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JP2012189659A - Focal point maintenance device and microscope apparatus - Google Patents

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JP2012189659A
JP2012189659A JP2011051079A JP2011051079A JP2012189659A JP 2012189659 A JP2012189659 A JP 2012189659A JP 2011051079 A JP2011051079 A JP 2011051079A JP 2011051079 A JP2011051079 A JP 2011051079A JP 2012189659 A JP2012189659 A JP 2012189659A
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JP
Japan
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light
focus
objective lens
light source
specimen
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Withdrawn
Application number
JP2011051079A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumihiro Take
文宏 嶽
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focal point maintenance device which detects only AF light with high sensitivity by reducing stray light and improves ability for maintaining a focal point, and to provide a microscope apparatus having the focal point maintenance device.SOLUTION: A focal point maintenance device 10 used in a microscope apparatus 40 comprises: a focus optical system 30 for irradiating a specimen with focus light emitted from a light source part 20 through an objective lens 41 and guiding the focus light reflected on the specimen to a QPD 50; and a control part 60 for maintaining a focal surface of the objective lens 41 at a predetermined position on the specimen by changing relative positional relation between the objective lens 41 and the specimen, based on a detection signal output from the QPD 50. An incident angle of the focus light to a reflection surface of the specimen is the Brewster angle.

Description

本発明は、焦点維持装置及び顕微鏡装置に関する。   The present invention relates to a focus maintaining apparatus and a microscope apparatus.

近年、焦点維持装置を持つ顕微鏡装置が市場を拡大しつつある。常に標本に合焦し続ける焦点維持装置は、長時間のタイムラプス観察や試薬投与に伴う観察画像のボケやユレを効果的に除去することができる。焦点維持の手法の一つとして、アクティブ方式がある。この手法は、標本(カバーガラスなど)に照射したフォーカス光(以下「AF光」と呼ぶ)の反射から、標本のz軸方向の位置(対物レンズの光軸方向位置)を検出する(例えば、特許文献1参照)。具体的には、反射光を光検出器で検出し、この光検出器上での光強度分布よりz軸方向の位置情報を算出する。   In recent years, a microscope apparatus having a focus maintaining apparatus is expanding the market. A focus maintaining device that keeps focusing on the specimen at all times can effectively remove blurs and blurs of the observation image that accompany long-time time-lapse observation and reagent administration. One method for maintaining focus is an active method. This method detects the position of the specimen in the z-axis direction (the position of the objective lens in the optical axis direction) from the reflection of the focus light (hereinafter referred to as “AF light”) applied to the specimen (such as a cover glass) (for example, Patent Document 1). Specifically, the reflected light is detected by a photodetector, and position information in the z-axis direction is calculated from the light intensity distribution on the photodetector.

特開2007−323094号公報JP 2007-323094 A

しかしながら、上述したようなアクティブ方式の焦点維持装置の場合、AF光以外の望まない光(迷光)が光検出器に混入すると、光検出器上での光強度分布がAF光本来の形状から変化し、正確なz軸方向の位置を算出することが困難になるという課題があった。この迷光の要因としては対物レンズの端面における反射が挙げられる。これは、広帯域な光スペクトルに対して高反射率の反射防止膜を付与することは容易ではないためである。従って、迷光を除去し、高精度で焦点維持を達成する手法の確立が求められている。例えば、スリット像を投影してその中心部を遮光することにより、対物レンズ中心部からの反射の影響を低減する方法があるが、対物レンズの周辺部からの反射光は考慮されていない。   However, in the case of an active focus maintaining apparatus as described above, if unwanted light other than AF light (stray light) enters the photodetector, the light intensity distribution on the photodetector changes from the original shape of the AF light. However, there is a problem that it is difficult to calculate an accurate position in the z-axis direction. The cause of this stray light is reflection at the end face of the objective lens. This is because it is not easy to apply an antireflection film having a high reflectance to a broadband optical spectrum. Therefore, establishment of a method for removing stray light and achieving focus maintenance with high accuracy is required. For example, there is a method of reducing the influence of reflection from the central part of the objective lens by projecting a slit image and shielding the central part, but reflected light from the peripheral part of the objective lens is not considered.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、アクティブ方式の焦点維持装置において、迷光を低減することでAF光のみを高感度で検出し、焦点維持の能力を向上させるように構成された焦点維持装置、及び、この焦点維持装置を有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is configured to detect only AF light with high sensitivity by reducing stray light in an active focus maintaining apparatus and to improve focus maintaining ability. An object of the present invention is to provide a focused focus maintaining apparatus and a microscope apparatus having the focused focus maintaining apparatus.

前記課題を解決するために、本発明に係る焦点維持装置は、顕微鏡装置の対物レンズの焦点面を標本の所定の位置に維持する焦点維持装置であって、光源部から放射されたフォーカス光を対物レンズを介して標本に照射するとともに、この標本で反射したフォーカス光を光検出部に導くフォーカス光学系と、光検出部から出力される検出信号に基づいて、対物レンズと標本との相対位置関係を変化させることで、対物レンズの焦点面を標本の所定の位置に維持する制御部と、を有し、標本の反射面に対するフォーカス光の入射角度はブリュースター角であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a focus maintaining apparatus according to the present invention is a focus maintaining apparatus that maintains a focal plane of an objective lens of a microscope apparatus at a predetermined position of a specimen, and the focus maintaining apparatus emits focus light emitted from a light source unit. Based on the focus optical system that irradiates the sample through the objective lens and guides the focus light reflected by the sample to the light detection unit and the detection signal output from the light detection unit, the relative position between the objective lens and the sample And a control unit that maintains the focal plane of the objective lens at a predetermined position of the sample by changing the relationship, and the incident angle of the focus light with respect to the reflection surface of the sample is a Brewster angle .

このような焦点維持装置において、光源部は、フォーカス光を放射する光源と、光源から放射されたフォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、略平行光を通過させる開口部が形成されたマスクと、を有することが好ましい。   In such a focus maintaining apparatus, the light source unit includes a light source that emits focus light, a collimator lens that converts the focus light emitted from the light source into a substantially parallel light flux, and a mask in which an opening that allows substantially parallel light to pass is formed. It is preferable to have.

また、このような焦点維持装置は、フォーカス光の反射面への入射角度がブリュースター角となるような、対物レンズの瞳における光軸からのフォーカス光の入射高を形成するために、マスクの開口部の光軸からの高さを設定することが好ましい。   In addition, such a focus maintaining device is used to form an incident height of the focus light from the optical axis at the pupil of the objective lens so that the incident angle of the focus light on the reflecting surface becomes a Brewster angle. It is preferable to set the height of the opening from the optical axis.

また、このような焦点維持装置において、マスクの開口部は円形形状に形成されており、当該開口部にガウシアンフィルタが取り付けられていることが好ましい。   In such a focus maintaining apparatus, it is preferable that the opening of the mask is formed in a circular shape, and a Gaussian filter is attached to the opening.

また、このような焦点維持装置において、フォーカス光学系は、平行平面板を有し、フォーカス光の反射面への入射角度がブリュースター角となるような、対物レンズの瞳における光軸からのフォーカス光の入射高を形成するために、フォーカス光の主光線に対して所定の角度で平行平面板が配置されることが好ましい。   Further, in such a focus maintaining apparatus, the focus optical system has a parallel plane plate, and the focus from the optical axis in the pupil of the objective lens is such that the incident angle of the focus light on the reflection surface becomes the Brewster angle. In order to form the incident height of light, it is preferable that the plane-parallel plate is disposed at a predetermined angle with respect to the chief ray of the focus light.

また、このような焦点維持装置において、光源部は、フォーカス光を放射する光源と、この光源から放射されたフォーカス光を導くファイバと、このファイバから放射されたフォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、を有し、フォーカス光の反射面への入射角度がブリュースター角となるような、対物レンズの瞳における光軸からのフォーカス光の入射高を形成するために、ファイバ及びコリメートレンズの配置位置を設定することが好ましい。   In such a focus maintaining device, the light source unit includes a light source that emits focus light, a fiber that guides the focus light emitted from the light source, and a collimator that converts the focus light emitted from the fiber into a substantially parallel light flux. And a collimating lens of the fiber and the collimating lens to form an incident height of the focusing light from the optical axis at the pupil of the objective lens such that the incident angle of the focusing light on the reflecting surface is a Brewster angle. It is preferable to set the arrangement position.

また、このような焦点維持装置において、光源部は、フォーカス光を放射する光源と、光源から放射されたフォーカス光を導くファイバと、ファイバから放射されたフォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、コリメートレンズから出射したフォーカス光を反射してフォーカス光学系に導くミラーと、を有し、フォーカス光の反射面への入射角度がブリュースター角となるような、対物レンズの瞳における光軸からのフォーカス光の入射高を形成するために、ミラーの配置位置を設定することが好ましい。   Further, in such a focus maintaining device, the light source unit includes a light source that emits focus light, a fiber that guides focus light emitted from the light source, and a collimator lens that converts the focus light emitted from the fiber into a substantially parallel light beam. A mirror that reflects the focus light emitted from the collimator lens and guides the focus light to the focus optical system, from the optical axis at the pupil of the objective lens such that the incident angle of the focus light on the reflection surface is the Brewster angle. In order to form the incident height of the focus light, it is preferable to set the mirror arrangement position.

また、本発明に係る顕微鏡装置は、上述の焦点維持装置のいずれかを有することを特徴とする。   Moreover, the microscope apparatus according to the present invention includes any one of the above-described focus maintaining apparatuses.

本発明に係る焦点維持装置及びこの焦点維持装置を有する顕微鏡装置を以上のように構成すると、迷光を低減することができ、AF光のみを高感度で検出して焦点維持の能力を向上させることができる。   When the focus maintaining apparatus according to the present invention and the microscope apparatus having the focus maintaining apparatus are configured as described above, stray light can be reduced, and only AF light is detected with high sensitivity, thereby improving the ability of maintaining the focus. Can do.

第1の実施形態に係る焦点維持装置及び顕微鏡装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the focus maintenance apparatus and microscope apparatus which concern on 1st Embodiment. 標本面でのAF光の状態を示す説明図であって、(a)は入射光の偏光状態を示し、(b)は反射面でのAF光の偏光状態を示し、(c)は対物レンズの射出瞳に対するAF光のビームプロファイルを示す。It is explanatory drawing which shows the state of AF light in a sample surface, Comprising: (a) shows the polarization state of incident light, (b) shows the polarization state of AF light in a reflective surface, (c) is an objective lens. The beam profile of AF light with respect to the exit pupil of FIG. AF光の偏光状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the polarization state of AF light. 対物レンズによるAF光の結像面と標本面との関係を示す説明図であって、(a)は結像面と標本面とが一致している場合を示し、(b)は標本面が結像面より奧側にある場合を示し、(c)は標本面が結像面より手前側にある場合を示す。It is explanatory drawing which shows the relationship between the imaging surface of AF light by an objective lens, and a sample surface, Comprising: (a) shows the case where an imaging surface and a sample surface correspond, (b) shows a sample surface. The case where it exists in the heel side from an image formation surface is shown, (c) shows the case where a sample surface exists in the near side from an image formation surface. 対物レンズの射出瞳面におけるAF光のビームプロファイルを示す説明図であって、(a)はAF光がブリュースター角で入射する範囲を示し、(b)はS偏光のAF光のみが反射する範囲を示し、(c)は焦点維持能力を付与するための範囲を示す。It is explanatory drawing which shows the beam profile of AF light in the exit pupil surface of an objective lens, Comprising: (a) shows the range in which AF light injects with a Brewster angle, (b) reflects only S-polarized AF light. The range is shown, and (c) shows the range for imparting the focus maintaining ability. マスク位置でのAF光の光線高を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the light ray height of AF light in a mask position. 第2の実施形態での、対物レンズの射出瞳に対するAF光のビームプロファイルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the beam profile of AF light with respect to the exit pupil of an objective lens in 2nd Embodiment. 第2の実施形態での、AF光の偏光状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the polarization state of AF light in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る焦点維持装置及び顕微鏡装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the focus maintenance apparatus and microscope apparatus which concern on 3rd Embodiment.

[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、本実施形態に係る焦点維持装置の構成について説明する。この焦点維持装置10は、LEDやLD等の光源21を有する光源部20からのAF光を、フォーカス光学系30を用いて顕微鏡装置40の対物レンズ41に導き、この対物レンズ41を介して標本に照射し、その反射光を4分割ダイオード50(円状の領域が4分割され、各領域にPD(フォトダイオード)が配置された光検出素子であって、以下、「QPD50」と呼ぶ)で構成される光検出部で検出することで、対物レンズ41に対する標本のz軸方向位置を検出するものである。なお、以降の説明において、対物レンズ41の焦点面を標本の所定の位置に維持するためにAF光を反射させる面を「標本面O」と呼ぶ。
[First Embodiment]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the focus maintaining apparatus according to the present embodiment will be described. The focus maintaining apparatus 10 guides AF light from a light source unit 20 having a light source 21 such as an LED or LD to an objective lens 41 of a microscope apparatus 40 by using a focus optical system 30, and a specimen through the objective lens 41. The reflected light is radiated by a four-divided diode 50 (a photodetecting element in which a circular region is divided into four, and a PD (photodiode) is arranged in each region, hereinafter referred to as “QPD50”). The z-axis direction position of the specimen with respect to the objective lens 41 is detected by detecting with the configured light detection unit. In the following description, a surface that reflects AF light in order to maintain the focal plane of the objective lens 41 at a predetermined position of the sample is referred to as a “sample surface O”.

この焦点維持装置10の光源部20は、光源21、この光源21から放射されたAF光(例えば、赤外光)を略平行光束に変換するコリメートレンズ22、及び、このAF光の標本面Oに対する入射角がブリュースター角となるようにビームプロファイルを変化させるマスク23から構成される。なお、マスク23には開口部23aが形成されており、コリメートレンズ22で略平行になった光束(ビームプロファイル)L0を光軸から所定の距離だけ離れた光束(ビームプロファイル)L1に変化させ、対物レンズ41の光軸に沿ってフォーカス光学系30に入射させるように構成されている。   The light source unit 20 of the focus maintaining apparatus 10 includes a light source 21, a collimating lens 22 that converts AF light (for example, infrared light) emitted from the light source 21 into a substantially parallel light beam, and a sample surface O of the AF light. The mask 23 changes the beam profile so that the incident angle with respect to becomes the Brewster angle. Note that an opening 23a is formed in the mask 23, and the light beam (beam profile) L0 that is substantially parallel by the collimator lens 22 is changed to a light beam (beam profile) L1 that is separated from the optical axis by a predetermined distance. It is configured to enter the focus optical system 30 along the optical axis of the objective lens 41.

また、フォーカス光学系30は、光源部20側から順に、光源部20から放射されたAF光を直線偏光に変換する第1の偏光子31、この第1の偏光子31を透過したAF光の略半分を透過し、残りを反射させるハーフミラー32、後述する機能を有するオフセットレンズ33、及び、顕微鏡装置40を構成する対物レンズ41の像側に配置され、光源部20から放射されたAF光を反射して対物レンズ41に導くとともに、標本面Oで反射されたAF光を焦点維持装置10に導くダイクロイックミラー34を有している。この顕微鏡装置40において、標本面Oに照射される照明光及びこの標本面Oから出射する信号光(例えば、照明光により励起された蛍光)はダイクロイックミラー34を透過する。ここで、ダイクロイックミラー34を透過した信号光は図示しない第2対物レンズに導かれ、標本の像が結像される。また、この焦点維持装置10のフォーカス光学系30のダイクロイックミラー34とハーフミラー32との間には、ダイクロイックミラー34で反射された標本面OからのAF光(反射光)の偏光軸を回転させるλ/2板35が配置されており、さらに、この反射光がハーフミラー32で反射する方向に、第2の偏光子36及び結像レンズ37が配置されている。なお、QPD50は、結像レンズ37の焦点面上に配置されている。また、光検出部はQPD以外に、ラインCMOS、ラインCCD、PDアレイなどを用いることもできる。   In addition, the focus optical system 30 includes, in order from the light source unit 20 side, a first polarizer 31 that converts AF light emitted from the light source unit 20 into linearly polarized light, and AF light that has passed through the first polarizer 31. AF light emitted from the light source unit 20, which is disposed on the image side of a half mirror 32 that transmits substantially half and reflects the rest, an offset lens 33 having a function to be described later, and an objective lens 41 that constitutes the microscope apparatus 40. And the dichroic mirror 34 that guides the AF light reflected by the sample surface O to the focus maintaining apparatus 10. In the microscope apparatus 40, the illumination light applied to the specimen surface O and the signal light emitted from the specimen surface O (for example, fluorescence excited by the illumination light) are transmitted through the dichroic mirror 34. Here, the signal light transmitted through the dichroic mirror 34 is guided to a second objective lens (not shown) to form an image of the sample. Further, between the dichroic mirror 34 and the half mirror 32 of the focus optical system 30 of the focus maintaining apparatus 10, the polarization axis of the AF light (reflected light) from the specimen surface O reflected by the dichroic mirror 34 is rotated. A λ / 2 plate 35 is disposed, and a second polarizer 36 and an imaging lens 37 are disposed in a direction in which the reflected light is reflected by the half mirror 32. The QPD 50 is disposed on the focal plane of the imaging lens 37. In addition to the QPD, a line CMOS, a line CCD, a PD array, or the like can be used for the light detection unit.

このような焦点維持装置10において、光源21から射出したAF光は、コリメートレンズ22により略平行光束L0に変換された後、マスク23によりビームプロファイルが光軸から所定の距離だけ離れた光束L1になり、第1の偏光子31に入射する。この第1の偏光子31を透過した光束L1は、図3(a)に示すように、45°の方向(第1及び第3象限に振動する方向)の直線偏光に変換される。その後、ハーフミラー32を透過し、オフセットレンズ33により曲率変化を受け、さらにダイクロイックミラー34により照明光と合波され、対物レンズ41に導かれる。そして、対物レンズ41によって集光されたAF光は、標本面Oに対してブリュースター角で入射する。なお、以降の説明において、光軸方向をz軸方向とし、このz軸方向に直交する面内で水平方向をx軸方向、垂直方向をy軸方向とする。   In such a focus maintaining apparatus 10, AF light emitted from the light source 21 is converted into a substantially parallel light beam L 0 by the collimator lens 22, and then the light beam L 1 is separated from the optical axis by a predetermined distance by the mask 23. And enters the first polarizer 31. As shown in FIG. 3A, the light beam L1 transmitted through the first polarizer 31 is converted into linearly polarized light in the direction of 45 ° (the direction of vibration in the first and third quadrants). Thereafter, the light passes through the half mirror 32, undergoes a change in curvature by the offset lens 33, is further combined with illumination light by the dichroic mirror 34, and is guided to the objective lens 41. Then, the AF light condensed by the objective lens 41 is incident on the sample surface O at a Brewster angle. In the following description, the optical axis direction is the z-axis direction, the horizontal direction is the x-axis direction, and the vertical direction is the y-axis direction in a plane orthogonal to the z-axis direction.

標本面(反射面)OにおけるAF光の反射の様子を図2に示す。光源部20の直後に配置された第1の偏光子31により、図2(a)に示すようなx軸及びy軸のそれぞれに対して45°の方向に直線偏光した光束L1が対物レンズ41に入射する。この偏光状態は振幅の等しいx軸方向の直線偏光と、y軸方向の直線偏光との合成であると考えることができる。光束L1が対物レンズ41により標本面Oに集光される際、図2(b)に示すように、x軸方向の直線偏光はP偏光に、y軸方向の直線偏光はS偏光にそれぞれ対応する。上述のようにこの標本面Oに対してブリュースター角で入射した光束L1は、反射により、P偏光成分がゼロとなるので、反射光の偏光はS偏光、つまりy軸方向の直線偏光となる(この光束をL2とする)。この光束L2の様子を図2(c)及び図3(b)に示す。   FIG. 2 shows how the AF light is reflected on the sample surface (reflection surface) O. FIG. By the first polarizer 31 disposed immediately after the light source unit 20, the light beam L1 linearly polarized in the direction of 45 ° with respect to each of the x axis and the y axis as shown in FIG. Is incident on. This polarization state can be considered as a combination of linearly polarized light in the x-axis direction and linearly polarized light in the y-axis direction having the same amplitude. When the light beam L1 is focused on the specimen surface O by the objective lens 41, as shown in FIG. 2B, the linearly polarized light in the x-axis direction corresponds to P-polarized light, and the linearly polarized light in the y-axis direction corresponds to S-polarized light. To do. As described above, the light beam L1 incident at the Brewster angle with respect to the sample surface O has a P-polarized light component due to reflection, so that the reflected light is S-polarized, that is, linearly polarized in the y-axis direction. (This light beam is L2.) The state of the light beam L2 is shown in FIGS. 2 (c) and 3 (b).

標本面Oで反射した光束L2は、再び対物レンズ41を通過し、ダイクロイックミラー34で反射され、オフセットレンズ33を通過して略平行光束に戻り、さらに、λ/2板35を通過する。このλ/2板35は、図3(e)に示すように、S偏光の光束L2の振動方向に対して反時計回りに22.5°傾いた角度に速軸あるいは遅軸のいずれかが一致するように軸が調整されている。これにより、AF光は、x−y座標の第2及び第4象限に振動する45°の直線偏光に変換される(この光束をL3とする)。ここで、λ/2板35を透過した光束L3の振動方向は、第1の偏光子31を通過した後の光束L1の振動方向に対して直交している(図3(c))。なお、λ/2板35は、その有効径がビーム径と略同一であることが望ましい。これは、余分な光(光源部20から標本面Oに向かう光束L1や対物レンズ41で反射した光)がλ/2板35に入射しないようにするためである。   The light beam L2 reflected by the sample surface O passes through the objective lens 41 again, is reflected by the dichroic mirror 34, passes through the offset lens 33, returns to a substantially parallel light beam, and further passes through the λ / 2 plate 35. As shown in FIG. 3E, the λ / 2 plate 35 has either a fast axis or a slow axis at an angle inclined 22.5 ° counterclockwise with respect to the vibration direction of the S-polarized light beam L2. The axes have been adjusted to match. As a result, the AF light is converted into 45 ° linearly polarized light that vibrates in the second and fourth quadrants of the xy coordinates (this light beam is denoted as L3). Here, the vibration direction of the light beam L3 transmitted through the λ / 2 plate 35 is orthogonal to the vibration direction of the light beam L1 after passing through the first polarizer 31 (FIG. 3C). The λ / 2 plate 35 preferably has an effective diameter substantially the same as the beam diameter. This is to prevent extra light (light beam L1 traveling from the light source unit 20 toward the sample surface O or light reflected by the objective lens 41) from entering the λ / 2 plate 35.

λ/2板35により偏光状態に変化を受けたAF光(光束L3)は、ハーフミラー32により反射されて第2の偏光子36を通過する。このとき、第2の偏光子36の透過軸は、光束L3の偏光方向に一致しているため、この光束L3は透過する。一方、迷光(例えば対物レンズ41で反射した光)は、偏光方向が光束L1とほぼ一致している。そのため、第2の偏光子36の透過軸は光束L1に直交することとなり、このような迷光は第2の偏光子36を透過することができない。そして、第2の偏光子36を透過した光束L4は、結像レンズ37によりラインセンサ50上に集光される。このようにして、迷光を除去し、焦点維持に必要なAF光(標本面Oで反射したAF光)のみを高感度で検出することができる。   The AF light (light beam L3) that has been changed in polarization state by the λ / 2 plate 35 is reflected by the half mirror 32 and passes through the second polarizer 36. At this time, since the transmission axis of the second polarizer 36 coincides with the polarization direction of the light beam L3, the light beam L3 is transmitted. On the other hand, the direction of polarization of stray light (for example, light reflected by the objective lens 41) substantially coincides with the light beam L1. For this reason, the transmission axis of the second polarizer 36 is orthogonal to the light beam L 1, and such stray light cannot pass through the second polarizer 36. Then, the light beam L <b> 4 that has passed through the second polarizer 36 is condensed on the line sensor 50 by the imaging lens 37. In this way, it is possible to remove stray light and detect only AF light (AF light reflected from the sample surface O) necessary for maintaining the focus with high sensitivity.

なお、オフセットレンズ33は、対物レンズ41の焦点面に対してAF光の結像位置をz軸方向にずらす機能を有している。すなわち、光源部20から放射されてコリメートレンズ22により略平行光束となったAF光がオフセットレンズ33を通過した後も略平行光束である場合は、対物レンズ41により結像するAF光の位置は対物レンズ41の焦点面に略一致する。一方、このオフセットレンズ33を射出したAF光が発散光である場合は、AF光の結像位置は対物レンズ41の焦点面より奥側(対物レンズ41から離れる方向)に移動し、オフセットレンズ33を射出したAF光が収束光である場合は、AF光の結像位置は対物レンズ41の焦点面より手前側(対物レンズ41に近づく方向)に移動する。このように、対物レンズ41の焦点面に対してAF光の結像位置を光軸方向にずらす(オフセットする)ことにより、対物レンズ41の焦点は標本内の所望の位置に合焦させながら、対物レンズ41の焦点面とは異なる位置(例えば、標本を覆うプレートガラスと標本との境界面(上述の「標本面O」))でAF光を反射させて焦点の維持を行うことができる。   The offset lens 33 has a function of shifting the AF light imaging position in the z-axis direction with respect to the focal plane of the objective lens 41. That is, when the AF light emitted from the light source unit 20 and made into a substantially parallel light beam by the collimator lens 22 is a substantially parallel light beam after passing through the offset lens 33, the position of the AF light imaged by the objective lens 41 is It substantially coincides with the focal plane of the objective lens 41. On the other hand, when the AF light emitted from the offset lens 33 is divergent light, the image formation position of the AF light moves to the back side (the direction away from the objective lens 41) from the focal plane of the objective lens 41, and the offset lens 33. When the AF light emitted from the light beam is convergent light, the image position of the AF light moves to the near side (direction approaching the objective lens 41) from the focal plane of the objective lens 41. In this way, by shifting (offset) the imaging position of the AF light in the optical axis direction with respect to the focal plane of the objective lens 41, the focus of the objective lens 41 is focused on a desired position in the sample. The focus can be maintained by reflecting the AF light at a position different from the focal plane of the objective lens 41 (for example, the boundary surface between the plate glass covering the specimen and the specimen (the above-described “specimen plane O”)).

オフセットレンズ33で規定されるAF光の結像位置に標本面Oがあれば、つまり、焦点ずれがなければ、図4(a)に示すように結像レンズ37に入射する光束L4は平行光であり、QPD50の中心に結像する。しかし、図4(b),(c)に示すように、焦点ずれが生じると、QPD50上での光強度分布が変化する。例えば、図4(b)のように、標本面Oと対物レンズ41が離れると、結像レンズ37に入射する光束L4が収束光になる。そのため、QPD50よりも手前で結像し、QPD50上では左にずれる。一方、図4(c)のように、標本面Oと対物レンズ41が近づくと、結像レンズ37に入射する光束L4が発散光になる。そのため、QPD50よりも奥で結像し、QPD50上では右にずれる。このように、QPD50から出力される検出信号に基づいて、焦点ずれを像面上での像の位置ずれとして検出し、図4(a)の状態を保持するように制御部60で対物レンズ41又は標本を光軸方向に移動させてフィードバック制御を行うことで焦点維持を達成できる。   If the sample plane O is at the AF light imaging position defined by the offset lens 33, that is, if there is no defocus, the light beam L4 incident on the imaging lens 37 is parallel light as shown in FIG. And an image is formed at the center of the QPD 50. However, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the focus shift occurs, the light intensity distribution on the QPD 50 changes. For example, as shown in FIG. 4B, when the specimen surface O and the objective lens 41 are separated, the light beam L4 incident on the imaging lens 37 becomes convergent light. Therefore, an image is formed in front of QPD 50 and shifted to the left on QPD 50. On the other hand, as shown in FIG. 4C, when the sample surface O and the objective lens 41 come closer, the light beam L4 incident on the imaging lens 37 becomes divergent light. For this reason, an image is formed behind the QPD 50 and shifted to the right on the QPD 50. In this way, based on the detection signal output from the QPD 50, the focus shift is detected as the image position shift on the image plane, and the objective lens 41 is controlled by the control unit 60 so as to maintain the state of FIG. Alternatively, focus maintenance can be achieved by moving the specimen in the optical axis direction and performing feedback control.

この手法を実現するために、前述したブリュースター照明用のマスク23は、図5(c)の形状である必要がある。なお、この図5は、マスク23の開口部23aの位置を、対物レンズ41の射出瞳面P0と、開口部23aを通過した光束L1の径との関係で表している。対物レンズ41の射出瞳面P0において、標本面OへのAF光の入射角がブリュースター角となるAF光の分布は図5(a)となる。この状態では平均化の効果により、入射光と反射光の偏光状態は変化しない。これは入射面が多数存在するためである。これに対し、図5(b)では入射面は1つ(x軸方向)のみである。x軸方向に振動する光がP偏光、y軸方向に振動する光がS偏光となり、この光がブリュースター角で標本面Oに入射することにより、反射光の偏光はS偏光のみとなる。このブリュースター照明にさらに焦点維持能力を付与するために、図5(c)のような照明パターンを用いる。   In order to realize this method, the Brewster illumination mask 23 described above needs to have the shape shown in FIG. FIG. 5 shows the position of the opening 23a of the mask 23 in relation to the exit pupil plane P0 of the objective lens 41 and the diameter of the light beam L1 that has passed through the opening 23a. In the exit pupil plane P0 of the objective lens 41, the distribution of the AF light in which the incident angle of the AF light to the sample surface O becomes the Brewster angle is as shown in FIG. In this state, the polarization state of incident light and reflected light does not change due to the averaging effect. This is because there are many incident surfaces. In contrast, in FIG. 5B, there is only one incident surface (in the x-axis direction). The light oscillating in the x-axis direction is P-polarized light, and the light oscillating in the y-axis direction is S-polarized light. When this light is incident on the sample surface O at the Brewster angle, the reflected light is only S-polarized light. In order to further give the Brewster illumination a focus maintaining ability, an illumination pattern as shown in FIG. 5C is used.

ここで、屈折率n1の媒質を進む光線が屈折率n2の媒質との界面に入射するときに、その入射角がブリュースター角θBrewとなるためには、以下の条件式(a)を満足する必要がある。 Here, when a light beam traveling through a medium having a refractive index n 1 is incident on an interface with the medium having a refractive index n 2 , in order for the incident angle to become the Brewster angle θ Brew , the following conditional expression (a) Need to be satisfied.

Figure 2012189659
Figure 2012189659

すなわち、AF光がブリュースター角の条件を満たして標本面Oに入射するためには、その標本面Oがどのような界面であるかによって異なる。例えば、ドライ対物レンズの場合、空気(n1=1)とガラス(n2=1.55)との界面を標本面Oとするが、このときブリュースター角θBrewは57.17°となる。一方、ガラス(n1=1.55)と細胞・水(n2=1.33)との界面を標本面Oとすると、ブリュースター角θBrewは40.63°となる。この角度は同様の面を標本面Oとした場合、液浸対物レンズや油浸対物レンズにも共通である。従って、標本面Oにブリュースター角でAF光を入射するためには、使用する対物レンズ41は、少なくとも40.63°以上の開口数(NA)を持つ必要がある。ここで、対物レンズ41の最大入射角θmaxは、この対物レンズ41のNAと媒質の屈折率nで決まり、次式(b)で表される。 That is, in order for the AF light to enter the sample surface O while satisfying the Brewster angle condition, it depends on what interface the sample surface O is. For example, in the case of a dry objective lens, the interface between air (n 1 = 1) and glass (n 2 = 1.55) is the sample plane O. At this time, the Brewster angle θ Brew is 57.17 °. On the other hand, if the interface between the glass (n 1 = 1.55) and the cell / water (n 2 = 1.33) is the sample surface O, the Brewster angle θ Brew is 40.63 °. This angle is common to the immersion objective lens and the oil immersion objective lens when the same surface is the sample surface O. Therefore, in order for AF light to enter the specimen surface O at a Brewster angle, the objective lens 41 to be used needs to have a numerical aperture (NA) of at least 40.63 ° or more. Here, the maximum incident angle θ max of the objective lens 41 is determined by the NA of the objective lens 41 and the refractive index n of the medium, and is expressed by the following equation (b).

Figure 2012189659
Figure 2012189659

ドライ、液浸及び油浸対物レンズに必要なNAをそれぞれNAD、NAW及びNAOとすると、上述の式(b)より、NA>n×sinθBrewの条件を満足することが必要となり、NAD>0.651、NAW>0.866、NAO>1.009となる。但し、媒質の屈折率は、ドライ対物レンズではn=1、液浸対物レンズではn=1.33、油浸対物レンズではn=1.55とした。 If NA required for dry, liquid immersion and oil immersion objective lenses are NAD, NAW and NAO, respectively, it is necessary to satisfy the condition of NA> n × sin θ Brew from the above formula (b), and NAD> 0.651. NAW> 0.866 and NAO> 1.009. However, the refractive index of the medium was n = 1 for the dry objective lens, n = 1.33 for the immersion objective lens, and n = 1.55 for the oil immersion objective lens.

また、ブリュースター照明用のマスク23の開口部23aの位置は、使用する対物レンズ41毎に変える必要がある。対物レンズ41の射出瞳径は倍率によって大きく異なり、低倍ほど小さくなるのが一般的である。従って、対物レンズ41毎にブリュースター角となる光線(AF光)の位置を変える必要がある。このために、マスク23は前もって対物レンズ41毎に最適なビーム位置を記憶しておき、対物レンズ41が交換される度に、対物レンズ41のNA、焦点距離及び倍率情報に基づいて自動的に開口部23aの位置を記憶してある最適な位置に移動するように構成する。制御部60により対物レンズ41の種類を検出し、その対物レンズ41の情報に基づいてマスク23の開口部23aの位置を自動的に移動させるように構成しても良いし、対物レンズ41の種類に応じて設けられたマスク23を、対物レンズ41の交換と同時に切り替えるように構成しても良い。   Further, the position of the opening 23a of the Brewster illumination mask 23 needs to be changed for each objective lens 41 to be used. The exit pupil diameter of the objective lens 41 varies greatly depending on the magnification, and generally decreases as the magnification decreases. Therefore, it is necessary to change the position of the light beam (AF light) that becomes the Brewster angle for each objective lens 41. For this purpose, the mask 23 stores an optimum beam position for each objective lens 41 in advance, and is automatically based on the NA, focal length, and magnification information of the objective lens 41 each time the objective lens 41 is replaced. The position of the opening 23a is stored and moved to an optimum position. The type of the objective lens 41 may be detected by the control unit 60, and the position of the opening 23a of the mask 23 may be automatically moved based on the information of the objective lens 41. The mask 23 provided in accordance with the above may be configured to be switched simultaneously with the replacement of the objective lens 41.

ここで、図6を用いて、AF光がブリュースター角の条件を満たすための、マスク23に形成された開口部23aの光軸からの高さhmaskについて説明する。図6に示すように、標本面Oの前後の媒質の屈折率をそれぞれn1、n2とすると、対物レンズ41の最大入射角θmaxは上述の式(b)から次式(b′)のように表される。 Here, the height h mask from the optical axis of the opening 23a formed in the mask 23 for the AF light to satisfy the Brewster angle condition will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, when the refractive indexes of the medium before and after the sample surface O are n 1 and n 2 , respectively, the maximum incident angle θmax of the objective lens 41 is expressed by the following equation (b ′) from the above equation (b). It is expressed as follows.

Figure 2012189659
Figure 2012189659

一方、対物レンズ41の射出瞳P0の半径dは、この対物レンズ41の焦点距離をfoとすると次式(c)のように表される。   On the other hand, the radius d of the exit pupil P0 of the objective lens 41 is expressed by the following equation (c) where the focal length of the objective lens 41 is fo.

Figure 2012189659
Figure 2012189659

また、AF光がブリュースタ角θBrewで標本面Oに入射するための対物レンズ41の射出瞳P0におけるAF光の光軸からの光線高hexitを射出瞳P0の半径d及び最大入射角θmaxで表すと次式(d)となる。 Further, the ray height h exit from the optical axis of the AF light at the exit pupil P0 of the objective lens 41 for the AF light to enter the sample surface O at the Brewster angle θ Brew is the radius d and the maximum incident angle θ of the exit pupil P0. When expressed by max , the following equation (d) is obtained.

Figure 2012189659
Figure 2012189659

また、オフセットレンズ33を構成する2つのレンズの焦点距離を光源側から順にf1及びf2とすると、このオフセットレンズ33通過後の光軸からの光線高hexitに対する開口部23a通過後の光軸からの光線高hmaskの比ratioは、次式(e)となる。 If the focal lengths of the two lenses constituting the offset lens 33 are f 1 and f 2 in this order from the light source side, the light after passing through the opening 23a with respect to the ray height h exit from the optical axis after passing through the offset lens 33. A ratio ratio of the ray height h mask from the axis is expressed by the following equation (e).

Figure 2012189659
Figure 2012189659

以上より、マスク23における光線高、すなわち、開口部23aの光軸からの高さhmaskは、次式(1)を満足することが必要である。 From the above, the light ray height in the mask 23, that is, the height h mask from the optical axis of the opening 23a needs to satisfy the following expression (1).

Figure 2012189659
Figure 2012189659

なお、オフセットレンズ33を有しない焦点維持装置の場合には、光線高の比ratioの項を省略する(式(1)において1とする)ことで対応できる。   In the case of a focus maintaining apparatus that does not have the offset lens 33, this can be dealt with by omitting the term of the ratio ratio of the light beam height (1 in the equation (1)).

またマスク23の開口部23aでは、ブリュースター角で標本面Oに入射する光線のみを通過させるために、この開口部23aのx軸方向の大きさ(径)は可能な限り小さくすることが好ましい。また、偏光度の高い(直線)偏光を得るために、開口部23aのy軸方向の大きさ(径)も可能な限り小さくすることが好ましい。従って、マスク23の開口部23aの径は小さくすることが好ましい。また、この開口部23aによる回折の影響を除去したければ、この開口部23aの形状を円形にし、さらに、この開口部23aにガウシアンフィルタを取り付けると良い。また、マスク23の開口部23aは、オフセットレンズ33のオフセット量毎に、上述の条件式(1)に基づいて、最適な位置に移動することが望ましい。   Further, in order to allow only the light incident on the sample surface O at the Brewster angle to pass through the opening 23a of the mask 23, the size (diameter) of the opening 23a in the x-axis direction is preferably as small as possible. . Further, in order to obtain highly linear (linear) polarized light, the size (diameter) of the opening 23a in the y-axis direction is preferably as small as possible. Therefore, it is preferable to reduce the diameter of the opening 23a of the mask 23. In order to remove the influence of diffraction by the opening 23a, it is preferable to make the shape of the opening 23a circular and attach a Gaussian filter to the opening 23a. Further, it is desirable that the opening 23 a of the mask 23 is moved to an optimal position for each offset amount of the offset lens 33 based on the conditional expression (1).

なお、焦点ずれを検出する方法として、光源21からの平行光束の径を略半分にして標本面Oに投射するナイフエッジ(半月集光)法を用いることも可能であり、半月マスクとブリュースター照明用のマスク23とを切り替えられるように構成することも可能である。   In addition, as a method for detecting the defocus, it is also possible to use a knife edge (half moon focusing) method in which the diameter of the parallel light flux from the light source 21 is approximately halved and projected onto the sample surface O. A half moon mask and Brewster are used. It is also possible to configure so that the illumination mask 23 can be switched.

[第2の実施形態]
第1の実施形態においては、焦点維持装置10において光源部20から放射されたAF光を標本面Oに導き、また、この標本面Oで反射したAF光をQPD50に導くために、フォーカス光学系30にハーフミラー32を用いた場合について説明したが、偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, in order to guide the AF light emitted from the light source unit 20 in the focus maintaining apparatus 10 to the sample surface O and to guide the AF light reflected by the sample surface O to the QPD 50, the focus optical system Although the case where the half mirror 32 is used for 30 has been described, a polarizing beam splitter can also be used.

偏光ビームスプリッタの透過・反射面の位置を図1のハーフミラー32の透過・反射面の位置と同じに配置したとすると、第1の偏光子31の透過軸が前述したy軸方向になるように配置して、図8(a)に示すようなy軸に沿った方向(第1の実施形態の場合に対してAF光の振動方向が反時計回りに45°ずれている)に直線偏光した光束L1を対物レンズ41へ入射させる必要がある。また、対物レンズ41の射出瞳P0におけるAF光(入射光束L1及び反射光束L2)の位置も反時計回りに45°ずれる必要がある。つまり、入射面(図7のP0における光束L1と光束L2とを含み、かつz軸に平行な面)と、入射光束の振動方向とが45°の角度をなす必要がある。   Assuming that the position of the transmission / reflection surface of the polarization beam splitter is the same as the position of the transmission / reflection surface of the half mirror 32 in FIG. 1, the transmission axis of the first polarizer 31 is in the y-axis direction described above. Are linearly polarized in a direction along the y-axis as shown in FIG. 8A (the vibration direction of the AF light is deviated 45 ° counterclockwise with respect to the case of the first embodiment). It is necessary to make the light beam L1 incident on the objective lens 41. Further, the position of the AF light (incident light beam L1 and reflected light beam L2) at the exit pupil P0 of the objective lens 41 also needs to be shifted by 45 ° counterclockwise. That is, the incident surface (a surface including the light beam L1 and the light beam L2 at P0 in FIG. 7 and parallel to the z axis) and the vibration direction of the incident light beam must form an angle of 45 °.

ここで、光束L1は、振幅の等しいy軸に対して±45°の方向のそれぞれの直線偏光の合成であると考えることができ、光束L1が対物レンズ41により標本面Oに集光される際、図7、図8(b)に示すように、y軸に対して反時計回りに45°(+45°)方向の直線偏光は、S偏光に、y軸に対して時計回りに45°(−45°)方向の直線偏光はP偏光にそれぞれ対応している。   Here, it can be considered that the light beam L1 is a combination of linearly polarized light in directions of ± 45 ° with respect to the y-axis having the same amplitude, and the light beam L1 is condensed on the sample surface O by the objective lens 41. At this time, as shown in FIGS. 7 and 8B, linearly polarized light in the 45 ° (+ 45 °) direction counterclockwise with respect to the y-axis is converted to S-polarized light and 45 ° clockwise with respect to the y-axis. Linearly polarized light in the (−45 °) direction corresponds to P-polarized light.

標本面Oに対してブリュースター角で入射した光束L1は、反射により、P偏光成分がゼロとなるので、反射光の偏光はS偏光となる(この光束をL2とする)。この光束L2の様子を図7及び図8(b)に示す。光束L2は、再び対物レンズ41を通過し、ダイクロイックミラー34で反射され、オフセットレンズ33を通過して略平行光束に戻り、さらに、λ/2板35を通過する。このλ/2板35は、図8(e)に示すように、S偏光の光束L2の振動方向に対して反時計回りに22.5°傾いた角度に速軸あるいは遅軸のいずれかが一致するように軸が調整されている。これにより、AF光は、x軸方向に振動する直線偏光に変換される(この光束をL3とする)。ここで、λ/2板35を透過した光束L3の振動方向は、第1の偏光子31を通過した後の光束L1の振動方向に対して直交している(図8(c))。なお、λ/2板35は、その有効径がビーム径と略同一であることが望ましい。これは、余分な光(光源部20から標本面Oに向かう光束L1や対物レンズで反射した光)がλ/2板35に入射しないようにするためである。   Since the light beam L1 incident on the sample surface O at the Brewster angle has a zero P-polarized component due to reflection, the reflected light becomes S-polarized light (this light beam is L2). The state of the light beam L2 is shown in FIGS. 7 and 8B. The light beam L2 passes through the objective lens 41 again, is reflected by the dichroic mirror 34, passes through the offset lens 33, returns to a substantially parallel light beam, and further passes through the λ / 2 plate 35. As shown in FIG. 8E, the λ / 2 plate 35 has either a fast axis or a slow axis at an angle inclined by 22.5 ° counterclockwise with respect to the vibration direction of the S-polarized light beam L2. The axes have been adjusted to match. Thereby, the AF light is converted into linearly polarized light that vibrates in the x-axis direction (this light beam is denoted as L3). Here, the vibration direction of the light beam L3 transmitted through the λ / 2 plate 35 is orthogonal to the vibration direction of the light beam L1 after passing through the first polarizer 31 (FIG. 8C). The λ / 2 plate 35 preferably has an effective diameter substantially the same as the beam diameter. This is to prevent extra light (light beam L1 directed from the light source unit 20 toward the sample surface O or light reflected by the objective lens) from entering the λ / 2 plate 35.

λ/2板35により偏光状態に変化を受けたAF光(光束L3)は、ハーフミラー32により反射されて第2の偏光子36を通過する。このとき、第2の偏光子36の透過軸は、光束L3の偏光方向に一致しているため、この光束L3は透過する。一方、迷光(例えば対物レンズ41で反射した光)は、偏光方向が光束L1とほぼ一致している。そのため、第2の偏光子36の透過軸は光束L1に直交することとなり、このような迷光は第2の偏光子36を透過することができない。   The AF light (light beam L3) that has been changed in polarization state by the λ / 2 plate 35 is reflected by the half mirror 32 and passes through the second polarizer 36. At this time, since the transmission axis of the second polarizer 36 coincides with the polarization direction of the light beam L3, the light beam L3 is transmitted. On the other hand, the direction of polarization of stray light (for example, light reflected by the objective lens 41) substantially coincides with the light beam L1. For this reason, the transmission axis of the second polarizer 36 is orthogonal to the light beam L 1, and such stray light cannot pass through the second polarizer 36.

[第3の実施形態]
第1及び第2の実施形態に係る焦点維持装置10では、AF光の標本面Oに対する入射角をマスク23の開口部23aの位置(対物レンズ41の光軸に直交する面内での位置)で調整するように構成した場合について説明したが、図9に示す焦点維持装置100のように、光源としてファイバ210から射出する光を用い、対物レンズ41の光軸に対してこのファイバ210を偏芯させることにより、標本面Oに対するAF光の入射角を変化させることができる。この焦点維持装置100における光源部200は、図示しない光源からの光を導くファイバ210と、ファイバ210の射出端から射出されたAF光を略平行光束に変換するコリメートレンズ220と、コリメートレンズ220を透過したAF光を対物レンズ41の光軸に沿ってフォーカス光学系30に入射させるミラー230と、から構成される(第1の実施形態に係る焦点維持装置10と同一の構成については同一の符合を付し、詳細な説明を省略する)。この図9に示す焦点維持装置100では、対物レンズ41の光軸に対してファイバ210を偏芯させる代わりに、ミラー230を偏芯させることによりAF光の光軸に対する高さを変化させて標本面Oに対してブリュースター角で入射するように構成している。なお、ミラー230を用いずに、コリメートレンズ220から出射したAF光を直接フォーカス光学系30に入射させる場合には、ファイバ210の射出端及びコリメートレンズ220を一体に対物レンズ41の光軸に対して偏芯させるように構成する。
[Third Embodiment]
In the focus maintaining apparatus 10 according to the first and second embodiments, the incident angle of the AF light with respect to the specimen surface O is set to the position of the opening 23a of the mask 23 (position in a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens 41). However, as in the focus maintaining apparatus 100 shown in FIG. 9, the light emitted from the fiber 210 is used as a light source, and the fiber 210 is deviated with respect to the optical axis of the objective lens 41. By making the core, the incident angle of the AF light with respect to the specimen surface O can be changed. The light source unit 200 in the focus maintaining apparatus 100 includes a fiber 210 that guides light from a light source (not shown), a collimator lens 220 that converts AF light emitted from the exit end of the fiber 210 into a substantially parallel light beam, and a collimator lens 220. And a mirror 230 for allowing the transmitted AF light to enter the focus optical system 30 along the optical axis of the objective lens 41 (the same reference numerals are used for the same components as those in the focus maintaining apparatus 10 according to the first embodiment). And a detailed description is omitted). In the focus maintaining apparatus 100 shown in FIG. 9, instead of decentering the fiber 210 with respect to the optical axis of the objective lens 41, the height of the AF light with respect to the optical axis is changed by decentering the mirror 230. It is configured to be incident on the surface O at a Brewster angle. When the AF light emitted from the collimating lens 220 is directly incident on the focus optical system 30 without using the mirror 230, the exit end of the fiber 210 and the collimating lens 220 are integrated with the optical axis of the objective lens 41. To be eccentric.

この第3の実施形態に係る焦点維持装置100によれば、光源部200にマスクは不要となる。このとき、ビーム径が大きくなりすぎないように、焦点距離の短いコリメートレンズ220を用いてコリメートする必要がある。   According to the focus maintaining apparatus 100 according to the third embodiment, the light source unit 200 does not need a mask. At this time, it is necessary to collimate using a collimating lens 220 having a short focal length so that the beam diameter does not become too large.

なお、第1の実施形態から第3の実施形態以外に、光源部20から放射されたAF光を標本面Oに対してブリュースター角で入射させるために、第1の実施形態に記載の焦点維持装置10のフォーカス光学系30の第1の偏光子31とダイクロイックミラー34との間(より好ましくは、第1の偏光子31とオフセットレンズ33との間)に光源部から放射されたAF光の主光線に対して所定の角度をなすように平行平面板を配置してもよい。AF光の主光線と平行平面板とのなす角を変化させることにより、平行平面板を出射したAF光の光軸に対する高さを変化させることができる。   In addition to the first to third embodiments, in order to make the AF light emitted from the light source unit 20 incident on the sample surface O at the Brewster angle, the focus described in the first embodiment. AF light emitted from the light source unit between the first polarizer 31 and the dichroic mirror 34 of the focusing optical system 30 of the maintenance device 10 (more preferably, between the first polarizer 31 and the offset lens 33). A plane parallel plate may be arranged so as to form a predetermined angle with respect to the principal ray. By changing the angle formed between the principal ray of the AF light and the plane parallel plate, the height of the AF light emitted from the plane parallel plate with respect to the optical axis can be changed.

以上のように、AF光を標本面Oに対してブリュースター角で入射するように構成することにより、焦点維持に必要なAF光(標本面Oで反射したAF光)の信号強度のみを高感度で検出することができるので、焦点維持装置10,100による対物レンズ41の焦点位置の維持制度を向上させることができる。   As described above, by configuring the AF light to be incident on the sample surface O at the Brewster angle, only the signal intensity of the AF light necessary for maintaining the focus (AF light reflected from the sample surface O) is increased. Since it can detect with sensitivity, the maintenance system of the focus position of the objective lens 41 by the focus maintenance apparatuses 10 and 100 can be improved.

10 焦点維持装置 20 光源部 21 光源 22 コリメートレンズ
23 マスク 23a 開口部 30 フォーカス光学系
40 顕微鏡装置 41 対物レンズ
50 QPD(光検出部) 60 制御部
100 焦点維持装置 200 光源部 210 ファイバ
220 コリメートレンズ 230 ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Focus maintenance apparatus 20 Light source part 21 Light source 22 Collimating lens 23 Mask 23a Opening part 30 Focus optical system 40 Microscope apparatus 41 Objective lens 50 QPD (light detection part) 60 Control part 100 Focus maintenance apparatus 200 Light source part 210 Fiber 220 Collimating lens 230 mirror

Claims (8)

顕微鏡装置の対物レンズの焦点面を標本の所定の位置に維持する焦点維持装置であって、
光源部から放射されたフォーカス光を前記対物レンズを介して前記標本に照射するとともに、前記標本で反射した前記フォーカス光を光検出部に導くフォーカス光学系と、
前記光検出部から出力される検出信号に基づいて、前記対物レンズと前記標本との相対位置関係を変化させることで、前記対物レンズの焦点面を前記標本の所定の位置に維持する制御部と、を有し、
前記標本の反射面に対する前記フォーカス光の入射角度はブリュースター角であることを特徴とする焦点維持装置。
A focus maintaining device that maintains a focal plane of an objective lens of a microscope apparatus at a predetermined position of a specimen,
A focus optical system that irradiates the specimen with focus light emitted from a light source section via the objective lens, and that guides the focus light reflected by the specimen to a light detection section;
A control unit that maintains a focal plane of the objective lens at a predetermined position of the sample by changing a relative positional relationship between the objective lens and the sample based on a detection signal output from the light detection unit; Have
The focus maintaining apparatus, wherein an incident angle of the focus light with respect to a reflection surface of the specimen is a Brewster angle.
前記光源部は、
前記フォーカス光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記フォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、
前記略平行光を通過させる開口部が形成されたマスクと、を有することを特徴とする請求項1に記載の焦点維持装置。
The light source unit is
A light source that emits the focus light;
A collimating lens for converting the focus light emitted from the light source into a substantially parallel luminous flux;
The focus maintaining apparatus according to claim 1, further comprising: a mask having an opening through which the substantially parallel light passes.
前記フォーカス光の前記反射面への入射角度がブリュースター角となるような、前記対物レンズの瞳における前記光軸からの前記フォーカス光の入射高を形成するために、前記マスクの前記開口部の前記光軸からの高さを設定することを特徴とする請求項2に記載の焦点維持装置。   In order to form an incident height of the focus light from the optical axis at the pupil of the objective lens such that an incident angle of the focus light to the reflection surface is a Brewster angle, The focus maintaining apparatus according to claim 2, wherein a height from the optical axis is set. 前記マスクの前記開口部は円形形状に形成されており、当該開口部にガウシアンフィルタが取り付けられていることを特徴とする請求項2または3に記載の焦点維持装置。   The focus maintaining apparatus according to claim 2, wherein the opening of the mask is formed in a circular shape, and a Gaussian filter is attached to the opening. 前記フォーカス光学系は、平行平面板を有し、
前記フォーカス光の前記反射面への入射角度がブリュースター角となるような、前記対物レンズの瞳における前記光軸からの前記フォーカス光の入射高を形成するために、前記フォーカス光の主光線に対して所定の角度で前記平行平面板が配置されることを特徴とする請求項2に記載の焦点維持装置。
The focus optical system has a plane parallel plate,
In order to form an incident height of the focus light from the optical axis at the pupil of the objective lens such that an incident angle of the focus light on the reflection surface becomes a Brewster angle, The focus maintaining apparatus according to claim 2, wherein the plane-parallel plate is disposed at a predetermined angle with respect to the focus maintaining apparatus.
前記光源部は、
前記フォーカス光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記フォーカス光を導くファイバと、
前記ファイバから放射された前記フォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、を有し、
前記フォーカス光の前記反射面への入射角度がブリュースター角となるような、前記対物レンズの瞳における前記光軸からの前記フォーカス光の入射高を形成するために、前記ファイバ及び前記コリメートレンズの配置位置を設定することを特徴とする請求項1に記載の焦点維持装置。
The light source unit is
A light source that emits the focus light;
A fiber for guiding the focus light emitted from the light source;
A collimating lens that makes the focus light emitted from the fiber a substantially parallel light beam,
In order to form an incident height of the focus light from the optical axis at the pupil of the objective lens such that an incident angle of the focus light on the reflection surface becomes a Brewster angle, the fibers and the collimating lens The focus maintaining apparatus according to claim 1, wherein an arrangement position is set.
前記光源部は、
フォーカス光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記フォーカス光を導くファイバと、
前記ファイバから放射された前記フォーカス光を略平行光束にするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズから出射した前記フォーカス光を反射して前記フォーカス光学系に導くミラーと、を有し、
前記フォーカス光の前記反射面への入射角度がブリュースター角となるような、前記対物レンズの瞳における前記光軸からの前記フォーカス光の入射高を形成するために、前記ミラーの配置位置を設定することを特徴とする請求項1に記載の焦点維持装置。
The light source unit is
A light source that emits focus light;
A fiber for guiding the focus light emitted from the light source;
A collimating lens for converting the focus light emitted from the fiber into a substantially parallel luminous flux;
A mirror that reflects the focus light emitted from the collimator lens and guides the focus light to the focus optical system,
The arrangement position of the mirror is set in order to form an incident height of the focus light from the optical axis at the pupil of the objective lens so that an incident angle of the focus light on the reflection surface becomes a Brewster angle. The focus maintaining apparatus according to claim 1, wherein:
請求項1〜7のいずれか一項に記載の焦点維持装置を有することを特徴とする顕微鏡装置。   A microscope apparatus comprising the focus maintaining apparatus according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496527A (en) * 2019-08-26 2021-03-16 佳能株式会社 Optical device and article manufacturing method
CN112496527B (en) * 2019-08-26 2023-08-29 佳能株式会社 Optical device and article manufacturing method
US11878367B2 (en) 2019-08-26 2024-01-23 Canon Kabushiki Kaisha Optical device and article manufacturing method

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