JP2000028519A - Illuminating optical system - Google Patents

Illuminating optical system

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JP2000028519A
JP2000028519A JP19156298A JP19156298A JP2000028519A JP 2000028519 A JP2000028519 A JP 2000028519A JP 19156298 A JP19156298 A JP 19156298A JP 19156298 A JP19156298 A JP 19156298A JP 2000028519 A JP2000028519 A JP 2000028519A
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Japan
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illumination
annular
optical system
mask
variable
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JP19156298A
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Yukio Eda
幸夫 江田
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminating optical system having small size and advantageous cost, and capable of changing continuously from a loop-belt illumination to a circular illumination. SOLUTION: In this illuminating optical system for converting a laser beam into a loop-belt illumination luminous flux, a variable loop-belt mask 30 having a polarizer 32 in the region of a parallel plane-shaped glass pane 31, corresponding to the central region of the laser beam is installed, and a transmittance at the polarizer 32 is enabled to change continuously by rotating the variable loop-belt mask 30 relative to the optical axis of the laser beam.

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、共焦点レーザ走査
顕微鏡(以下、CLSMと略称する。)に利用される照
明光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system used for a confocal laser scanning microscope (hereinafter, abbreviated as CLSM).

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、CLSMは、一般的な光学顕微鏡
に比較して高解像を達成することができることから多く
用いられる傾向にある。つまり、このようなCLSMの
理論は、T.Wilson Ed. 著のCONFOCAL MICROSCOPY など
に詳しいが、CLSMで得られる点像強度分布関数(P
SF)が、照明光学系(コンデンサレンズ)のPSFと
検出光学系(対物レンズ)のPSFの積となるため、高
解像を達成できることがその基本原理である。
2. Description of the Related Art Recently, CLSMs tend to be widely used because they can achieve high resolution as compared with general optical microscopes. In other words, the theory of such a CLSM is detailed in CONFOCAL MICROSCOPY by T. Wilson Ed., Etc., but the point spread function (P
SF) is the product of the PSF of the illumination optical system (condenser lens) and the PSF of the detection optical system (objective lens), so that it is a basic principle that high resolution can be achieved.

【0003】ところで、現在、多く用いられているCL
SMは、落射型のCLSMが多く、このような落射型C
LSMの光学系として、図5に示すように構成したもの
がある。この場合、レーザ光源1を射出したレーザ光
は、ビームエキスパンダを構成するレンズ系101,1
02を通りハーフミラー4、ガルバノミラー5、リレー
レンズ系6を通り、対物レンズ7を介して、標本8に照
射される。また、標本8からの反射光は、上述したのと
逆方向に進み、ハーフミラー4、共焦点レンズ9、ピン
ホール10を通って、光検出器11で光電変換される。
[0003] By the way, at present, CL which is widely used
Many SMs are epi-illuminated CLSMs.
As an LSM optical system, there is an optical system configured as shown in FIG. In this case, the laser light emitted from the laser light source 1 is applied to the lens systems 101 and 1 constituting the beam expander.
The light passes through a half mirror 4, a galvanometer mirror 5, and a relay lens system 6, passes through an objective lens 7, and irradiates a specimen 8. The reflected light from the sample 8 travels in the opposite direction as described above, passes through the half mirror 4, the confocal lens 9, and the pinhole 10, and is photoelectrically converted by the photodetector 11.

【0004】なお、図5では簡単のため1次元のスキャ
ン光学系を示しているが、ガルバノミラーをもう1つ追
加すれば2次元の走査も可能になる。このような落射型
のCLSMでは、対物レンズ7がコンデンサレンズを兼
ねている。これによりCLSMで得られるPSFは、対
物レンズ7のPSFの自乗となる。図6は、対物レンズ
7 のPSFとその自乗のPSFを示すが、同図から明ら
かなように、自乗の効果により、第1暗環の径は変わら
ないが半値幅は狭くなる。また、1次極大は自乗効果で
さらに小さくなり、一般的な光学顕微鏡よりも解像、コ
ントラストを共に向上させることができる。
FIG. 5 shows a one-dimensional scanning optical system for simplicity, but two-dimensional scanning becomes possible by adding another galvanomirror. In such an epi-illumination type CLSM, the objective lens 7 also serves as a condenser lens. Thus, the PSF obtained by the CLSM is the square of the PSF of the objective lens 7. Figure 6 shows the objective lens
7 and the squared PSF are shown. As is clear from the figure, the half-width is narrowed by the square effect, while the diameter of the first dark ring does not change. Further, the primary maximum is further reduced by the square effect, and both resolution and contrast can be improved as compared with a general optical microscope.

【0005】ところが、最近、CLSMに対して焦点深
度の増大や解像度向上など、さらに精度の高い検出が要
求されるようになっており、これらの要求に応えるもの
として、照明光束を輪帯照明にした輪帯照明光学系を用
いたものが考えられている。つまり、このような輪帯照
明光学系を用いたものは、照明光束を輪帯照明に変換す
るために回折光学素子やアキシコンプリズム、リングフ
ィルタなどを使用することで、横方向の解像度向上や、
焦点深度の増大を可能にしている。
However, recently, there has been a demand for more accurate detection of the CLSM, such as an increase in the depth of focus and an improvement in the resolution. One using a ring-shaped illumination optical system has been considered. In other words, those using such an annular illumination optical system can improve the resolution in the horizontal direction by using a diffractive optical element, an axicon prism, a ring filter, etc. to convert the illumination light beam into an annular illumination. ,
This allows for an increase in the depth of focus.

【0006】図7は、このような輪帯照明光学系を使用
したCLSMの概略構成を示すもので、上述した図5と
同一部分には、同符号を付している。この場合、レーザ
光源1を射出したレーザ光を、輪帯照明を発生させるた
めに対向配置した2つのアキシコンプリズム20,21
を通し、ビームリデューサ22、23を通して所望の大
きさの輪帯照明光に変換し、この輪帯照明をハーフミラ
ー4、ガルバノミラー5、リレーレンズ系6を通り、対
物レンズ7を介して、標本8に照射するようにしてい
る。その他は、図5と同様である。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a CLSM using such an annular illumination optical system, and the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. In this case, the laser light emitted from the laser light source 1 is divided into two axicon prisms 20 and 21 which are arranged to face each other to generate annular illumination.
Through the beam reducers 22 and 23, and converts the light into annular illumination light of a desired size. The annular illumination passes through the half mirror 4, the galvanometer mirror 5, and the relay lens system 6, passes through the objective lens 7, and passes through the objective lens 7. 8. Others are the same as FIG.

【0007】このような輪帯照明光学系を用いた場合、
図6で説明した通常照明(中抜けのない照明で以後、円
形照明と呼ぶ)の対物レンズ7でのPSFを比較する
と、図8に示すように輪帯照明Aの場合のほうが円形照
明Bと比べ、PSFの幅が狭くなり、横方向の分解能が
向上し、また、図示しないが焦点深度も増大させること
ができる。
When such an annular illumination optical system is used,
Comparing the PSF with the objective lens 7 of the normal illumination (the illumination without any voids, hereinafter referred to as circular illumination) described with reference to FIG. 6, as shown in FIG. In comparison, the width of the PSF is reduced, the resolution in the horizontal direction is improved, and the depth of focus (not shown) can be increased.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようにして輪帯照
明光学系を利用すれば、横方向の解像度や焦点深度の増
大を図ることができる。つまり、このような輪帯照明光
学系を用いたCLSMによれば、通常光学顕微鏡と比べ
て横方向の解像度を数%程度向上させることができる。
ところが、この反面、いわゆる光軸方向のセクショニン
グ効果については、円形照明と比べると劣っている。こ
のセクショニング効果は焦点深度が浅いほど顕著であ
り、観察の目的によってはこの利点を生かしたい場合も
ある。
By using the annular illumination optical system in this way, it is possible to increase the resolution in the horizontal direction and the depth of focus. That is, according to the CLSM using such an annular illumination optical system, the resolution in the horizontal direction can be improved by about several% as compared with the ordinary optical microscope.
However, on the other hand, the so-called sectioning effect in the optical axis direction is inferior to circular illumination. This sectioning effect is more remarkable as the depth of focus becomes shallower, and it may be desired to take advantage of this advantage depending on the purpose of observation.

【0009】このことから、現実的には、輪帯照明から
円形照明まで、レーザ光の中央領域の強度分布を連続的
に変化できる照明光学系を、大型化せずに低コストで実
現できれば理想である。
Therefore, in reality, it is ideal if an illumination optical system capable of continuously changing the intensity distribution in the central region of laser light from annular illumination to circular illumination can be realized at low cost without increasing the size. It is.

【0010】そこで、従来、上述したアキシコンプリズ
ムを使用した輪帯照明光と円形照明の両方を必要に応じ
て使用可能にすることが考えられており、輪帯照明光学
系と円形照明光学系の2つの光学系を切り替え可能にし
たものがある。ところが、これら輪帯照明光学系と円形
照明光学系を光路に対して交互に出し入れするのでは、
光学系全体が極めて大きくなり、コスト的にも不利であ
る。
Therefore, conventionally, it has been considered that both annular illumination light and circular illumination using the above-described axicon prism can be used as necessary, and an annular illumination optical system and a circular illumination optical system are used. There is a type in which the two optical systems can be switched. However, if these annular illumination optical system and circular illumination optical system are alternately put in and out of the optical path,
The entire optical system becomes extremely large, which is disadvantageous in terms of cost.

【0011】一方、特開平7−63508号公報に開示
されるように、環状のスリットを有するリングフィルタ
を使用したものがある。このリングフィルタを照明光学
系に対して出し入れすることで輪帯照明と円形照明の切
り替えを可能にできる。このようにすれば、照明光学系
は1つでよく、また、レーザ光の中央領域の透過率が異
なるリングフィルタを複数枚用意し、これを照明光学系
にターレットなどで出し入れすれば、輪帯照明から円形
照明まで離散的に可変にできることになる。ところが、
輪帯照明から円形照明までレーザ光の中央領域の強度分
布を連続的に変化させようとすると、つまり、輪帯照明
から円形照明までを連続可変に近付けようとすると、リ
ングフィルタを多数枚用意しなければならず、結果的に
装置の大型化やコストアップを招くという問題があっ
た。
On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-63508, there is a filter using a ring filter having an annular slit. By switching the ring filter in and out of the illumination optical system, it is possible to switch between annular illumination and circular illumination. In this case, only one illumination optical system may be used, and a plurality of ring filters having different transmittances in the central region of the laser beam may be prepared. It is possible to discretely change from illumination to circular illumination. However,
In order to continuously change the intensity distribution in the central region of the laser beam from annular illumination to circular illumination, that is, to approach the variable from annular illumination to circular illumination continuously, a large number of ring filters are prepared. Therefore, there is a problem that the size and cost of the apparatus are increased as a result.

【0012】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、輪帯照明から円形照明まで連続的に可変でき、しか
も小型でコスト上も有利な照明光学系を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an illumination optical system which can be continuously varied from annular illumination to circular illumination, and which is compact and advantageous in cost.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
レーザ光を輪帯照明光束に変換する照明光学系におい
て、前記レーザ光の中央領域に対応する領域の透過率を
連続的に可変可能にした輪帯照明発生手段を具備してい
る。
According to the first aspect of the present invention,
An illumination optical system for converting a laser beam into an annular illumination light beam includes annular illumination generating means for continuously changing the transmittance of an area corresponding to a central area of the laser light.

【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記輪帯照明発生手段は、前記レーザ光の
中央領域に対応する領域に偏光子を有する輪帯マスクを
備え、該輪帯マスクを前記レーザ光の光軸に対して回転
可能にしている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the annular illumination generating means includes an annular mask having a polarizer in a region corresponding to a central region of the laser beam. The band mask is rotatable with respect to the optical axis of the laser beam.

【0015】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記輪帯照明発生手段は、前記レーザ光の
中央領域に対応する領域に波長板を有する輪帯マスクと
該輪帯マスクを出射したレーザ光が透過する偏光子とを
備え、前記輪帯マスクを前記レーザ光の光軸に対して回
転可能にしている。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the annular illumination generating means includes an annular mask having a wave plate in a region corresponding to a central region of the laser beam, and the annular mask. And a polarizer through which the laser light emitted is transmitted, and the annular mask is rotatable with respect to the optical axis of the laser light.

【0016】この結果、請求項1記載の発明によれば、
輪帯マスク中央領域の透過率を連続的に可変できるの
で、輪帯照明から円形照明まで連続的に変化させること
ができる。
As a result, according to the first aspect of the present invention,
Since the transmittance of the central region of the annular mask can be continuously varied, it is possible to continuously change from annular illumination to circular illumination.

【0017】請求項2または3記載の発明によれば、輪
帯照明から円形照明までの連続的な変化は、輪帯マスク
をレーザ光の光軸に対して回転させ可変輪帯マスクの中
央領域の透過率を連続的に可変することで実現している
ので、構成が簡単で、光学系全体を小型化でき、コスト
的にも安価にできる。
According to the second or third aspect of the present invention, the continuous change from the annular illumination to the circular illumination is performed by rotating the annular mask with respect to the optical axis of the laser beam and by controlling the central area of the variable annular mask. Is realized by continuously varying the transmittance of the optical system, the configuration is simple, the entire optical system can be reduced in size, and the cost can be reduced.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の照明光学系が適
用される共焦点レーザ走査顕微鏡の概略構成を示すもの
で、上述した図5と同一部分には、同符号を付してい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a confocal laser scanning microscope to which the illumination optical system of the present invention is applied, and the same parts as those in FIG. ing.

【0019】この場合、ビームエキスパンダを構成する
レンズ系101,102とハーフミラー4との間の光路
に可変輪帯マスク30を設け、レーザ光源1を射出した
レーザ光をレンズ系101,102を介して可変輪帯マ
スク30に入射し、この可変輪帯マスク30を通ったレ
ーザ光をハーフミラー4に入射するようにしている。
In this case, a variable annular mask 30 is provided in the optical path between the lens systems 101 and 102 constituting the beam expander and the half mirror 4, and the laser light emitted from the laser light source 1 is transmitted to the lens systems 101 and 102. The laser beam is incident on the variable annular mask 30 through the variable annular mask 30, and the laser beam passing through the variable annular mask 30 is incident on the half mirror 4.

【0020】この可変輪帯マスク30は、図2(a)に
示すように平行平面状のガラス板31の、レーザ光の中
央領域に対応する中央領域に偏光子32を有したもの
で、レーザ光路中に設置されるとともに、光軸に対して
回転可能にすることで、偏光子32を有する中央領域の
透過率を連続的に可変可能にしている。つまり、このよ
うな可変輪帯マスク30では、入射するレーザ光の直線
偏光の向きに対して偏光子32の向きの角度をθとする
と、可変輪帯マスク30の中央領域の透過率は、COS
2 (θ)となることから、偏光子32の向きの角度θを
0度〜90度まで回転させることにより中央領域の透過
率を0〜100%まで連続的に可変できるようになって
いる。
As shown in FIG. 2A, the variable annular mask 30 has a polarizer 32 in a central area corresponding to a central area of a laser beam on a parallel flat glass plate 31. By being installed in the optical path and being rotatable with respect to the optical axis, the transmittance of the central region having the polarizer 32 can be continuously varied. That is, in such a variable annular mask 30, if the angle of the direction of the polarizer 32 with respect to the direction of the linearly polarized light of the incident laser beam is θ, the transmittance of the central region of the variable annular mask 30 is COS.
2 (θ), the transmittance of the central region can be continuously varied from 0 to 100% by rotating the angle θ of the direction of the polarizer 32 from 0 to 90 degrees.

【0021】また、可変輪帯マスク30のガラス板31
に対向させて偏光板33を設けている。この偏光板33
は、可変輪帯マスク30を通過するレーザ光の偏光子3
2を有する中央領域と、その周辺領域とでθだけ異なる
偏光の向きを揃えるためのものである。この偏光板33
での偏光の向きは、前記周辺領域のレーザ光の偏光の向
きと同じにするのがよい。ただし、このように偏光板3
3を設置すると中央領域の透過率はCOS4 (θ)とな
る。
The glass plate 31 of the variable annular mask 30
Is provided with a polarizing plate 33. This polarizing plate 33
Is the polarizer 3 of the laser beam passing through the variable annular mask 30.
This is for aligning the directions of polarized light different by θ between the central region having 2 and the peripheral region. This polarizing plate 33
Is preferably the same as the polarization direction of the laser light in the peripheral region. However, the polarizing plate 3
When 3 is installed, the transmittance in the central region becomes COS 4 (θ).

【0022】なお、偏光板33を設置する代わりにハー
フミラー4を偏光ビームスプリッタにしても良い。この
場合、光検出器11に標本8からの反射光が戻らないの
で、対物レンズ7と前記偏光ビームスプリッタの間に1
/4波長板が必要となる。
The half mirror 4 may be replaced by a polarizing beam splitter instead of the polarizing plate 33. In this case, since the reflected light from the sample 8 does not return to the photodetector 11, the distance between the objective lens 7 and the polarization beam splitter is one.
A quarter wave plate is required.

【0023】次に、以上のように構成した実施の形態の
動作を説明する。まず、観察する標本の状態や観察の目
的によって、観察者が所望の照明状態を選択する。この
場合、可変輪帯マスク30の中央領域の偏光子32の角
度θを0度〜90度まで回転させ、レーザ光の中央領域
に対応する領域の透過率を0〜100%まで連続的に調
整する。この場合、可変輪帯マスク30を通過した後の
輪帯照明光の強度分布は、図2(b)に示すようにな
る。つまり、図2(b)は、入射したレーザ光が一般的
に使用されるガウスビームの場合を示しており、可変輪
帯マスク30の回転角によって偏光子32を有する中央
領域での強度分布は点線で示したように0〜100%ま
で連続的に過偏させることができ、透過率が0%の場合
は、中空の輪帯照明光束になって完全な輪帯照明として
得られ、透過率が100%の場合は、通常の円形照明と
なる。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. First, the observer selects a desired illumination state depending on the state of the specimen to be observed and the purpose of the observation. In this case, the angle θ of the polarizer 32 in the central region of the variable orbicular zone mask 30 is rotated from 0 to 90 degrees, and the transmittance of the region corresponding to the central region of the laser beam is continuously adjusted from 0 to 100%. I do. In this case, the intensity distribution of the orbicular zone illumination light after passing through the variable orbicular zone mask 30 is as shown in FIG. In other words, FIG. 2B shows a case where the incident laser light is a generally used Gaussian beam, and the intensity distribution in the central region having the polarizer 32 according to the rotation angle of the variable annular mask 30 is It can be continuously hyperpolarized from 0 to 100% as indicated by the dotted line, and when the transmittance is 0%, it becomes a hollow annular illumination light flux and is obtained as complete annular illumination. Is 100%, normal circular illumination is obtained.

【0024】レーザ光源1からのレーザ光は、ビームエ
キスパンダ系101,102を介して可変輪帯マスク3
0に入射される。なお、この場合、可変輪帯マスク30
に入射されるレーザ光は、直線偏光であるか、または可
変輪帯マスク30に入射する直前で直線偏光に変換され
ているものとする。
The laser light from the laser light source 1 is transmitted through beam expander systems 101 and 102 to the variable annular mask 3.
It is incident on zero. In this case, the variable annular mask 30
It is assumed that the laser light incident on the laser beam is linearly polarized light or has been converted to linearly polarized light immediately before being incident on the variable orbicular zone mask 30.

【0025】可変輪帯マスク30の中央領域の透過率が
0%で、中空の輪帯照明光束であるとすると、この輪帯
照明によるレーザ光が、ハーフミラー4、ガルバノミラ
ー5、リレーレンズ系6を通り、対物レンズ7を介し
て、標本8に照射される。次いで、標本8からの反射光
は、ハーフミラー4、共焦点レンズ9、ピンホール10
を通って、光検出器11で光電変換され、標本8に関す
るデータが検出される。
Assuming that the transmittance in the central area of the variable annular mask 30 is 0% and the light is a hollow annular illumination light beam, the laser light from this annular illumination is converted into a half mirror 4, a galvano mirror 5, and a relay lens system. The sample 8 passes through the objective lens 7 and irradiates the sample 8. Next, the reflected light from the sample 8 is reflected by the half mirror 4, the confocal lens 9, and the pinhole 10.
, Photoelectrically converted by the photodetector 11 and data on the specimen 8 is detected.

【0026】一方、可変輪帯マスク30の中央領域の透
過率が100%で、完全な円形照明である場合も、上述
したのと同様にして標本8に関するデータが検出され
る。従って、このようにすれば、レーザ光を輪帯照明光
束に変換する照明光学系中に、平行平面状のガラス板3
1のレーザ光の中央領域に対応する領域に偏光子32を
有した可変輪帯マスク30を設け、この可変輪帯マスク
30をレーザ光の光軸に対して回転させることにより、
偏光子32での透過率を連続的に可変できるので、さら
に輪帯照明から円形照明まで連続的に可変させることが
できる。以上のことから、焦点深度を浅くしてCLSM
のセクショニング効果を重視したい場合は円形照明を、
横方向の分解能の向上を重視したい場合は輪帯照明をな
ど、標本の状態や観察の目的によって所望の照明状態を
観察者により簡単に選択することができる。また、輪帯
照明から円形照明までの連続的な変化は、可変輪帯マス
ク30を光軸を中心に回転することで実現しているの
で、構成が簡単で、光学系全体を小型化でき、コスト的
にも安価にできる。(第2の実施の形態)上述した第1
の実施の形態では、可変輪帯マスクの中央領域に偏光子
を有するものを述べたが、この第2の実施の形態では、
偏光子に代えて、1/2波長板を用いている。
On the other hand, when the transmittance in the central region of the variable orbicular zone mask 30 is 100% and the illumination is a perfect circular illumination, data on the specimen 8 is detected in the same manner as described above. Therefore, according to this configuration, the parallel flat glass plate 3 is provided in the illumination optical system that converts the laser light into the annular illumination light flux.
By providing a variable annular mask 30 having a polarizer 32 in a region corresponding to the central region of one laser beam, and rotating the variable annular mask 30 with respect to the optical axis of the laser beam,
Since the transmittance of the polarizer 32 can be continuously varied, it can be further continuously varied from annular illumination to circular illumination. Based on the above, the depth of focus is reduced and CLSM
If you want to emphasize the sectioning effect of
When emphasis is placed on improving the horizontal resolution, the observer can easily select a desired illumination state depending on the state of the sample or the purpose of observation, such as annular illumination. Further, since the continuous change from the annular illumination to the circular illumination is realized by rotating the variable annular mask 30 around the optical axis, the configuration is simple and the entire optical system can be miniaturized. It can be inexpensive. (Second Embodiment) First Embodiment
In the embodiment, the one having the polarizer in the central region of the variable orbicular zone mask has been described. However, in the second embodiment,
A に wavelength plate is used instead of the polarizer.

【0027】また、この第2の実施の形態では、照明光
学系の概略構成については、図1と同様なので、同図を
援用するものとする。図3(a)は、第2の実施の形態
に用いられる可変輪帯マスクを示している。この場合、
可変輪帯マスク40は、図3(a)に示すように平行平
面状のガラス板41の、レーザ光の中央領域に対応する
中央領域に1/2波長板42を有し、また、ガラス板4
1に対向させて偏光板43を設けている。
Further, in the second embodiment, the schematic configuration of the illumination optical system is the same as that of FIG. 1, so that FIG. FIG. 3A shows a variable orbicular zone mask used in the second embodiment. in this case,
As shown in FIG. 3A, the variable annular mask 40 has a half-wave plate 42 in a central area corresponding to the central area of the laser beam of the parallel flat glass plate 41. 4
1, a polarizing plate 43 is provided.

【0028】このような構成において、直線偏光のレー
ザ光が可変輪帯マスク40に入射されると、レーザ光の
中央部分が1/2波長板42を通過する。この場合、入
射したレーザ光の直線偏光の向きと1/2波長板42の
進相軸または遅相軸のなす角をαとすると、1/2波長
板42を有する可変輪帯マスク40の中央領域のレーザ
光は直線偏光の状態を保つが、その向きが周辺領域のレ
ーザ光に対して2αだけ回転する。そして、可変輪帯マ
スク40を透過したレーザ光を、周辺領域のレーザ光の
直線偏光の向きと同じ偏光方向の偏光板43に通すと、
中央領域の透過率はCOS2 (2α)となる。
In such a configuration, when a linearly polarized laser beam is incident on the variable annular mask 40, the central portion of the laser beam passes through the half-wave plate 42. In this case, if the angle between the direction of the linearly polarized light of the incident laser light and the fast axis or slow axis of the half-wave plate 42 is α, the center of the variable annular mask 40 having the half-wave plate 42 The laser light in the region keeps a state of linear polarization, but its direction rotates by 2α with respect to the laser light in the peripheral region. When the laser light transmitted through the variable orbicular zone mask 40 is passed through a polarizing plate 43 having the same polarization direction as the linearly polarized light of the laser light in the peripheral region,
The transmittance in the central region is COS 2 (2α).

【0029】従って、このようにしても、観察する標本
の状態や観察の目的によって、可変輪帯マスク40を光
軸に対して回転させると、図3(b)に示すように、可
変輪帯マスク40の中央領域の透過率を連続的に可変で
き、上述した第1の実施の形態と同様な効果が期待でき
る。
Therefore, even in this case, when the variable annular mask 40 is rotated with respect to the optical axis depending on the state of the sample to be observed and the purpose of observation, as shown in FIG. The transmittance in the central region of the mask 40 can be continuously varied, and the same effect as in the above-described first embodiment can be expected.

【0030】なお、この第2の実施の形態でも、偏光板
43の作用を、ハーフミラー4を偏光ビームスプリッタ
にすれば代用できるる。(第3の実施の形態)上述した
第1の実施の形態では、可変輪帯マスクの中央領域に偏
光子を有するものを述べたが、この第3の実施の形態で
は、偏光子に代えて、ファブリペロー干渉計を用いてい
る。
In the second embodiment as well, the function of the polarizing plate 43 can be replaced by using the half mirror 4 as a polarizing beam splitter. (Third Embodiment) In the first embodiment described above, the variable annular mask having a polarizer in the central region has been described. However, in the third embodiment, a polarizer is used instead of a polarizer. , A Fabry-Perot interferometer.

【0031】なお、この第3の実施の形態でも、照明光
学系の概略構成については、図1と同様なので、同図を
援用するものとする。図4は、第3の実施の形態に用い
られる可変輪帯マスクを示している。この場合、ファブ
リペロー干渉計を用いた可変輪帯マスク50は、図4
(a)に示すように平行平面状のガラス板51の、レー
ザ光の中央領域に対応する中央領域に2枚のミラー52
1、522を相対向するように配置して構成されてい
る。
Note that, also in the third embodiment, the schematic configuration of the illumination optical system is the same as that of FIG. 1, so that FIG. FIG. 4 shows a variable orbicular zone mask used in the third embodiment. In this case, the variable annular mask 50 using the Fabry-Perot interferometer is shown in FIG.
As shown in (a), two mirrors 52 are provided in a central area corresponding to the central area of the laser beam on a parallel flat glass plate 51.
1, 522 are arranged so as to face each other.

【0032】このような構成において、いま、ミラー5
21、522間の距離をd、ミラー521、522間の
媒質(ガラス板51)の屈折率をn、可変輪帯マスク5
0の光軸に対する傾きをθ、レーザ光の波長をλ、整数
mとすると、 n・d・COSθ=(λ/2)m が成り立つので、上式から可変輪帯マスク50の光軸に
対する傾きをθまたはミラー521、522間の距離d
(または光路長n・d)を調整することにより、可変輪
帯マスク50の中央領域での波長λのレーザ光の透過率
を連続的に可変することができる。
In such a configuration, the mirror 5
The distance between the mirrors 21 and 522 is d, the refractive index of the medium (glass plate 51) between the mirrors 521 and 522 is n,
Assuming that the inclination with respect to the optical axis of 0 is θ, the wavelength of the laser beam is λ, and an integer m, n · d · COS θ = (λ / 2) m holds. Is θ or the distance d between the mirrors 521 and 522
By adjusting (or the optical path length n · d), the transmittance of the laser light having the wavelength λ in the central region of the variable annular mask 50 can be continuously varied.

【0033】従って、このようにしても、観察する標本
の状態や観察の目的によって、可変輪帯マスク50を光
軸に対して傾けるかミラー521、522間の距離dを
調整することで、図4(b)に示すように、可変輪帯マ
スク50の中央領域の透過率を連続的に可変できるよう
になり、上述した第1の実施の形態と同様な効果を期待
できる。
Therefore, even in this case, depending on the state of the sample to be observed and the purpose of observation, the variable annular mask 50 can be tilted with respect to the optical axis or the distance d between the mirrors 521 and 522 can be adjusted. As shown in FIG. 4B, the transmittance in the central region of the variable orbicular zone mask 50 can be continuously varied, and the same effect as in the first embodiment can be expected.

【0034】また、本発明は上述した実施の形態に限ら
れたものでなく、本発明を逸脱しない範囲で種々変形が
可能である。例えば、第1乃至第2の実施の形態を基に
説明すると、透過率を連続的に可変可能にしているの
は、レーザ光の中央領域に対応する領域のみであるた
め、それに対応する箇所のみ透過率を連続的に可変する
ようにすればよい。ここでは、第1および第2の実施の
形態で用いていた偏光板33(43)の代わりに、可変
輪帯マスク30(40)と同様にガラス板の中央領域に
対応する領域に偏光子を有するように構成し、可変輪帯
マスク30(40)と対向するように配置することで、
第1乃至第2の実施の形態のように輪帯照明で必要とな
る照明光をガラス板の部分で透過するようにしているの
で、偏光板33(43)を介して得る照明光に比べて光
量の減衰を少なくすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the present invention. For example, according to the first and second embodiments, since the transmittance can be continuously varied only in the region corresponding to the central region of the laser beam, only the portion corresponding to the central region of the laser beam can be changed. What is necessary is just to make the transmittance continuously variable. Here, instead of the polarizing plate 33 (43) used in the first and second embodiments, a polarizer is provided in a region corresponding to the central region of the glass plate as in the variable annular mask 30 (40). By arranging so as to face the variable annular mask 30 (40),
As in the first and second embodiments, the illumination light required for the annular illumination is transmitted through the glass plate, so that the illumination light is compared with the illumination light obtained through the polarizing plate 33 (43). Light amount attenuation can be reduced.

【0035】なお、上述した第1乃至第3の実施の形態
では、可変輪帯マスクを用いたが、これに代えて中央領
域の透過率が可変な液晶フィルタとしてもよい。なお、
本発明には、以下の発明も含まれる。
Although the variable annular mask is used in the first to third embodiments, a liquid crystal filter having a variable transmittance in the central region may be used instead. In addition,
The present invention includes the following inventions.

【0036】(1)請求項1記載の照明光学系におい
て、輪帯照明発生手段は、レーザ光の中央領域に対応す
る領域に一対のミラーを相対向するように配置した干渉
フィルタを有する輪帯マスクからなり、該輪帯マスクを
レーザ光の光軸に対して傾け、または前記一対のミラー
間の光路長を可変可能にしている。 (2)請求項1記載の照明光学系において、輪帯照明発
生手段は、レーザ光の中央領域に対応する領域が液晶フ
ィルタである輪帯マスクからなっている。
(1) In the illumination optical system according to the first aspect, the annular illumination generating means has an interference filter having a pair of mirrors arranged in a region corresponding to the central region of the laser beam so as to face each other. The annular zone mask is tilted with respect to the optical axis of the laser beam, or the optical path length between the pair of mirrors is made variable. (2) In the illumination optical system according to the first aspect, the annular illumination generating means comprises an annular mask in which a region corresponding to the central region of the laser beam is a liquid crystal filter.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、輪
帯照明から円形照明まで連続的に可変させることができ
るので、焦点深度を浅くしてCLSMのセクショニング
効果を重視したい場合は円形照明を、横方向の分解能の
向上を重視したい場合は輪帯照明をなど、標本の状態や
観察の目的によって所望の照明状態を観察者により簡単
に選択することができる。また、輪帯照明から円形照明
までの連続的な可変は、可変輪帯マスクの中央領域の透
過率を連続的に可変することで実現しているので、構成
が簡単で、光学系全体を小型化でき、コスト的にも安価
にできる。
As described above, according to the present invention, it is possible to continuously vary from annular illumination to circular illumination. When importance is placed on improving the resolution in the horizontal direction, a desired illumination state can be easily selected by the observer according to the state of the sample or the purpose of observation, such as annular illumination when importance is placed on improving the resolution in the horizontal direction. In addition, since continuous variation from annular illumination to circular illumination is realized by continuously varying the transmittance of the central area of the variable annular mask, the configuration is simple and the entire optical system is small. And cost reduction.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態に用いられる可変輪帯マスク
の概略構成および輪帯照明光の強度分布を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a variable annular mask used in the first embodiment and an intensity distribution of annular illumination light.

【図3】本発明の第2の実施の形態に用いられる可変輪
帯マスクの概略構成および輪帯照明光の強度分布を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a variable annular mask used in a second embodiment of the present invention and an intensity distribution of annular illumination light.

【図4】本発明の第3の実施の形態に用いられる可変輪
帯マスクの概略構成および輪帯照明光の強度分布を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a variable annular mask and an intensity distribution of annular illumination light used in a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の落射型CLSMの光学系の一例の概略構
成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an example of an optical system of a conventional epi-illumination type CLSM.

【図6】従来の落射型CLSMの光学系の対物レンズの
PSFとその自乗のPSFの関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a PSF of an objective lens of an optical system of a conventional epi-illumination type CLSM and a PSF of the square thereof.

【図7】従来の輪帯照明光学系を使用したCLSMの概
略構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a CLSM using a conventional annular illumination optical system.

【図8】従来の輪帯照明光学系を用いた場合の対物レン
ズのPSFと通常照明の対物レンズのPSFの比較を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing a comparison between a PSF of an objective lens and a PSF of an objective lens for normal illumination when a conventional annular illumination optical system is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光源、 101、102…レンズ系、 4…ハーフミラー、 5…ガルバノミラー、 6…リレーレンズ系、 7…対物レンズ、 8…標本、 9…共焦点レンズ、 10…ピンホール、 11…光検出器、 30、40、50…可変輪帯マスク、 31、41、51…ガラス板、 32…偏光子、 33、43…偏光板、 42…1/2波長板、 521、522…ミラー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 101, 102 ... Lens system, 4 ... Half mirror, 5 ... Galvano mirror, 6 ... Relay lens system, 7 ... Objective lens, 8 ... Specimen, 9 ... Confocal lens, 10 ... Pinhole, 11 ... 30, 40, 50: Variable annular mask; 31, 41, 51: Glass plate; 32: Polarizer; 33, 43: Polarizer; 42: 1/2 wavelength plate; 521, 522: Mirror.

フロントページの続き Fターム(参考) 2G043 AA03 EA13 FA01 FA02 HA02 HA05 HA07 HA15 2G059 AA05 EE01 EE09 FF01 FF03 GG01 JJ13 JJ17 JJ19 JJ20 JJ30 LL01 2H052 AA08 AC04 AC15 AC17 AC28 AC34 Continued on front page F term (reference) 2G043 AA03 EA13 FA01 FA02 HA02 HA05 HA07 HA15 2G059 AA05 EE01 EE09 FF01 FF03 GG01 JJ13 JJ17 JJ19 JJ20 JJ30 LL01 2H052 AA08 AC04 AC15 AC17 AC28 AC34

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を輪帯照明光束に変換する照明
光学系において、 前記レーザ光の中央領域に対応する領域の透過率を連続
的に可変可能にした輪帯照明発生手段を具備したことを
特徴とする照明光学系。
1. An illumination optical system for converting a laser beam into an annular illumination beam, comprising an annular illumination generating means capable of continuously changing the transmittance of a region corresponding to a central region of the laser beam. An illumination optical system characterized by the above.
【請求項2】 前記輪帯照明発生手段は、前記レーザ光
の中央領域に対応する領域に偏光子を有する輪帯マスク
を備え、該輪帯マスクを前記レーザ光の光軸に対して回
転可能にしたことを特徴とする請求項1記載の照明光学
系。
2. The annular illumination generating means includes an annular mask having a polarizer in a region corresponding to a central region of the laser light, and the annular mask can be rotated with respect to an optical axis of the laser light. 2. The illumination optical system according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記輪帯照明発生手段は、前記レーザ光
の中央領域に対応する領域に波長板を有する輪帯マスク
と該輪帯マスクを出射したレーザ光が透過する偏光子と
を備え、前記輪帯マスクを前記レーザ光の光軸に対して
回転可能にしたことを特徴とする請求項1記載の照明光
学系。
3. The annular illumination generating means includes: an annular mask having a wave plate in a region corresponding to a central region of the laser light; and a polarizer through which the laser light emitted from the annular mask passes. The illumination optical system according to claim 1, wherein the annular mask is rotatable with respect to an optical axis of the laser beam.
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