JPH10333054A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

共焦点顕微鏡

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JPH10333054A
JPH10333054A JP9141215A JP14121597A JPH10333054A JP H10333054 A JPH10333054 A JP H10333054A JP 9141215 A JP9141215 A JP 9141215A JP 14121597 A JP14121597 A JP 14121597A JP H10333054 A JPH10333054 A JP H10333054A
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JP
Japan
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light
confocal
speed
incident
light source
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JP9141215A
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English (en)
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Shinya Otsuki
真也 大槻
Takeo Tanaami
健雄 田名網
Yasuhito Kosugi
泰仁 小杉
Nobuhiro Tomosada
伸浩 友定
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/04—Measuring microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036—Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0044—Scanning details, e.g. scanning stages moving apertures, e.g. Nipkow disks, rotating lens arrays
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    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
    • G02B21/0084—Details of detection or image processing, including general computer control time-scale detection, e.g. strobed, ultra-fast, heterodyne detection

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓ／Ｎ比の良い共焦点画像を高速撮影するこ
とが可能な共焦点顕微鏡を実現する。 【解決手段】 複数の開孔を有する円板を回転させ開孔
を通過した光を集光して試料を走査することにより共焦
点画像を得る共焦点顕微鏡において、光源と、顕微鏡部
と、共焦点画像を撮影する高速カメラと、顕微鏡部を介
して光源の出力光で試料を走査すると共に試料からの戻
り光を高速カメラに出力する高速共焦点光学部と、高速
カメラで撮影した共焦点画像をリアルタイムに格納する
高速大容量記録部とを設ける。

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、特に共焦点画像を高速に得ることが可能な共焦点顕
微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の共焦点顕微鏡は複数の開孔を有す
る円板を回転させ開孔を通過した光を集光して試料を走
査することにより共焦点画像を得るものである。
【０００３】図４はこのような従来の共焦点顕微鏡の一
例を示す構成ブロック図であり、特開平１−５０３４９
３号公報に記載されたものである。
【０００４】図４において１は偏光子、２はビームスプ
リッタ、３は開孔としてピンホールが設けられた円板
（以下、ピンホール板と呼ぶ。）、４は１／４波長板、
５は対物レンズ、６は試料、７は検光子、８はリレーレ
ンズ、９はテレビカメラ、１０はモニターテレビ、１１
は直流モータ、１００はレーザ等からの入射光である。
【０００５】入射光１００は偏光子１を介してビームス
プリッタ２に入射され、ビームスプリッタ２を透過した
光はピンホール板３に入射される。
【０００６】ピンホール板３に設けられた各々のピンホ
ールを通過した光は１／４波長板４及び対物レンズ５を
介して試料６に照射される。
【０００７】試料６からの反射光等の戻り光は再び対物
レンズ５及び１／４波長板４を介してピンホール板３に
入射され、ピンホール板３上の各々のピンホールを通過
した光はビームスプリッタ２で反射され、検光子７及び
リレーレンズ８を介してテレビカメラ９に入射される。
【０００８】また、テレビカメラ９で撮影された共焦点
画像はモニターテレビ１０上に表示される。さらに、ピ
ンホール板３は直流モータ１１によって回転される。
【０００９】ここで、図４に示す従来例の動作を説明す
る。入射光１００は直流モータ１１によって回転するピ
ンホール板３上の各々のピンホールを通過することによ
り試料６表面を走査する。
【００１０】そして、試料６からの反射光は先に通過し
たピンホール板３上の各々のピンホールを通過した後に
テレビカメラ９によって撮影されるので試料６表面の共
焦点画像が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示すピ
ンホール板３を用いた共焦点光学系では透過光や反射光
の光量の利用効率が悪く、入射光１００の”１％程度”
の光量しか利用できない。
【００１２】従って、”３０画／秒”以上のビデオレー
トを超える高速なビデオレート、例えば、ミリ秒程度で
共焦点画像を撮影した場合にはＣＣＤカメラ等のテレビ
カメラでは十分な光量が得られず、撮影された共焦点画
像はＳ／Ｎ比が悪いものとなってしまうと言った問題点
があった。従って本発明が解決しようとする課題は、Ｓ
／Ｎ比の良い共焦点画像を高速撮影することが可能な共
焦点顕微鏡を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、複数の開孔を有する円板
を回転させ前記開孔を通過した光を集光して試料を走査
することにより共焦点画像を得る共焦点顕微鏡におい
て、光源と、顕微鏡部と、前記共焦点画像を撮影する高
速カメラと、前記顕微鏡部を介して前記光源の出力光で
前記試料を走査すると共に前記試料からの戻り光を前記
高速カメラに出力する高速共焦点光学部と、前記高速カ
メラで撮影した共焦点画像をリアルタイムに格納する高
速大容量記録部とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】このような課題を達成するために、本発明
の第２では、本発明の第１において、入射光が入射され
る複数の集光手段を有する前記円板と、前記集光手段と
同一パターンの複数の開孔を有する前記円板と、複数の
集光手段を有する前記円板の透過光を透過させると共に
複数の開孔を有する前記円板からの通過光を反射させる
ビームスプリッタと、このビームスプリッタからの反射
光を集光して出力するレンズと、複数の集光手段を有す
る前記円板と複数の開孔を有する前記円板とを同期して
回転させる駆動手段とから構成される前記高速共焦点光
学部を用いることを特徴とするものである。
【００１５】このような課題を達成するために、本発明
の第３では、本発明の第１において、前記高速共焦点光
学部と前記高速カメラとの間にイメージインテンシファ
イアを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】このような課題を達成するために、本発明
の第４では、本発明の第１において、前記試料を光軸方
向に走査するステージを備えたことを特徴とするもので
ある。
【００１７】このような課題を達成するために、本発明
の第５では、本発明の第１において、前記高速大容量記
録部に格納された複数の共焦点画像に基づき３次元立体
画像を再構築する演算制御部を備えたことを特徴とする
ものである。
【００１８】このような課題を達成するために、本発明
の第６では、本発明の第１乃至第５において、前記光源
としてレーザ光源を用いたことを特徴とするものであ
る。
【００１９】このような課題を達成するために、本発明
の第７では、本発明の第１乃至第５において、前記光源
として白色光源を用いたことを特徴とするものである。
【００２０】このような課題を達成するために、本発明
の第８では、本発明の第１乃至第５において、前記顕微
鏡部に複数倍率の対物レンズを備えたことを特徴とする
ものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例
を示す構成平面図である。
【００２２】図１において１２はレーザ等の光源、１３
はピンホール板を回転させることにより共焦点画像を得
る高速共焦点光学部、１４は顕微鏡部、１５は試料、１
６はステージ、１７はイメージインテンシファイア、１
８は高速カメラ、１９は高速大容量記録部、２０は演算
制御部である。
【００２３】光源１２からの出力光は高速共焦点光学部
１３に入射され、顕微鏡部１４を介して試料１５に照射
される。
【００２４】また、試料１５からの反射光等の戻り光は
顕微鏡部１４、高速共焦点光学部１３及びイメージイン
テンシファイア１７を介して高速カメラ１８に入射され
る。
【００２５】高速カメラ１８の出力信号は高速大容量記
録部１９に接続され、高速大容量記録部１９の出力信号
は演算制御部２０に接続される。
【００２６】ここで、図１に示す実施例の動作を図２を
用いて説明する。図２は高速共焦点光学部１３及び顕微
鏡部１４の具体例を示す説明図である。
【００２７】図２において１３，１４及び１５は図１と
同一符号を付してあり、２１は開孔としてピンホールが
設けられた円板（以下、ピンホール板と呼ぶ。）、２２
は集光手段として前記ピンホールと同一パターンのマイ
クロレンズが設けられた円板（以下、マイクロレンズ板
と呼ぶ。）、２３は光分岐手段であるビームスプリッ
タ、２４はレンズ、２５は対物レンズ、２６はモータ等
の駆動手段、１００ａは光源１２からの入射光である。
【００２８】光源１２からの入射光１００ａはマイクロ
レンズ板２２に入射され、マイクロレンズ板２２に設け
られた各々のマイクロレンズによりビームスプリッタ２
３を介してピンホール板２１上の各々のピンホールに集
光される。
【００２９】ピンホール板２１上の各々のピンホールを
通過した光は対物レンズ２５を介して試料１５の上に入
射される。
【００３０】試料１５からの反射光等の戻り光は再び対
物レンズ２５を介してピンホール板２１に入射され、ピ
ンホール板２１上の各々のピンホールを通過した光はビ
ームスプリッタ２３で反射され、レンズ２４を介して出
力される。
【００３１】また、ピンホール板２１及びマイクロレン
ズ板２２は駆動手段２６によって同期して回転される。
【００３２】入射光１００ａは同期して回転するマイク
ロレンズ板２２上の各々のマイクロレンズ及びピンホー
ル板２１上の各々のピンホールを通過することにより試
料１５表面を走査する。そして、試料１５からの反射光
が出力され、この出力光を撮影することにより共焦点画
像が得られる。
【００３３】また、前述のようにマイクロレンズ板２２
に設けられた各々のマイクロレンズは入射光をビームス
プリッタ２３を介してピンホール板２１上の各々のピン
ホールに集光する。即ち、マイクロレンズの焦点位置に
ピンホールを配置することにより入射光１００ａの利用
効率を向上させることが可能になる。
【００３４】このような高速共焦点光学部１３の出力光
はイメージインテンシファイア１７に入射される。イメ
ージインテンシファイア１７は入射された微少な光量の
光を光増幅するものであり高速共焦点光学部１３からの
出力光は光増幅されて高速カメラ１８に入射される。
【００３５】高速カメラ１８では入射された共焦点画像
を撮影して、撮影された共焦点画像をフレームデータと
して高速大容量記録部１９に格納する。
【００３６】演算制御部２０は１つの共焦点画像の撮影
が終了するとステージ１６を制御してＺ軸（光軸）方向
に順次走査させ高速カメラ１８により試料１５の共焦点
画像を順次撮影させる。
【００３７】すなわち、試料１５のＺ軸（光軸）方向の
スライス画像である複数の共焦点画像がリアルタイムで
高速大容量記録部１９に格納されて行くことになる。
【００３８】また、演算制御部２０は前記走査制御をす
ると共にそれに並行して高速大容量記録部１９に格納さ
れているフレームデータに基づき３次元立体画像を再構
築してモニタ等にその３次元立体画像を表示することが
可能になる。
【００３９】この結果、マイクロレンズ板２２に設けら
れた各々のマイクロレンズは入射光をビームスプリッタ
２３を介してピンホール板２１上の各々のピンホールに
集光することにより光源１２からの入射光の利用効率を
向上させることが可能になる。
【００４０】また、高速共焦点光学部１３からの出力光
をイメージインテンシファイア１７で光増幅することに
より、高速カメラ１８において高速ビデオレートでＳ／
Ｎ比の良い共焦点画像の撮影が可能になり、高速撮影さ
れた共焦点画像を高速大容量記録部１９にリアルタイム
で格納させることが可能になる。
【００４１】さらに、高速大容量記録部１９に格納され
ているフレームデータに基づき３次元立体画像を再構築
することが可能になる。
【００４２】例えば、図３は実施例により撮影された共
焦点画像の一例を示す説明図であり、微小歯車がラチェ
ットに同期して高速回転している様子を”１ｍｓ”毎
に”８ｍｓ”間連続撮影した８枚の共焦点画像の一例を
示している。
【００４３】図３中”イ”及び”ロ”は歯車及びラチェ
ットを示しており、それぞれ図３中”ハ”及び”ニ”の
方向に移動しているものである。
【００４４】また、実際には図３中”ホ”の部分に他の
部品が存在するが深さ方向（光軸方向）の位置が異なる
ため共焦点画像には現れない。
【００４５】すなわち、本実施例を用いることにより、
高速動作する測定対象の共焦点画像をリアルタイムに得
ることが可能である。
【００４６】なお、図１において光源１２としてはレー
ザ光源を例示したが白色光源でも構わない。
【００４７】また、図２において顕微鏡部１４としては
１つの対物レンズ２５を例示したが、”４倍”、”１０
倍”、”２０倍”、”４０倍”及び”１００倍”等の複
数の対物レンズを設け必要に応じて対物レンズを倍率を
切り替えても良い。
【００４８】また、図１においては高速共焦点光学部１
３からの出力光の光量を光増幅するためにイメージイン
テンシファイア１７を設けたが、高速カメラ１８の高速
撮影に十分な光量が得られれば必ずしも必要ではない。
【００４９】また、試料１５をＺ軸（光軸）方向に走査
する方法としてはステージ１６をＺ軸（光軸）方向に走
査させる方法を用いていたが、顕微鏡部１４をＺ軸（光
軸）方向に走査する方法でも構わない。
【００５０】また、図１においては試料１５として照射
された光を顕微鏡部１４に反射する反射物体を用いた
が、生物等の蛍光試料にも適用することが可能である。
即ち、照射された光により発生する蛍光を顕微鏡部１４
等で取り込むことにより蛍光試料の観測が可能になる。
【００５１】また、３次元立体画像の再構築が不要の場
合は演算制御部２０の画像処理等の一部機能は不要であ
り、ビデオレートに同期させて機械的にステージ１６を
走査すれば演算制御部２０自体も不要になる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。マイクロレンズ
板に設けられた各々のマイクロレンズは入射光をビーム
スプリッタを介してピンホール板上の各々のピンホール
に集光することにより、光源からの入射光の利用効率を
向上させることが可能な共焦点顕微鏡が実現できる。
【００５３】また、高速共焦点光学部からの出力光をイ
メージインテンシファイアで光増幅することにより、高
速カメラでの高速撮影が可能になり、高速撮影された共
焦点画像を高速大容量記録部にリアルタイムで格納させ
ることが可能になる。
【００５４】さらに、高速大容量記録部に格納されてい
るフレームデータに基づき３次元立体画像を再構築する
ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例を示す構
成平面図である。
【図２】高速共焦点光学部の具体例を示す説明図であ
る。
【図３】実施例により撮影された共焦点画像の一例を示
す説明図である。
【図４】従来の共焦点顕微鏡の一例を示す構成ブロック
図である。
【符号の説明】 １ 偏光子 ２，２３ ビームスプリッタ ３，２１ ピンホール板 ４ １／４波長板 ５，２５ 対物レンズ ６，１５ 試料 ７ 検光子 ８ リレーレンズ ９ テレビカメラ １０ モニターテレビ １１ 直流モータ １２ 光源 １３ 高速共焦点光学部 １４ 顕微鏡部 １６ ステージ １７ イメージインテンシファイア １８ 高速カメラ １９ 高速大容量記録部 ２０ 演算制御部 ２２ マイクロレンズ板 ２４ レンズ ２６ 駆動手段 １００，１００ａ 入射光
フロントページの続き (72)発明者 友定 伸浩 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の開孔を有する円板を回転させ前記開
    孔を通過した光を集光して試料を走査することにより共
    焦点画像を得る共焦点顕微鏡において、 光源と、 顕微鏡部と、 前記共焦点画像を撮影する高速カメラと、 前記顕微鏡部を介して前記光源の出力光で前記試料を走
    査すると共に前記試料からの戻り光を前記高速カメラに
    出力する高速共焦点光学部と、 前記高速カメラで撮影した共焦点画像をリアルタイムに
    格納する高速大容量記録部とを備えたことを特徴とする
    共焦点顕微鏡。
  2. 【請求項２】入射光が入射される複数の集光手段を有す
    る前記円板と、 前記集光手段と同一パターンの複数の開孔を有する前記
    円板と、 複数の集光手段を有する前記円板の透過光を透過させる
    と共に複数の開孔を有する前記円板からの通過光を反射
    させるビームスプリッタと、 このビームスプリッタからの反射光を集光して出力する
    レンズと、 複数の集光手段を有する前記円板と複数の開孔を有する
    前記円板とを同期して回転させる駆動手段とから構成さ
    れる前記高速共焦点光学部を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲請求項１記載の共焦点顕微鏡。
  3. 【請求項３】前記高速共焦点光学部と前記高速カメラと
    の間にイメージインテンシファイアを備えたことを特徴
    とする特許請求の範囲請求項１記載の共焦点顕微鏡。
  4. 【請求項４】前記試料を光軸方向に走査するステージを
    備えたことを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の
    共焦点顕微鏡。
  5. 【請求項５】前記高速大容量記録部に格納された複数の
    共焦点画像に基づき３次元立体画像を再構築する演算制
    御部を備えたことを特徴とする特許請求の範囲請求項１
    記載の共焦点顕微鏡。
  6. 【請求項６】前記光源としてレーザ光源を用いたことを
    特徴とする特許請求の範囲請求項１乃至請求項５記載の
    共焦点顕微鏡。
  7. 【請求項７】前記光源として白色光源を用いたことを特
    徴とする特許請求の範囲請求項１乃至請求項５記載の共
    焦点顕微鏡。
  8. 【請求項８】前記顕微鏡部に複数倍率の対物レンズを備
    えたことを特徴とする特許請求の範囲請求項１乃至請求
    項５記載の共焦点顕微鏡。
JP9141215A 1997-05-30 1997-05-30 共焦点顕微鏡 Withdrawn JPH10333054A (ja)

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JP9141215A JPH10333054A (ja) 1997-05-30 1997-05-30 共焦点顕微鏡
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