JPH02207212A - コヒーレント光走査型光学顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走査型光学顕微鏡装置に関する。特に、音響
光学偏向素子（以下ＡＯＤと称する）とガルバノミラ−
偏向素子（以下ＧＭＤと称する）を用いて２次元的に走
査するコヒーレンｉ・光走査型光学顕微鏡の改良型装置
に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］ＡＯ
ＤをＸ走査に用いて高速に画像を得る方式について、そ
の利点、欠点が種々報告されている。例λは、鈴木氏ら
の“レーザ研究”第１５巻第８号　６３６〜６４６頁（
昭和６２年８月）等を参照４−る。

異方ブラッグ回折を用いたＡＯＤが偏向角、効率の点か
ら主として用いられているが、その分散性の大きさに起
因する欠点が多い。特に、螢光像による観察の点に問題
がある。その解決法として、例えば、レーザチックによ
る特開昭６１−７２２１４の提案がある。いＶれもＡ、
　ＯＤの偏向方向（Ｘ方向）に延びた開口を有し、それ
に垂直なＹ方向の情報を制限するり５式である。これら
は、試料のＹ方向の情報に関しては、フｊンフ才一カル
であるが、Ｘ方向に関しては、高次リング成分を取り込
んでしまい、理想的なフッ２フ才−カルなシステ１１と
は言えない。

本発明は、Ｊ１記の問題点を解決するために為されたも
の、Ｘ線走査方向に延びた開（−１に相当する窓を介し
て受光する従来方式を改善して、理想的な　′−１ンフ
λ−カル（共焦点）方式を可能シる走査型光学顕微鏡を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、Ｌ記の技術的な課題の解決のために、コし一
しント光源からの光を、音響光学偏向素子により高速に
Ｘ方向に、及びガルバノミラ偏向素子・により低速にＹ
方向に対物レンズを介して試料上を２次元的に走査し、
その試料からの戻り光又は透過光を受けて映像信号とす
る受光素子を有する走査型光学顕微鏡装置において、前
記受光素ｒ−は、Ｘ　’ｊｊ向に配列され、該試料」二
のＸ方向の走査点と共役なピクセル配置をなす光電変換
素子アレイであること；該光電変換素子アレイの各ピク
セルに対応する試料上の走査点の情報のみを得るように
該対応アレイを駆動する駆動手段を有することを特徴と
する走査型光学顕微鏡装置を提供する。そして、前記駆
動手段は、駆動制御手段、該制御手段によって制御され
るシフトレジスク、該シフトレシスクにより開閉が制御
される１対のアナログスウィッチを有するものが好適で
ある。

次に、本発明による走査型光学顕微鏡を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定される
ものではない。

［実施例］ 第１図は、本発明の走査型光学顕微鏡の光学配置例を示
す模式図である。

第２図ａは、本発明の走査型光学顕微鏡に用いる光学変
換素子アレイの模式図である。第２図すは、第２図ａの
アレイの電気的な動作を示す図である。

第１図の光学配置図において、１はレーザ光発光装置で
あり、２．３は、ビームエクスパンダ４はＡＯＤ装置で
あり、異方ブラッグ回折を用いたものである。レーザ光
発光装置１からのレザビー１、は、ＡＯＤ装置４での偏
向方向に偏光している。ＡＯＤ装置４でＸ方向に偏向を
受けると、偏光面は９０″回転し、シリンダーレンズ５
を経て、ＰＢＳ装置６に入る。ＰＢＳ装置６への入射光
は、Ｓ偏光であり、ＰＢＳ装置ξ６にて反射され、瞳伝
達光学系７．８を経て、Ｙ　’Ｊ５向の走査のためのガ
ルバノミラ−装置９に入射する。

この光学系の１〜６の光軸は、実際は紙面に垂直方向で
あるが、描画の都合上、同−紙面内に描いである。そし
て、ミラー９でＹ　ｌｊ向に偏向を受（す、１／４λの
板１０を経て、結像レンズ１１により、対物レンズ１２
が作る試料像のＲ；像点Ｆに集束される。その集束ビー
１１は、対物レンズ１２により試料１３のににスポット
を形成する。そのスボッ１、は、ＡＯＤ装置４により、
高速にＸ方向に、又は、ＧＭＤ装置９番こより低速でＹ
方向に走査され、２次元的な走査形式が形成される。

よた結像レンズ１１は、ガルバノミラ−９の反射面像を
対物レンズエ２の入射瞳位置に形成する配置にな−）で
いる。

試料１３はブリスム３１、接眼レンズ３２を介して肉眼
３３にて、目視観測され得るが、ビーム走査中は光路外
に退避許せられている。

さて、試料１３に入射した光ビー１１は、反射、散乱し
たり、若しくは螢光を誘起する。これらの光は、同一・
経路を経てＰＢＳ装Ｒ６に戻る。λ／４板１０の作用に
よ−って、その戻り光は、偏向面が９０°回転されてお
り、Ｐ波として、ＰＢＳ装置６を通過り゛る。その透過
光は、レンズ１４で集光され、光電変換素子アレイであ
る検出器１５に集束さＵ゛られる。該検出器１５の前面
には必要に応じてＸ方向に開口を有するスリット３４が
配置される。検出器１５上では、ＡＯＤ装置４の走査に
応して、Ｘ方向に戻り光は走査詐れるが、アレイ配列方
向は、紙面に垂直な方向となる。検出器１５は、同期制
御器１６から構成されるＸ、Ｙ方向同期信号のうち、Ｘ
方向同期信号と、同期し、Ｘ方向走査速度に応じたクロ
ック信号（第２図すの２６参照）を発生ずる。そして、
後述するゲト制御信号（第２図すの２７参照）を作ると
ころの駆動制御回路１７により、Ｘ方向走査速度に応し
て、試料上の走査点と、受光ピクセルとは、共役な様式
で読み出される。読み出された信号（第２図すの２９参
照）は、画像メモリ及び画像処理手段１８により、画像
操作を受け、表示手段１９の上に表示される。また、同
期制御器１６は、ＡＯＤ駆動回路２０を介して、ＡＯＤ
装置４を駆動する。他に、図面に示していないが、ＧＭ
Ｄ装置９を同期制御する。

戻り光は、レンズ８とＧＭＤ装置９との間からＰＢＳ装
置６により取り出寸こともできる。又は、透過光により
像を作る場合には、コレクターレンズ及びミラー系によ
り、ＧＭＤ装置９に透過光を戻すようにすると、２種の
Ｙ偏向ミラーの同期の問題がない。

このような構成により、試料」−に光走査を行なうこと
により画像が形成されるが、光電変換素子アレイ１５を
用いて、コンフォーカルを実現する手段について、第２
図ａ、ｂにより、説明する。

第２図ａは、光電変換素子アレイの一部の模式図で、視
野に相当するピクセル数が一次元に配列されているもの
の一部を示すものである。

図中で、２０−ａ、ｂ、ｃ、ｄは、光電変換素子である
ホトダイオードであり、各々は電気的、光学的独立して
いるものである。また、そのホトダイオード２０−ａ、
ｂ、ｃ、ｄの受光部面積は、レンズ１４にて集束される
スポット径程度のものである。そのスポット径は、レン
ズ１４の焦点距離に応して、変わり、上述のスポット径
を適切に選択でさる。また、必要に応して、検出器１５
の直前に、各ピクセルに対応した開１」を有する絞り３
４を、レンズ１４の焦点位置においで、その開口を介し
て、受光するとともできる。また、そのポ１〜ダイオー
ド２０−ａ、ｂ、ｃ、ｄは、各々のアノード又はカソー
ドが基板に共通しで接読され、他端カソード又はアノー
ドが外部接続される。外部は各ピクセル毎に独立した２
種のアナログスウィッチ２１−ａ、ｂ、ｃ、ｄ及び２２
ａ、ｂ、ｃ、ｄに各々共通接続される。そのアナログス
ウィッチ２１．２２を経た後は、各ピクセル信号線は、
共通接続きれ、スウィッチ２１を経たものは、増幅器２
３を介して、信号として外部に出力される。また、スウ
ィッチ２２を経たものは、共通基板に接続され、光電変
換素子２ｏを短絡する。２４は、アナ［Ｉゲスウィッチ
２１の、又２５は、アナログスウィッチ２２の開閉を制
御する信号を出力する各々シフトレジスターである。そ
のシフトレジスター２４．２５は、駆動制御回路１７か
ら入力詐れる１、０の信号を、該制御回路１７から送ら
れるクロック２６（第２図す参照）によって、Ｘ方向走
査に対応して、伝送し、アナログスウィッチ２１．２２
を制御する。

このように、本発明に用いる駆動手段は、１７２１．２
２．２４及び２５により構成される。

第２図すは、動作のタイミングを示すものであるが、２
６は、シフトレジスター２４．２５のための駆動りｒ１
ツクである。そのりＵツクの１周期が、受光部２０の１
ピクセルに対応する。きて、コンフォーカル系でのスポ
ット像は、考えているコヒーレント系においては、曲線
３ｏに示すように中央のピーク３０−ａの他にそれを取
り巻く、高次リング３０−ｂが生しる。中央のビーク３
゜ａのみを取り出せれば、高い分解能の画像になるが、
３０−ｂの高次リングをも受光すれば、インーｒヒーレ
ント系となり、通常の光学顕微鏡と差異がなくなる。Ｙ
方向は、受光部２ｏにより制限されるために、：１ンフ
Ａ−カルとなるが、Ｘ方向については、従来方法では、
３０−ｂの高次リング光を受光してしまうため共焦点に
なり得ながった。

即ち、信号を取り出すスウィッチ２１、及び受光部のホ
トダイオード２０を短絡するスウィッチ２２とを、シフ
トレジスタ２４．２５によって各々ゲート制御信号２７
．２８に示ずような信号を送り、１ピクセルづつ試料に
の走査点に対応許せて、信号を取り出せば、Ｘ方向の共
焦点系も実現され得る。

アナログスウィッチ２１及び２２は、正［１］の制御に
より閉となるスウィッチとして説明される。ここで、試
料上の走査点が、今、２０−ｂに対応しているとし、説
明する。その試料上の走査点と受光部ピクセル２０−ｂ
とは、共役な関係にあり、受光部の他のピクセル２Ｏ−
ａＸ　Ｃ，ｄ（７）他のものとは共役でないことになる
。このとさ、シフ１〜レジスター２４により、送られる
正パルスがアナログスウィッチ２１−ｂのみを閉として
、２０−ｂの光電変換信号を、増幅器２３を介して外部
に取り出す。このとき、スウィッチ２２−ｂは、シフト
レジスタ２５により送られる負のパルス２８により、開
となっている。２０−ｂ以外のピクセルに対応するアナ
ログスウィッチのうち、２１−ａ、ｃ、ｄその他のもの
は開であり、２２ａ、ｃ、ｄ等は閉となっている。２０
−ｂに中心のあるスポットが有する高次リング光は、周
囲の光電変換素子２０−ａ、ｃ、ｄその他に、入射され
るが、その光電変換素子群は、アナログスウィッチ２２
−ａ、ｃ、ｄ等により、各々短絡されているため、また
、２１−ａ、、、ｃ、ｄ等により、外部とは、絶縁され
ているために、外部への信号には寄与せず、また、光電
変換部での蓄積効果も生じないために、コンフォーカル
相当の２９の実線で示されるような検出信号が得られる
。２９の点線は、他の各ピクセルの信号を示す。

これに対しで、従来の蓄積型のＰＳＣＤ或いはＣＣＤ等
を用いる場合には、受光部とその開口を、１対１に対応
させた液晶或いは電気光学効果を用いたントツクーアレ
イを、集光レンズ１４の焦点面に配置しで、Ｘ走査に同
期して、シャッタを開くように構成すると、同様な効果
を得ることができる。

ビーム走査によって得られ、前記アレイ及び回路によっ
て外部に出力された信号は、画像処理装置１８で処理変
換及び蓄積きれた後に、画像表示装置１９に表示される
。表示装置１９上には、そのビーム走査画像が表示され
る。その画像はビデオブリンク−のような記録手段によ
りハードコピ化される得る。

［発明の効果］ 本発明による走査型光学顕微鏡により、次のような顕著
な技術的効果が得られた。

用いた光電変換素子の各ピクセルが試料」二のＸ走査線
上の各走査点に対応し、対応した走査点外からの光は、
光電変換部を短絡し、対応した走査点時のみの光電変換
部を、外部回路に接続して、その情報を取り出すことに
より、Ｘ方向は熱論、Ｘ方向にも各ピクセルがピンホー
ルとして働き、理想的なコンフォーカル系に構成できる
、すぐれた走査型光学顕微鏡を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の走査型光学顕微鏡の光学配置を示す
模式図である。 第２図ａ、ｂは、本発明の走査型光学顕微鏡に用いる光
電変換素子アレイの模式図とそれによる電気的動作を示
Ｖタイミングチャートである。 ［主要部分の符号の説明］ １　、、、、、、、、レーザ光源装置 ４　、、、、、、、異方ノシッグ回折を用いたＡＯＤ６
　、、、、、、、、　Ｐ　Ｂ　Ｓ ９　、、、、、、、、　Ｇ　Ｍ　Ｄ ｌ　５　、、、、、、、、光学変換素子アレイ（検出器
）１、７．、、、、、、、駆動制御回路 １８　、、、、、、、、画像処理手段 ２０−ａ、ｂ、ｃ、ｄ、、、、、、、、光電変換素子ア
レイの受光部の一部であるホトダイオード２１−ａ、ｂ
、ｃ、ｄ、、、、、、、信号を取り出すアナ［１ゲスウ
イツチ ２２−　ａ、ｂ、ｃ、ｄ、、、、、、　　光電変換素子
を短７チ 増幅回路 シフトレジスタ クロック信号 ９４．　　　タイミング信号 １．検出信号 、対物レンズ１ 絡するスウィ ２３　、、、、、、。 ２４．２５ ２６、、、、、． ２７．２８ ２９　、。 Ｆ、、、、、。 １の試料像点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光源からの光を、音響光学偏向素子
   により高速にＸ方向に、そしてガルバノミラー偏向素子
   により低速にＹ方向に対物レンズを介して試料上を２次
   元的に走査し、その試料からの戻り光又は透過光を受け
   て映像信号とする受光素子を有するコヒーレント光走査
   型光学顕微鏡装置において、 前記受光素子は、Ｘ方向に配列され、該試料上のＸ方向
   の走査点と共役なピクセル配置をなす光電変換素子アレ
   イであること； 該光電変換素子アレイの各ピクセルに対応する試料上の
   走査点の情報のみを得るように該対応アレイを駆動する
   駆動手段を有することを特徴とするコヒーレント光走査
   型光学顕微鏡装置。
2. （２）前記駆動手段は、駆動制御手段、該駆動制御手段
   によって制御されるシフトレジスタ、該シフトレジスタ
   により開閉制御される１対のアナログスウィッチを更に
   有することを特徴とする請求項第１項に記載のコヒーレ
   ント光走査型光学顕微鏡。