JPH08136810A

JPH08136810A - 共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JPH08136810A
Application number: JP27355894A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Terada; 浩敏寺田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】ボケた画像を重畳することなく焦点深度を従
来よりも深くできる共焦点顕微鏡を提供する。【構成】本発明の共焦点顕微鏡は、光源部１００から
出力された照射光を、光学系２００を介して、受光位置
に応じた試料との距離を設定して照射光を試料に向けて
出力する共焦点用スキャナであって、照射光に対する位
置は周期的に変化する共焦点用スキャナ３００し、共焦
点用スキャナ３００からの出力光を光学系４００を介し
て集光し、試料９００上に微小スポットを形成する。そ
して、試料９００上の微小スポットでの反射光および反
応光は、光学系４００、共焦点用スキャナ３００、光学
系２００、および光学系５００を順次介して形成された
像を撮像装置６００で撮像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、迷光を効率良く除去し
て明瞭な像を得るタンデム型の共焦点顕微鏡に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】タンデムスキャン型の共焦点顕微鏡は、
肉眼で直接見ることのできる像を実時間でつくり出すこ
とができるという優れた特性がある。そして、試料上に
形成される照射光の微小スポットを走査するとともに迷
光をカットするために、ニポー円盤あるいはニポー円盤
相当のピンホール円盤を使用する装置が従来から提案さ
れている。

【０００３】図１１は、共焦点用スキャナとしてニポー
円盤を採用した共焦点顕微鏡の構成図である。図１１に
示すように、この装置は、（ａ）空間的に拡がった照射
光を出力する光源部９１０と、（ｂ）複数の微小貫通口
が形成され、これらの微小貫通口の開口部に入力した光
源部９１０からの照射光を透過して出力する共焦点用ス
キャナ９２０と、（ｃ）共焦点用スキャナ９２０から出
力された照射光を測定対象である試料上に集光し微小ス
ポットを形成する光学系９３０と、（ｄ）試料９９０に
照射光が照射された結果、試料９９０から出力される、
照射光の反射光および試料９９０での反応に伴う反応光
からなる発生光であって、光学系９３０を介して共焦点
用スキャナ９２０に入力した後、共焦点用スキャナ９２
０から出力された発生光を入力し結像する光学系９４０
と、を備える。ここで、共焦点用スキャナ９２０は、
多数の微小貫通口が形成されたニポー円盤９２１と、
ニポー円盤９２１を回転駆動するモータ９２２と、を備
える。

【０００４】この装置では、光源部９１０から出力され
た照射光は、共焦点用スキャナ９２０のニポー円盤９２
１に入力する。ニポー円盤９２１に照射された光の内、
ニポー円盤９２１に形成された微小貫通口（ピンホー
ル）の開口部に入射した光は、微小貫通口を通過して出
力される。ニポー円盤９２１から出力された光は光学系
９３０によって試料９９０上に集光され微小スポットを
生じる。ところで、ニポー円盤９２１はモータ９２２に
よって回転駆動されているので、ニポー円盤９２１から
出力する光は光学系９３０を介して試料９９０の観測量
領域を走査する。

【０００５】試料９９０に照射光が照射されると、試料
９９０では反射光が生じるとともに、場合によっては蛍
光などの反応光が生じる。これらの照射光の照射によっ
て試料９９０で発生した光の内、光学系９３０に入力し
た光は照射光の進行方向とは逆の方向に進行し、ニポー
円盤９２１に至る。ニポー円盤９２１に至った光の内、
微小貫通口の開口に入力した光は微小貫通口を通過して
ニポー円盤９２１の照射光の入力面から出力される。ニ
ポー円盤から出力された発生光は、光学系９４０を介し
て結像され、観測される。

【０００６】上記の装置では、一般に、試料上の照射光
の微小スポットでの照射光の照度が微弱であるという欠
点を有するが、光源の発生する照射光強度を向上する、
具体的には、光源としてレーザ装置とマイクロレンズア
レイとを使用して、レーザ光をニポー円盤のピンホール
に集光させて通過させたものを照射光とすることにより
改良が図られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のタンデムスキャ
ン型の共焦点顕微鏡は上記のように構成され、焦点深度
が浅くなるので、試料に厚みがある場合にボケた像が重
ならないという長所があるが、試料の薄いスライス像し
か得られないため試料の形状が把握しにくいという短所
も生じる。

【０００８】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、ボケた画像を重畳することなく焦点深度を従来より
も深くできる共焦点顕微鏡を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の共焦点顕微鏡
は、（ａ）空間的に拡がった照射光を出力する光源部
と、（ｂ）光源部から出力された照射光を入力し、コリ
メートして出力するとともに、照射光の出力側から入力
した光の少なくとも一部を照射光の入力方向とは異なる
方向に出力する第１の光学系と、（ｃ）光源部が出力し
た照射光を受光し、受光位置に応じた試料との距離を設
定して照射光を試料に向けて出力する共焦点用スキャナ
であって、照射光に対する位置は周期的に変化する共焦
点用スキャナと、（ｄ）共焦点用スキャナから出力され
た照射光を測定対象である試料上に集光し微小スポット
を形成する第２の光学系と、（ｅ）試料に照射光が照射
された結果、試料から出力される、照射光の反射光およ
び試料での反応に伴う反応光からなる発生光であって、
第２の光学系、共焦点用スキャナ、および第１の光学系
を順次介した発生光を入力し結像する第３の光学系と、
を備えることを特徴とする。

【００１０】上記の共焦点用スキャナは、光源部から
の光を受光する、位置に応じた厚さを有する盤状部材で
あって、配列位置に応じた光の導波方向を有し、両端の
導波光受光領域面積が微小な複数の光導波路が固定され
た盤状部材と、盤状部材を駆動し、盤状部材の光源部
からの光の受光領域を周期的に変化させる駆動部と、備
えることを特徴としてもよい。

【００１１】ここで、盤状部材は円柱状であり、駆動
部は盤状部材を盤状部材の中心軸を回転軸として回転す
ることとすることもできるし、盤状部材は円錐台状で
あり、駆動部は盤状部材を盤状部材の中心軸を回転軸と
して回転することとすることもできる。

【００１２】また、光導波路としてはシングルモード光
ファイバを好適に採用できる。

【００１３】また、光導波路の導波方向は、光導波路
の配列位置に依らず盤状部材の中心軸に略平行に設定す
ることもできるし、盤状部材の半径方向が略同一方向
に配列された複数の光導波路についてはそれらの導波方
向は互いに略平行であるとともに盤状部材の中心軸方向
と交差するように設定することもできる。

【００１４】また、盤状部材の厚さは、駆動部の駆動
方向に関して階段状に変化させてもよいし、駆動部の
駆動による盤状部材の前記光源部からの光の受光領域を
周期的変化の１周期内で更に駆動方向に関して周期的に
変化させてもよい。

【００１５】また、光導波路の配列領域は駆動部の駆動
方向において偶数等分され、奇数番目の等分領域に配
列された光導波路の導波方向は盤状部材の中心軸に略平
行であり、偶数番目の等分領域に配列された光導波路の
導波方向は、盤状部材の半径方向が略同一方向に配列さ
れた複数の光導波路についてはそれらの導波方向は互い
に略平行であるとともに盤状部材の中心軸方向と交差す
ることを特徴としてもよいし、奇数番目の等分領域に
配列された光導波路の導波方向は盤状部材の半径方向が
略同一方向に配列された複数の光導波路についてはそれ
らの導波方向は互いに略平行であるとともに盤状部材の
中心軸方向と第１の交差角で交差し、偶数番目の等分領
域に配列された光導波路の導波方向は盤状部材の半径方
向が略同一方向に配列された複数の光導波路については
それらの導波方向は互いに略平行であるとともに盤状部
材の中心軸方向と第２の交差角で交差することを特徴と
してもよい。

【００１６】ここで、第２の光学系は、奇数番目の等
分領域に配列された光導波路を介した発生光を結像する
第１の結像系と、偶数番目の等分領域に配列された光
導波路を介した発生光を結像する第２の結像系と、駆
動部による盤状部材の駆動に同期して、奇数番目の等分
領域に照射光が照射される場合には発生光を第１の結像
系に導き、偶数番目の等分領域に照射光が照射される場
合には発生光を第２の結像系に導く光選択部と、を備え
ることを特徴としてもよい。

【００１７】

【作用】本発明の共焦点顕微鏡では、光源部が試料を照
射する照射光を発生し、空間的に拡がった照射光が共焦
点用スキャナに入力する。共焦点用スキャナにおける照
射光の受光位置は、照射光に対して相対的に変化する。
この変化は周期的である。そして、共焦点用スキャナは
受光位置に応じた試料までの距離を設定して微小な出射
領域から照射光を出力する。

【００１８】共焦点用スキャナから出力された照射光
は、第２の光学系で集光され、測定対象である試料上に
微小スポットが形成される。照射光が照射された試料上
の微小スポットから出力された、照射光の反射光または
照射によって試料で生じた反応に伴う反応光である発生
光の内、照射光の進路とは逆の進路で第２の光学系に入
力した発生光は、照射光の進路とは逆の進路で共焦点用
スキャナに入力する。

【００１９】ところで、共焦点用スキャナの盤状部材は
周期運動をし、照射光の光路に対して相対的位置が周期
的に変化するので、照射光が導波される光導波路も周期
的に変化する。更に、盤状部材の複数の光導波路は盤状
部材の１周期分の駆動により盤状部材の試料へ向けての
光出射端から試料までの距離ごとに、試料上に形成され
る照射光の微小スポット領域の総和領域が試料上の観測
領域を略均一となる配置に形成されているので、試料上
に形成される照射光の微小スポットが試料上を周期的に
走査する。

【００２０】盤状部材を出力した照射光が試料に照射さ
れた結果、試料上の照射領域から出力された、照射光の
反射光または試料における反応の結果生じた反応光から
なる発生光であって、盤状部材の光導波路の照射光の出
射端に戻ってきた発生光は、光導波路を通過し、第１の
光学系に入力する。第１の光学系は、入力した発生光の
少なくとも一部を照射光の光路方向とは異なり、かつ、
照射光の光路方向の逆方向とは異なる方向に配置された
第３の光学系に向けて出力する。第３の光学系は、入力
した発生光が担った試料の情報を結像面上に像として形
成する。この像を、肉眼あるいは撮像装置で観測するこ
とにより、試料の態様を知ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の共焦点顕
微鏡の実施例を説明する。なお、図面の説明にあたって
同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。

【００２２】（第１実施例）図１は、本発明の共焦点顕
微鏡の第１実施例の構成図である。また、図２は、本実
施例の共焦点顕微鏡の断面図を用いた、照射光および発
生光の光路の説明図である。図１に示すように、本実施
例の装置は、（ａ）空間的に拡がった照射光を出力する
光源部１００と、（ｂ）光源部１００から出力された照
射光を共焦点用スキャナ３００に導くともに、共焦点用
スキャナ３００からの光の少なくとも一部を光源部方向
とは異なる方向へ出力する光学系２００と、（ｃ）光学
系２００を介した光源部への１００から出力された照射
光を受光して試料９００へ向けて照射光を出力するとと
もに、照射光の照射の結果として試料９００で発生した
発生光を入力して、発生光の少なくとも一部を出力する
共焦点用スキャナ３１０と、（ｄ）共焦点用スキャナ３
００から出力された照射光を試料９００上に集光して微
小スポットを形成するとともに、この微小スポットで発
生した発生光を共焦点用スキャナ３００上に集光する光
学系４００と、（ｅ）共焦点用スキャナ３１０から出力
され、光学系２００を介した発生光を受光して発生光が
担った情報である試料像を結像する光学系５００と、
（ｆ）光学系５００が結像した像を撮像する撮像部６０
０と、を備える。

【００２３】ここで、光源部１００は、照射光を発生
する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０から
出力された照射光をレンズ２２０の後側焦点面に集光す
るコンデサレンズ１２０とを備える。なお、図１では図
示を省略しているが（図２には示される）、光源ユニッ
ト１１０は、レーザ光源１１１と、レーザ光源１１
１からコンデンサレンズ１２０側とは逆の方向に出射さ
れた光をコンデンサレンズ１２０の方向へ反射する凹面
鏡１１２とを備える。

【００２４】光学系２００は、入力した照射光を２分
岐して出力するビームスプリッタ２１０と、ビームス
プリッタ２１０で分岐された一方の照射光をコリメート
して共焦点用スキャナ３００に導くレンズ２２０と、を
備える。

【００２５】共焦点用スキャナ３００は、直径が略同
一、底面が略半円で厚さが異なる（厚さの相違＝６０
［μｍ］）、シングルモード光ファイバ（以後、単に光
ファイバと呼ぶ）が配列された第１の部分３１１および
第２の部分３１２から成る円盤状のファイバオプティカ
ルスキャナ（以後、ＦＯＰと呼ぶ）３１０と、ＦＯＰ
３１０の中心軸を回転軸としてＦＯＰ３１０を回転駆動
するモータ３２０と、を備える。ＦＯＰ内の光ファイバ
は、全て、その導波方向がＦＯＰ３１０の中心軸に略平
行に形成される。

【００２６】光学系４００は、レンズ４１０（倍率＝
０．４）と、対物レンズ４２０（倍率＝２０倍、開口
数（ＮＡ）＝０．７５）とから構成され、共焦点用スキ
ャナ３００から出力された照射光をＦＯＰ３１０のシン
グルモード光ファイバを導波して出力された照射光を集
光して試料９００上に微小スポットを形成するととも
に、試料９００上に形成された微小スポットからの発生
光を微小スポットの元ととなっている照射光を出力して
いる光ファイバの照射光の出射領域に集光する。

【００２７】光学系５１０は、光学系２００から光源部
方向とは異なる方向に出力された発生光を入力して結像
するレンズ５１１を備える。

【００２８】撮像部６１０は、光学系５１０が結像する
像面に撮像面（カメラ光電面）６１２が配置された撮像
器６１１を備える。

【００２９】ところで、ＦＯＰ３１０に形成された光フ
ァイバのコア部は、ＦＯＰ３１０に形成された光が単に
通過する微小開口を有する貫通孔であるとみなせる。以
後、光ファイバのコア部を貫通孔として、その径および
配置密度を説明する。ＦＯＰ３１０の複数の貫通孔は、
駆動器３２０によるＦＯＰ３１０の周期的な１周期分の
駆動により試料９００上に形成される照射光の微小スポ
ット領域の総和領域が試料上の観測領域を略均一となる
配置に形成されている。そして、ＦＯＰ３１０の複数の
貫通孔の径や貫通孔の配置密度は、光学系４００の特性
との関連で適値が決まる。

【００３０】通常、光学系４００からＦＯＰ３１０に光
が入射する場合の開口数（ＮＡ″）に応じて適当な貫通
孔の径がある。孔径に関して光量と分解能とは相反する
関係にあるので、孔径（Ｄ）はλ／ＮＡ″程度が適当で
ある。また、貫通孔の間隔（ｄ）は、孔径の１００倍以
上であれば充分である。本実施例の装置では、光学系４
００を上記のように、レンズ４１０と対物レンズ４２０
とで構成しているので、ＮＡ″≒０．０９であり、波長＝４８８ｎｍで使用することを考えると、Ｄ＝０．４８８／０．０９［ｎｍ］＝５．４［μｍ］ｄ＝１００×５．４［μｍ］＝０．５４［ｍｍ］となる。

【００３１】顕微鏡の視野数が通常は２０程度なので、
有効領域の直径φは、 φ＝（視野数）×（レンズ４１０の倍率） ≒２０×０．４＝８［ｍｍ］である。面積比から有効照射孔数Ｎ_Hを計算すると、Ｎ_H＝（π×（８／２）²）／（π×（０．５４／２）²） ≒２１９となる。カメラとして、１０２４×１０２４画素のもの
を考えれば、一つの像に関して貫通孔が２０００以上あ
れば取ればカメラの分解能を低下させることはない。し
たがって、φ＝８［ｍｍ］の領域を円周上に１０（≒２
０００／２１９）個程度確保すれば良い。

【００３２】本実施例の装置は、ＦＯＰ３１０を２段の
階段状として段差を設け、ＦＯＰ３１０の照射光の出射
端から試料９００までの距離を２種類設定している。貫
通孔の径を試料上に形成される微小スポットの径とほぼ
等しいとすると、共焦点光学系における焦点深度Ｚは、
およそ、Ｚ＝（λ／π）／ｓｉｎ²（α／２）なので、本実施例の装置では、Ｚ＝（０．４８８／π）／ｓｉｎ²［（ｓｉｎ^-1０．７５）／２］となる。像側において、横倍率は８（＝２０×０．４）
倍であり、縦倍率は６４（＝８²）倍なので、焦点深度
を深めるためには、段差は５９（＝０．９２×６４）
［μｍ］以上が適当な値となる。

【００３３】本実施例の装置では、以下のようにして試
料９００の態様を観測する。

【００３４】モータ３２０がＦＯＰ３１０を回転駆動し
ている状態で光源部１００から照射光が出力される。光
源部１００から出力された照射光は、光学系２００を介
して共焦点用スキャナ３００のＦＯＰ３１０に入力す
る。ＦＯＰ３１０は、ＦＯＰ３１０に入力した照射光の
内のＦＯＰ３１０に形成された光ファイバのコア部に入
射した照射光を照射光の入射面３１５と反対側の面３１
６へ向けて透過する。光ファイバに導波された照射光
は、面３１６の光ファイバの端面から出射され、この出
射光が共焦点用スキャナ３００の出力光となる。ＦＯＰ
３１０は、面３１６側に階段状の段差を有するので、Ｆ
ＯＰ３１０の照射光の出力面から試料までの照射光の光
路長は２種存在し、２種の光路長の差は略６０［μｍ］
である。

【００３５】共焦点用スキャナ３００から出力された照
射光は、光学系４００に入力する。光学系４００は、入
力した照射光を集光して、試料９００上に微小スポット
を形成する。試料９００では、照射光の照射により反射
光が発生する。試料９００上で発生した光（以後、発生
光と呼ぶ）で対物レンズ４２０に入力した発生光は、光
学系４００によって集光され、照射光とは逆の進路でＦ
ＯＰ３１０の光ファイバのコア部に照射光出力側から入
射する。このとき、夫々の光ファイバは、試料９００に
おける照射光の微小スポットからの発生光は効率よく通
過するとともに、迷光を効率良く遮断する。したがっ
て、ＦＯＰ３１０を通過した光のＳＮ比は非常に高いも
のとなっている。

【００３６】共焦点用スキャナ３００を通過した光は、
光学系２００を介して光学系５００に入力する。光学系
５００は、撮像面６１１上に発生光の像を結像する。結
像面上で結像された発生光は、ビデオカメラ６１０によ
り撮像される。

【００３７】ところで、光学系４００によって形成され
る試料９００での微小スポットの照射光の照射方向の位
置は、ＦＯＰ３１０の照射光の出射面３１６から試料ま
での距離によって異なる。したがって、微小スポットの
照射光の照射方向の位置は２種であり、かつ、ＦＯＰ３
１０での光ファイバの配列密度および配列数は撮像カメ
ラ６１０の画素分解能を低下させないので、撮像面上の
像は微小スポットの照射光の照射方向の各位置ごとの２
つの像が重なったものとなる。

【００３８】この結果、従来のニポー円盤を採用した共
焦点顕微鏡の２倍の焦点深度で試料９００の態様を観測
する。

【００３９】図３は、本実施例の装置のＦＯＰ３１０の
変形例の円盤状部材３５０の構成図である。この円盤状
部材３５０は、６０［μｍ］を単位として段差が設定さ
れた６段構成となっている。円盤状部材３５０は、６種
の扇状の部材３５１〜３５６から構成され、部材３５１
〜３５６の夫々には光ファイバが２０００本以上形成さ
れている。部材３５１〜３５６はこの順に厚さが６０
［μｍ］づつ大きく設定される。円盤状部材３５０の貫
通孔のトラック長（Ｌ₆）は、Ｌ₆≧８×１０×６＝４８０［ｍｍ］であり、したがって、円盤状部材３５０の半径は８０
［ｍｍ］以上必要となる。

【００４０】図４は、図３の円盤状部材３５０と同様の
機能を果たす盤状部材の例の構成図である。図４（ａ）
に示す円盤状部材３６０は、厚さが３６０（＝６０×
６）［μｍ］の範囲にわたって連続的に変化する扇状部
材３６１〜３６６から構成され、部材３６１〜３６６の
夫々には光ファイバが２０００本以上形成されている。
円盤部材３６０も図３の円盤部材３５０と同様に半径は
８０［ｍｍ］以上必要となる。図４（ｂ）に示す円盤状
部材３７０は、光ファイバが形成された厚さが略一定の
部材３７９と、部材３７９の試料９００側端面に張り付
けられた、厚さが７２０（≒６０×６／０．５１）［μ
ｍ］の範囲にわたって連続的に変化する扇状ガラス部材
（屈折率＝１．５１）３７１〜３７６から構成される。
そして、ガラス部材３７１〜３７６の夫々が張り付けら
れた部材３７９の対応する領域には、光ファイバが２０
００本以上形成されている。なお、図４では、円盤状部
材の試料９００側の領域を６分割して構成したが、分割
数（１を含めて）は任意に設定できる。

【００４１】ところで、顕微鏡の対物レンズは試料状の
点までの距離および像点までの距離がある特定の値で収
差補正されており、像点の位置を光軸方向にずらすのは
本来好ましくない。ただし、このずれには顕微鏡として
許容できる範囲がある。この範囲は、対物レンズの性能
や、画像として捕らえる側（カメラ、肉眼など）の分解
能（単位面積あたりのピクセル数）によって変化する。
たとえば、接眼レンズを使用して肉眼で観察する場合に
は目の焦点調節機構が働き、カメラで観察する場合より
も焦点深度が深くなることが知られている。これは、対
物レンズの設計範囲外でも観察していることに相当す
る。また、カメラであっても焦点深度が０ということは
なく有限値を持つ。

【００４２】図５は、本実施例の装置のＦＯＰ３１０の
別の変形例の円盤状部材３８０の構成図である。図１に
示すＦＯＰ３１０では、光ファイバの光の導波方向を全
て円盤状部材の中心軸に略平行に形成されたが、円盤状
部材３８０では光ファイバの光導波方向は、盤状部材の
半径方向が略同一方向に配列された複数の光導波路につ
いてはそれらの導波方向は互いに略平行であるとともに
盤状部材の中心軸方向と交差するように設定されてい
る。図５に示す円盤状部材３８０を採用した場合には、
円盤状部材３８０と試料９００との間では図６に示すよ
うに照射光および発生光が進行する。

【００４３】なお、円盤状部材３８０においても、ＦＯ
Ｐ３１０と同様に、設定する段差を２以上としたり、連
続的に試料９００との距離が変化するように変形するこ
とが可能である。

【００４４】（第２実施例）図７は、本発明の第２実施
例の共焦点顕微鏡の構成図である。また、図８は、本実
施例の動作説明図である。本実施例の装置は、右目用観
察像と左目用観察像とに関して、夫々、第１実施例と同
様にして像を得る装置である。

【００４５】図７に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）空間的に拡がった照射光を出力する光源部１００
と、（ｂ）光源部１００から出力された照射光を共焦点
用スキャナ８００に導くともに、共焦点用スキャナ８０
０からの光の少なくとも一部を光源部方向とは異なる方
向へ出力する光学系２００と、（ｃ）光学系２００を介
した光源部への１００から出力された照射光を受光して
試料９００へ向けて照射光を出力するとともに、照射光
の照射の結果として試料９００で発生した発生光を入力
して、発生光の少なくとも一部を出力する共焦点用スキ
ャナ８００と、（ｄ）共焦点用スキャナ８００から出力
された照射光を試料９００上に集光して微小スポットを
形成するとともに、この微小スポットで発生した発生光
を共焦点用スキャナ８００上に集光する光学系４００
と、（ｅ）共焦点用スキャナ８００から出力され、光学
系２００を介した発生光を受光して発生光が担った情報
である試料像を結像する光学系５２０と、（ｆ）光学系
５２０が結像した像を撮像する撮像部６２０と、を備え
る。

【００４６】ここで、共焦点用スキャナ８００は、半
径が略同一、底面形状が略半円の右目用スキャナ部８１
０および左目用スキャナ部８２０と、右目用スキャナ
部８１０と左目用スキャナ部８２０とで形成される円盤
状部材の中心軸を回転軸としてこの円盤状部材を回転す
る回転駆動部８３０と、を備える。右目用スキャナ部８
１０は、右目用スキャナ部８１０と半径が略同一で厚さ
が異なる（厚さの相違＝６０［μｍ］）、底面が４分円
状の部材８１１と部材８１２とから構成される。また、
左目用スキャナ部８２０は、左目用スキャナ部８２０と
半径が略同一で厚さが異なる（厚さの相違＝６０［μ
ｍ］）、底面が４分円状の部材８２１と部材８２２とか
ら構成される。なお、右目用スキャナ部８１０に配列さ
れた光ファイバは中心軸に平行であり、また、左目用ス
キャナ部８２０に配列された光ファイバは盤状部材の半
径方向が略同一方向に配列された複数の光導波路につい
てはそれらの導波方向は互いに略平行であるとともに盤
状部材の中心軸方向と交差するように設定されている。

【００４７】なお、左目用スキャナ部８１０および右目
用スキャナ部８２０は、第１実施例のＦＯＰと同様に、
段差の数を増加したり、連続して照射光の出射位置から
試料９００までの距離が変化するように構成してもよ
い。

【００４８】また、共焦点用スキャナの円盤状部材を円
周方向に偶数等分し、偶数（奇数）番目の領域を右目用
スキャナ領域に設定し、奇数（偶数）番目の領域を右目
用スキャナ領域に設定することも可能である。

【００４９】光学系５２０は、右目用スキャナ部８１０
または左目用スキャナ部８２０を介して光学系２００か
ら光源部方向とは異なる方向に出力された発生光を入力
して右目用像および左目用像を結像するレンズ５２１を
備える。

【００５０】撮像部６２０は、右目用像の結像面に撮
像面が配置された撮像器６２１と、左目用像の結像面
に撮像面が配置された撮像器６２２と、右目用スキャ
ナ部８１０を介した発生光の撮像器６２２への入力およ
び左目用スキャナ部８２０を介した発生光の撮像器６２
１への入力を防止する、内部領域の半円部に開口が形成
された円盤状部材からなるシャッタ６２３とを備える。
なお、シャッタ６２３は、回転駆動部８３０により、共
焦点用スキャナ８００と同期して回転駆動され、右目用
スキャナ部８１０を介した発生光を撮像器６２１へ導く
とともに、左目用スキャナ部８２０を介した発生光を撮
像器６２２へ導く。なお、共焦点用スキャナの円盤状部
材を円周方向に偶数等分し、偶数（奇数）番目の領域を
右目用スキャナ領域に設定し、奇数（偶数）番目の領域
を右目用スキャナ領域に設定した場合には、シャッタの
円盤状部材の開口を変更する必要がある。

【００５１】本実施例の装置では、以下のようにして試
料９００の態様を観測する。

【００５２】回転駆動部８３０が右目用スキャナ部８１
０および左目用スキャナ部８２０を回転駆動している状
態で光源部１００から照射光が出力される。光源部１０
０から出力された照射光は、光学系２００を介して共焦
点用スキャナ８００の右目用スキャナ部８１０または左
目用スキャナ部８２０に入力する。右目用スキャナ部８
１０または左目用スキャナ部８２０に配列された光ファ
イバは、照射光を透過して試料９００に向けて照射光を
出射する。この出射光が共焦点用スキャナ８００の出力
光となる。右目用スキャナ部８１０および左目用スキャ
ナ部８２０は、照射光の出射面側に階段状の段差を有す
るので、右目用スキャナ部８１０および左目用スキャナ
部８２０の夫々の照射光の出力面から試料９００までの
照射光の光路長は２種存在し、２種の光路長の差は略６
０［μｍ］である。

【００５３】共焦点用スキャナ８００から出力された照
射光は、光学系４００に入力する。光学系４００は、入
力した照射光を集光して、試料９００上に微小スポット
を形成する。試料９００では、照射光の照射により反射
光が発生する。試料９００上で発生した光（以後、発生
光と呼ぶ）で対物レンズ４２０に入力した発生光は、光
学系４００によって集光され、照射光とは逆の進路で右
目用スキャナ部８１０または左目用スキャナ部８２０の
光ファイバのコア部に照射光出力側から入射する。この
とき、夫々の光ファイバは、試料９００における照射光
の微小スポットからの発生光は効率よく通過するととも
に、迷光を効率良く遮断する。したがって、右目用スキ
ャナ部８１０または左目用スキャナ部８２０を通過した
光のＳＮ比は非常に高いものとなっている。

【００５４】共焦点用スキャナ８００を通過した光は、
光学系２００を介して光学系５２０に入力する。光学系
５２０は、右目用スキャナ部を介した発生光を撮像器６
２１の撮像面に、左目用スキャナ部を介した発生光を撮
像器６２２の撮像面に夫々結像するように発生光の光路
を設定する。

【００５５】光学系５２０から出力された発生光はシャ
ッタ６２３に入力し、右目用スキャナ部８１０を介した
発生光は撮像器６２１へ、左目用スキャナ部８２０を介
した発生光は撮像器６２２へ入力される。

【００５６】こうして、撮像器６２１の撮像面に結像さ
れた右目用観察像が撮像器６２１で撮像され、撮像器６
２２の撮像面に結像された左目用観察像が撮像器６２２
で撮像される。

【００５７】（第３実施例）図９は、本発明の第３実施
例の共焦点顕微鏡の構成図である。本実施例の装置は、
第２実施例と同様に、右目用観察像と左目用観察像とに
関して、夫々の像を得る装置であり、撮像部に１台の撮
像器を使用したものである。

【００５８】図９に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）空間的に拡がった照射光を出力する光源部１００
と、（ｂ）光源部１００から出力された照射光を共焦点
用スキャナ８５０に導くともに、共焦点用スキャナ８５
０からの光の少なくとも一部を光源部方向とは異なる方
向へ出力する光学系２００と、（ｃ）光学系２００を介
した光源部への１００から出力された照射光を受光して
試料９００へ向けて照射光を出力するとともに、照射光
の照射の結果として試料９００で発生した発生光を入力
して、発生光の少なくとも一部を出力する共焦点用スキ
ャナ８５０と、（ｄ）共焦点用スキャナ８５０から出力
された照射光を試料９００上に集光して微小スポットを
形成するとともに、この微小スポットで発生した発生光
を共焦点用スキャナ８５０上に集光する光学系４００
と、（ｅ）共焦点用スキャナ８５０から出力され、光学
系２００を介した発生光を受光して発生光が担った情報
である試料像を結像する光学系５３０と、（ｆ）光学系
５３０が結像した像を撮像する撮像部６３０と、を備え
る。

【００５９】ここで、共焦点用スキャナ８５０は、内
周側に右目用スキャナ部８６０が、外周側に左目用スキ
ャナ部８７０が、中心からの見込む方向に関して排他的
に形成された円盤状部材と、右目用スキャナ部８１０
と左目用スキャナ部８２０とで形成される円盤状部材の
中心軸を回転軸としてこの円盤状部材を回転する回転駆
動部８８０と、を備える。図１０は、共焦点用スキャナ
８５０の円盤状部材の構成図である。図１０に示すよう
に、右目用スキャナ部８６０は、厚さが異なる、底面が
６分扇状の部材８６１、８６２、および８６３から構成
される。また、左目用スキャナ部８７０は、厚さが異な
る、底面が６分扇状の部材８７１、８７２、および８７
３から構成される。

【００６０】なお、左目用スキャナ部８７０および右目
用スキャナ部８８０は、第１実施例のＦＯＰと同様に、
段差の数を増加したり、連続して照射光の出射位置から
試料９００までの距離が変化するように構成してもよ
い。

【００６１】本実施例の装置では、以下のようにして試
料９００の態様を観測する。

【００６２】回転駆動部８８０が右目用スキャナ部８６
０および左目用スキャナ部８７０を回転駆動している状
態で光源部１００から照射光が出力される。光源部１０
０から出力された照射光は、光学系２００を介して共焦
点用スキャナ８５０の右目用スキャナ部８６０または左
目用スキャナ部８７０に入力する。右目用スキャナ部８
６０または左目用スキャナ部８７０に配列された光ファ
イバは、照射光を透過して試料９００に向けて照射光を
出射する。この出射光が共焦点用スキャナ８５０の出力
光となる。右目用スキャナ部８６０および左目用スキャ
ナ部８７０は、照射光の出射面側に階段状の段差を有す
るので、右目用スキャナ部８６０および左目用スキャナ
部８７０の夫々の照射光の出力面から試料９００までの
照射光の光路長は３種存在する。

【００６３】共焦点用スキャナ８５０から出力された照
射光は、光学系４００に入力する。光学系４００は、入
力した照射光を集光して、試料９００上に微小スポット
を形成する。試料９００では、照射光の照射により反射
光が発生する。試料９００上で発生した光（以後、発生
光と呼ぶ）で対物レンズ４２０に入力した発生光は、光
学系４００によって集光され、照射光とは逆の進路で右
目用スキャナ部８６０または左目用スキャナ部８７０の
光ファイバのコア部に照射光出力側から入射する。この
とき、夫々の光ファイバは、試料９００における照射光
の微小スポットからの発生光は効率よく通過するととも
に、迷光を効率良く遮断する。したがって、右目用スキ
ャナ部８６０または左目用スキャナ部８７０を通過した
光のＳＮ比は非常に高いものとなっている。

【００６４】共焦点用スキャナ８５０を通過した光は、
光学系２００を介して光学系５３０に入力する。光学系
５３０は、右目用スキャナ部を介した発生光と左目用ス
キャナ部を介した発生光を撮像器６３０の撮像面６３１
に夫々結像するように発生光の光路を設定する。

【００６５】こうして、撮像器６３０の撮像面６３１に
結像された右目用観察像と左目用観察像とが撮像器６３
０で蓄積撮像される。

【００６６】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、右目用スキャナ部
と左目用スキャナ部との配置は、第２実施例の配置以外
にも、全体として円盤状部材を形成するとともに、全体
として右目用スキャナ部と左目用スキャナ部とのスキャ
ン面積が同一であればよい。ただし、シャッタの開口形
状を右目用スキャナ部および左目用スキャナ部の駆動と
同期するものとする必要がある。上記実施例では、共焦
点用スキャナにおける駆動を回転駆動としたが、直線往
復駆動も採用可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明の共焦
点顕微鏡によれば、共焦点用スキャナの試料に向けての
照射光の出射位置および試料からの発生光の集光位置の
試料からの距離を周期的に変化することとしたので、ボ
ケた画像を重畳することなく焦点深度を深くすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の共焦点顕微鏡の構成図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例の共焦点顕微鏡における光
路の説明図である。

【図３】第１実施例の共焦点顕微鏡におけるＦＯＰの変
形例の構成図である。

【図４】第１実施例の共焦点顕微鏡におけるＦＯＰの変
形例の構成図である。

【図５】第１実施例の共焦点顕微鏡におけるＦＯＰの変
形例の構成図である。

【図６】図５の変形例における照射光と発生光との光路
の説明図である。

【図７】本発明の第２実施例の共焦点顕微鏡の構成図で
ある。

【図８】本発明の第１実施例の共焦点顕微鏡の動作の説
明図である。

【図９】本発明の第３実施例の共焦点顕微鏡の構成図で
ある。

【図１０】第３実施例の共焦点用スキャナの円盤状部材
の構成図である。

【図１１】従来のタンデムスキャン型共焦点顕微鏡の構
成図である。

【符号の説明】

１００…光源部、２００…光学系、２１０…ビームスプ
リッタ、２２０…レンズ、３００，８００，８５０…共
焦点用スキャナ、３１０，３５０，３６０，３７０，３
８０…ＦＯＰ、３２０，８３０…駆動部、４００…光学
系、５００，５２０，５３０…光学系、６００，６２
０，６３０…撮像部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を観測する共焦点顕微鏡であって、空間的に拡がった照射光を出力する光源部と、前記光源部から出力された照射光を入力し、コリメート
して出力するとともに、照射光の出力側から入力した光
の少なくとも一部を照射光の入力方向とは異なる方向に
出力する第１の光学系と、前記第１の光学系から出力された照射光を受光し、受光
した位置に応じた試料との距離を設定して照射光を試料
に向けて出力する共焦点用スキャナであって、前記照射
光に対する前記受光した位置は周期的に変化する共焦点
用スキャナと、前記共焦点用スキャナから出力された照射光を測定対象
である試料上に集光し微小スポットを形成する第２の光
学系と、前記試料に照射光が照射された結果、前記試料から出力
される、照射光の反射光および前記試料での反応に伴う
反応光からなる発生光であって、前記第２の光学系、前
記共焦点用スキャナ、および前記第１の光学系を順次介
した発生光を入力し結像する第３の光学系と、を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】前記共焦点用スキャナは、光源部からの光を受光する、位置に応じた厚さを有する
盤状部材であって、配列位置に応じた光の導波方向を有
し、両端の導波光受光領域面積が微小な複数の光導波路
が固定された盤状部材と、前記盤状部材を駆動し、前記盤状部材の前記光源部から
の光の受光領域を周期的に変化させる駆動部と、備えることを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】前記盤状部材は円柱状であり、前記駆動
部は前記盤状部材を前記盤状部材の中心軸を回転軸とし
て回転する、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕
微鏡。
【請求項４】前記盤状部材は円錐台状であり、前記駆
動部は前記盤状部材を前記盤状部材の中心軸を回転軸と
して回転する、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点
顕微鏡。
【請求項５】前記光導波路はシングルモード光ファイ
バである、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微
鏡。
【請求項６】前記光導波路の導波方向は、前記光導波
路の配列位置に依らず前記盤状部材の中心軸に略平行で
ある、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】前記光導波路の中の前記盤状部材の半径
方向が略同一方向に配列された複数の光導波路の導波方
向は互いに略平行であるとともに前記盤状部材の中心軸
方向と交差する、ことを特徴とする請求項２記載の共焦
点顕微鏡。
【請求項８】前記盤状部材の厚さは、前記駆動部の駆
動方向に関して階段状に変化する、ことを特徴とする請
求項２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】前記盤状部材の厚さは、前記駆動部の駆
動による前記盤状部材の前記光源部からの光の受光領域
を周期的変化の１周期内で更に駆動方向に関して周期的
に変化する、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕
微鏡。
【請求項１０】前記光導波路の配列領域は前記駆動部
の駆動方向において偶数等分され、奇数番目の等分領域
に配列された光導波路の導波方向は前記盤状部材の中心
軸に略平行であり、偶数番目の等分領域に配列された光
導波路の中の前記盤状部材の半径方向が略同一方向に配
列された複数の光導波路の導波方向は互いに略平行であ
るとともに前記盤状部材の中心軸方向と交差する、こと
を特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１１】前記光導波路の配列領域は前記駆動部
の駆動方向において偶数等分され、奇数番目の等分領域
に配列された光導波路の中の前記盤状部材の半径方向が
略同一方向に配列された複数の光導波路の導波方向は互
いに略平行であるとともに前記盤状部材の中心軸方向と
第１の交差角で交差し、偶数番目の等分領域に配列され
た光導波路の前記盤状部材の半径方向が略同一方向に配
列された複数の光導波路の導波方向は互いに略平行であ
るとともに前記盤状部材の中心軸方向と第２の交差角で
交差する、ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微
鏡。
【請求項１２】前記第３の光学系は、前記奇数番目の等分領域に配列された光導波路を介した
発生光を結像する第１の結像系と、前記偶数番目の等分領域に配列された光導波路を介した
発生光を結像する第２の結像系と、前記駆動部による前記盤状部材の駆動に同期して、前記
奇数番目の等分領域に照射光が照射される場合には発生
光を前記第１の結像系に導き、前記偶数番目の等分領域
に照射光が照射される場合には発生光を前記第２の結像
系に導く光選択部と、を備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１
記載の共焦点顕微鏡。