JPH11202217A - 共焦点顕微鏡装置 - Google Patents

共焦点顕微鏡装置

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JPH11202217A
JPH11202217A JP10002803A JP280398A JPH11202217A JP H11202217 A JPH11202217 A JP H11202217A JP 10002803 A JP10002803 A JP 10002803A JP 280398 A JP280398 A JP 280398A JP H11202217 A JPH11202217 A JP H11202217A
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JP
Japan
Prior art keywords
sample
confocal microscope
substrate
objective lens
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP10002803A
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English (en)
Inventor
Shinya Otsuki
真也 大槻
Takeo Tanaami
健雄 田名網
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】広い視野で低収差の高分解能なスライス画像が
容易に得られる共焦点顕微鏡装置を提供する。 【解決手段】複数の微小開口を有する基板を回転させ、
この基板を通過した照射光を対物レンズを介して試料に
対して走査する共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡装
置において、前記対物レンズとして、それぞれのフィル
ム面の位置が前記基板と試料の位置に一致するように両
者を対向配置させ無限遠のピントで結合した2つのカメ
ラレンズを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点顕微鏡装置
に関し、詳しくは、複数の共焦点スライス画像を得る共
焦点顕微鏡装置、あるいは複数の共焦点スライス画像を
基に再構築して三次元立体画像を得ることのできる共焦
点顕微鏡装置において、広い視野で低収差の高分解能な
複数の共焦点スライス画像を取得するための改善に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の共焦点顕微鏡装置は
よく知られている。このような共焦点顕微鏡装置では対
物レンズのピント合わせが重要であり、いわゆるオート
フォーカス機能を有するものもある。図5は本願出願人
により出願した実開平6−55112号に記載の共焦点
顕微鏡の構成を示す構成図であり、自動的に対物レンズ
のピント合わせが行える装置である。以下この装置につ
いて説明する。
【0003】図5において、図示しないレーザ光源から
の出射光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)1を通っ
た後、ピンホールアレー板2に形成された多数のピンホ
ール(図示せず)のいくつかを通過し、偏光面を変える
1/4波長板(λ/4板)4と光ビームを集束する対物
レンズ5を経て試料6に集光される。
【0004】なお、この装置では、ピンホールアレー板
2をモータ3により一定速度で回転させている。したが
って、ピンホールアレー板2の回転に伴うピンホールの
移動により、試料6への集束光点は光軸に対して直角方
向(XY方向)に走査される。
【0005】試料6からの反射光は、入射光と同一の光
路を通ってピンホールアレー板2のピンホールの1つに
集光される。ピンホールを通過した戻り光は偏光ビーム
スプリッタ1で反射され、アナライザ7に入る。アナラ
イザ7では戻り光だけを選択的に通過させる。
【0006】なお、偏光ビームスプリッタ1、ピンホー
ルアレー板2、モータ3、λ/4板4、アナライザ7、
集光レンズ8から成る部分はいわゆる共焦点スキャナと
呼ばれる部分である。
【0007】アナライザ7を通った光は集光レンズ8に
より集光して、試料6の像が受光器9上に結像する。受
光器9としては、CCD(Charge Coupled Device)カ
メラ等が利用され、試料6からの反射光を受光して画面
上の1点あるいは複数点の光量をモニタする。
【0008】Zステージ10は試料6を光軸方向(Z軸
方向)に移動させることができ、中央処理装置(以下C
PUという)11により駆動・制御される。CPU11
は、試料6のZ軸方向への移動と関連して、受光器9で
モニタする点の光量の最大値(あるいは、複数点の光量
をモニタする場合は複数点の光量の平均値)を探し、最
大値を検出したときにその位置でZステージ10を止め
る。
【0009】なお、共焦点系では、最大光量点が試料6
の表面を示している。したがって、Zステージ10を光
軸方向に動かし、ある所定の点の光量が最大光量となっ
たときのZステージ10の位置が、試料表面にピントが
合ったときである。このようにして対物レンズのオート
フォーカスが実現される。
【0010】図6は従来の他の一例を示す構成図であ
る。図5と異なるところは試料6を動かすのではなく対
物レンズ5の方を動かすようにした点である。対物レン
ズ5は、CPU11により駆動されるモータ12によっ
てZ軸方向に移動されるようになっている。
【0011】このような構成において、CPU11は、
対物レンズ5のZ軸方向への移動と関連して、受光器9
でモニタする点の光量の最大値(あるいは、複数点の光
量をモニタする場合は複数点の光量の平均値)を探し、
最大値を検出したときにその位置で対物レンズ5を止め
る。このようにしてオートフォーカスが実現できる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置では次のような課題があった。
【0013】(1) 図5に示す装置の場合 試料が、例えば剛性がないかあるいは剛性が小さい場合
には、Z方向に走査する度に試料の形状が変化する。こ
のためZステージを動かす方式は、試料の微細な三次元
形状を観察するのには不適切である。
【0014】また、試料の剛性を保持したままZ方向に
走査する場合には、走査速度を下げゆっくりと時間をか
けて走査していた。このため、三次元形状を計測するの
に時間がかかるという問題があった。更に、広い視野で
高い分解能の画像を得るためには、対物レンズの開口数
NAを高NAとすると共にZステージをXY方向にも走
査する必要があり、Zステージが高価で大掛かりなもの
になるという欠点があった。
【0015】(2) 図6に示す装置の場合 高分解能な高NAの対物レンズをZ方向に走査すれば上
記の問題は解決し、低収差の画像を得ることができる。
しかしこの場合、高NAのため観察視野が狭くなり目的
とする広い視野で低収差、高分解能な画像は得られない
という欠点がある。
【0016】本発明は、上記の課題を解決するもので、
広い視野で低収差の高分解能なスライス画像が容易に得
られる共焦点顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために請求項1に記載の発明では、複数の微小開口を
有する基板を回転させ、この基板を通過した照射光を対
物レンズを介して試料に対して走査する共焦点スキャナ
を用いた共焦点顕微鏡装置において、前記対物レンズと
して、それぞれのフィルム面の位置が前記基板と試料の
位置に一致するように両者を対向配置させ無限遠のピン
トで結合した2つのカメラレンズを用いたことを特徴と
する。
【0018】請求項1に記載の発明では、2つのカメラ
レンズをそれぞれのフィルム面の位置が基板と試料の位
置に一致するように両者を対向配置させて無限遠のピン
トで結合したものを対物レンズとして使用する。このよ
うな対物レンズによれば、カメラレンズ自身が持つフォ
ーカスとズーム機能により容易に倍率と焦点合わせがで
き、低収差で高分解能な高画質の画像を容易に得ること
ができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る共焦点顕微鏡装置の要部
であるレンズ部分の構成図である。レンズとしては、2
組の1眼レフカメラレンズ51と52が使用され、各フ
ィルム面(無収差面)がピンホール面と試料にそれぞれ
一致すると共に両レンズ51,52が無限遠のピントで
結合するように同一光軸上に配置されている。
【0020】更に、詳述すれば、一方のレンズ51とし
ては例えば焦点距離80mm〜200mm、明るさがF
2.8、開口数NAが0.179のカメラレンズが用い
られる。他方のレンズ52としては例えば焦点距離50
mm、明るさがF1.0、開口数NAが0.50のカメ
ラレンズが用いられる。
【0021】本発明はこのように2組のカメラレンズを
組み合わせて対物レンズを形成する。対物レンズとして
の倍率や焦点合わせはカメラレンズ自身のフォーカスや
ズーム機能により行うことができる。上記のようなレン
ズを用いた場合、1.6〜4倍のズーム可変および焦点
合わせが可能である。
【0022】図2は本発明の他の実施例図であり、2つ
のカメラレンズ51,52の間にミラー53を設置した
ものである。共焦点スキャナ20からの出射光を受ける
カメラ30が大型であって、顕微鏡光軸と垂直に設置す
ることが困難な場合でも、水平に設置したリニアモータ
や液中サンプルなどの試料を上方から観察することが可
能となる。
【0023】また、このミラー53またはミラーとレン
ズを一体で回転あるいは面内で動かすことにより光ビー
ムの位置決めを変えることができる。なお、ミラーは図
3のように複数枚あってもよく、例えば1枚では試料側
レンズ52の中心からビームがずれる場合でも、他の1
枚のミラーの使用によってビームを中心に戻す補正が可
能である。
【0024】図4は本発明の他の実施例図であり、2つ
のカメラレンズ51,52をそれぞれモータ61とモー
タ62で制御する例である。CCDカメラ9からの画像
情報をもとにCPU11がそれぞれの一眼レフカメラレ
ンズをモータ61,62で制御することにより、オート
フォーカスが実現できる。
【0025】なお、モータ61,62としては、リニア
モータまたはVCM(Voice CoilMotor)あるいはステ
ッピングモータ等を使用することができる。
【0026】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。請求項1に記載の発明によれば、2
つのカメラレンズをそれぞれのフィルム面の位置が基板
と試料の位置に一致するように両者を対向配置させ無限
遠のピントで結合させてこれを対物レンズとして用いる
ことにより、低収差で高分解能な高画質の画像を取得す
ることができる。
【0028】請求項2によれば、カメラ用ズームレンズ
を使用し、比較的安価に低収差で高分解能な高画質の画
像を取得することができる。
【0029】請求項3に記載の発明では、2つのカメラ
レンズの間に1枚または複数枚の反射ミラーを配置する
ことにより光軸を任意の方向に変えることができ、共焦
点スキャナや、受光器としてのカメラ等に対して大きさ
や配置の制限が緩和される。
【0030】請求項4によれば、ミラーを試料側のカメ
ラレンズと一体に動かすことができ、試料に対する照射
光の入射方向の自由度が大きくなる。
【0031】請求項5に記載の発明によれば、対物レン
ズとしての倍率および焦点合わせは、カメラレンズ自身
が持つフォーカスおよびズーム機能により容易に行われ
る。
【0032】請求項6に記載の発明によれば、2つのカ
メラレンズをそれぞれのフィルム面の位置が基板と試料
の位置に一致するように両者を対向配置させ無限遠のピ
ントで結合させてこれを対物レンズとして用い、この2
つのカメラレンズを光軸方向に移動させつつ試料からの
反射光の1点または複数点の光量の最大点を求め、光量
が最大点となったときにカメラレンズの光軸方向の移動
を止めるようにしたため、自動的に対物レンズのピント
合わせが行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る共焦点顕微鏡装置の要部である
レンズ部分の構成図である。
【図2】 本発明の他の実施例図である。
【図3】 本発明の更に他の実施例図である。
【図4】 本発明の更に他の実施例図である。
【図5】 従来の共焦点顕微鏡装置の一例を示す構成図
である。
【図6】 従来の共焦点顕微鏡装置の他の一例を示す構
成図である。
【符号の説明】
1 偏光ビームスプリッタ 2 ピンホールアレー板 3 モータ 4 λ/4板 6 試料 7 アナライザー 8 集光レンズ 9 受光器 11 CPU 20 共焦点スキャナ 30 大型カメラ 51,52 カメラレンズ 53,54 ミラー 61,62 モータ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の微小開口を有する基板を回転させ、
    この基板を通過した照射光を対物レンズを介して試料に
    対して走査する共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡装
    置において、 前記対物レンズとして、それぞれのフィルム面の位置が
    前記基板と試料の位置に一致するように両者を対向配置
    させ無限遠のピントで結合した2つのカメラレンズを用
    いたことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
  2. 【請求項2】前記カメラレンズとしてカメラ用ズームレ
    ンズを使用したことを特徴とする請求項1記載の共焦点
    顕微鏡装置。
  3. 【請求項3】前記2つのカメラレンズの間に1枚または
    複数枚の反射ミラーを配置し光軸を変えるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の共焦点顕微鏡装置。
  4. 【請求項4】前記ミラーは試料側のカメラレンズと一体
    で動かすことができるように構成したことを特徴とする
    請求項3記載の共焦点顕微鏡装置。
  5. 【請求項5】前記対物レンズとしての倍率および焦点合
    わせは、前記カメラレンズ自身が持つフォーカスおよび
    ズーム機能を用いて行われるように構成したことを特徴
    とする請求項1記載の共焦点顕微鏡装置。
  6. 【請求項6】複数の微小開口を有する基板を回転させ、
    この基板を通過した照射光を対物レンズを介して試料に
    対して走査する共焦点スキャナを用いた共焦点顕微鏡装
    置において、 前記対物レンズとして、それぞれフィルム面を前記基板
    と試料に一致させ、両者を対向させて無限遠のピントで
    結合した2つのカメラレンズを用い、 この2つのカメラレンズをそれぞれ光軸方向に移動させ
    るモータと、 前記試料からの反射光を受光して1点または複数点で光
    量をモニタする受光器と、 前記光量の最大点または平均値の最大点の位置で前記モ
    ータを止める制御手段を備えたことを特徴とする共焦点
    顕微鏡装置。
JP10002803A 1998-01-09 1998-01-09 共焦点顕微鏡装置 Pending JPH11202217A (ja)

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Cited By (4)

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