(57)【要約】【課題】入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても鮮明な画像を得ること。また、入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても、検出器側に向かい反射レーザ光の光量を増やすこと。【解決手段】レーザ顕微鏡用試料台１０は、試料２０からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡が備える試料台であり、入射レーザ光の光軸上に試料を載置すると共に、この試料を載置する載置面１１は凹面形状の反射面を有する。凹面形状の載置面１１は、試料から光軸方向以外に散乱したレーザ光を試料台で再び反射させ、検出器方向に戻る光量を増すことによって、鮮明な画像を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡において、当該レーザ顕微鏡が備える試料台であって、
入射レーザ光の光軸上に試料を載置すると共に、当該試料を載置する載置面は凹面形状の反射面を有することを特徴とする、レーザ顕微鏡用試料台。
【請求項２】
前記載置面は、試料と載置面との距離を調整し、入射レーザ光が試料に入射する入射点の位置と、反射レーザ光が載置面に入射する入射点との位置を調整する調整部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ顕微鏡用試料台。
【請求項３】
前記載置面は、光軸に対して全周方向に対称であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ顕微鏡用試料台。
【請求項４】
前記載置面は、光軸に直交する軸方向に対して軸対称であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ顕微鏡用試料台。
【請求項５】
試料からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡において、
入射レーザ光の光軸上において試料を載置する試料台を備え、
前記試料台の当該試料を載置する面は凹面形状の反射面であることを特徴とする、レーザ顕微鏡。
【請求項６】
試料からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡において、
入射レーザ光の光軸上において試料を載置する試料台を備え、
前記試料台の当該試料を載置する面は凹面形状の反射面であり、
当該反射面は、前記入射レーザ光を試料の裏面に反射させ、当該反射光が試料の裏面で反射した反射光を前記光軸方向に反射させる角度を備えることを特徴とする、レーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ顕微鏡に関し、特に、光の反射を利用して被測定物の観察を容易にするレーザ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料にレーザ光を入射し、試料で反射あるいは散乱したレーザ光によって試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡が知られている。図１０は、従来から知られるレーザ顕微鏡の概略構成を説明するための図である。なお、この構成は一般的な構成例である。
【０００３】
レーザ顕微鏡１０１は、レーザ発振器２から出力したレーザ光を、可動反射板３によって反射させると共に走査し、入射レーザ光１０６を試料２００に照射する。試料２００で反射した反射レーザ光１０７は検出器５で検出される。反射レーザ光１０７は試料２００の表面の凹凸情報を有しており、この反射レーザ光１０７を検出した検出信号によって試料２００を光学的に観察することができる。
【０００４】
入射レーザ光１０６及び反射レーザ光１０７の光軸は同軸上にあり、試料２００からの反射レーザ光１０７は、ビームスプリッタ４まで入射光と同軸を通った後分岐されて検出器５に至る。試料２００は、平面形状の試料台１００上に載置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した構成のレーザ顕微鏡では、試料に対する入射レーザ光の入射角度が大きくなると、レーザ光が散乱するため、検出器に至る反射レーザ光の光量が減少し、鮮明な画像が得られないという問題がある。
【０００６】
図１１は、試料上での反射レーザ光の反射状態を説明するための図である。なお、ここでは、試料として球体の場合を示している。
【０００７】
図１１（ａ）において、入射レーザ光６ａは試料２０の表面に対して垂直に入射した状態を示している。このように、入射レーザ光６ａが試料表面に垂直に入射した場合には、試料表面で反射した反射レーザ光７ａは入射方向と逆方向に反射するため同軸上を戻り、検出器では十分な光量が検出することができる。
【０００８】
これに対して、入射レーザ光６ｂ，６ｃは試料２０の表面に対して、大きな入射角θｂ，θｃで入射した状態を示している。試料２０への入角θが大きくなるほど、反射レーザ光７ｂ，７ｃに示すように反射角も大きくなると共に、散乱の程度も高まる。そのため、入射レーザ光と同軸に戻る反射レーザ光は減少する。なお、ここで入射角θは、入射方向と測定面の鉛直方向との成す角としている。
【０００９】
図１１（ｂ）は、反射レーザ光が入射レーザ光と同軸に戻る角度範囲を示している。試料が球体である場合には、球の鉛直方向の中心軸を中心とする狭い角度範囲３００に入射したレーザ光は同軸方向に戻るが、この角度範囲外に入射した入射レーザ光は同軸方向に戻らず、試料の光学観察に寄与しない。
【００１０】
角度範囲３００の範囲内であっても、球の中心軸から遠い角度の部分では同軸方向に戻る光量が大きく減少する。そのため、球の中心付近は観察できるが、外周になるほど十分な光量を得ることができないため、試料の外形形状は不鮮明にしか観察されないことになる。
【００１１】
試料が球体である場合には、測定表面の入射角度は中心軸から遠ざかるにつれて急峻に大きくなり、最大直径付近（球の赤道部分）では反射面が入射方向と平行となるため、検出器には反射レーザ光は戻らず、結像がしなくなる。
【００１２】
このことは、球の外周部は観察できないことを意味し、顕微鏡としても機能を果たすことができなくなる。図１２は、観察画像の一例であり、球体の外周部分の画像は不鮮明となる。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題を解決して、入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても鮮明な画像を得ることを目的とする。また、入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても、検出器側に向かい反射レーザ光の光量を増やすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、試料から光軸方向以外に散乱したレーザ光を試料台で再び反射させ、検出器方向に戻る光量を増すことによって、鮮明な画像を取得する。
【００１５】
本発明のレーザ顕微鏡用試料台は、試料からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡が備える試料台であり、入射レーザ光の光軸上に試料を載置すると共に、この試料を載置する載置面は凹面形状の反射面を有する。
【００１６】
入射レーザ光の内、試料に対する入射角が小さいレーザ光は、試料表面で反射して光軸方向に戻って検出器で像を結像する。一方、試料に対する入射角が大きいレーザ光は、試料表面での反射角も大きくなり、また、散乱の程度も大きくなるため、光軸方向に直接戻る光量は減少する。
【００１７】
試料表面で大きな反射角で反射した反射レーザ光や散乱光は、載置面の反射面で反射される。載置面の反射面は凹面形状であるため、この反射レーザ光や散乱レーザ光を光軸方向に戻し、検出器で検出する光量を増加させる。これによって、光量が少ないことに因って不鮮明であった画像は鮮明度を増すことになる。
【００１８】
試料を試料台の載置面上に載置した際に、試料表面で反射あるいは散乱した反射レーザ光や散乱レーザ光が載置面に入射する入射角が変化する。載置面の凹面の曲率は、測定対象である試料の大きさや形状に応じて設定することが望ましいが、本発明は、反射レーザ光あるいは散乱した反射レーザ光を全て光軸方向に戻し、全て検出器に入射することを目的とするものではなく、従来散逸していた反射レーザ光や散乱レーザ光から光軸方向に戻す光量を増加させることを目的としている。
【００１９】
そこで、想定される測定対象を基準試料とし、この基準試料に合わせて載置面の凹面の曲率を設定することにより、試料の大きさの変化した場合であっても、光量の増加の程度は異なるものの、散逸していた反射レーザ光や散乱レーザ光を光軸方向に戻して光量を増加させることができる。
【００２０】
試料の大きさが想定した基準試料よりも小さく、光量の増加の効果を大きく望めない場合には、調整部材を用いることで、試料を基準試料の位置に合わせることができる。調整部材は、試料と載置面との距離を調整し、入射レーザ光が試料に入射する入射点の位置と、反射レーザ光が載置面に入射する入射点との位置を調整する。これによって、試料が小さい場合であっても、基準試料と同程度の反射レーザ光や散乱レーザ光を光軸方向に戻すことができる。
【００２１】
また、載置面は光軸に対して全周方向に対称とすることができる。これによって、試料の外周に反射あるいは散乱したレーザ光を、光軸方向に戻すことができる。
【００２２】
また、載置面は、光軸に直交する軸方向に対して軸対称とすることができる。この載置面によれば、試料形状が円筒等の柱状体の形状に適用させることができ、載置面の軸方向と試料の軸方向を合わせて試料を載置面上に載置することで、柱状体の湾曲部分についても、従来、散逸していた反射レーザ光や散乱レーザ光を光軸方向に戻し、検出器で検出する光量を増やすことができる。
【００２３】
また、本発明は、試料台の態様に限らず、レーザ顕微鏡の態様も含む。レーザ顕微鏡は、試料からの反射レーザ光により試料を光学的に観察するレーザ顕微鏡において、入射レーザ光の光軸上において試料を載置する試料台を備え、この試料台の当該試料を載置する面は凹面形状の反射面とする。
【００２４】
また、本発明のレーザ顕微鏡の態様において、入射レーザ光の光軸上において試料を載置する試料台を備え、この試料台の試料を載置する面は凹面形状の反射面であり、この反射面は、入射レーザ光を試料の裏面に反射させ、反射光が試料の裏面で反射した反射光を光軸方向に反射させる角度を備える構成とすることができる。
【００２５】
さらに、本発明のレーザ顕微鏡の態様において、試料の測定画像データから載置面の画像データを抽出する第１の抽出手段と、前記抽出した載置面の画像データから予め求めておいた載置面画像データを差し引いて、前記載置面画像データに含まれる試料の裏面の画像データを取得する第２の抽出手段とを備えた構成としてもよい。
【００２６】
このレーザ顕微鏡の態様によれば、従来検出することができなかった、裏面付近の画像についても検出することが可能となる。特に、表面が入射レーザ光と平行となる付近の裏面側の像を取得することができる。この付近は、通常、入射光側から見たときの試料の境界に相当し、この境界の通常得ることができない裏面側の像を観察することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても鮮明な画像を得ることができる。
【００２８】
また、入射レーザ光の試料の測定面に対する入射角度が大きい部分についても、検出器側に向かい反射レーザ光の光量を増やすことができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
図1は本発明のレーザ顕微鏡の概略構成を説明するための図である。図１に示すレーザ顕微鏡の構成は、前記図１０に示した従来のレーザ顕微鏡の構成とほぼ同様であり、試料台１０の構成において相違する。
【００３１】
レーザ顕微鏡１は、レーザ発振器２から出力したレーザ光を、可動反射板３によって反射させると共に走査し、入射レーザ光６を試料２０に照射する。試料２０で反射した反射レーザ光７は検出器５で検出される。反射レーザ光７は試料２０の表面の凹凸情報を有しており、この反射レーザ光７を検出した検出信号によって試料２０を光学的に観察することができる。
【００３２】
入射レーザ光６及び反射レーザ光７の光軸は同軸上にあり、試料２０からの反射レーザ光７は、ビームスプリッタ４まで入射光と同軸を通った後分岐されて検出器５に至る。試料２０は、凹面形状の試料台１０上に載置される。
【００３３】
以下、図２〜図５を用いて本発明の試料台の各形態について説明する。図２は本発明の試料台の第１の形態を説明するための図であり、図３は本発明の試料台の第２の形態を説明するための図であり、図４は本発明の試料台の第３の形態を説明するための図であり、図５は本発明の試料台の第４の形態を説明するための図である。
【００３４】
はじめに、図２を用いて本発明の試料台の第１の形態について説明する。第１の形態の試料台１０は、試料２０を載置する載置面１１を凹面形状とする。図２（ａ）は、試料上における反射レーザ光の反射状態を示している。なお、ここでは、試料２０として球体の場合を示している。
【００３５】
図２（ａ）において、入射レーザ光６ａは試料２０の表面に対して垂直に入射した状態を示している。このように、入射レーザ光６ａが試料表面に垂直に入射した場合には、試料表面で反射した反射レーザ光７ａは入射方向と逆方向に反射するため同軸上を戻り、検出器では十分な光量が検出することができる。この光路は、前記図１１と同様である。
【００３６】
これに対して、入射レーザ光６ｂ，６ｃは試料２０の表面に対して、大きな入射角θｂ，θｃで入射した状態を示している。試料２０への入角θが大きくなるほど、反射レーザ光７ｂ，７ｃに示すように反射角も大きくなると共に散乱の程度も高まり、入射レーザ光と同軸に戻る反射レーザ光は減少する。なお、ここで入射角θは、入射方向と測定面の鉛直方向との成す角としている。
【００３７】
本発明の試料台１０では載置面１１が凹面形状であるため、入射角θｂで入射した入射レーザ光６ｂの反射レーザ光７ｂ１は、載置面１１で反射されて反射レーザ光７ｂ２となり、レーザ顕微鏡の光学系の光軸方向に進むことになる。また、より大きな入射角θｃで入射した入射レーザ光６ｃの反射レーザ光７ｃ１についても同様に、載置面１１で反射されて反射レーザ光７ｃ２となり、レーザ顕微鏡の光学系の光軸方向に進むことになる。
【００３８】
図２（ｂ）は、反射レーザ光が入射レーザ光と同軸に戻る角度範囲を示している。試料２０が球体である場合には、球の鉛直方向の中心軸を中心とする角度範囲３０に入射したレーザ光は同軸方向に戻る。この角度範囲３０は、ほぼ１８０度である。なお、この角度範囲３０の外側は、入射レーザ光が試料２０に入射する角度範囲外であって、試料２０の表面に直接入射することはない。
【００３９】
第１の形態によれば、球の中心軸から遠い角度の部分に入射した入射レーザ光は、光学系の光軸方向に直接には戻らないが、試料台１０の載置面１１で反射することによって光学系の光軸方向に戻ることになる。
【００４０】
これによって、試料２０の外周部分においても検出器側に至る光量が増加し、試料の外形形状の画像の鮮明度を高めることができる。
【００４１】
次に、図３を用いて本発明の試料台の第２の形態について説明する。第２の形態の試料台１０は、第１の形態と同様に、凹面形状の載置面１１を備えると共に、調整部材１２を備える。
【００４２】
調整部材１２は、試料２１と載置面１１との距離を調整する部材であり、例えば、載置面１１から上方の位置に試料２１を支持し、入射レーザ光の入射関係を調整する。この調整部材１２は、入射レーザ光６が試料１０に入射する入射点の位置と、試料１０で反射した反射レーザ光が載置面１１に入射する入射点との位置を調整することによって、入射レーザ光の入射関係を調整する。
【００４３】
例えば、試料２１が前記図２で示した試料２０よりも小径である場合に、試料２１を載置面１１上に載置すると、入射レーザ光の入射関係が変わるため、試料２１で反射した反射レーザ光が載置面１１に入射する位置及び角度が大きく変わることになり、反射レーザ光が光軸方向に戻らない場合が考えられる（図示していない）。
【００４４】
本発明の第２の形態では、上記したような小径の試料２１を観察する際に、載置面１１上に調整部材１２を設置し、さらに、この調整部材１２上に試料２１を載置する。これによって、入射レーザ光と試料２１との位置関係を標準試料の場合の位置関係と同様とし、反射レーザ光を光軸方向に戻す。
【００４５】
図３において、試料台１０の載置面１１は凹面形状であり、試料２１は調整部材１２上に載置されているため、入射角θｂで入射した入射レーザ光６ｂの反射レーザ光７ｂ１は、載置面１１で反射されて反射レーザ光７ｂ２となり、レーザ顕微鏡の光学系の光軸方向に進むことになる。また、より大きな入射角θｃで入射した入射レーザ光６ｃの反射レーザ光７ｃ１についても同様に、載置面１１で反射されて反射レーザ光７ｃ２となり、レーザ顕微鏡の光学系の光軸方向に進むことになる。
【００４６】
次に、図４を用いて本発明の試料台の第３の形態について説明する。第３の形態の試料台１０は、第１の形態と同様に、凹面形状の載置面１１を備える。第３の形態の載置面１３が備える凹面形状は、同心円状に配置した複数の環状傾斜面によって構成する。この凹面形状はフレネルレンズの面を用いて形成することができる。この形状によれば、試料台１０の高さを低減することができる。
【００４７】
次に、図５を用いて本発明の試料台の第４の形態について説明する。第４の形態の試料台１０は、載置面１４は、光軸に直交する軸方向１５に対して軸対称とすることができる。この載置面１４によれば、試料２２の形状が円筒等の柱状体の形状に適用させることができる。
【００４８】
載置面１４の軸方向１５と、試料２２の軸方向１６が平行となるように合わせて試料２２を載置面１４上に載置する。これによって、柱状の試料２２の軸方向に延びる湾曲部分についても、従来、散逸していた反射レーザ光や散乱レーザ光を光軸方向に戻し、検出器で検出する光量を増やすことができる。なお、この軸方向１５に延びる載置面１４は、平面型の載置面の一部に形成してもよい。
【００４９】
図６は、観察画像の一例であり、球体の外周部分についても、画像の鮮明度を高めることができる。
【００５０】
次に、本発明の構成を用いて、球面形状の試料の裏面の画像を取得する例について、図７〜図９を用いて説明する。
【００５１】
試料台１０は、前記した各形態と同様に、試料２０を載置する載置面１１を凹面形状とする。図７（ａ）は、試料上における反射レーザ光の反射状態を示している。なお、ここでは、試料２０として球体の場合を示している。
【００５２】
図７（ａ）において、入射レーザ光６ａは試料２０の表面に対して垂直に入射した状態を示している。このように、入射レーザ光６ａが試料表面に垂直に入射した場合には、前記したように、試料表面で反射した反射レーザ光７ａは入射方向と逆方向に反射するため同軸上を戻り、検出器では十分な光量が検出することができる。この光路は、前記図２と同様である。
【００５３】
これに対して、入射レーザ光６ｄ，６ｅ，６ｆは試料２０の表面に入射しない状態を示している。
【００５４】
入射レーザ光ｄは、試料２０の表面をかすめて試料台１０の載置面１１に直接入射する状態を示している。載置面１１に入射した入射レーザ光６ｄは載置面１１で反射し、その反射レーザ光７ｄ１は、試料２０の裏面側に入射する。反射レーザ光７ｄ１は、試料２０の裏面で反射し、その反射レーザ光７ｄ２は、載置面１１で再び入射して反射され、反射レーザ光７ｄ３として光軸側に戻る。
【００５５】
また、載置面１１に入射した入射レーザ光６ｅ，６ｆについても入射レーザ光６ｄと同様に載置面１１で反射し、その反射レーザ光７ｅ１，７ｆ１は、試料２０の裏面側に入射する。反射レーザ光７ｅ１，７ｆは、試料２０の裏面で反射し、その反射レーザ光７ｅ２，７ｆ２は、載置面１１で再び入射して反射され、反射レーザ光７ｅ３，７ｆ３として光軸側に戻る。
【００５６】
これらの、反射レーザ光７ｄ３，７ｅ３，７ｆ３には、試料２０の裏面側の画像情報が含まれている。
【００５７】
図７（ｂ）は、試料の裏面で反射した反射レーザ光の反射状態を示している。試料台２０の載置面１１に入射して試料２０の裏面側に向かって反射した反射レーザ光は、試料２０の裏面で反射した後、再び載置面１１で反射して光軸側に戻らされる。これによって、入射レーザ光が到達しない試料の裏面についても像情報を取得することができる。
【００５８】
図８のフローチャート、及び図９の説明図を用いて試料の裏面の画像データを取得する構成及び手順について説明する。
【００５９】
はじめに、試料台に試料を載置しない状態で画像を取得し、載置面のみの表面形状の画像データＡを取得しておく（Ｓ１）。
【００６０】
次に、試料台に試料を載置した状態で画像を取得し、測定データＢを取得する。ここで、検出器で得られる画像において、試料が存在する領域を測定対象領域ｃとし、この測定対象領域ｃ以外の領域を載置面領域ｄとする。取得した測定データＢは、測定対象領域ｃのデータＣと、載置面領域ｄのデータＤを含む（Ｓ２）。
【００６１】
Ｓ２の工程で取得した測定データＢから、測定対象領域ｃのデータＣと載置面領域ｄのデータＤとを分離する。このデータの分離は、例えば測定データＢをエッジを抽出する画像処理を行うことによって、測定対象領域ｃの境界部分を抽出することで行うことができる。ここで、載置面領域ｄのデータＤは、載置面の表面データＥと試料の裏面データFとを含んでいる（Ｓ３）。
【００６２】
Ｓ３の工程で分離したデータＣを取り出し（Ｓ４）、予め求めた置いた載置面のみの画像データＡから測定対象領域ｃのデータＣを差し引くことによって、載置面データＥを取得する（Ｓ５）。
【００６３】
データＤは載置面の表面データＥと試料の裏面データFとを含んでいるため、このデータＤからＳ５の工程で取得した載置面データＥを差し引くことによって裏面データＦを取得する（Ｓ７）。
【００６４】
Ｓ７の工程で取得した画像データにおいて、試料の裏面画像の座標位置は載置面の形状に依存するため、予め画像データと試料の裏面位置との対応関係を求めておき、この対応関係に基づいて座標変換して、試料の裏面位置における画像データを形成し（Ｓ８）、表示する（Ｓ９）。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明のレーザ顕微鏡の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の試料台の第１の形態を説明するための図である。
【図３】本発明の試料台の第２の形態を説明するための図である。
【図４】本発明の試料台の第３の形態を説明するための図である。
【図５】本発明の試料台の第４の形態を説明するための図である。
【図６】本発明のレーザ顕微鏡による観察画像の一例である。
【図７】本発明の構成を用いた球面形状の試料の裏面の画像取得を説明するための図である。
【図８】本発明の構成を用いた球面形状の試料の裏面の画像取得を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の構成を用いた球面形状の試料の裏面の画像取得を説明するための手順図である。
【図１０】従来から知られるレーザ顕微鏡の概略構成を説明するための図である。
【図１１】試料上での反射レーザ光の反射状態を説明するための図である。
【図１２】従来のレーザ顕微鏡による観察画像の一例である。
【符号の説明】
【００６６】
１…レーザ顕微鏡、２…レーザ発振器、３…可動反射板、４…ビームスプリッタ、５…検出器、６…入射レーザ光、７…反射レーザ光、１０…試料台、１１…載置面、１２…調整部材、１３…載置面、１４…載置面、１５，１６…軸、２０，２１，２２…試料、３０…角度範囲、１００…試料台、１０１…レーザ顕微鏡、１０６…入射レーザ光、１０７…反射レーザ光、２００…試料、３００…角度範囲。
【図１】
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【図８】
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【図１０】
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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９】
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【図１１】
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【図１２】
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