JPH04170509A - レーザ顕微鏡 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、レーザ顕微鏡に関し、特に点光源および点検
出器として導波路型レーザ素子および該素子と同軸に配
置した光検出器を用いることにより、光学系などの構成
を簡単化しかつその調整を容易にした共焦点型レーザ顕
微鏡に関する。

［従来の技術］ 従来の共焦点型レーザ顕微鏡においては、ガスレーザな
どを点光源として使用し、このカスレーザからの出射光
を第１の光学系を介して試料に照射し、該試料からの反
射光を該第１の光学系と共役な第２の光学系を介して光
検出器上に集光することにより検出していた。また、こ
の光検出器を点検出器として使用するため該光検出器の
前にピンホールを配置していた。さらに、ガスレーザな
どの点光源の出力を安定化するために、前記信号用光検
出器とは別の光検出器を設けていた。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の共焦点型レーザ顕微鏡においては、互
いに共役な２系統の光学系が必要であるため光学系の構
成が複雑になるとともに、光学系の調整がかなり困龍で
あるという不都合があった。

また、前記２系統の光学系の他に、光検出器の前のピン
ホール、光源の出力安定化のための別の光検出器などが
必要となるため、全体として構成が複雑となり、装置が
大型化するとともに信頼性が低下するという不都合があ
った。

本発明の目的は、前述の従来例の装置における問題点に
鑑み、装置の構成が簡単でありかつ極めて容易に光学系
の調整を行うことが可能な共焦点型レーザ顕微鏡を提供
することにある。

本発明の他の目的は、装置全体が小形化できかつ信頼性
が高い共焦点型レーザ顕微鏡を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係わるレーザ顕微鏡は、基本的な形態として、
レーザキャビティ部の両端にそれぞれ対物側およびモニ
タ側射出端を有する導波路型レーザ素子と、該導波路型
レーザ素子の対物側射出端からの射出光を試料に集束照
射し、かつ該試料からの反射光を同じ光学的系路を介し
て前記対物側射出端に再入射させる光学系と、前記導波
路型レーザ素子のモニタ側射出端において前記試料から
の反射光の透過分および前記導波路型レーザ素子からの
射出光を検出する光検出器とを具備することを安定化す
る。

また、導波路型レーザ素子を連続発振レーザ素子とし、
前記光学系に光断続手段を挿入しかつ前記試料からの反
射光を検出するために前記光検出器の出力から光断続周
波数成分を取り出す交流検出手段を設けることができる
。

さらに、前記光学系に挿入された光断続手段に加え、前
記光検出器の出力から光断続周波数成分およびそれ以外
の成分を取り出す周波数成分分離手段あるいは前記光断
続手段に加え該光断続手段と同期して動作する同期検出
手段であって前記試料からの反射光に対応する信号およ
び前記導波路型レーザ素子の発振出力に対応する信号を
出力できるものを備えることもできる。

さらに、前記導波路型レーザ素子をパルス発振レーザと
し、かつ前記試料からの反射光を検出するためのパルス
弁別手段を設けることもできる。

［作用コ 前述の基本的な形態に係るレーザ顕微鏡においては、導
波路型レーザ素子の対物側射出端から射出された光は前
記光学系を介して試料に集束照射される。該試料からの
反射光は同じ光学系を介して前記レーザ素子の対物側射
出端に再入射し、該レーザ素子のレーザキャビティ部を
透過してモニタ側射出端から射出し前記光検出器に入る
。該光検出器にはレーザ素子から直接射出される光も入
射する。従って、該光検出器の出力からは前記試料から
の反射光に対応する信号成分を分離することにより、従
来のように複雑な光学系を用いることなく共焦点型のレ
ーザ顕微鏡を構成することができる。この場合、導波路
型レーザ素子の射出端およびキャビティ部の断面積は通
常非常に小さくあるいは非常に小さくすることができる
から該レーザ素子自体を点光源および点検出器のための
ピンホールとして使用できる。

そして、前記光検出器の出力から前記試料からの反射光
に対応する信号を検出するために前記光学系に光断続手
段を挿入した場合には、前記光検出器の出力信号は前記
レーザ素子からの射出光に対応する光断続周波数成分と
前記試料からの反射光に対応する光断続周波数以外の成
分を含むものとなる。従って、このような光検出器の出
力を交流検出手段に入力することにより前記試料からの
反射光に対応する信号を得ることができる。また、この
ような光検出器の出力を周波数成分分離手段に入力し、
前記試料からの反射光に対応する信号を出力すると共に
、前記レーザ素子からの発振出力に対応する信号を取り
出し、この信号を該レーザ素子の発振出力を安定化する
ために使用することができる。

また、前記光断続周波数成分検出手段または周波数成分
分離手段に代えて前記光断続手段と同期して動作する同
期検出手段を用いた場合にも、前記試料からの反射光に
対応する信号および前記レーザ素子の発振出力に対応す
る信号を発振出力の安定化等のために取り出すことがで
きる。

さらに、前記導波路型レーザ素子をパルス発振レーザと
した場合には、前記光検出器の出力としては前記レーザ
素子の発振出力に対応するパルス信号と、このパルス信
号から前記光学系によって決定される遅延時間の後に検
出される前記試料からの反射光に対応するパルス信号が
出力される。

従って、これらのパルス信号をパルス弁別手段によって
分離することにより、前記試料からの反射光に対応する
信号を得、かつレーザ素子の発振出力を安定化するため
の信号を得ることができる。

［実施例］ 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係わるレーザ顕微鏡
の概略を示す、同図の装置は、導波路型レーザ素子１と
、該導波路型レーザ素子１の対物側射出端ｌａ側に設け
られたレンズ２１．２２等を含む光学系２と、該光学系
２に挿入された光断続器４と、導波路型レーザ素子１の
モニタ側射出端１ｂに光学的に結合された光検出器５と
、導波路型レーザ素子１に駆動電流を供給するレーザ電
流源６と、同期検出器７と、光断続器４および同期検出
器７に基準信号を印加する発振器８等によって構成され
る。

導波路型レーザ素子１は、第１図の実施例においては連
続発振型のものであり、そのレーザキャビティ部１ｃの
両端１ａおよび１ｂから出力が得られるものである。ま
た、光学系２には例えば光断続器４とレンズ２２との間
に図示しないスキャナが設けられており、このスキャナ
は例えば試料３の面上を２次元的に走査する周知のスキ
ャナでよい、また、このスキャナに代えて試料３を移動
し走査させることもできる。

光断続器４としては、例えば光チョッパ、あるいは音響
光学素子を用いたもの等種々のものが使用できる。光検
出器５としては、例えばフォトダイオードでよく、通常
レーザ素子に出力安定化のために付加されているものを
用いてもよい。

第１図のレーザ顕微鏡においては、導波路型レーザ素子
１の対物側射出端１ａから射出された光がレンズ２１、
光断続器４、レンズ２２を通り同図実線で示すように試
料３に集束照射される。試料３からの反射光は第１図点
線で示すように同じ光学的系路を通りレンズ２２、光断
続器４、レンズ２１を介して導波路型レーザ素子１の対
物側射出端１ａに再入射し、レーザキャビティ１ｃを透
過してモニタ側射出端１ｂから射出し光検出器５に入射
する。この場合、導波路型レーザ素子１の射出端１ａの
面積は非常に小さいから該レーザ素子１は試料からの反
射光を受けるためのスリットまたはピンホールとして作
用すると共に、点光源としても作用する。

また、発振器８から供給される基準信号によって光断続
器４は光学系２を通る光、即ちレーザ素子１から試′ｆ
：４３に至る光および試料からの反射光、を例えば一定
の周波数で断続する。従って、光検出器５にはレーザ素
子１からモニタ側射出端１ｂを介し直接入る光と光断続
器により断続され試料３から反射された光とが入射する
。このため、光検出器５の出力信号には、試料３からの
反射光に対応する光断続周波数成分とレーザ素子１の発
振出力に対応する光断続周波数以外の成分とが含まれる
。

同期検出器７はこのような光検出器５の出力を発振器８
からの基準信号にもとづき同期検出により分離し、試料
３からの反射光の強度に対応する出力信号、光断続周波
数成分に対応するもの、と、レーザ素子１の発振出力に
対応する信号、前記光断続周波数以外の成分に対応する
もの、とを出力する。前記光断続周波数以外の成分に対
えする信号はレーザ電流源６に印加され、該信号により
補正された電流がレーザ素子１に印加され、該レーザ素
子１の発振出力を安定化する。また、前記光断続周波数
成分に対応する出力信号は、適宜画像処理等が施されて
画像表示に供される。

なお、第１図の実施例において、同期検出器７に代えて
、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）および、バンド
エリミネートフィルタ（ＢＥＦ）を用いた周波数成分分
離回路を用い、光検出器５の出力信号から直接前記光断
続周波数成分およびそれ以外の成分に対応する信号を得
ることもできる。

第２図は、本発明の第２の実施例に係わるレーザ顕微鏡
の概略の構成を示す、同図の装置は、光源としてパルス
発振を行なう導波路型レーザ素子１０と、第１図と同様
の光学系２と、光検出器５と、導波路型レーザ素子１０
をパルス発振させるためのレーザ電流源１１と、パルス
弁別器１２と、パルス弁別器１２およびレーザ電流源１
工に基準信号を供給する発振器１３とを備えている。

導波路型レーザ素子１０は、第１図の装置における導波
路型レーザ素子１と同様にレーザキャビティ１０ｃの両
端に対物側射出端１０ａおよびモニタ側射出端１０ｂを
備え、これら両方の射出端１０ａ、１０ｂから光出力が
得られるものである。

また、導波路型であるため、射出端１０ａの断面積が小
さく、点光源およびピンホールと同様の働きを成すもの
である。

光学系２は、第１図のものと同じでよい、但し、第１図
における光断続器４は挿入されていない。

また、第１図の場合と同様に光学系２の途中には試料３
を走査するためのスキャナを挿入することができるが、
図示を省略している。光検出器５は第１図のものと同じ
ものでよい。

第２図のレーザ顕微鏡においては、発振器１３から例え
ば一定周波数の信号がレーザ電流源１１に印加され、該
レーザ電流源１１はこの信号に応じて駆動電流パルスを
生成し導波路型レーザ素子１０に印加する。これにより
、導波路型レーザ素子１０は例えば一定の周波数でパル
ス発振を行なう、このパルス発振によって生じた光は対
物側射出端１０ａから射出し第２図実線で示すようにレ
ンズ２１．２２等を含む光学系２を通って試料３上に集
束照射される。そして、試料３から反射された光は第２
図の点線で示すように同じ光学的系路を通り導波路型レ
ーザ１０の射出端１０ａに再入射し、かつレーザキャビ
ティ１０ｃおよびモニタ側射出端１０ｂを通って光検出
器５に入射する。

光検出器５には導波路型レーザ１０の射出光も直接モニ
タ側射出端１０ｂから入射する。

このため、光検出器５の出力信号には、レーザ素子１０
から直接光検出器５に入る光に対応する第１のパルスと
、試料から反射されてきた光にもとづく第２のパルスと
が含まれる。この場合、第２のパルスは、導波路型レー
ザ素子１０から射出して光学系２を往復してくるため、
第１のパルスより時間的に遅れたものになる。パルス弁
別器１２は、発振器１３からの出力を参照信号として、
この第１のパルスおよび第２のパルスを分離出力する。

そして、第１のパルスは導波路型レーザ素子１０の発振
出力に対応した大きさを有するから、これをレーザ電流
源１１にフィードバックし、導波路型レーザ素子１０の
出力の安定化を行なう。

これに対し、第２のパルスは、試料３からの反射光の強
度に対応する大きさを有しているから、これを用いて所
望の画像信号の生成などが行なわれる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、導波路型レーザ素子を
用いることにより、１系統の光学系によって共焦点型レ
ーザ摩微鏡を構成できるから、光学系の調整が極めて容
易になり、かつ装置全体も小型化できる。また、レーザ
光源の出力安定化と信号検出とが共通の光検出器によっ
て行なわれ、かつ導波路型レーザ自体を点光源および点
検出器用スリットまたはピンホールとして使用できるた
め、装置構成が極めて簡単になりかつ信頼性も向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係わるレーザ顕微鏡
の概略の構成を示すブロック図、そして第２図は、本発
明の第２の実施例に係わるレーザ顕微鏡の概略の構成を
示すブロック図である。 １．１０：導波路型レーザ素子、 ｌａ、１０ａ：対物側射出端、 ｌｂ、１０ｂ＋モニタ側射出端、 ｌｃ、ｌＱｃ：レーザキャビティ、 ２：光学系、　２１，２２：レンズ、 ３：試料、　４：光断続器、 ５：光検出器、　６，１１；レーザ電流源、７：同期検
出器、　８．１３：発振器、１２：パルス弁別器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザキャビティ部の両端にそれぞれ対物側および
   モニタ側射出端を有する導波路型レーザ素子と、 前記導波路型レーザ素子の対物側射出端からの射出光を
   試料に集束照射し、かつ該試料からの反射光を同じ光学
   的系路を介して前記対物側射出端に再入射させる光学系
   と、 前記導波路型レーザ素子のモニタ側射出端において前記
   試料からの反射光の透過分および前記導波路型レーザ素
   子からの射出光を検出する光検出器と、 を具備することを特徴とするレーザ顕微鏡。 ２、さらに、前記導波路型レーザ素子を連続発振レーザ
   素子とし、前記光学系に挿入された光断続手段と、前記
   試料からの反射光を検出するために前記光検出器の出力
   から光断続周波数成分を取出す交流検出手段とを備えた
   請求項１に記載のレーザ顕微鏡。 ３、さらに、前記光学系に挿入された光断続手段と、前
   記光検出器の出力から光断続周波数成分および光断続周
   波数成分以外の成分を取出す交直分離手段とを具備し、
   前記光断続周波数成分にもとづき前記試料からの反射光
   を検出しかつ前記光断続周波数以外の成分にもとづき前
   記導波路型レーザ素子の発振出力を安定化する請求項１
   に記載のレーザ顕微鏡。 ４、さらに、前記光学系に挿入された光断続手段と、前
   記試料からの反射光を検出するために前記光断続手段と
   同期して動作する同期検出手段とを具備する請求項１に
   記載のレーザ顕微鏡。 ５、前記同期検出手段は、前記試料からの反射光に対応
   する信号を出力するとともに、前記導波路型レーザ素子
   の発振出力を安定化するために該発振出力に対応する信
   号をも分離出力する請求項４に記載のレーザ顕微鏡。 ６、導波路型レーザ素子をパルス発振レーザとし、さら
   に前記試料からの反射光を検出するためのパルス弁別手
   段を設けた請求項１に記載のレーザ顕微鏡。 ７、前記パルス弁別手段は前記導波路型レーザ素子の発
   振出力を安定化するために該発振出力に対応するパルス
   信号および前記試料からの反射光に対応するパルス信号
   を弁別する請求項６に記載のレーザ顕微鏡。