JPH0980312A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微小開口部と対物レンズの間に対物レンズの後
ろ側焦点距離と同じ焦点距離のレンズを配設して対物レ
ンズの瞳中心にすべての微小開口部からの光が入射でき
るようにし、周辺部の光量ロスをなくし、光利用効率を
上げると共に周辺部の分解能も上げる。 【解決手段】有限光学系の顕微鏡に微小開口部を有する
共焦点光スキャナを取り付け、試料面を光走査し試料面
の像を観測できるように構成した共焦点顕微鏡であっ
て、前記微小開口部と前記対物レンズの間に対物レンズ
の後ろ側焦点距離に等しい焦点距離を有するレンズを配
置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の微小開口（例え
ばピンホール）を有する微小開口部（以下ピンホールア
レイともいう）を用いた共焦点顕微鏡に関し、詳しくは
共焦点光スキャナを組み合わせた有限光学系の顕微鏡に
おける視野周辺部の光利用効率と分解能向上のための改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の有限顕微鏡に光スキャナを取り付
けた場合の光学系の要部の一例を図４に示す。図におい
て、１０は光スキャナ、３０は対物レンズである。光ス
キャナ１０の詳細は後述するが、光スキャナ内のマイク
ロレンズＭＬにより集束されたレーザ光はピンホールＰ
Ｈで点光源となり（図では３個のピンホールによる点光
源を代表的に示してある）、この点光源の光が対物レン
ズ３０に入射する。

【０００３】複数の微小開口を有する微小開口部が回転
可能に組み込まれた光スキャナについては、例えば米国
特許第３，９２６，５００号や、米国特許第４，９２
７，２５４号、米国特許第５，０６７，８０５号等に開
示されている。図６に、この種の光スキャナに更にマイ
クロレンズを付加した光スキャナの一例として本願出願
人による特許出願である特願平４−１５４１１号（特開
平５−６０９８０号）「共焦点用光スキャナ」に記載の
共焦点光スキャナを示す。この共焦点光スキャナは、デ
ィスクユニット１１と、ビームスプリッタ１２と、ディ
スクユニット１１を一定速度で回転するモータ１３より
構成されている。

【０００４】ディスクユニット１１は、図７（イ）に示
すガラス基板１４１の片面に形成された複数のフレネル
レンズ（図４におけるマイクロレンズＭＬに相当）が焦
点位置を一画面分ずつ半径方向にＰ_r だけ順次ずらされ
て形成された集光ディスク１４と、図７の（ロ）に示す
ように基板１５１に形成された複数のピンホールＰＨが
半径方向にＰ_r （周方向にＰθ）だけ順次ずらされて形
成されたピンホールディスク１５と、集光ディスク１４
とピンホールディスク１５をフレネルレンズの焦点位置
にそれぞれピンホールＰＨが配置されるように連結する
ドラム１６から成る。ビームスプリッタ１２は、図示し
ない手段により集光ディスク１４とピンホールディスク
１５の間に保持されている。

【０００５】図６に示す構成は有限光学系の顕微鏡に上
記共焦点光スキャナ１０を取り付けた場合の構成例であ
る。共焦点光スキャナから出射されたレーザ光は対物レ
ンズ４１で集束され試料４２に照射される。試料４２か
ら戻った光は再び対物レンズ４１を通り、共焦点光スキ
ャナ１０のピンホールＰＨ上に集束し、ここに試料表面
の実像が得られる。ピンホールＰＨを通過した光はビー
ムスプリッタ１２で反射し集光レンズ４３を通ってカメ
ラ４４の受像面に照射される。モータ１３を駆動してデ
ィスクユニット１１を回転させることにより、試料４２
の表面が光走査され、試料表面の画像をカメラで観測す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
有限光学系の顕微鏡では、ピンホールＰＨと対物レンズ
３０の間隔が対物レンズの後ろ側焦点距離ａになってい
る。そのため、ピンホールＰＨからのすべての光が対物
レンズ３０に対し各々光軸が平行で０度入射し、周辺部
の光は図５に示すように対物レンズ３０の瞳中心に対し
ずれた位置へ入射する。このため次のような問題が生ず
る。

【０００７】(1) 対物レンズ３０の種類によっては瞳径
が小さく、周辺ピンホールからの光量がけられ、周辺は
照明光量が低下する（照明むらとなる）。 (2) 周辺ピンホールからの光は対物レンズの瞳を十分満
たすことができず、対物レンズ３０の開口数（ＮＡ）を
活かせないため、周辺部では分解能が低下する。 (3) 試料からの戻り光（反射光または蛍光）はピンホー
ルＰＨに対し斜め入射となり、透過効率が低下し、その
後の光学系にも斜め入射となり、光量のけられや収差の
影響がある。

【０００８】本発明の目的は、このような点に鑑み、微
小開口部と対物レンズの間に対物レンズの後ろ側焦点距
離と同じ焦点距離のレンズを配設して対物レンズの瞳中
心にすべての微小開口からの光が入射できるようにし、
周辺部の光量ロスをなくし、光利用効率を上げると共に
周辺部の分解能も上げることのできる共焦点顕微鏡を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、有限光学系の顕微鏡に微小開口部
を有する共焦点光スキャナを取り付け、微小開口からの
レーザ光を対物レンズを通して試料に照射し、試料から
の戻り光が前記対物レンズを通して前記微小開口に戻る
ように構成し、前記微小開口部を回転して試料面を光走
査し試料面の像を観測できるように構成した共焦点顕微
鏡であって、前記微小開口部と前記対物レンズの間に対
物レンズの後ろ側焦点距離に等しい焦点距離を有するレ
ンズを配置したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】有限光学系の顕微鏡に光スキャナを組み合わせ
た構成において、ピンホールアレイと対物レンズの間
に、対物レンズの後ろ側焦点距離に等しい焦点距離を有
するレンズを配置する。これにより周辺部のピンホール
からの光も対物レンズの瞳中心に入射されるようにな
り、周辺部の光量ロスがなくなり、周辺部の分解能も向
上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例
を示す要部構成図である。なお、図３と同等部分には同
一符号を付し、その部分の説明は省略する。図１におい
て図４と異なるところは、ピンホールアレイの直下にフ
ィールドレンズ６０を配置した点である。

【００１２】フィールドレンズ６０は有限顕微鏡の対物
レンズ３０の後ろ側焦点距離ａと同じ焦点距離を有し、
ピンホールアレイ１１に近接して（換言すればピンホー
ルアレイ１１の直下に）配置される。レーザ光はマイク
ロレンズＭＬによりピンホールＰＨへ絞られ、ピンホー
ルＰＨを通過したレーザ光は直下に配置されたフィール
ドレンズ６０により、光軸は対物レンズ３０の瞳中心へ
曲げられる。したがって、すべてのピンホールＰＨから
のレーザ光は図２に示すように対物レンズ３０の瞳中心
へ入射することになる。

【００１３】試料（図示せず）からの戻り光はフィール
ドレンズ６０により光軸がピンホールＰＨに対し０度入
射に曲げられる。これにより、信号光の光利用効率が上
がる。なお、フィールドレンズ６０はピンホールＰＨ面
から大きく離れると収差等が発生するが、一般に焦点距
離ａを２００ｍｍ、ピンホールＰＨとフィールドレンズ
６０の距離を１０ｍｍ程度に設計できるため、収差は実
用上問題にならない。

【００１４】図３は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。図において、７１はリレーレンズ、７２はレンズ
である。リレーレンズ７１は対物レンズ３０の後ろ側焦
点距離ａの位置にピンホールＰＨの像面を形成するレン
ズであり、ピンホールＰＨと対物レンズ３０の間に配置
される。レンズ７２は対物レンズ３０の後ろ側焦点距離
ａと同じ焦点距離を持ち、リレーレンズ７１によるピン
ホールの像面の位置に配置される。このような構成によ
ればピンホールからのすべての光は対物レンズ３０の瞳
中心に入射することになる。

【００１５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく適宜の変更や変形が可能である。例えば、マ
イクロレンズＭＬはなくてもよい。また微小開口の形状
はピンホールのような円形に限定されない。同様の目的
を達成できるのであれば他の形状としてもなんら差し支
えない。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、周
辺部の微小開口からのレーザ光が対物レンズの瞳中心に
入射できるため、次のような効果を奏し、極めて有用で
ある。 (1) 対物レンズの瞳径により周辺部の微小開口からの光
量がけられず、光量ロスがなくなり、光利用効率が向上
すると共に、照明むらも生じない。 (2) 周辺部の微小開口も中心部の微小開口と同様に対物
レンズの瞳を有効利用でき、開口数の低下がなく、周辺
部のみ分解能が低下することもなくなる。 (3) 図３に示す構成では試料からの戻り光をレンズ７２
により微小開口へ０度入射させることができ、微小開口
の透過効率があがり、後の光学系でのけられや収差の影
響が減少でき、周辺画像が明るく分解能もあげることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例を示す要
部構成図

【図２】対物レンズの瞳とレーザ光入射位置との関係を
示す図

【図３】本発明に係る共焦点顕微鏡の他の実施例を示す
要部構成図

【図４】従来の有限光学系の顕微鏡に光スキャナを取り
付けた場合の要部構成図

【図５】図４における対物レンズの瞳とレーザ光入射位
置との関係を示す図

【図６】共焦点用光スキャナの一例を示す構成図

【図７】図６に示す集光ディスクとピンホールディスク
の詳細を説明する図である。

【符号の説明】

１０ 光スキャナ ３０ 対物レンズ ６０ フィールドレンズ ７１ リレーレンズ ７２ レンズ ＰＨ ピンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田名網 健雄 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有限光学系の顕微鏡に複数の微小開口を有
   する微小開口部を持つ共焦点光スキャナを取り付け、微
   小開口からのレーザ光を対物レンズを通して試料に照射
   し、試料からの戻り光が前記対物レンズを通して前記微
   小開口に戻るように構成し、前記微小開口部を回転して
   試料面を光走査し試料面の像を観測できるように構成し
   た共焦点顕微鏡であって、 前記微小開口部と前記対物レンズの間に対物レンズの後
   ろ側焦点距離に等しい焦点距離を有するレンズを配置し
   たことを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】前記レンズが、前記微小開口部と対物レン
   ズの間で微小開口部に近接して配置されたフィールドレ
   ンズであり、前記微小開口部からのすべての光が前記対
   物レンズの瞳中心に入射するようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載の共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】前記レンズが、前記対物レンズの後ろ側焦
   点距離の位置に前記微小開口の像面を形成するリレーレ
   ンズと、前記対物レンズの後ろ側焦点距離を持ち前記リ
   レーレンズによる微小開口の像面の位置に配置されたレ
   ンズからなり、前記微小開口からのすべての光が前記対
   物レンズの瞳中心に入射するようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載の共焦点顕微鏡。
4. 【請求項４】前記共焦点光スキャナは、前記微小開口に
   入射するレーザ光を各微小開口に絞り込むための複数の
   マイクロレンズを有したことを特徴する請求項１または
   請求項２または請求項３記載の共焦点顕微鏡。