JP2536718B2 - Laser scanning microscope - Google Patents
Laser scanning microscopeInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ走査顕微鏡に関
し、特に散乱物質中の物体を観察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, and more particularly to a laser scanning microscope for observing an object in a scattering material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ走査顕微鏡は共焦点観察系を採用
しているため、高解像力であり、光学系の構成も軸上収
差の補正のみでよいため比較的単純になるという特徴を
有している。2. Description of the Related Art A laser scanning microscope employs a confocal observation system, so that it has a high resolving power and the optical system is relatively simple because it only requires correction of axial aberration. There is.
【０００３】従来のレーザ走査顕微鏡は、例えば特開昭
６１−２４８０２３号広報に記載されているように、レ
ーザ光源からのレーザビームを対物レンズにより物体上
に集光し、その散乱光を光電変換装置で受けて物体の一
点の状態を表す信号を得るようにした光電顕微鏡の一種
であり、レーザビームと物体の相対位置を変えてレーザ
ビームで物体上を走査することにより物体の各点からの
信号を次々と得、この信号を用いて各種の検査・測定を
行ったり、物体像をＴＶモニタで観察するようしたもの
である。In a conventional laser scanning microscope, for example, as described in JP-A-61-248023, a laser beam from a laser light source is focused on an object by an objective lens and the scattered light is photoelectrically converted. It is a type of photoelectric microscope that receives a signal indicating the state of one point of the object received by the device, and scans the object with the laser beam by changing the relative position of the laser beam and the object, and from each point of the object Signals are obtained one after another, and various inspections and measurements are performed using this signal, and an object image is observed on a TV monitor.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
走査顕微鏡では物体で反射または透過・散乱されたレー
ザビームの強度を測定していたため、物体が散乱物質中
にある場合に物体近傍のビーム光路での散乱光も光電変
換装置で検出されてしまい、解像度の高い画像が得られ
ないという欠点があった。However, in the conventional laser scanning microscope, the intensity of the laser beam reflected or transmitted / scattered by the object is measured. Therefore, when the object is in the scattering material, the beam optical path in the vicinity of the object is measured. The scattered light is also detected by the photoelectric conversion device, and there is a drawback that an image with high resolution cannot be obtained.
【０００５】例えば、電子回路に用いられるプリント基
板は、ガラスエポキシのような散乱物質でできた基板の
中を銅などの導体でできた配線パターンが何層にも形成
されている構造となっているが、このようなプリント基
板の内層配線パターンを観察すると、配線パターン近傍
の基板材料からの散乱光が光電変換装置に検出されてし
まい、実用に耐えうる解像度で配線パターンを観察する
ことはできなかった。For example, a printed circuit board used for an electronic circuit has a structure in which a wiring pattern made of a conductor such as copper is formed in multiple layers in a substrate made of a scattering material such as glass epoxy. However, when observing the inner layer wiring pattern of such a printed circuit board, the scattered light from the substrate material in the vicinity of the wiring pattern is detected by the photoelectric conversion device, and it is not possible to observe the wiring pattern at a resolution that can withstand practical use. There wasn't.
【０００６】この散乱光の影響は通常の光学顕微鏡の場
合の方がさらに大きく、したがって、従来の技術ではプ
リント基板の内層配線パターンを光学式に非破壊で観察
する方法はなく、従来は散乱が少なく透過率の高いＸ線
がプリント基板の内層配線の観察に用いられていた。し
かし、Ｘ線による内層の観察も、解像度を上げるために
はＸ線源径を小さくしなければならず、Ｘ線源径を小さ
くするとＸ線強度が低下し、Ｘ線源のターゲットの寿命
も短くなるという課題があった。また、Ｘ線を使用する
と装置が大型・複雑になり高価になるという課題があっ
た。The influence of this scattered light is greater in the case of an ordinary optical microscope. Therefore, in the conventional technique, there is no method of nondestructively observing the inner layer wiring pattern of the printed circuit board in an optical manner, and the scattered light is conventionally generated. X-rays, which are few and have high transmittance, have been used for observing the inner layer wiring of the printed circuit board. However, in observing the inner layer with X-rays, the X-ray source diameter must be reduced in order to increase the resolution. If the X-ray source diameter is reduced, the X-ray intensity decreases and the target life of the X-ray source also increases. There was a problem of shortening. Further, there is a problem that the apparatus becomes large and complicated and the cost becomes high when X-rays are used.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ走査顕微
鏡は、第１の周波数のレーザビームを集光して被観察物
に照射する対物レンズと、前記被観察物を透過したレー
ザビームをコリメートするコリメートレンズと、前記コ
リメートレンズでコリメートされたレーザビームを前記
第１の周波数から△ｆだけシフトした第２の周波数のレ
ーザビームに重ねて構成する光路合成器と、前記光路合
成器によって合成されたレーザビームを検出する光検出
器と、前記第２の周波数の前記第１の周波数からのシフ
ト量△ｆの周波数の参照信号で前期光検出器の出力を同
期検波するロックインアンプとを備えている。A laser scanning microscope according to the present invention collimates an objective lens that collects a laser beam having a first frequency and irradiates an object to be observed, and a laser beam that has passed through the object to be observed. A collimating lens, an optical path synthesizer configured by superimposing a laser beam collimated by the collimator lens on a laser beam having a second frequency shifted by Δf from the first frequency, and the optical path synthesizer. A photodetector for detecting a laser beam, and a lock-in amplifier for synchronously detecting the output of the photodetector with a reference signal having a frequency of the shift amount Δf from the first frequency of the second frequency. ing.
【０００８】本発明のレーザ走査顕微鏡は、第１の周波
数のレーザビームを２光路に分ける第１の光路分配器
と、前記第１の光路分配器で分けた一方のレーザビーム
を集光して被観察物に照射する対物レンズと、前記被観
察物を透過したレーザビームをコリメートするコリメー
トレンズと、前記第１の周波数から△ｆだけシフトした
第２の周波数のレーザビームを２光路に分ける第２の光
路分配器と、前記第２の光路分配器で分けた一方のレー
ザビームを前記コリメートレンズでコリメートされたレ
ーザビームに重ねて合成する第１の光路合成器と、前記
第１の光路合成器によって合成されたレーザビームを検
出する第１の光検出器と、前記第１の光路分配器で分け
た他方のレーザビームを前記第２の光路分配器で分けた
他方のレーザビームに重ねて合成する第２の光路合成器
と、前記第２の光路合成器で合成されたレーザビームを
検出する第２の光検出器と、前記第２の光検出器の出力
を参照信号として前記第１の光検出器の出力を同期検波
するロックインアンプとを備えている。In the laser scanning microscope of the present invention, a first optical path distributor that divides a laser beam having a first frequency into two optical paths and one laser beam that is divided by the first optical path distributor are condensed. An objective lens for irradiating an object to be observed, a collimator lens for collimating a laser beam transmitted through the object to be observed, and a laser beam having a second frequency shifted by Δf from the first frequency into two optical paths A second optical path distributor, a first optical path combiner for combining one of the laser beams divided by the second optical path distributor with the laser beam collimated by the collimator lens, and the first optical path combiner. First photodetector for detecting the laser beam combined by the beam splitter, and the other laser beam divided by the first optical path distributor and the other laser beam divided by the second optical path distributor A second optical path combiner for overlapping and combining, a second photodetector for detecting the laser beam combined by the second optical path combiner, and an output of the second photodetector as a reference signal And a lock-in amplifier that synchronously detects the output of the first photodetector.
【０００９】[0009]
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を用いて
詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００１０】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【００１１】図１に示したレーザ走査顕微鏡は、レーザ
光源１と、レーザ光源１から出射されたレーザビームの
光路を２分割するハーフミラー２と、ハーフミラー２で
分割されたレーザビームの片方の光路中に挿入されレー
ザビームの周波数を△ｆでけシフトする周波数シフタ３
と、ハーフミラー２で分割され周波数シフタ３を通らな
いレーザビームのビーム径を広げるビームエキスパンダ
４と、ハーフミラー２で分割され周波数シフタ３を通る
レーザビームのビーム径を広げるビームエキスパンダ５
と、ビームエキスパンダ４によってビーム径を拡大され
たレーザビームを２分割するハーフミラー６と、ハーフ
ミラー６で分割されたレーザビームの片方のレーザヒー
ムを集光し被観察物７に照射する対物レンズ８と、被観
察物７を透過したレーザビームをコリメートするコリメ
ートレンズ９と、ビームエキスパンダ５によってビーム
径を拡大されたレーザビームを２分割するハーフミラー
１０と、ハーフミラー１０で分割されたレーザビームの
片方のレーザビームとコリメートレンズ９でコリメート
されたレーザビームを合成し互いに干渉させるハーフミ
ラー１１と、ハーフミラー１１によって合成されたレー
ザビームを集光する集光レンズ１２と、集光レンズ１２
の焦点に置かれたピンホール１３と、ピンホール１３を
通過するレーザビームを検出する光検出器１４と、ハー
フミラー６で分割されたレーザビームの内で対物レンズ
８を通過しない方のレーザビームとハーフミラー１０で
分割されたレーザビームの内でハーフミラー１１に導入
されない方のレーザビームを合成し互いに干渉させるハ
ーフミラー１５と、ハーフミラー１５で合成されたレー
ザビームを集光する集光レンズ１６と、集光レンズ１６
で集光されたレーザビームを検出する光検出器１７と、
光検出器１７の出力を参照信号として光検出器１４の出
力を同期検波するロックインアンプ１８と、被観察物７
上をレーザビームが走査するように被観察物７をＸＹ方
向に移動させるステージ２１とで構成される。The laser scanning microscope shown in FIG. 1 includes a laser light source 1, a half mirror 2 that divides an optical path of a laser beam emitted from the laser light source 2 into two, and one of the laser beams divided by the half mirror 2. A frequency shifter 3 inserted in the optical path to shift the frequency of the laser beam by Δf.
A beam expander 4 for expanding the beam diameter of the laser beam divided by the half mirror 2 and not passing through the frequency shifter 3, and a beam expander 5 for expanding the beam diameter of the laser beam divided by the half mirror 2 and passing through the frequency shifter 3.
And a half mirror 6 that divides the laser beam whose beam diameter has been expanded by the beam expander 4 into two, and an objective lens that focuses one of the laser beams of the laser beam that is split by the half mirror 6 and irradiates the observed object 7. 8, a collimating lens 9 that collimates the laser beam that has passed through the object to be observed 7, a half mirror 10 that divides the laser beam whose beam diameter has been expanded by the beam expander 5 into two, and a laser that is split by the half mirror 10. A half mirror 11 that synthesizes one of the laser beams and the laser beam collimated by the collimator lens 9 to interfere with each other, a condenser lens 12 that condenses the laser beam synthesized by the half mirror 11, and a condenser lens 12
Pinhole 13 placed at the focal point of, the photodetector 14 for detecting the laser beam passing through the pinhole 13, and the laser beam divided by the half mirror 6 that does not pass through the objective lens 8. And a half mirror 15 that combines the laser beams that are not introduced into the half mirror 11 among the laser beams divided by the half mirror 10 and interferes with each other, and a condenser lens that collects the laser beams combined by the half mirror 15. 16 and a condenser lens 16
A photodetector 17 for detecting the laser beam condensed by
A lock-in amplifier 18 for synchronously detecting the output of the photodetector 14 using the output of the photodetector 17 as a reference signal, and the object to be observed 7
The stage 21 is configured to move the object 7 to be observed in the XY directions so that the laser beam scans the top.
【００１２】レーザ光源１から出射されたレーザビーム
はハーフミラー２で２分割され、片方のビームは周波数
シフタ３によって△ｆだけ周波数がシフトされるので、
ハーフミラー１１およびハーフミラー１５で２つのレー
ザビームを合成すると互いに△ｆだけ周波数の異なるレ
ーザビームが干渉することになる。そのため、光検出器
１４および光検出器１７で周波数△ｆのビート信号が観
察され、これらの信号をロックインアンプ１８に入力す
ることにより光ヘテロダイン干渉計が構成される。The laser beam emitted from the laser light source 1 is divided into two by the half mirror 2, and the frequency of one beam is shifted by Δf by the frequency shifter 3.
When the two laser beams are combined by the half mirror 11 and the half mirror 15, the laser beams having different frequencies by Δf interfere with each other. Therefore, the beat signals having the frequency Δf are observed at the photodetector 14 and the photodetector 17, and the optical heterodyne interferometer is configured by inputting these signals to the lock-in amplifier 18.
【００１３】被観察物７か無く対物レンズ８で集光され
たレーザビームが直接コリメートレンズ９に入るときに
ロックインアンプ１８の出力が最大となるようにロック
インアンプ１８の位相を調整しておくことにより、対物
レンズ８で集光されたレーザビームが途中散乱物質を通
過したとしても、散乱光が△ｆだけ周波数が異なるハー
フミラー１０によって分割されたレーザビームと干渉し
てできるビート信号の位相は直接光が干渉してできるビ
ート信号の位相とは変わっているため、ロックインアン
プ１８の出力には乗ってこない。すなわち、ロックイン
アンプ１８の出力を検出することにより、被観察物７の
散乱物質により散乱された散乱光は観察されずに、散乱
物質中を直進する直接光だけを観察することができる。
したがって、被観察物７がプリント基板のように散乱物
質中の配線パターンであったとしても、散乱光の影響を
受けることなく、内部の配線パターンを高解像度で観察
することができる。The phase of the lock-in amplifier 18 is adjusted so that the output of the lock-in amplifier 18 becomes maximum when the laser beam focused by the objective lens 8 directly enters the collimating lens 9 without the object 7 to be observed. With this setting, even if the laser beam focused by the objective lens 8 passes through the scattering substance in the middle, the scattered light interferes with the laser beam split by the half mirror 10 whose frequency is different by Δf. Since the phase is different from the phase of the beat signal created by direct light interference, it does not come to the output of the lock-in amplifier 18. That is, by detecting the output of the lock-in amplifier 18, the scattered light scattered by the scattering substance of the object to be observed 7 is not observed, but only the direct light traveling straight through the scattering substance can be observed.
Therefore, even if the object to be observed 7 is a wiring pattern in a scattering material such as a printed circuit board, the internal wiring pattern can be observed with high resolution without being affected by scattered light.
【００１４】本実施例では被観察物７を透過しない方の
レーザビームを周波数シフタ３に通しているが、逆に被
観察物７を透過する方のレーザビームを周波数シフタ３
に通してもよいし、両方のレーザビームを周波数シフタ
３に通してもよい。In this embodiment, the laser beam that does not pass through the object 7 to be observed is passed through the frequency shifter 3, but conversely, the laser beam that passes through the object 7 under observation is passed through the frequency shifter 3.
Or both laser beams may be passed through the frequency shifter 3.
【００１５】また、本実施例では被観察物７を透過させ
ないレーザビームを干渉させ参照信号としているが、周
波数シフタ３の駆動信号を参照信号とすることも可能で
ある。Further, in the present embodiment, the laser beam which does not pass through the object 7 to be observed is made to interfere with the reference signal, but the drive signal of the frequency shifter 3 can also be used as the reference signal.
【００１６】さらに、レーザ光源１に横ゼーマンレーザ
のように互いに周波数の異なる２つの直線偏光を発振す
るレーザを用いれば、外部に周波数シフタ３を設ける必
要はない。Further, if a laser such as a transverse Zeeman laser that oscillates two linearly polarized lights having different frequencies is used as the laser light source 1, it is not necessary to provide the frequency shifter 3 outside.
【００１７】[0017]
【発明の効果】本発明のレーザ走査顕微鏡は光ヘテロダ
イン干渉を利用することにより散乱物質中を直進透過す
る直接光のみを検出できるので、散乱物質中の微細パタ
ーンを散乱光の影響を受けることなく高解像度で観察す
ることができるという効果がある。INDUSTRIAL APPLICABILITY The laser scanning microscope of the present invention can detect only direct light that travels straight through a scattering material by utilizing optical heterodyne interference, so that a fine pattern in the scattering material is not affected by the scattering light. There is an effect that it can be observed with high resolution.
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
１ レーザ光源 ２，６，１０，１１，１５ ハーフミラー ３ 周波数シフタ ４，５ ビームエキスパンダ ８ 対物レンズ ９ コリメートレンズ １２，１６ 集光レンズ １３ ピンホール １４，１７ 光検出器 １８ ロックインアンプ 1 Laser Light Source 2, 6, 10, 11, 15 Half Mirror 3 Frequency Shifter 4,5 Beam Expander 8 Objective Lens 9 Collimating Lens 12, 16 Condensing Lens 13 Pinhole 14, 17 Photodetector 18 Lock-in Amplifier
Claims (6)
被観察物に照射する対物レンズと、前記被観察物を透過
したレーザビームをコリメートするコリメートレンズ
と、前記コリメートレンズでコリメートされたレーザビ
ームを前記第１の周波数から△ｆだけシフトした第２の
周波数のレーザビームに重ねて構成する光路合成器と、
前記光路合成器によって合成されたレーザビームを検出
する光検出器と、前記第２の周波数の前記第１の周波数
からのシフト量△ｆの周波数の参照信号で前期光検出器
の出力を同期検波するロックインアンプとを含むことを
特徴とするレーザ走査顕微鏡。1. An objective lens for collecting a laser beam having a first frequency and irradiating the object to be observed, a collimator lens for collimating a laser beam transmitted through the object to be observed, and a collimator lens for collimating the laser beam. An optical path synthesizer configured by superposing a laser beam on a laser beam having a second frequency shifted by Δf from the first frequency,
The photodetector for detecting the laser beam combined by the optical path combiner and the reference signal of the frequency of the shift amount Δf from the first frequency of the second frequency are used for synchronous detection of the output of the photodetector. And a lock-in amplifier for the laser scanning microscope.
ビームを偏光ビームスプリッタで分けて第１及び第２の
周波数のレーザビームを得る請求項１記載のレーザ走査
顕微鏡。2. The laser scanning microscope according to claim 1, wherein the laser beam emitted from the lateral Zeeman laser is divided by a polarization beam splitter to obtain laser beams having first and second frequencies.
を光路分配器で分けた一方のレーザビームを第１（また
は第２）の周波数のレーザビームとし、前記光路分配器
で分けた他方のレーザビームを周波数シフタによってシ
フトして第２（または第１）の周波数のレーザビームと
する請求項１記載のレーザ走査顕微鏡。3. A laser beam further emitted from a laser light source is divided by an optical path distributor, one laser beam is set as a laser beam having a first (or second) frequency, and the other laser beam is divided by the optical path distributor. 2. The laser scanning microscope according to claim 1, wherein the laser beam having a second (or first) frequency is shifted by a frequency shifter.
ンプで光検出器の出力を周期検波する参照信号とする請
求項３記載のレーザ走査顕微鏡。4. The laser scanning microscope according to claim 3, wherein the drive signal of the frequency shifter is used as a reference signal for periodically detecting the output of the photodetector with a lock-in amplifier.
分ける第１の光路分配器と、前記第１の光路分配器で分
けた一方のレーザビームを集光して被観察物に照射する
対物レンズと、前記被観察物を透過したレーザビームを
コリメートするコリメートレンズと、前記第１の周波数
から△ｆだけシフトした第２の周波数のレーザビームを
２光路に分ける第２の光路分配器と、前記第２の光路分
配器で分けた一方のレーザビームを前記コリメートレン
ズでコリメートされたレーザビームに重ねて合成する第
１の光路合成器と、前記第１の光路合成器によって合成
されたレーザビームを検出する第１の光検出器と、前記
第１の光路分配器で分けた他方のレーザビームを前記第
２の光路分配器で分けた他方のレーザビームに重ねて合
成する第２の光路合成器と、前記第２の光路合成器で合
成されたレーザビームを検出する第２の光検出器と、前
記第２の光検出器の出力を参照信号として前記第１の光
検出器の出力を同期検波するロックインアンプとを含む
ことを特徴とするレーザ走査顕微鏡。5. A first optical path distributor that divides a laser beam having a first frequency into two optical paths, and one laser beam that is divided by the first optical path distributor is condensed and applied to an object to be observed. An objective lens, a collimator lens for collimating the laser beam transmitted through the object to be observed, and a second optical path distributor for dividing the laser beam of the second frequency shifted by Δf from the first frequency into two optical paths. A first optical path combiner for combining one of the laser beams divided by the second optical path distributor with the laser beam collimated by the collimator lens, and a laser combined by the first optical path combiner A first photodetector for detecting a beam and a second optical path for superimposing the other laser beam divided by the first optical path distributor on the other laser beam divided by the second optical path distributor Combined And a second photodetector for detecting the laser beam combined by the second optical path combiner, and an output of the first photodetector using the output of the second photodetector as a reference signal. A laser scanning microscope comprising: a lock-in amplifier for synchronously detecting the signal.
ーザビームを集光レンズで集光し、前記集光レンズの焦
点に置かれたピンホールを通して第１の光検出器にレー
ザビームを送出する請求項５記載のレーザ走査顕微鏡。6. The laser beam synthesized by the first optical path synthesizer is condensed by a condenser lens, and the laser beam is sent to the first photodetector through a pinhole placed at the focal point of the condenser lens. The laser scanning microscope according to claim 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5110841A JP2536718B2 (en) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | Laser scanning microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5110841A JP2536718B2 (en) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | Laser scanning microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324268A JPH06324268A (en) | 1994-11-25 |
| JP2536718B2 true JP2536718B2 (en) | 1996-09-18 |
Family
ID=14546028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5110841A Expired - Lifetime JP2536718B2 (en) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | Laser scanning microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536718B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100866038B1 (en) * | 2007-08-01 | 2008-11-05 | 서강대학교산학협력단 | Scanning micrometer using heterodyne interferometer |
-
1993
- 1993-05-13 JP JP5110841A patent/JP2536718B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06324268A (en) | 1994-11-25 |
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