專利名稱：共焦點(diǎn)顯微鏡及采用它的熒光測量方法和偏振光測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)生物體組織或生物體組織發(fā)出的熒光進(jìn)行觀察等時(shí)所使用得共焦點(diǎn)顯微鏡，并涉及高靈敏度、橫方向、深度方向的分辯率好、能夠進(jìn)行大范圍的動(dòng)態(tài)觀察的、采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，以及基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的熒光測量方法和基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法。
背景技術(shù)：
過去，在生命科學(xué)的研究領(lǐng)域中，在對(duì)生物體組織或添加了熒光試劑的生物體組織試樣的熒光發(fā)光的觀察中，使用了共焦點(diǎn)顯微鏡。共焦點(diǎn)顯微鏡在深度方向上具有高分辯率，所以，主要用于生物體試樣的三維觀察等中。
在圖19中表示共焦點(diǎn)顯微鏡的現(xiàn)有例1(參照例如非專利文獻(xiàn)1)。激光161由光束分離器162反射，由物鏡163在試樣164上成像。然后，由試樣164反射的反射光、或者熒光166透射光束分離器162，通過反射鏡167和透鏡169而進(jìn)入檢測器171內(nèi)。在此，由于在檢測器171的前面放置針孔170，所以能夠除去從焦點(diǎn)面以外發(fā)生的光束，獲得明確的圖像。為了觀察整個(gè)試樣164，使放有試樣164的載物臺(tái)在平面內(nèi)移動(dòng)，即進(jìn)行掃描172，以進(jìn)行觀察。
在共焦點(diǎn)顯微鏡中不進(jìn)行試樣移動(dòng)而高速掃描的方法是1884年由Paul Nipkow發(fā)明的尼普科夫掃描圓盤方式。圖20表示現(xiàn)有例2的采用尼普科夫掃描圓盤的多重共焦點(diǎn)顯微鏡的掃描方式原理(參見例如下列專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2)。
在多重共焦點(diǎn)顯微鏡180中激光181入射到共焦點(diǎn)用掃描裝置190內(nèi)。共焦點(diǎn)用掃描裝置190的構(gòu)成部分有由2塊圓盤構(gòu)成的聚光盤191和針孔盤192、圓筒194和光束分離器182。聚光盤191和針孔盤192由圓筒194來進(jìn)行保持，利用馬達(dá)195進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
在此，激光181通過設(shè)置在聚光盤上的多個(gè)針孔193。該通過的光再經(jīng)過光束分離器182，通過透鏡183在被觀察物184上形成多個(gè)焦點(diǎn)。然后，來自被觀察物184的反射光通過光束分離器182使光路相對(duì)入射方向彎曲90°，利用透鏡185在相機(jī)186上成像。這樣來提高光的利用效率，實(shí)現(xiàn)多個(gè)焦點(diǎn)同時(shí)檢測的多重共焦點(diǎn)顯微鏡。
圖21表示現(xiàn)有例3的多重共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)(例如參見下述專利文獻(xiàn)2)。多重共焦點(diǎn)顯微鏡200具有和圖18的現(xiàn)有例1相同的光學(xué)系統(tǒng)。但不同點(diǎn)是在入射光的光路上設(shè)有液晶單元203。入射光201通過光束分離器202，經(jīng)過液晶單元203之后，被物鏡204聚光于試樣205上。來自試樣205的反射光，經(jīng)過光束分離器202，通過透鏡207，反射光208在相機(jī)209中成像。
在此，入射光201通過作為液晶單元的1個(gè)像素的開口部203a，在試樣205的210a點(diǎn)上成像。然后，若對(duì)作為液晶單元的另一像素的203b進(jìn)行開口，則入射光在試樣205的210b的點(diǎn)上成像。這樣，試樣205的掃描，是通過依次對(duì)位于液晶單元平面上的像素，進(jìn)行使入射光201通斷的所謂X-Y掃描來進(jìn)行的。
在下述專利文獻(xiàn)3和4中公開了一種DNA檢查裝置，具有把入射光源制成多光束的多點(diǎn)陣列，對(duì)由所照射的激勵(lì)光產(chǎn)生的熒光進(jìn)行共焦點(diǎn)檢測。
專利文獻(xiàn)特開平5-60980號(hào)公報(bào)；特開平5-210051號(hào)公報(bào)；特開2001-108684號(hào)公報(bào)；特開2001-208688號(hào)公報(bào)；非專利文獻(xiàn)Mark Schena著，加藤郁之進(jìn)監(jiān)譯“DNA微陣列基片”，九善株式會(huì)社，2000年，P.19～45；川村信一郎及其他3人，“共焦點(diǎn)顯微鏡激光顯微鏡掃描器和CCD相機(jī)”橫河技報(bào)，2001年，Vol.45，No.2，P.112-114。
但是，現(xiàn)有例1的試樣掃描型的共焦點(diǎn)顯微鏡，由于進(jìn)行單焦點(diǎn)下的檢測，所以觀察寬大的區(qū)域時(shí)必須進(jìn)行掃描，很難進(jìn)行熒光等實(shí)時(shí)觀察。
現(xiàn)有例2的多重共焦點(diǎn)顯微鏡，因?yàn)橥瑫r(shí)檢測多個(gè)點(diǎn)，所以，入射到鄰接的焦點(diǎn)內(nèi)的光之間產(chǎn)生干涉。將其稱為交調(diào)失真(cross talk)。由于該干涉而產(chǎn)生的入射光強(qiáng)度分布，形成明暗花紋的干涉條紋。由于上述原因，照明光強(qiáng)度分布變得不均勻，存在有觀察圖像的橫分辯率降低的問題。并且，存在有各焦點(diǎn)的光強(qiáng)度不一致的問題。再者，作為共焦點(diǎn)顯微鏡的應(yīng)用，在檢測器上不能一次觀察到來自DNA芯片的誤差大的熒光信號(hào)。
在現(xiàn)有例3的多重共焦點(diǎn)顯微鏡中，通過依次對(duì)液晶單元的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行開關(guān)來進(jìn)行掃描，因此像現(xiàn)有例2的掃描那樣，不需要機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)。但是，為了使液晶單元的各像素通斷，必須進(jìn)行像素?cái)?shù)量的X-Y掃描，所以掃描一個(gè)畫面所需要的時(shí)間長，很難實(shí)時(shí)地檢測出整個(gè)試樣的熒光等。
并且，在上述專利文獻(xiàn)3的DNA檢查裝置中，從多點(diǎn)陣列中入射的光之間產(chǎn)生干涉，并發(fā)生交調(diào)失真，和現(xiàn)有例2的共焦點(diǎn)顯微鏡一樣，由于照明光強(qiáng)度分布不均勻，所以觀察圖像的橫分辯率降低。
再者，在上述專利文獻(xiàn)4的DNA檢測裝置中，利用偏振光元件來形成多點(diǎn)陣列。和現(xiàn)有例1的共焦點(diǎn)顯微鏡一樣，對(duì)試樣載物臺(tái)進(jìn)行平面內(nèi)的掃描，以此進(jìn)行觀察。與現(xiàn)有例1的多重共焦點(diǎn)顯微鏡的單焦點(diǎn)的情況相比較，雖然掃描所需的時(shí)間縮短，但為了觀察寬闊的區(qū)域，必須進(jìn)行掃描，很難實(shí)時(shí)地觀察熒光等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種靈敏度高、橫方向、深度方向分辨率高，能夠?qū)掗焻^(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察的、采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，以及基于采用了液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的熒光測量方法以及基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法。
并且，本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，具有入射光學(xué)系統(tǒng)，從照明光源將經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的偏振光通過矩陣式液晶器件和物鏡入射到被觀察物，在所述矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、微透鏡陣列；檢測光學(xué)系統(tǒng)，包含攝像器件，該攝像器件通過光束分離器和透鏡來檢測來自被觀察物的反射光或熒光；以及控制系統(tǒng)，包括對(duì)矩陣式液晶器件的各像素進(jìn)行控制的液晶控制部、以及照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制控制部，其特征在于，使每個(gè)透射了微透鏡陣列的微透鏡的光，透射矩陣式液晶器件的各像素，利用物鏡在被觀察物上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，并且，利用液晶控制部，將透射矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直，通過把來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)變換成頻率信號(hào)，進(jìn)行檢測。
在上述結(jié)構(gòu)中，最好把偏光鏡配置在矩陣式液晶器件的下部，并用矩陣式液晶的各像素來控制透射了該偏光鏡的光的偏振光。并且，最好照明光源是單一波長或多波長，利用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件中的任一個(gè)器件，進(jìn)行照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制。并且，也可以對(duì)每個(gè)像素用多個(gè)調(diào)制頻率進(jìn)行照明光源的每個(gè)單一波長的光強(qiáng)度調(diào)制。此外，最好利用高速付立葉變換，對(duì)從來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)向頻率信號(hào)的變換進(jìn)行運(yùn)算處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫M(jìn)一步對(duì)照射到被觀察物上的入射光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，所以從被觀察物來的反射光或者熒光在頻率軸上進(jìn)行信號(hào)變換，即可以高靈敏度檢測出從被觀察物來的反射光或熒光。并且，在照明光源為多波長的情況下，能夠在短時(shí)間內(nèi)以高靈敏度測量出從多波長來的反射光或熒光。
并且，本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，具有入射光學(xué)系統(tǒng)，把來自照明光源的偏振光通過第1矩陣式液晶器件入射到被觀察物，在所述第1矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、透鏡、第1微透鏡陣列；檢測光學(xué)系統(tǒng)，包含攝像器件，該攝像器件通過第2矩陣式液晶器件、聚光透鏡來檢測來自被觀察物的反射光或熒光，在該第2矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、透鏡、第2微透鏡陣列；以及控制系統(tǒng)，包含對(duì)透射第1和第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向進(jìn)行控制的第1和第2液晶控制部、以及照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制控制部，其特征在于，使每個(gè)透射了第1微透鏡陣列的微透鏡的光，透射第1矩陣式液晶器件的各像素，在被觀察物上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，再使每個(gè)透射了第2微透鏡陣列的微透鏡陣列的反射光或者熒光，透射第2矩陣式液晶器件的各像素，在攝像器件上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，并且，利用第1和第2液晶控制部來控制透射第1和第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向，通過把來自被觀察物的反射光或熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)變換成頻率信號(hào)，進(jìn)行檢測。
在上述結(jié)構(gòu)中，最好上述入射光學(xué)系統(tǒng)的第1液晶控制部把透射上述第1矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直。并且，最好上述檢測光學(xué)系統(tǒng)的第2液晶控制部把透射上述第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直。并且，也可以在上述第1矩陣式液晶器件的下部配置偏光鏡，利用上述矩陣式液晶器件的各像素來控制透射該偏光鏡的光的偏振光。最好上述照明光源是單一波長或多波長，利用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件中的任一個(gè)，進(jìn)行照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制。并且，也可以對(duì)每個(gè)像素用多個(gè)調(diào)制頻率進(jìn)行上述照明光源的每個(gè)單一波長的光強(qiáng)度調(diào)制。并且，最好利用高速付立葉變換，對(duì)從來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)向頻率信號(hào)的變換進(jìn)行運(yùn)算處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，則因?yàn)檫M(jìn)一步對(duì)照射到被觀察物上的入射光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，所以從被觀察物來的反射光或者熒光在頻率軸上進(jìn)行信號(hào)變換，即可以高靈敏度檢測出從被觀察物來的反射光或熒光。并且，在照明光源為多波長的情況下，能夠在短時(shí)間內(nèi)以高靈敏度測量出從多波長來的反射光或熒光。
本發(fā)明的利用采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡對(duì)微陣列基片進(jìn)行的熒光測量方法，其特征在于，利用有選擇地預(yù)先附加了作為標(biāo)識(shí)的熒光物質(zhì)的微陣列基片，用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡來對(duì)熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光進(jìn)行觀察。在上述結(jié)構(gòu)中，微陣列基片包含微量的DNA或生物體物質(zhì)，是將其配置成平板狀的被觀察物。并且，微陣列基片也可以是DNA芯片。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于使用本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，所以不用對(duì)微陣列基片進(jìn)行掃描，即可進(jìn)行熒光觀察。
并且，本發(fā)明的利用采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡對(duì)被觀察物進(jìn)行的偏振光測量方法，其特征在于，在對(duì)被觀察物的偏振光測量中，利用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡來測量被觀察物的反射光或熒光的偏振光。最好在采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的液晶矩陣中，通過使偏振光變化180度，對(duì)被觀察物進(jìn)行偏振光測量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡中，能夠?qū)Ρ挥^察物的反射光或熒光的偏振光進(jìn)行高效率的觀察。
根據(jù)本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，則由于采用矩陣式液晶器件，所以，不對(duì)被觀察物進(jìn)行掃描，即可一次完成對(duì)被觀察物的測量。并且，利用矩陣式液晶器件的各像素的偏振光控制，能夠減小交調(diào)干擾，提高橫方向和深度方向的分辨率。并且，在光源用單一波長或多波長進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的情況下，能夠以高靈敏度檢測反射光或熒光。
根據(jù)本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的測量方法，不對(duì)微陣列基片進(jìn)行機(jī)械掃描，即可用單一波長或多波長的熒光高效率地進(jìn)行觀察。并且，根據(jù)本發(fā)明的采用了液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法，不對(duì)被觀察的偏振光進(jìn)行機(jī)械掃描，即可用單一波長或多波長的熒光高效率地進(jìn)行觀察。


根據(jù)以下詳細(xì)的說明以及表示本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式的附圖，能夠更好地理解本發(fā)明。而且，附圖所示的各種實(shí)施例并不是意在特定或限定本發(fā)明，而僅僅是為了便于說明和理解本發(fā)明。
圖1是表示涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖2是表示矩陣式液晶器件的各像素的偏振光控制的模式圖。
圖3是表示透射圖2的矩陣式液晶器件中各像素的光的偏振光狀態(tài)的圖。
圖4是表示涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的其他結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是說明在入射光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置的偏光鏡的作用效果的概要圖。
圖6是表示涉及本發(fā)明的第2實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖7是表示采用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示涉及本發(fā)明的第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖9是表示涉及本發(fā)明的第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)例的模式圖。
圖10是表示涉及本發(fā)明的第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖11是表示涉及本發(fā)明的第4實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖12是表示涉及本發(fā)明的第4實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的一結(jié)構(gòu)例的模式圖。
圖13是表示涉及本發(fā)明的第4實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖14是表示涉及本發(fā)明的第5實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖15是表示涉及本發(fā)明的第5實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)例的模式圖。
圖16是表示采用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示涉及本發(fā)明的第6實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖18是表示采用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)的圖。
圖19是表示現(xiàn)有例1的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是表示現(xiàn)有例2的采用尼普科夫掃描圓盤(Nipkow disc)的多重共焦點(diǎn)顯微鏡的掃描方式原理的圖。
圖21是表示現(xiàn)有例3的多重共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
首先，表示本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的第1實(shí)施方式。圖1是表示涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡1具有照明光學(xué)系統(tǒng)10；包含矩陣式液晶器件、向被觀察物上形成多重焦點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)20；用于檢測來自照明被觀察物的反射光的檢測光學(xué)系統(tǒng)30；用于對(duì)來自矩陣式液晶器件和檢測光學(xué)系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)50；以及用于放置被觀察物2的載物臺(tái)3。
照明光學(xué)系統(tǒng)10由照明光源11、準(zhǔn)直儀12、第1偏光鏡13和光束分離器14構(gòu)成。照明光源11例如是激光光源，其射出的光被由透鏡12a和透鏡12b構(gòu)成的準(zhǔn)直儀12放大成所需的束徑的平行光，經(jīng)偏光鏡13入射到光束分離器14內(nèi)。激光光源的波長可以是從400nm到700nm的波長。在此，若作為照明光源11采用直線偏振光的激光光源，則能夠省略偏光鏡13。
入射光學(xué)系統(tǒng)20自上而下依次由微透鏡陣列21、矩陣式液晶器件22和物鏡23構(gòu)成。入射到光束分離器14內(nèi)的平行光被向下部方向反射，同樣光強(qiáng)度分布的光，通過設(shè)置于光束分離器14下部的微透鏡陣列21，在矩陣式液晶器件22的各像素上形成焦點(diǎn)。
該微透鏡陣列21由在與矩陣式液晶器件22的各像素22a相對(duì)應(yīng)的位置配置成陣列狀的多個(gè)微小透鏡構(gòu)成，對(duì)矩陣式液晶器件22的每個(gè)像素22a能夠高效率地入射光。入射到微透鏡陣列21內(nèi)的各光，以矩陣式液晶器件22的各像素22a為針孔而通過。以該像素22a為針孔而通過的各光先一次放大后，再通過物鏡23在被觀察物2的表面上形成多個(gè)焦點(diǎn)24。
被觀察物2被放置在載物臺(tái)3上。載物臺(tái)3由能夠向前后左右和上下方向移動(dòng)的XYZ載物臺(tái)3a和θ載物臺(tái)3b構(gòu)成。利用XYZ載物臺(tái)3a在水平面內(nèi)和垂直方向的兩個(gè)方向內(nèi)移動(dòng)調(diào)整載物臺(tái)3，這樣能夠?qū)Ρ挥^察物2進(jìn)行位置調(diào)整。并且，這時(shí)，也可以用θ載物臺(tái)3b來進(jìn)行XYZ面內(nèi)的角度調(diào)整，這樣來進(jìn)行被觀察物2的位置調(diào)整。
以下說明用檢測來自被觀察物的反射光的檢測光學(xué)系統(tǒng)。在檢測光學(xué)系統(tǒng)30中，來自被觀察物2的反射光在入射光徑路中反向前進(jìn)，通過光束分離器14入射到成像透鏡31內(nèi)，多個(gè)焦點(diǎn)32形成在攝像器件33上，使被觀察物2的反射光成像。作為攝像器件33，可以采用能夠一次接收上述成像的CCD型攝像器件和CMOS型攝像器件。并且，這些攝像器件33為了提高信噪比，也可以利用例如采用液氮或珀?duì)柼?peltier element)的冷卻裝置進(jìn)行冷卻，以減小噪聲。
在此，被觀察物的反射光有兩種情況，一是與照明光源11相同波長時(shí)的通常反射光；二是作為來自由照明光源11激勵(lì)的被觀察物的激勵(lì)光的熒光。熒光的波長通常大于照明光源的波長。所以觀察熒光時(shí)，作為光束分離器14可以采用能夠?qū)φ彰鞴庠吹牟ㄩL和熒光波長進(jìn)行分離的分色鏡等。
控制系統(tǒng)50具有個(gè)人計(jì)算機(jī)51、第1液晶控制器52、以及圖像處理裝置53。上述個(gè)人計(jì)算機(jī)51具有顯示裝置54，顯示被觀察物的圖像等。
再者，上述個(gè)人計(jì)算機(jī)51向液晶控制部52輸出對(duì)透射矩陣式液晶器件22的各像素的光的偏振光方向進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)。上述液晶控制部52是驅(qū)動(dòng)電路，用于把光的偏振光方向變換成液晶器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該光在矩陣式液晶器件22的各像素22a中旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動(dòng)電路把來自個(gè)人計(jì)算機(jī)5 1的矩陣式液晶器件22的各像素22a的偏振光信號(hào)，變換成適合于矩陣式液晶器件22的液晶器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即變換成與各像素22a有關(guān)的電壓信號(hào)。然后，由液晶控制部52對(duì)施加到各像素22a上的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，或者通過把驅(qū)動(dòng)電壓在驅(qū)動(dòng)時(shí)間中進(jìn)行變更，來對(duì)透射各像素22a的光的偏振光方向進(jìn)行控制。攝像器件33的圖像信號(hào)33a被輸出到光學(xué)系統(tǒng)50的圖像處理裝置53內(nèi)，利用個(gè)人計(jì)算機(jī)51來進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，把圖像輸出到顯示裝置54。
以下說明矩陣式液晶器件的偏振光控制。矩陣式液晶器件22的各像素22a，利用構(gòu)成控制系統(tǒng)50的第1液晶控制部51來對(duì)透射矩陣式液晶器件22的各像素22a的光的偏振光方向進(jìn)行控制。由此，使入射到相鄰的各像素內(nèi)的光的偏振光方向互相垂直。這時(shí)，對(duì)矩陣式液晶器件的全部像素同時(shí)且在對(duì)被觀察物2進(jìn)行觀察所需的時(shí)間內(nèi)被進(jìn)行控制，所以，能夠使多個(gè)焦點(diǎn)24同時(shí)形成在被觀察物上。
圖2和圖3是表示矩陣式液晶器件的各像素的偏振光控制的模式圖。如圖2所示，來自準(zhǔn)直儀12的平行光15通過第1偏光鏡13和微透鏡陣列21而入射到矩陣式液晶器件22內(nèi)。上述第1偏光鏡13是已知的結(jié)構(gòu)，例如把偏振光膜夾持在二塊玻璃片之間并貼合而構(gòu)成。
如圖2所示，入射的平行光通過第1偏光鏡13變成方向的照明偏振光16，利用矩陣式液晶的各像素22a控制入射光的偏振光16，使其變成如17a、17b、17c。在此，采用矩陣式液晶器件的偏振光17的偏振光17a、17b、17c，分別表示處于相對(duì)于照明光的偏振光16垂直、平行、垂直與平行的中間的狀態(tài)。
圖3表示透射矩陣式液晶器件22中的各像素22a的光的偏振光狀態(tài)。圖中的a和b分別表示偏振光處于與入射光平行和垂直的狀態(tài)。所以，在圖示的情況下，透射相鄰的各像素22a的光的偏振光方向互相垂直。這樣，若對(duì)透射矩陣式液晶器件22的相鄰的各像素22a的光的偏振光方向進(jìn)行控制，則互相鄰接的a和b的入射光的振動(dòng)成分相互正交，不會(huì)產(chǎn)生干涉。
這里，所干涉的像素是位于對(duì)角上的a和a以及b和b像素。位于對(duì)角上的a和a以及b和b的焦點(diǎn)的間隔與相鄰的焦點(diǎn)a和b的間隔相比，前者寬21/2，所以，若與不對(duì)相鄰的入射光的偏振光進(jìn)行控制時(shí)相比較，則能夠使相鄰的焦點(diǎn)的間隔接近到2-1/2即0.71倍。所以，與過去相比，橫向分辨率能夠提高約30％。這樣，通過使用矩陣式液晶器件，使聚光在相鄰的焦點(diǎn)上的光的偏振光方向互相垂直，所以，相鄰的照明光之間不產(chǎn)生干涉，能夠防止交調(diào)失真造成的橫向分辨率的降低。
以下說明本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的動(dòng)作。照射到被觀察物2上的光，通過微透鏡陣列21，入射到作為針孔的矩陣式液晶器件22的各像素22a內(nèi)，在被觀察物2上形成第1多個(gè)焦點(diǎn)24。再者，被觀察物2的反射光或熒光在檢測光學(xué)系統(tǒng)30中，形成第2多個(gè)焦點(diǎn)32，所以，本發(fā)明的顯微鏡作為共焦點(diǎn)顯微鏡使用。這時(shí)，在矩陣式液晶器件22的各像素22a中，能夠控制矩陣式液晶器件的各像素22a，使透射各像素22a的光的偏振光方向互相垂直。這樣，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，能夠提高橫方向和深度方向的分辨率。并且，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，就能夠高速進(jìn)行對(duì)被觀察物2的反射光或熒光的觀察。
這里，作為矩陣式液晶器件22的各像素22a的間隔的間距量，嚴(yán)密時(shí)不能獲得圖像，所以，也可以使載物臺(tái)3在X方向和Y方向上移動(dòng)一個(gè)間距量，構(gòu)成一個(gè)畫面。這里，矩陣式液晶器件22的像素的間距約為10μm～20μm。通過把采用電致伸縮元件的驅(qū)動(dòng)裝置附加到載物臺(tái)3上，來可進(jìn)行該1個(gè)間距量的載物臺(tái)的X-Y驅(qū)動(dòng)控制。
以下，示出在本發(fā)明中采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的第1實(shí)施方式的變形例。圖4表示本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)。圖4所示的共焦點(diǎn)顯微鏡1′與圖1所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡1的不同的是入射光學(xué)系統(tǒng)20。其余的照明光學(xué)系統(tǒng)10、檢測光學(xué)系統(tǒng)30、控制系統(tǒng)50和載物臺(tái)3的結(jié)構(gòu)與圖1相同，所以，其說明從略。
在入射光學(xué)系統(tǒng)20中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖1的入射光學(xué)系統(tǒng)。
圖5是說明設(shè)置在入射光學(xué)系統(tǒng)中的偏光鏡25的作用效果的概要圖。如圖5所示，來自準(zhǔn)直儀12的平行光15通過第1偏光鏡13、微透鏡陣列21和矩陣式液晶器件22之后入射。這里，上述第1偏光鏡13和第2偏光鏡25配置成不同軸、而互相垂直(90°)。
在矩陣式液晶器件的像素22a上不施加驅(qū)動(dòng)電壓的狀態(tài)下，如17所示，透射了第1偏光鏡13的光透射像素22a，偏振光方向扭曲90°，所以在透射第1偏光鏡13和透射軸偏置90°的第2偏光鏡25后，變成透射光26a。
另一方面，在像素22a上施加驅(qū)勸電壓的狀態(tài)下，根據(jù)電壓的大小，像素22a內(nèi)的液晶分子的扭曲狀態(tài)發(fā)生變化，所以能夠使透射了第1偏光鏡13的直線偏振光的偏振光方向在該像素22a內(nèi)以0～90°的范圍旋轉(zhuǎn)。這樣，能夠任意控制透射第2偏光鏡25的光的強(qiáng)度。所以，能夠利用矩陣式液晶器件22的各像素的22a的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行控制，以使入射光變成透射光26a、不透射的遮擋光26b及其中間狀態(tài)(灰色光)26c，因此能夠改變照明光強(qiáng)度。
在此，說明本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的動(dòng)作特征。在該例中，通過增加第2偏光鏡25，進(jìn)行照明光的強(qiáng)度控制。這樣，可根據(jù)被觀察物的不同來控制矩陣式液晶器件的各像素22a，來控制照明光強(qiáng)度。
以下，示出本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的第2實(shí)施方式。圖6是表示涉及本發(fā)明的第2實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖中，采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡5包括照明光學(xué)系統(tǒng)10、包括矩陣式液晶器件的向被觀察物2上形成多重焦點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)20′、用于檢測來自被觀察物的反射光的檢測光學(xué)系統(tǒng)30′、對(duì)來自矩陣式液晶器件和檢測光學(xué)系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)50′、以及用于安放被觀察物2的載物臺(tái)3。而且，對(duì)于和圖1相同的結(jié)構(gòu)部分，標(biāo)注相同的標(biāo)記，其說明從略。照明光學(xué)系統(tǒng)10與圖1的照明光學(xué)系統(tǒng)相同，由照明光源11、準(zhǔn)直儀12、和第1偏光鏡13構(gòu)成，使偏振的平行光入射到光束分離器14內(nèi)。
入射光學(xué)系統(tǒng)20′由物鏡26、透鏡27、微透鏡陣列21和矩陣式液晶器件22構(gòu)成。來自光束分離器14的偏振的平行光利用物鏡26和透鏡27再次被放大。該被放大的同樣光強(qiáng)度分布的光，照射到第1微透鏡陣列21的整面上。通過了在第1矩陣式液晶器件22的表面上安裝的第1微透鏡陣列21的每個(gè)微透鏡的光，透射第1矩陣式液晶器件22的各像素22a，在載物臺(tái)3上所安放的被觀察物2上形成多個(gè)焦點(diǎn)24。
如圖2和圖3中說明的那樣，矩陣式液晶器件22的各像素22a利用構(gòu)成控制系統(tǒng)50′的第1液晶控制部5 1進(jìn)行控制，使第1矩陣式液晶器件22的各像素22a的相鄰像素的偏振光方向互相垂直。這樣，通過使用第1矩陣式液晶22，使相鄰的焦點(diǎn)上聚焦的入射光的偏轉(zhuǎn)方向互相垂直，所以相鄰的入射光之間不會(huì)相互干涉，能夠防止因交調(diào)失真而造成橫向分辨率降低。
以下說明檢測光學(xué)系統(tǒng)30′，在來自被觀察物2的反射光或熒光通過光束分離器14后，該檢測光學(xué)系統(tǒng)30′對(duì)其進(jìn)行檢測。
檢測光學(xué)系統(tǒng)30′包括反射鏡34、濾光鏡35、物鏡36、透鏡37、第2微透鏡陣列38、第2矩陣式液晶器件39、聚光透鏡40以及攝像器件33。在此，從物鏡36到第2矩陣式液晶器件39的光學(xué)系統(tǒng)，與從入射光學(xué)系統(tǒng)20′的物鏡26到第1矩陣式液晶器件22的結(jié)構(gòu)相同。反射鏡34使通過了光束分離器14的來自被觀察物的反射光的光路彎曲90°，經(jīng)僅使特定波長的光通過的濾光鏡35，入射到物鏡36。
在對(duì)來自被觀察物2的熒光進(jìn)行觀察的情況下，熒光的波長比照明光源11的波長長，所以，為了僅使熒光透射檢測光學(xué)系統(tǒng)30′，作為光束分離器14可以采用分色鏡。再者，為了提高熒光的對(duì)比度，最好采用僅使熒光透射的激發(fā)濾光鏡(エミツシヨンフイルタ)。
然后，物鏡36和透鏡37進(jìn)一步對(duì)來自被觀察物2的反射光或熒光進(jìn)行放大，并把同樣光強(qiáng)度分布的光照射到第2微透鏡陣列38的整面上。該第2微透鏡陣列38與第1微透鏡陣列21相同，由在與第2矩陣式液晶器件39的各像素相對(duì)應(yīng)的位置上排列成陣列狀的微小透鏡構(gòu)成，對(duì)第2矩陣式液晶器件39的各像素均能夠高效地入射光線。透過在第2矩陣式液晶器件39的表面上安裝的第2微透鏡陣列38的每個(gè)微透鏡的光，通過第2矩陣式液晶器件39的每個(gè)像素，通過聚光透鏡40，在攝像器件33上形成多個(gè)焦點(diǎn)41。
控制系統(tǒng)50′的結(jié)果在圖1的控制系統(tǒng)50內(nèi)還增加了第2液晶控制部55之外，均和控制系統(tǒng)50相同，所述第2液晶控制部55作為檢測光學(xué)系統(tǒng)30′的第2矩陣式液晶器件39的控制部。入射光學(xué)系統(tǒng)的矩陣式液晶器件22如圖2和圖3說明的那樣，利用構(gòu)成控制系統(tǒng)50′的第1液晶控制部52進(jìn)行控制，使透射矩陣式液晶器件22的各像素22a的相鄰像素的光的偏振光方向互相垂直。
在入射到檢測光學(xué)系統(tǒng)30′內(nèi)的反射光或熒光，在這些的偏振光方向相同而受到干涉影響的情況下，在透射檢測光學(xué)系統(tǒng)的第2矩陣式液晶器件39時(shí)，只要使反射光或熒光的偏振光方向互相垂直即可。這樣，入射到攝像器件內(nèi)的互相鄰接的反射光或熒光相互不干涉，能夠防止因交調(diào)失真而造成的橫向分辨率降低。
并且，對(duì)于透射檢測光學(xué)系統(tǒng)30′的第2矩陣式液晶器件39的像素的反射光，也能夠進(jìn)行偏振光方向控制。這時(shí)，能夠把檢測光學(xué)系統(tǒng)30′的矩陣式液晶器件39的各像素控制成透射、遮光或其中間的狀態(tài)，所以能夠進(jìn)行視野限制等。
在此，說明本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的動(dòng)作。
照射到被觀察物2上的光通過第1微透鏡陣列21，入射到第1矩陣式液晶器件的各像素22a內(nèi)，在被觀察物2上形成第1多個(gè)焦點(diǎn)24。再者，被觀察物2的反射光或熒光在檢測光學(xué)系統(tǒng)30′中，使用第1微透鏡陣列38和第2矩陣式液晶器件39的各像素來形成第2多個(gè)焦點(diǎn)41。所以，本發(fā)明的顯微鏡作為共焦點(diǎn)顯微鏡動(dòng)作。這時(shí)，在透射矩陣式液晶器件22、39的各像素的光中，為使其偏振光方向互相垂直，可以對(duì)矩陣式液晶器件22、39的各像素進(jìn)行控制。
所以，如上述現(xiàn)有例1所示，不必在所離開的程度足以不產(chǎn)生交調(diào)失真的針孔之下掃描試樣，來按時(shí)序測量圖像并進(jìn)行合成。并且，不必對(duì)離開的程度足以不產(chǎn)生交調(diào)失真的每組針孔的圖像，按時(shí)序進(jìn)行測量并進(jìn)行合成。因此，根據(jù)本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，即使形成將矩陣式液晶器件的所有像素作為針孔的畫面，也不會(huì)出現(xiàn)交調(diào)失真造成的畫面混亂，能夠?qū)崟r(shí)地觀察被觀察物的整個(gè)圖像。這樣一來，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描控制，即可高速進(jìn)行被觀察物2的反射光或熒光的觀察。并且能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，所以能夠提高橫方向和深度方向的分辨率。并且，通過2塊矩陣式液晶器件的組合，即可實(shí)現(xiàn)偏振光控制、檢測信號(hào)的選擇等。
以下，示出在本發(fā)明中采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的第2實(shí)施方式的變形例。圖7表示本發(fā)明的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)。圖示中的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡5′與圖6所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡5的不同的是入射光學(xué)系統(tǒng)20′。其他照明光學(xué)系統(tǒng)10、檢測光學(xué)系統(tǒng)30′、控制系統(tǒng)50′和載物臺(tái)3與圖6的結(jié)構(gòu)相同。所以其說明從略。本例在入射光學(xué)系統(tǒng)20′中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖6的入射光學(xué)系統(tǒng)。
該第2偏光鏡25的作用是如圖4和圖5說明的那樣，利用第1矩陣式液晶器件的像素22a的驅(qū)動(dòng)電壓來改變照明光強(qiáng)度。在入射光學(xué)系統(tǒng)的第1矩陣式液晶器件22的各像素22a中，為了使透射相鄰各像素22a的光的偏振光方向互相垂直，可以控制第1矩陣式液晶器件22的各像素。
在此，通過第2矩陣式液晶器件的各像素的偏振光控制，可以防止由被觀察物2的反射光在攝像器件33上形成的多個(gè)焦點(diǎn)41之間的交調(diào)失真。所以，即使在進(jìn)行入射光的照明控制的情況下，也能夠形成無反射光的交調(diào)失真的圖像，所以，不必像過去的共焦點(diǎn)顯微鏡那樣，進(jìn)行機(jī)構(gòu)掃描來合成整個(gè)畫面，能夠直接用控制系統(tǒng)50′的顯示裝置54進(jìn)行觀察。這樣，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，即可高速進(jìn)行被觀察物2的反射光或熒光的觀察。并且，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，能夠提高分辨率。再者，利用2塊矩陣式液晶器件和第2偏光鏡25的組合，即可實(shí)現(xiàn)照明光控制、偏振光控制、檢測信號(hào)的選擇等。
以下，示出本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的第3實(shí)施方式。圖8是表示第3實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖8所示的共焦點(diǎn)顯微鏡7與圖1所示的共焦點(diǎn)顯微鏡1不同的是照明光學(xué)系統(tǒng)60和控制系統(tǒng)70。其他的入射光學(xué)系統(tǒng)20、檢測光學(xué)系統(tǒng)30、載物臺(tái)3與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同，所以，其說明從略。
照明光學(xué)系統(tǒng)60能夠?qū)φ彰鞴庠?1進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，這一點(diǎn)不同于圖1的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡1。照明光學(xué)系統(tǒng)60由照明光源11和光強(qiáng)度調(diào)制部61構(gòu)成。光強(qiáng)度調(diào)制部61產(chǎn)生對(duì)照明光源11進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制的束光62。作為照明光源11的光強(qiáng)度調(diào)制，可以采用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件等光強(qiáng)度調(diào)制元件。
圖8所示的照明光學(xué)系統(tǒng)60是采用矩陣式液晶器件作為光強(qiáng)度調(diào)制元件的情況，其中包括照明光源11、準(zhǔn)直儀12、第3偏光鏡63、光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64和第4偏光鏡65。
照明光源11采用例如激光源，射出的光通過由透鏡12a和透鏡12b構(gòu)成的準(zhǔn)直儀12而放大成所需束徑的平行光。第3偏光鏡63和第4偏光鏡65的配置是互相垂直的配置，該被放大的光束，通過在第3和第4偏光鏡63、65之間所插入的光強(qiáng)度調(diào)制矩陣式液晶器件64的各像素上所施加的電壓，來對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制即所謂的AM調(diào)制(頻率f1)。
光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64由下述控制系統(tǒng)70進(jìn)行控制。這時(shí)，為了使相鄰的像素之間的光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同，也可以利用例如像f1、f2那樣不同的多個(gè)頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。這些調(diào)制頻率最好選擇成不會(huì)互相形成高次諧波關(guān)系。
圖9是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)例模式圖。照明光學(xué)系統(tǒng)60′在照明光源11和準(zhǔn)直儀12之間設(shè)置有音響光學(xué)器件68，這一點(diǎn)不同于圖8的照明光學(xué)系統(tǒng)60。照明光源11利用音響光學(xué)器件68進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制(調(diào)制頻率fAO)之后，利用準(zhǔn)直儀12放大成所需束徑的平行光，然后，利用光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64來對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制(調(diào)制頻率f2)，所謂二重強(qiáng)度調(diào)制。音響光學(xué)器件68能夠利用比光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件高的頻率來進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制(fAO＞f1，f2)。
控制系統(tǒng)70對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制后的反射光進(jìn)行檢測，這一點(diǎn)不同于圖1的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的控制系統(tǒng)50?？刂葡到y(tǒng)70具有光強(qiáng)度調(diào)制控制部56以及對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制后的反射光進(jìn)行檢測的圖像處理裝置58。光強(qiáng)度調(diào)制控制部58對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制元件64、68進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，進(jìn)行照明光源11的光強(qiáng)度調(diào)制。在照明光學(xué)系統(tǒng)60中，經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的入射光，和圖1所示的共焦點(diǎn)顯微鏡1一樣，通過入射光學(xué)系統(tǒng)20而照射到被觀察物2上。來自該被觀察物2的反射光入射到檢測光學(xué)系統(tǒng)30，在圖像處理裝置53中進(jìn)行信號(hào)處理之后，圖像信號(hào)被發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51內(nèi)。
圖像處理裝置58具有檢測電氣信號(hào)用的放大器、A/D變換器等，使來自檢測光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間軸信號(hào)數(shù)字化，將其發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51內(nèi)。個(gè)人計(jì)算機(jī)51進(jìn)行把時(shí)間軸信號(hào)變換到頻率軸的付立葉變換處理，獲得被觀察物2的反射光的或者熒光的光強(qiáng)度分布，顯示到顯示裝置54上。付立葉變換可以采用高速付立葉變換的計(jì)算機(jī)方法來進(jìn)行。
以下說明涉及第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡7的動(dòng)作。
第3實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡7的動(dòng)作，對(duì)照射到被觀察物2上的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，這一點(diǎn)不同于共焦點(diǎn)顯微鏡1。在矩陣式液晶器件22的各像素22a中，對(duì)矩陣式液晶器件的各像素22a進(jìn)行控制，使透射各像素22a的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，并且其偏振光方向互相垂直。來自被觀察物2的反射光或照射到熒光上的光，在檢測光學(xué)系統(tǒng)30和控制系統(tǒng)70中，把來自被光強(qiáng)度調(diào)制的從各像素的信號(hào)變換成頻率信號(hào)，這樣能夠在頻率軸上進(jìn)行檢測。這時(shí)，在采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡7內(nèi)產(chǎn)生的交調(diào)失真以外的噪聲等，與光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同，很容易用頻率軸進(jìn)行判斷處理，所以能夠增大信雜比(S/N比)。也就是說，能夠以高靈敏度檢測出來自被觀察物2的反射光或熒光。并且，相鄰像素之間用不同的頻率進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的情況下，能夠進(jìn)一步防止交調(diào)失真。這樣，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，并且能夠用光強(qiáng)度調(diào)制的頻率來檢測反射光或熒光的強(qiáng)度，所以靈敏度高，與共焦點(diǎn)顯微鏡1相比，能夠進(jìn)一步提高橫方向和深度方向的分辨率。并且，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，就能夠高速進(jìn)行被觀察物2的反射光或熒光的觀察。
以下，示出共焦點(diǎn)顯微鏡的上述第3實(shí)施方式的變形例。圖10是表示第3實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)的模式圖。圖10所示的共焦點(diǎn)顯微鏡7′與圖8所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡7不同的是入射光學(xué)系統(tǒng)20。其他的照明光學(xué)系統(tǒng)60、檢測光學(xué)系統(tǒng)30、控制系統(tǒng)70和載物臺(tái)3與圖8的結(jié)構(gòu)相同，所以，其說明從略。在入射光學(xué)系統(tǒng)20中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖8的入射光學(xué)系統(tǒng)。在該例中增加了第2偏光鏡25，所以，如圖5所示，能夠進(jìn)行照明光的強(qiáng)度控制。這樣，根據(jù)被觀察物來控制矩陣式液晶器件的各像素22a，由此能夠控制照明光強(qiáng)度。
以下，示出本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的第4實(shí)施方式。圖11是表示第4實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)模式圖。圖11所示的共焦點(diǎn)顯微鏡8與圖8所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡7不同的是照明光學(xué)系統(tǒng)80和控制系統(tǒng)90。其他入射光學(xué)系統(tǒng)20、檢測光學(xué)系統(tǒng)30、載物臺(tái)3與圖8的結(jié)構(gòu)相同，所以其說明從略。照明光學(xué)系統(tǒng)80具有光源，其照明光源11具有多個(gè)波長；以及光強(qiáng)度調(diào)制部82，對(duì)各種波長的光源進(jìn)行不同的光強(qiáng)度調(diào)制。在圖中，假設(shè)照明光源11具有3個(gè)不同的波長的光源11a、11b、11c進(jìn)行說明。光強(qiáng)度調(diào)制部82發(fā)出對(duì)照明光源11進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制的光束84。照明光源11的光強(qiáng)度調(diào)制中，可以使用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件等光強(qiáng)度調(diào)制元件?？刂葡到y(tǒng)90具有照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制控制部91、以及檢測經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的被觀察物2的反射光或熒光的圖像處理裝置92。
圖12是表示上述第4實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的一結(jié)構(gòu)例的模式圖。照明光學(xué)系統(tǒng)80對(duì)3個(gè)不同波長的光源11a、11b、11c分別具有準(zhǔn)直儀12a、12b、12c、第3偏光鏡63a、63b、63c、光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64a、64b、64c、第4偏光鏡66a、66b、66c和光束分離器85、86、87。例如在照明光源11a中，和圖9中說明的照明光源11同樣，射出的光通過由透鏡12a和透鏡12b構(gòu)成的準(zhǔn)直儀12放大成所需束徑的平行光。第3偏光鏡62和第4偏光鏡66的配置是互相垂直的配置。該被放大的光束通過在第3偏光鏡62a和第2偏光鏡66a之間所插入的光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64a的各像素上所施加的電壓，對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制即所謂的AM調(diào)制(頻率f1)，使其變成被光強(qiáng)度調(diào)制的光束84a。
光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64a利用控制系統(tǒng)90的光強(qiáng)度調(diào)制控制部9進(jìn)行控制。在照明光源11b和11c中，和照明光源11a同樣，利用光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64b和64c進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，變成光束84b(頻率f2)、84c(頻率f3)。
光強(qiáng)度調(diào)制控制部91對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制元件64a、64b、64c進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并進(jìn)行照明光源11a、11b、11c的強(qiáng)度調(diào)制。在照明光學(xué)系統(tǒng)80中，經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84a、84b、84c分別入射到光束分離器85、86、87內(nèi)，并進(jìn)行合波(合波)，變成經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84。在此，也可以利用不同的多個(gè)頻率來對(duì)經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84a、84b、84c的各像素進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，使相鄰像素之間的光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同。例如，也可以把經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84a(波長λ1)的光強(qiáng)度調(diào)制頻率，按照互相鄰接的像素順序設(shè)定為f1、f2、f3，同樣，把經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84b(波長λ2)的光強(qiáng)度調(diào)制頻率設(shè)定為f4、f5、f6；把經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84c(波長λ3)的光強(qiáng)度調(diào)制頻率設(shè)定為f7、f8、f9。希望把這些調(diào)制頻率選定為互不形成高次諧波關(guān)系。
經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制的光束84，和圖8所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡7一樣，通過入射光學(xué)系統(tǒng)而照射到被觀察物2上。來自該被觀察物2的反射光或熒光入射到檢測光學(xué)系統(tǒng)30內(nèi)，在圖像處理裝置92中進(jìn)行信號(hào)處理之后，圖像信號(hào)被發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51內(nèi)。
圖像處理裝置92具有檢測電氣信號(hào)用的放大器、A/D變換器等，將來自檢測光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間軸信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51。個(gè)人計(jì)算機(jī)51進(jìn)行付立葉變換處理，把時(shí)間軸信號(hào)變換成頻率軸，取得反射光的強(qiáng)度分布，顯示到顯示裝置54上。為了縮短處理時(shí)間，所述的付立葉變換可以利用高速付立葉變換的計(jì)算方法來進(jìn)行運(yùn)算處理。
以下說明上述第4實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡8的動(dòng)作。該共焦點(diǎn)顯微鏡8的動(dòng)作，對(duì)照射到被觀察物2上的多個(gè)光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，這一點(diǎn)不同于共焦點(diǎn)顯微鏡7。在矩陣式液晶器件22的各像素22a中，對(duì)透射各像素22a的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，并對(duì)矩陣式液晶器件的各像素22a進(jìn)行控制，使其偏振光方向互相垂直。對(duì)于來自被觀察物2的多個(gè)波長的反射光或熒光，在檢測光學(xué)系統(tǒng)30和控制系統(tǒng)90中，能夠在頻率軸上檢測出從各波長的經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的各像素來的信號(hào)。這時(shí)，在采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡7內(nèi)產(chǎn)生的交調(diào)失真以外的噪聲等與光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同，能夠容易在頻率軸上進(jìn)行判斷處理，所以，能夠增大信噪比(S/N比)。也就是說，能夠以高靈敏度來檢測出來自被觀察物2的多個(gè)波長的反射光或熒光。互相鄰接的像素被用不同頻率進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制的情況下，能夠進(jìn)一步防止交調(diào)失真。這樣一來，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，并能夠用光強(qiáng)度調(diào)制的頻率來檢測來自多個(gè)波長的反射光或熒光的強(qiáng)度，所以在多波長時(shí)靈敏度高，用共焦點(diǎn)顯微鏡7不能取得的來自多波長的橫方向和深度方向的分辨率提高。并且，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，就能夠高速進(jìn)行被觀察物2的反射光或熒光的觀察。
以下示出共焦點(diǎn)顯微鏡的第4實(shí)施方式的變形例。圖13是表示第4實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的另一種結(jié)構(gòu)的模式圖。圖13所示的共焦點(diǎn)顯微鏡8′與圖11所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡8的不同點(diǎn)是入射光學(xué)系統(tǒng)20。其他照明光學(xué)系統(tǒng)80、檢測光學(xué)系統(tǒng)30、控制系統(tǒng)90、載物臺(tái)3、均與圖11的結(jié)構(gòu)相同，所以，其說明從略。在入射光學(xué)系統(tǒng)20中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖11的入射光學(xué)系統(tǒng)。在該變形例中，通過增加第2偏光鏡25，即可如圖5說明那樣，進(jìn)行照明光的強(qiáng)度控制。這樣，根據(jù)被觀察物來控制矩陣式液晶器件的各像素22a，即可控制照明光強(qiáng)度。
以下，示出本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的第5實(shí)施方式。圖14是表示第5實(shí)施方式的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的結(jié)構(gòu)模式圖。圖14所示的共焦點(diǎn)顯微鏡9與圖6所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡5不同的是照明光學(xué)系統(tǒng)60和控制系統(tǒng)100。其他的入射光學(xué)系統(tǒng)20′、檢測光學(xué)系統(tǒng)30′和載物臺(tái)3與圖6的結(jié)構(gòu)相同，所以其說明從略。照明光學(xué)系統(tǒng)60與圖8所示的照明光學(xué)系統(tǒng)60相同，由光源11和光強(qiáng)度調(diào)制部62構(gòu)成，利用光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64來對(duì)照明光源11進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，生成光束62。光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64由下述控制系統(tǒng)100進(jìn)行控制。這時(shí)，最好用不同的多個(gè)頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，以使鄰接像素相互的光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同。
圖15是表示上述第5實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)例的模式圖。在該共焦點(diǎn)顯微鏡9A中，照明光學(xué)系統(tǒng)60在照明光源11和準(zhǔn)直儀12之間還設(shè)置了音響光學(xué)器件68，這一點(diǎn)不同于圖14的照明光學(xué)系統(tǒng)60。照明光源11利用音響光學(xué)器件68進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制之后，利用準(zhǔn)直儀12將其放大成所需束徑的平行光，然后，利用光強(qiáng)度調(diào)制用矩陣式液晶器件64來進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制即所謂二重強(qiáng)度調(diào)制。音響光學(xué)器件68能夠利用比光強(qiáng)度調(diào)制的矩陣式液晶器件高的頻率進(jìn)行光調(diào)制。
控制系統(tǒng)100具有光強(qiáng)度調(diào)制控制部56和圖像處理裝置101，后者用于檢測經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制后的反射光，這一點(diǎn)不同于圖6的控制系統(tǒng)50′。光強(qiáng)度調(diào)制控制部56對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制元件64進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并進(jìn)行照明光源11的強(qiáng)度調(diào)制。在照明光學(xué)系統(tǒng)60中，經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的反射光，和圖6所示的共焦點(diǎn)顯微鏡5一樣，通過入射光學(xué)系統(tǒng)20′而照射到被觀察物2上。來自該被觀察物2的反射光入射到檢測光學(xué)系統(tǒng)30′，并在圖像處理裝置101中進(jìn)行信號(hào)處理之后，圖像信號(hào)被發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51。
圖像處理裝置101具有檢測電氣信號(hào)用放大器、A/D變換器等，將來自檢測光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間軸信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后，發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)51。個(gè)人計(jì)算機(jī)51進(jìn)行把時(shí)間軸信號(hào)變換到頻率軸的付立葉變換處理，取得被觀察物2的反射光或熒光的光強(qiáng)度分布，顯示在顯示裝置54上。付立葉變換能夠用付立葉變換的計(jì)算方法來進(jìn)行。
在此，說明第5實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡的動(dòng)作。在上述第5實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡9中，和第2實(shí)施方式的共焦點(diǎn)顯微鏡5的動(dòng)作說明同樣，對(duì)矩陣式液晶器件22、39的各像素進(jìn)行控制，使透射矩陣式液晶器件22、39的光的偏振光方互相垂直。
在第5實(shí)施方式中，對(duì)于來自被觀察物2的反射光或者照射到熒光上的光，在檢測光學(xué)系統(tǒng)30和控制系統(tǒng)100中，能夠在頻率軸上檢測出從經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的各像素來的信號(hào)。這時(shí)，在采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡9中生成的交調(diào)失真以外的噪聲等，與光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同，容易在頻率軸上進(jìn)行判斷處理，所以，能夠增大信噪比(S/N比)。也就是說，能夠以高靈敏度來檢測出從被觀察物2來的反射光或熒光。并且，在互相鄰接的像素之間以不同的頻率進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制的情況下，能夠進(jìn)一步防止交調(diào)失真。
以下，在圖16中表示本發(fā)明共焦點(diǎn)顯微鏡的第5實(shí)施方式的變形例。圖所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡9B與圖14所示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡9的不同點(diǎn)是入射光學(xué)系統(tǒng)20′。其他照明光學(xué)系統(tǒng)60、檢測光學(xué)系統(tǒng)30′、控制系統(tǒng)100、載物臺(tái)3、均與圖14的結(jié)構(gòu)相同，所以，其說明從略。在本例中，入射光學(xué)系統(tǒng)20′中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖14的入射光學(xué)系統(tǒng)。
如圖4和圖5說明的那樣，該第2偏光鏡25的作用是利用第1矩陣式液晶器件的像素22a的驅(qū)動(dòng)電壓來改變照明光強(qiáng)度。在入射光學(xué)系統(tǒng)的第1矩陣式液晶器件22的各像素22a中，對(duì)第1矩陣式液晶器件22的各像素進(jìn)行控制，使透射相鄰各像素22a的光的偏振光方向互相垂直。
以下，圖17示出本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的第6實(shí)施方式。共焦點(diǎn)顯微鏡9C與圖14所示的共焦點(diǎn)顯微鏡9不同的是照明光學(xué)系統(tǒng)80和控制系統(tǒng)100′。而且，對(duì)于和圖14相同的結(jié)構(gòu)部分，標(biāo)注相同的符號(hào)，其說明從略。照明光學(xué)系統(tǒng)80能夠采用和圖11及圖12相同的結(jié)構(gòu)，所以，其詳細(xì)說明從略。并且，控制系統(tǒng)100′具有光強(qiáng)度調(diào)制控制部56和圖像處理裝置101，后者用于檢測出經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的反射光。此外，可以采用和圖14相同的結(jié)構(gòu)，所以其詳細(xì)說明從略。
在此，照明光源11具有不同的3個(gè)波長的光11a、11b、11c，對(duì)各種波長的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制。在矩陣式液晶器件22、39的各像素中透射的光中，對(duì)矩陣式液晶器件22、39的各像素進(jìn)行控制，以使其偏振光方向互相垂直。并且，在各像素中對(duì)不同波長的反射光或熒光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，所以，不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)失真。并且，由于各像素中的波長不同的入射光的光強(qiáng)度調(diào)制頻率不同，所以，能夠很容易地識(shí)別出來自各波長的反射光或熒光。
再者，在共焦點(diǎn)顯微鏡9內(nèi)生成的交調(diào)失真以外的噪聲等也不同于光強(qiáng)度調(diào)制頻率，能夠很容易地在頻率軸上進(jìn)行判斷處理。所以，能夠增大信噪比(S/N比)。也就是說，能夠以高靈敏度檢測出來自被觀察物2的反射光或熒光。
這樣，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，不根據(jù)波長來切換檢測器，就能夠以高靈敏度高速進(jìn)行來自被觀察物2的多波長的反射光或熒光的觀察。并且，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，提高分辨率。
以下參照?qǐng)D18，說明共焦點(diǎn)顯微鏡的第6實(shí)施方式的變形例。圖示的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡9D與圖17所示的共焦點(diǎn)顯微鏡9C的不同點(diǎn)是入射光學(xué)系統(tǒng)20。其他照明光學(xué)系統(tǒng)80、檢測光學(xué)系統(tǒng)30′、控制系統(tǒng)100′、載物臺(tái)3、均與圖17的結(jié)構(gòu)相同，所以，其說明從略。在本例中，入射光學(xué)系統(tǒng)20′中，在矩陣式液晶器件22的下部設(shè)置了第2偏光鏡25，這一點(diǎn)不同于圖17的入射光學(xué)系統(tǒng)。
如圖4和圖5說明的那樣，該第2偏光鏡25的作用是利用第1矩陣式液晶器件的像素22a的驅(qū)動(dòng)電壓來改變照明光強(qiáng)度。在入射光學(xué)系統(tǒng)的第1矩陣式液晶器件22的各像素22a中，對(duì)第1矩陣式液晶器件22的各像素進(jìn)行控制，以使透射相鄰各像素22a的光的偏振光方向互相垂直。
在此，通過第2矩陣式液晶器件的各像素的偏振光控制，可以防止利用被觀察物2的反射光在攝像器件33上形成的多個(gè)焦點(diǎn)41之間的交調(diào)失真。所以，即使在進(jìn)行入射光的照明控制的情況下，也能夠形成無反射光的交調(diào)失真的圖像，所以，不必像過去的共焦點(diǎn)顯微鏡那樣，進(jìn)行機(jī)械掃描來合成整個(gè)畫面，能夠直接用控制系統(tǒng)100′的顯示裝置54進(jìn)行觀察。這樣，不進(jìn)行被觀察物2的機(jī)械掃描，即可高速進(jìn)行來自被觀察物2的多波長的反射光或熒光的觀察。此外，能夠防止多重共焦點(diǎn)間的交調(diào)失真，能夠提高分辨率，并且，可利用已進(jìn)行了光調(diào)制的光源提高靈敏度。再者，利用2塊矩陣式液晶器件和第2偏光鏡25的組合，即可實(shí)現(xiàn)照明光控制、偏振光控制、檢測信號(hào)的選擇等。
以下，說明使用共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的測量方法的實(shí)施方式。
在此，微陣列基片是把微量的DNA或生物體物質(zhì)布置成平板狀的被觀察物。這些微陣列基片上預(yù)先有選擇地附加了作為標(biāo)識(shí)的熒光物質(zhì)。并且，該微陣列基片也可以是熒光標(biāo)識(shí)化的未知的一條鏈DNA和經(jīng)雜交反應(yīng)的DNA微陣列基片。
以下說明利用圖6所示的本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡5來觀察上述DNA微陣列基片的測量方法。共焦點(diǎn)顯微鏡5的第1和第2矩陣式液晶器件22和39的大小，與DNA微陣列基片相比是足夠大的。所以，DNA微陣列基片整體的反射圖像或者熒光，可以用共焦點(diǎn)顯微鏡5進(jìn)行觀察。
首先，把DNA微陣列基片放置在載物臺(tái)3上，把照明光源11點(diǎn)亮。然后利用XYZ載物臺(tái)3a和θ載物臺(tái)3b來調(diào)節(jié)所觀察的DNA微陣列基片的Z方向位置，使照明光源11的焦點(diǎn)位置與DNA微陣列基片的檢測位置相重疊。
利用第1液晶控制部52控制向DNA微陣列基片的入射光，以使通過矩陣式液晶器件22透射相鄰像素的入射光的偏振光方向互相垂直。這時(shí)，檢測光學(xué)系統(tǒng)的第2矩陣式液晶器件39的各像素也由第2液晶控制部進(jìn)行控制。
這樣，通過作為攝像器件33例如使用CCD相機(jī)，能夠同時(shí)檢測在DNA微陣列基片上產(chǎn)生的全部熒光，能夠改變被檢測的信號(hào)的強(qiáng)度或偏振光方向來進(jìn)行熒光圖像觀察。
在此，矩陣式液晶器件22、29的像素的大小為10μm～20μm，例如DNA微陣列基片上產(chǎn)生的一個(gè)熒光的大小是直徑約為100μm，所以分辨率足夠高。因此，能夠直接判斷DNA微陣列基片的熒光數(shù)或熒光發(fā)生部位。并且，能夠利用控制系統(tǒng)50的個(gè)人計(jì)算機(jī)51，迅速進(jìn)行圖像的記錄和數(shù)據(jù)處理。
并且，若利用圖14所示的本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡9來觀察上述DNA微陣列基片，則對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，能夠在頻率軸上以高靈敏度從DNA微陣列基片中測量熒光。
以下說明利用圖11所示的本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡5來觀察下述情況下的DNA微陣列基片的測量方法，該情況是有選擇性地預(yù)先附加了具有作為標(biāo)識(shí)的多個(gè)熒光波長的熒光物質(zhì)。若利用圖16所示的本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡9B來進(jìn)行觀察，則光源為多波長，對(duì)各波長進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，能夠在頻率軸上以高靈敏度來測量來自DNA微陣列基片的多波長熒光。
根據(jù)利用上述共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的測量方法，則在微陣列基片上產(chǎn)生相當(dāng)于矩陣式液晶器件的像素?cái)?shù)的多重焦點(diǎn)，其反射光通過分離光學(xué)系統(tǒng)而入射到共焦點(diǎn)檢測光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，通過矩陣式液晶器件而形成相當(dāng)于像素?cái)?shù)的多重焦點(diǎn)。所以，根據(jù)本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡，則能夠一次觀察到與矩陣式液晶器件的像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的被觀察物。并且，不僅限于一個(gè)波長，可以采用多波長的光源，所以，能夠在短時(shí)間內(nèi)以良好的精度測量出來自DNA微陣列基片的多波長熒光。這樣，不進(jìn)行DNA微陣列基片的機(jī)械掃描，即可實(shí)時(shí)地觀察在DNA微陣列基片上激勵(lì)的熒光的鮮明的整個(gè)圖像。
以下說明采用共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法的實(shí)施方式。偏振光是從被觀察物2的反射光或熒光中來的偏振光，例如利用圖17所示的本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡9C來觀察從上述DNA微陣列基片的熒光中來的偏振光，以此為例進(jìn)行說明。
首先，把DNA微陣列基片放置在載物臺(tái)3上，把照明光源11點(diǎn)亮。然后利用XYZ載物臺(tái)3a和θ載物臺(tái)3b來調(diào)節(jié)被觀察的DNA微陣列基片的Z方向位置，以使照明光源11的焦點(diǎn)位置與DNA微陣列基片的檢測位置相重疊。
利用第1液晶控制部52控制向DNA微陣列基片的入射光，以使經(jīng)矩陣式液晶器件22透射相鄰像素的入射光的偏振光方向互相變化。這時(shí)，能夠按每個(gè)像素獨(dú)立地控制透射各像素的光的偏振光方向。若使該偏振光旋轉(zhuǎn)180度、則透射偏光鏡25的光的量發(fā)生變化，能夠觀察出來自被觀察物的偏振光的變化。
這樣，例如能夠使用CCD相機(jī)作為攝像器件33，對(duì)從DNA微陣列基片、生物試樣、糖等中的熒光或者反射光來的偏振光進(jìn)行檢測。并且，若采用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡9B進(jìn)行觀察，則光源為多波長，對(duì)各波長進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，能夠在頻率軸上以高靈敏度檢測出從DNA微陣列基片來的多波長熒光的偏振光。
在此，矩陣式液晶器件22、29的像素的大小為10μm～20μm，例如DNA微陣列基片上產(chǎn)生的一個(gè)熒光的大小，直徑約為100μm，所以分辨率足夠高。因此，能夠直接測量出DNA微陣列基片的熒光的偏振光。這時(shí)，能夠利用控制系統(tǒng)50的個(gè)人計(jì)算機(jī)51，迅速進(jìn)行圖像的記錄和數(shù)據(jù)處理。
根據(jù)利用本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡的反射光和熒光的偏振光的測量方法，則在微陣列基片上產(chǎn)生相當(dāng)于矩陣式液晶器件的像素?cái)?shù)的多重焦點(diǎn)，其反射光通過分離光學(xué)系統(tǒng)而入射到共焦點(diǎn)檢測光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，通過矩陣式液晶器件而形成相當(dāng)于像素?cái)?shù)的多重焦點(diǎn)。所以，根據(jù)本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡，則能夠一次觀察到與矩陣式液晶器件的像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的被觀察物的偏振光。并且，不僅限于一個(gè)波長，可以采用多波長的光源，所以，能夠在短時(shí)間內(nèi)以良好的精度測量出從被觀察物來的多波長的反射光或者熒光來的偏振光。
不言而喻，本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施方式，而是在所述的發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變形，這些也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在上述實(shí)施方式中檢測光學(xué)系統(tǒng)中采用了攝像器件。但檢測系統(tǒng)，也可以根據(jù)需要采用多個(gè)檢測系統(tǒng)，以便也能夠在攝像器件位置上進(jìn)行目視的觀察和拍攝照片等。并且，當(dāng)然，采用多波長的入射光學(xué)系統(tǒng)和檢測光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成或光強(qiáng)度調(diào)制元件等，可以根據(jù)被觀察物來選擇最佳設(shè)計(jì)和所用部件。
權(quán)利要求
1.一種采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，具有入射光學(xué)系統(tǒng)，從照明光源將經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制的偏振光通過矩陣式液晶器件和物鏡入射到被觀察物，在所述矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、微透鏡陣列；檢測光學(xué)系統(tǒng)，包含攝像器件，該攝像器件通過上述光束分離器和透鏡來檢測來自被觀察物的反射光或熒光；以及控制系統(tǒng)，包括對(duì)上述矩陣式液晶器件的各像素進(jìn)行控制的液晶控制部、以及上述照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制控制部，其特征在于，使每個(gè)透射了上述微透鏡陣列的微透鏡的光，透射上述矩陣式液晶器件的各像素，利用上述物鏡在上述被觀察物上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，并且，利用上述液晶控制部，將透射上述矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直，通過把來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)變換成頻率信號(hào)，進(jìn)行檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，把偏光鏡配置在上述矩陣式液晶器件的下部，并用上述矩陣式液晶的各像素來控制透射了該偏光鏡的光的偏振光。
3.如權(quán)利要求1所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，上述照明光源是單一波長或多波長，利用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件中的任一個(gè)器件，進(jìn)行上述照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制。
4.如權(quán)利要求1或3所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，對(duì)每個(gè)像素用多個(gè)調(diào)制頻率進(jìn)行上述照明光源的每個(gè)單一波長的光強(qiáng)度調(diào)制。
5.如權(quán)利要求1所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，利用高速付立葉變換，對(duì)從來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)向頻率信號(hào)的變換進(jìn)行運(yùn)算處理。
6.一種采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，具有入射光學(xué)系統(tǒng)，把來自照明光源的偏振光通過第1矩陣式液晶器件入射到被觀察物，在所述第1矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、透鏡、第1微透鏡陣列；檢測光學(xué)系統(tǒng)，包含攝像器件，該攝像器件通過第2矩陣式液晶器件、聚光透鏡來檢測來自被觀察物的反射光或熒光，在該第2矩陣式液晶器件的上部配置有光束分離器、透鏡、第2微透鏡陣列；以及控制系統(tǒng)，包含對(duì)透射上述第1和第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向進(jìn)行控制的第1和第2液晶控制部、以及上述照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制控制部，其特征在于，使每個(gè)透射了上述第1微透鏡陣列的微透鏡的光，透射上述第1矩陣式液晶器件的各像素，在被觀察物上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，此外，使每個(gè)透射了上述第2微透鏡陣列的微透鏡陣列的上述反射光或者熒光，透射上述第2矩陣式液晶器件的各像素，在上述攝像器件上結(jié)成多個(gè)焦點(diǎn)，并且，利用上述第1和第2液晶控制部來控制透射上述第1和第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向，通過把來自上述被觀察物的反射光或熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)變換成頻率信號(hào)，進(jìn)行檢測。
7.如權(quán)利要求6所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于上述入射光學(xué)系統(tǒng)的第1液晶控制部把透射上述第1矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直。
8.如權(quán)利要求6所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，上述檢測光學(xué)系統(tǒng)的第2液晶控制部把透射上述第2矩陣式液晶器件的各像素的光的偏振光方向控制成互相垂直。
9.如權(quán)利要求6所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，在上述第1矩陣式液晶器件的下部配置偏光鏡，利用上述矩陣式液晶的各像素來控制透射該偏光鏡的光的偏振光。
10.如權(quán)利要求6所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，上述照明光源是單一波長或多波長，利用矩陣式液晶器件、音響光學(xué)器件、數(shù)字反射鏡器件中的任一個(gè)，進(jìn)行上述照明光源的光強(qiáng)度調(diào)制。
11.如權(quán)利要求6或10所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，對(duì)每個(gè)像素用多個(gè)調(diào)制頻率進(jìn)行上述照明光源的每個(gè)單一波長的光強(qiáng)度調(diào)制。
12.如權(quán)利要求6所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，其特征在于，利用高速付立葉變換，對(duì)從來自被觀察物的反射光或者熒光的光強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)向頻率信號(hào)的變換進(jìn)行運(yùn)算處理。
13.一種基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的熒光測量方法，其特征在于，在有選擇地預(yù)先附加了作為標(biāo)識(shí)的熒光物質(zhì)的微陣列基片的熒光測量中，利用權(quán)利要求1～12中的任一項(xiàng)所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，對(duì)來自上述熒光物質(zhì)的熒光進(jìn)行觀察。
14.如權(quán)利要求13所述的基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的熒光測量方法，其特征在于，上述微陣列基片包含微量的DNA或生物體物質(zhì)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的微陣列基片的熒光測量方法，其特征在于，上述微陣列基片是DNA芯片。
16.一種基于采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法，其特征在于，在來自被觀察物的反射光或來自熒光的偏振光測量中，利用權(quán)利要求1～12中的任一項(xiàng)所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡，來測量來自上述被觀察物的偏振光。
17.如權(quán)利要求16所述的采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的偏振光測量方法，其特征在于，在上述采用液晶的共焦點(diǎn)顯微鏡的液晶矩陣中，通過使偏振光改變180度，對(duì)上述被觀察物進(jìn)行偏振光測量。
全文摘要
本發(fā)明的共焦點(diǎn)顯微鏡以及利用它的熒光測量方法和偏振光測量方法，它具有入射光學(xué)系統(tǒng)(10、10′)，使偏振光從照明光源(11)經(jīng)過把微透鏡陣列(21)配置在上部的矩陣式液晶器件(22)和物物(23)而入射到被觀察物2內(nèi)；檢測光學(xué)系統(tǒng)(30、30′)，檢測從被觀察物來的反射光或熒光；以及液晶控制部(52)，控制液晶器件(22)，其特征在于使每個(gè)透射了微透鏡陣列(21)的微透鏡的光透射液晶器件(22)的各像素(22a)，利用物鏡(23)使多個(gè)焦點(diǎn)(24)形成在被觀察物(2)上，并且，利用液晶控制部(52)來對(duì)透射液晶器件(22)的各像素的光的偏振光方向進(jìn)行控制，使透射各像素的光的偏振光方向互相垂直。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1991335SQ200710001810
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者林照剛, 前川克廣, 柴田隆行 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)