JP2003344775A - 共焦点顕微鏡及び微小開口回転盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動きのある試料の立体像を観察可能な共焦点
顕微鏡を提供する。 【解決手段】 複数のピンホール２…が螺旋状に並んで
形成されているニポウ盤１は、上面１ａが平らで底面１
ｂが回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面を成して
いる。このニポウ盤１を回転しつつ上面１ａ側よりレー
ザ光１０を照射して底面１ｂにピンホール２に応じた点
光源群１４を作り、該点光源群１４の光を対物レンズ６
にて試料７内に照射して集光点群１１を立体的に形成す
る。そして、各集光点で励起された蛍光物質からの蛍光
１２を対物レンズ６でニポウ盤１の元のピンホール２を
通して、結像レンズ８によって平面像を結ばせ、これを
３次元画像に構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の微小開口を
有する円盤型の微小開口回転盤を回転させて試料を光走
査する共焦点顕微鏡、及びそれに備えられる微小開口回
転盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生きている生物試料を拡大観察する光学
顕微鏡は、３００年以上の歴史を持つ。光学顕微鏡は、
位相差法、偏光法、蛍光法、微分干渉法、暗視野法など
種々の観察方法を取り入れて改良が進み、生物試料を生
きているままに観察できるという特長を生かして医学、
生物学において計り知れない貢献をしてきた。そして今
や、生物試料を蛍光修飾することによって、細胞内のタ
ンパク質や低分子まで観察できるようになっている。

【０００３】このような蛍光修飾を用いる光学顕微鏡
は、蛍光顕微鏡と称され、中でも特に、微小開口を用い
る共焦点顕微鏡が注目されている。通常の蛍光顕微鏡で
は、焦点面の上下の励起光が十分に集光していない領域
での励起や蛍光の散乱が蛍光像のボケを引き起こすが、
共焦点顕微鏡は微小開口（例えばピンホール）を用いる
ことにより、この蛍光像のボケを除去することができ
る。

【０００４】上記共焦点顕微鏡には、レーザ光を走査す
るのにガルバノ鏡を用いる型、音響光学素子を用いる
型、ニポウ盤（微小開口回転盤）を用いる型がある。中
でも、高速走査にはニポウ盤を用いる型が適しており、
現状１秒間に７２０枚の像を得ることができる。

【０００５】ニポウ盤は、アルキメデスの螺旋に沿って
（中心の周りに等角度で分布し、中心からの距離が等間
隔で減少するように）並んだ多数のピンホール（微小開
口）を持つ円盤である。ニポウ盤は、２次元画像を１次
元の電気信号に変換して画像電送を可能にするために１
８８４年に考案された。ニポウ盤を用いた画像伝送は以
下の通りである。

【０００６】撮像レンズによって観察対象の像をニポウ
盤の前面に形成し、ニポウ盤の後方に光電変換素子を配
置し、かつ光電変換素子がニポウ盤上に離散するピンホ
ールの１個を通過した光だけを受けるようにする。ニポ
ウ盤が回転することによって像の異なる部分の光強度が
電気信号に変換され、ニポウ盤の１回転で像の全体が走
査される。この電気信号で明るさを変化させた電球を別
のニポウ盤を通して見ると、元の像が再現される。

【０００７】図３に、共焦点顕微鏡に用いられるように
改良されたレーザ光走査用ニポウ盤３０の模式図を示
す。画像伝送用ニポウ盤が１本の螺旋上にピンホールを
配したのに対して、レーザ光走査用では、像の観察は接
眼レンズを通して直接に、或いは撮像器を用いて行われ
るため、螺旋は１本である必要はなく、複数本の螺旋上
にピンホール３１…を配している。図３には、アルキメ
デスの螺旋１本だけを太線Ｌで例示した。

【０００８】図４に、このようなニポウ盤３０を用いた
型の従来の共焦点顕微鏡の一構成例を示す。図中、４０
はニポウ盤３０のピンホール３１…と相対するマイクロ
レンズ４１…を配したマイクロレンズアレイ盤であり、
ニポウ盤３０における開口面積比を上げてレーザ光の利
用率を上げる働きがある。マイクロレンズアレイ盤４０
における各マイクロレンズ４１の焦点位置にニポウ盤３
０の各ピンホール３１が配されている。これらマイクロ
レンズアレイ盤４０とニポウ盤３０とは、共通軸５０の
まわりに一体的に高速回転される。

【０００９】励起用レーザ（不図示）からのレーザ光
（平行光）５１は、マイクロレンズアレイ盤４０の上方
より照射され、各マイクロレンズ４１で集光され、一体
的に回転しているニポウ盤３０の各ピンホール３１を通
過すると、ニポウ盤３０の底面で平面上に並んだ点光源
群６０となる。但し、図４では、図の煩雑さを避けるた
めに一個のピンホール３１を通り抜けた１点光源の光路
に関してのみ図示する。

【００１０】この点光源群６０からの各光５１ａは、対
物レンズ５２によって集光され、試料５３中でレーザ光
５１の光軸と直交する平面状に並ぶ集光点群５４を形成
し、各集光点で蛍光色素が励起される。

【００１１】各集光点の励起した蛍光５５は、対物レン
ズ５２で集められ、ニポウ盤３０の下面に集光され、各
々元のピンホール３１を通り抜ける。そして、ピンホー
ル３１を通り抜けたこれら蛍光５５は、ダイクロイック
ミラー５６で結像レンズ５７へと反射され、結像レンズ
５７によって平面状に結像され、撮像器５８によって撮
像される。

【００１２】また、試料５３内の集光点の前後で生じる
低強度の蛍光や、試料５３内で散乱された蛍光５９（点
線にて示す）は、対物レンズ５２による集光位置がピン
ホール３１とずれるため、ピンホール３１を通り抜ける
ことができず、像に混入することはない。そのために、
共焦点顕微鏡は、通常の蛍光顕微鏡と違って、平面方
向、及び光軸方向の分解能が高い、鮮明な像を得ること
ができる。

【００１３】このような構成の共焦点顕微鏡において、
例えば図３のニポウ盤３０の模式図に斜線で示した３０
度の開き角の部分が顕微鏡の視野に相当するとすると、
撮像器５８は、ニポウ盤３０の３０度の回転で、斜線部
分に形成されたピンホール３１の個数に相当する数の走
査線（図ではピンホール２が５０個形成されているので
５０本の走査線）からなる画像を１つ構成できる。そし
て、ニポウ盤３０の１回転で、合計１２枚の画像が得ら
れる。

【００１４】現状用いられているニポウ盤では、上記斜
線で示した顕微鏡の視野に相当する部分には、１０００
個程度のピンホールが形成されており、一画面は１００
０本程度の走査線で構成される。したがって、このよう
なニポウ盤の回転速度を６０回転毎秒とし、上記撮像器
５８に高速カメラを用いると、毎秒７２０枚の画像を得
ることができる。

【００１５】このようなニポウ盤を用いた共焦点顕微鏡
については、例えば、特許第３０８２１８３号の特許公
報に記載されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したニ
ポウ盤を用いる型に限らず、従来の共焦点顕微鏡では、
試料５３内の極薄い平面部分を観察するため、試料５３
内の異なる深さを観察する際には、試料５３或いは対物
レンズ５２を光軸方向に上下動させることによって焦点
面を移動させる。そして、この様な深さを換えての平面
部分の撮像を繰り返し行うことで、深さの異なるいくつ
かの面の像を取得し、後に画像処理することによって立
体像を構築することが可能となる。

【００１７】しかしながら、このような試料５３或いは
対物レンズ５２の上下動にて焦点面を移動させる従来の
構成では、焦点面の移動に時間を要するため、動きのあ
る試料の立体像を観察できないという問題がある。

【００１８】本発明は上記課題に鑑み成されたものであ
って、動きのある試料の立体像の観察が可能な共焦点顕
微鏡を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、複数の微小開口が螺旋状に並んで形成さ
れた円盤型の微小開口回転盤を用い、該微小開口回転盤
を回転しつつその一方の面よりレーザ光を照射して微小
開口を通すことで他方の面に点光源群を形成し、該点光
源群の光を対物レンズで試料内に集光して集光点群を形
成し、該集光点群からの各戻り光を元の微小開口を通し
て微小開口回転盤より出射して結像レンズにて結像させ
る共焦点顕微鏡であって、上記微小開口回転盤の対物レ
ンズ側の面が回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面
を成し、レーザ光が入射される側の面が平らに形成され
ていることを特徴としている。

【００２０】これによれば、複数の微小開口が螺旋状に
並んで形成された微小開口回転盤は、対物レンズ側とな
る面が回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面を成
し、結像レンズ側となる面は平らに形成されている。

【００２１】点光源群は微小開口回転盤の対物レンズ側
の面に形成されるため、微小開口回転盤の対物レンズ側
の面がこのような螺旋状斜面に形成されることで、点光
源毎に点光源から対物レンズまでの距離が変化すること
となる。対物レンズによる試料内の集光深さを決定する
対物レンズと集光点との距離は、後述するレンズの公式
に示されるように、対物レンズの焦点距離が同じ場合、
点光源から対物レンズまでの距離が変化するとこちらも
変化する関係にある。そのため、微小開口回転盤の対物
レンズ側の面を上記のように構成することで、点光源毎
に集光深さが異なることとなり、集光点群は試料内で水
平面（深さが等しい）上には並ばず、立体的に並ぶよう
になる。

【００２２】したがって、このような微小開口回転盤を
回転させることで、試料内の異なる深さを走査させるこ
とが可能となる。微小開口回転盤の１回転で走査位置の
深さは元に戻る。

【００２３】また、微小開口回転盤の結像レンズ側の面
は平らに形成されているので、各微小開口を通って微小
開口回転盤のこの平坦面より出射された光は結像レンズ
にて平面像として形成される。したがって、この平面像
を撮像して、３次元像を再生することで、試料或いは対
物レンズを光軸方向に上下動させることなく、立体像を
得ることができる。

【００２４】例えば、微小開口回転盤の開き角３０度の
部分が顕微鏡の視野に相当するとすると、微小開口回転
盤の１回転で深さの異なる１２枚の画像を得ることがで
き、これら１２枚の画像で１つの立体像が形成される。
そして、このような微小開口回転盤の回転速度を例えば
６０回転毎秒とすると、このような立体像を毎秒６０個
形成できる。

【００２５】その結果、動きのある試料の立体像の観察
を可能とし、立体形状に加えて試料の時間的な変化や移
動の情報を含む四次元顕微鏡観察が可能な共焦点顕微鏡
を提供できる。

【００２６】また、上記微小開口回転盤において、微小
開口に中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれている構
成とすることが好ましい。ここで中空管としては例えば
ガラスキャピラリー等を挙げることができ、棒状の透明
体としては、光ファイバー等を挙げることができる。

【００２７】本発明の共焦点顕微鏡に備えられる微小開
口回転盤は、従来の微小開口回転盤よりも肉厚であるた
め、微小開口のアスペクト比（深さと直径の比）も高
く、高アスペクト比の微小開口は低アスペクト比のもの
に比べ形成が困難である。また、微小開口の内面が平滑
でない場合、光の伝播ロスが起こるが、このような伝播
ロスはアスペクト比が大きくなるほど顕著になるため、
微小開口の内面平滑化工程が必要となる。

【００２８】そこで、上記のように、微小開口回転盤を
微小開口に中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれてい
る構成とすることで、微小開口の内面平滑化処理が必要
なくなり、かつ、高アスペクト比であっても困難なく製
造することができる。

【００２９】その結果、動きのある試料の立体像の観察
を可能とし、立体形状に加えて試料の時間的な変化や移
動の情報を含む四次元顕微鏡観察が可能な共焦点顕微鏡
をより低コストにて提供できる。

【００３０】また、本発明の微小開口回転盤は、上記課
題を解決するために、共焦点顕微鏡に備えられる複数の
微小開口が螺旋状に並んで形成された円盤型の微小開口
回転盤であって、一方の面が回転軸を中心とした１回転
分の螺旋状斜面を成し、他方の面が平らに形成されてい
ることを特徴としている。

【００３１】共焦点顕微鏡として既に説明したように、
本発明の該微小開口回転盤を用いて光走査することで、
試料や対物レンズを上下動させることなく、立体像を得
ることができる。

【００３２】したがって、従来の共焦点顕微鏡において
も、微小開口回転盤を本発明の微小開口回転盤に交換す
ることで、動きのある試料の立体像の観察を可能とし、
立体形状に加えて試料の時間的な変化や移動の情報を含
む四次元顕微鏡観察が可能なものに性能を高めることが
できる。

【００３３】そしてまた、本発明の共焦点顕微鏡は、別
の表現を用いれば、複数の微小開口が螺旋状に並んで形
成されると共に、上面が平らで底面が回転軸を中心とし
た１回転分の螺旋状斜面を成す円盤状の微小開口回転盤
を備えており、該微小開口回転盤を回転しつつ上面側よ
りレーザ光を照射して底面に微小開口に応じた複数の点
光源を作り、該点光源の光を対物レンズにて試料内に照
射して複数の集光点を立体的に形成し、各集光点で励起
された蛍光物質からの蛍光を該対物レンズで上記微小開
口回転盤の微小開口の下端に結像させ、上記微小開口回
転盤の上面より出射する光を結像レンズによって平面上
に結像させることを特徴しているとも表現できる。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の一形態につい
て、図１〜図３を用いて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００３５】図１（ａ）（ｂ）に、本実施の形態におけ
る共焦点顕微鏡の構成を示す。同図（ａ）は、共焦点顕
微鏡の正面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の矢印
Ａより見た矢視図である。

【００３６】本共焦点顕微鏡は、図１（ａ）（ｂ）に示
すように、ニポウ盤（微小開口回転盤）１と、マイクロ
レンズアレイ盤３と、ダイクロイックミラー９と、対物
レンズ６と、結像レンズ８とを主として備えている。そ
して、これら図１（ａ）（ｂ）よりわかるように、本共
焦点顕微鏡は、ニポウ盤１の形状に特徴がある。

【００３７】ニポウ盤１は、円盤状を成す回転体で、従
来のニポウ盤３０と同様、図３の模式図に示すように、
複数本のアルキメデスの螺旋上に沿って複数のピンホー
ル（微小開口）２…が形成されている。図３では、アル
キメデスの螺旋１本だけを太線Ｌで例示している。

【００３８】そして、該ニポウ盤１は、図２の斜視図に
その立体形状を示すように、マイクロレンズアレイ盤３
と対向し、レーザ光１０の入射側となる上面１ａが平ら
で、対物レンズ６側となる底面１ｂが回転軸を中心とし
た１回転分の螺旋状斜面を成している。底面１ｂは、回
転軸５を中心に螺旋を描くように円周方向に漸次的に上
面１ａから離間する方向へと滑らかに変化している。

【００３９】なお、マイクロレンズアレイ盤３は、ニポ
ウ盤１と回転軸５にて一体的に回転駆動されるもので、
ニポウ盤１に形成された複数のピンホール２…に焦点を
合わせた複数のマイクロレンズ４…が形成されている。

【００４０】このような構成において、図示しない励起
用レーザにて、マイクロレンズアレイ盤３の上面側より
照射されたレーザ光（平行光）１０は、マイクロレンズ
アレイ盤３の各マイクロレンズ４にて効率良くニポウ盤
１の各ピンホール２へと導かれる。なお、マイクロレン
ズアレイ盤３とニポウ盤１との間には、ダイクロイック
ミラー９が配設されているが、ダイクロイックミラー９
は、該レーザ光１０を透過させる。

【００４１】ニポウ盤１に入射されたレーザ光１０は、
複数のピンホール２…を通過することで、ピンホール２
の下端で拡散し、ニポウ盤１の底面１ｂに点光源群１４
を形成する。上述したように、本共焦点顕微鏡における
ニポウ盤１の底面１ｂは平らではなく、回転軸を中心と
した１回転分の螺旋状斜面を成しているので、点光源群
１４もこの螺旋状斜面に並んだ状態で形成される。な
お、図の煩雑さを避けるために、図１（ａ）では１個の
ピンホール２を通り抜けた光路、図１（ｂ）では２個の
ピンホール２・２を通り抜けた光路に関してのみ図示し
ている。

【００４２】そして、ニポウ盤１の底面１ｂに形成され
た点光源群１４の各光１０ａは、対物レンズ６によって
集光され、試料７中で集光点群１１を形成する。図４に
て説明した底面が平らに形成されたニポウ盤３０を用い
た構成では、試料５３内に形成される集光点群５４は光
軸と直交する水平面に並んでいた。これに対し、上記ニ
ポウ盤１では、底面１ｂが螺旋状斜面を成し、点光源群
１４がこの螺旋状斜面に形成されているので、集光点群
１１は水平に並ぶことはなく、光軸方向に傾きを持った
斜面上に並ぶこととなる。

【００４３】これは、ニポウ盤１の底面１ｂが螺旋状斜
面に形成され、点光源毎に点光源から対物レンズ６まで
の距離が変化するためである。対物レンズ６による試料
７内の集光深さを決定する対物レンズ６と集光点との距
離は、レンズの公式 １／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ で決定される。ここで、ｆは対物レンズ６の焦点距離、
ａは点光源つまりピンホール２の下端と対物レンズ６と
の距離、ｂは対物レンズ６と集光点との距離である。

【００４４】この式よりわかるように、対物レンズ６の
焦点距離ｆが同じ場合、点光源から対物レンズ６までの
距離ａが変化すると、対物レンズ６と集光点との距離ｂ
も変化する関係にある。そのため、ニポウ盤１の底面１
ｂを螺旋状斜面に形成することで、点光源毎に集光深さ
が異なることとなり、集光点群１１は試料７内で水平面
（深さが等しい）上には並ばず、立体的に並ぶようにな
る。

【００４５】したがって、このようなニポウ盤１を回転
させることで、試料７内の異なる深さを走査させること
が可能となる。ニポウ盤１の回転に伴って観察部位の深
さが漸次的に変わり、ニポウ盤１が１回転すると観察部
位の深さが元に戻る。

【００４６】そして、各集光点で蛍光色素が励起され、
励起した蛍光（戻り光）１２が、対物レンズ６で集めら
れてニポウ盤１の底面１ｂに集光される。詳細には、各
々先に通過した元のピンホール２の下端に集光され、ピ
ンホール２を通り抜ける。そして、ピンホール２を通り
抜けた蛍光１２は、ダイクロイックミラー９で結像レン
ズ８へと反射され、結像レンズ８によって結像される。

【００４７】また、特に図示してはいないが、この場合
も、試料７内の集光点の前後で生じる低強度の蛍光や、
試料７内で散乱された蛍光は、対物レンズ６にてニポウ
盤１の底面１ｂに集光された際、その集光位置がピンホ
ール２とずれるため、ピンホール２１を通り抜けること
はできない。

【００４８】ピンホール２を通り抜け、ニポウ盤１の上
面１ａより照射された光は、結像レンズ８にて結像され
るが、ここで上記ニポウ盤１の上面１ａは平らに形成さ
れているので、各ピンホール２を通ってニポウ盤１の上
面１ａより出射された光は、結像レンズ８にて平面像と
して結ばれる。

【００４９】そして、該平面像は、撮像器１３によって
撮像され、上記撮像器１３にて撮像した平面像を基に、
図示しない画像処理装置等を使って３次元像を再生する
と、立体像が映し出される。

【００５０】このような共焦点顕微鏡において、図３の
模式図にて斜線を付しているニポウ盤１の開き角３０度
の部分が顕微鏡の視野に相当するとし、この部分にピン
ホール２が１０００個ほど形成されているとすると、撮
像器１３はニポウ盤１の３０度の回転で、１０００本の
走査線からなる画像を１つ構成でき、ニポウ盤１の１回
転で深さの異なる１２枚の画像を得ることができる。そ
して、これら１２枚の画像を三次元像再構築することで
１つの立体像が形成される。

【００５１】そしてまた、このようなニポウ盤１の回転
速度を例えば６０回転毎秒とすると、このような立体像
を毎秒６０個形成できる。毎秒６０個の画像よりなる四
次元像では、試料の立体形状に加えて試料の時間的な変
化や移動の情報を含む顕微鏡観察が可能となる。

【００５２】なお、上記の説明では、ニポウ盤１の１回
転毎に１２枚の画像を撮像して、毎秒７２０枚の像を得
るとしたが、撮像器１３の高速化を図ることで、毎秒当
たりの取得画像数がさらに増加させることで、より緻密
な立体像を得ることが可能になる。

【００５３】また、上記したニポウ盤１における厚みの
変化量は、観察対象となる試料の厚みと、使用される対
物レンズの倍率によって決定すればよい。

【００５４】つまり、光軸方向の集光点の移動量には、
光軸方向の集光点の移動量＝光源の移動量／対物レンズ
の倍率の２乗といった関係がある。

【００５５】したがって、試料７が細胞試料である場合
に要求される０．０１ｍｍの厚さを立体観察するには、
光軸方向の集光点の移動量が０．０１ｍｍ必要となり、
上記式より、対物レンズ６の倍率が２０倍である場合
は、光源の移動量、つまり、ニポウ盤１における底面１
ｂの螺旋状斜面の変化量（厚み変化）は４ｍｍとなる。
また、対物レンズ６の倍率が４０倍である場合は、ニポ
ウ盤１における底面１ｂの螺旋状斜面の変化量は１６ｍ
ｍとなる。そして、ちなみに、１６ｍｍの厚み変化を持
たせるためのニポウ盤１の直径は５０ｍｍ程度となる。

【００５６】また、上記ニポウ盤１においては、各ピン
ホール２に中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれてい
る構成とすることが好ましい。ここで中空管としては例
えばガラスキャピラリー等を挙げることができ、棒状の
透明体としては、光ファイバー等を挙げることができ
る。

【００５７】ニポウ盤１は、従来のニポウ盤３０よりも
肉厚になり、ピンホール２のアスペクト比（深さと直径
の比）も高くなる。高アスペクト比のピンホール２は低
アスペクト比のピンホール２に比べ形成が困難であり、
また、ピンホール２の内面が平滑でない場合、光の伝播
ロスが起こり、伝播ロスはアスペクト比が大きくなるほ
ど顕著になる。そのため、ピンホールの内面平滑化工程
が必要となる。

【００５８】そこで、上記のように、ピンホール２にガ
ラスキャピラリー等の中空管や光ファイバー等の棒状透
明体が埋め込まれている構成とすることで、ピンホール
２の内面平滑化処理が必要なくなり、かつ、高アスペク
ト比であっても困難なく製造することができる。

【００５９】つまり、ニポウ盤１を製造するにあたり、
形状を形成した後の円盤１枚ずつにピンホール２を形成
していく方法もあるが、このように、中空管や棒状透明
体よりピンホール２を形成することで、２枚の円盤にピ
ンホール２を形成し、これらを離して各ピンホール２に
中空管や棒状透明体を通し、それらの隙間を熱可塑性樹
脂等で埋めて、スライス後にニポウ盤１の形状に加工す
ることで、製造工程が簡素化されると共に、高アスペク
ト比であっても困難なく製造することができる。

【００６０】なお、ここで述べた具体的な実施の態様や
実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにす
るものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義
に解釈されるべきものではなく、本発明の範囲内で、種
々変更して実施することができるものである。

【００６１】一例として、例えば、本実施の形態では、
ニポウ盤１と一体的に回転駆動されるマイクロレンズア
レイ盤３を配して、ニポウ盤１に設けられたピンホール
２の開口面積比を上げてレーザ光の利用率を上げている
が、このようなマイクロレンズアレイ盤３は必ずしも必
要なものではない。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、以上のように、複数の微小開
口が螺旋状に並んで形成された円盤型の微小開口回転盤
を用い、該微小開口回転盤を回転しつつその一方の面よ
りレーザ光を照射して微小開口を通すことで他方の面に
点光源群を形成し、該点光源群の光を対物レンズで試料
内に集光して集光点群を形成し、該集光点群からの各戻
り光を元の微小開口を通して微小開口回転盤におけるレ
ーザ光入射側の面より出射して結像レンズにて結像させ
る共焦点顕微鏡であって、上記微小開口回転盤の対物レ
ンズ側の面が回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面
を成し、レーザ光が入射される側の面が平らに形成され
ていることを特徴としている。

【００６３】これによれば、複数の微小開口が螺旋状に
並んで形成された微小開口回転盤は、対物レンズ側とな
る面が回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面に形成
されているので、螺旋状斜面に形成された点光源毎に集
光深さが異なることとなり、集光点群は試料内で水平面
（深さが等しい）上には並ばず、立体的に並ぶようにな
る。

【００６４】したがって、このような微小開口回転盤を
回転させることで、試料内の異なる深さを走査させるこ
とが可能となる。微小開口回転盤の１回転で走査位置の
深さは元に戻る。

【００６５】また、微小開口回転盤の結像レンズ側の面
は平らに形成されているので、各微小開口を通って微小
開口回転盤のこの平坦面より出射された光は結像レンズ
にて平面像として形成される。したがって、この平面像
を撮像して、３次元像を再生することで、試料或いは対
物レンズを上下動させることなく、立体像を得ることが
できる。

【００６６】その結果、動きのある試料の立体像の観察
を可能とし、立体形状に加えて試料の時間的な変化や移
動の情報を含む四次元顕微鏡観察が可能な共焦点顕微鏡
を提供できるといった効果を奏する。

【００６７】また、上記微小開口回転盤において、微小
開口に中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれている構
成とすることが好ましい。

【００６８】本発明の共焦点顕微鏡に備えられる微小開
口回転盤は、従来の微小開口回転盤よりも肉厚であるた
め、微小開口のアスペクト比（深さと直径の比）も高
く、高アスペクト比の微小開口は低アスペクト比のもの
に比べ形成が困難で、また、微小開口の内面が平滑でな
い場合、光の伝播ロスが起こるため、微小開口の内面平
滑化工程が必要となる。

【００６９】しかしながら、このように、微小開口回転
盤を微小開口に中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれ
ている構成とすることで、微小開口の内面平滑化処理が
必要なくなり、また、高アスペクト比であっても困難な
く製造することができる。

【００７０】その結果、動きのある試料の立体像の観察
を可能とし、立体形状に加えて試料の時間的な変化や移
動の情報を含む四次元顕微鏡観察が可能な共焦点顕微鏡
をより低コストにて提供できるといった効果を奏する。

【００７１】また、本発明の微小開口回転盤は、上記課
題を解決するために、共焦点顕微鏡に備えられる複数の
微小開口が螺旋状に並んで形成された円盤型の微小開口
回転盤であって、一方の面が回転軸を中心とした１回転
分の螺旋状斜面を成し、他方の面が平らに形成されてい
ることを特徴としている。

【００７２】共焦点顕微鏡として既に説明したように、
本発明の該微小開口回転盤を用いて光走査することで、
試料や対物レンズを上下動させることなく、立体像を得
ることができる。

【００７３】したがって、従来の共焦点顕微鏡において
も、微小開口回転盤を本発明の微小開口回転盤に交換す
ることで、動きのある試料の立体像の観察を可能とし、
立体形状に加えて試料の時間的な変化や移動の情報を含
む四次元顕微鏡観察が可能なものに性能を高めることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、同図
（ａ）は、共焦点顕微鏡の正面図であり、同図（ｂ）
は、同図（ａ）の矢印Ａより見た矢視図である。

【図２】上記共焦点顕微鏡に備えられたニポウ盤の斜視
図である。

【図３】共焦点顕微鏡で用いられるニポウ盤に形成され
る微小開口の並びを示す模式図である。

【図４】従来の共焦点顕微鏡の一構成例を示す図面であ
る。

【符号の説明】

１ ニポウ盤（微小開口回転盤） １ａ 上面（結像レンズ側の面） １ｂ 底面（対物レンズ側の面） ２ ピンホール（微小開口） ３ マイクロレンズアレイ盤 ４ マイクロレンズ ６ 対物レンズ ７ 試料 ８ 結像レンズ １１ 集光点群 １３ 撮像器 １４ 点光源群

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の微小開口が螺旋状に並んで形成され
   た円盤型の微小開口回転盤を用い、該微小開口回転盤を
   回転しつつその一方の面よりレーザ光を照射して微小開
   口を通すことで他方の面に点光源群を形成し、該点光源
   群の光を対物レンズで試料内に集光して集光点群を形成
   し、該集光点群からの各戻り光を元の微小開口を通して
   微小開口回転盤より出射し、結像レンズにて結像させる
   共焦点顕微鏡であって、 上記微小開口回転盤の対物レンズ側の面が回転軸を中心
   とした１回転分の螺旋状斜面を成し、レーザ光が入射さ
   れる側の面が平らに形成されていることを特徴とする共
   焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】上記微小開口回転盤に形成された微小開口
   には中空管或いは棒状の透明体が埋め込まれていること
   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】共焦点顕微鏡に備えられる複数の微小開口
   が螺旋状に並んで形成された円盤型の微小開口回転盤で
   あって、 一方の面が回転軸を中心とした１回転分の螺旋状斜面を
   成し、他方の面が平らに形成されていることを特徴とす
   る微小開口回転盤。