JP2010066575A

JP2010066575A - 共焦点光スキャナ

Info

Publication number: JP2010066575A
Application number: JP2008233363A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamamiya; 広之山宮
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを提供する。
【解決手段】マイクロレンズディスク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が配置されている。ビームスプリッタ６は、マイクロレンズディスク２からピンホールディスク３に向かう照明光を通過させるとともに、ピンホール３１を通過した戻り光を分離する機能を有する。光を分岐する手段としてペリクルビームスプリッタ６を２枚のディスク２，３の間に配置したため、照明光が通過する際に光軸シフトが生じない。このため、光がピンホールを通過するように２枚のディスクをあらかじめ位置合わせした後に、ペリクルビームスプリッタ６を挿入しても、その状態が変化しない。このため、組立時の作業性が大幅に向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、マイクロレンズと同一パターンに配置されたピンホールが形成されたピンホールディスクと、を備える共焦点光スキャナに関する。

特開平９−２６５４５号公報（特許文献１）には、複数のマイクロレンズと微小開口が同一パターンでそれぞれアレイ状に配置され一体化された２枚のディスクと、この２枚のディスクを回転する回転手段と、上記２枚のディスクの間に挿入されたビームスプリッタと、上記２枚のディスクと試料の間に配置された対物レンズを備えた共焦点光スキャナが開示されている。この共焦点光スキャナでは、上記ビームスプリッタとしてプレート型のビームスプリッタを使用し、マイクロレンズに入射する入射光の光軸をマイクロレンズの垂直入射軸に対して傾け、マイクロレンズに入射した光が当該マイクロレンズに対応した位置の微小開口に集束するようにしている。

これによりプレート型のビームスプリッタによって生じる光軸のずれをキャンセルし、マイクロレンズへの入射光を対応する微小開口部に集束することができる。また、一般的に市販されている性能の良いプレート型のビームスプリッタを用いることができる。
特開平９−２６５４５号公報

しかしながら、マイクロレンズに入射する入射光の光軸を傾けて、マイクロレンズに入射した光がマイクロレンズに対応する微小開口に集束するように組立、調整することは非常に困難な作業を要するという問題がある。

本発明の目的は、光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを提供することにある。

本発明の共焦点光スキャナは、複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、前記マイクロレンズディスクと対向し、前記マイクロレンズディスク上の前記マイクロレンズと同一パターンに配置されたピンホールが形成されたピンホールディスクと、前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクを一体的に回転させる回転手段と、前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に配置され、前記マイクロレンズディスクから前記ピンホールディスクに向かう照明光を通過させるとともに前記ピンホールを通過した戻り光を分離するビームスプリッタと、を備える共焦点光スキャナにおいて、前記ビームスプリッタとして、通過する光の光軸を実質的に移動させないような薄い膜を使用したビームスプリッタを用いることを特徴とする。
この共焦点光スキャナによれば、ビームスプリッタとして、通過する光の光軸を実質的に移動させないような薄い膜を使用したビームスプリッタを用いるので、光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを得ることができる。

前記薄い膜としてペリクル膜を用いてもよい。

前記ペリクル膜はセルロース系の膜により構成されてもよい。

前記ペリクル膜はポリマー系の膜により構成されてもよい。

本発明の共焦点光スキャナは、複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、前記マイクロレンズディスクと対向し、前記マイクロレンズディスク上の前記マイクロレンズと同一パターンに配置されたピンホールが形成されたピンホールディスクと、前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクを一体的に回転させる回転手段と、前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に配置され、前記マイクロレンズディスクから前記ピンホールディスクに向かう照明光を通過させるとともに前記ピンホールを通過した戻り光を分離するビームスプリッタと、を備える共焦点光スキャナにおいて、前記ビームスプリッタによって生じる光軸のシフトを補正する光学系を前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に設けたことを特徴とする。
この共焦点光スキャナによれば、前記ビームスプリッタによって生じる光軸のシフトを補正する光学系を設けたので、光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを得ることができる。

前記光軸のシフトを補正する光学系として、前記ビームスプリッタの光軸を補正するような向きと厚みとされた透明板を用いてもよい。

前記透明板としてガラス基板を用い、前記ガラス基板は前記ビームスプリッタとほぼ同じ厚みを有し、前記ビームスプリッタを光軸に対して１８０度回転させた向きに配置されてもよい。

前記ビームスプリッタの法線ベクトルが光軸に対して４５度の角度をなすように配置されているとともに、前記ビームスプリッタの法線ベクトルと前記ガラス基板の法線ベクトルとがなす角度が９０度となるように配置されてもよい。

本発明の共焦点光スキャナによれば、ビームスプリッタとして、通過する光の光軸を実質的に移動させないような薄い膜を使用したビームスプリッタを用いるので、光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを得ることができる。

本発明の共焦点光スキャナによれば、前記ビームスプリッタによって生じる光軸のシフトを補正する光学系を設けたので、光軸を傾ける必要が無く、組立調整が容易な共焦点光スキャナを得ることができる。

以下、本発明による共焦点光スキャナの実施形態について説明する。

以下、図１〜図２を参照して、実施例１の共焦点光スキャナについて説明する。

図１は、実施例１の共焦点光スキャナである共焦点光スキャナユニットの構成を示すブロック図、図２は共焦点光スキャナユニットの構成を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、共焦点光スキャナユニット１は、４条の螺旋状パターンでマイクロレンズ２１が配列されたマイクロレンズディスク２と、マイクロレンズと同一パターンでピンホール３１が配列されたピンホールディスク３とを備え、マイクロレンズディスク２およびピンホールディスク３は、互いに連結ドラム４で連結されるとともに、モータ５で一体的に回転可能とされている。

また、マイクロレンズディスク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が配置されている。ビームスプリッタ６は、マイクロレンズディスク２からピンホールディスク３に向かう照明光を通過させるとともに、ピンホール３１を通過した戻り光を分離する機能を有する。

ここでこのビームスプリッタ６はセルロース系の薄膜でできたペリクルビームスプリッタで、その周囲は金属枠によって安定的に固定されている。また、ペリクルビームスプリッタ６の分光比は約５０：５０となっている。

さらに、図１に示すように、共焦点光スキャナユニット１には光源７が設けられている。この光源７は光ファイバの端面などの微細な点光源であることが望ましい。光源７の近傍には光源７からの光をコリメートするコリメートレンズ８が配置されている。

図１に示すように、共焦点光スキャナユニット１には顕微鏡１０が接続され、顕微鏡１０の内部には結像レンズ１１と対物レンズ１２が配置されている。なお、図２において、顕微鏡１０は、光学的に１枚のレンズにより代表される構成として模式的に描かれている。

また、スキャナユニット１にはカメラ１４が接続されるとともに、共焦点光スキャナユニット１の内部にはこのカメラに光を結像させるカメラレンズ９が配置されている。

次に、共焦点光スキャナユニット１の動作について説明する。

光源７からの光は、コリメートレンズ８によって平行光８Ａへと変換される。この平行光８Ａはマイクロレンズディスク２に照射され、個々のマイクロレンズ２１の作用によって、ペリクルビームスプリッタ６を透過した後、各マイクロレンズ２１に正対するピンホールディスク３上のピンホール３１で焦点を結ぶようになっている。

ここで、ペリクルビームスプリッタ６は、数マイクロメートルの厚みしか有していないため、光軸のシフトはほとんど起こることがない。したがって、事前にマイクロレンズディスク２とピンホールディスク３の位置を合わせておいた後に、ペリクルビームスプリッタ６をその間に挿入しても、光路が変わることが無いため組立性が非常によい。

ピンホールディスク３を通過した光は、顕微鏡１０に導かれ、顕微鏡１０内部の結像レンズ１１で、通過したピンホール３１に対応する傾きを有する平行光に変換される。対物レンズ１２は平行光を入射すると、その傾きに応じて焦点面に焦点を結像するので、入射された光はその傾きに対応した焦点１３を結ぶ。

図１では光軸中心の光を実線で示し、光軸からずれた光線の例を破線で示す。焦点１３に対象物が存在すると、光は散乱されて同じ光路を通って再び同じピンホール３１を通過する。ここでピンホール３１を通過した光はペリクルビームスプリッタ６によって反射され、カメラレンズ９の作用によりカメラ１４で結像する。

ここでマイクロレンズディスク２とピンホールディスク３を一体的に回転させると、図２に示すように、ピンホール３１を通過する光が対応する焦点面上を走査し、さらに個々の戻り光は再びピンホール３１を通過した後に、ペリクルビームスプリッタ６で分離されてカメラ１４の撮像素子上を走査する。この動作によって焦点面の情報がカメラ１４に投影されて観察が可能となる。また、この際に焦点面以外の光は、ピンホール３１をほとんど通過できないためにほとんどカメラ１４に到達することができない。これによって、カメラ１４は焦点面の光のみの共焦点画像を撮影することになる。

なお、焦点１３からの戻り光は反射光や散乱光でも良い。また、蛍光でも良く、その場合にはカメラ１４の前に、適当な蛍光フィルタを挿入することが好ましい。

また、ペリクルビームスプリッタはセルロース系の膜に限らず、ポリマー系の膜を用いてもよい。また同様の作用を持つ他の膜でも構わない。

以上のように、本実施例の共焦点光スキャナによれば、光を分岐する手段としてペリクルビームスプリッタを２枚のディスクの間に配置したため、照明光が通過する際に光軸シフトが生じない。このため、光がピンホールを通過するように２枚のディスクをあらかじめ位置合わせした後に、ペリクルビームスプリッタを挿入しても、その状態が変化しない。このため、組立時の作業性が大幅に向上する。

以下、図３〜図４を参照して、実施例２の共焦点光スキャナについて説明する。

図３は、実施例２の共焦点光スキャナとしての共焦点光スキャナユニット１Ａの構成を示すブロック図である。実施例１と同一構成要素には同一符合を付してその説明を省略する。

図３に示すように、本実施例では、光を分岐するプレート型のビームスプリッタ６ａと、ビームスプリッタ６ａに起因する光軸のずれを補正するガラス基板６ｂとを用いる。ガラス基板６ｂはビームスプリッタ６ａとほぼ同じ厚みを有し、ビームスプリッタ６ａを光軸に対して１８０度回転させた向きに配置されている。すなわち、ビームスプリッタ６ａおよびガラス基板６ｂは、それぞれ光軸に対してその法線ベクトルが４５度の角度となるように配置され、またビームスプリッタ６ａの法線ベクトルとガラス基板６ｂの法線ベクトルとがなす角は９０度となっている。

図４は、本実施例の共焦点スキャナの動作を示す図である。

図４に示すように、マイクロレンズディスク２を通った光軸８ｘの光は、プレート型ビームスプリッタ６ａを通過することによって、その光軸がシフトする（光軸８ａ）。このシフトした光はガラス基板６ｂを通過する際に反対方向に打ち消すように光軸がシフトされ、結局もとの光軸８ｘに一致する。

このように、ビームスプリッタ６ａとガラス基板６ｂとを挿入することによって水平面内においてマイクロレンズ３１の焦点の移動が発生せず、焦点は光軸方向に移動するのみである。このため、あらかじめ光が通過するようなマイクロレンズディスク２とピンホールディスク３の位置から、焦点位置の光軸方向への移動量の分だけ２枚のディスクの間隔を調整するだけで組み立てが終了するため、組み立て時の作業性を大幅に向上させることができる。

なお、本実施例においても焦点１３からの戻り光は反射光や散乱光でも良い。また、蛍光でも良いが、蛍光観察時にはビームスプリッタ６ａとしてダイクロイックミラーを使用することが好ましい。

また、ビームスプリッタ６ａとガラス基板６ｂの上下の位置関係は逆でも良い。ビームスプリッタ６ａおよびガラス基板６ｂの厚みや配置角度はこれに限るものではなく、同様の作用を示す他の構成を採ることもできる。

以上のように、本実施例の共焦点光スキャナによれば、光を分岐する手段としてプレート型のビームスプリッタと、光軸シフトを補正するガラス基板とをセットにして用いたので、光軸がシフトすること無く、組立性に優れる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、試料に照明光を照射し、照明光に基づく試料からの戻り光を検出する顕微鏡装置に対し、広く適用することができる。

実施例１の共焦点光スキャナの構成を示すブロック図。共焦点光スキャナユニットの構成を示す斜視図。実施例２の共焦点光スキャナの構成を示すブロック図。共焦点スキャナの動作を示す図。

符号の説明

２マイクロレンズディスク
３ピンホールディスク
５モータ（回転手段）
６ペリクルビームスプリッタ（ビームスプリッタ）
６ａビームスプリッタ
６ｂガラス基板（透明板、光学系）
８ａ光軸

Claims

複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、
前記マイクロレンズディスクと対向し、前記マイクロレンズディスク上の前記マイクロレンズと同一パターンに配置されたピンホールが形成されたピンホールディスクと、
前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクを一体的に回転させる回転手段と、
前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に配置され、前記マイクロレンズディスクから前記ピンホールディスクに向かう照明光を通過させるとともに前記ピンホールを通過した戻り光を分離するビームスプリッタと、
を備える共焦点光スキャナにおいて、
前記ビームスプリッタとして、通過する光の光軸を実質的に移動させないような薄い膜を使用したビームスプリッタを用いることを特徴とする共焦点光スキャナ。
前記薄い膜としてペリクル膜を用いることを特徴とする請求項１に記載の共焦点光スキャナ。
前記ペリクル膜はセルロース系の膜により構成されることを特徴とする請求項２に記載の共焦点光スキャナ。
前記ペリクル膜はポリマー系の膜により構成されることを特徴とする請求項２に記載の共焦点光スキャナ。
複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、
前記マイクロレンズディスクと対向し、前記マイクロレンズディスク上の前記マイクロレンズと同一パターンに配置されたピンホールが形成されたピンホールディスクと、
前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクを一体的に回転させる回転手段と、
前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に配置され、前記マイクロレンズディスクから前記ピンホールディスクに向かう照明光を通過させるとともに前記ピンホールを通過した戻り光を分離するビームスプリッタと、
を備える共焦点光スキャナにおいて、
前記ビームスプリッタによって生じる光軸のシフトを補正する光学系を前記マイクロレンズディスクおよび前記ピンホールディスクの間に設けたことを特徴とする共焦点光スキャナ。
前記光軸のシフトを補正する光学系として、前記ビームスプリッタの光軸を補正するような向きと厚みとされた透明板を用いること特徴とする請求項５に記載の共焦点光スキャナ。
前記透明板としてガラス基板を用い、前記ガラス基板は前記ビームスプリッタとほぼ同じ厚みを有し、前記ビームスプリッタを光軸に対して１８０度回転させた向きに配置されることを特徴とする請求項６に記載の共焦点光スキャナ。
前記ビームスプリッタの法線ベクトルが光軸に対して４５度の角度をなすように配置されているとともに、前記ビームスプリッタの法線ベクトルと前記ガラス基板の法線ベクトルとがなす角度が９０度となるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の共焦点光スキャナ。