JP2000352670A - 走査型共焦点顕微鏡 - Google Patents
走査型共焦点顕微鏡Info
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Abstract
することができる走査型共焦点顕微鏡を提供する。 【解決手段】試料4に対してレーザ光を照射し、試料4
からの光を受光し、この受光強度に応じた検出信号を試
料4の画像情報として得るもので、試料4に対してレー
ザ光を2次元走査する2次元走査機構12と試料4に対
するレーザ光を焦点位置を調整するレボルバ15を2次
元走査駆動制御回路13により制御するとともに、レボ
ルバ15による焦点位置の調整期間中に2次元走査機構
12による2次元走査を禁止する。
Description
光の走査制御やデータ処理を改善して処理の高速化を図
った走査型共焦点顕微鏡に関するものである。
て観察試料(以下、試料と称する)の表面を点状に照明
し、この照明された試料表面からの透過光または反射光
を再び点状に集光してピンホール開口を有する検出器に
結像させ、この検出器により結像の輝度情報を得るとい
う共焦点作用を利用した顕微鏡である。
略構成図である。
ミラー2を通過したのち収差が補正された対物レンズ3
によって試料4の表面に点状結像される。そして、この
点状照明の試料4による反射光は、再び対物レンズ3を
通過したのちハーフミラー2で反射されて集光する。こ
の集光位置にはピンホール5が配置されており、このピ
ンホール5を通過した上記反射光は光検出器6によって
検出される。
試料4の表面の測定領域全体にわたって2次元走査を行
い、その反射光の光検出器6による検出信号を画像表示
することにより、試料4の表面の2次元画像が得られ
る。
バノスキャナやレゾナントスキャナ、Y方向にはガルバ
ノスキャナが用いられている。これらX,Yスキャナに
ガルバノスキャナを組み合わせた場合は、試料4の表面
の走査速度は約1枚/秒程度になり、走査速度を少し向
上させるためにXスキャナにレゾナントスキャナを用い
たものでは約5枚/秒程度となっている。なお、画素数
は、1024×768画素となっている。
共焦点作用により段差のある試料4の表面全てに合焦し
た画像を得られる走査が可能である(以下、エクステン
ド走査)。これは焦点位置で得られる試料4の輝度は最
大輝度となることを利用したもので、ある対物レンズ3
(又は試料4)位置にて得られる試料4の輝度情報と対
物レンズ3(又は試料4)を光軸方向に微少位置ずらし
たところで得られる試料4の輝度情報とを比較し、これ
ら2枚の画像の同一画素同士で輝度の高い方の画素を残
して行くことで、最終的にある光軸方向範囲で得られる
試料4の画像が試料4表面全体に合焦した2次元画像と
なる。また、上記画素比較の際、輝度が高いと判断され
た場合、その時の光軸方向の位置を記憶させることで最
終的に試料4の高さ(凹凸)の情報が得られる。
エクステンド走査では、ある焦点位置における2次元走
査による画像取込みが終了した後に、次の焦点位置に対
物レンズ3(又は試料4)を所定ピッチでZ軸移動し
て、2次元走査による次の画像取込みを行なうようにし
ている。ところが、一般的に、焦点位置における2次元
走査による画像取込みの周期と焦点位置移動の時間が同
期していないため、走査の帰線期間中に焦点位置の移動
が終了しない間に2次元走査による画像取込みが開始さ
れ、無駄データとなる。このため、次の画像取込みを空
振り(データ取得しない)の時間に充なくてはならず、
所望する枚数の画像を取得するのに多大な時間を要する
という問題が生じる。
め、2次元走査による画像取込みを行いながら対物レン
ズ3(又は試料4)の焦点移動を行なうようにしたもの
もあるが、このようにしたものでは、画像取込みの走査
中に焦点位置が移動しているので、取得された画像は、
試料を斜めに走査したものとなり、エクステンド走査に
より高さの情報を得る過程を考えると、正確な情報とな
り得ないという問題があった。
で、短い時間で、正確な画像情報を取得することができ
る走査型共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
試料に対して集束光を照射して前記試料からの光を受光
し、この受光強度に応じた検出信号を前記試料の画像情
報として得る走査型共焦点顕微鏡において、前記試料に
対して集束光を2次元走査する2次元走査手段と、前記
試料に対する集束光の焦点位置を調整する焦点位置調整
手段と、前記2次元走査手段および前記焦点位置調整手
段のそれぞれの動作を制御するとともに、少なくとも前
記焦点位置調整手段による焦点位置の調整期間に前記2
次元走査手段による2次元走査を禁止する制御手段とを
具備したことを特徴としている。
明において、前記制御手段は、2次元走査手段の1ライ
ン走査ごとに出力される水平同期信号とフレーム走査ご
とに出力される垂直同期信号を管理し、前記垂直同期信
号により焦点位置調整手段による焦点位置の調整開始を
指示するとともに前記2次元走査手段による2次元走査
を禁止し、前記焦点位置調整手段による焦点位置の調整
終了をまって前記2次元走査手段の2次元走査を開始さ
せることを特徴としている。
明において、前記制御手段は、さらに2次元走査手段の
垂直同期信号に続けて出力される制御信号を管理し、前
記焦点位置調整手段による焦点位置の調整終了が前記制
御信号より前に通知された場合は、前記2次元走査手段
の2次元走査を禁止せず、前記焦点位置調整手段による
焦点位置の調整終了が前記制御信号より後に通知された
場合は、前記制御信号の発生時点で前記2次元走査手段
の2次元走査を一時禁止し、前記焦点位置の調整終了を
まって前記2次元走査手段の2次元走査を開始させるこ
とを特徴としている。
走査における2次元走査手段での2次元走査と焦点位置
調整手段による焦点位置移動の同期を取ることで、無駄
な2次元走査期間(データを取得できない空振り期間)
を取り除くことができる。
垂直同期信号に続けて出力される制御信号との間の期間
も焦点位置調整手段による焦点位置の調整に利用するこ
とができる。
に従い説明する。
用される走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示している。
顕微鏡本体100にはレーザー光源10が設けられてい
る。このレーザー光源10は試料4の表面を走査するス
ポット光(集束光)としてのレーザー光を発生させるも
のである。このレーザー光源10の光路上にはミラー1
1が配置されている。このミラー11は、このレーザー
光源10からのレーザー光を2次元走査機構12に導く
ための反射鏡である。
て得たレーザー光源10からのレーザー光を2次元走査
駆動制御回路13での制御のもとで、スポット光とし
て、XY方向に2次元走査するためのものである。
れたスポット光は、対物レンズ14を介してステージ1
6上に載置された試料4に照射されるようにしている。
この場合、対物レンズ14は、レボルバ15に取付けら
れている。このレボルバ15は、倍率の異なる複数の対
物レンズ14を保持したもので、これら対物レンズ14
のうちの所望の倍率を持つものを顕微鏡の観察光路中に
位置設定可能にするとともに、後述する焦点移動機構2
3の指示により対物レンズ14を光軸方向に焦点移動で
きるようにしている。
14を通り2次元走査機構12に戻り、この2次元走査
機構12からハーフミラー17へと戻されるようになっ
ている。このハーフミラー17は、2次元走査機構12
に対するレーザー光源10の出射光路上に設けられ、2
次元走査機構12を介して得られる試料4からの反射光
を検出系に導くための半透明鏡である。
4からの反射光は、レンズ18を透過され、ピンホール
板19のピンホールを介して光検出器20で受光される
ようにしている。レンズ18は、試料4からの反射光を
集光するものであり、ピンホール板19は所要の径のピ
ンホールを有し、光検出器20の受光面の前面のレンズ
18の焦点位置に配置されている。また、光検出器20
は、ピンホール板19のピンホールを介して得られる光
をその光量対応の電気信号に変換する光検出素子からな
っている。
次元走査駆動制御回路13からのタイミング信号と共に
コンピュータ21に送られ、コンピュータ21において
画像化されモニタ22に、試料4の表面情報として表示
されるようになっている。
が接続されている。この焦点移動機構23は、レボルバ
15に接続されるとともに、2次元走査駆動制御回路1
3に接続されていて、コンピュータ21の指示によりレ
ボルバ15の焦点移動と2次元走査機構12による2次
元走査を同期して制御できるようにしている。
点顕微鏡の要部をさらに詳述するための図である。
向走査用として例えばガルバノミラーまたはレゾナント
スキャナからなるXスキャナ121とY軸方向走査用と
して例えばガルバノミラーからなるYスキャナ122を
有し、Xスキャナ121は、ドライバ123により駆動
されて2次元走査の主走査を行ない、Yスキャナ122
は、ドライバ124により駆動されて2次元走査の副走
査を行なうようにしている。
し、レボルバ15による対物レンズ14の焦点移動を行
なうようにしている。
成回路131、Y波形生成回路132および同期生成回
路133を有している。X波形生成回路131は、例え
ばアドレスカウンタや波形メモリを有し、2次元走査機
構12のドライバ123に対して駆動信号XDRIVE
を出力してXスキャナ121の2次元走査の主走査を制
御するとともに、1ラインの走査ごとに水平同期信号H
Dを出力し、また、Y波形生成回路132は、例えばア
ドレスカウンタや波形メモリを有し、同期生成回路13
3を経由したX波形生成回路131からのタイミング信
号HD’で動作し、2次元走査機構12のドライバ12
4に対して駆動信号YDRIVEを出力してYスキャナ
122の2次元走査の副走査を制御するとともに、1フ
レームの走査ごとに垂直同期信号VDを出力する。ま
た、同期生成回路133は、X波形生成回路131の1
ライン走査ごとの水平同期信号HDとY波形生成回路1
32の1フレーム走査ごとの垂直同期信号VDにより、
モニタ22に試料4の画像を表示させるのに必要な同期
信号SYNCを出力し、また、焦点移動機構23のドラ
イバ231に対しレボルバ15による焦点移動の移動開
始信号ZSTARTを出力するとともに、レボルバ15
が所定距離だけ移動したところで、ドライバ231より
移動終了信号ZENDを受取るようにしている。
作用について説明する。
ーザー光は、ミラー11で2次元走査機構12に導か
れ、この2次元走査機構12でXY軸方向に2次元走査
され、走査されたレーザー光は、対物レンズ14を通し
て試料4上にスポット光として走査されながら照射され
る。
ンズ14を通って2次元走査機構12に戻り、この2次
元走査機構12からハーフミラー17、レンズ18、そ
してピンホール板19を通って光検出器20に入射さ
れ、この光検出器20で光電変換され電気信号としてコ
ンピュータ21に送出される。
走査は、2次元走査駆動制御回路13により制御される
が、図2に示すX波形生成回路131では、波形メモリ
に図3に示す波形パターンを用意していて、2次元走査
が開始されると図示しないアドレスカウンタが動作し、
A→B→C→Aとアドレスが進むことで、図4(a)に
示す周期的な駆動波形XDRIVEを2次元走査機構1
2のドライバ123に出力する。ドライバ123は、駆
動波形XDRIVEを受取ると、Xスキャナ121を駆
動して2次元走査の主走査を行なう。同時に、駆動波形
XDRIVEのうちの帰線期間の始まりを知らせる信
号、つまり、1ラインの走査ごとの水平同期信号HD
(図4(b))を出力する。
ータが駆動波形XDRIVEのA−B間(例えば102
4画素分)で得られることになる。
信号HDが出力されると、同期生成回路133を経由し
て図4(c)に示すタイミング信号HD’がY波形生成
回路132に与えられる。この場合、Y波形生成回路1
32は、X波形生成回路131と同様な図3に示す波形
パターンを波形メモリに用意していて、同期生成回路1
33を経由したタイミング信号HD’を受けて1ライン
ごとにアドレスを進め、A→B→C→Aに応じた図4
(d)に示す周期的な駆動波形YDRIVEを2次元走
査機構12のドライバ124に出力する。ドライバ12
4は、駆動波形YDRIVEを受取ると、Yスキャナ1
22を駆動して2次元走査の副走査を行なう。同時に、
駆動波形YDRIVEのうちの帰線期間の始まりを知ら
せる信号、つまり、1フレームの走査ごとに図4(e)
に示す垂直同期信号VDを出力する。
素データが駆動波形YDRIVEのA−B間(例えば7
68ライン分)で得られ、これらの動作を繰り返すこと
により、試料4の画像がコンピュタ21を介してモニタ
22に表示される。
点移動機構23のドライバ231に対して1フレームご
とのレボルバ15の移動距離が設定されている。
元走査駆動制御回路13の同期生成回路133にエクス
テンド走査が指示され、Y波形生成回路132が同期生
成回路133を経由して与えられるタイミング信号H
D’を、例えば図4(c)のa点のように受取ると、図
4(d)のb点のように駆動波形YDRIVEを2次元
走査機構12のドライバ124に出力する。この場合、
波形メモリの図3に示すA点からYスキャナ122によ
り2次元走査の副走査を行ない、同図B点までで1フレ
ーム分(768ライン分)の画像データを取込み、同時
に、図4(e)のc点で垂直同期信号VDを出力する。
(f)のd点で焦点移動機構23のドライバ231に対
しレボルバ移動信号ZSTARTが出力され、このレボ
ルバ移動信号ZSTARTによりレボルバ15の予め定
められた距離の移動が開始される。同時に、図4(e)
のc点の垂直同期信号VDにより図4(c)のe点から
Y波形生成回路132のアドレスカウンタを駆動するタ
イミング信号HD’をマスクする。この場合、アドレス
カウンタを止められたY波形生成回路132は、図3の
B点の位置で保持され、これにより、レボルバ15が移
動される間は、2次元走査の副走査は一時停止されるこ
とになる。
完了すると、図4(g)のf点でドライバ231より同
期生成回路133に移動完了信号ZENDが出力され
る。この移動完了信号ZENDを同期生成回路133が
受取ると、図4(c)のg点でタイミング信号HD’を
マスクが解除され、次の主走査のタイミングで有効とす
ることで、Y波形生成回路132は、通常動作に戻り、
次のフレーム走査に移行される。
元走査による1フレームの画像取込みを終了するごと
に、所定の移動量で焦点移動を行ない、次の焦点位置に
移動して、次の2次元走査による1フレームの画像取込
みを行なうエクステンド走査が行なわれることになる。
テンド走査の際のレボルバ15による焦点位置の移動に
基づいて2次元走査機構12のYスキャナ122による
2次元走査の副走査期間を制御し、レボルバ15の移動
距離に対応させて次フレーム走査への処理に移行させる
ようにできるので、エクステンド走査中の隣り合う2つ
の焦点位置間の2次元走査と焦点位置調整移動の非同期
性を吸収できるようになり、従来の走査の帰線期間中に
焦点位置の移動が終了しないと、次の画像取込みを空振
り(データ取得しない)とするものと比べ、無駄な2次
元走査期間(データを取得できない空振り期間)を取り
除くことができ、画像の取込み時間を大幅に短縮でき、
また、従来の画像の取込み時間を短縮するため、2次元
走査による画像取込みを行いながら焦点移動を行なうた
め取得された画像が試料を斜めに走査するものと比べ
て、常に正確な画像情報を取得することができる。
の実施の形態について説明する。
および図2については、第2の実施の形態でも同様なの
で、これら図1および図2を援用し、また、図3に示す
X波形生成回路131の波形メモリの波形パターンも、
同図を援用するものとする。
の波形パターンは、図5に示すように波形メモリのアド
レスBに垂直同期信号VDを、アドレスCに制御信号E
Nをそれぞれ出力するようにしている。
データの取得が行なわれると、予め設定された距離だけ
レボルバ15が焦点移動されるようになるが、ここまで
の動作は、第1の実施の形態と同様である。
帰線期間(アドレスB→C間)中も2次元走査は止まら
ないようになっており、仮に、レボルバ15の焦点移動
の距離(時間)が小さく、垂直帰線期間B→C間でレボ
ルバ15の移動が完了してしまい、ドライバ231から
の移動完了信号ZENDよりも制御信号ENの方が後か
ら同期生成回路133に通知されるような場合は、2次
元走査を止めることなく、連続したフレームでデータ取
得を行うようになる。また、レボルバ15の焦点移動の
距離(時間)が大きく、垂直帰線期間B→C間でレボル
バ15の移動が完了せずに、次フレーム内に完了時点が
食い込んでしまい制御信号ENよりも移動完了信号ZE
NDが後で同期生成回路133に通知されるような場合
は、制御信号ENの発生時点で2次元走査を一時停止
し、ドライバ231からの移動完了信号ZENDを待っ
てから次のフレームの走査を再開するようになる。
B→Cも有効に焦点位置調整のためのレボルバ15の移
動期間に利用することができるので、さらに効率のよい
画像情報の取得を期待することができる。
ステンド走査中の連続する焦点位置の移動にともなう2
次元走査手段での2次元走査と焦点位置調整手段による
焦点位置移動の非同期性を吸収できるので、無駄な2次
元走査期間(データを取得できない空振り期間)を取り
除くことができ、短い時間で、正確な画像情報を効率よ
く取得することができる。
垂直同期信号に続けて出力される制御信号との間の期間
も焦点位置調整手段による焦点位置の調整に利用するこ
とができるので、さらに効率のよい画像情報の取得を期
待することができる。
図。
ムチャート。
図。
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 試料に対して集束光を照射して前記試料
からの光を受光し、この受光強度に応じた検出信号を前
記試料の画像情報として得る走査型共焦点顕微鏡におい
て、 前記試料に対して集束光を2次元走査する2次元走査手
段と、 前記試料に対する集束光の焦点位置を調整する焦点位置
調整手段と、 前記2次元走査手段および前記焦点位置調整手段のそれ
ぞれの動作を制御するとともに、少なくとも前記焦点位
置調整手段による焦点位置の調整期間に前記2次元走査
手段による2次元走査を禁止する制御手段とを具備した
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。 - 【請求項2】 前記制御手段は、2次元走査手段の1ラ
イン走査ごとに出力される水平同期信号とフレーム走査
ごとに出力される垂直同期信号を管理し、前記垂直同期
信号により焦点位置調整手段による焦点位置の調整開始
を指示するとともに前記2次元走査手段による2次元走
査を禁止し、前記焦点位置調整手段による焦点位置の調
整終了をまって前記2次元走査手段の2次元走査を開始
させることを特徴とする請求項1記載の走査型共焦点顕
微鏡。 - 【請求項3】 前記制御手段は、さらに2次元走査手段
の垂直同期信号に続けて出力される制御信号を管理し、
前記焦点位置調整手段による焦点位置の調整終了が前記
制御信号より前に通知された場合は、前記2次元走査手
段の2次元走査を禁止せず、前記焦点位置調整手段によ
る焦点位置の調整終了が前記制御信号より後に通知され
た場合は、前記制御信号の発生時点で前記2次元走査手
段の2次元走査を一時禁止し、前記焦点位置の調整終了
をまって前記2次元走査手段の2次元走査を開始させる
ことを特徴とする請求項2記載の走査型共焦点顕微鏡。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16243699A JP4384290B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 走査型共焦点顕微鏡 |
| PCT/JP2000/001623 WO2000057231A1 (en) | 1999-03-19 | 2000-03-17 | Scanning confocal microscope |
| KR1020007012850A KR100689319B1 (ko) | 1999-03-19 | 2000-03-17 | 주사형 공초점현미경 |
| US09/696,774 US6317258B1 (en) | 1999-03-19 | 2000-10-26 | Scanning confocal microscope |
| US10/035,419 US6437910B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-10-25 | Scanning confocal microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16243699A Expired - Fee Related JP4384290B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-06-09 | 走査型共焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4384290B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313355A (ja) * | 2005-05-03 | 2006-11-16 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | レーザ走査型顕微鏡 |
| JP2007034242A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Tsutomu Hoshimiya | 映像装置、及び方法 |
| JP2017133852A (ja) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | オリンパス株式会社 | 三次元形状測定装置 |
-
1999
- 1999-06-09 JP JP16243699A patent/JP4384290B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2007034242A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Tsutomu Hoshimiya | 映像装置、及び方法 |
| JP2017133852A (ja) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | オリンパス株式会社 | 三次元形状測定装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4384290B2 (ja) | 2009-12-16 |
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