JPH04340911A - 共焦点光学系 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は共焦点光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点光学系は、従来の顕微鏡に比べて
結像特性に優れ、最近注目されている走査型レーザー顕
微鏡（ＳＬＭ）等において利用されている。共焦点光学
系の一例を図４に示す。光源１２から射出されたレーザ
ー光はコリメートレンズ１４により平行光束となり、偏
光ビームスプリッター１６で反射された後、対物レンズ
２０により試料面２２に集光される。試料面２２で反射
された光は対物レンズ２０に入射し再び平行光束となり
偏光ビームスプリッター１６に入射する。この光は、λ
／４板１８を２回通過することにより偏光方向が９０°
回転されるため、偏光ビームスプリッター１６を通過し
、ピンホール２６の背面に配置された光電検出素子３０
で受光される。ピンホール２６は集光レンズ２４の焦点
面に配置される。このため、合焦位置にない試料面（例
えば２３）で反射された光は、破線で示す光路に沿って
進みピンホール２６をほとんど通過できず、合焦位置の
試料面２２からの光のみがピンホール２６を通過する。 従って、このような共焦点光学系により得られる画像は
コントラストのある解像度の高いものとなる。また光学
系は光軸方向に分解能を有し、いわゆるオプチカルスラ
イスが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような共焦点光学
系においては、ピンホール２６の径は数十μｍと非常に
小さいため、絞り調整などの理由からピンホールを交換
した際などの光学調整が大変である。このような不都合
を解消する光学系として図５に示すものが提案されてい
る。この光学系では検出器３０の手前には、集光レンズ
及びピンホールがなく比較的大きな径を有する絞り２８
が配置される。この光学系は図４の光学系の性能と同等
であるが、絞りの径が比較的大きい分だけ光学調整は容
易となる。しかし、合焦位置からズレた試料面からの反
射光の逸散を考慮し、試料面２２（あるいは偏光ビーム
スプリッター１６）から絞り２８までの距離は長く設定
しなければならない。具体的には偏光ビームスプリッタ
ー１６と絞り２８との間の距離は２ｍ程度を必要とする
。このため装置が大型になるという不都合がある。つま
り、図４の光学系ではビームスプリッター１６と絞り２
８との間の距離は２０〜３０ｃｍであったのに対し、図
５の光学系ではビームスプリッター１６の後方に２つの
ミラーを配置して２回折り返したとしても偏光ビームス
プリッター１６と絞り２８との間の距離は７０ｃｍ程度
となる。しかしながら、ミラーの数を増やせば装置を小
型化できるが、ミラーの反射率を考慮するとこれ以上の
ミラーを配置することは好ましくない。

【０００４】本発明は以上の事情を考慮して成されたも
ので、光学調整が容易でしかも比較的小型な共焦点光学
系を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の共焦点光学系は
、光源と、光源からの光を試料に集光する対物レンズと
、その光の集束点を試料に対して相対的に移動させる手
段と、試料からの光を受光する光電検出素子と、試料と
光電検出素子との間に設けられ、特定の入射角度の光だ
けを反射もしくは回折する光学素子とを備える。

【０００６】

【作用】本発明の共焦点光学系では、光電検出素子の手
前に特定の入射角度の光だけを反射もしくは回折する光
学素子が配置される。このような光学素子としては音響
光学素子や角度依存性ミラーなどがある。この光学素子
により、合焦位置にある試料面からの特定の角度の光は
強く反射もしくは回折されて光電検出素子に入る。一方
、合焦位置にない試料面からの光はほとんど反射もしく
は回折されない。この結果、短い距離で合焦位置にある
試料面からの光のみを効率よく取り出せるので装置を小
型化することができる。

【０００７】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明しよう。本発明の共焦点光学系の一実施例を図
１に示す。光源１２から射出されたレーザー光はコリメ
ートレンズ１４で平行光束にされた後、偏光ビームスプ
リッター１６で反射され、対物レンズ２０により試料面
２２に集光される。その集束点は、試料面２２を観察す
る際に、試料面２２に対して相対的に移動される。これ
は、図示しない機構により試料面２２を移動させたり、
光束を振る走査系を光学系中に設けたりすることにより
達成される。試料面２２で反射された光は対物レンズ２
０に入射し再び平行光束となり偏光ビームスプリッター
１６に入射する。この光は、λ／４板１８を２回通過す
ることにより偏光方向が９０°回転されるため、偏光ビ
ームスプリッター１６を通過する。偏光ビームスプリッ
ター１６を通過した光は角度依存性ミラー３２で反射さ
れた後、絞り２８を通って光電検出素子３０に入射する
。角度依存性ミラー３２は、特定の角度で入射した光の
みを反射し、他の角度で入射した光はほとんど反射しな
い特性を有するもので、図１の光学系では４５°の角度
で入射する光のみを反射するものを用いている。従って
、非合焦位置にある試料面からの反射光は、４５°の角
度で入射しないために反射されず、光電検出素子３０に
到達しない。このため、偏光ビームスプリッター１６か
ら光電検出素子３０までの光路長を長くする必要がなく
なり、装置の小型化が可能となる。また、光電検出素子
３０の手前に配置する絞り２８は、この光電検出素子３
０でもとりきれない成分をとり除くという補助的な役目
をはたすものである。

【０００８】本発明の別の実施例を図２に示す。図にお
いて、図１の光学系と同等の光学素子には同一の符号を
付してその説明は省略する。この光学系では、偏光ビー
ムスプリッター１６を通過した光は、その後方に配置さ
れた音響光学素子３４に入射する。音響光学素子３４は
、これに入射した光のうち特定の角度だけの光を効率的
に回折させる特性を有している。このため、音響光学素
子３４に入射した平行光束は一様に回折され、その全て
が絞り２８を通過して光電検出素子３０に入射する。 逆に、非合焦位置にある試料面からの反射光である非平
行光束は、音響光学素子３４により回折されるが、回折
効率が低いため光電検出素子３０ではほとんど検出され
ない。従って、上述の実施例と同様に、装置構成が小型
で光学調整の容易な共焦点光学系が得られる。

【０００９】本発明のさらに別の実施例を図３に示す。 図において、図１の光学系と同等の光学素子には同一の
符号を付してその説明は省略する。この光学系では、偏
光ビームスプリッター１６を通過した平行光束は、その
後方に配置された２つの臨界角プリズム３６と３８で反
射された後、絞り２８を通過して光電検出素子３０に達
する。臨界角プリズム３６と３８は、平行光束が反射面
に臨界角で入射するようにプリズムを配置したもので、
平行光束は反射面で全反射されるのでほどんど損失なく
進行方向が変えられて光電検出素子に達するが、非平行
光束はそのほぼ半分が反射面を透過するためにほとんど
光電検出素子に到達しない。従って、上述した実施例と
同様に、偏光ビームスプリッター１６から光電検出素子
３０までの光路長を長く設定する必要がなく、装置を小
型にすることができる。しかも、絞り２８の開口の径は
比較的大きいので光学調整も容易である。

【００１０】本発明は上述の実施例に何等限定されるも
のではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々多くの
変形が可能である。例えば偏光ビームスプリッター１６
とλ／４板１８とを用いる代わりに、特定の波長領域の
光のみを反射し、残りの波長領域の光を透過するダイク
ロイックミラーを用いることもできる。また、実施例で
は反射型の光学系をあげて説明したが、本発明が透過型
の光学系にも適用できることはいうまでもない。

【００１１】

【発明の効果】本発明の共焦点光学系では、光電検出素
子の手前に設けた光学素子により非合焦位置にある試料
面からの光はほとんど反射もしくは回折されず、合焦位
置にある試料面からの特定の角度の光は強く反射もしく
は回折されるため、短い鏡筒で所定の角度の光のみを取
り出すことが可能となり、装置の小型化を図ることがで
きる。しかも、光電検出素子の前には、ピンホールでは
なく、比較的大きな径の絞りを配置するので光学調整も
容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の共焦点光学系の一実施例を示す。

【図２】本発明の共焦点光学系の別の実施例を示す。

【図３】本発明の共焦点光学系のさらに別の実施例を示
す。

【図４】従来例における共焦点光学系を示す。

【図５】ピンホールを必要としない共焦点光学系の従来
例を示す。

【符号の説明】

１２…光源、２０…対物レンズ、２２…試料面、３０…
光電検出素子、３２…角度依存性ミラー、３４…音響光
学素子、３６，３８…臨界角プリズム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源と、光源からの光を試料に集光す
   る対物レンズと、試料からの光を受光する光電検出素子
   と、試料と光電検出素子との間に設けられ、特定の入射
   角度の光だけを反射もしくは回折する光学素子とを備え
   る共焦点光学系。