(57)【要約】【課題】照明光の偏光状態を良好にして、微分干渉観察など偏光を用いた観察時の観察画像の質を向上させた走査型顕微鏡を提供する。【解決手段】走査型顕微鏡１は、直線偏光状態の照明光を射出する光源６と、照明光により試料Ｓの面を走査する走査機構２２と、光源６から射出された照明光を走査機構２２に導く光ファイバー７と、照明光を光ファイバー７、走査機構２２及び対物光学系３を介して試料Ｓに照射する機能を有した照明光学系と、光ファイバー７の射出端と走査機構２２との間に配置され、光ファイバー７から射出された照明光の偏光方向を光源６から射出されたときの照明光の偏光方向に揃える偏光方向補正部材８と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光状態の照明光を射出する光源と、
前記照明光により前記試料の面を走査する走査機構と、
前記光源から射出された前記照明光を前記走査機構に導く光ファイバーと、
前記照明光を前記光ファイバー、前記走査機構及び対物光学系を介して試料に照射する機能を有した照明光学系と、
前記光ファイバーの射出端と前記走査機構との間に配置され、前記光ファイバーから射出された前記照明光の偏光方向を前記光源から射出されたときの前記照明光の偏光方向に揃える偏光方向補正部材と、を有する走査型顕微鏡。
【請求項２】
前記走査機構及び前記偏光方向補正部材が収納される走査装置を有する請求項１に記載の走査型顕微鏡装置。
【請求項３】
前記光ファイバーから射出された前記照明光を略平行光に変換して前記走査機構に導くコリメータレンズを有し、
前記偏光方向補正部材は、前記コリメータレンズと前記走査機構との間に配置されている請求項１または２に記載の走査型顕微鏡。
【請求項４】
前記光ファイバーは、前記光源から射出された前記照明光の偏光方向を保存した状態で射出する偏波面保存ファイバーである請求項１〜３いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項５】
前記偏光方向補正部材は、偏光フィルムからなる光学部材である請求項１〜４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項６】
前記偏光方向補正部材は、ガラス偏光フィルターからなる光学部材である請求項１〜４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項７】
前記偏光方向補正部材は、ワイヤーグリッドからなる光学部材である請求項１〜４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項８】
前記偏光方向補正部材は、方解石からなる光学部材である請求項１〜４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項９】
前記偏光方向補正部材は、偏光ビームスプリッターからなる光学部材である請求項１〜４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１０】
前記試料からの光を集光してピンホールを通過させて検出する共焦点光学系を有する請求項１〜９いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１１】
前記試料を透過した光のうち、所定の偏光方向の光だけを透過させるアナライザを有し、前記アナライザは、当該アナライザの透過軸の方向が、前記偏光方向補正部材により補正された前記照明光の偏光方向と略直交するように配置された請求項１〜１０いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１２】
前記試料を挟むように配置された２つのＤＩＣプリズムを有し、透過微分干渉観察が可能に構成された請求項１〜１１いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１３】
前記偏光方向補正部材は、光路上に対して挿抜可能に構成された請求項１〜１１いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１４】
前記偏光方向補正部材を、前記光路に対して挿抜するアクチュエータと、
前記光路上に挿抜可能に構成されたアナライザの挿抜状態を検出するアナライザ検出器と、
前記アナライザ検出器により前記アナライザが前記光路上に挿入されていると判断したきは、前記アクチュエータにより前記偏光方向補正部材を前記光路上に挿入し、前記アナライザ検出器により前記アナライザが前記光路上から抜脱されていると判断したときは、前記アクチュエータにより前記偏光方向補正部材を前記光路上から抜脱する制御部と、を有する請求項１３に記載の走査型顕微鏡。
【請求項１５】
前記光ファイバーを通過する前記照明光の波長帯域幅は２００ｎｍ以上である請求項１〜１４いずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型顕微鏡は、走査機構により試料面上を走査して試料の観察を行うように構成されているが、ピンホールを有し共焦点観察ができるタイプや、微分干渉観察（ＤＩＣ）が行えるタイプなど、一つの製品で多用な観察を行えるものも開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
微分干渉観察を行う場合には、一般的には偏光板（ポラライザ及びアナライザ）をクロスニコルの状態に配置し、さらに、それらの間にＤＩＣプリズムを配置して観察を行う。このような走査型顕微鏡において、照明光として用いられるレーザー光は直線偏光であるため、ポラライザは必要なく、アナライザのみをレーザー光の偏光方向に対してクロスニコルに配置すれば基本的には微分干渉観察が可能となる。光ファイバーを通してレーザー光を走査装置に導入する場合でも、偏波面保存ファイバーを用いれば基本的には偏光状態は保存されるため、微分干渉観察を行うことができる。
【特許文献１】特開平１１−１１９１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、偏波面保存ファイバーを用いて微分干渉観察を行うと、観察画像の輝度ムラが発生するという課題があった。これは、偏波面保存ファイバーの消光比が２０ｄＢ以下であり、ファイバー内で少しでも偏波面が変わると偏光状態が変わり、クロスニコルの状態が悪くなり、結果として観察画像の輝度ムラが発生するからである。特に広い波長帯域のレーザー光を一つの光ファイバーで通そうとすると偏波状態はさらに悪化する。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、照明光の偏光状態が直接画質に影響する微分干渉観察など偏光を用いた観察をするときは、偏光方向補正部材を光路上に設け、ファイバーから射出した光束をこの偏光方向補正部材を透過させてその偏光状態を良好にするように構成された走査型顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る走査型顕微鏡は、直線偏光状態の照明光を射出する光源と、照明光により試料の面を走査する走査機構と、光源から射出された照明光を走査機構に導く光ファイバーと、照明光を光ファイバー、走査機構及び対物光学系を介して試料に照射する機能を有した照明光学系と、光ファイバーの射出端と走査機構との間に配置され、光ファイバーから射出された照明光の偏光方向を光源から射出されたときの照明光の偏光方向に揃える偏光方向補正部材と、を有する。
【０００７】
このような走査型顕微鏡は、走査機構及び偏光方向補正部材が収納される走査装置を有することが好ましい。
【０００８】
また、このような走査型顕微鏡は、光ファイバーから射出された照明光を略平行光に変換して走査機構に導くコリメータレンズを有し、偏光方向補正部材は、このコリメータレンズと走査機構との間に配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、このような走査型顕微鏡において、光ファイバーは、光源から射出された照明光の偏光方向を保存した状態で射出する偏波面保存ファイバーであることが好ましい。
【００１０】
また、このような走査型顕微鏡において、偏光方向補正部材は、偏光フィルム、ガラス偏光フィルター、ワイヤーグリッド、方解石、若しくは、偏光ビームスプリッターのいずれかからなる光学部材であることが好ましい。
【００１１】
また、このような走査型顕微鏡は、試料からの光を集光してピンホールを通過させて検出する共焦点光学系を有することが好ましい。
【００１２】
また、このような走査型顕微鏡は、試料を透過した光のうち、所定の偏光方向の光だけを透過させるアナライザを有し、このアナライザは、当該アナライザの透過軸の方向が、偏光方向補正部材により補正された照明光の偏光方向と略直交するように配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、このような走査型顕微鏡は、試料を挟むように配置された２つのＤＩＣプリズムを有し、透過微分干渉観察が可能に構成されることが好ましい。
【００１４】
また、このような走査型顕微鏡において、偏光方向補正部材は、光路上に対して挿抜可能に構成されることが好ましい。
【００１５】
このとき、このような走査型顕微鏡は、偏光方向補正部材を、光路に対して挿抜するアクチュエータと、光路上に挿抜可能に構成されたアナライザの挿抜状態を検出するアナライザ検出器と、アナライザ検出器によりアナライザが光路上に挿入されていると判断したきは、アクチュエータにより偏光方向補正部材を光路上に挿入し、アナライザ検出器によりアナライザが光路上から抜脱されていると判断したときは、アクチュエータにより偏光方向補正部材を光路上から抜脱する制御部と、を有することが好ましい。
【００１６】
なお、このような走査型顕微鏡において、光ファイバーを通過する照明光の波長帯域幅は２００ｎｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る走査型顕微鏡を以上のように構成すると、光路上に設けられた偏光方向補正部材により、ファイバーから射出した光束を、この偏光方向補正部材を透過させて偏光状態を良好にすることができるため、微分干渉観察など、照明光の偏光状態が重要な観察時の観察画像の質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態における走査型顕微鏡１の構成について説明する。この走査型顕微鏡１は、レーザー光を放射する光源６を有し、この光源６から放射された照明光（レーザー光）を光ファイバー７介して導光し、偏向してステージ１４に載置された試料Ｓの面上で走査する走査装置２と、この走査装置２から出射した照明光を試料Ｓ上に集光する対物光学系３と、光ファイバー７、走査装置２と対物光学系３とを含んでなる照明光学系と、試料Ｓを透過した観察光を検出する第１光検出器５と、試料Ｓからの観察光を第１光検出器５に導く観察光学系４と、を有して構成される。
【００１９】
走査装置２は、光源６から放射された照明光を略平行光に変換するコリメータレンズ２１と、ガルバノミラー等を含む走査光学系を有して構成される走査機構２２と、この走査機構２２と対物レンズの瞳とを互いに共役にする瞳投影レンズ２３とを備えて構成される。ここで、光源６から射出される照明光は光ファイバー７により走査装置２に導かれる。なお、この光源６から射出される照明光（レーザー光）は、直線偏光状態であり、光ファイバー７は、この直線偏光を保存した状態で射出する偏波面保存シングルモードファイバーで構成されている（以下、この光ファイバー７を「偏波面保存ファイバー７」と呼ぶ）。しかし、この偏波面保存ファイバー７において、その曲がり方やねじれ等の状態により透過する照明光の偏光状態が、直線偏光から楕円偏向にずれるため、コリメータレンズ２１と走査機構２２との間の光路上に偏向方向補正部材８が挿抜可能に設けられている。この偏光方向補正部材８は、コリメータレンズ２１で略平行光にされた状態の照明光の偏光方向を、光源６から放射されたときのレーザー光（照明光）の偏光方向に揃えるものである。なお、コリメータレンズ２１の光源６側に、すなわち、偏波面保存ファイバー７の射出端とコリメータレンズ２１との間の光路上に、この偏光方向補正部材８を挿抜するように構成しても良いが、コリメータレンズ２１で略平行光になった部分に挿抜した方が光量の損失が少なく効果的である。この場合、この偏光方向補正部材８を走査装置２の外に配置することも可能である。このように、偏光方向補正部材８を走査装置２内に収納すると、走査機構２２により照明光の照射方向が変化する前に配置することができるので、光量の損失が少なくなり、また、配置の為のスペースも確保しやすい。
【００２０】
また、対物光学系３は、瞳投影レンズ２３から射出された照明光を略平行光に変換する第１集光レンズ３１と、この略平行光を試料Ｓ上に集光して照射する対物レンズ３２とを備えて構成される。さらに、観察光学系４は、試料Ｓを透過した観察光を略平行光に変換するコンデンサーレンズ４１と、このコンデンサーレンズ４１を出射した略平行光を側方に反射してその光路を折り曲げるミラー４２と、ミラー４２で反射された略平行光を集光して第１光検出器５上に結像させる第２集光レンズ４３とを備えて構成される。
【００２１】
ここで、この走査型顕微鏡１は、試料Ｓに照明光（レーザー光）を照射することにより、この試料Ｓで発生する蛍光を用いた蛍光観察が可能な共焦点顕微鏡として使用することも可能であり、走査装置２のコリメータレンズ２１と走査機構２２との間の光路上（上述の偏光方向補正部材８よりも試料Ｓ側）に、レーザー光源６からのレーザー光を透過して試料Ｓからの蛍光を反射するダイクロイックミラー２４、このダイクロイックミラー２４で反射された蛍光を集光する第３集光レンズ２５、及び、この第３集光レンズ２５の焦点近傍にピンホールが位置するように配置された遮光板２６からなる共焦点光学系１０と、このピンホールを通過した光を検出する第２光検出器９と、を有して構成される。なお、偏光状態が良好でない光束を偏光方向補正部材８に通すと、光量が落ちたり、不安定になったりするため、偏光状態よりも、光量の安定性の方がより重要な蛍光観察を行う場合は、偏光方向補正部材８が光路上から抜脱されている方が好ましい。
【００２２】
また、この走査型顕微鏡１は、透過微分干渉観察が可能に構成されており、透過微分干渉観察を行う場合には、第１集光レンズ３１と対物レンズ３２との間の光路上に第１ＤＩＣプリズム３３が挿入され、コンデンサーレンズ４１とミラー４２との間の光路上に、光源６側から順に、第２ＤＩＣプリズム４４とアナライザ４５が挿入される。ここで、偏光方向補正部材８（若しくは、光源６から放射されるレーザー光）とアナライザ４５とはその偏光方向が直交するように配置されている（クロスニコルに配置されている）。第１集光レンズ３１で略平行光に変換された照明光は、第１ＤＩＣプリズム３３を通過して常光線と異常光線の２つの光線に分割され、対物レンズ３２で試料Ｓ上に集光される。そして、この試料Ｓで何らかの偏光状態の変化を受けた光（観察光）はコンデンサーレンズ４１を通過し、第２ＤＩＣプリズム４４でまた一つの光となる。このとき、分割された光線の光路上にある試料Ｓにおいて屈折率の差や経路長の差があるときは位相差が生じる。そして、この光は、アナライザ４５を通過することにより２つの光の偏光方向が揃い、干渉が生じコントラストがついた光となり、その後第１光検出器５に導かれる。なお、偏光状態が良好でない光により微分干渉観察を行うと、観察画像の輝度ムラが発生するため、微分干渉観察を行うときは、偏光方向補正部材８が光路上に挿入されている方が好ましい。
【００２３】
この走査型顕微鏡１に用いられる偏光方向補正部材８としては、偏光ビームスプリッター、ガラス偏光フィルター、ワイヤーグリッド偏光フィルター、偏光フィルム、若しくは、方解石からなる光学部材を使用することができる。表１に示すように、偏波面保存ファイバー７の消光比は−２０ｄＢ以下であり微分干渉観察を行うのには十分でないのに対し、以上のような光学部材からなる偏光方向補正部材８を挿入すると、その分だけより良い消光比が得られることが分かる。特にこのような光学部材により偏光方向補正部材８を構成することにより、広い波長帯域のレーザー光（照明光）でもその偏光方向を揃えることができるため、消光比の向上には効果的である。なお、光源６から射出されるレーザー光の波長帯域幅が、４０５ｎｍから６４０ｎｍに及ぶ、２００ｎｍ以上であるときは、特に長波長側での偏波面保存ファイバー７による偏波面の保存が困難になるため、このような偏光方向補正部材８を設けると微分干渉観察には効果的である。
【００２４】
【表１】
2010078621.tif 000003
【００２５】
以上のように、この走査型顕微鏡１においては、蛍光観察（共焦点観察）を行う場合には試料Ｓに照射されるレーザー光の光量を確保するために偏光方向補正部材８を光路上から抜脱し、微分干渉観察を行う場合には、偏光方向を揃えるために偏光方向補正部材８を光路上に挿入することが好ましい。換言すると、アナライザ４５を光路上から抜脱しているときは偏光方向補正部材８を光路上から抜脱し、アナライザ４５を光路上に挿入しているときは偏光方向補正部材８も光路上に挿入していることが好ましい。そのため、この走査型顕微鏡１においては、偏光方向補正部材８を光路上に挿抜するアクチュエータ１１を備え、また、リミットスイッチ等で構成されるアナライザ検出器１２を設け、制御部１３によりこのアナライザ検出器１２の検出状態に基づいてアクチュエータ１１の作動を制御して偏光方向補正部材８を光路上に対して挿抜するように構成されている。図２に、制御部１２の制御としての、アナライザ検出器１２によるアナライザ４５の検出状態と、アクチュエータ１１による偏光方向補正部材８の挿抜状態の関係を示す。このように、アナライザ４５の挿抜状態（アナライザ検出器１２の検出状態）に応じて偏光方向補正部材８を挿抜することにより、試料Ｓの最適な観察を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る走査型顕微鏡の構成を示す説明図である。
【図２】制御部における制御としての、アナライザ検出器によるアナライザの検出状態と、アクチュエータによる偏光方向補正部材の挿抜状態との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  走査型顕微鏡    ２  走査装置    ３  対物光学系    ６  光源
７  光ファイバー（偏波面保存ファイバー）    ８  偏光方向補正部材
１０  共焦点光学系    １１  アクチュエータ    １２  アナライザ検出器
１３  制御部    ２１  コリメータレンズ    ２２  走査機構
３３  第１ＤＩＣプリズム    ４４  第２ＤＩＣプリズム    ４５  アナライザ
Ｓ  試料
【図１】
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【図２】
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