JPS62147435A - 走査型光学顕微鏡 - 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、走査型光学顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

従来、走査型光学顕微鏡としては、回転多面鏡。

ガルバノメータミラー等を使用して観察すべき物体を二
次元的に走査するようにしたものが知られているが、こ
のような走査型光学顕微鏡は走査スピードが遅いため非
実時間型になってしまうという欠点があった。そのため
、本件出願人による特願昭６０−６２２６２号及び特願
昭６０−１０７１５５号においては、回転多面鏡、ガル
バノメータミラー等の反射鏡の代りに所謂音響光学光偏
向素子（以下ＡＯＤという）を使用することにより走査
スピードを速（して実時間型とした走査型光学顕微鏡が
提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ＡＯＤは音響光学効果による光の回折によっ
て光を偏向させる素子であるが、ＡＯＤに加える信号と
光の回折角即ち偏向角は線型な関係にはなく、また回折
効率も偏向角によって異なっているため、ＡＯＤを用い
て走査型光学顕微鏡を構成すると像が歪んだり、明るさ
にむらが生したりするという問題があった。

この点について詳述するために、第８図にＡＯＤの基本
的な構成を示す。１は音響光学結晶であり、２は圧電素
子である。圧電素子２に高周波を加えると、結晶１中に
超音波３が生じる。ここに光４がある定められた角度で
もって入射すると、Ｏ次回折光５の他に二次回折光６が
得られる。ここで高周波の周波数を変化させると、超音
波３の周波数が変化して一次回折光６の回折角が変化す
る。即ち光が偏向する。

この時印加する高周波の周波数と偏向角の関係は、第９
図に示す如く非線型となっている。従って、像の歪みが
生じる。又、この時回折効率も変化する。従って、像の
明るさむらが生じる。

又、回折効率はＡＯＤに加えられる高周波の電力より変
化する超音波の振幅に依存して変化する。

振幅が大になれば回折効率が大となり、振幅が小になれ
ば、回折効率が小となる関係がある。尚、回折効率とは
、全入射光に対する一次回折光の割合を意味している。

テレビカメラであれば、検出した画像信号をシェーディ
ング補正等をすることによって明るさを補正できる。し
かし、走査型光学顕微鏡の場合には光励起電流法等の応
用があり、試料に到達する光量自体を一定に保って走査
する必要があるため、−ｉ的なシェーディング補正では
都合の悪い場合がある。従って、偏向角の変化を線型に
すると同時に、回折効率も偏向角によらず一定に保つ必
要がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、偏向角の変化を線型にす
ると同時に回折効率も偏向角によらず一定に保つように
して像の歪みと明るさむらを除去した実時間型の走査型
光学顕微鏡を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
走査型光学１微鏡は、周波数と偏向角との関係の非線型
性を相殺するスイープ波形によってＡＯＤを駆動すると
同時に、０次光を検出してその光量変化に従ってＡＯＤ
に加える高周波の電力を制御して回折効率を一定に保つ
ようにしたものである。

以下詳しく説明する。入力電圧と出力周波数とが第１図
のようなＶ−Ｆ変換特性を有する駆動回路を用いたとす
ると、第９図のようなＡＯＤの特性を相殺するためには
、第２図のような駆動波形で駆動すれば良い。即ち、第
３図（ａｌのような鋸歯状波の代りに第３図ｆｂｌのよ
うな走査波形で駆動すれば良い。

第１図乃至第３図は一例を示すだけで、ＡＯＤ及びＶ−
Ｆ変換器の特性が第９図及び第１図と異なれば、補正曲
線の形も当然具なるが、要は第３図ｔａｌのような線型
の鋸歯状波ではなく第３図（ｂｌのように非線型に変化
する鋸歯状波を用いることが要点である。尚、図の関係
をもう少し詳しく説明すると、Ｖ−Ｆ変換特性が第１図
のように電圧が高くなるにつれて周波数が下がる形を有
しているので、第３図＋ａ＋のような波形で駆動すると
、電圧が低いところでは周波数が高く、従って偏向角θ
は大きいが、電圧が上がるにつれて周波数が下がり、偏
向角θも小さくなる。このとき第３図Ｔａ）ではＴ（時
間）と■（電圧）が線型の関係にあり、第１図でＶとＦ
（周波数）がやはり線型の関係にあるから、偏向角θの
変化は第４図＋ａ＋に示すように丁度第９図を左右逆に
した形となる。一方、第３図（ｂｌのように電圧が高（
なるにつれて上昇率周波数の低いところでその変化率が
小さくなるので偏向角θの変化も第４図中）に示したよ
うに周波数の低いところで、緩やかになり、線型性が良
くなる。

実際に第３図（ｂｌのような波形を得るには、ＲＣ回路
の放電特性を利用しても良いし、１通常ＴＶの走査回路
で用いられているように線型鋸歯状波にパラボラ波を重
ねたものを用いてもよい。

次に、回折効率の補正について説明する。

通常レーザ光の光量変動等を検出してフィードバック制
御により出力安定化を行なう場合、光路中にビームスプ
リッタ等をおいて光束を別売路に取り出し光電変換器を
用いて検出する。そして検出器でとらえた出力が増加す
れば、光源に入力する電力を減少させて光源の出力を減
少させる。また検出器の出力が減少すれば、光源に入力
する電力を増加させて光源の出力を増加させる。この場
合、何らかの原因例えば光路がふさがれること等によっ
てヰ食出器の出力が異常に減少したとすると、壊する恐
れがあるので、通常リミッタを設けである。

ところが、光学的な観点に立てば、光路中にビームスプ
リンタのような平面を設けると、不要な反射や干渉が生
じ、性能を劣化させる原因となる。

本願による方法は、ＡＯＤのＯ次回指光を検出してＡＯ
Ｄに加える電力を制御することによりＡＯＤの回折効率
を制御する方法である。この場合０次回指光が減少すれ
ば、偏向に用いている一次回折光が増加していることを
示すから、ＡＯＤに加える電力を減少させて回折効率を
減少させる。

又、Ｏ次回指光が増加すれば、−次回指光が減少してい
ることを示すから、ＡＯＤに加える電力を増加させて回
折効率を増加させる。このようなフィードバンク制御を
行なうことにより、０次回折光検出を用いて回折効率を
偏向角によらずに一定にすることができる。

この場合、何らかの原因で検出器の出力が異常に減少し
てもＡＯＤに加える電力も減少するので、ＡＯＤを破壊
する恐れもない、また、検出用の光学素子を新たに用い
ることもないので、反射、干渉等の問題点を新たに発生
させない。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。第５図は一実施例の構成を示しており、これはＡＯ
Ｄを二個用いた走査型レーザ顕微鏡を示している。１１
はレーザ光源であり、その光はスペーシャルフィルタ１
３（これはレーザ光源からの光を単一モード化するため
のもので例えばピンホールが用いられる。）を含むビー
ムエクスパンダ１２により適切な光束に整形される。そ
して、光はビームスプリッタ１４を通過してＡＯＤ１５
（Ｘ方向用）に入射し、瞳投影レンズ１６゜１７により
次のＡＯ０１８（Ｙ方向用）に入射し、補正用シリンド
リカルレンズ１９．瞳投影レンズ２０、鏡筒レンズ２１
を通り対物レンズ２２に入射する。そして、試料２３を
透過した光はコレクタレンズ２４と検出器２５．アンプ
２６により信号化される。又、試料２３からの反射光は
入射光と同じ経路を逆に通り、ビームスプリッタ１４で
反射され検出レンズ２７．検出器２８．アンプ２９によ
り信号化される。３０はコントローラ、３１は操作パネ
ル、３３は信号処理器、３４はＣＲＴ、３５はフレーム
メモリ、３６．３７は夫々１５．１８の駆動回路である
。

次に第６図を用いて偏向角の変化を線型にする駆動方法
と回折効率の均一化について説明する。

これは第５図のＡＯＤ１８の近辺を詳細に表わしたもの
で、偏向に用いられる一次回折光３８はミラー３９で反
射されて瞳投影レンズ２０に入射する。この−次回指光
３８は矢印４０で示されるようにＡＯ０１８により偏向
される。一方、０次回指光４１はＡＯＤ１８中を真直ぐ
進みミラー３９′とプリズム４２によってＰＤ（フォト
ダイオード）４３に導かれる。そして、ＰＤ４３の出力
は、プリアンプ４４を通ってフィードバック回路４５に
加えられる。フィードバック回路４５による電力制御用
信号はＡＯＤ１８の駆動回路４６　（駆動回路３７と同
一）の電力制御端子４７に加えられる。一方、通常の駆
動波形である第３図（ａｌで示す鋸歯状波に補正信号の
加わった第３図（ｂｌで示す走査波形が波形発振回路４
９から駆動回路４６の走査波形入力端子４８に入力され
る。従って、第４図（ｂｌに示した如く偏向角の変化が
線型となる。又、駆動回路４６にはブイ−ドパツク回路
４５により制御される例えばゲインコートロールアンプ
が組み込まれていて、該アンプによって・ＡＯＤ１８の
圧電素子に加えるパワーを大きくすると回折効率が大と
なり、パワーを小さくすると回折効率が小となる。

第７図はフィードバック回路４５の一例を示しており、
プリアンプ４４はオペアンプ４４ａを用いた増幅器とし
て構成されている。５０はローパスフィルター、５１は
゛ンエナーダイオードを用いた定電圧回路、５２はコン
パレーク及びループゲイン調整回路、５３はバッファア
ンプである。４４．５０乃至５３は何れもオペアンプを
用いた回路構成を例示しているが、各構成それ自体は慣
用されているものである。

フォトダイオード４３の光電出力信号は、初段のプリア
ンプ４４で適当な大きさに増幅された後ローパスフィル
ター５０を通ることによりノイズ成分（高周波成分が多
い）が除去される。一方、定電圧回路５１はリファレン
ス電圧を出力するものである。従って、ローパスフィル
ター５０と定電圧回路５１の両出力は回路５２のコンパ
レータ５２ａで比較され、比較出力がバッファアンプ５
３を介してＡＯＤ　１８の駆動回路４６に供給される。

ローパスフィルター５０の出力が定電圧回路５１からの
リファレンスレベルより低い場合は、フォトダイオード
４３への入射光量が少ない即ち回折効率が高すぎる状態
なので、駆動回路４６が圧電素子に供給する電力が小さ
くなるように制御される。また回折効率が低くなってフ
ォトダイオード＝ｔ　３への入射光量が増大すると、ロ
ーパスフィルター５０の出力がリファレンスレベルを越
えコンパレーク５２ａの出力が反転するので、これによ
り駆動回路４６の駆動電力が増加するよう制御される。

こうして回折効率が一定に保たれる。

尚、リファレンスレベルの電源としてローパスフィルタ
ー５０の出力を更に平均化したものを用いるようにする
と、例えば複数のレーザー光源を物体に応じて切換え使
用する場合等に切換毎にリファレンスレベルを調整する
手間が省けるので好ましい。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による走査型光学顕微鏡は、像の歪
みと明るさむらを除いた実時間型の走査型光学顕微鏡で
あるという重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査型光学顕微鏡のＡＯＤ駆動回路のＶ−Ｆ変
喚特性を示す図、第２図はＡＯＤ駆動回路の駆動波形を
示す図、第３図は実際の走査波形を示す図、第４図は第
３図の走査波形でＡＯＤを駆動した場合の偏向角の変化
を示す図、第５図は本発明による走査型光学ａ　ｍ鏡の
一実施例の構成を示す図、第６図は上記実施例のＡＯＤ
の近辺を示す拡大図、第７図は上記実施例のフィードバ
ック回路の一例を示す図、第８図はＡＯＤの基本的な構
成を示す図、第９図はＡＯＤに印加する高周波と偏向角
との関係を示す図である。 １１・・・・レーザ光ｉ、１２．・・、ビームエクスパ
ンダ、１３・・・・スペーシャルフィルタ、１４・・・
・ビームスプリッタ、１５．１８・・・・ＡＯＤ、１６
’。 １７．２０・・・・瞳投影レンズ、１９・・・・補正用
シリンドリカルレンズ、２１−　、・鏡筒レンズ、２２
、・・対物レンズ、２３・・・・試料、２４・・・・コ
レクタレンズ、２５．２１・・・、尋灸出器、２６．２
９・・・、アンプ、２７・、・・）負出レンズ、３０・
・・・コントローラ、３１．・・・操作パネル、３３・
・・・信号処理器、３４・・・・ＣＲＴ、３５・・・・
フレームメモリ、３６．３７・・・・駆動回路、３日・
・・・−次回指光、３９、・・・ミラー、４０・・・・
矢印、４１・・・・Ｏ次回指光、４２・・・・プリズム
、４３・・・・ＰＤ、４４・・・・プリアンプ、４５・
・・・フィードバック制御回路、５１６、・・・駆動回
路、４７．４８・・、・端子、４９・・・波形発振回路
、５０・・・・ローパスフィルター、３１　・・・定電
圧回路、５２・・・・コンパレータ及びループゲインＡ
ＩＱ　を回路、５３・・・・バッファアンプ。 １１図 Ｆ ■（竹闇］ 第３図 （Ｃ１） ■ 第４図 １６図 ’ＩＱ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、該光源からの光を物体上に集光する対物レンズ
   と、上記光源と対物レンズとの間に配置された音響光学
   光偏向素子とを具えた走査型光学顕微鏡において、音響
   光学光偏向素子を出射した０次回折光を受ける光電変換
   手段と、該光電変換手段の出力信号に応じて音響光学光
   偏向素子に供給する電力を変える制御手段とを設けたこ
   とを特徴とする走査型光学顕微鏡。