JPH05288992A - 透過型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンフォーカルな光学系を有するレーザ顕微
鏡において、試料の高品位な透過像を簡単な構成で表示
するようにしたもの。 【構成】 直線偏光されたレーザビームを音響─光学素
子３によって主走査方向に偏向した後、偏光ビームスプ
リッタを経て振動ミラー５によって副走査方向に偏向
し、第１対物レンズ６によって試料面７に投射し、その
透過光を第２の対物レンズ８によって集光し、λ／４板
10を経て凹面ミラー11によって反射させ、第２の対物レ
ンズによって試料面にスポットとして照射し、試料面を
透過した光ビームを第１対物レンズにより集光し、振動
ミラーで反射させ、偏光ビームスプリッタで反射させ
て、CCD リニアアレイ12に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透過型顕微鏡、特に光源
として直線偏光された光ビームを放射するレーザを用
い、この光ビームを第１の偏向手段によって主走査方向
に高速で偏向させた後、第２の偏向手段によって主走査
方向に対して直交する副走査方向に低速で偏向させ、こ
のように２次元的に偏向させた光ビームを対物レンズに
よって試料上に微小スポットととして投射し、試料から
の反射光ビームを前記第２の偏向手段で偏向させた後、
ＣＣＤアレイのような１次元撮像手段に入射させて試料
の画像信号を発生させ、これをモニタ上で表示するよう
にしたレーザ顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上述したレーザ顕微鏡は公知であり、例
えば本願人の出願にかかる特開昭61-80215号公報に記載
されている。このようなレーザ顕微鏡では、２次元的に
偏向された光ビームを試料上に微小スポットとして照射
し、試料からの反射光を微小スポットとしてＣＣＤアレ
イ上に入射させる、いわゆるコンフォーカルな光学系を
採用しているので、利得が大きく、分解能が高い画像を
得ることができる。

【０００３】上記の公報には、試料を上方から照明し、
試料からの反射光を受光するようにした反射型のレーザ
顕微鏡と、試料を上方から照明し、透過光を受光するよ
うにした透過型レーザ顕微鏡が記載されている。この
内、透過型レーザ顕微鏡は試料を透過した光ビームを副
走査方向の偏向を行う第３の偏向手段を経てＣＣＤアレ
イへ入射させるようにしている。しかしながら、この場
合には、副走査方向に偏向を行う偏向手段が２台必要と
なり、構成が複雑で、大型となるばかりでなく、第２の
偏向手段と第３の偏向手段とを同期して駆動する必要が
あり、この同期がくずれると正確な画像を得ることがで
きない欠点がある。

【０００４】このような欠点を解消するために、本願人
はさらに特開昭61-118710 号公報において、第２の偏向
手段と第３の偏向手段とを１枚の平行平面板の表裏を以
て構成した透過型レーザ顕微鏡を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭61-118710 号公報に記載された透過型レーザ顕微鏡
においては、レーザ光源から放射される光ビームを主走
査方向に偏向する第１の偏向手段である音響光学素子に
導き、ビームスプリッタを経て第２および第３の偏向手
段を構成する振動ミラーの表面で反射させた後、第１の
対物レンズによって試料上にスポットとして照射し、試
料を透過した光ビームを第２の対物レンズによって集光
し、前記振動ミラーで反射させてＣＣＤアレイに入射さ
せるようにしているので、これらの光学系の間で光ビー
ムを導くための光学系の部品点数が非常に多くなり、全
体の構成が非常に複雑で、大型のものとなる欠点があ
る。また、第２および第３の偏向手段は１枚の平行平面
板の表裏を鏡面として構成しているため、これらの偏向
手段の同期は完全に取れるが、反射型のように同一の鏡
面を使用しているのではないので、例えば表裏の鏡面が
平行でないと、画像の乱れが生ずる欠点がある。実際
上、表裏の鏡面を完全に平行に製作することは非常に困
難で、高価なものとなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来の欠点を解
消し、第２の偏向手段を構成する振動ミラーの片面だけ
を利用し、光ビームをミラー面で２回反射させるように
構成することによって、画像の乱れがなく、しかも全体
の光学系を著しく簡単とし、小形で、安価とすることが
できる透過型顕微鏡を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による透過型顕微
鏡は、直線偏光された光ビームを放射する光源と、この
光源から放射される光ビームを主走査方向に高速で偏向
する第１の偏向手段と、この第１の偏向手段で偏向され
た光ビームを透過または反射する偏光ビームスプリッタ
と、この偏光ビームスプリッタから射出される光ビーム
を前記主走査方向に対して直交する副走査方向に低速で
偏向する第２の偏向手段と、この第２の偏向手段で偏向
された光ビームを試料上にスポットとして照射する第１
の対物レンズと、この試料を透過した光ビームを集光す
る第２の対物レンズと、この第２の対物レンズで集光さ
れた光ビームを透過する1/4 波長板と、この1/4 波長板
を透過した光ビームを反射して前記1/4 波長板を経て前
記第２の対物レンズへ戻し、第２対物レンズによって前
記試料にスポットとして照射させる反射光学系と、試料
を透過し、前記第１の対物レンズで集光され、前記第２
の偏向手段で偏向され、前記偏光ビームスプリッタを反
射または透過する光ビームをスポット像として受光し、
試料の画像信号を出力する１次元撮像手段と、この１次
元撮像手段から出力される画像信号を受けて試料の透過
像を表示する表示手段とを具えることを特徴とするもの
である。

【０００８】

【作用】このような本発明による透過型顕微鏡において
は、第１および第２の偏向手段で２次元的に偏向させた
光ビームを第１の対物レンズによって試料の上面からス
ポットとして投射し、試料を透過した光ビームを第２の
対物レンズによって集光した後、反射光学系で反射させ
て第２の対物レンズによって試料の裏面からスポットし
て照射し、試料を透過した光ビームを第１の対物レンズ
で集光し、第２の偏向手段で偏向したのち、１次元撮像
装置に入射させるようにしたため、偏向手段は２つで足
り、構成を簡単とすることができるとともに画像の乱れ
をなくすことができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による透過型顕微鏡の１実施例
の構成を示す線図である。レーザ光源１から放射される
直線偏光されたレーザビームをエキスパンダ２に通して
ビーム径を拡げた後、高速の偏向を行う主偏向手段を構
成する音響─光学素子３に所定の角度で入射させて、主
走査方向に繰り返し偏向する。試料の透過画像を現行の
テレビ方式で表示する場合には、主走査周波数は水平走
査周波数である15.75KHzと同じかまたはそれよりも高い
周波数とするが、本発明においては、この主走査を水平
走査と同期させる必要はない。

【００１０】音響─光学素子３から出射されるレーザビ
ームを偏光ビームスプリッタ４に入射させるが、偏光ビ
ームスプリッタはこのレーザビームを透過するように構
成する。偏光ビームスプリッタ４を透過したレーザビー
ムを、次に振動ミラー５で反射させる。この振動ミラー
５は、上述した音響─光学素子３による主走査方向と直
交する副走査方向に偏向する副走査手段を構成するもの
で、この副走査周波数はテレビレートの垂直走査周波数
である60Hzとする。

【００１１】このように音響─光学素子３および振動ミ
ラー５によってレーザ光源１から放射されるレーザビー
ムを２次元的に偏向して光点によるラスタを形成する。
このラスタ像を第１の対物レンズ６によって試料平面７
に微小スポットとして照射する。本例では、この試料平
面７に半導体装置のリードワイヤ８が存在するものとす
るが、これは空中に存在するものである。試料平面７を
通過したレーザビームを、物体側焦点を試料平面内に位
置させた第２の対物レンズ９によって集光した後、λ／
４板１０を経て凹面ミラー１１に入射させる。この凹面
ミラー１１は、その曲率中心が第２の対物レンズ９の後
側焦点に位置するように配置する。したがって、第２の
対物レンズ９から射出し、凹面ミラー１１で反射される
レーザビームは入射光路と同じ光路を戻って第２対物レ
ンズに入射し、試料平面７にスポットとして照射される
ことになる。このレーザビームはλ／４板１０を２度通
過しているので、その偏光面は９０度回転したものとな
る。

【００１２】このようにして試料平面７には下方からレ
ーザビームがスポットとして照射され、このスポットは
２次元的に試料平面を走査することになる。下方から試
料面７を透過したレーザビームは第１の対物レンズ６で
集光され、振動ミラー５で反射される。したがって、こ
の振動ミラー５で反射されたレーザビームは副走査方向
での偏向が相殺除去され、主走査方向にのみ１次元的に
偏向されたものとなる。上述したようにこのレーザビー
ムはレーザ光源１から放射されるレーザビームに対して
偏光面が９０度回転したものとなっているので、偏光ビ
ームスプリッタ４で反射される。

【００１３】偏光ビームスプリッタ４で反射されたレー
ザビームを、主走査方向に受光素子が１次元的に配列さ
れている１次元撮像手段を構成するＣＣＤリニアアレイ
１２に入射させる。この場合、ＣＣＤリニアアレイ１２
は、第１の対物レンズ６の像側焦点位置またはそれと共
役な位置に配置し、試料面７を透過したレーザビームが
微小スポットとして入射するようにする。このようにし
てコンフォーカルな光学系を構成する。

【００１４】ＣＣＤリニアアレイ１２はテレビレートの
水平走査周波数で読み出して画像信号を取り出し、この
画像信号を信号処理回路１３で処理してテレビ信号を作
成すした後、モニタ１４に供給してリードワイヤ８の画
像を表示する。本例においては、このようにしてモニタ
１４上に表示されるリードワイヤ８の画像から、リード
ワイヤの直径を測定するものである。第１の対物レンズ
６から試料面７に上方から照射され、リードワイヤ８で
反射される光は偏光ビームスプリッタ４で反射されず
に、これを透過するので、ＣＣＤリニアアレイ１２には
入射しない。したがって、試料からの反射光が透過光に
混入して画像を妨害するようなことはなく、S/N の良好
な画像が得られることになる。

【００１５】図２は本発明による透過型顕微鏡の他の実
施例の要部の構成を示すものである。上述した実施例に
おいては、空中に存在するリードワイヤを観測するよう
にしたが、本例においては図２に示すようにスライドガ
ラス２１とカバーガラス２２との間に挟まれた試料２３
を観測するものである。すなわち、試料２３を厚さ１ｍ
ｍのスライドガラス２１の上に置き、その上にさらに厚
さ0.1 〜0.3 ｍｍのカバーガラス２２を載せ、試料２３
が試料面２４上に位置するように配置する。

【００１６】本例では第１の対物レンズ６は図１に示し
た実施例と同様のものを用いるが、第２の対物レンズ２
５はスライドガラス２１による影響を補正できるような
レンズを使用する。このような対物レンズは、例えば光
ディスクのピットを観察するために開発されており、焦
点距離を０〜1.4mm の範囲で調整できるものである。こ
のように焦点距離を可変とすることができる対物レンズ
を用いることによってスライドガラス21に影響されるこ
となく、試料の透過像を観測することができる。

【００１７】図３は本発明による透過型顕微鏡で使用す
る凹面ミラーの変形例を示すものである。図１に示した
凹面ミラー11は、表面を反射面としたものであるが、こ
のような構成では、反射面にごみやほこりがあると、反
射特性に大きな影響を与えることになる。その理由は光
ビームは反射面で集束されるからである。図３に示す凹
面ミラーにおいては、メニスカス状の透明ガラス部材31
の裏面に鏡面32を形成したものである。このように構成
すると、ガラス部材31の表面にごみやほこりが堆積して
もこの表面では光ビームは集束されていないので、反射
特性に大きな影響を与える恐れはなくなる。

【００１８】図４は本発明による透過型顕微鏡の他の実
施例の要部の構成を示すものである。本例では第２の対
物レンズ９とλ／４板10との間に凸レンズ41を配置し、
第２対物レンズから凹面ミラー11までの光路長を短くし
たものである。このように凸レンズを配置することは、
既存の反射型レーザ顕微鏡においては、顕微鏡を載せた
テーブルの表面と試料を載置するステージとの間の距離
が短いので、既存の顕微鏡を変更して本発明による透過
型顕微鏡とする場合に有利である。

【００１９】

【発明の効果】上述したように、本発明による透過型顕
微鏡においては、副走査手段を２度通すようにしたた
め、従来のように副走査手段を２台設ける場合に比べ、
構成は簡単になるととともに画像の質も良好なものとな
る。さらに、試料からの直接反射光は受光素子に入射し
ないので、きわめてコントラストの強い画像が得られる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による透過型顕微鏡の１実施例
の構成を示す線図である。

【図２】図２は、本発明による透過型顕微鏡の他の実施
例の要部の構成を示す線図である。

【図３】図３は、本発明による透過型顕微鏡に用いる凹
面ミラーの変形例を示す図である。

【図４】図４は、本発明による透過型顕微鏡の他の実施
例の要部を示す線図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ エキスパンダ ３ 音響─光学素子 ４ 偏光ビームスプリッタ ５ 振動ミラー ６ 第１対物レンズ ７ 試料面 ８ 試料 ９ 第２対物レンズ 10 λ／４板 11 凹面ミラー 12 CCD リニアアレイ 13 信号処理回路 14 モニタ 21 スライドガラス 22 カバーガラス 23 試料 31 ガラス部材 32 反射面 41 凸レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線偏光された光ビームを放射する光源
   と、この光源から放射される光ビームを主走査方向に高
   速で偏向する第１の偏向手段と、この第１の偏向手段で
   偏向された光ビームを透過または反射する偏光ビームス
   プリッタと、この偏光ビームスプリッタから射出される
   光ビームを前記主走査方向に対して直交する副走査方向
   に低速で偏向する第２の偏向手段と、この第２の偏向手
   段で偏向された光ビームを試料上にスポットとして照射
   する第１の対物レンズと、この試料を透過した光ビーム
   を集光する第２の対物レンズと、この第２の対物レンズ
   で集光された光ビームを透過する1/4 波長板と、この1/
   4 波長板を透過した光ビームを反射して前記1/4 波長板
   を経て前記第２の対物レンズへ戻し、第２対物レンズに
   よって前記試料にスポットとして照射させる反射光学系
   と、試料を透過し、前記第１の対物レンズで集光され、
   前記第２の偏向手段で偏向され、前記偏光ビームスプリ
   ッタを反射または透過する光ビームをスポット像として
   受光し、試料の画像信号を出力する１次元撮像手段と、
   この１次元撮像手段から出力される画像信号を受けて試
   料の透過像を表示する表示手段とを具えることを特徴と
   する透過型顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記反射光学系を、曲率中心を前記第２
   対物レンズの後側焦点とした凹面反射鏡を以て構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の透過型顕微鏡。