JPS6213158A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は撮像装置、特に試料を線状の光ビームで走査す
るように構成した撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、試料の光学的画像情報を電気信号に変換する撮像
装置として、受光素子を２次元的に配列して各受光素子
からの信号を順次読出して画像信号を形成する固体撮像
素子を利用した撮像装置が実用化されている。この２次
元固体撮像素子を用いた撮像装置では、試料を一杯に照
射して試料の像を撮像素子上に投影しており、簡単な構
成で、画像信号を得ることができる利点があり、種々の
用途に用いられるようになっている。

更に、別の撮像装置として、微小スポット状に収束した
光ビームを２次元的に偏向して試料面を走査し、試料か
らの反射光又は透過光をフォトマル等の受光素子で検出
して試料の光学情報を画像信号として形成する光学式走
査型撮像装置が実用化されている。この光学式走査型撮
像装置では微小スポット状の光ビームで試料を走査する
構成としているから、迷光の発生を防止でき高解像度の
画像信号を得ることができると共に像の明るさやコント
ラストを電気的に調整でき、巾広い用途を具えている。

一方、上述した従来の撮像装置はモノクロ型撮像装置で
あり、試料の色彩に関する情報を検出できない不都合が
あった。このため、試料の色彩に関する情報も検出でき
る簡単な構成のカラー撮像装置の開発が強く要請されて
いる。

」二連した構成の撮像装置は簡単な構成で撮像で′　　
きる利点を有しているが、カラー撮像装置に利用するに
は種々の問題点がある。例えば光学式走査型撮像装置で
は３原色の光ビームを試料上に一致させて走査するのが
難しく水平方向及び垂直方向の光ビーム間のずれ、すな
わち色ずれを生じ易すい欠点がある。このため垂直方向
にずれが生ずるとレジストレーションエラーが発生して
しまい、水平方向に走査速度のムラが生ずると３原色の
画像に歪みが発生してしまい試料の色彩情報を正確に再
現出来ない不都合が生じてした。更に、試料面を光ビー
ムで高速走査するため受光素子として感度の高いフォト
マルを用いなければならず、装置が大型化且つ高価にな
る欠点があった。一方、二次元固体撮像素子を利用した
撮像装置では、二次元固体撮像素子の分解能が低いため
高解像度の画像信号が得にくく、例えば欠陥検査装置の
ような用途に対しては解像度が不足ずろ欠点がある、３
また、二次元固体撮像素子は感度が低いため強力な光源
が必要となり、同様に装置が大型化する欠点があった。

本発明者は、−１−述した欠点を解消し、３原色の光ビ
ームを試料上に一致させて走査することができると共に
各光ビームの走査速度が変動しても画像に歪みが発生せ
ず高解像度の画像が得られ、しかも小型且つ安価なカラ
ー撮像装置を提供している（特願昭６０−７６６１１号
）。

このカラー撮像装置は、異なる色成分の複数の光ビーム
を放射する複数の光源と、これら光源から発した複数の
光ビームを主走査方向に偏向させる第１の偏向手段と、
複数の光ビームを前記第１の偏向手段による走査方向と
直交する方向に共通に偏向する共通の第２の偏向手段と
、第１及び第２の偏向手段によって偏向された光ビート
を微小スポット状に収束させて試料に投射する対物レン
ズと、試料からの反射光又は透過光を各色成分毎に色分
解する色分解光学系と、複数の素子が前記主走査方向に
１次元的に配列され、各色成分毎に分解された光束を受
光してそれぞれ同期して光電出力信号を出力する複数の
リニアイメージセンサとを具えることを特徴とするもの
である。

このカラー撮像装置では、３原色の各光ビームを第１の
偏向手段により試料のＸ方向にそれぞれ高速振動させる
と共に、各光ビームを共通の第２の偏向手段に入射させ
てＸ方向と直交するＹ方向に偏向して３原色光ビームを
１本の光ビームに合成する。この合成した光ビームを対
物レンズを介して微小スポット状に収束して試料に投射
し、試料をＸ及びＹ方向に走査する。そして、試料から
の反射光又は透過光を色分解光学系により各色成分に分
解して各色成分毎に配置したリニアイメージセンサに入
射させる。各リニアイメージセンサは、複数の素子が主
走査方向であるＸ方向と対応する方向に１次元的に配列
された構成とし、各イメージセンサはそれぞれ同期して
各素子に蓄積した電荷量を順次読出して光電出力信号を
出力するように構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した本出願人が提案したカラー撮像装置は、レーザ
光源から発した光ビームを音響光学素子によって主走査
方向に偏向すると共に振動ミラーによって副走査方向に
偏向して対物レンズを経て試料上に投射する構成として
いるから、試料を微小スポット状の光ビームで走査する
ことができ、鮮明で高解像度の画像を得ることができる
。

しかしながら、主走査を行う音響光学素子は価格が高価
であるため音響光学素子を用いて主走査を行なう構成と
すると、撮像装置の価格が高価になる欠点があった。更
に、音響光学素子は、光源から発した光ビームを所定の
入射角で高精度に入射させなければならず、入射角がわ
ずかにずれるだけで試料を正確に走査できなくなってし
まうため音響光学素子の組立調整が面倒になる欠点があ
った。

従って、本発明の目的は−Ｆ述した欠、巾を除去し、音
響光学素子を用いなくても試料を高精度に走査でき、鮮
明な画像が得られる撮像装置を提供ずろものである。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明による撮像装置は、光ビームを放射する光源と、
光源から発する光ビームを主走査方向と直交する副走査
方向にのみ収束するシリンドリカルレンズと、このシリ
ンドリカルレンズで収束された光ビームを副走査方向に
偏向して試料上に照射する偏向手段と、試料からの光束
を集光する対物レンズと、複数の素子が前記主走査方向
に一次元的に配列され対物レンズから発する光束を受光
して所定の読出し周波数で光電出力信号を出力するリニ
アイメージセンサとを具えることを特徴とするものであ
る。

（作　用） 本発明では、光源から発した光ビームを、シリンドリカ
ルレンズを用いて主走査方向に延在する細い線状光ビー
ムとし、この線状光ビームを振動ミラーによって偏向し
て副走査を行なう。この結果、試料は細い線状光ビーム
によって全面に亘って走査され、試料からの線状の反射
光又は透過光をリニアイメージセンサで受光し、各受光
素子に蓄積した電荷を所定の読出し周波数で読み出して
光電出力信号を形成する。このように構成することによ
り、音響光学素子が不用になり、装置の価格を低減でき
ると共に組立調整が容易になる。

（実施例） 第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を示す線図
である。レーザ光源１から発した光ビームをエキスパン
ダ２で拡大平行光束としシリンドリカルレンズ３に入射
させる。このシリンドリカルレンズ３は光ビーｌ、を主
走査方向く紙面と直交する方向）と直交ずろ副走査方向
にだけ収束させる作用を有するものであり、シリンドリ
カルレンズ３を出射した光束は主走査方向に延在する細
い線状の光ビームとなり、ハーフミラ−４を透過して振
動ミラー５に入射する。この振動ミラー５は矢印ａ又は
ｂ方向に回動して光ビームを副走査方向（紙面に平行）
に一定の周波数で偏向する。振動ミラー５で反射した線
状光ビームは、結像レンズ６及びリレーレンズ７を経て
対物レンズ８に人射し、主走査方向に延在する細い線状
光ビームとなって試料９に入射する。この結果、試料９
は線状光ビームによって一定の走査周波数で副走査方向
に走査されることになる。すなわち、本発明では微小ス
ポット状の光ビームで主走査する代りに、主走査方向に
延在する線状光ビームを試料に投射して等測的に主走査
を行なう構成とする。この結果、試料９は、微小スポッ
ト状の光ビームによって主走査方向及び副走査方向に走
査される場合と同様に試料の全面に亘って光ビームによ
り走査されることになる。本例では試料９から反射光に
基いて試料９の光学情報を得るものとする。試料９の反
射光は対物レンズ８で集光され、リレーレンズ７及び結
像レンズ６を経て再び振動ミラー５で反射し、ハーフミ
ラ−４で反射して主走査方向と対応する方向に延在する
細い線状ビームの状態でリニアイメージセンサ−０に入
射する。このリニアイメージセンサ１０は結像レンズ６
の結像位置に配置され、複数の受光素子が主走査方向に
対応する方向に１次元的に配列した構成とする。従って
、第２図に示すようにリニアイメージセンサ１０−Ｌに
は、各受光素子１０ａ−ＩＯｎの配列方向に沿って試料
９からの線状ビーム１１が投影されるので、各受光素子
１０ａ〜ＩＯｎに蓄積した電荷を所定の読出し周波数で
順次読出して画像信号を形成する。このように構成すれ
ば、主走査方向に延在する細い線状光ビームで試料を走
査するので、主走査方向における走査速度ムラ等による
悪影響を受けず鮮明な画像を形成することができる。

第３図は駆動回路の一例の構成を示すブロック図である
。垂直及び水平同期信号■及びＩｆを生成する同期回路
２０をクロック発生回路２１に接続して水平同期信号Ｈ
を供給する。クロック発生回路２１では、供給されてく
る水平同期信号ＩＩに基づいてリニアイメージセンサ１
０の各受光素子に蓄積された電荷を読出すためのクロッ
ク信号を形成し、この読出し用クロック信号をリニアイ
メージセンサ１０に供給ずろ。また、同期回路２０には
振動ミラー５の駆動を制御する振動ミラー駆動回路２２
を接続して垂直同期信号Ｖを供給し、更にプロセッサ回
路２３を接続して垂直及び水平同期信号Ｖ及び１］を供
給する。リニアイメージセンサ１０では、試料９からの
反射光量に応じた電荷量が各素子に蓄積されるので、こ
れらの電荷量を読出し用クロック信号に基いて読出し、
リニアイメージセンサ１０に接続した増幅器２４を介し
て増幅し、プロセッサ回路２３から供給される垂直及び
水平同期信号■及びｌ」を印加して画像信号を形成する
。そして、画像信号をモニタ２５に供給して表示したり
、ＶＴＲ２６に記録する。

第４図は本発明による撮像装置をカラー撮像装置に適用
した実施例を示す線図である。赤、緑及び青の３原色の
光ビームを放射するため、赤色光源３１、緑色光源３２
及び青色光源３３をそれぞれ配置する。本例では赤色光
源３１として６３３ｎｍの波長光を放射するＩＩ　ｅ　
−Ｎ　ｅ　レーザを用い、緑色光源３２として４８８ｎ
ｍの波長光を放射するＡｒレーザを、青色光源３３とし
て４４２ｎｍの波長光を放射ずろＩＩ　ｅ　−Ｃｄ　レ
ーザを用いる。各光源３１〜３３から発する光ビーノ、
は全て直線偏向しているものとする。赤色光源３１から
発した光ビームは、エキスパンダ３４により拡大平行光
束とされ第１のシリンドリカルレンズ３５に入射する。

この第１のシリンドリカルレンズ３５は入射した光ビー
ムを主走査方向と直交する副走査方向だけに収束作用を
用いたレンズであり、光ビームは出射後生走査方向に延
在する細い線状ビームとなる。この第１のシリンドリカ
ルレンズ３５を出射した光ビームはビーｌ、スプリッタ
として作用する第１の偏向プリズｌ、３６及び１／４波
長板３７をそれぞれ透過して第１のダイクロイックプリ
ズム３８に入射する。この第１のダイクロイックプリズ
ム３８は緑色光だけを反射し、他の波長域の光を透過す
る。この第１のダイクロイックプリズム３８を透過した
赤色光ビーｌ、は、青色光だけを反射する第２のダイク
ロイックプリズム３９を透過して第２の偏向素子である
振動ミラー４０に入射する。この振動ミラー４０は、赤
色光ビーム、緑色光ビーム及び青色光ビームについて共
用するものとし、各光ビームを試料の主走査方向と直交
する副走査方向く紙面方向）に偏向する。振動ミラー４
０で反射された赤色光ビームは、結像レンズ４１及びリ
レーレンズ４２を経て対物レンズ１６で主走査方向に延
在する極細の線状光ビームとなって試料４４に入射する
。

この結果、試料４４は、主走査方向に延在する細い線状
の赤色光ビームにより副走査方向に所定の走査周波数で
走査されることになる。本例では試料４４からの反射光
を検出して試料の光学情報を得るものとする。試料４４
からの反射光は再び対物レンース４３で集光され、リレ
ーレンズ４２及び結像レンズ４１を経て再び振動ミラー
４０に入射し、この振動ミラー４０で反射してから第２
及び第１のダイクロイックプリズム３９及び３８を透過
し、更に１／４波長板３７を透過して第１の偏向プリズ
ム３６に入射する。

偏向プリズム３６に入射した光束は、１７４波長板３７
を２回透過しているのでその偏向面が９０°回転してお
り、偏向面３６ａで反射されて第１のリニアイメージセ
ンサ４５に細い線状ビームとなって入射する。このリニ
アイメージセンサノ４５は結像レンズ４１の結像位置に
配置され、複数の受光素子が主走査方向と対応する方向
に配列した構成とし、各受光素子に蓄積した電荷を所定
の読出し周波数で順次読出ずものとする。

次に、緑色光の走査について説明する。緑色光源３２か
ら発した光ビームは、エキスパンダ４６で拡大平行光束
とされてから第２のシリンドリカルレンズ４７に入射し
、副走査方向だけに収束作用を受は線状光ビームとなっ
て出射する。第２のシリンドリカルレンズ４７を出射し
た緑色光ビームは第２の偏向プリズム４８を透過し、直
角プリズム４９で反射し、１／４波長板５０を透過して
第１のダイクロイックプリズム３８に入射する。この第
１のダイクロイックプリズム３８は緑色光だけを反射す
るから、入射した緑色光ビームは反射されて共通の光路
に進入し、第２のダイクロイックプリズム３９を透過し
て振動ミラー４０に入射する。そして、この振動ミラー
４０により赤色光ビームと同様に副走査方向に偏向され
、結像レンズ４１及びリレーレンズ４２を経て対物レン
ズ４３により微細線状ビームに収束されて試料４４に入
射する。この結果、試料４４の赤色光ビー２、によって
走査された部分が緑色光ビームにより同時に走査される
ことになる。試料４４からの反＋１１光は、再び対物レ
ンズ４３で集光されリレーレンズ４２及び結像レンズ４
１を経て振動ミラー４０で反射され、更に第２のダイク
ロイックプリズム３９を透過して第１のダイクロイック
プリズム３８で反射する。その後再び１／４波長板５０
を透過して偏向面が９０°変化し、直角プリズム４９で
反射し、更に第２の偏向プリズト４８の偏向面４８ａで
反射してハーフミラ−５１に入射する。そして、その透
過光は第２のリニアイメージセン勺５２に入射し、その
反射光は合焦検出装置５３に入射して対物レンズ４３の
焦点検出用に供される。

この第２のリニアイメージセンサ５６も同様に結像レン
ズ４１の結像位置に配置され、複数の受光素子が試料４
４の主走査方向と対応する方向に１次元的に配列した構
成とし、各受光素子に蓄積した電荷を第１のリニアイメ
ージセンサ４５と同期して読出す。

次に、青色光の走査について説明する。青色光ｔｐ、３
３から発した色ビームは、エキスパンダ５４により拡大
平行光束とされて第３のシリンドリカルレンズ５５に入
射する。この第３のシリンドリカルレンズ５５も、第１
及び第２のシリンドリカルレンズ３５及び４７と同様に
副走査方向だけに収束作用を有している。第３のシリン
ドリカルレンズ５５を出射した光ビームは、細い線状ビ
ームとなり、第３の偏向プリズム５６を透過し、直角プ
リズム５７で反射し、更に１７４波長板５８を透過して
第２のダイクロイックプリズム３９で反射し、共通の光
路に進入して共通の振動ミラー４０に入射して赤色及び
緑色ビームと同様に副走査方向に偏向される。更に、結
像レンズ４１及びリレーレンズ４２を経て対物レンズ４
３により主走査方向に延在する細い線状光ビームとされ
て試料４４に入射する。この結果、赤色、緑色及び青色
の光ビームが合成されて１本の主走査方向に延在する細
い線状走査ビームが形成され、この線状の走査ビームに
より試料４４が副走査方向に走査されることになる。試
料４４からの青色反射光は、再び対物レンズ４３によっ
て集光され、リレーレンズ４２及び結像レンズ４１を経
て振動ミラー４０に入射する。そして、この振動ミラー
４０で反射し、第２のダイクロイックプリズム３９で反
射して共通の光路からはずれ、１／４波長板５８を透過
して偏向面が９０°変化し、直角プリズム５７及び偏向
プリズム５６で反射して、第３のリニアイメージセンサ
５９に線状ビームとなって入射する。この第３のリニア
イメージセンサ５９も同様に結像レンズ４１の結像位置
に配置されると共に、複数の受光素子が主走査方向と対
応する方向に１次元的に配列され、各受光素子に蓄積し
た電荷を第１及び第２のリニアイメージセンサ４５及び
５２と同期して読出す。このように構成すれば、３本の
光ビームが主走査方向の走査ムラ等による悪影響を受け
ないと共に、副走査を行なう振動ミラーを共用する構成
としているので副走査方向の色ずれが除去され、主走査
方向及び副走査方向共に色ずれのない鮮明な画像を得る
ことができる。

本発明は−１−述した実施例にだけに限定されるもので
はなく幾多の変形や偏向が可能である。例えば上述した
実施例では試料からの反射光に基いて試料の光学情報を
得る構成としたが、試料からの透過光を利用して試料の
光学情報を（１する構成とすることもできる。

また、光ビームを偏向する手段としては例えばポリゴン
ミラー等の任意の偏向手段を用いることができる。

（発明の効果） 以上説明した本発明の効果を要約すると次の通りである
。

（１）１本の細い線状の光ビームで試料を走査する構成
としているから、１個の偏向手段を用いるだけで試料を
全面に亘って走査することができ、光学系の構成が簡単
になり、組立調整が容易になると共にコストの低減を図
ることができる。

特に高価で組立調整の離しい音響光学素子が不要になる
ので、コストの低減及び組立調整の簡単化を一層図るこ
とができる。

（２）主走査方向に延在ずろ細い線状の光ビームを副走
査方向に偏向して試料を走査する構成としているから、
主走査方向の走査速度ムラ等による悪影響を除去するこ
とができる。

（３）光源としてレーザ光源を用いる構成とすれば、試
料の凹凸によって位相差が生じ、この結果干渉作用が生
ずるため試Ｈの深さ方向にコントラストの高い画像を得
ることができる。

（４）微小スポット状の光ビームで走査する構成に比べ
、高倍率時では若干解像ツノが低下するが、解像力が低
くてもよい低倍率で観察する場合には十分実用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を示す線図
、 第２図はリニアイメージセンサ上に投影されるビーム形
状を示す線図、 第３図は駆動回路の一例の構成を示す線図、第４図は本
発明の撮像装置をカラー撮像装置に適用した実施例を示
す線図である。 １　レーザ光源 ２、３４．４６．５４　　エキスパンダ３、３５．４７
．５５　　シリンドリカルレンズ４．５１　　ハーフミ
ラ−５，４０振動ミラー６．４１　　結像レンズ　　　
？、４２　　リレーレンズ８．４３　　対物レンズ　　
　９，４４　　試料＋０．４５．５２□５９　　　リニ
アイメージ七ンザ３１　　赤色光源　　　　　３２　　
緑色光源３３　　青色光源 ３６、４８．５６　　偏向プリズｌ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光ビームを放射する光源と、光源から発する光ビー
   ムを主走査方向と直交する副走査方向にのみ収束するシ
   リンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズで収
   束された光ビームを副走査方向に偏向して試料上に照射
   する偏向手段と、試料からの光束を集光する対物レンズ
   と、複数の素子が前記主走査方向に一次元的に配列され
   対物レンズから発する光束を受光して所定の読出し周波
   数で光電出力信号を出力するリニアイメージセンサとを
   具えることを特徴とする撮像装置。