【発明の詳細な説明】走査式共焦点型光学顕微鏡本発明は、概ね共焦点型光学顕微鏡に関し、より詳細には走査式共焦点型光学顕微鏡に関する。[Detailed description of the invention]Scanning confocal optical microscopeFIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to confocal optical microscopy, and more particularly to scanning confocal optical microscopy.Regarding microscopes.
従来の共焦点型光学顕微鏡については、その焦点深度が極めて深いこと、又その横方向の解像力が優れていることが知られている。従来の共焦点型光学顕微鏡の主たる欠点は、かかる顕微鏡を使用した場合、一度に物体上の一点しか照明できないということであった。物体の走査を行うためには、試料又は光束のどちらか一方を機械的に走査して物体の画像をモニターテレビ上にラスターとして形成させるようにしなければならないが、機械的走査は時間を浪費する。Conventional confocal optical microscopes have an extremely deep depth of focus, andIt is known to have excellent lateral resolution. Conventional confocal optical microscopeThe main drawback is that such microscopes can only illuminate one point on the object at a time.It was said that there was no such thing. In order to scan an object, either the sample or the light beam must be used.One side is mechanically scanned to form an image of the object on a monitor TV as a raster.However, mechanical scanning is time consuming.
ｒＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ０ｐｔｉｃａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ＾−ｅｒｉｃａ Ｊの、１９６８年〜５月号、第５５巻、第５号には、直列走査式の反射型光学顕微鏡についての記述がある。この論文には、物体面からの反射光だけが像の中に含まれるように、物体と像面の両者が直列に前後して走査されるように構成した光学顕微鏡が記載されている。この類８Ａ鏡で物体を観察する場合、回転円板に複数個の穴を設け、これらの穴が対物レンズによって上記物体上に結像されるように上記回転円板と上記対物レンズを該物体の前方に配置し、これらの穴を通過する光によって上記物体を照明する。従って、照明される円板上の多数の点に対応して、物体上の多数の点が一度に照明されることになる。これらの穴それ自体は螺旋状通路に沿って上記回転円板上に配置されている。かかる円板を回転させることによって物体のラスター走査がなされる。これらの穴より生じた照明スポットから反射された光は、上記回転円板と同様な円板であって同様な穴が穿設され、かつ該回転円板に対向する第２円板に向かい、この第２円板上の穴であって、上記第１円板上の穴と直径方向の反対側に設けられている穴を通過する。かがる配置により得られた画像は、通常の反射型顕微鏡により得られるものに比し、より良好なコントラストを持ち鮮明なものであった。この理由は、！ｇｉ徽鏡の内部からの反射光であって、上記照明されたスポットに対応する物体上の点を除く他の点がら来る迷光が上記第１円板の不透明部分により遮断されるため、照明されたスポットからの反射光のみによって画像が形成されるということによる。しかしながら、先行技術によるこのシステムは構造が複雑でアライメントが難カルいという問題がある。何故ならば、第１円板上の穴により生じた照明スポットから反射された光は、上記第１円板と対向して配置された第２円板上に設けられている穴のうち、上記照明スポットを生じた穴であって、上記第１円板上に設けられている穴の反対側にある穴を通過しなければならないからである。従って、上述のように明白な利点があるにも拘らず、このタイプの顕微鏡は過去２０年を通じて僅か２乃至３台製作されたに過ぎない。rJournal of the 0ptical 5ociety of＾-Erica J, May 1968, Volume 55, No. 5, describes serial scanning typeThere is a description of a reflective optical microscope. This paper describes the reflected light from the object surface.Both the object and the image plane are scanned back and forth in series so that the injury is included in the image.An optical microscope configured as follows is described. When observing objects with this type 8A mirror, multiple holes are provided in a rotating disk, and these holes are projected onto the object by an objective lens.The rotating disk and the objective lens are placed in front of the object so that the object is imaged, andThe object is illuminated by light passing through the holes. Therefore, on the illuminated diskCorresponding to the large number of points, many points on the object will be illuminated at once. theseThe holes themselves are arranged on the rotating disk along a helical path. yen that costsRaster scanning of the object is done by rotating the plate. raw from these holesThe light reflected from the illuminated spot is a disk similar to the rotating disk described above, andA hole is bored into the second disc facing the rotating disc, and a hole is formed on the second disc facing the rotating disc., which is provided on the diametrically opposite side of the hole on the first disk.pass The images obtained with the darning arrangement can be obtained with a normal reflection microscope.It had better contrast and was clearer than the original. The reason for this is! Reflected light from inside the gi mirror, which corresponds to the illuminated spot above.Stray light coming from points other than the points on the body is blocked by the opaque portion of the first disk.Therefore, the image is formed only by the reflected light from the illuminated spot.It depends. However, this prior art system has a complex structure andThere is a problem in that it is difficult to manage. This is because the hole caused by the hole on the first diskThe light reflected from the illumination spot is transmitted to a second disc disposed opposite to the first disc.Among the holes provided above, the hole that produced the above-mentioned illumination spot and the above-mentioned firstThis is because it must pass through a hole on the opposite side of the hole provided on the disc.Ru. Therefore, despite the obvious advantages mentioned above, this type of microscopeOver the past 20 years, only two or three have been produced.
本発明においては、第１図の光学配置図に示すような共焦点型光学系が利用される。レーザー、アーク灯などの光源から発した光は、ピンホール１２を設けた平板１１に入射する。光は、ピンホール１２を通過後、対物レンズ１３に違し、その焦点面上に配置された物体面１４上に結像する。物体面１４がらの反射光は、図示のように、ピンホール１２を通って逆行するので、これを見ることができる。平面１６のような非合焦平面からの反射光はピンホール１２の位置に結像しないので平板１１によって遮断される。動作時に、この顕微鏡の反射光は、上記ピンボールを通過後、上記顕微鏡に組合わされた検出器に入射する。物体が対物レンズ１３の焦点面１４上にある時、検出器の出力は最大値をとり、その他の位置にある時、ピンホール１２に入射する光束は合焦状態になく、物体が物体面１４のどちらの側へ移動しても検出器の出力信号の振幅は上記最大値から急速に減少する。この光学系は優れた横方向の解像力を有することに加えて、非常に短い蕉点深度を有している。In the present invention, a confocal optical system as shown in the optical arrangement diagram in Fig. 1 is used.Ru. Light emitted from a light source such as a laser or an arc lamp is passed through a flat plate with a pinhole 12.The light is incident on the plate 11. After passing through the pinhole 12, the light passes through the objective lens 13.The image is formed on an object plane 14 located on the focal plane of the image. The reflected light from the object surface 14 isThis can be seen as it goes backwards through the pinhole 12 as shown.. Reflected light from an unfocused plane, such as plane 16, will not be imaged at the position of pinhole 12.Therefore, it is blocked by the flat plate 11. During operation, the reflected light of this microscope isAfter passing through the sample ball, the light enters a detector combined with the microscope. The object isThe output of the detector is at its maximum value when it is on the focal plane 14 of the lens 13;, the light beam incident on the pinhole 12 is not in focus, and the object is in the object plane 14.The amplitude of the detector output signal decreases rapidly from the above maximum value no matter which side you move to.do. In addition to having excellent lateral resolution, this optical system also has very shortIt has a point depth.
前述のように、かかる顕微鏡は、物体又はピンホールの何れか一方を動かすことによって機械的走査を行い、それによって、ラスター像を形成する。As mentioned above, such a microscope can move either the object or the pinhole.performs mechanical scanning, thereby forming a raster image.
本発明の主目的は、従来の直列走査式顕微鏡の有する機械的アライメントが困難であるという問題を解決すると共に、光束又は物体の何れをもＩｌ械的に走査することなく物体の全体像を得ることができるような走査式共蕉点型顕微鏡を提供することにある。The main purpose of the present invention is to achieve mechanical alignment that is difficult to achieve with conventional serial scanning microscopes.In addition to solving the problem ofWe provide a scanning type microscope that allows you to obtain a complete image of an object withoutIt's about doing.
上記目的を達成するため、本発明の物体観察用走査式顕微鏡は、予め定められたパターンを形成するように配列された複数個の穴を有する走査円板、及び該走査円板の一部分を照明するための光源を包含する０本発明の走査式顕微鏡は偏光子を包含し、この偏光子は光源から光を受け、上記走査円板を照明するのに先立って上記光を偏光させる０本発明の走査式顕微鏡は、さらに、対物レンズを包含し、該対物レンズは上記複数個の照明された穴による回折光を対物レンズ上に集中させ、この対物レンズがその像として複数個のスポットを物体上に形成するようにする。この対物レンズは物体上の上記スポットから反射された光を受け、この光を上記スポットに対応するピンホール上に集中させるようにする。In order to achieve the above object, the scanning microscope for object observation of the present invention has a predetermineda scanning disk having a plurality of holes arranged to form a pattern;The scanning microscope of the present invention includes a light source for illuminating a portion of the disk., the polarizer receives light from a light source and prior to illuminating the scanning disk.The scanning microscope of the present invention that polarizes the above-mentioned light further includes an objective lens., the objective lens focuses the diffracted light from the plurality of illuminated holes onto the objective lens.so that this objective lens forms multiple spots on the object as its images.Make it. This objective lens receives the light reflected from the spot on the object andTry to focus the light onto the pinhole corresponding to the spot.
本発明の走査式顕微鏡は、その上に、Ｚ波長板を含み、該×波長板が上記対物レンズと上記走査円板との間に挿入されるようにする。The scanning microscope of the present invention includes a Z wavelength plate thereon, and the x wavelength plate is arranged on the objective lens.The lens is inserted between the lens and the scanning disk.
本発明の走査式顕微鏡は、その上に又、ビームスプリンターを包含し、該ビームスブリフタ−は上記複数個の穴を通過した反射光を受けると共に、この受けた反射光を第２偏光子に向けるようにする０本発明の走査式顕微鏡はラスター走査様式でスポットを物体の端から端まで走査することによって上記スポットにより照上記走査円板を回転させるための手段をその上さらに包含する。The scanning microscope of the present invention also includes a beam splinter thereon, the beam splinterThe sub-lifter receives the reflected light that has passed through the plurality of holes, and also receives the reflected light that has passed through the plurality of holes.The scanning microscope of the present invention directs the emitted light to the second polarizer, and the scanning microscope of the present invention has a raster scanning mode.Illuminated by the above spot by scanning the spot from one end of the object to the other using the formulaIt further includes means for rotating the scanning disk.
本発明の上記目的及び他の目的は、以下の説明を次に記す添付図面を参照することによりより明瞭に理解することができるだろう。The above and other objects of the present invention will be realized in the following description with reference to the accompanying drawings.You will be able to understand it more clearly.
第１図は走査式共焦点型光学顕微鏡の従来技術を示す図、第２図は本発明による走査式共焦点型光学顕微鏡の１実施例を示す図、そして第３図は本発明の他の実施例を示す図である。Fig. 1 shows the conventional scanning confocal optical microscope, and Fig. 2 shows the method according to the present invention.A diagram showing one embodiment of a scanning confocal optical microscope, and FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.It is a figure showing an example.
第２図を参照して説明するに、実施例の顕微鏡はニプコフの円板と呼ばれる円板２１を有し、この円板２１は数回巻いた螺旋の数個を相互に介在配列させて成るパターンを形成するように配列された穴を有する。これらの穴はかかる穴の直径の１０個分の距離だけ相互に隔てられている。１例を挙げると、上記螺旋の平均半径は５ｃｎであり、この螺旋が半径方向に１．５０の距離にわたって延びているので、上記円板２１の周縁には直径２０ＩＪ＠の穴が全部で２００，０００個形成されていることになる。この円板は透明な材質の上に黒色乳剤層又は黒色のクローム層を付着させ、該層に穴をフォトマスク法で形成させるようにするのが好ましい。To explain with reference to FIG. 2, the microscope of the embodiment uses a disc called Nipkoff's disc.21, and this disk 21 is made up of several spirals wound several times arranged interveningly.It has holes arranged to form a pattern. These holes take hole diameterare separated from each other by a distance of 10. To give an example, the average of the above spiralsThe radius is 5cn and this spiral extends over a distance of 1.50 in the radial direction.Therefore, there are a total of 200,000 holes with a diameter of 20 IJ@ on the periphery of the disk 21.It will be formed. This disc is made of a transparent material with a black emulsion layer or a black emulsion layer on top.A chrome layer is deposited and holes are formed in the layer using a photomask method.preferable.
例えば、水銀のアーク灯、またはレーザーの何れかの適当な光源２２を使用して、約４．０００個の穴が含まれている、１．８ ｃｓ Ｘｌ、 ８ ａｍの区域を照明する。光源１２がら発した光は偏光子２３によって偏光され、偏光された光は円板２１に入射するのに先立ってビームスプリンター２４を通過する。該ビームスプリンター２４から入射する光は上記円板２１に穿設された穴によって回折され、回折光は対物レンズ２６上に集束する０例えば、入射ビームは対物レンズ２６の背面において５ｎの直径の円として集束するので、試料物体２７上の４．０００個の点が同時に照明されることになる。照明されたスポットを形成する上記穴の像点の間隔は像点間に干渉が無視しうるちのとなるように選ばれる。For example, using a suitable light source 22, either a mercury arc lamp or a laser., an area of 1.8 cs Xl, 8 am, containing approximately 4,000 holes.to illuminate. The light emitted from the light source 12 is polarized by the polarizer 23.The light passes through a beam splinter 24 before entering the disk 21. The biThe light incident from the beam splinter 24 is rotated by a hole made in the disk 21.The diffracted light is focused onto the objective lens 26. For example, the incident beam isIt is focused as a circle with a diameter of 5n on the back side of the lens 26, so that the 4．． 000 points will be illuminated simultaneously. form an illuminated spotThe distance between the image points of the holes is chosen such that interference between the image points is negligible.
円板２１が例えば２．００ Ｏｒｐｍの速度で回転し、かつ穴が螺旋状経路に沿って配列されているので、円板２１を回転させることによって、物体が端から端にわたって走査され、７０００本の走査線で毎秒５０００フレームのラスタ走査がなされる。The disk 21 rotates at a speed of, for example, 2.00 Orpm, and the hole is rotated along a spiral path.Therefore, by rotating the disk 21, objects can be moved from one end to the other.Raster scanning at 5000 frames per second with 7000 scan lineswill be done.
試料物体２７上に集束された光は該試料物体２７により反射され、その後対物レンズ２６により集束させられて×波長板２８を通過した後間−のピンホール上に結像する。穴を通過した光はビームスブリフタ−２４に入射し、該ビームスブリフタ−２４で直角方向に偏向されて検光子３１に入射するので、この入射光をピンホール上に合焦させたトランスファレンズ３２を介して裸眼により見ることができる。The light focused on the sample object 27 is reflected by the sample object 27, and is then reflected by the objective lens.After being focused by the lens 26 and passing through the wavelength plate 28, it is placed on the pinhole betweenForm an image. The light passing through the hole enters the beam subrifter 24, and the beam subrifter 24Since the light is deflected in the right angle direction by the lid 24 and enters the analyzer 31, this incident light isIt can be seen with the naked eye through a transfer lens 32 focused on the hole.can.
第３図に示す実施例について説明する。第２図に示すものと同じである第計図の構成部品に対しては、同一の参照符号が付されている。第３図において、試料物体２７の像はリレーレンズ３２を経てテレビカメラ３３と表示をなすモニターテレビ３４とに伝達される。他の実施例としては、上記テレビカメラ３３に代えて試料物体を撮影する写真撮影カメラを使用してもよい、ここで指摘しておきたいことは、第３図に示す配置では、精密なアライメントを必要としないということである。その理由は、光の伝達及び受入れのために同一の穴を使用することにより、顕微鏡のアライメントが比較的容易に行えるからである。すなわち、接眼鏡、もしくはカメラをピンホール上に合焦させ、試料物体２７から入射し該ピンホールの裏面で反射される光により照明されている上記ピンホールを観察することができる。穴が配列されている螺旋の中心位置合わせは＠密に行う必要がない。The embodiment shown in FIG. 3 will be described. The diagram of the diagram is the same as that shown in Figure 2.Components are provided with the same reference numerals. In Figure 3, the sample objectThe image of the body 27 is transmitted through a relay lens 32 to a television camera 33 and a monitor screen.The information is transmitted to the revi 34. In another embodiment, instead of the television camera 33,I would like to point out that a photographic camera may be used to photograph the sample object.This means that the arrangement shown in Figure 3 does not require precise alignment.It is. The reason is that by using the same hole for transmitting and accepting lightThis is because alignment of the microscope can be performed relatively easily. i.e. eyepieceOr, the camera is focused on the pinhole, and the sample object 27 enters the pinhole.Observe the above pinhole illuminated by light reflected from the back of the wheel.Can be done. It is not necessary to closely align the center of the spiral in which the holes are arranged.
回転円板２１の振動振幅が、ピンホールに金員されている対物レンズ２８の、代表的にはＩｍを超えることのない焦点深度以下の寸法であるとすれば、回転円板２１が振動しても深刻な問題にはならない。The vibration amplitude of the rotating disk 21 is caused by the vibration amplitude of the objective lens 28 fitted in a pinhole.If the dimensions are superficially below the depth of focus and do not exceed Im, then the rotating diskEven if 21 vibrates, it is not a serious problem.
１組の偏光子２３．３１と×波長板２８が使用されているので、回転円板２１からの反射光と顕微鏡の構成要素の表面からの反射光とに基因する干渉効果が光強度で１０−”程度にまで減少し、そのため試料物体２７の像を明瞭に見ることができる。Since one set of polarizers 23 and 31 and × wavelength plate 28 are used, the rotating disk 21The interference effect caused by the reflected light fromThe image of the sample object 27 can therefore be clearly seen.can.
再び第３図を参照して、実施例の装置はさらに絞りを包含し、この絞りはニブコツの回転円板２１０表面から反射された光が集束する焦点に配置されている。Referring again to FIG. 3, the apparatus of the embodiment further includes a diaphragm, which diaphragm is connected to a nib control.It is arranged at a focal point where the light reflected from the surface of the two rotating disks 210 is focused.
この絞りが設けられている目的は、上記回転円板２１からの残余の反射光を完全に除去することにある。レーザ光源が使用されている場合、上記絞りは試料物体２７０表面から反射されて対物レンズ２６により集束される光束が１点に集中する、上記対物レンズ２６の焦点に配置されている。ランプ光源が使用されている場合、この光源の像が上記絞りの上に結像される。有限の直径を有するインコヒーレント光源が使用されている場合、上記絞りの大きさはコヒーレント光源が使用されている場合に必要とする大きさよりも大きくしなければならない、それにも拘らず、この絞りは観察者に向かってピンホールを通過する光束の断面積の極（受部分を遮断するに過ぎない。車に絞りが追加されるように顕微鏡を構成することができ、かかる構成の顕微鏡は低反射率を有する物体試料を観察しようとする場合に有利に使用される。The purpose of this aperture is to completely remove the remaining reflected light from the rotating disk 21.The purpose is to remove it. If a laser light source is used, the above diaphragm isThe light beam reflected from the 270 surface and focused by the objective lens 26 is concentrated at one point.The objective lens 26 is located at the focal point of the objective lens 26. lamp light source is usedIn this case, an image of this light source is formed onto the aperture. Incohi with a finite diameterIf a coherent light source is used, the above aperture size isThe size must be larger than that required if it is used, andNevertheless, this aperture limits the cross-sectional area of the beam passing through the pinhole towards the observer.(It only blocks the receiving part. Configure the microscope so that an aperture is added to the car.A microscope with such a configuration can be used to observe object samples with low reflectance.It is advantageously used when
骨のような生体物質などの半透明物体内の種々の平面、又は集積回路などの試料の種々のレベルにある種々の平面の上に光源からの光を合焦させるため、試料物体、もしくは対物レンズは上下に移動可能に構成されている。この構成と極めて類恨したシステムを、ロボットに関する応用分野における距離センサーとして使用することも可能である。Various planes within translucent objects such as biological materials such as bones, or samples such as integrated circuitsto focus the light from the light source onto different planes at different levels of the sample object.The body or objective lens is configured to be movable up and down. This configuration and extremelyThe similar system can be used as a distance sensor in robotics applications.It is also possible to use
ニブコツの回転円板２１は、恐らく数ワット程度のエネルギを内臓する、コリメートされたレーザービームによって照明される。The rotating disk 21 of the nib is a collimator that probably contains several watts of energy.illuminated by a laser beam.
上記回転円板２１Ｌ＝穿設されているピンホールは第３図に示されているように、これを見ることができる。上記ピンホールの像はカメラレンズによって遠方の平面上に結像される。ピンホールを出た後の光束を望遠鏡によって拡大し、拡大された光束が上記望遠鏡の対物レンズの入射瞳に生じるような構成にすることもできる。かかる構成にすることによって、開口のより大きなレンズを使用して横方向及び縦方向に沿って適正な解像度が得られるようにすることが可能になる。The above-mentioned rotating disk 21L = The drilled pinhole is as shown in Fig. 3., you can see this. The image of the above pinhole is captured by the camera lens at a distance.The image is formed on a plane. The beam of light after exiting the pinhole is magnified by a telescope.It is also possible to configure the telescope so that the emitted light beam appears at the entrance pupil of the objective lens of the telescope.can. By using such a configuration, you can use a lens with a larger aperture toIt becomes possible to obtain appropriate resolution along the directional and longitudinal directions.
ニブコツの回転円板２１が回転すると、対物レンズ２６の焦点面上にある領域が試料物体２７の像として結像される。このようにして、対物レンズ２６から固定された一定の距離にある焦点面上に試料物体２７の像が直接にリアルタイムで得られることになる。対物レンズ２６を前後に移動させることによって試料物体２７の他の断面像を容易に得ることができる。これを利用してロボットを制御することが可能になる。When the rotating disk 21 of the nib-kotsu rotates, the area on the focal plane of the objective lens 26 changes.An image of the sample object 27 is formed. In this way, it is fixed from the objective lens 26.An image of the sample object 27 is directly obtained in real time on the focal plane at a certain distance.It will be done. By moving the objective lens 26 back and forth, the sample object 2 is7 can be easily obtained. Use this to control the robotbecomes possible.
浄ｌＦ（内容に変更なし）浄書（内容に変更なし）浄書（内容に変更なし）ＦＩＧ、−５手続補正書く方式）％式％１、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１００９０４゜２、発明の名称 走査式共焦点型光学顕微鏡３、補正をする者事件との関係 出願人７、補正の内容 別紙のとおり国際調査報告JyoIF (no change in content)Engraving (no changes to the content)Engraving (no changes to the content)FIG.-5Procedure amendment writing method)%formula%1. Indication of the incident PCT/US88100904゜2. Title of the invention Scanning confocalPoint optical microscope 3, correctorRelationship to the case: Applicant7. Contents of amendment as attachedinternational search report
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