JPH09218355A - 走査型レーザ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、合焦位置を精度よく、しかも速やか
に検出することができる焦点調整機能を有する走査型レ
ーザ顕微鏡を提供する。 【解決手段】ピンホール６を結像位置から取り除き、光
検出器７より非共焦点を検出することにより、大まかな
合焦位置を求め、続けて、ピンホール６を光検出器７の
受光面に配置し、非共焦点検出による大まかな合焦位置
の範囲について、さらに光検出器７より共焦点を検出し
て、狭い範囲での合焦位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像の合焦点調整
機能を有する走査型レーザ顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、標本に対してレーザ光を走査する
とともに、この走査に応じた標本像を画像化するものと
して、走査型レーザ顕微鏡が知られている。このような
走査型レーザ顕微鏡では、レーザ走査されている標本の
透過光または反射光を光電子倍増管やフォトダイオード
などの光電変換器により光電変換信号に変換し、この光
電変換信号をＡ／Ｄ変換回路で量子化した後、メモリに
記憶するようにしている。また、このような走査型レー
ザ顕微鏡には、画像の合焦点調整を自動的に行う合焦点
調整機能を有するものがあり、一例として、特開平４−
６１３３４号公報に開示されるように、共焦点画像形成
用のリニアイメージセンサを用い、このリニアイメージ
センサに入射する光束の一部を受光して試料の焦点情報
を検出する合焦検出装置を設けていて、この合焦検出装
置の出力信号により対物レンズと試料との間の距離を合
焦点に対して制御するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成したものでは、共焦点画像形成用のリニアイメージ
センサに入射する光束の一部を合焦検出装置に入射する
ようにしているため、共焦点画像形成用リニアイメージ
センサへの光量が減少してしまい、例えば微弱な光の標
本については標本像が見えなくなることがある。また、
合焦調整を精度よく行うには、共焦点画像形成用リニア
イメージセンサと合焦検出装置との光学的合焦位置の調
整が必要で、この調整が不十分の場合は、標本像の合焦
ができないことから、面倒な調整作業を強いられるな
ど、合焦点制御に手間と時間が掛かってしまう。さら
に、レーザ走査による共焦点画像によりピント合せを行
うことができるが、共焦点画像は、焦点深度が極端に浅
いため、使いづらいばかりか、合焦位置が判断できず
に、時として、対物レンズを標本にぶつけてしまう危険
性がある。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、合焦調整を精度よく、しかも速やかに行うことがで
きる焦点調整機能を有する走査型レーザ顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
標本に対してレーザ光を走査し、該走査に応じた標本像
の共焦点検出と非共焦点検出を可能にした走査型レーザ
顕微鏡において、前記標本像の非共焦点検出により合焦
位置を求める非共焦点光検出手段と、この非共焦点光検
出手段で求められた合焦位置の範囲について共焦点検出
により合焦位置を求める共焦点光検出手段とにより構成
している。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、前記非共焦点光検出手段による非共焦点検出は、
輝度出力が最大値で、一定レベルになる状態を検出し、
前記共焦点光検出手段による共焦点検出は、輝度出力が
最大値になる状態を検出するようにしている。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載にお
いて、非共焦点光検出手段と共焦点光検出手段は、切り
替え手段により選択的に切り替えられるようにしてい
る。この結果、請求項１または２記載の発明によれば、
まず、標本像の非共焦点検出により比較的広い範囲につ
いての合焦位置を求め、この非共焦点検出で求めた合焦
範囲について、さらに共焦点検出により狭い範囲での合
焦位置を求めるようにしたので、所望する部分の合焦位
置を精度よく、しかも速やかに検出することが可能にな
る。

【０００８】また、請求項３記載の発明によれば、非共
焦点光検出手段と共焦点光検出手段を選択的に切り替え
ることができるので、合焦位置を自動的に検出すること
が可能になる。

【０００９】

【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。 （第１の実施の形態）図１は、第１の実施の形態の概略
構成を示している。この場合、光源１とピンホール２に
よって点状光源を構成し、この点光源を収差のよく補正
された対物レンズ３を通して観察試料４上に点状光とし
て結像し、試料４を照明するようになっている。そし
て、試料４を透過した該試料４からの点状光を、収差の
よく補正されたコンデンサレンズ５を通して光検出器７
に与えるようにする。

【００１０】なお、８は試料４を載置するステージであ
る。この場合、光検出器７の受光面の前面の結像位置に
ピンホール６を着脱可能に配置していて、ピンホール６
を配置した状態では、コンデンサレンズ５からの点状光
をピンホール６上に結像し、この結像された点状光をピ
ンホール６を通して光検出器７で検出することで、共焦
点を検出する共焦点センサとして動作させるようにし、
また、ピンホール６を取り除いた状態では、コンデンサ
レンズ５からの点状光を直接光検出器７で検出すること
で、非共焦点を検出する非共焦点センサとして動作させ
るようにしている。

【００１１】なお、ここでは試料４をラスター走査のよ
うに２次元走査することにより、２次元画像を得るよう
にしている。しかして、まず、ピンホール６を結像位置
から取り除き、試料４上の点光源が、コンデンサレンズ
５により直接光検出器７に集光するように、対物レンズ
３を光軸方向に移動しながら光検出器７の輝度出力によ
り非共焦点を検出するようにする。

【００１２】この場合、対物レンズ３の光軸方向の移動
量と、輝度出力の変化の関係は、図２中ａに示すように
なって、輝度出分布が最大値で一定レベルを呈するよう
になると、合焦位置と判断するが、この合焦位置は比較
的広い範囲で求められる。

【００１３】そして、かかる合焦位置が求められた時点
で、ピンホール６を結像位置に挿入する。この場合、図
示実線の光路よりピンホール６上に結像された点状光
を、ピンホール６を通して光検出器７で検出するが、対
物レンズ３の集光位置よりずれた位置Ｌからの図示破線
の光路による光は、ピンホール６を通過せず光検出器７
に到達しないようにして、光検出器７からの輝度出力に
より共焦点を検出するようにする。

【００１４】この場合、対物レンズ３の試料４方向への
移動量と、輝度出力の変化の関係は、図２中ｂに示すよ
うになって、輝度出力分布が最大値を呈すると合焦位置
と判断するが、この合焦位置は、極めて狭い範囲で求め
られるようになる。

【００１５】従って、このようにすれば、最初に、ピン
ホール６を結像位置から取り除いて、光検出器７より非
共焦点を検出することで大まかな合焦位置を求め、この
時点からピンホール６を光検出器７の受光面に配置し
て、非共焦点検出による大まかな合焦位置の範囲におい
て、さらに光検出器７より共焦点を検出して、狭い範囲
での合焦位置を求めるようにしたので、共焦点検出のみ
で合焦位置を求めるのと比べ、所望する部分の合焦位置
を速やかに、且つ精度よく検出することができる。ま
た、非共焦点検出と共焦点検出を組み合わせているの
で、微弱な光の標本についても正確に合焦位置を求める
ことができる。 （第２の実施の形態）図３は、本発明の第２の実施の形
態の概略構成を示すもので、ここでは、走査型共焦点顕
微鏡に本発明を適用した例を示している。

【００１６】図において、２１は顕微鏡本体で、この顕
微鏡本体２１は、レーザ光源２２、ミラー２３、ハーフ
ミラー２４、２次元走査機構２５、レボルバ２６、対物
レンズ２７、ステージ２８、試料２９、レンズ３０，ピ
ンホール板３１、共焦点光検出器３２、ハーフミラー３
８、レンズ３９および非共焦点光検出器４０などを有
し、また、このような顕微鏡本体２１に対し画像メモリ
３３Ａ、３３Ｂ、画像判定回路３３Ｃを有する画像処理
ユニット３３、ＸＹ走査駆動制御回路３４、Ｚ走査駆動
制御回路３５、コンピュータ３６、モニタ３７および共
焦点／非共焦点用切り替えＳＷ４１を接続している。

【００１７】この場合、レーザ光源２２は、試料２９の
表面を走査するスポット光としてのレーザ光を発生する
ためのもので、このレーザ光源２２からのレーザ光をミ
ラー２３により反射させ２次元走査機構２５に導くよう
にしている。２次元走査機構２５は、ミラー２３より与
えられたレーザ光源２２からのレーザ光を試料２９上に
２次元走査するためのもので、例えばＸ軸方向走査用の
ガルバノミラーとＹ軸方向走査用のガルバノミラーを有
していて、ＸＹ走査駆動制御回路３４の制御によりスポ
ット光をＸＹ方向に走査すべく、これらガルバノミラー
をＸ軸方向およびＹ軸方向に振ることで対物レンズ２７
に対するスポット光の光路をＸＹ方向に振らせるように
なっている。レボルバ２６は、倍率の異なる複数の対物
レンズ２７を保持するもので、レボルバ２６の切り替え
により、複数の対物レンズ２７のうち所望の倍率を持つ
ものを顕微鏡の観察光路中に選択挿入するようにしてい
る。

【００１８】そして、この選択挿入された対物レンズ２
７を通して２次元走査機構２５により２次元走査された
スポット光をステージ２８上の試料２９に照射するよう
にしている。

【００１９】一方、試料２９からの反射光、蛍光、透過
光などの観察情報光を、対物レンズ２７を通して２次元
走査機構２５に戻し、この２次元走査機構２５を介して
ハーフミラー２４、３８に戻すようにしている。これら
ハーフミラ２４、３８は、２次元走査機構２５に対する
レーザ光源２２の出射光路上に設けられた半透明鏡であ
って、２次元走査機構２５を介して与えられる試料２９
からの反射光を光検出系に導くためのものである。

【００２０】ハーフミラ２４を介して得た２次元走査機
構２５からの例えば反射光をレンズ３０で集光し、ピン
ホール板３１に与えるようにしている。このピンホール
板３１は、所定径のピンホールを開けたもので、共焦点
光検出器３２の受光面の前面の結像位置に、そのピンホ
ールを位置させるように配置している。また、共焦点光
検出器３２は、ピンホール板３１のピンホールを介して
得られる光をその光量対応の電気信号に変換する光検出
素子からなっている。

【００２１】一方、ハーフミラ３８を介して得た２次元
走査機構２５からの反射光をレンズ３９で集光し、非共
焦点光検出器４０の受光面に与えるようにしている。こ
の非共焦点光検出器４０は、ピンホールを通さないで得
られる光を、その光量対応の電気信号に変換するフォト
マル、フォトダイオードなどの光検出素子からなってい
る。

【００２２】Ｚ走査駆動制御回路３５は、コンピュータ
３６または画像判定回路３３Ｃにより制御されるもの
で、倍率の異なる複数の対物レンズ２７を保持するレボ
ルバ２６を、その高さ方向、すなわちＺ軸方向に基準幅
単位で移動制御させるためのものである。また、Ｚ走査
駆動制御回路３５は、レボルバ２６をＺ軸方向に基準幅
単位で移動制御するごとにカウントを１づつ進める機能
と、このカウント値を画像処理ユニット３３に与える機
能をも有している。

【００２３】画像処理ユニット３３の画像メモリ３３
Ａ、３３Ｂは、それぞれ１フレーム分の容量を持つ画像
メモリで、例えば５１２画素×５１２画素×８ビット
（２５６階調）構成で１フレーム分としたメモリであ
る。また、画像処理ユニット３３は、この１フレーム分
の容量を持つ２つの画像メモリ３３Ａ，３３Ｂの他に、
画像判定回路３３Ｃも有している。

【００２４】そして、切り替えＳＷ４１を介して共焦点
光検出器３２または共焦点光検出器４０からの出力信号
を受けると、画像メモリ３３Ａ、３３Ｂのうち、画像メ
モリ３３Ａは、反射光の電気信号（輝度信号）を保存す
るようにしている。この場合、スポット光の現在のＸＹ
走査位置に対応する画素位置に８ビットデータとして記
憶保存するようにしている。この場合の記憶は、前回の
その位置での輝度信号より今回の輝度信号のレベルが高
い場合に、その画素位置の記憶情報として保存するよう
にして、高さの異なる画像の足し込みを可能にしてい
る。また、画像メモリ３３Ｂには、スポット光の現在の
ＸＹ走査位置に対応する画素位置にＺ軸走査方向の情
報、具体的にはＺ走査駆動制御回路３５からレボルバ２
６が何回移動したかを数えた回数の値が与えられ、画像
メモリ３３Ａの記憶データから前回のその位置での輝度
信号より今回の輝度信号のレベルが高い場合に、画像メ
モリ３３Ｂに対して前記回数の値をデータとして更新、
記憶保存するようにしている。このようにして画像メモ
リ３３Ｂでは、各画素位置において、その画素位置で最
大輝度を示すデータがある時のレボルバ移動回数値をＺ
走査方向の情報（この情報は高さ位置を示すことにな
る。）として記憶している。

【００２５】なお、画像処理ユニット３３に対してのス
ポット光の現在のＸＹ層位置情報は、ＸＹ走査駆動制御
回路３４より与えられている。画像判定回路３３Ｃは、
自動画像形成の際の自動範囲設定と、その設定値のコン
ピュータ３６への伝達とＺ走査駆動制御回路３５の制御
を担うものである。

【００２６】そして、画像処理ユニット３３は、これら
画像メモリ３３Ａ、３３Ｂの記憶データを読み出してコ
ンピュータ３６に与えるといった処理も行うようにして
いる。

【００２７】コンピュータ３３は、これらＸＹ走査駆動
制御回路３４、Ｚ走査駆動制御回路３５および画像処理
ユニット３３の各制御を行うと共に、画像データの保
存、再生、編集などを行うなどの制御や処理の中枢を担
うものである。モニタ３７は、コンピュータ３６の画像
表示端末であり、必要な情報の表示や画像の表示などに
使用される。

【００２８】また、コンピュータ３６は、画像出力ユニ
ット３３に対する共焦点光検出器３２の出力と非共焦点
光検出器４０の出力の切り替えを行う切り替えＳＷ４１
の切り替え動作も制御するようにもしている。

【００２９】しかして、このような構成において、合焦
開始をコンピュータ３６が検出すると、図４に示すフロ
ーチャートが実行され、まず、切り替えＳＷ４１により
非共焦点光検出器４０からの出力を画像処理ユニット３
３に与えるように設定して、非共焦点光検出器４０を合
焦用センサとして用いるようにする（ステップ４０
１）。

【００３０】そして、上述したようにレーザ光源２２か
らのレーザ光を２次元走査機構２５により２次元走査す
るとともに、このレーザ光をスポット光として対物レン
ズ２７を通してステージ２８上の試料２９に照射し、こ
の試料２９からの反射光を対物レンズ２７を通し、ハー
フミラー３８よりレンズ３９を介して非共焦点光検出器
４０の受光面に集光することにより、非共焦点光検出器
４０からの出力を画像データとして、画像処理ユニット
３３に取り込み、画像メモリ３３Ａにデータを格納す
る。そして、任意のラインの画像データをコンピュータ
３６に取り込み、該任意ラインの画像の輝度出力が最大
となる画素位置を求める（ステップ４０２、４０３）。

【００３１】この場合の任意の１ラインは、例えば画像
中央付近やユーザの選択した任意のラインデータを取り
込んでもよい。また、合焦用に必要なデータは１ライン
なので、Ｙ軸方向スキャンを止め、ある１ラインのみの
データを画像メモリ３３Ａに取り込むようにしてもよ
い。

【００３２】このようにして、モニタとなる１画素を決
定したならば、非共焦点光検出器４０の出力が増加する
方向に対物レンズ２７と試料２９との間を制御する（ス
テップ４０４）。つまり、非共焦点光検出器４０を合焦
検出用センサとし、輝度出力が最大となるように対物レ
ンズ２７と試料２９との間を制御する。

【００３３】ここで１ラインの中の最大となる画素出力
を求めず、１ラインの画素出力平均値が最大となるよう
な対物レンズ２７と試料２９との間を制御してもよい
し、また、１ラインの任意のブロックの画素平均値が最
大となるように対物レンズ２７と試料２９との間を制御
（Ｚレボ制御）してもよい。

【００３４】このＺレボ制御する際に、試料２９と対物
レンズ２７の位置関係をコンピュータ３６で演算し、試
料２９と対物レンズ２７が衝突しないように制御するこ
とが必要である。

【００３５】このような制御を以下のように実行され
る。この場合の条件は、ステージ２８位置を任意の位置
に固定し、Ｚレボ制御のみで合焦位置を求めるものとす
る。また、Ｚレボの初期位置を最上限として、この位置
を基準位置とする。

【００３６】そして、この基準位置からステージ２８の
位置までの距離をｌとし、また、対物位置を、Ｚレボ原
点位置からのＺレボ移動量とＺレボの長さと対物の長さ
の和により求め、この対物位置をｌｍとする。ここで、
Ｚレボ位置は、Ｚレボ公差と対物の公差による誤差を含
む。また、試料２９の厚みをｄとし、合焦のターゲット
によりその厚みは変わる。このターゲットの厚みはユー
ザにより定義することとする。

【００３７】これにより、試料２９と対物レンズ２７の
間の距離は、 Ｗd ＝ｌ−ｌｍ−ｄ で求められる。この場合、それぞれの値は、公差による
誤差を含んでいる。

【００３８】そして、Ｗd が負になる場合に、試料２９
と対物レンズ２７の間で衝突が起きる可能性がある。こ
のようにして、試料２９と対物レンズ２７の位置関係を
コンピュータ３６で演算しつつ、これらが衝突しないこ
とを確認しながら、合焦位置を求める制御を続ける（ス
テップ４０５）。

【００３９】ここで、ステップ４０５で、試料２９と対
物レンズ２７が衝突する危険を判断すると、ステップ４
０６で、ＡＦエラーを発生し、ＡＦ動作を停止すると同
時に、モニタ３７上でユーザに警告を与えるようにな
る。

【００４０】その後、非共焦点光検出器４０の輝度出力
が最大となって、上述した図２のａに示すように一定の
出力値に落ち着くようになれば、合焦位置が検出された
ものと見做して、非共焦点光検出器４０による合焦位置
検出を終了する（ステップ４０７）。

【００４１】次に、切り替えＳＷ４１の切り替えにより
共焦点光検出器３２からの出力を画像処理ユニット３３
に与えるように設定して、共焦点光検出器３２を合焦用
センサとして用いるようにする（ステップ４０８）。

【００４２】そして、この場合も共焦点光検出器３２の
出力が増加する方向に対物レンズ２７と試料２９との間
を制御する（ステップ４０９）。つまり、共焦点光検出
器３２を合焦検出用センサとし、輝度出力が最大となる
ように対物レンズ２７と試料２９との間を制御する。こ
の制御には、山登り式を用い、共焦点光検出器３２が最
大値を検出した後、出力値が減少方向に変化したことを
検出すると、Ｚ方向の移動を逆移動して合焦位置を追い
込むようにする。

【００４３】この場合も試料２９と対物レンズ２７の位
置関係をコンピュータ３６で演算しつつ、これらが衝突
しないことを確認しながら、合焦位置を求める制御を続
ける（ステップ４１０）。

【００４４】ここでも、ステップ４１０で、試料２９と
対物レンズ２７が衝突する危険を判断すると、ステップ
４１１で、ＡＦエラーを発生し、ＡＦ動作を停止すると
同時に、モニタ３７上でユーザに警告を与えるようにな
る。

【００４５】その後、共焦点光検出器３２の輝度出力の
最大値が、上述した図２のｂに示すように極めて狭い範
囲で得られることで、合焦位置が検出されたものと見做
して合焦位置検出を終了する（ステップ４１２、４１
３）。

【００４６】従って、このようにすれば、最初に非共焦
点光検出器４０を合焦用センサとして用い、輝度出力が
最大値となる広い範囲を大まかな合焦位置として求め、
この状態から共焦点光検出器３２を合焦用センサとして
切り替えて、大まかな合焦位置の範囲について、さらに
輝度出力が最大値となる狭い範囲での合焦位置を求める
ようにしたので、所望する部分の合焦位置を精度よく、
しかも速やかに検出することができるようになる。ま
た、非共焦点光検出器４０と共焦点光検出器３２により
合焦用センサを切り替えており、これらセンサを組み合
わせて用いているので、例え微弱な光の標本についても
正確に合焦位置を求めることができる。 （第３の実施の形態）この第３実施の形態では、レボル
バ２６に取り付けられた複数の対物レンズ２７の倍率に
応じたピンホールを有するピンホール板４２を非共焦点
光検出器４０の手前に配置するようにしている。この場
合、ピンホール板４２は、図５に示すように例えば３段
階に径の異なるピンホール４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有
し、また、側縁に沿ってクリック４２ｄを設けて対物倍
率に応じてピンホールを光軸上に選択挿入可能にしてい
る。この場合のピンホール板４２の移動は、コンピュー
タ３６の指示により電動切り替えにより実行される。

【００４７】次に、ピンホール径を変えた場合の効果に
ついて説明する。対物レンズの焦点深度は倍率が低くな
るほど、焦点深度は大きくなることはよく知られてい
る。図２の非共焦点光学系での光軸方向の強度分布ａに
ついても同じようなことがいえ、対物レンズの倍率が低
くなればなるほど、光軸方向の距離が大きくなる。ま
た、共焦点についても同様である。

【００４８】したがって、低倍の対物レンズを使用した
場合、共焦点、非共焦点ともに光軸方向の幅が広がる
が、場合によっては図６に示すようになる可能性があ
る。図６は、非共焦点の輝度が一定になっている範囲
で、共焦点の輝度が零になっている範囲Ｘが存在するよ
うな状態である。このような関係になっていると、非共
焦点光検出器４０の輝度出力が一定になったからといっ
て、すぐに共焦点光検出器３２の出力を利用することが
できない。したがって、共焦点光検出器３２の輝度出力
が発生するまでの間は、非共焦点光検出器４０の光出力
を利用せざるを得ないが、出力が一定なので制御に時間
がかかる。

【００４９】図２から明らかなように、同じ対物レンズ
でもピンホールの有無によってその光軸方向の強度分布
に大きな差を生じる。逆にこれは、ピンホールの径によ
って光軸方向の強度分布を変化させることができること
を意味している。したがって、図６のような場合でも本
実施の形態のように非共焦点側にピンホールを配置する
ことで、非共焦点の光軸方向の強度分布を破線のように
変化させることができる。この結果、問題となる範囲Ｘ
を無くすことができるため、素早い合焦が可能になる。

【００５０】しかして、コンピュータ３６は、常時対物
レンズ２７についての情報を認識しており、対物レンズ
２７の倍率変更の要求を受けると、低倍時はピンホール
径の小さなものを選択して輝度が一定になる範囲を狭ま
るようにし、高倍時はピンホール径の大きなものを選択
して輝度が一定となる範囲を広げるようにしている。

【００５１】このようにすれば、非共焦点光検出器４０
側に径の異なるピンホール４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有
するピンホール板４２を配し、対物レンズ２７の倍率に
応じてピンホール４２ａ、４２ｂ、４２ｃのうちの１つ
を選択するようにしたので、対物レンズ２７が低倍にな
っても、非共焦点光検出器４０により安定して合焦位置
を検出することができるようになる。

【００５２】この場合、ピンホール可変は、連続的に絞
り径を可変可能にした手段を設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、非共焦点側にピンホールを配
置したが、逆に共焦点側に図５のようなピンホールを配
置しても構わない。この場合は、はじめに図６の問題と
なる範囲Ｘが存在しないようにピンホールを大きくして
おき、徐々に小さくして合焦の精度を上げるようにして
いけばよい。

【００５３】共焦点と非共焦点に適したピンホールを図
５に示すように一枚の板に設けることができるならば、
一つの光検出器を共焦点用、非共焦点用に兼用できる。 （第４の実施の形態）この第４実施の形態では、図３に
示す非共焦点光検出器４０について、ピンホール径を可
変させずに受光エリアを可変できるようにしている。

【００５４】この場合、非共焦点光検出器４０は、図７
（ａ）に示すように受光エリアをＡ、Ｂ、Ｃの３分割と
し、対物レンズ２７の倍率に応じて各受光エリアより取
り出す信号を選択するようにしている。すなわち、同図
（ｂ）に示すように対物レンズ２７が低倍の場合は、受
光エリアをＡのみとし、対物レンズ２７が高倍であれ
ば、受光エリアをＡ、Ｂ、Ｃを選択してＡ＋Ｂ＋Ｃの加
算信号取り出すようにしている。

【００５５】このようにすれば、非共焦点光検出器４０
の受光エリアを対物レンズの倍率に応じて変化させるよ
うにできるので、精度出力が最大になって、合焦位置の
追い込み精度を上げることができる。

【００５６】本実施の形態の場合も、上記第３の実施の
形態と同様に共焦点側に配置することも可能であり、受
光エリアとして共焦点と非共焦点を検出できるエリアを
複数設定することにより、一つの光検出器で共焦点と非
共焦点用に兼用することも可能である。 （第５の実施の形態）この第５実施の形態では、図３と
同一部分には同符号を付して示す図８に示すように非共
焦点光検出器４０の光路中のミラー４３を駆動可能に
し、合焦用センサを非共焦点光検出器４０から共焦点光
検出器３２に切り替える際に他の位置まで駆動できるよ
うにしている。つまり、ここでのミラー４３は、非共焦
点光検出器４０の合焦位置算出の際は、標本像が非共焦
点光検出器４０に入射する位置に移動し、その後、非共
焦点光検出器４０での合焦位置を検出終了すると、ミラ
ー４９を図示破線位置に移動させて共焦点光検出器３２
に１００％標本像が入射するようにしている。このミラ
ー４３の位置移動は、コンピュータ３６が管理し、電動
切り替え可能である。

【００５７】このようにすれば、非共焦点光検出器４０
と共焦点光検出器３２のいずれにも、光量を落とさずに
標本像を入射することができるので、光量の不足した標
本に対しても十分合焦位置を求めることができるように
なる。

【００５８】なお、非共焦点検出系と共焦点検出系は、
図３で述べた位置関係であってもよい。この場合は、ミ
ラー２４が移動するようになる。 （第６の実施の形態）この第６の実施の形態では、光検
出器に２次元エリアセンサを使用し、取り込むエリアを
可変することで、非共焦点用データと共焦点用データを
それぞれ検出できるようにしている。

【００５９】図９（ａ）は、このような２次元エリアセ
ンサを用いて実現した合焦検出のための回路構成図で、
レーザ光源５１からのレーザ光をビームエクスパンダ５
２よりＸ方向ガルバノ機構５３、Ｙ方向ガルバノ機構５
５を通し、さらに対物レンズ５６を通して試料５７に入
射し、この試料５７からの反射光をミラー５８を介して
２次元エリアセンサ５４に与えるようにしている。

【００６０】この場合、２次元エリアセンサ５４は、例
えばＣＣＤからなるもので、同図（ｂ）に示すように複
数の撮像素子を複数ライン分配置していて、共焦点用デ
ータは、２次元エリアセンサ４５の任意の１ライン（図
示破線で示す部分）のうちの１画素相当の撮像素子から
の輝度出力を取り込むことで検出するようにし、また、
非共焦点用データは、２次元エリアセンサ４５の任意の
１ライン（図示破線で示す部分）のうちの１画素相当の
撮像素子からの輝度出力に、少なくとも該撮像素子の上
下１画素に相当する撮像素子からの輝度出力を加えるこ
とで得るようにしている。つまり、対物レンズ５６の倍
率に応じて、追加する上下画素に相当する撮像素子から
の輝度出力を、例えば、対物倍率が低倍ならば上下画素
を追加し、高倍時には上下画素の追加を最小単位とす
る。

【００６１】このようにすれば、共焦点用データと非共
焦点用データを求めて合焦位置を追い込むことにより、
１つの光検出器で合焦位置を求めることができる。この
場合、当然のことながら、全ての画素を使う必要なく、
任意の１画素を利用すればよい。上記の実施の形態で
は、ライン走査を想定しているが、スポットもしくは微
小な２次元領域であっても可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば標本
像の非共焦点検出により比較的広い範囲についての合焦
位置を求め、この非共焦点検出で求めた合焦範囲につい
て、さらに共焦点検出により狭い範囲での合焦位置を求
めることにより、所望する部分の合焦位置を精度よく、
しかも速やかに検出することができる。また、非共焦点
光検出手段と共焦点光検出手段を選択的に切り替えるこ
とができるので、合焦位置を自動的に検出することがで
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】第１の実施の形態を説明するための図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図４】第２の実施の形態の動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【図５】本発明の第３の実施の形態に用いられるピンホ
ール板の概略構成を示す図。

【図６】第３の実施の形態を説明するための図。

【図７】本発明の第４の実施の形態に用いられる非共焦
点光検出器の概略構成を示す図。

【図８】本発明の第５の実施の形態の要部の概略構成を
示す図。

【図９】本発明の第６の実施の形態の要部の概略構成を
示す図。

【符号の説明】

１…光源、 ２…ピンホール、 ３…対物レンズ、 ４…試料、 ５…コンデンサレンズ、 ６…ピンホール、 ７…光検出器、 ２１…顕微鏡本体、 ２２…レーザ光源、 ２３…ミラー、 ２４…ハーフミラー、 ２５…２次元走査機構、 ２６…レボルバ、 ２７…対物レンズ、 ２８…ステージ、 ２９…試料、 ３０…レンズ、 ３１…ピンホール板、 ３２…共焦点光検出器、 ３３…画像処理ユニット、 ３３Ａ、３３Ｂ…画像メモリ、 ３３Ｃ…画像判定回路、 ３４…ＸＹ走査駆動制御回路、 ３５…Ｚ走査駆動制御回路、 ３６…コンピュータ、 ３７…モニタ、 ３８…ハーフミラー、 ３９…レンズ、 ４０…非共焦点光検出器、 ４１…切り替えＳＷ、 ４２…ピンホール板、 ４３…ミラー、 ５１…レーザ光源、 ５２…ビームエクスパンダ、 ５３…Ｘ方向ガルバノ機構、 ５４…２次元エリアセンサ、 ５５…Ｙ方向ガルバノ機構、 ５６…対物レンズ、 ５７…試料。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標本に対してレーザ光を走査し、該走査
   に応じた標本像の共焦点検出と非共焦点検出を可能にし
   た走査型レーザ顕微鏡において、 前記標本像の非共焦点検出により合焦位置を求める非共
   焦点光検出手段と、 この非共焦点光検出手段で求められた合焦位置の範囲に
   ついて共焦点検出により合焦位置を求める共焦点光検出
   手段とを具備したことを特徴とする走査型レーザ顕微
   鏡。
2. 【請求項２】 前記非共焦点光検出手段による非共焦点
   検出は、輝度出力が最大値で、一定レベルになる状態を
   検出し、前記共焦点光検出手段による共焦点検出は、輝
   度出力が最大値になる状態を検出することを特徴とする
   請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。
3. 【請求項３】 非共焦点光検出手段と共焦点光検出手段
   は、切り替え手段により選択的に切り替えられることを
   特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。