JP2003084207A - Confocal microscope - Google Patents

Confocal microscope

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JP2003084207A
JP2003084207A JP2002165124A JP2002165124A JP2003084207A JP 2003084207 A JP2003084207 A JP 2003084207A JP 2002165124 A JP2002165124 A JP 2002165124A JP 2002165124 A JP2002165124 A JP 2002165124A JP 2003084207 A JP2003084207 A JP 2003084207A
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light
confocal microscope
sample
illumination
light source
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Yasuhisa Nishiyama
泰央 西山
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0044Scanning details, e.g. scanning stages moving apertures, e.g. Nipkow disks, rotating lens arrays

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal microscope capable of forming a three- dimensional image which makes it possible to observe an oblique surface part of a sample and is more accurate. SOLUTION: The confocal microscope is equipped with light sources 1 and 13, a rotary disk 4 which has light transmission parts and light shading parts formed in specific pattern, 1st lighting optical systems 2 and 3 which guide the light from the light sources to the rotary disk 4, an objective 6 which irradiates a sample 7 with the light from the rotary disk 4, and 2nd lighting optical system 12 and 14 which light up the sample 7 along optical paths different from those of the 1st lighting optical system 2 and 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高いセクショニン
グ効果を持つ共焦点顕微鏡に関する。
The present invention relates to a confocal microscope having a high sectioning effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、共焦点顕微鏡は、ディスクスキ
ャン型とレーザー走査型の二種類が良く知られており、
この内、ディスクスキャン型共焦点顕微鏡は、通常の顕
微鏡と比較して試料の横方向分解能が高いだけでなく、
試料の高さ方向(Z方向)に非常に高いセクショニング
効果を持つという大きな特徴を有している。そのため、
ディスクスキャン型共焦点顕微鏡と画像処理技術とを組
み合わせることにより、試料の3次元画像構築が可能で
あるという優れた特徴を有している。
2. Description of the Related Art Generally, two types of confocal microscopes, a disk scan type and a laser scan type, are well known.
Among them, the disk scan confocal microscope not only has a high lateral resolution of the sample as compared with a normal microscope,
It has a great feature that it has a very high sectioning effect in the height direction (Z direction) of the sample. for that reason,
It has an excellent feature that it is possible to construct a three-dimensional image of a sample by combining a disk scan confocal microscope and image processing technology.

【0003】図11は、ディスクスキャン型共焦点顕微
鏡の代表的な構成例を示している。このディスクスキャ
ン型共焦点顕微鏡には、目視観察と撮像装置(CCDカ
メラ)による観察との二通りの観察方法があるが、ここ
ではCCDカメラを用いた例を示している。図に示す如
く、光源1から出射した照明光は、コリメターレンズ2
を通ってハーフミラー3に入射し、ここで反射されてマ
スクパターン部材としての回転ディスク4を照明する。
この回転ディスク4は、例えばニポウディスクと呼ばれ
る螺旋状に複数のピンホールが形成されたものである
が、他にスリットパターンが形成されたものも知られて
いる。この回転ディスク4は、モーター5の回転軸5a
に取り付けられていて、所定の回転速度で回転される。
回転ディスク4に照射された照明光は、回転ディスク4
に形成された複数のピンホールを通過し、対物レンズ6
により試料7上に結像される。
FIG. 11 shows a typical configuration example of a disk scan type confocal microscope. This disc scan type confocal microscope has two types of observation methods, that is, visual observation and observation by an image pickup device (CCD camera). Here, an example using a CCD camera is shown. As shown in the figure, the illumination light emitted from the light source 1 is reflected by the collimator lens 2
Then, the light enters the half mirror 3 and is reflected there to illuminate the rotating disk 4 as a mask pattern member.
The rotary disc 4 is, for example, a Nipkow disc having a plurality of pinholes formed in a spiral shape, but a disc having a slit pattern is also known. The rotating disk 4 is a rotating shaft 5a of the motor 5.
It is attached to and is rotated at a predetermined rotation speed.
The illumination light emitted to the rotating disc 4 is
Through the plurality of pinholes formed in the
An image is formed on the sample 7 by.

【0004】試料7からの反射光は、再び対物レンズ6
及び回転ディスク4のピンホールを介してハーフミラー
3を透過し、集光レンズ8を通ってCCDカメラ9に入
射する。コンピュータ10は、CCDカメラ9から出力
された画像信号を取り込み、画像処理を行って所望の画
像データを記憶すると共に、モニタ11に画像を表示す
る。
The reflected light from the sample 7 is returned to the objective lens 6 again.
Then, the light passes through the half mirror 3 through the pinhole of the rotating disk 4, passes through the condenser lens 8, and enters the CCD camera 9. The computer 10 captures the image signal output from the CCD camera 9, performs image processing to store desired image data, and displays the image on the monitor 11.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このディス
クスキャン型共焦点顕微鏡においては、回転ディスク4
のピンホールを通過した照明光が対物レンズ6を介して
試料7を照射し、その反射光が再び対物レンズ6に戻っ
て回転ディスク4のピンホールとハーフミラー3を介し
て集光レンズ8によりCCDカメラ9上に結像するよう
になっているため、試料7が図12に示すような三次元
構造を有していて、その外面の傾斜角が著しく大きい
(急峻である)場合、この傾斜面での反射光は対物レン
ズ8の開口外へ反射してしまい、対物レンズ8には戻ら
ない。そのため、CCDカメラ9上に形成される像は反
射光の不足で非常に暗い像となり、画像にならない恐れ
がある。この結果、部分的な三次元画像しか構築できな
いという問題があった。
By the way, in this disk scan type confocal microscope, the rotating disk 4 is used.
The illumination light that has passed through the pinhole illuminates the sample 7 through the objective lens 6, and the reflected light returns to the objective lens 6 again, and passes through the pinhole of the rotating disk 4 and the half mirror 3 by the condenser lens 8. Since the image is formed on the CCD camera 9, when the sample 7 has a three-dimensional structure as shown in FIG. 12 and the inclination angle of its outer surface is extremely large (steep), this inclination The reflected light on the surface is reflected outside the aperture of the objective lens 8 and does not return to the objective lens 8. Therefore, the image formed on the CCD camera 9 may be a very dark image due to lack of reflected light, and may not be an image. As a result, there is a problem that only a partial three-dimensional image can be constructed.

【0006】この場合、開口数の大きい対物レンズに切
り替えることにより、ある程度までは反射光を対物レン
ズの開口内に取り込むことは可能であるが、開口数の大
きい対物レンズは動作距離が小さいため適用できる試料
が限られてしまったり、倍率の制約があったりして様々
な試料に使用することは難しい。
In this case, it is possible to take the reflected light into the aperture of the objective lens to some extent by switching to the objective lens with a large numerical aperture, but the objective lens with a large numerical aperture has a small working distance and is therefore applied. It is difficult to use it for various samples because the number of samples that can be produced is limited and the magnification is limited.

【0007】本発明は、上記の如き従来技術の有する問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、試料の急峻な斜面部分をも観察でき、より正確な
三次元画像が構築できる共焦点顕微鏡を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above. The purpose of the present invention is to observe a steep slope portion of a sample and to obtain a more accurate three-dimensional image. It is to provide a confocal microscope that can be constructed.

【0008】上記の目的を達成するため、本発明による
共焦点顕微鏡は、光源と、所定のパターンで光透過部と
光遮光部が形成されたマスクパターン部材と、前記光源
からの光を前記マスクパターン部材に導く第1の照明光
学系と、前記マスクパターン部材からの光を試料上に照
射する対物レンズとを備えた共焦点顕微鏡であって、前
記第1の照明光学系の光路とは異なる光路で試料を照明
する第2の照明光学系を備えている。本発明によれば、
上記共焦点顕微鏡は、前記第1の照明光学系からの照明
と前記第2の照明光学系からの照明を切り替える切替機
構を備えている。また、本発明によれば、前記マスクパ
ターン部材は、前記所定のパターンが形成された遮光パ
ターン領域と、光透過領域とからなっている。
To achieve the above object, a confocal microscope according to the present invention comprises a light source, a mask pattern member having a light transmitting portion and a light shielding portion formed in a predetermined pattern, and the light from the light source to the mask. A confocal microscope including a first illumination optical system that guides a pattern member and an objective lens that irradiates a sample with light from the mask pattern member, and is different from the optical path of the first illumination optical system. A second illumination optical system that illuminates the sample in the optical path is provided. According to the invention,
The confocal microscope includes a switching mechanism that switches between illumination from the first illumination optical system and illumination from the second illumination optical system. Further, according to the present invention, the mask pattern member includes a light-shielding pattern area in which the predetermined pattern is formed and a light-transmitting area.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
した実施例に基づき説明する。図1は本発明に係る共焦
点顕微鏡の第1実施例の構成図である。図中、従来技術
で示したのと実質上同一の部材には同一符号が付され、
それらについての説明は省略されている。この実施例に
おいては、落射照明光源1から出射した照明光は、コリ
メーターレンズ2,ハーフミラー3を通して複数のピン
ホールが形成された回転ディスク4を照射する。回転デ
ィスク4はモータ5により所定の速度で回転せしめられ
ており、回転ディスク4に形成された複数のピンホール
を通過した照明光が、対物レンズ6により試料7上に結
像される。試料7からの反射光は、再び対物レンズ6,
回転ディスク4のピンホールを介してハーフミラー3を
透過し、集光レンズ8によりCCDカメラ9に入射せし
められる。コンヒ゜ュータ10は、CCDカメラ9から出
力される画像信号を取り込み、必要に応じて画像処理等
を施し、画像或いは演算結果をモニタ11に表示する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on illustrated examples. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a confocal microscope according to the present invention. In the figure, substantially the same members as those shown in the prior art are designated by the same reference numerals,
Descriptions thereof are omitted. In this embodiment, the illumination light emitted from the epi-illumination light source 1 passes through the collimator lens 2 and the half mirror 3 and illuminates the rotating disk 4 having a plurality of pinholes formed therein. The rotating disk 4 is rotated at a predetermined speed by a motor 5, and the illumination light that has passed through the plurality of pinholes formed in the rotating disk 4 is imaged on the sample 7 by the objective lens 6. The reflected light from the sample 7 is again reflected by the objective lens 6,
The light is transmitted through the half mirror 3 through the pinhole of the rotating disk 4 and is made incident on the CCD camera 9 by the condenser lens 8. The computer 10 takes in an image signal output from the CCD camera 9, performs image processing and the like as necessary, and displays an image or a calculation result on the monitor 11.

【0010】更に、対物レンズ6の周囲には、対物レン
ズ6の光軸を中心としてドーム照明装置12が取り付け
られている。このドーム照明装置12は、図2(a)に示
すように、例えば多数の光ファイバー素線で構成された
光ファイバーバンドルであって、互いに分離された各光
ファイバー素線の先端部が半球状をなすよう配置される
ことにより形成されるか、或いは図2(b)に示すよう
に、半球状の支持体に多数の光源例えばLEDを取り付け
て、それらの発光端が試料面上の実質的に共通な一点に
向かうように配置されることにより形成されたものであ
る。そして、図2(a)に示された照明装置の場合、斜
照明光源13からの照明光は、光ファイバー14によっ
てドーム照明装置12まで導かれることにより、また、
図2(b)に示された照明装置の場合には光源を一斉に
点灯することにより、試料7の表面を落射照明では得ら
れない照明角度(水平方向に近い角度までの広い角度)
範囲で照明することが出来る。
Further, a dome illumination device 12 is attached around the objective lens 6 with the optical axis of the objective lens 6 as the center. As shown in FIG. 2 (a), this dome lighting device 12 is, for example, an optical fiber bundle composed of a large number of optical fiber wires, and the tip ends of the optical fiber wires separated from each other are hemispherical. As shown in FIG. 2 (b), a plurality of light sources such as LEDs are attached to a hemispherical support, and their light emitting ends are substantially common on the sample surface. It is formed by being arranged so as to face one point. In the case of the illumination device shown in FIG. 2A, the illumination light from the oblique illumination light source 13 is guided to the dome illumination device 12 by the optical fiber 14,
In the case of the illumination device shown in FIG. 2 (b), the light sources are turned on all at once, so that the surface of the sample 7 cannot be obtained by epi-illumination (a wide angle up to an angle close to the horizontal direction).
It can be illuminated in a range.

【0011】第1実施例は上記のように構成されている
から、試料7が平坦或いは緩やかな傾斜面を持つ場合、
落射照明光源1で照明された時の試料7からの反射光は
対物レンズ6の開口内に戻り、一方、斜照明光源13で
照明された時の試料7からの反射光は対物レンズ6の開
口内には戻らない。従って、従来の共焦点顕微鏡と同様
に良好なセクショニング画像が得られる。これに対し
て、図3(a)及び(b)に示すように試料7が球状或い
は凹凸構造で急な斜面を持つ場合は、落射照明光源1で
照明された時の試料7からの反射光は対物レンズ6の開
口内に戻らないため、この部分のセクショニング画像が
得られない。しかしながら、本実施例では斜照明光源1
3による照明を行っているため、斜照明光源13で照明
された時の試料7からの反射光は対物レンズ6の開口内
に戻る。この結果、落射照明光源1のみによる照明では
得られなかった部分の像を得ることができる。
Since the first embodiment is constructed as described above, when the sample 7 has a flat or gently inclined surface,
The reflected light from the sample 7 when illuminated by the epi-illumination light source 1 returns into the aperture of the objective lens 6, while the reflected light from the sample 7 when illuminated by the oblique illumination light source 13 is the aperture of the objective lens 6. Don't go back inside. Therefore, a good sectioning image can be obtained as in the conventional confocal microscope. On the other hand, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the sample 7 has a spherical or uneven structure and has a steep slope, the reflected light from the sample 7 when illuminated by the epi-illumination light source 1 Does not return into the aperture of the objective lens 6, so a sectioning image of this portion cannot be obtained. However, in this embodiment, the oblique illumination light source 1
Since the illumination is performed by the light source 3, the reflected light from the sample 7 when illuminated by the oblique illumination light source 13 returns to the inside of the aperture of the objective lens 6. As a result, it is possible to obtain an image of a portion that could not be obtained by the illumination using only the epi-illumination light source 1.

【0012】なお、この斜照明光源13で得られる画像
は、照明光が回転ディスク4のピンホールを通過してい
ない。そのため、従来の共焦点顕微鏡で得られる画像に
比べると、光軸に垂直な面内における分解能は低くな
る。しかしながら、試料7からの反射光はピンホールを
通過するので、セクショニング効果は失っていない。但
し、本実施例におけるこの場合のセクショニング効果
は、従来の共焦点顕微鏡のセクショニング効果と同じと
は云えない。
In the image obtained by the oblique illumination light source 13, the illumination light does not pass through the pinhole of the rotating disk 4. Therefore, the resolution in the plane perpendicular to the optical axis is lower than that of an image obtained by a conventional confocal microscope. However, since the reflected light from the sample 7 passes through the pinhole, the sectioning effect is not lost. However, the sectioning effect in this case in this embodiment cannot be said to be the same as the sectioning effect of the conventional confocal microscope.

【0013】このように上記第1実施例によれば、従来
の共焦点顕微鏡では観察不能であった部分の観察が簡単
な構成で可能となる。しかも、何れの照明による像にお
いても、程度の違いはあるもののセクショニング効果が
損なわれることはない。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to observe a portion which cannot be observed by the conventional confocal microscope with a simple structure. Moreover, the sectioning effect is not impaired in the image obtained by any of the illuminations, although the degree varies.

【0014】図4は本発明に係る共焦点顕微鏡の第2実
施例の構成図である。図中、従来技術及び上記第1実施
例で示したのと実質上同一の部材には同一符号が付さ
れ、それらについての説明は省略されている。この実施
例においては、回転ディスク15には例えば図5に示す
ようなピンホールパターンが形成されている。即ち、回
転ディスク15の一方の半円部分にはマスクパターンと
して複数のピンホールが形成されており、他方の半円部
分にはマスクパターンが形成されておらず光は素通しと
なる。また、回転ディスク15の周辺部には何れの半円
部分が光路を通過しているかを識別するためのパターン
15aが形成されている。回転ディスク15の周辺部に
は、このパターン15aと協働するように配置されたフ
ォトセンサ16が設置されていて、回転ディスク15の
回転動作に同期した信号(図6(a)参照)が生成され
るようになっている。
FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the confocal microscope according to the present invention. In the drawing, substantially the same members as those shown in the prior art and the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the rotary disk 15 is formed with a pinhole pattern as shown in FIG. 5, for example. That is, a plurality of pinholes are formed as a mask pattern on one semi-circular portion of the rotating disk 15, and no mask pattern is formed on the other semi-circular portion, so that light passes through. Further, a pattern 15a for identifying which semicircular portion passes through the optical path is formed on the peripheral portion of the rotating disk 15. A photo sensor 16 arranged so as to cooperate with the pattern 15a is installed in the peripheral portion of the rotating disk 15 to generate a signal (see FIG. 6A) synchronized with the rotating operation of the rotating disk 15. It is supposed to be done.

【0015】フォトセンサ16の出力端は落射照明光源
1の電源回路と反転器17を介して斜照明光源13の電
源回路にそれぞれ接続されていて、フォトセンサ16
は、マスクパターンとしての複数のピンホールが形成さ
れている半円部分が光路を通過している期間のみ落射照
明光源1に対してON信号(図6(b)参照)を出し、逆に
斜照明光源13に対しては反転器17によりOFF信号(図
6(c)参照)を出力するようになっている。また、マ
スクターンが形成されていない半円部分が光路を通過し
ている期間は、逆に落射照明光源1に対してOFF信号を出
し、斜照明光源13に対しては反転器17によりON信号
を出力する。なお、回転ディスク15の回転数は、CC
Dカメラ9のフレームレートに対して半分の速度で回転
するように設定されている。つまり、回転ディスク15
の半回転毎に一枚の画像がえられるような設定になって
いる。
The output end of the photosensor 16 is connected to the power supply circuit of the epi-illumination light source 1 and the power supply circuit of the oblique illumination light source 13 via an inverter 17, and the photosensor 16 is connected.
Emits an ON signal (see Fig. 6 (b)) to the epi-illumination light source 1 only while the semi-circular part where a plurality of pinholes as mask patterns are formed is passing through the optical path, and conversely An OFF signal (see FIG. 6C) is output to the illumination light source 13 by the inverter 17. On the contrary, during a period in which the semicircular portion where the mask turn is not formed is passing through the optical path, an OFF signal is output to the epi-illumination light source 1 and an ON signal is output to the oblique illumination light source 13 by the inverter 17. Is output. The rotation speed of the rotary disk 15 is CC
The D camera 9 is set to rotate at a speed half that of the frame rate. That is, the rotating disk 15
It is set so that one image is obtained every half rotation of.

【0016】第2実施例は上記のように構成されている
から、第1実施例の場合と同様に、試料7が平坦或いは
緩やかな傾斜面を持つ場合は、落射照明光源1で照明さ
れた時の試料7からの反射光は、対物レンズ6の開口内
に戻る。一方、斜照明光源13で照明された時の試料7
からの反射光は、対物レンズの開口内には戻らない。従
って、従来の共焦点顕微鏡と同様に良好なセクショニン
グ画像が得られる。これに対して、試料7が球状又は凹
凸構造で急な斜面を持つ場合は、落射照明光源1で照明
された時の試料7からの反射光は、対物レンズ6の開口
内には戻らない。一方、斜照明光源13で照明された時
の試料7からの反射光は、対物レンズ6の開口内に戻る
ことになる。
Since the second embodiment is constructed as described above, when the sample 7 has a flat or gently inclined surface, it is illuminated by the epi-illumination light source 1 as in the case of the first embodiment. The reflected light from the sample 7 at that time returns to the inside of the aperture of the objective lens 6. On the other hand, the sample 7 when illuminated by the oblique illumination light source 13
The reflected light from does not return into the aperture of the objective lens. Therefore, a good sectioning image can be obtained as in the conventional confocal microscope. On the other hand, when the sample 7 is spherical or has an uneven structure and has a steep slope, the reflected light from the sample 7 when illuminated by the epi-illumination light source 1 does not return into the aperture of the objective lens 6. On the other hand, the reflected light from the sample 7 when illuminated by the oblique illumination light source 13 returns to the inside of the aperture of the objective lens 6.

【0017】但し、本第2実施例の場合、第1実施例と
は以下の点で異なる。即ち、第1点は、照明光に加えて
試料7からの反射光も回転ディスク15のピンホールを
通過しないため、従来の共焦点顕微鏡で得られる画像に
比べると、光軸に垂直な面内における分解能が低く、セ
クショニング効果も認められない画像になる。即ち、従
来の光学顕微鏡(非共焦点型)の明視野像と同じ像にな
る。しかしながら、従来の共焦点顕微鏡では反射光が殆
ど戻らないために、観察不能であった部分の観察が可能
となる。更に、斜照明光源13で得られる画像は、回転
ディスク15のマスクパターンの形成されていない半円
が光路を通過する期間に撮像されたものであるため、第
1実施例に比べて光量ロスの少ない明るい画像が得られ
る。
However, the second embodiment differs from the first embodiment in the following points. That is, at the first point, in addition to the illumination light, the reflected light from the sample 7 does not pass through the pinhole of the rotating disk 15, so that in the plane perpendicular to the optical axis as compared with the image obtained by the conventional confocal microscope. The image has low resolution and no sectioning effect. That is, the image is the same as the bright field image of the conventional optical microscope (non-confocal type). However, since the reflected light hardly returns in the conventional confocal microscope, it becomes possible to observe the portion that cannot be observed. Further, the image obtained by the oblique illumination light source 13 is taken during the period in which the semicircle on which the mask pattern of the rotating disk 15 is not formed passes through the optical path, and therefore the light amount loss is smaller than that in the first embodiment. A few bright images are obtained.

【0018】第2点は、回転ディスク15に光が素通し
になる透明領域を備えていることである。この場合、落
射照明光源1からの光は、ピンホールが形成されている
パターン領域と透明領域による二つの異なる照明を行
う。そこで、例えば試料7が平坦な場合を考えると、パ
ターン領域を通過した光も透明領域を通過した光も、何
れも試料7で反射して対物レンズの開口内を通過する。
この結果、セクショニング画像の方が明視野像に比べて
暗くなる。
The second point is that the rotating disk 15 has a transparent region through which light passes. In this case, the light from the epi-illumination light source 1 performs two different illuminations by the pattern area where the pinhole is formed and the transparent area. Therefore, for example, considering the case where the sample 7 is flat, both the light passing through the pattern region and the light passing through the transparent region are reflected by the sample 7 and pass through the aperture of the objective lens.
As a result, the sectioning image is darker than the bright field image.

【0019】ところで、三次元画像はセクショニング画
像から得られる。即ち、試料7と対物レンズ6との間の
距離を変えながらセクショニング画像を撮像し、各画素
で最も明るい値を保持するという信号処理を行う。そこ
で、明視野像が得られる状態でこの処理を行うと、明視
野像がセクショニング画像に比べて明るいため、セクシ
ョニング画像の方が常に明視野像に基づいて信号処理が
行われる。しかしながら、明視野像は所謂スライス像で
はないので、上記信号処理を行っても正確な三次元画像
は得られない。そこで、本第2実施例では、光源のON/
OFF制御を行って、セクショニング画像が得られる部分
では明視野像が得られないようにしている。コンピュタ
10で三次元画像を構築する際は、上記のようにして交
互に得られる2種類の画像について各画素毎に輝度値を
比較して、輝度の大きい方を採用することにより、正確
な三次元画像が得られるようにしている。
By the way, the three-dimensional image is obtained from the sectioning image. That is, the sectioning image is captured while changing the distance between the sample 7 and the objective lens 6, and signal processing is performed to hold the brightest value in each pixel. Therefore, if this processing is performed in a state in which a bright field image is obtained, the bright field image is brighter than the sectioning image, and thus the sectioning image is always subjected to signal processing based on the bright field image. However, since the bright field image is not a so-called slice image, an accurate three-dimensional image cannot be obtained even if the above signal processing is performed. Therefore, in the second embodiment, the light source is turned ON /
The OFF control is performed so that a bright-field image cannot be obtained in a portion where a sectioning image can be obtained. When a three-dimensional image is constructed by the computer 10, the luminance values are compared pixel by pixel for the two types of images obtained alternately as described above, and the one having the larger luminance is used to obtain an accurate cubic image. I am trying to get the original image.

【0020】以上説明したように、第2実施例によれ
ば、従来の共焦点顕微鏡では観察不可能であった部分の
観察が可能となる。また、第1実施例に比べても、光量
ロスの少ない明るい画像を得ることが出来る。なお、本
第2実施例では、各照明光による悪影響を回避するため
に、回転ディスク15の回転に同期させて落射照明光源
と斜照明光源とを制御しているが、このような制御を行
わなくても同様な効果が得られる場合もある。また、回
転ディスク15とCCDカメラ9のフレームレートの関
係を固定値に設定しているが、CCDカメラ9に対して
回転ディスク15の回転動作により生成される信号を与
えて同期を取る方法、或いは回転ディスク15の回転制
御を行って、CCDカメラ9のフレームレートに対して
回転ディスク15の回転数を制御する方法により、より
安定した画像を得る方法もある。
As described above, according to the second embodiment, it becomes possible to observe a portion which cannot be observed by the conventional confocal microscope. Further, it is possible to obtain a bright image with less light amount loss than in the first embodiment. In the second embodiment, the epi-illumination light source and the oblique illumination light source are controlled in synchronism with the rotation of the rotary disk 15 in order to avoid the adverse effect of each illumination light. However, such control is performed. In some cases, the same effect may be obtained even without the use. Further, although the relationship between the frame rate of the rotary disk 15 and the CCD camera 9 is set to a fixed value, a method of giving a signal generated by the rotary operation of the rotary disk 15 to the CCD camera 9 to achieve synchronization, or There is also a method of obtaining a more stable image by controlling the rotation of the rotating disk 15 and controlling the number of rotations of the rotating disk 15 with respect to the frame rate of the CCD camera 9.

【0021】図7は本発明に係る共焦点顕微鏡の第3実
施例の構成図である。図中、従来技術及び既述の実施例
で示したのと実質上同一の部材には同一符号が付され、
それらについての説明は省略されている。この実施例に
おいては、第2実施例と同様に落射照明光源1及び斜照
明光源13に対してのON/OFF制御を行うが、この制御
をコンピュータにより例えばI/Oポートを用いて行うよ
うにしたものである。即ち、この実施例では、予め試料
7の形状(高さや構造)が分かっている場合、セクショ
ニング画像を得る高さ毎に、何れの光源(或いは両方の
光源)によって照明すべきかを決定できるので、予めプ
ログラミングしておき、コンピュータ10によって落射
照明光源1と斜照明光源13を制御して、三次元画像を
構築することが出来る。
FIG. 7 is a block diagram of the third embodiment of the confocal microscope according to the present invention. In the figure, substantially the same members as those shown in the prior art and the embodiments described above are designated by the same reference numerals,
Descriptions thereof are omitted. In this embodiment, ON / OFF control is performed for the epi-illumination light source 1 and the oblique illumination light source 13 as in the second embodiment, but this control is performed by a computer using, for example, an I / O port. It was done. That is, in this embodiment, when the shape (height or structure) of the sample 7 is known in advance, it is possible to determine which light source (or both light sources) should be used for illumination for each height at which a sectioning image is obtained. By programming in advance, the computer 10 can control the epi-illumination light source 1 and the oblique illumination light source 13 to construct a three-dimensional image.

【0022】更に、一様にマスクパターンが形成された
回転ディスク4の代わりに、回転ディスクの径方向に応
じて異なるパターンを形成した回転ディスクを用い、モ
ーター5ごと移動させることにより、光路内に異なるマ
スクパターンを配置できるように構成し、照明する光源
に応じてマスクパターンを切り替えるようにしても良
い。例えば、図8に示すように第1の領域には従来通り
のピンホールを配置し、第2の領域にはマスクパターン
のない回転ディスク4を用い、試料7の比較的平坦な部
分に対しては落射照明光源1により照明し、回転ディス
クの第1の領域を光路内に配置して、セクショニング効
果のある画像を得るようにしている。試料7の斜面部分
に対しては斜照明光源13により照明し、回転ディスク
4の第2の領域を光路内に配置して、斜面部分の明るい
画像を得ることが出来る。
Further, instead of the rotating disk 4 on which the mask pattern is uniformly formed, a rotating disk on which a different pattern is formed in accordance with the radial direction of the rotating disk is used, and the motor 5 is moved so that the optical path is formed in the optical path. Different mask patterns may be arranged, and the mask patterns may be switched according to the illuminating light source. For example, as shown in FIG. 8, the conventional pinholes are arranged in the first region, and the rotating disk 4 having no mask pattern is used in the second region. Is illuminated by the epi-illumination light source 1 and the first region of the rotating disc is placed in the optical path to obtain an image with a sectioning effect. The inclined surface of the sample 7 is illuminated by the oblique illumination light source 13 and the second region of the rotating disk 4 is arranged in the optical path, so that a bright image of the inclined portion can be obtained.

【0023】以上、三つの実施例について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記
第1、第2および第3の実施例においては、何れもマス
クパターン部材として複数のピンホールを形成した回転
ディスクを用いているが、これに限らず、図9及び図1
0に示すように、直線状の透光部18aと遮光部18bを
交互に配置したパターンを有する回転ディスク18を用
いても良い。また、例えば液晶表示装置に、回転ディス
クが回転しているのと同様にピンホールを回転表示させ
たり、所定の範囲で揺動表示させたりすることにより実
現させても良い。また、斜照明装置としてドーム照明装
置を用いているが、例えばリング照明を同心円状に複数
配置しても同様の効果が得られる。
The three embodiments have been described above.
The present invention is not limited to this. For example, in each of the first, second and third embodiments described above, a rotary disk having a plurality of pinholes formed therein is used as a mask pattern member, but the present invention is not limited to this, and FIGS.
As shown in 0, a rotating disk 18 having a pattern in which linear light-transmitting portions 18a and light-shielding portions 18b are alternately arranged may be used. Alternatively, for example, the liquid crystal display device may be realized by rotating and displaying the pinhole as if the rotating disk is rotating, or by swinging the pinhole within a predetermined range. Although the dome illumination device is used as the oblique illumination device, the same effect can be obtained by arranging a plurality of ring illuminations concentrically.

【0024】なお、図1に示した第1実施例では、ドー
ム照明装置12による照明のために光源13が設けられ
ているが、この光源13の代わりにハーフミラー3を透
過して集光レンズ2´で集光された光を光源として用い
ても良い(図1鎖線図示)。共焦点顕微鏡用の光源は高
輝度のものが用いられることが多いので、ハーフミラー
3を透過した光でも十分照明光として利用することが出
来る。また、落射照明と斜照明とで同じような明るさの
像が得られるように、ハーフミラー3の透過率特性を設
定しても良い。また、光源1と13の光出射側にシャッ
ター19を夫々設けて、このシャッター19を切り換え
ることにより、第2及び第3実施例で述べたのと同様の
効果を得るようにすることも出来る。この場合、シャッ
ター19は光源1及び13の何れか一方に設けて操作す
るようにしても良い。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the light source 13 is provided for illumination by the dome illumination device 12, but instead of the light source 13, the half mirror 3 is transmitted to pass through the condenser lens. The light condensed at 2'may be used as a light source (illustrated by a chain line in FIG. 1). Since a light source for a confocal microscope is often used with high brightness, light transmitted through the half mirror 3 can be sufficiently used as illumination light. Further, the transmittance characteristic of the half mirror 3 may be set so that an image having the same brightness can be obtained by the epi-illumination and the oblique illumination. It is also possible to provide the shutters 19 on the light emitting sides of the light sources 1 and 13 and switch the shutters 19 to obtain the same effect as described in the second and third embodiments. In this case, the shutter 19 may be provided in either one of the light sources 1 and 13 and operated.

【0025】以上説明したように、本発明の共焦点顕微
鏡は、特許請求の範囲に記載した特徴の他に、下記の特
徴を有する。 (1)前記パターン領域と前期透過領域の境界線が、前
記マスクパターン部材の中心から周辺に向けて形成され
ていることを特徴とする請求項3に記載の共焦点顕微
鏡。 (2)前記パターン領域と前期透過領域の境界線が、同
心円状に形成されていることを特徴とする請求項3に記
載の共焦点顕微鏡。 (3)前記第2の照明光学系に光を供給する第2の光源
を更に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。 (4)前記パターン領域の光透過領域は、スリット状に
形成されていることを特徴とする請求項3に記載の共焦
点顕微鏡。 (5)前記光源から前記第2の照明光学系に光を供給す
る光学素子を備えたことを特徴とする請求項1に記載の
共焦点顕微鏡。 (6)前記第2の照明光学系は、試料を光軸に対して傾
斜した方向から照明するようになっ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。 (7)前記第2の照明光学系は複数の発光手段を有し、
少なくとも一部の領域の発光手段を選択的に発光させる
得るようになっていることを特徴とする上記(6)に記
載の共焦点顕微鏡。 (8)前記第2の光源は発光素子であることを特徴とす
る上記(3)に記載の共焦点顕微鏡。 (9)前記第1の照明光学系と前記第2の照明光学系
は、前記第1の照明光学系と前記第2の照明光学系の少
なくとも一方に設けられたシャッターを操作することに
より切り換えられるようになっ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。
As described above, the confocal microscope of the present invention has the following features in addition to the features described in the claims. (1) The confocal microscope according to claim 3, wherein a boundary line between the pattern region and the transmissive region is formed from the center of the mask pattern member toward the periphery thereof. (2) The confocal microscope according to claim 3, wherein a boundary line between the pattern region and the transmissive region is concentrically formed. (3) The confocal microscope according to claim 1, further comprising a second light source that supplies light to the second illumination optical system. (4) The confocal microscope according to claim 3, wherein the light transmission region of the pattern region is formed in a slit shape. (5) The confocal microscope according to claim 1, further comprising an optical element that supplies light from the light source to the second illumination optical system. (6) The confocal microscope according to claim 1, wherein the second illumination optical system illuminates the sample from a direction inclined with respect to the optical axis. (7) The second illumination optical system has a plurality of light emitting means,
The confocal microscope according to (6) above, characterized in that the light emitting means in at least a part of the region can be selectively made to emit light. (8) The confocal microscope according to (3), wherein the second light source is a light emitting element. (9) The first illumination optical system and the second illumination optical system are switched by operating a shutter provided in at least one of the first illumination optical system and the second illumination optical system. The confocal microscope according to claim 1, wherein:

【0026】[0026]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、従来の共
焦点顕微鏡では観察できなかった試料の斜面部分をも観
察できるようになるため、より正確な三次元画像の構築
が可能となると共に、種々のアプリケーションに適用可
能な共焦点顕微鏡を提供することが出来る。
As described above, according to the present invention, it becomes possible to observe the slope portion of the sample which cannot be observed by the conventional confocal microscope, so that it is possible to construct a more accurate three-dimensional image. At the same time, it is possible to provide a confocal microscope applicable to various applications.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る共焦点顕微鏡の第1実施例の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a confocal microscope according to the present invention.

【図2】(a)は第1実施例に用いられるドーム照明装
置の一例の一部破断斜視図、(b)は他の例の一部破断
斜視図である。
FIG. 2A is a partially cutaway perspective view of an example of a dome lighting device used in the first embodiment, and FIG. 2B is a partially cutaway perspective view of another example.

【図3】(a)は試料が球状の場合の(b)は試料が凹凸
構造で急な斜面を持つ場合の第1実施例における反射光
の様子を夫々示す説明図である。
FIG. 3A is an explanatory view showing a state of reflected light in the first embodiment when the sample is spherical and FIG. 3B is a case where the sample has an uneven structure and a steep slope.

【図4】本発明に係る共焦点顕微鏡の第2実施例の構成
図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the confocal microscope according to the present invention.

【図5】第2実施例に用いられる回転ディスクのピンホ
ールパターンを示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a pinhole pattern of a rotary disk used in a second embodiment.

【図6】(a)は第2実施例における回転ディスクの回
転動作に同期したフォトセンサ出力の変化を示す線図、
(b)は落射照明光源に対するON/OFF信号を示す線図、
(c)は斜照明光源に対するON/OFF信号を示す線図であ
る。
FIG. 6A is a diagram showing a change in photosensor output in synchronism with the rotating operation of the rotating disk in the second embodiment;
(B) is a diagram showing ON / OFF signals for the epi-illumination light source,
(C) is a diagram showing ON / OFF signals for the oblique illumination light source.

【図7】本発明に係る共焦点顕微鏡の第3実施例の構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a third embodiment of the confocal microscope according to the present invention.

【図8】第3実施例に用いられる回転ディスクのピンホ
ールパターンを示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a pinhole pattern of a rotary disk used in a third embodiment.

【図9】回転ディスクの他の実施例を示す平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of the rotating disk.

【図10】回転ディスクの更に他の実施例を示す平面図
である。
FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment of the rotating disk.

【図11】従来の共焦点顕微鏡の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional confocal microscope.

【図12】従来の共焦点顕微鏡における反射光の様子を
示す説明図で、(a)は試料が球状の場合、(b)は試料
が凹凸構造で急な斜面を持つ場合である。
12A and 12B are explanatory views showing a state of reflected light in a conventional confocal microscope. FIG. 12A is a case where the sample is spherical, and FIG. 12B is a case where the sample has an uneven structure and has a steep slope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 落射照明光源 2 コリメータレンズ 2´,8 集光レンズ 3 ハーフミラー 4,15,18 回転ディスク(マスク
パターン部材) 5 モーター 6 対物レンズ 7 試料 9 CCDカメラ 10 コンピュータ 11 モニタ 12 ドーム照明装置 13 斜照明光源 14 ファイバー 16 フォトセンサ 17 反転器 19 シャッター
1 Epi-illumination light source 2 Collimator lens 2 ', 8 Condensing lens 3 Half mirrors 4, 15, 18 Rotating disk (mask pattern member) 5 Motor 6 Objective lens 7 Sample 9 CCD camera 10 Computer 11 Monitor 12 Dome illumination device 13 Oblique illumination Light source 14 Fiber 16 Photo sensor 17 Inverter 19 Shutter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、所定のパターンで光透過部と光遮
光部が形成されたマスクパターン部材と、前記光源から
の光を前記マスクパターン部材に導く第1の照明光学系
と、前記マスクパターン部材からの光を試料上に照射す
る対物レンズとを備えた共焦点顕微鏡であって、前記第
1の照明光学系の光路とは異なる光路で試料を照明する
第2の照明光学系を備えていることを特徴とする共焦点
顕微鏡。
1. A light source, a mask pattern member having a light transmitting portion and a light shielding portion formed in a predetermined pattern, a first illumination optical system for guiding light from the light source to the mask pattern member, and the mask. A confocal microscope provided with an objective lens for irradiating a sample with light from a pattern member, comprising a second illumination optical system for illuminating the sample in an optical path different from the optical path of the first illumination optical system. A confocal microscope characterized in that
【請求項2】前記第1の照明光学系からの照明と前記第
2の照明光学系からの照明を切り替える切替機構を備え
たことを特徴とする請求項1に記載の共焦点顕微鏡。
2. The confocal microscope according to claim 1, further comprising a switching mechanism that switches between illumination from the first illumination optical system and illumination from the second illumination optical system.
【請求項3】前記マスクパターン部材は、前記所定のパ
ターンが形成された遮光パターン領域と、光透過領域と
からなることを特徴とする請求項1に記載の共焦点顕微
鏡。
3. The confocal microscope according to claim 1, wherein the mask pattern member includes a light-shielding pattern region in which the predetermined pattern is formed and a light transmitting region.
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