JPH03132612A - 共焦点走査型透過顕微鏡 - 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） 本発明は共焦点走査型顕微鏡、特に詳細には試料を透過
した光を検出する透過型の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、 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、 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主、副走査させる走査機構と
から構成されるものである。また、通常上記光検出器の
前には、点像のハローや試料における散乱光をカットす
るためのピンホール板が設けられる。

この共焦点走査型顕微鏡には、試料で反射した光を検出
する反射型のものと、試料を透過した光を検出する透過
型のものがある。なお特開昭６２−２０９５１０号およ
び同６３−３０８４１４号公報には、この透過型の共焦
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。

一方、■の機構によれば十分高速の走査が可能であるが
、この機構を前述した透過型の共焦点走査型顕微鏡に適
用する場合は、別の問題が生じる。

すなわちその場合は照明光が振られるため、試料を透過
した光束の結像位置もそれに応じて変化するので、光検
出器を照明光の偏向と同期させて走査させる必要が生じ
る。あるいは、光検出器を固定とする場合は、試料透過
光を照明光走査と同期を取って偏向させる手段が必要と
なる。このような光検出器の走査機構、あるいは試料透
過光の偏向手段を設けると、共焦点走査型顕微鏡の構造
は非常に複雑化する。

このような事情に鑑み、例えば前記特開昭６２−２０９
５１０号公報にも示されるように、照明光を偏向させる
振動ミラーの裏面をも反射面とし、試料を透過した光束
をこの裏面まで導いて、照明光偏向と相殺されるように
反射偏向させ、それにより光検出器の走査を不要にする
提案もなされている。

しかしながらこのような機構においては、試料を透過し
た光束を振動ミラー裏面に導くために数多くのミラー等
が必要になるので、光学系が非常に複雑化し、その組立
、調整が非常に困難となる。

また上記■の機構を採用した場合は、照明光偏向手段と
試料透過光偏向手段の特性を完全に揃えることが難しく
、そのために、試料透過光を正しく検出することが不可
能になることもある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、光検出器を走査させたりあるいは試料透過光を偏向さ
せる必要がなく、しかも光学系の構成が簡単な、透過型
の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）本発明による第
１の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、
試料上に結像された照明光光点の主、副走査機構とを備
えた透過型の共焦点走査型顕微鏡において、 ２次元的に配列された複数の微小な光シャッターを有し
、上記受光光学系による点像の結像面に配されたシャッ
ターアレイと、 上記光点の主、副走査と同期を取って、上記点像の結像
位置にある光シャッターを順次１つずつ開状態にするシ
ャッターアレイ駆動回路とを設け、光検出器としては、
上記シャッターアレイの全面に対面する受光面を有する
ものを用いて、該光検出器により、開状態とされた光シ
ャッターを介して上記点像を検出するようにし、 そしてこの光検出器の出力を、上記光点の主、副走査と
同期を取って画素分割する回路を設けたことを特徴とす
るものである。

上記の構成においては、開状態とされる光シャッターが
順次移動することにより、光検出器の受光面前で前述の
ピンホール板を走査させるのと同じ作用が得られる。つ
まり、光検出器として面検出器を用いていながら、点検
出器を照明光の走査に応じて走査させるのと同じ作用が
得られる。しかしこの場合は、点検出器を走査させる場
合に必要である複雑な機械的走査機構は不要である。

また上記の構成においては、試料透過光を照明光光点の
走査と同期を取って偏向させることも不要であるから、
試料透過光の受光光学系は基本的には対物レンズ１枚で
構成可能で、非常に簡素化されうる。

一方本発明による第２の共焦点走査型顕微鏡は、第１の
共焦点走査型顕微鏡と同様の試料台と、光源と、送光光
学系と、受光光学系と、光検出器と、試料上に結像され
た照明光光点の主、副走査機構とを備えた透過型の共焦
点走査型顕微鏡において、上記主走査の方向に延びて、
副走査の方向に配列された複数のライン状の光シャッタ
ーを有し、上記受光光学系による点像の結像面に配され
たシャッターアレイと、 上記光点の副走査と同期を取って、上記点像の結像位置
にある光シャッターを順次〕っずつ開状態にするシャッ
ターアレイ駆動回路とを設け、光検出器としては、主、
副走査方向に配列された複数の微小受光素子を有するエ
リアセンサを用いて、該光検出器により、開状態とされ
た光シャッターを介して上記点像を検出するようにした
ことを特徴とするものである。

上記構成の第２の共焦点走査型顕微鏡においては、光シ
ャッターを通すことにより点像のハローや試料における
散乱光をカットする作用は、副走査方向についてのみ得
られる。しがしそれでも、この光シャッターを全く設け
ない場合と比べると、その場合は上記ハローや散乱光が
２次元的に各受光素子に入射してしまうのに対し、この
場合はそれらが１次元的（主走査方向）にしが各受光素
子に入射しないので、解像力は顕著に向上する。

なお、上記第１および第２の共焦点走査型顕微鏡におい
ては、光点走査機構を構成する光偏向器の特性バラツキ
等に起因して、各装置毎にあるいは同一装置において経
時に伴なって、光点の走査ムラが生じることがあるが、
それに応じてシャッターアレイの駆動特性を変えれば、
常に、点像の結像位置にある光シャッターを開状態に設
定することができる。

本発明においては、上記光シャッターとして液晶シャッ
ター、ＰＬＺＴシャッター等を用いることができる。

（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
査型顕微鏡を示すものである。図示されるようにレーザ
光源１０から射出された平行光であるレーザビーム（照
明光）■１は、ビームエキスパンダ１２によりビーム径
が拡大されて、ＡＯＤ　（音響光学光偏向器）１４に入
射する。照明光１１はこのＡ　ＯＤ　１４により、紙面
とほぼ直交する向きに偏向され、収差補正のためのリレ
ーレンズ１５を通過して、振動ミラー１６に入射する。

振動ミラー１Ｂは図中矢印Ａ方向に揺動し、それにより
照明光１１は、上記偏向の方向とほぼ直交する方向に偏
向される。

偏向されたこの照明光１１は、リレーレンズ１７を通っ
て対物レンズ１８に入射し、該対物レンズ１８により、
試料２０上（表面あるいは内部）において微小な光点Ｐ
に結像される。なおこの試料２０が載置される試料台１
９は、上下移動機構２１により矢印Ｚ方向、すなわち対
物レンズ１Ｂの光軸方向に移動されるようになっている
。

試料２０を透過した透過光１１’　の光束は、対物レン
ズ２２によって点像Ｑに結像される。この点像Ｑが結像
される面には、液晶パネル２３が配設されている。この
液晶パネル２３は第２図図示のように、マトリクス状に
配された多数の微小液晶シャッター２３ａを有するもの
であり、液晶パネル駆動回路２４により、これらの液晶
シャッター２３ａのうちの１つを順次選択的に開状態と
するように駆動される。

液晶パネル２３の下方には、その全面に対向する受光面
２５ａを有する、例えば光電子増倍管等の光検出器２５
が配されている。上記点像Ｑを結んだ透過光１１’　は
、開状態とされた液晶シャッター２３ａを通過して受光
面２５ａに入射する。したかつてこの光検出器２５から
は、上記点像Ｑの明るさを示す信号Ｓが出力される。こ
のように微小な液晶シャッター２３ａを介して点像Ｑを
検出することにより、そのハローをカットし、また試料
２０における散乱光もカットすることができる。

先に述べた通り、試料２０を照射する照明光１１はＡ　
ＯＤ　１４によって偏向されているので、光点Ｐは試料
２０上をＸ方向に主走査し、それとともに照明光１１が
振動ミラー１６によって偏向されているので、光点Ｐは
試料２０上を上記主走査の方向とほぼ直交するＹ方向に
副走査する。

なお、ＡＯＤ１４の駆動回路３０と振動ミラー１６の駆
動回路３１には制御回路３２から同期信号が入力され、
それに基づいてＡ　ＯＤ　１４および振動ミラー１６の
駆動が制御されて、上記主走査と副走査の同期が取られ
る。まｔ；前述した液晶パネル２３は、第２図に示され
る通り、液晶シャッター２３ａが主走査方向（矢印Ｘ方
向）にｍ個並び、その列が副走査方向（矢印Ｙ方向）に
ｎ列並ぶように形成されている。

上述のようにして光点Ｐの２次元走査がなされると、点
像Ｑの結像位置はこの走査に応じて２次元的に移動する
。それに対応するため液晶パネル駆動回路２４は、制御
回路３２から入力される同期信号に基づき光点Ｐの主、
副走査と同期を取って、点像Ｑの結像位置にある液晶シ
ャッター２３ａを順次開状態とするように、液晶パネル
２３を駆動させる。つまり第２図で説明すれば、まず第
１列目のＸ方向に並ぶｍ個の液晶シャッター２３ａが順
次開状態とされ、次に第２列目のｍ個の液晶シャッター
２３ａが順次開状態とされ、以下同様にして第３．４・
・・・・・ｎ列目の各々ｍ個の液晶シャッター２３ａが
順次開状態とされる。こうすることにより光検出器２５
からは、試料２０の２次元像を担持する時系列の信号Ｓ
が出力される。この信号Ｓは、制御回路３２から同期信
号を受ける信号処理回路２Ｂにおいて、光点Ｐの主、副
走査と同期を取って（つまり開状態とされる液晶シャッ
ター２３ａの移動と同期を取って）所定周期毎に積分す
る等により、画素分割された信号Ｓｐとされる。

なお、ＡＯＤ１４と振動ミラー１６の特性バラツキ等に
起因して、各装置毎にあるいは同一装置において経時に
伴なって、光点Ｐの走査ムラが生じることがある。しか
しそのようになっても、その走査ムラに応じて、液晶パ
ネル駆動回路２４に入力される同期信号と、該回路２４
が開状態設定を指示する液晶シャッター２３ａのアドレ
スとの対応関係を変えれば、常に、点像Ｑの結像位置に
ある液晶シャッター２３ａを開状態に設定することがで
きる。

また本実施例においては試料台１９が、上下移動機構２
１により、主、副走査方向ＸＳＹと直交する矢印Ｚ方向
に移動される。こうして試料２０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、合焦
点面の情報のみが光検出器２５によって検出される。そ
こで、この光検出器２５の出力Ｓをフレームメモリに取
り込むことにより、試料２０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。

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。なおこの第３図において、前記第１図中の要素
と同等の要素には同番号を付し、それらについての詳し
い説明は省略する（以下、同様）。

この第２実施例においては、第１図の装置で用いられた
液晶パネル２３の代わりに、第４図に示すように主走査
方向（矢印Ｘ方向）に延びるライン状の液晶シャッター
４０ａが複数、副走査方向（矢印Ｙ方向）に配列されて
なる液晶パネル４ｏが用いられている。そして光検出器
４１としては、上記主、副走査方向に配列された複数の
微小受光素子を有するエリアセンサが用いられている。

この光検出器４１として具体的には、ＣＯＤ素子やＭＯ
Ｓ素子等が用いられる。また液晶シャッター４０ａを通
過した透過光１１’　の光束は、微小投影レンズ４２に
より点像Ｑ″に結像され、上記光検出器４１の上に投影
される。この光検出器４１の出力は、信号処理回路４３
に入力される。

本装置において液晶パネル４ｏは、液晶パネル駆動回路
２４により、光点Ｐの副走査と同期を取って、点像Ｑの
結像位置にある液晶シャッター４０ａが順次開状態とな
るように駆動される。こうして順次開状態とされた液晶
シャッター４０ａを透過光１１′が通過し、光検出器４
１上を点像Ｑ′が２次元的に走査するので、上記信号処
理回路４３からは、試料２０の拡大像を担う画素分割さ
れた信号Ｓｐが得られる。

この装置においては、液晶シャッター４０ａを通すこと
により点像Ｑのハローや試料２ｏにおける散乱光をカッ
トする作用は、副走査方向についてのみ得られる。しか
しそれでも、この液晶シャッター４０ａを全く設けない
場合と比べると、前述した通りの理由により、解像力は
顕著に向上する。

以上説明した第１実施例の液晶パネル２３、および第２
実施例の液晶パネル４０においては、解像力を向上させ
るために、液晶シャッター２３ａを十分に小さくし、あ
るいは液晶シャッター４０ａを十分に細くすることが望
まれる。そのためには、第５図に示されるように、液晶
パネル２３に対してそれと同様の液晶パネル２３′　を
重ね合わせ、そして同サイズの液晶シャッター２３ａと
液晶シャッター２３ａ′　とが主、副走査方向に互いに
１／２ピツチずつずれるように構成したものを利用する
ことができる。

この構造においては、ともに開状態の液晶シャツ９−２
３ａと２３ａ’　　（図中斜線を付したもの）が重なっ
た部分のみにおいて、透過光１１゛が通過する。そこで
、両液晶パネル２３．２３’　を互いに、シャッター開
部の移動周期（つまり、ある液晶シャッターが開いてか
ら、隣接シャッターが開くまでの時間）が互いに１７２
周期ずれるようにして駆動すれば、実効的なシャッター
サイズは、シャッター間の境界部分を考慮外とすれば、
液晶シャッター２３ａあるいは２３ａ°のサイズのほぼ
１／４となる。

また第６図に示すように、液晶パネル４ｏに対してそれ
と同様の液晶パネル４０’　を重ね合わせ、そして同サ
イズの液晶シャッター４０ａと液晶シャッター４０ａ′
　とが副走査方向に互いに１／２ピツチずつずれるよう
に構成したものを利用することもできる。この場合も、
両液晶パネル４ｏ、４０’　を、開状態の液晶シャッタ
ーの移動周期が互いに１／２周期ずれるようにして駆動
すれば、実効的なシャッターサイズは、シャッター間の
境界部分を考慮外とすれば、液晶シャッター２３ａある
いは２３ａのサイズのほぼ１／２となる。

なお照明光１１を偏向させる光偏向手段としては、以上
説明したＡ　ＯＤ　１４と振動ミラー１６に限らず、そ
の他の公知のもの、例えばガルバノメータミラーやポリ
ゴンミラー、さらにはＥＯＤ　（電気光学光偏向器）等
が用いられてもよい。

また液晶シャッターのかわりにＰＬＺＴシャッター等の
その他の光シャッターを用いてもよい。

さらに、以上述べた実施例の共焦点走査型顕微鏡は、モ
ノクロの顕微鏡像を得るものであるが、本発明は、従来
から知られているカラー画像を得る共焦点走査型顕微鏡
に対して適用することも勿論可能である。

（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透過顕微
鏡は、試料上を２次元走査してそこを透過した光を、光
シャッターを１つずつ順次開くシャッターアレイを通し
て固定の光検出器で検出する構成となっているので、光
検出器の走査機構や試料透過光の偏向手段が不要で、構
造が大いに簡素化されつる。

その上本発明の共焦点走査型透過顕微鏡は、振動ミラー
の裏面に上記透過光を導くように構成された従来の共焦
点走査型顕微鏡に比べれば、このように透過光を導くた
めのミラー等も不要で、光学系が大幅に簡素化され、そ
のために組立、調整作業も容易となる。

また本発明の共焦点走査型透過顕微鏡は、試料上におけ
る照明光光点の走査にムラが生じても、シャッターアレ
イの駆動特性を変えることにより、常に、試料透過光が
正確に光シャッターを通過するようにできるから、上記
走査ムラの影響を除いて、高い解像力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す概略側面図、 第２図は、上記共焦点走査型顕微鏡に用いられた液晶パ
ネルを示す分解斜視図、 第３図は、本発明の第２実施例による共焦点走査型顕微
鏡を示す概略側面図、 第４図は、上記第２実施例の共焦点走査型顕微鏡に用い
られた液晶パネルを示す分解斜視図、第５図と第６図は
それぞれ、本発明に用いられうる別の液晶パネルを示す
分解斜視図である。 １０・・・レーザ光ｉｍ　　　　　　１１・・・照明光
１１゛　・・・透過光１２・・・ビームエキスパンダ１
４・・・ＡＯＤ　　　　　　　　　１５．１７・・・リ
レーレンズ１６・・・振動ミラー　　　　　１ｇ、２２
・・・対物レンズ１９・・・試料台　　　　　　　２０
・・・試料２１・・・上下移動機構 ２３．２３’　、４０．４０゛　・・・液晶パネル２３
ａ、２３ａ　　％　４０ａ、４０ａ’　・・・液晶シャ
ッター２４・・・液晶パネル駆動回路　２５．４１・・
・光検出器２５ａ・・・受光面　　　　　　２６．４３
・・・信号処理回路３０・・・ＡＯＤ駆動回路　　３１
・・・振動ミラー駆動回路３２・・・制御回路 Ｐ・・・光点 ４２・・・縮小投影レンズ ＱＳＱ’　・・・点像 第 ！ 図 第 図 第 図 ｎイ圓 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、 前記光点を試料上において主、副走査させる走査機構と
   、 前記試料を透過した光束を集光して点像に結像させる受
   光光学系と、 ２次元的に配列された複数の微小な光シャッターを有し
   、前記点像が結像する面に配されたシャッターアレイと
   、 前記光点の主、副走査と同期を取って、前記点像の結像
   位置にある前記光シャッターを順次１つずつ開状態にす
   るシャッターアレイ駆動回路と、前記シャッターアレイ
   の全面に対面する受光面を有し、開状態とされた光シャ
   ッターを介して前記点像を検出する光検出器と、 この光検出器の出力を、前記光点の主、副走査と同期を
   取って画素分割する回路とからなる共焦点走査型透過顕
   微鏡。
2. （２）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、 前記光点を試料上において主、副走査させる走査機構と
   、 前記試料を透過した光束を集光して点像に結像させる受
   光光学系と、 前記主走査の方向に延び、前記副走査の方向に配列され
   た複数のライン状の光シャッターを有し、前記点像が結
   像する面に配されたシャッターアレイと、 前記光点の副走査と同期を取って、前記点像の結像位置
   にある前記光シャッターを順次１つずつ開状態にするシ
   ャッターアレイ駆動回路と、主、副走査方向に配列され
   た複数の微小受光素子を有するエリアセンサであって、
   開状態とされた前記光シャッターを介して前記点像を検
   出する光検出器とからなる共焦点走査型透過顕微鏡。