JPH10311950A - 走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】照明効率が良く且つリアルタイムで観察するの
に適した共焦点走査を行う走査型顕微鏡を提供するこ
と。 【解決手段】レーザ１の光は、マイクロレンズアレー３
によって分割され、各光束の焦点位置に配置された共焦
点板４の微小開口により、複数の点光源と等価な多重点
光源が生成される。生成された各点光源は、ガルバノミ
ラー６，７によってｘ，ｙ方向へ走査され、対物レンズ
９を介して標本１７を照明する。標本面での反射光は逆
行し、共焦点板４の微小開口を透過して共焦効果を得た
後、ハーフミラー１０によって偏向され、撮影レンズ１
１によって共焦点像をイメージセンサ１２に結像する。
演算装置１４には、イメージセンサ１２からの撮像信号
と制御装置１３からのガルバノミラー６，７の偏向量が
入力され、記憶装置１５を介して標本像がテレビモニタ
１６に表示されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点走査を行う
タイプの走査型顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】このタイプの顕微鏡は、例えばT.R.Corl
e and G.S.Kino,"Confocal ScanningOptical Microscop
y and Related Imaging Systems",Academic Press(196
6)に示されているように、従来より数多くの種類のもの
が提案され、製品化されているが、それらに用いられて
いる共焦点走査装置の種類から、それらを大きく分け
て、シングルビーム走査装置を用いたものと、マルチビ
ーム走査装置を用いたものの２種類に分類することがで
きる。そこで、以下に、それらの２種類の顕微鏡の基本
構成を説明しておく。

【０００３】先ず、図１１によって、シングルビーム走
査装置を用いた共焦点顕微鏡（以下、シングルビーム走
査型顕微鏡という）の基本構成を説明する。光源より発
した光束は、集光レンズによって一点に集光され、そこ
に配置された第一の微小開口の透過像は、第一のリレー
レンズと対物レンズを介して標本上に結像される。標本
によって反射された光束は、対物レンズと第一のリレー
レンズとの間に配置されたビームスプリッタによって、
第一の微小開口の方向とは異なる方向へ偏向される。偏
向された光束は、第二のリレーレンズによって、第一の
微小開口の共役位置にある第二の微小開口に集光され、
その透過光の強度が、例えばフォトマルチプライアなど
の検出器によって検出されるようになっている。

【０００４】また、対物レンズとビームスプリッタの間
には走査装置が配置されている。この走査装置は、例え
ばガルバノミラーやポリゴンミラーを有していて、第一
の微小開口の像を標本面上で走査する。この走査装置と
検出器に接続されているコントローラは、走査装置によ
る光束の偏向量から、標本上での第一の微小開口の結像
位置を検出し、その検出信号と、その結像位置における
検出器からの出力信号とによって、広い領域での標本像
を得るようにし、それを、例えばテレビモニタのような
画像出力装置に表示させるようになっている。尚、光源
としてシングルモード発振レーザを用いた場合には、上
記した第一の微小開口の配置を省略されることが多い。

【０００５】次に、特表平１−５０３４９３号公報に開
示されているように、マルチビーム走査装置の一例とし
てニポーディスクを用いた場合における共焦点顕微鏡の
基本構成を、図１２を用いて説明する。光源より発した
光束は、コンデンサレンズによってニポーディスク上に
照射される。ニポーディスクに設けられた複数の小開口
を透過することによって分割された複数の光束は、夫
々、リレーレンズと対物レンズを介して標本上の一点に
集光される。標本から反射した光束は、対物レンズとリ
レーレンズを介して再びニポーディスクの小開口上に集
光される。

【０００６】ニポーディスクとコンデンサレンズとの間
に配置されたビームスプリッタは、ニポーディスクから
の透過光を、光源とは異なる方向へ偏向させ、それを撮
影レンズがイメージセンサ上に集光させる。そのため、
イメージセンサ上には、標本の反射率に比例した像が得
られ、それが画像出力装置に表示されることになる。ニ
ポーディスクに設けられた複数の小開口は、所定の間隔
を空けて設けられているので、標本上に一度に当たる照
明は多重スポット照明となる。しかし、ニポーディスク
をモータによって高速に回転させているので、短時間で
全ての標本面上を走査でき、肉眼による共焦点の観察が
可能になる。

【０００７】このように、両者の基本構成の差異からも
分かるように、シングルビーム走査型顕微鏡は、光源の
照明効率などが良い代わりに、顕微鏡の視野全体を走査
するのに時間がかかることから、ビデオレートでのリア
ルタイムの観察が不可能である。その点、マルチビーム
走査装置を用いた共焦点顕微鏡（以下、マルチビーム走
査型顕微鏡という）は、上記のようにニポーディスクを
用いているものも含め、走査時間が非常に短いので、ビ
デオレートでのリアルタイムの観察が行え、極めて好都
合である。本発明は、このようなマルチビーム走査装置
を用いた共焦点顕微鏡に関するものであり、その従来例
としては、上記した特表平１−５０３４９３号公報のほ
かに特開平５−６０９８０号公報，特開平８−２１１２
９６号公報などに記載されたものがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
リアルタイムの観察に好適なマルチビーム走査型顕微鏡
においても、種々の問題点がある。それらの問題点の一
つとして、照明効率の問題がある。即ち、走査装置とし
て、上記のようにニポーディスクを用いた場合には、光
源から発せられた光の殆どが、ニポーディスクの、小開
口を設けていない面で遮られてしまうため、照明効率が
著しく悪くなり、そのままでは蛍光観察などが実質的に
行えない状態になってしまう。そこで、その点を改善す
るための幾つかの方法が提案されているが、その一つの
方法が、上記した特開平５−６０９８０号公報に開示さ
れている。

【０００９】その方法によれば、光源としてレーザを用
い、且つコンデンサレンズとビームスプリッタとの間に
はマイクロレンズアレーのような集光手段を設けること
によって、レーザからの光を分割してニポーディスクの
各開口位置に集光するようにし、しかも、モータによっ
てその集光手段をニポーディスクと一体的に回転させる
ようにしている。しかし、この方法の場合には、照明効
率が飛躍的に向上し、蛍光観察も可能となるが、反面、
集光手段とニポーディスクを一体的に製作するのが極め
て面倒になるという問題点がある。

【００１０】また、ニポーディスクを用いる場合も含
め、従来のマルチビーム走査型顕微鏡においては、標本
の位置と受光素子の位置が１対１に対応しているので、
顕微鏡の光学系で決まる解像性を保持したまま標本像を
取り込むようにするためには、受光手段として、ＣＣＤ
などの高集積なイメージセンサを多く用いていた。しか
しながら、イメージセンサは、高集積になるほど単位画
素当たりの受光面積が小さくなり、感度が低下してしま
うため、マルチビーム走査型顕微鏡は、シングルビーム
走査型顕微鏡に比べ、高感度の検出ができないという問
題点がある。更に、イメージセンサの消費電力は、受光
素子の数に比例するので、高集積なイメージセンサほど
消費電力が大きいという問題点がある。そのため、イメ
ージセンサに代えて、消費電力の少ない高感度撮像管を
用いることも考えられるが、その場合には、イメージセ
ンサよりも解像性が劣ってしまうという問題点がある。

【００１１】更に、ニポーディスクを用いないマルチビ
ーム走査型顕微鏡についても数多く提案されているが、
上記した特開平８−２１１２９６号公報には、複数の点
光源のマトリックスよりなる光源手段と、その各光源と
共役な位置に配置された検出手段を用い、各点光源を周
期的に点滅させることによって標本の走査を行い、機械
的可動部を無くすようにしたものが開示されている。し
かし、この従来例の場合にも、光源より発する光は大部
分が遮蔽されてしまい、走査スポット部分のみを照明光
として使用するようにしているため、照明効率は著しく
低いものとなっている。また、受光手段としては、やは
り高集積なイメージセンサを用いなければならず、受光
感度を高くすることができない。その上、各高集積な点
光源と検出器との位置合わせにも、困難を伴うという問
題点がある。

【００１２】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あり、その目的は、照明効率の良い
リアルタイム観察の可能な走査型顕微鏡を提供すること
である。また、本発明のもう一つの目的は、高感度な受
光素子を使用でき、例えば蛍光像の観察のように非常に
暗い標本像の観察も可能な走査型顕微鏡を提供すること
である。本発明の更にもう一つの目的は、共焦点顕微鏡
の有する高解像性を損なわず且つ広い視野を保ったま
ま、受光素子の総数を少なくし、消費電力を少なくした
安価な走査型顕微鏡を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の走査型顕微鏡は、規則正しく配列された
複数の点光源又はそれに準じる焦点を生成する多重点光
源生成手段と、複数の前記点光源又はそれに準じる焦点
によって分割された小領域で走査を行う走査手段と、前
記複数の点光源又はそれに準じる焦点と共役な位置に配
置された複数の検出側微小開口と、前記複数の検出側微
小開口を透過した光を夫々独立に受光する複数の受光素
子からなる受光手段と、前記走査手段の与える偏向量及
び前記受光手段によって受光された信号より標本の像を
形成する標本像生成手段とを備えているようにする。ま
た、上記の目的を達成するために、本発明の走査型顕微
鏡は、規則正しく配列された複数の線光源又はそれに準
じる線状焦点を生成する多重線光源生成手段と、隣接し
た前記線光源又はそれに準じる線状焦点によって挟まれ
た小領域で走査を行う走査手段と、前記複数の線光源又
はそれに準じる線状焦点と共役な位置に配置された検出
側線状開口と、前記検出側線状開口と共役な位置に配置
された複数の受光素子からなる受光手段と、前記走査手
段の与える偏向量及び前記受光手段によって受光された
信号より標本の像を形成する標本像生成手段とを備えて
いるようにする。更に、上記の目的を達成するために、
本発明の走査型顕微鏡は、超短パルスレーザよりなる光
源手段と、前記光源手段からの光束を複数の光束に分割
する光束分割手段と、前記光束分割手段により分割され
た複数の光束から規則正しく配列した複数の焦点を生成
する多重焦点生成手段と、複数の前記焦点によって分割
された小領域で走査を行う走査手段と、前記複数の焦点
の略共役位置に配置された複数の受光素子からなる受光
手段と、前記走査手段の与える偏向量及び前記受光手段
によって受光された信号より標本の蛍光像を形成する標
本像生成手段とを備えているようにする。更にまた、上
記の目的を達成するために、本発明の走査型顕微鏡は、
超短パルスレーザよりなる光源手段と、前記光源手段か
らの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記
光束分割手段により分割された複数の光束から規則正し
く配列した複数の線状焦点を生成する多重線状焦点生成
手段と、隣接する前記線状焦点によって挟まれた小領域
で走査を行う走査手段と、前記複数の線状焦点の略共役
位置に配置された複数の受光素子からなる受光手段と、
前記走査手段の与える偏向量及び前記受光手段によって
受光された信号より標本の蛍光像を形成する標本像生成
手段とを備えているようにする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本願の発明の実施の形態について
は、先ず、上記の目的を達成することができる走査型顕
微鏡に関する四つの発明の実施態様と夫々の作用効果に
ついて説明し、次に、その四つの発明に付加して適用す
ることの可能な四つの好適な構成とその作用効果を説明
し、その後に、図１〜図１０を用いて夫々の実施例を説
明することにする。

【００１５】そこで、先ず、請求項１に記載されている
発明について説明する。本発明の顕微鏡は、規則的に配
列された複数の点光源又はそれに準じる焦点を生成する
多重点光源生成手段と、その点光源又は焦点によって分
割された小領域で走査する走査手段と、その点光源又は
焦点と共役な位置に配置された複数の検出側微小開口
と、それらの検出側微小開口を透過した光を個々に受光
する複数の受光素子からなる受光手段と、上記の走査手
段の与える偏向量と上記の受光手段によって受光された
信号から標本像を形成する標本像生成手段とで構成され
ている。

【００１６】本発明の顕微鏡によれば、多重点光源生成
手段によって生成された複数の点光源又はそれに準じる
焦点を、標本上に投影するようにしたから、光源光の遮
蔽率が低く、効率の良い照明が可能になる。また、周知
のように、標本の視野全面を照明するための走査時間
は、走査を行う領域の面積に比例するが、本発明によれ
ば、標本上に投影された複数の点光源又はそれに準じる
焦点によって分割された小領域の範囲で走査すればよい
から、従来のシングルビーム走査型顕微鏡に比べて、高
速に画像を生成することが可能であり、リアルタイムで
標本像を観察することが可能になる。

【００１７】更に、上記したようなニポーディスクを用
いる顕微鏡とは異なり、受光素子は、各点光源又はそれ
に準じる各焦点に対し１対１の関係で配置すればよいか
ら、受光素子の総数は著しく少なくて済み、また、夫々
の間隔も広くすることが可能になる。そのため、受光手
段として、高感度であって素子の大きいフォトマルチプ
ライアなどの採用が可能になり、高感度な蛍光像の検出
が可能になる。また、受光素子の総数を、点光源又はそ
れに準じる焦点の数と同じにでき、且つ受光素子相互の
間隔を広くできることから、点光源又はそれに準じる焦
点と受光素子との位置合わせが容易になる。

【００１８】また、本発明における標本像生成手段が、
像形成手段と画像記憶装置とを含んでおり、画像記憶装
置には、予め、各受光素子の夫々の受光面上での位置座
標と走査手段の与える偏向量とから演算される標本の位
置を表す番地が設定されていて、像形成手段が、それら
の番地に、受光素子からの信号に対応した値を書き込ん
でゆき、標本像を形成するようにしておけば、一回の走
査が終了した時点においては、記憶装置内に標本の視野
全体の画像が形成されることになり、それを画像表示装
置に表示すれば、標本像を観察することが可能になる。

【００１９】更に、本発明においては、上記の点光源又
は焦点が、相互に所定の角度をなす二組の等間隔な平行
線によって形成される交点上に配置されるようし、ま
た、走査手段が、焦点によって分割された平行四辺形の
小領域を走査するようにすると、好都合である。特に、
小領域の形状が長方形又は正方形になるようにすると、
走査手段の製作が容易となる。また、点光源又は焦点
を、走査手段の走査方向に対して微小な角度を有する等
間隔な平行線上に等間隔に配置するようにしても好適と
なる。即ち、そのようにした場合には、走査手段を、一
方向のみに走査させるだけでよいことになり、二次元領
域を走査する場合に比べて、走査手段の構成を更に簡略
化することが可能になる。更に、その場合、隣接する領
域の走査軌跡が接するか又は一部重なるようにすれば、
一方向の走査により、照明ムラのない全体の標本像を形
成することが可能になる。

【００２０】本発明における多重点光源生成手段として
は、ダイオードレーザマトリックスを用いることができ
る。ダイオードレーザマトリックスは、平面内に配列さ
れた半導体レーザの集合であり、規則正しく配列された
点光源の集合体とみなすことができる。また、本発明に
おける走査手段としては、ガルバノミラー、ポリゴンミ
ラー又は音響光学素子を用いると好適であり、いずれの
場合も、簡単な構成で、高速且つ安定した走査を行うこ
とが可能になる。

【００２１】本発明における受光手段としては、イメー
ジセンサ，フォトマルチプライア，フォトンカウンタな
どを用いると好適である。イメージセンサを用いた場合
には、受光素子が規則正しく配列されているので、それ
らの受光素子を各点光源との共役位置に配置するのが容
易になる。また、上記した検出側微小開口と相似形に配
列されたフォトマルチプライアを用いた場合には、通常
のイメージセンサを用いた場合より、高感度な標本像の
検出が可能になり、蛍光像の検出なども可能になる。更
に、上記した検出側微小開口と相似形に配列されたフォ
トンカウンタを用いた場合には、フォトマルチプライア
を用いた場合より、更に高感度な標本像の検出が可能に
なり、微弱な蛍光像の検出なども可能になる。

【００２２】更に、本発明における多重点光源生成手段
を、一つ若しくは複数の点光源、又はそれに準じる光を
生成する光源手段と、その光源手段からの光束を複数の
光束に分割する光束分割手段と、その光束分割手段によ
り分割された光束より複数の焦点を生成する多重焦点生
成手段とで構成するようにしても、複数の点光源に準じ
る複数の焦点を生成することが可能である。

【００２３】その場合、光源手段としてレーザ光源を用
いると、高輝度な点光源が得られる。また、光束分割手
段と多重焦点生成手段とを、複数の光ファイバで兼ねる
ようにすることが可能である。光ファイバの入射端に光
源光を入射させれば、出射端を点光源とすることができ
る。更に、光束分割手段と多重焦点生成手段とを、マイ
クロレンズアレーで兼用するようにすれば、構成が簡単
になる。しかし、マイクロレンズアレーのみでは、点光
源に準じた焦点を生成できないこともある。そこで、そ
の場合には、マイクロレンズアレーは光束分割手段とし
てのみ使用することにし、多重焦点生成手段としては多
孔板を用い、それに形成された複数の小開口をマイクロ
レンズアレーの焦点位置に配置するようにしても差し支
えない。しかも、そのようにした場合には、光学系の構
成によって、それらの小開口が上記した検出側微小開口
を兼ねるようにすれば、構成が簡単になり、且つ多孔板
の小開口と検出側微小開口との位置出しを不要にするこ
とが可能になる。

【００２４】次に、請求項２に記載されている発明につ
いて説明する。上記した請求項１に記載の発明において
は、点光源又はそれに準じる焦点を使用しているのに対
して、本発明においては、線光源又はそれに準じる線状
焦点を使用する点が、大きく異なる点である。従って、
共通する構成もあるので、それらについては簡単に説明
することにする。

【００２５】本発明の顕微鏡は、規則的に配列された複
数の線光源又はそれに準じる線状焦点を生成する多重線
光源生成手段と、その線光源又は線状焦点によって挟ま
れた小領域で走査する走査手段と、その線光源又は線状
焦点と共役な位置に配置された複数の検出側線状開口
と、それらの検出側線状開口と共役な位置に配置された
複数の受光素子からなる受光手段と、上記の走査手段の
与える偏向量と上記の受光手段によって受光された信号
から標本像を形成する標本像生成手段とで構成してい
る。

【００２６】本発明によれば、多重線光源生成手段によ
って生成された複数の線光源又はそれに準じる線状焦点
を標本上に投影するようにしたから、光源光の遮蔽率が
低く、効率の良い照明が可能になる。また、標本の視野
全面を照明するための走査は、標本上に投影された隣り
合う線光源又は線状焦点同志を結ぶ線分上のみで行わせ
ることも可能となり、上記した請求項１に記載の発明の
場合よりも、全走査に要する時間を短縮し、超高速化す
るのに適している。

【００２７】また、本発明の場合には、線光源又は線状
焦点の長手方向に対して垂直な方向にしか共焦点効果が
得られないが、オプティカルセクショニング効果による
三次元像の構築は可能であり、光軸方向の走査を組み合
わせることにより、高速な三次元画像の取り込みが可能
になる。更に、受光素子は、各線光源又は各線状焦点と
共役な位置に配置すればよいので、従来のイメージセン
サを受光手段として用いた共焦点顕微鏡に比べ、受光素
子の総数は少なくて済み、また、夫々の間隔も広くする
ことが可能になるため、線光源又は線状焦点と受光素子
との位置合わせが容易になる。

【００２８】本発明においても、標本像生成手段が、像
形成手段と画像記憶装置とを含んでいて、像形成手段
が、画像記憶装置に設けられた所定の番地に、受光素子
からの信号に対応した値を書き込んで、標本像を形成し
ていくようにしておけば、一回の走査が終了した時点に
おいては、記憶装置内に標本の視野全体の画像が形成さ
れることになり、画像表示装置によって標本像を観察す
ることが可能になる。

【００２９】また、本発明においては、線光源又は線状
焦点を、互いに平行に且つ等間隔に配列し、走査手段
が、線光源又は線状焦点の長手方向に対して所定の角度
をなす方向へ一方向のみ走査するようにすれば、短い走
査時間で視野全体の標本像を形成することができる。特
に、線光源又は線状焦点の長手方向に対して直角方向へ
一方向のみ走査するようにすれば、最短時間で全体の標
本像を形成することが可能になる。

【００３０】本発明においても、走査手段としては、ガ
ルバノミラー、ポリゴンミラー又は音響光学素子を用い
ると好適であり、簡単な構成で、高速且つ安定した走査
を行うことが可能になる。また、本発明における受光手
段としては、検出側線状開口と相似形に配列したライン
センサを用いれば、受光素子の位置合わせが簡単にな
る。

【００３１】更に、本発明における多重線光源生成手段
を、一つ若しくは複数の点光源又はそれに準じる光を生
成する光源手段と、その光源手段からの光束を複数の光
束に分割する光束分割手段と、その光束分割手段により
分割された光束より複数の線状焦点を生成する線状焦点
生成手段とで構成するようにすれば、高輝度の線状焦点
を効率よく得ることが可能となる。

【００３２】その場合、光源手段としてレーザ光源を用
いると、高輝度な点光源が得られるようになる。また、
光束分割手段としては、複数の光ファイバを用いるよう
にしてもよい。光ファイバの入射端に光源光を入射させ
れば、出射端で光束の分割が可能になる。更に、レーザ
アレーを用い、光源手段と光束分割手段とを兼ねるよう
にすれば、構成が簡単になる。

【００３３】本発明における線状焦点生成手段として、
シリンドリカルレンズアレーを用いれば、光源手段より
発した平行光束から、複数の線状焦点を生成することが
可能になる。また、シリンドリカルレンズアレーだけで
は、線光源に準じる線状焦点が得られない場合には、シ
リンドリカルレンズアレーのほかに、複数の線状開口を
有するスリット板を用いるようにし、それらの線状開口
をシリンドリカルレンズアレーの各焦点位置に配置させ
るようにすればよい。更に、光学系の構成によって、そ
れらの線状開口が上記した検出側線状開口を兼ねるよう
にすれば、構成が簡単になり、且つスリット板の線状開
口と検出側線状開口との位置出しを行う必要がなくな
る。更にまた、シリンドリカルレンズアレーが、光束分
割手段と線状焦点生成手段とを兼ねるようにすることも
可能である。

【００３４】次に、請求項３に記載されている発明につ
いて説明する。本発明の顕微鏡は、特に蛍光観察に好適
なものであって、超短パルスレーザよりなる光源手段
と、その光源手段からの光束を複数の光束に分割する光
束分割手段と、その光束分割手段により分割された複数
の光束から規則正しく配列された複数の焦点を生成する
多重焦点生成手段と、隣接する複数の焦点によって囲ま
れた小領域で走査を行う走査手段と、上記焦点の略共役
位置に配置された複数の受光素子からなる受光手段と、
走査手段の与える偏向量と受光手段によって受光された
信号とによって標本の蛍光像を形成する標本像生成手段
とで構成されている。

【００３５】ところで、赤外光又は近赤外光を発する超
短パルスレーザを用いた２光子又は多光子励起による蛍
光観察法においては、共焦点観察の場合と同様なオプテ
ィカルセクショニング効果の得られることが、例えばド
イツ特許ＤＥ４４１４９４０Ａ１号公報などで知られて
いる。このような、２光子又は多光子励起による蛍光観
察法においては、標本を照射した照明光は、二つ又はそ
れ以上の光子がセットとなって蛍光分子の励起を行うた
め、照明光の波長の１／２又はそれ以下の波長で励起し
た場合と同等な蛍光が放出される。そして、蛍光強度は
励起光強度の２乗か又はそれ以上のパワーに比例するの
で、励起光が焦点を結んだ部分のみで強い蛍光強度が得
られることになり、結像側の共焦点開口なしにオプティ
カルセクショニング効果を得ることが可能となってい
る。

【００３６】そこで、本発明においては、光源手段とし
て超短パルスレーザを用いることにし、そこから発した
光束を光束分割手段が分割し、多重焦点生成手段によっ
て複数の規則正しく配列された焦点を生成するようにし
ている。それによって、走査手段は、隣接する複数の焦
点によって囲まれた小領域を走査するだけで、標本の全
視野の蛍光像を得ることが可能になるため、従来のシン
グルビーム走査装置を用いた２光子又は多光子走査型蛍
光顕微鏡に比べ、高速に画像を生成することができ、リ
アルタイムの観察が可能になる。

【００３７】本発明においても、標本像生成手段が、像
形成手段と画像記憶装置とを含んでいて、像形成手段
が、画像記憶装置に設けられた所定の番地に、受光素子
からの信号に対応した値を書き込んで、標本像を形成し
ていくようにしておけば、一回の走査が終了した時点に
おいては、記憶装置内に標本の視野全体の画像が形成さ
れることになり、画像表示装置によって標本像を観察す
ることが可能になる。

【００３８】また、本発明においては、上記の複数の焦
点が、相互に所定の角度をなす二組の等間隔な平行線に
よって形成される交点上に配置されるようし、また、走
査手段が、焦点によって分割された平行四辺形の小領域
を走査するようにすると、好都合である。特に、小領域
の形状が長方形又は正方形になるようにすると、走査手
段の製作が容易となる。また、焦点を、走査手段の走査
方向に対して微小な角度を有する等間隔な平行線上に等
間隔に配置するようにしても好適となる。即ち、そのよ
うにした場合には、走査手段を、一方向のみに走査させ
るだけでよいことになり、二次元領域を走査する場合に
比べて、走査手段の構成を更に簡略化することが可能に
なる。更に、その場合、隣接する領域の走査軌跡が接す
るか又は一部重なるようにすれば、一方向の走査によ
り、照明ムラのない全体の標本像を形成することが可能
になる。

【００３９】本発明における光束分割手段と多重焦点生
成手段とを、マイクロレンズアレーで兼用させることが
可能である。また、複数の光ファイバで兼用させること
も可能である。それによって、構成が簡単になる。ま
た、本発明においても、走査手段として、ガルバノミラ
ー、ポリゴンミラー又は音響光学素子を用いると好適で
あり、簡単な構成で、高速且つ安定した走査を行うこと
が可能になる。更にまた、受光手段としてフォトンカウ
ンタを用い、上記の焦点と略共役な位置に配置すると、
高感度な２光子又は多光子の蛍光像を検出することが可
能になる。

【００４０】次に、請求項４に記載された発明について
説明する。本発明の顕微鏡も蛍光観察に好適なものであ
って、超短パルスレーザよりなる光源手段と、その光源
手段からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段
と、その光束分割手段により分割された複数の光束から
規則正しく配列した複数の線状焦点を生成する多重線状
焦点生成手段と、隣接する線状焦点によって挟まれた小
領域で走査を行う走査手段と、線状焦点の略共役位置に
配置された複数の受光素子からなる受光手段と、走査手
段の与える偏向量及び受光手段によって受光された信号
から標本の蛍光像を形成する標本像生成手段とで構成さ
れている。

【００４１】本発明によれば、超短パルスレーザから発
した光束を、光束分割手段によって分割し、多重線状焦
点生成手段によって複数の規則的に配列された線状焦点
を生成するようにしているから、走査手段は、隣接する
線状焦点を結ぶ線分上を走査するだけで、標本の全視野
の蛍光像を得るようにすることが可能となり、上記した
請求項３に記載の発明の場合よりも更に高速に画像を生
成することができ、リアルタイムに観察が一段と好適に
行えるようになる。

【００４２】また、本発明においても、標本像生成手段
が、像形成手段と画像記憶装置とを含んでいて、像形成
手段が、画像記憶装置に設けられた所定の番地に、受光
素子からの信号に対応した値を書き込んで、標本像を形
成していくようにしておけば、一回の走査が終了した時
点においては、記憶装置内に標本の視野全体の画像が形
成されることになり、画像表示装置によって標本像を観
察することが可能になる。

【００４３】更に、本発明においては、線状焦点を、互
いに平行に且つ等間隔に配列し、走査手段が、線状焦点
の長手方向に対して所定の角度をなす方向へ一方向のみ
走査するようにすれば、短時間で視野全体の標本像を形
成することができる。特に、線状焦点の長手方向に対し
て直角方向へ一方向のみ走査するようにすれば、最短時
間で全体の標本像を形成することが可能になる。

【００４４】本発明においても、光束分割手段として、
複数の光ファイバを用いることができる。また、走査手
段としては、ガルバノミラー、ポリゴンミラー又は音響
光学素子を用いると好適であり、簡単な構成で、高速且
つ安定した走査を行うことが可能になる。更に、受光手
段としてフォトンカウンタを用い、上記の焦点と略共役
な位置に配置すると、高感度な２光子又は多光子の蛍光
像を検出することが可能になる。

【００４５】本発明における多重線状焦点生成手段とし
て、シリンドリカルレンズアレーを用いれば、光源手段
より発した平行光束から、複数の線状焦点を生成するこ
とが可能になる。また、シリンドリカルレンズアレー
が、光束分割手段と多重線状焦点生成手段とを兼ねるよ
うにすることも可能であるが、シリンドリカルレンズア
レーだけでは線状焦点が好適に得られない場合には、シ
リンドリカルレンズアレーのほかに、請求項２の発明の
説明で述べたようなスリット板を配置するようにすれば
よい。

【００４６】次に、上記した四つの発明の顕微鏡に、付
加的に設けると、極めて好都合となる三つの構成手段に
ついて説明する。最初は、光束分割数調節手段について
である。この光束分割数調節手段は、上記した光束分割
手段によって分割される光束数を増減させることができ
るものであって、それによって、標本上に集光する各ス
ポットの光量を調節することが可能になり、効率のよい
照明を可能にするためのものである。そのため、例え
ば、観察したい物体又は部位が、顕微鏡の視野の一部の
領域に限られている場合には、観察者が、本人の観察し
たい領域のみに照明光を集光させると、光束の分割数が
減少するために、各スポットの光量が増加し、観察がし
易くなる。特に、観察が困難な暗い標本部分がある場合
には、光束の分割数を少なくして集光させることによ
り、観察することが可能になる。

【００４７】また、請求項３及び４に記載された顕微鏡
の場合には、励起光の照明範囲を制限することによっ
て、蛍光色素の無駄な退色を防止することが可能にな
る。更に、スポット間隔を変えるようにすると種々のモ
ード選択が可能になる。即ち、標本視野上における照明
光のスポット間隔を広くしスポットの総数を減らすと、
走査時間は長いが明るい像を得るモードとなり、また、
標本視野上における照明光のスポット間隔を狭くしスポ
ットの総数を増やすと、像は暗いが走査時間の短いモー
ドとなり、更に、標本視野上における照明光のスポット
間隔を狭くし照明領域も狭くすれば、短い走査時間で明
るい像を得るモードとなる。そして、また、標本視野上
における照明光のスポット総数を少なくして、使用する
受光素子の数を節約するようにすることも可能である。

【００４８】このような光束分割数調節手段としては、
光束径可変光学系を用いることが考えられ、それを光源
手段と光束分割手段との間に配置し、光源から光束分割
手段に入射する光束径を変化させるようにすれば、光束
の分割数を調節することが可能になる。

【００４９】２番目の構成手段は投影倍率調節手段であ
る。この投影倍率調節手段としてはズームレンズが最適
であり、生成された複数の光源又は焦点が標本上へ投影
されるに際し、その投影倍率を調節できるようにしたも
のである。このような手段を設けることによって、標本
視野上での照明光のスポット間隔や照明領域の調節が可
能になり、その結果、標本視野の一部の領域だけに照明
を制限することによって、蛍光色素の無駄な退色を防止
することが可能になるなど、上記した光束分割数調節手
段と同様な種々の使い方、及びそれに伴う作用効果を得
ることが可能になる。

【００５０】３番目は、投影位置調節手段である。この
投影位置調節手段を設けることによって、標本視野上で
の照明位置を調節できる結果、標本視野の一部の領域だ
けに照明を制限することによって、蛍光色素の無駄な退
色を防止することが可能になるなど、上記した光束分割
数調節手段と同様な種々の使い方、及びそれに伴う作用
効果を得ることが可能になる。そして、このような投影
位置調節手段は、生成された複数の光源又は焦点の光路
に配置される場合と、光源手段と光束分割手段との間に
配置される場合とが考えられる。前者の場合には、その
光路上に配置された光束偏向手段や走査手段で兼ねるよ
うにすることが可能である。また、後者の場合には、光
源手段からの光束が光束分割手段に入射する位置を調節
することになり、前者の場合において走査手段に共振ガ
ルバノミラーが採用され、走査手段による偏向領域の調
節が簡単には行えない場合にも、照明位置の調節を可能
にする。

【００５１】

【実施例】以下、図面を用いて実施例を説明する。先
ず、第１実施例は、図１に示すように、光源手段として
のレーザ１と、ビームエキスパンダ２と、光束分割手段
及び多重焦点生成手段としてのマイクロレンズアレー３
と、多重光源生成手段と検出側微小開口とを兼ねる多孔
板からなる共焦点板４と、第一のリレーレンズ５と、走
査手段としての第一のガルバノミラー６及び第二のガル
バノミラー７と、第二のリレーレンズ８と、対物レンズ
９と、ハーフミラー１０と、撮影レンズ１１と、受光手
段としてのイメージセンサ１２と、標本像生成手段を構
成する制御装置１３，演算装置１４，記憶装置１５と、
テレビモニタ１６とから成っている。符号１７は標本で
ある。

【００５２】このような構成の本実施例においては、レ
ーザ１から出射された光は、ビームエキスパンダ２で光
束径が広げられ、マイクロレンズアレー３に、平行光線
となって入射する。マイクロレンズアレー３は、同一特
性の複数の微小なレンズが規則正しく配列された構造と
なっているため、入射した平行光は、各レンズごとに収
束され、焦点位置において規則正しく配列される。そし
て、その焦点位置には、複数の微小開口を有する共焦点
板４が配置されているので、そこで、規則正しく配列さ
れた複数の点光源と等価な多重点光源が生成されること
になる。

【００５３】また、その場合における各点光源は、それ
らから発せられた光が、相互に干渉することなく、標本
１７上に集光されるようにするために、充分な間隔をも
って配列されている。尚、その点については、E.M.McCa
be,et.al.,"Direct-viewmicroscopy:optical sectionin
g strength for finite-sized, multiple-pinhole arra
ys", Jounal of Microscopy,Vol.184,Pt2,November 199
6,pp.95-105 によれば、各点光源の間隔は標本面上にお
けるスポット径の１０倍程度が適当である、と記載され
ている。

【００５４】二つのガルバノミラー６，７は、近接して
配置されており、夫々、制御装置１３に接続され、同期
して作動されるようになっている。そこで、共焦点板４
上の各点光源から発した光が、第一のリレーレンズ５を
介して第一のガルバノミラー６に集光されると、その第
一のガルバノミラー６は、それらの光束を一方向（ｘ軸
方向）に走査し、第二のガルバノミラー７は、偏向され
た光束を更に直交する方向（ｙ軸方向）へ走査する。そ
の走査軌跡は、図２（ａ）に示すとおりであり、標本面
上において隣接する四つの点光源によって囲まれた小領
域内をカバーするようになっている。

【００５５】二つのガルバノミラー６，７によって偏向
された光束は、第二のリレーレンズ８によって再び集光
される。対物レンズ９は、その集光位置近傍に射出瞳を
合わせるようにして配置されていて、その対物レンズ９
を通った光束は、共焦点板４と共役位置に配置されてい
る標本１７面上で反射される。反射された光束は、それ
までとは逆の光路を辿り、共焦点板４の微小開口を逆方
向から透過することによって、共焦効果を得ることにな
る。光束の一部は、その後、マイクロレンズアレー３に
戻ることなく、ハーフミラー１０によって直角に偏向さ
れ、撮影レンズ１１によって共焦点像がイメージセンサ
１２に投影され、撮像される。言うまでもなく、イメー
ジセンサ１２は、共焦点板４の微小開口に対応して規則
正しく配列されている複数の受光素子の集合体であっ
て、それらの受光素子が、共焦点板４の夫々の開口から
の光束を独立して受光するようになっている。

【００５６】また、演算装置１４には、イメージセンサ
１２から各受光素子の信号が入力され、また、制御装置
１３からは二つのガルバノミラー６，７の偏向量が入力
されるようになっている。そこで、演算装置１４は、予
め記憶してある受光素子の位置座標と、ガルバノミラー
６，７の偏向量とを用いて算出した記憶装置１５内の番
地に、各受光素子の信号に応じた値を、夫々、書き込ん
でいく。そして、一通り走査が終了したときには、記憶
装置１５に、標本１７の視野全体の像が書き込まれたこ
とになり、その標本像は、記憶装置１５に接続されたテ
レビモニタ１６に表示され、目視による観察が可能にな
っている。

【００５７】尚、上記した図２（ａ）についての説明か
らも理解されるように、本実施例においては、マイクロ
レンズアレー３及び共焦点板４の微小開口の配列、即ち
点光源の配列が、正方配列になっているが、規則的な配
列であるならば、その他の配列となるようにしても差し
支えなく、例えば、図２（ｂ）のように、点光源が六方
格子の配列をとるようにしても差し支えない。そのよう
にした場合においても、走査は、点光源によって分割さ
れた小領域内で行われることになる。また、図２
（ａ），図２（ｂ）に示された走査軌跡は、いずれも一
方向繰り返し走査であるが、図２（ｃ）に示すように、
折り返し走査を行うようにしてもよく、そのようにする
ことによって、全走査に要する時間を短くすることが可
能になる。

【００５８】更に、本実施例においては、走査手段とし
てガルバノミラーを使用しているが、それ以外のもの、
例えばポリゴンミラーや音響光学素子を使用しても構わ
ない。また、本実施例を一部変形し、蛍光観察が行える
ようにすることも可能である。その場合には、ハーフミ
ラー１０に代えてダイクロイックミラーを用い、そのダ
イクロイックミラーとイメージセンサ１２の間に、レー
ザ１が発した光の波長を吸収し、使用する蛍光色素が発
する蛍光だけを透過することのできる吸収フィルタを配
置すればよいことになる。

【００５９】また、本実施例は、図３に示されているよ
うに変形させて実施することも可能である。この変形例
は、ダイオードレーザマトリックス１８が、単独で多重
点光源生成手段を構成するようにしたものである。ダイ
オードレーザマトリックス１８は、図４に示すように、
行列状に配列された複数の活性領域１８ａの上に、共振
器を含む基板１８ｂを配置したものであり、複数の点光
源を配列したものとみなすことができる。そして、この
ようにした場合には、共焦点板４は、図３に示すように
ダイオードレーザマトリックス１８と共役の位置に配置
されることになる。尚、図３においては、図１に示した
ものと同じものに同じ符号を付けてあるので、その他の
構成の説明は重複を避けるために省略する。

【００６０】次に、図５を用いて第２実施例を説明す
る。尚、図５においては、図１に示したものと同じもの
に同じ符号を付けてある。本実施例の構成は、光源手段
としてのレーザ１と、光線分割手段としての光ファイバ
１９と、共焦点板（スリット板）４と共に線状焦点生成
手段を構成するシリンドリカルレンズアレー２０と、第
一のリレーレンズ５と、走査手段としてのガルバノミラ
ー６と、ミラー２１と、第二のリレーレンズ８と、対物
レンズ９と、ハーフミラー１０と、撮影レンズ１１と、
受光手段としてのラインセンサ２２と、標本像生成手段
を構成する制御装置１３，演算装置１４，記憶装置１５
と、テレビモニタ１６と、標本１７の位置を移動させる
ステージ駆動装置２３とから成っている。

【００６１】レーザ１から出射された光束は、複数の光
ファイバ１９によって分割され、シリンドリカルレンズ
アレー２０に入射する。夫々の光束は、シリンドリカル
レンズアレー２０の配列に対応して複数の線状焦点を結
び、その線状焦点位置に共焦点板４が配置されている。
この共焦点板４は、第１実施例の場合とは異なり、スリ
ット状の複数の開口を有していて、レーザ１，光ファイ
バ１９，シリンドリカルレンズアレー２０と共に多重線
光源生成手段を構成している。尚、この多重線光源生成
手段を、周知のレーザアレーとシリンドリカルレンズア
レー２０とで構成するようにしても差し支えない。

【００６２】このようにして、共焦点板４を通過した各
光束は、第一のリレーレンズ５を介してガルバノミラー
６上に集光され、ガルバノミラー６は、線状化された光
束を、その線の垂直方向に走査する。ガルバノミラー６
によって偏向された光束は、ミラー２１によって反射さ
れた後、第二のリレーレンズ８によって再び集光され、
その集光位置に射出瞳を合わせて配置されている対物レ
ンズ９を通って標本１７の表面に達する。標本面で反射
された光束は、それまでとは逆の光路を辿り、リレーレ
ンズ５によって共焦点板４上に再び集光し、共焦効果を
もたらす。共焦点板４のスリット開口を透過した光束の
一部は、その後、シリンドリカルレンズアレー２０には
戻らず、ハーフミラー１０によって偏向され、撮影レン
ズ１１によって、ラインセンサ２２上に集光され、標本
像がラインセンサ２２上に結像される。

【００６３】演算装置１４には、制御装置１３からガル
バノミラー６の偏向量が入力され、ラインセンサ２２か
らは撮像信号が入力されるようになっている。記憶装置
１６は、演算装置１４に接続されていて、そこには、予
め記憶しているラインセンサ２２の各受光素子の位置座
標と、ガルバノミラー６の偏向量とによって算出された
番地が設定されている。従って、演算装置１４は、ライ
ンセンサ２２の各受光素子から入力される撮像信号に対
応した値を、各番地に書き込んでいく。そして、一通り
走査が終了したときに、記憶装置１５に、標本１７の視
野全体の像が書き込まれたことになり、その標本像は、
記憶装置１５に接続されたテレビモニタ１６に表示され
る。

【００６４】本実施例においては、ステージ駆動装置２
３が、制御装置１３と接続されていて、標本１７を上下
方向（光軸方向）へ移動させることが可能になってい
る。そのため、ガルバノミラー６による標本面の一回の
走査が終わるたびに、標本１７を少しずつ移動させ、複
数の焦点位置における共焦点像を演算装置１４に取り込
むことにより、演算装置１４は、それらの画像を基にし
て三次元像を構築し、それを、テレビモニタ１６に表示
できるようになっている。

【００６５】このように、本実施例は、線状の開口（ス
リット）を用いた共焦点装置として構成されていること
から、第１実施例のように点状の開口を用いた共焦点装
置に比較して、共焦点性は多少劣るが、一画面の走査が
非常に短時間で終了するため、焦点位置の移動を行わせ
ながらの三次元像の構築が高速に行えるという利点があ
る。また、本実施例においても、構成の一部を変えるこ
とによって、蛍光観察が行えるようにすることが可能で
ある。その場合には、ハーフミラー１０に代えてダイク
ロイックミラーを用い、そのダイクロイックミラーとラ
インセンサ２２の間に、レーザ１が発した光の波長を吸
収し、使用する蛍光色素が発する蛍光のみを透過する吸
収フィルタを配置すればよいことになる。

【００６６】次に、図６及び図７を用いて、第３実施例
を説明する。尚、図６においては、図１及び図５に示し
たものと同じものに同じ符号を付けてある。そこで、先
ず、本実施例の構成は、光源手段としてのチタンサファ
イアレーザ２４と、ビームエキスパンダ２と、光束分割
手段及び多重焦点生成手段としてのマイクロレンズアレ
ー３と、第一のリレーレンズ５と、走査手段としてのガ
ルバノミラー６と、ミラー２１と、第二のリレーレンズ
８と、対物レンズ９と、ダイクロイックミラー２５と、
吸収フィルタ２６と、受光手段としてのフォトンカウン
タ２７と、標本像生成手段を構成する制御装置１３，演
算装置１４，記憶装置１５と、テレビモニタ１６とから
成っている。

【００６７】チタンサファイアレーザ２４から出射され
た光束は、ビームエキスパンダ２によって広げられ、マ
イクロレンズアレー３によって複数のビームに分割され
る。分割された夫々のビームは、マイクロレンズアレー
３のレンズの配列に対応したパターンで、複数の点光源
に準じる焦点を結ぶ。第一のリレーレンズ５は、マイク
ロレンズアレー３の焦点からの光をガルバノミラー６に
集光し、ガルバノミラー６は、その光束を一方向、即ち
ｘ軸方向に走査する。ガルバノミラー６によって偏向さ
れた光束は、ミラー２１によって反射され、第二のリレ
ーレンズ８の方向へ偏向される。

【００６８】ところで、本実施例においては、マイクロ
レンズアレー３によって生成された焦点の配列は、図７
（ａ）に示すように、ガルバノミラー６の走査方向に対
して、微小な角度θををなす軸に沿って等間隔に配置さ
れている。そして、ガルバノミラー６による走査は、上
記したようにｘ軸方向の一次元のみで行われる。そし
て、図７（ｂ）に拡大して示したように、各焦点の直径
をｄとし、焦点の間隔をｌとすると、走査方向に対する
焦点配列の軸の角度θが、ｔａｎθ≦ｄ／ｌの関係を満
たすようになっている。従って、ガルバノミラー６によ
る一次元の走査だけでも、各焦点の軌跡が重なり合い、
標本面上の全視野領域が照明ムラを生じないようになっ
ている。

【００６９】このようにして走査され、ミラー２１によ
って偏向された光束は、リレーレンズ８によって再び集
光され、その集光位置に射出瞳を合わせて配置されてい
る対物レンズ９を通り、マイクロレンズアレー３の焦点
と共役位置に配置された標本１７の表面に集光される。
そして、その集光された照明光は、その焦点位置付近で
２光子又は多光子励起による蛍光を誘導する。このよう
にして発した蛍光は、それまでの光路を逆に辿り、第一
のリレーレンズ５を透過した後、ダイクロイックミラー
２５によって、マイクロレンズアレー３とは異なる方向
へ偏向される。そして、光路の途中から反射して戻って
きた励起光が吸収フィルタ２６によって除去された後、
マイクロレンズアレー３の焦点と共役の位置に配置され
ているフォトンカウンタ２７の受光面に集光する。

【００７０】演算装置１４には、制御装置１３からガル
バノミラー６の偏向量が入力され、フォトンカウンタ２
７からは撮像信号が入力されるようになっている。記憶
装置１６は、演算装置１４に接続されていて、そこに
は、予め記憶しているフォトンカウンタ２７の受光面に
おける複数の微小開口の位置座標と、ガルバノミラー６
の偏向量とによって算出された番地が設定されている。
従って、演算装置１４は、フォトンカウンタ２７から入
力される像信号に対応した値を、各番地に書き込んでい
く。そして、一通り走査が終了したときに、記憶装置１
５に、標本１７の視野全体の像が書き込まれたことにな
り、その標本像は、記憶装置１５に接続されたテレビモ
ニタ１６に表示される。

【００７１】このように、本実施例によれば、走査手段
による走査を、上記したｘ軸方向のように一方向へのみ
行えばよいことから、従来のシングルビーム走査装置を
用いた共焦点顕微鏡に比較して、遙に高速に一画面の走
査が終了する。また、本実施例の受光素子には、フォト
ンカウンタを用いているので、超高感度な２光子又は多
光子の蛍光像を観察することが可能になる。

【００７２】尚、これまでに、三つの実施例を説明した
が、各実施例の構成要素を相互に組み変えるようにして
も、本発明の目的は達せられ、所定の効果を得ることが
可能である。例えば、第３実施例における走査手段を第
１実施例における走査手段として採用するようにしても
何ら差し支えない。

【００７３】次に、図８を用いて、第４実施例を説明す
る。本実施例は、上記した第１実施例及び第３実施例の
ように、多重点光源生成手段にマイクロレンズアレー３
を用いた場合、そのマイクロレンズアレー３の照明面積
を調節できるようにした場合の実施例である。そのた
め、図８には、その説明に必要な構成要素だけを示して
あり、また、これまでに示したものと同じものには同じ
符号を付けてある。

【００７４】本実施例として示された構成は、光源手段
としてのレーザ１と、三つのレンズ２８，２９，３０
と、マイクロレンズアレー３とから成っており、レンズ
２８はレーザ１と一体的に組み付けられている。レンズ
２９とレンズ３０は光束径可変光学系を形成しており、
レーザ１から出射した光束は、レンズ２９とレンズ３０
の間隔を変えることによって、マイクロレンズアレー３
に対する照明面積を調節できるようになっている。図８
（ａ）は、そのような調節によって、マイクロレンズア
レー３を広範囲に照明している場合を示し、図８（ｂ）
は、中心部分だけを照明している場合を示している。

【００７５】また、本実施例においては、レーザ１とレ
ンズ２８との一体構成部と、レンズ２９，３０やマイク
ロレンズアレー３を含むその他の光学系とが、相対的
に、光軸に対して垂直方向へ移動可能になっていて、投
影位置調節手段を形成している。そのため、図８（ｂ）
に示したように、レンズ２９とレンズ３０の間隔を大き
くしておき、それらに対してレーザ１及びレンズ２８を
偏心させると、マイクロレンズアレー３の照明部位を調
節でき、ひいては標本の照明部位を調節できることにな
る。図８（ｃ）は、そのようにして調節した場合の一例
を示している。

【００７６】このように、本実施例によれば、レンズ２
９とレンズ３０の位置間隔を変えたり、それらとレンズ
２８を偏心させることにより、顕微鏡の視野範囲におい
て、必要な部分のみを観察することが可能になるので、
その他の部分にとらわれることなく、観察がし易いとい
う利点があるほか、レーザ１からの出射光を、制限され
た領域に集中して照明させることが可能であるため、例
えば暗い物体であっても、その部分を明るくして観察す
ることができるという利点がある。

【００７７】尚、本実施例においては、レンズ２９とレ
ンズ３０の位置間隔を変えたり、それらとレンズ２８を
偏心させたりして照明領域を調節しているが、本発明
は、このような構成のみに限定されず、種々の構成が考
えられる。例えば、予め複数の光学系を配置しておき、
それらを切り換えて使用できるようにしても差し支えな
い。また、別の二つの変形例が、図９（ａ），図９
（ｂ）に示されている。これらの変形例は、いずれもビ
ームエキスパンダ２とマイクロレンズアレー３の間に、
ミラー３１，３２を配置したものである。そして、図９
（ａ）に示した変形例は、ミラー３１を図の左右方向へ
移動させるようにしたものであり、図９（ｂ）に示した
変形例は、ミラー３２の傾きを変えるようにしたもので
ある。尚、図９（ｂ）に示した変形例においては、ミラ
ー３２の傾きを変えても、マイクロレンズアレー３に光
束が垂直に入射するようにするために、レンズ３３が配
置されている。

【００７８】次に、図１０を用いて、第５実施例を説明
する。尚、本実施例は、第１実施例における第一のリレ
ーレンズ５の配置位置に、正，負，正の３枚のレンズか
らなるズームレンズ群３４を配置しており、それによっ
て、第１実施例の場合とは、二つのガルバノミラー６，
７の機能が変わるようにしたものである。そのため、図
１に示したものと同じものには同じ符号を付け、重複し
た構成の説明は省略する。

【００７９】本実施例においても、レーザ１から出射さ
れた光束は、ビームエキスパンダ２によって広げられた
後、マイクロレンズアレー３によって複数の光束に分割
され、夫々の焦点が共焦点板４の微小開口上に形成され
ることによって、規則正しく配列した点光源が生成され
るようになっている。このようにして生成された複数の
点光源は、倍率可変光学系即ちズームレンズ群３４によ
って投影倍率を調整され、二つのガルバノミラー６，
７、リレーレンズ８、対物レンズ９を経て、標本１７上
に投影される。また、その投影に際して、二つのガルバ
ノミラー６，７は、制御装置１３によって、走査の原点
を調節できるようになっていて、標本１７上における照
明位置を調節できるようになっている。

【００８０】このように、本実施例によれば、ズームレ
ンズ群３４を調節することにより、標本１７上における
照明面積を変えることが可能となり、また、二つのガル
バノミラー６，７の走査原点を調節することにより、標
本１７上における照明位置も変えることができるように
なっている。そのため、標本視野上の必要な箇所のみを
照明して、不要な照明を避けるようにすることが可能に
なる。更に、投影倍率を下げることにより、各点光源
の、標本上での間隔が狭くなるため、一画面を生成する
のに必要な走査時間を短縮することも可能になる。

【００８１】尚、本実施例においては、投影倍率に対応
して、対物レンズ９の瞳位置における各点光源の光束径
が変化するが、投影倍率が最大のときに、その光束径が
対物レンズ９の瞳径を満たすようにしておけば、対物レ
ンズ９の解像力を確保することが可能になる。

【００８２】以上説明したことからも明らかなように、
各請求項に記載の構成のほか、以下に示す構成も本願発
明の特徴である。 （１）前記標本像生成手段が、像形成手段と画像記憶装
置とを含んでおり、前記画像記憶装置には、前記受光素
子の夫々の受光面上での位置座標と前記走査手段の与え
る偏向量とから演算される標本の位置を表す番地が設定
されていて、それらの番地に、前記像形成手段が、前記
受光素子からの信号に対応した値を書き込むことにより
標本像を形成するようにしたことを特徴とする請求項１
に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２）前記複数の点光源又はそれに準じる焦点は、互い
に所定の角度をなす二組の等間隔な平行線によって形成
される交点上に配置され、前記走査手段が焦点によって
分割される平行四辺形の小領域を走査するようにしたこ
とを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の走査型
共焦点顕微鏡。 （３）前記の所定の角度が直角であり、前記の小領域の
形状が長方形又は正方形であることを特徴とする上記
（２）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （４）前記複数の点光源又はそれに準じる焦点は、前記
走査手段の走査方向に対して微小な角度をなす等間隔な
平行線上に等間隔に配置されており、また、前記走査手
段は、一方向のみに走査を行う走査手段であることを特
徴とする請求項１又は上記（１）に記載の走査型共焦点
顕微鏡。 （５）前記した微小な角度は、前記走査手段によって前
記複数の点光源又はそれに準じる焦点が走査されたと
き、隣接する走査軌跡が接するか又は一部が重なり合う
ように定められていることを特徴とする上記（４）に記
載の走査型共焦点顕微鏡。 （６）前記受光素子がイメージセンサであることを特徴
とする請求項１、又は上記（１）〜（５）の何れかに記
載の走査型共焦点顕微鏡。 （７）前記受光素子は、前記検出側微小開口と相似形に
配列されたフォトマルチプライアであることを特徴とす
る請求項１、又は上記（１）〜（５）の何れかに記載の
走査型共焦点顕微鏡。 （８）前記受光素子は、前記検出側微小開口と相似形に
配列されたフォトンカウンタであることを特徴とする請
求項１、又は上記（１）〜（５）の何れかに記載の走査
型共焦点顕微鏡。 （９）前記走査手段が、ガルバノミラーであることを特
徴とする請求項１、又は上記（１）〜（８）の何れかに
記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１０）前記走査手段が、ポリゴンミラーであることを
特徴とする請求項１、又は上記（１）〜（８）の何れか
に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１１）前記走査手段が、音響光学素子であることを特
徴とする請求項１、又は上記（１）〜（８）の何れかに
記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１２）前記多重点光源生成手段が、一つ若しくは複数
の点光源又はそれに準じる光を生成する光源手段と、前
記光源手段からの光束を複数の光束に分割する光束分割
手段と、前記光束分割手段により分割された複数の光束
から複数の焦点を生成する多重焦点生成手段とから成っ
ていることを特徴とする請求項１、又は上記（１）〜
（１１）の何れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１３）前記光束分割手段と前記多重焦点生成手段は、
マイクロレンズアレーで兼ねていることを特徴とする上
記（１２）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１４）前記光束分割手段が、マイクロレンズアレーで
あり、前記多重焦点生成手段が、前記マイクロレンズア
レーの焦点位置に複数の小開口を有する多孔板であるこ
とを特徴とする上記（１２）に記載の走査型共焦点顕微
鏡。 （１５）前記多孔板の小開口は、前記検出側微小開口も
兼ねていることを特徴とする上記（１４）に記載の走査
型共焦点顕微鏡。 （１６）前記光束分割手段と前記多重焦点生成手段は、
複数の光ファイバで兼ねていることを特徴とする上記
（１２）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１７）前記光源手段が、レーザ光源であることを特徴
とする上記（１２）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （１８）前記多重点光源生成手段が、ダイオードレーザ
マトリクスであることを特徴とする請求項１、又は上記
（１）〜（１１）の何れかに記載の走査型共焦点顕微
鏡。 （１９）前記標本像生成手段が、像形成手段と画像記憶
装置とを含んでおり、前記画像記憶装置には、前記受光
素子の夫々の受光面上での位置座標と前記走査手段の与
える偏向量とから演算される標本の位置を表す番地が設
定されていて、それらの番地に、前記像形成手段が、前
記受光素子からの信号に対応した値を書き込むことによ
り標本像を形成するようにしたことを特徴とする請求項
２に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２０）前記複数の線光源又はそれに準じる線状焦点
は、互いに平行で等間隔に配列され、また、前記走査手
段は前記複数の線光源又はそれに準じる線状焦点と所定
の角度をなす方向に一方向のみに走査を行う走査手段で
あることを特徴とする請求項２又は上記（１９）に記載
の走査型共焦点顕微鏡。 （２１）前記走査手段は、前記複数の線光源又はそれに
準じる線状焦点は、その線と直角をなす方向に一方向の
みに走査を行う走査手段であることを特徴とする上記
（２０）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２２）前記受光素子は、前記検出側線状開口と相似形
に配列されたラインセンサであることを特徴とする請求
項２、又は上記（１９）〜（２１）の何れかに記載の走
査型共焦点顕微鏡。 （２３）前記走査手段が、ガルバノミラーであることを
特徴とする請求項２、又は上記（１９）〜（２２）の何
れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２４）前記走査手段が、ポリゴンミラーであることを
特徴とする請求項２、又は上記（１９）〜（２２）の何
れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２５）前記走査手段が、音響光学素子であることを特
徴とする請求項２、又は上記（１９）〜（２２）の何れ
かに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２６）前記多重線光源生成手段が、一つ若しくは複数
の点光源又はそれに準じる光を生成する光源手段と、前
記光源手段からの光束を複数の光束に分割する光束分割
手段と、前記光束分割手段により分割された複数の光束
から複数の線状焦点を生成する線状焦点生成手段とから
成っていることを特徴とする請求項２、又は上記（１
９）〜（２５）の何れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２７）前記線状焦点生成手段は、シリンドリカルレン
ズアレーを含んでいることを特徴とする上記（２６）に
記載の走査型共焦点顕微鏡。 （２８）前記線状焦点生成手段は、前記シリンドリカル
レンズアレーと、該シリンドリカルレンズアレーの焦点
位置に複数の線状開口を有するスリット板とから成るこ
とを特徴とする上記（２７）に記載の走査型共焦点顕微
鏡。 （２９）前記スリット板は、前記検出側線状開口も兼ね
ていることを特徴とする上記（２８）に記載の走査型共
焦点顕微鏡。 （３０）前記光源手段が、レーザ光源であることを特徴
とする上記（２６）に記載の走査型共焦点顕微鏡。 （３１）前記光束分割手段が、複数の光ファイバでであ
ることを特徴とする上記（２６）〜（３０）の何れかに
記載の走査型共焦点顕微鏡。 （３２）前記光束分割手段が、シリンドリカルレンズア
レーであることを特徴とする上記（２６）〜（３０）の
何れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （３３）前記光源手段と前記光束分割手段を、レーザー
アレーが兼ねていることを特徴とする上記（２６）〜
（２９）の何れかに記載の走査型共焦点顕微鏡。 （３４）前記標本像生成手段が、像形成手段と画像記憶
装置とを含んでおり、前記画像記憶装置には、前記受光
素子の夫々の受光面上での位置座標と前記走査手段の与
える偏向量とから演算される標本の位置を表す番地が設
定されていて、それらの番地に、前記像形成手段が、前
記受光素子からの信号に対応した値を書き込むことによ
り標本像を形成するようにしたことを特徴とする請求項
３に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （３５）前記複数の焦点は、互いに所定の角度をなす二
組の等間隔な平行線によって形成される交点上に配置さ
れ、前記走査手段が焦点によって分割される平行四辺形
の小領域を走査するようにしたことを特徴とする請求項
３又は上記（３４）に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （３６）前記の所定の角度が直角であり、前記の小領域
の形状が長方形又は正方形であることを特徴とする上記
（３５）に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （３７）前記複数の焦点は、前記走査手段の走査方向に
対して微小な角度をなす等間隔な平行線上に等間隔に配
置されており、また、前記走査手段は、一方向のみに走
査を行う走査手段であることを特徴とする請求項３又は
上記（３４）に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （３８）前記した微小な角度は、前記走査手段によって
前記複数の焦点が走査されたとき、隣接する走査軌跡が
接するか又は一部が重なり合うように定められているこ
とを特徴とする上記（３７）に記載の走査型蛍光顕微
鏡。 （３９）前記受光素子は、前記焦点と略共役な位置に配
列されたフォトンカウンタであることを特徴とする請求
項３、又は上記（３４）〜（３６）の何れかに記載の走
査型蛍光顕微鏡。 （４０）前記走査手段が、ガルバノミラーであることを
特徴とする請求項３、又は上記（３４）〜（３９）の何
れかに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （４１）前記走査手段が、ポリゴンミラーであることを
特徴とする請求項３、又は上記（３４）〜（３９）の何
れかに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （４２）前記走査手段が、音響光学素子であることを特
徴とする請求項３、又は上記（３４）〜（３９）の何れ
かに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （４３）前記光束分割手段と前記多重焦点生成手段を、
マイクロレンズアレーで兼ねていることを特徴とする請
求項３、又は上記（３４）〜（４２）の何れかに記載の
走査型蛍光顕微鏡。 （４４）前記光束分割手段と前記多重焦点生成手段を、
複数の光ファイバが兼ねていることを特徴とする請求項
３、又は上記（３４）〜（４２）の何れかに記載の走査
型蛍光顕微鏡。 （４５）前記標本像生成手段が、像形成手段と画像記憶
装置とを含んでおり、前記画像記憶装置には、前記受光
素子の夫々の受光面上での位置座標と前記走査手段の与
える偏向量とから演算される標本の位置を表す番地が設
定されていて、それらの番地に、前記像形成手段が、前
記受光素子からの信号に対応した値を書き込むことによ
り標本像を形成するようにしたことを特徴とする請求項
４に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （４６）前記複数の線状焦点は、互いに平行で等間隔に
配列されており、また、前記走査手段は前記複数の線状
焦点と所定の角度をなす方向に一方向のみに走査を行う
走査手段であることを特徴とする請求項４又は上記（４
５）に記載の走査型蛍光顕微鏡。 （４７）前記走査手段は、前記複数の線状焦点の線と直
角をなす方向に一方向のみに走査を行う走査手段である
ことを特徴とする上記（４６）に記載の走査型蛍光顕微
鏡。 （４８）前記受光素子は、前記複数の線状焦点と略共役
な位置に配列されたラインセンサであることを特徴とす
る請求項４、又は上記（４５）〜（４７）の何れかに記
載の走査型蛍光顕微鏡。 （４９）前記走査手段が、ガルバノミラーであることを
特徴とする請求項４、又は上記（４５）〜（４８）の何
れかに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （５０）前記走査手段が、ポリゴンミラーであることを
特徴とする請求項４、又は上記（４５）〜（４８）の何
れかに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （５１）前記走査手段が、音響光学素子であることを特
徴とする請求項４、又は上記（４５）〜（４８）の何れ
かに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （５２）前記光束分割手段が、複数の光ファイバである
ことを特徴とする請求項４、又は上記（４５）〜（５
１）の何れかに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （５３）前記多重線状焦点生成手段が、シリンドリカル
レンズアレーであることを特徴とする請求項４、又は上
記（４５）〜（５２）の何れかに記載の走査型蛍光顕微
鏡。 （５４）前記光束分割手段と前記多重線状焦点生成手段
を、シリンドリカルレンズアレーが兼ねていることを特
徴とする請求項４、又は上記（４５）〜（５１）の何れ
かに記載の走査型蛍光顕微鏡。 （５５）前記光束分割手段が、シリンドリカルレンズア
レーであり、また、前記多重線状焦点生成手段が、前記
シリンドリカルレンズアレーの焦点位置に複数の線状開
口を有するスリット板であることを特徴とする請求項
４、又は上記（４５）〜（５１）の何れかに記載の走査
型蛍光顕微鏡。 （５６）光束分割数調節手段が備えられて、前記光束分
割手段によって分割される光束の数を調節できるように
したことを特徴とする請求項３若しくは４、又は上記
（１２）〜（１７）、（２６）〜（３２）、（３４）〜
（５５）の何れかに記載の走査型顕微鏡。 （５７）前記光束分割数調節手段が、前記光源手段と前
記光束分割手段との間に配置された光束径可変光学系で
あることを特徴とする上記（５６）に記載の走査型顕微
鏡。 （５８）投影倍率調節手段が、前記多重点光源生成手段
と標本との間に配置されており、標本上に対する前記複
数の点光源又はそれに準じる焦点の投影倍率を調節でき
るようにしたことを特徴とする請求項１若しくは３、又
は上記（１）〜（１８）、（３４）〜（４４）、（５
６）、（５７）の何れかに記載の走査型顕微鏡。 （５９）投影倍率調節手段が、前記多重線光源生成手段
と標本との間に配置されており、標本上に対する前記複
数の線光源又はそれに準じる線状焦点の投影倍率を調節
できるようにしたことを特徴とする請求項２若しくは
４、又は上記（１９）〜（３３）、（４５）〜（５７）
の何れかに記載の走査型顕微鏡。 （６０）投影位置調節手段が備えられていて、前記複数
の点光源又はそれに準じる焦点の標本上への投影位置を
調節できるようにしたことを特徴とする請求項１若しく
は３、又は上記（１）〜（１８）、（３４）〜（４
４）、（５６）〜（５９）の何れかに記載の走査型顕微
鏡。 （６１）投影位置調節手段が備えられていて、前記複数
の線光源又はそれに準じる線状焦点の標本上への投影位
置を調節できるようにしたことを特徴とする請求項２若
しくは４、又は上記（１９）〜（３３）、（４５）〜
（５９）の何れかに記載の走査型顕微鏡。 （６２）前記投影位置調節手段が、前記多重点光源生成
手段と標本との間に配置された光束偏向手段であること
を特徴とする上記（６０）又は（６１）に記載の走査型
顕微鏡。 （６３）前記投影位置調節手段を、前記走査手段が兼ね
ていることを特徴とする上記（６０）又は（６１）に記
載の走査型顕微鏡。 （６４）投影位置調節手段が、前記光源手段と前記光束
分割手段の間に配置されており、前記光源手段を発した
光束が前記光束分割手段に入射する位置を調節できるよ
うにしたことを特徴とする請求項３若しくは４、又は上
記（１２）〜（１７）、（２６）〜（３２）、（３４）
〜（５５）の何れかに記載の走査型顕微鏡。

【００８３】

【発明の効果】上記のように、本発明の走査型顕微鏡に
よれば、照明効率が良く且つリアルタイムで観察でき、
また、高感度な受光素子を使用することができるため
に、例えば蛍光観察のように、非常に暗い標本像の観察
も可能となり、更に、共焦点顕微鏡の有する高解像性を
損なわず且つ広い視野を有したままで受光素子の総数を
少なくし、消費電力を少なくすることが可能となる。ま
た、必要に応じて、標本視野内の所望の領域のみを効率
よく観察できるようにすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成図である。

【図２】第１実施例に採用することの可能な走査軌跡を
示す図であって、図２（ａ），図２（ｂ）は、夫々、点
光源が正方配列と六方格子配列されているときの一方向
繰り返し走査の場合を示し、図２（ｃ）は、点光源が正
方配列されているときの折り返し走査の場合を示してい
る。

【図３】第１実施例の変形例を示す構成図である。

【図４】図３におけるダイオードレーザマトリックスの
構造を示した説明図である。

【図５】第２実施例の構成図である。

【図６】第３実施例の構成図である。

【図７】図７（ａ）は第３実施例における焦点の配列と
走査軌跡との関係を示す図であって、図７（ｂ）は図７
（ａ）の部分拡大図である。

【図８】第４実施例の構成図であって、マイクロレンズ
アレーの照明領域の調節状態を示すものであり、図８
（ａ）は広範囲の照明状態、図８（ｂ）は中心部分の照
明状態、図８（ｃ）は軸外部分の照明状態を示してい
る。

【図９】第４実施例の変形例を示す構成図であって、図
９（ａ）はミラーを直線的に移動させるようにした場合
を示し、図８（ｂ）はミラーの傾きを変えるようにした
場合を示している。

【図１０】第５実施例の構成図である。

【図１１】従来例の基本構成図である。

【図１２】他の従来例の基本構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ ２ ビームエキスパンダ ３ マイクロレンズアレー ４ 共焦点板 ５，８ リレーレンズ ６，７ ガルバノミラー ９ 対物レンズ １０ ハーフミラー １１ 撮像レンズ １２ イメージセンサ １３ 制御装置 １４ 演算装置 １５ 記憶装置 １６ テレビモニタ １７ 標本 １８ ダイオードレーザマトリック
ス １８ａ 活性領域 １８ｂ 基板 １９ 光ファイバ ２０ シリンドリカルレンズアレー ２１，３１，３２ ミラー ２２ ラインセンサ ２３ ステージ駆動装置 ２４ チタンサファイアレーザ ２５ ダイクロイックミラー ２６ 吸収フィルタ ２７ フォトンカウンタ ２８，２９，３０，３３ レンズ ３４ ズームレンズ群

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 規則正しく配列された複数の点光源又は
   それに準じる焦点を生成する多重点光源生成手段と、複
   数の前記点光源又はそれに準じる焦点によって分割され
   た小領域で走査を行う走査手段と、前記複数の点光源又
   はそれに準じる焦点と共役な位置に配置された複数の検
   出側微小開口と、前記複数の検出側微小開口を透過した
   光を夫々独立に受光する複数の受光素子からなる受光手
   段と、前記走査手段の与える偏向量及び前記受光手段に
   よって受光された信号より標本の像を形成する標本像生
   成手段とを備えていることを特徴とする走査型共焦点顕
   微鏡。
2. 【請求項２】 規則正しく配列された複数の線光源又は
   それに準じる線状焦点を生成する多重線光源生成手段
   と、隣接した前記線光源又はそれに準じる線状焦点によ
   って挟まれた小領域で走査を行う走査手段と、前記複数
   の線光源又はそれに準じる線状焦点と共役な位置に配置
   された検出側線状開口と、前記検出側線状開口と共役な
   位置に配置された複数の受光素子からなる受光手段と、
   前記走査手段の与える偏向量及び前記受光手段によって
   受光された信号より標本の像を形成する標本像生成手段
   とを備えていることを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 超短パルスレーザよりなる光源手段と、
   前記光源手段からの光束を複数の光束に分割する光束分
   割手段と、前記光束分割手段により分割された複数の光
   束から規則正しく配列した複数の焦点を生成する多重焦
   点生成手段と、複数の前記焦点によって分割された小領
   域で走査を行う走査手段と、前記複数の焦点の略共役位
   置に配置された複数の受光素子からなる受光手段と、前
   記走査手段の与える偏向量及び前記受光手段によって受
   光された信号より標本の蛍光像を形成する標本像生成手
   段とを備えていることを特徴とする走査型蛍光顕微鏡。
4. 【請求項４】 超短パルスレーザよりなる光源手段と、
   前記光源手段からの光束を複数の光束に分割する光束分
   割手段と、前記光束分割手段により分割された複数の光
   束から規則正しく配列した複数の線状焦点を生成する多
   重線状焦点生成手段と、隣接する前記線状焦点によって
   挟まれた小領域で走査を行う走査手段と、前記複数の線
   状焦点の略共役位置に配置された複数の受光素子からな
   る受光手段と、前記走査手段の与える偏向量及び前記受
   光手段によって受光された信号より標本の蛍光像を形成
   する標本像生成手段とを備えていることを特徴とする走
   査型蛍光顕微鏡。