JPH1114636A - 透過照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】走査型プローブ顕微鏡に組み込まれる高倍率の
対物レンズを用いた光学顕微鏡に十分な明るさの照明光
を供給できる透過照明装置を提供する。 【解決手段】筒型スキャナー３３は円形の穴が形成され
た基板３１に固定されている。筒型スキャナー３３の下
端には、カンチレバー３８の自由端の変位を検知する変
位センサー３４が取り付けられている。筒型スキャナー
３３の内側の空間には、透過照明装置の一部を構成する
照明光照射部４１が配置されている。照明光照射部４１
は、筒状のレンズ支持枠４２と、上端部に固定されたコ
リメーターレンズ４３と、下端部に固定されたコンデン
サーレンズ４４とで構成されている。コリメーターレン
ズ４３は凹レンズから成り、図示しない照明光生成部か
ら供給される収束性の照明光を平行光に変え、コンデン
サーレンズ４４は凸レンズから成り、コリメーターレン
ズ４３から伝搬してくる平行光を収束光に変える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡と走査
型プローブ顕微鏡を組み合わせた装置に用いられる試料
透過照明用の透過照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、探針と試料の
位置合わせのために、光学顕微鏡が組み込まれたものが
一般的である。また、探針の走査機構には筒型スキャナ
ーが広く採用されている。

【０００３】走査型プローブ顕微鏡は、提案された当初
は専ら反射率の高い試料の観察に用いられていた。特公
平８−２０２４６号は、このような走査型プローブ顕微
鏡の一つを開示している。その構成を図７に示す。

【０００４】図７に示されるように、光学顕微鏡の対物
レンズ２は基板１に固定されている。また、筒型の圧電
体スキャナー３は対物レンズ２にほぼ同軸に基板１に固
定されている。探針５は透光性部材４に固定されてお
り、この透光性部材４は筒型スキャナー３の下端に固定
されている。探針５は試料１０に対峙して配置される。

【０００５】この装置では、試料１０を光学的に観察す
るための対物レンズ２は、照明装置の一部を兼ねてお
り、照明光は対物レンズ２を介して試料１０に照射され
る。最近では、走査型プローブ顕微鏡の分解能の高さに
注目し、光学的に透明に近い試料の観察にも走査型プロ
ーブ顕微鏡を利用したいとの考えがある。このような要
望に応えるため、透過型光学顕微鏡を組み込んだ走査型
プローブ顕微鏡が提案されている。その構成を図８に示
す。

【０００６】図８に示されるように、カンチレバー２２
はその自由端の変位を測定する変位センサー１６に取り
付けられている。変位センサー１６は、光てこ法に基づ
く変位検出光学系を備えており、これは、測定光を射出
するレーザー発振器１７と、測定光を平行光にするレン
ズ１８と、測定光をカンチレバー２２に向けるミラー１
９と、カンチレバー２２からの反射光を偏向するミラー
２０と、二分割フォトダイオード等のフォトセンサー２
１とで構成されている。

【０００７】変位センサー１６は筒型スキャナー１５の
下端に取り付けられており、筒型スキャナー１５は、移
動機構２５を介して鏡基２６に取り付けられている基板
１４によって支持されている。試料を載せたガラス基板
２３はステージの上に載置され、その下方には倒立型光
学顕微鏡の一部を構成する対物レンズ２４が配置されて
いる。

【０００８】基板１４の上方には照明のためのランプハ
ウス１１が配置され、ランプ１２から発せられた照明光
はレンズ１３で集光され、基板１４に形成された穴、筒
型スキャナー１５の内側、変位センサー１６を通って、
スライドガラス２３の上の試料を照明する。試料を透過
した光や試料で屈折散乱された光は対物レンズ２４に取
り込まれ、これが試料像として観察される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図７に示される装置
は、光学反射率の高い試料や散乱の多い試料の観察に適
しており、金属や半導体や鉱物等に対してはコントラス
トの高い光学像を得ることができる。しかし、反射・散
乱が少ない試料、または、試料と周辺環境（培養液）と
の光学的屈折率の差が小さい試料の観察には適しておら
ず、液中の生細胞や染色していない細胞等に対してはコ
ントラストの高い光学像を得ることはできない。

【００１０】一方、図８に示される装置は、反射・散乱
・光学的屈折が少ない試料、または、試料と周辺環境
（培養液）との光学的屈折率の差が小さい試料の観察に
適しているが、照明光は筒型スキャナー１５の内側を通
って照射されるために照明光の開口数は０．１程度と小
さいため、高倍率の対物レンズ２４の使用に対しては、
照明の光量が不十分になることが多く、明るい光学像を
得ることが難しい。また、この問題を解決するための強
い光の照射は、熱によるカンチレバーの変形や、液中観
察においては溶媒の対流を引き起こすため好ましくな
い。

【００１１】本発明は、このような実状を鑑みて成され
たものであり、その目的は、走査型プローブ顕微鏡に組
み込まれる高倍率の対物レンズを使用した透過型光学顕
微鏡観察に対しても十分な明るさの照明光を供給できる
透過照明装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、筒型スキャナ
ーを有する走査型プローブ顕微鏡に組み込まれる光学顕
微鏡のための透過照明装置であり、透過照明装置は、照
明部位の近くに配置される照明光照射部を含み、照明光
照射部が、少なくとも一部が筒型スキャナーの内側の空
間に配置された支持枠と、照明部位に近い支持枠の端部
に設けられた照明光を集光するためのコンデンサーレン
ズとを備えている。

【００１３】本発明の透過照明装置は、好ましくは、照
明光照射部が、照明部位から遠い支持枠の端部に設けら
れた照明光を平行光に変えてコンデンサーレンズに供給
するコリメーターレンズを更に備えている。

【００１４】本発明の透過照明装置は、更に好ましく
は、照明光照射部が、コリメーターレンズとコンデンサ
ーレンズの間に微分干渉顕微鏡法や位相差顕微鏡法など
の特殊光学顕微鏡法のための光学素子を更に備えてい
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１に示されるよう
に、筒型スキャナー３３を支持する基板３１には筒型ス
キャナー３３の内径にほぼ等しい径の円形の穴が形成さ
れており、筒型スキャナー３３はその内径を穴にほぼ一
致させて固定されている。

【００１６】筒型スキャナー３３の自由端すなわち下端
には、カンチレバー３８の自由端の変位を検知する変位
センサー３４が取り付けられている。カンチレバー３８
はホルダー３５に保持され、これが変位センサー３４に
着脱自在に取り付けられる。

【００１７】変位センサー３４の下側の一部は下方に突
出しており、その最下端部には光学的に透明なガラス板
３６が取り付けられている。試料ステージ３９の上には
生体試料４５を培養したディッシュ３７が載置され、変
位センサー２４の下部の突出部はディッシュ３７に入れ
られた溶媒に浸される。

【００１８】試料ステージ３９の下方には対物レンズ４
０が配置されている。試料ステージ３９は円形の開口を
有しており、対物レンズ４０はその開口に対して同軸に
位置し、開口を通してディッシュ３７の底の生体試料４
５の光学観察を可能にしている。

【００１９】筒型スキャナー３３の内側の空間には、透
過照明装置の一部を構成する照明光照射部４１が配置さ
れている。照明光照射部４１は、筒状のレンズ支持枠４
２と、上端部に固定されたコリメーターレンズ４３と、
下端部に固定されたコンデンサーレンズ４４とで構成さ
れている。

【００２０】コリメーターレンズ４３は、図示しない照
明光生成部から供給される収束性の照明光を平行光に変
え、コンデンサーレンズ４４は凸レンズから成り、コリ
メーターレンズ４３から伝搬してくる平行光を収束光に
変える。収束性の照明光はガラス板３６を通ってディッ
シュ３７の底に付着している生物試料を照明する。

【００２１】ここで、照明光照射部４１の支持機構（図
１には示されていない）について説明する。この支持機
構は、使用する対物レンズの倍率に応じて、要求される
機能が異なる。

【００２２】低倍率の対物レンズ４０の使用に対して
は、特に照明範囲を調整する必要がない。このため、支
持機構には、照明光照射部４１の光軸方向に沿った位置
を調整する機構を持たない簡単なものが使用できる。し
かし、高倍率の対物レンズ４０の使用に対しては、照明
範囲を調整する必要がある。このため、支持機構は、照
明光照射部４１の光軸方向に沿った位置を調整する機構
を備えている必要がある。

【００２３】勿論、高倍率の対物レンズに対応した支持
機構は、低倍率の対物レンズの使用に対しても用いるこ
とが可能であるが、使用する対物レンズが低倍率のもの
に限られている特定の用途のための装置においては、装
置の低価格化のためにも、簡単な構成の支持機構の採用
が好ましい。

【００２４】低倍率の対物レンズ４０の使用に対する簡
単な構成の支持機構は、図２に示されるように、支持枠
４２に設けられたフランジ４６と、これを受けるための
基板３１に形成されたフランジ受け溝４８とで構成され
る。受け溝４８には複数の位置決めピン４９が設けら
れ、また、フランジ４６にはこれを受ける複数の穴４７
が形成されている。

【００２５】照明光照射部４１は、ピン４９と穴４７を
合わせて、フランジ４６が受け溝４８に配置され、さら
に図に示されないねじが締め付けられることにより固定
される。

【００２６】高倍率の対物レンズ４０の使用に対する位
置調整機能を備えた支持機構は、図３に示されるよう
に、支持枠４２に設けられたフランジ５１と、これに形
成されたねじ穴に螺合した複数本（好適には三本）のね
じ５２と、これらの先端を受けるための基板３１に形成
された複数のねじ受け５３と、フランジ５１と基板３１
の間に張力を与える複数本（好適にはねじ５２と同じ三
本）のコイルばね５５とで構成される。

【００２７】三本のねじ５２の各々の適宜な回転によっ
て照明光照射部４１の高さとその軸の傾斜が調整され
る。これにより、ディッシュ３７の底を照明する領域を
変更することができる。なお、照明光照射部４１はコイ
ルばね５５の付勢力により安定に支持される。

【００２８】図４に示されるように、照明光射出部４１
のコンデンサーレンズ４４から射出された照明光は、カ
ンチレバー３８の自由端部の周辺の領域Ｂを照明する。
ここで、対物レンズ４０の焦点をディッシュ３７の底に
位置する生体試料４５に合わせたときの視野を領域Ａと
する。

【００２９】領域Ｂの位置と大きさはコンデンサーレン
ズ４４の位置に依存して変わる。一般に、照明光の明る
さは領域Ｂ内で均一ではなく、中心に近い部分が周辺よ
りも明るい。

【００３０】高倍率の対物レンズ４０は０．５以上の開
口数ＮＡを持つことが多いため、その観察像は暗くなる
傾向が強い。このため、高倍率の対物レンズ４０を用い
た観察では、その視野が効率的に照明されることが望ま
れる。

【００３１】従って、効率良い照明のためには、領域Ａ
の中心と領域Ｂの中心が一致し、領域Ｂは出来る限り狭
いことが好ましい。つまり、照明光が、生体試料４５ま
たはカンチレバー３８の観察視野で収束することが好ま
しい。

【００３２】図３に示される前述の支持機構は、この要
望に応えるものであり、三本のねじ５２の各々を適宜回
転させることによって、コンデンサーレンズ４４の高さ
と向きを変更可能であり、従って照明領域Ｂの位置と大
きさを所望の状態に調整できる。

【００３３】これにより効率の良い照明が行なえ、その
結果、高倍率の対物レンズ４０を使用しながらも、十分
に明るい観察像を実現できる。高倍率の対物レンズに対
応した支持機構は、図３に示される構造に限定されな
い。例えば、図５に示されるように、照明光照射部４１
の支持枠４２のフランジ部が移動機構６２（例えばリニ
アガイドを利用した昇降機構）を介して鏡基６３に取り
付けられた構成であってもよい。

【００３４】これまでの説明では、照明光照射部４１は
単にコリメーターレンズ４３とコンデンサーレンズ４４
を備えているものとしたが、微分干渉顕微鏡法や位相差
顕微鏡法を実現するための光学素子を備えていてもよ
い。その一例として、微分干渉顕微鏡法を実現する光学
素子を備えた照明光照射部を図６に示す。

【００３５】図６に示されるように、微分干渉顕微鏡法
用の照明光照射部７０は、コリメーターレンズ７８とコ
ンデンサーレンズ７２の他に偏光フィルター７６と微分
干渉プリズム７４を備えている。この照明光照射部７０
は、下端に内側突出縁部を有する円筒状の支持枠７１の
中に、コンデンサーレンズ７２、円環状スペーサー７
３、微分干渉プリズム７４、円環状スペーサー７５、偏
光フィルター７６、円環状スペーサー７７、コリメータ
ーレンズ７８を順に挿入し、その後に押さえねじ７９を
取り付けてこれらの部材を支持枠７１の下端の内側突出
縁部との間に挟み込んで固定して構成される。

【００３６】このように構成された照明光照射部７０
は、前述した照明光照射部４１と同様に、図２または図
３または図５に示される支持機構によって、筒型スキャ
ナー３３の内側に支持される。

【００３７】この照明光照射部７０を用いることによ
り、生体試料４５に対して微分干渉顕微鏡法による観察
が行なえ、従って、高コントラストで高分解能な生体試
料像を得ることができる。

【００３８】また、微分干渉顕微鏡法や位相差顕微鏡法
を用いることにより、生体試料４５が透明な場合でも、
蛍光観察のように試料に染色を施すことなく、明暗のコ
ントラストを付けて試料観察を行うことが可能である。

【００３９】従って、生体試料の加工されていない状態
での透明な試料の光学観察及び走査型プローブ顕微鏡に
よる試料測定が一つの装置で可能になる。また、上述の
実施の形態においては、透光性のある生体試料の観察に
ついて述べたが、これ以外の反射・散乱が少ない試料、
または、試料と周辺環境（培養液）との光学的屈折率の
差が小さい試料についても同様の効果を得ることができ
る。本発明は、上述の実施の形態に何等限定されるもの
ではない。発明の要旨を逸脱しない範囲で行なわれる実
施は、すべて本発明に含まれる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、生細胞等を観察するた
めの走査型プローブ顕微鏡に組み込まれる高倍率の対物
レンズを用いた光学顕微鏡観察に対しても十分な明るさ
の照明光を供給できる透過照明装置が提供される。これ
により、生細胞等の試料を高分解能で光学観察できるよ
うになり、その結果、探針の位置合わせをより高い精度
で行なえるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の透過照明装置を備えた走
査型プローブ顕微鏡の構成を示している。

【図２】低倍率の対物レンズの使用に適した簡単な構成
の図１に示される支持枠を支持する支持機構を示してい
る。

【図３】高倍率の対物レンズの使用に適した位置調整機
能を備えた図１に示される支持枠を支持する支持機構を
示している。

【図４】高倍率の対物レンズの使用に対するコンデンサ
ーレンズの位置調整機能の必要性を説明するための図で
ある。

【図５】高倍率の対物レンズの使用に適した図１に示さ
れる支持枠を支持する別の支持機構を示している。

【図６】微分干渉顕微鏡法のための光学素子を備えた照
明光射出部の構成を示している。

【図７】反射率の高い試料の観察に適した走査型プロー
ブ顕微鏡の一従来例を示している。

【図８】透明に近い試料の観察に適した走査型プローブ
顕微鏡の一従来例を示している。

【符号の説明】

４１ 照明光照射部 ４２ 支持枠 ４３ コリメーターレンズ ４４ コンデンサーレンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒型スキャナーを有する走査型プローブ
   顕微鏡に組み込まれる光学顕微鏡のための透過照明装置
   であり、 透過照明装置は、照明部位の近くに配置される照明光照
   射部を含み、照明光照射部が、少なくとも一部が筒型ス
   キャナーの内側の空間に配置された支持枠と、照明部位
   に近い支持枠の端部に設けられた照明光を集光するため
   のコンデンサーレンズとを備えている透過照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、照明光照射部が、照
   明部位から遠い支持枠の端部に設けられた照明光を平行
   光に変えてコンデンサーレンズに供給するコリメーター
   レンズを更に備えている透過照明装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、照明光照射部が、コ
   リメーターレンズとコンデンサーレンズの間に微分干渉
   顕微鏡法や位相差顕微鏡法などの特殊光学顕微鏡法のた
   めの光学素子を更に備えている透過照明装置。