JP2004177494A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】構成が簡単で装置の小型化を実現でき、しかも価格的にも安価な共焦点観察と非共焦点観察を選択的に行うことができる共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源１から出た照明光をビームスプリッタ３で分割し、一方の照明光を対物レンズ７に導くとともに、ディスク５を備えた共焦点光学系Ａと、ビームスプリッタ３により分割された他方の照明光を対物レンズ７に導く非共焦点光学系Ｂを有し、これら共焦点光学系Ａと非共焦点光学系Ｂの光路の交点に、非共焦点光学系Ｂからの照明光を対物レンズ７の方向へ反射するミラー１５を挿脱手段１８により挿脱可能に設けるとともに、ミラー１５を光路に挿入した状態で共焦点光学系からの照明光を遮断する。
【選択図】 図１
【解決手段】光源１から出た照明光をビームスプリッタ３で分割し、一方の照明光を対物レンズ７に導くとともに、ディスク５を備えた共焦点光学系Ａと、ビームスプリッタ３により分割された他方の照明光を対物レンズ７に導く非共焦点光学系Ｂを有し、これら共焦点光学系Ａと非共焦点光学系Ｂの光路の交点に、非共焦点光学系Ｂからの照明光を対物レンズ７の方向へ反射するミラー１５を挿脱手段１８により挿脱可能に設けるとともに、ミラー１５を光路に挿入した状態で共焦点光学系からの照明光を遮断する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転ディスクを用いた共焦点法のセクショニング効果を利用して観察画像を取得する共焦点顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回転ディスクを用いた共焦点法のセクショニング効果を利用することで、リアルタイムで高い解像度の観察画像を得ることが可能なディスク回転型の共焦点顕微鏡が実用化されている。
【０００３】
この種の共焦点顕微鏡は、通常の顕微鏡の光路中に、ピンホール等の光通過部を設けた回転ディスクを挿入して回転させるもので、ピントのずれた面の画像を除去し、ピントのあった面の画像のみを抽出することにより、非常に高いコントラストを持つ共焦点画像を取得できるようになっている。
【０００４】
一方、このような共焦点顕微鏡は、その性質上、高倍率観察時でさらに強調された像を得ることを目的として用いられる傾向にあるが、この場合、像観察の前に、試料の位置合わせやピント合わせを必ず行なう必要がある。
【０００５】
しかし、共焦点顕微鏡は、共焦点画像として、ピントのあった面の像のみしか抽出しないため、このままでは試料の位置合わせやピント合わせを行うことができない。
【０００６】
そこで、従来の共焦点顕微鏡では、試料の位置合わせやピント合わせを行う場合、光路中から回転ディスクを退避させ、回転ディスクを透過しない非共焦点像を取得することにより、試料の位置合わせやピント合わせを可能にしたものがある。
【０００７】
ところが、共焦点顕微鏡は、回転ディスクを通過する際に大きく光量を損失するために、一般に、光源として、大きな光量を得られる水銀光源などが用いられている。このため回転ディスクを光路中より退避させた状態では、極めて大きな光量の下で、非共焦点像の取得とともに、試料の位置合わせやピント合わせの作業を行わなければならず、作業が難しくなる。
【０００８】
そこで、回転ディスクを光路中より退避させる機構に連動させてＮＤフィルタなどの減光部材を光路中に挿入することにより、適正な光量の下で試料の位置合わせやピント合わせを可能にしたものもある。
【０００９】
しかし、このような光路中から回転ディスクを退避させディスクを透過しない非共焦点像を得る方式のものは、回転ディスクを退避させるための大きなスペースが必要になってしまう。また、光路に回転ディスクを挿脱するための機構の他に、回転ディスクが退避したと同時に光路中にＮＤフィルタを挿入するための連動機構が必要となるため、全体の構成が複雑で大掛かりなものになってしまう。
【００１０】
そこで、例えば、特許文献１に開示されるように、光路中から回転ディスクを退避させるのではなく、コンフォーカル照明光源と通常光源を用い、コンフォーカル照明光源よりディスクを介してメイン光学系を形成し、また、通常光源よりディスクを通らないバイパス光学系を形成し、これら光学系を２個のミラーを光路に挿脱して切換えることにより、共焦点像と非共焦点像を選択的に取得できるようにしたものがある。
【００１１】
また、特許文献２に開示されるように、この場合も光路中から回転ディスクを退避させるのではなく、偏光板、偏光ビームスプリッタ、波長板およびファラデー素子等を用いて、ディスクを通る共焦点光路と、ディスクを通らない非共焦点光路を形成し、偏光板の偏光方向を切換えて、これら光路を切換えることにより、共焦点像と非共焦点像を選択的に取得できるようにしたものもある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−３２５２７９号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２００１−９１８４２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に開示されるものは、２つの独立した光源を使用しているため、装置自体が非常に大掛かりになり、さらに２個のミラーを光路中に連動させて挿脱しなければならないため、連動機構が必要になり構成が複雑になってしまう。また、これら２個のミラーを一体化することを考えると、非常に大きなスペースを取ってしまうという問題を生じる。
【００１５】
また、特許文献２に開示されるものは、偏光板、偏光ビームスプリッタ、波長板およびファラデー素子等を用いているが、特に、ファラデー素子、偏光ビームスプリッタは非常に高価であり、それらを複数個づつ使用しているので、装置のが非常に高価なものになってしまうという問題を生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成が簡単で装置の小型化を実現でき、しかも価格的にも安価な共焦点観察と非共焦点観察を選択的に行うことができる共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光源から出た照明光を分割する光分割部と、前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段とを具備したことを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明は、光源から出た照明光を分割する光分割部と、前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点に配置され、前記共焦点光学系および前記非共焦点光学系からの照明光を前記対物レンズの方向へ反射又は透過させる反射／透過手段と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段とを具備したことを特徴としている。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の一方を反射する反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上に挿脱する挿脱手段を具備することを特徴としている。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の各々一方を反射する複数の反射部材からなり、前記複数の反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上で切り換える切換手段を具備することを特徴としている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系の照明光の一方を交互に切り換え遮断する遮断部材を具備することを特徴としている。
【００２１】
この結果、本発明によれば、１つの照明光遮断手段により共焦点光学系と非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断するようにしたので、複雑な構成の連動機構や駆動機構、大きなスペースなどを必要とせず、簡単が構成で、装置の小型化を実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、１つの照明光遮断手段は、共焦点光学系と非共焦点光学系の光路の交点に配置される反射／透過部材を挿脱または切換える１つの挿脱手段または切換え手段で構成されるので、高価な光学素子を一切使用することなく、価格的にも安価にできる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、光学素子を移動させるのでなく、遮断部材を切換えるだけで、共焦点観察または非共焦点観察を選択的に得られるので、光学素子を移動させる場合の高精度な位置決めを要求される切換え手段などが不要であり、また、切換え精度も不要なため、構成が簡単で、価格的にも安価にできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示している。図において、１は光源で、この光源１から出射した照明光の光路上には、コレクタレンズ２と光分割部としてのビームスプリッタ３が配置されている。コレクタレンズ２は、光源１からの光を平行光に変換するものである。ビームスプリッタ３は、コレクタレンズ２で平行光になった光を透過および９０度曲げるようにしている。
【００２６】
ビームスプリッタ３の９０度曲げられた反射光路には、共焦点光学系Ａが配置され、また、透過光路には、非共焦点光学系Ｂが配置されている。
【００２７】
共焦点光学系Ａは、ディスク５および結像レンズ６を有している。
【００２８】
ディスク５は、例えばピンホールが螺旋状に配設されたもの、または遮光部と透過部が縞状に配置されているものが用いられる。また、ディスク５は、走査手段を構成する回転手段としてモータ４の回転軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。
【００２９】
ディスク５および結像レンズ６を通った光は、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進する。
【００３０】
ビームスプリッタ３の直進光路には、結像レンズ９および接眼レンズ１０が配置されている。そして、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９を通った光は接眼レンズ１０で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００３１】
一方、非共焦点光学系Ｂは、ミラー１１、減光部材１２、結像レンズ１３およびミラー１４を有している。
【００３２】
ミラー１１は、ビームスプリッタ３を透過する光を９０度曲げるように反射する。ミラー１１で反射した光は、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。ここで、減光部材１２は、所定の光透過量が設定され、通過する光量を減光するものである。結像レンズ１３を通った光はミラー１４に入射する。ミラー１４は、結像レンズ１３を通った光を９０度曲げるように反射する。
【００３３】
ミラー１４で反射した光は、反射部材としてのミラー１５に入射する。
【００３４】
ミラー１５は、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に挿脱可能に設けられたもので、挿脱手段１８により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。挿脱手段１８は、図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により構成されている。また、ミラー１５は、挿脱手段１８の動作により、非共焦点観察の際に光路上に挿入され、共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入された非共焦点観察の状態で、共焦点光学系Ａからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００３５】
ミラー１５に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ミラー１５で９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１で９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は９０度曲げられて、上述した結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は接眼レンズ１０で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００３６】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３７】
まず、共焦点観察をする場合は、ミラー１５を挿脱手段１８の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により図示破線で示すように光路上から外すようにする。
【００３８】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ３を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、ミラー１５が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００３９】
共焦点光学系Ａに入射した光は、モータ４により回転しているディスク５を通って結像レンズ６に入射する。結像レンズ６を通った光は、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は対物レンズ７を通って平行光となり、結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。そして、ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、この接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００４０】
次に、非共焦点観察をする場合は、ミラー１５を挿脱手段１８の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により図示実線で示すように光路上に挿入する。
【００４１】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３を透過した光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、光路上に挿入されたミラー１５により光路を遮られるので、そのまま無効となる。
【００４２】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー１１により９０度曲げられ、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３を通った光は、ミラー１４で反射し、ミラー１５に入射する。
【００４３】
ミラー１５に入射した光は、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ミラー１５で９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１により９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は、９０度曲げられて結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００４４】
従って、このようによれば、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に１個のミラー１５が挿脱可能に設けられ、この１個のミラー１５の光路上への挿脱のみで、共焦点観察と非共焦点観察を選択することができので、複雑な構成の連動機構や駆動機構、ディスクを移動するための大きなスペースなどを必要とせず、構成が簡単で、装置の小型化を実現できる。また、１個のミラー１５を使用するのみで、高価な光学素子を一切使用しないので、価格的にも安価にできる。
【００４５】
また、共焦点観察と非共焦点観察を選択する手段としてミラー１５が使われることで、共焦点光学系Ａ、非共焦点光学系Ｂを通るそれぞれの光を全て有効に利用できるので、特に、共焦点観察では、像の明るい観察を実現することができる。
【００４６】
さらに、観察法によって共焦点光学系Ａ、非共焦点光学系Ｂを別個に選択することで、非共焦点光学系Ｂの減光部材１２を光路に固定して配置できるようになるので、非共焦点観察の際にディスク５と減光部材１２の挿脱を連動して行う連動機構も必要なくなり、この点からも簡単な構成の共焦点顕微鏡を得られる。
【００４７】
さらにまた、ビームスプリッタ３により分割される光のうち、共焦点観察用に使用する光以外、つまり、従来使用していない光を利用して非共焦点観察をも行うことができるので、これら共焦点観察と非共焦点観察を効率よく行うことができる。
【００４８】
なお、上述した第１の実施の形態では、減光部材１２には、一定の光透過量を有するものを用いたが、光透過量を変更できるような構成のものを用いることができる。このような減光部材１２を用いれば、ミラー１５を挿脱した際の観察像の明るさを同じにすることができ、観察者による像観察をさらにし易くできる。
【００４９】
また、上述した第１の実施の形態では、ビームスプリッタ３を用いたが、これに代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ３に代えて偏光ビームスプリッタを用い、ミラー１５と対物レンズ７の間に１／４波長板、ビームスプリッタ３と接眼レンズ１０の間にデポラライザなどの偏光を解消する光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００５０】
さらに、上述した第１の実施の形態において、ビームスプリッタ３とミラー１５の位置関係を反対にすることもできる。つまり、共焦点観察をする場合は、ミラー１５を光路上に挿入して光源１からの光を反射して共焦点光学系Ａへのみ入射させ、一方、非共焦点観察をする場合は、ミラー１５を光路上から外して光源１からの光を直進させて非共焦点光学系Ｂへのみ入射させるようになる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５２】
図２は、本発明の第２の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５３】
この場合、共焦点光学系Ａと非共焦点光学系Ｂの交点の光路上には、反射／透過部材としてのビームスプリッタ１６が配置されている。このビームスプリッタ１６は、共焦点光学系Ａのディスク５、結像レンズ６を通って入射する光を直進させるとともに、試料８から対物レンズ７を通って平行光となって戻される光を直進させ、また、非共焦点光学系Ｂの結像レンズ１３、ミラー１４を通って入射する光を９０度曲げるとともに、試料８から対物レンズ７を通って平行光となって戻される光を９０度曲げるようになっている。
【００５４】
共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂには、光路を遮断する遮断部材としてシャッタ１７が設けられている。このシャッタ１７は、回転軸１７１の先端にシャッタ本体１７２を有するもので、図示しない電動機構あるいは手動機構により回転軸１７１が図示矢印Ｓ方向に回転することにより、シャッタ本体１７２を共焦点光学系Ａまたは非共焦点光学系Ｂの光路上に交互に切換えられ、それぞれの光路を遮断できるようになっている。この場合、シャッタ１７は、共焦点観察の際に、シャッタ本体１７２を非共焦点光学系Ｂの光路上に挿入され、非共焦点観察の際に、シャッタ本体１７２を共焦点光学系Ａの光路上に挿入され、それぞれの光路の光を遮断する照明光遮断手段として作用するようになっている。
【００５５】
その他は、図１と同様である。
【００５６】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００５７】
まず、共焦点観察をする場合は、シャッタ１７を図示しない電動機構あるいは手動機構により図示実線で示すように非共焦点光学系Ｂの光路上に挿入する。
【００５８】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ３を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、シャッタ１７により光路が遮断されているので、そのまま無効となる。
【００５９】
共焦点光学系Ａに入射した光は、モータ４により回転しているディスク５を通って結像レンズ６に入射する。結像レンズ６を通った光は、ビームスプリッタ１６を直進し、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は対物レンズ７を通って平行光となり、ビームスプリッタ１６を直進し、結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。そして、ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、この接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００６０】
次に、非共焦点観察をする場合は、シャッタ１７を図示しない電動機構あるいは手動機構により図示破線で示すように共焦点光学系Ａの光路上に挿入する。
【００６１】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３を透過した光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、シャッタ１７により光路が遮断されているので、そのまま無効となる。
【００６２】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー１１により９０度曲げられ、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３を通った光は、ミラー１４で反射し、ビームスプリッタ１６に入射する。
【００６３】
ビームスプリッタ１６に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ビームスプリッタ１６に入射する。
【００６４】
ビームスプリッタ１６に入射した光は、９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１により９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は、９０度曲げられて結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００６５】
従って、このようにすれば、光学素子を移動させるのでなく、光を遮断する簡単な部材であるシャッタ１７を切換えるだけで、共焦点観察または非共焦点観察を選択に得られるので、光学素子を移動させる場合の高精度な位置決めを要求される切換え手段なども不要であり、また、切換え精度も不要なため、構成が簡単で、価格的にも安価な共焦点顕微鏡を実現できる。
【００６６】
なお、このような第２の実施の形態についても、ビームスプリッタ３に代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ３に代えて偏光ビームスプリッタを用い、ミラー１５と対物レンズ７の間に１／４波長板、ビームスプリッタ３と接眼レンズ１０の間にデポラライザなどの偏光を解消する光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６８】
図３は、本発明の第３の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示している。図において、２１は光源で、この光源２１から出射した照明光の光路上には、コレクタレンズ２２、ミラー２３およびビームスプリッタ２４が配置されている。コレクタレンズ２２は、光源２１からの光を平行光に変換するものである。ミラー２３は、コレクタレンズ２２で平行光になった光を透過および９０度曲げるものである。ビームスプリッタ２４は、ミラー２３からの光を透過および９０度曲げるようにしている。
【００６９】
ビームスプリッタ２４の９０度曲げられた反射光路には、共焦点光学系Ａが配置され、また、透過光路には、非共焦点光学系Ｂが配置されている。
【００７０】
共焦点光学系Ａは、ミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０、ミラー３１を有している。また、共焦点光学系Ａは、これらミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０、ミラー３１が同一面上に配置されている。
【００７１】
ディスク２７は、例えばピンホールが螺旋状に配設されたもの、または遮光部と透過部が縞状に配置されているものが用いられる。また、ディスク２７は、走査手段を構成する回転手段としてモータ２６の回転軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。
【００７２】
共焦点光学系Ａのミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０を通った光は、反射部材としてのプリズム３２に入射する。
【００７３】
プリズム３２は、後述するビームスプリッタ４０とともに、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に交互に切換え可能に設けられたもので、切換え手段４１により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。切換え手段４１は、図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により構成されている。また、プリズム３２は、切換え手段４１の動作により、共焦点観察の際に光路上に挿入され、非共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入される共焦点観察の状態で、非共焦点光学系Ｂからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００７４】
プリズム３２に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。また、試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、プリズム３２で９０度曲げられ、結像レンズ３０、ミラー２９、２８を通ってディスク２７上で結像する。ディスク２７から出た光は、ビームスプリッタ２４を直進する。ビームスプリッタ２４を直進した光は、ミラー３１で反射し、プリズム３２に入射する。プリズム３２に入射した光は、上述と逆方向に９０度曲げられ、結像レンズ３５を通って接眼レンズ３６で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００７５】
一方、非共焦点光学系Ｂは、ミラー３７、減光部材３８および結像レンズ３９を有している。また、この非共焦点光学系Ｂも、これらミラー３７、減光部材３８および結像レンズ３９が同一面上に配置されている。
【００７６】
ミラー３７は、ビームスプリッタ２４を透過する光を９０度曲げるように反射する。ミラー３７で反射した光は、減光部材３８を通り、結像レンズ３９に入射する。ここで、減光部材３８は、所定の光透過量が設定され、通過する光量を減光するものである。結像レンズ３９を通った光は、反射／透過部材としてのビームスプリッタ４０に入射する。
【００７７】
ビームスプリッタ４０は、上述したプリズム３２と一体に設けられ、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に交互に切換え可能に設けられたもので、プリズム３２と共通の切換え手段４１により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。ビームスプリッタ４０は、切換え手段４１の動作により、非共焦点観察の際に光路上に挿入され、共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入される非共焦点観察の状態で、共焦点光学系Ａからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００７８】
ビームスプリッタ４０に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。また、試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、ビームスプリッタ４０を直進して、結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００７９】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００８０】
まず、共焦点観察をする場合は、プリズム３２を切換え手段４１の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により光路上に挿入する。
【００８１】
この状態で、光源２１から出射した照明光は、コレクタレンズ２２を通って平行光となり、ミラー２３により９０度曲げられてビームスプリッタ２４に入射する。そして、ビームスプリッタ２４により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ２４を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、ビームスプリッタ４０が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００８２】
共焦点光学系Ａに入射した光は、ミラー２５で９０度曲げられ、モータ２６により回転しているディスク２７を通ってミラー２８に入射する。ミラー２８から出た光は、ミラー２９で９０度曲げられ、結像レンズ３０に入射する。
【００８３】
結像レンズ３０を通った光は、プリズム３２により９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、プリズム３２により９０度曲げられて、結像レンズ３０を通り、ミラー２９により９０度曲げられ、ミラー２８によりさらに９０度曲げられてディスク２７上で結像する。
【００８４】
そして、ディスク２７から出た光は、ミラー２５で９０度曲げられ、ビームスプリッタ２４を直進し、ミラー３１で９０度曲げられ、プリズム３２に入射する。プリズム３２に入射した光は、上述と逆方向に９０度曲げられ、結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、接眼レンズ３６を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００８５】
次に、非共焦点観察をする場合は、ビームスプリッタ４０を切換え手段４１の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により光路上に挿入する。
【００８６】
この状態で、光源２１から出射した照明光は、コレクタレンズ２２を通って平行光となり、ミラー２３により９０度曲げられてビームスプリッタ２４に入射する。
【００８７】
そして、ビームスプリッタ２４を透過する光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ２４で９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、プリズム３２が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００８８】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー３７により９０度曲げられ、減光部材３８を通り、結像レンズ３９に入射する。結像レンズ３９を通った光は、ビームスプリッタ４０で９０度曲げられて対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、ビームスプリッタ４０を直進して結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、接眼レンズ３６を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００８９】
従って、このようにすれば、非共焦点光学系Ｂでは、試料３４を反射した戻り光が通らないようになるので、共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂに用いられる結像レンズ３９などの光学調整の精度が高くなくてもよくなり、そのための調整が簡単で、しかも画質劣化のない共焦点顕微鏡を実現できる。
【００９０】
また、共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂのそれぞれの光学素子は、同一平面上に配置するような構成になっているので、これら共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂの２つの光学系を備えたものであっても、観察者のアイポイントが低い共焦点顕微鏡を提供できる。
【００９１】
なお、このような第３の実施の形態についても、ビームスプリッタ２４に代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ２４に代え偏光ビームスプリッタを用い、プリズム３２、ビームスプリッタ４０と対物レンズ３３の間に１／４波長板を、ビームスプリッタ２４より観察者側にポラライザなどの偏光を解消するような光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００９２】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ミラー１５の挿脱、プリズム３２、ビームスプリッタ４０の切り換えは、ガイド機構を用いた直動機構により構成したが、ターレット等の回転機構で構成し、ターレット上に様々な形状および特性の光学素子を設けて、これらを光路上で切換え可能とすれば、スペースを取ることなく、種々の観察をすることができる。
【００９３】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、構成が簡単で装置の小型化を実現でき、しかも価格的にも安価な共焦点観察と非共焦点観察を選択的に行うことができる共焦点顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…光源
２…コレクタレンズ
３…ビームスプリッタ
４…モータ
５…ディスク
６…結像レンズ
７…対物レンズ
８…試料
９…結像レンズ
１０…接眼レンズ
１１…ミラー
１２…減光部材
１３…結像レンズ
１４…ミラー
１５…ミラー
１６…ビームスプリッタ
１７…シャッタ
１７１…回転軸
１７２…シャッタ本体
１８…挿脱手段
２１…光源
２２…コレクタレンズ
２３、２５、２８、２９、３１…ミラー
２４…ビームスプリッタ
２６…モータ
２７…ディスク
３０…結像レンズ
３２…プリズム
３３…対物レンズ
３４…試料
３５…結像レンズ
３６…接眼レンズ
３７…ミラー
３８…減光部材
３９…結像レンズ
４０…ビームスプリッタ
４１…切換え手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転ディスクを用いた共焦点法のセクショニング効果を利用して観察画像を取得する共焦点顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回転ディスクを用いた共焦点法のセクショニング効果を利用することで、リアルタイムで高い解像度の観察画像を得ることが可能なディスク回転型の共焦点顕微鏡が実用化されている。
【０００３】
この種の共焦点顕微鏡は、通常の顕微鏡の光路中に、ピンホール等の光通過部を設けた回転ディスクを挿入して回転させるもので、ピントのずれた面の画像を除去し、ピントのあった面の画像のみを抽出することにより、非常に高いコントラストを持つ共焦点画像を取得できるようになっている。
【０００４】
一方、このような共焦点顕微鏡は、その性質上、高倍率観察時でさらに強調された像を得ることを目的として用いられる傾向にあるが、この場合、像観察の前に、試料の位置合わせやピント合わせを必ず行なう必要がある。
【０００５】
しかし、共焦点顕微鏡は、共焦点画像として、ピントのあった面の像のみしか抽出しないため、このままでは試料の位置合わせやピント合わせを行うことができない。
【０００６】
そこで、従来の共焦点顕微鏡では、試料の位置合わせやピント合わせを行う場合、光路中から回転ディスクを退避させ、回転ディスクを透過しない非共焦点像を取得することにより、試料の位置合わせやピント合わせを可能にしたものがある。
【０００７】
ところが、共焦点顕微鏡は、回転ディスクを通過する際に大きく光量を損失するために、一般に、光源として、大きな光量を得られる水銀光源などが用いられている。このため回転ディスクを光路中より退避させた状態では、極めて大きな光量の下で、非共焦点像の取得とともに、試料の位置合わせやピント合わせの作業を行わなければならず、作業が難しくなる。
【０００８】
そこで、回転ディスクを光路中より退避させる機構に連動させてＮＤフィルタなどの減光部材を光路中に挿入することにより、適正な光量の下で試料の位置合わせやピント合わせを可能にしたものもある。
【０００９】
しかし、このような光路中から回転ディスクを退避させディスクを透過しない非共焦点像を得る方式のものは、回転ディスクを退避させるための大きなスペースが必要になってしまう。また、光路に回転ディスクを挿脱するための機構の他に、回転ディスクが退避したと同時に光路中にＮＤフィルタを挿入するための連動機構が必要となるため、全体の構成が複雑で大掛かりなものになってしまう。
【００１０】
そこで、例えば、特許文献１に開示されるように、光路中から回転ディスクを退避させるのではなく、コンフォーカル照明光源と通常光源を用い、コンフォーカル照明光源よりディスクを介してメイン光学系を形成し、また、通常光源よりディスクを通らないバイパス光学系を形成し、これら光学系を２個のミラーを光路に挿脱して切換えることにより、共焦点像と非共焦点像を選択的に取得できるようにしたものがある。
【００１１】
また、特許文献２に開示されるように、この場合も光路中から回転ディスクを退避させるのではなく、偏光板、偏光ビームスプリッタ、波長板およびファラデー素子等を用いて、ディスクを通る共焦点光路と、ディスクを通らない非共焦点光路を形成し、偏光板の偏光方向を切換えて、これら光路を切換えることにより、共焦点像と非共焦点像を選択的に取得できるようにしたものもある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−３２５２７９号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２００１−９１８４２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に開示されるものは、２つの独立した光源を使用しているため、装置自体が非常に大掛かりになり、さらに２個のミラーを光路中に連動させて挿脱しなければならないため、連動機構が必要になり構成が複雑になってしまう。また、これら２個のミラーを一体化することを考えると、非常に大きなスペースを取ってしまうという問題を生じる。
【００１５】
また、特許文献２に開示されるものは、偏光板、偏光ビームスプリッタ、波長板およびファラデー素子等を用いているが、特に、ファラデー素子、偏光ビームスプリッタは非常に高価であり、それらを複数個づつ使用しているので、装置のが非常に高価なものになってしまうという問題を生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成が簡単で装置の小型化を実現でき、しかも価格的にも安価な共焦点観察と非共焦点観察を選択的に行うことができる共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光源から出た照明光を分割する光分割部と、前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段とを具備したことを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明は、光源から出た照明光を分割する光分割部と、前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点に配置され、前記共焦点光学系および前記非共焦点光学系からの照明光を前記対物レンズの方向へ反射又は透過させる反射／透過手段と、前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段とを具備したことを特徴としている。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の一方を反射する反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上に挿脱する挿脱手段を具備することを特徴としている。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の各々一方を反射する複数の反射部材からなり、前記複数の反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上で切り換える切換手段を具備することを特徴としている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系の照明光の一方を交互に切り換え遮断する遮断部材を具備することを特徴としている。
【００２１】
この結果、本発明によれば、１つの照明光遮断手段により共焦点光学系と非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断するようにしたので、複雑な構成の連動機構や駆動機構、大きなスペースなどを必要とせず、簡単が構成で、装置の小型化を実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、１つの照明光遮断手段は、共焦点光学系と非共焦点光学系の光路の交点に配置される反射／透過部材を挿脱または切換える１つの挿脱手段または切換え手段で構成されるので、高価な光学素子を一切使用することなく、価格的にも安価にできる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、光学素子を移動させるのでなく、遮断部材を切換えるだけで、共焦点観察または非共焦点観察を選択的に得られるので、光学素子を移動させる場合の高精度な位置決めを要求される切換え手段などが不要であり、また、切換え精度も不要なため、構成が簡単で、価格的にも安価にできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示している。図において、１は光源で、この光源１から出射した照明光の光路上には、コレクタレンズ２と光分割部としてのビームスプリッタ３が配置されている。コレクタレンズ２は、光源１からの光を平行光に変換するものである。ビームスプリッタ３は、コレクタレンズ２で平行光になった光を透過および９０度曲げるようにしている。
【００２６】
ビームスプリッタ３の９０度曲げられた反射光路には、共焦点光学系Ａが配置され、また、透過光路には、非共焦点光学系Ｂが配置されている。
【００２７】
共焦点光学系Ａは、ディスク５および結像レンズ６を有している。
【００２８】
ディスク５は、例えばピンホールが螺旋状に配設されたもの、または遮光部と透過部が縞状に配置されているものが用いられる。また、ディスク５は、走査手段を構成する回転手段としてモータ４の回転軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。
【００２９】
ディスク５および結像レンズ６を通った光は、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進する。
【００３０】
ビームスプリッタ３の直進光路には、結像レンズ９および接眼レンズ１０が配置されている。そして、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９を通った光は接眼レンズ１０で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００３１】
一方、非共焦点光学系Ｂは、ミラー１１、減光部材１２、結像レンズ１３およびミラー１４を有している。
【００３２】
ミラー１１は、ビームスプリッタ３を透過する光を９０度曲げるように反射する。ミラー１１で反射した光は、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。ここで、減光部材１２は、所定の光透過量が設定され、通過する光量を減光するものである。結像レンズ１３を通った光はミラー１４に入射する。ミラー１４は、結像レンズ１３を通った光を９０度曲げるように反射する。
【００３３】
ミラー１４で反射した光は、反射部材としてのミラー１５に入射する。
【００３４】
ミラー１５は、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に挿脱可能に設けられたもので、挿脱手段１８により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。挿脱手段１８は、図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により構成されている。また、ミラー１５は、挿脱手段１８の動作により、非共焦点観察の際に光路上に挿入され、共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入された非共焦点観察の状態で、共焦点光学系Ａからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００３５】
ミラー１５に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ミラー１５で９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１で９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は９０度曲げられて、上述した結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は接眼レンズ１０で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００３６】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３７】
まず、共焦点観察をする場合は、ミラー１５を挿脱手段１８の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により図示破線で示すように光路上から外すようにする。
【００３８】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ３を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、ミラー１５が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００３９】
共焦点光学系Ａに入射した光は、モータ４により回転しているディスク５を通って結像レンズ６に入射する。結像レンズ６を通った光は、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は対物レンズ７を通って平行光となり、結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。そして、ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、この接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００４０】
次に、非共焦点観察をする場合は、ミラー１５を挿脱手段１８の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により図示実線で示すように光路上に挿入する。
【００４１】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３を透過した光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、光路上に挿入されたミラー１５により光路を遮られるので、そのまま無効となる。
【００４２】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー１１により９０度曲げられ、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３を通った光は、ミラー１４で反射し、ミラー１５に入射する。
【００４３】
ミラー１５に入射した光は、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ミラー１５で９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１により９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は、９０度曲げられて結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００４４】
従って、このようによれば、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に１個のミラー１５が挿脱可能に設けられ、この１個のミラー１５の光路上への挿脱のみで、共焦点観察と非共焦点観察を選択することができので、複雑な構成の連動機構や駆動機構、ディスクを移動するための大きなスペースなどを必要とせず、構成が簡単で、装置の小型化を実現できる。また、１個のミラー１５を使用するのみで、高価な光学素子を一切使用しないので、価格的にも安価にできる。
【００４５】
また、共焦点観察と非共焦点観察を選択する手段としてミラー１５が使われることで、共焦点光学系Ａ、非共焦点光学系Ｂを通るそれぞれの光を全て有効に利用できるので、特に、共焦点観察では、像の明るい観察を実現することができる。
【００４６】
さらに、観察法によって共焦点光学系Ａ、非共焦点光学系Ｂを別個に選択することで、非共焦点光学系Ｂの減光部材１２を光路に固定して配置できるようになるので、非共焦点観察の際にディスク５と減光部材１２の挿脱を連動して行う連動機構も必要なくなり、この点からも簡単な構成の共焦点顕微鏡を得られる。
【００４７】
さらにまた、ビームスプリッタ３により分割される光のうち、共焦点観察用に使用する光以外、つまり、従来使用していない光を利用して非共焦点観察をも行うことができるので、これら共焦点観察と非共焦点観察を効率よく行うことができる。
【００４８】
なお、上述した第１の実施の形態では、減光部材１２には、一定の光透過量を有するものを用いたが、光透過量を変更できるような構成のものを用いることができる。このような減光部材１２を用いれば、ミラー１５を挿脱した際の観察像の明るさを同じにすることができ、観察者による像観察をさらにし易くできる。
【００４９】
また、上述した第１の実施の形態では、ビームスプリッタ３を用いたが、これに代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ３に代えて偏光ビームスプリッタを用い、ミラー１５と対物レンズ７の間に１／４波長板、ビームスプリッタ３と接眼レンズ１０の間にデポラライザなどの偏光を解消する光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００５０】
さらに、上述した第１の実施の形態において、ビームスプリッタ３とミラー１５の位置関係を反対にすることもできる。つまり、共焦点観察をする場合は、ミラー１５を光路上に挿入して光源１からの光を反射して共焦点光学系Ａへのみ入射させ、一方、非共焦点観察をする場合は、ミラー１５を光路上から外して光源１からの光を直進させて非共焦点光学系Ｂへのみ入射させるようになる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５２】
図２は、本発明の第２の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５３】
この場合、共焦点光学系Ａと非共焦点光学系Ｂの交点の光路上には、反射／透過部材としてのビームスプリッタ１６が配置されている。このビームスプリッタ１６は、共焦点光学系Ａのディスク５、結像レンズ６を通って入射する光を直進させるとともに、試料８から対物レンズ７を通って平行光となって戻される光を直進させ、また、非共焦点光学系Ｂの結像レンズ１３、ミラー１４を通って入射する光を９０度曲げるとともに、試料８から対物レンズ７を通って平行光となって戻される光を９０度曲げるようになっている。
【００５４】
共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂには、光路を遮断する遮断部材としてシャッタ１７が設けられている。このシャッタ１７は、回転軸１７１の先端にシャッタ本体１７２を有するもので、図示しない電動機構あるいは手動機構により回転軸１７１が図示矢印Ｓ方向に回転することにより、シャッタ本体１７２を共焦点光学系Ａまたは非共焦点光学系Ｂの光路上に交互に切換えられ、それぞれの光路を遮断できるようになっている。この場合、シャッタ１７は、共焦点観察の際に、シャッタ本体１７２を非共焦点光学系Ｂの光路上に挿入され、非共焦点観察の際に、シャッタ本体１７２を共焦点光学系Ａの光路上に挿入され、それぞれの光路の光を遮断する照明光遮断手段として作用するようになっている。
【００５５】
その他は、図１と同様である。
【００５６】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００５７】
まず、共焦点観察をする場合は、シャッタ１７を図示しない電動機構あるいは手動機構により図示実線で示すように非共焦点光学系Ｂの光路上に挿入する。
【００５８】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ３を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、シャッタ１７により光路が遮断されているので、そのまま無効となる。
【００５９】
共焦点光学系Ａに入射した光は、モータ４により回転しているディスク５を通って結像レンズ６に入射する。結像レンズ６を通った光は、ビームスプリッタ１６を直進し、対物レンズ７の瞳上で結像し試料８を照射する。また、試料８から戻った光は対物レンズ７を通って平行光となり、ビームスプリッタ１６を直進し、結像レンズ６を通ってディスク５上で結像する。そして、ディスク５から出た光は、ビームスプリッタ３を直進し、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、この接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００６０】
次に、非共焦点観察をする場合は、シャッタ１７を図示しない電動機構あるいは手動機構により図示破線で示すように共焦点光学系Ａの光路上に挿入する。
【００６１】
この状態で、光源１から出射した照明光は、コレクタレンズ２を通って平行光となり、ビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタ３を透過した光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ３により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、シャッタ１７により光路が遮断されているので、そのまま無効となる。
【００６２】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー１１により９０度曲げられ、減光部材１２を通り、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３を通った光は、ミラー１４で反射し、ビームスプリッタ１６に入射する。
【００６３】
ビームスプリッタ１６に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ７の瞳上で結像し、試料８を照射する。また、試料８から戻った光は、対物レンズ７を通って平行光となり、ビームスプリッタ１６に入射する。
【００６４】
ビームスプリッタ１６に入射した光は、９０度曲げられ、ミラー１４で９０度曲げられて、結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３に入射した光は、減光部材１２を通りミラー１１により９０度曲げられてビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射した光は、９０度曲げられて結像レンズ９に入射し、結像レンズ９を通った光は、接眼レンズ１０で結像し、接眼レンズ１０を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００６５】
従って、このようにすれば、光学素子を移動させるのでなく、光を遮断する簡単な部材であるシャッタ１７を切換えるだけで、共焦点観察または非共焦点観察を選択に得られるので、光学素子を移動させる場合の高精度な位置決めを要求される切換え手段なども不要であり、また、切換え精度も不要なため、構成が簡単で、価格的にも安価な共焦点顕微鏡を実現できる。
【００６６】
なお、このような第２の実施の形態についても、ビームスプリッタ３に代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ３に代えて偏光ビームスプリッタを用い、ミラー１５と対物レンズ７の間に１／４波長板、ビームスプリッタ３と接眼レンズ１０の間にデポラライザなどの偏光を解消する光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６８】
図３は、本発明の第３の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示している。図において、２１は光源で、この光源２１から出射した照明光の光路上には、コレクタレンズ２２、ミラー２３およびビームスプリッタ２４が配置されている。コレクタレンズ２２は、光源２１からの光を平行光に変換するものである。ミラー２３は、コレクタレンズ２２で平行光になった光を透過および９０度曲げるものである。ビームスプリッタ２４は、ミラー２３からの光を透過および９０度曲げるようにしている。
【００６９】
ビームスプリッタ２４の９０度曲げられた反射光路には、共焦点光学系Ａが配置され、また、透過光路には、非共焦点光学系Ｂが配置されている。
【００７０】
共焦点光学系Ａは、ミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０、ミラー３１を有している。また、共焦点光学系Ａは、これらミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０、ミラー３１が同一面上に配置されている。
【００７１】
ディスク２７は、例えばピンホールが螺旋状に配設されたもの、または遮光部と透過部が縞状に配置されているものが用いられる。また、ディスク２７は、走査手段を構成する回転手段としてモータ２６の回転軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。
【００７２】
共焦点光学系Ａのミラー２５、ディスク２７、ミラー２８、２９、結像レンズ３０を通った光は、反射部材としてのプリズム３２に入射する。
【００７３】
プリズム３２は、後述するビームスプリッタ４０とともに、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に交互に切換え可能に設けられたもので、切換え手段４１により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。切換え手段４１は、図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により構成されている。また、プリズム３２は、切換え手段４１の動作により、共焦点観察の際に光路上に挿入され、非共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入される共焦点観察の状態で、非共焦点光学系Ｂからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００７４】
プリズム３２に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。また、試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、プリズム３２で９０度曲げられ、結像レンズ３０、ミラー２９、２８を通ってディスク２７上で結像する。ディスク２７から出た光は、ビームスプリッタ２４を直進する。ビームスプリッタ２４を直進した光は、ミラー３１で反射し、プリズム３２に入射する。プリズム３２に入射した光は、上述と逆方向に９０度曲げられ、結像レンズ３５を通って接眼レンズ３６で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００７５】
一方、非共焦点光学系Ｂは、ミラー３７、減光部材３８および結像レンズ３９を有している。また、この非共焦点光学系Ｂも、これらミラー３７、減光部材３８および結像レンズ３９が同一面上に配置されている。
【００７６】
ミラー３７は、ビームスプリッタ２４を透過する光を９０度曲げるように反射する。ミラー３７で反射した光は、減光部材３８を通り、結像レンズ３９に入射する。ここで、減光部材３８は、所定の光透過量が設定され、通過する光量を減光するものである。結像レンズ３９を通った光は、反射／透過部材としてのビームスプリッタ４０に入射する。
【００７７】
ビームスプリッタ４０は、上述したプリズム３２と一体に設けられ、共焦点光学系Ａの光路と非共焦点光学系Ｂの光路の交点上に交互に切換え可能に設けられたもので、プリズム３２と共通の切換え手段４１により光路上への挿脱、位置決めがなされるようになっている。ビームスプリッタ４０は、切換え手段４１の動作により、非共焦点観察の際に光路上に挿入され、共焦点観察の際に光路から外されるようになっていて、光路に挿入される非共焦点観察の状態で、共焦点光学系Ａからの光を遮断する照明光遮断手段をも兼ねるようになっている。
【００７８】
ビームスプリッタ４０に入射した光は、９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。また、試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、ビームスプリッタ４０を直進して、結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、観察者により試料像が目視観察される。
【００７９】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００８０】
まず、共焦点観察をする場合は、プリズム３２を切換え手段４１の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により光路上に挿入する。
【００８１】
この状態で、光源２１から出射した照明光は、コレクタレンズ２２を通って平行光となり、ミラー２３により９０度曲げられてビームスプリッタ２４に入射する。そして、ビームスプリッタ２４により９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａに入射する。この場合、ビームスプリッタ２４を透過する光は、非共焦点光学系Ｂにも入射するが、ビームスプリッタ４０が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００８２】
共焦点光学系Ａに入射した光は、ミラー２５で９０度曲げられ、モータ２６により回転しているディスク２７を通ってミラー２８に入射する。ミラー２８から出た光は、ミラー２９で９０度曲げられ、結像レンズ３０に入射する。
【００８３】
結像レンズ３０を通った光は、プリズム３２により９０度曲げられ、対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、プリズム３２により９０度曲げられて、結像レンズ３０を通り、ミラー２９により９０度曲げられ、ミラー２８によりさらに９０度曲げられてディスク２７上で結像する。
【００８４】
そして、ディスク２７から出た光は、ミラー２５で９０度曲げられ、ビームスプリッタ２４を直進し、ミラー３１で９０度曲げられ、プリズム３２に入射する。プリズム３２に入射した光は、上述と逆方向に９０度曲げられ、結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、接眼レンズ３６を介して観察者により試料像の共焦点観察が行われる。
【００８５】
次に、非共焦点観察をする場合は、ビームスプリッタ４０を切換え手段４１の図示しない電動機構あるいは手動機構、ガイド機構およびクリックなどの位置決め機構により光路上に挿入する。
【００８６】
この状態で、光源２１から出射した照明光は、コレクタレンズ２２を通って平行光となり、ミラー２３により９０度曲げられてビームスプリッタ２４に入射する。
【００８７】
そして、ビームスプリッタ２４を透過する光は、非共焦点光学系Ｂに入射する。この場合、ビームスプリッタ２４で９０度曲げられた光は、共焦点光学系Ａにも入射するが、プリズム３２が光路から外されているので、そのまま無効となる。
【００８８】
非共焦点光学系Ｂに入射した光は、ミラー３７により９０度曲げられ、減光部材３８を通り、結像レンズ３９に入射する。結像レンズ３９を通った光は、ビームスプリッタ４０で９０度曲げられて対物レンズ３３の瞳上で結像し、試料３４を照射する。試料３４から戻った光は、対物レンズ３３を通って平行光となり、ビームスプリッタ４０を直進して結像レンズ３５に入射し、結像レンズ３５を通った光は、接眼レンズ３６で結像し、接眼レンズ３６を介して観察者により試料像の非共焦点観察が行われる。
【００８９】
従って、このようにすれば、非共焦点光学系Ｂでは、試料３４を反射した戻り光が通らないようになるので、共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂに用いられる結像レンズ３９などの光学調整の精度が高くなくてもよくなり、そのための調整が簡単で、しかも画質劣化のない共焦点顕微鏡を実現できる。
【００９０】
また、共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂのそれぞれの光学素子は、同一平面上に配置するような構成になっているので、これら共焦点光学系Ａおよび非共焦点光学系Ｂの２つの光学系を備えたものであっても、観察者のアイポイントが低い共焦点顕微鏡を提供できる。
【００９１】
なお、このような第３の実施の形態についても、ビームスプリッタ２４に代えてハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ２４に代え偏光ビームスプリッタを用い、プリズム３２、ビームスプリッタ４０と対物レンズ３３の間に１／４波長板を、ビームスプリッタ２４より観察者側にポラライザなどの偏光を解消するような光学素子を配置すれば、ハーフミラーを使用したときに比べ、光量が２倍となり像の明るい共焦点観察を実現することができる。
【００９２】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ミラー１５の挿脱、プリズム３２、ビームスプリッタ４０の切り換えは、ガイド機構を用いた直動機構により構成したが、ターレット等の回転機構で構成し、ターレット上に様々な形状および特性の光学素子を設けて、これらを光路上で切換え可能とすれば、スペースを取ることなく、種々の観察をすることができる。
【００９３】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、構成が簡単で装置の小型化を実現でき、しかも価格的にも安価な共焦点観察と非共焦点観察を選択的に行うことができる共焦点顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…光源
２…コレクタレンズ
３…ビームスプリッタ
４…モータ
５…ディスク
６…結像レンズ
７…対物レンズ
８…試料
９…結像レンズ
１０…接眼レンズ
１１…ミラー
１２…減光部材
１３…結像レンズ
１４…ミラー
１５…ミラー
１６…ビームスプリッタ
１７…シャッタ
１７１…回転軸
１７２…シャッタ本体
１８…挿脱手段
２１…光源
２２…コレクタレンズ
２３、２５、２８、２９、３１…ミラー
２４…ビームスプリッタ
２６…モータ
２７…ディスク
３０…結像レンズ
３２…プリズム
３３…対物レンズ
３４…試料
３５…結像レンズ
３６…接眼レンズ
３７…ミラー
３８…減光部材
３９…結像レンズ
４０…ビームスプリッタ
４１…切換え手段
Claims (5)
- 光源から出た照明光を分割する光分割部と、
前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、
前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、
前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、
前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段と
を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 光源から出た照明光を分割する光分割部と、
前記照明光を試料に集光させる対物レンズと、
前記光分割部により分割された一方の照明光を前記対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、
前記光分割部により分割された他方の照明光を前記対物レンズに導く非共焦点光学系と、
前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点に配置され、前記共焦点光学系および前記非共焦点光学系からの照明光を前記対物レンズの方向へ反射又は透過させる反射／透過手段と、
前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する１つの照明光遮断手段と
を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 前記１つの照明光遮断手段は、
前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の一方を反射する反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上に挿脱する挿脱手段を具備することを特徴とする請求項１または２記載の共焦点顕微鏡。 - 前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系からの照明光の各々一方を反射する複数の反射部材からなり、前記複数の反射部材を前記共焦点光学系と前記非共焦点光学系の光路の交点上で切り換える切換手段を具備することを特徴とする請求項１または２記載の共焦点顕微鏡。
- 前記１つの照明光遮断手段は、前記共焦点光学系または前記非共焦点光学系の照明光の一方を交互に切り換え遮断する遮断部材を具備することを特徴とする請求項１または２記載の共焦点顕微鏡。
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| JP2002341003A JP2004177494A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 共焦点顕微鏡 |
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| JP2002341003A JP2004177494A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 共焦点顕微鏡 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249965A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Yokogawa Electric Corp | 共焦点顕微鏡システム |
| JP2009020448A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-29 | Lasertec Corp | 表面形状測定装置、及び表面形状測定方法 |
| JP2009145550A (ja) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Nikon Corp | レーザ走査顕微鏡 |
| JP2010181688A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Yokogawa Electric Corp | 共焦点顕微鏡装置 |
| WO2011152432A1 (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 国立大学法人東京大学 | 共焦点顕微鏡画像システム |
| JP2013011728A (ja) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Yokogawa Electric Corp | 顕微鏡装置 |
-
2002
- 2002-11-25 JP JP2002341003A patent/JP2004177494A/ja not_active Withdrawn
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