(57)【要約】【課題】バックグラウンドノイズを抑えることができる共焦点顕微鏡装置を、比較的簡易な構成によって提供する。【解決手段】共焦点顕微鏡装置１００は、光源１１と、光源１１側から順に、コリメータレンズ１２、偏光子１３、ハーフミラー１４、第一の偏光ビームスプリッター１５、共焦点ピンホール１６ａが複数形成されたニポウディスク１６、第二の偏光ビームスプリッター及び共焦点光学系１８からなる照明光学系１０と、試料側から順に、共焦点光学系１８、第二の偏光ビームスプリッター１７、ニポウディスク１６、第一の偏光ビームスプリッター１５、ハーフミラー１４及びリレー光学系２１からなる測定光学系２０と、撮像素子２２と、試料が載置されるステージ３０と、このステージ３０を光軸に沿って移動させるステージ駆動部３１と、これらの制御を行う制御部４０と、から構成される。【選択図】図１
2011128390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放射された照明光を偏光子により直線偏光に変換するとともに、共焦点光学系を介して試料に照射する照明光学系と、
前記光源と前記共焦点光学系との間に、当該共焦点光学系の像側の焦点面と一致するように配置され、前記照明光を透過するとともに、当該照明光を１／２波長遅らせる１／２波長板に複数のピンホールが形成されたニポウディスクと、
前記ニポウディスクと前記共焦点光学系との間に、前記照明光を透過し当該照明光と直交する直線偏光を反射する光路分岐光学素子と、
前記試料からの反射光を、前記共焦点光学系により集光して前記ニポウディスク上に前記試料の像として投影し、前記ニポウディスクに投影された前記試料の像を形成する光のうち前記ピンホールを通過した光を、リレー光学系によりリレーして撮像素子上に前記試料の像を再度結像させる測定光学系と、を有する顕微鏡装置。
【請求項２】
前記ニポウディスクと前記リレー光学系との間に配置され、前記偏光子により変換された直線偏光の照明光を前記ニポウディスク側に反射し、前記照明光の偏光方向と直交する偏光方向の光を透過する光路分岐光学素子を有する請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記ニポウディスクと前記撮像素子との間に配置され、前記照明光の偏光方向の光を透過し、当該偏光方向と直交する偏光方向の光を遮断する検光子を有する請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡装置の一例であるディスク走査型共焦点顕微鏡装置においては、光源から放射された照明光は、コリメータレンズにより集光されて、偏光ビームスプリッターにより光路が偏向され、Ｎｉｐｋｏｗ  ｄｉｓｋ（以下、「ニポウディスク」と呼ぶ）に入射する。この照明光は、ニポウディスクに形成されたピンホールを通過して対物レンズに入射し、物体に投射される。そして、この照明光は物体で反射し、反射光となって再び対物レンズに入射し、ニポウディスクのピンホールに集光される。このとき、物体がニポウディスクのピンホール面と共役な位置にある場合、反射光は完全にピンホールに集光して、当該ピンホールを通過する。このピンホールを通過した光は、偏光ビームスプリッターを通過後、リレー光学系を通過し、ＣＣＤ撮像面に到達する。このとき、リレー光学系にとってニポウディスク上のピンホールとＣＣＤ撮像面の検出面とは共役となっている。このような構成で、ニポウディスクを回転させると、物体に投影されたピンホールの像が物体上を隙間なく走査することになり、回転が十分高速であればＣＣＤ撮像面の露光時間内に視野全体を走査することができ、共焦点画像を得ることができる。
【０００３】
以上がディスク走査型共焦点顕微鏡装置の基本的な構造であるが、この走査機構にはニポウディスク表面での反射光がノイズとなるという問題点がある。すなわち、ニポウディスク上に投射された照明光がニポウディスク表面で反射して、ＣＣＤ撮像面に届いてしまい、バックグラウンドノイズとなる。この場合、試料からの光の強度が弱い場合には、ニポウディスクの表面からの反射光が試料の反射光に対して無視できないレベルとなる。
【０００４】
このような反射光の影響を解消するために、例えば特許文献１に記載の共焦点顕微鏡装置は、ニポウディスク上に、ピンホールと同軸で当該ピンホールと同数のマイクロ集光レンズを設けることで照明効率を上げ、かつ、迷光を減少させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２７４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マイクロ集光レンズを複数配置したディスクとピンホールを複数配置したニポウディスクとが分れているため、数十万個にも及びマイクロ集光レンズとピンホールとを、μｍオーダの精度で位置合わせする必要があり、このように構成するのは容易ではないという課題がある。また、ディスク同士の位置決めだけでなく、偏光ビームスプリッター（光路分岐光学素子）のディスクに対する傾きも、非常に厳しい精度が要求されてくる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、バックグラウンドノイズを抑えることができる共焦点顕微鏡装置を、比較的簡易な構成によって提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡装置は、光源から放射された照明光を偏光子により直線偏光に変換するとともに、共焦点光学系を介して試料に照射する照明光学系と、光源と共焦点光学系との間に、当該共焦点光学系の像側の焦点面と一致するように配置され、照明光を透過するとともに、当該照明光を１／２波長遅らせる１／２波長板に複数のピンホールが形成されたニポウディスクと、ニポウディスクと共焦点光学系との間に、照明光を透過し当該照明光と直交する直線偏光を反射する光路分岐光学素子と、試料からの反射光を、共焦点光学系により集光してニポウディスク上に試料の像として投影し、ニポウディスクに投影された試料の像を形成する光のうちピンホールを通過した光を、リレー光学系によりリレーして撮像素子上に試料の像を再度結像させる測定光学系と、を有する。
【０００９】
このような顕微鏡装置は、ニポウディスクとリレー光学系との間に配置され、偏光子により変換された直線偏光の照明光をニポウディスク側に反射し、照明光の偏光方向と直交する偏光方向の光を透過する光路分岐光学素子を有することが好ましい。
【００１０】
また、このような顕微鏡装置は、ニポウディスクと撮像素子との間に配置され、照明光の偏光方向の光を透過し、当該偏光方向と直交する偏光方向の光を遮断する検光子を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、比較的簡易な構成で、バックグラウンドノイズを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置の構成図である。
【図２】ニポウディスクの模式図であり、ニポウディスクの全体図と、一部を拡大し共焦点ピンホールを表した拡大図とを示している。
【図３】第２の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
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及び図２を用いて、第１の実施形態に係るディスク走査型共焦点顕微鏡装置（以下、単に「共焦点顕微鏡装置」と呼ぶ）の構成について説明する。図１に示すように、第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００は、光源１１と、この光源１１から放射された光を集光して試料の表面（以下、「物体面Ｏ」と呼ぶ）を照明する照明光学系１０と、物体面Ｏからの反射光を受光して、ＣＣＤ等で構成される撮像素子２２の撮像面Ｉ上に像を結ぶ測定光学系２０と、撮像素子２２と、試料が載置されるステージ３０と、このステージ３０を光軸に沿って移動させるステージ駆動部３１と、これらを制御するとともに、測定情報を取得する制御部４０と、から構成されている。
【００１４】
照明光学系１０は、測定光学系２０の側方に位置し、その光軸上に、光源１１側から順に、コリメータレンズ１２と、偏光子１３と、ハーフミラー１４と、第一の偏光ビームスプリッター（偏光プリズム型の光路分岐光学素子）１５と、ニポウディスク１６と、第二の偏光ビームスプリッター（偏光プリズム型の光路分岐光学素子）１７と、２つの対物レンズ１８ａ，１８ａからなる共焦点光学系１８と、が配置されて構成されている。なお、第一の偏光ビームスプリッター１５の透過反射面１５ａは、光源１１側からニポウディスク１６に向かう直線偏光した照明光、及び、物体面Ｏから共焦点ピンホール１６ａを通過した反射光を反射し、照明光の偏光方向と直交する偏光方向の光のほとんどを透過するように構成されている。また、第二の偏光ビームスプリッターの１７の透過反射面１７ａは、ニポウディスク１６上の共焦点ピンホール１６ａ以外の場所を通過した光を反射し、共焦点ピンホール１６ａを通過した光は透過する。
【００１５】
測定光学系２０は、ハーフミラー１４、第一の偏光ビームスプリッター１５、ニポウディスク１６、第二の偏光ビームスプリッター１７及び共焦点光学系１８を共用し、その光軸上に、試料側から順に、共焦点光学系１８と、第二の偏光ビームスプリッター１７と、ニポウディスク１６と、第一の偏光ビームスプリッター１５と、ハーフミラー１４と、リレーレンズ２１ａからなるリレー光学系２１と、から構成されている。なお、リレー光学系２１は、その物体側の焦点面がニポウディスク１６の面に一致し、像側の焦点面が撮像素子２２の撮像面Ｉに一致するように配置されているため、このリレー光学系２１で結像された像を撮像素子２２で検出することができる。
【００１６】
ニポウディスク１６は、薄い円板状に形成されており、図２に示すように、板厚方向に貫通する共焦点ピンホール１６ａが螺旋状に複数形成され、この共焦点ピンホール１６ａ以外の部分（以下、「基板部１６ｂ」と呼ぶ）は、１／２波長板で形成されている。この１／２波長板でできた基板部１６ｂは、光源１１から放射された照明光を、偏光子１３で偏光された偏光方向と直交する直線偏光に偏光する。このように基板部１６ｂの透過の際に偏光された直線偏光はニポウディスク１６と共焦点光学系１８との間にある第二の偏光ビームスプリッター１７の透過反射面１７ａにて反射される。また、共焦点ピンホール１６ａは、共焦点光学系１８の像側の焦点面に位置するように配置されているため、この共焦点光学系１８の物体側の焦点面に位置する試料の物体面Ｏで反射した光は、対応する共焦点ピンホール１６ａを通過して撮像素子２２に結像する。ここで、ニポウディスク１６は、測定光学系２０の光軸に対して直交し、かつ、この測定光学系２０の光路を遮るように配置され、試料の測定時には、モータ１９により所定の回転速度で回転される。
【００１７】
このような構成の共焦点顕微鏡装置１００において、光源１１から放射された光（照明光）は、コリメータレンズ１２を通って略平行光となり、偏光子１３に入射する。このとき、この照明光は、偏光子１３によって第一の偏光ビームスプリッター１５で反射される方向に直線偏光されるため、偏光子１３を出射した照明光は、ハーフミラー１４を通過後、第一の偏光ビームスプリッター１５の透過反射面１５ａで反射し、ニポウディスク１６に入射する。ここで、照明光のうち、ニポウディスク１６の共焦点ピンホール１６ａを透過した光は第二の偏光ビームスプリッター１７を透過し、これに対して基板部１６ｂを透過した光は、照明光と直交する向きに偏光され、ニポウディスク１６を透過する。このように照明光と直交する向きに偏光された直線偏光は、第二の偏光ビームスプリッター１７の透過反射面１７ａにて反射される。そのため、ニポウディスク１６の上面で照明光が反射して撮像素子２２の撮像面Ｉ側に迷光となって到達するのを防ぐことができる。また、共焦点ピンホール１６ａを通過した照明光は、第二の偏光ビームスプリッター１７を透過し、共焦点光学系１８によって集光され、試料（物体面Ｏ）に照射される。
【００１８】
一方、試料の物体面Ｏに照射された照明光は、この物体面Ｏで反射され、その反射光（散乱光）は、共焦点光学系１８によってニポウディスク１６上に試料像として投影される。このようにして投影された試料像のうち、共焦点光学系１８の物体側の焦点面と物体面Ｏとが一致している（焦点が合っている）部分は共焦点ピンホール１６ａを通過し、第一の偏光ビームスプリッター１５に入射する。上述のように、第一の偏光ビームスプリッター１５の透過反射面１５ａは、光源１１側からニポウディスク１６に向かう直線偏光した照明光、及び、物体面Ｏから共焦点ピンホール１６ａを通過した反射光を反射し、照明光の偏光方向と直交する偏光方向の光のほとんどを通過するように配置されている。ここで、物体面Ｏで反射した光は照明光の偏光方向を維持しているため、そのほとんどがこの透過反射面１５ａで反射することになる。そして、第一の偏光ビームスプリッター１５で反射した光は、さらに、ハーフミラー１４にて反射した後、リレー光学系２１で集光され撮像素子２２の撮像面Ｉに物体面Ｏの像として結像される。この撮像素子２２で検出された像の信号は、制御部４０に渡され、この制御部４０の制御によって、図示しないモニタに共焦点画像が表示される。
【００１９】
なお、ニポウディスク１６の基板部１６ｂは、１／２波長板で構成されているため、焦点の合わない光はニポウディスク１６を透過する際に照明光と直交する方向に偏光され、第一の偏光ビームスプリッター１５を透過するため、撮像面Ｉに到達することを防ぐことができる。
【００２０】
このような構成の共焦点顕微鏡装置１００において、ステージ３０上に試料を載置した状態で、撮像素子２２により試料の像を観察すると、共焦点光学系１８の物体側焦点面と一致する試料の物体面Ｏからの光の強度だけが強く検出される。そのため、ステージ駆動部３１により光軸に沿ってこのステージ３０を移動させながら試料の像を強度の強度を取得すると、試料の高さ方向の情報を精度良く取得することができる。
【００２１】
以上のように、第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００では、比較的簡易な構成で、検出側（撮像素子２２側）におけるニポウディスク１６の上面での照明光の反射をほぼなくすことができ、従来に比べて、バックグラウンドノイズを減らすことができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置について、図３を用いて説明する。図３に示すように、この第２の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００′の基本構成は、測定光学系２０′において、リレー光学系２１の撮像素子２２側に検光子２３を配置したこと以外は、第１の実施形態と同様の構成を有している。なお、第１の実施形態と同じ構成部材については、第１の実施形態と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２３】
この共焦点顕微鏡装置１００′において、検光子２３は、偏光子１３を透過した照明光の偏光方向に対して直交する偏光方向の光のみを遮断する特性を有している。このような構成により、ニポウディスク１６の基板部１６ｂを通過した光を、検光子２３で遮光することができるため、撮像素子２２の撮像面Ｉ上に届く迷光を、より一層抑えることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  照明光学系    １１  光源    １３  偏光子
１５  第一の偏光ビームスプリッター（光路分岐光学素子）
１６  ニポウディスク    １６ａ  共焦点ピンホール
１７  第二の偏光ビームスプリッター（光路分岐光学素子）    １８  共焦点光学系
２０，２０′  測定光学系    ２１  リレー光学系    ２３  検光子
１００，１００′  共焦点顕微鏡装置
【図１】
2011128390.tif 000003
【図２】
2011128390.tif 000004
【図３】
2011128390.tif 000005