JPH04315120A - 顕微鏡用光源 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡に用いる光源に
関するものであり、特に高速に移動する被写体を撮影す
るのに適した光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速に移動する被写体を顕微鏡で
撮影するには、ストロボが用いられていた。特に周期的
運動を行なっている物体に、ストロボ光を当て、物体の
運動周期とパルス光の周期が一致すると、物体は静止し
ているように見える。また、両者に差があると、実際の
動きよりおそいスローモーション像として観察される。 このストロボ光を、顕微鏡用光源に用いるとモータの回
転、磁壁の移動といった微少な物体の高速な変化が観察
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年の電子機器の進歩
に伴い数ＭＨｚから数ＧＨｚといった非常に高速に変化
する物体を観察したいというニーズが増えてきた。しか
し、ストロボはコンデンサに電荷をためて、発光させる
ため１μｓ以下の周期的な発光が難しい。すなわち発光
周期が早くなると、電荷が十分たまらないため光量が落
ち、光量をおおきくするため大電力の光源を用いると、
大きなスパークノイズが発生し、周辺の回路系に重大な
悪影響をもたらすといった問題が発生していた。

【０００４】また、光源にレーザを用いたレーザ顕微鏡
は、レーザ光の干渉によるスペックルノイズを避けるた
め、共焦点光学を用いている。この方式だと、スペック
ルノイズは減るが、光を音響光学素子等を用いて走査す
るため高速の面測定ができない。レーザ光源の中でも、
半導体レーザは、１ＭＨｚ以上の高周波の矩形波駆動に
対応でき、高速に変化する物体を静止画像として観察す
るのに適した光源であるが単にレーザ光を光源として用
いて白色光に置き換え、面状態の観察を行うと上述した
ように、レーザ光の時間的、空間的コヒーレンスのため
、白黒のまだら模様であるスペックルノイズが発生し、
対象物の測定ができない。これは、光学系間の干渉、ゴ
ミ、あるいは測定物体の持つ表面粗度によって起こる、
レーザ光特有の本質的な問題である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明の顕微鏡用光源は、レーザへのＤＣ入力に高い
周波数のサイン波等を重畳して干渉性を低減したレーザ
光を用いることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は上記した構成によりスペクトルがサイ
ドバンドをもつために、レーザー光のコヒーレンスが著
しく低下し、スペックルノイズのない鮮明な画像が得ら
れる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例の顕微鏡用光源につい
て、図面を参照しながら説明する。

【０００８】（図１）は、本発明の一実施例の顕微鏡用
光源を用いた測定装置の構成例である。（図２）は、（
図１）の要部の信号波形を示す図である。（図１）にお
いて１は半導体レーザ、２はＲＦ重畳回路、３はパルス
ジェネレータ、４はハーフミラー、５は対物レンズ、６
はビデオカメラ、７はモニター、８はモータ、９はモー
タによって回転される円盤、１０は同期回路、１１は遅
延回路である。（図２）において、（ａ）はモータの同
期信号出力、（ｂ）は遅延回路出力、（ｃ）はパルスジ
ェネレータ出力、（ｄ）はＲＦ重畳回路出力である。

【０００９】半導体レーザー１としては波長７８０ｎｍ
、出力４０ｍＷのものを用いた。用いる半導体レーザは
、用いるビデオカメラの持つ波長特性、観察したい対象
物が何かによって青色レーザから赤外レーザまで適当な
波長と出力の半導体レーザを選べば良い。ガスレーザ等
はＲＦ重畳することによりスペクトルが広がらない、発
信が安定しない等の理由で適当でない。ＲＦ重畳回路は
矩形波パルスに８００ＭＨｚのサイン波が重畳できる回
路である。ＲＦ周波数は矩形波の周波数より高周波であ
れば良く、１００ＭＨｚから１０ＧＨｚが適当である。 ビデオカメラ６を用いたのは、肉眼で半導体レーザ光の
測定を行うのは危険なためである。モータ８は毎分４５
００回転で回転しているものに直径１２．５ｃｍの円盤
９を取り付けた。

【００１０】モータ８によって高速に回転する円盤９上
の微少な形状を測定するため、半導体レーザ１を発光さ
せハーフミラー４で反射させ、対物レンズ５で円盤上に
焦点を合わせる。その像をビデオカメラ６で撮影し、モ
ニター７で観察する。円盤上の静止画像を得るため、モ
ータの回転から同期回路１０で同期信号（図２ａ）を取
り出す。そして遅延回路１１で円盤９の任意の点を観察
するため、モータの同期信号よりΔｔだけ時間を遅らし
た遅延信号（図２ｂ）を得る。そして、パルスジェネレ
ータ３で静止画像を得るための発光時間であるパルス幅
ｔ１を決め、整形した出力信号（図２ｃ）を得る。出力
にＤＣバイアスをかけてもよい。本実施例では１００ｎ
ｓの発光時間とした。そしてＲＦ重畳回路２により、半
導体レーザの入力信号となるＲＦ出力（図２ｄ）を得る
。本発明ではＲＦ周波数を８００ＭＨｚとした。これに
よりサイドバンドの広がったレーザ発光が得られる。 通常半導体レーザの半値幅は０．５ｎｍ以下であるがＲ
Ｆ重畳をかけることにより５ｎｍ程度に広げることがで
きる。これにより、周波数的にコヒーレンスが落ち、ス
ペックルノイズの少ない面画像を得ることができた。従
来のストロボ法ではこのような、短時間のパルス幅の設
定はできず、パルス幅が長いと画像が流れて不鮮明にな
る。

【００１１】さらに、コヒーレンスを落とすためには、
半導体レーザから出たＲＦ重畳されて出た光を音響光学
素子（Ａ０素子）、回転式ハーフミラー、回転式プリズ
ム等を用いて光軸を走査することにより、さらに空間変
調をかけることができる。これにより、さらにスペック
ルノイズを低減させることができる。

【００１２】また、半導体レーザから出たＲＦ重畳され
た光を光ファイバーあるいは非球面レンズ等を通過させ
ることによりレーザ光の位相を乱すことができる。すな
わち、レーザ光に位相変調をかけることができる。この
方法によっても、さらにスペックルノイズを低減するこ
とが可能である。

【００１３】さらに、音響光学素子等による空間変調と
光ファイバー等による位相変調を併用しても良い。

【００１４】半導体レーザのパルス幅は狭い程、画像が
鮮明になるが、あまり狭いと十分な光量が得られない。 物体の変化速度にもよるがパルス幅は１０μｓ以下が良
く、望ましくは１μｓ以下である。これより長くなると
、画像がぼけてくる。また多重するＲＦ周波数は、その
逆数が半導体レーザの半値幅を決める。あまり低いと十
分コヒーレンスを落とすことができないため１００ＭＨ
ｚ以上が良く、望ましくは８００ＭＨｚ以上である。

【００１５】矩形波パルスにサイン波を重畳する例につ
いて説明したが、レーザ光のコヒーレンスを落とすため
三角波、サイン２乗波等が用いられても有効なことは言
うまでもない。

【００１６】以上、半導体レーザを用いてＲＦ重畳する
事により、高速に回転する物体の顕微鏡画像を得る方法
に付いて述べたが、磁壁の移動といった微小で高速な現
象の観測に、本発明が用いられることは言うまでもない
。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の顕微鏡光
源を用いることにより、微少な物体の高速な運動が観察
できるようになり、極めて産業上の利用価値が高いもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ光による顕微鏡用光源を用いた測定装置
の構成図

【図２】信号波形を示す図 （ａ）　　モータの同期信号出力 （ｂ）　　遅延回路出力 （ｃ）　　パルスジェネレータ出力 （ｄ）　　ＲＦ重畳回路出力

【符号の説明】

１　　半導体レーザ ２　　ＲＦ重畳回路 ３　　パルスジェネレータ ４　　ハーフミラー ５　　対物レンズ ６　　ビデオカメラ ７　　モニター ８　　モータ ９　　モータによって回転される円盤 １０　　同期回路 １１　　遅延回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　干渉性を低減したレーザ光を用いるこ
   とを特徴とする顕微鏡用光源。
2. 【請求項２】　　半導体レーザーへの入力電圧を周波数
   多重することによってレーザーの干渉性を低減すること
   を特徴とする請求項１記載の顕微鏡用光源。
3. 【請求項３】　　半導体レーザから出た光を音響光学素
   子によって空間変調することを特徴とする請求項２記載
   の顕微鏡用光源。
4. 【請求項４】　　半導体レーザから出た光を光ファイバ
   ー、非球面レンズ等透過能を有する光学素子を通過させ
   ることにより位相変調することを特徴とする請求項２記
   載の顕微鏡用光源。
5. 【請求項５】　　半導体レーザのパルス幅が１０μｓ以
   下であり、多重させる高周波が、１００ＭＨｚ以上であ
   ることを特徴とする請求項２記載の顕微鏡用光源。