JPH05323197A - Confocal microscope device - Google Patents

Confocal microscope device

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Publication number
JPH05323197A
JPH05323197A JP5021575A JP2157593A JPH05323197A JP H05323197 A JPH05323197 A JP H05323197A JP 5021575 A JP5021575 A JP 5021575A JP 2157593 A JP2157593 A JP 2157593A JP H05323197 A JPH05323197 A JP H05323197A
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JP
Japan
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light
light source
emitting
inspected
emitting elements
Prior art date
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Pending
Application number
JP5021575A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Tamura
雄一 田村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH05323197A publication Critical patent/JPH05323197A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a small-sized, practical confocal microscope which eliminates the need for a mechanical scanning mechanism and can make a high-speed scan, and is free from the problem of vibration, etc. CONSTITUTION:A surface light emission type light source means which has many light emitting elements 1a and 1b arrayed on a specific plane and a two-dimensional image pickup means 30 which has many light receiving elements 30a and 30b are used; and the light emitting elements 1a and 1b are made to illuminate in order for scanning and only the conjugate light receiving elements 30a and 30b corresponding to the light emitting elements 1a and 1b receive their lights in order. The substantial scanning is performed under the control,so no mechanical scanning mechanism is required and a confocal scan type microscope having no movable part is obtained. Then a field lens 2 for converging luminous flux from a light source 1 is provided as a lighting optical means which converges the illumination luminous flux from the light source means 1 to improve the uniformity of the illuminance at the peripheral part of a picture plane, thereby obtaining the small-sized, practical constitution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡装置、特に走査
型の共焦点顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microscope apparatus, and more particularly to a scanning confocal microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】共焦点走査型顕微鏡は従来の結像型顕微
鏡に比較して、以下の様な利点があるため多くの分野で
使用されるようになって来ている。 (1) 観察像に重複するフレア光や、ぼけ像を除去するこ
とができ、光学系のS/N比の飛躍的向上が図れ、低反
射率・低コントラスト試料の観察が可能である。より詳
細には、結像型顕微鏡に比較してピンホール照明によっ
て視野が10-3に制限され、フレアなどの光学的ノイズ
は10-6に減少するため、画像のコントラストが大幅に
向上する。また厚みや凹凸のある試料では、ピンホール
絞りにより前後にぼけた像の光が除去されるため更にコ
ントラストが向上する。(一般にフレアの影響は低倍率
ほど大きく、ぼけ像の影響は高倍率程大きい。) (2) 画像のS/N比が高いため光照射量を少なくでき、
これにより試料の光照射損傷を低減できる。 (3) 同一波長で同一開口数のレンズを使用する場合を比
較すると、実効的な水平分解能は50%程度向上し、焦
点深度は半分程度に浅くなるため、光軸(垂直)方向の
分解能は2倍程度に向上する。従って、計測に使用する
ばあいには垂直・水平方向の計測精度もこれに伴い向上
する。
2. Description of the Related Art Confocal scanning microscopes have come to be used in many fields because they have the following advantages as compared with conventional imaging microscopes. (1) The flare light overlapping the observed image and the blurred image can be removed, the S / N ratio of the optical system can be dramatically improved, and it is possible to observe a sample with low reflectance and low contrast. More specifically, the field of view is limited to 10 −3 by pinhole illumination and the optical noise such as flare is reduced to 10 −6 as compared with the imaging microscope, so that the contrast of the image is significantly improved. Further, in the case of a sample having thickness and irregularities, the light of the image blurred in the front and back is removed by the pinhole diaphragm, so that the contrast is further improved. (In general, the effect of flare is greater at lower magnifications, and the effect of blurred images is greater at higher magnifications.) (2) Since the S / N ratio of images is high, the light irradiation amount can be reduced,
This can reduce the light irradiation damage on the sample. (3) Comparing the case where lenses with the same wavelength and the same numerical aperture are used, the effective horizontal resolution is improved by about 50% and the depth of focus is reduced to about half, so the resolution in the optical axis (vertical) direction is It is improved about twice. Therefore, when it is used for measurement, the measurement accuracy in the vertical and horizontal directions is improved accordingly.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このように優れた点を
有する従来の共焦点走査型顕微鏡ではあるが、被検物体
とビームの集光点とを相対的に走査することが必要であ
り、走査機構が必須であった。具体的には、レーザー光
源からの光ビームを対物レンズにて物体面上に集光する
と共に、機械走査型ミラーや音響光学偏向素子などを用
いて物体面上を走査し、像面近傍に配置されたピンホー
ルを通して受光する構成が必要であった。このため、走
査機構が複雑且つ大がかりなため装置の小型軽量化が困
難であり、機械的可動部のある機械走査型では一般に高
速走査が困難であり、高速走査が可能なものは更に大型
・高価であることや騒音・振動の問題等が避けられなか
った。
Although the conventional confocal scanning microscope has such excellent points, it is necessary to relatively scan the object to be inspected and the focal point of the beam. A scanning mechanism was essential. Specifically, the light beam from the laser light source is focused on the object plane by an objective lens, and the object plane is scanned using a mechanical scanning mirror or an acousto-optic deflector, and placed near the image plane. It was necessary to have a structure for receiving light through the pinhole. For this reason, it is difficult to reduce the size and weight of the device because the scanning mechanism is complicated and large-scaled, and it is generally difficult to perform high-speed scanning with a mechanical scanning type having a mechanically movable portion. However, the problems of noise and vibration were unavoidable.

【0004】本発明の目的は、機械的走査機構を不要と
し高速走査が可能で振動などの問題のない小型で実用的
な共焦点顕微鏡を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a compact and practical confocal microscope which does not require a mechanical scanning mechanism, can perform high-speed scanning, and is free from problems such as vibration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明による共焦点顕微
鏡は、所定の平面上に配列された多数の発光素子を有す
る面発光型光源手段と多数の受光素子を有する2次元撮
像手段とを用いる構成としたものであり、多数の発光素
子を順次発光走査するとともに、各発光素子に対応する
共役な受光素子のみにて順次受光させる構成を有してい
る。
A confocal microscope according to the present invention uses surface emitting light source means having a large number of light emitting elements arranged on a predetermined plane and two-dimensional image pickup means having a large number of light receiving elements. The configuration is such that a large number of light emitting elements are sequentially emitted and scanned, and only conjugate light receiving elements corresponding to the respective light emitting elements sequentially receive light.

【0006】具体的には、上記の如き面発光型光源手段
と、該光源面からの光束を収斂するためのフィールドレ
ンズを有し被検物体面上に照明光束を集光する照明光学
手段と、該被検物体面からの光束を所定の像面上に集光
する対物光学手段と、該対物光学手段の像面上に配置さ
れた多数の受光素子を有する2次元撮像手段と、前記面
発光型光源手段の発光素子を時系列的に発光させると共
に、該発光素子と互いに共役な前記2次元撮像手段上の
受光素子を順次受光可能状態とする制御手段と、該2次
元撮像手段からの出力信号に基づいて前記被検物体面の
情報を得る信号処理手段とを有する構成としたものであ
る。
Specifically, the surface emitting light source means as described above, and an illumination optical means for converging the illumination light flux on the surface of the object to be inspected, which has a field lens for converging the light flux from the light source surface. An objective optical means for condensing a light beam from the object surface to be examined on a predetermined image surface, a two-dimensional image pickup means having a large number of light receiving elements arranged on the image surface of the objective optical means, and the surface. Control means for causing the light emitting elements of the light emitting type light source means to emit light in time series, and sequentially setting the light receiving elements on the two-dimensional image pickup means, which are conjugated with the light emitting elements, to the sequentially receivable state, and the two-dimensional image pickup means. A signal processing means for obtaining information on the object surface to be inspected based on an output signal.

【0007】また、面発光型光源手段と2次元撮像手段
とを同期制御する制御手段としては、面発光型光源手段
の発光素子を1列毎に順次発光させると共に、該面発光
型光源手段上の1列の発光素子と互いに共役な2次元撮
像手段上の1ラインの受光素子を順次受光可能状態とす
る構成とすることも可能である
As the control means for synchronously controlling the surface-emitting light source means and the two-dimensional image pickup means, the light-emitting elements of the surface-emitting light source means are made to sequentially emit light row by row, and the surface-emitting light source means is arranged to emit light. It is also possible to adopt a configuration in which the light receiving elements of one line on the two-dimensional image pickup means which are mutually conjugated with the light emitting elements of one column are sequentially made ready to receive light.

【0008】[0008]

【作用】上記の如き本発明によれば、面発光型光源手段
の発光素子の時系列的発光と、これらに対応する2次元
撮像手段上の受光素子の順次受光との制御により、実質
的な走査が行われるため、機械的走査機構は全く必要な
く、可動部のない簡単で小型な構成とすることが可能で
ある。換言するならば、本発明は基本的には画像(検出
器)の画素数に等しい複数点光源により、光ビームを走
査することなく点光源そのものを順次発光し、これと同
期して検出器上の点受光素子にて順次受光することによ
り実質的な共焦点走査を実現するものである。しかも、
フィールドレンズにより面発光型光源手段からの発光光
束の主光線が対物レンズの入射瞳の中心に向かうように
収斂されるため、光源からの光束が効率良く被検物体面
上に導かれ、観察像の周辺部においても十分な光量で照
明することができ、照度の均一性を維持することが可能
となる。
According to the present invention as described above, the time-sequential light emission of the light emitting elements of the surface light emitting type light source means and the sequential light reception of the light receiving elements on the two-dimensional image pickup means corresponding thereto are substantially controlled. Since scanning is performed, a mechanical scanning mechanism is not required at all, and a simple and compact structure with no moving parts can be obtained. In other words, according to the present invention, basically, the point light sources themselves are sequentially emitted without scanning the light beam by a plurality of point light sources having the same number of pixels of the image (detector), and in synchronization with this, on the detector. Substantially confocal scanning is realized by sequentially receiving light by the point light-receiving element. Moreover,
Since the principal ray of the luminous flux emitted from the surface emitting light source means is converged by the field lens so as to be directed toward the center of the entrance pupil of the objective lens, the luminous flux from the light source is efficiently guided to the surface of the object to be inspected, and the observation image It is possible to illuminate with a sufficient amount of light even in the peripheral portion of, and it is possible to maintain the uniformity of illuminance.

【0009】また、面発光型光源手段の発光素子を1列
毎に順次発光させると共に、面発光型光源手段上の1列
の発光素子と互いに共役な2次元撮像手段上の1ライン
の受光素子を順次受光可能状態とする構成場合には、比
較的簡単な制御により簡易的ながら良好な共焦点顕微鏡
像を得ることができる。そして、ビームスプリッターに
よって対物光学系の対物レンズを通して面発光型光源手
段の各発光素子からの光束を被検物体面上に集光する構
成とすることによって、反射型の共焦点顕微鏡を極めて
小型に構成することができる。
Further, the light-emitting elements of the surface-emitting light source means are made to sequentially emit light one by one, and one-line light-receiving elements on the two-dimensional image pickup means which are mutually conjugated with the one-row light-emitting elements on the surface-emitting light source means. In the configuration in which the light beams are sequentially received, it is possible to easily obtain a good confocal microscope image by relatively simple control. Then, the beam splitter splits the light flux from each light emitting element of the surface emitting light source means through the objective lens of the objective optical system onto the object surface to be inspected, thereby making the reflection type confocal microscope extremely small. Can be configured.

【0010】ここで、面発光型光源手段としては、例え
ば、日経サイエンス1992年1月号74〜82頁に記
載されている如き高集積型マイクロレーザや、面発光レ
ーザとして開発されつつある2次元レーザーダイオード
アレイ(LDアレイまたはマイクロ・レーザーアレイ等
と呼ばれる)を用いることが有効である。このような2
次元レーザーダイオードアレイは、例えば、丸善株式会
社発行の「パリティ」1991年11月号54〜57頁
に紹介されているとおり、図2の斜視図に示す如く、基
板S上に多数の発光素子が配列されたものである。2次
元撮像手段としては、MOS型のイメージセンサやCC
Dイメージセンサを用いることが可能である。
Here, as the surface emitting light source means, for example, a highly integrated microlaser as described in Nikkei Science January 1992, pages 74 to 82, or a two-dimensional surface emitting laser which is being developed. It is effective to use a laser diode array (called an LD array or a micro laser array or the like). Like this 2
The three-dimensional laser diode array has a large number of light emitting elements on the substrate S as shown in the perspective view of FIG. 2, as introduced in “Parity” issued by Maruzen Co., Ltd., November 1991, pp. 54-57. It is arranged. As a two-dimensional image pickup means, a MOS type image sensor or CC
It is possible to use a D image sensor.

【0011】上記の如き面発光型光源手段と2次元撮像
手段とを有する共焦点顕微鏡の基本構成において、実用
的構成のためには、以下のごとく各素子の性能や配列・
構成を満たすことが望ましい。特に、面発光型光源手段
の各点光源には適当な指向性が必要であり、また照明光
学手段においては利用効率の向上やフレアーの低減のた
めにフィールドレンズと偏向板、1/4波長板が必要で
ある。以下、具体的検討項目ごとに詳述する。
In the basic configuration of the confocal microscope having the above-mentioned surface-emitting light source means and two-dimensional image pickup means, in order to obtain a practical configuration, the performance and arrangement of each element are as follows.
It is desirable to satisfy the configuration. In particular, each point light source of the surface emitting type light source means needs to have an appropriate directivity, and in the illumination optical means, a field lens, a deflection plate, and a 1/4 wavelength plate for improving utilization efficiency and reducing flare. is necessary. Hereinafter, each of the specific examination items will be described in detail.

【0012】(1) 光源の指向性と利用効率及び光源の選
択 レーザ光の様なコヒーレントなビームの半発散角θLD
は、光源の直径(アレイ間隔)をΔ、波長をλとする
と、 θLD≒λ/(2Δ) となる。これは他のインコヒーレントなLEDの半発散
角θLED が30°以上と大きいのに比べてかなり小さく、
実際上は数°程度以下と指向性に優れている。
(1) Directionality and utilization efficiency of light source and selection of light source Half-divergence angle θLD of a coherent beam such as a laser beam
Is θLD≈λ / (2Δ) where Δ is the diameter of the light source (array spacing) and λ is the wavelength. This is considerably smaller than the half-divergence angle θ LED of other incoherent LEDs, which is as large as 30 ° or more,
In fact, it has excellent directivity with a few degrees or less.

【0013】一方、反射型の顕微鏡として構成する場合
にコンデンサーレンズとしても機能する対物レンズに入
射する照明光束の半画角θobは、図5に示す如く、対物
レンズ20の開口数NAと対物レンズ20の倍率βによ
り、 θob =NA/β となり、数°程度である。ここで、光源の利用効率η
は、光源からの光束の半発散角をθとすると η =
(θob/θ)2 と与えられる。この式から、発散角が小さい程効率が高
くなり、LEDよりもレーザダイオード(LD)等のレ
ーザ光が有利であることが分かる。
On the other hand, the half angle of view θob of the illumination light beam incident on the objective lens which also functions as a condenser lens when it is constructed as a reflection type microscope, as shown in FIG. 5, is the numerical aperture NA of the objective lens 20 and the objective lens. With the magnification β of 20, θ ob = NA / β, which is about several degrees. Here, the light source utilization efficiency η
Is the half-divergence angle of the light flux from the light source, then η =
It is given as (θob / θ) 2 . From this equation, it can be seen that the smaller the divergence angle, the higher the efficiency, and that laser light from a laser diode (LD) or the like is more advantageous than an LED.

【0014】さて、レーザ光の発散角は波長と共にアレ
イ間隔(実効的光源直径)に依存するが、次のように決
定される。すなわち、光学系の分解能δを活かすには、 Δ≒β・δ/2 の関係が成り立つように、分解能の半分の間隔でLDア
レイのセルを配列することが望ましい。
The divergence angle of the laser light depends on the array spacing (effective light source diameter) together with the wavelength, but is determined as follows. That is, in order to make the best use of the resolution δ of the optical system, it is desirable to arrange the cells of the LD array at intervals of half the resolution so that the relationship of Δ≈β · δ / 2 holds.

【0015】ここで、共焦点顕微鏡の分解能δは、レイ
リーの基準に従えば、 δ≒0.45・λ/NA となり、分解能の半分の間隔でLDアレイを配置した場
合、LDアレイの半発散角θLDは、 θLD=(NA/β)/0.45=θob/0.45 となり、従ってこの場合のLDアレイの利用効率ηは、 η=(0.45)2= 0.2 すなわち、20%となる。
Here, the resolution δ of the confocal microscope is δ≈0.45 · λ / NA according to Rayleigh's standard, and when the LD arrays are arranged at intervals of half the resolution, the half divergence angle θLD of the LD array is Is θLD = (NA / β) /0.45=θob/0.45, and therefore the utilization efficiency η of the LD array in this case is η = (0.45) 2 = 0.2, that is, 20%.

【0016】ところで、機械的な走査機構を無くして、
アレイ状光源の逐次点滅と光源同期型撮像素子とを用い
た共焦点顕微鏡の構成が、例えば特公平2−26177
号公報により示唆されているが、光源としてLEDアレ
イを用いているため、その発散角は半発散角で30°と
大きく、θob=0.024 (β=40×, NA=0.95)の場合、
利用効率ηは0.2 %となり、LDアレイの100分の1
程度の低い利用効率に過ぎない。従って、光量が不足す
ると共にフレア(光学的ノイズ)が99.8%(信号の 448
倍)にもなり、LEDアレイを光源として共焦点顕微鏡
として構成することは実用上困難である。
By the way, by eliminating the mechanical scanning mechanism,
The configuration of a confocal microscope using the sequential blinking of an array of light sources and a light source synchronization type imaging device is disclosed in, for example, Japanese Examined Patent Publication No.
As suggested by the publication, since an LED array is used as a light source, its divergence angle is as large as 30 ° at a half divergence angle, and in the case of θob = 0.024 (β = 40 ×, NA = 0.95),
Utilization efficiency η is 0.2%, which is 1/100 of the LD array.
It is just a low utilization efficiency. Therefore, the amount of light is insufficient and flare (optical noise) is 99.8% (signal
Therefore, it is practically difficult to configure the LED array as a light source to form a confocal microscope.

【0017】(2) 低い利用効率とフレー対策 LDアレイの利用効率は上述のとおりLEDに比べては
るかに高く、20%程度であるが、それでも信号の4倍
程度の不要なノイズ(フレア)が発生することになる。
このため、実効的な反射率が 0.1%の試料を観察或いは
計測する場合には、依然として十分ではない。そこで、
図1に示すように、偏光板と1/4波長板、及び偏光ビ
ームスプリッターを利用して、フレア光を除去すること
がきわめて有効となる。
(2) Low utilization efficiency and countermeasure against flare The utilization efficiency of the LD array is much higher than that of the LED as described above and is about 20%, but still, unnecessary noise (flare) of about 4 times the signal is generated. Will occur.
Therefore, it is still insufficient when observing or measuring a sample with an effective reflectance of 0.1%. Therefore,
As shown in FIG. 1, it is extremely effective to remove flare light by using a polarizing plate, a quarter-wave plate, and a polarizing beam splitter.

【0018】(3) 軸外光の有効利用(一様照明) 実用的な装置を構成する場合には、画面の周辺部につい
ても考慮する必要があり、光源からの軸上光束のみなら
ず軸外光束についての検討も重要である。具体的には、
例えば装置全体の寸法を50mm以内とするためには、図
6に示す如く、物像間距離Lを40mm、使用波長λを5
50nmとして、次のような構成となる。
(3) Effective utilization of off-axis light (uniform illumination) When constructing a practical device, it is necessary to consider the peripheral part of the screen as well, and not only the axial light flux from the light source but also the axial light flux. It is also important to consider the external light flux. In particular,
For example, in order to keep the size of the entire apparatus within 50 mm, as shown in FIG. 6, the object-image distance L is 40 mm and the used wavelength λ is 5 mm.
With a thickness of 50 nm, the following structure is obtained.

【0019】画面寸法(対角線長、像直径)をφとする
と、半画角ωは、ω≒φ/(2L)である。以下に、2
つのアレイ間隔について、(a)乾燥系の大NA高倍率
の場合(Δ≒5μm)と、(b)乾燥系の中低倍率場合
(Δ≒ 2.5μm)とについて、それぞれ普通視野(NT
SC方式)と広視野(HDTV方式)についての計算結
果を示す。尚、通常の顕微鏡の半画角は、ω≒10/1
95=0.05rad (2.9°) 程度である。
When the screen size (diagonal length, image diameter) is φ, the half angle of view ω is ω≈φ / (2L). Below 2
Regarding two array intervals, a normal field of view (NT) is used for (a) a large NA high magnification of a dry system (Δ≈5 μm) and (b) a medium low magnification of a dry system (Δ≈2.5 μm).
Calculation results for the SC system) and wide field of view (HDTV system) are shown. The half angle of view of a normal microscope is ω ≈ 10/1
It is about 95 = 0.05 rad (2.9 °).

【0020】以下の表に示すとおり、HDTV用の広視
野では画角がレーザの発散角より大きくなる(ω>θL
D) ため、フィールドレンズが不可欠である。また、N
TSC方式用の普通視野の場合でも、視野周辺部の照明
の均一性を確保するために、やはりフィールドレンズが
必要である。 (a)開口数NA=0.95、倍率β=40、焦点距離f≒1
mm、分解能δ=0.26μmの場合 アレイ間隔 Δ≒5μm θLD≒0.053rad (3 °) θob=NA/β=0.024rad (1.4 °) HDTV NTSC 画素(LDアレイ)数: 1920×1080 640 ×480 視野の直径 φ : 11mm 4mm 半画角 ω : 0.14rad (7.9°) 0.05rad (2.9°) フィールドレンズの必要性: 不可欠 必要 偏光板、1/4 波長板の必要性: 必要 必要 (b)開口数NA=0.5 、倍率β=10、焦点距離f≒3.
3mm 、δ=0.5 μm 開口数NA=0.2 、倍率β=4 、焦点距離f≒6.7mm 、
δ=1.2 μm 開口数NA=0.1 、倍率β=2 、焦点距離f≒10mm 、
δ=2.5 μm の場合 アレイ間隔 Δ≒2.5 μm θLD≒0.11rad (3°) θob=NA/β=0.05rad (2.9°) HDTV NTSC 画素(LDアレイ)数: 1920×1080 640 ×480 視野の直径 φ : 5.5mm 2mm 半画角 ω : 0.069rad (3.9 °) 0.025rad (1.4°) フィールドレンズの必要性: 必要 必要 偏光板、1/4 波長板の必要性: 必要 必要
As shown in the table below, in a wide field of view for HDTV, the angle of view becomes larger than the divergence angle of the laser (ω> θL
D) Therefore, a field lens is indispensable. Also, N
Even in the case of the normal field of view for the TSC system, the field lens is still necessary in order to ensure the uniformity of illumination in the peripheral part of the field of view. (A) Numerical aperture NA = 0.95, magnification β = 40, focal length f≈1
mm, resolution δ = 0.26 μm Array spacing Δ≈5 μm θLD≈0.053 rad (3 °) θob = NA / β = 0.024 rad (1.4 °) HDTV NTSC Number of pixels (LD array): 1920 × 1080 640 × 480 fields of view Diameter φ: 11mm 4mm Half angle of view ω: 0.14rad (7.9 °) 0.05rad (2.9 °) Necessity of field lens: Indispensable Necessary Polarizer, necessity of 1/4 wavelength plate: Necessary (b) Numerical aperture NA = 0.5, magnification β = 10, focal length f≈3.
3 mm, δ = 0.5 μm, numerical aperture NA = 0.2, magnification β = 4, focal length f≈6.7 mm,
δ = 1.2 μm numerical aperture NA = 0.1, magnification β = 2, focal length f≈10 mm,
When δ = 2.5 μm Array spacing Δ≈2.5 μm θLD≈0.11 rad (3 °) θob = NA / β = 0.05 rad (2.9 °) HDTV NTSC Number of pixels (LD array): 1920 × 1080 640 × 480 Field of view diameter φ: 5.5mm 2mm Half angle of view ω: 0.069rad (3.9 °) 0.025rad (1.4 °) Necessity of field lens: Necessary Necessary Polarizing plate, need of 1/4 wavelength plate: Necessary Necessary

【0021】[0021]

【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。図
1は本発明による共焦点顕微鏡装置の基本構成を示す概
略光路図である。この実施例は、共焦点顕微鏡の対物レ
ンズとして有限光学系を使用した場合の構成例である。
面発光型光源手段としてのLDアレイ1上の点発光素子
1aからの光束はフィールドレンズ2及び偏光板3をと
おって偏光ビームスプリッター4に達し、ここで反射さ
れた後4分の1波長板5を透過して対物レンズ20によ
り、物体面10上に集光される。フィールドレンズ2は
各点発光素子1aからの光束の主光線が対物レンズ20
の入射瞳の中心に向かうように収斂させ、各点発光素子
からの照明光束が対物レンズ20により効率良く収束さ
れる。物体面10からの反射光束は、対物レンズ20の
作用により4分の1波長板5及び偏光ビームスプリッタ
ー4を透過して、2次元撮像手段30の受光素子30a
上に集光される。ここで、面発光型光源手段上の点発光
素子1aは物体面10及び2次元撮像手段30上の受光
素子30aとそれぞれ共役であり、点発光素子1aから
の光束が受光素子30a上に集光される。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is a schematic optical path diagram showing the basic configuration of a confocal microscope apparatus according to the present invention. This example is a configuration example in which a finite optical system is used as an objective lens of a confocal microscope.
The light flux from the point light emitting element 1a on the LD array 1 as the surface emitting light source means reaches the polarization beam splitter 4 through the field lens 2 and the polarizing plate 3, and is reflected there, and then is reflected by the quarter wavelength plate 5 Through the objective lens 20 and focused on the object plane 10. In the field lens 2, the principal ray of the light flux from each point light emitting element 1 a is the objective lens 20.
And the illumination light flux from each point light emitting element is efficiently converged by the objective lens 20. The light beam reflected from the object plane 10 is transmitted through the quarter-wave plate 5 and the polarization beam splitter 4 by the action of the objective lens 20, and is received by the light receiving element 30a of the two-dimensional image pickup means 30.
Focused on top. Here, the point light emitting element 1a on the surface emitting light source means is conjugated with the object plane 10 and the light receiving element 30a on the two-dimensional image pickup means 30, respectively, and the light flux from the point light emitting element 1a is condensed on the light receiving element 30a. To be done.

【0022】この構成において、フィールドレンズ2、
偏光板3、ビームスプリッター4、1/4波長板5及び
対物レンズが照明光学手段を構成し、対物レンズ20、
1/4波長板5が対物光学手段を構成し、両光学系にお
いて対物レンズが共用され、照明光学手段において対物
レンズはコンデンサーレンズとして機能している。そし
て、面発光型光源手段上の点発光素子1aの所定時間の
発光が終了すると、隣接する発光素子1bが同じく所定
時間だけ発光され、順次各素子の発光がなされる。この
発光動作は、制御手段40により面発光型光源手段1の
駆動手段41を介してなされる。そして、この発光動作
に同期して、2次元撮像手段30上の各受光素子30
a,30bにおいて、駆動手段42により受光可能状態
が順次切り換えられ、各発光素子に共役な受光素子のみ
からの信号を抽出するように制御手段40により制御さ
れる。ここで、2次元撮像手段30上の各受光素子にお
いては、これらに対応する各発光素子の発光時間内にお
いてのみ受光可能とすることが理想である。しかし、面
発光型光源手段上の1例に配置された複数の点発光素子
が順次発光していく間に、2次元撮像手段上にてその点
発光素子列に対応する1本の受光素子ラインのみを受光
可能とし、点発光素子の発光が次の列に移ったときには
その列に対応する受光素子ラインのみを順次受光可能と
する構成も可能である。
In this structure, the field lens 2,
The polarizing plate 3, the beam splitter 4, the quarter-wave plate 5 and the objective lens constitute illumination optical means, and the objective lens 20,
The quarter-wave plate 5 constitutes an objective optical means, the objective lens is shared by both optical systems, and the objective lens functions as a condenser lens in the illumination optical means. When the point light emitting element 1a on the surface emitting light source means has finished emitting light for a predetermined time, the adjacent light emitting element 1b similarly emits light for a predetermined time, and each element emits light sequentially. This light emitting operation is performed by the control means 40 via the driving means 41 of the surface emitting light source means 1. Then, in synchronization with this light emitting operation, each light receiving element 30 on the two-dimensional image pickup means 30.
In a and 30b, the light receiving state is sequentially switched by the driving means 42, and the control means 40 controls so as to extract the signal from only the light receiving element conjugated to each light emitting element. Here, it is ideal that each light receiving element on the two-dimensional image pickup means 30 can receive light only within the light emitting time of each light emitting element corresponding thereto. However, one light receiving element line corresponding to the point light emitting element row on the two-dimensional image pickup means while the plurality of point light emitting elements arranged in one example on the surface emitting light source means sequentially emit light. A configuration is also possible in which only the light receiving element line corresponding to the row can be sequentially received when the light emission of the point light emitting element is moved to the next row.

【0023】具体的には、LDアレイ1から出た光はフ
ィールドレンズ2により入射瞳方向に偏向され、偏光子
3で水平方向の偏光(S偏光)になり、偏光ビームスプ
リッター4で最大反射率で反射される。そして1/4波
長板5で円偏光になり有限系対物レンズ20に入射し、
物体面10上にて回折限界程度のスポット像を結像し、
反射光が再び有限系対物レンズ20に入射する。この光
は1/4波長板5を再び透過することにより直線偏光
(P偏光)になり、偏光ビームスプリッター4で最大透
過率で透過し、2次元撮像素子30上に集光される。こ
こでLDアレイ1と2次元撮像素子30のそれぞれの素
子は互いに共役位置にあり、且つ時間的に同期されてい
る。また当然ではあるが結像倍率と画素の関係も一致し
ている。
Specifically, the light emitted from the LD array 1 is deflected by the field lens 2 in the direction of the entrance pupil, becomes a horizontally polarized light (S-polarized light) by the polarizer 3, and has a maximum reflectance by the polarization beam splitter 4. Is reflected by. Then, the quarter-wave plate 5 becomes circularly polarized light and enters the finite system objective lens 20,
A spot image with a diffraction limit is formed on the object plane 10,
The reflected light again enters the finite objective lens 20. This light becomes linearly polarized light (P-polarized light) by passing through the quarter-wave plate 5 again, is transmitted by the polarization beam splitter 4 at the maximum transmittance, and is condensed on the two-dimensional image pickup device 30. Here, the respective elements of the LD array 1 and the two-dimensional image pickup element 30 are at conjugate positions with each other and are synchronized in time. Also, as a matter of course, the relationship between the imaging magnification and the pixel is the same.

【0024】2次元撮像手段30上の各受光素子からの
受光信号は、順次信号処理手段43に取り込まれて、制
御手段40からの面発光型光源手段の各素子の発光順序
に応じて整理することによって、物体面10上の2次元
的像情報を出力し、所望の表示装置50により画像とし
て表示することができる。尚、上記の構成ではLDアレ
イは逐次発光する構成としたが、同時に各素子を発光さ
せて撮像素子を同期して全面において受光する構成とす
れば、従来の結像型顕微鏡として使用することができ
る。また、試料の偏光特性の影響を除去したい場合な
ど、目的によっては偏光子3と1/4波長板5を除いて
もよく、またLDアレイ1と撮像素子30とのビームス
プリッターに対する関係を入れ替えて、ビームスプリッ
ターの透過光路で照明し、反射光路で受光する構成とし
てもよい。更にハーフミラーはハーフプリズムに置き換
えてもよいことは言うまでもない。また、フィールドレ
ンズ2をフレネルレンズとし、LDアレイ1に張り合わ
せて一体化することも可能である。尚、LDアレイが直
線偏光を発生する場合には、偏光子3は不要である。
The light receiving signals from the respective light receiving elements on the two-dimensional image pickup means 30 are sequentially taken into the signal processing means 43 and arranged in accordance with the light emitting order of the respective elements of the surface emitting light source means from the control means 40. Thus, the two-dimensional image information on the object plane 10 can be output and displayed as an image on the desired display device 50. Although the LD array is configured to sequentially emit light in the above-described configuration, if the configuration is such that each element emits light simultaneously and the image pickup element synchronizes to receive light over the entire surface, it can be used as a conventional imaging microscope. it can. The polarizer 3 and the quarter-wave plate 5 may be omitted depending on the purpose, for example, when the influence of the polarization characteristics of the sample is desired to be removed, and the relationship between the LD array 1 and the image pickup device 30 with respect to the beam splitter is changed. It is also possible to adopt a configuration in which the transmission light path of the beam splitter illuminates and the reflection light path receives light. Needless to say, the half mirror may be replaced with a half prism. It is also possible to use the field lens 2 as a Fresnel lens and attach it to the LD array 1 to integrate them. In addition, when the LD array generates linearly polarized light, the polarizer 3 is unnecessary.

【0025】以上の如き本発明による第1実施例の如
く、有限系対物レンズを用いる場合には、装置全体の部
品点数が少なく最も小型化が図れる。なお、本実施例に
おいては、物体面への合焦は対物レンズ20を含めて装
置全体をハウジング100 に一体的に構成して移動するこ
とによってなされる。対物光学系は上記第1実施例の如
く、有限系に限らず無限遠系を用いることが可能であ
る。無限系対物レンズを用いた第2実施例の概略構成を
図3に示す。
When the finite objective lens is used as in the first embodiment of the present invention as described above, the number of parts of the entire apparatus is small and the size can be minimized. In the present embodiment, focusing on the object plane is performed by integrally configuring the entire apparatus including the objective lens 20 in the housing 100 and moving the housing 100. The objective optical system is not limited to the finite system as in the first embodiment, but an infinite system can be used. A schematic configuration of the second embodiment using an infinite system objective lens is shown in FIG.

【0026】第2実施例においては、面発光型光源手段
としてのLDアレイ1からの発散光束がコリメータレン
ズ6によって平行光束に変換されて、偏光板3及び偏光
ビームスプリッター4を介して無限系対物レンズ21に
入射し、第1実施例と同様に物体面10上にて回折限界
程度のスポット像が結像される。ここで、コリメータレ
ンズ6は、面発光型光源としてのLDアレイ1からの光
束を単に平行光束に変換するのみならず、各光源からの
主光線が対物レンズの入射瞳の中心に向かうように収斂
させるフィールドレンズとしての機能をも合わせ持つ。
そして、物体面10からの反射光束は、対物レンズ21
を通過して平行光束となり、4分の1波長板5及び偏光
ビームスプリッター4を透過したのち第2対物レンズ2
2に入射し、2次元撮像手段30の受光素子30a上に
集光される。
In the second embodiment, the divergent light beam from the LD array 1 as the surface emitting light source means is converted into a parallel light beam by the collimator lens 6, and the infinite system objective is passed through the polarizing plate 3 and the polarizing beam splitter 4. The light enters the lens 21, and a spot image of the diffraction limit is formed on the object plane 10 as in the first embodiment. Here, the collimator lens 6 not only converts the light flux from the LD array 1 as a surface-emitting light source into a parallel light flux, but also converges the principal ray from each light source toward the center of the entrance pupil of the objective lens. It also has a function as a field lens.
Then, the reflected light flux from the object plane 10 is reflected by the objective lens 21.
To become a parallel light beam, and after passing through the quarter-wave plate 5 and the polarization beam splitter 4, the second objective lens 2
It is incident on 2 and is condensed on the light receiving element 30 a of the two-dimensional image pickup means 30.

【0027】この構成においても、面発光型光源手段上
の各点発光素子の順次点滅とこれに同期する2次元撮像
手段30上の各受光素子の受光もしくは信号読み出し
は、図1に示した第1実施例と同様の制御手段により統
括制御され、必要に応じて画像表示がなされる。このよ
うに無限遠系を使用した場合には、部品点数は多少増え
るが、ビームスプリッターとしての半透過鏡を透過する
ことによって生ずる2重像や非点収差の影響が除去する
ことができ、またピント合わせの際は装置全体を移動す
る必要はなく、対物レンズ21を収納する対物鏡筒200
のみを光軸上で移動することによって合焦を行うことが
可能である。尚、無限遠系対物レンズを用いる場合に
も、必要に応じて図1のごとくLDアレイ1の近傍にフ
ィールドレンズを分離して配置することも可能である。
Also in this configuration, the point light-emitting elements on the surface-emitting light source means are sequentially blinked and the light-receiving elements or the signal reading on each light-receiving element on the two-dimensional image pickup means 30 synchronized with this are performed as shown in FIG. Centralized control is performed by the same control means as in the first embodiment, and image display is performed as necessary. When an infinity system is used in this way, the number of parts increases a little, but the effects of double images and astigmatism caused by passing through a semi-transmissive mirror as a beam splitter can be eliminated. When focusing, it is not necessary to move the entire apparatus, and the objective lens barrel 200 that houses the objective lens 21 is used.
Focusing can be performed by moving only the optical axis. Even when the infinity objective lens is used, the field lens can be separately arranged near the LD array 1 as shown in FIG. 1 if necessary.

【0028】図4には本発明による共焦点顕微鏡装置を
蛍光顕微鏡に応用した第3実施例の概略構成図を示し
た。この実施例では、図1に示した第1実施例と同じく
基本的には有限系対物レンズが用いられている。第1実
施例との比較して説明するならば、励起光と蛍光につい
て色収差補正をした対物レンズを用い、ビームスプリッ
ターとしてダイクロイックミラー8を使用し、偏光子と
1/4波長板を除去すると共に、ダイクロイックミラー
8と2次元撮像手段30との間に所望の蛍光波長のみを
透過するためのバリアフィルター23が設けられてい
る。この構成においては、面発光型光源手段1は比較的
短波長光を発光し、2次元撮像手段30としては比較的
長波長に感度の高いことが望ましい。また、バリアフィ
ルター23は目的により不要な場合には除去することが
可能である。
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a third embodiment in which the confocal microscope device according to the present invention is applied to a fluorescence microscope. In this embodiment, a finite system objective lens is basically used as in the first embodiment shown in FIG. In comparison with the first embodiment, an objective lens having chromatic aberration correction for excitation light and fluorescence is used, a dichroic mirror 8 is used as a beam splitter, and a polarizer and a quarter wavelength plate are removed. A barrier filter 23 for transmitting only a desired fluorescence wavelength is provided between the dichroic mirror 8 and the two-dimensional imaging means 30. In this configuration, it is desirable that the surface-emitting light source unit 1 emits light having a relatively short wavelength and that the two-dimensional imaging unit 30 has a high sensitivity to a relatively long wavelength. In addition, the barrier filter 23 can be removed if unnecessary for some purposes.

【0029】このような構成により、落射蛍光方式の共
焦点走査型顕微鏡が実現でき、上記の各実施例と同様に
既存の落射蛍光方式の共焦点走査顕微鏡よりもはるかに
小型に構成することができ、軽量かつ安価な装置とな
る。尚、図3では制御手段等については、図1、図3の
第1、第2実施例と同一であるため省略している。以上
の如き本発明の実施例の構成において、ある程度の画質
を確保するためには、面発光型光源手段としてのLDア
レイの発光素子数及び2次元撮像素子の画素数は、共に
数十万程度以上あることが好ましい。具体的には、各素
子数は共役関係を保つ必要から同型・同数とし、数は4
0万(NTSC仕様)〜200万(ハイビジョンまたはHD
TV仕様)が適当である。そして、LDアレイの発光素
子を(毎秒像数×LD数)Hzで逐次点滅させ、ビーム
スプリッターをはさんでLDアレイの共役位置にある撮
像素子の各素子を各LDアレイ素子に同期させて受光可
能とする。ビームスプリッターを偏光ビームスプリッタ
ーとし、偏光板や1/4波長板を使用したのは、LDア
レイに戻る光やフレアーを除去するためである。
With such a structure, an epi-fluorescence type confocal scanning microscope can be realized, and like the above-described embodiments, it can be made much smaller than the existing epi-fluorescence type confocal scanning microscope. The device can be made lightweight and inexpensive. In FIG. 3, the control means and the like are the same as those in the first and second embodiments of FIGS. 1 and 3 and are omitted. In the configuration of the embodiment of the present invention as described above, in order to secure a certain level of image quality, the number of light emitting elements of the LD array as the surface emitting light source means and the number of pixels of the two-dimensional image pickup element are both about several hundred thousand. It is preferable to have the above. Specifically, the number of each element is the same type and the same number because it is necessary to maintain the conjugate relationship, and the number is 4
200,000 (NTSC specifications) to 2,000,000 (High-definition or HD
TV specifications) are appropriate. Then, the light emitting elements of the LD array are sequentially blinked at (number of images per second x number of LDs) Hz, and each element of the image pickup element at the conjugate position of the LD array is synchronized with each LD array element by interposing a beam splitter. It is possible. The reason why the beam splitter is a polarization beam splitter and a polarizing plate or a quarter wave plate is used is to remove light and flare returning to the LD array.

【0030】このような共焦点顕微鏡装置の実用的な構
成により、以下の如き特徴が得られる。 (1) 従来の顕微鏡より大幅に小型軽量化され得る。LD
アレイや撮像素子は1cm角程度の大きさであり、複雑
な照明光学系や機械的走査系がないため、専用の対物レ
ンズを使用すれば、大きさは1/10(5cm角)、
重さは1/100程度(100g)に小型軽量化でき
る。 (2) 装置全体の価格は従来の共焦点走査型の1/10程
度に低減可能。
With the practical configuration of such a confocal microscope device, the following features can be obtained. (1) It can be made much smaller and lighter than a conventional microscope. LD
Since the array and the image sensor are about 1 cm square, and there is no complicated illumination optical system or mechanical scanning system, the size is 1/10 (5 cm square) if a dedicated objective lens is used.
The weight can be reduced to about 1/100 (100 g). (2) The price of the entire device can be reduced to about 1/10 of the conventional confocal scanning type.

【0031】高価な機械的走査系や照明光学系が不要
で、LDアレイや同期読出撮像素子は量産により安価に
なるため、大幅な価格低減が可能である。 (3) 毎秒30画像のリアルタイムで画像取得が可能。機
械的可動部のない2次元LDアレイによる電子的走査の
ため高速走査が可能になる。LDアレイの光出力は1ミ
リワット程度あれば良い。 (4) 超高速シャッターの臨界照明方式の結像型顕微鏡と
しても使用可能。
Since an expensive mechanical scanning system and an illumination optical system are unnecessary and the LD array and the synchronous readout image pickup device are mass-produced at low cost, the price can be largely reduced. (3) Images can be acquired in real time at 30 images per second. High-speed scanning is possible due to electronic scanning by a two-dimensional LD array having no mechanical moving parts. The optical output of the LD array may be about 1 milliwatt. (4) Can also be used as a critical illumination type imaging microscope with an ultra-high-speed shutter.

【0032】面発光型光源手段としての全てのLDアレ
イを同時発光させることによりμs程度のパルス発光が
可能であり、100mm/s程度の速度の動体の撮像も
結像型として可能になる。(従来の結像型では100μ
m/s程度の速度が観察できる限界であった。)ところ
で、本発明においては、2次元撮像素子を用いてオート
フォーカス機能を兼用させることが可能である。特に、
反射型の共焦点顕微鏡装置では、フォーカス合致点での
明るさが最大となるため、この特長を利用すれば、物体
又は装置全体のどちらかを光軸上で相対的に移動させる
ことにより、容易にオートフォーカス機能を持たせるこ
とが可能である。従って、新たにオートフォーカス用の
部品が不要である。また、発光・受光部の制御により、
画面上のフォーカス地点、数、領域などを自由に変更す
ることが可能である。更に、対物レンズのフォーカス距
離の概略値をあらかじめ設定、入力し、共焦点によるオ
ートフォーカスと併用すれば、大きくピントが外れた場
合でも容易に合焦することが可能であり、より実用的な
フォーカスシステムを構成することが可能である。
By making all the LD arrays as the surface emitting light source means emit light at the same time, pulsed light emission of about μs is possible, and imaging of a moving object at a speed of about 100 mm / s is also possible as an image formation type. (100μ in the conventional imaging type
A speed of about m / s was the observable limit. By the way, in the present invention, it is possible to use the two-dimensional image pickup device and also serve as the autofocus function. In particular,
Since the confocal microscope device of the reflection type maximizes the brightness at the focus matching point, this feature facilitates the relative movement of either the object or the entire device on the optical axis. It is possible to add an autofocus function to the. Therefore, a new autofocus component is unnecessary. Also, by controlling the light emitting and receiving parts,
It is possible to freely change the focus point, number, area, etc. on the screen. In addition, if you set and input the approximate value of the focus distance of the objective lens in advance and use it together with confocal autofocus, you can easily focus even if the focus is significantly out of focus. It is possible to configure the system.

【0033】そして、物体面の反射率が変化する場合に
は、LDアレイの発光時間や撮像素子の受光時間などを
変更して調整することにより、良好な共焦点顕微鏡情報
を得ることができる。また、3原色に対して色収差を補
正した光学系を用い、面発光型LDアレイとして、2次
元3色LDアレイを使用すれば、カラー画像として、観
察することも可能になる。さらに、制御手段内にマイク
ロプロセッサーとメモリーを内蔵させることにより、オ
ートフォーカス、焦点メモリー、シャッター調節や画像
処理などの機能を持たせることも可能である。
When the reflectance of the object surface changes, it is possible to obtain good confocal microscope information by changing and adjusting the light emitting time of the LD array and the light receiving time of the image pickup device. If a two-dimensional three-color LD array is used as the surface emitting LD array by using an optical system in which chromatic aberrations are corrected for the three primary colors, it is possible to observe as a color image. Furthermore, by incorporating a microprocessor and memory in the control means, it is possible to provide functions such as autofocus, focus memory, shutter adjustment, and image processing.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上の如く本発明による共焦点顕微鏡装
置は、ビーム走査のための機械的手段が不要となるた
め、従来の共焦点走査型顕微鏡や結像型顕微鏡に比較し
て簡単な構成になると共に、著しく小型軽量化すること
ができ、画面周辺部までの照度の均一性に優れた実用的
な構成とすることが可能である。このため、顕微鏡とし
てだけでなく、各種画像計測検査装置に取付けて使用す
ることができ、能動的撮像素子(画像計測用入力装置)
としての応用も可能になる。即ち、本発明によ共焦点顕
微鏡装置は、計測用の部品または顕微鏡センサーとして
も使用可能になり、またこの装置自体を適宜移動するこ
とも容易であるため、共焦点顕微鏡としての利用範囲の
大幅な拡大が期待できる。そして、マイクロプロセッサ
ーやメモリーを組み込むことにより、オートフォーカ
ス、焦点メモリ(3次元画像構築)、超高速シャッター
調節機能や画像処理などの機能を併せ持ったインテリジ
ェントセンサーとしても利用することができる。
As described above, the confocal microscope apparatus according to the present invention does not require any mechanical means for beam scanning, and therefore has a simpler structure than conventional confocal scanning microscopes and imaging microscopes. At the same time, the size and weight can be significantly reduced, and a practical configuration with excellent uniformity of illuminance to the peripheral portion of the screen can be realized. Therefore, it can be used not only as a microscope but also by being attached to various image measurement / inspection devices and used as an active image pickup device (image measurement input device).
Can be applied as. That is, according to the present invention, the confocal microscope device can be used as a component for measurement or a microscope sensor, and the device itself can be easily moved as appropriate. Can be expected to expand. By incorporating a microprocessor and memory, it can also be used as an intelligent sensor that has functions such as autofocus, focus memory (three-dimensional image construction), ultra-high speed shutter adjustment function, and image processing.

【0035】特に反射型顕微鏡として構成する場合に
は、電子的な焦点メモリー機能(各画素で最大明るさの
位置を記憶し表示する)により実効的に任意に深度を深
くする事(3次元画像の構築)が容易であり、実用上非
常に有益である。また、結像型にはない内部光電効果を
利用したOBICなどの走査光プロービング顕微鏡とし
ての機能を備えることができ、走査型は逐次処理システ
ムなので既存のコンピューターとの整合性が良く、画像
処理、画像記録,通信などの機能を最大限活用すること
ができる。
In particular, in the case of configuring as a reflection type microscope, it is possible to effectively increase the depth arbitrarily (three-dimensional image) by an electronic focus memory function (store and display the position of maximum brightness in each pixel). Is easy to construct and very useful in practice. In addition, it can be equipped with a function as a scanning light probing microscope such as OBIC that utilizes the internal photoelectric effect that is not in the imaging type. Since the scanning type is a sequential processing system, it has good compatibility with existing computers, image processing, Functions such as image recording and communication can be fully utilized.

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

【図1】本発明を有限系の顕微鏡に応用した第1実施例
の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment in which the present invention is applied to a finite system microscope.

【図2】本発明に用いる面発光型光源手段の例を示す斜
視図。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of surface emitting light source means used in the present invention.

【図3】本発明を無限系の顕微鏡に応用した第2実施例
の概略構成図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a second embodiment in which the present invention is applied to an infinite microscope.

【図4】本発明を蛍光顕微鏡に応用した第3実施例の概
略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a third embodiment in which the present invention is applied to a fluorescence microscope.

【図5】対物レンズへ向かう軸上光源からの光束の様子
を説明する光路図。
FIG. 5 is an optical path diagram for explaining a state of a light beam from an axial light source that heads for an objective lens.

【図6】対物レンズへ向かう軸外光源からの光束の様子
を説明する光路図。
FIG. 6 is an optical path diagram illustrating a state of a light beam from an off-axis light source that heads for an objective lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…面発光型光源手段 4…ビームスプリッター 10…物体面 20,21…対物レンズ 30…2次元撮像素子 40…制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface emitting type light source means 4 ... Beam splitter 10 ... Object surface 20, 21 ... Objective lens 30 ... Two-dimensional imaging element 40 ... Control means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の平面上に配列された多数の発光素子
を有する面発光型光源手段と、該光源面からの光束を収
斂するためのフィールドレンズを有し被検物体面上に照
明光束を集光する照明光学手段と、該被検物体面からの
光束を所定の像面上に集光する対物光学手段と、該対物
光学手段の像面上に配置された多数の受光素子を有する
2次元撮像手段と、前記面発光型光源手段の発光素子を
時系列的に発光させると共に、該発光素子と互いに共役
な前記2次元撮像手段上の受光素子を順次受光可能状態
とする制御手段と、該2次元撮像手段からの出力信号に
基づいて前記被検物体面の情報を得る信号処理手段とを
有すること特徴とする共焦点顕微鏡装置。
1. A surface emitting type light source means having a large number of light emitting elements arranged on a predetermined plane, and a field lens for converging a light beam from the light source surface, and an illumination light beam on an object surface to be inspected. An illuminating optical means for condensing light, an objective optical means for condensing a light flux from the object surface to be inspected on a predetermined image plane, and a large number of light receiving elements arranged on the image plane of the objective optical means. Two-dimensional imaging means, and control means for causing the light-emitting elements of the surface-emitting light source means to emit light in a time-series manner, and sequentially setting the light-receiving elements on the two-dimensional imaging means, which are conjugated with the light-emitting elements, in a sequentially receivable state. And a signal processing means for obtaining information on the object surface to be inspected based on an output signal from the two-dimensional imaging means.
【請求項2】所定の平面上に配列された多数の発光素子
を有する面発光型光源手段と、該光源面からの光束を被
検物体面上に集光する照明光学手段と、該被検物体面か
らの光束を所定の像面上に集光する対物光学手段と、該
対物光学手段の像面上に配置された多数の受光素子を有
する2次元撮像手段と、前記面発光型光源手段の発光素
子を1列毎に順次発光させると共に、前記面発光型光源
手段上の1列の発光素子と互いに共役な前記2次元撮像
手段上の1ラインの受光素子を順次受光可能状態とする
制御手段と、該2次元撮像手段からの出力信号に基づい
て前記被検物体面の情報を得る信号処理手段とを有する
こと特徴とする共焦点顕微鏡装置。
2. A surface emitting type light source means having a large number of light emitting elements arranged on a predetermined plane, an illumination optical means for condensing a light beam from the light source surface onto an object surface to be inspected, and the object to be inspected. Objective optical means for condensing a light beam from the object plane on a predetermined image plane, two-dimensional image pickup means having a large number of light receiving elements arranged on the image plane of the objective optical means, and the surface emitting light source means. Of the light emitting elements of the surface emitting light source means and the light receiving elements of the one line on the two-dimensional image pickup means, which are conjugated with the light emitting elements on the surface emitting type light source means, are sequentially made to be capable of receiving light. A confocal microscope device comprising: means and signal processing means for obtaining information on the object surface to be inspected based on an output signal from the two-dimensional imaging means.
【請求項3】前記対物光学手段は前記被検物体の像を拡
大形成するための対物レンズを有し、前記照明光学手段
は前記対物レンズと前記面発光型光源手段との間の光路
中に配置されたビームスプリッターを有し前記対物レン
ズを通して前記面発光型光源手段の各発光素子からの光
束を被検物体面上に集光することを特徴とする請求項1
乃至2記載の共焦点顕微鏡装置。
3. The objective optical means has an objective lens for enlarging and forming an image of the object to be inspected, and the illumination optical means is in an optical path between the objective lens and the surface-emitting light source means. 2. A light beam from each light emitting element of the surface emitting light source means is condensed on the object surface to be inspected through the objective lens having a beam splitter arranged.
2. The confocal microscope device according to any one of 1 to 3.
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