JP2792657B2 - Scanning optical microscope - Google Patents

Scanning optical microscope

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JP2792657B2
JP2792657B2 JP63328360A JP32836088A JP2792657B2 JP 2792657 B2 JP2792657 B2 JP 2792657B2 JP 63328360 A JP63328360 A JP 63328360A JP 32836088 A JP32836088 A JP 32836088A JP 2792657 B2 JP2792657 B2 JP 2792657B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光によ
り試料を走査照明し、その透過光又は反射光を光電検出
して画像を形成するようにした走査型光学顕微鏡に関す
る。
The present invention relates to a scanning optical microscope which scans and illuminates a sample with laser light emitted from a laser light source and photoelectrically detects transmitted light or reflected light to form an image.

【従来の技術】[Prior art]

従来、通常のレーザ走査型光学顕微鏡の光学系は、第
2図に示されるように構成されている。即ち、レーザ光
源1から出射されるレーザ光2は集光レンズ3によりス
ポツト状に集光され、直径数μm〜10μmのピンホール
を備えたスペーシヤルフイルタ4によつて整えられ、顕
微鏡本体5内に導入され、ビームスプリツタ6、レンズ
7、光ビーム偏向器8、レンズ9及び対物レンズ10を経
てX−Y−Zステージ11上に載置された試料12を照明
し、その透過光がコンデンサレンズ13を経て光検出器14
に到達するものである。 ここで、前記集光レンズ3によつて絞られたレーザ光
2のレーザスポツトと、スペーシヤルフイルタ4のピン
ホールとは、3次元的にそれぞれ1μm単位の合致精度
が必要とされる。 一方、X−Y−Zステージ11上の試料12によつて反射
され、対物レンズ10、レンズ9、光ビーム偏向器8、レ
ンズ7を経て、ビームスプリツタ6に戻つたレーザ光
を、ここから、側方に反射し、コンフオーカルピンホー
ル15を介して光検出器16に到達するようにした、共焦点
型走査顕微鏡が知られている。これは、例えば「“Theo
ry and Practice of SCANNING OPTIC.AL MICROSCOPY"To
ny Wilson,Colin Sheppard著、第48頁〜」に示されるよ
うに、分解能の向上、コントラストの向上、光軸方向分
解能の向上を図つたものである。 この共焦点型走査顕微鏡において、光検出器14は、試
料12の輪郭を検出し、又光検出器16は反射光に基いて試
料12の表面を検出するものである。 又、前記コンフオーカルピンホール15は、ビームスプ
リツタ6に対して前記スペーシヤルフイルタ4と光学的
に等価の位置に設けられる。 この場合も、スペーシヤルフイルタ4とコンフオーカ
ルピンホール15は、3次元的にそれぞれ1μmの精度で
等価の位置になるように調整されなければならない。 即ち、このレーザ走査型光学顕微鏡では、レーザスポ
ツトの位置とスペーシヤルフイルタ4及びコンフオーカ
ルピンホール15などの相対的位置精度に極めて高いもの
が要求される。 このため従来は、レーザ光源1を含むレーザ光源部
は、顕微鏡本体5に一体的に固定され、前記相対位置精
度に誤差が生じないようにしていた。 このような走査型光学顕微鏡では、用途に応じてレー
ザ光の波長を変えるのが望ましいことが多い。例えば、
生物分野等で行なわれる蛍光検鏡に際し、使用する蛍光
体により励起光の波長を変える必要がある。
Conventionally, an optical system of an ordinary laser scanning optical microscope is configured as shown in FIG. That is, a laser beam 2 emitted from a laser light source 1 is condensed in a spot shape by a condensing lens 3 and adjusted by a spatial filter 4 having a pinhole having a diameter of several μm to 10 μm. And illuminates a sample 12 placed on an XYZ stage 11 through a beam splitter 6, a lens 7, a light beam deflector 8, a lens 9 and an objective lens 10, and the transmitted light is condensed. Photodetector 14 via lens 13
Is what you get to. Here, the laser spot of the laser beam 2 focused by the condenser lens 3 and the pinhole of the spatial filter 4 are required to have a three-dimensional matching accuracy in units of 1 μm. On the other hand, the laser beam reflected by the sample 12 on the XYZ stage 11 and returned to the beam splitter 6 through the objective lens 10, the lens 9, the light beam deflector 8, and the lens 7 is transmitted therefrom. There is known a confocal scanning microscope in which light is reflected laterally and reaches a photodetector 16 via a confocal pinhole 15. This is, for example, "" Theo
ry and Practice of SCANNING OPTIC.AL MICROSCOPY "To
ny Wilson, Colin Sheppard, pp. 48- ", the resolution, the contrast, and the optical axis direction resolution are improved. In this confocal scanning microscope, the light detector 14 detects the contour of the sample 12, and the light detector 16 detects the surface of the sample 12 based on the reflected light. The confocal pinhole 15 is provided at a position optically equivalent to the spatial filter 4 with respect to the beam splitter 6. Also in this case, the spatial filter 4 and the conforcal pinhole 15 must be adjusted so that they are three-dimensionally equivalent to each other with an accuracy of 1 μm. That is, in the laser scanning optical microscope, it is required that the position of the laser spot and the relative positional accuracy of the spatial filter 4 and the confocal pinhole 15 are extremely high. For this reason, conventionally, the laser light source section including the laser light source 1 is integrally fixed to the microscope main body 5 so that an error does not occur in the relative position accuracy. In such a scanning optical microscope, it is often desirable to change the wavelength of the laser beam depending on the application. For example,
In a fluorescence spectroscopy performed in a biological field or the like, it is necessary to change the wavelength of excitation light depending on a phosphor used.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のように、従来のレーザ走査光学
顕微鏡では、レーザ光源部が顕微鏡本体に固定されてい
るため、用途に応じた最適波長の照明をすることができ
ないという問題点があつた。 又、レーザ光源としてアルゴンレーザなどの空冷方式
のものを使用する場合、冷却用フアン及びモータは当然
顕微鏡本体5と一体的に設けられるため、モータの振動
により各部の機械的調整がずれてしまい、安定した性能
が得られないという問題点がある。 これに対して、例えば特開昭57−176017号に開示され
るように、レーザ光源部を顕微鏡本体から分離し、且
つ、レーザ光を光フアイバーを介して顕微鏡本体に導く
ようにすることが考えられるが、上記特開昭57−176017
号の場合は、光ブアイバーの一端が顕微鏡本体に固定さ
れてしまつているので、測定条件の変化に対応して、レ
ーザ光源と顕微鏡本体との距離を変更できないという問
題点ある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あつて、レーザ光源を波長の異るものに容易に切り変え
ることができ、又、測定条件に対応してレーザ光源と顕
微鏡本体との距離を自在に変更できると共に、空冷型の
レーザ光源を利用しても、フアンモータの振動により影
響が生じないようにした走査型光学顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。
However, as described above, in the conventional laser scanning optical microscope, there is a problem that illumination of an optimal wavelength according to the application cannot be performed because the laser light source is fixed to the microscope main body. When an air-cooled laser such as an argon laser is used as the laser light source, since the cooling fan and the motor are naturally provided integrally with the microscope main body 5, the mechanical adjustment of each part is shifted due to the vibration of the motor, There is a problem that stable performance cannot be obtained. On the other hand, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-176017, it is conceivable to separate the laser light source unit from the microscope main body and guide the laser light to the microscope main body via an optical fiber. However, as described in JP-A-57-176017.
In the case of the signal, since one end of the optical fiber is fixed to the microscope main body, there is a problem that the distance between the laser light source and the microscope main body cannot be changed according to the change of the measurement condition. The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and can easily switch a laser light source to one having a different wavelength. It is an object of the present invention to provide a scanning optical microscope in which the distance can be freely changed and the use of an air-cooled laser light source does not cause the influence of the vibration of the fan motor.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この発明は、レーザ光により試料を走査照明し、その
透過光又は反射光を光電検出し、該検出信号に基づき画
像を形成する走査型光学顕微鏡において、顕微鏡本体か
ら分離配設されたレーザ光源と、前記レーザ光源側に配
置され、該レーザ光源から出射されるレーザ光束を点状
に絞る結合レンズを含むカツプリング光学系と、光フア
イバーと、この光フアイバーを、その一端面のコア中心
が、前記顕微鏡本体の照明導入部の中心に合致するよう
に、取外し可能に拘束する第2の光フアイバコネクタ
と、前記光フアイバーの他端面を前記結合レンズにより
絞られた前記レーザ光束のレーザスポツトの位置に、取
外し可能に拘束する第1の光フアイバコネクタと、を設
けてなり、前記顕微鏡本体は、照明光導入部から入射し
たレーザ光がレーザスポツトとなる位置にピンホールを
備えたことにより上記目的を達成するものである。 又、前記光フアイバーを全長が1m以下のシングルモー
ド型光フアイバーとすることにより上記目的を達成する
ものである。 更に又、前記光フアイバーを、全長が1mを越える偏波
保存型光フアイバーとすることにより上記目的を達成す
るものである。
The present invention relates to a scanning optical microscope that scans and illuminates a sample with laser light, photoelectrically detects transmitted light or reflected light thereof, and forms an image based on the detection signal. A coupling optical system including a coupling lens disposed on the side of the laser light source and for narrowing a laser beam emitted from the laser light source into a point, an optical fiber, and the optical fiber. A second optical fiber connector detachably restrained so as to coincide with the center of the illumination introducing portion of the microscope main body, and the other end surface of the optical fiber is located at a position of a laser spot of the laser beam focused by the coupling lens. A first optical fiber connector that is detachably restrained, and the microscope main body is configured to receive laser light incident from an illumination light introduction unit. It is intended to achieve the above object by providing a pinhole in the position where the bract. Further, the above object is achieved by making the optical fiber a single mode optical fiber having a total length of 1 m or less. Further, the above object is achieved by making the optical fiber a polarization-maintaining optical fiber having a total length exceeding 1 m.

【作用】[Action]

この発明においては、レーザ光源が顕微鏡本体から分
離され、且つ両者を接続する光フアイバーに対してレー
ザ光源が着脱自在であるので、レーザ光源を異なる波長
のものに容易に変更できると共に、レーザ光源を空冷型
とした場合の、フアンモータの振動が顕微鏡本体に伝達
されない。更に、光フアイバーの両端が、光フアイバコ
ネクタにより、レーザ光源及び顕微鏡本体に着脱自在で
あるので、測定条件に対応して両者間の距離を自在に変
更できる。
In the present invention, the laser light source is separated from the microscope main body, and the laser light source is detachable from the optical fiber connecting the two, so that the laser light source can be easily changed to a different wavelength and the laser light source can be changed. Vibration of the fan motor when air-cooled is not transmitted to the microscope body. Furthermore, since both ends of the optical fiber are detachable from the laser light source and the microscope main body by the optical fiber connector, the distance between the two can be freely changed according to the measurement conditions.

【実施例】【Example】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第1図に示されるように、レーザ光に
より試料を走査照明し、その透過光又は反射光を光電検
出し、該検出信号に基づき画像を形成する走査型光学顕
微鏡20において、その照明装置22を、顕微鏡本体24から
分離配設されたレーザ光源26と、前記レーザ光源26側に
配置され、該レーザ光源26から出射されるレーザ光束を
点状に絞る結合レンズ28を含むカツプリング光学系30
と、一端面32Bが前記顕微鏡本体24の照明光導入部36に
配置された光フアイバー32と、この光フアイバー32の他
端面32Aを前記結合レンズ28により絞られた前記レーザ
光束のレーザスポツトの位置に、取外し可能に拘束する
光フアイバコネクタ34とを設けて構成したものである。
前記光フアイバー32の一端は、第2の光フアイバコネク
タ38により、顕微鏡本体24に、取外し可能に取付けられ
ている。 前記顕微鏡本体24内の構成は、前記第2図に示される
従来の走査型光学顕微鏡におけると同一であるので、同
一部分には同一符号を付することにより説明を省略する
ものとする。 前記光フアイバー32は、コア径の小さいものが望まし
く、特に、これをシングルモード光フアイバーとすると
よい。 又、前記2つの光フアイバコネクタ34、38は、光通信
機器用に使用されている高精度の光フアイバコネクタを
用いる。 前記カツプリング光学系30における結合レンズ28によ
つて形成されるレーザスポツトは、第1の光フアイバコ
ネクタ34によつて固定される光フアイバー32の他端面32
Aにおける中心コア部に位置されるように設定してお
く。 同様に、第2の光フアイバコネクタ38も、これによつ
て拘束される光フアイバー32の一端面32Bのコア中心
が、照明光導入部36の中心に合致するように構成してお
く。 この実施例においては、2つの光フアイバコネクタ34
及び38は、共に、前記のように光通信機器用に使用され
る高精度なものであるので、これらをカツプリング光学
系30及び顕微鏡本体24から抜き差しした場合の3次元的
位置再現性が極めて高く、光フアイバー32で伝送される
レーザ光束の諸特性の再現性も十分高い。 又、光フアイバー32はシングルモード光フアイバーが
用いられているので、最低次モードのみの光が伝搬さ
れ、本実施例のような場合、光フアイバー長が最大1m位
と短いことも併せて、伝搬されるレーザ光の偏波面もほ
ぼ保存され、レーザ光束の諸特性の再現性が高いという
利点がある。 なお、光フアイバー32を長くする必要がある場合に
は、これを偏波保存光フアイバーとするとよい。 測定条件に対応して、顕微鏡本体24とレーザ光源26と
の距離を変更する場合は、光フアイバー32を長さの異な
るものに替える。この場合、第1及び第2の光フアイバ
コネクタ34、38により光フアイバーを着脱する。 これら第1、第2の光フアイバコネクタ34、38は、上
記のように、光フアイバー32における他端面32A及び一
端面32Bのコア中心を、レーザ光源26におけるレーザス
ポツト、及び、照明光導入部36の中心に、それぞれ合致
させるように構成されているので、光フアイバー交換後
の3次元位置再現性が高く、伝送されるレーザ光束の特
性が高く維持される。又、ピンホールを備えた光学系を
変更したりすることなく、そのまま利用できる。 従つて、レーザ光源26及びカツプリング光学系30をあ
らかじめ、必要な波長ごとに用意しておけば、光フアイ
バコネクタ34により光フアイバー32を任意のレーザ光源
に付け変えて、所望の波長のレーザ照明光を得ることが
できる。 又、光フアイバー32は可撓性があるため、レーザ光源
として空冷式のものを用いた場合でも、そのフアンモー
タの振動が顕微鏡本体24まで伝達されることがない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a scanning optical microscope 20 scans and illuminates a sample with laser light, photoelectrically detects transmitted light or reflected light thereof, and forms an image based on the detection signal. The illuminating device 22 is coupled to a laser light source 26 provided separately from the microscope main body 24 and a coupling lens 28 disposed on the side of the laser light source 26 and for narrowing a laser beam emitted from the laser light source 26 into a point. Optical system 30
And an optical fiber 32 whose one end face 32B is arranged in the illumination light introducing portion 36 of the microscope main body 24, and the position of the laser spot of the laser light beam whose other end face 32A of the optical fiber 32 is narrowed by the coupling lens 28. And an optical fiber connector 34 that is detachably restrained.
One end of the optical fiber 32 is detachably attached to the microscope main body 24 by a second optical fiber connector 38. Since the configuration inside the microscope main body 24 is the same as that of the conventional scanning optical microscope shown in FIG. 2, the same parts will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The optical fiber 32 desirably has a small core diameter, and in particular, is preferably a single mode optical fiber. As the two optical fiber connectors 34 and 38, high-precision optical fiber connectors used for optical communication equipment are used. The laser spot formed by the coupling lens 28 in the coupling optical system 30 is the other end surface 32 of the optical fiber 32 fixed by the first optical fiber connector 34.
It is set so as to be located at the central core portion in A. Similarly, the second optical fiber connector 38 is also configured such that the center of the core of the one end face 32B of the optical fiber 32 constrained by the second optical fiber connector 38 coincides with the center of the illumination light introducing section 36. In this embodiment, two optical fiber connectors 34
And 38 are both high-precision optical communication devices used as described above, so that when they are inserted and removed from the coupling optical system 30 and the microscope main body 24, the three-dimensional position reproducibility is extremely high. Also, the reproducibility of various characteristics of the laser beam transmitted by the optical fiber 32 is sufficiently high. In addition, since the optical fiber 32 is a single mode optical fiber, light in only the lowest order mode is propagated.In the case of this embodiment, the optical fiber length is as short as about 1 m at the maximum. There is an advantage that the polarization plane of the laser beam to be obtained is almost preserved, and the reproducibility of various characteristics of the laser beam is high. If it is necessary to lengthen the optical fiber 32, this may be used as a polarization-maintaining optical fiber. When changing the distance between the microscope main body 24 and the laser light source 26 in accordance with the measurement conditions, the optical fiber 32 is changed to one having a different length. In this case, the first and second optical fiber connectors 34 and 38 attach and detach the optical fiber. As described above, the first and second optical fiber connectors 34 and 38 connect the center of the core of the other end surface 32A and the one end surface 32B of the optical fiber 32 with the laser spot of the laser light source 26 and the illumination light introducing section 36. , The three-dimensional position reproducibility after optical fiber exchange is high, and the characteristics of the transmitted laser beam are maintained high. Further, the optical system having the pinhole can be used as it is without changing it. Therefore, if the laser light source 26 and the coupling optical system 30 are prepared in advance for each required wavelength, the optical fiber 32 can be changed to an arbitrary laser light source by the optical fiber connector 34, and the laser illumination light of the desired wavelength can be changed. Can be obtained. Further, since the optical fiber 32 is flexible, even when an air-cooled laser light source is used, the vibration of the fan motor is not transmitted to the microscope main body 24.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明は上記のように構成したので、波長の異なるレ
ーザ光源を容易に切換えて使用することができ、このた
め、生物分野などで行なわれる蛍光検鏡に際し、使用す
る蛍光体により励起光の波長を容易に選択することがで
きると共に伝送されるレーザ光束の特性を損うことな
く、測定条件に対応して、レーザ光源と顕微鏡本体との
距離を自在に変更でき、又、光フアイバーを用いること
からレーザ光源に空冷型のものを用いても、フアンモー
タの振動が顕微鏡本体に伝達されないという優れた効果
を有する。
Since the present invention is configured as described above, it is possible to easily switch and use laser light sources having different wavelengths. Therefore, in a fluorescence spectroscope performed in a biological field or the like, the wavelength of excitation light depends on the phosphor used. The distance between the laser light source and the microscope main body can be freely changed according to the measurement conditions without deteriorating the characteristics of the transmitted laser beam, and using an optical fiber. Therefore, even if an air-cooled laser light source is used, the vibration of the fan motor is not transmitted to the microscope main body.

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

第1図は、本発明にかかる走査型光学顕微鏡の実施例を
示す断面図、第2図は、従来の走査型光学顕微鏡の光学
系統を示す略示断面図である。 12……試料、 14、16……光検出器、 20……走査型光学顕微鏡、 22……照明装置、 24……顕微鏡本体、 26……レーザ光源、 28……結合レンズ、 30……カツプリング光学系、 32……光フアイバー、 32A……他端面、 34……光フアイバコネクタ、 36……照明光導入部、38……第2の光フアイバコネク
タ。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a scanning optical microscope according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing an optical system of a conventional scanning optical microscope. 12 ... Sample, 14, 16 ... Photodetector, 20 ... Scanning optical microscope, 22 ... Illumination device, 24 ... Microscope body, 26 ... Laser light source, 28 ... Coupling lens, 30 ... Coupling Optical system, 32: Optical fiber, 32A: Other end face, 34: Optical fiber connector, 36: Illumination light introducing part, 38: Second optical fiber connector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−500129(JP,A) 特開 昭62−211503(JP,A) 特開 昭63−47603(JP,A) 特開 昭56−47004(JP,A) 特開 昭61−163314(JP,A) 特開 昭63−279548(JP,A) 特公 平4−9284(JP,B2) 特公 平3−76845(JP,B2) 国際公開90/754(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 21/00 - 21/36──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-500129 (JP, A) JP-A-62-211503 (JP, A) JP-A-63-47603 (JP, A) 47004 (JP, A) JP-A-61-163314 (JP, A) JP-A-63-279548 (JP, A) JP 4-9284 (JP, B2) JP 376845 (JP, B2) WO 90/754 (WO, A1) (58) Fields studied (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 21/00-21/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光により試料を走査照明し、その透
過光又は反射光を光電検出し、該検出信号に基づき画像
を形成する走査型光学顕微鏡において、顕微鏡本体から
分離配設されたレーザ光源と、前記レーザ光源側に配置
され、該レーザ光源から出射されるレーザ光束を点状に
絞る結合レンズを含むカツプリング光学系と、光フアイ
バーと、この光フアイバーを、その一端面のコア中心
が、前記顕微鏡本体の照明導入部の中心に合致するよう
に、取外し可能に拘束する第2の光フアイバコネクタ
と、前記光フアイバーの他端面を前記結合レンズにより
絞られた前記レーザ光束のレーザスポツトの位置に、取
外し可能に拘束する第1の光フアイバコネクタと、を設
けてなり、前記顕微鏡本体は、照明光導入部から入射し
たレーザ光がレーザスポツトとなる位置にピンホールを
備えたことを特長とする走査型光学顕微鏡。
1. A scanning optical microscope which scans and illuminates a sample with a laser beam, photoelectrically detects transmitted light or reflected light thereof, and forms an image based on the detection signal. A coupling optical system including a coupling lens disposed on the side of the laser light source and narrowing a laser beam emitted from the laser light source into a point, an optical fiber, and the optical fiber. A second optical fiber connector removably restrained so as to coincide with the center of the illumination introducing portion of the microscope main body, and a position of a laser spot of the laser beam whose other end face of the optical fiber is narrowed by the coupling lens. A first optical fiber connector that is detachably restrained, and the microscope main body is configured to receive laser light incident from an illumination light introduction unit. Scanning optical microscope featuring further comprising a pinhole in a position to be a bract.
【請求項2】前記光フアイバーは、全長が1m以下のシン
グルモード型光フアイバーである請求項1の走査型光学
顕微鏡。
2. The scanning optical microscope according to claim 1, wherein the optical fiber is a single mode optical fiber having a total length of 1 m or less.
【請求項3】前記光フアイバーは、全長が1mを越える偏
波保存型光フアイバーである請求項1の走査型光学顕微
鏡。
3. The scanning optical microscope according to claim 1, wherein said optical fiber is a polarization-maintaining optical fiber having a total length exceeding 1 m.
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