JP6090607B2 - Confocal scanner, confocal microscope - Google Patents

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Description

本発明は、光学的処理で超解像を得る共焦点スキャナに係り、特に、光学部品の位置調整の煩雑さを軽減することができる共焦点スキャナおよびこのような共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡に関する。   The present invention relates to a confocal scanner that obtains super-resolution by optical processing, and more particularly to a confocal scanner capable of reducing the complexity of position adjustment of optical components and a confocal using such a confocal scanner. It relates to a microscope.

対象物にピンポイントで光を照射して照射点からの合焦光のみを選択的に検出し、その点をスキャンすることで画像を得る共焦点顕微鏡は、高解像度のイメージと3次元情報の再構築が可能な光学顕微鏡である。共焦点顕微鏡は、生命科学分野等で広く用いられており、関連する種々の技術が提案されている。   A confocal microscope that irradiates a target object with light at a pin point, selectively detects only the focused light from the irradiation point, and scans that point to obtain an image. It is an optical microscope that can be reconstructed. Confocal microscopes are widely used in the life science field, and various related techniques have been proposed.

例えば、特許文献1には、共焦点顕微鏡のスキャン部である共焦点スキャナに関して、複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクと、マイクロレンズと同一パターンでピンホールが形成されたピンホールディスクとを備え、照明光を当てながらこれらを回転させることでマルチビームスキャンを行なう共焦点スキャナが開示されている。   For example, in Patent Document 1, regarding a confocal scanner that is a scanning unit of a confocal microscope, a microlens disk provided with a plurality of microlenses, and a pinhole disk in which pinholes are formed in the same pattern as the microlens There is disclosed a confocal scanner that performs multi-beam scanning by rotating these while applying illumination light.

従来、共焦点顕微鏡を含む光学顕微鏡はAbbeの回折限界、すなわち、対象物に照射する光の波長の半分より小さい対象物は見えないという理論による解像度の限界を有していた。近年では、この解像限界を超える解像度で画像を得る超解像技術が開発・実用化されている。   Conventionally, optical microscopes including confocal microscopes have Abbe's diffraction limit, that is, the resolution limit based on the theory that an object smaller than half of the wavelength of light applied to the object cannot be seen. In recent years, a super-resolution technique for obtaining an image with a resolution exceeding the resolution limit has been developed and put into practical use.

例えば、特許文献2には、光源からの励起光および対象物からの戻り光の空間強度分布を変調するスキャンマスクを用いて解像度限界を超えた高周波成分を持つ画像を撮像し、高周波強調処理を施すことで超解像画像を得ることが記載されている。また、非特許文献1には、光源装置からの照明光をストロボ状に通過させるシャッタを用いて、多数の輝点が記録された画像を、輝点の位置を少しずつ異なるようにして数百枚撮影し、それぞれの画像について輝点が1/2のサイズとなるような画像処理を施した上で、各画像を合成することで超解像画像を得ることが記載されている。   For example, Patent Document 2 captures an image having a high-frequency component exceeding the resolution limit using a scan mask that modulates the spatial intensity distribution of excitation light from a light source and return light from an object, and performs high-frequency enhancement processing. It is described that a super-resolution image is obtained by applying. Further, Non-Patent Document 1 discloses that an image in which a large number of bright spots are recorded using a shutter that allows illumination light from a light source device to pass through in a strobe shape, with the positions of the bright spots being slightly different from each other. It is described that a super-resolution image is obtained by synthesizing each image after taking a picture and performing image processing so that each image has a luminescent spot size of ½.

特許文献2や非特許文献1に記載された超解像技術は、複雑なあるいは大量の画像処理を行なうため、演算負荷が大きく、処理時間も要するので、リアルタイムの観察には不適である。   The super-resolution techniques described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 are not suitable for real-time observation because they perform complicated or large-scale image processing, and require a large calculation load and processing time.

これに対し、光学的処理により高速に超解像画像を得ることができる技術が特許文献3に記載されている。図19は、特許文献3に記載された顕微鏡システムの光学系の構成を示す図である。   On the other hand, Patent Document 3 describes a technique that can obtain a super-resolution image at high speed by optical processing. FIG. 19 is a diagram showing the configuration of the optical system of the microscope system described in Patent Document 3. As shown in FIG.

本図に示すように、顕微鏡システム400は、光源410が出射するレーザ光を試料430に照射し、戻り光をカメラ420で撮影する構成となっている。光源410が出射するコリメートされた照明光は、マイクロレンズアレイ411により多数の照明光ビームレットに分割される。照明光ビームレットは、ガルバノミラー413で反射し、対物レンズ414により試料430上で集光する。   As shown in the figure, the microscope system 400 is configured to irradiate the sample 430 with the laser light emitted from the light source 410 and photograph the return light with the camera 420. The collimated illumination light emitted from the light source 410 is divided into a number of illumination light beamlets by the microlens array 411. The illumination light beamlet is reflected by the galvanometer mirror 413 and condensed on the sample 430 by the objective lens 414.

試料430は照明光に基づく戻り光を発する。特に蛍光試料観察の場合、試料430は蛍光色素等で特定の構造を染色したものであり、照明光により蛍光色素分子が励起され、照明光より長波長の蛍光を発する。   The sample 430 emits return light based on the illumination light. In particular, in the case of observation of a fluorescent sample, the sample 430 is obtained by staining a specific structure with a fluorescent dye or the like, and the fluorescent dye molecule is excited by the illumination light and emits fluorescence having a longer wavelength than the illumination light.

試料430からの戻り光は、ガルバノミラー413で反射され、さらにビームスプリッタ412で反射してレンズ415を通過する。レンズ415を通過した戻り光は、多数のピンホールが形成されたピンホールアレイ416に到達するが、試料430の焦点面からの光のみがピンホールアレイ416上で焦点を結び、ピンホールを通過する。   Return light from the sample 430 is reflected by the galvanometer mirror 413, further reflected by the beam splitter 412, and passes through the lens 415. The return light that has passed through the lens 415 reaches the pinhole array 416 in which many pinholes are formed, but only the light from the focal plane of the sample 430 is focused on the pinhole array 416 and passes through the pinhole. To do.

ピンホールを通過した戻り光は、マイクロレンズが多数配置されたマイクロレンズアレイ417、マイクロレンズアレイ418を通過した後、ガルバノミラー413で反射され、カメラ420で撮像される。戻り光は、照明光ビームレットが照射された試料430の一部分であるが、ガルバノミラー413を変向させることで、試料430全体を走査することができる。   The return light that has passed through the pinhole passes through the microlens array 417 and microlens array 418 in which a large number of microlenses are arranged, is reflected by the galvano mirror 413, and is imaged by the camera 420. The return light is a part of the sample 430 irradiated with the illumination light beamlet, but the entire sample 430 can be scanned by turning the galvanometer mirror 413.

ここで、ピンホールアレイ416は、各ピンホールが、対物レンズ414の合焦スポットと共役な位置となるように精密に配置する。また、ピンホールアレイ416の個々のピンホールは、マイクロレンズアレイ417の個々のマイクロレンズの焦点位置に精密に配置する。さらに、マイクロレンズアレイ417の各マイクロレンズとマイクロレンズアレイ418の各マイクロレンズとが同軸となるように精密に配置する。   Here, the pinhole array 416 is precisely arranged so that each pinhole is in a conjugate position with the focal spot of the objective lens 414. The individual pinholes of the pinhole array 416 are precisely arranged at the focal positions of the individual microlenses of the microlens array 417. Furthermore, each microlens of the microlens array 417 and each microlens of the microlens array 418 are precisely arranged so as to be coaxial.

そして、マイクロレンズアレイ418の各マイクロレンズの焦点距離は、マイクロレンズアレイ417の各マイクロレンズの焦点距離よりも短くしている。   The focal length of each microlens in the microlens array 418 is shorter than the focal length of each microlens in the microlens array 417.

この構成において、ピンホールアレイ416のピンホールを通過した合焦面の戻り光は、マイクロレンズアレイ417により平行光に変換されマイクロレンズアレイ418に入射する。マイクロレンズアレイ418の各マイクロレンズの焦点距離は、マイクロレンズアレイ417の各マイクロレンズの焦点距離よりも短いため、戻り光は、マイクロレンズアレイ417を通過する際に、開口数が大きくなる。例えば、マイクロレンズアレイ418の各マイクロレンズの焦点距離が、マイクロレンズアレイ417の各マイクロレンズの焦点距離の1/2であれば、2倍の開口数の光線に変換される。   In this configuration, the return light from the focused surface that has passed through the pinhole of the pinhole array 416 is converted into parallel light by the microlens array 417 and is incident on the microlens array 418. Since the focal length of each microlens of the microlens array 418 is shorter than the focal length of each microlens of the microlens array 417, the return light has a larger numerical aperture when passing through the microlens array 417. For example, if the focal length of each microlens of the microlens array 418 is ½ of the focal length of each microlens of the microlens array 417, the microlens array 417 is converted into a light beam having a numerical aperture of twice.

この光線を、ガルバノミラー413を変向させながらカメラ420で撮像することで、試料430の超解像画像を得ることができる。このとき、煩雑な画像処理や多数回数の撮像を行なわなくてよいため、高速で簡易に超解像画像を得ることができる。   A super-resolution image of the sample 430 can be obtained by capturing this light beam with the camera 420 while turning the galvanometer mirror 413. At this time, since it is not necessary to perform complicated image processing and a large number of times of imaging, a super-resolution image can be obtained easily at high speed.

特開平10−062691号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-062691 特開2012−78408号公報JP 2012-78408 A 国際公開第2013/126762号明細書International Publication No. 2013/126762

Schulz, O. et al. Resolution doubling in fluorescence microscopy with confocal spinning-disk image scanning microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America, Vol.110, pp.21000-21005 (2013)Schulz, O. et al. Resolution doubling in fluorescence microscopy with confocal spinning-disk image scanning microscopy.Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America, Vol.110, pp.21000-21005 (2013)

上述のように、光学的処理で超解像を得る共焦点スキャナを用いることで、高速で簡易に超解像画像を得ることができる。しかしながら、光学的処理で超解像を得る共焦点スキャナは、照明光用のマイクロレンズアレイ、対物レンズ、戻り光用の2つのマイクロレンズアレイ、ピンホールアレイの各光学部品について精密な位置調整が必要である。特許文献3に記載された光学系では、これらの光学部品が独立して空間的に隔てて配置されており、精密な位置調整は容易でない。   As described above, a super-resolution image can be easily obtained at high speed by using a confocal scanner that obtains super-resolution by optical processing. However, a confocal scanner that obtains super-resolution by optical processing can precisely adjust the optical components of the microlens array for illumination light, the objective lens, the two microlens arrays for return light, and the pinhole array. is necessary. In the optical system described in Patent Document 3, these optical components are independently spaced apart from each other, and precise position adjustment is not easy.

光学部品の精密な位置調整はコストの上昇を招き、また環境変化や経時変化の影響を受けやすくメインテナンスが煩雑となるため、精密な位置調整の負担は少しでも減らすことが望ましい。   Precise position adjustment of optical components increases costs, and is susceptible to environmental changes and changes over time, making maintenance complicated. Therefore, it is desirable to reduce the burden of precise position adjustment as much as possible.

そこで、本発明は、光学的処理で超解像を得る共焦点スキャナにおいて、精密な位置調整の負担を軽減することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the burden of precise position adjustment in a confocal scanner that obtains super-resolution by optical processing.

上記課題を解決するため、本発明の第1の態様である共焦点スキャナは、複数のマイクロレンズが配置された第1マイクロレンズディスクと、前記第1マイクロレンズディスクの配置パターンに対応して複数のマイクロレンズが配置され、前記第1マイクロレンズディスクと共通の回転軸を有する第2マイクロレンズディスクと、対象物に照射する照明光を前記第1マイクロレンズディスクに導くとともに、前記第1マイクレンズディスクの各マイクロレンズを通過した前記対象物からの戻り光を、前記第2マイクロレンズディスクの対応するマイクロレンズに導くビームスプリッタとを備え、前記第2マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数は、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数よりも大きいことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the confocal scanner according to the first aspect of the present invention includes a first microlens disk on which a plurality of microlenses are arranged, and a plurality of the corresponding microfocus patterns corresponding to the arrangement pattern of the first microlens disks. The second microlens disk having a rotation axis common to the first microlens disk, the illumination light irradiating the object is guided to the first microlens disk, and the first microphone lens A beam splitter for guiding the return light from the object that has passed through each microlens of the disk to the corresponding microlens of the second microlens disk, and an opening of the microlens disposed on the second microlens disk The number is the numerical aperture of the microlens arranged on the first microlens disk. It is also big and said Ri.

ここで、前記第2マイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズの前記対象物と反対側の各焦点位置に、ピンホールが配置されていることができる。   Here, a pinhole may be disposed at each focal position on the side opposite to the object of each microlens disposed on the second microlens disk.

あるいは、第1マイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズの前記対象物側の各焦点位置に、ピンホールが配置されていてもよい。   Alternatively, a pinhole may be arranged at each focal position on the object side of each microlens arranged on the first microlens disk.

このとき、前記各ピンホールに対応した像反転用マイクロレンズが前記対象物側に配置されていてもよい。   At this time, an image reversal microlens corresponding to each pinhole may be disposed on the object side.

あるいは、前記第1マイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズの前記対象物側の各焦点位置よりも遠い位置に、像反転用マイクロレンズが配置され、前記各像反転用マイクロレンズの前記照明光の各合焦位置にピンホールが配置されていてもよい。   Alternatively, an image reversal microlens is disposed at a position farther than each focal position on the object side of each microlens disposed on the first microlens disk, and the illumination light of each image reversal microlens A pinhole may be arranged at each in-focus position.

また、前記第2マイクロレンズに配置されたマイクロレンズは凹レンズであってもよい。   The microlens disposed on the second microlens may be a concave lens.

いずれの場合も、前記第2マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数は、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数の概2倍とすることができる。   In either case, the numerical aperture of the microlens disposed on the second microlens disk can be approximately twice the numerical aperture of the microlens disposed on the first microlens disk.

また、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの口径は、前記第2マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの口径よりも小さいことが好ましい。   The aperture of the microlens disposed on the first microlens disk is preferably smaller than the aperture of the microlens disposed on the second microlens disc.

また、前記ビームスプリッタにより前記第1マイクロレンズディスクに導かれる前記照明光は、前記第1マイクレンズディスクのマイクロレンズの光軸に対して斜めに進むことができる。   The illumination light guided to the first microlens disk by the beam splitter can travel obliquely with respect to the optical axis of the microlens of the first microphone lens disk.

あるいは、前記ビームスプリッタにより前記第1マイクロレンズディスクに導かれる前記照明光は、前記第1マイクレンズディスクのマイクロレンズの光軸と平行に進み、前記第1マイクロレンズディスクと前記第2マイクロレンズディスクとの間に、前記ビームスプリッタにより生じる光路シフトを補正するための光学部材が配置されていてもよい。   Alternatively, the illumination light guided to the first microlens disk by the beam splitter travels in parallel with the optical axis of the microlens of the first microphone lens disk, and the first microlens disk and the second microlens disk. An optical member for correcting an optical path shift generated by the beam splitter may be disposed between the optical members.

上記課題を解決するため、本発明の第2の態様である共焦点顕微鏡は、上述のいずれかの共焦点スキャナと、平行光の照明光を前記ビームスプリッタに出射する光源ユニットと、前記第1マイクロレンズディスク側に配置された対物レンズと、前記第2マイクロレンズディスク側に配置された撮像素子と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a confocal microscope according to a second aspect of the present invention includes any one of the above-described confocal scanners, a light source unit that emits parallel illumination light to the beam splitter, and the first An objective lens disposed on the microlens disk side and an image pickup device disposed on the second microlens disk side are provided.

前記第1マイクロレンズディスクと前記対物レンズとの間、および前記第2マイクロレンズディスクと前記撮像素子との間に変倍光学系を配置してもよい。   A variable magnification optical system may be disposed between the first microlens disk and the objective lens, and between the second microlens disk and the imaging element.

本発明によれば、光学的処理で超解像を得る共焦点スキャナにおいて、精密な位置調整の負担を軽減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the burden of precise position adjustment in a confocal scanner that obtains super-resolution by optical processing.

第1実施例の共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the confocal microscope using the confocal scanner of 1st Example. マイクロレンズディスクとマイクロレンズ付ピンホールディスクとビームスプリッタの位置関係の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the positional relationship of a microlens disc, a pinhole disc with a microlens, and a beam splitter. 共焦点顕微鏡の走査の状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of the scanning of a confocal microscope. カメラを用いた共焦点光学系を模式的に表わした図である。It is the figure which represented typically the confocal optical system using a camera. 受光量I(x)の概形を示す図である。It is a figure which shows the general form of received light quantity I (x). 平行光の照明光を出射する光源ユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the light source unit which radiate | emits parallel illumination light. 第1実施例における第1変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification in 1st Example. 第1実施例における第2変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification in 1st Example. 第1実施例における第3変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification in 1st Example. 第2実施例の共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the confocal microscope using the confocal scanner of 2nd Example. ピンホールディスクとマイクロレンズディスクと第2マイクロレンズディスクとビームスプリッタの位置関係の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the positional relationship of a pinhole disk, a micro lens disk, a 2nd micro lens disk, and a beam splitter. 第2実施例における第2変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification in 2nd Example. 第2実施例における第3変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification in 2nd Example. 倒立画像について説明する図である。It is a figure explaining an inverted image. 隣接する倒立点像画像を説明する図である。It is a figure explaining the adjacent inverted point image. 第2実施例に対応した改良型を示す図である。It is a figure which shows the improved type corresponding to 2nd Example. 第2実施例に対応した改良型の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the improved type corresponding to 2nd Example. 第2実施例に対応した改良型の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the improved type corresponding to 2nd Example. 光学的処理で超解像を得る従来の顕微鏡システムの光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system of the conventional microscope system which obtains super-resolution by optical processing.

<第1実施例>
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、第1実施例の共焦点スキャナ20を用いた共焦点顕微鏡10の構成を模式的に示す図である。
<First embodiment>
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a confocal microscope 10 using the confocal scanner 20 of the first embodiment.

本図に示すように、共焦点スキャナ20を用いた共焦点顕微鏡10は、照明光として平行光を出射する光源ユニット110、対物レンズ120、撮影レンズ130、リレーレンズ140、カメラ150を備えており、試料30の超解像共焦点画像の撮像を行なうものとする。   As shown in the figure, the confocal microscope 10 using the confocal scanner 20 includes a light source unit 110 that emits parallel light as illumination light, an objective lens 120, a photographing lens 130, a relay lens 140, and a camera 150. Assume that a super-resolution confocal image of the sample 30 is taken.

共焦点スキャナ20は、多数のマイクロレンズ211が規則的に配置されたマイクロレンズディスク210と、一方の面に多数のマイクロレンズ221が配置され、他方の面に多数のピンホール223が形成されたマイクロレンズ付ピンホールディスク220と、モータ230と、ビームスプリッタ240を備えている。マイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220とは、中心軸が重なっており、この中心軸を中心にしてモータ230により一体化して回転する。   The confocal scanner 20 includes a microlens disk 210 in which a large number of microlenses 211 are regularly arranged, a number of microlenses 221 on one surface, and a number of pinholes 223 formed on the other surface. A pinhole disk 220 with a microlens, a motor 230, and a beam splitter 240 are provided. The microlens disc 210 and the pinhole disc 220 with a microlens overlap with each other, and rotate integrally with the motor 230 around the center axis.

マイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220とを一体的に形成することで、両ディスクの機械的な調整が不要となり、環境変化や経時変化等に対する安定性を高めることができる。   By integrally forming the microlens disc 210 and the pinhole disc 220 with microlenses, mechanical adjustment of both discs becomes unnecessary, and stability against environmental changes and changes over time can be improved.

マイクロレンズ付ピンホールディスク220のマイクロレンズ221は、マイクロレンズディスク210側に配置されており、反対側の面には遮光マスク222が施されている。マイクロレンズ付ピンホールディスク220の個々のマイクロレンズ221は、マイクロレンズディスク210の個々のマイクロレンズ211と同軸となるように配置される。   The microlens 221 of the pinhole disk 220 with a microlens is disposed on the microlens disk 210 side, and a light shielding mask 222 is provided on the opposite surface. The individual microlenses 221 of the pinhole disk 220 with a microlens are arranged so as to be coaxial with the individual microlenses 211 of the microlens disk 210.

マイクロレンズ付ピンホールディスク220は、少なくともマイクロレンズ221が配設された部分は戻り光を透過する材料で形成し、その厚さはマイクロレンズ221の焦点距離とする。   The pinhole disk 220 with a microlens is formed of a material that transmits return light at least at a portion where the microlens 221 is disposed, and the thickness thereof is a focal length of the microlens 221.

ピンホール223は、遮光マスク222に形成された微小開口によって構成され、個々のピンホール223が、個々のマイクロレンズ221の焦点位置となるように配置される。ピンホール223の大きさはマイクロレンズ221で集光される光の回折限界と同等程度の大きさが好ましい。   The pinhole 223 is configured by a minute opening formed in the light shielding mask 222, and each pinhole 223 is disposed so as to be a focal position of each microlens 221. The size of the pinhole 223 is preferably about the same as the diffraction limit of the light collected by the microlens 221.

本例では、マイクロレンズ211、マイクロレンズ221とも凸レンズとしているが、レンズ効果があれば他の光学素子でもよく、例えば、フレネルレンズや回折光学素子でもよい。また、単レンズであっても複合レンズであってもよい。   In this example, both the microlens 211 and the microlens 221 are convex lenses, but other optical elements may be used as long as they have a lens effect. For example, a Fresnel lens or a diffractive optical element may be used. Further, it may be a single lens or a compound lens.

ビームスプリッタ240は、マイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220との間に配置されている。ビームスプリッタ240は、照明光の波長を反射し、この照明光によって試料30から発せられる波長の長い蛍光を透過する特性を有するものとする。   The beam splitter 240 is disposed between the microlens disk 210 and the pinhole disk 220 with a microlens. The beam splitter 240 has a characteristic of reflecting the wavelength of illumination light and transmitting fluorescence having a long wavelength emitted from the sample 30 by the illumination light.

図2は、マイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220とビームスプリッタ240の位置関係の詳細を示している。本図では、同軸上に配置された一組のマイクロレンズ211とマイクロレンズ211の中心軸を一点鎖線で示している。   FIG. 2 shows details of the positional relationship among the microlens disc 210, the pinhole disc 220 with microlens, and the beam splitter 240. In this figure, a pair of microlenses 211 arranged on the same axis and the central axis of the microlenses 211 are indicated by a one-dot chain line.

ビームスプリッタ240はある程度の厚さを有しているため、斜めに入射する光は屈折により光路がシフトする。本実施例では、この光路シフトを補正するために、ビームスプリッタ240のマイクロレンズディスク210に対する角度を45度よりわずかに小さくしている。このため、ビームスプリッタ240で反射された光は図のように一点鎖線とは若干の角度を有して斜めにマイクロレンズディスク210へと向かう。   Since the beam splitter 240 has a certain thickness, the light path of obliquely incident light is shifted by refraction. In the present embodiment, in order to correct this optical path shift, the angle of the beam splitter 240 with respect to the microlens disk 210 is made slightly smaller than 45 degrees. For this reason, the light reflected by the beam splitter 240 is obliquely directed to the microlens disk 210 with a slight angle with the one-dot chain line as shown in the figure.

マイクロレンズ211からの光も同じ角度の逆向きの光路でビームスプリッタ240へ向かい、ビームスプリッタ240で屈折した光がちょうどマイクロレンズ221に入射されるような角度と配置になっている。   The light from the microlens 211 is also directed to the beam splitter 240 through the reverse optical path of the same angle, and the angle and the arrangement are such that the light refracted by the beam splitter 240 is incident on the microlens 221.

ここで、マイクロレンズ211の外径は、マイクロレンズ221の外径よりも若干小さめになるように構成している。なお、光路シフトの補正方法として、ビームスプリッタ240の角度を45度にして、マイクロレンズ211とマイクロレンズ221とを中心軸に対してわずかに傾けて配置してもよい。この場合、ビームスプリッタ240からマイクロレンズ211に入射する光は一点鎖線で示す光軸と平行となる。   Here, the outer diameter of the micro lens 211 is configured to be slightly smaller than the outer diameter of the micro lens 221. As an optical path shift correction method, the angle of the beam splitter 240 may be set to 45 degrees, and the microlens 211 and the microlens 221 may be disposed slightly inclined with respect to the central axis. In this case, the light incident on the microlens 211 from the beam splitter 240 is parallel to the optical axis indicated by the alternate long and short dash line.

本実施例では、マイクロレンズ211が集光する光の開口数(NA)に対してマイクロレンズ221が集光する光の開口数が2倍になるように構成されている。すなわちマイクロレンズ211で集光される光の角度をθとするとマイクロレンズ221で集光されてピンホール223から発散する角度が2θとなるように両マイクロレンズのパラメータが選択されている。なお、原理的に2倍が最も解像度が良くなるが、マイクロレンズ221が集光する光の開口数の方が大きければ、他の数値倍であってもよい。   In this embodiment, the numerical aperture (NA) of the light collected by the microlens 211 is configured to be twice the numerical aperture of the light collected by the microlens 221. That is, if the angle of the light collected by the microlens 211 is θ, the parameters of both microlenses are selected so that the angle of the light collected by the microlens 221 and diverging from the pinhole 223 is 2θ. In principle, double the resolution is the best, but other numerical values may be used as long as the numerical aperture of the light collected by the microlens 221 is larger.

ここで、光軸中心に対する角度をφ、媒質の屈折率をnとすると、NA=n・sin(φ)である。また、図2は説明の便宜上マイクロレンズの径を大きく示しているが、実際のマイクロレンズの径は1mm以下と小さい。すなわち、θや2θの角度は極めて小さな値となる。角度が微小のときは、sin(φ)≒φとすることができるため、マイクロレンズ211が集光する光の開口数に対して、マイクロレンズ221が集光する光の開口数が概ね2倍となっていることが分かる。   Here, if the angle with respect to the optical axis center is φ and the refractive index of the medium is n, NA = n · sin (φ). Further, FIG. 2 shows the diameter of the micro lens large for convenience of explanation, but the actual diameter of the micro lens is as small as 1 mm or less. That is, the angles of θ and 2θ are extremely small values. When the angle is very small, sin (φ) ≈φ can be set, so that the numerical aperture of the light collected by the microlens 221 is approximately twice the numerical aperture of the light collected by the microlens 211. It turns out that it is.

図1の説明に戻って、共焦点スキャナ20の下方向には撮影レンズ130および対物レンズ120が配置されており、対物レンズ120の焦点位置には試料30が配置される。また、共焦点スキャナ20の上方にはリレーレンズ140が配置されており、カメラ150の撮像素子151面上に、ピンホール面の像を投影する構成となっている。なお、カメラ150の前面に、所望の蛍光のみを通過させるフィルタを配置してもよい。   Returning to the description of FIG. 1, the photographing lens 130 and the objective lens 120 are arranged in the downward direction of the confocal scanner 20, and the sample 30 is arranged at the focal position of the objective lens 120. A relay lens 140 is disposed above the confocal scanner 20 and projects a pinhole surface image onto the image sensor 151 surface of the camera 150. Note that a filter that allows only desired fluorescence to pass through may be disposed in front of the camera 150.

このような構成において、光源ユニット110から出射された照明光は、ビームスプリッタ240で反射され、マイクロレンズディスク210に導かれる。そして、マイクロレンズディスク210上の多数のマイクロレンズ211により多数の照明光ビームレットに分割される。各照明光ビームレットは一度焦点を結んだ後に、撮影レンズ130で平行光に変換され、対物レンズ120により試料30上のそれぞれの位置で集光する。   In such a configuration, the illumination light emitted from the light source unit 110 is reflected by the beam splitter 240 and guided to the microlens disk 210. Then, it is divided into a number of illumination light beamlets by a number of microlenses 211 on the microlens disk 210. Each illumination light beamlet is focused once, converted into parallel light by the photographing lens 130, and condensed at each position on the sample 30 by the objective lens 120.

試料30は、照明光ビームレットに基づく戻り光を発する。特に蛍光試料観察の場合、試料30は蛍光色素等で特定の構造を染色したものであり、照明光により蛍光色素分子が励起され、照明光より長波長の蛍光を発する。   The sample 30 emits return light based on the illumination light beamlet. In particular, in the case of fluorescent sample observation, the sample 30 is obtained by staining a specific structure with a fluorescent dye or the like, and the fluorescent dye molecule is excited by the illumination light and emits fluorescence having a longer wavelength than the illumination light.

対物レンズ120により捉えられたそれぞれの戻り光は、照明光と同じ光路を戻る。すなわち対物レンズ120によって平行光になり、撮影レンズ130により一度焦点を結んだ後にマイクロレンズディスク210に入射し、マイクロレンズ211の作用により再び平行光に変換される。すなわち、マイクロレンズディスク210を照明光用と戻り光用とで兼用している。これにより、位置調整が必要な光学部品を削減することができる。   Each return light captured by the objective lens 120 returns on the same optical path as the illumination light. That is, it becomes parallel light by the objective lens 120, is once focused by the photographing lens 130, enters the microlens disk 210, and is converted back to parallel light by the action of the microlens 211. That is, the microlens disk 210 is used for both illumination light and return light. As a result, optical components that require position adjustment can be reduced.

各戻り光はビームスプリッタ240を通過し、マイクロレンズ付ピンホールディスク220のマイクロレンズ221に平行光の状態で入射される。このとき、図2に示したように、ビームスプリッタ240における屈折による光路のシフトが、ビームスプリッタ240の角度調整等により補正されるようになっている。   Each return light passes through the beam splitter 240 and enters the microlens 221 of the pinhole disk 220 with a microlens in a parallel light state. At this time, as shown in FIG. 2, the shift of the optical path due to refraction in the beam splitter 240 is corrected by adjusting the angle of the beam splitter 240 or the like.

ビームスプリッタ240を通過した平行光は、マイクロレンズ221の作用によりピンホール223に集光される。前述のように、マイクロレンズ221の開口数はマイクロレンズ211の開口数よりも2倍に構成されているのでマイクロレンズ211の手前でビームレットが結んだ焦点よりもこのピンホール223上での焦点は約1/2の大きさとなり、このピンホール223を通過する。   The parallel light that has passed through the beam splitter 240 is condensed on the pinhole 223 by the action of the microlens 221. As described above, since the numerical aperture of the microlens 221 is twice as large as the numerical aperture of the microlens 211, the focal point on the pinhole 223 is larger than the focal point where the beamlet is connected before the microlens 211. Is about ½ in size and passes through this pinhole 223.

このとき、対物レンズ120の試料側合焦点面からの戻り光のみがピンホール223を通過する。一方、合焦点面以外からの戻り光は、ピンホール223上で焦点を結ばないため遮光マスク222により遮られ、ピンホール223を通過できない。   At this time, only the return light from the sample-side focal plane of the objective lens 120 passes through the pinhole 223. On the other hand, the return light from other than the in-focus plane is not focused on the pinhole 223 and is blocked by the light shielding mask 222 and cannot pass through the pinhole 223.

ピンホール223を通過した光は、リレーレンズ140の作用により、カメラ150の撮像素子151に結像される。モータ230によりマイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220とを回転させ、試料30全体を照明光で走査することで、試料30の共焦点画像をカメラ150で撮像可能としている。図3は、この走査の状態を模式的に示している。また、試料30をz軸方向にスキャンさせることで3次元イメージを得ることができる。   The light that has passed through the pinhole 223 is imaged on the image sensor 151 of the camera 150 by the action of the relay lens 140. By rotating the microlens disk 210 and the pinhole disk 220 with microlens by the motor 230 and scanning the entire sample 30 with illumination light, a confocal image of the sample 30 can be captured by the camera 150. FIG. 3 schematically shows this scanning state. A three-dimensional image can be obtained by scanning the sample 30 in the z-axis direction.

ここで、本実施例の共焦点スキャナ20を用いた共焦点顕微鏡10で超解像画像を得られる理由について説明する。図4は、2次元イメージセンサーであるカメラを用いた共焦点光学系を模式的に表わした図である。簡単のため、照明光側と戻り光側を左右に分けて図示しており、点光源から試料面までが照明光側、試料面から像面までが戻り光側である。また、簡単のため対物レンズの倍率を1倍としているが、この仮定は議論の一般性を損なうものではない。倍率を1倍と仮定することで、試料面と像面とを上下逆の等スケールの座標で扱うことができる。   Here, the reason why a super-resolution image can be obtained with the confocal microscope 10 using the confocal scanner 20 of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing a confocal optical system using a camera which is a two-dimensional image sensor. For simplicity, the illumination light side and the return light side are shown separately on the left and right sides, and the point light source to the sample surface is the illumination light side, and the sample surface to the image surface is the return light side. In addition, for the sake of simplicity, the magnification of the objective lens is set to 1, but this assumption does not impair the generality of the discussion. Assuming that the magnification is 1, the sample plane and the image plane can be handled with the coordinates of an equal scale upside down.

光軸上の点光源から発した照明光は、対物レンズにより試料面に焦点を結ぶ。このとき、光の回折により、試料面における照明光の強度分布は、図中に示すように座標0を中心に一定の広がりを持つ。この光の広がりは、一般にエアリーディスクと呼ばれる。   Illumination light emitted from a point light source on the optical axis is focused on the sample surface by the objective lens. At this time, due to light diffraction, the intensity distribution of the illumination light on the sample surface has a certain spread around the coordinate 0 as shown in the figure. This spread of light is generally called an Airy disk.

次に、照明光を試料に照射することで発生する試料面上の座標0、d/2、dの3点から発せられた戻り光を考える。この3点は照明光のエアリーディスク内にあるものとする。試料面上座標0、d/2、dから発せられた戻り光の像面における強度分布は、図中に示すように、それぞれ像面上座標0、d/2、dにピークを持ち、各ピークの高さは試料面座標0、d/2、dにおける照明光強度に比例する。   Next, let us consider return light emitted from three points of coordinates 0, d / 2, and d on the sample surface generated by irradiating the sample with illumination light. These three points are assumed to be in the airy disk of illumination light. The intensity distribution on the image plane of the return light emitted from the coordinates 0, d / 2, d on the sample surface has peaks at the coordinates 0, d / 2, d on the image plane, as shown in the figure. The height of the peak is proportional to the illumination light intensity at the sample plane coordinates 0, d / 2, and d.

戻り光は像面にあるカメラの撮像素子によって受光される。ここで、像面上座標dの位置(図中のピクセル2にあたる位置)における受光量を考える。試料面上座標0、d/2、dから発せられた戻り光のそれぞれの強度分布を、像面上座標dの位置において比較すると、図4に示す通り、試料面上座標d/2からの戻り光が最も大きくなる。つまり、像面上座標dの位置のピクセル2は、試料面上座標dからの戻り光ではなく、試料面上座標d/2からの戻り光を最も明るく受光することになる。このことは、エアリーディスク内という微視的な領域において、試料面から像面へ2倍に拡大投影されていることを示している。   The return light is received by the image sensor of the camera on the image plane. Here, the amount of received light at the position of the coordinate d on the image plane (position corresponding to pixel 2 in the figure) is considered. When the intensity distributions of the return lights emitted from the coordinates 0, d / 2, and d on the sample plane are compared at the position of the coordinates d on the image plane, as shown in FIG. The return light is the largest. That is, the pixel 2 at the position of the coordinate d on the image plane receives the brightest return light from the coordinate d / 2 on the sample surface, not the return light from the coordinate d on the sample surface. This indicates that in the microscopic region in the Airy disc, the projection is magnified twice from the sample surface to the image surface.

以上のことは、数式を用いて次のように説明される。戻り光が発生する試料面上の位置をxとして、像面上の位置dでの受光量I(x)は、
と表される。ここで、PSFill(x)およびPSFimg(x)は、それぞれ照明側および撮像側の点像分布関数である。一般に、点像分布関数PSF(x)は第1種ベッセル関数Jと光学系の開口数NAと波長λとを用いて、
と表される。
The above is explained as follows using mathematical formulas. Assuming that the position on the sample surface where the return light is generated is x, the received light amount I (x) at the position d on the image plane is
It is expressed. Here, PSF ill (x) and PSF img (x) are point spread functions on the illumination side and the imaging side, respectively. In general, the point spread function PSF (x) by using the numerical aperture NA and the wavelength λ of the first kind Bessel function J 1 and the optical system,
It is expressed.

[数1]より、I(x)はピーク位置が距離dだけ異なる2つの点像分布関数の積となるので、図5に概形を示すように、I(x)はd/2にピークを持つ。つまり、像面上座標dの位置のピクセルは、試料面上座標d/2からの戻り光を最も明るく受光することが[数1]からも示される。   From [Equation 1], I (x) is the product of two point spread functions whose peak positions differ by a distance d, so that I (x) peaks at d / 2 as shown schematically in FIG. have. That is, it is also shown from [Equation 1] that the pixel at the position of the coordinate d on the image plane receives the brightest return light from the coordinate d / 2 on the sample plane.

以上のように、カメラを用いた共焦点光学系においては、非走査共焦点像の個々の輝点を中心としたエアリーディスク内の領域では、試料面から像面へ2倍に拡大投影されているため、エアリーディスク領域内を1/2に縮小し、試料面上座標と像面上座標とを一致させる補正処理を行なうことで、光学系の解像限界を上回る高周波成分を得ることができる。なぜなら、エアリーディスク領域内を1/2に縮小する処理は、光学系の点像分布関数の幅を半分にすることに相当するためである。以上の結果として、光学系の解像限界(回折限界)の2倍の解像度を持つ超解像画像を得られる。   As described above, in a confocal optical system using a camera, an area in an Airy disk centered on each bright spot of a non-scanning confocal image is projected twice magnified from the sample surface to the image surface. Therefore, the high-frequency component exceeding the resolution limit of the optical system can be obtained by reducing the airy disk area by half and performing a correction process for matching the coordinates on the sample surface with the coordinates on the image surface. . This is because the process of reducing the Airy disk area by half corresponds to halving the width of the point spread function of the optical system. As a result, a super-resolution image having a resolution twice the resolution limit (diffraction limit) of the optical system can be obtained.

本実施例では、マイクロレンズディスク210およびマイクロレンズ付ピンホールディスク220により、対物レンズ120からの戻り光の開口数を2倍に変換することで、光学系の点像分布関数の幅を光学的処理により1/2としている。すなわち、エアリーディスク領域内が1/2に縮小された形でカメラ150に投影される。   In this embodiment, the width of the point spread function of the optical system is optically changed by doubling the numerical aperture of the return light from the objective lens 120 by the microlens disk 210 and the pinhole disk 220 with a microlens. 1/2 due to processing. That is, the airy disc area is projected onto the camera 150 in a form reduced to ½.

また、本実施例では光学的に対物レンズ120からの戻り光がカメラ150に投影されるときの開口数を2倍に変換にするため、撮影された画像の面内(XY面内)のみならず、画像に対し垂直な光軸方向(Z軸方向)も解像度が向上する。なぜなら、光軸方向の点像分布関数は[数3]で表され、光軸方向の点像分布関数の幅は開口数の2乗に反比例するためである。したがって、試料の立体構造を詳細に観察するのに好適である。
In this embodiment, the numerical aperture when the return light from the objective lens 120 is optically projected on the camera 150 is optically converted to double, so that the image is only in the plane of the captured image (in the XY plane). In addition, the resolution is improved in the optical axis direction (Z-axis direction) perpendicular to the image. This is because the point spread function in the optical axis direction is expressed by [Equation 3], and the width of the point spread function in the optical axis direction is inversely proportional to the square of the numerical aperture. Therefore, it is suitable for observing the three-dimensional structure of the sample in detail.

なお、平行光の照明光を出射する光源ユニット110は、例えば、図6(a)に示すように、レーザダイオード等のレーザ発光素子111の前方の適切な箇所にコリメートレンズ112を配置することで構成することができる。   Note that the light source unit 110 that emits parallel illumination light includes, for example, a collimator lens 112 disposed at an appropriate location in front of a laser light emitting element 111 such as a laser diode as illustrated in FIG. Can be configured.

あるいは、図6(b)に示すように、レーザ発光素子111からシングルモードファイバ113の一端にレーザ光を導入し、シングルモードファイバ113の他端からの出射光をコリメートレンズ112でコリメートするように構成してもよい。この場合、レーザ発光素子111を共焦点スキャナ20の遠方に配置することができる。   Alternatively, as shown in FIG. 6B, the laser light is introduced from the laser light emitting element 111 to one end of the single mode fiber 113, and the emitted light from the other end of the single mode fiber 113 is collimated by the collimator lens 112. It may be configured. In this case, the laser light emitting element 111 can be disposed far from the confocal scanner 20.

図6(c)に示すように、LED114を光源として用いて、ロッドインテグレータ115に光を入射するようにしてもよい。ロッドインテグレータ115は内部の反射によって均一な照明を端部から発する。そして、この光を2枚の拡大投影レンズ116、117によって拡大投影する。このとき、投影面がマイクロレンズディスク210に一致するように構成する。光を拡大投影することにより、マイクロレンズディスク210近傍では、ほぼコリメート光と同等となるので、実質的に平行光とみなすことができる。本例では、安価なLEDを使用して均一な照明を提供することができる。   As shown in FIG. 6C, light may be incident on the rod integrator 115 using the LED 114 as a light source. The rod integrator 115 emits uniform illumination from the end by internal reflection. Then, this light is enlarged and projected by the two enlargement projection lenses 116 and 117. At this time, the projection surface is configured to coincide with the microlens disk 210. By enlarging and projecting the light, near the microlens disk 210, the light is substantially equivalent to the collimated light, and can be regarded as substantially parallel light. In this example, an inexpensive LED can be used to provide uniform illumination.

図6(d)に示すように、ロッドインテグレータ115に代えてマルチモードファイバ118を用いてもよい。マルチモードファイバ118はフレキシブルであるため、LED114を任意の場所に配置することができる。   As shown in FIG. 6D, a multimode fiber 118 may be used instead of the rod integrator 115. Since the multimode fiber 118 is flexible, the LEDs 114 can be placed at any location.

次に、第1実施例の変形例について説明する。図7は、第1変形例である光路シフト補正の別例を示す図である。なお、第1変形例においてもマイクロレンズ211が集光する光の開口数に対してマイクロレンズ221が集光しピンホール223から発散する光の開口数が2倍になるように構成されている。すなわち、マイクロレンズ211が集光する光の軸に対する角度をθとすると、ピンホール223から発散する光の角度が2θとなるように両マイクロレンズのパラメータが選択されている。   Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating another example of optical path shift correction that is the first modification. The first modification is also configured such that the numerical aperture of the light condensed by the microlens 221 and diverging from the pinhole 223 is double the numerical aperture of the light collected by the microlens 211. . That is, when the angle with respect to the axis of the light collected by the microlens 211 is θ, the parameters of both microlenses are selected so that the angle of the light diverging from the pinhole 223 becomes 2θ.

第1変形例では、ビームスプリッタ240を軸に対して45度の角度に配置して、照明光をマイクロレンズ211、221の光軸と平行にマイクロレンズディスク210に導く。   In the first modification, the beam splitter 240 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the axis, and the illumination light is guided to the microlens disk 210 in parallel with the optical axes of the microlenses 211 and 221.

そして、ビームスプリッタ240の上方(マイクロレンズ付ピンホールディスク220側)にビームスプリッタ240と同じ材料で同じ厚みを有する光路補正ガラス板241を逆の方向に45度に傾けて配置する。   Then, an optical path correction glass plate 241 having the same material and the same thickness as the beam splitter 240 is disposed above the beam splitter 240 (on the side of the pinhole disk 220 with a microlens) and tilted by 45 degrees in the opposite direction.

試料30からの戻り光は照明光と同じ光路を通り、ビームスプリッタ240を通過する。この際に光路がシフトするが、光路補正ガラス板241を通過することによってシフト分がキャンセルされ、マイクロレンズ221に入射する。ビームスプリッタ240の角度調整が不要であるため、簡易に実現することができる。   The return light from the sample 30 passes through the same optical path as the illumination light and passes through the beam splitter 240. At this time, the optical path shifts, but the shift is canceled by passing through the optical path correction glass plate 241, and enters the microlens 221. Since it is not necessary to adjust the angle of the beam splitter 240, this can be realized easily.

図8は、第1実施例における第2変形例について説明する図である。第2変形例では、ビームスプリッタ240を軸に対して45度の角度に配置して、光路シフトを補正するために光路補正フィルタ242を用いる。光路補正フィルタ242は、ビームスプリッタ240よりも厚いため、マイクロレンズディスク210に対して45度よりも小さい角度で配置する。   FIG. 8 is a diagram for explaining a second modification of the first embodiment. In the second modification, the beam splitter 240 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the axis, and the optical path correction filter 242 is used to correct the optical path shift. Since the optical path correction filter 242 is thicker than the beam splitter 240, it is arranged at an angle smaller than 45 degrees with respect to the microlens disk 210.

また、光路補正フィルタ242の1面にはレーザ光を遮断して蛍光のみを通過するフィルタ膜243が設けられている。これにより、例えばレーザ光の一部がマイクロレンズディスク210で反射してビームスプリッタ240を通過し、マイクロレンズ付ピンホールディスク220の表面や遮光マスク222等で蛍光を発する場合、フィルタ膜243がないとこれらの蛍光はノイズとなる。これに対し、フィルタ膜243が設けられた光路補正フィルタ242を用いることで、レーザ光の波長がマイクロレンズ付ピンホールディスク220側に進むことを遮断するため、これらのノイズ光を排除することができる。   In addition, a filter film 243 that blocks laser light and passes only fluorescence is provided on one surface of the optical path correction filter 242. Thereby, for example, when part of the laser light is reflected by the microlens disk 210 and passes through the beam splitter 240 and emits fluorescence at the surface of the pinhole disk 220 with microlenses, the light shielding mask 222, etc., there is no filter film 243. And these fluorescence becomes noise. On the other hand, by using the optical path correction filter 242 provided with the filter film 243, the wavelength of the laser light is blocked from proceeding to the pinhole disk 220 with a microlens, so that these noise lights can be eliminated. it can.

第2変形例では、第1変形例よりもマイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220との距離を小さくできるので、両者を接続して一体化したディスクユニットの剛性を高くすることができる。   In the second modification, the distance between the microlens disk 210 and the pinhole disk 220 with a microlens can be made smaller than in the first modification, so that the rigidity of the disk unit integrated by connecting both can be increased. .

第1実施例の第3変形例について図9を参照して説明する。第3変形例では、撮影レンズ130の代わりに対物側変倍光学系131を用い、リレーレンズ140の代わりにカメラ側変倍光学系141を用いている。撮影レンズ130の代わりにズームレンズのような対物側変倍光学系131を用いることで瞳径の異なる対物レンズ120を用いる際にも瞳径を満たす最適な焦点距離になるように対物側変倍光学系131を調節することができる。   A third modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the third modification, the objective side variable power optical system 131 is used instead of the photographic lens 130, and the camera side variable power optical system 141 is used instead of the relay lens 140. By using an objective-side variable optical system 131 such as a zoom lens instead of the taking lens 130, the objective-side magnification is changed so that an optimum focal length satisfying the pupil diameter can be obtained even when the objective lens 120 having a different pupil diameter is used. The optical system 131 can be adjusted.

例えば、瞳径の小さい高倍の対物レンズ120においては、対物側変倍光学系131の焦点距離を短くすることで、マイクロレンズディスク210を出射した光が対物レンズ120の瞳径を満たすように調節し、瞳径の大きい低倍の対物レンズ120においては、対物側変倍光学系131の焦点距離を長くすることで、マイクロレンズディスク210を出射した光が対物レンズ120の瞳径を満たすように調節することができる。   For example, in the high-magnification objective lens 120 with a small pupil diameter, the focal length of the objective-side variable magnification optical system 131 is shortened so that the light emitted from the microlens disk 210 satisfies the pupil diameter of the objective lens 120. In the low-magnification objective lens 120 having a large pupil diameter, the light emitted from the microlens disk 210 satisfies the pupil diameter of the objective lens 120 by increasing the focal length of the objective-side variable magnification optical system 131. Can be adjusted.

また、本来顕微鏡は対物レンズ120と対物側変倍光学系131(撮影レンズ130)の焦点距離の比で倍率が定まる。したがって対物側変倍光学系131の焦点距離を変えると倍率も変わってしまう。これをカメラ側変倍光学系141で補正するようにしている。   In addition, the magnification of the microscope is originally determined by the ratio of the focal lengths of the objective lens 120 and the objective-side variable magnification optical system 131 (photographing lens 130). Therefore, when the focal length of the objective side variable magnification optical system 131 is changed, the magnification is also changed. This is corrected by the camera side variable magnification optical system 141.

例えば、低倍の対物レンズ120に対応するために対物側変倍光学系131の焦点距離を長くして、通常の撮影レンズ130の焦点距離の2倍の値に調節したとすると、マイクロレンズ付ピンホールディスク220面上では通常よりも2倍の大きさの像が得られる。例えば、10倍の対物レンズを用いた場合には20倍相当の像が得られる。これに対して、カメラ側変倍光学系141はマイクロレンズ付ピンホールディスク220面上の像をカメラ150の撮像素子151に対して1/2になるように投影することで、通常と同じ大きさの画像が得られる。   For example, assuming that the focal length of the objective-side variable magnification optical system 131 is lengthened and adjusted to a value twice the focal length of the normal photographing lens 130 in order to cope with the low-magnification objective lens 120, a microlens is attached. On the surface of the pinhole disk 220, an image twice as large as usual can be obtained. For example, when a 10 × objective lens is used, an image equivalent to 20 × is obtained. On the other hand, the camera side variable magnification optical system 141 projects the image on the surface of the pinhole disk 220 with a microlens to the image pickup device 151 of the camera 150 so as to be ½, so that it is the same size as usual. An image of the size is obtained.

これらの構成を実現するためには撮影可能な範囲が従来よりも広くないと困難であるが、本構成ではマイクロレンズディスク210とマイクロレンズ付ピンホールディスク220との間において光が平行光であるため、これらの距離を広げることが容易であるため、簡易に実現することができる。また、対物レンズ120の瞳径に最適な光を導くことができるので、分解能が高いだけでなく光の利用効率もよくなる。すなわち低倍に合わせた光学系の場合、高倍の瞳径の小さな対物レンズ120においては、その光の一部分しか使われないということがなく高効率である。
<第2実施例>
In order to realize these configurations, it is difficult if the photographing range is not wider than in the past, but in this configuration, the light is parallel light between the microlens disc 210 and the pinhole disc 220 with a microlens. Therefore, since it is easy to widen these distances, it can be realized easily. In addition, since the optimum light can be guided to the pupil diameter of the objective lens 120, not only the resolution is high but also the light utilization efficiency is improved. In other words, in the case of an optical system adjusted to a low magnification, the objective lens 120 having a high magnification and a small pupil diameter does not use only a part of the light and is highly efficient.
<Second embodiment>

次に、本発明の第2実施例について説明する。図10は、第2実施例の共焦点スキャナ21を用いた共焦点顕微鏡11の構成を模式的に示す図である。第1実施例と同じ部位については同じ符号を付している。光源ユニット110、対物レンズ120、撮影レンズ130、リレーレンズ140、カメラ150については第1実施例と同様である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the confocal microscope 11 using the confocal scanner 21 of the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The light source unit 110, the objective lens 120, the photographing lens 130, the relay lens 140, and the camera 150 are the same as in the first embodiment.

共焦点スキャナ21は、多数のマイクロレンズ211が規則的に配置されたマイクロレンズディスク210と、多数のマイクロレンズ261が規則的に配置された第2マイクロレンズディスク260と、遮光マスク251の微小開口によって多数のピンホール252が規則的に形成されたピンホールディスク250と、モータ230とビームスプリッタ240を備えている。ピンホールディスク250とマイクロレンズディスク210と第2マイクロレンズディスク260とは、中心軸が重なっており、この中心軸を中心にしてモータ230により一体化して回転する。   The confocal scanner 21 includes a microlens disk 210 in which a large number of microlenses 211 are regularly arranged, a second microlens disk 260 in which a large number of microlenses 261 are regularly arranged, and a microscopic aperture of the light shielding mask 251. , A pinhole disk 250 in which a large number of pinholes 252 are regularly formed, a motor 230 and a beam splitter 240 are provided. The pinhole disc 250, the microlens disc 210, and the second microlens disc 260 are overlapped with each other at the central axis, and rotate integrally with the motor 230 around the central axis.

対物レンズ120に近い側からピンホールディスク250、マイクロレンズディスク210が配置され、ビームスプリッタ240を挟んで第2マイクロレンズディスク260が配置されている。ピンホールディスク250の個々のピンホール252と、マイクロレンズディスク210の個々のマイクロレンズ211と、第2マイクロレンズディスク260の個々のマイクロレンズ261は同軸となるように配置される。   A pinhole disk 250 and a microlens disk 210 are disposed from the side close to the objective lens 120, and a second microlens disk 260 is disposed with the beam splitter 240 interposed therebetween. Each pinhole 252 of the pinhole disk 250, each microlens 211 of the microlens disk 210, and each microlens 261 of the second microlens disk 260 are arranged so as to be coaxial.

すなわち、第2実施例では、ピンホール252が対物レンズ120側に配置され、戻り光のみならず照明光もピンホール252を通過する構成となっている。ピンホール252を通過した光による合焦点面からの戻り光が再度ピンホール252に戻ってくるため、光学系の調整が一層容易となる。   That is, in the second embodiment, the pinhole 252 is disposed on the objective lens 120 side, and not only the return light but also the illumination light passes through the pinhole 252. Since the return light from the focal plane by the light that has passed through the pinhole 252 returns to the pinhole 252 again, the adjustment of the optical system is further facilitated.

マイクロレンズディスク210とピンホールディスク250との距離はマイクロレンズ211の焦点距離とする。なお。ピンホールディスク250とマイクロレンズディスク210とを第1実施例のように一体化してもよい。   The distance between the microlens disc 210 and the pinhole disc 250 is the focal length of the microlens 211. Note that. The pinhole disk 250 and the microlens disk 210 may be integrated as in the first embodiment.

図11は、第2実施例のピンホールディスク250とマイクロレンズディスク210と第2マイクロレンズディスク260とビームスプリッタ240の位置関係の詳細を示している。本図では、同軸上に配置された一組のピンホール252とマイクロレンズ211とマイクロレンズ261の中心軸を一点鎖線で示している。   FIG. 11 shows details of the positional relationship among the pinhole disk 250, the microlens disk 210, the second microlens disk 260, and the beam splitter 240 of the second embodiment. In this figure, the central axes of a pair of pinholes 252, microlenses 211, and microlenses 261 that are arranged on the same axis are indicated by a one-dot chain line.

ビームスプリッタ240はある程度の厚さを有しているため、斜めに入射する光は屈折により光路がシフトする。第2実施例でもこの光路シフトを補正するために、ビームスプリッタ240のマイクロレンズディスク210に対する角度を45度よりわずかに小さくしている。このため、ビームスプリッタ240で反射された光は図のように一点鎖線とは若干の角度を有してマイクロレンズディスク210へと向かう。   Since the beam splitter 240 has a certain thickness, the light path of obliquely incident light is shifted by refraction. Also in the second embodiment, in order to correct this optical path shift, the angle of the beam splitter 240 with respect to the microlens disk 210 is made slightly smaller than 45 degrees. For this reason, the light reflected by the beam splitter 240 travels toward the microlens disc 210 with a slight angle with the one-dot chain line as shown in the figure.

マイクロレンズ211からの光も同じ角度の逆向きの光路でビームスプリッタ240へ向かい、ビームスプリッタ240で屈折した光がちょうどマイクロレンズ221に入射されるような角度と配置になっている。   The light from the microlens 211 is also directed to the beam splitter 240 through the reverse optical path of the same angle, and the angle and the arrangement are such that the light refracted by the beam splitter 240 is incident on the microlens 221.

第2実施例では、マイクロレンズ211が集光する光の開口数(NA)に対してマイクロレンズ261が集光する光の開口数が2倍になるように構成されている。すなわちマイクロレンズ211で集光される光の角度をθとすると、マイクロレンズ261が集光する角度が2θとなるように両マイクロレンズのパラメータが選択されている。なお、原理的に2倍が最も解像度が良くなるが、他の数値倍であってもよい。   In the second embodiment, the numerical aperture (NA) of light collected by the microlens 211 is configured to be twice the numerical aperture of light collected by the microlens 261. That is, if the angle of the light collected by the microlens 211 is θ, the parameters of both microlenses are selected so that the angle of the microlens 261 is 2θ. In principle, 2 times gives the best resolution, but other numerical values may be used.

第2実施例では、マイクロレンズ261の焦点の位置に、直接撮像素子151を配置してもよい。この場合、リレーレンズ140等の光学系が不要となるので、構成が簡易化される。   In the second embodiment, the image sensor 151 may be directly arranged at the focal position of the micro lens 261. In this case, an optical system such as the relay lens 140 is not necessary, and the configuration is simplified.

次に、第2実施例の変形例について説明する。第2実施例でも、図7に示した第1実施例の第1変形例と同様に、ビームスプリッタ240を軸に対して45度の角度に配置して、照明光をマイクロレンズ211、261の光軸と平行にマイクロレンズディスク210に導き、ビームスプリッタ240の上方にビームスプリッタ240と同じ材料で同じ厚みを有する光路補正ガラス板を逆の方向に45度に傾けて配置することで光路補正を行なうことができる。   Next, a modification of the second embodiment will be described. In the second embodiment, similarly to the first modification of the first embodiment shown in FIG. 7, the beam splitter 240 is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the axis, and the illumination light is transmitted through the microlenses 211 and 261. An optical path correction glass plate is guided parallel to the optical axis to the microlens disk 210, and the optical path correction glass plate having the same material and the same thickness as the beam splitter 240 is inclined at 45 degrees in the opposite direction above the beam splitter 240 to correct the optical path. Can be done.

また、第2実施例の第2変形例について図12を参照して説明する。第2実施例の第2変形例では、ビームスプリッタ240を軸に対して45度の角度に配置して、光路シフトを補正するために光路補正フィルタ242を用いる。光路補正フィルタ242は、ビームスプリッタ240よりも厚いため、マイクロレンズディスク210に対して45度よりも小さい角度で配置する。このとき、光路補正フィルタ242の1面にはレーザ光を遮断して蛍光のみを通過するフィルタ膜を配置してもよい。なお、本図の例では、マイクロレンズ261が、マイクロレンズディスク260のビームスプリッタ240側の面に配置されているが、反対側の面に配置してもよい。   A second modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second modification of the second embodiment, the beam splitter 240 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the axis, and the optical path correction filter 242 is used to correct the optical path shift. Since the optical path correction filter 242 is thicker than the beam splitter 240, it is arranged at an angle smaller than 45 degrees with respect to the microlens disk 210. At this time, a filter film that blocks laser light and passes only fluorescence may be disposed on one surface of the optical path correction filter 242. In the example of this figure, the microlens 261 is disposed on the surface of the microlens disc 260 on the beam splitter 240 side, but may be disposed on the opposite surface.

また、第2実施例の第3変形例について図13を参照して説明する。第2実施例の第3変形例では、ビームスプリッタ240の角度をマイクロレンズディスク210に対して45度よりも浅くすることで光路シフトの補正を行ない、さらにマイクロレンズディスク210とピンホールディスク250との間に光路補正ガラス板244を配置している。第2実施例では、第1実施例におけるマイクロレンズ221とピンホール223との距離、すなわちマイクロレンズ221(第1実施例)の焦点距離よりも、マイクロレンズ211とピンホールと252との距離、すなわちマイクロレンズ221(第2実施例)の焦点距離が一般に長くなるため、光路シフトの補正に伴う光軸の傾きを補正することが好ましい。このため、マイクロレンズディスク210とピンホールディスク250との間に光路補正ガラス板244を斜めに配置して光軸の傾きを補正するようにしている。
<改良型>
A third modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the third modification of the second embodiment, the optical path shift is corrected by making the angle of the beam splitter 240 shallower than 45 degrees with respect to the microlens disk 210. Further, the microlens disk 210, the pinhole disk 250, An optical path correction glass plate 244 is disposed between the two. In the second example, the distance between the microlens 211 and the pinhole 252 than the distance between the microlens 221 and the pinhole 223 in the first example, that is, the focal length of the microlens 221 (first example), That is, since the focal length of the microlens 221 (second embodiment) is generally longer, it is preferable to correct the inclination of the optical axis accompanying the correction of the optical path shift. For this reason, the optical path correction glass plate 244 is disposed obliquely between the microlens disk 210 and the pinhole disk 250 to correct the inclination of the optical axis.
<Improved type>

ところで、図1に示した共焦点顕微鏡10や図10に示した共焦点顕微鏡11は、一体化して回転するディスクの回転軸方向に2つの凸レンズと1つのピンホールを配置している。このため、1つの凸レンズと1つのピンホールが配置される一般的なマイクロレンズアレイ付きニポウディスク方式よりも、試料30の点像は1回多く凸レンズを通過して撮像素子151に到達することになる。   By the way, the confocal microscope 10 shown in FIG. 1 and the confocal microscope 11 shown in FIG. 10 have two convex lenses and one pinhole arranged in the direction of the rotation axis of the disk rotating integrally. For this reason, the point image of the sample 30 passes through the convex lens one time and reaches the image sensor 151 as compared with the general Nipkow disk system with a microlens array in which one convex lens and one pinhole are arranged. .

したがって、図14(a)に示すような右上領域で蛍光を発する試料30の点像を撮影した場合、一般的なマイクロレンズアレイ付きニポウディスク方式の共焦点顕微鏡では、図14(b)に示すような正立画像の点画像となるのに対し、第2実施例の共焦点顕微鏡11では、図14(c)に示すような倒立画像の点画像となる。   Therefore, when a point image of the sample 30 that emits fluorescence in the upper right region as shown in FIG. 14A is taken, in a general Nipo Disc confocal microscope with a microlens array, as shown in FIG. 14B. In contrast, the confocal microscope 11 of the second embodiment is a point image of an inverted image as shown in FIG. 14C.

ここで、図15(a)に示すような円状の蛍光を発する試料30を図15(b)に示すような4つの領域を点像(便宜的に矩形像で表している)として走査して画像形成した場合を想定する。これらの点像は別々の照明光ビームレットが照射され、同一フレームで撮像されるものとする。ただし、本図の例は説明を簡易にするために単純化している。   Here, the sample 30 that emits circular fluorescence as shown in FIG. 15A is scanned as four points as shown in FIG. 15B as point images (represented by rectangular images for convenience). Assuming that an image is formed. These point images are irradiated with different illumination light beamlets and are captured in the same frame. However, the example of this figure is simplified for the sake of simplicity.

第2実施例の共焦点顕微鏡11では、各点像は倒立画像で撮像されるため、図15(c)に示すように各領域の点画像が倒立した画像が得られ、隣接する点画像において微細な連続性が損なわれることになる。このため、分解能向上の観点からさらなる改良の余地がある。   In the confocal microscope 11 of the second embodiment, since each point image is captured as an inverted image, an image in which the point image of each region is inverted is obtained as shown in FIG. Fine continuity will be impaired. For this reason, there is room for further improvement from the viewpoint of improving the resolution.

そこで、一体化して回転するディスクにおいて、さらに1回凸レンズを通過させることで、倒立画像を正立画像に戻すことが考えられる。これにより、隣接する点画像の微細な連続性が保持されるため、さらなる分解能の向上を実現することができる。   Therefore, it is conceivable that the inverted image is returned to the upright image by passing the convex lens once more in the integrally rotating disc. Thereby, since fine continuity between adjacent point images is maintained, further improvement in resolution can be realized.

図16は、図10に示した第2実施例に対応した改良型のピンホールディスク250とマイクロレンズディスク210と第2マイクロレンズディスク260とビームスプリッタ240の位置関係の詳細を示している。   FIG. 16 shows details of the positional relationship among the improved pinhole disk 250, microlens disk 210, second microlens disk 260, and beam splitter 240 corresponding to the second embodiment shown in FIG.

改良型では、正立画像に戻すために、ピンホールディスク250のピンホール形成面と反対側の面に、各ピンホール252に対応してマイクロレンズ253を配置している。本図では、同軸上に配置された一組のマイクロレンズ253とピンホール252とマイクロレンズ211とマイクロレンズ261の中心軸を一点鎖線で示している。   In the improved type, microlenses 253 are arranged on the surface opposite to the pinhole forming surface of the pinhole disk 250 so as to correspond to each pinhole 252 in order to return to an upright image. In this figure, the central axes of a set of microlenses 253, pinholes 252, microlenses 211, and microlenses 261 arranged on the same axis are indicated by a one-dot chain line.

光源110(図10)から出射された照明光は、ビームスプリッタ240で反射されてマイクロレンズ211を通過し、多数の照明光ビームレットに分割される。各照明光ビームレットは、ピンホール252で集光し、ピンホールディスク250の厚み方向で少し広がった状態でマイクロレンズ253に入射する。そして、マイクロレンズ253で再び集光された後、広がって撮影レンズ(図10)に入射し、対物レンズ120(図10)により試料30上で集光する。   The illumination light emitted from the light source 110 (FIG. 10) is reflected by the beam splitter 240, passes through the microlens 211, and is divided into a number of illumination light beamlets. Each illumination light beamlet is condensed at the pinhole 252 and is incident on the microlens 253 in a state of being slightly expanded in the thickness direction of the pinhole disk 250. Then, the light is condensed again by the microlens 253, spreads and enters the photographing lens (FIG. 10), and is condensed on the sample 30 by the objective lens 120 (FIG. 10).

改良型では、ピンホール252で集光される角度と、マイクロレンズ253で集光される角度(集光後、広がる角度)がいずれもθとなるように設計する。   In the improved type, both the angle condensed by the pinhole 252 and the angle condensed by the microlens 253 (the angle that spreads after being condensed) are both designed to be θ.

試料30からの戻り光は、照明光と同じ光路を対物レンズ120(図10)、撮影レンズ(図10)、マイクロレンズ253、ピンホール252、マイクロレンズ211の順に通過し、平行光となって、ビームスプリッタ240を通過して、マイクロレンズ261に入射する。そして、角度2θで集光される。   The return light from the sample 30 passes through the same optical path as the illumination light in the order of the objective lens 120 (FIG. 10), the photographic lens (FIG. 10), the microlens 253, the pinhole 252, and the microlens 211, and becomes parallel light. Then, the light passes through the beam splitter 240 and enters the microlens 261. Then, the light is collected at an angle 2θ.

ピンホールディスク250のマイクロレンズ253側のマイクロレンズ253以外の領域は遮光加工を施してもよい。これにより、θよりも大きな角度で戻ってきた光が周辺のマイクロレンズ253に入射して画像が劣化ししてしまうことを防ぐことができる。   A region other than the microlens 253 on the microlens 253 side of the pinhole disk 250 may be subjected to light shielding processing. Thereby, it is possible to prevent the light returning at an angle larger than θ from entering the peripheral microlens 253 and degrading the image.

第2実施例の第1変形例と同様に、ビームスプリッタ240を軸に対して45度の角度に配置するとともに、光路補正ガラス板を逆の方向に45度に傾けて配置することで光路補正を行なったり、第2変形例と同様に、光路シフトを補正するために光路補正フィルタ242を用いたり、第3変形例と同様に、ビームスプリッタ240の角度をマイクロレンズディスク210に対して45度よりも浅くするとともに、光路補正ガラス板244を配置したりしてもよい。   Similar to the first modification of the second embodiment, the beam splitter 240 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the axis, and the optical path correction glass plate is disposed at an angle of 45 degrees in the opposite direction, thereby correcting the optical path. As in the second modification, the optical path correction filter 242 is used to correct the optical path shift, and the angle of the beam splitter 240 is 45 degrees with respect to the microlens disk 210 as in the third modification. In addition, the optical path correction glass plate 244 may be disposed.

また、図17に示すように、マイクロレンズ253を配置したピンホールディスク250について、ピンホール面を試料30側に向けてもよい。この場合、マイクロレンズ211とマイクロレンズ253との距離をマイクロレンズ211の焦点距離よりも長くし、各照明光ビームレットが、マイクロレンズ253の手前で集光し、少し広がった状態でマイクロレンズ253に入射するようにする。そして、ピンホールディスク250内を進んでピンホール252で集光された後、広がって撮影レンズ(図10)に入射し、対物レンズ120(図10)により試料30上で集光する。   Further, as shown in FIG. 17, the pinhole surface of the pinhole disk 250 on which the microlens 253 is arranged may be directed to the sample 30 side. In this case, the distance between the microlens 211 and the microlens 253 is made longer than the focal length of the microlens 211, and each illumination light beamlet is condensed in front of the microlens 253 and slightly expanded. So that it is incident on. Then, the light travels through the pinhole disk 250 and is collected by the pinhole 252, spreads and enters the photographing lens (FIG. 10), and is focused on the sample 30 by the objective lens 120 (FIG. 10).

本例では、マイクロレンズ253に入射する角度とピンホール252から出謝する角度がいずれもθとなるように設計する。   In this example, both the angle incident on the microlens 253 and the angle to be appreciated from the pinhole 252 are designed to be θ.

試料30からの戻り光は、照明光と同じ光路を対物レンズ120(図10)、撮影レンズ(図10)、ピンホール252、マイクロレンズ253、マイクロレンズ211の順に通過し、平行光となって、ビームスプリッタ240を通過して、マイクロレンズ261に入射する。そして、角度2θで集光される。   The return light from the sample 30 passes through the same optical path as the illumination light in the order of the objective lens 120 (FIG. 10), the photographing lens (FIG. 10), the pinhole 252, the microlens 253, and the microlens 211, and becomes parallel light. Then, the light passes through the beam splitter 240 and enters the microlens 261. Then, the light is collected at an angle 2θ.

あるいは、図18に示すように、ピンホールディスク250にマイクロレンズを配置せずに、第2マイクロレンズディスク260に代えてマイクロ凹レンズディスク270を用いるようにしてもよい。この場合は、さらに1回凸レンズを通過させることで倒立画像を正立画像に戻すのではなく、凸レンズの通過回数を減らすことで点像が倒立画像にならないようにしている。   Alternatively, as shown in FIG. 18, a micro concave lens disk 270 may be used instead of the second micro lens disk 260 without arranging the micro lens on the pinhole disk 250. In this case, the inverted image is not returned to the erect image by passing the convex lens once more, but the point image does not become an inverted image by reducing the number of times the convex lens passes.

マイクロ凹レンズディスク270は、第2マイクロレンズディスク260に形成された凸レンズを凹レンズとしたものであり、各凹レンズは、平行光の戻り光を2θで発散するように設計する。図中の線261は、凹レンズの焦点面を示している。   The micro concave lens disk 270 is a concave lens formed by the convex lens formed on the second micro lens disk 260, and each concave lens is designed to diverge the parallel light return light by 2θ. A line 261 in the figure indicates the focal plane of the concave lens.

本例では、リレーレンズ140(図10)は、カメラ150の撮像素子(図10)面上に、焦点面261の像を投影することになる。本例の構成は、各点像が正立画像となるのに加え、構成が一層簡易になるという利点がある。   In this example, the relay lens 140 (FIG. 10) projects an image of the focal plane 261 on the image sensor (FIG. 10) surface of the camera 150. The configuration of this example has an advantage that the configuration is further simplified in addition to the point images being erect images.

10…共焦点顕微鏡、11…共焦点顕微鏡、20…共焦点スキャナ、21…共焦点スキャナ、30…試料、110…光源ユニット、111…レーザ発光素子、112…コリメートレンズ、113…シングルモードファイバ、115…ロッドインテグレータ、116…拡大投影レンズ、117…拡大投影レンズ、118…マルチモードファイバ、120…対物レンズ、130…撮影レンズ、131…対物側変倍光学系、140…リレーレンズ、141…カメラ側変倍光学系、150…カメラ、151…撮像素子、210…マイクロレンズディスク、211…マイクロレンズ、220…マイクロレンズ付ピンホールディスク、221…マイクロレンズ、222…遮光マスク、223…ピンホール、230…モータ、240…ビームスプリッタ、241…光路補正ガラス板、242…光路補正フィルタ、243…フィルタ膜、244…光路補正ガラス板、250…ピンホールディスク、251…遮光マスク、252…ピンホール、260…マイクロレンズディスク、261…マイクロレンズ、270…マイクロ凹レンズディスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Confocal microscope, 11 ... Confocal microscope, 20 ... Confocal scanner, 21 ... Confocal scanner, 30 ... Sample, 110 ... Light source unit, 111 ... Laser light emitting element, 112 ... Collimating lens, 113 ... Single mode fiber, DESCRIPTION OF SYMBOLS 115 ... Rod integrator, 116 ... Magnification projection lens, 117 ... Magnification projection lens, 118 ... Multimode fiber, 120 ... Objective lens, 130 ... Shooting lens, 131 ... Objective side variable magnification optical system, 140 ... Relay lens, 141 ... Camera Side variable optical system, 150 ... camera, 151 ... imaging device, 210 ... microlens disk, 211 ... microlens, 220 ... pinhole disk with microlens, 221 ... microlens, 222 ... light shielding mask, 223 ... pinhole, 230 ... motor, 240 ... beam splitter, 2 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical path correction glass plate, 242 ... Optical path correction filter, 243 ... Filter film, 244 ... Optical path correction glass plate, 250 ... Pinhole disk, 251 ... Shading mask, 252 ... Pinhole, 260 ... Microlens disk, 261 ... Micro Lens, 270 ... Micro concave lens disk

Claims (6)

複数のマイクロレンズが配置された第1マイクロレンズディスクと、
前記第1マイクロレンズディスクの配置パターンに対応して複数のマイクロレンズが配置され、前記第1マイクロレンズディスクと共通の回転軸を有する第2マイクロレンズディスクと、
前記第1マイクロレンズディスクの配置パターンに対応して、一方の面に複数の像反転用マイクロレンズが配置されるとともに他方の面に複数のピンホールが配置され、前記第1マイクロレンズディスクと共通の回転軸を有し、前記第2マイクロレンズディスクと反対側に設けられた第3マイクロレンズディスクと、
対象物に照射する照明光を前記第1マイクロレンズディスクに導くとともに、前記第1マイクロレンズディスクの各マイクロレンズを通過した前記対象物からの戻り光を、前記第2マイクロレンズディスクの対応するマイクロレンズに導くビームスプリッタとを備え、
前記第2マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数は、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数よりも大きいことを特徴とする共焦点スキャナ。
A first microlens disk having a plurality of microlenses disposed thereon;
A plurality of microlenses arranged corresponding to the arrangement pattern of the first microlens disk, and a second microlens disk having a rotation axis in common with the first microlens disk;
Corresponding to the arrangement pattern of the first microlens disk, a plurality of image reversal microlenses are arranged on one surface and a plurality of pinholes are arranged on the other surface, and are common to the first microlens disk. A third microlens disc provided on the opposite side of the second microlens disc,
The illumination light irradiating the object is guided to the first microlens disk, and the return light from the object that has passed through each microlens of the first microlens disk is converted into the corresponding micro of the second microlens disk. With a beam splitter leading to the lens,
A confocal scanner, wherein a numerical aperture of a microlens disposed on the second microlens disk is larger than a numerical aperture of a microlens disposed on the first microlens disk.
前記第3マイクロレンズディスクに配置された像反転用マイクロレンズの開口数は、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数と等しいことを特徴とする請求項1に記載の共焦点スキャナ。  2. The confocal point according to claim 1, wherein the numerical aperture of the image reversal microlens disposed on the third microlens disk is equal to the numerical aperture of the microlens disposed on the first microlens disk. Scanner. 前記第1マイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズの前記対象物側の各焦点位置に、前記ピンホールが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の共焦点スキャナ。 Wherein each focal point of the object side of the first microlenses disposed on the microlens disk confocal scanner according to claim 1 or 2, characterized in that the pin holes are arranged. 前記第1マイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズの前記対象物側の各焦点位置よりも遠い位置に、前記像反転用マイクロレンズが配置され、前記各像反転用マイクロレンズの前記照明光の各合焦位置に前記ピンホールが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の共焦点スキャナ。  The image reversal microlens is disposed at a position farther from the focal position on the object side of each microlens disposed on the first microlens disk, and the illumination light of each image reversal microlens is The confocal scanner according to claim 1, wherein the pinhole is disposed at each in-focus position. 前記第2マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数は、前記第1マイクロレンズディスクに配置されたマイクロレンズの開口数の概2倍であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の共焦点スキャナ。  5. The numerical aperture of the microlens disposed on the second microlens disk is approximately twice the numerical aperture of the microlens disposed on the first microlens disk. A confocal scanner according to claim 1. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の共焦点スキャナと、  The confocal scanner according to any one of claims 1 to 5,
平行光の照明光を前記ビームスプリッタに出射する光源ユニットと、  A light source unit that emits parallel illumination light to the beam splitter;
前記第3マイクロレンズディスク側に配置された対物レンズと、  An objective lens disposed on the third microlens disk side;
前記第2マイクロレンズディスク側に配置された撮像素子と、を備えたことを特徴とする共焦点顕微鏡。  A confocal microscope comprising: an image pickup device disposed on the second microlens disk side.
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