JPH0643369A - レーザ走査顕微鏡における2次元スキャナ - Google Patents

レーザ走査顕微鏡における2次元スキャナ

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JPH0643369A
JPH0643369A JP19878792A JP19878792A JPH0643369A JP H0643369 A JPH0643369 A JP H0643369A JP 19878792 A JP19878792 A JP 19878792A JP 19878792 A JP19878792 A JP 19878792A JP H0643369 A JPH0643369 A JP H0643369A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、小型で精度の高いレーザ走査顕微
鏡用の二次元スキャナを提供することを目的とする。 【構成】 本発明による二次元スキャナは2枚のスキャ
ナミラー(12,17)から成り、第1のミラー(1
2)を回動した場合におけるこのミラーによる反射レー
ザビームの仮想振れ中心と、瞳投影レンズ(11)の光
軸(L)上の入射瞳位置とが実質的に一致するように、
第1のミラーは位置決めされている。更に、第2のミラ
ー(17)による反射レーザビームの仮想振れ中心から
瞳投影レンズまでの光路長と、瞳投影レンズの入射瞳位
置から瞳投影レンズまでの長さとが実質的に一致するよ
う、位置決めされている。この配置においては、レーザ
ビームの仮想振れ中心と瞳投影レンズの入射瞳とが実質
的に一致する。また、レーザビームの入射角度の関係上
から、第2のスキャナミラーを小型化することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ走査顕微鏡にお
いて使用される2枚のスキャナミラーから成る二次元ス
キャナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的なレーザ走査顕微鏡は、レーザビ
ームを試料に走査しながら照射し、試料からの反射光を
検出器により検出して、試料の像をモニタ等で形成する
構成となっている。このようなレーザ走査顕微鏡におい
て使用可能な二次元スキャナとして、図5及び図6に示
すような2枚のスキャナミラーから成るものが従来から
知られている(特開昭63−169612号)。
【0003】2枚のスキャナミラーを単に組み合わせた
だけであっても、レーザビームの走査は可能である。し
かし、このような二次元スキャナでは、スキャナから射
出されるレーザビームの仮想的な振れ中心(本明細書で
は「仮想振れ中心」という)が一定とはならないため、
レーザ走査顕微鏡に適用することはできない。図5及び
図6に示す従来の二次元スキャナは、かかる問題点を解
決した構成となっている。なお、図5は、二次スキャナ
の構成を概略的に示す斜視図であり、図6は、構成要素
を同一平面に配置したものとして示した概略図である。
【0004】この二次元スキャナの第1のスキャナミラ
ー1は、レーザ走査顕微鏡の瞳投影レンズ2に対向して
配置され、その回転軸線3はミラー面上で延びている。
また、第2のスキャナミラー4は、第1のスキャナミラ
ー1に対向して配置され、そのミラー面から離隔された
回転軸線5を中心として回動されるようになっている。
第1のスキャナミラー1の回転軸線3は、瞳投影レンズ
2の光軸Lに直交している。また、第2のスキャナミラ
ー4の回転軸線5は第1のスキャナミラー1の回転軸線
3と直交している。更に、第2のスキャナミラー4の回
転軸線5と、瞳投影レンズ2の光軸Lとの間の距離R
は、第1のスキャナミラー1と第2のスキャナミラー4
との間の平均中心距離R′に実質的に等しくされてい
る。
【0005】このような配置においては、レーザ光源6
からのレーザビームは第2のスキャナミラー4により反
射されて第1のスキャナミラー1に入射されるが、第1
のスキャナミラー1のミラー面への入射点はほぼ一定と
なる。従って、この入射点を瞳投影レンズ2の光軸L上
の入射瞳Pに一致させた場合には、試料からの反射光は
レーザビームと同一光路を逆行し、レーザ光源6と第2
のスキャナミラー4との間に配置されたビームスプリッ
タ7により偏向されて検出器8で検出することが可能と
なる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した配置構成の従
来の二次元スキャナにおいては、第1及び第2のスキャ
ナミラー1,4、レーザ光源6及びビームスプリッタ7
をほぼ同一の高さ位置に配置する必要がある。従って、
構成要素間の干渉を避けるため、第2のスキャナミラー
4を支持しているアーム9は比較的長くなり、スキャナ
全体が大型化する傾向があった。
【0007】また、第1のスキャナミラー1へのレーザ
ビームの入射角度は約45度となる。図7から理解され
る通り、入射角度βが45度の場合(図7の(a))
は、入射角度βを45度以上にした場合(図7の
(b))に比して、ミラー面の面積が大きくなる。第1
のスキャナミラー1はガルバノメータのような駆動装置
10の回転軸に直接接続されるため、第2のスキャナミ
ラー4よりも高速で回動されるのが好ましいが、ミラー
面が大きくなり質量が増大した場合、応答周波数が低減
するため、回動速度が制限されてしまうという問題があ
る。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、小型で精度のより高いレーザ走査顕微鏡用の二
次元スキャナを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、レーザ走査顕微鏡の瞳投影レンズに対向
して配置され、かつ、瞳投影レンズの光軸に直交する第
1の回転軸線を中心として回動するよう支持された第1
のスキャナミラーと、この第1のスキャナミラーに対向
して配置され、かつ、瞳投影レンズの光軸と平行な第2
の回転軸線を中心として回動するよう支持された第2の
スキャナミラーとを備え、レーザ光源からのレーザビー
ムを第2のスキャナミラーにより反射し、この反射レー
ザビームを第1のスキャナミラーにより反射して瞳投影
レンズに入射するようにした二次元スキャナにおいて、
第1の回転軸線が、第1のスキャナミラーのミラー面が
形成する面と平行に延びると共に、この面から所定の距
離をもって離隔されており、第1のスキャナミラーを回
動した場合におけるこの第1のスキャナミラーによる反
射レーザビームの仮想振れ中心と、瞳投影レンズの光軸
上の入射瞳位置とが実質的に一致するように、第1のス
キャナミラーが位置決めされ、更に、第2のスキャナミ
ラーを回動した場合におけるこの第2のスキャナミラー
による反射レーザビームの仮想振れ中心から瞳投影レン
ズまでの光路長と、瞳投影レンズの入射瞳位置から瞳投
影レンズまでの長さとが実質的に一致するように、第2
のスキャナミラーが位置決めされていることを特徴とす
る。
【0010】
【作用】このような構成によれば、第1のスキャナミラ
ーによるレーザビームの仮想振れ中心が、第2のスキャ
ナミラーによるレーザビームの仮想振れ中心に一致する
こととなる。即ち、瞳投影レンズの入射瞳が第2のスキ
ャナミラーによる仮想振れ中心と実質的に一致し、よっ
て、レーザビームは常に瞳投影レンズの入射瞳で偏向さ
れるものとみなされる。
【0011】請求項2に記載したように、第2のスキャ
ナミラーの回転軸線がそのミラー面上の2点を通る場
合、第2のスキャナミラーによるレーザビームの振れ中
心はそのミラー面上に位置するため、精度は極めて高く
なる。なお、請求項3に記載したように、第2のスキャ
ナミラーの回転軸線をそのミラー面から偏位させること
も可能である。
【0012】また、上記の配置においては、第1及び第
2のスキャナミラーとレーザ光源とが同一水準にあれ
ば、第2のスキャナミラーに対するレーザ光源の位置は
比較的に自由に定められ、第2のスキャナミラーへのレ
ーザビームの入射角度は45度以上にすることができ
る。従って、第2のスキャナミラーの小型化が可能であ
り、第2のスキャナミラーを高速で回動し、第1のスキ
ャナミラーを低速で回動するのが好適である。
【0013】
【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。
【0014】図1〜図3は本発明による二次元スキャナ
を示し、図1はその概略斜視図、図2は垂直断面図、図
3は平面概念図である。
【0015】図中、符号11はレーザ走査顕微鏡の瞳投
影レンズであり、その垂直上方に、二次元スキャナを構
成する第1のスキャナミラー12が配置されている。こ
の第1のスキャナミラー12は、低速ガルバノメータ1
3の回転軸14に固定されたミラー支持部材15により
支持されている。ガルバノメータ13の回転軸14の回
転軸線(第1の回転軸線)16は瞳投影レンズ11の光
軸Lに直交している。第1のスキャナミラー12のミラ
ー面が形成する面は、この回転軸線16と平行に延び、
かつ、一定の距離rをもって離隔されている。また、瞳
投影レンズ11の光軸Lに沿い回転軸線16に直交する
面での断面図である図2に示すように、第1のスキャナ
ミラー12は、その基準位置(実線で示す位置)では瞳
投影レンズ11の光軸Lに対して45度の角度で傾斜さ
れている。なお、第1のスキャナミラー12のミラー面
と瞳投影レンズ11の光軸Lとの交点を基準点C1 と称
することとする。
【0016】第1のスキャナミラー12の側方には、二
次元スキャナの他の構成部材である第2のスキャナミラ
ー17が対向配置されている。第2のスキャナミラー1
7のミラー面は瞳投影レンズ11の光軸Lと平行に配置
されており、その中心にある基準点C2 は第1のスキャ
ナミラー12の基準点C1 とほぼ同一の水準Hにある。
第2のスキャナミラー17は高速ガルバノメータ18の
回転軸19に接続されている。このガルバノメータ18
の回転軸19の回転軸線(第2の回転軸線)20は、瞳
投影レンズ11の光軸Lと平行に延び、更に、第2のス
キャナミラー17のミラー面上の基準点C2 を通って延
びている。
【0017】また、図2に示すように、第1のスキャナ
ミラー12の回転軸線16から、第1のスキャナミラー
12のミラー面の形成する面上に下ろした垂線の足を点
Oとした場合、第2のスキャナミラー17の回転軸線2
0はこの点Oを通るように配置されている。
【0018】このような構成において、第1及び第2の
スキャナミラー12,17と同一水準に配置されたレー
ザ光源21からレーザビームを発して第2のスキャナミ
ラー17の基準点C2 に照射すると、基準状態にある場
合、このレーザビームは反射されて第1のスキャナミラ
ー12の基準点C1 に入射される。この状態では、第1
のスキャナミラー12により反射されたレーザビーム
は、瞳投影レンズ11の光軸Lに沿って瞳投影レンズ1
1に入射される。ここで、低速ガルバノメータ13を駆
動して第1のスキャナミラー12を回動させると、レー
ザビームは二点鎖線で示す光路に沿って進む。この時の
反射レーザビームの仮想振れ中心は光軸L上の点Qとな
る。この点Qの位置を数式により求めると、次のように
なる。
【0019】
【数1】
【0020】この式から、実際の走査での回動角度の範
囲内では、sはほぼr/√2となり、点Qはほぼ一定と
なることが判る。従って、光軸Lから基準点C2 までの
光路長がr/√2となる上記構成においては、仮想振れ
中心Qは、第2のスキャナミラー17のミラー面上の基
準点C2 に一致しているものとみなすことができる。こ
の結果、瞳投影レンズ11の光軸L上の入射瞳が点Qに
一致するよう二次元スキャナを配置することで、瞳投影
レンズ11の入射瞳も第2のスキャナミラー17の基準
点C2 に実質的に一致させることができる。
【0021】図4は、本発明による二次元スキャナにお
いて第1のスキャナミラー12を回動させた場合の振れ
中心の横ずれと、図5に示す従来の二次元スキャナにお
いて第2のスキャナミラー4を回動させた場合の振れ中
心の横ずれとを比較したグラフである。この比較におい
て、寸法的に同等のものとするため、図2におけるrと
図5におけるRを共に1とした。
【0022】図4に示すように、本発明による二次元ス
キャナの振れ中心の横ずれは小さく、この図からも瞳投
影レンズ11の入射瞳が第2のスキャナミラー17の基
準点C2 に実質的に一致することが判る。また、その横
ずれは従来の二次元スキャナよりも小さく、精度は更に
向上されていることも判る。
【0023】このように、レーザビームは実質的に瞳投
影レンズ11の入射瞳で偏向されることとなるので、レ
ーザビームが照射された試料(図示しない)からの反射
光はレーザビームと同一光路を逆行し、ビームスプリッ
ター22により反射光検出器23に確実に導かれる。
【0024】図3は、本発明の二次元スキャナにおける
第1及び第2のスキャナミラー12,17の配置を概念
的に示す平面図であるが、この図から諒解される通り、
第2のスキャナミラー17へのレーザビームの入射角度
βを45度以上に設定することが可能である。従って、
図7に沿って前述したように、入射角度βを45度とし
た場合に比してスキャナミラーのミラー面を小さくする
ことができる。
【0025】図7の紙面に沿うミラー面の幅をa、これ
に垂直な方向の長さをbとした場合、スキャナミラーの
慣性モーメントIは次式で求められる。
【0026】
【数2】
【0027】ここで、mは単位面積当たりのスキャナミ
ラーの質量である。
【0028】従って、スキャナミラーの正弦波最高応答
周波数fは次式となる。
【0029】
【数3】
【0030】ここで、φはレーザビームの振れ角、Tは
トルクである。
【0031】この式(3)から、応答周波数fはa3
反比例し、ミラー面が小さいほど、スキャナミラーの応
答周波数が大きくなる。従って、従来のスキャナのスキ
ャナミラー1よりも更に高速で第2のスキャナミラー1
7を回動させることが可能となる。これにより、走査速
度を上げることができ、レーザ走査顕微鏡の処理速度を
向上させることができる。
【0032】上記実施例では、第2のスキャナミラー1
7のミラー面内を通る軸線を回転軸線としているが、図
2においてxで示すように、ミラー面から後方に偏位し
た位置に回転軸線を配置しても良い。この場合、ミラー
面と回転軸線xとの間に、第2のスキャナミラー17に
よる反射レーザビームの仮想振れ中心が配置されるが、
この振れ中心から第1のスキャナミラー12の基準点C
1 までの長さと、第1のスキャナミラー12による仮想
振れ中心である点Qから基準点C1 までの距離を一致さ
せることで、上記構成と同様に、レーザビームは常に入
射瞳を通過する。このように第2のスキャナミラー17
の回転軸線を偏位させることにより、スキャナの設計上
の余裕度が増し、有効である。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、二次元
スキャナを通るレーザビームは実質的に顕微鏡本体の瞳
投影レンズの入射瞳で偏向されることとなり、極めて精
度の高い検出結果を得ることが可能となる。
【0034】また、この配置によれば、第2のスキャナ
ミラーを小型軽量化することができ、高速で回動させる
ことができる。よって、スキャナの走査速度が向上し、
ひいてはレーザ走査顕微鏡の処理速度が向上する。ま
た、第2のスキャナミラーの小型化により、スキャナ全
体の小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による二次元スキャナを概略的に示す斜
視図である。
【図2】図1の二次元スキャナの垂直断面図であり、ガ
ルバノメータの省略して示す図である。
【図3】本発明による二次元スキャナのスキャナミラー
の配置を概念的に示す平面図である。
【図4】本発明による二次元スキャナと従来の二次元ス
キャナにおける仮想振れ中心の横ずれを示すグラフであ
る。
【図5】従来の二次元スキャナの構成を概略的に示す斜
視図である。
【図6】従来の二次元スキャナの構成要素を同一平面に
配置して示す概念図である。
【図7】ミラー面の寸法とレーザビームの入射角度との
関係を示す説明図である。
【符号の説明】
11…瞳投影レンズ、12…第1のスキャナミラー、1
3…低速ガルバノメータ、16…第1の回転軸線、17
…第2のスキャナミラー、18…高速ガルバノメータ、
20…第2の回転軸線、21…レーザ光源、22…ビー
ムスプリッター、23…反射光検出器。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ走査顕微鏡の瞳投影レンズに対向
    して配置され、かつ、前記瞳投影レンズの光軸に直交す
    る第1の回転軸線を中心として回動するよう支持された
    第1のスキャナミラーと、この第1のスキャナミラーに
    対向して配置され、かつ、前記瞳投影レンズの光軸と平
    行な第2の回転軸線を中心として回動するよう支持され
    た第2のスキャナミラーとを備え、レーザ光源からのレ
    ーザビームを前記第2のスキャナミラーにより反射し、
    この反射レーザビームを前記第1のスキャナミラーによ
    り反射して前記瞳投影レンズに入射するようにした二次
    元スキャナにおいて、 前記第1の回転軸線は、前記第1のスキャナミラーのミ
    ラー面が形成する面と平行に延びると共に、この面から
    所定の距離をもって離隔されており、 前記第1のスキャナミラーを回動した場合におけるこの
    第1のスキャナミラーによる反射レーザビームの仮想振
    れ中心と、前記瞳投影レンズの光軸上の入射瞳位置とが
    実質的に一致するように、前記第1のスキャナミラーは
    位置決めされ、 前記第2のスキャナミラーを回動した場合におけるこの
    第2のスキャナミラーによる反射レーザビームの仮想振
    れ中心から前記瞳投影レンズまでの光路長と、前記入射
    瞳位置から前記瞳投影レンズまでの長さとが実質的に一
    致するように、前記第2のスキャナミラーは位置決めさ
    れていることを特徴とするレーザ走査顕微鏡における2
    次元スキャナ。
  2. 【請求項2】 前記第2の回転軸線は、前記第2のスキ
    ャナミラーのミラー面が形成する面上の2点を通ってい
    ることを特徴とする請求項1記載のレーザ走査顕微鏡に
    おける2次元スキャナ。
  3. 【請求項3】 前記第2の回転軸線は、前記第2のスキ
    ャナミラーのミラー面が形成する面と平行に延びると共
    に、この面から所定の距離をもって離隔されていること
    を特徴とする請求項1記載のレーザ走査顕微鏡における
    2次元スキャナ。
  4. 【請求項4】 前記第1のスキャナミラーは比較的低速
    で回動され、前記第2のスキャナミラーは比較的高速で
    回動されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1
    項に記載のレーザ走査顕微鏡における2次元スキャナ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5941355A (en) * 1996-12-25 1999-08-24 Koyo Seiko Co., Ltd. One-way clutch
JP2004347663A (ja) * 2003-05-20 2004-12-09 Fujitsu Ltd 光偏向器
WO2012133623A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 株式会社ニコン 走査型顕微鏡

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US9551862B2 (en) 2011-03-31 2017-01-24 Nikon Corporation Scanning microscope

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