JPH09325278A

JPH09325278A - 共焦点型光学顕微鏡

Info

Publication number: JPH09325278A
Application number: JP14311196A
Authority: JP
Inventors: Sukehito Arai; 祐仁荒井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】共焦点光学系の絞り径を測定に十分なＳ／Ｎが
確保できる大きさに保ち、かつ光軸方向の分解能を向上
させることのできる共焦点型光学顕微鏡を提供するこ
と。【解決手段】試料の目的の深さ位置５からの光、当該目
的の深さ位置５の近傍で、かつ光軸方向分解能以内の少
なくとも１つの位置Ｙ１，Ｙ２からの光とをそれぞれ検
出する検出手段７，１０，１３と、この検出手段７，１
０，１３で検出した試料の各位置からの光をそれぞれ電
気信号に変換する光電変換手段８，１１，１４と、この
光電変換手段８，１１，１４で変換された各電気信号を
処理して目的の深さ位置の情報を算出する処理手段１７
とを具備して構成された共焦点型光学顕微鏡である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光軸方向の分解能
を改善する共焦点型光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に走査型光学顕微鏡の光学系の概略
を示している。走査型光学顕微鏡は、点光源６０からの
光をビームスプリッタ６１を介して対物レンズ６２へ入
射することにより当該対物レンズ６２の合焦位置６３に
照明光を点状に集光させる。合焦位置６３に観察試料を
配置しておくことにより観察試料に照明光を点状に照射
することができ、観察試料を反射した光（反射光）又は
観察試料から発生した蛍光は試料側から対物レンズ６２
に入射し、ビームスプリッタ６１により光源側とは分離
した光軸上に点状に結像する。そして対物レンズ６２の
合焦位置６３と共役な位置にピンホール６４を配置して
当該ピンホール６４の背後に光検出器６５を設置するこ
とにより、照明光を点状に照射した観察試料上の１点の
像の濃淡情報を得ている。

【０００３】図６に示す光学系で点状光源が照射された
１点の濃淡情報が得られるので、試料をＸ軸及びＹ紬の
方向に移動して二次元面内で機械的に移動させるＸ−Ｙ
走査機構、又は光路をスキャン操作する走査光学系を採
用して濃淡の分布情報を得られるようにしている。ま
た、観察試料の濃度情報の２次元分布をＸ−Ｙ走査位置
に対応させてＣＲＴディスプレイ等の表示装置に、輝点
の分布として表示することで画像化し、観察できるよう
にしている。

【０００４】対物レンズ６２の合焦位置６３と共役な位
置に配置したピンホール６４の径を回折限界以下の径に
設定すれば、焦点の合っている面の情報のみを検出する
ことができるので、高い分解能を実現できる。

【０００５】このような共焦点光学系を持つ顕微鏡の光
軸方向の分解能は、対物レンズの開口数（ＮＡ）、使用
する照明光または被検出光の波長（λ）、試料の屈折率
（ｎ）などで示される光軸方向の強度分布の式（１）よ
り決定され、図７のように、規格化光量がゼロとなる深
さ位置±２ｎλ／（ＮＡ）² の幅を分解能と定義するの
が一般的である。Ｉ＝（ｓｉｎｘ／ｘ）² ｘ＝π（ＮＡ）² Ｚ／２ｎλ （１）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように共焦点
光学系を採用することで試料の特定の深さの情報を測定
することが可能となるが、たとえ理想的に厚さのない試
料を測定したとしても、光軸方向の分解能により測定さ
れたデータはある有限の厚みを持つこととなる。この分
解能は、ピンホール６４の絞り径を大きくするにつてれ
悪化するが、径を小さくして回折限界以下にしても改善
されるこはない。一方、そのような理想的な絞り径を使
用すると被測定光の大部分が該絞りにより遮光されるた
め、測定のＳ／Ｎは悪化の一途をたどることとなり好ま
しくない。

【０００７】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、共焦点光学系の絞り径を測定に十分なＳ／
Ｎが確保できる大きさに保ち、かつ光軸方向の分解能を
向上させることのできる共焦点型光学顕微鏡を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。本発明は、共
焦点光学系を介して試料の目的の深さ位置の情報を測定
する共焦点型光学顕微鏡において、試料の目的の深さ位
置からの光と、当該目的の深さ位置の近傍で、かつ光軸
方向分解能以内の少なくとも１つの位置からの光とをそ
れぞれ検出する検出手段と、前記検出手段で検出した試
料の各位置からの光をそれぞれ電気信号に変換する光電
変換手段と、前記光電変換手段で変換された各電気信号
を処理して目的の深さ位置の情報を算出する処理手段と
を具備する。

【０００９】本発明によれば、目的とする試料の深さ位
置でのデータおよびその前後近傍で深さ分解能以内での
少なくとも１つの位置でのデータとを取得できることか
ら、目的の深さ位置からの光のみを算出することが可能
となり、共焦点絞りの径を小さくすることなく該光軸方
向の分解能を向上させることが可能となる。

【００１０】本発明は、前記検出手段を、試料の目的と
する深さ位置からの光を検出する主検出光学系と、前記
試料の目的とする深さ位置の前後であって光軸方向分解
能以内の位置からの光を検出する少なくとも一つの副検
出光学系とを備えた構成とする。

【００１１】主検出光学系により検出される光には試料
の目的とする深さ位置からの光に光軸方向の分解能によ
り目的位置以外の光を含むが、副検出光学系により検出
される試料の目的とする深さ位置の前後であって光軸方
向分解能以内の位置からの光を考慮することにより、共
焦点絞りの径を回析限界以下にすることなく、目的位置
以外の光を除去した測定値を得ることができる。

【００１２】また、本発明は、前記検出手段を、光学的
にほぼ共役関係にある試料の所定位置からの光のみを通
過させる共焦点絞りを有する一つの検出光学系と、前記
試料と前記共焦点絞りとの間の光学的距離を変化させる
手段とから構成する。

【００１３】試料と共焦点絞りとの間の光学的距離を変
化させることにより、検出光学系の共焦点絞りの位置に
対物レンズの焦点位置と共役な位置を配置することがで
き、また焦点位置と共役な位置から光軸方向分解能以内
の位置を配置させることができる。

【００１４】本発明は、処理手段の演算内容が、下式で
示される光軸方向の強度分布の式に基づくことを特徴と
する。Ｉ＝（sinx/x) ² ｘ＝π（ＮＡ）² ・Ｚ／２λｎＮＡは対物レンズの開口数、Ｚは目的の深さ位置からの
距離、ｎは試料の屈折率、Ｉは位置Ｚにおける光量

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。（第１の実施の形態）図１には第１の実施の形態に係る
共焦点型光学顕微鏡の構成が示されている。

【００１６】この実施の形態に係る共焦点型光学顕微鏡
は、レーザなどの点光源１から出たレーザビームをビー
ムスプリッタ２ａで偏向させて走査光学系３を通過して
対物レンズ４に入射することにより、対物レンズ４がレ
ーザビームを集光して合焦位置５に微小なスポットを形
成する。走査光学系３は、ガルバノメータスキャナなど
の光偏向素子を２つ組合わせて構成されていて、レーザ
ビームをラスター走査と同じように２次元方向に偏向す
ることができる。したがって、合焦位置５では走査光学
系３によって微小なスポットによる２次元走査が行われ
る。走査はコンピュータ２０からの命令によって走査制
御回路１９から出力される駆動信号によって行われる。

【００１７】合焦位置５にミラーなどの反射試料を配置
していた場合、試料で反射されたレーザビームは対物レ
ンズ４に試料側から再入射する。試料側から対物レンズ
４に再入射したレーザビームは走査光学系３、ビームス
プリッタ２ａを通過して再び集光するが、当該集光位置
の近傍に第１の検出光学系６を配置している。第１の検
出光学系６はピンホール７と光検出器８で構成されてい
る。ピンホール７は合焦位置５と共役な位置に配置する
ことにより、合焦位置５で反射されたレーザビームの集
光位置とピンホール位置とを一致させている。ピンホー
ル７の後方には光検出器８が配置されており、ピンホー
ル７を通過したレーザビームを検出し電気信号に変換す
る。

【００１８】また、試料で反射したレーザビームが第１
の検出光学系６へ至る途中に２つのビームスプリッタ２
ｂ，２ｃが所定角度で傾けて配置されている。第１の検
出光学系６に近いほうのビームスプリッタ２ｂによって
レーザビームの一部を第２の検出光学系９へ導き、ビー
ムスプリッタ２ｃによってレーザビームの一部を第３の
検出光学系１２に導くようにしている。それぞれの検出
光学系９，１２も第１の検出光学系６と同じようにピン
ホール１０，１３と光検出器１１，１４で構成されてい
る。

【００１９】第１の検出光学系６は対物レンズ４の合焦
位置５と共役な位置に配置しているが、第２の検出光学
系９及び第３の検出光学系１２ではピンホール１０，１
３を合焦位置５と共役な位置を挟んだ前後のずれた位置
に配置している。第２の検出光学系９のピンホール１０
は、合焦位置５と共役な位置を基準とすると、そこから
対物レンズ４より離れる方向に配置されている。一方、
ピンホール１３の位置は合焦位置５と共役な位置を基準
とすると、そこから対物レンズ４に近づく方向に配置さ
れている。

【００２０】第１〜第３の検出光学系６，９，１２のピ
ンホール７，１０，１３をそれぞれ通過したレーザビー
ムは光検出器８，１１，１４で電気信号に変換され、そ
れぞれの信号はコントロールボックス１５内のＡ／Ｄ変
換器１６でデジタルデータに変換されたのち演算回路１
７へ入力し、そこで演算を行いメモリ１８に保存され
る。メモリ１８は走査に同期して試料上の各点の情報を
保存する。メモリ１８の情報はコンピュータ２０によっ
て読み出され、ディスプレイ２１に試料の画像が表示さ
れる。

【００２１】なお、対物レンズ３はテレセントリック光
学系になっている。このため、試料上でレーザビーム
（スポット）が動いても反射したレーザビームの光路は
入射時の光路と一致するので、走査光学系３を再び通過
することで検出器側ではレーザビームは動かない。した
がって、走査に同期してピンホール７，１０，１３を動
かす必要はない。

【００２２】図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、第１〜第
３の検出光学系６，９，１２におけるそれぞれのピンホ
ール７，１０，１３の配置位置について説明する。ここ
では、目的の深さ位置を対物レンズ４の合焦位置５であ
るとする。図２（ａ）は、第１の検出光学系６のピンホ
ール７の位置を示している。同図には、光源１からのレ
ーザビームが対物レンズ４によって合焦位置５に集光し
ており、かつ合焦位置５には厚みを持ち蛍光を発する試
料Ｓが配置された状態を示している。

【００２３】合焦位置５に集光したレーザビームによっ
て合焦位置５から発生した蛍光は、対物レンズ４を再度
通過して合焦位置５と共役な位置に集光する。第１の検
出光学系６では、ピンホール７をこの集光位置に配置し
ている。すなわち、ピンホール７の配置位置は、対物レ
ンズ側の合焦位置５と共役な位置とほぼ一致させてい
る。

【００２４】図２（ｂ）は、第２の検出光学系９のピン
ホール１０の位置を示している。同図には、合焦位置５
を基準として対物レンズ側に近づく方向に距離δＤほど
離れている近傍位置Ｙ１から発生した蛍光の様子を示し
ている。第２の検出光学系９に設けたピンホール１０
は、近傍位置Ｙ１から発生した蛍光が当該ピンホール１
０を通過できるように、近傍位置Ｙ１から発生した蛍光
が対物レンズ側で再度集光する位置に配置している。

【００２５】図２（ｃ）は、第３の検出光学系１２のピ
ンホール１３の位置を示している。同図には、合焦位置
５を基準として対物レンズ４から遠ざかる方向に距離δ
Ｄほど離れている近傍位置Ｙ２から発生した蛍光の様子
を示している。第３の検出光学系１２に設けたピンホー
ル１３は、近傍位置Ｙ２から発生した蛍光が当該ピンホ
ール１３を通過できるように、近傍位置Ｙ２から発生し
た蛍光が対物レンズ４で再度集光した位置に配置してい
る。

【００２６】なお、図２（ａ）〜（ｃ）では蛍光の光線
の様子をわかり易くするために、δＤや蛍光試料Ｓを大
きく表示している。しかしながら、実際にはδＤや蛍光
試料Ｓの厚みは非常に小さい値である。

【００２７】図２（ｂ）（ｃ）において示した合焦位置
５と近傍位置Ｙ１、Ｙ２との距離δＤの値は、光軸方向
の光の強度分布をもとに設定する。図２（ａ）において
光学系が収差の無い理想的な光学系であると仮定し、さ
らに蛍光試料Ｓの厚みがゼロの面（いわゆる平面）と考
える。平面とはいえ、この面には蛍光試料が存在するた
め、光が当たれば蛍光を発する。

【００２８】この蛍光面を光軸方向に移動させた時の光
検出器８の出力の変化をグラフに表すと図７のようにな
る。同図において、横軸は光軸方向の移動距離、縦軸は
光検出器８の出力で光の強度を規格化した値を表してい
る。また、上記仮定により光学系が無収差であるので、
図７のグラフは前述した理論式（１）で表されるグラフ
と一致する。

【００２９】図７に示されるように、グラフの中央位置
Ｘ０である合焦位置５で光の強度が最大になり、合焦位
置５から離れていくほど光強度はだんだん小さくなりゼ
ロになることがわかる。

【００３０】強度が最大の位置をＸ０、最初に強度がゼ
ロになる位置をＸ１とすると、後述する関係式より、光
軸方向の分解能を向上させるためには、合焦位置５から
のずれ量δＤの値を中心位置Ｘ０からゼロ位置Ｘ１まで
の範囲ΔＸの１／２以下になるように設定しなければな
らない。ここでは、δＤ＝２ｎλ／π（ＮＡ）² （分解
能の１／π）に設定しているものとする。分解能は、式
（１）より、中心位置Ｘ０からゼロ位置Ｘ１までの距離
Ｚである。Ｚ＝２ｎλ／π（ＮＡ）²図３（ａ）〜
（ｃ）は対物レンズ４の合焦位置５および当該合焦位置
５の前後にδＤ離れた近傍位置３０，３１から発した蛍
光についてのピンホール上での様子を示している。な
お、第２，第３の検出光学系９，１２に設けたピンホー
ル１０、１３の位置は、δＤの値と光学系の縦倍率とに
基づいた計算により求めることができる。ただし、様々
な要因によって誤差が生じることもあるため、計算で求
めたピンホール位置の前後の光軸方向にピンホールを移
動させて、ピンホールを通過する光強度が最大になる位
置を見つける作業を必要とすることもある。第１の検出
光学系６のピンホール７についても同様のことが言え
る。

【００３１】図３（ａ）は、第１の検出光学系６におけ
るピンホール７上で蛍光が集光する様子を示している。
合焦位置５とピンホール７は共役な関係であるから、合
焦位置５から発した蛍光はピンホール７に集光する。一
方、合焦位置５の前後にδＤ離れた近傍位置３０，３１
はピンホール７とは共役な位置関係にないため、それぞ
れの位置からの蛍光はピンホール７上では広がった状態
となっている。したがって、ピンホール７を通過して光
検出器８で検出される光の強度をＩとすると、第２，第
３の検出光学系においてピンホール１０，１３を通過し
た光の強度は、図７のグラフから０．７になることがわ
かる。すなわち、図７のグラフにおいて横軸上で中心か
らδＤ（＝２ｎλ／π（ＮＡ）² ）だけ離れた点に対応
する縦軸上の値が０．７である。なお、図７のグラフは
左右対称であるからδＤについては片側だけで考えれば
よい。

【００３２】図３（ｂ）は、第２の検出光学系９に設け
たピンホール１０上で蛍光が集光する様子を示してい
る。第２の検出光学系９では、合焦位置５に対する近傍
位置３０がピンホール１０と共役な位置関係にあること
から、当該近傍位置３０から発した蛍光がピンホール１
０上に集光する。したがって、ピンホール１０を通過し
た光の強度はＩである。一方、合焦位置５および当該合
焦位置５の近傍位置３１からの蛍光はピンホール１０の
手前で集光するため、ピンホール１０を通過する光の強
度は弱くなる。合焦位置５からの蛍光がピンホール１０
を通過する際の光強度は、近傍位置３０からδＤほど離
れているため、図７のグラフよりＯ．７である。また、
近傍位置３１からの蛍光がピンホール１０を通過する際
の光強度は、近傍位置３０から２δＤほど離れているた
め図７のグラフより０．２である。

【００３３】図３（ｃ）は、第３の検出光学系に設けた
ピンホール１３上で蛍光が集光する様子を示している。
ピンホール１３の位置はピンホール７の位置に関してピ
ンホール１０と対称な位置関係にある。したがって、ピ
ンホール１３を通過するの光の強度は、近傍位置３１の
場合はＩ、合焦位置５の場合は０．７、近傍位置３０の
場合は０．２となる。

【００３４】合焦位置５で発生する光の強度をＩ
（５）、及びその前後の近傍位置３０，３１で発生する
光の強度をＩ（３０），Ｉ（３１）とすると、図３にお
いて各光検出器８，１１，１４の出力S(8)，S(11),S(1
4) は以下のようになる。

【００３５】 S(8)=1.O×I(5)+O.7×I(30)+O.7 ×I(31) (2) S(11)=O.7 ×I(5)+1.0×I(30)+O.2 ×I(31) (3) S(14)=O.7 ×I(5)+O.2×I(30)+1.0 ×I(31) (4) 従来の共焦点光学系における光検出器はーつであるか
ら、その出力は式(2) で表される。ところが、式(2) は
本当に必要とする情報I(5)に不要な情報、いわゆるデフ
ォーカス情報I(30),I(31) が加わっていることを示して
いる。

【００３６】本発明では、光検出器を３つ使用するとと
もに、それぞれの配置位置を上記条件を満たすように変
えている。このため、式(2) に加えて式(3) (4) が得ら
れる。したがって、この３つの式から目的とする情報I
(5)を算出することができ、その結果は次式のようにな
る。

【００３７】

【数１】

【００３８】この実施の形態では、第１〜第３の検出光
学系６，９，１２の各光検出器８，１１，１４の出力Ｓ
（８），Ｓ（１１），Ｓ（１４）をコントロールボック
ス１５に取り込み、Ａ／Ｄ変換器１６でディジタル信号
に変換してから演算回路１７へ入力し、演算回路１７で
式（５）の演算を実行している。なお、演算回路１７
は、各光検出器８，１１，１４からの信号をアナログの
信号のまま演算を行う構成としても差し支えはないが、
演算内容が複雑になることから、Ａ／Ｄ変換器１６によ
りデジタルデータに変換し、演算回路１７にて処理を行
いメモリ部１８にデータを保存する構成としている。

【００３９】このようにして、目的の合焦位置５および
その前後の近傍位置３０，３１からの光の強度情報を同
時に測定及び処理している。演算回路１７の出力がどの
ような結果になるかを調べるために、合焦位置５に蛍光
面を配置し、この蛍光面を光軸方向に移動させてみると
図４のようなグラフが得られた。同図は、横軸を蛍光面
の光軸方向の移動量、縦軸を演算回路１７の出力値とし
ている。なお、図４には比較のために光検出器８のみの
出力Ｓ（８）も表示してある。光検出器８のみの出力で
得られるグラフは、式（１）によるグラフと同一であ
る。

【００４０】図４より明らかなように、式（５）すなわ
ち本発明の構成および演算処理を用いることによって、
光軸方向の分解能が式（１）に比べて１／π程度に向上
していることがわかる。

【００４１】前述したように、この１／πというのは、
近傍面を目的の試料面に対して当初の分解能の１／πに
合わせたことによるもので、さらに目的の試料面に近づ
けることができれば、更なる分解能の向上が期待でき
る。

【００４２】このように、本実施の形態によれば、観察
試料からの光を検出する３つの検出光学系６，９，１２
を備え、第１の検出光学系６に対物レンズ４の焦点位置
５と共役な位置関係にあるピンホール７を設け、第２，
第３の検出光学系９，１２に焦点位置５の近傍位置３
０，３１とそれぞれ共役な位置関係にあるピンホール１
０，１３を設け、３つの検出光学系６，９，１２を使用
して異なる深さの測定データを同時に測定するようにし
たので、光軸方向の分解能を向上させることができる。

【００４３】（第２の実施の形態）図５は第２の実施の
形態に係る共焦点型光学顕微鏡の構成を示している。こ
の実施の形態は、第１の実施の形態に備えた３つの検出
光学系の機能を、１つの検出光学系６で実現している。
すなわち、検出光学系６を光軸に沿って移動可能とし、
当該検出光学系６を駆動素子５０により移動するように
している。駆動素子５０としてピエゾ素子などを使用す
ることができる。駆動素子５０は、コンピュータ２０の
命令によって駆動回路５１から与えられる駆動信号によ
り駆動される。検出光学系６のピンホール７が目標とす
る測定位置に対して第１の実施の形態と同様の光学配置
となるように、駆動素子５０により測定対象に対して当
該検出光学系６を移動させることにより、第１の実施の
形態に備えた３つの検出光学系の機能を実現するものと
なっている。

【００４４】ここで、検出光学系６の移動範囲について
説明する。式（１）において、ＮＡは対物レンズ５の合
焦位置５側の開口数である。一方、検出光学系６側の開
口数ＮＡ´は対物レンズの倍率をβとすると、ＮＡ´＝
ＮＡ／βとなるので、検出光学系６側でもＮＡ´を用い
た図７と同じような強度分布のグラフが得られる。した
がって、検出光学系６を移動させる位置は、合焦位置５
の共役な位置、すなわち図５のピンホール７の位置と、
ピンホール７より±２ｎλ／π（ＮＡ´）² だけ光軸方
向に離れた位置であればよい。この３つの位置は、図２
におけるピンホール７，１０，１３の各位置に相当す
る。

【００４５】実際の測定では、検出光学系６のピンホー
ル７が、合焦位置５の共役な位置、及びこの位置から±
２ｎλ／π（ＮＡ´）² だけ光軸方向に離れた位置へそ
れぞれ移動するように、コンピュータ２０から駆動回路
５１を介して駆動素子５０に駆動信号を与える。このよ
うにして検出光学系６を３回移動させて各位置でデータ
の収集を行う。

【００４６】コントロールボックス１５のメモリ１８は
３つのメモリ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃより構成してい
る。検出光学系６を移動させて各位置で収集したデータ
は、各位置毎に３つのメモリ１８Ａ〜１８Ｃに振り分け
て保存する。演算回路１７は、３つのメモリ１８Ａ，１
８Ｂ，１８Ｃからデータを読み出して式（５）の演算を
実行する。

【００４７】このような実施の形態によれば、一つの検
出光学系光を備えるだけで第１の実施の形態と同様の機
能を実現できるので、光学部品の削減を図ることがで
き、コストメリットも生じる。また、ピンホール７の合
焦位置と共役な位置からの移動距離である±２ｎλ／π
（ＮＡ´）² という値は、ＮＡ´にもよるが一般的な光
学系であれば、約１００μｍ程度と極めて小さい値であ
る。このため、駆動素子５０にピエゾ素子などを用いる
ことにより、微調整が容易に行えるなどのメリットを有
する。

【００４８】（第３の実施の形態）図５に示す光学系に
おいて、検出光学系６の移動ではなく、対物レンズ４ま
たはステージ５２の移動により、観察試料Ｓとピンホー
ルとの間の光学的距離を変化させて第２の実施の形態と
同様の条件の元で測定を実施するようにする。

【００４９】このようにすることで、装置構成自体は、
従来のものを使用し、データ処理を加えるだけで光軸方
向分解能の向上がはかれる。なお、本発明に関しては以
下のことが言える。

【００５０】第１の実施の形態では、光軸方向の強度分
布が合焦位置５の前後で対称な場合は、式（２）と式
（３）で表される光検出器１１，１４の出力は等しくな
る。したがって、Ｉ(5) は、

【００５１】

【数２】となる。式（５´）および（５´´）は、焦点位置５と
当該焦点位置５の前後の近傍位置のいずれか一方があれ
ば良いことを示している。したがって、第１の実施の形
態では、第１の検出光学系６と、第２の検出光学系９又
は第３の検出光学系１２のいずれか一方があれば良いこ
となる。

【００５２】また、第２実施の形態では、検出光学系６
の移動を、図５のピンホール７の位置（合焦位置５と共
役な位置）と、当該共役位置より±２ｎλ／π（ＮＡ
´）²だけ離れた位置のいずれか一方の２回だけ行えば
よいことになる。

【００５３】逆に光学系の収差などの影響により、軸方
向の強度分布が合焦位置５の前後で非対称な場合は、第
１の実施の形態においてピンホール１０，１３をピンホ
一ル７に対して対称に配置する必要はない。同様に第２
の実施の形態では、ピンホール７の位置からの検出光学
系６の光軸方向への移動量を非対祢にすればよい。さら
に、式（２），（３），（４），（５），（５´），
（５´´）の係数は、この数値に限定されたものではな
い。これらの係数は、式（１）で表される光軸方向の強
度分布もしくは実際に得られる光軸方向の強度分布とδ
Ｄの値によって決まるものである。また、実施の形態で
は、対物レンズ４の合焦位置５及びその共役な位置を基
準にしているが、対物レンズ４の収差が良好な範囲であ
れば、合焦位置５の前後を基準位置にしてもかまわな
い。本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可
能である。

【００５４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、共
焦点光学系の絞り径を測定に十分なＳ／Ｎが確保できる
大きさに保ち、かつ光軸方向の分解能を向上させること
のできる共焦点型光学顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る共焦点型光学顕微鏡の
構成図である。

【図２】対物レンズの合焦位置および当該合焦位置の近
傍位置から発したそれぞれの蛍光について第１〜第３の
検出光学系のピンホールでの様子を示す図である。

【図３】対物レンズの合焦位置および当該合焦位置の近
傍位置から発した蛍光についての第１〜第３の検出光学
系のピンホール上での様子を示している。

【図４】第１の実施の形態において計算された光検出器
の出力値の光軸方向の強度分布を示す図である。

【図５】第２の実施の形態に係る共焦点型光学顕微鏡の
構成図である。

【図６】共焦点光学系を有する共焦点型光学顕微鏡の原
理図である。

【図７】従来の共焦点型光学顕微鏡における光検出器の
出力値の光軸方向の強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１…点光源２ａ，２ｂ，２ｃ…ビームスプリッタ３…走査光学系４…対物レンズ５…合焦位置６…第１の検出光学系７，１０，１３…ピンホール８，１１，１４…光検出器９…第２の検出光学系１２…第３の検出光学系１５…コントロールボックス１７…演算回路１８…メモリ２０…コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共焦点光学系を介して試料の目的の深さ
位置の情報を測定する共焦点型光学顕微鏡において、試料の目的の深さ位置からの光と、当該目的の深さ位置
の前後で光軸方向分解能以内の少なくとも１つの位置か
らの光とをそれぞれ検出する検出手段と、前記検出手段で検出した試料の各位置からの光をそれぞ
れ電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で変換された各電気信号を処理して目
的の深さ位置の情報を算出する処理手段とを具備したこ
とを特徴とした共焦点型光学顕微鏡。
【請求項２】請求項１記載の共焦点型光学顕微鏡にお
いて、前記検出手段は、試料の目的とする深さ位置からの光を
検出する主検出光学系と、前記試料の目的とする深さ位
置の前後であって光軸方向分解能以内の位置からの光を
検出する少なくとも一つの副検出光学系とを備えたこと
を特徴とする共焦点型光学顕微鏡。
【請求項３】請求項１記載の共焦点型光学顕微鏡にお
いて、前記検出手段は、光学的に共役関係にある試料の所定位
置からの光のみを通過させる共焦点絞りを有する一つの
検出光学系と、前記試料と前記共焦点絞りとの間の光学
的距離を変化させる手段とを備えたことを特徴とする共
焦点型光学顕微鏡。