JP2003167197A

JP2003167197A - コンフォーカル顕微鏡

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Publication number: JP2003167197A
Application number: JP2001369958A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kususe; 治彦楠瀬
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-13
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Abstract

(57)【要約】【課題】光の使用効率を高め、撮像時間の短縮化を達成
することができるコンフォーカル顕微鏡を提供するこ
と。【解決手段】本発明にかかるコンフォーカル顕微鏡は、
ランプ１と、マルチスリット２を有し、マルチスリット
２からの複数のライン状の輝線は、ガルバノメータ４に
よって走査される。試料６からの反射光は、２次元アレ
イ光検出器７によって検出される。この２次元アレイ光
検出器７において、照明領域７１の画素のデータのみを
使用して画像を形成している。これによりコンフォーカ
ル画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料等を撮像する
コンフォーカル顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンフォーカル顕微鏡の例は、例
えば、特開平１０ー１０４５２３号公報に開示されてい
る。当該公報に示される従来のコンフォーカル顕微鏡で
は、１本のスリットを透過した光が試料に対して照明さ
れ、試料からの反射光は、１次元ＣＣＤ（Charge Coupl
ed Device）により受光される構成を採用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のコンフォーカル
顕微鏡では、一本のスリットを透過した光のみが試料に
対して照明されるため、光の使用効率が低いという問題
点があった。その結果、充分な輝度信号を得るために長
時間露光が必要となるので、撮像時間が長くなるという
問題点もあった。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、光の使用効率を高め、撮像時間の
短縮化を達成することができるコンフォーカル顕微鏡を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるコンフォ
ーカル顕微鏡は、光源と、前記光源から発する光を複数
のライン状の輝線に変換する輝線変換手段と、前記輝線
変換手段により変換した複数の輝線を走査する輝線走査
手段と、前記輝線変換手段と共役な位置に設置された試
料上に前記輝線を結像し、当該試料からの反射光又は透
過光を結像面に結像する結像手段と、前記結像手段によ
り結像される結像面に配置された２次元アレイ光検出器
と、前記２次元アレイ光検出器の画素のうち、前記輝線
により照明された照明領域の画素のデータのみを使用し
て画像を形成する画像形成手段を備えたものである。こ
のような構成により、照明光の使用効率を高め、撮像時
間の短縮化を達成することができる。

【０００６】ここで、望ましい実施の形態によれば、前
記輝線変換手段は、複数のスリットを有するマルチスリ
ットである。

【０００７】また、前記輝線変換手段は、透過型液晶パ
ネルにより構成すると共に、前記輝線走査手段も、当該
透過型液晶パネルによって光を透過させる部分を走査す
ることにより構成してもよい。

【０００８】さらに、前記輝線変換手段は、デジタルマ
イクロミラー装置により構成すると共に、前記輝線走査
手段も、当該デジタルマイクロミラー装置によりミラー
のオン状態を走査することにより構成してもよい。

【０００９】また、前記画像形成手段は、前記２次元ア
レイ光検出器の画素のうち、前記輝線により照明された
照明領域の画素のデータのみを使用して画像を形成する
コンフォーカル画像形成モードと、全面を照明し、全て
の画像データを取り込み、その画像データに基づき画像
を形成するノンコンフォーカル画像形成モードを選択す
る手段を備えるようにするとよい。このような構成によ
り、極めて容易にコンフォーカル画像とノンコンフォー
カル画像を切り替えることができる。

【００１０】さらに、前記輝線変換手段において発生さ
せる輝線の間隔を制御する輝線間隔制御手段を備えるよ
うにするとよい。このような構成により、簡単にゴース
トを抑制することができる。

【００１１】また、前記輝線走査手段は、前記２次元ア
レイ光検出器の画素に対して、隣接する画素間の照射の
時間差が少なくなるように輝線を走査させることが好ま
しい。これにより、３次元の鮮明な画像を得ることがで
きる。

【００１２】前記光源を２次元に配列した複数の発振位
相の異なるレーザダイオードにより構成するとよい。こ
のような構成により、スペックル（小さな斑点）の発生
を抑制することができる。

【００１３】ここで、前記画像形成手段は、前記輝線に
よる照明領域が予め定めた画素以上に亘っている場合
に、基準サンプルを撮像した際のそれらの画素に対する
照明の輝度に基づいて、重み付き移動平均処理又は重み
付き平均処理を行い、画像形成の際に当該処理結果に基
づいて補正するとよい。このような構成により、光学系
を調整することなく、位置ずれを容易に調整することが
できる。また、画面の輝度が一定になるように重み係数
を調整することによりシェーディングを補正することが
できる。

【００１４】また、前記２次元アレイ光検出器をカラー
撮像素子により構成し、基準サンプルを撮像した場合
に、当該カラー撮像素子の特定の色の画素により検出さ
れる照度に基づいて照明領域の位置ずれを検出する位置
ずれ検出手段をさらに備えるようにしてもよい。このよ
うな構成により、位置ずれを容易に検出することができ
る。さらに、複数の輝線の間隔と前記２次元アレイ光検
出器の画素の間隔を調整するために光学系に倍率調整機
能及び光軸調整機能を備えるようにしてもよい。これに
より、容易に調整が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、複数の発明の実施の形態を
用いて本発明について説明する。

【００１６】発明の実施の形態１．本実施の形態１にか
かるコンフォーカル顕微鏡の構成例を図１に示す。図に
示されるように当該コンフォーカル顕微鏡は、ランプ
１、マルチスリット２、対物レンズ３１、３２、３３、
３４、３５、ガルバノメータ４、ビームスプリッタ５、
２次元アレイ光検出器７を備え、試料６を撮像する。
尚、この例では、理解の容易化のため構成を簡略化して
いるが、さらに他の構成を備えていてもよいことは言う
までもない。

【００１７】ランプ１は、例えば白色光源、蛍光励起光
源等であり、さらに具体的には、水銀ランプ、ハロゲン
ランプ等種々の光源を用いることができる。また、発振
位相の異なるレーザダイオードを２次元に配列して光源
を構成してもよい。発振位相の異なるレーザダイオード
を発振させることにより、スペクル（小さな斑点）の発
生を抑制することができる。

【００１８】マルチスリット２は、ランプ１の近傍に設
けられ、ランプ１から発する照明光を透過させるスリッ
トを複数有している。具体的な構成例を図２に示す。図
において、２１はスリットであり、２２は照明光の透過
を遮る遮光部分である。複数のスリット２１は、それぞ
れ平行にマルチスリット２のＨ方向の全辺に亘って設け
られた開口である。スリット２１の間隔については、試
料６の反射光が２次元アレイ光検出器７に入射された際
に、各スリット２１に対応する反射光間で互いに干渉し
ないか又は干渉が問題とならない所定値以下となるよう
に決定される。

【００１９】レンズ３１は、マルチスリット２を透過し
た光、即ち輝線が入射する位置に設けられる。

【００２０】ガルバノメータ４は、ランプ１より放射さ
れ、マルチスリット２を透過した光が試料７上を走査す
るように、入射光を反射させる機能を有する。このガル
バノメータ４は、少なくとも、ミラーと、このミラーの
角度を変えるアクチュエータと、アクチュエータの動作
を制御する制御部を備え、ミラーの角度を変えることに
よって走査を実現する。

【００２１】リレーレンズ３２及び３３は、対物レンズ
３４のひとみをガルバノメータ４にリレーする。

【００２２】ビームスプリッタ５は、リレーレンズ３３
の下方であって、当該対物レンズ３３より出射した光が
入射する位置に設けられている。

【００２３】対物レンズ３４は、ビームスプリッタ５と
試料６の間に設けられ、当該ビームスプリッタ５を透過
した光が入射する位置であって、試料６を反射した光が
入射する位置に設けられている。

【００２４】結像レンズ３５は、ビームスプリッタ５を
反射した試料６からの反射光が入射する位置に設けられ
ている。

【００２５】試料６は、マルチスリット２と共役な位置
に配置される。

【００２６】２次元アレイ光検出器７は、２次元マルチ
受光素子アレイであって、例えば、エリアＣＣＤであ
る。この２次元アレイ光検出器７の受光面の例を図３に
示す。このように受光面は、多数の受光素子が配置され
ている。この図では簡略化しているが、実際には、例え
ば１５０万画素の受光素子が配置されている。図３に示
す２次元アレイ光検出器７は、マルチスリット２に設け
られたスリット２１に対応した位置の領域７１（図上の
白抜き部分）に光が照明される。この照明領域７１は、
ガルバノメータ４の動作に応じてＶ方向に移動し、スリ
ット２１に対応する間隔分だけスキャンされる。この領
域７１は、照明領域と共役な部分である。

【００２７】本発明では、照明光が当っている照明領域
７１の画素のデータだけを読み取り、照明光が当ってい
ない非照明領域７２の画素のデータは捨て、利用しな
い。このようにすることにより、コンフォーカル画像を
取得することができる。照明領域７１を走査することに
より２次元アレイ光検出器７上の画素の全てのデータの
取り込みが完了した場合には、図示しない画像形成手段
により、これらのデータを合成し、２次元画像を形成す
る。この２次元画像は、所定の記憶手段に格納されると
ともに、ディスプレイに表示される。

【００２８】ここで、２次元アレイ光検出器７の原理的
構成図を図４に示す。この２次元アレイ光検出器７は、
インターライン型のＣＣＤ固体撮像装置である。図に示
されるように、２次元アレイ光検出器７は、水平及び垂
直方向に所定ピッチで配列した画素となる複数の受光部
７０１と、各列の受光部７０１の一側に設けた垂直方向
に延びるＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ７０２と、各垂
直転送レジスタ７０２の一端に設けたＣＣＤ構造の水平
転送レジスタ７０３とを有している。そして、各受光部
７０１にその受光量に応じて生じた信号電荷を各々対応
する垂直転送レジスタ７０２に転送し、これら各垂直転
送レジスタ７０２の信号電荷を水平転送レジスタ７０３
へと転送し、１水平ライン毎の信号電荷を読み出すよう
に構成される。

【００２９】特に、本発明では、照明領域７１のみデー
タを読み取り、非照明領域７２のデータは捨てている。
このような処理は、例えば、次のようにして電気的な処
理により実行される。照明領域７１に位置する画素のデ
ータと同様に非照明領域７２に位置する画素のデータも
一旦垂直転送レジスタ７０２に送られるが、その垂直転
送レジスタ７０２上のデータを一画素ずつ水平転送レジ
スタ７０３に送り出す際、非照明領域７２の画素のデー
タは、水平転送レジスタ７０３上に蓄積し出力せずに、
照明領域７１の画素のデータのみ出力する。また、２次
元アレイ光検出器７の出力データに対して、ゲート回路
を付加し、非照明領域７２の画素のデータの出力を制限
し、照明領域７１の画素のデータのみ出力するようにし
てもよい。さらには、一旦フレームメモリに格納し、照
明領域７１のデータのみアドレス指定して読み出すよう
にしてもよい。また、２次元アレイ光検出器７を画素毎
に読み出しを制御する回路を有するＣＩＤ（Charge Inj
ection Device）により構成した場合には、非照明領域
７２の画素から垂直転送レジスタ７０２への出力を停止
し、照明領域７１の画素のみ垂直転送レジスタ７０２へ
出力するようにすればよい。

【００３０】続いて、本実施の形態１にかかるコンフォ
ーカル顕微鏡の撮像動作について、説明する。

【００３１】まず、ランプ１から発した光は、マルチス
リット２に入射する。マルチスリット２は、スリット２
１と非透過部分２２を有するため、スリット２１のみ入
射光が通過する。マルチスリット２を通過した光、即ち
ライン状の輝線は、レンズ３１により屈折し、ガルバノ
メータ４に入射する。ガルバノメータ４は、制御信号に
応じて自身の角度を設定し、入射光を反射させる。ガル
バノメータ５を反射した光は、リレーレンズ３２により
屈折する。リレーレンズ３２により屈折した光は、リレ
ーレンズ３３により屈折した後、ビームスプリッタ５を
通過し、対物レンズ３４により試料６上に結像する。

【００３２】試料６の反射光は、再度、対物レンズ３４
により屈折した後、ビームスプリッタ５を反射する。ビ
ームスプリッタ５により反射された光は、結像レンズ３
５により屈折した後、２次元アレイ光検出器７上に結像
する。２次元アレイ光検出器７に対しては、マルチスリ
ット２のスリット２１の位置を通過した光のみが照明さ
れる。２次元アレイ光検出器７は、照明領域７１の画素
のみデータを読み取り、非照明領域７２の画素のデータ
は捨てる。続いて、ガルバノメータ４を走査し、同様に
して２次元アレイ光検出器７によって照明領域７１の画
素のデータのみ読み取る。このような処理を試料６の全
領域が照明され撮影されるまで繰り返す。そして、２次
元アレイ光検出器７より出力されたデータを合成し、２
次元画像を形成する。この２次元画像は、所定の記憶手
段に格納されるとともに、ディスプレイに表示される。

【００３３】以上、説明した通り、本実施の形態１にか
かるコンフォーカル顕微鏡によれば、照明光の利用効率
が高いので、照度の高い照明が可能となり、短時間でＳ
Ｎ比の高いコンフォーカル画像を取り込むことができ
る。また、ガルバノメータのスキャン角がわずかで済む
ので、小型のガルバノメータを使用することができる。

【００３４】他方、従来の１次元ＣＣＤを用いる方法で
は、Ｖ方向の位置精度がガルバノメータの角度設定精度
で決定されたのに対し、本方式では受光素子アレイ上の
各受光素子の位置精度でほぼ決定されるため、取り込ん
だ画像の位置精度、あるいは寸法測長精度が高い。

【００３５】尚、ランプ１を白色光源を用いて照明し、
２次元アレイ光検出器７としてカラーＣＣＤを用いれば
カラー画像を取り込むことができる。このとき、カラー
ＣＣＤ上では、ＲＧＢが２列に亘って配置されているの
で照明領域７１を２列以上に亘るようにするとよい。特
に、試料６の全領域に亘って照明を走査しない場合、即
ち粗い画像を出力するような場合には、このようにする
ことで簡単に画像処理を行なうことができるというメリ
ットがある。

【００３６】また、照明領域７１の画素より得られたデ
ータのみならず、共役でない非照明領域７２の画素から
もデータを得た上で積分し、合成すれば、ノンコンフォ
ーカル画像が得られる。具体的には、２次元アレイ光検
出器７の画素のうち、照明領域７１の画素のデータのみ
を使用して画像を形成するコンフォーカル画像形成モー
ドと、非照明領域７２の画素のデータの双方に基づき画
像を形成するノンコンフォーカル画像形成モードを選択
する手段を設ける。２次元アレイ光検出器７におけるデ
ータの読み出しを制御することによって、極めて容易
に、かつ瞬時にコンフォーカル画像とノンコンフォーカ
ル画像を切り替えることが可能となる。ノンコンフォー
カル画像を得る場合には、光が試料の全領域に照射され
るようにマルチスリット２を光路上から外してもよい。

【００３７】発明の実施の形態２．本実施の形態２にか
かるコンフォーカル顕微鏡では、光源として、白色光源
を用い、照明側に切り替え式のカラーフィルタを使用
し、順次ＲＧＢを切り替えて照明してそれぞれの色の画
像を取り込むことによってカラー画像を構成する方式を
採用している。

【００３８】図５に当該コンフォーカル顕微鏡の構成を
示す。図に示されるように、白色光源１とマルチスリッ
ト２の間にカラーフィルタ８と当該カラーフィルタ８を
回転駆動させるモータ９を設けている。カラーフィルタ
８は、図に示されるように透過領域８１、赤色着色領域
８２、緑色着色領域８３、青色着色領域８４を有する。
このカラーフィルタ８がモータ９により回転することに
より、順次ＲＧＢが切り替わる。そして、それぞれの色
の画像を適宜２次元アレイ光検出器７により読み取るこ
とによってカラー画像を得ることができる。他の構成に
ついては、基本的に発明の実施の形態１にかかるコンフ
ォーカル顕微鏡と同じであるため説明を省略する。

【００３９】発明の実施の形態３．本実施の形態３にか
かるコンフォーカル顕微鏡では、マルチスリット２の代
わりに透過型液晶パネル１０を用いている。

【００４０】図６に当該コンフォーカル顕微鏡の構成を
示す。透過型液晶パネル１０は、図２に示すマルチスリ
ット２と同様に、透過領域となるスリット２１を複数設
けている。発明の実施の形態１では、ガルバノメータ４
によって走査したが、本実施の形態３では、透過型液晶
パネル１０の透過領域を順次移動させることによって走
査することができる。そのため、走査手段としてガルバ
ノメータ４を設ける必要はない。他の構成については、
基本的に発明の実施の形態１にかかるコンフォーカル顕
微鏡と同じであるため説明を省略する。

【００４１】発明の実施の形態４．本実施の形態４にか
かるコンフォーカル顕微鏡では、マルチスリット２の代
わりにデジタルマイクロミラー装置１１を用いている。

【００４２】図７に当該コンフォーカル顕微鏡の構成を
示す。デジタルマイクロミラー装置１１は、ＤＭＤ（登
録商標）とも呼ばれ、微小なミラーを多数有し、それぞ
れのミラーを約±１０度傾かせることができるように構
成されている。そして、各ミラーを＋１０度傾かせると
オン状態に、−１０度傾かせるとオフ状態となる。ミラ
ーは、１秒間に千回以上の速度で電子的に傾く。

【００４３】このデジタルマイクロミラー装置１１を、
図２に示すマルチスリット２のスリット２１に相当する
部分をオン状態にするよう制御する。発明の実施の形態
１では、ガルバノメータ４によって走査したが、本実施
の形態４では、デジタルマイクロミラー装置１１のオン
状態、即ち反射領域を順次シフトさせることによって走
査することができる。そのため、走査手段としてガルバ
ノメータ４を設ける必要はない。他の構成については、
基本的に発明の実施の形態１にかかるコンフォーカル顕
微鏡と同じであるため説明を省略する。

【００４４】このような構成を有するコンフォーカル顕
微鏡では、ランプ１から出射された光は、デジタルマイ
クロミラー装置１１に入射する。そして、デジタルマイ
クロミラー装置１１は、スリット２１に相当する部分の
ミラーがオン状態になっているため、そのオン状態のミ
ラーのみランプ１から出射された光を対物レンズ３３方
向に反射させる。その反射光は、リレーレンズ３３、対
物レンズ３４を経て試料６に照射された後、対物レンズ
３４、ビームスプリッタ５、結像レンズ３５を経て２次
元アレイ光検出器７の受光面で結像する。その後、デジ
タルマイクロミラー装置１１は、オン状態とするミラー
を順次シフトさせる。このようにして試料６の全領域の
照射が完了すると、画像データが合成され、図示しない
ディスプレイに出力される。

【００４５】発明の実施の形態５．次に、２次元アレイ
光検出器７にカラーＣＣＤを用いた場合について説明す
る。この例では、カラーＣＣＤの画素２列に対して同時
に光が照射されるように制御されている。図８に受光面
での照明光の強度分布及び点像強度分布を示す。図に示
されるように、照明光の強度分布は、点像強度分布の重
ね合わせとなっている。また、隣接する照明領域間の照
明光強度分布をみると、照明領域の画素に十分な強度の
光が照射されていることが判る。

【００４６】続いて、図９、図１０、図１１、図１２を
用いて、カラーＣＣＤ上の照明領域の移動制御について
説明する。図９に示す照明領域から順次図１０、図１
１、図１２と照明領域が移動している。図面上で一番上
に位置する照明領域について着目すると、図９では、１
番目、２番目の列の画素が照射されている。次に図１０
では、５番目、６番目の列の画素が照射されている。さ
らに、図１１では、３番目、４番目の列の画素が照射さ
れている。最後に、図１２では、７番目、８番目の列の
画素が照射されている。即ち、次のように照明領域がシ
フトしている。第１、２列→第５、６列→第３、４列→
第７、８列

【００４７】このように照明領域をシフトさせると、第
１、２列から２列ずつシフトさせた場合と比較して、隣
接する画素間の時間差が少なくなることにより鮮明な３
次元画像を得ることができるという効果がある。

【００４８】尚、高いコントラストを持つ試料の画像を
取り込む際にゴーストを低減させるためには、図１３及
び図１４に示すように、照明領域の間隔を十分に離すよ
うにするとよい。照明領域が近いと隣接する照明の光が
入り込み、ゴーストが発生するため、そのような場合
に、照明領域の間隔を広げることによりゴーストの発生
を抑制できる。例えば、４ラインに１本の照明領域を８
ラインに１本の照明領域に変更する。特に、デジタルマ
イクロミラー装置１１を用いた場合には、このような制
御が容易にできる。

【００４９】また、このようにカラーＣＣＤを用いた場
合には、基準サンプルを撮影することにより得られた特
定の色の画素のデータ、即ち照度のデータに基づいて照
明領域と画素との位置ずれを検出することができる。例
えば、図９に示すカラーＣＣＤにおいては、各照明領域
から出力される緑（Ｇ）の画素データが等しくなるよう
な構成を有しているが、等しくなければ、かかる位置ず
れが生じていると判断することができる。逆に各照明領
域から出力される特定の色の画素のデータが等しくなる
ように照明領域の位置を調節すれば、位置ずれをなくす
ことができる。

【００５０】また、このようなカラーＣＣＤにおいて、
ＲＧＢのホワイトバランスを、照明光と結像素子との位
置関係を変え、照明領域の位置を変えることにより調整
することも可能である。

【００５１】発明の実施の形態６．次に、図１５を用い
てコンフォーカル顕微鏡の具体的な構成例について説明
する。この例では、照明手段として水銀ランプ１が設け
られている。そして、水銀ランプ１から出射した光は、
コーンレンズ１２に入射する。コーンレンズ１２は、フ
ァーフィールドパターンの中抜けを防止するように入射
光を屈折させる。コーンレンズ１２により屈折した光
は、バンドルファイバー１３の入射端に入射する。そし
て、ハンドルファイバー１３の出射端から光が出射さ
れ、ミラー１４により所定角度反射する。ミラー１４を
反射した光は、対物レンズ３２に入射する。

【００５２】対物レンズ３２に入射した光は、屈性し、
デジタルマイクロミラー装置１１に入射する。このと
き、デジタルマイクロミラー装置１１は、図２に示され
るようなマルチスリット２のスリット２１に相当する場
所のミラーがオン状態になるよう制御される。デジタル
マイクロミラー装置１１は、オン状態にあるミラーによ
って入射光をレンズ３３に出射する。他方、デジタルマ
イクロミラー装置１１においてオフ状態にあるミラー
は、入射光を光トラップ１５に反射させる。デジタルマ
イクロミラー装置１１から出射される光は、図２に示さ
れるようなマルチスリット２を透過した光と同等にな
る。出射光は、レンズ３３により屈折され、ビームスプ
リッタ５を透過する。ビームスプリッタ５を透過した光
は、対物レンズ３４により屈折され試料６上に集光す
る。

【００５３】試料６の反射光は、再度対物レンズ３４に
より屈折し、ビームスプリッタ５に入射する。そして、
ビームスプリッタ５に入射した光は、当該ビームスプリ
ッタ５を反射し、結像レンズ３５に入射する。結像レン
ズ３５に入射した光は、屈折し、カラーＣＣＤ７に入射
する。カラーＣＣＤ７に対しては、デジタルマイクロミ
ラーデバイス１１のオン状態にあるミラーにより反射さ
れた光のみが照明される。カラーＣＣＤ７は、照明領域
７１の画素のみデータを読み取り、非照明領域７２の画
素のデータは捨てる。そして、順次、デジタルマイクロ
ミラーデバイス１１によって反射光を走査し、試料６の
所定領域を全て撮像する。カラーＣＣＤ７より出力され
たデータを合成することにより、２次元画像を形成す
る。この２次元画像は、所定の記憶手段に格納されると
ともに、ディスプレイに表示される。

【００５４】以上、説明した通り、本実施の形態６にか
かるコンフォーカル顕微鏡によれば、照明光の利用効率
が高いので、照度の高い照明が可能となり、短時間でＳ
Ｎ比の高いコンフォーカル画像を取り込むことができ
る。

【００５５】発明の実施の形態７．本実施の形態７にか
かるコンフォーカル顕微鏡の構成を図１６に示す。図に
示されるように、このコンフォーカル顕微鏡では、パー
ソナルコンピュータ２００及びプロジェクタ１００を組
み合わせて構成している。パーソナルコンピュータ２０
０のビデオボード２０１のＳ−ＶＧＡラインは、プロジ
ェクタ１００に接続されている。また、フレームグラバ
のＲＳ４２２ラインは、ＣＣＤドライバ７３に接続され
ている。そして、ＤＡＣのラインは、微動ステージドラ
イバ１８に接続されている。従って、パーソナルコンピ
ュータ２００のビデオボード２０１からの出力信号によ
ってデジタルマイクロミラー装置１１を制御することが
できる。また、フレームグラバ２０２からの出力信号に
よってＣＣＤドライバ７３を制御することができる。そ
して、ＤＡＣからの出力信号によって微動ステージドラ
イバ１８を制御することができる。微動ステージドライ
バ１８は、微動ステージ１７の動作を駆動することがで
きる。このパーソナルコンピュータ２００は、当該コン
フォーカル顕微鏡を制御するための制御プログラムをメ
モリに記憶している。この制御プログラムには、例え
ば、マルチライン照明、マルチライン画像取り込み、ア
ライメント空間フィルタ関数作成、アライメント／空間
フィルタリング処理、ノンインターレース画像形成、Ｚ
軸駆動、無限焦点深度画像形成、表面形状画像形成、カ
ラー画像取り込み／表示を実現する制御プログラムが含
まれる。

【００５６】プロジェクタ１００は、水銀ランプ１、カ
ラーフィルタ８、モータ９、対物レンズ３１及びデジタ
ルマイクロミラー装置１１を備えている。

【００５７】このような構成のコンフォーカル顕微鏡の
撮像動作について簡単に説明する。水銀ランプ１の照明
光は、カラーフィルタ８によって着色された後、ミラー
１４によってデジタルマイクロミラー装置１１に入射す
る。このとき、デジタルマイクロミラー装置１１は、図
２に示されるようなマルチスリット２のスリット２１に
相当する場所のミラーがオン状態になるよう制御され
る。デジタルマイクロミラー装置１１は、オン状態にあ
るミラーによって入射光をプロジェクタ１００の外部に
設置された対物レンズ３２に出射する。他方、デジタル
マイクロミラー装置１１においてオフ状態にあるミラー
は、入射光を図示しない光トラップに反射させる。デジ
タルマイクロミラー装置１１から出射される光は、図２
に示されるようなマルチスリット２を透過した光と同等
になる。

【００５８】レンズ３２に入射した光は、屈折し、ビー
ムスプリッタ５に入射する。また、ビームスプリッタ５
に入射した光の一部は、このビームスプリッタ５を透過
し、対物レンズ３３により屈折した後、ＸＹＺステージ
１６上の試料に集光する。試料より反射した光は、対物
レンズ３３により屈折し、ビームスプリッタ５により反
射される。この反射光は、結像レンズ３５により屈折
し、ＣＣＤ７に集光する。ＣＣＤ７は、照明光が当って
いる照明領域７１の画素のデータだけを読み取り、照明
光が当っていない非照明領域７２の画素のデータは捨
て、利用しない。このようにすることにより、コンフォ
ーカル画像を取得することができる。

【００５９】さらにデジタルマイクロミラー装置１１を
制御し、照明領域７１を走査する。２次元アレイ光検出
器７上の画素の全てのデータの取り込みが完了した場合
には、これらのデータを合成し、２次元画像を形成す
る。この２次元画像は、所定の記憶手段に格納されると
ともに、ディスプレイに表示される。

【００６０】さらに、本実施の形態７にかかるコンフォ
ーカル顕微鏡は、デジタルマイクロミラー装置１１とＣ
ＣＤ７の画素の位置ずれを補正する機能を有している。
位置ずれの補正処理は、レンズ交換時に行なっても良
く、また、新規に画像を撮影する度に行なうようにして
もよい。この機能について、以下に詳細に説明する。

【００６１】図１７は、当該位置ずれ補正機能を実現す
る上で必要なアライメント空間フィルタ関数の作成処理
を示すフローチャートである。まず、コンフォーカル顕
微鏡のＸＹＺステージ１６上に基準サンプルを取り付け
る（Ｓ１０１）。この基準サンプルは、入射した光を一
様かつ均一に反射させる反射体であり、例えば、鏡やシ
リコンウエハである。次に、プロジェクタ１００のデジ
タルマイクロミラー装置１１を制御して、マルチライン
照明を行なう（Ｓ１０２）。そして、このマルチライン
照明に対応する基準サンプルからの反射光をＣＣＤ７に
より読み取り、マルチライン画像を取り込む（Ｓ１０
３）。最後に取り込んだマルチライン画像に基づき、ア
ライメント空間フィルタ関数を作成する（Ｓ１０４）。

【００６２】さらに、図１８を用いて、当該アライメン
ト空間フィルタ関数の作成について説明する。図１８で
は、ＣＣＤ７の画素とともに、受光面での点像強度分布
が示されている。通常、デジタルマイクロミラー装置１
１を制御することにより、ＣＣＤ７に照射される光は、
複数のライン状の輝線を構成し、輝線からなる照明領域
７１がＣＣＤ７の画素の一列に一致するように光学系が
設計されている。しかしながら、ＣＣＤ７の端部付近で
は、照明領域７１がＣＣＤ７の画素の一列に一致しない
場合が発生してしまう。図１７の下方の白抜き部分は、
ＣＣＤ７の画素の一列に当該照明領域７１が一致した場
合を示している。この場合には、照明領域７１が一致し
た画素のみからデータを読み取ることによってコンフォ
ーカル画像を最終的に得ることができる。

【００６３】図１７の上方の白抜き部分では、ＣＣＤ７
の画素の２列に当該照明領域が亘っている。この場合、
これら２列の画素列よりデータを読み取るとともに、そ
れぞれの輝度に対する重み付けのための係数を決定す
る。この図に示す例では、ＣＣＤ７の画素の２列のほぼ
中間位置に光のラインが位置しているため、２列の画素
のデータに対する重み付けを均等にしている。そして、
かかる重み付け係数を加味して、重み付け移動平均処理
又は重み付け平均処理を行い輝度を算出する。

【００６４】このような処理を実行するためには、基準
平面を観察し、照明領域７１のうち照明が一画素列のみ
ならず複数画素列に及ぶ場合、Ｖ方向の局所的な輝度の
重心を求める。そして、重心に近い２列の画素列に対し
て重み付き移動平均処理又は重み付き平均処理により、
デジタルマイクロミラー装置１１とＣＣＤ７との画素の
位置ずれを補正する。Ｖ方向の画素数をＣＣＤ７の画素
数で処理する場合は、重み付き移動平均処理とし、デジ
タルマイクロミラー装置１１の画素数に合わせる場合
は、重み付き平均処理とする。尚、照明領域７１以外の
画素については輝度は０とする。

【００６５】ここで、ｎ番目とｎ＋１番目の画素列につ
いて重み付き移動平均処理を行なうとすると、輝度ｌn
は次のように表すことができる。ｌn＝ａｌn＋ｂｌ(n+1) ここでａ＋ｂ＝１であ
る。

【００６６】他方、重み付き平均処理を行なう場合に
は、輝度ｌnは次のように表すことができる。ｌn＝ａｌ2n＋ｂｌ(2n+1) ここでａ＋ｂ＝１であ
る。

【００６７】また、照明領域７１が画素列にＶ方向に一
様にずれる場合のみならず、光学系の歪みによって斜め
にずれる場合もある。この場合にも、画素毎に輝度の重
心を求めて、重み付き移動平均処理又は重み付き平均処
理を行なう。このため、例えば、ある画素では、ｎ番目
とｎ＋１番目の画素列について処理をし、他の画素で
は、ｎ番目とｎ−１番目の画素列について処理を行なう
というように、異なる画素列について処理を行なうこと
になる。

【００６８】さらに、シェーディングと呼ばれる、全体
的な輝度のばらつきを修正するために、画素列毎に輝度
に乗ずる係数を変えるようにしてもよい。具体的には、
上記輝度ｌnの式において、ａ＋ｂを１とはせずに、暗
く輝度の小さい画素列ではａ＋ｂ＞１の任意の値とし、
明るく輝度の大きい画素列ではａ＋ｂ＜１の任意の値と
する。

【００６９】尚、この実施の形態にかかるコンフォーカ
ル顕微鏡では、照明領域７１をＣＣＤ７の画素一列に一
致させているが、これに限らず、複数列に一致させるよ
うな場合であっても、同様にして位置ずれを補正するこ
とができる。例えば、２列に一致させるような場合に
は、Ｖ方向の局所的な輝度の重心を求め、重心に近い３
列に対して重み付き移動平均処理又は重み付き平均処理
を行なう。

【００７０】このようにして、補正処理をした後は、求
められたアライメント空間フィルタ関数に従って、試料
６の画像を撮影する。

【００７１】発明の実施の形態８．本実施の形態８にか
かるコンフォーカル顕微鏡では、特に蛍光観察に適した
構成を有している。

【００７２】まず、蛍光を観察する場合、撮像素子にイ
メージインテンシファイヤ付のＣＣＤを利用するとよ
い。また、ビームスプリッターをダイクロイックミラー
とし、短波長である励起光は透過し、励起光よりも長波
長である蛍光は反射させてイメージインテンシファイヤ
に入射させる。これによってビームスプリッタでの光量
の損失を最低にすることができる。

【００７３】さらに、図１９に示す構成のように、カラ
ーの蛍光画像を得るためには切り替え式のダイクロイッ
クフィルタ８（カラーフィルタ）をＣＣＤカメラ７の前
に配置するようにしてもよい。ここで、励起光源１とし
て水銀ランプは、４０５ｎｍの発振波長のレーザーダイ
オード等を使用することが好ましい。

【００７４】発明の実施の形態９．本実施の形態９にか
かるコンフォーカル顕微鏡では、特に画素ずれ合わせの
機能を有している。図２０に当該コンフォーカル顕微鏡
の構成例を示す。

【００７５】画素ずれ合わせのために、照明スリット像
と受光素子のピッチを合わせるために照明側または結像
側のいずれかのレンズを倍率調整レンズとしている。こ
の例では、倍率調整レンズ３６１及び３６２を設けてい
る。

【００７６】また、照明スリット像と受光素子の位置ず
れを調整するために、照明側、結像側のいずれか一方の
光軸上に光軸調整機構（ビームポジショナー）を設けて
いるる。この例では、ビームポジショナー１６１及び１
６２を設けている。

【００７７】発明の実施の形態１０．本実施の形態１０
にかかるコンフォーカル顕微鏡では、特に光の利用効率
が高い顕微鏡である。図２１に当該コンフォーカル顕微
鏡の構成例を示す。

【００７８】ビームスプリッター５２に偏光ビームスプ
リッターを使用することができ、その場合は対物レンズ
３４の上に１／４波長板１７を配置する。これによって
光量の損失を最低に出来る。つまり金属薄膜を利用した
ビームスプリッタの場合は透過率が約３０％、反射率が
約３０％なので往復で９％の光しか利用出来ない。一方
偏光ビームスプリッタ５２を使用すると、ランプ１から
の光のＰ偏光成分のみが透過し、１／４波長板１７で円
偏光となり、対物レンズ３４に入射する。試料６からの
反射光は１／４波長板１７を再び逆方向から透過してＳ
偏光となるので、偏光ビームスプリッタ５２で結像レン
ズ３５側に反射する。よって約５０％の光を利用でき
る。

【００７９】その他の実施の形態．上述の例では、反射
型顕微鏡を例に挙げたが、透過型顕微鏡に対しても本発
明を適用できる。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、光の使用効率を高め、
撮像時間の短縮化を達成することができるコンフォーカ
ル顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかるコンフォーカル
顕微鏡の構成を示す図である。

【図２】本発明にかかるマルチスリットの構成を示す図
である。

【図３】本発明にかかる２次元アレイ光検出器の受光面
を示す図である。

【図４】本発明にかかる２次元アレイ光検出器のブロッ
ク図である。

【図５】本発明の実施の形態２にかかるコンフォーカル
顕微鏡の構成を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態３にかかるコンフォーカル
顕微鏡の構成を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態４にかかるコンフォーカル
顕微鏡の構成を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態５における受光面での照明
光の強度分布及び点像強度分布を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ上
の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１０】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ
上の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１１】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ
上の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１２】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ
上の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１３】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ
上の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１４】本発明の実施の形態５におけるカラーＣＣＤ
上の照明領域の移動制御を説明するための図である。

【図１５】本発明の実施の形態６にかかるコンフォーカ
ル顕微鏡の構成を示す図である。

【図１６】本発明の実施の形態７にかかるコンフォーカ
ル顕微鏡の構成を示す図である。

【図１７】本発明の実施の形態７におけるアライメント
空間フィルタ関数の作成処理を示すフローチャートであ
る。

【図１８】本発明の実施の形態７における受光面での照
明光の強度分布を示す図である。

【図１９】本発明の実施の形態８にかかるコンフォーカ
ル顕微鏡の構成を示す図である。

【図２０】本発明の実施の形態９にかかるコンフォーカ
ル顕微鏡の構成を示す図である。

【図２１】本発明の実施の形態１０にかかるコンフォー
カル顕微鏡の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ランプ２マルチスリット３対物レンズ４
ガルバノメータ５ビームスプリッタ７２次元アレイ光検出器８
カラーフィルタ１０透過型液晶パネル１１デジタルマイクロミラ
ー装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 9/04 Ｈ０４Ｎ 9/04 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から発する光を複数のライン状の輝線に変換す
る輝線変換手段と、前記輝線変換手段により変換した複数の輝線を走査する
輝線走査手段と、前記輝線変換手段と共役な位置に設置された試料上に前
記輝線を結像し、当該試料からの反射光又は透過光を結
像面に結像する結像手段と、前記結像手段により結像される結像面に配置された２次
元アレイ光検出器と、前記２次元アレイ光検出器の画素のうち、前記輝線によ
り照明された照明領域の画素のデータのみを使用して画
像を形成する画像形成手段を備えたコンフォーカル顕微
鏡。
【請求項２】前記輝線変換手段は、複数のスリットを有
するマルチスリットであることを特徴とする請求項１記
載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項３】前記輝線変換手段は、透過型液晶パネルに
より構成すると共に、前記輝線走査手段も、当該透過型液晶パネルによって光
を透過させる部分を走査することにより構成したことを
特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項４】前記輝線変換手段は、デジタルマイクロミ
ラー装置により構成すると共に、前記輝線走査手段も、当該デジタルマイクロミラー装置
によりミラーのオン状態を走査することにより構成した
ことを特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕微
鏡。
【請求項５】前記画像形成手段は、前記２次元アレイ光
検出器の画素のうち、前記輝線により照明された照明領
域の画素のデータのみを使用して画像を形成するコンフ
ォーカル画像形成モードと、前記輝線により全面を照明
し照明された照明領域の全ての画像データを取り込み、
取り込んだ画像データに基づき画像を形成するノンコン
フォーカル画像形成モードを選択する手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕微
鏡。
【請求項６】前記輝線変換手段において発生させる輝線
の間隔を制御する輝線間隔制御手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項７】前記輝線走査手段は、前記２次元アレイ光
検出器の画素に対して、隣接する画素間の照射の時間差
が少なくなるように輝線を走査させることを特徴とする
請求項１記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項８】前記光源を２次元に配列した複数の発振位
相の異なるレーザダイオードにより構成したことを特徴
とする請求項１記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項９】前記画像形成手段は、前記輝線による照明
領域が予め定めた画素以上に亘っている場合に、基準サ
ンプルを撮像した際のそれらの画素に対する照明の輝度
に基づいて、重み付き移動平均処理又は重み付き平均処
理を行い、画像形成の際に当該処理結果に基づいて補正
することを特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕
微鏡。
【請求項１０】前記２次元アレイ光検出器をカラー撮像
素子により構成し、基準サンプルを撮像した場合に、当該カラー撮像素子の
特定の色の画素により検出される照度に基づいて照明領
域の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段をさらに備え
たことを特徴とする請求項１記載のコンフォーカル顕微
鏡。
【請求項１１】複数の輝線の間隔と前記２次元アレイ光
検出器の画素の間隔を調整するために光学系に倍率調整
機能及び光軸調整機能を備えたことを特徴とする請求項
１記載のコンフォーカル顕微鏡。