JP5012071B2 - スリット走査共焦点顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、スリット走査共焦点顕微鏡に関するものである。

一般に用いられるスリット走査共焦点顕微鏡は、光源からの光を第１のスリットを通過させ、第１のスリットの像を、走査光学系を介して走査光として、対物レンズにより試料上に結像させ、試料からの反射光又は蛍光を、前記対物レンズと前記走査光学系を逆に通過させて非走査光に変え、第１のスリットと光学的に共役な位置に置かれた第２のスリットを通し、第２のスリットを通った光の強度を検出器（１次元撮像素子）により測定し、前記走査光学系の偏向量を勘案して、画像データを構成するものである。走査光学系には、ガルバノミラー等が使用され、スリットの長さ方向と直角な方向に一次元走査を行う。なお、走査光学系は必ずしも必要ではなく、例えば、光源、照明光学系、結像光学系、スリット等を一体に移動させることにより走査を行ってもよい。

なお、レーザー共焦点走査顕微鏡に関しては「第５・光の鉛筆 / 鶴田匡夫 /新技術コミュニケーションズ p177〜」（非特許文献１）に詳しく記載されている。スリット走査共焦点顕微鏡は、レーザー共焦点走査顕微鏡が使用しているピンホールをスリットに変えたものである。
第５・光の鉛筆 / 鶴田匡夫 /新技術コミュニケーションズ p177〜

共焦点顕微鏡においては、ピンホール状の光源を用いて試料を走査し、光源と共役な位置に置かれたピンホールを透過した光のみを検出しているため、光源像の上下から放出された光は検出器側のピンホールを通過することができないので、試料の深さ方向において高い分解能を有する。しかし、１点づつ試料上を走査するため、計測時間がかかる。

スリット走査共焦点顕微鏡は、レーザー共焦点走査顕微鏡に対して、スリットを使用しているため、測定時間は短いが、試料内の結像面近傍以外の深さ位置からの光が、スリット状検出器で受光されるので、試料の深さ方向の分解能（解像度）が低いという問題があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、試料の深さ方向の分解能を高めることができるスリット走査共焦点顕微鏡を提供することを課題とする。

前記課題を達成するための第１の手段は、スリット状光源の像を試料の上に結像させる照明光学系と、前記試料からの反射光、透過光又は蛍光を、前記光源と光学的に共役な位置に配置された１次元撮像素子の上に結像させる結像光学系とを有するスリット走査共焦点顕微鏡であって、前記スリット状光源のスリットの幾何学的像の領域に相当する前記１次元撮像素子の幅方向の両側に、第１及び第２の補助１次元撮像素子が設けられていることを特徴とするスリット走査共焦点顕微鏡である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記１次元撮像素子の単位画素の出力から、その幅方向に位置する前記第１及び第２の補助１次元撮像素子の単位画素の出力の和を引いたものを、各々の前記１次元撮像素子の単位画素の修正出力とする処理部を有することを特徴とする前記第１の手段であるスリット走査共焦点顕微鏡である。

本発明によれば、試料の深さ方向の分解能を高めることができるスリット走査共焦点顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態の１例であるスリット走査共焦点顕微鏡の原理を示す概要図である。図１（ａ）においては、光軸方向をＺ軸、スリット状光源１のスリット長さ方向をｙ軸、スリット幅方向をｘ軸にとる。

スリット状光源１（２次光源である場合もある）から放出された光は、照明光学系２により、試料３上の結像面（ｘｓ−ｙｓ平面）に、スリット状光源１の像を結像する。これにより、試料３から発生する蛍光、反射光、又は透過光（図においては透過光の例を示している）は、結像光学系４により、試料３から発生する蛍光、反射光、又は透過光の像を、１次元撮像素子であるラインセンサ５上（ｘｄ−ｙｄ平面）に結像する。

ラインセンサ５の位置は、照明光学系２及び試料３に対して、スリット状光源１と共役にされている。よって、試料３内の結像面（ｘｓ−ｙｓ平面）から発する光が、ラインセンサ５上（ｘｄ−ｙｄ平面）上に焦点を結ぶことになる。

図１（ｂ）は、ラインセンサ５の配置を示す図である。この実施の形態においては、ラインセンサ５は、３つのラインセンサから成り立っている。そのうち、ラインセンサｂが、照明光学系２及び結像光学系４を介してスリット光源１と共役な位置に置かれている。実際には、スリット状光源からの光は、試料上で広がりを持ち、ラインセンサの前に絞りが配置されていないので、ラインセンサ上でスリットの幾何学的像の領域よりも広がった領域を照明する。このため、スリットの幾何学像の領域に相当するラインセンサｂ以外のラインセンサａ、ｃからも信号が得られる。ラインセンサａ、ｃは、ラインセンサｂの幅方向両側に設けられた補助ラインセンサである。

このスリット走査共焦点顕微鏡においては、ラインセンサａ、ｂ、ｃの各々の出力を処理する。ラインセンサｂから得られる信号Ｓｂは、従来のスリット走査共焦点顕微鏡から得られる信号と同じである。

図２は、試料において、照射されている試料の領域Ａを示す図である。領域Ａは、試料３上の結像面（ｘｓ−ｙｓ平面）上において一番絞られているが、ｚ軸方向にも広がっている。なお、図２の領域ＡのＸｓ軸上の部分が結像面近傍に相当する。前述のように、スリット走査共焦点顕微鏡においては、ピンホールを用いていないので、試料深さ方向の分解能が低く、信号Ｓｂに含まれる試料情報の領域は図３（ａ）に示すように、照射されている試料の領域Ａと全てが重なった領域Ｂとなる。この信号Ｓｂには、結像面近傍以外の領域から発する光の一部も含まれる。

これに対し、信号Ｓａに含まれる試料情報の領域は、ラインセンサａがラインセンサｂの位置よりずれているので図３（ｂ）にＣで示すようになる。同様、信号Ｓｃに含まれる試料情報の領域は、ラインセンサｃがラインセンサｂの位置よりずれているので図３（ｃ）にＤで示すようになる。これには、結像面近傍以外の領域から発する光の一部も含まれる。信号Ｓｂ中に含まれる結像面近傍以外の領域から発する光の情報は、信号Ｓａと信号Ｓｃの和と、ほぼ等価とみなせる。

よって、横方向（ｘ方向）に並んだ画素同士で｛Ｓｂ−（Ｓａ＋Ｓｃ）｝を演算すれば、この差分に含まれている試料情報の領域は図３（ｄ）にＦで示す領域となり、図３（ａ）に示すＢの領域に比して、ｚ方向の領域が狭くなっている。これは、すなわち、試料深さ方向の分解能（解像度）が高くなっていることを意味する。よって、この差分出力をラインセンサｂの修正出力として用いて画像を形成すれば、試料深さ方向に高い分解能を有する画像が得られる。

なお、図１においては走査機構の説明を省略しているが、走査機構は従来のスリット走査共焦点顕微鏡と変わるところが無く、従来のものをそのまま使用できる。

本発明の実施の形態の１例であるスリット走査共焦点顕微鏡の原理を示す概要図と、ラインセンサの配列を示す図である。 試料において、照射されている試料の領域を示す図である。 各ラインセンサの信号に含まれている試料情報の領域と、演算結果に含まれている試料情報の領域を示す図である。

符号の説明

１…スリット状光源、２…照明光学系、３…試料、４…結像光学系、５…ラインセンサ、ａ，ｂ，ｃ…ラインセンサ

Claims (2)

1. スリット状光源の像を試料の上に結像させる照明光学系と、
   前記試料からの反射光、透過光又は蛍光を、前記光源と光学的に共役な位置に配置された１次元撮像素子の上に結像させる結像光学系とを有するスリット走査共焦点顕微鏡であって、前記スリット状光源のスリットの幾何学的像の領域に相当する前記１次元撮像素子の幅方向の両側に、第１及び第２の補助１次元撮像素子が設けられていることを特徴とするスリット走査共焦点顕微鏡。
2. 前記１次元撮像素子の単位画素の出力から、その幅方向に位置する前記第１及び第２の補助１次元撮像素子の単位画素の出力の和を引いたものを、各々の前記１次元撮像素子の単位画素の修正出力とする処理部を有することを特徴とする請求項１に記載のスリット走査共焦点顕微鏡。

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