JP2000292703A - Confocal optical device - Google Patents
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Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を被
検物に照射して焦点を結ばせる集光部に特徴を有する共
焦点光学装置、特に人の体空内を高解像度で観察するこ
との出来る光走査型共焦点内視鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal optical device having a light condensing portion for irradiating a test object with light from a light source and focusing the object, and in particular, to observe the inside of a human body with high resolution. The present invention relates to an optical scanning type confocal endoscope that can perform the operation.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、生体組織や細胞の表面又は内部を
高解像度で観察する手段として、光走査型の共焦点顕微
鏡が知られている。共焦点光学系は、通常の光学系の解
像限界を超えた分解能を持つと共に、3次元像を構築す
ることができるという特徴を有している。しかし、通常
の共焦点顕微鏡では、光学系のサイズが大きくて体内へ
挿入することは難しいため、生体組織を体外へ取り出し
て観察する方法が知られている。2. Description of the Related Art In recent years, a light-scanning confocal microscope has been known as a means for observing the surface or inside of a living tissue or cell at a high resolution. The confocal optical system has a feature that it has a resolution exceeding the resolution limit of a normal optical system and can construct a three-dimensional image. However, with a normal confocal microscope, the size of the optical system is so large that it is difficult to insert it into the body. Therefore, a method of taking out a living tissue outside the body and observing it is known.
【0003】共焦点光学系のコンパクト化を図った例と
しては、”Micomachined scanningconfocal optical mi
croscope” OPTIC LETTERS Vol.21 No.10 May.1996
に記載された微小共焦点顕微鏡の光学系が知られてい
る。図8は従来の光走査型共焦点顕微鏡の一例を示して
おり、図中、1は光源、2は光伝送部、3は光検出部、
4は光走査部、5は画像処理部である。光伝送部2はシ
ングルモードファイバーからなり、内視鏡的に本顕微鏡
を体内へ挿入することにより、生体内の3次元像をリア
ルタイムで観察し得る可能性が示されている。An example of a compact confocal optical system is “Micomachined scanning confocal optical mimi”.
croscope ”OPTIC LETTERS Vol.21 No.10 May.1996
Is known. FIG. 8 shows an example of a conventional optical scanning confocal microscope, in which 1 is a light source, 2 is a light transmission unit, 3 is a light detection unit,
Reference numeral 4 denotes an optical scanning unit, and reference numeral 5 denotes an image processing unit. The optical transmission unit 2 is made of a single mode fiber, and shows a possibility that a three-dimensional image of a living body can be observed in real time by inserting the present microscope into a body endoscopically.
【0004】図9は光走査部4の詳細を示している。図
中、201は光伝送用ファイバー、401は反射面、4
02,403は夫々X,Y方向に走査を行なう静電ミラ
ー、404は反射部、405は回折レンズ、7は被検面
である。光源1から光伝送用ファイバー(シングルモー
ドファイバー)201を介して伝送された光は、反射面
401,静電ミラー402,反射部404,静電ミラー
403で順次反射し、回折レンズ405を介して被検面
7上に集光せしめられる。被検面7の集光点からの反射
光は、回折レンズ405,静電ミラー403,反射部4
04,静電ミラー402,反射面401を介して伝送さ
れて、光伝送用ファイバー201へ入射し、手元側の光
検出部3で検知される。FIG. 9 shows the details of the optical scanning section 4. In the figure, 201 is an optical transmission fiber, 401 is a reflecting surface, 4
Numerals 02 and 403 denote electrostatic mirrors for scanning in the X and Y directions, 404 a reflection unit, 405 a diffraction lens, and 7 a surface to be measured. Light transmitted from the light source 1 via the optical transmission fiber (single mode fiber) 201 is sequentially reflected by the reflection surface 401, the electrostatic mirror 402, the reflection section 404, and the electrostatic mirror 403, and is transmitted through the diffraction lens 405. The light is condensed on the test surface 7. The reflected light from the converging point on the surface 7 to be measured is diffracted by the diffraction lens 405, the electrostatic mirror 403, and the reflection unit 4.
The light is transmitted via the optical transmission fiber 04, the electrostatic mirror 402, and the reflection surface 401, enters the optical transmission fiber 201, and is detected by the light detection unit 3 on the hand side.
【0005】この構成では、光伝送用ファイバー201
のコアが共焦点ピンホールを兼ねた構成になっており、
焦点以外からの散乱光強度は、ファイバー端面では極め
て弱く、検出器では殆ど検知されない。本光学系は共焦
点系であり、2乗特性による高解像度を得ることができ
るばかりか、既存の光学系では実在しない奥行き方向
(Z軸方向)の解像度をもつため、生体組織の3次元情
報を高解像度で得ることができる。又、この従来例は、
通常の共焦点光学顕微鏡ほどの分解能は有しないが、診
断には必要十分な分解能を保ちつつコンパクト化が図ら
れている。In this configuration, the optical transmission fiber 201
Has a configuration that also serves as a confocal pinhole,
The intensity of scattered light from other than the focal point is extremely weak at the end face of the fiber, and is hardly detected by the detector. Since this optical system is a confocal system and can not only obtain a high resolution due to the square characteristic, but also has a resolution in the depth direction (Z-axis direction) that does not exist with the existing optical system, it is possible to obtain three-dimensional information of a living tissue. Can be obtained with high resolution. Also, this conventional example,
Although it does not have the resolution of an ordinary confocal optical microscope, it is compact while maintaining sufficient resolution for diagnosis.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例
は、ファイバーの長手方向に対し被検面が傾いており、
径内視鏡的挿入を考えた場合、スコープ挿入方向と視野
方向とが異なるという問題点がある。However, in the above conventional example, the surface to be measured is inclined with respect to the longitudinal direction of the fiber.
When considering radial endoscopic insertion, there is a problem that the direction of insertion of the scope and the direction of view are different.
【0007】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、コンパクトでかつ挿入方向と視野方向が一致す
る共焦点光学装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a confocal optical device which is compact and whose insertion direction matches the viewing direction. Is to do.
【0008】また、本発明の目的は、走査時に発生する
像面湾曲やコマ収差などの収差が良好に補正された共焦
点光学系を備える共焦点光学装置を提供することにあ
る。It is another object of the present invention to provide a confocal optical device having a confocal optical system in which aberrations such as curvature of field and coma generated during scanning are well corrected.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による共焦点光学装置は、被検部に光を照射
するための光源と、該被検部上で光を走査するための走
査部と、該走査部からの光を前記被検部上に集光する集
光光学系と、前記走査部からの戻り光を検出するための
光検出部を具備した共焦点光学装置において、前記走査
部は微小な開口部を有する反射面を備え、前記集光光学
系は前記走査部からの光を反射する反射面と少なくとも
1つの負の屈折力を有する面とを備えていることを特徴
としている。In order to achieve the above object, a confocal optical device according to the present invention comprises a light source for irradiating light to an object to be inspected, and a light source for scanning light on the object to be inspected. A scanning unit, a condensing optical system that collects light from the scanning unit on the target, and a confocal optical device including a light detection unit for detecting return light from the scanning unit. The scanning unit includes a reflecting surface having a minute opening, and the light-collecting optical system includes a reflecting surface that reflects light from the scanning unit and at least one surface having a negative refractive power. Features.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示した実施例に基づき説明する。図1は、本発明に係る
共焦点光学装置の一実施例の全体構成図、図2は光走査
ミラーの正面図である。図1において、1はレーザーな
どの光源、2は光伝送部、3は光検出部、4は光走査
部、5は画像処理部、6はピンホール(開口部)、7は
被検面である。光伝送部2は、光源1からの光を光走査
部4へ伝送するための光伝送用ファイバー201と、光
分岐用4端子カップラー202とから成り、又、光走査
部4は、ピンホール6を有する光走査ミラー406と、
集光光学系407と、不要光防止用絞り408とから成
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of a confocal optical device according to the present invention, and FIG. 2 is a front view of an optical scanning mirror. In FIG. 1, 1 is a light source such as a laser, 2 is an optical transmission unit, 3 is a light detection unit, 4 is an optical scanning unit, 5 is an image processing unit, 6 is a pinhole (opening), and 7 is a surface to be measured. is there. The light transmission unit 2 includes a light transmission fiber 201 for transmitting light from the light source 1 to the light scanning unit 4 and a four-terminal coupler 202 for light branching. An optical scanning mirror 406 having
It comprises a condensing optical system 407 and a stop 408 for preventing unnecessary light.
【0011】図2に示すように、光走査ミラー406
は、ミラー面となる内側斜線部を駆動するための電極4
06a,406bと、外枠を形成する外側斜線部を駆動
するための電極406c,406dと、電極406a,
406b及び406c,406dを夫々支持してそれぞ
れの支持方向を軸として回動し得るヒンジ部406e,
406f及び406g,406hとから成っている。8
a,8b,8c,8dは各電極406a,406b,4
06c,406dに電圧を供給するための配線である。
各電極の下側には所定の間隔を置いてグランド面が形成
されていて、各配線8a,8b,8c,8dにより各電
極とグランド面との間に電圧を印加することにより、電
極−グランド面間に静電引力が発生し、それによって、
ミラー面となる電極406a,406b上に入射した光
を2次元に偏向することが出来るようになっている。As shown in FIG. 2, an optical scanning mirror 406
Is an electrode 4 for driving an inner hatched portion serving as a mirror surface.
06a and 406b, electrodes 406c and 406d for driving an outer hatched portion forming an outer frame, and electrodes 406a and 406d.
Hinge portions 406e, 406c, 406c, and 406d, each of which can support and rotate around the respective supporting direction.
406f, 406g and 406h. 8
a, 8b, 8c, 8d are the respective electrodes 406a, 406b, 4
This is a wiring for supplying a voltage to 06c and 406d.
A ground plane is formed at a predetermined interval below each electrode, and a voltage is applied between each electrode and the ground plane by each of the wirings 8a, 8b, 8c, and 8d, so that the electrode-ground plane is formed. An electrostatic attraction is generated between the surfaces,
Light incident on the electrodes 406a and 406b serving as mirror surfaces can be two-dimensionally deflected.
【0012】また、走査ミラー406はジンバル構造を
有し、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技
術によって作製され得る。これは、シリコンを構成部材
として用い、電極及び配線にはアルミニウムを用い、ヒ
ンジ部はシリコンの窒化膜で構成されている。作製に当
たっては、まずシリコン部材上にシリコン窒化膜を堆積
し、ジンバル形状にパターニングする。次に、電極用金
属を成膜し、配線と電極を形成する。最後に、このシリ
コン部材をジンバル構造に加工するが、この加工にはウ
ェットエッチャントを用い、この時のマスク材には、シ
リコン窒化膜が利用される。この時、電極と電線を構成
する金属もエッチャントにさらされるため、使用金属は
このウェットエッチャントに耐性を有するものを選択し
なければならない。また、この加工は等方的であるた
め、加工後のヒンジ部はシリコン窒化膜のみとなり、回
動が可能となる。なお、ピンホール6の径は、共焦点ピ
ンホールとして機能させるためには回折限界径の1/5
以下が望ましいが、S/Nを重視し回折限界まで広げて
もよい。The scanning mirror 406 has a gimbal structure and can be manufactured by a micro-machining technique using a semiconductor manufacturing technique. In this method, silicon is used as a constituent member, aluminum is used for electrodes and wires, and a hinge portion is formed of a silicon nitride film. In manufacturing, first, a silicon nitride film is deposited on a silicon member and patterned into a gimbal shape. Next, a metal film for an electrode is formed to form a wiring and an electrode. Lastly, the silicon member is processed into a gimbal structure. In this processing, a wet etchant is used, and a silicon nitride film is used as a mask material at this time. At this time, the metal constituting the electrode and the electric wire is also exposed to the etchant, so that the metal to be used must be selected to have resistance to the wet etchant. Further, since this processing is isotropic, the hinge portion after the processing becomes only the silicon nitride film, and can be rotated. Note that the diameter of the pinhole 6 is 1 / of the diffraction limit diameter in order to function as a confocal pinhole.
The following is desirable, but S / N may be emphasized and may be expanded to the diffraction limit.
【0013】本実施例は上記のように構成されているか
ら、光源1から出射した光は、光伝送用ファイバー20
1の入射端201aに入射後4端子カップラー202で
分岐され、出射端201bに達する。かくして光走査部
4に達した光は、光走査ミラー406と集光レンズ40
7により被検面7上に集光し、走査される。ここで、ピ
ンホール6は共焦点ピンホールとして機能するような開
口径が与えられている。即ち、光走査ミラー406のピ
ンホール6の面で回折した光は集光レンズ407の反射
面407aで反射し、光走査ミラー406へ入射する。
この反射光は再び集光レンズ407に入射し、被検面7
上に集光する。そして被検面7上の焦点位置からの散乱
光は、入射光と同一経路を戻り、ピンホール6を通過し
て出射端201bから光伝送用ファイバー201内に入
り、4端子カップラー202により分岐されて出射端2
01cに達し、光検出部3に入って検知される。かくし
て検知された散乱光は画像処理部5において画像とすべ
く処理される。一方、被検面7上の焦点位置以外からの
散乱光は、ピンホール6を殆ど通過しないため、光検出
部3では殆ど強度を持たず、検知されない。Since the present embodiment is configured as described above, the light emitted from the light source 1 is
After being incident on one incident end 201a, the light is branched by the four-terminal coupler 202 and reaches the exit end 201b. Thus, the light that has reached the light scanning unit 4 is transmitted to the light scanning mirror 406 and the condenser lens 40.
The light is condensed on the surface 7 to be detected by the light 7 and scanned. Here, the pinhole 6 is given an opening diameter that functions as a confocal pinhole. That is, the light diffracted on the surface of the pinhole 6 of the optical scanning mirror 406 is reflected by the reflecting surface 407 a of the condenser lens 407 and enters the optical scanning mirror 406.
This reflected light is incident on the condenser lens 407 again, and
Focus on top. The scattered light from the focal position on the test surface 7 returns along the same path as the incident light, passes through the pinhole 6, enters the optical transmission fiber 201 from the emission end 201b, and is branched by the four-terminal coupler 202. Outgoing end 2
01c, the light enters the light detection unit 3 and is detected. The scattered light detected in this way is processed by the image processing unit 5 to form an image. On the other hand, scattered light from a position other than the focal position on the surface 7 to be detected hardly passes through the pinhole 6 and therefore has little intensity in the light detection unit 3 and is not detected.
【0014】この場合、使用光が単波長であれば、集光
光学系407は非球面を用いた単レンズで構成すること
ができて構成上及び組立て上好ましいが、非球面レンズ
は型作製時に発生するウネリや面粗さが光学系の解像力
に悪影響を及ぼすため、高分解能が要求される場合に
は、高い面精度が出し易く製作も容易な球面レンズを複
数枚用いて構成するのが良策である。但し、球面レンズ
を用いる場合には、球面収差,走査時に発生する像面湾
曲及びコマ収差を補正するため、集光光学系内に負のパ
ワーの面(凹面)を配置することが必要となる。In this case, if the light used is a single wavelength, the condensing optical system 407 can be composed of a single lens using an aspherical surface, which is preferable in terms of configuration and assembly. Since the undulation and surface roughness adversely affect the resolution of the optical system, if high resolution is required, it is a good idea to use a plurality of spherical lenses that easily provide high surface accuracy and are easy to manufacture. It is. However, when a spherical lens is used, it is necessary to arrange a surface (concave surface) of negative power in the condensing optical system in order to correct spherical aberration, field curvature and coma generated during scanning. .
【0015】前述のように、ピンホール6の開口径を回
折限界程度に設定すれば、共焦点ピンホールとしての作
用を持たせることができ、分解能,S/Nに適したピン
ホールの設定と、組立て性の向上を図ることができる。
また、ピンホール6を有する反射面を2次元走査ミラー
とすることにより、部品点数の削減と光学系の細径化が
可能である。走査ミラー406への反射面は良好なS/
Nを確保する点で凸面形状であることが望ましい。この
反射面は集光光学系407を構成するレンズの第1面に
配置されているので、フレア等が抑えられ、光学系をシ
ンプルにすることができる。As described above, if the aperture diameter of the pinhole 6 is set to about the diffraction limit, the function as a confocal pinhole can be provided, and the pinhole suitable for resolution and S / N can be set. In addition, the assemblability can be improved.
Further, by using a two-dimensional scanning mirror as the reflection surface having the pinhole 6, it is possible to reduce the number of components and to reduce the diameter of the optical system. The reflection surface to the scanning mirror 406 has a good S /
In order to secure N, a convex shape is desirable. Since this reflecting surface is disposed on the first surface of the lens constituting the light collecting optical system 407, flare and the like are suppressed, and the optical system can be simplified.
【0016】光伝送部2と光走査部4の接続方法とし
て、共焦点光学系を実現する最も簡単な構成は、シング
ルモードファイバーを用いる方法である。この場合に
は、シングルモードファイバーの出射端201bを光走
査ミラー406近傍まで導き、コアを共焦点ピンホール
とすることができる。また、ピンホール6を結像面に設
置することにより共焦点ピンホールの効果を持たせるよ
うにしても良いが、この場合には、適切な径の共焦点ピ
ンホールを設置することができるという利点がある。ま
た、この場合、光伝送部2をマルチモードファイバーと
して効率を良くすることもできる。但し、ファイバーの
出射端とピンホールとが十分に接近している必要があ
る。ピンホールとファイバーの出射端を十分に接近させ
ることがスペース的に難しい場合には、ピンホールとフ
ァイバーの出射端の間に集光レンズを設けるようにすれ
ば良い。The simplest configuration for realizing a confocal optical system as a connection method between the light transmission unit 2 and the light scanning unit 4 is a method using a single mode fiber. In this case, the exit end 201b of the single mode fiber is guided to the vicinity of the optical scanning mirror 406, and the core can be a confocal pinhole. In addition, the effect of a confocal pinhole may be provided by placing the pinhole 6 on the image plane, but in this case, a confocal pinhole having an appropriate diameter can be provided. There are advantages. In this case, the efficiency can be improved by using the optical transmission unit 2 as a multi-mode fiber. However, the exit end of the fiber and the pinhole must be sufficiently close. If it is difficult to make the pinhole and the fiber exit end sufficiently close in space, a condensing lens may be provided between the pinhole and the fiber exit end.
【0017】共焦点効果を発揮させるためには、光学系
は回折限界近くまで収差補正されている必要があるが、
走査ミラー406により反射された光は、反射膜を有す
る集光レンズへ入射することになるため、走査ミラー4
06が傾いている場合、集光光学系407は入射光に対
し偏心系となる。従って、反射膜を有する凸面では上側
従属光線と下側従属光線とでレンズに対する入射角が大
きく異なり、大きな外コマ収差が発生する。この外コマ
収差を相殺するには、反射膜が形成されている面407
aの対向面を負パワーにして内コマ収差を発生させるよ
うにする必要がある。具体的には、反射膜が形成されて
いる面の曲率半径をR1、対向面の曲率半径をR2、焦
点距離をfとしたとき、0≦R1/f≦20、−10≦
R2/f≦10なる関係を満たすようにすることが望ま
しい。但し、反射膜の面積を小さくしてS/Nの向上を
狙う場合には、0≦R1/f≦10、−5≦R2/f≦
5なる関係を満たすようにすることが望ましい。なお、
ここでR1、R2の符号の正負であるが、レンズ面が光
走査ミラー406側に凸の場合を正とする。In order to exert the confocal effect, the optical system needs to be aberration-corrected to near the diffraction limit.
The light reflected by the scanning mirror 406 is incident on a condenser lens having a reflective film.
When 06 is inclined, the condensing optical system 407 is decentered with respect to the incident light. Therefore, on a convex surface having a reflective film, the incident angle with respect to the lens differs greatly between the upper subordinate ray and the lower subordinate ray, and a large outer coma aberration occurs. In order to cancel the external coma aberration, the surface 407 on which the reflective film is formed is used.
It is necessary to generate the inner coma aberration by setting the opposing surface of a to negative power. Specifically, when the radius of curvature of the surface on which the reflective film is formed is R1, the radius of curvature of the facing surface is R2, and the focal length is f, 0 ≦ R1 / f ≦ 20, −10 ≦
It is desirable to satisfy the relationship of R2 / f ≦ 10. However, when the area of the reflective film is reduced to improve S / N, 0 ≦ R1 / f ≦ 10, −5 ≦ R2 / f ≦
It is desirable to satisfy the relationship of 5. In addition,
Here, although the signs of R1 and R2 are positive or negative, the case where the lens surface is convex toward the optical scanning mirror 406 is defined as positive.
【0018】光走査ミラー406からの反射光は集光光
学系407へ再び入射するが、反射面407aへの入射
光は不要光となり、光走査ミラーと集光光学系との間で
多重反射し、迷光となる。従って、反射面407aの凸
パワーを大きくし、集光光学系内を透過する光束径に対
し反射面の径が小さい程S/Nの良い画像を得ることが
できる。一方、反射面407aのパワーを必要以上に大
きくすると、集光光学系407への入射時に、光走査ミ
ラー406が傾いている状態では、光線高が高くなる。
この結果、光走査ミラーは大きくならざるを得ず、駆動
電圧に直接影響を及ぼすこととなる。光走査ミラー40
6から集光光学系407までの距離をLとすると、反射
面407aでの光束径D1はL×θ、集光光学系407
を透過する光束径D2はL×θ+2×L×(θ+2×L
×θ/R1)となる。ここで、sin θはピンホール6側
の開口数である。D1/D2=1/(2×(1+2×L
/R1)+1)、S/Nを抑える観点から、D1/D2
≦0.25であることが望ましい。一方、光走査部4で
の光束径はピンホール射出角をθとすると、2×L×θ
×(1+L/R1)となるが、2×L×θ×(1+L/
R1)≦1.0mmなる関係を満たすことが望ましい。従
って、R1は、2×L2 ×θ/(1−2×θ×L)≦R
1≦4×Lなる関係を満たすことが望ましい。The reflected light from the light scanning mirror 406 re-enters the condensing optical system 407, but the light incident on the reflecting surface 407a becomes unnecessary light, and is multiply reflected between the light scanning mirror and the condensing optical system. , And stray light. Therefore, it is possible to increase the convex power of the reflecting surface 407a and obtain an image with a better S / N as the diameter of the reflecting surface is smaller than the diameter of the light beam transmitted through the condensing optical system. On the other hand, if the power of the reflecting surface 407a is made unnecessarily large, the ray height becomes high when the light scanning mirror 406 is tilted at the time of incidence on the light collecting optical system 407.
As a result, the optical scanning mirror must be large, and directly affects the driving voltage. Optical scanning mirror 40
Assuming that the distance from L6 to the condensing optical system 407 is L, the light beam diameter D1 on the reflecting surface 407a is L × θ, and the condensing optical system 407
The diameter D2 of the luminous flux passing through is L × θ + 2 × L × (θ + 2 × L
× θ / R1). Here, sin θ is the numerical aperture on the pinhole 6 side. D1 / D2 = 1 / (2 × (1 + 2 × L
/ R1) +1), from the viewpoint of suppressing S / N, D1 / D2
It is desirable that ≦ 0.25. On the other hand, the luminous flux diameter in the light scanning unit 4 is 2 × L × θ, where θ is the pinhole exit angle.
× (1 + L / R1), but 2 × L × θ × (1 + L /
It is desirable to satisfy the relationship of R1) ≦ 1.0 mm. Therefore, R1 is 2 × L 2 × θ / (1-2 × θ × L) ≦ R
It is desirable to satisfy the relationship of 1 ≦ 4 × L.
【0019】一般に細胞診を行なう場合には、1μm程
度の分解能が要求されるため、レンズの物体側開口数は
0.2以上を必要とされる。特に、開口数0.3以上の
高分解能を要求する場合には、被検面7からの集光光学
系407の第1面は、球面収差を低減させる必要から凹
面形状とすることが望ましい。但し、第1面は外表面で
もあるため、付着物を防ぐ目的で平面であることも望ま
れるので、コンパクト化を図る意味では、この第1面を
平面にすることが有効である。In general, when performing cytodiagnosis, a resolution of about 1 μm is required, so that the object side numerical aperture of the lens is required to be 0.2 or more. In particular, when high resolution with a numerical aperture of 0.3 or more is required, it is desirable that the first surface of the condensing optical system 407 from the surface 7 to be inspected has a concave shape in order to reduce spherical aberration. However, since the first surface is also an outer surface, it is also desirable that the first surface be a flat surface for the purpose of preventing attached matter. Therefore, it is effective to make the first surface a flat surface in order to achieve compactness.
【0020】良好なS/Nを確保するためには、集光光
学系407を透過する光束の径に対する反射面407a
の径の比は0.3以下であることが望ましく、集光光学
系を構成するレンズの外径に対する反射面407aの径
の比は0.15以下であることが望ましい。一方、光走
査ミラー406の大型化は駆動電圧の増大を招き人体内
での使用上好ましくないので、光走査ミラー406の反
射領域の範囲を1.5mm以下に抑え、低電圧で光走査ミ
ラー406を駆動するのが望ましい。集光光学系407
の外径は、本装置の内視鏡チャンネルへの挿入を考慮す
ると、3.0mm以下であることが望ましいが、一方、上
記外径をD、レンズの最終面から集光点までの距離をW
D、レンズの物体側開口数をNAとしたときD≧2×W
D×NAなる関係が必要であり、更にミラー走査を考慮
すると、D≧2×WD×NA+0.5mmなる関係を満た
すことが望ましい。又、細胞診への応用を考えた場合、
組織1mm以上の組織内部の情報を得ることが望まれるの
で、WDは1mm以上であることが必要である。又、共焦
点顕微鏡の分解能は、集光レンズのNAと観察光の波長
とで決定されるが、分解能1μmを確保するためには、
集光レンズの物体側開口数は0.20以上を必要とす
る。従って、本光学装置において、必要な分解能とWD
を確保するには、集光光学系407のレンズ外径は1.
0mm以上であることが必要である。In order to ensure a good S / N ratio, the reflection surface 407a for the diameter of the light beam transmitted through the condensing optical system 407 is required.
Is preferably 0.3 or less, and the ratio of the diameter of the reflecting surface 407a to the outer diameter of the lens forming the light-collecting optical system is preferably 0.15 or less. On the other hand, an increase in the size of the optical scanning mirror 406 causes an increase in driving voltage and is not preferable for use in the human body. Therefore, the range of the reflection area of the optical scanning mirror 406 is suppressed to 1.5 mm or less, and the optical scanning Is desirably driven. Condensing optical system 407
Considering the insertion of the device into the endoscope channel, it is desirable that the outside diameter be 3.0 mm or less, while the outside diameter is D, and the distance from the final surface of the lens to the focal point is W
D, when the object-side numerical aperture of the lens is NA, D ≧ 2 × W
A relationship of D × NA is required, and considering mirror scanning, it is desirable to satisfy the relationship of D ≧ 2 × WD × NA + 0.5 mm. Also, considering its application to cytology,
Since it is desired to obtain information inside a tissue of 1 mm or more, the WD needs to be 1 mm or more. The resolution of the confocal microscope is determined by the NA of the condenser lens and the wavelength of the observation light. To secure a resolution of 1 μm,
The object side numerical aperture of the condenser lens needs to be 0.20 or more. Therefore, in this optical device, the required resolution and WD
In order to secure the lens diameter, the lens outer diameter of the condensing optical system 407 must be 1.
It needs to be 0 mm or more.
【0021】以上、単色レーザ光による観察の場合につ
いて述べたが、本光学装置は、蛍光観察など複数波長の
光を用いる観察にも応用できることはいうまでもない。
一般に、生体組織や粘膜などを観察する場合、予め被検
物に蛍光物質を注入した上での蛍光観察が行われる。か
かる蛍光観察を考えた場合、照明光と検出光の波長の違
いにより、軸上及び倍率方向に戻り光の集光ズレが生じ
る。このズレ量がピンホール径に比べて大きくなると、
被検面の情報がノイズに埋もれ、結果として解像力が低
下するので、この場合には、接合レンズを用いる等の方
法により、波長による焦点ズレの低減が図られる。又、
細胞の異常部のみを選択的に観察するために、細胞の正
常部と異常部の光学特性の違いを利用する方法がある
が、この場合には、照明光と蛍光の波長を分離するダイ
クロイミックミラー等を検出系の前に配置し、分離され
た蛍光と通常光のそれぞれにPD(フォトダイオード)
を配置して観察が行われる(図10参照)。Although the case of observation using a monochromatic laser beam has been described above, it goes without saying that the present optical device can also be applied to observation using light of a plurality of wavelengths, such as fluorescence observation.
Generally, when observing a living tissue, a mucous membrane, or the like, fluorescence observation is performed after a fluorescent substance is injected into a test object in advance. In the case of such fluorescence observation, the difference in the wavelength between the illumination light and the detection light causes the return light to converge on the axis and in the magnification direction. If this shift amount is larger than the pinhole diameter,
Since information on the surface to be inspected is buried in noise and the resolution is consequently reduced, in this case, a focus shift due to wavelength can be reduced by a method such as using a cemented lens. or,
In order to selectively observe only the abnormal part of the cell, there is a method that utilizes the difference in the optical characteristics between the normal part and the abnormal part of the cell.In this case, a dichroic light that separates the wavelength of the illumination light and the fluorescence is used. Mic mirror etc. are arranged in front of the detection system, and PD (photodiode) is applied to each of the separated fluorescence and normal light.
And observation is performed (see FIG. 10).
【0022】本光学装置は、以上詳述したように構成す
ることにより、体内に挿入可能なコンパクトな直視型共
焦点顕微鏡等として利用され得るが、以下、本光学装置
に用いられる集光光学系407の各種実施例を説明す
る。The present optical device can be used as a compact direct-view confocal microscope or the like that can be inserted into the body by being configured as described in detail above. Various embodiments 407 will be described.
【0023】図3はその第1実施例を示す断面図で、
(a)は光走査ミラー406が光軸に対して垂直な場合
の光線の状態を、(b)は光走査ミラー406がXY方
向に3゜傾いた場合の光線の状態を示している。この実
施例は、分解能1〜5μmの仕様に適した光学系で、3
枚のレンズで構成されている。レンズ407b及び40
7cは共に凹面が対向するように配置されていて、第1
面であるレンズ407bの凸面中心部には直径0.2mm
の反射面407aが蒸着により設けられている。蒸着に
はアルミニウム又は金が用いられる。蒸着部中心は、ピ
ンホール6への直接反射光によるS/N低下を防ぐため
に、反射面を除去しても良い。FIG. 3 is a sectional view showing the first embodiment.
(A) shows the state of the light beam when the light scanning mirror 406 is perpendicular to the optical axis, and (b) shows the state of the light beam when the light scanning mirror 406 is inclined by 3 ° in the XY directions. In this embodiment, an optical system suitable for a specification of a resolution of 1 to 5 μm is used.
It is composed of two lenses. Lenses 407b and 40
7c are arranged such that the concave surfaces face each other, and the first
0.2 mm in diameter at the center of the convex surface of lens 407b
Is provided by vapor deposition. Aluminum or gold is used for vapor deposition. The reflection surface may be removed from the center of the vapor deposition section in order to prevent the S / N ratio from being reduced due to light directly reflected on the pinhole 6.
【0024】前述のようにしてピンホール6へ入射した
光線は反射面407aで反射し、光走査ミラー406へ
入射する。この反射光は、再び集光光学系407に入射
し、被検面7に集光する。被検面焦点位置からの散乱光
は出射光と同一経路を戻り、ピンホール6を通過して光
伝送用ファイバー201の出射端201bに入り、4端
子カップラー202を経て出射端201cに至り、検出
部3で検知される。一方、焦点位置以外からの散乱光
は、ピンホール6を殆ど通過しないため、検出部3では
殆ど強度を持たず、検知されない。なお、この集光光学
系407は600μmの視野範囲周辺まで所望の分解能
を有する光学系となっているが、以下にそのレンズデー
タを示す。 r1 =∞(光走査ミラー406) d1 =2.96 r2 =12.66 d2 =1.00 n2 =1.51463 ν2 =64.14 r3 =3.28 d3 =0.53 r4 =−12.69 d4 =1.00 n4 =1.87852 ν4 =40.76 r5 =−4.51 d5 =0.20 r6 =4.10 d6 =1.10 n6 =1.87852 ν6 =40.76 r7 =−17.81 d7 =4.29 r8 =∞(被検面7) 図4は集光光学系407の第2実施例を示している。こ
の実施例は基本的には第1実施例と同様のレンズ系であ
るが、第1面407eの曲率半径が3.5mmで焦点距離
に対しより小さく設定して、反射面407aに対し入射
光の光束をより大きくし、S/Nの向上を図った点で、
第1実施例とは異なる。反射面407aの直径は150
μmであり、以下にそのレンズデータを示す。 r1 =∞(光走査ミラー406) d1 =2.10 r2 =3.50 d2 =1.00 n2 =1.51463 ν2 =64.14 r3 =2.81 d3 =0.56 r4 =−7.39 d4 =1.00 n4 =1.87852 ν4 =40.76 r5 =−3.80 d5 =0.21 r6 =4.96 d6 =1.10 n6 =1.87852 ν6 =40.76 r7 =−15.75 d7 =4.95 r8 =∞(被検面7) 図5は集光光学系407の第3実施例を示している。こ
の実施例は高開口数化を図ったレンズ系であって、1〜
2μmの物体面解像力を有する。また、焦点距離1mmに
対し第1面407fの曲率半径を10mmとし、視野範囲
確保を重視したものであり、以下にそのレンズデータを
示す。 r1 =∞(光走査ミラー406) d1 =1.95 r2 =10.00 d2 =1.00 n2 =1.51463 ν2 =64.14 r3 =2.19 d3 =0.50 r4 =18.13 d4 =1.00 n4 =1.87852 ν4 =40.76 r5 =−3.43 d5 =0.20 r6 =2.45 d6 =1.10 n6 =1.87852 ν6 =40.76 r7 =324.78 d7 =1.99 r8 =∞(被検面7) 図6は集光光学系407の第4実施例を示している。こ
の実施例は、第3実施例においてS/Nの向上を図るよ
うにしたもので、第1面407gの曲率半径を3mmと
し、反射面407aの直径を入射光束に対し小さく抑え
ている。また、反射面407aの直径は140μmであ
り、集光光学系407の最終面407hは平面である。
以下、そのレンズデータを示す。 r1 =∞(光走査ミラー406) d1 =2.19 r2 =3.00 d2 =1.00 n2 =1.51463 ν2 =64.14 r3 =1.94 d3 =0.50 r4 =22.96 d4 =1.00 n4 =1.87852 ν4 =40.76 r5 =−3.71 d5 =0.20 r6 =2.31 d6 =1.10 n6 =1.87852 ν6 =40.76 r7 =∞ d7 =1.74 r8 =∞(被検面7) 図7は集光光学系407の第5実施例を示している。こ
の実施例は、更なる高開口数化を図ったもので、4枚の
レンズで構成されており、1μm以下の物体面解像力を
有する。集光光学系の最終面407iは凹面として球面
収差を補正するようにしているが、これは平面としカバ
ーガラスを兼ねた構成にしても良い。以下、そのレンズ
データを示す。 r1 =∞(光走査ミラー406) d1 =1.68 r2 =8.00 d2 =1.00 n2 =1.51463 ν2 =64.14 r3 =2.05 d3 =0.50 r4 =106.71 d4 =0.90 n4 =1.87852 ν4 =40.76 r5 =−4.64 d5 =0.20 r6 =5.05 d6 =0.90 n6 =1.87852 ν6 =40.76 r7 =−16.00 d7 =0.20 r8 =1.98 d8 =1.30 n8 =1.87852 ν8 =40.76 r9 =9.05 d9 =1.10 r10=∞(被検面7) なお、上記レンズデータにおいて、r1 ,r2 ,・・・・は
レンズ等の各面の曲率半径、d1 ,d2 ,・・・・は各レン
ズ等の肉厚及び空気間隔、n1 ,n2 ,・・・・はλ(波
長)=633nmに対する各レンズの屈折率、ν1 ,ν
2 ,・・・・はλ=633に対する各レンズのアツベ数であ
る。The light beam incident on the pinhole 6 as described above is reflected on the reflection surface 407 a and is incident on the optical scanning mirror 406. This reflected light is incident on the condensing optical system 407 again and is condensed on the surface 7 to be measured. The scattered light from the focal position of the test surface returns on the same path as the emitted light, passes through the pinhole 6, enters the emission end 201b of the optical transmission fiber 201, reaches the emission end 201c via the four-terminal coupler 202, and is detected. It is detected by the unit 3. On the other hand, the scattered light from other than the focal position hardly passes through the pinhole 6, so that the detection unit 3 has little intensity and is not detected. The condensing optical system 407 is an optical system having a desired resolution up to the periphery of a 600 μm field of view, and the lens data is shown below. r1 = ∞ (optical scanning mirror 406) d1 = 2.96 r2 = 12.66 d2 = 1.00 n2 = 1.51463 v2 = 64.14 r3 = 3.28 d3 = 0.53 r4 = -12.69 d4 = 1.00 n4 = 1.87852 .nu.4 = 40.76 r5 = -4.51 d5 = 0.20 r6 = 4.10 d6 = 1.10 n6 = 1.87852 .nu.6 = 40.76 r7 = -17 .81 d7 = 4.29 r8 = ∞ (test surface 7) FIG. 4 shows a second embodiment of the light-converging optical system 407. This embodiment is basically a lens system similar to that of the first embodiment, except that the radius of curvature of the first surface 407e is 3.5 mm, which is smaller than the focal length, and the incident light is incident on the reflection surface 407a. In that the luminous flux of the lens was increased and the S / N ratio was improved.
This is different from the first embodiment. The diameter of the reflection surface 407a is 150
μm, and the lens data is shown below. r1 = ∞ (optical scanning mirror 406) d1 = 2.10 r2 = 3.50 d2 = 1.00 n2 = 1.51463 v2 = 64.14 r3 = 2.81 d3 = 0.56 r4 = -7.39 d4 = 1.00 n4 = 1.88522 v4 = 40.76 r5 = -3.80 d5 = 0.21 r6 = 4.96 d6 = 1.10 n6 = 1.87852 v6 = 40.76 r7 = -15 0.75 d7 = 4.95 r8 = ∞ (surface 7 to be inspected) FIG. 5 shows a third embodiment of the light collecting optical system 407. This embodiment is a lens system aiming for a high numerical aperture.
It has an object plane resolution of 2 μm. In addition, the radius of curvature of the first surface 407f is set to 10 mm with respect to the focal length of 1 mm, and emphasis is placed on ensuring the visual field range. The lens data is shown below. r1 = ∞ (optical scanning mirror 406) d1 = 1.95 r2 = 10.00 d2 = 1.00 n2 = 1.51463 v2 = 64.14 r3 = 2.19 d3 = 0.50 r4 = 18.13 d4 = 1.00 n4 = 1.87852 ν4 = 40.76 r5 = −3.43 d5 = 0.20 r6 = 2.45 d6 = 1.10 n6 = 1.87852 ν6 = 40.76 r7 = 324.78 d7 = 1.99 r8 = ∞ (surface 7 to be inspected) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the light collecting optical system 407. In this embodiment, the S / N is improved in the third embodiment. The radius of curvature of the first surface 407g is set to 3 mm, and the diameter of the reflection surface 407a is suppressed to be small with respect to the incident light beam. The diameter of the reflection surface 407a is 140 μm, and the final surface 407h of the light-converging optical system 407 is a flat surface.
Hereinafter, the lens data will be shown. r1 = ∞ (optical scanning mirror 406) d1 = 2.19 r2 = 3.00 d2 = 1.00 n2 = 1.51463 v2 = 64.14 r3 = 1.94 d3 = 0.50 r4 = 22.96 d4 = 1.00 n4 = 1.87852 ν4 = 40.76 r5 = −3.71 d5 = 0.20 r6 = 2.31 d6 = 1.10 n6 = 1.87852 ν6 = 40.76 r7 = ∞ d7 = 1.74 r8 = ∞ (surface 7 to be inspected) FIG. 7 shows a fifth embodiment of the light-converging optical system 407. This embodiment is intended to further increase the numerical aperture, is composed of four lenses, and has an object plane resolution of 1 μm or less. Although the final surface 407i of the condensing optical system is a concave surface to correct spherical aberration, it may be configured to be a flat surface and also serve as a cover glass. Hereinafter, the lens data will be shown. r1 = ∞ (optical scanning mirror 406) d1 = 1.68 r2 = 8.00 d2 = 1.00 n2 = 1.51463 v2 = 64.14 r3 = 2.05 d3 = 0.50 r4 = 106.71 d4 = 0.90 n4 = 1.87852 ν4 = 40.76 r5 = −4.64 d5 = 0.20 r6 = 5.05 d6 = 0.90 n6 = 1.87852 ν6 = 40.76 r7 = −16. 00 d7 = 0.20 r8 = 1.98 d8 = 1.30 n8 = 1.87852 ν8 = 40.76 r9 = 9.05 d9 = 1.10 r10 = r (surface 7 to be inspected) , R 1, r 2,... Are the radii of curvature of the respective surfaces of the lenses, etc., d 1, d 2,. Wavelength) = refractive index of each lens for 633 nm, ν1, ν
,... Are the Abbe numbers of each lens with respect to λ = 633.
【0025】以上説明したように、本発明の共焦点光学
装置は、下記の特徴を有している。 (1)被検部に光を照射するための光源と、該被検部上
で光を走査するための走査部と、該走査部からの光を前
記被検部上に集光する集光光学系と、前記被検部からの
戻り光を検出するための光検出部を具備した共焦点光学
装置において、前記光走査部は微小な開口部を有する反
射面を備え、前記集光光学系は前記光走査部からの光を
反射する反射面と少なくとも1つの負の屈折力を有する
面とを備えていることを特徴とする共焦点光学装置。As described above, the confocal optical device of the present invention has the following features. (1) A light source for irradiating light to a test portion, a scanning portion for scanning light on the test portion, and a light condensing device for condensing light from the scanning portion on the test portion. In a confocal optical device including an optical system and a light detection unit for detecting return light from the test portion, the light scanning unit includes a reflection surface having a minute opening, and the light collection optical system Is a confocal optical device comprising: a reflecting surface for reflecting light from the light scanning unit; and at least one surface having a negative refractive power.
【0026】(2)前記走査部において、前記反射面は
前記被検部と共役な位置あるいはその近傍に配置されて
おり、前記開口部の大きさは回折限界程度あるいはそれ
よりも小さく設定されていることを特徴とする(1)に
記載の光学装置。(2) In the scanning section, the reflection surface is arranged at or near a position conjugate with the test section, and the size of the opening is set to a diffraction limit or smaller. The optical device according to (1), wherein
【0027】これにより、開口に共焦点ピンホールとし
ての作用を持たせることができ、分解能,S/Nに適し
たピンホールの設定と、組立て性向上を図ることができ
る。 (3)前記光走査部及び前記集光光学系の反射面のうち
少なくとも1面は1次元走査可能な走査ミラーから成る
上記(1)、(2)に記載の光学装置。Thus, the aperture can function as a confocal pinhole, so that the pinhole suitable for the resolution and S / N can be set and the assemblability can be improved. (3) The optical device according to (1) or (2) above, wherein at least one of the reflection surfaces of the light scanning unit and the light-converging optical system includes a scanning mirror capable of one-dimensional scanning.
【0028】(4)前記光走査部及び前記集光光学系の
反射面のうち何れか1面は光源からの光を互いに直交す
る方向に2次走査可能な走査ミラーから成っている上記
(1)、(2)に記載の光学装置。(4) Any one of the light scanning section and the reflection surface of the light-collecting optical system is composed of a scanning mirror capable of secondarily scanning light from a light source in a direction orthogonal to each other. The optical device according to (2).
【0029】これにより、部品点数の削減と光学系の細
径化が可能となる。 (5)前記走査ミラーはジンバル構造から成ることを特
徴とする上記(4)に記載の光学装置。As a result, the number of parts can be reduced and the diameter of the optical system can be reduced. (5) The optical device according to (4), wherein the scanning mirror has a gimbal structure.
【0030】これにより、反射面を互いに直交する二つ
の回転軸により2方向への角運動を与えることができ
る。 (6)前記光走査部及び前記集光光学系の反射面のうち
何れか1面は凸面ミラーであることを特徴とする上記
(1)〜(5)に記載の光学装置。Thus, angular motion in two directions can be given to the reflecting surface by two rotation axes orthogonal to each other. (6) The optical device according to any one of (1) to (5), wherein one of the reflection surface of the light scanning unit and the light-collecting optical system is a convex mirror.
【0031】これにより、走査ミラーからの反射光の反
射面位置での光束を大きく確保することができ、良好な
S/Nを確保することができる。 (7)前記凸面ミラーは前記集光光学系のレンズ面に形
成された反射膜であることを特徴とする上記(6)に記
載の光学装置。As a result, it is possible to secure a large luminous flux at the position of the reflection surface of the reflected light from the scanning mirror, and it is possible to secure a good S / N. (7) The optical device according to (6), wherein the convex mirror is a reflection film formed on a lens surface of the condensing optical system.
【0032】これにより、フレア等が抑えられ、且つ光
学系をシンプルにすることができる。 (8)前記開口部を有する反射面に、光を被検面上で走
査させるための走査機構を設けたことを特徴とする上記
(1)に記載の光学装置。Thus, flare and the like can be suppressed, and the optical system can be simplified. (8) The optical device according to (1), wherein a scanning mechanism for scanning light on the surface to be inspected is provided on the reflection surface having the opening.
【0033】(9)光源から光走査部へ光を伝送する手
段として、光ファイバーを用いたことを特徴とする
(1)〜(8)に記載の光学装置。 (10)前記光ファイバーがシングルモードファイバー
から成る上記(9)に記載の光学装置。(9) The optical device according to any one of (1) to (8), wherein an optical fiber is used as means for transmitting light from the light source to the optical scanning unit. (10) The optical device according to (9), wherein the optical fiber is a single mode fiber.
【0034】これにより、最も簡単な構成の共焦点光学
系を実現することができる。 (11)前記シングルモードファイバーの端面が前記開
口を有するミラーの近傍に位置せしめられて共焦点ピン
ホールとなるようにしたことを特徴とする上記(10)
に記載の光学装置。Thus, a confocal optical system having the simplest configuration can be realized. (11) The end face of the single mode fiber is positioned near the mirror having the aperture so as to form a confocal pinhole.
An optical device according to claim 1.
【0035】(12)前記シングルモードファイバーが
前記開口を有するミラーに接続され、ミラー開口部が共
焦点ピンホールとなることを特徴とする上記(10)に
記載の光学装置。(12) The optical device according to (10), wherein the single mode fiber is connected to a mirror having the opening, and the mirror opening becomes a confocal pinhole.
【0036】(13)前記光ファイバーがマルチモード
ファイバーから成る上記(9)に記載の光学装置。これ
により、共焦点光学系の効率アップを図ることができ
る。(13) The optical device according to (9), wherein the optical fiber is a multimode fiber. Thereby, the efficiency of the confocal optical system can be improved.
【0037】(14)光走査部と前記光ファイバーとの
間に集光レンズを配置した上記(13)に記載の光学装
置。これにより、ピンホールとファイバー端面とを十分
に接近させることがスペース的に難しい場合でも、効率
の良い共焦点光学装置を提供することができる。(14) The optical device according to the above (13), wherein a condenser lens is arranged between the optical scanning section and the optical fiber. This makes it possible to provide an efficient confocal optical device even when it is difficult to make the pinhole and the fiber end face sufficiently close to each other in terms of space.
【0038】(15)前記反射膜は前記集光光学系の結
像面側から第1番目の面に形成されている上記(7)に
記載の光学装置。 (16)前記走査機構を有する前記開口部を有する反射
面の大きさが1.5mm以下であることを特徴とする上記
(8)に記載の光学装置。(15) The optical device according to the above (7), wherein the reflection film is formed on the first surface from the image forming surface side of the condensing optical system. (16) The optical device according to (8), wherein the size of the reflecting surface having the opening having the scanning mechanism is 1.5 mm or less.
【0039】(17)前記集光光学系の前記被検部から
第1番目のレンズ面は無パワーか負パワーを有している
(1)〜(16)に記載の光学装置。 (18)前記反射膜を形成したレンズにおいて、反射膜
を形成した面と対向する面が負パワーを有している上記
(15)に記載の光学装置。(17) The optical apparatus according to any one of (1) to (16), wherein the first lens surface of the converging optical system from the test portion has no power or negative power. (18) The optical device according to (15), wherein in the lens having the reflective film, a surface facing the surface on which the reflective film is formed has negative power.
【0040】(19)前記反射膜を形成した面の曲率半
径をR1、前記反射膜を形成した面と対向する面の曲率
半径をR2、前記集光光学系の合成焦点距離をfとした
とき、0≦R1/f≦20、−10≦R2/f≦10な
る関係を満たすようになっている上記(18)に記載の
光学装置。(19) When the radius of curvature of the surface on which the reflective film is formed is R1, the radius of curvature of the surface facing the surface on which the reflective film is formed is R2, and the combined focal length of the light-converging optical system is f. The optical device according to the above (18), wherein the following relationship is satisfied: 0 ≦ R1 / f ≦ 20, −10 ≦ R2 / f ≦ 10.
【0041】(20)前記反射膜を形成した面の曲率半
径をR1、前記反射膜を形成した面と対向する面の曲率
半径をR2、前記集光光学系の合成焦点距離をfとした
とき、0≦R1/f≦10、−5≦R2/f≦5なる関
係を満たすようになっている上記(18)に記載の光学
装置。(20) When the radius of curvature of the surface on which the reflective film is formed is R1, the radius of curvature of the surface facing the surface on which the reflective film is formed is R2, and the combined focal length of the light-collecting optical system is f. The optical device according to (18), wherein the following relationship is satisfied: 0 ≦ R1 / f ≦ 10, −5 ≦ R2 / f ≦ 5.
【0042】これにより、反射膜の蒸着範囲を小さく
し、S/Nの向上を図ることができる。 (21)前記集光光学系のレンズ外径に対する前記反射
膜径の比が0.15以下である上記(18)に記載の光
学装置。As a result, the deposition range of the reflection film can be reduced, and the S / N can be improved. (21) The optical device according to (18), wherein the ratio of the diameter of the reflection film to the outer diameter of the lens of the light collection optical system is 0.15 or less.
【0043】これにより、良好なS/Nを確保すること
ができる。 (22)前記光検出部は、光源から被検部に照射される
照明光と、該照明光で前記被検部を照明した時に該被検
部から発生する蛍光とを分離する波長分離素子と、前記
照明光と前記蛍光を検出する光学素子を有していること
を特徴とする(1)〜(21)に記載の光学装置。As a result, good S / N can be secured. (22) The light detection unit includes a wavelength separation element that separates illumination light emitted from a light source to the target unit and fluorescence generated from the target unit when the target unit is illuminated with the illumination light. The optical device according to any one of (1) to (21), further including an optical element for detecting the illumination light and the fluorescence.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンパクトで且つ収差の十分補正された高解像の直視可能
な共焦点光学装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a compact, high-resolution, confocal optical device that can be directly viewed with sufficient aberration corrected.
【図1】本発明に係る共焦点光学装置の一実施例の全体
構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of a confocal optical device according to the present invention.
【図2】光走査ミラーの正面図である。FIG. 2 is a front view of an optical scanning mirror.
【図3】集光光学系の第1実施例を示す断面図で、
(a)は光走査ミラーが光軸に対して垂直な場合の光線
の状態を、(b)は走査ミラーがXY方向に3゜傾いた
場合の光線の状態を夫々示している。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light collecting optical system;
(A) shows the state of the light beam when the optical scanning mirror is perpendicular to the optical axis, and (b) shows the state of the light beam when the scanning mirror is inclined by 3 ° in the XY directions.
【図4】集光光学系の第2実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the light collecting optical system.
【図5】集光光学系の第3実施例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the light collecting optical system.
【図6】集光光学系の第4実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the light collecting optical system.
【図7】集光光学系の第5実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a fifth embodiment of the light collecting optical system.
【図8】従来の走査型共焦点顕微鏡の一例の全体構成図
である。FIG. 8 is an overall configuration diagram of an example of a conventional scanning confocal microscope.
【図9】図8に示した従来例に用いられる光走査部の詳
細図である。FIG. 9 is a detailed view of an optical scanning unit used in the conventional example shown in FIG.
【図10】ダイクロイックミラーの概略構成を示す図で
ある。FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a dichroic mirror.
1 光源 2 光伝送部 201 光伝送用ファイバー 202 光分岐用4端子カップラー 3 光検出部 4 光走査部 401 反射面 402,403 静電ミラー 404 反射部 405 回折レンズ 406 光走査ミラー 406a,406b,406c,406d 電極 406e,406f,406g,406h ヒンジ部 407 集光光学系 407a 反射面 407b,407c,407d レンズ 407e,407f,407g,407h,407i
レンズ面 408 不要光防止用絞り 5 画像処理部 6 共焦点ピンホール 7 被検面 8a,8b,8c,8d 配線REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 light transmission unit 201 light transmission fiber 202 light branching four-terminal coupler 3 light detection unit 4 light scanning unit 401 reflecting surface 402,403 electrostatic mirror 404 reflecting unit 405 diffraction lens 406 light scanning mirror 406a, 406b, 406c , 406d Electrodes 406e, 406f, 406g, 406h Hinge 407 Condensing optical system 407a Reflecting surface 407b, 407c, 407d Lens 407e, 407f, 407g, 407h, 407i
Lens surface 408 Unnecessary light prevention aperture 5 Image processing unit 6 Confocal pinhole 7 Surface 8a, 8b, 8c, 8d Wiring
Claims (1)
被検部上で光を走査するための走査部と、該走査部から
の光を前記被検部上に集光する集光光学系と、前記被検
部からの戻り光を検出するための光検出部を具備した共
焦点光学装置において、前記光走査部は微小な開口部を
有する反射面を備え、前記集光光学系は前記光走査部か
らの光を反射する反射面と少なくとも1つの負の屈折力
を有する面とを備えていることを特徴とする共焦点光学
装置。1. A light source for irradiating light to a test portion, a scanning portion for scanning light on the test portion, and condensing light from the scan portion on the test portion. In a confocal optical device including a condensing optical system and a light detection unit for detecting return light from the test section, the light scanning unit includes a reflection surface having a minute opening, A confocal optical device, wherein the optical system includes a reflecting surface that reflects light from the optical scanning unit and at least one surface having a negative refractive power.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11095921A JP2000292703A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Confocal optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11095921A JP2000292703A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Confocal optical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000292703A true JP2000292703A (en) | 2000-10-20 |
Family
ID=14150752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11095921A Withdrawn JP2000292703A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Confocal optical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000292703A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-04-02 JP JP11095921A patent/JP2000292703A/en not_active Withdrawn
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