JPH0440408A

JPH0440408A - 共焦点走査型顕微鏡

Info

Publication number: JPH0440408A
Application number: JP14839690A
Authority: JP
Inventors: Toshihito Kimura; 俊仁木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1992-02-10

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、照明光光
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、さらには試料から
発せられた蛍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（透過光、反射光あるいは蛍光）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８２−２１
７２１８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できないと、生物試料の微
妙な動きを捕えることが不可能となる。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
、上記光源と送光光学系との間に配された第１のピンホ
ール板と、この第１のピンホール板をその光軸と交わる方向に往復
移動させて上記光点を試料上において主走査させるピン
ホール板移動手段と、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、そして、上記光点の主走査による点像の移動に対応させ
るため、その結像位置に第２のピンホール板を設け、こ
の第２のピンホール板を第１のピンホール板と一体的に
移動させて、上記点像の移動に追随させるようにしたこ
とを特徴とするものである。

なお、上記ピンホール板移動手段が、第１および第２の
ピンホール板を、主走査のための移動の方向とほぼ直交
する方向にも移動させるように構成されれば、該ピンホ
ール板移動手段により副走査手段を兼ねることができる
。

またこの副走査手段はその他例えば、試料台を移動させ
るものであってもよい。副走査速度は主走査速度に比べ
れば、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。

さらに上記の構成において、照明光光点の主走査のため
に移動されるものは、２枚のピンホール板であり、この
ようなピンホール板は一般に極めて軽量に形成可能であ
るから、これらのピンホール板の移動、ひいては照明光
の主走査を著しく高速で行なうことが可能となる。

（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実施例によるモノクロ透過型の
共焦点走査型顕微鏡を示すものである。

図示されるように移動台ＩＯには、照明光１１を射出す
る光源１２が固定されている。この光源１２としては、
例えば半導体レーザ等が用いられる。また移動台１０は
架台１３に対して上下方向に移動自在に保持され、この
移動台１０と架台１３との間には、移動台１０を上記の
方向に移動させる積層ピエゾ素子１４が介設されている
。

発散光である照明光１１は、コリメーターレンズ１５に
よって比較的ビーム径の太い平行光とされる。

この照明光１１を遮る位置には、第１ピンホール板３１
が配設されている。この第１ピンホール板３１の微小な
ピンホール３１．ａを通過した照明光１１は、発散光の
状態でコリメーターレンズ１６に入射して平行光とされ
、次に対物レンズ１７によって集光されて、試料台２２
に載置された試料２３上で微小な光点Ｐに結像する。

試料２３を透過した透過光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
の結像位置には第２ピンホール板３２が配設されており
、該第２ピンホール板３２のピンホール３２ａを通過し
た透過光１１°の光量が光検出器２４によって検出され
る。この光検出器２４としては、比較的大きな受光面を
有する例えば光電子増倍管等が用いられ、そこからは、
試料２３の照明光照射箇所の明るさを示す信号Ｓが出力
される。

次に、照明光１１の光点Ｐの２次元走査について説明す
る。上述した第１ピンホール板３１と第２ピンホール板
３２は、保持部材３３を介して一体化され、この保持部
材３３は主走査用積層ピエゾ素子３４に連結されている
。この主走査用積層ピエゾ素子３４は、副走査用積層ピ
エゾ素子３５を介して移動台１０に保持されており、ピ
エゾ素子駆動回路３６から駆動電力を受けて、保持部材
３３すなわち両ピンホール板３１．３２を矢印Ｘ方向に
高速で往復移動させる。それとともに副走査用積層ピエ
ゾ素子３５は、ピエゾ素子駆動回路３７から駆動電力を
受けて、主走査用積層ピエゾ素子３４すなわち両ピンホ
ール板３■、３２を、Ｙ方向に高速で往復移動させる。

なお、このＹ方向の移動速度は、Ｘ方向の移動速度より
も低速とされる。

以上のようにして第１ピンホール板３１がＸ、Ｙ方向に
移動されることにより、そのピンホール３１ａの位置（
すなわち照明光１１の出射位置）が変化するので、照明
光光点Ｐが試料２３上を２次元的に走査するようになる
。それにより光検出器２４からは、試料２３の２次元像
を担持する連続的な信号Ｓが得られる。この信号Ｓは、
例えば所定周期毎にサンプリングする等により、画素分
割された信号とされる。

以上のようにして光点Ｐが移動すると、それに応じて点
像Ｑの結像位置も２次元的に移動する。

しかしここで、第２ピンホール板３２が第１ピンホル板
３１と一体的に移動するので、第２ピンホル板３２のピ
ンホール３２ａの位置は点像Ｑの移動に追随し、常にこ
のピンホール３２ａを通して透過光１１′が光検出器２
４に入射する。

このようにするためには、コリメーターレンズ１６、対
物レンズ１７．１９および集光レンズ２０により、横倍
率β＝−１、角倍率γ＝−１で、対物レンズ１７．１９
間にビーム収束点が存在する光学系を構成する。なお縦
倍率αについては、α＝１とするのが望ましい。

より具体的には、例えば対物レンズ１．７．１９の焦点
距離をｆｌ、ｆｚ、それらの間隔をｄとしたとき、ｆｌ
−ｆ２、ｄ＝ｆｌ　＋ｆ２としてアフォーカル系と同等
の光学系を構成し、またコリメーターレンズＩＢと集光
レンズ２０とは互いに同等のものを用いて、コリメータ
ーレンズ１６と対物レンズ１７間の距離と、対物レンズ
１９と集光レンズ２０間の距離とを等しくする。

なお、点像Ｑを第２ピンホール板３２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。

また本実施例においては積層ピエゾ素子１４が、ピエゾ
素子駆動回路３８から駆動電力を受けて、移動台１０を
、主、副走査方向ＸＳＹと直交する矢印Ｚ方向（すなわ
ち光学系１８．２１の光軸方向）に移動させる。こうし
て移動台１ｏ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２４によって検出される。そこで、この光検出器
２４の出力Ｓをフレーム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信号を得ることが可能となる。

なお、上記のように移動台１ｏをＺ方向に移動させる代
わりに、試料台２３を２方向に移動させるようにしても
よい。さらに、共焦点が若干ずれることを容認できる場
合は、第１ピンホール板３１をＺ方向に移動させるよう
にしてもよい。

またピエゾ素子駆動回路３６．３７および３８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、副走査および移動台１ｏのＺ方向移動の
同期が取られる。

次に、第２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２図において、第１図と共通部分に
は同じ番号を付し、それらについての説明は特に必要の
無い限り省略する（以下、同様）。

この実施例の共焦点走査型顕微鏡はモノクロ反射型のも
のであり、コリメータレンズ１６と対物レンズ１７との
間には、ビームスプリッタ４０が配されている。試料２
３で反射した反射光１１“は、送光および受光光学系用
に共用された対物レンズ１７で平行光とされた後、上記
ビームスプリッタ４０で反射して照明光１１から分離す
る。この反射光１１″は次にミラー４１で反射し、集光
レンズ２０によって点像Ｑに結像される。この点像Ｑの
明るさは、第２ピンホール板３２を介して、光検出器２
４によって検出される。

なお本実施例において、光検出器２４は第２ピンホール
板３２に固定されて、該第２ピンホール板３２とともに
移動する。このようにすれば、光検出器２４として例え
ばフォトダイオード等、受光面積が小さい小型のものを
利用可能となる。

この第２実施例装置においても、第１ピンホール板３１
および第２ピンホール板３２が、保持部材３３を介して
主走査用積層ピエゾ素子３４および副走査用積層ピエゾ
素子３５により、Ｘ１Ｙ方向に移動される。それにより
照明光光点Ｐの２次元走査がなされるとともに、この走
査による点像Ｑの移動に第２ピンホール板３２のピンホ
ール３２ａが追随する。

次に、第３図を参照して本発明の第３実施例について説
明する。この実施例の共焦点走査型顕微鏡は、カラー反
射型のものであり、光源１２としてはＲＧＢレーザが用
いられる。そして試料２３からの反射光１１”は、ビー
ムスプリッタ４０で反射してダイクロイックミラー４２
に入射し、その青色光１１Ｂのみがそこで反射する。該
青色光ＩＬＢは、第２ピンホール板３２の１つのピンホ
ール３２ａを通して、第１光検出器４４によって検出さ
れる。ダイクロイックミラー４２を透過した反射光１１
“は別のダイクロイックミラー４３に入射し、その緑色
光ＪＩＧのみがそこで反射する。この緑色光１１Ｇは、
第２ピンホール板３２の別のピンホール３２ｂを通して
、第２光検出器４５によって検出される。そして上記ダ
イクロイックミラー４３を透過した反射光１１”、すな
わち赤色光＋１Ｒはミラー４１において反射し、第２ピ
ンホール板３２の別のピンホール３２ｃを通して、第３
光検出器４６によって検出される。

このようにして光検出器４４．４５．４８からは各々、
試料２３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、ＳＲが出力される。

なお本実施例においても、光検出器４４．４５．４８は
第２ピンホール板３２に固定されて、該第２ピンホール
板３２とともに移動する。

この第３実施例装置においても、第１ピンホール板３１
および第２ピンホール板３２が、保持部材３３を介して
主走査用積層ピエゾ素子３４および副走査用積層ピエゾ
素子３５により、Ｘ、Ｙ方向に移動される。それにより
照明光光点Ｐの２次元走査がなされるとともに、この走
査による点像Ｑの移動に、第２ピンホール板３２のピン
ホール３２ａ、　３２ｂ、　３２Ｃが追随する。

なお、上述した第３実施例と同様にして、第１図図示の
ような透過型の共焦点走査型顕微鏡を、カラー画像を撮
像可能に形成することも勿論可能である。

また本発明の共焦点走査型顕微鏡においては、第１ピン
ホール板３１を移動させることによって光点Ｐの副走査
を行なう代わりに、試料台２３を移動させることによっ
て光点Ｐの副走査を行なうようにしてもよい。さらにピ
ンホール板３１．３２の移動は積層ピエゾ素子３４．３
５を利用して行なう他、例えば音叉やボイスコイル、あ
るいは超音波による固体の固有振動を利用した走査方式
等を用いて行なうことも可能である。

（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顕微鏡
においては、ピンホール板を往復移動させて光点の主走
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
可能である。また、上記のように移動させるピンホール
板は軽量に形成できるものであるから、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。

さらに上記のピンホール板は、レンズ光学系等に比べれ
ば極めて簡単な構造のものであるから、高速で移動させ
ても、光軸ずれや破損等の問題を起こすことがない。よ
って本発明の共焦点走査型顕微鏡は、十分信頼性、耐久
性に優れたものとなり得る。

【図面の簡単な説明】

第１．２および３図はそれぞれ、本発明の第１．２およ
び３実施例による共焦点走査型顕微鏡を示す概略正面図
である。１０・・・移動台　　　　　　１１・・・照明光１１′
　・・・透過光　　　　　１１”・・・反射光１１Ｂ・
・・青色光　　　　　１１Ｇ・・・緑色光１１Ｒ・・・
赤色光　　　　　１２・・・光源１４・・・積層ピエゾ
素子１５．１６・・・コリメーターレンズ１７．１９・・・対物レンズ　　１８・・・送光光学系
２０・・・集光レンズ　　　　２１・・・受光光学系２
２・・・試料台　　　　　　２３・・・試料２４．４４
．４５．４６・・・光検出器３１・・・第１ピンホール
板３１ａ　％　３２ａ　％　３２ｂ　ｓ　３２ｃｍ・・ピ
ンホール３２・・・第２ピンホール板　３３・・・保持
部材３４・・・主走査用積層ピエゾ素子３５・・・副走査用積層ピエゾ素子

Claims

【特許請求の範囲】

（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、前記光源と送光光学系との間に配された第１のピンホー
ル板と、前記点像の結像位置に配された第２のピンホール板と、前記第１のピンホール板をその光軸と交わる方向に往復
移動させて前記光点を試料上において主走査させるとと
もに、前記第２のピンホール板を第１のピンホール板と
一体的に移動させて、前記点像の移動に追随させるピン
ホール板移動手段と、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。
（２）前記ピンホール板移動手段が、第１および第２の
ピンホール板を、前記主走査のための移動の方向とほぼ
直交する方向にも移動させるように構成されて、前記副
走査手段を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の
共焦点走査型顕微鏡。