KR20020013861A - 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 그것을이용한 섹셔닝상 관찰장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원으로부터의 빛을 선택적으로 시료에 조사하여 상기 시료를 주사하고, 상기 시료로부터의 빛을 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재에 관한 것으로서,

상기 패턴형성부재는 조사부와 차광부를 구비하고, 상기 조사부 및 상기 차광부의 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 그것을 이용한 섹셔닝상 관찰장치{PATTERN FORMING MEMBER APPLIED TO SECTIONING IMAGE OBSERVING DEVICE AND SECTIONING IMAGE OBSERVING DEVICE USING IT}

종래 섹셔닝상 관찰장치로서 다수의 핀홀을, 그 핀홀직경의 10배 정도의 간격으로 나선상으로 배치한 Nipkow회전디스크라 불리우는 회전디스크를 이용한 공초점현미경이 알려져 있다.

도 1은 이와 같은 Nipkow회전디스크를 사용한 공초점현미경의 개략구성을 나타내는 것으로, 할로겐광원 또는 수은광원 등의 광원(1)으로부터 출사되는 빛의 광로상에 콘덴서렌즈(2), PBS(편광빔스프리터)(3)가 배치되고, PBS(3)의 반사광로상에 Nipkow회전디스크(이하 회전디스크라 부른다.)(4), 제 1 결상렌즈(5), 1/4파장판(6), 대물렌즈(7)를 통하여 시료(8)가 배치되어 있다. 또 시료(8)로부터의 반사광의 PBS(3)의 투과광로상에는 제 2 결상렌즈(9)를 통하여 CCD카메라(10)가 배치되어 있다. 이 CCD카메라(10)의 화상출력단자에는 모니터(11)가 접속되어CCD카메라(10)에서 촬상된 화상을 표시한다.

여기에서 회전디스크(4)는 도 2에 나타내는 바와 같이 핀홀(4a)의 배치가 나선상이고, 각 핀홀의 거리가 핀홀의 직경의 10배 정도로 배치된 것으로, 회전축(12)을 통하여 도시하지 않는 모터의 축에 연결되고, 일정한 회전속도로 회전되도록 되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 광원(1)으로부터 출사된 빛은 콘덴서렌즈(2)를 지나서 PBS(3)에서 일정한 방향의 편광성분만이 반사되고, 일정한 속도로 회전하는 회전디스크(4)에 입사되며, 이 회전디스크(4)의 핀홀(4a)을 통과한 빛이 제 1 결상렌즈(5)를 지나서 1/4파장판(6)에서 원편광이 되고, 대물렌즈(7)에 의하여 결상되어 시료(8)에 입사된다. 또 시료(8)로부터 반사된 빛은 대물렌즈(7)를 통하여 다시 1/4파장판(6)에서 입사시와는 직교하는 편광방향으로 하고, 제 1 결상렌즈(5)에 의해 회전디스크(4)상에 시료상을 투영한다. 그리고 회전디스크(4)상에 투영된 시료상 중 초점이 맞아 있는 부분은 핀홀(4a)을 통과하고, 다시 PBS(3)를 투과하여 제 2 결상렌즈(9)를 통해서 CCD카메라(10)에서 촬상된다. CCD카메라(10)에서 촬상된 공초점화상은 모니터(11)에 표시된다.

이와 같이 한 공초점현미경에서는 회전디스크(4)의 핀홀(4a)을 통과하는 초점이 맞아 있는 위치(높이)의 상만을 관찰할 수 있기 때문에 초점을 상하(Z축방향)로 이동시켜서 관찰하는 것으로 시료(8)의 높이마다의 화상, 이른바 섹셔닝상을 관찰할 수 있다.

그런데 이와 같은 Nipkow회전디스크를 이용한 공초점현미경에서는 육안에 의한 육안관찰이나 CCD카메라에 있어서의 촬상으로 관찰시야에 얼룩이 눈에 띄지 않도록 핀홀을 회전디스크상에 배치할 필요가 있다. 즉 인간이 인식할 수 있는 시간간격(1/20∼1/30초 정도)이나 CCD카메라의 노출시간(1/60이나 1/30초가 많다)내에서 시료의 관찰시야내에 한결같이 빛이 조사되도록 핀홀을 배치할 필요가 있다.

이 때문에 종래부터 핀홀의 배치에 대해서는 여러 가지 제안이 이루어져 있으며, 예를 들면 복수의 핀홀을 나선상으로, 회전디스크의 직경방향으로 등각배치하도록 한 것이 가장 간단한 것으로서 알려져 있다. 그러나 이와 같은 핀홀의 배치에서는 회전디스크의 외주부와 내주부에서 핀홀의 피치가 다르기 때문에 취득화상의 밝기에 명암이 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서 나선상으로 배열된 핀홀열을 구성하는 복수의 핀홀의 중심을 잇는 가상중심선의 궤적의 직경방향피치와 나선을 따른 둘레방향의 피치를 동등해지도록 배치한 것이나 복수조의 핀홀열을 구성하는 전체의 핀홀의 중심위치의 반직경이 다르도록 배치한 것 등 취득화상의 밝기얼룩을 저감시키기 위한 여러 가지 핀홀배치가 제안되어 있다.

그러나 전자의 핀홀의 배치에 따르면, 회전디스크의 중심과 회전축이 정확하게 일치했을 때에 관찰시야내에서의 상의 밝기가 한결같아지는데, 회전디스크의 중심과 회전축이 일치해 있지 않으면 관찰상에 명암의 얼룩이 발생한다. 일반적으로 핀홀의 직경은 수십㎛(100배에서 45㎛, 250배에서 100㎛) 정도로 매우 작기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하지 않도록 하는 데는 회전디스크의 중심과 회전중심의 어긋남을 10㎛ 이하로 핀홀직경보다도 충분히 작게 할 필요가 있으며, 이 때문에 회전디스크상의 핀홀의 작성, 회전디스크의 형상가공, 회전축으로의 회전디스크의 부착 등에 대단한 고정밀도가 요구된다.

또 후자의 핀홀배치에 따르면, 중심의 어긋남에 대하여 관찰상의 명암의 얼룩이 나오기 어려워지도록 개선되어 있는데, 그래도 얼룩을 경감할 정도이며, 얼룩을 모두 없앨 수는 없다.

또한 이와 같이 하여 회전디스크상에 핀홀을 형성하는 것은 모두 시료의 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하지 않도록 핀홀배치를 연구한 것으로, 각 핀홀의 배치를 정확히 결정하기 위해 고정밀도로 작성된 복잡한 패턴을 이용하여 핀홀의 위치결정을 실시하도록 하고 있다. 예를 들면 Nipkow회전디스크에서는 유리기판상에 Cr이나 저반사Cr막을 형성하고, 그것에 핀홀패턴의 마스크를 씌워서 에칭하도록 하고 있는데, 이 마스크도 반도체제조와 똑같이 전자빔을 사용한 EB묘화장치에서 작성하도록 하고 있으며, 이와 같은 복잡한 패턴의 마스크를 사용하는 것에서도 회전디스크작성에 다대한 비용이 들어서 고가가 된다는 문제도 있었다.

그래서 이들 문제점을 해결하는 방법으로서 도 3A에 나타내는 바와 같이 회전디스크(14)상에 직선상으로 형성된 투광부와 차광부가 번갈아 나열된 직선패턴부(141)와 빛이 투과하는 전체투광부(142)와, 이들 직선패턴부(141)와 전체투광부(142) 사이의 각각 부채상의 영역내에 차광부(143, 144)를 형성하고, 이 중 직선패턴부(141)의 투광부와 차광부의 폭을 핀홀의 직경과 똑같이 수십㎛ 정도로 하여 도3A 및 도 3B에 나타내는 바와 같이 1 : 1로 형성한 회전디스크가 생각되고 있다.

이와 같은 회전디스크에 따르면, 처음에 관찰시야가 직선패턴부(141)를 통과하고 있을 때의 관찰상을 CCD카메라에 의해 촬상하고, 이어서 전체투광부(142)를 통과하고 있을 때의 관찰상을 CCD카메라에 의해 촬상한다. 이 경우 직선패턴부(141)에서 촬상한 화상은 투광부(141a)와 차광부(141b)의 각각의 폭의 비가 동등하기 때문에 초점이 맞아 있는 위치(높이)성분의 상(공초점화상성분)만이 아니라 초점이 맞아 있지 않은 위치(높이)성분의 상(비공초점화사성분도 투과하고, 이들 성분이 더해진 복합화상(비공초점성분을 포함하는 공초점화상))이 얻어진다. 그리고 이 복합화상으로부터 전체투광부(142)를 통하여 촬상한 명시야화상(비공초점화상성분만)을 차분연산함으로써 초점이 맞은 위치(높이)성분의 공초점화상만을 얻을 수 있다. 또 회전디스크의 회전중심이 어긋나도 관찰상에 명암이 발생하지 않고, 또한 직선상으로 형성된 투광부와 차광부가 번갈아 나열된 직선패턴부(141)를 작성하기 위한 패턴도 단순한 직선상 패턴이기 때문에 회전디스크작성을 위한 비용도 저가로 된다.

그런데 도 3A 및 도 3B에 나타내는 회전디스크(14)에 따르면, 직선패턴부(141)에서의 투광부와 차광부의 각각의 폭의 비가 1 : 1이기 때문에 크로스토크에 의한 비합초(非合焦)성분이 많다. 이 때문에 차분연산을 하지 않으면 공초점화상만의, 이른바 섹셔닝효과를 기대할 수 없다. 이것은 공초점화상을 직접 육안으로 볼 수 없을 뿐만 아니라 화상처리를 위한 컴퓨터와 같은 연산장치가 필요하게 되며, 장치가 대규모가 되는 동시에, 가격적으로도 고가가 되며, 또한 차분연산하는 2개의 화상은 다른 타이밍으로 촬상된 것이기 때문에 진동 등의 외란의 영향을 받기 쉽다는 문제도 있다.

본 발명은 빛을 이용하여 시료의 미소구조나 3차원의 형상을 관찰ㆍ측정하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 그것을 이용한 섹셔닝상 관찰장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 공초점현미경의 한 예의 개략구성을 나타내는 도면.

도 2는 종래의 공초점현미경에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 3A 및 도 3B는 종래의 공초점현미경에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 제 1 실시형태의 개략구성을 나타내는 도면.

도 5A 및 도 5B는 제 1 실시형태에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 6A 및 도 6B는 제 1 실시형태를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 제 4 실시형태에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 제 5 실시형태에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 도면.

도 11은 제 5 실시형태를 설명하기 위한 도면.

도 12는 제 6 실시형태에 관련되는 공초점현미경에 적용한 개략구성을 나타내는 도면.

도 13A 및 도 13B는 제 6 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 14는 본 발명의 제 7 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 15A 및 도 15B는 본 발명의 제 8 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 16은 본 발명의 제 9 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 17은 본 발명의 제 10 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 18은 본 발명의 제 11 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 19는 도 18에 있어서의 회전디스크(28)의 패턴부의 부분확대도.

도 20은 본 발명의 제 12 실시형태의 설명도.

도 21은 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계를 나타내는 도면.

도 22는 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계를 나타내는 도면.

도 23A 및 도 23B는 본 발명의 제 13 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 24는 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계를 계산한 결과를 나타내는 도면.

도 25는 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계를 계산한 결과를 나타내는 도면.

도 26은 본 발명의 제 14 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 27은 회전디스크와 제 1 접안렌즈의 부분을 확대한 도면.

도 28은 본 발명의 제 15 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면.

도 29는 본 발명의 제 16 실시형태의 구성을 나타내는 설명도.

도 30A에서 도 30C는 마이크로미러어레이의 구성을 나타내는 도면.

도 31A 및 도 31B는 마이크로미러어레이에서 작성한 패턴예를 나타내는 도면.

도 32A에서 도 32D는 마이크로미러어레이에서 작성한 패턴예를 나타내는 도면.

도 33은 본 발명의 제 17 실시형태의 개략구성을 나타내는 도면.

도 34는 제 17 실시형태에 이용되는 여기필터의 투과특성을 나타내는 도면.

도 35A 및 도 35B는 제 17 실시형태에 이용되는 PBS 및 흡수필터의 반사ㆍ투과특성을 나타내는 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 광원 2: 콘덴서렌즈

3: PBS(편광빔스프리터) 5: 제 1 결상렌즈

6: 1/4파장판 7: 대물렌즈

8: 시료 9: 제 2 결상렌즈

10: CCD카메라 11: 모니터

12: 회전축 15: 편광판

13, 16, 17, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29: 회전디스크

13a, 16a, 17a, 18a, 20a, 21a, 23a, 251a, 261a, 263a, 281a: 투광부

13b, 16b, 17b, 18b, 20b, 21b, 23b, 251b, 261b, 263b, 281b: 차광부

31: 제 1 미러 32: 마이크로미러어레이

33: 제 2 미러 34: 컴퓨터

35: 드라이버 36: 여기필터

37: 다이크로익미러 38: 흡수필터

161, 162, 163: 부채상의 영역

603, 604: 이방향영역

본 발명은 관찰상의 명암의 얼룩을 발생하는 일 없이 양호한 공초점화상을 안정되게 관찰할 수 있는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 섹셔닝상 관찰장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재한 발명은, 광원으로부터의 빛을 선택적으로 시료에 조사하여 상기 시료를 주사하고, 상기 시료로부터의 빛을 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재에 있어서, 상기 패턴형성부재는 조사부와 차단부를 구비하고, 상기 조사부 및 상기 차단부의 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재한 발명은 청구항 1에 기재한 발명에 있어서, 상기 패턴형성부재는 상기 조사부가 빛을 투과하는 투광부 및 상기 차단부가 빛을 차폐하는 차광부를 갖는 회전디스크이며, 상기 회전디스크를 광로상에서 회전시키고, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 상기 시료에 대하여 주사하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재한 발명은 청구항 2에 기재한 발명에 있어서, 상기 직선상 패턴이 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 차광영역을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재한 발명은 빛을 투과하는 투광부와 빛을 차폐하는 차광부의 각각의 패턴을 갖는 회전디스크를 광로상에서 회전시키고, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 시료에 대하여 주사하는 동시에, 시료로부터의 빛을 상기 회전디스크를 투과시켜서 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재에 있어서, 상기 투광부 및 차광부의 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치하고, 또한 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지지 않도록 방향이 다른 상기 직선상 패턴의 영역을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에 기재한 발명은 청구항 4에 기재한 발명에 있어서, 상기 직선상 패턴의 영역이 회전디스크의 원주방향으로 복수 분할된 부채상 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 6에 기재한 발명은 청구항 4에 기재한 발명에 있어서, 상기 직선상 패턴 중 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 해당 직선상 패턴과 방향이 다른 소정의 중심각의 부채상을 이루는 다른 투광부 및 차광부의 직선상 패턴의 영역을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 7에 기재한 발명은 청구항 2에서 6 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 차광부의 직선상 패턴의 폭치수를 상기 투광부의 직선상 패턴의 폭치수보다 크게 설정한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 8에 기재한 발명은 청구항 1에 기재한 발명에 있어서, 상기 패턴형성부재는 각각 방향을 변화시키는 것이 가능한 복수의 미러를 2차원으로 다수 배열한 디지털마이크로미러인 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 기재한 발명은 청구항 2에 기재한 발명에 있어서, 상기 빛을 차폐하는 직선부의 폭과 상기 빛을 투과하는 직선부의 폭의 비율이 다른 복수의 영역을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 기재한 발명은 청구항 9에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크에 있어서의 직선상 패턴의 투광부와 차광부의 방향이 다른 복수의 영역을 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재한 발명은 청구항 10에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크는 회전디스크의 회전반직경방향과, 상기 직선상의 투광부와 차광부의 패턴의 방향이 수직은 아닌 회전디스크인 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재한 발명은 청구항 9에서 11 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크는 빛을 차폐하는 부분의 직선부의 폭이 빛을 투과하는 직선부의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.

청구항 13에 기재한 발명은 청구항 9에서 12 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크는 빛을 투과하는 직선부의 폭이 일정한 것을 특징으로 한다.

청구항 14에 기재한 발명은 청구항 2에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크가 복수영역으로 분할되어 상기 각 영역의 패턴이 다른 것을 특징으로 한다.

청구항 15에 기재한 발명은 청구항 14에 기재한 발명에 있어서, 상기 복수영역의 패턴은 상기 투광부 및 상기 차광부의 면적비가 동등하고, 또한 상기 영역마다 상기 투광부 및 상기 차광부의 치수폭이 다른 것을 특징으로 한다.

청구항 16에 기재한 발명은 청구항 14에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크의 일정폭을 갖는 이방향영역의 폭을 X, 투광부와 차광부의 주기를 W로 했을때에 X/W가 일정한 값이 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 17에 기재한 발명은 청구항 16에 기재한 발명에 있어서, 상기 복수의 동심원상 영역의 패턴은 상기 투광부 및 상기 차광부의 면적비가 동등하고, 또한 상기 동심원상 영역 중의 보다 내측동심원상 영역의 패턴의 상기 투광부 및 상기 차광부의 치수폭이 외측의 동심원상 영역의 폭보다 작으며, 내측의 동심원상 영역에 있어서의 이방향영역의 폭의 치수폭이 상기 외측의 동심원상 영역에 있어서의 이방향영역의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.

청구항 18에 기재한 발명은 청구항 16에 기재한 발명에 있어서, 상기 복수의 동심원상 영역의 패턴에 있어서, 적어도 2개의 동심원상 영역에서 투광부폭이 동일하고, 투광부와 차광부의 주기(W)가 다를 때 내측의 동심원상 영역에 있어서의 상기 투광부와 상기 차광부의 주기가 외측의 동심원상 영역에 있어서의 상기 투광부와 상기 차광부의 주기보다 작으며, 내측과 외측의 동심원상 영역의 이방향영역의 폭의 치수폭(X)이 주기(W)에 비례하고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 19에 기재한 발명은 청구항 2에서 18 중 어느 한 항에 기재한 패턴형성부재를 이용하여 빛을 상기 시료에 대해서 주사하는 동시에, 상기 시료로부터의 반사광을 상기 패턴형성부재를 통하여 섹셔닝상으로서 취득하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 20에 기재한 발명은 청구항 19에 기재한 발명에 있어서, 상기 회전디스크상의 시료로의 투영위치를 변화시키는 이동기구를 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 21에 기재한 발명은 청구항 2에서 18 중 어느 한 항에 기재한 패턴형성부재에 여기필터를 지난 소정 파장의 여기광을 입사시키고, 상기 패턴형성부재를 통하여 시료를 주사하는 동시에, 상기 시료로부터 발해지는 형광을 상기 패턴형성부재 및 상기 형광의 파장을 선택하는 흡수필터를 통하여 섹셔닝상으로서 취득하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 22에 기재한 발명은, 광원과, 빛을 투과하는 슬릿상의 투광부와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부가 번갈아 주기적으로 배치된 패턴을 구비한 회전디스크와, 상기 광원으로부터의 빛을 회전디스크에 인도하는 수단과, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 시료에 조사하여 회전디스크의 패턴을 시료에 투영하는 수단과, 상기 시료로부터 방사된 빛을 상기 회전디스크상에 투영하는 광학렌즈와, 상기 회전디스크를 광로상에서 회전시켜서 상기 시료에 투영된 회전디스크의 패턴을 주사하는 수단과, 상기 회전디스크에 투영된 시료상 중 상기 회전디스크를 투과한 상을 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 있어서, 상기 회전디스크면과, 광축과 수직인 면의 각도를 θ로 하고, 상기 시료에서 본 상기 렌즈의 개구수를 NA로 하며, 상기 회전디스크에 투영되는 시료상의 확대율을 M으로 하고, 관찰되는 시료의 영역의 회전디스크상에서의 직경(이것을 시야수라 한다)을 R로 하며, 관찰되는 시료의 영역의 회전디스크상에서 직경의 가장 끝을 지나는 주광선과 광축의 이루는 각을 Ø로 하고, 빛의 파장을 λ로 했을 때에,

θ＞Ø＋2NA/M 및

의 2가지의 관계 중 적어도 한쪽이 성립하는 것을 특징으로 한다.

이 결과 본 발명에 따르면, 투광부와 차광부의 직선상 패턴이 회전디스크의 회전과 동시에, 그 방향을 바꾸면서 주사되도록 되기 때문에 회전디스크중심이 어긋나 있어도 명암의 얼룩이 발생하지 않는 양질의 관찰상을 얻을 수 있다.

또 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 투광부 및 차광부의 직선상 패턴방향이 평행해지지 않는 연구가 이루어지고 있기 때문에 관찰상에서의 명암의 얼룩의 발생을 방지할 수 있다.

또한 회전디스크상의 투광부와 차광부의 직선상 패턴은 번갈아 나열되어 있을 뿐이기 때문에 마스크패턴의 작성도 간단하고, 가격적으로도 저가로 할 수 있다.

또 본 발명에 따르면, 직선상의 투광부와 차광부를 번갈아 배치한 패턴이 존재하는 영역을 복수 설치하고, 각각의 영역에서 선폭을 다르도록 하며, 광축을 가로지르는 방향으로 회전디스크사용영역을 이동 가능하게 하는 것으로 회전디스크의 투과율을 설정 가능하게 하고, 시료의 상황에 맞추어서 섹셔닝효과와 상의 밝기를 선택적으로 설정할 수 있으며, 시료에 맞추어서 빛을 유효하게 이용할 수 있고, 보다 여러 가지 종류의 시료에 대하여 밝은 섹셔닝상을 얻는 것이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 관찰상의 명암의 얼룩을 발생하는 일 없이 디스크상의 복수패턴으로부터 대물렌즈의 배율이나 개구수에 따른 패턴을 선택할 수 있으며, 양호한 화상을 안정되게 관찰할 수 있는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 디스크 및 섹셔닝상 관찰장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명에 따르면, 투광부와 차광부를 번갈아 직선상으로 나열한 디스크를 동심원상으로 복수의 영역으로 나누고, 각각의 영역의 투광부의 슬릿폭(L)과 차광부의 폭(W－L)이 다르도록 하는 것으로 복수의 대물렌즈에서도 공초점화상의 관찰을 가능하게 하며, 또 공초점효과가 다른 화상도 관찰 가능하게 하는 동시에, 각영역에 있어서, 발생하는 명암의 줄무늬를 억제하기 위한 패턴이 직교하는 이방향영역의 폭(1)을 투광부와 차광부의 주기(W)에 따라서 결정할 수 있도록 했기 때문에 어떤 영역에서 관찰하는 공초점화상도 균질이고, 양호하게 할 수 있다. 또한 이방향영역의 폭을 간단히 결정할 수 있기 때문에 종래와 같이 몇 번이나 디스크를 다시 만들어서 이 영역의 폭을 결정할 필요도 없기 때문에 검토시간의 삭감과 비용이 저가로 완료되게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 불필요한 반사광(플레어)을 저감하기 위한 회전디스크의 기울기각도를 디스크에 투영되는 시료상의 배율, 시야의 범위, 빛의 입사각을 고려하여 계산에 의해 플레어를 저감하는 데 실제적인 각도를 결정하도록 했기 때문에 실제의 현미경의 설계시의 패러미터를 사용하여 플레어가 없는, 콘트래스트가 좋은 섹셔닝화상이 얻어지는 각도로 할 수 있을 뿐만 아니라 시료의 초점심도내에 디스크의 기울기를 넣도록 설계할 수도 있기 때문에 시료상의 다른 높이에 초점이 있었던 상이 관찰된다는 것이 발생하지 않게 된다.

또 본 발명에 따르면, 직선상의 투광부와 차광부를 번갈아 배치한 패턴을 디스크를 사용하여 주사하는 대신에 마이크로미러어레이를 사용하여 각각 마이크로미러의 방향을 바꾸는 것으로 패턴을 만들어서 주사하고 있다. 따라서 여러 가지 대물렌즈에 맞춘 슬릿광의 폭을 만들 수 있기 때문에 종래와 같이 디스크를 교환하거나 원주상으로 복수의 영역으로 나눈 디스크를 만들 필요도 없으며, 변경 없이 대물렌즈에 맞춘 패턴을 만들어낼 수 있기 때문에 간단하게 양호한 공초점화상을 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 실시형태를 도면에 따라서 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 4는 본 발명이 적용되는 섹셔닝상 촬상장치로서의 공초점효과를 갖는 현미경(이하 공초점현미경이라 부른다.)의 개략구성을 나타내는 것으로, 도 1과 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다.

이 경우 할로겐광원 또는 수은광원 등의 광원(1)으로부터 출사되는 빛의 광로상에 콘덴서렌즈(2), 편광판(15), PBS(편광빔스프리터)(3)의 반사광로상에는 패턴형성부재인 회전디스크(13), 제 1 결상렌즈(5), 1/4파장판(6), 대물렌즈(7)를 통하여 시료(8)가 배치되어 있다. 또 시료(8)에서 반사한 빛의 PBS(3)의 투과광로상에는 제 2 결상렌즈(9)를 통하여 CCD카메라(10)가 배치되어 있다. 이 CCD카메라(10)의 화상출력단자에는 모니터(11)가 접속되고, CCD카메라(10)에서 촬상된 화상을 표시한다.

여기에서 회전디스크(13)는 회전축(12) 등을 통하여 도시하지 않는 모터를 전달 가능하게, 여기에서는 모터의 축에 연결되어 일정한 회전속도로 회전되도록 되어 있다. 또 회전디스크(13)는 도 5A에 나타내는 바와 같이 빛을 투과하는 직선상으로 형성된 투광부(13a)와 빛을 차폐하는 직선상으로 형성된 차광부(13b)의 각각의 패턴이 번갈아 나열하여 배치되어 있다.

이 경우 도 5A 및 도 5B에 나타내는 바와 같이 직선상의 차광부(13b)의 폭치수는 직선상의 투광부(13a)의 폭치수보다 크고, 예를 들면 1 : 9로 설정되어 있다. 또 빛을 투과하는 직선상의 투광부(13a)의 폭(L)은 시료상이 회전디스크(13)에 투영되는 배율을 M, 빛의 파장을 λ, 대물렌즈(7)의 개구율을 NA로 하면 하기 식으로 결정된다.

L＝kλM/NA …(1)

여기에서 k는 계수이고, k＝0. 5∼1 정도가 자주 사용된다.

예를 들면 대물렌즈(7)로서 배율이 100배, NA＝0. 9를 사용하면 λ는 가시로 550nm가 자주 사용되기 때문에 폭(L)은 대략 45㎛로 되는데, k＝0. 5∼1을 고려하면 30∼60㎛의 범위로 설정된다.

다음으로 이와 같이 구성한 제 1 실시형태의 작용에 대하여 설명한다.

광원(1)으로부터 출사된 빛은 콘덴서렌즈(2)를 지나서 편광판(15)에서 어떤 편광만의 직선편광으로 되어 PBS(3)에 입사된다. PBS(3)는 편광판을 투과해 온 방향의 편광은 반사하고, 그것에 수직인 방향의 편광은 투과하도록 되어 있다. PBS(3)에서 반사된 빛은 일정한 속도로 회전하는 회전디스크(13)에 입사된다.

그리고 이 회전디스크(13)의 직선상의 투광부(13a)를 투과한 빛은 제 1 결상렌즈(5)를 지나서 1/4파장판(6)에서 원편광으로 되고, 대물렌즈(7)에 의하여 결상되어 시료(8)에 입사된다. 또 시료(8)로부터 반사된 빛은 대물렌즈(7)를 지나서 1/4파장판(6)에서 입사시와는 직교한 직선편광으로 되며, 제 1 결상렌즈(5)를 통하여 회전디스크(13)상에 시료상을 결상한다.

여기에서 시료(8)를 관찰하고 있을 때의 어떤 순간을 생각하면 도 6A에 나타내는 바와 같이 어떤 방향으로 라인투영되어 있다. 그리고 이 상태에서 시료(8)로부터 반사되는 빛이 회전디스크(13)에 결상되었다고 하면 시료(8)의 초점이 맞아 있는 부분은 회전디스크(13)상에 투영된 라인과 시료상이 승산된 형태로 라인상으로 투영되기 때문에 회전디스크(13)를 통과할 수 있는데, 비합초부분은 회전디스크(13)에 투영되는 상도 흐려져 있기 때문에 비합초상의 대부분은 회전디스크(13)를 통과할 수 없다. 이 상태로는 단순히 시료상에 패턴상이 겹쳐졌을 뿐인데, 회전디스크(13)를 회전시켜 가면 패턴상이 시료상상에서 방향을 바꾸면서 이동(주사)되어 가기 때문에 이들은 평균화되어 라인상은 없어지고 초점이 맞은 양질의 상이 관찰된다.

이에 따라 CCD카메라(10)의 노출시간에 대하여 회전디스크(13)의 회전이 충분히 빠르면 CCD카메라(10)에서 촬상한 합초화상을 모니터(11)에 의해 관찰할 수 있다. 이 경우 구체적으로는 CCD카메라(10)가 통상의 TV레이트라면 노출시간은 1/60이나 1/30초이기 때문에 이들 노출시간 중에 회전디스크(13)가 반회전 정도 하는 1800rpm으로 설정하면 좋다.

따라서 이와 같이 하면 회전디스크(13)로서 직선상의 투광부(13a) 및 차광부(13b)의 패턴을 번갈아 나열한다는 간단한 패턴구성에 의해 합초상인 섹셔닝화상을 얻을 수 있다. 또 직선상의 투광부(13a) 및 차광부(13b)의 직선상 패턴이 나열되어 있으며, 상기한 핀홀의 경우와 달리 회전디스크의 회전에 따라서 직선이 여러 가지 방향으로 주사되어 가는 것에 변함 없기 때문에 비록 회전디스크의 중심이어긋나도 명암의 얼룩이 발생하지 않는 양질의 관찰상을 얻을 수 있다.

또 Nipkow회전디스크와 같이 다수의 핀홀을 복잡하게 배열하는 것과 달리 직선상 패턴이 나열되어 있을 뿐이기 때문에 EB묘화장치에서 마스크패턴을 만들 때도 전자빔을 일방향으로 스캔할 뿐이기 때문에 매우 저가로 작성할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 제 2 실시형태가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 4와 똑같기 때문에 도 4를 원용하는 것으로 한다.

그런데 상기한 회전디스크(13)가 회전했을 때의 관찰시야내에서의 패턴의 움직임을 생각하면 투광부(13a)와 차광부(13b)가 직선상 패턴에 의해 형성되기 때문에 도 6B와 같이 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 투광부(13a) 및 차광부(13b)의 직선상 패턴방향이 평행해지는 일이 있으며, 이 상태로는 회전디스크(13)가 회전하고 있어도 시료에 투영되는 패턴이 거의 변화하지 않는 것에서 이 전후에서 관찰상에는 회전디스크의 회전방향에 명암의 얼룩이 발생하는 일이 있다.

도 7은 도 6B를 이용하여 설명한 관찰상에 발생할 가능성이 있었던 명암의 얼룩을 고려한 회전디스크이며, 이하에 도 7에 나타내는 회전디스크를 이용한 공초점현미경에 대하여 도 4를 참조해서 설명한다.

이 경우 회전디스크(13)는 회전디스크 전체면에 빛을 투과하는 직선상의 투광부(13a)와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부(13b)의 각 패턴이 번갈아 나열하여 배치되고, 이들 투광부(13a)와 차광부(13b)의 직선상의 패턴 중 회전디스크(13)가 회전할 때 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 이들 투광부(13a) 및 차광부(13b)의 직선상 패턴과 직교하는 방향을 따라서 중심각도를 수도(數度) 정도로 한 부채상의 차광영역(13c, 13d)을 형성한다.

따라서 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)에 대하여 투광부(13a) 및 차광부(13b)의 패턴방향이 평행해지는 부분에 차광영역(13c, 13d)이 형성되고, 이 부분에서는 상관찰을 할 수 없도록 했기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 회전디스크(13)상의 차광영역(13c, 13d)에서는 광원(1)으로부터시료(8)로의 빛이 차광되기 때문에 CCD카메라(10)의 노출시간에 대하여 회전디스크(13)의 회전이 늦으면 차례 차례로 촬상되는 화상간에서 밝기가 다를 가능성이 있는데, 이 점은 회전디스크(13)의 회전과 CCD카메라(10)에서의 촬영을 동기시키고, 예를 들면 CCD카메라(10)의 노출시간 중에 회전디스크(13)가 반회전하도록 하는 것으로 대응할 수 있다.

(제 3 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 제 3 실시형태에서의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 4와 똑같기 때문에 도 4를 원용하는 것으로 한다.

도 8은 이와 같은 공초점현미경에 이용되는 회전디스크의 개략구성을 나타내는 것으로, 회전디스크(16)는 도 8에 나타내는 바와 같이 원주방향으로 3분할된 부채상의 영역(161, 162, 163)이 형성되고, 각각의 영역(161, 162, 163)에는 빛을 투과하는 직선상의 투광부(16a)와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부(16b)의 패턴이 벌갈아 배치되어 있다. 이 경우 각 영역(161, 162, 163)에서의 직선상의 투광부(16a) 및 차광부(16b)는 회전디스크(16)의 회전과 함께 관찰시야내에서의 직선의 방향이 변화해 가는데, 이 때 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)에 대하여 각 영역(161, 162, 163)에 있어서의 직선상의 투광부(16a)와 차광부(16b)의 패턴방향이 어떠한 경우도 평행해지지 않도록 설정되어 있다.

또 이 경우의 직선상의 차광부(16b)의 폭치수는 직선상의 투광부(16a)의 폭치수보다 크고, 예를 들면 1 : 9로 설정되어 있다. 또한 빛을 투과하는 직선상의투광부(16a)의 폭(L)은 상기한 (1)식에 의해 결정되어 있다.

이와 같은 회전디스크(16)에 따르면, 시료(8)를 관찰하고 있을 때의 어떤 순간을 생각하면 시료(8)상에는 도 6A에서 서술한 것과 똑같이 소정 방향으로 기울어서 투광부(16a)의 패턴이 라인상으로 투영된다. 이 상태에서 시료(8)로부터 반사한 빛이 회전디스크(16)상에 결상되었다고 하면 시료(8)의 초점이 맞아 있는 부분은 회전디스크(16)상에 대하여 라인상으로 투영되는데, 비합초부분은 회전디스크(16)에 투영되는 상도 흐려져 있기 때문에 비합초상의 대부분은 회전디스크(16)를 투과할 수 없어서 합초한 상만이 회전디스크(16)를 투과한다. 그러나 이 상태로는 단순히 시료상에 패턴상이 겹쳐졌을 뿐인데, 회전디스크(16)를 회전시켜 가면 패턴상이 시료상상에서 방향을 바꾸면서 이동하게 된다.

이 경우도 상기한 도 6B와 같이 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)에 대하여 투광부(16a)와 차광부(16b)의 패턴방향이 평행해지면 회전디스크(16)가 회전하고 있어도 시료(8)에 투영되는 패턴이 거의 변화하지 않는 것에서 명암의 얼룩이 발생하는 일이 있는데, 이 실시형태에서의 회전디스크(16)는 어떠한 경우도 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지지 않도록 투광부(16a)와 차광부(16b)의 직선상 패턴방향이 설정되어 있기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩은 발생하지 않고, 또한 회전디스크(16)의 회전에 의하여 라인상의 상은 평균화되며, 초점이 맞은 양질의 상이 관찰된다.

따라서 이와 같이 하면 투광부(16a) 및 차광부(16b)를 번갈아 배치한 직선상 패턴에 의해 방향이 다른 복수의 영역(161, 162, 163)을 형성함으로써 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)에 대하여 평행해지는 부분이 없어지기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하는 일이 없어서 양호한 화상을 관찰할 수 있다. 또 회전디스크(16)면에서 대량으로 빛을 차폐하는 부분이 존재하지 않기 때문에 빛을 유효하게 이용할 수 있으며, 또 Nipkow회전디스크와 같이 다수의 핀홀을 복잡하게 배열하는 것과 달리 직선상의 패턴이 나열되어 있을 뿐이기 때문에 EB묘화장치에서 마스크패턴을 만들 때도 전자빔을 일방향으로 스캔하는 것이므로 매우 저가로 작성할 수 있다.

(제 4 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 제 4 실시형태에서의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 4와 똑같기 때문에 도 4를 원용하는 것으로 한다.

도 9는 이와 같은 공초점현미경에 이용되는 회전디스크(17)의 개략구성을 나타내는 것으로, 이 경우 회전디스크(17)에는 도 5A 및 도 5B에서 서술한 것과 똑같이 빛을 투과하는 직선상의 투광부(17a)와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부(17b)의 패턴이 번갈아 배치되어 있다. 또 이들 투광부(17a)와 차광부(17b)의 폭치수의 관계 및 투광부(17a)의 폭(L)의 설정조건도 도 5A 및 도 5B에서 서술한 것과 똑같다.

그리고 이들 투광부(17a)와 차광부(17b)의 직선상의 패턴 중 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 투광부(17a) 및 차광부(17b)의 직선상 패턴과 직교하는 방향의 투광부(18a) 및 차광부(18b)의 복수의 직선상 패턴을 갖는 영역(19a, 19b)을 설치하고 있다. 이 경우 영역(19a,19b)은 각 직선상 패턴의 회전디스크둘레가장자리로부터의 길이치수를 차례로 바꾸는 것으로 부채상으로 형성되고, 이들 부채상 영역(19a, 19b)의 중심각도(θ)는 명암얼룩을 어느 정도 작게 하는지, 투광부(18a) 및 차광부(18b)의 폭치수, 관찰시야가 회전디스크(17)의 회전중심으로부터 어느 정도의 거리(R)에 있는지에 따라서 결정되어 있다. 예를 들면 투광부(18a)의 폭치수가 20㎛, 차광부(18b)의 폭치수가 180㎛, R이 30mm라면 명암의 얼룩을 1% 이하로 하는 데는 θ는 10° 정도로 설정된다.

따라서 이와 같은 회전디스크(17)를 이용해도 명암얼룩이 발생하지 않는 섹셔닝화상이 얻어지고, 또 각 직선상 패턴은 영역으로서는 4가지로 나뉘어 있는데, 직선방향은 실질적으로 2방향밖에 없기 때문에 회전디스크(17)상의 패턴형성을 간단히 할 수 있고, 가격적으로도 저가로 할 수 있다.

(제 5 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 5 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 본 발명의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 4와 똑같기 때문에 도 4를 원용하는 것으로 한다.

도 10은 이와 같은 공초점현미경에 이용되는 회전디스크(20)의 개략구성을 나타내는 것으로, 이 경우 회전디스크(20)에는 도 5A 및 도 5B에서 서술한 것과 똑같이 빛을 투과하는 직선상의 투광부(20a)와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부(20b)의 패턴이 번갈아 배치되어 있다. 또 이들 투광부(20a)와 차광부(20b)의 폭치수의 관계 및 투광부(20a)의 폭(L)의 설정조건도 도 5A 및 도 5B에서 서술한 것과 똑같다.

그리고 이들 투광부(20a)와 차광부(20b)의 직선상의 패턴 중 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 투광부(20a) 및 차광부(20b)의 직선상 패턴과 직교하는 방향의 투광부(21a) 및 차광부(21b)의 복수의 직선상 패턴을 갖는 일정한 폭(X)을 갖는 영역(22)이 설치되어 있다.

이 경우 영역(22)의 폭(X)은 명암얼룩을 어느 정도 작게 하는지, 투광부(21a) 및 차광부(21b)의 폭치수에 따라서 결정되어 있다. 예를 들면 투광부(21a)의 폭치수가 6㎛, 차광부(21b)의 폭치수가 54㎛인 경우를 생각하면, 제 4 실시형태에서 서술한 회전디스크(17)의 경우 회전디스크중심에 가까운 부분과 먼 부분에서는 명암얼룩을 일정 이하로 하기 위한 각도(θ)가 달라 있다. 즉 회전디스크중심으로부터의 거리를 R로 하고, 명암얼룩을 1% 이하로 하는 각도(θ)를 계산해 보면 도 11에 나타내는 결과가 얻어진다.

이 결과에서 명암얼룩을 1%로 하는 데는 거리(R)가 클수록 θ가 작아지는 것을 알 수 있는데, 관찰시야가 매우 넓은 경우는 회전디스크중심에 가까운 부분도, 먼 부분도 이용하게 되기 때문에 θ가 일정해지도록 영역(19a, 19b)을 결정하면 관찰시야내에서 얼룩이 눈에 띄는 부분과 눈에 띄지 않는 부분이 존재하게 된다.

그런데 이 제 5 실시형태의 회전디스크(20)의 경우 폭(X)은 X＝Rsinθ에서 도 11에 나타내는 바와 같이 거의 일정값이 되기 때문에 관찰시야가 매우 넓은 경우에도 명암얼룩을 시야의 전역에 걸쳐서 일정 이하로 할 수 있으며, 또한 양호한 시료관찰을 실시할 수 있다.

(제 6 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 6 실시형태에 대하여 설명한다.

제 1∼제 5 실시형태에 있어서는 다음과 같은 문제가 생각된다.

상기의 섹셔닝상 관찰장치에서 얻어지는 상의 밝기는 회전디스크면상의 관찰시야내에 있어서의 투광부면적에 비례한다.

회전디스크의 투광부직선패턴의 폭은 앞서 나타낸 바와 같이 섹셔닝효과를 얻기 위해 광학계의 정수(定數)로부터 결정되는 값으로서 결정된다. 또 차광부의 폭은 인접한 투광부로부터의 비합초의 빛이 혼입하는 것으로 평면분해능 및 높이방향의 섹셔닝효과가 손상된다는 의미에서는 크게 취하는 편이 유효한데, 실제로는 결상에 기여하는 총 광량과의 결합으로 어떤 값(예를 들면 상기의 예에서는 투광부 : 차광부＝1 : 9)으로 설정된다. 이와 같이 투광부, 차광부의 선폭값은 고정값이며, 회전디스크의 투과효율은 일정하다.

그러나 어떤 종류의 반도체시료에 대표되는 바와 같이 다층에 형성된 구조를 갖는 것과 같이 높이를 갖는 시료에 대해서는 목적에 따라서 상하의 상을 한 번에 보고 싶은 경우가 있다. 이와 같은 시료의 관찰에 있어서는, 오히려 회전디스크상 관찰시야내의 투과효율을 우선시키고, 상에 기여하는 광량이 많은 편이 상의 밝기확보의 점에서 유효하게 되어 오는 경우가 있다.

또 형광관찰과 같은 경우에는 상의 밝기를 얻기 위해 광원광량을 증가시키는 것은 시료로의 조사광량을 증가시키고, 결과 퇴색이 빨리 진행되어 버리는 것도 있다. 마찬가지로 반도체분야에 있어서의 시료에 있어서도 조사광량에 따라서 레지스트막에 변질이 일어나서 시료에 손상을 주어 버린다는 경우도 생각된다.

이와 같이 상기의 섹셔닝상 관찰장치에 있어서는, 그 높은 섹셔닝효과를 여러 가지 종류의 시료에 적용하는 것을 생각하면 특히 형광관찰 등의 관찰에 있어서 회전디스크투과율의 낮기에서 오는 상의 밝기부족이 발생한다는 문제가 있으며, 보다 여러 가지 종류의 시료관찰로의 적용을 실시하는 것이 곤란하다고 생각된다. 특히 육안으로 보는 관찰에 있어서는, 이 제한이 보다 강하게 영향해 오는 것은 명백하다.

도 12는 제 6 실시형태에 관련되는 공초점현미경에 적용한 개략구성을 나타내는 도면이고, 도 4와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다. 도 12의 구성에서는 도 4의 구성에 모터(16)와 이동스테이지(17)를 명시한 구성으로 되어 있으며, 모터(16) 및 회전디스크(13)는 함께 이동스테이지(17)에 부착되고, 회전디스크(23)가 광축을 가로지르는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 그 밖의 구성은 도 4와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

도 13A 및 도 13B는 본 실시형태에 있어서의 회전디스크를 나타내는 도면이다. 도 13A에 나타내는 바와 같이 회전디스크(23)는 회전의 반직경방향에 동심원상으로 3개의 영역(231, 232, 233)으로 나뉘고, 각각의 영역에는 도 13B의 확대도와 같이 직선상의 투광부(23a)와 차광부(23b)가 번갈아 나열되어 배치되어 있다. 차광부분(23b)의 라인의 폭은 상기한 3개의 영역(231, 232, 233)에서 각각 다르고, 상기 투광부의 폭(L)에 대하여 예를 들면,

231 : 50×L

232 : 10×L

233 : 4×L

로 되어 있다.

본 실시형태에서는 회전디스크(23)상의 빛의 입사위치, 즉 시료(8)에 투영되는 패턴의 회전디스크(23)상에서의 위치는 이동스테이지(17)의 이동에 따라서 도 13A의 231, 232, 233을 선택할 수 있도록 되어 있다. 이 모양은 도 13A에 점선의 원으로 나타내어지는 바와 같이 특정한 영역에 관찰시야가 들어가도록 설정된다.

따라서 이동스테이지(17)의 설정에 의하여 시야내에서의 회전디스크의 투과율을 대략 1배, 5배, 20배로 변화시킬 수 있다. 결과 본 실시형태에 관련되는 섹셔니상 관찰장치에 따르면, 시료(8)의 높이방향변화가 작은 경우, 또는 형광관찰과 같이 시료(8)에 조사하는 광량을 억제하고 싶은 경우에는 이동스테이지(17)의 이동에 의하여 차광부폭이 다른 회전디스크(23)의 사용장소를 선택하고, 회전디스크(13)의 투과율을 설정할 수 있다.

이에 따라서 시료(8)의 상황에 맞추어서 적절한 섹셔닝효과와 상의 밝기를 설정하는 것이 가능하게 되어 보다 여러 가지 종류의 시료에 대하여 적절한 밝기의 섹셔닝상 관찰을 실시하는 것이 가능하게 된다.

또 회전디스크패턴은 종래예와 똑같이 단순한 라인패턴이며, 제작에 드는 비용이 증대하는 일도 없어서 저가로 작성할 수 있다.

(제 7 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 7 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 본 발명의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 12와 똑같기 때문에 도 12를 원용하는 것으로 한다.

도 14는 본 발명의 제 7 실시형태의 설명도이다. 또한 본 실시형태는 제 6 실시형태에 있어서의 회전디스크의 패턴변경이기 때문에 패턴부분만을 기록하고, 제 6 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 회전디스크는 도 14와 같이 회전디스크의 직선상의 패턴(241)에 있어서, 도 10과 마찬가지로 회전디스크(24)가 회전할 때의 H방향과 직선상의 패턴이 평행해지는 부분에 다른 부분과 직교하도록 직선패턴(242)을 설치한 것이다. 반직경방향에는 제 6 실시형태와 똑같이 차광부의 폭이 다른 3개의 영역을 설치하고 있다. 이와 같은 회전디스크패턴을 채택하는 것으로 회전디스크의 회전시에 회전방향(H방향)과 패턴의 방향이 평행해지는 위치에서의 상명암의 얼룩을 억제하고 있다. 회전디스크투과율의 변경은 제 6 실시형태와 똑같이 회전디스크사용위치변경으로 설정 가능하며, 이에 따라 시료의 상황에 맞춘 상의 밝기의 변경을 시야내에서의 보다 균일한 밝기를 갖고 실시할 수 있게 된다.

(제 8 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 8 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 본 발명의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 12와 똑같기 때문에 도 12를 원용하는 것으로 한다.

도 15A는 회전디스크(23)의 전체도, 도 15B는 회전디스크(25)의 패턴부의 부분확대도이다. 도 15A와 같이 회전디스크(25)는 2개의 영역(251)과 영역(252)으로나뉘고, 예를 들면 도 15B와 같이 영역(251)은 투광부(251a)와 차광부(251b)와 같이 번갈아 직선상의 패턴을 배치하고 있다.

영역(251(또는 영역(252))에는 투광부(251a(또는 252a))와, 차광부(251b(또는 252b))가 번갈아 나열되어 배치되어 있으며, 차광부분(251b(또는 252b))의 라인의 폭은 투광부(251a(또는 252a))보다 넓고, 9 : 1로 되어 있다.

여기에서 회전디스크(25)의 내주측에 배치된 영역(252)을 광로상(또는 관찰시야)에 배치하는 데는 모터(16)와 접속한 리니어가이드, 볼나사, 랙 & 피니언 등을 사용한 수동 또는 자동제어에 의한 이동스테이지(17)에 의하여 화살표방향으로 이동할 수 있다.

투광부의 폭(L)은 핀홀의 경우와 똑같이 시료상이 회전디스크에 투영되는 배율을 M, 빛의 파장을 λ, 대물렌즈의 개구율을 NA로 하고, (1)식이 이용되며, 예를 들면 도 15A의 영역(251)에 있어서, 대물렌즈(7)로서 배율이 100배, NA＝0. 9를 상정하고, 광로상에 설치하면 통상 사용되는 λ＝550nm를 이용하여 계산하면 투광부(251a)의 폭(L)은 30∼60㎛의 범위로 설정된다.

한편 영역(252)에 있어서, 대물렌즈(7)의 배율 20배, NA＝0. 4를 상정하면 같은 파장(λ)이고, 영역(252)의 투광부(252a)의 폭(L)은 13. 75∼27. 5㎛의 범위로 설정된다.

또 회전디스크(25)가 회전해 가면 관찰시야내에서의 직선의 방향이 변화해 가는데, 투광부(251a(또는 252a))와 차광부(251b(또는 252b))의 직선상 패턴 중 관찰시야내에서 패턴의 방향이 주사방향과 평행해지는 부분에 투광부(251a(또는252a))와 차광부(251b(또는 252b))의 직선상의 패턴과 직교하는 방향을 따라서 중심각도를 수도 정도로 한 2개의 차광영역(281a, 281b)이 설치되어 있다.

여기에서 도 15A의 영역(252)을 사용하여 시료상을 관찰하고 싶은 경우 도 12와 같이 이동스테이지(17)에 의하여 화살표방향으로 이동시키면 모터(16)에 접속된 회전디스크(25)의 내주측에 배치한 영역(252)을 광로상(또는 관찰시야내)에 배치할 수 있다.

또 관찰시야내에서 투광부(251a(또는 252a))와 차광부(251b(또는 252b))의 직선상 패턴의 방향이 주사방향과 평행해지는 부분에 도 15A 및 도 15B와 같이 2개의 차광영역(25a, 25b)이 배치되고, 이 영역에서는 관찰상을 할 수 없도록 했기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이 대물렌즈의 배율이나 개구수에 맞춘 최적의 패턴을 회전디스크(25)상의 동심원상에 배치한 복수의 영역으로부터 선택할 수 있음으로써 회전디스크를 교환하는 일 없이 회전디스크(25)의 이동만으로 시료(8)가 양질인 공초점화상을 얻을 수 있다.

또 회전디스크의 패턴을 단순히 직선상의 투광부와 차광부에 번갈아 나열한다는 단순한 패턴이기 때문에 관찰상에 명암의 얼룩이 발생하는 일이 없어진다. 또한 Nipkow회전디스크와 같이 다수의 핀홀을 정밀도 좋고, 복잡하게 배열하는 회전디스크와 달리 EB묘화장치에서 마스크패턴을 만들 때도 전자빔을 일방향으로 스캔할 뿐이기 때문에 정밀도 좋고, 매우 저가로 제작할 수 있다.

(제 9 실시형태)

다음으로 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 16은 본 발명의 제 9 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 본 실시형태는 제 8 실시형태에 있어서 회전디스크의 패턴변경이기 때문에 패턴부분만을 기록하고, 제 8 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

제 9 실시형태에 대해서도 차광부(261b(262b))의 폭치수에 대하여 투광부(261a(또는 262a))의 폭치수는 크고, 예를 들면 9 : 1로 설정되어 있다. 또한 투광부(261a(또는 262a))의 폭치수(W)는 상기한 (1)식에 의해 결정되어 있다.

본 실시형태의 회전디스크(26)의 투광부(261a)와 차광부(261b)의 직선상의 패턴에 있어서, 회전디스크가 회전할 때 관찰시야내에서 직선상의 패턴이 회전디스크주사방향과 평행해지는 부분이 투광부(261a)와 차광부(261b)의 직선상의 패턴에 대하여 직교방향으로 직선패턴을 배치한 투광부(263a), 차광부(263b)를 갖는 2개의 영역(263)을 설치하고 있다. 이 2개의 영역(263)은 회전디스크중심에 대칭으로 배치되어 있다. 상기 2개의 영역(263)은 각 직선상 패턴의 회전디스크둘레가장자리로부터 길이치수를 차례로 바꾸는 것으로 형성되고, 상기 영역(263)의 중심각도(θ)는 명암얼룩을 어느 정도 작게 하는지, 차광부(261b)와 투광부(261a)의 폭치수, 관찰시야가 회전디스크(26)의 회전중심으로부터 어느 정도의 거리(R)에 있는지에 따라서 결정되어 있다. 예를 들면 2개의 영역(263)에 있어서, 투광부(261a)가 20㎛, 차광부(261b)가 180㎛, R이 30mm라면 명암의 얼룩을 1% 이하로 하는 데는 θ가 10° 정도로 된다.

또 저배율의 대물렌즈(또한 NA가 작은 대물렌즈)를 이용하는 경우투광부(262a)의 치수폭은 작아지기 때문에 예를 들면 회전중심에 대하여 대칭으로 배치한 2개의 영역(306)에 있어서는, 투광부(262a)를 6㎛, 차광부(262b)를 54㎛로 하면 중심각도(θ2)를 도 11로부터 구할 수 있다.

제 8 실시형태와 똑같이 회전디스크(26)의 내주측의 영역(4)을 사용하여 시료상을 관찰하고 싶은 경우 도 12와 같이 모터(16)에 접속된 회전디스크(26)를 화살표방향으로 이동함으로써 회전디스크(26)를 교환하는 일 없이 회전디스크(26)의 이동만으로 다른 배율 및 개구수의 대물렌즈(7)에 대응할 수 있다.

또 회전디스크의 관찰시야내에서 투광부(261a(또는 262a))와 차광부(261b(또는 262b))를 번갈아 배치한 직선상 패턴 중 회전디스크주사방향과 평행해지는 부분을, 영역(264a)과 영역(264b)을 형성함으로써 명암얼룩이 발생하지 않는 섹셔닝화상이 얻어진다.

또한 본 회전디스크의 원주방향의 분할은 4개로 하고 있는데, 직선의 방향은 2개의 방향밖에 없기 때문에 회전디스크에 패턴을 작성할 때도 저가로 할 수 있다.

(제 10 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 10 실시형태에 대하여 설명한다.

도 17은 본 발명의 제 10 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 본 실시형태는 제 8 실시형태에 있어서 회전디스크의 패턴변경이기 때문에 패턴부분만을 기록하고, 제 8 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 회전디스크(27)는 도 17과 같이 회전디스크의 직선상의 패턴에 있어서, 회전디스크가 회전할 때 관찰시야내에서 직선상의 패턴이 회전디스크주사방향과 평행해지는 부분이 없어지도록 회전디스크(27)의 원주방향으로 120°씩 분할한 것이다.

또 저배율의 대물렌즈(7)에도 대응할 수 있도록 영역(6)에 직선상의 패턴투광부(272a), 차광부(272b)를 광로상에 배치할 수 있도록 되어 있다.

제 8 실시형태와 마찬가지로 회전디스크(27)의 내주측의 영역(6)을 사용하여 시료상을 관찰하고 싶은 경우 도 12와 같이 모터(16)에 접속된 회전디스크(27)를 화살표방향으로 이동함으로써 회전디스크(27)를 교환하는 일 없이 회전디스크(27)의 이동만으로 다른 배율 및 개구수의 대물렌즈(7)에 대응할 수 있다.

또 회전디스크(27)의 관찰시야내에서 회전디스크주사방향과 평행해지는 부분의 직선상 패턴이 없기 때문에 명암얼룩이 발생하지 않는 섹셔닝화상이 얻어진다. 또한 본 실시형태의 패턴에서는 직선패턴밖에 없기 때문에 정밀도 좋게 제작할 수 있고, 패턴을 작성할 때도 저가로 할 수 있다.

(제 11 실시형태)

도 18은 본 발명의 제 11 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 본 실시형태는 제 8 실시형태에 있어서 회전디스크의 패턴변경이기 때문에 패턴부분만을 기록하고, 제 8 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 회전디스크는 도 18과 같이 회전디스크(28)의 투광부(501a(또는 502a)), 차광부(281b(또는 282b))의 직선상의 패턴에 대하여 회전디스크의 회전에 의한 주사방향과 평행해지는 부분에 투광부(281a(또는 282a)), 차광부(281b(또는 282b))의 직선상의 패턴과 직교하는 방향의 투광부(283a(또는 284a), 283b(또는284b))의 복수의 직선상 패턴으로 일정한 폭(X1(또는 X2))을 갖는 영역(283(또는 284))이 설치되어 있다.

예를 들면 영역(7)에서 투광부폭치수 6㎛, 차광부의 폭치수 54㎛로 하고, 회전디스크(28) 중심으로부터의 거리를 R로 하며, 명암얼룩을 1%로 한 경우의 각도(θ)를 계산한 결과가 도 11이다. 거리(R)가 커질수록 θ는 작아지는데, 도 18의 폭(X1)은 X1＝R×sinθ이기 때문에 거의 일정값이 되므로 관찰시야내에서 명암의 얼룩을 일정 이하로 할 수 있어서 양호한 시료관찰을 실시할 수 있다.

마찬가지로 영역(8)의 X2의 폭은 투광부(282a) 및 차광부(282b)에 대한 치수폭의 비율로부터 구할 수 있다.

제 8 실시형태와 마찬가지로 회전디스크(28)의 내주측의 영역(8)을 사용하여 시료상을 관찰하고 싶은 경우 모터(16)에 접속된 회전디스크(28)를 화살표방향으로 이동함으로써 회전디스크(28)를 교환하는 일 없이 회전디스크(28)의 이동만으로 다른 배율 및 개구수의 대물렌즈(7)에 대응할 수 있다.

또 영역(283)과 같은 직선상 패턴을 형성함으로써 명암얼룩을 발생하지 않는 섹셔닝화상이 얻어진다. 또한 패턴이 단순한 직선상 패턴이기 때문에 정밀도 좋게 회전디스크를 제작할 수 있어서 저가로 제작할 수 있다.

상기의 각 실시형태에서는 어느 쪽도 직선패턴이 다른 방향을 서로 직각으로 배치한 예를 나타냈는데, 반드시 90°일 필요는 없다. 회전디스크의 회전방향과 이루는 각이 상기 명암얼룩을 계산한 각도인 θ보다 크면 몇 도이어도 좋다.

(제 12 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 12 실시형태에 대하여 설명한다.

이 경우 본 발명의 회전디스크가 적용되는 공초점현미경에 대해서는 도 12와 똑같기 때문에 도 12를 원용하는 것으로 한다. 또 본 실시형태에서 설명하는 디스크패턴은 도 18과 똑같기 때문에 도시 및 설명을 생략한다.

도 19는 도 18에 있어서의 회전디스크(28)의 패턴부의 부분확대도이다.

여기에서 회전디스크의 패턴에 대하여 상세히 설명한다. 관찰시야내에서 투광부(281a(또는 282a))와 차광부(281b(또는 282b))의 직선상 패턴의 방향이 주사방향과 평행해지는 부분에 도 18과 같이 2개의 패턴이 다른 부분과 직교하는 이방향영역을 설치하고 있다. 이 이방향영역의 폭(X₁, X₂)에 따라서 명암의 줄무늬가 어느 정도 작아지는지를 결정할 수 있다. 회전디스크상의 어떤 반직경에서의 명암의 줄무늬를 생각한다. 도 20과 같이 계산의 편의상 패턴이 직행하는 부분을 부채형으로 하여 그 중심으로부터의 반각을 θ로 한다.

투광부의 폭을 L, 투광부와 차광부의 폭을 W로 하면 회전디스크를 반회전시켰을 때의 r＝R에서 r＝R＋W의 범위에서의 반사광의 밝기의 최대값과 최소값의 비가 명암비이다.

회전디스크의 회전각을 Ø로 하고, 슬릿의 방향은 Ø＝0의 방향으로 하며, 다만 Ø＝－θ∼θ의 범위는 슬릿의 방향이 90° 달라 있다고 한다.

슬릿을 샘플에 투영하고, 반사하여 다시 회전디스크로 되돌아 왔을 때의 회전디스크에 투영되는 슬릿상은 대물의 NA의 영향에 의해 직사각형으로는 되지 않는다. 근사적으로 L에서 0점을 갖는 sinc함수라 가정한다. 회전디스크의 회전각이 Ø인 때 반사광이 회전디스크를 투과하는 광량(V(r, Ø))은,

여기에서,

다만 int(x)는 x의 정수(整數)부분을 나타내는 함수로 한다.

따라서 중심으로부터의 거리가 r의 위치인 광량(S(r))은 V를 반회전분 적분하고,

(6)식의 계산은 Ø를 －π/2∼π/2적분하고 있는데, 실제는 회전디스크는 x축, y축에 대하여 대칭이기 때문에 1/4회전의 Ø＝0∼π/2의 범위로 충분하다. 이것을 r＝R로부터 R＋W까지 계산하고, 그 최대값과 최소값의 비가, 슬릿이 수직인 부분이 θ의 각도인 때의 명암비가 된다. 명암비를 I_ratio(θ)로 하면,

이것을 θ＝0∼π/4(45°)의 범위에서 어떻게 변화하는지를 구하여 θ를 몇 도로 하면 좋은지의 판단을 위해 각각의 슬릿폭, 중심으로부터의 거리(R)에 대해서의 명암비의 θ에 의한 변화를 계산했다. 각도(θ)를 이방향영역의 폭(X)으로 고치면,

Χ＝Rsinθ (8)

로 된다. 도 21은 상기 식에 의하여 계산한 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계이다. 투광부의 슬릿폭(L＝30㎛, W＝300㎛)이고 R＝25mm와 R＝40mm의 위치의 명암비이다. 도 21에서 R＝25mm, 40mm이어도 커브가 일치해 있는 것을 알 수 있다. 즉 명암비의 변화는 L과 W가 같다면 R에 관계 없이 이방향영역의 폭(X)에 따라서 결정된다. 또 X가 커질수록 명암비는 작아지는데, 일정값을 넘으면 거의 변화하지 않게 된다. 도 21의 경우는 X＝15mm 부근이다.

따라서 도 19의 232에서 투광부(251a)의 슬릿폭(L)을 30㎛, W를 300㎛로 하면 X₂＝10mm 정도로 하면 좋다.

다음으로 L, W 함께 더욱 클 때를 생각한다. L＝60㎛, W＝600㎛인 때의 명암비의 계산결과가 도 22이다. 도 22를 보면 L이 커져 있기 때문에 X가 20mm 부근에서 요철이 눈에 띄는데, 20∼25 부근에서 명암비가 거의 변화하지 않게 된다. 이것은 도 21과 비교하여 대략 배의 위치가 된다. 즉 L : W가 변화하지 않으면 W가 2배가 되었을 때는 X의 값을 배로 하면 좋은 것을 알 수 있다. 도 19의 231에서는 L＝60㎛, W＝600㎛로 한다면 X₁＝20mm 정도로 한다.

이상의 것에서 투광부의 슬릿폭(L), 투광부와 차광부의 주기폭(L), 이방향영역의 폭(X)의 사이에는 「듀티비(L/W)가 일정하다면 X는 W에 비례한다.」라는 법칙이 있는 것을 알 수 있다.

다만 회전디스크의 중심으로부터의 거리(R)에 따라서 X에는 크기의 상한이 있다. 도 20에서 생각하면 각도(θ)는 45° 이상으로 하면 이번에는 직교하는 방향의 패턴의 영역이 좁아져 버리는 것을 알 수 있다. 즉 X의 최대값은,

이다. X는 W에 비례하기 때문에 L : W가 일정하고, 복수의 대물렌즈에 대응시키는 패턴으로 할 때는 도 18과 같이 투광부의 슬릿폭(L)이 큰 쪽을 원의 외측에 배치하지 않으면 안된다.

이번 회의 회전디스크에서는 도 18과 같이 내측과 외측 2개의 밴드에서 다른 슬릿폭으로 하기 때문에 내측에 작은 슬릿폭, 외측에 큰 슬릿폭을 배치하면 좋은 것이 된다.

이상과 같이 대물렌즈의 배율이나 개구수에 맞춘 패턴을 회전디스크(28)상에 동심원상으로 배치한 복수의 영역으로부터 선택할 수 있게 하는 동시에, 각 영역에 설치한 명암의 줄무늬를 방지하기 위한 패턴이 직교하는 이방향영역의 폭(X)을 패턴의 주기(W)에 따라서 적절히 결정할 수 있도록 한 것으로, 영역을 전환하여 관찰해도 양질의 공초점화상의 관찰을 할 수 있게 되었다. 또한 투광부의 슬릿폭(L)과 그 주기(W)가 일정하다면 상기 이방향영역의 폭(X)이 W에 비례하도록 설계하면 좋기 때문에 지금까지와 같이 시작(試作)하여 패턴의 이방향영역을 결정하지 않고 완료되며, 시간, 비용도 삭감할 수 있다.

(제 13 실시형태)

도 23A 및 도 23B는 본 발명의 제 13 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 본 실시형태는 제 11 실시형태에 있어서 회전디스크의 패턴변경이기 때문에 패턴부분만을 기록하고, 제 11 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 회전디스크는 도 23A와 같이 회전디스크(29)에서 동심원상으로 2개의 영역으로 나누고, 도 23B와 같이 외측의 영역(291, 293)과 내측의 영역(292, 294)의 투광부의 슬릿폭(L)은 같으며, 외측의 투광부와 차광부의 주기(W1)와 내측의 주기(W2)를 다른 폭으로 한 것이다. 외측에는 이방향영역(603)이 설치되어 있고 폭은 2X1이며, 내측에는 이방향영역(604)이 설치되어 있고 그 폭은 2X2이며, 이 부분의 패턴은 다른 부분에 대하여 직교하고 있다.

본 실시형태에 따르면, 회전디스크(29)의 내주측의 영역(8)을 사용하여 시료상을 관찰하고 싶은 경우, 모터(16)에 접속된 회전디스크(29)를 화살표방향으로 이동함으로써 회전디스크(29)를 교환하는 일 없이 회전디스크(29)의 이동만으로 다른 패턴을 선택할 수 있다. 제 14 실시형태와 달리 슬릿의 폭은 내측외측에서 같은 수치이며, 그 주기가 달라 있다.

샘플을 관찰하고 있을 때 공초점효과를 줄여서 Z분해능은 내려도 더욱 밝기가 필요할 때가 있다. 공초점효과(Z분해능)는 W/L이 클수록 좋아지는 것이 알려져 있기 때문에 상기와 같은 경우 본 실시형태와 같이 내측과 외측에서 L과 W의 비를 바꿔 두면 상기의 전환을 실시하는 것으로 간단히 밝기, 공초점효과를 바꾼 관찰을 할 수 있게 된다.

본 실시형태에서는 슬릿폭(L)은 같고, 주기(W)만이 2개의 영역(291, 292)에서 달라 있는, 이와 같은 경우의 이방향영역의 폭(X)의 관계를 나타낸다.

투광부의 슬릿폭을 L＝30㎛, 그 주기를 W1＝150㎛로 한다. 제 11 실시형태와 똑같이 명암비와 이방향영역의 폭(X)의 관계를 계산한 것이 도 24이다. 도 24에서 X＝5mm를 넘은 부근에서 명암비의 변화가 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은 L은 같고 W＝300㎛로 W가 2배인 도 21과 비교하면 X가 2배의 위치에서 명암비가 대략 일정값이 되게 된다. 이것을 확인하기 위해 L＝30㎛로 같고 W＝1200㎛로 W를 극단적으로 크게 했을 때의 명암비의 계산결과가 도 25이다. 여기에서는 X＝40∼60mm 부근에서 명암비의 변화가 매우 작아지고, 예상대로 도 21의 W＝300㎛와 비교하여 4배의 수치의 X인 것을 알 수 있다.

정리하면 「‘L/W에 무관계로 명암비를 일정 이하로 하는 이방향영역의 폭(X)은 패턴의 주기(W)에 비례한다」.

또 제 11 실시형태와 똑같이 회전디스크의 중심으로부터의 거리(R과 X)의 사이에는 (9)식의 관계가 있기 때문에 W가 큰 패턴을 외측으로 하지 않으면 안된다. 즉 「복수의 패턴을 회전디스크에 배치할 때는 패턴의 주기(W)에 비례하여 회전디스크로부터의 거리(R)를 크게 하는 것이 바람직한데, 할 수 없을 때는 W가 큰 것일수록 외측에 배치한다」.

따라서 본 실시형태의 경우는 예를 들면,

내측: L＝30㎛, W＝150㎛

외측: L＝30㎛, W＝300㎛

로 하면 좋다.

이상과 같이 투광부의 슬릿폭(L)은 같고 주기(W)가 다른 패턴을 회전디스크(29)상에 동심원상으로 배치한 복수의 영역으로부터 선택할 수 있도록 하는 것으로 회전디스크를 교환하는 일 없이 공초점효과와 밝기를 바꾼 화상관찰을 용이하게 할 수 있는 동시에, 각 영역에 설치한 명암의 줄무늬를 방지하기 위한 패턴이 직교하는 이방향영역의 폭(X)을 패턴의 주기(W)에 따라서 적절히 결정할 수 있도록 한 것으로, 영역을 전환하여 관찰해도 양질의 공초점화상의 관찰을 할 수 있게 되었다. 또한 투광부의 슬릿폭(L)과 그 주기(W)가 일정하다면 상기 이방향영역의 폭(X)이 W에 비례하도록 설계하면 좋기 때문에 지금까지와 같이 시작하여 패턴의 이방향영역을 결정하지 않고 완료되며, 시간, 비용도 삭감할 수 있다.

본 실시형태에서는 회전디스크(29)의 내주측과 외주측에서 2개의 영역을 설치하여 제안했는데, 관찰시야내에 해당 영역이 들어가면 각 대물렌즈(7)에 대응한 패턴영역, 또는 Z분해능이 다른 패턴영역을 동심상으로 3개 이상 회전디스크(29)에 설치해도 좋다.

(제 14 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 14 실시형태에 대하여 설명한다.

도 26은 제 14 실시형태에 관련되는 공초점현미경에 적용한 개략구성을 나타내는 것으로, 도 4와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다. 도 12의 구성에서는 도 4의 구성에 모터(16)를 명시한 구성을 나타내고, 회전디스크가 광축에 대하여 소정의 각도(θ) 기울어서 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 도 4와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

회전디스크(13)는 도 26에 나타낸 바와 같이 광축에 수직인 면에 대하여 각도(θ)만큼 기울어서 놓여져 있으며, 회전축(12)을 통하여 모터(16)에 연결되고, 일정한 회전속도로 회전하도록 되어 있다. 또한 회전디스크(13)의 패턴은 상기 각 실시형태의 어느 쪽의 회전디스크도 사용 가능하기 때문에 패턴에 대해서의 설명 및 도시는 생략한다.

도 26의 구성에 있어서, 시료(8)로부터 반사된 빛은 대물렌즈(7)를 지나서 1/4파장판(6)에서 입사시와는 직교한 직선편광으로 되며, 제 1 결상렌즈(5)를 통하여 회전디스크(13)상에 시료(8)의 상을 결상한다. 결상된 상 중 초점이 맞아 있는 성분의 대부분은 회전디스크(13)상의 투광부분을 통과하는데, 초점이 맞아 있지 않은 경우는 통과할 수 없다. 초점이 맞아 있지 않은 성분의 빛은 차광부에서 상당한 부분은 흡수되는데 일부는 반사된다. 또 투광부분도 투과율은 100%는 아니기 때문에 일부의 빛은 반사한다. 회전디스크(13)상의 투광부분을 통과한 성분은 다시 PBS(3)를 투과하여 제 2 결상렌즈(9)를 통해서 CCD카메라(12)에 시료상안에서 합초의 성분이 결상된다. 한편 반사한 빛은 다시 제 1 결상렌즈(5), 대물렌즈(7)를 지나서 시료에서 반사되는 등으로 회전디스크(13)의 투광부를 투과하면 상의 콘트래스트를 떨어뜨리는 플레어가 되는 것이 생각된다.

도 27은 회전디스크와 제 1 접안렌즈의 부분을 확대한 것이다.

회전디스크(13)는 광축에 수직인 면으로부터 각도(θ)만큼 기울어 있으며, 회전디스크(13)상에 투영되는 시료상의 배율을 M, 관찰시야의 회전디스크(13)상에서의 직경을 R로 한다. 대물렌즈(7)의 개구수를 NA로 한다. 처음에 시야의 중앙의 광축상에 투영되는 상을 생각한다. 회전디스크상의 이 점의 최대입사각(ψ)의 sin은 대물렌즈의 NA를 배율(M)로 나눈 것이 되기 때문에 각도는 작다고 생각하면,

ψ＝NA/M

회전디스크는 광축에 수직인 면으로부터 θ 기울어 있기 때문에 상기의 최대입사각(ψ)의 빛은 회전디스크에 수직인 축에 대하여,

θ±Ø＝θ±NA/M

으로 입사한다. 이 빛의 일부가 반사했을 때에 접안렌즈에 입사하지 않기 위해서는,

NA/M＜θ±NA/M …(5)

모든 부호는 플러스이기 때문에 결국,

θ＞2NA/M …(6)

이라면 좋은 것이 된다.

이상은 시야의 중심의 점에 대해서의 논의인데, 회전디스크에 대한 시료로부터의 빛의 각도가 가장 커지는 것은 도 27의 우측의 선과 같이 관찰시야의 끝의 점이다. 이 경우는 (5)에 대하여 광축과 관찰시야의 끝의 점을 지나는 주광선과의 이루는 각도(Ø)를 추가하지 않으면 안된다. 최종적으로 시료로부터의 빛이 회전디스크(13)에서 반사했을 때에 다시 제 1 접안렌즈(7)에 입사하지 않기 위한 회전디스크의 기울기(θ)의 조건은,

θ＞Ø＋2NA/M …(2)

가 된다. 이들은 시료로부터의 빛의 경우밖에 생각하고 있지 않고, 광원으로부터의 빛이 회전디스크에서 반사하는 경우의 플레어에 대한 것은 서술하고 있지 않다. 일반의 현미경은 관찰시야가 한결같은 밝기로 조명되고, 대물렌즈의 NA를 만족하도록 광원으로부터의 빛이 입사하게 설계된다. 이것은 시료로부터의 빛이 회전디스크의 시야내에서 한결같은 밝기로 NA를 만족하도록 결상되는 것과 완전히 같은 조건이기 때문에 광원으로부터의 빛에 대해서도 (2)식이 그대로 성립하게 된다.

(2)식에 따르면, θ는 클수록 좋은 것이 되는데, 시료의 합초면과 회전디스크의 면이 기울어 있으면 시료가 다른 높이에 초점이 맞아 버리게 되기 때문에 회전디스크에 투영되는 관찰시야내에서 초점심도 이내에 들어가 있을 필요가 있다. 시료면의 초점심도(z_d)는 대물렌즈의 NA와 파장(λ)에 의하여 근사적으로 이하의 식이 된다.

회전디스크에 투영된 시료상의 초점심도(z‘_d)는 M²배가 되기 때문에,

로 된다. 각도(θ) 기울어 있는 회전디스크(13)에 투영되는 시료상의 관찰시야내에서는 (7)식의 초점심도의 범위에 들어가 있을 필요가 있다. 회전디스크(13)상에서의 관찰영역의 직경(시야수)을 R로 하면 구하는 θ의 조건은,

θ는 작고, 또 정수도 대략 1과 근사하면,

라는 조건을 만족하면 좋은 것이 된다.

한 예로서 대물렌즈(7)가 M＝50[배], NA＝0. 9, 시야수 R＝11[mm]의 경우를 생각해 본다. 빛의 파장은 λ＝0. 55[㎛] 로 한다. 제 1 접안렌즈의 초점거리를 L로 하고, L＝180[mm]로 했을 때의 Ø는,

이기 때문에 이것과 (2)식으로부터,

θ＞0. 067[rad]＝3. 8°

이며, 또 (3)식으로부터,

θ＜0. 154[rad]＝8. 8°

이기 때문에 3. 8°＜θ＜8. 8°의 범위에 θ를 설정하면 좋은 것이 된다.

이상과 같이 대물렌즈의 배율이나 개구수, 시야수에 맞춘, 회전디스크(13)의 기울기각도(θ)를 결정하는 것으로 초점의 기울기나 플레어가 제거된 공초점화상을 얻을 수 있다.

(제 15 실시형태)

도 28은 본 발명의 제 15 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 제 14 실시형태와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

회전디스크(13)는 회전축(12)을 통하여 모터(16)에 연결되고, 일정한 회전속도로 회전하도록 되어 있으며, 회전디스크면은 광축에 수직인 면에 대하여 θ 기울어 있다. 또한 회전디스크(13)로서는 예를 들면 제 6 실시형태 이후의 회전디스크가 적용 가능하다. 또 모터(16)는 리니어가이드, 볼나사, 랙 & 피니언 등을 사용한 수동 또는 자동제어에 의한 이동스테이지(17)에 의하여 각도(θ)를 유지한 채 화살표방향으로 이동할 수 있다.

본 실시형태의 작용에 대하여 설명한다. 또한 회전디스크는 도 18에 나타내는 디스크(28)를 사용하는 것으로 한다.

대물렌즈(7)가 100배, NA＝0. 95를 사용하는 경우는 우선 모터(16)와 접속한 이동스테이지(17)에 의해 광로상에 회전디스크(13)의 영역(281, 283)이 오도록 하여 회전디스크를 회전시킨다. 광원으로부터의 빛에 의해 촬상되기까지의 작용은 제 14 실시형태와 같다. 다음으로 대물렌즈를 30배, NA＝0. 5로 교환했을 때는 회전디스크(28)의 내주측에 배치된 영역(282, 283)을 광로상(또는 관찰시야)에 배치하기 위해 모터(16)와 접속한 이동스테이지(17)에 의하여 화살표방향으로 이동한다.

이 때의 회전디스크의 기울기에 대하여 생각해 본다. 시야수, 제 1 접안렌즈의 초점거리, 빛의 파장은 제 14 실시형태와 같다.

대물렌즈가 100배, NA＝0. 95인 때는 (2)식과 (3)식으로부터,

2. 8°＜θ＜31. 7°

대물렌즈가 20배, NA＝0. 4인 때는 (2)식과 (3)식으로부터,

4. 0°＜θ＜7. 2°

이다. 따라서 20배의 대물렌즈의 조건만을 만족하도록 기울기(θ)를 결정하면 좋다.

이와 같이 복수의 패턴을 갖고 있는 경우도 각 패턴에서 사용하는 렌즈의 특성으로부터 회전디스크의 기울기의 조건으로 설정하는, 대물렌즈를 교환해도 콘트래스트가 좋은 섹셔닝화상을 관찰 가능하게 된다.

본 실시형태에서는 회전디스크(13)의 내주측과 외주측에서 2개의 영역을 설치하고 있는데, 관찰시야내에 해당 영역이 들어가면, 각 대물렌즈에 대응한 패턴영역을 동심상으로 3개 이상 회전디스크(13)에 설치해도 좋다.

또 이상의 실시형태에서는 (2)와 (3)식을 동시에 만족하는 예를 나타냈는데, 반드시 동시에 성립한다고는 한정되지 않는다. 예를 들면 20배, NA＝0. 4의 대물렌즈를 사용했다고 해도 관찰시야가 넓은 경우, 예를 들면 시야수 R＝25와 같은 경우는 다른 조건이 같아도 (2)식은,

θ＞6. 3° …(2)‘

(3)식의 조건에서는,

θ＜3. 2° …(3)‘

로 되어 (2)‘와 (3)‘를 동시에 만족할 수 없게 된다. 이와 같은 경우는 초점심도에 들어가는 조건 (3)‘만을 만족하도록 설정하고, 플레어저감의 조건 (2)‘는 고려하지 않고, 플레어는 편광용의 광학계를 편광률을 좋은 것으로 하는 것이나 광학계의 반사방지코트의 향상과 같은 별도의 수단으로 저감하도록 한다.

(제 16 실시형태)

다음으로 본 발명의 제 16 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태는 제 1∼제 13 실시형태와는 달리 회전디스크에 대신하여 마이크로미러를 사용한 경우의 실시형태이다.

도 29는 본 발명의 제 16 실시형태의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한 도 4와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

본 발명에 적용되는 마이크로미러어레이(32)는 도 30A와 같이 1개가 수㎛∼수십㎛의 미러가 2차원으로 다수 나열되어 있으며, 개개의 미러는 도 30B와 같이 2개의 바(Bar)로 지지되어 있다. 개개의 미러는 각각 다른 전극이 부착되어 있으며, 전극에 가해지는 전압에 의해 도 30C와 같이 정면을 향한 상태(2)와 각각 반대로 기울은 상태(1), (3)의 3개의 상태를 전환할 수 있다.

광원(1)으로부터 출사된 빛은 광학렌즈(2)를 지나서 편광판(15)인 편광만의 직선편광으로 되어 PBS(3)에 입사한다. PBS(3)는 편광판을 투과해 온 방향의 편광은 반사하고, 그것에 수직인 방향의 편광은 투과하도록 되어 있다. PBS(3)에서 반사된 빛은 제 1 미러(31)에서 반사하여 마이크로미러어레이(32)에 45°의 각도로 입사한다. 마이크로미러어레이(32)에서는 도 30C의 (2)의 정면을 향한 상태의 마이크로미러어레이(32)에 입사한 빛은 제 2 미러(33)의 방향으로 반사되고, 도 30C의 (1) 또는 (3)의 방향의 상태의 마이크로미러에 입사한 빛은 다른 방향을 향한다. 제 2 미러(33)의 방향으로 진행한 빛은 제 2 미러(33)에서 제 1 결상렌즈(5)의 방향으로 반사되고, 제 1 결상렌즈(5)를 지나서 1/4파장판(6)에서 원편광으로 되며, 대물렌즈(7)에 의하여 결상되고, 시료(8)에 입사된다.

시료(8)로부터 반사된 빛은 대물렌즈(7)를 지나서 1/4파장판(6)에서 입사시와는 직교한 직선편광으로 되며, 제 1 결상렌즈(5)를 통하여 제 1 미러(7)에서 마이크로미러어레이(32)의 방향으로 반사되어 미러어레이상에 시료의 상을 결상한다. 앞서와 똑같이 마이크로미러어레이(32)에서는 도 30C의 (2)의 정면을 향한 상태의 마이크로미러에 입사한 빛은 제 1 미러(31)의 방향으로 반사되고, 도 30C의 (1) 또는 (3)의 방향의 상태의 마이크로미러에 입사한 빛은 다른 방향을 향한다. 이 때 초점이 맞아 있는 상은 마이크로미러의 도 30C의 (2)의 정면을 향해 있는 부분에 결상되고, 비합초부분은 다른 마이크로미러에 결상되기 때문에 초점이 맞아 있는 부분만이 제 1 미러(31)의 방향으로 진행하게 된다.

합초성분은 제 1 미러(31)에서 반사되어 PBS(3)를 투과해서 제 2 결상렌즈(12)를 통하여 CCD카메라(13)에 시료상이 결상된다.

실제로 촬상할 때의 동작에 대하여 설명한다.

마이크로미러어레이(32)의 개개의 미러의 크기를 10㎛×10㎛로 한다. 한 예로서 대물렌즈(7)가 10배이고 NA＝0. 3으로 한다. 이 때의 적절한 슬릿폭은 (1)식으로부터 마이크로미러어레이(32)의 위치에서 10㎛ 정도이다. 각 슬릿의 주기는 50㎛로 한다.

촬상을 할 때는 우선 컴퓨터(34)로부터 드라이버(35)에 지령을 보내고, 마이크로미러어레이(32)가 도 31A와 같이 각 미러의 방향을 향하도록 한다. 도 31A 및 도 31B에 있어서, 흰 부분은 도 30C의 (2)와 같이 정면을 향한 미러이고, 검은 부분은 도 30C의 (3)과 같이 기울어 있으며, 제 2 미러(33)의 방향을 향하고 있다. 이미 설명한 바와 같이 마이크로미러가 정면을 향하고 있는 경우만 조명광이 시료에 조사되기 때문에 시료에는 슬릿광이 나열된 상이 투영된다. 이 상태에서 컴퓨터(34)에서 CCD카메라(10)의 노출을 개시하도록 CCD카메라(10)의 셔터를 여는 지령을 보낸다.

셔터가 열린 노출 중에 마이크로미러의 패턴을 이하와 같이 움직인다.

우선 도 31A의 상태에서 도 31A의 Y의 방향에 슬릿광이 1라인분 움직이도록, 즉 마이크로미러어레이의 패턴이 도 31B가 되도록 컴퓨터(34)로부터 드라이버(35)에 지령을 보낸다. 이것을 후에 3회 반복하면 샘플이 한결같이 주사된 것이 되는데, 이 상태로는 슬릿주사와 같고, X방향의 분해능이 Y방향의 분해능보다도 나쁜 것이 되어 이방성이 발생한다. 이것을 없애도록 계속해서 도 32A와 같이 X에 대하여 45° 기울인 패턴을 같도록 하여 도 32A의 S의 방향으로 움직이는 것으로 주사한다. 또한 도 32B와 같이 90°, 도 32C와 같이 135°의 패턴에도 같도록 주사를실시한 후 CCD카메라(10)의 셔터를 닫아서 노출을 종료하고, 촬상된 화상을 컴퓨터(34)에 전송하여 모니터(11)에 화상을 표시한다. 이상의 동작으로 이방성이 적은 공초점화상이 얻어진다.

다음으로 대물렌즈를 교환했을 때를 생각한다. 대물렌즈가 50배이고 NA＝0. 8이 되었을 때의, 슬릿폭은 (1)식으로부터 약 20㎛이기 때문에 1개의 슬릿은 마이크로미러(2)라인분이 되고, 슬릿간격을 10배의 대물렌즈인 때와 같은 슬릿폭과의 비(듀티비 1 : 5)가 되도록 100㎛로 하는 데는 도 32D와 같은 패턴으로 하면 좋은 것이 된다. 그리고 상기와 같도록 패턴의 방향을 바꾸어서 움직이면 공초점화상을 얻을 수 있다. 도면에서는 간단하게 하기 위해 12×12개의 마이크로미러어레이로 설명하고 있는데, 실제로는 500×500개 이상의 미러가 나열되어 있기 때문에 슬릿폭이 더욱 클 때, 예를 들면 100배에서 NA＝0. 9와 같은 대물렌즈의 슬릿폭은 40㎛ 정도에서도 마찬가지로 공초점화상을 얻을 수 있다.

이 실시형태에서는 각도를 45°씩 변화시키고 있는데, 이 각도로 한정할 필요는 없다. 90° 또는 30°이어도, 5°이어도 좋다. 각도가 작을수록 분해능이 방향에 따라서 다른 이방성은 작아지지만, 1화면에 시간이 걸린다. 또 슬릿폭과 슬릿간격의 비를 1 : 5로 하고 있는데, 이 수치도 밝기나 Z방향의 분해능을 바꾸기 위해 어떠한 값으로 설정해도 좋은 것은 물론이다.

(제 17 실시형태)

도 33은 본 발명을 형광공초점현미경에 적용한 개략구성을 나타내는 것으로, 도 12와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다.

이 경우 수은광원 등의 광원(1)으로부터 출사되는 빛의 광로상에 콘덴서렌즈(2), 여기필터(36), 다이크로익미러(37)가 배치되고, PBS(3)의 반사광로상에는 회전디스크(13), 제 1 결상렌즈(5), 대물렌즈(7)를 통하여 시료(8)가 배치되어 있다. 또 시료(8)로부터 발해진 빛의 PBS(3)의 투과광로상에는 흡수필터(38), 제 2 결상렌즈(9)를 통하여 CCD카메라(10)가 배치되어 있다. 이 CCD카메라(10)의 화상출력단자에는 모니터(11)가 접속되고, CCD카메라(10)에서 촬상된 화상을 표시한다.

여기에서 회전디스크(13)는 도 5A 및 도 5B에서 서술한 것과 똑같이 빛을 투과하는 직선상으로 형성된 투광부(13a)와 빛을 차폐하는 직선상으로 형성된 차광부(13b)의 각각의 패턴을 번갈아 나열하여 배치되는 동시에, 직선상의 차광부(13b)의 폭치수는 직선상의 투광부(13a)의 폭치수보다 크고, 예를 들면 1 : 9로 설정되어 있다.

여기필터(36)는 도 34에 나타내는 바와 같이 형광의 파장(a)보다 짧은 파장대역에서 투과율이 최대가 되는 투과특성을 갖고, 광원(1)으로부터의 빛 중 형광을 여기하는 소정 파장의 빛을 선택하여 투과하며, 그 밖의 파장의 빛은 차단하도록 하고 있다. 다이크로익미러(37)는 도 35A에 나타내는 바와 같이 형광의 파장(a)보다 짧은 파장대역에서 반사율이 최대가 되는 반사특성을 갖고, 여기필터(36)를 투과한 파장의 빛은 반사하는 동시에, 도 35A 및 도 35B에 나타내는 바와 같이 형광의 파장(a)을 포함하는 파장영역에서 투과율이 최대가 되는 투과특성을 갖고, 시료(8)로부터 발해지는 형광의 파장을 투과하도록 하고 있다. 그리고흡수필터(38)는 도 35B에 나타내는 것과 똑같이 형광의 파장(a)을 포함하는 파장영역에서 투과율이 최대가 되는 투과특성을 갖고, 여기필터(36)를 투과한 여기파장을 차단하여 형광의 파장을 투과하도록 하고 있다.

또한 이들 여기필터(36), 다이크로익미러(37) 및 흡수필터(38)의 파장특성은 사용하는 형광색소에 따라 다른데, 예를 들면 FITC를 관찰하는 경우는 최대여기파장이 490nm, 최대형광파장이 520nm이기 때문에 여기필터(36)를 투과하는 파장 및 다이크로익미러(37)를 반사하는 파장은 460∼490nm의 것이 이용되고, 다이크로익미러(37)와 흡수필터(38)를 투과하는 파장은 510nm가 이용된다.

이와 같은 구성에 있어서, 광원(1)으로부터 출사된 빛은 콘덴서렌즈(2)를 지나서 여기필터(36)에서 형광을 여기하는 파장의 빛이 선택되어 다이크로익미러(37)에 입사된다. 다이크로익미러(37)는 여기필터(37)를 투과한 파장의 빛을 반사하고, 다이크로익미러(37)에서 반사한 빛은 일정한 속도로 회전하는 회전디스크(13)에 입사된다.

그리고 이 회전디스크(13)의 직선상의 투광부(13a)를 투과한 빛은 제 1 결상렌즈(5)를 지나서 대물렌즈(7)에 의하여 결상되고, 시료(8)에 입사된다. 이 입사되는 빛에 의해 시료(8)로부터 형광이 발생한다.

시료(8)로부터 발해진 형광과 반사광은 대물렌즈(7)를 지나서 제 1 결상렌즈(5)를 통하여 회전디스크(13)상에 시료상을 결상한다.

이 경우 시료(8)의 초점이 맞아 있는 부분은 회전디스크(13)상에 투영된 라인과 시료상이 승산된 형태로 라인상으로 투영되기 때문에 회전디스크(13)의 투광부(13a)를 통과할 수 있는데, 비합초부분은 회전디스크(13)에 투영되는 상도 흐려져 있기 때문에 비합초상의 대부분은 회전디스크(13)를 투과할 수 없다. 이 상태로는 단순히 시료상에 패턴상이 겹쳐졌을 뿐인데, 회전디스크(13)를 회전시켜 가면 패턴상이 시료상상에서 방향을 바꾸면서 이동(주사)되어 가기 때문에 이들은 평균화되어 라인상은 없어지고 초점이 맞은 상만이 얻어진다.

그리고 회전디스크(13)의 투광부(13a)를 통과한 형광과 반사광은 다이크로익미러(37)에 입사하는데, 다이크로익미러(37)에서는 형광의 파장만이 투과한다. 또한 흡수필터(38)에서도 형광파장의 빛을 투과하기 때문에 형광만이 제 2 결상렌즈(9)를 통하여 CCD카메라(10)에 시료형광상으로서 결상되고, 모니터(11)에 의해 관찰할 수 있다.

따라서 이와 같이 해도 상기한 제 1 실시형태와 똑같은 효과를 기대할 수 있다.

또한 이 제 17 실시형태에 이용되는 회전디스크는 한 예이며, 상기의 각 실시형태에서 설명한 회전디스크에 적용할 수도 있다.

본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형 가능하다.

예를 들면 상기한 각 실시형태 중 제 4 및 제 5 실시형태에서는 어느 쪽도 투광부와 차광부의 직선상 패턴과 직교하는 방향에 다른 투광부와 차광부의 직선상 패턴의 영역을 형성하도록 하고 있는데, 이들이 반드시 직교하는 방향일 필요는 없다.

또 상기한 실시형태에서는 CCD카메라(10)에 의해 촬상된 화상을 모니터(11)에 표시하도록 했는데, CCD카메라(10) 대신에 육안관찰할 수도 있다. 또 제 2 결상렌즈(9)의 바로 앞에 하프미러를 놓고, 분할광로상에 접안렌즈를 두고, 육안과 CCD의 양쪽의 관찰을 가능하게 해도 좋고, 미러를 전반사로 하여 착탈식으로 해서 양자를 전환하는 방식으로 해도 좋다.

또한 상기한 실시형태에서는 직선상의 투광부의 폭과 차광부의 폭의 비를 1 : 9로 하고 있는데, 이 비는 더욱 작아도, 커도 좋고, 예를 들면 1 : 3 정도로 하면 상은 밝아지는데, 비합초성분이 많아진다. 또 1 : 50이나 1 : 100이 되면 비합초성분이 거의 없어지고, 초점이 맞은 상만의 섹셔닝화상이 얻어진다.

또한 본 실시형태에서는 회전디스크의 내주측과 외주측에서 2개의 영역을 설치한 실시형태를 나타냈는데, 도시하지 않는 리볼버에 다른 배율 및 개구수의 대물렌즈(7)를 접속하여 관찰하는 경우가 있기 때문에 관찰시야내에 해당 영역이 들어가면 회전디스크에 각 대물렌즈(7)에 대응한 패턴영역을 동심상으로 3개 이상 설치해도 좋다.

또한 상기한 실시형태에서는 접촉하고 있지 않지만, 시료(8)를 Z스테이지에 재치하여 시료(8)와 대물렌즈(7)의 사이의 거리를 변화시키면서 화상을 받아들이면 3차원관찰을 하는 것도 가능하다.

이상 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 관찰상의 명암의 얼룩을 발생하는 일 없이 양호한 화상을 안정되게 관찰할 수 있는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 그것을 이용한 섹셔닝상 관찰장치를 제공할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 빛을 이용하여 시료의 미소구조나 3차원의 형상을 관찰ㆍ측정하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재 및 그것을 이용한 섹셔닝상 관찰장치에 적합해 있다.

Claims (22)

1. 광원으로부터의 빛을 선택적으로 시료에 조사하여 상기 시료를 주사하고, 상기 시료로부터의 빛을 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재에 있어서,

   상기 패턴형성부재는 조사부와 차단부를 구비하고, 상기 조사부 및 상기 차단부의 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴형성부재는 상기 조사부가 빛을 투과하는 투광부 및 상기 차단부가 빛을 차폐하는 차광부를 갖는 회전디스크이며, 상기 회전디스크를 광로상에서 회전시키고, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 상기 시료에 대하여 주사하기 위한 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전디스크의 상기 투광부 및 차광부의 직선상 패턴이 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 차광영역을 형성한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
4. 빛을 투과하는 투광부와 빛을 차폐하는 차광부의 각각의 패턴을 갖는 회전디스크를 광로상에서 회전시키고, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 시료에 대하여 주사하는 동시에, 시료로부터의 빛을 상기 회전디스크를 투과시켜서 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재에 있어서,

   상기 투광부 및 차광부의 각각의 패턴을 직선상으로 형성하는 동시에, 이들 직선상 패턴을 번갈아 배치하고, 또한 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지지 않도록 방향이 다른 상기 투광부 및 차광부의 직선상 패턴의 영역을 형성한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 직선상 패턴의 영역이 회전디스크의 원주방향으로 복수 분할된 부채상 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 직선상 패턴 중 관찰시야내에서의 회전디스크의 회전에 의한 주사방향(H방향)과 평행해지는 부분에 해당 직선상 패턴과 방향이 다른 소정의 중심각의 부채상을 이루는 다른 투광부 및 차광부의 직선상 패턴의 영역을 갖는 것을특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
7. 제 2 항에서 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차광부의 직선상 패턴의 폭치수를 상기 투광부의 직선상 패턴의 폭치수보다 크게 설정한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴형성부재는 각각 방향을 변화시키는 것이 가능한 복수의 미러를 2차원으로 다수 배열한 디지털마이크로미러인 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 빛을 차폐하는 직선부의 폭과 상기 빛을 투과하는 직선부의 폭의 비율이 다른 복수의 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
10. 제 9 항에 있어서.

    상기 회전디스크에 있어서의 직선상 패턴의 투광부와 차광부의 방향이 다른 복수의 영역을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는패턴형성부재.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 회전디스크는 회전디스크의 회전반직경방향과, 상기 직선상의 투광부와 차광부의 패턴의 방향이 수직은 아닌 회전디스크인 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
12. 제 9 항에서 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전디스크는 빛을 차폐하는 부분의 직선부의 폭이 빛을 투과하는 직선부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
13. 제 9 항에서 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전디스크는 빛을 투과하는 직선부의 폭이 일정한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
14. 제 2 항에 있어서,

    상기 회전디스크가 복수영역으로 분할되어 상기 각 영역의 패턴이 다른 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 복수영역의 패턴은 상기 투광부 및 상기 차광부의 면적비가 동등하고, 또한 상기 영역마다 상기 투광부 및 상기 차광부의 치수폭이 다른 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 회전디스크의 일정폭을 갖는 이방향영역의 폭을 X, 투광부와 차광부의 주기를 W로 했을 때에 X/W가 일정한 값이 되는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 복수의 동심원상 영역의 패턴은 상기 투광부 및 상기 차광부의 면적비가 동등하고, 또한 상기 동심원상 영역 중의 보다 내측동심원상 영역의 패턴의 상기 투광부 및 상기 차광부의 치수폭이 외측의 동심원상 영역의 폭보다 작으며, 내측의 동심원상 영역에 있어서의 이방향영역의 폭의 치수폭이 상기 외측의 동심원상 영역에 있어서의 이방향영역의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 복수의 동심원상 영역의 패턴에 있어서, 적어도 2개의 동심원상 영역에서 투광부폭이 동일하고, 투광부와 차광부의 주기(W)가 다를 때 내측의 동심원상영역에 있어서의 상기 투광부와 상기 차광부의 주기가 외측의 동심원상 영역에 있어서의 상기 투광부와 상기 차광부의 주기보다 작으며, 내측과 외측의 동심원상 영역의 이방향영역의 폭의 치수폭(X)이 주기(W)에 비례하고 있는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
19. 제 1 항에서 제 18 항 중 어느 한 항에 기재한 패턴형성부재를 이용하여 빛을 상기 시료에 대해서 주사하는 동시에, 상기 시료로부터의 반사광을 상기 패턴형성부재를 통하여 섹셔닝상으로서 취득하는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 회전디스크상의 시료로의 투영위치를 변화시키는 이동기구를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치에 적용되는 패턴형성부재.
21. 제 1 항에서 제 18 항 중 어느 한 항에 기재한 패턴형성부재에 여기필터를 지난 소정 파장의 여기광을 입사시키고, 상기 패턴형성부재를 통하여 시료를 주사하는 동시에, 상기 시료로부터 발해지는 형광을 상기 패턴형성부재 및 상기 형광의 파장을 선택하는 흡수필터를 통하여 섹셔닝상으로서 취득하는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치.
22. 광원과, 빛을 투과하는 슬릿상의 투광부와 빛을 차폐하는 직선상의 차광부가번갈아 주기적으로 배치된 패턴을 구비한 회전디스크와, 상기 광원으로부터의 빛을 회전디스크에 인도하는 수단과, 상기 회전디스크를 투과한 빛을 시료에 조사하여 회전디스크의 패턴을 시료에 투영하는 수단과, 상기 시료로부터 방사된 빛을 상기 회전디스크상에 투영하는 광학렌즈와, 상기 회전디스크를 광로상에서 회전시켜서 상기 시료에 투영된 회전디스크의 패턴을 주사하는 수단과, 상기 회전디스크에 투영된 시료상 중 상기 회전디스크를 투과한 상을 섹셔닝상으로서 취득하는 섹셔닝상 관찰장치에 있어서,

    상기 회전디스크면과, 광축과 수직인 면의 각도를 θ로 하고, 상기 시료에서 본 상기 렌즈의 개구수를 NA로 하며, 상기 회전디스크에 투영되는 시료상의 확대율을 M으로 하고, 관찰되는 시료의 영역의 회전디스크상에서의 직경(이것을 시야수라 한다)을 R로 하며, 관찰되는 시료의 영역의 회전디스크상에서 직경의 가장 끝을 지나는 주광선과 광축의 이루는 각을 Ø로 하고, 빛의 파장을 λ로 했을 때에,

    θ＞Ø＋2NA/M 및

    의 2가지의 관계 중 적어도 한쪽이 성립하는 것을 특징으로 하는 섹셔닝상 관찰장치.