JP2918995B2 - Confocal optics - Google Patents

Confocal optics

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JP2918995B2
JP2918995B2 JP14962490A JP14962490A JP2918995B2 JP 2918995 B2 JP2918995 B2 JP 2918995B2 JP 14962490 A JP14962490 A JP 14962490A JP 14962490 A JP14962490 A JP 14962490A JP 2918995 B2 JP2918995 B2 JP 2918995B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は共焦点光学系に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a confocal optical system.

〔従来技術〕(Prior art)

共焦点光学系は古くから知られており、U.S.Patent30
13467で提案されている。その光学系を第7図に示す。
光源1から出た光2は、ハーフミラー3を透過し集光レ
ンズ4で試料5上にスポット状に照射される。試料5か
らの反射光は、レンズ4を通りハーフミラー3で反射さ
れ再び集光する。この集光位置はレンズ4の集光位置と
共役な位置であり、この位置にピンホール6を置いた光
学系を共焦点光学系という。7は光電検出器であり集光
した光を受光して電気信号に変換するものである。
Confocal optics have been known for a long time, and USPatent30
Proposed in 13467. FIG. 7 shows the optical system.
The light 2 emitted from the light source 1 passes through the half mirror 3 and is irradiated on the sample 5 by the condenser lens 4 in a spot shape. The reflected light from the sample 5 passes through the lens 4 and is reflected by the half mirror 3 to be collected again. This light condensing position is a position conjugate with the light condensing position of the lens 4, and an optical system having the pinhole 6 at this position is called a confocal optical system. Reference numeral 7 denotes a photoelectric detector which receives collected light and converts it into an electric signal.

このような共焦点光学系を走査光学顕微鏡に応用した
のが、共焦点走査光学顕微鏡である。
A confocal scanning optical microscope applies such a confocal optical system to a scanning optical microscope.

第8図は共焦点走査光学顕微鏡の光学系の例で、これ
について説明する。光源11から出たレーザビーム12は、
ビームエキスパンダ13によって必要な大きさのビーム径
に拡大される。拡大されたレーザビーム12はハーフミラ
ー14を透過し、対物レンズ21の瞳位置に共役な位置に設
けられた光偏向器15に入射する。この光偏向器15が回動
することにより、レーザビーム12はX方向に偏向され
る。光偏向器15で反射されたレーザビーム12は瞳伝送レ
ンズ16,17を通ったあと、やはり対物レンズ21の瞳位置
に共役な位置に設けられた光偏向器18に入射する。この
光偏向器18が光偏向器15の回動方向と直交する方向に回
動することにより、レーザビーム12はY方向に偏向され
る。これら光偏向器により二次元走査されたレーザビー
ム12は瞳投影レンズ19および結像レンズ20を通り、対物
レンズ21に入射する。そして試料22上に回折で制限され
るスポットを生じそのスポットで試料22を二次元走査す
る。試料22が反射物体であれば、レーザビーム12は入射
の時の光路を逆に戻り、ハーフミラー14で反射され集光
レンズ23で集光される。集光位置にはピンホール24があ
り、ピンホール24を通過した光のみが光電検出器25に入
射する。光電検出器25から出力される電気信号を処理す
ることで試料像が得られる。
FIG. 8 shows an example of an optical system of a confocal scanning optical microscope, which will be described. The laser beam 12 emitted from the light source 11 is
The beam is expanded by the beam expander 13 to a required beam diameter. The expanded laser beam 12 passes through the half mirror 14 and enters an optical deflector 15 provided at a position conjugate to the pupil position of the objective lens 21. As the optical deflector 15 rotates, the laser beam 12 is deflected in the X direction. The laser beam 12 reflected by the optical deflector 15 passes through pupil transmission lenses 16 and 17, and then enters an optical deflector 18 provided at a position conjugate to the pupil position of the objective lens 21. The laser beam 12 is deflected in the Y direction by turning the optical deflector 18 in a direction orthogonal to the turning direction of the optical deflector 15. The laser beam 12 two-dimensionally scanned by these optical deflectors passes through a pupil projection lens 19 and an imaging lens 20, and is incident on an objective lens 21. Then, a spot limited by diffraction is generated on the sample 22, and the sample 22 is two-dimensionally scanned with the spot. If the sample 22 is a reflective object, the laser beam 12 returns to the optical path at the time of incidence, is reflected by the half mirror 14, and is condensed by the condenser lens 23. There is a pinhole 24 at the condensing position, and only light that has passed through the pinhole 24 enters the photoelectric detector 25. A sample image is obtained by processing the electric signal output from the photoelectric detector 25.

第9図は共焦点走査光学顕微鏡の別の例である。第8
図と同じ構成要素には同じ符号を付けて、その作用につ
いては説明を省略する。この例では、試料22からの反射
光は光偏向器18と瞳伝送レンズ17の間に置かれたハーフ
ミラー14で反射され、集光レンズ26で集光されるが、集
光位置ではスポット光がライン状に走査するため光電検
出器として1次元CCD27が用いられる。スポット径に比
べて1次元CCD27の受光面の幅をライン状に走査面積小
さくすることで共焦点光学系となる。
FIG. 9 is another example of a confocal scanning optical microscope. 8th
The same components as those in the figure are denoted by the same reference numerals, and description of the operation is omitted. In this example, the reflected light from the sample 22 is reflected by the half mirror 14 placed between the optical deflector 18 and the pupil transmission lens 17 and collected by the condenser lens 26. Scans linearly, a one-dimensional CCD 27 is used as a photoelectric detector. A confocal optical system is obtained by reducing the width of the light receiving surface of the one-dimensional CCD 27 to a linear scanning area as compared with the spot diameter.

このような共焦点走査光学顕微鏡は通常の光学顕微鏡
に比べて、 ・コントラストの良い画像が得られる。
Such a confocal scanning optical microscope can obtain an image with good contrast as compared with a normal optical microscope.

・光軸方向の分解能がある。-There is resolution in the optical axis direction.

等の特徴がある。And so on.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

共焦点光学系の最大の特徴は、光軸方向に分解能があ
るということである。この光軸方向の分解能は、ピンホ
ール上のスポット径の大きさとピンホール径の大きさに
依存する。これについては、「光学.18巻.8号」“光学
走査顕微鏡”(日本光学会発行)で解析されている。こ
れによると、スポット径に対してピンホール径を小さく
すると光軸方向の分解能は高くなり、逆にスポット径に
対してピンホール径を大きくすると光軸方向の分解能は
低下するという結果である。従って、光軸方向の分解能
を上げるためピンホール径はできるだけ小さくするのが
望ましい。
The greatest feature of the confocal optical system is that it has a resolution in the optical axis direction. The resolution in the optical axis direction depends on the size of the spot diameter on the pinhole and the size of the pinhole diameter. This is analyzed by "Optics.18.8" and "Optical Scanning Microscope" (published by Japan Optical Society). According to this, when the pinhole diameter is smaller than the spot diameter, the resolution in the optical axis direction increases, and when the pinhole diameter is larger than the spot diameter, the resolution in the optical axis direction decreases. Therefore, it is desirable to reduce the pinhole diameter as much as possible in order to increase the resolution in the optical axis direction.

ところがピンホール径を小さくすると、ピンホールを
通過する光量が減少するため例えば反射率の低い試料や
蛍光試料等では画像が得られなくなる問題が生じる。こ
のような問題を解決するには、光軸方向の分解能を犠牲
にしてピンホールを通過する光量増加させるために、ピ
ンホール径を大きくすればよい。この場合、どの程度光
量を通過させるかは試料から戻ってくる光量が試料によ
って違うため、ピンホール径は連続的に変化できるほう
が便利である。
However, when the diameter of the pinhole is reduced, the amount of light passing through the pinhole decreases, so that, for example, an image cannot be obtained with a sample having a low reflectance or a fluorescent sample. In order to solve such a problem, the diameter of the pinhole may be increased in order to increase the amount of light passing through the pinhole at the expense of resolution in the optical axis direction. In this case, it is more convenient to be able to continuously change the pinhole diameter because the amount of light returning from the sample depends on the sample to determine how much light passes.

しかしながら、ピンホール径は数10μm程度であるた
め、これを連続的に変化させることは非常に困難であ
る。また、1次元CCDの場合も受光面の大きさは一定で
あるため連続的に変化させることは出来ない。
However, since the pinhole diameter is about several tens of μm, it is very difficult to continuously change the diameter. Also, in the case of a one-dimensional CCD, the size of the light receiving surface is constant and cannot be changed continuously.

本発明は上記問題点に鑑み、ピンホール径もしくは受
光面の大きさは一定のままでピンホール径もしくは受光
面の大きさを連続的に変化させたのと同じ効果が得られ
る様な共焦点光学系を提供することを目的としている。
In view of the above problems, the present invention confocals such that the same effect as when the pinhole diameter or the size of the light receiving surface is continuously changed while the pinhole diameter or the size of the light receiving surface is kept constant is obtained. It is intended to provide an optical system.

〔問題点を解決する手段および作用〕[Means and actions to solve the problems]

本発明による共焦点光学系のひとつは、光源から出た
光を対物レンズで試料上に集光し、該試料で発生した光
を前記対物レンズの集光位置と共役な関係に配置された
開口を介して光電検出素子で受光する共焦点光学系にお
いて、前記試料からの戻り光を前記開口上に集光させる
集光レンズと、該集光レンズにより集光される試料から
の戻り光のスポット径を可変させるスポット径変換光学
系を備えたことを特徴としている。
One of the confocal optical systems according to the present invention is configured such that light emitted from a light source is condensed on a sample by an objective lens, and the light generated by the sample is collected by an aperture arranged in a conjugate relationship with the condensing position of the objective lens. A condensing lens for condensing return light from the sample on the opening in a confocal optical system that receives light by a photoelectric detection element via a light-receiving element, and a spot of the return light from the sample condensed by the condensing lens. A spot diameter conversion optical system for changing the diameter is provided.

本発明による共焦点光学系の別のひとつは、光源から
出た光を対物レンズで試料上に集光し、該試料で発生し
た光を前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置さ
れた少なくとも一次元方向の認識可能な光電検出素子で
受光する共焦点光学系において、前記試料からの戻り光
を前記光電検出素子上に集光させる集光レンズと、該集
光レンズにより集光される試料からの戻り光のスポット
径を可変させるスポット径変換光学系を備えたことを特
徴としている。
Another one of the confocal optical systems according to the present invention is such that light emitted from a light source is condensed on a sample by an objective lens, and light generated by the sample is disposed at a position conjugate with a condensing position of the objective lens. In a confocal optical system that receives light with at least a one-dimensional recognizable photoelectric detection element, a condensing lens that condenses return light from the sample on the photoelectric detection element, and condensed by the condensing lens A spot diameter conversion optical system for varying the spot diameter of the return light from the sample.

さらに、本発明では、スポット径変換光学系として集
光レンズの入射光束径を可変させるか、又は集光レンズ
の焦点距離を可変させることを特徴としている。
Further, the present invention is characterized in that the spot diameter conversion optical system varies the diameter of the incident light beam of the condenser lens or varies the focal length of the condenser lens.

本発明によれば、開口もしくは光電検出素子の受光面
の大きさに対して開口上もしくは受光面上に集光される
スポット径を連続的に変化させることにより、ピンホー
ル径もしくは受光面の大きさを連続的に変化させたのと
同様の効果が得られる。
According to the present invention, the pinhole diameter or the size of the light receiving surface is changed by continuously changing the spot diameter focused on the opening or the light receiving surface with respect to the size of the opening or the light receiving surface of the photoelectric detection element. The same effect as that obtained by continuously changing the length can be obtained.

[実施例] 本発明による第1実施例を第1図に示す。第8図と同
じ構成要素については同じ符号を付けてその作用につい
ては省略する。
Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention. The same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and their operations are omitted.

本実施例ではピンホール径や受光面の大きさを変えず
にスポットの径を変えるものである。
In this embodiment, the spot diameter is changed without changing the pinhole diameter or the size of the light receiving surface.

レンズで平行光線を集光した時にできるスポットの直
径φは、レンズの焦点距離をf、レンズに入射する光束
の半径をd、光の波長をλとすると、 φ=1.22×f×λ/d (1) の関係を持つ。
The diameter φ of a spot formed when parallel rays are collected by a lens is given by f = 1.22 × f × λ / d, where f is the focal length of the lens, d is the radius of a light beam incident on the lens, and λ is the wavelength of light. (1)

この(1)式から明らかなように、スポットの直径を
変化させるにはf,d,λのうち少なくともひとつを変化さ
せればよい。
As is apparent from the equation (1), at least one of f, d, and λ may be changed to change the spot diameter.

そこで、本実施例ではスポット径を変えるようにして
あり、スポットの直径を変化させるために、(1)式の
dの値を変化させる方法を用いている。第1図に示すよ
うにdの値を変化させるために、集光レンズ23の前にア
フォーカルズーム光学系30を配置してある。
Therefore, in this embodiment, the spot diameter is changed, and a method of changing the value of d in the equation (1) is used to change the spot diameter. As shown in FIG. 1, an afocal zoom optical system 30 is arranged in front of the condenser lens 23 in order to change the value of d.

第2図はアフォーカルズーム光学系の例である。レン
ズ31,33は凸レンズであり、レンズ32,34は凹レンズであ
る。レンズ32,33はそれぞれX1〜X2,X3〜X4の間を連続に
動く構成になっている。第2図(A)で示すようにレン
ズ32がX1、レンズ33がX4の位置にある場合では、入射光
束はレンズ31で収束するが、レンズ31,32のあいだが狭
いため光束径はあまり小さくならない。しかし、レンズ
32,33のあいだが広いためレンズ32を通過した光束はこ
の間で拡がり、拡がった光束はレンズ33,34の間が狭い
ためこの間では光束径があまり小さくならず、レンズ34
から出てくる光束径d1は入射光束系をdとすると、d<
d1となる。一方、第2図(B)で示すようにレンズ32が
X2、レンズ33がX3の位置にある場合は、光束がレンズ31
と32、レンズ33と34の間で光束が小さくなるため、レン
ズ34から出てくる光束径d2は、d>d2となる。したがっ
て、レンズ32,33が連続に動くことで、レンズ34から出
てくる光束径はd1からd2間で連続に変化する。
FIG. 2 is an example of an afocal zoom optical system. The lenses 31 and 33 are convex lenses, and the lenses 32 and 34 are concave lenses. The lenses 32 and 33 are configured to move continuously between X1 and X2 and between X3 and X4, respectively. When the lens 32 is at the position of X1 and the lens 33 is at the position of X4 as shown in FIG. 2 (A), the incident light beam converges at the lens 31, but the beam diameter between the lenses 31 and 32 is so small that it is too small. No. But the lens
Since the beam is wide between 32 and 33, the light beam that has passed through the lens 32 spreads during this time.The spread light beam has a narrow space between the lenses 33 and 34, so the light beam diameter does not become very small during this time.
The beam diameter d1 emerging from the incident light beam system is d <d
It becomes d1. On the other hand, as shown in FIG.
When X2 and lens 33 are at the position of X3, the luminous flux is
And 32, and the luminous flux between the lenses 33 and 34 becomes smaller, so that the luminous flux diameter d2 coming out of the lens 34 is d> d2. Therefore, as the lenses 32 and 33 move continuously, the diameter of the light beam coming out of the lens changes continuously between d1 and d2.

具体的に数値を代入してみる。 Let's specifically substitute a numerical value.

例えば、 f=50mm λ=0.5μm d=2mm のとき、 アフォーカルズームの倍率を0.25×〜2×にすると、
レンズ34から出てくる光束径は、 2 ×の時 d1=4 mm 0.25×の時 d2=0.5mm したがってレンズ23によってピンホール24上に生じる
スポットの径は、 2 ×の時 φ1=7.6μm 0.25×の時 φ2=61 μm となる。
For example, when f = 50 mm, λ = 0.5 μm, and d = 2 mm, if the magnification of the afocal zoom is 0.25 × to 2 ×,
The diameter of the luminous flux emerging from the lens 34 is 2 × d1 = 4 mm 0.25 × d2 = 0.5 mm Therefore, the diameter of the spot formed on the pinhole 24 by the lens 23 is 2 × φ1 = 7.6 μm 0.25 When x, φ2 = 61 μm.

ピンホール24の径を15μm程度にすると、試料から戻
ってくる光の光量が少ない場合には、アフォーカルズー
ムの倍率を1×〜2×にする事でスポット径がピンホー
ル径より小さくなるため、ピンホールでの光量損失が少
なくなり画像が得られる。ただしこの場合光軸方向の分
解能は、ほとんど得られない。
If the diameter of the pinhole 24 is about 15 μm, the spot diameter becomes smaller than the pinhole diameter by setting the magnification of the afocal zoom to 1 × to 2 × when the amount of light returning from the sample is small. The loss of light quantity at the pinhole is reduced, and an image is obtained. However, in this case, the resolution in the optical axis direction can hardly be obtained.

また、試料から戻ってくる光の光量が多い場合には、
アフォーカルズームの倍率を0.25×〜0.7×にする事で
スポット径がピンホール径より大きくなるため、ピンホ
ールでの光量損失はあるものの、軸方向の分解能を持ち
ながら画像も得られる。
If the amount of light returning from the sample is large,
By setting the magnification of the afocal zoom to 0.25 × to 0.7 ×, the spot diameter becomes larger than the pinhole diameter, so that although there is a light amount loss at the pinhole, an image can be obtained while having axial resolution.

以上のように、試料から戻ってくる光の光量に応じて
アフォーカルズームの倍率を連続に変化させることで、
画像を得るための最適な状態が実現される。
As described above, by continuously changing the magnification of the afocal zoom according to the amount of light returning from the sample,
An optimal state for obtaining an image is realized.

本実施例では具体的な数値を挙げて説明したが、特に
この数値に限定されるものではない。またアフォーカル
ズーム光学系のレンズの種類や枚数などについても同様
に制限はない。
Although the present embodiment has been described using specific numerical values, the present invention is not particularly limited to these numerical values. Similarly, there is no limitation on the type and number of lenses of the afocal zoom optical system.

本発明による第2実施例を第3図に示す。第9図と同
じ構成要素には同じ符号を付けてその作用については説
明を省略する。
FIG. 3 shows a second embodiment according to the present invention. The same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description of the operation is omitted.

本実施例も第1実施例と同様にスポット径を変化させ
るものである。
In this embodiment, the spot diameter is changed similarly to the first embodiment.

本実施例ではスポットの直径を変化させるために、
(1)式のfの値を変化させる方法をもちいる。そこで
ここでは、fの値を変化させるために、1次元CCD27の
前に焦点距離可変光学系40を配置してある。
In this embodiment, in order to change the diameter of the spot,
A method of changing the value of f in equation (1) is used. Therefore, here, a variable focal length optical system 40 is arranged in front of the one-dimensional CCD 27 in order to change the value of f.

第4図は焦点距離可変光学系の例であり、レンズ41は
凹レンズ、レンズ42は凸レンズである。この焦点可変光
学系の2枚のレンズの合成焦点距離fは、近軸理論で求
めると、2枚のレンズの焦点距離をそれぞれf1,f2と
し、2枚のレンズの間隔をtとすると、 1/f=1/f1+1/f2−t/(f1×f2) で表される。したがってfを変化させるにはレンズ間隔
tを変化させればよい。
FIG. 4 shows an example of a variable focal length optical system. The lens 41 is a concave lens, and the lens 42 is a convex lens. When the composite focal length f of the two lenses of the variable focus optical system is determined by paraxial theory, if the focal lengths of the two lenses are f1 and f2 and the distance between the two lenses is t, then 1 / f = 1 / f1 + 1 / f2-t / (f1 × f2). Therefore, in order to change f, the lens interval t may be changed.

すなわち、第4図(A)で示すように2枚のレンズ4
1,42を近付けてレンズ間隔をt2とすると、光スポットが
集光する位置は遠く離れて焦点距離は長くなり、第4図
(B)で示すように2枚のレンズを離してレンズ間隔を
t1とすると、焦点距離は短くなる。
That is, as shown in FIG.
Assuming that the distance between the light spots is 1,2 and the distance between the lenses is t2, the focal point of the light spot is far away and the focal length is long, and as shown in FIG.
If t1, the focal length becomes shorter.

このようにレンズ間隔が変化すると焦点距離が変化
し、焦点位置が変化するため1次元CCD27の受光面の位
置とスポット位置が一致しなくなる。したがって、レン
ズ間隔の変化に応じて1次元CCDの受光面の位置とスポ
ット位置を一致させるように、焦点距離を固定した状態
でレンズ41、42を平行に移動させる移動機構が必要とな
る。
As described above, when the lens interval changes, the focal length changes and the focal position changes, so that the position of the light receiving surface of the one-dimensional CCD 27 does not match the spot position. Therefore, a moving mechanism for moving the lenses 41 and 42 in parallel with a fixed focal length is required so that the position of the light receiving surface of the one-dimensional CCD and the spot position match in accordance with the change in the lens interval.

次に具体的に数値を代入してみる。 Next, a specific numerical value will be substituted.

例えば、 レンズ41の焦点距離 f1=−20mm レンズ42の焦点距離 f2= 20mm のとき、 レンズ間隔 t1=25mm t2= 5mm とすると、 t1=25mmのとき f=16mm t2= 5mmのとき f=80mm となり、スポット径は、 t1=25mmのとき φ1= 4.9μm t2= 5mmのとき φ2=24.4μm となる。 For example, when the focal length of the lens 41 is f1 = −20 mm, the focal length of the lens 42 is f2 = 20 mm, the lens interval is t1 = 25 mm, and t2 = 5 mm. When t1 = 25 mm, f = 16 mm. The spot diameter is φ1 = 4.9 μm when t1 = 25 mm and φ2 = 24.4 μm when t2 = 5 mm.

このようにレンズ41を連続に移動させることによっ
て、スポット径を4.9μmから24.4μmまで連続に変化
させることが出来る。
By continuously moving the lens 41 in this manner, the spot diameter can be continuously changed from 4.9 μm to 24.4 μm.

従って、一次元CCDの受光面の大きさを10μm程度に
しても、第1実施例と同じように、試料からの光の光量
に応じて画像を得るための最適な状態が実現される。
Therefore, even if the size of the light receiving surface of the one-dimensional CCD is set to about 10 μm, an optimum state for obtaining an image according to the amount of light from the sample is realized as in the first embodiment.

尚、第3図は試料22が透過試料の場合、1次元CCD27
に透過光を戻すための例を示してあり、44,46はそのた
めの光学系の一例である。レンズ46は試料22を透過して
きた光を平行光束にする為、前側焦点位置がレンズ21の
集光位置に一致するように配置されている。レンズ46か
ら出た平行光束はコーナーキューブ44に入射する。この
コーナーキューブ44はその頂点Pがレンズ46の後側焦点
位置に一致するように配置されている。この為コーナー
キューブで反射された光は入射光と同じ光路を戻って行
くため透過光も1次元CCD27で検出される。
FIG. 3 shows a one-dimensional CCD 27 when the sample 22 is a transmission sample.
In the figure, there is shown an example for returning transmitted light, and reference numerals 44 and 46 denote examples of an optical system therefor. The lens 46 is arranged so that the front focal position coincides with the condensing position of the lens 21 in order to convert the light transmitted through the sample 22 into a parallel light beam. The parallel light beam emitted from the lens 46 enters the corner cube 44. The corner cube 44 is arranged such that its vertex P coincides with the rear focal position of the lens 46. Therefore, the light reflected by the corner cube returns along the same optical path as the incident light, so that the transmitted light is also detected by the one-dimensional CCD 27.

第5図は本実施例の変形例である。焦点距離を変化さ
せるために焦点可変レンズ50を用いている。焦点可変レ
ンズ50はレンズ素材に電圧源51により、電圧を加えるこ
とで、レンズ素材の屈折率が変化するものである。した
がって電圧をV1〜V2に連続的に変化させることで、1枚
のレンズで連続に焦点距離を変化させることが出来る。
第4図の場合と同様に、焦点距離を変化させたときにス
ポットが1次元CCD27上に来るように焦点可変レンズ50
を移動させる移動機構は必要である。
FIG. 5 shows a modification of the present embodiment. A variable focus lens 50 is used to change the focal length. The variable focus lens 50 changes the refractive index of the lens material by applying a voltage to the lens material by a voltage source 51. Therefore, by continuously changing the voltage from V1 to V2, the focal length can be changed continuously with one lens.
As in the case of FIG. 4, the focus variable lens 50 is adjusted so that the spot comes on the one-dimensional CCD 27 when the focal length is changed.
A moving mechanism for moving is necessary.

本実施例でも具体的な数値を挙げて説明したが、特に
この数値に限定されるものではない。また光学系のレン
ズ構成についても同じ効果を生じるものであれば、レン
ズの種類、枚数などについても同様に制限はない。
Although the present embodiment has been described using specific numerical values, the present invention is not particularly limited to these numerical values. Also, the type and number of lenses are not limited as long as the same effects can be obtained for the lens configuration of the optical system.

第6図は本発明による第3実施例である。第8図と同
じ構成要素については同じ符号を付けてその作用につい
ては説明を省略する。
FIG. 6 shows a third embodiment according to the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 8, and the description of the operation will be omitted.

本実施例では試料22からの光を集光せずに平行光束の
まま、光電検出器25に入射させている。試料22と共役で
ない位置からの光は平行光束にならないため絞り61をほ
とんど通ることが出来ない。このため、第8図の集光位
置にピンホールを置いたのと同じ作用をしている。
In this embodiment, the light from the sample 22 is incident on the photoelectric detector 25 as a parallel light beam without being collected. Light from a position that is not conjugate with the sample 22 does not become a parallel light beam, so that it can hardly pass through the stop 61. For this reason, it has the same function as the case where the pinhole is placed at the light condensing position in FIG.

本実施例では絞り61に入射する光束径を変化させるた
めに、ビームエキスパンダ部に第2図と同様のアフォー
カルズーム60を用いている。絞り61に入射する光束径は
アフォーカルズーム60を出る光束と同じである。従っ
て、アフォーカルズーム60を出る光束を連続に変化させ
ることで、試料からの光の光量に応じて画像を得るため
の最適な状態が実現できる。ただし、試料22からの光は
集光レンズ21の瞳の大きさで決まるため、アフォーカル
ズーム60を出る光束径を変化させる範囲は、集光レンズ
21の瞳の大きさよりも小さい範囲でなければならない。
また本実施例では、絞り61の径は数mmの大きさのため、
その径を変化させることも出来る。よって、アフォーカ
ルズーム60によって光束径を変化させる機能と併用する
ことで、幅広い光量調整が実現できる。
In this embodiment, an afocal zoom 60 similar to that shown in FIG. 2 is used in the beam expander in order to change the diameter of the light beam incident on the stop 61. The diameter of the light beam entering the stop 61 is the same as the light beam exiting the afocal zoom 60. Therefore, by continuously changing the luminous flux exiting the afocal zoom 60, an optimal state for obtaining an image according to the amount of light from the sample can be realized. However, since the light from the sample 22 is determined by the size of the pupil of the condenser lens 21, the range in which the diameter of the light beam exiting the afocal zoom 60 is changed
It must be smaller than the size of the 21 eyes.
In the present embodiment, the diameter of the diaphragm 61 is several mm,
Its diameter can also be varied. Therefore, by using the function of changing the light beam diameter by the afocal zoom 60, a wide range of light amount adjustment can be realized.

以上本発明の実施例について説明してきたが、アフォ
ーカルズーム光学系及び、焦点距離可変光学系はどの実
施例にも使用することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the afocal zoom optical system and the variable focal length optical system can be used in any of the embodiments.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明による共焦点光学系は、ピンホール径もしくは
受光面の大きさは一定のままでピンホール径もしくは受
光面の大きさを連続的に変化させたのと同じ効果が簡単
に実現できる事である。
The confocal optical system according to the present invention can easily realize the same effect as continuously changing the pinhole diameter or the size of the light receiving surface while keeping the pinhole diameter or the size of the light receiving surface constant. is there.

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

第1図および第2図は本発明の第1実施例の光学系を示
す図、第3図および第4図は第2実施例の光学系を示す
図、第5図は第2実施例の変形例を示す図、第6図は第
3実施例の光学系を示す図、第7図は共焦点光学系の原
理を示す図、第8図および第9図は共焦点光学系の従来
例を示す図である。 1,11……光源、6,24……ピンホール 7,25……光電検出器、27……一次元CCD 30,60……アフォーカルズーム光学系 40……焦点距離可変光学系、61……絞り
1 and 2 are diagrams showing an optical system of a first embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an optical system of a second embodiment, and FIG. 5 is a diagram of the second embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a modification, FIG. 6 is a diagram showing an optical system of a third embodiment, FIG. 7 is a diagram showing the principle of a confocal optical system, and FIGS. 8 and 9 are conventional examples of a confocal optical system. FIG. 1,11 light source, 6,24 pinhole 7,25 photoelectric detector, 27, one-dimensional CCD 30,60 afocal zoom optical system 40, variable focal length optical system, 61 … Aperture

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源から出た光を対物レンズで試料上に集
光し、該試料で発生した光を前記対物レンズの集光位置
と共役な関係に配置された開口を介して光電検出素子で
受光する共焦点光学系において、前記試料からの戻り光
を前記開口上に集光させる集光レンズと、該集光レンズ
により集光される試料からの戻り光のスポット径を可変
させるスポット径変換光学系を備えたことを特徴とする
共焦点光学系。
A light emitted from a light source is condensed on a sample by an objective lens, and light generated by the sample is photoelectrically detected through an opening arranged in a conjugate relationship with a condensing position of the objective lens. A condensing lens for condensing the return light from the sample on the aperture, and a spot diameter for varying the spot diameter of the return light from the sample condensed by the condensing lens A confocal optical system comprising a conversion optical system.
【請求項2】光源から出た光を対物レンズで試料上に集
光し、該試料で発生した光を前記対物レンズの集光位置
と共役な位置に配置された少なくとも一次元方向の認識
可能な光電検出素子で受光する共焦点光学系において、
前記試料からの戻り光を前記光電検出素子上に集光させ
る集光レンズと、該集光レンズにより集光される試料か
らの戻り光のスポット径を可変させるスポット径変換光
学系を備えたことを特徴とする共焦点光学系。
2. A light emitted from a light source is condensed on a sample by an objective lens, and light generated by the sample is recognizable in at least a one-dimensional direction disposed at a position conjugate with a condensing position of the objective lens. In a confocal optical system that receives light with a simple photoelectric detection element,
A condenser lens for condensing the return light from the sample on the photoelectric detection element, and a spot diameter conversion optical system for changing a spot diameter of the return light from the sample condensed by the condenser lens. A confocal optical system.
【請求項3】前記スポット径変換光学系は、前記集光レ
ンズの入射光束径を可変させることを特徴とする請求項
1または2に記載の共焦点光学系。
3. The confocal optical system according to claim 1, wherein the spot diameter conversion optical system changes an incident light beam diameter of the condenser lens.
【請求項4】前記スポット径変換光学系は、前記集光レ
ンズの焦点距離を可変させることを特徴とする請求項1
または2に記載の共焦点光学系。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the spot diameter conversion optical system changes a focal length of the condenser lens.
Or the confocal optical system according to 2.
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