(57)【要約】【課題】  高さ測定の分解能の向上を図ることができるとともに、コントラストの良い共焦点画像を得ることができるレーザ走査型共焦点顕微鏡を提供する。【解決手段】  光源１からのレーザ光の光路を分割する第２のＢＳ１６の反射光路上にシャッタ２４、対物レンズ７の瞳位置及びＸＹ光偏向ユニット３と共役な位置に瞳位置が配置される集光レンズ２２及び集光レンズ２２の焦点位置に配置される参照鏡２３をそれぞれ配置し、シャッタ２４を開いた状態で、参照鏡２３上を走査される光の反射光を試料８の反射光と同様な光路を辿って検出器１１側に導入し、このときそれぞれの反射光を互いに干渉させ、干渉パターンをピンホール１０を介して検出器１１で検出する。【選択図】      図１
2007219239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光源と、
前記光源から発生したレーザ光を試料上に集光する対物レンズと、
前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置され前記レーザ光を前記試料面上で走査させる走査手段と、
前記対物レンズと走査手段との間の光路に配置され前記レーザ光の光路を分割する光路分割手段及び該光路分割手段により分割された光路に配置され前記走査手段で走査されるレーザ光を反射する反射光学系を有する反射光学系ユニットと、
前記反射光学系ユニット又は前記反射光学系を前記対物レンズと走査手段との間の光路に対し挿脱可能とした挿脱手段と、
前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置され、前記試料面からの反射光又は前記反射光学系からの反射光と前記試料からの反射光の干渉による干渉パターンを通過させる微小開口と、
前記微小開口を通過する光の強度を検出する光検出手段と
を具備したことを特徴とするレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記反射光学系は、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に、瞳位置が配置された集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に配置された反射手段を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【請求項３】
前記反射光学系は、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に頂点位置が配置されるコーナーキューブを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記挿脱手段は、前記光路分割手段により分割された光路を遮断可能にした光路遮断手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記反射光学系ユニットは、前記光路分割手段に対する集光レンズと反射手段の相対位置関係又は前記光路分割手段に対するコーナーキューブの相対位置関係がそれぞれ一定に保持された状態で、前記挿脱手段により前記対物レンズと走査手段との間の光路に対し挿脱されることを特徴とする請求項２又は３記載のレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【請求項６】
さらに、任意の波長を有する照明光を出射する光源、該光源から出射された照明光を前記対物レンズの光軸上に導入する光導入手段、該光導入手段により導入された照明光が照射される試料からの反射光を検出して前記試料の非共焦点画像を取得する画像取得手段を有し、
前記光導入手段と前記光路分割手段を一体に構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ走査型共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面の微小三次元計測が可能なレーザ走査型共焦点顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料表面の高さ情報を取得し、微小三次元計測を行なうものとしてレーザ走査型共焦点顕微鏡が知られている。このレーザ走査型共焦点顕微鏡は、光源からの光をスポット状にして試料面を２次元走査するとともに、試料面からの反射光のうち共焦点ピンホールを通過した光のみを光検出器により検出し、電気信号に変換して試料面の３次元情報を得るようにしている。
【０００３】
図５は、一般的なレーザ走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示すもので、レーザ光源１０１から出射した光束は、ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２を透過した後、２次元走査手段１０３に入射する。２次元走査手段１０３は、光束を２次元的に走査して出力する。２次元的に走査された光束は、対物レンズ１０７へと導びかれる。２次元走査手段１０３は、対物レンズ１０７の瞳と共役な位置に配置されており、対物レンズ１０７の瞳へ入射した光束は収束光となって出射し、試料１０８の焦点面上を走査する。この時の光束は、λ／４板１０４により直線偏光から円偏光に変換される。
【０００４】
試料１０８の表面で反射した光は、再び対物レンズ１０７から、λ／４板１０４に導かれ、ここで直線偏光に変換された後、２次元走査手段１０３を介してビームスプリッタ１０２に導入され、このビームスプリッタ１０２で反射され結像レンズ１０９によってピンホール１１０上に集光する。ピンホール１１０上に集光した反射光は、ピンホール１１０により試料１０８の集光点以外からの光がカットされ、通過光だけが検出器１１１により検出され、コントローラ１１２に導かれ、モニタ１１５に表示される。
【０００５】
この場合、対物レンズ１０７は、不図示のＺステージによって光軸方向(Ｚ方向)に移動可能となっている。また、２次元走査手段１０３、及び前記不図示のＺステージはコントローラ１１２によって制御される。
【０００６】
ここで、対物レンズ１０７による集光位置は、ピンホール１１０と光学的に共役な位置にある。このため、試料１０８面上に焦点が合っている試料１０８面からの光はピンホール１１０を通過し、焦点ずれがある試料１０８面からの光はピンホール１１０をほとんど通過せず、ピンホール１１０を通過した光だけが検出器１１１によって検出され、この検出光の強度に応じた信号がコントローラ１１２に導かれる。従って、このときの対物レンズ１０７と試料１０８の相対位置と検出器１１１の出力の関係は、次のようになる。すなわち、試料１０８が対物レンズ１０７の集光位置に有る場合には、検出器１１１の出カは最大となる。そして、この位置から対物レンズ１０７と試料１０８の相対位置が離れるに従い検出器１１１の出力は急激に低下する。
【０００７】
これにより、２次元走査手段１０３によって試料１０８面上の集光点を２次元走査し、検出器１１１からの出力を２次元走査手段１０３による走査に同期して画像化すれば、試料１０８のある特定の高さのみが画像化され、試料１０８を光学的にスライスした画像(共焦点画像)が得られる。また、この状態から、対物レンズ１０７を光軸方向に移動させながら、各位置において、２次元走査手段１０３によって走査して共焦点画像を取得し、試料１０８面上の各点で検出器１１１の出力が最大になるＺステージの位置を検出することにより試料１０８の高さ情報が得られる。
【０００８】
ところで、このようにして取得される高さ情報の光学的分解能は、図６に示すように対物レンズ１０７と試料１０８の相対距離、つまり対物レンズ１０７の光軸方向の移動距離と検出器１１１の出力との関係において、ピーク波形の幅ａが細くなるほど向上する。そして、このピーク波形は、対物レンズ１０７の開口数により大きく左右され、特に開口数の小さな低倍率の対物レンズで分解能が低下することが知られている。
【０００９】
これに対して、従来、例えば特許文献１に開示されるようにミラウ方式の二光束干渉対物レンズを用い、試料の表面と対物レンズの焦点との間の距離が１／４波長ずれる毎に得られるピーク信号のうち試料表面と焦点が一致するときの最大のピークを検出することにより分解能向上を計り、開口数の小さな低倍率の対物レンズでも高分解能の測定を可能としたものが提案されている。
【００１０】
一方、微小三次元計測を行なうものとして、特許文献２に開示されるように積層構造体の試料から集光レンズ及びピンホールを通って検出器に入力される反射光から得られる共焦点信号と、参照鏡を経て集光レンズ及びピンホールを通って検出器に入力される参照光から得られる干渉信号に基づいて積層構造体の層厚などの計測を可能としたものが提案されている。
【特許文献１】特許第３０３７８２５号公報
【特許文献２】特許第３４５９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１のものは、試料に対する高さ方向の分解能の向上は実現しているが、二光束干渉対物レンズを用いているため、試料の観察画像上に常に干渉パターンや参照鏡からの反射光がバックグラウンドとして乗ってしまい良質の画像を得ることができない。つまり、このような特許文献１のものは、コントラストの良い高分解能の共焦点画像を得ることができるというレーザ共焦点顕微鏡の大きな特徴を損なうことになる。また、特許文献２のものは、二光束干渉対物レンズを用いることなく、集光レンズ及びピンホールを有する共焦点光学系から得られる共焦点信号と参照光から得られる干渉信号を組み合わせた構成を示しているが、試料上のあるポイントに対する測定のみを想定しており、２次元の走査に基づく試料面上の各点での高さ情報の測定まで考慮されていない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高さ測定の分解能の向上を図ることができるとともに、コントラストの良い共焦点画像を得ることができるレーザ走査型共焦点顕微鏡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】
【００１３】
請求項１記載の発明は、レーザ光を発生する光源と、前記光源から発生したレーザ光を試料上に集光する対物レンズと、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置され前記レーザ光を前記試料面上で走査させる走査手段と、前記対物レンズと走査手段との間の光路に配置され前記レーザ光の光路を分割する光路分割手段及び該光路分割手段により分割された光路に配置され前記走査手段で走査されるレーザ光を反射する反射光学系を有する反射光学系ユニットと、前記反射光学系ユニット又は前記反射光学系を前記対物レンズと走査手段との間の光路に対し挿脱可能とした挿脱手段と、前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置され、前記試料面からの反射光又は前記反射光学系からの反射光と前記試料からの反射光の干渉による干渉パターンを通過させる微小開口と、前記微小開口を通過する光の強度を検出する光検出手段とを具備したことを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記反射光学系は、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に、瞳位置が配置された集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に配置された反射手段を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記反射光学系は、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に頂点位置が配置されるコーナーキューブを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記挿脱手段は、前記光路分割手段により分割された光路を遮断可能にした光路遮断手段を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記反射光学系ユニットは、前記光路分割手段に対する集光レンズと反射手段の相対位置関係又は前記光路分割手段に対するコーナーキューブの相対位置関係がそれぞれ一定に保持された状態で、前記挿脱手段により前記対物レンズと走査手段との間の光路に対し挿脱されることを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、さらに、任意の波長を有する照明光を出射する光源、該光源から出射された照明光を前記対物レンズの光軸上に導入する光導入手段、該光導入手段により導入された照明光が照射される試料からの反射光を検出して前記試料の非共焦点画像を取得する画像取得手段を有し、前記光導入手段と前記光路分割手段を一体に構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高さ測定の分解能の向上を図ることができるとともに、コントラストの良い共焦点画像を得ることができるレーザ走査型共焦点顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示している。
【００２２】
図において、１は光源で、この光源１は、例えばレーザ光などの点光源からなっている。光源１からの光の光路上には、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する。）２が配置されている。このＰＢＳ２は、光源１の光（レーザ光）を透過し、後述する試料８及び参照鏡２３からの反射光を反射する。
【００２３】
ＰＢＳ２を透過する光源１の光の光路上には、走査手段としてのＸＹ光偏向ユニット３が配置されている。このＸＹ光偏向ユニット３は、直交する２方向に光を偏向するための不図示の２つのガルバノメータを有し、これらのガルバノメータにより後述する試料８面上及び参照鏡２３面上の光を２次元走査するようになっている。また、このＸＹ光偏向ユニット３は、後述する対物レンズ７の瞳と共役な位置に配置される。
【００２４】
ＸＹ光偏向ユニット３から出射される光の光路上には、瞳投影レンズ５、λ／４板４及び第１のビームスプリッタ（以下、第１のＢＳと称する。）１９が配置されている。λ／４板４は、ＸＹ光偏向ユニット３から出射される光を直線偏光から円偏光に変換する。第１のＢＳ１９は、光源１の光（レーザ光）を反射し、後述する照明光学系１７からの光（白色光）を透過する。
【００２５】
第１のＢＳ１９を反射する光源１の光の光路上には、結像レンズ６、光路分割手段としての第２のビームスプリッタ（以下、第２のＢＳと称する。）１６及び対物レンズ７が配置されている。結像レンズ６は、瞳投影レンズ５を透過した光（ＸＹ光偏向ユニット３により２次元的に走査された光）を対物レンズ７の瞳に入射する。第２のＢＳ１６は、光源１からの光（レーザ光）を透過するとともに、該レーザ光の光路を一部分割して反射し、また、後述する照明光学系１７からの光（白色光）を反射する。対物レンズ７は、入射した光を収束し、この収束されたスポット光を上記ＸＹ光偏向ユニット３の動作によって試料８面上で光軸に垂直な面方向(Ｘ，Ｙ方向)に２次元走査させる。また、対物レンズ７は光軸方向に移動可能なレボルバ部１４に保持されており、このレボルバ部１４の移動によって光軸方向(Ｚ方向)に移動され、試料８との相対位置を連続的に可変可能にしている。レボルバ部１４には、Ｚスケール１４１が設けられている。このＺスケール１４１は、レボルバ部１４の移動量、つまり対物レンズ７の光軸方向の移動量を測定可能にしている。この場合、レボルバ部１４の移動は、コントローラ１２により制御され、Ｚスケール１４１の測定値は、コントローラ１２に取り込まれる。
【００２６】
試料８からの反射光は、第２のＢＳ１６、結像レンズ６、第１のＢＳ１９を介してλ／４板４に導かれ、円偏光から直線偏光に変換された後、瞳投影レンズ５、ＸＹ光偏向ユニット３を介してＰＢＳ２に戻る。
【００２７】
ＰＢＳ２に戻された反射光の反射光路上には、集光レンズ９、微小開口としてピンホール１０を介して光検出手段として検出器１１が配置されている。集光レンズ９は、ＰＢＳ２に戻された反射光をスポット状に絞ってピンホール１０に照射する。ピンホール１０は、対物レンズ７の集光位置と光学的に共役な位置に配置され、試料８から反射される光のうち合焦の成分を通過させるが、非合焦の成分を透過できないようになっている。検出器１１は、フォトマルチプライヤーなどからなるもので、ピンホール１０を通過した光を検出し、この光の輝度を電気信号に変換して出力するものである。この場合、検出器１１よって検出される光は、試料８に対して焦点が合ったところでは最大輝度となり、逆に試料８に対して焦点が外れたところでは、輝度が著しく小さいものとなる。
【００２８】
検出器１１には、コントローラ１２が接続されている。コントローラ１２は、モニタ１５が接続されている。コントローラ１２には、検出器１１で検出された光の輝度に応じた電気信号が入力され、この信号は、モニタ１５に画像として表示される。
【００２９】
一方、１７は照明光学系で、この照明光学系１７には、白色照明用ファイバ１８が接続され、この白色照明用ファイバ１８を介して白色照明光が導入される。この場合、白色照明光の光源には、例えばハロゲンあるいは水銀等が用いられる。照明光学系１７からの任意の波長を有する白色照明光の光路上には、前記第２のＢＳ１６が配置されている。この第２のＢＳ１６は、照明光学系１７からの照明光を対物レンズ７の光軸上に導入する光導入手段をも構成し、導入された照明光を反射し、対物レンズ７により試料８に照射させる。
【００３０】
試料８からの反射光は、第２のＢＳ１６を透過し、さらに結像レンズ６、第１のＢＳ１９を透過する。第１のＢＳ１９を透過する反射光の光路上には、画像取得手段としてカメラレンズ２０を介してＣＣＤカメラ２１が配置されている。ＣＣＤカメラ２１は、カメラレンズ２０により結像される試料８の観察像を撮像する。ＣＣＤカメラ２１には、コントローラ１２が接続されている。コントローラ１２は、ＣＣＤカメラ２１により撮像された観察像をモニタ１５に表示する。
【００３１】
第２のＢＳ１６で分割された分割光路上には、光路遮断手段としてのシャッタ２４、集光レンズ２２及び反射手段としての参照鏡２３が配置されている。この場合、これら第２のＢＳ１６、集光レンズ２２及び参照鏡２３は、反射光学系ユニット２５を構成している。シャッタ２４は、通常のレーザ走査型共焦点顕微鏡機能と、該レーザ走査型共焦点顕微鏡に干渉パターン検出を組み合わせた機能を切換えるもので、第２のＢＳ１６で分割され集光レンズ２２に入射する光路を遮断可能にしている。集光レンズ２２の瞳位置は、対物レンズ７の瞳位置及びＸＹ光偏向ユニット３と共役な位置に配置されている。また、参照鏡２３は集光レンズ２２の焦点位置、すなわち対物レンズ７の焦点位置と共役な位置に配置されている。この場合、前記第２のＢＳ１６で一部分割された前記光源１からの光（レーザ光）が集光レンズ２２の瞳に入射し、参照鏡２３に照射されると、集光レンズ２２の瞳位置とＸＹ光偏向ユニット３が共役な位置関係にあるので、参照鏡２３からの反射光が、第２のＢＳ１６を反射して前記試料８の反射光と同様な光路を辿って検出器１１により検出される。
【００３２】
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
まず、通常のレーザ走査型共焦点顕微鏡として用いる場合は、シャッタ２４を閉じて集光レンズ２２に入射する光路を遮断する。
【００３４】
この状態で、光源１からの光（レーザ光）は、ＰＢＳ２を通過しＸＹ光偏向ユニット３に入射する。そして、ＸＹ光偏向ユニット３により２次元的に走査されたレーザ光は、瞳投影レンズ５、λ／４板４を介して第１のＢＳ１９に入射し、ここで反射して結像レンズ６、第２のＢＳ１６を介して対物レンズ７の瞳に入射する。そして、対物レンズ７によって試料８上に集光し、スポット光となる。また、ＸＹ光偏向ユニット３による２次元走査によりスポット光は、試料８面上を２次元走査される。
【００３５】
また、試料８からの反射光は、第２のＢＳ１６、結像レンズ６、第１のＢＳ１９、λ／４板４、瞳投影レンズ５、ＸＹ光偏向ユニット３を介して上述した試料８に入射した時と全く同じ経路を逆に通ってＰＢＳ２まで戻る。この場合、ＸＹ光偏向ユニット３から出射される光はλ／４板４により直線偏光から円偏光に変換され、試料８からの反射光はλ／４板４を透過することで円偏光から直線偏光に変換される。つまり、光源１からの光と試料８からの反射光の関係は、９０°回転した直線偏光となっている。これにより、試料８からの反射光は、ＰＢＳ２で反射され集光レンズ９でスポット状に絞られピンホール１０に入射する。このときの試料８からの反射光は、ＸＹ光偏向ユニット３を通過して戻ってきているので、軸外を走査してもピンホール１０への入射位置は動かない。
【００３６】
この状態で、ピンホール１０は、対物レンズ７の焦点位置と共役な位置にあるので、試料８面上に焦点が合っている試料８面からの反射光はピンホール１０を通過し、焦点ずれがある試料８面からの反射光はピンホール１０を通過しない。これにより、ピンホール１０を通過した光だけが検出器１１によって検出され、この検出光の強度に応じた信号がコントローラ１２に出力される。コントローラ１２は、レーザ光がＸＹ光偏向ユニット３により試料８上で走査されるタイミングで検出器１１の出力信号を画像処理して試料８の共焦点画像を取得し、これをモニタ１５に表示するとともに、不図示の画像メモリに保存する。
【００３７】
その後、レボルバ部１４により対物レンズ７を光軸方向に所定距離だけ移動して上述した動作を実行し、この時の対物レンズ７の位置に応じた試料８の共焦点画像を取得する。以下、同様にして所定の範囲内において対物レンズ７を光軸方向に所定距離ずつ移動させながら上述の共焦点画像取得を繰り返し実施する。
【００３８】
そして、上述の繰り返し動作で不図示の画像メモリに保存された複数の共焦点画像から、各画素で最高輝度となる輝度とその時の高さ情報を抽出し、この高さ情報を含む３次元像を構築し、これをモニタ１５に表示する。
【００３９】
次に、通常の光学顕微鏡として用いる場合、この時もシャッタ２４を閉じて集光レンズ２２に入射する光路を遮断する。
【００４０】
この状態で、白色照明用ファイバ１８から導入された白色照明光は、照明光学系１７を介して第２のＢＳ１６で反射し、対物レンズ７を介して試料８に照射される。また、試料８から反射される白色光は、対物レンズ７、第２のＢＳ１６、結像レンズ６、第１のＢＳ１９を通過し、カメラレンズ２０によりＣＣＤカメラ２１の撮像面に結像され、顕微鏡画像として撮像される。ＣＣＤカメラ２１で撮像された顕微鏡画像は、コントローラ１２に送られる。コントローラ１２は、顕微鏡画像をモニタ１５に表示する。これにより、一般的な顕微鏡画像を取得することができる。
【００４１】
次に、レーザ走査型共焦点顕微鏡に干渉パターン検出を組み合わせる場合は、シャッタ２４を開いて集光レンズ２２に入射する光路を開放する。
【００４２】
この状態で、光源１からレーザ光が発せられると、上述したと同様にしてＸＹ光偏向ユニット３により２次元的に走査され、第２のＢＳ１６を透過して対物レンズ７によって試料８上に集光されるとともに、ＸＹ光偏向ユニット３による２次元走査により試料８面上を２次元走査され、また、試料８からの反射光は、上述した試料８に入射した時と全く同じ経路を逆に辿り、検出器１１側に導かれる。
【００４３】
一方、光源１からのレーザ光の一部は、第２のＢＳ１６で反射し、集光レンズ２２の瞳に入射し、参照鏡２３に照射される。この場合、集光レンズ２２の瞳位置は、対物レンズ７の瞳位置及びＸＹ光偏向ユニット３と共役な位置に配置され、また、参照鏡２３は集光レンズ２２の焦点位置、すなわち対物レンズ７の焦点位置と共役な位置に配置されているので、参照鏡２３上を走査される光の反射光は、第２のＢＳ１６を反射して前記試料８の反射光と同様な光路を辿って検出器１１側に導かれる。
【００４４】
この時、第２のＢＳ１６において、参照鏡２３からの反射光と上述の試料８からの反射光が合流し、この合流した光は互いに干渉を起こす。そして、この状態の光が干渉パターンとなってピンホール１０を通り検出器１１により検出される。
【００４５】
この干渉パターンは、上述したようにレボルバ部１４により対物レンズ７を光軸方向に所定距離ずつ移動させながら画像取得を繰り返し実施すると、対物レンズ７と試料８の相対距離と検出光強度の関係は、図２（ａ）（ｂ）に示すように表わすことができる。つまり、図２（ａ）は、ピンホール１０手前での干渉パターンを示すもので、ここでは、干渉強度が略一定となっている。しかし、ピンホール１０を通過することにより、対物レンズ７の焦点位置以外からの反射光が遮断されることで、図２（ｂ）に示すように対物レンズ７の焦点位置付近で干渉強度（検出光強度）が最大となる干渉パターンが得られる。この干渉パターンは、図２（ｂ）の点線ｂで示す特性部分が共焦点光学系の特性、つまり、対物レンズ７の開口数に依存する。これにより、図２（ｂ）において、干渉パターンの干渉強度が最大となるピーク位置ｃを求めることにより、図５で述べた共焦点光学系のみを用いたときの光学的分解能よりもさらに高分解能な結果を得ることが可能となり、開口数の小さな低倍率の対物レンズでも、高分解能の高さ測定を行なうことができる。
【００４６】
この場合も、レボルバ部１４により対物レンズ７を光軸方向に所定距離だけ移動して上述した動作を実行し、この時の対物レンズ７の位置に応じた干渉パターンを取得する。以下、同様にして所定の範囲内において対物レンズ７を光軸方向に所定距離ずつ移動させながら上述の干渉パターンの取得を繰り返し実施する。そして、上述の繰り返し動作で取得された複数の干渉パターンから、各画素で最高輝度となる輝度とその時の高さ情報を抽出し、この高さ情報を含む３次元像を構築し、これをモニタ１５に表示する。
【００４７】
したがって、このようにすれば、光源１からの光（レーザ光）の光路を分割する第２のＢＳ１６の反射光路上に、シャッタ２４、対物レンズ７の瞳位置及びＸＹ光偏向ユニット３と共役な位置に瞳位置が配置される集光レンズ２２及び集光レンズ２２の焦点位置に配置される参照鏡２３をそれぞれ配置し、シャッタ２４を開いた状態で、参照鏡２３上を走査される光の反射光を試料８の反射光と同様な光路を辿って検出器１１側に導入し、このときそれぞれの反射光を互いに干渉させ、干渉パターンをピンホール１０を介して検出器１１で検出する。この場合、干渉パターンは、ピンホール１０により対物レンズ７の焦点位置以外からの反射光が遮断され、対物レンズ７の焦点位置にて最大振幅となることから、この時得られる干渉パターンのピーク波形は、共焦点光学系におけるピーク波形に対し、半値幅の小さいものが得られるようになり、共焦点光学系のみを用いたときの光学的分解能よりもさらに高分解能な結果を得ることができ、開口数の小さな低倍率の対物レンズを用いた場合も高分解能の高さ測定を行なうことができる。
【００４８】
また、シャッタ２４により光路の遮断が選択的に可能で、集光レンズ２２側への光路を遮断することにより、対物レンズ７を介した光路のみを用いることができるので、試料８の画像上に干渉パターンや参照鏡２３からの反射光がバックグラウンドとして乗ることがなく、レーザ走査型共焦点顕微鏡の特徴を維持したままのコントラストの良い共焦点画像を得ることができる。
【００４９】
さらに、ＸＹ光偏向ユニット３により試料８面上の光を２次元走査するとともに、参照鏡２３面上の光も２次元走査するようになるので、これら２次元の走査による試料面上各点での高さ情報の測定を実現することができる。
【００５０】
なお、上述した第１の実施の形態では、第２のＢＳ１６は、照明光学系１７からの光（白色光）が導入される白色照明導入部を兼ねるようにしているが、白色照明導入部は、第２のＢＳ１６と別に設けるようにしても良い。この場合、第２のＢＳ１６が白色照明導入部を兼ねることは、スペース的に有利であることは勿論である。また、第１の実施の形態では、第２のＢＳ１６の反射光路を遮断するシャッタ２４を配置するようにしたが、光路を遮断する手段としては、第２のＢＳ１６を他の特性のものに切換えるなどによっても可能である。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５２】
図３は、本発明の第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
この場合、第１の実施の形態の集光レンズ２２と参照鏡２３に代えて、反射光学系ユニットとしてのコーナーキューブユニット３１が用いられる。コーナーキューブユニット３１は、図４に示すように鏡筒３１１内部の一方端部に第３のビームスプリッタ（以下、第３のＢＳと称する。）３２が配置され、他方端部にコーナーキューブ３３が配置されている。また、コーナーキューブユニット３１は、不図示の挿脱手段によりレボルバ部１４に挿脱可能で、第３のＢＳ３２が第２のＢＳ１６と対物レンズ７との間の光路に挿入可能になっている。第３のＢＳ３２は、前記光路に挿入された状態で前記光源１からの光（レーザ光）を透過するとともに、該光の一部を分割して反射し、この反射した光をコーナーキューブ３３に入射する。コーナーキューブ３３は、光を反射する平面板をそれぞれ９０°の角度で組み合わせたもので、第３のＢＳ３２から入射する光を各平面板で１回ずつ反射させ、元来た第３のＢＳ３２に入射させるようになっている。この場合、コーナーキューブ３３の各平面板により形成される頂点位置ｄは、対物レンズ７の瞳位置と共役な位置に配置されている。
【００５４】
このような構成において、レーザ走査型共焦点顕微鏡に干渉パターン検出機能を組み合わせる場合、コーナーキューブユニット３１を光路上に挿入する。
【００５５】
この状態で、光源１からレーザ光が発せられると、上述したと同様にしてＸＹ光偏向ユニット３により２次元的に走査され、第２のＢＳ１６を透過して対物レンズ７によって試料８上に集光されるとともに、ＸＹ光偏向ユニット３による２次元走査により試料８面上を２次元走査され、また、試料８からの反射光は、上述した試料８に入射した時と全く同じ経路を逆に辿り、検出器１１側に導かれる。
【００５６】
一方、光源１からのレーザ光の一部は、第３のＢＳ３２で反射し、コーナーキューブ３３に入射する。この場合、コーナーキューブ３３の頂点位置ｄは、対物レンズ７の瞳位置と共役な位置に配置されているので、コーナーキューブ３３から第３のＢＳ３２に入射される反射光は、第３のＢＳ３２を反射して前記試料８の反射光と同様な光路を辿って検出器１１側に導かれる。
【００５７】
この時、第３のＢＳ３２において、コーナーキューブ３３からの反射光と上述の試料８からの反射光が合流し、この合流した光は互いに干渉を起こす。そして、この状態の光が検出器１１まで導かれ干渉パターンの画像が検出される。
【００５８】
したがって、このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。加えて、コーナーキューブ３３の頂点を対物レンズ７の瞳と共役な位置とすることで第１の実施の形態の集光レンズ２２と参照鏡２３を組み合わせたものと同等の作用を得ることができ、コーナーキューブ３３の位置調整をするのみで対物レンズ７の瞳位置と共役な位置の調整ができるので、かかる位置調整のための作業を簡単にできる。さらに、コーナーキューブ３３と第３のＢＳ３２を組み合わせてコーナーキューブユニット３１が構成され、かかるコーナーキューブユニット３１は、レボルバ部１４に着脱可能となっていて、第１の実施の形態のシャッタ２４の機能を兼ね備えることができるので、その分構成が簡単で、価格的にも安価にできる。さらに、コーナーキューブユニット３１を装着するレボルバ部１４は対物レンズ７と一体で光軸方向（Ｚ方向）に移動するため、対物レンズ７とコーナーキューブユニット３１の相対位置関係は、レボルバ部１４を光軸方向に移動しても変化することがないので、より正確な高さ計測をすることが可能となる。さらにレボルバ部１４に倍率の異なる対物レンズ７を複数取り付ければ、干渉用の専用対物レンズを複数用意することなしに、倍率の異なる干渉パターン画像を検出できる。
【００５９】
なお、コーナーキューブユニット３１に代えて、第１の実施の形態で述べた第２のＢＳ１６、集光レンズ２２と参照鏡２３をユニット化し、レボルバ部１４に着脱可能とするようにもできる。
【００６０】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００６１】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態により取得される干渉パターンの干渉強度を説明する図。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかるレーザ走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。
【図４】第２の実施の形態に用いられるコーナーキューブユニットの概略構成を示す図。
【図５】従来のレーザ走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。
【図６】対物レンズと試料の相対距離と移動距離と検出器の出力の関係を示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１…光源、２…ＰＢＳ
３…ＸＹ光偏向ユニット、４…λ／４板
５…瞳投影レンズ、６…結像レンズ
７…対物レンズ、８…試料
９…集光レンズ、１０…ピンホール
１１…検出器、１２…コントローラ
１４…レボルバ部、１４１…Ｚスケール
１５…モニタ、１６…第２のＢＳ
１７…照明光学系、１８…白色照明用ファイバ
１９…第１のＢＳ、２０…カメラレンズ
２１…ＣＣＤカメラ、２２…集光レンズ
２３…参照鏡、２４…シャッタ、２５…反射光学系ユニット
３１…コーナーキューブユニット、３１１…鏡筒
３２…第３のＢＳ、３３…コーナーキューブ
【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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