JPH05323197A

JPH05323197A - 共焦点顕微鏡装置

Info

Publication number: JPH05323197A
Application number: JP5021575A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tamura; 雄一田村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的走査機構を不要とし高速走査が可能で振
動などの問題のない小型で実用的な共焦点顕微鏡を提供
する。【構成】所定の平面上に配列された多数の発光素子を有
する面発光型光源手段と多数の受光素子を有する２次元
撮像手段とを用いる構成とし、多数の発光素子を順次発
光走査するとともに、各発光素子に対応する共役な受光
素子のみにて順次受光させる構成を有する。このような
制御により実質的な走査が行われるため、機械的走査機
構は全く必要なく、可動部のない共焦点走査型顕微鏡が
可能である。そして、光源手段からの照明光束を集光す
る照明光学手段として、光源からの光束を収斂するため
のフィールドレンズを設けることにより、画面の周辺部
の照度の均一性を向上させることが可能であり、小型で
実用的な構成とすることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡装置、特に走査
型の共焦点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点走査型顕微鏡は従来の結像型顕微
鏡に比較して、以下の様な利点があるため多くの分野で
使用されるようになって来ている。 (1) 観察像に重複するフレア光や、ぼけ像を除去するこ
とができ、光学系のＳ／Ｎ比の飛躍的向上が図れ、低反
射率・低コントラスト試料の観察が可能である。より詳
細には、結像型顕微鏡に比較してピンホール照明によっ
て視野が１０^-3に制限され、フレアなどの光学的ノイズ
は１０^-6に減少するため、画像のコントラストが大幅に
向上する。また厚みや凹凸のある試料では、ピンホール
絞りにより前後にぼけた像の光が除去されるため更にコ
ントラストが向上する。（一般にフレアの影響は低倍率
ほど大きく、ぼけ像の影響は高倍率程大きい。） (2) 画像のＳ／Ｎ比が高いため光照射量を少なくでき、
これにより試料の光照射損傷を低減できる。 (3) 同一波長で同一開口数のレンズを使用する場合を比
較すると、実効的な水平分解能は５０％程度向上し、焦
点深度は半分程度に浅くなるため、光軸（垂直）方向の
分解能は２倍程度に向上する。従って、計測に使用する
ばあいには垂直・水平方向の計測精度もこれに伴い向上
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように優れた点を
有する従来の共焦点走査型顕微鏡ではあるが、被検物体
とビームの集光点とを相対的に走査することが必要であ
り、走査機構が必須であった。具体的には、レーザー光
源からの光ビームを対物レンズにて物体面上に集光する
と共に、機械走査型ミラーや音響光学偏向素子などを用
いて物体面上を走査し、像面近傍に配置されたピンホー
ルを通して受光する構成が必要であった。このため、走
査機構が複雑且つ大がかりなため装置の小型軽量化が困
難であり、機械的可動部のある機械走査型では一般に高
速走査が困難であり、高速走査が可能なものは更に大型
・高価であることや騒音・振動の問題等が避けられなか
った。

【０００４】本発明の目的は、機械的走査機構を不要と
し高速走査が可能で振動などの問題のない小型で実用的
な共焦点顕微鏡を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による共焦点顕微
鏡は、所定の平面上に配列された多数の発光素子を有す
る面発光型光源手段と多数の受光素子を有する２次元撮
像手段とを用いる構成としたものであり、多数の発光素
子を順次発光走査するとともに、各発光素子に対応する
共役な受光素子のみにて順次受光させる構成を有してい
る。

【０００６】具体的には、上記の如き面発光型光源手段
と、該光源面からの光束を収斂するためのフィールドレ
ンズを有し被検物体面上に照明光束を集光する照明光学
手段と、該被検物体面からの光束を所定の像面上に集光
する対物光学手段と、該対物光学手段の像面上に配置さ
れた多数の受光素子を有する２次元撮像手段と、前記面
発光型光源手段の発光素子を時系列的に発光させると共
に、該発光素子と互いに共役な前記２次元撮像手段上の
受光素子を順次受光可能状態とする制御手段と、該２次
元撮像手段からの出力信号に基づいて前記被検物体面の
情報を得る信号処理手段とを有する構成としたものであ
る。

【０００７】また、面発光型光源手段と２次元撮像手段
とを同期制御する制御手段としては、面発光型光源手段
の発光素子を１列毎に順次発光させると共に、該面発光
型光源手段上の１列の発光素子と互いに共役な２次元撮
像手段上の１ラインの受光素子を順次受光可能状態とす
る構成とすることも可能である

【０００８】

【作用】上記の如き本発明によれば、面発光型光源手段
の発光素子の時系列的発光と、これらに対応する２次元
撮像手段上の受光素子の順次受光との制御により、実質
的な走査が行われるため、機械的走査機構は全く必要な
く、可動部のない簡単で小型な構成とすることが可能で
ある。換言するならば、本発明は基本的には画像（検出
器）の画素数に等しい複数点光源により、光ビームを走
査することなく点光源そのものを順次発光し、これと同
期して検出器上の点受光素子にて順次受光することによ
り実質的な共焦点走査を実現するものである。しかも、
フィールドレンズにより面発光型光源手段からの発光光
束の主光線が対物レンズの入射瞳の中心に向かうように
収斂されるため、光源からの光束が効率良く被検物体面
上に導かれ、観察像の周辺部においても十分な光量で照
明することができ、照度の均一性を維持することが可能
となる。

【０００９】また、面発光型光源手段の発光素子を１列
毎に順次発光させると共に、面発光型光源手段上の１列
の発光素子と互いに共役な２次元撮像手段上の１ライン
の受光素子を順次受光可能状態とする構成場合には、比
較的簡単な制御により簡易的ながら良好な共焦点顕微鏡
像を得ることができる。そして、ビームスプリッターに
よって対物光学系の対物レンズを通して面発光型光源手
段の各発光素子からの光束を被検物体面上に集光する構
成とすることによって、反射型の共焦点顕微鏡を極めて
小型に構成することができる。

【００１０】ここで、面発光型光源手段としては、例え
ば、日経サイエンス１９９２年１月号７４〜８２頁に記
載されている如き高集積型マイクロレーザや、面発光レ
ーザとして開発されつつある２次元レーザーダイオード
アレイ（ＬＤアレイまたはマイクロ・レーザーアレイ等
と呼ばれる）を用いることが有効である。このような２
次元レーザーダイオードアレイは、例えば、丸善株式会
社発行の「パリティ」１９９１年１１月号５４〜５７頁
に紹介されているとおり、図２の斜視図に示す如く、基
板Ｓ上に多数の発光素子が配列されたものである。２次
元撮像手段としては、ＭＯＳ型のイメージセンサやＣＣ
Ｄイメージセンサを用いることが可能である。

【００１１】上記の如き面発光型光源手段と２次元撮像
手段とを有する共焦点顕微鏡の基本構成において、実用
的構成のためには、以下のごとく各素子の性能や配列・
構成を満たすことが望ましい。特に、面発光型光源手段
の各点光源には適当な指向性が必要であり、また照明光
学手段においては利用効率の向上やフレアーの低減のた
めにフィールドレンズと偏向板、１／４波長板が必要で
ある。以下、具体的検討項目ごとに詳述する。

【００１２】(1) 光源の指向性と利用効率及び光源の選
択レーザ光の様なコヒーレントなビームの半発散角θLD
は、光源の直径（アレイ間隔）をΔ、波長をλとする
と、 θLD≒λ／（２Δ）となる。これは他のインコヒーレントなＬＥＤの半発散
角θLED が30°以上と大きいのに比べてかなり小さく、
実際上は数°程度以下と指向性に優れている。

【００１３】一方、反射型の顕微鏡として構成する場合
にコンデンサーレンズとしても機能する対物レンズに入
射する照明光束の半画角θobは、図５に示す如く、対物
レンズ２０の開口数ＮＡと対物レンズ２０の倍率βによ
り、 θob ＝ＮＡ／β となり、数°程度である。ここで、光源の利用効率η
は、光源からの光束の半発散角をθとすると η ＝
（θob／θ）² と与えられる。この式から、発散角が小さい程効率が高
くなり、ＬＥＤよりもレーザダイオード（ＬＤ）等のレ
ーザ光が有利であることが分かる。

【００１４】さて、レーザ光の発散角は波長と共にアレ
イ間隔（実効的光源直径）に依存するが、次のように決
定される。すなわち、光学系の分解能δを活かすには、 Δ≒β・δ／２の関係が成り立つように、分解能の半分の間隔でＬＤア
レイのセルを配列することが望ましい。

【００１５】ここで、共焦点顕微鏡の分解能δは、レイ
リーの基準に従えば、 δ≒0.45・λ／ＮＡとなり、分解能の半分の間隔でＬＤアレイを配置した場
合、ＬＤアレイの半発散角θLDは、 θLD＝（ＮＡ／β）／0.45＝θob／0.45 となり、従ってこの場合のＬＤアレイの利用効率ηは、 η＝（0.45)²＝ 0.2 すなわち、２０％となる。

【００１６】ところで、機械的な走査機構を無くして、
アレイ状光源の逐次点滅と光源同期型撮像素子とを用い
た共焦点顕微鏡の構成が、例えば特公平２−２６１７７
号公報により示唆されているが、光源としてＬＥＤアレ
イを用いているため、その発散角は半発散角で３０°と
大きく、θob＝0.024 （β＝40×, NA＝0.95）の場合、
利用効率ηは0.2 ％となり、ＬＤアレイの１００分の１
程度の低い利用効率に過ぎない。従って、光量が不足す
ると共にフレア（光学的ノイズ）が99.8％（信号の 448
倍）にもなり、ＬＥＤアレイを光源として共焦点顕微鏡
として構成することは実用上困難である。

【００１７】(2) 低い利用効率とフレー対策ＬＤアレイの利用効率は上述のとおりＬＥＤに比べては
るかに高く、２０％程度であるが、それでも信号の４倍
程度の不要なノイズ（フレア）が発生することになる。
このため、実効的な反射率が 0.1％の試料を観察或いは
計測する場合には、依然として十分ではない。そこで、
図１に示すように、偏光板と１／４波長板、及び偏光ビ
ームスプリッターを利用して、フレア光を除去すること
がきわめて有効となる。

【００１８】(3) 軸外光の有効利用（一様照明）実用的な装置を構成する場合には、画面の周辺部につい
ても考慮する必要があり、光源からの軸上光束のみなら
ず軸外光束についての検討も重要である。具体的には、
例えば装置全体の寸法を５０mm以内とするためには、図
６に示す如く、物像間距離Ｌを４０mm、使用波長λを５
５０nmとして、次のような構成となる。

【００１９】画面寸法（対角線長、像直径）をφとする
と、半画角ωは、ω≒φ／（２Ｌ）である。以下に、２
つのアレイ間隔について、（ａ）乾燥系の大ＮＡ高倍率
の場合（Δ≒５μｍ）と、（ｂ）乾燥系の中低倍率場合
（Δ≒ 2.5μｍ）とについて、それぞれ普通視野（ＮＴ
ＳＣ方式）と広視野（ＨＤＴＶ方式）についての計算結
果を示す。尚、通常の顕微鏡の半画角は、ω≒１０／１
９５＝0.05rad (2.9°) 程度である。

【００２０】以下の表に示すとおり、ＨＤＴＶ用の広視
野では画角がレーザの発散角より大きくなる（ω＞θL
D) ため、フィールドレンズが不可欠である。また、Ｎ
ＴＳＣ方式用の普通視野の場合でも、視野周辺部の照明
の均一性を確保するために、やはりフィールドレンズが
必要である。（ａ）開口数ＮＡ＝0.95、倍率β＝40、焦点距離ｆ≒１
mm、分解能δ＝0.26μmの場合アレイ間隔 Δ≒５μm θLD≒0.053rad (3 °) θob＝ＮＡ／β＝0.024rad (1.4 °) ＨＤＴＶＮＴＳＣ画素（ＬＤアレイ）数： 1920×1080 640 ×480 視野の直径 φ ： 11mm 4mm 半画角 ω ： 0.14rad (7.9°) 0.05rad (2.9°) フィールドレンズの必要性：不可欠必要偏光板、1/4 波長板の必要性：必要必要（ｂ）開口数ＮＡ＝0.5 、倍率β＝10、焦点距離ｆ≒3.
3mm 、δ＝0.5 μm 開口数ＮＡ＝0.2 、倍率β＝4 、焦点距離ｆ≒6.7mm 、
δ＝1.2 μm 開口数ＮＡ＝0.1 、倍率β＝2 、焦点距離ｆ≒10mm 、
δ＝2.5 μm の場合アレイ間隔 Δ≒2.5 μm θLD≒0.11rad (3°) θob＝ＮＡ／β＝0.05rad (2.9°) ＨＤＴＶＮＴＳＣ画素（ＬＤアレイ）数： 1920×1080 640 ×480 視野の直径 φ ： 5.5mm 2mm 半画角 ω ： 0.069rad (3.9 °) 0.025rad (1.4°) フィールドレンズの必要性：必要必要偏光板、1/4 波長板の必要性：必要必要

【００２１】

【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。図
１は本発明による共焦点顕微鏡装置の基本構成を示す概
略光路図である。この実施例は、共焦点顕微鏡の対物レ
ンズとして有限光学系を使用した場合の構成例である。
面発光型光源手段としてのＬＤアレイ１上の点発光素子
１ａからの光束はフィールドレンズ２及び偏光板３をと
おって偏光ビームスプリッター４に達し、ここで反射さ
れた後４分の１波長板５を透過して対物レンズ２０によ
り、物体面１０上に集光される。フィールドレンズ２は
各点発光素子１ａからの光束の主光線が対物レンズ２０
の入射瞳の中心に向かうように収斂させ、各点発光素子
からの照明光束が対物レンズ２０により効率良く収束さ
れる。物体面１０からの反射光束は、対物レンズ２０の
作用により４分の１波長板５及び偏光ビームスプリッタ
ー４を透過して、２次元撮像手段３０の受光素子３０ａ
上に集光される。ここで、面発光型光源手段上の点発光
素子１ａは物体面１０及び２次元撮像手段３０上の受光
素子３０ａとそれぞれ共役であり、点発光素子１ａから
の光束が受光素子３０ａ上に集光される。

【００２２】この構成において、フィールドレンズ２、
偏光板３、ビームスプリッター４、１／４波長板５及び
対物レンズが照明光学手段を構成し、対物レンズ２０、
１／４波長板５が対物光学手段を構成し、両光学系にお
いて対物レンズが共用され、照明光学手段において対物
レンズはコンデンサーレンズとして機能している。そし
て、面発光型光源手段上の点発光素子１ａの所定時間の
発光が終了すると、隣接する発光素子１ｂが同じく所定
時間だけ発光され、順次各素子の発光がなされる。この
発光動作は、制御手段４０により面発光型光源手段１の
駆動手段４１を介してなされる。そして、この発光動作
に同期して、２次元撮像手段３０上の各受光素子３０
ａ，３０ｂにおいて、駆動手段４２により受光可能状態
が順次切り換えられ、各発光素子に共役な受光素子のみ
からの信号を抽出するように制御手段４０により制御さ
れる。ここで、２次元撮像手段３０上の各受光素子にお
いては、これらに対応する各発光素子の発光時間内にお
いてのみ受光可能とすることが理想である。しかし、面
発光型光源手段上の１例に配置された複数の点発光素子
が順次発光していく間に、２次元撮像手段上にてその点
発光素子列に対応する１本の受光素子ラインのみを受光
可能とし、点発光素子の発光が次の列に移ったときには
その列に対応する受光素子ラインのみを順次受光可能と
する構成も可能である。

【００２３】具体的には、ＬＤアレイ１から出た光はフ
ィールドレンズ２により入射瞳方向に偏向され、偏光子
３で水平方向の偏光（Ｓ偏光）になり、偏光ビームスプ
リッター４で最大反射率で反射される。そして１／４波
長板５で円偏光になり有限系対物レンズ２０に入射し、
物体面１０上にて回折限界程度のスポット像を結像し、
反射光が再び有限系対物レンズ２０に入射する。この光
は１／４波長板５を再び透過することにより直線偏光
（Ｐ偏光）になり、偏光ビームスプリッター４で最大透
過率で透過し、２次元撮像素子３０上に集光される。こ
こでＬＤアレイ１と２次元撮像素子３０のそれぞれの素
子は互いに共役位置にあり、且つ時間的に同期されてい
る。また当然ではあるが結像倍率と画素の関係も一致し
ている。

【００２４】２次元撮像手段３０上の各受光素子からの
受光信号は、順次信号処理手段４３に取り込まれて、制
御手段４０からの面発光型光源手段の各素子の発光順序
に応じて整理することによって、物体面１０上の２次元
的像情報を出力し、所望の表示装置５０により画像とし
て表示することができる。尚、上記の構成ではＬＤアレ
イは逐次発光する構成としたが、同時に各素子を発光さ
せて撮像素子を同期して全面において受光する構成とす
れば、従来の結像型顕微鏡として使用することができ
る。また、試料の偏光特性の影響を除去したい場合な
ど、目的によっては偏光子３と１／４波長板５を除いて
もよく、またＬＤアレイ１と撮像素子３０とのビームス
プリッターに対する関係を入れ替えて、ビームスプリッ
ターの透過光路で照明し、反射光路で受光する構成とし
てもよい。更にハーフミラーはハーフプリズムに置き換
えてもよいことは言うまでもない。また、フィールドレ
ンズ２をフレネルレンズとし、ＬＤアレイ１に張り合わ
せて一体化することも可能である。尚、ＬＤアレイが直
線偏光を発生する場合には、偏光子３は不要である。

【００２５】以上の如き本発明による第１実施例の如
く、有限系対物レンズを用いる場合には、装置全体の部
品点数が少なく最も小型化が図れる。なお、本実施例に
おいては、物体面への合焦は対物レンズ２０を含めて装
置全体をハウジング100 に一体的に構成して移動するこ
とによってなされる。対物光学系は上記第１実施例の如
く、有限系に限らず無限遠系を用いることが可能であ
る。無限系対物レンズを用いた第２実施例の概略構成を
図３に示す。

【００２６】第２実施例においては、面発光型光源手段
としてのＬＤアレイ１からの発散光束がコリメータレン
ズ６によって平行光束に変換されて、偏光板３及び偏光
ビームスプリッター４を介して無限系対物レンズ２１に
入射し、第１実施例と同様に物体面１０上にて回折限界
程度のスポット像が結像される。ここで、コリメータレ
ンズ６は、面発光型光源としてのＬＤアレイ１からの光
束を単に平行光束に変換するのみならず、各光源からの
主光線が対物レンズの入射瞳の中心に向かうように収斂
させるフィールドレンズとしての機能をも合わせ持つ。
そして、物体面１０からの反射光束は、対物レンズ２１
を通過して平行光束となり、４分の１波長板５及び偏光
ビームスプリッター４を透過したのち第２対物レンズ２
２に入射し、２次元撮像手段３０の受光素子３０ａ上に
集光される。

【００２７】この構成においても、面発光型光源手段上
の各点発光素子の順次点滅とこれに同期する２次元撮像
手段３０上の各受光素子の受光もしくは信号読み出し
は、図１に示した第１実施例と同様の制御手段により統
括制御され、必要に応じて画像表示がなされる。このよ
うに無限遠系を使用した場合には、部品点数は多少増え
るが、ビームスプリッターとしての半透過鏡を透過する
ことによって生ずる２重像や非点収差の影響が除去する
ことができ、またピント合わせの際は装置全体を移動す
る必要はなく、対物レンズ２１を収納する対物鏡筒200
のみを光軸上で移動することによって合焦を行うことが
可能である。尚、無限遠系対物レンズを用いる場合に
も、必要に応じて図１のごとくＬＤアレイ１の近傍にフ
ィールドレンズを分離して配置することも可能である。

【００２８】図４には本発明による共焦点顕微鏡装置を
蛍光顕微鏡に応用した第３実施例の概略構成図を示し
た。この実施例では、図１に示した第１実施例と同じく
基本的には有限系対物レンズが用いられている。第１実
施例との比較して説明するならば、励起光と蛍光につい
て色収差補正をした対物レンズを用い、ビームスプリッ
ターとしてダイクロイックミラー８を使用し、偏光子と
１／４波長板を除去すると共に、ダイクロイックミラー
８と２次元撮像手段３０との間に所望の蛍光波長のみを
透過するためのバリアフィルター２３が設けられてい
る。この構成においては、面発光型光源手段１は比較的
短波長光を発光し、２次元撮像手段３０としては比較的
長波長に感度の高いことが望ましい。また、バリアフィ
ルター２３は目的により不要な場合には除去することが
可能である。

【００２９】このような構成により、落射蛍光方式の共
焦点走査型顕微鏡が実現でき、上記の各実施例と同様に
既存の落射蛍光方式の共焦点走査顕微鏡よりもはるかに
小型に構成することができ、軽量かつ安価な装置とな
る。尚、図３では制御手段等については、図１、図３の
第１、第２実施例と同一であるため省略している。以上
の如き本発明の実施例の構成において、ある程度の画質
を確保するためには、面発光型光源手段としてのＬＤア
レイの発光素子数及び２次元撮像素子の画素数は、共に
数十万程度以上あることが好ましい。具体的には、各素
子数は共役関係を保つ必要から同型・同数とし、数は４
０万（NTSC仕様）〜２００万（ハイビジョンまたはＨＤ
ＴＶ仕様）が適当である。そして、ＬＤアレイの発光素
子を（毎秒像数×ＬＤ数）Ｈｚで逐次点滅させ、ビーム
スプリッターをはさんでＬＤアレイの共役位置にある撮
像素子の各素子を各ＬＤアレイ素子に同期させて受光可
能とする。ビームスプリッターを偏光ビームスプリッタ
ーとし、偏光板や１／４波長板を使用したのは、ＬＤア
レイに戻る光やフレアーを除去するためである。

【００３０】このような共焦点顕微鏡装置の実用的な構
成により、以下の如き特徴が得られる。 (1) 従来の顕微鏡より大幅に小型軽量化され得る。ＬＤ
アレイや撮像素子は１ｃｍ角程度の大きさであり、複雑
な照明光学系や機械的走査系がないため、専用の対物レ
ンズを使用すれば、大きさは１／１０（５ｃｍ角）、
重さは１／１００程度（１００ｇ）に小型軽量化でき
る。 (2) 装置全体の価格は従来の共焦点走査型の１／１０程
度に低減可能。

【００３１】高価な機械的走査系や照明光学系が不要
で、ＬＤアレイや同期読出撮像素子は量産により安価に
なるため、大幅な価格低減が可能である。 (3) 毎秒３０画像のリアルタイムで画像取得が可能。機
械的可動部のない２次元ＬＤアレイによる電子的走査の
ため高速走査が可能になる。ＬＤアレイの光出力は１ミ
リワット程度あれば良い。 (4) 超高速シャッターの臨界照明方式の結像型顕微鏡と
しても使用可能。

【００３２】面発光型光源手段としての全てのＬＤアレ
イを同時発光させることによりμｓ程度のパルス発光が
可能であり、１００ｍｍ／ｓ程度の速度の動体の撮像も
結像型として可能になる。（従来の結像型では１００μ
ｍ／ｓ程度の速度が観察できる限界であった。）ところ
で、本発明においては、２次元撮像素子を用いてオート
フォーカス機能を兼用させることが可能である。特に、
反射型の共焦点顕微鏡装置では、フォーカス合致点での
明るさが最大となるため、この特長を利用すれば、物体
又は装置全体のどちらかを光軸上で相対的に移動させる
ことにより、容易にオートフォーカス機能を持たせるこ
とが可能である。従って、新たにオートフォーカス用の
部品が不要である。また、発光・受光部の制御により、
画面上のフォーカス地点、数、領域などを自由に変更す
ることが可能である。更に、対物レンズのフォーカス距
離の概略値をあらかじめ設定、入力し、共焦点によるオ
ートフォーカスと併用すれば、大きくピントが外れた場
合でも容易に合焦することが可能であり、より実用的な
フォーカスシステムを構成することが可能である。

【００３３】そして、物体面の反射率が変化する場合に
は、ＬＤアレイの発光時間や撮像素子の受光時間などを
変更して調整することにより、良好な共焦点顕微鏡情報
を得ることができる。また、３原色に対して色収差を補
正した光学系を用い、面発光型ＬＤアレイとして、２次
元３色ＬＤアレイを使用すれば、カラー画像として、観
察することも可能になる。さらに、制御手段内にマイク
ロプロセッサーとメモリーを内蔵させることにより、オ
ートフォーカス、焦点メモリー、シャッター調節や画像
処理などの機能を持たせることも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上の如く本発明による共焦点顕微鏡装
置は、ビーム走査のための機械的手段が不要となるた
め、従来の共焦点走査型顕微鏡や結像型顕微鏡に比較し
て簡単な構成になると共に、著しく小型軽量化すること
ができ、画面周辺部までの照度の均一性に優れた実用的
な構成とすることが可能である。このため、顕微鏡とし
てだけでなく、各種画像計測検査装置に取付けて使用す
ることができ、能動的撮像素子（画像計測用入力装置）
としての応用も可能になる。即ち、本発明によ共焦点顕
微鏡装置は、計測用の部品または顕微鏡センサーとして
も使用可能になり、またこの装置自体を適宜移動するこ
とも容易であるため、共焦点顕微鏡としての利用範囲の
大幅な拡大が期待できる。そして、マイクロプロセッサ
ーやメモリーを組み込むことにより、オートフォーカ
ス、焦点メモリ（３次元画像構築）、超高速シャッター
調節機能や画像処理などの機能を併せ持ったインテリジ
ェントセンサーとしても利用することができる。

【００３５】特に反射型顕微鏡として構成する場合に
は、電子的な焦点メモリー機能（各画素で最大明るさの
位置を記憶し表示する）により実効的に任意に深度を深
くする事（３次元画像の構築）が容易であり、実用上非
常に有益である。また、結像型にはない内部光電効果を
利用したＯＢＩＣなどの走査光プロービング顕微鏡とし
ての機能を備えることができ、走査型は逐次処理システ
ムなので既存のコンピューターとの整合性が良く、画像
処理、画像記録，通信などの機能を最大限活用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を有限系の顕微鏡に応用した第１実施例
の概略構成図。

【図２】本発明に用いる面発光型光源手段の例を示す斜
視図。

【図３】本発明を無限系の顕微鏡に応用した第２実施例
の概略構成図。

【図４】本発明を蛍光顕微鏡に応用した第３実施例の概
略構成図。

【図５】対物レンズへ向かう軸上光源からの光束の様子
を説明する光路図。

【図６】対物レンズへ向かう軸外光源からの光束の様子
を説明する光路図。

【符号の説明】

１…面発光型光源手段４…ビームスプリッター１０…物体面２０，２１…対物レンズ３０…２次元撮像素子４０…制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の平面上に配列された多数の発光素子
を有する面発光型光源手段と、該光源面からの光束を収
斂するためのフィールドレンズを有し被検物体面上に照
明光束を集光する照明光学手段と、該被検物体面からの
光束を所定の像面上に集光する対物光学手段と、該対物
光学手段の像面上に配置された多数の受光素子を有する
２次元撮像手段と、前記面発光型光源手段の発光素子を
時系列的に発光させると共に、該発光素子と互いに共役
な前記２次元撮像手段上の受光素子を順次受光可能状態
とする制御手段と、該２次元撮像手段からの出力信号に
基づいて前記被検物体面の情報を得る信号処理手段とを
有すること特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項２】所定の平面上に配列された多数の発光素子
を有する面発光型光源手段と、該光源面からの光束を被
検物体面上に集光する照明光学手段と、該被検物体面か
らの光束を所定の像面上に集光する対物光学手段と、該
対物光学手段の像面上に配置された多数の受光素子を有
する２次元撮像手段と、前記面発光型光源手段の発光素
子を１列毎に順次発光させると共に、前記面発光型光源
手段上の１列の発光素子と互いに共役な前記２次元撮像
手段上の１ラインの受光素子を順次受光可能状態とする
制御手段と、該２次元撮像手段からの出力信号に基づい
て前記被検物体面の情報を得る信号処理手段とを有する
こと特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項３】前記対物光学手段は前記被検物体の像を拡
大形成するための対物レンズを有し、前記照明光学手段
は前記対物レンズと前記面発光型光源手段との間の光路
中に配置されたビームスプリッターを有し前記対物レン
ズを通して前記面発光型光源手段の各発光素子からの光
束を被検物体面上に集光することを特徴とする請求項１
乃至２記載の共焦点顕微鏡装置。