JP2987229B2 - 共焦点光学系 - Google Patents
共焦点光学系Info
- Publication number
- JP2987229B2 JP2987229B2 JP3113514A JP11351491A JP2987229B2 JP 2987229 B2 JP2987229 B2 JP 2987229B2 JP 3113514 A JP3113514 A JP 3113514A JP 11351491 A JP11351491 A JP 11351491A JP 2987229 B2 JP2987229 B2 JP 2987229B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- objective lens
- optical system
- reflected
- sample surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
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、ピンホール２６の背面に配置された光電検出素子３
０で受光される。ピンホール２６は集光レンズ２４の焦
点面に配置される。このため、合焦位置にない試料面
（例えば２３）で反射された光は、破線で示す光路に沿
って進みピンホール２６をほとんど通過できず、合焦位
置の試料面２２からの光のみがピンホール２６を通過す
る。従って、このような共焦点光学系により得られる画
像はコントラストのある解像度の高いものとなる。また
光学系は光軸方向に分解能を有し、いわゆるオプチカル
スライスが可能となる。
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、ピンホール２６の背面に配置された光電検出素子３
０で受光される。ピンホール２６は集光レンズ２４の焦
点面に配置される。このため、合焦位置にない試料面
（例えば２３）で反射された光は、破線で示す光路に沿
って進みピンホール２６をほとんど通過できず、合焦位
置の試料面２２からの光のみがピンホール２６を通過す
る。従って、このような共焦点光学系により得られる画
像はコントラストのある解像度の高いものとなる。また
光学系は光軸方向に分解能を有し、いわゆるオプチカル
スライスが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような共焦点光学
系においては、ピンホール２６の径は数十μｍと非常に
小さいため、絞り調整などの理由からピンホールを交換
した際などの光学調整が大変である。このような不都合
を解消する光学系として図５に示すものが提案されてい
る。この光学系では検出器３０の手前には、集光レンズ
及びピンホールがなく比較的大きな径を有する絞り２８
が配置される。この光学系は図４の光学系の性能と同等
であるが、絞りの径が比較的大きい分だけ光学調整は容
易となる。しかし、合焦位置からズレた試料面からの反
射光の逸散を考慮し、試料面２２（あるいは偏光ビーム
スプリッター１６）から絞り２８までの距離は長く設定
しなければならない。具体的には偏光ビームスプリッタ
ー１６と絞り２８との間の距離は２ｍ程度を必要とす
る。このため装置が大型になるという不都合がある。つ
まり、図４の光学系ではビームスプリッター１６と絞り
２８との間の距離は２０〜３０ｃｍであったのに対し、
図５の光学系ではビームスプリッター１６の後方に２つ
のミラーを配置して２回折り返したとしても偏光ビーム
スプリッター１６と絞り２８との間の距離は７０ｃｍ程
度となる。しかしながら、ミラーの数を増やせば装置を
小型化できるが、ミラーの反射率を考慮するとこれ以上
のミラーを配置することは好ましくない。
系においては、ピンホール２６の径は数十μｍと非常に
小さいため、絞り調整などの理由からピンホールを交換
した際などの光学調整が大変である。このような不都合
を解消する光学系として図５に示すものが提案されてい
る。この光学系では検出器３０の手前には、集光レンズ
及びピンホールがなく比較的大きな径を有する絞り２８
が配置される。この光学系は図４の光学系の性能と同等
であるが、絞りの径が比較的大きい分だけ光学調整は容
易となる。しかし、合焦位置からズレた試料面からの反
射光の逸散を考慮し、試料面２２（あるいは偏光ビーム
スプリッター１６）から絞り２８までの距離は長く設定
しなければならない。具体的には偏光ビームスプリッタ
ー１６と絞り２８との間の距離は２ｍ程度を必要とす
る。このため装置が大型になるという不都合がある。つ
まり、図４の光学系ではビームスプリッター１６と絞り
２８との間の距離は２０〜３０ｃｍであったのに対し、
図５の光学系ではビームスプリッター１６の後方に２つ
のミラーを配置して２回折り返したとしても偏光ビーム
スプリッター１６と絞り２８との間の距離は７０ｃｍ程
度となる。しかしながら、ミラーの数を増やせば装置を
小型化できるが、ミラーの反射率を考慮するとこれ以上
のミラーを配置することは好ましくない。
【０００４】本発明は以上の事情を考慮して成されたも
ので、光学調整が容易でしかも比較的小型な共焦点光学
系を提供することを目的とする。
ので、光学調整が容易でしかも比較的小型な共焦点光学
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】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光するための
対物レンズと、前記対物レンズのほぼ合焦位置における
試料面で反射され該対物レンズから出射された平行光束
径とほぼ同等の径の受光面を取り得る光電検出素子と、
前記対物レンズのほぼ合焦位置における試料面で反射さ
れ該対物レンズから出射された平行光束だけを反射もし
くは回折して前記光電検出素子の受光面に入射させるた
めの光学素子とを具備したこと特徴とする。
は、光源と、前記光源からの光を試料に集光するための
対物レンズと、前記対物レンズのほぼ合焦位置における
試料面で反射され該対物レンズから出射された平行光束
径とほぼ同等の径の受光面を取り得る光電検出素子と、
前記対物レンズのほぼ合焦位置における試料面で反射さ
れ該対物レンズから出射された平行光束だけを反射もし
くは回折して前記光電検出素子の受光面に入射させるた
めの光学素子とを具備したこと特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の共焦点光学系では、光電検出素子の手
前に試料からの光の特定の入射角度の光だけを反射もし
くは回折する光学素子が配置される。このような光学素
子としては角度依存性ミラー、音響光学素子又は臨界角
プリズムなどがある。この光学素子により、対物レンズ
のほぼ合焦位置における試料面で反射して該対物レンズ
からの特定の角度の光であるほぼ平行な光が強く反射も
しくは回折されて光電検出素子に入る。一方、それ以外
の対物レンズが合焦位置にない試料面からの光、すなわ
ち対物レンズが非合焦位置にある試料面で反射した該対
物レンズからの光はほとんど反射もしくは回折されな
い。この結果、短い距離で合焦位置にある試料面からの
光のみを効率よく取り出せるので装置を小型化すること
ができる。
前に試料からの光の特定の入射角度の光だけを反射もし
くは回折する光学素子が配置される。このような光学素
子としては角度依存性ミラー、音響光学素子又は臨界角
プリズムなどがある。この光学素子により、対物レンズ
のほぼ合焦位置における試料面で反射して該対物レンズ
からの特定の角度の光であるほぼ平行な光が強く反射も
しくは回折されて光電検出素子に入る。一方、それ以外
の対物レンズが合焦位置にない試料面からの光、すなわ
ち対物レンズが非合焦位置にある試料面で反射した該対
物レンズからの光はほとんど反射もしくは回折されな
い。この結果、短い距離で合焦位置にある試料面からの
光のみを効率よく取り出せるので装置を小型化すること
ができる。
【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一実施例を図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２
２に集光される。その集束点は、試料面２２を観察する
際に、試料面２２に対して相対的に移動される。これ
は、図示しない機構により試料面２２を移動させたり、
光束を振る走査系を光学系中に設けたりすることにより
達成される。対物レンズ２０のほぼ合焦位置における試
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
過した平行光束は角度依存性ミラー３２で反射された
後、絞り２８を通って光電検出素子３０に入射する。角
度依存性ミラー３２は、特定の角度で入射した光、すな
わち対物レンズ２０のほぼ合焦位置における試料面２２
で反射され対物レンズ２０から出射された平行光束のみ
を反射し、他の角度で入射した光はほとんど反射しない
特性を有するもので、図１の光学系では４５°の角度で
入射する光のみを反射するものを用いている。従って、
対物レンズ２０が非合焦位置にある試料面からの反射光
は、４５°の角度で入射しないために反射されず、光電
検出素子３０に到達しない。このため、偏光ビームスプ
リッター１６から光電検出素子３０までの光路長を長く
する必要がなくなり、装置の小型化が可能となる。ま
た、光電検出素子３０の手前に配置する絞り２８は、こ
の光電検出素子３０でもとりきれない成分をとり除くと
いう補助的な役目をはたすものである。
がら説明する。本発明の共焦点光学系の一実施例を図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２
２に集光される。その集束点は、試料面２２を観察する
際に、試料面２２に対して相対的に移動される。これ
は、図示しない機構により試料面２２を移動させたり、
光束を振る走査系を光学系中に設けたりすることにより
達成される。対物レンズ２０のほぼ合焦位置における試
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
過した平行光束は角度依存性ミラー３２で反射された
後、絞り２８を通って光電検出素子３０に入射する。角
度依存性ミラー３２は、特定の角度で入射した光、すな
わち対物レンズ２０のほぼ合焦位置における試料面２２
で反射され対物レンズ２０から出射された平行光束のみ
を反射し、他の角度で入射した光はほとんど反射しない
特性を有するもので、図１の光学系では４５°の角度で
入射する光のみを反射するものを用いている。従って、
対物レンズ２０が非合焦位置にある試料面からの反射光
は、４５°の角度で入射しないために反射されず、光電
検出素子３０に到達しない。このため、偏光ビームスプ
リッター１６から光電検出素子３０までの光路長を長く
する必要がなくなり、装置の小型化が可能となる。ま
た、光電検出素子３０の手前に配置する絞り２８は、こ
の光電検出素子３０でもとりきれない成分をとり除くと
いう補助的な役目をはたすものである。
【０００８】本発明の別の実施例を図２に示す。図にお
いて、図１の光学系と同等の光学素子には同一の符号を
付してその説明は省略する。この光学系では、偏光ビー
ムスプリッター１６を通過した光は、その後方に配置さ
れた音響光学素子３４に入射する。音響光学素子３４
は、これに入射した光のうち特定の角度の光だけを効率
的に回折させる特性を有しており、ここでは、対物レン
ズ２０のほぼ合焦位置における試料面２２で反射され対
物レンズ２０から出射された平行光束を効率的に回折さ
せるのに用いる。このため、音響光学素子３４に入射し
た平行光束は一様に回折され、その全てが絞り２８を通
過して光電検出素子３０に入射する。逆に、対物レンズ
が非合焦位置にある試料面からの反射光である非平行光
束は、音響光学素子３４により回折されるが、回折効率
が低いため光電検出素子３０ではほとんど検出されな
い。従って、上述の実施例と同様に、装置構成が小型で
光学調整の容易な共焦点光学系が得られる。
いて、図１の光学系と同等の光学素子には同一の符号を
付してその説明は省略する。この光学系では、偏光ビー
ムスプリッター１６を通過した光は、その後方に配置さ
れた音響光学素子３４に入射する。音響光学素子３４
は、これに入射した光のうち特定の角度の光だけを効率
的に回折させる特性を有しており、ここでは、対物レン
ズ２０のほぼ合焦位置における試料面２２で反射され対
物レンズ２０から出射された平行光束を効率的に回折さ
せるのに用いる。このため、音響光学素子３４に入射し
た平行光束は一様に回折され、その全てが絞り２８を通
過して光電検出素子３０に入射する。逆に、対物レンズ
が非合焦位置にある試料面からの反射光である非平行光
束は、音響光学素子３４により回折されるが、回折効率
が低いため光電検出素子３０ではほとんど検出されな
い。従って、上述の実施例と同様に、装置構成が小型で
光学調整の容易な共焦点光学系が得られる。
【０００９】本発明のさらに別の実施例を図３に示す。
図において、図１の光学系と同等の光学素子には同一の
符号を付してその説明は省略する。この光学系では、偏
光ビームスプリッター１６を通過した平行光束は、その
後方に配置された２つの臨界角プリズム３６と３８で反
射された後、絞り２８を通過して光電検出素子３０に達
する。臨界角プリズム３６と３８は、対物レンズ２０の
ほぼ合焦位置における試料面２２で反射され対物レンズ
２０から出射された平行光束が反射面に臨界角で入射す
るように配置してあるため、平行光束は反射面でほぼ全
反射されてほとんど損失なく進行方向が変えられて光電
検出素子に到達する。ところが、対物レンズ２０が非合
焦位置にある試料からの反射光は対物レンズ２０で非平
行光束となり、その光束径のほぼ半分は臨界角プリズム
３６の反射面で透過され、残りのほぼ半分の光束も臨界
角プリズム３８の反射面で透過される。結果、非合焦位
置における試料２２で反射され対物レンズ２０から出射
された非平行光束のほぼ全ては臨界角プリズム３６と３
８の各反射面で透過されてしまうためにほとんど光電検
出素子に到達しない。従って、上述した実施例と同様
に、偏光ビームスプリッター１６から光電検出素子３０
までの光路長を長く設定する必要がなく、装置を小型に
することができる。しかも、絞り２８の開口の経は比較
的大きいので光学調整も容易である。
図において、図１の光学系と同等の光学素子には同一の
符号を付してその説明は省略する。この光学系では、偏
光ビームスプリッター１６を通過した平行光束は、その
後方に配置された２つの臨界角プリズム３６と３８で反
射された後、絞り２８を通過して光電検出素子３０に達
する。臨界角プリズム３６と３８は、対物レンズ２０の
ほぼ合焦位置における試料面２２で反射され対物レンズ
２０から出射された平行光束が反射面に臨界角で入射す
るように配置してあるため、平行光束は反射面でほぼ全
反射されてほとんど損失なく進行方向が変えられて光電
検出素子に到達する。ところが、対物レンズ２０が非合
焦位置にある試料からの反射光は対物レンズ２０で非平
行光束となり、その光束径のほぼ半分は臨界角プリズム
３６の反射面で透過され、残りのほぼ半分の光束も臨界
角プリズム３８の反射面で透過される。結果、非合焦位
置における試料２２で反射され対物レンズ２０から出射
された非平行光束のほぼ全ては臨界角プリズム３６と３
８の各反射面で透過されてしまうためにほとんど光電検
出素子に到達しない。従って、上述した実施例と同様
に、偏光ビームスプリッター１６から光電検出素子３０
までの光路長を長く設定する必要がなく、装置を小型に
することができる。しかも、絞り２８の開口の経は比較
的大きいので光学調整も容易である。
【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。例えば偏光ビームスプリッター１６
とλ／４板１８とを用いる代わりに、特定の波長領域の
光のみを反射し、残りの波長領域の光を透過するダイク
ロイックミラーを用いることもできる。また、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。例えば偏光ビームスプリッター１６
とλ／４板１８とを用いる代わりに、特定の波長領域の
光のみを反射し、残りの波長領域の光を透過するダイク
ロイックミラーを用いることもできる。また、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】本発明の共焦点光学系では、光電検出素子
の手前に設けた光学素子により、対物レンズの非合焦位
置における試料面で反射され対物レンズから出射された
非平行光束はほとんど反射もしくは回折されず、対物レ
ンズのほぼ合焦位置における試料面で反射され対物レン
ズから出射された平行光束は強く反射もしくは回折され
るため、短い光路長で所定の角度の光のみを取り出すこ
とが可能となり、装置の小型化を図ることができる。し
かも、光電検出素子の前には、ピンホールではなく、比
較的大きな径の絞りを配置するので光学調整も容易に行
なうことができる。
の手前に設けた光学素子により、対物レンズの非合焦位
置における試料面で反射され対物レンズから出射された
非平行光束はほとんど反射もしくは回折されず、対物レ
ンズのほぼ合焦位置における試料面で反射され対物レン
ズから出射された平行光束は強く反射もしくは回折され
るため、短い光路長で所定の角度の光のみを取り出すこ
とが可能となり、装置の小型化を図ることができる。し
かも、光電検出素子の前には、ピンホールではなく、比
較的大きな径の絞りを配置するので光学調整も容易に行
なうことができる。
【図１】本発明の共焦点光学系の一実施例を示す。
【図２】本発明の共焦点光学系の別の実施例を示す。
【図３】本発明の共焦点光学系のさらに別の実施例を示
す。
す。
【図４】従来例における共焦点光学系を示す。
【図５】ピンホールを必要としない共焦点光学系の従来
例を示す。
例を示す。
１２…光源、２０…対物レンズ、２２…試料面、３０…
光電検出素子、３２…角度依存性ミラー、３４…音響光
学素子、３６，３８…臨界角プリズム。
光電検出素子、３２…角度依存性ミラー、３４…音響光
学素子、３６，３８…臨界角プリズム。
Claims (1)
- 【請求項１】光源と、 前記光源からの光を試料に集光するための対物レンズ
と、 前記対物レンズのほぼ合焦位置における試料面で反射さ
れ該対物レンズから出射された平行光束径とほぼ同等の
径の受光面を取り得る光電検出素子と、 前記対物レンズのほぼ合焦位置における試料面で反射さ
れ該対物レンズから出射された平行光束だけを反射もし
くは回折して前記光電検出素子の受光面に入射させるた
めの光学素子とを具備したこと特徴とする共焦点光学
系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113514A JP2987229B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 共焦点光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113514A JP2987229B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 共焦点光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340911A JPH04340911A (ja) | 1992-11-27 |
| JP2987229B2 true JP2987229B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=14614270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3113514A Expired - Fee Related JP2987229B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 共焦点光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987229B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP3113514A patent/JP2987229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04340911A (ja) | 1992-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2975719B2 (ja) | 共焦点光学系 | |
| JP2603660B2 (ja) | 走査型顕微鏡 | |
| JP2585565B2 (ja) | Ｓｎ比が改善された光学装置 | |
| JP3794703B2 (ja) | マクロ走査対物レンズを用いた蛍光撮像システム | |
| JP4936818B2 (ja) | ダイクロイックプリズムによる光分割した測量機 | |
| JP4008398B2 (ja) | 位置姿勢計測装置および位置と姿勢の計測方法 | |
| JP2987229B2 (ja) | 共焦点光学系 | |
| JP3672438B2 (ja) | 光学式エンコーダ装置 | |
| US11874450B2 (en) | Oblique plane microscope for imaging a sample | |
| JP3545008B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP2571859B2 (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
| JPH1062691A (ja) | 共焦点用光スキャナ | |
| JP5861873B2 (ja) | 分光器及び顕微分光システム | |
| KR960705314A (ko) | 광 픽업 장치(Optical pick-up apparatus) | |
| JP3290705B2 (ja) | 共焦点光学系 | |
| JPH06235865A (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
| JPH1195114A (ja) | 走査型光学顕微鏡装置 | |
| JPH0442117A (ja) | 共焦点光学系 | |
| JPH09243920A (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
| JP3122690B2 (ja) | 偏光ビームスプリッタおよび光学ヘッド | |
| JP2002008249A (ja) | 光ピックアップ装置の光軸調整機 | |
| JP2757541B2 (ja) | 焦点検出装置及びそれを備えた観察装置 | |
| JP2636017B2 (ja) | 傾き検出ヘッド | |
| JPH10148505A (ja) | 光学式変位計およびこれを用いた変位測定方法 | |
| JPH0863775A (ja) | 光記録再生装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990831 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |