JPH10104523A - Confocal microscope - Google Patents

Confocal microscope

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Publication number
JPH10104523A
JPH10104523A JP8254559A JP25455996A JPH10104523A JP H10104523 A JPH10104523 A JP H10104523A JP 8254559 A JP8254559 A JP 8254559A JP 25455996 A JP25455996 A JP 25455996A JP H10104523 A JPH10104523 A JP H10104523A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slit
light
confocal
objective lens
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP8254559A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Oide
孝博 大出
Daikichi Awamura
大吉 粟村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LASER TEC KK
Original Assignee
LASER TEC KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LASER TEC KK filed Critical LASER TEC KK
Priority to JP8254559A priority Critical patent/JPH10104523A/en
Publication of JPH10104523A publication Critical patent/JPH10104523A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に低倍率の対物レンズを使用したコンフォ
ーカル顕微鏡において、レンズが本来有しているNAを
最大限有効に使用して高分解能の画像形成が可能である
とともにスリットを用いる際のシェージングの問題をも
解決する。 【解決手段】 光源31から放射される光を、入射端32a
を結束し、出射端32bをライン状に配列したファイバ束
32を介してスリット33に入射させ、このスリットの像を
コンフォーカル光学系16, 19, 21, 23および前記スリッ
トと直交する方向に偏向する走査ミラー18を介して試料
22上に投影し、試料からの反射光を走査ミラーを経て1
次元リニアイメージセンサアレイ24に入射させる。スリ
ット33を使用するので、対物レンズ21一杯に光が入射
し、したがって実効的なNAが小さくならず、広い視野
に亘って高分解能の画像が得られる。また、ファイバ束
32の出射端32bはスリット33の形状に対応してライン状
となっているので、スリットを通過する光量は均一とな
り、シェージングは発生しない。
[PROBLEMS] Particularly in a confocal microscope using a low-magnification objective lens, it is possible to form a high-resolution image by using the NA inherent in the lens as effectively as possible and to form a slit. Also solves the problem of shading when using. SOLUTION: Light emitted from a light source 31 is transmitted to an incident end 32a.
And a fiber bundle in which the emission ends 32b are arranged in a line.
The sample is made incident on a slit 33 through a scanning mirror 18 that deflects the image of the slit in a direction orthogonal to the confocal optical systems 16, 19, 21, and 23 and the slit.
22 and project the reflected light from the sample through the scanning mirror to 1
The light is made incident on the two-dimensional linear image sensor array 24. Since the slit 33 is used, light is incident on the entire objective lens 21, so that the effective NA is not reduced, and a high-resolution image can be obtained over a wide field of view. Also, fiber bundle
Since the emission end 32b of the line 32 has a linear shape corresponding to the shape of the slit 33, the amount of light passing through the slit is uniform, and shading does not occur.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はコンフォーカル顕微
鏡、特に、広視野、低倍率の対物レンズを使用するのに
適したコンフォーカル顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal microscope, and more particularly to a confocal microscope suitable for using a wide-field, low-magnification objective lens.

【0002】[0002]

【従来の技術】本願人はすでにコンフォーカル光学系を
採用したレーザ顕微鏡を提案しており、その基本的な構
成は、例えば特公平4-38325 号公報に記載されている。
この従来のコンフォーカル顕微鏡は、図1に示すような
構成を採っている。すなわち、レーザ光源11から放射さ
れるレーザビームをビームエキスパンダ12によって直径
の大きな光束として音響−光学偏向装置13に入射させ
る。この音響−光学偏向装置13をテレビジョンの水平同
期信号と関連した所定の周期で駆動させてレーザビーム
を主走査方向(水平走査方向)に偏向するようにしてい
る。このようにして偏向されたレーザビームを、偏向方
向にのみ屈折作用を有するシリンドリカルレンズ14に入
射させた後、リレーレンズ15に入射させて輝線Aを形成
する。この輝線Aを構成するレーザビームをリレーレン
ズ16を経て偏光ビームスプリッタ17に入射させ、この偏
光ビームスプリッタの偏光面で反射されたレーザビーム
を、振動ミラーを有する走査ミラー18に入射させる。こ
の走査ミラー18を、テレビジョンの垂直走査に同期して
駆動し、レーザビームを前記主走査方向と直交する副走
査方向(垂直走査方向)に偏向し、さらにリレーレンズ
19に入射させる。したがって、このリレーレンズ19によ
ってレーザビームによるラスタBが形成される。このラ
スタBの像を1/4 λ板20および対物レンズ21を経て試料
面22に結像し、これによって試料面22をラスタ走査する
ようにしている。
2. Description of the Related Art The present applicant has already proposed a laser microscope employing a confocal optical system, and its basic configuration is described, for example, in Japanese Patent Publication No. 4-38325.
This conventional confocal microscope employs a configuration as shown in FIG. That is, the laser beam emitted from the laser light source 11 is incident on the acousto-optic deflector 13 as a light beam having a large diameter by the beam expander 12. The acousto-optical deflecting device 13 is driven at a predetermined cycle related to the horizontal synchronizing signal of the television to deflect the laser beam in the main scanning direction (horizontal scanning direction). The laser beam deflected in this way is made incident on a cylindrical lens 14 having a refraction function only in the direction of deflection, and then made incident on a relay lens 15 to form a bright line A. The laser beam forming the bright line A is incident on the polarization beam splitter 17 via the relay lens 16, and the laser beam reflected on the polarization plane of the polarization beam splitter is incident on the scanning mirror 18 having a vibrating mirror. The scanning mirror 18 is driven in synchronization with the vertical scanning of the television to deflect the laser beam in a sub-scanning direction (vertical scanning direction) orthogonal to the main scanning direction.
Make it incident on 19. Therefore, a raster B by the laser beam is formed by the relay lens 19. The image of the raster B is formed on the sample surface 22 through the / 4λ plate 20 and the objective lens 21, and thereby the sample surface 22 is raster-scanned.

【0003】試料面22で反射されたレーザビームを対物
レンズ21、1/4 λ板20、リレーレンズ19、走査ミラー18
を経て偏光ビームスプリッタ17に入射させる。ここで、
走査ミラー18を通ることによって副走査方向の偏向は相
殺されてなくなる。また、1/4 λ板20を2度通ることに
よりレーザビームの偏光面は90度回転するので、偏光ビ
ームスプリッタ17の偏光面を透過することになる。この
ようにして偏光ビームスプリッタ17を透過したレーザビ
ームを結像レンズ23によって予定焦点面に配置された1
次元イメージセンサアレイ24に収束させる。1次元イメ
ージセンサアレイ24から読み出される画像信号を信号処
理回路25で処理した後、テレビジョンモニタ26上に映出
する。ここで、輝線AとラスタBとは共役であるととも
にラスタBと試料面22上に形成されるラスタも共役であ
り、さらにラスタBとイメージセンサアレイ24とが共役
であるので、コンフォーカル光学系が構成されている。
The laser beam reflected by the sample surface 22 is applied to an objective lens 21, a 1/4 λ plate 20, a relay lens 19, and a scanning mirror 18.
Then, the light enters the polarization beam splitter 17. here,
By passing through the scanning mirror 18, the deflection in the sub-scanning direction is canceled out. Further, the polarization plane of the laser beam is rotated 90 degrees by passing through the quarter λ plate 20 twice, so that the polarization plane of the polarization beam splitter 17 is transmitted. The laser beam transmitted through the polarizing beam splitter 17 in this manner is focused on the predetermined focal plane by the imaging lens 23.
It is converged on the dimensional image sensor array 24. After the image signal read from the one-dimensional image sensor array 24 is processed by the signal processing circuit 25, it is projected on a television monitor 26. Here, the bright line A and the raster B are conjugate, the raster B and the raster formed on the sample surface 22 are also conjugate, and the raster B and the image sensor array 24 are conjugate. Is configured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図1に示す従来のコン
フォーカル顕微鏡においては、レーザビームを水平方向
に偏向するために音響−光学装置13を使用しているが、
一般に音響−光学装置は偏向角がさほど大きくないの
で、輝線Aの長さが短くなり、したがって試料面22に形
成されるラスタの水平方向の寸法も短いものとなる。す
なわち、観察視野が音響−光学装置13の偏向角によって
制限されてしまい、広い視野に亘って観察できないとい
う問題がある。
In the conventional confocal microscope shown in FIG. 1, an acousto-optical device 13 is used to deflect a laser beam in a horizontal direction.
In general, since the deflection angle of the acousto-optical device is not so large, the length of the bright line A is short, and accordingly, the horizontal dimension of the raster formed on the sample surface 22 is also short. That is, there is a problem in that the observation field of view is limited by the deflection angle of the acousto-optical device 13, and observation cannot be performed over a wide field of view.

【0005】さらに、コンフォーカル顕微鏡においても
種々の対物レンズを用意し、観察目的に応じて最適の対
物レンズを選択して使用するようにしている。図2は対
物レンズのNA(開口数)を説明する図であり、NAは
対物レンズの光軸と最外側の光線との成す角度αの正弦
となっており、分解能を決める要素となっている。すな
わち、NAの大きな対物レンズ21aは高い分解能を有し
ており、反対にNAの小さな対物レンズ22bは低い分解
能を有している。
Further, various objective lenses are prepared in a confocal microscope, and an optimum objective lens is selected and used according to the observation purpose. FIG. 2 is a diagram for explaining the NA (numerical aperture) of the objective lens. The NA is the sine of the angle α between the optical axis of the objective lens and the outermost light beam, and is an element that determines the resolution. . That is, the objective lens 21a having a large NA has a high resolution, while the objective lens 22b having a small NA has a low resolution.

【0006】上述したように、従来のコンフォーカル顕
微鏡においては、ラスタの水平方向の寸法が小さくなる
が、これは広視野を得たい場合に障害となる。この問題
を解決しようとリレーレンズ15, 16の焦点距離比を適当
に選べば視野を広げることはできるが、その場合に対物
レンズ21に入射する光束が著しく小さなものとなり、結
果的に対物レンズ21のごく中心の一部分しか使用しない
ことになる。図3に示すように、高倍率の対物レンズ21
aを使用する場合には、光を対物レンズの面積一杯に入
射されるのでその影響はないが、低倍率の対物レンズ21
bを使用する場合には、レンズの中心部分しか使用しな
いので、実効的なNAは著しく小さくなり、したがって
分解能もきわめて低いものとなってしまう。
As described above, in the conventional confocal microscope, the horizontal dimension of the raster is reduced, but this is an obstacle when a wide field of view is desired. In order to solve this problem, the field of view can be widened by appropriately selecting the focal length ratio of the relay lenses 15 and 16, but in that case, the light beam incident on the objective lens 21 becomes extremely small, and as a result, the objective lens 21 Only a small part of the center will be used. As shown in FIG.
When a is used, the light is incident on the entire area of the objective lens, so that there is no influence.
When b is used, only the central part of the lens is used, so that the effective NA is significantly reduced, and therefore the resolution is extremely low.

【0007】図4は現在入手できる顕微鏡用の対物レン
ズのNAと倍率との関係を示したものである。顕微鏡対
物レンズには油浸系と、乾燥系とがあるが、油浸系は一
般に高NA、高倍率であり、乾燥系は低NA、低倍率で
ある。したがって、上述したコンフォーカル顕微鏡に低
NA、低倍率の乾燥系の対物レンズを使用する場合に
は、図3を参照して説明したように分解能が低下してし
まうという問題がある。すなわち、従来のコンフォーカ
ル顕微鏡においては、低NA、低倍率の対物レンズを使
用する際には、対物レンズの性能を十分に発揮すること
ができず、高解像度の映像を得ることができないという
問題がある。
FIG. 4 shows the relationship between NA and magnification of a currently available microscope objective lens. The microscope objective lens includes an oil immersion system and a drying system. The oil immersion system generally has a high NA and a high magnification, and the drying system has a low NA and a low magnification. Therefore, when a low-NA, low-magnification dry-type objective lens is used in the above-mentioned confocal microscope, there is a problem that the resolution is reduced as described with reference to FIG. That is, in the conventional confocal microscope, when an objective lens having a low NA and a low magnification is used, the performance of the objective lens cannot be sufficiently exhibited, and a high-resolution image cannot be obtained. There is.

【0008】図5は、対物レンズのNAが試料の傾斜面
の観察とどのような関係にあるのかを説明するものであ
る。高NAの対物レンズ21aにおいては、試料27の傾斜
面にレーザビームが照射される場合には、試料の傾斜面
での反射光の一部分は対物レンズの方向に向かうので、
反射光の一部が対物レンズに入射するが、低NAの対物
レンズ21bを用いる場合には、試料27の傾斜面での反射
光は対物レンズには向かわないので、対物レンズに入射
しなくなる。このように、コンフォーカル顕微鏡におい
ては、低倍率の対物レンズを用いた場合に、表面の粗い
試料を広い視野に亘って観察することができないという
問題がある。
FIG. 5 explains how the NA of the objective lens is related to the observation of the inclined surface of the sample. In the high NA objective lens 21a, when a laser beam is irradiated on the inclined surface of the sample 27, a part of the reflected light on the inclined surface of the sample goes toward the objective lens.
Although a part of the reflected light enters the objective lens, when the low NA objective lens 21b is used, the reflected light on the inclined surface of the sample 27 does not go to the objective lens, and therefore does not enter the objective lens. As described above, in the confocal microscope, there is a problem that a sample with a rough surface cannot be observed over a wide field of view when a low-magnification objective lens is used.

【0009】さらに、従来のコンフォーカル顕微鏡とし
てアメリカ特許第4,241,257 号明細書に記載されている
ものも知られている。この既知のコンフォーカル顕微鏡
においては、図1に示すレーザ光源11、ビームエキスパ
ンダ12、音響−光学装置13およびシリンドリカルレンズ
14の代わりに高圧水銀蒸気放電管のような高輝度ランプ
を設け、これから放射される光をコンデンサレンズによ
って主走査方向に延在するスリットに集光するようにし
ている。このスリットを対物レンズに関して試料面と共
役な位置に配置することによってコンフォーカルな光学
系を構成している。このようなスリットを用いたコンフ
ォーカル顕微鏡においては、図1に示したコンフォーカ
ル顕微鏡に比べて対物レンズの広い領域を使用すること
ができるので、広視野、低倍率、低NAの対物レンズを
使用する場合でも分解能の低下はなく、また試料の傾斜
面の観察も可能であり、粗い試料面を広い視野に亘って
観察できる可能性がある。一方、集光レンズを用いて光
源ランプからの光を集光してスリットに有効に入射させ
るようにしているが、スリットの端部からの光量は中央
部からの光量に比べて低くなり表示画像にいわゆるシェ
ージングが発生し、画像の品質が低下する問題がある。
さらに、スリットの端部では進行方向が光軸に対して大
きく傾斜している光線も通過し、これが画像形成に悪影
響を及ぼすという問題もある。このような問題を解決す
るために種々の構成の光源を用いて実験を行ったが、現
在入手できる光源では光量の不均一性やスリットの端部
における大きく傾斜した方向に進行する光線の問題を解
決することができなかった。
Further, a conventional confocal microscope described in US Pat. No. 4,241,257 is also known. In this known confocal microscope, a laser light source 11, a beam expander 12, an acousto-optical device 13, and a cylindrical lens shown in FIG.
Instead of 14, a high-intensity lamp such as a high-pressure mercury vapor discharge tube is provided, and light emitted from the lamp is focused by a condenser lens on a slit extending in the main scanning direction. By arranging the slit at a position conjugate with the sample surface with respect to the objective lens, a confocal optical system is formed. In a confocal microscope using such a slit, a wider area of the objective lens can be used as compared with the confocal microscope shown in FIG. 1, so a wide-field, low-magnification, low-NA objective lens is used. In this case, the resolution does not decrease, the oblique surface of the sample can be observed, and the rough sample surface can be observed over a wide field of view. On the other hand, the light from the light source lamp is condensed using a condenser lens so that it is effectively incident on the slit. However, the amount of light from the end of the slit is lower than the amount of light from the center, and the display image However, there is a problem that so-called shading occurs and the quality of an image is deteriorated.
Furthermore, at the end of the slit, a light beam whose traveling direction is greatly inclined with respect to the optical axis also passes, and this has a problem that this adversely affects image formation. In order to solve such problems, experiments were conducted using light sources of various configurations.However, with currently available light sources, the problem of non-uniform light intensity and the problem of light rays traveling in the direction of a large inclination at the end of the slit was found. Could not be resolved.

【0010】さらに、上述した2種類の既知のコンフォ
ーカル顕微鏡においては、焦点深度が非常に浅いコンフ
ォーカル観察しかできず、特に図1に示したものでは、
高倍率の対物レンズを使用することが多いので、試料の
観察したい所望の部位を見い出すのが困難であり、時間
がかかるという問題もあった。
Furthermore, in the above-mentioned two types of known confocal microscopes, only a confocal observation with a very small depth of focus can be performed. In particular, in the case of FIG.
Since an objective lens with a high magnification is often used, it is difficult to find a desired portion of the sample to be observed, and there is a problem that it takes time.

【0011】したがって、本発明の目的は、上述した従
来のコンフォーカル顕微鏡の欠点を除去し、図1に示し
た従来のコンフォーカル顕微鏡の欠点を解消するととも
にスリットを用いた従来のコンフォーカル顕微鏡の欠点
をも解消し、特に広視野、低倍率の対物レンズを有効に
使用することができるコンフォーカル顕微鏡を提供しよ
うとするものである。
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the conventional confocal microscope, eliminate the disadvantages of the conventional confocal microscope shown in FIG. An object of the present invention is to provide a confocal microscope capable of solving the disadvantages and effectively using an objective lens having a wide field of view and a low magnification.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によるコンフォー
カル顕微鏡は、光源装置と、多数のファイバを有し、そ
の一端を前記光源から発する光を受けるように結束して
入射端とし、この光をライン状の光として射出するよう
に他端をライン状に配列して出射端としたファイバー束
と、このファイバー束の出射端から出射される光を制限
するスリットと、このスリットと共役な位置に置かれた
試料上にライン状の輝線を結像し、試料からの反射光ま
たは透過光を予定の結像面に結像する対物レンズを含む
コンフォーカル光学系と、このコンフォーカル光学系の
光路内に挿入され、前記スリットで制限された光を、そ
の長手方向と直交する方向に偏向する偏向装置と、前記
コンフォーカル光学系によって結像される試料像を受け
るように前記予定の結像面に配置された1次元イメージ
センサアレイと、この1次元イメージセンサアレイから
の出力信号を処理して画像信号を出力する画像処理回路
と、この画像処理回路から出力される画像信号を、前記
スリットの延在方向を主走査方向とし、前記偏向装置に
よる偏向方向を副走査方向として表示する表示手段とを
具えることを特徴とするものである。
A confocal microscope according to the present invention has a light source device and a large number of fibers, one end of which is bound to receive light emitted from the light source to form an incident end, and this light is used as an incident end. A fiber bundle having the other end arranged in a line shape so as to emit light as a line-like light and having an emission end, a slit for limiting light emitted from the emission end of the fiber bundle, and a position conjugate with the slit A confocal optical system including an objective lens that forms a line-shaped bright line on the placed sample, and forms reflected light or transmitted light from the sample on a predetermined image plane, and an optical path of the confocal optical system. A deflecting device inserted in the slit and deflecting the light restricted by the slit in a direction orthogonal to a longitudinal direction thereof, and the scheduler to receive a sample image formed by the confocal optical system. A one-dimensional image sensor array arranged on an image forming surface, an image processing circuit for processing an output signal from the one-dimensional image sensor array to output an image signal, and an image signal output from the image processing circuit. Display means for displaying a direction in which the slit extends as a main scanning direction and a direction of deflection by the deflecting device as a sub-scanning direction.

【0013】このような本発明によるコンフォーカル顕
微鏡の好適な実施例では、前記光源装置を、高圧水銀蒸
気放電灯を具えるものとする。また、前記スリットを不
透明な板状部材に形成し、この板状部材には、スリット
よりも大きな開口を形成し、この板状部材に形成したス
リットおよび開口を選択的に光路内に挿入できるように
してコンフォーカルおよびノンコンフォーカルの切換え
を行なうように構成するのも好適である。このようにノ
ンコンフォーカルへの切換ができるようにすれば、焦点
調整をきわめて容易に行なうことができ、試料の観察し
たい所望の部位を迅速に探し出し、その後コンフォーカ
ル系に切換えて所望の部位の詳細な観察を行なうことが
できる。
In a preferred embodiment of such a confocal microscope according to the present invention, the light source device comprises a high-pressure mercury vapor discharge lamp. Further, the slit is formed in an opaque plate-shaped member, an opening larger than the slit is formed in the plate-shaped member, and the slit and the opening formed in the plate-shaped member can be selectively inserted into the optical path. It is also preferable to perform a switching between confocal and non-confocal. If switching to non-confocal can be performed in this manner, focus adjustment can be performed very easily, a desired portion of the sample to be observed can be quickly searched, and then the confocal system can be switched to a confocal system. Detailed observations can be made.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図6は本発明によるコンフォーカ
ル顕微鏡の一実施例の構成を示す線図であり、図1に示
した従来のコンフォーカル顕微鏡の部品と同じ部品には
図1で使用した符号と同じ符号を付けて示した。図1に
示した従来のコンフォーカル顕微鏡と比較して、リレー
レンズ16から偏光ビームスプリッタ17、走査ミラー18、
リレーレンズ19、1/4 λ板20、対物レンズ21、結像レン
ズ23、1次元イメージセンサアレイ24の構成は従来のも
のと同一である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of one embodiment of a confocal microscope according to the present invention. The same components as those of the conventional confocal microscope shown in FIG. 1 are used in FIG. The same reference numerals as those shown above are used. Compared to the conventional confocal microscope shown in FIG. 1, a polarizing beam splitter 17, a scanning mirror 18,
The configuration of the relay lens 19, the 1/4 λ plate 20, the objective lens 21, the imaging lens 23, and the one-dimensional image sensor array 24 is the same as that of the conventional one.

【0015】本発明においては、例えば反射鏡付きの高
圧水銀蒸気放電管のような高輝度ランプを具える光源31
を設け、この光源から放射される光をファイバ束32の結
束端32aに入射させる。このファイバ束32の出射端32b
では図7に示すようにファイバはライン状に配列されて
いる。このようなファイバ束32を用いるため、出射端32
bからは中央部でも端部でも均一の光量が放射されるこ
とになるとともに出射される光線の進行方向もファイバ
の出射角によって決まり、従来のスリットを用いたコン
フォーカル顕微鏡に比べて光軸に対する傾斜角は小さい
ものとなる。ファイバ束32の出射端32bから出射される
光をスリット33に入射させる。このスリット33を対物レ
ンズ21に関して試料面22と共役の位置に配置してコンフ
ォーカル光学系を構成する。さらに、スリット33の後方
に偏光板34を配置する。
In the present invention, a light source 31 having a high-intensity lamp, such as a high-pressure mercury vapor discharge tube with a reflecting mirror, is used.
And the light emitted from this light source is made incident on the binding end 32 a of the fiber bundle 32. Output end 32b of this fiber bundle 32
In FIG. 7, the fibers are arranged in a line as shown in FIG. Since such a fiber bundle 32 is used, the exit end 32
From b, a uniform amount of light is emitted at both the center and the end, and the traveling direction of the emitted light is also determined by the emission angle of the fiber. The inclination angle is small. The light emitted from the emission end 32 b of the fiber bundle 32 is made incident on the slit 33. The slit 33 is arranged at a position conjugate with the sample surface 22 with respect to the objective lens 21 to form a confocal optical system. Further, a polarizing plate 34 is disposed behind the slit 33.

【0016】本発明のコンフォーカル顕微鏡では、スリ
ット33を用い、その像をリレーレンズ16および19によっ
て結像することによりラスタBを形成し、このラスタの
縮小像を対物レンズ22によって試料面22上に形成して試
料面をラスタ走査し、このラスタ像を対物レンズ22、リ
レーレンズ19および結像レンズ23によって1次元イメー
ジセンサアレイ24の受光面上に結像するようにしてい
る。この場合、対物レンズ21に入射する光は対物レンズ
の中心部だけではなく、広い範囲にわたるので、図3に
ついて説明したように対物レンズの実効的なNAは大き
くなり、したがって分解能も高くなる。これは特に対物
レンズとして広視野、低倍率のものを使用したときに有
利となる。さらに、実効的なNAが大きくなると、図5
に関連して説明したように試料22の傾斜面も観察できる
ようになる。さらに、本発明では、スリット33に入射さ
せる光をライン状に配列したファイバ束32の出射端32b
から取り出しているので、光量は均一となるとともに光
軸に対する傾斜角も小さなものとなり、高品位の画像を
表示できる。
In the confocal microscope of the present invention, a raster 33 is formed by forming an image of the slit 33 by the relay lenses 16 and 19 using the slit 33, and a reduced image of the raster is formed on the sample surface 22 by the objective lens 22. Then, the sample surface is raster-scanned, and the raster image is formed on the light receiving surface of the one-dimensional image sensor array 24 by the objective lens 22, the relay lens 19 and the imaging lens 23. In this case, since the light incident on the objective lens 21 covers not only the central portion of the objective lens but also a wide range, the effective NA of the objective lens increases as described with reference to FIG. This is particularly advantageous when an object lens having a wide field of view and a low magnification is used. In addition, when the effective NA increases, FIG.
As described in relation to the above, the inclined surface of the sample 22 can also be observed. Further, according to the present invention, the light exiting end 32b of the fiber bundle 32 in which the light incident on the slit 33 is linearly arranged
, The light quantity becomes uniform and the inclination angle with respect to the optical axis becomes small, so that a high-quality image can be displayed.

【0017】図8は本発明によるコンフォーカル顕微鏡
の他の実施例の構成を高品位テレビジョン規格で処理す
る画像処理部分をも含めて示す線図であり、前例と同じ
部分には同じ符号を付けて示し、その説明は省略する。
本例ではスリット33を不透明な板35に形成し、この不透
明板にはスリット33よりも巾の大きな開口36をも形成
し、この不透明板をファイバ束32の出射端32bに対して
矢印Cで示すように上下に移動できるように構成する。
コンフォーカル顕微鏡として使用する場合には、スリッ
ト33を光路内に挿入し、ノンコンフォーカル顕微鏡とし
て使用する場合には開口36を光路内に挿入する。このよ
うにして、不透明板35を移動させることによってコンフ
ォーカルな観察とノンコンフォーカル観察とを簡単に切
換えることができる。したがって、試料の広い範囲を観
察する場合には焦点深度の深いノンコンフォーカル観察
を行うことによって焦点の粗調整を容易に行なうことが
でき、その結果として試料の所望の部位を簡単かつ迅速
に見つけることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of another embodiment of a confocal microscope according to the present invention, including an image processing portion for processing in accordance with a high definition television standard. The description will be omitted.
In this example, the slit 33 is formed in an opaque plate 35, and an opening 36 having a width larger than that of the slit 33 is also formed in the opaque plate. It is configured to be able to move up and down as shown.
When used as a confocal microscope, the slit 33 is inserted into the optical path, and when used as a non-confocal microscope, the opening 36 is inserted into the optical path. In this way, by moving the opaque plate 35, it is possible to easily switch between confocal observation and non-confocal observation. Therefore, when observing a wide range of the sample, coarse adjustment of the focus can be easily performed by performing non-confocal observation with a large depth of focus, and as a result, a desired portion of the sample can be easily and quickly found. be able to.

【0018】図8に示すように、対物レンズ21の焦点調
整を行なうために、対物レンズをその光軸方向に駆動す
る駆動装置41を設けるとともにその位置をレーザホロス
ケール42およびエンコーダ43によって検出する。これら
の駆動装置41およびエンコーダ43はシステムコントロー
ラ44を介してコンピュータ45に接続し、システムコント
ローラ44には、さらに操作卓46を接続する。1次元イメ
ージセンサアレイ24から読み出した画像信号はアンプ47
で増幅した後、画像処理回路48に供給する。この画像処
理回路48には、A/D変換回路、焦点移動メモリ、D/
A変換回路などを設け、高品位テレビジョンの規格にし
たがって画像信号を処理する。この処理は、例えば1125
/60 方式のHDTVレート( 水平33.75KHz、垂直60Hz、2:1
のインターレース) とすることができる。このようにし
て得られる画像信号をモニタ49に供給して高品位の画像
を映出することができる。
As shown in FIG. 8, in order to adjust the focus of the objective lens 21, a drive device 41 for driving the objective lens in the optical axis direction is provided, and the position is detected by a laser holoscale 42 and an encoder 43. . The driving device 41 and the encoder 43 are connected to a computer 45 via a system controller 44, and a console 46 is further connected to the system controller 44. The image signal read from the one-dimensional image sensor array 24 is supplied to an amplifier 47.
After the amplification, the image data is supplied to the image processing circuit 48. The image processing circuit 48 includes an A / D conversion circuit, a focus shift memory, a D /
An A-conversion circuit and the like are provided to process image signals in accordance with high-definition television standards. This processing is, for example, 1125
/ 60 HDTV rate (33.75KHz horizontal, 60Hz vertical, 2: 1
Interlaced). The image signal thus obtained is supplied to the monitor 49, so that a high-quality image can be displayed.

【0019】画像処理回路48に設けた焦点移動メモリ
は、コンピュータ45から供給されるZ軸方向の移動量
と、イメージセンサアレイ24からの画像信号とを対応付
けして記憶するものであり、これによってきわめて精度
の高い3次元計測を行なうことができる。すなわち、各
画素毎に、最大の輝度が得られるZ軸方向の位置(高
さ)情報を記憶し、3次元計測を行なう場合には、この
ようにして記憶したZ軸方向の位置情報を読み出し、こ
れをコンピュータ45で処理する。このようにして、コン
フォーカル顕微鏡のきわめて浅い焦点深度という特性を
利用して試料面のZ軸方向の距離を正確に計測すること
ができる。
The focus movement memory provided in the image processing circuit 48 stores the amount of movement in the Z-axis direction supplied from the computer 45 and the image signal from the image sensor array 24 in association with each other. Thus, extremely accurate three-dimensional measurement can be performed. That is, position (height) information in the Z-axis direction at which the maximum luminance is obtained is stored for each pixel, and when performing three-dimensional measurement, the position information in the Z-axis direction thus stored is read out. This is processed by the computer 45. In this way, it is possible to accurately measure the distance in the Z-axis direction of the sample surface by utilizing the characteristic of the confocal microscope having a very shallow depth of focus.

【0020】上述したように本例においては、HDTVの規
格にしたがって画像処理を行なうため、モニタ49もその
規格にしたがったものとする。したがって、モニタ49で
の表示画素数は200 万にも達し、一般のテレビジョン規
格にしたがう従来のコンフォーカル顕微鏡(約40万画
素)に比べて遙に高精細の画像を表示することができ
る。したがって、モニタ49上に表示される画像に基づい
て寸法の計測を行なう場合、その精度を著しく高くする
ことができる。
As described above, in this embodiment, since the image processing is performed in accordance with the HDTV standard, the monitor 49 is also assumed to comply with the standard. Therefore, the number of display pixels on the monitor 49 reaches 2,000,000, and it is possible to display a much higher definition image than a conventional confocal microscope (about 400,000 pixels) according to a general television standard. Therefore, when measuring the dimensions based on the image displayed on the monitor 49, the accuracy can be significantly increased.

【0021】図8に示した実施例において、種々の対物
レンズ21を使用する場合の、対物レンズの倍率、NA、
モニタ上での倍率、視野の大きさ、画素サイズ、Z軸方
向での位置測定精度(σ)を表1に示す。
In the embodiment shown in FIG. 8, when various objective lenses 21 are used, the magnification, NA,
Table 1 shows the magnification on the monitor, the size of the field of view, the pixel size, and the position measurement accuracy (σ) in the Z-axis direction.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】図9および図10は、表1に示した倍率が10
×、20×の対物レンズをそれぞれ用いた場合の、空間周
波数(本/mm)と変調度(%)との関係をスリット33の巾
(mμ) パラメータとして示すグラフであり、この巾が10
00μm の場合は開口36を光路内に挿入した場合である。
本発明によれば、巾が100 μm 以下のスリット33を用い
ることによってきわめて高性能の画像形成を行なうこと
ができることがわかる。このように、本発明のコンフォ
ーカル顕微鏡によれば、低倍率の対物レンズを用いた場
合でもきわめて解像度およびコントラストの高い画像が
得られることがわかる。
FIGS. 9 and 10 show that the magnification shown in Table 1 is 10%.
The relationship between the spatial frequency (lines / mm) and the degree of modulation (%) when using × and 20 × objective lenses, respectively, is the width of the slit 33.
(mμ) is a graph shown as a parameter, where the width is 10
The case of 00 μm is a case where the opening 36 is inserted into the optical path.
According to the present invention, it is understood that extremely high-performance image formation can be performed by using the slit 33 having a width of 100 μm or less. As described above, according to the confocal microscope of the present invention, it is understood that an image with extremely high resolution and contrast can be obtained even when the low-magnification objective lens is used.

【0024】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、試料からの反射光を受光する
反射型のコンフォーカル顕微鏡としたが、試料の透過光
を受光する透過型コンフォーカル顕微鏡とすることもで
きる。また、上述した実施例では、試料への入射光と試
料からの反射光とを分離するために偏光ビームスプリッ
タを用いたが、例えばハーフミラーのような他の光路分
割手段を用いることができ、その場合には1/4 λ板は不
要である。さらに、上述した実施例では光ビームを副走
査方向へ偏向するために、反射ミラーを振動させるよう
にした走査ミラーを用いたが、反射ミラーを回転させる
タイプの走査ミラーを用いることもできる。
The present invention is not limited only to the above-described embodiment, and many modifications and variations are possible. For example, in the above-described embodiment, the reflection type confocal microscope receives the reflected light from the sample, but the transmission type confocal microscope may receive the transmitted light of the sample. Further, in the above-described embodiment, the polarizing beam splitter is used to separate the light incident on the sample and the reflected light from the sample, but other optical path splitting means such as a half mirror can be used. In that case, the 1/4 λ plate is unnecessary. Furthermore, in the above-described embodiment, a scanning mirror configured to vibrate the reflecting mirror is used to deflect the light beam in the sub-scanning direction. However, a scanning mirror that rotates the reflecting mirror may be used.

【0025】[0025]

【発明の効果】上述したように、本発明によるコンフォ
ーカル顕微鏡においては、光ビームを主走査方向に偏向
するために偏向角の小さい音響−光学装置を用いないの
で、対物レンズの入射瞳一杯に光を入射させることがで
き、したがって実効的なNAが小さくなることがなく、
対物レンズが本来有しているNAを有効に利用して高分
解能の画像形成が可能となるとともに粗面を有する試料
の広視野観察が可能となる。このような利点は、特に低
NA、低倍率の対物レンズを用いるときに顕著となる。
さらに、従来のスリットを用いたコンフォーカル顕微鏡
に比べて、本発明ではライン状の出射端を有するファイ
バ束を用いるようにしたので、スリットを透過する光量
は中心部でも端部でも均一となり、いわゆるシェージン
グのない高品位の画像を得ることができる。この場合、
ファイバ束のライン端とスリットとの間隔を使用する対
物レンズに応じて調整するようにすれば、迷光やフレア
のないさらに高品位の画像を表示することができる。
As described above, in the confocal microscope according to the present invention, an acousto-optical device having a small deflection angle is not used for deflecting the light beam in the main scanning direction. Light can be incident, so that the effective NA does not decrease,
It is possible to form a high-resolution image by effectively utilizing the NA inherent in the objective lens, and to observe a wide-field of a sample having a rough surface. Such advantages become remarkable especially when a low NA and low magnification objective lens is used.
Furthermore, as compared with a conventional confocal microscope using a slit, the present invention uses a fiber bundle having a linear output end, so that the amount of light transmitted through the slit is uniform at both the center and the end, so-called A high-quality image without shading can be obtained. in this case,
If the distance between the line end of the fiber bundle and the slit is adjusted according to the objective lens used, a higher-quality image free from stray light and flare can be displayed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、従来の音響−光学装置を用いたコンフ
ォーカル顕微鏡の構成を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a confocal microscope using a conventional acousto-optical device.

【図2】図2は、対物レンズのNAと分解能との関係を
説明するための線図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a relationship between NA of an objective lens and resolution.

【図3】図3は、対物レンズの倍率と実効的なNAとの
関係を説明するための線図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between a magnification of an objective lens and an effective NA;

【図4】図4は、顕微鏡に使用されている対物レンズの
倍率とNAとの相関を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the magnification of an objective lens used in a microscope and NA.

【図5】図5は、対物レンズのNAによる試料傾斜面と
の関係を説明するための線図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between an NA of an objective lens and a sample inclined surface.

【図6】図6は、本発明によるコンフォーカル顕微鏡の
一実施例の構成を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a confocal microscope according to the present invention.

【図7】図7は、同じくそのファイバ束の構成を示す斜
視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the fiber bundle.

【図8】図8は、本発明によるコンフォーカル顕微鏡の
他の実施例の構成を示す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the confocal microscope according to the present invention.

【図9】図9は、倍率10の対物レンズを用いたときの性
能を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing performance when an objective lens with a magnification of 10 is used.

【図10】図10は、倍率20の対物レンズを用いたとき
の性能を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing performance when an objective lens with a magnification of 20 is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

16 リレーレンズ 17 偏光ビームスプリッタ 18 走査ミラー 19 リレーレンズ 20 1/4 λ板 21 対物レンズ 22 試料面 23 結像レンズ 24 1次元イメージセンサアレイ 31 光源 32 ファイバ束 32a 入射端 32b 出射端 33 スリット 34 偏光板 35 不透明板 36 開口 41 対物レンズ駆動装置 42 レーザホロスケール 43 エンコーダ 44 システムコントローラ 45 コンピュータ 46 操作卓 47 アンプ 48 画像処理回路 49 モニタ 16 Relay lens 17 Polarizing beam splitter 18 Scanning mirror 19 Relay lens 20 1/4 λ plate 21 Objective lens 22 Sample surface 23 Imaging lens 24 One-dimensional image sensor array 31 Light source 32 Fiber bundle 32a Incident end 32b Exit end 33 Slit 34 Polarized Plate 35 Opaque plate 36 Aperture 41 Objective lens drive 42 Laser horoscale 43 Encoder 44 System controller 45 Computer 46 Console 47 Amplifier 48 Image processing circuit 49 Monitor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源装置と、多数のファイバを有し、そ
の一端を前記光源から発する光を受けるように結束して
入射端とし、この光をライン状の光として射出するよう
に他端をライン状に配列して出射端としたファイバー束
と、このファイバー束の出射端から出射される光を制限
するスリットと、このスリットと共役な位置に置かれた
試料上にライン状の輝線を結像し、試料からの反射光ま
たは透過光を予定の結像面に結像する対物レンズを含む
コンフォーカル光学系と、このコンフォーカル光学系の
光路内に挿入され、前記スリットで制限された光を、そ
の長手方向と直交する方向に偏向する偏向装置と、前記
コンフォーカル光学系によって結像される試料像を受け
るように前記予定の結像面に配置された1次元イメージ
センサアレイと、この1次元イメージセンサアレイから
の出力信号を処理して画像信号を出力する画像処理回路
と、この画像処理回路から出力される画像信号を、前記
スリットの延在方向を主走査方向とし、前記偏向装置に
よる偏向方向を副走査方向として表示する表示手段とを
具えることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
1. A light source device, comprising a number of fibers, one end of which is bundled to receive light emitted from the light source to form an incident end, and the other end is formed so as to emit this light as linear light. A fiber bundle arranged as an emission end arranged in a line, a slit for limiting light emitted from the emission end of the fiber bundle, and a line-shaped bright line formed on a sample placed at a position conjugate with the slit. A confocal optical system including an objective lens that forms an image and reflects reflected light or transmitted light from the sample on a predetermined imaging surface; and light inserted into the optical path of the confocal optical system and restricted by the slit. A deflecting device for deflecting the sample in a direction perpendicular to the longitudinal direction thereof, a one-dimensional image sensor array arranged on the predetermined imaging plane to receive the sample image formed by the confocal optical system, and An image processing circuit that processes an output signal from the one-dimensional image sensor array to output an image signal; and converts the image signal output from the image processing circuit into a main scanning direction with the slit extending direction as a main scanning direction. A confocal microscope, comprising: display means for displaying a direction of deflection by the device as a sub-scanning direction.
【請求項2】 前記光源装置を、高圧水銀蒸気放電灯を
具える光源装置としたことを特徴とする請求項1に記載
のコンフォーカル顕微鏡。
2. The confocal microscope according to claim 1, wherein the light source device is a light source device including a high-pressure mercury vapor discharge lamp.
【請求項3】 前記スリットを不透明な板状部材に形成
し、この板状部材には、スリットよりも大きな開口を形
成し、この板状部材に形成したスリットおよび開口を選
択的に光路内に挿入できるようにしてコンフォーカルお
よびノンコンフォーカルの切換えを行なうように構成し
たことを特徴とする請求項1に記載のコンフォーカル顕
微鏡。
3. The slit is formed in an opaque plate member, an opening larger than the slit is formed in the plate member, and the slit and the opening formed in the plate member are selectively placed in the optical path. 2. The confocal microscope according to claim 1, wherein the confocal microscope is configured to switch between confocal and non-confocal so as to allow insertion.
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