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JPH09133870A - 共焦点光スキャナ - Google Patents

共焦点光スキャナ

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Publication number
JPH09133870A
JPH09133870A JP29228095A JP29228095A JPH09133870A JP H09133870 A JPH09133870 A JP H09133870A JP 29228095 A JP29228095 A JP 29228095A JP 29228095 A JP29228095 A JP 29228095A JP H09133870 A JPH09133870 A JP H09133870A
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JP
Japan
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disk
pinhole
condensing
microlens
light
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Application number
JP29228095A
Other languages
English (en)
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JP3159006B2 (ja
Inventor
Yumiko Sugiyama
由美子 杉山
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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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0044Scanning details, e.g. scanning stages moving apertures, e.g. Nipkow disks, rotating lens arrays

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】第2の集光ディスクを挿入し、第1の集光ディ
スクのマイクロレンズのNAと対物レンズの後ろ側NA
を合わせ、像の倍率は変えないで分解能のみ上げる。 【解決手段】複数の微小開口を有するニポウディスク
と、複数の集光手段が形成された第1の集光ディスクを
有する共焦点光スキャナにおいて、前記微小開口の配置
と同じパターンの複数の集光手段が形成された第2の集
光ディスクを備え、この第2の集光ディスクを前記微小
開口と対物レンズの間に配置し、前記第1の集光ディス
クの集光手段の開口数と前記対物レンズの後ろ側の開口
数が合うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共焦点顕微鏡などに用
いるピンホール基板を走査する共焦点光スキャナにおけ
る分解能向上のための光学系の改善に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】共焦点顕微鏡に用いられる光スキャナで
あって、複数の微小開口(例えばピンホール)を有する
基板(以下ピンホールディスクという)が回転可能に組
み込まれた光スキャナについては、例えば米国特許第
3,926,500号や、米国特許第4,927,25
4号、米国特許第5,067,805号等に開示されて
いる。
【0003】また、更にこの種の光スキャナに集光手段
(例えばマイクロレンズ)を付加した光スキャナについ
ては、例えば本願出願人による特許出願である特願平4
−15411号(特開平5−60980号)「共焦点用
光スキャナ」に開示されており、図4にこの種の共焦点
光スキャナを用いた共焦点顕微鏡の基本部分の原理構成
図を示す。
【0004】図4において、光スキャナ10は、ディス
クユニット11と、分岐光学系としてのビームスプリッ
タ12と、ディスクユニット11を一定速度で回転する
回転手段(モータ等)13より構成されている。ディス
クユニット11は、複数のピンホールPHが配設された
ピンホールディスク111と複数のマイクロレンズML
1が形成された集光ディスク112から構成されてい
る。なお、ピンホールディスク111と集光ディスク1
12は、マイクロレンズの焦点位置にそれぞれピンホー
ルが配置されるように連結手段(例えばドラム:図示せ
ず)により連結されている。
【0005】ビームスプリッタ12は、図示しない手段
により集光ディスク112とピンホールディスク111
の間に保持されている。このような構成において入射光
はマイクロレンズML1で絞られピンホールPHを通
り、対物レンズ20で集束され試料30に照射される。
試料30からの戻り光は再び対物レンズ20を通り、光
スキャナ10のピンホールPH上に集束し、ここに試料
表面の実像が得られる。ピンホールPHを通過した光は
ビームスプリッタ12で反射し図示しない集光レンズを
通り、カメラ(図示せず)に入る。モータ13を駆動し
てディスクユニット11を回転させることにより、試料
30の表面が光走査され、試料表面を画像としてカメラ
で観ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成の共焦点顕微鏡では、マイクロレンズML1による
開口数(NA)と対物レンズによる後ろ側NAは必ずし
も一致していない。マイクロレンズML1によるNAの
方が小さい(図示のようにマイクロレンズML1の開き
角a゜が対物レンズ20の後ろ側の開き角b゜より小さ
い)場合、マイクロレンズML1により決まるピンホー
ルの孔径(ピンホール径という)は対物レンズ20の後
ろ側NAにより決まるスポット径より大きい。
【0007】このようにマイクロレンズのNAを対物レ
ンズによる後ろ側NAよりも小さくした場合、次のよう
な利点がある。 (1) マイクロレンズの焦点距離を長くすることで視野を
大きくできる。 (2) マイクロレンズの配列ピッチを小さくすれば、ディ
スクの径が小さくできると共に光走査のピッチ(スキャ
ンピッチという)も小さくできる。
【0008】しかしながら、上記の利点とは裏腹に次の
ような問題がある。 (1) マイクロレンズML1によるNAが対物レンズの後
ろ側NAより小さいため、対物レンズのNAが生かされ
ず、試料30上で光は絞りきれず面内分解能が悪くな
る。 (2) ピンホール径が試料30から戻ってきた光のビーム
径より大きいため、試料の深さ方向の分解能が悪くな
る。
【0009】(3) 対物レンズの後ろ側に合わせた小さな
ピンホール径にすると、マイクロレンズML1によって
絞られたビーム径の内部しかピンホールを通過できなく
なる。この場合、照明効率は低下し、かつはみ出した外
側の光はピンホール板の表面で反射し背景光として画像
に重なり、S/Nを悪化させる。 (4) ピンホールディスクと対物レンズの間に単レンズを
挿入すれば、その倍率によってピンホール径を変化させ
ることができるが、像の倍率も同時に変化してしまう。
【0010】本発明の目的は、このような点に鑑み、ピ
ンホールディスクと同じパターンを持つ第2の集光ディ
スクをピンホールディスクと対物レンズの間に挿入する
ことにより第1の集光ディスクのマイクロレンズのNA
と対物レンズの後ろ側NAを合わせ、像の倍率は変えな
いで分解能のみ上げることのできる共焦点光スキャナを
提供することにある。なお、ここで「NAを合わせ」と
は、両者のNAを同一にすることではなく、NAを変換
する素子を介することにより、光の結合効率を向上させ
ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、複数の微小開口を有するニポウデ
ィスクと、複数の集光手段が形成された第1の集光ディ
スクと、前記複数の集光手段の焦点位置に前記微小開口
がそれぞれ配置されるように前記ニポウディスクと集光
ディスクを連結する連結手段から成るディスクユニット
と、このディスクユニットを回転させる回転手段と、前
記集光ディスクとニポウディスクとの間に設置された分
岐光学系とを備え、前記微小開口を通過した照射光を対
物レンズを介して試料に照射し、試料面を光走査する共
焦点光スキャナにおいて、前記微小開口の配置と同じパ
ターンの複数の集光手段が形成された第2の集光ディス
クを備え、この第2の集光ディスクを前記微小開口と対
物レンズの間に配置し、前記第1の集光ディスクの集光
手段の開口数と前記対物レンズの後ろ側の開口数が合う
ように構成したことを特徴とする。
【0012】
【作用】第2の集光ディスクをピンホールディスクと対
物レンズの間に挿入し、第1の集光ディスクの集光手段
のNAと対物レンズの後ろ側NAを合わせる。これによ
り像の倍率は変えないで、分解能を上げることができ
る。
【0013】
【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光スキャナの一実
施例を示す構成図である。なお、図4と同等部分には同
一符号を付し、その部分の説明は省略する。図1におい
て、40はピンホールディスク111の微小開口の配置
と同じパターンでマイクロレンズML2(集光手段)が
形成された第2の集光ディスクである。なお、集光ディ
スク112を第1の集光ディスクと呼ぶ。この第2の集
光ディスク40はピンホールディスク111および第1
の集光ディスク112と連結され、モータ13の駆動に
より3枚のディスクが一体に回転するようになってい
る。
【0014】このような構成において、入射光は第1の
集光ディスク112のマイクロレンズML1によりピン
ホールディスク111のピンホールへ絞られ、ピンホー
ルを通過した光は第2の集光ディスク40のマイクロレ
ンズML2で対物レンズ20の後ろ側焦点位置(中間像
面)に結像する。この場合、マイクロレンズML2はマ
イクロレンズML1のNAと対物レンズ20の後ろ側N
Aを一致させるリレー系となる。入射光は試料30上に
対物レンズ20のNAで集光する。
【0015】試料からの戻り光は同じ光路を通り、ピン
トの合った面では丁度ピンホールPHの径に絞られてピ
ンホールに入射する。例えば、a:b=1:2(aはマ
イクロレンズML1の開き角、bは対物レンズ20の後
ろ側の開き角)のときは、Da :Db =2:1(Da
ピンホール位置でのビーム径、Db は中間像面でのビー
ム径)となる。つまり、マイクロレンズML2によりピ
ンホール上の像を中間像面に1/2に縮小する光学系と
なっている。なお、隣接ピンホールからの入射光がマイ
クロレンズML2に入ったとしても図2に示すように横
に進み、対物レンズには入らない。
【0016】以上のような構成により、NAとビーム径
の両方を同時に変換し、マイクロレンズ側と対物レンズ
側からの要求を効率よく一致させることができる。
【0017】なお、本発明はその本質から逸脱せずに多
くの変更あるいは変形をなし得る。例えば図3に示すよ
うに、ピンホールPHとマイクロレンズML2を同一デ
ィスク111aに形成した構成としてもよい。また、微
小開口としてはピンホールに限定されず楕円その他の形
の孔でもよい。なお、このような微小開口を有する基板
は通常ニポウディスクと呼ばれている。
【0018】
【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。 (1) マイクロレンズML1のNAと対物レンズ20の後
ろ側NAをマイクロレンズML2のリレー系で合わせる
ことができ、対物レンズ20のNAが有効に利用でき横
方向および深さ方向の分解能が向上する。 (2) マイクロレンズML1のNAのビーム径でピンホー
ル径が選択でき、このとき光利用効率は低下せず、ピン
ホール面の反射光も増加しない。 (3) マイクロレンズML2により個々のNAをリレーす
るため、倍率の変化はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る共焦点光スキャナの一実施例を示
す構成図
【図2】隣接ピンホールからの入射光の影響を説明する
ための図
【図3】本発明の他の実施例構成図
【図4】従来の共焦点顕微鏡の光スキャナ部分の原理構
成図である。
【符号の説明】
10 光スキャナ 11 ディスクユニット 12 ビームスプリッタ 13 モータ 20 対物レンズ 30 試料 40 第2の集光ディスク 111,111a ピンホールディスク 112 第1の集光ディスク ML1,ML2 マイクロレンズ PH ピンホール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の微小開口を有するニポウディスク
    と、複数の集光手段が形成された第1の集光ディスク
    と、前記複数の集光手段の焦点位置に前記微小開口がそ
    れぞれ配置されるように前記ニポウディスクと集光ディ
    スクを連結する連結手段から成るディスクユニットと、
    このディスクユニットを回転させる回転手段と、前記集
    光ディスクとニポウディスクとの間に設置された分岐光
    学系とを備え、前記微小開口を通過した照射光を対物レ
    ンズを介して試料に照射し、試料面を光走査する共焦点
    光スキャナにおいて、 前記微小開口の配置と同じパターンの複数の集光手段が
    形成された第2の集光ディスクを備え、この第2の集光
    ディスクを前記微小開口と対物レンズの間に配置し、前
    記第1の集光ディスクの集光手段の開口数と前記対物レ
    ンズの後ろ側の開口数が合うように構成したことを特徴
    とする共焦点光スキャナ。
  2. 【請求項2】前記第2の集光ディスクは、前記ニポウデ
    ィスクと集光ディスクに連結し、前記回転手段により一
    体に回転するように構成されたことを特徴とする請求項
    1記載の共焦点光スキャナ。
  3. 【請求項3】前記ニポウディスクと前記第2の集光ディ
    スクが一体化された構造であることを特徴とする請求項
    1記載の共焦点光スキャナ。
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