JPH05107480A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】音響光学偏向素子を使用した走査型光学顕微鏡
において、ビデオレート相当の高速走査と、コンフォー
カル顕微鏡の理論分解能の達成を図る。 【構成】音響光学偏向素子２３によって光ビームを偏向
させる走査型光学顕微鏡において、シリンドリカルレン
ズ効果の焦点距離Ｆ、光波長λ、開口Ｄ、音響光学偏向
素子２３を駆動する高周波信号の掃引される周波数の時
間微分係数をＡとしたときの、時間微分係数Ａの偏差δ
Ａ／Ａが、 ｜δＡ／Ａ｜≦２ｋ・λ・Ｆ／Ｄ² を満足するように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響光学偏向素子を使
用して光ビームを所定方向に走査する走査型光学顕微鏡
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査型光学顕微鏡が特開昭６１
−８０２１５号公報に開示されており、その基本構成を
図５に示す。

【０００３】この走査型光学顕微鏡は、レーザ光源１か
ら発した光ビームがエクスパンダ２によってその光束が
広げられて音響光学偏向素子３に入射し、この音響光学
偏向素子３が光ビームを回折させて偏向させている。そ
して音響光学偏向素子３で偏向させた光ビームが集光レ
ンズ４で集束され、リレーレンズ５、ハーフミラー６、
全反射ミラー７を経て振動ミラー８に入射する。振動ミ
ラー８で反射された光ビームが対物レンズ９により微小
スポット状に集束されて試料１０に入射する。

【０００４】このような走査光学系を備えた走査型光学
顕微鏡では、試料１０上に形成された微小スポットが、
音響光学偏向素子３の偏向作用により所定方向（主走査
方向）に走査され、振動ミラー８により異なる方向（副
走査方向）に走査されるものとなる。

【０００５】試料１０からの反射光はハーフミラー６を
通過してリニアイメージセンサ１１上に入射し、このリ
ニアイメージセンサ１１が試料１０からの反射光を主走
査方向の１ライン毎に受光して光学情報を電気信号に変
換している。

【０００６】ところで、上記音響光学偏向素子２により
光ビームを偏向させるためには、周波数掃引される高周
波信号によって音響光学偏向素子２を駆動する必要があ
る。ＮＴＳＣビデオ規格に対応して高速走査するための
駆動回路を図６に示す。

【０００７】この駆動回路は、ＮＴＳＣ同期信号発生器
１２で図７に示す水平ドライブパルスＨＤを発生させ鋸
歯状波発生器１３に印加する。この鋸歯状波発生器１３
は水平ドライブパルスＨＤに同期して図７に示すような
鋸歯状波形を有する水平偏向信号ＲＡＭＰを発生して電
圧コントロールオシレータ（ＶＣＯ）１４に印加する。
そしてＶＣＯ１４が水平偏向信号ＲＡＭＰに応じて各掃
引周期毎に７５ＭＨｚ〜１２５ＭＨｚまで周波数掃引し
た高周波信号をアンプ１５を介して音響光学偏向素子２
に印加する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
ように音響光学偏向素子２を駆動するための高周波信号
は、音響光学偏向素子２により決定される帯域幅の下限
から上限まで（または上限から下限まで）を水平偏向周
期内で周波数特性をリニアに掃引する。

【０００９】ところが、従来より使用されているＶＣ
Ｏ、例えばバリキャップダイオードを用いたものは、入
力電圧をそれに応じた出力周波数に変換する際の変換直
線性（以下、「Ｖ／Ｆ変換直線性」と呼ぶ）が悪い。ベ
ース接地型のトランジスタ回路による構成にしても、Ｖ
／Ｆ変換直線性はほとんどバリキャップダイオードの性
能に依存しているためにＶ／Ｆ変換直線性の偏差を１０
％以下に抑えることは困難である。

【００１０】このため、上述した走査型光学顕微鏡で
は、高速走査時にはＶ／Ｆ変換直線性の偏差に起因した
掃引周波数偏差によって試料面上のスポットは回折限界
より広がってしまい、完全なコンフォーカルな状態を実
現することができない。この結果、走査型光学顕微鏡の
分解能をさらに改善したコンフォーカル顕微鏡の理論分
解能を得ることができなかった。

【００１１】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、音響光学偏向素子を用いて高速走査する場合
でも、回折限界で決まる理論分解能を有する走査結像光
学系を実現でき、高速走査時にもコンフォーカル顕微鏡
の理論分解能を実現できる走査型光学顕微鏡を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、光源からの光ビームが通過する音響光学偏
向素子を、高周波掃引波形発生器で発生させた周波数掃
引される高周波信号により駆動して、前記光ビームを偏
向させて試料を所定方向に走査する走査型光学顕微鏡に
おいて、前記光ビームの波長をλ、前記音響光学偏向素
子が周波数掃引に応じて示すシリンドリカルレンズ効果
の焦点距離をＦ、前記音響光学偏向素子の開口幅をＤ、
係数をｋ、前記高周波信号の掃引される周波数の時間微
分係数をＡとしたときの、時間微分係数Ａの偏差δＡ／
Ａが、 ｜δＡ／Ａ｜≦２ｋ・λ・Ｆ／Ｄ² を満足するようにした。

【００１３】また本発明は上記目的を達成するために、
上記条件式を満足する走査型光学顕微鏡において、上記
高周波掃引波形発生器を、掃引波形パターンデータが予
め格納された記憶手段と、前記走査方向の偏向信号に同
期して前記記憶手段から読出される前記掃引波形パター
ンデータをＤ／Ａ変換してアナログ掃引信号にするＤ／
Ａ変換手段と、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナ
ログ掃引信号の周波数帯域を前記音響光学偏向素子の帯
域に応じて変換する周波数帯域変換手段とを具備してな
るものとした。

【００１４】

【作用】以上のような手段が講じられた本発明によれ
ば、音響光学偏向素子を駆動する高周波信号の掃引周波
数偏差が上記条件式を満足することにより、音響光学偏
向素子のシリンドリカルレンズ効果の焦点距離偏差が極
めて小さくなる。これにより、音響光学偏向素子を用い
たビデオレート相当の高速走査結像光学系で回折限界分
解能が実現されるものとなる。

【００１５】また本発明によれば、記憶手段に格納され
ている掃引波形パターンを読出してＤ／Ａ変換すること
により、アナログの掃引波形を発生させるようにしたの
で、周波数精度が極めて高い高周波掃引波を得ることが
でき、掃引周波数偏差が上記条件式を満足するものとな
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。

【００１７】図１には本実施例の走査型光学顕微鏡の全
体構成が示されている。この走査型光学顕微鏡は、レー
ザ光源２０から出射した光ビームを、ビームエクスパン
ダー２１で光学系の開口を満たす大きさまで拡大し、そ
の拡大した光ビームをビームスプリッタ２２を通過させ
て音響光学偏向素子２３に入射している。光源側からの
入射光ビームが出射する音響光学偏向素子２３の対向面
には、シリンドリカルレンズ２４が配置され、さらに集
光レンズ２５及びリレーレンズ２６からなる光学系によ
りガルバノミラー２７が音響光学偏向素子２３と光学的
共役関係で結ばれている。ガルバノミラー２７で反射し
た光ビームは瞳投影レンズ２８により対物レンズ２９の
像面に集光し、この集光スポットが対物レンズ２９によ
って試料３０上に投影されるようになっている。

【００１８】また、本実施例では高周波掃引波形発生器
３１内でＮＴＳＣ同期信号発生器の発生した水平同期信
号に同期して生成した周波数掃引波形の高周波信号を音
響光学偏向素子２３の音響トランスデューサ（不図示）
に印加して、光ビームを水平同期信号に同期して例えば
紙面に対して垂直な方向に偏向させる。音響光学偏向素
子２３の偏向作用によって、試料３０上に投影されてい
る微小スポットが試料３０を例えば主走査するものとな
る。

【００１９】さらに高周波掃引波形発生器３１内のＮＴ
ＳＣ同期信号発生器からガルバノドライバ３２に対して
垂直ドライブ信号が与えられ、そのガルバノドライバ３
２が垂直ドライブ信号に同期してガルバノミラー２７を
所定方向に揺動させるようになっている。ガルバノミラ
ー２７の揺動に応じて試料３０上に投影されている微小
スポットが試料３０を例えば副走査するものとなる。こ
れにより、試料面上にはＮＴＳＣビデオレートで２次元
的にラスター走査される走査スポットが形成されること
になる。

【００２０】試料３０からの反射光は元きた光路を逆に
さかのぼってビームスプリッタ２２で照明光路から分岐
されてスポット結像レンズ３３に入射する。そしてスポ
ット結像レンズ３３とピンホール３４からなる検出光学
系を通ってフォトダイオード３５に入射する。

【００２１】フォトダイオード３５で光電変換して得ら
れた光電信号はビデオアンプ３６で増幅された後、ビデ
オモニタ３７に入力する。このビデオモニタ３７には、
ＮＴＳＣ同期信号発生器から発生したコンポジット同期
信号が入力する。これにより、ビデオモニタ３７上のラ
スター走査と試料３０上の微小スポットのラスター走査
との同期をとることができ、ビデオモニタ３７上に試料
３０からの反射光による画像を形成することができる。

【００２２】なお、本実施例では波長４５８ｎｍの光ビ
ームを使用し、中心周波数１０３ＭＨｚ、偏向帯域幅５
０ＭＨｚ（即ち、１０３±２５ＭＨｚであるから７８Ｍ
Ｈｚ〜１２８ＭＨｚの帯域）の音響光学偏向素子を使用
するものとして説明する。

【００２３】なお、このような高い周波数の信号を発生
するのは困難であるので、周波数てい倍回路によって周
波数を４てい倍することを考える。このとき、周波数て
い倍回路へは１９．５〜３２ＭＨｚの掃引周波数を入力
することになる。

【００２４】最高３２ＭＨｚの周波数をデジタル的に発
生させるためには、サンプリング定理により３２ＭＨｚ
×２の６４ＭＨｚ以上のＤ／Ａ変換速度が必要である。
本実施例ではより高精度な波形を発生するために、３２
ＭＨｚの３倍、すなわち９６ＭＨｚ以上のＤ／Ａ変換を
行うこととする。

【００２５】他方、ＮＴＳＣ同期信号発生回路（例え
ば、ビデオカメラ用同期信号発生器：ＣＸＤ１０３０
Ｍ）には、１４．３１８１８ＭＨｚのクロックが必要で
あり、マスタクロックとしてはこれと同期することが望
ましいので、１４．３１８１８ＭＨｚの８倍である１１
４．５４５４ＭＨｚをマスタクロックとして使用するこ
とにする。上記高周波掃引波形発生器３１の具体的な構
成が図２に示されている。

【００２６】この高周波掃引波形発生器３１は、マスタ
クロック発生部４１、掃引波形パターン発生部４２、周
波数帯域変換部４３、ＮＴＳＣ同期信号発生器４４、分
周器４５から構成されている。

【００２７】マスタクロック発生部４１は、１４．３１
８１８ＭＨｚの基準クロックを出力する水晶発振子４６
と、基準クロックを２分周する２分周器４７と、出力ク
ロックを１６分周する１６分周器４８と、両分周器４
７，４８の出力が入力する位相／周波数比較器４９と、
ループフィルタ５０と、ＶＣＯ５１とから構成されてい
る。すなわち、位相検出器とＶＣＯを用いてＰＬＬルー
プを構成することにより１４．３１８１８ＭＨｚの８倍
である１１４．５４５４ＭＨｚのマスタクロックを安定
に発生させている。

【００２８】このマスタクロック発生部４１で発生した
マスタクロックは、分周器４５で適宜分周されてＮＴＳ
Ｃ同期信号発生器４４および掃引波形パターン発生部４
２に入力する。

【００２９】掃引波形パターン発生部４２は、掃引波形
パターンのデータが予め格納されたＲＯＭ５２と、ＮＴ
ＳＣ同期信号発生器４４からの水平ドライブ信号に同期
してアドレスを発生させてＲＯＭ５２にアクセスして掃
引波形パターンデータを読出すアドレスカウンタ５３
と、ＲＯＭ５２から読出されたデータをパラレル／シリ
アル変換するパラレル／シリアル変換回路５４と、その
シリアル出力をＤ／Ａ変換する高速Ｄ／Ａ変換器５５と
からなる。

【００３０】上記掃引波形パターン発生部４２は、音響
光学偏向素子２３による走査方向の偏向信号としてのＮ
ＴＳＣ水平同期信号の１周期内には、１４．３１８１８
ＭＨｚのクロックが９１０周期含まれており、データは
さらにその８倍の１１４．５４５４ＭＨｚでＤ／Ａ変換
される。また、Ｄ／Ａ変換精度としては８ビットあれば
良く、全体のメモリ容量としては８ビット×９１０×８
＝５８２４０ビット必要である。ここでは、８ビット×
１０２４のＴＴＬコンパチＰＲＯＭを８個使用し、ＴＴ
Ｌ／ＥＣＬレベル変換後、ＥＣＬ論理を用いて８並列入
力のパラレル／シリアル変換回路を構成している。これ
により、１１４．５４５４ＭＨｚのデータ読出し速度を
実現している。さらに、読出された８ビットデータは高
速Ｄ／Ａ変換器５５によって１１４．５４５４ＭＨｚで
Ｄ／Ａ変換されて１９．５〜３２ＭＨｚの周波数掃引波
形となる。

【００３１】周波数帯域変換部４３は、掃引波形パター
ン発生部４２で発生させた１９．５〜３２ＭＨｚの周波
数掃引信号を、１９．５〜３２ＭＨｚのバンドパスフィ
ルター５６に通して不要な周波数成分を除去する。そし
てバンドパスフィルター５６を通過した周波数掃引信号
をアンプ５７で所要レベルまで増幅した後、周波数２て
い倍器（フレケンシーダブラー）５８に入力して周波数
が２倍、すなわち３９〜６４ＭＨｚの掃引波形とする。
この周波数掃引信号を、再びバンドパスフィルター５９
と、信号強度損失分を補うためのアンプ６０を経由し
て、周波数２てい倍器６１に入力して７８〜１２８ＭＨ
ｚの掃引波形にする。この周波数掃引信号を平衡変調器
ー６３、アンプ６４により所要レベルまで増幅して得ら
れた高周波信号により音響光学偏向素子２３を駆動す
る。

【００３２】平衡変調器６３は、外部から与えられるＡ
Ｍ変調入力信号のレベルにより、出力信号の振幅を制御
するものであり、音響光学偏向素子２３の回折効率の周
波数依存特性を補正するために用いている。

【００３３】ここで、音響光学偏向素子を駆動する高周
波信号の周波数偏差の及ぼす光学的影響及び、回折限界
分解能を有する走査型光学顕微鏡を実現するための周波
数精度について説明する。

【００３４】音響光学偏向素子を、周波数掃引される高
周波信号で駆動したときの光学的影響としてシリンドリ
カルレンズ効果が知られており、音響光学偏向素子がシ
リンドリカルレンズとして作用するときの焦点距離をＦ
（ｍ）、光の波長をλ（ｍ）、音響光学偏向素子内の音
速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、掃引周波数をｆ（Ｈｚ）、掃引
時間をＴ、掃引時間Ｔでの周波数変化をδｆ、掃引周波
数ｆの時間微分係数ｄｆ／ｄｔをＡとしたとき、上記焦
点距離Ｆは、 Ｆ＝Ｖ² ／λ・Ａ …（１）

【００３５】と表すことができる。ここで掃引周波数の
時間変化率が一定であれば、Ａ＝δｆ／Ｔの定数とおけ
るが、掃引波形発生器のＶ／Ｆ変換直線性偏差によりＡ
の変動δＡが発生する。このときＡの変動δＡによる焦
点距離Ｆの変化δＦは、

【００３６】

【数１】 から求めることができる。（１）式より、 δＦ＝−Ｆ（δＡ／Ａ） …（２） が得られる。（２）式で表されるシリンドリカルレンズ
効果の焦点距離δＦの光学的影響を図４を参照して説明
する。

【００３７】開口Ｄ（ｍ）の音響光学偏向素子に平行光
を入射させたとき、その出射光は音響光学偏向素子の位
置からシリンドリカルレンズ効果による焦点距離Ｆ
（ｍ）だけ離れた光軸上の点Ｏから放射されるごとく発
散する。掃引方向が逆の場合には、出射光は点Ｏに集光
するごとく収れんする。

【００３８】このとき、（２）式で表されるδＦだけシ
リンドリカルレンズ効果の焦点距離が小さくなると、点
Ｏは位置Ｏ′（δＦだけ大きくなる場合）へ移動する。
このような状態で、点Ｏから音響光学偏向素子の開口端
Ｅへ結んだ直線と、位置Ｏ′から開口端Ｅへ結んだ直線
とのなす角度をδθとする。この角δθが掃引周波数偏
差によるボケ角である。一方、波動光学的に大きさＤ
（ｍ）の開口によって回折される光のボケ角Δθｄは、 Δθｄ＝λ／Ｄ …（３） と表すことができ、このボケ角が回折限界分解能を決定
している。従って、シリンドリカルレンズ効果によるボ
ケ角δθが、 δθ≦ｋ・Δθｄ …（４） であれば、掃引周波数の偏差による影響は小さいと考え
られる。なお、ｋはｋ≦１の定数を表す。一般には、回
折限界光学系では波面収差のλ／４以下が必要とされて
おり、（４）式の定数ｋは１／４以下に設定することが
望ましい。また、Δθｄは図４から以下のように幾何学
的に計算できる。 ｔａｎθ＝（Ｄ／２）／Ｆ， ｔａｎθ′＝（Ｄ／２）／（Ｆ−δＦ） 通常、θ＜＜１、θ′＜＜１、δｆ＜＜ｆであり、ｔａ
ｎθはθと、またｔａｎθ′はθ′とおくことができ
る。従って、 δθ＝θ′−θ＝ｔａｎθ′−ｔａｎθ ＝（Ｄ／２）／（Ｆ−δＦ）−（Ｄ／２）／Ｆ ＝（Ｄ／２）・（δＦ／Ｆ² ）・（１／（１−δＦ／Ｆ）） となり、（１−δＦ／Ｆ）は１とみなせるので、 δθ＝（Ｄ／２Ｆ² ）δＦ …（５） とすることができる。（５）式を（４）式へ代入して、 δＦ≦２ｋ・λＦ² ／Ｄ² …（６） とし、（２）式から、 ｜δＡ／Ａ｜≦２ｋ・λＦ／Ｄ² …（７） なる条件式が得られる。よって、本実施例では音響光学
偏向素子を駆動する高周波信号の掃引周波数偏差δＡ／
Ａが上記（７）式を満足するようにしている。

【００３９】以上のように構成された本実施例では、マ
スタクロック発生部４１では水晶発振子４６から出力さ
れる１４．３１８１８ＭＨｚの基準クロックがその８倍
である１１４．５４５４ＭＨｚのマスタクロックとして
出力される。

【００４０】このマスタクロックは分周器４５を介して
ＮＴＳＣ同期信号発生器４４へ与えられると共に掃引波
形パターン発生部４２へ与えられる。そしてＲＯＭ５２
に格納されている掃引波形パターンがＮＴＳＣ同期信号
発生器４４から出力される偏向信号としての水平同期信
号に同期して読出され、そのデジタルデータで表された
掃引波形パターンがパラレル／シリアル変換回路５４、
高速Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ掃引波形の周波数掃引
信号にされる。このため、掃引周波数精度は極めて高い
ものとなり、掃引周波数偏差は上記（７）式で表される
許容誤差よりも十分に小さくできる。

【００４１】このようにして高精度で発生させた周波数
掃引信号は、周波数帯域変換部４３の周波数２てい倍器
５８，６１により、周波数を４てい倍されて所要の帯域
幅を有する高周波信号にされる。そして平衡変調器６３
で振幅調整された高周波信号が音響光学偏向素子２３を
駆動する。これにより音響光学偏向素子２３を通過する
光ビームが偏向する。

【００４２】また、ガルバノドライバ３３がＮＴＳＣ同
期信号発生器４４からの垂直ドライブ信号に同期してガ
ルバノミラー２７を揺動駆動する。これによりガルバノ
ミラー２７で光ビームが偏向する。このようにして、試
料３０上に形成される微小スポットで試料表面をラスタ
ー走査し、その試料反射光がフォトダイオード３６で光
電信号に変換されてビデオモニタ３８に入力する。

【００４３】ビデオモニタ３８では、ＮＴＳＣ同期信号
発生器４４からのコンポジット同期信号に基づいて、フ
ォトダイオード３５からの光電信号を画像化して走査顕
微鏡画像を形成する。

【００４４】この様に音響光学偏向素子２３を用いてＮ
ＴＳＣビデオレートで光ビームを高速偏向して走査結像
光学系を構成しても、掃引周波数精度が極めて高いので
試料面上の走査スポットは対物レンズのＮＡで決まる回
折限界まで絞り込まれており、同時に上記検出光学系の
ピンホール３４上に投影されるスポットも、スポット投
影レンズ３４のＮＡで決まる回折限界まで絞り込まれて
いる。

【００４５】これは、文献「CONFOCAL MICROSCOPY 」T.
Wilson Academic Press,1990 P95に記載されているよう
に、ピンホール径をピンホール上のスポット径の約１／
８以下に設定することにより、完全なコンフォーカル状
態を実現することができ、コンフォーカル顕微鏡の理論
解像度を実現できることを意味している。ここで、従来
より使用されている音響光学偏向素子の掃引周波数の時
間変化率Ａの許容誤差を（７）式により計算する。

【００４６】音響光学偏向素子として二酸化テルル単結
晶内の横波超音波を用いたもので開口Ｄが３．５ｍｍの
ものであれば、波長４５８ｎｍの光ビームをＮＴＳＣビ
デオ規格の水平同期信号に同期させて偏向させる場合、 Ａ＝（５０×１０⁶ ）／６３．４９×１０^-6＝７．８８×１０¹¹ となる。音響光学偏向素子内の音速Ｖは６５０（ｍ／ｓ
ｅｃ）であるので、（１）式より、 Ｆ＝６５０² ／（４５８×１０^-9×７．８８×１０¹¹）＝１．１７（ｍ） である。定数ｋをｋ＝１／４とすれば、（７）式より、 ｜δＡ／Ａ｜≦２×（１／４）（４５８×１０^-9×１．１７² ） ／（３．５×１０^-3）² ＝０．０２５６ となり、掃引周波数の時間変化率Ａの許容誤差は２．６
％と求まる。

【００４７】また、音響光学偏向素子として二酸化テル
ル単結晶内の横波超音波を用いたもので開口幅が１０ｍ
ｍのものに関して同様に許容誤差を計算すると、その許
容誤差は０．３１％となった。すなわち、開口の大きい
高分解能の音響光学偏向素子を用いる際には、掃引周波
数精度の許容誤差が極めて小さくなることがわかる。

【００４８】ところが、既に述べたように従来の音響光
学偏向素子の駆動回路は、発振周波数直線性が、スイー
プオシレータ仕様では、１０％、または±３％となって
おり、上記計算にて求めた許容誤差２．６％、０．３１
％を満足することができないことが分かる。

【００４９】このように本実施例によれば、水晶発振子
４６を基準クロックとしてマスタクロックを発生するマ
スタクロック発生部４１と、掃引波形パターンデータを
ＲＯＭ５２に予め格納しておきビデオ信号に準拠した水
平同期信号で読出して高速Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ
掃引波形にする掃引波形パターン発生部４２と、そのア
ナログ掃引波形を所望の周波数帯域と振幅にする周波数
帯域変換部４３と、ＮＴＳＣ同期信号発生器４４等か
ら、周波数掃引される高周波信号を生成するようにした
ので、極めて周波数精度の高い高周波掃引波で音響光学
偏向素子２３を駆動することができ、音響光学偏向素子
２３のシリンドリカルレンズ効果の焦点距離の偏差を、
上記（６）式を満足するように十分に小さくできる。従
って、ビデオレート相当の高速走査光学系で回折限界分
解能を実現でき、コンフォーカル顕微鏡の理論分解能を
有する走査型光学顕微鏡を実現できる。

【００５０】なお、上記一実施例では周波数帯域変換部
４３において平衡変調器６３により出力信号の振幅を調
整しているが、高速Ｄ／Ａ変換器５５のレファレンスレ
ベルを調節することによっても、掃引波形パターン発生
部４２の出力振幅を制御することができる。

【００５１】また音響光学偏向素子２３の回折効率の周
波数依存特性を、予め測定しておき、このデータを別の
ＲＯＭに格納しておく。そしてそこから読出したデータ
と掃引波形パターンデータとを積算演算処理してからＤ
／Ａ変換してもＡＭ変調することができる。

【００５２】なお、本実施例の構成を特に変更しなくて
も、掃引波形パターンデータを音響光学偏向素子２３の
回折効率の周波数依存特性に応じて補正し、この補正さ
れたデータをＲＯＭ５２に格納しておくこともできる。

【００５３】さらに、上記一実施例では周波数を４てい
倍するために、周波数帯域変換部４３を周波数２てい倍
器を直列に接続して構成しているが、図３（ａ）（ｂ）
に示すように、周波数ミキサーにより構成することもで
きる。

【００５４】図３（ａ）に示す周波数帯域変換部の変形
例は、１０〜６０ＭＨｚの周波数掃引信号をバンドパス
フィルター７１で不要な周波数成分を除去した後に平衡
変調器７２に入力し、６８ＭＨｚで発生させたローカル
周波数とミキシングする。これにより、周波数和として
帯域７８〜１２８ＭＨｚの掃引出力が得られる。この周
波数掃引信号をバンドパスフィルター７３で帯域変換
後、アンプ７４で所要レベルまで増幅して出力するよう
に構成されている。

【００５５】図３（ｂ）に示す周波数帯域変換部の変形
例は、周波数２てい倍器と平衡変調器とを組み合わせて
構成したものである。この変形例では、８〜３３ＭＨｚ
の周波数掃引信号を入力し、バンドパスフィルター７５
で不要な周波数成分を除去した後に平衡変調器７６に入
力し６２ＭＨｚのローカル周波数とミキシングする。そ
して周波数和の帯域７０〜９５ＭＨｚの周波数掃引信号
を得て、この周波数掃引信号をバンドパスフィルター７
７、パワー損失を補うためのアンプ７８を介して周波数
２てい倍器７９に入力する。この周波数２てい倍器７９
で得られた１４０〜１９０ＭＨｚの周波数掃引信号を、
バンドパスフィルター８０、アンプ８１を介して平衡変
調器８２に入力し６２ＭＨｚのローカル周波数とミキシ
ングする。この平衡変調器８２では周波数差として帯域
７８〜１２８ＭＨｚの掃引波形を得る。そしてバンドパ
スフィルター８３で不要な周波数成分を除去した後に、
アンプ８４で所要レベルまで増幅して出力するように構
成されている。

【００５６】すなわち、この変形例では１段目の平衡変
調器７６でミキシングアップした後、周波数２てい倍器
７９で２てい倍し、さらに次段の平衡変調器８２でミキ
シングダウンすることによって、掃引波形入力帯域８〜
３３ＭＨｚから７８〜１２８ＭＨｚの掃引出力を得るよ
うにしている。

【００５７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、音
響光学偏向素子を用いて高速走査する場合でも、回折限
界で決まる理論分解能を有する走査結像光学系を実現で
き、高速走査時にもコンフォーカル顕微鏡の理論分解能
を実現できる走査型光学顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る走査型光学顕微鏡の構
成図。

【図２】一実施例に係る走査型光学顕微鏡に備えられた
高周波掃引波形発生部の機能ブロック図。

【図３】一実施例に係る走査型光学顕微鏡に備えられた
周波数帯域変換部の変形例を示す図。

【図４】音響光学偏向素子のシリンドリカルレンズ効果
の焦点距離を示す図。

【図５】従来よりある走査型光学顕微鏡の構成図。

【図６】音響光学偏向素子の駆動回路の構成図。

【図７】音響光学偏向素子の駆動に関する信号波形とそ
れにより得られる高周波信号波形を示す波形図。

【符号の説明】

２０…レーザ光源、２３…音響光学偏向素子、２７…ガ
ルバノミラー、２９…対物レンズ、３０…試料、３３…
スポット投影レンズ、３４…ピンホール、３５…フォト
ダイオード、３７…ビデオモニタ、４１…マスタクロッ
ク発生部、４２…掃引波形パターン発生部、４３…周波
数帯域変換部、４４…ＮＴＳＣ同期信号発生部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小灘 毅 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光ビームが通過する音響光学
   偏向素子を、高周波掃引波形発生器により発生させた周
   波数掃引される高周波信号で駆動して、前記光ビームを
   偏向させて試料を所定方向に走査する走査型光学顕微鏡
   において、 前記光ビームの波長をλ、前記音響光学偏向素子が周波
   数掃引に応じて示すシリンドリカルレンズ効果の焦点距
   離をＦ、前記音響光学偏向素子の開口幅をＤ、係数を
   ｋ、前記高周波信号の掃引される周波数の時間微分係数
   をＡとしたときの、時間微分係数Ａの偏差δＡ／Ａが、 ｜δＡ／Ａ｜≦２ｋ・λ・Ｆ／Ｄ² を満足するように設定することを特徴とする走査型光学
   顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記高周波掃引波形発生器は、掃引波形
   パターンデータが予め格納された記憶手段と、前記走査
   方向の偏向信号に同期して前記記憶手段から読出される
   前記掃引波形パターンデータをＤ／Ａ変換してアナログ
   掃引信号にするＤ／Ａ変換手段と、前記Ｄ／Ａ変換手段
   から出力されるアナログ掃引信号の周波数帯域を前記音
   響光学偏向素子の帯域に応じて変換する周波数帯域変換
   手段とを具備してなることを特徴とする請求項１記載の
   走査型光学顕微鏡。