WO2004036284A1 - 共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡を用いた蛍光測定方法及び偏光測定方法 - Google Patents

Abstract

共焦点顕微鏡及びそれを用いた蛍光測定方法及び偏光測定方法であって、照明光源（１１）から偏光を、マイクロレンズアレイ（２１）を上部に配置したマトリクス式液晶素子（２２）及び対物レンズ（２３）を介して被観察物（２）へ入射する入射光学系（１０，１０’）と、被観察物からの反射光又は蛍光を検出する検出光学系（３０，３０’）と、液晶素子（２２）を制御する液晶制御部（５２）とを備え、マイクロレンズアレイ（２１）を透過したマイクロレンズ毎の光を、液晶素子（２２）の各画素（２２ａ）毎に透過させ、対物レンズ（２３）にて被観察物（２）に複数の焦点（２４）を結ぶと共に、液晶素子（２２）の各画素を透過する光の偏光方向を液晶制御部（５２）を用い各画素を透過する光の偏光方向を互いに直交するように制御する。

Description

明 細 書 共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡を用いた蛍光測定方法及び偏光測定方法 技術分野

本発明は、 生体組織や生体組織からの蛍光観察などに使用される共焦点顕微鏡 に関し、 高感度で、 横方向、 深さ方向の分解能に優れ、 広領域の動的な観察が可 能である、液晶を用いた共焦点顕微鏡及び液晶を用いた共焦点顕微鏡によるマイ クロアレイ基板からの蛍光測定方法並びに液晶を用いた共焦点顕微鏡による偏光 測定方法に関するものである。

従来、 生命禾斗学の研究分野における生体組織や蛍光試薬を添カロした生体組織試 料からの蛍光発光の観察に共焦点顕微鏡が使用されている。 共焦点顕微鏡は、 深 さ方向に高い分解能を有することから、生体試料の三次元観察などに主に利用さ れてきた。

図 1 9に共焦点顕微鏡の従来例 1を示す （例えば、 非特許文献 1参照。 ） 。 レ —ザ光 1 6 1は、 ビームスプリッ夕ー 1 6 2で反射され、対物レンズ 1 6 3で試 料 1 6 4に結像される。 そして、試料 1 6 4で反射した反射光、 または、 蛍光 1 6 6がビームスプリツター 1 6 2を透過してミラー 1 6 7とレンズ 1 6 9を通過 して検出器 1 7 1に入る。 ここで、 検出器 1 7 1の前にピンホール 1 7 0を置く ことによって、 焦点面以外から発生する光束を除去し明確な像を得ることができ る。 試料 1 6 4の全体を見るためには、試料 1 6 4を載置しているステージを平 面内で移動、即ち走査 1 7 2を行うことによって観察するようにしている。 共焦点顕微鏡において、試料の移動を行わないで高速で走査する方法が 1 8 8 4年に P a u l N i p k o wが発明した二ボウディスク方式である。 図 2 0は 、 従来例 2のニポウディスクを用いた多重共焦点顕微鏡の走査方式の原理を示す 図である （例えば、 下記特許文献 1、 非特許文献 2参照） 。

多重共焦点顕微鏡 1 8 0では、 レーザ光 1 8 1が、共焦点用走査装置 1 9 0に 入射する。 共焦点用走査装置 1 9 0は、 2枚の円板で構成された集光ディスク 1 9 1及びピンホールディスク 1 9 2と、 ドラム 1 9 4と、 ビームスプリツター 1 8 2と、 から構成されている。 集光ディスク 1 9 1及びピンホールディスク 1 9 2はドラム 1 9 4に保持され、 モーター 1 9 5により回転している。

ここで、 レーザ光 1 8 1は、 集光ディスク 1 9 1に設けられた多数のピンホ一 ル 1 9 3を通過する。 この通過した光は、 ビームスプリッタ一 1 8 2を介してレ ンズ 1 8 3により被観察物 1 8 4に複数の焦点を形成する。 そして、 被観察物 1 8 4からの反射光は、 ビ一ムスプリッ夕一 1 8 2を介して光路が入射方向に対し て 9 0 ° 曲げられて、 レンズ 1 8 5によりカメラ 1 8 6に結像される。 これによ り光の利用効率を向上させ、複数の焦点同時検出による多重共焦点顕微鏡を実現 している。

図 2 1は従来例 3の多重共焦点顕微鏡の構成を示す図である （例えば、 下記特 許文献 2参照） 。 多重共焦点顕微鏡 2 0 0は、 図 1 8の従来例 1と同様な光学系 を有しているが、 入射光の光路に液晶セル 2 0 3が配設されている点が異なる。 入射光 2 0 1が、 ビームスプリッ夕ー 2 0 2を通過し、 液晶セル 2 0 3を介して 対物レンズ 2 0 4で試料 2 0 5に集光される。 試料 2 0 5からの反射光は、 ビー ムスプリッ夕ー 2 0 2を介してレンズ 2 0 7を通過して、 反射光 2 0 8がカメラ 2 0 9に,結像される。

ここで、 入射光 2 0 1は、液晶セルの 1画素である開口部 2 0 3 aを通り、試 料 2 0 5の 2 1 0 aの点に結像する。 次に液晶セルの他の画素である 2 0 3 bを 開口すると、 入射光は、試料 2 0 5の 2 1 O bの点に結像する。 このように、試 料 2 0 5の走査は、 液晶セルの平面にある画素を順番に、 入射光 2 0 1をオンォ フさせる所謂 X—Y走査により行われる。

下記特許文献 3及び 4では、 入射光源をマルチビームとしたマルチスポットァ レイを有し、 照射した励起光により発生する蛍光を共焦点検出する D N A検査装 置が開示されている。

特許文献：

特開平 5— 6 0 9 8 0号公報

特開平 5— 2 1 0 0 5 1号公報 特開 2 0 0 1 _ 1 0 8 6 8 4号公報

特開 2 0 0 1— 2 0 8 6 8 8号公報

非特許文献：

Mark Schena著， 加藤郁之進 監訳 「D N Aマイクロアレイ基板」 ， 丸善 株式会社， 2000年， p. 19-45

• 川村信一郎 他 3名， 「共焦点顕微鏡レーザ顕微鏡スキャナと C C Dカメ ラ」 横河技報， 2001年, Vol. 45, No. 2, p. 112-114

ところで、 従来例 1の試料走査型の共焦点顕微鏡は、単焦点での検出を行うた め、広領域を観察するには走査を行う必要があり、 蛍光などの実時間観察が困難 である。

従来例 2の多重共焦点顕微鏡は、 多数の点を同時に検出することから、 隣接す る焦点に入射する光同士が干渉する。 これを、 クロストークと呼んでいる。 この 干渉によつて生じる入射光強度分布が、 明暗の模様である干渉縞を生じさせる。 これが原因で、 照明光強度分布が不均一となるために、 観察像の横分解能が低下 するという課題がある。 また、 各焦点毎に光強度にばらつきが生じるという課題 がある。 さらに、共焦点顕微鏡の応用として、 D N Aチップからのばらつきの大 きい蛍光信号を検出器上で一度に観察できない。

従来例 3の多重共焦点顕微鏡では、液晶セルの多数の点を順番に開閉すること により走査を行うことで、 従来例 2の走査のように機械的な走査機構が不要とな る。 しかし、 液晶セルの各画素をオンオフさせるために、画素数分の X— Y走査 をさせる必要があるので、 一画面を走査するのに時間がかかり、 実時間で試料全 体の蛍光などの検出をすることが困難である。

また、 上記特許文献 3の D N A検査装置では、 マルチスポットアレイから入射 する光同士が干渉しクロストークが発生し、従来例 の共焦点顕微鏡と同様に、 照明光強度分布が不均一となるために観察像の横分解能が低下する。

さらに、上記特許文献 4の D N A検査装置では、 マルチスポットアレイを偏光 素子により形成しているが、 従来 1の共焦点顕微鏡と同様に、試料載置ステージ を平面内の走査を行うことによって観察するようにしている。 従来例 1の多重共 焦点顕微鏡の単焦点の場合よりも走査に要する時間は短縮されるものの、 広領域 を観察するには走査を行う必要があり、 蛍光などの実時間観察が困難である。 発明の開示

本発明の目的は、 以上の課題に鑑みて、 高感度で、 横方向、 深さ方向の分解能 に優れ、 広領域の動的な観察が可能である、 液晶を用いた共焦点顕微鏡及び液晶 を用いた共焦点顕微鏡によるマイクロアレイ基板からの蛍光測定方法並びに液晶 を用いた共焦点顕微鏡による偏光測定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、 本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡は、 照明光源 から偏光を、 ビ一ムスプリツター， マイクロレンズアレイを上部に酉己置したマト リクス式液晶素子及び対物レンズを介して被観察物へ入射する入射光学系と、 被 観察物からの反射光または蛍光を、 ビ一ムスプリツ夕一とレンズを介して検出す る撮像素子を含む検出光学系と、 マトリクス式液晶素子の各画素を制御する液晶 制御部を有する制御系と、 を含む共焦点顕微鏡であって、 マイクロレンズアレイ を透過したマイクロレンズ每の光を、 マトリクス式液晶素子の各画素毎に透過さ せ、 対物レンズにより被観察物に複数の焦点を結ばせると共に、 マトリクス式液 晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を液晶制御部を用いて制御し、 液晶制御 部が、 マトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を互いに直交する ように制御することを特徴とする。

上記構成において、好ましくは、 マトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置 し、 偏光子を透過した光の偏光がマトリクス式液晶の各画素で制御される。 この構成によれば、 被観察物に照射する光が、 マイクロレンズアレイにより、 マトリクス式液晶素子の各画素をピンホールとして入射し、 被観察物に第一の複 数の焦点を形成する。 さらに、被観察物の反射光または蛍光が、検出光学系にお いて、 第二の複数の焦点を形成することから、本発明の顕微鏡は、 共焦点顕微鏡 として動作する。 この際、 マトリクス式液晶素子の各画素において、各画素を透 過する光の偏光方向が互いに直交するように、 マトリクス式液晶素子の各画素が 制御される。 これにより、 被観察物の走査制御を行わないで、被観察物の反射光 または蛍光の観察を高速に行うことができる。 また、 多重共焦点間におけるクロ ストークを防止でき、 分解能が向上する。 また、 本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡は、 照明光源からの偏光を、 ビーム スプリツ夕一， レンズ， 第一のマイクロレンズアレイを上部に配置した第一のマ トリクス式液晶素子を介して被観察物へ入射する入射光学系と、 被観察物からの 反射光または; ¾光を、 ビームスプリツター， レンズ， 第二のマイクロレンズァレ ィを上部に配置した第二のマトリクス式液晶素子， 集光レンズを介して検出する 撮像素子を含む検出光学系と、 第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を 透過する光の偏光方向を制御する第一及び第二の液晶制御部を含む制御系と、 を 備え、 第一のマイクロレンズアレイを透過したマイクロレンズ毎の光を、 第一の マトリクス式液晶素子の各画素毎に透過させ、 被観察物に複数の焦点を結ばせ、 さらに、 第二のマイクロレンズアレイを透過したマイクロレンズアレイ每の反射 光または蛍光を、第二のマトリクス式液晶素子の画素毎に透過させ、撮像素子に 複数の焦点を結ばせると共に、 第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を 透過する光の偏光方向を、 第一及び第二の液晶制御部を用いて制御することを特 徴とする。

上記構成において、好ましくは、 入射光学系の第一の液晶制御部が、 第一のマ トリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように 制御すればよい。 また、 好ましくは、 検出光学系の第二の液晶制御部が、 第二の マトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するよう に制御すればよい。 また、 第一のマトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し 、 偏光子を透過した光の偏光方向を、 第一のマトリクス式液晶の各画素で制御す るようにしてもよい。

この構成によれば、被観察物に照射する入射光が、第一のマイクロレンズァレ ィにより第一のマトリクス式液晶素子の各画素に入射し、 被観察物に第一の複数 の焦点を形成する。 さらに、 被観察物の反射光または蛍光が、 検出光学系の第二 のマイクロレンズァレイ及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を通過して第 二の複数の焦点を形成することから、本発明の顕微鏡は、 共焦点顕微鏡として動 作する。 この際、 第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素において、 各画 素を透過する光の偏光方向が互いに直交するように、 各マトリクス式液晶素子の 各画素が制御される。 これにより、 被観察物の走査制御を行わないで、 被観察物 の反射光または蛍光の観察を高速に行うことができる。 また、 多重共焦点間にお けるクロストークを防止でき、 横方向及び深さ方向の分解能が向上する。 さらに 、第一及び第二のマトリクス式液晶素子の組み合わせにより、 偏光制御、 検出信 号の選択等を動的に実現することができる。

また、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡は、 照明光源から光強度変調された 偏光を、 ビ一ムスプリッ夕一， マイクロレンズアレイを上 ¾5に配置したマトリク ス式液晶素子及び対物レンズを介して被観察物へ入射する入射光学系と、 被観察 物からの反射光または蛍光を、 ビームスプリッ夕一とレンズを介して検出する撮 像素子を含む検出光学系と、 マトリクス式液晶素子の各画素を制御する液晶制御 部と照明光源の光強度変調制御部とを含む制御系とを備え、 マイクロレンズァレ ィを透過したマイク口レンズ毎の光をマトリクス式液晶素子の各画素每に透過さ せ、対物レンズにより被観察物に複数の焦点を結ばせると共に、 マトリクス式液 晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を液晶制御部を用いて互いに直交するよ うに制御し、 被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信号を周波数信号に 変換して検出することを特徴とする。

上記構成において、好ましくは、 マトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置 し、偏光子を透過した光の偏光を、 マトリクス式液晶の各画素で制御する。 また 好ましくは、 照明光源が一波長または多波長であり、 照明光源の光強度変調をマ トリクス式液晶素子、音響光学素子、 デジタル ' ミラ一 'デバイスの何れかを用 いて行う。 また、 照明光源の一波長あたりの光強度変調が各画素毎に複数の変調 周波数で印加されてもよい。

この構成によれば、 さらに、 被観察物に照射する入射光が光強度変調されてい るので、被観察物からの反射光または蛍光を周波数軸に信号変換をすることによ り、被観察物からの反射光または蛍光を高感度で検出することができる。 また、 照明光源が多波長の場合には、 多波長からの反射光または蛍光を短時間に、高感 度で測定することができる。

また、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡は、 照明光源から光強度変調された 偏光を、 ビ一ムスプリッ夕一， レンズ， 第一のマイクロレンズアレイを上部に配 置した第一のマトリクス式液晶素子を介して被観察物へ入射する入射光学系と、 被観察物からの反射光または蛍光を、 ビームスプリツ夕一， レンズ， 第二のマイ クロレンズァレイを上部に配置した第二のマトリクス式液晶素子， 集光レンズを 介して検出する撮像素子を含む検出光学系と、 第一及び第二のマトリクス式液晶 素子の各画素を透過する光の偏光方向を制御する第一及び第二の液晶制御部と照 明光源の光強度変調制御部とを含む制御系とを備え、 第一のマイクロレンズァレ ィを透過したマイクロレンズ毎の光を第一のマトリクス式液晶素子の各画素毎に 透過させ、 被観察物に複数の焦点を結ばせ、 さらに、 第二のマイクロレンズァレ ィを透過したマイクロレンズアレイ毎の反射光または蛍光を第二のマトリクス式 液晶素子の画素毎に透過させ、 撮像素子に複数の焦点を結ばせると共に、 第一及 ぴ第二のマトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を第一及び第二 の液晶制御部を用いて制御し、 被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信 号を周波数信号に変換して検出することを特徴とする。

上記構成において、 入射光学系の第一の液晶制御部が、好ましくは、 第一のマ トリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように 制御する。 また、 好ましくは、 検出光学系の第二の液晶制御部が、 第二のマトリ クス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、 互いに直交するように制御 する。 また、 第一のマトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し、偏光子を透 過した光の偏光を、 マトリクス式液晶の各画素で制御してもよい。 好ましくは、 照明光源が一波長または多波長であり、 照明光源の光強度変調がマトリクス式液 晶素子、音響光学素子、 デジタル' ミラー ·デバィスのいづれかを用いて行われ る。 また、 照明光源の一波長あたりの光強度変調を各画素毎に複数の変調周波数 で印加してもよい。 また、好ましくは、被観察物からの反射光または蛍光の光強 度変調信号から周波数信号変換が、 高速フーリエ変換で演算処理される。

この構成によれば、 さらに、被観察物に照射する入射光が光強度変調されてい るので、 被観察物からの反射光または蛍光を周波数軸に信号変換をすることによ り、被観察物からの反射光または蛍光を高感度で検出することができる。 また、 照明光源が多波長の場合には、 多波長からの反射光または蛍光を短時間に、 高感 度で測定することができる。

本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡によるマイクロアレイ基板からの蛍光測定 方法は、 選択的に標識となる蛍光物質が予め付与されているマイクロアレイ基板 を用いて、本発明の共焦点顕微鏡により蛍光物質からの蛍光を観察することを特 徴とする。 上記構成において、 マイクロアレイ基板は、微量の D NAまたは生体 物質を含んでおり、 これらを平板状に配置した被観察物である。 また、 マイクロ アレイ基板は D NAチップであってもよい。 この構成によれば、本発明の液晶を 用いた共焦点顕微鏡に使用することで、 マイクロアレイ基板の走査無しに効率よ く、 觉光の観察ができる。

また、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡による被観察物の偏光測定方法は、 被観察物からの偏光測定において、本発明の共焦点顕微鏡により被観察物の反射 光または蛍光からの偏光を測定することを特徴とする。 好ましくは、液晶を用い た共焦点顕微鏡の液晶マトリクスにおいて、 偏光を 1 8 0度変化させることによ り、 被観察物からの偏光測定を行う。 この構成によれば、 本発明の液晶を用いた 共焦点顕微鏡において、 被観察物の反射光または蛍光からの偏光を効率よく観察 できる。

本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡によれば、 マトリクス式液晶素子を用いる ことで、被観察物の走査無しに一度に被観察物の測定を行うことができる。 そし て、 マトリクス式液晶素子の各画素の偏光制御によりクロストークを減少させ、 横方向と深さ方向の分解能を向上することができる。 また、光源を一波長または 多波長で光強度変調を印加した場合には、反射光または蛍光を高感度で検出する ことができる。

本発明の共焦点顕微鏡を用いたマイクロアレイ基板の測定方法によれば、 マイ クロアレイ基板の機械的走査無しに効率よく、一波長または多波長の蛍光を観察 することができる。

また、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡による偏光測定方法によれば、被観 察物からの偏光を、 被観察物の機械的走査無しに、 一波長または多波長を用いて 効率よく観察できる。 図面の簡単な説明

本発明は、 以下の詳細な発明及び本発明の幾つかの実施の形態を示す添付図面 に基づいて、 より良く理解されるものとなろう。 なお、 添付図面に示す種々の実 施例は本発明を特定または限定することを意図するものではなく、単に本発明の 説明及び理解を容易とするためだけのものである。

図 1は、本発明に係る第 1の実施の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構 成を示す模式図である。

図 2は、 マトリクス式液晶素子の各画素の偏光制御を模式的に示す図である。 図 3は、 図 2のマトリクス式液晶素子における各画素を透過する光の偏光状態 を示す図である。

図 4は、 本発明に係る第 1の実施の形態による共焦点顕微鏡の別の構成を示す 図である。

図 5は、 入射光学系に設けた偏光子の作用効果を説明する概略図である。 図 6は、本発明に係る第 2の実施の形態による共焦点顕微鏡の構成を示す模式 図である。

図 Ίは、本発明による共焦点顕微鏡の別の構成を示す図である。

図 8は、本発明に係る第 3の実施の形態による共焦点顕微鏡の構成を示す模式 図である。

図 9は、 本発明に係る第 3の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の別 の構成例を示す模式図である。

図 1 0は、本発明に係る第 3の実施の形態による共焦点顕微鏡の別の構成を示 す模式図である。 .

図 1 1は、本発明に係る第 4の実施の形態による共焦点顕微鏡の構成を示す模 式図である。

図 1 2は、本発明に係る第 4の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の 一構成例を示す模式図である。

図 1 3は、本発明に係る第 4の実施の形態による共焦点顕微鏡の別の構成を示 す模式図である。

図 1 4は、本発明に係る第 5の実施の形態による共焦点顕微鏡の構成を示す模 式図である。

図 1 5は、本発明に係る第 5の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の 別の構成例を示す模式図である。

図 1 6は、本発明による共焦点顕微鏡の別の構成を示す図である。

図 1 7は、本発明に係る第 6の実施の形態による共焦点顕微鏡の構成を示す模 式図である。

図 1 8は、本発明による共焦点顕微鏡の別の構成を示す図である。

図 1 9は、従来例 1の共焦点顕微鏡の構成を示す図である。

図 2 0は、 従来例 2の二ボウディスクを用いた多重共焦点顕微鏡の走査方式の 原理を示す図である。

図 2 1は、 従来例 3の多重共焦点顕微鏡の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

始めに本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡の第 1の実施の形態を示す。 図 1は 本発明に係る第 1の実施の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構成を示す模 式図である。 液晶を用いた共焦点顕微鏡 1は、 照明光学系 1 0と、 マトリクス式 液晶素子を含み被観察物へ多重焦点を形成する入射光学系 2 0と、 照明被観察物 からの反射光を検出する検出光学系 3 0と、 マトリクス式液晶素子及び検出光学 系からの画像データを制御する制御系 5 0と、被観察物 2を載置するステージ 3 から構成される。

照明光学系 1 0は、 照明光源 1 1と、 コリメ一夕 1 2と、 第一の偏光子 1 3と 、 ビームスプリッタ一 1 4とからなっている。 照明光源 1 1は、 例えばレーザ光 源で、 出射した光は、 レンズ 1 2 a及びレンズ 1 2 bからなるコリメータ 1 2に よって所望のビーム径の平行光に拡大して、偏光子 1 3を通ってビームスプリッ タ一 1 4に入射する。 レーザ光源の波長は、 4 0 0 nmから 7 0 0 nm程度の波 長でよい。 ここで、 照明光源 1 1として直線偏光のレーザ光源を用いれば、偏光 子 1 3は省略することができる。

入射光学系 2 0は、 上から順に、 マイクロレンズアレイ 2 1と、 マトリクス式 液晶素子 2 2と、対物レンズ 2 3とからなっている。 ビ一ムスプリッタ一 1 4に 入射した平行光は、 下部方向に反射され、 一様な光強度分布の光が、 ビ一ムスプ リツター 1 4の下部に配設されたマイクロレンズァレイ 2 1により、 焦点がマト リクス式液晶素子 2 2の各画素に結ばれる。

このマイクロレンズアレイ 2 1は、 マトリクス式液晶素子 2の各画素 2 2 a に対応する位置に、 ァレイ状に配列した複数の微小レンズから構成されており、 マトリクス式液晶素子 2 2の各々の画素 2 2 a毎に効率よく光を入射させること ができる。 マイクロレンズアレイ 2 1に入射した各光は、 マトリクス式液晶素子

2 2の各画素 2 2 aをピンホールとして通過する。 この各画素 2 2 aをピンホ一 ルとして通過した各光は一度拡大してから、 さらに対物レンズ 2 3によって被観 察物 2の表面に複数の焦点 2 4として結像される。

被観察物 2はステージ 3に載置されている。 ステージ 3は、 前後左右及び上下 方向に移動可能な X Y Zステージ 3 a及び Θステージ 3 bから構成されている。 X Y Zステージ 3 aによりステージ 3が水平面内と垂直方向の両方で移動調整さ れることにより、被観察物 2の位置調整が行なわれ得る。 また、 このとき、 Θス テージ 3 bにより X Y Z面内の角度調整も行われることにより、 被観察物 2の位 置調整が行なわれるようになつている。

次に、 被観察物からの反射光を検出する検出光学系について説明する。 検出光 学系 3 0において、 被観察物 2からの反射光は、 入射光の経路を逆進してビーム スプリツター 1 4を介して結像レンズ 3 1へ入射し、 複数の焦点 3 2が撮像素子

3 3に形成され、被観察物 2の反射光が結像される。 撮像素子 3 3としては、上 記の結像を一度に受光できる C C D型撮像素子や C M O S型撮像素子を使用でき る。 さらに、 これらの撮像素子 3 3は、 S /N比 （信号対雑音比） を向上させる ために雑音を減らすように、 例えば液体窒素やペルチヱ素子を使用した冷却装置 で冷却してもよい。

ここで、 被観察物の反射光は、 照明光源 1 1と同一波長の場合の通常反射光の 場合と、 照明光源 1 1より励起された被観察物からの励起光である蛍光の場合が ある。 蛍光の波長は、 通常、 照明光源の波長よりも長い。 従って、 蛍光を観測す る場合には、 ビームスプリッター 1 4として、照明光源光源の波長と、 蛍光波長 を分離できるダイクロイツクミラーなどを使用することができる。

制御系 5 0は、 パーソナルコンピュータ 5 1と、 第一の液晶制御部 5 2と、 画 像処理装置 5 3とを備えている。 上記パーソナルコンピュータ 5 1は、.被観察物 の画像などを表示するディスプレ一装置 5 4を備えている。

さらに、上記パーソナルコンピュータ 5 1は、 マトリクス式液晶素子 2 2の各 画素を透過する光の偏光方向を制御するデータを、 液晶制御部 5 2へ出力する。 上記液晶制御部 5 2は、 マトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aで回転させる 光の偏光方向を液晶素子駆動信号に変換する駆動回路である。 この駆動回路は、 パーソナルコンピュータ 5 1からのマトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aの 偏光信号を、 マトリクス式液晶素子 2 2に適合する液晶素子駆動信号、 即ち各画 素 2 2 aに関する電圧信号に変換する。 そして、液晶制御部 5 2が、 各画素 2 2 aに印加する駆動電圧を適宜に調整し、 または、駆動時間中に駆動電圧を変更す ることにより、各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向を制御する。 撮像素子 3 3 の画像信号 3 3 aは制御系 5 0の画像処理装置 5 3に出力されて、 パーソナルコ. ンピュータ 5 1により画像データの演算処理などがされ、 ディスプレー装置 5 4 に画像が出力される。

次に、 マトリクス式液晶素子の偏光制御について説明する。 マトリクス式液晶 素子 2 2の各画素 2 2 aは、制御系 5 0を構成する第一の液晶制御部 5 1によつ て、 マトリクス式液晶素子 2 の各々の画素 1 aを透過する光の偏光方向を制 御する。 これによつて、 隣り合う各画素に入射する光の偏光方向が互いに直角に なるように制御される。 この際、 マトリクス式液晶素子の画素全部が、 同時にか つ被観察物 2の観察に必要な時間だけ制御されるので、複数の焦点 2 4を同時に 被観察物に形成することができる。

図 及び図 3は、 マトリクス式液晶素子の各画素の偏光制御を模式的に示す図 である。 図 2に示すように、 コリメータ 1 2からの平 ί亍光 1 5は、 第一の偏光子 1 3と、 マイクロレンズァレイ 2 1を介して、 マトリクス式液晶素子 2 2へ入射 する。 上記第一の偏光子 1 3は公知の構成であって、 例えば二枚のガラス板の間 に偏光膜を挟んで貼り合わせることにより構成されている。

入射する平行光が第一の偏光子 1 3により、 図 2で示すように—→方向の照明 光偏光 1 6になり、 マトリクス式液晶の各画素 2 2 aにより 1 7 a , 1 7 b , 1 7 cのように入射光の偏光 1 6が制御される。 ここで、 マトリクス式液晶素子に よる偏光 1 7の偏光 1 7 a , 1 7 b , 1 7 cは、 それぞれ照明光の偏光 1 6に対 して垂直、平行、 垂直と平行の中間状態を示している。

図 3は、 マトリクス式液晶素子 1 2における各画素 2 2 aを透過する光の偏光 状態を示している。 図中の aと bは、 それぞれ、 偏光が入射光と平行及び垂直の 状態である。 従って図示の場合は、 隣接する各画素 2 2 aを透過する光の偏光方 向が互いに直交するようになっている。 このように、 マトリクス式液晶素子 2 2 の隣接する各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向を制御すると、互いに隣接する aと bの入射光は振動成分が直交し干渉が生じない。

ここで、干渉するのは、対角に位置する aと aおよび bと bの画素となる。 対 角に位置する aと a、 bと bの焦点の間隔は、 隣接する焦点 aと bの間隔に比べ 2 ^{1 /2} に広がることから、 隣接する入射光の偏光を制御しない場合と比較すると 2一 ^{1 /2}の 0 . 7 1倍まで、 隣接する焦点の間隔を近づけることができる。 従って 、 従来と比較して約 3 0 %の横分解能の向上ができる。 これにより、 マトリクス 式液晶を使用することで、 隣接する焦点に集光される光の偏光方向は互いに直交 するので、 隣接する照明光同士は干渉せず、 クロストークによる横分解能の低下 を防ぐことができる。

次に、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡の動作について説明する。 被観察物 2に照射される光は、 マイクロレンズアレイ 2 1により、 マトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aをピンホールとして入射し、被観察物 2に第一の複数の焦点 2 4を形成する。 さらに、被観察物 2の反射光または蛍光が、 検出光学系 3 0に おいて第二の複数の焦点 3 2を形成することから、本発明の顕微鏡は共焦点顕微 鏡として動作する。 この際、 マトリクス式液晶素子 2 の各画素 1 2 aにおいて 、 各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向が互いに直交するように、 マトリクス式 液晶素子の各画素 2 2 aが制御されることができる。 これにより、 多重共焦点間 におけるクロストークを防止でき、横方向及び深さ方向の分解能が向上する。 ま た、被観察物 2の機械的な走査を行わないで、 被観察物 2の反射光または蛍光の 観察を高速に行うことができる。

ここで、 マトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aの間隔であるピッチ分は、 厳密には、像が得られないので、 ステージ 3を 1 ピッチ分だけ X方向及び Y方向 に移動させて 1画面を構成してもよい。 ここで、 マトリクス式液晶素子.2 2の画 素のピッチは 1 0〃mから 2 0〃m程度である。 この 1ピッチ分のステージの X —Y駆動制御は、 電歪素子による駆動装置をステージ 3に付加することで行うこ とができる。

次に、本発明において、 液晶を用いた共焦点顕微鏡の第 1の実施の形態の変形 例を示す。 図 4は本発明による液晶を用いた共焦点顕微鏡の別の構成を示す図で ある。 図 4に示す共焦点顕微鏡 1， が、 図 1に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 1 と異なるのは、 入射光学系 2 0である。 他の照明光学系 1 0、 検出光学系 3 0、 制御系 5 0、 ステージ 3は、 図 1と同じ構成であるので、説明は省略する。 入射光学系 2 0において、 マトリクス式液晶素子 2 2の下部に第二の偏光子 2 5を設けている点が、 図 1の入射光学系と異なる。

図 5は入射光学系に設けた偏光子 2 5の作用効果を説明する概略図である。 図 5に示すように、 コリメ一夕 1 からの平 ί亍光 1 5が第一の偏光子 1 3と、 マイ クロレンズアレイ 2 1と、 マトリクス式液晶素子 2 2を通過して入射する。 ここ で、上記第一の偏光子 1 3及び第二の偏光子 2 5は、 同軸ではなく、 互いに直交 ( 9 0 ° ) するように配置している。

マトリクス式液晶素子の画素 2 2 aが駆動電圧を印加されない状態では、 第一 の偏光子 1 3を透過した光が画素 1 2 aを透過するごとで、 1 7に示すようにそ の偏光方向が 9 0 ° 捩れるために、第一の偏光子 1 3と透過軸が 9 0 ° ずれてい る第二の偏光子 2 5を透過し透過光 2 6 aとなる。

一方、画素 2 2 aが駆動電圧を印加された状態では、電圧の大きさによって画 素 2 2 a内の液晶分子の捩れの状態が変ィヒするため、 第一の偏光子 1 3を透過し た直線偏光の偏光方向を当該画素 2 2 a内で 0〜 9 0 ° の範囲で回転させること ができる。 これにより、 第二の偏光子 2 5を透過する光の強度が任意に制御され る。 従って、 マトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aの駆動電圧により、 入射 光が、 透過 2 6 a、 透過しない遮光 2 6 b、 これらの中間状態 （グレー） 2 6 c となるように制御されるので、 照明光強度を変えることができる。

ここで、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡の動作の特徴について説明する。 この例では、 第二の偏光子 2 5を追カ卩したことにより、 照明光の強度制御を行う ことができる。 これにより、 被観察物に応じて、 マトリクス式液晶素子の各画素

2 2 aを制御することで照明光強度の制御ができることになる。

次に、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡の第 2の実施の形態を示す。 図 6は 本発明に係る第 2の実施の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構成を示す模 式図である。 図において、液晶を用いた共焦点顕微鏡 5は、 照明光学系 1 0と、 マトリクス式液晶素子を含み被観察物 2へ多重焦点を形成する入射光学系 0， と、被観察物からの反射光を検出する検出光学系 3 0 ' と、 マトリクス式液晶素 子及び検出光学系からの画像データを制御する制御系 5 0 ' と、被観察物 2を載 置するステージ 3とから構成される。 なお、 図 1と同一の構成要素には、 同じ符 号を付して説明は省略する。 照明光学系 1 0は、 図 1の照明光学系と同様に、 照 明光源 1 1と、 コリメ一夕 1 と、第一の偏光子 1 3から構成され、偏光した平 行光をビ一ムスプリッタ一 1 4に入射させる。

入射光学系 2 0， は、 対物レンズ 2 6と、 レンズ 2 7と、 マイクロレンズァレ ィ 2 1と、 マトリクス式液晶素子 2 2とから構成されている。 ビームスプリッ夕 一 1 4からの偏光した平行光は、 対物レンズ 2 6とレンズ 2 7を用いてさらに拡 大される。 この拡大された一様な光強度分布の光が、 第一のマイクロレンズァレ ィ 1 1の全面に照射される。 第一のマトリクス式液晶素子 2 2の表面に取り付け られた第一のマイクロレンズアレイ 2 1を通過したマイクロレンズ毎の光は、 第 一のマトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 a毎に透過し、 ステージ 3に載置さ れた被観察物 2に複数の焦点 4を形成する。

マトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aは、 図 2及び図 3で説明したように 、制御系 5 0 ' を構成する第一の液晶制御部 5 1によって、 第一のマトリクス式 液晶素子 2 2の各画素 2 2 aの隣り合う画素の偏光方向を互いに直交させるよう に制御する。 これにより、 第一のマトリクス式液晶 2 2を使用することで、 隣接 する焦点に集光される入射光の偏光方向が互いに直交するので、 隣接する入射光 同士は干渉せず、 クロストークによる横分解能の低下を防ぐことができる。 次に、 被観察物 2からの反射光または觉光を、 ビームスプリッ夕一 1 4を通過 した後に検出する検出光学系 3 0 ' について説明する。

検出光学系 3 0， は、 ミラ一 3 4， フィルタ 3 5 , 対物レンズ 3 6， レンズ 3 7， 第二のマイクロレンズアレイ 3 8， 第二のマトリクス式液晶素子 3 9， 集光 レンズ 4 0 , 撮像素子 3 3から構成されている。 ここで、対物レンズ 3 6から第 二のマトリクス式液晶素子 3 9までの光学系は、 入射光学系 0， の対物レンズ 2 6から第一のマトリクス式液晶素子 2 2までの構成と同じにする。 ミラー 3 4 は、 ビ一ムスプリッ夕ー 1 4を通過した被観察物からの反射光の光路を 9 0 ° 曲 げて、 特定の波長の光のみを通過させるフィル夕 3 5を介して対物レンズ 3 6に 入射させる。

被観察物 2からの蛍光を観察する場合には、 蛍光の波長は照明光源 1 1より波 長が長いことから、 蛍光のみを検出光学系 3 0， に透過させるために、 ビ一ムス プリッ夕一 1 4としてダイクロイツクミラーを使用すればよい。 さらに、 蛍光の コントラスト向上のため、 フィルタ 3 5としては蛍光のみを透過させるエミッシ ョンフィル夕を用いることが好ましい。

次に、対物レンズ 3 6とレンズ 3 7は、被観察物 2からの反射光または; t光を さらに拡大し、一様な光強度分布の光を第二のマイクロレンズアレイ 3 8の全面 に照射する。 この第二のマイクロレンズアレイ 3 8は、 第一のマイクロレンズァ レイ 2 1と同じく、 第二のマトリクス式液晶素子 3 9の各画素に対応する位置に ァレイ状に配列した微小レンズから構成されており、 第二のマトリクス式液晶素 子 3 9の各々の画素每に効率よく、 光を入射させることができる。 第二のマトリ クス式液晶素子 3 9の表面に取り付けられた第二のマイクロレンズアレイ 3 8を 通過したマイク口レンズ毎の光は、 第二のマトリクス式液晶素子 3 9の各画素每 に通り、集光レンズ 4 0により撮像素子 3 3に複数の焦点 4 1を形成する。 制御系 5 0 ' は、 図 1の制御系 5 0にさらに、検出光学系 3 0 ' の第二のマト リクス式液晶素子 3 9の制御部である第二の液晶制御部 5 5を備えたほかは、 同 じ構成である。 入射光学系のマトリクス式液晶素子 2 2は、 図 2及び図 3で説明 したように、制御系 5 0， を構成する第一の液晶制御部 5 2によって、 マトリク ス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aの隣り合う画素を透過する光の偏光方向を互い に直交させるように制御される。

検出光学系 3 0， に入射する反射光または蛍光において、 それらの偏光方向が 同一となり干渉の影響を受ける場合には、 検出光学系の第二のマトリクス式液晶 素子 3 9を透過する際に、 反射光または蛍光の偏光方向を互いに直交させればよ い。 これにより、 撮像素子に入射する互いに隣接する反射光または蛍光同士は、 干渉せず、 クロストークによる横分解能の低下を防ぐことができる。

また、 検出光学系 3 0， の第二のマトリクス式液晶素子 3 9の画素を透過する 反射光に対して偏光方向の制御を行うこともできる。 この際、 検出光学系 3 0 ' のマトリクス式液晶素子 3 9の各画素を、 透過、 遮光あるいはその中間の状態に 制御できるので、視野の限定などができる。

ここで、本発明の液晶を用いた共焦点顕微鏡の動作について説明する。

被観察物 2に照射する光が、 第一のマイクロレンズアレイ 2 1により第一のマ トリクス式液晶素子の各画素 2 2 aへ入射し、 被観察物 2に第一の複数の焦点 2 4を形成する。 さらに、 被観察物 2の反射光または蛍光が、検出光学系 3 0， に おいて、 第二のマイクロレンズアレイ 3 8と、 第二のマトリクス式液晶素子 3 9 の各画素を使用して第二の複数の焦点 4 1を形成することから、本発明の顕微鏡 は共焦点顕微鏡として動作する。 この際、 マトリクス式液晶素子 2 2 , 3 9の各 画素を透過する光において、 その偏光方向が互いに直交するようにマトリクス式 液晶素子 2 2 , 3 9の各画素が制御され得る。

従って、 前記した従来例 1のように、 クロストークが生じない程度離れたピン ホールの下に、試料を走査して時系列で画像を測定して合成する必要がない。 ま た、従来例 2のように、 クロストークが生じない程度離れたピンホールの組み毎 の画像を、 時系列で測定して合成する必要がない。 このため、 本発明の液晶を用 いた共焦点顕微鏡によれば、 マトリクス式液晶素子の全ての画素をピンホールと した画面を形成しても、 クロストークによる画面の乱れがなくなり、 リアルタイ ムで被観察物の全画像を観察できる。 これにより、 被観察物 2の機械的な走査制 御を行わないで、被観察物 2の反射光または蛍光の観察を高速に行うことができ る。 また、 多重共焦点間におけるクロスト一クを防止できるので、横方向と深さ 方向の分解能が向上する。 また、 2枚のマトリクス式液晶素子の組み合わせによ り、 偏光制御、 検出信号の選択等を実現することができる。

次に、 本発明において、液晶を用いた共焦点顕微鏡の第 2の実施の形態の変形 例を示す。 図 7は、本発明による液晶を用いた共焦点顕微鏡の別の構成を示す図 である。 図示する液晶を用いた共焦点顕微鏡 5 ' が、 図 6に示す液晶を用いた共 焦点顕微鏡 5と異なるのは、 入射光学系 2 0 ' である。 他の照明光学系 1 0、検 出光学系 3 0， 、制御.系 5 0， 、 ステージ 3は、 図 6と同じ構成であるので、説 明は省略する。 本例では、 入射光学系 2 0 ' において、 マトリクス式液晶素子 2 2の下部に第二の偏光子 2 5を設けている点が図 6の入射光学系と異なる。 この第二の偏光子 2 5による作用は、 図 4及び図 5で説明したように、 第一の マトリクス式液晶素子の画素 2 2 aの駆動電圧により照明光強度を変えることで ある。 入射光学系の第一のマトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aにおいて、 隣り合う各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向を互いに直交させるように、 第一 のマトリクス式液晶素子 2 2の各画素が制御され得る。

ここで、 被観察物 2の反射光により撮像素子 3 3に形成される複数の焦点 4 1 間のクロストークは、 第二のマトリクス式液晶素子の各画素の偏光制御により防 止できる。 従って、 入射光の照明制御を行なった場合であっても、反射光のクロ ストークのない像を形成できるので、 従来の共焦点顕微鏡のように機械的な走査 をして全画面を合成する必要がなく、制御系 5 0， のディスプレー装置 5 4で直 ちに観察できる。 これにより、 被観察物 2の機械的な走査を行わないで、 被観察 物 2の反射光または蛍光の観察を高速に行うことができる。 また、 多重共焦点間 におけるクロストークを防止でき、 分解能が向上する。 さらに、 2枚のマトリク ス式液晶素子と、 第二の偏光子 2 5との組み合わせにより、 照明光制御、 偏光制 御、検出信号の選択等を実現することができる。

次に、本発明の共焦点顕微鏡の第 3の実施の形態を示す。 図 8は第 3の実施の 形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 図 8に示す共 焦点顕微鏡 7が、 図 1に示す共焦点顕微鏡 1と異なるのは、 照明光学系 6 0及び 制御系 7 0である。 他の入射光学系 2 0、 検出光学系 3 0、 ステージ 3は、 図 1 と同じ構成であるので、 それらの説明は省略する。

照明光学系 6 0は照明光源 1 1に光強度変調を印加できる点が、 図 1の液晶を 用いた共焦点顕微鏡 1と異なっている。 照明光学系 6 0は、 照明光源 1 1と、光 強度変調部 6 1から構成されている。 光強度変調部 6 1は、 照明光源 1 1を光強 度変調したビーム光 6 2を発生させる。 照明光源 1 1の光強度変調には、 マトリ クス式液晶素子、音響光学素子、 デジタル ' ミラー 'デバイスなどの光強度変調 素子を用いることができる。

図 8に示す照明光学系 6 0は、光強度変調素子として、 マトリクス式液晶素子 を用いた場合であり、 照明光源 1 1と、 コリメ一夕 1 2と、 第二の偏光子 6 3と 、光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4と、 第四の偏光子 6 5とから構成され ている。

照明光源 1 1は、 例えばレーザ光源を用い、 出射した光はレンズ 1 2 a及ぴレ ンズ 1 2 bからなるコリメ一夕 1 2によって所望のビーム径の平行光に拡大され る。 第三の偏光子 6 3及び第四の偏光子 6 5の配置は互いに直交する配置であり 、 この拡大されたビームは、 第三及び第四の偏光子 6 3、 6 5の間に挿入されて いる光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4の各画素に印加される電圧により光 の強度が変調、 所謂 AM変調 （周波数 f 1 ) される。

光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4は、後述する制御系 7 0により制御さ れる。 この際、 隣接する画素同士の光強度変調周波数が異なるように、例えば、 f 1 , f 2というように異なる複数の周波数で強度変調してもよい。 これらの変 調周波数は、 互いに高調波関係とならないように選定することが好ましい。

図 9は本発明の第 3の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の別の構成 例を示す模式図である。 照明光学系 6 0， は、 照明光源 1 1とコリメ一夕 1 2と の間にさらに音響光学素子 6 8が配設されている点が、 図 8の照明光学系 6 0と 異なる。 照明光源 1 1は、音響光学素子 6 8により光強度変調 （変調周波数 f _A0 ) された後に、 コリメ一夕 1 2によって、所望のビーム径の平行光に拡大された のち、光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4により光の強度が変調され （変調 周波数 f 2 ) 、所謂、 二重強度変調される。 音響光学素子 6 8は、光強度変調用 マトリクス式液晶素子よりも高い周波数で光強度変調をすることができる （ f AO

> f 1 , f 2 ) 。

制御系 7 0は、光強度変調された反射光を検出する点が、 図 1の液晶を用いた 共焦点顕微鏡 1の制御系 5 0と異なる。 制御系 7 0は、光強度変調制御部 5 6と 光強度変調された反射光を検出する画像処理装置 5 δを有している。 光強度変調 制御部 5 8は、光強度変調素子 6 4 , 6 8を駆動制御し、 照明光源 1 1の光強度 変調を行う。 照明光学系 6 0において光強度変調された入射光は、 図 1に示す共 焦点顕微鏡 1と同様に、 入射光学系 2 0を介して被観察物 2に照射される。 この 被観察物 2からの反射光は、検出光学系 3 0に入射し画像処理装置 5 8において 信号処理されて画像信号がパーソナルコンピュータ 5 1に送出される。

画像処理装置 5 8は、検出電気信号用の増幅器、 A/ D変換器などを備え、検 出光学系からの時間軸信号をデジタル化して、 パーソナルコンピュータ 5 1に送 出する。 パーソナルコンピュータ 5 1は、 時間軸信号を周波数軸に変換するフー リエ変換処理をして、 被観察物 2の反射光のまたは蛍光の光強度分布を得て、 デ ィスプレー装置 5 4に表示する。 フ一リェ変換は、 高速フーリェ変換の計算手法 により ί亍ぅことができる。

次に、 第 3の実施形態に係る共焦点顕微鏡 7の動作について説明する。

第 3実施形態の共焦点顕微鏡 7の動作は、被観察物 2に照射される光が光強度 変調されている点が、共焦点顕微鏡 1と異なる。 マトリクス式液晶素子 2の各 画素 2 2 aにおいて、各画素 2 2 aを透過する光は光強度変調されると共に、 そ の偏光方向が互いに直交するように、 マトリクス式液晶素子の各画素 2 2 aが制 御されている。 被観察物 2からの反射光または蛍光に照射される光は、検出光学 系 3 0及び制御系 7 0において、光強度変調された各画素からの信号を周波数信 号に変換することにより、 周波数軸上で検出できる。 この際、液晶を用いた共焦 点顕微鏡 7内で生じるクロストーク以外の雑音などは、光強度変調周波数とは異 なり周波数軸で容易に判別処理できるので、 信号対雑音比 （S /N比） を増大さ せることができる。 即ち被観察物 からの反射光または蛍光を高感度で検出する ことができる。 また、 隣り合う画素同士が異なる周波数で光強度変調されている 場合には、 さらにクロストークを防止できる。 これにより、 多重共焦点間におけ るクロストークを防止できるとともに、反射光または蛍光の強度を光強度変調の 周波数で検出できるので高感度となり、共焦点顕微鏡 1よりも、 さらに、横方向 及び深さ方向の分解能が向上する。 また、被観察物 2の機械的な走査を行わない で、 被観察物 2の反射光または蛍光の観察を高速に行うことができる。

次に、共焦点顕微鏡の上記第 3の実施の形態の変形例を示す。 図 1 0は第 3の 実施の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の別の構成を示す模式図である。 図 1 0に示す共焦点顕微鏡 7， が、 図 8に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 7と異な るのは、 入射光学系 2 0である。 他の照明光学系 6 0、 検出光学系 3 0、制御系 7 0、 ステージ 3は、 図 8と同じ構成であるので、説明は省略する。 入射光学系 2 0において、 マトリクス式液晶素子 2 2の下部に第二の偏光子 2 5を設けてい る点が、 図 8の入射光学系と異なる。 この例では、 第二の偏光子 2 5を追カ卩した ことにより、 図 5で説明したように、 照明光の強度制御を行うことができる。 こ れにより、 被観察物に応じてマトリクス式液晶素子の各画素 1 2 aを制御するこ とで、 照明光強度の制御ができることになる。

次に、本発明の共焦点顕微鏡の第 4の実施の形態を示す。 図 1 1は第 4の実施 の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 図 1 1に示 す共焦点顕微鏡 8が、 図 8に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 7と異なるのは、 照 明光学系 8 0及び制御系 9 0である。 他の入射光学系 2 0、 検出光学系 3 0、 ス テージ 3は、 図 8と同じ構成であるので、説明は省略する。 照明光学系 8 0は、 照明光源 1 1が複数の波長を有する光源と、各波長の光源に異なる光強度変調を 印加する光強度変調部 8 2から構成されている。 図においては、照明光源 1 1が 3つの異なる波長の光源 1 l a , l i b , 1 1 cを有するとして説明する。 光強 度変調部 8 2は、照明光源 1 1を光強度変調したビーム光 8 4を発生させる。 照 明光源 1 1の光強度変調には、 マトリクス式液晶素子、 音響光学素子、 デジタル •ミラー -デバイスなどの光強度変調素子を用いることができる。 制御系 9 0は 、照明光源の光強度変調制御部 9 1と、光強度変調された被観察物 2の反射光ま たは蛍光を検出する画像処理装置 9 2と、 を有している。

図 1 2は、上記第 4の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の一構成例 を示す模式図である。 照明光学系 8 0は、 3つの異なる波長の光源 1 1 a , 1 1 b , 1 1 cのそれぞれに、 コリメ一夕 1 2 a , 1 2 b , 1 2 cと、 第三の偏光子 6 3 a , 6 3 b , 6 3 cと、 光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4 a , 6 4 b ， 6 4 cと、 第四の偏光子 6 6 a , 6 4 b , 6 4 cと、 ビームスプリッ夕ー 8 5 , 8 6， 8 7と、 から構成されている。 例えば、照明光源 1 1 aにおいては、 図 9で説明した照明光源 1 1と同様に、 出射した光は、 レンズ 1 1 a及びレンズ 1 2 bからなるコリメ一タ 1 2によって所望のビーム径の平行光に拡大される。 第 三の偏光子 62及び第四の偏光子 66の配置は、互いに直交する配置である。 こ の拡大されたビームは、 第三の偏光子 62 a及び第四の偏光子 66 aの間に揷入 されている光強度変調用マトリクス式液晶素子 64 aの各画素に印加される電圧 により光の強度が変調、 所謂 AM変調 （周波数 f 1) され、 光強度変調されたビ ーム 84 aとなる。

光強度変調用マトリクス式液晶素子 64 aは、制御系 90の光強度変調制御部 9 1により制御される。 照明光源 1 1 b及び 1 1 cにおいても、 照明光源 1 1 a と同様に、光強度変調用マトリクス式液晶素子 64 b及び 64 cにより光強度変 調されたビーム 84 b (周波数 f 2) , 84 c (周波数 f 3) となる。

光強度変調制御部 9 1は、 光強度変調素子 64 a， 64b, 64 cを駆動制御 し、 照明光源 1 l a, l i b, 1 1 cの強度変調を行う。 照明光学系 80におい て光強度変調されたビーム 84 a, 84 b, 84 cは、 それぞれ、 ビームスプリ ッ夕ー 85, 86, 87に入射し、 合波されて光強度変調されたビーム 84とな る。 ここで、 隣接する画素同士の光強度変調周波数が異なるように、光強度変調 されたビーム 84 a, 84 b, 84 cの各画素毎に異なる複数の周波数で強度変 調してもよい。 例えば、 光強度変調されたビーム 84 a (波長; I 1 ) の光強度変 調周波数を隣り合う画素の順に f 1， f 2, f 3とし、 同様に、 光強度変調され たビ一ム 84 b (波長; I 2 ) の光強度変調周波数を f 4， f 5, f 6とし、 光強 度変調されたビーム 84 c (波長; I 3 ) の光強度変調周波数を f 7， f 8, f 9 としてもよい。 これらの変調周波数は、互いに高調波関係とならないように選定 することが好ましい。

光強度変調されたビーム 84は、 図 8に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 7と同 様に、 入射光学系を介して被観察物 2に照射される。 この被観察物 2からの反射 光または蛍光は、検出光学系 30に入射し画像処理装置 92において信号処理さ れて画像信号がパーソナルコンピュータ 5 1に送出される。

画像処理装置 92は、 検出電気信号用の増幅器、 A/D変換器などを備え、検 出光学系からの時間軸信号をデジタル化してパーソナルコンピュータ 5 1に送出 する。 パーソナルコンピュータ 5 1は、 時間軸信号を周波数軸に変換するフ一リ ェ変換処理をして、 反射光の強度分布を得てディスプレー装置 54に表示する。 フ一リェ変換は、 処理時間を短くするためには高速フーリェ変換の計算手法によ り演算処理すればよい。

次に、 上記第 4実施形態の共焦点顕微鏡 8の動作について説明する。 この共焦 点顕微鏡⁸の動作は、被観察物²に照射される複数の光が光強度変調されている 点が、共焦点顕微鏡 7と異なる。 マトリクス式液晶素子 1 2の各画素 1 2 aにお いて、 各画素 2 2 aを透過する光は光強度変調されると共に、 その偏光方向が互 いに直交するように、 マトリクス式液晶素子の各画素 2 2 aが制御されている。 被観察物 2からの複数の波長の反射光または蛍光は、 検出光学系 3 0及び制御系 9 0において、各波長の光強度変調された各画素からの信号を周波数軸上で検出 できる。 この際、 液晶を用いた共焦点顕微鏡 7内で生じるクロストーク以外の雑 音等などは光強度変調周波数とは異なり周波数軸で容易に判別処理できるので、 信号対雑音比 （S / N比） を増大させることができる。 即ち、 被観察物 2の複数 の波長からの反射光または蛍光を高感度で検出することができる。 また、 隣り合 う画素同士が異なる周波数で光強度変調されている場合には、 さらにクロストー クを防止できる。 これにより、 多重共焦点間におけるクロストークを防止できる とともに、 複数の波長からの反射光または蛍光の強度を光強度変調の周波数で検 出できるので多波長において高感度となり、共焦点顕微鏡 7では得られない多波 長からの横方向及び深さ方向の分解能が向上する。 また、 被観察物 2の機械的な 走査を行わないで、 被観察物 2の反射光または蛍光の観察を高速に行うことがで きる。

次に、 共焦点顕微鏡の第 4の実施の形態の変形例を示す。 図 1 3は第 4の実施 の形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の別の構成を示す模式図である。 図 1 3 に示す共焦点顕微鏡 8 ' が、 図 1 1に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 8と異なる のは、 入射光学系 2 0である。 他の照明光学系 8 0、検出光学系 3 0、 制御系 9 0、 ステージ 3は、 図 1 1と同じ構成であるので、 説明は省略する。 入射光学系 2 0において、 マトリクス式液晶素子 1 2の下部に第二の偏光子 2 5を設けてい る点が、 図 1 1の入射光学系と異なる。 この変形例では、 第二の偏光子 2 5を追 加したことにより、 図 5で説明したように、照明光の強度制御を行うことができ る。 これにより、 被観察物に応じてマトリクス式液晶素子の各画素 I 2 aを制御 することで、 照明光強度の制御ができることになる。

次に、本発明の共焦点顕微鏡の第 5の実施の形態を示す。 図 1 4は第 5の実施 形態による液晶を用いた共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 図 1 4に示す 共焦点顕微鏡 9が、 図 6に示す液晶を用いた共焦点顕微鏡 5と異なるのは、 照明 光学系 6 0及び制御系 1 0 0である。 他の入射光学系 2 0 ' 、 検出光学系 3 0 ' 、 ステージ 3は、 図 6と同じ構成であるので、 説明は省略する。 照明光学系 6 0 は、 図 8に示した照明光学系 6 0と同じであり、光源 1 1と光強度変調部 6 2と から構成されていて、照明光源 1 1を光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4に より光強度変調したビーム光 6 2を発生させる。 光強度変調用マトリクス式液晶 素子 6 4は、 後述する制御系 1 0 0により制御される。 この際、 隣接する画素同 士の光強度変調周波数が異なるように、 異なる複数の周波数で強度変調すること が好ましい。

図 1 5は、 上記第 5の実施の形態による共焦点顕微鏡の照明光学系の別の構成 例を示す模式図である。 この共焦点顕微鏡 9 Aにおいて、照明光学系 6 0は、 照 明光源 1 1と、 コリメ一夕 1 1との間にさらに音響光学素子 6 8が配設されてい る点が、 図 1 4の照明光学系 6 0と異なる。 照明光源 1 1は、 音響光学素子 6. 8 により光強度変調された後に、 コリメ一夕 1 2によつて所望のビーム径の平行光 に拡大されたのち、 光強度変調用マトリクス式液晶素子 6 4により光の強度が変 調され、 所謂、二重強度変調される。 音響光学素子 6 8は、光強度変調用マトリ クス式液晶素子よりも高い周波数で光変調することができる。

制御系 1 0 0は、 光強度変調制御部 5 6と光強度変調された反射光を検出する 画像処理装置 1 0 1を有している点が、 図 6の制御系 5 0 ' と異なる。 光強度変 調制御部 5 6は光強度変調素子 6 4を駆動制御し、 照明光源 1 1の強度変調を行 う。 照明光学系 6 0において光強度変調された入射光は、 図 6に示す共焦点顕微 鏡 5と同様に、 入射光学系 2 0， を介して被観察物 2に照射される。 この被観察 物 2からの反射光は、検出光学系 3 0， に入射し画像処理装置 1 0 1において信 号処理されて画像信号がパーソナルコンピュータ 5 1に送出される。

画像処理装置 1 0 1は、検出電気信号用の増幅器、 A/D変換器などを備え、 検出光学系からの時間軸信号をデジタル化してパーソナルコンピュータ 5 1に送 出する。 パーソナルコンビュ一夕 5 1は、 時間軸信号を周波数軸に変換するフー リェ変換処理をして、 被観察物 2の反射光または蛍光の光強度分布を得てディス プレー装置 5 4に表示する。 フーリエ変換は、 高速フ一リエ変換の計算手法によ り行うことができる。

ここで、 第 5の実施形態の共焦点顕微鏡の動作について説明する。 上記第 5の 実施形態の共焦点顕微鏡 9では、 第 2の実施形態による共焦点顕微鏡 5の動作で 説明したと同様に、 マトリクス式液晶素子 2 2 , 3 9の各画素を透過する光の偏 光方向が互いに直交するように、 マトリクス式液晶素子 2 2 , 3 9の各画素が制 御される。

第 5の実施形態では、被観察物 2からの反射光または蛍光に照射される光は、 検出光学系 3 0及び制御系 1 0 0において、 光強度変調された各画素からの信号 を周波数軸上で検出できる。 この際、 液晶を用いた共焦点顕微鏡 9内で生じるク ロストーク以外の雑音などは光強度変調周波数とは異なり周波数軸で容易に判別 処理できるので、 信号対雑音比 （S /N比） を増大させることができる。 即ち、 被観察物 2からの反射光または蛍光を高感度で検出することができる。 また、 隣 り合う画素同士が異なる周波数で光強度変調されている場合には、 さらにクロス トークを防止できる。

次に、 本発明の共焦点顕微鏡の第 5の実施の形態の変形例を図 1 6に示す。 図 示する液晶を用いた共焦点顕微鏡 9 Bが、 図 1 4に示す液晶を用いた共焦点顕微 鏡 9と異なるのは、 入射光学系 2 0 ' である。 他の照明光学系 6 0、検出光学系 3 0， 、 制御系 1 0 0、 ステージ 3は、 図 1 4と同じ構成であるので、説明は省 略する。 本例では、 入射光学系 2 0 ' において、 マトリクス式液晶素子 2 2の下 部に第二の偏光子 2 5を設けている点が図 1 4の入射光学系と異なる。

この第二の偏光子 2 5による作用は、 図 4及び図 5で説明したように、 第一の マトリクス式液晶素子の画素 2 2 aの駆動電圧により照明光強度を変えることで ある。 入射光学系の第一のマトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aにおいて、 隣り合う各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向を互いに直交させるように、 第一 のマトリクス式液晶素子 1 2の各画素が制御され得る。

次に、 本発明の共焦点顕微鏡の第 6の実施の形態を図 1 7に示す。 共焦点顕微 鏡 9 Cが、 図 1 4に示す共焦点顕微鏡 9と異なるのは、 照明光学系 8 0と制御系 1 0 0， である。 なお、 図 1 4と同一の構成要素には同じ符号を付して説明は省 略する。 照明光学系 8 0は、 図 1 1及び図 1 2と同じ構成とすることができるの で詳しい説明は省略する。 また、制御系 1 0 0 ' は、光強度変調制御部 5 6と光 強度変調された反射光を検出する画像処理装置 1 0 1を有している以外は、 図 1 4と同じ構成とすることができるので詳しい説明は省略する。

ここで、 照明光源 1 1は異なる 3波長の光 1 1 a， l i b , 1 1 cを有し、 そ れぞれの波長の光は光強度変調されている。 マトリクス式液晶素子 2 2， 3 9の 各画素を透過する光において、 その偏光方向が互いに直交するようにマトリクス 式液晶素子 2 2 , 3 9の各画素が制御され。 そして、各画素において、異なる波 長の反射光または蛍光が光強度変調されているので、 クロストークが生じない。 また、 各画素における波長の異なる入射光は光強度変調周波数が異なるので、各 波長からの反射光または 光を容易に識別することができる。

さらに、 共焦点顕微鏡 9内で生じるクロストーク以外の雑音等も光強度変調周 波数とは異り周波数軸で容易に判別処理できるので、信号対雑音比 （S /N比） を増大させることができる。 即ち、 被観察物 2からの反射光または蛍光を高感度 で検出することができる。

これにより、被観察物 2の機械的な走査と、波長により検出器の切り替えを行 うことなしに、 被観察物 2の多波長からの反射光または堂光の観察を高速に高感 度で行うことができる。 また、 多重共焦点間におけるクロストークを防止でき、 分解能が向上する。

次に、共焦点顕微鏡の第 6の実施の形態の変形例を図 1 8を参照しつつ説明す る。 図示の液晶を用いた共焦点顕微鏡 9 Dが、 図 1 7に示す共焦点顕微鏡 9 Cと 異なるのは入射光学系 2 0， である。 他の照明光学系 8 0、検出光学系 3 0 ' 、 制御系 1 0 0， 、 ステージ 3は、 図 1 7と同じ構成であるので説明は省略する。 本例では、 入射光学系 1 0， において、 マトリクス式液晶素子 1 2の下部に第二 の偏光子 2 5を設けている点が図 1 7の入射光学系と異なる。

この第二の偏光子 2 5による作用は、 図 4及び図 5で説明したように、 第一の マトリクス式液晶素子の画素 2 2 aの駆動電圧により、 照明光強度を変えること である。 入射光学系の第一のマトリクス式液晶素子 2 2の各画素 2 2 aにおいて 、 隣り合う各画素 2 2 aを透過する光の偏光方向を互いに直交させるように、 第 一のマトリクス式液晶素子 2 の各画素が制御される。

ここで、被観察物 2の反射光により撮像素子 3 3に形成される複数の焦点 4 1 間のクロストークは、 第二のマトリクス式液晶素子の各画素の偏光制御により防 止できる。 従って、 入射光の照明制御を行なった場合であっても、反射光のクロ ストークのない像を形成できるので、従来の共焦点顕微鏡のように機械的な走査 をして全画面を合成する必要がなく、 制御系 1 0 0， のディスプレー装置 5 4で 直ちに観察できる。 これにより、被観察物 2の機械的な走査を行わないで、被観 察物 2の多波長からの反射光または萤光の観察を高速に行うことができる。 また 、 多重共焦点間におけるクロストークを防止でき、 分解能が向上するとともに、 光変調された光源により感度を向上させることができる。 さらに、 2枚のマトリ クス式液晶素子と、 第二の偏光子 2 5との組み合わせにより、 照明光制御、偏光 制御、検出信号の選択等を実現することができる。

以下、 共焦点顕微鏡を用いたマイクロアレイ基板の測定方法の実施の形態を説 明する。

ここで、 マイクロアレイ基板は、微量の D NA、 または、 生体物質を平板状に 配置した被観察物である。 これらのマイクロアレイ基板は、 選択的に標識となる 蛍光物質が予め付与されている。 また、 このマイクロアレイ基板は、蛍光標識化 した未知の一本鎖 D N Aとハイプリダイゼーシヨン反応させた D NAマイクロア レイ基板でもよい。

上記 D NAマイクロアレイ基板を、 図 6に示す本発明の共焦点顕微鏡 5を用い て観察する測定方法について説明する。 共焦点顕微鏡 5の第一及び第二のマトリ クス式液晶素子 2 2及び 3 9の大きさは、 D N Aマイクロアレイ基板よりも十分 に大きいものを使用する。 従って、 D N Aマイクロアレイ基板の全体の反射像ま たは 光は、共焦点顕微鏡 5を用いて観察できる。

先ず、 D NAマイクロアレイ基板をステージ 3に載置して照明光源 1 1を点灯 する。 次に、 照明光源 1 1の焦点位置と、 D NAマイクロアレイ基板の検出位置 が重なるように、 観察する D NAマイクロアレイ基板の Z方向位置を XY Zステ —ジ 3 a及び Θステージ 3 bを用いて調節する。

D NAマイクロアレイ基板への入射光は、 マトリクス式液晶素子 2 2によって 、 隣接する画素を透過した入射光の偏光方向を互いに直交させるように第一の液 晶制御部 5 2により制御される。 この際、 検出光学系の第二のマトリクス式液晶 素子 3 9の各画素もまた、 第二の液晶制御部により制御される。

このようにして、 D N Aマイクロアレイ基板で発生した全部の蛍光が、 撮像素 子 3 3として、例えば C C Dカメラを使用することで同時に検出でき、検出する 信号の強度や偏光方向を変化させて蛍光画像観察を行うことができる。

ここで、 マトリクス式液晶素子 2 2 , 3 9の画素の大きさは、 1 0 /i m〜2 0 u mであり、例えば、 D N Aマイクロアレイ基板で発生する一つの蛍光の大きさ は直径が 1 0 0 m程度であるので、 分解能は十分にある。 従って、 D NAマイ クロアレイ基板の蛍光の数や蛍光発生個所を、 直ちに判別することができる。 そ して、制御系 5 0のパーソナルコンピュータ 5 1を使用して、画像の記録ゃデー タ処理を敏速にラうことが'できる。

また、 上記 D NAマイクロアレイ基板を、 図 1 4に示す本発明の共焦点顕微鏡 9を用いて観察すれば、 光源が光強度変調されており、 D NAマイクロアレイ基 板から蛍光を周波数軸で高感度で測定できる。

次に、 選択的に標識となる複数の蛍光波長を有する蛍光物質が予め付与されて いる場合の D NAマイクロアレイ基板を、 図 1 1に示す本発明の共焦点顕微鏡 5 を用いて観察する測定方法について説明する。 図 1 6に示す本発明の共焦点顕微 鏡 9 Bを用いて観察すれば、 光源が多波長で、各波長が光強度変調されており、 D N Aマイクロアレイ基板からの多波長の蛍光を周波数軸で高感度で測定するこ とができる。

上記した共焦点顕微鏡を用いたマイクロアレイ基板の測定方法によれば、 マイ クロアレイ基板上にマトリクス式液晶素子の画素数に相当する多重の焦点が生じ

、 その反射光が分離光学系を通って共焦点検出光学系へ入射し、 マトリクス式液 晶素子を通って画素数に相当する多重の焦点として形成される。 従って、本発明 の共焦点顕微鏡によれば、 マトリクス式液晶素子の画素数に対応する被観察物を 一度に観察することができる。 また、 一波長に限らず多波長の光源を用いること ができるので、 D NAマイクロアレイ基板上からの多波長の蛍光を短時間に、 精 度よく測定することができる。 これにより、 D NAマイクロアレイ基板上で励起 された蛍光の鮮明な全体像が、 D NAマイクロアレイ基板の機械的な走查なしに 、 すなわちリアルタイムで観察できる。

次に、共焦点顕微鏡を用いた偏光の測定方法の実施の形態を説明する。 偏光は 被観察物 2の反射光または蛍光からの偏光であり、例えば、 図 1 7に示す本発明 の共焦点顕微鏡 9 Cを用いて、 上記 D N Aマイクロアレイ基板による蛍光からの 偏光を観察する場合を例にとつて説明する。

先ず、 D NAマイクロアレイ基板をステージ 3に載置して、 照明光源 1 1を点 灯する。 次に、 照明光源 1 1の焦点位置と、 D NAマイクロアレイ基板の検出位 置が重なるように、観察する D N Aマイクロアレイ基板の Z方向位置を X Y Zス テ一ジ 3 a及び 0ステージ 3 bを用いて調節する。

D NAマイクロアレイ基板への入射光は、 マトリクス式液晶素子 2 2によって 、 隣接する画素を透過した入射光の偏光方向を互いに変化させるように第一の液 晶制御部 5 2により制御される。 この際、 各画素を透過する光の偏光方向を画素 毎に独立して制御することができる。 この偏光を 1 8 0度回転させると、 偏光子 2 5を透過する光の量が変化し、被観察物からの偏光の変化を観察することがで きる。

このようにして、 D NAマイクロアレイ基板、 生物試料、糖などにおける蛍光 や反射光からの偏光を撮像素子 3 3として、 例えば C C Dカメラを使用すること で検出できる。 また、本発明の共焦点顕微鏡 9 Bを用いて観察すれば、光源が多 波長で各波長が光強度変調されており、 D NAマイクロアレイ基板からの多波長 の蛍光の偏光を周波数軸で高感度で測定することができる。

ここで、 マトリクス式液晶素子 2 2 , 3 9の画素の大きさは、 1 0〃 m〜 2 0 mであり、例えば D NAマイクロアレイ基板で発生する一つの蛍光の大きさは 直径が 1 0 0〃m程度であるので、 分解能は十分にある。 従って、 D NAマイク ロアレイ基板の蛍光の偏光を直ちに測定することができる。 この際、制御系 5 0 のパーソナルコンピュータ 5 1を使用して、画像の記録やデータ処理を敏速に行 うことができる。 本発明の共焦点顕微鏡を用いた反射光や蛍光の偏光の測定方法によれば、 マイ クロアレイ基板上にマトリクス式液晶素子の画素数に相当する多重の焦点が生じ

、 その反射光が、 分離光学系を通って共焦点検出光学系へ入射し、 マトリクス式 液晶素子を通って画素数に相当する多重の焦点として形成される。 従って、本発 明の共焦点顕微鏡によれば、 マトリクス式液晶素子の画素数に対応する被観察物 からの偏光を一度に観察することができる。 また、一波長に限らず多波長の光源 を用いることができるので、被観察物からの多波長の反射光または蛍光からの偏 光を短時間に精度よく測定することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、 特許請求の範囲に記載した 発明の範囲内で種々の変形が可能であり、 それらも本発明の範囲内に含まれるこ とはいうまでもない。 上述した実施形態においては、 検出光学系に撮像素子を用 いたが、撮像素子位置で目視の観察や写真撮影なども行うことができるように、 検出系は必要に応じて複数の検出系とすることも可能である。 また、 多波長とす る入射光学系及び検出光学系の構成や光強度変調素子などは、 被観察物に応じて 最適な設計や使用部品を選定できることは勿論である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 照明光源から偏光を、 ビームスプリツタ一， マイクロレンズアレイを 上部に配置したマトリクス式液晶素子及び対物レンズを介して被観察物へ入射す る人射光学系と、

被観察物からの反射光または堂光を、上記ビームスプリッ夕一とレンズを介し て検出する撮像素子を含む検出光学系と、

上記マトリクス式液晶素子の各画素を制御する液晶制御部を含む制御系を含む 制御系と、 を備えた共焦点顕微鏡であって、

上記マイクロレンズァレイを透過したマイク口レンズ毎の光を、上記マトリク ス式液晶素子の各画素每に透過させ、 上記対物レンズにより上記被観察物に複数 の焦点を結ばせると共に、

上記マトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を上記液晶制御部 を用いて制御し、 上記液晶制御部が、 マトリクス式液晶素子の各画素を透過する 光の偏光方向を互いに直交するように制御することを特徴とする、液晶を用いた 共焦点顕微鏡。

2 . 前記マトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し、該偏光子を透 過した光の偏光が、 前記マトリクス式液晶の各画素で制御されることを特徴とす る、請求項 1に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

3 . 照明光源からの偏光を、 ビームスプリツ夕一， レンズ， 第一のマイ クロレンズアレイを上部に配置した第一のマトリクス式液晶素子を介して被観察 物へ入射する入射光学系と、

被観察物からの反射光または蛍光を、 ビームスプリツ夕一， レンズ， 第二のマ イク口レンズアレイを上部に配置した第二のマトリクス式液晶素子， 集光レンズ を介して検出する撮像素子を含む検出光学系と、

上記第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を 制御する第一及び第二の液晶制御部とを含む制御系と、 を備えた共焦点顕微鏡で あゥてヽ

上記第一のマイクロレンズァレイを透過したマイクロレンズ毎の光を、 上記第 一のマトリクス式液晶素子の各画素毎に透過させ、上記被観察物に複数の焦点を 結ばせ、

さらに、上記第二のマイクロレンズアレイを透過したマイクロレンズアレイ每 の上記反射光または蛍光を、 上記第二のマトリクス式液晶素子の画素毎に透過さ せ、上記撮像素子に複数の焦点を結ばせると共に、

上記第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を 、上記第一及び第二の液晶制御部を用いて制御することを特徴とする、液晶を用 いた共焦点顕微鏡。

4 . 前記入射光学系の第一の液晶制御部が、 第一のマトリクス式液晶素 子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように制御することを特 徴とする、請求項 3に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

5 . 前記検出光学系の第二の液晶制御部が、 第二のマトリクス式液晶素 子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように制御することを特 徴とする、請求項 3に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

6 . 前記第一のマトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し、 該偏光 子を透過した光の偏光方向が、前記第一のマトリクス式液晶の各画素で制御され ることを特徴とする、請求項 3に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

7 . 照明光源から光強度変調された偏光を、 ビ一ムスプリッター， マイ クロレンズアレイを上部に配置したマトリクス式液晶素子及び対物レンズを介し て被観察物へ入射する入射光学系と、

被観察物からの反射光または蛍光を、上記ビームスプリッターとレンズを介し て検出する撮像素子を含む検出光学系と、

上記マトリクス式液晶素子の各画素を制御する液晶制御部と上記照明光源の光 強度変調制御部とを含む制御系と、 を備えた共焦点顕微鏡であつて、

上記マイクロレンズァレイを透過したマイクロレンズ每の光を、上記マトリク ス式液晶素子の各画素毎に透過させ、上記対物レンズにより上記被観察物に複数 の焦点を結ばせると共に、

上記マトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を上記液晶制御部 を用いて互いに直交するように制御し、

上記被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信号を周波数信号に変換す ることにより検出することを特徴とする、 液晶を用いた共焦点顕微鏡。

8 . 前記マトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し、該偏光子を透 過した光の偏光が、 前記マトリクス式液晶の各画素で制御されることを特徴とす る、 請求項 7に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

9 . 前記照明光源が一波長または多波長であり、前記照明光源の光強度 変調がマトリクス式液晶素子、 音響光学素子、 デジタル ' ミラー 'デバイスのい づれかの素子を用いて行われることを特徴とする、 請求項 7に記載の液晶を用い た共焦点顕微鏡。

1 0 . 前記照明光源の一波長あたりの光強度変調が各画素毎に複数の変 調周波数で印加されることを特徴とする、請求項 7または 9に記載の液晶を用い た共焦点顕微鏡。

1 1 . 前記被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信号から周波 数信号への変換が、 高速フーリエ変換で演算処理されることを特徴とする、請求 項 7に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 1 . 照明光源から光強度変調された偏光を、 ビ一ムスプリッター， レ ンズ， 第一のマイクロレンズァレイを上部に配置した第一のマトリクス式液晶素 子を介して被観察物へ入射する入射光学系と、 被観察物からの反射光または蛍光を、 ビームスプリツ夕一， レンズ， 第二のマ イクロレンズァレイを上部に配置した第二のマトリクス式液晶素子， 集光レンズ を介して検出する撮像素子を含む検出光学系と、

上記第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を 制御する第一及び第二の液晶制御部と上記照明光源の光強度変調制御部とを含む 制御系と、 を備えた共焦点顕微鏡であって、

上記第一のマイクロレンズァレイを透過したマイク口レンズ毎の光を、上記第 —のマトリクス式液晶素子の各画素毎に透過させ、上記被観察物に複数の焦点を 結ばせ、

さらに、上記第二のマイクロレンズアレイを透過したマイクロレンズアレイ每 の上記反射光または蛍光を、 上記第二のマトリクス式液晶素子の画素毎に透過さ せ、上記撮像素子に複数の焦点を結ばせると共に、

上記第一及び第二のマトリクス式液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を 、上記第一及び第二の液晶制御部を用いて制御し、

上記被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信号を周波数信号に変換す ることにより検出することを特徴とする、液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 3 . 前記入射光学系の第一の液晶制御部が、前記第一のマトリクス式 液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように制御するこ とを特徴とする、請求項 1 2に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 4 . 前記検出光学系の第二の液晶制御部が、前記第二のマトリクス式 液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を、互いに直交するように制御するこ とを特徴とする、請求項 1 2に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 5 . 前記第一のマトリクス式液晶素子の下部に偏光子を配置し、 該偏 光子を透過した光の偏光が、前記マトリクス式液晶の各画素で制御されることを 特徴とする、 請求項 1 2に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 6 . 前記照明光源が一波長または多波長であり、前記照明光源の光強 度変調がマトリクス式液晶素子、音響光学素子、 デジタル ' ミラー 'デバイスの 何れかを用いて行われることを特徴とする、請求項 1 2に記載の液晶を用いた共

1 7 . 前記照明光源の一波長あたりの光強度変調が各画素毎に複数の変 調周波数で印加されることを特徴とする、請求項 1 2または 1 6に記載の液晶を 用いた共焦点顕微鏡。

1 8 . 前記被観察物からの反射光または蛍光の光強度変調信号から周波 数信号への変換が、 高速フーリエ変換で演算処理されることを特徴とする、請求 項 1 1に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡。

1 9 . 選択的に標識となる蛍光物質が予め付与されているマイクロアレ ィ基板の蛍光測定において、

請求項 1乃至 1 8の何れかに記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡を使用して、 上 記蛍光物質からの蛍光を観察することを特徴とする、 液晶を用いた共焦点顕微鏡 によるマイクロアレイ基板からの蛍光測定方法。

2 0 . 前記マイクロアレイ基板が、微量の D N Aまたは生体物質を含ん でいることを特徴とする、請求項 1 9に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡による 基板の蛍光測定方法。

2 1 . 前記マイクロアレイ基板が、 D N Aチップであることを特徴とす る、請求項 1 9または 2 0に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡によるマイクロア レイ基板の堂光測定方法。

2 2 . 被観察物からの反射光または蛍光からの偏光測定において、請求 項 1乃至 1 8の何れかに記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡を使用して、上記被観 察物からの偏光を測定することを特徴とする、 上記共焦点顕微鏡による偏光測定 方法。

2 3 . 前記液晶を用いた共焦点顕微鏡の液晶マトリクスにおいて、前記 偏光を 1 8 0度変化させることにより、 前記被観察物からの偏光測定を行うこと を特徴とする、請求項 2 2に記載の液晶を用いた共焦点顕微鏡による偏光測定方 法。