JP2012181243A - 共焦点スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】波長の異なる複数の光を入射したときの収差を改善した共焦点スキャナを提供する
【解決手段】共焦点スキャナに用いる集光ディスクのマイクロレンズにおいて、
マイクロレンズとして複数の波長の焦点を一致させるように構成したダブレットタイプのマイクロレンズを用いた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロレンズ付き共焦点スキャナに関し、詳しくは複数の波長の光を集光した場合のマイクロレンズの色収差を改善した共焦点スキャナに関する。

図５は共焦点スキャナの一般的な構成を示す図である。
図５において、20は共焦点スキャナであり、この共焦点スキャナ20は、集光ディスク23と、ピンホ−ルアレイディスク25と、連結部材27と、ピンホ−ル基板28と、モ−タ29で構成されている。

そして、集光ディスク23は図６(a）に示すように、ガラス基板21の片面に形成された複数のマイクロレンズ22が、焦点位置を一画面分ずつ半径方向にＰr だけ順次ずらされて形成されており、ピンホ−ルアレイディスク25は図６(b)に示すように、基板30に形成された複数のピンホ−ル24が、半径方向にＰr（周方向にＰθ）だけ順次ずらされて形成されている。

図５に戻り、ピンホ−ル基板28は集光ディスク23とピンホ−ルアレイディスク25をマイクロレンズ（図６（a）参照)22の焦点位置にそれぞれピンホ−ル（図６（b）参照)24が配置されるように連結する連結部材27で形成されており、回転手段36は集光ディスク23とピンホ−ルアレイディスク25の間に設置された分岐手段(例えばビームスプリッタ)29と、ピンホ−ル基板28を一定速度で回転させる。

31は対物レンズであり、ピンホ−ル（図６(b)参照）24からの出射光を試料32に照射すると共に、試料32からの戻り光が、再びピンホ−ル24に入射する位置に設置されている。33は共焦点スキャナ20の側方に、ピンホ−ルからの戻り光の像をカメラ34上に結像できる位置と焦点距離に設置された集光レンズである。

このような構成において、光源37からの出射光は、共焦点スキャナ20に入射される。共焦点スキャナ20に入射された光は、ピンホ−ル基板28の集光ディスク23上に形成されたマイクロレンズ（図６（a）参照)22により集光され、分岐手段29を透過して、ピンホ−ルアレイディスク25上に形成されたピンホ−ル（図６(b)参照）24に集光する。ピンホ−ルを通った光は、対物レンズ31により、試料35上に照射される。

試料35からの戻り光は、再び対物レンズ31、ピンホ−ルアレイディスク25を通って、分岐手段29で反射されて入射光の光軸方向と直角方向に曲げられ、集光レンズ33を介して、カメラ34に試料35の像が結像される。
この例では、ピンホ−ル基板28が回転手段36により一定速度で回転しており、ピンホ−ル基板28の回転により、ピンホ−ルの像が試料35上を走査している。

また、ピンホ−ルアレイディスク25上のピンホ−ルと試料35上の光スポット（ピンホ−ルの像）が共焦点関係にあり、37光源からの入射光と試料35からの戻り光は共に、ピンホ−ル24を通過するため、共焦点効果による高い分解能を得られると共に、試料35からの戻り光は、集光ディスク23を通過しないため、ピンホ−ル（図６(b)参照）24の径によって得られる共焦点の分解能を保持でき、集光ディスク23に形成されたマイクロレンズ22が、マイクロゾ−ンプレ−トのように、通過に伴う光量が減少するものであっても、戻り光は全光量を受光することができる。

特開平０４−３３０４１２号公報 特開平０５−６０９８０号公報 特開平０５−１２７０９０号公報

ところで、上述の従来技術においては、マイクロレンズが単純な一枚の単レンズであるため、各種の収差が生じ、励起光をピンホール上に一点に収束させるのが困難で、そのため、励起効率が低下してしまい画像の解像度が低下するという課題があった。

特に、単レンズでは色収差が大きく、例えば、励起波長４０５ｎｍから６４０ｎｍの範囲では、色収差が数百μｍ生じてしまう。このことは波長によって、試料の励起部位が異なってくる不具合が生じるという課題があった。

図７はマイクロレンズ付きピンホールアレイディスクユニットの要部断面図(a)および一部拡大図(b)である。集光ディスク23上のマイクロレンズが単レンズであるために、図７(b)に示すように波長λ1に併せて焦点距離を設計した場合の集光例ｓ1と、異なる波長λ2を入射した場合の集光例ｓ2では光軸方向の集光位置が異なっていることが分かる。

従って本発明は、マイクロレンズアレイディスク上のマイクロレンズをダブレットタイプとすることにより、波長の異なる複数の光を入射したときの収差を改善した共焦点スキャナを提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の共焦点スキャナにおいては、
複数のマイクロレンズが形成された集光ディスクと、複数のピンホ−ルが形成されたピンホ−ルアレイディスクと、前記集光ディスクとピンホ−ルアレイディスクとを前記複数のマイクロレンズの焦点位置に前記ピンホ−ルがそれぞれ配置されるように連結する連結部材と、この連結部材に連結された前記集光ディスクと、ピンホ−ルアレイディスクを一定速度で回転させる回転手段と、前記ピンホ−ル基板の集光ディスクとピンホ−ルアレイディスクとの間に設置された分岐光学系と、前記試料からの戻り光が、前記ピンホ−ルアレイディスクを通った後、前記分岐光学系により、前記集光ディスクを介して入射された前記照射光の光軸方向と直角方向にその光路を曲げられて出射するようにした共焦点スキャナにおいて、
前記マイクロレンズとして複数の波長の焦点を一致させるように構成したダブレットタイプのマイクロレンズを用いたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の共焦点スキャナにおいて、
前記ダブレットタイプのマイクロレンズは、２枚の集光ディスクを所定の間隔で配置したことを特徴とする。

請求項３においては、請求項１または２に記載の共焦点スキャナにおいて、
前記２枚の集光ディスクは接着によリ積層したことを特徴とする。

請求項４においては、請求項２または３に記載の共焦点スキャナにおいて、
前記２枚の集光ディスクは異なる材料で作製した集光ディスクを用いたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１乃至４によれば、
２枚の集光ディスクを所定の間隔で配置して、複数の波長の焦点を一致させるように構成することにより、異なる波長の励起光の色収差を小さくした。このことによって、励起効率の向上、波長ごとの励起位置のずれの減少、画質の向上を実現することができる。

本発明の共焦点スキャナに用いるダブレットタイプマイクロレンズアレイディスクの実施形態の一例を示す要部構成図である。 ダブレットタイプマイクロレンズアレイディスクを用いた場合の光収差の改善例を示す光路図である。 ダブレットタイプマイクロレンズアレイディスクを用いた共焦点スキャナの要部構成図である。 ダブレットタイプマイクロレンズアレイディスクの他の実施例を示す構成図である。 従来の共焦点スキャナの一例を示す図である。 集光ディスクとピンホールアレイディスクのマイクロレンズとピンホールの位置関係を示す図である。 従来のマイクロレンズ付きピンホールアレイディスクユニットの要部断面図(a)および一部拡大図(b)である。

図１は本発明のダブレットタイプのマイクロレンズアレイディスクを示す斜視図(a)、(a)図のA−A断面図である。
これらの図に示すように、複数の集光手段であるマイクロレンズ22ａを有する集光ディスクと、複数の集光手段であるマイクロレンズ22ｂを有する集光ディスクを連結手段（接着など）38で、光学設計に従った所定の間隔で一体化し、マイクロレンズ22ａとマイクロレンズ22ｂが対になって、ダブレットタイプマイクロディスクアレイ（以下、ダブレットディスクという）40を形成する。

その場合、2枚の集光ディスク上のマイクロレンズの配置パターンは同じとする。
集光ディスク23ａと23ｂの製作方法は従来と同様であり、連結手段41は接着などでよい。
一般的には、ダブレットディスク40を作製するに際しては、2枚のレンズの材質の屈折率や分散に一定の差をつける。本発明では、そのような原理に沿って、集光ディスク23aと23bをそれぞれ異なる材質で作製する。

図2(a,b)は本発明のダブレットタイプマイクロレンズアレイディスクを用いた場合の光収差が改善された状態を示す光路図である。
図2に示すようにダブレットタイプのマイクロレンズを用いることにより、波長λ1の集光例ｓ1と波長λ2の集光例ｓ2の差が少なくなり、特に色収差を小さく抑えることが出来、たとえば、４０５ｎｍから６４０ｎｍまでの励起光は、いずれも効率よくピンホールを通ることことを確認した。

図3は本発明を共焦点スキャナに使用した場合の構成を示す。図5に示す共焦点スキャナとは集光ディスクの構成のみが異なっている。
予め顕微鏡（図示せず）にセットした試料に対して、光源37からダブレットディスク40とピンホールアレイてディスク25が連結部材27により連結された集光手段付きピンホールアレイディスクユニット42を介して励起光束で励起すると、試料（図示せず）から蛍光信号Kを発する。この蛍光信号Kは顕微鏡光学系（図示しない対物レンズなど）で捕らえられ、ピンホールアレイディスク25のピンホール面に像を結ぶ。そして、ピンホ−ルアレイディスク25を通過した蛍光信号が共焦点画像となり、分岐手段（例えばダイクロイックミラー）29によって反射され、撮像手段（カメラ、リレーレンズなど、図示せず）に像を結ぶ。

本発明の要点は次のようなものとなる。
励起光の利用効率を高めるため、ダブレットディスク40を用いる。
励起光は様々な波長を持っている。これらの波長の異なる励起光がマイクロレンズを透過した際、波長によって結像する位置が異なる。すなわち色収差が発生する。
マイクロレンズの色収差を小さくし、波長による集光スポットのずれをなくすため、図1(a,b)に示すダブレットタイプを使用する。

ダブレットディスクにあるマイクロレンズの面内配置と、ピンホールアレイディスク25にあるピンホールの配置は同じで、この両者を連結部材27で連結し、集光手段付きピンホールアレイディスクユニット42を構成する。
さらに、この集光手段付きピンホールアレイディスクユニット42を回転手段36に取り付け、共焦点スキャナを構成する。そして、回転手段を回転させることによって、ピンホールから出る励起光を試料に当て、走査する。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば本実施例では、集光ディスクを接着などにより2枚貼り付けた例について説明したが2枚以上を接着してもよく、接着に限らず圧着でもよい。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

20 共焦点スキャナ
21 ガラス基板
22 マイクロレンズ
23，40 集光ディスク
24 ピンホール
25 ピンホールアレイディスク
27 連結部材
28 ピンホール基板
29 分岐手段
30 基板
31 対物レンズ
33 集光レンズ
34 カメラ
35 試料
36 回転手段
37 光源
41 連結手段

Claims (4)

1. 複数のマイクロレンズが形成された集光ディスクと、複数のピンホ−ルが形成されたピンホ−ルアレイディスクと、前記集光ディスクとピンホ−ルアレイディスクとを前記複数のマイクロレンズの焦点位置に前記ピンホ−ルがそれぞれ配置されるように連結する連結部材と、この連結部材に連結された前記集光ディスクと、ピンホ−ルアレイディスクを一定速度で回転させる回転手段と、前記ピンホ−ル基板の集光ディスクとピンホ−ルアレイディスクとの間に設置された分岐光学系と、前記試料からの戻り光が、前記ピンホ−ルアレイディスクを通った後、前記分岐光学系により、前記集光ディスクを介して入射された前記照射光の光軸方向と直角方向にその光路を曲げられて出射するようにした共焦点スキャナにおいて、
   前記マイクロレンズとして複数の波長の焦点を一致させるように構成したダブレットタイプのマイクロレンズを用いたことを特徴とする共焦点スキャナ。
2. 前記ダブレットタイプのマイクロレンズは、２枚の集光ディスクを所定の間隔で配置したことを特徴とする請求項１に記載の共焦点スキャナ。
3. 前記２枚の集光ディスクは接着によリ積層したことを特徴とする請求項１または２に記載の共焦点スキャナ。
4. 前記２枚の集光ディスクは異なる材料で作製した集光ディスクを用いたことを特徴とする請求項２または３に記載の共焦点スキャナ。

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