JP2001083425A

JP2001083425A - 走査型共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JP2001083425A
Application number: JP26025799A
Authority: JP
Inventors: Hisao Osawa; 日佐雄大澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP4505663B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光観察により、広い領域を観察した場合でも
シェーディングの生じさせることなく良好な観察画像を
得ることのできる走査型共焦点顕微鏡を提供する。【解決手段】光源と、光源からの光束を標本上に集光す
る対物レンズと、光源からの光束を標本上で走査させる
ための走査光学系と、標本からの光束を検出するための
光検出器１０９と、光検出器の出力を演算する演算部と
を有する。光検出器１０９は、少なくとも一方向に配列
された複数の受光部３５を備える。演算部は、複数の受
光部３５の出力から、光検出器１０９に入射した光束３
００の中心３０１から予め設定されたｒ₀の範囲の光強
度の和を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査型光学顕微鏡、
特に共焦点走査型光学顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の走査型共焦点顕微鏡を図２
（ａ）、（ｂ）を用いて落射型の構成で簡単に説明す
る。レーザ光源２０１からの光は、ビームエキスパンダ
２０２で必要なビーム径の平行光束となり、ビームスプ
リッタ２０３を透過し、走査ユニット２０４に入る。走
査ユニット２０４は、図３のように、回転軸方向の直交
する１組のミラー２０４ａ，２０４ｂからなる。これら
のミラー２０４ａ，２０４ｂを回転させることにより、
光軸２３１に直交する２方向（ｘ、ｙ方向）について光
を走査する。走査ユニット２０４を出た平行光束は、走
査レンズ２１０により一次像面２１１に結像された後、
リレーレンズ２１２を通過することにより再び平行光束
となり、対物レンズ２１４によって標本２１５上に結像
される。リレーレンズ２１２と対物レンズ２１４との間
に配置されたミラー２１３は単純に光の方向を変化させ
ているだけであり必須のものではない。

【０００３】標本２１５上に結像されたレーザービーム
の像は点像となっており、点像の径は、対物レンズ２１
４のＮＡで決まる大きさである。標本２１５上の点像
（照射領域）からの反射光は、再び対物レンズ２１４で
集められ、照明光の光路を逆に進み、リレーレンズ２１
２で一次像面に結像した後、走査レンズ２１０で平行光
束となる。その後、走査ユニット２０４を通り、ビーム
スプリッター２０３で反射され、検出器レンズ２０６に
より遮光板２０７の開口２０８上に集光される。この開
口２０８を通過した光のみが光検出器２０９に到達でき
る。

【０００４】ここで、開口２０８上にできる集光点は、
標本２１５上での光スポットの像となっているため、こ
の像は、開口２０８を通過できる。よって、走査ユニッ
ト２０４の走査に同期させて、光検出器で光信号を検出
することにより、標本２１５の二次元的な像を得ること
ができる。このとき、標本２１５上の他の点から発生し
た光は、遮光板２０７の開口２０８からずれた位置に像
を結ぶため、遮光板２０７により遮られ、光検出器２０
９には、ほとんど到達できない。これにより、走査型共
焦点顕微鏡では、高い横分解能だけでなく、高い縦分解
能（深さ方向分解能）で標本２１５を観察できる顕微鏡
となる。

【０００５】また、このような反射光による観察だけで
はなく、標本２１５の照明光の照射領域で発生した蛍光
や散乱光についても、遮光板２０７の開口２０８を通過
させることにより、光検出器２０９で捉えることができ
る。例えば、蛍光観察の場合には、検出器レンズ２０６
とビームスプリッタ２０３との間に、標本２１５からの
反射光をカットするフィルタ２３１を挿入して、蛍光の
みを検出器レンズ２０６で集光させ、蛍光の集光位置に
開口２０８を配置する。

【０００６】なお、透過型顕微鏡の構成の場合には、蛍
光，散乱光，及び透過光の吸収の程度を捉えることがで
きる。

【０００７】さらに、走査型共焦点顕微鏡の高い縦分解
能の特徴を利用し、不図示の標本ステージを上下させな
がら、そのつど二次元像を取得していくと、標本２１５
の三次元的な観察も可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、走査型
共焦点顕微鏡では、標本２１５で発生する蛍光観察が可
能であるが、蛍光の波長は、照明レーザー光の波長とは
異なる。このため、標本２１５からの蛍光と照明レーザ
ー光の反射光とでは、対物レンズ２１４、リレーレンズ
２１２および走査レンズ２１０に倍率の色収差と焦点距
離の色収差（軸上色収差）が生じる。走査ユニット２０
４でレーザー光を大きな範囲で走査すると、色収差によ
り、蛍光の点像が遮光板２０７上を移動する。これの理
由を更に説明する。

【０００９】一次像面２１１には標本２１５の反射光の
像と蛍光の像とが結像されるが、対物レンズ２１４とリ
レーレンズ２１２の倍率の色収差があるため、蛍光の像
点と反射光の像点とは光軸からの距離が異なる。このた
め、一次像面２１１から光検出器２０９までの反射光の
光路と蛍光の光路が異なってしまい、蛍光の点像は、走
査ユニット２０４による走査に応じて遮光板２０７の面
上を移動する。

【００１０】また、対物レンズ２１４の軸上色収差のた
めに、対物レンズ２１４の瞳位置２２０がレーザー光と
蛍光とで異なる。従来の走査ユニット２０４のミラー２
０４ａ，２０４ｂは、対物レンズの瞳位置２２０とほぼ
共役な位置に配置されているため、レーザー光と蛍光と
で瞳位置２２０が異なると、ミラー２０４ａ，２０４ｂ
の反射角がレーザー光と蛍光とで異なってしまう。この
ため標本２１５からの蛍光が、照明レーザー光と同じ光
路を逆にたどることができなくなり、この理由によって
も遮光板２０７に蛍光の点像が、走査に応じて遮光板２
０７上で移動する。

【００１１】このように蛍光の点像が遮光板２０７を移
動すると、蛍光の点像が開口２０８からはずれ、蛍光に
よる観察像の周囲が暗くなってしまう、いわゆるシェー
ディングが起こる。この現象は、レーザー光と蛍光の２
波長を同じ光学系を通過させなければならない蛍光観察
に特有の問題である。これを避けるためには、光学系内
部で色収差を補正してゼロにするか、遮光板２０７の開
口２０８を極めて大きくする必要があった。しかしなが
ら、同じ波長のレーザー光を照射した場合であっても、
発せられる蛍光は標本２１５によりさまざまであること
から、光学系の色収差を補正するのは非常に困難であ
る。また、遮光板２０７の開口２０８を大きくすること
は、開口２０８を通過した光のみを捉えることで高い縦
横分解能を達成している共焦点顕微鏡の特長を失うこと
になる。これらの理由により、従来の技術ではシェーデ
ィングを十分小さく抑えた汎用の共焦点顕微鏡光学系を
用意することが困難であった。

【００１２】本発明は、これらの従来技術の問題点に鑑
みてなされたもので、蛍光観察により、広い領域を観察
した場合でもシェーディングを生じさせることなく良好
な観察画像を得ることのできる走査型共焦点顕微鏡を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば以下のような走査型共焦点顕微鏡が
提供される。すなわち、光源と、前記光源からの光束を
標本上に集光する対物レンズと、前記光源からの光束を
前記標本上で走査させるための走査光学系と、前記標本
からの光束を検出するための光検出器と、前記光検出器
の出力を演算する演算部とを有し、前記光検出器は、少
なくとも一方向に配列された複数の受光部を有し、前記
演算部は、前記複数の受光部の出力から、前記光検出器
に入射した光束の中心から予め設定された範囲の光強度
の和を求めることを特徴とする走査型共焦点顕微鏡であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。

【００１５】まず、図１（ａ），（ｂ）および図３
（ａ），（ｂ）を用いて本実施の形態の走査型共焦点顕
微鏡の構成について説明する。図１（ａ），（ｂ）のよ
うに、光軸２３１上には、レーザー光源２０１、ビーム
エキスパンダ２０２、ビームスプリッタ２０３、走査ユ
ニット２０４、走査レンズ２１０、リレーレンズ２１
２、ミラー２１３、対物レンズ２１４が順に配置されて
いる。また、ビームスプリッタ２０３により、光軸２３
１から分離された光軸２３２上には、ビームスプリッタ
２０３側から順に、抜き差し可能なフィルタ２４１、検
出器レンズ２０６、迷光除去板１０７、光検出器１０９
が配置されている。光検出器１０９および走査ユニット
２０４には、データ処理装置１０５が接続されている。

【００１６】本実施の形態の光検出器１０９およびデー
タ処理装置１０５は、従来とは異なる構成である。光検
出器１０９は、図３（ｂ）のように、光増幅パネル３０
を前面に備えたフォトダイオードアレイ３４である。こ
の光検出器１０９は、光増幅パネル３０の上面が、検出
器レンズ２０６の焦点（焦点距離ｆ）に位置するように
配置されている。光増幅パネル３０は、検出器レンズ２
０６側から順に光電変換層３１、マイクロチャンネルプ
レート３２、蛍光層３３を備える。この構成により、検
出器レンズ２０６から入射した光を、光電変換層３１で
いったん電子に変換し、マイクロチャンネルプレート３
２で増倍し、増倍した電子で蛍光層３３を発光させ、フ
ォトダイオードアレイ３４に入射させる。光増幅パネル
３０では、入射した光と増幅された出射光との位置関係
は、光増幅パネル３０の面内方向で維持される。また、
光増幅パネル３０の増幅率は、面内方向で一様である。

【００１７】フォトダイオードアレイ３４は、図３
（ａ）のように多数の受光セル３５をｘｙ方向に２次元
にアレイ状に配列したものである。ｘ方向の配列のピッ
チはＰ_x、ｙ方向の配列のピッチはＰ_yである。また、受
光セル３５のｘｙ方向の受光面サイズはＷ_x，Ｗ_yであ
る。よって、光検出器１０９の開口率は、（Ｗ_x／Ｐ_x）
・（Ｗ_y／Ｐ_y）で表される。データ処理装置１０５は、
フォトダイオードアレイ３４を構成する受光セル３５の
出力を処理する。処理方法については、後で詳しく説明
する。

【００１８】なお、迷光除去板１０７は、迷光を排除す
るために配置されたものであり、必須のものではない。

【００１９】走査ユニット２０４は、本実施の形態で
は、回転軸方向の直交する反射ミラー２０４ａと反射ミ
ラー２０４ｂ、および、これらの反射ミラー２０４ａ，
２０４ｂをそれぞれ回転駆動する駆動源を備えている。
反射ミラー２０４ａ，２０４ｂは、対物レンズ２１４の
瞳位置２２０と共役な、走査レンズ２１０の光源２０１
側焦点位置付近に配置されている。

【００２０】このような構成において、レーザ光源２０
１から出射された光は、ビームエキスパンダ２０２で必
要なビーム径の平行光束にされ、ビームスプリッタ２０
３を透過する。その後、走査ユニット２０４で、反射ミ
ラー２０４ａ，２０４ｂにより反射される。これによ
り、光軸２３１に直交する２方向（ｘ、ｙ方向）につい
て任意の走査角で走査される。

【００２１】走査ユニット２０４を出た平行光束は、走
査レンズ２１０により一次像面２１１に結像された後、
リレーレンズ２１２を通過することにより再び平行光束
となる。そして、対物レンズ２１４によって標本２１５
上に結像され、標本２１５上の点を照明する。リレーレ
ンズ２１２と対物レンズ２１４との間に配置されたミラ
ー２１３は、単純に光の方向を変化させている。

【００２２】標本２１５からの反射光および標本２１５
で発生した蛍光は、再び対物レンズ２１４で集められ、
照明光の光路を逆に進み、リレーレンズ２１２で一次像
面に結像した後、走査レンズ２１０で平行光束となる。
その後、走査ユニット６０１を照明光とは逆の光路で通
り、ビームスプリッター２０３で反射され、検出器レン
ズ２０６により、光検出器１０９の光増幅パネル３０の
上面に集光される。その際、検出器レンズ２０６と光検
出器１０９との間に配置されている迷光除去板１０７の
径の大きな開口１０８を通過することにより迷光が除去
される。標本２１５の蛍光像を観察する場合には、フィ
ルタ２４１を光軸２３２上に配置し、標本２１５からの
反射光をカットする。

【００２３】このときの、検出器レンズ２０６により、
光検出器１０９の光増幅パネル３０上に形成される光ス
ポット３００（図３（ａ））の強度分布をＩ（ｘ，ｙ）
とすると、ｘ方向にｍ番目、ｙ方向にｎ番目の受光セル
３５に入射する光強度Ｉ_mnは、下記数１のように表され
る。ただし、光増幅パネル３０が配置されているので、
実際の受光セル３５に入射する光強度は、光強度Ｉ_mnに
光増幅パネル３０の増幅率をかけたものであるが、光増
幅パネル３０の増幅率は、面内方向に一様であるので、
ここでは、増幅率を無視して説明する。

【００２４】

【数１】

【００２５】ここで、光スポット３００の径が、セルの
ピッチＰ_x，Ｐ_yに対して数倍〜数十倍であれば、下記数
２の光強度Ｉ_mnの重心計算により、光スポット３００の
重心３０１の座標（Ｓ_x，Ｓ_y）を、セルピッチの１／１
０程度の精度で求めることができる。

【００２６】

【数２】

【００２７】また、重心３０１を中心とした、予め定め
た半径ｒ₀の範囲の光強度Ｉ_xyは、光強度分布Ｉ（ｘ、
ｙ）から、下記数３から求めることができる。

【００２８】

【数３】

【００２９】そこで、データ処理装置１０５は、実際に
光検出器１０９の各受光セル３５から、受光した光強度
Ｉ_mnを示す出力を受け取り、これを上記数２に代入す
る。これにより、データ処理装置１０５は、光検出器１
０９に集光されている光スポット３００の重心３０１の
座標（Ｓ_x，Ｓ_y）を得る。つぎに、データ処理装置１０
５は、各受光セル３５の受光した光強度Ｉ_mnをフィッテ
ィングもしくは補間計算することにより、光スポット３
００の光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を求める。求めた光強度
分布Ｉ（ｘ、ｙ）と、オペレータから入力部１０５ａを
介して予め設定されている半径ｒ₀の値とを上記数３に
代入することにより、データ処理装置１０５は重心３０
１を中心とした半径ｒ₀の範囲に照射された光強度Ｉ_xy
を求める。

【００３０】データ処理装置１０５は、走査ユニット２
０４の走査量をモニタするか、もしくは、走査ユニット
２０４の走査のタイミングに同期させたタイミング生成
回路を用いて、走査と同じタイミングで上記光強度Ｉ_xy
を検出し、画像表示装置に光強度Ｉ_xyを表示させる。こ
れにより、標本２１５の蛍光の２次元画像を得ることが
できる。

【００３１】上記光強度Ｉ_xyは、光スポット３００の重
心３０１を中心に半径ｒ₀のピンホールを配置して光ス
ポット３００の光強度を計測したのと同等である。しか
も、重心３０１の座標（Ｓ_x，Ｓ_y）は、計測のつどデー
タ処理装置１０５が上記数２により計算するから、光ス
ポット３００が光検出器１０９上で移動した場合でも、
その移動に追従して、重心３０１を中心とした半径ｒ₀
の範囲の光強度Ｉ_xyを求めることができる。したがっ
て、照明レーザー光を大きな走査角で標本２１５上を走
査させることにより、光学系の色収差により蛍光の光ス
ポット３００が光検出器１０９上を移動しても、移動量
に関わらず常に重心３０１を中心とした半径ｒ₀の範囲
で光強度Ｉ_xyを求めることができる。よって、シェーデ
ィングを生じさせることなく、標本２１５の広い範囲を
観察することができる。

【００３２】また、蛍光観察ではなく、標本２１５から
の反射光を観察する場合は、フィルタ２４１を光軸２３
２から外すだけでよく、同様に標本２１５の広い範囲を
観察することができる。よって、本実施の形態の走査型
共焦点顕微鏡では、従来のように蛍光像観察時と反射光
像観察時とで開口２０８（図２（ａ））の位置を変更す
る必要はない。

【００３３】また、上述の構成では、データ処理装置１
０５が走査ユニット２０４の走査量に同期させて強度Ｉ
_xyを画像表示装置に表示させることにより、蛍光の二次
元観察像を構築しているが、蛍光の光スポット３００の
重心３０１の座標（Ｓ_x，Ｓ_y）が、光学系の色収差量と
走査ユニット２０４の走査角との積に比例することを利
用することにより、走査ユニット２０４の走査量を用い
ずに二次元画像を構築することもできる。すなわち、一
画面内で観察する蛍光の波長は、通常一波長であるか
ら、光学系の色収差量は一定値になり、重心３０１の座
標（Ｓ_x，Ｓ_y）は、走査ユニット２０４の走査量のみに
比例すると考えてよい。したがって、データ処理装置１
０５が求めた重心３０１の座標（Ｓ_x，Ｓ_y）と、オペレ
ータが入力部１０５ａに入力した色収差量（一定値）と
をもとに、走査角を求め、これに対応させて光強度Ｉ_xy
を表示させることにより、二次元観察画像を構築するこ
とができる。このように二次元観察画像を構成すると、
走査ユニット２０４の走査量をモニターする必要がなく
なるため、走査ユニット２０４の走査量の線形性が良好
でない場合でも正確な画像を構築できるという効果が得
られる。

【００３４】なお、データ処理装置１０５としては、デ
ジタルシグナルプロセッサー等の積和演算に特化した演
算装置を用いることにより、上述した計算を、１点あた
り数ｍ秒以下の高速で行うことが可能である。

【００３５】また、数２を用いる代わりに、受光セル３
５のうち出力が最も大きいいくつかのセル３５の出力を
用いることにより、重心３０１の座標を高速に推定する
こともできる。例えば、出力が最大のセル３５（ｘ方向
ｍ番目ｙ方向ｎ番目）の出力をＩ₀とし、ｘ方向につい
てその隣のセル３５（ｘ方向（ｍ＋１）番目ｙ方向ｎ番
目）の出力をＩ₁、逆隣のセル３５（ｘ方向（ｍ−１）
番目ｙ方向ｎ番目）の出力をＩ_-1とする。このとき、光
スポット３００の重心３０１が、ｘ方向ｍ番目ｙ方向ｎ
番目のセル３５の中心から距離Δｘだけ、ｘ方向（ｍ＋
１）番目ｙ方向ｎ番目のセル３５側にずれているとす
る。また、光スポット３００の径は、セルピッチＰ_xの
２．５倍であるとすると、隣り合うセル３５の信号強度
比Ｉ₁／Ｉ₀、Ｉ_-1／Ｉ₀と、距離Δｘとの関係は、以下
のようになる。

【００３６】 Δｘ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 I₁/I₀ 0.55 0.62 0.70 0.79 0.89 1.00 I_-1/I₀ 0.55 0.48 0.42 0.37 0.32 0.27 このように、Ｉ₁／Ｉ₀は単調増加、Ｉ_-1／Ｉ₀は単調減
少となる。よって、予め上記関係を計算により求めてお
き、実際のセル３５の出力うち出力最大のセルおよびそ
の両隣のセルの出力から求めたＩ₁／Ｉ₀、Ｉ_-1／Ｉ₀に
最も近い組み合わせを選択することにより、△ｘを求め
ることができる。同様に、ｙ方向についても、予め上記
関係を求めておき、実際のセル３５の出力から最も近い
組み合わせを選択することによりΔｙを求めることがで
きる。これにより、重心３０１の座標（Ｓ_x，Ｓ_y）の近
似値を求めることができる。

【００３７】また、上述の実施の形態では、光強度Ｉ_xy
を数３により計算しているが、二次元観察像の表示装置
の画素と、光検出器１０９のフォトダイオードアレイ３
４のセル３５とを１対１に対応させて、セル３５の出力
をそのまま一画素として表示させることもできる。この
場合、光検出器１０９の面上での光学系の色収差により
蛍光スポット３００が移動する範囲のセル３５の数と、
表示装置の画素数とが等しくなるようにしておくことが
望ましい。すなわち、Ｐ_x＝Ｗ_x／Ｄ_x，Ｐ_y＝Ｗ_y／Ｄ_y を満たすように設定することが望ましい。ただし、
Ｄ_x、Ｄ_yは、表示装置のｘ、ｙ方向の画素数である。こ
のようにすることで、数３の計算を行うことなく、セル
３５の出力をそのまま増幅等するだけで観察画像の構築
が可能である。

【００３８】また、上述の実施の形態では、セル３５の
出力から強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と重心３０１の座標とを
計算により求め、これらを用いて積分により光強度Ｉ_xy
を求めているが、出力最大のセル３５の位置を中心に、
予め定めた半径ｒ₀の範囲にあるセル３５の出力を単に
合計する演算処理によって、光強度Ｉ_xyを求めることも
できる。この処理方法の場合、簡単な計算で光強度Ｉ_xy
を求めることができ、セル３５の大きさが、光スポット
３００に対して十分に小さい場合には特に有効である。

【００３９】また、上述の実施の形態では、光増幅パネ
ル３０を配置し、光を増幅してからフォトダイオードア
レイ３４で検出しているため、光検出器１０９に到達し
た蛍光光束が微弱であってもフォトン単位で増幅して検
出できる。微弱な蛍光も、高感度に検出して蛍光観察画
像を構築できる。

【００４０】また、光検出器１０９としてＣＣＤ等の蓄
積作用のある光検出器を用いることも可能であり、この
場合には、光増幅パネル３０を省略することができる。

【００４１】また、光検出器１０９として、蛍光層３３
およびフォトダイオードアレイ３４を用いず、図４のよ
うにマイクロチャンネルプレート３２の増幅した電子を
面内方向に流すレジスティブアノード４０１を設け、流
れる電流のパルスの大きさ（波高）およびパルス数を波
高検出器４０２で検出する構成にすることができる。こ
の構成では、電子一つで電流パルス一つが発生し、電流
パルスの波高が、レジスティブアノード４０１を流れた
距離（抵抗の大きさ）に相関するため、波高の大きさか
ら入射した光の位置を検出することができる。また、そ
の位置に入射した光の強度は、発生した電子の数に相関
するため、パルスの数により入射光の大きさを検出でき
る。これにより、光強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を直接求める
ことができる。また、求めた入射光の位置および強度
を、数２のΣ記号を積分記号に変えた数式に代入するこ
とにより、重心３０１の座標を求めることができる。

【００４２】上述してきたように、本実施の形態の走査
型共焦点顕微鏡は、光検出器１０９として、複数のフォ
トダイオードアレイやＣＣＤや位置検出機能のある検出
器を用いることにより、光スポット３００が移動した場
合であっても、その重心から予め定めた半径ｒ₀の領域
の光強度を常に検出することができる。このため、色収
差により光スポット３００が移動しても、従来のように
遮光板の開口２０８（図２（ａ））によって光束が蹴ら
れるおそれがなく、一定の半径ｒ₀の開口を光スポット
３００の移動にともなって移動させながら検出したのと
同じ観察画像が得られる。

【００４３】また、光強度を検出する半径ｒ₀の値は解
像度に影響し、半径ｒ₀の値が小さいほど高解像度に、
半径ｒ₀の値が大きいほど検出感度が高くなるため、標
本２１５の状態に応じて、十分な検出感度が得られる程
度の小さなｒ₀に設定することが好ましい。本実施の形
態の走査型共焦点顕微鏡では、半径ｒ₀は数３の計算に
より用いる値であるため、入力部１０５ａからオペレー
タが任意の値を設定するだけで容易に半径ｒ₀を設定す
ることができる。また、光検出器２０９の測定結果をデ
ータ処理装置２０５内のメモリに格納しておくことによ
り、異なる半径ｒ₀が設定された場合にはメモリ内のデ
ータを用いて再計算するだけで、解像度の異なる観察画
像を得ることができる。これにより、従来のように、開
口の径を変更するために、遮光板２０７を開口径の異な
るものに交換して測定をやり直す必要がないため、劣化
しやすい標本２１５であっても再測定することなく、高
解像度で観察することができる。また、従来のように検
出感度を向上させるために、必要以上に大きな開口２０
８の遮光板２０７を配置する必要もない。

【００４４】以上のように、本実施の形態の走査型共焦
点顕微鏡は、色収差を持つ対物レンズ２１４等の光学系
を使っても、シェーディングを生じさせることがなく、
しかも、縦分解能が悪化することもない。このため、励
起レーザー光の波長と蛍光波長が離れている場合でも、
高い分解能での標本の観察が可能になる。また、対物レ
ンズの色収差の許容範囲が拡がるので、共焦点走査型蛍
光顕微鏡用対物レンズの設計が容易になる。さらに、光
検出器１０９として、光増幅機能もしくは蓄積型の検出
器を使うことにより、信号光が弱い場合でも、標本２１
５の観察画像の画質を良好にできる。

【００４５】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
蛍光観察により、広い領域を観察した場合でもシェーデ
ィングを生じさせることなく良好な観察画像を得ること
のできる走査型共焦点顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）本発明の一実施の形態の走査型
共焦点顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図２】（ａ），（ｂ）従来の走査型共焦点顕微鏡の構
成を示すブロック図。

【図３】図１の走査型共焦点顕微鏡の光検出器１０９に
ついての（ａ）フォトダイオードアレイの受光セル３５
の配列を示す説明図、（ｂ）断面の構成を示す説明図。

【図４】図１の走査型共焦点顕微鏡の光検出器１０９と
して用いることができる別の光検出器の構成を示す説明
図。

【符号の説明】

３０・・・光増幅プレート、３１・・・光電変換層、３
２・・・マイクロチャンネルプレート、３３・・・蛍光
層、３４・・・フォトダイオードアレイ、３５・・・受
光セル、１０５・・・データ処理装置、１０５ａ・・・
入力部、１０７・・・迷光除去板、１０８・・・開口、
１０９・・・光検出器、２０１・・・レーザー光源、２
０２・・・ビームエキスパンダ、２０３・・・ビームス
プリッタ、２０４・・・走査ユニット、２０４ａ、２０
４ｂ・・・反射ミラー、２０５・・・データ処理装置、
２０６・・・検出器レンズ、２０７・・・遮光板、２０
８・・・開口、２０９・・・光検出器、２１０・・・走
査レンズ、２１１・・・一次像面、２１２・・・リレー
レンズ、２１３・・・ミラー、２１４・・・対物レン
ズ、２１５・・・標本、２２０・・・対物レンズの瞳位
置、２３１、２３２・・・光軸、２４１・・・フィル
タ、３００・・・光スポット、３０１・・・重心、４０
１・・・レジスティブアノード、４０２・・・波高検出
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA51 DD00 DD12 FF42 GG04 HH03 JJ03 JJ18 JJ26 LL04 LL09 LL12 LL21 LL30 LL46 LL62 MM16 PP24 QQ00 QQ02 QQ14 QQ23 QQ26 QQ27 QQ28 QQ32 QQ51 SS02 SS13 UU07 2H052 AA07 AA08 AC15 AC34 AF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの光束を標本上に集
光する対物レンズと、前記光源からの光束を前記標本上
で走査させるための走査光学系と、前記標本からの光束
を検出するための光検出器と、前記光検出器の出力を演
算する演算部とを有し、前記光検出器は、少なくとも一方向に配列された複数の
受光部を備え、前記演算部は、前記複数の受光部の出力から、前記光検
出器に入射した光束の中心から予め設定された範囲の光
強度の和を求めることを特徴とする走査型共焦点顕微
鏡。
【請求項２】光源と、前記光源からの光束を標本上に集
光する対物レンズと、前記光源からの光束を前記標本上
で走査させるための走査光学系と、前記標本からの光束
を検出するための光検出器と、前記光検出器の出力を演
算する演算部とを有し、前記光検出器は、入射した光の位置および強度を対応さ
せて検出し、前記演算部は、前記光検出器の検出結果から、前記光検
出器に入射した光束の中心から予め設定された範囲の光
強度の和を求めることを特徴とする走査型共焦点顕微
鏡。
【請求項３】請求項１または２に記載の走査型共焦点顕
微鏡において、前記光検出器は、前記標本からの光束を
増幅して前記受光部に入射させる光増幅部を有すること
を特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項４】請求項１に記載の走査型共焦点顕微鏡にお
いて、前記受光部は、入射した光により電荷を発生さ
せ、それを蓄積して検出するものであることを特徴とす
る走査型共焦点顕微鏡。