(57)【要約】【課題】深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査する。【解決手段】同一の平面上を進む複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ４に平面上における相対的な角度を付与して複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ４を同一箇所に集合させるビーム角度設定部５２と、該ビーム角度設定部５２により前記同一箇所に集合させられたレーザ光Ｌ１〜Ｌ４を平面に沿う方向に走査する走査部４と、該走査部４によって走査される各レーザ光Ｌ１〜Ｌ４を収束させることにより焦点を形成させる合焦光学系１１と、該合焦光学系１１によって形成される各レーザ光Ｌ１〜Ｌ４の焦点の位置を、レーザ光Ｌ１〜Ｌ４の光軸方向に互いに異ならせる合焦位置調整手段５とを備える光走査装置１を提供する。【選択図】図１
2014021366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の平面上を進む複数のレーザ光に前記平面上における相対的な角度を付与して前記複数のレーザ光を同一箇所に集合させるビーム角度設定部と、
該ビーム角度設定部により前記同一箇所に集合させられた前記レーザ光を前記平面に沿う方向に走査する走査部と、
該走査部によって走査される各前記レーザ光を収束させることにより焦点を形成させる合焦光学系と、
該合焦光学系によって形成される各前記レーザ光の焦点の位置を、前記レーザ光の光軸方向に互いに異ならせる合焦位置調整手段とを備える光走査装置。
【請求項２】
前記走査部の前段に直列に設けられ、それらの間の途中位置に前記複数のレーザ光に焦点を形成させた後に各レーザ光を略平行光束として前記走査部に出射する一対のレンズ系を備え、
前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に形成される前記焦点の位置を各レーザ光の光軸方向に互いに異ならせる請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記一対のレンズ系のうち一方が、各レーザ光の光路上に設けられ各前記レーザ光を収束光束とする複数の収束レンズ系であり、
前記合焦位置調整手段が、各前記収束レンズ系の前記光路における前記光軸方向の位置を調整する請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
各前記収束レンズ系が、前記各レーザの光軸方向に移動可能に設けられている請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に設けられ、各前記レーザ光の光路長を互いに異ならせる光路長調整部を備える請求項２に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記一対のレンズ系の間に設けられた、入射されたレーザ光を２つの光路に分岐する分岐部および該分岐部によって分岐された２つの光路を１つに合流させる合流部を備え、
前記光路長調整部が、前記分岐部によって分岐された各光路において互いに角度を成して設けられ、前記分岐部から入射されるレーザ光を順に反射して前記合流部へ導く一対のミラーを備え、
各該一対のミラーは、該一対のミラーを経由した前記分岐部から前記合流部までの光路長が互いに異なる位置に配置されている請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に沿う方向に一体的に移動可能に設けられている請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に交差する方向に一体的に移動可能に設けられている請求項６または請求項７に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記分岐部、一対のミラーおよび合流部が、直列に複数組備えられている請求項６から請求項８のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記一対のレンズ系のうち他方の前段において前記複数のレーザ光の光軸を互いに平行にする平行化手段を備え、
前記一対のレンズ系のうち他方が、前記平行化手段によって光軸が互いに平行とされた前記複数のレーザ光を共通して受光するとともに、受光した前記複数のレーザ光を前記同一箇所に集合させるコリメートレンズ系であり、
前記ビーム角度設定部が、前記コリメートレンズ系からなる請求項２から請求項９のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記走査部により走査された前記レーザ光が通過する走査方向の範囲を制限するスリットを備える請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記走査部により走査された前記レーザ光を前記走査部による走査方向に対して直交する方向に走査するもう１つの走査部を備える請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記合焦位置調整手段が、前記複数のレーザ光のうち一部の複数のレーザ光の前記光軸方向の焦点の位置を同一とし、
前記もう１つの走査部が、前記一部の複数のレーザ光を前記直交する方向に互いに異なる位置に走査する請求項１２に記載の光走査装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置により走査された前記レーザ光を被検体に照射する観察光学系と、
該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記被検体からの光を検出する検出部とを備える走査型検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置および走査型検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光の焦点の位置を波面変換素子を用いてレーザ光の光軸方向に移動することにより、観察面を試料の深さ方向に迅速に移動することができる走査型光学顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、焦点の位置毎に波面変換素子の反射面の形状を最適化し、観察面を１つずつ走査している。したがって、深さ位置が異なる複数の観察面を観察する場合、少なくとも１つの観察面の走査に要する時間だけ各観察面の観察時刻に時差が生じることとなり、深さ位置が異なる複数の観察面を同時に走査して観察することができないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができる光走査装置および走査型検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、同一の平面上を進む複数のレーザ光に前記平面上における相対的な角度を付与して前記複数のレーザ光を同一箇所に集合させるビーム角度設定部と、該ビーム角度設定部により前記同一箇所に集合させられた前記レーザ光を前記平面に沿う方向に走査する走査部と、該走査部によって走査される各前記レーザ光を収束させることにより焦点を形成させる合焦光学系と、該合焦光学系によって形成される各前記レーザ光の焦点の位置を、前記レーザ光の光軸方向に互いに異ならせる合焦位置調整手段とを備える光走査装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、ビーム角度設定部によって走査部に集合させられた複数のレーザ光は、走査部により、該走査部への入射角度に応じた相対的な角度を成して走査される。これにより、複数のレーザ光は、走査方向に沿う面内において同一の範囲を時間間隔をあけて順番に走査される。
【０００７】
この場合に、合焦光学系を介して被検体に照射される複数のレーザ光の焦点の位置は、合焦位置調整手段によって互いに光軸方向に異なるので、複数のレーザ光は被検体の互いに異なる深さ位置を走査される。このときの各レーザ光が各深さ位置を走査される時刻の差は、走査部による複数のレーザ光の走査周期に相当する十分に短い時間となる。これにより、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記走査部の前段に直列に設けられ、それらの間の途中位置に前記複数のレーザ光に焦点を形成させた後に各レーザ光を略平行光束として前記走査部に出射する一対のレンズ系を備え、前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に形成される前記焦点の位置を各レーザ光の光軸方向に互いに異ならせてもよい。
このようにすることで、合焦光学系によって形成される各レーザ光の焦点の光軸方向の位置を簡易な構成で互いに異ならせることができる。
【０００９】
また、上記発明においては、前記一対のレンズ系のうち一方が、各前記レーザ光の光路上に設けられ各前記レーザ光を収束光束とする複数の収束レンズ系であり、前記合焦位置調整手段が、各前記収束レンズ系の前記光路における前記光軸方向の位置を調整してもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ簡易な構成によって互いに異ならせることができる。
【００１０】
また、上記発明においては、各前記収束レンズ系が、前記各レーザの光軸方向に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ容易に変更することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記合焦位置調整手段が、前記一対のレンズ系の間に設けられ、各前記レーザ光の光路長を互いに異ならせる光路長調整部を備えていてもよい。
このようにすることで、各レーザ光の焦点の位置を独立にかつ簡易な構成によって互いに異ならせることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記一対のレンズ系の間に設けられた、入射されたレーザ光を２つの光路に分岐する分岐部および該分岐部によって分岐された２つの光路を１つに合流させる合流部を備え、前記光路長調整部が、前記分岐部によって分岐された各光路において互いに角度を成して設けられ、前記分岐部から入射されるレーザ光を順に反射して前記合流部へ導く一対のミラーを備え、各該一対のミラーは、該一対のミラーを経由した前記分岐部から前記合流部までの光路長が互いに異なる位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、分岐部において分岐された２つのレーザ光は、一対のミラーによって互いに異なる光路長を与えられてから合流部において合流させられる。これにより、光路長調整部の構成を簡易にすることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に沿う方向に一体的に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、２つレーザ光の焦点の位置を独立にかつ容易に変更することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記一対のミラーが、前記分岐部から入射されるレーザ光の入射光軸に交差する方向に一体的に移動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、合流部において合流される２つのレーザ光の距離間隔のみを容易に変更することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記一対のレンズ系、分岐部、一対のミラーおよび合流部が、直列に複数組備えられていてもよい。
このようにすることで、走査部によって走査されるレーザ光の数を２、４、８、…と増加することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記一対のレンズ系のうち他方の前段において前記複数のレーザ光の光軸を互いに平行にする平行化手段を備え、前記一対のレンズ系のうち他方が、前記平行化手段によって光軸が互いに平行とされた前記複数のレーザ光を共通して受光するとともに、受光した前記複数のレーザ光を前記同一箇所に集合させるコリメートレンズ系であり、前記ビーム角度設定部が、前記コリメートレンズ系からなっていてもよい。
このようにすることで、コリメート光学系がビーム角度設定部を兼ねることにより、構成を簡易にすることができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記走査部により走査された前記レーザ光が通過する走査方向の範囲を制限するスリットを備えていてもよい。
このようにすることで、走査部によって走査される複数のレーザ光のうち一部を、順番に切り替えながら被検体に照射することができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記走査部により走査された前記レーザ光を前記走査部による走査方向に対して直交する方向に走査するもう１つの走査部を備えていてもよい。
このようにすることで、被検体においてレーザ光を２次元的に走査することができる。
【００１９】
また、上記発明においては、前記合焦位置調整手段が、前記複数のレーザ光のうち一部の複数のレーザ光の前記光軸方向の焦点の位置を同一とし、前記もう１つの走査部が、前記一部の複数のレーザ光を前記直交する方向に互いに異なる位置に走査してもよい。
このようにすることで、複数のレーザ光が同一の深さ位置の平面を位置をずらしながら順番に走査されるので、被検体の１つの被検査面の走査に要する時間を短縮することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記いずれかに記載の光走査装置と、該光走査装置により走査された前記レーザ光を被検体に照射する観察光学系と、該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記被検体からの光を検出する検出部とを備える走査型検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、深さ位置の異なる複数の被検査領域を略同時に走査することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光走査装置およびこれを備える走査型検査装置の全体構成図である。
【図２】図１の走査型検査装置において試料に照射されるビーム同士の焦点の位置の関係を説明する図である。
【図３】図１の走査型検査装置において試料に照射されるビームの焦点の位置と走査される平面との関係を説明する図である。
【図４】図１の走査型検査装置において試料に照射されるビーム同士の焦点の位置の関係の変形例を説明する図である。
【図５】図１の走査型検査装置において試料に照射されるビームの焦点の位置と走査される平面との関係の変形例を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光走査装置およびこれを備える走査型検査装置の全体構成図である。
【図７】図６の光走査装置の変形例を示す部分的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光走査装置１およびこれを備える走査型検査装置１００について図１〜図５を参照して説明する。
【００２４】
本実施形態に係る光走査装置１は、図１に示されるように、光源１２から入射されたビーム（レーザ光）Ｌから互いに平行に同一方向に進む４つのビームＬ１〜Ｌ４を生成する３つのビームスプリッタ２ａ〜２ｃ（平行化手段）およびミラー（平行化手段）３と、４つのビームＬ１〜Ｌ４を走査する第１のスキャナ（走査部）４と、各ビームＬ１〜Ｌ４を第１のスキャナ４に収束させる一対のレンズ系（合焦位置調整手段）５と、第１のスキャナ４により走査された各ビームＬ１〜Ｌ４が通過する範囲を制限するスリット６と、該スリット６を通過したビームＬ１〜Ｌ４を第１のスキャナ４による走査方向に対して直交する方向に走査する第２のスキャナ７と、２つのスキャナ４，７によるビームＬ１〜Ｌ４の走査タイミングを同期させる制御部８とを備えている。図中、符号９は、スリット６を通過したビームＬ１〜Ｌ４をリレーするリレーレンズを示し、符号１０は、瞳投影レンズを示している。
【００２５】
３つのビームスプリッタ２ａ〜２ｃは、所定の光軸Ａ上に直列に配置され、光軸Ａに沿って入射されたビームＬのうち、一部を光軸Ａ沿って透過し、他の部分を光軸Ａに垂直な光軸Ｂ１〜Ｂ３に沿って同一の方向に反射する。このときのビームスプリッタ２ａ〜２ｃによるビームの透過光量と反射光量との比は、光源１２側のビームスプリッタ２ａ〜２ｃから順番に、１：３、１：２、１：１とされている。これにより、３つのビームスプリッタ２ａ〜２ｃからは、光量が同一の４つのビームＬ１〜Ｌ４が出射される。
【００２６】
ミラー３は、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃを透過したビームＬ４を、光軸Ｂ４に沿って、かつ、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃによる反射方向と同一の方向に反射するように配置されている。
【００２７】
ここで、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃおよびミラー３によって反射されるビームＬ１〜Ｌ４の光軸Ｂ１〜Ｂ４は、同一平面上に配置されている。また、光軸Ｂ１〜Ｂ４の間隔が略均等になるように、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃおよびミラー３の光軸Ａ方向の位置が設定されている。これにより、同一平面上を、略一定の距離間隔を空けて互いに平行に進む４つのビームＬ１〜Ｌ４が生成される。
【００２８】
一対のレンズ系５は、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃおよびミラー３と第１のスキャナ４との間に設けられている。一対のレンズ系５は、各ビームＬ１〜Ｌ４の光路上に配置された可動レンズ（収束レンズ系）５１ａ〜５１ｄと、可動レンズ５１ａ〜５１ｄよりも大きな画角を有し４つのビームＬ１〜Ｌ４を共通に受光するコリメートレンズ系（ビーム角度設定部）５２とを備えている。
【００２９】
可動レンズ５１ａ〜５１ｄは、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃまたはミラー３から入射されたビームＬ１〜Ｌ４を収束光束に変換する収束レンズ系である。可動レンズ５１ａ〜５１ｄは、光軸Ｂ１〜Ｂ４に沿って移動可能に設けられている。
【００３０】
コリメートレンズ系５２は、可動レンズ５１ａ〜５１ｄによって焦点Ｆ１〜Ｆ４に収束され後に拡散光束となって入射される各ビームＬ１〜Ｌ４を略平行光束に変換して出射するとともに、互いに平行な光軸Ｂ１〜Ｂ４に沿って入射される４つのビームＬ１〜Ｌ４を一点に収束する。
なお、図１には、可動レンズ５１ａ〜５１ｄおよびコリメートレンズ系５２として、単一のレンズからなる構成が示されているが、これらレンズ系は複数のレンズから構成されていてもよい。
【００３１】
ここで、各可動レンズ５１ａ〜５１ｄの光軸Ｂ１〜Ｂ４上の位置を移動することにより、可動レンズ５１ａ〜５１ｄとコリメートレンズ系５２との間の各ビームＬ１〜Ｌ４の焦点Ｆ１〜Ｆ４の位置が光軸Ｂ１〜Ｂ４に沿って変化する。本実施形態においては、図１に示されるように、４つの焦点Ｆ１〜Ｆ４の位置が、光源１２側から順番にコリメートレンズ系５２から近くなるように、可動レンズ５１ａ〜５１ｄの光軸Ｂ１〜Ｂ４上の位置が設定されている。すなわち、可動レンズ５１ａ〜５１ｄが同一の焦点距離を有している場合には、各可動レンズ５１ａ〜５１ｄとコリメートレンズ系５２との距離間隔が光源１２側から順次近くなるように、可動レンズ５１ａ〜５１ｄは光軸Ｂ１〜Ｂ４上に配置されている。
【００３２】
第１のスキャナ４は、例えばガルバノミラーからなり、コリメートレンズ系５２によって４つのビームＬ１〜Ｌ４が収束される位置に配置されている。これにより、４つのビームＬ１〜Ｌ４は、同一平面上における相対的な角度が付与されて第１のスキャナ４における同一箇所に集合させられる。第１のスキャナ４は、４つのビームＬ１〜Ｌ４に共通する前記平面に垂直な揺動軸を中心に揺動することにより、前記平面上において異なる角度で入射された各ビームＬ１〜Ｌ４を、これらビームＬ１〜Ｌ４の相対的な角度を維持しながら、ビームＬ１〜Ｌ４の配列方向に走査するようになっている。
【００３３】
第１のスキャナ４の後段には４つのビームＬ１〜Ｌ４を共通して受光する収束レンズ（合焦光学系）１１が備えられている。該収束レンズ１１は、第１のスキャナ４から互いに異なる方向に進む４つのビームＬ１〜Ｌ４の進行方向を互いに平行にしてスリット６に出射するとともに、各ビームＬ１〜Ｌ４を収束光束に変換することにより焦点を形成させる。
【００３４】
スリット６は、ビームＬ１〜Ｌ４を通過させる開口部６ａを有している。開口部６ａの、ビームＬ１〜Ｌ４の配列方向の寸法は、互いに隣り合うビームＬ１〜Ｌ４の間隔と略同一となっている。これにより、４つのビームＬ１〜Ｌ４のうち１つのみがスリット６を通過し、残りの３つはスリット６によって遮断されるようになっている。そして、第１のスキャナ４の揺動に伴って４つのビームＬ１〜Ｌ４が順番にスリット６から出射されるようになっている。
【００３５】
第２のスキャナ７は、第１のスキャナ４の揺動軸に垂直な揺動軸を中心に揺動することにより、第１のスキャナ４によって走査されたビームＬ１〜Ｌ４を、ビームＬ１〜Ｌ４の配列方向に直交する方向に走査する。
制御部８は、第１のスキャナ４が１片道揺動する毎に、第２のスキャナ７の揺動軸に対する角度を所定の角度ずつ変更させる。
【００３６】
次に、このように構成された光走査装置１を備える走査型検査装置１００について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置１００は、ビームＬ１〜Ｌ４を試料Ｓ上で走査して該試料Ｓの画像を取得する走査型顕微鏡装置であって、光走査装置１と、該光走査装置１に所定の光軸Ａに沿ってビームＬを入射する光源１２と、試料Ｓが載置されるステージ１３と、光走査装置１により走査されたビームＬ１〜Ｌ４を試料Ｓに照射する観察光学系１４と、ビームＬ１〜Ｌ４の照射により試料Ｓにおいて発生した信号光を検出する検出部１５と、該検出部１５により検出された信号光の情報を２次元情報または３次元情報として復元する復元部１６と、該復元部１６により復元された試料Ｓの画像情報を表示する表示部１７とを備えている。
【００３７】
観察光学系１４は、光走査装置１の瞳投影レンズ１０から出射されたビームＬ１〜Ｌ４を結像する結像レンズ１４ａと、該結像レンズ１４ａにより結像されたビームＬ１〜Ｌ４を試料Ｓに照射する対物レンズ１４ｂとを備えている。
復元部１６は、検出部１５から該検出部１５よって検出された信号光の情報を受け取り、制御部８からビームＬ１〜Ｌ４の各方向の走査位置の情報を受け取り、信号光の情報を走査位置との情報とを対応づけて２次元情報または３次元情報として復元することができるようになっている。
【００３８】
次に、光走査装置１および走査型検査装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置１００により試料Ｓの画像を取得するには、光源１２からビームＬを発生させて該ビームＬを光走査装置１に入射させる。光走査装置１において、ビームＬは、直列に並ぶ３つのビームスプリッタ２ａ〜２ｃによって略同一の光量を有するように４つに分割される。分割された４つのビームＬ１〜Ｌ４は、ビームスプリッタ２ａ〜２ｃおよびミラー３から同一の平面に沿って互いに平行に出射される。
【００３９】
そして、各ビームＬ１〜Ｌ４は、各可動レンズ５１ａ〜５１ｄとコリメートレンズ系５２との間の途中位置で一度焦点Ｆ１〜Ｆ４を結んだ後にコリメートレンズ系５２によって略平行光束に戻され、該コリメートレンズ系５２によって第１のスキャナ４の同一位置に互いに異なる角度で入射される。第１のスキャナ４に入射した４つのビームＬ１〜Ｌ４は、第１のスキャナ４によって偏向されて収束レンズ１１に入射し、該収束レンズ１１によって進行方向が互いに平行となるように変換され、スリット６に入射する。
【００４０】
スリット６において、第１のスキャナ４により走査される４つのビームＬ１〜Ｌ４は、１つずつ順番に開口部６ａを通過する。スリット６を通過したビームは、リレーレンズ９を通り、第２のスキャナ７によって偏向され、瞳投影レンズ１０を介して結像レンズ１４ａにより結像され、対物レンズ１４ｂにより試料Ｓに照射される。
【００４１】
ここで、第１のスキャナ４が１回片道揺動する間に、スリット６を通過するビームＬ１〜Ｌ４が順番に切り替わる。そして、４つのビームＬ１〜Ｌ４は、試料Ｓにおいて順番に１ラインずつ走査される。第１のスキャナ４が１回片道揺動した後、第２のスキャナ７が所定の角度だけ揺動することにより、次にビームＬ１〜Ｌ４が試料Ｓに照射される位置がラインに直交する方向に移動する。これにより、試料Ｓにおいて各ビームＬ１〜Ｌ４は２つのスキャナ４，７によって間欠的に２次元的に走査される。
【００４２】
試料ＳにビームＬ１〜Ｌ４が照射されることにより、試料Ｓで発生した信号光（例えば、蛍光）は、試料Ｓが載置されているステージ１３を透過し、検出部１５により検出される。検出部１５によって検出された信号光の情報は、復元部１６において試料Ｓの画像として復元され表示部１７に表示される。
【００４３】
この場合に、本実施形態によれば、各可動レンズ５１ａ〜５１ｄとコリメートレンズ系５２との間の各ビームＬ１〜Ｌ４の焦点Ｆ１〜Ｆ４の位置がビームＬ１〜Ｌ４の光軸方向に互いに異なることにより、図２に示されるように、収束レンズ１１によって収束された各ビームＬ１〜Ｌ４が形成する焦点の位置も光軸方向に互いに異なり、その結果、スリット６を通過して試料Ｓに照射される各ビームＬ１〜Ｌ４の焦点の位置も試料の深さ方向（Ｚ方向）に互いに異なる。
【００４４】
すなわち、４つのビームＬ１〜Ｌ４は、図３に示されるように、試料Ｓにおいて、深さ位置が互いに異なる平面Ｐ１〜Ｐ４上を順番に走査されることとなる。このときの、各ビームＬ１〜Ｌ４が各平面Ｐ１〜Ｐ４上を走査される時刻の差は、第１のスキャナ４によるビームＬ１〜Ｌ４の走査周期に相当する十分に短い時間となる。したがって、試料Ｓの深さ位置が異なる４つの平面Ｐ１〜Ｐ４を略同時に走査して観察することができる。
【００４５】
なお、本実施形態においては、光源１２からのビームＬを４つに分割し、４つのビームＬ１〜Ｌ４全ての焦点の位置を互いに異ならせることにより、４つの平面Ｐ１〜Ｐ４を観察することとしたが、分割されるビームの数および略同時に観察する平面の数は適宜変更可能である。
【００４６】
例えば、図４に示されるように、４つのビームＬ１〜Ｌ４の焦点の位置を、２つの焦点の位置の間で交互に異ならせてもよい。このとき、第１のスキャナ４が片道半分揺動する毎に、第２のスキャナ７が所定の角度だけ揺動する。このようにすることで、図５に示されるように、異なる深さの２つの平面Ｐ１，Ｐ２を略同時に観察することができる。このときに、観察範囲全体を走査するのに要する時間は、１つの平面を１つのビームで走査する場合と比べて半分で済む。このように、同一の平面Ｐ１／Ｐ２を複数のビームＬ２，Ｌ４／Ｌ１．Ｌ３を用いて走査することにより、１つの画像の取得に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る光走査装置１’およびこれを備える走査型検査装置１００’について図６および図７を参照して説明する。本実施形態においては、第１の実施形態に係る光走査装置１および走査型検査装置１００と異なる構成について主に説明し、光走査装置１および走査型検査装置１００と共通の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
本実施形態に係る光走査装置１’は、図６に示されるように、光源１２から出力されたビームＬから複数のビームを生成する手段および各ビームの焦点の位置を互いに異ならせる手段が、第１の実施形態と主に異なっている。
【００４９】
すなわち、光走査装置１’は、光源１２から光軸Ａに沿ってビームＬが入射される１／２波長板２１と、該１／２波長板２１を透過したビームＬを偏光方向に応じて２つに分割する第１の偏光ビームスプリッタ（分岐部）２２と、該第１の偏光ビームスプリッタ２２によって分割された２つのビームＬｐ，Ｌｓをそれぞれ折り返す２組のミラー対（合焦位置調整手段、光路長調整部）２３，２４と、これらミラー対２３，２４によって折り返された各ビームＬｐ，Ｌｓを合流させる第２の偏光ビームスプリッタ(合流部)２５と、それらの間の途中位置において各ビームＬｐ，Ｌｓに焦点Ｆｐ，Ｆｓを結ばせる一対のレンズ系５’とを備えている。
【００５０】
本実施形態において、光源１２は、直線偏光を有するビームＬを出力する。
１／２波長板２１は、光源１２から入射されたビームＬの偏光方向を、第１の偏光ビームスプリッタ２２によって分離される２つのビームＬｐ，Ｌｓの強度が互いに等しくなるような適切な偏光方向に回転させて出射する。
【００５１】
第１の偏光ビームスプリッタ２２は、１／２波長板２１から出射された直線偏光のビームＬを変更によって分離し、Ｐ偏光を有するビームＬｐを光軸Ａに沿って透過させ、Ｓ偏光を有するビームＬｓを光軸Ａに垂直な光軸Ｂに沿って９０°偏向して出射する。
【００５２】
第１のミラー対２３は、互いに９０°の角度を成して対向配置された２つのミラーを備えている。一方のミラーは、光軸Ａ上に該光軸Ａと４５°の角度をなして配置され、第１の偏光ビームスプリッタ２２を透過したビームＬｐを９０°反射する。他方のミラーは、一方のミラーによって反射されたビームＬｐを９０°反射することにより、ビームＬｐを光軸Ａに平行な光軸Ａ’に沿って折り返す。
【００５３】
第２のミラー対２４は、互いに９０°の角度を成して対向配置された２つのミラーを備えている。一方のミラーは、光軸Ｂ上に該光軸Ｂと４５°の角度をなして配置され、第１の偏光ビームスプリッタ２２において反射されたビームＬｓを９０°偏向する。他方のミラーは、一方のミラーによって反射されたビームＬｓを９０°反射することにより、ビームＬｓを光軸Ｂに平行な光軸Ｂ’に沿って折り返す。
【００５４】
第２の偏光ビームスプリッタ（平行化手段）２５は、第１のミラー対２３によって折り返されたビームＬｐを光軸Ａ’に沿って透過させ、第２のミラー対２４によって折り返されたビームＬｓを光軸Ａ’に沿って９０°偏向することにより、２つのビームＬｐ，Ｌｓを同一の光路に合流させる。第２の偏光ビームスプリッタ２５によって合流された２つのビームＬｐ，Ｌｓは、光軸Ａ’に沿って互いに平行に進行する。
【００５５】
ここで、第１のミラー対２３および第２のミラー対２４は、２つの光軸Ａ，Ｂに沿う方向に移動可能に設けられている。
第１のミラー対２３が光軸Ａに沿う方向移動することにより、光路におけるビームＬｐの焦点Ｆｐの位置が当該ビームＬｐの光軸方向に移動し、第２のミラー対２４が光軸Ｂに沿う方向に移動することにより、光路におけるビームＬｓの焦点Ｆｓの位置が当該ビームＬｓの光軸方向に移動する。このように、第１の偏光ビームスプリッタ２２の後段における２つのビームＬｐ，Ｌｓの光路長を独立に変更することにより、各ビームＬｐ，Ｌｓの焦点Ｆｐ，Ｆｓの位置を独立に移動することができる。
【００５６】
また、第１のミラー対２３を光軸Ｂに沿う方向に移動することにより、第２の偏光ビームスプリッタ２５に入射するビームＬｐが光軸Ａ’に交差する方向に平行移動し、第２のミラー対２４を光軸Ａに沿う方向に移動することにより、第２の偏光ビームスプリッタ２５に入射するビームＬｓが光軸Ｂ’に沿う方向に平行移動する。これにより、合流された２つのビームＬｐ，Ｌｓの距離間隔のみを変更することができる。
【００５７】
一対のレンズ系５’は、１／２波長板２１と第１の偏光ビームスプリッタ２２との間に配置された収束レンズ系５１’と、第２の偏光ビームスプリッタ２５とスキャナ４との間に配置されたコリメートレンズ系５２’とを備えている。
【００５８】
収束レンズ系５１’は、第１の偏光ビームスプリッタ２２によって分離される前のビームＬを収束光束に変換する。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ２２によって分離された２つのビームＬｐ，Ｌｓの、第１の偏光ビームスプリッタ２２から各焦点Ｆｐ，Ｆｓの位置までの光路長は、互いに等しくなる。
【００５９】
コリメートレンズ系５２’は、第２の偏光ビームスプリッタ２５によって合流された２つのビームＬｐ，Ｌｓを共通に受光し、これらビームＬ１，Ｌ２を略平行光束に変換して出射するとともに、互いに平行に入射された２つのビームＬｐ，Ｌｓを一点に収束する。
【００６０】
このように構成された光走査装置１’を備える走査型検査装置１００’は、ビームＬｐ，Ｌｓを試料（被検体）Ｓ上で走査して該試料Ｓの画像を取得する走査型顕微鏡装置であり、光走査装置１’以外の構成は第１の実施形態の走査型検査装置１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００６１】
次に、光走査装置１’および走査型検査装置１００’の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型検査装置１００’により試料Ｓの画像を取得するには、光源１２からビームＬを発生させて該ビームＬを光軸Ａに沿って光走査装置１’に入射させる。光走査装置１’において、ビームＬは、１／２波長板２１によって偏光方向が適切に回転させられた後、収束レンズ系５１’を透過することにより収束光束とされ、第１の偏光ビームスプリッタ２２によって２つに分割される。
【００６２】
第１の偏光ビームスプリッタ２２を透過したＰ偏光を有するビームＬｐは、第１のミラー対２３によって折り返され、第１の偏光ビームスプリッタ２２により反射されたＳ偏光を有するビームＬｓは第２のミラー対２４によって折り返される。そして、互いに偏光方向の異なる２つのビームＬｐ，Ｌｓが第２の偏光ビームスプリッタ２５において合流される。合流された２つのビームＬｐ，Ｌｓは、互いに平行に直進する。
【００６３】
ここで、これら２つのビームＬｐ，Ｌｓは、収束レンズ系５１’とコリメートレンズ系５２’との間の途中位置で一度焦点Ｆｐ，Ｆｓを結んだ後にコリメートレンズ系５２’によって略平行光束に戻され、該コリメートレンズ系５２’によって第１のスキャナ４の同一位置に互いに異なる角度で入射される。第１のスキャナ４に入射した２つのビームＬｐ，Ｌｓは、第１のスキャナ４によって偏向されて収束レンズ１１に入射し、該収束レンズ１１によって進行方向が再び互いに平行となるように変換され、スリット６に入射する。
【００６４】
スリット６において、第１のスキャナ４により走査される２つのビームＬｐ，Ｌｓは、１つずつ順番に開口部６ａを通過する。スリット６を通過したビームは、リレーレンズ９を通り、第２のスキャナ７によって偏向され、瞳投影レンズ１０を介して結像レンズ１４ａにより結像され、対物レンズ１４ｂにより試料Ｓに照射される。
【００６５】
ここで、第１のスキャナ４が１回片道揺動する間に、スリット６を通過するビームＬｐ，Ｌｓが順番に切り替わる。そして、２つのＬｐ，Ｌｓは、試料Ｓにおいて順番に１ラインずつ走査される。第１のスキャナ４が１回片道揺動した後、第２のスキャナ７が所定の角度だけ揺動することにより、次にビームＬｐ，Ｌｓが試料Ｓに照射される位置がラインに直交する方向に移動する。これにより、試料Ｓにおいて各ビームＬｐ，Ｌｓは２つのスキャナ４，７によって間欠的に２次元的に走査される。以下、第１の実施形態と同様にして、試料Ｓの画像が生成される。
【００６６】
この場合において、本実施形態によれば、収束レンズ系５１’とコリメートレンズ系５２’との間の各Ｌｐ，Ｌｓの焦点Ｆｐ，Ｆｓの位置がビームＬｐ，Ｌｓの光軸方向に互いに異なることにより、収束レンズ１１によって収束された各ビームＬｐ，Ｌｓが形成する焦点の位置も光軸方向に互いに異なり、その結果、スリット６を通過して試料Ｓに照射される各ビームＬｐ，Ｌｓの焦点の位置も試料の深さ方向（Ｚ方向）に互いに異なる。
【００６７】
すなわち、２つのビームＬｐ，Ｌｓは、試料Ｓにおいて、深さ位置が互いに異なる平面を順番に走査されることとなる。このときの、各ビームＬｐ，Ｌｓが各平面上を走査される時刻の差は、第１のスキャナ４によるビームＬｐ，Ｌｓの走査周期に相当する十分に短い時間となる。したがって、試料Ｓの深さ位置が異なる２つの平面を略同時に走査して観察することができる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、光源１２からのビームＬを２つに分割し、２つのビームＬｐ，Ｌｓの焦点の位置を光軸方向に互いに異ならせることにより、２つの平面を観察することとしたが、分割するビームの数を増やし、略同時に観察する平面の数および各平面の走査に用いるビームの数を適宜変更してもよい。
【００６９】
すなわち、光走査装置１’は、図７に示されるように、収束レンズ系５１’とコリメートレンズ系５２’との間に直列に配置された複数組（図示する例では２組）の第１の偏光ビームスプリッタ２２、第１のミラー対２３、第２のミラー対２４および第２の偏光ビームスプリッタ２５を備えていてもよい。ここで、前段の組の第１のミラー対２３および第２のミラー対２４を通過した各ビームは、符号２７で表される１組の伝達用レンズ２７により、前段の組と後段の組との間で略平行光束として伝達され、且つ後段の第１のミラー対２３および第２のミラー対２４に対し再び収束光束として入射する構成になっている。図７に示される構成によれば、光源１２からのビームＬを４つに分割することができる。符号２６は、ビームを偏向するミラーを示している。
【００７０】
このようにすることで、前段の組の第１のミラー対２３および第２のミラー対２４ならびに後段の第１のミラー対２３および第２のミラー対２４の位置を調整することにより、第１の実施形態と同様に図２または図４のように、試料Ｓにおける４つのビームの焦点の位置を深さ方向に異ならせることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１’  光走査装置
１００，１００’  走査型検査装置
２ａ〜２ｃ  ビームスプリッタ（平行化手段）
３  ミラー（平行化手段）
４，７  スキャナ（走査部）
５，５’  一対のレンズ系（合焦位置調整手段）
５１ａ〜５１ｄ  可動レンズ（合焦位置調整手段、収束レンズ系）
５１’  収束レンズ系
５２，５２’  コリメートレンズ系（ビーム角度設定部）
６  スリット
６ａ  開口部
８  制御部
９  リレーレンズ
１０  瞳投影レンズ
１１  収束レンズ（合焦光学系）
１２  光源
１３  ステージ
１４  観察光学系
１４ａ  結像レンズ
１４ｂ  対物レンズ
１５  検出部
１６  復元部
１７  表示部
２１  １／２波長板
２２  第１の偏光ビームスプリッタ（分岐部）
２３，２４  ミラー対（合焦位置調整手段、光路長調整部）
２５  第２の偏光ビームスプリッタ（合流部、平行化手段）
２６  ミラー
Ａ  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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