なぜ共焦点顕微鏡を使う必要があるのですか?
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してきました。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することができます。しかし、ほぼ完璧な顕微鏡の世界に革命を起こした出来事は、「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は、焦点が集中している表面からのみ画像情報を抽出する光学系を特徴とし、取得した情報を画像メモリに復元しながら焦点を変更することで、フル 3- 次元の情報を持つ鮮明な画像を得ることができます。これにより、従来の顕微鏡では確認できない表面の形状に関する情報を簡単に得ることができます。また、「解像度の向上」と「焦点深度の深化」は、従来の光学顕微鏡では、特に高倍率では相反する条件でしたが、共焦点顕微鏡ではこの問題が解決されています。
2. 共焦点光学系の利点
レーザー共焦点顕微鏡の模式図
共焦点光学系は、サンプルを点照明し、反射光も点受光器で受光します。サンプルを焦点に置くと、反射光はほぼすべて受光器に到達し、サンプルの焦点がずれると反射光は受光器に到達しません。つまり、共焦点光学系では、焦点に一致した像のみが出力され、スポット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、その反射光を点センサで受光します。そのため、点光源が必要です。レーザーはまさに点光源です。共焦点顕微鏡の光源は、ほとんどの場合、レーザー光源です。また、レーザーの単色性、指向性、優れたビーム形状も、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、水平方向に音響光偏向器（Acoustic Optical Deflector、AO prime）を使用し、垂直方向にサーボ電子制御ビーム走査ミラー（Servo Galvano-mirror）を使用します。AO Deflectorには機械的な振動がないため、高速走査が可能で、モニター画面でリアルタイム観察が可能です。このカメラの高速性は、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配置されているときは明るさが非常に大きく、その前後では明るさが急激に減少します（図4実線）。この焦点面の敏感な選択性が、共焦点顕微鏡の高さ方向付けと焦点深度拡大の原理です。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に大きな変化は見られません（図4の点線）。
6. 高コントラスト、高解像度
従来の光学顕微鏡では、顕微鏡の焦点外部分からの反射光が顕微鏡の焦点結像部分に干渉して重なり、画像コントラストが低下します。一方、共焦点光学系では、焦点外および対物レンズ内の散乱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画像が得られます。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、顕微鏡の分解能が向上します。
7. 光学的位置特定機能
共焦点光学系では、焦点以外の点では反射光が微小開口によって遮られるため、立体的なサンプルを観察すると、あたかも焦点でサンプルをスライスしたような像が結像します（図5）。この効果は光局在と呼ばれ、共焦点光学系の特徴の一つです。
