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【2021年版】コンフォーカル顕微鏡3選 / メーカー13社一覧

コンフォーカル顕微鏡のメーカー13社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


コンフォーカル顕微鏡とは

コンフォーカル顕微鏡は、光学顕微鏡の一種で検出器の手前の焦点面にピンホールを設置することで焦点から外れた光をカットする機構を持っており、いわゆる”ボケ”のないシャープな画像を取得することができる顕微鏡です。

このようなボケのない画像を異なるz軸(深さ)方向で取得し、再構築することで対象物の三次元(3D)の全焦点画像を再構築することができます。

コンフォーカル顕微鏡は、共焦点レーザー顕微鏡とも呼ばれます。

コンフォーカル顕微鏡の使用用途

コンフォーカル顕微鏡は、工業分野におけいて検査用途で用いられることと、生命科学研究で培養細胞や生物個体を観察するために用いられます。

工業分野で用いられるばあいは、対象物にレーザーを照射し多彩の反射光を検出することで試料表面の凹凸形状を観察することで非侵襲の三次元形状検査を行います。

また、生命科学研究では生体試料を蛍光タンパク質や有機色素で標識した特定のタンパク質や、細胞、器官を観察するために用いられています。

コンフォーカル顕微鏡の原理

光学顕微鏡は試料から返ってくる光をレンズで集光して検出器に送ることで可視化します。レンズには焦点が2つあり、一つは試料側ともう一つは検出器側に存在します。観察のための光を試料側の焦点で集光させたとき、反射光や蛍光が放出され再びレンズを通って検出器に向かいます。このとき焦点外、特に深さ方向にも光はあたっており、焦点外からも光は返ってきます。このときの焦点外からの光がいわゆるボケとして観察されます。

コンフォーカル顕微鏡では、これらボケの原因となる光を検出器側の焦点に設置したピンホールでカットすることでボケを取りの置くことができます。

コンフォーカル顕微鏡には一本のレーザー光を一点に絞ってスキャンするポイントスキャンの方式と、複数の穴が空いたディスクを通過させてマルチビームスポットを形成さあせたあとディスクを回転させてスキャンするスピニングディスク方式があります。

ポイントスキャンではX方向とY方向に対応する二枚のミラーで構成されるガルバノスキャナで走査し、検出器である光電子倍増管の手前に設置されたピンホールでボケを取り除きます。

スピニングディスク方式では、前述のディスクを高速で回転させることで走査を行い、返ってくる光も同様のもう一枚の共役する焦点に設置されたディスクを同期させて回転することでボケを取り除いてCCDカメラCMOSカメラで検出します。一般的に、スピニングディスク方式のほうがポイントスキャン方式よりもスキャン速度が早いため、高速に起こる現象を可視化することができます。

共焦点顕微鏡の分解能

共焦点顕微鏡(コンフォーカル顕微鏡)は、通常の顕微鏡と比べてコントラストや分解能が向上するという特徴を持っています。

共焦点顕微鏡では、焦点位置の光(情報)だけがピンホールを通過して検出されます。焦点位置以外の光はピンホールでカットされるため、Z方向(深さ方向)にも分解能が生じます。これにより、通常の顕微鏡では得られない、光学的断層像を得ることができます。

特に、蛍光共焦点顕微鏡の場合、通常の顕微鏡より点像強度分布(Point Spread Function;PSF)がよりシャープになり、XYZ分解能が通常の顕微鏡より向上します。これは、照射する光と試料からの蛍光は互いに干渉できないため、得られるPSFが、照明系と検出系それぞれのPSFの積で決まるからです。点像強度分布とは、光学系による点光源の像強度分布のことです。物体表面上の無限小の点光源がレンズによって像面上に結像されるとき、どのような像を結ぶかを表す関数が、点像分布関数です。

共焦点顕微鏡のコントラスト、分解能などイメージングの質は、ピンホールの大きさによって影響を受けます。横方向(X、Y方向)の分解能は、試料上で回折限界スポットを作り出すシステムの能力に依存します。回折限界のスポットは、対物レンズ、走査用光学素子、レーザービームの品質に依存します。

理論的には、検出器側のピンホールの大きさと励起光のスポットの大きさによって、共焦点顕微鏡のトータル分解能が決まります。つまり、ピンホールの大きさを小さくすることで、光学系の分解能が改善されるということです。現実的には、ピンホールの径を小さくすると、分解能と共焦点性は向上しますが、検出される信号は減少します。 

共焦点顕微鏡でできること

波長の短いレーザーを用いる共焦点顕微鏡は、高感度であり、得られる三次元画像は高解像度です。この特長を活かして、観察対象の形状測定や形状解析に活用されています。

例えば、画像上の領域内の平均高さや、基準領域との段差、最大高さや最小高さの差を測定することが可能です。最大高さ、最小高さを検出できることから、平面度や平坦度の測定もできます。

光源がレーザーであるため、観察対象を傷つけることがなく(非接触式)、柔らかいものや傷つけたくない物を測定することに適しています。また、レーザーの先端径は0.2μmと細いので、微細な凹凸形状を観察することが可能です。画像処理によってカラーの三次元画像を得られるので、実物に近い状態で平面の状態を観察でき、表面粗さ(部品の加工面の状態)を測定できます。

得られた三次元画像を利用すると、領域を任意に指定して、その面積や表面積、体積を測定できます。傷やへこみを体積で数値化することや、表面積の増加の度合により製品の特性を見極めることが可能です。

良品と不良品、評価前と評価後の差を確認する検査を行うことで、作業全体の段取りを向上させることができます。例えば、プリント基板や大型液晶パネルの検査などに用いられます。

生命科学分野では、細胞や組織を三次元的に捉えて、可視化するために活用されています。細胞や脳神経などの機能探索研究にも用いられるようになりました。さらに、生きた細胞や組織から生体への適用も始まっています。 

参考文献
https://www.olympus-lifescience.com/ja/support/learn/06/023/
https://www.yokogawa.co.jp/library/documents-downloads/technical-information/what-is-confocal-microscopy/
https://www.olympus-lifescience.com/ja/support/learn/06/023/
https://www.thorlabs.co.jp/tutorials.cfm?tabID=8ED9F76D-3BBD-4E6C-B2F5-F6A89A2C4FC9
https://www.cybernet.co.jp/optical/course/word/t10.html
https://www.keyence.co.jp/ss/3dprofiler/keijou/laser/site/
https://www.keyence.co.jp/ss/3dprofiler/keijou/laser/method/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjspe1986/72/11/72_11_1331/_pdf
https://www.cybernet.co.jp/optical/course/optics/opt04/ 

コンフォーカル顕微鏡のメーカー情報

コンフォーカル顕微鏡のメーカー13社一覧


コンフォーカル顕微鏡のメーカーランキング

社員数の規模

  1. 1 株式会社島津製作所
  2. 2 レーザーテック株式会社
  3. 3 株式会社池田理化

設立年の新しい会社

  1. 1 株式会社ニコンソリューションズ
  2. 2 ソーラボジャポン株式会社
  3. 3 タナカ・トレーディング株式会社

歴史のある会社

  1. 1 株式会社島津製作所
  2. 2 ミカサ株式会社
  3. 3 株式会社池田理化

コンフォーカル顕微鏡3選

OLS5100

株式会社島津製作所 OLS5100 画像出典: 株式会社島津製作所公式サイト

特徴

OLS5100 3D測定レーザー顕微鏡は、株式会社島津製作所が製造するコンフォーカル顕微鏡です。

物質の表面形状を正確に分析できるよう、収差の抑えられた専用レンズが搭載され、4Kスキャンテクノロジー・スマートジャッジという技術が採用されています。

PEAKアルゴリズムとスキップスキャンという技術により、表面形状に関わる情報の取得の迅速化が図られています。

使用者による分析結果の違いの抑制などのため、指定した範囲の分析を全自動で完了させる機能が搭載されています。

株式会社島津製作所の会社概要

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OPTELICS® HYBRID

レーザーテック株式会社 OPTELICS® HYBRID 画像出典: レーザーテック株式会社公式サイト

特徴

レーザーマイクロスコープOPTELICS(R) HYBRIDは、レーザーテック株式会社の製造するコンフォーカル顕微鏡です。

405nmレーザー光線による高倍率・高分解能観察、カラーコンフォーカル観察、微分干渉観察を行うことが可能であり、高さ・表面粗さ・形状 (面積・体積・表面積など)、光干渉・反射分光膜厚等の測定に適しています。

カラーコンフォーカル観察では、レーザー光線の波長を436、486、514、546、578、633nmの6種から選択することが可能です。

レーザーテック株式会社の会社概要

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STELLARIS 5

ライカマイクロシステムズ株式会社 STELLARIS 5 画像出典: ライカマイクロシステムズ株式会社公式サイト

特徴

STELLARIS 5は、ライカマイクロシステムズ株式会社が製造する、生物試料の蛍光染色画像の取得に適したコンフォーカル顕微鏡システムです。

次世代白色光レーザー、音響光学ビームスプリッター、Power HyD S検出器がハードウェアとして搭載されており、励起光波長の多様化と取得画像の高精細化が図られています。

TauSenseという画像解析ツールも同梱されており、これを取得済みの画像に適用することによっても画像の改善を図ることが可能です。

ライカマイクロシステムズ株式会社の会社概要

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