(57)【要約】【課題】小型低価格化と観察切換え操作の極小化を実現し、かつ共焦点画像と非共焦点画像の明るさを物理的に一致させたタンデム走査型共焦点顕微鏡を提供すること。【解決手段】標本に光を導く光学系と、前記光学系からの光を前記標本上に結像し、かつ前記標本からの光を結像する対物レンズ４２と、前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置に配置され、共焦点効果を得るための走査基板４１と、を備え、前記標本の非共焦点画像を得る場合には、前記走査基板を前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置から前記対物レンズの瞳と共役な位置又はその近傍に移動する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本に光を導く光学系と、
前記光学系からの光を前記標本上に結像し、かつ前記標本からの光を結像する対物レンズと、
前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置に配置され、共焦点効果を得るための走査基板と、を備え、
前記標本の非共焦点画像を得る場合には、前記走査基板を前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置から前記対物レンズの瞳と共役な位置又はその近傍に移動することを特徴とする共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回転する基板に形成されたピンホールやスリット等を透過した光を用いて共焦点画像を得るタンデム走査型共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
−般にタンデム走査型共焦点顕微鏡は、次のように構成されている。例えば、図２に示すように、対物レンズ１１の一次像位置１２にＮｉｐｋｏｗ−Ｄｉｓｋ等に代表される走査基板１３を挿入して、光源１９からの光を、照明光学系１４並びに投影レンズ１５により標本面１６に投影する。そして、その反射光（又は蛍光）を再び走査基板１３を透過させて結像レンズ１７により結像させて共焦点画像を得ている。この時、走査基板１３として、例えば、図３に示すような、複数のピンホールを有するものが知られている。
【０００３】
上記の共焦点顕微鏡では、次のような理由により、光量を損失する。照明光と観察光とを分岐するためのハーフミラー１８やビームスプリッター等での光量損失することは勿論である。加えて、このような共焦点顕微鏡では、ピンホールやスリットを透過した光のみで標本を照明し像を形成するため、走査基板の光の透過面積の比率分しか光を利用することが出来ない。すなわち、走査基板の遮光部の面積比率分、更に光量を損失することになる。
【０００４】
上記の様にＮｉｐｋｏｗ−Ｄｉｓｋに代表されるタンデム走査型共焦点顕微鏡においては、共焦点観察における光の利用効率が非共焦点観察に対して極めて低くなるため、共焦点観察に充分な光量を得るために光源１９に水銀やキセノンといった高輝度光源を使用することが、一般的である。しかし、これらの高輝度光源は、ハロゲンランプの様に電源電圧を可変させて輝度調整を行うことができない。従って、共焦点観察から非共焦点観察に切換える際に、このままでは、像が眩しくて観察できないので、防眩装置等の防眩手段を設けることが必要となる。
【０００５】
この防眩手段として、次のような方法がとられている。例えば、非共焦点画像を観察する際に、走査基板を光路から外すと共にＮＤフィルタ等減光素子を光路内に挿入する方法がある。また、共焦点、非共焦点それぞれに独立した光路を設け非共焦点観察光路側に減光素子を設置する方法もある（実開平５−９６８１６号公報、特開平９−３２５２７９号公報、特開２００１−９１８４２号公報参照）。更には、観察光路だけではなく共焦点と非共焦点光路で照明光路や光源ごと分岐することで、非共焦点光路側の明るさ調節を可能にする方法もある。
【０００６】
一方、走査基板を用いた共焦点顕微鏡の改良型として、図４に示すような走査基板を採用した技術も提案されている（Ｒ．　Ｊｕｓｋａｉｔｉｓ，　Ｔ．　Ｗｉｌｓｏｎらの“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ　ｃｏｎｆｏｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｗｉｔｈ　ｗｈｉｔｅ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ“，　Ｎａｔｕｒｅ誌Ｖｏｌ．３８３　０ｃｔ．　１９９６，　ｐ８０４−８０６や特開２００１−８３４２６号公報参照）。この技術における光学系の基本構成は図２に示す方式と同じである。走査基板３１は、非共焦点画像を含む共焦点画像を得るためのスリット部３２と非共焦点画像のみを得るための開口部３３を備えており、スリット部３２を透過して得られた像から開口部３３を透過して得られた像を画像演算により減算することで共焦点画像のみ抽出するように構成されている。
【０００７】
上記の方式で非共焦点画像を観察するためには、走査基板３１上の開口部３３から得られた画像のみをカメラで撮り込んで表示するか、又は、接眼レンズ等で物理的に非共焦点画像を観察する際は、開口部３３が観察光路に入った位置で走査基板３１を停止するようにすれば可能となる。
【０００８】
また、上記の方式では上記Ｎｉｐｋｏｗ−Ｄｉｓｋに代表される物理的に共焦点画像を得る方式に比べ、画像演算により共焦点画像を得るため、走査基板内のスリット部の光の透過比率が高く設定できる。従って、光の利用効率も高くなるので、高輝度光源ではない電源電圧で光量調節が可能なハロゲンランプ等の光源が利用できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、Ｎｉｐｋｏｗ−Ｄｉｓｋに代表される物理的に共焦点画像が得られるタンデム走査型共焦点顕微鏡では共焦点画像と非共焦点画像を形成する際における光の利用効率の差が大きい。このため、共焦点観察から非共焦点観察に切換える際非常に眩しくなり観察者は不快である。
【００１０】
これを軽減する処置として、走査基板と減光素子を光路に対し挿脱したり、それぞれの観察照明光路や光源を分割させる手段を取ることも提案されているが、装置を複雑化し、小型化や低価格化を阻害すると共に、観察切換えに必要な操作が増えることから操作性が悪い。
【００１１】
一方、Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎらの方式では、共焦点画像を得るために高速画像演算を要するため、コンピュータ等を使用する必要が生じる。従って、上記と同様に、装置の小型化や低価格化を阻害し、操作性を悪化する。また、この方法では、共焦点、非共焦点画像の明るさを物理的に一致させることが出来ない。
【００１２】
本発明は、小型低価格化と観察切換え操作の極小化を実現し、かつ共焦点画像と非共焦点画像の明るさを物理的に一致させたタンデム走査型共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一局面に係る共焦点顕微鏡は、標本に光を導く光学系と、前記光学系からの光を前記標本上に結像し、かつ前記標本からの光を結像する対物レンズと、前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置に配置され、共焦点効果を得るための走査基板と、を備え、前記標本の非共焦点画像を得る場合には、前記走査基板を前記対物レンズの結像位置もしくは結像位置と共役な位置から前記対物レンズの瞳と共役な位置又はその近傍に移動することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る共焦点顕微鏡の概略構成を示す図である。
【００１５】
光源４９には、ハロゲン光源または水銀光源等が用いられる。この光源４９から出射される光の光路上には、光学レンズ４８、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）５０が配置され、このＰＢＳ５０の反射光路上には、走査基板４１、結像レンズ４６、対物レンズ４２を介して標本４５が配置されている。なお、ＰＢＳ５０の代わりに通常のプリズムやミラーを用いても良い。
【００１６】
この走査基板４１は、例えば、図３又は図４に示すようなディスク状であって、図示しない回転軸を介してＤＣモータの軸に連結され、一定の回転速度で回転するようになっている。
【００１７】
一方、ＰＢＳ５０の透過光路上には、結像レンズ４７が配置されている。この結像レンズ４７による２次像が像面５１に形成される。像面５１に形成された２次像は、接眼レンズにより観察されるか、又はこの像面５１の位置に配置された撮像素子により電気信号に変換され、画像処理装置を経てモニターに表示される。接眼レンズ、撮像素子等はいずれも不図示である。
【００１８】
上記のような構成において、光源４９から出射された光は、光学レンズ４８を介してＰＢＳ５０に導かれる。ＰＢＳ５０で反射された光は、一定の速度で回転する走査基板４１に入射される。この走査基板４１を通過した光は、図示しない１／４波長板で円偏光になり、結像レンズ４６を経て、対物レンズ４２によって結像されて標本４５に入射される。
【００１９】
この標本４５からの光（反射光又は蛍光）は、対物レンズ４２で結像し、結像レンズ４６を介して、１／４波長板で入射光とは直交する偏光となって、再度、走査基板４１を通過し、更にＰＢＳ５０を透過し、結像レンズ４７を介して像面５１で再び結像する。この像は、前述のように不図示の接眼レンズ又はモニタにより観察される。
【００２０】
本発明の実施形態においては、上記のような構成において、共焦点画像を観察するときには、走査基板４１を対物レンズ４２の一次結像位置４３に配置する。これにより、標本からの光（すなわち、観察光）中の焦点面以外の光（ボケ像）が走査基板４１のピンホールやスリット等によりカットされて共焦点画像が得られる。
【００２１】
次に、非共焦点画像を得る場合には、走査基板４１を、図１の点線で示す位置４４、すなわち、対物レンズの瞳と共役な位置又はその近傍、に移動させる。このように、走査基板４１を対物レンズの瞳と共役な位置又はその近傍に位置させることにより、走査基板のピンホールやスリット等のパターンが標本面４５に投影されることがない。また、標本反射光が走査基板を再度透過したとしても、焦点面以外の光がカットされないので、共焦点画像となることがない。従って、非共焦点画像が得られることになる。
【００２２】
一方、対物レンズ４２の瞳位置近傍に走査基板４１を配置すると、通常の落射顕微鏡観察における開口絞り（明るさ絞り）の位置に走査基板４１のピンホールやスリットが置かれていることになる。このため、照明光量を走査基板４１の光の透過率（利用効率）分に減光することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、共焦点画像と非共焦点画像の明るさを全く一致させることが可能となる。
【００２３】
また、タンデム型共焦点顕微鏡に用いられる走査基板は、通常の落射顕微鏡の開口絞りとは異なり、ピンホールやスリットが無数にある。このため、各ピンホールやスリットを透過した照明光は対物レンズの開口数を満たしたまま光量だけを減少させることが可能である。これはＸ線装置やレーザ装置等における、ＮＤフィルタ等の光学素子が使用できない装置の減光手段に用いられている金属メッシュによる減光手段と同じ原理である。
【００２４】
なお、本発明の走査基板としては、例えば、国際公開公報ＷＯ０１／６７１５５に開示されているディスク面上に光を透過するラインと透過しないラインが交互に形成されたラインパターンディスクのように、図３、図４で図示したタイプ以外のものでも用いることができる。
【００２５】
上記のように、本発明の実施形態によれば、共焦点観察と非共焦点観察とを１つの装置で行うに当たり、従来のように、減光のために光学素子を追加したり、またそれを挿脱すること無く、光路分割や光路分岐の必要も無く、画像演算のためのコンピュータ等も不要である。従って、共焦点画像を得るための最低限の光学素子のみで、共焦点画像と同じ明るさの非共焦点画像が得られる。また、観察切換えの操作も走査基板を対物レンズ像位置から瞳共役位置近傍に移動するワンアクションで可能である。
【００２６】
よって装置の小型低価格化、共焦点画像と非共焦点画像の物理的な観察が可能なこと及び明るさの一致による観察性の向上、切換え操作の極小化が実現できる。
【００２７】
本発明は、上記の発明の実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の実施形態によれば、小型低価格化と観察切換え操作の極小化を実現し、かつ共焦点画像と非共焦点画像の明るさを物理的に一致させたタンデム走査型共焦点顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。
【図２】従来の共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。
【図３】走査基板の一例を示す図。
【図４】走査基板の他の例を示す図。
【符号の説明】
４１…走査基板
４２…対物レンズ
４３…一次結像位置
４４…位置
４５…標本
４６…結像レンズ
４７…結像レンズ
４８…光学レンズ
４９…光源
５０…ＰＢＳ
５１…撮像部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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