JPH11271620A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】明暗の縞が発生せず、画質の鮮明な共焦点画像
を得る。 【解決手段】複数のピンホール102 を周面に形成した回
転自在な回転円筒101 を備え、光源1 からの光を上記回
転円筒101 に形成したピンホール102 上に導き、このピ
ンホール102 を通過した光を試料6 に照射し、該試料6
からの光を再度上記回転円筒101 に形成したピンホール
102 を通過させて共焦点画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小構造や
３次元構造の形状を観察・測定するのに適した共焦点顕
微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な共焦点顕微鏡として、多
数のピンホールをそのホール径の１０倍程度の等間隔で
螺旋に形成した回転ディスクを用いたＮｉｐｋｏｗ型デ
ィスクの共焦点顕微鏡が知られている。この共焦点顕微
鏡は、各ピンホール間隔をピンホール径の１０倍程度離
すことによって、試料からの像劣化が生じないようにし
ている。

【０００３】図６はこのＮｉｐｋｏｗ型ディスクの共焦
点顕微鏡の構成を示すもので、ハロゲンランプまたは水
銀ランプ等の光源１から放射される光の光路上に光学レ
ンズ２、ハーフミラー３を配置している。ハーフミラー
３の反射光路上には回転ディスク４、対物レンズ５を介
して試料６が配置されている。

【０００４】回転ディスク４は、この図では示さない
が、他のピンホールとの間隔をホール径の１０倍程度離
し、螺旋状に配置したピンホールを多数形成しており、
回転軸７を介して図示しないモータの回転軸７に連結さ
れ、一定の回転速度で回転するものとなっている。

【０００５】また、ハーフミラー３の透過光路上には、
結像レンズ８を介してＣＣＤカメラ９が配置されてい
る。このＣＣＤカメラ９の画像出力端子には、ＣＰＵ等
からなるコンピュータ１０が接続され、このコンピュー
タ１０での画像処理により得られた画像がモニタ１１よ
り表示出力されるものとなっている。

【０００６】上記のような構成にあって、光源１から放
射された光は光学レンズ２を通ってハーフミラー３で反
射し、一定の回転速度で回転する回転ディスク４上に入
射する。そして、この回転ディスク４のピンホールを通
過した光が対物レンズ５により結像されて試料６上に入
射する。

【０００７】試料６から反射された光は、対物レンズ５
を介し、再度、回転ディスク４のピンホールを通過し、
さらにハーフミラー３を透過して結像レンズ８でＣＣＤ
カメラ９の撮像面上に結像され、このＣＣＤカメラ９の
出力画像が共焦点画像としてモニタ１１より表示出力さ
れる。

【０００８】なお、試料６の表面近傍の立体像は、試料
６を移動ステージやピエゾ素子によって図中に矢印イで
示す上下方向に移動させて各高さ位置の画像を得ること
で、コンピュータ１０により合焦部を合成して得ること
ができる。

【０００９】実際の回転ディスク４のピンホール配置と
しては、 １．特開平０５−１２７０９０号公報 ２．特開平０１−３０２２１５号公報 ３．ＵＳＰ ５，０８３，２２０ ４．特開平０５−１１９２６２号公報 ５．特開平０５−５０８２３５号公報 ６．ＷＯ ９７／３１２８２ に示すような種々の従来技術がある。

【００１０】一方、上記Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクを改良
した技術がＲ．Ｊｕｓｋａｉｔｉｓ，Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ
らの“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｃｏ
ｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｗｉｔｈ ｗｈ
ｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ“，Ｎａｔｕｒｅ
誌 Ｖｏｌ．３８３ Ｏｃｔ．１９９６ ｐ８０４−８
０６．に記載されている。また、このＮｉｐｋｏｗ型デ
ィスクの改良型の技術として、ＷＯ ９７／３１２８２
に述べられている。この技術によると、多数のピンホー
ルがランダムに形成されたランダムピンホール部と、光
が自由に通過できる開口部を持つ回転ディスクを用いた
共焦点画像によって明るくコントラストの良い共焦点画
像が得られるものとなっており、具体的にはランダムピ
ンホール部から得られる共焦点成分と非共焦点成分を含
む像と、開口部から得られる非共焦点画像の差分演算を
行なうことによって、共焦点画像を得るようにしてい
た。

【００１１】しかるに従来のＮｉｐｋｏｗ型ディスクの
共焦点顕微鏡においては、光源１からの入射光の光量に
対して利用できる試料６からの反射光の光量は、０．５
乃至１％程度であった。しかし、上述したＴ．Ｗｉｌｓ
ｏｎらの共焦点顕微鏡では、入射光の光量に対して利用
できる試料６からの反射光の光量を２５乃至５０％とし
ており、Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎらの共焦点顕微鏡の方がより
明るい共焦点画像を得ることができると報告している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】Ｎｉｐｋｏｗ型の回転
ディスクにおいてピンホールを等間隔配置に形成した場
合、観察視野内においては内外周の円弧上のピンホール
間隔はほぼ同じであるが、観察視野内を通過するピンホ
ールの間隔は、回転ディスクの回転中心から半径方向に
対して増減する。そのピンホール間隔の増減のため、画
像に明暗の縞が出てしまう。

【００１３】また、ピンホールを等角配置にした場合、
観察視野内で回転中心から半径方向に対してピンホール
間隔は同じである。しかし、内周側から外周側の円弧上
に対してピンホール間隔が大きくなるため、内周側の方
が視野内を通過するピンホールの数が多くなる。そのた
め視野内では、内周側が明るくなり、外周側が暗くなっ
て画像に明暗の縞が出てしまう。

【００１４】したがって、ピンホールの間隔を等間隔配
置にし、観察試料面に対して平行移動走査が可能なもの
であればよいが、回転中心を軸にして回転するディスク
は、ピンホール間隔は変化してしまう。

【００１５】上述したＴ．Ｗｉｌｓｏｎらのランダムピ
ンホール型ディスクの共焦点顕微鏡についても回転ディ
スクを用いるため、半径方向と外内周の円弧方向で同時
にピンホールの間隔を同じくすることはディスク作製上
困難となるので、上記明暗の縞が出現して鮮明な共焦点
画像を得ることができない。

【００１６】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、明暗の縞が発生せ
ず、画質の鮮明な共焦点画像を得ることが可能な共焦点
顕微鏡を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数のピンホールを周面に形成した回転自在な円筒部材
を備え、光源からの光を上記円筒部材に形成したピンホ
ール上に導き、このピンホールを通過した光を試料に照
射し、該試料からの光を再度上記円筒部材に形成したピ
ンホールを通過させて共焦点画像を得ることを特徴とす
る。

【００１８】このような構成とした結果、円筒部材の周
面に複数のピンホールを配置したので、明暗の縞が発生
せず、画質の鮮明な共焦点画像を得ることが可能とな
る。請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明に
おいて、上記円筒部材のピンホールは、ランダムに形成
したピンホール部であると共に、上記撮像手段により得
られる共焦点成分及び非共焦点成分を含む画像と上記ピ
ンホール部を通さない上記試料からの非共焦点成分のみ
の画像とを撮像する撮像する撮像手段と、上記撮像手段
に光を導く光分岐手段と、上記撮像手段により得られる
共焦点成分及び非共焦点成分を含む画像と非共焦点成分
のみの画像について差分演算して共焦点画像を得る差分
演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１９】このような構成とした結果、上記請求項１
記載の発明の作用に加えて、ピンホールの密度を均一に
することができることから、画像に明暗の縞を発生させ
ず、明るく鮮明な共焦点画像を得ることが可能となる。

【００２０】請求項３記載の発明は、一対の回転部材
と、これら回転部材に装架され、複数のピンホールを周
面に形成した移動自在な帯状部材を備え、光源からの光
を上記帯状部材に形成したピンホール上に導き、このピ
ンホールを通過した光を試料に照射し、該試料からの光
を再度上記帯状部材に形成したピンホールを通過させて
共焦点画像を得ることを特徴とする。

【００２１】このような構成とした結果、帯状部材の周
面に複数のピンホールを配置したので、明暗の縞が発生
せず、画質の鮮明な共焦点画像を得ることが可能とな
る。請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明に
おいて、上記帯状部材のピンホールは、ランダムに形成
したピンホール部であると共に、上記ピンホール部を通
過した試料からの共焦点成分及び非共焦点成分を含む画
像と上記ピンホール部を通さない上記試料からの非共焦
点成分のみの画像とを撮像する撮像する撮像手段と、上
記撮像手段に光を導く光分岐手段と、上記撮像手段によ
り得られる共焦点成分及び非共焦点成分を含む画像と非
共焦点成分のみの画像について差分演算して共焦点画像
を得る差分演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００２２】このような構成とした結果、上記請求項３
記載の発明の作用に加えて、ピンホールの密度を均一に
することができることから、画像に明暗の縞を発生させ
ず、明るく鮮明な共焦点画像を得ることが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下図面を
参照して本発明の第１の実施の形態に係る共焦点顕微鏡
について説明する。

【００２４】図１（ａ），（ｂ）はその基本構成を示す
もので、上記図６と同一部分には同一符号を付してその
説明は省略する。同図に示す周面にランダムピンホール
型ディスクの如き多数のピンホール１０２を等間隔に形
成した円筒部材（以下「回転円筒」と略称する）１０１
内には、回動自在に設けられた補助回転軸１０４，１０
５と、図示しないモータに連結された駆動軸１０３とを
備えており、それらにより同位置で回転駆動されるもの
である。

【００２５】この回転円筒１０１は、例えばガラスなど
の薄肉の透明体で構成され、その周面に図１（ｂ）に示
すようにホール径と同様の等間隔に配置したピンホール
１０２を形成している。これらピンホール１０２は、フ
ィルムなどに転写して作製するもので、作製したフィル
ムを上記回転円筒１０１の外側の周面に貼着してなるも
のとする。

【００２６】しかるに、回転円筒１０１が駆動軸１０３
の回転駆動によって一定の回転速度で回転するもので、
この回転によりピンホール１０２が一定速度で移動する
ことで試料６に対する走査が実行され、試料６の画像が
得られることとなる。さらに、回転円筒１０１はその回
転軸の方向に図中に矢印Ａで示す如く移動するもので、
この移動により上記ピンホール１０２の光路への挿脱が
実施される。

【００２７】回転円筒１０１内の空間には、光源１より
放射され、光学レンズ２で集光された光を全反射するた
めの反射ミラー１０７と、上記ハーフミラー３とが固定
配置される。

【００２８】上記のような構成にあって、光源１からの
光は、光学レンズ２により均一光とされ、反射ミラー１
０７で反射された後にハーフミラー３を透過し、一定の
速度で回転する回転円筒１０１のピンホール１０２が存
在する周面に入射される。

【００２９】この光源１からの入射光は、ピンホール１
０２を通過し、対物レンズ５によって結像されて試料６
上に照射される。そして、この照射に対する試料６から
の反射光が対物レンズ５で結像され、再度、上記回転円
筒１０１のピンホール１０２を通過してハーフミラー３
で反射された後、結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９の
撮像面に結像する。

【００３０】入射光がピンホール径と同じ等間隔配置の
ピンホール１０２を通って試料６に照射された場合、試
料６からの反射光は共焦点成分と非共焦点成分を含む画
像をＣＣＤカメラ９で撮像してコンピュータ１０に蓄積
される。

【００３１】次に非共焦点成分のみの画像を得るため
に、入射光と反射光を次のような光路に通過させる。す
なわち、図中に矢印Ａで示すように回転円筒１０１をそ
の回転軸方向に移動させてピンホール１０２を光路から
外すと、光源１からの光は反射ミラー１０７、ハーフミ
ラー３を介して対物レンズ５から試料６に照射される。

【００３２】この入射光に対する試料６からの反射光
が、再び対物レンズ５で結像され、ハーフミラー３で反
射して結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に撮像され
る。よって、この試料６からの反射光によりピンホール
１０２を通らない非共焦点画像を得ることができる。

【００３３】しかしてコンピュータ１０では、ピンホー
ル１０２を通過した場合の共焦点成分と非共焦点成分を
含む画像データと、ピンホール１０２を通過しない場合
の非共焦点画像成分のみの画像データとの差を求める差
分演算を行なうことで共焦点成分の画像を得るもので、
得た共焦点画像をモニタ１１にて表示出力させる。

【００３４】また、Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクの如く相互
の間隔をピンホール径の１０倍程度離したピンホール１
０２を回転円筒１０１に等間隔に形成し、そのピンホー
ル１０２が光路上にある場合には、上記ピンホール１０
２を通過する入射光に対して試料６からの反射光もこの
ピンホール１０２を通るので、共焦点成分のみを含む画
像を得ることができ、この共焦点画像を直接モニタ１１
にて表示出力することができる。

【００３５】なお、試料６の表面近傍の立体画像を得る
ためには、例えば移動ステージやピエゾ素子などによっ
て試料６を図中に矢印イで示す方向に移動させ、試料６
の高さ方向の異なる画像を複数得て、合焦部分のみを合
成するようにすればよい。

【００３６】上記のような構成及び動作とした結果、回
転円筒１０１の周面全域にわたってピンホール１０２を
等間隔に配置することができ、観察視野内で移動するピ
ンホール１０２の密度を均一にすることができるので、
得られる共焦点画像にむらがなく、明暗の縞もない、高
い画質の画像を得ることができる。

【００３７】（第２の実施の形態）以下図面を参照して
本発明の第２の実施の形態に係る共焦点顕微鏡について
説明する。

【００３８】図２（ａ），（ｂ）はその基本構成を示す
もので、上記図１と同一部分には同一符号を付してその
説明は省略する。同図に示す周面に多数のランダムピン
ホール型ディスクの如きピンホール１０２を等間隔に形
成した回転円筒２０１は、一端に形成された有底状のリ
ム２０３及び回転軸２０２と一体に構成され、回転軸２
０２に連結された図示しないモータの駆動により一定の
速度で回転するものである。

【００３９】この回転円筒２０１は、例えばガラスなど
の薄肉の透明体で構成され、その周面に図２（ｂ）に示
すようにホール径と同様の等間隔に配置したピンホール
１０２を形成している。これらピンホール１０２は、フ
ィルムなどに転写して作製するもので、作製したフィル
ムを上記回転円筒２０１の外側の周面に貼着してなるも
のとする。

【００４０】しかるに、回転円筒２０１が回転軸２０２
の回転駆動によって一定の回転速度で回転するもので、
この回転によりピンホール１０２が一定速度で移動する
ことで試料６に対する走査が実行され、試料６の画像が
得られることとなる。さらに、回転円筒２０１はその回
転軸の方向に図中に矢印Ａで示す如く移動するもので、
この移動により上記ピンホール１０２の光路への挿脱が
実施される。

【００４１】回転円筒２０１内の空間には、ハロゲンラ
ンプや水銀ランプなどで構成される光源１より放射さ
れ、光学レンズ２で集光された後にハーフミラー３を透
過してきた光を全反射するための反射ミラー１０７が固
定配置される。

【００４２】上記のような構成にあって、光源１からの
光は、光学レンズ２により均一光とされた後にハーフミ
ラー３を透過して反射ミラー１０７で反射し、一定の速
度で回転する回転円筒２０１のピンホール１０２が存在
する周面に入射される。

【００４３】この光源１からの入射光は、ピンホール１
０２を通過し、対物レンズ５によって結像されて試料６
上に照射される。そして、この照射に対する試料６から
の反射光が対物レンズ５で結像され、再度、上記回転円
筒２０１のピンホール１０２を通過して反射ミラー１０
７で反射された後、ハーフミラー３で反射され、結像レ
ンズ８によりＣＣＤカメラ９の撮像面に結像する。

【００４４】入射光がピンホール径と同じ等間隔配置の
ピンホール１０２を通って試料６に照射された場合、試
料６からの反射光は共焦点成分と非共焦点成分を含む画
像をＣＣＤカメラ９で撮像してコンピュータ１０に蓄積
される。

【００４５】次に非共焦点成分のみの画像を得るため
に、入射光と反射光を次のような光路に通過させる。す
なわち、図中に矢印Ａで示すように回転円筒２０１をそ
の回転軸方向に移動させてピンホール１０２を光路から
外すと、光源１からの光はハーフミラー３、反射ミラー
１０７を介して対物レンズ５から試料６に照射される。

【００４６】この入射光に対する試料６からの反射光
が、再び対物レンズ５で結像され、反射ミラー１０７で
反射された後にハーフミラー３で反射して結像レンズ８
によりＣＣＤカメラ９に撮像される。よって、この試料
６からの反射光によりピンホール１０２を通らない非共
焦点画像を得ることができる。

【００４７】しかしてコンピュータ１０では、ピンホー
ル１０２を通過した場合の共焦点成分と非共焦点成分を
含む画像データと、ピンホール１０２を通過しない場合
の非共焦点画像成分のみの画像データとの差を求める差
分演算を行なうことで共焦点成分の画像を得るもので、
得た共焦点画像をモニタ１１にて表示出力させる。

【００４８】また、Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクの如く相互
の間隔をピンホール径の１０倍程度離したピンホール１
０２を回転円筒２０１に等間隔に形成し、そのピンホー
ル１０２が光路上にある場合には、上記ピンホール１０
２を通過する入射光に対して試料６からの反射光もこの
ピンホール１０２を通るので、共焦点成分のみを含む画
像を得ることができ、この共焦点画像を直接モニタ１１
にて表示出力することができる。

【００４９】なお、試料６の表面近傍の立体画像を得る
ためには、例えば移動ステージやピエゾ素子などによっ
て試料６を図中に矢印イで示す方向に移動させ、試料６
の高さ方向の異なる画像を複数得て、合焦部分のみを合
成するようにすればよい。

【００５０】上記のような構成及び動作とした結果、回
転円筒２０１の周面全域にわたってピンホール１０２を
等間隔に配置することができ、観察視野内で移動するピ
ンホール１０２の密度を均一にすることができるので、
得られる共焦点画像にむらがなく、明暗の縞もない、高
い画質の画像を得ることができる。

【００５１】（第３の実施の形態）以下図面を参照して
本発明の第３の実施の形態に係る共焦点顕微鏡について
説明する。

【００５２】図３（ａ），（ｂ）はその基本構成を示す
もので、上記図１と同一部分には同一符号を付してその
説明は省略する。同図で３０１は一対の回転部材（以下
「回転ローラ」と略称する）３０２，３０３に装架され
た可撓性の帯状部材（以下「フィルムベルト」と略称す
る）であり、その周面にはランダムピンホール型ディス
クの如き多数のピンホール１０２をそのピンホール径で
等間隔に形成している。

【００５３】回転ローラ３０３の中心軸部は図示しない
モータと連結された駆動軸３０４となっており、一方、
回転ローラ３０２は中心軸部の回転軸３０５により回動
自在に取付けられるもので、結果として駆動軸３０４が
回転駆動されることでフィルムベルト３０１が図中に矢
印Ｂで示す方向に一定の速度で回転することとなる。

【００５４】しかるに、回転ローラ３０２と回転ローラ
３０３とに装架されたフィルムベルト３０１は、駆動軸
３０４が回転駆動されることでフィルムベルト３０１が
一定の速度で回転され、この回転によりピンホール１０
２が光路上を一定速度で移動することで試料６に対する
走査が実行され、試料６の画像が得られることとなる。
さらに、回転ローラ３０２と回転ローラ３０３及びこれ
らに装架されたフィルムベルト３０１はその回転軸の方
向に図中に矢印Ａで示す如く移動するもので、この移動
により上記ピンホール１０２の光路への挿脱が実施され
る。

【００５５】回転ローラ３０２と回転ローラ３０３との
間の空間には、ハロゲンランプや水銀ランプなどで構成
される光源１より放射され、光学レンズ２で集光された
光を全反射するための反射ミラー１０７と、この反射ミ
ラー１０７で反射した光を透過する一方、試料６からの
反射光を反射して結像レンズ８に走光するハーフミラー
３とが固定配置される。

【００５６】上記のような構成にあって、光源１からの
光は、光学レンズ２により均一光とされた後に、反射ミ
ラー１０７で反射され、次いでハーフミラー３を透過し
て、一定の速度で回転するフィルムベルト３０１の周面
のピンホール１０２に入射される。

【００５７】この光源１からの入射光は、ピンホール１
０２を通過し、対物レンズ５によって結像されて試料６
上に照射される。そして、この照射に対する試料６から
の反射光が対物レンズ５で結像され、再度、上記フィル
ムベルト３０１のピンホール１０２を通過してハーフミ
ラー３で反射された後、結像レンズ８によりＣＣＤカメ
ラ９の撮像面に結像する。

【００５８】入射光がピンホール径と同じ等間隔配置の
ピンホール１０２を通って試料６に照射された場合、試
料６からの反射光は共焦点成分と非共焦点成分を含む画
像をＣＣＤカメラ９で撮像してコンピュータ１０に蓄積
される。

【００５９】次に非共焦点成分のみの画像を得るため
に、入射光と反射光を次のような光路に通過させる。す
なわち、図中に矢印Ａで示すように回転ローラ３０２と
回転ローラ３０３及びこれらに装架されているフィルム
ベルト３０１をその回転軸方向に移動させてピンホール
１０２を光路から外すと、光源１からの光は反射ミラー
１０７、ハーフミラー３を介して対物レンズ５から試料
６に照射される。

【００６０】この入射光に対する試料６からの反射光
が、再び対物レンズ５で結像され、ハーフミラー３で反
射して結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に撮像され
る。よって、この試料６からの反射光によりピンホール
１０２を通らない非共焦点画像を得ることができる。

【００６１】しかしてコンピュータ１０では、ピンホー
ル１０２を通過した場合の共焦点成分と非共焦点成分を
含む画像データと、ピンホール１０２を通過しない場合
の非共焦点画像成分のみの画像データとの差を求める差
分演算を行なうことで共焦点成分の画像を得るもので、
得た共焦点画像をモニタ１１にて表示出力させる。

【００６２】また、Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクの如く相互
の間隔をピンホール径の１０倍程度離したピンホール１
０２を回転円筒１０１に等間隔に形成し、そのピンホー
ル１０２が光路上にある場合には、上記ピンホール１０
２を通過する入射光に対して試料６からの反射光もこの
ピンホール１０２を通るので、共焦点成分のみを含む画
像を得ることができ、この共焦点画像を直接モニタ１１
にて表示出力することができる。

【００６３】なお、試料６の表面近傍の立体画像を得る
ためには、例えば移動ステージやピエゾ素子などによっ
て試料６を図中に矢印イで示す方向に移動させ、試料６
の高さ方向の異なる画像を複数得て、合焦部分のみを合
成するようにすればよい。

【００６４】上記のような構成及び動作とした結果、フ
ィルムベルト３０１の周面全域にわたってピンホール１
０２を等間隔に配置することができ、観察視野内で移動
するピンホール１０２の密度を均一にすることができる
ので、得られる共焦点画像にむらがなく、明暗の縞もな
い、高い画質の画像を得ることができる。

【００６５】回転ローラ３０２，３０３は、フィルムベ
ルト３０１と密着性が良い材質のものが適している。し
かし、フィルムベルト３０１と回転ローラ３０２，３０
３の間ですべりが生じる場合には、フィルムベルト３０
１の幅方向の両端に一定間隔でスリットを設け、一方回
転ローラ３０２，３０３の上記スリットに対応する周面
の両端部に上記スリットと同間隔幅の歯車状の歯を設け
て、スリットと歯車状の歯を歯合させることでフィルム
ベルト３０１を回転させても良い。

【００６６】（第４の実施の形態）以下図面を参照して
本発明の第４の実施の形態に係る共焦点顕微鏡について
説明する。

【００６７】ここでは、光の透過率が高い、内部構造を
観察するような試料、例えば生物試料などに適用するも
のとする。図４（ａ），（ｂ）はその基本構成を示すも
ので、上記図１と同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００６８】しかして、回転円筒１０１内の空間に、対
物レンズ５、試料４０２、及び光学レンズ４０３を直線
状に固定配置するものとする。光源１で放射された光が
光学レンズ２で均一光とされた後、反射ミラー１０７で
反射されて回転円筒１０１に形成されているピンホール
１０２を通過し、対物レンズ５により試料４０２に照射
される。

【００６９】そして、試料４０２を透過した光が、この
試料４０２を挟んで対物レンズ５の反対側に位置する光
学レンズ４０３で集光され、回転円筒１０１のピンホー
ル１０２を通過した後に反射ミラー４０１で反射され、
結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に結像される。

【００７０】上記回転円筒１０１に形成されたピンホー
ル１０２の配置については、反射ミラー１０７から対物
レンズ５に至る際に入射光が通過するピンホール１０２
の位置と、光学レンズ４０３で集光された透過光が反射
ミラー４０１に至る際に通過するピンホール１０２の位
置とが、その観察光軸に対する垂直面で一致するように
作製するものとする。

【００７１】上記のような構成にあって、光源１からの
光は、光学レンズ２により均一光とされ、反射ミラー１
０７で反射された後に、一定の速度で回転する回転円筒
１０１のピンホール１０２が存在する周面に入射され
る。

【００７２】この光源１からの入射光は、ピンホール１
０２を通過し、対物レンズ５によって結像されて試料４
０２に照射される。そして、この照射に対する試料４０
２からの透過光が対物レンズ５と反対に位置する光学レ
ンズ４０３で集光され、上記入射時に通過したピンホー
ル１０２とは反対側に位置するピンホール１０２を通過
して反射ミラー４０１で反射された後、結像レンズ８に
よりＣＣＤカメラ９の撮像面に結像する。

【００７３】入射光がピンホール径と同じ等間隔配置の
ピンホール１０２を通って試料４０２に照射された場
合、試料４０２からの透過光は共焦点成分と非共焦点成
分を含む画像データとなってコンピュータ１０に蓄積さ
れる。

【００７４】次に非共焦点成分のみの画像を得るため
に、入射光と反射光を次のような光路に通過させる。す
なわち、図中に矢印Ａで示すように回転円筒１０１をそ
の回転軸方向に移動させてピンホール１０２を光路から
外すと、光源１からの光は反射ミラー１０７を介して対
物レンズ５から試料４０２に照射される。

【００７５】この入射光に対する試料４０２からの透過
光が、光学レンズ４０３で集光され、反射ミラー４０１
で反射して結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に撮像さ
れる。よって、この試料４０２からの透過光によりピン
ホール１０２を通らない非共焦点画像を得ることができ
る。

【００７６】しかしてコンピュータ１０では、ピンホー
ル１０２を通過した場合の共焦点成分と非共焦点成分を
含む画像データと、ピンホール１０２を通過しない場合
の非共焦点画像成分のみの画像データとの差を求める差
分演算を行なうことで共焦点成分の画像を得るもので、
得た共焦点画像をモニタ１１にて表示出力させる。

【００７７】また、Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクの如く相互
の間隔をピンホール径の１０倍程度離したピンホール１
０２を回転円筒１０１に等間隔に形成し、そのピンホー
ル１０２が光路上にある場合には、上記ピンホール１０
２を通過する入射光に対して試料４０２からの反射光も
このピンホール１０２を通るので、共焦点成分のみを含
む画像を得ることができ、この共焦点画像を直接モニタ
１１にて表示出力することができる。

【００７８】なお、試料４０２の表面近傍の立体画像を
得るためには、例えば移動ステージやピエゾ素子などに
よって試料４０２を図中に矢印ロで示す方向に移動さ
せ、試料４０２の観察光軸の位置の異なる画像を複数得
て、合焦部分のみを合成するようにすればよい。

【００７９】上記のような構成及び動作とした結果、回
転円筒１０１の周面全域にわたってピンホール１０２を
等間隔に配置することができ、観察視野内で移動するピ
ンホール１０２の密度を均一にすることができるので、
生物試料のように光の透過率が高い試料の内部構造を観
察する場合でも、透過光から得られる共焦点画像にむら
がなく、明暗の縞もない、高い画質の画像を得ることが
できる。

【００８０】（第５の実施の形態）以下図面を参照して
本発明の第５の実施の形態に係る共焦点顕微鏡について
説明する。

【００８１】ここでは、光の透過率が高い、内部構造を
観察するような試料、例えば生物試料などに適用するも
のとする。図５（ａ），（ｂ）はその基本構成を示すも
ので、上記図３と同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００８２】しかして、回転ローラ３０２，３０３と上
下のフィルムベルト３０１で挟まれた空間内に、対物レ
ンズ５、試料４０２、及び光学レンズ４０３を直線状に
固定配置するものとする。光源１で放射された光が光学
レンズ２で均一光とされた後、反射ミラー１０７で反射
されて、フィルムベルト３０１に形成されたピンホール
１０２を通過し、対物レンズ５により試料４０２に照射
される。

【００８３】そして、試料４０２を透過した光が、この
試料４０２を挟んで対物レンズ５の反対側に位置する光
学レンズ４０３で集光され、フィルムベルト３０１に形
成されたピンホール１０２を通過した後に反射ミラー４
０１で反射され、結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に
結像される。

【００８４】上記フィルムベルト３０１に形成されたピ
ンホール１０２の配置については、反射ミラー１０７か
ら対物レンズ５に至る際に入射光が通過するピンホール
１０２の位置と、光学レンズ４０３で集光された透過光
が反射ミラー４０１に至る際に通過するピンホール１０
２の位置とが、その観察光軸に対する垂直面で一致する
ように作製するものとする。

【００８５】上記のような構成にあって、光源１からの
光は、光学レンズ２により均一光とされ、反射ミラー１
０７で反射された後に、一定の速度で回転するフィルム
ベルト３０１のピンホール１０２が存在する周面に入射
される。

【００８６】この光源１からの入射光は、ピンホール１
０２を通過し、対物レンズ５によって結像されて試料４
０２に照射される。そして、この照射に対する試料４０
２からの透過光が対物レンズ５と反対に位置する光学レ
ンズ４０３で集光され、フィルムベルト３０１の上記入
射時に通過したピンホール１０２とは反対側に位置する
ピンホール１０２を通過して反射ミラー４０１で反射さ
れた後、結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９の撮像面に
結像する。

【００８７】ピンホール径と同じ等間隔で配置されたピ
ンホール１０２を通って入射光が試料４０２に照射され
た場合、試料４０２からの透過光は共焦点成分と非共焦
点成分を含む画像をＣＣＤカメラ９で撮像してコンピュ
ータ１０に蓄積される。

【００８８】次に非共焦点成分のみの画像を得るため
に、入射光と反射光を次のような光路に通過させる。す
なわち、図中に矢印Ａで示すように回転ローラ３０２，
３０３及びこれに装架されたフィルムベルト３０１を一
体にその回転軸方向に移動させてピンホール１０２を光
路から外すと、光源１からの光は反射ミラー１０７を介
して対物レンズ５から試料４０２に照射される。

【００８９】この入射光に対する試料４０２からの透過
光が、光学レンズ４０３で集光され、反射ミラー４０１
で反射して結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９に撮像さ
れる。よって、この試料４０２からの透過光によりピン
ホール１０２を通らない非共焦点画像を得ることができ
る。

【００９０】しかしてコンピュータ１０では、ピンホー
ル１０２を通過した場合の共焦点成分と非共焦点成分を
含む画像データと、ピンホール１０２を通過しない場合
の非共焦点画像成分のみの画像データとの差を求める差
分演算を行なうことで共焦点成分の画像を得るもので、
得た共焦点画像をモニタ１１にて表示出力させる。

【００９１】また、Ｎｉｐｋｏｗ型ディスクの如く相互
の間隔をピンホール径の１０倍程度離したピンホール１
０２を回転円筒１０１に等間隔に形成し、そのピンホー
ル１０２が光路上にある場合には、上記ピンホール１０
２を通過する入射光に対して試料４０２からの反射光も
このピンホール１０２を通るので、共焦点成分のみを含
む画像を得ることができ、この共焦点画像を直接モニタ
１１にて表示出力することができる。

【００９２】なお、試料４０２の表面近傍の立体画像を
得るためには、例えば移動ステージやピエゾ素子などに
よって試料４０２を図中に矢印ロで示す方向に移動さ
せ、試料４０２の観察光軸の位置の異なる画像を複数得
て、合焦部分のみを合成するようにすればよい。

【００９３】上記のような構成及び動作とした結果、フ
ィルムベルト３０１の周面全域にわたってピンホール１
０２を等間隔に配置することができ、観察視野内で移動
するピンホール１０２の密度を均一にすることができる
ので、生物試料のように光の透過率が高い試料の内部構
造を観察する場合でも、透過光から得られる共焦点画像
にむらがなく、明暗の縞もない、高い画質の画像を得る
ことができる。

【００９４】上記第３の実施の形態と同じくこの第５の
実施の形態においても、回転ローラ３０２，３０３は、
フィルムベルト３０１と密着性が良い材質のものが適し
ている。しかし、フィルムベルト３０１と回転ローラ３
０２，３０３の間ですべりが生じる場合には、フィルム
ベルト３０１の幅方向の両端に一定間隔でスリットを設
け、一方回転ローラ３０２，３０３の上記スリットに対
応する周面の両端部に上記スリットと同間隔幅の歯車状
の歯を設けて、スリットと歯車状の歯を歯合させること
でフィルムベルト３０１を回転させても良い。

【００９５】なお、上記第１乃至第５のいずれの実施の
形態にあっても、回転円筒１０１，２０１またはフィル
ムベルト３０１の回転同期とＣＣＤカメラ９で撮像でき
るシャッタ速度との同期を制御することができれば、本
発明は、ピンホール径と同間隔で配置された多数のピン
ホール部と光をそのまま透過させる透明な部分を作製
し、観察光路をこれらのいずれかに選択的に通過させる
ことで、回転円筒１０１，２０１または回転ローラ３０
２，３０３に装架されたフィルムベルト３０１を図中に
Ａで示したその回転軸方向に動かす機構がなくても良
い。

【００９６】また、従来使用していた回転ディスクのピ
ンホール作製には、蒸着法やエッチング法などを用いる
必要があるが、上記第１乃至第５の実施の形態の場合、
ピンホール配置パターンを紙面上に印刷し、写真撮影な
どでフィルムに転写できるため、従来の回転ディスクに
比してより容易に作製することができる。

【００９７】さらに、対物レンズ５として倍率の異な
る、開口数の異なるものを使う場合、ピンホール１０２
の直径を小さくすることによって、試料の深さ方向の分
解能を上げることができる。

【００９８】そこで第１及び第４の実施の形態の回転円
筒１０１の周面、第２の実施の形態の回転円筒２０１の
周面、第３及び第５の実施の形態のフィルムベルト３０
１の周面において、その幅方向をより広く設定し、２種
類の直径のピンホール１０２を回転方向のトラック領域
を区分して形成することにより、上記図中で矢印Ａで示
した回転軸の方向に動かすことによって、種々の倍率の
異なる対物レンズに適するようなピンホール１０２の直
径を選択することができるようにしてもよい。

【００９９】上述した実施の形態では、共焦点成分及び
非共焦点成分を含む画像と非共焦点成分のみの画像とを
１つの撮像手段で撮像していたが、これに限るものでは
なく、共焦点成分及び非共焦点成分を含む画像と非共焦
点成分のみの画像とを別々の撮像手段で撮像するように
してもよい。なお、本発明は上記第１乃至第５の実施の
形態に限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々変形して実施することが可能であるものとす
る。

【０１００】

【発明の効果】請求項１記載の発明のような構成とした
結果、円筒部材の周面に複数のピンホールを配置したの
で、明暗の縞が発生せず、画質の鮮明な共焦点画像を得
ることが可能となる。

【０１０１】請求項２記載の発明のような構成とした結
果、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、ピンホー
ルの密度を均一にすることができることから、画像に明
暗の縞を発生させず、明るく鮮明な共焦点画像を得るこ
とが可能となる。

【０１０２】請求項３記載の発明のような構成とした結
果、帯状部材の周面に複数のピンホールを配置したの
で、明暗の縞が発生せず、画質の鮮明な共焦点画像を得
ることが可能となる。

【０１０３】請求項４記載の発明のような構成とした結
果、上記請求項３記載の発明の効果に加えて、ピンホー
ルの密度を均一にすることができることから、画像に明
暗の縞を発生させず、明るく鮮明な共焦点画像を得るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる基本構成を
示す図。

【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる基本構成を
示す図。

【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる基本構成を
示す図。

【図４】本発明の第４の実施の形態にかかる基本構成を
示す図。

【図５】本発明の第５の実施の形態にかかる基本構成を
示す図。

【図６】従来の共焦点顕微鏡の基本構成を示す図。

【符号の説明】

１…光源 ２…光学レンズ ３…ハーフミラー ４…回転ディスク ５…対物レンズ ６…試料 ７…回転軸 ８…結像レンズ ９…ＣＣＤカメラ １０…コンピュータ １１…モニタ １０１…回転円筒 １０２…ピンホール １０３…駆動軸 １０４，１０５…補助回転軸 １０７…反射ミラー ２０１…回転円筒 ２０２…回転軸 ２０３…リム ３０１…フィルムベルト ３０２，３０３…回転ローラ ３０４…駆動軸 ３０５…回転軸 ４０１…反射ミラー ４０２…試料 ４０３…光学レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のピンホールを周面に形成した回転
   自在な円筒部材を備え、 光源からの光を上記円筒部材に形成したピンホール上に
   導き、このピンホールを通過した光を試料に照射し、該
   試料からの光を再度上記円筒部材に形成したピンホール
   を通過させて共焦点画像を得ることを特徴とする共焦点
   顕微鏡。
2. 【請求項２】 上記円筒部材のピンホールは、ランダム
   に形成したピンホール部であると共に、 上記撮像手段により得られる共焦点成分及び非共焦点成
   分を含む画像と上記ピンホール部を通さない上記試料か
   らの非共焦点成分のみの画像とを撮像する撮像する撮像
   手段と、 上記撮像手段に光を導く光分岐手段と、 上記撮像手段により得られる共焦点成分及び非共焦点成
   分を含む画像と非共焦点成分のみの画像について差分演
   算して共焦点画像を得る差分演算手段とを備えたことを
   特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 一対の回転部材と、 これら回転部材に装架され、複数のピンホールを周面に
   形成した移動自在な帯状部材を備え、 光源からの光を上記帯状部材に形成したピンホール上に
   導き、このピンホールを通過した光を試料に照射し、該
   試料からの光を再度上記帯状部材に形成したピンホール
   を通過させて共焦点画像を得ることを特徴とする共焦点
   顕微鏡。
4. 【請求項４】 上記帯状部材のピンホールは、ランダム
   に形成したピンホール部であると共に、 上記ピンホール部を通過した試料からの共焦点成分及び
   非共焦点成分を含む画像と上記ピンホール部を通さない
   上記試料からの非共焦点成分のみの画像とを撮像する撮
   像する撮像手段と、 上記撮像手段に光を導く光分岐手段と、 上記撮像手段により得られる共焦点成分及び非共焦点成
   分を含む画像と非共焦点成分のみの画像について差分演
   算して共焦点画像を得る差分演算手段とを備えたことを
   特徴とする請求項３記載の共焦点顕微鏡。