JP2660613B2 - 共焦点走査型顕微鏡 - Google Patents

共焦点走査型顕微鏡

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は共焦点走査型顕微鏡に関
し、特に詳細には、試料からの光を検出する光検出器の
前に配される絞りが改良された共焦点走査型顕微鏡に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、照明光を微小な光点に収束さ
せ、この光点を試料上において2次元的に走査させ、そ
の際該試料を透過した光あるいはそこで反射した光、さ
らには試料から発せられた蛍光を光検出器で検出して、
試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした光学
式走査型顕微鏡が公知となっている。
【0003】なかでも、照明光を光源から発生させた上
で試料上において光点に結像させる一方、この試料から
の光束を再度点像に結像させてそれを光検出器で検出す
るように構成した共焦点走査型顕微鏡は、試料面上にピ
ンホールを配する必要が無く、実現容易となっている。
【0004】この共焦点走査型顕微鏡は基本的に、試料
が載置される試料台と、照明光を発する光源と、この照
明光を試料上において微小な光点として結像させる送光
光学系と、上記試料からの光束(透過光、反射光あるい
は蛍光)を集光して点像に結像させる受光光学系と、こ
の点像を検出する光検出器と、上記光点を試料上におい
て2次元的に走査させる走査機構とから構成されるもの
である。なお特開昭62-217218 号公報には、この共焦点
走査型顕微鏡の一例が示されている。
【0005】一般にこのような構成の共焦点走査型顕微
鏡においては、上記の点像をピンホール板を介して光検
出器に検出させ、ハロや不要散乱光をカットするように
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように共焦点走査
型顕微鏡においては、高解像力を実現する上で、光検出
器の前に配置されるピンホール板が極めて重要な役割を
果たしているが、このピンホール板の光軸調整は非常に
困難なものとなっている。
【0007】そこで本発明は、ピンホール板に代わる絞
り手段を用いて、その光軸調整が容易になされ得る共焦
点走査型顕微鏡を提供することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による共焦点走査
型顕微鏡は、先に述べたような試料台と、光源と、送光
光学系と、受光光学系と、光検出器と、光点の2次元走
査機構とを備えた共焦点走査型顕微鏡において、上述し
たピンホール板に代えて、細いスリットを有するスリッ
ト板を用いた上で、照明光を細長い断面形状に成形する
手段を設け、そして上記スリット板は、そのスリット
が、試料からの光束が結ぶ点像(これも当然細長い形状
となる)の長さ方向と交わって延びる向きに配置したこ
とを特徴とするものである。
【0009】
【作用および発明の効果】図3に、上記構成における点
像とスリット板との関係を示す。図中Qで示すのが点
像、27がスリット板、27aがそのスリット、28が光検出
器である。スリット27aが細長い点像Qの長さ方向と交
わる方向(本例では直角な向き)に延びていると、スリ
ット板27の取付位置がある程度図中左右方向あるいは上
下方向にずれたとしても、点像Qは常に、図中ハッチン
グを付した大きさのピンホールを通すのとほぼ同じ状態
で光検出器28に検出されることになる。
【0010】より具体的に説明すると、スリット27aの
長さ、幅をそれぞれL、Wとし、点像Qの長さ、幅をそ
れぞれLq、Wqとした場合、スリット板27は図3の左
右方向には距離(L−Wq)内で位置ずれが許容され、
上下方向には距離((Lq−W)内で位置ずれが許容さ
れうる。このようにスリット板27の取付位置がある程度
ずれることが許容されるならば、その位置調整は非常に
容易なものとなる。
【0011】なお上記構成においては、ピンホール板を
用いる場合と比べると、前述したハロや不要散乱光の一
部がスリットを通過するという欠点があるが、その通過
量は僅少であり、実用上は特に問題とならない。
【0012】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図2は、本発明の一実施例による透過
型の共焦点走査型顕微鏡を示すものであり、図1はその
光学系部分を詳しく示している。図示されるように単色
光レーザ10からは、照明光としての直線偏光のレーザビ
ーム11が射出される。この照明光11はコリメーターレン
ズ12で平行光化された後、偏波面調整用のλ/2板9に
通され、収束レンズ13で集光されて偏波面保存光ファイ
バー14内に入射せしめられる。
【0013】この光ファイバー14の一端は、移動台15に
固定されており、該光ファイバー14内を伝搬した照明光
11はこの一端から出射する。この際光ファイバー14の一
端は、点光源状に照明光11を発することになる。移動台
15には、コリメーターレンズ16.よび対物レンズ(コン
デンサーレンズ)17からなる送光光学系18が保持されて
いる。また移動台15には、対物レンズ19および集光レン
ズ20からなる受光光学系21が保持されている。上記コリ
メーターレンズ16と対物レンズ17との間には、ガウシア
ンモードフィルター8およびビーム成形用のスリット板
7(これらについては後述する)が配されている。上記
2つの光学系18、21は、互いに光軸を一致させて固定さ
れている。また両光学系18、21の間には、移動台15と別
体とされた試料台22が配されている。上記の照明光11は
コリメーターレンズ16によって平行光とされ、対物レン
ズ17によって集光され、試料台22に載置された試料23上
(表面あるいは内部)で微小な光点(ビームスポット)
Pに収束する。
【0014】試料23を透過した透過光11’の光束は、受
光光学系21の対物レンズ19によって平行光とされ、集光
レンズ20によって集光されて、点像Qに結像する。この
点像Qは、スリット板27を介して、架台36に固定された
光電子増倍管等の光検出器28によって検出され、そこか
らはこの点像Qの明るさを示す信号Sが出力される。な
お、特に光検出器28として軽量のものが用いられる場合
は、それを移動台15に搭載するようにしてもよい。
【0015】次に、照明光光点Pの2次元走査について
説明する。上記移動台15と架台36との間には、主走査用
積層ピエゾ素子37が介装されている。この積層ピエゾ素
子37はピエゾ素子駆動回路38から駆動電力を受けて駆動
し、移動台15をX方向に高速で往復移動させる。一方試
料台22と架台36との間には、積層ピエゾ素子40、41が介
装されている。積層ピエゾ素子40はピエゾ素子駆動回路
42から駆動電力を受けて駆動し、試料台22をY方向に高
速で往復移動させる。それにより試料台22は移動台15に
対して相対移動され、前記光点Pが試料23上を、主走査
方向Xと直交するY方向に副走査する。
【0016】以上のようにして照明光光点Pが試料23上
を2次元的に走査することにより、該試料23の2次元拡
大像を担持する信号Sが得られる。この信号SをCRT
表示装置等の表示装置や、光走査記録装置等の画像再生
装置に入力すれば、該信号Sが担持する顕微鏡像を再生
して観察可能となる。
【0017】また、上端に上記副走査用積層ピエゾ素子
40を固定し、下端が粗動ステージ44を介して架台36に取
り付けられた積層ピエゾ素子41は、ピエゾ素子駆動回路
43から駆動電力を受けて駆動し、試料台22を保持した積
層ピエゾ素子40を、主、副走査方向X、Yと直交するZ
方向、(光学系18、21の光軸方向)に移動させる。こう
して試料台22をZ方向に所定距離移動させる毎に照明光
光点Pの2次元走査を行なえば、試料23の表面に微細な
凹凸が有る場合でも、合焦点面の情報のみが光検出器28
によって検出される。そこで、この光検出器28の出力S
をフレームメモリに取り込むことにより、試料23をZ方
向に移動させた範囲内で、全ての面に焦点が合った画像
を担う信号を得ることが可能となる。
【0018】なおピエゾ素子駆動回路38、42および43に
は、制御回路45から同期信号が入力され、それにより、
光点Pの主、副走査および試料台22の光軸方向移動の同
期が取られる。また粗動ステージ44は手動で、あるいは
駆動手段を用いてY方向に大きく移動可能であり、こう
して試料台22を動かすことにより、試料23の交換を容易
に行なうことができる。
【0019】次に、前述したガウシアンモードフィルタ
ー8、スリット板7およびスリット板27について説明す
る。平行光とされた照明光11は本来ガウシアンビームで
あるが、ガウシアンモードフィルター8により、ビーム
断面内光強度分布(ビームプロファイル)がフラットに
なるように変換される。この照明光11は次にスリット板
7に通される。スリット板7は図1に示されるように、
細長い長円形のスリット7aを有するものであり、した
がってこのスリット板7を通過した照明光11は、長円形
のビーム断面を有するように成形される。そこで、照明
光光点Pもまた点像Qも、図1にハッチングを付して概
略的に示すように、長円形状の細長いものとなる。光検
出器28の前のスリット板27は、そのスリット27aが、細
長い点像Qの長さ方向と直角に交わる向きに配されてい
る。なお、この配置状態を分かりやすく図3に示してあ
る。
【0020】上記のようなスリット板27は、光軸方向
(Z方向)に関しては、従来装置に用いられているピン
ホール板と同様正確に位置決めされなければならない
が、光軸と交わるX、Y方向の位置決め精度は、先に詳
しく述べた理由により比較的緩やかなものとなる。そう
であればこのスリット板27の位置調整作業は、非常に容
易となる。
【0021】なお上記実施例においては、照明光11をビ
ーム断面形状が長円形となるように成形しているが、こ
のビーム断面形状はその他、細長い楕円形や矩形等とさ
れても構わない。
【0022】また照明光11をこのように成形するために
は、上記実施例におけるスリット板7を用いる他、対物
レンズ17として長円形や楕円形のものを用いたり、さら
には照明光源自体そのような断面形状のビームを発する
もの(例えば半導体レーザ)を用いるようにしてもよ
い。なおこのように照明光源として半導体レーザを用い
る場合は、ビーム断面形状が維持されるように、光ファ
イバー14は用いないで半導体レーザを直接移動台15に固
定する。
【0023】また移動台15や試料台22の移動は、積層ピ
エゾ素子を利用して行なう他、例えば音叉、ボイスコイ
ルあるいは超音波による固体の固有振動を利用した走査
方式等を用いて行なうことも可能である。
【0024】そして本発明は、以上説明した透過型の共
焦点走査型顕微鏡に限らず、反射型の共焦点走査型顕微
鏡に対しても同様に適用可能である。反射型の共焦点走
査型顕微鏡を構成する場合、反射光の細長いビーム断面
形状を維持するため、該反射光は光ファイバーによって
伝搬しないようにする。すなわち図2の装置に即して説
明すれば、試料23からの反射光を、レンズ16、17の間で
照明光11から分離させるのがよい。
【0025】さらに本発明は、カラー画像を撮像するよ
うに構成された走査型顕微鏡や、さらには走査型蛍光顕
微鏡、走査型位相差顕微鏡、走査型干渉顕微鏡等にも適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による共焦点走査型顕微鏡の
光学系部分を示す斜視図
【図2】上記実施例の共焦点走査型顕微鏡を示す概略側
面図
【図3】上記実施例の共焦点走査型顕微鏡における点像
とスリット板との位置関係を示す平面図
【符号の説明】
7、27 スリット板 8 ガウシアンモードフィルター 9 λ/2板 10 単色光レーザ 11 照明光 11’ 透過光 12、16 コリメーターレンズ 13 集光レンズ 14 偏波面保存光ファイバー 15 移動台 17、19 対物レンズ 18 送光光学系 21 受光光学系 22 試料台 23 試料 28 光検出器 36 架台 37、40、41 積層ピエゾ素子 38、42、43 ピエゾ素子駆動回路 45 制御回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料が載置される試料台と、 照明光を発する光源と、 この照明光を試料上において微小な光点として結像させ
    る送光光学系と、 前記試料からの光束を集光して点像に結像させる受光光
    学系と、 この点像を検出する光検出器と、 前記光点を試料上において2次元的に走査させる走査手
    段とを備えてなる共焦点走査型顕微鏡において、 前記照明光を細長い断面形状に成形する手段と、 細長い形状となった前記点像の長さ方向と交わって延び
    るスリットを有するスリット板とが設けられたことを特
    徴とする共焦点走査型顕微鏡。
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DE10127284A1 (de) * 2001-06-05 2002-12-12 Zeiss Carl Jena Gmbh Autofokussiereinrichtung für ein optisches Gerät

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