JPH10319323A - 共焦点装置 - Google Patents

共焦点装置

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JPH10319323A
JPH10319323A JP9125481A JP12548197A JPH10319323A JP H10319323 A JPH10319323 A JP H10319323A JP 9125481 A JP9125481 A JP 9125481A JP 12548197 A JP12548197 A JP 12548197A JP H10319323 A JPH10319323 A JP H10319323A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 照射光の走査が不要な共焦点装置を実現す
る。 【解決手段】 試料の共焦点画像を測定する共焦点装置
において、光源と、複数の開口が設けられた平板と、複
数の受光セルから構成される受光器と、光源からの入射
光を透過若しくは反射させて平板に入射し、平板からの
出力光を受光器に反射若しくは透過させるビームスプリ
ッタと、試料上に平板の開口を通過した光の像を結像さ
せ、試料からの戻り光を平板に集光する対物レンズとを
備え、受光器に集光される光スポット間隔が受光セル間
隔の２倍以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の共焦点画像
を高速に測定できる共焦点装置に関し、特に照射光の走
査が不要な共焦点装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】共焦点装置は試料上で照射光を走査し、
前記試料からの反射光をピンホール等を介して受光する
ことにより、前記試料面の分解能のみならず光軸方向の
分解能を有するものである。
【０００３】図５はこのような従来の共焦点装置の一例
を示す構成ブロック図である。図５において１はレーザ
光源、２はビームスプリッタ、３及び４はミラースキャ
ナ、５はミラー、６は対物レンズ、７は試料、８はピン
ホール、９は受光器である。
【０００４】レーザ光源１の出力光はビームスプリッタ
２を透過し、ミラースキャナ３及び４、ミラー５、対物
レンズ６を順次介して試料７に集光される。
【０００５】また、試料７からの反射光や蛍光等の戻り
光は対物レンズ６、ミラー５、ミラースキャナ４及び３
を順次介してビームスプリッタ２に入射される。
【０００６】この戻り光はビームスプリッタ２で反射さ
れてピンホール８を通過して受光器９に入射される。
【０００７】ここで、図５に示す従来例の動作を説明す
る。レーザ光源１の出力光は対物レンズ６等により試料
７上の１点に集光される。
【０００８】試料７の１点に集光されたレーザ光源１の
出力光による戻り光をピンホール８を介して検出するこ
とにより、共焦点効果が得られる。すなわち、３次元空
間中の１点の精密な観測ができる。
【０００９】さらに、ミラースキャナ３及び４により試
料７の表面であるｘ軸方向やｙ軸方向に走査することに
より、試料７表面の共焦点画像を得ることができる。
【００１０】この結果、試料７上の集光をミラースキャ
ナ３及び４で走査して、戻り光をピンホール８を介して
検出することにより、共焦点画像を得ることが可能にな
る。
【００１１】また、図６は従来の共焦点装置の他の一例
を示す構成ブロック図であり、本願出願人の出願に係る
特願平４−１５４１１号（特開平５−６０９８０号公
報）に記載されたものである。
【００１２】図６において１ａはレーザ、１０は集光手
段としてマイクロレンズが設けられた円板（以下、マイ
クロレンズ板と呼ぶ。）、１１は光分岐手段であるビー
ムスプリッタ、１２は開口としてピンホールが設けられ
た円板（以下、ピンホール板と呼ぶ。）、１３は対物レ
ンズ、１４は試料、１５はリレーレンズ、１６は受光
器、１７はマイクロレンズ板１０及びピンホール板１２
を同期して回転させるモータである。
【００１３】レーザ１ａの出力光はマイクロレンズ板１
０に入射され、マイクロレンズ板１０に設けられた各々
のマイクロレンズによりビームスプリッタ１１を介して
ピンホール板１２上の各々のピンホールに集光される。
ピンホール板１２上の各々のピンホールを通過した光は
対物レンズ１３を介して試料１４の上に入射される。
【００１４】試料１４からの反射光や蛍光等の戻り光は
再び対物レンズ１３を介してピンホール板１２に入射さ
れ、ピンホール板１２上の各々のピンホールを通過した
光はビームスプリッタ１１で反射され、リレーレンズ１
５を介して受光器１６に入射される。
【００１５】また、マイクロレンズ板１０及びピンホー
ル板１２は同一の軸に固定され、この軸に取付けられた
モータ１７によって同期して回転される。
【００１６】ここで、図６に示す従来例の動作を説明す
る。レーザ１ａの出力光は同期して回転するマイクロレ
ンズ板１０上の各々のマイクロレンズ及びピンホール板
１２上の各々のピンホールを通過することにより試料１
４表面を走査する。そして、試料１４からの反射光等は
受光器１６で受光されて共焦点画像が得られる。
【００１７】また、前述のようにマイクロレンズ板１０
に設けられた各々のマイクロレンズは入射光をビームス
プリッタ１１を介してピンホール板１２上の各々のピン
ホールに集光する。即ち、マイクロレンズの焦点位置に
ピンホールを配置することによりレーザ１ａからの入射
光の利用効率を向上させることが可能になる。
【００１８】また、図６に示す従来例は視野である受光
器１６の検出範囲内に約１０００点のピンホールが存在
し、この各ピンホールの通過光で試料１４を照射するマ
ルチビームとなる。このため、１つ１つのビームの走査
範囲は小さくなるので高速走査が可能になる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す従
来例では走査手段であるミラースキャナ３及び４の構成
が複雑であり装置の価格が高価になり、小型化が困難で
ある。
【００２０】また、図６に示す従来例では高速走査は可
能であるものの各ビーム間には一定の間隔が存在するた
め、共焦点画像上でその間隔を埋めるためにビームの走
査が必要であり、このビーム走査に要する時間で共焦点
画像の撮像速度が制限されてしまう。
【００２１】例えば、１つの共焦点画像を走査するのに
は”１ｍｓ”程度の時間がかかってしまい、たとえ高速
カメラを用いて撮像しても”１ｍｓ”以下で共焦点画像
を撮像することは出来ないと言った問題点があった。従
って本発明が解決しようとする課題は、照射光の走査が
不要な共焦点装置を実現することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、試料の共焦点画像を測定
する共焦点装置において、光源と、複数の開口が設けら
れた平板と、複数の受光セルから構成される受光器と、
前記光源からの入射光を透過若しくは反射させて前記平
板に入射し、前記平板からの出力光を前記受光器に反射
若しくは透過させるビームスプリッタと、前記試料上に
前記平板の前記開口を通過した光の像を結像させ、前記
試料からの戻り光を前記平板に集光する対物レンズとを
備え、前記受光器に集光される光スポット間隔が前記受
光セル間隔の２倍以下であることを特徴とするものであ
る。
【００２３】このような課題を達成するために、本発明
の第２では、本発明の第１において、前記受光器に集光
される一の光スポットを前記受光器の隣接する２以上の
受光セルにまたがって集光させることを特徴とするもの
である。
【００２４】このような課題を達成するために、本発明
の第３では、本発明の第１において、前記受光器に集光
される一の光スポットを前記受光器の一の受光セルの範
囲内に集光させることを特徴とするものである。
【００２５】このような課題を達成するために、本発明
の第４では、本発明の第１において、前記受光器に集光
される複数の光スポットを前記受光器の一の受光セルの
範囲内に集光させることを特徴とするものである。
【００２６】このような課題を達成するために、本発明
の第５では、本発明の第２乃至第４において、前記受光
器の各受光セルの範囲内に集光される光スポットが同数
であることを特徴とするものである。
【００２７】このような課題を達成するために、本発明
の第６では、本発明の第１において、前記開口の形状が
円形であることを特徴とするものである。
【００２８】このような課題を達成するために、本発明
の第７では、本発明の第１において、前記開口の形状が
スリット状であることを特徴とするものである。
【００２９】このような課題を達成するために、本発明
の第８では、本発明の第１において、前記平板を照明系
の光源絞りの位置に設けたことを特徴とするものであ
る。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る共焦点装置の一実施例を
示す構成図である。
【００３１】図１において１１ａはビームスプリッタ、
１４ａは試料、１５ａはリレーレンズ、１８は開口とし
て複数のピンホールが設けられた平板（以下、ピンホー
ルアレイ板と呼ぶ。）、１９は対物レンズ、２０はＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device）カメラ等の受光器、１０
０は入射光である。
【００３２】入射光１００はビームスプリッタ１１ａを
透過してピンホールアレイ板１８に入射される。この光
はピンホールアレイ板１８上に設けられた複数のピンホ
ールを通過して、対物レンズ１９により集光され試料１
４ａに光スポットを形成する。
【００３３】試料１４ａからの反射光や蛍光等の戻り光
は対物レンズ１９により先に通過したピンホールアレイ
板１８上に設けられたピンホールを再び通過してビーム
スプリッタ１１ａに入射される。
【００３４】ビームスプリッタ１１ａは入射光を反射さ
せてリレーレンズ１５ａを介して受光器２０に入射す
る。
【００３５】ここで、図１に示す実施例を説明する。説
明の簡単のためにピンホールアレイ板１８上には９個の
ピンホールが設けられており、ＣＣＤカメラ等の受光器
２０も９個の受光セルから構成している。
【００３６】また、ピンホールアレイ板１８は対物レン
ズ１９の結像面（中間像面）に設置される。
【００３７】例えば、図１中”イ”に示すピンホールア
レイ板１８上のピンホールを通過した入射光は図１中”
ロ”に示すように試料１４ａ上に光スポットを形成す
る。
【００３８】この光スポットからの戻り光は再び図１
中”イ”に示すピンホールを通過しリレーレンズ１５ａ
により図１中”ハ”に示す光スポットを形成する。
【００３９】この時、対物レンズ１９の倍率を”１００
倍”、図１中”ロ”に示す光スポットを”１μｍ”とす
ると結像面での光スポットは”１００μｍ”となり、等
倍のリレーレンズ１５ａで受光器２０に結像される光ス
ポットも”１００μｍ”となる。
【００４０】通常、ＣＣＤカメラ等の受光器２０の受光
セルは”５〜１０μｍ”程度であるので、”１００μ
ｍ”の光スポットが受光器２０に集光された場合には光
スポット間の隙間が受光器２０により識別される。
【００４１】このため、共焦点画像上で前記隙間を埋め
るためには試料１４ａ上に形成される光スポットを走査
する必要が生じる。
【００４２】一方、対物レンズ１９の倍率を”１倍”と
した場合には結像面での光スポットは”１μｍ”のまま
であり、また、受光器２０に集光される光スポットも”
１μｍ”となる。
【００４３】例えば、図１中”ニ”に示す受光器２０を
構成する１つの受光セルは”５〜１０μｍ”程度である
ので、図１中”ハ”に集光されている光スポットは図１
中”ニ”に示す受光セルの範囲内に集光されることにな
る。
【００４４】ここで、受光器２０の受光セルの間隔を”
５μｍ”、受光器２０に集光される光スポットの間隔
を”５μｍ”とすると、受光セル間隔と光スポット間隔
が”１：１”で対応する。
【００４５】従って、図１に示すように受光器２０上に
集光された各々の光スポットは受光器２０のそれぞれ対
応する受光セルの範囲内に集光されることになる。
【００４６】この場合、受光器２０では光スポット間の
隙間を認識することができなくなる。言い換えれば、共
焦点画面上では光スポットを走査して埋めるべき隙間が
存在しなくなる。即ち、光スポットを走査することなく
共焦点画像を得ることができる。
【００４７】この結果、受光器２０の受光セル間隔と受
光器２０に集光される光スポット間隔とを”１：１”に
対応させ各々の光スポットを受光器２０のそれぞれ対応
する受光セルの範囲内に集光させることにより、照射光
の走査が不要になる。
【００４８】このため、構造が簡単になり低価格化や小
型化が容易になる。また、走査に要する時間が無くなる
ので共焦点画像の撮像速度の制限が無くなり高速化が可
能になる。
【００４９】なお、図１に示す実施例の説明では受光器
２０の受光セル間隔と受光器２０に集光される光スポッ
ト間隔とを”１：１”としたがこれに限定されるもので
はない。
【００５０】例えば、図２は受光器２０の受光セル間隔
と受光器２０に集光される光スポット間隔との関係を説
明する説明図である。図２中”イ”，”ロ”，”ハ”及
び”ニ”は受光器２０の受光セル、図２中”ホ”及び”
ヘ”は受光器２０に集光された光スポット、図２中”
ト”及び”チ”は受光セル間隔及び光スポット間隔であ
る。
【００５１】この場合、受光セル間隔及び光スポット間
隔は”１：２”となっており、１つの光スポットが隣接
する２つの受光セルにまたがって集光されている。言い
換えれば１つの受光セルの範囲内に”０．５個”の光ス
ポットが集光されていることになる。
【００５２】このような状態でも受光器２０では光スポ
ット間の隙間を認識することができないので、光スポッ
トを走査することなく共焦点画像を得ることができる。
【００５３】また、同様に各受光セルの範囲内に集光さ
れる光スポットの数は”１個”に限定されるものではな
い。
【００５４】例えば、図３は受光セルの範囲内に集光さ
れる光スポットの一例を示す説明図であり、図３中”
イ”は受光セル、図３中”ロ”及び”ハ”は集光される
光スポットである。
【００５５】図３から分かるように、図３中”イ”に示
す受光セルには”１．５個”の光スポットが集光されて
いることになる。
【００５６】すなわち、各受光セルの範囲内に集光され
る光スポットの数は実数個であれば構わない。但し、各
受光セル間で集光される光スポット数が異なると明暗の
むらが生じ易くなるため各受光セルに集光される光スポ
ット数は同数が良い。
【００５７】また、光スポットやピンホールアレイ板１
８の開口の形状としては円形に限定されるものではな
く、方形、楕円等どのような形状でも構わない。
【００５８】例えば、図４は受光セルの範囲内に集光さ
れる光スポットの形状の一例を示す説明図であり、図４
中”イ”及び”ロ”は受光セル、図４中”ハ”は集光さ
れるスリット状の光スポットである。
【００５９】このような形状にしても受光器２０では光
スポット（スリット）間の隙間を認識することができな
いので、光スポットを走査することなく共焦点画像を得
ることができる。
【００６０】また、図１に示す実施例においてピンホー
ルアレイ板１８の設置場所としては対物レンズ１９の結
像面としたが、顕微鏡の照明系の光源絞りの位置でも構
わない。
【００６１】また、図１に示すビームスプリッタ１１ａ
は入射光１００を透過させ、ピンホールアレイ板１８か
らの光を反射させているが、ビームスプリッタ１１ａは
入射光１００を反射させ、ピンホールアレイ板１８から
の光を透過させても構わない。
【００６２】また、図２において１つの光スポットが隣
接する２つの受光セルにまたがって集光されていたが、
隣接する４つの受光セルにまたがって集光しても構わな
い。
【００６３】
【００６４】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。受光器の受光セ
ル間隔と受光器に集光される光スポット間隔とを”１：
１”に対応させ各々の光スポットを受光器のそれぞれ対
応する受光セルの範囲内に集光させることにより、照射
光の走査が不要になる。
【００６５】また、構造が簡単になり低価格化や小型化
が容易になり、走査に要する時間が無くなるので共焦点
画像の撮像速度の制限が無くなり高速化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共焦点装置の一実施例を示す構成
図である。
【図２】受光器の受光セル間隔と受光器に集光される光
スポット間隔との関係を説明する説明図である。
【図３】受光セルの範囲内に集光される光スポットの一
例を示す説明図である。
【図４】受光セルの範囲内に集光される光スポットの形
状の一例を示す説明図である。
【図５】従来の共焦点装置の一例を示す構成ブロック図
である。
【図６】従来の共焦点装置の他の一例を示す構成ブロッ
ク図である。
【符号の説明】
１，１ａ レーザ光源 ２，１１，１１ａ ビームスプリッタ ３，４ ミラースキャナ ５ ミラー ６，１３，１９ 対物レンズ ７，１４，１４ａ 試料 ８ ピンホール ９，１６，２０ 受光器 １０ マイクロレンズ板 １２ ピンホール板 １５，１５ａ リレーレンズ １７ モータ １８ ピンホールアレイ板 １００ 入射光

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料の共焦点画像を測定する共焦点装置に
    おいて、 光源と、 複数の開口が設けられた平板と、 複数の受光セルから構成される受光器と、 前記光源からの入射光を透過若しくは反射させて前記平
    板に入射し、前記平板からの出力光を前記受光器に反射
    若しくは透過させるビームスプリッタと、 前記試料上に前記平板の前記開口を通過した光の像を結
    像させ、前記試料からの戻り光を前記平板に集光する対
    物レンズとを備え、 前記受光器に集光される光スポット間隔が前記受光セル
    間隔の２倍以下であることを特徴とする共焦点装置。
  2. 【請求項２】前記受光器に集光される一の光スポットを
    前記受光器の隣接する２以上の受光セルにまたがって集
    光させることを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載
    の共焦点装置。
  3. 【請求項３】前記受光器に集光される一の光スポットを
    前記受光器の一の受光セルの範囲内に集光させることを
    特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の共焦点装置。
  4. 【請求項４】前記受光器に集光される複数の光スポット
    を前記受光器の一の受光セルの範囲内に集光させること
    を特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の共焦点装
    置。
  5. 【請求項５】前記受光器の各受光セルの範囲内に集光さ
    れる光スポットが同数であることを特徴とする特許請求
    の範囲請求項２乃至請求項４記載の共焦点装置。
  6. 【請求項６】前記開口の形状が円形であることを特徴と
    する特許請求の範囲請求項１記載の共焦点装置。
  7. 【請求項７】前記開口の形状がスリット状であることを
    特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の共焦点装置。
  8. 【請求項８】前記平板を照明系の光源絞りの位置に設け
    たことを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の共焦
    点装置。
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