JPH03134608A - 走査型顕微鏡 - Google Patents

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） 本発明は走査型顕微鏡、特に詳細には照明光の走査機構
が改良された走査型顕微鏡に関するものである。

（従来の技術） 従来より、照明光を微小な光点に収束させ、この光点を
試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を透
過した光あるいはそこで反射した光を光検出器で検出し
て、試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした
光学式走査型顕微鏡が公知となっている。なお特開昭８
２−２０９５１０号および同６３−１０６４１４号公報
には、この走査型顕微鏡の一例が示されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の走査型顕微鏡においては、上記走査機構として、 ■試料台を２次元的に移動させる機構、あるいは■照明
光ビームを光偏向器によって２次元的に偏向させる機構
が用いられていた。

しかし■の機構を採用した場合には、高速走査を行なう
と試料が飛んでしまうという問題が生じていた。

一方、■の機構においては、ガルバノメータミラーやＡ
ＯＤ　（音響光学光偏向器）等の高価な光偏向器が必要
であるという難点が有る。またこの■の機構においては
、照明光ビームを２つの光偏向器により合計２回偏向さ
せるために、機構が複雑化し、組立、光軸調整が非常に
煩わしくなるという問題も難められる。また特に上記の
ガルバノメータミラー等の機械的光偏向器は、高度の製
造精度を必要とする上、耐久性の点でも難が有る。

また特にＡＯＤ等にあっては、偏向角を大きくとれない
ので、試料走査幅が大きく取れないという問題も難めら
れる。

そこで本発明は、走査機構の構成が簡単で安価に形成す
ることができ、その上組立、調整が容易で、耐久性が高
く、試料走査幅を大きく取ることができる走査型顕微鏡
を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明による走
査型顕微鏡は、先に述べたように試料上に収束された照
明光の光点を２次元的に走査させる機構として、 ２次元的に配列された複数の微小な光シャッターを有し
、照明光の光路に配されたシャッターアレイと、 このシャッターアレイの光シャッターを順次１つずつ開
状態にするシャッターアレイ駆動回路とを設けたことを
特徴とするものである。

上記の構成においては、開状態とされる光シャッターが
順次移動することにより、シャッターアレイから試料に
向かう照明光の出射位置が変わり、試料上において照明
光光点が２次元的に走査する。

なお上記光シャッターとしては、例えば液晶シャッター
、ＰＬＺＴシャッター等を用いることができる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の第１実施例による透過型の共焦点走
査型顕微鏡を示すものである。図示されるようにレーザ
光ｒｌｉＫｌＯから射出された平行光であるレーザビー
ム（照明光）　１１は、ビームエキスパンダ１２により
ビーム径が拡大されて、液晶パネル１３に入射する。

この液晶パネル１３は、第２図に示される通り、微小な
液晶シャッター１３ａが主走査方向（矢印Ｘ方向）にｍ
個並び、その列が副走査方向（矢印Ｙ方向）にｎ列並ぶ
ように形成されている。液晶パネル駆動回路１４は、制
御回路１５から入力される同期信号に基づいて、液晶シ
ャッター１３ａを順次開状態とするように、液晶パネル
１３を駆動させる。

つまり第２図で説明すれば、まず第１列目のＸ方向に並
ぶｍ個の液晶シャッター１３ａが順次開状態とされ、次
に第２列目のｍ個の液晶シャッター１３ａが順次開状態
とされ、以下同様にして第３．４・・・・・・ｎ列目の
各々ｍ個の液晶シャッター１３ａが順次開状態とされる
。こうすることにより、液晶シャッター１３ａの１つが
あたかも点光源状となってそこから照明光１１が出射し
、そしてその出射位置が２次元的に変化する。

この照明光１１は対物レンズ１８に入射し、該対物レン
ズ１８により集光されて、試料２０上（表面あるいは内
部）において微小な光点Ｐに収束する。なおこの試料２
０が載置される試料台１９は、上下移動機構２１により
矢印Ｚ方向、すなわち対物レンズ１８の光軸方向に移動
されるようになっている。

試料２０を透過した透過光１１’　の光束は、対物レン
ズ２２によって点像Ｑに結像される。この点像Ｑが結像
される面には、液晶パネル２３が配設されている。この
液晶パネル２３も第３図図示のように、液晶シャッター
２３ａが主走査方向（矢印Ｘ方向）にｍ個並び、その列
が副走査方向（矢印Ｙ方向）にｎ列並ぶように形成され
ている。そして液晶パネル駆動回路２４は、これらの液
晶シャッター２３ａのうちの１つを順次選択的に開状態
とするように、該液晶パネル２３を駆動する。

液晶パネル２３の下方には、その全面に対向する受光面
２５ａを有する、例えば光電子増倍管等の光検出器２５
が配されている。上記点像Ｑを結んだ透過光１１’　は
、開状態とされた液晶シャッター２３ａを通過して受光
面２５ａに入射する。したがってこの光検出器２５から
は、上記点像Ｑの明るさを示す信号Ｓが出力される。こ
のように微小なピンホール状の液晶シャッター２３ａを
介して点像Ｑを検出することにより、そのハローをカッ
トし、また試料２０における散乱光もカットすることが
できる。

試料２０を照射する照明光１１の出射位置が前述のよう
に変化すると、光点Ｐは試料２０上をＸ方向に主走査し
、また、この主走査の方向とほぼ直交するＹ方向に副走
査する。このようにして光点Ｐの２次元走査がなされる
と、点像Ｑの結像位置はこの走査に応じて２次元的に移
動する。それに対応するため液晶パネル駆動回路２４は
、制御回路１５から入力される同期信号に基づき光点Ｐ
の主、副走査と同期を取って、点像Ｑの結像位置にある
液晶シャッター２３ａを順次開状態とするように、液晶
パネル２３を駆動させる。つまりこの液晶パネル２３に
おいても、まず第１列目のＸ方向に並ぶｍ個の液晶シャ
ッター２３ａが順次開状態とされ、次に第２列目のｍ個
の液晶シャッター２３ａが順次開状態とされ、以下同様
にして第３．４・・・・・・ｎ列目の各々ｍ　個（７）
ｉｆ＜晶シャッター２３ａが順次開状態とされる。こう
することにより光検出器２５がらは、試料２０の２次元
像を担持する時系列の信号Ｓが出力される。この信号Ｓ
は、制御回路１５がら同期信号を受ける信号処理回路１
６において、光点Ｐの主、副走査と同期を取って（つま
り開状態とされる液晶シャッター２３ａの移動と同期を
取って）所定周期毎に積分する等により、画素分割され
た信号Ｓｐとされる。

なお、各時点で液晶パネル１３．２３においてそれぞれ
開状態とされる液晶シャッター１３ａ、２３ａは、互い
に共役の関係にあることが必要であるが、光軸調整不良
等により、そうならないこともあり得る。しかしその場
合でも、例えば液晶パネル１３の各液晶シャッター１３
ａを、光点走査が極めて低速でなされるように試験的に
順次開かせ、その際、どの液晶シャッター１３ａが開か
れたときどの液晶シャッター２３ａが光点Ｑで照射され
たかという対応関係を逐−調べ、その対応関係通りに各
液晶シャッター２３ａが開状態となるように液晶パネル
２３を駆動させれば、上記共役の関係を容易に実現でき
ることになる。

また本実施例においては試料台１９が、上下移動機構２
１により、主、副走査方向Ｘ、Ｙと直交する矢印Ｚ方向
に移動される。こうして試料２ｏをＺ方向に所定距離移
動させる毎に前記光点Ｐの２次元走査を行なえば、合焦
点面の情報のみが光検出器２５によって検出される。そ
こで、この光検出器２５の出力Ｓをフレームメモリに取
り込むことにより、試料２０をＺ方向に移動させた範囲
内で、全ての面に焦点が合った画像を担う信号を得るこ
とが可能となる。

次に第４図を参照して、本発明の第２実施例について説
明する。なおこの第４図において、前記第１図中の要素
と同等の要素には同番号を付し、それらについては特に
必要の無い限り説明を省略する（以下、同様）。

この第２実施例の走査型顕微鏡は、カラー画像を得るよ
うに構成されたものであり、照明光源としてＲＧＢレー
ザ４ｏが用いられている。そして液晶パネル２３の１つ
の液晶シャッター２３ａを通過した透過光１１°は、集
光レンズ４１によって集光されてダイクロイックミラー
２６に入射し、その青色光１１Ｂのみがそこを透過する
。該青色光１１Ｂは、第１光検出器２７によって検出さ
れる。ダイクロイックミラー２Ｇで反射した透過光１１
’　は別のダイクロイックミラー２８に入射し、その緑
色光１１Ｇのみがそこで反射する。この緑色光１１Ｇは
、第２光検出器２９によって検出される。そして上記ダ
イクロイックミラー２８を透過した透過光１１°　（す
なわち赤色光１１Ｒ）は、第３光検出器３１によって検
出される。これらの光検出器２７．２９．３１がらは各
々、試料２０の拡大像の青色成分、緑色成分、赤色成分
を担持する信号ＳＢ、ＳＧ、ＳＲが出力される。

次に、第５図を参照して本発明の第３実施例について説
明する。

この第３実施例の走査型顕微鏡は、反射型のものである
。液晶パネル１３の開かれた１つの液晶シャッター１３
ａから出射した照明光１１は、ハーフミラ−５０を透過
して対物レンズ１８に入射し、この対物レンズ１８によ
り集光されて試料２０上において光点Ｐに収束する。こ
うして試料２０を照射した照明光１１は、そこで反射す
る。その反射光１１“は対物レンズ１８で集光され、ハ
ーフミラ−５０で反射して、液晶パネル２３の開かれた
１つの液晶シャッター２３ａを介して光検出器２５によ
って検出される。

この装置においても、液晶パネル１３．２３は第１図の
装置におけるのと同様に駆動される。それにより光点Ｐ
が試料２０上を２次元的に走査し、光検出器２５からは
、試料２０の拡大像を担持する信号Ｓが出力される。

なおこのような反射型の走査型顕微鏡も、第４図に示し
たような構成を採用することにより、カラー画像を得る
ように形成可能である。

次に、第６図を参照して本発明の第４実施例について説
明する。この第４実施例においては、液晶パネルが１枚
だけ設けられ、この液晶パネル３３の図中右半分部分が
照明光走査用の液晶パネル１３、左半分部分が前述のハ
ロー等をカットするための液晶パネル２３とされている
。

そして、試料２０を透過した透過光１１′は対物レンズ
６０により集光され、ミラー８１．８２で反射した後点
像Ｑに結像する。この点像Ｑは、液晶パネル２３の開か
れた１つの液晶シャッター２３ａを介して、光検出器２
５により検出される。

この装置において１枚の液晶パネル３３は、液晶パネル
駆動回路３４により、互いに所定の位置関係にある２つ
の液晶シャッター１３ａ、　２３ａを同時に開状態とす
るように駆動される。そのようにすることは、例えば液
晶パネル３３の走査電極と駆動回路３４との接続次第で
容易に実現可能である。このような駆動方法は、第１図
等に示した別個の液晶パネル１３．２３を、互いに同期
を取った上でそれぞれ１つの液晶シャッター１３８ｓ２
３ａを開くように駆動させるよりも、より簡単な回路で
実現可能である。

次に、第７図を参照して本発明の第５実施例について説
明する。この第５実施例は、上記第６図の装置に用いら
れた１枚の液晶パネル３３を反射型走査型顕微鏡に適用
したものである。

液晶パネル３３の開かれた１つの液晶シャッター１３ａ
から出射した照明光１１は、ハーフミラ−５０を透過し
、対物レンズ１８により集光されて、試料２０上で光点
Ｐに収束する。そして試料２０からの反射光１１″は対
物レンズ１８で集光され、上記ハーフミラ−５０で反射
し、次にミラー７０で反射して集光レンズ７１に入射し
、該集光レンズ７１により点像Ｑに結像される。この装
置においても液晶パネル３３は、第６図の装置における
のと同様に駆動される。

次に、第８図を参照して本発明の第６実施例について説
明する。この第６実施例の装置は、第５図に示したもの
と同様の反射型走査型顕微鏡である。この装置において
は、ハーフミラ−５０がビームエキスパンダ１２と液晶
パネル１３との間に配されている。試料２０からの反射
光１１”は対物レンズ１８で集光されてから上記液晶パ
ネル１３の開かれた１つの液晶シャッター１３ａを通過
し、上記ハーフミラ−５０で反射し、集光レンズ８０で
集光されて、光検出器２５によって検出される。

このように本実施例においては、照明光１１を走査させ
るための液晶パネル１３が、前述のハロー等をカットす
るための液晶パネルとしてそのまま兼用されている。こ
の装置においては、２枚の液晶パネルの駆動の同期を考
慮する必要もなく、また第６図あるいは第７図の装置と
比べれば、１枚の液晶パネルはより小さなもので済むの
で、構成は非常に簡素化される。

以上説明した液晶パネル１３においては、解像力を向上
させるために、液晶シャッター１８ａを十分に小さくす
ることが望まれる。そのためには、第９図に示されるよ
うに、液晶パネル１３に対してそれと同様の液晶パネル
１３’　を重ね合わせ、そして同サイズの液晶シャッタ
ー１３ａと液晶シャッター１３ａ’　とが主、副走査方
向に互いに１／２ピツチずつずれるように構成したもの
を利用することができる。

この構造においては、ともに開状態の液晶シャツタ−１
３ａと１３８’　　（図中斜線を付したもの）が重なっ
た部分のみにおいて、照明光１１が通過する。

そこで、両液晶パネル１３．．１３°を互いに、シャッ
ター開部の移動周期（つまり、ある液晶シャッターが開
いてから、隣接シャッターが開くまでの時間）が互いに
１／２周期ずれるようにして駆動すれば、実効的なシャ
ッターサイズは、シャッター間の境界部分を考慮外とす
れば、液晶シャッター１３ａあるいはｉａａ’のサイズ
のほぼ１／４となる。

なお、以上説明した各実施例においては、照明光光点Ｐ
を走査させるための液晶パネルに加えて、前述のハロー
等をカットするための液晶パネルも設けられているが、
本発明においてこの後者の液晶パネルは必ずしも設けら
れなくてもよい。その場合は、従来から知られているよ
うに、例えば受光面部分にピンホールが設けられた点検
出器を照明光光点走査と同期を取って走査させる構造や
、あるいはこの点検出器は固定しておいて、試料からの
透過光あるいは反射光を上記光点走査と同期を取って偏
向して、常に上記ピンホールの位置に導くようにした構
造等を採用することができる。

しかし、上記各実施例のようにすれば、照明光光点走査
と点像検出点走査との同期を取ることが容品となり、あ
るいは全く不要となるので、特に好ましい。

また液晶シャッターの代わりに、ＰＬＺＴシャッター等
のその他の光シャッターを用いてもよい。

さらに本発明は、以上説明した共焦点型の走査型顕微鏡
以外の走査型顕微鏡に対しても同様に適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の走査型顕微鏡は、試料
を照射する照明光を、光シャッターを１つずつ順次開く
シャッターアレイに通して試料上において２次元的に走
査させる構成としたので、照明光の走査機構が非常に簡
素化され、よって安価に形成可能となる。

また上記のようなシャッターアレイは、２つの光偏向器
を組み合わせるような構造に比べれば組立も容易な上、
光軸調整も電気的調整により簡単になし得るから、本発
明の走査型顕微鏡は組立、調整が容易で、その点からも
コストダウンが実現されるものとなる。

さらに、上記のようなシャッターアレイは機械的な可動
部は備えず、そしてサイズも比較的容易に拡大可能であ
るから、本発明の走査型顕微鏡は、耐久性が高く、また
試料走査幅を大きくとって広い視野を確保できるものと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による走査型顕微鏡を示
す概略側面図、 第２図と第３図は、上記走査型顕微鏡に用いられた液晶
パネルを示す分解斜視図、 第４図は、本発明の第２実施例による走査型顕微鏡を示
す概略側面図、 第５．６．７および８図は、本発明の第３．４．５およ
び６実施例による走査型顕微鏡を示す概略側面図、 ｍ９図は、本発明に用いられつる別の液晶パネルを示す
分解斜視図である。 １０・・・レーザ光源　　　　　１１・・・照明光１１
！　・・・透過光　　　　　　１１”・・・反射光１２
・・・ビームエキスパンダ １３．２３．３３・・・液晶パネル １３ａ　ｓ　１３ａ　　ｓ　２３ａ　・・・液晶シャッ
ター１４．２４．３４・・・液晶パネル駆動回路１５・
・・制御回路　　　　　　１Ｂ・・・信号処理回路１８
．６０・・・対物レンズ　　　１９・・・試料台２０・
・・試料　　　　　　　　２１・・・上下移動機構２５
．２７．２９．３１・・・光検出器２Ｂ、２ｇ・・・ダ
イクロイックミラー４０・・・ＲＧＢレーザ　　　４１
．７１．８０・・・集光レンズ５０・・・ハーフミラ−
ｅｔ、　６２．７０・・・ミラーＰ・・・光点　　　　
　　　　Ｑ・・・点像第 １ 図 第 図 ｎイ固 第 図 ｎ１囚 第 ・４ 図 第 ５ 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 照明光を試料上において微小な光点として収束させ、 この光点を試料上において２次元的に走査させ、このと
   きの試料からの光を光電的に検出して、該試料の拡大像
   を担う画像信号を得るように構成された走査型顕微鏡に
   おいて、 前記光点の２次元走査機構として、 ２次元的に配列された複数の微小な光シャッターを有し
   、前記照明光の光路に配されたシャッターアレイと、 このシャッターアレイの光シャッターを順次１つずつ開
   状態にするシャッターアレイ駆動回路とが設けられたこ
   とを特徴とする走査型顕微鏡。