JP2004317704A - 3次元共焦点顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】光軸方向の走査手段に機械的振動の発生がなく、しかも高速に光軸方向の走査ができる3次元共焦点顕微鏡を実現する。
【解決手段】光学顕微鏡に共焦点スキャナが取付けられ、この共焦点スキャナにより試料の像を共焦点画像として取得することができるように構成された共焦点顕微鏡において、可動部のない表面張力制御型の可変焦点レンズを顕微鏡のフィールドレンズとして用いる。
【選択図】 図1
【解決手段】光学顕微鏡に共焦点スキャナが取付けられ、この共焦点スキャナにより試料の像を共焦点画像として取得することができるように構成された共焦点顕微鏡において、可動部のない表面張力制御型の可変焦点レンズを顕微鏡のフィールドレンズとして用いる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点顕微鏡に関し、特に観測対象の3次元形状を観察するための3次元共焦点顕微鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は、ピンホールを用いて空間分解能を高めるニポウディスク方式を採用することにより、光(レーザ光)を微小なピンポイントに絞って観測対象の試料に照射し、その試料からの余分な散乱光やボケを排除して、3次元空間中の1点を正確に計測することができるように構成されている(この種の共焦点顕微鏡としては、例えば特許文献1参照)。
【0003】
このような3次元共焦点顕微鏡は、試料を超薄切片にすることなく断層(スライス)画像が得られ、スライス画像データから正確な3次元立体像を構築できるため、生物およびバイオテクノロジーの分野における生きた細胞の生理反応観察や形態観察、あるいは半導体市場におけるLSIの表面観察などに使用される。
【0004】
図3は、このような従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。共焦点スキャナ2は、光学顕微鏡(以下単に顕微鏡という)3のカメラポート(図示せず)に取り付けられ、顕微鏡3とアクチュエータ(例えばピエゾアクチュエータ)4および対物レンズ5を経由して試料(図示せず)の共焦点画像を得る。その画像はカメラ(例えばビデオレートカメラ)1で撮像される。
【0005】
ビデオレートカメラ1は撮像した画像をビデオ信号10として共焦点スキャナ2および画像処理装置6に出力する。画像処理装置6は、ビデオ信号10を画像データに変換して記憶する。他方、共焦点スキャナ2は、ビデオ信号10に同期して、内部のニポウディスク(図示せず)の回転同期制御を行う。
【0006】
アクチュエータ4はコントローラ7から出力される走査用制御信号11により駆動され、対物レンズ5を光軸方向に走査する。対物レンズ5の焦点面が光軸方向に走査されることにより、試料断面の連続した共焦点スライス像が得られる。
なお、対物レンズ5の光軸方向への走査には、アクチュエータに代えてZ軸モータを使用することもできる。
【0007】
図4は、アクチュエータ4の伸縮に伴う焦点面の移動の様子を示す模式図である。同図(a)はアクチュエータを伸ばした場合、同図(B)はアクチュエータを縮めた場合である。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−72102号公報(第2頁、第4図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の共焦点顕微鏡では、アクチュエータやモータなどのように可動部分を有する可動手段を使用するため、必然的に機械的な振動が発生し、その振動が観測に影響を及ぼすという欠点があった。
例えば、振動の周波数成分と顕微鏡本体の固有振動数が一致すると、共振を起し、試料面が不安定になって観測できなくなる。
また、従来の共焦点顕微鏡では、可動手段の可動速度が低く、対物レンズの焦点面の走査速度が数Hz程度と低いため、高速走査の3次元共焦点レーザ顕微鏡を実現できないという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、光軸方向の走査手段に機械的振動の発生がなく、しかも高速に光軸方向の走査ができる3次元共焦点顕微鏡を実現することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本願の請求項1に係る発明では、
光学顕微鏡に共焦点スキャナが取付けられ、この共焦点スキャナにより試料の像を共焦点画像として取得することができるように構成された共焦点顕微鏡であって、
可動部のない表面張力制御型の可変焦点レンズを顕微鏡のフィールドレンズとして用いたことを特徴とする。
【0012】
このように表面張力制御型の可変焦点レンズを用いることにより、機械的振動が発生せず、光軸方向へ高速に走査のできる3次元共焦点顕微鏡を容易に実現することができる。
【0013】
この場合、請求項2のように、前記表面張力制御型の可変焦点レンズの焦点距離の切替えと前記共焦点スキャナの走査とは同期関係をもって行われるようにする。
これにより、スキャナの走査中には可変焦点レンズの焦点距離が切替わらないように防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明に係る3次元共焦点顕微鏡の一実施例を示すブロック図である。図1において、図3と同等部分には同一符号を付してあり、異なるところは、アクチュエータとコントローラに代えて表面張力制御型の可変焦点レンズ10と駆動回路20を用いた点である。この表面張力型の可変焦点レンズ(以下単に可変焦点レンズと略す)10はフィールドレンズとして使用する。
【0015】
図2に、可変焦点レンズ10の一例であるVARIOPTIC社製の可変焦点レンズの原理的構成図(断面図)を示す。この可変焦点レンズは、ガラスあるいはプラスチックでなる透明な板11と12、電気的に接続された第1の電極13aと13b、支持台14aと14b、および支持台14aと14bにそれぞれ埋設され互いに電気的に接続された第2の電極15aと15bの各構成要素により形成されている。
【0016】
板11,12と、第1の電極13a,13b、および支持台14a,14bのこれら構成要素により密封状に囲まれた箱内には、互いに混ざり合わない第1の液体(例えば油)16と第2の液体(例えば水)17が充填されている。
第1の電極13aと第2の電極15aの間には駆動回路20から出力される電圧V(パルス幅信号)が印加される。
【0017】
第1の液体16と支持台14a(14b)との接触角θはその印加電圧Vに対応する。したがって、印加電圧Vを変化させることにより、接触角θ換言すればこの可変焦点レンズの焦点距離fを変化させることができる。
このような可変焦点レンズは、焦点距離fを切替えるとき、可動部がないため機械的振動がなく、また高速(例えば50Hz)に切替えることができ、ヒステリシスもないという特徴がある。
【0018】
さて、再び図1に戻って説明する。駆動回路20より可変焦点レンズ10に電圧を印加して同図(a)に示すように可変焦点レンズ10の焦点距離をf1にしたとき、それに対応して像面位置はb1となる。この状態で共焦点スキャナ2を走査すれば、その像面位置b1における1枚の共焦点スライス像を得ることができる。その像はカメラ1で撮像できる。
なお、共焦点スキャナ2では断面スライス像を通常100枚/秒の割合で得ることができる。
【0019】
次に、駆動回路20により印加電圧Vを切替えて、同図(b)に示すように可変焦点レンズ10の焦点距離をf2に変えたときは、それに対応して像面位置b2における1枚の共焦点スライス像を得ることができる。
したがって、可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させると、異なる像面位置の断面共焦点スライス像を連続的に得ることができ、試料の3次元情報を観測することができる。
【0020】
なお、共焦点スキャナ2の走査と駆動回路20の印加電圧の切替えのタイミングとは同期関係をもって行われ、スキャナの走査途中に可変焦点レンズ10の焦点距離が切替わることがないように制御されている。
【0021】
また、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可動部の無い表面張力制御型の可変焦点レンズをフィールドレンズとして用いることにより顕微鏡の焦点面を軸方向に高速に(数十Hzで)走査することができ、機械的振動の影響を受けない高速の3次元画像を得ることのできる共焦点顕微鏡を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3次元共焦点顕微鏡の一実施例を示すブロック図である。
【図2】可変焦点レンズの一例を示す原理的構成図(断面図)である。
【図3】従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。
【図4】アクチュエータの伸縮に伴う焦点面の移動の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
1 カメラ
2 共焦点スキャナ
3 顕微鏡
5 対物レンズ
8 試料
10 可変焦点レンズ
20 駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点顕微鏡に関し、特に観測対象の3次元形状を観察するための3次元共焦点顕微鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は、ピンホールを用いて空間分解能を高めるニポウディスク方式を採用することにより、光(レーザ光)を微小なピンポイントに絞って観測対象の試料に照射し、その試料からの余分な散乱光やボケを排除して、3次元空間中の1点を正確に計測することができるように構成されている(この種の共焦点顕微鏡としては、例えば特許文献1参照)。
【0003】
このような3次元共焦点顕微鏡は、試料を超薄切片にすることなく断層(スライス)画像が得られ、スライス画像データから正確な3次元立体像を構築できるため、生物およびバイオテクノロジーの分野における生きた細胞の生理反応観察や形態観察、あるいは半導体市場におけるLSIの表面観察などに使用される。
【0004】
図3は、このような従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。共焦点スキャナ2は、光学顕微鏡(以下単に顕微鏡という)3のカメラポート(図示せず)に取り付けられ、顕微鏡3とアクチュエータ(例えばピエゾアクチュエータ)4および対物レンズ5を経由して試料(図示せず)の共焦点画像を得る。その画像はカメラ(例えばビデオレートカメラ)1で撮像される。
【0005】
ビデオレートカメラ1は撮像した画像をビデオ信号10として共焦点スキャナ2および画像処理装置6に出力する。画像処理装置6は、ビデオ信号10を画像データに変換して記憶する。他方、共焦点スキャナ2は、ビデオ信号10に同期して、内部のニポウディスク(図示せず)の回転同期制御を行う。
【0006】
アクチュエータ4はコントローラ7から出力される走査用制御信号11により駆動され、対物レンズ5を光軸方向に走査する。対物レンズ5の焦点面が光軸方向に走査されることにより、試料断面の連続した共焦点スライス像が得られる。
なお、対物レンズ5の光軸方向への走査には、アクチュエータに代えてZ軸モータを使用することもできる。
【0007】
図4は、アクチュエータ4の伸縮に伴う焦点面の移動の様子を示す模式図である。同図(a)はアクチュエータを伸ばした場合、同図(B)はアクチュエータを縮めた場合である。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−72102号公報(第2頁、第4図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の共焦点顕微鏡では、アクチュエータやモータなどのように可動部分を有する可動手段を使用するため、必然的に機械的な振動が発生し、その振動が観測に影響を及ぼすという欠点があった。
例えば、振動の周波数成分と顕微鏡本体の固有振動数が一致すると、共振を起し、試料面が不安定になって観測できなくなる。
また、従来の共焦点顕微鏡では、可動手段の可動速度が低く、対物レンズの焦点面の走査速度が数Hz程度と低いため、高速走査の3次元共焦点レーザ顕微鏡を実現できないという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、光軸方向の走査手段に機械的振動の発生がなく、しかも高速に光軸方向の走査ができる3次元共焦点顕微鏡を実現することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本願の請求項1に係る発明では、
光学顕微鏡に共焦点スキャナが取付けられ、この共焦点スキャナにより試料の像を共焦点画像として取得することができるように構成された共焦点顕微鏡であって、
可動部のない表面張力制御型の可変焦点レンズを顕微鏡のフィールドレンズとして用いたことを特徴とする。
【0012】
このように表面張力制御型の可変焦点レンズを用いることにより、機械的振動が発生せず、光軸方向へ高速に走査のできる3次元共焦点顕微鏡を容易に実現することができる。
【0013】
この場合、請求項2のように、前記表面張力制御型の可変焦点レンズの焦点距離の切替えと前記共焦点スキャナの走査とは同期関係をもって行われるようにする。
これにより、スキャナの走査中には可変焦点レンズの焦点距離が切替わらないように防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明に係る3次元共焦点顕微鏡の一実施例を示すブロック図である。図1において、図3と同等部分には同一符号を付してあり、異なるところは、アクチュエータとコントローラに代えて表面張力制御型の可変焦点レンズ10と駆動回路20を用いた点である。この表面張力型の可変焦点レンズ(以下単に可変焦点レンズと略す)10はフィールドレンズとして使用する。
【0015】
図2に、可変焦点レンズ10の一例であるVARIOPTIC社製の可変焦点レンズの原理的構成図(断面図)を示す。この可変焦点レンズは、ガラスあるいはプラスチックでなる透明な板11と12、電気的に接続された第1の電極13aと13b、支持台14aと14b、および支持台14aと14bにそれぞれ埋設され互いに電気的に接続された第2の電極15aと15bの各構成要素により形成されている。
【0016】
板11,12と、第1の電極13a,13b、および支持台14a,14bのこれら構成要素により密封状に囲まれた箱内には、互いに混ざり合わない第1の液体(例えば油)16と第2の液体(例えば水)17が充填されている。
第1の電極13aと第2の電極15aの間には駆動回路20から出力される電圧V(パルス幅信号)が印加される。
【0017】
第1の液体16と支持台14a(14b)との接触角θはその印加電圧Vに対応する。したがって、印加電圧Vを変化させることにより、接触角θ換言すればこの可変焦点レンズの焦点距離fを変化させることができる。
このような可変焦点レンズは、焦点距離fを切替えるとき、可動部がないため機械的振動がなく、また高速(例えば50Hz)に切替えることができ、ヒステリシスもないという特徴がある。
【0018】
さて、再び図1に戻って説明する。駆動回路20より可変焦点レンズ10に電圧を印加して同図(a)に示すように可変焦点レンズ10の焦点距離をf1にしたとき、それに対応して像面位置はb1となる。この状態で共焦点スキャナ2を走査すれば、その像面位置b1における1枚の共焦点スライス像を得ることができる。その像はカメラ1で撮像できる。
なお、共焦点スキャナ2では断面スライス像を通常100枚/秒の割合で得ることができる。
【0019】
次に、駆動回路20により印加電圧Vを切替えて、同図(b)に示すように可変焦点レンズ10の焦点距離をf2に変えたときは、それに対応して像面位置b2における1枚の共焦点スライス像を得ることができる。
したがって、可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させると、異なる像面位置の断面共焦点スライス像を連続的に得ることができ、試料の3次元情報を観測することができる。
【0020】
なお、共焦点スキャナ2の走査と駆動回路20の印加電圧の切替えのタイミングとは同期関係をもって行われ、スキャナの走査途中に可変焦点レンズ10の焦点距離が切替わることがないように制御されている。
【0021】
また、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可動部の無い表面張力制御型の可変焦点レンズをフィールドレンズとして用いることにより顕微鏡の焦点面を軸方向に高速に(数十Hzで)走査することができ、機械的振動の影響を受けない高速の3次元画像を得ることのできる共焦点顕微鏡を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3次元共焦点顕微鏡の一実施例を示すブロック図である。
【図2】可変焦点レンズの一例を示す原理的構成図(断面図)である。
【図3】従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。
【図4】アクチュエータの伸縮に伴う焦点面の移動の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
1 カメラ
2 共焦点スキャナ
3 顕微鏡
5 対物レンズ
8 試料
10 可変焦点レンズ
20 駆動回路
Claims (2)
- 光学顕微鏡に共焦点スキャナが取付けられ、この共焦点スキャナにより試料の像を共焦点画像として取得することができるように構成された共焦点顕微鏡であって、
可動部のない表面張力制御型の可変焦点レンズを顕微鏡のフィールドレンズとして用いたことを特徴とする3次元共焦点顕微鏡。 - 前記表面張力制御型の可変焦点レンズの焦点距離の切替えと前記共焦点スキャナの走査とは同期関係をもって行われるように構成したことを特徴とする請求項1記載の3次元共焦点顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003109934A JP2004317704A (ja) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | 3次元共焦点顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003109934A JP2004317704A (ja) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | 3次元共焦点顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004317704A true JP2004317704A (ja) | 2004-11-11 |
Family
ID=33470928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003109934A Pending JP2004317704A (ja) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | 3次元共焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004317704A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007121863A1 (de) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Carl Zeiss Mikrolmaging Gmbh | Laser-scanning-mikroskop und laser-scanning-mikroskopierverfahren |
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US10684456B2 (en) | 2015-10-16 | 2020-06-16 | Olympus Corporation | Microscope |
-
2003
- 2003-04-15 JP JP2003109934A patent/JP2004317704A/ja active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021006927A (ja) * | 2013-11-27 | 2021-01-21 | カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハーCarl Zeiss Microscopy Gmbh | 光学顕微鏡および顕微鏡使用法 |
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CN106019550B (zh) * | 2016-07-12 | 2019-05-24 | 上海交通大学 | 用于高速显微扫描的动态对焦装置及对焦跟踪方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20051006 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20081030 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090908 |