JP2524574B2

JP2524574B2 - 走査型光学顕微鏡

Info

Publication number: JP2524574B2
Application number: JP60062262A
Authority: JP
Inventors: 嘉明堀川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPS61219919A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、走査型光学顕微鏡に関するものである。

従来技術従来一般の顕微鏡は、光源及び適切なコンデンサーレ
ンズによって被観察試料の観察領域全体をできるだけ均
一に照明するようにすると共に、対物レンズにより試料
像を拡大し接眼レンズを通し観察或は写真撮影をするよ
うにしていたが、観察領域全体を照明するためにフレア
等が多く、従来からの工夫にも拘らず理論上の解像限界
を得ることは不可能であり、又低コントラストな試料等
は非常に見づらかった。又、特殊検鏡法例えば位相差
法，微分干渉法のように位相物体を観察する検鏡を行う
場合或は暗視野観察を行う場合には、夫々各検鏡専用の
特別の高価な光学部品が必要であった。

そこで、上記従来の光学顕微鏡の一つの欠点であるフ
レア等によって理論上の解像限界が達成できない点を解
決するために、点状光投射型の顕微鏡が提案された。こ
れは点光源によって観察試料を点状に照射し、照射され
た試料からの透過光又は反射光を再び点状に結像せし
め、ピンホール開口を有する検出器で像の濃度情報を得
るようにしたものであって、現在マイクロ濃度計等に用
いられている側光方法である***・直良方式と殆ど同じ
方式のものである。但し、これだけでは点状光が照射さ
れた点の濃度情報しか得られないので、試料をＸ−Ｙの
二次元に機械的にラスター走査してそれと同期したCRT
に像を形成し観察するようになっていた。

その顕微鏡について米国特許第3013467号明細書に記
載かれた一例に基づき説明する。第14図はその概略図で
あって、光源１とピンホール２によって点光源を形成
し、該点光源は収差の良く補正された対物レンズ３によ
って試料４上に点として結像せしめられ、試料４を照明
する。更に試料４上の点状光は収差の良く補正されたコ
ンデンサーレンズ５によってピンホール６上に点として
再び結像せしめられ、形成された点状光をピンホール６
を通して検出器７で検出する。一方、駆動回路８によっ
て試料４をテレビのラスター走査のようにＸ−Ｙの二次
元に機械的に走査する。こうして検出器７からの画像信
号を駆動回路８からの同期信号に同期したストレージ型
のCRT9に表示すれば、試料４の像を観察することができ
る。

このように点状光で試料を照明し、点状の検出器で信
号を検出するようにしているので、通常の検出器に比べ
てフレアの少ない良い画像が得られ解像力が向上する
が、試料を機械的に動かして走査する方式であるために
使い勝手が悪い等の問題があった。例えば試料は大きさ
の限られた軽いものに限定されるし、シャーレ等に入っ
た培養標本のような非固定の試料は観察できなかった。
又、異なった試料を連続的に観察するシステム（例えば
フローサイトメトリー）等への応用も困難であった。

次に、上記従来の光学顕微鏡のもう一つの欠点である
特殊検鏡法等には専用の光学部品が必要であり、調整に
も手間がかかるという点に関しては、検出器を二個用い
る方法のものが提案された。これも先の例と同様に点状
に試料を照明し、該試料を透過或いは反射してくる光を
検出すると共に、像を形成するために試料を機械的にＸ
−Ｙの二次元に走査するものである。

この顕微鏡について第15図により詳細に説明する。点
光源10は収差の良く補正された対物レンズ３によって試
料４上に点として結像し、試料４を透過した光は光軸14
を挾むようにして配置された検出器11及び12によって検
出される。一方、駆動回路８によって試料４をテレビの
ラスター走査のようにＸ−Ｙの二次元に機械的に走査す
る。そして、検出器11及び12からの信号は、加減算器13
によって加算或いは減算され画像信号となる。その画像
信号を駆動回路８からの同期信号の同期したストレージ
型CRTに表示すれば試料の像が観察できる。検出器11及
び12からの信号を加算した場合は通常の試料像が観察で
き、減算した場合には試料４の微分位相像が観察でき
る。このように光学部品を変更して調整を行ったりしな
くとも、電気回路のスイッチを切替えるだけで微分像観
察という特殊検鏡が行えるが、この顕微鏡も試料を機械
的に動かして走査する方式であるため使い勝手が悪いと
いう問題があった。

目的本発明は、上記問題点に鑑み、高い解像力を有し且つ
特殊検鏡も簡単に行えると共に、使い勝手の良い走査型
光学顕微鏡を提供せんとするものでる。

概要本発明による走査型光学顕微鏡は、光偏向器により光
ビームを偏向して試料上を走査する方式にすることによ
り、高い解像力を有しながら通常顕微鏡と同様な使い勝
手の良さを確保したものである。又、本走査型顕微鏡
は、走査光学系において光偏向器を瞳位置に設定するこ
とにより、光偏向器によって光ビームを走査しても走査
系において光軸が一定に保たれるようにすると共に、検
出器を瞳と共役な位置に設定することにより、軸外光に
おいても瞳における情報を使えるようにして、特殊検鏡
法でも電気回路のスイッチ操作一つで観察できるように
したものである。

実施例以下第１図乃至第４図に示した一実施例に基づき本発
明を詳細に説明すれば、第１図は瞳を考慮した走査光学
系と検出器の配置を示した図であって、等価的に点光源
と考えられるレーザからの光ビーム20はビームスプリッ
タ21を通過し第一の光偏向器22に入射する。この光偏向
器22は対物レンズ23との瞳24と共役に位置に配置する。
偏向を行っていない場合光ビーム20は光軸25に沿って進
む。偏向を行う場合即ち光ビーム20を走査する場合、光
偏向器22が瞳位置に設けられているので光ビーム20の方
向は軸外主光線26と一致し、光ビーム20の中心も軸外主
光線26と一致する。次にこれらの光ビームは瞳伝送レン
ズ27及び28を通って瞳位置に配置された第二の光偏向器
29に入射する。この光偏向器29が二次元走査のうちのＸ
方向の走査を行うとすると、先の光偏向器22はＹ方向の
走査を行うことになる。Ｘ−Ｙ両方向の偏向を行うこと
のできる光偏向器を用いれば光偏向器は一つで良い。光
偏向器22及び29により二次元的に走査された光ビーム
は、瞳投影レンズ30及び結像レンズ31により対物レンズ
23の瞳24に入射せしめられる。光偏向器22及び29によっ
て形成される軸外光のビームも方向及びこの中心が軸外
主光線26と一致しているので、軸外の光ビームも対物レ
ンズ23の瞳24に正確に入射する。そして、これらの光ビ
ームは対物レンズ23によって試料32上に回折で制限され
る点状光を生じる。光偏向器22及び29によってＸ−Ｙの
二次元に走査することにより、点状光が試料32を二次元
走査する。

試料32を透過した光を観察する場合は、コンデンサー
レンズ33のより光を集め検出器34で検出する。尚、検出
器34も瞳位置に設置される。従って、軸外光も常に同じ
位置に生じるので、検出器34の感度むら等の影響を防ぐ
ことができるし、検出器34の面積も少なくて済む。更に
微分型検出を行う場合には、検出器34を二つの検出器3
5,36で構成し、これらを光軸25に対して対称に設置す
る。この場合、軸外光でもビームの中心と軸外主光線が
一致するように設定されているので、検出器35,36は軸
外主光線に対しても対称な配置となり、正確に微分型検
出を行うことができる。

又、試料32からの反射光で検出する場合、試料32から
反射された光ビームは、対物レンズ23とその瞳24を通り
更に結像レンズ31を通って一旦結像する。この結像面が
通常の光学顕微鏡で像を観測する面である。更に光ビー
ムは瞳投影レンズ30により光偏向器29上に戻ってくる。
このように反射ビームは試料に入射した時と全く同じ経
路を逆に通ってビームスプリッタ21に戻り、ビームスプ
リッタ21により取り出されて検出ビーム37となる。反射
ビームが光偏向器29,22を通過して戻ってきているの
で、軸外を走査しても検出ビーム37は動かない。検出ビ
ーム37は集光レンズ38によって点状に絞られ、点状に絞
られた位置にピンホール39をもうけてその後方の検出器
40で検出すれば、上記従来例と同様にフレアの無い、通
常の顕微鏡より高解像の画像を得ることができる。第１
図における透過検出光学系から明らかなように、検出器
40には平行光束で入射させることも可能である。この場
合、集光レンズ38は不要となる。又、集光レンズ38があ
る場合と比べて、光束径は大きくなるのでピンホールの
代わりに光束径の大きさに対応した開口を配置すること
が必要となる。又、この開口は、カメラの絞りのよう
に、開口の大きさを変更し得るものであっても良い。
又、ピンホール39を設けなくとも通常の画像が得られる
ことは言うまでも無い。又光ビームが点状に絞られた位
置ぬ黒点状の遮光物を設ければ、暗視野像が容易に観測
できる。又、検出器40を二つの検出器41,42で構成し、
光ビームの拡がった位置に光軸に対称に設置すれば、微
分型観測を行える。尚、検出器40からの信号を上記従来
例と同様にCRTの表示手段により可視化することは言う
までも無い。

次に、光ビームを走査する光学系，検出系の場合に瞳
位置を考慮する必要があることについて詳細に説明す
る。第２図は第１図の光偏向器22と瞳伝送レンズ27の部
分において光偏向器22が瞳位置43に無い場合を示してい
る。入射ビーム20が光偏向器22で偏向されると、その光
ビームの中心44は対物レンズ23によって決まる軸外主光
線26と一致しない。このことは軸外の光ビームが対物レ
ンズ23に正確に入射しないことを示している。第３図に
おいて、45は対物レンズ23の瞳であって、その中心が光
軸25或いは軸外主光線であることを示されている。この
場合、光偏向器22を瞳と共役な位置に設けておくと、走
査された軸外光ビームは軸外主光線26に一致し、対物レ
ンズ23の瞳45に正確に入射する。これに対して、光偏向
器22が瞳位置にないと光ビームの中心44と軸外主光線26
とは一致しないので、光ビームの拡がり46は第３図に示
した如くになり、瞳45に正確に入射せずにけられること
になる。この場合、入射ビームを拡がり46´のように大
きな光ビームにしておけば、光量が不足することは無い
が、やはり瞳の情報を利用する場合には不適当である。

次に瞳位置に検出器が無い場合について説明する。第
４図において、光ビームは対物レンズ47によって試料48
上に点状投影され、透過ビームは光軸49に関して対称に
配設された検出器50,51により検出される。上記従来例
の如く試料を動かして走査する方式の場合は光ビームは
常に光軸上にあるから、常に微分型の検出ができる。一
方、本発明のように光ビームを光偏向器で走査する場合
には軸外光を生じるので、検出器が瞳位置にないと軸外
主光線52に関して検出器50,51の位置が対称にならな
い。実際に第４図に示した如く軸外主光線52は検出器51
上に生じる。従って正確な微分像を得ることはできな
い。以上のことから、光ビームを走査する方式の走査型
光学顕微鏡においては光偏向器を光学系の瞳位置に設定
し、検出器も瞳位置に設ける必要があり、そうすれば特
殊鏡も簡単に行え、高解像の画像も得られる。但し、前
述の実施例の説明から明らかなように、反射光で検出す
る場合は反射光が再び光偏向器を通過するので、検出器
の位置には制約の必要は無い。

次に、上記実施例の具体例として通常顕微鏡の観察も
可能な走査型顕微鏡の光学系を第５図に示す。後で詳述
するレーザ光源53からのレーザビーム54はビームスプリ
ッタ55を通過して対物レンズの瞳位置と共役な位置に設
けられた光偏向器のガルバノメーターミラー56に入射す
る。ここでレーザビーム54は偏向されてＹ方向に走査さ
れる。次に瞳伝送レンズ57,58によってやはり対物レン
ズの瞳位置と共役な位置に設けられたガルバノメーター
ミラー59に入射する。ここでレーザビーム54は偏向され
てＸ方向に走査される。尚、図面上では、ガルバノメー
ターミラー56,59は共に同じ方向にレーザビーム54を偏
向するかの如く図示されているが、実際はＹ及びＸの方
向にレーザビーム54を走査ち、結果的には試料上をＸ−
Ｙの二次元に走査し得るようになっている。二次元に走
査されたレーザビーム54は、瞳投影レンズ60,結像レン
ズ61を通過し対物レンズ62の瞳の入射する。そして、試
料63上に回折によって制限されるレーザスポットを生
じ、そのレーザスポットで試料63をＸ−Ｙの二次元に走
査する。ここで、走査型観察を行う場合に、眼視観測用
のプリズム64及び落射照明用のビームスプリッタ65は光
路上から除かれている。さもないと、レーザビームが目
に入る恐れがあり危険であるし、またフレアの原因にも
なる。瞳投影レンズ60は対物レンズの瞳をガルバノメー
ターミラー59上に投影するレンズであるが、対物レンズ
の瞳位置は種類により大きく異なることがあるので、夫
々の種類の対物レンズの瞳位置を正確にガルバノメータ
ーミラー59上に投影できる複数の種類の瞳投影レンズが
容易に交換できるような構造になっている。勿論像位置
を不変に保ちながら瞳投影距離を調整するズーム型のレ
ンズでも良い。

次に透過系における検出について説明する。試料63上
を走査して透過したレーザビームは、コンデンサーレン
ズ66,眼視観測の透過照明用ビームスプリッタ67を透過
して検出器68,69によって検出される。尚、検出器68,69
は瞳と共役な位置において光軸に関して対称に配置され
ている。そして、検出器68及び69の信号の和を用いて像
を形成すると普通の透過像が得られ、信号の差を用いる
と微分的な画像が得られる。又、両信号に重みを掛けて
和，差を計算するか、或いは片側だけの信号を用いる
と、普通像と微分像の重なった像が得られることは言う
までも無い。

次にIC標本を観察する場合のように反射系で検出する
場合について説明する。光ビームは試料63で反射され、
対物レンズ62,結像レンズ61,瞳投影レンズ60,ガルバノ
メーターミラー59,瞳伝送レンズ58,57,ガルバノメータ
ーミラー56を通ってビームスプリッタ55に戻ってくる。
即ち試料63に入射した時と全く同じ光路を逆に通って戻
ってくる。ビームスプリッタ55によって反射された検出
ビーム70は集光レンズ71によって点状に集光される。こ
の位置にピンホール72を挿入し、その後方の検出器で検
出すると高解像の画像が得られる。更にガラス板上に小
さな遮光用の黒点を設けた黒点遮光板73を挿入して集光
された検出ビームのＯ次光をカットすると、暗視野像が
得られる。又、０次光だけでなく、高次の回折光を除去
するようにしても良い。即ち、リング状の開口を有する
遮蔽板を用い、集光されたビームスポットのエアリディ
スクの最初のリングだけを通すようにしても良い。又、
光束の拡がったところに検出器74,75を光軸に関して対
称に設置してあるので、微分像が得られる。

次に、検出部について詳しく説明する。第５図に示さ
れている検出器74,75は光束の拡がったところに置かれ
ているが、この場合で差信号として得られる微分像は試
料の位相に関するものである。これら二つの検出器74,7
5を集光レンズ71で集光された位置にもってきて、点状
に集光された光を二つの検出器74,75で分割して検出し
て差信号を得れば、試料の振幅に対する微分像が得られ
る。この場合には、小さく集光されたスポットを分割す
るために二つの検出器74,75の間隔を非常に小さくする
必要があるが、二つの検出器74,75を並べてこの間隔を
小さくすることは難しいので、第６図に示した如くプリ
ズムミラー76を用いるのが良い。尚、検出器74,75に光
電子増倍管を用いる場合には、光束の拡がった位置或い
は瞳位置で検出する場合にも第６図のような構成が良
い。

又、干渉顕微鏡を構成することができる。第５図にお
いて、通常は光路から除かれているミラー77を光路上に
入れる。レーザ光源53からのレーザビーム54は、ビーム
スプリッタ55で反射されミラー77で反射される。又、ビ
ームスプリッタ55を透過した成分は、試料63から反射し
て戻ってきた検出ビーム70と重なる。そして、ピンホー
ル72を光路に入れて両方のビームがピンホール72を通過
するように調整すると容易に干渉縞を得ることができ
る。

又、偏光顕微鏡も構成できる。第５図において、レー
ザ光源53からの直線偏光のビームを試料に投射し、偏光
板78或いは79を通して検出器で検出する。又、偏光板78
或いは79の偏光方向を変化させることにより違った偏光
状態を観察できる。レーザ光源53からのレーザビームを
円偏光にしても良い。

又、蛍光観察も行い得る。例えばA_r ⁺レーザの488nmの
波長でFITC染色された試料を励起し、その蛍光を観察す
ることもできる。この場合には検出ビーム中にバリアフ
ィルター80を入れれば良い。この観察法が上記各種検鏡
法と組み合わせられるのは言うまでも無い。

尚、第５図において、81は落射型の通常顕微鏡眼視観
測用の光源で、ビームスプリッタ65を光路中に入れ、プ
リズム64,接眼レンズ82を通して観察するようになって
いる。83は透過照明用の光源である。又、図中に示して
いない微分干渉用プリズムや位相差用対物レンズ及びリ
ングスリット等を用いて通常顕微鏡の特殊検鏡も行え
る。勿論、走査型観察時にそれらの光学部品をそのまま
用いて特殊検鏡が行えるのは言うまでも無い。

第７図はレーザ光源53の光学系の詳細図であって、こ
の場合二つのレーザ84,85を使用している。86,87は音響
光変調器でレーザ光の強度を変調するものである。88,8
9は集光レンズ90,91はスペーシャルフィルタ（ピンホー
ル）、92,93はビーム径を適切な径に変換するコリメー
タである。コリメータ92,93を通った光は切換えミラー9
4により光路が選択され、図中のレーザビーム54を形成
する。尚、第７図中に図示されていないビーム径可変コ
ンバータレンズにより瞳を入射する光量分布を均一分布
からガウス型分布に変化させることができ、これにより
レーザビーム走査観察時における焦点深度の大きさを変
えることができる。

第８図は走査型レーザ顕微鏡においてカラー画像を得
る場合のレーザ光源の光学系を示している。95,96,97は
夫々青のレーザ光源（A_r ⁺レーザ、波長488nm），緑のレ
ーザ光源（A_r ⁺レーザ、波長514.5nm），赤のレーザ光源
（H_e−N_eレーザ、波長633nm）であって、これから発し
た各レーザ光をダイクロイックミラー98,99を用いて一
本に合成し、集光レンズ100を介してスペーシャルフィ
ルタ101に入射させ、コリメータ102を用いてレーザビー
ム54を形成する。青のレーザ光は、文中にあるように、
これらは何れもAr⁺レーザから発振される。従って、第
８図では、青のレーザ光源と緑のレーザ光源とは別々で
あるが、一つであっても良い。更に、レーザ光源が青・
緑・赤を同時に発振できれば、かかるレーザ光源は一つ
であっても良い。尚、第７図の場合は二本のレーザはス
ペーシャルフィルタを通った後に形成されるので調整が
容易であるが、第８図の場合は三本のレーザを合成して
からスペーシャルフィルタを通しているので調整が困難
である。しかし、三色の点光源を一致させれば色ずれを
防ぐことができる。

第９図は第８図の光源を用いてカラー画像のR,G,B信
号を得るための光学系を示している。検出ビーム70を集
光レンズ71を用いて集光して点状先に形成し、ピンホー
ル72を入れた検出が可能となっている。その後ビームを
ダイクロイックミラー103,104でR,G,Bの三色に分け、夫
々を検出器で検出する。又、ダイクロイックミラーが生
物顕微鏡で使用されていることを考慮すれば、蛍光への
応用も考えられる。例えば、試料から複数の蛍光が発生
している場合、夫々の蛍光波長に合わせたダイクロイッ
クミラーを用意すれば、波長別の系構造を同時に画像化
することができる。このとき、夫々の蛍光色素に合わさ
た波長を発生し得るレーザ光源が必要であることは云う
までもない。

第10図はマイクロコンピュータを用いた場合の電気回
路のブロック図を示している。105はマイクロコンピュ
ータ106によって制御されるガルバノメータコントロー
ル回路であって、サーボアンプ107,108を介してＸ偏向,
Y偏向の二つのガルバノメータ109,110を動作させる。動
作モードは、走査型レーザ顕微鏡として通常の画像を得
るためのＸ−Ｙの二次元のラスター走査の他の、Ｖ方向
のみの走査がある。或いは、画像中の任意の一点にのみ
レーザを照射する座標指定のモードがある。透過系検出
器68,69の信号はプリアンプ111,112及びオフセット，可
変ゲイン（gain）の調整のついた増幅器113,114によっ
て加減算器115に与えられる。加減算器115は二つの信号
の加算或いは減算を行い、その結果をマルチプレクサ11
6に入力する。反射検出系の検出器74,75の信号は同様な
回路を経てマルチプレクサ116に入力する。マルチプレ
クサ116はマイクロコンピュータ106からの指令により透
過系の信号と反射系の信号を選択する。マルチプレクサ
116によって選択された画像信号は、ガルバノコントロ
ール回路105に同期したサンプルホールド・A/D変換回路
117によりフレームメモリ118に格納される。格納された
画像信号は表示用D/A変換回路119を通じてモニター120
に表示される。121は試料上に走査された光によって起
こる物理現象を観測して画像を形成する場合に用いるア
ンプであって、上記と同様にサンプルホールド・A/D変
換回路122の通してフレームメモリ123に格納され、モニ
ター120に表示される。尚、試料上に走査された光によ
って起こる物理現象を観測して画像を形成する例として
は、半導体のPN接合に光が入射した時に生じる光励起電
流を観測するもの或いは光音響波を検出するものがある
が、この場合は通常の画像と重ね合わせて疑似カラーで
表示できる。

124は音響光変調器の駆動回路であって、音響光変調
器86を駆動する。これは、マウス125を使用し、モニタ
ー120上に表示されている画像の一点をモニター120に表
示されるマークによって任意に選び、ガルバノメータ10
9,110によって位置をその座標に固定し、そこに瞬間的
にレーザ光の照射する場合に用いられる。又、これらは
細胞などの微細なものにレーザ光で穴をあける時などに
用いることができる。即ち、出力の弱い観測用のレーザ
で画像を表示し、マウス125によって穴をあけたい位置
を指定し、そして強力なレーザを音響光変調器によって
瞬間的に照射する。尚、126はフレームメモリに接続さ
れた画像処理ユニット、127はマイクロコンピュータ106
のコンソールである。

第11図（Ａ）及び（Ｂ）は、コントラストの低い画像
信号128をオフセット，可変ゲインの調整のついたプリ
アンプ111,112によりコントラストの高い画像信号129に
変化させた場合を示している。

以上、本発明による走査型光学顕微鏡は、光ビームを
走査する方式にしたことにより高い解像力を有し、瞳を
考慮した光学系と検出器の配置によりこの種光学顕微鏡
においても微分像，高解像像，暗視野像等の特殊検鏡像
も簡単に得られる。又、本発明による走査型光学顕微鏡
は、基本となる光学系にわずかな部品を付加することに
より、干渉顕微鏡，偏光顕微鏡，蛍光顕微鏡を構成する
ことができる。その上、通常顕微鏡で用いられる特殊検
鏡法も使用できる。又、光励起電流検出等の物理現象を
映像化できる。又、細胞に穴をあける等の微細加工も可
能である。

第12図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々第二実施例の光学系の
正面図及び側面図を示しており、これは光偏向器として
音響光偏向素子を用いた例である。光源からのレーザビ
ーム130は、瞳位置に置かれた音響光偏向素子131に入射
する。音響光偏向素子131によって回折されたビーム132
は調整用ミラー133によって反射されビーム134となって
瞳伝送レンズ135に入射する。ミラー136によって反射さ
れたビーム134は瞳伝送レンズ137を通ってビーム138と
なる。レーザビーム138は瞳位置におかれた音響光偏向
素子139により回折されビーム140となる。ビーム140は
調整用ミラー141により反射されてビーム142となり、瞳
投影レンズ143に入射する。瞳投影レンズ143を通過した
ビームは図示していない対物レンズの瞳に入射し、試料
上にスポットを生じる。ここで、図中のレーザビーム13
0,132,134,138,140,142は軸上光として偏向された光束
の中心を表しており、いわゆる光軸に相当するものであ
る。

音響光偏向素子131,139は第13図に示した如く音波を
伝える媒体148と圧電素子149とから成っており、圧電素
子149に高周波電圧（100MHz前後）を加えらと媒体148内
に音波により回折格子が生じ、レーザビーム150を入射
すると、０次回折光151と一次回折光152が生じる。そし
て、圧電素子に加える高周波の周波数を変えることによ
り、一次回折光の向きを方向153から方向154に連続的に
変えることができる。これが音響光偏向素子における光
偏向方法である。よって、光軸に相当する方向を152と
し軸外方向を153或いは154とする。従って、第12図にお
いて軸外光は音響光偏向素子131によって光軸132の上下
に方向144,145のように偏向される。尚、瞳伝送レンズ1
35,137,143は第５図の瞳伝送レンズ67,68,70に夫々相当
する。又、瞳位置におかれた二つの音響光偏向素子131,
139は夫々第１図中の光偏向器22,29に相当し、夫々X,Y
方向にレーザビームを走査する。その結果試料上でレー
ザビームがラスター状に走査される。

光学系の調整という観点から見ると、光学系が立体的
に配置される場合は、その光学系の光軸が各々垂直或い
は平行であることが望ましい。しかし、音響光偏光素子
131による回折光は入射光130に対して90゜でない角度θ
を有している。例えば角度θは４゜程度である。そし
て、この前後±２゜程度回折角を変化させてレーザビー
ムを走査する。よって、光学系の光軸を垂直に保つため
に調整用のミラー133を設けて回折ビーム132を反射さ
せ、入射レーザビーム130に対して垂直なレーザビーム1
34として瞳伝送レンズ135に入射させるのが良い。これ
は音響光偏向素子139と調整ミラー141の関係，レーザビ
ーム138とレーザビーム142の関係でも同じことである。
尚、レンズ146はシリンドリカルレンズで音響光偏向素
子139のレンズ効果を補正するものである。このように
音響光偏向素子を瞳位置に設けることにより瞳を考慮し
た光ビーム走査光学系を設定することができる。よっ
て、瞳位置に検出器を配置することができる。

試料より反射された光は再び図示しない対物レンズ，
瞳投影レンズ143,音響光偏向素子139,瞳伝送レンズ137,
135,音響光偏向素子131を通って図示しない検出系に戻
る。本実施例の検出系も第１図に示すものと同様に構成
されており、試料からの反射光は、ビームスプリッタ21
でレーザ入射系から分かれ、集光レンズ38により焦点39
上に集光する。この位置にピンホールを設けることによ
り高解像な像が黒点板を設けることにより暗視野像が、
また分割検出器41,42により微分像が夫々得られる。

又、試料から透過した光はコレクターレンズ33により
瞳位置に置かれた検出器35,36上に達する。これにより
通常像，微分像が簡単に得られる。

又、処理回路を第10図の如く構成すれば、各種の処理
が可能となる。但し、本実施例では、図中、105は音響
光偏向素子コントロール回路、107,108は高周波発生回
路、109,110は音響光偏向素子となる。

以上のように、音響光偏向素子を用いることによりTV
の走査スピードと同等のレーザビーム走査が可能とな
り、且つ瞳を考慮た光学系と検出器の配置により、レー
ザビームを走行する走査光学顕微鏡においても、二つの
検出器を用いて微分像が簡単に得られ、高解像像，暗視
野像も簡単に得られる。又、音響光偏向素子をレーザビ
ーム投射に用いるだけでなく、その反射光をもう一度音
響光偏向素子に通すことにより上記の構成が可能となっ
たのである。

尚、光偏向部材としては、鏡や音響光偏向素子以外に
もプリズム，ガラスブロック等の各種偏向器が使用され
得る。

発明の効果上述の如く、本発明による光走査型光学顕微鏡は、高
い解像力を有し、且つ特殊鏡も簡単に行えると共に、使
い勝手が良いという重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による走査型光学顕微鏡の一実施例の光
学系を示す図、第２図及び第３図は上記実施例において
光偏向器が瞳位置に無い場合を示す図、第４図は上記実
施例において検出器が瞳位置にない場合を示す図、第５
図は上記実施例の具体例を示す図、第６図は上記具体例
の検出系の変形例を示す図、第７図はレーザ光源の光学
系を示す図、第８図はカラー画像を得る場合のレーザ光
源の光学系を示す図、第９図はカラー画像を得る場合の
検出系を示す図、第10図は上記具体例の電気回路のブロ
ック図、第11図は画像信号のコントラストの強化を示す
グラフ、第12図は第二実施例の光学系を示す図、第13図
は音響光偏向素子の断面図、第14図は従来例の光学系を
示す図、第15図は他の従来例の光学系を示す図である。 20……光ビーム、21……ビームスプリッタ、22,29……
光偏向器、23……対物レンズ、24……瞳、25……光軸、
26……軸外主光線、27,28……瞳伝送レンズ、30……瞳
投影レンズ、31……結像レンズ、32……試料、33……コ
ンデンサーレンズ、34,35,36……検出器、37……検出ビ
ーム、38……集光レンズ、39……ピンホール、40,41,42
……検出器、43……瞳位置、44……光ビームの中心、45
……対物レンズの瞳、46……光ビームの拡がり、47……
対物レンズ、48……試料、49……光軸、50,51……検出
器、52……軸外主光線。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、該光源から発した光を物体
上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズ
との間に設けられていて前記対物レンズに入射する光の
角度を変化させる第１の光偏向部材と第２の光偏向部材
と該２つの光偏向部材の間に配置された光学系から構成
されると共に、前記第1,第２の光偏向部材が前記対物レ
ンズの瞳位置，その共役な位置又はこの近傍に配置され
た走査光学系と、対物レンズの瞳に入射するレーザ光の
光束径を対物レンズの瞳径と同一になるようにする手段
と、物体からの光を受ける検出器と、該検出器の前方に
あって前記物体と共役な位置に配置された開口と、前記
走査光学系と前記対物レンズとの間に目視観察光路と走
査光路とを切り換える光路切り換え手段とを有する走査
型光学顕微鏡。
【請求項２】レーザ光源と、該光源から発した光を物体
上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズ
と間に設けられていて前記対物レンズに入射する光の角
度を変化させる一つの光偏向部材から構成されると共
に、前記光偏向部材が前記対物レンズの瞳位置、その共
役な位置又はその近傍に配置された走査光学系と、対物
レンズの瞳に入射するレーザ光の光束径を対物レンズの
瞳径と同一になるようにする手段と、物体からの光を受
ける光検出器と、該検出器の前方にあって前記物体と共
役な位置に配置された開口と、前記走査光学系と前記対
物レンズの間に目視観察光路と走査光路とを切り換える
光路切換手段を有する走査型光学顕微鏡。
【請求項３】前記２つの光偏向部材の間に配置された光
学系は瞳伝送光学系であり、前記対物レンズと前記第１
の光偏向部材との間には瞳投影光学系が設けられてい
て、前記対物レンズの瞳と前記第１の光偏向部材とが前
記瞳投影光学系に関して共役な位置に配設された、特許
請求の範囲（１）に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項４】第１の光偏向部材及び第２の光偏向部材の
うち少なくとも一方が水平走査のための音響光偏向素子
であり、該音響光偏向素子により生ずるレンズ効果を補
正するための補正光学素子が光路中に配置された、特許
請求の範囲（３）に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項５】音響光偏向素子を射出した光束の光軸の傾
きを補正するための補正ミラーを備えた、特許請求の範
囲（４）に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項６】物体からの光が第１の光偏向部材及び第２
の光偏向部材を通過した後に検出器に入射するように構
成された、特許請求の範囲（５）に記載の走査型光学顕
微鏡。
【請求項７】検出器が物体からの光を個々に受ける複数
の受光素子により構成されていて、該各受光素子の出力
信号を減算することにより物体の検出画像を生成する信
号処理手段を備えた、特許請求の範囲（１）又は（２）
に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項８】物体を発し走査光学系を通過した光を集光
せしめる集光光学系と、該集光光学系の集光位置に設け
られたピンホールとを有し、該ピンホールを通過した光
が検出器に入射するように構成された、特許請求の範囲
（７）に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項９】物体を発し走査光学系を通過した光を集光
せしめる集光光学系と、該集光光学系の集光位置に設け
られた、前記走査光学系を通過した光のうちの０次回折
光を除去する遮蔽部材とを有し、該遮蔽部材を通過した
光が検出器に入射するように構成された、特許請求の範
囲（１），（３）又は（７）に記載の走査型光学顕微
鏡。
【請求項１０】リングスリットと位相差対物レンズを用
いた位相差検鏡法による走査型観察機能を備えた、特許
請求の範囲（１），（３）又は（６）に記載の走査型光
学顕微鏡。
【請求項１１】所望の偏光を放出する光源を用い、又は
光源からの光を所望の偏光に変換せしめる光学素子を設
けることにより所望の偏光を物体に照射し、物体からの
光の中で、照射された偏光以外の反射光を反射する偏光
素子を介して検出器に入射するように構成された、特許
請求の範囲（１），（３）又は（６）に記載の走査型光
学顕微鏡。
【請求項１２】微分干渉プリズムを用いた微分干渉検鏡
法による走査型観察機能を備えた、特許請求の範囲
（１），（３）又は（６）に記載の走査型光学顕微鏡。
【請求項１３】少なくとも１つの波長を発生する光源要
素からなる光源と、該光源からの光を物体に照射したと
きに該物体から発生した光を波長別に分離し得る少なく
とも１つの波長分離素子とを有する、特許請求の範囲
（１），（３）又は（６）に記載の走査型光学顕微鏡。