JPH03125108A

JPH03125108A - 共焦点走査型顕微鏡

Info

Publication number: JPH03125108A
Application number: JP26343289A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Onishi; 大西　昌寛
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-05-28

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）本発明は共焦点走査型顕微鏡、特に詳細には光点の走査
機構が改良され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ルを配
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
構とから構成されるものである。なお特開昭１３２−２
１７２１８号、同８２−２１８９１８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）従来の共焦点走査型顕微鏡においては、上記走査機構と
して、 ■試料台を２次元的に移動させる機構、あるいは■照明
光ビームを光偏向器によって２次元的に偏向させる機構
が用いられていた。

しかし■の機構を採用した場合には、高速走査を行なう
と試料が飛んでしまうという問題が生じていた。顕微鏡
で観察される試料としては生物試料も多く、この生物試
料を観察する際に高速走査が不可能であると、試料像を
撮′像できるまでの間に試料が死んでしまうという不具
合も起こり得る。

また、このような生物試料に限らなくても、はぼリアル
タイムで試料像を撮像したいという要求は広く存在する
ものであり、高速走査が不可能であれば、当然、このよ
うな要求に応えることができない。

一方、■の機構によれば十分高速の走査が可能であるが
、この機構においては、ガルバノメータミラーやＡＯＤ
　（音響光学光偏向器）等の高価な光偏向器が必要であ
るという難点が有る。またこの■の機構においては、照
明光ビームを光偏向器で振るようにしているから、送光
光学系の対物レンズにはこの光ビームが刻々異なる角度
で入射することになり、それによる収差を補正するため
に対物レンズの設計が困難になるという問題も認められ
ている。特にＡＯＤを使用した場合には、対物レンズ以
外にもＡＯＤから射出した光束に非点収差が生ずるため
特殊な補正レンズが必要となり、光学系をより複雑なも
のとしている。

そこで本発明は、高速走査が可能で、その一方、構成が
簡単で安価に形成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。

（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次元走査機構とを備えた共焦点走査型顕微鏡において
、上記送光光学系と受光光学系とを一体的に保持して、
試料台の試料載置面と平行な面内で回転可能とされた回
転部材と、この回転部材を回転させて、上記光点を試料上において
円弧軌跡を描くように主走査させる駆動手段と、上記回転部材と試料台とを、上記円弧の両端を結ぶ弦と
ほぼ直交する方向に、主走査速度よりも低い速度で相対
移動させて、上記光点を試料上において副走査させる副
走査手段とによって走査機構を構成したことを特徴とす
るものである。

なお上述の副走査手段は、回転部材を移動させるもので
あってもよいし、それとは反対に、試料台を移動させる
ものであってもよい。副走査速度は比較的低速とするこ
とができるから、上記のように試料台を移動させても、
試料が飛んでしまうことを防止可能である。

上記の構成においては、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、該光学系の設
計は非常に容易となる。

（実　施　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の第１実施例による透過型の共焦点走
査型顕微鏡の要部を示す斜視図であり、また第２図はそ
の側面形状を示すものである。図示されるように、ＲＧ
Ｂ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。平行光であるこの照明光
１１はビームエキスパンダ１２でビーム径が拡大され、
ミラー１３で反射せしめられる。

一方、この反射した照明光１１の進行方向と平行にして
回転軸Ｉ４が配され、この回転軸１４には、互いに間隔
をおいて対面する２枚の円板１５、ＩＢが固定されてい
る。これらの円板１５、ｔｅは、回転軸１４がプーリ１
７、ベルト１８、プーリ１９を介してモータ２０によっ
て回転されることにより、第１図中の矢印Ｒ方向に回転
される。また円板１５の中心部には、４つの反射面２１
Ａ、　２１Ｂ、　２１Ｇ、　２１Ｄを有すル四角錐ミラ
ー２１が固定されている。上述したミラーＩ３は、これ
らの反射面２１Ａ〜２１Ｄのうちの１つに照明光１１を
入射させるように配置されている。そして円板１５には
、上記４つの反射面２１Ａ、　２１Ｂ。

２ＩＣ，２１Ｄの各々を臨むようにして４つのミラー２
３Ａ、　２３Ｂ、　２３Ｃ，２３Ｄが固定されるととも
に、これらのミラー２３Ａ、　２３Ｂ、　２３Ｃ，２３
Ｄの各々を臨む状態テ４　ツ（７）対物レンズ２４Ａ、
２４Ｂ、２４Ｃ。

２４Ｄが固定されている。これらの対物レンズ２４Ａ〜
２４Ｄは、光軸を上記回転軸１４と平行にして固定され
ている。

他方の円板１６には、以上述べた四角錐ミラー２１、ミ
ラー２３Ａ〜２３Ｄ１対物レンズ２４Ａ〜２４Ｄとそれ
ぞれ全く同等の四角錐ミラー４１．４つのミラー４３Ａ
、４３Ｂ、４３Ｃ，４３Ｄ、４つの対物レンズ４４Ａ１
４４Ｂ、４４Ｃ，４４Ｄが固定されている。なお第２図
においてはそれらのうち、ミラー４３Ｂ、４３Ｄと、対
物レンズ４４Ｂ、４４Ｄとを省略しである。対物レンズ
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ，４４Ｄはそれぞれ、対物レン
ズ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ，２４Ｄと光軸を一致させて
配設されている。そして円板１６の下方には、上記四角
錐ミラー４１の側を向く状態で、前記ミラー１３と同等
のミラー４５が配されている。

上記２枚の円板１５．１Ｂの間には、試料載置面２２ａ
がこれらの円板１５．１８と平行（つまり回転軸１４に
対して垂直）となる状態にして、試料台２２が配されて
いる。この試料台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３Ｂ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。

以下、第２図に示されるように、四角錐ミラー２１の反
射面２ｆＡに照明光１１が入射した場合を例にとって、
この照明光１１の光路を説明する。照明光１１は反射面
２１Ａで反射すると、ミラー２３Ａに入射してそこで反
射し、次に対物レンズ２４Ａによって集光されて、試料
台２２に載置された試料５ｏ上で（表面あるいは内部で
）微小な光点Ｐに結像する。

試料５０を透過した透過光１１’　の光束は、対物レン
ズ４４Ａによって平行光とされ、次にミラー４３Ａ１四
角錐ミラー４１の反射面４１Ａ、　ミラー４５で次々と
反射する。この透過光１１°はダイクロイックミラー２
６に入射し、′その青色光１１Ｂのみがそこで反射する
。該青色光１１Ｂは集光レンズ５１で集光され、ピンホ
ール板５２を介して第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は集
光レンズ５３で集光され、ピンホール板５４を介して第
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１１Ｒ）はミラー３０において反射して集光
レンズ５５で集光され、ピンホール板５Ｂを介して第３
光検出器３１によって検出される。なお上記光検出器２
７．２９．３１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５０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、Ｓ
Ｒが出力される。

以上の説明から明らかな通り本実施例においては、ミラ
ー１３、四角錐ミラー２１．ミラー２３Ａ〜２３Ｄおよ
び対物レンズ２４Ａ〜２４Ｄから送光光学系が構成され
、一方、対物レンズ４４Ａ〜４４Ｄ、　ミラー４３Ａ〜
４３Ｄ１四角錐ミラー４１およびミラー４５から受光光
学系が構成されている。

次に、照明光ｌｌの光点Ｐの２次元走査について説明す
る。モータ駆動回路５７によりモータ２０が駆動されて
円板１５．１６が回転されると、反射面２ＬＡが回転す
るので、対物レンズ２４Ａによって集光された光点Ｐは
、試料５０上を円弧を描くように主走査する。そしてこ
の光点Ｐが試料５０から外れる位置まで円板１５．１Ｂ
が回転すると、四角錐ミラー２１の別の反射面２１Ｂが
、そこに照明光１１が入射するようになる回転位置まで
達するので、今度はこの反射面２１Ｂで反射して対物レ
ンズ２４Ｂで集光された光点Ｐが、同じく試料５０上を
主走査する。以下同様にして、対物レンズ２４Ｃ，２４
Ｄ、２４Ａ・・・・・・で集光された光点Ｐが試料５０
上を次々と主走査する。

この主走査速度は、例えば２ｍ／ｓ程度とされる。

上記のようにして光点Ｐの主走査がなされるとともに前
記パルスモータ３７が駆動され、試料台２２は、試料５
０上の光点Ｐの円弧軌跡の両端を結ぶ弦に直角な矢印Ｙ
方向（回転軸１４から離れる方向）に移動される。それ
により、各対物レンズ２４Ａ１２４Ｂ、２４Ｃ，２４Ｄ
、２４Ａ・・・・・・で集光された光点Ｐの走査軌跡（
第１図にＸで示す）が少しずつずれるようになり、この
光点Ｐの副走査がなされる。

なおこの副走査速度は例えば２ｍｍ／ｓ程度と、前記主
走査速度よりも十分に低くされる。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５０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５Ｇ上を２次元的に走査
することにより、該試料５０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。

こうして得られた画像信号ＳＢ、ＳＧ、ＳＲは必要に応
じて、主走査ラインの湾曲を補正する変換処理を受ける
。

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４
０により、回転軸１４と平行な矢印Ｚ方向に移動される
。こうして２次元移動ステージ３５を２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、合
焦点面の情報のみが光検出器２７．２９．３１によって
検出される。そこで、これらの光検出器２７．２９．３
１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５０を２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。

なおモータ駆動回路３Ｂ＝　３９および５７には、図示
しない制御回路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、第３図を参照して本発明の第２実施例について説
明する。この第３図に示される実施例は、送光光学系が
受光光学系としても機能する反射型の共焦点走査型顕微
鏡である。なおこの第３図において第２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。

例えば対物レンズ２４Ａにより集光されて、試料５０の
表面で光点Ｐに結像した照明光１１は、そこで反射する
。この反射光１１”は、照明光１１と同じ光路を反対方
向に進み、四角錐ミラー２１とミラー１３との間に配さ
れたハーフミラ−７ｏによって、照明光１１の光路から
分離される。この反射光１１”の青色光１１Ｂ、緑色光
１１Ｇ、赤色光１１Ｒはそれぞれ、第１実施例の装置に
おけるのと全く同様にして、光検出器２７．２９．３１
によって検出される。また、光点Ｐの２次元走査も、第
１実施例の装置におけるのと全く同様にしてなされる。

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、照明光光源として軽量の半導体レーザ等が
用いられる場合は、その光源を円板１５に搭載しても構
わない。そうする場合は、各対物レンズ２４Ａ〜２４Ｄ
と同軸に揃えて、光源を４個搭載するのが好ましい。

また、上記のように照明光光源を円板１５に搭載する場
合も、あるいは前記実施例のように照明光光源を円板１
５の外に配置する場合も、照明光１１を試料５０上で結
像させる対物レンズは、１つだけ設けるようにしてもよ
い。しかし、この対物レンズを複数段ければ、各主走査
期間の間に長い待ち時間が生じないので、撮像時間の短
縮化の上でより有利である。

（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、送光光学系と受光光学系とを一体的に回転
部材に保持させ、この回転部材を回転させて光点の主走
査を行なうように構成したから、試料台を高速で移動さ
せる必要がなく、よって試料が飛んでしまうことを防止
可能で、また、高速走査も可能となる。

そして本発明の共焦点走査型顕微鏡においては、照明光
ビームが振られることがないから、光学系の設計が容易
となり、またガルバノメータミラーやＡＯＤ等の高価な
光偏向器が不要で簡単な構造となっているから、本装置
は従来の共焦点走査型顕微鏡に比べて安価に形成可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれは、本発明の第１実施例によ
る共焦点走査型顕微鏡を示す斜視図と、一部破断側面図
、第３図は、本発明の第２実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す一部破断側面図である。１０・・・ＲＧＢレーザ　　　１１・・・照明光１１°
・・・透過光　　　　　１１″・・・反射光１３．２３
Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ，２３Ｄ。３０．４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ，４３Ｄ、４５・・・ミ
ラー１４・・・回転軸　　　　　　１５．１６・・・円
板１７．１９・・・プーリ　　　　１８・・・ベルト２
０．３７．４０・・・モータ２１、４１・・・四角錐ミラー　２２川試料台２４Ａ、
２４Ｂ、２４Ｃ，２４Ｄ。４４Ａ、　４４Ｂ、　４４Ｃ，４４Ｄ・・・対物レンズ
２Ｂ、２８・・・グイクロイックミラー２７．２９．３
１川光検出器　３５・・・２次元移動ステージ３Ｇ、３
９．５７・・・モータ駆動回路３８・・・マイクロメー
タ　　５ｏ・・・試料５１．５３．５５・・・集光レン
ズ５２．５４．５８・・・ピンホール板　７ｏ・・・ハー
フミラ−第１図

Claims

【特許請求の範囲】試料が載置される試料台と、照明光を発する光源と、前記試料台の試料載置面と平行な面内で回転可能な回転
部材と、この回転部材に保持され、前記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、前記回転部材を回転させて、前記光点を試料上において
円弧軌跡を描くように主走査させる駆動手段と、前記回転部材に保持され、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、前記回転部材と試料台とを、前記円弧の両端を結ぶ弦と
ほぼ直交する方向に、前記主走査の速度よりも低い速度
で相対移動させて、前記光点を前記試料上において副走
査させる副走査手段とからなる共焦点走査型顕微鏡。