(57)【要約】【課題】揺動運動するミラーの角度を光学的に検出可能な汎用性の高い角度検出装置を提供する。【解決手段】所定の軸回りに揺動するミラー２２の揺動角度を検出する角度検出装置１であって、ミラー２２の一の反射面２２ｂに光を照射する光源１１と、一の反射面２２ｂにおいて反射されてミラー２２の揺動により走査される光の光量を検出する検出部１６と、光源１１とミラー２２との間および該ミラー２２と検出部１６との間に設けられ、入射された光の光束のうち断面の一部の領域の光束を通過させる２つの窓部１２，１５と、検出部１６によって検出された光の光量に基づいてミラー２２の揺動角度を算出する演算部１７とを備え、２つの窓部１２，１５は、一方に対して他方をミラー２２による光の走査方向と対応する方向に移動したときに互いに重なり合う面積が連続的に単調に変化するような断面形状の光束をそれぞれ通過させる角度検出装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸回りに揺動するミラーの揺動角度を検出する角度検出装置であって、
前記ミラーの一の反射面に光を照射する光源と、
前記一の反射面において反射されて前記ミラーの揺動により走査される光の光量を検出する検出部と、
前記光源と前記ミラーとの間および該ミラーと前記検出部との間に設けられ、入射された光の光束のうち断面の一部の領域の光束を通過させる２つの窓部と、
前記検出部によって検出された光の光量に基づいて前記ミラーの揺動角度を算出する演算部とを備え、
前記２つの窓部は、一方に対して他方を前記ミラーによる前記光の走査方向と対応する方向に移動したときに互いに重なり合う面積が連続的に単調に変化するような断面形状の光束をそれぞれ通過させる角度検出装置。
【請求項２】
前記２つの窓部が、前記断面形状を有し光を通過させる開口部と該開口部を囲み光を遮断する遮光部とを有する遮光部材からなる請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
後段側の前記遮光部材と前記検出部との間に、前記後段側の前記遮光部材を通過した光束を前記検出部に集光する集光レンズを備える請求項２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
一方の前記遮光部材の開口部は、前記走査方向と対応する方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、
他方の前記遮光部材の開口部は、前記ミラーと前記検出部とを結ぶ光軸近傍から前記走査方向の一側に延び、前記走査方向に前記長さ寸法よりも大きな寸法を有する請求項２または請求項３に記載の角度検出装置。
【請求項５】
一方の前記遮光部材の開口部は、前記所定の軸に平行な方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、
他方の前記遮光部材の開口部は、前記所定の軸に沿う方向に対して斜めに交差する辺から前記走査方向の一側に広がる形状を有する請求項２または請求項３に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記他方の遮光部材は、前記ミラーの揺動角度に応じた角度で、前記光源と前記ミラーまたは該ミラーと前記検出部を結ぶ光軸を中心に回転可能に設けられている請求項５に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記ミラーが、互いに直交する２つの前記所定の軸回りに揺動可能に設けられており、
前記ミラーによって反射された光を２つの光路に分割する分割部を備え、
各前記光路には、前記分割部と各前記検出部とを結ぶ光軸を中心とした角度が互いに９０°異なるように前記遮光部材が配置されている請求項２から請求項６のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記光源と前記ミラーとの間において前記光を分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された光の光量を検出する光源光量検出部と、
該光源光量検出部により検出された光量が一定となるように前記光源からの光の出力を調整する制御部とを備える請求項２から請求項７のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項９】
前記検出部が、前記ミラーと前記検出部とを結ぶ光軸を略中心に隣接して前記走査方向に配列された２つの受光面を有する光センサを備え、
前記２つの窓部は、前記断面形状を有し光を通過させる開口部と該開口部を囲み光を遮断する遮光部とを有する遮光部材と、前記断面形状を有する前記受光面とからなる請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項１０】
前記演算部が、各前記受光面によって受光された光の光量の差に基づいて前記揺動角度を算出する請求項９に記載の角度検出装置。
【請求項１１】
各前記受光面によって受光された光の光量の和が一定となるように前記光源の出力を調整する制御部を備える請求項９または請求項１０に記載の角度検出装置。
【請求項１２】
前記遮光部材の開口部が、前記走査方向に対応する方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、
前記光センサは、各前記受光面の境界が前記走査方向に対して垂直となるように配置されている請求項９から請求項１１のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１３】
前記遮光部材の開口部が、前記走査方向に対して垂直な方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、
前記光センサは、各前記受光面の境界が、前記開口部の長さ方向に対して交差するように配置されている請求項９から請求項１２のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１４】
前記光センサは、前記ミラーの揺動角度に応じた角度で光軸を中心に回転可能に設けられている請求項１３に記載の角度検出装置。
【請求項１５】
前記ミラーが、互いに直交する２つの前記所定の軸回りに揺動可能に設けられており、
前記光センサが、各前記所定の軸回りに揺動する前記ミラーによって走査される前記光の各走査中心を略中心とし各走査方向に配列された４つの前記受光面を有する請求項９から請求項１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１６】
前記２つの窓部の間に設けられ、前段側の前記窓部の形状を後段側の前記窓部に結像する結像レンズを備える請求項１から請求項１５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１７】
前記前段側の窓部と前記ミラーとの間に、前記前段側の窓部を通過した光束を前記ミラーへリレーするリレーレンズを備え、
前記結像レンズが、前記ミラーと前記後段側の窓部との間に設けられ、
前記リレーレンズおよび前記結像レンズは、前記リレーレンズの後側焦点と前記結像レンズの前側焦点とが一致するように配置されることにより４ｆ光学系を形成しており、
前記リレーレンズは、前記前段側の窓部の位置に前側焦点を有し、前記ミラーの位置に後側焦点を有し、
前記結像レンズは、前記後段側の窓部の位置に後側焦点を有している請求項１６に記載の角度検出装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載の角度検出装置と、
該角度検出装置によって検出された前記ミラーの揺動角度に基づいてクロック信号を生成するクロック生成装置と、
他の反射面に入射されたレーザ光を試料上で走査する前記ミラーと、前記レーザ光の照射により前記試料において発生した信号を検出する検出部と、該検出部によって検出された信号を前記クロック生成装置によって生成されたクロック信号に同期してサンプリングすることにより前記試料の画像を生成する復元部とを備える走査型顕微鏡とを備える走査型顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度検出装置および走査型顕微鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、揺動運動するガルバノミラーなどの角度を光学的に検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、ガルバノミラーなどに揺動運動を伝達するシャフトに光源と該光源からの光を透過させる遮光板とを設け、遮光板を通過する光の揺動運動に伴う移動を２分割光センサを用いて検出することにより、シャフトの揺動角度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２２７３１７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の場合、シャフトに光源や遮光板が直接設けられている。したがって、特許文献１の技術をガルバノミラーによりレーザ光を試料上に走査する走査型顕微鏡に適用する場合、走査型顕微鏡が備えている従来のガルバノミラーを改良または交換する必要があり、汎用性に欠けるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、揺動運動するミラーの角度を光学的に検出可能な汎用性の高い角度検出装置および走査型顕微鏡システム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、所定の軸回りに揺動するミラーの揺動角度を検出する角度検出装置であって、前記ミラーの一の反射面に光を照射する光源と、前記一の反射面において反射されて前記ミラーの揺動により走査される光の光量を検出する検出部と、前記光源と前記ミラーとの間および該ミラーと前記検出部との間に設けられ、入射された光の光束のうち断面の一部の領域の光束を通過させる２つの窓部と、前記検出部によって検出された光の光量に基づいて前記ミラーの揺動角度を算出する演算部とを備え、前記２つの窓部は、一方に対して他方を前記ミラーによる前記光の走査方向と対応する方向に移動したときに互いに重なり合う面積が連続的に単調に変化するような断面形状の光束をそれぞれ通過させる角度検出装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、光源から出力された光は、一方の窓部を通過した後にミラーによって反射され、さらに他方の窓部を通過した後に検出部によってその光量が検出される。一方の窓部を通過した光は、他方の窓部においてミラーの走査により移動させられるが、このときに他方の窓部を通過する光の光束の断面積は、走査方向の移動に伴って連続的に単調に変化する。すなわち、ミラーの各揺動角度に一意に対応した断面積を有する光が検出部に入射することとなる。
【０００７】
したがって、検出部によって検出される光量もミラーの各揺動角度と一意に対応したものとなり、演算部は検出部による検出結果からミラーの揺動角度を算出することができる。
このように、ミラーに新たな構成を設けることなくミラーの揺動角度を非接触で光学的に検出できるので、従来の走査型顕微鏡などが備えるミラーにそのまま適用でき、高い汎用性を実現することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記２つの窓部が、前記断面形状を有し光を通過させる開口部と該開口部を囲み光を遮断する遮光部とを有する遮光部材からなっていてもよい。
このようにすることで、簡易な構成でミラーの揺動角度の変化に応じて断面積が連続的に単調に変化するような光束を生成することができる。
【０００９】
また、上記発明においては、後段側の前記遮光部材と前記検出部との間に、前記後段側の前記遮光部材を通過した光束を前記検出部に集光する集光レンズを備えていてもよい。
このようにすることで、ミラーの揺動角度によらずに検出部の所定の位置に光が入射させられるので、検出部を小型にすることができる。
【００１０】
また、上記発明においては、一方の前記遮光部材の開口部は、前記走査方向と対応する方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、他方の前記遮光部材の開口部は、前記ミラーと前記検出部とを結ぶ光軸近傍から前記走査方向の一側に延び、前記走査方向に前記長さ寸法よりも大きな寸法を有していてもよい。
このようにすることで、２つの開口部を通過した断面形状が矩形状の光束は、ミラーの揺動に伴って長さ寸法が漸次変化する。これにより、簡易な開口部の形状でありながらミラーの揺動角度に対して正弦的に光束の断面積を変化させることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、一方の前記遮光部材の開口部は、前記所定の軸に平行な方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、他方の前記遮光部材の開口部は、前記所定の軸に沿う方向に対して斜めに交差する辺から前記走査方向の一側に広がる形状を有していてもよい。
このようにすることで、２つの開口部を通過した断面形状が台形状の光束は、ミラーの揺動に伴って長さ寸法が漸次変化する。これにより、簡易な開口部の形状でありながらミラーの揺動角度に対して正弦的に光束の断面積を変化させることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記他方の遮光部材は、前記ミラーの揺動角度に応じた角度で、前記光源と前記ミラーまたは該ミラーと前記検出部を結ぶ光軸を中心に回転可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、ミラーによる光の走査振幅が小さい場合に、一方の遮光部材の開口部の長さ方向に対して他方の遮光部材の辺がなす角度が小さくなるように、他方の遮光部材を回転させることで、２つの開口部を通過した光束の断面積の変化量がミラーの走査角度の変化量に対してより大きくなる。これにより、ミラーの揺動角度の検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記ミラーが、互いに直交する２つの前記所定の軸回りに揺動可能に設けられており、前記ミラーによって反射された光を２つの光路に分割する分割部を備え、各前記光路には、前記分割部と各前記検出部とを結ぶ光軸を中心とした角度が互いに９０°異なるように前記遮光部材が配置されていてもよい。
このようにすることで、ミラーの各方向の揺動角度を検出することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記光源と前記ミラーとの間において前記光を分岐する分岐部と、該分岐部により分岐された光の光量を検出する光源光量検出部と、該光源光量検出部により検出された光量が一定となるように前記光源からの光の出力を調整する制御部とを備えていてもよい。
このようにすることで、外部要因による光量の変動を補正でき、検出部は光束の断面積を正確に反映した光量を検出することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記ミラーと前記検出部とを結ぶ光軸を略中心に隣接して前記走査方向に配列された２つの受光面を有する光センサを備え、前記２つの窓部は、前記断面形状を有し光を通過させる開口部と該開口部を囲み光を遮断する遮光部とを有する遮光部材と、前記断面形状を有する前記受光面とからなっていてもよい。
このようにすることで、遮光部材を通過した光の断面積を、受光面の形状を利用して連続的に単調に変化させることで、構成を簡易にすることができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記演算部が、各前記受光面によって受光された光の光量の差に基づいて前記揺動角度を算出してもよい。
このようにすることで、光源の出力の変動に起因する各受光面で受光される光の光量の変動が相殺され、ミラーの揺動角度を正確に反映した光量を検出することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、各前記受光面によって受光された光の光量の和が一定となるように前記光源の出力を調整する制御部を備えていてもよい。
このようにすることで、光源の出力を安定させることができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記遮光部材の開口部が、前記走査方向に対応する方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、前記光センサは、各前記受光面の境界が前記走査方向に対して垂直となるように配置されていてもよい。また、前記遮光部材の開口部が、前記走査方向に対して垂直な方向に長さ寸法を有する矩形状を有し、前記光センサは、各前記受光面の境界が、前記開口部の長さ方向に対して交差するように配置されていてもよい。
このようにすることで、ミラーの揺動角度に対応して各受光面で受光されて算出される光量変化を正弦的に変化させることができる。
【００１９】
また、上記発明においては、前記光センサは、前記ミラーの揺動角度に応じた角度で光軸を中心に回転可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、各受光面で受光される光量の変化量を十分に確保することができる。
【００２０】
また、上記発明においては、前記ミラーが、互いに直交する２つの前記所定の軸回りに揺動可能に設けられており、前記光センサが、各前記所定の軸回りに揺動する前記ミラーによって走査される前記光の各走査中心を略中心とし各走査方向に配列された４つの前記受光面を有していてもよい。
このようにすることで、ミラーの各方向の揺動角度を検出することができる。
【００２１】
また、上記発明においては、前記２つの窓部の間に設けられ、前段側の前記窓部の形状を後段側の前記窓部に結像する結像レンズを備えていてもよい。
このようにすることで、前段側の窓部を通過した光束の断面形状を後段側の窓部まで正確に伝達することができる。
【００２２】
また、上記発明においては、前記前段側の窓部と前記ミラーとの間に、前記前段側の窓部を通過した光束を前記ミラーへリレーするリレーレンズを備え、前記結像レンズが、前記ミラーと前記後段側の窓部との間に設けられ、前記リレーレンズおよび前記結像レンズは、前記リレーレンズの後側焦点と前記結像レンズの前側焦点とが一致するように配置されることにより４ｆ光学系を形成しており、前記リレーレンズは、前記前段側の窓部の位置に前側焦点を有し、前記ミラーの位置に後側焦点を有し、前記結像レンズは、前記後段側の窓部の位置に後側焦点を有していてもよい。
このようにすることで、前段側の窓部を通過した光の断面形状を後段側の窓部までさらに正確に伝達することができる。
【００２３】
また、本発明は、上記いずれかに記載の角度検出装置と、該角度検出装置によって検出された前記ミラーの揺動角度に基づいてクロック信号を生成するクロック生成装置と、他の反射面に入射されたレーザ光を試料上で走査する前記ミラーと、前記レーザ光の照射により前記試料において発生した信号を検出する検出部と、該検出部によって検出された信号を前記クロック生成装置によって生成されたクロック信号に同期してサンプリングすることにより前記試料の画像を生成する復元部とを備える走査型顕微鏡とを備える走査型顕微鏡システムを提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、揺動運動するミラーの角度を光学的に検出可能な汎用性の高い角度検出装置および走査型顕微鏡システムを提供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】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る角度検出装置およびこれを備える走査型顕微鏡システムの全体構成図である。
【図２】図１の角度検出装置が備える遮光部材を示す正面図である。
【図３】図１の角度検出装置が備える遮光部材を示す正面図である。
【図４】遮光部材、遮光部材および遮光部材の開口部を通過した光との位置関係を説明する図である。
【図５】走査ミラーの揺動角度と検出部が検出する光の光量との関係を示すグラフである。
【図６】遮光部材および遮光部材の変形例を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ）回転可能に設けられた遮光部材の動作を説明する図である。
【図８】図１の角度検出装置の変形例を示す構成図である。
【図９】図１の角度検出装置のもう１つの変形例を示す構成図である。
【図１０】図１の角度検出装置のもう１つの変形例を示す構成図である。
【図１１】図１の角度検出装置のもう１つの変形例を示す構成図である。
【図１２】図１１の角度検出装置が備える検出部の構成を示す図である。
【図１３】図１１の角度検出装置が備える検出部の変形例の構成を示す図である。
【図１４】図１１の角度検出装置が備える検出部のもう１つの変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の一実施形態に係る角度検出装置１およびこれを備える走査型顕微鏡システム１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡システム１００は、図１に示されるように、走査型顕微鏡（以下、単に顕微鏡という。）２と、該顕微鏡２が備える走査ミラー（ミラー）２２の揺動角度を検出する角度検出装置１と、該角度検出装置１によって検出された走査ミラー２２の揺動角度に基づいてピクセルクロック（クロック信号）を生成するクロック生成装置３とを備えている。
【００２７】
顕微鏡２は、レーザ光源２１と、該レーザ光源２１から出力された観察用レーザＬを一方向（Ｘ方向）に走査する走査ミラー２２と、該走査ミラー２２により走査された観察用レーザＬを試料Ａに照射するとともに試料Ａからの観察光（信号）Ｌ’を集光する対物レンズ２３と、該対物レンズ２３によって集光された観察光Ｌ’を検出して電気信号に変換する光検出器２４と、該光検出器２４から出力された電気信号に基づいて試料Ａの画像を生成する復元部２５を備えている。
【００２８】
図中、符号２６は、レーザ光源２１からの観察用レーザＬを走査ミラー２２に向かって反射し、対物レンズ２３によって集光された観察光Ｌ’を透過するダイクロイックミラーを示している。
【００２９】
走査ミラー２２は、両面が反射面となっており、表面２２ａに入射された観察用レーザＬを対物レンズ２３の光軸に沿って反射する。また、走査ミラー２２は、図示しないモータによって、所定の軸Ｓを中心に揺動可能に設けられている。図１において、軸Ｓは、紙面に垂直である。観察用レーザＬは、走査ミラー２２によってＸ方向に一走査された後、図示しないもう１つの走査ミラーによってＹ方向に所定の距離だけ走査される。これら動作が繰り返されることにより、観察用レーザＬはラスタ走査される。
【００３０】
角度検出装置１は、光源１１と、該光源１１からの光Ｌｓを成形する遮光部材（窓部）１２と、該遮光部材１２を通過した光Ｌｓ’をリレーするリレーレンズ１３と、走査ミラー２２の裏面２２ｂによって反射されて走査される光Ｌｓ’を結像させる結像レンズ１４と、該結像レンズ１４から出力された光Ｌｓ’の一部を遮断するもう１つの遮光部材（窓部）１５と、該遮光部材１５を通過した光Ｌｓ”の光量を検出する検出部１６と、該検出部１６によって検出された光量に基づいて走査ミラー２２の揺動角度を算出する演算部１７とを備えている。
【００３１】
光源１１は、光束の横断面全域にわたって光密度が均一な光Ｌｓを出力する。
遮光部材１２は、図２に示されるように、光源１１からの光Ｌｓを通過させる矩形状の開口部１２ａと、該開口部１２ａを囲み光Ｌｓを遮断する遮光部１２ｂとを有している。開口部１２ａの寸法は光源１１から出力される光Ｌｓの断面よりも小さく、遮光部材１２に入射した光Ｌｓの光束のうち、その断面における一部の領域の光束が開口部１２ａを通過するようになっている。遮光部材１２は、軸Ｓに直交する平面において光源１１と走査ミラー２２とを結ぶ光軸Ｏに開口部１２ａの長軸方向が直交するように配置されている。
【００３２】
リレーレンズ１３は、遮光部材１２により断面形状が開口部１２ａと同一の矩形状に成形された光Ｌｓ’を、走査ミラー２２の裏面２２ｂを介して結像レンズ１４にリレーする。具体的には、遮光部材１２、リレーレンズ１３、走査ミラー２２、結像レンズ１４および遮光部材１５は、４ｆ光学系を形成している。すなわち、遮光部材１２はリレーレンズ１３の前側焦点面に、走査ミラー２２の裏面２２ｂはリレーレンズ１３の焦点位置に、遮光部材１５は結像レンズ１４の結像面に、それぞれ配置されている。
【００３３】
結像レンズ１４は、走査ミラー２２の裏面２２ｂによって走査される光Ｌｓ’を、該光Ｌｓ’の走査範囲全域にわたって受光するような大きな画角を有している。
遮光部材１５は、図３に示されるように、略光軸Ｏから走査方向Ｘ’の一側の領域を覆う形状（図示する例では矩形状）を有し、他側の領域（開口部）においては光Ｌｓ’を通過させるようになっている。
【００３４】
図４は、光源１１から走査ミラー２２を介して検出部１６までを結ぶ光軸Ｏに沿って検出部１６側から見たときの、遮光部材１５および遮光部材１２ならびに該遮光部材１２の開口部１２ａを通過した光Ｌｓ’を示している。光軸Ｏを走査中心として遮光部材１５に入射する矩形状の光Ｌｓ’の光束の断面と遮光部材１５とが光軸Ｏ方向に重なり合う領域の面積は、図４に示されるように、光Ｌｓ’が走査方向Ｘ’に走査されたときに連続的に単調に増加または減少するようになっている。
【００３５】
検出部１６は、結像レンズ１４によって遮光部材１５上に結像された光Ｌｓ’のうち、遮光部材１５を通過した光束を受光し、その受光量を演算部１７に出力する。
【００３６】
遮光部材１５と検出部１６との間には、遮光部材１５を通過した光Ｌｓ”を検出部１６に集光する図示しない集光レンズが備えられていてもよい。集光レンズを備えることにより、光Ｌｓ”の検出部１６への入射位置が走査方向Ｘ’の位置に依らずに一定となるので、検出部１６の受光面が小さくて済み、検出部１６としてより小型の光センサを用いることができる。また、集光レンズは、揺動角度が大きい広角の走査ミラー２２を用いる場合に、好適に備えられる。
【００３７】
次に、このように構成された角度検出装置１およびこれを備える走査型顕微鏡システム１００の作用について説明する。
顕微鏡２において、レーザ光源２１から出力された観察用レーザＬは、走査ミラー２２の表面２２ａで反射され、対物レンズ２３を介して試料Ａに照射される。このときに、観察用レーザＬは、走査ミラー２２の作動によって試料Ａ上をＸ方向に走査され、図示しないもう１つの走査ミラーによりＹ方向に走査される。観察用レーザＬの照射によって試料Ａで発生した観察光Ｌ’は、対物レンズ２３によって集光され、走査ミラー２２によって反射され、光検出器２４によって検出される。光検出器２４は、検出した観察光Ｌ’の強度に応じた電気信号を復元部２５に出力する。
【００３８】
以上の走査型顕微鏡２の動作と平行して角度検出装置１およびクロック生成装置３が動作する。すなわち、角度検出装置１において、光源１１から出力された光Ｌｓは、遮光部材１２を通過して断面が矩形状に成形され、リレーレンズ１３を透過し、観察用レーザＬをＸ方向に走査している走査ミラー２２の裏面２２ｂで反射される。反射された光Ｌｓ’は、揺動している走査ミラー２２によってＸ’方向に走査されながら結像レンズ１４に入射し、該結像レンズ１４によって遮光部材１５の位置に結像される。遮光部材１５に入射した光Ｌｓ’は、その光束の一部が遮光部材１５によって遮断され、遮光部材１５を通過した他の部分の光束からなる光Ｌｓ”の光量が検出部１６によって検出される。
【００３９】
ここで、遮光部材１５を通過する光Ｌｓ”の光束の断面積は、走査ミラー２２による走査方向Ｘ’の位置に対して一意的に決まる。すなわち、検出部１６に入射する光Ｌｓ”の光量と走査ミラー２２の揺動角度との間には一意的な関係があり、図５に示されるように、走査ミラー２２の揺動角度の範囲（−θ°〜＋θ°）において光Ｌｓ”の光量は連続的に単調に変化する。
【００４０】
演算部１７は、検出部１６によって検出される光量と、走査ミラー２２の揺動角度との対応関係を予め保持しておき、検出部１６から受け取った光量から走査ミラー２２の揺動角度を算出し、算出した揺動角度をクロック生成装置３に出力する。クロック生成装置３は、逐次入力されてくる走査ミラー２２の揺動角度が所定の角度であるときに、ピクセルクロックを生成して復元部２５に出力する。所定の角度は、−θ°から＋θ°までを、復元部２５によって生成される画像の画素数に応じた数で分割した角度とされる。
【００４１】
以上のようにして、復元部２５には、光検出器２４によって検出された観察光Ｌ’の強度を示す電気信号と、走査ミラー２２の揺動に同期したピクセルクロックとが入力される。復元部２５は、光検出器２４から入力されてくる電気信号をピクセルクロックに同期してサンプリングする。そして、サンプリングした電気信号を、走査ミラー２２によって走査される観察用レーザＬの位置と対応づけることにより試料Ａの２次元画像を生成する。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、遮光部材１２および遮光部材１５を用いて、光Ｌｓ”の断面積が走査ミラー２２の揺動角度の変化に連動して連続的に単調に変化するように構成し、光Ｌｓ”の断面積の変化に伴う光量の変化を検出部１６によって検出することで、走査ミラー２２の揺動角度を高精度に検することができる。また、顕微鏡２が備える走査ミラー２２に改良を加える必要がなく、角度検出装置１を従来の顕微鏡２にそのまま適用することができ、汎用性が高い角度検出装置１を提供することができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、遮光部材１２と遮光部材１５との配置が逆とされていてもよい。
このようにしても、上述の実施形態と同様に、結像レンズ１４と検出部１６との間に配置された遮光部材１２を通過する光Ｌｓ’の断面積を走査ミラー２２の揺動角度に対して単調に変化させ、検出部１６によって検出された光Ｌｓ”の光量から該光量と一意的な関係を有する走査ミラー２２の揺動角度を検出することができる。
【００４４】
なお、図２〜図４に示される遮光部材１２と遮光部材１５との構成においては、光Ｌｓ’の遮光部材１５によって遮断される位置が結像レンズ１４の光軸付近となるので、遮光部材１５によって一部を遮断することによって光Ｌｓ”の像に生じる歪みを低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態において説明した遮光部材１２および遮光部材１５の形状は、一例であって、これら２つの遮光部材の形状は、走査ミラー２２の揺動角度の変化に対して２つの遮光部材を通過した光束の断面積が単調に変化するように設計されていればよい。
【００４６】
図６は、光軸Ｏに沿って検出部１６側から見たときの遮光部材１２１および遮光部材１５１の変形例を示している。この変形例において、遮光部材１２１は、開口部１２１ａの長軸が走査ミラー２２による光Ｌｓ’の走査方向Ｘ’に対して直交するように配置されている。遮光部材１５１は、略光軸Ｏを通り開口部１２１ａの長軸に対して斜めに交差するように配置された辺を有し、該辺の一側の領域を覆うような形状（図示する例では、斜辺が光軸Ｏを通る直角三角形状）を有し、前記辺の他側の領域（開口部）においては光束Ｌｓ’を通過させるようになっている。
【００４７】
ここで、遮光部材１５１は、光Ｌｓ’の一端を常に通過させるように、かつ、他端を常に遮断するように設計されている。なお、この変形例においても、遮光部材１２１の配置と遮光部材１５１の配置は入れ替え可能である。
【００４８】
このようにしても、遮光部材１２１および遮光部材１５１を通過した光Ｌｓ”の断面積を走査ミラー２２の揺動角度に対して単調に変化させ、検出部１６によって検出された光量から該光量と一意的な関係を有する走査ミラー２２の揺動角度を検出することができる。また、走査ミラー２２による光Ｌｓ’の走査方向Ｘ’の移動範囲が狭くて済むので、光Ｌｓ’を受光する結像レンズ１４の直径を小さくすることができる。
【００４９】
さらに、この変形例の遮光部材１２１および遮光部材１５１を備えた構成においては、走査ミラー２２による光Ｌｓ’の走査振幅に応じて遮光部材１２１に対する光軸Ｏ回りの遮光部材１５１の角度が変更可能となっていてもよい。
【００５０】
図７（ａ），（ｂ）には、遮光部材１５１のもう１つの例として、弦が光軸Ｏを通る半円形状を有するものが示されている。図７（ａ）に示されるように、光Ｌｓ’の走査振幅Ｚが大きいときは、弦と開口部１２１ａの長軸とが成す角度が大きくなるように、一方、図７（ｂ）に示されるように、光Ｌｓ’の走査振幅Ｚが小さいときは、弦と開口部１２１ａの長軸とが成す角度が小さくなるように、遮光部材１５１が配置される。なお、図７（ａ），（ｂ）においては、図を簡略にするために、遮光部材１２１の外形の図示が省略されている。
【００５１】
走査振幅Ｚが十分に大きいときは、遮光部材１５１を通過した光Ｌｓ”の光量の変化量が十分に大きく確保される。しかし、顕微鏡２により狭い範囲を拡大観察するために走査ミラー２２の揺動角度の範囲を小さくしたときに、遮光部材１５１を通過する光Ｌｓ”の光量の変化量が小さくなり、その結果走査ミラー２２の揺動角度の高い検出精度を得ることが難しくなる。そこで、走査振幅Ｚが小さいときは、遮光部材１５１を通過した光Ｌｓ”の光量の変化量がより大きくなるように遮光部材１５１の角度を調節することで、走査ミラー２２の揺動角度を常に高い精度で検出することができる。
【００５２】
この場合、遮光部材１２１によって成形される光Ｌｓ’の断面形状としては、細長いライン形状が好ましく、ライン形状の光Ｌｓ’を得るためには、図８に示されるように、角度検出装置１−１は、光源１１からの光Ｌｓを、細長い開口部１２１ａの長軸方向に延びるライン光に変換するシリンドリカルレンズ８を備えることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態においては、図９に示されるように、角度検出装置１−２が、光源１１と走査ミラー２２との間において光Ｌｓ／Ｌｓ’の一部を分岐する分岐部１８と、該分岐部１８によって分岐された光Ｌｓ／Ｌｓ’の一部の光量を検出する光源光量検出部１９と、該光源光量検出部１９によって検出される光量が一定となるように光源１１の出力をフィードバック制御する制御部２０とが備えられていてもよい。符号１０は、遮光部材１５を通過した光Ｌｓ”を検出部１６に集光する集光レンズを示している。
このようにすることで、外部要因による光源１１の出力変動を補正し、検出部１６は、走査ミラー２２の揺動角度に正確に対応した光量を検出することができ、揺動角度の検出精度をさらに向上することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、１つの軸Ｓ回りに揺動する走査ミラー２２について説明したが、走査ミラー２２として互いに直交する２つの軸Ｓ，Ｓ'回りに揺動するものを採用し，１つの走査ミラー２２を用いて観察用レーザＬをラスタ走査するように構成されていてもよい。
【００５５】
この場合、角度検出装置１−３は、図１０に示されるように、走査ミラー２２の後段において該走査ミラー２２によって反射された光Ｌｓ’を２つの光路に分割する分割部９を備える。分割部９の後段の２つの光路には、結像レンズ１４、遮光部材１５、集光レンズ１０、検出部１６がそれぞれ備えられる。このときに、２組の結像レンズ１４、遮光部材１５、集光レンズ１０、検出部１６は、光軸Ｏを中心とする角度が互いに９０°異なるように配置される。
【００５６】
また、本実施形態においては、角度検出装置１−４が、図１１に示されるように、遮光部材１５を備える代わりに、検出部１６１として２分割光センサを用いてもよい。すなわち、検出部（光センサ）１６１は、光Ｌｓ’の走査方向Ｘ’に配列された２つの受光面１６１ａ，１６１ｂを有している。受光面１６１ａ，１６１ｂの形状は、図１２に示されるように、走査ミラー２２によって走査される光Ｌｓ’が常に両方の受光面１６１ａ，１６１ｂにまたがるように、かつ、各受光面１６１ａ，１６１ｂからはみ出さないように、設計されている。
【００５７】
図６に示される遮光部材１２１を用いる場合には、図１３に示されるように、２つの受光面１６１ａ，１６１ｂの境界が開口部１２１ａの長軸方向に交差するように、検出部１６１が配置される。
【００５８】
角度検出装置１−４においては、演算部１７が、各受光面１６１ａ，１６１ｂによる受光量の差分を光Ｌｓ”の光量として検出してクロック生成装置３に出力する。
また、角度検出装置１−４においては、２つの受光面１６１ａ，１６１ｂによる受光量の和が一定となるように、光源１１の出力をフィードバック制御する制御部２０が備えられていてもよい。このようにすることで、光源１１の出力の変動に起因する、検出部１６１によって検出される光の受光量の変動を補正することができる。
【００５９】
また、走査ミラー２２として互いに直交する２つの軸回りに揺動可能なものを用いる場合、角度検出装置１−４は、Ｘ’方向および該Ｘ’方向に直交するＹ’方向に走査される光Ｌｓ’の光量の変化を検出するために、検出部１６１として、図１４に示されるように、４つの受光面１６１ａ〜１６１ｄを備える４分割光センサを用いる。遮光部材１２の開口部１２ａの形状は、正方形とされることが好ましい。
【００６０】
この場合、各受光面１６１ａ〜１６１ｄにおける光の受光量をＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄとすると、演算部１７は、走査ミラー２２の各方向の揺動角度を、（Ｐａ＋Ｐｃ）−（Ｐｂ＋Ｐｄ）および（Ｐａ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｄ）から算出する。
また、Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｃ＋Ｐｄが一定となるように、光源１１の出力を制御部２０によりフィードバック制御することで、光源１１の出力の変動に起因する受光量の変動を補正することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  角度検出装置
２  走査型顕微鏡
３  クロック生成装置
８  シリンドリカルレンズ
９  分割部
１０  集光レンズ
１１  光源
１２，１５  遮光部材（窓部）
１３  リレーレンズ
１４  結像レンズ
１６  検出部
１７  演算部
１８  分岐部
１９  光源光量検出部
２０  制御部
２１  レーザ光源
２２  走査ミラー（ミラー）
２３  対物レンズ
２４  光検出器
２５  復元部
２６  ダイクロイックミラー
１００  走査型顕微鏡システム
１６１  検出部、光センサ
１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ  受光面
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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