JP2613118B2 - 共焦点走査型顕微鏡 - Google Patents
共焦点走査型顕微鏡Info
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- JP2613118B2 JP2613118B2 JP2094652A JP9465290A JP2613118B2 JP 2613118 B2 JP2613118 B2 JP 2613118B2 JP 2094652 A JP2094652 A JP 2094652A JP 9465290 A JP9465290 A JP 9465290A JP 2613118 B2 JP2613118 B2 JP 2613118B2
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- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は共焦点走査型顕微鏡に、特に詳細には、高コ
ントラストの顕微鏡像が得られるようにした共焦点走査
型顕微鏡に関するものである。
ントラストの顕微鏡像が得られるようにした共焦点走査
型顕微鏡に関するものである。
（従来の技術） 従来より、照明光を微小な光点に収束させ、この光点
を試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を
透過した光あるいはそこで反射した光、さらには試料か
ら発せられた蛍光を光検出器で検出して、試料の拡大像
を担持する電気信号を得るようにした光学式走査型顕微
鏡が公知となっている。
を試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を
透過した光あるいはそこで反射した光、さらには試料か
ら発せられた蛍光を光検出器で検出して、試料の拡大像
を担持する電気信号を得るようにした光学式走査型顕微
鏡が公知となっている。
なかでも、照明光を光源から発生させた上で試料上に
おいて光点に結像させる一方、この試料からの光束を再
度点像に結像させてそれを光検出器で検出するように構
成した共焦点走査型顕微鏡は、試料面上にピンホームを
配する必要が無く、実現容易となっている。
おいて光点に結像させる一方、この試料からの光束を再
度点像に結像させてそれを光検出器で検出するように構
成した共焦点走査型顕微鏡は、試料面上にピンホームを
配する必要が無く、実現容易となっている。
この共焦点走査型顕微鏡は基本的に、 照明光を発する光源と、 試料が載置される試料台と、 この照明光を試料上において微小な光点として結像さ
せる送光光学系と、 上記試料からの光束（透過光、反射光あるいは蛍光）
を集光して点像に結像させる受光光学系と、 この点像を検出する光検出器と、 上記光点を試料上において２次元的に走査させる走査
機構と、 上記光検出器が発する信号に基づいて画像を再生する
画像再生手段とから構成されるものである。なお特開昭
62−217218号公報には、この共焦点走査型顕微鏡の一例
が示されている。
せる送光光学系と、 上記試料からの光束（透過光、反射光あるいは蛍光）
を集光して点像に結像させる受光光学系と、 この点像を検出する光検出器と、 上記光点を試料上において２次元的に走査させる走査
機構と、 上記光検出器が発する信号に基づいて画像を再生する
画像再生手段とから構成されるものである。なお特開昭
62−217218号公報には、この共焦点走査型顕微鏡の一例
が示されている。
（発明が解決しようとする課題） 上記の共焦点走査型顕微鏡においては、照明光ビーム
を正確に試料上（表面あるいは内部）において合焦させ
ることが必要であり、そのために、試料台の光軸方向位
置を微調整する等の作業がなされる。
を正確に試料上（表面あるいは内部）において合焦させ
ることが必要であり、そのために、試料台の光軸方向位
置を微調整する等の作業がなされる。
しかし従来の共焦点走査型顕微鏡においては、照明光
が正確に試料上で合焦していなくても、画像信号は取り
出され得るようになっていたので、そのような状態下で
撮像がなされ、コントラストの良くない顕微鏡像が得ら
れてしまうこともあった。
が正確に試料上で合焦していなくても、画像信号は取り
出され得るようになっていたので、そのような状態下で
撮像がなされ、コントラストの良くない顕微鏡像が得ら
れてしまうこともあった。
本発明は、このような不具合の発生を防止することが
できる共焦点走査型顕微鏡を提供することを目的とする
ものである。
できる共焦点走査型顕微鏡を提供することを目的とする
ものである。
（課題を解決するための手段及び作用） 本発明による共焦点走査型顕微鏡は、先に述べたよう
な試料台と、光源と、送光光学系と、受光光学系と、光
検出器と、光点の２次元走査機構と、画像再生手段とを
備えた共焦点走査型顕微鏡において、 上記試料からの光束の少なくとも一部を検出して、照
明光の試料に対する合焦状態を監視するフォーカスモニ
タ手段と、 上記フォーカスモニタ手段により、照明光が試料上で
合焦していることが検出されたときにのみ、上記光検出
器が発する信号を画像再生手段に向けて出力させる信号
出力制限手段を設けたことを特徴とするものである。
な試料台と、光源と、送光光学系と、受光光学系と、光
検出器と、光点の２次元走査機構と、画像再生手段とを
備えた共焦点走査型顕微鏡において、 上記試料からの光束の少なくとも一部を検出して、照
明光の試料に対する合焦状態を監視するフォーカスモニ
タ手段と、 上記フォーカスモニタ手段により、照明光が試料上で
合焦していることが検出されたときにのみ、上記光検出
器が発する信号を画像再生手段に向けて出力させる信号
出力制限手段を設けたことを特徴とするものである。
上記のようにして、光検出器が発する信号の出力を制
限すれば、照明光が正確に試料上で合焦しているときに
のみ顕微鏡像が撮像されることになり、常に高コントラ
ストの顕微鏡像を得ることができる。
限すれば、照明光が正確に試料上で合焦しているときに
のみ顕微鏡像が撮像されることになり、常に高コントラ
ストの顕微鏡像を得ることができる。
なお上述のフォーカスモニタ手段としては、例えば光
ディスク用ピックアップに設けられるフォーカスエラー
検出機構と同様の機構から構成することができる。また
信号出力制限手段としては、光検出器の信号をカットす
るものや、光検出器の作動自体を停止させるものが使用
可能である。
ディスク用ピックアップに設けられるフォーカスエラー
検出機構と同様の機構から構成することができる。また
信号出力制限手段としては、光検出器の信号をカットす
るものや、光検出器の作動自体を停止させるものが使用
可能である。
（実 施 例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明の第１実施例による反射型共焦点走
査型顕微鏡を示すものであり、また第２および３図は、
それに用いられた走査機構を詳しく示している。第１図
に示されるように、RGBレーザ10からは、赤色光、緑色
光および青色光からなる照明光11が射出される。この照
明光11はビームコンプレッサ12でビーム径が縮小され、
屈折率分布型レンズ13で集光されてシングルモード光フ
ァイバー14内に入射せしめられる。
査型顕微鏡を示すものであり、また第２および３図は、
それに用いられた走査機構を詳しく示している。第１図
に示されるように、RGBレーザ10からは、赤色光、緑色
光および青色光からなる照明光11が射出される。この照
明光11はビームコンプレッサ12でビーム径が縮小され、
屈折率分布型レンズ13で集光されてシングルモード光フ
ァイバー14内に入射せしめられる。
この光ファイバー14の一端は移動台15に固定されてお
り、該光ファイバー14内を伝搬した照明光11はこの一端
から出射する。この際光ファイバー14の一端は、点光源
状に照明光11を発することになる。移動台15には、コリ
メーターレンズ16および対物レンズ17からなる送光光学
系18が固定されている。本例においては、この送光光学
系18が受光光学系21を兼ねている。そして上記２つのレ
ンズ16、17の間には、後に詳述するビームスプリッタ50
が配されている。また上記対物レンズ17の下方には、移
動台15と別体とされた試料台22が配されている。
り、該光ファイバー14内を伝搬した照明光11はこの一端
から出射する。この際光ファイバー14の一端は、点光源
状に照明光11を発することになる。移動台15には、コリ
メーターレンズ16および対物レンズ17からなる送光光学
系18が固定されている。本例においては、この送光光学
系18が受光光学系21を兼ねている。そして上記２つのレ
ンズ16、17の間には、後に詳述するビームスプリッタ50
が配されている。また上記対物レンズ17の下方には、移
動台15と別体とされた試料台22が配されている。
上記の照明光11はコリメーターレンズ16によって平行
光とされ、次に対物レンズ17によって集光されて、試料
台22に載置された試料23の表面で微小な光点Ｐに結像す
る。この試料23で反射した反射光11″の光束は、対物レ
ンズ17によって平行光とされ、一部がビームスプッタ50
を透過し、次にコリメーターレンズ16によって集光され
て、シングルモード光ファイバー14内に戻される。光フ
ァイバー14内を伝搬した反射光11″は、屈折率分布型レ
ンズ13、ビームコンプレッサ12を経てビームスプリッタ
61に入射し、そこで反射して、ダイクロイックミラー26
に入射する。
光とされ、次に対物レンズ17によって集光されて、試料
台22に載置された試料23の表面で微小な光点Ｐに結像す
る。この試料23で反射した反射光11″の光束は、対物レ
ンズ17によって平行光とされ、一部がビームスプッタ50
を透過し、次にコリメーターレンズ16によって集光され
て、シングルモード光ファイバー14内に戻される。光フ
ァイバー14内を伝搬した反射光11″は、屈折率分布型レ
ンズ13、ビームコンプレッサ12を経てビームスプリッタ
61に入射し、そこで反射して、ダイクロイックミラー26
に入射する。
ダイクロイックミラー26では、反射光11″の青色光11
Bのみが反射し、該青色光11Bは第１光検出器27によって
検出される。ダイクロイックミラー26を透過した透過光
11′は別のダイクロイックミラー28に入射し、その緑色
光11Gのみがそこで反射する。この緑色光11Gは、第２光
検出器29によって検出される。そして上記ダイクロイッ
クミラー28を透過した透過光11′（すなわち赤色光11
R）はミラー30において反射して、第３光検出器31によ
って検出される。上記光検出器27,29,31としては例えば
フォトダイオード等が用いられ、それらからは各々、試
料23の拡大像の青色成分、緑色成分、赤色成分を担持す
る信号SB,SG,SRが出力される。
Bのみが反射し、該青色光11Bは第１光検出器27によって
検出される。ダイクロイックミラー26を透過した透過光
11′は別のダイクロイックミラー28に入射し、その緑色
光11Gのみがそこで反射する。この緑色光11Gは、第２光
検出器29によって検出される。そして上記ダイクロイッ
クミラー28を透過した透過光11′（すなわち赤色光11
R）はミラー30において反射して、第３光検出器31によ
って検出される。上記光検出器27,29,31としては例えば
フォトダイオード等が用いられ、それらからは各々、試
料23の拡大像の青色成分、緑色成分、赤色成分を担持す
る信号SB,SG,SRが出力される。
なおこれらの信号SB、SG、SRは、最終的にCRT表示装
置や光走査記録装置等の画像再生装置63に送られるが、
その途中でスイッチング回路62に通され、そこからの出
力が適宜制限されるようになっている。この信号出力制
限については、後に詳述する。
置や光走査記録装置等の画像再生装置63に送られるが、
その途中でスイッチング回路62に通され、そこからの出
力が適宜制限されるようになっている。この信号出力制
限については、後に詳述する。
次に、照明光11の光点Ｐの２次元走査について、第
２、３図を参照して説明する。第２図と第３図はそれぞ
れ、移動台15の周辺部分を、第１図の上方側、右方側か
ら見た状態を示している。この移動台15は架台32に、積
層ピエゾ素子33を介して保持されている。積層ピエゾ33
はピエゾ素子駆動回路34から駆動電力を受けて、移動台
15を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる。この往復移動
の振動数は、例えば10kHZとされる。その場合、主走査
幅を100μｍとすると、主走査速度は、 10×103×100×10-6×２＝2m/s となる。なお、光ファイバー14は可撓性を有するので、
照明光11、反射光11″を伝搬させつつ、移動台15の振動
を許容する。
２、３図を参照して説明する。第２図と第３図はそれぞ
れ、移動台15の周辺部分を、第１図の上方側、右方側か
ら見た状態を示している。この移動台15は架台32に、積
層ピエゾ素子33を介して保持されている。積層ピエゾ33
はピエゾ素子駆動回路34から駆動電力を受けて、移動台
15を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる。この往復移動
の振動数は、例えば10kHZとされる。その場合、主走査
幅を100μｍとすると、主走査速度は、 10×103×100×10-6×２＝2m/s となる。なお、光ファイバー14は可撓性を有するので、
照明光11、反射光11″を伝搬させつつ、移動台15の振動
を許容する。
一方試料台22は、２次元移動ステージ35に固定されて
いる。この２次元移動ステージ35は、モータ駆動回路36
から駆動電流を受けるパルスモータ37により、マイクロ
メータ38を介して矢印Ｙ方向に往復移動される。それに
より試料台22は移動台15に対して相対移動され、前記光
点Ｐが試料23上を、前記主走査方向Ｘと直交するＹ方向
に副走査する。なおこの副走査の所要時間は例えば1/20
秒とされ、その場合、副走査幅を100μｍとすると、副
走査速度は、 20×100×10-6＝0.002m/s ＝2mm/s と、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台22を移動させても、試料23
が飛んでしまうことを防止できる。
いる。この２次元移動ステージ35は、モータ駆動回路36
から駆動電流を受けるパルスモータ37により、マイクロ
メータ38を介して矢印Ｙ方向に往復移動される。それに
より試料台22は移動台15に対して相対移動され、前記光
点Ｐが試料23上を、前記主走査方向Ｘと直交するＹ方向
に副走査する。なおこの副走査の所要時間は例えば1/20
秒とされ、その場合、副走査幅を100μｍとすると、副
走査速度は、 20×100×10-6＝0.002m/s ＝2mm/s と、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台22を移動させても、試料23
が飛んでしまうことを防止できる。
以上のようにして光点Ｐが試料23上を２次元的に走査
することにより、該試料23の２次元像を担持する時系列
の信号SB,SG,SRが得られる。これらの信号SB,SG,SRは、
例えば所定周期毎に積分する等により、画素分割された
信号とされる。
することにより、該試料23の２次元像を担持する時系列
の信号SB,SG,SRが得られる。これらの信号SB,SG,SRは、
例えば所定周期毎に積分する等により、画素分割された
信号とされる。
また本実施例においては２次元移動ステージ35が、モ
ータ駆動回路39から駆動電流を受けるパルスモータ40に
より、主、副走査方向Ｘ、Ｙと直交する矢印Ｚ方向（す
なわち光学系18、21の光軸方向）に移動される。こうし
て２次元移動ステージ35をＺ方向に所定距離移動させる
毎に前記光点Ｐの２次元走査を行なえば、試料表面に微
細な凹凸が有る場合でも、合焦点面の情報のみが光検出
器27、29、31よって検出される。そこで、これらの光検
出器27、29、31の出力SB,SG,SRをフレームメモリに取り
込むことにより、試料23をＺ方向に移動させた範囲内
で、全ての面に焦点が合った画像を担う信号を得ること
が可能となる。
ータ駆動回路39から駆動電流を受けるパルスモータ40に
より、主、副走査方向Ｘ、Ｙと直交する矢印Ｚ方向（す
なわち光学系18、21の光軸方向）に移動される。こうし
て２次元移動ステージ35をＺ方向に所定距離移動させる
毎に前記光点Ｐの２次元走査を行なえば、試料表面に微
細な凹凸が有る場合でも、合焦点面の情報のみが光検出
器27、29、31よって検出される。そこで、これらの光検
出器27、29、31の出力SB,SG,SRをフレームメモリに取り
込むことにより、試料23をＺ方向に移動させた範囲内
で、全ての面に焦点が合った画像を担う信号を得ること
が可能となる。
なおピエゾ素子駆動回路34およびモータ駆動回路36、
39には、制御回路41から同期信号が入力され、それによ
り、光点Ｐの主、副走査および試料台22のＺ方向移動の
同期が取られる。
39には、制御回路41から同期信号が入力され、それによ
り、光点Ｐの主、副走査および試料台22のＺ方向移動の
同期が取られる。
次に、スイッチング回路62による信号SB、SG、SRの出
力制限について説明する。試料23からの反射光11″の一
部は、ビームスプリッタ50によって分岐され、球面レン
ズからなる集光レンズ51およびシリンドリカルレンズ52
に通されて、４分割光検出器53上で集束するように導か
れる。この４分割光検出器53は第４図の回路図に示すよ
うに、例えばフォトダイオード等の４個の光検出器53
a、53b、53c、53dからなり、４分割線が上下方向に対し
て45゜傾く状態で配されるている。そして上記シリンド
リカルレンズ52は、水平面内でのみ曲率を有する向きに
配されている。
力制限について説明する。試料23からの反射光11″の一
部は、ビームスプリッタ50によって分岐され、球面レン
ズからなる集光レンズ51およびシリンドリカルレンズ52
に通されて、４分割光検出器53上で集束するように導か
れる。この４分割光検出器53は第４図の回路図に示すよ
うに、例えばフォトダイオード等の４個の光検出器53
a、53b、53c、53dからなり、４分割線が上下方向に対し
て45゜傾く状態で配されるている。そして上記シリンド
リカルレンズ52は、水平面内でのみ曲率を有する向きに
配されている。
第４図に示されるように、上下に並ぶ２つの光検出器
53a、53cの出力は加算アンプ54に入力され、左右に並ぶ
２つの光検出器53b、53dの出力は他の加算アンプ55に入
力される。そしてこれらの加算アンプ54、55の出力は、
差動アンプ56に入力される。
53a、53cの出力は加算アンプ54に入力され、左右に並ぶ
２つの光検出器53b、53dの出力は他の加算アンプ55に入
力される。そしてこれらの加算アンプ54、55の出力は、
差動アンプ56に入力される。
なお、以上説明した要素50〜56が、本実施例における
フォーカスモニタ手段を構成している。
フォーカスモニタ手段を構成している。
上記の構成は、いわゆる非点収差法により読取光フォ
ーカスエラーを検出するために、光ディスク用ピックア
ップに広く適用されている構成と基本的に同じものであ
る。この構成においては、照明光11が試料23の表面で合
焦しているとき、反射光11″は４分割光検出器53上でほ
ぼ正円形の像（第４図の実線表示）を結ぶ。したがって
この場合は、各光検出器53a〜53dの出力がほぼ等しくな
り、よって差動アンプ56の出力Sdはほぼゼロとなる。
ーカスエラーを検出するために、光ディスク用ピックア
ップに広く適用されている構成と基本的に同じものであ
る。この構成においては、照明光11が試料23の表面で合
焦しているとき、反射光11″は４分割光検出器53上でほ
ぼ正円形の像（第４図の実線表示）を結ぶ。したがって
この場合は、各光検出器53a〜53dの出力がほぼ等しくな
り、よって差動アンプ56の出力Sdはほぼゼロとなる。
一方、試料23の表面が照明光11の合焦位置よりも対物
レンズ17に対して遠い場合、反射光11″は４分割光検出
器53上で、横長の楕円形の像（第４図の破線表示）を結
ぶ。したがってこの場合は、加算アンプ55の出力が加算
アンプ54の出力を上回り、差動アンプ56の出力Sdはマイ
ナスとなる。
レンズ17に対して遠い場合、反射光11″は４分割光検出
器53上で、横長の楕円形の像（第４図の破線表示）を結
ぶ。したがってこの場合は、加算アンプ55の出力が加算
アンプ54の出力を上回り、差動アンプ56の出力Sdはマイ
ナスとなる。
また、試料23の表面が照明光11の合焦位置よりも対物
レンズ17に対して近い場合、反射光11″は４分割光検出
器53上で、縦長の楕円形の像（第４図の１点鎖線表示）
を結ぶ。したがってこの場合は、加算アンプ55の出力が
加算アンプ54の出力を下回り、差動アンプ56の出力Sdは
プラスとなる。
レンズ17に対して近い場合、反射光11″は４分割光検出
器53上で、縦長の楕円形の像（第４図の１点鎖線表示）
を結ぶ。したがってこの場合は、加算アンプ55の出力が
加算アンプ54の出力を下回り、差動アンプ56の出力Sdは
プラスとなる。
差動アンプ56の出力Sdはウインドコンパレータ81に入
力され、基準電圧設定回路82の出力と比較される。Sdが
基準電圧設定回路82からの出力TH1とTH2の範囲内にあれ
ばウインドコンパレータ81の出力はＨレベルになり、範
囲外であればウインドコンパレータ81の出力はＬレベル
になる。
力され、基準電圧設定回路82の出力と比較される。Sdが
基準電圧設定回路82からの出力TH1とTH2の範囲内にあれ
ばウインドコンパレータ81の出力はＨレベルになり、範
囲外であればウインドコンパレータ81の出力はＬレベル
になる。
前記の信号SB、SG、SRが入力されるスイッチング回路
62は、上記ウインドコンパレータ81の出力がＨレベルに
あるときにのみこれらの信号SB、SG、SRを出力させ、ウ
インドコンパレータ81の出力がＬレベルにあるときには
これらの信号SB、SG、SRを出力しない。つまり、照明光
11が試料23の表面で正しく合焦していないときは、前述
した画像再生装置63に信号SB、SG、SRが送られない。し
たがって、照明光11が試料表面で正しく合焦していない
ときに、低コントラストの劣悪な顕微鏡像が撮像される
ことがない。
62は、上記ウインドコンパレータ81の出力がＨレベルに
あるときにのみこれらの信号SB、SG、SRを出力させ、ウ
インドコンパレータ81の出力がＬレベルにあるときには
これらの信号SB、SG、SRを出力しない。つまり、照明光
11が試料23の表面で正しく合焦していないときは、前述
した画像再生装置63に信号SB、SG、SRが送られない。し
たがって、照明光11が試料表面で正しく合焦していない
ときに、低コントラストの劣悪な顕微鏡像が撮像される
ことがない。
このようになっていれば、試料台22を光軸方向にいわ
ば適当に位置決めした後、照明光走査を行ないながら、
試料台22を光軸方向に微小距離ずつ移動させれば、必ず
最高画質の顕微鏡像が得られることになる。
ば適当に位置決めした後、照明光走査を行ないながら、
試料台22を光軸方向に微小距離ずつ移動させれば、必ず
最高画質の顕微鏡像が得られることになる。
以上説明した実施例においては、種々の変更が可能で
ある。例えばビームコンプレッサ12でビーム径が縮小さ
れた照明光11は、屈折率分布型レンズ13で集光されてシ
ングルモード光ファイバー14内に入射せしめられるが、
この屈折率分布型レンズ13の代わりに顕微鏡対物レンズ
等を用いてもよく、またシングルモード光ファイバー14
は、マルチモードのものにピンホール等をつけたもので
もよい。
ある。例えばビームコンプレッサ12でビーム径が縮小さ
れた照明光11は、屈折率分布型レンズ13で集光されてシ
ングルモード光ファイバー14内に入射せしめられるが、
この屈折率分布型レンズ13の代わりに顕微鏡対物レンズ
等を用いてもよく、またシングルモード光ファイバー14
は、マルチモードのものにピンホール等をつけたもので
もよい。
また、２次元移動ステージ35に固定された試料台22を
Ｙ方向に往復移動（副走査）させるための駆動源である
パルスモータ37は、エンコーダ付きのDCモータでもよ
く、またこのように試料台22を移動させることによって
光点Ｐの副走査を行なう代わりに、移動台15を移動させ
ることによって光点Ｐの副走査を行なうようにしてもよ
い。さらに移動台15の移動は積層ピエゾ素子33を利用し
て行なう他、例えばボイスコイルおよび超音波による固
体の固有振動を利用した走査方式等を用いて行なうこと
も可能である。
Ｙ方向に往復移動（副走査）させるための駆動源である
パルスモータ37は、エンコーダ付きのDCモータでもよ
く、またこのように試料台22を移動させることによって
光点Ｐの副走査を行なう代わりに、移動台15を移動させ
ることによって光点Ｐの副走査を行なうようにしてもよ
い。さらに移動台15の移動は積層ピエゾ素子33を利用し
て行なう他、例えばボイスコイルおよび超音波による固
体の固有振動を利用した走査方式等を用いて行なうこと
も可能である。
また、シリンドリカルレンズ52は垂直面内でのみ曲率
を有する向きに配することも可能である。
を有する向きに配することも可能である。
第５図は、本発明の別の実施例であるモノクロ反射型
の共焦点走査型顕微鏡を示すものである。この実施例に
おいては、送光光学系が受光光学系を兼ねるとともに、
光源および光検出器もまた移動台に一体的に保持されて
おり、これにより光学系がさらに簡素化されたコンパク
トな共焦点走査型顕微鏡が実現されている。なお第５図
において、第１図ないし第３図と共通部分には同じ番号
を付し、それらについての詳細な説明は省略する（以
下、同様）。
の共焦点走査型顕微鏡を示すものである。この実施例に
おいては、送光光学系が受光光学系を兼ねるとともに、
光源および光検出器もまた移動台に一体的に保持されて
おり、これにより光学系がさらに簡素化されたコンパク
トな共焦点走査型顕微鏡が実現されている。なお第５図
において、第１図ないし第３図と共通部分には同じ番号
を付し、それらについての詳細な説明は省略する（以
下、同様）。
この実施例では、照明光11を発する光源としてレーザ
ダイオード70が用いられており、このレーザダイオード
70は移動台15に一体的に保持されている。このレーザダ
イオード70から発せられた照明光11は、同じく移動台15
に一体的に保持された送光光学系18に直接入射し、これ
により前記実施例と同様に試料23の表面で微小な光点Ｐ
として結像せしめられる。
ダイオード70が用いられており、このレーザダイオード
70は移動台15に一体的に保持されている。このレーザダ
イオード70から発せられた照明光11は、同じく移動台15
に一体的に保持された送光光学系18に直接入射し、これ
により前記実施例と同様に試料23の表面で微小な光点Ｐ
として結像せしめられる。
一方、試料23からの反射光11″は、対物レンズ17によ
って平行光化され、ビームスプリッタ50で反射し、集光
レンズ51およびシリンドリカルレンズ52を通過し、ハロ
ーや散乱光をカットするためのアパーチャピンホール71
を通って、４分割光検出器53上で結像する。
って平行光化され、ビームスプリッタ50で反射し、集光
レンズ51およびシリンドリカルレンズ52を通過し、ハロ
ーや散乱光をカットするためのアパーチャピンホール71
を通って、４分割光検出器53上で結像する。
この実施例においては、フォーカスモニタ手段を構成
するビームスプリッタ50、レンズ51および52が、顕微鏡
像撮像のための集光光学系を兼ねている。また４分割光
検出器53が、同じく顕微鏡像撮像のための光検出器を兼
ねている。すなわち第６図の回路図に示すように、加算
アンプ54、55の出力はさらに加算アンプ72に入力され、
この加算アンプ72の出力が、アパーチャピンホール71を
通過した透過光11″の全光量を示す信号Spとなってい
る。
するビームスプリッタ50、レンズ51および52が、顕微鏡
像撮像のための集光光学系を兼ねている。また４分割光
検出器53が、同じく顕微鏡像撮像のための光検出器を兼
ねている。すなわち第６図の回路図に示すように、加算
アンプ54、55の出力はさらに加算アンプ72に入力され、
この加算アンプ72の出力が、アパーチャピンホール71を
通過した透過光11″の全光量を示す信号Spとなってい
る。
この信号Spは、第１図および第４図図示のものと同じ
スイッチング回路62に入力され、この回路62からの出力
は、前記第１実施例におけるのと同様にして制限され
る。
スイッチング回路62に入力され、この回路62からの出力
は、前記第１実施例におけるのと同様にして制限され
る。
なお本発明においては、受光用ピンホール（第５図の
例ではアパーチャピンホール71）を省いても、コントラ
ストの良い顕微鏡像を得ることができる。ただしその場
合は、バックグラウンド除去のために、画像信号Spに対
してスレッショルドレベルを設定し、それを下回る信号
をカットする必要がある。
例ではアパーチャピンホール71）を省いても、コントラ
ストの良い顕微鏡像を得ることができる。ただしその場
合は、バックグラウンド除去のために、画像信号Spに対
してスレッショルドレベルを設定し、それを下回る信号
をカットする必要がある。
また本発明におけるフォーカスモニタ手段としては、
非点収差法によるものに限らず、その他例えば臨界角検
出法や、ナイフエッジプリズム法によるもの等を用いる
こともできる。
非点収差法によるものに限らず、その他例えば臨界角検
出法や、ナイフエッジプリズム法によるもの等を用いる
こともできる。
また以上述べた実施例においては、逆光光学系と受光
光学系とを一体的に移動台に保持し、この移動台を往復
移動させることによって照明光の主走査を行なうように
しているが、本発明においては、それ以外の照明光走査
機構を採用することも勿論可能である。
光学系とを一体的に移動台に保持し、この移動台を往復
移動させることによって照明光の主走査を行なうように
しているが、本発明においては、それ以外の照明光走査
機構を採用することも勿論可能である。
しかし上記実施例におけるような走査機構は、試料の
往復移動で主走査を行なう場合と異なり、高速走査時に
試料が飛んでしまうことを防止できる。また上記の走査
機構においては、光点走査のために照明光ビームが振ら
れることがないから、光学系の設計は光軸上の光線のみ
を考えて行なえばよいことになり、この光学系の設計は
非常に容易となる。
往復移動で主走査を行なう場合と異なり、高速走査時に
試料が飛んでしまうことを防止できる。また上記の走査
機構においては、光点走査のために照明光ビームが振ら
れることがないから、光学系の設計は光軸上の光線のみ
を考えて行なえばよいことになり、この光学系の設計は
非常に容易となる。
（発明の効果） 以上詳細に説明した通り、本発明の共焦点走査型顕微
鏡においては、照明光の試料に対する合焦状態をフォー
カスモニタ手段により監視し、顕微鏡像を担う光検出器
の出力信号を、上記照明光が試料上で合焦したときのみ
画像再生装置側に出力するように構成したから、常に高
コントラストの良質な顕微鏡像を再生可能となる。また
このようになっているから、光学系として比較的NA（開
口数）が小さいものを利用しても、コントラストの良い
顕微鏡像を得ることができる。
鏡においては、照明光の試料に対する合焦状態をフォー
カスモニタ手段により監視し、顕微鏡像を担う光検出器
の出力信号を、上記照明光が試料上で合焦したときのみ
画像再生装置側に出力するように構成したから、常に高
コントラストの良質な顕微鏡像を再生可能となる。また
このようになっているから、光学系として比較的NA（開
口数）が小さいものを利用しても、コントラストの良い
顕微鏡像を得ることができる。
第１図は、本発明の第１実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す概略正面図、 第２図と第３図はそれぞれ、上記共焦点走査型顕微鏡の
要部を示す平面図と側面図、 第４図は、上記共焦点走査型顕微鏡の電気回路を示す回
路図、 第５図は、本発明の第２実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す概略正面図、 第６図は、上記第２実施例の共焦点走査型顕微鏡の電気
回路を示す回路図である。 10……RGBレーザ、11……照明光 11″……反射光、14……光ファイバー 15……移動台、16……コリメーターレンズ 17……対物レンズ、18……送光光学系 21……受光光学系、22……試料台 23……試料、26、28……ダイクロイックミラー 27、29、31……光検出器、30……ミラー 32……架台、33……積層ピエゾ素子 34……ピエゾ素子駆動回路 35……２次元移動ステージ 36、39……モータ駆動回路、37、40……パルスモータ 38……マイクロメータ、41……制御回路 50、61……ビームスプリッタ、51……集光レンズ 52……シリンドリカルレンズ 53……４分割光検出器、54、55、72……加算アンプ 56……差動アンプ、62……スイッチング回路 63……画像再生装置、70……レーザダイオード 71……アパーチャピンホール 81……ウインドコンパレータ 82……基準電圧設定回路
鏡を示す概略正面図、 第２図と第３図はそれぞれ、上記共焦点走査型顕微鏡の
要部を示す平面図と側面図、 第４図は、上記共焦点走査型顕微鏡の電気回路を示す回
路図、 第５図は、本発明の第２実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す概略正面図、 第６図は、上記第２実施例の共焦点走査型顕微鏡の電気
回路を示す回路図である。 10……RGBレーザ、11……照明光 11″……反射光、14……光ファイバー 15……移動台、16……コリメーターレンズ 17……対物レンズ、18……送光光学系 21……受光光学系、22……試料台 23……試料、26、28……ダイクロイックミラー 27、29、31……光検出器、30……ミラー 32……架台、33……積層ピエゾ素子 34……ピエゾ素子駆動回路 35……２次元移動ステージ 36、39……モータ駆動回路、37、40……パルスモータ 38……マイクロメータ、41……制御回路 50、61……ビームスプリッタ、51……集光レンズ 52……シリンドリカルレンズ 53……４分割光検出器、54、55、72……加算アンプ 56……差動アンプ、62……スイッチング回路 63……画像再生装置、70……レーザダイオード 71……アパーチャピンホール 81……ウインドコンパレータ 82……基準電圧設定回路
Claims (1)
- 【請求項１】試料が載置される試料台と、 照明光を発する光源と、 この照明光を試料上において微小な光点として結像させ
る送光光学系と、 前記試料からの光束を集光して点像に結像させる受光光
学系と、 この点像を検出する光検出器と、 前記光点を試料上において２次元的に走査させる走査機
構と、 前記光検出器が発する信号に基づいて画像を再生する画
像再生手段と、 前記試料からの光束の少なくとも一部を検出して、前記
照明光の試料に対する合焦状態を監視するフォーカスモ
ニタ手段と、 前記フォーカスモニタ手段により、照明光が試料上で合
焦していることが検出されたときにのみ、前記信号を前
記画像再生手段に向けて出力させる信号出力制御手段と
からなる共焦点走査型顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2094652A JP2613118B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 共焦点走査型顕微鏡 |
| US07/682,768 US5132526A (en) | 1990-04-10 | 1991-04-09 | Confocal scanning microscope having a signal output regulating means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2094652A JP2613118B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 共焦点走査型顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03291614A JPH03291614A (ja) | 1991-12-20 |
| JP2613118B2 true JP2613118B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=14116189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2094652A Expired - Fee Related JP2613118B2 (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 共焦点走査型顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2613118B2 (ja) |
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