JP2012189891A - 光学顕微鏡、及び分光測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様にかかる分光測定装置は、レーザ光源10と、光ビームを集光して、試料22に入射させる対物レンズ21と、試料22上における光ビームのスポット位置を走査するY走査装置13と、試料22に入射された光ビームのうち、異なる波長となって試料22から対物レンズ21側に出射する出射光と光源10から前記試料に入射する光ビームとを分離するビームスプリッタ17と、ビームスプリッタ17により分離された出射光を波長に応じて空間的に分散させる分光器31と、分光器31で分散された出射光を検出する検出器32と、分光器31の入射側に配置され、出射光を分光器31側に通過させる複数のピンホール42が配列されたピンホールアレイ30を備えるものである。
【選択図】図1
Description
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
本発明の実施の形態にかかる光学顕微鏡について図1を用いて説明する。図1は本実施の形態にかかる光学顕微鏡の光学系の構成を模式的に示す図である。光学顕微鏡100は、試料22を観察するための構成として、レーザ光源10と、ビームエキスパンダ11と、Y走査装置13と、レンズ14と、絞り15と、レンズ16と、ビームスプリッタ17と、X走査ミラー18と、レンズ19と、レンズ20と、対物レンズ21と、ステージ23と、レンズ24と、分光器31と、検出器32と、ステージ駆動装置35と、処理装置36とを備えている。また、分光器31は入射側にピンホールアレイ30を備えている。
ここで、試料22における光スポットの動作を図4に示す。図4(a)は、1回の測定で測定される測定領域を示す図である。図4(b)は次の1回の測定で測定される測定領域を示す図である。図4(c)は複数回の測定で測定される測定領域をまとめて示す図である。なお、測定領域とは、ピンホールアレイ30上のピンホール42に投影される試料22上の領域である。従って、測定領域からの出射光が、ピンホール42を通過して、分光測定される。
また、幅の異なる透過パターン48をY方向に並べ、第1プレート45をY方向に移動させることで、幅を変えてもよい。この構成とすると、幅を変えるための第1プレートの移動量は大きくなるが、切り替えによって開口位置がX方向にずれてしまい、測定波長の誤差となってしまうことを防ぐことができる。
これにより、分光器31の光学系に非点収差があり、ピンホール42を通過した出射光が拡がる場合でも、高い分解能での測定が可能となる。すなわち、分光器31の光学系の非点収差の影響を低減することができ、分解能を向上することができる。複数のスポットからの出射光を一度に測定できるため、測定時間を短縮することができる。また、ピンホールアレイ30のピンホールの大きさを調整可能としてもよい。こうすることで、測定に十分な光量を得ることができる。また、ピンホール42の大きさは、必要な分解能と、測定に必要な光量に応じて決定すればよい。また、X走査ミラー18よりもレーザ光源10側に配置されたY走査装置13の他に、別のY走査手段を設ける。こうすることで、ライン領域52全体を測定することができる。
さらに、特許文献1に記載されているように、シリンドリカルレンズ等によって、Y方向に光を広げた後、Y走査装置13によって走査してもよい。あるいは、特開2006−258990号公報に記載されているように、シリンドリカルレンズによって、Y方向に光を拡げて、試料23のライン状の領域を照明しても良い。例えば、1枚のシリンドリカルレンズで、ライン状のフォーカスを絞り15の面に形成する。そして、ライン状の光を試料22に投影する。このように、ライン状の光に変換する手段を設けることで、Y走査装置13を省略することが可能となる。非特許文献2のようにマイクロレンズアレイを使用するマルチフォーカス照明の構成に比べると、Y走査装置13あるいはシリンドリカルレンズによるライン照明の構成は、より調整が簡単である。
本実施の形態にかかる光学顕微鏡、及び分光測定方法について、図9を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態1で示したステージ23によるY走査の代わりに、ガルバノミラー等のY走査ミラーを用いている。本実施の形態では、Y走査ミラーを、X走査ミラーに近接させて配置している。
実施の形態1、2では、Y走査装置13又は高速スキャナ113の走査によって、スポットを走査している。このとき、ライン領域の等間隔の点が測定される。すなわち、ステージ23や、低速スキャナ116を走査しない限り、測定領域の間の領域は、照明されているが、測定されない。そのため、照明光の大部分が有効に利用されないことがある。また、同じ品質のデータを得るために、試料に照射される光の光量が増加する。このため、光に照射によっては、試料が受けるダメージが増えてしまう。
11 ビームエキスパンダ
13 Y走査装置
14 レンズ
15 絞り
16 レンズ
17 ビームスプリッタ
18 X走査ミラー
19 レンズ
20 レンズ
21 対物レンズ
22 試料
23 ステージ
24 レンズ
25 絞り
26 レンズ
27 フィルタ
28 フィルタ
29 フィルタ駆動装置
30 ピンホールアレイ
31 分光器
32 検出器
32a 受光面
35 ステージ駆動装置、
36 処理装置
40 遮光プレート
41 アレイ部
42 ピンホール
45 第1プレート
46 第2プレート
47 第3プレート
48 透過パターン
50 スポット
51 スポット
51a〜51e スポット
52 ライン領域
60 マイクロレンズアレイ
61 レンズ
70 ライン状の平行光
71a〜71e スポット
81 スポット
82 スポット
100 光学顕微鏡
110 レーザ光源
111 ビームエキスパンダ、
112 レーザラインフィルタ
113 高速スキャナ
114 リレーレンズ
115 リレーレンズ
116 低速スキャナ
117 リレーレンズ
118 リレーレンズ
119 エッジフィルタ
120 X走査装置
121 リレーレンズ
122 チューブレンズ
123 対物レンズ
126 結像レンズ
127 ミラー
131 分光器
140 Y走査装置
160 ステージ
Claims (18)
- 光源と、
前記光源からの光ビームを集光して、試料に入射させる対物レンズと、
前記試料に対する光ビームの位置を相対移動させて、前記試料上における前記光ビームのスポット位置を走査する走査手段と、
前記試料に入射された光ビームのうち、異なる波長となって前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する光ビームとを分離する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分離された出射光を波長に応じて空間的に分散させる分光器と、
アレイ状に配列された受光画素を有し、前記分光器で分散された出射光を検出する2次元アレイ光検出器と、
前記分光器の入射側に配置され、集光された出射光を前記分光器側に通過させる複数の光通過部が前記分光器の分散方向と直交する方向に沿って配列された光制限手段と、
を備える光学顕微鏡。 - 前記2次元アレイ光検出器の受光面において、前記複数の光通過部を通過した出射光が重ならないように、複数の前記光通過部が形成されている請求項1に記載の光学顕微鏡。
- 前記分散方向と平行な方向において、前記光通過部の大きさが、可変であることを特徴とする請求項1、又は2に記載の光学顕微鏡。
- 複数の前記光通過部が、ピンホールが1列に並んだピンホールアレイによって形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学顕微鏡。
- 複数の前記光通過部による測定領域を同時に照明するよう、前記試料に入射する光ビームのスポットを複数形成するマルチビーム形成手段をさらに備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学顕微鏡。
- 前記マルチビーム形成手段が、複数の前記光ビームのスポットを1列に配列することを特徴とする請求項3に記載の光学顕微鏡。
- 前記走査手段が、
前記光源から前記光分岐手段までの光路中に配置され、前記光制限手段における出射光の位置が前記光通過部の配列方向に変化するよう、前記光源からの光ビームを第1の方向に偏向させる第1の走査装置と、
前記光分岐手段から前記試料までの光路中に配置され、前記試料上における前記光ビームのスポット位置を、前記第1の方向と異なる第2の方向に走査する第2の走査装置と、
を備える請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学顕微鏡。 - 前記走査手段が、
前記試料に対する光ビームの位置を相対移動させて、前記試料上における前記光ビームのスポット位置を走査する第3の走査装置をさらに備え、
前記第3の走査装置の走査によって、前記光通過部の測定領域と前記光ビームのスポットとが前記試料上で前記第1の方向に移動することを特徴とする請求項7に記載の光学顕微鏡。 - 前記光源からの光ビームをライン状の光に変換する光変換手段をさらに備え、
前記光通過部の配列方向に対応する方向に沿ったライン状の光が前記試料に入射している請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学顕微鏡。 - 光源からの光ビームを集光して、試料に入射させ、
前記試料に対する光ビームの位置を相対移動させて、前記試料上における前記光ビームのスポット位置を走査し、
前記試料に入射された光ビームのうち、異なる波長となって前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する光ビームとを分離し、
前記光ビームから分離された前記出射光を集光し、
前記集光された出射光を通過させる複数の光通過部が配列された光制限手段に入射させ、
前記光通過部を通過した出射光を、波長に応じて前記光通過部の配列方向と直交する方向に分散させ、
アレイ状に配列された受光画素を有する2次元アレイ光検出器で、分散された出射光を検出する分光測定方法。 - 前記2次元アレイ光検出器の受光面において、前記複数の光通過部を通過した出射光が重ならないように、複数の前記光通過部が形成されている請求項10に記載の分光測定方法。
- 前記分散方向と平行な方向において、前記光通過部の大きさが、可変であることを特徴とする請求項10、又は11に記載の分光測定方法。
- 複数の前記光通過部が、ピンホールが1列に並んだピンホールアレイによって形成されていることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の分光測定方法。
- 前記試料に入射する光ビームのスポットを複数形成して、複数の前記光通過部による測定領域を同時に照明する請求項10乃至13のいずれか1項に記載の分光測定方法。
- 前記試料上における複数の前記光ビームのスポットが1列に配列されていることを特徴とする請求項14に記載の分光測定方法。
- 前記試料上のライン状の領域を測定するように、前記試料上の光ビームのスポット位置を第1の方向に走査して、
前記ライン状の領域に対する測定を行った後、前記試料上における前記光ビームのスポット位置を第2の方向に走査する請求項10乃至15のいずれか1項に記載の分光測定方法。 - 前記試料上の光ビームのスポット位置を第1の方向に走査する際において、
前記光源からの光ビームをデスキャンさせずに、第1の方向に偏向させた後、前記試料における前記光通過部の測定領域を前記第1の方向に移動させる請求項16に記載の分光測定方法。 - 前記光源からの光ビームをライン状の光に変換し、
前記光通過部の配列方向に対応する方向に沿ったライン状の光が前記試料に入射している請求項10乃至13のいずれか1項に記載の分光測定方法。
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