JPH03188406A

JPH03188406A - 走査型顕微鏡の撮像方法

Info

Publication number: JPH03188406A
Application number: JP32809489A
Authority: JP
Inventors: Toshihito Kimura; 俊仁木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-08-16

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、光学式の走査型顕微鏡において試料の顕微鏡
像を撮像する方法に関し、特に詳細には、照明光を試料
に断続的に照射しなから撮像を行なうようにした方法に
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。例えば特開昭
６２−２１７２１８号公報には、この走査型顕微鏡の一
例が示されている。

なお従来の光学式走査型顕微鏡においては、多くの場合
、光検出器の連続出力を周期的にサンプリングしてデジ
タルの画像データを得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような走査型顕微鏡を利用して試料像を
撮像する際、特に試料が生物試料の場合は、試料が照明
光の照射を受けて損傷してしまうことがある。

そこで本発明は、このような試料の損傷を防止すること
ができる走査型顕微鏡の撮像方法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）本発明による走査型顕微鏡の撮像方法は、照明光を試料
上において走査させ、この照明光の照射を受けた試料の
部分からの光を光検出器により検出して、試料の顕微鏡
像を示す画像信号を得る走査型顕微鏡において、前述したように、光検出器の連続出力を所定の周期でサ
ンプリングしてデジタル画像データを得るとともに、照明光の試料への入射を、少なくとも上記サンプリング
がなされている期間は試料を照射するようにして、該サ
ンプリングと同期させて断続させることを特徴とするも
のである。

なお照明光の試料への入射を断続させるためには、該照
明光をＡＯＭ　（音響光学光変調器）等に通して変調し
てもよいし、あるいは照明光を発する半導体レーザ等の
光源を直接０Ｎ−ＯＦＦ変調してもよい。

（作　　用）上記のように照明光を断続させれば、試料が該照明光に
よって照射されている合計時間が、試料が照明光の連続
照射を受ける場合と比べてより短くなり、試料の損傷が
防止される。

また、少なくとも上記サンプリングがなされている期間
は照明光が試料を照射するようにしているから、適正な
サンプリングが不可能になったり、あるいは感度が低下
する等の不具合を招くことはない。

（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、本発明の方法を実施する走査型顕微鏡の一例
を示している。この走査型顕微鏡は、透過型の共焦点走
査型顕微鏡である。まず、走査型顕微鏡の基本構成につ
いて、第１図および走査機構を詳しく示す第２図を参照
して説明する。

第１図に示されるように、照明光１１を発するレーザダ
イオード５が、移動台１５に一体的に保持されている。

また移動台１５には、コリメーターレンズ１６および対
物レンズ１７からなる送光光学系１８と、対物レンズ１
９および集光レンズ２０からなる受光光学系２１とが、
互いに光軸を一致させて固定されている。なお照明光１
１は対物レンズ１７に入射する前に、後述するＡＯＭ６
０に通される。

上記の光学系１８．２１の間には、移動台１５と別体と
された試料台２２が配されている。そして受光光学系２
１の下方において移動台１５には、光検出器９が固定さ
れている。この光検出器９としては、例えばフォトダイ
オード等が用いられる。また光検出器９の前側（図中上
方）には、ピンホール８ａを有するピンホール板８が配
されている。

レーザダイオード５から発せられたレーザ光（照明光）
　１１は、コリメーターレンズ１Ｂによって平行光とさ
れ、次に対物レンズ１７によって集光されて、試料台２
２に載置された試料２３上で（表面部分あるいはその内
部で）微小な光点Ｐに収束する。

試料２３を透過した各透過光１１’　の光束は、受光光
学系２１の対物レンズ１９によって平行光とされ、次に
集光レンズ２０によって集光されて点像Ｑに結像する。

この点像Ｑは、光検出器９によって検出される。この光
検出器９からは、光点Ｐで照射された試料２３の各部分
の明るさを示す信号Ｓが出力される。

なお、上記点像Ｑをピンホール８ａを介して検出するこ
とにより、そのハローや試料２３で散乱した光をカット
することができる。

次に、照明光１１の光点Ｐの２次元走査について、第２
図も参照して説明する。移動台１５は架台３２に対して
、矢印Ｘ方向に移動自在に支持されている。

すなわち架台３２には２本のガイドロッド４Ｇ、４Ｇの
一端部が固定され、移動台１５に設けられた２つのガイ
ド孔４１．４１中にこれらのガイドロッド４０．４０が
遊嵌されている。上記移動台１５と架台３２との間には
、積層ピエゾ素子３３が介装されている。この積層ピエ
ゾ素子３３はピエゾ素子駆動回路３４から駆動電力を受
けて、移動台１５を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる
。この往復移動の振動数は、例えば１０ｋ　Ｈｚとされ
る。その場合、主走査幅を１００μｍとすると、主走査
速度は、１０Ｘ１０３　Ｘ１００　ＸＩＯ°６Ｘ２−２ｍ／ｓと
なる。

一方試料台２２は架台３２に対して、上記矢印Ｘ方向と
直角な矢印Ｙ方向に移動自在に支持されている。すなわ
ち架台３２には、２本のガイドロッド４５．４５の一端
部が固定され、試料台２２に設けられた２つのガイド孔
４６．４６中にこれらのガイドロッド４５．４５が遊嵌
されている。上記試料台２２と架台３２との間には、積
層ピエゾ素子４７が介装されている。この積層ピエゾ素
子４７はピエゾ素子駆動回路４８から駆動電力を受けて
、試料台２２を矢印Ｙ方向に高速で往復移動させる。そ
れにより試料台２２は移動台１５に対して相対移動され
、前記光点Ｐが試料２３上を、主走査方向Ｘと直交する
Ｙ方向に副走査する。

なおこの副走査の所要時間は例えば１／２０秒とされ、
その場合、副走査幅を１００μｍとすると、副走査速度
は、２０Ｘ１００　Ｘｌ０４−０．００２　ｍ／　ｓ纏２ｍ
ｍ／ｓと、前記主走査速度よりも十分に低くなる。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
２３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２３上を２次元的に走査
することにより、該試料２３の２次元像を担持するアナ
ログの信号Ｓが得られる。以下第３図を参照して、この
画像信号Ｓから画素分割されたデジタル画像データを作
成する点について説明する。

第３図は走査型顕微鏡の電気回路を示している。

図示されるようにピエゾ素子駆動回路３４および４８に
は、制御回路３５から主走査ドライブ信号Ｓ１および副
走査ドライブ信号Ｓ２が入力され、それにより主、副走
査の同期を取って積層ピエゾ素子３３．４７が駆動され
る。

一方光検出器９が出力したアナログ画像信号Ｓは画像信
号用アンプ５０で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５Ｉに入
力される。またこのＡ／Ｄ変換器５Ｉには、サンプリン
グクロック発生回路５２から所定周波数のサンプリング
クロックＳ３が入力され、該Ａ／Ｄ変換器５１はこのサ
ンプリングクロックＳ３の周波数でアナログ画像信号Ｓ
をサンプリング（標本化）し、そしてデジタルの画像デ
ータＳｄに変換する。このデジタル画像データＳｄは−
たん画像メモリ５３に記憶された後、そこから逐次読み
出される。読み出された画像データＳｄは例えばＣＲＴ
等からなる画像再生装置５４に送られ、試料２３の顕微
鏡像再生のために供せられる。

次に、照明光１１を断続させる点について説明する。第
１図に示されたＡＯＭ６０は、第３図に示すＡＯＭ駆動
回路６１によって駆動される。このＡＯＭ駆動回路６１
は制御回路３５によって制御され、入力されたサンプリ
ングクロックＳ３がＨ（ｈｉｇｈ）レベルとなっている
期間のみ照明光１１を通過させるように、ＡＯＭ８０を
駆動する。このサンプリングクロックＳ３と、ＡＯＭ８
０を通過後の（つまり試料２３に入射する）照明光１１
の光強度との関係は、第４図に示すようなものとなる。

図中（１）がサンプリングクロックＳ３を示し、（乞が
照明光１１の光強度を示している。

上記のように照明光１１が断続されると、光検出器９が
出力する信号Ｓは、第４図の（ａに示すように変化する
。すなわち該信号Ｓは、照明光１１が試料２３を照射し
ている期間のみ試料２３の画像情報を担うものとなり、
照明光１１が試料２３を照射していない期間は低レベル
の一定値を示す。このアナログ信号ＳはＡ／Ｄ変換器５
１において、例えばサンプリングクロックＳ３の立下り
時にホールドされ、Ｌ（ｌｏｗ）レベル時にサンプリン
グされて、前述のデジタル画像データＳｄに変換される
。

このようにアナログ信号Ｓが断続的に変化するものであ
っても、照明光１１が試料２３を照射している期間にそ
れがサンプリングされれば、同等問題は生じない。

また、上記のように照明光１１を断続させれば、照明光
１１を連続的に試料２３に照射する場合に比べて、該試
料２３が照明光照射を受ける合計時間が短くなる。した
がって、試料２３が照明光照射により損傷することが起
き難くなる。

なお、例えば試料２３が生物試料であって、その特殊な
反応（蛍光反応等）を観察する場合は、第４図の（２）
に示す照明光１１の変化に対して、光検出器９の出力信
号Ｓが、同図の（４）に示すように遅れることがある。

こうなっていると、出力信号Ｓを適正にサンプリングす
ることが不可能となる。そのため本実施例においては、
サンプリングクロック発生回路５２から出力されたサン
プリングクロックＳ３は位相調整器６２に通され、その
位相が調整され得るようになっている。この出力信号Ｓ
の遅れに対処するためには、ＡＯＭ駆動回路８１に入力
されるサンプリングクロックＳ３の位相を、Ａ／Ｄ変換
器５１に入力されるものに対して、上記遅れの時間Ｔ１
あるいはそれをやや上回る時間進めればよい。

なお図では特に示されていないが、主、副走査方向Ｘ、
Ｙと直交する矢印Ｚ方向（第１図参照）、すなわち光学
系１８．２１の光軸方向に試料台２２を移動させること
もできる。こうして試料台２２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９によって検出される。そこで
、この光検出器９の出力Ｓから得られた画像データＳｄ
をメモリに取り込むことにより、試料２３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
画像データを得ることが可能となる。

また本発明は、以上説明した透過型の共焦点走査型顕微
鏡に限らず、その他のタイプの走査型顕微鏡に対しても
適用可能である。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り本発明による走査型顕微鏡の撮
像方法においては、試料を照明光により断続的に照射し
ながら画像信号を得るようにしたから、試料が照明光に
よって照射されている合計時間が、従来方法におけるの
と比べてより短くなり、よって試料の損傷を確実に防止
する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施する走査型顕微鏡の一例
を示す概略正面図、第２図は、上記走査型顕微鏡の要部を示す斜視図、第３図は、上記走査型顕微鏡の電気回路を示すブロック
図、第４図は、上記走査型顕微鏡におけるサンプリングクロ
ックの波形と、照明光の強度変化特性と、アナログ画像
信号の波形とを示すグラフである。５・・・レーザダイオード　９・・・光検出器１１・・
・照明光　　　　　　１１°・・・透過光１５・・・移
動台　　　　　　１Ｂ・・・コリメーターレンズ１７．
１９・・・対物レンズ　　１８・・・送光光学系２０．
７２・・・集光レンズ　　２１・・・受光光学系２２・
・・試料台　　　　　　２３・・・試料３２・・・架台
　　　　　　　３３．４７・・・積層ピエゾ素子３４．
４８・・・ピエゾ素子駆動回路５０・・・アンプ　　　　　　５１・・・Ａ／Ｄ変換器
５２・・・サンプリングクロック発生回路ＢＯ・・・Ａ
ＯＭ　　　　　　　８１・・・ＡＯＭ駆動回路８２・・
・位相調整器第１図

Claims

【特許請求の範囲】照明光を試料上において走査させ、この照明光の照射を
受けた試料の部分からの光を光検出器により検出して、
試料の顕微鏡像を示す画像信号を得る走査型顕微鏡にお
いて、前記光検出器の連続出力を所定の周期でサンプリングし
てデジタル画像データを得るとともに、前記照明光の試
料への入射を、少なくとも前記サンプリングがなされて
いる期間は試料を照射するようにして、該サンプリング
と同期させて断続させることを特徴とする走査型顕微鏡
の撮像方法。