JPH04347801A - ピンホ−ル基板及びそれを用いた共焦点用光スキャナ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピンホ−ル基板及びそ
れを用いた共焦点用光スキャナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は本願出願人によるピンホ−ル基板
の先行例である。また、図８はピンホ−ル基板を用いた
共焦点用光スキャナを共焦点顕微鏡に応用した一例を示
す構成図である。図８において、図示しないレ−ザ光源
からの出射光は、ダイクロイックミラ−２で反射され、
ピンホ−ル基板１に入射される。ここで、ピンホ−ル基
板１は、図７に示すように、ガラス基板１１の一方の面
には薄膜１３が、他方の面にはフレネルレンズ１２がそ
れぞれ形成され、ガラス基板１１の厚さｔは、ガラス基
板１１の一方の面に形成されたフレネルレンズ１２の焦
点距離と同一とされ、薄膜１３上にはフレネルレンズ１
２の焦点位置にピンホ−ル１４を備えた構成とされてい
る。このピンホ−ル基板１に光が照射されると、フレネ
ルレンズ１２により、入射光がフレネルレンズ１２の焦
点位置に形成されたピンホ−ル１４の入口に集められ、
フレネルレンズ１２を介して、より多くの光を集光でき
る。図８に戻り、ピンホ−ル基板１を通過した光は図示
しない試料に照射される。試料からの反射光は、再びピ
ンホ−ル基板１を通って、ダイクロイックミラ−２を透
過し、カメラ３に結像する（試料の像をカメラ３を介し
て目で捕らえることができる）。この装置では、ピンホ
−ル基板１を例えば図示しないモ−タで一定速度で回転
させており、ピンホ−ル基板１の回転に伴うピンホ−ル
１４の移動により、試料への集束光点を走査している。

【０００３】しかしながら、上記従来技術に示すピンホ
−ル基板およびそれを用いた共焦点用光スキャナにおい
ては、試料で反射して、再びピンホ−ル基板１を通過し
た光は、平行光に戻ってしまうため、図８中に示すよう
に、試料からの反射光がピンホ−ル基板１のピンホ−ル
１４に入射する際、φｂに絞られた光が、ピンホ−ル基
板１のフレネルレンズ１２を通過した後では、φａの平
行光になり、大きくなってしまう。例えば、図９に示す
ように、画素の大きさｃが、ｂ＜ｃ＜ａとすると、ピン
ホ−ル１４の像の走査ピッチｐは一般にｐ＜ａであり、
カメラ３で捕えられる試料の像の分解能は明らかに低下
してしまう。また、分解能を上げるため、ダイクロイッ
クミラ−２とカメラ３との間にレンズを入れた構成とす
ると、試料から反射され、ピンホ−ル基板１を通過した
光が全て平行光であるため、レンズにより１点に集中し
てしまい、結像しない。更にフレネルレンズ１４がフレ
ネルゾ−ンプレ−トのように光量の減少を伴うような場
合では、光利用効率が悪く、試料からの微弱な螢光も減
少させられてしまい、低感度であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の課題を踏まえて成されたものであり、ピンホ−ル基板
のフレネルレンズを明部と暗部を有するフレネルゾ−ン
プレ−トとし、このフレネルゾ−ンプレ−トの暗部を励
起レ−ザ光は遮光し、試料からの反射光である螢光は透
過する物質で形成することにより、光利用効率を上げら
れるピンホ−ル基板およびこのピンホ−ル基板を用いる
ことにより、高分解能かつ高感度の結像を得られる共焦
点用光スキャナを提供することを目的としたものである
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１の構成は、基板と、この基板の片面に形
成された複数のフレネルレンズと、この複数のフレネル
レンズの焦点位置にそれぞれ配置された複数のピンホ−
ルとを備えたピンホ−ル基板において、前記複数のフレ
ネルレンズはそれぞれ暗部と明部を同心円状に交互に複
数配置してなるフレネルゾ−ンプレ−トであって、この
フレネルゾ−ンプレ−トの暗部は波長によって透過率や
屈折率の異なる物質で形成したことを特徴とするもので
ある。また、第２の構成は、前記フレネルゾ−ンプレ−
トの暗部をダイクロイックミラ−で形成したことを特徴
とするピンホ−ル基板である。また、第３の構成は、前
記フレネルゾ−ンプレ−トの明部と暗部は色分散の異な
る物質で構成したことを特徴とするピンホ−ル基板であ
る。更に、第４の構成は、ピンホ−ル基板を回転させ、
このピンホ−ル基板を通過した照明光を試料に対して走
査する共焦点用光スキャナにおいて、前記ピンホ−ル基
板は第１または第２または第３の構成のピンホ−ル基板
を用いたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明のピンホ−ル基板およびそれを用いた共
焦点用光スキャナを使用すれば、試料からの反射光であ
る螢光の損失を減少することができるため、カメラ上に
小さなスポットで結像でき、高分解能かつ高感度である
。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明のピンホ−ル基板の第１の実施例を示す構成
図である。なお、図１において図７と同一要素には同一
符号を付して重複する説明は省略する。図１において図
７との相違点は、ガラス基板１１の入射光側の面に形成
されたフレネルレンズ１２の代わりに、明部１５１と暗
部１５２を同心円状に交互に複数配置してなるフレネル
ゾ−ンプレ−ト１５を用い、このフレネルゾ−ンプレ−
ト１５の暗部１５２は、波長によって透過率や屈折率の
違う物質、例えば励起レ−ザ光は遮光し、螢光は透過す
る特性を有する色フィルタを用いている点である。なお
、ガラス基板１１の厚さｔは、ガラス基板１１の一方の
面に形成されたフレネルゾ−ンプレ−ト１５の焦点距離
と同一とされ、薄膜１３上のフレネルゾ−ンプレ−ト１
５の焦点位置にピンホ−ル１４を備えた構成とされてい
る。

【０００８】ここで、図２は図１のピンホ−ル基板を用
いた共焦点用光スキャナを共焦点顕微鏡に応用した一実
施例を示す構成図である。なお、図２において図８と同
一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。 図２において、１ａは図１のピンホ−ル基板、４はピン
ホ−ル基板１ａを通った光を試料５に集束させる対物レ
ンズ、６は試料５で反射されピンホ−ル基板１ａを通っ
て広がった光をカメラ３に結像させる集光レンズである
。

【０００９】このような構成において、図示しない光源
から出射されたレ−ザ光（レ−ザ光だけでなく白色光な
どでも良い）は、ダイクロイックミラ−２で反射され、
ピンホ−ル基板１ａに入射される。ピンホ−ル基板１ａ
では、フレネルゾ−ンプレ−ト１５によりピンホ−ル１
４に集光され、対物レンズ４を介して、試料５上に照射
される。試料５からの反射光は、再び対物レンズ４を介
して、ピンホ−ル基板１ａに入射される。ピンホ−ル基
板１ａに入射した光は、ピンホ−ル１４を通って、フレ
ネルゾ−ンプレ−ト１５に導かれる。ここで、フレネル
ゾ−ンプレ−ト１５の暗部１５２は、励起レ−ザ光は遮
光し、螢光は透過する特性を有する色フィルタで構成し
ている。したがって、試料５からの螢光は、フレネルゾ
−ンプレ−ト１５を透過した後、そのまま広がり、ダイ
クロイックミラ−２を介して、集光レンズ６により、カ
メラ３に結像されるが、励起レ−ザ光の試料５での反射
光は、フレネルゾ−ンプレ−ト１５を透過して、平行光
となり、ダイクロイックミラ−２で反射されるため、カ
メラ３には入射されない。したがって、螢光の損失を減
少でき、カメラ３に高分解能かつ高感度の結像をえるこ
とができる。なお、この装置でも、ピンホ−ル基板１ａ
を例えば図示しないモ−タで一定速度で回転させており
、ピンホ−ル基板１ａの回転に伴うピンホ−ル１４の移
動により、試料５への集束光点を走査している。

【００１０】図３は本発明のピンホ−ル基板の第２の実
施例を示す構成図である。なお、図３において図１と同
一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。 図３と図１との相違点は、フレネルゾ−ンプレ−ト１５
ａの暗部１５２ａをダイクロイックミラ−で形成した点
である。ダイクロイックミラ−は、色フィルタ−と同様
に、励起レ−ザ光は遮光し、螢光は透過する特性を有す
るため、図１のピンホ−ル基板と同様の効果を得られる
。

【００１１】図４は本発明のピンホ−ル基板の第３の実
施例を示す構成図である。なお、図４において図１と同
一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。 図４と図１との相違点は、フレネルゾ−ンプレ−ト１５
ｂの暗部１５２ｂを色分散の大きな物質で形成し、基板
１１ａに埋め込まれた構成とされている点である。この
場合、図５に示すように、基板１１ａの材質ａと暗部１
５２ｂを構成する色分散の大きな物質ｂは、螢光（波長
λ２　）においては、同一の屈折率であり、励起レ−ザ
光（波長λ１　）においては、異なる屈折率を有するも
のである。したがって、暗部１５２ｂを構成する色分散
の大きな物質ｂの厚みを適切に選択することにより、励
起レ−ザ光に対してのみフレネルレンズとして機能する
ピンホ−ル基板を構成できる。即ち、励起レ−ザ光に対
しては、レンズとして機能するため、入射光はピンホ−
ルを通して試料に照射される。試料から反射した励起光
は、ピンホ−ル基板１ｃを通ることにより、再びフレネ
ルゾ−ンプレ−ト１５ｂを通過するため、平行光となり
、図２装置においては、ダイクロイックミラ−２で反射
され、カメラには入射されないが、螢光に対しては、レ
ンズとして機能しないため、試料から反射した螢光は、
ピンホ−ル基板１ｃを通って広がり、図２装置において
は、ダイクロイイクミラ−２を通過して、集光レンズ６
により、カメラ３に結像される。したがって、図１およ
び図３のピンホ−ル基板と同様に、螢光の損失を減少で
き、カメラ３に高分解能の結像をえることができる。

【００１２】図６は図４のピンホ−ル基板の変形実施例
である。なお、図６において図４と同一要素には同一符
号を付して重複する説明は省略する。図６と図４との相
違点は、フレネルゾ−ンプレ−ト１５ｃの暗部１５２ｃ
をブレ−ズ型としたものである。この形状とすることに
より、図４のピンホ−ル基板に比べて、励起光の集光効
率を向上できるため、図２装置のように共焦点用光スキ
ャナに用いて共焦点顕微鏡に応用すると、更に光利用効
率を向上できる。

【００１３】なお、上記実施例において、図４および図
６のピンホ−ル基板において、基板と暗部を形成する物
質は、逆であっても良く、同様の効果を得ることができ
る。また、図３，４，６に示すピンホ−ル基板を共焦点
用光スキャナに用いて共焦点顕微鏡などに応用しても良
く、図２装置と同様の効果を得ることができる。

【００１４】

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、光利用効率を上げられるピンホ
−ル基板およびこのピンホ−ル基板を用いることにより
、高分解能かつ高感度の結像を得られる共焦点用光スキ
ャナを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピンホ−ル基板の第１の実施例を示す
構成図である。

【図２】図１のピンホ−ル基板を用いた共焦点用光スキ
ャナを共焦点顕微鏡に応用した一実施例を示す構成図で
ある。

【図３】本発明のピンホ−ル基板の第２の実施例を示す
構成図である。

【図４】本発明のピンホ−ル基板の第３の実施例を示す
構成図である。

【図５】図４の機能を説明するための波長−屈折率の関
係を示す図である。

【図６】本発明のピンホ−ル基板の第３の実施例の変形
実施例を示す構成図である。

【図７】本願出願人によるピンホ−ル基板の先行例であ
る。

【図８】ピンホ−ル基板を用いた共焦点用光スキャナを
共焦点顕微鏡に応用した従来例の構成図である。

【図９】図８装置の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ　　ピンホ−ル基板１１，１１
ａ　　基板 １３　　薄膜 １４　　ピンホ−ル １５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ　　フレネルゾ−ンプレ
−ト １５１　　明部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板と、この基板の片面に形成された
   複数のフレネルレンズと、この複数のフレネルレンズの
   焦点位置にそれぞれ配置された複数のピンホ−ルとを備
   えたピンホ−ル基板において、前記複数のフレネルレン
   ズはそれぞれ暗部と明部を同心円状に交互に複数配置し
   てなるフレネルゾ−ンプレ−トであって、このフレネル
   ゾ−ンプレ−トの暗部は波長によって透過率や屈折率の
   異なる物質で形成したことを特徴とするピンホ−ル基板
   。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のピンホ−ル基板におい
   て、前記フレネルゾ−ンプレ−トの暗部をダイクロイッ
   クミラ−で形成したことを特徴とするピンホ−ル基板。
3. 【請求項３】　　請求項１記載のピンホ−ル基板におい
   て、前記フレネルゾ−ンプレ−トの明部と暗部は色分散
   の異なる物質で構成したことを特徴とするピンホ−ル基
   板。
4. 【請求項４】　　ピンホ−ル基板を回転させ、このピン
   ホ−ル基板を通過した照射光を試料に対して走査する共
   焦点用光スキャナにおいて、前記ピンホ−ル基板は請求
   項１または２または３記載のピンホ−ル基板を用いたこ
   とを特徴とする共焦点用光スキャナ。