JP2975719B2 - 共焦点光学系 - Google Patents
共焦点光学系Info
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- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は共焦点光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】共焦点光学系は、従来の顕微鏡に比べて
結像特性に優れ、最近注目されている走査型レーザー顕
微鏡（ＳＬＭ）等において利用されている。共焦点光学
系の一例を図４に示す。光源１２から射出されたレーザ
ー光はコリメートレンズ１４により平行光束となり、偏
光ビームスプリッター１６で反射された後、対物レンズ
２０により試料面２２に集光される。試料面２２で反射
された光は対物レンズ２０に入射し再び平行光束となり
偏光ビームスプリッター１６に入射する。この光は、λ
／４板１８を２回通過することにより偏光方向が９０°
回転されるため、偏光ビームスプリッター１６を通過
し、結像レンズ２４に入射する。結像レンズ２４により
集光された光は、結像レンズ２４の焦点面に配置された
遮光板３０のピンホール３２を通過し、光電検出素子３
４で受光される。対物レンズ２０の合焦位置にある試料
面２２からの光は、実線で示した光路に沿って進み、ピ
ンホール３２を通過できるが、非合焦位置にある試料面
（例えば２３で示される）からの光は、破線で示した光
路に沿って進むため、ピンホール３２を通過できない。
従って、検出器３４により得られる画像はコントラスト
のある解像度の高いものとなる。また、このように特定
の試料面の像を得られる光学系は、光軸方向に分解能を
有することを意味し、いわゆるオプチカルスライスを行
なうことができる。
結像特性に優れ、最近注目されている走査型レーザー顕
微鏡（ＳＬＭ）等において利用されている。共焦点光学
系の一例を図４に示す。光源１２から射出されたレーザ
ー光はコリメートレンズ１４により平行光束となり、偏
光ビームスプリッター１６で反射された後、対物レンズ
２０により試料面２２に集光される。試料面２２で反射
された光は対物レンズ２０に入射し再び平行光束となり
偏光ビームスプリッター１６に入射する。この光は、λ
／４板１８を２回通過することにより偏光方向が９０°
回転されるため、偏光ビームスプリッター１６を通過
し、結像レンズ２４に入射する。結像レンズ２４により
集光された光は、結像レンズ２４の焦点面に配置された
遮光板３０のピンホール３２を通過し、光電検出素子３
４で受光される。対物レンズ２０の合焦位置にある試料
面２２からの光は、実線で示した光路に沿って進み、ピ
ンホール３２を通過できるが、非合焦位置にある試料面
（例えば２３で示される）からの光は、破線で示した光
路に沿って進むため、ピンホール３２を通過できない。
従って、検出器３４により得られる画像はコントラスト
のある解像度の高いものとなる。また、このように特定
の試料面の像を得られる光学系は、光軸方向に分解能を
有することを意味し、いわゆるオプチカルスライスを行
なうことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような共焦点光学
系では、一般に結像レンズは１枚の凸レンズで構成され
る。この結像レンズ２４に焦点距離の短いものを用いた
場合、図５に示すように、エアリディスクの径Ｗ2 は数
十μｍと非常に小さくなる。共焦点光学系では、エアリ
ディスクの径に見合った径のピンホール（開口）を使用
する必要があるため、エアリディスクの径が細くなると
ピンホールの光学的な位置調整が困難になるという不都
合がある。また逆に結像レンズ２４に焦点距離の長いも
のを用いた場合は、図６に示すように、エアリディスク
の径Ｗ3 は大きくなる。従って、ピンホールもその径が
大きいものが使用できるため光学的な調整は容易にな
る。しかしその反面、結像レンズ２４の焦点距離が長い
ので、装置が大型になるという不都合がある。
系では、一般に結像レンズは１枚の凸レンズで構成され
る。この結像レンズ２４に焦点距離の短いものを用いた
場合、図５に示すように、エアリディスクの径Ｗ2 は数
十μｍと非常に小さくなる。共焦点光学系では、エアリ
ディスクの径に見合った径のピンホール（開口）を使用
する必要があるため、エアリディスクの径が細くなると
ピンホールの光学的な位置調整が困難になるという不都
合がある。また逆に結像レンズ２４に焦点距離の長いも
のを用いた場合は、図６に示すように、エアリディスク
の径Ｗ3 は大きくなる。従って、ピンホールもその径が
大きいものが使用できるため光学的な調整は容易にな
る。しかしその反面、結像レンズ２４の焦点距離が長い
ので、装置が大型になるという不都合がある。
【０００４】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、ピンホールの位置調整が容易かつ小型な共
焦点光学系を提供することを目的とする。
れたもので、ピンホールの位置調整が容易かつ小型な共
焦点光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
の共焦点光学系は、光源と、前記光源からの光を試料に
集束させる対物レンズと、前記対物レンズからの光の集
束点を前記試料に対して相対的に移動させる移動手段
と、前記試料からの光を集束させる結像光学素子と、前
記結像光学素子からの集束光を選択的に通過させる開口
と、前記開口を通過した光を受光する光電検出素子とを
備えた共焦点光学系において、前記結像光学素子は、前
記試料側に配置された凸レンズと前記光電検出素子側に
配置された凹レンズとからなることを特徴とする。請求
項２に記載の本発明の共焦点光学系は、光源と、前記光
源からの光を試料に集束させる対物レンズと、前記対物
レンズからの光の集束点を前記試料に対して相対的に移
動させる移動手段と、前記試料からの光を集束させる結
像光学素子と、前記結像光学素子からの集束光を選択的
に通過させる開口と、前記開口を通過した光を受光する
光電検出素子とを備えた共焦点光学系において、前記結
像光学素子は、前記試料側に配置された凸面鏡と前記光
電検出素子側に配置された凹面鏡とからなることを特徴
とする。
の共焦点光学系は、光源と、前記光源からの光を試料に
集束させる対物レンズと、前記対物レンズからの光の集
束点を前記試料に対して相対的に移動させる移動手段
と、前記試料からの光を集束させる結像光学素子と、前
記結像光学素子からの集束光を選択的に通過させる開口
と、前記開口を通過した光を受光する光電検出素子とを
備えた共焦点光学系において、前記結像光学素子は、前
記試料側に配置された凸レンズと前記光電検出素子側に
配置された凹レンズとからなることを特徴とする。請求
項２に記載の本発明の共焦点光学系は、光源と、前記光
源からの光を試料に集束させる対物レンズと、前記対物
レンズからの光の集束点を前記試料に対して相対的に移
動させる移動手段と、前記試料からの光を集束させる結
像光学素子と、前記結像光学素子からの集束光を選択的
に通過させる開口と、前記開口を通過した光を受光する
光電検出素子とを備えた共焦点光学系において、前記結
像光学素子は、前記試料側に配置された凸面鏡と前記光
電検出素子側に配置された凹面鏡とからなることを特徴
とする。
【０００６】
【作用】請求項１に記載の本発明の共焦点光学系では、
結像光学素子が試料側に配置された凸レンズと光電検出
素子側に配置された凹レンズとを有している。従って、
凸レンズから光の集束点までの距離は短いが、結像光学
素子の焦点距離は実効的に長くなる。このため、この結
像素子により集束される光のエアリディスクの径は比較
的大きい。これに対応して光電検出素子の手前に配置さ
れる開口の径の大きなものとなり、その位置調整が容易
となる。また、結像光学素子から集束点までの距離が短
いので、装置が大型になることもない。請求項２に記載
の本発明の共焦点光学系では、結像光学素子が試料側に
配置された凸面鏡と光電検出素子側に配置された凹面鏡
とを有している。従って、凸面鏡から光の集束点までの
距離は短いが、結像光学素子の焦点距離は実効的に長く
なる。このため、この結像素子により集束される光のエ
アリディスクの径は比較的大きい。これに対応して光電
検出素子の手前に配置される開口の径の大きなものとな
り、その位置調整が容易となる。また、結像光学素子か
ら集束点までの距離が短いので、装置が大型になること
もない。
結像光学素子が試料側に配置された凸レンズと光電検出
素子側に配置された凹レンズとを有している。従って、
凸レンズから光の集束点までの距離は短いが、結像光学
素子の焦点距離は実効的に長くなる。このため、この結
像素子により集束される光のエアリディスクの径は比較
的大きい。これに対応して光電検出素子の手前に配置さ
れる開口の径の大きなものとなり、その位置調整が容易
となる。また、結像光学素子から集束点までの距離が短
いので、装置が大型になることもない。請求項２に記載
の本発明の共焦点光学系では、結像光学素子が試料側に
配置された凸面鏡と光電検出素子側に配置された凹面鏡
とを有している。従って、凸面鏡から光の集束点までの
距離は短いが、結像光学素子の焦点距離は実効的に長く
なる。このため、この結像素子により集束される光のエ
アリディスクの径は比較的大きい。これに対応して光電
検出素子の手前に配置される開口の径の大きなものとな
り、その位置調整が容易となる。また、結像光学素子か
ら集束点までの距離が短いので、装置が大型になること
もない。
【０００７】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。本発明の共焦点光学系の実施例を図１に
示す。光源１２から射出されたレーザー光はコリメート
レンズ１４で平行光束にされた後、偏光ビームスプリッ
ター１６で反射され、対物レンズ２０により試料面２２
に集光される。試料面２２で反射された光は対物レンズ
２０に入射し再び平行光束となり偏光ビームスプリッタ
ー１６に入射する。この光は、λ／４板１８を２回通過
することにより偏光方向が９０°回転されるため、偏光
ビームスプリッター１６を通過する。偏光ビームスプリ
ッター１６を通過した光は結像レンズ２４に入射して集
束される。この集束光は遮光板３０に設けてあるピンホ
ール（開口）３２を通って光電検出素子３４に入射す
る。この光学系において、結像レンズ２４は、光の入射
側に配置された凸レンズ２６とその後方に配置された凹
レンズ２８とで構成されている。このように構成された
結像レンズ２４は、いわゆるテレフォトタイプと呼ば
れ、入射光はまず凸レンズ２６により急激に集束され、
光束径が細くなったところで凹レンズ２８に入射し、集
束の度合が弱められる。この結果、結像レンズ２４の実
効的な集束距離は長くなるが、集束点が遠のくことはな
い。従って、集束光のエアリディスクの径は、１枚の結
像レンズを用いて同じ位置に集束させた場合に比べて太
くなる。これに応じて、遮光板３０に設けられているピ
ンホール３２も、その径が大きいものが使用される。こ
れにより、ピンホール３２の位置調整も容易に行なうこ
とができる。また、結像レンズ２４からの集束点までの
距離は、１枚の結像レンズを用いた場合と同じであるか
ら、光学系が大型になることもない。
がら説明する。本発明の共焦点光学系の実施例を図１に
示す。光源１２から射出されたレーザー光はコリメート
レンズ１４で平行光束にされた後、偏光ビームスプリッ
ター１６で反射され、対物レンズ２０により試料面２２
に集光される。試料面２２で反射された光は対物レンズ
２０に入射し再び平行光束となり偏光ビームスプリッタ
ー１６に入射する。この光は、λ／４板１８を２回通過
することにより偏光方向が９０°回転されるため、偏光
ビームスプリッター１６を通過する。偏光ビームスプリ
ッター１６を通過した光は結像レンズ２４に入射して集
束される。この集束光は遮光板３０に設けてあるピンホ
ール（開口）３２を通って光電検出素子３４に入射す
る。この光学系において、結像レンズ２４は、光の入射
側に配置された凸レンズ２６とその後方に配置された凹
レンズ２８とで構成されている。このように構成された
結像レンズ２４は、いわゆるテレフォトタイプと呼ば
れ、入射光はまず凸レンズ２６により急激に集束され、
光束径が細くなったところで凹レンズ２８に入射し、集
束の度合が弱められる。この結果、結像レンズ２４の実
効的な集束距離は長くなるが、集束点が遠のくことはな
い。従って、集束光のエアリディスクの径は、１枚の結
像レンズを用いて同じ位置に集束させた場合に比べて太
くなる。これに応じて、遮光板３０に設けられているピ
ンホール３２も、その径が大きいものが使用される。こ
れにより、ピンホール３２の位置調整も容易に行なうこ
とができる。また、結像レンズ２４からの集束点までの
距離は、１枚の結像レンズを用いた場合と同じであるか
ら、光学系が大型になることもない。
【０００８】図２は、本発明の共焦点光学系の第２の実
施例の要部、すなわち、図１の結像レンズの代わりに２
枚の反射鏡を用いたもので、中央部に開口を有する凹面
鏡４２とこれに対向して配置された小径の凸面鏡４４と
を備えている。２枚の反射鏡に入射した光は、凸面鏡４
４で遮られる一部を除いて凹面鏡４２に入射する。凹面
鏡４２に入射した光はその鏡面で反射されて収束性光束
となり凸面鏡４４に入射する。凸面鏡４４に入射した光
はその鏡面で反射されると共に集束の度合が弱められ、
凹面鏡４２の開口部を通過し、その後方に集束される。
この構成の２枚の反射鏡でも、図１を用いて説明した結
像レンズと同様、集束点までの距離を長くすることな
く、実効的な焦点距離を長くすることができる。従って
同様の効果が得られる。
施例の要部、すなわち、図１の結像レンズの代わりに２
枚の反射鏡を用いたもので、中央部に開口を有する凹面
鏡４２とこれに対向して配置された小径の凸面鏡４４と
を備えている。２枚の反射鏡に入射した光は、凸面鏡４
４で遮られる一部を除いて凹面鏡４２に入射する。凹面
鏡４２に入射した光はその鏡面で反射されて収束性光束
となり凸面鏡４４に入射する。凸面鏡４４に入射した光
はその鏡面で反射されると共に集束の度合が弱められ、
凹面鏡４２の開口部を通過し、その後方に集束される。
この構成の２枚の反射鏡でも、図１を用いて説明した結
像レンズと同様、集束点までの距離を長くすることな
く、実効的な焦点距離を長くすることができる。従って
同様の効果が得られる。
【０００９】図３は、図２に示した第２の実施例の別の
構成を示したものである。図３に示す第３の実施例もま
た図２と同様に凹面鏡４６と凸面鏡４８とで構成され、
図２の実施例と同様、集束点までの距離を長くすること
なく、実効的な焦点距離を長くすることができる。
構成を示したものである。図３に示す第３の実施例もま
た図２と同様に凹面鏡４６と凸面鏡４８とで構成され、
図２の実施例と同様、集束点までの距離を長くすること
なく、実効的な焦点距離を長くすることができる。
【００１０】本発明は上述の実施例に何等限定されるも
のではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々多くの
変形が可能である。例えば実施例では反射型の光学系を
あげて説明したが、本発明が透過型の光学系にも適用で
きることはいうまでもない。
のではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々多くの
変形が可能である。例えば実施例では反射型の光学系を
あげて説明したが、本発明が透過型の光学系にも適用で
きることはいうまでもない。
【００１１】
【発明の効果】請求項１記載の本発明の共焦点光学系で
は、結像光学素子が凸レンズと凹レンズとで構成される
ため、集束点までの距離を変えることなく焦点距離を実
効的に長くする。また、請求項２記載の本発明の共焦点
光学系では、結像光学素子が凸面鏡と凹面鏡とで構成さ
れるため、集束点までの距離を変えることなく焦点距離
を実効的に長くする。
は、結像光学素子が凸レンズと凹レンズとで構成される
ため、集束点までの距離を変えることなく焦点距離を実
効的に長くする。また、請求項２記載の本発明の共焦点
光学系では、結像光学素子が凸面鏡と凹面鏡とで構成さ
れるため、集束点までの距離を変えることなく焦点距離
を実効的に長くする。
【図１】本発明の共焦点光学系の実施例を示す。
【図２】図１の光学系に用いられる結像レンズの別の構
成を示す。
成を示す。
【図３】図１の光学系に用いられる結像レンズのさらに
別の構成を示す。
別の構成を示す。
【図４】従来例における共焦点光学系を示す。
【図５】図４の光学系において、焦点距離の短い結像レ
ンズを用いた場合の集束の様子を示す。
ンズを用いた場合の集束の様子を示す。
【図６】図４の光学系において、焦点距離の長い結像レ
ンズを用いた場合の集束の様子を示す。
ンズを用いた場合の集束の様子を示す。
１２…光源、２０…対物レンズ、２２…試料面、２４…
結像レンズ、２６…凸レンズ、２８…凹レンズ、３２…
ピンホール、３４…光電検出素子。
結像レンズ、２６…凸レンズ、２８…凹レンズ、３２…
ピンホール、３４…光電検出素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 19/00 - 21/36 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (2)
- 【請求項１】光源と、 前記光源からの光を試料に集束させる対物レンズと、 前記対物レンズからの光の集束点を前記試料に対して相
対的に移動させる移動手段と、 前記試料からの光を集束させる結像光学素子と、 前記結像光学素子からの集束光を選択的に通過させる開
口と、 前記開口を通過した光を受光する光電検出素子とを備え
た共焦点光学系において、 前記結像光学素子は、前記試料側に配置された凸レンズ
と前記光電検出素子側に配置された凹レンズとからなる
ことを特徴とする共焦点光学系。 - 【請求項２】光源と、 前記光源からの光を試料に集束させる対物レンズと、 前記対物レンズからの光の集束点を前記試料に対して相
対的に移動させる移動手段と、 前記試料からの光を集束させる結像光学素子と、 前記結像光学素子からの集束光を選択的に通過させる開
口と、 前記開口を通過した光を受光する光電検出素子とを備え
た共焦点光学系において、 前記結像光学素子は、前記試料側に配置された凸面鏡と
前記光電検出素子側に配置された凹面鏡とからなること
を特徴とする共焦点光学系。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3126054A JP2975719B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 共焦点光学系 |
| US07/863,408 US5225671A (en) | 1991-05-29 | 1992-04-03 | Confocal optical apparatus |
| US08/004,458 US5334830A (en) | 1991-05-29 | 1993-01-14 | Scanning optical microscope having a compact confocal optical system for adjusting position of aperture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3126054A JP2975719B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 共焦点光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350818A JPH04350818A (ja) | 1992-12-04 |
| JP2975719B2 true JP2975719B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=14925501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3126054A Expired - Lifetime JP2975719B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 共焦点光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5225671A (ja) |
| JP (1) | JP2975719B2 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3151260B2 (ja) * | 1991-12-09 | 2001-04-03 | オリンパス光学工業株式会社 | 落射型ｘ線顕微鏡 |
| US5880880A (en) * | 1995-01-13 | 1999-03-09 | The General Hospital Corp. | Three-dimensional scanning confocal laser microscope |
| US5813987A (en) * | 1995-08-01 | 1998-09-29 | Medispectra, Inc. | Spectral volume microprobe for analysis of materials |
| US6104945A (en) * | 1995-08-01 | 2000-08-15 | Medispectra, Inc. | Spectral volume microprobe arrays |
| US5713364A (en) * | 1995-08-01 | 1998-02-03 | Medispectra, Inc. | Spectral volume microprobe analysis of materials |
| US6847490B1 (en) | 1997-01-13 | 2005-01-25 | Medispectra, Inc. | Optical probe accessory device for use in vivo diagnostic procedures |
| US6826422B1 (en) | 1997-01-13 | 2004-11-30 | Medispectra, Inc. | Spectral volume microprobe arrays |
| JP3438855B2 (ja) * | 1997-01-23 | 2003-08-18 | 横河電機株式会社 | 共焦点装置 |
| JP3560123B2 (ja) * | 1998-03-17 | 2004-09-02 | 横河電機株式会社 | 共焦点装置 |
| JP2000162506A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 共焦点顕微鏡 |
| US6411838B1 (en) | 1998-12-23 | 2002-06-25 | Medispectra, Inc. | Systems and methods for optical examination of samples |
| US6427082B1 (en) | 1998-12-23 | 2002-07-30 | Medispectra, Incorporated | Optical methods and systems for rapid screening of the cervix |
| GB9904150D0 (en) * | 1999-02-23 | 1999-04-14 | Medical Res Council | Confocal microscope detector optics and methods for using them |
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