JPH11237557A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、共焦点画像および非共焦点画像を共
通の光検出器で検出でき、構成が簡単で安価な走査型光
学顕微鏡を提供する。 【解決手段】試料１１からの光をビームスプリッタ３１
により共焦点光路３０１と非共焦点光路３０２に２分割
し、これら２分割された共焦点光路３０１と非共焦点光
路３０２の一方をシャッタ３４のシャッタ本体３４２に
より遮断し、他方の光路の検出ビームのみを単一の光検
出器３２に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察試料の表面情
報の測定に用いられる走査型光学顕微鏡に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料観察に用いられるものとし
て、光学顕微鏡が多く用いられている。かかる光学顕微
鏡は、ステージ上の試料を対物レンズで拡大して観測す
るように構成していて、試料に対する照明は、ランプな
どの光源からの光をコンデンサレンズを用いて試料の観
察領域全体に均等になるようにして照射するような構造
を採用している。

【０００３】ところが、照明系として、かような構造を
採用すると、フレアなどが生じ、また、低コントラスト
の標本を観察するにあたっては大変見づらくなるという
問題があった。

【０００４】そこで、これらの問題点を改善するものと
して、点状光投射型（スポット光投射型）の光学顕微鏡
である走査型光学顕微鏡が実用化されている。つまり、
このような走査型光学顕微鏡は、点光源を対物レンズを
介して観察試料に点状に照射し、これにより観察試料を
透過した光（透過光）もしくは反射光もしくは点状の光
を照射したことにより試料から発生した蛍光を再び対物
レンズ、光学系を介して点状に結像し、これを検出器で
検出して像の濃淡情報を得るようにしたもので、さらに
検出光学系の結像位置に、照明光あるいは被測定光の回
折限界以下の径を持つ絞りを設けることにより、焦点の
合っている面の濃度情報のみを検出できるようにした共
焦点光学系を有している。

【０００５】近年、共焦点効果に加えて、通常の顕微鏡
と同じ結像特性を有する非共焦点効果を同時に検出する
ことが望まれている。そして、これら共焦点効果と非共
焦点効果の両方を検出可能にした走査型光学顕微鏡は、
特開平９−１３３８６９号公報に開示されている。図６
は、その一例を示すもので、レーザー光源１から出力さ
れたレーザビーム２をビームスプリッタ３を介して一方
のガルバノメータミラー４に入射しＸ方向に走査させ、
さらに瞳伝送レンズ５、６を介して他のガルバノメータ
ミラー７に入射しＹ方向に走査させ、瞳投影レンズ８、
結像レンズ９より対物レンズ１０を介して試料１１上で
レーザビーム２をＸ−Ｙ二次元方向に走査させる。一
方、試料１１からの反射光を入射時と同じ光路を通して
ビームスプリッタ３まで戻し、ここで反射させ、さらに
ビームスプリッタ１３により光路を２分割して検出ビー
ム１４、１５を発生し、このうち検出ビーム１４を集光
レンズ１６で点状に集光するとともに、この集光レンズ
１６の焦点位置に配置されるピンホール１７により絞り
込んで光検出器１８により共焦点画像として検出し、ま
た、検出ビーム１５を集光レンズ１９で点状に集光し、
光検出器２０により非共焦点画像として検出する。そし
て、これら光検出器１８、２０からの検出信号を切換え
器２１を介して電気的に切換えることにより、共焦点画
像と非共焦点画像をモニタ２２に選択的に表示できるよ
うにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成によると、共焦点画像および非共焦点画像をそれぞ
れ得るための共焦点光路および非共焦点光路に、それぞ
れ光検出器１８、２０を設けるようにしているため、光
検出器（および必要な電装系）が２個必要となり、回路
構成が複雑になるとともに、価格的にも高価になるとい
う問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、共焦点画像および非共焦点画像を単一の光検出器で
検出でき、構成が簡単で安価な走査型光学顕微鏡を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
試料に対し点光源を移動走査しながら照射し、該試料か
らの光を検出することにより画像化情報を得るようにし
た走査型光学顕微鏡において、前記試料からの光を共焦
点効果および非共焦点効果の少なくとも一つを有する複
数の光路に分割する光路分割手段と、この光路分割手段
により分割された光路を通る前記試料からの光を検出す
る単一の光検出手段と、前記複数の光路の少なくとも一
つを選択的に前記単一の光検出手段に導入する光路選択
手段とにより構成している。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、光路選択手段は、回動駆動手段と、この回動駆動
手段による回動角度に応じて前記光路分割手段により分
割された光路の少なくとも一つを選択的に前記単一の光
検出手段に導入するシャッタ本体を有している。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載にお
いて、光路選択手段は、直線方向に往復移動可能な可動
手段を有し、該可動手段の直線方向の移動位置に応じて
前記光路分割手段により分割された光路の少なくとも一
つを選択的に前記単一の光検出手段に導入するようにし
ている。

【００１１】この結果、請求項１記載によれば、複数の
光路の少なくとも一つを選択的に単一の光検出手段に導
入するようにしているので、光検出手段の使用個数を最
小限にできる。。

【００１２】請求項２記載によれば、シャッタ本体によ
る光路の切換動作を早くすることができ、瞬時に共焦点
画像や非共焦点画像を選択表示できる。請求項３記載に
よれば、光路選択手段としてソレノイドを用いれば、構
成が簡単で、しかもソレノイド自身が安価なので、顕微
鏡全体の低価格化も期待できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 （第１の実施の形態）図１は、第１の実施の形態の走査
型光学顕微鏡の概略構成を示すもので、図６と同一部分
には、同符号を付している。

【００１４】この場合、図６で述べた光路を２分割する
ためのビームスプリッタ１３を省略し、集光レンズ１６
の後段に改めて光路を２分割するためのビームスプリッ
タ３１を配置し、このビームスプリッタ３１により集光
レンズ１６を通して集光されたビームより共焦点光路３
０１の検出ビーム１４と非共焦点光路３０２の検出ビー
ム１５を発生させるようにしている。

【００１５】この場合、ビームスプリッタ３１は、共焦
点光路３０１の検出ビーム１４の光量と非共焦点光路３
０２の検出ビームの１５の光量の分割比をピンホール１
７で絞られる光量に基づいて決定している。つまり、ピ
ンホール１７を通る共焦点光路３０１の検出ビーム１４
に、より多くの光量を与えるようにするとともに、これ
ら検出ビーム１４、１５がそれぞれ適正な光量を備える
ようにしている。

【００１６】そして、一方の検出ビーム１４を集光レン
ズ１６の焦点位置に配置されるピンホール１７により絞
り込んで光検出器３２に入射し、他方の検出ビーム１５
をミラー３３で反射し、光検出器３２に入射するように
している。この場合、光検出器３２は、共焦点光路３０
１および非共焦点光路３０２を通した光を検出する単一
のもので、対物レンズ１０が試料１１に対しデフォーカ
スしても、十分に大きな有効領域を有している。

【００１７】一方、ビームスプリッタ３１とピンホール
１７との間の共焦点光路３０１およびミラー３３と光検
出器３２との間の非共焦点光路３０２に共通のシャッタ
３４を挿入している。このシャッタ３４は、図２に示す
ようにパルスモータ３４１と、このパルスモータ３４１
の回転軸に設けられたシャッタ本体３４２を有するもの
で、図示しない制御回路の制御によるパルスモータ３４
１の回転軸の回動角度に応じて、シャッタ本体３４２に
よりビームスプリッタ３１とピンホール１７との間の共
焦点光路３０１またはミラー３３と光検出器３２との間
の非共焦点光路３０２を選択的に遮断可能にしている。

【００１８】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。この場合、レーザー光源１からレーザビ
ーム２が出力されると、このレーザビーム２は、ビーム
スプリッタ３を介してガルバノメータミラー４に入射し
Ｘ方向に走査され、さらに瞳伝送レンズ５、６を介して
他のガルバノメータミラー７に入射しＹ方向に走査さ
れ、瞳投影レンズ８、結像レンズ９より対物レンズ１０
を介して試料１１上でレーザビーム２がＸ−Ｙ二次元方
向に走査される。そして、試料１１からの光、例えば反
射光が入射時と同じ光路を通してビームスプリッタ３ま
で戻ると、ここで反射され、集光レンズ１６を通して集
光され、さらにビームスプリッタ３１により２つの検出
ビーム１４、１５に分割される。この場合、ビームスプ
リッタ３１は、検出ビーム１４、１５の光量の分割比を
ピンホール１７で絞られる光量に基づいて決定してお
り、ピンホール１７を通る検出ビーム１４に、より多く
の光量を与えるようになる。

【００１９】この状態で、いま、シャッタ３４のパルス
モータ３４１の回転軸に設けられたシャッタ本体３４２
がミラー３３と光検出器３２との間の非共焦点光路３０
２に位置され、この非共焦点光路３０２を遮断している
ものとすると、ビームスプリッタ３１で分割された一方
の検出ビーム１４のみが集光レンズ１６の焦点位置に配
置されるピンホール１７を通して光検出器３２に入射さ
れ、共焦点画像として検出される。

【００２０】また、シャッタ３４のパルスモータ３４１
の駆動により、今度は、シャッタ本体３４２がビームス
プリッタ３１とピンホール１７との間の共焦点光路３０
１に位置され、この共焦点光路３０１を遮断しているも
のとすると、ビームスプリッタ３１で分割された、他方
の検出ビーム１５のみがミラー３３で反射された後、光
検出器３２に入射され、非共焦点画像として検出され
る。

【００２１】従って、このようにすれば、試料１１から
の光をビームスプリッタ３１により共焦点光路３０１と
非共焦点光路３０２に２分割し、これら２分割された共
焦点光路３０１と非共焦点光路３０２の一方をシャッタ
３４のシャッタ本体３４２により遮断し、他方の光路の
検出ビームのみを単一の光検出器３２に導入するように
したので、共焦点光路３０１と非共焦点光路３０２によ
る共焦点画像と非共焦点画像を単一の光検出器３２によ
り検出できるようになり、従来、光検出器（および必要
な電装系）を２個必要としたものと比べ、回路構成を簡
単にできるとともに、価格的にも安価にできる。

【００２２】また、シャッタ３４の駆動手段としてパル
スモータ３４１を用いることにより、シャッタ３４の切
換動作を早くすることができるので、瞬時に共焦点画
像、非共焦点画像を選択表示することができる。 （第２の実施の形態）第１の実施の形態では、シャッタ
３４は、その駆動手段としてパルスモータ３４１を用い
た例を述べたが、第２の実施の形態では、このパルスモ
ータ３４１に代えて、ソレノイドを用いている。

【００２３】この場合、走査型光学顕微鏡の概略構成
は、図１と同様であり、ここでは、同図を援用するもの
とする。そして、このような構成において、シャッタ３
４は、駆動手段として、図３（ａ）（ｂ）に示すソレノ
イドを用いている。このソレノイドは、中空の固定コイ
ル３４３１中に可動鉄心３４３２を直線方向に往復移動
可能に挿入したもので、このうち可動鉄心３４３２側面
に貫通穴３４３３を設けている。また、このソレノイド
は、図示しない制御回路により可動鉄心３４３２の動作
が制御されるようになっている。

【００２４】このような構成において、いま、同図
（ａ）に示すようにソレノイドの可動鉄心３４３２が共
焦点光路３０１上のみに位置され、この共焦点光路３０
１を遮断しているものとすると、ビームスプリッタ３１
で分割された検出ビーム１５のみがミラー３３で反射さ
れた後、光検出器３２に入射され、非共焦点画像として
検出される。

【００２５】一方、ソレノイドの駆動により、同図
（ｂ）に示すように、可動鉄心３４３２の貫通穴３４３
３が焦点光路３０１上に位置されるとともに、可動鉄心
３４３２先端部が非共焦点光路３０２に位置され、この
非共焦点光路３０２を遮断しているものとすると、ビー
ムスプリッタ３１で分割された検出ビーム１４のみが可
動鉄心３４３２の貫通穴３４３３を通り、集光レンズ１
６の焦点位置に配置されたピンホール１７を通して光検
出器３２に入射され、共焦点画像として検出される。

【００２６】したがって、このようにしても、上述の第
１の実施の形態と同様な効果を期待できるとともに、さ
らに、ソレノイド３４３のみを使用しているので、構成
が簡単で、しかもソレノイド３４３自身が安価なので、
顕微鏡全体の低価格化も期待できる。 （第３の実施の形態）図４は、本発明の第３の実施の形
態の概略構成を示すもので、図１を同一部分には、同符
号を付している。

【００２７】この場合、ビームスプリッタ３１により集
光レンズ１６を通して集光されたビームは、検出ビーム
１４と検出ビーム１５に分割される。さらに、検出ビー
ム１５の光路中配置されたビームスプリッタ３５により
検出ビーム１５は、第２の共焦点光路３０１２の検出ビ
ーム１５１と非共焦点光路３０２の検出ビーム１５２に
分割される。この場合、ビームスプリッタ３１および３
５による光量の分割比は、後述するピンホール１７、３
６で絞られる光量に基づいて決定されるが、ここでは、
検出ビーム１４，１５１、１５２の順に多くの光量が与
えられるようになっている。

【００２８】そして、第１の共焦点光路３０１１の検出
ビーム１４を集光レンズ１６の焦点位置に配置された第
１のピンホール１７を通して光検出器３２に入射し、第
２の共焦点光路３０１２の検出ビーム１５１をビームス
プリッタ３５を介して集光レンズ１６の焦点位置に配置
された第２のピンホール３６を通して光検出器３２に入
射し、さらに、非共焦点光路３０２の検出ビーム１５２
をミラー３３で反射し、光検出器３２に入射するように
している。

【００２９】ここで、第１のピンホール１７は、主に低
倍率の対物レンズ１０の使用時に用いられ、第２のピン
ホール３６は、主に高倍率の対物レンズ１０の使用時に
用いられるものである。つまり、一般に、低倍率の対物
レンズ１０は、瞳径が大きいので、射出のＮＡが大きく
集光レンズ１６の焦点位置でのスポット径（回折径）は
小さく、逆に、高倍率の対物レンズ１０では、集光レン
ズ１６の焦点位置でのスポット径は大きくなるため、最
適なピンホール径は異なり、仮に、高倍率の対物レンズ
１０に低倍率の対物レンズ１０に最適なピンホールを用
いると、共焦点効果は得られるものの光検出器３２に導
かれる光量が少なくなって、Ｓ／Ｎの劣化を生じるなど
の不都合が生じることから、ここでは、対物レンズ１０
の倍率に応じた最適な第１および第２のピンホール１
７、３６が用いられている。

【００３０】また、光検出器３２は、第１および第２の
共焦点光路３０１１、３１１２および非共焦点光路３０
２を通した光を検出する単一のもので、対物レンズ１０
が試料１１に対しデフォーカスしても、十分に大きな有
効領域を有している。

【００３１】一方、ビームスプリッタ３１とピンホール
１７との間の第１の共焦点光路３０１１、ビームスプリ
ッタ３５とピンホール３６との間の第２の共焦点光路３
０１２およびミラー３３と光検出器３２との間の非共焦
点光路３０２に共通のシャッタ３７を挿入している。こ
のシャッタ３７は、図５（ａ）（ｂ）に示すようにパル
スモータ３７１と、このパルスモータ３７１の回転軸に
設けられた円板状のシャッタ本体３７２からなってい
る。

【００３２】ここで、円板状のシャッタ本体３７２は、
その周縁に沿って、第１の共焦点光路３０１１の検出ビ
ーム１４、第２の共焦点光路３０１２の検出ビーム１５
１および非共焦点光路３０２の検出ビーム１５２のいず
れかを選択的に設定する穴部３７２１を有し、また、第
１の共焦点光路３０１１の検出ビーム１４および第２の
共焦点光路３０１２の検出ビーム１５１を同時に設定す
る穴部３７２２、３７２３を有し、さらに第１の共焦点
光路３０１１の検出ビーム１４、第２の共焦点光路３０
１２の検出ビーム１５１および非共焦点光路３０２の検
出ビーム１５２のすべてを同時に設定する穴部３７２４
を有し、パルスモータ３７１の回転軸の回動角度に応じ
て、これら第１および第２の共焦点光路３０１１、３０
１２および非共焦点光路３０２を組み合わせて設定でき
るようになっている。

【００３３】このような構成において、いま、パルスモ
ータ３７１の回転軸の回動角度に応じて、シャッタ３７
の円板状シャッタ本体３７２の穴部３７２１を第１の共
焦点光路３０１１、第２の共焦点光路３０１２および非
共焦点光路３０２のいずれかの光路中に設定すれば、選
択された光路の検出ビーム１４、１５１、１５２が単一
の光検出器３２に各別に入射し共焦点効果および非共焦
点効果が得られる。

【００３４】また、パルスモータ３７１の回転軸の回動
角度に応じて、シャッタ３７の円板状シャッタ本体３７
２の穴部３７２２、３７２３を第１の共焦点光路３０１
１と第２の共焦点光路３０１２に対し同時に設定すれ
ば、これらの検出ビーム１４、１５１でそれぞれ得られ
る共焦点効果の中間的な共焦点効果が得られる。

【００３５】さらに、パルスモータ３７１の回転軸の回
動角度に応じて、シャッタ３７の円板状シャッタ本体３
７２の穴部３７２４を第１の共焦点光路３０１１、第２
の共焦点光路３０１２および非共焦点光路３０２に対し
すべて同時に設定すれば、これら検出ビーム１４、１５
１、１５２がすべて光検出器３２に導かれるので、最も
明るい画像が得られるようになり、特に、試料１１が反
射率の低いものの場合は有効であり、この場合、中間的
な共焦点効果も得られる。

【００３６】従って、このようにしても、第１の実施の
形態と同様な効果を期待できる。また、対物レンズ１０
の倍率に応じて径の異なる最適なピンホール１７、３６
が用いられるので、最適な共焦点効果が得られる。さら
に、共焦点効果の異なる複数の共焦点光路の検出ビーム
を同時に単一の光検出器３２に導入できるので、中間的
な共焦点効果が得られる。さらにまた、パルスモータ３
７１を用いることによりシャッタ本体３７２の切換動作
を早くすることができ、瞬時に共焦点画像、非共焦点画
像を選択表示することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
数の光路の少なくとも一つを選択的に単一の光検出手段
に導入するようにしているので、光検出手段の使用個数
を最小限にでき、回路構成を簡単にでき、価格的にも安
価にできる。

【００３８】シャッタ本体による光路の切換動作を早く
することができ、瞬時に共焦点画像や非共焦点画像を選
択表示できる。光路選択手段としてソレノイドを用いれ
ば、構成が簡単で、しかもソレノイド自身が安価なの
で、顕微鏡全体の低価格化も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態に用いられるシャッタの概略
構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図５】第３の実施の形態に用いられるシャッタの概略
構成を示す図。

【図６】従来の走査型光学顕微鏡の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…レーザー光源、 ２…レーザビーム、 ３…ビームスプリッタ、 ４…ガルバノメータミラー、 ５、６…瞳伝送レンズ、 ７…ガルバノメータミラー、 ８…瞳投影レンズ、 ９…結像レンズ、 １０…対物レンズ、 １１…試料、 １４、１５、１５１、１５２…検出ビーム、 １６…集光レンズ、 １７…ピンホール、 ３０１…共焦点光路、 ３０２…非共焦点光路、 ３１…ビームスプリッタ、 ３２…光検出器、 ３３…ミラー、 ３４…シャッタ、 ３４１…パルスモータ、 ３４２…シャッタ本体、 ３４３１…固定コイル、 ３４３２…可動鉄心、 ３４３３…貫通穴、 ３５…ビームスプリッタ、 ３６…ピンホール、 ３７…シャッタ、 ３７１…パルスモータ、 ３７２…円板状シャッタ本体、 ３７２１、３７２２、３７２３、３７２４…穴部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対し点光源を移動走査しながら照
   射し、該試料からの光を検出することにより画像化情報
   を得るようにした走査型光学顕微鏡において、 前記試料からの光を共焦点効果および非共焦点効果の少
   なくとも一つを有する複数の光路に分割する光路分割手
   段と、 この光路分割手段により分割された光路を通る前記試料
   からの光を検出する単一の光検出手段と、 前記複数の光路の少なくとも一つを選択的に前記単一の
   光検出手段に導入する光路選択手段とを具備したことを
   特徴とする走査型光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 光路選択手段は、回動駆動手段と、この
   回動駆動手段による回動角度に応じて前記光路分割手段
   により分割された光路の少なくとも一つを選択的に前記
   単一の光検出手段に導入するシャッタ本体を有すること
   を特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。
3. 【請求項３】 光路選択手段は、直線方向に往復移動可
   能な可動手段を有し、該可動手段の直線方向の移動位置
   に応じて前記光路分割手段により分割された光路の少な
   くとも一つを選択的に前記単一の光検出手段に導入する
   ことを特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。