JP2002131649A - 走査型顕微鏡、走査型顕微鏡法における結像のための光学装置および方法 - Google Patents
走査型顕微鏡、走査型顕微鏡法における結像のための光学装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料（１１）用の照射光ビーム（１４）を発生
するための好ましくはレーザである光源（１）と、照射
光ビーム（１４）を偏向するための走査装置と、を備
え、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得およびコンパ
クトな構造を実現する走査型顕微鏡、特に共焦点走査型
顕微鏡を提供する。また、試料（１１）用の照射光ビー
ム（１４）を発生するための好ましくはレーザである光
源（１）と、照射光ビーム（１４）を偏向するための走
査装置と、を利用した走査型顕微鏡法、特に共焦点走査
型顕微鏡法における結像のための方法を提供する。 【解決手段】走査装置が少なくとも１つのマイクロミラ
ー（１６）を有するように構成され改良される。また、
上記方法において少なくとも１つのマイクロミラー（１
６）が走査装置の範囲で用いられる。
するための好ましくはレーザである光源（１）と、照射
光ビーム（１４）を偏向するための走査装置と、を備
え、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得およびコンパ
クトな構造を実現する走査型顕微鏡、特に共焦点走査型
顕微鏡を提供する。また、試料（１１）用の照射光ビー
ム（１４）を発生するための好ましくはレーザである光
源（１）と、照射光ビーム（１４）を偏向するための走
査装置と、を利用した走査型顕微鏡法、特に共焦点走査
型顕微鏡法における結像のための方法を提供する。 【解決手段】走査装置が少なくとも１つのマイクロミラ
ー（１６）を有するように構成され改良される。また、
上記方法において少なくとも１つのマイクロミラー（１
６）が走査装置の範囲で用いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型顕微鏡に関
し、特に、試料用の照射光ビームを発生するための好ま
しくはレーザである光源と、照射光ビームを偏向するた
めの走査装置と、を備えた共焦点走査型顕微鏡に関す
る。
し、特に、試料用の照射光ビームを発生するための好ま
しくはレーザである光源と、照射光ビームを偏向するた
めの走査装置と、を備えた共焦点走査型顕微鏡に関す
る。
【０００２】さらに、本発明は、光ビームを発生するた
めの好ましくはレーザである光源と、光ビームを偏向す
るための少なくとも１つのマイクロミラーとを備えた光
学装置に関する。
めの好ましくはレーザである光源と、光ビームを偏向す
るための少なくとも１つのマイクロミラーとを備えた光
学装置に関する。
【０００３】最後に、本発明は、試料用の照射光ビーム
を発生するための好ましくはレーザである光源と、光ビ
ームを偏向するための走査装置とを備えた走査型顕微鏡
法、特に共焦点走査型顕微鏡法における結像のための方
法に関する。
を発生するための好ましくはレーザである光源と、光ビ
ームを偏向するための走査装置とを備えた走査型顕微鏡
法、特に共焦点走査型顕微鏡法における結像のための方
法に関する。
【０００４】
【従来の技術】走査型顕微鏡法において、試料は、試料
からの反射光または試料の発する蛍光を観測するため
に、光ビームによって照射される。光ビームの焦点は一
般に、２つのミラーを傾斜することによって試料面で移
動する。偏向軸は一般に互いに垂直で、一方のミラーが
ｘ方向に偏向し、他方のミラーがｙ方向に偏向する。ミ
ラーの傾斜は、たとえば、検流計制御素子によって実現
される。その場合高速の共振検流計のほか、低速かつ高
精度の非共振検流計が用いられる。試料から達する光の
パワーは、走査ビームの位置の関数として測定される。
からの反射光または試料の発する蛍光を観測するため
に、光ビームによって照射される。光ビームの焦点は一
般に、２つのミラーを傾斜することによって試料面で移
動する。偏向軸は一般に互いに垂直で、一方のミラーが
ｘ方向に偏向し、他方のミラーがｙ方向に偏向する。ミ
ラーの傾斜は、たとえば、検流計制御素子によって実現
される。その場合高速の共振検流計のほか、低速かつ高
精度の非共振検流計が用いられる。試料から達する光の
パワーは、走査ビームの位置の関数として測定される。
【０００５】たとえば、米国特許第４，８９３，００８
号「Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ（走査型光学顕微鏡）」に開示されているよう
に、走査装置の範囲内で、検流計の代わりに、音響光学
偏向器も用いられる。
号「Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ（走査型光学顕微鏡）」に開示されているよう
に、走査装置の範囲内で、検流計の代わりに、音響光学
偏向器も用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特に共焦点走査型顕微
鏡法において、試料は、光ビームの焦点によって３次元
的に走査されることがよくある。共焦点走査型顕微鏡は
一般に、光源と、光源からの光がピンホール、すなわち
「励起用口径」に集光される集光レンズと、ビームスプ
リッタと、ビーム制御用の走査装置と、顕微鏡レンズ
と、検出用口径と、検出光または蛍光を記録するための
検出器を具備する。照射光または照射光ビームは一般
に、主ビームスプリッタによって導入される。試料から
やって来る蛍光または反射光は、同一の走査装置または
同一の走査ミラーを経て、主ビームスプリッタに戻り、
通常は光電子増倍管である検出器が背後に位置する検出
用アパーチャの上に連続的に結像されるようにするため
に、メインビームス、プリッタを通過して進む。焦点領
域から直接発生しない検出光は異なる光経路を取り、検
出用アパーチャを通過しないため、点情報が得られるが
試料の連続走査によって３次元画像を生じる。３次元画
像は一般に、層ごとの結像によって実現される。
鏡法において、試料は、光ビームの焦点によって３次元
的に走査されることがよくある。共焦点走査型顕微鏡は
一般に、光源と、光源からの光がピンホール、すなわち
「励起用口径」に集光される集光レンズと、ビームスプ
リッタと、ビーム制御用の走査装置と、顕微鏡レンズ
と、検出用口径と、検出光または蛍光を記録するための
検出器を具備する。照射光または照射光ビームは一般
に、主ビームスプリッタによって導入される。試料から
やって来る蛍光または反射光は、同一の走査装置または
同一の走査ミラーを経て、主ビームスプリッタに戻り、
通常は光電子増倍管である検出器が背後に位置する検出
用アパーチャの上に連続的に結像されるようにするため
に、メインビームス、プリッタを通過して進む。焦点領
域から直接発生しない検出光は異なる光経路を取り、検
出用アパーチャを通過しないため、点情報が得られるが
試料の連続走査によって３次元画像を生じる。３次元画
像は一般に、層ごとの結像によって実現される。
【０００７】さらに、検流計は一般に長さ数センチメー
トルであり、通常の丸いミラーの直径は約１センチメー
トルである。２つの軸に関するビーム偏向の場合には、
連続状態またはカルダン継手を交互に挟み込んだ少なく
とも２つの検流計ミラーが必要である。このような検流
計の構造は、顕微鏡においてきわめて大きな空間を占め
る。
トルであり、通常の丸いミラーの直径は約１センチメー
トルである。２つの軸に関するビーム偏向の場合には、
連続状態またはカルダン継手を交互に挟み込んだ少なく
とも２つの検流計ミラーが必要である。このような検流
計の構造は、顕微鏡においてきわめて大きな空間を占め
る。
【０００８】音響光学偏向器は検流計より高速である
が、これらの素子を通過する際にビーム品質が著しく劣
化する欠点がある。この原因である環境については、た
とえば、Ｈｕａｎｇら著「ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｐｒ
ｏｆｉｌｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
ｄｕｒｉｎｇ Ｂｒａｇｇ ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉ
ｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ａ ｎｏｎ ｐａｒａ
ｘｉａｌ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ（ブラッグ音響
光学相互作用中のレーザビーム外形の変形の影響：非近
軸近似）」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｊｕｌｙ １９９９，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．７，ＩＳＳ
Ｎ ００９１−３２８６に述べられている。
が、これらの素子を通過する際にビーム品質が著しく劣
化する欠点がある。この原因である環境については、た
とえば、Ｈｕａｎｇら著「ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｐｒ
ｏｆｉｌｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
ｄｕｒｉｎｇ Ｂｒａｇｇ ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉ
ｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ａ ｎｏｎ ｐａｒａ
ｘｉａｌ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ（ブラッグ音響
光学相互作用中のレーザビーム外形の変形の影響：非近
軸近似）」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｊｕｌｙ １９９９，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．７，ＩＳＳ
Ｎ ００９１−３２８６に述べられている。
【０００９】したがって、本発明の目的は、高速かつ信
頼性の高い画像データ収得およびコンパクトな構造物が
簡素な設計手段によって実現される走査型顕微鏡を提供
することにある。
頼性の高い画像データ収得およびコンパクトな構造物が
簡素な設計手段によって実現される走査型顕微鏡を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を実現するた
め、本願の請求項１の走査型顕微鏡は、試料用の照射光
ビームを発生するための好ましくはレーザである光源
と、前記試料に沿って前記照射光ビームを偏向するため
の走査装置とを備えた走査型顕微鏡、特に共焦点走査型
顕微鏡であって、前記走査装置が少なくとも２つの方向
に移動することができる少なくとも１つのマイクロミラ
ーを有することを特徴とする。
め、本願の請求項１の走査型顕微鏡は、試料用の照射光
ビームを発生するための好ましくはレーザである光源
と、前記試料に沿って前記照射光ビームを偏向するため
の走査装置とを備えた走査型顕微鏡、特に共焦点走査型
顕微鏡であって、前記走査装置が少なくとも２つの方向
に移動することができる少なくとも１つのマイクロミラ
ーを有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、概略図として、試料１１
用の照射光ビーム１４を発生するためのレーザの形態の
光源１を備えた従来の共焦点走査型顕微鏡を示してい
る。光源１からの光を照射用口径３に集光するレンズ２
は、光源１の後のビーム経路に配置される。照射用口径
３の後、照射光ビーム１４は、ビームスプリッタ４へ進
む。ビームスプリッタ４は、照射光ビーム１４をレンズ
５を通して走査ミラー６へ反射する。
用の照射光ビーム１４を発生するためのレーザの形態の
光源１を備えた従来の共焦点走査型顕微鏡を示してい
る。光源１からの光を照射用口径３に集光するレンズ２
は、光源１の後のビーム経路に配置される。照射用口径
３の後、照射光ビーム１４は、ビームスプリッタ４へ進
む。ビームスプリッタ４は、照射光ビーム１４をレンズ
５を通して走査ミラー６へ反射する。
【００１２】レンズ７，８の後に、対物レンズ１０のひ
とみ９が形成される。レンズ７，８は、走査ミラー６の
後に配置される。次に、照射光ビーム１４は対物レンズ
１０を通って試料１１に進む。
とみ９が形成される。レンズ７，８は、走査ミラー６の
後に配置される。次に、照射光ビーム１４は対物レンズ
１０を通って試料１１に進む。
【００１３】検出光または蛍光を記録するために、検出
用アパーチャ１２の後に配置された検出器１３が用いら
れる。中間像平面１５は、レンズ７，８の間に形成され
る。
用アパーチャ１２の後に配置された検出器１３が用いら
れる。中間像平面１５は、レンズ７，８の間に形成され
る。
【００１４】高速かつ信頼性の高い画像データ獲得およ
びコンパクトな構造を得るために、図２に示される本発
明による走査型顕微鏡の第１の具体的な実施形態の走査
装置は、マイクロミラー１６の形態で提供される。図２
に示される構成要素は、図１に示される従来の走査型顕
微鏡の個々の構成要素に対応し、同一の参照符号によっ
て示される。説明に関しては、図１の記述を参照された
い。
びコンパクトな構造を得るために、図２に示される本発
明による走査型顕微鏡の第１の具体的な実施形態の走査
装置は、マイクロミラー１６の形態で提供される。図２
に示される構成要素は、図１に示される従来の走査型顕
微鏡の個々の構成要素に対応し、同一の参照符号によっ
て示される。説明に関しては、図１の記述を参照された
い。
【００１５】マイクロミラー１６の前後に、個々のレン
ズ１７，１８がそれぞれの場合に配置される。図２に示
される本発明による走査型顕微鏡は、きわめてコンパク
トに構成される。
ズ１７，１８がそれぞれの場合に配置される。図２に示
される本発明による走査型顕微鏡は、きわめてコンパク
トに構成される。
【００１６】図３は、概略図的に、本発明による走査型
顕微鏡の第２の典型的具体例を示している。ここで、再
び、前述の図１および図２にすでに述べられ、そこで記
載された構成要素に対応する構成要素は、同一の参照符
号によって示される。図３に示される典型的具体例で
は、適応レンズ２２が、ピエゾミラーの形態で設けられ
る。ピエゾミラーは、ＰＣまたはコンピュータ２０によ
って制御される。これに必要な制御信号は、現在の横領
域分布を検出するための装置１９を形成するハルトマン
・シャック（Hartmann-Shack）センサを補助として確認
される。収差を補正するために、ＰＣ２０がそれぞれの
ゼルニケ（Zernike ）の多項式を計算する。
顕微鏡の第２の典型的具体例を示している。ここで、再
び、前述の図１および図２にすでに述べられ、そこで記
載された構成要素に対応する構成要素は、同一の参照符
号によって示される。図３に示される典型的具体例で
は、適応レンズ２２が、ピエゾミラーの形態で設けられ
る。ピエゾミラーは、ＰＣまたはコンピュータ２０によ
って制御される。これに必要な制御信号は、現在の横領
域分布を検出するための装置１９を形成するハルトマン
・シャック（Hartmann-Shack）センサを補助として確認
される。収差を補正するために、ＰＣ２０がそれぞれの
ゼルニケ（Zernike ）の多項式を計算する。
【００１７】適応レンズ２２とハルトマン・シャック検
出器１９との間に、ミラー２１が配置される。ミラー２
１は一方では照射光ビームを試料１１に反射し、他方で
は光をハルトマン・シャック検出器１９に向けて透過す
る。
出器１９との間に、ミラー２１が配置される。ミラー２
１は一方では照射光ビームを試料１１に反射し、他方で
は光をハルトマン・シャック検出器１９に向けて透過す
る。
【００１８】本発明による教示の他の好都合な改良およ
び発展に関して、一方では記述の一般的な部分を、他方
では特許請求の範囲を参照されたい。
び発展に関して、一方では記述の一般的な部分を、他方
では特許請求の範囲を参照されたい。
【００１９】さらに、本発明の教示を好都合に構成し、
展開するさまざまな方法が可能である。さらに、教示の
一般に好ましい構成および発展は、図面の助けによって
本発明の好ましい典型的な具体例の説明に関して説明さ
れる。
展開するさまざまな方法が可能である。さらに、教示の
一般に好ましい構成および発展は、図面の助けによって
本発明の好ましい典型的な具体例の説明に関して説明さ
れる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、走査装置において少な
くとも１つのマイクロミラーを使用することによって、
驚くほど簡素な方法で上記の目的が実現されることが認
識されている。マイクロミラーの使用によって、走査速
度を著しく増大することが可能になる。たとえば、ＰＣ
Ｔ／ＵＳ９９／００５６４号またはＪｏｕｒｎａｌ Ｏ
ＬＥ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９９に開示されるよう
に、移動部分の質量が小さいことから、マイクロミラー
またはマイクロエレクトリック走査器はきわめて高速の
偏向速度を実現する。マイクロミラーは一般に、共振周
波数で電気的に作動する。これは一般に、２０ｋＨｚの
領域にある。
くとも１つのマイクロミラーを使用することによって、
驚くほど簡素な方法で上記の目的が実現されることが認
識されている。マイクロミラーの使用によって、走査速
度を著しく増大することが可能になる。たとえば、ＰＣ
Ｔ／ＵＳ９９／００５６４号またはＪｏｕｒｎａｌ Ｏ
ＬＥ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９９に開示されるよう
に、移動部分の質量が小さいことから、マイクロミラー
またはマイクロエレクトリック走査器はきわめて高速の
偏向速度を実現する。マイクロミラーは一般に、共振周
波数で電気的に作動する。これは一般に、２０ｋＨｚの
領域にある。
【００２１】マイクロミラーは、薄いねじり可能な接合
部のみが実際のミラーを保持するように、半導体技術に
おいても利用されるようなリソグラフィック法によって
「バルク」からよく製作される。
部のみが実際のミラーを保持するように、半導体技術に
おいても利用されるようなリソグラフィック法によって
「バルク」からよく製作される。
【００２２】さらに、マイクロミラーが必要とするの
は、きわめて小さな組立空間である。このことは、コン
パクトな走査型顕微鏡構造に大いに寄与している。
は、きわめて小さな組立空間である。このことは、コン
パクトな走査型顕微鏡構造に大いに寄与している。
【００２３】したがって、本発明による走査型顕微鏡
は、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得およびコンパ
クトな構造が簡素な設計手段によって実現される走査型
顕微鏡を提供する。
は、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得およびコンパ
クトな構造が簡素な設計手段によって実現される走査型
顕微鏡を提供する。
【００２４】特定の試料領域に対して信頼性の高い走査
を行うために、少なくとも１つのマイクロミラーは、少
なくとも２つの方向に移動可能であってよい。また、少
なくとも１つのマイクロミラーは、カルダン懸架または
継手を備えていてよい。マイクロミラーがこのような構
成で、少なくとも２つの方向に移動可能な場合には、使
用を走査するための他のミラーは必要ではない。このこ
とは、装置全体の小型化に寄与し、マイクロミラーの広
がりは一般に、数ミリメートルだけである。ミラーの領
域は代表的には３ｍｍ×３ｍｍである。
を行うために、少なくとも１つのマイクロミラーは、少
なくとも２つの方向に移動可能であってよい。また、少
なくとも１つのマイクロミラーは、カルダン懸架または
継手を備えていてよい。マイクロミラーがこのような構
成で、少なくとも２つの方向に移動可能な場合には、使
用を走査するための他のミラーは必要ではない。このこ
とは、装置全体の小型化に寄与し、マイクロミラーの広
がりは一般に、数ミリメートルだけである。ミラーの領
域は代表的には３ｍｍ×３ｍｍである。
【００２５】高画質を確保するために、走査点が各検出
信号に割当て可能であってよい。この場合には、特に、
好ましくは少なくとも１つのマイクロミラーの設定また
は位置を同時に検出のための手段が設けられてよい。こ
のことは、走査点への検出信号の割当てを簡単にする。
信号に割当て可能であってよい。この場合には、特に、
好ましくは少なくとも１つのマイクロミラーの設定また
は位置を同時に検出のための手段が設けられてよい。こ
のことは、走査点への検出信号の割当てを簡単にする。
【００２６】特に、容量性検出および／または電気誘導
検出のための手段が設計されてもよい。これは、非接触
検出を可能にする。
検出のための手段が設計されてもよい。これは、非接触
検出を可能にする。
【００２７】別法としてまたはこれに加えて、手段は参
照光ビームを発生するための装置を有してもよい。この
ような参照光ビームは、ミラーの背面によって反射され
てもよい。
照光ビームを発生するための装置を有してもよい。この
ような参照光ビームは、ミラーの背面によって反射され
てもよい。
【００２８】参照光ビームの処理に関して、センサが参
照光ビームのために設けられてもよい。さらに詳細に簡
単に言えば、センサはＣＣＤアレイを備えていてもよ
い。言い換えれば、参照光ビームは、ミラーの背面によ
ってＣＣＤアレイに反射されてもよいため、ミラーの設
定またはミラーの位置を確認することができる。
照光ビームのために設けられてもよい。さらに詳細に簡
単に言えば、センサはＣＣＤアレイを備えていてもよ
い。言い換えれば、参照光ビームは、ミラーの背面によ
ってＣＣＤアレイに反射されてもよいため、ミラーの設
定またはミラーの位置を確認することができる。
【００２９】しかし、共振によって作動するマイクロミ
ラーは、特定の走査点へ照射光ビームを着実に移動する
ことはできない。試料のある走査点にサンプリング光ビ
ームまたは照射光ビームを保持または「集結」すること
は断じて可能ではない。この問題を解決するために、少
なくとも１つのマイクロミラーが規定された方式で調整
することができる偏向素子上に配置される「ピギーバッ
ク方式」を用いてもよい。このような偏向素子は、マイ
クロミラーよりきわめて遅い速度で移動できよう。具体
的に言えば、特に単に偏向素子は非共振検流計でもよ
い。これは、一方では、規定される走査点に慎重にゆっ
くりと接近することを可能にし、他方では試料の走査点
にサンプリング光ビームを保持することを可能にする。
ラーは、特定の走査点へ照射光ビームを着実に移動する
ことはできない。試料のある走査点にサンプリング光ビ
ームまたは照射光ビームを保持または「集結」すること
は断じて可能ではない。この問題を解決するために、少
なくとも１つのマイクロミラーが規定された方式で調整
することができる偏向素子上に配置される「ピギーバッ
ク方式」を用いてもよい。このような偏向素子は、マイ
クロミラーよりきわめて遅い速度で移動できよう。具体
的に言えば、特に単に偏向素子は非共振検流計でもよ
い。これは、一方では、規定される走査点に慎重にゆっ
くりと接近することを可能にし、他方では試料の走査点
にサンプリング光ビームを保持することを可能にする。
【００３０】理想的な走査型顕微鏡において、走査する
照射光ビームの経路は、試料面または共焦点装置の場合
には試料の層を成す面に曲折模様を描く必要がある。こ
のような曲折模様は、第一に一定のＹ位置に対してＸ方
向にラインを走査することによって、形成されよう。次
に、Ｘ方向の走査を停止し、Ｙ方向を調整して振って走
査対象である次のラインに向ける必要がある。その結
果、このラインは、一定のＹ位置に関して負のＸ方向に
読み進むことが必要になる。続いて、Ｘ方向の走査が再
び停止され、次のラインに向けてＹ方向の移動が必要に
なろう。実際には、移動検流計構成要素およびミラーの
慣性のために、このような曲折模様は、低速の走査速度
に関して概ね実現できるだけである。実際には、１００
Ｈｚを超える走査速度では、光ビームの走査経路は、準
正弦曲線を描く。照射光ビームの目標走査経路から実際
の走査経路の偏差を補正または補償するために、走査点
の位置に検出信号を割当てるときに、電子機器またはＰ
Ｃが設けられてよい。そうすれば、同様によく生じる正
弦曲線の形状からの偏差も補償することも可能であろ
う。
照射光ビームの経路は、試料面または共焦点装置の場合
には試料の層を成す面に曲折模様を描く必要がある。こ
のような曲折模様は、第一に一定のＹ位置に対してＸ方
向にラインを走査することによって、形成されよう。次
に、Ｘ方向の走査を停止し、Ｙ方向を調整して振って走
査対象である次のラインに向ける必要がある。その結
果、このラインは、一定のＹ位置に関して負のＸ方向に
読み進むことが必要になる。続いて、Ｘ方向の走査が再
び停止され、次のラインに向けてＹ方向の移動が必要に
なろう。実際には、移動検流計構成要素およびミラーの
慣性のために、このような曲折模様は、低速の走査速度
に関して概ね実現できるだけである。実際には、１００
Ｈｚを超える走査速度では、光ビームの走査経路は、準
正弦曲線を描く。照射光ビームの目標走査経路から実際
の走査経路の偏差を補正または補償するために、走査点
の位置に検出信号を割当てるときに、電子機器またはＰ
Ｃが設けられてよい。そうすれば、同様によく生じる正
弦曲線の形状からの偏差も補償することも可能であろ
う。
【００３１】正のＸ方向における偏向のさいの曲線形状
が、反対の負のＸ方向における曲線形状からずれている
場合も生じよう。電子機器またはＰＣが同様に用いられ
る場合には、このような欠点にも補正が行えよう。
が、反対の負のＸ方向における曲線形状からずれている
場合も生じよう。電子機器またはＰＣが同様に用いられ
る場合には、このような欠点にも補正が行えよう。
【００３２】さらに、強度信号および位置信号が異なる
電子伝搬時間および処理時間を有するという事実を考慮
できよう。ここで、再び、異なる電子伝搬時間および／
または処理時間の補正および補償を行うために、電子機
器またはＰＣが設けられているとよい。
電子伝搬時間および処理時間を有するという事実を考慮
できよう。ここで、再び、異なる電子伝搬時間および／
または処理時間の補正および補償を行うために、電子機
器またはＰＣが設けられているとよい。
【００３３】さらに、慣性のために、制御素子が駆動信
号に遅れて反応するという事実を考慮できよう。ここ
で、再び、制御素子の駆動慣性の補正および補償を行う
ために、電子機器またはＰＣが設けられてよい。
号に遅れて反応するという事実を考慮できよう。ここ
で、再び、制御素子の駆動慣性の補正および補償を行う
ために、電子機器またはＰＣが設けられてよい。
【００３４】さらに、折返し点付近の経路速度は、線形
正弦領域より遅く、特にこれらの領域における漂白を増
大する結果となる。このような影響を排除するために、
特に走査経路の折返しサブセクションの通過中、照射光
ビームを遮断するための手段を設けることもできる。
正弦領域より遅く、特にこれらの領域における漂白を増
大する結果となる。このような影響を排除するために、
特に走査経路の折返しサブセクションの通過中、照射光
ビームを遮断するための手段を設けることもできる。
【００３５】上述の電子機器またはＰＣのほか、照射光
ビームを遮断するための手段はまた、従来のミラーを備
えた従来の走査装置またはマイクロミラー以外の素子を
用いて高速の偏向を実現する別の高速偏向走査装置を有
する走査型顕微鏡に設けることもできる。
ビームを遮断するための手段はまた、従来のミラーを備
えた従来の走査装置またはマイクロミラー以外の素子を
用いて高速の偏向を実現する別の高速偏向走査装置を有
する走査型顕微鏡に設けることもできる。
【００３６】検査対象である試料を均一に照射するため
に、走査体積について単位時間当たりに付加されるエネ
ルギー量が一定であるように、走査率に瞬時の照射光パ
ワーを適合させる装置を設けることができよう。それに
よって、試料の走査中、照射ビームの偏向率における変
動を補正することが可能になろう。
に、走査体積について単位時間当たりに付加されるエネ
ルギー量が一定であるように、走査率に瞬時の照射光パ
ワーを適合させる装置を設けることができよう。それに
よって、試料の走査中、照射ビームの偏向率における変
動を補正することが可能になろう。
【００３７】具体的に言えば、装置は、照射ビーム経路
に配置される少なくとも１つの制御可能な減衰器および
／または調整可能な減衰器を備えられよう。特に簡素で
ある場合には、少なくとも１つの減衰器は音響光学フィ
ルタを備えることができよう。
に配置される少なくとも１つの制御可能な減衰器および
／または調整可能な減衰器を備えられよう。特に簡素で
ある場合には、少なくとも１つの減衰器は音響光学フィ
ルタを備えることができよう。
【００３８】原則として、高速偏向器または高速走査装
置によって試料が走査される場合には、各走査点におけ
る照射光ビームの静止時間は、低速偏向器または低速走
査装置によって走査される場合より短い。したがって、
同程度の照射光パワーの場合には、個別の走査点に降り
注ぐ光が少ない。マイクロミラーの共振周波数から逸脱
することは可能でないため、走査点当たりの光の量を十
分に提供するために、高速の走査速度における照射光パ
ワーは、それに対応して試料を走査するときに増大して
もよい。この別法として、走査点を多重に走査可能であ
るようにし、対応する検出信号を蓄積可能であるように
できよう。そうして少なくとも１つの画像ラインが多重
に連続的、好ましくは２方向に走査可能であるように
し、個別の検出信号を蓄積可能であるようにできよう。
置によって試料が走査される場合には、各走査点におけ
る照射光ビームの静止時間は、低速偏向器または低速走
査装置によって走査される場合より短い。したがって、
同程度の照射光パワーの場合には、個別の走査点に降り
注ぐ光が少ない。マイクロミラーの共振周波数から逸脱
することは可能でないため、走査点当たりの光の量を十
分に提供するために、高速の走査速度における照射光パ
ワーは、それに対応して試料を走査するときに増大して
もよい。この別法として、走査点を多重に走査可能であ
るようにし、対応する検出信号を蓄積可能であるように
できよう。そうして少なくとも１つの画像ラインが多重
に連続的、好ましくは２方向に走査可能であるように
し、個別の検出信号を蓄積可能であるようにできよう。
【００３９】後者の特徴、たとえば、走査体積につき単
位時間当たりに付加されるエネルギー量が一定であるよ
うに、走査率に瞬時の照射光パワーを適合させる装置で
あっても、たとえば、音響光学フィルタの形態の減衰器
を備え、さらに走査点を多重に走査する可能性または個
々の画像ラインを多重に走査する可能性は、原理的に、
すべての走査装置、特に高速走査装置において実施でき
よう。
位時間当たりに付加されるエネルギー量が一定であるよ
うに、走査率に瞬時の照射光パワーを適合させる装置で
あっても、たとえば、音響光学フィルタの形態の減衰器
を備え、さらに走査点を多重に走査する可能性または個
々の画像ラインを多重に走査する可能性は、原理的に、
すべての走査装置、特に高速走査装置において実施でき
よう。
【００４０】高速マイクロミラーおよび他の高速偏向の
いずれの場合も、ビーム品質が低下するようになるとい
う欠点がある。マイクロミラーの場合には、このこと
は、薄い材料が機械的な剛性に欠けることに本質的に起
因する。特に高い偏向周波数および大きな偏向角度に関
して、ミラーの前面が平坦のままではなく、偏向される
光ビームの位相面の変形を生じる。
いずれの場合も、ビーム品質が低下するようになるとい
う欠点がある。マイクロミラーの場合には、このこと
は、薄い材料が機械的な剛性に欠けることに本質的に起
因する。特に高い偏向周波数および大きな偏向角度に関
して、ミラーの前面が平坦のままではなく、偏向される
光ビームの位相面の変形を生じる。
【００４１】ミラーのエッジにおける光パワーの損失お
よび干渉回折現象が生じるため、原則として、走査光ビ
ームまたは照射光ビームの半径は、偏向ミラーの寸法よ
り小さくなければならない。走査型顕微鏡のコンパクト
な構成に関連して、マイクロミラーの全体の形状が小さ
いため、光ビームの半径はそれに対応して同様に小さく
なければならない。このことにもかかわらず、走査領域
の寸法制限を緩和する必要がない状態で、対物レンズひ
とみを十分に照射することができるようにするために、
ビームの断面積の削減に応じて、最大偏向角を増大する
必要がある。このことは、ミラー面の変形を激化するた
め、横方向のビーム品質の劣化の一因となる。
よび干渉回折現象が生じるため、原則として、走査光ビ
ームまたは照射光ビームの半径は、偏向ミラーの寸法よ
り小さくなければならない。走査型顕微鏡のコンパクト
な構成に関連して、マイクロミラーの全体の形状が小さ
いため、光ビームの半径はそれに対応して同様に小さく
なければならない。このことにもかかわらず、走査領域
の寸法制限を緩和する必要がない状態で、対物レンズひ
とみを十分に照射することができるようにするために、
ビームの断面積の削減に応じて、最大偏向角を増大する
必要がある。このことは、ミラー面の変形を激化するた
め、横方向のビーム品質の劣化の一因となる。
【００４２】ミラーの欠陥またはミラー表面の変形を補
正するための適応レンズが、設けることもできよう。そ
のためには、適応レンズは、特に位相面の欠陥を補正す
るために、走査型顕微鏡のビーム経路に配置されること
ができる能動光学素子を備えることもできよう。
正するための適応レンズが、設けることもできよう。そ
のためには、適応レンズは、特に位相面の欠陥を補正す
るために、走査型顕微鏡のビーム経路に配置されること
ができる能動光学素子を備えることもできよう。
【００４３】具体的に言えば、適応レンズは、好ましく
は静電アクチュエータによって変形することができるミ
ラーを備えているとよい。このタイプのミラーは、周知
であり、市場で入手可能である。
は静電アクチュエータによって変形することができるミ
ラーを備えているとよい。このタイプのミラーは、周知
であり、市場で入手可能である。
【００４４】特に、適応レンズは、照射光ビームおよび
／または検出光ビームの個別の部分に意図的に位相遅れ
を生じることができる素子を備えているとよい。このよ
うな素子は、単純にＬＣＤ（液体結晶表示）走査素子で
あってもよい。
／または検出光ビームの個別の部分に意図的に位相遅れ
を生じることができる素子を備えているとよい。このよ
うな素子は、単純にＬＣＤ（液体結晶表示）走査素子で
あってもよい。
【００４５】素子は、特に効果的に、偏向面と共役で、
かつビーム経路に存在するフーリエ面に配置してよい。
かつビーム経路に存在するフーリエ面に配置してよい。
【００４６】素子は、光ビームの均一または最適横領域
分布に関して、能動的に制御可能および／または調整可
能であってよい。そのため、現在の横領域分布を検出す
るための装置が設けられるとよい。適切な制御信号を発
生することができる処理論理回路は、装置と相互に作用
できよう。
分布に関して、能動的に制御可能および／または調整可
能であってよい。そのため、現在の横領域分布を検出す
るための装置が設けられるとよい。適切な制御信号を発
生することができる処理論理回路は、装置と相互に作用
できよう。
【００４７】本発明は、さらに光ビームを発生するため
の好ましくはレーザである光源と、光ビームを検出する
ための少なくとも１つのマイクロミラーを備えた光学装
置に関する。ミラーの欠陥またはミラー面の変形を補正
するために、本発明によれば、光学装置は適応レンズを
有する。
の好ましくはレーザである光源と、光ビームを検出する
ための少なくとも１つのマイクロミラーを備えた光学装
置に関する。ミラーの欠陥またはミラー面の変形を補正
するために、本発明によれば、光学装置は適応レンズを
有する。
【００４８】適応レンズの詳細な説明に関して繰返しを
避けるために、現在の横領域分布を検出するための装置
およびその装置と相互に作用する処理論理回路と共に、
適応レンズの利点および構成について述べた先の節を参
照されたい。
避けるために、現在の横領域分布を検出するための装置
およびその装置と相互に作用する処理論理回路と共に、
適応レンズの利点および構成について述べた先の節を参
照されたい。
【００４９】走査型顕微鏡法において結像するための本
発明による方法の範囲内で、少なくとも１つのミラー
が、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得および簡素な
設計手段によるコンパクトな構造を得るために走査装置
の範囲内で用いられる。
発明による方法の範囲内で、少なくとも１つのミラー
が、高速かつ信頼性の高い画像データ獲得および簡素な
設計手段によるコンパクトな構造を得るために走査装置
の範囲内で用いられる。
【００５０】走査点の位置に検出信号を割当てるとき、
照射光ビームの目標走査経路から実際の操作経路がずれ
るのを補正または補償するために、電子機器またはＰＣ
が用いられよう。検出信号と位置信号で電子伝搬時間お
よび／または処理時間が異なるのを補正および補償する
ために、電子機器またはＰＣが同様に用いられよう。最
後に、制御素子の駆動慣性の補正または補償を行うため
に、電子機器またはＰＣを用いることができよう。
照射光ビームの目標走査経路から実際の操作経路がずれ
るのを補正または補償するために、電子機器またはＰＣ
が用いられよう。検出信号と位置信号で電子伝搬時間お
よび／または処理時間が異なるのを補正および補償する
ために、電子機器またはＰＣが同様に用いられよう。最
後に、制御素子の駆動慣性の補正または補償を行うため
に、電子機器またはＰＣを用いることができよう。
【００５１】さらに、特に走査経路の折返しサブセクシ
ョンを通過中、照射光ビームを遮断するための手段を用
いることもできよう。
ョンを通過中、照射光ビームを遮断するための手段を用
いることもできよう。
【００５２】さらに、走査体積について単位時間当たり
に付加されるエネルギー量が一定であるように、走査率
に瞬時の照射光パワーを適合させる装置を用いることも
できよう。装置は、照射ビーム経路に配置される少なく
とも１つの制御可能な減衰器および／または調整可能な
減衰器を備えたものでよい。少なくとも１つの減衰器は
音響光学フィルタを備えたものでよい。
に付加されるエネルギー量が一定であるように、走査率
に瞬時の照射光パワーを適合させる装置を用いることも
できよう。装置は、照射ビーム経路に配置される少なく
とも１つの制御可能な減衰器および／または調整可能な
減衰器を備えたものでよい。少なくとも１つの減衰器は
音響光学フィルタを備えたものでよい。
【００５３】さらに、走査点が多重に走査されるように
し、それぞれの検出信号を蓄積可能であるようにもでき
よう。この別法としてまたはこれに加える方法として、
少なくとも１つの画像ラインを連続的、多重に走査し、
好ましくは２方向に走査するようにし、それぞれの検出
信号を蓄積可能であるようにしてもよい。
し、それぞれの検出信号を蓄積可能であるようにもでき
よう。この別法としてまたはこれに加える方法として、
少なくとも１つの画像ラインを連続的、多重に走査し、
好ましくは２方向に走査するようにし、それぞれの検出
信号を蓄積可能であるようにしてもよい。
【００５４】ミラーの欠陥またはミラー表面の変形を補
正するために、特に位相面の欠陥を補正するために、能
動光学素子を備えることができる適応レンズを用いるこ
ともできよう。具体的に言えば、適応レンズは、好まし
くは静電作動器によって変形されることができるミラー
を備えているとよい。適応レンズは、照射光ビームおよ
び／または検出光ビームの個別の部分に意図的に位相遅
れを生じさせることができる素子を備えているとよい。
この素子は、ＬＣＤ走査素子でもよい。さらに、素子
は、偏向面と共役で、かつビーム経路に存在するフーリ
エ面に配置されるとよい。
正するために、特に位相面の欠陥を補正するために、能
動光学素子を備えることができる適応レンズを用いるこ
ともできよう。具体的に言えば、適応レンズは、好まし
くは静電作動器によって変形されることができるミラー
を備えているとよい。適応レンズは、照射光ビームおよ
び／または検出光ビームの個別の部分に意図的に位相遅
れを生じさせることができる素子を備えているとよい。
この素子は、ＬＣＤ走査素子でもよい。さらに、素子
は、偏向面と共役で、かつビーム経路に存在するフーリ
エ面に配置されるとよい。
【００５５】好ましい実施形態においては、素子は、光
ビームの均一横領域分布のために、能動的に制御可能お
よび／または調整可能であってもよい。そのため、現在
の横領域分布を検出するための装置を用いてもよく、装
置と相互に作用し、かつ適切な制御信号を発生すること
ができる処理論理回路が用いられよう。
ビームの均一横領域分布のために、能動的に制御可能お
よび／または調整可能であってもよい。そのため、現在
の横領域分布を検出するための装置を用いてもよく、装
置と相互に作用し、かつ適切な制御信号を発生すること
ができる処理論理回路が用いられよう。
【００５６】繰返しを避けるため、走査型顕微鏡法にお
けるこの結像方法の特徴の利点の詳細な説明に関して、
請求項目に述べる走査型顕微鏡の説明の範囲における特
徴の対応する説明を参照されたい。
けるこの結像方法の特徴の利点の詳細な説明に関して、
請求項目に述べる走査型顕微鏡の説明の範囲における特
徴の対応する説明を参照されたい。
【図１】 概略図において、従来の走査型顕微鏡を示
す。
す。
【図２】 概略図的に、本発明による走査型顕微鏡の第
１の具体的実施形態を示す。
１の具体的実施形態を示す。
【図３】 概略図的に、本発明による走査型顕微鏡の第
２の具体的実施形態を示す。
２の具体的実施形態を示す。
１ 光源、 ２ レンズ、 ３ 照射用アパーチャ、
４ ビームスプリッタ、５ レンズ、 ６ 走査ミラ
ー、 ７ レンズ、 ８ レンズ、 ９ ひとみ、 １
０ 対物レンズ、 １１ 試料、 １２ 検出用口径、
１３ 検出器、１４ 照射光ビーム、 １５ 中間像
平面、 １６ マイクロミラー、 １７レンズ、 １８
レンズ、 １９ ハルトマン・シャック検出器、 ２
０ ＰＣ、 ２１ ミラー、 ２２ 適応レンズ
４ ビームスプリッタ、５ レンズ、 ６ 走査ミラ
ー、 ７ レンズ、 ８ レンズ、 ９ ひとみ、 １
０ 対物レンズ、 １１ 試料、 １２ 検出用口径、
１３ 検出器、１４ 照射光ビーム、 １５ 中間像
平面、 １６ マイクロミラー、 １７レンズ、 １８
レンズ、 １９ ハルトマン・シャック検出器、 ２
０ ＰＣ、 ２１ ミラー、 ２２ 適応レンズ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 DA20 DD11 DE04 DE07 2H043 BB05 BB07 BC01 2H045 AB10 AB13 AB38 AB53 AB73 BA13 CA92 DA31 2H052 AA07 AA09 AC04 AC15 AC34 AD31 AF02 AF06
Claims (14)
- 【請求項１】 試料（１１）用の照射光ビーム（１４）
を発生するための好ましくはレーザである光源（１）
と、前記試料に沿って前記照射光ビーム（１４）を偏向
するための走査装置とを備えた走査型顕微鏡、特に共焦
点走査型顕微鏡であって、前記走査装置が少なくとも２
つの方向に移動することができる少なくとも１つのマイ
クロミラー（１６）を有することを特徴とする走査型顕
微鏡。 - 【請求項２】 少なくとも１つのマイクロミラー（１
６）の設定または位置の同時検出のための手段が設けら
れ、前記手段が容量性検出および／または電気誘導検出
用に設計され、前記手段が参照光ビームを発生するため
の装置を有することを特徴とする請求項１に記載の走査
型顕微鏡。 - 【請求項３】 センサが前記参照光ビームのために設け
られることを特徴とする請求項２に記載の走査型顕微
鏡。 - 【請求項４】 光ビームを発生するための好ましくはレ
ーザである光源（１）と、前記光ビームを偏向するため
の少なくとも１つのマイクロミラー（１６）とを有する
光学装置であって、適応レンズ（２２）がミラーの欠陥
またはミラー面の変形を補正するために設けられること
を特徴とする光学装置。 - 【請求項５】 前記適応レンズ（２２）が、位相面の欠
陥を補正するための能動光学素子を有することを特徴と
する請求項４に記載の光学装置。 - 【請求項６】 前記適応レンズ（２２）が、好ましくは
静電アクチュエータによって変形することができるミラ
ーを有し、前記適応レンズ（２２）が、照射光ビームお
よび／または検出光ビームの個別の部分に意図的に位相
遅れを生じることができる素子を有することを特徴とす
る請求項５に記載の光学装置。 - 【請求項７】 光学素子が、偏向面と共役で、かつビー
ム経路に存在するフーリエ面に配置されることを特徴と
する請求項５に記載の光学装置。 - 【請求項８】 前記素子が、前記光ビームの均一な横領
域分布のために、能動的に制御および／または調整する
ことができることを特徴とする請求項５に記載の光学装
置。 - 【請求項９】 走査型顕微鏡法、特に共焦点走査型顕微
鏡法において結像するための方法であって、試料（１
１）用の照射光ビーム（１４）を発生するための好まし
くはレーザである光源（１）と、前記照射光ビーム（１
４）を偏向するための走査装置と、を備えた特に請求項
１乃至３のいずれか１項に記載の走査型顕微鏡において
使用する方法であり、少なくとも１つのマイクロミラー
（１６）が前記走査装置の範囲内で用いられ、検出およ
び位置信号の異なる電子伝搬時間および／または処理時
間の補正または補償を行うために、電子機器またはＰＣ
が用いられることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 特に走査経路の折返しサブセクション
を通過中、前記照射光ビーム（１４）を遮断するための
手段が用いられることを特徴とする請求項９に記載の方
法。 - 【請求項１１】 走査体積について単位時間当たりに処
理されるエネルギー量が一定であるように、走査率に瞬
時の照射光パワーを適合させる装置が用いられ、前記装
置が前記照射ビーム経路に配置される少なくとも１つの
制御可能な減衰器および／または調整可能な減衰器を有
することを特徴とする請求項９に記載の方法。 - 【請求項１２】 少なくとも１つの減衰器が音響光学フ
ィルタを有することを特徴とする請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１３】 走査点が多重に走査され、個々の検出
信号が蓄積されることを特徴とする請求項９乃至１２の
いずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１４】 適応レンズ（２２）がミラーの欠陥ま
たはミラー表面の変形を補正するための用いられ、前記
適応レンズ（２２）が特に位相面の欠陥を補正するため
の能動光学素子を有することを特徴とする請求項９乃至
１３のいずれか１項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10038622.9 | 2000-08-03 | ||
| DEDE10038622.9 | 2000-08-03 | ||
| DE10038622A DE10038622A1 (de) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | Scan-Mikroskop,optische Anordnung und Verfahren zur Bildaufnahme in der Scan-Mikroskopie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131649A true JP2002131649A (ja) | 2002-05-09 |
| JP5092151B2 JP5092151B2 (ja) | 2012-12-05 |
Family
ID=7651690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001236488A Expired - Lifetime JP5092151B2 (ja) | 2000-08-03 | 2001-08-03 | 走査型顕微鏡、走査型顕微鏡法における結像のための光学装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6664537B2 (ja) |
| JP (1) | JP5092151B2 (ja) |
| DE (1) | DE10038622A1 (ja) |
| GB (1) | GB2367702B (ja) |
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| JP2007025504A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Topcon Corp | 可変形状ミラーの変形方法、光学装置の収差補償方法及び眼底観察装置の収差補償方法 |
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| WO2022224502A1 (ja) * | 2021-04-21 | 2022-10-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 走査型顕微鏡ユニット、走査型顕微鏡、及び走査型顕微鏡ユニットの校正方法 |
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| US7057806B2 (en) * | 2003-05-09 | 2006-06-06 | 3M Innovative Properties Company | Scanning laser microscope with wavefront sensor |
| EP1486811A1 (de) * | 2003-06-13 | 2004-12-15 | Leica Microsystems Wetzlar GmbH | Mikroskop mit mindestens einem Strahlteiler und einem streulichtreduzierenden Mittel |
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