JPH0519172A - レーザ走査顕微鏡 - Google Patents

レーザ走査顕微鏡

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JPH0519172A
JPH0519172A JP3193575A JP19357591A JPH0519172A JP H0519172 A JPH0519172 A JP H0519172A JP 3193575 A JP3193575 A JP 3193575A JP 19357591 A JP19357591 A JP 19357591A JP H0519172 A JPH0519172 A JP H0519172A
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JP
Japan
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light
outputs
asymmetric
detection means
optical
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JP3193575A
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English (en)
Inventor
Yasushi Oki
裕史 大木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のコンフォーカル型レーザ走査顕微鏡で
必要であったピンホールを用いなくても、受光光量の減
少を生じることなく、光軸方向に高い分解能を有するレ
ーザ走査顕微鏡を得る。 【構成】 コンフォーカル型レーザ顕微鏡において、試
料面からの戻り光束の断面形状を光軸に対し非対称とす
る光学手段と、この非対称光束を非対称方向2つに分離
された受光面で受け、合焦時に前記非対称光束のスポッ
ト像による各々の受光面からの出力が互いに等しくなる
ように配置された光電検出手段と、前記検出手段からの
電気的出力の差を分母にもつ関数を発生し、これに電気
的出力の和を乗じた値に相当する画像信号を生じる演算
手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多えば工業用の金属表
面観察等に用いられるコンフォーカル型レーザ走査顕微
鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、図6に示したようなコンフォーカ
ル型レーザ走査顕微鏡(以下、CLSMと記す)が金属
表面等の観察に用いられている。図において、レーザ光
源41からのレーザ光は、コリメータレンズ42で略平
行光となってハーフミラー43に入射、反射され、スキ
ャニングデバイス44,対物レンズ45を介して試料面
46上にスポット状に照射される。
【0003】このレーザスポットはスキャニングデバイ
ス44によって試料面46上をXーY方向に走査する。
試料面46で反射した反射光束は、再び対物レンズ4
5,スキャニングデバイス44,ハーフミラー43を透
過した後、集光レンズ47によって結像され、検出器4
9に達する。
【0004】このようなCLSMでは、試料が奥行のあ
る物体ではなく、例えば金属等の固い試料表面を走査す
る場合、反射光束はピントの合ったものかあるいはピン
トのズレたものかの何れかである。そこで、ピンホール
48を設けることによってピントの合った情報のみを検
出し、光軸方向の高い分解能(セクショニング)を可能
とするものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなCLS
Mにおいて、より高い光軸方向の分解能を得るために
は、前記ピンホールの口径をより小さくすることが必要
であ。しかしながら、それによる光量の低下は避けられ
ないものであった。本発明は、上記問題を解消し、受光
光量を減じることなく光軸方向の高い分解能を有するレ
ーザ走査顕微鏡を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明に係るレーザ走査顕微鏡で
は、レーザ光源と、該レーザ光源からの光りを試料面上
にスポット上に絞り込む光学系と、該レーザスポットに
よって試料面上を走査するための走査手段を備えたコン
フオーカル型レーザ走査顕微鏡において、前記試料面か
らの戻り光束の断面形状を光軸に対し非対称とする光学
手段と、この非対称光束を非対称方向に2つに分離され
た受光面で受け、合焦時に前記非対称光束のスポット像
による各々の受光面からの出力が互いに等しくなるよう
に配置された光電検出手段と、前記光電検出手段からの
2つの電気的出力の差を分母にもつ関数を発生し、これ
に2つの電気的出力の和を乗じた値に相当する画像信号
を生じる演算手段とを有するものである。
【0007】また、請求項2に記載の発明に係るレーザ
走査顕微鏡では、請求項1に記載のレーザ走査顕微鏡に
おいて、前記演算手段は、前記光電検出手段からの前記
2つの電気的出力A,Bに基づいて、S1 =1/(F1
+δ)(但し、F1 は|A−B|又は|A−B|/|A
+B|をパラメータとする関数、δは可変の定数)に比
例する画像信号を生じるものである。
【0008】また、請求項3に記載の発明に係るレーザ
走査顕微鏡では、請求項1に記載のレーザ走査顕微鏡に
おいて、前記光学手段は前記戻り光束を複数の光束に分
ける光学要素と各々の光束を各々の光軸に対して非対称
にする光学要素とを含み、前記光電検出手段は、各々の
非対称光束を非対称方向に2つに分離された受光面で受
け、合焦時に前記非対称光束のスポット像による各々の
受光面からの出力が互いに等しくなるように配置された
複数の二分割光電検出手段を含み、前記演算手段は、各
二分割光電検出手段からの2つの電気的出力の和に相当
する値を乗じた値に比例する画像信号を生じるものであ
る。
【0009】
【作用】本発明は、CLSM光学系において、戻り光束
の断面形状を光軸に対し非対称とする光学手段と、合焦
時にこの非対称光束のスポット像をを2つの受光面で受
け、各々の受光面からの出力を互いに等しくなるように
配置した光電検出手段と、該光電検出手段からの2つの
電気的出力から画像信号を生じる演算手段とを用いて合
焦検出を行なうものである。
【0010】ここで、光束を非対称にするのにいわゆる
ナイフエッジ法(フーコー法)を用いた場合を例に、本
発明の合焦検出作用を説明する。図5(a)に示すナイ
フエッジ法で光束が非対称にされ、かつその非対称光束
の焦点に二分割光電検出器が配置されている。このとき
二分割光電検出器からの出力信号A,Bは、ピントがず
れるほどAが増大し、信号差AーBは図5(b)に示す
ようなカーブを描く。
【0011】従って、このとき1/|A−B|からなる
信号は図5(c)の如くとなり、合焦時には∞となる。
この信号を用いて合焦時の情報を検出すればピンホール
がなくてもセクショニングが可能であるばかりか、ピン
ホールによる光量損失も全くない。
【0012】なお、1/|A−B|のかわりに、1/
(|AーB|/|A+B|)を用いれば戻り光の全強度
に依存しない純粋な”セクショニング信号”又は”ピン
ホール信号”となる。ここで合焦時に∞となるのは不都
合なのでダンピングファクタδを設け、例えば、1/
{(|AーB|/|A+B|)+δ}とすれば、δ=1
のとき|A−B|≦|A+B|ゆえ、図5(d)の如き
信号となり、δを可変にすればセクショニングの強さを
可変にできる。
【0013】
【実施例】以下に、本発明の一実施例によるCLSM光
学系を説明する。図1は、戻り光束を2つの光束に分け
た場合を示す。図において、レーザ光源1を出た光はコ
リメータレンズ2で平行光となり、ハーフミラー3を透
過した後X−Yスキャニングデバイス4を通り、対物レ
ンズ5に入射し試料面6上に微小なレーザスポットを形
成する。
【0014】ここからの反射光は再び対物レンズ5を通
りXーYスキャニングデバイス4を経てハーフミラー3
で反射した後、第2のビームスプリッタで2つに分岐す
る。一方の光路は遮蔽板8で非対称光束となった後レン
ズ9を通って二分割光電検出器10上に結像する。他方
の光路は遮蔽板11で光束が紙面に垂直方向に非対称と
なったあとレンズ12に入射し二分割光電検出器13上
に結像する。ここで二分割光電検出器13の受光面は紙
面に垂直方向に二分割されている。
【0015】二分割光電検出器10からの出力A,Bと
13からの出力C,Dは、いま試料面6がある方向にピ
ントズレしたときAとDが増え、BとCが減る構成であ
るとする。このとき図3に一例を示したオペアンプ回路
14で なる画像信号Sを発生する。すでに述べたように上式の
分数部分がセクショニングを与え、δを可変としておけ
ばセクショニングの強さを変えられる。
【0016】なお、本実施例では、ハーフミラー7によ
って光路を2つに分けたが、これは、例えば試料が格子
構造をしていてピンボケした光スポットに回折パターン
があらわれセクショニング信号を変形する可能性がある
場合、光路を2つとることによりこの影響を低減するこ
とができるので有効である。こうした心配がなければ基
本的に光路は1つで良い。
【0017】図1の実施例では、遮蔽板により光を半分
ロスしているが図2に示すように遮蔽板をプリズム,反
射ミラー等におきかえれば容易に全光量をとり出す構成
が可能になる。図2において、レーザ光源21を出た光
はコリメータレンズ22で平行光となり、ハーフミラー
23を透過した後X−Yスキャニングデバイス24を通
り、対物レンズ25に入射し試料面26上に微小なレー
ザスポットを形成する。
【0018】ここからの反射光は再び対物レンズ25を
通りXーYスキャニングデバイス24を経てハーフミラ
ー23で反射した後、反射ミラー27によって2つに分
岐する。一方の光路はレンズ28を通って二分割光電検
出器29上に結像する。他方の光路は、光束が紙面に平
行方向に非対称な状態でレンズ30に入射し二分割光電
検出器31上に結像する。ここで二分割光電検出器31
の受光面は紙面に平行方向に二分割されている。
【0019】二分割光電検1器29からの出力A,Bと
31からの出力C,Dは、いま試料面6がある方1にピ
ントズレしたときAとDが増え、BとCが減る構成であ
るとすると、図3に一例を示したオペアンプ回路32で なる画像信号Sを発生する。上式の分数部分がセクショ
ニングを与え、δを可変としておけばセクショニングの
強さを変えられる。
【0020】なお、試料面からの反射光束は、2つに限
らず複数の光束に分岐してかまわない。この光束の分
離,非対称化の手段の一つとして、実施例で示した反射
ミラーの他に、図4に示したようなプリズム(USP
4,712,205)を用いることもできる。
【0021】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、CL
SM光学系において、戻り光束の断面形状を光軸に対し
非対称とする光学手段と、合焦時にこの非対称光束のス
ポット像をを2つの受光面で受け、各々の受光面からの
出力を互いに等しくなるように配置した光電検出手段
と、該光電検出手段からの2つの電気的出力から画像信
号を生じる演算手段とを用いて合焦検出を行なうもので
ある。
【0022】従って、本発明によれば、ピンホールを使
わず、光量を大きく損失することなく高い光軸方向分解
能を実現できる。さらに信号に適当なダンピングファク
タを加えることによりセクショニングの強さを変えるこ
とができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ走査顕微鏡の概
略光学系を示す図である。
【図2】本発明の一実施例に係るレーザ走査顕微鏡の概
略光学系を示す図である。
【図3】図1の14、図2の32で示した演算手段の回
路図である。
【図4】本発明の光学手段として用いられるプリズムの
一例を示す図である。
【図5】本発明の演算手段を説明する図である。
【図6】従来のコンフォーカル型レーザ走査顕微鏡の概
略光学系を示す図である。
【符号の説明】
1,21,41:レーザ光源 2,22,42:コリメートレンズ 3,23,44:XーYスキャニングデバイス 4,24,43:ハーフミラー 5,25,45:対物レンズ 6,26,46:試料面 7:ハーフミラー 8,11:遮蔽板 27:反射ミラー 9,12,28,30,47:集光レンズ 10,13,29,31:二分割光電検出器 A,B,C,D:二分割光電検出器からの電気的出力 14,32:オペアンプ回路 S:画像信号 48:ピンホール 49:検出器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源と、該レーザ光源からの光を
    試料面上にスポット上に絞り込む光学系と、該レーザス
    ポットによって試料面上を走査するための走査手段を備
    えたコンフォーカル型レーザ走査顕微鏡において、前記
    試料面からの戻り光束の断面形状を光軸に対し非対称と
    する光学手段と、この非対称光束を非対称方向に2つに
    分離された受光面で受け、合焦時に前記非対称光束のス
    ポット像による各々の受光面からの出力が互いに等しく
    なるように配置された光電検出手段と、前記光電検出手
    段からの2つの電気的出力の差を分母にもつ関数を発生
    し、これに2つの電気的出力の和を乗じた値に相当する
    画像信号を生じる演算手段とを有することを特徴とする
    レーザ走査顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記演算手段は、前記光電検出手段から
    の前記2つの電気的出力A,Bに基づいて、S1 =1/
    (F1 +δ)(但し、F1 は|A−B|又は|A−B|
    /|A+B|をパラメータとする関数、δは可変の定
    数)に比例する画像信号を生じることを特徴とする請求
    項1に記載のレーザ走査顕微鏡。
  3. 【請求項3】 前記光学手段は、前記戻り光束を複数の
    光束に分ける光学要素と各々の光束を各々の光軸に対し
    て非対称にする光学要素とを含み、前記光電検出手段
    は、各々の非対称光束を非対称方向に2つに分離された
    受光面で受け、合焦時に前記非対称光束のスポット像に
    よる各々の受光面からの出力が互いに等しくなるように
    配置された複数の二分割光電検出手段を含み、前記演算
    手段は、各二分割光電検出手段からの電気的出力の差に
    相当する値を分母にもつ関数を発生し、これに各二分割
    光電検出手段からの2つの電気的出力の和に相当する値
    を乗じた値に比例する画像信号を生じることを特徴とす
    る請求項1に記載のレーザ走査顕微鏡。
JP3193575A 1991-07-09 1991-07-09 レーザ走査顕微鏡 Pending JPH0519172A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006343595A (ja) * 2005-06-09 2006-12-21 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 共焦点型検査装置
WO2016045913A1 (de) * 2014-09-24 2016-03-31 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Vorrichtung zur abbildung einer probe

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