JPH11218682A - Laser scanning microscope - Google Patents

Laser scanning microscope

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Publication number
JPH11218682A
JPH11218682A JP1761698A JP1761698A JPH11218682A JP H11218682 A JPH11218682 A JP H11218682A JP 1761698 A JP1761698 A JP 1761698A JP 1761698 A JP1761698 A JP 1761698A JP H11218682 A JPH11218682 A JP H11218682A
Authority
JP
Japan
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sample
laser
light
spot
acousto
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1761698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Nishiyama
陽二 西山
Takashi Fuse
貴史 布施
Yoshitaka Oshima
美隆 大嶋
Fumiyuki Takahashi
文之 高橋
Hiroyuki Tsukahara
博之 塚原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP1761698A priority Critical patent/JPH11218682A/en
Publication of JPH11218682A publication Critical patent/JPH11218682A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To unnecessitate mechanical movement of an optical system or a sample at the time of the change of the distance between the image forming position and the sample in the direction of optical axis of incidence of laser beam to the sample to measure the surface shape of the sample at a high speed with respect to a laser scan microscope which is used for measurement and observation of the surface shape of a minute product like an LSI chip. SOLUTION: An acoustooptic polarizer 24 is provided as a means which deflects laser beam 23, and a driving signal whose frequency linearly changes from a low value to a high value is applied to the acoustooptic polarizer 24 to linearly change the angle of deflection of first-order diffracted beam 27 from a small value to a large value with time. The image forming position in the direction of the optical axis of incidence of first-order diffracted beam 27 to a sample 20 is fixed to scan the surface of the sample by first-order diffracted beam 27, and the change rate with time of the frequency of the driving signal is changed at each time of scanning of the surface of the sample 20 to repeat scanning.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、LSIチップなど
の微細な製品の表面形状の計測や観察などを行う場合に
使用するレーザ走査顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser scanning microscope used for measuring or observing the surface shape of a fine product such as an LSI chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】図19は従来のレーザ走査顕微鏡の一例
の要部の概念図である。図19中、1は試料、2はレー
ザ光源、3はレーザ光源2から出力されたレーザ光、4
はハーフミラーである。
2. Description of the Related Art FIG. 19 is a conceptual diagram of a main part of an example of a conventional laser scanning microscope. In FIG. 19, 1 is a sample, 2 is a laser light source, 3 is a laser light output from the laser light source 2, 4
Is a half mirror.

【0003】また、5はハーフミラーを通過したレーザ
光3を偏向する可動ミラーからなる偏向素子、6は偏向
素子5により偏向されたレーザ光3をスポット状に絞り
込んで試料1の表面に垂直に照射する複数のレンズから
なる走査光学系である。
Reference numeral 5 denotes a deflecting element composed of a movable mirror for deflecting the laser beam 3 passing through the half mirror. 6 denotes a laser beam 3 deflected by the deflecting element 5 which is narrowed down into a spot shape so as to be perpendicular to the surface of the sample 1. This is a scanning optical system including a plurality of lenses for irradiation.

【0004】また、7はハーフミラー4で反射された試
料1からの戻り光8を集光させるための複数のレンズか
らなる受光光学系、9はピンホール10を有するピンホ
ール板、11はピンホール10を通過した戻り光を受光
する受光素子である。
Further, reference numeral 7 denotes a light receiving optical system comprising a plurality of lenses for condensing return light 8 from the sample 1 reflected by the half mirror 4, reference numeral 9 denotes a pinhole plate having a pinhole 10, and reference numeral 11 denotes a pin. It is a light receiving element that receives return light passing through the hole 10.

【0005】このように構成された従来のレーザ走査顕
微鏡においては、レーザ光源2から出力されたレーザ光
3は、ハーフミラー4、偏向素子5及び走査光学系6を
介して試料1の表面に照射され、試料1の表面からの戻
り光8は、走査光学系6及び偏向素子5を戻り、ハーフ
ミラー4で反射してピンホール板9に達し、ピンホール
10を通過した戻り光のみが受光素子11で受光される
ことになる。
In the conventional laser scanning microscope constructed as described above, the laser beam 3 output from the laser light source 2 is applied to the surface of the sample 1 via the half mirror 4, the deflection element 5, and the scanning optical system 6. The return light 8 from the surface of the sample 1 returns to the scanning optical system 6 and the deflecting element 5, is reflected by the half mirror 4, reaches the pinhole plate 9, and only the return light passing through the pinhole 10 is received by the light receiving element. The light is received at 11.

【0006】ここに、ピンホール板9は、試料1の表面
のレーザスポットの像が結像される位置に配置されてお
り、この結果、ピンホール板9は、試料1の表面にピン
トのずれがなくスポット状に照射されたレーザ光3の戻
り光8についてはピンホール10を通過させることにな
るが、試料1の表面にピントがずれてスポット状に照射
されたレーザ光3の戻り光8については、殆ど通過させ
ないことになる。
Here, the pinhole plate 9 is disposed at a position where an image of the laser spot on the surface of the sample 1 is formed. As a result, the pinhole plate 9 is out of focus on the surface of the sample 1. The return light 8 of the laser light 3 radiated in a spot shape without passing through the pinhole 10, but the return light 8 of the laser light 3 radiated in a spot shape with the surface of the sample 1 out of focus. Is hardly passed.

【0007】即ち、試料1の表面にピントのずれがなく
スポット状に照射されたレーザ光3の戻り光8は、受光
素子11に受光されることになるが、試料1の表面にピ
ントがずれてスポット状に照射されたレーザ光3の戻り
光8は、受光素子11に殆ど受光されないことになるの
で、レーザ光3で試料1の表面を走査する場合には、試
料1の表面の一定の高さ部分の像のみを得ることができ
る。
[0007] That is, the return light 8 of the laser beam 3 radiated in the form of a spot without any defocus on the surface of the sample 1 is received by the light receiving element 11, but the defocus is generated on the surface of the sample 1. Since the return light 8 of the laser light 3 irradiated in the form of a spot is hardly received by the light receiving element 11, when the surface of the sample 1 is scanned with the laser light 3, Only an image at the height can be obtained.

【0008】そこで、たとえば、試料1をレーザ光3に
よる走査方向と直交する方向に移動させるごとに、光学
系の一部又は全部あるいは試料1を機械的に入射光軸方
向に繰り返して移動し、試料1に対する入射光軸方向の
レーザ光3の結像位置と試料1との距離を変えるように
して、レーザ光3で試料1の表面を走査し、受光素子1
1によって戻り光8を観測することにより、試料1の表
面形状を計測することができることになる。
Therefore, for example, every time the sample 1 is moved in a direction orthogonal to the scanning direction by the laser beam 3, part or all of the optical system or the sample 1 is mechanically and repeatedly moved in the direction of the incident optical axis. The surface of the sample 1 is scanned with the laser light 3 by changing the distance between the image forming position of the laser light 3 with respect to the sample 1 in the direction of the incident optical axis and the sample 1, and the light receiving element 1
By observing the return light 8 by the use of 1, the surface shape of the sample 1 can be measured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、図19に
示す従来のレーザ走査顕微鏡においては、レーザ光3の
試料1に対する入射光軸方向の結像位置と試料1との距
離を変えるにあたり、光学系の一部又は全部あるいは試
料1を機械的に繰り返して移動する必要があり、試料1
の表面形状を計測するために多くの時間を必要としてし
まうという問題点があった。
As described above, in the conventional laser scanning microscope shown in FIG. 19, when changing the distance between the sample 1 and the image forming position of the laser beam 3 in the direction of the incident optical axis with respect to the sample 1, It is necessary to move a part or all of the optical system or the sample 1 mechanically and repeatedly.
There is a problem that a lot of time is required to measure the surface shape.

【0010】本発明は、かかる点に鑑み、レーザ光の試
料に対する入射光軸方向の結像位置と試料との距離を変
えるにあたり、光学系又は試料の機械的移動を不要と
し、試料の表面形状の計測の高速化を図ることができる
ようにしたレーザ走査顕微鏡を提供することを目的とす
る。
In view of the foregoing, the present invention eliminates the need for an optical system or mechanical movement of the sample when changing the distance between the sample and the imaging position of the laser beam in the direction of the incident optical axis with respect to the sample. It is an object of the present invention to provide a laser scanning microscope capable of increasing the speed of measurement of a laser beam.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明中、第1の発明
(請求項1記載のレーザ走査顕微鏡)は、レーザ光源
と、レーザ光源から出力されるレーザ光を偏向する偏向
手段と、偏向手段から出力されるレーザ光を試料の表面
上にスポット状に絞り込む光学系とを備えるレーザ走査
顕微鏡において、偏向手段として、レーザ光源から出力
されるレーザ光が入射される音響光学偏向子と、周波数
が時間変化する駆動信号を音響光学偏向子に与えると共
に、駆動信号の周波数の時間変化率を変化させることが
できる音響光学偏向子駆動手段とを備えている、という
ものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser scanning microscope, comprising: a laser light source; a deflecting means for deflecting a laser beam output from the laser light source; A scanning optical microscope having an optical system for narrowing a laser beam output from a laser beam into a spot on the surface of a sample, as an deflecting means, an acousto-optic deflector to which the laser beam output from the laser light source is incident, and An acousto-optic deflector driving means capable of supplying a time-varying drive signal to the acousto-optic deflector and changing the time-change rate of the frequency of the drive signal is provided.

【0012】本発明中、第1の発明によれば、音響光学
偏向子に対して、周波数が時間変化する駆動信号を与え
ることができるので、音響光学偏向子に入射されるレー
ザ光を回折させて偏向し、音響光学偏向子から回折され
て偏向されるレーザ光で試料の表面を走査することがで
きる。
According to the first aspect of the present invention, since a drive signal whose frequency changes with time can be given to the acousto-optic deflector, the laser beam incident on the acousto-optic deflector is diffracted. The surface of the sample can be scanned with a laser beam that is deflected and deflected by the acousto-optic deflector.

【0013】そして、また、音響光学偏向子に対して与
える周波数が時間変化する駆動信号の周波数の時間変化
率を変化させることができるので、走査ごとに、駆動信
号の周波数の時間変化率を変化させる場合には、走査ご
とに、レーザ光の試料に対する入射光軸方向の結像位置
を変化させてレーザ光で試料の表面を走査することがで
きる。
Further, since the time change rate of the frequency of the drive signal whose time applied to the acousto-optic deflector changes with time can be changed, the time change rate of the drive signal frequency changes every scan. In this case, the surface of the sample can be scanned with the laser light by changing the imaging position of the laser light with respect to the sample in the direction of the incident optical axis for each scan.

【0014】したがって、走査ごとに、レーザ光の試料
に対する入射光軸方向の結像位置を変化させてレーザ光
で試料の表面を走査し、試料からの戻り光のスポットの
状態を観測することで、試料の表面形状を計測すること
ができる。
Therefore, by changing the imaging position of the laser beam with respect to the sample in the direction of the incident optical axis for each scan, the surface of the sample is scanned with the laser beam, and the state of the spot of the return light from the sample is observed. And the surface shape of the sample can be measured.

【0015】本発明中、第2の発明(請求項2記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第1の発明において、試料の表面
からの戻り光が形成するスポットの光強度から試料の表
面に形成されているレーザスポットの径を計測するレー
ザスポット径計測手段を備えている、というものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the laser scanning microscope is formed on the surface of the sample based on the light intensity of the spot formed by the return light from the surface of the sample. The laser spot diameter measuring means for measuring the diameter of the laser spot is provided.

【0016】本発明中、第3の発明(請求項3記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第2の発明において、レーザスポ
ット径計測手段は、シャッタを備え、戻り光のスポット
が受光面に結像される画像センサと、戻り光のスポット
の中心が画像センサの画素の受光部の中心を通過する瞬
間、シャッタが開状態となるように、シャッタを制御す
るシャッタ制御手段とを備えて構成されている、という
ものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser scanning microscope according to the second aspect, wherein the laser spot diameter measuring means includes a shutter, and the spot of the return light forms an image on the light receiving surface. And a shutter control means for controlling the shutter so that the shutter is opened when the center of the spot of the return light passes through the center of the light receiving section of the pixel of the image sensor. It is.

【0017】本発明中、第4の発明(請求項4記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第2の発明において、レーザスポ
ット径計測手段は、戻り光のスポットがフィルタ面に結
像される二次元フィルタと、二次元フィルタを通過した
戻り光が入射される光センサと、戻り光のスポットの中
心が二次元フィルタの画素のフィルタ部の中心を通過す
る瞬間、当該画素が開状態となるように二次元フィルタ
を制御する二次元フィルタ制御手段とを備えて構成され
ている、というものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the laser scanning microscope according to the fourth aspect, the laser spot diameter measuring means may include a two-dimensional image in which the spot of the return light is imaged on the filter surface. A filter, an optical sensor into which return light passing through the two-dimensional filter is incident, and the pixel is opened when the center of the spot of the return light passes through the center of the filter part of the pixel of the two-dimensional filter. And two-dimensional filter control means for controlling the two-dimensional filter.

【0018】本発明中、第5の発明(請求項5記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第1の発明において、試料の表面
からの戻り光が形成するスポットの光密度から試料の表
面におけるレーザスポットの径を計測するレーザスポッ
ト径計測手段を備えている、というものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a laser scanning microscope according to the first aspect, wherein the laser spot on the surface of the sample is determined from the light density of the spot formed by the return light from the surface of the sample. Laser spot diameter measurement means for measuring the diameter of the laser spot.

【0019】本発明中、第6の発明(請求項6記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第5の発明において、レーザスポ
ット径計測手段は、戻り光のスポットが受光面に結像さ
れるフォトダイオードを備え、入射光量が同一の場合の
フォトダイオードの光密度対出力電流特性を利用するよ
うに構成されている、というものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser scanning microscope according to the fifth aspect, wherein the laser spot diameter measuring means comprises a photodiode in which the spot of the return light is imaged on the light receiving surface. And is configured to utilize the light density versus output current characteristics of the photodiode when the incident light amount is the same.

【0020】本発明中、第7の発明(請求項7記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第1、第2、第3、第4、第5又
は第6の発明において、音響光学偏向子駆動手段は、駆
動信号を発生させるための電圧制御発振器を備え、電圧
制御発振器には、入力電圧対周波数特性が有する歪み特
性と逆特性の歪み特性を有する入力電圧が与えられる、
というものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a laser scanning microscope according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect, wherein the acousto-optic deflector driving means is provided. Has a voltage-controlled oscillator for generating a drive signal, and the voltage-controlled oscillator is provided with an input voltage having a distortion characteristic opposite to the distortion characteristic of the input voltage versus frequency characteristic,
That is.

【0021】本発明中、第7の発明によれば、電圧制御
発振器から周波数が線形的に時間変化する駆動信号を出
力させることができるので、レーザ光の試料に対する入
射光軸方向の結像位置の一定化及び走査速度の一定化を
図り、走査歪みをなくすことができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the voltage-controlled oscillator can output a drive signal whose frequency changes linearly with time, the image forming position of the laser beam with respect to the sample in the direction of the incident optical axis. And the scanning speed can be made constant, and the scanning distortion can be eliminated.

【0022】本発明中、第8の発明(請求項8記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第1、第2、第3、第4、第5又
は第6の発明において、各時刻における試料表面のレー
ザスポットの位置を予め計測して取得したレーザスポッ
ト位置データを使用して試料の表面形状の計測データを
補正する補正手段を備えている、というものである。
In the present invention, the eighth invention (laser scanning microscope according to claim 8) is a method according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth invention, wherein the surface of the sample at each time is measured. There is provided a correction means for correcting the measurement data of the surface shape of the sample using the laser spot position data obtained by measuring the position of the laser spot in advance.

【0023】本発明中、第8の発明によれば、各時刻に
おける試料表面のレーザスポットの位置を予め計測して
取得したレーザスポット位置データを使用して試料の表
面形状の計測データを補正することができるので、試料
の表面形状の計測の精度を高めることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the measured data of the surface shape of the sample is corrected using the laser spot position data obtained by measuring the position of the laser spot on the surface of the sample at each time in advance. Therefore, the accuracy of measurement of the surface shape of the sample can be improved.

【0024】本発明中、第9の発明(請求項9記載のレ
ーザ走査顕微鏡)は、第1、第2、第3、第4、第5、
第6、第7又は第8の発明において、音響光学偏向子と
して、レーザ光源から出力されるレーザ光を第1の方向
に偏向する第1の音響光学偏向子と、超音波の伝搬方向
を前記第1の方向と直交する方向とされ、第1の音響光
学偏向子から出力される1次回折光が入射される第2の
音響光学偏向子とを備えている、というものである。
In the present invention, the ninth invention (laser scanning microscope according to claim 9) includes first, second, third, fourth, fifth, and fifth inventions.
In the sixth, seventh or eighth invention, the first acousto-optic deflector for deflecting a laser beam output from a laser light source in a first direction as the acousto-optic deflector, and A second acousto-optic deflector, which is a direction orthogonal to the first direction, and into which the first-order diffracted light output from the first acousto-optic deflector is incident.

【0025】本発明中、第9の発明によれば、試料の表
面に形成するレーザスポットの形状を円にすることがで
きるので、試料の表面からの戻り光が形成するスポット
の状態の観測を容易に行うことができる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the shape of the laser spot formed on the surface of the sample can be made circular, it is possible to observe the state of the spot formed by the return light from the surface of the sample. It can be done easily.

【0026】本発明中、第10の発明(請求項10記載
のレーザ走査顕微鏡)は、第9の発明において、音響光
学偏向子駆動手段は、第2の音響光学偏向子から出力さ
れる1次回折光が試料の表面のみを走査するように第
1、第2の音響光学偏向子を駆動する、というものであ
る。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the acousto-optic deflector driving means includes a first-aperture output from the second acousto-optic deflector. That is, the first and second acousto-optic deflectors are driven so that the folded light scans only the surface of the sample.

【0027】本発明中、第10の発明によれば、不必要
な走査を行わないようにすることができるので、試料の
表面形状の計測の更なる高速化を図ることができる。
According to the tenth aspect of the present invention, unnecessary scanning can be prevented, so that the measurement of the surface shape of the sample can be further speeded up.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図18を参照して、
本発明の第1実施形態〜第4実施形態について、本発明
を落射型レーザ走査顕微鏡に適用した場合を例にして説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
The first to fourth embodiments of the present invention will be described with an example in which the present invention is applied to an incident-light laser scanning microscope.

【0029】第1実施形態・・図1〜図12 図1は本発明の第1実施形態の要部の概念図であり、図
1中、20は試料、21は試料20を水平に保持する可
動ステージ、22は平行光とされたレーザ光を発生する
レーザ光源、23はレーザ光源22から出力されたレー
ザ光である。
First Embodiment FIGS. 1 to 12 FIG. 1 is a conceptual view of a main part of a first embodiment of the present invention. In FIG. A movable stage 22 is a laser light source that generates a laser beam that has been converted into a parallel light, and 23 is a laser light output from the laser light source 22.

【0030】また、24はレーザ光源22から出力され
たレーザ光23を偏向する偏向手段をなす音響光学偏向
子(AOD)、25は音響光学偏向子24に駆動信号を
印加する音響光学偏向子駆動手段をなす電圧制御発振器
(VCO)である。
Reference numeral 24 denotes an acousto-optic deflector (AOD) serving as a deflecting means for deflecting the laser beam 23 output from the laser light source 22, and reference numeral 25 denotes an acousto-optic deflector drive for applying a drive signal to the acousto-optic deflector 24. It is a voltage controlled oscillator (VCO) that forms the means.

【0031】また、26は音響光学偏向子24から出力
される1次回折光27をスポット状に絞り込んで試料2
0の表面に垂直に照射する走査光学系であり、28、2
9、30は凸レンズである。
Reference numeral 26 denotes a sample 2 by narrowing the first-order diffracted light 27 output from the acousto-optic deflector 24 into a spot.
0 is a scanning optical system that irradiates the surface of
9 and 30 are convex lenses.

【0032】なお、凸レンズ28、29、30の焦点距
離をそれぞれf1、f2、f3とすると、音響光学偏向子
24と凸レンズ28との間隔はf1、凸レンズ28と凸
レンズ29との間隔はf1+f2、凸レンズ29と凸レン
ズ30との間隔はf2+f3とされている。
Assuming that the focal lengths of the convex lenses 28, 29 and 30 are f 1 , f 2 and f 3 respectively, the distance between the acousto-optic deflector 24 and the convex lens 28 is f 1 , and the distance between the convex lens 28 and the convex lens 29 is Is f 1 + f 2 , and the distance between the convex lens 29 and the convex lens 30 is f 2 + f 3 .

【0033】また、31は試料20からの戻り光32を
反射するために凸レンズ28と凸レンズ29との間に配
置されたハーフミラー、33はハーフミラー31で反射
された戻り光32を集光して試料20の表面に形成され
たレーザスポットの大きさを再現するための受光光学系
である。
Reference numeral 31 denotes a half mirror disposed between the convex lens 28 and the convex lens 29 for reflecting the return light 32 from the sample 20, and 33 condenses the return light 32 reflected by the half mirror 31. And a light receiving optical system for reproducing the size of the laser spot formed on the surface of the sample 20.

【0034】また、34は試料20の表面に形成された
レーザスポットの径の大きさを戻り光32のレーザスポ
ットの径の大きさから計測するレーザスポット径計測手
段をなす画像センサであるシャッタを備えたCCDセン
サである。
Reference numeral 34 denotes an image sensor serving as a laser spot diameter measuring means for measuring the diameter of the laser spot formed on the surface of the sample 20 from the diameter of the laser spot of the return light 32. CCD sensor provided.

【0035】また、35は電圧制御発振器25から出力
する駆動信号の周波数制御や、CCDセンサ34のシャ
ッタ制御などを行うと共に、電圧制御発振器25に与え
る制御電圧の値から1次回折光27の走査位置を判断
し、この1次回折光27の走査位置とCCDセンサ34
の出力信号とから試料20の表面形状を演算する制御・
演算手段、36は制御・演算手段35が演算した試料2
0の表面形状を表示する表示手段である。
Reference numeral 35 denotes frequency control of a drive signal output from the voltage controlled oscillator 25, shutter control of the CCD sensor 34, etc., and the scanning position of the first-order diffracted light 27 based on the value of the control voltage applied to the voltage controlled oscillator 25. And the scanning position of the first-order diffracted light 27 and the CCD sensor 34
Control to calculate the surface shape of the sample 20 from the output signal of
The calculation means 36 is the sample 2 calculated by the control / calculation means 35
Display means for displaying a surface shape of 0.

【0036】図2は音響光学偏向子24の概念図であ
り、この音響光学偏向子24は、二酸化テルル等からな
る音響光学媒体40の一端及び他端にそれぞれ圧電素子
41及び吸音材42を接着し、圧電素子41に電圧制御
発振器25からの駆動信号を印加して圧電素子41を超
音波振動させ、圧電素子41により発生する超音波43
が音響光学媒体40を一端から他端に向かって伝搬する
ように構成されている。なお、44は0次回折光を示し
ている。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the acousto-optic deflector 24. The acousto-optic deflector 24 has a piezoelectric element 41 and a sound absorbing material 42 bonded to one end and the other end of an acousto-optic medium 40 made of tellurium dioxide or the like. Then, a driving signal from the voltage controlled oscillator 25 is applied to the piezoelectric element 41 to ultrasonically vibrate the piezoelectric element 41, and an ultrasonic wave 43 generated by the piezoelectric element 41.
Is configured to propagate through the acousto-optic medium 40 from one end to the other end. Incidentally, reference numeral 44 denotes the zero-order diffracted light.

【0037】ここに、音響光学媒体40に対する入射レ
ーザ光23の波長をλ、音響光学媒体40内の超音波の
周波数をf、音響光学媒体40内の音速をvとすると、
入射レーザ光23をブラッグ角αで入射させた場合、1
次回折光27の回折角θは、数1に示すようになる。
Here, assuming that the wavelength of the incident laser light 23 with respect to the acousto-optic medium 40 is λ, the frequency of the ultrasonic wave in the acousto-optic medium 40 is f, and the sound velocity in the acousto-optic medium 40 is v
When the incident laser light 23 is incident at a Bragg angle α, 1
The diffraction angle θ of the next-order diffracted light 27 is as shown in Expression 1.

【0038】[0038]

【数1】 (Equation 1)

【0039】したがって、圧電素子41に対して、例え
ば、図3に示すように周波数が低から高に線形的に時間
変化する駆動信号を印加すると、1次回折光27の偏向
角θを小から大に線形的に時間変化させ、図2上、1次
回折光27を左側から右側に連続的に偏向させ、走査光
学系26と相まって、1次回折光27の試料20に対す
る入射光軸方向の結像位置を一定として1次回折光27
で試料20の表面を走査することができることになる。
Therefore, for example, when a drive signal whose frequency changes linearly from low to high as shown in FIG. 3 is applied to the piezoelectric element 41, the deflection angle θ of the first-order diffracted light 27 becomes small to large. In FIG. 2, the first-order diffracted light 27 is continuously deflected from left to right in FIG. 2, and combined with the scanning optical system 26, the imaging position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis. With the first order diffracted light 27
Can scan the surface of the sample 20.

【0040】なお、電圧制御発振器25の入力電圧対周
波数特性が図4(A)に示すように線形的である場合に
は、電圧制御発振器25に対して図4(B)に示すよう
に次間変化に対して線形的に変化する入力電圧を印加す
る場合には、電圧制御発振器25から入力電圧の時間変
化に対して周波数が線形的に変化する駆動信号を出力さ
せることができ、1次回折光27の試料20に対する入
射光軸方向の結像位置の一定化及び走査速度の一定化を
図り、走査歪みをなくし、試料20の表面形状の計測の
精度を高めることができる。
When the input voltage vs. frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 25 is linear as shown in FIG. 4A, the voltage controlled oscillator 25 has the following characteristics as shown in FIG. When an input voltage that changes linearly with respect to a change in the input voltage is applied, the voltage-controlled oscillator 25 can output a drive signal whose frequency changes linearly with the time change of the input voltage. A constant imaging position of the folded light 27 with respect to the sample 20 in the direction of the incident optical axis and a constant scanning speed can be achieved, scanning distortion can be eliminated, and measurement accuracy of the surface shape of the sample 20 can be improved.

【0041】これに対して、電圧制御発振器25の入力
電圧対周波数特性が図5(A)に示すように非線形的で
ある場合には、電圧制御発振器25に対して図5(B)
に示すように、電圧制御発振器25の入力電圧対周波数
特性が有する歪み特性と逆特性の歪み特性を有する制御
電圧を印加する場合には、電圧制御発振器25から入力
電圧の時間変化に対して周波数が線形的に変化する駆動
信号を出力させることができ、1次回折光27の試料2
0に対する入射光軸方向の結像位置の一定化及び走査速
度の一定化を図り、走査歪みをなくし、試料20の表面
形状の計測の精度を高めることができる。
On the other hand, when the input voltage versus frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 25 is non-linear as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, when a control voltage having a distortion characteristic opposite to the distortion characteristic of the input voltage versus frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 25 is applied, the frequency of the input voltage from the voltage controlled oscillator 25 changes with time. Can output a drive signal in which the first order diffracted light 27 changes linearly.
It is possible to stabilize the imaging position in the direction of the incident optical axis with respect to 0 and to stabilize the scanning speed, eliminate scanning distortion, and improve the measurement accuracy of the surface shape of the sample 20.

【0042】また、電圧制御発振器25の入力電圧対周
波数特性を計測することなく、各時刻における試料20
における表面のレーザスポット位置を予め計測してレー
ザスポット位置データを取得しておき、このレーザスポ
ット位置データを使用して、試料20の表面形状の計測
データを制御・演算手段35で補正する場合にも、試料
20の表面形状の計測の精度を高めることができる。
Also, without measuring the input voltage versus frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 25, the sample 20
In the case where the laser spot position data of the surface of the sample 20 is corrected by the control / calculation means 35 using the laser spot position data beforehand by measuring the laser spot position of the surface Also, the accuracy of measurement of the surface shape of the sample 20 can be improved.

【0043】図6は圧電素子41に対して図3に示すよ
うに周波数が低から高に線形的に変化する駆動信号を印
加した場合に発生する音響光学偏向子24の円筒凹レン
ズ効果を説明するための図である。
FIG. 6 illustrates the cylindrical concave lens effect of the acousto-optic deflector 24 generated when a drive signal whose frequency changes linearly from low to high as shown in FIG. FIG.

【0044】即ち、圧電素子41に対して図3に示すよ
うに周波数が低から高に線形的に時間変化する駆動信号
を印加し、圧電素子41により発生させる超音波43の
周波数fを低から高に連続的に時間変化させる場合に
は、音響光学媒体40内の超音波43の周波数fは、圧
電素子41に近い位置では、より最近の周波数である高
い周波数、圧電素子41から遠い位置では、より以前に
発生した周波数である低い周波数となる。
That is, as shown in FIG. 3, a drive signal whose frequency linearly changes from low to high is applied to the piezoelectric element 41 to change the frequency f of the ultrasonic wave 43 generated by the piezoelectric element 41 from low to high. When the time is continuously changed to a high value, the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is higher at a position closer to the piezoelectric element 41 and higher at a position farther from the piezoelectric element 41. , A lower frequency which is a frequency generated earlier.

【0045】したがって、入射レーザ光23の光束の両
端では僅かに回折角が異なることになるので、1次回折
光27は、僅かな広がり(θ〜θ+dθ)を持った光束
となり、音響光学偏向子24は、円筒凹レンズ効果、即
ち、1次回折光27の偏向方向に曲率を持った円筒凹レ
ンズを挿入したときと同じ作用を示すことになる。
Therefore, since the diffraction angles are slightly different at both ends of the light beam of the incident laser light 23, the first-order diffracted light 27 becomes a light beam having a slight spread (θ to θ + dθ), and the acousto-optic deflector 24 Shows the same effect as when a cylindrical concave lens having a curvature in the direction of deflection of the first-order diffracted light 27 is inserted.

【0046】なお、圧電素子41に対して周波数が高か
ら低に線形的に時間変化する駆動信号を印加し、圧電素
子41により発生させる超音波43の周波数fを高から
低に連続的に変化させる場合には、音響光学偏向子24
は、円筒凸レンズ効果、即ち、1次回折光27の偏向方
向に曲率を持った円筒凸レンズを挿入したときと同じ作
用を示すことになる。
A drive signal whose frequency changes linearly from high to low is applied to the piezoelectric element 41, and the frequency f of the ultrasonic wave 43 generated by the piezoelectric element 41 changes continuously from high to low. In the case of causing the acousto-optic deflector 24
Has the same effect as when a cylindrical convex lens having a curvature in the direction of deflection of the first-order diffracted light 27 is inserted.

【0047】なお、本発明の第1実施形態では、音響光
学偏向子24の円筒凹レンズ効果を利用する場合を例に
して説明しているが、音響光学偏向子24の円筒凸レン
ズ効果を利用するようにしても良い。
In the first embodiment of the present invention, the case where the cylindrical concave lens effect of the acousto-optic deflector 24 is used has been described as an example. You may do it.

【0048】図7は音響光学偏向子24の円筒凹レンズ
効果を利用すると、1次回折光27の試料20に対する
入射光軸方向の結像位置を一定として1次回折光27で
試料20の表面を走査することができることを説明する
ための図である。
FIG. 7 shows the use of the cylindrical concave lens effect of the acousto-optic deflector 24 to scan the surface of the sample 20 with the first-order diffracted light 27 while keeping the imaging position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis constant. It is a figure for explaining what can be done.

【0049】図7中、27Aは音響光学媒体40内の超
音波43の周波数fの時間変化率(df/dt)を0と
し、走査を停止した場合の1次回折光、27Bは音響光
学媒体40内の超音波43の周波数fの時間変化率(d
f/dt)を正の一定値として走査した場合の1次回折
光を示している。
In FIG. 7, reference numeral 27A denotes the first-order diffracted light when the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is set to 0 and scanning is stopped, and 27B denotes the acousto-optic medium 40. Change rate (d) of the frequency f of the ultrasonic wave 43
f / dt) is a first-order diffracted light when scanning is performed with a positive constant value.

【0050】即ち、円筒凹レンズ効果による円筒凹レン
ズの焦点距離Fは、数2に示すようになるので、音響光
学媒体40内の超音波43の周波数fの時間変化率(d
f/dt)を正の一定値として、圧電素子41により発
生させる超音波43の周波数fを低から高に連続的に変
化させて1次回折光27を偏向させると、1次回折光2
7の試料20に対する入射光軸方向の結像位置は、1次
回折光27の走査を停止した場合の結像位置から数3で
求めることができる距離Zだけ離れることになる。
That is, since the focal length F of the cylindrical concave lens due to the cylindrical concave lens effect is expressed by the following equation (2), the time change rate (d) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is obtained.
f / dt) as a positive constant value, the frequency f of the ultrasonic wave 43 generated by the piezoelectric element 41 is continuously changed from low to high to deflect the first-order diffracted light 27.
The image forming position of the sample 20 in the direction of the incident optical axis with respect to the sample 20 is separated from the image forming position when the scanning of the first-order diffracted light 27 is stopped by a distance Z that can be obtained by Expression 3.

【0051】[0051]

【数2】 (Equation 2)

【0052】[0052]

【数3】 (Equation 3)

【0053】したがって、音響光学媒体40内の超音波
43の周波数fの時間変化率(df/dt)を正の一定
値として、圧電素子41により発生させる超音波43の
周波数fを低から高に連続的に変化させて1次回折光2
7を偏向させると、1次回折光27の試料20に対する
入射光軸方向の結像位置を一定として1次回折光27で
試料20の表面を走査することができることになる。
Therefore, the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is set to a positive constant value, and the frequency f of the ultrasonic wave 43 generated by the piezoelectric element 41 is changed from low to high. 1st order diffracted light 2 by continuously changing
By deflecting 7, the surface of the sample 20 can be scanned with the first-order diffracted light 27 while keeping the image position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis constant.

【0054】図8及び図9は、音響光学媒体40内の超
音波43の周波数fの時間変化率(df/dt)を変化
させると、1次回折光27の試料20に対する入射光軸
方向の結像位置を変化させて、1次回折光27で試料2
0の表面を走査することができることを説明するための
図である。
FIGS. 8 and 9 show that when the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is changed, the first-order diffracted light 27 in the incident optical axis direction with respect to the sample 20 is changed. By changing the image position, the sample 2
FIG. 9 is a diagram for explaining that a surface of a zero can be scanned.

【0055】ここに、例えば、図8(A)に示すよう
に、音響光学媒体40内の超音波43の周波数fの時間
変化率(df/dt)をβ(>0)とする場合には、1
次回折光27の試料20に対する入射光軸方向の結像位
置を、図9(A)に示すように、1次回折光27の走査
を停止した場合の結像位置から数4に示す距離Z1だけ
下方向に移動させることができる。
Here, for example, as shown in FIG. 8A, when the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is β (> 0), , 1
The imaging position of the incident optical axis direction with respect to the sample 20 of the order diffracted light 27, as shown in FIG. 9 (A), a distance Z 1 showing the imaging position in the case of stopping the scan of the first-order diffracted light 27 on the number 4 It can be moved downward.

【0056】[0056]

【数4】 (Equation 4)

【0057】これに対して、図8(B)に示すように、
音響光学媒体40内の超音波43の周波数fの時間変化
率(df/dt)を2βとする場合には、1次回折光2
7の試料20に対する入射光軸方向の結像位置を、図9
(B)に示すように、1次回折光27の走査を停止した
場合の結像位置から数5に示す距離Z2=2×Z1だけ下
方向に移動させることができる。
On the other hand, as shown in FIG.
When the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is 2β, the first-order diffracted light 2
FIG. 9 shows an image forming position of the sample 20 in the incident optical axis direction with respect to the sample 20.
As shown in (B), it can be moved downward by the distance Z 2 = 2 × Z 1 shown in Formula 5 from the imaging position when the scanning of the first-order diffracted light 27 is stopped.

【0058】[0058]

【数5】 (Equation 5)

【0059】したがって、例えば、試料20を1次回折
光27による走査方向と直交する方向に移動させながら
試料20の表面の全面を1次回折光27で繰り返して走
査し、試料20の表面の全面を走査するごとに、音響光
学媒体40内の超音波43の周波数fの時間変化率(d
f/dt)を変化させる場合には、1次回折光27の入
射光軸方向の結像位置を変化させて、1次回折光27で
試料20の表面の全面を繰り返して走査することができ
る。
Therefore, for example, the entire surface of the sample 20 is repeatedly scanned with the first-order diffracted light 27 while moving the sample 20 in a direction orthogonal to the scanning direction of the first-order diffracted light 27, and the entire surface of the sample 20 is scanned. Every time, the time change rate of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 (d
When f / dt) is changed, it is possible to repeatedly scan the entire surface of the sample 20 with the first-order diffracted light 27 by changing the imaging position of the first-order diffracted light 27 in the direction of the incident optical axis.

【0060】図10は1次回折光27の試料20に対す
る入射光軸方向の結像位置と、試料20の表面における
1次回折光27のスポット形状と、試料20の表面にお
ける1次回折光27の光強度分布との関係を示す図であ
る。
FIG. 10 shows an image forming position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis, a spot shape of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20, and a light intensity of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20. It is a figure showing the relation with distribution.

【0061】ここに、例えば、図10(A1)に示すよ
うに、1次回折光27の試料20に対する入射光軸方向
の結像位置が試料20の表面に近い場合には、試料20
の表面における1次回折光27のスポット形状は、図1
0(A2)に示すように、走査方向の径を小さくするも
のとなり、この結果、試料20の表面における1次回折
光27の光強度分布は、図10(A3)に示すように、
光強度が分散されないような光強度分布となる。
Here, for example, as shown in FIG. 10 (A1), when the imaging position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis is close to the surface of the sample 20, the sample 20
The spot shape of the first-order diffracted light 27 on the surface of FIG.
0 (A2), the diameter in the scanning direction is reduced, and as a result, the light intensity distribution of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 becomes, as shown in FIG.
The light intensity distribution is such that the light intensity is not dispersed.

【0062】これに対して、図10(B1)に示すよう
に、1次回折光27の試料20に対する入射光軸方向の
結像位置が試料20の表面から離れている場合には、試
料20の表面における1次回折光27のスポット形状
は、図10(B2)に示すように、走査方向の径を大き
くするものとなり、したがって、試料20の表面におけ
る1次回折光27の光強度分布は、図10(B3)に示
すように、光強度が分散されるような光強度分布とな
る。
On the other hand, as shown in FIG. 10 (B 1), when the imaging position of the primary diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis is far from the surface of the sample 20, The spot shape of the first-order diffracted light 27 on the surface increases the diameter in the scanning direction as shown in FIG. 10 (B2). Therefore, the light intensity distribution of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 is as shown in FIG. As shown in (B3), the light intensity distribution is such that the light intensity is dispersed.

【0063】図11は受光光学系33の構成を示す概略
図である。受光光学系33において、45、46はハー
フミラー31で反射された試料20からの戻り光32を
集光するための凸レンズであり、これら凸レンズ45、
46は、試料20の表面に形成されるレーザスポットの
大きさをCCDカメラ34の受光面に再現できるように
配置されている。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of the light receiving optical system 33. As shown in FIG. In the light receiving optical system 33, 45 and 46 are convex lenses for collecting the return light 32 from the sample 20 reflected by the half mirror 31.
Reference numeral 46 is arranged so that the size of the laser spot formed on the surface of the sample 20 can be reproduced on the light receiving surface of the CCD camera 34.

【0064】したがって、1次回折光27で試料20の
表面を走査すると、受光光学系33で集光される戻り光
32のスポットは、試料20の表面に形成される1次回
折光27のスポットの大きさとなって、CCDセンサ3
4の受光面を走査することになる。
Therefore, when the surface of the sample 20 is scanned with the first-order diffracted light 27, the spot of the return light 32 condensed by the light receiving optical system 33 has the size of the spot of the first-order diffracted light 27 formed on the surface of the sample 20. Now, CCD sensor 3
4 is scanned.

【0065】図12はCCDセンサ34のシャッタの制
御方法を説明するための図であり、図12(A)はCC
Dセンサ34の受光面の画素列の一部を示しており、4
8−1、48−2、48−3は画素、49−1、49−
2、49−3は受光部、50−1、50−2、50−3
は遮光部である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of controlling the shutter of the CCD sensor 34. FIG.
4 shows a part of a pixel array on the light receiving surface of the D sensor 34,
8-1, 48-2, 48-3 are pixels, 49-1, 49-
2, 49-3 are light receiving units, 50-1, 50-2, 50-3.
Denotes a light shielding portion.

【0066】また、図12(B)及び図12(C)は、
戻り光32のスポット51、52のCCDセンサ34の
画素列での動きを示す図であり、スポット51は、1次
回折光27が試料20の表面にピントのずれがなくスポ
ット状に結像している場合の戻り光32のスポットを示
し、スポット52は、1次回折光27が試料20の表面
にピントがずれて結像している場合の戻り光32のスポ
ットを示している。
FIG. 12B and FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the movement of spots 51 and 52 of the return light 32 in the pixel row of the CCD sensor 34. The spot 51 is formed by the first-order diffracted light 27 forming a spot-like image on the surface of the sample 20 without any defocus. The spot 52 indicates a spot of the return light 32 when the first-order diffracted light 27 is out of focus on the surface of the sample 20 and forms an image.

【0067】なお、本発明の第1実施形態においては、
1次回折光27が試料20の表面にピントのずれがなく
スポット状に結像している場合のスポットの走査方向の
径が受光部49−1、49−2、49−3の走査方向の
辺の長さと同一となるように光学系が設定されている。
Note that in the first embodiment of the present invention,
When the first-order diffracted light 27 forms an image on the surface of the sample 20 in the form of a spot without any defocus, the diameter of the spot in the scanning direction is the side of the light receiving sections 49-1, 49-2, and 49-3 in the scanning direction. The optical system is set to be the same as the length.

【0068】また、図12(D)はCCDセンサ34の
シャッタを制御するシャッタ制御信号を示しており、C
CDセンサ34のシャッタは、シャッタ制御信号がHレ
ベルの場合には開状態とされ、Lレベルの場合には閉状
態とされる。
FIG. 12D shows a shutter control signal for controlling the shutter of the CCD sensor 34.
The shutter of the CD sensor 34 is opened when the shutter control signal is at the H level, and is closed when the shutter control signal is at the L level.

【0069】即ち、CCDセンサ34は、戻り光32の
スポット51、52の中心がCCDセンサ34の画素4
8−1、48−2、48−3の受光部49−1、49−
2、49−3の中心を通過する瞬間、シャッタが開状態
となり、それ以外の期間は、シャッタが閉状態となるよ
うにし、受光部49−1、49−2、49−3における
電荷の蓄積が間欠的に行われるように制御される。
That is, in the CCD sensor 34, the center of the spots 51 and 52 of the return light 32 is
8-1, 48-2, and 48-3 light receiving sections 49-1 and 49-
The shutter is opened at the moment of passing through the center of 2, 49-3, and the shutter is closed during other periods, and the charge is stored in the light receiving sections 49-1, 49-2, 49-3. Is controlled to be performed intermittently.

【0070】このようにする場合、1次回折光27が試
料20の表面にピントのずれがなくスポット状に結像し
ている場合には、光強度が分散していない走査方向の径
を最小とするレーザスポット51の一部分がシャッタを
介して受光部49−1、49−2、49−3に照射さ
れ、受光部49−1、49−2、49−3には相対的に
多くの電荷が蓄積されることになる。
In this case, when the first-order diffracted light 27 forms an image in the form of a spot without any defocus on the surface of the sample 20, the diameter in the scanning direction where the light intensity is not dispersed is minimized. A part of the laser spot 51 is irradiated to the light receiving units 49-1, 49-2, and 49-3 through the shutter, and relatively large electric charges are applied to the light receiving units 49-1, 49-2, and 49-3. Will be accumulated.

【0071】これに対して、1次回折光27が試料20
の表面にピントがずれて結像している場合には、光強度
が分散している走査方向の径の大きなレーザスポット5
2の一部分がシャッタを介してCCDセンサ34の受光
部49−1、49−2、49−3に照射され、受光部4
9−1、49−2、49−3には相対的に少ない電荷が
蓄積されることになる。
On the other hand, the first order diffracted light 27
When an image is formed out of focus on the surface of the laser spot, a laser spot 5 having a large diameter in the scanning direction in which the light intensity is dispersed.
2 is irradiated to the light receiving units 49-1, 49-2, and 49-3 of the CCD sensor 34 via the shutter, and
A relatively small amount of charge is stored in 9-1, 49-2, and 49-3.

【0072】したがって、CCDセンサ34において
は、試料20の表面に形成されている1次回折光27の
スポットの径の大きさを電気信号として取り出すことが
できることになる。
Accordingly, in the CCD sensor 34, the size of the diameter of the spot of the first-order diffracted light 27 formed on the surface of the sample 20 can be extracted as an electric signal.

【0073】このように、本発明の第1実施形態におい
ては、レーザ光源22から平行光とされたレーザ光23
が出力され、音響光学偏向子24に対してブラッグ角α
で入射されると共に、制御・演算手段35により制御さ
れる電圧制御発振器25から音響光学偏向子24の圧電
素子41に対して、周波数が低から高に線形的に時間変
化する駆動信号が印加される。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the laser beam 23
Is output, and the Bragg angle α with respect to the acousto-optic deflector 24 is
And a drive signal whose frequency changes linearly with time from low to high is applied to the piezoelectric element 41 of the acousto-optic deflector 24 from the voltage controlled oscillator 25 controlled by the control / calculation means 35. You.

【0074】この結果、音響光学偏向子24から出力さ
れる1次回折光27は、一方向に連続的に偏向されるこ
とになるので、走査光学系26と相まって、1次回折光
27の試料20に対する入射光軸方向の結像位置を一定
として1次回折光27で試料20の表面を走査すること
ができる。
As a result, the first-order diffracted light 27 output from the acousto-optic deflector 24 is continuously deflected in one direction. The surface of the sample 20 can be scanned with the first-order diffracted light 27 while keeping the imaging position in the direction of the incident optical axis constant.

【0075】そして、試料20の表面からの戻り光32
は、1次回折光27と光軸を同一としてハーフミラー3
1で反射され、受光光学系33を介して、CCDセンサ
34の受光面に結像され、CCDセンサ34において、
試料20の表面の1次回折光27のスポットの径の大き
さが電気信号として取り出され、制御・演算手段35に
伝送される。
The return light 32 from the surface of the sample 20
Is the half mirror 3 having the same optical axis as the first-order diffracted light 27.
The light is reflected by 1 and forms an image on the light receiving surface of the CCD sensor 34 via the light receiving optical system 33.
The size of the diameter of the spot of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 is extracted as an electric signal and transmitted to the control / calculation means 35.

【0076】制御・演算手段35においては、電圧制御
発振器25に印加している入力電圧の値から1次回折光
27の走査位置が判断され、この1次回折光27の走査
位置とCCDセンサ34の出力信号とから試料20の表
面形状が演算される。
The control / arithmetic means 35 determines the scanning position of the first-order diffracted light 27 from the value of the input voltage applied to the voltage controlled oscillator 25, and determines the scanning position of the first-order diffracted light 27 and the output of the CCD sensor 34. From the signal, the surface shape of the sample 20 is calculated.

【0077】したがって、試料20を1次回折光27の
偏向方向と直交する方向に移動させながら試料20の表
面の全面を1次回折光27で繰り返して走査し、試料2
0の表面の全面を走査するごとに音響光学媒体40内の
超音波43の周波数fの時間変化率(df/dt)を変
化させる場合には、1次回折光27の試料20に対する
入射光軸方向の結像位置を変化させながら1次回折光2
7で試料20の表面を走査することができ、表示手段3
6に試料20の表面形状を表示させることができる。
Therefore, the entire surface of the sample 20 is repeatedly scanned with the first-order diffracted light 27 while moving the sample 20 in the direction orthogonal to the direction of deflection of the first-order diffracted light 27, and
When the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is changed every time the entire surface of the surface 0 is scanned, the direction of the incident optical axis of the first-order diffracted light 27 with respect to the sample 20 1st-order diffracted light 2 while changing the imaging position of
7, the surface of the sample 20 can be scanned.
6, the surface shape of the sample 20 can be displayed.

【0078】なお、本発明の第1実施形態においては、
表示手段36における試料20の表面形状の表示は、戻
り光32のスポットの径が最小となり、戻り光32の光
強度が最大となる場合の1次回折光27の結像点の高さ
を表示することにより行われる。
In the first embodiment of the present invention,
The display of the surface shape of the sample 20 on the display means 36 indicates the height of the image forming point of the first-order diffracted light 27 when the spot diameter of the return light 32 is minimum and the light intensity of the return light 32 is maximum. This is done by:

【0079】このように、本発明の第1実施形態によれ
ば、1次回折光27の試料20に対する入射光軸方向の
結像位置と試料20との距離を変えるにあたり、光学系
又は試料20の機械的移動が不要となり、試料20の表
面形状の計測の高速化を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, when changing the distance between the sample 20 and the imaging position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis, the optical system or the sample 20 No mechanical movement is required, and the measurement of the surface shape of the sample 20 can be speeded up.

【0080】第2実施形態・・図13、図14 図13は本発明の第2実施形態の要部の概念図であり、
本発明の第2実施形態は、本発明の第1実施形態が備え
るCCDセンサ34の代わりに、戻り光32が受光面に
結像される平板状のフォトダイオード52を備え、その
他については、本発明の第1実施形態と同様に構成した
ものである。
Second Embodiment FIG. 13 and FIG. 14 FIG. 13 is a conceptual diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.
The second embodiment of the present invention includes a flat-plate photodiode 52 on which the return light 32 is focused on a light receiving surface, instead of the CCD sensor 34 included in the first embodiment of the present invention. This is configured similarly to the first embodiment of the invention.

【0081】図14は入射光量が同一の場合におけるフ
ォトダイオード52の光密度対出力電流特性を示す図で
あり、フォトダイオード52は、入射光量が同一の場
合、スポットの径が小さくなり光密度が一定値以上にな
ると、スポットの光密度が大きくなるほど、出力電流は
減少することになる。
FIG. 14 is a graph showing the light density versus output current characteristics of the photodiode 52 when the incident light amount is the same. In the photodiode 52, when the incident light amount is the same, the spot diameter becomes smaller and the light density becomes lower. Above a certain value, the higher the light density of the spot, the lower the output current.

【0082】ここに、フォトダイオード52の表面に最
もピントの合ったスポットが結像したとき、フォトダイ
オード52の出力電流は最小となるので、試料20の表
面の1次回折光27のスポットの径の大きさを電気信号
として取り出し、制御・演算手段35に伝送することが
できることになる。
Here, when the most in-focus spot is formed on the surface of the photodiode 52, the output current of the photodiode 52 becomes minimum, so that the spot diameter of the spot of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 becomes smaller. The magnitude can be taken out as an electric signal and transmitted to the control / calculation means 35.

【0083】したがって、本発明の第2実施形態におい
ても、本発明の第1実施形態と同様に、音響光学偏向子
24により1次回折光27の試料20に対する入射光軸
方向の結像位置を変化させながら1次回折光27で試料
20の表面を走査し、表示手段36に試料20の表面の
形状を表示させることができるので、1次回折光27の
試料20に対する入射光軸方向の結像位置と試料20と
の距離を変えるにあたり、光学系又は試料20の機械的
移動が不要となり、試料20の表面形状の計測の高速化
を図ることができる。
Therefore, in the second embodiment of the present invention, similarly to the first embodiment of the present invention, the imaging position of the first-order diffracted light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis is changed by the acousto-optic deflector 24. The surface of the sample 20 is scanned with the first-order diffracted light 27 and the shape of the surface of the sample 20 can be displayed on the display means 36 while the first-order diffracted light 27 is being formed. In changing the distance from the sample 20, the optical system or the mechanical movement of the sample 20 becomes unnecessary, and the measurement of the surface shape of the sample 20 can be speeded up.

【0084】なお、本発明の第2実施形態においては、
表示手段36における試料20の表面形状の表示は、戻
り光32のスポットの径が最小となり、戻り光32のス
ポットの光密度が最小となる場合の1次回折光27の結
像点の高さを表示することにより行われる。
In the second embodiment of the present invention,
The display of the surface shape of the sample 20 on the display means 36 indicates the height of the imaging point of the first-order diffracted light 27 when the diameter of the spot of the return light 32 is minimum and the light density of the spot of the return light 32 is minimum. This is done by displaying.

【0085】第3実施形態・・図15 図15は本発明の第3実施形態の要部の概念図であり、
本発明の第3実施形態は、本発明の第1実施形態が備え
るCCDセンサ34の代わりに、戻り光32がフィルタ
面に結像される二次元フィルタ54と、二次元フィルタ
54を通過した戻り光が入射されるフォトダイオード5
5とを備え、制御・演算手段35において、二次元フィ
ルタ54の制御を行わせるようにし、その他について
は、本発明の第1実施形態と同様に構成したものであ
る。
Third Embodiment FIG. 15 FIG. 15 is a conceptual diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.
The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that, instead of the CCD sensor 34 included in the first embodiment of the present invention, the return light 32 is imaged on the filter surface, and the return light passing through the two-dimensional filter 54 is returned. Photodiode 5 into which light is incident
5 in which the control / arithmetic means 35 controls the two-dimensional filter 54, and the others are configured in the same manner as the first embodiment of the present invention.

【0086】ここに、二次元フィルタ54は、戻り光3
2のスポットの中心が画素のフィルタ部の中心を通過す
る瞬間、当該画素が開状態となるように制御・演算手段
35により制御される。
Here, the two-dimensional filter 54 receives the return light 3
At the moment when the center of the second spot passes through the center of the filter section of the pixel, the control / calculation means 35 is controlled so that the pixel is opened.

【0087】なお、本発明の第3実施形態においては、
1次回折光27が試料20の表面にピントのずれがなく
スポット状に結像している場合のスポットの走査方向の
径が二次元フィルタ54の画素のフィルタ部の走査方向
の辺の長さと同一となるように光学系が設定されてい
る。
In the third embodiment of the present invention,
When the first-order diffracted light 27 forms an image on the surface of the sample 20 in the form of a spot without any focus shift, the diameter of the spot in the scanning direction is the same as the length in the scanning direction of the filter portion of the pixel of the two-dimensional filter 54. The optical system is set so that

【0088】したがって、試料20の表面にピントのず
れがなくスポット状に照射された1次回折光27の戻り
光32については、光強度の強い光が二次元フィルタ5
4を通過してフォトダイオード55に受光され、試料2
0の表面にピントがずれて照射された1次回折光27の
戻り光32については、光強度の弱い光が二次元フィル
タ54を通過してフォトダイオード54に受光されるこ
とになる。
Therefore, as for the return light 32 of the first-order diffracted light 27 illuminated in the form of a spot without defocusing on the surface of the sample 20, light having a high light intensity is applied to the two-dimensional filter 5.
4 is received by the photodiode 55, and the sample 2
With respect to the return light 32 of the first-order diffracted light 27 illuminated out of focus on the surface of the zero, light having a low light intensity passes through the two-dimensional filter 54 and is received by the photodiode 54.

【0089】ここに、二次元フィルタ54の表面に最も
ピントの合ったスポットが形成されたとき、フォトダイ
オード55の出力電流は最大となるので、試料20の表
面の1次回折光27のスポットの径の大きさを電気信号
として取り出し、制御・演算手段35に伝送することが
できる。
Here, when the most in-focus spot is formed on the surface of the two-dimensional filter 54, the output current of the photodiode 55 becomes maximum, so that the diameter of the spot of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 becomes large. Can be extracted as an electric signal and transmitted to the control / calculation means 35.

【0090】したがって、本発明の第3実施形態におい
ても、本発明の第1実施形態と同様に、音響光学偏向子
24により1次回折光27の試料20に対する入射光軸
方向の結像位置を変化させながら1次回折光27で試料
20の表面を走査し、表示手段36に試料20の表面の
形状を表示させることができるので、1次回折光27の
試料20に対する入射光軸方向の結像位置と試料20と
の距離を変えるにあたり、光学系又は試料20の機械的
移動が不要となり、試料20の表面形状の計測の高速化
を図ることができる。
Therefore, in the third embodiment of the present invention, similarly to the first embodiment of the present invention, the imaging position of the primary diffraction light 27 on the sample 20 in the direction of the incident optical axis is changed by the acousto-optic deflector 24. The surface of the sample 20 is scanned with the first-order diffracted light 27 and the shape of the surface of the sample 20 can be displayed on the display means 36 while the first-order diffracted light 27 is being formed. In changing the distance from the sample 20, the optical system or the mechanical movement of the sample 20 becomes unnecessary, and the measurement of the surface shape of the sample 20 can be speeded up.

【0091】なお、本発明の第3実施形態においては、
表示手段36における試料20の表面形状の表示は、戻
り光32のスポット径が最小となり、戻り光32の光強
度が最大となる1次回折光27の結像点の高さを表示す
ることにより行われる。
Note that, in the third embodiment of the present invention,
The display of the surface shape of the sample 20 on the display means 36 is performed by displaying the height of the imaging point of the first-order diffracted light 27 where the spot diameter of the return light 32 is minimum and the light intensity of the return light 32 is maximum. Will be

【0092】第4実施形態・・図16〜図18 図16は本発明の第4実施形態の要部の概念図である。
本発明の第4実施形態は、レーザ光源22と音響光学偏
向子24との間に、音響光学偏向子57と、音響光学偏
向子57から出力される1次回折光58を音響光学偏向
子24に入射させるための走査光学系59とを設けると
共に、音響光学偏向子57に与える駆動信号を発生する
電圧制御発振器60を設け、制御・演算手段35に電圧
制御発振器60の制御を行わせるようにし、その他につ
いては、本発明の第1実施形態と同様に構成したもので
ある。
Fourth Embodiment FIGS. 16 to 18 FIG. 16 is a conceptual diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment of the present invention, an acousto-optic deflector 57 and a first-order diffracted light 58 output from the acousto-optic deflector 57 are applied to the acousto-optic deflector 24 between the laser light source 22 and the acousto-optic deflector 24. A scanning optical system 59 for incidence, and a voltage-controlled oscillator 60 for generating a drive signal to be given to the acousto-optic deflector 57 are provided so that the control / arithmetic means 35 controls the voltage-controlled oscillator 60; Others are configured similarly to the first embodiment of the present invention.

【0093】ここに、音響光学偏向子57は、超音波を
水平面上、X軸方向に伝搬するものであり、音響光学偏
向子24は、超音波を水平面上、Y軸方向に伝搬するも
のであり、音響光学偏向子24から出力される1次回折
光27は、図17に示すように試料20の表面のみを対
角線状に走査するように制御される。なお、矢印付き直
線63A、63B、63Cは、1次回折光27のスポッ
トの走査軌跡の一部を示している。
Here, the acousto-optic deflector 57 is for propagating the ultrasonic wave on the horizontal plane in the X-axis direction, and the acousto-optic deflector 24 is for transmitting the ultrasonic wave on the horizontal plane in the Y-axis direction. The first-order diffracted light 27 output from the acousto-optic deflector 24 is controlled so as to scan only the surface of the sample 20 diagonally as shown in FIG. The straight lines 63A, 63B and 63C with arrows show a part of the scanning locus of the spot of the first-order diffracted light 27.

【0094】図18は1次回折光27を図17に示すよ
うに試料20の表面のみを対角線状に走査させるために
必要な電圧制御発振器60、25の制御方法を説明する
ための図であり、図18(A)は電圧制御発振器60か
ら出力させる駆動信号S60を示し、図18(B)は電
圧制御発振器25から出力させる駆動信号S25を示し
ている。
FIG. 18 is a diagram for explaining a method of controlling the voltage controlled oscillators 60 and 25 necessary for scanning only the surface of the sample 20 diagonally with the first-order diffracted light 27 as shown in FIG. 18A shows a drive signal S60 output from the voltage controlled oscillator 60, and FIG. 18B shows a drive signal S25 output from the voltage controlled oscillator 25.

【0095】図18中、64A、65Aは駆動信号S6
0、S25中、1次回折光27を図17に矢印付き直線
63Aで示すように走査するために必要な部分、64
B、65Bは駆動信号S60、S25中、1次回折光2
7を図17に矢印付き直線63Bで示すように走査する
ために必要な部分、64C、65Cは駆動信号S60、
S25中、1次回折光27を図17に矢印付き直線63
Cで示すように走査するために必要な部分を示してい
る。
In FIG. 18, 64A and 65A are drive signals S6
0, S25, necessary portions for scanning the first-order diffracted light 27 as shown by a straight line 63A with an arrow in FIG.
B and 65B represent the first-order diffracted light 2 in the drive signals S60 and S25.
7, a portion necessary for scanning as shown by a straight line 63B with an arrow in FIG. 17, 64C and 65C are drive signals S60,
In S25, the first-order diffracted light 27 is converted into a straight line 63 with an arrow in FIG.
The part necessary for scanning as shown by C is shown.

【0096】即ち、電圧制御発振器60は、駆動信号S
60として、周波数の時間変化率を一定とし、周波数が
高から低になるような単位駆動信号を繰り返して出力す
るものとし、まず、高い側の周波数を最大周波数に固定
し、低い側の周波数が一走査ごとに小さくなるような単
位駆動信号を繰り返して出力し、低い側の周波数が最小
周波数となった場合には、低い側の周波数を最小周波数
に固定し、高い側の周波数が一走査ごとに高くなるよう
な単位駆動信号を繰り返して出力するように制御され
る。
That is, the voltage controlled oscillator 60 outputs the drive signal S
Assuming that the time change rate of the frequency is constant and the unit drive signal whose frequency changes from high to low is repeatedly output as 60, first, the high frequency is fixed to the maximum frequency, and the low frequency is A unit drive signal that becomes smaller for each scan is repeatedly output, and when the lower frequency becomes the minimum frequency, the lower frequency is fixed to the minimum frequency, and the higher frequency is changed for each scan. Is controlled so as to repeatedly output a unit drive signal which is higher than the above.

【0097】これに対して、電圧制御発振器25は、駆
動信号S25として、周波数の時間変化率を一定とし、
周波数が低から高になるような単位駆動信号を繰り返し
て出力するものとし、まず、低い側の周波数を最小周波
数に固定し、高い側の周波数が一走査ごとに大きくなる
ような単位駆動信号を繰り返して出力し、高い側の周波
数が最大周波数となった場合には、高い側の周波数を最
大周波数に固定し、低い側の周波数が一走査ごとに低く
なるような単位駆動信号を繰り返して出力するように制
御される。
On the other hand, the voltage-controlled oscillator 25 sets the time change rate of the frequency constant as the drive signal S25,
The unit drive signal whose frequency changes from low to high shall be output repeatedly.First, the low side frequency is fixed to the minimum frequency, and the unit drive signal such that the high side frequency increases with each scan. If the higher frequency becomes the maximum frequency, the higher frequency is fixed to the maximum frequency, and the unit drive signal is output repeatedly so that the lower frequency becomes lower for each scan. Is controlled.

【0098】このように構成された本発明の第4実施形
態においては、レーザ光源22から平行光とされたレー
ザ光23が出力され、音響光学偏向子24に対してブラ
ッグ角αで入射されると共に、制御・演算手段35によ
り制御される電圧制御発振器60、25から音響光学偏
向子57、24に対して、図18に示す周波数が高から
低に線形的に時間変化する駆動信号S60、S25が印
加される。
In the fourth embodiment of the present invention having the above-described configuration, the laser light 23 which has been converted into parallel light is output from the laser light source 22 and is incident on the acousto-optic deflector 24 at a Bragg angle α. At the same time, drive signals S60 and S25 whose frequency shown in FIG. 18 linearly changes from high to low linearly with respect to the acousto-optic deflectors 57 and 24 from the voltage controlled oscillators 60 and 25 controlled by the control / arithmetic means 35. Is applied.

【0099】この結果、音響光学偏向子57から出力さ
れる1次回折光58はX軸方向に偏向され、音響光学偏
向子24から出力される1次回折光27は、試料20の
表面に形成されるスポットの形状が円となり、試料20
の表面のみを対角線状に走査することになる。
As a result, the first-order diffracted light 58 output from the acousto-optic deflector 57 is deflected in the X-axis direction, and the first-order diffracted light 27 output from the acousto-optic deflector 24 is formed on the surface of the sample 20. The shape of the spot becomes a circle and the sample 20
Will be scanned diagonally.

【0100】そして、試料20の表面からの戻り光32
は、ハーフミラー31で反射され、受光光学系33を介
して、CCDセンサ34の受光面に結像され、CCDセ
ンサ34において、試料20の表面の1次回折光27の
スポットの径の大きさが電気信号として取り出され、制
御・演算手段35に伝送される。
The return light 32 from the surface of the sample 20
Is reflected by the half mirror 31 and is imaged on the light receiving surface of the CCD sensor 34 via the light receiving optical system 33. In the CCD sensor 34, the diameter of the spot of the first-order diffracted light 27 on the surface of the sample 20 is reduced. It is extracted as an electric signal and transmitted to the control / calculation means 35.

【0101】制御・演算手段35においては、電圧制御
発振器25に印加している入力電圧の値から1次回折光
27の走査位置が判断され、この1次回折光27の走査
位置とCCDセンサ34の出力信号とから試料20の表
面形状が演算される。
The control / calculation means 35 determines the scanning position of the first-order diffracted light 27 from the value of the input voltage applied to the voltage-controlled oscillator 25, and determines the scanning position of the first-order diffracted light 27 and the output of the CCD sensor 34. From the signal, the surface shape of the sample 20 is calculated.

【0102】したがって、試料20を1次回折光27の
偏向方向と直交する方向に移動させながら試料20の表
面の全面を1次回折光27で繰り返して走査し、試料2
0の表面の全面を走査するごとに音響光学媒体40内の
超音波43の周波数fの時間変化率(df/dt)を変
化させる場合には、1次回折光27の試料20に対する
入射光軸方向の結像位置を変化させて1次回折光27で
試料20の表面の全面を走査することができ、表示手段
36に試料20の表面の形状を表示させることができ
る。
Accordingly, the entire surface of the sample 20 is repeatedly scanned with the first-order diffracted light 27 while moving the sample 20 in the direction orthogonal to the direction of deflection of the first-order diffracted light 27, and
When the time change rate (df / dt) of the frequency f of the ultrasonic wave 43 in the acousto-optic medium 40 is changed every time the entire surface of the surface 0 is scanned, the direction of the incident optical axis of the first-order diffracted light 27 with respect to the sample 20 Can be scanned over the entire surface of the sample 20 with the first-order diffracted light 27, and the display means 36 can display the shape of the surface of the sample 20.

【0103】なお、本発明の第4実施形態においては、
表示手段36における試料20の表面形状の表示は、戻
り光32のスポット径が最小となり、戻り光32の光強
度が最大となる1次回折光27の結像点の高さを表示す
ることにより行われる。
Note that, in the fourth embodiment of the present invention,
The display of the surface shape of the sample 20 on the display means 36 is performed by displaying the height of the imaging point of the first-order diffracted light 27 where the spot diameter of the return light 32 is minimum and the light intensity of the return light 32 is maximum. Will be

【0104】このように、本発明の第4実施形態によれ
ば、1次回折光27の試料20に対する入射光軸方向の
結像位置と試料20との距離を変えるにあたり、光学系
又は試料20の機械的移動が不要となり、試料20の表
面形状の計測の高速化を図ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, when changing the distance between the image forming position of the first-order diffracted light 27 with respect to the sample 20 in the direction of the incident optical axis and the sample 20, the optical system or the sample 20 No mechanical movement is required, and the measurement of the surface shape of the sample 20 can be speeded up.

【0105】また、1次回折光27のスポットの形状を
円とすることができるので、試料20の表面からの戻り
光32のスポットの径の観測を容易に行うことができ、
試料20の表面形状の計測の容易化を図ることができ
る。
Since the spot shape of the first-order diffracted light 27 can be circular, the diameter of the spot of the return light 32 from the surface of the sample 20 can be easily observed.
Measurement of the surface shape of the sample 20 can be facilitated.

【0106】なお、本発明の第4実施形態においては、
スポット径計測手段としてCCDセンサ34を使用する
場合について説明したが、この代わりに、本発明の第2
実施形態が備えるフォトダイオード52や、本発明の第
3実施形態が備える二次元フィルタ54及びフォトダイ
オード55を備えるように構成しても良い。
Note that in the fourth embodiment of the present invention,
The case where the CCD sensor 34 is used as the spot diameter measuring means has been described.
It may be configured to include the photodiode 52 provided in the embodiment, or the two-dimensional filter 54 and the photodiode 55 provided in the third embodiment of the present invention.

【0107】また、本発明の第1実施形態〜第4実施形
態においては、本発明を落射型レーザ走査顕微鏡に適用
し、入射光軸と反射光軸とが同軸となるようにした場合
について説明したが、本発明は、1次回折光27、62
を試料20に対して斜め上方から照射するようにし、入
射光軸と反射光軸とが同軸とならないように構成するレ
ーザ走査顕微鏡にも適用することができる。
In the first to fourth embodiments of the present invention, the case where the present invention is applied to an epi-laser type laser scanning microscope and the incident optical axis and the reflected optical axis are coaxial will be described. However, according to the present invention, the first-order diffracted light 27, 62
Can be applied to the sample 20 obliquely from above, and can be applied to a laser scanning microscope configured so that the incident optical axis and the reflected optical axis are not coaxial.

【0108】[0108]

【発明の効果】本発明中、第1、第2、第3、第4、第
5又は第6の発明(請求項1、2、3、4、5又は6記
載のレーザ走査顕微鏡)によれば、偏向手段として、レ
ーザ光源から出力されるレーザ光が入射される音響光学
偏向子と、周波数が時間変化する駆動信号を音響光学偏
向子に与えると共に、駆動信号の周波数の時間変化率を
変化させることができる音響光学偏向子駆動手段とを備
えるとしたことにより、レーザ光の試料に対する入射光
軸方向の結像位置と試料との距離を変えるにあたり、光
学系又は試料の機械的移動を不要とすることができるの
で、試料の表面形状の計測の高速化を図ることができ
る。
According to the first, second, third, fourth, fifth or sixth invention of the present invention (the laser scanning microscope according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6). For example, as the deflecting means, an acousto-optic deflector on which laser light output from a laser light source is incident, and a drive signal whose frequency changes with time are given to the acousto-optic deflector, and the time change rate of the frequency of the drive signal changes. Acousto-optic deflector drive means that can change the distance between the imaging position of the laser beam with respect to the sample in the direction of the incident optical axis and the sample, eliminating the need for mechanical movement of the optical system or the sample. Therefore, the measurement of the surface shape of the sample can be speeded up.

【0109】本発明中、第7の発明(請求項7記載のレ
ーザ走査顕微鏡)によれば、第1、第2、第3、第4、
第5又は第6の発明と同様の効果を得ることができると
共に、レーザ光の試料に対する入射光軸方向の結像位置
の一定化及び走査速度の一定化を図り、走査歪みをなく
すことができるので、試料の表面形状の計測の精度を高
めることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, the first, second, third, fourth, and fourth laser scanning microscopes are provided.
The same effect as that of the fifth or sixth invention can be obtained, and the imaging position of the laser beam with respect to the sample in the direction of the incident optical axis and the scanning speed can be made constant, and the scanning distortion can be eliminated. Therefore, the accuracy of measurement of the surface shape of the sample can be improved.

【0110】本発明中、第8の発明(請求項8記載のレ
ーザ走査顕微鏡)によれば、第1、第2、第3、第4、
第5又は第6の発明と同様の効果を得ることができると
共に、各時刻における試料表面のレーザスポットの位置
を予め計測して取得したレーザスポット位置データを使
用して試料の表面形状の計測データを補正することがで
きるので、試料の表面形状の計測の精度を高めることが
できる。
According to the eighth aspect of the present invention, the first, second, third, fourth, and fourth laser scanning microscopes are provided.
The same effect as that of the fifth or sixth invention can be obtained, and the measurement data of the surface shape of the sample using the laser spot position data obtained by measuring the position of the laser spot on the sample surface at each time in advance. Can be corrected, so that the accuracy of measurement of the surface shape of the sample can be improved.

【0111】本発明中、第9の発明(請求項9記載のレ
ーザ走査顕微鏡)によれば、第1、第2、第3、第4、
第5、第6、第7又は第8の発明と同様の効果を得るこ
とができると共に、試料の表面に形成するレーザスポッ
トの形状を円にすることができるので、試料の表面形状
の計測の容易化を図ることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the first, second, third, fourth, and fourth laser scanning microscopes are provided.
The same effect as that of the fifth, sixth, seventh or eighth invention can be obtained, and the shape of the laser spot formed on the surface of the sample can be made circular. It can be facilitated.

【0112】本発明中、第10の発明(請求項10記載
のレーザ走査顕微鏡)によれば、第9の発明と同様の効
果を得ることができると共に、不必要な走査を行わない
ようにすることができるので、試料の表面形状の計測の
更なる高速化を図ることができる。
According to the tenth aspect of the present invention (the laser scanning microscope according to the tenth aspect), the same effect as that of the ninth aspect can be obtained, and unnecessary scanning is not performed. Therefore, the measurement of the surface shape of the sample can be further speeded up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の要部の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態が備える音響光学偏向子
の概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of an acousto-optic deflector provided in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態が備える音響光学偏向子
の圧電素子に印加する駆動信号を示すタイムチャートで
ある。
FIG. 3 is a time chart showing a drive signal applied to a piezoelectric element of the acousto-optic deflector provided in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態が備える電圧制御発振器
の制御方法を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a control method of the voltage-controlled oscillator included in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態が備える電圧制御発振器
の制御方法を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a control method of the voltage controlled oscillator included in the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態が備える音響光学偏向子
の円筒凹レンズ効果を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the cylindrical concave lens effect of the acousto-optic deflector provided in the first embodiment of the present invention.

【図7】音響光学偏向子の円筒凹レンズ効果を利用する
と、1次回折光の試料に対する入射光軸方向の結像位置
を一定として1次回折光で試料の表面を走査することが
できることを説明するための図である。
FIG. 7 is a view for explaining that the surface of a sample can be scanned with the first-order diffracted light while the imaging position of the first-order diffracted light with respect to the sample in the direction of the incident optical axis can be fixed using the cylindrical concave lens effect of the acousto-optic deflector. FIG.

【図8】音響光学偏向子の音響光学媒体内の超音波の周
波数の時間変化率を変化させると、1次回折光の試料に
対する入射光軸方向の結像位置を変化させて、1次回折
光で試料の表面を走査することができることを説明する
ための図である。
FIG. 8 shows that when the time change rate of the frequency of the ultrasonic wave in the acousto-optic medium of the acousto-optic deflector is changed, the imaging position of the first-order diffracted light in the direction of the incident optical axis with respect to the sample is changed. FIG. 4 is a diagram for explaining that a surface of a sample can be scanned.

【図9】音響光学偏向子の音響光学媒体内の超音波の周
波数の時間変化率を変化させると、1次回折光の試料に
対する入射光軸方向の結像位置を変化させて、1次回折
光で試料の表面を走査することができることを説明する
ための図である。
FIG. 9 shows that when the time change rate of the frequency of the ultrasonic wave in the acousto-optic medium of the acousto-optic deflector is changed, the imaging position of the first-order diffracted light on the sample in the direction of the incident optical axis is changed, and FIG. 4 is a diagram for explaining that a surface of a sample can be scanned.

【図10】1次回折光の試料に対する入射光軸方向の結
像位置と、試料の表面における1次回折光のスポット形
状と、試料の表面における1次回折光の光強度分布との
関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an image forming position of the first-order diffracted light with respect to the sample in the incident optical axis direction, a spot shape of the first-order diffracted light on the surface of the sample, and a light intensity distribution of the first-order diffracted light on the surface of the sample. is there.

【図11】本発明の第1実施形態が備える受光光学系の
構成を示す概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of a light receiving optical system included in the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1実施形態が備えるCCDセンサ
のシャッタの制御方法を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method for controlling the shutter of the CCD sensor provided in the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2実施形態の要部の概念図であ
る。
FIG. 13 is a conceptual diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図14】入射光量が同一の場合におけるフォトダイオ
ードの光密度対出力電流特性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating light density versus output current characteristics of a photodiode when the amount of incident light is the same.

【図15】本発明の第3実施形態の要部の概念図であ
る。
FIG. 15 is a conceptual diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4実施形態の要部の概念図であ
る。
FIG. 16 is a conceptual diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第4実施形態における走査方法を説
明するための図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a scanning method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4実施形態が備える電圧制御発振
器の制御方法を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for describing a control method of a voltage controlled oscillator included in a fourth embodiment of the present invention.

【図19】従来のレーザ走査顕微鏡の一例の要部の概念
図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram of a main part of an example of a conventional laser scanning microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

24 音響光学偏向子 25 電圧制御発振器 24 Acoustooptic deflector 25 Voltage controlled oscillator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大嶋 美隆 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 高橋 文之 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 塚原 博之 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Mitaka Oshima 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Fumiyuki Takahashi 4 Kamikadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited (72) Inventor Hiroyuki Tsukahara 4-1-1 Kamikadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光源と、前記レーザ光源から出力さ
れるレーザ光を偏向する偏向手段と、前記偏向手段から
出力されるレーザ光を試料の表面上にスポット状に絞り
込む光学系とを備えるレーザ走査顕微鏡において、 前記偏向手段として、前記レーザ光源から出力されるレ
ーザ光が入射される音響光学偏向子と、周波数が時間変
化する駆動信号を前記音響光学偏向子に与えると共に、
前記駆動信号の周波数の時間変化率を変化させることが
できる音響光学偏向子駆動手段とを備えていることを特
徴とするレーザ走査顕微鏡。
1. A laser comprising: a laser light source; deflecting means for deflecting laser light output from the laser light source; and an optical system for narrowing the laser light output from the deflecting means into a spot on the surface of a sample. In the scanning microscope, an acousto-optic deflector to which a laser beam output from the laser light source is incident, and a drive signal whose frequency changes with time are given to the acousto-optic deflector as the deflection unit,
An acousto-optic deflector driving means capable of changing a time change rate of the frequency of the driving signal.
【請求項2】前記試料の表面からの戻り光が形成するス
ポットの光強度から前記試料の表面に形成されているレ
ーザスポットの径を計測するレーザスポット径計測手段
を備え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。
2. A laser spot diameter measuring means for measuring the diameter of a laser spot formed on the surface of the sample from the light intensity of the spot formed by the return light from the surface of the sample. The laser scanning microscope according to claim 1, wherein
【請求項3】前記レーザスポット径計測手段は、シャッ
タを備え、前記戻り光のスポットが受光面に結像される
画像センサと、前記戻り光のスポットの中心が前記画像
センサの画素の受光部の中心を通過する瞬間、前記シャ
ッタが開状態となるように、前記シャッタを制御するシ
ャッタ制御手段とを備えて構成されていることを特徴と
する請求項2記載のレーザ走査顕微鏡。
3. The image sensor, wherein the laser spot diameter measuring means includes a shutter, wherein the spot of the return light is imaged on a light receiving surface, and a center of the spot of the return light is a light receiving portion of a pixel of the image sensor. 3. A laser scanning microscope according to claim 2, further comprising: shutter control means for controlling said shutter so that said shutter is opened at the moment of passing through the center of said laser scanning microscope.
【請求項4】前記レーザスポット径計測手段は、前記戻
り光のスポットがフィルタ面に結像される二次元フィル
タと、前記二次元フィルタを通過した戻り光が入射され
る光センサと、前記戻り光のスポットの中心が前記二次
元フィルタの画素のフィルタ部の中心を通過する瞬間、
当該画素が開状態となるように前記二次元フィルタを制
御する二次元フィルタ制御手段とを備えて構成されてい
ることを特徴とする請求項2記載のレーザ走査顕微鏡。
4. The laser spot diameter measuring means includes: a two-dimensional filter on which a spot of the return light is imaged on a filter surface; an optical sensor to which return light passing through the two-dimensional filter is incident; The moment the center of the light spot passes through the center of the filter section of the pixel of the two-dimensional filter,
3. The laser scanning microscope according to claim 2, further comprising a two-dimensional filter control unit that controls the two-dimensional filter so that the pixel is in an open state.
【請求項5】前記試料の表面からの戻り光が形成するス
ポットの光密度から前記試料の表面におけるレーザスポ
ットの径を計測するレーザスポット径計測手段を備えて
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。
5. A laser spot diameter measuring means for measuring the diameter of a laser spot on the surface of the sample from the light density of the spot formed by the return light from the surface of the sample. A laser scanning microscope as described.
【請求項6】前記レーザスポット径計測手段は、前記戻
り光のスポットが受光面に結像されるフォトダイオード
を備え、入射光量が同一の場合の前記フォトダイオード
の光密度対出力電流特性を利用するように構成されてい
ることを特徴とする請求項5記載のレーザ走査顕微鏡。
6. The laser spot diameter measuring means includes a photodiode on which a spot of the return light is focused on a light receiving surface, and uses a light density vs. output current characteristic of the photodiode when an incident light amount is the same. The laser scanning microscope according to claim 5, wherein the laser scanning microscope is configured to perform the operation.
【請求項7】前記音響光学偏向子駆動手段は、前記駆動
信号を発生させるための電圧制御発振器を備え、前記電
圧制御発振器には、入力電圧対周波数特性が有する歪み
特性と逆特性の歪み特性を有する入力電圧が与えられる
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載
のレーザ走査顕微鏡。
7. The acousto-optic deflector driving means includes a voltage-controlled oscillator for generating the drive signal, wherein the voltage-controlled oscillator has a distortion characteristic opposite to a distortion characteristic of an input voltage versus frequency characteristic. 7. The laser scanning microscope according to claim 1, wherein an input voltage having the following is provided.
【請求項8】各時刻における前記試料表面のレーザスポ
ットの位置を予め計測して取得したレーザスポット位置
データを使用して前記試料の表面形状の計測データを補
正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項
1、2、3、4、5又は6記載のレーザ走査顕微鏡。
8. A correction means for correcting measurement data of the surface shape of the sample using laser spot position data acquired by measuring the position of the laser spot on the surface of the sample at each time in advance. The laser scanning microscope according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6.
【請求項9】前記音響光学偏向子として、前記レーザ光
源から出力されるレーザ光を第1の方向に偏向する第1
の音響光学偏向子と、超音波の伝搬方向を前記第1の方
向と直交する方向とされ、前記第1の音響光学偏向子か
ら出力される1次回折光が入射される第2の音響光学偏
向子とを備えていることを特徴とする請求項1、2、
3、4、5、6、7又は8記載のレーザ走査顕微鏡。
9. The first acousto-optic deflector deflects a laser beam output from the laser light source in a first direction.
And a second acousto-optic deflector in which the propagation direction of the ultrasonic wave is set to a direction orthogonal to the first direction, and a first-order diffracted light output from the first acousto-optic deflector is incident thereon. And a child device.
The laser scanning microscope according to 3, 4, 5, 6, 7, or 8.
【請求項10】前記音響光学偏向子駆動手段は、前記第
2の音響光学偏向子から出力される1次回折光が前記試
料の表面のみを走査するように前記第1、第2の音響光
学偏向子を駆動することを特徴とする請求項9記載のレ
ーザ走査顕微鏡。
10. The acousto-optic deflector driving means, wherein the first and second acousto-optic deflectors are such that the first-order diffracted light output from the second acousto-optic deflector scans only the surface of the sample. The laser scanning microscope according to claim 9, wherein the probe is driven.
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