JP2596898Y2 - 共焦点走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は共焦点走査型光学顕微鏡
に係り、さらに詳しくは対物レンズの合焦位置と共役な
位置での開口絞りを調節する操作部材の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光源からの光を対物レンズで
試料上に集束させて光スポットを形成し、その光スポッ
トで試料を２次元走査すると共に、試料からの反射光ま
たは透過光を対物レンズの焦点位置と共役な位置に配し
た共焦点絞りを通過させて取出し、その取出した光を光
電変換して当該試料の画像情報を得る共焦点走査型光学
顕微鏡が知られている。従来より在る走査型光学顕微鏡
の構成例が図１０に示されている。

【０００３】この走査型光学顕微鏡は、光源１から発し
たレーザビームを、ビームスプリッタ２で反射させて第
１の光偏向器３に入射している。この光偏向器３に入射
するレーザビームはＹ方向に偏向される。その偏向され
たレーザビームは第１の望遠鏡光学系４を通り第２の光
偏向器５に入射する。この第２の光偏向器５によりレー
ザビームがＸ方向へ偏向される。

【０００４】ここで、第１の望遠鏡光学系４は第１の光
偏向器３と第２の光偏向器５とが光学的に共役な位置に
なるように配置されており、第１，第２の光偏向器３，
５によりレーザビームが２次元走査されるものとなる。

【０００５】２次元走査されたレーザビームは第２の望
遠鏡光学系６を通って接眼レンズ７に入射している。第
２の望遠鏡光学系６は、接眼レンズ７の瞳と第２の光偏
向器５とが共役な関係になるように配置されており、従
って接眼レンズ７の瞳位置、第１の光偏向器３、第２の
光偏向器５が共役な関係に保たれている。

【０００６】光源１側から接眼レンズ７に入射したレー
ザビームは、中間レンズ８を通って対物レンズ９に入射
し、その対物レンズ９で集光させられて試料１０上にス
ポットを形成する。

【０００７】試料１０が反射物体であれば、試料１０で
反射したレーザビームは、再び元来た光路を戻り、ビー
ムスプリッタ２を透過し、絞り部１１を通って光検出器
１２で検出される。

【０００８】上記絞り部１１は、対物レンズ９の焦点位
置と共役な位置に配置されており、共焦点光学系を構成
している。この様な共焦点光学系を構成することによ
り、試料１０内の光軸上における合焦位置に対しその上
下の領域からの光、いわゆるデフォーカス領域の光は絞
り部１１でカットすることができる。これは共焦点光学
系が光軸方向の分解能を持つことを意味している。

【０００９】ところで、共焦点光学系における絞り部１
１の開口部の大きさは、光軸方向の分解能に関係してお
り、その開口部の大きさが小さいほど光軸方向の分解能
が向上する。ところが、開口部が小さ過ぎると、絞り部
１１を通過する光量が減少するため良好な試料画像が得
られなくなる。

【００１０】光軸方向の分解能は最大の分解能を維持し
つつ、良好な試料画像を得られる開口に調節できるよう
にするためには、走査型光学顕微鏡の共焦点光学系に設
けられる絞り部１１は、開口部の大きさを調節できる必
要がある。

【００１１】そこで従来の共焦点走査型光学顕微鏡で
は、絞り部１１にカメラのように開口部の大きさを連続
的に変化させる絞り機構や、複数の大きさの開口部をタ
ーレットを用いて交換するターレット機構等が使用され
ていた。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】前述したように、共焦
点光学系では絞り部１１の開口径を小さくしていくこと
により光軸方向の分解能は向上するが、ある大きさを境
にして開口径をそれ以上小さくしても分解能が向上しな
くなる。その開口径の大きさは計算から求めることがで
きる。観察手順は、まず絞り部の開口を分解能を向上し
得る最小径に設定し、その後、光量とのバランスを考慮
しながら開口の大きさを調整するのが望ましい。

【００１３】一方、対物レンズによっても光軸方向の分
解能が変化するので、対物レンズが異なれば同じ大きさ
の開口径であっても光軸方向の分解能が異なってくる。
従来の走査型光学顕微鏡では、絞り部での開口径の大き
さ調整は、画像を得るための光量調整に主眼が置かれて
おり、絞り部の開口径を変化させる部材には、開口の大
きさを示す数字や、単に目盛りが付されている程度であ
った。

【００１４】しかしながら、絞り部の開口径を変化させ
る部材に前述した表示を行ったのでは、対物レンズの分
解能が最大になっているにも拘らず、開口を小さくし過
ぎる可能性があり、対物レンズの光軸方向の分解能と光
量とのバランスを調整するのが難しかった。しかも、数
種類の対物レンズを交換して使用するような観察の場合
には、対物レンズを交換する度に調整作業が必要になり
操作性を阻害する要因になる。

【００１５】本考案は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、対物レンズの光軸方向の最高分解能となる開
口径を一目で判断でき、絞り部の開口径を必要以上に小
さくすることがなく、操作性の改善された共焦点走査型
光学顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案の共焦点走査型光学顕微鏡は、光源と、この
光源からの光を試料上に微小なスポットで集光する対物
レンズと、前記試料からの光を検出する光検出器と、前
記試料上のスポットと前記試料とを相対的に２次元走査
するための走査光学系と、前記対物レンズの合焦位置と
光学的に共役な位置であって前記光検出器の前に配置さ
れるピンホール部材と、開口径の異なる複数のピンホー
ル部材を保持し前記光検出器に入射する光の光軸上に、
ピンホール部材の開口中心を合わせるように位置決めす
ることが可能な開口径調整機構と、対物レンズの倍率、
又は対物レンズの種類及び倍率に応じた開口径のピンホ
−ル部材を前記光検出器に入射する光の光軸上に位置決
めするために、前記開口径調整機構に設けた対物レンズ
の倍率、又は対物レンズの種類及び倍率に対応するピン
ホール部材を示す表示手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】本考案の共焦点走査型光学顕微鏡では、開口径
の異なる複数のピンホール部材を保持する開口径調整機
構に、対物レンズの倍率、又は対物レンズの種類及び倍
率に対応した表示手段を設けて、それを基に光検出器に
入射する光の光軸上にピンホール部材の開口中心を合わ
せるように位置決めするようにしたので、例えば倍率の
異なる対物レンズに交換してもその対物レンズの光軸方
向の分解能が最高になる開口径のピンホール部材を、開
口径調整機構の表示手段から容易に判断することができ
る。よって、光軸方向の分解能が最高になる開口径への
初期設定が容易で、かつ不必要な光量制限がなくなるも
のとなる。さらに、ピンホール部材により開口を形成し
ているので、最小開口径を数十μｍ〜１００μｍまで小
さくすることができ、機械的な可変絞りを用いる場合に
比べて、光学系のストロークを短縮できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本考案の実施例に
ついて説明する。

【００１９】本考案の第１実施例に係る共焦点走査型光
学顕微鏡は、前述した図１０に示す走査型光学顕微鏡の
光学系と同一構成の光学系を有しており、絞り部に図１
に示す開口径調整機構が設けられている。

【００２０】図１に示す開口径調整機構は、共焦点光学
系における対物レンズの焦点位置と共役な位置（図１０
における絞り部１１の位置に相当）に、可変絞り２０が
開口中心を光軸に一致させて配置され、その可変絞り２
０が支持部材２１を介して取付座２２に固定されてい
る。

【００２１】上記可変絞り２０は、図３に示すように、
枠体２３の内部に互いに重ね合わせた複数枚の羽２４を
円周方向へ摺動自在に取付けられており、その複数枚の
羽２４により中心部に開口部を形成している。そして枠
体２３から突出したつまみ２５を矢印方向へ回転させる
と開口部の直径が変化するようになっている。

【００２２】図１のＡ−Ａ線矢示断面を図４をに示す。
上記支持部材２１の一方の面に陥凹部が形成されてお
り、その陥凹部に枠部材２７が嵌め込まれ、さらに枠部
材２７に回転体２６が回転可能に取付けられている。

【００２３】回転体２６は、リング状の部材であり、そ
の内径は可変絞り２０の枠体２３に係合している。また
回転体２６には、２つの切欠き２６ａ，２６ｂが直径方
向に向けて形成されており、一方の切欠き２６ａには可
変絞り２０のつまみ２５が挿入されている。また回転体
２６の他方の切欠き２６ｂはＬ字型の伝達部材３１に固
定されたピン３２が挿入されている。

【００２４】また上記枠部材２７には、固定リング２８
がねじで係合するようになっており、このねじを捩じ込
むことにより、可変絞り２０の枠体２３は枠部材２７と
固定リング２８の間で挟み込まれ、固定される。なお、
回転体２６と固定リング２８は、光軸方向にわずかな隙
間を有しているので、回転体２６は枠部材２７に対して
光軸まわりに回転可能になっている。

【００２５】枠部材２７の外周には、Ｖ溝２７ａが設け
られ、支持部材２１の３か所に設けられたケン先ビス２
９により固定される。また枠部材２７には、ピン３２を
通すための長穴２７ｂが設けられている。長穴２７ｂは
操作レバー３６のストロークより長く構成されている。

【００２６】枠部材２７の外径は支持部材２１の内径よ
り小さく構成されているので、３本のケン先ビス２９の
締め具合を調整することにより、可変絞り２０の中心を
正確に光軸心に一致するように調整できる。

【００２７】可変絞り２０を含む光学系は遮光容器３４
内に収納されている。この遮光容器３４の側壁であって
可変絞り２０に対向する箇所に、軸受け筒３５が設けら
れており、その軸受け筒３５に棒状の操作レバー３６が
水平方向へ摺動自在に挿入されている。その操作レバー
３６の先端部はねじで構成され、Ｌ字型伝達部材３１に
ナット３７にて固定されている。

【００２８】図２に示すように、上記操作レバー３６の
外周面には、対物レンズの倍率に対応してカラーコード
３８ａ〜３８ｃがレバー３６の長手方向に沿って表示さ
れている。なお、市販の対物レンズは、倍率に応じて、
１０倍では黄色、２０倍では緑色、４０倍では青色とい
ったカラーコードがそれぞれ表示されている。そこで本
実施例では、各カラーコード３８ａ〜３８ｃの色を、倍
率に応じて市販の対物レンズのものと同色にしている。
例えば、１０倍の対物レンズに対応して表示されたカラ
ーコードは黄色、２０倍は緑色、４０倍は青色にする。

【００２９】これら各カラーコード３８ａ〜３８ｃの表
示位置は、操作レバー３６を移動させて所定のカラーコ
ードを軸受け筒３５の入口と一致させたときに、そのカ
ラーコードに割付けられた倍率の対物レンズに関する光
軸方向の分解能が最高になる最小絞り径が設定される位
置となっている。またカラーコード３８ａ〜３８ｃを表
示した下部領域に目盛り３９が表示されている。

【００３０】以上のように構成された本実施例では、操
作レバー３６を水平方向へ移動させると、操作レバー３
６の先端部に取付けられた伝達部材３１が操作レバー３
６と同方向へ同じ距離だけ移動する。伝達部材３１には
回転体２７の切欠き２９に係合しているピン３２が設け
られているので、伝達部材３１と共にピン３２が水平移
動して回転体２７に水平方向の応力を作用させる。その
結果、回転体２７が操作レバー３６の移動方向へ応じた
方向へ回転する。この回転体２７のもう一方の切欠き２
８にはつまみ２５が係合しているので、回転体２７の回
転と共につまみ２５が所定量回転し、可変絞り２０の開
口径が変化する。この様にして、操作レバー３６の操作
量に応じて可変絞り２０の開口径を変化させることがで
きる。

【００３１】光学系に配置する対物レンズを交換した場
合には、可変絞り２０の開口径を、その対物レンズでの
光軸方向の分解能が最高になる最小絞り径に設定する必
要がある。そこで操作レバー３６を水平移動させて、交
換した対物レンズの倍率と同色のカラーコード３８を軸
受け筒３５の入口に一致させる。これにより、可変絞り
２０が、光軸方向の分解能が最高になる最小絞り径に設
定され、初期設定が完了する。

【００３２】次に、初期設定状態から可変絞り２０の開
口径を大きくする方向へ操作レバー３６を水平移動させ
て光量の調整を行う。カラーコードが見えなくなる方向
へ操作レバー３６を移動させると、画像が得られなくな
るほどに光量が制限されるが、カラーコードが軸受け筒
３５で隠されることにより、操作者は光量が不必要に制
限されていることを認識することができる。

【００３３】以上のように構成された本実施例では、可
変絞り２０を操作する操作レバー３６の外周面に、対物
レンズの倍率に応じてカラーコード３８ａ〜３８ｃを表
示しておき、交換した対物レンズの倍率に対応するカラ
ーコード３８を軸受け筒３５の入口に一致させたとき
に、可変絞り２０における開口径が、その対物レンズの
光軸方向の分解能が最高になる最小絞り径に設定される
ようにしたので、対物レンズを交換したときの初期設定
を容易に行うことができる。また分解能が最高になって
いるにも拘らず不必要に開口径を小さくして画像を得る
のに十分な光量が得られなくなるなどの不具合を防止で
きる。

【００３４】なお、上記実施例では操作レバー３６に対
物レンズの倍率に応じて３種類のカラーコード３８ａ〜
３８ｃを表示しているが、カラーコードでなくても対物
レンズの倍率との一致がとれる表記法であれば他の手段
であってもよい。例えば、倍率を直接記述するようにし
ても良い。

【００３５】また生物用、金属用等の様に対物レンズの
種類によっても最適な最小開口径が異なる。そこで、対
物レンズの種類毎に、上述した倍率に応じたカラーコー
ド、倍率が表示された操作レバーをそれぞれ準備し、対
物レンズの種類と倍率に応じて、対応する操作レバーを
選択的に使用して開口径の調整を行うようにしても良
い。

【００３６】この場合、操作レバーをＬ字型伝達部材か
ら取外してレバー全体を交換するのではなく、操作レバ
ーの途中で、雄ねじ，雌ねじによる継ぎ手形式で連結す
る構成にすれば、交換作業を簡略化することができる。

【００３７】また、一つの操作レバー３６に、対物レン
ズの倍率に応じたカラーコードを、複数種類の対物レン
ズに関して表示するようにしても良い。この様な場合に
は、例えば同じ倍率であっても対物レンズの種類によっ
て表記色を変えたりして、種類の区別が付くようにして
おく必要がある。次に、本考案の第２実施例について説
明する。

【００３８】本実施例は、前記第１実施例の操作レバー
に代えて、回転ノブと歯車機構との組合わせにより、絞
り部の開口径を調整するようにした例である。なお、回
転ノブ及び歯車機構の部分を除いては、前記第１実施例
と基本的に同じ構成である。よって、第１実施例と同一
機能を有する部分には同一符号を付している。

【００３９】図５及び図６に本実施例に備えられる開口
径調整機構の構成が示されている。本実施例における開
口径調整機構は、中心に円形開口部を有する歯車７０に
固定されたピン３２が、回転体２６の他方の切欠き２６
ｂに挿入されている。枠部材２７には、ピン３２を通す
ための長穴２７ｂ′が設けられている。

【００４０】歯車７０の中心部開口には、枠部材２７に
対して光軸と中心を一致させて固定された固定リング７
１が嵌合されている。歯車７０は固定リング７１の外周
面上を摺動可能になっており、光軸回りを回転すること
ができる。

【００４１】上記歯車７０には他の歯車７２が噛合して
いる。その歯車７２は回転軸が軸７３に固定されてお
り、その軸７３が遮蔽容器３４に取付けられた軸受け７
４に挿入されている。そして軸受け７４を貫通して外部
に出た軸７３の先端部が、セットビス７５により回転ノ
ブ７６に固定されている。上記回転ノブ７６の部分を外
部から見た概略図が図７に示されている。

【００４２】遮蔽容器３４の外壁面における回転ノブ７
６の近傍に、指標７７が設けられ、回転ノブ７６の外周
面に、多数の対物レンズに対するカラーコード７８が記
されている。そして回転ノブ７６のカラーコード７８と
指標７８とを、前述した第１実施例と同様の関係に設定
する。

【００４３】以上のように構成された本実施例では、回
転ノブ７６の回転が軸７３及び歯車７２を介して歯車７
０へ伝達され、回転ノブ７６の回転量に応じて歯車７０
が固定リング７１を軸にして回転する。歯車７０が回転
すると、歯車７０に固定されているピン３２が回転体２
６に係合して回転体２６が回転し、回転体２６の回転角
に応じた量だけ開口径が変化する。

【００４４】この様に、回転ノブ７６の回転操作により
可変絞り２０の開口径を変化させることができ、共焦点
光学系に配置された対物レンズに対応するカラーコード
７８を指標７７に一致させると、可変絞り２０における
開口径が、その対物レンズの光軸方向の分解能が最高に
なる最小絞り径に設定される。

【００４５】この様な本実施例によれば、前記第１実施
例と同様の効果を得ることができる。さらに本実施例に
よれば、歯車７０と歯車７２の減速比を適当に設定する
ことにより、可変絞りの絞り径の分解能を上げることが
できる。

【００４６】例えば、絞り径の最小から最大までを、回
転ノブ７６の回転角度で２７０°程度に設定すれば、多
数の種類の対物レンズに対してカラーコードを設定でき
る。次に、本考案の第３実施例について説明する。本実
施例は、前述した図１０に示す走査型光学顕微鏡の光学
系と同一構成の光学系を有しており、絞り部に図８に示
す開口径調整機構が設けられている。

【００４７】図８に示す開口径調整機構は、回転自在に
支持された操作部材としてのターレット４０によって、
開口径の異なる３つのピンホール部材４１〜４３を選択
的に光軸上に配置するようにしたものである。

【００４８】ターレット４０は、共焦点光学系の絞り部
の近傍に、一部を光軸に交差させた状態で、回転軸を中
心に回転自在に軸支されている。ターレット４０の上面
には、回転軸から光軸位置までそれぞれ離れた同一円周
上に、ピンホール部材４１〜４３の外径よりも大きな直
径を有する凹部４４〜４６が形成されている。各凹部４
４〜４６の底面中心部にはターレット４０の裏面に貫通
する貫通口がそれぞれ形成されている。これら各凹部４
４〜４６に、各々径の異なるピンホールが中心に形成さ
れたピンホール部材４１〜４３が挿入されている。

【００４９】また、ターレット４０の外周面には、各ピ
ンホール部材４１〜４３の配置間隔と同じ間隔で切欠き
４７〜４９が設けられている。そしてターレット４０の
外周面に対してボール５０がバネ５１でターレット側へ
付勢されて押圧されている。このボール５０が切欠き４
７〜４９に進入することにより、対応するピンホール部
材４１〜４３が光軸上に位置決めされるようになってい
る。

【００５０】さらに、ターレット４０の外周面には、各
凹部４５〜４７とターレット４０の回転軸を挟んで対向
する各位置に、第１実施例と同様に、対物レンズの倍率
を示すカラーコード５２〜５４が表示されている。

【００５１】すなわち、各ピンホール部材４１〜４３と
して対物レンズ倍率に応じて光軸方向の分解能と光量と
のバランスのとれたピンホール径のものを設置し、各ピ
ンホール部材４１〜４３に対応させて、外部から見易い
ターレット操作位置に、対物レンズの倍率を示すカラー
コード５２〜５４することにより、前記第１実施例と同
様の効果を得ることができるものとなる。

【００５２】本実施例によれば、ピンホールにより開口
を形成しているので、最小開口径を数十μｍ〜１００μ
ｍまで小さくすることができ、機械的な可変絞り（最小
開口径は１ｍｍ〜０．５ｍｍ）を用いる場合に比べて、
光学系のストロークを短縮できる。例えば、図９に示す
共焦点光学系のモデル図を参照して、ピンホールを使う
ことにより、光学系のストロークを短く抑えられること
について説明する。図９に示す共焦点光学系で、対物レ
ンズの倍率をＭｏｂ、開口数をＮＡｏｂとすると、試料
上のスポット径ｄ１は、下式より計算できる。ｄ１＝
１．２２×λ／ＮＡｏｂ

【００５３】ただし、λは波長である。このスポット径
ｄ１が、対物レンズ、瞳投影レンズ、結像レンズによっ
て共焦点絞り上に投影されるから、共焦点絞り上のスポ
ット径ｄ２は、次の式から求められる。 ｄ２＝ｄ１×Ｍｏｂ×ｆ１／ｆ２ この式に従って、例えば１０×，４０×，１００×の各
倍率について、共焦点絞り上のスポット径ｄ２を計算す
ると、以下のようになる。

【００５４】 ただし、ｆ２／ｆ１＝4000/50=８０、λ＝０．５μｍで
ある。

【００５５】このように、共焦点絞り上のスポット径ｄ
２は、対物レンズによって異なる。従って、倍率の異な
る対物レンズによって共焦点絞りの径を変えなければな
らないのは前述した通りである。

【００５６】上記例では、結像レンズの焦点距離ｆ２
は、ｆ２＝４０００ｍｍである。これは共焦点絞りが可
変の場合、最小径が０．５ｍｍのため、これよりも大き
なスポットを発生させるためである。上記した第２実施
例のように、ピンホールを用いる場合には、ピンホール
による最小径は数十μｍ〜１００μｍであるので、ｆ２
＝５０ｍｍ等のように短くすることができる。

【００５７】

【考案の効果】以上詳記したように本考案によれば、対
物レンズの光軸方向の最高分解能となる開口径を一目で
判断てき、ピンホール部材の開口径を必要以上に小さく
することがなく、操作性の改善された共焦点走査型光学
顕微鏡を提供できる。さらに、ピンホール部材により開
口を形成しているので、最小開口径を数十μｍ〜１００
μｍまで小さくすることでき、機械的な可変絞りを用い
る場合に比べて、光学系のストロークを短縮した共焦点
走査型光学顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る共焦点走査型光学顕
微鏡に備えられた開口径調整機構の側面図。

【図２】図１に示す開口径調整機構に備えられた操作レ
バーの側面図。

【図３】図１に示す開口径調整機構に備えられた可変絞
りの概略図。

【図４】図１に示すＡ−Ａ線矢示断面図。

【図５】本考案の第２実施例に係る共焦点走査型光学顕
微鏡に備えられた開口径調整機構の上面図。

【図６】図５に示すＢ−Ｂ線矢示断面図。

【図７】図６に示す開口径調整機構に備えられた回転ノ
ブ部分の外観図。

【図８】本考案の第３実施例に係る共焦点走査型光学顕
微鏡に備えられた開口径調整機構の斜視図。

【図９】共焦点光学系のモデル図。

【図１０】共焦点走査型光学顕微鏡の光学系を示す図。

【符号の説明】

１…光源、３，５…光偏向器、９…対物レンズ、１２…
光検出器、２０…可変絞り、２７…回転体、３６…操作
レバー、３８ａ〜３８ｃ…カラーコード、４０…ターレ
ット、４１〜４３…ピンホール部材。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 この光源からの光を試料上に微小なスポットで集光する
   対物レンズと、 前記試料からの光を検出する光検出器と、 前記試料上のスポットと前記試料とを相対的に２次元走
   査するための走査光学系と、 前記対物レンズの合焦位置と光学的に共役な位置であっ
   て前記光検出器の前に配置されるピンホール部材と、 開口径の異なる複数のピンホール部材を保持し前記光検
   出器に入射する光の光軸上に、ピンホール部材の開口中
   心を合わせるように位置決めすることが可能な開口径調
   整機構と、 対物レンズの倍率、又は対物レンズの種類及び倍率に応
   じた開口径のピンホ−ル部材を前記光検出器に入射する
   光の光軸上に位置決めするために、前記開口径調整機構
   に設けた対物レンズの倍率、又は対物レンズの種類及び
   倍率に対応するピンホール部材を示す表示手段とを備え
   たことを特徴とする共焦点走査型光学顕微鏡。