JP2660612B2 - Scanning width detector and magnification display of scanning microscope - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ビーム等により被走
査体を走査する装置において、走査幅を検出する装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for scanning an object to be scanned by a light beam or the like, and more particularly to an apparatus for detecting a scanning width.

【０００２】また本発明は、光学式走査型顕微鏡や、走
査型電子顕微鏡等の走査型顕微鏡において、プローブに
よる実際の走査幅を検出し、それに基づいて顕微鏡倍率
を表示する装置に関するものである。[0002] The present invention also relates to an apparatus for detecting the actual scanning width of a probe in a scanning microscope such as an optical scanning microscope or a scanning electron microscope, and displaying a microscope magnification based on the detected width.

【０００３】[0003]

【従来の技術】従来より、照明光を微小な光点に収束さ
せ、この光点により試料を２次元的に走査させ、その際
該試料を透過した光あるいはそこで反射した光、さらに
は試料から生じた蛍光を光検出器で検出して、試料の拡
大像を担持する電気信号を得るようにした光学式走査型
顕微鏡が公知となっている。なお特開昭62-217218 号公
報には、この走査型顕微鏡の一例が示されている。2. Description of the Related Art Heretofore, illumination light has been converged on a minute light spot, and the sample is two-dimensionally scanned by the light spot. At this time, light transmitted through the sample or reflected therefrom, and further, 2. Description of the Related Art An optical scanning microscope in which generated fluorescence is detected by a photodetector to obtain an electric signal carrying an enlarged image of a sample is known. JP-A-62-217218 discloses an example of this scanning microscope.

【０００４】従来の光学式走査型顕微鏡においては、上
記走査機構として、照明光ビームを光偏向器によって２
次元的に偏向させる機構が多く用いられていた。In a conventional optical scanning microscope, the above-described scanning mechanism uses an optical deflector to illuminate an illumination light beam.
Many-dimensional deflection mechanisms have been used.

【０００５】しかしこの機構においては、ガルバノメー
タミラーやＡＯＤ（音響光学光偏向器）等の高価な光偏
向器が必要であるという難点が有る。またこの機構にお
いては、照明光ビームを光偏向器で振るようにしている
から、送光光学系の対物レンズにはこの光ビームが刻々
異なる角度で入射することになり、それによる収差を補
正するために対物レンズの設計が困難になるという問題
も認められている。特にＡＯＤを使用した場合には、対
物レンズ以外にもＡＯＤから射出した光束に非点収差が
生ずるため特殊な補正レンズが必要となり、光学系をよ
り複雑なものとしている。However, this mechanism has a disadvantage that an expensive optical deflector such as a galvanometer mirror or an AOD (acoustic optical deflector) is required. Further, in this mechanism, since the illumination light beam is swung by the optical deflector, this light beam is incident on the objective lens of the light transmission optical system at different angles every moment, and the aberration due to this is corrected. Therefore, there is also a problem that the design of the objective lens becomes difficult. In particular, when an AOD is used, a special correction lens is required because an astigmatism occurs in a light beam emitted from the AOD in addition to the objective lens, and the optical system is made more complicated.

【０００６】上記の点に鑑み従来より、照明光ビームは
偏向させないで照明光走査を行なうことが考えられてい
る。例えば、本出願人による特願平1-246946号明細書に
は、送光光学系を移動台に搭載し、この移動台を試料台
に対して相対的に往復移動させることにより、照明光の
走査を行なうことが示されている。このような走査機構
は光学式走査型顕微鏡に限らず、その他、走査型電子顕
微鏡や走査型トンネル顕微鏡、さらには光走査読取装置
等にも適用可能である。In view of the above points, conventionally, it has been considered to perform illumination light scanning without deflecting the illumination light beam. For example, in the specification of Japanese Patent Application No. 1-246946 filed by the present applicant, a light-transmitting optical system is mounted on a moving table, and the moving table is reciprocated relative to the sample table to provide illumination light. A scan is shown. Such a scanning mechanism is not limited to an optical scanning microscope, and can be applied to a scanning electron microscope, a scanning tunnel microscope, an optical scanning reader, and the like.

【０００７】ところで、上記のような走査機構において
は、被走査体と走査部（つまり例えば走査型顕微鏡にあ
っては、送光光学系や探針等を搭載したプローブ）とを
高速で相対移動させるために、その往復駆動手段とし
て、ピエゾ素子や超音波振動子、さらには音叉とそれを
共振させる電磁石の組合せからなる駆動手段等が用いら
れることが多い。このような駆動手段は、例えばその駆
動電圧の変動等により、比較的往復移動の幅が変化しや
すくなっている。この往復移動の幅が変化すれば、当然
走査幅が変化することになる。In the above-described scanning mechanism, the object to be scanned and the scanning unit (ie, in the case of a scanning microscope, for example, a probe equipped with a light transmitting optical system and a probe) are relatively moved at a high speed. For this purpose, as the reciprocating drive means, a piezo element, an ultrasonic vibrator, or a drive means composed of a combination of a tuning fork and an electromagnet for resonating the same are often used. In such a driving means, the width of the reciprocating movement is relatively easy to change due to, for example, fluctuations in the driving voltage. If the width of the reciprocating movement changes, the scanning width naturally changes.

【０００８】このようにして走査幅が変化すると、先に
述べた各種走査型顕微鏡にあっては、撮像された顕微鏡
像の倍率が設計値からかけ離れてしまうし、また光走査
読取装置においては、読取像の大きさが変動してしまう
ことになる。このような不具合を無くすためには、実際
の走査幅を何らかの手段によって検出し、その検出した
走査幅に基づいて顕微鏡倍率を表示したり、あるいは走
査幅が所期の値となるように走査機構の駆動を補正する
ことが必要となる。When the scanning width changes in this manner, in the various scanning microscopes described above, the magnification of the captured microscope image is far from the designed value, and in the optical scanning reading device, The size of the read image will fluctuate. To eliminate such inconveniences, the actual scanning width is detected by some means, and the microscope magnification is displayed based on the detected scanning width, or the scanning mechanism is set so that the scanning width becomes an expected value. Needs to be corrected.

【０００９】上記のように実際の走査幅を検出する装置
の一つとして、◆被走査体および走査部の一方と一体化
された、複数の光反射部材または光遮断部材が前記往復
移動の方向に並設されてなるグリッドパターンと、◆被
走査体および走査部の他方と一体化されて、上記グリッ
ドパターンに光を照射する投光器と、◆このグリッドパ
ターンで反射し、あるいはそこを透過した光を検出する
受光器と、◆この受光器が出力した光検出信号の周期的
変動の数をカウントする手段とを備えたものが知られて
いる。すなわち、この走査幅検出装置において、上記光
検出信号の周期的変動の数は、投光器からグリッドパタ
ーンに照射された光が横切った光反射部材または光遮断
部材の数であるので、この周期的変動の数をカウントす
れば、走査幅が分かることになる。例えば、グリッドパ
ターンが複数の光反射部材からなり、受光器がこの光反
射部材で反射した光を検出するようになっている場合、
受光器の光検出信号は、周期的にパルス状に立ち上が
る。そこで、このパルス状の立上りの数Ｎをカウント
し、グリッドパターンの光反射部材の並設ピッチｐに上
記Ｎを乗じれば、実際の走査幅が求められる。As one of the devices for detecting the actual scanning width as described above, a plurality of light reflecting members or light blocking members integrated with one of the scanned object and one of the scanning portions are provided in the direction of the reciprocating movement. A grid pattern arranged side by side; {a projector integrated with the other of the scanned object and the scanning section to irradiate the grid pattern with light;} a light reflected by or transmitted through the grid pattern And a means for counting the number of periodic fluctuations of the photodetection signal output from the photodetector are known. That is, in this scanning width detecting apparatus, the number of the periodic fluctuations of the light detection signal is the number of the light reflecting members or the light blocking members that the light emitted from the light projector irradiates the grid pattern. Is counted, the scanning width can be determined. For example, when the grid pattern is composed of a plurality of light reflecting members, and the light receiver detects the light reflected by the light reflecting members,
The light detection signal of the light receiver rises periodically in a pulse shape. Therefore, the actual scanning width can be obtained by counting the number N of the pulse-like risings and multiplying the above-mentioned N by the parallel pitch p of the light reflecting members of the grid pattern.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしそのような走査
幅検出装置は、誤差が生じやすく、極めて高精度に走査
幅を求めたい場合には適用困難となっている。以下、こ
の誤差について詳しく説明する。例えば上記カウント数
Ｎが100 、つまり投光器からグリッドパターンに照射さ
れた光が光反射部材または光遮断部材を100 個（第ｍ番
目のものから第（ｍ＋99）番目のものまで）横切ったと
する。このとき実際の状態は、上記光が第ｍ番目の部材
を照射する直前の状態から走査が開始して、第（ｍ＋9
9）番目の部材を横切った直後に走査が終了するような
こともあれば、それとは対照的に、上記光が第（ｍ−
１）番目の部材に近接している状態から走査が開始し
て、第（ｍ＋100 ）番目の部材に近接したところで走査
が終了するようなこともある。このような２つの場合に
おいて、走査幅はいずれも100 ｐとして求められること
になるが、実際の走査幅は、前者の場合は99ｐに近いも
のであり、他方後者の場合は101 ｐに近いものである。However, such a scanning width detecting device is liable to cause an error, and it is difficult to apply the scanning width detecting device when it is desired to obtain the scanning width with extremely high accuracy. Hereinafter, this error will be described in detail. For example, it is assumed that the count number N is 100, that is, the light emitted from the projector to the grid pattern has traversed 100 light reflecting members or light blocking members (from the m-th to the (m + 99) -th). At this time, the actual state is that the scanning starts from the state immediately before the light irradiates the m-th member, and the (m + 9)
9) In some cases, the scanning may be terminated immediately after traversing the (m) -th member.
In some cases, scanning starts from a state close to the (1) -th member, and ends when the member approaches the (m + 100) -th member. In these two cases, the scanning width is both determined as 100 p, but the actual scanning width is close to 99 p in the former case, while it is close to 101 p in the latter case. It is.

【００１１】このような不具合を避けるため、走査開始
の初期位置を所定位置に設定することも考えられるが、
往復駆動手段として先に述べたピエゾ素子等が用いられ
る場合は、そのような初期位置を設定することが非常に
困難となっている。In order to avoid such a problem, it is conceivable to set the initial position of the scanning start to a predetermined position.
When the above-described piezo element or the like is used as the reciprocating drive means, it is very difficult to set such an initial position.

【００１２】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、走査初期位置を設定しなくても、走査幅
を極めて正確に検出することができる装置を提供するこ
とを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an apparatus capable of detecting a scanning width extremely accurately without setting an initial scanning position. Things.

【００１３】また本発明は、前述したような走査型顕微
鏡において、走査幅を極めて正確に検出して、倍率を高
精度に表示することができる倍率表示装置を提供するこ
とを目的とするものである。It is another object of the present invention to provide a magnification display device capable of detecting a scanning width extremely accurately and displaying magnification with high accuracy in the above-mentioned scanning microscope. is there.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明による走査幅検出
装置は、先に述べたように被走査体と走査部とを往復相
対移動させて、該走査部からの光ビーム等により被走査
体を直線的に走査する装置において、◆上記被走査体お
よび走査部の一方と一体化された、複数の光反射部材ま
たは光遮断部材が上記往復移動の方向に一定ピッチで並
設されてなるグリッドパターンと、◆被走査体および走
査部の他方と一体化されて、上記グリッドパターンに光
を照射する投光器と、◆このグリッドパターンで反射
し、あるいはそこを透過した光を検出する受光器と、◆
この受光器が出力した光検出信号を所定のサンプリング
クロックに基づいてサンプリングしてデジタル変位デー
タを得る手段と、◆このデジタル変位データ中の、上記
グリッドパターンにおける等ピッチの特定点を示すデー
タの順位ｘ（ｘ＝１，２，３……）と、それらの各デー
タのサンプリング順位ｙとの関係を１次式ｙ＝ａｘ＋ｂ
に近似させ、この近似式における係数ａの逆数に、有効
走査所要時間および上記光反射部材または光遮断部材の
ピッチから定まる所定の比例定数を乗じて、この有効走
査における走査幅を求める演算手段とが設けられてなる
ものである。As described above, the scanning width detecting apparatus according to the present invention reciprocates the object to be scanned and the scanning section reciprocally, and uses the light beam from the scanning section to scan the object to be scanned. A grid in which a plurality of light reflecting members or light blocking members integrated with one of the object to be scanned and one of the scanning portions are arranged at a constant pitch in the direction of the reciprocating movement. Pattern, ◆ integrated with the other of the scanned object and the scanning unit, and a projector that irradiates the grid pattern with light, ◆ a light receiver that detects light reflected by this grid pattern or transmitted therethrough, ◆
Means for obtaining digital displacement data by sampling the light detection signal output from the light receiver based on a predetermined sampling clock; and ◆ the order of data indicating a specific point of equal pitch in the grid pattern in the digital displacement data. The relationship between x (x = 1, 2, 3,...) and the sampling order y of each data is expressed by a linear expression y = ax + b
Calculating means for obtaining a scanning width in the effective scanning by multiplying the reciprocal of the coefficient a in the approximation formula by a predetermined proportionality constant determined from the effective scanning required time and the pitch of the light reflecting member or the light blocking member. Is provided.

【００１５】一方本発明による走査型顕微鏡の倍率表示
装置は、試料に対してプローブを往復相対移動させ、該
プローブにより試料を直線的に走査する走査型顕微鏡に
おいて、◆上に記した構成の本発明による走査幅検出装
置と、◆この走査幅検出装置が求めた走査幅に対する、
顕微鏡像出力手段の上記走査方向の出力幅の倍率を演算
する手段と、◆この演算された倍率を表示する表示手段
とが設けられてなるものである。On the other hand, a magnification display device for a scanning microscope according to the present invention is a scanning microscope which reciprocates a probe relative to a sample and linearly scans the sample with the probe. A scanning width detecting device according to the present invention, and ◆ a scanning width determined by the scanning width detecting device.
The apparatus is provided with: means for calculating the magnification of the output width in the scanning direction of the microscope image output means; and 表示 display means for displaying the calculated magnification.

【００１６】[0016]

【作用および発明の効果】上記構成の走査幅検出装置に
おいて、近似式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａは、上記光反射部
材または光遮断部材の１ピッチ当りのサンプリング数を
示す。したがってその逆数１／ａは、サンプリング１回
当り何ピッチ分走査がなされるかを示すものとなる。そ
こでこの１／ａに上記ピッチｐを乗じれば、その値ｐ・
１／ａは、サンプリング１回当り（つまりサンプリング
周期τ当り）の走査長さを示すことになる。通常、有効
走査所要時間Ｔは水平同期信号等により正確に規定さ
れ、そしてこの有効走査所要時間Ｔとサンプリング周期
τとは対応が取れているから、上記の値ｐ・１／ａにＴ
／τを乗じれば、すなわち１／ａに比例定数ｐ・Ｔ／τ
を乗じれば、有効走査における走査幅が正確に求められ
ることになる。In the scanning width detecting device having the above-described structure, the coefficient a of the approximate expression y = ax + b indicates the number of samplings per pitch of the light reflecting member or the light blocking member. Therefore, the reciprocal 1 / a indicates how many scans are performed per sampling. Therefore, if 1 / a is multiplied by the pitch p, the value p ·
1 / a indicates the scanning length per sampling (that is, per sampling period τ). Usually, the effective scanning required time T is accurately defined by a horizontal synchronizing signal or the like, and the effective scanning required time T and the sampling period τ correspond to each other.
/ Τ, ie, 1 / a is proportional to the proportional constant p · T / τ
, The scanning width in the effective scanning can be accurately obtained.

【００１７】なお走査型顕微鏡等においては一般に、顕
微鏡像を担う連続的電気信号を所定のサンプリングクロ
ックに基づいてサンプリングして、デジタル画像信号を
得るようにしている。その際はこのサンプリングクロッ
クを、前記デジタル変位データを得るためのサンプリン
グに共用することができる。その場合、有効走査期間内
の画像信号サンプリング数をＮｓとすると、上記デジタ
ル変位データのサンプリング数も同じくＮｓであるか
ら、Ｔ／τ＝Ｎｓとなる。そこでこの場合は、上記比例
定数をｐ・Ｎｓとすればよいことになる。Generally, in a scanning microscope or the like, a digital image signal is obtained by sampling a continuous electric signal carrying a microscope image based on a predetermined sampling clock. In this case, the sampling clock can be used for sampling for obtaining the digital displacement data. In this case, assuming that the number of image signal samplings within the effective scanning period is Ns, the sampling number of the digital displacement data is also Ns, so that T / τ = Ns. Therefore, in this case, the above-mentioned proportional constant may be set to p · Ns.

【００１８】本発明による走査型顕微鏡の倍率表示装置
においては、上記のようにして正確に求められる走査幅
に対する、顕微鏡像出力手段の走査方向の出力幅の倍率
を演算するようにしているから、この演算された倍率も
当然正確なものとなる。In the magnification display device of the scanning microscope according to the present invention, the magnification of the output width in the scanning direction of the microscope image output means with respect to the scanning width accurately obtained as described above is calculated. Naturally, the calculated magnification is also accurate.

【００１９】[0019]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

【００２０】図２は、本発明の一実施例による倍率表示
装置を備えた共焦点走査型顕微鏡を示すものであり、ま
た図３は、その走査機構の平面形状を詳しく示してい
る。図２に示されるように単色光レーザ10からは、単一
波長の照明光11が射出される。直線偏光したこの照明光
11は、Ｐ偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面25ａ
に入射し、そこを透過する。偏光ビームスプリッタ25を
通過した照明光11は、偏波面調整用のλ／２板12を通過
し、入射用レンズ13で集光されて、偏波面保存光ファイ
バー14内に入射せしめられる。FIG. 2 shows a confocal scanning microscope provided with a magnification display device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a plan view of the scanning mechanism in detail. As shown in FIG. 2, the monochromatic laser 10 emits illumination light 11 having a single wavelength. This linearly polarized illumination light
11 is a P-polarized state, and the film surface 25a of the polarizing beam splitter 25
And is transmitted therethrough. The illumination light 11 that has passed through the polarization beam splitter 25 passes through the polarization plane adjusting λ / 2 plate 12, is condensed by the incident lens 13, and is made to enter the polarization plane preserving optical fiber 14.

【００２１】この偏波面保存光ファイバー14としては、
図４に断面形状を示すように、クラッド14ａ内にコア14
ｂが配され、このコア14ｂの両側に応力付与部14ｃ、14
ｃが形成されてなる、いわゆるＰＡＮＤＡ型のものが用
いられている。そして直線偏光した照明光11は、λ／２
板12を適宜回転させることにより、偏波面の向きが応力
付与部14ｃ、14ｃの並び方向、あるいはそれに直交する
方向と揃う状態にして（本実施例では後者の方向、すな
わち図４の矢印Ｕ方向）、該光ファイバー14内に入射せ
しめられる。The polarization-maintaining optical fiber 14 includes:
As shown in the cross-sectional shape of FIG.
b are disposed on both sides of the core 14b.
A so-called PANDA type in which c is formed is used. The linearly polarized illumination light 11 is λ / 2
By rotating the plate 12 appropriately, the direction of the plane of polarization is aligned with the direction in which the stress applying portions 14c and 14c are arranged or in a direction perpendicular thereto (in the present embodiment, the latter direction, ie, the direction indicated by the arrow U in FIG. 4). ), And is made to enter the optical fiber 14.

【００２２】この光ファイバー14の一端はプローブ15に
固定されており、該光ファイバー14内を伝搬した照明光
11はこの一端から出射する。この際光ファイバー14の一
端は、点光源状に照明光11を発することになる。プロー
ブ15には、コリメーターレンズ16および対物レンズ17か
らなる送光光学系（受光光学系を兼ねる）18が固定され
ている。なお、コリメーターレンズ16と対物レンズ17と
の間には、λ／４板19が配設されている。One end of the optical fiber 14 is fixed to the probe 15, and the illumination light propagating through the optical fiber 14
11 is emitted from this one end. At this time, one end of the optical fiber 14 emits the illumination light 11 like a point light source. A light transmitting optical system (also serving as a light receiving optical system) 18 including a collimator lens 16 and an objective lens 17 is fixed to the probe 15. A λ / 4 plate 19 is provided between the collimator lens 16 and the objective lens 17.

【００２３】上記の照明光11はコリメーターレンズ16に
よって平行光とされ、λ／４板19を通過して円偏光とさ
れ、次に対物レンズ17によって集光されて、試料台22に
載置された試料23上で（表面あるいはその内部で）微小
な光点Ｐに結像する。試料23で反射した反射光11”は旋
回方向が逆向きの円偏光となり、λ／４板19を通過し
て、偏波面の向きが照明光11のそれと直交する直線偏光
とされる。この反射光11”の光束は、コリメーターレン
ズ16によって集光されて、偏波面保存光ファイバー14内
に入射せしめられる。このときの反射光11”の偏波面の
向きは、図４の矢印Ｖ方向となる。光ファイバー14を伝
搬した反射光11”はその一端から出射し、レンズ13によ
って平行光とされる。The illumination light 11 is converted into parallel light by a collimator lens 16, passes through a λ / 4 plate 19, is converted into circularly polarized light, and is then condensed by an objective lens 17 to be mounted on a sample stage 22. An image is formed on a small light spot P on the sample 23 (on or on the surface). The reflected light 11 ″ reflected by the sample 23 becomes circularly polarized light having the opposite rotating direction, passes through the λ / 4 plate 19, and becomes linearly polarized light whose polarization plane is orthogonal to that of the illumination light 11. The light beam of the light 11 ″ is condensed by the collimator lens 16 and made to enter the polarization-maintaining single-mode fiber 14. At this time, the direction of the polarization plane of the reflected light 11 "is in the direction of the arrow V in FIG. 4. The reflected light 11" which has propagated through the optical fiber 14 is emitted from one end thereof and converted into parallel light by the lens 13.

【００２４】この反射光11”はλ／２板12を通過後、Ｓ
偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面25ａに入射
し、そこで反射する。この反射光11”は、集光レンズ26
で集光され、アパーチャピンホール27を通して光検出器
28によって検出される。この光検出器28は例えばフォト
マルチプライヤ（光電子増倍管）等からなり、そこから
は、試料23の照明光照射部の明るさを示す連続信号Ｓ
（図５の（ｆ）参照）が出力される。After passing through the λ / 2 plate 12, the reflected light 11 ″
In the state of polarization, the light enters the film surface 25a of the polarization beam splitter 25 and is reflected there. This reflected light 11 ″ is
At the aperture and through the aperture pinhole 27
Detected by 28. This photodetector 28 is composed of, for example, a photomultiplier (photomultiplier tube), from which a continuous signal S indicating the brightness of the illumination light irradiating section of the sample 23 is output.
(See (f) of FIG. 5).

【００２５】上述のように、λ／４板19と偏光ビームス
プリッタ25とから構成される光アイソレータを設けたこ
とにより、反射光11”がレーザ10側に戻ることがなくな
り、より大光量の反射光11”が光検出器28に導かれるよ
うになる。また、入射用レンズ13や光ファイバー14の端
面等で反射した照明光11が、光検出器28に入射すること
も防止され、Ｓ／Ｎの高い信号Ｓが得られるようにな
る。As described above, the provision of the optical isolator composed of the λ / 4 plate 19 and the polarization beam splitter 25 prevents the reflected light 11 ″ from returning to the laser 10 side, and a larger amount of reflected light The light 11 "is guided to the photodetector 28. Further, the illumination light 11 reflected by the incident lens 13 and the end face of the optical fiber 14 is also prevented from entering the photodetector 28, and a signal S having a high S / N can be obtained.

【００２６】次に、照明光11の光点Ｐの２次元走査につ
いて、図３を参照して説明する。プローブ15は、水平に
配された音叉30の一方の先端部に、光学系18の光軸が垂
直となる状態で固定されている。この音叉30は、その基
部30ａが架台32に固定されて、所定の固有振動数で振動
可能となっている。そして音叉30の内側には、その両先
端部とそれぞれ若干の間隔をおいて、電磁石31が配設さ
れている。この電磁石31は、取付部材34を介して架台32
に固定されている。Next, two-dimensional scanning of the light spot P of the illumination light 11 will be described with reference to FIG. The probe 15 is fixed to one end of a horizontally arranged tuning fork 30 so that the optical axis of the optical system 18 is vertical. The tuning fork 30 has a base 30a fixed to the gantry 32 and is capable of vibrating at a predetermined natural frequency. An electromagnet 31 is disposed inside the tuning fork 30 at a slight distance from each of both ends thereof. The electromagnet 31 is attached to a gantry 32 via a mounting member 34.
It is fixed to.

【００２７】上記電磁石31には、駆動回路33から、音叉
30の固有振動数と等しい周波数の矩形パルス電圧Ｖｄが
印加される。こうして音叉30の両端部に断続的に磁界が
作用することにより、音叉30はその固有振動数で共振す
る。そこで、この音叉30に固定されているプローブ15
は、図２、図３中のＸ方向（水平方向）に高速で往復移
動し、光点Ｐの主走査がなされる。The electromagnet 31 is supplied with a tuning fork from the drive circuit 33.
A rectangular pulse voltage Vd having a frequency equal to 30 natural frequencies is applied. In this way, the magnetic field acts intermittently on both ends of the tuning fork 30, so that the tuning fork 30 resonates at its natural frequency. Therefore, the probe 15 fixed to the tuning fork 30
Reciprocates at high speed in the X direction (horizontal direction) in FIGS. 2 and 3, and the main scanning of the light spot P is performed.

【００２８】また試料台22は架台32に対して、Ｚ方向
（光学系18の光軸方向）に往復移動可能なＺ移動ステー
ジ24Ｚ、およびＸ、Ｚ両方向に対して直角なＹ方向に往
復移動可能なＹ移動ステージ24Ｙを介して取り付けられ
ている。そこで、上記のようにして光点Ｐの主走査を行
なうとき、同時にＹ移動ステージ24Ｙを往復駆動させる
と、光点Ｐの副走査がなされる。The sample stage 22 is reciprocated with respect to the gantry 32 in the Z direction (the direction of the optical axis of the optical system 18) in the Z direction, and in the Y direction perpendicular to both the X and Z directions. Attached via a possible Y movement stage 24Y. Therefore, when the main scanning of the light point P is performed as described above, the sub-scanning of the light point P is performed by simultaneously driving the Y movement stage 24Y back and forth.

【００２９】そして、光点Ｐの２次元走査を行なう毎
に、Ｚ移動ステージ24Ｚを移動させることにより、たと
え試料23の表面に微細な凹凸があるような場合でも、該
試料23をＺ方向に移動させた範囲内で、全ての面に焦点
が合った画像を担う信号Ｓを得ることが可能となる。Each time the light spot P is scanned two-dimensionally, the Z-movement stage 24Z is moved to move the sample 23 in the Z direction even if the surface of the sample 23 has fine irregularities. Within the range moved, it is possible to obtain a signal S carrying an image in which all surfaces are in focus.

【００３０】なお本実施例では図３に示す通り、音叉30
の他方の先端部に、プローブ15と同じ構成のダミープロ
ーブ15’が取り付けられている。それにより、音叉30の
一端部、他端部の機械的バランスを良好に保ち、理想に
近い共振系を構成できるようになる。In this embodiment, as shown in FIG.
A dummy probe 15 ′ having the same configuration as the probe 15 is attached to the other end of the dummy probe 15 ′. As a result, the mechanical balance between the one end and the other end of the tuning fork 30 is kept good, and a nearly ideal resonance system can be configured.

【００３１】ダミープローブ15’は上述のように作用す
る他、音叉30の変位を示すデータを得る作用も果たす。
すなわちこのダミープローブ15’には、プローブ15の送
光光学系18と同様にコリメーターレンズ16’、対物レン
ズ17’およびλ／４板19’からなる投光用光学系18’
（図７参照）が搭載されている。そしてこの光学系18’
には、図２に示されるように、偏波面保存光ファイバー
14’を介して入射用レンズ13’、λ／２板12’、単色光
レーザ10’、そして膜面25ａ’を有する偏光ビームスプ
リッタ25’、集光レンズ26’、アパーチャピンホール2
7’、フォトダイオード等の光検出器28’が光学的に結
合されている。以上の要素10’、12’、13’、14’、2
5’、25ａ’、26’、27’はそれぞれ、前述した照明光
用の各要素10、12、13、14、25、25ａ、26、27と同様の
ものである。The dummy probe 15 'operates as described above and also obtains data indicating the displacement of the tuning fork 30.
That is, similarly to the light transmission optical system 18 of the probe 15, the dummy probe 15 'has a light projecting optical system 18' including a collimator lens 16 ', an objective lens 17', and a λ / 4 plate 19 '.
(See FIG. 7). And this optical system 18 '
As shown in FIG. 2, a polarization maintaining optical fiber
14 ′, an incident lens 13 ′, a λ / 2 plate 12 ′, a monochromatic laser 10 ′, a polarizing beam splitter 25 ′ having a film surface 25 a ′, a condenser lens 26 ′, and an aperture pinhole 2
7 ', a photodetector 28' such as a photodiode is optically coupled. The above elements 10 ', 12', 13 ', 14', 2
Reference numerals 5 ', 25a', 26 ', and 27' are the same as the above-described illumination light components 10, 12, 13, 14, 25, 25a, 26, and 27, respectively.

【００３２】また図１および図７に示されるように、ダ
ミープローブ15’を保持した音叉30の先端部の下方に
は、それに近接させてグリッドパターン60が配されてい
る。このグリッドパターン60は、比較的光吸収率の高い
材料からなる基板61上に、複数の所定幅の線状光反射部
材62が互いに所定間隔を置いて並設されてなるものであ
る。このグリッドパターン60は、取付部材63を介して架
台32に固定されている。光反射部材62は、例えばアルミ
ニウムやその他の金属、あるいは化合物の膜からなり、
照射された光を高反射率で反射させる。またこれらの光
反射部材62は、音叉30の先端部の振動方向（Ｘ方向）に
並設されている。As shown in FIGS. 1 and 7, below the tip of the tuning fork 30 holding the dummy probe 15 ', a grid pattern 60 is arranged close to it. The grid pattern 60 is formed by arranging a plurality of linear light reflecting members 62 having a predetermined width at predetermined intervals on a substrate 61 made of a material having a relatively high light absorption rate. The grid pattern 60 is fixed to the gantry 32 via a mounting member 63. The light reflecting member 62 is made of, for example, a film of aluminum or another metal, or a compound,
The irradiated light is reflected with high reflectance. The light reflecting members 62 are arranged in the vibration direction (X direction) of the tip of the tuning fork 30.

【００３３】なお本実施例では、音叉30の内側に電磁石
31を配して、音叉30の両端部にそれぞれ磁界を作用させ
るようにしているので、電磁石を音叉30の１つの端部の
外側にのみ配する場合に比べれば、音叉30に作用する磁
束密度、つまりは作用する力を、より大きくすることが
できる。In this embodiment, an electromagnet is provided inside the tuning fork 30.
Since the magnetic field is applied to both ends of the tuning fork 30 by disposing the 31, the magnetic flux density acting on the tuning fork 30 is smaller than the case where the electromagnet is arranged only outside one end of the tuning fork 30. That is, the acting force can be increased.

【００３４】次に図１を参照して、電気的な構成につい
て説明する。前述した光検出器28が出力する連続的なア
ナログ信号Ｓは、アンプ40で増幅されてからＡ／Ｄ変換
器41に入力され、そこでピクセルクロックＣｐに基づい
て周期およびタイミングが規定された上でサンプリング
され、そして量子化されて、デジタルの画像信号Ｓｄに
変換される。この画像信号Ｓｄは、一たん画像データメ
モリ42に格納された後、そこから読み出され、後述する
信号合成器90を介してＤ／Ａ変換器43に送られ、そこで
Ｄ／Ａ変換される。こうして得られたアナログの画像信
号Ｓは、ＣＲＴ表示装置等のラスタ走査方式の画像再生
装置44に入力される。この画像再生装置44においては、
画像信号Ｓが担持する画像、すなわち試料23の顕微鏡像
が再生される。Next, an electrical configuration will be described with reference to FIG. The continuous analog signal S output from the photodetector 28 is amplified by the amplifier 40 and then input to the A / D converter 41, where the cycle and timing are defined based on the pixel clock Cp. It is sampled, quantized, and converted to a digital image signal Sd. The image signal Sd is temporarily stored in the image data memory 42, read therefrom, sent to the D / A converter 43 via a signal synthesizer 90 described later, and D / A converted there. . The analog image signal S thus obtained is input to a raster scanning type image reproducing device 44 such as a CRT display device. In this image reproducing device 44,
An image carried by the image signal S, that is, a microscope image of the sample 23 is reproduced.

【００３５】なお、画像信号Ｓｄの画像データメモリ42
への格納は、後述のようにして作成される水平同期信号
ｆ_H および垂直同期信号ｆ_V に基づいて制御される。ま
たこの画像データメモリ42としては例えばデュアルポー
トメモリが使用され、そこからの画像データＳｄの読出
しは、その格納とは独立して、モニタ系水平同期信号ｆ
_MH、モニタ系垂直同期信号ｆ_MVおよびモニタ系ピクセル
クロックＣ_MPに基づいて制御される。これらの同期信号
ｆ_MH、ｆ_MVおよびピクセルクロックＣ_MPは、モニタ系同
期信号発生器45によって作成され、画像再生装置44にお
けるラスタ走査もこれらの同期信号ｆ_MHおよびｆ_MVに基
づいて制御される。またＤ／Ａ変換器43における画像デ
ータＳｄのＤ／Ａ変換は、上記ピクセルクロックＣ_MPに
基づいて制御される。The image data memory 42 stores the image signal Sd.
Is controlled based on a horizontal synchronizing signal f _H and a vertical synchronizing signal f _V created as described later. For example, a dual-port memory is used as the image data memory 42, and the reading of the image data Sd therefrom is performed independently of the storage of the image data Sd.
_MH is controlled based on the monitor system vertical synchronization signal f _MV and the monitor system pixel clock _CMP . The synchronizing signals f _MH and f _MV and the pixel clock _CMP are generated by the monitor synchronizing signal generator 45, and the raster scanning in the image reproducing device 44 is also controlled based on these synchronizing signals f _MH and f _MV. . The D / A conversion of the image data Sd in the D / A converter 43 is controlled based on the pixel clock _CMP .

【００３６】次に、音叉30の駆動等について説明する。
コンピュータシステムのＣＰＵ（中央処理装置）46は、
データバス47を介して第１カウンタ71に周波数指定信号
Ｓｓを送る。また第１カウンタ71には、パルス発生器74
から一定周波数のパルス信号ｆosc が入力され、この第
１カウンタ71は上記周波数指定信号Ｓｓが示す数だけ信
号ｆosc のパルス数をカウントして、水平同期信号ｆ_H
を作成する（図５の（ａ）参照）。一方ＣＰＵ46からＦ
ＩＦＯ（first-in first-out ）メモリ75には、ピクセ
ルクロックデータＤｐが送られる。該データＤｐはＦＩ
ＦＯメモリ75に一時的に格納された後、第１カウンタ71
から送られて来る水平同期信号ｆ_H により出力アドレス
がゼロリセットされつつ、該メモリ75から入力順に出力
される。前述したようにして振動する音叉30の変位Ｆ
は、図５の（ｄ）に示すように、ほぼ時間ｔを変数とす
る正弦関数に従って変化する。それに対処するため上記
ピクセルクロックデータＤｐは、クロック間隔が上記正
弦関数の１／２の周期（これは後述するように、水平同
期信号ｆ_H の周期と等しくなる）で変化するように変調
されたピクセルクロックを担持するものとなっている。
このピクセルクロックの変調は、クロック間隔が、上記
正弦関数を微分した値の絶対値に反比例するようになさ
れている。ただし、このピクセルクロックは、音叉変位
との位相差に対して相関が取られているものではなく、
上述の通りにしてＦＩＦＯメモリ75からの出力が制御さ
れることにより、図５の（ａ）と（ｅ）に示されるよう
に、水平同期信号ｆ_H の位相と合わせられる。Next, driving of the tuning fork 30 and the like will be described.
The CPU (Central Processing Unit) 46 of the computer system
A frequency designation signal Ss is sent to the first counter 71 via the data bus 47. The first counter 71 has a pulse generator 74.
The first counter 71 counts the number of pulses of the signal fosc by the number indicated by the frequency designation signal Ss, and outputs a horizontal synchronizing signal f _H.
(See FIG. 5A). On the other hand, CPU 46
Pixel clock data Dp is sent to an IFO (first-in first-out) memory 75. The data Dp is FI
After being temporarily stored in the FO memory 75, the first counter 71
Output address from the horizontal synchronizing signal f _H sent from the being zero reset is output to the input order from the memory 75. The displacement F of the tuning fork 30 vibrating as described above
Changes substantially according to a sine function with time t as a variable, as shown in FIG. To cope with this, the pixel clock data Dp is modulated so that the clock interval changes at a cycle of の of the sine function (this will be equal to the cycle of the horizontal synchronization signal f _H , as described later). It carries a pixel clock.
The modulation of the pixel clock is such that the clock interval is inversely proportional to the absolute value of the value obtained by differentiating the sine function. However, this pixel clock is not correlated with the phase difference with the tuning fork displacement,
By controlling the output from the FIFO memory 75 as described above, the phase of the horizontal synchronizing signal f _H is adjusted as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (e).

【００３７】なお前記パルス発生器74に接続されたＤ／
Ａ変換器76には、ＣＰＵ46から動作周波数補正信号Ｓｍ
が入力され、該パルス発生器74が出力するパルス信号ｆ
oscの周波数は、この補正信号Ｓｍに基づいて微小補正
される。また上記水平同期信号ｆ_H は第４カウンタ77に
も入力される。そしてこの第４カウンタ77は、ＣＰＵ46
から入力される垂直ライン数設定信号Ｓｗが示す数だけ
水平同期信号ｆ_H をカウントして、垂直同期信号ｆ_V を
出力する。The D / D connected to the pulse generator 74
The A converter 76 has an operating frequency correction signal Sm from the CPU 46.
And the pulse signal f output from the pulse generator 74
The frequency of osc is minutely corrected based on the correction signal Sm. The horizontal synchronizing signal f _H is also input to the fourth counter 77. The fourth counter 77 is provided by the CPU 46.
The horizontal synchronization signal f _H is counted by the number indicated by the vertical line number setting signal Sw input from the CPU, and the vertical synchronization signal f _V is output.

【００３８】第１カウンタ71から出力された水平同期信
号ｆ_H は、第２カウンタ72にも入力される。第２カウン
タ72は、周期が水平同期信号ｆ_H のそれと等しいパルス
信号Ｓｆを出力する。この信号Ｓｆを図５の（ｂ）に示
す。なおこの図５においては、パルス信号Ｓｆの位相を
水平同期信号ｆ_H の位相と揃えて示してあるが、第２カ
ウンタ72は実際には、後述のようにしてＣＰＵ46から入
力される遅延設定信号Ｓｅが示す量Ｌ２だけ、水平同期
信号ｆ_H の位相に対して遅延させてパルス信号Ｓｆを出
力させる。この遅延量Ｌ２は、遅延設定信号Ｓｅが示す
数だけパルス信号ｆosc のパルス数をカウントすること
によって設定される。The horizontal synchronizing signal f _H output from the first counter 71 is also input to the second counter 72. The second counter 72, cycle and outputs the equal pulse signal Sf of the horizontal synchronization signal f _H. This signal Sf is shown in FIG. In FIG. 5, the phase of the pulse signal Sf is shown in line with the phase of the horizontal synchronizing signal f _H , but the second counter 72 actually sets the delay setting signal input from the CPU 46 as described later. Se is an amount L2 shown, to output a pulse signal Sf is delayed relative to the phase of the horizontal synchronizing signal f _H. The delay amount L2 is set by counting the number of pulses of the pulse signal fosc by the number indicated by the delay setting signal Se.

【００３９】上記のパルス信号Ｓｆは、第３カウンタ73
に入力される。第３カウンタ73は、入力されたパルス信
号Ｓｆと位相が揃った矩形波の音叉動作信号Ｓｏを出力
する。この音叉動作信号Ｓｏを図５の（ｃ）に示す。こ
の音叉動作信号Ｓｏの高レベル部の幅は、ＣＰＵ46から
入力されるデューティ設定信号Ｓｖが示す数だけパルス
信号ｆosc のパルス数をカウントすることにより、この
デューティ設定信号Ｓｖに対応した幅に設定される。電
磁石31には、後述のようにして、上記音叉動作信号Ｓｏ
と同じ波形の駆動電圧Ｖｄ（図５の（ｃ）参照）が印加
されるので、この信号Ｓｏは電磁石31の駆動デューティ
比を決定するものとなる。音叉30の振幅はこのデューテ
ィ比を高くするほど大きくなるので、上記デューティ設
定信号Ｓｖは照明光主走査幅を変更する際に変えられ
る。The pulse signal Sf is supplied to the third counter 73
Is input to The third counter 73 outputs a rectangular-wave tuning fork operation signal So having the same phase as the input pulse signal Sf. This tuning fork operation signal So is shown in FIG. The width of the high level portion of the tuning fork operation signal So is set to a width corresponding to the duty setting signal Sv by counting the number of pulses of the pulse signal fosc by the number indicated by the duty setting signal Sv input from the CPU 46. You. The electromagnet 31 has the tuning fork operation signal So as described later.
Since the drive voltage Vd having the same waveform as that shown in FIG. 5 (see FIG. 5C) is applied, this signal So determines the drive duty ratio of the electromagnet 31. Since the amplitude of the tuning fork 30 increases as the duty ratio increases, the duty setting signal Sv can be changed when the illumination light main scanning width is changed.

【００４０】次に、上記音叉動作信号Ｓｏに従って駆動
電圧Ｖｄを生成する点について説明する。音叉動作信号
Ｓｏは、電磁石用駆動回路33に入力される。この電磁石
用駆動回路33は、オープンコレクタバッファ51、フォト
カプラ52、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ53、ダイオード54、コ
ンデンサ55等からなり、上記音叉動作信号Ｓｏと同じ波
形の矩形パルス電圧Ｖｄを電磁石31に印加する。Next, generation of the drive voltage Vd according to the tuning fork operation signal So will be described. The tuning fork operation signal So is input to the electromagnet drive circuit 33. The electromagnet drive circuit 33 includes an open collector buffer 51, a photocoupler 52, a power MOS-FET 53, a diode 54, a capacitor 55, and the like, and applies a rectangular pulse voltage Vd having the same waveform as the tuning fork operation signal So to the electromagnet 31. .

【００４１】上述のようにして駆動電圧Ｖｄにより電磁
石31が駆動され、それにより音叉30が振動する。このと
きの音叉30の変位Ｆは、前述した通り、図５の（ｄ）に
示すように変化する。そしてこのとき、電磁石31および
音叉30の応答遅れにより、駆動電圧Ｖｄに対して音叉変
位Ｆは、図５にＬ１で示す量だけ遅れることになる。こ
のような音叉変位Ｆに対してピクセルクロックＣｐは、
その周期最短点ｋが音叉速度最大点ｊと一致するように
位相が定められねばならない。しかし、前述した通りピ
クセルクロックＣｐは水平同期信号ｆ_H と位相が合わせ
られているので、音叉変位Ｆを図５にＬ２で示す量だけ
遅延させる。そうするためには、駆動電圧Ｖｄの位相す
なわちパルス信号Ｓｆの位相を、水平同期信号ｆ_H に対
してＬ２だけシフト（遅延）させればよい。前述したよ
うにこのパルス信号Ｓｆの遅延量Ｌ２は、第２カウンタ
72によって設定される。なお、シフトされた駆動電圧Ｖ
ｄの位相を図５の（ｃ’）に示す以下、主走査方向（Ｘ
方向）の有効走査幅を検出する点、およびそれに基づい
て顕微鏡倍率を表示する点について説明する。顕微鏡像
を撮像する際には、前述したレーザ10’および光検出器
28’も作動状態に設定される。このレーザ10’から射出
されたレーザ光65は、偏波面保存光ファイバー14’を伝
搬して、ダミープローブ15’の光学系18’により、グリ
ッドパターン60上で小さな光点Ｐ’に収束する。そして
この光点Ｐ’は、音叉30が振動することにより、グリッ
ドパターン60上を主走査方向（Ｘ方向）と同方向に往復
走査する。そこでこの光点Ｐ’は、複数の光反射部材62
と、それらの間の低反射率の基板61の部分とを交互に照
射する。As described above, the electromagnet 31 is driven by the drive voltage Vd, whereby the tuning fork 30 vibrates. At this time, the displacement F of the tuning fork 30 changes as shown in FIG. At this time, due to the response delay of the electromagnet 31 and the tuning fork 30, the tuning fork displacement F is delayed from the drive voltage Vd by an amount indicated by L1 in FIG. For such a tuning fork displacement F, the pixel clock Cp is:
The phase must be determined such that the shortest point k of the cycle coincides with the maximum point j of the tuning fork speed. However, since the pixel clock Cp is in phase with the horizontal synchronizing signal f _H as described above, the tuning fork displacement F is delayed by the amount indicated by L2 in FIG. To do so, the phase of the phase or pulse signal Sf of the drive voltage Vd, may be shifted by L2 with respect to the horizontal synchronization signal f _H (delayed). As described above, the delay amount L2 of the pulse signal Sf is determined by the second counter
Set by 72. Note that the shifted driving voltage V
The phase of d is shown in FIG.
The point of detecting the effective scanning width in the (direction) and the point of displaying the microscope magnification based on the detected point will be described. When capturing a microscope image, the laser 10 'and the photodetector
28 'is also set to the active state. The laser light 65 emitted from the laser 10 'propagates through the polarization-maintaining optical fiber 14' and converges on the grid pattern 60 to a small light spot P 'by the optical system 18' of the dummy probe 15 '. The light spot P ′ reciprocally scans the grid pattern 60 in the same main scanning direction (X direction) as the tuning fork 30 vibrates. Therefore, this light point P ′ is
And the portion of the substrate 61 having a low reflectance between them is alternately irradiated.

【００４２】光反射部材62で反射した反射光65”は、試
料23からの反射光11”が光検出器28によって検出される
のと同様にして、光検出器28’によって検出される。一
方光点Ｐ’が基板61の部分を照射しているときは、その
反射光量が著しく低下する。そのため光検出器28’の出
力信号Ｓｇは、図６の（ｂ）に示す通り、音叉30の移動
にともなって周期的に変動する。信号Ｓｇはアンプ80で
増幅されてから、２値化回路81に入力される。２値化回
路81はこの信号Ｓｇを、ピクセルクロックＣｐが入力さ
れる都度サンプリングし、所定のしきい値と大小を比較
することにより２値化して、デジタルの変位データＤを
得る。このデジタル変位データＤは、上記サンプリング
の順位ｙ（図６の（ｃ）に示す）毎に示せば、例えば同
図の（ｄ）のようなものとなる。このデジタル変位デー
タＤは、１主走査期間のデータ毎に、ラインメモリ82に
一時的に格納される。The reflected light 65 "reflected by the light reflecting member 62 is detected by the light detector 28 'in the same manner as the reflected light 11" from the sample 23 is detected by the light detector 28. On the other hand, when the light spot P ′ irradiates the portion of the substrate 61, the amount of reflected light is significantly reduced. Therefore, the output signal Sg of the photodetector 28 'periodically fluctuates with the movement of the tuning fork 30, as shown in FIG. The signal Sg is amplified by the amplifier 80 and then input to the binarization circuit 81. The binarization circuit 81 samples the signal Sg every time the pixel clock Cp is input, binarizes the signal Sg by comparing a predetermined threshold with a magnitude, and obtains digital displacement data D. If the digital displacement data D is indicated for each sampling order y (shown in FIG. 6C), for example, the digital displacement data D becomes as shown in FIG. The digital displacement data D is temporarily stored in the line memory 82 for each data in one main scanning period.

【００４３】ＣＰＵ46に接続されたＤＳＰ（デジタル・
シグナル・プロセッサ）83は、上記ラインメモリ82に記
憶されたデジタル変位データＤを読み出し、該データＤ
から、グリッドパターン60上における等ピッチの特定点
を示すデータを抽出する。この抽出データとしては前述
の通り、図６の（ｂ）に示すように、信号ＳｇのＡ点に
対応するデータや、その他Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点等に対応す
るデータが利用される。ＤＳＰ83は、こうして抽出され
たデジタル変位データの順位ｘ（図６の（ｄ）参照：ｘ
＝１、２、３…）とそのサンプリング順位ｙ（ｙ＝１、
２、３…）との関係を、例えば最小二乗法を適用して１
次式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似させる。そしてＤＳＰ83は、こ
の１次式の係数ａを示すデータをＣＰＵ46に入力する。The DSP (digital
The signal processor 83 reads out the digital displacement data D stored in the line memory 82, and
Then, data indicating a specific point at the same pitch on the grid pattern 60 is extracted from. As described above, as shown in FIG. 6B, as the extracted data, data corresponding to the point A of the signal Sg and data corresponding to the other points B, C, and D are used. The DSP 83 determines the rank x of the digital displacement data thus extracted (see (d) of FIG. 6: x
= 1, 2, 3,...) And their sampling order y (y = 1,
., 3), for example, by applying the least square method.
The following equation is approximated to y = ax + b. Then, the DSP 83 inputs data indicating the coefficient a of the linear expression to the CPU 46.

【００４４】ＣＰＵ46は、この係数ａの逆数１／ａに比
例定数ｐ・Ｎｓを乗じることにより、Ｘ方向の有効走査
幅Ｌｘを求める。なお、ｐは光反射部材62の並設ピッ
チ、Ｎｓはデジタル変位データＤを形成するための信号
Ｓｇのサンプリング数である。本例において、Ｘ方向有
効走査期間内の信号Ｓｇのサンプリング数は、Ａ／Ｄ変
換器41における信号Ｓのサンプリング数と等しく、この
ような場合には、先に詳しく説明した通り、１／ａに比
例定数ｐ・Ｎｓを乗じれば有効走査幅Ｌｘが求められ得
る。The CPU 46 obtains the effective scanning width Lx in the X direction by multiplying the reciprocal 1 / a of the coefficient a by the proportional constant p · Ns. Here, p is the pitch at which the light reflecting members 62 are juxtaposed, and Ns is the sampling number of the signal Sg for forming the digital displacement data D. In this example, the sampling number of the signal Sg in the X-direction effective scanning period is equal to the sampling number of the signal S in the A / D converter 41. In such a case, as described in detail above, 1 / a Is multiplied by the proportional constant p · Ns, the effective scanning width Lx can be obtained.

【００４５】次にＣＰＵ46は、上記有効走査幅Ｌｘに対
する、画像再生装置44のＸ方向出力幅Ｌｘ’の倍率Ｍ＝
Ｌｘ’／Ｌｘを演算し、この倍率Ｍを示す信号Ｑｍを画
像信号発生器91に入力する。画像信号発生器91は、倍率
Ｍを表す数字および文字を担持するデジタル画像信号Ｓ
ｊを出力する。このデジタル画像信号Ｓｊは、前述した
信号合成器90に入力される。信号合成器90は、画像デー
タメモリ42から読み出された画像信号Ｓｄに上記画像信
号Ｓｊを合成する。この合成は、画像信号Ｓｄが示す顕
微鏡像の周辺部に、例えば白ヌキ文字で倍率Ｍを表示す
るようになされる。この合成処理をした画像信号Ｓｄを
画像再生装置44に入力することにより、その出力画像に
は倍率Ｍが表示される。先に説明した通りの理由によ
り、上記有効走査幅Ｌｘは走査初期位置を設定しなくて
も極めて正確に検出され得、したがって、求められる倍
率Ｍも正確なものとなる。Next, the CPU 46 calculates the magnification M = the output width Lx 'of the image reproducing device 44 in the X direction with respect to the effective scanning width Lx.
Lx ′ / Lx is calculated, and a signal Qm indicating the magnification M is input to the image signal generator 91. The image signal generator 91 comprises a digital image signal S carrying numbers and letters representing the magnification M.
Output j. This digital image signal Sj is input to the signal synthesizer 90 described above. The signal combiner 90 combines the image signal Sj with the image signal Sd read from the image data memory 42. This combination is performed so that the magnification M is displayed, for example, in white blank characters around the microscope image indicated by the image signal Sd. By inputting the synthesized image signal Sd to the image reproducing device 44, the output image is displayed with the magnification M. For the same reason as described above, the effective scanning width Lx can be detected very accurately without setting the initial scanning position, and the required magnification M is also accurate.

【００４６】なお、図６（ｂ）に示した信号Ｓｇの立上
り部や立下り部は、光反射部材62の端部の欠け等による
反射光65”の光量変化の影響が直接的に表われる。そこ
で、この影響によりグリッドパターン60上の等ピッチ特
定点検出の精度が低下することを防止するためには、図
６（ｂ）のＣ点やＤ点に対応するデジタル変位データＤ
を、上記等ピッチ特定点を示すものとして抽出するのが
望ましい。In the rising portion and the falling portion of the signal Sg shown in FIG. 6B, the influence of the change in the amount of the reflected light 65 ″ due to the lack of the end of the light reflecting member 62 or the like appears directly. Therefore, in order to prevent the accuracy of the detection of the specific pitch specific point on the grid pattern 60 from being lowered by this influence, the digital displacement data D corresponding to the points C and D in FIG.
Is desirably extracted as indicating the above-mentioned equal pitch specific point.

【００４７】また、複数の光反射部材62が並設されてな
るグリッドパターン60の代りに、光透過性の基板上に複
数の光遮断部材が並設されてなるグリッドパターンを用
い、そのグリッドパターンを通過した光を受光器で検出
するようにしてもよい。Instead of the grid pattern 60 in which a plurality of light reflecting members 62 are arranged in parallel, a grid pattern in which a plurality of light blocking members are arranged in parallel on a light-transmitting substrate is used. May be detected by a light receiver.

【００４８】以上、音叉30を電磁石31により振動させる
走査型顕微鏡に適用された実施例について説明したが、
本発明による走査幅検出装置は、顕微鏡以外の装置にお
いて走査幅を検出するために適用することも可能であ
る。また本発明による走査型顕微鏡の倍率表示装置は、
上記実施例における光学式の走査型顕微鏡に限らず、そ
の他の走査型顕微鏡に対しても同様に適用可能である。The embodiment applied to the scanning microscope in which the tuning fork 30 is vibrated by the electromagnet 31 has been described above.
The scanning width detecting device according to the present invention can also be applied to detecting a scanning width in an apparatus other than a microscope. Further, the magnification display device of the scanning microscope according to the present invention,
The present invention is not limited to the optical scanning microscope in the above embodiment, and can be similarly applied to other scanning microscopes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例による倍率表示装置を備えた
走査型顕微鏡の電気回路図FIG. 1 is an electric circuit diagram of a scanning microscope provided with a magnification display device according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１の走査型顕微鏡を示す一部破断正面図FIG. 2 is a partially broken front view showing the scanning microscope of FIG. 1;

【図３】図１の走査型顕微鏡に用いられた照明光走査機
構の平面図FIG. 3 is a plan view of an illumination light scanning mechanism used in the scanning microscope of FIG. 1;

【図４】図１の走査型顕微鏡に用いられた偏波面保存光
ファイバーの断面図FIG. 4 is a sectional view of a polarization-maintaining optical fiber used in the scanning microscope of FIG. 1;

【図５】図１の走査型顕微鏡における各種信号の波形
と、音叉の変位との関係を示すグラフ5 is a graph showing a relationship between waveforms of various signals and displacement of a tuning fork in the scanning microscope in FIG.

【図６】本発明装置におけるデジタル変位データとその
サンプリング順位、および該データ中の特定データの順
位を示す説明図FIG. 6 is an explanatory diagram showing digital displacement data and its sampling order in the apparatus of the present invention, and the order of specific data in the data;

【図７】図１の走査型顕微鏡の要部を示す一部破断斜視
図FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a main part of the scanning microscope of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、10’ 単色光レーザ 11 照明光 11”、65” 反射光 14、14’ 偏波面保存光ファイバー 15 プローブ 15’ ダミープローブ 16、16’ コリメーターレンズ 17、17’ 対物レンズ 18 送光光学系 18’ 投光用光学系 22 試料台 23 試料 26、26’ 集光レンズ 27、27’ アパーチャピンホール 28、28’ 光検出器 30 音叉 31 電磁石 32 架台 33 駆動回路 41 Ａ／Ｄ変換器 42 画像データメモリ 43、76 Ｄ／Ａ変換器 44 画像再生装置 46 ＣＰＵ 60 グリッドパターン 61 基板 62 光反射部材 71、72、73、77 カウンタ 74 パルス発生器 75 ＦＩＦＯメモリ 81 ２値化回路 82 ラインメモリ 83 ＤＳＰ 90 信号合成器 91 画像信号発生器 10, 10 'monochromatic laser 11 illumination light 11 ", 65" reflected light 14, 14' polarization-maintaining optical fiber 15 probe 15 'dummy probe 16, 16' collimator lens 17, 17 'objective lens 18 light transmission optics 18 'Projection optical system 22 Sample stand 23 Sample 26, 26' Condensing lens 27, 27 'Aperture pinhole 28, 28' Photodetector 30 Tuning fork 31 Electromagnet 32 Mount 33 Drive circuit 41 A / D converter 42 Image data Memory 43, 76 D / A converter 44 Image reproducing device 46 CPU 60 Grid pattern 61 Substrate 62 Light reflecting member 71, 72, 73, 77 Counter 74 Pulse generator 75 FIFO memory 81 Binary circuit 82 Line memory 83 DSP 90 Signal synthesizer 91 Image signal generator

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−197869（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−2135（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−309914（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−338911（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−76512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−57921（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−156713（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−97185（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−97186（ＪＰ，Ｂ２)Continuation of the front page (56) References JP-A-3-197869 (JP, A) JP-A-5-2135 (JP, A) JP-A-4-309914 (JP, A) JP-A-4-338911 (JP) JP-A-4-76512 (JP, A) JP-A-61-57921 (JP, A) JP-A-1-156713 (JP, A) JP-B 7-97185 (JP, B2) JP-B 7-97186 (JP, B2)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 被走査体と走査部とを往復相対移動させ
て、該走査部により被走査体を直線的に走査する装置に
おいて、 前記被走査体および走査部の一方と一体化された、複数
の光反射部材または光遮断部材が前記往復移動の方向に
一定ピッチで並設されてなるグリッドパターンと、 前記被走査体および走査部の他方と一体化されて、前記
グリッドパターンに光を照射する投光器と、 このグリッドパターンで反射またはそこを透過した光を
検出する受光器と、この受光器が出力した光検出信号を
所定のサンプリングクロックに基づいてサンプリングし
てデジタル変位データを得る手段と、 このデジタル変位データ中の、前記グリッドパターンに
おける等ピッチの特定点を示すデータの順位ｘ（ｘ＝
１，２，３……）と、それらの各データのサンプリング
順位ｙとの関係を１次式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似させ、この
近似式における係数ａの逆数に、有効走査所要時間およ
び前記光反射部材または光遮断部材のピッチから定まる
所定の比例定数を乗じて、この有効走査における走査幅
を求める演算手段とが設けられてなる走査幅検出装置。1. An apparatus for reciprocally moving a scanned object and a scanning unit back and forth to linearly scan the scanned object by the scanning unit, wherein the scanning unit is integrated with one of the scanned object and the scanning unit. A grid pattern in which a plurality of light reflecting members or light blocking members are juxtaposed at a constant pitch in the direction of the reciprocating movement; and the other of the scanned object and the scanning unit are integrated to irradiate the grid pattern with light. A light projector that detects light reflected or transmitted by the grid pattern, and a unit that obtains digital displacement data by sampling a light detection signal output by the light receiver based on a predetermined sampling clock; In the digital displacement data, the order x (x =
..) And the sampling order y of each data are approximated by a linear expression y = ax + b. The reciprocal of the coefficient a in this approximate expression is used to calculate the effective scanning time and the light reflection. A scanning width detection device comprising: a calculation means for obtaining a scanning width in the effective scanning by multiplying a predetermined proportional constant determined from a pitch of the member or the light blocking member. 【請求項２】 試料に対してプローブを往復相対移動さ
せ、該プローブにより試料を直線的に走査する走査型顕
微鏡において、 請求項１に記載の走査幅検出装置と、 この走査幅検出装置が求めた走査幅に対する、顕微鏡像
出力手段の前記走査方向の出力幅の倍率を演算する手段
と、 この演算された倍率を表示する表示手段とが設けられて
なる走査型顕微鏡の倍率表示装置。2. A scanning microscope for reciprocating a probe relative to a sample and reciprocally scanning the sample with the probe, wherein the scanning width detecting device according to claim 1 and the scanning width detecting device are obtained. A magnification display device for a scanning microscope, comprising: means for calculating the magnification of the output width of the microscope image output means in the scanning direction with respect to the scanning width; and display means for displaying the calculated magnification.