(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を試料に集光する照明光学系と、
前記試料からの光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系に関し前記試料の集光点と略共役な位置に入射する光を、少なくとも前記試料の前記集光点の近傍領域からの光と、その周辺領域からの光とに分離し、それぞれ検出する検出手段とを備え、
前記検出手段は、
前記結像光学系の焦点深度内に光軸に対して傾斜して配置された光学部材と、前記光学部材において前記集光点と略共役な位置に設けられ、かつその位置に入射する光を前記近傍領域からの光と前記周辺領域からの光とに分離する光分離面と、前記近傍領域からの光と前記周辺領域からの光とを独立して検出する検出器とを有し、
前記近傍領域からの光を検出した前記検出器が生成する第１のデータと、前記周辺領域からの光を検出した前記検出器が生成する第２のデータとを用いて、任意のセクショニング分解能のデータを演算する演算手段を更に備えた
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記演算には、
前記第１のデータと、前記第２のデータとの重み付け和の演算が含まれる
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項２に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記第１のデータの重み係数を１とすると、前記第２のデータの重み係数αは、１≧αの範囲に設定される
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記演算には、
前記第１のデータを、前記第２のデータで除する演算が含まれる
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記光分離面は、
前記近傍領域からの光を受ける円形の第１面と、前記周辺領域からの光を受ける第２面とを有し、
前記光学部材は、
前記周辺領域からの光の光路に対し直列の関係で複数の前記光分離面を配置しており、
前記複数の光分離面の間では、
後段に配置されたものほど前記第１面の径が大きく設定される
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記検出手段は、
複数の前記検出器を備える
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項1〜請求項６の何れか一項に記載の共焦点顕微鏡装置において、
前記検出手段は、
前記第１のデータを検出する第１の検出器と、前記第２のデータを検出する第２の検出器とを有する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体試料などを観察するための共焦点顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡は、共焦点絞りを用いて実効的な焦点深度を浅くし、観察対象を試料中の薄い層に限定（セクショニング）する顕微鏡である（特許文献１，特許文献２など）。
特許文献１には、観察対象となる層の厚さ（セクショニング分解能）を可変にするために、共焦点絞りの径を変更する技術（１）や、ピンホール径の異なる複数種類のピンホール部材を共焦点絞り面に切り替え配置する技術（２）などが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、セクショニングの機能をオン／オフするために、共焦点絞りの内外に入射する光を分岐して個別に検出し、それらの検出信号を必要に応じて加算する技術（３）が開示されている。
【特許文献１】
実開平６−１６９２７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０４５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
仮に、（１），（２），（３）の技術を応用してセクショニング分解能を様々に変更しようとしたならば、共焦点絞りの径の可変ステップ数、ピンホール部材の種類数、光の分岐数をそれぞれ増やせばよいと考えられる。しかし、何れにせよ、検出に関わる部分の機構や光学系が複雑になり、コストや位置合わせ精度の面で困難の生じる可能性がある。
そこで本発明は、共焦点顕微鏡の構成をシンプルに抑えながらセクショニング分解能の変更の自由度を高めることのできる共焦点顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の共焦点顕微鏡装置は、光源と、前記光源からの光を試料に集光する照明光学系と、前記試料からの光を結像する結像光学系と、前記結像光学系に関し前記試料の集光点と略共役な位置に入射する光を、少なくとも前記試料の前記集光点の近傍領域からの光と、その周辺領域からの光とに分離し、それぞれ検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記結像光学系の焦点深度内に光軸に対して傾斜して配置された光学部材と、前記光学部材において前記集光点と略共役な位置に設けられ、かつその位置に入射する光を前記近傍領域からの光と前記周辺領域からの光とに分離する光分離面と、前記近傍領域からの光と前記周辺領域からの光とを独立して検出する検出器とを有し、前記近傍領域からの光を検出した前記検出器が生成する第１のデータと、前記周辺領域からの光を検出した前記検出器が生成する第２のデータとを用いて、任意のセクショニング分解能のデータを演算する演算手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、前記演算には、前記第１のデータと、前記第２のデータとの重み付け和の演算が含まれることが望ましい。
また、前記第１のデータの重み係数を１とすると、前記第２のデータの重み係数αは、１≧αの範囲に設定されるとよい。
【０００７】
また、前記演算には、前記第１のデータを、前記第２のデータで除する演算が含まれてもよい。
また、前記光分離面は、前記近傍領域からの光を受ける円形の第１面と、前記周辺領域からの光を受ける第２面とを有し、前記光学部材は、前記周辺領域からの光の光路に対し直列の関係で複数の前記光分離面を配置しており、前記複数の光分離面の間では、後段に配置されたものほど前記第１面の径が大きく設定されるとよい。
また、前記検出手段は、複数の前記検出器を備えてもよい。
また、前記検出手段は、前記第１のデータを検出する第１の検出器と、前記第２のデータを検出する第２の検出器とを有してもよい。
【０００８】
本発明によれば、共焦点顕微鏡の構成をシンプルに抑えながらセクショニング分解能の変更の自由度を高めることのできる共焦点顕微鏡装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の共焦点顕微鏡システムの構成図である。
【図２】第１実施形態の検出部１０を説明する図である。
【図３】回路部２１及びコンピュータ２２による検出信号ｓａ，ｓｂの処理を説明する図である。
【図４】指定分解能、重み係数α、画像データＤの関係を示す図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された各画像データに反映されている情報を示す図である。（Ｃ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された積（Ｄａ・Ｄｂ）に反映されている情報を示す図であり、（Ｄ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された商（Ｄａ／Ｄｂ）に反映されている情報を示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された各画像データに反映されている情報を示す図である。（Ｃ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された積（Ｄａ・Ｄｂ）に反映されている情報を示す図であり、（Ｄ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された商（Ｄａ／Ｄｂ）に反映されている情報を示す図である。
【図７】検出部１０の変形例を示す図である。
【図８】検出部１０の別の変形例を示す図である。
【図９】検出部１０のさらに別の変形例を示す図である。
【図１０】第２実施形態の検出部１０を説明する図である。
【図１１】第２実施形態においてα＝＋０．８，β＝−１．６の設定下で取得された画像データＤに反映されている情報を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、共焦点顕微鏡システムの実施形態である。
図１は、本システムの構成図である。図１に示すように、本システムには、共焦点顕微鏡の構成要素として、光源１１、照明用レンズ１２、フィルタ１３、ダイクロイックミラー１４、ガルバノミラー１５、対物レンズ１６、フィルタ１７、集光レンズ１８、検出部１０などが備えられる。また、本システムには、共焦点顕微鏡を駆動制御するために、回路部２１、コンピュータ２２なども備えられる。なお、コンピュータ２２には、モニタ２３、及び入力器２４が接続されると共に、本システムを動作させるために必要なプログラムが、インターネットや記録媒体を介して予めインストールされている。
【００１１】
本システムにおいて、光源１１から射出した照明光は、照明用レンズ１２、フィルタ１３、ダイクロイックミラー１４、ガルバノミラー１５、対物レンズ１６を介して試料０上に集光する。その集光点にて発生した観察光束は、対物レンズ１６、ガルバノミラー１５、ダイクロイックミラー１４、フィルタ１７、集光レンズ１８を介して検出部１０へ入射する。検出部１０は、入射した観察光束に基づき、試料０上の集光点の情報を取得する。
【００１２】
ガルバノミラー１５が駆動されると、試料０上を集光点が二次元走査するので、検出部１０は、その期間に発生した観察光束に基づき、試料０の二次元情報（顕微鏡画像の情報）を取得することができる。
図２は、本実施形態の検出部１０を説明する図である。図２に示すように、検出部１０には、マスク部材１０１と、２つの光検出器１０２ａ，１０２ｂとが備えられる。
【００１３】
マスク部材１０１は、観察光束に対し透明な基板上に、適当なパターンの反射膜等を形成したものである。このマスク部材１０１が配置されるのは、集光レンズ１８の焦点近傍である。このマスク部材１０１上に、ピンホールマスク１０Ａ、反射面１０Ｒ、及びピンホールマスク１０Ｂが形成されている。
ピンホールマスク１０Ａは、共焦点絞り面、すなわち、集光レンズ１８の焦点深度内の略中央の面に、傾斜した姿勢で配置される。ピンホールマスク１０Ａの入射側のマスク面は、反射面になっている。よって、ピンホールマスク１０Ａに入射した観察光束のうち、ピンホール１０ａ内に集光する観察光束は、ピンホールマスク１０Ａを透過し、ピンホール１０ａの周辺に入射した観察光束は、ピンホールマスク１０Ａで反射する。
【００１４】
反射面１０Ｒは、ピンホールマスク１０Ａで反射した観察光束を受ける位置に、ピンホールマスク１０Ａの反射面と平行に配置されており、その観察光束を反射する働きをする。
ピンホールマスク１０Ｂは、反射面１０Ｒで反射された観察光束を受ける位置に、ピンホールマスク１０Ａと中心が一致するように配置される。集光レンズ１０の焦点深度は十分に深く、ピンホールマスク１０Ａからピンホールマスク１０Ｂまでの光路に比して十分長いため、このピンホールマスク１０Ｂの配置箇所も、集光レンズ１０の焦点深度内に収まっている。ピンホールマスク１０Ｂのピンホール１０ｂの径ｒｂは、ピンホールマスク１０Ａのピンホール１０ａの径ｒａよりも大きく、径ｒａの２倍（ｒｂ＝２ｒａ）に設定される。ピンホールマスク１０Ｂに入射した観察光束のうち、ピンホール１０ｂ内に入射する観察光束は、そのピンホールマスク１０Ｂを透過し、ピンホール１０ｂの周辺に入射した観察光束は、そのピンホールマスク１０Ｂでカットされる。
【００１５】
なお、図２の左部には、観察光束の断面、ピンホール１０ａ、ピンホール１０ｂの大凡の大小関係を示した。
以上のマスク部材１０１によれば、集光レンズ１８からの観察光束が、「ピンホール１０ａに入射した観察光束」と、「ピンホール１０ａには入射せずにピンホール１０ｂに入射した観察光束」との２種類に分離される。つまり、「共焦点絞り面の中央の円形領域に入射した観察光束」と、「前記円形領域の周りのドーナツ状領域に入射した観察光束」との２種類に分離される。そして、前者の光量は、光検出器１０２ａによって検出され、後者の光量は、光検出器１０２ｂによって検出される。つまり、２種類の観察光束は、同時かつ個別に検出される。
【００１６】
これらの光検出器１０２ａ，１０２ｂは、上述した二次元走査中に連続的に駆動され、検出信号ｓａ，ｓｂを繰り返し生成する。それらの検出信号ｓａ，ｓｂは、本システムの回路部２１へ逐次取り込まれる。
図３は、回路部２１及びコンピュータ２２による検出信号ｓａ，ｓｂの処理を説明する図である。図３に示すとおり、回路部２１には、検出信号ｓａ，ｓｂを並列処理するために、２つのＩ／Ｖ変換器２１ａ，２１ｂと、２つのＡ／Ｄ変換器２１ａ’，２１ｂ’とが備えられる。また、コンピュータ２２には、ＣＰＵ２２１、記憶部（ＲＡＭ，ハードディスク等）２２２、画像ボード２２３、Ｉ／Ｆ回路２２４などが備えられる。このうち、画像ボード２２３には、少なくとも２つのフレームメモリＭａ，Ｍｂが備えられる。
【００１７】
さて、一方の検出信号ｓａは、Ｉ／Ｖ変換器２１ａ、Ａ／Ｄ変換器２１ａ’を順に介してフレームメモリＭａへ逐次取り込まれる。ＣＰＵ２２１は、フレームメモリＭａ上の１フレーム分の検出信号ｓａに基づき、試料０の顕微鏡画像を示す画像データＤａを作成し、記憶部２２２に格納する。この画像データＤａの基となったのは、共焦点顕微鏡の小さい方のピンホールに集光した観察光束である。よって、画像データＤａは、図３の上部に示すとおり、試料０中のピント位置近傍の層（特定層）の情報を多く含む。
【００１８】
また、他方の検出信号ｓｂは、Ｉ／Ｖ変換器２１ｂ、Ａ／Ｄ変換器２１ｂ’を順に介してフレームメモリＭｂへ逐次取り込まれる。ＣＰＵ２２１は、フレームメモリＭｂ上の１フレーム分の検出信号ｓｂに基づき、試料０の顕微鏡画像を示す画像データＤｂを作成し、記憶部２２２に格納する。この画像データＤｂの基となったのは、共焦点顕微鏡の小さい方のピンホールに集光せずに大きい方のピンホールに入射した観察光束である。よって、画像データＤｂは、図３の上部に示すとおり、試料０中の特定層の周辺の層（周辺層）の情報を多く含む。
【００１９】
ここで、本システムのオペレータは、画像データＤａ，Ｄｂの取得前や取得後の所望のタイミングで、コンピュータ２２に対しセクショニング分解能を指定することができる。その分解能の指定は、入力器２４を介して行われる。
オペレータが指定できるのは、例えば、「高」から「低」までの範囲内の任意の分解能である。その指定内容（指定分解能）は、Ｉ／Ｆ回路２２４を経由してＣＰＵ２２１によって認識される。ＣＰＵ２２１は、指定分解能に応じた演算を画像データＤａ，Ｄｂに施して画像データＤを作成し、それをモニタ２３へ表示させる。
【００２０】
その作成のための演算は、画像データＤａ，Ｄｂのピクセル毎の重み付け和であり、例えば、次式（１）で表される。
Ｄ＝Ｄａ＋α・Ｄｂ  ・・・（１）
そして、式（１）中の重み係数αは、指定分解能に応じた値に設定される。重み係数αの採り得る範囲は、例えば、＋１≧α≧−１である。指定分解能が高いほど重み係数αは−１に近い値に設定され、指定分解能が低いほど重み係数αは＋１に近い値に設定される。
【００２１】
但し、重み係数αが負に設定されたときには、作成された画像データＤの一部のピクセル値が負になる可能性がある。その場合、負となったピクセル値は「０」に置き換えられるとよい。また、作成された画像データＤは、表示画像のダイナミックレンジを超過する可能性があるので、ダイナミックレンジに適合するよう、その表示前に変換される必要がある。
【００２２】
例えば、ＣＰＵ２２１は、画像データＤのうち、ダイナミックレンジを超過するピクセルについては、そのピクセル値を無視してダイナミックレンジの最大値（１６ビットなら６５５３５）に置換する。
或いは、ＣＰＵ２２１は、画像データＤの全体を、ダイナミックレンジに適合するように、規格化する。因みに、その場合は、画像データＤを作成するときに、上式（１）に代えて下式（２）を用いればよい。下式（２）は、重み付け平均の式である。
【００２３】
Ｄ＝（Ｄａ＋α・Ｄｂ）／（１＋α）  ・・・（２）
図４は、指定分解能、重み係数α、画像データＤの関係を示す図である。図４では、「高」，「中」，「低」を含む７種類の指定分解能に関するデータを代表して示した。また、図４では、そのデータと共に、本システムに設定された仮想的な共焦点絞りの径の概念を示した。
【００２４】
先ず、指定分解能が「中」であるときには、重み係数αは「０」に設定される。その場合、画像データＤは、特定層の情報を多く含む画像データＤａと同じになる。したがって、画像データＤのセクショニング分解能は、特定層の厚さ程度になる。これは、本システムの仮想的な共焦点絞りの径を、「ｒａ」（＝小さい方のピンホールの径）に設定したことに相当する。
【００２５】
また、指定分解能が「高」であるときには、重み係数αは「−１」に設定される。その場合、画像データＤは、特定層の情報を多く含む画像データＤａから、周辺層の情報を多く含む画像データＤｂを減算したものとなる。その減算により、周辺層の情報（顕微鏡画像上でボケとなって現れる成分）を、データのＳ／Ｎを保ったまま差し引くことができ、画像データＤのセクショニング分解能は、特定層よりも薄くなる。
【００２６】
また、指定分解能が「低」であるときには、重み係数αは「＋１」に設定される。その場合、画像データＤは、特定層の情報を多く含む画像データＤａと、周辺層の情報を多く含む画像データＤｂとを加算したものとなる。したがって、画像データＤのセクショニング分解能は、特定層と周辺層との合計の厚さになる。これは、本システムの仮想的な共焦点絞りの径を、「ｒｂ」（＝大きい方のピンホールの径）に設定したことに相当する。
【００２７】
また、指定分解能が「高」と「中」との間であるときには、重み係数αは「−１」と「０」との間の値（−０．７５，−０．５など）に設定される。このとき、画像データＤのセクショニング分解能は、指定分解能が「高」のときと指定分解能が「中」のときとの間の分解能になる。
また、指定分解能が「中」と「低」との間であるときには、重み係数αは「０」と「１」との間の値（＋０．５，＋０．７５など）に設定される。このとき、画像データＤのセクショニング分解能は、指定分解能が「中」のときと、指定分解能が「低」のときとの間の分解能になる。これは、本システムの仮想的な共焦点絞りの径を、ｒａとｒｂとの間に設定した場合と類似の分解能に相当する。
【００２８】
すなわち、本システムは、オペレータからの指示に従い、仮想的な共焦点絞りの径を、ｒａ’〜ｒｂの範囲内で自在に変化させることと類似の操作ができる。
（第１実施形態の効果）
以上説明したとおり、本システムでは、共焦点顕微鏡が実測した画像データは、セクショニングの異なる画像データＤａ，Ｄｂの２種類のみである。したがって、検出部１０に必要なピンホールマスクの数は「２」であり、その構成はシンプルである（図２参照）。
【００２９】
このように、セクショニングの異なる２つの観察光束、すなわち「共焦点絞り面の中央の円形領域に入射した観察光束」と、「この円形領域の周りのドーナツ状領域（或いはその円形領域を包含する広い円形領域）に入射した観察光束」とをもとにすれば、演算によりセクショニング分解能の異なる画像データを求めることができる。
したがって、本システムでは、セクショニング分解能を変化させる際、共焦点顕微鏡は何ら動作することなく、コンピュータ２２の演算上で仮想的な共焦点絞りの径を変化させるだけである。したがって、オペレータは、セクショニング分解能を任意のタイミングで任意に変化させることができる。また、セクショニング分解能の変更の際、試料０に対し照明光を改めて照射する必要がないので、試料０にダメージを与えることはない。
【００３０】
しかも、２種類の画像データＤａ，Ｄｂは、並行して取得されるので、試料０に対する照明光の照射量は必要最小限に抑えられ、試料０のダメージも必要最小限に抑えることができる。
また、本システムの仮想的な共焦点絞りの径の可変範囲はｒａ’〜ｒｂであり、その下限値ｒａ’は、共焦点顕微鏡に実際に備えられた小さい方のピンホールの径ｒａよりも小さい（図４参照）。これは、演算式（式（１）又は式（２））中の重み係数αの採り得る範囲に、負の範囲（α＜０）を含めたからである。したがって、共焦点顕微鏡の単体が保有している能力よりも高いセクショニング分解能が実現する。
【００３１】
また、演算式（式（１）又は式（２））は、単純な重み付け和の式又は重み付け平均の式なので、コンピュータ２２は、仮想的な共焦点絞りの径を極めて短時間のうちに変化させることができる。したがって、本システムでは、モニタ２３上に顕微鏡画像を表示させながら、そのセクショニング分解能をリアルタイムで変化させることも可能である。
（ピンホール径の変形例）
本実施形態では、大きい方のピンホールの径ｒｂを、小さい方のピンホールの径ｒａの２倍に設定したが、他の倍率に設定してもよい。但し、径ｒｂは径ｒａの４倍よりも小さいことが望ましい。以下、３倍であるときと４倍であるときとの相違を説明する。
【００３２】
図５（Ａ），（Ｂ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された各画像データに反映されている情報を示す図（試料の深さ位置−反映光量の相対値）である。カーブの幅が狭いほどセクショニング分解能が高く、カーブの高さが高いほど明るいことを示している。図５（Ａ）のＤ（α：＋１），Ｄ（α：＋０．５）は、α＝＋１，α＝＋０．５のときの画像データＤのカーブであり、図５（Ｂ）のＤ（α：−１），Ｄ（α：−０．５）は、α＝−１，α＝−０．５のときの画像データＤのカーブである。
【００３３】
図５（Ａ），（Ｂ）を参照すると、画像データＤａには試料０の特定層の情報が多く含まれており、画像データＤｂにはその周辺層の情報が多く含まれていることがわかる。そして、画像データＤ（α：＋１），Ｄ（α：＋０．５），Ｄ（α：−１），Ｄ（α：−０．５）のカーブは、何れも或る程度の幅と高さを持っていることがわかる。また、これらのカーブＤ（α：＋１），Ｄ（α：＋０．５），Ｄ（α：−１），Ｄ（α：−０．５）の幅を比較すると、明確な差異が生じていることもわかる。
【００３４】
したがって、ｒｂ＝３ｒａの設定は、セクショニング分解能を各種に変更するのに適していることがわかる。
一方、図６（Ａ），（Ｂ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された各画像データに反映されている情報を示す図である。図６（Ａ），（Ｂ）の表示方法は、図５（Ａ），（Ｂ）におけるそれと同じである。
【００３５】
図６（Ａ），（Ｂ）を参照すると、画像データＤ（α：＋０．５）のカーブは、中央部が他の部分と比較して尖り過ぎていることがわかる。また、画像データＤ（α：−１），Ｄ（α：−０．５）のカーブは、急峻過ぎると共に、両者の幅を比較しても明確な差異が生じていないことがわかる。
したがって、ｒｂ＝４ｒａの設定は、セクショニング分解能を各種に変更するのにあまり適さないことがわかる。
【００３６】
すなわち、セクショニング分解能を様々に変更するためには、ｒｂ＜４ｒａと設定する必要がある。特に、本実施形態のようにｒｂ＝２ｒａと設定すれば、指定分解能と重み係数αとの関係がシンプルになる（すなわち、指定分解能に応じて重み係数αを−１〜＋１の範囲でシフトすればよい）という利点もある。
（演算内容の変形例）
本実施形態（ｒｂ＝２ｒａの場合）では、重み係数αの採り得る範囲の上限を「＋１」としたが、＋１よりも大きくして範囲を拡大してもよい。
【００３７】
因みに、仮想的な共焦点絞りに設定される径のサイズと、重み係数αとの間の関係は、径ｒａ，ｒｂの間の関係によって異なるので、指定分解能と重み係数αとの関係は、径ｒａ，ｒｂの間の関係に応じて適切に設定される必要がある。
また、本実施形態では、画像データＤを作成するに当たり、画像データＤａ，Ｄｂの重み付き和を求めたが（式（１），（２）参照）、画像データＤａ，Ｄｂの積（Ｄａ・Ｄｂ）や、画像データＤａ，Ｄｂの商（Ｄａ／Ｄｂ）を求め、それらを画像データＤの作成に使用してもよい。
【００３８】
図５（Ｃ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された積（Ｄａ・Ｄｂ）に反映されている情報を示す図であり、図５（Ｄ）は、ｒｂ＝３ｒａの設定下で取得された商（Ｄａ／Ｄｂ）に反映されている情報を示す図である。
このうち、特に、商（Ｄａ／Ｄｂ）のカーブ（図５（Ｄ））は、図５（Ｂ）に示した画像データＤ（α：−１）のカーブと似ている。よって、本実施形態では、画像データＤ（α：−１）の代わりに、商（Ｄａ／Ｄｂ）を使用することも可能である。
【００３９】
但し、商（Ｄａ／Ｄｂ）をそのまま画像データＤとして使用すると、画像データＤの一部のピクセル値が異常値になる可能性がある。それを防ぐため、画像データＤｂにおいて特に値の小さかったピクセル（例えば、最大値の１０分の１未満）に限り、商（Ｄａ／Ｄｂ）の代わりに、画像データＤａのピクセル値をそのまま用いることにすればよい。
因みに、図６（Ｃ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された積（Ｄａ・Ｄｂ）に反映されている情報を示す図であり、図６（Ｄ）は、ｒｂ＝４ｒａの設定下で取得された商（Ｄａ／Ｄｂ）に反映されている情報を示す図である。このうち、図６（Ｄ）を参照すると、ｒｂ＝４ｒａの設定下であっても、商（Ｄａ／Ｄｂ）のカーブは、形状が良好であることがわかる。よって、ｒｂ＝４ｒａの設定下であっても、商（Ｄａ／Ｄｂ）については、セクショニング分解能の高い画像データＤとして利用できる可能性がある。
【００４０】
また、本実施形態においては、コンピュータ２２内で行われた演算の一部又は全部を、回路部２１に行わせてもよい（その場合、回路部２１内に加算器や乗算器が備えられる。）。但し、何れも場合も、実測した画像データＤａ，Ｄｂを演算処理前に個別に記憶しておき、それを必要なときにのみ演算処理する方が、演算内容を自由に変更できるという利点がある。
【００４１】
（検出部１０の変形例）
検出部１０は、図７に示すとおり変形されてもよい。図７は、本変形例の検出部１０を説明する図である。この検出部１０にも、径の小さいピンホールマスク１０Ａと、径の大きいピンホールマスク１０Ｂと、２つの光検出器１０２ａ，１０２ｂが備えられる。
ピンホールマスク１０Ａは、第１実施形態のそれと同様に、集光レンズ１８の焦点深度内の略中央の面に傾斜した姿勢で配置される。また、ピンホールマスク１０Ａの入射側のマスク面は、第１実施形態のそれと同様に、反射面になっている。
【００４２】
一方、ピンホールマスク１０Ｂは、ピンホールマスク１０Ａの反射光路上、かつピンホールマスク１０Ａから離れた位置に配置されている。但し、ピンホールマスク１０Ｂは、レンズ１９により、ピンホールマスク１０Ａと略共役な関係に結ばれている。
そして、ピンホールマスク１０Ａを透過した観察光束の光量は、光検出器１０２ａによって検出され、ピンホールマスク１０Ｂを透過した観察光束の光量は、光検出器１０２ｂによって検出される。
【００４３】
（検出部１０の変形例）
検出部１０は、図８に示すとおり変形されてもよい。図８は、本変形例の検出部１０を説明する図である。この検出部１０にも、マスク部材１０１と、２つの光検出器１０２ａ，１０２ｂとが備えられる。
マスク部材１０１は、観察光束に対し透明な基体上に、適当なパターンの反射膜等を形成したものである。このマスク部材が配置されるのは、集光レンズ１８の焦点近傍である。
【００４４】
マスク部材１０１には、径の小さいピンホールマスク１０Ａと、径の大きいピンホールマスク１０Ｂとが形成されている。
ピンホールマスク１０Ａは、集光レンズ１８の焦点深度内の略中央の面に傾斜した姿勢で配置される。ピンホールマスク１０Ａの入射側のマスク面は、反射面になっている。ピンホールマスク１０Ｂは、ピンホールマスク１０Ａで反射した観察光束を受ける位置に配置されている。ピンホールマスク１０Ｂの配置箇所も、集光レンズ１８の焦点深度内に収められている。
【００４５】
そして、ピンホールマスク１０Ａを透過した観察光束の光量は、光検出器１０２ａによって検出され、ピンホールマスク１０Ｂを透過した観察光束の光量は、光検出器１０２ｂによって検出される。
（検出部１０の変形例）
検出部１０は、図９に示すとおりに変形されてもよい。図９は、本変形例の検出部１０を説明する図である。この検出部１０は、図２に示した検出部においてピンホールマスク１０Ｂを省略したものである。但し、この検出部１０においては、ｒｂ≫４ｒａなので、セクショニング分解能の変更よりも、共焦点モードと非共焦点モードとの切り替えが主な働きとなる。因みに、その切り替えは、重み係数αを０と１との間で切り替えることで実現する。
【００４６】
（検出部１０のその他の変形例）
さらに、検出部１０には、２種類の観察光束の光量を個別に検出できるのであれば、図７，図８，図９に示したもの以外の検出部を適用することもできる。例えば、２種類の観察光束の検出に１つの光検出器を共用するタイプの検出部なども適用可能である。
さらには、径が可変の共焦点絞りを用いた検出部や、複数種類のピンホール部材を切り替え配置する検出部なども適用可能である。但し、これらの検出部では、２種類の観察光束を同時検出することはできないので、試料０に対する照明光の照射量は増える。
【００４７】
また、径が可変の共焦点絞りを用いた場合や、径の異なるピンホール部材を切り替え配置する場合（つまり、共焦点絞りの径を変化させる場合）は、直接の検出対象となる２光束が、上述した実施形態や変形例における２光束とは若干異なる。
すなわち、上述した実施形態や変形例では、検出対象が、「共焦点絞り面の中央の円形領域に入射した観察光束」と、「前記円形領域の周りのドーナツ状領域に入射した観察光束」との２光束であったのに対し、共焦点絞りの径を変化させる場合は、光量の検出対象が、「共焦点絞り面の中央の円形領域に入射した観察光束」と、「その円形領域を包含する広い円形領域に入射した観察光束」との２光束になる。
【００４８】
したがって、演算内容もそれに対応したものとなる。例えば、共焦点絞りの径をｒａとｒｂ（ｒｂ＝２ｒａ）とに変化させた場合、径をｒａに設定して取得した画像データをＤａとおき、径をｒｂに設定して取得した画像データをＤｂ’とおくと、２Ｄａ−Ｄｂ’により、ｒａより小さな径の仮想的な共焦点絞りでの共焦点画像を得ることができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態も、共焦点顕微鏡システムの実施形態である。ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、実測される画像データの数が「２」から「３」に拡張された点にある。
【００４９】
図１０は、本実施形態の検出部１０を説明する図である。図２に示した検出部との主な相違点は、ピンホールマスク１０Ｃ及び光検出器１０２ｃが追加された点にある。
マスク部材１０１において、ピンホールマスク１０Ｂの入射側のマスク面は、反射面になっている。また、ピンホールマスク１０Ｃとピンホールマスク１０Ｂとの配置関係は、ピンホールマスク１０Ｂとピンホールマスク１０Ａとの配置関係と同じである。また、ピンホールマスク１０Ｃの配置箇所は、ピンホールマスク１０Ａ，１０Ｂと共に、集光レンズ１８の焦点深度内に収まっている。
【００５０】
ピンホールマスク１０Ｂのピンホール１０ｂの周辺に入射した観察光束は、ピンホールマスク１０Ｂで反射し、反射面１０Ｒを介してピンホールマスク１０Ｃへ向かう。ピンホールマスク１０Ｃのピンホール１０ｃの径ｒｃは、ピンホール１０ｂの径ｒｂよりも大きく、例えばｒｃ＝２ｒｂである。
したがって、ピンホールマスク１０Ｃに入射した観察光束のうち、ピンホール１０ｃ内に入射する観察光束は、そのピンホールマスク１０Ｃを透過し、ピンホール１０ｃの周辺に入射した観察光束は、そのピンホールマスク１０Ｃでカットされる。
【００５１】
図１０の左部には、観察光束の断面、ピンホール１０ａ、ピンホール１０ｂ、ピンホール１０ｃの大凡の大小関係を示した。
このマスク部材１０１によれば、集光レンズ１８からの観察光束が、「ピンホール１０ａに入射した観察光束」と、「ピンホール１０ａには入射せずにピンホール１０ｂに入射した観察光束」と、「ピンホール１０ａ，１０ｂには入射せずにピンホール１０ｃに入射した観察光束」との３種類に分離される。そして、それら３種類の観察光束の光量は、光検出器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃによって同時かつ個別に検出される。
【００５２】
これらの光検出器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃが個別に生成する検出信号ｓａ，ｓｂ，ｓｃは、回路部へ逐次取り込まれる。図示省略したが、本実施形態では、検出信号の種類数が「２」から「３」に拡張されたので、回路部内のＩ／Ｖ変換器、Ａ／Ｄ変換器、及びコンピュータ内のフレームメモリの数も、「２」から「３」に拡張される。そして、本実施形態のコンピュータは、検出信号ｓａ，ｓｂに基づき画像データＤａ，Ｄｂを作成したのと同様に、検出信号ｓｃに基づき画像データＤｃを作成する。
【００５３】
ここで、本システムのオペレータは、画像データＤａ，Ｄｂ，Ｄｃの取得前や取得後の所望のタイミングで、本システムのコンピュータに対し、セクショニング分解能と明るさとを指定することができる。
コンピュータは、指定された分解能及び明るさに応じた演算を、３種類の画像データＤａ，Ｄｂ，Ｄｃに施して画像データＤを作成し、それをモニタへ表示させる。
【００５４】
ここで、画像データＤを作成するための演算は、画像データＤａ，Ｄｂ，Ｄｃのピクセル毎の重み付け和であり、例えば、次式（３）で表される。
Ｄ＝Ｄａ＋α・Ｄｂ＋β・Ｄｃ  ・・・（３）
そして、式（３）中の重み係数α，βの組み合わせは、指定された分解能及び明るさに応じて設定される。例えば、重み係数αを正の値、重み係数βを負の値に設定し、かつ、それらの大きさを適切に設定すると、セクショニング分解能を高くし、しかもピント位置（特定層）を明るく表現することが可能である。
【００５５】
図１１は、本実施形態においてα＝＋０．８，β＝−１．６の設定下で取得された画像データに反映されている情報を示す図である。図１１の表記方法は図５のそれと同じである。
図１１を参照すると、画像データＤのカーブの幅は、画像データＤａのそれよりも狭く、画像データＤのカーブの高さは、画像データＤａのそれと同等であることがわかる。したがって、画像データＤは、セクショニング分解能が画像データＤａのそれよりも高く、しかも、特定層が画像データＤａにおけるそれと同程度に明るく表現されることがわかる。
【００５６】
このように、本実施形態では、実測する画像データが１つ増えたので、画像データＤを作成するときのパラメータ（重み係数）が１つ増える。その結果、画像データＤのセクショニング分解能と特定層の明るさとの双方を、演算で制御することが可能になった。
（演算内容の変形例）
本実施形態のコンピュータは、オペレータからの指示に応じて重み係数α，βの組み合わせを設定したが、セクショニング分解能や明るさの変更の自由度を高くする必要が無い場合は、その自由度を意図的に制限してもよい。自由度を制限する場合の例は、以下のとおりである。
【００５７】
＜α＝＋１に固定する＞
この場合、式（３）は、Ｄ＝（Ｄａ＋Ｄｂ）＋β・Ｄｃとなり、第１項は不変、第２項のみが可変となる。これは、第１実施形態において２つのピンホールの径をｒｂ，ｒｃに設定した場合に相当する。すなわち、仮想的な共焦点絞りの径は、ｒｂ，ｒｃの周辺で可変となる。
【００５８】
＜β＝０に固定する＞
この場合、式（３）は、Ｄ＝Ｄａ＋α・Ｄｂとなる。これは、第１実施形態と同じ場合に相当する。すなわち、仮想的な共焦点絞りの径は、ｒａ，ｒｂの周辺で可変となる。
＜α＝βとする＞
この場合、式（３）は、Ｄ＝Ｄａ＋α・（Ｄｂ＋Ｄｃ）となり、第１項は不変、第２項のみが可変となる。これは、第１実施形態において２つのピンホールの径をｒａ，ｒｃに設定した場合に相当する。すなわち、仮想的な共焦点絞りの径は、ｒａ，ｒｃの周辺で可変となる。
【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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