JPS62209510A - 撮像装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は撮像装置、特に光ビームの副走査方向の位置ず
れを除去した撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、観察すべき試料面を微小スポット状に集束した光
ビームで高速走査し、試料からの反射光又は透過光をフ
ォトマル等の受光素子で検出して試料情報を電気信号と
して得る光学式走査型顕微ｖｌ撮像装置が実用化されて
いる。この顕微鏡撮像装置は試料からの光学情報を電気
信号として得る構成としているので、像の明るさ等を調
整できると共にモニタ上で観察できる利点を具えている
。

しかしながら、試料面を高速走査するため受光素子とし
て感度の高いフォトマルを用いなければならず、装置が
大型化且つ高価になる欠点や走査速度のムラに起因する
画像歪みが発生する欠点があった。

このような欠点を解消するため、本願人は特願昭５９−
２４２４１９号公報において受光素子として電荷蓄積能
力を有するリニアイメージセンサを用いる顕微鏡撮像装
置を提案している。この本願人が提案したｗＩ微微振撮
像装置、レーザ光源から放射した光ビームを主走査方向
及び副走査方向に偏向する２個の偏向器と、光ビームを
スポット状に集束して試料に向けて投射する対物レンズ
と、試料からの反射光又は透過光を受光するリニアイメ
ージセンサとを具え、リニアイメージセンサの各素子を
主走査方向と対応する方向に配列して試料からの光ビー
ムを１ライン毎にリニアイメージセンサで受光し、リニ
アイメージセンサの電荷蓄積効果を利用してＳ／Ｎ比が
高く、しかも走査ムラが生じても画像歪みのない試料像
を得るように構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した顕微鏡撮像装置では、光ビームをイメージセン
サ上に精度よく入射させることが必要であるが、レーザ
光源からイメージセンサに到る光路中に含まれる種々の
光学素子の変動によって試料からの光ビームとリニアイ
メージセンサとの相対的な位置ずれが生ずる欠点がある
。例えば試料に向けて光ビームを放射するレーザ光源の
レーザ放射角度は、例えば温度変化により変動するが、
このように放射角が変動すると、特に生物用として有用
な透過型の顕微鏡撮像装置においては、集光レンズによ
り照明光束が集束される試料上の点と、対物レンズによ
りイメージセンサ上に投影される試料上の点とがずれる
ことになる。このように試料からの光ビームとリニアイ
メージセンサとの相対的な位置ずれは、主走査方向のず
れとそれと直交する副走査方向のずれとがあるが、特に
副走査方向に位置ずれが生ずるとリニアイメージセンサ
の各受光素子の全面に亘って光ビームが入射せず、画像
信号の振幅が低下し、Ｓ／Ｎが悪くなり、極端な場合に
は試料からの光ビームがリニアイメージセンサに全く人
射しなくなり、画像信号が得られなくなってしまう。特
にリニアイメージセンサは微小な受光素子が１次元的に
配列されているため、上述したように光学素子の配置位
置が僅かにずれたり、レーザ光源の放射角度が僅かにず
れてもリニアイメージセンサ上に光ビームスポットが正
確に入射しなくなってしまう。

また、カラー顕微鏡撮像装置においては、複数の波長の
異なる光ビームを用いているが、各光ビームの光学系に
ずれがあると、これらの光ビームが試料上の１点に集光
されなくなったり、試料上の１点の像が３本のリニアイ
メージセンサ上に同時に結像されなくなる。このような
場合には画像信号の振幅が低下するだけでなく、解像度
も低下する欠点がある。

従って、本発明の目的は上述した欠点を除去し、光ビー
ムに副走査方向のずれが生じても試料からの光ビームを
リニアイメージセンサ上に正確に入射させることができ
、Ｓ／Ｎの高い画像信号が得られる撮像装置を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 第１図は本発明による撮像装置の基本構成を示す線図で
ある。レーザ光源１から放射した光ビームはエキスパン
ダ２により拡大平行光束とされてから第１の偏向素子で
ある音響光学素子３に入射する。この音響光学素子３は
、光ビームを試料上のＸ方向（紙面と直交する主走査方
向）に高速振動させるものである。音響光学素子３によ
り偏向された光ビームはリレーレンズ４を経て第２の偏
向素子である。振動ミラー５に入射する。この振動ミラ
ー５は、矢印ａ又はｂ方向に回動して光ビームをＸ方向
と直交するＹ方向（紙面内の副走査方向）に偏向させる
。振動ミラー５で反射した光ビームはリレーレンズ６を
経て集光レンズ７に入射し微小スポット状に集束されて
観察すべき試料８に入射する。従って、試料８は、微小
スポット状に集束した光ビームによりＸ及びＹ方向に所
定の走査周波数で走査されることになる。試料８を透過
した光ビームは対物レンズ９で集光され、直角プリズム
１０及び１１．リレーレンズ１２、直角プリズム１３を
経て振動ミラー５の裏面側の反射面に入射する。この反
射面で反射した光ビームはリレーレンズ１４、直角プリ
ズム１５及び結像レンズ１６を経て光路補正手段である
平行平面板１７に入射する。

この平行平面板１７は光ビームの光路からのずれ量に応
じて矢印ａ又はｂ方向に回動して光ビームのＹ方向のず
れを補正する。ずれ量が補正された光ビームはハーフミ
ラ−１８により２分割され、反射光は変位量検出器１９
に入射し、透過光は各素子がＸ方向に１次元的に配列さ
れたリニアイメージセンサ２０に入射して１ライン毎に
受光される。変位量検出器１９は光ビームのＹ方向の変
位量、すなわちリニアイメージセンサ２０に入射する光
束のリニアイメージセンサ２０の延在方向と直交するＹ
方向の変位量を検出するものであり、検出した変位量を
表わす信号を平行平面板１７を駆動する駆動装置に供給
して光路補正を行なう。

（作　用） 上述したように本発明では、リニアイメージセンサに入
射する光束のＹ方向の変位量を検出し、検出した変位量
を表わす信号を補正信号として光路補正手段に供給して
光路補正しているので、試料から発した光ビームをリニ
アイメージセンサの各受光素子に正確に、しかも自動的
に入射させることができ、Ｓ／Ｎ比の高い画像信号を得
ることができる。

（実施例） 第２図は本発明による撮像装置の一実施例の構成を示す
立体的線図であり、光路の多くは水平面に対して４５″
の角度又は水平面に対して垂直方向に延在している。本
例では透過型カラー顕微鏡撮像装置を例にして説明する
。青、緑及び赤の３原色光ビームを放射する光源として
、青及び緑の光ビームを放射するＡｒレーザ４０と赤の
光ビームを放射するＨｅ　−Ｎｅレーザ４１を用いる。

Ａｒレーザ４０から放射した光ビームは水平面に対して
４５″の角度だけ下方に傾いて放射され第１のグイクロ
イックミラ−４２に入射し、波長４８８ｎＩＩＩの青色
成分光と波長５１４．５ｎｍの緑色成分光とに分離され
る。グイクロイックミラー４２を透過した青色光ビーム
は、第１のエキスパンダ４３で拡大平行光束とされ、直
角プリズム４４で水平面と直交する方向に反射し、更に
直角プリズム４５で水平面に対して４５°の角度方向に
反射されて第１の音響光学素子４６にに入射する。

この第１の音響光学素子４６は青色光ビームを試料面の
Ｘ方向（紙面と直交する方向）に高速振動させる。この
第１の音響光学素子４６で偏向された光ビームは光路補
正手段である第１の非平行平面板４７に入射する。この
非平行平面板４７は駆動装置（図示せず）に連結され、
第３図Ａに示すように青色光ビームの光路からのずれ量
に応じて光軸を中心にして回転させてＸ方向と直交する
Ｙ方向に青色光ビームを偏向し光路補正を行なう。光路
補正された青色光ビームはハーフミラ−４８で反射し、
ハーフミラ−４９を透過し、リレーレンズ５０を経て水
平面に対して４５″の角度下方に向けて進行し、水平面
内に配置した振動ミラー５１に入射する。振動ミラー５
１は駆動装置（図示せず）に連結され、所定の周波数で
回動して入射光ビームを試料のＸ方向と直交するＹ方向
に偏向する。この振動ミラー５１は、その表面及び裏面
共に全反射面が形成されており、試料に向かう光ビーム
は表面側に入射し試料から発した光ビームは裏面側に入
射する。

振動ミラー５１で反射した青色光ビームは水平面に対し
て４５°の角度だけ上方に向いて進行し、左右反転プリ
ズム５２及びリレーレンズ５３を経て直角プリズム５４
で水平面に直交する方向に反射し、集光レンズ５５で微
小スポット状に集束されて試料５６に入射する。従って
、試料５６は、微小スポット状に集束した青色光ビーム
により所定の周波数でＸ方向及びこれと直交するＹ方向
に走査されることになる。試料５６を透過した青色光ビ
ームは、対物レンズ５７で集光され直角プリズム５８で
水平面に対して４５°の角度上方に向けて反射し、リレ
ーレンズ５９を経て振動ミラー５１の裏面側に入射する
。振動ミラー５１の裏面で反射した青色光ビームは、リ
レーレンズ６０を経て第２のグイクロイックミラー６１
に入射する。この第２のグイクロイックミラー６１は青
色光だけを反射し他の波長域の光を透過する。

従って、青色光ビームは第２のグイクロイックミラー６
１で反射し、結像レンズ６２を経て平行平面板８５に入
射する。この平行平面板８５は第３図Ｂに示すようにａ
又はｂ方向に回動して光路補正を行なう。更に光ビーム
はハーフミラ−６３に入射し、その反射光は第１の変位
量検出器６４に入射し透過光は第１のリニアイメージセ
ンサ６５に入射する。第１リニアイメージセンサ６５は
結像レンズ６２の結像位置に配置され、試料５６からの
青色光ビームを主走査方向（Ｘ方向）に１ライン毎に受
光するように各受光素子がＸ方向と対応する方向に１次
元的に配列され、試料５６からの透過光を各素子により
順次受光して光電変換を行ない、所定の続出周波数で各
素子に蓄積した電荷を順次読み出す。リニアイメージセ
ンサは電荷蓄積能力を有しているから、試料５６の各画
素とリニアイメージセンサ６５の各受光素子とが常にｌ
ｒｉの関係となり、第１の音響光学素子４６の走査速度
にムラが生じても受光量が若干変化するに過ぎず、画像
歪みが発生することはない。

第４図は変位量検出器６４の構成を示す線図である。試
料５６のＹ方向と対応する方向に同一形状の２個の光検
出器９０及び９１を配置し、試料５６からの青色光ビー
ムをこれら第１及び第２の光検出器９０及び９１上に入
射させる。そして、第１光検出器９０と第２光検出器９
１の境界線ｌをリニアイメージセンサ６５の受光素子の
中心位置に一致させる。このように構成すれば、リニア
イメージセンサ６５への入射光がＹ方向にずれた場合変
位量検出器の２個の光検出器９０及び９１に入射する光
は同時にＹ方向に変位するから、第１光検出器９０と第
２光検出器９１との光電出力信号を差動増幅器９２に供
給して差信号を形成すれば、この差信号の大きさは光ビ
ームの偏移量を表わし、極性は偏移方向を表わすことに
なる。従って、この差信号を光路補正手段である第１の
非平行平面板４７および／または第１の平行平面板８５
の駆動装置に供給し第１リニアイメージセンサ６５の受
光素子に対する入射光のＹ方向の変位量に応じて非平行
平面板４７および／または平行平面板８５を駆動すれば
、自動的に光路補正が行なわれ、試料５６からの透過光
をリニアイメージセンサ５６の各受光素子上に正確に入
射させることができる。

次に、緑色光ビームの走査について説明する。

第１のダイク、ロイツクミラー４２で反射した緑色光ビ
ームは水平面に対して４５°の角度下方に向いて進行し
、直角プリズム６６で反射しエキスパンダ６７で拡大平
行光束とされ、直角プリズム６８で垂直方向に反射し直
角プリズム６９で水平面に対して４５６の角度下方に向
けて反射してから第２の音響光学素子７０に入射する。

そして、この第２音響光学素子により第１の音響光学素
子４６と同一周波数で高速振動し、第２の非平行平面板
７１で光路補正されハーフミラ−４９で反射して共通の
光路に進入する。

次にリレーレンズ５０を経て振動ミラー５１に入射して
Ｙ方向に偏向される。その後共通の光路を進行し集光レ
ンズ５５で微小スポット状に集束されて試料５６に入射
する。従って、試料５６は、青色光ビームで走査された
領域が緑色光ビームによって同一の走査周波数で同時に
走査されることになる。試料５６を透過した緑色光ビー
ムは、更に共通の光路を進行し、振動ミラー５１の裏面
で反射され第２のグイクロイックミラー６１を透過して
第３のグイクロイックミラー７２に入射する。この第３
のグイクロイックミラー７２は緑色光ビームだけを反射
し他の波長域の光を透過するものとする。従って、緑色
光ビームはこの第３のグイクロイックミラー７２で反射
し、結像レンズ７３および第２の平行平面板８６を経て
ハーフミラ−７４に入射し、透過光は第２のリニアイメ
ージセンサ７５に入射して１ライン毎に受光されて試料
の緑色成分の画像信号が作成され、反射光は第２の変位
ｆｆｉ検出器７６に入射して第２リニアイメージセンサ
７５に対する入射光のＹ方向の変位量が検出される。こ
れら第２リニアイメージセンサ７５及び第２変位量検出
器７６の構成及び作用は第１のリニアイメージセンサ６
５及び第１変位量検出器６４と同一であるため詳細な説
明は省略する。

次に、赤色光ビームの走査について説明する。

赤色光ビームを放射するｌ１ｅ−Ｎｅレーザ４１は、静
レーザ４０から発した光ビームと互いに交差しないよう
にするため＾ｒレーザ４０より下側に配置する。Ｈｅ−
Ｎｅレーザ４１から放射した赤色光ビームは水平面に対
して４５６の角度だけ下方に向いて進行し、第３のエキ
スパンダ７７により拡大平行光束とされ、第３の音響光
学素子７８により青及び緑光ビームと同一周波数で高速
振動し、第３の非平行平面板７９で光路補正が行なわれ
、ハーフミラ−４９及びリレーレンズ５０を経て振動ミ
ラー５１に入射してＹ方向に偏向される。このように青
、緑及び赤の３本の光ビームに対して振動ミラーを共用
する構成とすればＹ方向のレジストレーションエラーの
発生を有効に防止できる。振動ミラー５１で反射された
赤色光ビームは共通の光路を進行し、集光レンズ５５に
より微小スポット状に集束されて試料５Ｇに入射する。

この結果、試料５６は、同一の領域が青、緑及び赤の３
本の光ビームにより同一走査周波数で同時に走査される
ことになる。試料５６を透過した赤色光ビームは、さら
に共通の光路を進行し振動ミラー５１の裏面で反射し、
第２及び第３のダイクロインクミラー６１及び７２を透
過し結像レンズ８０および第３の平行平面板８７を経て
直角プリズム８１で反射しハーフミラ−８２に入射し、
反射光は第３の変位量検出器８３に入射して光路からの
変位量が検出され、透過光は第３のリニアイメージセン
サ８４に入射して画像信号が作成される。このように３
本の光ビーム毎に各光ビームの正規′の光路からの変位
量を検出して光路を補正する構成とすれば、例えばいず
れかのレーザ光源の放射角が変動しても試料からの各光
ビームを自動的正確に各リニアイメージセンサ上にそれ
ぞれ入射させることができる。特に本例では照明側の光
路中に設けた第１〜第３の非平行平面板４７．７１７９
を調整することにより青、緑、赤の３本の光ビームを試
料５６上の一点に集束させることができ、また観察側の
光路中に設けた第１〜第３の平行平面Ｆｉ、８５〜８７
を調整することにより、試料上のこの一点の像をリニア
イメージセンサ６５．７５および８４に正確に投影する
ことができる。このようにして振幅が大きく、Ｓ／Ｎが
高くしかも解像度が高く、色ずれのないカラー画像信号
を得ることができる。

第５図Ａ及びＢは光ビームの変位量検出器の変形例の構
成を示す平面図である。第５図Ａに示す例では、各受光
素子がＸ方向に１次元的に配列され試料からの光ビーム
を受光して画像信号を作成するリニアイメージセンサ１
００の側端に、各受光素子がＹ方向に１次元的に配列さ
れたりニアイメージセンサ１０１を一体的に配置する。

この場合試料からの光ビームをリニアイメージセンサ１
０１の受光素子まで入射するようにＸ方向の走査幅を定
めれば、試料からの光ビームがリニアイメージセンサ１
００上においてＹ方向に変位した場合リニアイメージセ
ンサ１０１の各受光素子の受光光量が変化するので変位
量及び変位方向を容易に検出することができる。

第５図Ｂには、３個のリニアイメージセンサ１０５〜１
０７をＹ方向に並列配置した例を示す。この場合中間の
りニアイメージセンサ１０６で画像信号を作成し、Ｙ方
向の両側に配置したリニアイメージセンサ１０５及び１
０７の受光光量の変化を検出すれば、光ビームのＹ方向
の変位量及び変位方向を容易に検出することができる。

尚、この場合リニアイメージセンサの代りに２次元のイ
メージセンサを以て構成することもできる。

本発明は上述した実施例だけに限定されるものではなく
種々変形が可能である。例えば上述した実施例では透過
型顕微鏡撮像装置として構成した例について説明したが
、勿論反射型顕微鏡撮像装置にも適用することができる
。

また、上述した実施例では光路補正手段として回転型の
非平行平面板を用いたが、種々の光路補正手段を用いる
ことができ、例えば振動ミラーの入射側のＲ，Ｇ、Ｂの
各光路にリレーレンズ及び平行平面板をそれぞれ配置し
光軸を中心にして平行平面板を回動させる構成とするこ
ともできる。

また、Ｒ，Ｇ、Ｂの各光路中に配置した任意の反射面を
Ｙ方向について回動させて光路補正することもできる。

更に、上述した実施例ではｌ？、Ｇ、Ｂの各光路につい
て光路補正する構成としたが、Ｒ，Ｇ、　　Ｂの各光ビ
ームが同様に変位する場合には入射側の共通光路中に１
個の光路補正手段を配置するだけでよい。

更に、上述した実施例では試料の入射側及び出射側の両
方に光路補正手段をそれぞれ設けたが、出射側では光路
が変動する要因が少ないため、出射側には必要に応じて
光路補正手段を設ければよく、場合によっては省略する
こともできる。

更に、上述した実施例ではリニアイメージセンサに向か
う光ビームの光路を補正する構成としたが、試料からの
光ビームの変位量に応じてリニアイメージセンサをＹ方
向に駆動変位させて光ビームカリニアイメージセンサ上
に常時入射する構成とすることもできる。

更に、上述した実施例では顕微鏡撮像装置を以て説明し
たが、種々の用途の撮像装置にも適用することができる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、試料から発しリニ
アイメージセンサに入射する光ビームのリニアイメージ
センサに対するＹ方向の変位を検出する手段及び検出し
た変位に基いて光ビームの光路を補正する手段を具えて
いるから、試料から発した光ビームをリニアイメージセ
ンサの各受光素子に精度よく入射させることができ、従
ってＳＺＮ比の高い画像信号を得ることができる。

また、自動補正する場合にはオペレータの作業労力を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の基本構成を示す線図、 第２図は本発明による撮像装置の一実施例の構成を示す
線図、 第３図は光路補正手段の構成を示す線図、第４図は変位
量検出器の構成を示す線図、第５図Ａ及びＢは変位量検
出器の変形例の構成を示す線図である。 １・・・レーザ光源 ２、４３．６７、７７・・・エキスパンダ３、４６．６
８．７８・・・音響光学素子５．５１・・・振動ミラー ６、１２．１４．５１．５３．５９．６０・・・リレー
レンズ７．５５・・・集光レンズ　　８．５６・・・試
料９．５７・・・対物レンズ １０、　Ｈ，１３，１５，４４，４５，５４，５８，８
０・・・直角プリズム １６、６２．７３．８２・・・結像レンズ１７、４７．
７２．７９・・・非平行平面板１８、４Ｂ、　４９．６
３．７４．８２・・・ハーフミラ−１９、６４，７６、
８３・・・変位量検出器２０、６５．７５．８４・・・
リニアイメージセンサ４０・・・＾ｒレーザ　　　　　
４１・・・Ｈｅ　−Ｎｅレーザ８５、８６．８７・・・
平行平面板 特許出願人　日本自動制御株式会社 シ１７− 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光ビームを放射する光源と、この光源から発する光
   ビームを所定の走査周波数で主走査方向及びこれと直交
   する副走査方向に偏向させて、試料上に照射する偏向手
   段と、試料からの光束を集光する対物レンズと、複数の
   素子が前記主走査方向に一次元的に配列され対物レンズ
   から発する光束を受光して所定の読出し周波数で光電出
   力信号を出力するリニアイメージセンサと、このリニア
   イメージセンサに入射する光束のリニアイメージセンサ
   に対する副走査方向の変位量を検出する手段と、検出し
   た変位量に基いてリニアイメージセンサに向かう光束の
   副走査方向の光路を補正する手段とを具えることを特徴
   とする撮像装置。