JPH03168713A

JPH03168713A - 走査型顕微鏡

Info

Publication number: JPH03168713A
Application number: JP1309498A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Yoshida; 光治吉田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1991-07-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は走査型顕微鏡、特に詳細には照明光の走査機構
が改良された走査型顕微鏡に関するものである。

（従来の技術）従来より、照明光を微小な光点に収束させ、この光点を
試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を透
過した光あるいはそこで反射した光を先検出器で検出し
て、試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした
光学式走査型顕微鏡が公知となっている。なお特開昭８
２−２１７２１８号公報には、この走査型顕微鏡の一例
が示されている。

（発明が解決しようとする課題）従来の光学式走査型顕微鏡においては、上記走査機構と
して、照明光ビームを光偏向器によって２次元的に偏向
させる機構が多く用いられていた。

しかしこの機構においては、ガルバノメータミラーやＡ
ＯＤ　（音響光学光偏向器）等の高価な光偏向器が必要
であるという難点が有る。またこの機構においては、照
明光ビームを光偏向器で振るようにしているから、送光
光学系の対物レンズにはこの光ビームが刻々異なる角度
で入射することになり、それによる収差を補正するため
に対物レンズの設計が困難になるという問題も認められ
ている。特にＡＯＤを使用した場合には、対物レンズ以
外にもＡＯＤから射出した光束に非点収差が生ずるため
特殊な補正レンズが必要となり、光学系をより複雑なも
のとしている。

上記の点に鑑み従来より、照明光ビームは偏向させない
で、試料台の方を２次元的に移動させて照明光光点の走
査を行なうことが考えられている。

さらには、本出願人による特願平１−２４６９４Ｅｉ号
明細書に示されるように、送光光学系と受光光学系とを
共通の移動台に搭載し、この移動台を試料台に対して移
動させることにより、照明光光点の走査を行なうことも
考えられている。

上述のように光学系と試料台とを相対的に移動させて照
明光光点の走査を行なう場合は、撮像所要時間短縮化の
ために、光学系あるいは試料台を高速で移動させること
が求められる。そのため、この移動用の駆動源として例
えばピエゾ素子や超音波振動子等を利用することが考え
られるが、そのような素子は一般に、大きな負荷が加わ
ると高速振動することが不可能となっている。例えばモ
ータ等を駆動源とする往復移動機構は、高負荷に対して
も正常に作動し得るが、そのような機構は高速作動が困
難となっている。

そこで本発明は、前述の光学系を搭載した移動台や、あ
るいは試料台を高速で移動可能で、よって照明光の走査
速度を十分に高めることができる走査型顕微鏡を提供す
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明による第１の走査型顕微鏡は、先に述べたように
試料台と光学系とを相対的に移動させることにより、照
明光を試料上において走査させる走査型顕微鏡において
、上記相対的移動のために移動される部材（すなわち例え
ば前述の移動台等）と、該部材を案内支持するガイド部
材とを非接触状態に保つ機構が設けられたことを特徴と
するものである。

上記の機構として具体的には、例えば上記移動される部
材とガイド部材との間に気体を噴出させる機構を用いる
ことができる。

また、上述のように気体を噴出させる機構の代わりに、
前記の移動される部材とガイド部材とを磁気により互い
に反発させて、これら両者を非接触状態に保つ機構を用
いることもできる。

（作　　用）上記のようにして移動部材とガイド部材とが非接触状態
とされていると、この移動部材が移動する際の摩擦抵抗
が低減され、よってこの移動部材は小さな力で移動され
うるようになる。そこでこの移動部材の駆動源として、
前述のピエゾ素子や超音波振動子等が利用可能となり、
移動部材の高速移動が実現される。

（実　施　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の第１実施例による透過型の共焦点走
査型顕微鏡を示すものであり、また第２図は、それに用
いられた走査機構を詳しく示している。第１図に示され
るように、ＲＧＢレーザｌＯからは、赤色光、緑色光お
よび青色光からなる照明光ｌ１が射出される。この照明
光１ｌはビームコンプレッサ１２でビーム径が縮小され
、屈折率分布型レンズ１３で集光されてシングルモード
光ファイバ−１４内に入射せしめられる。

この光ファイバー１４の一端は移動台１５に固定されて
おり、該光ファイバーｌ４内を伝搬した照明光１ｌはこ
の一端から出射する。この際光ファイバーｌ４の一端は
、点光源状に照明光１ｌを発することになる。移動台ｌ
５には、コリメーターレンズ１６および対物レンズ１７
からなる送光光学系ｌ８と、対物レンズ１９および集光
レンズ２０からなる受光光学系２ｌとが、互いに光軸を
一致させて固定されている。

また両光学系１８、２ｌの間には、移動台ｌ５と別体と
された試料台２２が配されている。

上記の照明光１ｌはコリメーターレンズｌ６によって平
行光とされ、次に対物レンズ１７によって集光されて、
試料台２２に載置された試料２８上で微小な光点Ｐに収
束する。試料２３を透過した透過光１１’の光束は、受
光光学系２ｌの対物レンズｌ９によって平行光とされ、
次に集光レンズ２０によって集光されて、シングルモー
ド光ファイバー２４の一端から該光ファイバー２４内に
入射せしめられる。この光ファイバー２４の上記一端は
移動台１５に固定されており、またその他端には屈折率
分布型レンズ２５が接続されている。光ファイバー２４
内を伝搬した透過光１Ｆ　はその他端から出射し、上記
屈折率分布型レンズ２５によって平行光とされる。

この透過光１１’　はダイクロイックミラ−２６に入射
し、その青色光１１Ｂのみがそこヤ反射し、該青色光１
１Ｂは第１光検出器２７によって検出される。

ダイクロイックミラ−２６を透過した透過光ｌＶ　は別
のグイクロイックミラ−２８に入射し、その緑色光１１
Ｇのみがそこで反射する。この緑色光１１Ｇは、第２光
検出器２９によって検出される。そして上記ダイクロイ
ックミラ−２８を透過した透過光ｌｒ（すなわち赤色光
１１Ｒ）はミラー３０において反射して、第３光検出器
３１によって検出される。なお上記光検出器２７，　２
９．　３１としては例えばフォトダイオード等が用いら
れ、それらからは各々、試料２３の拡大像の青色成分、
緑色或分、赤色或分を担持する信号ＳＢ，ＳＧ，ＳＲが
出力される。

次に、照明光Ｕの光点Ｐの２次元走査について、第２図
を参照して説明する。移動台ｉ５は架台３２に対して、
矢印Ｘ方向に移動自在に支持されている。

すなわち架台３２には、両端が閉じられた２本の中空ガ
イドバイブ４０、４０の一端部が固定され、移動台ｌ５
に設けられた２つのガイド孔４１．　４１中にこれらの
ガイドパイプ４０、４０が遊嵌されている。

なお第３図には、第２図の■−■線に沿った部分の縦断
面形状を示してある。図示されるように、ガイドバイブ
４０のガイド孔４ｌと摺動する部分には小さな空気吹出
口４０ａが多数設けられている。またこのガイドバイブ
４０の内部は、電磁弁４９が介設された圧縮空気供給管
４２を介してエアチャンバ４３に連通されている。この
エアチャンバ４３には、エアコンプレッサ４４から圧縮
空気が供給される。

上記移動台ｌ５と架台３２との間には、積層ビエゾ素子
３３が介装されている。この積層ビエゾ素子３３はピエ
ゾ素子駆動回路３４から駆動電力を受けて、移動台１５
を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる。

この往復移動の振動数は、例えばｌｏｋＨｚとされる。

その場合、主走査幅を１００μｍとすると、主走査速度
は、１０ＸＩＯ”　ＸＩＯＯ　ＸＩＯ４Ｘ２−２ｍ／ｓとな
る。なお、光ファイバー１４、２４は可撓性を有するの
で、それぞれ照明光ｌｌ１透過光１１’　を伝搬させつ
つ、移動台１５の振動を許容する。

一方試料台２２は架台３２に対して、上記矢印Ｘ方向と
直角な矢印Ｙ方向に移動自在に保持されている。すなわ
ち架台３２には、上記ガイドパイプ４０、４０と同様の
２本のガイドバイブ４５、４５の一端部が固定され、試
料台２２に設けられた２つのガイド孔４Ｂ、４６中にこ
れらのガイドバイプ４５、４５が遊嵌されている。なお
第３図に示されるように、各ガイドパイプ４５にもガイ
ドパイブ４０と同様に空気吹出口４５ａが設けられ、そ
してこれらのガイドパイブ４５には前記圧縮空気供給管
４２が接続されている。

上記試料台２２と架台３２との間には、積層ビエゾ素子
４７が介装されている。この積層ビエゾ素子４７はビエ
ゾ索子駆動回路４８から駆動電力を受けて、試料台２２
を矢印Ｙ方向に高速で往復移動させる。

それにより試料台２２は移動台ｌ５に対して相対移動さ
れ、前記光点Ｐが試料２３上を、主走査方向Ｘと直交す
るＹ方向に副走査する。なおこの副走査の所要時間は例
えば１／２０秒とされ、その場合、副走査幅を１００μ
ｍとすると、副走査速度は、２０Ｘ１００　ＸＩＯ’　
−０．００２　ｍ／　ｓ綱２ｍｍ／ｓと、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台２２を移動させても、試料
２３が飛んでしまうことを防止できる。

以上のようにして光点Ｐが試料２３上を２次元的に走査
することにより、該試料２３の２次元像を担持する峙系
列の信号ＳＢ，ＳＧ，ＳＲが得られる。

これらの信号ＳＢ，ＳＧ，ＳＲは、例えば所定周期毎に
サンプリングする等により、画素分割された信号とされ
る。

上述のようにして光点Ｐの２次元走査がなされる際には
電磁弁４９が開かれ、ガイドバイブ４０および４５中に
圧縮空気が送られる。この圧縮空気は空気吹出口４０ａ
および４５ａから吐出するので、ガイドパイプ４０とガ
イド孔４ｌとの間、そしてガイドバイブ４５とガイド孔
４６との間に噴流空気層が生じる。

それにより移動台１５はガイドパイブ４０に対して非接
触の状態で往復移動し、また試料台２２もガイドバイブ
４５に対して非接触の状態で往復移動する。

したがって移動台ｌ５および試料台２２が移動する際の
摩擦抵抗は著しく小さなものとなり、積層ビエゾ素子３
３および４７の負荷が極めて小さくなる。よってこれら
の積層ピエゾ素子３３および４７が、前述したように極
めて高速で振動可能となり、光点Ｐの高速走査が実現さ
れる。

なおビエゾ素子駆動回路３４および４８には、制御回路
３５から同期信号が入力され、それにより、光点Ｐの主
、副走査の同期が取られる。

また図では特に示されていないが、主、副走査方向Ｘ，
Ｙと直交する矢印Ｚ方向（第１図参照）、すなわち光学
系ｌ８、２ｌの光軸方向に試料台２２を移動させること
もできる。こうして試料台２２をＺ方向に所定距離移動
させる毎に前記光点Ｐの２次元走査を行なえば、合焦点
面の情報のみが光検出器２７、２９、３ｌによって検出
される。そこで、これらの光検出器２７、２９、３ｌの
出力ＳＢ，ＳＧ，ＳＲをフレームメモリに取り込むこと
により、試料２３を２方向に移動させた範囲内で、全て
の面に焦点が合った画像を担う信号を得ることが可能と
なる。

以上説明した実施例においては、挿々の変更が可能であ
る。例えば試料台２２を移動させることによって光点Ｐ
の副走査を行なう代わりに、移動台ｌ５を移動させるこ
とによって光点Ｐの副走査を行なうようにしてもよい。

さらに移動台ｌ５や試料台２２の移動は、積層ピエゾ索
子を利用して行なう他、例えばボイスコイルおよび超音
波による固体の固有振動を利用した走査方式等を用いて
行なうことも可能である。

次に本発明の別の実施例について説明する。なお以下の
図において、第１、２あるいは３図中の要素と同等の要
素については同番号を付し、それらについては特に必要
の無い限り説明を省略する。

また以下においては、照明光光点の走査機構のみを説明
する。

第４および５図に記す第２実施例においては、移動台１
５の下部に２本のガイド満６０、６０が形成され、これ
らのガイド溝ｅｏ，　ｅｏが、架台３２に形威されたガ
イドレールＢ１、６１に組み合わされることにより、移
動台１５が矢印Ｘ方向に移動自在に案内支持されている
。そして各ガイドレール６ｌは、内部空間Ｂ２を有する
ように形威され、この内部空間６２に圧縮空気供給管４
２が連通されている。各ガイドレール６ｌには小さな空
気吹出口６１ａが多数形成されている。

移動台１５が光点主走査のために移動される際には、上
記圧縮空気供給管４２から送り込まれた圧縮空気が空気
吹出口６１ｇから吐出し、前記と同様に摩擦抵抗低減の
効果が得られる。

次に、第６および７図に示す第３実施例においては、移
動台１５の下部にガイドレール６５が形成され、このガ
イドレール６５がガイドブロック６４に形戊されたガイ
ド溝６６に遊嵌されることにより、移動台１５が矢印Ｘ
方向に移動自在に案内支持されている。そして上記ガイ
ド溝６６に沿った部分においてガイドブロック６４には
中空部６７が形成され、この中空部６７に圧縮空気供給
管４２が連通されている。

またガイドブロック６４には、移動台ｌ５の下面に対面
する位置と、ガイド溝６６内のガイドレール６５の側面
に対面する位置において、上記中空部６７に連通ずる空
気吹出口８４ａが多数形成されている。

移動台１５が光点主走査のために移動される際には、圧
縮空気供給管４２から送り込まれた圧縮空気が空気吹出
口６４ａから吐出し、前記と同様に摩擦抵抗低減の効果
が得られる。

次に、第８および９図に示す第４実施例においては架台
３２に、副走査方向（矢印Ｙ方向）に差し渡してガイド
レール受け７０、７０が固定され、これらのガイドレー
ル受け７０、７０の上面にそれぞれガイドレール７１，
　７１が取り付けられている。各ガイドレール７１は、
第４、５図に示したガイドレール６１と同様に内部空間
７２を有し、この内部空間７２に圧縮空気供給管４２？
（連通されている。そして各ガイドレール７１には、小
さな空気吹出口７Ｌａが多数形威されている。

一方試料台２２の下部にはガイドブロック７３、７３が
固定され、これらのガイドブロック７３、７３にそれぞ
れ形成されたガイド溝７４、７４がガイドレール７１、
７１と組み合わされている。それにより試料台２２は、
副走査方向に移動自在に案内支持されている。また本実
施例における積層ビエゾ素子４７は、ブラケット７５を
介してガイドレール受け７Ｇ、７０に取り付けられ、連
結部材７Ｂを介して試料台２２を往復移動させる。

試料台２２が光点副走査のために移動される際には、圧
縮空気供給管４２から送り込まれた圧縮空気が空気吹出
口７１ａから吐出し、前記と同様に摩擦抵抗低減の効果
が得られる。

次に、第ｌＯおよび１１図に示す第５実施例においては
、ガイドレール８０、８０が主走査方向（矢印Ｘ方向）
に延びる状態に配され、移動台１５の下部に形或された
ガイド溝８１，　８１がこれらのガイドレール８０、８
０に組み合わされることにより、移動台ｌ５が主走査方
向に移動自在に案内支持されている。

そして移動台ｌ５とガイドレール８０にはそれぞれ、リ
ニアモー夕を構或する走行子８２と固定子８３が取り付
けられている。

この装置において、照明光主走査のための移動台ｌ５の
往復移動は、上記リニアモー夕を駆動させることによっ
て行なわれる。その際、移動台１５はガイドレール８０
、８０から磁気浮上するので、この移動台ｌ５とガイド
レール８０、８０との間の摩擦抵抗が小さく抑えられ、
移動台ｌ５が極めて高速で往復移動可能となる。

なお上記のようなりニアモー夕を、試料台２２の往復移
動のために利用することも勿論可能である。

また、主走査あるいは副走査のための駆動源としてこの
ようなりニアモータは特に用いず、磁気による反発を利
用して上記の磁気浮上のみを果たす手段を設けてもよい
。そうした場合でも、移動台１５あるいは試料台２２の
往復移動時の摩擦抵抗が低減され、高速走査が可能とな
る。

以上、透過型の共焦点走査型顕微鏡に適用された実施例
について説明したが、本発明は反射型の共焦点走査型顕
微鏡にも、さらには共焦点型以外の走査型顕微鏡にも適
用可能である。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り、本発明の走査型顕微鏡は、照
明光光点の走査のために移動される部材と、この部材を
案内支持するガイド部材との間に気体を噴出させること
により、あるいはこれら両者を磁気により反発させる等
により、該移動部材がガイド部材に対して非接触で移動
可能に構成したので、この移動部材の移動時の摩擦抵抗
を低減し、よって移動部材駆動源の負荷を小さく抑える
ことが可能となる。

したがって本発明装置においては、上記駆動源として駆
動力は小さくても高速駆動が可能な素子を利用可能とな
り、高速走査が丈現される。そこで本発明装置によれば
、顕微鏡像の撮像所要時間を大幅に短縮できるようにな
る。

また本発明装置においては、上記移動部材がガイド部材
に対して非接触で移動するから、この移動時の振動も小
さく抑えられ、走査精度向上による画質改善の効果も得
られる。その上記移動部材とガイド部材との摩擦による
発熱が抑えられるので、摩擦熱による走査機構の変形や
摩耗等も防止され、装置の信頼性および耐久性向上の効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による走査型顕微鏡を示
す正面図、第２図と第３図はそれぞれ、上記走査型顕微鏡の要部を
示す斜視図と一部破断の概略正面図、第４図と第５図は
それぞれ、本発明の第２実施例による走査型顕微鏡の要
部を示す正面図と一部破断側面図、第６図と第７図はそれぞれ、本発明の第３実施例による
走査型顕微鏡の要部を示す正面図と一部破断側面図、第８図と第９図はそれぞれ、本発明の第４実施例による
走査型顕微鏡の要部を示す正面図と一部破断側面図、第ｌＯ図と第１１図はそれぞれ、本発明の第５実施例に
よる走査型顕微鏡の要部を示す正面図と一部破断側面図
である。ＩＯ・・・ＲＧＢレーザ　　　１１・・・照明光１１’
　・・・透過光１２・・・ビームコンプレツサｌ３・・
・屈折率分布型レンズｌ４、２４・・・光ファイバー１５・・・移動台　　　　　　１Ｂ・・・コリメーター
レンズｌ７、ｌ９・・・対物レンズ　　ｌ８・・・送光
光学系２０・・・集光レンズ　　　　２ｌ・・・受光光
学系２２・・・試料台　　　　　　２３・・・試料２６
、２Ｂ・・・ダイクロイックミラー２７、２９、３１・
・・光検出器　３０・・・ミラー３２・・・架台　　　
　　　　３３、４７・・・積層ピエゾ素子３４、４８・
・・ビエゾ素子駆動回路３５・・・制御回路　　　　　４０、４５・・・ガイド
パイプ４０ａ，４５ａｓ　ａｌａｓ　８４ａｓ　７１ａ
−・・空気吹出口４１，　４Ｇ・・・ガイド孔　　　４
２・・・圧縮空気供給管４３・・・エアチャンバ　　　
４４・・・エアコンプレッサ６０、６６、７４、８ｌ・
・・ガイド溝０１，　６５、７工、８０・・・ガイドレ
ール６４、７３・・・ガイドブロック８２・・・リニアモータ走行子８３・・・リニアモータ固定子第１図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図１′：）第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料が載置される試料台と、照明光を試料上に照
射する光学系とを相対的に移動させることにより、この
照明光を試料上において走査させる走査型顕微鏡におい
て、前記相対的移動のために移動される部材と、該部材を案
内支持するガイド部材との間に、これら両者を非接触状
態に保つ機構が設けられたことを特徴とする走査型顕微
鏡。
（２）試料が載置される試料台と、照明光を試料上に照
射する光学系とを相対的に移動させることにより、この
照明光を試料上において走査させる走査型顕微鏡におい
て、前記相対的移動のために移動される部材と、該部材を案
内支持するガイド部材との間に気体を噴出させて、これ
ら両者を非接触状態に保つ機構が設けられたこと一を特
徴とする走査型顕微鏡。
（３）試料が載置される試料台と、照明光を試料上に照
射する光学系とを相対的に移動させることにより、この
照明光を試料上において走査させる走査型顕微鏡におい
て、前記相対的移動のために移動される部材と、該部材を案
内支持するガイド部材とを磁気により反発させて、これ
ら両者を非接触状態に保つ機構が設けられたことを特徴
とする走査型顕微鏡。