JPH1010434A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージ周りの使い勝手が良くしかも安価な
顕微鏡装置を提供する。 【解決手段】 試料８を観察するための照明光を試料８
に照射する照明系と、試料８が載置されるステージ７
と、ステージ７のＸＹ方向の移動量を検出する移動量検
出部５０とを備えた顕微鏡装置１において、移動量検出
部５０は、ステージ７が移動するＸＹ平面に光検出器が
２次元的に配列され、ステージ７と一体にＸＹ方向に移
動する２次元ＰＳＤ素子１０と、照明光の一部を照明系
から分離して２次元ＰＳＤ素子１０へ導くダイクロイッ
クミラー２１、全反射ミラー２２及び集光レンズ２３と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は顕微鏡装置に関
し、特に試料が載置されるステージのＸＹ方向の移動量
を検出する移動量検出手段を備えた顕微鏡装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡装置は試料を観察するための照明
光を試料に照射する照明系と、試料が載置されるステー
ジと、ステージのＸＹ方向の移動量を検出する移動量検
出手段とを備える。

【０００３】上記顕微鏡装置は試料を載置するステージ
のＸＹ方向の移動量の検出を、所定の基準位置からの機
械的な変位量、速度等を電気量として検出するリニアエ
ンコーダをステージのＸＹ方向にそれぞれ取付けて行っ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高価なリニア
エンコーダを２本使用しなければならないため、顕微鏡
装置を高価なものとしてしまうという問題があった。

【０００５】また、ステージのＸ方向及びＹ方向にはリ
ニアエンコーダ及びリニアエンコーダのパターンを読み
取る検出ヘッドがそれぞれ取り付けられるため、実験を
行う場合、ステージ周りの使い勝手が悪くなるという問
題があった。

【０００６】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、ステージ周りの使い勝手が良くしかも安価な
顕微鏡装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明の顕微鏡装置は、試料を観察するた
めの照明光を試料に照射する照明系と、前記試料が載置
されるステージと、前記ステージのＸＹ方向の移動量を
検出する移動量検出手段とを備えた顕微鏡装置におい
て、前記移動量検出手段は、前記ステージに取り付けら
れ、このステージと一体にＸＹ方向に移動する２次元位
置検出器と、前記照明光の一部を前記照明系から分離し
て前記２次元位置検出器へ導く光分割手段とを備えてい
ることを特徴とする。

【０００８】２次元位置検出手段を用いたので、１つの
位置検出手段でステージのＸＹ方向に移動量を検出で
き、ステージ面の構造を簡単なものとすることができ
る。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の発明の
顕微鏡装置において、前記２次元位置検出器は２次元半
導体位置検出器であることを特徴とする。

【００１０】１つの２次元半導体位置検出器によってス
テージのＸＹ方向の移動量が検出される。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１記載の発明の
顕微鏡装置において、前記２次元位置検出器はＣＣＤラ
インセンサであることを特徴とする。

【００１２】ＣＣＤラインセンサを２次元的に配置する
ことによってステージのＸＹ方向の移動量が検出され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１４】図１はこの発明の第１実施形態に係る顕微
鏡装置のブロック構成図、図２はダイクロイックミラー
１９の分光特性図、図３はダイクロイックミラー２１の
分光特性図である。

【００１５】顕微鏡装置１は、励起光（照明光）を発す
る光源（例えば波長λが３５１ｎｍ及び４８８ｎｍのア
ルゴンレーザ光源）２と、集光レンズ３と、所定波長
（４８８ｎｍ）の励起光だけを通す励起フィルタ（ＥＸ
フィルタ）４と、励起光の透過率を調整する減光フィル
タ（ＮＤフィルタ）５と、フィルタキューブ６と、ダイ
クロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１を
通過した励起光をステージ７上に載置された試料８に集
光させる対物レンズ９と、所定波長以上の光を通すバリ
アフィルタ１１と、ミラー１２，１３と、リレーレンズ
１４，１５と、プリズム１６と、眼１７で観察できるよ
うにするための接眼レンズ１８と、全反射ミラー２２
と、集光レンズ２３と、ステージ７の裏面に取り付けら
れ、ステージ７と一体にＸＹ方向に移動するた２次元Ｐ
ＳＤ素子（２次元位置検出器）１０と、信号処理装置３
０とを備える。

【００１６】光源２と、集光レンズ３と、励起フィルタ
４と、減光フィルタ５と、フィルタキューブ６と、ダイ
クロイックミラー２１と、対物レンズ９とで照明系を構
成する。

【００１７】フィルタキューブ６は２つの２等辺直角プ
リズムの斜面を半透膜等を介して張合わせたものであっ
て、その斜面部分がダイクロイックミラー１９として機
能する。

【００１８】ダイクロイックミラー２１と、全反射ミラ
ー２２と、集光レンズ２３とで励起光の一部を２次元Ｐ
ＳＤ素子１０へ導く励起光分割部（光分割手段）２０を
構成する。

【００１９】更に、この励起光分割部２０と２次元ＰＳ
Ｄ素子１０とでステージ７のＸＹ方向の移動量を検出す
る移動量検出部（移動量検出手段）５０を構成する。

【００２０】ダイクロイックミラー１９は、図２に示す
ようにほぼ４９０ｎｍ以下の波長の光を反射させる分光
特性を有し、ダイクロイックミラー２１は、図３に示す
ようにほぼ４９０ｎｍ以下の波長の８０％の光を透過さ
せる分光特性を有する。

【００２１】なお、図２において横軸は波長（単位：ｎ
ｍ）、縦軸は反射率（単位：％）であり、図３において
横軸は波長（単位：ｎｍ）、縦軸は透過率（単位：％）
である。

【００２２】２次元ＰＳＤ素子１０は、走査を利用しな
いで光スポットを計測する位置敏感型の半導体位置検出
器である。高抵抗層が均一抵抗層に挟まれ、一方の均一
抵抗層の周辺に４個の信号読み出し電極が設けられてい
る。

【００２３】２次元ＰＳＤ素子１０に入射した光は光電
変換され、発生した電荷は表面の抵抗層を通って４個の
読出し電極から出力される。このとき、各電極から得ら
れる電流が光入射位置と電極との間の抵抗値に逆比例す
るので、各電極の電流値から光入射位置を求めることが
できる。

【００２４】なお、２次元ＰＳＤ素子１０の分光感度域
は４００〜１０００ｎｍである。

【００２５】上記構成の顕微鏡装置の動作を図１，図２
及び図３を参照して説明する。

【００２６】光源２から出射された３５１ｎｍ及び４８
８ｎｍの波長の励起光は集光レンズ３で集光され、励起
フィルタ４で波長λ４８８ｎｍの励起光だけが透過さ
れ、その励起光が減光フィルタ（ＮＤフィルタ）５で調
光される。

【００２７】この励起光はフィルタキューブ６内のダイ
クロイックミラー１９で反射された後、ほぼ８０％の励
起光がダイクロイックミラー２１を透過し、対物レンズ
９によってステージ７上の試料８に集光される（図２及
び図３参照）。

【００２８】励起光の照射によって試料８から発生した
蛍光（例えばＦＩＴＣの場合、波長λ＝５２０ｎｍ、ロ
ーダミンの場合、波長λ＝５７０ｎｍ、ボディピィの場
合、波長λ＝５１２ｎｍ）は励起光とともに対物レンズ
９からダイクロイックミラー２１、フィルタキューブ６
へと光路を逆行し、フィルタキューブ６内のダイクロイ
ックミラー１９で励起光と分離される。

【００２９】ダイクロイックミラー１９を通過した蛍光
は、バリアフィルタ１１を通った後、ミラー１２，１
３、リレーレンズ１４，１５、プリズム１６を経由して
接眼レンズ１８で集光され、眼１７で観察される。

【００３０】一方、ダイクロイックミラー２１で反射さ
れた２０％の励起光は、全反射ミラー２２で反射された
後、集光レンズ２３によってステージ７上の２次元ＰＳ
Ｄ素子１０上に集光する。２次元ＰＳＤ素子１０の各電
極（図示せず）から得られた信号は信号処理装置３０へ
出力され、信号処理装置３０では演算等の信号処理が行
なわれ、ステージ７のＸＹ方向の移動量が求められる。

【００３１】この場合、ステージ７のＺ方向への移動が
阻止された状態で、ステージ７のＸＹ方向の移動量の検
出が行われる。

【００３２】図４は第１実施形態における信号処理装置
のブロック構成図である。

【００３３】信号処理装置３０は、増幅器３１〜３４
と、アナログ信号処理回路３５〜３８と、距離演算回路
３９と、Ａ／Ｄ変換器４０と、ＣＰＵ４１と、メモリ４
２とからなる。なお、図においてＸ及びＹはそれぞれＸ
軸方向の信号及びＹ軸方向の信号であることを示してい
る。

【００３４】２次元ＰＳＤ素子１０の各電極から得られ
た信号は各信号毎に増幅器３１〜３４で増幅され、アナ
ログ信号処理回路３５〜３８で正規化された後、距離演
算回路３９で移動量の計算が行われる。

【００３５】この計算結果はＡ／Ｄ変換器４０でデジタ
ル信号とされ、ＣＰＵ４１を介してメモリ４２に記憶さ
れる。また、メモリ４２の内容は必要に応じてモニタ
（図示せず）に表示される。

【００３６】この第１実施形態によれば、高価なリニア
エンコーダを用いることなく１つの２次元ＰＳＤ素子１
０でステージ７のＸＹ方向に移動量を検出できるので、
顕微鏡装置１を安価に提供できる。

【００３７】また、ステージ７の構造が簡素化されるの
で、実験を行う際のステージ周りの使い勝手がよくな
る。

【００３８】図５はこの発明の第２実施形態における信
号処理装置のブロック構成図である。第１実施形態の顕
微鏡装置では、位置検出器として２次元ＰＳＤ素子１０
を用いた場合について述べたが、第２実施形態では、２
次元ＰＳＤ素子１０に代えてＣＣＤラインセンサ７０を
用いるようにした。

【００３９】位置検出器のＣＣＤラインセンサ７０以外
の構成については第１実施形態の顕微鏡装置１と共通す
るので、その説明を省略する。

【００４０】信号処理装置６０は、増幅器６１，６２
と、Ａ／Ｄ変換器６３，６４と、ＣＰＵ６５と、メモリ
６６とからなる。なお、図においてＸ及びＹはそれぞれ
Ｘ軸方向の信号及びＹ軸方向の信号であることを示して
いる。

【００４１】ＣＣＤラインセンサ７０は１次元の光情報
を電気信号に変換する固体撮像デバイスであり、５００
０画素や７５００画素のものを用い、この実施形態では
このＣＣＤラインセンサ７０を複数用いて２次元的に配
置している。

【００４２】ところで、励起光は、通常ガウス分布にな
っており、中央の光強度が一番強く、半径方向に裾を引
いて緩やかな曲線を描く。そして、焦点面のスポットサ
イズは対物レンズ９及び集光レンズ２３の焦点距離によ
り定まる。

【００４３】ＣＣＤラインセンサ７０上には画素の配列
ピッチより大きいスポットサイズのスポット光が当てら
れる。ＣＣＤラインセンサ７０では各画素の明暗に応じ
た電気信号に変換され、Ｘ及びＹ方向の信号毎に増幅器
６１，６２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器６３，６４でデジ
タル信号とされ、ＣＰＵ６５を介してメモリ６６に記憶
される。またメモリ６６の内容は必要に応じてモニタ
（図示せず）に表示される。

【００４４】ＣＰＵ６５では受光量に応じて出力され
る、それぞれの画素の持つ階調値を基にスポット光の重
心位置（光強度が一番高い部分）を求め、移動量を演算
し、結果をメモリ６６に記憶させる。

【００４５】この第２実施形態によれば、第１実施形態
と同様の効果を得ることができる。また、スポット光の
移動量を計算するのに重心位置を用いたので、ＣＣＤラ
インセンサ７０の配列ピッチより小さな移動量を検出す
ることができる。

【００４６】この場合の分解能はＣＣＤラインセンサ７
０の画素の配列ピッチ、スポット光の大きさ、スポット
光の強度分布及びＡ／Ｄ変換器６３，６４の性能により
決定される。

【００４７】なお、上記各実施形態においては励起レー
ザ光を使用する顕微鏡装置で説明したが、励起レーザ光
以外、例えば白色光を使用する顕微鏡装置にも適用する
ことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１記載の発
明の顕微鏡装置によれば、２次元位置検出手段を用いた
ので、１つの位置検出手段でステージのＸＹ方向に移動
量を検出できる。したがって、顕微鏡装置を安価に提供
できるとともに、ステージ面の構造の簡素化によって実
験を行う際のステージ周りの使い勝手を向上させること
ができる。

【００４９】請求項２又は３に記載の発明の顕微鏡装置
によれば、高価なリニアエンコーダを用いないので、安
価な顕微鏡装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装
置のブロック構成図である。

【図２】図２はダイクロイックミラー１９の分光特性図
である。

【図３】図３はダイクロイックミラー２１の分光特性図
である。

【図４】図４は第１実施形態における信号処理装置のブ
ロック構成図である。

【図５】図５は第２実施形態における信号処理装置のブ
ロック構成図である。

【符号の説明】

１ 顕微鏡装置 ２ 光源 ７ ステージ ８ 試料 １０ ２次元ＰＳＤ素子（２次元位置検出器） ２０ 励起光分割部（光分割手段） ５０ 移動量検出部（移動量検出手段） ６０ ＣＣＤラインセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を観察するための照明光を試料に照
   射する照明系と、前記試料が載置されるステージと、前
   記ステージのＸＹ方向の移動量を検出する移動量検出手
   段とを備えた顕微鏡装置において、 前記移動量検出手段は、前記ステージに取り付けられ、
   このステージと一体にＸＹ方向に移動する２次元位置検
   出器と、前記照明光の一部を前記照明系から分離して前
   記２次元位置検出器へ導く光分割手段とを備えているこ
   とを特徴とする顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 前記２次元位置検出器は２次元半導体位
   置検出器であることを特徴とする請求項１に記載の顕微
   鏡装置。
3. 【請求項３】 前記２次元位置検出器はＣＣＤラインセ
   ンサであることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装
   置。