JPH02188711A

JPH02188711A - レーザ光学装置

Info

Publication number: JPH02188711A
Application number: JP914789A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Yamamoto; 山本　満則
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1990-07-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、レーザを光源として、画像形成もしくは計測
等に使用する光学装置に関するものであり、走査型レー
ザ顕微鏡の改良に供される。

（従来技術）光源からの光を対物レンズで微小なスポットに絞り、こ
のスポットで試料上を走査し、試料からの透過光や反射
光を光検出器でとらえて電気信号に変え、ＣＲＴ上に試
料像を表示する走査型レーザ顕微鏡は、フレアーの少な
いコントラストの良い像が得られることや、検出光学系
を工夫することで、共焦点、微分などの特殊な検出が簡
単に行なえる利点がある。このような走査型レーザ顕微
鏡としては、特開昭６１−２１９９１９で提案されてお
り、これを例に説明する。

第１２図はその概略図であり、光源１からのレーザビー
ム２は、ビームスプリッタ−３を通過して対物レンズ１
０の瞳位置と共役な位置に設けられた光偏向器のガルバ
ノメーターミラー４に入射する。ここでレーザビーム２
はＹ方向に走査される。次に瞳伝送レンズ５，６によっ
てやはり対物レンズ１０の瞳位置と共役の位置に設けら
れたガルバノメーターミラー７に入射する。ここでレー
ザビーム２は偏同されてＸ方向に走査される。２次元走
査されたレーザビーム２は瞳投影レンズ８．結像レンズ
９を通過し対物レンズ１０に入射する。そして試料１１
上に回折で制限されるレーザスポットを生じ、そのレー
ザスポットで試料１１をＸ−Ｙ走査する。

試料１１が透過物体であればレーザビーム２はコンデン
サーレンズ１２を通って検出器１３゜１４によって検出
される。一方、試料が反射物体であればレーザビーム２
は再び対物レンズ１０、結像レンズ９．瞳投影レンズ８
．ガルバノメーターミラー７、瞳伝送レンズ５，６、ガ
ルバノメーターミラー４を通ってビームスプリッタ−３
で反射されて集光レンズ１５を通って検出器１６．１７
で検出される。

（従来技術の問題点）従来このような走査型レーザ顕微鏡に限らず、レーザ光
源を用いる光学装置において、光学系本体と光源の位置
関係は、 ■　光源が本体に内蔵されている。

■　光源と光学系本体が同一のベース（例：防振台）上に離れて配置されている。

■　光源と光学系本体は別々に組立てられ、組合わされ
る。

の様になっていた。

また、光源の光軸と光学系本体の光軸を一致させる一般
的な方法としては、第８図に示すように、通常、２枚の
ミラー４４．４５を矢印の方向に回転させて調整を行な
っていた。

しかしながら光源と光学系本体の位置関係が上記のよう
な場合色々な問題が生じる。すなわち、■■場合の問題
点は、レーザは小型・軽量なものが望ましいが、使用で
きるレーザの種類がヘリウムネオンレーザや半導体レー
ザなどに限られてしまう。アルゴンイオンレーザのよう
な中型のレーザも搭載可能ではあるが、この場合光学系
本体も大きくなるため、設置場所やスペース防振に制限
を受ける。またレーザが冷却ファンをもつ場合では１．
ファンの振動で画像が乱れることが起きる。

■の問題点として、さらに別の光源を載せかえたい場合
、第９図に示すように光源の外形がそれぞれ異なるため
最初にセツティングした光源のビームの高さｈｌと、換
えたい光源のビームの高さｈ２が異なるため、ｈ２をｈ
ｌに合わせるための部品が必要になり光軸合わせが更に
傾雑になる。

本発明は上記問題点に鑑み自由に設置場所が選べ、レー
ザの選択に対応でき、防振セツティングが容易なレーザ
光学装置を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明によるレーザ光学装置は、例えば走査型レーザ顕
微鏡において、光学系にシングルモードファイバーを用
い光源と本体を分離させ更に検出系をも分離させてその
位置関係を自由に設定できるようにしたものである。

シングルモードファイバーは、レーｆ　光ｉ　からのレ
ーザ光をそのレーザ特性を失なうことなく、光源から本
体へ両者の位置的制約を緩めて伝達し、レーザ光を用い
た光学装置の特性を向上できる。

（実施例）本発明による第一実施例を第２図に示す。ここで第１２
図と同じ構成要素には同じ番号を付けてその作用につい
ては省略する。第２図において本体１８を機能面から観
察系（顕微鏡本体）１９、走査系２０．検出系２１に分
ける。本実施例では光源１から出たレーザビーム２は、
アダプター２５を通ってシングルモードファイバー２２
の端面２３に入射する。シングルモードファイバー２２
の反対側の端面２４は、アダプター２６を介して本体１
８に接続されている。

したがって光源１と本体１８はシングルモードファイバ
ー２２の長さで制限される範囲内で自由に配置すること
ができる。ここでレンズ２７．２８はビームエキスパン
ダーで、シングルモードファイバーを通ってきたレーザ
ビーム２を適当な径に拡げる働きをする。次に光軸合せ
について考えてみると、従来では光源１自身を動かすか
、第８図のように、光源１と本体１８の間に配置した通
常２枚のミラーを動かして光軸合わせを行なっていたた
め、その作業は煩雑なものであった。しかし、本実施例
では、第１０図に示すアダプター２６のほぼ光軸の周囲
に配置した（１本のみ図示）３本のネジ４６の調整で行
ない、固定ネジ６０で位置固定できるため、調整機構が
従来の場合に（らべてコンパクトでかつ簡単なものにな
るので、光軸合わせが容易になる。特に光源をかえた場
合、アダプター２６の方即ち本体側はされる必要はなく
アダプター２５を調整し、端面２３に入射する効率を最
大にするだけで済むため、従来のように光源を変えるた
びに複雑な本体側での光軸合わせをする必要がなくなる
。

ここで端面２３，２４を含むシングルモードファイバー
２２の先端部の構造について説明しておく。シングルモ
ードファイバーや偏波面保存ファイバーのコア径は数ミ
クロンである。−方、レーザビームの径は１ミリ前後で
あるからコアに入射させるためにはレーザビームを集光
する必要がある。第１１図はその光学系で、入射してき
たレーザビームの径をレンズ４７．４８で縮小し、セル
フオフレンズ４９でコア５０上に集光する。射出側では
、逆の過程を経て、レーザビームカ射出される。尚、シ
ングルモードファイバー２２のかわりに、偏波面保存フ
ァイバーを用いてもよい。４３は後述するピンホールス
リット。

第３図は本発明による第２実施例で、第２図と同じ構成
要素には同じ番号を付けてその作用については省略する
。レンズ３４．３５はビームエキスパンダーである。こ
こでビームスプリッタ−３の位置は、レンズ２７とアダ
プター２６との間にあってもよい。この場合、レンズ３
５．３６は必要ない。本実施例は第１実施例の検出系２
１を本体１８から分離し、その間を偏波面保存ファイバ
ー２９で接続したものである。

これにより本体がコンパクトになる。また検出系２１も
光源１と同じように任意の位置に配置できる。さらに従
来の走査型レーザ顕微鏡の共焦点型が実現できるる。即
ち従来の走査型レーザ顕微鏡の共焦点型は、点光源によ
って試料を点状に照射し、照射された試料からの反射光
を再び点状に結像せしめ、結像に合わせたピンホール開
口を有する検出器で像の濃度情報を得るようにしたもの
である。本実施例では偏波面保存ファイバー２９のコア
径は普通数ミクロンであることから、このコアがピンホ
ール開口の役目をする。したがって従来の走査型レーザ
顕微鏡では共焦点を実現するのにピンホールを用いてい
るため本体がコンパクトになると共焦点の状態にする調
整が難しくなるが、本実施例では偏波面保存ファイバー
２９の端面３０から射出される光１が最大になるように
端面３０を見ながらもう一方の端面３１の位置をアダプ
ター３３で調整すれば良いため、従来の走査型レーザ顕
微鏡に比べてセツティングが容易にできる。

偏波面保存ファイバー２９のかわりにシングルモードフ
ァイバーを用いてもよい。またマルチモードファイバー
を用いた場合には、共焦点の関係でなくなるが一般の光
学顕微鏡での明視野像に相当する像が得られる。

第４図は本発明による第３実施例で、第２図と同じ構成
要素には同じ悉号を付けてその作用については省略する
。本実施例は第２実施例の光源１からのレーザビーム２
を本体１８に導くシングルモードファイバー２２と試料
１１からの反射光を検出器２１に導くための偏波面保存
ファイバー２９の機能を、１本のファイバー３６で共用
したものである。この場合、国体６３においてレーザ光
源１と検出器２１は、ビームスプリッタ−３を介し、匡
体側６３の他方のアダプター３７に入射又はアダプター
３７から出射される光束の光軸を合わせＣある。ここで
ファイバー３６としては、偏波面保存ファイバーかシン
グルモードファイバーを用いる。このようにファイバー
を１本にすることで入射光の調整をアダプター３７及び
本体側のアダプター３９で行なうだけで自動的に検出系
２１の共焦点が保証されるので、より調整が容易になる
。またコストダウンができる。

第１図は本発明による第４実施例で、第２図及び第４図
と同じ構成要素には同じ番号を付けてその作用について
は省略する。本実施例では第３実施例で用いたファイバ
ー３６のかわりに、第６図に示す複合構造のファイバー
３８にしたものである。中心から第１層４０、第２層４
１、第３層４２とし、第１層４０の屈折率をｎｌ、第２
層４１の屈折率をｎ２、第３層４２の屈折率をｎ３とす
る。第１層４０の径を数ミクロンにしてｎｌ＞１２のよ
うにすると、第１層４０と第２！！４１でシングルモー
ドファイバーになる。そして第２層４１の径を数百ミク
ロンにしてｎ　２＞ｎ　３にするとマルチモードファイ
バーになる。このようなファイバー３８を用いて、光源
１から出たレーザビーム２を第１Ｊｎ４０のコアに入射
させ本体１８まで導く。すなわち、シングルモードファ
イバーで伝送したことになる。反射光は再びファイバー
３８に入射するが、第一１層４０、第２層４１を通って
検出器２１に到達する。この場合は、マルチモードファ
イバーで得られる像になる。ところがファイバー３８の
端面３９に、第７図に示すように、第１層４０と同じ径
のピンホールを有するマスク４３を第１１図の摺動溝６
１に挿入配置すると第２層４１をる光はマスク４３で遮
られるためシングルモードファイバーで得られる像にな
る。このようにマスク４３のつまみ６２で挿脱すること
で一本のファイバーで二つの異なる像が切換え得られる
。

第５図は本発明による第５実施例で、第２図と同じ構成
要素については同じ番号を付けてその作用については省
略する。本実施例では試料からの反射光を分割するミラ
ー５１で半分に分割し、それぞれのレーザビームをファ
イバー５６．５７でディテクター５８．５９に導く。レ
ンズ５２．５３．５４．５５はビームエキスパンダーで
ある。このようにしてディテクター５８．５９、の信号
の差をとることで微分像が得られる。ここでファイバー
５６．５７はシングルモードファイバー、マルチモード
ファイバー偏波面保存ファイバーのいずれでも良い。

（発明の効果）以上のように、本発明によるレーザ光学装置は、例えば
走査型レーザ顕微鏡において、シングルモードファイバ
ーを用い、レーザ光源と光学系本体を接続し、レーザ特
性を損なうことなきレーザ光学系を維持設置場所と本体
とそれ以外のユニットの位置関係が自由に設定でき、し
かもそのセツティングが容易にでき、光源も自由に選べ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ光源と検出系を１体とした国体と光学
系本体との間をシングル・マルチモード複合構造のファ
イバーで接続した実施例を示す図、第２図は、レーザ光源とレーザ光学装置本体をシングル
モードファイバーで、接続した実施例を示す図、第３図は上記実施例において、更に検出系を分離し別の
ファイバーで接続した実施例を示す図、第４図は、本発明によるレーザ光学装置で、レーザ光源
と検出系を一体として１本のシングルモードファイバー
により光学系本体とを接続した実施例を示す図、第５図は、光学系本体から２つの検出系へそれぞれファ
イバーで接続した実施例を示す図、第６図は、シングル
・マルチモード複合構造ファイバーの断面図、第７図は、実施例に用いられるピンホールマスクを示す
図、第８図は、従来装置で用いられるレーザ光軸合わせを説
明する図、第９図は、レーザ光源と光学系本体との光軸のずれを説
明する図、第１０図は、本体またはレーザ光源にファイバーを調整
固定するためのアダプターの断面図、第１１図は、シン
グルモードファイバーの先端光学系を示す断面図、第１２図は、一般のレーザ走査顕微鏡を示す図。１・・・レーザ光源、２・・・レーザビーム、３・・・
ビームスプリッタ、１１・・・試料、１３．１４．１６，１７・・・検出器、１８・・・本体
、１９・・・観察系、２０・・・走査系、２１・・・検
出系、２２．３６・・・シングルモードファイバー２９
．５６．５７・・・ファイバー、３８−・・シングルモ
ード、マルチモード複合のファイバ。第　７図第６　ヌ茸１１図第４コ一第３区買９　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光源と、前記レーザ光源から発した光を試
料上に集光する対物レンズ、試料からの反射光又は透過
光を受光する受光光学系、受光光学系からの出力を受光
する検出器を有する検出系等を含む光学系本体とからな
るレーザ光学装置において、前記レーザ光源と前記光学
系本体の間にシングルモード又は偏波面保存ファイバー
を用いたことを特徴とするレーザ光学装置。
（２）レーザ光源と、前記光源から発した光を試料上に
集光する対物光学系、前記対物光学系の間に配置されて
いる前記対物光学系に入るその入射角を変化させること
により試料を走査する光偏向系、試料からの光を受ける
検出器とを具備する検出光学系とを含む光学系本体から
なる走査型レーザ顕微鏡において、レーザ光源と前記光
学系本体との間にシングルモード又は偏波面保存ファイ
バーもちいたことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
（３）前記検出器を、前記光学系本体から分離し、前記
検出系の一部をシングルモードファイバー又は偏波面保
存ファイバーとし、前記本体と検出器の間に配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲（１）のレーザ光学装置
。
（４）レーザ光源と本体とを結合するシングルモードフ
ァイバーと、本体と検出器の間のシングルモードファイ
バーを共用し、レーザ光源と検出器を一体としたことを
特徴とする特許請求の範囲（１）のレーザ光学装置。
（５）共用されるシングルモードファイバーの周辺を更
にマルチモードファイバーで構成したことを特徴とする
特許請求の範囲（４）のレーザ光学装置。
（６）シングルモードファイバーをマルチモードファイ
バーに置換したことを特徴とする特許請求の範囲（３）
のレーザ光学装置。