JPH10221607A

JPH10221607A - 共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JPH10221607A
Application number: JP9021429A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Saito; 斎藤良治; Hiroyuki Nishida; 西田浩幸
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: US6188514B1; JP3673049B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積ＩＣ等の微細立体構造の検査ができる
高分解能、長焦点深度、リアルタイム観察可能な共焦点
顕微鏡。【解決手段】光源１から発した光で対物レンズ４像位
置にある複数のピンホールで形成されているピンホール
基板２を照明し、ピンホール基板２を通過する光を対物
レンズ４で標本６上に結像し、標本６で反射される光を
再び対物レンズ４を介してピンホール基板２に結像さ
せ、ピンホール基板２を通過する光をリレーレンズ７等
により標本像として再結像させ、ピンホール基板２を高
速に回転させることによって標本６上で光を高速に走査
し、標本６の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡で
あり、軸上色収差を発生させる光学素子５をピンホール
基板２と標本６の間に配置してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点顕微鏡に関
し、特に、高分解能、長焦点深度、リアルタイム観察可
能な光学顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数のピンホールが形成されているピン
ホール基板を回転させ、ピンホール基板を通過した照明
光を対物レンズを介して試料に対して走査する共焦点ス
キャナーを有した共焦点顕微鏡は、従来から公知であ
り、例えば米国特許第３，９２６，５００号や米国特許
第４，９２７，２５４号に詳しく述べられている。

【０００３】近年、半導体の分野でＩＣ等の高集積化が
進み、従来の光学顕微鏡の分解能では判別できないＩＣ
標本、マスク標本が出現している。このような標本の検
査は、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等で行うことができ
るが、検査に時間がかかる、破壊検査になる等の理由で
量産ラインの全数検査機には不適当である。また、通常
の顕微鏡より高分解能の共焦点型レーザ走査型顕微鏡も
あるが、量産化ラインで使用するには検査時間等の面で
完全ではない。

【０００４】本発明の対象であるピンホール基板を有す
る共焦点顕微鏡は、前述した顕微鏡にない特長を有して
いるために、最近半導体分野で注目されることになっ
た。その特長は、標本面と共役な位置にピンホールが配
置されているために、共焦点効果があり、従来の光学顕
微鏡より高解像、高コントラストが実現される点であ
る。特に、光軸方向（Ｚ方向）の分解能が高く、高さ方
向の標本情報も高精度で得ることができる。また、標本
のピンホールによる走査は、顕微鏡視野の中にある複数
のピンホールの高速回転によって行われるため、人間の
眼又は撮像素子上でも従来の光学顕微鏡と同様にリアル
タイム（ビデオレート以上の速さ）で標本を観察できる
点や、さらに、光源はレーザ等を使う必要がなく、高輝
度白色光源でよいため、手軽に色情報も含めて観察がで
きる点等がレーザ走査型共焦点顕微鏡とは異なる大きな
特長であり、注目される理由となっている。

【０００５】一方、ＩＣ標本は立体構造を持っているた
め、深い焦点深度で段差の中の標本情報を同時に観察し
たいという要求もある。ところが、共焦点顕微鏡では、
深さ方向の分解能が高いため、逆に焦点深度が浅くなっ
てしまい、上記要求に応えることができなかった。

【０００６】焦点深度を深くするのに最も簡単でよく用
いられる方法は、開口絞りで照明光のＮＡ（開口数）を
絞る方法であるが、この方法では光軸と垂直な横方向の
分解能が低下してしまう。横方向の分解能を低下させな
いで、焦点深度を深めようとする方法がいくつか提案さ
れている。例えば、ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＯｐｔｉ
ｃｓ，ＩＩ，ｐ．１３１，Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ
Ｐｕｂ．Ｃｏ．（１９６３）には、撮影レンズの瞳位
置に位相ズレπの輪帯状の位相膜を配置することによっ
て多重焦点レンズを実現させる技術が紹介されている。
また、特開平７−６３９９５号には、照明光のＮＡを単
純に絞るのではなく、ＮＡの大きな部分をわずかに透過
するフィルターによって分解能を落とさずに焦点深度を
深める提案がなされている。また、画像処理による方法
も提案されていて、特開昭５５−１４０８０５号には、
対物レンズと標本の光軸方向の相対距離を変えながら取
り込んだ画像のボケ像を画像処理で除去し、分解能を落
とさずに焦点深度を増す方法が提案されている。

【０００７】レンズで発生する色収差を利用して、立体
構造を持つ標本を観察する方法も提案されている。特開
平２−５３０１６号は、色収差を発生させるレンズ系を
挿入することによって異なった波長毎に焦点位置を変
え、多重焦点像を得る対物レンズ系を提案している。特
開平５−２６６３５号では、共焦点レーザ走査型顕微鏡
において、色収差を有する光学系と温度変化で波長の変
わる半導体レーザを用いて、光軸方向の走査を従来の機
械的走査に代えて行うことを提案している。特開平８−
２１１２９６号では、光源と共役な位置に検出器を配置
した共焦点顕微鏡において、全系で色収差を持たせるこ
とによって異なった波長毎に焦点位置を変え、多重焦点
像を得て焦点深度を増大させることを提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の共焦点顕微鏡
は、本発明の対象とするピンホール基板を有する共焦点
顕微鏡も含めて、分解能は一般の光学顕微鏡より優れて
いるが、光軸方向の標本形状を観察するためには、対物
レンズと標本間の相互距離を変えていかなければなら
ず、標本の立体構造をリアルタイムで観察することは難
しい。特開平５−２６６３５号は、色収差を利用して光
軸方向の走査を行う共焦点レーザ走査型顕微鏡であり、
問題点は上記共焦点顕微鏡と同じである。

【０００９】特開昭５５−１４０８０５号でも、共焦点
ではないが光軸方向の走査が必要なため、同様にリアル
タイムは難しい。加えて、分解能は共焦点より劣る。

【００１０】ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＯｐｔｉｃｓ，
ＩＩ，ｐ．１３１，Ｎｏｒｔｈ−ＨｏｌｌａｎｄＰｕ
ｂ．Ｃｏ．（１９６３）や特開平７−６３９９５号は、
照明光又は瞳変調により高分解能、長焦点深度を実現す
るものであるが、厳密には長焦点深度化は達成される
が、高分解能は達成できない。

【００１１】特開平２−５３０１６号は、色収差を利用
して多重焦点を実現する発明であるが、これを単純に利
用して長焦点深度化を図ると、異なった色のボケ像が重
なり分解能、コントラストが低下する。したがって、特
開平２−５３０１６号では、高分解能、長焦点深度化が
実現できない。

【００１２】特開平８−２１１２９６号は、同様に色収
差を利用し、さらに共焦点光学系を用いているために高
分解能、長焦点深度化が実現されるが、複数光源を用い
ているために構成が複雑であるという問題がある。ま
た、共焦点光学系（例えば、対物レンズ）で色収差が発
生されているため、通常観察ができる顕微鏡としての使
用に制限が加わる。加えて、白色光での共焦点観察がで
きなくなり、標本の色情報を得ることが難しくなる。

【００１３】上述したように、従来から提案されている
顕微鏡では、共焦点顕微鏡並の分解能で、長焦点深度、
しかもリアルタイムで観察を行うことができないか、で
きたとしても顕微鏡構成が複雑になり、通常観察ができ
なくなる、標本の色情報が得られなくなる等の問題があ
る。

【００１４】本発明は従来技術のこれら問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、従来の光学顕微鏡で
不可能であった高集積ＩＣ等の微細立体構造の検査がで
きる高分解能、長焦点深度、リアルタイム観察可能な共
焦点顕微鏡を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の共焦点顕微鏡は、光源から発した光で対物レンズ像
位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍にあ
る複数のピンホールで形成されているピンホール基板を
照明し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レンズ
で標本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対物
レンズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結像
させ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレンズ
等により標本像として再結像させ、前記ピンホール基板
を高速に回転させることによって標本上で光を高速に走
査し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡に
おいて、軸上色収差を発生させる光学素子をピンホール
基板と標本の間に配置したことを特徴とするものであ
る。

【００１６】以下に、本発明において上記の構成をとる
理由と作用、及び、その展開した構成について説明す
る。本発明の共焦点顕微鏡において、白色光源等から発
した光は、対物レンズの像と共役な位置にあるピンホー
ルを通過し、軸上色収差を発生させる光学素子と対物レ
ンズを介して、標本に結像される。標本での結像位置
は、波長によって光軸方向にずれている。波長によって
異なった標本位置からの反射光は、軸上色収差を発生さ
せる光学素子と対物レンズを介して、ピンホール上に結
像される。ピンホール、標本、ピンホールと往復してい
るため、ピンホール上の結像位置は、波長が変わっても
同じである。ピンホールを通過した光は観察側に導かれ
る。このため、光軸方向で異なった標本位置の像を同時
に色分けして観察することができる。共焦点光学系にな
っているため、各波長のボケ像は、ピンホールで遮断さ
れ、高分解能、高コントラスト、長焦点深度で標本の観
察ができる。さらに、像の色毎に光軸方向の標本情報を
知ることができる。ピンホール基板の回転によって標本
を走査しているので、リアルタイム（ビデオレートより
高速）で上記観察が可能となる。なお、ピンホール基板
は、例えばニポウディスク（ＮＩＰＭＯＷＤＩＳＫ）の
ように円盤上に多数のピンホールが形成されたものが用
いられる。

【００１７】さらに、本発明において、上記の軸上色収
差を発生させる光学素子を挿脱可能にすることができ
る。この軸上色収差を発生させる光学素子が挿入された
場合、長焦点深度で標本の光軸方向を色分けして観察で
きる。その光学素子が光路から抜かれた場合、標本の一
断面を明るく、鮮明に観察することができる。

【００１８】また、本発明の上記の軸上色収差を発生さ
せる光学素子は、使用する波長域の中心波長に対する屈
折力がほぼ０であることが望ましい。このようにする
と、この光学素子により像位置や倍率等を変えることな
く色収差を発生させることができる。

【００１９】また、本発明において、上記の軸上色収差
を発生させる光学素子が光路から除外された場合、ピン
ホール基板と標本の間の光学系で発生する軸上色収差量
は、対物レンズの焦点深度より小さいことが望ましい。
高集積ＩＣ等の検査では、ＩＣパターンのエッジ形状や
微小な傷等を検出するために暗視野観察が使われてい
る。本発明のピンホール基板を用いた共焦点顕微鏡での
暗視野観察は、構成が複雑になる、観察像が暗いという
理由から、一般には、ピンホールを光路から除外して行
っている。これは、一般光学顕微鏡の暗視野観察と同じ
になるため、光学系に色収差が多いと暗視野観察での色
のにじみが多くなり、検査が行い難くなる。したがっ
て、色収差発生光学素子が光路から除外された場合、光
学系で発生する軸上色収差量は、対物レンズの焦点深度
より小さいことが望ましい。また、本発明の色収差発生
光学素子により焦点深度を向上させることができるが、
標本断面が色毎に分離するため、標本の分光特性や膜厚
の測定等、色情報を用いた測定・検査ができなくなる。
そこで、上記の色収差発生光学素子を光路から除外した
場合に、光学系の色収差発生量を対物レンズの焦点深度
以下にすることにより、上記の色情報を利用した測定・
検査が共焦点リアルタイムで可能となる。

【００２０】また、上記の光学素子の配置位置は、ピン
ホール基板と対物レンズの間であり、対物レンズの後側
焦点位置又はその近傍、若しくは、対物レンズの後側焦
点位置に共役な位置又はその近傍であることが望まし
い。このような配置により、単純な構成で、倍率色収差
を発生させずに、軸上色収差を発生させることができ
る。

【００２１】また、上記の光学素子は少なくとも１つの
凸レンズと少なくとも１つの凹レンズを含み、以下の条
件を満たすことが望ましい。｜ν_P−ν_N｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ＞０．０１・・・（１）ただし、ν_P、ν_Nはそれぞれ中心波長λにおける前記
凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OBは中心波長λにお
ける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡは使用対物レンズ
の開口数、ｆは中心波長λにおける前記凸レンズの焦点
距離である。

【００２２】上記の色収差発生光学素子の色収差発生量
は、その凸レンズと凹レンズのアッべ数の差や凸レンズ
の屈折力（焦点距離）で決まる。アッべ数差を大きくす
るか、凸レンズの屈折力を強くすると、色収差発生量は
大きくなる。また、色収差発生量は、対物レンズの標本
側焦点深度によっても変える必要がある。焦点深度が深
ければ、標本面で発生させる色収差量も増やさなければ
ならない。焦点深度はＮＡの２乗に比例する。以上の点
と、屈折力を規格化するために使用対物レンズの焦点距
離を掛け合わせることを考慮して、（１）式は構成され
ている。（１）の条件の下限の０．０１に達しない場
合、色収差の光軸方向分離が少なく、焦点深度を深くす
ることはできない。

【００２３】また、上記の光学素子は凸レンズと凹レン
ズ各１枚で構成され、（１）の条件を満たしてもよい。
この場合は、非常に簡単な構成とすることができる。

【００２４】また、上記の光学素子は平凸レンズと平凹
レンズの接合レンズであり、接合面に曲率を有する構成
とすることによって、より単純化を図ることができる。

【００２５】また、本発明の共焦点顕微鏡は、光源から
発した光で対物レンズ像位置若しくはその像位置と共役
な位置又はその近傍にある複数のピンホールで形成され
ているピンホール基板を照明し、前記ピンホール基板を
通過する光を対物レンズで標本上に結像し、標本で反射
される光を再び前記対物レンズを介して前記ピンホール
基板又はその近傍に結像させ、前記ピンホール基板を通
過する光をリレーレンズ等により標本像として再結像さ
せ、前記ピンホール基板を高速に回転させることによっ
て標本上で光を高速に走査し、標本の再生像を得ること
ができる共焦点顕微鏡において、軸上色収差を発生させ
る光学素子をピンホール基板と対物レンズの間に配置す
るように構成できる。ピンホールと対物レンズの間には
上記の光学素子を入れる空間が多く、大きさ等の制限条
件がないので好ましい。

【００２６】また、上記の光学素子は、各群が少なくと
も１つの凸レンズと少なくとも１つの凹レンズを含む２
つの群Ｇ１、Ｇ２を有し、以下の条件を満たすことが望
ましい。｜ν_P1−ν_N1｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ₁＞０．０１・・・（２）ただし、ν_P1、ν_N1はそれぞれ一方の群Ｇ１中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OB
は中心波長λにおける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡ
は使用対物レンズの開口数、ｆ₁は一方の群Ｇ１中の中
心波長λにおける前記凸レンズの焦点距離である。

【００２７】上記の光学素子が１つの群では倍率色収差
を補正できない場合があり、この場合は、レンズ群Ｇ
１、Ｇ２の２つの群で軸上色収差を発生させ、倍率色収
差を発生させないようにしている。また、（２）式は
（１）式と同じ考え方で構成されていて、（２）式の条
件の下限の０．０１に達しない場合、色収差の光軸方向
分離が少なく、焦点深度を深くすることはできない。

【００２８】この場合、２つの群Ｇ１、Ｇ２は一方の群
Ｇ１が他方の群Ｇ２より対物レンズ後側焦点位置若しく
はそれに共役な位置に近く、以下の条件を満たすことが
望ましい。｜ν_P1−ν_N1｜／ｆ₁＞｜ν_P2−ν_N2｜／ｆ₂ ・・・（３）ただし、ν_P2、ν_N2はそれぞれ他方の群Ｇ２中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ₂
は他方の群Ｇ２中の中心波長λにおける前記凸レンズの
焦点距離である。

【００２９】一般に、対物レンズ後側焦点位置は対物レ
ンズの中にあり、軸外主光線はその後側焦点位置の光軸
上から射出するため、Ｇ１群と比べて対物レンズより離
れているＧ２群を通る軸外主光線の光線高は、Ｇ１群を
通る軸外主光線の光線高より高い。したがって、Ｇ２群
はＧ１群より倍率色収差が発生しやすい。一方、軸上に
結像する光線では、Ｇ１群とＧ２群を通過するときの光
線高はほぼ変わらないため、Ｇ１群とＧ２群での軸上色
収差の発生量は、各々の群を構成するレンズのアッべ数
や焦点距離等で決まる。本発明では、倍率色収差を発生
させず、軸上色収差を発生させるため、（３）の条件を
満たすことが望ましい。前述したように、Ｇ２群ではＧ
１群より倍率色収差が発生しやすいので、Ｇ２群を構成
している凸レンズと凹レンズのアッべ数差をＧ１群より
小さくするか、前記凸レンズの焦点距離を長くする等
し、Ｇ１群とＧ２群で発生する倍率色収差を同量にし、
各群を構成する凸レンズと凹レンズのアッべ数差の符号
を逆にすることにより、Ｇ１群とＧ２群で発生する倍率
色収差を打ち消している。アッべ数に対する焦点距離の
比は、Ｇ１群がＧ２群より大きいため、軸上色収差はＧ
１群の方がＧ２群より多く発生している。結果として、
軸上から軸外まで均一な色収差が発生し、標本の光軸方
向の分布を色分けして観察できる。（３）の条件を満た
さないと、倍率色収差が増え、軸上色収差が減る。その
ため、視野全体に色ムラが出やすくなり、標本の光軸方
向の色分離が難しくなる。

【００３０】また、上記の光学素子は、各々の群で凸レ
ンズと凹レンズ各１枚からなる２つの群Ｇ１、Ｇ２を有
し、（２）の条件を満たすようにすることができる。こ
のレンズ構成により、単純で安価な光学素子を提供でき
る。また、（２）の条件を満たすことにより、標本の光
軸方向の分布を色分けして観察できる。

【００３１】また、群Ｇ１、Ｇ２は、Ｇ１群がＧ２群よ
り対物レンズ後側焦点位置若しくはそれに共役な位置に
近く、（３）の条件を満たすことが望ましい。一般に、
対物レンズ後側焦点位置は対物レンズの中にあり、軸外
主光線はその後側焦点位置の光軸上から射出するため、
Ｇ１群と比べて対物レンズより離れているＧ２群を通る
軸外主光線の光線高は、Ｇ１群を通る軸外主光線の光線
高より高い。したがって、Ｇ２群はＧ１群より倍率色収
差が発生しやすい。一方、軸上に結像する光線では、Ｇ
１群とＧ２群を通過するときの光線高はほぼ変わらない
ため、Ｇ１群とＧ２群での軸上色収差の発生量は、各々
の群を構成するレンズのアッべ数や焦点距離等で決ま
る。本発明では、倍率色収差を発生させず、軸上色収差
を発生させるため、（３）の条件を満たすことが望まし
い。前述したように、Ｇ２群ではＧ１群より倍率色収差
が発生しやすいので、Ｇ２群を構成している凸レンズと
凹レンズのアッべ数差をＧ１群より小さくするか、前記
凸レンズの焦点距離を長くする等し、Ｇ１群とＧ２群で
発生する倍率色収差を同量にし、各群を構成する凸レン
ズと凹レンズのアッべ数差の符号を逆にすることによ
り、Ｇ１群とＧ２群で発生する倍率色収差を打ち消して
いる。アッべ数に対する焦点距離の比は、Ｇ１群がＧ２
群より大きいため、軸上色収差はＧ１群の方がＧ２群よ
り多く発生している。結果として、軸上から軸外まで均
一な色収差が発生し、標本の光軸方向の分布を色分けし
て観察できる。（３）の条件を満たさないと、倍率色収
差が増え、軸上色収差が減る。そのため、視野全体に色
ムラが出やすくなり、標本の光軸方向の色分離が難しく
なる。

【００３２】また、本発明の共焦点顕微鏡は、異なった
軸上色収差を発生させる少なくとも２つの光学素子の何
れか１つをピンホール基板と標本の間に配置し、かつ、
その少なくとも２つの光学素子が交換可能又は挿脱可能
であるようにすることができる。

【００３３】この場合、挿入する光学素子の軸上色収差
発生量によって標本の光軸方向の色分離量を決めること
ができるので、異なった軸上色収差を発生させる少なく
とも２つの光学素子を用いることによって、焦点深度や
標本の光軸方向の色分離量を変えることができる。

【００３４】また、その少なくとも２つの光学素子の少
なくとも１つは上述してきたような構成、条件等を満た
すことが望ましい。これによって、より最適な標本の光
軸方向の観察が行えるようになる。

【００３５】さらに、本発明の共焦点顕微鏡は、対物レ
ンズの種類の変換に伴って、以上の少なくとも２つの光
学素子を変換するようにすることができる。対物レンズ
の焦点深度はＮＡ等の対物レンズの種類によって変化す
る。また、本発明の軸上色収差を発生させる光学素子に
よる光軸方向の色分離量は、光学素子が一定なら対物レ
ンズ像面では変わらないが、標本側ではＮＡが変わると
ＮＡの２乗に反比例して変化する。したがって、対物レ
ンズの種類が変わるときには、標本の光軸方向の色分離
量を最適化するために、軸上色収差を発生させる光学素
子を変えることが望ましい。

【００３６】以上の本発明の共焦点顕微鏡は、共焦点顕
微鏡の像を撮像し、その撮像データと既知の上記光学素
子の色収差データを基に画像処理を行い、標本の光軸方
向の像構築することができる。

【００３７】本発明の共焦点顕微鏡の特長は、色ごとに
焦点面が変えられ、しかも、各色のボケ像を共焦点ピン
ホールによって遮断できるため、分解能を落とさずに焦
点深度を深くすることができる点である。色収差発生光
学素子による色収差発生量を大きくすることによって焦
点深度を標本の厚さ以上にできるため、ピント合わせを
することなく標本の光軸方向の情報を一度に得ることも
できる。このとき、撮像素子で得られるデータは、標本
の光軸方向が色によって分離されたデータである。予め
色収差量を計算又は測定しておき、標本の高さの違いで
色がどのように分離するかのデータを備えておく。撮像
された標本データを色収差データを基に、蓄えた色分離
データを用いて光軸方向の高さ情報に変換し、標本の光
軸方向の像構築を行なうことができる。色収差データを
分光器等で厳密に測定し、高さ方向と対応付けておく
と、精度のよい高さ測定もできる。

【００３８】また、その場合、既知の前記光学素子の色
収差データを基に決めた光軸方向移動量に従って対物レ
ンズと標本の相対位置を変え、取り込んだ画像情報を基
に標本の光軸方向の像構築することもできる。

【００３９】観察又は計測する標本が焦点深度より厚い
場合を考える。一般の顕微鏡では、標本と対物レンズの
相対距離を徐々に変えながら画像を取り込み、標本の光
軸方向の像構築をする。さらに、分解能を落とさないた
めには、ボケ像除去の画像処理をしなければならない。
本発明では、ピンホールによってボケ像が除去されるた
め、ボケ像除去の画像処理をしなくとも分解能の低下は
少ないため、１画面のデータを焦点深度毎に取り込み、
予め蓄えた標本高さの違いによる色分離データで１画面
の標本の高さ分離を行い、得られた１画面毎の標本高さ
データを単純にたし合わせることによって標本全体の像
構築ができる。焦点深度が深いために、通常の計算で算
出される焦点深度ではなく、色収差データを基に予め計
算又は測定した焦点深度量から１ステップに相当する光
軸方向移動量を決め、この決められた移動量に従って標
本と対物レンズの相対距離を変えながら像を取り込み、
標本の光軸方向の像構築をして行く。本発明の共焦点顕
微鏡は焦点深度が深いので、上記した像構築法は一般の
顕微鏡より高速で標本の光軸方向の像構築をして行くこ
とができる。

【００４０】また、この場合、共焦点像となる標本面上
での光軸方向の位置を光の各波長毎に予め計算又は測定
しておき、波長毎に得られる像の光軸方向位置を既知の
前記標本面の光軸方向位置データを基に決定し、各々の
波長毎の２次元平面画像を決定した光軸方向位置に合わ
せて再構成し、標本の光軸方向の像構築することもでき
る。

【００４１】また、光源から発した光で対物レンズ像位
置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍にある
複数のピンホールで形成されているピンホール基板を照
明し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レンズで
標本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対物レ
ンズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結像さ
せ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレンズ等
により標本像として再結像させ、前記ピンホール基板を
高速に回転させることによって標本上で光を高速に走査
し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡にお
いて、軸上色収差を発生させる光学素子の挿脱を行う代
わりに、対物レンズで軸上色収差を発生させ、対物レン
ズで発生する軸上色収差を補正する光学素子をその軸上
色収差を発生させる光学素子の位置で挿脱しても、同様
な効果を得ることができる。

【００４２】また、軸上色収差を発生させる光学素子の
挿脱を行う代わりに、軸上色収差を発生させる対物レン
ズと軸上色収差の発生の少ない対物レンズとを切り替え
て使用可能にしても、同様な効果を得ることができる。

【００４３】上記の軸上色収差を発生させる対物レンズ
の色収差発生量は、対物レンズの使用する波長域の中心
波長に対する焦点深度より大きいことが望ましい。焦点
深度内であると、色毎に分離されず像が重なり観察し難
くなる。また、深い焦点深度が得られなくなる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の共焦点顕微鏡を
いくつかの実施例に基づいて説明する。まず、図１に本
発明の共焦点顕微鏡の構成図を示す。この共焦点顕微鏡
においては、水銀又はキセノン等の高輝度光源１から発
した光により、ハーフミラー９を介して対物レンズ像位
置にあるピンホール基板２を照明し、そのピンホール基
板２のピンホールから射出する光を結像レンズ３を介し
て対物レンズ４に入射させる。色収差発生光学素子５が
挿入されていない場合、光は対物レンズ４によって標本
面６の１点に集光される。結像レンズ３と対物レンズ４
の間に色収差発生光学素子５が挿入された場合、図１の
ように、波長によって標本への集光位置が異なる。色収
差発生光学素子５が挿入された場合でも、挿入されない
場合でも、標本面６で反射された光は対物レンズ４に戻
り、結像レンズ３によりピンホール基板２のピンホール
上に結像される。色収差発生光学素子５が挿入された場
合、標本上の異なった位置に集光していた波長の異なる
光は、色収差発生光学素子５を再び通過するため、ピン
ホール基板２上のピンホール上に揃って同じ位置に結像
される。このとき、ピンホールによる共焦点効果のた
め、ボケ像は取り除かれる。ピンホールを通過した光は
今度はハーフミラー９を通過してリレーレンズ７で接眼
レンズ８手前に結像され、接眼レンズ８を通して肉眼観
察する。結果として、色収差発生光学素子５が挿入され
た場合、標本上の複数の断面情報が同時に色毎に分離さ
れて観察できる。色収差発生光学素子５が除去された場
合、色収差発生量は少なく、色情報を用いた測定・検査
が可能となる。

【００４５】また、図２に、対物レンズ４の像位置と共
役な位置にピンホール基板２が配置される場合の本発明
の共焦点顕微鏡の構成図を示す。この場合は、図１の場
合と比較して、再結像レンズ１０により対物レンズ４の
像位置がピンホール基板２上に結像され、対物レンズ４
の像位置とピンホール基板２が共役となる点以外は、基
本的に図１と同様の構成である。

【００４６】以下に、本発明による色収差発生光学素子
５の実施例１〜３について説明するが、その前に、各実
施例で共通に使用している顕微鏡対物レンズについて説
明する。その顕微鏡対物レンズの断面を図３に示す。対
物レンズの焦点距離ｆ＝１．８ｍｍ、倍率＝１００×、
ＮＡ＝０．９５、作動距離＝０．７７ｍｍである。その
レンズデータを後記の表１に示す。そのレンズデータ
中、ｒ₁、ｒ₂…は物体側から順に示した各レンズ面の
曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は物体側から順に示した各レン
ズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は物体側から順に示した各
レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は物体側から順に
示した各レンズのアッベ数である。

【００４７】さらに、上記対物レンズは、図４に断面を
示すレンズ構成の結像レンズと組み合わせて使用する。
この結像レンズのレンズデータを後記の表２に示す。

【００４８】また、図５は上記対物レンズと結像レンズ
を組み合わせ、両者の空気間隔を１１９ｍｍとした場合
の球面収差（ａ）、コマ収差（ｂ）を表すｄ線、Ｃ線、
Ｆ線、ｇ線の収差図を示している。対物レンズで発生し
ている軸上色収差は焦点深度範囲内である。なお、図
中、ＩＨは像高を表す。

【００４９】〔実施例１〕図６に本発明の実施例１のレ
ンズ配置を示す。ピンホール基板２から射出した光線
は、結像レンズ１１を通り、リレーレンズ１２、１３を
介して対物レンズ４に入射し、標本面６に集光される。
標本面６を発した光線は、同一の経路を逆にたどりピン
ホール基板２に達する。ピンホール基板２を透過した光
線は観察側へ向かう。対物レンズ４の後側焦点位置１４
と共役な位置１５の光路中に、軸上色収差を発生させる
光学素子５が挿脱される。この光学素子５が挿入された
とき、標本の光軸方向を色ごとに分離して観察すること
ができる。対物レンズ４、リレーレンズ１３は、図１の
対物レンズ４、結像レンズ３であり、各々図３、図４に
示すものである。リレーレンズ１２の断面図を図７に示
す。後記の表３にはリレーレンズ１２のレンズデータを
示す。結像レンズ１１は、約１．６分の１に光束径を小
さくする平行光束を平行光束に変換するアフォーカルレ
ンズ１６と図４の結像レンズ３から構成されている。こ
のアフォーカルレンズ１６の断面図を図８に示す。ま
た、このアフォーカルレンズ１６のレンズデータを後記
の表４に示す。さらに、軸上色収差を発生させる光学素
子１７の断面図を図９に示す。後記の表５に軸上色収差
を発生させる光学素子１７のレンズデータを示す。図７
〜図９、表３〜表５に示したｒ₁、ｒ₂…は物体側から
順に示した各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は物体
側から順に示した各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は
物体側から順に示した各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、
ν_d2…は物体側から順に示した各レンズのアッベ数であ
る。図１０、図１１は各々本実施例１の軸上色収差を発
生させる光学素子１７を除いたとき、挿入したときの球
面収差（ａ）、コマ収差（ｂ）を表すｄ線、Ｃ線、Ｆ
線、ｇ線の収差図を示している。このとき、対物レンズ
４とリレーレンズ１３との空気間隔は１８５ｍｍ、リレ
ーレンズ１３とリレーレンズ１２との空気間隔は４２
６．７３４ｍｍ、リレーレンズ１２とアフォーカルレン
ズ１６の空気間隔は３０９．６０５ｍｍ、アフォーカル
レンズ１６と図４の結像レンズ３の空気間隔は５０ｍｍ
である。また、軸上色収差を発生させる光学素子１７は
リレーレンズ１２から２７９．６０５ｍｍ、アフォーカ
ルレンズ１６から対物レンズ側２４ｍｍの位置に挿入さ
れる。

【００５０】図１０と図１１から、軸上色収差を発生さ
せる光学素子１７を挿脱したときの軸上色収差の差は、
Ｆ線で換算して標本面６上で約０．４４μｍである。共
焦点顕微鏡の焦点深度δは、対物レンズのＮＡ、使用波
長λを用いて表すと、δ＝０．７２・λ／（ＮＡ）
²（点像分布関数のピーク強度が８０％になる光軸方向
の位置までが解像しているとして、その前後の幅を焦点
深度とした。普通の顕微鏡では、δ＝λ／（ＮＡ）²で
ある。）であり、本実施例では、ＮＡ＝０．９５、λ＝
０．５５μｍとして、約０．４４μｍとなる。したがっ
て、本実施例のｄ線とＦ線の軸上色収差の差は焦点深度
分あり、ｄ線とＦ線だけをとっても焦点深度は２倍にな
る。また、色コマ収差も、各波長で軸上色収差と同じ量
ｄ線に対して分離しているため、観察範囲全体にわたっ
て均一に焦点深度を深めている。なお、本実施例におい
て、前記（１）式の左辺を計算すると、｜41.08-61.18 ｜・（0.95）²・1.8 ／118.8=0.28 となる。

【００５１】〔実施例２〕実施例２は図１と同じレンズ
構成となっている。色収差発生光学素子５が結像レンズ
３と対物レンズ４の間で挿脱されるようになっている。
色収差発生光学素子５は、図１２に断面を示すような２
つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２からなる構成となっている。後
記の表６にこの色収差発生光学素子５のレンズデータを
示す。ここで、ｒ₁、ｒ₂…は物体側から順に示した各
レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は物体側から順に示
した各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は物体側から順
に示した各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は物体
側から順に示した各レンズのアッベ数である。図１３は
本実施例の軸上色収差発生光学素子５を挿入したときの
球面収差（ａ）、コマ収差（ｂ）を表すｄ線、Ｃ線、Ｆ
線、ｇ線の収差図を示している（色収差発生光学素子５
が挿入されていないときの収差図は図５である。）。こ
のとき、対物レンズ４と色収差発生光学素子５の第１群
Ｇ１との空気間隔は１６ｍｍ、色収差発生光学素子５の
第２群Ｇ２と結像レンズ３の空気間隔は１０ｍｍであ
る。実施例１とほぼ同程度の色収差が発生し、同程度焦
点深度が深くなっている。対物レンズ４が、図３の対物
レンズの１／２のＮＡを持つ対物レンズに切り換わった
場合、対物レンズ４の焦点深度は４倍になるので、色収
差発生光学素子５による色収差発生量では不十分であ
る。そのときには、色収差発生光学素子５の４倍の色収
差を発生させる色収差発生光学素子に置き換えることが
望ましい。

【００５２】なお、本実施例において、色収差発生光学
素子５の第１群Ｇ１に対して前記（１）式の左辺を計算
すると、｜41.08-61.18 ｜・（0.95）²・1.8 ／33.9=0.96 となる。色収差発生光学素子５の第２群Ｇ２に対して前
記（１）式の左辺を計算すると、｜61.18-41.08 ｜・（0.95）²・1.8 ／118.8=0.28 となる。また、｜41.08-61.18 ｜／33.9＞｜61.18-41.08 ｜／118.8 から、前記（３）式も満たしている。

【００５３】〔実施例３〕実施例３も基本レンズ構成は
図１と同じになっている。ただし、色収差発生光学素子
５が図１４に断面を示すように構成されている。色収差
発生光学素子５は２つの群Ｇ１、Ｇ２からなっており、
第１群Ｇ１は対物レンズ４と結像レンズ３の間に配置さ
れ、第２群Ｇ２は結像レンズ３とピンホール基板２の間
に配置されている。後記の表７にこの色収差発生光学素
子５のレンズデータを示す。ここで、ｒ₁、ｒ₂…は物
体側から順に示した各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂
…は物体側から順に示した各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、
ｎ_d2…は物体側から順に示した各レンズのｄ線の屈折
率、ν_d1、ν_d2…は物体側から順に示した各レンズのア
ッベ数である。図１５は本実施例の軸上色収差発生光学
素子５を挿入したときの球面収差（ａ）、コマ収差
（ｂ）を表すｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線の収差図を示して
いる（色収差発生光学素子５が挿入されていないときの
収差図は図５である。）。このとき、対物レンズ４と色
収差発生光学素子５の第１群Ｇ１との空気間隔は１６ｍ
ｍ、色収差発生光学素子５の第１群Ｇ１と結像レンズ３
の空気間隔は９０ｍｍ、結像レンズ３と色収差発生光学
素子５の第２群Ｇ２との空気間隔は１０ｍｍである。色
収差発生量並びに焦点深度増大量は、実施例１、２とほ
ぼ同等である。ここで、色収差発生光学素子５の第１群
Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は表７に示すように、上記間隔
の９０ｍｍと１０ｍｍに結像レンズ３の厚さを加えたも
のになる。

【００５４】なお、本実施例において、色収差発生光学
素子５の第１群Ｇ１に対して前記（１）式の左辺を計算
すると、｜41.08-61.18 ｜・（0.95）²・1.8 ／33.9=0.96 となる。色収差発生光学素子５の第２群Ｇ２に対して前
記（１）式の左辺を計算すると、｜61.18-41.08 ｜・（0.95）²・1.8 ／101.8=0.32 となる。また、｜41.08-61.18 ｜／33.9＞｜61.18-41.08 ｜／101.8 から、前記（３）式も満たしている。

【００５５】〔実施例４〕実施例４の構成を図１６に示
す。図１６においては、簡単化のために照明光学系を省
いている。標本面６が照明され、標本面６から発した光
は、対物レンズ４、色収差発生光学素子５、結像レンズ
３を通過し、ピンホール基板２上に１次結像される。ピ
ンホール基板２のピンホールを通過した光は、撮像レン
ズ１８により撮像素子１９に再結像される。撮像素子１
９に結像される像は、標本上の複数の断面情報が色毎に
分離したものとなっている。撮像素子１９が色情報を分
離して画像として取り込むことができる素子であれば、
カラー映像として画像表示装置２０で焦点深度の深い像
を観察できる。また、色収差の発生量や色によってピン
トの合う順番、深さ等を予め設計的に求めるか、実験で
測定しておき、画像処理装置２１等に記憶させておく
と、その色収差データを基に標本の３次元像を構築する
ことができる。さらに、色を含めた本発明の共焦点顕微
鏡の焦点深度δよりも厚い標本の光軸方向の３次元像を
構築する場合でも、コントローラ２２、ドライバ２３を
介してステージ２４を動かすステップをδとして、各ス
テップ毎に像を取り込めば、従来の顕微鏡を用いるより
も高速で標本の光軸方向の情報を取り込み、表示・計測
等をすることができる。

【００５６】表１ｒ₁= -2.2936 ｄ₁= 1.7700 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78 ｒ₂= -2.1326 ｄ₂= 0.1416 ｒ₃= -10.6925 ｄ₃= 1.1000 ｎ_d2 =1.61340 ν_d2 =43.84 ｒ₄= 7.1166 ｄ₄= 5.5000 ｎ_d3 =1.61800 ν_d3 =63.39 ｒ₅= -7.6238 ｄ₅= 0.2000 ｒ₆= -64.2877 ｄ₆= 1.0000 ｎ_d4 =1.52944 ν_d4 =51.72 ｒ₇= 10.2264 ｄ₇= 6.2000 ｎ_d5 =1.43875 ν_d5 =94.97 ｒ₈= -9.6473 ｄ₈= 0.2000 ｒ₉= 57.3942 ｄ₉= 1.2000 ｎ_d6 =1.61340 ν_d6 =43.84 ｒ₁₀= 9.2329 ｄ₁₀= 5.2000 ｎ_d7 =1.43875 ν_d7 =94.97 ｒ₁₁= -18.4308 ｄ₁₁= 0.3000 ｒ₁₂= 15.2753 ｄ₁₂= 2.5000 ｎ_d8 =1.56907 ν_d8 =71.30 ｒ₁₃= -147.8112 ｄ₁₃= 0.2000 ｒ₁₄= 13.4472 ｄ₁₄= 1.3000 ｎ_d9 =1.52944 ν_d9 =51.72 ｒ₁₅= 5.5507 ｄ₁₅= 5.5000 ｎ_d10=1.43875 ν_d10=94.97 ｒ₁₆= -9.4406 ｄ₁₆= 1.0001 ｎ_d11=1.51633 ν_d11=64.15 ｒ₁₇= 4.6960 ｄ₁₇= 1.0000 ｒ₁₈= 4.5949 ｄ₁₈= 3.2000 ｎ_d12=1.49700 ν_d12=81.61 ｒ₁₉= -9.4136 ｄ₁₉= 1.8812 ｎ_d13=1.78650 ν_d13=50.00 ｒ₂₀= 5.2173 ｄ₂₀= 4.5626 ｒ₂₁= -5.3868 ｄ₂₁= 1.5744 ｎ_d14=1.77250 ν_d14=49.60 ｒ₂₂= 9.3410 ｄ₂₂= 1.7000 ｎ_d15=1.80518 ν_d15=25.43 ｒ₂₃= -10.1181 。

【００５７】表２ｒ₁= 68.7541 ｄ₁= 7.7321 ｎ_d1 =1.48749 ν_d1 =70.20 ｒ₂= -37.5679 ｄ₂= 3.4742 ｎ_d2 =1.80610 ν_d2 =40.95 ｒ₃= -102.8477 ｄ₃= 0.6973 ｒ₄= 84.3099 ｄ₄= 6.0238 ｎ_d3 =1.83400 ν_d3 =37.16 ｒ₅= -50.7100 ｄ₅= 3.0298 ｎ_d4 =1.64450 ν_d4 =40.82 ｒ₆= 40.6619 。

【００５８】表３ｒ₁= -104.154 ｄ₁= 4.20 ｎ_d1 =1.61340 ν_d1 =43.84 ｒ₂= 199.976 ｄ₂= 4.00 ｎ_d2 =1.83400 ν_d2 =37.17 ｒ₃= -202.513 ｄ₃= 0.50 ｒ₄= 157.532 ｄ₄= 4.00 ｎ_d3 =1.80610 ν_d3 =40.95 ｒ₅= 82.098 ｄ₅= 9.78 ｎ_d4 =1.43875 ν_d4 =94.97 ｒ₆= -134.412 。

【００５９】表４ｒ₁= 41.314 ｄ₁= 3.52 ｎ_d1 =1.48749 ν_d1 =70.21 r₂= -367.18 ｄ₂= 1.20 ｒ₃= 163.098 ｄ₃= 3.70 ｎ_d2 =1.48749 ν_d2 =70.21 ｒ₄= -49.090 ｄ₄= 3.15 ｎ_d3 =1.69895 ν_d3 =30.12 ｒ₅= -197.059 ｄ₅=16.13 ｒ₆= -95.011 ｄ₆= 2.50 ｎ_d4 =1.84666 ν_d4 =23.78 ｒ₇= -34.138 ｄ₇= 1.80 ｎ_d5 =1.72916 ν_d5 =54.68 ｒ₈= 39.369 。

【００６０】表５ｒ₁= ∞ ｄ₁= 3 ｎ_d1 =1.58913 ν_d1 =61.18 ｒ₂= 70 ｄ₂= 3 ｎ_d2 =1.58921 ν_d2 =41.08 ｒ₃= ∞ 。

【００６１】表６ｒ₁= ∞ ｄ₁= 4 ｎ_d1 =1.58913 ν_d1 =61.18 ｒ₂= 20 ｄ₂= 6 ｎ_d2 =1.58921 ν_d2 =41.08 ｒ₃= ∞ ｄ₃=70 ｒ₄= ∞ ｄ₄= 6 ｎ_d3 =1.58913 ν_d3 =61.18 ｒ₅= -70 ｄ₅= 4 ｎ_d4 =1.58921 ν_d4 =41.08 ｒ₆= ∞ 。

【００６２】表７ｒ₁= ∞ ｄ₁= 4 ｎ_d1 =1.58913 ν_d1 =61.18 ｒ₂= 20 ｄ₂= 6 ｎ_d2 =1.58921 ν_d2 =41.08 ｒ₃= ∞ ｄ₃=120.9572 ｒ₄= ∞ ｄ₄= 4 ｎ_d3 =1.58913 ν_d3 =61.18 ｒ₅= -60 ｄ₅= 2. ｎ_d4 =1.58921 ν_d4 =41.08 ｒ₆= ∞ 。

【００６３】以上の本発明の共焦点顕微鏡は例えば次の
ように構成することができる。〔１〕光源から発した光で対物レンズ像位置若しくは
その像位置と共役な位置又はその近傍にある複数のピン
ホールで形成されているピンホール基板を照明し、前記
ピンホール基板を通過する光を対物レンズで標本上に結
像し、標本で反射される光を再び前記対物レンズを介し
て前記ピンホール基板又はその近傍に結像させ、前記ピ
ンホール基板を通過する光をリレーレンズ等により標本
像として再結像させ、前記ピンホール基板を高速に回転
させることによって標本上で光を高速に走査し、標本の
再生像を得ることができる共焦点顕微鏡において、軸上
色収差を発生させる光学素子をピンホール基板と標本の
間に配置したことを特徴とする共焦点顕微鏡。

【００６４】〔２〕前記光学素子が挿脱可能であるこ
とを特徴とする上記〔１〕記載の共焦点顕微鏡。

【００６５】〔３〕前記光学素子は使用する波長域の
中心波長に対する屈折力がほぼ０であることを特徴とす
る上記〔１〕又は〔２〕記載の共焦点顕微鏡。

【００６６】〔４〕前記光学素子が光路から除外され
た場合、ピンホール基板と標本の間の光学系で発生する
軸上色収差量は、対物レンズの焦点深度より小さいこと
を特徴とする上記〔１〕から〔３〕の何れか１項記載の
共焦点顕微鏡。

【００６７】〔５〕前記光学素子の配置位置は、ピン
ホール基板と対物レンズの間であり、対物レンズの後側
焦点位置又はその近傍、若しくは、対物レンズの後側焦
点位置に共役な位置又はその近傍であることを特徴とす
る上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の共焦点顕微
鏡。

【００６８】〔６〕前記光学素子は少なくとも１つの
凸レンズと少なくとも１つの凹レンズを含み、以下の条
件を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔５〕の何
れか１項記載の共焦点顕微鏡。｜ν_P−ν_N｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ＞０．０１・・・（１）ただし、ν_P、ν_Nはそれぞれ中心波長λにおける前記
凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OBは中心波長λにお
ける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡは使用対物レンズ
の開口数、ｆは中心波長λにおける前記凸レンズの焦点
距離である。

【００６９】〔７〕前記光学素子は凸レンズと凹レン
ズ各１枚で構成され、以下の条件を満たすことを特徴と
する上記〔１〕から〔５〕の何れか１項記載の共焦点顕
微鏡。｜ν_P−ν_N｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ＞０．０１・・・（１）ただし、ν_P、ν_Nはそれぞれ中心波長λにおける前記
凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OBは中心波長λにお
ける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡは使用対物レンズ
の開口数、ｆは中心波長λにおける前記凸レンズの焦点
距離である。

【００７０】〔８〕前記光学素子は平凸レンズと平凹
レンズの接合レンズであり、接合面に曲率を有すること
を特徴とする上記〔７〕記載の共焦点顕微鏡。

【００７１】

〔９〕光源から発した光で対物レンズ像
位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍にあ
る複数のピンホールで形成されているピンホール基板を
照明し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レンズ
で標本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対物
レンズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結像
させ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレンズ
等により標本像として再結像させ、前記ピンホール基板
を高速に回転させることによって標本上で光を高速に走
査し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡に
おいて、軸上色収差を発生させる光学素子をピンホール
基板と対物レンズの間に配置したことを特徴とする上記
〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の共焦点顕微鏡。

【００７２】〔１０〕前記光学素子は、各群が少なく
とも１つの凸レンズと少なくとも１つの凹レンズを含む
２つの群Ｇ１、Ｇ２を有し、以下の条件を満たすことを
特徴とする上記〔１〕から〔４〕、

〔９〕の何れか１項
記載の共焦点顕微鏡。｜ν_P1−ν_N1｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ₁＞０．０１・・・（２）ただし、ν_P1、ν_N1はそれぞれ一方の群Ｇ１中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OB
は中心波長λにおける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡ
は使用対物レンズの開口数、ｆ₁は一方の群Ｇ１中の中
心波長λにおける前記凸レンズの焦点距離である。

【００７３】〔１１〕前記２つの群Ｇ１、Ｇ２は一方
の群Ｇ１が他方の群Ｇ２より対物レンズ後側焦点位置若
しくはそれに共役な位置に近く、以下の条件を満たすこ
とを特徴とする上記〔１０〕記載の共焦点顕微鏡。｜ν_P1−ν_N1｜／ｆ₁＞｜ν_P2−ν_N2｜／ｆ₂ ・・・（３）ただし、ν_P2、ν_N2はそれぞれ他方の群Ｇ２中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ₂
は他方の群Ｇ２中の中心波長λにおける前記凸レンズの
焦点距離である。

【００７４】〔１２〕前記光学素子は、各群が凸レン
ズと凹レンズ各１枚からなる２つの群Ｇ１、Ｇ２を有
し、以下の条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕か
ら〔４〕、

〔９〕の何れか１項記載の共焦点顕微鏡。｜ν_P1−ν_N1｜・（ＮＡ）²・ｆ_OB／ｆ₁＞０．０１・・・（２）ただし、ν_P1、ν_N1はそれぞれ一方の群Ｇ１中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ_OB
は中心波長λにおける使用対物レンズの焦点距離、ＮＡ
は使用対物レンズの開口数、ｆ₁は一方の群Ｇ１中の中
心波長λにおける前記凸レンズの焦点距離である。

【００７５】〔１３〕前記２つの群Ｇ１、Ｇ２は一方
の群Ｇ１が他方の群Ｇ２より対物レンズ後側焦点位置若
しくはそれに共役な位置に近く、以下の条件を満たすこ
とを特徴とする上記〔１２〕記載の共焦点顕微鏡。｜ν_P1−ν_N1｜／ｆ₁＞｜ν_P2−ν_N2｜／ｆ₂ ・・・（３）ただし、ν_P2、ν_N2はそれぞれ他方の群Ｇ２中の中心波
長λにおける前記凸レンズ、凹レンズのアッべ数、ｆ₂
は他方の群Ｇ２中の中心波長λにおける前記凸レンズの
焦点距離である。

【００７６】〔１４〕異なった軸上色収差を発生させ
る少なくとも２つの光学素子の何れか１つをピンホール
基板と標本の間に配置し、かつ、前記の少なくとも２つ
の光学素子が交換可能又は挿脱可能であることを特徴と
する上記〔１〕から〔５〕、

〔９〕の何れか１項記載の
共焦点顕微鏡。

【００７７】〔１５〕前記の少なくとも２つの光学素
子の少なくとも１つは、上記〔６〕〜〔８〕、〔１１〕
〜〔１３〕何れか１項記載の光学素子と同一であること
を特徴とする上記〔１４〕記載の共焦点顕微鏡。

【００７８】〔１６〕対物レンズの種類の変換に伴っ
て、前記の少なくとも２つの光学素子を変換することを
特徴とする上記〔１４〕又は〔１５〕記載の共焦点顕微
鏡。

【００７９】〔１７〕上記〔１〕ないし〔１６〕の何
れか１項記載の共焦点顕微鏡の像を撮像し、その撮像デ
ータと既知の前記光学素子の色収差データを基に画像処
理を行い、標本の光軸方向の像構築することを特徴とす
る共焦点顕微鏡。

【００８０】〔１８〕既知の前記光学素子の色収差デ
ータを基に決めた光軸方向移動量に従って対物レンズと
標本の相対位置を変え、取り込んだ画像情報を基に標本
の光軸方向の像構築することを特徴とする上記〔１７〕
記載の共焦点顕微鏡。

【００８１】〔１９〕共焦点像となる標本面上での光
軸方向の位置を光の各波長毎に予め計算又は測定してお
き、波長毎に得られる像の光軸方向位置を既知の前記標
本面の光軸方向位置データを基に決定し、各々の波長毎
の２次元平面画像を決定した光軸方向位置に合わせて再
構成し、標本の光軸方向の像構築することを特徴とする
上記〔１７〕又は〔１８〕記載の共焦点顕微鏡。

【００８２】〔２０〕光源から発した光で対物レンズ
像位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍に
ある複数のピンホールで形成されているピンホール基板
を照明し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レン
ズで標本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対
物レンズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結
像させ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレン
ズ等により標本像として再結像させ、前記ピンホール基
板を高速に回転させることによって標本上で光を高速に
走査し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡
において、軸上色収差を発生させる対物レンズと対物レ
ンズで発生する軸上色収差を補正する色収差補正光学素
子とをピンホール基板と試料の間に配置させ、前記色収
差補正光学素子が光路から挿脱可能であることを特徴と
する共焦点顕微鏡。

【００８３】〔２１〕光源から発した光で対物レンズ
像位置若しくはその像位置と共役な位置又はその近傍に
ある複数のピンホールで形成されているピンホール基板
を照明し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レン
ズで標本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対
物レンズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結
像させ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレン
ズ等により標本像として再結像させ、前記ピンホール基
板を高速に回転させることによって標本上で光を高速に
走査し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡
において、軸上色収差を発生させる対物レンズと軸上色
収差の発生の少ない対物レンズとを切り替えて使用可能
であることを特徴とする共焦点顕微鏡。

【００８４】〔２２〕前記の軸上色収差を発生させる
対物レンズの色収差発生量は、前記対物レンズの使用す
る波長域の中心波長に対する焦点深度より大きいことを
特徴とする上記〔２０〕又は〔２１〕記載の共焦点顕微
鏡。

【００８５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、ピンホール基板を用いた共焦点顕微鏡におい
て、ピンホール基板と標本の間に軸上色収差を発生させ
る光学素子を挿入することにより、標本の光軸方向の分
布を色毎に分離することができると同時に、リアルタイ
ム（ビデオレートを越える速さ）で高分解能、長焦点深
度を実現することができる。さらに、既知の色収差発生
素子の色収差データを基に画像処理を行うことによっ
て、従来よりも高速で標本の光軸方向の像構築をするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の共焦点顕微鏡の構成図である。

【図２】本発明のもう１つの共焦点顕微鏡の構成図であ
る。

【図３】各実施例で共通に使用している顕微鏡対物レン
ズの断面図である。

【図４】各実施例で共通に使用している結像レンズの断
面図である。

【図５】図３の対物レンズと図４の結像レンズを組み合
わせた場合の収差図である。

【図６】本発明の実施例１のレンズ配置を示す図であ
る。

【図７】実施例１の結像レンズ側のリレーレンズの断面
図である。

【図８】実施例１のアフォーカルレンズの断面図であ
る。

【図９】実施例１の色収差発生光学素子の断面図であ
る。

【図１０】実施例１の色収差発生光学素子を除いたとき
のピンホール基板上の１次像面での収差図である。

【図１１】実施例１の色収差発生光学素子を挿入したと
きのピンホール基板上の１次像面での収差図である。

【図１２】実施例２の色収差発生光学素子の断面図であ
る。

【図１３】実施例２の色収差発生光学素子を挿入したと
きのピンホール基板上の１次像面での収差図である。

【図１４】実施例３の色収差発生光学素子の断面図であ
る。

【図１５】実施例３の色収差発生光学素子を挿入したと
きのピンホール基板上の１次像面での収差図である。

【図１６】実施例４の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…高輝度光源２…ピンホール基板３…結像レンズ４…対物レンズ５…色収差発生光学素子６…標本面７…リレーレンズ８…接眼レンズ９…ハーフミラー１０…再結像レンズ１１…結像レンズ１２、１３…リレーレンズ１４…対物レンズの後側焦点位置１５…対物レンズの後側焦点位置と共役な位置１６…アフォーカルレンズ１７…色収差発生光学素子１８…撮像レンズ１９…撮像素子２０…画像表示装置２１…画像処理装置２２…コントローラ２３…ドライバ２４…ステージＧ１…色収差発生光学素子の第１群Ｇ２…色収差発生光学素子の第２群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発した光で対物レンズ像位置若
しくはその像位置と共役な位置又はその近傍にある複数
のピンホールで形成されているピンホール基板を照明
し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レンズで標
本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対物レン
ズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結像さ
せ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレンズ等
により標本像として再結像させ、前記ピンホール基板を
高速に回転させることによって標本上で光を高速に走査
し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡にお
いて、軸上色収差を発生させる光学素子をピンホール基
板と標本の間に配置したことを特徴とする共焦点顕微
鏡。
【請求項２】前記光学素子が挿脱可能であることを特
徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】請求項１又は２記載の共焦点顕微鏡の像
を撮像し、その撮像データと既知の前記光学素子の色収
差データを基に画像処理を行い、標本の光軸方向の像構
築することを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項４】光源から発した光で対物レンズ像位置若
しくはその像位置と共役な位置又はその近傍にある複数
のピンホールで形成されているピンホール基板を照明
し、前記ピンホール基板を通過する光を対物レンズで標
本上に結像し、標本で反射される光を再び前記対物レン
ズを介して前記ピンホール基板又はその近傍に結像さ
せ、前記ピンホール基板を通過する光をリレーレンズ等
により標本像として再結像させ、前記ピンホール基板を
高速に回転させることによって標本上で光を高速に走査
し、標本の再生像を得ることができる共焦点顕微鏡にお
いて、軸上色収差を発生させる対物レンズと対物レンズ
で発生する軸上色収差を補正する色収差補正光学素子と
をピンホール基板と試料の間に配置させ、前記色収差補
正光学素子が光路から挿脱可能であることを特徴とする
共焦点顕微鏡。