なぜ共焦点顕微鏡を使う必要があるのでしょうか?
1. 光学顕微鏡は、偉大な先人たちの努力と改良により、完成の域に達しました。実際、通常の顕微鏡は、美しい顕微鏡画像を簡単かつ迅速に提供できます。しかし、このほぼ完璧な顕微鏡の世界に革命的な革新をもたらした出来事が起こりました。それは、「レーザー走査型共焦点顕微鏡」の発明でした。この新しいタイプの顕微鏡の特徴は、焦点が合った表面の画像情報のみを抽出し、得られた情報を焦点を変えながら画像メモリに復元する光学系を使用することで、完全な3D情報と鮮明な画像情報を取得することです。この方法により、通常の顕微鏡では確認できない表面形状に関する情報を簡単に得ることができます。また、通常の光学顕微鏡では、「解像度を上げる」ことと「焦点深度を深くする」ことは、特に高倍率では相反する条件です。しかし、共焦点顕微鏡では、この問題は簡単に解決されます。
2. 共焦点光学系の利点
共焦点光学系は、サンプルに点照明を行い、反射光も点受光器で受光します。サンプルが焦点位置にある場合、反射光はほぼすべて受光器に到達できます。サンプルの焦点がずれている場合、反射光は受光器に到達できません。つまり、共焦点光学系では、焦点に一致した画像のみが出力され、光点や無駄な散乱光は遮断されます。
3. なぜレーザーを使用するのですか?
共焦点光学系では、サンプルを一点で照射し、その反射光も点受光素子で受光します。そのため、点光源が必要になります。レーザーはまさに点光源です。共焦点顕微鏡の光源には、レーザー光源が使われることがほとんどです。また、単色性、指向性、優れたビーム形状などのレーザーの特性も、広く採用されている重要な理由です。
4. 高速スキャンによるリアルタイム観測が可能
レーザー走査には、水平方向に音響光学偏向器（AO素子）、垂直方向にサーボ電気制御ビーム走査ミラー（サーボガルバノミラー）が使用されています。音響光学偏向ユニットには機械的な振動部分がないため、高速走査が可能で、監視画面でリアルタイム観察が可能です。このような撮像の高速性は、フォーカスや位置検索の速度に直接影響する非常に重要な項目です。
5. 焦点位置と明るさの関係
共焦点光学系では、サンプルが焦点位置に正しく置かれたときに明るさが最大になり、その前後で明るさが急激に低下します（図4の実線）。この焦点面の敏感な選択性は、共焦点顕微鏡の高さ方向の決定と焦点深度の拡大の原理でもあります。対照的に、通常の光学顕微鏡では、焦点位置の前後で明るさが明確に変化しません（図4の点線）。
6. 高コントラストと高解像度
通常の光学顕微鏡では、焦点外の部分からの反射光が干渉して焦点結像部分と重なり、像のコントラストが低下します。これに対し、共焦点光学系では、焦点外の迷光と対物レンズ内の迷光がほぼ完全に除去されるため、非常にコントラストの高い像が得られます。また、光が対物レンズを2回通過するため、点像が鮮明になり、顕微鏡の分解能も向上します。
