JP3071886B2 - 走査型光学顕微鏡の検出光学系 - Google Patents
走査型光学顕微鏡の検出光学系Info
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- JP3071886B2 JP3071886B2 JP3227438A JP22743891A JP3071886B2 JP 3071886 B2 JP3071886 B2 JP 3071886B2 JP 3227438 A JP3227438 A JP 3227438A JP 22743891 A JP22743891 A JP 22743891A JP 3071886 B2 JP3071886 B2 JP 3071886B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査型光学顕微鏡、特に
標本からの光を光検出器に導く走査型光学顕微鏡の検出
光学系に関する。
標本からの光を光検出器に導く走査型光学顕微鏡の検出
光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型光学顕微鏡は、例えば「T. Wilso
n, "Theory and Practice of Scanning Optical Micros
copy" ACADEMIC PRESS 1984」で述べられているよう
に、共焦点（コンフォーカル）モードにおいてはセクシ
ョニング効果と超解像効果を有し、非共焦点（ノンコン
フォーカル）モードにおいては通常の顕微鏡と同じ結像
特性を有することが知られている。
n, "Theory and Practice of Scanning Optical Micros
copy" ACADEMIC PRESS 1984」で述べられているよう
に、共焦点（コンフォーカル）モードにおいてはセクシ
ョニング効果と超解像効果を有し、非共焦点（ノンコン
フォーカル）モードにおいては通常の顕微鏡と同じ結像
特性を有することが知られている。
【０００３】また、例えば「T. Wilson, "Confocal Mic
roscopy" ACADEMIC PRESS 1990」で述べられているよう
に、コンフォーカルモードにおけるピンホールの大きさ
を変化させることにより、セクショニング効果と超解像
効果とを可変できることも知られている。
roscopy" ACADEMIC PRESS 1990」で述べられているよう
に、コンフォーカルモードにおけるピンホールの大きさ
を変化させることにより、セクショニング効果と超解像
効果とを可変できることも知られている。
【０００４】このような走査型光学顕微鏡の一例が PA
T. GB2184321B に開示されている。その構成において
は、レーザーから射出されたビームは走査光学系を経由
した後、対物レンズを通過して標本上にスポットを結
ぶ。標本からの光は同一の経路を逆に戻り、ビームスプ
リッターによって検出光が分離され、絞りを通って光電
子増倍管へ入射する。光電子増倍管で得られた光電変換
信号は電気的に処理され、その像がビデオモニターで観
察される。
T. GB2184321B に開示されている。その構成において
は、レーザーから射出されたビームは走査光学系を経由
した後、対物レンズを通過して標本上にスポットを結
ぶ。標本からの光は同一の経路を逆に戻り、ビームスプ
リッターによって検出光が分離され、絞りを通って光電
子増倍管へ入射する。光電子増倍管で得られた光電変換
信号は電気的に処理され、その像がビデオモニターで観
察される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この構成においては、
検出光束を小さくするための絞りが設けられており、こ
の絞りを用いてコンフォーカル効果の調整を行なうこと
ができる。しかし、絞りの最大径と最小径との比を１０
倍以上にすることは、通常の絞り機構では設計・製造が
困難である。
検出光束を小さくするための絞りが設けられており、こ
の絞りを用いてコンフォーカル効果の調整を行なうこと
ができる。しかし、絞りの最大径と最小径との比を１０
倍以上にすることは、通常の絞り機構では設計・製造が
困難である。
【０００６】このため、検出光の光束径すなわち受光面
の大きさをせいぜい１０倍程度しか変えられないため、
コンフォーカル効果の調整はできても、非共焦点（ノン
コンフォーカル）モードを実現することができない。
の大きさをせいぜい１０倍程度しか変えられないため、
コンフォーカル効果の調整はできても、非共焦点（ノン
コンフォーカル）モードを実現することができない。
【０００７】この非共焦点（ノンコンフォーカル）モー
ドはセクショニング効果を持たず、生体標本を観察する
ときの標本の位置出し等の条件設定やセクショニング像
と全体像との比較等に特に有益である。
ドはセクショニング効果を持たず、生体標本を観察する
ときの標本の位置出し等の条件設定やセクショニング像
と全体像との比較等に特に有益である。
【０００８】本発明は、コンフォーカル効果の調整がで
き、非共焦点（ノンコンフォーカル）モードも実現でき
る走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
き、非共焦点（ノンコンフォーカル）モードも実現でき
る走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、標本からの光
を光検出器に導く走査型光学顕微鏡の検出光学系であっ
て、標本からの光を光検出器へ導く比較的長い第１の光
路と、標本からの光を光検出器へ導く比較的短い第２の
光路と、第１の光路に設けられた焦点距離の比較的長い
第１の結像レンズと、第２の光路に設けられた焦点距離
の比較的短い第２の結像レンズと、光検出器の直前に配
置された測光絞りと、光検出器に向かう光の光路を第１
および第２の光路から選択する手段とを備えている。
を光検出器に導く走査型光学顕微鏡の検出光学系であっ
て、標本からの光を光検出器へ導く比較的長い第１の光
路と、標本からの光を光検出器へ導く比較的短い第２の
光路と、第１の光路に設けられた焦点距離の比較的長い
第１の結像レンズと、第２の光路に設けられた焦点距離
の比較的短い第２の結像レンズと、光検出器の直前に配
置された測光絞りと、光検出器に向かう光の光路を第１
および第２の光路から選択する手段とを備えている。
【００１０】
【作用】本発明では、比較的長い第１の光路と比較的短
い第２の光路とを用意し、光検出器へ向かう標本からの
光を第１の光路に沿って進行させることによりスポット
の投影倍率を大きくでき、第２の光路に沿って進行させ
ることによりスポットの投影倍率を小さくできる。
い第２の光路とを用意し、光検出器へ向かう標本からの
光を第１の光路に沿って進行させることによりスポット
の投影倍率を大きくでき、第２の光路に沿って進行させ
ることによりスポットの投影倍率を小さくできる。
【００１１】ここで、非共焦点（ノンコンフォーカル）
モードを達成するために必要なスポットサイズと検出器
の大きさとの関係についての考え方を以下に説明する。
モードを達成するために必要なスポットサイズと検出器
の大きさとの関係についての考え方を以下に説明する。
【００１２】外国文献「"Theory and Practice of Scan
ning Optical Microscopy" p. 72,Fig. 3.29」に示され
ているように、非共焦点モード（Type1）ではＺ方向の
位置ずれに対する検出感度はない。従って、Ｚ方向のレ
スポンスは対物レンズを通って標本面に照射されるスポ
ットのＺ方向強度分布によって決定されると考えてよ
い。ここで装置のＳ／Ｎ比からＺ方向のレスポンスをど
の範囲まで取り込めばよいかを考える。装置のＳ／Ｎ比
は通常走査変換のためにフレームメモリにストアするデ
ジタルデータの量子分解能で決まると考えて良い。すな
わち、８ビットならＳ／Ｎ＝２５６、１０ビットならＳ
／Ｎ＝１０２４と考えてよい。仮に、８ビット＝２５６
レベルで量子化するシステムだと仮定する。このとき
は、スポットの中心強度がピーク（合焦位置）の１／２
５６まで落ちるところからのボケたスポット像を取り込
めば良いと考える。このスポットのボケは回折強度分布
のような複雑な計算をしてもよいが、エネルギー分布の
計算から概略合焦時のスポット径の（２５６）1/2倍す
なわち１６倍と考えても良い。つまり非共焦点（ノンコ
ンフォーカル）モードを達成するための検出器の大きさ
は、システムのＳ／ＮをＲとしたとき、合焦位置のスポ
ット径のＲ1/2倍以上であると考える。
ning Optical Microscopy" p. 72,Fig. 3.29」に示され
ているように、非共焦点モード（Type1）ではＺ方向の
位置ずれに対する検出感度はない。従って、Ｚ方向のレ
スポンスは対物レンズを通って標本面に照射されるスポ
ットのＺ方向強度分布によって決定されると考えてよ
い。ここで装置のＳ／Ｎ比からＺ方向のレスポンスをど
の範囲まで取り込めばよいかを考える。装置のＳ／Ｎ比
は通常走査変換のためにフレームメモリにストアするデ
ジタルデータの量子分解能で決まると考えて良い。すな
わち、８ビットならＳ／Ｎ＝２５６、１０ビットならＳ
／Ｎ＝１０２４と考えてよい。仮に、８ビット＝２５６
レベルで量子化するシステムだと仮定する。このとき
は、スポットの中心強度がピーク（合焦位置）の１／２
５６まで落ちるところからのボケたスポット像を取り込
めば良いと考える。このスポットのボケは回折強度分布
のような複雑な計算をしてもよいが、エネルギー分布の
計算から概略合焦時のスポット径の（２５６）1/2倍す
なわち１６倍と考えても良い。つまり非共焦点（ノンコ
ンフォーカル）モードを達成するための検出器の大きさ
は、システムのＳ／ＮをＲとしたとき、合焦位置のスポ
ット径のＲ1/2倍以上であると考える。
【００１３】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す。Ｌ方向
から入射したレーザービームはビームスプリッター１２
で反射されミラー１４に向かう。ミラー１４で反射され
たレーザービームは、ビームを走査するための２つのガ
ルバノミラー１６と１８を経て、ミラー２０で反射され
て瞳投影レンズ２２に入射する。瞳投影レンズ２２を通
過したレーザービームは図示していない対物レンズの像
面にスポットを結び、２つのガルバノミラー１６と１８
の回転によって像面上を２次元走査される。このスポッ
トは対物レンズによって標本に集光され標本を走査す
る。標本からの反射光または蛍光は同じ経路をたどって
ビームスプリッター１２まで戻り、これを通過しミラー
２４で反射される。
から入射したレーザービームはビームスプリッター１２
で反射されミラー１４に向かう。ミラー１４で反射され
たレーザービームは、ビームを走査するための２つのガ
ルバノミラー１６と１８を経て、ミラー２０で反射され
て瞳投影レンズ２２に入射する。瞳投影レンズ２２を通
過したレーザービームは図示していない対物レンズの像
面にスポットを結び、２つのガルバノミラー１６と１８
の回転によって像面上を２次元走査される。このスポッ
トは対物レンズによって標本に集光され標本を走査す
る。標本からの反射光または蛍光は同じ経路をたどって
ビームスプリッター１２まで戻り、これを通過しミラー
２４で反射される。
【００１４】ミラー２４で反射された光ビームの光路上
には、２点鎖線で囲ったブロック２６が矢印方向に抜き
差し可能に設けられている。このブロック２６を引き抜
いたときの光路を図２に、挿入したときの光路を図３に
示す。
には、２点鎖線で囲ったブロック２６が矢印方向に抜き
差し可能に設けられている。このブロック２６を引き抜
いたときの光路を図２に、挿入したときの光路を図３に
示す。
【００１５】図２の光学系では、ミラー２４で反射され
た光ビームは結像レンズ３２に入射し集束されながら、
ミラー３４と３６と３８と４０で反射され、スポットが
コンフォーカル絞り４２に投影される。そしてコンフォ
ーカル絞り４２を通過した光が光電子増倍管４４に入射
する。なお、ミラー３４と３６はそれぞれ互いに方向の
異なる軸たとえば互いに直交する軸の周りで回転可能に
設けられており、これらのミラーの軸周りの向きを変え
て光軸の調整を行なう。ところで、一枚のミラーで光ビ
ームの方向を調整する場合、例えばｘ方向の調整を行な
った後、これに直交するｙ方向の調整を行なうと、既に
決めたｘ方向にずれが生じるためその調整が極めて困難
である。また、調整機構を設けていないものでは、非常
に厳しい精度が部品に要求されるため、部品の交換は実
質的に不可能である。しかしながら上述した本実施例の
構成によれば、ミラー３４で一方向の調整を行ない、こ
れとは異なる方向の調整をミラー３６で行なうので、非
常に容易に光軸調整を行なうことができる。
た光ビームは結像レンズ３２に入射し集束されながら、
ミラー３４と３６と３８と４０で反射され、スポットが
コンフォーカル絞り４２に投影される。そしてコンフォ
ーカル絞り４２を通過した光が光電子増倍管４４に入射
する。なお、ミラー３４と３６はそれぞれ互いに方向の
異なる軸たとえば互いに直交する軸の周りで回転可能に
設けられており、これらのミラーの軸周りの向きを変え
て光軸の調整を行なう。ところで、一枚のミラーで光ビ
ームの方向を調整する場合、例えばｘ方向の調整を行な
った後、これに直交するｙ方向の調整を行なうと、既に
決めたｘ方向にずれが生じるためその調整が極めて困難
である。また、調整機構を設けていないものでは、非常
に厳しい精度が部品に要求されるため、部品の交換は実
質的に不可能である。しかしながら上述した本実施例の
構成によれば、ミラー３４で一方向の調整を行ない、こ
れとは異なる方向の調整をミラー３６で行なうので、非
常に容易に光軸調整を行なうことができる。
【００１６】図３の光学系では、ミラー２４で反射され
た光ビームはミラー２８で反射された後に結像レンズ３
０に入射する。結像レンズ３０を通過した光ビームは集
束しながらミラー３１と３８と４０で反射され、スポッ
トがコンフォーカル絞り４２に投影される。そしてコン
フォーカル絞り４２を通過した光が光電子増倍管４４に
入射する。
た光ビームはミラー２８で反射された後に結像レンズ３
０に入射する。結像レンズ３０を通過した光ビームは集
束しながらミラー３１と３８と４０で反射され、スポッ
トがコンフォーカル絞り４２に投影される。そしてコン
フォーカル絞り４２を通過した光が光電子増倍管４４に
入射する。
【００１７】それぞれのスポットの投影倍率は、瞳投影
レンズ２２から結像レンズ３２，３０までの光路が平行
光束であるため、それぞれの結像レンズ３２，３０の焦
点距離ｆ32，ｆ30と瞳投影レンズ２２の焦点距離ｆ22と
の比で決まる。さらに標本面からは図示されていない対
物レンズの倍率Ｍobが加わるので、標本面からコンフォ
ーカル絞り４２への投影倍率は、図２の光路（共焦点モ
ード）では Ｍob×ｆ32／ｆ22 (1) 図３の光路（非共焦点モード）では Ｍob×ｆ30／ｆ22 (2) となる。
レンズ２２から結像レンズ３２，３０までの光路が平行
光束であるため、それぞれの結像レンズ３２，３０の焦
点距離ｆ32，ｆ30と瞳投影レンズ２２の焦点距離ｆ22と
の比で決まる。さらに標本面からは図示されていない対
物レンズの倍率Ｍobが加わるので、標本面からコンフォ
ーカル絞り４２への投影倍率は、図２の光路（共焦点モ
ード）では Ｍob×ｆ32／ｆ22 (1) 図３の光路（非共焦点モード）では Ｍob×ｆ30／ｆ22 (2) となる。
【００１８】ここで対物レンズの倍率を６０倍、開口数
を１．４とすると、波長λ＝０．５μｍのときの標本面
上のスポット径は、１．２２×０．５／１．４＝０．４
３６μｍとなる。これに（１）式、（２）式で求まる倍
率をかけると、コンフォーカル絞り４２上でのスポット
径が計算できる。ここでｆ32＝４０００ｍｍ、ｆ30＝２
００ｍｍとすると、コンフォーカル絞り４２上でのスポ
ット径は、図２の光路（共焦点モード）では ０．４３６×１０ー3×６０×４０００／５０＝２．０９ｍｍ 図３の光路（非共焦点モード）では ０．４３６×１０ー3×６０×２００／５０＝０．１０ｍｍ となる。
を１．４とすると、波長λ＝０．５μｍのときの標本面
上のスポット径は、１．２２×０．５／１．４＝０．４
３６μｍとなる。これに（１）式、（２）式で求まる倍
率をかけると、コンフォーカル絞り４２上でのスポット
径が計算できる。ここでｆ32＝４０００ｍｍ、ｆ30＝２
００ｍｍとすると、コンフォーカル絞り４２上でのスポ
ット径は、図２の光路（共焦点モード）では ０．４３６×１０ー3×６０×４０００／５０＝２．０９ｍｍ 図３の光路（非共焦点モード）では ０．４３６×１０ー3×６０×２００／５０＝０．１０ｍｍ となる。
【００１９】このとき、共焦点モードではスポット径の
１６倍（Ｒ1/2倍）の１．６ｍｍより大きな開口を持つ
コンフォーカル絞り４２と検出器を用意すれば非共焦点
効果が得られる。
１６倍（Ｒ1/2倍）の１．６ｍｍより大きな開口を持つ
コンフォーカル絞り４２と検出器を用意すれば非共焦点
効果が得られる。
【００２０】ここで、コンフォーカル効果を調整するた
めのコンフォーカル絞り４２の絞り径ＤPの設定につい
て説明する。共焦点モードにおけるスポット径をＤAと
すると、外国文献「"CONFOCAL MICROSCOPY" pp. 94-9
5」の記述によれば絞りの最小径を約１／８ＤAまで絞れ
ば充分であるとしており、上記共焦点モードの場合１／
８×２．０９＝０．２６ｍｍの最小径が必要となる。こ
の場合、もし絞り径の小さいものが製造困難である場合
にはピンホールのような単一開口を切換交換可能に挿入
できるよう構成してもよいが、絞り方式とする場合に
は、絞り径ＤPを０．１２５ＤA≦ＤP≦１．２５ＤAの範
囲内で可変できるようにしておけばコンフォーカル効果
を十分調整できる。
めのコンフォーカル絞り４２の絞り径ＤPの設定につい
て説明する。共焦点モードにおけるスポット径をＤAと
すると、外国文献「"CONFOCAL MICROSCOPY" pp. 94-9
5」の記述によれば絞りの最小径を約１／８ＤAまで絞れ
ば充分であるとしており、上記共焦点モードの場合１／
８×２．０９＝０．２６ｍｍの最小径が必要となる。こ
の場合、もし絞り径の小さいものが製造困難である場合
にはピンホールのような単一開口を切換交換可能に挿入
できるよう構成してもよいが、絞り方式とする場合に
は、絞り径ＤPを０．１２５ＤA≦ＤP≦１．２５ＤAの範
囲内で可変できるようにしておけばコンフォーカル効果
を十分調整できる。
【００２１】しかし、細胞等の生物標本からの蛍光を検
出するような用途においては、検出光が極めて弱いので
絞り径をあまり小さくすると測光できないという不都合
があり、セクショニング効果および超解像効果を少々犠
牲にしても検出系を明るくしたいという要求がある。従
って、このような用途では約１０倍の開口径可変範囲を
ＤAを中心に比例配分し、０．３２ＤA≦ＤP≦３．２ＤA
とすることが望ましい。つまり、コンフォーカル絞りの
径ＤPは用途に応じて工業分野の半導体標本等の反射率
が高い標本などでは高分解能を得るため小さめ（０．１
２５ＤA≦ＤP≦１．２５ＤA）に設定し、生物・医学分
野の生物標本等の微弱蛍光を観察する標本では明るさを
確保するため大きめ（０．３２ＤA≦ＤP≦３．２ＤA）
に設定すると良い。２つの応用分野の双方をカバーする
ためには、前述のようなピンホール開口を挿入してもよ
いし、本実施例で示した構成を利用してスポット径を切
り換えて工業分野向けの各用途に最適な光学系を切り換
えることも可能である。
出するような用途においては、検出光が極めて弱いので
絞り径をあまり小さくすると測光できないという不都合
があり、セクショニング効果および超解像効果を少々犠
牲にしても検出系を明るくしたいという要求がある。従
って、このような用途では約１０倍の開口径可変範囲を
ＤAを中心に比例配分し、０．３２ＤA≦ＤP≦３．２ＤA
とすることが望ましい。つまり、コンフォーカル絞りの
径ＤPは用途に応じて工業分野の半導体標本等の反射率
が高い標本などでは高分解能を得るため小さめ（０．１
２５ＤA≦ＤP≦１．２５ＤA）に設定し、生物・医学分
野の生物標本等の微弱蛍光を観察する標本では明るさを
確保するため大きめ（０．３２ＤA≦ＤP≦３．２ＤA）
に設定すると良い。２つの応用分野の双方をカバーする
ためには、前述のようなピンホール開口を挿入してもよ
いし、本実施例で示した構成を利用してスポット径を切
り換えて工業分野向けの各用途に最適な光学系を切り換
えることも可能である。
【００２２】結像レンズ３２の焦点距離はｆ32＝４００
０ｍｍと長いが、このレンズをテレフォトタイプの２群
レンズとすることにより光路長を短縮し、装置をよりコ
ンパクトに構成することができる。この場合の光学系の
検出光路（ビームスプリッター１２から光電子増倍管４
４までの光路）の上面図を図４に示す。すでに説明した
ように２点鎖線で囲われたブロック２６を紙面の法線方
向に抜き差しして光路を変えることにより結像レンズ３
０，３２を選択して使用できる。共焦点モードの光路を
構成する部品は移動しないので芯ズレ等の問題はない。
また、結像レンズ３０がブロック２６と共に移動するよ
う結像レンズ３０をブロック２６に固定しても良いが、
ブロック２６と共に移動する部材はミラー２８と３１だ
けとし、結像レンズ３０をブロック２６の外部に固定し
ても良い。
０ｍｍと長いが、このレンズをテレフォトタイプの２群
レンズとすることにより光路長を短縮し、装置をよりコ
ンパクトに構成することができる。この場合の光学系の
検出光路（ビームスプリッター１２から光電子増倍管４
４までの光路）の上面図を図４に示す。すでに説明した
ように２点鎖線で囲われたブロック２６を紙面の法線方
向に抜き差しして光路を変えることにより結像レンズ３
０，３２を選択して使用できる。共焦点モードの光路を
構成する部品は移動しないので芯ズレ等の問題はない。
また、結像レンズ３０がブロック２６と共に移動するよ
う結像レンズ３０をブロック２６に固定しても良いが、
ブロック２６と共に移動する部材はミラー２８と３１だ
けとし、結像レンズ３０をブロック２６の外部に固定し
ても良い。
【００２３】本発明の第２の実施例を図５に示す。本実
施例では、共焦点モードの光学系は第１の実施例と同一
であるが、ミラー２４と３８の間に焦点距離の小さい結
像レンズ３０が配置され、２枚のミラー２４と３８は移
動可能に設けられており必要に応じて光路から取り除く
ことができるよう構成されている。２枚のミラー２４と
３８を取り除いた場合、光ビームはミラー２４と３８の
間に配置されている焦点距離の短い結像レンズ３０を通
過してミラー４０に達する。これにより第１の実施例と
同様の作用・効果が得られる。この構成によれば、移動
するのは２枚のミラー２４と３８だけで済み、第１の実
施例では必要だったミラー２８と３１が不要となり構造
上シンプルである。
施例では、共焦点モードの光学系は第１の実施例と同一
であるが、ミラー２４と３８の間に焦点距離の小さい結
像レンズ３０が配置され、２枚のミラー２４と３８は移
動可能に設けられており必要に応じて光路から取り除く
ことができるよう構成されている。２枚のミラー２４と
３８を取り除いた場合、光ビームはミラー２４と３８の
間に配置されている焦点距離の短い結像レンズ３０を通
過してミラー４０に達する。これにより第１の実施例と
同様の作用・効果が得られる。この構成によれば、移動
するのは２枚のミラー２４と３８だけで済み、第１の実
施例では必要だったミラー２８と３１が不要となり構造
上シンプルである。
【００２４】本発明の第３の実施例を図６に示す。本実
施例では、共焦点モードの光学系は第１の実施例と同じ
である。ミラー２４は回転可能に設けられており、光ビ
ームを図の矢印ａまたは矢印ｂの方向に選択的に曲げる
ことができる。ミラー２４により矢印ａの方向に曲げら
れた光ビームは、焦点距離の短い結像レンズ３０を通過
して光電子増倍管４６に入射する。この光電子増倍管４
６は、光電子増倍管４４とは別に設けてもよいが、光電
子増倍管４４を図中の光電子増倍管４６の位置に移動で
きるように構成したり、光ファイバー等を用いて検出光
を光電子増倍管４６の位置から光電子増倍管４４へ導く
などして、光電子増倍管４４を共用してもよい。また、
一般に非共焦点モードの時は検出光が明るいので光電子
増倍管４６をフォトダイオード等の半導体素子にしても
構わない。また、本実施例においては光束径より大きな
検出器を用いれば光束の全体を取り込めるので焦点距離
の短い結像レンズ３０を省略しても非共焦点モードが実
現できる。
施例では、共焦点モードの光学系は第１の実施例と同じ
である。ミラー２４は回転可能に設けられており、光ビ
ームを図の矢印ａまたは矢印ｂの方向に選択的に曲げる
ことができる。ミラー２４により矢印ａの方向に曲げら
れた光ビームは、焦点距離の短い結像レンズ３０を通過
して光電子増倍管４６に入射する。この光電子増倍管４
６は、光電子増倍管４４とは別に設けてもよいが、光電
子増倍管４４を図中の光電子増倍管４６の位置に移動で
きるように構成したり、光ファイバー等を用いて検出光
を光電子増倍管４６の位置から光電子増倍管４４へ導く
などして、光電子増倍管４４を共用してもよい。また、
一般に非共焦点モードの時は検出光が明るいので光電子
増倍管４６をフォトダイオード等の半導体素子にしても
構わない。また、本実施例においては光束径より大きな
検出器を用いれば光束の全体を取り込めるので焦点距離
の短い結像レンズ３０を省略しても非共焦点モードが実
現できる。
【００２５】本発明の第４の実施例を図７に示す。本実
施例では、基本光学系は第１の実施例と同じであるが、
結像レンズ４８が焦点距離可変光学系である点が異な
る。これにより、図１の焦点距離の異なる２つの結像レ
ンズ３０と３２を１つの焦点距離可変光学系で兼用する
ことができる。焦点距離を変化させたとき、スポット像
がコンフォーカル絞り４２上に結像するよう、ミラー３
４と３６を移動させて光路長を調整する。このように、
ミラー３４と３６を焦点距離の変化に連動して図中の矢
印方向に移動させることにより、スポットの投影倍率を
連続的に変化させることもでき、コンフォーカル絞り４
２を廃止してコンフォーカル効果の調整を光学系の調整
のみで行なえ、共焦点モードから非共焦点モードまで連
続的に変化させることも可能となる。なお、図７では凹
レンズと凸レンズの間隔調整による焦点距離可変光学系
を図示したが、液晶等によるバリフォーカルレンズを使
用することも可能であることはいうまでもない。
施例では、基本光学系は第１の実施例と同じであるが、
結像レンズ４８が焦点距離可変光学系である点が異な
る。これにより、図１の焦点距離の異なる２つの結像レ
ンズ３０と３２を１つの焦点距離可変光学系で兼用する
ことができる。焦点距離を変化させたとき、スポット像
がコンフォーカル絞り４２上に結像するよう、ミラー３
４と３６を移動させて光路長を調整する。このように、
ミラー３４と３６を焦点距離の変化に連動して図中の矢
印方向に移動させることにより、スポットの投影倍率を
連続的に変化させることもでき、コンフォーカル絞り４
２を廃止してコンフォーカル効果の調整を光学系の調整
のみで行なえ、共焦点モードから非共焦点モードまで連
続的に変化させることも可能となる。なお、図７では凹
レンズと凸レンズの間隔調整による焦点距離可変光学系
を図示したが、液晶等によるバリフォーカルレンズを使
用することも可能であることはいうまでもない。
【００２６】上述の実施例では光ビームを偏向するため
の反射光学素子にミラーを使用したが、ミラーの代わり
に全反射プリズムを使用してもよい。この場合、ミラー
を用いた場合に避けられない以下の不都合を解消するこ
とができる。すなわち、反射光学素子にミラーを用いた
場合には、一枚のミラーの反射率は９０％前後であるた
めに多数のミラーを使用した場合に光量損失が大きくな
るという不都合がある。またミラーの反射率は経時変化
で低下するという不都合もある。しかし、全反射プリズ
ムを用いた場合には、反射率はほぼ１００％であるため
光量損失はなく、また反射率が低下することもない。
の反射光学素子にミラーを使用したが、ミラーの代わり
に全反射プリズムを使用してもよい。この場合、ミラー
を用いた場合に避けられない以下の不都合を解消するこ
とができる。すなわち、反射光学素子にミラーを用いた
場合には、一枚のミラーの反射率は９０％前後であるた
めに多数のミラーを使用した場合に光量損失が大きくな
るという不都合がある。またミラーの反射率は経時変化
で低下するという不都合もある。しかし、全反射プリズ
ムを用いた場合には、反射率はほぼ１００％であるため
光量損失はなく、また反射率が低下することもない。
【００２７】以下、ミラーに代えて全反射プリズムを用
いた変形例をその周辺機構とともに図面を参照して説明
する。第１の変形例を図８に示す。図８（Ａ）に示すよ
うに、Ｍ方向から入射した光ビームは全反射プリズム５
２で反射され、全反射プリズム５４へ入射する。この光
ビームは全反射プリズム５４で反射されてＮ方向へ射出
される。この光ビームは、最終的にコンフォーカル絞り
４２を通過するように、全反射プリズム５２と５４の各
々をそれぞれ垂直方向と水平方向に振ってその位置が調
整される。全反射プリズム５２は軸５６を支点に回転可
能に支持されたプリズムダイ５８の一端部に取り付けら
れている。プリズムダイ５８の他端部は、一端が支持板
６２に固定されたスプリング６０の他端に取り付けら
れ、その張力により支持板６２に向けて常に引っ張られ
ている。支持板６２に取り付けられたマイクロメータヘ
ッド６４を回転操作し、そのスピンドル６４ａでプリズ
ムダイ５８の作用点５８ａを押すことにより、全反射プ
リズム５２の反射面を振ることができる。一方、全反射
プリズム５４は、図８（Ｂ）に示すように、軸６６を支
点に回転可能なプリズムダイ６８の一端部に取り付けら
れている。プリズムダイ６８の他端部は、一端が支持板
６２に固定されたスプリング７０の他端に取り付けら
れ、その張力により支持板６２に向けて常に引っ張られ
ている。そしてマイクロメータヘッド７２を操作してそ
のスピンドル７２ａでプリズムダイ６８の作用点６８ａ
を押すことにより、全反射プリズム５４の反射面を振る
ことができる。この結果、全反射プリズム５２と５４の
反射面が互いに直交する方向に振られ、光ビームの位置
を調整できる。ここで、全反射プリズム５２と５４にお
いて光ビームを同じ角度振るためのプリズムダイ５８と
６８の振り角の比は１：２であるから、プリズムダイ５
８と６８のそれぞれの軸５６と６６からその作用点５８
ａと６８ａまでの距離をそれぞれＥとＦとしてＥ：Ｆ＝
２：１としておけば、マイクロメータヘッド６４と７２
のスピンドルの移動量が同じになる。
いた変形例をその周辺機構とともに図面を参照して説明
する。第１の変形例を図８に示す。図８（Ａ）に示すよ
うに、Ｍ方向から入射した光ビームは全反射プリズム５
２で反射され、全反射プリズム５４へ入射する。この光
ビームは全反射プリズム５４で反射されてＮ方向へ射出
される。この光ビームは、最終的にコンフォーカル絞り
４２を通過するように、全反射プリズム５２と５４の各
々をそれぞれ垂直方向と水平方向に振ってその位置が調
整される。全反射プリズム５２は軸５６を支点に回転可
能に支持されたプリズムダイ５８の一端部に取り付けら
れている。プリズムダイ５８の他端部は、一端が支持板
６２に固定されたスプリング６０の他端に取り付けら
れ、その張力により支持板６２に向けて常に引っ張られ
ている。支持板６２に取り付けられたマイクロメータヘ
ッド６４を回転操作し、そのスピンドル６４ａでプリズ
ムダイ５８の作用点５８ａを押すことにより、全反射プ
リズム５２の反射面を振ることができる。一方、全反射
プリズム５４は、図８（Ｂ）に示すように、軸６６を支
点に回転可能なプリズムダイ６８の一端部に取り付けら
れている。プリズムダイ６８の他端部は、一端が支持板
６２に固定されたスプリング７０の他端に取り付けら
れ、その張力により支持板６２に向けて常に引っ張られ
ている。そしてマイクロメータヘッド７２を操作してそ
のスピンドル７２ａでプリズムダイ６８の作用点６８ａ
を押すことにより、全反射プリズム５４の反射面を振る
ことができる。この結果、全反射プリズム５２と５４の
反射面が互いに直交する方向に振られ、光ビームの位置
を調整できる。ここで、全反射プリズム５２と５４にお
いて光ビームを同じ角度振るためのプリズムダイ５８と
６８の振り角の比は１：２であるから、プリズムダイ５
８と６８のそれぞれの軸５６と６６からその作用点５８
ａと６８ａまでの距離をそれぞれＥとＦとしてＥ：Ｆ＝
２：１としておけば、マイクロメータヘッド６４と７２
のスピンドルの移動量が同じになる。
【００２８】第２の変形例の基本構成を図９に示す。全
反射プリズム５２には大ギヤ７４が取り付けられてい
る。この大ギヤ７４は小ギヤ７６に噛み合っており、小
ギヤ７６を回転させることによって全反射プリズム５２
の反射面を振ることができる。これによりＭ方向から入
射した光ビームの射出方向が振られる。このとき、ギヤ
のバックラッシを取り除くため、コイルばね等を用いて
図示矢印Ｔの方向または矢印Ｔと逆の方向の張力を大ギ
ヤ７４にかけておく。この例では全反射プリズム５２に
ついてのみ示したが、全反射プリズム５４に対しても同
様の機構を適用して、両者の反射面が互いに直交する方
向に振れるように構成すれば、光ビームを任意の方向に
向けることができる。また、ギヤを何枚か組み合わせる
ことにより、微調整を容易に行なうことができる。
反射プリズム５２には大ギヤ７４が取り付けられてい
る。この大ギヤ７４は小ギヤ７６に噛み合っており、小
ギヤ７６を回転させることによって全反射プリズム５２
の反射面を振ることができる。これによりＭ方向から入
射した光ビームの射出方向が振られる。このとき、ギヤ
のバックラッシを取り除くため、コイルばね等を用いて
図示矢印Ｔの方向または矢印Ｔと逆の方向の張力を大ギ
ヤ７４にかけておく。この例では全反射プリズム５２に
ついてのみ示したが、全反射プリズム５４に対しても同
様の機構を適用して、両者の反射面が互いに直交する方
向に振れるように構成すれば、光ビームを任意の方向に
向けることができる。また、ギヤを何枚か組み合わせる
ことにより、微調整を容易に行なうことができる。
【００２９】第３の変形例を図１０に示す。この例は基
本的に第二の変形例のギヤをラック＆ピニオンに代えた
ものである。全反射プリズム５２にはピニオンギヤ７８
が取り付けられている。このピニオンギヤ７８に噛み合
うラックギヤ８０はスライド移動可能に設けられてい
る。このラックギヤ８０は図示しないコイルスプリング
などにより支持部材８４の方向に付勢されている。ラッ
クギヤ８０は支持部材８４に取り付けられたマイクロメ
ータヘッド８２のスピンドルで押されて移動し、これに
よりピニオンギヤ７８を回転させて全反射プリズム５２
の反射面を振る。これによりＭ方向から入射した光ビー
ムは、その射出方向が紙面に平行に振られる。この例で
もギヤのバックラッシを取り除くためにピニオンギヤ７
８には図示矢印Ｔの方向または矢印Ｔと逆の方向に張力
をかけておく。
本的に第二の変形例のギヤをラック＆ピニオンに代えた
ものである。全反射プリズム５２にはピニオンギヤ７８
が取り付けられている。このピニオンギヤ７８に噛み合
うラックギヤ８０はスライド移動可能に設けられてい
る。このラックギヤ８０は図示しないコイルスプリング
などにより支持部材８４の方向に付勢されている。ラッ
クギヤ８０は支持部材８４に取り付けられたマイクロメ
ータヘッド８２のスピンドルで押されて移動し、これに
よりピニオンギヤ７８を回転させて全反射プリズム５２
の反射面を振る。これによりＭ方向から入射した光ビー
ムは、その射出方向が紙面に平行に振られる。この例で
もギヤのバックラッシを取り除くためにピニオンギヤ７
８には図示矢印Ｔの方向または矢印Ｔと逆の方向に張力
をかけておく。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、検出光学系の光路長の
長短を切り換えられるので、共焦点（コンフォーカル）
モードと非共焦点（ノンコンフォーカル）モードとを切
り換えて使用できる走査型光学顕微鏡が提供される。
長短を切り換えられるので、共焦点（コンフォーカル）
モードと非共焦点（ノンコンフォーカル）モードとを切
り換えて使用できる走査型光学顕微鏡が提供される。
【図１】本発明の第１の実施例を示す。
【図２】図１の光学系において、ブロック２６を引き抜
いたときの光路を示す。
いたときの光路を示す。
【図３】図１の光学系において、ブロック２６を挿入し
たときの光路を示す。
たときの光路を示す。
【図４】図１の結像レンズをテレフォトタイプの２群レ
ンズとした場合の検出光路の上面図である。
ンズとした場合の検出光路の上面図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す。
【図６】本発明の第３の実施例を示す。
【図７】本発明の第４の実施例を示す。
【図８】上述の実施例においてミラーの代わりに使用さ
れるプリズムとその支持機構とで構成される第１の変形
例を示す。
れるプリズムとその支持機構とで構成される第１の変形
例を示す。
【図９】第２の変形例を示す。
【図１０】第３の変形例を示す。
１２…ビームスプリッター、３０，３２…結像レンズ、
４２…コンフォーカル絞り、４４…光電子増倍管。
４２…コンフォーカル絞り、４４…光電子増倍管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 満則 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−89016（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−247605（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−42117（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−46609（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−179413（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−30518（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 21/00 G02B 21/06 - 21/36
Claims (4)
- 【請求項１】 標本を光ビームで走査する走査型光学顕
微鏡において、標本からの光を光検出器に導く検出光学
系であって、 標本からの光を光検出器へ導く比較的長い第１の光路
と、 標本からの光を光検出器へ導く比較的短い第２の光路
と、 第１の光路に設けられた焦点距離の比較的長い第１の結
像レンズと、 第２の光路に設けられた焦点距離の比較的短い第２の結
像レンズと、 光検出器の直前に配置された測光絞りと、 光検出器に向かう光の光路を第１および第２の光路から
選択する手段とを備えている走査型光学顕微鏡の検出光
学系。 - 【請求項２】 システムの光電信号の信号対雑音（Ｓ／
Ｎ）比をＲ、第１の光路における投影倍率をＭ１、第２
の光路における投影倍率をＭ２としたとき、 Ｍ１／Ｍ２≧Ｒ1/2 を満足する請求項１記載の走査型光学顕微鏡の検出光学
系。 - 【請求項３】 光ビームを偏向するための反射光学素子
を含み、反射光学素子が全反射プリズムである請求項１
記載の走査型光学顕微鏡の検出光学系。 - 【請求項４】 光ビームを偏向するための二つの反射光
学素子を含み、第一の軸周りの第一の反射光学素子の向
きを調整して第一の平面内における光ビームの方向を決
定する手段と、第一の軸とは方向の異なる第二の軸周り
の第二の反射光学素子の向きを調整して第一の平面とは
非平行な第二の平面内における光ビームの方向を決定す
る手段とを更に備えている請求項１記載の走査型光学顕
微鏡の検出光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227438A JP3071886B2 (ja) | 1991-07-08 | 1991-09-06 | 走査型光学顕微鏡の検出光学系 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-167210 | 1991-07-08 | ||
| JP16721091 | 1991-07-08 | ||
| JP3227438A JP3071886B2 (ja) | 1991-07-08 | 1991-09-06 | 走査型光学顕微鏡の検出光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566349A JPH0566349A (ja) | 1993-03-19 |
| JP3071886B2 true JP3071886B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=26491322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227438A Expired - Fee Related JP3071886B2 (ja) | 1991-07-08 | 1991-09-06 | 走査型光学顕微鏡の検出光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071886B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9904150D0 (en) * | 1999-02-23 | 1999-04-14 | Medical Res Council | Confocal microscope detector optics and methods for using them |
| JP4683853B2 (ja) * | 2003-04-04 | 2011-05-18 | オリンパス株式会社 | 全反射蛍光顕微鏡 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3227438A patent/JP3071886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0566349A (ja) | 1993-03-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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