なぜ共焦点顕微鏡が必要なのでしょうか?
1. 偉大な先人たちの努力と改良を経て、光学顕微鏡は完成の域に達しました。実際、通常の顕微鏡は、簡単かつ迅速に美しい顕微鏡画像を提供します。しかし、このほぼ完璧に近い顕微鏡の世界に革命をもたらす出来事、それが「レーザー走査型共焦点顕微鏡」の発明でした。この新型顕微鏡の特徴は、焦点が集中した面の画像情報のみを抽出する光学系を採用していることです。焦点を変更し、取得した情報を画像メモリに復元することで、完全な 3D 情報インテリジェンスを備えた鮮明な画像を取得できます。この方法により、従来の顕微鏡では確認できなかった表面形状の情報を容易に得ることができます。また、一般的な光学顕微鏡では、特に高倍率において「分解能の向上」と「焦点深度の深化」は相反する条件となります。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. 共焦点光学系のメリット
共焦点光学系は試料の点照明に使用され、反射光も点センサーで受光されます。サンプルが焦点位置に配置されると、反射光のほぼすべてがセンサーに到達します。サンプルが焦点から外れると、反射光がセンサーに到達できなくなります。つまり、共焦点光学系では焦点に合っ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。
なぜレーザーを使用するのですか?
共焦点光学システムでは、サンプルに点照明が当てられ、その反射光も点センサーで受光されます。そのため、点光源が必要となってきています。レーザーは非常に点光源です。ほとんどの場合、共焦点顕微鏡の光源はレーザーです。さらに、レーザーの単色性、指向性、優れたビーム形状も、レーザーが広く採用される重要な理由です。
4. 高速スキャンによるリアルタイム観察が可能
レーザースキャンには、水平方向に音響光学反射器 (AO) が使用され、垂直方向にはサーボガルバノミラーが使用されます。音声光学バイアス部に機械的振動がないため、高速スキャンが可能で、モニタリング画面上でリアルタイムに観察することができます。このタイプのカメラの高速性は、焦点合わせと位置検索の速度に直接影響する非常に重要な要素です。
5. 焦点位置と明るさの関係
共焦点光学系では、試料が焦点位置に正しく配置されているときは輝度が高く、その前後では輝度が急激に低下します（図4の実線）。この焦点面の高感度の選択性は、まさに共焦点顕微鏡における高さ方向の決定と焦点深度の拡大の背後にある原理です。これに比べ、一般的な光学顕微鏡では焦点位置の前後で大きな明るさの変化は見られません（図4の点線）。
6. 高コントラストと高解像度
一般的な光学顕微鏡では、焦点からずれた反射光による干渉により焦点結像部分が重なり、画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散乱光や対物レンズ内で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、まず点像が鮮明になり、顕微鏡の解像度も向上します。
