(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源と、
前記光源の出力光を平行光にするコリメートレンズと、
前記平行光を形成されたマイクロレンズにより集光するマイクロレンズ板と、
このマイクロレンズ板からの出力光を透過させる光分岐手段と、
この光分岐手段からの透過光が照射されるピンホール板と、
このピンホール板に形成された各ピンホールを通過した光を集光すると共に前記試料からの戻り光を前記各ピンホールに集光する対物レンズと、
前記各ピンホールを通過し前記光分岐手段で反射された前記戻り光を光検出器に集光するレンズとを備えたコモンパス型の共焦点光スキャナの調整方法において、
前記ピンホール板に投影される前記光源の大きさが前記ピンホール径以下になるように前記コリメートレンズ及び前記マイクロレンズの焦点距離を調整したことを特徴とする共焦点光スキャナの調整方法。
【請求項２】
前記光源が、
光ファイバの出射端からの出力光であることを特徴とする
請求項１記載の共焦点光スキャナの調整方法。
【請求項３】
前記光源の出力光を絞りに集光してこの絞りの通過光を前記コリメートレンズにより平行光として前記マイクロレンズに照射することを特徴とする
請求項１記載の共焦点光スキャナの調整方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズ板に焦点距離が等しい複数個のマイクロレンズが形成されると共に前記ピンホール板に径が等しく前記マイクロレンズと同数で同一パタンのピンホールが形成されたことを特徴とする
請求項１記載の共焦点光スキャナの調整方法。
【請求項５】
走査型であることを特徴とする
請求項１記載の共焦点光スキャナの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源として白色光源を用いる共焦点光スキャナに関し、特にコモンパス型であってもＳ／Ｎの向上が可能な共焦点光スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点光スキャナは複数個のピンホールが形成されたニポー板（以下、ピンホール板と呼ぶ。）を回転させること等により試料表面を走査して、試料の光軸方向に垂直な平面のスライス画像を得ることができる。
【０００３】
図８はこのような従来の共焦点光スキャナの一例を示す構成ブロック図であり、図８に示す共焦点光スキャナはコモンパス型の共焦点光スキャナである。ここで、コモンパス型とは光源からの出力光と試料からの戻り光が同一のピンホールを通過する構成のものを言う。
【０００４】
図８において１は白色光源等の光源、２はコリメートレンズ、３は複数個のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板、４はダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の光分岐手段、５は開口である複数個のピンホールが前記マイクロレンズと同一のパターンで形成されたピンホール板、６は対物レンズ、７は試料、８はレンズ、９は光検出器である。
【０００５】
光源１の出力光はコリメートレンズ２により平行光になりマイクロレンズ板３に入射され、マイクロレンズ板３に形成された各マイクロレンズは入射光を光分岐手段４を透過させてピンホール板５に形成された各ピンホールに集光する。
【０００６】
ピンホール板５に形成された各ピンホールを透過した出力光は対物レンズ６により集光されて試料７上に照射される。
【０００７】
試料７からの反射光若しくは出力光の照射により生じた蛍光等の戻り光は再び対物レンズ６より集光されて先に通過した同一のピンホールを通過する。そして、ピンホールを通過した戻り光は光分岐手段４で反射されてレンズ８を介して光検出器９に入射される。
【０００８】
ここで、図８に示す従来例の動作を説明する。光源１からの出力光はコリメートレンズ２，マイクロレンズ板３及び光分岐手段４を介してピンホール板５に形成されたピンホールを通過して対物レンズ６により集光されて試料７の表面に照射される。
【０００９】
試料７からの反射光若しくは出力光の照射により生じた蛍光等の戻り光は再び対物レンズ６によりピンホール板５に形成されたピンホールのうち先に通過したものと同一のピンホールに集光されて共焦点効果を生じる。
【００１０】
そして、この戻り光は光分岐手段４で反射されて分離され、レンズ８を介して光検出器９に入射されて共焦点画像として検出される。この時、光検出器９で得られる共焦点画像は対物レンズ６の焦点位置における光軸に垂直な平面のスライス画像となる。
【００１１】
また、図９は従来の共焦点光スキャナの他の一例を示す構成ブロック図であり、図９に示す共焦点光スキャナは非コモンパス型の共焦点光スキャナである。ここで、非コモンパス型とは光源からの出力光と試料からの戻り光が異なるピンホールを通過する構成のものを言う。
【００１２】
図９において、１，２，６及び７は図８と同一符号を付してあり、３ａはマイクロレンズ板、４ａはダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の光分岐手段、５ａはピンホール板、８ａはレンズ、９ａは光検出器、１０及び１１はミラーである。
【００１３】
光源１の出力光はコリメートレンズ２により平行光になりマイクロレンズ板３ａに入射され、マイクロレンズ板３ａに形成された各マイクロレンズは入射光をピンホール板５ａに形成された各ピンホールに集光する。
【００１４】
ピンホール板５ａに形成された各ピンホールを透過した出力光は光分岐手段４ａを透過して対物レンズ６により集光されて試料７上に照射される。
【００１５】
試料７からの反射光若しくは出力光の照射により生じた蛍光等の戻り光は再び対物レンズ６より光分岐手段４ａで反射されてミラー１０を介して集光されて先に通過したピンホールと相対する側のピンホールを通過する。そして、このピンホールを通過した戻り光はミラー１１で反射されてレンズ８ａを介して光検出器９ａに入射される。
【００１６】
ここで、図９に示す従来例の動作を説明する。光源１からの出力光はコリメートレンズ２，マイクレンズ板３ａ及び光分岐手段４ａを介してピンホール板５ａに形成されたピンホールを通過して対物レンズ６により集光されて試料７の表面に照射される。
【００１７】
試料７からの反射光若しくは出力光の照射により生じた蛍光等の戻り光は再び光分岐手段４ａ及びミラー１１を介して対物レンズ６によりピンホール板５ａに形成されたピンホールのうち先に通過したピンホールと相対する側のピンホールに集光されて共焦点効果を生じる。
【００１８】
そして、この戻り光はミラー１１で反射され、レンズ８ａを介して光検出器９ａに入射されて共焦点画像として検出される。この時、光検出器９ａで得られる共焦点画像は対物レンズ６の焦点位置における光軸に垂直な平面のスライス画像となる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示す従来例では戻り光の内ピンホールを通過してきた戻り光のみならず、ピンホール板５のピンホール以外の部分で反射された光が背景光として光検出器９に入射されてしまいＳ／Ｎを悪化させてしまうと言った問題点があった。
【００２０】
例えば、図１０はコモンパス型の共焦点光スキャナのＳ／Ｎの問題を説明する説明図であり、図１０中の符号は図８と同一符号を付してある。図１０中”ＯＬ０１”及び”ＯＬ０２”は光源からの出力光であり、図１０中”ＯＬ０１”はピンホール板５に形成されたピンホールを通過して試料７に照射され、試料７からの戻り光である図１０中”ＳＬ０１”は同一のピンホールを通過して光分岐手段４で反射されて分離される。
【００２１】
一方、図１０中”ＯＬ０２”に示す出力光はピンホール板５のピンホールを通過せずにピンホール板５の表面で反射されて図１０中”ＢＬ０１”に示すその反射光もまた光分岐手段４で反射される。
【００２２】
このため、光検出器９（図示せず。）には図１０中”ＳＬ０１”に示す信号成分と、図１０中”ＢＬ０１”に示すノイズ成分とが双方入射されることになり、Ｓ／Ｎが悪化することになる。
【００２３】
これに対して、図９に示す非コモンパス型の共焦点光スキャナではこのような問題点は発生しない。
【００２４】
例えば、図１１は非コモンパス型の共焦点光スキャナのＳ／Ｎの問題を説明する説明図であり、図１１中の符号は図９と同一符号を付してある。図１１中”ＯＬ１１”及び”ＯＬ１２”は光源からの出力光であり、図１１中”ＯＬ１１”はピンホール板５ａに形成されたピンホールを通過して試料７に照射され、試料７からの戻り光である図１１中”ＳＬ１１”は光分岐手段４ａで反射されて分離される。
【００２５】
一方、図１１中”ＯＬ１２”に示す出力光はピンホール板５ａのピンホールを通過せずにピンホール板５ａの表面で反射されるもののその光路には光分岐手段４ａが存在しないので光検出器９ａ（図示せず。）には入射されない。但し、図９に示すような非コモンパス型の共焦点光スキャナは構成が複雑で２つのピンホールの位置合わせや保持が困難であると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、コモンパス型でＳ／Ｎの向上が可能な共焦点光スキャナを実現することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
白色光源と、前記光源の出力光を平行光にするコリメートレンズと、前記平行光を形成されたマイクロレンズにより集光するマイクロレンズ板と、このマイクロレンズ板からの出力光を透過させる光分岐手段と、この光分岐手段からの透過光が照射されるピンホール板と、このピンホール板に形成された各ピンホールを通過した光を集光すると共に前記試料からの戻り光を前記各ピンホールに集光する対物レンズと、前記各ピンホールを通過し前記光分岐手段で反射された前記戻り光を光検出器に集光するレンズとを備えたコモンパス型の共焦点光スキャナの調整方法において、
前記ピンホール板に投影される前記光源の大きさが前記ピンホール径以下になるように前記コリメートレンズ及び前記マイクロレンズの焦点距離を調整したことにより、光源の全ての像はピンホール内に集光されることになるので、コモンパス型であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である共焦点光スキャナの調整方法において、
前記光源が、光ファイバの出射端からの出力光であることにより、光源の大きさを小さくすることが可能になる。
【００２８】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である共焦点光スキャナの調整方法において、
前記光源の出力光を絞りに集光してこの絞りの通過光を前記コリメートレンズにより平行光として前記マイクロレンズに照射することにより、光源の大きさを自由に選択することが可能になる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明である共焦点光スキャナの調整方法において、
前記マイクロレンズ板に焦点距離が等しい複数個のマイクロレンズが形成されると共に前記ピンホール板に径が等しく前記マイクロレンズと同数で同一パタンのピンホールが形成されたことにより、ピンホール等が複数の場合であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００３０】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明である共焦点光スキャナの調整方法において、
走査型であることにより、光源の全ての像はピンホール内に集光されることになるので、コモンパス型であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００３２】
請求項７記載の発明は、
請求項１及び請求項２記載の発明である共焦点光スキャナにおいて、
非走査型であることにより、光源の全ての像はピンホール内に集光されることになるので、コモンパス型であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る共焦点光スキャナの一実施例を示す構成ブロック図である。図１において１，２，４及び６〜９は図８に示す従来例と同一符号を付してあり、３ｂは１つのマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板、５ｂは１つのピンホールが形成されているピンホール板である。また、接続関係及び基本的な動作等に関しても図８に示す従来例と同様であるのでこの部分の説明は省略する。
【００３４】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。図１において光源１の大きさを”ｄ１”、コリメートレンズ２の焦点距離を”ｆ１”、マイクロレンズ板３ｂに形成されているマイクロレンズの焦点距離を”ｆ２”、ピンホール板５ｂに形成されているピンホールの直径を”ｄ２”とする。
【００３５】
そして、以下の式を満たす場合には図１０中”ＢＬ０１”に示したようなノイズ成分は一切発生しない。
(ｆ２／ｆ１)・ｄ１≦ｄ２      （１）
【００３６】
このような状況になることを図２及び図３を用いてより詳細に説明する。図２は各パラメータの関係を示す説明図、図３は各パラメータの一例を示す表である。
【００３７】
図２において光源１の大きさはコリメートレンズ２及びマイクロレンズ板３ｂに形成されたマイクロレンズによりピンホール板５ｂの表面に投影される。この時、ピンホール板５ｂ上に投影される光源１の大きさを”ｄ３”とすれば、上記各パラメータを用いて、
ｄ３＝(ｆ２／ｆ１)・ｄ１      （２）
となる。
【００３８】
すなわち、光源１の大きさが”ｆ２／ｆ１”倍されてピンホール板５ｂ上に投影されることになる。この時、図２に示すようにこの投影された光源１の大きさ”ｄ３”がピンホール板５ｂに形成されたピンホール径”ｄ２”以下であれば、光源１の全ての像はピンホール内に集光されて、ピンホール板５ｂで反射されてノイズ成分となることがない。
【００３９】
例えば、図３に示すように光源１の大きさが”ｄ１＝１．０ｍｍ”、ピンホール径が”ｄ２＝０．０５ｍｍ”とした場合には、コリメートレンズ２の焦点距離を”ｆ１＝１００ｍｍ”、マイクロレンズの焦点距離を”ｆ２＝５ｍｍ”とすれば、ピンホール板５ｂに投影される光源１の大きさ”ｄ３”は、
ｄ３＝（５／１００）・１．０
＝０．０５［ｍｍ］      （３）
となる。
【００４０】
すなわち、式（３）に示す値はピンホール径と等しく式（１）の関係を満足するので光源１の全ての像はピンホール内に集光されることになる。
【００４１】
この結果、ピンホール板５ｂに投影される光源１の大きさを形成されているピンホール径以下になるようにコリメートレンズ２及びマイクロレンズの焦点距離を調整することにより、コモンパス型であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００４２】
なお、図１に示す実施例では光源として白色光源等を用いているが光ファイバの出射光やＬＥＤであっても同様に式（１）の関係を満たせばノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００４３】
例えば、図４は光ファイバの出射光を光源とした場合の一例を示す部分構成ブロック図である。図４において２は図１と同一符号を付してあり、１２は光ファイバの出射端である。
【００４４】
この場合、図４中”ＰＤ０１”に示す光ファイバ１２の出射端の径が前述の光源の大きさ”ｄ１”に相当することになり、光ファイバの径を選択することにより光源の大きさを小さくすることが可能になる。また、式（１）に示す関係を満たすようにコリメートレンズ２及びマイクロレンズの焦点距離を調整すれば良い。
【００４５】
また、光源１の出力光を一旦絞りで絞って実質的に光源の大きさ”ｄ１”を小さくしても良い。図５はこのような絞り用いた場合の一例を示す部分構成ブロック図である。図５において１及び２は図１と同一符号を付してあり、１３はレンズ、１４は絞りである。
【００４６】
光源１の出力光はレンズ１３により絞り１４に形成されたピンホールに集光される。絞り１３に形成されたピンホールを通過した出力光はコリメートレンズ２により平行光になりマイクロレンズ板３ｂ（図示せず。）に入射される。
【００４７】
この場合には、実質的な光源の大きさ”ｄ１”は図５中”ＰＤ０２”に示す絞りに形成されたピンホールの径に相当するので”ｄ１”の大きさを自由に選択することが可能になる。また、コリメートレンズ２及びマイクロレンズの焦点距離もこれに合わせて適宜選択することが可能になる。
【００４８】
また、図１に示す実施例ではピンホール板５ｂに１個のピンホールが形成されている場合を例示したが、ピンホール板５ｂに複数個のピンホールが形成された場合であっても式（１）の関係を満たせばノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００４９】
例えば、この場合には各ピンホールに対応してマイクロレンズ板３ｂに形成された各マイクロレンズの焦点距離が等しく”ｆ２’”であり、複数個のピンホールの各々の径が等しく”ｄ２’”であるとすれば、
(ｆ２’／ｆ１)・ｄ１≦ｄ２’      （４）
と言う関係式を満たせば良いことになる。
【００５０】
また、図１に示す実施例ではピンホール板（ニポー板）を用いた共焦点光スキャナを例示しているが、非走査型の共焦点光スキャナに用いても構わない。例えば、図６に示すような複数個のマイクロレンズ及びピンホールアレイを用いた共焦点光スキャナでも良く、図７に示すような複数個のシリンドリカルレンズ及びスリットを用いた焦点光スキャナであっても良い。
【００５１】
図６において１５は光源、１６はコリメートレンズ、１７はマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板、１８はこのマイクロレンズと同一パターンの開口であるピンホールが形成されたピンホール板である。
【００５２】
この場合、光源１５の大きさを”ｄ４”、コリメートレンズ１６の焦点距離を”ｆ３”、マイクロレンズ板１７に形成されているマイクロレンズの焦点距離を”ｆ４”、ピンホール板１８に形成されているピンホールの直径を”ｄ５”とした場合、
(ｆ４／ｆ３)・ｄ４≦ｄ５      （５）
なる式を満たす場合にはノイズ成分は一切発生しない。
【００５３】
また、図７において１５及び１６は図６と同一符号を付してあり、１９はシリンドリカルレンズが形成されたシリンドリカルレンズ板、２０はこのシリンドリカルレンズと同一パターンの開口であるスリットが形成されたスリット板である。
【００５４】
この場合、光源１５の大きさを”ｄ４”、コリメートレンズ１６の焦点距離を”ｆ３”、シリンドリカルレンズ板１９に形成されているシリンドリカルレンズの焦点距離を”ｆ５”、スリット板２０に形成されているスリットの幅を”ｄ６”とした場合、
(ｆ５／ｆ３)・ｄ４≦ｄ６      （６）
なる式を満たす場合にはノイズ成分は一切発生しない。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，６及び請求項７の発明によれば、コリメートレンズ及びマイクロレンズを介してピンホール板に投影される光源の大きさが、形成されているピンホール径以下になるように前記コリメートレンズ及び前記マイクロレンズの焦点距離を調整したことにより、光源の全ての像はピンホール内に集光されることになるので、コモンパス型であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【００５６】
また、請求項３の発明によれば、光ファイバの出射端からの出力光を光源とすることにより、光源の大きさを小さくすることが可能になる。
【００５７】
また、請求項４の発明によれば、光源の出力を絞りに集光してこの絞りの通過光を平行光としてマイクロレンズに照射することにより、光源の大きさを自由に選択することが可能になる。また、コリメートレンズ及びマイクロレンズの焦点距離もこれに合わせて適宜選択することが可能になる。
【００５８】
また、請求項５の発明によれば、マイクロレンズ板に焦点距離が等しい複数個のマイクロレンズが形成されると共にピンホール板に径が等しくマイクロレンズと同数で同一パタンのピンホールが形成されたことにより、ピンホール等が複数の場合であってもノイズ成分を大幅に減少させことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共焦点光スキャナの一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】各パラメータの関係を示す説明図である。
【図３】各パラメータの一例を示す表である。
【図４】光ファイバの出射光を光源とした場合の一例を示す部分構成ブロック図である。
【図５】絞り用いた場合の一例を示す部分構成ブロック図である。
【図６】複数個のマイクロレンズ及びピンホールアレイを用いた共焦点光スキャナである。
【図７】複数個のシリンドリカルレンズ及びスリットを用いた焦点光スキャナである。
【図８】従来の共焦点光スキャナの一例を示す構成ブロック図である。
【図９】従来の共焦点光スキャナの他の一例を示す構成ブロック図である。
【図１０】コモンパス型の共焦点光スキャナのＳ／Ｎの問題を説明する説明図である。
【図１１】非コモンパス型の共焦点光スキャナのＳ／Ｎの問題を説明する説明図である。
【符号の説明】
１，１５  光源
２，１６  コリメートレンズ
３，３ａ，３ｂ，１７  マイクロレンズ板
４，４ａ  光分岐手段
５，５ａ，５ｂ，１８  ピンホール板
６  対物レンズ
７  試料
８，８ａ，１３  レンズ
９，９ａ  光検出器
１０，１１  ミラー
１２  光ファイバ
１４  絞り
１９  シリンドリカルレンズ板
２０  スリット板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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