(57)【要約】  本出願は、試料から反射された反射光と、前記試料を透過した透過光と、を同時に生成する光生成部と、前記試料を光学的に走査し、且つ、前記反射光が伝搬する第１光路の方向を角度的に調整する走査部と、前記透過光が伝搬する第２光路の方向を角度的に調整する調整部と、前記反射光に応じた第１信号を生成する第１信号生成部と、前記透過光に応じた第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第１信号及び第２信号に応じて、前記反射光によって表される反射像及び前記透過光によって表される透過像が合成された合成画像を生成する画像生成部と、を備える共焦点顕微鏡を開示する。
2014132604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から反射された反射光と、前記試料を透過した透過光と、を同時に生成する光生成部と、
前記試料を光学的に走査し、且つ、前記反射光が伝搬する第１光路の方向を規定する走査部と、
前記透過光が伝搬する第２光路の方向を角度的に調整する調整部と、
前記反射光に応じた第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記透過光に応じた第２信号を生成する第２信号生成部と、
前記第１信号及び前記第２信号に応じて、前記反射光によって表される反射像及び前記透過光によって表される透過像が合成された合成画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記走査部及び前記調整部を制御する制御部を更に備え、
前記光生成部は、出射光を出射する光源部と、前記出射光を前記試料に向けて集光し、試料焦点を形成する対物レンズと、を含み、
前記第１信号生成部は、前記反射光を集光し、第１焦点を形成する第１集光部と、前記第１焦点の周囲において前記反射光が通過可能な第１通過領域を有し、且つ、前記第１通過領域の周囲において前記反射光を遮断する第１遮断領域を有する第１通過部材と、前記第１通過領域を通過した前記反射光の強度を検出し、前記第１信号を生成する第１検出器と、を含み、
前記第２信号生成部は、前記透過光を集光し、第２焦点を形成する第２集光部と、前記透過光が通過可能な第２通過領域と前記第２通過領域の周囲において前記透過光を遮断する第２遮断領域とを有する第２通過部材と、前記第２通過領域を通過した前記透過光の強度を検出し、前記第２信号を生成する第２検出器と、を含み、
前記走査部は、前記第１光路上において前記出射光及び前記反射光を反射する第１反射部と、前記第１反射部を駆動し、前記試料上で規定された主走査方向及び副走査方向に前記試料焦点を変位させる第１駆動部と、を含み、
前記調整部は、前記第２光路上において前記透過光を反射する第２反射部と、前記第２反射部を駆動する第２駆動部と、を含み、
前記制御部は、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御し、前記試料焦点が前記試料上で変位している間、前記第２焦点を前記第２通過領域内に維持することを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
前記光生成部は、前記第２光路上に配置されたコリメートレンズを含み、
前記対物レンズは、前記試料焦点から発せられた前記反射光から第１平行光を生成し、
前記コリメートレンズは、前記試料焦点から発せられた前記透過光から第２平行光を生成し、
前記第１平行光は、前記対物レンズから前記走査部を経由して前記第１信号生成部に到達し、
前記第２平行光は、前記コリメートレンズから前記調整部を経由して前記第２信号生成部に到達することを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２駆動部の駆動動作を、前記第１駆動部の駆動動作に連動させることを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記第１反射部は、前記主走査方向における前記試料焦点の変位を担う第１反射素子と、前記副走査方向における前記試料焦点の変位を担う第２反射素子と、を含み、
前記第１駆動部は、前記第１反射素子を駆動する第１駆動装置と、前記第２反射素子を駆動する第２駆動装置と、を含み、
前記第２反射部は、前記第１反射素子に同期して動作する第３反射素子と、前記第２反射素子に同期して動作する第４反射素子と、を含み、
前記第２駆動部は、前記制御部によって前記第１駆動装置の前記駆動動作に関連づけて制御される第３駆動装置と、前記制御部によって前記第２駆動装置の前記駆動動作に関連づけて制御される第４駆動装置と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記制御部は、前記第３駆動装置を制御し、前記主走査方向における前記試料焦点の前記変位が前記第２焦点の位置に与える影響を低減し、
前記制御部は、前記第４駆動装置を制御し、前記副走査方向における前記試料焦点の前記変位が前記第２焦点の前記位置に与える影響を低減することを特徴とする請求項５に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】
前記試料が載置されるステージと、
前記対物レンズと前記コリメートレンズとの間で規定される光軸に沿って前記ステージを変位させる変位機構と、
前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光の球面収差を補正する第１補正部と、
前記第２平行光の球面収差を補正する第２補正部と、を更に備え、
前記制御部は、前記対物レンズと前記コリメートレンズとの間で規定される前記光軸上における前記ステージの位置に応じて、前記第１補正部及び前記第２補正部を制御し、前記出射光の前記球面収差と前記第２平行光の前記球面収差とを調整することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項８】
前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光の球面収差を補正する第１補正部と、
前記第２平行光の球面収差を補正する第２補正部と、
前記第１平行光の球面収差を検出し、前記第１平行光の前記球面収差を表す第１収差信号を生成する第１収差検出部と、
前記第２平行光の前記球面収差を検出し、前記第２平行光の前記球面収差を表す第２収差信号を生成する第２収差検出部と、を更に備え、
前記制御部は、前記第１収差信号と前記第２収差信号とに応じて前記第１補正部と前記第２補正部とを制御し、前記出射光の前記球面収差と前記第２平行光の前記球面収差とを調整することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記第１補正部及び前記第２補正部それぞれは、液晶素子を含む液晶装置又は可動式のレンズを含む複数のレンズを有するレンズ装置であることを特徴とする請求項７又は８に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記制御部は、前記走査部を通過した前記出射光の光路の傾きを検出し、前記出射光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて、前記走査部及び前記調整部を同期制御する同期制御部と、を含むことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
前記制御部は、前記透過光の光路の傾きを検出し、前記透過光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて、前記走査部及び前記調整部を同期制御する同期制御部と、を含むことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光のコマ収差を補正する第３補正部と、
前記第２平行光のコマ収差を補正する第４補正部と、を更に備え、
前記制御部は、前記走査部を通過した前記出射光の光路の傾きを検出し、前記出射光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて前記第３補正部及び前記第４補正部を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
前記光源部は、前記出射光として第１レーザ光を出射する第１レーザ光源と、前記出射光として、前記第１レーザ光とは波長において異なる第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、を含むことを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１４】
前記画像生成部は、前記反射像と前記透過像との間での輝度レベルの差異を低減する輝度調整処理を行う輝度調整部を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１５】
前記輝度調整部は、前記第１信号を増幅し、増幅信号を生成する増幅部を含み、
前記画像生成部は、前記増幅信号と前記第２信号とから前記合成画像を生成する合成部を含むことを特徴とする請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１６】
前記輝度調整部は、前記第２信号を減衰させ、減衰信号を生成する減衰部を含み、
前記画像生成部は、前記減衰信号と前記第１信号とから前記合成画像を生成する合成部を含むことを特徴とする請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１７】
前記輝度調整部は、前記第１信号を増幅し、増幅信号を生成する増幅部と、前記第２信号を減衰させ、減衰信号を生成する減衰部と、を含み、
前記画像生成部は、前記増幅信号と前記減衰信号とから前記合成画像を生成する合成部を含むことを特徴とする請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
前記輝度調整部は、前記第１信号を１０倍から１００倍の増幅率で増幅することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１９】
前記走査部及び前記調整部それぞれは、ガルバノミラー、音響光学素子、電気光学素子及びポリゴンミラーからなる群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の観察に用いられる共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞といった試料を観察するために、様々な顕微鏡が用いられる。特許文献１は、試料を光学的に走査する顕微鏡を開示する。観察者は、顕微鏡を用いて、試料を観察することができる。【０００３】
図１７は、特許文献１の走査型光学顕微鏡（以下、顕微鏡９００と称される）の概略図である。図１７を参照して、顕微鏡９００が説明される。【０００４】
顕微鏡９００は、レーザ光源９０１と、ビームスプリッタ９０２と、レンズ９０３と、音響光学素子（ＡＣＯＵＳＴＯ−ＯＰＴＩＣ  ＤＥＦＬＥＣＴＯＲ：（以下、ＡＯＤ９０４と称される））と、信号源９０５と、を備える。レーザ光源９０１は、ビームスプリッタ９０２へレーザ光を出射する。ビームスプリッタ９０２は、レンズ９０３へレーザ光を反射する。レーザ光は、その後、レンズ９０３を通じて、ＡＯＤ９０４を入射する。【０００５】
信号源９０５は、ＡＯＤ９０４へ駆動信号を出力する。ＡＯＤ９０４は、駆動信号に応じて、結晶媒体中に誘起される超音波回折格子の格子定数（格子幅）を変化させる。この結果、ＡＯＤ９０４は、レーザ光の偏向を制御することができる。【０００６】
顕微鏡９００は、ミラー９０６，９０７と、レンズ９０８と、共振型のガルバノメータ９０９と、共振振動ミラー９１０と、信号源９１１と、を更に備える。ＡＯＤ９０４は、１次元的な高速走査動作を実行する。レーザ光は、その後、ミラー９０６によって、ミラー９０７へ反射される。レーザ光は、ミラー９０７によって、レンズ９０８へ反射される。レーザ光は、レンズ９０８を通過し、ガルバノメータ９０９に装着された共振振動ミラー９１０に到達する。【０００７】
信号源９１１は、駆動信号をガルバノメータ９０９へ出力する。ガルバノメータ９０９は、駆動信号に応じて、共振振動ミラー９１０を共振振動させる。この結果、レーザ光は、正弦波的な偏向動作を行う共振振動ミラー９１０によって反射される。【０００８】
ガルバノメータ９０９及び共振振動ミラー９１０は、ＡＯＤ９０４による走査動作の方向に対して直交する方向の走査動作を行う。ガルバノメータ９０９及び共振振動ミラー９１０は、ＡＯＤ９０４と協働して、２次元的な走査動作を行う。【０００９】
顕微鏡９００は、球面リレーミラー９１２，９１３と、ガルバノメータ９１４と、ガルバノミラー９１５と、信号源９１６と、を更に備える。レーザ光は、共振振動ミラー９１０から球面リレーミラー９１２に向かう。球面リレーミラー９１２は、レーザ光を球面リレーミラー９１３へ反射する。球面リレーミラー９１３は、ガルバノメータ９１４に取り付けられたガルバノミラー９１５に向けてレーザ光を反射する。【００１０】
信号源９１６は、駆動信号をガルバノメータ９１４へ出力する。ガルバノメータ９１４は、駆動信号に応じて、ガルバノミラー９１５を駆動する。ガルバノメータ９１４及びガルバノミラー９１５は、ＡＯＤ９０４による走査動作の方向に平行な方向の走査動作を行う。すなわち、ガルバノメータ９１４及びガルバノミラー９１５は、ガルバノメータ９０９及び共振振動ミラー９１０の走査動作の方向に直交する方向の走査動作を行う。【００１１】
顕微鏡９００は、ビームスプリッタ９１７と、リレーレンズ９１８と、対物レンズ９１９と、を更に備える。ガルバノミラー９１５によって反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ９１７及びリレーレンズ９１８を通じて、対物レンズ９１９へ入射する。対物レンズ９１９は、試料ＳＭＰに集光する。【００１２】
顕微鏡９００は、対物レンズ９２０と、ミラー９２１と、リレーレンズ９２２と、ミラー９２３と、波長板９２４と、偏光板９２５と、ペンタプリズム９２６と、リレーレンズ９２７と、を備える。試料ＳＭＰは、対物レンズ９１９，９２０の間に配置される。対物レンズ９２０は、対物レンズ９１９に類似する光学的特性を有する。対物レンズ９２０、ミラー９２１，９２３、リレーレンズ９２２，９２７、波長板９２４、偏光板９２５及びペンタプリズム９２６は、試料ＳＭＰを透過した透過光によって表される透過像の観察に利用される。透過光は、対物レンズ９２０、ミラー９２１、リレーレンズ９２２、ミラー９２３、波長板９２４、偏光板９２５、ペンタプリズム９２６及びリレーレンズ９２７によって規定される光路を辿る。リレーレンズ９２７を通過した透過光は、ビームスプリッタ９１７に入射する。透過光は、ビームスプリッタ９１７によって反射される。この結果、透過光は、ビームスプリッタ９１７、ガルバノミラー９１５、球面リレーミラー９１３，９１２、共振振動ミラー９１０、レンズ９０８、ミラー９０７，９０６、ＡＯＤ９０４及びレンズ９０３によって規定される光路を辿り、ビームスプリッタ９０２に入射する。【００１３】
波長板９２４及び偏光板９２５は、光の偏光面の回転を利用し、透過光のみの検出を可能にする。尚、波長板９２４及び偏光板９２５がもたらす光学的な損失は非常に小さい。【００１４】
ペンタプリズム９２６は、透過光の光路を一次元方向に反転する。この結果、透過光の光路は、レーザ光源９０１から出射されたレーザ光の光路に合致される。【００１５】
顕微鏡９００は、レンズ９２８と、共焦点開口部材９２９と、偏光板９３０と、フィルタ９３１と、受光素子９３２と、を更に備える。ビームスプリッタ９０２は、透過光の通過を許容する。透過光は、レンズ９２８、共焦点開口部材９２９、偏光板９３０及びフィルタ９３１を順次通過し、受光素子９３２に入射する。【００１６】
レンズ９２８は、共焦点開口部材９２９に向けて集光する。共焦点開口部材９２９は、レンズ９２８によって形成された焦点位置に開口部９３３を有する。したがって、共焦点開口部材９２９及び試料ＳＭＰは、光学的な共役関係を有する。共焦点開口部材９２９は、焦点の周りに存在する迷光成分を遮断する。この結果、得られる画像の解像度及びコントラストが向上する。【００１７】
顕微鏡９００は、試料ＳＭＰからの反射光を用いて画像を形成することもできる。試料ＳＭＰからの反射光は、対物レンズ９１９、ビームスプリッタ９１７、ガルバノミラー９１５、球面リレーミラー９１３，９１２、共振振動ミラー９１０、レンズ９０８、ミラー９０７，９０６、ＡＯＤ９０４、レンズ９０３、ビームスプリッタ９０２、共焦点開口部材９２９、偏光板９３０及びフィルタ９３１によって規定される光路を辿り、受光素子９３２に入射する。【００１８】
上述の如く、共焦点開口部材９２９は、焦点の周りに存在する迷光成分を遮断するので、受光素子９３２が受ける光（透過光又は反射光）からは多くの迷光成分が除去されている。したがって、受光素子９３２は、試料を表現するための画像信号を少ないノイズの下とで生成することができる。【００１９】
観察者は、偏光板９２５，９３０の偏光方向を調整し、透過光によって表現される画像（以下、透過像と称される）と反射光によって表現される画像（以下、反射像と称される）とを選択的に観察することができる。【００２０】
顕微鏡９００は、信号処理装置９３４と、表示装置９３５と、を更に備える。画像信号は、受光素子９３２から信号処理装置９３４へ伝達される。信号処理装置９３４は、画像信号を処理し、表示装置９３５の入力形式に適合させる。その後、画像信号は、信号処理装置９３４から表示装置９３５へ出力される。表示装置９３５は、画像信号に応じて、透過像又は反射像を映し出す。【００２１】
顕微鏡９００を用いて試料ＳＭＰを観察する観察者は、偏光板９２５，９３０の偏光方向の調整なしでは、透過像及び反射像の両方を取得することができない。したがって、観察者が、透過像が含む情報及び反射像が含む情報の両方を取得するためには長い時間が必要とされる。加えて、透過像の取得と反射像の取得との間にはタイムラグが生ずる。したがって、顕微鏡９００は、経時的に変化する試料の観察には不向きである。【００２２】
特許文献２は、顕微鏡９００とは異なる顕微鏡（コンフォーカル顕微鏡）を開示する。特許文献２の顕微鏡は、フォトマスクの欠陥の検出に好適に利用される。【００２３】
特許文献２の顕微鏡は、レーザ光を出射し、フォトマスクを光学的に走査する。フォトマスクを透過したレーザ光（透過光）は、フォトマスクでのレーザ光の反射によって得られた反射光と共通する光路を辿って伝搬する。顕微鏡は、透過像と反射像との間の相関処理を行い、フォトマスクの欠陥を精度よく検出することができる。【００２４】
特許文献２の顕微鏡の検出精度は、試料の光学的特性に依存する。例えば、試料が複屈折を生じさせるならば、透過像に反射像の一部が含まれ得る。或いは、反射像に透過像の一部が含まれ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平６−３００９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−４０３２９号公報
【発明の概要】
【００２６】
本発明は、試料に関する多くの情報を素早く且つ精度よく取得することを可能にする共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【００２７】
本発明の一の局面に係る共焦点顕微鏡は、試料から反射された反射光と、前記試料を透過した透過光と、を同時に生成する光生成部と、前記試料を光学的に走査し、且つ、前記反射光が伝搬する第１光路の方向を規定する走査部と、前記透過光が伝搬する第２光路の方向を角度的に調整する調整部と、前記反射光に応じた第１信号を生成する第１信号生成部と、前記透過光に応じた第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第１信号及び第２信号に応じて、前記反射光によって表される反射像及び前記透過光によって表される透過像が合成された合成画像を生成する画像生成部と、を備える。
【００２８】
上述の共焦点顕微鏡は、観察者が、試料に関する多くの情報を素早く且つ精度よく取得することを可能にする。
【００２９】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図２】第２実施形態の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図３】図２に示される共焦点顕微鏡の制御部の制御を表す概念図である。
【図４】図２に示される共焦点顕微鏡の制御部の制御を表す概念図である。
【図５】第３実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図６】第４実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図７】第５実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図８】第６実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図９】図８に示される共焦点顕微鏡が実行する画像合成処理の概念を表す概略的なフローチャートである。
【図１０】第７実施形態の共焦点顕微鏡の概略的なブロック図である。
【図１１】図１０のブロック図に基づいて設計された例示的な共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１２】第８実施形態の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１３】第９実施形態の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１４】第１０実施形態の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１５】第１１実施形態の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１６】第１２実施形態の共焦点顕微鏡の光学系の概略図である。
【図１７】従来の顕微鏡の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
例示的な共焦点顕微鏡の様々な実施形態が、図面を参照して説明される。尚、以下に説明される実施形態において、同一の構成要素に対して同一の符号が付されている。また、説明の明瞭化のため、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に本実施形態の原理を容易に理解させることを目的とする。したがって、以下の実施形態の原理は、これらに何ら限定されない。
【００３２】
＜従来技術が有する問題点＞
本発明者等は、従来の顕微鏡技術を研究し、様々な課題を見出した。後述の様々な実施形態によって説明される共焦点顕微鏡は、これらの課題を解消すべく開発されている。
【００３３】
（特許文献１の顕微鏡技術が内包する課題）
図１７を参照して、特許文献１の顕微鏡９００が有する課題が説明される。
【００３４】
上述の如く、観察者は、顕微鏡９００の偏光板９２５，９３０を操作し、反射光及び透過光の偏光方向を制御することができる。偏光方向の制御の結果、顕微鏡９００は、透過光から生成された画像信号及び反射光から生成された画像信号のうち一方のみを選択的に生成することができる。
【００３５】
顕微鏡９００は、透過光から生成された画像信号及び反射光から生成された画像信号の生成のために単独の信号生成素子（受光素子９３２）のみを有する。したがって、顕微鏡９００は、透過像と反射像とを同時に作り出すことはできない。このことは、時間的に変化する特性を有する試料（例えば、生体組織や細胞）の観察には不都合である。
【００３６】
透過光及び反射光は、共通の受光素子９３２に入射するので、観察者は、透過像及び反射像を取得するために、偏光板９２５，９３０に対する機械的な操作をしなければならない。偏光板９２５，９３５の機械的な操作には、ある程度の時間が必要とされる。したがって、顕微鏡９００は、透過像と反射像とを素早く取得することが必要とされる用途には不向きである。
【００３７】
偏光板９２５，９３０に対する機械的な操作は、透過光及び反射光の光路に対する偏光板９２５，９３０の位置的な誤差を生じさせることもある。位置的な誤差は、透過像及び反射像の精度の低下に帰結する。例えば、偏光板９２５，９３０に対する機械的な操作の結果、偏光板９２５，９３０の位置的な誤差が生ずるならば、透過像及び反射像のうち一方に透過像及び反射像のうち他方が現れる現象（以下、「クロストーク」と称される）が生ずることもある。すなわち、受光素子９３２が生成する画像信号の信号対雑音比（以下、ＳＮ比と称される）が低下する。
【００３８】
顕微鏡９００は、組立作業においても課題を有する。顕微鏡９００を用いて精度のよい透過像及び反射像を得るためには、ペンタプリズム９２６から出射された透過光の光路は、反射光の光路に一致している必要がある。しかしながら、透過光と反射光との間での光路を一致させるための光軸調整作業は、高い精度を要求する。したがって、顕微鏡９００に対する初期調整は、非常に熟練した技能を必要とする。
【００３９】
透過光と反射光との間での光軸のずれは、外的要因（例えば、周囲温度の変動や振動）によって引き起こされることもある。このことは、顕微鏡９００から得られた画像データの不十分な再現性や不安定性を意味する。
【００４０】
顕微鏡９００から得られた画像データの精度は、試料の光学的特性にも依存する。試料が複屈折を生じさせる光学的特性を有するならば、透過光及び反射光の偏光に乱れが生ずる。この結果、観察者は、精度のよい透過像及び反射像を得ることができない。例えば、上述のクロストークの発生に起因するＳＮ比の低下が画像データに表れることもある。
【００４１】
（特許文献２の顕微鏡技術が内包する課題）
特許文献２の顕微鏡技術は、特許文献１の顕微鏡技術とは異なり、２つの受光素子を利用する。２つの受光素子のうち一方は、透過光を専ら受光する。２つの受光素子のうち他方は、反射光を専ら受光する。しかしながら、透過光及び反射光は、共通の光路に沿って伝搬する。したがって、特許文献１の顕微鏡技術と同様に、特許文献２の顕微鏡技術の画像精度は、試料の光学的な特性に影響されやすい。試料が複屈折を生じさせる光学的特性を有するならば、クロストークに起因するＳＮ比の低下が生ずることもある。
【００４２】
特許文献２によれば、観察者は、試料としてフォトマスクを観察し、フォトマスクの欠陥を検出する。フォトマスクは、複屈折を生じず、且つ、フォトマスクから発せられる透過光及び反射光の光量が大きいので、特許文献２の顕微鏡技術は、フォトマスクの欠陥を高い精度で検出可能である。しかしながら、フォトマスクに代えて、生体組織が観察されるならば、生体組織は、複雑な内部形状を有し、且つ、生体組織へ照射可能な光量はフォトマスクに比べて非常に小さいので、特許文献２の顕微鏡技術は、高いＳＮ比を達成することはできない。
【００４３】
＜第１実施形態＞
本発明者等は、様々な試料に対して、高い精度の画像データを作り出すことができる共焦点顕微鏡を開発した。第１実施形態に関連して説明される技術的原理は、試料中の屈折率差及び試料の反射率が少ない条件下においても、透過像と反射像とを略同時に取得することを可能にする。したがって、第１実施形態に関連して説明される技術的原理は、生体組織や細胞の観察に好適に適用可能である。第１実施形態に関連して説明される技術的原理は、観察者が、蛍光材料を用いた着色作業を行うことなく、生体組織や細胞を非侵襲的に観察することを可能にする。尚、第１実施形態に関連して説明される技術的原理は、生体組織や細胞以外の観察にも好適に利用可能である。したがって、試料の種類は、第１実施形態の原理を何ら限定しない。
【００４４】
図１は、第１実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００と称される）の概略的なブロック図である。図１を参照して、顕微鏡１００が説明される。
【００４５】
観察者は、顕微鏡１００を用いて、試料ＳＭＰを観察することができる。顕微鏡１００は、光生成部２００と、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、画像生成部７００と、を備える。
【００４６】
光生成部２００は、光束ＬＦを出射する。光束ＬＦは、走査部３００を経由して、試料ＳＭＰに到達する。この結果、試料ＳＭＰを透過した透過光ＴＬ及び試料ＳＭＰから反射された反射光ＲＬが同時に生成される。光生成部２００は、レーザ、電球、発光ダイオード、ハロゲンランプ、赤外光源や試料ＳＭＰの観察に適した光を出射することができる他の光源を含んでもよい。本実施形態の原理は、光生成部２００に用いられる特定の光源に限定されない。
【００４７】
走査部３００は、光束ＬＦを用いて、試料ＳＭＰを光学的に走査する。走査部３００が、試料ＳＭＰに対する光束ＬＦの照射位置を２次元的に順次変化させるならば、観察者は、試料ＳＭＰの２次元的な画像データを取得することができる。尚、本実施形態の原理は、走査部３００が実行する特定の走査動作に限定されない。
【００４８】
反射光ＲＬは、試料ＳＭＰから走査部３００へ伝搬する。その後、反射光ＲＬは、走査部３００から第１信号生成部５００に伝搬する。本実施形態において、第１光路は、走査部３００から第１信号生成部５００へ向かう反射光ＲＬの光路によって例示される。
【００４９】
走査部３００は、試料ＳＭＰに対する光学的な走査を実行すると同時に、反射光ＲＬが第１信号生成部５００へ到達するように、走査部３００から第１信号生成部５００へ向かう反射光ＲＬの方向を定める。試料ＳＭＰに対する光学的な走査と第１信号生成部５００による反射光ＲＬの受光とを両立させるための光学的設計は、既知の様々な設計技術に基づくことができる。したがって、本実施形態の原理は、光生成部２００、走査部３００、試料ＳＭＰ及び第１信号生成部５００の間で形成される光路を規定する光学素子群の特定の配置に限定されない。
【００５０】
透過光ＴＬは、試料ＳＭＰから調整部４００へ伝搬する。その後、透過光ＴＬは、調整部４００から第２信号生成部６００へ伝搬する。特許文献１及び特許文献２の顕微鏡技術とは異なり、透過光ＴＬの光路は、反射光ＲＬから分離している。したがって、特許文献１の顕微鏡技術とは異なり、顕微鏡１００は、透過光ＴＬと反射光ＲＬとの間での繊細な光軸調整を要求しない。加えて、顕微鏡１００は、クロストークといった従来の課題に直面しにくい。本実施形態において、第２光路は、試料ＳＭＰから調整部４００を経由して第２信号生成部６００へ至る透過光ＴＬの光路によって例示される。
【００５１】
走査部３００の走査動作の結果、試料ＳＭＰから調整部４００に至る透過光ＴＬの光路は角度的に変化する。試料ＳＭＰと調整部４００との間での透過光ＴＬの光路の角度的変化の下においても、第２信号生成部６００が透過光ＴＬを適切に受光できるように、調整部４００は、透過光ＴＬの光路の方向を角度的に調整する。
【００５２】
第１信号生成部５００は、反射光ＲＬを受光する。その後、第１信号生成部５００は、反射光ＲＬに応じた第１信号ＦＳを生成する。第１信号生成部５００は、反射光ＲＬの強度や光量に応じた大きさの振幅や電圧レベルを有する信号を第１信号ＦＳとして生成してもよい。反射光ＲＬが大きな光量を有するならば、第１信号生成部５００は、大きな振幅を有する信号を第１信号ＦＳとして出力してもよい。尚、本実施形態の原理は、第１信号生成部５００の特定の信号生成技術に限定されない。
【００５３】
第２信号生成部６００は、透過光ＴＬを受光する。その後、第２信号生成部６００は、透過光ＴＬに応じた第２信号ＳＳを生成する。第２信号生成部６００は、透過光ＴＬの強度や光量に応じた大きさの振幅や電圧レベルを有する信号を第２信号ＳＳとして生成してもよい。透過光ＴＬが大きな光量を有するならば、第２信号生成部６００は、大きな振幅を有する信号を第２信号ＳＳとして出力してもよい。尚、本実施形態の原理は、第２信号生成部６００の特定の信号生成技術に限定されない。
【００５４】
第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から画像生成部７００へ出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から画像生成部７００へ出力される。第１信号生成部５００から画像生成部７００への第１信号ＦＳの伝達は、反射光ＲＬによって表される反射像のデータの伝達を意味する。第２信号生成部６００から画像生成部７００への第２信号ＳＳの伝達は、透過光ＴＬによって表される透過像のデータの伝達を意味する。画像生成部７００は、第１信号ＦＳ及び第２信号ＳＳに応じて、反射像及び透過像が合成された合成画像を生成する。観察者は、合成画像を観察し、反射像から得られる画像情報と透過像から得られる画像情報とを同時に取得することができる。反射像によって表される試料ＳＭＰと透過像によって表される試料ＳＭＰとの間には、時間的な差異がほとんど存在しないので、観察者は、試料ＳＭＰの状態に関する正確な情報を取得することができる。
【００５５】
画像生成部７００は、試料ＳＭＰの光学的特性に応じて、生成される画像の種類を変更してもよい。試料ＳＭＰが全体的に低い反射率を有するならば、画像生成部７００は、合成画像に代えて、透過像を生成してもよい。試料ＳＭＰが全体的に高い反射率を有するならば、画像生成部７００は、合成画像に代えて、反射像を生成してもよい。観察者は、画像生成部７００を操作し、画像生成部７００が生成する画像の種類を、合成画像、透過像及び反射像から選択してもよい。本実施形態の原理は、画像生成部７００の特定の画像生成技術に限定されない。
【００５６】
試料ＳＭＰが反射率及び／又は透過率の大きな変動を有しているならば、画像生成部７００による合成画像の生成は有益である。透過像は、試料ＳＭＰ中の透過率が低い領域に関する情報をほとんど含まないのに対して、反射像は、試料ＳＭＰ中の透過率が低い領域に関する情報を多く含むことができる。したがって、画像生成部７００は、試料ＳＭＰ中の透過率が低い領域に反射像を当て嵌めてもよい。反射像は、試料ＳＭＰ中の反射率が低い領域に関する情報をほとんど含まないのに対して、透過像は、試料ＳＭＰ中の反射率が低い領域に関する情報を多く含むことができる。したがって、画像生成部７００は、試料ＳＭＰ中の反射率が低い領域に透過像を当て嵌めてもよい。この結果、観察者は、合成画像から試料ＳＭＰに関する多くの情報を取得することができる。
【００５７】
画像生成部７００は、試料ＳＭＰの輪郭を表現するために、透過像を用いてもよい。光束ＬＦが試料ＳＭＰから外れた位置に照射されるならば、第２信号ＳＳの信号強度は強くなる。光束ＬＦが試料ＳＭＰに照射されると、試料ＳＭＰは、光束ＬＦの散乱や吸収を生じさせるので、透過光ＴＬの光量は低くなる。したがって、光束ＬＦが試料ＳＭＰに照射されている間の第２信号ＳＳの信号強度は弱くなる。したがって、画像生成部７００は、透過像を表す第２信号ＳＳを用いて、試料ＳＭＰの輪郭を高いコントラストで表現することができる。
【００５８】
試料ＳＭＰとして、生体組織や細胞といった低い反射率の物質が観察されるならば、反射像は、試料ＳＭＰの輪郭を表現するのに不向きである。しかしながら、試料ＳＭＰの表面の状態や内部の状態は、試料ＳＭＰ中の反射率の変化となって現れるので、反射像は、試料ＳＭＰの表面の状態や内部の状態を表現するために利用されてもよい。画像生成部７００が、試料ＳＭＰの輪郭領域に対して、第２信号ＳＳを利用し、且つ、輪郭領域に囲まれる試料ＳＭＰの内部領域に対して、第１信号ＦＳを利用するならば、試料ＳＭＰの多くの特徴を表現する合成画像が得られる。
【００５９】
顕微鏡１００は、透過像と反射像とを合成した合成画像を生成するので、観察者は、試料ＳＭＰの反射率を増大させるための予備的処理（例えば、蛍光材料の添加）を行わなくてもよい。したがって、試料ＳＭＰとして、生体組織や細胞が観察されるならば、観察者は、生存状態にある生体組織や細胞を観察することができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
設計者は、第１実施形態の原理を利用して、様々な共焦点顕微鏡を設計することができる。第２実施形態において、第１実施形態の原理に基づいて設計された例示的な共焦点顕微鏡が説明される。
【００６１】
図２は、第２実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ａと称される）の概略図である。図１及び図２を参照して、顕微鏡１００Ａが説明される。第１実施形態及び第２実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００６２】
顕微鏡１００Ａは、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、反射ミラー２３５と、対物レンズ２４０と、を備える。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０、反射ミラー２３５及び対物レンズ２４０は、図１を参照して説明された光生成部２００の一部として設計されている。
【００６３】
顕微鏡１００Ａは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【００６４】
レーザ光源２１０は、レーザ光ＬＢをコリメートレンズ２１５へ出射する。レーザ光ＬＢは、図１を参照して説明された光束ＬＦに対応する。本実施形態において、光源部は、レーザ光源２１０によって例示される。出射光は、レーザ光ＬＢによって例示される。
【００６５】
コリメートレンズ２１５は、レーザ光ＬＢを平行光にする。レーザ光ＬＢは、その後、ビームスプリッタ２２０に入射する。ビームスプリッタ２２０は、第１偏向ミラー３１０に向けて、レーザ光ＬＢを反射する。その後、第１偏向ミラー３１０は、レーザ光ＬＢを第２偏向ミラー３２０に向けて反射する。第２偏向ミラー３２０は、反射ミラー２３５に向けてレーザ光ＬＢを反射する。レーザ光ＬＢは、リレーレンズ２２５，２３０を順次通過し、反射ミラー２３５に入射する。反射ミラー２３５は、対物レンズ２４０に向けて、レーザ光ＬＢを反射する。リレーレンズ２２５，２３０は、第２偏向ミラー３２０及び対物レンズ２４０の出射瞳との間での共役関係が得られるように配置されている。したがって、レーザ光ＬＢは、対物レンズ２４０に、適切な位置及び適切な角度で入射することができる。本実施形態において、第１反射部は、第１偏向ミラー３１０及び第２偏向ミラー３２０の組によって例示される。
【００６６】
対物レンズ２４０は、レーザ光ＬＢを試料ＳＭＰに向けて集光し、試料焦点ＳＦＰを形成する。試料焦点ＳＦＰの位置は、走査部３００として設計された第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５の動作に応じて変化する。
【００６７】
顕微鏡１００Ａは、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。第１偏向ミラー３１０は、第１駆動モータ３１５に接続される。第１駆動モータ３１５は、第１偏向ミラー３１０に回転運動を与える。この結果、試料焦点ＳＦＰは、スライドガラス１１０上で規定された主走査方向に直線的に移動する。第２偏向ミラー３２０は、第２駆動モータ３２５に接続される。第２駆動モータ３２５は、第２偏向ミラー３２０に回転運動を与える。この結果、試料焦点ＳＦＰは、スライドガラス１１０上で規定された主走査方向に対して略直角な副走査方向に直線的に移動する。したがって、試料焦点ＳＦＰは、試料ＳＭＰが載置されたスライドガラス１１０の面に略平行な仮想平面上で移動することができる。設計者は、顕微鏡１００Ａに対する設計条件を鑑みて、主走査方向及び副走査方向を定義してもよい。したがって、主走査方向及び副走査方向に関する定義は、本実施形態の原理を何ら制限しない。本実施形態において、第１駆動部は、第１駆動モータ３１５と第２駆動モータ３２５との組によって例示される。
【００６８】
本実施形態において、第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、走査部３００として設計されている。代替的に、走査部３００は、音響光学素子、電気光学素子、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）や試料ＳＭＰを高速で光学的に走査することができる他の光学素子を用いて設計されてもよい。
【００６９】
レーザ光ＬＢの一部は、試料ＳＭＰによって、反射され、反射光ＲＬになる。試料焦点ＳＦＰから発せられる反射光ＲＬは、発散光である。反射光ＲＬは、試料焦点ＳＦＰから対物レンズ２４０へ向かう。対物レンズ２４０は、反射光ＲＬを平行光にする。その後、反射光ＲＬは、反射ミラー２３５によって反射され、リレーレンズ２３０，２２５を経由して、第２偏向ミラー３２０に入射する。第２偏向ミラー３２０は、第１偏向ミラー３１０へ反射光ＲＬを反射する。反射光ＲＬは、その後、第１偏向ミラー３１０によって、ビームスプリッタ２２０に向けて反射される。本実施形態において、第１平行光は、対物レンズ２４０によって形成された平行光によって例示される。
【００７０】
顕微鏡１００Ａは、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【００７１】
反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２２０を通過し、第１検出レンズ５１０に入射する。第１検出レンズ５１０は、反射光ＲＬを集光し、第１焦点ＦＰ１を形成する。本実施形態において、第１集光部は、第１検出レンズ５１０によって例示される。第１光路は、試料ＳＭＰとビームスプリッタ２２０との間のレーザ光ＬＢ及び反射光ＲＬの光路によって例示される。
【００７２】
第１ピンホール部材５２０には、第１焦点ＦＰ１周りに第１ピンホール５２１が形成されている。第１ピンホール部材５２０は、第１ピンホール５２１を取り巻く遮断領域５２２を含む。第１焦点ＦＰ１を形成する反射光ＲＬの成分は、第１ピンホール５２１を通じて、第１光検出器５３０へ伝搬する。遮断領域５２２は、第１焦点ＦＰ１の周りの反射光ＲＬの迷光成分を除去する。本実施形態において、第１通過部材は、第１ピンホール部材５２０によって例示される。第１通過領域は、第１ピンホール５２１によって例示される。第１遮断領域は、遮断領域５２２によって例示される。
【００７３】
第１光検出器５３０は、第１ピンホール５２１を通過した反射光ＲＬの強度を検出する。その後、第１光検出器５３０は、反射光ＲＬの強度に応じた第１信号ＦＳを生成する。本実施形態において、第１検出器は、第１光検出器５３０によって例示される。
【００７４】
顕微鏡１００Ａは、コリメートレンズ２４５と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２５５，２６０と、を更に備える。コリメートレンズ２４５、反射ミラー２５０及びリレーレンズ２５５，２６０は、図１を参照して説明された光生成部２００の一部として設計される。
【００７５】
レーザ光ＬＢの一部は、透過光ＴＬとして試料ＳＭＰを通過し、コリメートレンズ２４５に入射する。コリメートレンズ２４５に向かう透過光ＴＬは、発散光である。コリメートレンズ２４５は、透過光ＴＬを平行光にする。コリメートレンズ２４５は、対物レンズ２４０と同等の光学的特性を有してもよい。本実施形態において、第２平行光は、コリメートレンズ２４５によって形成された平行光によって例示される。
【００７６】
コリメートレンズ２４５を通過した透過光ＴＬは、反射ミラー２５０によって、リレーレンズ２５５，２６０に向けて反射される。透過光ＴＬは、その後、リレーレンズ２６０から出射される。リレーレンズ２６０から出射される透過光ＴＬは、平行光である。
【００７７】
顕微鏡１００Ａは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【００７８】
第３偏向ミラー４１０は、第３駆動モータ４１５に接続される。第３駆動モータ４１５は、第３偏向ミラー４１０に回転運動を与える。第３偏向ミラー４１０の配置（例えば、透過光ＴＬの光路に対する傾斜角度）は、第１偏向ミラー３１０の配置（例えば、反射光ＲＬの光路に対する傾斜角度）に対応して決定されてもよい。第３偏向ミラー４１０及び第３駆動モータ４１５は、主走査方向における試料焦点ＳＦＰの変位に起因する透過光ＴＬの光路の変化を低減させるように動作する。
【００７９】
第４偏向ミラー４２０は、第４駆動モータ４２５に接続される。第４駆動モータ４２５は、第４偏向ミラー４２０に回転運動を与える。第４偏向ミラー４２０の配置（例えば、透過光ＴＬの光路に対する傾斜角度）は、第２偏向ミラー３２０の配置（例えば、反射光ＲＬの光路に対する傾斜角度）に対応して決定されてもよい。第４偏向ミラー４２０及び第４駆動モータ４２５は、副走査方向における試料焦点ＳＦＰの変位に起因する透過光ＴＬの光路の変化を低減させるように動作する。
【００８０】
顕微鏡１００Ａは、制御部１２０を更に備える。制御部１２０は、第１駆動モータ３１５、第２駆動モータ３２５、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御する。制御部１２０は、第３駆動モータ４１５の動作を第１駆動モータ３１５の動作に関連づけてもよい。制御部１２０は、第４駆動モータ４２５の動作を第２駆動モータ３２５の動作に関連づけてもよい。
【００８１】
リレーレンズ２６０を通過した透過光ＴＬは、第４偏向ミラー４２０によって、第３偏向ミラー４１０へ反射される。第３偏向ミラー４１０は、図１を参照して説明される第２信号生成部６００として設計された光学素子群に向けて透過光ＴＬを反射する。試料ＳＭＰからリレーレンズ２６０までの透過光ＴＬの光路は、試料焦点ＳＦＰの変位によって変動する。制御部１２０は、試料焦点ＳＦＰの変位に応じて（すなわち、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５の動作に応じて）、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御するので、第３偏向ミラー４１０によって反射された透過光ＴＬの光路は、位置的に安定する。本実施形態において、第２反射部は、第３偏向ミラー４１０と第４偏向ミラー４２０との組によって例示される。第２駆動部は、第３駆動モータ４１５と第４駆動モータ４２５との組によって例示される。
【００８２】
顕微鏡１００Ａは、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【００８３】
第３偏向ミラー４１０によって反射された透過光ＴＬは、第２検出レンズ６１０に入射する。第２検出レンズ６１０は、透過光ＴＬを集光し、第２焦点ＦＰ２を形成する。本実施形態において、第２集光部は、第２検出レンズ６１０によって例示される。第２光路は、試料ＳＭＰと第２検出レンズ６１０との間の透過光ＴＬの光路によって例示される。
【００８４】
第２ピンホール部材６２０には、第２焦点ＦＰ２周りに第２ピンホール６２１が形成されている。第２ピンホール部材６２０は、第２ピンホール６２１を取り巻く遮断領域６２２を含む。第２焦点ＦＰ２を形成する透過光ＴＬの成分は、第２ピンホール６２１を通じて、第２光検出器６３０へ伝搬する。遮断領域６２２は、第２焦点ＦＰ２の周りの透過光ＴＬの迷光成分を除去する。本実施形態において、第２通過部材は、第２ピンホール部材６２０によって例示される。第２通過領域は、第２ピンホール６２１によって例示される。第２遮断領域は、遮断領域６２２によって例示される。
【００８５】
第２光検出器６３０は、第２ピンホール６２１を通過した透過光ＴＬの強度を検出する。その後、第２光検出器６３０は、透過光ＴＬの強度に応じた第２信号ＳＳを生成する。本実施形態において、第２検出器は、第２光検出器６３０によって例示される。
【００８６】
試料焦点ＳＦＰと第１焦点ＦＰ１との間並びに試料焦点ＳＦＰと第２焦点ＦＰ２との間には共役関係が存在する。第１ピンホール部材５２０は、第１焦点ＦＰ１に合致するように第１ピンホール５２１を規定する。第２ピンホール部材６２０は、第２焦点ＦＰ２に合致するように第２ピンホール６２１を規定する。したがって、第１ピンホール部材５２０は、第１焦点ＦＰ１を形成する反射光ＲＬの成分の透過を許容する一方で、第１焦点ＦＰ１の周囲の不要な迷光成分の多くを除去することができる。同様に、第２ピンホール部材６２０は、第２焦点ＦＰ２を形成する透過光ＴＬの成分の透過を許容する一方で、第２焦点ＦＰ２の周囲の不要な迷光成分の多くを除去することができる。この結果、第１信号ＦＳは、第１焦点ＦＰ１の周囲の迷光成分に起因するノイズをほとんど含まないことになる。同様に、第２信号ＳＳは、第２焦点ＦＰ２の周囲の迷光成分に起因するノイズをほとんど含まないことになる。このことは、顕微鏡１００Ａが、高い解像度及び高いコントラストを有する画像を生成可能であることを意味する。
【００８７】
第１光検出器５３０は、一般的な光電変換素子を含んでもよい。同様に、第２光検出器６３０は、一般的な光電変換素子を含んでもよい。第１ピンホール部材５２０を通過した反射光ＲＬを受光した第１光検出器５３０は、反射光ＲＬの強度を表す信号を第１信号ＦＳとして生成する。第２ピンホール部材６２０を通過した透過光ＴＬを受光した第２光検出器６３０は、透過光ＴＬの強度を表す信号を第２信号ＳＳとして生成する。
【００８８】
顕微鏡１００Ａは、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１を参照して説明された画像生成部７００として設計される。
【００８９】
第１信号ＦＳは、第１光検出器５３０から第１信号処理装置７１０へ出力される。第１信号処理装置７１０は、第１信号ＦＳに対して、ノイズ除去処理、信号増幅処理や信号減衰処理といった様々な信号処理を行ってもよい。第１信号処理装置７１０によって所定の処理を受けた第１信号ＦＳは、画像生成装置７３０へ出力される。尚、本実施形態の原理は、第１信号処理装置７１０が実行する特定の信号処理に限定されない。
【００９０】
第２信号ＳＳは、第２光検出器６３０から第２信号処理装置７２０へ出力される。第２信号処理装置７２０は、第２信号ＳＳに対して、ノイズ除去処理、信号増幅処理や信号減衰処理といった様々な信号処理を行ってもよい。第２信号処理装置７２０によって所定の処理を受けた第２信号ＳＳは、画像生成装置７３０へ出力される。尚、本実施形態の原理は、第２信号処理装置７２０が実行する特定の信号処理に限定されない。
【００９１】
画像生成装置７３０は、第１信号処理装置７１０によって処理された第１信号ＦＳと第２信号処理装置７２０によって処理された第２信号ＳＳとから、試料ＳＭＰの画像を生成する。画像生成装置７３０は、第１信号ＦＳから試料ＳＭＰの反射像を生成する。画像生成装置７３０は、第２信号ＳＳから試料ＳＭＰの透過像を生成する。画像生成装置７３０は、反射像と透過像とを合成し、合成画像を生成する。
【００９２】
合成画像を表す画像信号は、画像生成装置７３０から表示装置７４０へ出力される。表示装置７４０は、画像信号に応じて、合成画像を表示する。観察者は、表示装置７４０上に映し出された合成画像を観察し、試料ＳＭＰに関する情報を取得することができる。表示装置７４０は、一般的なパーソナルコンピュータに用いられるモニタや一般的なＴＶ装置であってもよい。本実施形態の原理は、表示装置７４０によっては何ら限定されない。
【００９３】
図３は、制御部１２０の制御を表す概念図である。図２及び図３を参照して、制御部１２０の制御が説明される。
【００９４】
図３は、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２を示す。図３のセクション（ａ）において、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２は、初期位置に存在する。図３のセクション（ｂ）は、制御部１２０が第１偏向ミラー３１０のみを回転させたときにおける試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２の動作を表す。図３のセクション（ｃ）は、制御部１２０が第１偏向ミラー３１０の回転動作に同期させて第３偏向ミラー４１０を回転動作させたときにおける試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２の動作を表す。
【００９５】
図３は、スライドガラス１１０上で概念的に設定されたＸＹ座標を示す。Ｘ軸は、主走査方向を表す。Ｙ軸は、副走査方向を表す。
【００９６】
図３は、第１ピンホール部材５２０上で概念的に設定されたＸ１Ｙ１座標を示す。Ｘ１軸は、上述のＸＹ座標のＸ軸に対応する。Ｙ１軸は、上述のＸＹ座標のＹ軸に対応する。Ｘ１Ｙ１座標の原点は、第１ピンホール５２１の中心に設定されている。
【００９７】
図３は、第２ピンホール部材６２０上で概念的に設定されたＸ２Ｙ２座標を示す。Ｘ２軸は、上述のＸＹ座標のＸ軸に対応する。Ｙ２軸は、上述のＸＹ座標のＹ軸に対応する。Ｘ２Ｙ２座標の原点は、第２ピンホール６２１の中心に設定されている。
【００９８】
セクション（ａ）に示される如く、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２が座標原点に存在する状態が、初期条件として設定されている。制御部１２０が第１駆動モータ３１５に駆動信号を出力すると、第１駆動モータ３１５は、駆動信号に応じた回転角の回転運動を第１偏向ミラー３１０に与える。この結果、試料焦点ＳＦＰは、主走査方向へ移動する（セクション（ｂ）を参照）。本実施形態において、第１反射素子は、第１偏向ミラー３１０によって例示される。第１駆動装置は、第１駆動モータ３１５によって例示される。
【００９９】
図２を参照して説明された如く、反射光ＲＬは、試料焦点ＳＦＰからビームスプリッタ２２０の区間において、レーザ光源２１０が出射したレーザ光ＬＢが辿った光路を逆向きに辿る。その後、反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２２０を通過し、第１ピンホール部材５２０に到達するので、主走査方向への試料焦点ＳＦＰの変位下においても、第１焦点ＦＰ１は、第１ピンホール５２１内に維持される。
【０１００】
一方、透過光ＴＬの光路は、レーザ光ＬＢ及び反射光ＲＬの光路とは別異に設定されているので、第３偏向ミラー４１０の静止下においては、第２焦点ＦＰ２の位置は、試料焦点ＳＦＰの変位に直接的に影響される。したがって、セクション（ｂ）に示される如く、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１から外れることになる。セクション（ｂ）において、第１偏向ミラー３１０のみが回転される条件下での第２焦点ＦＰ２の変位量は、記号「ＤＸ」によって表されている。
【０１０１】
セクション（ｃ）に示される如く、制御部１２０は、変位量「ＤＸ」が相殺されるように、第３駆動モータ４１５を制御する。第３駆動モータ４１５が、制御部１２０の制御下で、第３偏向ミラー４１０に回転動作を与えると、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１内に維持される。したがって、制御部１２０は、第３駆動モータ４１５を制御し、試料焦点ＳＦＰの変位が第２焦点ＦＰ２の位置に与える影響を低減することができる。本実施形態において、第３反射素子は、第３偏向ミラー４１０によって例示される。第３駆動装置は、第３駆動モータ４１５によって例示される。
【０１０２】
第３駆動モータ４１５及び第３偏向ミラー４１０からなる駆動系が、第１駆動モータ３１５及び第１偏向ミラー３１０からなる駆動系に関連づけられることは、顕微鏡１００Ａの光学的設定を容易にする。例えば、顕微鏡１００Ａの光学的設定を調整する作業者が、主走査方向における顕微鏡１００Ａの動作に不具合を見出すならば、作業者は、第１駆動モータ３１５及び第１偏向ミラー３１０からなる駆動系と第３駆動モータ４１５及び第３偏向ミラー４１０からなる駆動系との間の関係を微調整すればよい。例えば、作業者は、第１駆動モータ３１５及び第３駆動モータ４１５を駆動するための電気信号にオフセットを与えてもよい。したがって、環境変化や経時変化によって、第１偏向ミラー３１０及び第３偏向ミラー４１０に位置的なずれが生じても、作業者は、電気信号にオフセットを与えることによって、顕微鏡１００Ａの光学的設定を適切に調整或いは補正することができる。
【０１０３】
図４は、制御部１２０の制御を表す概念図である。図２及び図４を参照して、制御部１２０の制御が説明される。
【０１０４】
図４は、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２を示す。図４のセクション（ａ）において、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２は、初期位置に存在する。図４のセクション（ｂ）は、制御部１２０が第２偏向ミラー３２０のみを回転させたときにおける試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２の動作を表す。図４のセクション（ｃ）は、制御部１２０が第２偏向ミラー３２０の回転動作に同期させて第４偏向ミラー４２０を回転動作させたときにおける試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２の動作を表す。
【０１０５】
図４は、スライドガラス１１０上で概念的に設定されたＸＹ座標を示す。Ｘ軸は、主走査方向を表す。Ｙ軸は、副走査方向を表す。
【０１０６】
図４は、第１ピンホール部材５２０上で概念的に設定されたＸ１Ｙ１座標を示す。Ｘ１軸は、上述のＸＹ座標のＸ軸に対応する。Ｙ１軸は、上述のＸＹ座標のＹ軸に対応する。Ｘ１Ｙ１座標の原点は、第１ピンホール５２１の中心に設定されている。
【０１０７】
図４は、第２ピンホール部材６２０上で概念的に設定されたＸ２Ｙ２座標を示す。Ｘ２軸は、上述のＸＹ座標のＸ軸に対応する。Ｙ２軸は、上述のＸＹ座標のＹ軸に対応する。Ｘ２Ｙ２座標の原点は、第２ピンホール６２１の中心に設定されている。
【０１０８】
セクション（ａ）に示される如く、試料焦点ＳＦＰ、第１焦点ＦＰ１及び第２焦点ＦＰ２が座標原点に存在する状態が、初期条件として設定されている。制御部１２０が第２駆動モータ３２５に駆動信号を出力すると、第２駆動モータ３２５は、駆動信号に応じた回転角の回転運動を第２偏向ミラー３２０に与える。この結果、試料焦点ＳＦＰは、副走査方向へ移動する（セクション（ｂ）を参照）。本実施形態において、第２反射素子は、第２偏向ミラー３２０によって例示される。第２駆動装置は、第２駆動モータ３２５によって例示される。
【０１０９】
図２を参照して説明された如く、反射光ＲＬは、試料焦点ＳＦＰからビームスプリッタ２２０の区間において、レーザ光源２１０が出射したレーザ光ＬＢが辿った光路を逆向きに辿る。その後、反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２２０を通過し、第１ピンホール部材５２０に到達するので、副走査方向への試料焦点ＳＦＰの変位下においても、第１焦点ＦＰ１は、第１ピンホール５２１内に維持される。
【０１１０】
一方、透過光ＴＬの光路は、レーザ光ＬＢ及び反射光ＲＬの光路とは別異に設定されているので、第４偏向ミラー４２０の静止下においては、第２焦点ＦＰ２の位置は、試料焦点ＳＦＰの変位に直接的に影響される。したがって、セクション（ｂ）に示される如く、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１から外れることになる。セクション（ｂ）において、第２偏向ミラー３２０のみが回転される条件下での第２焦点ＦＰ２の変位量は、記号「ＤＹ」によって表されている。
【０１１１】
セクション（ｃ）に示される如く、制御部１２０は、変位量「ＤＹ」が相殺されるように、第４駆動モータ４２５を制御する。第４駆動モータ４２５が、制御部１２０の制御下で、第４偏向ミラー４２０に回転動作を与えると、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１内に維持される。したがって、制御部１２０は、第４駆動モータ４２５を制御し、試料焦点ＳＦＰの変位が第２焦点ＦＰ２の位置に与える影響を低減することができる。本実施形態において、第４反射素子は、第４偏向ミラー４２０によって例示される。第４駆動装置は、第４駆動モータ４２５によって例示される。
【０１１２】
第４駆動モータ４２５及び第４偏向ミラー４２０からなる駆動系が、第２駆動モータ３２５及び第２偏向ミラー３２０からなる駆動系に関連づけられることは、顕微鏡１００Ａの光学的設定を容易にする。例えば、顕微鏡１００Ａの光学的設定を調整する作業者が、副走査方向における顕微鏡１００Ａの動作に不具合を見出すならば、作業者は、第２駆動モータ３２５及び第２偏向ミラー３２０からなる駆動系と第４駆動モータ４２５及び第４偏向ミラー４２０からなる駆動系との間の関係を微調整すればよい。例えば、作業者は、第２駆動モータ３２５及び第４駆動モータ４２５を駆動するための電気信号にオフセットを与えてもよい。したがって、環境変化や経時変化によって、第２偏向ミラー３２０及び第４偏向ミラー４２０に位置的なずれが生じても、作業者は、電気信号にオフセットを与えることによって、顕微鏡１００Ａの光学的設定を適切に調整或いは補正することができる。
【０１１３】
上述の如く、本実施形態の光学的設計原理は、光学的な設定を容易化することができる。例えば、試料ＳＭＰが、複屈折を生ずる光学的特性を有するならば、作業者は、試料ＳＭＰの光学的特性に応じて、顕微鏡１００Ａの光学的設定を素早く調整することが可能になる。
【０１１４】
＜第３実施形態＞
反射像と透過像との間において、過度に大きな輝度差があるならば、観察者は、合成画像から試料に関する情報を得にくくなることもある。試料が、大きな透過率を有するならば、透過像の輝度は、反射像の輝度より大きくなりやすい。試料が、大きな反射率を有するならば、反射像の輝度は、透過像の輝度より大きくなりやすい。第３実施形態において、反射像と透過像との間の輝度差を低減する技術が説明される。
【０１１５】
図５は、第３実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｂと称される）の概略的なブロック図である。図５を参照して、顕微鏡１００Ｂが説明される。第１実施形態及び第３実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１１６】
第１実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｂは、光生成部２００と、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、を備える。顕微鏡１００Ｂは、画像生成部７００Ｂを更に備える。画像生成部７００Ｂは、輝度調整部７１５と、合成部７３０Ｂと、表示部７４０Ｂと、を含む。
【０１１７】
第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から輝度調整部７１５へ出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から輝度調整部７１５へ出力される。輝度調整部７１５は、第１信号ＦＳによって表される反射像の輝度と第２信号ＳＳによって表される透過像の輝度との間の差異を低減する処理を行う。輝度調整部７１５は、輝度差を低減するために設計されたプログラムを実行してもよい。代替的に、輝度調整部７１５は、第１信号ＦＳの増幅又は減衰処理を行ってもよい。更に代替的に、輝度調整部７１５は、第２信号ＳＳの増幅又は減衰処理を行ってもよい。本実施形態の原理は、輝度調整部７１５が実行する特定の処理に限定されない。反射像と透過像との間での輝度差を低減するための様々な既知の技術が、輝度調整部７１５に適用され得る。本実施形態において、輝度調整処理は、輝度調整部７１５が実行する処理によって例示される。
【０１１８】
輝度調整部７１５による上述の処理の後、第１信号ＦＳ及び第２信号ＳＳは、合成部７３０Ｂへ出力される。合成部７３０Ｂは、第１信号ＦＳ及び第２信号ＳＳを用いて、反射像と透過像とを合成し、画像信号ＶＳを生成する。画像信号ＶＳは、合成部７３０Ｂから表示部７４０Ｂへ出力される。表示部７４０Ｂは、画像信号ＶＳに応じて、合成画像を表示する。上述の如く、輝度調整部７１５は、反射像と透過像との間の輝度差を低減するので、観察者は、表示部７４０Ｂによって表された合成画像から試料ＳＭＰの状態を容易に把握することができる。
【０１１９】
＜第４実施形態＞
生体組織や細胞は、多くの場合、低い反射率を有する。したがって、反射光から生成される信号の強度は、低くなりやすい。低い強度の信号から反射像が生成されるならば、反射像の輝度は低くなる。第４実施形態において、反射像の輝度を増大させる技術が説明される。
【０１２０】
図６は、第４実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｃと称される）の概略的なブロック図である。図２及び図６を参照して、顕微鏡１００Ｃが説明される。第３実施形態及び第４実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１２１】
第３実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｃは、光生成部２００と、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、を備える。顕微鏡１００Ｃは、画像生成部７００Ｃを更に備える。
【０１２２】
第３実施形態と同様に、画像生成部７００Ｃは、表示部７４０Ｂを含む。画像生成部７００Ｃは、輝度調整部７１５Ｃと、合成部７３０Ｃと、を更に含む。
【０１２３】
輝度調整部７１５Ｃは、増幅部７１０Ｃと、第２信号処理部７２０Ｃと、を含む。第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から増幅部７１０Ｃへ出力される。増幅部７１０Ｃは、第１信号ＦＳを増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、増幅部７１０Ｃから合成部７３０Ｃに出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から第２信号処理部７２０Ｃへ出力される。第２信号処理部７２０Ｃは、第２信号ＳＳに対して、ノイズ除去や他の必要な処理を施与してもよい。第２信号処理部７２０Ｃによって処理された第２信号ＳＳは、合成部７３０Ｃへ出力される。
【０１２４】
合成部７３０Ｃは、増幅信号ＡＳ及び第２信号ＳＳを用いて、反射像と透過像とを合成し、画像信号ＶＳを生成する。画像信号ＶＳは、合成部７３０Ｃから表示部７４０Ｂへ出力される。表示部７４０Ｂは、画像信号ＶＳに応じて、合成画像を表示する。上述の如く、増幅部７１０Ｃは、第１信号ＦＳを増幅するので、反射像と透過像との間の輝度差は低減される。したがって、観察者は、表示部７４０Ｂによって表された合成画像から試料ＳＭＰの状態を容易に把握することができる。
【０１２５】
本実施形態の原理は、第２実施形態の設計に組み込まれてもよい。図２を参照して説明された第１信号処理装置７１０は、増幅部７１０Ｃとして機能してもよい。第２信号処理部７２０Ｃは、図２を参照して説明された第２信号処理装置７２０に対応してもよい。合成部７３０Ｃは、画像生成装置７３０に対応してもよい。表示部７４０Ｂは、表示装置７４０に対応してもよい。
【０１２６】
＜第５実施形態＞
生体組織や細胞は、多くの場合、高い透過率を有する。したがって、透過光から生成される信号の強度は、高くなりやすい。過度に高い強度の信号から透過像が生成されるならば、透過像の輝度は過度に高くなる。この結果、観察者は、試料の状態を合成画像から把握しにくくなることもある。第５実施形態において、透過像の輝度を低減させる技術が説明される。
【０１２７】
図７は、第５実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｄと称される）の概略的なブロック図である。図２及び図７を参照して、顕微鏡１００Ｄが説明される。第３実施形態及び第５実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１２８】
第３実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｄは、光生成部２００と、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、を備える。顕微鏡１００Ｄは、画像生成部７００Ｄを更に備える。
【０１２９】
第３実施形態と同様に、画像生成部７００Ｄは、表示部７４０Ｂを含む。画像生成部７００Ｄは、輝度調整部７１５Ｄと、合成部７３０Ｄと、を更に含む。
【０１３０】
輝度調整部７１５Ｄは、第１信号処理部７１０Ｄと、減衰部７２０Ｄと、を含む。第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から第１信号処理部７１０Ｄへ出力される。第１信号処理部７１０Ｄは、第１信号ＦＳに対して、ノイズ除去や他の必要な処理を施与してもよい。第１信号処理部７１０Ｄによって処理された第１信号ＦＳは、合成部７３０Ｄへ出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から減衰部７２０Ｄへ出力される。減衰部７２０Ｄは、第２信号ＳＳを減衰し、減衰信号ＤＳを生成する。減衰信号ＤＳは、減衰部７２０Ｄから合成部７３０Ｄに出力される。
【０１３１】
合成部７３０Ｄは、第１信号ＦＳ及び減衰信号ＤＳを用いて、反射像と透過像とを合成し、画像信号ＶＳを生成する。画像信号ＶＳは、合成部７３０Ｄから表示部７４０Ｂへ出力される。表示部７４０Ｂは、画像信号ＶＳに応じて、合成画像を表示する。上述の如く、減衰部７２０Ｄは、第２信号ＳＳを減衰するので、反射像と透過像との間の輝度差は低減される。したがって、観察者は、表示部７４０Ｂによって表された合成画像から試料ＳＭＰの状態を容易に把握することができる。
【０１３２】
本実施形態の原理は、第２実施形態の設計に組み込まれてもよい。図２を参照して説明された第２信号処理装置７２０は、減衰部７２０Ｄとして機能してもよい。第１信号処理部７１０Ｄは、図２を参照して説明された第１信号処理装置７１０に対応してもよい。合成部７３０Ｄは、画像生成装置７３０に対応してもよい。表示部７４０Ｂは、表示装置７４０に対応してもよい。
【０１３３】
＜第６実施形態＞
共焦点顕微鏡が、第４実施形態に関連して説明された増幅機能と、第５実施形態に関連して説明された減衰機能と、を有するならば、観察者は、低い透過率の領域と高い透過率の領域とを含む試料の特徴を精度よく把握することが可能になる。第６実施形態において、低い透過率の領域と高い透過率の領域とを含む試料の合成画像を生成する技術が説明される。
【０１３４】
図８は、第６実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｅと称される）の概略的なブロック図である。図２及び図８を参照して、顕微鏡１００Ｅが説明される。第４実施形態乃至第６実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第４実施形態又は第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第４実施形態又は第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１３５】
第４実施形態及び第５実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｅは、光生成部２００と、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、を備える。顕微鏡１００Ｅは、画像生成部７００Ｅを更に備える。
【０１３６】
第４実施形態及び第５実施形態と同様に、画像生成部７００Ｅは、表示部７４０Ｂを含む。画像生成部７００Ｅは、輝度調整部７１５Ｅと、合成部７３０Ｅと、を更に含む。
【０１３７】
第４実施形態と同様に、輝度調整部７１５Ｅは、増幅部７１０Ｃを含む。第５実施形態と同様に、輝度調整部７１５Ｅは、減衰部７２０Ｄを含む。第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から増幅部７１０Ｃへ出力される。増幅部７１０Ｃは、第１信号ＦＳを増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、増幅部７１０Ｃから合成部７３０Ｅに出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から減衰部７２０Ｄへ出力される。減衰部７２０Ｄは、第２信号ＳＳを減衰し、減衰信号ＤＳを生成する。減衰信号ＤＳは、減衰部７２０Ｄから合成部７３０Ｅに出力される。
【０１３８】
合成部７３０Ｅは、増幅信号ＡＳ及び減衰信号ＤＳを用いて、反射像と透過像とを合成し、画像信号ＶＳを生成する。画像信号ＶＳは、合成部７３０Ｅから表示部７４０Ｂへ出力される。表示部７４０Ｂは、画像信号ＶＳに応じて、合成画像を表示する。
【０１３９】
本実施形態の原理は、第２実施形態の設計に組み込まれてもよい。図２を参照して説明された第１信号処理装置７１０は、増幅部７１０Ｃとして機能してもよい。図２を参照して説明された第２信号処理装置７２０は、減衰部７２０Ｄとして機能してもよい。合成部７３０Ｄは、画像生成装置７３０に対応してもよい。表示部７４０Ｂは、表示装置７４０に対応してもよい。
【０１４０】
図９は、画像合成処理の概念を表す概略的なフローチャートである。図８及び図９を参照して、画像合成処理が説明される。
【０１４１】
上述の如く、第１信号ＦＳは、第１信号生成部５００から増幅部７１０Ｃに出力される。第２信号ＳＳは、第２信号生成部６００から減衰部７２０Ｄへ出力される。第１信号ＦＳは、試料ＳＭＰからの反射光ＲＬによって表現される反射像のデータを含む。第２信号ＳＳは、試料ＳＭＰからの透過光ＴＬによって表現される透過像のデータを含む。増幅部７１０Ｃは、顕微鏡１００Ｅの走査動作の間、第１信号生成部５００が出力する第１信号ＦＳを受信し、反射像を生成する。減衰部７２０Ｄは、顕微鏡１００Ｅの走査動作の間、第２信号生成部６００が出力する第２信号ＳＳを受信し、透過像を生成する。
【０１４２】
図９は、試料ＳＭＰとして用いられた生体細胞の反射像及び透過像を示す。生体細胞は、全体的に、低い反射率を有する。したがって、反射像のコントラストは低くなりやすい。その一方で、反射像は、生体細胞の内部や表面の反射率の局所的な増加を反映しやすいので、反射像は、生体細胞の内部や表面の状態に関する多くの情報を、観察者に与えることができる。生体細胞は、全体的に、低い反射率を有するので、第１信号ＦＳは微弱である。第１信号ＦＳが増幅されるならば、生体細胞の内部や表面の特徴が強調された反射像が得られる。
【０１４３】
試料ＳＭＰから外れた位置に形成された試料焦点から発せられた透過光ＴＬの強度は強いので、第２信号ＳＳの強度は強くなる。一方、試料ＳＭＰは、光を吸収或いは散乱させるので、試料ＳＭＰ内に形成された試料焦点から発せられた透過光ＴＬの強度は弱くなる。透過光ＴＬの上述の特徴は、生体細胞の輪郭を高いコントラストで描くことに貢献する。第２信号ＳＳが減衰されるならば、反射像と透過像との間の輝度差が低減され、且つ、生体細胞の輪郭を明確に表す透過像が得られる。
【０１４４】
上述の信号処理は、生存状態の生体組織や細胞の観察に有用である。すなわち、上述の信号処理の結果、観察者は、生体組織や細胞を無染色・非侵襲的に観察することができる。本実施形態の原理の下では、生体組織や細胞への蛍光材料の添加なくして、透過像は、生体組織や細胞の輪郭を明確に描くことができる。加えて、反射像は、生体組織や細胞の内部や表面の状態を明確に表すことができる。
【０１４５】
試料ＳＭＰの反射率が低いならば（例えば、生体細胞）、反射像と透過像との間で大きなコントラストの差異が生ずる。増幅部７１０Ｃ及び減衰部７２０Ｄは、第１信号ＦＳ及び第２信号ＳＳを増幅及び減衰し、反射像と透過像との間の適切なコントラスト比を達成する。この結果、合成部７３０Ｅが生成する合成画像は、試料ＳＭＰの輪郭と表面及び内部の状態とを明瞭に表すことができる。
【０１４６】
観察者が、蛍光色素を添加せず、生存状態にある細胞を観察するとき、細胞と空気との間の屈折率の差異は、反射像と透過像との間での光量の比率を決定する。細胞の屈折率が、「１．３３５」の値であり、且つ、細胞が空気によって取り囲まれているならば、透過像の光量は、反射像の光量の約５０倍になる。
【０１４７】
生体細胞の屈折率は、生体細胞内の水分量や密度といった因子に依存するが、反射像は、透過像よりも１０〜１００倍暗くなる。したがって、増幅部７１０Ｃは、第１信号ＦＳを、１０〜１００倍増幅し、増幅信号ＡＳを生成するならば、第１信号ＦＳによって表現される反射像よりも１０〜１００倍明るい反射像が得られる。増幅信号ＡＳによって表現される反射像が用いられるならば、反射像と透過像との間のコントラストの差異が低減されるので、試料ＳＭＰの観察に適した合成画像が得られる。
【０１４８】
増幅部７１０Ｃの信号増幅率及び減衰部７２０Ｄの信号減衰率は、試料ＳＭＰの光学的特性に依存する。したがって、本実施形態の原理は、特定の信号増幅率及び特定の信号減衰率に限定されない。
【０１４９】
上述の如く、増幅信号ＡＳは、増幅部７１０Ｃから合成部７３０Ｅへ出力される。減衰信号ＤＳは、減衰部７２０Ｄから合成部７３０Ｅへ出力される。合成部７３０Ｅは、増幅信号ＡＳと減衰信号ＤＳとを用いて、反射像と透過像とを合成する。合成部７３０Ｅは、増幅信号ＡＳ及び減衰信号ＤＳを用いて、加算処理及び／又は減算処理を行ってもよい。合成部７３０Ｅは、増幅信号ＡＳ及び減衰信号ＤＳを用いて、論理積、論理和や排他的論理和といった論理演算を実行してもよい。図９に示される合成部７３０Ｅは、透過像を白黒反転している。合成部７３０Ｅは、その後、反転処理後の透過像を反射像に合成している。合成画像は、様々な演算技術によって得られてもよい。したがって、本実施形態の原理は、合成部７３０Ｅが実行する特定の演算処理に限定されない。
【０１５０】
合成部７３０Ｅは、合成画像に対して様々な処理を更に施与してもよい。合成部７３０Ｅは、合成画像に対して、フィルタリング処理を施与してもよい。フィルタリング処理の結果、合成画像の視認性が向上する。
【０１５１】
合成部７３０Ｅは、合成画像を表す画像信号ＶＳを生成する。画像信号ＶＳは、合成部７３０Ｅから表示部７４０Ｂへ出力する。表示部７４０Ｂは、画像信号ＶＳに応じて、合成画像を表示する。
【０１５２】
図９を参照して説明された合成画像の生成技術は例示的である。したがって、図９に関連して説明された様々な処理のうちの一部は省略されてもよい。例えば、反射像及び透過像は、生成されなくともよい。画像生成部７００Ｅは、反射像及び透過像を生成することなく、第１信号ＦＳ及び第２信号ＳＳを処理し、合成画像を生成してもよい。図９において、合成処理までの画像処理は並列的に行われている。しかしながら、本実施形態の原理は、画像合成の特定の処理順序に限定されない。例えば、合成処理までの画像処理は、直列的に行われてもよい。
【０１５３】
＜第７実施形態＞
光源部から出射された出射光の光路の傾きは、走査部と調整部との間の同期的な制御に好適に利用可能である。第７実施形態において、光源部から出射された出射光の光路の傾きを利用して、走査部と調整部とを同期制御する技術が説明される。
【０１５４】
図１０は、第７実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｆと称される）の概略的なブロック図である。図１０を参照して、顕微鏡１００Ｆが説明される。第６実施形態及び第７実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第６実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第６実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１５５】
第６実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｆは、走査部３００と、調整部４００と、第１信号生成部５００と、第２信号生成部６００と、画像生成部７００Ｅと、を備える。顕微鏡１００Ｆは、光生成部２００Ｆと、制御部１２０Ｆと、を更に備える。
【０１５６】
光生成部２００Ｆは、光源２１０Ｆと分離部２３５Ｆとを含む。光源２１０Ｆは、光束ＬＦを走査部３００へ出射する。分離部２３５Ｆは、走査部３００から試料ＳＭＰへ向かう光路上に配置される。走査部３００を通過した光束ＬＦは、分離部２３５Ｆに到達する。分離部２３５Ｆは、光束ＬＦを、試料ＳＭＰへ向かう光束ＬＦ１と、制御部１２０Ｆへ向かう光束ＬＦ２と、に分離する。
【０１５７】
制御部１２０Ｆは、傾き検出部１２１と、同期制御部１２２と、を含む。傾き検出部１２１は、光束ＬＦ２の光路の傾きを検出する。その後、傾き検出部１２１は、光束ＬＦ２の光路の傾きを表す検出信号ＤＴＳを生成する。検出信号ＤＴＳは、傾き検出部１２１から同期制御部１２２へ出力される。同期制御部１２２は、検出信号ＤＴＳに応じて、走査部３００と調整部４００とを同期制御する。同期制御部１２２による同期制御下において、走査部３００及び調整部４００は、第２実施形態に関連して説明された動作を実行してもよい。本実施形態において、出射光は、光束ＬＦ，ＬＦ１，ＬＦ２によって例示される。
【０１５８】
図１１は、図１０のブロック図に基づいて設計された例示的な共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１０１と称される）の概略図である。図１０及び図１１を参照して、顕微鏡１０１が説明される。第２実施形態及び第７実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１５９】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２５５，２６０と、を備える。顕微鏡１０１は、ミラー２３６を更に備える。ミラー２３６は、レーザ光ＬＢの一部を対物レンズ２４０へ向けて反射すると同時に、レーザ光ＬＢの他の一部の透過を許容する。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５，２４５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０，２５５，２６０、ミラー２３６、対物レンズ２４０及び反射ミラー２５０は、図１０を参照して説明された光生成部２００Ｆとして設計されている。レーザ光源２１０は、図１０を参照して説明された光源２１０Ｆに対応する。ミラー２３６は、図１０を参照して説明された分離部２３５Ｆに対応する。
【０１６０】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１０を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０１６１】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。
【０１６２】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１０を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０１６３】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１０を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０１６４】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１０を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０１６５】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１０１は、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を更に備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１０を参照して説明された画像生成部７００Ｅとして設計される。
【０１６６】
顕微鏡１０１は、第１制御回路１９０を更に備える。第１制御回路１９０は、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５を制御する。第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、第１制御回路１９０の制御下で動作し、試料焦点ＳＦＰを主走査方向及び副走査方向に変位させる。
【０１６７】
顕微鏡１０１は、集光レンズ１２３と光検出器１２４とを更に備える。光検出器１２４は、集光レンズ１２３に対向する受光面１２５を含む。集光レンズ１２３は、ミラー２３６を通過したレーザ光ＬＢを集光し、受光面１２５上に集光点ＣＰを形成する。
【０１６８】
第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５が、第１制御回路１９０の制御下で動作する間、ミラー２３６と受光面１２５との間で形成されたレーザ光ＬＢの光路の傾きは変動する。受光面１２５上の集光点ＣＰの位置は、ミラー２３６と受光面１２５との間で形成されたレーザ光ＬＢの光路の傾きに応じて変化する。光検出器１２４は、集光点ＣＰの位置に応じた検出信号ＤＴＳを生成する。したがって、検出信号ＤＴＳは、ミラー２３６と受光面１２５との間で形成されたレーザ光ＬＢの光路の傾きに関する情報を含むことができる。集光レンズ１２３及び光検出器１２４は、図１０を参照して説明された傾き検出部１２１として設計される。
【０１６９】
顕微鏡１０１は、第２制御回路１２６を備える。検出信号ＤＴＳは、光検出器１２４から第２制御回路１２６へ出力される。第２制御回路１２６は、検出信号ＤＴＳに応じて、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御する。第２制御回路１２６は、図１０を参照して説明された同期制御部１２２として設計される。
【０１７０】
顕微鏡１０１に対して初期調整を行う作業者は、第１制御回路１９０から出力される制御信号と第１偏向ミラー３１０の傾斜角度との関係及び第１制御回路１９０から出力される制御信号と第２偏向ミラー３２０の傾斜角度との関係を適切に調整する。しかしながら、これらの関係は、顕微鏡１０１の長期の使用の間、変化することもある（例えば、第１偏向ミラー３１０及び第２偏向ミラー３２０の回転軸のずれや機械的な振動）。第１偏向ミラー３１０及び第２偏向ミラー３２０の機械的又は光学的な設定の変化は、ミラー２３６と受光面１２５との間で形成されたレーザ光ＬＢの光路の傾きにも反映される。第２制御回路１２６は、レーザ光ＬＢの光路の傾きを表す検出信号ＤＴＳを用いて、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御するので、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１内に適切に維持される。
【０１７１】
＜第８実施形態＞
第７実施形態によれば、光源部から出射された出射光が分岐される。調整部は、分岐された出射光の光路の傾きを表す検出信号に応じて制御される。したがって、共焦点顕微鏡の光学的設定を調整する作業者は、反射光及び出射光の光路を形成する光学系を基準に、調整部の光学的設定を調整することができる。この結果、作業者は、共焦点顕微鏡の光学的設定を容易に且つ適切に調整することができる。検出信号は、透過光を利用して生成されてもよい。第８実施形態において、透過光の光路の傾きを利用して、走査部と調整部とを同期制御する技術が説明される。
【０１７２】
図１２は、第８実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｇと称される）の概略図である。図１及び図１２を参照して、顕微鏡１００Ｇが説明される。第２実施形態、第７実施形態及び第８実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態又は第７実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態又は第７実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１７３】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、反射ミラー２３５と、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、リレーレンズ２５５，２６０と、を備える。顕微鏡１００Ｇは、ミラー２５１を更に備える。ミラー２５１は、透過光ＴＬの一部をリレーレンズ２５５へ向けて反射すると同時に、透過光ＴＬの他の一部の透過を許容する。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５，２４５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０，２５５，２６０、対物レンズ２４０、反射ミラー２３５及びミラー２５１は、図１を参照して説明された光生成部２００として設計される。
【０１７４】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０１７５】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。
【０１７６】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０１７７】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０１７８】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０１７９】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を更に備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１を参照して説明された画像生成部７００として設計される。
【０１８０】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｇは、第１制御回路１９０と、第２制御回路１２６と、を備える。顕微鏡１００Ｇは、集光レンズ１２３Ｇと光検出器１２４Ｇとを更に備える。光検出器１２４Ｇは、集光レンズ１２３Ｇに対向する受光面１２５Ｇを含む。集光レンズ１２３Ｇは、ミラー２５１を通過した透過光ＴＬを集光し、受光面１２５Ｇ上に集光点ＣＰを形成する。
【０１８１】
第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５が、第１制御回路１９０の制御下で動作する間、ミラー２５１と受光面１２５Ｇとの間で形成された透過光ＴＬの光路の傾きは変動する。受光面１２５Ｇ上の集光点ＣＰの位置は、ミラー２５１と受光面１２５Ｇとの間で形成された透過光ＴＬの光路の傾きに応じて変化する。光検出器１２４Ｇは、集光点ＣＰの位置に応じた検出信号ＤＴＳを生成する。したがって、検出信号ＤＴＳは、ミラー２５１と受光面１２５Ｇとの間で形成された透過光ＴＬの光路の傾きに関する情報を含むことができる。検出信号ＤＴＳは、光検出器１２４Ｇから第２制御回路１２６へ出力される。第２制御回路１２６は、検出信号ＤＴＳに応じて、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御する。
【０１８２】
顕微鏡１００Ｇに対して初期調整を行う作業者は、第１制御回路１９０から出力される制御信号と第１偏向ミラー３１０の傾斜角度との関係及び第１制御回路１９０から出力される制御信号と第２偏向ミラー３２０の傾斜角度との関係を適切に調整する。しかしながら、これらの関係は、顕微鏡１００Ｇの長期の使用の間、変化することもある（例えば、第１偏向ミラー３１０及び第２偏向ミラー３２０の回転軸のずれや機械的な振動）。第１偏向ミラー３１０及び第２偏向ミラー３２０の機械的又は光学的な設定の変化は、ミラー２５１と受光面１２５Ｇとの間で形成された透過光ＴＬの光路の傾きにも反映される。第２制御回路１２６は、透過光ＴＬの光路の傾きを表す検出信号ＤＴＳを用いて、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５を制御するので、第２焦点ＦＰ２は、第２ピンホール６２１内に適切に維持される。
【０１８３】
＜第９実施形態＞
試料が、反射光及び透過光の光路に沿って移動されるならば、試料の立体的な画像が得られる。しかしながら、反射光及び透過光の光路に沿う試料の移動は、球面収差を変動させる。球面収差の変動は、試料焦点の大きさの変化に帰結する。第９実施形態において、球面収差を補正することができる機能を有する共焦点顕微鏡が説明される。
【０１８４】
図１３は、第９実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｈと称される）の概略図である。図１及び図１３を参照して、顕微鏡１００Ｈが説明される。第２実施形態及び第９実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１８５】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、リレーレンズ２５５，２６０と、を備える。顕微鏡１００Ｈは、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈを更に備える。ミラー２３５Ｈは、対物レンズ２４０に向けてレーザ光ＬＢを反射する。ミラー２３５Ｈ、反射光ＲＬの一部をリレーレンズ２３０に向けて反射する一方で、反射光ＲＬの他の一部の透過を許容する。ミラー２５０Ｈは、透過光ＴＬの一部をリレーレンズ２５５に向けて反射する一方で、透過光ＴＬの他の一部の透過を許容する。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５，２４５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０，２５５，２６０、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈ及び対物レンズ２４０は、図１を参照して説明された光生成部２００として設計される。
【０１８６】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０１８７】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。本実施形態において、ステージは、スライドガラス１１０によって例示される。ステージは、スライドガラス１１０に加えて、スライドガラス１１０が載置される試料台（図示せず）を含んでもよい。
【０１８８】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０１８９】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０１９０】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０１９１】
第２実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｈは、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を更に備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１を参照して説明された画像生成部７００として設計される。
【０１９２】
顕微鏡１００Ｈは、制御部１２０Ｈと、第１補正部１４１と、第２補正部１４２と、第１検出部１５１と、第２検出部１５２と、変位機構１６０と、を更に備える。変位機構１６０は、制御部１２０Ｈの制御下で、対物レンズ２４０とコリメートレンズ２４５との間で規定される光軸に沿って、スライドガラス１１０を変位させる。第１検出部１５１は、ミラー２３５Ｈを透過した反射光ＲＬを受光し、反射光ＲＬの波面収差を検出する。その後、第１検出部１５１は、波面収差に応じた第１検出信号ＦＤＳを生成する。第２検出部１５２は、ミラー２５０Ｈを透過した透過光ＴＬを受光し、透過光ＴＬの波面収差を検出する。その後、第２検出部１５２は、波面収差に応じた第２検出信号ＳＤＳを生成する。制御部１２０Ｈは、第１検出信号ＦＤＳに応じて、第１補正部１４１を制御する。制御部１２０Ｈは、第２検出信号ＳＤＳに応じて、第２補正部１４２を制御する。上述の様々な実施形態と同様に、制御部１２０Ｈは、第１駆動モータ３１５乃至第４駆動モータ４２５を制御してもよい。本実施形態において、第１収差検出部は、第１検出部１５１によって例示される。第２収差検出部は、第２検出部１５２によって例示される。第１収差信号は、第１検出信号ＦＤＳによって例示される。第２収差信号は、第２検出信号ＳＤＳによって例示される。
【０１９３】
試料ＳＭＰは、空気とは異なる屈折率を有する。対物レンズ２４０が生成した収束光が、試料ＳＭＰに入射してから試料焦点ＳＦＰを形成するまでの光学的距離は、スライドガラス１１０の位置に依存する。スライドガラス１１０の位置変化に起因する光学的距離の変化は、収束光の球面収差の変化に帰結する。球面収差の変化は、試料焦点ＳＦＰの大きさを変化させる。第２偏向ミラー３２０と対物レンズ２４０との間に配置された第１補正部１４１は、制御部１２０Ｈの制御下で、試料焦点ＳＦＰの大きさを維持する。
【０１９４】
スライドガラス１１０の位置変化は、透過光ＴＬの球面収差も変化させる。第２補正部１４２は、制御部１２０Ｈの制御下で、コリメートレンズ２４５を通過した透過光ＴＬの球面収差を補正する。したがって、第２補正部１４２を通過した後の透過光ＴＬの光学的特性は安定化される。
【０１９５】
第１検出部１５１及び第２検出部１５２として、シャックハルトマン波面センサが用いられてもよい。代替的に、干渉計を用いて位相波面を検出する技術が、第１検出部１５１及び第２検出部１５２に適用されてもよい。更に代替的に、信号光（反射光ＲＬ及び透過光ＴＬ）の外縁部及び中心部のフォーカス位置の差分を検出する技術が、第１検出部１５１及び第２検出部１５２に適用されてもよい。
【０１９６】
第１検出部１５１及び第２検出部１５２は、省略されてもよい。この場合、制御部１２０Ｈは、変位機構１６０の位置制御に用いた信号を利用して、スライドガラス１１０の位置を見極めてもよい。制御部１２０Ｈは、スライドガラス１１０の位置調整と同期して、第１補正部１４１及び第２補正部１４２を制御することができる。
【０１９７】
第１補正部１４１及び第２補正部１４２は、液晶素子を含む液晶装置であってもよい。液晶装置は、局所的な屈折率変化を電気的に与え、球面収差を調整することができる。代替的に、第１補正部１４１及び第２補正部１４２は、複数のレンズを有するレンズ装置であってもよい。複数のレンズのうち少なくとも１つは、可動式のレンズである。レンズ装置は、可動式のレンズを、反射光ＲＬ又は透過光ＴＬが伝搬する光路に沿って電気的に変位させ、球面収差を調整することができる。
【０１９８】
＜第１０実施形態＞
第９実施形態に関連して説明された共焦点顕微鏡は、液晶装置やレンズ装置を用いて、球面収差を補正する。球面収差の補正には、液晶装置やレンズ装置は必ずしも必要とされない。第１０実施形態において、液晶装置やレンズ装置を用いることなく、球面収差を補正するための技術が説明される。
【０１９９】
図１４は、第１０実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｉと称される）の概略図である。図１、図１３及び図１４を参照して、顕微鏡１００Ｉが説明される。第９実施形態及び第１０実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第９実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第９実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０２００】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５と、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈと、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、リレーレンズ２６０と、を備える。顕微鏡１００Ｉは、リレーレンズ２３０Ｉ，２５５Ｉを更に備える。リレーレンズ２３０Ｉは、リレーレンズ２２５とミラー２３５Ｈとの間で規定された光軸に沿って変位することができる。リレーレンズ２５５Ｉは、ミラー２５０Ｈとリレーレンズ２６０との間で規定された光軸に沿って変位することができる。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５，２４５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０Ｉ，２５５Ｉ，２６０、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈ及び対物レンズ２４０は、図１を参照して説明された光生成部２００として設計される。
【０２０１】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０２０２】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０２０３】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０２０４】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０２０５】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を更に備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１を参照して説明された画像生成部７００として設計される。
【０２０６】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｉは、スライドガラス１１０と、第１検出部１５１と、第２検出部１５２と、変位機構１６０と、を備える。顕微鏡１００Ｉは、制御部１２０Ｉと、第１駆動装置１７１と、第２駆動装置１７２と、を更に備える。変位機構１６０は、制御部１２０Ｉの制御下で、対物レンズ２４０とコリメートレンズ２４５との間で規定される光軸に沿って、スライドガラス１１０を変位させる。第１検出部１５１は、ミラー２３５Ｈを透過した反射光ＲＬを受光し、反射光ＲＬの波面収差を検出する。その後、第１検出部１５１は、波面収差に応じた第１検出信号ＦＤＳを生成する。第２検出部１５２は、ミラー２５０Ｈを透過した透過光ＴＬを受光し、透過光ＴＬの波面収差を検出する。その後、第２検出部１５２は、波面収差に応じた第２検出信号ＳＤＳを生成する。
【０２０７】
制御部１２０Ｉは、第１検出信号ＦＤＳに応じて、第１駆動装置１７１を制御する。第１駆動装置１７１は、制御部１２０Ｉの制御下で、リレーレンズ２３０Ｉを、リレーレンズ２２５とミラー２３５Ｈとの間で規定された光軸に沿って変位させる。この結果、反射光ＲＬに対する球面収差は、適切に調整される。
【０２０８】
制御部１２０Ｉは、第２検出信号ＳＤＳに応じて、第２駆動装置１７２を制御する。第２駆動装置１７２は、制御部１２０Ｉの制御下で、リレーレンズ２５５Ｉを、リレーレンズ２６０とミラー２５０Ｈとの間で規定された光軸に沿って変位させる。この結果、透過光ＴＬに対する球面収差は、適切に調整される。尚、上述の様々な実施形態と同様に、制御部１２０Ｉは、第１駆動モータ３１５乃至第４駆動モータ４２５を制御してもよい。
【０２０９】
本実施形態の原理は、第９実施形態の顕微鏡１００Ｈに適用されてもよい。例えば、本実施形態の原理にしたがって、球面収差は、リレーレンズの変位によって大まかに調整されてもよい。その後、球面収差は、第９実施形態の原理にしたがって、液晶装置やレンズ装置によって微調整されてもよい。
【０２１０】
第９実施形態及び第１０実施形態の原理は、試料焦点ＳＦＰの大きさを安定化させる。したがって、反射像、透過像及び合成画像は、精度よく生成される。
【０２１１】
＜第１１実施形態＞
共焦点顕微鏡は、対物レンズを用いて、収束光を生成し、試料焦点を試料中に形成する。共焦点顕微鏡は、試料焦点を２次元的に変位させ、試料を光学的に走査する。収束光の光路の傾きは、試料焦点の位置に応じて変化する。
【０２１２】
対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が小さいならば（例えば、ＮＡ＜０．１）、試料に対する光学的な走査の間における収束光の光路の傾きの変動はあまり大きくならない。
【０２１３】
対物レンズの開口数ＮＡが大きいならば（例えば、ＮＡ＞０．６）、試料焦点は、回折限界程度に小さくなる。小さな試料焦点は、反射像、透過像及び合成画像の高い解像度に帰結する。しかしながら、小さな試料焦点が形成されるならば、試料に対する光学的な走査の間における収束光の光路の傾きの変動は、無視できないコマ収差の変動に帰結することもある。すなわち、試料に対する光学的な走査の間、試料焦点の大きさが不安定化されるので、反射像、透過像及び合成画像の解像度が変化する。第７実施形態に関連して説明された傾き検出技術は、コマ収差を調整するために適用可能である。第１１実施形態において、コマ収差を補正するための技術が説明される。
【０２１４】
図１５は、第１１実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｊと称される）の概略図である。図１０及び図１５を参照して、顕微鏡１００Ｊが説明される。第７実施形態及び第１１実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第７実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第７実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０２１５】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、レーザ光源２１０と、コリメートレンズ２１５と、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、ミラー２３６と、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２５５，２６０と、を備える。レーザ光源２１０、コリメートレンズ２１５，２４５、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０，２５５，２６０、ミラー２３６、対物レンズ２４０及び反射ミラー２５０は、図１０を参照して説明された光生成部２００Ｆとして設計されている。
【０２１６】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１０を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０２１７】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。
【０２１８】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、第１検出レンズ５１０と、第１ピンホール部材５２０と、第１光検出器５３０と、を更に備える。第１検出レンズ５１０、第１ピンホール部材５２０及び第１光検出器５３０は、図１０を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０２１９】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１０を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０２２０】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、第２検出レンズ６１０と、第２ピンホール部材６２０と、第２光検出器６３０と、を更に備える。第２検出レンズ６１０、第２ピンホール部材６２０及び第２光検出器６３０は、図１０を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０２２１】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、第１信号処理装置７１０と、第２信号処理装置７２０と、画像生成装置７３０と、表示装置７４０と、を更に備える。第１信号処理装置７１０、第２信号処理装置７２０、画像生成装置７３０及び表示装置７４０は、図１０を参照して説明された画像生成部７００Ｅとして設計される。
【０２２２】
第７実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｊは、集光レンズ１２３と光検出器１２４とを備える。顕微鏡１００Ｊは、制御部１２０Ｊと、第１補正部１４１Ｊと、第２補正部１４２Ｊと、を更に備える。光検出器１２４が生成した検出信号ＤＴＳは、制御部１２０Ｊへ出力される。制御部１２０Ｊは、検出信号ＤＴＳに応じて、第１補正部１４１Ｊ及び第２補正部１４２Ｊを制御する。第７実施形態に関連して説明された如く、検出信号ＤＴＳは、レーザ光ＬＢの光路の傾きに関する情報を含むので、第１補正部１４１Ｊ及び第２補正部１４２Ｊは、試料焦点ＳＦＰの移動の間に生ずるレーザ光ＬＢの光路の傾きに起因するコマ収差を補正することができる。したがって、試料焦点ＳＦＰの大きさは、略一定に保たれる。第１補正部１４１Ｊは、第２偏向ミラー３２０と対物レンズ２４０との間で、レーザ光ＬＢのコマ収差を補正する。第２補正部１４２Ｊは、透過光ＴＬのコマ収差を補正する。この結果、顕微鏡１００Ｊは、合成画像、反射像及び／又は透過像を精度よく生成することができる。尚、上述の様々な実施形態と同様に、制御部１２０Ｊは、第１駆動モータ３１５乃至第４駆動モータ４２５を制御してもよい。本実施形態において、第３補正部は、第１補正部１４１Ｊによって例示される。第４補正部は、第２補正部１４２Ｊによって例示される。
【０２２３】
第１補正部１４１Ｊ及び第２補正部１４２Ｊは、液晶素子を含む液晶装置であってもよい。液晶装置は、局所的な屈折率変化を電気的に与え、球面収差を調整することができる。代替的に、第１補正部１４１Ｊ及び第２補正部１４２Ｊは、複数のレンズを有するレンズ装置であってもよい。複数のレンズのうち少なくとも１つは、可動式のレンズである。レンズ装置は、可動式のレンズを、反射光ＲＬ又は透過光ＴＬが伝搬する光路に沿って電気的に変位させ、球面収差を調整することができる。
【０２２４】
コマ収差は、レーザ光ＬＢの光路の傾きの検出以外の技術を用いて補正されてもよい。共焦点顕微鏡は、コマ収差成分を検出する検出センサを備えてもよい。検出センサは、コマ収差成分を表す検出信号を生成してもよい。共焦点顕微鏡は、検出信号に応じてコマ収差を調整してもよい。代替的に、共焦点顕微鏡は、偏向ミラーを駆動するための駆動信号から光路の傾きを見極めてもよい。
【０２２５】
＜第１２実施形態＞
共焦点顕微鏡は、波長において異なる複数の光束を用いて合成画像を生成してもよい。試料が、吸収波長や透過波長において異なる部位を有するならば、合成画像は、吸収波長や透過波長の相違を利用して、試料の特徴を精度よく表現することができる。例えば、共焦点顕微鏡は、吸収波長ごとに、試料の合成画像を生成してもよい。第１２実施形態において、波長において異なる複数の光束を用いて合成画像を生成する共焦点顕微鏡が説明される。
【０２２６】
図１６は、第１２実施形態の共焦点顕微鏡（以下、顕微鏡１００Ｋと称される）の光学系の概略図である。図１、図１３及び図１６を参照して、顕微鏡１００Ｋが説明される。尚、上述の様々な実施形態の原理は、顕微鏡１００Ｋの駆動系及び画像生成に適用されてもよい。第１１実施形態及び第１２実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０２２７】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｋは、ビームスプリッタ２２０と、リレーレンズ２２５，２３０と、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈと、対物レンズ２４０と、コリメートレンズ２４５と、リレーレンズ２５５，２６０と、を備える。顕微鏡１００Ｋは、第１レーザ光源２１１と、第２レーザ光源２１２と、第１コリメートレンズ２１６と、第２コリメートレンズ２１７と、反射ミラー２１８と、ダイクロイックミラー２１９と、を更に備える。
【０２２８】
第１レーザ光源２１１は、第１コリメートレンズ２１６へレーザ光ＬＢ１を出射する。第１コリメートレンズ２１６は、レーザ光ＬＢ１を平行光にする。第１コリメートレンズ２１６を通過したレーザ光ＬＢ１は、ダイクロイックミラー２１９に向けて反射される。第２レーザ光源２１２は、第２コリメートレンズ２１７へレーザ光ＬＢ２を出射する。第２コリメートレンズ２１７は、レーザ光ＬＢ２を平行光にする。第２コリメートレンズ２１７を通過したレーザ光ＬＢ２は、ダイクロイックミラー２１９に到達する。ダイクロイックミラー２１９は、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を合波し、レーザ光ＬＢを生成する。レーザ光ＬＢ２は、レーザ光ＬＢ１とは波長において相違する。第１レーザ光源２１１、第２レーザ光源２１２、第１コリメートレンズ２１６、第２コリメートレンズ２１７、反射ミラー２１８、ダイクロイックミラー２１９、ビームスプリッタ２２０、リレーレンズ２２５，２３０，２５５，２６０、ミラー２３５Ｈ，２５０Ｈ、対物レンズ２４０及びコリメートレンズ２４５は、図１を参照して説明された光生成部２００として設計される。本実施形態において、第１レーザ光は、レーザ光ＬＢ１によって例示される。第２レーザ光は、レーザ光ＬＢ２によって例示される。
【０２２９】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｋは、第１偏向ミラー３１０と、第２偏向ミラー３２０と、第１駆動モータ３１５と、第２駆動モータ３２５と、を更に備える。第１偏向ミラー３１０、第２偏向ミラー３２０、第１駆動モータ３１５及び第２駆動モータ３２５は、図１を参照して説明された走査部３００として設計されている。
【０２３０】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｋは、スライドガラス１１０を更に備える。観察者は、スライドガラス１１０に試料ＳＭＰを載置することができる。
【０２３１】
第９実施形態と同様に、顕微鏡１００Ｋは、第３偏向ミラー４１０と、第４偏向ミラー４２０と、第３駆動モータ４１５と、第４駆動モータ４２５と、を更に備える。第３偏向ミラー４１０、第４偏向ミラー４２０、第３駆動モータ４１５及び第４駆動モータ４２５は、図１を参照して説明された調整部４００として設計されている。
【０２３２】
顕微鏡１００Ｋは、検出レンズ５１１，５１２と、ピンホール部材５９１，５９２と、光検出器５３１，５３２と、ダイクロイックミラー５１３と、反射ミラー５１４と、を更に備える。検出レンズ５１１，５１２、ピンホール部材５９１，５９２及び光検出器５３１，５３２は、図１を参照して説明された第１信号生成部５００として設計されている。
【０２３３】
上述の様々な実施形態と同様に、レーザ光ＬＢは、反射光ＲＬとして、ビームスプリッタ２２０に戻る。反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２２０と検出レンズ５１１との間に配置されたダイクロイックミラー５１３に入射する。ダイクロイックミラー５１３は、反射光ＲＬを、レーザ光ＬＢ１由来の反射光ＲＬ１とレーザ光ＬＢ２由来の反射光ＲＬ２とに分離する。
【０２３４】
反射光ＲＬ１は、ダイクロイックミラー５１３を通過し、検出レンズ５１１に入射する。ダイクロイックミラー５１３は、反射光ＲＬ２を反射ミラー５１４へ向けて反射する。反射ミラー５１４は、検出レンズ５１２に向けて、反射光ＲＬ２を反射する。
【０２３５】
検出レンズ５１１は、ピンホール部材５９１のピンホールに、反射光ＲＬ１を集光する。その後、反射光ＲＬ１は、ピンホール部材５９１を通過し、光検出器５３１に入射する。光検出器５３１は、反射光ＲＬ１の強度に応じた信号を生成する。
【０２３６】
検出レンズ５１２は、ピンホール部材５９２のピンホールに、反射光ＲＬ２を集光する。その後、反射光ＲＬ２は、ピンホール部材５９２を通過し、光検出器５３２に入射する。光検出器５３２は、反射光ＲＬ２の強度に応じた信号を生成する。
【０２３７】
顕微鏡１００Ｋは、検出レンズ６１１，６１２と、ピンホール部材６９１，６９２と、光検出器６３１，６３２と、ダイクロイックミラー６１３と、反射ミラー６１４と、を更に備える。検出レンズ６１１，６１２、ピンホール部材６９１，６９２及び光検出器６３１，６３２は、図１を参照して説明された第２信号生成部６００として設計されている。
【０２３８】
上述の様々な実施形態と同様に、レーザ光ＬＢは、透過光ＴＬとして、第３偏向ミラー４１０から出射される。その後、透過光ＴＬは、ダイクロイックミラー６１３に入射する。ダイクロイックミラー６１３は、透過光ＴＬを、レーザ光ＬＢ１由来の透過光ＴＬ１とレーザ光ＬＢ２由来の透過光ＴＬ２とに分離する。
【０２３９】
透過光ＴＬ１は、ダイクロイックミラー６１３を通過し、検出レンズ６１１に入射する。ダイクロイックミラー６１３は、透過光ＴＬ２を反射ミラー６１４へ向けて反射する。反射ミラー６１４は、検出レンズ６１２に向けて、透過光ＴＬ２を反射する。
【０２４０】
検出レンズ６１１は、ピンホール部材６９１のピンホールに、透過光ＴＬ１を集光する。その後、透過光ＴＬ１は、ピンホール部材６９１を通過し、光検出器６３１に入射する。光検出器６３１は、透過光ＴＬ１の強度に応じた信号を生成する。
【０２４１】
検出レンズ６１２は、ピンホール部材６９２のピンホールに、透過光ＴＬ２を集光する。その後、透過光ＴＬ２は、ピンホール部材６９２を通過し、光検出器６３２に入射する。光検出器６３２は、透過光ＴＬ２の強度に応じた信号を生成する。
【０２４２】
顕微鏡１００Ｋは、第１補正部１４１Ｋと、第２補正部１４２Ｋと、第１検出部１５１Ｋと、第２検出部１５２Ｋと、を更に備える。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の間に大きな波長差が存在するならば、色収差が発生することもある。第１検出部１５１Ｋ及び第２検出部１５２Ｋは、色収差を検出する。第１検出部１５１Ｋ及び第２検出部１５２Ｋは、色収差に関する情報を含む検出信号を生成する。第１補正部１４１Ｋ及び第２補正部１４２Ｋは、第１検出部１５１Ｋ及び第２検出部１５２Ｋからの検出信号に応じて、色収差を補正してもよい。
【０２４３】
試料ＳＭＰが、レーザ光ＬＢの吸収波長や透過波長によって異なる性質を示すならば、顕微鏡１００Ｋは、観察者に、試料ＳＭＰに関する様々な情報を与えることができる。
【０２４４】
共焦点顕微鏡は、２を超える種類の波長を用いて、合成画像を生成してもよい。共焦点顕微鏡が、赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を用いるならば、試料ＳＭＰのカラー画像が生成される。
【０２４５】
光検出器５３１，６３１の受光波長は、レーザ光ＬＢ１の波長に合致していなくてもよい。光検出器５３２，６３２の受光波長は、レーザ光ＬＢ２の波長に合致していなくてもよい。例えば、これらの光検出器５３１，５３２，６３１，６３２の受光波長は、試料ＳＭＰから放出される光（すなわち、蛍光材料や多光子励起によって放出される光）の波長に合致していてもよい。
【０２４６】
上述の様々な実施形態の原理は、共焦点顕微鏡の用途に応じて、適切に組み合わされてもよい。
【０２４７】
上述の様々な実施形態に関連して説明された例示的な観察装置に関する技術は、以下の特徴を主に備える。
【０２４８】
上述の実施形態の一の局面に係る共焦点顕微鏡は、試料から反射された反射光と、前記試料を透過した透過光と、を同時に生成する光生成部と、前記試料を光学的に走査し、且つ、前記反射光が伝搬する第１光路の方向を規定する走査部と、前記透過光が伝搬する第２光路の方向を角度的に調整する調整部と、前記反射光に応じた第１信号を生成する第１信号生成部と、前記透過光に応じた第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第１信号及び前記第２信号に応じて、前記反射光によって表される反射像及び前記透過光によって表される透過像が合成された合成画像を生成する画像生成部と、を備える。
【０２４９】
上記構成によれば、合成画像は、同時に生成された反射光及び透過光から形成されるので、共焦点顕微鏡を通じて試料を観察する観察者は、試料に関する情報を素早く取得することができる。反射光が、第１光路に沿って伝搬する一方で、透過光は、第２光路に沿って伝搬するので、第１信号は、透過光の影響を受けにくくなり、且つ、第２信号は、反射光の影響を受けにくくなる。したがって、第１信号及び第２信号に応じて生成された合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。加えて、合成画像は、反射像が含む情報と透過像が含む情報とを含むので、観察者は、試料に関する多くの情報を取得することができる。
【０２５０】
上記構成において、共焦点顕微鏡は、前記走査部及び前記調整部を制御する制御部を更に備えてもよい。前記光生成部は、出射光を出射する光源部と、前記出射光を前記試料に向けて集光し、試料焦点を形成する対物レンズと、を含んでもよい。前記第１信号生成部は、前記反射光を集光し、第１焦点を形成する第１集光部と、前記第１焦点の周囲において前記反射光が通過可能な第１通過領域を有し、且つ、前記第１通過領域の周囲において前記反射光を遮断する第１遮断領域を有する第１通過部材と、前記第１通過領域を通過した前記反射光の強度を検出し、前記第１信号を生成する第１検出器と、を含んでもよい。前記第２信号生成部は、前記透過光を集光し、第２焦点を形成する第２集光部と、前記透過光が通過可能な第２通過領域と前記第２通過領域の周囲において前記透過光を遮断する第２遮断領域とを有する第２通過部材と、前記第２通過領域を通過した前記透過光の強度を検出し、前記第２信号を生成する第２検出器と、を含んでもよい。前記走査部は、前記第１光路上において前記出射光及び前記反射光を反射する第１反射部と、前記第１反射部を駆動し、前記試料上で規定された主走査方向及び副走査方向に前記試料焦点を変位させる第１駆動部と、を含んでもよい。前記調整部は、前記第２光路上において前記透過光を反射する第２反射部と、前記第２反射部を駆動する第２駆動部と、を含んでもよい。前記制御部は、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御し、前記試料焦点が前記試料上で変位している間、前記第２焦点を前記第２通過領域内に維持してもよい。
【０２５１】
上記構成によれば、第１遮断領域は、第１通過領域の周囲において反射光を遮断するので、第１信号は、第１焦点周囲の反射光成分によってもたらされるノイズ情報をほとんど含むことなく生成される。第２遮断領域は、第２通過領域の周囲において透過光を遮断するので、第２信号は、第２焦点周囲の透過光成分によってもたらされるノイズ情報をほとんど含むことなく生成される。したがって、合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。
【０２５２】
制御部は、第１駆動部及び第２駆動部を制御し、試料焦点が試料上で変位している間、第２焦点を第２通過領域内に維持するので、合成画像は、同時に生成された反射光及び透過光から形成され得る。したがって、観察者は、試料に関する情報を素早く取得することができる。
【０２５３】
上記構成において、前記光生成部は、前記第２光路上に配置されたコリメートレンズを含んでもよい。前記対物レンズは、前記試料焦点から発せられた前記反射光から第１平行光を生成してもよい。前記コリメートレンズは、前記試料焦点から発せられた前記透過光から第２平行光を生成してもよい。前記第１平行光は、前記走査部を経由して前記第１信号生成部に到達してもよい。前記第２平行光は、前記コリメートレンズから前記調整部を経由して前記第２信号生成部に到達してもよい。
【０２５４】
上記構成によれば、第１平行光は、対物レンズから走査部を経由して第１信号生成部に到達する。第１平行光は、第１信号生成部において、第１集光部によって集光される。第２平行光は、コリメートレンズから調整部を経由して第２信号生成部に到達する。第２平行光は、第２信号生成部において、第２集光部によって集光される。第１平行光の伝搬経路は、第２平行光の伝搬経路とは異なるので、第１信号は、透過光の影響を受けにくくなる。第２平行光の伝搬経路は、第１平行光の伝搬経路とは異なるので、第２信号は、反射光の影響を受けにくくなる。したがって、第１信号及び第２信号に応じて生成された合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。
【０２５５】
上記構成において、前記制御部は、前記第２駆動部の駆動動作を、前記第１駆動部の駆動動作に連動させてもよい。
【０２５６】
上記構成によれば、制御部は、第２駆動部の駆動動作を、第１駆動部の駆動動作に連動させるので、試料焦点が試料上で変位している間、第２焦点は、第２通過領域内に維持される。この結果、合成画像は、同時に生成された反射光及び透過光から形成され得る。したがって、観察者は、試料に関する情報を素早く取得することができる。
【０２５７】
上記構成において、前記第１反射部は、前記主走査方向における前記試料焦点の変位を担う第１反射素子と、前記副走査方向における前記試料焦点の変位を担う第２反射素子と、を含んでもよい。前記第１駆動部は、前記第１反射素子を駆動する第１駆動装置と、前記第２反射素子を駆動する第２駆動装置と、を含んでもよい。前記第２反射部は、前記第１反射素子に同期して動作する第３反射素子と、前記第２反射素子に同期して動作する第４反射素子と、を含んでもよい。前記第２駆動部は、前記制御部によって前記第１駆動装置の前記駆動動作に関連づけて制御される第３駆動装置と、前記制御部によって前記第２駆動装置の前記駆動動作に関連づけて制御される第４駆動装置と、を含んでもよい。
【０２５８】
上記構成によれば、第１駆動装置乃至第４駆動装置が、第１反射素子乃至第４反射素子に対してそれぞれ割り当てられるので、第１光路及び第２光路に対する調整動作は、容易に適正化される。第３駆動装置は、制御部によって、第１駆動装置の駆動動作に関連づけて制御されるので、共焦点顕微鏡の光学的設定を調整する作業者は、試料焦点の主走査方向の動作に関連する調整作業を容易に行うことができる。第４駆動装置は、制御部によって、第２駆動装置の駆動動作に関連づけて制御されるので、作業者は、試料焦点の副走査方向の動作に関連する調整作業を容易に行うことができる。
【０２５９】
上記構成において、前記制御部は、前記第３駆動装置を制御し、前記主走査方向における前記試料焦点の前記変位が前記第２焦点の位置に与える影響を低減してもよい。前記制御部は、前記第４駆動装置を制御し、前記副走査方向における前記試料焦点の前記変位が前記第２焦点の前記位置に与える影響を低減してもよい。
【０２６０】
上記構成によれば、制御部は、第３駆動装置を制御し、主走査方向における試料焦点の変位が第２焦点の位置に与える影響を低減するので、試料焦点が主走査方向に変位している間も、第２焦点は、第２通過領域内に維持される。制御部は、第４駆動装置を制御し、副走査方向における試料焦点の変位が第２焦点の位置に与える影響を低減するので、試料焦点が主走査方向に変位している間も、第２焦点は、第２通過領域内に維持される。この結果、合成画像は、同時に生成された反射光及び透過光から形成され得る。したがって、観察者は、試料に関する情報を素早く取得することができる。
【０２６１】
上記構成において、共焦点顕微鏡は、前記試料が載置されるステージと、前記対物レンズと前記コリメートレンズとの間で規定される光軸に沿って前記ステージを変位させる変位機構と、前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光の球面収差を補正する第１補正部と、前記第２平行光の球面収差を補正する第２補正部と、を更に備えてもよい。前記制御部は、前記対物レンズと前記コリメートレンズとの間で規定される前記光軸上における前記ステージの位置に応じて、前記第１補正部及び前記第２補正部を制御し、前記出射光の前記球面収差と前記第２平行光の前記球面収差とを調整してもよい。
【０２６２】
上記構成によれば、制御部は、ステージの位置に応じて、第１補正部及び第２補正部を制御し、出射光の球面収差と第２平行光の前記球面収差とを調整するので、合成画像は、小さな試料焦点から発せられた反射光及び透過光から生成される。したがって、合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。
【０２６３】
上記構成において、共焦点顕微鏡は、前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光の球面収差を補正する第１補正部と、前記第２平行光の球面収差を補正する第２補正部と、前記第１平行光の球面収差を検出し、前記第１平行光の前記球面収差を表す第１収差信号を生成する第１収差検出部と、前記第２平行光の前記球面収差を検出し、前記第２平行光の前記球面収差を表す第２収差信号を生成する第２収差検出部と、を更に備えてもよい。前記制御部は、前記第１収差信号と前記第２収差信号とに応じて前記第１補正部と前記第２補正部とを制御し、前記出射光の前記球面収差と前記第２平行光の前記球面収差とを調整してもよい。
【０２６４】
上記構成によれば、制御部は、第１収差信号と第２収差信号とに応じて第１補正部と第２補正部とを制御し、出射光の球面収差と第２平行光の球面収差とを調整するので、合成画像は、小さな試料焦点から発せられた反射光及び透過光から生成される。したがって、合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。
【０２６５】
上記構成において、前記第１補正部及び前記第２補正部それぞれは、液晶素子を含む液晶装置又は可動式のレンズを含む複数のレンズを有するレンズ装置であってもよい。
【０２６６】
上記構成によれば、球面収差は、適切に調整される。
【０２６７】
上記構成において、前記制御部は、前記走査部を通過した前記出射光の光路の傾きを検出し、前記出射光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて、前記走査部及び前記調整部を同期制御する同期制御部と、を含んでもよい。
【０２６８】
上記構成によれば、同期制御部は、検出信号に応じて、走査部及び調整部を同期制御するので、調整部は、走査部の動作に適切に連動することができる。
【０２６９】
上記構成において、前記透過光の光路の傾きを検出し、前記透過光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて、前記走査部及び前記調整部を同期制御する同期制御部と、を含んでもよい。
【０２７０】
上記構成によれば、同期制御部は、検出信号に応じて、走査部及び調整部を同期制御するので、調整部は、走査部の動作に適切に連動することができる。
【０２７１】
上記構成において、共焦点顕微鏡は、前記走査部と前記対物レンズとの間で前記出射光のコマ収差を補正する第３補正部と、前記第２平行光のコマ収差を補正する第４補正部と、を更に備えてもよい。前記制御部は、前記走査部を通過した前記出射光の光路の傾きを検出し、前記出射光の前記光路の前記傾きを表す検出信号を出力する傾き検出部と、前記検出信号に応じて前記第３補正部及び前記第４補正部を制御してもよい。
【０２７２】
上記構成によれば、制御部は、検出信号に応じて第３補正部及び第４補正部を制御するので、出射光及び第２平行光のコマ収差は適切に補正される。この結果、合成画像は、小さな試料焦点から発せられた反射光及び透過光から生成される。したがって、合成画像は、試料に関する高い精度の情報を含むことができる。
【０２７３】
上記構成において、前記光源部は、前記出射光として第１レーザ光を出射する第１レーザ光源と、前記出射光として、前記第１レーザ光とは波長において異なる第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、を含んでもよい。
【０２７４】
上記構成によれば、観察者は、吸収波長や透過波長において相違する試料構成物質の状態を別々に観察することができる。
【０２７５】
上記構成において、前記画像生成部は、前記反射像と前記透過像との間での輝度レベルの差異を低減する輝度調整処理を行う輝度調整部を含んでもよい。
【０２７６】
上記構成によれば、輝度調整部は、反射像と透過像との間での輝度レベルの差異を低減する輝度調整処理を行うので、観察者は、視認性に優れた合成画像を観察することができる。
【０２７７】
上記構成において、前記輝度調整部は、前記第１信号を増幅し、増幅信号を生成する増幅部を含んでもよい。前記画像生成部は、前記増幅信号と前記第２信号とから前記合成画像を生成する合成部を含んでもよい。
【０２７８】
上記構成によれば、合成部は、増幅信号と第２信号とから合成画像を生成するので、反射像と透過像との間での輝度レベルの差異は低減される。したがって、観察者は、視認性に優れた合成画像を観察することができる。
【０２７９】
上記構成において、前記輝度調整部は、前記第２信号を減衰させ、減衰信号を生成する減衰部を含んでもよい。前記画像生成部は、前記減衰信号と前記第１信号とから前記合成画像を生成する合成部を含んでもよい。
【０２８０】
上記構成によれば、合成部は、減衰信号と第１信号とから合成画像を生成するので、反射像と透過像との間での輝度レベルの差異は低減される。したがって、観察者は、視認性に優れた合成画像を観察することができる。
【０２８１】
上記構成において、前記輝度調整部は、前記第１信号を増幅し、増幅信号を生成する増幅部と、前記第２信号を減衰させ、減衰信号を生成する減衰部と、を含んでもよい。前記画像生成部は、前記増幅信号と前記減衰信号とから前記合成画像を生成する合成部を含んでもよい。
【０２８２】
上記構成によれば、合成部は、増幅信号と減衰信号とから合成画像を生成するので、反射像と透過像との間での輝度レベルの差異は低減される。したがって、観察者は、視認性に優れた合成画像を観察することができる。
【０２８３】
上記構成において、前記輝度調整部は、前記第１信号を１０倍から１００倍の増幅率で増幅してもよい。
【０２８４】
上記構成によれば、輝度調整部は、第１信号を１０倍から１００倍の増幅率で増幅するので、反射像と透過像との間での輝度レベルの差異は低減される。したがって、観察者は、視認性に優れた合成画像を観察することができる。
【０２８５】
上記構成において、前記走査部及び前記調整部それぞれは、ガルバノミラー、音響光学素子、電気光学素子及びポリゴンミラーからなる群から選択される少なくとも１つを含んでもよい。
【０２８６】
上記構成によれば、走査部及び調整部それぞれは、ガルバノミラー、音響光学素子、電気光学素子及びポリゴンミラーからなる群から選択される少なくとも１つを含むので、第１光路及び第２光路の方向は、適切に調整される。
【産業上の利用可能性】
【０２８７】
上述の実施形態の原理は、物体を観察するための技術に好適に利用可能である。特に、上述の実施形態の原理にしたがって作成された共焦点顕微鏡は、医療用の細胞診断や生体試料の観察に好適に利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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