JPH0827431B2 - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

走査型光学顕微鏡

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JPH0827431B2
JPH0827431B2 JP60107155A JP10715585A JPH0827431B2 JP H0827431 B2 JPH0827431 B2 JP H0827431B2 JP 60107155 A JP60107155 A JP 60107155A JP 10715585 A JP10715585 A JP 10715585A JP H0827431 B2 JPH0827431 B2 JP H0827431B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、走査型光学顕微鏡に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、走査型光学顕微鏡としては、回転多面鏡,ガル
バノミラー等を使用して観察すべき物体を二次元的に走
査するようにしたものが知られているが、このような走
査型光学顕微鏡は走査スピードが遅いという欠点があっ
た。このため、本願発明者による特願昭60−62262号に
おいて、回転多面鏡,ガルバノミラー等の反射鏡の代り
に所謂音響光学光偏向素子(以下AODという)を使用す
る走査型光学顕微鏡が提案されている。これを第2図に
より説明すれば,等価的に点光源と考えられるレーザ光
源からの光ビーム10は、ビームスプリッタ11を通過し第
一の光偏向素子12に入射する。この光偏向素子12は対物
レンズ13の射出瞳14と共役な位置に配置する。偏向を行
なっていない場合光ビーム10は光軸15に沿って進む。偏
向を行なう場合即ち光ビーム10を走査する場合、光偏向
素子12が瞳位置に設けられているので光ビーム10の方向
は軸外主光線16と一致し、光ビーム10の中心も軸外主光
線16と一致する。次にこれらの光ビームは瞳伝送レンズ
17及び18を通って瞳位置に配置された第二の光偏向素子
19に入射する。この光偏向素子19が二次元走査のうちの
X方向の走査を行なうとすると、先の光偏向素子12はY
方向の走査を行なうことになる。X−Y両方向の偏向を
行なうことのできる光偏向素子を用いれば光偏向素子は
一つで良い。光偏向素子12及び19により二次元的に走査
された光ビームは、瞳投影レンズ20及び結像レンズ21に
より対物レンズ13の瞳14に入射せしめられる。光偏向素
子12及び19によって形成される軸外光のビームも方向及
びその中心が軸外主光線16と一致しているので、軸外の
光ビームも対物レンズ13の瞳14に正確に入射する。そし
て、これらの光ビームは対物レンズ13によって物体22上
に回折で制限される点状光を生じる。光偏向素子12及び
19によってX−Yの二次元に走査することにより、点状
光が物体22を二次元走査する。
物体22を透過した光を観察する場合は、コンデンサー
レンズ23により光を集め検出器24で検出する。尚、検出
器24も瞳位置に設置される。従って、軸外光も常に同じ
位置に生じるので、検出器24の感度むら等の影響を防ぐ
ことができるし、検出器24の面積も少なくて済む。更に
微分型検出を行なう場合には、検出器24を二つの検出器
25,26で構成し、これらを光軸15に対して対称に設置す
る。この場合、軸外光でもビームの中心と軸外主光線が
一致するように設定されているので、検出器25,26は軸
外主光線に対しても対称な配置となり、正確に微分型検
出を行なうことができる。
又、物体22からの反射光で検出する場合、物体22から
反射された光ビームは、対物レンズ13とその瞳14を通り
更に結像レンズ21を通って一旦結像する。この結像面が
通常の光学顕微鏡で像を観察する面である。更に光ビー
ムは瞳投影レンズ20により光偏向素子19上に戻ってく
る。このように反射ビームは物体に入射した時と全く同
じ経路を逆に通ってビームスプリッタ11に戻り、ビーム
スプリッタ11により取り出されて検出ビーム27となる。
反射ビームが光偏向素子19,12を通過して戻ってきてい
るので、軸外を走査しても検出ビーム27は動かない。検
出ビーム27は集光レンズ28によって点状に絞られ、点状
に絞られた位置にピンホール29を設けてその後方の検出
器30で検出すれば、上記従来例と同様にフレアの無い、
通常の顕微鏡より高解像の画像を得ることができる。
又、ピンホール29を設けなくとも通常の画像が得られる
ことは言うまでもない。又光ビームが点状に絞られた位
置に黒点状の遮光物を設ければ、暗視野像が容易に観察
できる。又、検出器30を二つの検出器31,32で構成し、
光ビームの拡がった位置に光軸に対称に設置すれば微分
型観察が行なわれ得る。この場合、走査部材としてAOD
を使用しているために走査スピードが充分速いので、検
出器からの信号により図示しないTVモニタの画面にリア
ルタイムで物体像を表示することも可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような構成の走査型光学顕微鏡においては光偏向
素子が対物レンズの射出瞳と共役な位置またはその近傍
に配設されているが、この場合、光偏向素子による射出
瞳のケラレが発生しないようにするためには該光偏向素
子の開口の大きさが射出瞳の大きさより大きいか等しく
なければならない。しかしながら、AODは有効開口を大
きくすることが不可能であるために、上記ケラレが発生
しないようにすると、走査ビームが対物レンズの射出瞳
を充分に満たし得なくなってしまい、従って対物レンズ
の大きなNAの一部しか利用され得ず、走査光学系の解像
力があまり良くないという問題があった。
本発明は、以上の点に鑑み、AODを使用することによ
り走査スピードが速く而も解像力の良好な走査型光学顕
微鏡を提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
上記目的は、本発明によれば、光源と、該光源から発
した照明光束を観察すべき物体上に集束する対物光学系
と、該光源と対物光学系との間に配設されていて且つ該
対物光学系に入る前記照明光束の入射角度を変化させる
ことにより走査を行なう音響光学光偏向素子と、該照明
光束を該音響光学光偏向素子に投射するアフォーカルリ
レー光学系と、該音響光学光偏向素子を前記対物光学系
の射出瞳に投影する瞳投影レンズ系とを備えており、該
瞳投影レンズ系が ここで、 f:瞳投影レンズ系の焦点距離、 ε:音響光学光偏向素子の有効開口の大きさ、 p:瞳投影レンズ側から見た対物光学系の射出瞳の大き
さ、 Ep:対物光学系の像位置から射出瞳までの距離 という条件を満足するようにしたことを特徴とする、走
査型光学顕微鏡により解決される。
この発明によれば、瞳投影レンズ系が上記条件を満足
していることから、音響光学光偏向素子の有効開口と対
物光学系の射出瞳とが一致し、かくして対物光学系の大
きなNAが十分に利用され得るので、顕微鏡の光学系と同
等の解像力をもつ走査光学系が得られる。即ち、有効開
口の小さい音響光学光偏向素子でもその有効開口を対物
光学系の射出瞳の大きさに一致させることが可能とな
り、従って顕微鏡光学系の解像力を有効に利用した走査
型光学顕微鏡が得られる。
〔実施例〕
以下第1図に示した一実施例により本発明を説明すれ
ば、基本的な構成は第2図の従来例と同様であり、この
場合、瞳伝送レンズ17及び18はアフォーカルリレー光学
系41を構成しており且つ各々f1及びf2の焦点距離を有し
ていて、また瞳投影レンズ20はfなる焦点距離を有して
いる。さらに対物レンズ13及び結像レンズ(この場合、
鏡筒レンズ)21は対物光学系42を構成している。そし
て、これらの光学要素は、対物光学系42の射出瞳14が瞳
投影レンズ20により瞳伝送レンズ18の後側焦点位置Aに
さらにアフォーカルリレー光学系41により瞳伝送レンズ
17の前側焦点位置Bに投影される。尚、アフォーカルリ
レー光学系41の各瞳伝送レンズ17及び18は設計上及び実
装上簡単にするためにf1=f2とされる。
ここで瞳位置A,Bに配設される音響光学光偏向素子12,
19の有効開口の大きさをεとし、また瞳投影レンズ20側
から見た対物光学系42の射出瞳の大きさをpとすると、
顕微鏡の光学系の性能を十分に生かすためには対物光学
系の開口数を十分に利用する必要があり、瞳投影レンズ
20は なる瞳倍率で瞳を投影しなければならない。ところで、
対物光学系42の像位置Cから結像レンズ21を通して見た
対物光学系の射出瞳14までの距離をEpとすると、瞳投影
レンズ20の焦点距離は f=Pr・Ep ……(2) により与えられ、従って瞳投影レンズ20により射出瞳14
は音響光学光偏向素子12及び19上にPrなる倍率で投影さ
れる。このとき対物光学系42の像位置Cから瞳位置Aま
での距離lは l=f(Pr+2) ……(3) により自動的に与えられる。また音響光学光偏向素子1
2,19が軸外光を偏向せしめる角度をφとすると φε=φ2p ……(4) の関係が成立し、かくして像位置Cにおける像高はφ2E
pで与えられる。
かくして式(1)及び(2)より焦点距離fが で与えられる瞳投影レンズ20を使用することにより、対
物光学系の射出瞳と音響光学光偏向素子の有効開口とが
実質的に一致し、顕微鏡の光学系の解像力と同等の解像
力で物体の走査を行なうことができる。
尚、音響光学光偏向素子は第3図に示すように入射光
50を受けて回折光を生ずるもので、1次回折光52は0次
回折光51及び入射光に対し傾斜した方向に進行する。そ
して、1次回折光は偏向素子に供給する駆動信号の変化
に応じて53,54のように紙面内の一定の角度範囲内で進
行方向が変化し、これを偏向に使用する。従って、1次
回折光の基準方向を定めて(ここでは52とする)その方
向がその後方の光軸と一致するように各光学素子を配置
することになる。
この点を考慮すると実際の光学系は第4図に示すよう
な配置が望ましい。即ち、第4図(A)に見られるよう
に、紙面内で光を偏向する光偏向素子12の後方では入射
光軸10に対して若干傾いた光軸15上に反射鏡58及びレン
ズ17を配置し、その後方に反射鏡59を設けて紙面にほぼ
垂直に曲げる。第4図(B)は屈曲後の光学系を示して
いるが、反射鏡59の後方にレンズ18を配置し(先のレン
ズ17と共にアフォーカルリレー光学系を構成してい
る)、その後方に音響光学光偏向素子19を、この面内で
光が偏向されるように配置する。その後方に設けた57は
シリンドリカルレンズであるが、音響光学光偏向素子19
に対して傾いた光軸上に配置されている。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、瞳投影レンズ系が という条件を満足するようにしたことにより、音響光学
光偏向素子の有効開口と対物光学系の射出瞳とが実質的
に一致するので、対物光学系の大きなNAが十分に利用さ
れ得、かくして顕微鏡の光学系と同等の解像力で走査が
行なわれ、而も走査部材として音響光学光偏向素子を使
用しているために走査スピードが充分速く、従って解像
力が良好で而もリアルタイムで観察可能な物体像がTVモ
ニタの画面上に表示され得、極めて効果的な走査型光学
顕微鏡が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による走査型光学顕微鏡の一実施例の光
学系を示す図、第2図は従来の走査型光学顕微鏡の一例
の光学系を示す図、第3図は音響光学光偏向素子による
回折光の状態を示す図、第4図(A),(B)は音響光
学光偏向素子を含む走査型光学顕微鏡の実際の光学系の
例を示す図である。 10……光ビーム、11……ビームスプリッタ、12,19……
音響光学光偏向素子、13……対物レンズ、14……射出
瞳、15……光軸、16……軸外主光線、17,18……瞳伝送
レンズ、20……瞳投影レンズ、21……結像レンズ、22…
…物体、23……コンデンサーレンズ、24,25,26,30,31,3
2……検出器、27……検出ビーム、28……集光レンズ、2
9……ピンホール、41……アフォーカルリレー光学系、4
2……対物光学系。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、該光源から発した照明光束を観察
    すべき物体上に集束する対物光学系と、該光源と対物光
    学系との間に配設されていて且つ該対物光学系に入る前
    記照明光束の入射角度を変化させることにより走査を行
    なう音響光学光偏向素子と、該照明光束を該音響光学光
    偏向素子に投射するアフォーカルリレー光学系と、該音
    響光学光偏向素子を前記対物光学系の射出瞳に投影する
    瞳投影レンズ系とを備えており、該瞳投影レンズ系が という条件を満足するようにしたことを特徴とする、走
    査型光学顕微鏡。 ここで、 f:瞳投影レンズ系の焦点距離、 ε:音響光学光偏向素子の有効開口の大きさ、 p:瞳投影レンズ側から見た対物光学系の射出瞳の大き
    さ、 Ep:対物光学系の像位置から射出瞳までの距離
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