JPH04156507A - Common focal point scanning type phase difference microscope - Google Patents

Common focal point scanning type phase difference microscope

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JPH04156507A
JPH04156507A JP28281090A JP28281090A JPH04156507A JP H04156507 A JPH04156507 A JP H04156507A JP 28281090 A JP28281090 A JP 28281090A JP 28281090 A JP28281090 A JP 28281090A JP H04156507 A JPH04156507 A JP H04156507A
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Toshihito Kimura
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Abstract

PURPOSE:To perform a high-speed scan without using an expensive light deflector by integrally holding a light transmitting optical system, a light receiving optical system and a phase difference optical system on a moving base, and reciprocating the moving base for a main scan of a light spot. CONSTITUTION:A moving base 15 holding a light transmitting optical system 18, a light receiving optical system 21 and a phase difference optical system is held on a frame 32 via a laminated piezoelectric element 33. The element 33 receives the drive power from an element driving circuit 34 and reciprocates the moving base 15 at a high speed in the arrow X direction. If the reciprocating frequency is set to 10kHz and the main scanning width is set to 100mum, the main canning speed becomes 2m/s. A sample bed 22 is fixed to a two-dimensionally moving stage 35, and it is reciprocated by a pulse motor 37 via a micrometer 38 in the arrow Y direction. A light spot P is sub-scanned on a sample 23 in the Y direction perpendicular to the main scanning direction X. If the required time for a sub-scan is set to 1/20sec and the sub-scanning width is set to 100mum, the sub-scanning speed becomes 2mm/s which is sufficiently lower than the main scanning speed, and the sample 23 is prevented from being flown off.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は共焦点走査型顕微鏡、特に詳細には、透明試料
の位相情報を可視化する共焦点走査型位相差顕微鏡に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a confocal scanning microscope, and more particularly to a confocal scanning phase contrast microscope that visualizes phase information of a transparent sample.

(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、さらには試料から
発せられた蛍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。
(Prior Art) Conventionally, illumination light is converged into a minute light spot, and this light spot is scanned two-dimensionally on a sample. At this time, the light that has passed through the sample or the light that has been reflected there, and also the sample Optical scanning microscopes are known in which the fluorescence emitted from the sample is detected by a photodetector to obtain an electrical signal carrying an enlarged image of the sample.

なかでも、照明光を光源から発生させた上で試料上にお
いて光点に結像させる一方、この試料からの光束を再度
点像に結像させてそれを光検出器で検出するように構成
した共焦点走査型顕微鏡は、試料面上にピンホールを配
する必要が無く、実現容おとなっている。
In particular, it is configured to generate illumination light from a light source and image it into a light spot on the sample, and then re-image the light flux from the sample into a point image, which is then detected by a photodetector. A confocal scanning microscope does not require a pinhole on the sample surface, making it easy to implement.

この共焦点走査型顕微鏡は基本的に、 照明光を発する光源と、 試料が載置される試料台と、 この照明光を試料上において微小な光点とし2て結像さ
せる送光光学系と、 上記試料からの光束(透過光、反射光あるいは蛍光)を
集光して点像に結像させる受光光学系と、この点像を検
出する光検出器と、 上記光点を試料上において2次元的に走査さゼる走査機
構とから構成されるものである。なお特開昭62−21
7218号公報には、この共焦点走査型顕微鏡の一例が
示されている。
This confocal scanning microscope basically consists of a light source that emits illumination light, a sample stage on which a sample is placed, and a light transmission optical system that images this illumination light as a minute light spot on the sample. , a light-receiving optical system that collects the light flux (transmitted light, reflected light, or fluorescence) from the sample and forms it into a point image, and a photodetector that detects this point image; It consists of a scanning mechanism that scans dimensionally. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 1986-21
No. 7218 discloses an example of this confocal scanning microscope.

一方従来より、透明な物体(位相物体)を観察するため
の顕微鏡の一つとして、位相差顕微鏡が提供されている
。この位相差顕微鏡は基本的に、試料をはさんで互いに
反対側に配されたλ/4板等の位相板とリング絞りとを
有し、試料で回折した照明光と、試料を透過あるいはそ
こで反射した非回折照明光の一方のみに位相遅れを与え
た上で+6させ、それにより、試料の位相情報を明暗に
変換するようにしたものである。
On the other hand, a phase contrast microscope has been conventionally provided as one type of microscope for observing transparent objects (phase objects). This phase-contrast microscope basically has a phase plate such as a λ/4 plate placed on opposite sides of the sample, and a ring aperture. A phase delay is given to only one side of the reflected non-diffracted illumination light, and the phase is increased by +6, thereby converting the phase information of the sample into brightness and darkness.

(発明が解決しようとする課題) 従来の共焦点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。
(Problems to be Solved by the Invention) In conventional confocal scanning microscopes, the above-mentioned scanning mechanism includes: ■ a mechanism that moves the sample stage two-dimensionally, or ■ a mechanism that moves the illumination light beam two-dimensionally using an optical deflector. A deflection mechanism was used.

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。顕微鏡
で観察される試料としては生物試料も多く、この生物試
料を観察する際に高速走査ができないと、生物試料の微
妙な動きを捕えることが不可能となる。また、このよう
な生物試料に限らなくても、はぼリアルタイムで試料像
を撮像したいという要求は広く存在するものであり、高
速走査か不可能であれば、当然、このような要求に応え
ることができない。
However, when the mechanism (2) was adopted, there was a problem that the sample would fly away when high-speed scanning was performed. Many biological samples are observed with microscopes, and if high-speed scanning is not possible when observing these biological samples, it will be impossible to capture the subtle movements of the biological samples. In addition, there is a widespread demand for capturing images of specimens in almost real time, not only for biological samples, and if high-speed scanning is not possible, it is natural that this demand cannot be met. I can't.

一方、■の機構によれば十分高速の走査が可能であるが
、この機構においては、ガルバノメータミラーやAOD
 (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
明光ビームを光偏向器で振るようにしているから、送光
光学系の対物レンズにはこの光ビームが刻々異なる角度
で入射することになり、それによる収差を補正するため
に対物レンズの設計が困難になるという問題も認められ
ている。特にAODを使用した場合には、対物レンズ以
外にもAODから射出した光束に非点収差が生ずるため
特殊な補正レンズか必要となり、光学系をより複雑なも
のとしている。
On the other hand, the mechanism (■) allows sufficiently high-speed scanning, but in this mechanism, galvanometer mirrors and AOD
The disadvantage is that an expensive optical deflector such as an acousto-optic optical deflector is required. In addition, in this mechanism (2), since the illumination light beam is deflected by an optical deflector, this light beam enters the objective lens of the light transmission optical system at different angles from time to time, and the resulting aberrations are eliminated. It has also been recognized that the correction makes it difficult to design the objective lens. In particular, when an AOD is used, a special correction lens is required in addition to the objective lens because astigmatism occurs in the light beam emitted from the AOD, making the optical system more complicated.

また従来、前述したような位相差顕微鏡を、共焦点走査
型のものとして構成する試みもなされているが、その場
合も、以上説明したような問題が同様に生じるものとな
っていた。
In the past, attempts have also been made to configure the above-mentioned phase contrast microscope as a confocal scanning type, but in that case, the same problems as described above also occur.

そこで本発明は、高速走査が可能で、その一方、構成が
簡単で安価に形成することができる共焦点走査型位相差
顕微鏡を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a confocal scanning phase contrast microscope that is capable of high-speed scanning, yet has a simple configuration and can be manufactured at low cost.

(課題を解決するための手段及び作用)本発明による共
焦点走査型位相差顕微鏡は、先に述べたような試料台と
、光源と、送光光学系と、受光光学系と、光検出器と、
光点の2次元走査機構とを備えた共焦点走査型顕微鏡に
おいて、前述した通りの位相差光学系を構成するλ/4
板等の位相板とリング絞りとを、一方は送光光学系側に
他方は受光光学系側に配設するとともに、上記送光光学
系と受光光学系と位相差光学系とを一体的に保持する移
動台と、 この移動台を、上記光点が試料上を一方向に主走査する
ように往復移動させる主走査手段と、上記移動台と試料
台とを、上記主走査の方向とほぼ直交する方向に、該主
走査の速度よりも低い速度で相対移動させて、上記光点
を試料上において副走査させる副走査手段とによって走
査機構を構成したことを特徴とするものである。
(Means and effects for solving the problems) A confocal scanning phase contrast microscope according to the present invention includes the above-mentioned sample stage, light source, light transmitting optical system, light receiving optical system, and photodetector. and,
In a confocal scanning microscope equipped with a two-dimensional scanning mechanism for a light spot, a λ/4 beam constituting the phase contrast optical system as described above is used.
A phase plate such as a plate and a ring diaphragm are arranged, one on the light transmitting optical system side and the other on the light receiving optical system side, and the light transmitting optical system, the light receiving optical system, and the phase difference optical system are integrated. a movable stage for holding; a main scanning means for reciprocating the movable stage so that the light spot scans the sample in one direction; The scanning mechanism is characterized by comprising a sub-scanning means that sub-scans the light spot on the sample by moving the light spot relatively in an orthogonal direction at a speed lower than the main-scanning speed.

なお上述の副走査手段は、移動台を移動させるものであ
ってもよいし、それとは反対に、試料台を移動させるも
のであってもよい。副走査速度は比較的低速とすること
ができるから、上記のように試料台を移動させても、試
料が飛んでしまうことを防止可能である。
Note that the above-described sub-scanning means may be one that moves the movable stage, or, on the contrary, may be one that moves the sample stage. Since the sub-scanning speed can be relatively low, it is possible to prevent the sample from flying away even when the sample stage is moved as described above.

上記の構成においては、光点走査のために照明光ビーム
が振られることがないから、光学系の設計は光軸上の光
線のみを考えて行なえばよいことになり、該光学系の設
計は非常に容易となる。
In the above configuration, since the illumination light beam is not swayed for light point scanning, the design of the optical system only needs to be done considering the light rays on the optical axis. It becomes very easy.

(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。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.

第1図は、本発明の第1実施例による透過型共焦点走査
型顕微鏡を示すものであり、また第2および3図は、そ
れに用いられた走査機構を詳しく示している。第1図に
示されるように、単色光レーザlOからは、照明光とし
てのレーザビーム11が射出される。この照明光11は
ビームコンプレッサ12でビーム径が調整され、偏波面
調整用のλ/2板9に通され、屈折率分布型レンズ13
で集光されて偏波面保存光ファイバー14内に入射せし
められる。
FIG. 1 shows a transmission confocal scanning microscope according to a first embodiment of the invention, and FIGS. 2 and 3 show in detail the scanning mechanism used therein. As shown in FIG. 1, a monochromatic laser IO emits a laser beam 11 as illumination light. The beam diameter of this illumination light 11 is adjusted by a beam compressor 12, passed through a λ/2 plate 9 for polarization adjustment, and then passed through a gradient index lens 13.
The light is focused and input into the polarization maintaining optical fiber 14.

この光ファイバー14の一端は移動台15に固定されて
おり、該光フアイバー14内を伝搬した照明光11はこ
の一端から出射する。この際光ファイバー14の一端は
、点光源状に照明光11を発することになる。移動台1
5には、コリメーターレンズ16および対物レンズ17
からなる送光光学系18と、対物レンズ19および集光
レンズ20からなる受光光学系21とが、互いに光軸を
一致させて固定されている。
One end of this optical fiber 14 is fixed to a moving table 15, and the illumination light 11 propagated within the optical fiber 14 is emitted from this one end. At this time, one end of the optical fiber 14 emits illumination light 11 in the form of a point light source. Mobile platform 1
5 includes a collimator lens 16 and an objective lens 17.
A light transmitting optical system 18 consisting of a light transmitting optical system 18 and a light receiving optical system 21 consisting of an objective lens 19 and a condensing lens 20 are fixed with their optical axes aligned with each other.

また両光学系18.21の間には、移動台15と別体と
された試料台22が配されている。
Further, a sample stage 22, which is separate from the movable stage 15, is arranged between both optical systems 18 and 21.

そして送光光学系18の両レンズ1B、17の間にはリ
ング絞り7が配され、−力受光光学系21の両レンズ1
9.20の間には、上記リング絞り7と共に位相差光学
系を構成するリング状の位相板(λ/4板)8が配され
ている。なおリング絞り7は対物レンズ17の前側焦点
面に配され、位相板8はリング絞り7と共役の関係に配
されている。
A ring diaphragm 7 is disposed between both lenses 1B and 17 of the light transmitting optical system 18, and both lenses 1 of the power receiving optical system 21
A ring-shaped phase plate (λ/4 plate) 8, which together with the ring diaphragm 7 constitutes a phase difference optical system, is arranged between 9 and 20. Note that the ring diaphragm 7 is arranged on the front focal plane of the objective lens 17, and the phase plate 8 is arranged in a conjugate relationship with the ring diaphragm 7.

上記の照明光11はコリメーターレンズ1Bによって平
行光とされ、リング絞り7によって輪帯光とされ、次に
対物レンズ17によって集光されて、試料台22に載置
された試料23上で微小な光点Pに結像する。試料23
を透過した透過光(非回折光)11゜の光束は、受光光
学系21の対物レンズ19によって平行光とされ、位相
板8に入射する。この位相板8は、輪帯光となっている
透過光(非回折光)II゛とちょうど重なるように配置
されている。つまりこの位相板8の内径、外径は、リン
グ絞り7の内径、外径にそれぞれ、対物レンズ17.1
9による倍率を乗じた値とされる。そしてこの位相板8
の表面部分には、非回折光11′ を適宜吸収する薄層
が形成されている。一方試料23で回折して位相がλ/
4程度遅れた回折光11″は、主に上記位相板8の外側
を通過する。
The above-mentioned illumination light 11 is made into parallel light by the collimator lens 1B, made into annular light by the ring diaphragm 7, and then condensed by the objective lens 17. The image is formed on a light point P. Sample 23
The transmitted light (non-diffracted light) having an angle of 11° is converted into parallel light by the objective lens 19 of the light receiving optical system 21, and is incident on the phase plate 8. This phase plate 8 is arranged so as to exactly overlap the transmitted light (non-diffracted light) II' which is annular light. In other words, the inner diameter and outer diameter of this phase plate 8 are equal to the inner diameter and outer diameter of the ring diaphragm 7, respectively, and the objective lens 17.
The value is multiplied by a multiplier of 9. And this phase plate 8
A thin layer is formed on the surface portion of the light beam to appropriately absorb the undiffracted light 11'. On the other hand, sample 23 diffracts and the phase becomes λ/
The diffracted light 11'' delayed by about 4 times mainly passes through the outside of the phase plate 8.

この回折光11″と非回折光11’ は、集光レンズ2
0によって集光され、互いに干渉してQの位置において
、像を結像する。この結像位置には偏波面保存光ファイ
バー24の一端が配され、非回折光11゜および回折光
11″はこの一端から該光フアイバー24内に入射せし
められる。この光ファイバー24の上記一端は移動台1
5に固定されており、またその他端には屈折率分布型レ
ンズ25が接続されている。
The diffracted light 11'' and the undiffracted light 11' are collected by the condenser lens 2.
The light is focused by 0 and interferes with each other to form an image at the position of Q. One end of the polarization-maintaining optical fiber 24 is arranged at this imaging position, and the undiffracted light 11° and the diffracted light 11'' are made to enter the optical fiber 24 from this one end. 1
5, and a gradient index lens 25 is connected to the other end.

光フアイバー24内を伝搬した非回折光11’ および
回折光11”はその他端から出射し、上記屈折率分右型
レンズ25によって集光される。
The undiffracted light 11' and the diffracted light 11'' propagated within the optical fiber 24 are emitted from the other end and are condensed by the right-hand lens 25 by the above-mentioned refractive index.

これらの非回折光11′および回折光11゛は、アパー
チャピンホール26を通して、例えば光電子増倍管等の
光検出器27によって検出される。前述した通りの位相
差光学系により、非回折光11′ および回折光11″
による像の明るさは、回折光11°の位相に応じて(す
なわち試料23の照明光照射部分の位相情報に応じて)
変化するものとなっている。
These undiffracted light 11' and diffracted light 11' are detected through an aperture pinhole 26 by a photodetector 27 such as a photomultiplier tube. By using the phase difference optical system as described above, the undiffracted light 11' and the diffracted light 11''
The brightness of the image depends on the phase of the diffracted light 11° (that is, according to the phase information of the illumination light irradiated part of the sample 23)
It is subject to change.

したがって上記光検出器27からは、試料23の位相情
報に対応した光量信号Sが出力される。
Therefore, the photodetector 27 outputs a light amount signal S corresponding to the phase information of the sample 23.

次に、照明光11の光点Pの2次元走査について、第2
.3図を参照して説明する。第2図と第3図はそれぞれ
、移動台I5の周辺部分を、第1図の上方側、右方側か
ら見た状態を示している。この移動台15は架台32に
、積層ピエゾ素子33を介して保持されている。積層ピ
エゾ素子83はピエゾ素子駆動回路34から駆動電力を
受けて、移動台15を矢印X方向に高速で往復移動させ
る。この往復移動の振動数は、例えば1OkHzとされ
る。その場合、主走査幅を100μmとすると、主走査
速度は、1.0X103  XJ、OOXIO″6X2
−2m/sとなる。なお、光ファイバー14.24は可
撓性を有するので、それぞれ照明光11、散乱光11″
を伝搬させつつ、移動台15の振動を許容する。
Next, regarding the two-dimensional scanning of the light point P of the illumination light 11, the second
.. This will be explained with reference to FIG. FIGS. 2 and 3 show the peripheral portion of the movable table I5 as viewed from the upper side and the right side of FIG. 1, respectively. This moving table 15 is held on a pedestal 32 via a laminated piezo element 33. The laminated piezo element 83 receives drive power from the piezo element drive circuit 34 and causes the moving stage 15 to reciprocate at high speed in the direction of arrow X. The frequency of this reciprocating movement is, for example, 10kHz. In that case, if the main scanning width is 100 μm, the main scanning speed is 1.0X103 XJ, OOXIO''6X2
-2m/s. In addition, since the optical fibers 14 and 24 have flexibility, the illumination light 11 and the scattered light 11" respectively
The vibration of the movable table 15 is allowed while allowing the vibration to propagate.

一方試料台22は、2次元移動ステージ35に固定され
ている。この2次元移動ステージ35は、モータ駆動回
路36から駆動電流を受けるパルスモータ37により、
マイクロメータ38を介して矢印Y方向に往復移動され
る。それにより試料台22は移動台15に対して相対移
動され、前記光点Pが試料23土を、前記主走査方向X
と直交するY方向に副走査する。なおこの副走査の所要
時間は例えば]/20秒とされ、その場合、副走査幅を
100μmとすると、副走査速度は、 20X 100 X 10’ = 0.002 m /
 ’5−2mm/s と、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台22を移動させても、試料
23が飛んでしまうことを防止できる。
On the other hand, the sample stage 22 is fixed to a two-dimensional movement stage 35. This two-dimensional movement stage 35 is driven by a pulse motor 37 that receives a drive current from a motor drive circuit 36.
It is reciprocated in the direction of arrow Y via the micrometer 38. As a result, the sample stage 22 is moved relative to the movable stage 15, and the light spot P touches the sample 23 in the main scanning direction
Sub-scan in the Y direction perpendicular to . Note that the time required for this sub-scanning is, for example, /20 seconds, and in that case, if the sub-scanning width is 100 μm, the sub-scanning speed is 20X 100 X 10' = 0.002 m /
'5-2 mm/s, which is sufficiently lower than the main scanning speed. With this level of sub-scanning speed, it is possible to prevent the sample 23 from flying away even if the sample stage 22 is moved.

以上のようにして光点Pが試料23上を2次元的に走査
することにより、該試料23の2次元像を担持する時系
列の信号Sが得られる。この信号Sは、例えば所定周期
毎に積分する等により、画素分割された信号とされる。
By scanning the light spot P two-dimensionally over the sample 23 as described above, a time-series signal S carrying a two-dimensional image of the sample 23 is obtained. This signal S is made into a pixel-divided signal by, for example, integrating at every predetermined period.

この信号Sに基づいて、例えばCRT等の画像再生手段
において画像を再生すれば、試料23の位相情報を明暗
によって示す画像が得られる。
If an image is reproduced by an image reproduction means such as a CRT based on this signal S, an image showing the phase information of the sample 23 by brightness and darkness can be obtained.

なお上記実施例の装置は、非回折光11″をλ/4板8
に通しているので、位相変化が明るく観察される正の位
相コントラストタイプとなっているが、この位相板8の
代わりに位相を3λ/4(3π/2)遅らせる位相板を
用いることにより、位相変化が暗く観察される負の位相
コントラストタイプとすることも可能である。
Note that in the apparatus of the above embodiment, the undiffracted light 11'' is passed through the λ/4 plate 8.
It is a positive phase contrast type in which the phase change can be observed brightly because it passes through the phase plate 8. However, by using a phase plate that delays the phase by 3λ/4 (3π/2) instead of this phase plate 8, the phase change can be observed brightly. It is also possible to use a negative phase contrast type in which the change is observed darkly.

さらに上記実施例では、非回折光11゛ を位相板8に
通すようにしているが、それとは逆に回折光11”を位
相板に通すようにしてもよいことは勿論である。
Further, in the above embodiment, the undiffracted light 11'' is passed through the phase plate 8, but it is of course possible to pass the diffracted light 11'' through the phase plate.

また本実施例においては2次元移動ステージ35が、モ
ータ駆動回路39から駆動電流を受けるパルスモータ4
0により、主、副走査方向XSYと直交する矢印Z方向
(すなわち光学系18.21の光軸方向)に移動される
。こうして2次元移動ステージ35をZ方向に所定距離
移動させる毎に照明光光点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27によって検出される
。そこで、この光検出器27の出力Sをフレームメモリ
に取り込むことにより、試料23を2方向に移動させた
範囲内で、3次元画像を担う信号を得ることが可能とな
る。
Further, in this embodiment, the two-dimensional moving stage 35 is driven by a pulse motor 4 that receives a drive current from a motor drive circuit 39.
0, it is moved in the direction of the arrow Z (that is, the optical axis direction of the optical system 18.21) perpendicular to the main and sub-scanning directions XSY. In this way, if the illumination light spot P is two-dimensionally scanned every time the two-dimensional moving stage 35 is moved a predetermined distance in the Z direction,
Only the information of the focal plane is detected by the photodetector 27. Therefore, by capturing the output S of the photodetector 27 into the frame memory, it becomes possible to obtain a signal representing a three-dimensional image within the range in which the sample 23 is moved in two directions.

なおピエゾ素子駆動回路34およびモータ駆動回路36
.39には、制御回路41から同期信号が入力され、そ
れにより、光点Pの主、副走査および試料台22のZ方
向移動の同期が取られる。
Note that the piezo element drive circuit 34 and the motor drive circuit 36
.. A synchronization signal is inputted to 39 from the control circuit 41, whereby the main and sub-scanning of the light spot P and the movement of the sample stage 22 in the Z direction are synchronized.

以上説明した実施例においては、種々の変更が可能であ
る。例えば受光光学系21側の集光素子である屈折率分
布型レンズ25は、顕微鏡対物レンズ等であってもよい
。そして、2次元移動ステージ35に固定された試料台
22をY方向に往復移動(副走査)させるための駆動源
であるパルスモータ37は、エンコーダ付きのDCモー
タでもよく、またこのように試料台22を移動させるこ
とによって光点Pの副走査を行なう代わりに、移動台1
5を移動させることによって光点Pの副走査を行なうよ
うにしてもよい。さらに移動台15の移動は積層ピエゾ
素子33を利用して行なう他、例えばボイスコイルや音
叉、さらには超音波による固体の固有振動を利用した走
査方式等を用いて行なうことも可能である。
Various modifications can be made to the embodiments described above. For example, the gradient index lens 25, which is a condensing element on the side of the light receiving optical system 21, may be a microscope objective lens or the like. The pulse motor 37, which is a drive source for reciprocating (sub-scanning) the sample stage 22 fixed to the two-dimensional movement stage 35 in the Y direction, may be a DC motor equipped with an encoder. Instead of performing sub-scanning of the light spot P by moving the moving stage 1
The light spot P may be sub-scanned by moving the light spot P. Furthermore, in addition to using the laminated piezo element 33 to move the moving table 15, it is also possible to use, for example, a voice coil, a tuning fork, or even a scanning method that uses the natural vibration of a solid body caused by ultrasonic waves.

次に第4図を参照して、本発明の第2実施例による共焦
点走査型位相差顕微鏡について説明する。
Next, referring to FIG. 4, a confocal scanning phase contrast microscope according to a second embodiment of the present invention will be described.

なおこの第4図において、第1図ないし第3図と共通部
分には同じ番号を付し、それらについての詳細な説明は
省略する(以下、同様)。
Note that in FIG. 4, parts common to those in FIGS. 1 to 3 are given the same numbers, and detailed explanations thereof will be omitted (the same applies hereinafter).

この実施例では、第1実施例とは逆に、送光光学系18
側に位相板8°が配され、受光光学系21側にリング絞
り7°が配されている。上記位相板8゛は、環状の部分
8aが他の部分に対して照明光11の位相をλ/4遅ら
せるように形成され、この部分8a以外の部分には、照
明光11を吸収する薄層が形成されている。一方すング
絞り7゛は、光を遮断する環状の部分7aを有し、上記
の部分8aを通過した後試料23を透過した透過光(非
回折光)11゛ がちょうど上記の部分7aに入射する
ように配置されている。すなわち、位相板8゛ は対物
レンズ17の前側焦点面に配され、リング絞り7° は
位相板8′ と共役の関係に配されている。
In this embodiment, contrary to the first embodiment, the light transmission optical system 18
A phase plate of 8 degrees is arranged on the side, and a ring aperture of 7 degrees is arranged on the light receiving optical system 21 side. The phase plate 8'' is formed such that an annular portion 8a delays the phase of the illumination light 11 by λ/4 with respect to other portions, and a thin layer that absorbs the illumination light 11 is provided in the portion other than the portion 8a. is formed. On the other hand, the swing diaphragm 7' has an annular part 7a that blocks light, and the transmitted light (non-diffracted light) 11' that has passed through the above-mentioned part 8a and passed through the sample 23 is just incident on the above-mentioned part 7a. It is arranged so that That is, the phase plate 8' is arranged at the front focal plane of the objective lens 17, and the ring aperture 7° is arranged in a conjugate relationship with the phase plate 8'.

上記の構成においては、位相板8′の部分8aにより位
相がλ/4遅れてから試料23を透過した透過光(非回
折光)11′ は、リング絞り7′によって遮断される
。したがって、位相板8°の部分8a以外を通過した後
試料23を透過した透過光(非回折光)11゛ と、上
記部分8aを通過して位相がλ/4遅れてから試料23
に入射して回折した回折光11″とが集光レンズ20に
より集光され、互いに干渉する。この場合は、回折光1
1°が非回折光11’ に対して位相が約λ/2遅れる
ので、負の位相コントラストタイプとなる。
In the above configuration, the transmitted light (non-diffracted light) 11', which is transmitted through the sample 23 after its phase is delayed by λ/4 by the portion 8a of the phase plate 8', is blocked by the ring diaphragm 7'. Therefore, the transmitted light (non-diffracted light) 11゛ that passes through the sample 23 after passing through a portion other than the portion 8a of the phase plate 8°, and the sample 23 after passing through the portion 8a and having a phase delay of λ/4.
The diffracted light 11'' that is incident and diffracted is condensed by the condenser lens 20 and interferes with each other.In this case, the diffracted light 11''
Since the phase is delayed by about λ/2 by 1° with respect to the undiffracted light 11', it becomes a negative phase contrast type.

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。この実施例の共焦点走査型位相差顕微鏡は反射
型に形成されたものであり、第4図のものと同様の位相
板8゛ と対物レンズ17との間には、ビームスプリッ
タ6が配されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The confocal scanning phase contrast microscope of this embodiment is of a reflection type, and a beam splitter 6 is disposed between a phase plate 8' and an objective lens 17, similar to that shown in FIG. ing.

コリメータレンズ16と位相板8′を通過した照明光1
1は、ビームスプリッタ6の膜面6aを透過して対物レ
ンズ17に入射し、光点Pに収束する。
Illumination light 1 that has passed through the collimator lens 16 and the phase plate 8'
1 passes through the film surface 6a of the beam splitter 6, enters the objective lens 17, and converges on a light point P.

位相板8゛の部分8aにより位相がλ/4遅れてから試
料28で反射した反射光(非回折光)11Rは、膜面6
aで反射した後、リング絞り7゛によって遮断される。
The reflected light (non-diffracted light) 11R reflected by the sample 28 after its phase is delayed by λ/4 by the portion 8a of the phase plate 8' is reflected at the film surface 6.
After being reflected at a, it is blocked by a ring diaphragm 7.

したがって、位相板8゛の部分8a以外を通過した後試
料23で反射した反射光(非回折光)IIRと、上記部
分8aを通過して位相がλ/4遅れてから試料23に入
射して回折、反射した回折光11″とが、膜面6aで反
射した後集光レンズ20により集光され、互いに干渉す
る。
Therefore, the reflected light (non-diffracted light) IIR that is reflected by the sample 23 after passing through a part other than the part 8a of the phase plate 8'' and the reflected light (non-diffracted light) IIR that passes through the part 8a and is delayed by λ/4 and then enters the sample 23. The diffracted and reflected diffracted light 11'' is reflected by the film surface 6a and then condensed by the condensing lens 20, and interferes with each other.

以上説明の通りこの装置においては、対物レンズ17が
送光光学系および受光光学系用に共用されている。なお
第5図図示のように、受光側の偏波面保存光ファイバー
24の光入射端前方には、集光レンズ20による集光ス
ポット径と等しい径の開口を有するアパーチャピンホー
ル5を配置するのが望ましい。
As explained above, in this device, the objective lens 17 is shared by the light transmitting optical system and the light receiving optical system. As shown in FIG. 5, an aperture pinhole 5 having an opening having a diameter equal to the diameter of the condensed spot by the condensing lens 20 is arranged in front of the light input end of the polarization-maintaining optical fiber 24 on the receiving side. desirable.

また、以上説明した各実施例のように光ファイバー14
.24をそれぞれ送光光学系18、受光光学系21に接
続する代わりに、光源として半導体レーザ等の小型のも
のを用い、また光検出器27としてフォトダイオード等
の小型のものを用いて、それらを移動台15に搭載する
ようにしてもよい。
Furthermore, as in each of the embodiments described above, the optical fiber 14
.. 24 to the light transmitting optical system 18 and the light receiving optical system 21, respectively, a small device such as a semiconductor laser is used as the light source, and a small device such as a photodiode is used as the photodetector 27 to connect them. It may also be mounted on the moving table 15.

(発明の効果) 以上詳細に説明した通り、本発明の共焦点走査型位相差
顕微鏡においては、送光光学系と受光光学系と位相差光
学系とを一体的に移動台に保持させ、この移動台を往復
移動させて光点の主走査を行なうように構成したから、
試料台を高速で移動させる必要がなく、よって試料が飛
んでしまうことを防止可能で、また、高速走査も可能と
なる。
(Effects of the Invention) As explained above in detail, in the confocal scanning phase contrast microscope of the present invention, the light transmitting optical system, the light receiving optical system, and the phase contrast optical system are integrally held on a movable stage. Since the structure is configured so that the moving table is moved back and forth to perform main scanning of the light spot,
There is no need to move the sample stage at high speed, so it is possible to prevent the sample from flying away, and high-speed scanning is also possible.

そして本発明の共焦点走査型位相差顕微鏡においては、
照明光ビームが振られることがないから、光学系の設計
が容易となり、またガルバノメータミラーやAOD等の
高価な光偏向器が不要で簡単な構造となっているから、
本装置は従来の共焦点走査型位相差顕微鏡に比べて安価
に形成可能となる。
In the confocal scanning phase contrast microscope of the present invention,
Since the illumination light beam is not swayed, it is easy to design the optical system, and the structure is simple, eliminating the need for expensive optical deflectors such as galvanometer mirrors and AODs.
This device can be manufactured at a lower cost than conventional confocal scanning phase contrast microscopes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の第1実施例による共焦点走査型位相
差顕微鏡を示す概略正面図、 第2図と第3図はそれぞれ、上記共焦点走査型位相差顕
微鏡の要部を示す平面図と側面図、第4図と第5図はそ
れぞれ、本発明の第2実施例、第3実施例による共焦点
走査型位相差顕微鏡を示す概略正面図である。 6・・・ビームスプリッタ 7.7°・・リング絞り8
.8′・・・位相板   10・・・単色光レーザ11
・・・照明光      11′ ・・・透過光(非回
折光)11′・・回折光     1.1 R・・・反
射光(非回折光)14.24・・・光ファイバー 15
・・・移動台16・・・コリメーターレンズ 17.1
.9・・・対物レンズ18・・・送光光学系    2
0・・・集光レンズ21・・・受光光学系    22
・・・試料台23・・・試料       27・・・
光検出器32・・・架台       33・・・積層
ピエゾ素子34・・・ピエゾ素子駆動回路 35・・・2次元移動ステージ 3G、 39・・・モータ駆動回路 37.40・・パ
ルスモータ38・・・マイクロメータ   41・・・
制御回路第1図 第4図
FIG. 1 is a schematic front view showing a confocal scanning phase contrast microscope according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are plane views showing essential parts of the confocal scanning phase contrast microscope, respectively. The figure and side view, and FIGS. 4 and 5 are schematic front views showing confocal scanning phase contrast microscopes according to the second and third embodiments of the present invention, respectively. 6...Beam splitter 7.7°...Ring aperture 8
.. 8'... Phase plate 10... Monochromatic laser 11
...Illumination light 11'...Transmitted light (non-diffracted light) 11'...Diffracted light 1.1 R...Reflected light (non-diffracted light) 14.24...Optical fiber 15
...Moving table 16...Collimator lens 17.1
.. 9... Objective lens 18... Light transmission optical system 2
0... Condensing lens 21... Light receiving optical system 22
...Sample stand 23...Sample 27...
Photodetector 32... Frame 33... Laminated piezo element 34... Piezo element drive circuit 35... Two-dimensional movement stage 3G, 39... Motor drive circuit 37.40... Pulse motor 38...・Micrometer 41...
Control circuit Figure 1 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 試料が載置される試料台と、 照明光を発する光源と、 この照明光を試料上において微小な光点として結像させ
る送光光学系と、 前記試料からの光束を集光して点像に結像させる受光光
学系と、 この点像を検出する光検出器と、 一方が前記送光光学系側に他方が受光光学系側に配され
た位相板および絞りを有し、前記試料で回折した照明光
と、試料を透過あるいはそこで反射した非回折照明光の
一方のみに位相遅れを与えた上で干渉させる位相差光学
系と、 前記送光光学系と受光光学系と位相差光学系とを一体的
に保持する移動台と、 この移動台を、前記光点が前記試料上を一方向に主走査
するように往復移動させる主走査手段と、前記移動台と
試料台とを、前記主走査の方向とほぼ直交する方向に、
該主走査の速度よりも低い速度で相対移動させて、前記
光点を前記試料上において副走査させる副走査手段とか
らなる共焦点走査型位相差顕微鏡。
[Claims] A sample stage on which a sample is placed; a light source that emits illumination light; a light transmission optical system that images the illumination light as a minute light spot on the sample; A light-receiving optical system that condenses light to form a point image, a photodetector that detects this point image, and a phase plate and a diaphragm, one of which is disposed on the light-transmitting optical system side and the other on the light-receiving optical system side. a phase difference optical system that causes only one of the illumination light diffracted by the sample and the non-diffracted illumination light transmitted through or reflected by the sample to interfere with each other after giving a phase delay; and the light transmission optical system and the light reception optical system. a movable table that integrally holds the system and the phase difference optical system; a main scanning means that reciprocates the movable table so that the light spot scans the sample in one direction; and the movable table. the sample stage in a direction substantially perpendicular to the main scanning direction,
A confocal scanning phase contrast microscope comprising sub-scanning means for sub-scanning the light spot on the sample by relatively moving at a speed lower than the main-scanning speed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0770262A1 (en) * 1995-05-10 1997-05-02 Molecular Dynamics, Inc. Led point scanning system
JP2008506144A (en) * 2004-07-09 2008-02-28 チップマン テクノロジーズ オイ Microscope illumination system

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