(57)【要約】【課題】高価な音響光学素子を用いることなく、高解像度の試料像を撮像できるレーザ顕微鏡及びカラーレーザ顕微鏡を実現する。【解決手段】本発明では、レーザビームを一方向に発散性を有する非コヒーレントな光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置(12)を用いる。そして、レーザ光源(1，2，3)から発生したレーザビームをライン状光ビーム発生装置(12)により一方向に発散性を有する光ビームに変換し、ビーム偏向装置(18)を介して試料(25)に投射し、試料表面を走査する。そして、試料からの反射ビームを例えばリニァイメージセンサ(26)により受光してビデオ出力を発生する。ライン状光ビーム発生装置として、複数のマイクロミラー素子が２次元アレイ状に配列されたマイクロミラー装置を用いる。入射したレーザビームは、各マイクロミラー素子の往復回動により一方向に高速振動する光ビームに変換され、発散性光ビームが発生する。【選択図】図１
2006163023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを発生するレーザ光源と、
レーザ光源から出射したレーザビームを、第１の方向に発散性を有する光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状光ビームを第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、前記ビーム偏向装置を介して入射した試料からの反射光を受光するリニァイメージセンサと、
リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してビデオ信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記ライン状光ビーム発生装置は、光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成され、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により入射したレーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換することを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ顕微鏡において、前記マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子のミラー面は、駆動信号に応じて高速回動又は高速傾動し、各ミラー面の高速回動又は高速傾動により、入射したレーザビームを第１の方向に高速振動する非コヒーレントな光ビームに変換することを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ顕微鏡において、前記レーザ光源とライン状光ビーム発生装置との間に第１のビームスプリッタを配置し、レーザ光源から出射したレーザビームを前記第１のビームスプリッタを介してマイクロミラー装置の光入射面に垂直に入射させ、レーザ光源からライン状光ビーム発生装置に向かうレーザビームとライン状光ビーム発生装置から出射したライン状光ビームとを前記ビームスプリッタにより分離することを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ顕微鏡において、前記第１のビームスプリッタとビーム偏向装置との間に第２のビームスプリッタを配置し、当該第２のビームスプリッタにより、前記レーザ光源から試料に向かう光ビームと試料からリニァイメージセンサに向かう反射ビームとを分離することを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項５】
前記第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとの間の光路に配置され、ライン状光ビーム発生装置から出射した発散性光ビームを第１の方向に拡大されたライン状平行ビームに変換する集束性レンズ素子を有することを特徴とする請求項４に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項６】
前記レーザ光源と第１のビームスプリッタとの間に、レーザ光源から出射したレーザビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に集束させるシリンドリカルレンズを配置し、前記マイクロミラー装置の光入射面に前記第２の方向に集束したレーザビームを入射させることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項７】
前記レーザ光源、マイクロミラー装置、ビーム偏向装置、対物レンズ、及びリニァイメージセンサを同一平面上に配置したことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項８】
赤のレーザビームを発生する第１のレーザ光源、緑のレーザビームを発生する第２のレーザ光源、及び、青のレーザビームを発生する第３のレーザ光源と、
前記第１〜第３のレーザ光源から出射したレーザビームを合成して合成レーザビームに変換するビーム合成光学系と、
光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成され、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により前記合成レーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを集束して試料に投射する対物レンズと、
前記ビーム偏向装置を介して入射する試料からの反射光を受光し、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力する受光装置と、
Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する信号処理回路とを具えることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【請求項９】
前記受光装置は、前記試料からの反射光をＲ，Ｇ，Ｂのカラービームに色分解する色分解光学系と、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子をそれぞれ有し、前記色分解されたＲ，Ｇ，Ｂのカラービームをそれぞれ受光する３つのリニァイメージセンサとを具え、
前記３つのリニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生することを特徴とする請求項８に記載のカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１０】
前記受光装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光をそれぞれ選択的に受光する複数のＲ，Ｇ，Ｂの受光素子を有し、これらＲ，Ｇ，Ｂの受光素子が前記第１の方向と対応する方向に順次配列されたリニァイメージセンサを具え、Ｒ，Ｇ，Ｂの受光素子に蓄積された電荷を読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生することを特徴とする請求項８に記載のカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１１】
前記受光装置は、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子をそれぞれ有し、これら受光素子の配列方向と直交する方向に離間して位置する３個の受光素子列を具え、前記試料で反射し、ビーム偏向装置を介して入射した赤、緑及び青のライン状カラービームを前記３つの受光素子列でそれぞれ受光するリニァイメージセンサを有し、前記第１〜第３のレーザ光源から出射するレーザビームの光軸を前記第２の方向と対応する方向に微小な角度だけ相互にシフトさせ、試料で反射したライン状光ビームをリニァイメージセンサの対応する受光素子列に入射させ
前記３つの受光素子列の各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生することを特徴とする請求項８に記載のカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１２】
赤のレーザビームを発生する第１のレーザ光源、青のレーザビームを発生する第２のレーザ光源、及び、青のレーザビームを発生する第３のレーザ光源と、
前記赤、青及び緑のレーザ光源から出射したレーザビームを合成して合成レーザビームに変換するビーム合成光学系と、
光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成され、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により前記合成レーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状の光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に沿って配列された複数の受光素子を有するリニァイメージセンサと、
前記リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を、前記第１〜第３のレーザ光源の発光動作に同期して順次読み出し、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ出力を形成するリニァイメージセンサ駆動回路と、
前記リニァイメージセンサから読み出されたＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する信号処理回路とを具えることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１３】
請求項８から１２までのいずれか１項に記載のカラーレーザ顕微鏡において、前記第１〜第３のレーザ光源を半導体レーザで構成し、これら３個の半導体レーザを同一平面上に配置し、３個の半導体レーザから出射した各カラービームをビーム合成光学系を介してライン状光ビーム発生装置に入射させることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載のカラーレーザ顕微鏡において、前記ビーム合成光学系とライン状光ビーム発生装置との間にビームスプリッタを配置し、前記ビーム合成光学系から出射した合成レーザビームをビームスプリッタを介してマイクロミラー装置の光入射面に垂直に入射させ、ビーム合成光学系からライン状光ビーム発生装置に向かうレーザビームとライン状光ビーム発生装置から出射したライン状カラービームとを前記ビームスプリッタにより分離することを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項１５】
白色光のレーザビームを発生するレーザ光源と、
光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成され、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により前記レーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と
前記ライン状光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記ビーム偏向装置を介して入射する試料からの反射光を受光してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生する受光装置と、
前記Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を発生する信号処理回路とを具えることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載のカラーレーザ顕微鏡において、前記受光装置は、試料からの反射光をＲ，Ｇ，Ｂのカラービームに分解する色分解光学系と、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子をそれぞれ有し、前記色分解されたＲ，Ｇ，Ｂのカラービームをそれぞれ受光する３つのリニァイメージセンサとを具え、
前記３つのリニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生することを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１５に記載のカラーレーザ顕微鏡において、前記受光装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光をそれぞれ選択的に受光する複数のＲ，Ｇ，Ｂの受光素子を有し、これらＲ，Ｇ，Ｂの受光素子が前記第１の方向と対応する方向に順次配列されているリニァイメージセンサを有し、
前記リニァイメージセンサのＲ，Ｇ，Ｂの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生することを特徴とすることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を非コヒーレントなライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置を用いたレーザ顕微鏡及びカラーレーザ顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察すべき試料表面をレーザビームで２次元走査し、試料からの反射光をリニァイメージセンサで受光するレーザ顕微鏡が広く実用化されている。このレーザ顕微鏡では、レーザ光源から出射したレーザビームを音響光学素子により主走査方向に高速偏向すると共にガルバノミラーを用いて副走査方向に偏向して試料表面を２次元走査している。このレーザ顕微鏡は共焦点光学系を利用しているため高い分解能が得られ、高分解能画像を必要とする用途に広く利用されている。また、このレーザ顕微鏡は、レーザビームを用いて試料表面を２次元走査しているため、レーザビーム中にスペックルパターンが存在しても、撮影される画像の品質が劣化しない利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したレーザビームを用いて試料表面をスキャンするレーザ顕微鏡は、高解像度画像を撮像できる利点を有しているが、レーザビームを主走査方向に高速偏向する音響光学素子の価格が高価であるため、顕微鏡の製造コストが高価になる欠点があった。また、音響光学素子のふれ角が比較的小さいため、試料表面上において必要な走査長を得るためには光学系の光路長を長く設定する必要があり、顕微鏡が大型化する欠点もあった。
さらに、音響光学素子は波長依存性を有するため、カラー顕微鏡に適用する場合各カラービーム毎に設定条件の異なる音響光学素子を用意しなければならず、製造コストが一層高価になる欠点もあった。
さらに、音響光学素子を用いてビーム走査する場合、音響光学素子に対するレーザビームに入射角を厳格に規制する必要があり、光学系の調整が煩雑になるだけでなく、顕微鏡全体の光学系の設計も煩雑になる欠点が指摘されていた。
【０００４】
上述した欠点を解消する方法として、レーザ光源から発生したレーザビームをシリンドリカルレンズを用いて一方向に拡大されたライン状ビームに変換し、ライン状ビームを用いて試料表面を２次元走査する方法が考えられる。しかしながら、レーザビームは高いコヒーレンス性を有するため、グレァが発生し易く、ライン状光ビーム中にスペックルパターンが発生し、撮影される画像の品質が低下する不具合があった。この場合、光源として水銀ランプを用いることが想定されるが、水銀ランプは大型であるため、顕微鏡装置が大型化する欠点がある。
【０００５】
本発明の目的は、高価な音響光学素子を用いることなく、試料表面を２次元走査できるレーザ顕微鏡を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、光学系の設計及び調整が簡単であり、小型化できるレーザ顕微鏡を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、音響光学素子を用いることなく、試料のカラー画像を撮像できるカラーレーザ顕微鏡を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるレーザ顕微鏡は、レーザビームを発生するレーザ光源と、
レーザ光源から出射したレーザビームを、第１の方向に発散性を有する光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状光ビームを第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、前記ビーム偏向装置を介して入射した試料からの反射光を受光するリニァイメージセンサと、
リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出してビデオ信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記ライン状光ビーム発生装置を、光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成し、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により入射したレーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、レーザ光源からから放出されたレーザビームをライン状光ビーム発生装置により、主走査方向に対応する第１の方向に発散性を有する非コヒーレントなライン状ビームに変換する。そして、ライン状光ビームを振動ミラーやガルバノミラー又はポリゴンミラーのようなビーム偏向装置により第１の方向と直交する第２の方向（副走査方向に対応する）に偏向し、対物レンズにより集束したライン状光ビームとして試料に投射する。この結果、試料表面は、集束したライン状ないし線状の光ビームにより１次元走査され、試料からの反射光をビーム偏向装置を介してリニァイメージセンサにより受光することにより、試料の２次元画像を撮像することができる。試料表面は副走査方向に集束したライン状光ビームにより走査されるので、試料表面からのライン状の反射光をリニァイメージセンサにより受光することによりコンフォーカル光学系が構成され、高い解像度の鮮明な試料像を撮像することができる。
【０００８】
本発明では、ライン状光ビーム発生走査としてマイクロミラー装置（デジタル ミラー デバイス：ＤＭＤ）を用いる。マイクロミラー装置は、各マイクロミラー素子が画像中の各画素を構成する画像表示装置として使用されている。一方、本発明者がマイクロミラー装置について種々の実験及び解析を行った結果、各マイクロミラー素子を個別に駆動するのではなく、マイクロミラー素子を全体として一体的に駆動することにより、ライン状光ビーム発生装置として高い有用性を有していることが実証された。すなわち、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子は、±１０°程度の角度範囲で往復回動ないし往復傾動するため、各マイクロミラー素子を画像信号に基づき個別に駆動すると、駆動信号に応じて回動するスイッチィング動作を行い、ビデオ信号に応じた画像を表示する。一方、各マイクロミラー素子を個別に駆動するのではなく、マイクロミラー素子を全体として一体的に高速駆動すると、各マイクロミラー素子のミラー面は、入射したレーザビームを一方向に高速振動させることができ、従って、マイクロミラー装置から、発散性のライン状ビームと等価な光ビームが出射することになる。この発散性ライン状光ビームを集束レンズを通すことにより、一方向に拡大された平行なライン状光ビームに変換される。
【０００９】
一方、実際にマイクロミラー装置にレーザビームを投射し、マイクロミラー素子を全体として駆動し、マイクロミラー装置からの反射光を結像させると、アレイ状に点在する輝点パターンが投影された。そして、マイクロミラー素子を駆動信号で駆動しても輝点パターンが移動するにすぎず、良好な品質のライン状走査ビームを形成することはできなかった。
【００１０】
上記実験結果に基づき、本発明者がさらに種々の実験及び解析を行った結果、マイクロミラー装置の駆動周波数をさらに高速にすると、輝点パターンは徐々に消滅し、ライン状の発散性光ビームが発生することが実証された。このライン状光ビームは、スペックルパターンの無い均一な輝度のライン状光ビームであり、干渉性のない非コヒーレントな光ビームであることが確認された。
【００１１】
このマイクロミラー装置の特有の作用は以下のように解される。一般的に、マイクロミラー装置は、その光入射面に２次元マトリックス状に配置したマイクロミラー素子を有し、各マイクロミラー素子のミラー面は支持ポストにより支持され、支持ポストはヨークに固定されている。そして、ヨークはトーションヒンジを介して基板に連結されている。各マイクロミラー素子はトーションヒンジのトルクにより第１の位置に位置決めされる。一方、基板に設けた電極とヨークとの間にパルス状のバイアス電圧を印可すると、トーションヒンジのトルクに対抗する静電力が作用し、マイクロミラー素子のミラー面が回動ないし傾動し、第２の位置に到達し、リセットされて反対方向に回動して第１の位置に復帰する。一方、駆動パルスの周波数を画像表示装置として用いられる周波数又はそれ以下の周波数の場合、全てのマイクロミラー素子が同期して回動するため、各マイクロミラー素子のミラー面からの反射光間の干渉作用により輝点パターンが発生するものと考えられる。一方、一層高速な駆動周波数に設定すると、各マイクロミラー素子の共振周波数に到達し、各マイクロミラー素子が個別の共振周波数でそれぞれ個別に動作することが想定される。一方、各マイクロミラー素子の共振周波数は、各マイクロミラー素子間においてそれぞれ僅かな差異が存在するものと考えられる。このため、各マイクロミラー素子に同一の時刻に駆動パルスが印可されても、各マイクロミラー素子の回動開始位置が各マイクロミラー素子毎にそれぞれ相違し、駆動パルスに対して各マイクロミラー素子がランダムな回動ないし傾動を行うことが想定され、また各マイクロミラー素子の回動速度や復帰速度も相違することが想定される。このランダムな回動により、各ミラー面からの反射光間に位相のずれが生じてコヒーレンス性が維持されなくなり、マイクロミラー装置から非コヒーレントな光ビームが出射するものと考えられる。尚、マイクロミラー装置を高速駆動した場合、非コヒーレントな発散性の光ビームが発生することは本発明者により実験により確認された事項であり、マイクロミラー装置から出射した光ビームを用いて鮮明な試料の２次元画像を撮像できることも実際の実験結果として実証された事項である。また、市販されている各種のマイクロミラー装置について実験を行った結果、入手した全てのマイクロミラー装置において、非コヒーレントな発散性光ビームを発生させることができ、鮮明な２次元画像を撮像できることが確認された。従って、マイクロミラー素子のミラー面が所定の角度範囲で往復回動ないし傾動により入射光ビームを高速振動させることができる全てのマイクロミラー装置について本発明を適用することができる。
【００１２】
ライン状光ビーム発生装置としてマイクロミラー装置を用いることにより、第１に、波長依存性が無いため、カラーレーザ顕微鏡に適用する場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの３個のレーザビームに対して単一のマイクロミラー装置を用いるだけで済む利点が達成される。第２の利点として、高価な音響光学素子を用いないため、マイクロミラー装置に対する入射角の制限が課せられず、光路設計が大幅に簡単化されることである。さらに、第３の利点として、比較的短い光路長で主走査方向に拡大したライン状光ビームを発生させることがでるので、光学系全体の光路長が短くなり、一層小型なレーザ顕微鏡を実現することができる。
【００１３】
本発明によるレーザ顕微鏡の好適実施例は、レーザ光源とライン状光ビーム発生装置との間に第１のビームスプリッタを配置し、レーザ光源から出射したレーザビームを第１のビームスプリッタを介してマイクロミラー装置の光入射面に垂直に入射させ、レーザ光源からライン状光ビーム発生装置に向かうレーザビームとライン状光ビーム発生装置から出射したライン状光ビームとを前記ビームスプリッタにより分離することを特徴とする。レーザ光源から出射したレーザビームをライン状光ビーム発生装置の光入射面に垂直に入射させる光学系を採用することにより、光路設計が大幅に簡単化される利点が達成されると共に空間的な利用効率を一層高めることができる。
【００１４】
本発明によるレーザ顕微鏡の好適実施例は、レーザ光源、マイクロミラー装置、ビーム偏向装置、対物レンズ、及びリニァイメージセンサを同一平面上に配置したことを特徴とする。このように、各光学素子を同一平面上に配置することにより、空間的利用効率が一層増大し、レーザ顕微鏡を一層小型なものとすることができると共に各種の調整作業が大幅に簡単になる。
【００１５】
本発明によるカラーレーザ顕微鏡は、
赤のレーザビームを発生する第１のレーザ光源、緑のレーザビームを発生する第２のレーザ光源、及び、青のレーザビームを発生する第３のレーザ光源と
前記第１〜第３のレーザ光源から出射したレーザビームを合成して合成レーザビームを発生するビーム合成光学系と、
光入射面を有し、当該光入射面内に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有するマイクロミラー装置により構成され、各マイクロミラー素子のミラー面の往復回動又は往復傾動により前記合成レーザビームを第１の方向に発散性を有するライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを集束して試料に投射する対物レンズと、
前記ビーム偏向装置を介して入射する試料からの反射光を受光し、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力する受光装置と、
前記Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する信号処理回路とを具えることを特徴とするカラーレーザ顕微鏡。
【００１６】
前述したように、マイクロミラー装置の第１の特徴として波長依存性を有しないため、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのカラー光に対して単一のライン状光ビーム発生装置を用いるだけで済む利点がある。すなわち、従来のカラーレーザ顕微鏡では、音響光学素子を用いて各カラー光を主走査方向に偏向する構成が採用されていた。しかし、音響光学素子は波長依存性を有するため、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラー光毎に音響光学素子を配置する必要があり、カラーレーザ顕微鏡の製造コストが高価になるだけでなく、各種の光路調整が煩雑になる欠点があった。これに対して、マイクロミラー装置は波長依存性を有しないため、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光に対して１個のマイクロミラー装置を設けるだけで済み、製造コストが安価になるだけでなく、空間的に効率よく利用でき、しかも光学系の調整が大幅に簡素化される利点が達成される。
【００１７】
試料からの反射光を受光する受光側の受光装置として、各種のリニァイメージセンサを用いることができる。例えば、試料で反射し振動ミラーから出射した反射ビームを色分解光学系によりＲ，Ｇ，Ｂのカラー光に分解し、これらのカラー光をそれぞれリニァイメージセンサにより受光して、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生させることができる。また、リニァイメージセンサとして、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光を選択的に受光する受光素子が順次ライン状に配列された単一のリニァイメージセンサを用いてＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生させることも可能である。さらに、リニァイメージセンサとして、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光をそれぞれ受光素子する受光素子列が第２の方向に離間して配列された３つの受光素子列を有するリニァイメージセンサを用いることも可能である。
【００１８】
さらに、本発明によるカラーレーザ顕微鏡は、
赤のレーザビームを発生する第１のレーザ光源、緑のレーザビームを発生する第２のレーザ光源、及び青のレーザビームを発生する第３のレーザ光源と
前記第１〜第３のレーザ光源を時分割駆動方式により所定の周波数で順次発光させる光源駆動回路と、
前記赤、緑及び青のレーザ光源から出射したレーザビームを順次受光し、赤、緑及び青の各カラーレーザビームを、第１の方向に発散性を有する非コヒーレントなライン状の光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状の光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向にそって配列された複数の受光素子を有するリニァイメージセンサと、
前記リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を、前記第１〜第３のレーザ光源の発光動作に同期して順次読み出し、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力するリニァイメージセンサ駆動回路と、
前記リニァイメージセンサから読み出されたＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する信号処理回路とを具えることを特徴とする。
【００１９】
本例では、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光源を時分割方式により駆動すると共に単一のリニァイメージセンサを用い、当該リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷をＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光源の発光動作に同期して読み出してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生させる。このように、時分割駆動方式を利用することにより、単一のライン状光ビーム発生を用い、単一のリニァイメージセンサを用いてカラーレーザ顕微鏡を実現することができる。
【００２０】
本発明による別のカラーレーザ顕微鏡は、
白色光のレーザビームを発生するレーザ光源と、
前記レーザビームを、第１の方向に発散性を有する非コヒーレントなライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、
前記ライン状光ビームを、第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向するビーム偏向装置と、
ビーム偏向装置から出射したライン状光ビームを収束して試料に投射する対物レンズと、
前記ビーム偏向装置を介して入射する試料からの反射光を受光し、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力する受光装置と、
前記Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する信号処理回路とを具えることを特徴とする。
【００２１】
本例のカラーレーザ顕微鏡では、レーザ光源として白色光のレーザ光を発生する半導体レーザを用いる。そして、受光装置において、試料からの反射光を色分解光学系によりＲ，Ｇ，Ｂのカラー光に分解し、各カラー光をリニァイメージセンサにより受光してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生させる。このように、白色光のレーザビームを発生する半導体レーザを用いれば、レーザ光源として単一のレーザを用いるだけで済む利点が達成される。尚、受光装置として、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー光を選択的に受光する受光素子が第１の方向に沿って順次配列されたリニァイメージセンサを用いてＲ，Ｇ，Ｂのビーム信号を発生することも可能である。この場合、単一のレーザ光源と単一のリニァイメージセンサだけで済む利点が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明によるライン状光ビーム発生装置を具えるカラーレーザ顕微鏡の基本構成を示す線図である。尚、図１に示すレーザ顕微鏡はモノクロ画像を撮像するレーザ顕微鏡としても利用することができる。本例では、全ての光学素子を同一平面上に配置し、光学系の調整の煩雑性を解消する。Ｒ，Ｇ，Ｂの光源として、赤の光ビームを発生するレーザ光源１、緑の光ビームを発生するレーザ光源２及び青の光ビームを発生するレーザ光源３を用いる。これら３個のレーザ光源は半導体レーザで構成し、出射する各レーザ光の光軸は同一平面上に位置するように設定する。尚、赤のレーザ光、緑のレーザ光及び青のレーザ光の各波長は、例えば６６０ｎｍ、５３０ｎｍ及び４４０ｎｍとする。各レーザ光源１〜３の前面には、エキスパンダ光学系４〜６をそれぞれ配置し、拡大平行光束に変換する。第１のレーザ光源１から放出された赤のレーザビームは、エキスパンダ光学系４により拡大平行光束にされ、赤の光を透過し緑の光を反射する第１のダイクロイックミラー７、並びに赤及び緑の光を透過し青の光を反射する第２のダイクロイックミラー８を透過し、第１のシリンドリカルレンズ９を経て第１の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。第２のレーザ光源２から放出された緑のレーザビームは、エキスパンダ光学系５により拡大平行光束にされ、第１のダイクロイックミラー７で反射し、第２のダイクロイックミラー８を透過し、第１のシリンドリカルレンズ９を経て第１の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。また、第３のレーザ光源３から出射した青のレーザビームは、エキスパンダ光学系６を経て、第２のダイクロイックミラー８で反射し、第１のシリンドリカルレンズ９を経て第１の偏光ビームスプリッタ１０入射する。従って、第１及び第２のダイクロイックミラー７及び８はＲ，Ｇ，Ｂのカラービームを合成するビーム合成光学系を構成する。第１のシリンドリカルレンズ９は、入射した光ビームを第２の方向（後述するライン状光ビーム発生装置１２のビーム発散方向と直交する方向、本例では紙面と直交する方向とする）にだけ収束させるレンズ作用を有する。
【００２３】
Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザビームは、第１の偏光ビームスプリッタ１０を透過し、λ／４波長板１１を経て本発明によるライン状光ビーム発生装置１２の光入射面に収束した状態で垂直に入射する。このライン状光ビーム発生装置は、２次元マトリックス状に配置され、例えば１４μｍ×１４μｍの矩形のアルミニウムの反射面を有する複数のマイクロミラー素子を光入射面に具えるマイクロミラー装置で構成する。各マイクロミラー素子のミラー面は、後述するように、駆動回路から供給される駆動パルスにより高速で往復回動ないし往復傾動するため、入射したレーザビームを第１の方向に高速振動させることになる。従って、レーザビーム全体として見た場合、マイクロミラー装置１２から、第１の方向に発散する光ビームして出射する。さらに、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子のミラー面はそれぞれランダムな状態で回動ないし傾動するため、入射したレーザビームの各マイクロミラー素子に入射した微小のビーム部分はそれぞれランダムな状態で反射する。この結果、マイクロミラー装置から出射する光ビームは、ビーム全体として見た場合位相関係がそれぞれランダムな状態になり、もはやコヒーレンス性が維持されず、発散性の非コヒーレントな光ビームに変換される。この結果、グレァ等の発生を防止することができ、鮮明を試料像を撮像することができる。
【００２４】
ライン状光ビーム発生装置１２から出射した非コヒーレントな発散性光ビームは、λ／４波長板１１を透過し、第１の偏光ビームスプリッタ１０の偏光面で反射し、収束性球面レンズ１３に入射し、当該収束性球面レンズにより第１の方向に拡大された平行光ビームに変換される。この平行光ビームは、第２のシリンドリカルレンズ１４により第２の方向に収束され、結像レンズ１５を経て第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射する。従って、第２のシリンドリカルレンズ１４の結像位置には、第１の方向に拡大され第１の方向と直交する第２の方向には集束した平行なライン状の光ビームが形成される。
【００２５】
第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射した細いライン状の光ビームは、リレーレンズ１７を経て振動ミラー１８に入射する。この振動ミラー１８は、駆動回路１９の制御のもとで、入射したライン状光ビームをその延在方向と直交する第２の方向に例えばテレビレートの副走査周波数で偏向する。振動ミラー１８により偏向された光ビームは、リレーレンズ２０及び２１並びにλ／４波長板２２を経て対物レンズ２３に入射する。対物レンズは、入射したライン状光ビームを集束してＸＹステージ２４上に載置した試料２５に投射する。従って、試料２５は、第２の方向に集束したライン状の光ビームにより１次元的に走査されることになる。
【００２６】
試料２５の表面で反射した反射ビームは、対物レンズ２３により集光され、再びλ／４波長板２２並びにリレーレンズ２１及び２０を経て振動ミラー１８に入射する。この試料からの反射ビームは、振動ミラー１８によりデスキャンされ、リレーレンズ１７を経て第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射する。この試料からの反射ビームはλ／４波長板２２を２回透過しているから、第２の偏光ビームスプリッタ１６を透過して光源から試料に向かう照明ビームから分離され、受光装置２６に入射する。この受光装置２６は、試料からの反射ビームを受光してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生する。Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生させる方法として種々の方法があり、具体的な内容は後述する。受光装置２６から発生したＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号は信号処理回路２７に供給され、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を合成してカラービデオ信号を出力する。
【００２７】
次に、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生する受光装置について説明する。受光装置の第１の実施例を図２に示す。本例では、第１及び第２のダイクロイックミラー３０及び３１を有する色分解光学系を用いて、試料からの反射ビームをＲ，Ｇ，Ｂの各カラー光に分解し、各カラー光をそれぞれリニァイメージセンサに入射させてビデオ信号を発生させる。すなわち、試料からの反射ビームは、赤及び緑の光を透過し青の光を反射する第１のダイクロイックミラー３０に入射し、青の光は第１のリニァイメージセンサ３２に入射する。この入射光は振動ミラー１８によりデスキャンされているため、第１のリニァイメージセンサ３２上に静止状態に維持される。赤及び緑の光は、緑の光を反射し赤の光を透過する第２のダイクロイックミラー３１に入射し、緑の光は第２のリニァイメージセンサ３３に入射し、赤の光は第２のダイクロイックミラーを透過し第３のリニァイメージセンサ３４に入射する。第１〜第３のリニァイメージセンサは、第１の方向と対応する方向にそって配列された複数の受光素子を有する。各受光素子に蓄積された電荷は、コントローラ３５から供給される制御信号のもとで制御されるリニァイメージセンサ読出回路３６からの読出信号により例えばテレビレートで読み出され、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号をそれぞれ発生する。これらＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号は増幅器により増幅されて信号処理回路２７に供給され、信号処理回路において合成され、カラービデオ信号が出力される。このように、試料表面を集束したライン状光ビームで走査し、試料からの反射ビームをリニァイメージセンサに集束した状態で入射させることによりラインコンフォーカル光学系が構成され、高い分解能の試料像を出力することができる。
【００２８】
受光装置の第２の実施例を図３（Ａ）に示す。第２の実施例では、単一のリニァイメージセンサを用いてＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生する。リニァイメージセンサとして、図３（Ａ）に示すように、受光素子の前面にＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ素子が順次配置され、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を選択的に受光するＲ，Ｇ，Ｂ用の受光素子が第１の方向と対応する方向に沿ってインライン状に順次配列されているリニァイメージセンサを用いる。このリニァイメージセンサを用いる場合、各Ｒ，Ｇ，Ｂの受光素子に蓄積された電荷をそれぞれ分離して出力することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ出力を信号処理回路２７において合成することによりカラー画像を出力することができる。
【００２９】
第３の実施例として、図３（Ｂ）に示すように、リニァイメージセンサの受光素子の配列方向である第１の方向と直交する第２の方向に３つの受光素子列を設け、各受光素子列に試料からのＲ，Ｇ，Ｂの反射ビームをそれぞれ入射させる。本例では、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光源１〜３の光軸を当該顕微鏡の基本光軸に対して、第２の方向に微小な角度だけ傾け、Ｒ，Ｇ，Ｂの照明ビームを試料上の同一位置に入射させる。試料からの反射ビームを受光する受光装置において、３個の受光素子列を第２の方向に僅かにシフトさせて配置する。そして、試料からのＲ，Ｇ，Ｂの反射ビームを各受光素子列にそれぞれ入射させ、各受光素子列から出力されるＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を信号処理回路２９において合成することによりカラー画像を撮像することができる。尚、この場合、受光素子の配列方向と直交する方向に３個のリニァイメージセンサを配置し、各リニァイメージセンサに試料からのＲ，Ｇ，Ｂの反射ビームを入射させることも可能である。
【００３０】
さらに、受光装置の第４の実施例として、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光源を時分割方式により駆動してカラー画像を撮像する例について説明する。本例では、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光源を時分割駆動方式により順次駆動し、試料で順次反射したＲ，Ｇ，Ｂの反射ビームを単一のリニァイメージセンサにより順次受光してＲ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を出力する。Ｒ，Ｇ，Ｂの第１〜第３の光源の発光波形及びリニァイメージセンサから読み出されるビデオ出力波形を図４に示す。図４に示すように、光源駆動回路（図示せず）の制御のもとで、Ｒの光源１だけを発光させ、他の２つの光源の駆動を停止して、所定の発光期間中に赤のレーザビームだけを試料に照射する。次に、赤のレーザ光源１を停止し、光源２を駆動して試料に緑の照明ビームだけを照射する。この緑の照明ビームの照射期間中にリニァイメージセンサ２６に蓄積された電荷を読み出し、赤のビデオ出力を形成する。次に、青の光源だけを駆動して青のレーザビームを試料に照射し、この発光期間中にリニァイメージセンサから蓄積された電荷を読出し、緑のビデオ出力を形成する。このようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度情報を順次出力し、信号処理回路２９において合成することにより、試料のカラー画像を形成することができる。この時分割方式を利用することにより、リニァイメージセンサを１個設けるだけですむと共に色分解光学系が不要になる利点が達成される。
【００３１】
次に、レーザ光源として白色光を発生するレーザ光源を用いる例について説明する。前述した実施例では、レーザ光源としてＲ，Ｇ，Ｂのカラー光をそれぞれ発生する３つのレーザ光源を用いたが、白色のレーザビームを放出する単一のレーザ光源を用いてカラーレーザ顕微鏡を構成することも可能である。この実施例では、白色のレーザ光を発生するレーザ光源を用い、ライン状光ビーム発生装置及びビーム偏向装置を介して白色のライン状光ビームにより試料を走査する。試料表面で反射した白色ビームは、再びビーム偏向装置及び第２のビームスプリッタを介して受光装置に入射する。受光装置においては、図２に示すように、試料からの反射ビームを色分解光学系によりＲ，Ｇ，Ｂの成分に分解し、それぞれリニァイメージセンサに入射させ、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ出力を発生させることができる。或いは、図３（Ａ）に示す単一のリニァイメージセンサ、すなわちＲ，Ｇ，Ｂの成分光をそれぞれ選択的に受光する受光素子を第１の方向にそって順次配列したリニァイメージセンサを用いてＲ，Ｇ，Ｂのビデオ出力を発生させることも可能である。このように、光源として白色のレーザ光を発生するレーザ光源を用いることにより、単一のレーザを用いるだけでカラービデオ信号を形成できる利点が達成される。
【００３２】
次に、当該レーザ顕微鏡を試料のモノクロ画像を撮像するレーザ顕微鏡として用いる場合について説明する。モノクロ画像を撮像する場合、例えば１つのレーザ光源だけを駆動し他のレーザ光源を停止させ、単一のリニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読み出すことにより、モノクロ画像を撮像することができる。或いは、レーザ光源として、白色光を発生する単一のレーザ光源を用いてモノクロ画像を撮像することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるカラーレーザ顕微鏡の一例を示す線図である。
【図２】Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を発生する受光装置の第１の実施例を示す線図である。
【図３】受光装置の第２及び第３の実施例を示す線図である。
【図４】Ｒ，Ｇ，Ｂの３個のレーザ光源を時分割駆動方式に駆動し単一のリニァイメージセンサからＲ，Ｇ，Ｂのビデオ出力を発生させる実施例の波形図である。
【符号の説明】
【００３４】
・  レーザ光源
４，５，６  エキスパンダ光学系
・  ダイクロイックミラー
９，１４  シリンドリカルレンズ
１０，１６  偏光ビームスプリッタ
１１，２２  λ／４波長板
１２  ライン状光ビーム発生装置
１３  収束レンズ
１５  結像レンズ
１７，２０，２１  リレーレンズ
２３  対物レンズ
２４  ステージ
２５  試料
２６  受光装置
２７  信号処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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