことができるため、通常の光学的コントラスト調
整手段（位相コントラスト等）を省略することが
出来る。

照射がコヒーレントに行われる時に、試料にお
ける弾性散乱光により発生される像の場合は、も
う１つの有利なコントラスト調整が実施される。
散乱光を観察光線路からの光と重畳させることに
より、検出器に、コントラストを向上する干渉信
号を発生することが出来る。

試料照射に単一モードレーザを用いる時は、コ
ヒーレントな散乱過程である例えばレーレー散乱
光による像発生の場合の解像能力が、従来の顕微
鏡的像と比較して次のように改善される：走査過
程により順次照射される被検体点が、被検体のパ
ラメータ関数と使用対物レンズの焦点における光
点の強度関係との組合せに相応する、走査線毎の
信号強度の分布を供給する。後者の関数は、例え
ばガウス関数に著しく良好に近似させることがで
きる。

走査線に沿つての散乱光の測定強度分布を、こ
れにより得られる被検体関数の直接再現によりも
はや回折により制限されることのない試料の超解
像力を得る目的で展開することは、好適でありか
つ公知のデータ処理法により可能である。そのた
め達成可能な解像力は、試料の走査点における
個々の強度の、達成可能な測定精度だけに依存す
るようになる。

走査線毎の前記の展開は、安価に電子的に実時
間で行うことが出来る。他方、２次元の強度関数
の展開のためには、試料はほんの僅か位置をずら
して走査するようにし、かつ各走査線毎の測定強
度分布は記憶しなければならない。この場合展開
は、後置接続される計算過程により行われる。

複雑な化合物の分析の場合は、次の方法が有効
である、即ち前記方法に付加的に、所定の画点個
所でラスタ偏向中のビームの進行を停止させ、所
定のスペクトル領域を連続的に変化させ、所定の
スペクトル領域から１つのスペクトルまたは組み
合せスペクトルを記録するようにする。これによ
り例えば独特な構造がその分子組成により正確に
確認することができる。このようにして、確認物
質の分布のコントラストの明確な像を得るため
に、パラメータである“波長”を被検体に最適に
調整できるようになる。

もちろん二、三の使用の場合（例えばラマン線
の検出の場合）は、検出器のスペクトル感度を変
化させる代わりに、照射光の波長を変化すること
もできる；特別な場合（共鳴−ラマン−散乱）を
除いて、検出器の前方に設けた可同調モノクロメ
ータによるのと同様なスペクトルが得られるよう
に、相応に構成される。

種々の波長のラマン光を観察する場合は、例え
ば相応のフイルタを介して所望の波長領域へ同調
した２つの検出器の代わりに２つの単色光光源を
使用し、複数個の波長の光で試料を同時にまたは
交番的に照射すると好適である。前者の場合は２
つのラマンスペクトルから成る当該の線の強度の
重畳が形成され、後者の（交番的な）場合は時間
的に連続する２つの信号の差を形成することによ
りバツクグランド光線を除去できるようになる、
または２つの試料物質の相対濃度を表示できるよ
うになる。

本発明の装置が有利であるのは、その使用領域
において試料の分子構成を損傷なく検査ないし分
布することが常に必要とされるような、生物医学
技術、薬品製造および工業化学における高純度の
材料の品質管理の場合である。

この場合前者（生物医学技術）の領域に対して
は、肉移植の耐腐食性および生体とのその親和性
が依存する、肉移植の表面状態の監視に用いられ
る。

後者の領域においては、治療効果が薬品の組成
の僅かな変化にも著しく依存することのある、高
純度の薬品の製造過程の管理に用いられる。検査
される薬品の分子構造または濃度比は、成分の特
性ラマン線へ同調される検出器により、一義的に
検出されそのため常時監視することができるよう
になる。

前述の構成を有する本発明の装置は、照射され
た試料点から放出される光線だけを選択的に検出
することができる。照射された試料点と、この被
照射点が走査中に持続的に集束される検出器ない
し絞りとの間には像の１対１の対応関係があるた
め、当該のスペクトル領域を設定する可同調のモ
ノクロメータを簡単に取り付けることができる。
可同調モノクロメータの代わりに、光線をスペク
トル分解して同時に、個々のスペクトル領域へ配
属されている複数個の受光素子へ入射させるモノ
クロメータを用いることもできる。

種々の光線（通常の光、電子線、長波長の赤外
線、音波）の性質が異なるため照射光学装置によ
る光伝送が行えない場合は、本発明の２番目の装
置が用いられる。これは次の技術構成を有する即
ち光源と試料との間に分割ミラー、ビームのラス
タ偏向装置、試料へビームを集束する対物レンズ
との光源の方からこの順に設けられており、試料
から出た光線が該対物レンズ、偏向装置および分
割ミラーを介して少なくとも第１固定検出器へ集
束されるようにし、照射のために用いられるスペ
クトル領域以外の光線に反応する少なくとも第２
の受光器が、偏向ユニツトを有する光学系の外側
にないし試料の後方に設けられるようにされてい
る。

絞りが次の位置に設けられるため即ち、検出器
の入力側に結像装置の光軸と垂直にかつ走査方向
とは反対方向に、現在照射されている点よりも以
前に照射された隣接点が常に集束されるようにず
らされた位置に設けられるため、前記隣接点から
時間的に遅れて放出される光線を測定することが
できる。この場合遅延時間は、走査速度および絞
りの位置ずれの量に依存する。

この絞りの代わりに、場合により入力側に設け
られるフイルタにより所定の波長領域に応動する
線状ダイオード列が設けられ、かつこのダイオー
ド列が上述の走査方向に設けられる場合は、その
列の量に応じて相応に、全画点の減衰消滅する蛍
光の分解的表示が得られる。適当な分解回路によ
り減衰特性を、像領域全体に対してまとめてまた
は選定された画点に対してだけ、表示することが
できる。そのため異なる蛍光減衰時間により試料
の異なる成分を識別して、像に表示する場合に相
互に区別することが出来るようになる。殆んど遅
延なしに放出されるラマン線と蛍光またはりん光
との区別も、このようにして可能となる。

例えばラマン線の検出を目的とする、単色光源
の必要とされる場合は、光源としてレーザが好適
に選定される。このレーザは例えば連続的に光を
放出することができて、スペクトル分光の場合ま
たはラマンスペクトルを得る場合は同調可能であ
る。例えば蛍光励起に対して必要とされるよう
な、またはラスタ走査すべき像領域をシヤープに
境界づけた点に分解するために、照射光線の一層
高い出力密度を必要とする時は、パスルレーザが
好適に用いられる。この場合パルス列は偏向ユニ
ツトおよび電子的像発生装置と同期作動される光
パルスの間は検出器信号を抑圧することにより、
感度をさらに増加させることが出来る。

所定の使用領域に対してはもちろん他の光源た
とえば白熱電球または気体放電管を用いることも
できる。例えば限定されたスペクトル領域におい
て高い光線密度を形成すべき時は、光源として発
光ダイオードを用いることが出来る。これは赤外
線−吸収測定法ないし−反射測定法に対しても、
有利に用いられる。

さらに本発明の実施例の装置は次のように構成
されている、即ち光源としてのレーザないし発光
ダイオード列の出力側に、分割ミラー、光源を対
象面へ写像する対物レンズが、光源側からこの順
に設けられており、試料から出た光線が対物レン
ズおよび分割ミラーを介して検出ダイオード体へ
集束されるようにし、光学装置により共役位置に
配置されたダイオード列の各ダイオードを同期励
磁ないし走査する電子装置が設けられるようにし
たのである。

この装置は機械的走査ユニツトを使用しないた
め簡単な構成を有する。それにもかかわらず現在
照射中の試料点領域からの光線だけがその都度検
出される、何故ならば走査が、照射側と検出側と
で同期して行われるからである。走査ないし検出
の目的のために、ダイオードの１次元および２次
元の配列を使用できる。前者の場合は、像発生の
ために試料を、走査線と垂直方向に移動してゆく
必要がある。

検査試料を走査形電子顕微鏡の試料室中におく
と、高エネルギの電子ビームによる原子構造の分
析に対して必要とされる検査のほかに、種々の波
長の光を用いた分析および放出された光電子の測
定により、分子の特性がその空間分布において検
出される。さらに電子顕微鏡による検査の前に試
料の標本準備（イオンエツチング、蒸着）を光学
的方法で監視することができる。試料を例えばイ
オンエツチング中にそのラマン線の光で観察し、
これによりエツチング過程を終了すべき時間を知
ることができる。

次に本発明の実施例につき図面を用いて説明す
る。

第１図に示されている実施例において、レーザ
１が光ビームを発生する。光ビームの偏波方向は
偏波回転器２により調整することができる。集束
されたビームは分割ミラー５を通過した後、走査
ユニツト３により、透明な試料４の面をラスタ状
に移動される。

透過光線は、試料４の後方に配置されているミ
ラー６を介して、検出器７へ反射される。検出器
の出力信号はスイツチング回路８を介して、ユニ
ツト１４により走査周波と同期されている、ビデ
オ増幅器９へ導かれる。ビデオ増幅器の出力信号
は、モニタ１０の画面へ試料４′を表示するため
に、用いられる。

レーザ１と走査ユニツト３との間の光線路に設
けられている電子光学的シヤツタたとえばカー・
セル１５は、帰線期間中にビームのブランキング
制御に用いられる。

検出器７における透過光線の検出と同時に、試
料から送出されたラマン線または蛍光光線が、対
物レンズ１７および走査ユニツト３を経て、さら
に分割ミラー５で反射されモノクロメータ１２に
おいて濾波されてから、著しく高感度の検出器１
３へ集束される。この検出器は、例えば光電子増
倍管として構成することができる。この場合、２
つの異なる光線成分のうち一方を、照射側で使用
するスペクトル領域には含まれないようにする。
試料４と光電子増倍管１３との間のフイルタ１２
の濾波特性をレーザ１の波長に関連して適当に選
定する場合、試料４における含有物質を特徴づけ
る光線たとえばラマン線または蛍光光線が、光電
子増倍管１３へ達する。光電子増倍管の出力信号
は、スイツチング回路８およびビデオ増幅器９を
介して、モニタ１０における含有物１１の像表示
のために用いられる。

スイツチング回路８は光電子増倍管１３の信号
を断続する、その結果含有物１１は、試料４の像
４′における明滅により、モニタ１０において表
示される。ユニツト１４は、走査ユニツト３、カ
ー・セル１５ならびにスイツチング回路８を、ビ
デオ周波と同期して制御する。ユニツト１４によ
り走査ユニツト３の走査が停止されると、その結
果レーザビームは前もつて定められている領域へ
集束され、他方カー・セル１５は明制御されスイ
ツチング回路８は光電子増倍管１３の出力を記録
器１６の入力側へ加える。

記録器１６のＸ方向送りはレーザ１の波長と連
動されている、その結果波長の変化により、試料
４における含有物１１のラマン線が検出される。

個々の試料領域からの蛍光および／またはラ−
マン−スペクトルはもちろん次の場合も得られ
る、即ち連続的に同調可能なモノクロメータ１２
を用い波長−選択を励振側ではなく観察側で行う
時にも、得られる。

第２図に示されている装置はレーザ２１を有す
る。レーザの光路には半透過性のミラー２２が配
置されている。ユニツト３４により制御される走
査ユニツト２３は、対物レンズ２５により集束さ
れるレーザビームを試料２４の面上で移動させ
る。試料２４から出た光線は対物レンズ２５によ
り集光され走査ユニツト２３中の偏向ユニツトに
おいて偏向されミラー２２において反射された
後、光部部材２６からモノクロメータ２８の入口
スリツト２７へ集束される。モノクロメータでス
ペクトルに分解された光の成分は、モノクロメー
タ２８の複数個の各出口開口の後方に設けられて
いる複数個の検出素子２９へ達する。検出素子の
出力信号は、蓄積オシログラフにおける試料２４
のスペクトルの表示のために、用いられる。

制御ユニツト３１は、走査周波に同期されてい
る、検出素子列２９の読み出し用のマルチプレク
サならびに電子制御回路を有する。この電子制御
回路を介して、個々の検出素子が選択される。次
に検出素子の信号は、同じく走査周波に同期され
ているモニタ３０へ導かれる。モニタ３０は試料
２４の像を、検出素子を介して選択された特性ス
ペクトル領域の光の形で表示する。

同じく走査ユニツト２３と同期されている蓄積
オシログラフ３６において選択的にその都度、選
択された画点が各画点列の形で蓄積され、そのた
めＳ／Ｎ比が改善される。あるいは全部の画点に
わたつてまとめられた試料２４の全体のスペクト
ルが表示される。試料表面の全体のスペクトルに
より、不純物を特徴づけるスペクトルバンドが選
択される。その結果モニタ３０には、通常の観察
の場合は見ることのできない蛍光を発する不純物
またはラマン活性化された不純物が、識別される
ようになる。

第３図に示されている装置においては、蛍光を
発する試料における同じく蛍光を発する不純物
が、両成分の蛍光消滅時間が僅かでも異なる時
は、識別することができる。

この装置の構成は実質的に、第２図に示されて
いる装置に相応している。しかしこの場合試料４
４の輝点は、第２図のようにモノクロメータ２８
の入口スリツト２７の上においてではなく、直線
状の検出−ダイオード列の上に結像される。結像
光線路においてミラー２２の後方に配置されてい
るフイルタ３３は、光源３２の光を抑圧し試料４
４の蛍光光線だけを、検出−ダイオード列４７へ
入射させる。

このことは次のようにして行われる、即ち偏向
走査ユニツト２３に設けられているミラーの位置
が一定の場合に、現在照射されている試料点Ｐ１
がダイオード列の最初のダイオードへ結像される
ようにし、この点Ｐ１の次に照射される点Ｐ２〜
Ｐ５が、連続する各ダイオードＤ２〜Ｄ５上へ結
像されるようにする。次に例えば試料点Piの蛍光
−光線の強度Ｉ（ｔ）の時間特性は、走査周波の
クロツクで読み出されるダイオードDiの信号Si
から、次の式により求められる： I_Pi（ｔ）＝ａ・S_iot（ｉ＋Ｖ・ｔ／Ｓ） この場合Ｖは走査速度、Ｓは隣接する２つの試
料点Piの間隔、ａは定数を表わす。

走査ユニツト２３のクロツクで動作する読み出
し電子装置４１はダイオード列４７の信号を、時
間に依存する選択された試料点の信号として形成
し、この信号を蛍光消滅曲線の表示のためにオシ
ログラフ３６へ導く。試料表面よりも大きい時定
数を有する不純物は、別個にモニタ３０に次のよ
うにして表示される、即ち電子評価装置４１によ
るダイオード列の所定のダイオード群の選択によ
り、試料点の照射と蛍光光線の検出との間の遅延
時間を設定するのである。同じ様にして蛍光光線
を、ラマン線から区別することができる。

第４図は、試料５４の放出する光電子の“光”
による試料の表示装置を示す。試料５４は、排気
されたケーシング６０の中に窓５２の前方に置か
れる。この窓を通して試料はレーザ５１から光を
照射される。走査ユニツト５３はレーザビームを
試料表面にわたり案内する。ケーシング６０内に
は検出器５５が、試料から放出された光電子に対
して設けられている。電源装置５８はこの検出器
を、試料５４よりも正の電位に保持する。さらに
電源装置は、検出器５５と試料５４との間に設け
られているグリツド５７に、試料５４よりも負の
バイアス電圧を給電する。検出器５５の信号は、
２チヤンネル増幅器５９において増幅された後、
走査ユニツト５３と同期されているモニタ５０
へ、電子を放射する試料領域６１の像を供給す
る。

この像は試料５４の明るい画面像６２に重ねら
れる。このことは次のようにして行われる、即ち
試料５４から反射して戻つた光が、分割ミラー６
５を介して検出器６３へ入射されるようにし、さ
らにこの検出器の出力側が２チヤンネル増幅器５
９の第２入力側と接続されていることにより、行
われる。

励振波長の変化により、光電子により発生され
る像のコントラストを、物質を特徴づけるように
設定することができる。その結果例えば、励振波
長に相応する限界値以下の電子の結合エネルギを
有する、イオン化されやすい試料表面部分だけ
が、すべて明るく示される。

もう１つのコントラスト形成の補助が、グリツ
ド５７により次のように行われる、即ちグリツド
により、運動エネルギがグリツド５７のバイアス
電圧により定められる値より小さい電子がすべ
て、検出器５５により検出されないようにする。
励振光の波長およびグリツド５７のバイアス電圧
を適当に選定することにより、試料５４における
可視的に表示すべき成分を特徴づける狭いエネル
ギ幅からの電子が、像形成のために選択される。

第５図は、第１図〜第４図に示されている装置
の光学装置の構成の詳細図である。

レーザ１０１が光源として用いられる。このレ
ーザの単色の平行ビームは、拡大光学部材１０
２，１０３により、対物レンズ装置１１１の対物
レンズ１１３直径に適合される。拡大されたレー
ザビームはハーフミラー１０４を通過した後、走
査ユニツト１２０へ入射される。この走査ユニツ
トは、その回転軸１０６ないし１０９により相互
に垂直に設けられている、被検体１１９を線順次
に走査する旋回ミラー１０５および１０８を有す
る。それぞれ平行に入射した照射ビームは、凹面
鏡１０５および１０８を介して、円柱レンズ１１
７および１１８の主平面へ集束される。レンズの
屈折力はミラーの時間−旋回角特性に依存して、
ミラー１０９の面を時間に比例したリニヤな走査
が行われるように、選定されている。

レンズ１０７および１１０は、ミラー１０５お
よび１０８と同じ焦点距離を有している。レンズ
１０７はミラー１０５とミラー１０８の間に配置
されている。ミラー１０５からレンズ１０７まで
の距離は、およびミラー１０５からレンズ１０８
までの距離は、レンズの焦点距離の２倍である。
レンズ１１０はミラー１０８と対物レンズ１１３
との間に配置されている。レンズ１１０から対物
レンズ１１３の像側の主平面１１２までの距離
は、レンズの焦点距離の２倍である。この配置に
よりミラー１０５および１０８の像が、レンズ１
０７およびレンズ１１０により、対物レンズ１１
３の像側の主平面１１２へ倍率１で次々に結像さ
れる。即ちミラー１０５に物体を置けばこれは主
平面１１２へ結像されるため、仮に光線の方向を
逆にすれば主平面１１２に置かれた物体はミラー
１０５に結像される。即ち物体と像の位置を入れ
換えることが出来るため、ミラー１０５と主平面
１１２とは互いに共役な位置関係にある。同じこ
とがミラー１０８と主平面１１２についても成り
立つため、ミラー１０８と主平面１１２も互いに
共役な位置関係にある。このことは特許請求の範
囲第１項に、光線偏向部材１０５，１０８が対物
レンズ１７；２５；１１１の像側の主平面１１２
に対して共役な面に設けられるとして示されてい
る。対物レンズ１１３は照射ビームを試料表面１
１９へ集束する。

ミラーを凹面に構成することは、有利な実施例
の場合でも、もちろん一例にすぎない。ミラーの
集束作用を行う屈折部材を光線路へ付加的に挿入
する場合は、走査のために平面鏡を用いることも
できる。

走査装置１２０の内部で非集束的な光線案内が
行われるため、走査装置の構成が所定の筒長によ
り制限されることなく、無限遠の焦点距離に調整
されている対物レンズを組み合わせて、前記構成
を調整することができる。もちろんこのままで
も、走査ユニツト１２０における屈折力およびレ
ンズの間隔を適当に選定して、図示されている非
集束的な走行光線の代わりに、有限の焦点距離を
有する対物レンズを使用するように調整された光
線路が得られるようにすることも出来る。

光線の波長の抑圧が必要とされる時は相応のフ
イルタが、ミラー１０４と検出器１１６との間の
光線路へ挿入される（第３図におけるフイルタ３
３）か、および／またはダイクロツク分割ミラー
が用いられる。モノクロメータは、絞りの後方に
配置することができる。

走査装置１２０の上述の部品配置により次のこ
とが保証される、即ち走査ビームの軸が常に結像
用対物レンズ１１３の像側の主平面を通過し、そ
のためいかなる偏向角の下でも対物レンズの口径
全部をビーム照射することとを保証できる。その
ため走査は回折が制限されるように行われ、これ
により最高度の解像度が得られる。この場合走査
装置は、複雑な特注の必要なく市販の部品（対物
レンズ、電気走査ユニツト）を組み合わせること
のできる比較的簡単な構成を有する。

第６図に示されている実施例は、発光ダイオー
ド列１２１を光源として有する。この列１２１は
対物レンズ１２３により、紙面に垂直に移動する
試料１２４の表面へ結像される。詳細には図示さ
れていない公知の電子装置１２６によるシーケン
ス制御の場合、試料は線状に走査される。

試料１２４から送出される光線は、対物レンズ
１２３および分割ミラー１２２を介して検出ダイ
オード列１２５へ、ダイオード列１２１により照
射される各試料点が受光ダイオードへ結像される
ように、集束される。

制御ユニツト１２６は“送光列”１２１および
受光列１２５を同期するように走査ないし読み出
しするため、現在照射されている試料点から送出
された光線だけがその都度検出される。あるいは
励振と読み出しとの間の時相を遅延させることに
より、第３図を用いて示されたように、送出され
た光線を遅延時間後に選択することができる。

モニタ１２８の画面における試料１２４の面表
示の目的で、ダイオード列１２１および１２５の
信号のほかに、試料駆動機構１２９と結合されて
いる位置通報装置１２７の出力信号が、制御ユニ
ツト１２６から相応に供給される。

試料駆動機構は、ダイオード列１２１および１
２５が２次元的に構成される時は、省略すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は前もつて選択可能な波長の光源を用い
て非弾性散乱光による像を発生する装置のブロツ
ク図、第２図は観察側で波長を前もつて選択でき
るようにした装置の第２実施例のブロツク図、第
３図はダイナミツクに現象を検出する第３実施例
のブロツク図、第４図は放出された光電子の空間
的分布の像を発生する装置のブロツク図、第５図
は第１図〜第４図の装置に用いられる光学装置の
構成図、第６図は機械的走査装置を用いずに動作
する装置の構成図を示す。 １……レーザ、２……偏波回転装置、３……走
査装置、４，４′……試料、５……分割ミラー、
６……ミラー、７……検出器、８……スイツチン
グ回路、９……ビデオ増幅器、１０……モニタ、
１１……含有物質、１２……フイルタ、１３……
光電子増倍管、１４……同期装置、１５……カ
ー・セル、１６……記録装置、１７……対物レン
ズ、２１……レーザ、２２……ミラー、２３……
走査ユニツト、２４……試料、２５……対物レン
ズ、２６……光学装置、２７……入力スリツト、
２８……モノクロメータ、２９……検出器、３０
……モニタ、３３……フイルタ、３６……オシロ
グラフ、４１……電子評価装置、４４……試料、
４７……検出−ダイオード列、５０……モニタ、
５１……レーザ、５２……窓、５３……走査ユニ
ツト、５４……試料、５５……検出器、５７……
グリツド、５８……電源装置、５９……２チヤン
ネル増幅器、６０……ケーシング、６１……電子
を放出する試料領域、６２……発光面、６３……
検出器、６５……分割ミラー、１０１……レー
ザ、１０２，１０３……光学的拡大装置、１０４
……ハーフミラー、１０５，１０８……旋回ミラ
ー、１０７，１１０……レンズ、１１１……対物
レンズ装置、１１２……像側主平面、１１５……
絞り、１１７，１１８……円柱レンズ、１２１，
１２５……ダイオード列、１２３……対物レン
ズ、１２４……試料、１２６……制御ユニツト、
１２７……位置通報装置、１２９……試料駆動装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選定された試料特性を該試料中の個所に依存
   して表示する装置であつて、該表示装置は、 −光源１；１２；３２；５１；１０１を備え、 −さらに光源の走査光線により試料の微視的な領
   域をラスタ走査する光線偏向装置３；２３；５
   ３；１２０を備え、該光線偏向装置は試料上の
   光線位置を決定する光線偏向部材１０５，１０
   ８を有しており、 −さらに異なるスペクトル領域に応動する位置固
   定の複数個の光線受信器７，１３；２９；４
   ７；５５；６３；１１６を試料から送出される
   光線の検出のために備え、この場合少なくとも
   １つの光線受信器のスペクトル領域を、このス
   ペクトル領域が走査光線のスペクトル領域の外
   側に設けられるように、選定し、 −さらに試料４；２４；４４；５４；１１９から
   送出される光線を光線受信器へ集束させる、対
   物レンズ１７；２５；１１１を含む手段を備
   え、 −さらに試料の走査と同期して制御される、光線
   受信器の出力信号を画像的に表示する装置１
   ０；３０；５０を備えている表示装置におい
   て、 −対物レンズ１７；２５；１１１を光線偏向装置
   ３；２３；５３；１２０と試料４；２４；４
   ４；５４；１１９との間に配置するようにし、
   該配置において、走査光線が対物レンズを通つ
   て試料へ集束され次に試料から送出された光線
   が対物レンズと光線偏向装置を介して少くとも
   １つの光線受信器へ導かれるようにし、 −さらに光線偏向部材１０５，１０８が対物レン
   ズ１７；２５；１１１の像側の主平面１１２に
   対して共役な面に設けられることを特徴とする
   選定された試料特性を該試料中の個所に依存し
   て表示する装置。 ２ 対物レンズ１１１を介して作用を受ける光線
   受信器１１６の入力側に、固定の絞り１１５なら
   びに調整可能なモノクロメータを設置した特許請
   求の範囲第１項記載の表示装置。 ３ 複数個の光線受信器２９を、対物レンズ２５
   を介しておよび固定の絞り２７ならびにモノクロ
   メータ２８を介して、試料から送出される光線の
   それぞれ異なるスペクトル成分により作用を受け
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の表示装
   置。 ４ 対物レンズを介して作用を受ける光線受信器
   の入力側に、光軸に垂直に移動可能な絞りを設け
   た特許請求の範囲第１項記載の表示装置。 ５ 対物レンズを介して作用を受ける光線受信器
   の入力側に可変の寸法の絞りを設けた特許請求の
   範囲第１項記載の表示装置。 ６ 光線受信器の少なくとも一部を、走査方向に
   延在する直線状のダイオード配列体４７から構成
   した特許請求の範囲第１項記載の表示装置。 ７ 走査光線のスペクトル領域の外側のスペクト
   ル領域に応動する光線受信器を、光線進路から見
   て試料の前方または後方にかつ対物レンズを介し
   て案内される光線路の外側に設けた特許請求の範
   囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
   表示装置。 ８ 画像表示装置が、光線受信器の出力信号を別
   個にまたは重畳した表示するように構成されてい
   る特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれ
   か１項に記載の表示装置。 ９ 試料に作用を与える装置に超音波を設けた特
   許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１
   項に記載の表示装置。 １０ 光線進路から見て試料の前方に設けられる
   光線受信器が電気検出器である特許請求の範囲第
   ７項記載の表示装置。 １１ ラスターの画点間隔が走査光線の解像限界
   の焦点の直径よりも小さくなるようにし、さらに
   画点に依存する信号強度分布を、焦点における光
   の実質的にガウス状の強度分布を用いて示すため
   の電子計算器を設けた特許請求の範囲第１項から
   第１０項までのいずれか１項に記載の表示装置。