JP2000310735A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡便な装置構成により色収差を低減する。 【解決手段】光源１と、この光源１から照射された光を
通すピンホール４ｂを有する回転ディスク４と、非球面
特性を有する回折レンズ８ｂを含み、ピンホール４ｂを
通過する光を試料面上に集光する対物レンズ８と、ピン
ホール４ｂを通過する試料９の焦点面からの光を撮像す
るＣＣＤカメラ１１と、このＣＣＤカメラ１１で撮像さ
れた画像を画像処理することにより試料９の共焦点画像
を得るコンピュータ１４とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小構造や
３次元構造の形状を観察・測定するのに用いられる共焦
点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、代表的な共焦点顕微鏡として、多
数のピンホールをそのピンホール径の１０倍の間隔で螺
旋状に配置したＮｉｐｋｏｗディスクと呼ばれているデ
ィスクを用いた共焦点顕微鏡が広く知られている。ま
た、このＮｉｐｋｏｗディスクを用いた共焦点顕微鏡の
光利用効率を向上させることを主目的として、国際公開
番号第９７／３１２８２号（Tony Wilson ,Rlmvydas Ju
skaitis：Ｏｘｆｏｒｄ大学）に改良したディスクを用
いた共焦点顕微鏡（以下、Tony Wilson型ディスクと記
す）が考案されている。

【０００３】これら共焦点顕微鏡の全体構成を、Tony W
ilson型ディスク（以下、回転ディスクと記す）を用い
た共焦点顕微鏡を例にとって図７を用いて説明する。

【０００４】ハロゲン光源又は水銀光源等の光源１から
出射される光は、光源からの光を均一光にするコリメー
タレンズ２を通って偏光ビームスプリッタ３で反射して
回転ディスク４１に入射する。回転ディスク４１は図示
しないモータの駆動により回転軸５を中心に一定の速度
で回転する。

【０００５】この回転ディスク４１の詳細な構成を図４
に示す。図４に示す回転ディスク４１はランダムピンホ
ール部４１ａと開口部４１ｂとが互いに対向する位置に
配置されており、ランダムピンホール部４１ａと開口部
４１ｂとの間には光を遮光する遮光部４１ｃ及び４１ｄ
が配置されている。ここで、ランダムピンホール部４１
ａは複数のピンホールがランダムに配置され、各々のピ
ンホール間の平均間隔がピンホール径とほぼ同一に形成
されている。また、開口部４１ｂは光が自由に通過でき
る領域である。

【０００６】この回転ディスク４１におけるランダムピ
ンホール部４１ａのピンホール又は開口部４１ｂを通過
した光はコンデンサレンズ７を介して対物レンズ８１に
より集光され、試料９に入射する。そして、試料９から
反射された光は対物レンズ８１を介して再度回転ディス
ク４１のピンホール又は開口部４１ｂを通過し、さらに
偏光ビームスプリッタ３を透過して集光レンズ１０を介
してＣＣＤカメラ１１に試料９の焦点位置近傍の像が結
像される。ＣＣＤカメラ１１は回転ディスク４１の回転
速度に同期して撮像タイミングが制御され、ランダムピ
ンホール部４１ａ及び開口部４１ｂを通過した２つの像
を撮像する。

【０００７】ＣＣＤカメラ１１の出力画像はコンピュー
タ１４に蓄積される。ランダムピンホール部４１ａで得
られた非共焦点成分と共焦点成分を含む画像データと、
開口部４１ｂから得られた非共焦点成分のみの画像デー
タは、コンピュータ１４で差分演算によって、共焦点画
像データに変換される。得られた共焦点画像データを基
に、モニタ１５に共焦点画像として表示される。

【０００８】なお、試料９を載置した不図示の水平移動
ステージをピエゾ素子によって、図中矢印に示す上下方
向に移動させて高さ方向の画像を複数蓄積し、その蓄積
した画像をコンピュータ１４により合成することで得ら
れる。

【０００９】以上のように構成されたTony Wilson型デ
ィスクを用いた共焦点顕微鏡では、Ｎｉｐｋｏｗディス
クを用いた場合と比較して光の利用効率が向上する。具
体的には、光源からの入射光に対して利用可能な試料か
らの反射光は０．５〜１．０％であったが、Tony Wilso
n型ディスクを用いた場合、２５〜５０％であり、より
明るい画像が得られると報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、回転ディ
スクを用いた共焦点顕微鏡によれば、共焦点効果を持つ
ピンホールによって、画像フレアをカットし、鮮明な画
像を得ることができる。しかしながら、上述した共焦点
顕微鏡のみでは、色収差による影響をすべて補正するこ
とは非常に困難であり、鮮明な共焦点顕微鏡を得ること
ができなかった。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、簡便な装置構成に
より色収差を低減した共焦点顕微鏡を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る共焦点顕微
鏡は、光源と、この光源から出射された光を通す透光パ
ターンを有する回転体と、非球面特性を有する回折光学
素子を含み、透光パターンを通過する光を試料面上に集
光する対物レンズ系と、透光パターンを通過する試料の
焦点面からの光を撮像する第１の撮像手段と、第１の撮
像手段で撮像された画像を画像処理することにより試料
の共焦点画像を得る画像処理手段とを具備してなること
を特徴とする。

【００１３】また、上記共焦点顕微鏡において、回折光
学素子と第１の撮像手段との光路上には、回折光学素子
の色収差を補正する光学素子が配置されていることを特
徴とする。

【００１４】また、上記共焦点顕微鏡において、画像処
理手段は、回折光学素子の色収差を補正するフィルタリ
ング部を備えていることを特徴とする。

【００１５】この結果、本発明によれば、共焦点顕微鏡
に色収差補正するための回折光学素子を対物レンズ系に
配置したので、共焦点画像における色収差を回折光学素
子で補正するとともに、回折光学素子によって生じる画
像のフレアを回転体の透光パターンで遮断することがで
きる。

【００１６】また、回折光学素子を含めた対物レンズ系
が構成されていることにより、回折光学素子を含まない
対物レンズ系と比較して色収差補正能力及び非球面効果
を高くすることができる。

【００１７】さらに、対物レンズ系に回折光学素子を用
いたことにより、回折光学素子を含む光学系の設計が容
易になり、その上、回折光学素子は薄肉性を有するた
め、装置全体の小型化も可能になる。

【００１８】また、本発明によれば、回折光学素子と第
１の撮像手段との光路上に、色収差を補正する光学素子
を配置したので、回折光学素子の色収差を補正すること
ができる。

【００１９】また、本発明によれば、画像処理手段に回
折光学素子の色収差を補正するフィルタリング部を備え
たので、回折光学素子の色収差を補正することができる
上に、当該機能を有する光学素子を設ける必要がないの
で、装置のさらなる小型化を可能にし、簡単な構成で明
るく鮮明な共焦点画像を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２１】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る共焦点顕微鏡の全体構成を示す図である。

【００２２】１は光源であり、水銀光源やハロゲン光源
等が用いられる。この光源１から出射される光の光路上
には、光源１からの光を均一光にするコリメータレンズ
２と、このコリメータレンズ２からの均一光を所定の方
向に反射させる偏光ビームスプリッタ３が配置されてい
る。また、この偏光ビームスプリッタ３で反射した光の
光路上には、この反射光の上流側から、反射光を透過す
る透光パターンを有する回転ディスク４，偏光ビームス
プリッタ６，コンデンサレンズ７，所定の分光透過率特
性を有する色補正フィルタ１６及び対物レンズ８が配置
されている。

【００２３】回転ディスク４の詳細な構成を図２（ａ）
に示す。この回転ディスク４は円板状のピンホール基板
４ａに多数のピンホール４ｂが等ピッチで螺旋状に形成
されている。なお、本実施形態では図２（ａ）に示す回
転ディスク４を用いて説明するが、図２（ｂ）に示すよ
うにピンホール４ｂ’がピンホール基板４ａ’にランダ
ムに配置された回転ディスク４’に置換することも可能
である。さらに、ピンホールの配置はこれらには限定さ
れず、マトリクス状配置や、等角螺旋配置等でもよい。

【００２４】偏光ビームスプリッタ６は、ピンホール４
ｂを通過した光を透過させてコンデンサレンズ７に入射
させるとともに、試料９からの光を、その光に対してほ
ぼ直角の方向に反射させる。

【００２５】対物レンズ８には、屈折レンズ８ａと、回
折レンズ８ｂが光軸上に直列に配置されている。コンデ
ンサレンズ７から出射した光はレンズ８ｂを介して屈折
レンズ８ａで集光される。

【００２６】また、この対物レンズ８における回折効率
の波長依存性は、所定の分光透過率特性を有する色補正
フィルタ１６を用いることにより、光学系全体としてほ
ぼ均一な分光透過率特性にすることができるため、色収
差をほぼ完全に解消することができる。

【００２７】対物レンズ８，色補正フィルタ１６，コン
デンサレンズ７及び偏光ビームスプリッタ６を介してピ
ンホール４ｂを通過する試料９からの光の光路上であっ
て、偏光ビームスプリッタ３のさらに下流側には集光レ
ンズ１０が配置されている。この集光レンズ１０は通常
用いられる屈折レンズであり、その焦点位置に置かれた
ＣＣＤカメラ１１に試料９の焦点位置近傍での像を結像
させる。この集光レンズ１０と同様に、偏光ビームスプ
リッタ６で反射された光の光路上には、通常用いられる
屈折レンズからなる集光レンズ１２が配置されており、
その焦点位置に置かれたＣＣＤカメラ１３に試料９から
の像を結像させる。

【００２８】ＣＣＤカメラ１１及び１３の撮像画像はコ
ンピュータ１４に出力され、該コンピュータ１４でＣＣ
Ｄカメラ１１及び１３で得た画像を画像処理してモニタ
１５に表示される。

【００２９】次に、本実施形態に係る共焦点顕微鏡の動
作を説明する。

【００３０】水銀光源、ハロゲン光源等の光源１から出
射される光は、コリメータレンズ２により均一光にさ
れ、偏光ビームスプリッタ３で反射して回転ディスク４
に入射する。回転ディスク４は図示しないモータの駆動
により回転軸５を中心に一定の速度で回転する。

【００３１】回転ディスク４におけるピンホール４ｂを
通過した光は偏光ビームスプリッタ６を透過し、コンデ
ンサレンズ７及び対物レンズ８を介して試料９上に照射
される。

【００３２】そして、試料９からの光は再び対物レンズ
８及びコンデンサレンズ７を介して偏光ビームスプリッ
タ６に入射する。偏光ビームプリッタ６に入射した光
は、そのまま偏光ビームスプリッタ６を透過して直進す
る光と、偏光ビームスプリッタ６により入射角度に対し
てほぼ直角の方向に反射する光に分岐する。偏光ビーム
スプリッタ６を透過して直進する光は、再度回転ディス
ク４のピンホール４ｂを通過し、さらに偏光ビームスプ
リッタ３を透過して集光レンズ１０を介してＣＣＤカメ
ラ１１に試料９の焦点位置近傍での像が結像される。Ｃ
ＣＤカメラ１１に撮像される像は、ピンホール４ｂを通
過した試料面像となる。

【００３３】一方、偏光ビームスプリッタ６で反射され
た光は集光レンズ１２を介してＣＣＤカメラ１３に試料
９の像が結像される。ＣＣＤカメラ１３に撮像される像
は、試料９からの光がピンホール４ｂを通過しない試料
面像となる。

【００３４】ＣＣＤカメラ１１及び１３の出力画像は、
コンピュータ１４に蓄積される。ＣＣＤカメラ１１で撮
像された画像データは、ピンホール４ｂを通して得られ
た非共焦点成分を含む共焦点画像データであり、ＣＣＤ
カメラ１３で撮像された画像データは、ピンホール４ｂ
を通さない非共焦点成分のみの画像データである。コン
ピュータ１４は、非共焦点成分を含む共焦点画像データ
から、非共焦点成分のみの画像データを差分演算するこ
とによって共焦点成分のみの共焦点画像データに変換す
る。得られた共焦点成分のみの共焦点画像データは、モ
ニタ１５に共焦点画像として表示される。

【００３５】なお、試料９の表面近傍の立体画像は、試
料９を載置した不図示の水平移動ステージをピエゾ素子
によって、図中矢印に示す上下方向に移動させて高さ方
向の画像を複数蓄積し、その蓄積した画像をコンピュー
タ１４により合成することで得られる。

【００３６】このように、本実施形態に係る共焦点顕微
鏡によれば、対物レンズ８に用いられる回折レンズ８ｂ
の非球面特性及びその単純な構成により、通常の対物レ
ンズに比較して容易に色収差が補正できる。また、対物
レンズ８と並列に所定の分光透過率特性を有する色補正
フィルタ１６が配置され、光学系全体としてほぼ均一な
分光透過率特性とすることができ、色収差をほぼ完全に
解消することができる。さらに、回折レンズ８ｂを用い
ることにより発生するフレアは、ピンホール４ｂの共焦
点効果により除去することができる。従って、所定の観
察面に焦点の合った鮮明な共焦点画像が得られる。

【００３７】（第２実施形態）図３は本発明の第２実施
形態に係る共焦点顕微鏡の全体構成を示す図である。以
下の実施形態においては、上記実施形態と同様の構成に
は共通の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施形
態は、Tony Wilson型ディスクを用いた共焦点顕微鏡に
本発明を適用した例を示す。

【００３８】図３に示すように、ハロゲン光源や水銀光
源等の光源１から出射される光はコリメータレンズ２に
より均一光にされ、偏光ビームスプリッタ３で反射して
回転ディスク４１に入射する。回転ディスク４１は図示
しないモータの駆動により回転軸５を中心に回転する。

【００３９】回転ディスク４１の詳細な構成を図４に示
す。

【００４０】図４に示す回転ディスク４１はランダムピ
ンホール部４１ａと開口部４１ｂとが互いに対向する位
置に配置されている。また、ランダムピンホール部４１
ａと開口部４１ｂとの間には光を遮光する遮光部４１ｃ
及び４１ｄが配置されている。ここで、ランダムピンホ
ール部４１ａは複数のピンホールがランダムに配置さ
れ、各々のピンホール間の平均間隔がピンホール径とほ
ぼ同一に形成されている。開口部４１ｂは光が自由に通
過できる領域である。

【００４１】この回転ディスク４１におけるランダムピ
ンホール部４１ａのピンホール又は開口部４１ｂを通過
した光は、コンデンサレンズ７を介し、さらに対物レン
ズ４２により試料面上に集光される。

【００４２】対物レンズ４２は、屈折レンズ４２ａ及び
回折レンズ４２ｂから構成される。回折レンズ４２ｂと
しては、例えば薄肉レリーフ型回折素子が用いられ、こ
の場合、断面形状をブレーズ形状にすることにより、特
定の波長及び回折次数においてのみほぼ１００％の回折
効率を得ることができる。逆に言えば、この回折レンズ
４２ｂは波長により回折効率が異なるものである。

【００４３】試料９からの光は対物レンズ４２及びコン
デンサレンズ７を介して再度回転ディスク４１のピンホ
ール又は開口部４１ｂを通過し、さらにビームスプリッ
タ３を透過し、集光レンズ１０を介してＣＣＤカメラ４
３に試料９の焦点位置近傍の像が結像される。ＣＣＤカ
メラ４３は回転ディスク４１の回転速度に同期して撮像
タイミングが制御され、ランダムピンホール部４１ａ及
び開口部４１ｂを通過した２つの画像を撮像する。

【００４４】ＣＣＤカメラ４３の出力画像はコンピュー
タ４４に蓄積される。この蓄積される出力画像は、ラン
ダムピンホール部４１ａで得られた非共焦点成分を含む
共焦点画像データと、開口部４１ｂから得られた非共焦
点成分のみの画像データとを差分演算することによっ
て、共焦点成分のみの共焦点画像データに変換する。得
られた共焦点画像データは、モニタ１５に共焦点画像と
して表示される。

【００４５】次に、ＣＣＤカメラ４３とコンピュータ４
４の詳細な構成を説明する。

【００４６】ＣＣＤカメラ４３は３つの撮像素子４３ａ
〜４３ｃを有し、それぞれＲＧＢの３原色光に対応した
撮像信号が得られるようになっている。これにより、感
度、解像度及び色調に優れ、ダイナミックレンジが広
く、色解像度が高い画像が得られる。また、全体が３個
のプリズムブロック４３ｄ〜４３ｆで入射光線を透過あ
るいは反射させて色分離を行うので、光利用効率が高
い。このようにＣＣＤカメラ４３から得られたＲ信号，
Ｇ信号及びＢ信号は、それぞれ独立した信号としてコン
ピュータ４４に入力される。

【００４７】コンピュータ４４内にはフィルタリング部
４４’が設けられており、ＣＣＤカメラ４３から入力さ
れた各撮像信号は、このフィルタリング部４４’による
画像処理により回折レンズ４２ｂの波長依存性が補償さ
れる。このフィルタリング部４４’のフィルタリング特
性曲線を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示す横軸は波
長、縦軸は画像係数を表している。図５（ａ）は、各波
長に対して、差分演算によって得られた共焦点成分のみ
の共焦点画像データに乗ずる画像係数を示している。な
お、この特性曲線すなわち、波長に対応した画像係数デ
ータはコンピュータ４４内のルックアップテーブル等に
蓄積されている。

【００４８】また、回折レンズ４２ｂを通過する波長と
回折効率の関係を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）におい
て、横軸は波長、縦軸は回折効率である。

【００４９】図５（ｂ）に示される回折効率の波長依存
性を補償すべく、各々の波長（すなわちＲ，Ｇ，Ｂ信
号）に対応した差分演算によって得られた共焦点成分の
みの共焦点画像データに、図５（ａ）に基づいた各々の
画像係数を乗ずることにより、各画像データの明るさが
均一となる。よってＲ，Ｇ，Ｂ画像信号を合成して得ら
れる共焦点画像データは、色収差がほぼ完全に解消した
鮮明な画像とすることができる。従って、フィルタリン
グ部４４’は第１実施形態で示した色補正フィルタと同
じ作用を有するため、本実施形態における対物レンズ４
２には色補正フィルタは必要とされない。

【００５０】なお、光学系全体の分光透過率に影響する
要因としては、コンデンサレンズ７及び屈折レンズ４２
ａの分光透過率も考えられるが、これは回折レンズ４２
ｂを含まない通常のレンズ系と同様であり、しかも回折
レンズ４２ｂにおける回折効率の波長依存性に比較して
影響は小さいため、回折レンズ４２ｂにおける回折効率
の波長依存性のみを補償するフィルタリング特性を持つ
フィルタリング部４４’を用いればいよい。

【００５１】なお、試料９の表面近傍の立体画像は、試
料９を載置した不図示の水平移動ステージをピエゾ素子
によって、図中矢印に示す上下方向に移動させて高さ方
向の画像を複数蓄積し、その蓄積した画像をコンピュー
タ４４により合成することで得られる。

【００５２】このように本実施形態によれば、第１実施
形態と同様の効果を奏するとともに、ＣＣＤカメラ４３
で異なる波長毎に独立して撮像し、得られた波長毎の撮
像信号をフィルタリング部４４’で画像処理することに
より、光学系内に色補正フィルタを用いることなく色収
差の影響をほぼ完全に解消することができる。また、色
補正フィルタを用いないため、対物レンズ４２を薄肉化
することができ、かつ画像全体を明るくして鮮明な観察
画像を得ることが可能となる。

【００５３】本発明はこの実施形態に限定されるもので
はない。ディスク４１の構成には限定されず、例えば、
ディスク４１のランダムピンホール部４１ａを透光部と
遮光部が交互に配置されたラインパターン部に置換して
もよく、遮光部４１ｃ及び４１ｄを挟んで共焦点成分及
び非共焦点成分の双方を含む画像を通す領域と、非共焦
点成分のみを通す領域が形成されているものであれば特
に限定されるものではない。

【００５４】（第３実施形態）図６は本発明の第３実施
形態に係る共焦点顕微鏡の全体構成を示す図である。

【００５５】水銀光源等の光源１から出射される光はコ
リメータレンズ２により均一光にされ、偏光ビームスプ
リッタ３で反射して回転ディスク４に入射する。回転デ
ィスク４は図示しないモータの駆動により回転軸５を中
心に一定の速度で回転する。回転ディスク４の構成は、
第１実施形態と同様に図２（ａ）に示すような螺旋状配
置のピンホールパターンでも、図２（ｂ）に示すような
ランダムピンホールパターンであってもよく、またこれ
らのパターン配置には限定されない。

【００５６】この回転ディスク４におけるピンホール４
ｂを通過した光は偏光ビームスプリッタ６を透過し、コ
ンデンサレンズ７を介し、さらに対物レンズ４２により
試料面上に集光する。そして、試料９からの光、ここで
は試料９から反射された光は対物レンズ４２及びコンデ
ンサレンズ７を介して偏光ビームスプリッタ６に入射す
る。

【００５７】偏光ビームスプリッタ６に入射した光は、
そのまま偏光ビームスプリッタ６を透過して直進する光
と、偏光ビームスプリッタ６により入射角度に対してほ
ぼ直角の方向に反射する光に分岐する。偏光ビームスプ
リッタ６を透過して直進する光は、再度回転ディスク４
のピンホール４ｂを通過し、さらに偏光ビームスプリッ
タ３を透過して集光レンズ１０を介してＣＣＤカメラ４
３に試料９の焦点位置での像が結像される。

【００５８】一方、偏光ビームスプリッタ６で反射した
光は集光レンズ１２を介してＣＣＤカメラ７１に試料９
の焦点位置での像が結像される。

【００５９】ＣＣＤカメラ４３及び７１の撮像画像はコ
ンピュータ４４に画像データとして蓄積される。ＣＣＤ
カメラ４３で撮像された画像データは、ピンホール４ｂ
を通して得られた非共焦点成分を含む共焦画像データで
あり、ＣＣＤカメラ７１で撮像された画像データは、ピ
ンホール４ｂを通さない非共焦点成分のみの画像データ
である。コンピュータ４４は、非共焦点成分を含む共焦
点画像データから非共焦点成分のみの画像データを差分
演算することによって共焦点成分のみの画像データに変
換する。得られた共焦点画像データは、モニタ１５に共
焦点画像として表示される。

【００６０】ＣＣＤカメラ４３及び７１の構成は第２実
施形態と同様に、異なる波長域の信号を独立して撮像す
ることができる。またコンピュータ４４も、第２実施形
態と同様に、ＣＣＤカメラ４３及び７１からの撮像信号
を図５（ａ）に示すフィルタリング特性を有するフィル
タリング部４４’で画像処理することで、ほぼ均一な分
光透過率特性を有する光学系で得られたのと同様の画像
データを得ることができ、これにより色収差の影響をほ
ぼ完全に解消することができる。

【００６１】なお、試料９の表面近傍の立体画像は、試
料９を載置した不図示の水平移動ステージをピエゾ素子
によって、図中矢印に示す上下方向に移動させて高さ方
向の画像を複数蓄積し、その蓄積した画像をコンピュー
タ４４により合成することで得られる。

【００６２】このように本実施形態によれば、第１実施
形態と同様に非共焦点成分を含む共焦点画像データから
非共焦点成分のみの画像データを差分演算することによ
り、共焦点画像を効果的に抽出することができる。ま
た、第２実施形態と同様に、ＣＣＤカメラ４３及び７１
で異なる波長域毎に独立して撮像し、得られた波長毎の
撮像信号をフィルタリング部４４’で画像処理する事に
より、対物レンズに色補正フィルタを用いることなく色
収差の影響をほぼ完全に解消することができる。従っ
て、色補正フィルタの挿入部又は設置部を光学系に設け
る必要が無く、対物レンズ４２を薄肉化することができ
るとともに、色補正フィルタを用いることにより生じる
低・高波長に対する光透過率の低下が無く、画像全体が
明るくなり、鮮明な観察画像を得ることができる。

【００６３】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。各実施形態で示したディスクの構成には限定さ
れず、ディスク状のものに限らず、円筒状のもの、ベル
ト状のものなどにも適用することができる。さらに、デ
ィスク、円筒状・ベルト状等の回転体のみならず、マト
リクス状に液晶素子が配置された液晶装置に置換しても
本発明を適用可能である。この液晶装置を用いる場合に
は、それぞれの液晶素子への電圧の印加をオンオフ制御
して光を透過する微小領域をマトリクス走査することに
より、回転体を回転させるのと同じ効果を得ることがで
きる。

【００６４】また、上述した実施形態、例えば第１実施
形態では、色補正フィルタを光路上に配置していたが、
特性波長の画像をモニタ上で観察する場合、色補正フィ
ルタを配置しなくても良い。

【００６５】第２及び第３実施形態では、試料面像の撮
像方式として、撮像素子を３個用いて撮像する３板式を
用いたが、撮像素子１個により撮像する単板式や、２板
式、４板式等であってもよい。また、撮像画像の色特性
をさらに改善するため、各光路にトリミングフィルタを
配置することにより、色再現性が優れ、色調の良いカラ
ー画像が得られる。

【００６６】また、第２及び第３実施形態において、差
分演算で得られたＲ，Ｇ，Ｂ画像信号である共焦点成分
のみの共焦点画像データに、図５（ａ）のＲ，Ｇ，Ｂ信
号の波長に応じた画像係数を乗じて共焦点画像を得てい
る。左記のように共焦点画像を得る以外に、図２の回転
ディスク４’や図４の回転ディスク４１を利用したTony
Wilson型回転ディスクを用いた共焦点顕微鏡におい
て、非共焦点成分を含む共焦点画像データと、ある任意
の値を乗じた非共焦点成分のみの非共焦点画像データと
の間の差分演算を行った後に、図５（ａ）の画像係数を
乗じてもよい。その結果、非共焦点成分が少ないすなわ
ち、コントラストがよくフレアが少ない鮮明な共焦点画
像を得ることができる。

【００６７】また、上述した実施形態では、試料からの
反射光を撮像していたが、これに限られるものではな
く、例えば簡単な設計変更を行うことで、容易に試料か
らの蛍光も撮像できる。

【００６８】なお、この明細書には、以下の発明が含ま
れることを確認する。

【００６９】（１）光源と、この光源から照射された光
を通す透光パターンを有する光遮蔽部材と、回折光学素
子を含む光学系により構成され、前記透光パターンを通
過する光を試料面上に集光する対物レンズ系と、前記試
料から反射した光が前記透光パターンを通過した試料面
像を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された画
像を画像処理することにより前記試料面の共焦点像を得
る画像処理手段とを具備してなり、前記透光パターンの
位置は、前記試料及び前記撮像手段の位置に対して前記
光遮蔽部材において移動可能に設定されてなることを特
徴とする共焦点顕微鏡。

【００７０】（２）光遮蔽部材は、マトリクス状に複数
の液晶素子が配置された液晶装置である。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、回
折光学素子を含めて対物レンズ系が構成されるため、簡
便な装置構成により色収差を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る共焦点顕微鏡の全
体構成を示す図。

【図２】本発明の対象とする回転ディスクの詳細な構成
を示す図。

【図３】本発明の第２実施形態に係る共焦点顕微鏡の全
体構成を示す図。

【図４】本発明の対象とする回転ディスクの詳細な構成
を示す図。

【図５】同実施形態に係る画像処理手段の特性を示す
図。

【図６】本発明の第３実施形態に係る共焦点顕微鏡の全
体構成を示す図。

【図７】従来の共焦点顕微鏡の全体構成を示す図。

【図８】回折素子及び色補正フィルタの波長依存性を示
す図。

【符号の説明】

１…光源 ２，７…コリメータレンズ ３，６…偏光ビームスプリッタ ４，４１…回転ディスク ５…回転軸 ８，４２…対物レンズ ８ａ…屈折レンズ ８ｂ…回折レンズ ９…試料 １０，１２…集光レンズ １１，１３，４３，７１…ＣＣＤカメラ １４，４４…コンピュータ １５…モニタ １６…色補正フィルタ ４２ａ…屈折レンズ ４２ｂ…回折レンズ ４３ａ〜４３ｃ，７１ａ〜７１ｃ…撮像素子 ４３ｄ〜４３ｆ，７１ｄ〜７１ｆ…プリズムブロック ４４’…フィルタリング部

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１２月１６日（１９９９．１２．
１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、回転ディ
スクを用いた共焦点顕微鏡によれば、共焦点効果を持つ
ピンホールによって、画像フレアをカットし、鮮明な画
像を得ることができる。しかしながら、上述した共焦点
顕微鏡のみでは、色収差による影響をすべて補正するこ
とは非常に困難であり、鮮明な共焦点画像を得ることが
できなかった。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る共焦点顕微
鏡は、光源と、この光源から出射された光を通す透光パ
ターンを有する回転体と、非球面特性を有する回折光学
素子を含み、前記透光パターンを通過する光を試料面上
に集光する対物レンズ系と、前記透光パターンを通過し
た試料の焦点面からの光を撮像する撮像手段と、この撮
像手段で撮像された画像を画像処理することにより前記
試料の共焦点画像を得る画像処理手段と、を具備してな
ることを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、上記共焦点顕微鏡において、回折光
学素子と撮像手段との光路上には、前記回折光学素子に
対応する分光透過率特性を有する光学素子が前記回折光
学素子と組み合わせて配置されていることを特徴とす
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、共焦点顕微鏡において、画像処理手
段は、前記回折光学素子の回折効率の波長依存性を補償
する分光透過率特性を有するフィルタリング部を備えて
いることを特徴とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】また、本発明によれば、回折光学素子と撮
像手段との光路上に、前記回折光学素子に対応する分光
透過率特性を有する光学素子が前記回折光学素子と組み
合わせて配置されていることにより、光学系全体として
ほぼ均一な分光透過率特性とすることができる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】ＣＣＤカメラ４３及び７１の撮像画像はコ
ンピュータ４４に画像データとして蓄積される。ＣＣＤ
カメラ４３で撮像された画像データは、ピンホール４ｂ
を通して得られた非共焦点成分を含む共焦点画像データ
であり、ＣＣＤカメラ７１で撮像された画像データは、
ピンホール４ｂを通さない非共焦点成分のみの画像デー
タである。コンピュータ４４は、非共焦点成分を含む共
焦点画像データから非共焦点成分のみの画像データを差
分演算することによって共焦点成分のみの画像データに
変換する。得られた共焦点画像データは、モニタ１５に
共焦点画像として表示される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 この光源から出射された光を通す透光パターンを有する
   回転体と、 非球面特性を有する回折光学素子を含み、前記透光パタ
   ーンを通過する光を試料面上に集光する対物レンズ系
   と、 前記透光パターンを通過した試料の焦点面からの光を撮
   像する第１の撮像手段と、 この第１の撮像手段で撮像された画像を画像処理するこ
   とにより前記試料の共焦点画像を得る画像処理手段とを
   具備してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記回折光学素子と前記第１の撮像手段
   との光路上には、前記回折光学素子の色収差を補正する
   光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１に
   記載の共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記画像処理手段は、 前記回折光学素子の色収差を補正するフィルタリング部
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の共焦点
   顕微鏡。