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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022036610
(43)【公開日】2022-03-08
(54)【発明の名称】蛍光顕微鏡、プログラム及び方法
(51)【国際特許分類】
G02B 21/00 20060101AFI20220301BHJP
G01N 21/64 20060101ALI20220301BHJP
【ＦＩ】
G02B21/00
G01N21/64 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020140910
(22)【出願日】2020-08-24
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴ
(71)【出願人】
【識別番号】503249810
【氏名又は名称】株式会社ＸＴＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110002789
【氏名又は名称】特許業務法人ＩＰＸ
(72)【発明者】
【氏名】村木 洋介
【テーマコード（参考）】
2G043
2H052
【Ｆターム（参考）】
2G043AA03
2G043BA16
2G043EA01
2G043FA02
2G043HA01
2G043HA02
2G043HA07
2G043HA09
2G043KA01
2G043KA02
2G043KA03
2G043KA09
2H052AA07
2H052AA09
2H052AB01
2H052AB24
2H052AC04
2H052AC15
2H052AC27
2H052AC34
2H052AD20
2H052AD34
2H052AF14
2H052AF21
2H052AF25
(57)【要約】 （修正有）
【課題】生きた状態の細胞やたんぱく質等の標本の観察に加えて分析を行う、空間分解能を高めることに加え、これらの標本の三次元的な形状を計測可能な顕微鏡を提供する。
【解決手段】蛍光顕微鏡１は、光源１１と、偏光分離素子１２と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、励起フィルター１５と、第１ビームスプリッタ１６と、ガルバノミラー１７と、コリメータレンズ１８と、半波長板１９と、１／４波長板１ａと、吸収フィルター１ｂと、対物レンズ１ｃと、第１レンズ１ｄと、第２レンズ１ｅと、計測装置と、情報処理装置３と、表示装置４と、試料台５と、ＸＹステージ６とを含む。
【選択図】図１
【解決手段】蛍光顕微鏡１は、光源１１と、偏光分離素子１２と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、励起フィルター１５と、第１ビームスプリッタ１６と、ガルバノミラー１７と、コリメータレンズ１８と、半波長板１９と、１／４波長板１ａと、吸収フィルター１ｂと、対物レンズ１ｃと、第１レンズ１ｄと、第２レンズ１ｅと、計測装置と、情報処理装置３と、表示装置４と、試料台５と、ＸＹステージ６とを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蛍光顕微鏡であって、
光源と、偏光分離素子と、第１受光素子と、第２受光素子とを備え、
前記光源は、光源光を出力し、これを試料の表面に対して照射するように構成され、
前記偏光分離素子は、前記試料で励起された蛍光と前記試料の表面で反射した散乱光に分離するように構成され、
前記第１受光素子は、前記蛍光を受光するように構成され、
前記第２受光素子は、前記散乱光を受光するように構成される、
もの。
光源と、偏光分離素子と、第１受光素子と、第２受光素子とを備え、
前記光源は、光源光を出力し、これを試料の表面に対して照射するように構成され、
前記偏光分離素子は、前記試料で励起された蛍光と前記試料の表面で反射した散乱光に分離するように構成され、
前記第１受光素子は、前記蛍光を受光するように構成され、
前記第２受光素子は、前記散乱光を受光するように構成される、
もの。
【請求項2】
請求項１に記載の蛍光顕微鏡において、
励起フィルターをさらに備え、
前記光源は、前記光源光を出力し、これを前記励起フィルターに対して照射するように構成され、
前記励起フィルターは、前記光源光から前記試料の励起に必要な波長を有する成分を抽出し、
前記光源光のうちの前記抽出された成分が前記試料の表面に対して照射される、
もの。
励起フィルターをさらに備え、
前記光源は、前記光源光を出力し、これを前記励起フィルターに対して照射するように構成され、
前記励起フィルターは、前記光源光から前記試料の励起に必要な波長を有する成分を抽出し、
前記光源光のうちの前記抽出された成分が前記試料の表面に対して照射される、
もの。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の蛍光顕微鏡において、
第１ビームスプリッタと計測装置とをさらに備え、
前記第１ビームスプリッタは、
前記光源光を所定の分割比で２つに分割し、前記２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させ、
前記散乱光を、反射された前記光源光と同じ方向に反射させ、
前記計測装置は、反射された前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源から前記試料の表面における一点までの距離を算出し、前記試料の形状を計測するように構成される、
もの。
第１ビームスプリッタと計測装置とをさらに備え、
前記第１ビームスプリッタは、
前記光源光を所定の分割比で２つに分割し、前記２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させ、
前記散乱光を、反射された前記光源光と同じ方向に反射させ、
前記計測装置は、反射された前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源から前記試料の表面における一点までの距離を算出し、前記試料の形状を計測するように構成される、
もの。
【請求項4】
請求項３に記載の蛍光顕微鏡において、
前記光源は、光コム光源であり、
前記計測装置は、
第２ビームスプリッタと、光検出器と、位相計とを備え、
前記第２ビームスプリッタは、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成され、ここで、前記参照光は、前記光源光であり、前記反射光は、前記散乱光であり、
前記光検出器は、前記参照光及び前記反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成され、
前記位相計は、前記参照信号及び前記反射信号から電気的位相差を計測するように構成される、
もの。
前記光源は、光コム光源であり、
前記計測装置は、
第２ビームスプリッタと、光検出器と、位相計とを備え、
前記第２ビームスプリッタは、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成され、ここで、前記参照光は、前記光源光であり、前記反射光は、前記散乱光であり、
前記光検出器は、前記参照光及び前記反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成され、
前記位相計は、前記参照信号及び前記反射信号から電気的位相差を計測するように構成される、
もの。
【請求項5】
請求項１～請求項４の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
表示装置をさらに備え、
前記第１受光素子は、前記蛍光を受光し、これを電気信号に変換するように構成され、
前記表示装置は、前記電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される、
もの。
表示装置をさらに備え、
前記第１受光素子は、前記蛍光を受光し、これを電気信号に変換するように構成され、
前記表示装置は、前記電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される、
もの。
【請求項6】
請求項２～請求項５の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
ガルバノミラーと、ミラー制御部とをさらに備え、
前記ガルバノミラーは、鏡面を回転駆動可能に構成され、前記鏡面を介して前記光源光を反射させ、
前記ミラー制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ガルバノミラーの反射方向を制御するように構成される、
もの。
ガルバノミラーと、ミラー制御部とをさらに備え、
前記ガルバノミラーは、鏡面を回転駆動可能に構成され、前記鏡面を介して前記光源光を反射させ、
前記ミラー制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ガルバノミラーの反射方向を制御するように構成される、
もの。
【請求項7】
請求項２～請求項５の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
ＸＹステージと、ステージ制御部とをさらに備え、
前記ＸＹステージは、前記試料を載せた試料台を載置し、二次元的に駆動可能に構成され、
前記ステージ制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ＸＹステージの移動方向を制御するように構成される、
もの。
ＸＹステージと、ステージ制御部とをさらに備え、
前記ＸＹステージは、前記試料を載せた試料台を載置し、二次元的に駆動可能に構成され、
前記ステージ制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ＸＹステージの移動方向を制御するように構成される、
もの。
【請求項8】
請求項１～請求項７の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
試料特定部をさらに備え、
前記試料特定部は、前記試料の中で、計測範囲内にある前記試料の位置情報を特定するように構成され、ここで前記計測範囲は、予めユーザーによって指定された前記試料の形状を計測する範囲である、
もの。
試料特定部をさらに備え、
前記試料特定部は、前記試料の中で、計測範囲内にある前記試料の位置情報を特定するように構成され、ここで前記計測範囲は、予めユーザーによって指定された前記試料の形状を計測する範囲である、
もの。
【請求項9】
請求項６～請求項８の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
保存部をさらに備え、
前記保存部は、前記光源光が照射された前記試料のＸＹ座標値と、前記ＸＹ座標値における前記試料のＺ軸方向の高さとを記憶手段に記憶させて保存する、
もの。
保存部をさらに備え、
前記保存部は、前記光源光が照射された前記試料のＸＹ座標値と、前記ＸＹ座標値における前記試料のＺ軸方向の高さとを記憶手段に記憶させて保存する、
もの。
【請求項10】
請求項３～請求項９の何れか一つに記載の蛍光顕微鏡において、
追跡部をさらに備え、
前記追跡部は、離散的な時間間隔で、追跡範囲内にある前記試料を三次元計測するように構成され、ここで前記追跡範囲は、予め前記ユーザーによって指定された前記試料を追跡する範囲である、
もの。
追跡部をさらに備え、
前記追跡部は、離散的な時間間隔で、追跡範囲内にある前記試料を三次元計測するように構成され、ここで前記追跡範囲は、予め前記ユーザーによって指定された前記試料を追跡する範囲である、
もの。
【請求項11】
プログラムであって、
コンピュータを請求項１～請求項１０の何れか１つに記載の蛍光顕微鏡の各部として機能させる、
もの。
コンピュータを請求項１～請求項１０の何れか１つに記載の蛍光顕微鏡の各部として機能させる、
もの。
【請求項12】
蛍光顕微鏡を用いて試料の三次元計測をする方法であって、
配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備え、
前記配置ステップでは、計測対象の前記試料を試料台に配置し、
前記特定ステップでは、前記試料の中で、形状を計測する計測範囲を特定し、
前記照射ステップでは、光源から光源光を前記計測範囲の所望箇所に照射し、
前記光検出ステップでは、前記所望箇所における散乱光を検出し、
前記計測ステップでは、前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源と前記計測範囲の表面における一点との距離を計測する、
方法。
配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備え、
前記配置ステップでは、計測対象の前記試料を試料台に配置し、
前記特定ステップでは、前記試料の中で、形状を計測する計測範囲を特定し、
前記照射ステップでは、光源から光源光を前記計測範囲の所望箇所に照射し、
前記光検出ステップでは、前記所望箇所における散乱光を検出し、
前記計測ステップでは、前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源と前記計測範囲の表面における一点との距離を計測する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光顕微鏡、プログラム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
生きた状態の細胞やたんぱく質等の標本を観察するために、蛍光顕微鏡が用いられている。
【0003】
特許文献１には、複数種類の蛍光色素で多重染色された標本を、空間分解能の高いレーザー励起蛍光顕微鏡で観察する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１７９２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、生きた状態の細胞やたんぱく質等の標本の観察に加えて分析を行うには、空間分解能を高めることに加え、これらの標本の三次元的な形状を計測することが求められる。特許文献１に開示されている技術では、標本の三次元的な形状を計測することができない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、蛍光顕微鏡が提供される。この蛍光顕微鏡は、光源と、偏光分離素子と、第１受光素子と、第２受光素子とを備える。光源は、光源光を出力し、これを試料の表面に対して照射するように構成される。偏光分離素子は、試料で励起された蛍光と試料の表面で反射した散乱光に分離するように構成される。第１受光素子は、蛍光を受光するように構成される。第２受光素子は、散乱光を受光するように構成される。
【0007】
このような計測装置によれば、複雑の形状を有する被計測物の三次元的な形状を精度良く計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る蛍光顕微鏡１の構成を示すブロック図である。
【図2】実施形態に係る計測装置２の構成を示すブロック図である。
【図3】情報処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図4】情報処理装置３における制御手段３３が担う機能を示す機能ブロック図である。
【図5】試料Ｓの中で、特定された計測範囲Ａ及び計測ブロックＢの一例である。
【図6】試料Ｓの中で、特定された追跡範囲Ｃ及び追跡ブロックＤの一例である。
【図7】実施形態に係る試料ＳのＺ軸方向の高さを計測する一例である。
【図8】実施形態に係る計測対象の試料Ｓの三次元形状の計測方法のアクティビティ図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
【0010】
ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。
【0011】
また、本実施形態において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、電圧・電流といった信号値の物理的な値、０又は１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、又は量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。
【0012】
また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。
【0013】
１．全体構成
第１節では、本実施形態に係るハードウェア構成について説明する。図１は、実施形態に係る蛍光顕微鏡１の構成を示すブロック図である。以下各ハードウェアについて説明する。
第１節では、本実施形態に係るハードウェア構成について説明する。図１は、実施形態に係る蛍光顕微鏡１の構成を示すブロック図である。以下各ハードウェアについて説明する。
【0014】
１．１ 蛍光顕微鏡１
図１に示すように、蛍光顕微鏡１は、光源１１と、偏光分離素子１２と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、励起フィルター１５と、第１ビームスプリッタ１６と、ガルバノミラー１７と、コリメータレンズ１８と、半波長板１９と、１／４波長板１ａと、吸収フィルター１ｂと、対物レンズ１ｃと、第１レンズ１ｄと、第２レンズ１ｅと、計測装置２と、情報処理装置３と、表示装置４と、試料台５と、ＸＹステージ６とを含む。蛍光顕微鏡１には、試料Ｓ（例えば、生きた状態の細胞やたんぱく質）は含まれない。また、図１に示す構成は一例に過ぎない。例えば、ガルバノミラー１７、計測装置２、情報処理装置３、表示装置４、試料台５及びＸＹステージ６は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
図１に示すように、蛍光顕微鏡１は、光源１１と、偏光分離素子１２と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、励起フィルター１５と、第１ビームスプリッタ１６と、ガルバノミラー１７と、コリメータレンズ１８と、半波長板１９と、１／４波長板１ａと、吸収フィルター１ｂと、対物レンズ１ｃと、第１レンズ１ｄと、第２レンズ１ｅと、計測装置２と、情報処理装置３と、表示装置４と、試料台５と、ＸＹステージ６とを含む。蛍光顕微鏡１には、試料Ｓ（例えば、生きた状態の細胞やたんぱく質）は含まれない。また、図１に示す構成は一例に過ぎない。例えば、ガルバノミラー１７、計測装置２、情報処理装置３、表示装置４、試料台５及びＸＹステージ６は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
【0015】
１．２ 光源１１
光源１１は、光源光を出力し、これを試料Ｓの表面に対して照射するように構成される。ここで、試料Ｓは、蛍光物質を含んでもよい。また、試料Ｓは、自家蛍光物質、緑色蛍光タンパク質（Ｇｒｅｅｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｉｎ：ＧＦＰ）等のように光を吸収して蛍光を発する物質であってよい。試料Ｓの物質は限定されない。光源１１は、試料Ｓに含まれる蛍光物質と励起波長と同じ波長のレーザー光を出力する。レーザー光の波長は、３４０ｎｍ～１２００ｎｍの幅を有する。ここで、レーザー光の強度は限定されない。レーザー光源の種類も限定されない。光源１１から出力される光源光は、試料Ｓの表面を観察するのみならず、試料Ｓの三次元計測をするために使用される。光源１１は、光コム光源であってもよい。
光源１１は、光源光を出力し、これを試料Ｓの表面に対して照射するように構成される。ここで、試料Ｓは、蛍光物質を含んでもよい。また、試料Ｓは、自家蛍光物質、緑色蛍光タンパク質（Ｇｒｅｅｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｉｎ：ＧＦＰ）等のように光を吸収して蛍光を発する物質であってよい。試料Ｓの物質は限定されない。光源１１は、試料Ｓに含まれる蛍光物質と励起波長と同じ波長のレーザー光を出力する。レーザー光の波長は、３４０ｎｍ～１２００ｎｍの幅を有する。ここで、レーザー光の強度は限定されない。レーザー光源の種類も限定されない。光源１１から出力される光源光は、試料Ｓの表面を観察するのみならず、試料Ｓの三次元計測をするために使用される。光源１１は、光コム光源であってもよい。
【0016】
光コム光源は、超短光パルス列である光コムを出力する。光コムの発生には、光周波数コム発生器が使用されてもよい。また、モード同期レーザーが使用されてもよい。光コム光源から出力されるレーザーは、同軸上に導かれるため、入射光と反射光が同軸となる。計測装置２が複雑な形状を有する試料Ｓの三次元計測を行うには適している。
【0017】
光源１１は、光源光を出力し、これを励起フィルター１５に対して照射するように構成される。光源光は、試料Ｓの表面に対して直接照射してもよいが、後述する励起フィルター１５を介して照射してもよい。励起フィルター１５を介することで、不要な波長の光が取り除かれる。
【0018】
１．３ 偏光分離素子１２
偏光分離素子１２は、励起フィルター１５とガルバノミラー１７及び吸収フィルター１ｂの間に配置される。偏光分離素子１２は、試料Ｓで励起された蛍光と試料の表面で反射した散乱光に分離するように構成される。偏光分離素子１２は、特定の波長の光のみを反射し、それ以外の波長の光を透過させる機能を有する。そのため、偏光分離素子１２は、蛍光物質から放射された蛍光を反射し、それ以外の散乱光を透過させる。図１に記載されているように、偏光分離素子１２は、蛍光及び散乱光に対して略４５°で配置されているため、蛍光は、偏光分離素子１２によって略９０°に反射され、後述する吸収フィルター１ｂ、第１レンズ１ｄ及び第１受光素子１３の方向へ導かれる。
偏光分離素子１２は、励起フィルター１５とガルバノミラー１７及び吸収フィルター１ｂの間に配置される。偏光分離素子１２は、試料Ｓで励起された蛍光と試料の表面で反射した散乱光に分離するように構成される。偏光分離素子１２は、特定の波長の光のみを反射し、それ以外の波長の光を透過させる機能を有する。そのため、偏光分離素子１２は、蛍光物質から放射された蛍光を反射し、それ以外の散乱光を透過させる。図１に記載されているように、偏光分離素子１２は、蛍光及び散乱光に対して略４５°で配置されているため、蛍光は、偏光分離素子１２によって略９０°に反射され、後述する吸収フィルター１ｂ、第１レンズ１ｄ及び第１受光素子１３の方向へ導かれる。
【0019】
一方、散乱光は、偏光分離素子１２によって透過され、後述する励起フィルター１５、１／４波長板１ａ、第１ビームスプリッタ１６、第２レンズ１ｅ及び第２受光素子１４の方向へ導かれる。散乱光は、第１レンズ１ｄ及び第２受光素子１４を経由せず、計測装置２へと直接導かれてもよい。
【0020】
１．４ 第１受光素子１３
第１受光素子１３は、蛍光を受光するように構成される。第１受光素子１３は、光を受光し、受光した光を電気信号に変換する。したがって、第１受光素子１３は、光検出器、受光器と同様の機能を有する。ここでは、蛍光の強度を検出し、これを電気信号に変換する。第１受光素子１３として、光電効果を利用した光電子増倍管（フォトマル）や光照射による電気抵抗変化を利用したＣｄＳ、ＰｂＳなどの光電導素子が使用されてもよい。また、第１受光素子１３として、半導体のｐｎ接合を利用した光起電力型のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）が使用されてもよい。第１受光素子１３のデバイスは限定されない。
第１受光素子１３は、蛍光を受光するように構成される。第１受光素子１３は、光を受光し、受光した光を電気信号に変換する。したがって、第１受光素子１３は、光検出器、受光器と同様の機能を有する。ここでは、蛍光の強度を検出し、これを電気信号に変換する。第１受光素子１３として、光電効果を利用した光電子増倍管（フォトマル）や光照射による電気抵抗変化を利用したＣｄＳ、ＰｂＳなどの光電導素子が使用されてもよい。また、第１受光素子１３として、半導体のｐｎ接合を利用した光起電力型のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）が使用されてもよい。第１受光素子１３のデバイスは限定されない。
【0021】
１．５ 第２受光素子１４
第２受光素子１４は、散乱光を受光するように構成される。第２受光素子１４は、第１受光素子１３と同じ機能を有する。第２受光素子１４のデバイスは、第１受光素子１３同様、限定されない。
第２受光素子１４は、散乱光を受光するように構成される。第２受光素子１４は、第１受光素子１３と同じ機能を有する。第２受光素子１４のデバイスは、第１受光素子１３同様、限定されない。
【0022】
１．６ 励起フィルター１５
励起フィルター１５は、１／４波長板１ａと偏光分離素子１２の間に配置される。励起フィルター１５は、光源光から試料Ｓの励起に必要な波長を有する成分を抽出し、この成分が試料Ｓの表面に対して照射される。試料Ｓの含む蛍光物質は、特定の波長の光で励起されるため、励起フィルター１５は、蛍光物質の励起に必要な波長の光を光源１１から抽出するための光学素子である。励起フィルター１５には、特定の波長の光のみを透過し、それ以外の光を通さないようなバンドパスフィルタが用いられるが、これに限定されない。
励起フィルター１５は、１／４波長板１ａと偏光分離素子１２の間に配置される。励起フィルター１５は、光源光から試料Ｓの励起に必要な波長を有する成分を抽出し、この成分が試料Ｓの表面に対して照射される。試料Ｓの含む蛍光物質は、特定の波長の光で励起されるため、励起フィルター１５は、蛍光物質の励起に必要な波長の光を光源１１から抽出するための光学素子である。励起フィルター１５には、特定の波長の光のみを透過し、それ以外の光を通さないようなバンドパスフィルタが用いられるが、これに限定されない。
【0023】
１．７ 第１ビームスプリッタ１６
第１ビームスプリッタ１６は、半波長板１９と１／４波長板１ａの間に配置される。第１ビームスプリッタ１６は、光源光を所定の分割比で２つに分割し、２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させる。図１に記載の第１ビームスプリッタ１６は、キューブ型ビームスプリッタであるが、プレート型ビームスプリッタであってもよい。また、第１ビームスプリッタ１６は、非偏光ビームスプリッタが使用されてもよいが、偏光ビームスプリッタが使用されてもよい。
第１ビームスプリッタ１６は、半波長板１９と１／４波長板１ａの間に配置される。第１ビームスプリッタ１６は、光源光を所定の分割比で２つに分割し、２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させる。図１に記載の第１ビームスプリッタ１６は、キューブ型ビームスプリッタであるが、プレート型ビームスプリッタであってもよい。また、第１ビームスプリッタ１６は、非偏光ビームスプリッタが使用されてもよいが、偏光ビームスプリッタが使用されてもよい。
【0024】
第１ビームスプリッタ１６は、散乱光を、反射された光源光と同じ方向に反射させる。このため、第１ビームスプリッタ１６によって、光源光と散乱光は、重ね合わせられる。重ね合わされた光源光と散乱光は、後述する第２レンズ１ｅを透過し、第２受光素子１４の方向へ導かれる。
【0025】
１．８ ガルバノミラー１７
ガルバノミラー１７は、励起フィルター１５と吸収フィルター１ｂの間に配置される。ガルバノミラー１７は、鏡面を回転駆動可能に構成され、鏡面を介して光源光を反射させる。ここでは、光源光を反射させることができるミラーであればよいため、ガルバノミラー１７に限定されない。例えば、ガルバノミラー１７は、ポリゴンミラー、デフォーマブルミラー等のミラーであってもよい。またミラーの材質、大きさ等の仕様は、限定されない。ガルバノミラー１７は、Ｘ軸を中心に回転するガルバノミラー１７ａとＹ軸を中心に回転するガルバノミラー１７ｂから構成される。ガルバノミラー１７ａは、Ｘ軸回転用のモータ（不図示）によって回転駆動可能に構成され、ガルバノミラー１７ｂは、Ｙ軸回転用のモータ（不図示）によって回転駆動可能に構成される。ガルバノミラー１７ａ及びガルバノミラー１７ｂの反射方向は、後述するミラー制御部３３１によって制御される。
ガルバノミラー１７は、励起フィルター１５と吸収フィルター１ｂの間に配置される。ガルバノミラー１７は、鏡面を回転駆動可能に構成され、鏡面を介して光源光を反射させる。ここでは、光源光を反射させることができるミラーであればよいため、ガルバノミラー１７に限定されない。例えば、ガルバノミラー１７は、ポリゴンミラー、デフォーマブルミラー等のミラーであってもよい。またミラーの材質、大きさ等の仕様は、限定されない。ガルバノミラー１７は、Ｘ軸を中心に回転するガルバノミラー１７ａとＹ軸を中心に回転するガルバノミラー１７ｂから構成される。ガルバノミラー１７ａは、Ｘ軸回転用のモータ（不図示）によって回転駆動可能に構成され、ガルバノミラー１７ｂは、Ｙ軸回転用のモータ（不図示）によって回転駆動可能に構成される。ガルバノミラー１７ａ及びガルバノミラー１７ｂの反射方向は、後述するミラー制御部３３１によって制御される。
【0026】
１．９ コリメータレンズ１８
コリメータレンズ１８は、光源１１と半波長板１９の間に配置される。コリメータレンズ１８は、光源１１から出力された光源光をコリメータレンズ１８から無限遠に平行光が得られるように収差補正されたレンズである。コリメータレンズ１８の焦点距離、適合波長、外形サイズ等の仕様は、限定されない。
コリメータレンズ１８は、光源１１と半波長板１９の間に配置される。コリメータレンズ１８は、光源１１から出力された光源光をコリメータレンズ１８から無限遠に平行光が得られるように収差補正されたレンズである。コリメータレンズ１８の焦点距離、適合波長、外形サイズ等の仕様は、限定されない。
【0027】
１．１０ 半波長板１９
半波長板１９は、コリメータレンズ１８と第１ビームスプリッタ１６の間に配置される。半波長板１９は、複屈折材料などを利用して直交する２つの偏光成分に半波長の位相差（光路差）をつけて、光源光の偏光の状態を変える素子である。半波長板１９として使用される結晶は水晶であるが、これに限定されない。また、半波長板１９の板厚、構造等の仕様は、限定されない。
半波長板１９は、コリメータレンズ１８と第１ビームスプリッタ１６の間に配置される。半波長板１９は、複屈折材料などを利用して直交する２つの偏光成分に半波長の位相差（光路差）をつけて、光源光の偏光の状態を変える素子である。半波長板１９として使用される結晶は水晶であるが、これに限定されない。また、半波長板１９の板厚、構造等の仕様は、限定されない。
【0028】
１．１１ １／４波長板１ａ
１／４波長板１ａは、第１ビームスプリッタ１６と励起フィルター１５の間に配置される。１／４波長板１ａは、複屈折材料などを利用して直交する２つの偏光成分にλ／４の位相差（光路差）をつけて、光源光の偏光の状態を変える素子である。換言すると、１／４波長板１ａは、位相差をλ／４（９０°）与え光源光及び散乱光の直線偏光を円偏光に変えることができる。１／４波長板１ａの材料、大きさ等の仕様は、限定されない。
１／４波長板１ａは、第１ビームスプリッタ１６と励起フィルター１５の間に配置される。１／４波長板１ａは、複屈折材料などを利用して直交する２つの偏光成分にλ／４の位相差（光路差）をつけて、光源光の偏光の状態を変える素子である。換言すると、１／４波長板１ａは、位相差をλ／４（９０°）与え光源光及び散乱光の直線偏光を円偏光に変えることができる。１／４波長板１ａの材料、大きさ等の仕様は、限定されない。
【0029】
１／４波長板１ａの主な目的は、光源１１が光コム光源である場合、散乱光のノイズを除去することである。ノイズを除去することで、計測装置２が光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を精度よく算出し、試料Ｓの形状をより精確に計測することができる。
【0030】
１．１２ 吸収フィルター１ｂ
吸収フィルター１ｂは、偏光分離素子１２と第１レンズ１ｄの間に配置される。吸収フィルター１ｂは、試料Ｓで励起された蛍光とその他の不要な散乱光の成分等を分離する光学素子である。換言すると、吸収フィルター１ｂは、偏光分離素子１２を反射した長波長の蛍光を透過させ、その他の励起の漏れ光（試料Ｓや光学系からの散乱光成分）などは透過させない。吸収フィルター１ｂの材質、大きさ等の仕様は、限定されない。
吸収フィルター１ｂは、偏光分離素子１２と第１レンズ１ｄの間に配置される。吸収フィルター１ｂは、試料Ｓで励起された蛍光とその他の不要な散乱光の成分等を分離する光学素子である。換言すると、吸収フィルター１ｂは、偏光分離素子１２を反射した長波長の蛍光を透過させ、その他の励起の漏れ光（試料Ｓや光学系からの散乱光成分）などは透過させない。吸収フィルター１ｂの材質、大きさ等の仕様は、限定されない。
【0031】
１．１３ 対物レンズ１ｃ
対物レンズ１ｃは、ガルバノミラー１７と試料Ｓの間に配置される。具体的には、対物レンズ１ｃは、観察される試料Ｓに最も近い位置に配置され、光源光をその焦点位置にある試料Ｓの表面に集光させる。その後、試料Ｓで励起された蛍光及び試料Ｓから発せられた散乱光は、対物レンズ１ｃを通過して平行光としてガルバノミラー１７に導かれる。
対物レンズ１ｃは、ガルバノミラー１７と試料Ｓの間に配置される。具体的には、対物レンズ１ｃは、観察される試料Ｓに最も近い位置に配置され、光源光をその焦点位置にある試料Ｓの表面に集光させる。その後、試料Ｓで励起された蛍光及び試料Ｓから発せられた散乱光は、対物レンズ１ｃを通過して平行光としてガルバノミラー１７に導かれる。
【0032】
１．１４ 第１レンズ１ｄ
第１レンズ１ｄは、吸収フィルター１ｂと第１受光素子１３の間に配置される。第１レンズ１ｄの機能は対物レンズ１ｃと同じである。具体的には、第１レンズ１ｄは、試料Ｓから発せられた蛍光をその焦点位置にある第１受光素子１３の表面に集光させる。
第１レンズ１ｄは、吸収フィルター１ｂと第１受光素子１３の間に配置される。第１レンズ１ｄの機能は対物レンズ１ｃと同じである。具体的には、第１レンズ１ｄは、試料Ｓから発せられた蛍光をその焦点位置にある第１受光素子１３の表面に集光させる。
【0033】
１．１５ 第２レンズ１ｅ
第２レンズ１ｅは、第１ビームスプリッタ１６と第２受光素子１４の間に配置される。第２レンズ１ｅの機能は対物レンズ１ｃと同じである。具体的には、第２レンズ１ｅは、試料Ｓから発せられた散乱光をその焦点位置にある第２受光素子１４の表面に集光させる。
第２レンズ１ｅは、第１ビームスプリッタ１６と第２受光素子１４の間に配置される。第２レンズ１ｅの機能は対物レンズ１ｃと同じである。具体的には、第２レンズ１ｅは、試料Ｓから発せられた散乱光をその焦点位置にある第２受光素子１４の表面に集光させる。
【0034】
１．１６ 計測装置２
計測装置２は、反射された光源光と散乱光に基づいて、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測するように構成される。そのため第２レンズ１ｅ及び第２受光素子１４の代わりに、計測装置２が配置される。図２は、実施形態に係る計測装置２の構成を示すブロック図である。ブロック図は、光源１１が光コム光源の場合の実施形態である。よって、光源１１の種類又は計測方法が異なる場合、計測装置２の構成も異なる。図２に示すように、計測装置２は、第２ビームスプリッタ２１と、光検出器２２と、バンドパスフィルタ２３と、ダブルバランスドミキサ２４と、位相計２５と、集光レンズ２６とを含む。計測装置２は、蛍光顕微鏡１に適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
計測装置２は、反射された光源光と散乱光に基づいて、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測するように構成される。そのため第２レンズ１ｅ及び第２受光素子１４の代わりに、計測装置２が配置される。図２は、実施形態に係る計測装置２の構成を示すブロック図である。ブロック図は、光源１１が光コム光源の場合の実施形態である。よって、光源１１の種類又は計測方法が異なる場合、計測装置２の構成も異なる。図２に示すように、計測装置２は、第２ビームスプリッタ２１と、光検出器２２と、バンドパスフィルタ２３と、ダブルバランスドミキサ２４と、位相計２５と、集光レンズ２６とを含む。計測装置２は、蛍光顕微鏡１に適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
【0035】
（第２ビームスプリッタ２１）
第２ビームスプリッタ２１は、第１ビームスプリッタ１６と集光レンズ２６の間に配置される。第２ビームスプリッタ２１は、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成される。ここで、入射した光は、第１ビームスプリッタ１６で、重ね合わされた光源光と散乱光である。参照光は、光源光であり、反射光は、散乱光である。第２ビームスプリッタ２１は、第１ビームスプリッタ１６と同様の機能を有する。第２ビームスプリッタ２１は、キューブ型ビームスプリッタであるが、プレート型ビームスプリッタであってもよい。また、第２ビームスプリッタ２１は、非偏光ビームスプリッタが使用されてもよいが、偏光ビームスプリッタが使用されてもよい。
第２ビームスプリッタ２１は、第１ビームスプリッタ１６と集光レンズ２６の間に配置される。第２ビームスプリッタ２１は、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成される。ここで、入射した光は、第１ビームスプリッタ１６で、重ね合わされた光源光と散乱光である。参照光は、光源光であり、反射光は、散乱光である。第２ビームスプリッタ２１は、第１ビームスプリッタ１６と同様の機能を有する。第２ビームスプリッタ２１は、キューブ型ビームスプリッタであるが、プレート型ビームスプリッタであってもよい。また、第２ビームスプリッタ２１は、非偏光ビームスプリッタが使用されてもよいが、偏光ビームスプリッタが使用されてもよい。
【0036】
（光検出器２２）
光検出器２２は、第１検出器２２１及び第２検出器２２２を含む。光検出器２２は、集光レンズ２６とバンドパスフィルタ２３の間に配置される。具体的には、第１検出器２２１は、第１集光レンズ２６１と第１バンドパスフィルタ２３１及び第２バンドパスフィルタ２３２の間に配置され、第２検出器２２２は、第２集光レンズ２６２と第３バンドパスフィルタ２３３の間に配置される。光検出器２２は、参照光及び反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成される。即ち、第１検出器２２１は、参照光を電気的に参照信号に変換し、第２検出器２２２は、反射光を電気的に反射信号に変換する。
光検出器２２は、第１検出器２２１及び第２検出器２２２を含む。光検出器２２は、集光レンズ２６とバンドパスフィルタ２３の間に配置される。具体的には、第１検出器２２１は、第１集光レンズ２６１と第１バンドパスフィルタ２３１及び第２バンドパスフィルタ２３２の間に配置され、第２検出器２２２は、第２集光レンズ２６２と第３バンドパスフィルタ２３３の間に配置される。光検出器２２は、参照光及び反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成される。即ち、第１検出器２２１は、参照光を電気的に参照信号に変換し、第２検出器２２２は、反射光を電気的に反射信号に変換する。
【0037】
（バンドパスフィルタ２３）
バンドパスフィルタ２３は、第１バンドパスフィルタ２３１、第２バンドパスフィルタ２３２及び第３バンドパスフィルタ２３３を含む。バンドパスフィルタ２３は、光検出器２２とダブルバランスドミキサ２４又は位相計２５の間に配置される。具体的には、第１バンドパスフィルタ２３１は、第１検出器２２１と位相計２５の間に配置され、第２バンドパスフィルタ２３２は、第１検出器２２１とダブルバランスドミキサ２４の間に配置され、第３バンドパスフィルタ２３３は、第２検出器２２２とダブルバランスドミキサ２４の間に配置される。
バンドパスフィルタ２３は、第１バンドパスフィルタ２３１、第２バンドパスフィルタ２３２及び第３バンドパスフィルタ２３３を含む。バンドパスフィルタ２３は、光検出器２２とダブルバランスドミキサ２４又は位相計２５の間に配置される。具体的には、第１バンドパスフィルタ２３１は、第１検出器２２１と位相計２５の間に配置され、第２バンドパスフィルタ２３２は、第１検出器２２１とダブルバランスドミキサ２４の間に配置され、第３バンドパスフィルタ２３３は、第２検出器２２２とダブルバランスドミキサ２４の間に配置される。
【0038】
第１バンドパスフィルタ２３１は、第１検出器２２１で光電変換された参照信号のビート（うねり）成分から繰り返し周波数ｆｒｅｐの参照信号を取り出す。第２バンドパスフィルタ２３２は、第１検出器２２１で光電変換された参照信号のビート（うねり）成分から、高周波ｆｈ成分から繰り返し周波数ｆｒｅｐ成分を除いたｆｈ－ｆｒｅｐ参照信号を取り出す。第３バンドパスフィルタ２３３は、第２検出器２２２で光電変換された反射信号から高周波信号ｆｈの反射信号を取り出す。
【0039】
（ダブルバランスドミキサ２４）
ダブルバランスドミキサ２４は、アナログ乗算器であり、第２バンドパスフィルタ２３２から取り出されたｆｈ－ｆｒｅｐ参照信号の周波数成分と、第３バンドパスフィルタ２３３から取り出されたｆｈ反射信号の周波数成分の電気信号に対して乗算の演算を行う回路である。ここで演算は電気信号の電圧成分で行う。その演算結果として、ヘテロダインの原理を用いて、その和と差の周波数成分のプローブ信号が出力される。
ダブルバランスドミキサ２４は、アナログ乗算器であり、第２バンドパスフィルタ２３２から取り出されたｆｈ－ｆｒｅｐ参照信号の周波数成分と、第３バンドパスフィルタ２３３から取り出されたｆｈ反射信号の周波数成分の電気信号に対して乗算の演算を行う回路である。ここで演算は電気信号の電圧成分で行う。その演算結果として、ヘテロダインの原理を用いて、その和と差の周波数成分のプローブ信号が出力される。
【0040】
（位相計２５）
位相計２５は、参照信号及び反射信号から電気的位相差を計測するように構成される。具体的には、位相計２５は、参照信号と、ダブルバランスドミキサ２４で参照信号及び反射信号に基づいて出力されたプローブ信号の位相差を表す電圧信号を生成する。
位相計２５は、参照信号及び反射信号から電気的位相差を計測するように構成される。具体的には、位相計２５は、参照信号と、ダブルバランスドミキサ２４で参照信号及び反射信号に基づいて出力されたプローブ信号の位相差を表す電圧信号を生成する。
【0041】
（距離計測）
光源１１が光コム光源でない場合は、例えば、光変調法の原理を用いて計測装置２は、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測する。具体的には、光源１１が出力する光源光に変調をかけて、第１検出器２２１が、参照光を検出した時間と、第２検出器２２２が反射光を検出した時間の時間的位相差を検出、比較して距離が算出される。光源１１が光コム光源の場合は、計測装置２は、上述したように、参照光と反射光の電気信号から電気的位相差を検出し、これに基づいて光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測する。これらの距離の測定方法は一例であって、限定されない。
光源１１が光コム光源でない場合は、例えば、光変調法の原理を用いて計測装置２は、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測する。具体的には、光源１１が出力する光源光に変調をかけて、第１検出器２２１が、参照光を検出した時間と、第２検出器２２２が反射光を検出した時間の時間的位相差を検出、比較して距離が算出される。光源１１が光コム光源の場合は、計測装置２は、上述したように、参照光と反射光の電気信号から電気的位相差を検出し、これに基づいて光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測する。これらの距離の測定方法は一例であって、限定されない。
【0042】
１．１７ 情報処理装置３
図３は、情報処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。情報処理装置３は、通信手段３１と、記憶手段３２と、制御手段３３と、表示装置４と、入力手段３４とを有し、これらの構成要素が情報処理装置３の内部において通信バス３０を介して電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。
図３は、情報処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。情報処理装置３は、通信手段３１と、記憶手段３２と、制御手段３３と、表示装置４と、入力手段３４とを有し、これらの構成要素が情報処理装置３の内部において通信バス３０を介して電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。
【0043】
（通信手段３１）
通信手段３１は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線ＬＡＮネットワーク通信、ＬＴＥ／３Ｇ等のモバイル通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信等を必要に応じて含めてもよい。即ち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。特に、光源１１と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、ガルバノミラー１７と、ＸＹステージ６とは、所定の通信規格において通信可能に構成されることが好ましい。
通信手段３１は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線ＬＡＮネットワーク通信、ＬＴＥ／３Ｇ等のモバイル通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信等を必要に応じて含めてもよい。即ち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。特に、光源１１と、第１受光素子１３と、第２受光素子１４と、ガルバノミラー１７と、ＸＹステージ６とは、所定の通信規格において通信可能に構成されることが好ましい。
【0044】
通信手段３１は、第１受光素子１３、第２受光素子１４及び光検出器２２が検出した電気信号を受信するように構成される。また、通信手段３１は光源１１に光源光を出力させるためのデータを送信するように構成される。このような構成により、蛍光顕微鏡１が、試料Ｓを観察した画像を表示装置４に表示させ、計測装置２が光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を算出し、試料Ｓの形状を計測するように構成される。
【0045】
（記憶手段３２）
記憶手段３２は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えばソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。特に、記憶手段３２は、ガルバノミラー１７が照射した試料Ｓの位置座標、ＸＹステージ６の位置座標、及び計測装置２が検出した試料ＳのＺ軸方向の高さデータを記憶する。また、記憶手段３２は、ミラー制御プログラム、ステージ制御プログラム、表示制御プログラム、試料特定プログラム、追跡プログラム、保存プログラムを記憶する。記憶手段３２は、これ以外にも制御手段３３によって実行される情報処理装置３に係る種々のプログラム等を記憶している。
記憶手段３２は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えばソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。特に、記憶手段３２は、ガルバノミラー１７が照射した試料Ｓの位置座標、ＸＹステージ６の位置座標、及び計測装置２が検出した試料ＳのＺ軸方向の高さデータを記憶する。また、記憶手段３２は、ミラー制御プログラム、ステージ制御プログラム、表示制御プログラム、試料特定プログラム、追跡プログラム、保存プログラムを記憶する。記憶手段３２は、これ以外にも制御手段３３によって実行される情報処理装置３に係る種々のプログラム等を記憶している。
【0046】
（制御手段３３）
制御手段３３は、情報処理装置３に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御手段３３は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）である。制御手段３３は、記憶手段３２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、情報処理装置３に係る種々の機能を実現する。具体的にはミラー制御機能、ステージ制御機能、表示制御機能、試料特定機能、追跡機能、保存機能が該当する。即ち、ソフトウェア（記憶手段３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御手段３３）によって具体的に実現されることで、ミラー制御部３３１、ステージ制御部３３２、表示制御部３３３、試料特定部３３４、追跡部３３５、及び保存部３３６として実行されうる。なお、図４においては、単一の制御手段３３として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御手段３３を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。以下、ミラー制御部３３１、ステージ制御部３３２、表示制御部３３３、試料特定部３３４、追跡部３３５、及び保存部３３６については第２節においてさらに詳述する。
制御手段３３は、情報処理装置３に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御手段３３は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）である。制御手段３３は、記憶手段３２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、情報処理装置３に係る種々の機能を実現する。具体的にはミラー制御機能、ステージ制御機能、表示制御機能、試料特定機能、追跡機能、保存機能が該当する。即ち、ソフトウェア（記憶手段３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御手段３３）によって具体的に実現されることで、ミラー制御部３３１、ステージ制御部３３２、表示制御部３３３、試料特定部３３４、追跡部３３５、及び保存部３３６として実行されうる。なお、図４においては、単一の制御手段３３として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御手段３３を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。以下、ミラー制御部３３１、ステージ制御部３３２、表示制御部３３３、試料特定部３３４、追跡部３３５、及び保存部３３６については第２節においてさらに詳述する。
【0047】
（入力手段３４）
入力手段３４は、オペレータからの各種指示や情報入力を受け付ける。入力手段３４は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、キーボード等の入力デバイスである。また、入力手段３４は、グラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）を用いることにしてもよい。ユーザーは、観察対象の試料Ｓの計測範囲Ａを入力手段３４に入力することができる。また、ユーザーは、観察対象の試料Ｓの追跡範囲Ｃを入力手段３４に入力することができる。
入力手段３４は、オペレータからの各種指示や情報入力を受け付ける。入力手段３４は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、キーボード等の入力デバイスである。また、入力手段３４は、グラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）を用いることにしてもよい。ユーザーは、観察対象の試料Ｓの計測範囲Ａを入力手段３４に入力することができる。また、ユーザーは、観察対象の試料Ｓの追跡範囲Ｃを入力手段３４に入力することができる。
【0048】
１．１８ 表示装置４
第１受光素子１３が蛍光を受光し、これを電気信号に変換し、さらに表示装置４は、この電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される。その結果、ユーザーは、観察対象の試料Ｓの表面を、表示装置４を通じて観察することができる。表示装置４は、例えば、蛍光顕微鏡１の筐体に含まれてもよいし、外付けされてもよい。表示装置４は、ユーザーが操作可能なグラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）の画面を表示する。これは例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示デバイスを、蛍光顕微鏡１の種類に応じて使い分けて実施することが好ましい。当該表示デバイスは、制御手段３３における表示制御部の制御信号に応答して、表示画面を選択的に表示しうる。例えば、試料Ｓの三次元形状をユーザーが視認可能に表示することができる。
第１受光素子１３が蛍光を受光し、これを電気信号に変換し、さらに表示装置４は、この電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される。その結果、ユーザーは、観察対象の試料Ｓの表面を、表示装置４を通じて観察することができる。表示装置４は、例えば、蛍光顕微鏡１の筐体に含まれてもよいし、外付けされてもよい。表示装置４は、ユーザーが操作可能なグラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）の画面を表示する。これは例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示デバイスを、蛍光顕微鏡１の種類に応じて使い分けて実施することが好ましい。当該表示デバイスは、制御手段３３における表示制御部の制御信号に応答して、表示画面を選択的に表示しうる。例えば、試料Ｓの三次元形状をユーザーが視認可能に表示することができる。
【0049】
１．１９ 試料台５
試料台５は、試料Ｓを載置し、対物レンズ１ｃの直下に配置される。試料台５は、固定されても良く、ＸＹステージ６に載置されて、二次元的に移動可能にされてもよい。蛍光顕微鏡１を利用する目的に応じて、ユーザーは、試料台５を固定しても、移動可能にしてよい。
試料台５は、試料Ｓを載置し、対物レンズ１ｃの直下に配置される。試料台５は、固定されても良く、ＸＹステージ６に載置されて、二次元的に移動可能にされてもよい。蛍光顕微鏡１を利用する目的に応じて、ユーザーは、試料台５を固定しても、移動可能にしてよい。
【0050】
１．２０ ＸＹステージ６
ＸＹステージ６は、試料Ｓを載せた試料台５を載置し、二次元的に駆動可能に構成される。ＸＹステージ６は、Ｘ軸（左右）方向とＹ軸（縦）方向の指示した位置に動く。このためＸＹステージ６は、ＸＹ平面上において試料台５に載置された試料Ｓを位置決めするための装置である。ＸＹステージ６は、試料ＳをＸ方向に移動させるためのモーター（不図示）及び送りネジ（不図示）と、試料ＳをＹ方向に移動させるためのモーター（不図示）及び送りネジ（不図示）とが付設されている。モーターの回転運動は、送りネジを介して直線運動に変換される。そのためモーター（不図示）を制御することで、ＸＹステージ６のＸＹ方向の直線運動が制御される。ユーザーは、リニアモーターを用いて、ＸＹステージ６を非接触で駆動及び制御させてもよい。後述する制御手段３３のステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６の移動方向を制御するように構成される。
ＸＹステージ６は、試料Ｓを載せた試料台５を載置し、二次元的に駆動可能に構成される。ＸＹステージ６は、Ｘ軸（左右）方向とＹ軸（縦）方向の指示した位置に動く。このためＸＹステージ６は、ＸＹ平面上において試料台５に載置された試料Ｓを位置決めするための装置である。ＸＹステージ６は、試料ＳをＸ方向に移動させるためのモーター（不図示）及び送りネジ（不図示）と、試料ＳをＹ方向に移動させるためのモーター（不図示）及び送りネジ（不図示）とが付設されている。モーターの回転運動は、送りネジを介して直線運動に変換される。そのためモーター（不図示）を制御することで、ＸＹステージ６のＸＹ方向の直線運動が制御される。ユーザーは、リニアモーターを用いて、ＸＹステージ６を非接触で駆動及び制御させてもよい。後述する制御手段３３のステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６の移動方向を制御するように構成される。
【0051】
ＸＹステージ６をＺ方向に移動させるためのモーター（不図示）及び送りネジ（不図示）を付設させてもよい。計測装置２が試料ＳのＺ軸方向の高さを計測しているときに、試料Ｓの高さに応じてワーキングディスタンスに入るように、ＸＹステージ６のＺ方向の直線運動も併せて制御されてもよい。
【0052】
２．機能構成
第２節では、本実施形態の機能構成について説明する。図４は、情報処理装置３における制御手段３３が担う機能を示す機能ブロック図である。前述の制御手段３３に関して、情報処理装置３は、ミラー制御部３３１と、ステージ制御部３３２と、表示制御部３３３と、試料特定部３３４と、追跡部３３５と、保存部３３６とを備える。以下、各構成要素についてさらに説明する。
第２節では、本実施形態の機能構成について説明する。図４は、情報処理装置３における制御手段３３が担う機能を示す機能ブロック図である。前述の制御手段３３に関して、情報処理装置３は、ミラー制御部３３１と、ステージ制御部３３２と、表示制御部３３３と、試料特定部３３４と、追跡部３３５と、保存部３３６とを備える。以下、各構成要素についてさらに説明する。
【0053】
２．１ ミラー制御部３３１
ミラー制御部３３１は、光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ガルバノミラー１７反射方向を制御するように構成される。具体的には、試料Ｓの各位置でのＺ軸方向の高さを計測するために、ミラー制御部３３１は、光源光を指定された試料Ｓの表面に照射するために、ガルバノミラー１７ａが搭載されているＸ軸を中心に回転するモーター（不図示）の回転角度と、ガルバノミラー１７ｂが搭載されているＹ軸を中心に回転するモーター（不図示）の回転角度とを制御する。ガルバノミラー１７ａとガルバノミラー１７ｂの反射角度を連動して制御することで、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射される。
ミラー制御部３３１は、光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ガルバノミラー１７反射方向を制御するように構成される。具体的には、試料Ｓの各位置でのＺ軸方向の高さを計測するために、ミラー制御部３３１は、光源光を指定された試料Ｓの表面に照射するために、ガルバノミラー１７ａが搭載されているＸ軸を中心に回転するモーター（不図示）の回転角度と、ガルバノミラー１７ｂが搭載されているＹ軸を中心に回転するモーター（不図示）の回転角度とを制御する。ガルバノミラー１７ａとガルバノミラー１７ｂの反射角度を連動して制御することで、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射される。
【0054】
光源光が走査される範囲、速度、及び走査される試料台５の位置等のパラメータは、予め記憶手段３２に記憶されている。ミラー制御部３３１が、これらのパラメータを読み込み、ガルバノミラー１７ａとガルバノミラー１７ｂの反射角度を連動して制御する。
【0055】
２．２ ステージ制御部３３２
ステージ制御部は、光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ＸＹステージ６の移動方向を制御するように構成される。光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ガルバノミラー１７を使用する代わりに、ＸＹステージ６が使用されてもよい。具体的には、試料Ｓの各位置でのＺ軸方向の高さを計測するために、ステージ制御部３３２は、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射されるように、試料台５を搭載しているＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）とＹ方向に移動させるための送りネジ（不図示）を駆動させる。各送りネジは各モーター（不図示）によって駆動されるため、ステージ制御部３３２は、各モーター（不図示）の回転角度を制御する。このように、ＸＹステージ６に付設されているＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）とＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）を連動して制御することで、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射される。
ステージ制御部は、光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ＸＹステージ６の移動方向を制御するように構成される。光源光を試料Ｓの所望箇所に照射するために、ガルバノミラー１７を使用する代わりに、ＸＹステージ６が使用されてもよい。具体的には、試料Ｓの各位置でのＺ軸方向の高さを計測するために、ステージ制御部３３２は、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射されるように、試料台５を搭載しているＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）とＹ方向に移動させるための送りネジ（不図示）を駆動させる。各送りネジは各モーター（不図示）によって駆動されるため、ステージ制御部３３２は、各モーター（不図示）の回転角度を制御する。このように、ＸＹステージ６に付設されているＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）とＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）を連動して制御することで、光源光が指定された試料Ｓの表面に照射される。
【0056】
光源光が走査される範囲、走査される試料台５のＸＹステージ６上の位置座標、ＸＹステージ６の移動速度、移動量等のパラメータは、予め記憶手段３２に記憶されている。ステージ制御部３３２が、これらのパラメータを読み込み、ＸＹステージ６に付設されているＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）とＸ方向に移動させるための送りネジ（不図示）を連動して制御する
【0057】
２．３ 表示制御部３３３
表示制御部３３３は、ソフトウェア（記憶手段３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御手段３３）によって具体的に実現されているものである。表示制御部３３３は、試料Ｓを観察中に、試料Ｓから発せられた蛍光を最終的に光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される。これに加え、表示制御部３３３は、計測装置２が計測した試料Ｓの各座標点でのＺ軸方向の高さデータ及びその座標点に基づいて生成された試料Ｓの三次元データをユーザーが視認可能に表示するよう構成される。
表示制御部３３３は、ソフトウェア（記憶手段３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御手段３３）によって具体的に実現されているものである。表示制御部３３３は、試料Ｓを観察中に、試料Ｓから発せられた蛍光を最終的に光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される。これに加え、表示制御部３３３は、計測装置２が計測した試料Ｓの各座標点でのＺ軸方向の高さデータ及びその座標点に基づいて生成された試料Ｓの三次元データをユーザーが視認可能に表示するよう構成される。
【0058】
２．４ 試料特定部３３４
試料特定部３３４は、試料Ｓの中で、計測範囲Ａ内にある試料Ｓの位置情報を特定するように構成される。図５は、試料Ｓの中で、特定された計測範囲Ａ及び計測ブロックＢの一例である。計測ブロックＢは、計測のために光源光が走査される最小範囲である。計測範囲Ａは、予めユーザーによって指定された試料Ｓの形状を計測する範囲である。換言すると、計測装置２が、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を計測する範囲である。試料特定部３３４が、指定された計測範囲に限定して試料Ｓの三次元形状を計測することで、ユーザーは迅速に試料Ｓの立体的な形状を把握することができるため、本機能は、試料Ｓの分析、解析に有用である。
試料特定部３３４は、試料Ｓの中で、計測範囲Ａ内にある試料Ｓの位置情報を特定するように構成される。図５は、試料Ｓの中で、特定された計測範囲Ａ及び計測ブロックＢの一例である。計測ブロックＢは、計測のために光源光が走査される最小範囲である。計測範囲Ａは、予めユーザーによって指定された試料Ｓの形状を計測する範囲である。換言すると、計測装置２が、光源１１から試料Ｓの表面における一点までの距離を計測する範囲である。試料特定部３３４が、指定された計測範囲に限定して試料Ｓの三次元形状を計測することで、ユーザーは迅速に試料Ｓの立体的な形状を把握することができるため、本機能は、試料Ｓの分析、解析に有用である。
【0059】
図５に示されたように、ユーザーは、計測範囲Ａを、計測範囲Ａ１及び計測範囲Ａ２と複数指定してもよい。複数指定した場合は、それぞれの範囲内の計測ブロックＢ１及び計測ブロックＢ２の範囲で、計測のために第２光が走査される。また、ユーザーは、計測範囲Ａの範囲と計測ブロックＢの範囲を一致させてもよい。少なくとも計測範囲Ａは、計測ブロックＢよりも広い範囲であることが好ましい。
【0060】
試料特定部３３４は、ユーザーが入力した計測範囲Ａを、ガルバノミラー１７及びＸＹステージ６が制御可能なデータに変換する。変換されたデータに基づいて、ミラー制御部３３１及びステージ制御部３３２は、光源１１が出力した光源光を、試料Ｓの計測範囲Ａ全域にわたって走査させてもよいが、計測範囲Ａ内の特定の部位のみを走査させてもよい。特定の部位は、例えば、ユーザーが特定した色を有している試料Ｓの部位である。どのように計測範囲Ａを指定しても、計測ブロックＢ単位で、光源１１が出力した第１光は走査させられる。試料特定部３３４は、画像処理を行い、特定の部位のピクセル座標を特定し、ガルバノミラー１７又はＸＹステージ６を移動させる方向及び移動量を算出する。これらの移動に関するデータは、ミラー制御部３３１及びステージ制御部３３２の動作に使用される。
【0061】
２．５ 追跡部３３５
追跡部３３５は、離散的な時間間隔で、追跡範囲Ｃ内にある試料Ｓを三次元計測するように構成される。図６は、試料Ｓの中で、特定された追跡範囲Ｃ及び追跡ブロックＤの一例である。追跡ブロックＤは、計測ブロックＢと同様に計測のために光源光が走査される最小範囲である。追跡範囲Ｃは、予めユーザーによって指定された試料Ｓを追跡する範囲である。換言すると、規則的又は不規則的な時間間隔で、追跡範囲Ｃ内にある試料Ｓを三次元的に計測することで、ユーザーは、試料Ｓを三次元動画として捉えることができる。
追跡部３３５は、離散的な時間間隔で、追跡範囲Ｃ内にある試料Ｓを三次元計測するように構成される。図６は、試料Ｓの中で、特定された追跡範囲Ｃ及び追跡ブロックＤの一例である。追跡ブロックＤは、計測ブロックＢと同様に計測のために光源光が走査される最小範囲である。追跡範囲Ｃは、予めユーザーによって指定された試料Ｓを追跡する範囲である。換言すると、規則的又は不規則的な時間間隔で、追跡範囲Ｃ内にある試料Ｓを三次元的に計測することで、ユーザーは、試料Ｓを三次元動画として捉えることができる。
【0062】
ユーザーは、追跡範囲Ｃを複数指定してもよい。また、ユーザーは、追跡範囲Ｃの範囲と追跡ブロックＤの範囲を一致させてもよい。少なくとも追跡範囲Ｃは、追跡ブロックＤよりも広い範囲であることが好ましい。
【0063】
追跡部３３５は、ユーザーが入力した追席範囲を、ガルバノミラー１７及びＸＹステージ６が制御可能なデータに変換する。変換されたデータに基づいて、ミラー制御部３３１及びステージ制御部３３２は、光源１１が出力した光源光を、試料Ｓの追席範囲全域にわたって離散的な時間間隔で走査させてもよいが、追跡範囲Ｃ内の特定の部位のみを離散的な時間間隔で走査させてもよい。特定の部位は、例えば、ユーザーが特定した色を有している試料Ｓの部位である。どのように追跡範囲Ｃを定義しても、追跡ブロックＤ単位で、光源１１が出力した第１光は走査させられる。追跡部３３５は、離散的な時間間隔で画像処理を行い、特定の部位のピクセル座標を特定し、ガルバノミラー１７又はＸＹステージ６を移動させる方向及び移動量を算出する。これらの移動に関するデータは、ミラー制御部３３１及びステージ制御部３３２の動作に使用される。
【0064】
２．６ 保存部３３６
保存部３３６は、光源光が照射された試料ＳのＸＹ座標値と、計測装置が計測したＸＹ座標値における試料ＳのＺ軸方向の高さとを記憶手段３２に記憶させて保存する。保存部３３６は、計測装置２が計測した試料ＳのＺ軸方向の高さと、そのＸＹ座標値とを記憶手段３２に保存する。保存にあたり、保存部３３６は、計測した時間も併せて保存してもよい。ユーザーは、試料Ｓの動的な動きを把握することができる。他にも、保存部３３６は、試料Ｓの三次元計測をしている間の温度、湿度等の環境データも保存してもよい。具体的には、ユーザーは、より適切に生きた細胞の状態を分析することができる。
保存部３３６は、光源光が照射された試料ＳのＸＹ座標値と、計測装置が計測したＸＹ座標値における試料ＳのＺ軸方向の高さとを記憶手段３２に記憶させて保存する。保存部３３６は、計測装置２が計測した試料ＳのＺ軸方向の高さと、そのＸＹ座標値とを記憶手段３２に保存する。保存にあたり、保存部３３６は、計測した時間も併せて保存してもよい。ユーザーは、試料Ｓの動的な動きを把握することができる。他にも、保存部３３６は、試料Ｓの三次元計測をしている間の温度、湿度等の環境データも保存してもよい。具体的には、ユーザーは、より適切に生きた細胞の状態を分析することができる。
【0065】
３．Ｚ軸方向の高さを計測するためのＸＹステージ６の制御方法
第３節では、第１節で説明した蛍光顕微鏡１を用いた試料ＳのＺ軸方向の高さを計測するためのＸＹステージ６の制御方法について説明する。図７は、実施形態に係る試料ＳのＺ軸方向の高さを計測する一例である。図７に示したように、計測装置２は、試料ＳのＺ軸方向の高さを大まかに計測し、次に細かく計測する。これは、試料Ｓが細胞の場合、生きた細胞と死んだ細胞では、細胞のＺ軸方向の高さが異なるため、ユーザーの計測したい細胞は、最初にスクリーニングされる。具体的には、生きた細胞は死んだ細胞よりもＺ軸方向の高さが高いため、生きた細胞の三次元形状を計測する場合、大まかに細胞の高さを計測し、所定の高さの細胞のみ細かく高さを計測する。このようにして、無駄なく高速に、蛍光顕微鏡１は、計測対象の生きた細胞を三次元計測することができる。
第３節では、第１節で説明した蛍光顕微鏡１を用いた試料ＳのＺ軸方向の高さを計測するためのＸＹステージ６の制御方法について説明する。図７は、実施形態に係る試料ＳのＺ軸方向の高さを計測する一例である。図７に示したように、計測装置２は、試料ＳのＺ軸方向の高さを大まかに計測し、次に細かく計測する。これは、試料Ｓが細胞の場合、生きた細胞と死んだ細胞では、細胞のＺ軸方向の高さが異なるため、ユーザーの計測したい細胞は、最初にスクリーニングされる。具体的には、生きた細胞は死んだ細胞よりもＺ軸方向の高さが高いため、生きた細胞の三次元形状を計測する場合、大まかに細胞の高さを計測し、所定の高さの細胞のみ細かく高さを計測する。このようにして、無駄なく高速に、蛍光顕微鏡１は、計測対象の生きた細胞を三次元計測することができる。
【0066】
ステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６をＸ方向、Ｙ方向に所定の移動量で移動させて、計測装置２は、試料ＳのＺ軸方向の高さを計測する。ここでは、計測装置２は、最初に大まかな計測をする。次に必要があれば、ステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６の移動開始点を所定の移動量以下で移動させて、さらにＺ軸方向の高さを計測する。同様に、ステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６の移動開始点を所定の移動量以下で移動させて、Ｚ軸方向の高さを計測する。これを繰り返すことで、計測装置２は、試料Ｓを精度良く三次元計測することができる。
【0067】
上述した方法に加えて、ステージ制御部３３２は、ＸＹステージ６の移動開始点を固定して、移動量を順次小さくして、試料ＳのＺ軸方向の高さを細かく計測をしてもよい。このようにして、計測装置２は、試料Ｓを精度良く三次元計測することができる。
【0068】
４．三次元形状の計測方法
第４節では、第１節で説明した計測装置２を用いた三次元形状の計測方法について説明する。三次元計測方法は、配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備える。配置ステップでは、計測対象の試料Ｓを試料台５に配置する。特定ステップでは、試料Ｓの中で、形状を計測する計測範囲Ａを特定する。照射ステップでは、光源１１から光源光を計測範囲Ａの所望箇所に照射する。光検出ステップでは、所望箇所における散乱光を検出する。計測ステップでは、光源１１と散乱光に基づいて、光源１１と計測範囲Ａの表面における一点との距離を計測する。具体的に、この計測方法について説明する。
第４節では、第１節で説明した計測装置２を用いた三次元形状の計測方法について説明する。三次元計測方法は、配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備える。配置ステップでは、計測対象の試料Ｓを試料台５に配置する。特定ステップでは、試料Ｓの中で、形状を計測する計測範囲Ａを特定する。照射ステップでは、光源１１から光源光を計測範囲Ａの所望箇所に照射する。光検出ステップでは、所望箇所における散乱光を検出する。計測ステップでは、光源１１と散乱光に基づいて、光源１１と計測範囲Ａの表面における一点との距離を計測する。具体的に、この計測方法について説明する。
【0069】
図８は、実施形態に係る計測対象の試料Ｓの三次元形状の計測方法のアクティビティ図である。以下、本図に沿って説明する。
【0070】
（アクティビティＡ０１）
ユーザーは、計測対象の試料Ｓを試料台５に配置する。
（アクティビティＡ０２）
試料特定部３３４は、ユーザーが指定した計測範囲Ａを特定する。
（アクティビティＡ０３）
光源１１は、光源光を出力し、これを計測範囲Ａの所望箇所に照射する。
（アクティビティＡ０４）
計測装置２に備わる光検出器２２は、光源光と光源光に重ね合わされた所望箇所における散乱光を検出する。
（アクティビティＡ０５）
計測装置２は、光源光と散乱光に基づいて、光源１１と計測範囲Ａの表面における一点との距離を計測する。
ユーザーは、計測対象の試料Ｓを試料台５に配置する。
（アクティビティＡ０２）
試料特定部３３４は、ユーザーが指定した計測範囲Ａを特定する。
（アクティビティＡ０３）
光源１１は、光源光を出力し、これを計測範囲Ａの所望箇所に照射する。
（アクティビティＡ０４）
計測装置２に備わる光検出器２２は、光源光と光源光に重ね合わされた所望箇所における散乱光を検出する。
（アクティビティＡ０５）
計測装置２は、光源光と散乱光に基づいて、光源１１と計測範囲Ａの表面における一点との距離を計測する。
【0071】
５．その他
下記のような態様によって前述の実施形態を実施してもよい。
下記のような態様によって前述の実施形態を実施してもよい。
【0072】
（１）追跡部３３５は、計測対象の試料Ｓの表面の一点の高さが変化したとき、又は、試料Ｓの表面積が変化したときに、試料Ｓの三次元形状の計測をしてもよい。離散的な時間の代わりに、変化点を検出して試料Ｓの三次元形状の計測することで、試料Ｓの三次元形状の変化の連続性が担保される。
（２）試料Ｓが細胞である場合、追跡部３３５が計測対象の試料Ｓの表面の一点の高さを、微小時間で計測することで、追跡部３３５は、細胞の振動モードを計測することができる。
（３）保存部３３６は、試料ＳのＸＹ座標値と、計測装置２が計測したＸＹ座標値における試料のＺ軸方向の高さに加えて、温度、湿度などの環境データを併せて記憶手段３２に記憶させて保存してもよい。ユーザーは、試料Ｓの分析にあたり、より精度のより分析をすることができる。
（４）コンピュータを蛍光顕微鏡の各部として機能させるプログラムが提供されてもよい。
（２）試料Ｓが細胞である場合、追跡部３３５が計測対象の試料Ｓの表面の一点の高さを、微小時間で計測することで、追跡部３３５は、細胞の振動モードを計測することができる。
（３）保存部３３６は、試料ＳのＸＹ座標値と、計測装置２が計測したＸＹ座標値における試料のＺ軸方向の高さに加えて、温度、湿度などの環境データを併せて記憶手段３２に記憶させて保存してもよい。ユーザーは、試料Ｓの分析にあたり、より精度のより分析をすることができる。
（４）コンピュータを蛍光顕微鏡の各部として機能させるプログラムが提供されてもよい。
【0073】
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記蛍光顕微鏡において、励起フィルターをさらに備え、前記光源は、前記光源光を出力し、これを前記励起フィルターに対して照射するように構成され、前記励起フィルターは、前記光源光から前記試料の励起に必要な波長を有する成分を抽出し、前記光源光のうちの前記抽出された成分が前記試料の表面に対して照射される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、第１ビームスプリッタと計測装置とをさらに備え、前記第１ビームスプリッタは、前記光源光を所定の分割比で２つに分割し、前記２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させ、前記散乱光を、反射された前記光源光と同じ方向に反射させ、前記計測装置は、反射された前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源から前記試料の表面における一点までの距離を算出し、前記試料の形状を計測するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、前記光源は、光コム光源であり、前記計測装置は、第２ビームスプリッタと、光検出器と、位相計とを備え、前記第２ビームスプリッタは、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成され、ここで、前記参照光は、前記光源光であり、前記反射光は、前記散乱光であり、前記光検出器は、前記参照光及び前記反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成され、前記位相計は、前記参照信号及び前記反射信号から電気的位相差を計測するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、表示装置をさらに備え、前記第１受光素子は、前記蛍光を受光し、これを電気信号に変換するように構成され、前記表示装置は、前記電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、ガルバノミラーと、ミラー制御部とをさらに備え、前記ガルバノミラーは、鏡面を回転駆動可能に構成され、前記鏡面を介して前記光源光を反射させ、前記ミラー制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ガルバノミラーの反射方向を制御するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、ＸＹステージと、ステージ制御部とをさらに備え、前記ＸＹステージは、前記試料を載せた試料台を載置し、二次元的に駆動可能に構成され、前記ステージ制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ＸＹステージの移動方向を制御するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、試料特定部をさらに備え、前記試料特定部は、前記試料の中で、計測範囲内にある前記試料の位置情報を特定するように構成され、ここで前記計測範囲は、予めユーザーによって指定された前記試料の形状を計測する範囲である、もの。
前記蛍光顕微鏡において、保存部をさらに備え、前記保存部は、前記光源光が照射された前記試料のＸＹ座標値と、前記ＸＹ座標値における前記試料のＺ軸方向の高さとを記憶手段に記憶させて保存する、もの。
前記蛍光顕微鏡において、追跡部をさらに備え、前記追跡部は、離散的な時間間隔で、追跡範囲内にある前記試料を三次元計測するように構成され、ここで前記追跡範囲は、予め前記ユーザーによって指定された前記試料を追跡する範囲である、もの。
プログラムであって、コンピュータを前記蛍光顕微鏡の各部として機能させる、もの。
蛍光顕微鏡を用いて試料の三次元計測をする方法であって、配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備え、前記配置ステップでは、計測対象の前記試料を試料台に配置し、前記特定ステップでは、前記試料の中で、形状を計測する計測範囲を特定し、前記照射ステップでは、光源から光源光を前記計測範囲の所望箇所に照射し、前記光検出ステップでは、前記所望箇所における散乱光を検出し、前記計測ステップでは、前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源と前記計測範囲の表面における一点との距離を計測する、方法。
もちろん、この限りではない。
前記蛍光顕微鏡において、励起フィルターをさらに備え、前記光源は、前記光源光を出力し、これを前記励起フィルターに対して照射するように構成され、前記励起フィルターは、前記光源光から前記試料の励起に必要な波長を有する成分を抽出し、前記光源光のうちの前記抽出された成分が前記試料の表面に対して照射される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、第１ビームスプリッタと計測装置とをさらに備え、前記第１ビームスプリッタは、前記光源光を所定の分割比で２つに分割し、前記２つのうちの一方を反射させ、他方を透過させ、前記散乱光を、反射された前記光源光と同じ方向に反射させ、前記計測装置は、反射された前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源から前記試料の表面における一点までの距離を算出し、前記試料の形状を計測するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、前記光源は、光コム光源であり、前記計測装置は、第２ビームスプリッタと、光検出器と、位相計とを備え、前記第２ビームスプリッタは、入射した光を参照光と反射光に分割するように構成され、ここで、前記参照光は、前記光源光であり、前記反射光は、前記散乱光であり、前記光検出器は、前記参照光及び前記反射光を電気的に参照信号及び反射信号に変換するように構成され、前記位相計は、前記参照信号及び前記反射信号から電気的位相差を計測するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、表示装置をさらに備え、前記第１受光素子は、前記蛍光を受光し、これを電気信号に変換するように構成され、前記表示装置は、前記電気信号を光信号に変換し、これをユーザーが視認可能に表示するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、ガルバノミラーと、ミラー制御部とをさらに備え、前記ガルバノミラーは、鏡面を回転駆動可能に構成され、前記鏡面を介して前記光源光を反射させ、前記ミラー制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ガルバノミラーの反射方向を制御するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、ＸＹステージと、ステージ制御部とをさらに備え、前記ＸＹステージは、前記試料を載せた試料台を載置し、二次元的に駆動可能に構成され、前記ステージ制御部は、前記光源光を前記試料の所望箇所に照射するために、前記ＸＹステージの移動方向を制御するように構成される、もの。
前記蛍光顕微鏡において、試料特定部をさらに備え、前記試料特定部は、前記試料の中で、計測範囲内にある前記試料の位置情報を特定するように構成され、ここで前記計測範囲は、予めユーザーによって指定された前記試料の形状を計測する範囲である、もの。
前記蛍光顕微鏡において、保存部をさらに備え、前記保存部は、前記光源光が照射された前記試料のＸＹ座標値と、前記ＸＹ座標値における前記試料のＺ軸方向の高さとを記憶手段に記憶させて保存する、もの。
前記蛍光顕微鏡において、追跡部をさらに備え、前記追跡部は、離散的な時間間隔で、追跡範囲内にある前記試料を三次元計測するように構成され、ここで前記追跡範囲は、予め前記ユーザーによって指定された前記試料を追跡する範囲である、もの。
プログラムであって、コンピュータを前記蛍光顕微鏡の各部として機能させる、もの。
蛍光顕微鏡を用いて試料の三次元計測をする方法であって、配置ステップと、特定ステップと、照射ステップと、光検出ステップと、計測ステップとを備え、前記配置ステップでは、計測対象の前記試料を試料台に配置し、前記特定ステップでは、前記試料の中で、形状を計測する計測範囲を特定し、前記照射ステップでは、光源から光源光を前記計測範囲の所望箇所に照射し、前記光検出ステップでは、前記所望箇所における散乱光を検出し、前記計測ステップでは、前記光源光と前記散乱光に基づいて、前記光源と前記計測範囲の表面における一点との距離を計測する、方法。
もちろん、この限りではない。
【0074】
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0075】
１ ：蛍光顕微鏡
１１ ：光源
１２ ：偏光分離素子
１３ ：第１受光素子
１４ ：第２受光素子
１５ ：励起フィルター
１６ ：第１ビームスプリッタ
１７ ：ガルバノミラー
１７ａ ：ガルバノミラー
１７ｂ ：ガルバノミラー
１８ ：コリメータレンズ
１９ ：半波長板
１ａ ：１／４波長板
１ｂ ：吸収フィルター
１ｃ ：対物レンズ
１ｄ ：第１レンズ
１ｅ ：第２レンズ
２ ：計測装置
２１ ：第２ビームスプリッタ
２２ ：光検出器
２２１ ：第１検出器
２２２ ：第２検出器
２３ ：バンドパスフィルタ
２３１ ：第１バンドパスフィルタ
２３２ ：第２バンドパスフィルタ
２３３ ：第３バンドパスフィルタ
２４ ：ダブルバランスドミキサ
２５ ：位相計
２６ ：集光レンズ
２６１ ：第１集光レンズ
２６２ ：第２集光レンズ
３ ：情報処理装置
３０ ：通信バス
３１ ：通信手段
３２ ：記憶手段
３３ ：制御手段
３３１ ：ミラー制御部
３３２ ：ステージ制御部
３３３ ：表示制御部
３３４ ：試料特定部
３３５ ：追跡部
３３６ ：保存部
３４ ：入力手段
４ ：表示装置
５ ：試料台
６ ：ＸＹステージ
Ａ ：計測範囲
Ａ１ ：計測範囲
Ａ２ ：計測範囲
Ｂ ：計測ブロック
Ｂ１ ：計測ブロック
Ｂ２ ：計測ブロック
Ｃ ：追跡範囲
Ｄ ：追跡ブロック
Ｓ ：試料
１１ ：光源
１２ ：偏光分離素子
１３ ：第１受光素子
１４ ：第２受光素子
１５ ：励起フィルター
１６ ：第１ビームスプリッタ
１７ ：ガルバノミラー
１７ａ ：ガルバノミラー
１７ｂ ：ガルバノミラー
１８ ：コリメータレンズ
１９ ：半波長板
１ａ ：１／４波長板
１ｂ ：吸収フィルター
１ｃ ：対物レンズ
１ｄ ：第１レンズ
１ｅ ：第２レンズ
２ ：計測装置
２１ ：第２ビームスプリッタ
２２ ：光検出器
２２１ ：第１検出器
２２２ ：第２検出器
２３ ：バンドパスフィルタ
２３１ ：第１バンドパスフィルタ
２３２ ：第２バンドパスフィルタ
２３３ ：第３バンドパスフィルタ
２４ ：ダブルバランスドミキサ
２５ ：位相計
２６ ：集光レンズ
２６１ ：第１集光レンズ
２６２ ：第２集光レンズ
３ ：情報処理装置
３０ ：通信バス
３１ ：通信手段
３２ ：記憶手段
３３ ：制御手段
３３１ ：ミラー制御部
３３２ ：ステージ制御部
３３３ ：表示制御部
３３４ ：試料特定部
３３５ ：追跡部
３３６ ：保存部
３４ ：入力手段
４ ：表示装置
５ ：試料台
６ ：ＸＹステージ
Ａ ：計測範囲
Ａ１ ：計測範囲
Ａ２ ：計測範囲
Ｂ ：計測ブロック
Ｂ１ ：計測ブロック
Ｂ２ ：計測ブロック
Ｃ ：追跡範囲
Ｄ ：追跡ブロック
Ｓ ：試料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
