JPH05127091A - 共焦点レーザ走査型顕微鏡 - Google Patents
共焦点レーザ走査型顕微鏡Info
- Publication number
- JPH05127091A JPH05127091A JP28612791A JP28612791A JPH05127091A JP H05127091 A JPH05127091 A JP H05127091A JP 28612791 A JP28612791 A JP 28612791A JP 28612791 A JP28612791 A JP 28612791A JP H05127091 A JPH05127091 A JP H05127091A
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- JP
- Japan
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- scanning
- optical system
- light
- laser
- mirror
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】２次元共焦点関係を実現し、かつ高速走査が可
能な共焦点レーザ走査型顕微鏡を安価に提供する。 【構成】レーザ光源２１の出力光をビーム整形光学系２
２でコリメートし、偏光ビームスプリッタ２３、１／４
波長板２４を経てコリメート軸を回転軸とする主走査偏
向光学系の高速回転ミラーの回転中心２９に入射させ
る。また回転中心２９を通りこの回転軸に垂直な回転軸
の周りに主走査光学系を回転させて２次元走査を行わせ
る副走査回転機構をもつ。副走査回転軸を光軸とするレ
ンズ２６，３０を経て試料面２７に走査ビームを集束す
る。戻り光は像側瞳面３１、第１の試料等価面２８で集
束を繰り返えし、回転中心２９を経て偏光ビームスプリ
ッタ２３で反射され第２の試料等価面３３上のピンホー
ル３４を経て光電変換素子３５で検出され、偏向ビーム
位置信号と同期してＣＲＴ上に試料像を表示する。偏向
光学系をモータ駆動として高速かつ低価格化した。
能な共焦点レーザ走査型顕微鏡を安価に提供する。 【構成】レーザ光源２１の出力光をビーム整形光学系２
２でコリメートし、偏光ビームスプリッタ２３、１／４
波長板２４を経てコリメート軸を回転軸とする主走査偏
向光学系の高速回転ミラーの回転中心２９に入射させ
る。また回転中心２９を通りこの回転軸に垂直な回転軸
の周りに主走査光学系を回転させて２次元走査を行わせ
る副走査回転機構をもつ。副走査回転軸を光軸とするレ
ンズ２６，３０を経て試料面２７に走査ビームを集束す
る。戻り光は像側瞳面３１、第１の試料等価面２８で集
束を繰り返えし、回転中心２９を経て偏光ビームスプリ
ッタ２３で反射され第２の試料等価面３３上のピンホー
ル３４を経て光電変換素子３５で検出され、偏向ビーム
位置信号と同期してＣＲＴ上に試料像を表示する。偏向
光学系をモータ駆動として高速かつ低価格化した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、共焦点レーザ走査型顕
微鏡の走査機構を改良した共焦点レーザ走査型顕微鏡に
関する。
微鏡の走査機構を改良した共焦点レーザ走査型顕微鏡に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、共焦点レーザ走査型顕微鏡におけ
る走査機構として、レーザ光束を光学系の光軸上に固定
して、該光軸に垂直な２次元平面内に試料を走査させる
方法と試料を固定して、レーザ光束を該光軸に垂直な２
次元に走査させる方法が、実施されてきた。然し乍ら、
前者の試料を走査させる方法では、試料を載せたステー
ジをモーター等で駆動させ、２次元に走査させるため、
高速に走査を行なうと試料が動いてしまったり、飛んで
しまうために、観察が出来なくなってしまう。
る走査機構として、レーザ光束を光学系の光軸上に固定
して、該光軸に垂直な２次元平面内に試料を走査させる
方法と試料を固定して、レーザ光束を該光軸に垂直な２
次元に走査させる方法が、実施されてきた。然し乍ら、
前者の試料を走査させる方法では、試料を載せたステー
ジをモーター等で駆動させ、２次元に走査させるため、
高速に走査を行なうと試料が動いてしまったり、飛んで
しまうために、観察が出来なくなってしまう。
【０００３】また、後者のレーザ光束を走査させる方法
では、主、副走査ともにガルバノメータミラーを使用す
ることにより、２次元の共焦点関係が得られる。然し乍
ら、走査の制御が非常に困難である上に、数百Ｈｚ程度
の走査速度しか得られないなどの問題を有する。この問
題を解決するために主走査に音響光学偏向素子を使用す
る方法があるが、素子の特性上１次元の共焦点関係しか
得られない問題を有する。更に、音響光学偏向素子やガ
ルバノメータミラーは、非常に高価であるという問題が
ある。
では、主、副走査ともにガルバノメータミラーを使用す
ることにより、２次元の共焦点関係が得られる。然し乍
ら、走査の制御が非常に困難である上に、数百Ｈｚ程度
の走査速度しか得られないなどの問題を有する。この問
題を解決するために主走査に音響光学偏向素子を使用す
る方法があるが、素子の特性上１次元の共焦点関係しか
得られない問題を有する。更に、音響光学偏向素子やガ
ルバノメータミラーは、非常に高価であるという問題が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
記のような、従来の共焦点レーザ走査型顕微鏡の欠点を
解消するために、２次元の共焦点位置関係を実現でき、
しかも、安価で制御が簡単で高速走査が可能な走査機構
を備えた共焦点レーザ走査型顕微鏡を提供することを目
的とする。
記のような、従来の共焦点レーザ走査型顕微鏡の欠点を
解消するために、２次元の共焦点位置関係を実現でき、
しかも、安価で制御が簡単で高速走査が可能な走査機構
を備えた共焦点レーザ走査型顕微鏡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】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、レーザ光源と、該レーザ光源か
らの光束を平行光束にするビーム整形光学系と、該ビー
ム整形光学系からの出力であるレーザ光束をＸ、Ｙの２
次元平面上に偏向させる偏向光学系と、偏向したレーザ
光束を観察する試料の第１等価面上に集束させる第１レ
ンズと、前記第１の試料等価面を該試料と関係ずける対
物レンズと、該試料からの戻り光（反射又は透過光）を
受ける受光光学系と、該受光光学系の出力である戻り光
を、前記レーザ光束から分離するビームスプリッタと、
該ビ−ムスプリッタにより分離された戻り光を、第２の
試料等価面に収束させる第２レンズと、前記第２試料等
価に収束させる第２レンズと、前記第２試料等価面上に
配置されるピンホールと、該ピンホールを通過した戻り
光を電気信号に変換する光電変換素子とからなる共焦点
レーザ走査型顕微鏡において、ミラーと、該ミラーに入
射するレーザ光束の光軸を回転軸として、前記ミラーを
高速に回転することにより、主走査を行う主走査機構
と、前記ミラーの回転中心を通り、主走査の回転軸に直
交する軸を回転軸として、前記主走査機構を回転させ、
副走査を行う副走査機構とからなる偏向光学系であるこ
とと、前記ミラーの回転中心を通る主走査と副走査各々
の回転軸に直交する軸を、レンズの光軸となし、且つ、
両回転軸を含む平面を、前記対物レンズの像側瞳面に結
像するように、前記第１のレンズを配置したことを特徴
とする前記共焦点レーザ走査型顕微鏡を提供する。
な課題の解決のために、レーザ光源と、該レーザ光源か
らの光束を平行光束にするビーム整形光学系と、該ビー
ム整形光学系からの出力であるレーザ光束をＸ、Ｙの２
次元平面上に偏向させる偏向光学系と、偏向したレーザ
光束を観察する試料の第１等価面上に集束させる第１レ
ンズと、前記第１の試料等価面を該試料と関係ずける対
物レンズと、該試料からの戻り光（反射又は透過光）を
受ける受光光学系と、該受光光学系の出力である戻り光
を、前記レーザ光束から分離するビームスプリッタと、
該ビ−ムスプリッタにより分離された戻り光を、第２の
試料等価面に収束させる第２レンズと、前記第２試料等
価に収束させる第２レンズと、前記第２試料等価面上に
配置されるピンホールと、該ピンホールを通過した戻り
光を電気信号に変換する光電変換素子とからなる共焦点
レーザ走査型顕微鏡において、ミラーと、該ミラーに入
射するレーザ光束の光軸を回転軸として、前記ミラーを
高速に回転することにより、主走査を行う主走査機構
と、前記ミラーの回転中心を通り、主走査の回転軸に直
交する軸を回転軸として、前記主走査機構を回転させ、
副走査を行う副走査機構とからなる偏向光学系であるこ
とと、前記ミラーの回転中心を通る主走査と副走査各々
の回転軸に直交する軸を、レンズの光軸となし、且つ、
両回転軸を含む平面を、前記対物レンズの像側瞳面に結
像するように、前記第１のレンズを配置したことを特徴
とする前記共焦点レーザ走査型顕微鏡を提供する。
【０００６】
【作用】共焦点レーザ走査型顕微鏡の走査機構におい
て、上記の発明を用いることにより、安価で単純な走査
機構で、高速な走査が可能となり、ミラーによる走査で
あるために、２次元の共焦点関係を得ることができる。
また、２次元の走査を１つのミラーで行なえるために、
小型で光量ロスの少ない走査機構を得ることができる。
て、上記の発明を用いることにより、安価で単純な走査
機構で、高速な走査が可能となり、ミラーによる走査で
あるために、２次元の共焦点関係を得ることができる。
また、２次元の走査を１つのミラーで行なえるために、
小型で光量ロスの少ない走査機構を得ることができる。
【０００７】次に、本発明を具体的に実施例により説明
するが、本発明はそれらによって限定されるものではな
い。
するが、本発明はそれらによって限定されるものではな
い。
【０００８】
【実施例】図１、２は、本発明の共焦点レーザ走査型顕
微鏡の偏向光学的な構成を示す。図１は、上面から見た
図であり、図２は、側面から見た平面図である。レーザ
光束１が、該レーザ光束の光路を偏向させるためのミラ
ー２に入射する。該ミラー２に入射するレーザ光束１の
光軸３を回転軸として、高速モーター４及び該高速モー
ター４の回転軸５に取り付けたギアー６と、ミラー２の
回転軸７に取り付けた、ギアー６より径の小さいギアー
８とを結合することにより、高速モーター４の回転速度
を更に増速した高い回転速度で、ミラー２を回転するこ
とにより、高速に主走査を行う。
微鏡の偏向光学的な構成を示す。図１は、上面から見た
図であり、図２は、側面から見た平面図である。レーザ
光束１が、該レーザ光束の光路を偏向させるためのミラ
ー２に入射する。該ミラー２に入射するレーザ光束１の
光軸３を回転軸として、高速モーター４及び該高速モー
ター４の回転軸５に取り付けたギアー６と、ミラー２の
回転軸７に取り付けた、ギアー６より径の小さいギアー
８とを結合することにより、高速モーター４の回転速度
を更に増速した高い回転速度で、ミラー２を回転するこ
とにより、高速に主走査を行う。
【０００９】また、ギアー６、８の替わりにプリーなど
を用いて、ベルトで回転を伝達しても良い。高速モータ
ー４の回転軸５及びミラー２の回転軸７は、主走査ユニ
ットベース９に取り付けされている。主走査ユニットベ
−ス９は、下記のようにステッピングモーター１２に据
え付けられている。
を用いて、ベルトで回転を伝達しても良い。高速モータ
ー４の回転軸５及びミラー２の回転軸７は、主走査ユニ
ットベース９に取り付けされている。主走査ユニットベ
−ス９は、下記のようにステッピングモーター１２に据
え付けられている。
【００１０】前記ミラー２で偏向されるレーザ光束の偏
向中心１０を通り、主走査の回転軸３に直交し、高速モ
−タ−４の回転軸５の中心軸にも直交する軸１１を回転
軸として、前記主走査ユニットベース９を高速モーター
又はステッピングモーター１２により、回転又は振動
（三角波或いは鋸波信号で駆動）させ、副走査を行う。
即ち、軸１１を回転軸として、図２のミラー２等が載置
されたユニットベ−スを回転させる。上記の主走査、副
走査を制御するための位置信号の検出は、ロータリーエ
ンコーダーで直接検出するか、光電変換素子を用いて、
タイミング信号を検出することにより行う。
向中心１０を通り、主走査の回転軸３に直交し、高速モ
−タ−４の回転軸５の中心軸にも直交する軸１１を回転
軸として、前記主走査ユニットベース９を高速モーター
又はステッピングモーター１２により、回転又は振動
（三角波或いは鋸波信号で駆動）させ、副走査を行う。
即ち、軸１１を回転軸として、図２のミラー２等が載置
されたユニットベ−スを回転させる。上記の主走査、副
走査を制御するための位置信号の検出は、ロータリーエ
ンコーダーで直接検出するか、光電変換素子を用いて、
タイミング信号を検出することにより行う。
【００１１】次に、図３は、以上のような主走査機構と
副走査機構とからなる偏向光学系を用いた本発明の共焦
点レーザ走査型顕微鏡の構成を示す。レーザ光源２１か
らの出力光は、ビーム整形光学系２２により平行光束に
される。該ビーム整形光学系２２の出力であるレーザ光
束が、偏光ビームスプリッター２３、１／４波長板２４
を透過し、前記の図１、２で説明した偏向光学系２５に
より偏向される。該偏向されたレーザ光束を、偏向光学
系２５の主走査と副走査各々の回転軸（即ち、図１の回
転軸３及び１１参照）に直交する軸をレンズの光軸とし
た第１のレンズ２６により観察する試料面２７の第１の
試料等価面２８の上に集束させるとともに、該第１のレ
ンズ２６は、偏向光学系２５の主走査と副走査各々の回
転軸（即ち、図１の回転軸３と１１）の交点である偏向
中心２９を、対物レンズ３０の像側瞳面３１に結像す
る。対物レンズ３０により、第１の等価面２８を観察す
る試料面２７と関係ずけ、試料面２７を対物レンズ３０
により収束されたレーザ・スポットが、２次元に走査し
ながら、照明し、試料を正確に、精密に観察することが
できる。
副走査機構とからなる偏向光学系を用いた本発明の共焦
点レーザ走査型顕微鏡の構成を示す。レーザ光源２１か
らの出力光は、ビーム整形光学系２２により平行光束に
される。該ビーム整形光学系２２の出力であるレーザ光
束が、偏光ビームスプリッター２３、１／４波長板２４
を透過し、前記の図１、２で説明した偏向光学系２５に
より偏向される。該偏向されたレーザ光束を、偏向光学
系２５の主走査と副走査各々の回転軸（即ち、図１の回
転軸３及び１１参照）に直交する軸をレンズの光軸とし
た第１のレンズ２６により観察する試料面２７の第１の
試料等価面２８の上に集束させるとともに、該第１のレ
ンズ２６は、偏向光学系２５の主走査と副走査各々の回
転軸（即ち、図１の回転軸３と１１）の交点である偏向
中心２９を、対物レンズ３０の像側瞳面３１に結像す
る。対物レンズ３０により、第１の等価面２８を観察す
る試料面２７と関係ずけ、試料面２７を対物レンズ３０
により収束されたレーザ・スポットが、２次元に走査し
ながら、照明し、試料を正確に、精密に観察することが
できる。
【００１２】該試料からの反射光は、照明光と同じ光路
を戻り、１／４波長板２４を再び透過することによりビ
ーム整形光学系２２を出射したレーザ光束の位相と１／
２波長ずれるために、偏光ビームスプリッター２３によ
り照明光の光路から分離され、この分離された戻り光１
７は、第２の試料の等価面３３の上に配置されるピンホ
ール３４に入射する。このピンホールを透過した戻り光
は、光電変換素子３５により電気信号に変換される。こ
の電気信号をコンピュータに取り込み、同様にコンピュ
ータに取り込まれた図１、２で説明した主走査と副走査
の位置情報を対応させて、ＣＲＴなどにディスプレイに
表示して、画像とする。
を戻り、１／４波長板２４を再び透過することによりビ
ーム整形光学系２２を出射したレーザ光束の位相と１／
２波長ずれるために、偏光ビームスプリッター２３によ
り照明光の光路から分離され、この分離された戻り光１
７は、第２の試料の等価面３３の上に配置されるピンホ
ール３４に入射する。このピンホールを透過した戻り光
は、光電変換素子３５により電気信号に変換される。こ
の電気信号をコンピュータに取り込み、同様にコンピュ
ータに取り込まれた図１、２で説明した主走査と副走査
の位置情報を対応させて、ＣＲＴなどにディスプレイに
表示して、画像とする。
【００１３】また、該第２の試料等価面３３上のピンホ
ール３４、試料面２７と光電変換素子３５及び光源２１
が、各々、共役な点位置（３次元的な意味で）の関係に
ある、このことにより、通常の光学顕微鏡に比べて、高
い横分解能、高い縦分解能を有する画像が得られる。
ール３４、試料面２７と光電変換素子３５及び光源２１
が、各々、共役な点位置（３次元的な意味で）の関係に
ある、このことにより、通常の光学顕微鏡に比べて、高
い横分解能、高い縦分解能を有する画像が得られる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の共焦点レ
ーザ走査型顕微鏡により、次のような顕著な技術的効果
が得られた。本発明の走査機構を用いることにより、２
次元の共焦点関係を持ち、これを実現するための、これ
までの走査方式に比べて、より高速で、走査の制御も簡
単で、然も、安価な走査機構を有する共焦点レーザ走査
型顕微鏡が実現できた。
ーザ走査型顕微鏡により、次のような顕著な技術的効果
が得られた。本発明の走査機構を用いることにより、２
次元の共焦点関係を持ち、これを実現するための、これ
までの走査方式に比べて、より高速で、走査の制御も簡
単で、然も、安価な走査機構を有する共焦点レーザ走査
型顕微鏡が実現できた。
【図１】本発明の共焦点レーザ走査型顕微鏡の走査構成
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】本発明の共焦点レーザ走査型顕微鏡の走査構成
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】本発明の走査機構を使用したレーザ走査型顕微
鏡の構成を示す説明図である。
鏡の構成を示す説明図である。
１ レーザ光束 ２ ミラー ４ 高速モーター ７、１１ 回転軸 ９ 主走査ユニットベース １２ ステッピングモーター ２１ レーザ光源 ２３ ビームスプリッター ２４ １／４波長板 ２６ 第１レンズ ２７ 試料面 ３０ 対物レンズ ３３ 試料等価面 ３４ ピンホール ３５ 光電変換素子
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光源と、該レーザ光源からの光束
を平行光束にするビーム整形光学系と、該ビーム整形光
学系からの出力であるレーザ光束をＸ、Ｙの２次元平面
上に偏向させる偏向光学系と、偏向したレーザ光束を観
察する試料の第１等価面上に集束させる第１レンズと、
前記第１の試料等価面を該試料と関係ずける対物レンズ
と、該試料からの戻り光（反射又は透過光）を受ける受
光光学系と、該受光光学系の出力である戻り光を、前記
レーザ光束から分離するビームスプリッタと、該ビーム
スプリッタにより分離された戻り光を、第２の試料等価
面に収束させる第２レンズと、前記第２試料等価面上に
配置されるピンホールと、該ピンホールを通過した戻り
光を電気信号に変換する光電変換素子とからなる共焦点
レーザ走査型顕微鏡において、 ミラーと、該ミラーに入射するレーザ光束の光軸を回転
軸として、前記ミラーを高速に回転することにより、主
走査を行う主走査機構と、前記ミラーの回転中心を通
り、主走査の回転軸に直交する軸を回転軸として、前記
主走査機構を回転させ、副走査を行う副走査機構とから
なる偏向光学系であることと、 前記ミラーの回転中心を通る主走査と副走査各々の回転
軸に直交する軸を、レンズの光軸となし、且つ、両回転
軸を含む平面を、前記対物レンズの像側瞳面に結像する
ように、前記第１のレンズを配置したことを特徴とする
前記共焦点レーザ走査型顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28612791A JPH05127091A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 共焦点レーザ走査型顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28612791A JPH05127091A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 共焦点レーザ走査型顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05127091A true JPH05127091A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17700280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28612791A Pending JPH05127091A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 共焦点レーザ走査型顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05127091A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7385745B2 (en) | 2004-02-19 | 2008-06-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Two-dimensional scanning apparatus and scanning type image displaying apparatus using the same |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP28612791A patent/JPH05127091A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7385745B2 (en) | 2004-02-19 | 2008-06-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Two-dimensional scanning apparatus and scanning type image displaying apparatus using the same |
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