JP2001228402A - Confocal optical scanner and confocal microscope - Google Patents

Confocal optical scanner and confocal microscope

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JP2001228402A
JP2001228402A JP2000034927A JP2000034927A JP2001228402A JP 2001228402 A JP2001228402 A JP 2001228402A JP 2000034927 A JP2000034927 A JP 2000034927A JP 2000034927 A JP2000034927 A JP 2000034927A JP 2001228402 A JP2001228402 A JP 2001228402A
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JP
Japan
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light
lens
pinhole
optical scanner
light intensity
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Application number
JP2000034927A
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Japanese (ja)
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Shinichiro Kawamura
信一郎 河村
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal optical scanner and confocal microscope capable of irradiating a sample with light uniform in light intensity without degrading its light quantity. SOLUTION: A light intensity uniformity lens 15 is arranged between a collimator lens 12 and a shielding plate 13. The incident light incident on the light intensity uniformity lens 15 has an incident light intensity distribution of a Gauss distribution in which the incident light intensity is strongest near the optical axis and is increasingly weaker the more distant from the optical axis. The light intensity uniformity lens 15 is a concave lens form to diffuse parallel light beams in the central part where the incident light is denser and a convex lens form to converge the parallel light beams in a peripheral part where the incident light is coarser. The light intensity uniformity lens 15 does not cut the light of a segment (the peripheral part of the lens) where the light intensity in the gauss distribution is low and is therefore capable of preventing the light quantity loss by maintaining the light quantity of the incident light at about 70 to 90%.

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】この発明は、ピンホールを通
過した光を試料に走査し、試料の焦点位置からの蛍光を
ピンホールに通過させ、試料の焦点位置以外からの蛍光
をピンホールで排除する共焦点用光スキャナ及び試料の
三次元像を観察可能な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 method of scanning a sample with light passing through a pinhole, passing fluorescence from a focus position of the sample through the pinhole, and excluding fluorescence from a position other than the focus position of the sample through the pinhole. The present invention relates to a confocal optical scanner and a confocal microscope capable of observing a three-dimensional image of a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりこの種の共焦点用光スキャナは
よく知られており、例えば本願出願人が出願した特開平
5−60980号公報「共焦点用光スキャナ」には、図
5に示すような構成の共焦点用光スキャナが記載されて
いる。
2. Description of the Related Art A confocal optical scanner of this type has been well known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-60980, entitled "Confocal Optical Scanner", filed by the present applicant, shows FIG. A confocal optical scanner having such a configuration is described.

【0003】図示の共焦点用光スキャナ1は、ピンホー
ル3aを通過した光を試料8に走査し、試料8の焦点位
置からの蛍光をピンホール3aに通過させ、試料8の焦
点位置以外からの蛍光をピンホール3aで排除する装置
である。共焦点用光スキャナ1は、試料8の三次元像を
観察可能な共焦点顕微鏡内に設置されている。共焦点用
光スキャナ1は、集光ディスク2及びピンホールディス
ク3がドラム4を挟んで平行に連結され、モータ5によ
って回転するように形成されている。さらに、集光ディ
スク2とピンホールディスク3との間にはビームスプリ
ッタ6が固定配置されている。
[0003] The illustrated confocal optical scanner 1 scans a sample 8 with light passing through a pinhole 3a, passes fluorescence from the focal position of the sample 8 through the pinhole 3a, and scans the fluorescent light from a position other than the focal position of the sample 8. This is a device for eliminating the fluorescence from the pinhole 3a. The confocal optical scanner 1 is installed in a confocal microscope capable of observing a three-dimensional image of the sample 8. The confocal optical scanner 1 is formed such that a condensing disk 2 and a pinhole disk 3 are connected in parallel with a drum 4 interposed therebetween, and are rotated by a motor 5. Further, a beam splitter 6 is fixedly arranged between the condensing disk 2 and the pinhole disk 3.

【0004】集光ディスク2には複数のマイクロレンズ
(例えばフレネルレンズ)2aが形成され、ピンホール
ディスク3には複数のピンホール3aが多数列で螺旋状
に形成されている。各マイクロレンズ2aの焦点位置に
各ピンホール3aが位置するように、集光ディスク2と
ピンホールディスク3とが連結されている。
A plurality of microlenses (for example, Fresnel lenses) 2a are formed on the light-collecting disk 2, and a plurality of pinholes 3a are spirally formed on the pinhole disk 3 in many rows. The condensing disc 2 and the pinhole disc 3 are connected so that each pinhole 3a is located at the focal position of each microlens 2a.

【0005】集光ディスク2に入射するレーザ光はマイ
クロレンズ2aで絞られ、ビームスプリッタ6を透過し
てピンホール3aに集光する。ピンホールを通った光は
対物レンズ7により集光され、試料8上に照射される。
試料8からの戻り光は再び対物レンズ7及びピンホール
ディスク3を通ってビームプリッタ6で反射され、集光
レンズ9を介してカメラ10に入る。カメラ10の受像
面(図示せず)には試料8の像が結像される。
[0005] The laser beam incident on the focusing disk 2 is converged by the microlens 2a, passes through the beam splitter 6, and is focused on the pinhole 3a. The light passing through the pinhole is condensed by the objective lens 7 and is irradiated on the sample 8.
The return light from the sample 8 is reflected by the beam splitter 6 again through the objective lens 7 and the pinhole disk 3, and enters the camera 10 via the condenser lens 9. An image of the sample 8 is formed on an image receiving surface (not shown) of the camera 10.

【0006】このような構成において、集光ディスク2
とピンホールディスク3とを一体に回転させ、複数のピ
ンホール3aにより試料面8aを光走査(ラスタースキ
ャン)することにより、カメラ10により試料8の表面
画像を観測することができる。このように、共焦点顕微
鏡は、点光源と点受光を採用するために、焦点位置以外
のボケや散乱光を除外して、分解能の高い三次元像を得
ることができる。
In such a configuration, the condensing disk 2
When the sample surface 8a is optically scanned (raster-scanned) by the plurality of pinholes 3a, the surface image of the sample 8 can be observed by the camera 10. As described above, since the confocal microscope employs the point light source and the point light reception, it is possible to obtain a high-resolution three-dimensional image by excluding blur and scattered light other than the focal position.

【0007】図6はこのような原理に基づく共焦点用光
スキャナの要部具体例を示すものである。光ファイバー
端から発せられるような点光源11からの光はコリメー
タレンズ12によって平行光となって集光ディスク2に
入射する。なお、点光源11はコリメータレンズ12の
前側焦点(焦点距離f)に置かれている。
FIG. 6 shows a specific example of a main part of a confocal optical scanner based on such a principle. The light from the point light source 11 emitted from the end of the optical fiber is collimated by the collimator lens 12 and is incident on the condenser disk 2. The point light source 11 is located at the front focal point (focal length f) of the collimator lens 12.

【0008】この状態において、点光源11の発散角θ
内の光をコリメータレンズ12で平行光線に変換した場
合、コリメータレンズ12を通過する光の光軸に垂直な
面における光強度分布Iは、図7(a)に示すようなガ
ウス分布となる。
In this state, the divergence angle θ of the point light source 11
When the light inside is converted into a parallel light beam by the collimator lens 12, the light intensity distribution I on a plane perpendicular to the optical axis of the light passing through the collimator lens 12 becomes a Gaussian distribution as shown in FIG.

【0009】光軸付近の均一な(通常分布むらが目立た
ないようにするために最低でも10%にする)光束を切
り出すために、開口14を有する遮蔽板13を設け、こ
れを通過した光束のみ(図7(b)の斜線部)をマイク
ロレンズ2aに導いている。開口14の孔は通常円形で
ある。
In order to cut out a uniform light beam near the optical axis (usually at least 10% in order to make distribution unevenness inconspicuous), a shielding plate 13 having an opening 14 is provided. (Hatched portion in FIG. 7B) is guided to the micro lens 2a. The hole in the opening 14 is usually circular.

【0010】また、特開平11−95109号公報に
は、図6に示すコリメータレンズ12と遮蔽板13との
間に光強度分布補正フィルタを配置した共焦点用光スキ
ャナが開示されている。この光強度分布補正フィルタ
は、光強度分布がガウス分布である入射光のうち開口1
4を通過する光の強度分布を平坦化し、それ以外の光を
カットしている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-95109 discloses a confocal optical scanner in which a light intensity distribution correction filter is arranged between a collimator lens 12 and a shielding plate 13 shown in FIG. This light intensity distribution correction filter is used to adjust the aperture 1 of the incident light whose light intensity distribution is a Gaussian distribution.
The intensity distribution of the light passing through 4 is flattened, and the other light is cut.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の共
焦点用光スキャナでは利用できる光量が少なく、試料に
十分な強さの照明を行うためにはその分大きな出力の光
源を用いる必要があった。しかし、大出力の光源を用い
ると余分な迷光を増加することになり、微弱光を扱う観
察、特に蛍光観察には適さないという問題があった。
As described above, in the conventional confocal optical scanner, the amount of light that can be used is small, and in order to illuminate the sample with sufficient intensity, it is necessary to use a light source with a correspondingly large output. there were. However, if a high-output light source is used, extra stray light increases, and there is a problem that it is not suitable for observation using weak light, particularly for fluorescence observation.

【0012】なお、不均一性を改善し、光量を滅らさな
いための手段として一般にフライ・アイ・レンズが知ら
れているが、これはマイクロレンズアレイに対して光軸
に平行な光束を入射させることができず共焦点用光スキ
ャナには適用できないという事情がある。
A fly-eye lens is generally known as a means for improving the non-uniformity and maintaining the light quantity. This fly-eye lens is used to apply a light beam parallel to the optical axis to a microlens array. It cannot be applied to a confocal optical scanner because it cannot be made incident.

【0013】この発明の課題は、光量を低下させずに光
強度が均一な光を試料に照射することができる共焦点用
光スキャナ及び共焦点顕微鏡を提供することである。
An object of the present invention is to provide a confocal optical scanner and a confocal microscope capable of irradiating a sample with light having a uniform light intensity without reducing the light amount.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明は、以下のよう
な解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発
明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これ
に限定するものではない。請求項1の発明は、ピンホー
ル(3a)を通過した光を試料(8)に走査し、前記試
料の焦点位置からの蛍光を前記ピンホールに通過させ、
前記試料の焦点位置以外からの蛍光を前記ピンホールで
排除する共焦点用光スキャナ(1)であって、入射光の
光量を維持するとともに、前記ピンホールを通過する光
の強度を均一化する光強度均一化レンズ(15)を備え
ることを特徴とする共焦点用光スキャナである。
The present invention solves the above-mentioned problems by the following means. Note that the description will be given with reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to this. According to the first aspect of the present invention, the sample (8) is scanned with light passing through the pinhole (3a), and fluorescence from a focal position of the sample passes through the pinhole;
A confocal optical scanner (1) for eliminating fluorescence from a position other than the focal position of the sample by the pinhole, while maintaining the amount of incident light and making the intensity of light passing through the pinhole uniform. A confocal optical scanner comprising a light intensity equalizing lens (15).

【0015】請求項2の発明は、請求項1に記載の共焦
点用光スキャナにおいて、前記光強度均一化レンズは、
中心部が入射光を発散させる発散レンズ部であり、周辺
部が入射光を収束させる収束レンズ部であることを特徴
とする共焦点用光スキャナである。
According to a second aspect of the present invention, in the confocal optical scanner according to the first aspect, the light intensity equalizing lens includes:
The confocal optical scanner is characterized in that a central part is a diverging lens part for diverging incident light, and a peripheral part is a converging lens part for converging incident light.

【0016】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の共焦点用光スキャナにおいて、前記光強度均一
化レンズに入射する光を平行光にするコリメータレンズ
(12)と、前記光強度均一化レンズを透過した光が通
過する開口部(14)を有する遮蔽板(13)と、前記
開口部を通過した光が透過する複数のマイクロレンズ
(2a)を有する集光ディスク(2)と、前記マイクロ
レンズの焦点位置に前記ピンホール(3a)を有し、前
記集光ディスクと一体に回転することによってこのピン
ホールを通過した光を前記試料に走査するピンホールデ
ィスク(3)と、前記マイクロレンズから前記ピンホー
ルに向かう光を透過させ、前記ピンホールを通過した前
記蛍光を受光面に向けて反射させるビームスプリッタ
(6)とを含む共焦点用光スキャナである。
[0016] The invention of claim 3 is claim 1 or claim 2.
5. The confocal optical scanner according to claim 1, wherein a collimator lens (12) for converting light incident on the light intensity equalizing lens into parallel light, and an aperture (14) through which light transmitted through the light intensity equalizing lens passes. A light-collecting disk (2) having a plurality of microlenses (2a) through which light passing through the opening is transmitted, and a pinhole (3a) at a focal position of the microlenses. And a pinhole disk (3) for scanning the sample with light passing through the pinhole by rotating integrally with the light-collecting disk; and transmitting light traveling from the microlens toward the pinhole to the pinhole. And a beam splitter (6) for reflecting the fluorescent light passing through the light-receiving surface toward a light-receiving surface.

【0017】請求項4の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の共焦点用光スキャナにおいて、前記光強度均一
化レンズに入射する光を平行光にするコリメータレンズ
と、前記光強度均一化レンズを透過した光が通過する開
口部を有する遮蔽板と、前記開口部を通過した光が通過
する複数の前記ピンホールを有し、回転することによっ
てこのピンホールを通過した光を前記試料に走査するピ
ンホールディスクと、 前記開口部から前記ピンホール
に向かう光を透過させ、前記ピンホールを通過した前記
蛍光を受光面に向けて反射させるビームスプリッタとを
含む共焦点用光スキャナである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect.
In the confocal optical scanner according to the, a collimator lens to collimate the light incident on the light intensity equalizing lens, a shielding plate having an opening through which the light transmitted through the light intensity equalizing lens, A pinhole disk that has a plurality of the pinholes through which the light passing through the opening passes and scans the sample by scanning the light passing through the pinhole by rotating; and from the opening toward the pinhole. A confocal optical scanner including a beam splitter that transmits light and reflects the fluorescence that has passed through the pinhole toward a light receiving surface.

【0018】請求項5の発明は、請求項1から請求項4
までのいずれか1項に記載の共焦点用光スキャナにおい
て、前記光強度均一化レンズと前記遮蔽板との間に、こ
の光強度均一化レンズを透過した光ビームの口径を拡大
するケプラー型拡大光学系(16)又はガリレオ型拡大
光学系(17)を備えることを特徴とする共焦点用光ス
キャナである。
The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1 to 4.
The confocal optical scanner according to any one of the preceding claims, wherein a Kepler-type enlargement is provided between the light intensity equalizing lens and the shielding plate to increase the aperture of a light beam transmitted through the light intensity equalizing lens. A confocal optical scanner comprising an optical system (16) or a Galileo-type magnifying optical system (17).

【0019】請求項6の発明は、請求項1から請求項4
までのいずれか1項に記載の共焦点用光スキャナにおい
て、前記コリメータレンズと前記光強度均一化レンズと
の間に、このコリメータレンズを透過した光ビームの口
径を縮小するケプラー型縮小光学系(18)又はガリレ
オ型縮小光学系(19)を備えることを特徴とする共焦
点用光スキャナである。
The invention of claim 6 is the invention of claims 1 to 4
In the confocal optical scanner according to any one of the above, a Kepler-type reduction optical system that reduces the aperture of a light beam transmitted through the collimator lens between the collimator lens and the light intensity equalizing lens. 18) or a confocal optical scanner comprising a Galileo-type reduction optical system (19).

【0020】請求項7の発明は、試料の三次元像を観察
可能な共焦点顕微鏡であって、請求項1から請求項6ま
でのいずれか1項に記載の共焦点用光スキャナと、前記
ピンホールを通過した光を前記試料に結像させる対物レ
ンズ(7)と、前記ピンホールを通過した前記蛍光を結
像面に結像させる集光レンズ(9)とを含む共焦点顕微
鏡である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a confocal microscope capable of observing a three-dimensional image of a sample, wherein the confocal optical scanner according to any one of the first to sixth aspects, A confocal microscope including an objective lens (7) that forms an image of light passing through a pinhole on the sample and a condensing lens (9) that forms an image of the fluorescence that has passed through the pinhole on an image plane. .

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、図面を参
照して、この発明の第1実施形態についてさらに詳しく
説明する。図1は、この発明の第1実施形態に係る共焦
点用光スキャナの概略構成図である。図2は、この発明
の第1実施形態に係る共焦点用光スキャナの光強度均一
化レンズを説明するための図であり、図2(a)は光強
度均一化レンズに入射する入射光の光強度分布を示し、
図2(b)は光軸を含む平面で光強度均一化レンズを切
断した状態を示す断面図であり、図2(c)は光強度均
一化レンズから出射した出射光の光強度分布を示す。な
お、図5及び図6に示す部材と同一の部材には同一の番
号を付して、その詳細な説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a confocal optical scanner according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining a light intensity equalizing lens of the confocal optical scanner according to the first embodiment of the present invention. FIG. Shows the light intensity distribution,
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a state in which the light intensity equalizing lens is cut along a plane including the optical axis, and FIG. 2C illustrates a light intensity distribution of light emitted from the light intensity equalizing lens. . The same members as those shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0022】光強度均一化レンズ15は、コリメータレ
ンズ12から入射する入射光の光量を維持するととも
に、この入射光の強度を均一化するレンズである。光強
度均一化レンズ15は、例えば、15p-V-1(15 Sep.199
8),The Japan Society of Applied Physics などで知ら
れている性質の軸対称性非球面レンズである。図1に示
すように、光強度均一化レンズ15は、コリメータレン
ズ12と遮蔽板13との間に配置されている。図2
(a)に示すように、光強度均一化レンズ15に入射す
る入射光は、光強度分布がガウス分布であり、光軸付近
において入射光強度が最も強く、光軸から離れるにした
がって入射光強度が弱くなる。図2(b)に示すよう
に、光強度均一化レンズ15は、入射光が密になる中心
部が平行光を拡散させる拡散レンズ(凹レンズ)状に形
成されており、入射光が疎になる周辺部が平行光を収束
させる収束レンズ(凸レンズ)状に形成されている。光
強度均一化レンズ15は、ガウス分布における光強度の
低い部分(レンズ周辺部)の光をカットしないために、
入射光の光量を70〜90%程度維持して光量損失を防
止することができる。図2(c)に示すように、光強度
均一化レンズ15から出射する出射光は、光強度分布が
略均一な平行光になる。
The light intensity equalizing lens 15 is a lens that maintains the amount of incident light incident from the collimator lens 12 and equalizes the intensity of the incident light. The light intensity equalizing lens 15 is, for example, 15p-V-1 (15 Sep. 199).
8) An axisymmetric aspheric lens with properties known from the Japan Society of Applied Physics. As shown in FIG. 1, the light intensity equalizing lens 15 is disposed between the collimator lens 12 and the shielding plate 13. FIG.
As shown in (a), the incident light incident on the light intensity equalizing lens 15 has a Gaussian light intensity distribution, the intensity of the incident light is strongest near the optical axis, and the intensity of the incident light increases as the distance from the optical axis increases. Becomes weaker. As shown in FIG. 2B, the light intensity uniforming lens 15 is formed in a shape of a diffusion lens (concave lens) that diffuses parallel light at the center where the incident light is dense, and the incident light becomes sparse. The peripheral portion is formed in a converging lens (convex lens) shape for converging the parallel light. The light intensity equalizing lens 15 does not cut off light of a low light intensity portion (lens peripheral portion) in the Gaussian distribution.
The loss of light quantity can be prevented by maintaining the light quantity of the incident light at about 70 to 90%. As shown in FIG. 2C, the light emitted from the light intensity equalizing lens 15 is a parallel light having a substantially uniform light intensity distribution.

【0023】この発明の第1実施形態に係る共焦点用光
スキャナには、以下に記載するような効果がある。 (1) この第1実施形態では、入射光の光量を維持す
るとともに、この入射光の強度を均一化する光強度均一
化レンズ15を設けたので、ガウス分布である点光源1
1のほぼ全エネルギーを保ったまま光強度分布を均一に
変換してマイクロレンズ2aに光を導くことができる。
その結果、例えば、従来の光強度分布補正フィルタのよ
うに、ガウス分布の中心付近を広げて周辺部をカットす
る場合に比べて、光量の低下を防止して、試料8を均一
に照明することができる。
The confocal optical scanner according to the first embodiment of the present invention has the following effects. (1) In the first embodiment, the point light source 1 having a Gaussian distribution is provided because the light intensity equalizing lens 15 for maintaining the amount of incident light and for equalizing the intensity of the incident light is provided.
The light intensity distribution can be uniformly converted while maintaining almost all of the energy of No. 1 to guide the light to the microlens 2a.
As a result, the sample 8 can be uniformly illuminated by preventing a decrease in the light amount, as compared with, for example, a case where the vicinity of the center of the Gaussian distribution is widened and the peripheral portion is cut as in a conventional light intensity distribution correction filter. Can be.

【0024】(2) この第1実施形態では、焦点距離
の短いコリメータレンズ12を使用することができるた
めに、点光源11とコリメータレンズ12との間の間隔
が小さくなる。その結果、試料8に光を照射する照明光
学系が小さくなり、メンテナンスが容易になり、装置の
コンパクト化とコスト減を図ることができる。
(2) In the first embodiment, since the collimator lens 12 having a short focal length can be used, the distance between the point light source 11 and the collimator lens 12 is reduced. As a result, the size of the illumination optical system for irradiating the sample 8 with light is reduced, maintenance is facilitated, and the apparatus can be made compact and cost can be reduced.

【0025】(第2実施形態)図3は、この発明の第2
実施形態に係る共焦点用光スキャナの拡大光学系の配置
を示す図であり、図3(a)はガリレオ型拡大光学系を
配置した例であり、図3(b)はケプラー型拡大光学系
を配置した例である。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a diagram illustrating an arrangement of a magnifying optical system of a confocal optical scanner according to an embodiment. FIG. 3A is an example in which a Galileo-type magnifying optical system is arranged, and FIG. 3B is a Kepler-type magnifying optical system. Is an example in which.

【0026】この発明の第2実施形態は、光強度均一化
レンズ15と遮蔽板13との間に、ガリレオ型拡大光学
系16及びケプラー型拡大光学系17を配置した実施形
態である。図3に示すガリレオ型拡大光学系16及びケ
プラー型拡大光学系17は、光強度均一化レンズ15を
透過した光ビームの口径を拡大するためのレンズ群であ
る。図3(a)に示すガリレオ型拡大光学系16は、光
強度均一化レンズ15からの平行光が入射する凹レンズ
16aと、この凹レンズ16aを透過した光が入射する
凸レンズ16bとから構成されている。図3(b)に示
すケプラー型拡大光学系17は、光強度均一化レンズ1
5からの平行光が入射する凸レンズ17aと、この凸レ
ンズ17aを透過した光が入射する凸レンズ17bとか
ら構成されている。
The second embodiment of the present invention is an embodiment in which a Galileo type magnifying optical system 16 and a Kepler type magnifying optical system 17 are arranged between a light intensity equalizing lens 15 and a shielding plate 13. The Galileo type magnifying optical system 16 and the Kepler type magnifying optical system 17 shown in FIG. 3 are lens groups for expanding the aperture of the light beam transmitted through the light intensity equalizing lens 15. The Galilean magnifying optical system 16 shown in FIG. 3A includes a concave lens 16a on which parallel light from the light intensity equalizing lens 15 is incident, and a convex lens 16b on which light transmitted through the concave lens 16a is incident. . The Kepler-type magnifying optical system 17 shown in FIG.
5 is composed of a convex lens 17a on which the parallel light from 5 is incident and a convex lens 17b on which the light transmitted through the convex lens 17a is incident.

【0027】この第2実施形態では、小口径の光強度均
一化レンズ15によって略均一な光強度の平行光にした
後に、ガリレオ型拡大光学系16及びケプラー型拡大光
学系17によってマイクロレンズ2aに入射する光ビー
ムの口径を大きくすることができる。その結果、製造が
困難で高価な大口径の光強度均一化レンズ15を使用す
る必要がなくなって、装置の低コスト化を図ることがで
きる。
In the second embodiment, after the parallel light having a substantially uniform light intensity is formed by the small-intensity light intensity equalizing lens 15, the microlens 2 a is formed by the Galileo-type magnifying optical system 16 and the Kepler-type magnifying optical system 17. The diameter of the incident light beam can be increased. As a result, it is not necessary to use a large-diameter light intensity equalizing lens 15 which is difficult and expensive to manufacture, and the cost of the apparatus can be reduced.

【0028】(第3実施形態)図4は、この発明の第3
実施形態に係る共焦点用光スキャナの縮小光学系の配置
を示す図であり、図4(a)はガリレオ型縮小光学系を
配置した例であり、図4(b)はケプラー型縮小光学系
を配置した例である。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a diagram showing an arrangement of a reduction optical system of the confocal optical scanner according to the embodiment, FIG. 4A is an example in which a Galileo type reduction optical system is arranged, and FIG. 4B is a Kepler-type reduction optical system. Is an example in which.

【0029】この発明の第3実施形態は、コリメータレ
ンズ12と光強度均一化レンズ15との間に、ガリレオ
型縮小光学系18及びケプラー型縮小光学系19を配置
した実施形態である。図4に示すガリレオ型縮小光学系
18及びケプラー型縮小光学系19は、コリメータレン
ズ12を透過した光ビームの口径を縮小するためのレン
ズ群である。図4(a)に示すガリレオ型縮小光学系1
8は、コリメータレンズ12からの平行光が入射する凸
レンズ18aと、この凸レンズ18aを透過した光が入
射する凹レンズ18bとから構成されている。図4
(b)に示すケプラー型縮小光学系19は、コリメータ
レンズ12からの平行光が入射する凸レンズ19aと、
この凸レンズ19aを透過した光が入射する凸レンズ1
9bとから構成されている。
The third embodiment of the present invention is an embodiment in which a Galileo type reduction optical system 18 and a Kepler type reduction optical system 19 are arranged between a collimator lens 12 and a light intensity equalizing lens 15. The Galileo type reduction optical system 18 and the Kepler type reduction optical system 19 shown in FIG. 4 are a lens group for reducing the aperture of the light beam transmitted through the collimator lens 12. Galileo type reduction optical system 1 shown in FIG.
Reference numeral 8 denotes a convex lens 18a on which parallel light from the collimator lens 12 is incident, and a concave lens 18b on which light transmitted through the convex lens 18a is incident. FIG.
The Kepler-type reduction optical system 19 shown in (b) includes a convex lens 19a on which parallel light from the collimator lens 12 is incident,
The convex lens 1 on which the light transmitted through the convex lens 19a is incident
9b.

【0030】この第3実施形態では、大口径で短焦点の
コリメータレンズ12によって発散角の大きい点光源1
1からの光を平行光にした後に、ガリレオ型縮小光学系
18及びケプラー型縮小光学系19によって光強度均一
化レンズ15に入射する光ビームの口径を光強度均一化
レンズ15のレンズ径に一致させることができる。
In the third embodiment, the point light source 1 having a large divergence angle is provided by the large-diameter and short-focus collimator lens 12.
After converting the light from 1 into parallel light, the aperture of the light beam incident on the light intensity equalizing lens 15 is matched with the lens diameter of the light intensity equalizing lens 15 by the Galileo type reduction optical system 18 and the Kepler type reduction optical system 19. Can be done.

【0031】この発明は、以上説明した実施形態に限定
するものではなく、以下に記載するように種々の変形又
は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内であ
る。この実施形態では、マイクロレンズ2aを有する集
光ディスク2とピンホールディスク3とが一体となって
回転するマイクロレンズ付きニポウ板型共焦点顕微鏡を
例に挙げて説明したが、集光ディスク2を省略したニポ
ウ板型共焦点顕微鏡についても本発明を適用することが
できる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, but various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention. In this embodiment, the condensing disk 2 having the microlenses 2a and the pinhole disk 3 are integrally described, and the Nipkow plate type confocal microscope with the microlenses is rotated as an example. However, the condensing disk 2 is omitted. The present invention can be applied to a Nipkow plate confocal microscope.

【0032】この実施形態では、モジュール化された共
焦点用光スキャナ1を共焦点顕微鏡内に設置した場合を
例に挙げて説明したが、この共焦点用光スキャナ1をユ
ニット化して光学顕微鏡に着脱自在にしてもよい。
In this embodiment, the case where the modularized confocal optical scanner 1 is installed in a confocal microscope has been described as an example. However, this confocal optical scanner 1 is unitized to form an optical microscope. It may be detachable.

【0033】この実施形態では、点光源11としてレー
ザ光を使用しているが、タングステンランプ、水銀ラン
プ、キセノンアークランプなどを使用してもよい。ま
た、レーザ光の波長に応じて光強度均一化レンズ15の
曲率を変えて、試料8に与える蛍光色素にあったレーザ
光を照射してもよい。
In this embodiment, a laser beam is used as the point light source 11, but a tungsten lamp, a mercury lamp, a xenon arc lamp or the like may be used. Alternatively, the curvature of the light intensity equalizing lens 15 may be changed according to the wavelength of the laser light, and the sample 8 may be irradiated with a laser light suitable for the fluorescent dye.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、入射光の光量を維持するとともに、入射光の強度を
均一化する光強度均一化レンズを備えるので、光量を低
下させずに光強度が均一な光を試料に照射することがで
きる。
As described above, according to the present invention, since the light intensity equalizing lens for maintaining the light amount of the incident light and equalizing the intensity of the incident light is provided, the light intensity can be reduced without reducing the light amount. Can irradiate the sample with uniform light.

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

【図1】この発明の第1実施形態に係る共焦点用光スキ
ャナの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a confocal optical scanner according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1実施形態に係る共焦点用光スキ
ャナの光強度均一化レンズを説明するための図であり、
(a)は光強度均一化レンズに入射する入射光の強度分
布を示し、(b)は光軸を含む平面で光強度均一化レン
ズを切断した状態を示す断面図であり、(c)は光強度
均一化レンズから出射した出射光の強度分布を示す。
FIG. 2 is a view for explaining a light intensity equalizing lens of the confocal optical scanner according to the first embodiment of the present invention;
(A) shows the intensity distribution of the incident light incident on the light intensity equalizing lens, (b) is a cross-sectional view showing a state in which the light intensity equalizing lens is cut along a plane including the optical axis, and (c) is 5 shows an intensity distribution of light emitted from the light intensity equalizing lens.

【図3】この発明の第2実施形態に係る共焦点用光スキ
ャナの拡大光学系の配置を示す図であり、(a)はガリ
レオ型拡大光学系を配置した例であり、(b)はケプラ
ー型拡大光学系を配置した例である。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an arrangement of a magnifying optical system of a confocal optical scanner according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is an example in which a Galileo-type magnifying optical system is arranged, and FIG. This is an example in which a Kepler-type magnifying optical system is arranged.

【図4】この発明の第3実施形態に係る共焦点用光スキ
ャナの縮小光学系の配置を示す図であり、(a)はガリ
レオ型縮小光学系を配置した例であり、(b)はケプラ
ー型縮小光学系を配置した例である。
4A and 4B are diagrams showing an arrangement of a reduction optical system of a confocal optical scanner according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is an example in which a Galileo-type reduction optical system is arranged, and FIG. This is an example in which a Kepler-type reduction optical system is arranged.

【図5】従来の共焦点用光スキャナの構成例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional confocal optical scanner.

【図6】従来の共焦点用光スキャナの要部を示す構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a main part of a conventional confocal optical scanner.

【図7】従来の共焦点用光スキャナのコリメータレンズ
を通過する光の光強度分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a light intensity distribution of light passing through a collimator lens of a conventional confocal optical scanner.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 共焦点用光スキャナ 2 集光ディスク 2a マイクロレンズ 3 ピンホールディスク 3a ピンホール 11 点光源 12 コリメータレンズ 13 遮蔽板 14 開口 15 光強度均一化レンズ 16 ガリレオ型拡大光学系 17 ケプラー型拡大光学系 18 ガリレオ型縮小光学系 19 ケプラー型縮小光学系 Reference Signs List 1 confocal optical scanner 2 focusing disk 2a micro lens 3 pinhole disk 3a pinhole 11 point light source 12 collimator lens 13 shielding plate 14 aperture 15 light intensity equalizing lens 16 Galileo type magnifying optical system 17 Kepler type magnifying optical system 18 Galileo -Type reduction optical system 19 Kepler-type reduction optical system

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピンホールを通過した光を試料に走査
し、前記試料の焦点位置からの蛍光を前記ピンホールに
通過させ、前記試料の焦点位置以外からの蛍光を前記ピ
ンホールで排除する共焦点用光スキャナであって、 入射光の光量を維持するとともに、前記ピンホールを通
過する光の強度を均一化する光強度均一化レンズを備え
ること、 を特徴とする共焦点用光スキャナ。
1. A method in which light passing through a pinhole is scanned on a sample, fluorescence from a focal position of the sample is passed through the pinhole, and fluorescence from a position other than the focal position of the sample is eliminated by the pinhole. An optical scanner for focusing, comprising: a light intensity equalizing lens that maintains the amount of incident light and equalizes the intensity of light passing through the pinhole.
【請求項2】 請求項1に記載の共焦点用光スキャナに
おいて、 前記光強度均一化レンズは、中心部が入射光を発散させ
る発散レンズ部であり、周辺部が入射光を収束させる収
束レンズ部であること、 を特徴とする共焦点用光スキャナ。
2. The confocal optical scanner according to claim 1, wherein the light intensity equalizing lens is a diverging lens portion having a central portion that diverges incident light and a converging lens having a peripheral portion that converges incident light. A confocal optical scanner.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の共焦点用
光スキャナにおいて、 前記光強度均一化レンズに入射する光を平行光にするコ
リメータレンズと、 前記光強度均一化レンズを透過した光が通過する開口部
を有する遮蔽板と、 前記開口部を通過した光が透過する複数のマイクロレン
ズを有する集光ディスクと、 前記マイクロレンズの焦点位置に前記ピンホールを有
し、前記集光ディスクと一体に回転することによってこ
のピンホールを通過した光を前記試料に走査するピンホ
ールディスクと、 前記マイクロレンズから前記ピンホールに向かう光を透
過させ、前記ピンホールを通過した前記蛍光を受光面に
向けて反射させるビームスプリッタと、 を含む共焦点用光スキャナ。
3. The confocal optical scanner according to claim 1, wherein the collimator lens converts light incident on the light intensity equalizing lens into parallel light, and transmits through the light intensity equalizing lens. A shielding plate having an opening through which light passes; a light-collecting disk having a plurality of microlenses through which light passing through the opening passes; and the light-collecting disk having the pinhole at a focal position of the microlens. A pinhole disk that scans the sample with light that has passed through the pinhole by rotating together, transmitting light traveling from the microlens to the pinhole, and transmitting the fluorescence that has passed through the pinhole to a light receiving surface; And a beam splitter for reflecting light toward the confocal optical scanner.
【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載の共焦点用
光スキャナにおいて、 前記光強度均一化レンズに入射する光を平行光にするコ
リメータレンズと、 前記光強度均一化レンズを透過した光が通過する開口部
を有する遮蔽板と、 前記開口部を通過した光が通過する複数の前記ピンホー
ルを有し、回転することによってこのピンホールを通過
した光を前記試料に走査するピンホールディスクと、 前記開口部から前記ピンホールに向かう光を透過させ、
前記ピンホールを通過した前記蛍光を受光面に向けて反
射させるビームスプリッタと、 を含む共焦点用光スキャナ。
4. The confocal optical scanner according to claim 1, wherein the collimator lens converts light incident on the light intensity equalizing lens into parallel light, and transmits through the light intensity equalizing lens. A shielding plate having an opening through which light passes, and a plurality of pinholes through which light passing through the opening passes, and a pinhole for scanning the sample with light passing through the pinhole by rotating. A disc, transmitting light from the opening toward the pinhole,
A beam splitter that reflects the fluorescent light passing through the pinhole toward a light receiving surface.
【請求項5】 請求項1から請求項4までのいずれか1
項に記載の共焦点用光スキャナにおいて、 前記光強度均一化レンズと前記遮蔽板との間に、この光
強度均一化レンズを透過した光ビームの口径を拡大する
ケプラー型拡大光学系又はガリレオ型拡大光学系を備え
ること、 を特徴とする共焦点用光スキャナ。
5. The method according to claim 1, wherein:
In the confocal optical scanner according to the paragraph, between the light intensity equalizing lens and the shielding plate, a Kepler-type magnifying optical system or a Galileo type that enlarges the aperture of the light beam transmitted through the light intensity equalizing lens. An optical scanner for confocal, comprising a magnifying optical system.
【請求項6】 請求項1から請求項4までのいずれか1
項に記載の共焦点用光スキャナにおいて、 前記コリメータレンズと前記光強度均一化レンズとの間
に、このコリメータレンズを透過した光ビームの口径を
縮小するケプラー型縮小光学系又はガリレオ型縮小光学
系を備えること、 を特徴とする共焦点用光スキャナ。
6. One of claims 1 to 4
In the confocal optical scanner according to the paragraph, between the collimator lens and the light intensity equalizing lens, a Kepler-type reduction optical system or a Galileo-type reduction optical system that reduces the aperture of a light beam transmitted through the collimator lens. A confocal optical scanner, comprising:
【請求項7】 試料の三次元像を観察可能な共焦点顕微
鏡であって、 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の共焦
点用光スキャナと、 前記ピンホールを通過した光を前記試料に結像させる対
物レンズと、 前記ピンホールを通過した前記蛍光を結像面に結像させ
る集光レンズと、 を含む共焦点顕微鏡。
7. A confocal microscope capable of observing a three-dimensional image of a sample, wherein the confocal optical scanner according to claim 1 has passed through the pinhole. A confocal microscope including: an objective lens that forms an image of light on the sample; and a condenser lens that forms an image of the fluorescence that has passed through the pinhole on an image forming surface.
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