JP3573508B2 - Confocal scanning optical microscope - Google Patents
Confocal scanning optical microscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP3573508B2 JP3573508B2 JP00256095A JP256095A JP3573508B2 JP 3573508 B2 JP3573508 B2 JP 3573508B2 JP 00256095 A JP00256095 A JP 00256095A JP 256095 A JP256095 A JP 256095A JP 3573508 B2 JP3573508 B2 JP 3573508B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- objective lens
- image
- scanning
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 64
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 42
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 30
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、走査型光学顕微鏡に係わり、特に点状光源によって観察試料を点状に照明し、照明された試料からの透過光または反射光を再び点状に結像させて、ピンホール開口を有する検出器で像の濃度情報を得る共焦点型の光学顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
光学顕微鏡は、ステージ上に載置したプレパラート上の試料を、対物レンズで拡大して観察する構造であり、一般に、試料の照明はランプなどの光源からの光をコンデンサレンズを用いて試料の観察領域全体に、均等になるようにしてあてる構造を採用していた。
【0003】
しかしながら、照明系としてこのような構造を採用した場合、フレア等の問題があり、また、低コントラストの試料を観察するにあたっては大変見ずらいと云う問題があり、これを改善するものとして点状光投射型(スポット光投射型)の光学顕微鏡が提案された。この光学顕微鏡は点光源によって観察試料を点状に照射し、これにより観察試料を透過した光(透過光)を再び点状に結像し、これをピンホール開口を有する検出器で検出して像の濃度情報を得るようにしたものである。但し、これだけでは点状光源が照射された点の濃度しか得られないので、試料をX軸およびY軸の方向に移動して二次元面内で機械的に移動させるX‐Y走査方式や光路をスキャン操作する光学系などを採用し、これらによるX‐Y走査に同期してCRTディスプレイなどの画像表示装置をX‐Y走査させながら、前記濃度情報の信号対応に輝度表示して画像として観察できるようにしている。これは一種の走査型光学顕微鏡である。
【0004】
ところで、試料面に対物レンズを介して点光源を導く光学系と、対物レンズを通して試料面から光をピンホールを介して検出器に導く光学系とで共焦点の関係にし、試料における対物レンズの合焦位置の像を検出器に導くものを共焦点光学顕微鏡といい、この構成の場合、焦点から外れる部分の光はピンホールの手前で光路がピンホールからずれてしまうので、検出できないようになり、合焦位置の像のみを得ることができるようになる。
【0005】
このように、共焦点光学顕微鏡は点状光源によって観察試料を点状に照明し、この照明された試料からの透過光または反射光を再び点状に結像させて、ピンホール開口を有する検出器で像の濃度情報を得る顕微鏡であるが、その構成例を図3にて説明する。
【0006】
図3(a)は従来の共焦点光学顕微鏡の概略図であって、点光源31、ハーフミラー32、対物レンズ33、ピンホール板35、光検出器36から構成されている。点光源31から出射した光はハーフミラー32を通過して、点光源31の出射光路上にある収差の良く補正された対物レンズ33によって試料34上に点として結像され、試料34を照明する。そして、試料34で反射した光は再び対物レンズ33を通ってハーフミラー32で反射され、集光される。
【0007】
反射光路上の集光位置にはピンホールをここに位置させたピンホール板35が配置され、このピンホール板35のピンホールを通った光はピンホール板35の背面側に設けられた光検出器36に入射されて検出されることになる。そして試料34に照射する点光源31の光を、テレビのラスタ走査と同じように2次元走査することによって、試料34の2次元画像を得ることができる。
【0008】
ところで図3(a)において、実線で示す光路の光は、対物レンズ33の焦点位置に合焦する光であり、合焦点を通る面はf1である。また、点線で示す光路の光は、対物レンズ33の焦点位置からずれた位置Aからの光を示しており、この場合、位置Aを通る面はf2であるとする。
【0009】
これらのうち、実線で示す光路の光はピンホール板35のピンホール位置上で集光するが、上記位置Aからの光はピンホール板35のピンホール位置上では集光しない。従って、上記位置Aからの光はピンホール板35におけるピンホールを通過できず、光検出器36には到達しない。
【0010】
このような光学系では、対物レンズの集光位置、すなわち、合焦位置のみの画像を得ることが可能になる。つまり共焦点光学系は、光軸方向に分解能をもつ光学系といえる。そのため、図3(b)に示すように、A,B,C異なる高さを持つ試料34について、例えば、高さAの面に合焦位置を持たせた場合には高さAの面の像のみが得られ、また、高さBの面に合焦位置を持たせた場合には高さBの面の像のみが得られ、また、高さCの面に合焦位置を持たせた場合には高さCの面の像のみが得られることになる。
【0011】
ここで一般的に、ピンホールの径が小さければ光軸方向の分解能が向上していくという傾向がある。
ここで、図3(b)のように、高さの異なる試料34を、対物レンズと接眼レンズからなる従来の一般的な光学顕微鏡で観察する場合を考えてみる。一般的な光学顕微鏡では倍率の高い対物レンズ程、焦点深度が浅く、しかもその焦点位置に観察面を合わせるので、A面に合焦した場合、これと高さが異なるB面やC面はぼけてしまう。同様にB面に合焦した場合にはA面やC面がぼけてしまい、C面に合焦した場合にはA面やB面がぼけてしまうといった具合に、ある高さ位置に合焦させれば、その位置と同じ高さの部分は鮮明な顕微鏡像として観察できるものの、他の高さ位置の像はぼけて観察できない不具合がある。従って、一般的な光学顕微鏡ではA,B,Cの全部の面に合焦した画像を得ることは不可能であった。
【0012】
しかしながら、共焦点光学系を持つ走査型の顕微鏡の場合、A面にピントを合わせた画像を取得してこれを保存し、B面にピントを合わせた画像を取得してこれを保存し、さらにC面にピントを合わせた画像を取得してこれを保存した後、これら保存した画像を足し合わせると、高さの異なるこれらA,B,C面を持つ試料34であっても、これらA,B,C面全面それぞれに合焦した画像が容易に得られることになり、凹凸の高低差の大きい試料についてその表面を鮮明な顕微鏡画像として観察することができる。
【0013】
そして、使用にあたり、試料の一点にビームを集光し、その点についてビームの光軸方向(Z軸方向)に合焦位置を変えるようにした走査を行い(Z軸方向走査)、それが終わればつぎに試料の別の位置にビームを移動させてZ軸方向走査を行うことで画素データを取得し、その際、各画素について明るさの最大値を示した時の高さ情報(Z軸情報)を保持させれば、試料の表面形状を測定することができる。これについては「THEORT AND PRACTICE OF SCANNING OPTICAL MICROSCOPY」(P126〜P130)に開示されている。
【0014】
すなわち、試料の一点にビームを集光し、その点について光軸方向(Z軸方向)に走査を行い、走査中に輝度が最高になるZ位置を検出し、その情報を記憶する。次に集光した光をX方向に移動させ、その点でZ軸方向に走査を行い、走査中に輝度が最高になるZ方向位置を検出し、その情報を記憶する。このように、一点についてZ軸走査を行い、それを終えるとX軸方向およびY軸方向に位置を移動してつぎの別なX軸およびY軸位置においてZ軸走査を行うといったことを繰り返し、各X,Y位置における最大の輝度を示したZ軸位置情報を記憶して行くと、共焦点光学系では対物レンズの合焦位置から外れる高さ位置からの反射光は検出されにくいので、最大の輝度を示したZ軸位置が対物レンズの合焦位置であることがわかり、従って、その時のZ軸位置を保存すると各画素における保存データは試料のその画素位置での高さ情報を示すこととなり、これより試料の表面形状を測定することができることになる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
共焦点光学顕微鏡は点状光源によって観察試料を点状に照明し、照明された試料からの透過光または反射光を再び点状に結像させて、ピンホール開口を有する検出器で像の濃度情報を得る顕微鏡であり、この共焦点光学顕微鏡を用いると凹凸の高さの大きい試料について、その表面画像を鮮明に捕らえた顕微鏡像を得ることができ、また、試料の高さ方向の情報も取得できて試料の凹凸状態の高さ測定もできるようになる。
【0016】
このように、共焦点光学顕微鏡においては試料の一点に集光しその点について光軸方向(Z方向)に走査を行い、走査中に輝度が最高になるZ位置を検出し記憶し、次に集光した光をX方向に移動させ、その点でZ方向に走査を行い走査中に輝度が最高になるZ位置を検出し記憶するといった走査を繰り返し、X方向およびY方向に行うことで、試料の表面形状を測定する。
【0017】
そのため、Z方向の情報、すなわち、高さ情報を得るには、対物レンズの焦点位置と試料を相対的に移動させなければならない。しかしながら対物レンズ33には図4に示すように、対物レンズ33の先端から焦点位置fまでの距離(動作距離)WDが決まっているので、測定しようとする試料34の形状によっては、測定範囲の設定時に対物レンズ33と試料34が衝突してしまう可能性がある。
【0018】
たとえば試料34の位置は固定しておき、対物レンズ33を上下動させる構成を考える。前述のように画像が消える位置が測定範囲の上限または下限になる。このため、図5(a)の[ I]のように試料34の最も高い場所PHと最も低い場所PLの差dlが対物レンズ33の動作距離WDよりも小さい場合は、PHの位置に対物レンズ33の焦点fを位置させて走査した後(図5(a)の[II])、PLの位置に対物レンズ33の焦点fを位置させて走査させようとしても(図5(a)の[ III])、対物レンズ33は試料34のPHの位置にぶつかることがなく、観察や測定を実施できることになり、支障なく測定範囲の上限位置と下限位置の設定ができる。
【0019】
しかしながら、図5(b)の[ I]のように試料34の最も高い場所PHと最も低い場所PLの差dl´が対物レンズ33の動作距離WDよりも大きい場合、PHの位置に対物レンズ33の焦点fを位置させて走査した後(図5(b)の[II])、PLの位置に対物レンズ33の焦点fを位置させて走査させようとすると(図5(b)の[ III])、対物レンズ33は試料34のPHの位置にぶつかってしまうことになり、試料34の最も下の面を検出する前に対物レンズ33が試料34の高い場所PHに衝突して対物レンズ33や試料34を損傷してしまうという問題が生じる。
【0020】
また、対物レンズ33を試料34に対して位置決めするにあたり、上記上限位置もしくは下限位置について、どちらを先に決めるかは特に決まっていないため、最初に下限位置を設定するよな場合も、誤って対物レンズ33が試料34に衝突してしまうということも生じる。
【0021】
そこで、この発明の目的とするところは、測定範囲の領域設定をするに際して試料と対物レンズの衝突を防止することができるようにして、試料や対物レンズの損傷を未然に防止できるようにした共焦点走査型光学顕微鏡を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決し、上記目的を達成するために本発明の共焦点走査型光学顕微鏡はつぎのように構成する。すなわち、光源からの出射光を試料に集光する対物レンズと、前記出射光を前記試料に対して相対的に2次元走査する手段と、前記対物レンズを介して前記試料から得られた光を検出する光検出器と、前記対物レンズの焦点位置と試料とを相対的に光軸方向に移動する移動機構とを有する走査型顕微鏡であって、前記移動機構による前記光軸方向の相対的な移動の上限が決定されるまでは前記対物レンズの焦点位置が前記試料から引き離される方向にのみ移動可能に制御し、前記上限が決定された後は、この上限を基準とした移動量が前記対物レンズの動作距離を越えない範囲で前記対物レンズの焦点位置と前記試料が近づく方向に移動可能に前記移動機構を制御する制御手段を備えることを特徴としている。
【0023】
これにおいて、前記制御手段は、前記上限を基準とした移動量が前記対物レンズの動作距離の90%程度になった場合に、前記移動機構を停止するように制御するものとしてもよい。また、前記移動機構における前記光軸方向の相対的な移動の制限に対して反する操作が行われた場合に警報を発するようにしてもよい。
【0024】
【作用】
このように本装置は、対物レンズのピントを試料の一番上の面に合わせるべく対物レンズと試料との距離を近付ける方向にのみ移動を許可し、対物レンズのピントが試料の一番上の面に合ったならば、つぎにそれを上限に対物レンズの動作距離(焦点距離)の範囲内で該対物レンズと試料とが接離する方向に対しての移動を許可するようにしたので、対物レンズと試料との間の接離方向に対する移動可能な距離を対物レンズの動作距離(焦点距離)以内にすることができるようになり、対物レンズと試料の衝突を防止することができるようになる。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
本発明による第1実施例のシステムを図1に示す。
図1において、1は共焦点走査型光学顕微鏡であり、2はレーザ光源、3はミラー、4はハーフミラー、5は2次元走査機構、6はレボルバ、7は対物レンズ、8は試料、9はステージ、10は粗動ステージ、11はレンズ、12はピンホール板、13は光検出器、14はミラー、15はレンズ、16はハーフミラー、17は白色光源、18は撮像装置としてのTVカメラ、19はコンピュータ、20はディスプレイ、22は画像処理ユニット、22A,22Bは画像メモリ、23はZ移動駆動制御回路、24はモニタ、25は操作部である。
【0026】
操作部25はコンピュータ19に対して各種コマンドや操作指令を与えたり、モード設定したりするためのものであり、キーボードなどの他、トラックボールやジョイスティック、あるいはマウスなどのポインティングデバイスなどを含んでいる。
【0027】
ステージ9は試料8を載置し、これをXY軸方向位置合わせとZ軸方向位置合わせとを可能にしたものであり、粗動ステージ10はステージ9を保持してこれをZ軸方向に移動操作することができるものである。
【0028】
レーザ光源2は試料8の表面を走査するスポット光としてのレーザ光を発生するためのレーザ光源であり、ミラー3はこのレーザ光源2からのレーザ光を2次元走査機構5に導くための反射鏡である。2次元走査機構5はミラー3を介して得たレーザ光源2からのレーザ光を2次元走査(XY走査)するための機構であり、レボルバ6に取り付けられた対物レンズ7を介してステージ9上の試料8にレーザ光を2次元走査しながら照射することができる。
【0029】
ハーフミラー4は2次元走査機構5に対するレーザ光源2の出射光路上に設けられ、2次元走査機構5を介して得られる試料8からの反射光を検出系に導くための鏡であって、半透明鏡である。レンズ11はこのハーフミラー4を介して得た2次元走査機構5からの反射光を集光するレンズであり、ピンホール板12は所要の径のピンホールを開けたもので、光検出器13の受光面の前面におけるレンズ11の焦点位置にそのピンホールを位置させて配される。光検出器13はピンホールを介して得られる光をその光量対応の電気信号に変換する光検出素子である。
【0030】
上記画像メモリ22A,22Bはそれぞれ1フレーム分の容量を持つ画像メモリであり、例えば、512画素×512画素×8ビット構成で1フレーム分としたメモリである。
【0031】
画像処理ユニット22はこの1フレーム分の容量を持つ2つの画像メモリ22A,22Bを内蔵し、前記光検出器12からの出力信号を受けてこれら画像メモリ22A,22Bのうち、例えば、画像メモリ22Aに対し、スポット光の現在のXY走査位置対応の画素位置にその信号の値を8ビットデータで記憶する処理を行うと共に、Z移動駆動制御回路23から与えられるZ軸方向の現在の走査情報を受けてその値を8ビットデータで画像メモリ22Bにおける上記現在のスポット光のXY走査位置対応の画素位置に記憶する処理を行う他、これら画像メモリ22A,22Bの記憶データを読出してコンピュータ19に与えると云った処理を行うものである。また、画像処理ユニット22に対してのスポット光の現在のXY走査位置情報はコンピュータ19を介して与えられる。
【0032】
XY走査駆動制御ユニット21は2次元走査機構5の走査制御を行うためのものであり、コンピュータ19は操作部25からのコマンドや操作指令を受けてこれらXY走査駆動制御ユニット21および画像処理ユニット22の制御を行うと共に、画像データの保存、再生、編集等を行う等制御や処理の中枢を担うものである。
【0033】
また、コンピュータ19は測定範囲の設定モードのとき、観察者による操作部25の操作に基づいてステージ9を上方向または下方向に移動すべく操作するが、この操作を行っても上限位置決定がなされるまでは、ステージ9を対物レンズ7から遠ざかる方向にしか移動しないような制限をかけて制御を行い、観察者がこれに反した操作を行うと警報を発し、観察者による操作部25の操作に基づいて上限位置決定がなされると、その位置でのステージ9位置を上限位置として登録し、観察者による操作部25の操作に基づいてステージ9を対物レンズ7に近付く方向に操作することができるように制御する他、観察者による操作部25の操作に基づいて下限位置決定がなされると、その位置でのステージ9位置を下限位置として登録し、共焦点画像の収集時に上記上限位置から下限位置までの間を所定ピッチでステージ9をZ軸方向に移動すべく制御する構成としてある。 モニタ20はコンピュータ19の画像表示端末であり、必要な情報の表示や画像の表示等に使用される。
【0034】
レボルバ6は、倍率の異なる複数の対物レンズ7を保持したものであり、ステージ9は試料8を保持するものであり、複数の対物レンズ7のうちの所望の倍率を持つものをレボルバ6の切り替えにより、顕微鏡の観察光路中に位置設定することで、この位置設定された対物レンズ7を介して2次元走査機構5からのスポット光をステージ9上の試料8に照射することができる。また、試料8からの反射光は対物レンズ7を通り、2次元走査機構5に戻り、2次元走査機構5からハーフミラー4へと戻される構成である。
【0035】
また、本装置では対物レンズ7と2次元走査機構5の間の光路に対して進退操作可能なミラー14が設けられている。白色光源7は白色光を発生する光源であり、ハーフミラー16はミラー14に対向して配されると共に白色光源7からの光をミラー14への光路に反射させて出射させるためのものである。
【0036】
従って、共焦点画像の観察時には、対物レンズ7と2次元走査機構5の間の光路中からミラー14を退避させ、光路中にミラー14を挿入してあるときは、共焦点画像が得られない仕組みである。光路中にミラー14を挿入してあるときは、白色光源7からの光をハーフミラー16にてミラー14へ反射させて導き、対物レンズ7方向へと送ることができ、また、対物レンズ7を介して入射された試料8からの反射光をミラー14で反射させてハーフミラー16へと導くことができる。
【0037】
TVカメラ18はハーフミラー16を介してミラー14に対向して配されており、試料8の像をTV画像信号に変換するものであって、ミラー14で反射されて導かれた試料8からの反射光がハーフミラー16を透過してTVカメラ18へと導かれる構成である。ミラー14はTVカメラ18による画像を観察する場合に対物レンズ7と2次元走査機構5の間の光路中に挿入され、共焦点画像を観察、測定する際には対物レンズ7と2次元走査機構5の間の光路中から外される。
【0038】
モニタ24はTVカメラ18で撮像されて得られたTV画像信号を映像として表示するTVモニタである。
2次元走査機構5は走査駆動制御ユニット21の制御のもとにスポット光をXY走査するものであり、例えば、X軸方向走査用のガルバノミラーと、Y軸方向走査用のガルバノミラーとを有していて、これらガルバノミラーをX軸方向、Y軸方向に回動することで対物レンズ7に対するスポット光の光路をXY方向に振らせることができる。
【0039】
Z移動駆動制御回路23はコンピュータ19により制御され、ステージ9をその高さ方向、すなわち、Z軸方向に基準幅単位で駆動移動させるべく制御を行う回路である。また、Z移動駆動制御回路23はステージ9をZ軸方向に基準幅分、駆動移動制御する毎に、カウントを1づつ進める機能と、このカウント値を画像処理ユニット22に与える機能をも有する。
【0040】
また、画像処理ユニット22には画像メモリ22A,22Bとして例えば、512画素×512画素×8ビット(256階調)のものがそれぞれ1枚ずつ用意されている。このうちの画像メモリ22Aには、反射光の電気信号(輝度信号)が保存されることになり、光検出器13より検出された電気信号は画像メモリ22Aに対して、スポット光の現在のXY走査位置対応の画素位置に、データとして記憶保存させるように制御する。この記憶はその画素位置の記憶情報と加算して得た値である。このようにすることで高さ位置の異なる画像の足し込みができることになる。
【0041】
本装置においては、試料8の画像を得るのに2通りの選択が可能である。一つは白色光源17からの光を使用して試料8を照明し、その反射光を対物レンズ7、ミラー14、レンズ15、ハーフミラー16を通してTVカメラ18でとらえた画像を利用する方式であり、もう一つはレーザ光源2からのレーザ光を2次元走査機構5により2次元走査して試料8に与え、その反射光を対物レンズ7、2次元走査機構5、ハーフミラー4、レンズ11、ピンホール板12を介して、光検出器13に入射させて、光検出器13からの出力を画像処理ユニット22に与えて画像として得、これをディスプレイ20に表示して観察する方式である。
【0042】
つぎに、このような構成の共焦点走査型光学顕微鏡1における作用を説明する。レーザ2から出射したレーザ光はミラー3で反射され、ハーフミラー4を通過して2次元走査機構5に入射する。2次元走査機構5はコンピュータ19からの命令に基づき走査制御ユニット21から発生した走査制御信号によって動作を開始する。よって、ここでレーザ光はTVのラスタ走査と同様に、XおよびY方向に偏向される。
【0043】
レーザ光はレボルバ6、対物レンズ7を通過してステージ9上の試料8に、微小なスポットに集光するとともに、そのスポットが試料8上を移動していく。試料8から反射した光は入射した光路を逆に辿り、ハーフミラー4で反射されてレンズ11で集光される。レンズ11の集光位置にはここにピンホールを位置させたピンホール板12が配置されている。
【0044】
ピンホール板12のピンホールを通過した光は光検出器13に入射する。光検出器13は試料の反射光を電気信号に変換する。電気信号は画像処理ユニット22に入力する。画像処理ユニット22には画像メモリ22A,22Bが用意されており、このうちの1枚の画像メモリ22Aには、反射光の電気信号が保存される。ステージ8の光軸方向(Z方向)への移動は、コンピュータ19から移動命令がZ移動駆動制御回路23に出されて行われる。画像メモリ22BにはZ移動駆動制御回路23から、ステージが何回移動したかを数えた回数の値が保存される。
【0045】
レーザ走査による画像は画像処理ユニット22からコンピュータ19に送られ、コンピュータ19のディスプレイ20に表示される。このほかに、測定範囲の設定、測定範囲での移動量の設定、画像の表示、及びシステムの制御はコンピュータ19のディスプレイ20で行われる。
【0046】
このように本装置では顕微鏡画像(輝度信号)の取得と、高さ情報の取得を同時に行われる。すなわち、試料8に対するレーザ光のXY走査を、試料8の凹凸に対する高さ位置毎に行って、輝度情報を集める動作を行うと共に、得られた上記高さ別の輝度情報を同一XY走査位置毎に足し合わせて1枚の画像を作成し、表示する処理を同時に行う。また、高さ位置を変える毎に、1ずつカウントを進め、同一XY走査位置での輝度信号の値が前回よりも高い時はそのカウント値をそのXY走査位置対応に更新記録する。つまり、例をあげると、高さ位置Z1(カウント値“1”)のときに、X1,Y1位置での輝度信号が“0”であり、高さ位置Z2(カウント値“2”)のときに、X1,Y1位置での輝度信号が“0”であり、高さ位置Z3(カウント値“3”)のときに、X1,Y1位置での輝度信号が“1”であったとすると、高さ位置Z3(カウント値“3”)をX1,Y1位置においての高さ位置Z3として記憶するといった具合である。
【0047】
スポット光のXY走査はつぎのようにしてなされ、画像の取得と高さ情報の取得が行われる。すなわち、本装置では使用開始にあたり、電源を投入するが、これによりレーザ光源2はレーザ光を発振する。このレーザ光はミラー3で反射され、ハーフミラー4を通過し、2次元走査機構5に入射する。2次元走査機構5はコンピュータ19からの指令に基づき、XY走査制御ユニット21から発生したXY走査制御信号によって動作を開始する。よって、ここでレーザ光はTVのラスタ走査と同様に、XおよびY軸方向に偏向される。
【0048】
レーザ光はレボルバ6、対物レンズ7を通過してステージ8上の試料9に微小なスポットに集光するとともに、そのスポット光は上記XY走査が行われることにより、試料8上を移動していくことができる。試料8からの反射光は入射した光路を逆に辿り、ハーフミラー4で反射され、レンズ11で集光される。レンズ11による集光位置にはピンホール板12が配置されており、その後に光検出器13が設けてある。そのため、このピンホール板13におけるピンホールを通過した光が光検出器13に入射することになり、光検出器13はこのピンホールを通過した光を試料の反射光として電気信号に変換することになる。
【0049】
ここで、本装置は共焦点型の顕微鏡であるからピンホール径が十分小さい場合には試料8から反射光は、対物レンズ7の合焦位置からのもののみについてピンホールを通過することになり、従って、対物レンズ7の合焦位置にある試料面の反射光のみが光検出器13より検出されることなる。
【0050】
光検出器13より検出された電気信号は画像処理ユニット22に入力される。この画像処理ユニット22には本実施例の場合、画像メモリとして512画素×512画素×8ビット(256階調)が2枚用意されている。このうちの1枚の画像メモリ22Aには、反射光の電気信号が保存されることになり、光検出器13より検出された電気信号は画像メモリ22Aに対して、スポット光の現在のXY走査位置対応の画素位置に、データとして記憶保存させる。この記憶はその画素位置の記憶情報と加算して得た値である。このようにすることで高さ位置の異なる画像の足し込みができることになる。
【0051】
また、別の画像メモリ22BにはZ軸走査方向の情報、具体的にはZ移動駆動制御回路23から、ステージを何回移動させたかを数えた回数の値が与えられ、画像処理ユニット22は前回のこの位置での輝度信号より今回の輝度信号のレベルが高い場合に、画像メモリ22Bに対して、スポット光の現在のXY走査位置対応の画素位置に、上記回数の値をデータとして更新記憶保存させる。
【0052】
一方、ステージ9の光軸方向(Z軸方向)への移動は、コンピュータ19からの指令に基づいてXY走査完了毎に基準幅単位で行われる。そして、コンピュータ19から指令を受ける毎にZ移動駆動制御回路23は基準幅単位分のZ軸方向駆動制御信号を発生して図示しないステージZ軸方向駆動操作機構を駆動させ、基準幅単位分、ステージ9をZ軸方向に移動させる。
【0053】
ステージ9の移動量はこのように1指令毎に基準幅単位分であり、移動させる必要が生じる毎に、コンピュータ19から指令が出されることになる。
測定範囲の設定、及び各測定範囲でのステージ移動量の基準幅の設定、画像の表示およびシステムの制御は顕微鏡の観察者がコンピュータ19によりそのキーボード操作、あるいはマウスやジョイステック、トラックボールなどのポインテングデバイスを操作しつつ、ディスプレイ20を見ながら、あるいは、ミラー14を対物レンズ7と5との間のレーザ光路に挿入することにより、モニタ24に表示された画像を見ながら粗動ステージ10を粗調整操作することで、つぎのようにして行う。
【0054】
このシステムでは、観察者は試料8をステージ9に載せ、コンピュータ19を操作してコンピュータ19より制御指令を発生させることにより、スポット光のXY走査を開始させて観察と測定に入ることになるが、最初は試料9にピントを合わせる必要があるため、ステージ9もコンピュータ19を使って上下に移動させ、試料8の所望高さ位置に対物レンズ7の焦点が来るように調整することができる。
【0055】
この場合は、ピントが合ったか否かは、ディスプレイ20に表示された画像を見ながら判断する。すなわち、レーザ光源2を励振させてレーザ光を発生させ、これをXY走査させることで試料8に対するスポット光のXY走査を行い、これにより得られた反射光を光検出器13で検出することにより反射光による画像データを得、これを画素位置対応に画像メモリ22Aに記憶し、これを読出してディスプレイ20に画像表示することで、現在のピント状態における画像を観察することができるので、これを見ながらステージ9の高さ位置を調整することで試料8の目的の高さ位置にピント合わせを行うことができる。
【0056】
共焦点画像を使用して測定範囲を決めるにはつぎのようにする。画像を観察しながらコンピュータ19を操作し、ピントの合った位置からステージ9を下に移動させる。
【0057】
試料8がピント位置を横切る限り画像は表示されるが、試料8の最上面がピント位置よりも下に来ると画像が表示されなくなる。ここで、測定範囲の片側(上限位置)が決定される。今度は逆にステージ9を上に移動させて、同様に画像が表示されなくなる位置(下限位置)を決定する。
【0058】
以上のようにして共焦点画像を使用したZ軸方向の測定範囲の決定をすることができるが、しかし、共焦点画像では焦点深度が極端に浅いため、やや使いづらい点がある。このため、本システムではTV画像を使用したピント合わせを行うことができるようにしてある。
【0059】
TV画像を使用して測定範囲を決めるには、まず観察者はミラー14を対物レンズ7と5との間を繋ぐ光路上にミラー14を挿入し、TVカメラ18が使用できるようにする。そして、白熱光源17を点灯し、その光をハーフミラー16、レンズ15、ミラー14を介して対物レンズ7へと送り、ステージ9側に照射する。ステージ9側からの反射光はこれと逆の経路を辿り、ハーフミラー16を透過し、TVカメラ18にとらえられ、映像信号化され、この映像信号がモニタ24に与えられて画像として表示される。なお、レンズ15はTVカメラ18上に像を結像する機能をも果たす。
【0060】
従って、試料8をステージ9に載せることで試料8の画像がTVカメラ18で撮像されることになり、この撮像された試料画像はモニタ24に表示されるので、観察者はこのモニタ画像を見ながら粗動ステージ10のZ軸位置を粗調整して大まかなピント合わせを行う。
【0061】
大まかなピント合わせが終了したならば、つぎにミラー14を対物レンズ7と5とを繋ぐレーザ光路から外す。これにより、ミラー14により遮られていたレーザ光路は光路が確保されることになり、試料8に対してのレーザ走査が開始できる。従って、観察者の指令操作により、あるいはミラー14をレーザ光路から退避させることにより発生されるコンピュータ19からの命令によって、レーザビームのXY走査が開始される。レーザ走査が開始されると、レーザ走査による画像が22の画像メモリ22A上に得られるので、この画像メモリ22A上の画像をディスプレイ20に表示させることで共焦点画像を観察できる。
【0062】
共焦点画像が表示されると観察者はこの表示画像を見ながら操作部25を操作して測定範囲の設定を行う。測定範囲の設定は操作部25の操作により、ステージ9を上下に移動させながら、画像が完全に見えなくなる位置を捜すことで行う。
【0063】
すなわち、操作部25を操作してコンピュータ19に対して測定範囲の設定モードを設定し、さらに操作部25の操作によりステージ9を上方向または下方向に移動すべく操作するが、この操作を行っても上限位置決定がなされるまでは、ステージ9は対物レンズ7から遠ざかる方向にしか移動しないような制限をかけてコンピュータ19が制御を行うものとする(図2のS2)。
【0064】
この結果、大まかにピントを合わせた最初の位置からステージ9を下に移動させることはできるが、ステージ9を上に移動させようとした場合は、ステージ9は移動せず、コンピュータ19から警告メッセージが出力されることになる(図2のS9)。
【0065】
このようにして観察者が操作部25を操作して測定範囲の設定モードを設定し、測定範囲設定操作を行うと、XY方向に対するレーザ走査を行いつつ、コンピュータ19はこの操作に対応してステージ9を対物レンズ7から遠ざかる方向に制御する。そして、観察者はディスプレイ20上の試料画像を観察しながら程よいところで操作部25を操作して上限位置設定完了指令を出し、コンピュータ19に与える。
【0066】
すなわち、ディスプレイ20上には、試料8が対物レンズ7のピント位置を横切る部分がある限り、画像は表示されるが、試料8の最上面が対物レンズ7のピント位置よりも下に来ると、ディスプレイ20上には画像が表示されなくなるので、この画像が表示されなくなった時点で、測定範囲の片側(上限位置)が決定されることになるから、この時点で観察者は操作部25を操作して上限位置設定完了指令を出し、コンピュータ19に知らせる(図2のS3)。これにより、コンピュータ19はこれ以上のステージ9の下降を停止させて、この時点でのステージ9の高さ位置の情報を保持する(ステージ9の高さ位置の値を登録する)(図2のS4)。
【0067】
測定範囲の片側が決定されたならば、次に、観察者は操作部25を操作して下限位置設定の作業に入る。これは操作部25よりステージ9の上下方向への移動操作指令を与えることで、これを受けたコンピュータ19は今度は上記高さ位置を上限に、ステージ8を上下方向いずれにも移動を可能にするように規制を変え、操作指令対応に上下方向に移動制御することで行われる(図2のS5)。
【0068】
すなわち、上限位置設定の段階ではステージ9を下方にのみ移動させたので、今度は逆にステージ9を上記設定した上限位置を上限に、上方にも移動可能にさせる。そして、観察者はディスプレイ20を観察しながらステージ9を上下方向に移動させるべく操作しつつ、前と同様に画像が表示されなくなる位置(下限位置)を捜す。
【0069】
ここで、コンピュータ19は下限方向への移動制御においては、上記設定した上限位置を基準にしたステージ9の移動量と現在使用している対物レンズ7の動作距離(焦点距離)WDとの比較を行い、ステージ9の移動量が動作距離(焦点距離)WDの範囲を越えない範囲で操作部25からの操作対応にステージ9を上下方向に移動操作させるように制御する(図2のS6)。
【0070】
コンピュータ19はWDを基準とする上記の比較の結果、ステージ9の移動量が対物レンズ7の動作距離内であり、操作部25よりステージ9の上下方向への移動操作指令が引き続き与えられていれば、それに応じて引き続きステージ9の上下方向への移動を許可する。しかしながら、ステージ9の移動量が対物レンズ7の動作距離と等しくなった場合には、それ以上、ステージ9を下方へ移動させると対物レンズ7と試料8が衝突することになるため、コンピュータ19は操作部25よりステージ9の下方向への移動操作指令が与えられていたとしても、ステージ9の移動を停止させるべくZ移動駆動制御回路23を制御する(図2のS10)。これにより、無理に操作して対物レンズ7と試料8が衝突することを未然に防ぐことができる。
【0071】
また、ステージ9の移動量が対物レンズ7の動作距離と等しくなる前に、ディスプレイ20の試料画像が表示されなくなれば、その時点で下限位置到達であることを観察者は知り、操作部25の操作によるステージ9の上方移動操作を止める。ディスプレイ20上には、試料8が対物レンズ7のピント位置を横切る部分がある限り、画像は表示されるが、試料8の最上面が対物レンズ7のピント位置よりも下に来ると、ディスプレイ20上には画像が表示されなくなるので、この画像が表示されなくなった時点で、測定範囲のもう片方の側(下限位置)が決定されることになるから、この時点で観察者は操作部25によるステージ上方移動操作を中止し、また、操作部25を操作して下限位置設定完了指令を出し、コンピュータ19に知らせる(図2のS7)。これにより、コンピュータ19はこれ以上のステージ9の上昇を停止させて、この時点でのステージ9の高さ位置の情報を保持する(ステージ9の高さ位置の値を登録する)(図2のS8)。
【0072】
このようにして、ステージ9の移動が可能な範囲で下限位置を検出することができれば、その段階で測定範囲の設定を終了することで下限位置の設定をすることができる。
【0073】
以上、本装置は光源からの出射光を対物レンズを介して試料に集光し、この集光した光と前記試料を相対的に2次元走査して得られるこの試料からの光を光検出手段により検出し、前記2次元走査の走査位置に対応させて画像メモリに保持して画像を得る共焦点走査型の光学顕微鏡であって、前記対物レンズの焦点位置と試料の位置を相対的に光軸方向に走査する移動機構により、所要のピッチで移動させ、前記画像メモリの保持情報と前記光検出手段の検出出力を参照して前記試料からの光がより高く検出されたときの前記対物レンズ焦点位置と試料位置の関係を記憶手段に保存することにより前記試料の前記光軸方向に対する変化を測定する機能を備えた共焦点走査型光学顕微鏡において、対物レンズを介して前記試料に照明光を与える光源を設ける共に、この光源からの光による前記試料の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により得られた画像を表示するモニタ装置とを設け、また、前記移動機構により、前記対物レンズの焦点位置と試料の位置を相対的に光軸方向に走査するにあたり、走査範囲を決めるに際して、試料に対する前記対物レンズのピントを粗調整し、その後、試料から離れる方向に前記対物レンズを遠ざける方向にのみ移動可能に移動方向を規制制御しつつ、撮像手段による画像観察しながら像が消える時点で、その位置を対物レンズに対する移動上限として登録し、つぎに試料と対物レンズを互いが接離する方向に操作してその移動範囲が上記上限を越えず、かつ、対物レンズの動作距離内であり、撮像手段による画像が消える時点でその位置を対物レンズに対する移動下限として登録し、この移動上限と移動下限の範囲でZ方向移動走査して共焦点画像を得るようにした。
【0074】
このように、走査範囲を決めるに際して、試料に対する前記対物レンズのピントを粗調整した後、試料に対して前記対物レンズを遠ざける方向にのみ移動方向を規制制御しつつ両者を引き離し、対物レンズと試料との移動上限を求め、その後、試料と対物レンズを互いに近付ける方向に操作してその移動範囲が対物レンズの動作距離内で対物レンズに対する移動下限を求め、この移動上限と移動下限の範囲でZ方向移動走査して共焦点画像を得るようにしたことから、試料と対物レンズがぶつかることが無くなり、試料と対物レンズの損傷を防ぐことができるようになる。また、試料と対物レンズの損傷を防ぐことから、装置としての信頼性も飛躍的に向上する。
【0075】
なお上記実施例では、ステージ9を移動させる場合を説明したが、Z方向移動ステージによってレボルバ6を支持し、Z方向駆動制御回路23を介してコンピュータ19により制御される対物レンズ7を上下に移動させる構成でも同様な考え方で、衝突防止制御が可能である。
【0076】
また上記例では、ステージの移動量が対物レンズ動作距離に一致したときにステージの移動を禁止している。しかしながら、対物レンズの動作距離には選択する対物レンズに応じてばらつきがあるため、安全を考えてステージの移動可能範囲を対物レンズの動作距離の90%などのように制限するようにしてもよい。
【0077】
また、画像メモリ22Aの画像データを利用すると、共焦点から外れているか否かをコンピュータ処理により行うことはできるから、観察者の手動操作に基づく状下限位置の決定を、コンピュータ19により自動的に行うようにした装置とすることも可能である。
【0078】
【発明の効果】
以上詳述したように、共焦点光学顕微鏡において、共焦点画像を得るにあたり試料と対物レンズの相対的な移動走査範囲を決めるに際して、移動方向の規制と移動量の制限を行うことにより、試料と対物レンズの衝突を防止することができるようになり、試料と対物レンズの損傷を防ぐと同時に、信頼性の高い共焦点光学顕微鏡が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体構成を示す概略的なブロック図。
【図2】本発明の作用を説明するためのフローチャート。
【図3】従来技術を説明するための図。
【図4】従来技術を説明するための図。
【図5】従来技術を説明するための図。
【符号の説明】
1…共焦点走査型光学顕微鏡
2…レーザ光源
3…ミラー
4…ハーフミラー
5…2次元走査機構
6…レボルバ
7…対物レンズ
8…試料
9…ステージ
10…粗動ステージ
11,14,15…レンズ
12…ピンホール板
13…光検出器
16…ハーフミラー
17…白色光源
18…TVカメラ
19…コンピュータ
20…ディスプレイ
22…画像処理ユニット
22A,22B…画像メモリ
23…Z移動駆動制御回路
24…モニタ
25…操作部[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a scanning optical microscope, in particular, illuminates an observation sample in a point-like manner with a point-like light source, and forms a transmitted light or reflected light from the illuminated sample into a point-like image again to form a pinhole opening. The present invention relates to a confocal optical microscope that obtains image density information with a detector having the same.
[0002]
[Prior art]
An optical microscope is a structure in which a sample on a slide placed on a stage is magnified and observed with an objective lens.In general, illumination of the sample is performed by observing the sample from a light source such as a lamp using a condenser lens. The structure was applied uniformly over the entire area.
[0003]
However, when such a structure is adopted as the illumination system, there is a problem such as flare, and there is a problem that it is very difficult to observe a low-contrast sample. A projection type (spot light projection type) optical microscope has been proposed. In this optical microscope, the observation sample is illuminated by a point light source in a point-like manner, whereby the light transmitted through the observation sample (transmitted light) is imaged again in a point-like manner, which is detected by a detector having a pinhole opening. This is to obtain image density information. However, this alone can obtain only the density of the point irradiated by the point light source, so that the XY scanning method or the optical path in which the sample is moved in the X-axis and Y-axis directions and mechanically moved in a two-dimensional plane An optical system that scans the image is adopted, and an image display device such as a CRT display performs XY scanning in synchronism with XY scanning by these, and displays brightness as a signal corresponding to the density information and observes an image. I can do it. This is a kind of scanning optical microscope.
[0004]
By the way, an optical system that guides a point light source to the sample surface via an objective lens and an optical system that guides light from the sample surface through the objective lens to a detector via a pinhole have a confocal relationship, and the objective lens in the sample is A device that guides the image at the in-focus position to the detector is called a confocal optical microscope.In this configuration, the out-of-focus light cannot be detected because the optical path is shifted from the pinhole before the pinhole. That is, only the image at the in-focus position can be obtained.
[0005]
As described above, the confocal optical microscope illuminates the observation sample in a point-like manner with the point-like light source, forms a point-like image of transmitted light or reflected light from the illuminated sample again, and performs detection with a pinhole aperture. FIG. 3 shows an example of the configuration of a microscope that obtains image density information using a container.
[0006]
FIG. 3A is a schematic diagram of a conventional confocal optical microscope, which includes a point light source 31, a
[0007]
A
[0008]
By the way, in FIG. 3A, light in the optical path indicated by the solid line is light that is focused on the focal position of the
[0009]
Of these, light in the optical path indicated by the solid line is focused on the pinhole position of the
[0010]
In such an optical system, it is possible to obtain an image only at the converging position of the objective lens, that is, only at the focusing position. That is, the confocal optical system can be said to be an optical system having a resolution in the optical axis direction. Therefore, as shown in FIG. 3B, for the
[0011]
Here, generally, there is a tendency that the smaller the diameter of the pinhole, the higher the resolution in the optical axis direction.
Here, as shown in FIG. 3B, consider a case where the
[0012]
However, in the case of a scanning microscope having a confocal optical system, an image focused on the surface A is obtained and stored, and an image focused on the surface B is obtained and stored. After obtaining an image focused on the C plane and storing the obtained image, by adding these stored images, even if the
[0013]
In use, the beam is condensed on one point of the sample, and scanning is performed at that point to change the focus position in the optical axis direction (Z-axis direction) of the beam (scanning in the Z-axis direction). Next, pixel data is obtained by moving the beam to another position on the sample and performing scanning in the Z-axis direction. At this time, height information (Z-axis information) when the maximum value of brightness is shown for each pixel is obtained. (Information), the surface shape of the sample can be measured. This is disclosed in "THEORT AND PRACTICE OF SCANNING OPTICAL MICROSCOPY" (P126 to P130).
[0014]
That is, the beam is focused on one point of the sample, the point is scanned in the optical axis direction (Z-axis direction), the Z position at which the brightness becomes maximum during the scanning is detected, and the information is stored. Next, the condensed light is moved in the X direction, scanning is performed in the Z-axis direction at that point, a Z-direction position where the luminance becomes maximum during scanning is detected, and the information is stored. In this way, the Z-axis scanning is performed for one point, and after that, the position is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the Z-axis scanning is performed at the next different X-axis and Y-axis positions. When the Z-axis position information indicating the maximum luminance at each of the X and Y positions is stored, the confocal optical system hardly detects reflected light from a height position out of the focus position of the objective lens. It can be understood that the Z-axis position indicating the luminance of the object is the focus position of the objective lens. Therefore, when the Z-axis position at that time is stored, the data stored in each pixel indicates the height information of the sample at that pixel position. Thus, the surface shape of the sample can be measured.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The confocal optical microscope illuminates the observation sample in a point-like manner with a point-like light source, focuses the transmitted light or reflected light from the illuminated sample again in a point-like manner, and uses a detector having a pinhole aperture to detect the image density. With this confocal optical microscope, it is possible to obtain a microscope image that clearly captures the surface image of a sample with a large unevenness, and also obtain information on the height direction of the sample. The height of the sample can be measured and the height of the sample can be measured.
[0016]
As described above, in the confocal optical microscope, light is condensed on one point of the sample, the point is scanned in the optical axis direction (Z direction), the Z position at which the luminance becomes maximum during the scanning is detected and stored, and By moving the condensed light in the X direction, scanning in the Z direction at that point, and detecting and storing the Z position at which the luminance is highest during scanning and storing the same, by performing the scanning in the X and Y directions, Measure the surface shape of the sample.
[0017]
Therefore, in order to obtain information in the Z direction, that is, height information, the focus position of the objective lens and the sample must be relatively moved. However, since the distance (operating distance) WD from the tip of the
[0018]
For example, a configuration is considered in which the position of the
[0019]
However, when the difference dl ′ between the highest position PH and the lowest position PL of the
[0020]
Further, when positioning the
[0021]
Therefore, it is an object of the present invention to prevent a collision between a sample and an objective lens when setting an area of a measurement range, thereby preventing damage to the sample and the objective lens. A focus scanning optical microscope is provided.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the above object, the confocal scanning optical microscope of the present invention is configured as follows. That is, the light emitted from the light source isAn objective lens for converging on the sample, means for two-dimensionally scanning the emitted light with respect to the sample, a photodetector for detecting light obtained from the sample via the objective lens, and What is claimed is: 1. A scanning microscope comprising: a moving mechanism that moves a focal position of an objective lens and a sample relatively in an optical axis direction, until an upper limit of the relative movement in the optical axis direction by the moving mechanism is determined. Is controlled so that the focal position of the objective lens can be moved only in a direction in which the objective lens is separated from the sample, and after the upper limit is determined, a range in which the moving amount based on the upper limit does not exceed the operating distance of the objective lens. Control means for controlling the moving mechanism so as to be movable in a direction in which the focus position of the objective lens and the sample approach each other.It is characterized by:
[0023]
In this case, the control means may control to stop the moving mechanism when the moving amount based on the upper limit becomes about 90% of the operating distance of the objective lens. Further, an alarm may be issued when an operation contrary to the restriction on the relative movement in the optical axis direction by the moving mechanism is performed.
[0024]
[Action]
As described above, the present apparatus allows movement only in a direction in which the distance between the objective lens and the sample is reduced so that the focus of the objective lens is aligned with the top surface of the sample, and the focus of the objective lens is set at the top of the sample. If it fits on the surface, thenOperating distance (Focal length)Movement in the direction in which the objective lens comes into contact with and separates from the sample within the range of, the movable distance in the contact and separation direction between the objective lens and the sample is set to the operating distance of the objective lens. (Focal length), and the collision between the objective lens and the sample can be prevented.
[0025]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a confocal scanning optical microscope, 2 is a laser light source, 3 is a mirror, 4 is a half mirror, 5 is a two-dimensional scanning mechanism, 6 is a revolver, 7 is an objective lens, 8 is a sample, 9 Is a stage, 10 is a coarse movement stage, 11 is a lens, 12 is a pinhole plate, 13 is a photodetector, 14 is a mirror, 15 is a lens, 16 is a half mirror, 17 is a white light source, 18 is a TV as an imaging device. A camera, 19 is a computer, 20 is a display, 22 is an image processing unit, 22A and 22B are image memories, 23 is a Z movement drive control circuit, 24 is a monitor, and 25 is an operation unit.
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
Each of the
[0031]
The
[0032]
The XY scanning
[0033]
Further, in the measurement range setting mode, the
[0034]
The
[0035]
Further, in the present apparatus, a
[0036]
Therefore, when observing the confocal image, the
[0037]
The
[0038]
The
The two-
[0039]
The Z movement
[0040]
In the
[0041]
In this apparatus, two options are available for obtaining an image of the
[0042]
Next, the operation of the confocal scanning optical microscope 1 having such a configuration will be described. Laser light emitted from the
[0043]
The laser beam passes through the
[0044]
The light passing through the pinhole of the pinhole plate 12 enters the
[0045]
The image obtained by the laser scanning is sent from the
[0046]
As described above, in the present apparatus, acquisition of a microscope image (luminance signal) and acquisition of height information are performed simultaneously. That is, the XY scanning of the
[0047]
The XY scanning of the spot light is performed as follows, and an image and height information are obtained. That is, in this apparatus, the power is turned on at the start of use, whereby the
[0048]
The laser beam passes through the
[0049]
Here, since this apparatus is a confocal microscope, if the pinhole diameter is sufficiently small, only the light reflected from the
[0050]
The electric signal detected by the
[0051]
Further, information on the Z-axis scanning direction, specifically, a value of the number of times the stage has been moved is given from the Z movement
[0052]
On the other hand, the movement of the
[0053]
The moving amount of the
The setting of the measurement range, the setting of the reference width of the stage movement amount in each measurement range, the display of the image, and the control of the system are performed by the observer of the microscope using the keyboard or the mouse, joystick, trackball, etc. The
[0054]
In this system, the observer places the
[0055]
In this case, whether or not the subject is in focus is determined while looking at the image displayed on the
[0056]
The following describes how to determine the measurement range using the confocal image. The user operates the
[0057]
Although the image is displayed as long as the
[0058]
As described above, the measurement range in the Z-axis direction using the confocal image can be determined. However, since the depth of focus is extremely shallow in the confocal image, there are some points that are difficult to use. For this reason, in this system, focusing using a TV image can be performed.
[0059]
In order to determine the measurement range using the TV image, the observer first inserts the
[0060]
Therefore, when the
[0061]
After the rough focusing is completed, the
[0062]
When the confocal image is displayed, the observer operates the
[0063]
That is, the user operates the
[0064]
As a result, the
[0065]
In this way, when the observer operates the
[0066]
That is, as long as there is a portion on the
[0067]
When one side of the measurement range is determined, the observer next operates the
[0068]
That is, in the stage of setting the upper limit position, the
[0069]
Here, in the movement control in the lower limit direction, the
[0070]
As a result of the above-described comparison based on WD, the
[0071]
Further, if the sample image on the
[0072]
In this way, if the lower limit position can be detected within the range in which the
[0073]
As described above, the present apparatus focuses the emitted light from the light source on the sample via the objective lens, and detects the collected light and the light from the sample obtained by relatively two-dimensionally scanning the sample. A confocal scanning optical microscope that obtains an image by storing it in an image memory corresponding to the scanning position of the two-dimensional scanning, wherein the focal position of the objective lens and the position of the sample are relatively The objective lens is moved at a required pitch by a moving mechanism that scans in the axial direction, and when the light from the sample is detected higher by referring to the held information in the image memory and the detection output of the light detecting means. In a confocal scanning optical microscope equipped with a function of measuring a change in the optical axis direction of the sample by storing the relationship between the focus position and the sample position in storage means, illumination light is applied to the sample via an objective lens. give A source is provided, imaging means for capturing an image of the sample by light from the light source, and a monitor device for displaying an image obtained by the imaging means are provided. When scanning the focal position and the position of the sample relatively in the optical axis direction, when determining the scanning range, coarsely adjust the focus of the objective lens with respect to the sample, and then move the objective lens away from the sample in a direction away from the sample. When the image disappears while observing the image by the imaging means while controlling the movement direction so that only the movement is possible, the position is registered as the upper limit of the movement with respect to the objective lens, and then the direction in which the sample and the objective lens come and go with each other. When the moving range does not exceed the upper limit and is within the working distance of the objective lens, the position is adjusted when the image by the imaging means disappears. Registered as moving limit for the lens so as to obtain a confocal image by scanning the Z direction movement range of the moving limit this movement limit.
[0074]
In this way, when determining the scanning range, after coarsely adjusting the focus of the objective lens with respect to the sample, they are separated from each other while controlling the moving direction only in a direction in which the objective lens is moved away from the sample, and the objective lens and the sample are separated. Then, the sample and the objective lens are operated in a direction approaching each other to determine the lower limit of the movement of the objective lens within the operating distance of the objective lens, and Z is determined in the range of the upper limit of the movement and the lower limit of the movement. Since the confocal image is obtained by scanning in the directional movement, the sample and the objective lens do not collide, and the sample and the objective lens can be prevented from being damaged. In addition, since the sample and the objective lens are prevented from being damaged, the reliability of the apparatus is remarkably improved.
[0075]
In the above embodiment, the case where the
[0076]
In the above example, the movement of the stage is prohibited when the movement amount of the stage matches the operation distance of the objective lens. However, since the operating distance of the objective lens varies depending on the selected objective lens, the movable range of the stage may be limited to 90% of the operating distance of the objective lens for safety. .
[0077]
Further, by using the image data of the
[0078]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the confocal optical microscope, when determining the relative movement scanning range of the sample and the objective lens in obtaining a confocal image, by regulating the movement direction and limiting the movement amount, This makes it possible to prevent collision of the objective lens, thereby preventing damage to the sample and the objective lens, and at the same time, to obtain a highly reliable confocal optical microscope.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional technique.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional technique.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1. Confocal scanning optical microscope
2 ... Laser light source
3 ... Mirror
4: Half mirror
5. Two-dimensional scanning mechanism
6 ... Revolver
7 Objective lens
8 ... sample
9 ... Stage
10 Coarse movement stage
11, 14, 15 ... Lens
12 ... Pinhole plate
13 ... Photodetector
16 Half mirror
17 ... White light source
18 ... TV camera
19. Computer
20 ... Display
22 ... Image processing unit
22A, 22B ... Image memory
23 ... Z movement drive control circuit
24 ... Monitor
25 Operation unit
Claims (3)
前記出射光を前記試料に対して相対的に2次元走査する手段と、
前記対物レンズを介して前記試料から得られた光を検出する光検出器と、
前記対物レンズの焦点位置と試料とを相対的に光軸方向に移動する移動機構とを有する走査型顕微鏡であって、
前記移動機構による前記光軸方向の相対的な移動の上限が決定されるまでは前記対物レンズの焦点位置が前記試料から引き離される方向にのみ移動可能に制御し、前記上限が決定された後は、この上限を基準とした移動量が前記対物レンズの動作距離を越えない範囲で前記対物レンズの焦点位置と前記試料が近づく方向に移動可能に前記移動機構を制御する制御手段を備えることを特徴とする共焦点走査型光学顕微鏡。 An objective lens for condensing the light emitted from the light source on the sample,
Means for two-dimensionally scanning the emitted light with respect to the sample;
A light detector for detecting light obtained from the sample via the objective lens,
A scanning microscope having a moving mechanism that relatively moves the focal position of the objective lens and the sample in the optical axis direction,
Until the upper limit of the relative movement in the optical axis direction by the moving mechanism is determined, the focus position of the objective lens is controlled to be movable only in a direction to be separated from the sample, and after the upper limit is determined. A control means for controlling the moving mechanism so that the moving amount based on the upper limit does not exceed the operating distance of the objective lens so that the focal position of the objective lens and the sample can be moved in a direction approaching. confocal scanning optical microscope according to.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00256095A JP3573508B2 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Confocal scanning optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00256095A JP3573508B2 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Confocal scanning optical microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08190053A JPH08190053A (en) | 1996-07-23 |
| JP3573508B2 true JP3573508B2 (en) | 2004-10-06 |
Family
ID=11532769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00256095A Expired - Fee Related JP3573508B2 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Confocal scanning optical microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3573508B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195878A (en) | 2004-01-07 | 2005-07-21 | Olympus Corp | Objective lens, optical analyzer, method of operating the optical analyzer, and microscope |
| KR101322833B1 (en) * | 2012-05-14 | 2013-10-28 | 한국전기연구원 | T-ray tomography apparatus and method based on two-dimensional real-time confocal imaging |
| JP6247933B2 (en) * | 2013-12-27 | 2017-12-13 | 株式会社キーエンス | Magnifying observation device |
| JP6719815B2 (en) * | 2016-03-16 | 2020-07-08 | 株式会社ミツトヨ | Control method of surface texture measuring machine |
| CN114994896B (en) * | 2022-06-08 | 2024-05-10 | 合肥埃科光电科技股份有限公司 | Microscope automatic focusing system for micro-nano step sample and focusing method thereof |
-
1995
- 1995-01-11 JP JP00256095A patent/JP3573508B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08190053A (en) | 1996-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5932871A (en) | Microscope having a confocal point and a non-confocal point, and a confocal point detect method applied thereto | |
| US6317258B1 (en) | Scanning confocal microscope | |
| JP5053691B2 (en) | Specimen scanner device and specimen position detection method using the device | |
| JP2010080144A (en) | Compound microscope device and method of observing sample | |
| JP3579166B2 (en) | Scanning laser microscope | |
| EP3985423B1 (en) | Confocal microscope and method of controlling a confocal microscope | |
| JP3573508B2 (en) | Confocal scanning optical microscope | |
| JPH0961720A (en) | Confocal scanning type optical microscope and measuring method using the microscope | |
| US8041097B2 (en) | Confocal microscope | |
| EP1882967B1 (en) | Scanning examination apparatus | |
| JP3896196B2 (en) | Scanning microscope | |
| JP4576112B2 (en) | Confocal laser microscope | |
| JP3518925B2 (en) | Automatic image forming equipment for scanning microscope | |
| JP4477170B2 (en) | Scanning microscope equipment | |
| JP3518923B2 (en) | Automatic image forming equipment for confocal scanning optical microscope | |
| JP4398183B2 (en) | Confocal microscope | |
| JPH11326778A (en) | Microscopic image observation device | |
| JPH09197288A (en) | Optical microscope | |
| JPWO2020021698A1 (en) | Control device for scanning probe microscope and scanning probe microscope | |
| JP4963567B2 (en) | Minute height measuring device | |
| JPH09274142A (en) | Scanning type microscope | |
| JP3126047B2 (en) | Scanning probe microscope | |
| JP4914567B2 (en) | Scanning confocal microscope | |
| JPH0843017A (en) | Scanning optical microscope | |
| JP2003075118A (en) | Scanning laser microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040618 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040622 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040629 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080709 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090709 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100709 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100709 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110709 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120709 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |