JP3189944B2 - 共焦点用光スキャナ - Google Patents
共焦点用光スキャナInfo
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- JP3189944B2 JP3189944B2 JP32906095A JP32906095A JP3189944B2 JP 3189944 B2 JP3189944 B2 JP 3189944B2 JP 32906095 A JP32906095 A JP 32906095A JP 32906095 A JP32906095 A JP 32906095A JP 3189944 B2 JP3189944 B2 JP 3189944B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロレンズを付加
したニポウ方式の共焦点用光スキャナに関し、特に広視
野で高ＮＡ（ＮＡは開口数）の共焦点系を実現するため
の改良に関するものである。
したニポウ方式の共焦点用光スキャナに関し、特に広視
野で高ＮＡ（ＮＡは開口数）の共焦点系を実現するため
の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロレンズを付加したニポウ方式の
共焦点用光スキャナとしては、例えば本願出願人による
特許出願である特願平４−１５４１１号（特開平５−６
０９８０号）「共焦点用光スキャナ」に記載の共焦点用
光スキャナがある。図５はその共焦点用光スキャナを用
いた共焦点顕微鏡の構成例である。図において、１０は
共焦点用光スキャナ、４１は対物レンズ、４２は試料、
４３は集光レンズ、４４はカメラである。
共焦点用光スキャナとしては、例えば本願出願人による
特許出願である特願平４−１５４１１号（特開平５−６
０９８０号）「共焦点用光スキャナ」に記載の共焦点用
光スキャナがある。図５はその共焦点用光スキャナを用
いた共焦点顕微鏡の構成例である。図において、１０は
共焦点用光スキャナ、４１は対物レンズ、４２は試料、
４３は集光レンズ、４４はカメラである。
【０００３】共焦点用光スキャナ１０は、ディスクユニ
ット１１と、ビームスプリッタ１２ａと、ディスクユニ
ット１１を一定速度で回転するモータ１３より構成され
ている。ディスクユニット１１は、集光ディスク１４
と、ピンホールディスク１５と、連結手段であるドラム
１６から構成されている。
ット１１と、ビームスプリッタ１２ａと、ディスクユニ
ット１１を一定速度で回転するモータ１３より構成され
ている。ディスクユニット１１は、集光ディスク１４
と、ピンホールディスク１５と、連結手段であるドラム
１６から構成されている。
【０００４】集光ディスク１４は、図６（イ）に示すよ
うに、ガラス基板１４１の片面に複数の集光手段（ここ
ではフレネルレンズ）１４２が形成され、その焦点位置
が一画面分ずつ半径方向にＰr だけ順次ずれるように形
成されている。ビンホールディスク１５は図６の（ロ）
に示すように基板１５１に複数の微小開口（ここではピ
ンホール）ＰＨが形成されたもので、複数のピンホール
ＰＨは半径方向にＰr （周方向にＰθ）だけ順次ずらせ
て形成されている。
うに、ガラス基板１４１の片面に複数の集光手段（ここ
ではフレネルレンズ）１４２が形成され、その焦点位置
が一画面分ずつ半径方向にＰr だけ順次ずれるように形
成されている。ビンホールディスク１５は図６の（ロ）
に示すように基板１５１に複数の微小開口（ここではピ
ンホール）ＰＨが形成されたもので、複数のピンホール
ＰＨは半径方向にＰr （周方向にＰθ）だけ順次ずらせ
て形成されている。
【０００５】ドラム１６は、前記集光ディスク１４とピ
ンホールディスク１５をフレネルレンズの焦点位置にそ
れぞれピンホールＰＨが配置されるように連結する。ビ
ームスプリッタ１２ａは、図示しない保持手段により集
光ディスク１４とピンホールディスク１５の間に保持さ
れている。
ンホールディスク１５をフレネルレンズの焦点位置にそ
れぞれピンホールＰＨが配置されるように連結する。ビ
ームスプリッタ１２ａは、図示しない保持手段により集
光ディスク１４とピンホールディスク１５の間に保持さ
れている。
【０００６】共焦点用光スキャナ１０から出射されたレ
ーザ光は対物レンズ４１で集束され試料４２に照射され
る。試料４２から戻った光は再び対物レンズ４１を通
り、共焦点用光スキャナ１０のピンホールＰＨ上に集束
し、ここに試料表面の実像が得られる。ピンホールＰＨ
を通過した光はビームスプリッタ１２ａで反射し集光レ
ンズ４３を通ってカメラ４４の受像面に照射される。モ
ータ１３を駆動してディスクユニット１１を回転させる
ことにより、試料４２の表面が光走査され、試料表面の
画像をカメラで観測することができる。
ーザ光は対物レンズ４１で集束され試料４２に照射され
る。試料４２から戻った光は再び対物レンズ４１を通
り、共焦点用光スキャナ１０のピンホールＰＨ上に集束
し、ここに試料表面の実像が得られる。ピンホールＰＨ
を通過した光はビームスプリッタ１２ａで反射し集光レ
ンズ４３を通ってカメラ４４の受像面に照射される。モ
ータ１３を駆動してディスクユニット１１を回転させる
ことにより、試料４２の表面が光走査され、試料表面の
画像をカメラで観測することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
共焦点顕微鏡においては視野を広くするために焦点距離
が長く、ＮＡ（開口数）の小さなマイクロレンズを使用
せざるを得なかったが、次のような問題があった。
共焦点顕微鏡においては視野を広くするために焦点距離
が長く、ＮＡ（開口数）の小さなマイクロレンズを使用
せざるを得なかったが、次のような問題があった。
【０００８】(1) 焦点距離が短く高ＮＡの一般的なマイ
クロレンズを利用できず、高価であった。 (2) 広視野で高ＮＡの測定系とすることが困難である。
例えばＩＣ表面などの広い範囲を低倍率で見る場合、通
常の低倍率対物レンズでは低ＮＡであり、十分なスライ
ス像が得られない。広視野で高ＮＡとするには、小さい
ピンホールと大きなＮＡのマイクロレンズが必要となる
が、実現困難である。 (3) 市販の落射蛍光顕微鏡で使用されている反射励起型
のダイクロイックミラーは長波長を透過し、短波長を反
射するが、上記共焦点顕微鏡では短波長を透過し、長波
長を反射する構造となっているため、市販品を流用でき
ない。
クロレンズを利用できず、高価であった。 (2) 広視野で高ＮＡの測定系とすることが困難である。
例えばＩＣ表面などの広い範囲を低倍率で見る場合、通
常の低倍率対物レンズでは低ＮＡであり、十分なスライ
ス像が得られない。広視野で高ＮＡとするには、小さい
ピンホールと大きなＮＡのマイクロレンズが必要となる
が、実現困難である。 (3) 市販の落射蛍光顕微鏡で使用されている反射励起型
のダイクロイックミラーは長波長を透過し、短波長を反
射するが、上記共焦点顕微鏡では短波長を透過し、長波
長を反射する構造となっているため、市販品を流用でき
ない。
【０００９】本発明の目的は、このような点を解消する
もので、マイクロレンズとピンホールの間にリレー系を
構成し、ビームスプリッタとして従来の短波長透過励起
型ではなく市販の落射蛍光顕微鏡で使用されている短波
長反射励起型のダイクロイックミラーを使用することの
できる共焦点顕微鏡を提供することにある。
もので、マイクロレンズとピンホールの間にリレー系を
構成し、ビームスプリッタとして従来の短波長透過励起
型ではなく市販の落射蛍光顕微鏡で使用されている短波
長反射励起型のダイクロイックミラーを使用することの
できる共焦点顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、複数の微小開口を有するピンホー
ルディスクと、複数の集光手段が形成された集光ディス
クと、前記複数の集光手段の焦点位置に前記微小開口が
それぞれ配置されるように前記ピンホールディスクと集
光ディスクを連結する連結手段から成るディスクユニッ
トと、このディスクユニットを回転させる回転手段を備
え、前記微小開口を通過した照射光を対物レンズを介し
て試料に照射し、試料面を光走査する共焦点用光スキャ
ナであって、前記集光ディスクとピンホールディスクの
光路間に、前記集光ディスクとピンホールディスクの回
転軸に対して集光手段と微小開口の光軸よりも外周側に
配置され入射光と戻り光の光路を分岐する短波長反射励
起型のダイクロイックミラーと、少なくとも１つのリレ
ー光学系と、少なくとも２枚の反射ミラーを備え、前記
集光手段として、焦点距離が短く高ＮＡのマイクロレン
ズを使用したことを特徴とする。
るために本発明では、複数の微小開口を有するピンホー
ルディスクと、複数の集光手段が形成された集光ディス
クと、前記複数の集光手段の焦点位置に前記微小開口が
それぞれ配置されるように前記ピンホールディスクと集
光ディスクを連結する連結手段から成るディスクユニッ
トと、このディスクユニットを回転させる回転手段を備
え、前記微小開口を通過した照射光を対物レンズを介し
て試料に照射し、試料面を光走査する共焦点用光スキャ
ナであって、前記集光ディスクとピンホールディスクの
光路間に、前記集光ディスクとピンホールディスクの回
転軸に対して集光手段と微小開口の光軸よりも外周側に
配置され入射光と戻り光の光路を分岐する短波長反射励
起型のダイクロイックミラーと、少なくとも１つのリレ
ー光学系と、少なくとも２枚の反射ミラーを備え、前記
集光手段として、焦点距離が短く高ＮＡのマイクロレン
ズを使用したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】ミラーで光軸を外周側へ導き、他のミラーで再
びピンホールへ戻す。このとき、リレーレンズにより光
路長を伸ばしている。これにより、マイクロレンズは焦
点距離の短いものでも使用でき、また、ビームスプリッ
タとしては市販のダイクロイックミラーが使用できる。
びピンホールへ戻す。このとき、リレーレンズにより光
路長を伸ばしている。これにより、マイクロレンズは焦
点距離の短いものでも使用でき、また、ビームスプリッ
タとしては市販のダイクロイックミラーが使用できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡における光
スキャナ部分の一実施例を示す構成図である。なお、図
５と同等部分には同一符号を付し、その部分の説明は省
略する。図１において、Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 はそれぞれ第
１、第２、第３の反射ミラー、Ｌ1 ，Ｌ2 は第１および
第２のリレーレンズである。
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡における光
スキャナ部分の一実施例を示す構成図である。なお、図
５と同等部分には同一符号を付し、その部分の説明は省
略する。図１において、Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 はそれぞれ第
１、第２、第３の反射ミラー、Ｌ1 ，Ｌ2 は第１および
第２のリレーレンズである。
【００１３】集光ディスク１４のマイクロレンズＭＬを
通った光は第１のミラーＭ1 で反射し、第１のレンズＬ
1 により絞られてビームスプリッタ（ここではダイクロ
イックミラー）１２に入射する。この入射光は短波長で
ありダイクロイックミラー１２で反射し、その後ミラー
Ｍ2 で反射して第２のレンズＬ2 により絞られ、第３の
ミラーＭ3 で反射してピンホールディスク１５のピンホ
ールＰＨ上に集束する。
通った光は第１のミラーＭ1 で反射し、第１のレンズＬ
1 により絞られてビームスプリッタ（ここではダイクロ
イックミラー）１２に入射する。この入射光は短波長で
ありダイクロイックミラー１２で反射し、その後ミラー
Ｍ2 で反射して第２のレンズＬ2 により絞られ、第３の
ミラーＭ3 で反射してピンホールディスク１５のピンホ
ールＰＨ上に集束する。
【００１４】ピンホールＰＨに集束した光は従来と同様
に対物レンズ４１を通り試料４２に照射される。試料か
らの戻り光は対物レンズ４１を通りピンホールＰＨ上に
結像する。この実像は第３のミラーＭ3 で反射し、第２
のレンズＬ2 で絞られ第２のミラーＭ2 で反射しビーム
スプリッタ１２を透過した後集光レンズ４３で絞られカ
メラ４４の受像面に集束する。
に対物レンズ４１を通り試料４２に照射される。試料か
らの戻り光は対物レンズ４１を通りピンホールＰＨ上に
結像する。この実像は第３のミラーＭ3 で反射し、第２
のレンズＬ2 で絞られ第２のミラーＭ2 で反射しビーム
スプリッタ１２を透過した後集光レンズ４３で絞られカ
メラ４４の受像面に集束する。
【００１５】なお、ミラーＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 、レンズＬ
1 ，Ｌ2 、ビームスプリッタ１２、集光レンズ４３、お
よびカメラ４４は固定配置されている。この場合、各マ
イクロレンズＭＬから対応するピンホールＰＨまでの各
光路長はすべて同じである。
1 ，Ｌ2 、ビームスプリッタ１２、集光レンズ４３、お
よびカメラ４４は固定配置されている。この場合、各マ
イクロレンズＭＬから対応するピンホールＰＨまでの各
光路長はすべて同じである。
【００１６】このように、反射ミラーＭ1 で光軸をディ
スク１４，１５の外周側へ導き、第２および第３のミラ
ーＭ2 ，Ｍ3 でピンホールＰＨへ戻すようにリレーレン
ズＬ1 ，Ｌ2 で距離を伸ばしているため、マイクロレン
ズＭＬは焦点距離の短いものでも使用できる。
スク１４，１５の外周側へ導き、第２および第３のミラ
ーＭ2 ，Ｍ3 でピンホールＰＨへ戻すようにリレーレン
ズＬ1 ，Ｌ2 で距離を伸ばしているため、マイクロレン
ズＭＬは焦点距離の短いものでも使用できる。
【００１７】なお、本実施例のビームスプリッタ１２は
入射光を反射し戻り光を透過させているので、ビームス
プリッタ１２に代えて入射光を反射し戻り光を透過させ
るタイプのダイクロイックミラーを使用することができ
る。また、マイクロレンズＭＬとしては、光ファイバ用
等で市販されている短焦点のマイクロレンズを使用する
こともできる。
入射光を反射し戻り光を透過させているので、ビームス
プリッタ１２に代えて入射光を反射し戻り光を透過させ
るタイプのダイクロイックミラーを使用することができ
る。また、マイクロレンズＭＬとしては、光ファイバ用
等で市販されている短焦点のマイクロレンズを使用する
こともできる。
【００１８】このような構造によれば、焦点距離が短
く、高ＮＡのマイクロレンズが使用でき、マイクロレン
ズのＮＡとピンホールへ入射するＮＡを個別に設計する
ことができる。
く、高ＮＡのマイクロレンズが使用でき、マイクロレン
ズのＮＡとピンホールへ入射するＮＡを個別に設計する
ことができる。
【００１９】図２は本発明の他の実施例構成図である。
図１と異なるところは、第２のレンズＬ2 を第３のミラ
ーＭ3 とピンホールディスク１５の間に配置し、高ＮＡ
の対物レンズに対応するように構成した点である。例え
ば、一般的な共焦点顕微鏡では１０倍の倍率で対物レン
ズの開口数は通常０．２であり、したがってピンホール
部のＮＡは０．２／１０＝０．０２である。この場合ピ
ンホール径は３０μｍである。これに対し、高ＮＡすな
わち倍率が１０倍で、対物レンズのＮＡが０．９の場合
には、ピンホール部のＮＡが０．０９で、ピンホール径
は７μｍとなる。このように図２の構成により、小さい
ピンホールと大きなＮＡのマイクロレンズを使用して高
ＮＡの対物レンズに対応させることができる。
図１と異なるところは、第２のレンズＬ2 を第３のミラ
ーＭ3 とピンホールディスク１５の間に配置し、高ＮＡ
の対物レンズに対応するように構成した点である。例え
ば、一般的な共焦点顕微鏡では１０倍の倍率で対物レン
ズの開口数は通常０．２であり、したがってピンホール
部のＮＡは０．２／１０＝０．０２である。この場合ピ
ンホール径は３０μｍである。これに対し、高ＮＡすな
わち倍率が１０倍で、対物レンズのＮＡが０．９の場合
には、ピンホール部のＮＡが０．０９で、ピンホール径
は７μｍとなる。このように図２の構成により、小さい
ピンホールと大きなＮＡのマイクロレンズを使用して高
ＮＡの対物レンズに対応させることができる。
【００２０】図３は本発明の更に他の実施例を示す構成
図である。図１の構成と異なるところは、第２のミラー
Ｍ2 を除去し、ミラーを２枚（Ｍ1 とＭ3 ）とした例で
ある。また、図４に示す実施例は、図１において第２の
レンズＬ2 を除去した構成に相当するものである。
図である。図１の構成と異なるところは、第２のミラー
Ｍ2 を除去し、ミラーを２枚（Ｍ1 とＭ3 ）とした例で
ある。また、図４に示す実施例は、図１において第２の
レンズＬ2 を除去した構成に相当するものである。
【００２１】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは明らかである。例えば、ビ
ームスプリッタ１２としては、前述のように蛍光用の共
焦点顕微鏡用ではダイクロイックミラーが使用できる
が、反射測定用の共焦点顕微鏡ではハーフミラーや偏光
ビームスプリッタを使用することもできる。
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは明らかである。例えば、ビ
ームスプリッタ１２としては、前述のように蛍光用の共
焦点顕微鏡用ではダイクロイックミラーが使用できる
が、反射測定用の共焦点顕微鏡ではハーフミラーや偏光
ビームスプリッタを使用することもできる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イクロレンズとピンホールの間にミラーおよびレンズを
挿入することにより光源側のマイクロレンズのＮＡとピ
ンホール側のＮＡを個別に設計できるため、小さいピン
ホールと、焦点距離が短く高ＮＡのマイクロレンズを使
用でき、広視野で高ＮＡの測定系を容易に実現すること
ができる。また、マイクロレンズからピンホールまでの
光路長をリレーレンズにより伸ばしており、ビームスプ
リッタに代えて反射励起型のダイクロイックミラーを使
用することができ、波長特性が十分で、低価格な共焦点
顕微鏡を容易に実現することができる。
イクロレンズとピンホールの間にミラーおよびレンズを
挿入することにより光源側のマイクロレンズのＮＡとピ
ンホール側のＮＡを個別に設計できるため、小さいピン
ホールと、焦点距離が短く高ＮＡのマイクロレンズを使
用でき、広視野で高ＮＡの測定系を容易に実現すること
ができる。また、マイクロレンズからピンホールまでの
光路長をリレーレンズにより伸ばしており、ビームスプ
リッタに代えて反射励起型のダイクロイックミラーを使
用することができ、波長特性が十分で、低価格な共焦点
顕微鏡を容易に実現することができる。
【図１】本発明に係る共焦点用光スキャナの一実施例を
示す構成図
示す構成図
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図
【図３】本発明の更に他の実施例を示す構成図
【図４】本発明の更に他の実施例を示す構成図
【図５】従来の共焦点用光スキャナの一例を示す構成図
【図６】図５に示す集光ディスクとピンホールディスク
の詳細を説明する図である。
の詳細を説明する図である。
１２ ビームスプリッタ １４ 集光ディスク １５ ピンホールディスク ４１ 対物レンズ ４２ 試料 ４３ 集光レンズ ４４ カメラ ＭＬ マイクロレンズ ＰＨ ピンホール Ｍ1 第１のミラー Ｍ2 第２のミラー Ｍ3 第３のミラー Ｌ1 第１のレンズ Ｌ2 第２のレンズ
Claims (1)
- 【請求項１】複数の微小開口を有するピンホールディス
クと、複数の集光手段が形成された集光ディスクと、前
記複数の集光手段の焦点位置に前記微小開口がそれぞれ
配置されるように前記ピンホールディスクと集光ディス
クを連結する連結手段から成るディスクユニットと、こ
のディスクユニットを回転させる回転手段を備え、前記
微小開口を通過した照射光を対物レンズを介して試料に
照射し、試料面を光走査する共焦点用光スキャナであっ
て、 前記集光ディスクとピンホールディスクの光路間に、前
記集光ディスクとピンホールディスクの回転軸に対して
集光手段と微小開口の光軸よりも外周側に配置され入射
光と戻り光の光路を分岐する短波長反射励起型のダイク
ロイックミラーと、少なくとも１つのリレー光学系と、
少なくとも２枚の反射ミラーを備え、 前記集光手段として、焦点距離が短く高ＮＡのマイクロ
レンズを使用したことを特徴とする共焦点用光スキャ
ナ。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32906095A JP3189944B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 共焦点用光スキャナ |
| US08/675,133 US5717519A (en) | 1995-07-13 | 1996-07-03 | Confocal microscope |
| DE0753779T DE753779T1 (de) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Konfokales Mikroskop |
| DE69629877T DE69629877T2 (de) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Konfokales Mikroskop |
| EP05101818A EP1538470A3 (en) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Confocal microscope |
| EP02012391A EP1245986B1 (en) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Confocal microscope |
| EP96110909A EP0753779B1 (en) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Confocal microscope |
| DE69635628T DE69635628T2 (de) | 1995-07-13 | 1996-07-05 | Konfokales Mikroskop |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32906095A JP3189944B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 共焦点用光スキャナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09166751A JPH09166751A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3189944B2 true JP3189944B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=18217169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32906095A Expired - Fee Related JP3189944B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-12-18 | 共焦点用光スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3189944B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8275226B2 (en) | 2008-12-09 | 2012-09-25 | Spectral Applied Research Ltd. | Multi-mode fiber optically coupling a radiation source module to a multi-focal confocal microscope |
| CA2779146C (en) | 2009-12-08 | 2013-09-03 | Spectral Applied Research Inc. | Imaging distal end of multimode fiber |
| JP7351323B2 (ja) * | 2021-06-04 | 2023-09-27 | 横河電機株式会社 | 共焦点スキャナ、共焦点スキャナシステム、及び共焦点顕微鏡システム |
-
1995
- 1995-12-18 JP JP32906095A patent/JP3189944B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09166751A (ja) | 1997-06-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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