JPH04296811A - Scanning microscope - Google Patents

Scanning microscope

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JPH04296811A
JPH04296811A JP6323691A JP6323691A JPH04296811A JP H04296811 A JPH04296811 A JP H04296811A JP 6323691 A JP6323691 A JP 6323691A JP 6323691 A JP6323691 A JP 6323691A JP H04296811 A JPH04296811 A JP H04296811A
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JP
Japan
Prior art keywords
tuning fork
amplitude
sample
light
illumination light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6323691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
袴田和男
Kazuo Hakamata
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP6323691A priority Critical patent/JPH04296811A/en
Priority to US07/859,048 priority patent/US5179276A/en
Publication of JPH04296811A publication Critical patent/JPH04296811A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent variation in photographing range of a scanning microscope for scanning lighting light on a sample by retaining an optical system for radiating the lighting light on the sample at the end of a tuning fork, and by vibrating the tuning fork through a vibrating means. CONSTITUTION:Amplitude of a tuning fork 30 is detected by measuring leaking magnetic flux between the end of the tuning fork 30 and an electromagnet 31 by means of a Hall device 71, and an amplitude detection signal Sm for this is input into a control circuit 72. When the amplitude is lower than an aimed value, a control signal Se for increasing the vibrating frequency of VCO, or a control signal Se' for reducing is input into VCO by the control circuit 72, and the number of vibration of the magnetic field due to the electromagnet 31 thus follows the variation in resonance frequency of the tuning fork 30.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は光学式の走査型顕微鏡に
関し、特に詳細には、照明光を試料に照射する光学系を
音叉に保持し、この音叉を振動させて、照明光を試料上
において走査させるようにした走査型顕微鏡に関するも
のである。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical scanning microscope, and more specifically, an optical system for irradiating a sample with illumination light is held in a tuning fork, and the tuning fork is vibrated to direct the illumination light onto the sample. The present invention relates to a scanning microscope configured to perform scanning at a location.

【0002】0002

【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
らには試料から生じ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。なお特開昭62−21
7218号公報には、この走査型顕微鏡の一例が示され
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, and at this time, the light that passes through the sample or the light that is reflected thereon, and the sample An optical scanning microscope is known in which the fluorescence generated from the sample is detected by a photodetector to obtain an electrical signal carrying an enlarged image of the sample. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 1986-21
No. 7218 discloses an example of this scanning microscope.

【0003】従来の光学式走査型顕微鏡においては、上
記走査機構として、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多く用いられていた。
In conventional optical scanning microscopes, the scanning mechanism is such that the illumination light beam is split into two by an optical deflector.
Many dimensional deflection mechanisms were used.

【0004】しかし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が必要となり、光学系をよ
り複雑なものとしている。
However, this mechanism has a drawback in that it requires an expensive optical deflector such as a galvanometer mirror or an acousto-optic optical deflector (AOD). In addition, in this mechanism, the illumination light beam is deflected by an optical deflector, so 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 corrected. It has also been recognized that this 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.

【0005】上記の点に鑑み従来より、照明光ビームは
偏向させないで照明光光点の走査を行なうことが考えら
れている。例えば、本出願人による特願平1−2469
46号明細書には、送光光学系を試料台に対して相対的
に移動させることにより、照明光光点の走査を行なうこ
とが示されている。
In view of the above points, it has been conventionally considered to scan the illumination light spot without deflecting the illumination light beam. For example, patent application No. 1-2469 filed by the present applicant.
No. 46 discloses that the illumination light spot is scanned by moving the light transmitting optical system relative to the sample stage.

【0006】そして、このように光学系と試料台とを相
対的に移動させる具体的な機構の1つとして、本出願人
による特願平2−198550号明細書に示されるよう
に、光学系を先端部に保持する音叉と、この音叉に強さ
が周期的に変化する磁界を作用させて該音叉を共振させ
る電磁石とから構成されたものが提案されている。また
同じく本出願人による特願平2−198550号明細書
に示されるように、上述の音叉に圧電素子を取り付け、
この圧電素子への印加電圧を制御して該素子を周期的に
歪ませ、それにより音叉を共振させる機構も提案されて
いる。
[0006] As one of the specific mechanisms for relatively moving the optical system and the sample stage in this way, as shown in Japanese Patent Application No. 198550/1999 filed by the present applicant, the optical system A tuning fork that is held at its tip, and an electromagnet that applies a magnetic field whose strength periodically changes to cause the tuning fork to resonate has been proposed. Furthermore, as shown in Japanese Patent Application No. 2-198550 also filed by the present applicant, a piezoelectric element is attached to the above-mentioned tuning fork,
A mechanism has also been proposed in which the voltage applied to the piezoelectric element is controlled to periodically distort the element, thereby causing the tuning fork to resonate.

【0007】このような移動機構は、例えばピエゾ素子
や超音波振動子等を利用した移動機構に比べれば、光学
系の相対移動幅すなわち照明光走査幅(これは音叉の振
幅によって定まる)を大きく取れるので、走査型顕微鏡
の撮像範囲をより大きく確保する上で有利となっている
[0007] Such a movement mechanism allows the relative movement width of the optical system, that is, the illumination light scanning width (this is determined by the amplitude of the tuning fork), to be large compared to a movement mechanism that uses a piezo element, an ultrasonic vibrator, or the like. This is advantageous in ensuring a larger imaging range for the scanning microscope.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、この音叉と
それを共振させる加振手段との組合せによる照明光走査
機構を用いると、撮像された顕微鏡像において、音叉振
動による走査方向の撮像範囲が僅かながら変動すること
がある。そうなると、前述した光検出器の出力信号の処
理の仕方次第で、出力画像サイズが変動したり、あるい
は画像サイズは一定でも倍率が変動してしまうことにな
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, when using an illumination light scanning mechanism that combines a tuning fork and an excitation means that makes it resonate, the imaging range in the scanning direction due to tuning fork vibration is small in the captured microscope image. However, it may fluctuate. In this case, the output image size may vary depending on how the output signal of the photodetector is processed, or the magnification may vary even if the image size is constant.

【0009】そこで本発明は、振動する音叉によって光
学系を移動させる走査機構を用いた場合に、上記のよう
な撮像範囲の変動が生じることのない走査型顕微鏡を提
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 scanning microscope in which the above-mentioned fluctuations in the imaging range do not occur when using a scanning mechanism that moves an optical system using a vibrating tuning fork. It is.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】本発明による走査型顕微
鏡は、上述したように光学系を先端部に保持する音叉と
、この音叉に強さが周期的に変化する力を作用させて該
音叉を共振させる加振手段とから構成された光学系移動
機構を用いて、光学系を試料台に対して移動させること
により、この照明光を試料上において主、副走査させ、
この照明光走査を受けた試料の部分からの光を光検出器
により検出して試料像を撮像する走査型顕微鏡において
、◆上記音叉の振幅を検出する手段と、◆この手段が出
力する振幅検出信号を受け、その信号に応じた制御信号
を上記加振手段に入力して音叉振幅を目標値に収束させ
る制御回路とが設けられたことを特徴とするものである
[Means for Solving the Problems] As described above, a scanning microscope according to the present invention includes a tuning fork that holds an optical system at its tip, and a force whose strength changes periodically to act on the tuning fork. By moving the optical system relative to the sample stage using an optical system moving mechanism composed of an excitation means that resonates, the illumination light is caused to main and sub-scan on the sample,
In a scanning microscope that captures a sample image by detecting light from a portion of the sample scanned by the illumination light using a photodetector, ◆ means for detecting the amplitude of the tuning fork, and ◆ amplitude detection outputted by this means. The present invention is characterized in that a control circuit is provided which receives a signal and inputs a control signal corresponding to the signal to the vibration excitation means to converge the tuning fork amplitude to a target value.

【0011】[0011]

【作用】本発明者等の研究によると、前述した撮影範囲
の変動は、音叉振幅が変動することに起因するものであ
ることが判明した。すなわち、音叉の共振周波数は温度
等の外乱によりずれることがある。このずれは僅かなも
のであるが、音叉の共振曲線は鋭いピークを持つ形とな
っているので、共振周波数が僅かにずれてもその振幅は
大きく変化する。
[Operation] According to the research conducted by the present inventors, it has been found that the above-mentioned variation in the imaging range is caused by variation in the tuning fork amplitude. That is, the resonance frequency of the tuning fork may shift due to disturbances such as temperature. Although this deviation is slight, the resonance curve of the tuning fork has a sharp peak, so even a slight deviation in the resonance frequency causes a large change in its amplitude.

【0012】上記の構成の本発明装置においては、外乱
により音叉の共振周波数がずれて振幅が変化しても、そ
の変化に対応させて加振手段の駆動を制御し、音叉振幅
を目標値に収束させるようにしているから、音叉振幅を
一定に保つことができる。
In the device of the present invention having the above configuration, even if the resonant frequency of the tuning fork shifts due to a disturbance and the amplitude changes, the driving of the excitation means is controlled in response to the change, and the amplitude of the tuning fork is kept at the target value. Since it is made to converge, the tuning fork amplitude can be kept constant.

【0013】[0013]

【発明の効果】上述のようにして音叉振幅を一定に制御
できれば、この音叉によって移動する光学系の移動幅、
すなわち照明光走査幅を一定に保つことができる。した
がって、画像撮像範囲が一定に保たれるので、出力画像
のサイズやあるいは倍率が変動してしまうことがなくな
る。
Effects of the Invention: If the amplitude of the tuning fork can be controlled to be constant as described above, the movement width of the optical system moved by this tuning fork,
In other words, the scanning width of the illumination light can be kept constant. Therefore, since the image capturing range is kept constant, the size or magnification of the output image will not fluctuate.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below based on embodiments shown in the drawings.

【0015】図2は、本発明の第1実施例によるモノク
ロ反射型の共焦点走査型顕微鏡を示すものであり、また
図1は、その走査機構の平面形状を詳しく示している。 図2に示されるように単色光レーザ10からは、単一波
長の照明光11が射出される。直線偏光したこの照明光
11は、P偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面
25aに入射し、そこを透過する。偏光ビームスプリッ
タ25を通過した照明光11は、偏波面調整用のλ/2
板12を通過し、入射用レンズ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. 2 shows a monochrome reflection type confocal scanning microscope according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows the planar shape of its scanning mechanism in detail. As shown in FIG. 2, the monochromatic laser 10 emits illumination light 11 of a single wavelength. This linearly polarized illumination light 11 enters the film surface 25a of the polarizing beam splitter 25 in a P-polarized state and is transmitted therethrough. The illumination light 11 that has passed through the polarization beam splitter 25 has a wavelength of λ/2 for polarization plane adjustment.
The light passes through the plate 12, is focused by the entrance lens 13, and is made to enter the polarization-maintaining optical fiber 14.

【0016】この偏波面保存光ファイバー14としては
、図4に断面形状を示すように、クラッド14a内にコ
ア14bが配され、このコア14bの両側に応力付与部
14c、14cが形成されてなる、いわゆるPANDA
型のものが用いられている。そして直線偏光した照明光
11は、λ/2板12を適宜回転させることにより、偏
波面の向きが応力付与部14c、14cの並び方向、あ
るいはそれに直交する方向と揃う状態にして(本実施例
では後者の方向、すなわち図4の矢印U方向)、該光フ
ァイバー14内に入射せしめられる。
As shown in the cross-sectional shape of FIG. 4, this polarization-maintaining optical fiber 14 includes a core 14b disposed within a cladding 14a, and stress applying portions 14c, 14c formed on both sides of the core 14b. So-called PANDA
type is used. By appropriately rotating the λ/2 plate 12, the linearly polarized illumination light 11 is brought into a state in which the direction of the polarization plane is aligned with the direction in which the stress applying portions 14c and 14c are arranged, or with the direction perpendicular thereto (this example In the latter direction, that is, the direction of arrow U in FIG. 4), the light is made to enter the optical fiber 14.

【0017】この光ファイバー14の一端はプローブ1
5に固定されており、該光ファイバー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。プローブ15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(受光光学系を兼
ねる)18が固定されている。なお、コリメーターレン
ズ16と対物レンズ17との間には、λ/4板19が配
設されている。
One end of this optical fiber 14 is connected to the probe 1
5, 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. A light transmitting optical system (also serving as a light receiving optical system) 18 consisting of a collimator lens 16 and an objective lens 17 is fixed to the probe 15 . Note that a λ/4 plate 19 is disposed between the collimator lens 16 and the objective lens 17.

【0018】上記の照明光11はコリメーターレンズ1
6によって平行光とされ、λ/4板19を通過して円偏
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(表面あるいはその
内部で)微小な光点Pに結像する。試料23で反射した
反射光11”は旋回方向が逆向きの円偏光となり、λ/
4板19を通過して、偏波面の向きが照明光11のそれ
と直交する直線偏光とされる。この反射光11”の光束
は、コリメーターレンズ16によって集光されて、偏波
面保存光ファイバー14内に入射せしめられる。このと
きの反射光11”の偏波面の向きは、図4の矢印V方向
となる。光ファイバー14を伝搬した反射光11”はそ
の一端から出射し、レンズ13によって平行光とされる
The above illumination light 11 is transmitted through the collimator lens 1.
6, the light is made into parallel light, passes through the λ/4 plate 19, becomes circularly polarized light, and is then focused by the objective lens 17. ) Image is formed into a minute light spot P. The reflected light 11'' reflected by the sample 23 becomes circularly polarized light with the opposite direction of rotation, and λ/
The light passes through the four plates 19 and becomes linearly polarized light whose plane of polarization is perpendicular to that of the illumination light 11 . The beam of this reflected light 11'' is condensed by the collimator lens 16 and made to enter the polarization maintaining optical fiber 14.At this time, the direction of the polarization plane of the reflected light 11'' is in the direction of arrow V in FIG. becomes. The reflected light 11'' propagated through the optical fiber 14 is emitted from one end thereof, and is converted into parallel light by the lens 13.

【0019】この反射光11”はλ/2板12を通過後
、S偏光状態で偏光ビームスプリッタ25の膜面25a
に入射し、そこで反射する。この反射光11”は、集光
レンズ26で集光され、アパーチャピンホール27を通
して光検出器28によって検出される。この光検出器2
8は例えばフォトマルチプライヤ(光電子増倍管)等か
らなり、そこからは、試料23の照明光照射部の明るさ
を示す連続信号Sが出力される。
After passing through the λ/2 plate 12, this reflected light 11'' enters the film surface 25a of the polarizing beam splitter 25 in the S polarization state.
incident on and reflected there. This reflected light 11'' is focused by a condensing lens 26 and detected by a photodetector 28 through an aperture pinhole 27.
Reference numeral 8 includes, for example, a photomultiplier (photomultiplier tube) or the like, from which a continuous signal S indicating the brightness of the illumination light irradiated portion of the sample 23 is output.

【0020】上述のように、λ/4板19と偏光ビーム
スプリッタ25とから構成される光アイソレータを設け
たことにより、反射光11”がレーザ10側に戻ること
がなくなり、より大光量の反射光11”が光検出器28
に導かれるようになる。また、入射用レンズ13や光フ
ァイバー14の端面等で反射した照明光11が、光検出
器28に入射することも防止され、S/Nの高い信号S
が得られるようになる。
As described above, by providing the optical isolator composed of the λ/4 plate 19 and the polarizing beam splitter 25, the reflected light 11'' is prevented from returning to the laser 10 side, and a larger amount of light is reflected. The light 11" is detected by the photodetector 28
Become guided by. Further, the illumination light 11 reflected by the entrance lens 13 or the end face of the optical fiber 14 is prevented from entering the photodetector 28, and the signal S with a high S/N is prevented.
will be obtained.

【0021】次に、照明光11の光点Pの2次元走査に
ついて、図1を参照して説明する。プローブ15は、水
平に配された音叉30の一方の先端部に、光学系18の
光軸が垂直となる状態で固定されている。この音叉30
は、その基部30aが架台32に固定されて、所定の固
有振動数で振動可能となっている。そして音叉30の内
側には、その両先端部とそれぞれ若干の間隔をおいて、
電磁石31が配設されている。この電磁石31は、取付
部材34を介して架台32に固定されている。
Next, two-dimensional scanning of the light spot P of the illumination light 11 will be explained with reference to FIG. The probe 15 is fixed to one tip of a horizontally arranged tuning fork 30 with the optical axis of the optical system 18 being vertical. This tuning fork 30
The base 30a is fixed to a pedestal 32, and is capable of vibrating at a predetermined natural frequency. Then, on the inside of the tuning fork 30, there is a slight gap between both ends of the tuning fork.
An electromagnet 31 is provided. This electromagnet 31 is fixed to a pedestal 32 via a mounting member 34.

【0022】上記電磁石31には、それとともに加振手
段を構成する駆動回路33から、音叉30の固有振動数
と等しい周波数の矩形パルス電圧Vdが印加される。こ
うして音叉30の両端部に断続的に磁界が作用すること
により、音叉30はその固有振動数で共振する。そこで
、この音叉30に固定されているプローブ15は、図1
、図2中のX方向(水平方向)に高速で往復移動し、光
点Pの主走査がなされる。
A rectangular pulse voltage Vd having a frequency equal to the natural frequency of the tuning fork 30 is applied to the electromagnet 31 from a drive circuit 33 which also constitutes an excitation means. As a result of the magnetic field acting intermittently on both ends of the tuning fork 30, the tuning fork 30 resonates at its natural frequency. Therefore, the probe 15 fixed to this tuning fork 30 is shown in FIG.
, moves back and forth at high speed in the X direction (horizontal direction) in FIG. 2, and main scanning of the light spot P is performed.

【0023】また試料台22は架台32に対して、Z方
向(光学系18の光軸方向)に往復移動可能なZ移動ス
テージ24Z、およびX、Z両方向に対して直角なY方
向に往復移動可能なY移動ステージ24Yを介して取り
付けられている。そこで、上記のようにして光点Pの主
走査を行なうとき、同時にY移動ステージ24Yを往復
駆動させると、光点Pの副走査がなされる。
The sample stage 22 also has a Z movement stage 24Z that can reciprocate in the Z direction (optical axis direction of the optical system 18) with respect to the mount 32, and a Z movement stage 24Z that can reciprocate in the Y direction perpendicular to both the X and Z directions. It is attached via a Y-transformable stage 24Y. Therefore, when the light spot P is main scanned as described above, if the Y moving stage 24Y is simultaneously driven back and forth, the light spot P is sub-scanned.

【0024】そして、光点Pの2次元走査を行なう毎に
、Z移動ステージ24Zを移動させることにより、試料
23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Sを得ることが可能となる。
Each time the light spot P is scanned two-dimensionally, the Z movement stage 24Z is moved to create an image in focus on all surfaces within the range in which the sample 23 is moved in the Z direction. It becomes possible to obtain the signal S that carries the signal.

【0025】なお本実施例では図1に示す通り、音叉3
0の他方の先端部には、プローブ15と同じ構成のダミ
ープローブ15’が取り付けられている。それにより、
音叉30の一端部、他端部の機械的バランスを良好に保
ち、理想に近い共振系を構成できるようになる。また本
実施例では、音叉30の内側に電磁石31を配して、音
叉30の両端部にそれぞれ磁界を作用させるようにして
いるので、電磁石を音叉30の1つの端部の外側にのみ
配する場合に比べれば、音叉30に作用する磁束密度、
つまりは作用する力を、より大きくすることができる。
In this embodiment, as shown in FIG.
A dummy probe 15' having the same configuration as the probe 15 is attached to the other tip of the probe 15. Thereby,
It becomes possible to maintain good mechanical balance between one end and the other end of the tuning fork 30, and to configure a nearly ideal resonance system. Furthermore, in this embodiment, the electromagnet 31 is placed inside the tuning fork 30 to apply a magnetic field to both ends of the tuning fork 30, so the electromagnet is placed only outside one end of the tuning fork 30. Compared to the case, the magnetic flux density acting on the tuning fork 30,
In other words, the force acting can be made larger.

【0026】次に図3を参照して、電気的な構成につい
て説明する。前述した光検出器28が出力する連続的な
アナログ信号Sは、アンプ40で増幅されてからA/D
変換器41に入力され、そこで、サンプリングクロック
発生回路70からのサンプリングクロックCに基づいて
周期およびタイミングが規定された上でサンプリングさ
れ、そして量子化されて、デジタルの画像信号Sdに変
換される。この画像信号Sdは、画像処理装置42にお
いて例えば階調処理等の画像処理を受けた後、CRT表
示装置等の画像再生装置43に入力される。この画像再
生装置43においては、画像信号Sdが担持する画像、
すなわち試料23の顕微鏡像が再生される。
Next, the electrical configuration will be explained with reference to FIG. The continuous analog signal S output from the photodetector 28 mentioned above is amplified by an amplifier 40 and then sent to an A/D
The signal is input to the converter 41, where the period and timing are defined based on the sampling clock C from the sampling clock generation circuit 70, and the signal is sampled, quantized, and converted into a digital image signal Sd. This image signal Sd is subjected to image processing such as gradation processing in an image processing device 42, and then input to an image reproduction device 43 such as a CRT display device. In this image reproducing device 43, the image carried by the image signal Sd,
That is, the microscopic image of the sample 23 is reproduced.

【0027】上記画像再生装置43には、例えばパーソ
ナルコンピュータ等のコンピュータ44が、画像処理装
置42を介して接続され、画像処理の指令や、走査型顕
微鏡の基本的操作指令、つまり視野探し用画像の撮像指
令や観察用画像の撮像指令等は、すべてこのコンピュー
タ44のキーボード等の入力操作部を用いて与えられる
A computer 44, such as a personal computer, is connected to the image reproducing device 43 via an image processing device 42, and receives image processing commands and basic operation commands of the scanning microscope, that is, images for searching the field of view. All imaging commands such as the imaging command for the observation image and the imaging command for the observation image are given using an input operation unit such as a keyboard of the computer 44.

【0028】また前述したY移動ステージ24Yは、発
振器45から所定周波数の信号を受けるドライバ46に
より、該周波数で往復移動するように駆動される。また
Z移動ステージ24Zは、画像処理装置42から出力さ
れてD/A変換器47によりアナログ化されたZ軸コン
トロール信号Fsに基づいて、所定のZ位置上に来るよ
うにドライバ48により駆動される。そして発振器45
、D/A変換器47は各々、画像処理装置42から発せ
られる垂直同期信号Vs、フォーカス方向信号Fsに基
づいて作動制御され、ステージ24Y、24Zの移動の
同期が取られる。
Further, the aforementioned Y moving stage 24Y is driven by a driver 46 which receives a signal of a predetermined frequency from an oscillator 45 so as to reciprocate at that frequency. Further, the Z movement stage 24Z is driven by a driver 48 so as to be at a predetermined Z position based on a Z-axis control signal Fs output from the image processing device 42 and converted into an analog signal by the D/A converter 47. . and oscillator 45
, D/A converter 47 are each operated and controlled based on a vertical synchronization signal Vs and a focus direction signal Fs issued from the image processing device 42, and the movements of the stages 24Y and 24Z are synchronized.

【0029】一方電磁石用駆動回路33は、電圧制御発
振器(VCO)60と、1/n分周器61と、その後段
のドライバ50とから構成されている。ドライバ50は
、オープンコレクタバッファ51、フォトカプラ52、
パワーMOS−FET53、ダイオード54、コンデン
サ55等からなり、上記1/n分周器61から出力され
たパルス信号と同じ周波数の矩形パルス電圧Vdを電磁
石31に印加する。なお1/n分周器61は、VCO6
0が出力したパルス信号Sfに対して1/n倍のパルス
数を出力する。またVCO60は上記の水平同期信号H
sに基づいて作動制御され、ステージ24Yおよび24
Zの移動と、プローブ15の往復移動との同期が取られ
る。
On the other hand, the electromagnet drive circuit 33 is composed of a voltage controlled oscillator (VCO) 60, a 1/n frequency divider 61, and a driver 50 at the subsequent stage. The driver 50 includes an open collector buffer 51, a photocoupler 52,
It consists of a power MOS-FET 53, a diode 54, a capacitor 55, etc., and applies a rectangular pulse voltage Vd of the same frequency as the pulse signal output from the 1/n frequency divider 61 to the electromagnet 31. Note that the 1/n frequency divider 61 is the VCO 6
It outputs 1/n times the number of pulses as compared to the pulse signal Sf outputted by 0. In addition, the VCO 60 is connected to the horizontal synchronization signal H as described above.
The operation is controlled based on s, and stages 24Y and 24
The Z movement and the reciprocating movement of the probe 15 are synchronized.

【0030】次に、音叉30の振幅を一定に制御する点
について説明する。図1に示される通り、プローブ15
を保持した音叉先端部に近接させて、振幅検出手段とし
てのホール素子71が配設されている。このホール素子
71は、電磁石31から側方にもれる磁束の大きさを検
出する。このもれ磁束の大きさは、音叉30の振動にと
もなってそれと電磁石31との間の間隙が変化すること
により変化する。つまり、図8の(1)と(2) に示
すように、この間隙が大きいほどもれ磁束が大となる。 したがってホール素子71の出力Smは、音叉30の振
動にともなって周期的に変化する。この出力Smは、制
御回路72に入力される。
Next, the point of controlling the amplitude of the tuning fork 30 to be constant will be explained. As shown in FIG.
A Hall element 71 as an amplitude detecting means is disposed close to the tip of the tuning fork holding the tuning fork. This Hall element 71 detects the magnitude of magnetic flux leaking laterally from the electromagnet 31. The magnitude of this leakage magnetic flux changes as the gap between the tuning fork 30 and the electromagnet 31 changes as the tuning fork 30 vibrates. In other words, as shown in (1) and (2) of FIG. 8, the larger the gap, the larger the leakage magnetic flux. Therefore, the output Sm of the Hall element 71 changes periodically as the tuning fork 30 vibrates. This output Sm is input to the control circuit 72.

【0031】制御回路72は、一例としてこの出力Sm
の最大値を求める。音叉30の振幅が一定ならば、それ
と電磁石31との間の間隙は音叉振動にともなって一定
の特性で変化する。しかし音叉30の共振周波数が前述
のような理由により変化して、その振幅が所定の目標値
よりも小さくなると、上記間隙が図8の(1) に破線
で示すように最小値はより大となり、最大値はより小と
なる。制御回路72はこの最大値が所定の第1基準値R
1を下回ると(つまり音叉30の振幅が目標値を下回る
と)、パルス信号Sfの基本周波数fを微小な所定量Δ
fだけ増大させる制御信号SeをVCO60に入力する
。もし、音叉30の共振周波数が高周波側に変化したた
めにその振幅が低下したのであれば、上記制御信号Se
がVCO60に入力されることにより、振幅は増大方向
に変化する。このように振幅が変化する場合、制御回路
72は上記制御信号SeをVCO60に入力し続ける。 それにより音叉振幅は上記目標値に達し、出力Smの最
大値が基準値R1よりも若干大きい第2基準値R2まで
増大する。こうなったところで、制御回路72は制御信
号Seの出力を停止する。
The control circuit 72, for example, outputs this output Sm
Find the maximum value of. If the amplitude of the tuning fork 30 is constant, the gap between it and the electromagnet 31 changes with constant characteristics as the tuning fork vibrates. However, if the resonant frequency of the tuning fork 30 changes due to the reasons mentioned above and its amplitude becomes smaller than the predetermined target value, the minimum value of the gap becomes larger as shown by the broken line in (1) of FIG. , the maximum value will be smaller. The control circuit 72 sets this maximum value to a predetermined first reference value R.
1 (that is, when the amplitude of the tuning fork 30 is less than the target value), the fundamental frequency f of the pulse signal Sf is reduced by a small predetermined amount Δ
A control signal Se that increases by f is input to the VCO 60. If the resonance frequency of the tuning fork 30 has changed to a higher frequency side and its amplitude has decreased, then the control signal Se
is input to the VCO 60, the amplitude changes in an increasing direction. When the amplitude changes in this way, the control circuit 72 continues to input the control signal Se to the VCO 60. As a result, the tuning fork amplitude reaches the target value, and the maximum value of the output Sm increases to the second reference value R2, which is slightly larger than the reference value R1. At this point, the control circuit 72 stops outputting the control signal Se.

【0032】一方、音叉30の共振周波数が低周波側に
変化したためにその振幅が低下したのであれば、上記制
御信号SeがVCO60に入力されることにより、振幅
はさらに低下するようになる。このように振幅が変化す
る場合、制御回路72は上記制御信号Seに代えて、パ
ルス信号Sfの基本周波数fを微小な所定量Δfだけ低
下させる制御信号Se’をVCO60に入力し続ける。 それにより音叉振幅は上記目標値に達し、出力Smの最
大値が上記第2基準値R2まで増大する。こうなったと
ころで、制御回路72は制御信号Se’の出力を停止す
る。
On the other hand, if the amplitude has decreased because the resonant frequency of the tuning fork 30 has changed to a lower frequency side, the amplitude will further decrease by inputting the control signal Se to the VCO 60. When the amplitude changes in this way, the control circuit 72 continues to input to the VCO 60 a control signal Se' that lowers the fundamental frequency f of the pulse signal Sf by a small predetermined amount Δf instead of the control signal Se. As a result, the tuning fork amplitude reaches the target value, and the maximum value of the output Sm increases to the second reference value R2. At this point, the control circuit 72 stops outputting the control signal Se'.

【0033】以上の処理がなされることにより、電磁石
31による磁界の振動数は、音叉30の共振周波数の変
動に追随するように変化し、音叉振幅が常に一定に保た
れるようになる。
By carrying out the above processing, the frequency of the magnetic field generated by the electromagnet 31 changes to follow the fluctuation of the resonant frequency of the tuning fork 30, and the amplitude of the tuning fork is always kept constant.

【0034】なお本実施例において上記パルス信号Sf
は、サンプリングクロック発生回路70および水平同期
信号発生回路73にも入力され、それぞれにおいてサン
プリングクロックC、水平同期信号Hsの発生タイミン
グを規定するために利用される。上記水平同期信号Hs
は、画像処理装置42に入力される。
Note that in this embodiment, the pulse signal Sf
is also input to the sampling clock generation circuit 70 and the horizontal synchronization signal generation circuit 73, and is used to define the generation timing of the sampling clock C and the horizontal synchronization signal Hs, respectively. The above horizontal synchronization signal Hs
is input to the image processing device 42.

【0035】音叉30の振幅を検出する手段としては、
上記実施例におけるホール素子71の他、図5に示す第
2実施例におけるように、音叉30に貼着した薄い膜状
の圧電シート74を用いることもできる。すなわちこの
圧電シート74は音叉30の振動による応力を受けて起
電力E1を生じるが、その値は音叉30の振幅が低下す
るほど小さくなるので、この起電力E1により音叉振幅
を検出することができる。なおこの図5において、既に
説明したものと同等の要素については同番号を付してあ
り、それらについての重複した説明は省略する(以下、
同様)。
The means for detecting the amplitude of the tuning fork 30 is as follows:
In addition to the Hall element 71 in the above embodiment, a thin piezoelectric sheet 74 attached to the tuning fork 30 can also be used as in the second embodiment shown in FIG. That is, this piezoelectric sheet 74 receives stress due to the vibration of the tuning fork 30 and generates an electromotive force E1, but the value becomes smaller as the amplitude of the tuning fork 30 decreases, so the tuning fork amplitude can be detected from this electromotive force E1. . Note that in FIG. 5, elements equivalent to those already explained are given the same numbers, and a redundant explanation of them will be omitted (hereinafter,
similar).

【0036】また図6に示す第3実施例においては、振
幅検出手段が、半導体レーザ75と、そこから発せられ
たレーザービーム76を鏡面加工された音叉先端部の側
面上で収束させる集光レンズ77と、上記側面で反射し
たレーザビーム76を集光する集光レンズ78と、この
集光されたレーザビーム76を検出するフォトダイオー
ド等の光検出器79とから構成されている。上記半導体
レーザ75と集光レンズ77は、音叉30が振動してい
ないときにレーザビーム76が音叉側面上で収束するよ
うに配されている。
In the third embodiment shown in FIG. 6, the amplitude detection means includes a semiconductor laser 75 and a condenser lens that converges the laser beam 76 emitted from the semiconductor laser 75 onto the side surface of the mirror-finished tuning fork tip. 77, a condenser lens 78 that condenses the laser beam 76 reflected from the side surface, and a photodetector 79 such as a photodiode that detects the condensed laser beam 76. The semiconductor laser 75 and the condensing lens 77 are arranged so that the laser beam 76 is converged on the side surface of the tuning fork when the tuning fork 30 is not vibrating.

【0037】したがって音叉30が振動すると、それに
ともなって音叉側面が、上記収束の点よりも前側および
後側に周期的にずれるようになる。こうして音叉側面が
上記収束点に対してどの方向にずれても、光検出器79
に到達する光量が低下するので、光検出器79の出力S
gが低下する。この検出光量の低下の程度は、音叉30
の振幅低下にともなって小さくなる。そこで、上記出力
Sgの最小値が所定値を上回ったならば、音叉振幅が所
定の目標値を下回っていると判別できることになる。
Therefore, when the tuning fork 30 vibrates, the side surface of the tuning fork periodically shifts forward and backward from the point of convergence. In this way, no matter which direction the tuning fork side surface deviates from the convergence point, the photodetector 79
Since the amount of light reaching S decreases, the output S of the photodetector 79 decreases.
g decreases. The degree of decrease in the amount of detected light is determined by the tuning fork 30.
decreases as the amplitude decreases. Therefore, if the minimum value of the output Sg exceeds a predetermined value, it can be determined that the tuning fork amplitude is below a predetermined target value.

【0038】さらには図7に示す電気的な構成により、
電磁石31に発生する逆起電力E2を検出して、音叉3
0の振幅を検出することも可能である。この第4実施例
においては、音叉30の振動により電磁石31に生じた
逆起電力E2が、電磁石31と並列に配されたトランス
80を介して、差動アンプ81によって検出される。こ
の逆起電力E2は、音叉30と電磁石31との間の間隙
が図8の(1) のように変化すると、同図の(3) 
に示すように変化する。すなわち逆起電力E2の絶対値
は、上記間隙が大きい程小となる。
Furthermore, with the electrical configuration shown in FIG.
Detecting the back electromotive force E2 generated in the electromagnet 31, the tuning fork 3
It is also possible to detect an amplitude of zero. In this fourth embodiment, a back electromotive force E2 generated in the electromagnet 31 due to the vibration of the tuning fork 30 is detected by a differential amplifier 81 via a transformer 80 arranged in parallel with the electromagnet 31. When the gap between the tuning fork 30 and the electromagnet 31 changes as shown in (1) in Fig. 8, this back electromotive force E2 changes as shown in (3) in the same figure.
Changes as shown in . That is, the absolute value of the back electromotive force E2 becomes smaller as the gap becomes larger.

【0039】したがって、音叉30の振幅が所定の目標
値よりも小さくなって、上記間隙が図8の(1) に破
線で示すように全体的により大となると、逆起電力E2
の絶対値が、図8の(3) にa、bで示す分だけ小さ
くなる。そこで、差動アンプ81の+側の基準電圧を図
8の(3) にThで示すような値に設定しておけば、
音叉30の振幅が所定の目標値を下回った際に、差動ア
ンプ81から所定の高レベル信号を出力させることがで
きる。このときに、音叉30の振幅を所定の目標値まで
増大させる処理は、制御回路72により、第1実施例に
おけるのと同様に行なえばよい。
Therefore, when the amplitude of the tuning fork 30 becomes smaller than a predetermined target value and the gap becomes larger overall as shown by the broken line in FIG. 8 (1), the back electromotive force E2
The absolute value of is reduced by the amount shown by a and b in (3) of FIG. Therefore, if the reference voltage on the + side of the differential amplifier 81 is set to a value as shown by Th in (3) of FIG.
When the amplitude of the tuning fork 30 falls below a predetermined target value, the differential amplifier 81 can output a predetermined high level signal. At this time, the process of increasing the amplitude of the tuning fork 30 to a predetermined target value may be performed by the control circuit 72 in the same manner as in the first embodiment.

【0040】なお以上説明した実施例においては、電磁
石31による磁界の振動数を音叉の共振周波数に追随す
るように変化させて、音叉振幅を増大させるようにして
いるが、音叉振幅を増大させるためには、このようにす
る他、電磁石31に印加する矩形パルス電圧Vdの電圧
値や、あるいはそのデューティ比を増大させるようにし
てもよい。
In the embodiment described above, the frequency of the magnetic field generated by the electromagnet 31 is changed to follow the resonant frequency of the tuning fork to increase the amplitude of the tuning fork. In addition to this, the voltage value of the rectangular pulse voltage Vd applied to the electromagnet 31 or its duty ratio may be increased.

【0041】以上、音叉30を電磁石31により振動さ
せる走査型顕微鏡に適用された実施例について説明した
が、本発明はその他の加振手段、例えば音叉30に貼着
した圧電素子等により音叉30を振動させる場合にも適
用可能であり、そして前述したような撮像範囲のずれを
防止する効果を同様に奏するものである。
The embodiments applied to a scanning microscope in which the tuning fork 30 is vibrated by the electromagnet 31 have been described above, but the present invention is also applicable to vibration of the tuning fork 30 by using other excitation means, such as a piezoelectric element attached to the tuning fork 30. It can also be applied to the case of vibration, and the effect of preventing the shift of the imaging range as described above can be achieved as well.

【0042】また、以上説明した実施例の走査型顕微鏡
はモノクロ反射型のものであるが、本発明はその他、カ
ラー画像を撮像する走査型顕微鏡や、透過型の走査型顕
微鏡、さらには走査型蛍光顕微鏡等にも適用可能である
Furthermore, although the scanning microscope of the embodiment described above is of a monochrome reflection type, the present invention is applicable to other scanning microscopes that take color images, transmission type scanning microscopes, and even scanning microscopes. It can also be applied to fluorescence microscopes, etc.

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

【図1】本発明の第1実施例による走査型顕微鏡の要部
を示す平面図
FIG. 1 is a plan view showing the main parts of a scanning microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記走査型顕微鏡を示す一部破断正面図[Figure 2] A partially cutaway front view showing the above scanning microscope.

【図3
】上記走査型顕微鏡の電気回路図
[Figure 3
] Electrical circuit diagram of the above scanning microscope

【図4】上記走査型顕
微鏡に用いられた偏波面保存光ファイバーの断面図
[Figure 4] Cross-sectional view of the polarization-maintaining optical fiber used in the above scanning microscope

【図5】本発明の第2実施例による走査型顕微鏡の要部
を示す平面図
FIG. 5 is a plan view showing the main parts of a scanning microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施例による走査型顕微鏡の要部
を示す平面図
FIG. 6 is a plan view showing the main parts of a scanning microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4実施例による走査型顕微鏡の電気
回路図
FIG. 7 is an electrical circuit diagram of a scanning microscope according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】走査型顕微鏡の電磁石と音叉間の距離と、もれ
磁束と、逆起電力との関係を示すグラフ
[Figure 8] Graph showing the relationship between the distance between the electromagnet and tuning fork of a scanning microscope, leakage magnetic flux, and back electromotive force

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10    単色光レーザ 11    照明光 11    反射光 14    偏波面保存光ファイバー 15    プローブ 16    コリメーターレンズ 17    対物レンズ 18    送光光学系 22    試料台 23    試料 26、77、78    集光レンズ 27    アパーチャピンホール 28、79    光検出器 30    音叉 31    電磁石 32    架台 33    電磁石駆動回路 41    A/D変換器 70    サンプリングクロック発生回路71   
 ホール素子 72    制御回路 73    水平同期信号発生回路 74    圧電素子 75    半導体レーザ 76    レーザビーム 80    トランス 81    差動アンプ
10 Monochromatic laser 11 Illumination light 11 Reflected light 14 Polarization preserving optical fiber 15 Probe 16 Collimator lens 17 Objective lens 18 Light transmission optical system 22 Sample stage 23 Samples 26, 77, 78 Condensing lens 27 Aperture pinholes 28, 79 Light Detector 30 Tuning fork 31 Electromagnet 32 Frame 33 Electromagnet drive circuit 41 A/D converter 70 Sampling clock generation circuit 71
Hall element 72 Control circuit 73 Horizontal synchronization signal generation circuit 74 Piezoelectric element 75 Semiconductor laser 76 Laser beam 80 Transformer 81 Differential amplifier

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  試料が載置される試料台に対して、照
明光を試料上に照射する光学系を相対的に移動させるこ
とにより、この照明光を試料上において主、副走査させ
、この照明光走査を受けた試料の部分からの光を光検出
器により検出して試料像を撮像する走査型顕微鏡におい
て、前記光学系を移動させる移動機構が、この光学系を
先端部に保持する音叉と、この音叉に強さが周期的に変
化する力を作用させて該音叉を共振させる加振手段とか
ら構成された上で、前記音叉の振幅を検出する手段と、
この手段が出力する振幅検出信号を受け、その信号に応
じた制御信号を前記加振手段に入力して音叉振幅を目標
値に収束させる制御回路とが設けられたことを特徴とす
る走査型顕微鏡。
Claim 1: By moving an optical system that irradiates illumination light onto the sample relative to a sample stage on which the sample is placed, the illumination light is caused to scan in the main and sub-scans on the sample. In a scanning microscope that captures a sample image by detecting light from a portion of the sample scanned by illumination light using a photodetector, a moving mechanism for moving the optical system includes a tuning fork that holds the optical system at its tip. and excitation means for causing the tuning fork to resonate by applying a force whose strength changes periodically to the tuning fork;
A scanning microscope characterized in that it is provided with a control circuit that receives an amplitude detection signal outputted by the means and inputs a control signal corresponding to the signal to the excitation means to converge the tuning fork amplitude to a target value. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2340332A (en) * 1997-07-16 2000-02-16 Optiscan Pty Ltd Scanning microscope with miniature head

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2340332A (en) * 1997-07-16 2000-02-16 Optiscan Pty Ltd Scanning microscope with miniature head
GB2340332B (en) * 1997-07-16 2001-05-30 Optiscan Pty Ltd Scanning microscope with miniature head

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