(57)【要約】      （修正有）【課題】構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡を提供する。【解決手段】共焦点スキャナ２０は、光源部１０から出力される光の強度分布を均一化するフライアイインテグレータ２２と、フライアイインテグレータ２２によって強度分布が均一化された光を平行光に変換するコリメートレンズ２３と、複数のマイクロレンズを有する第１ディスク２４ａと、マイクロレンズに対応づけられて形成された複数のピンホールを有し、第１ディスクとともに回転可能に構成された第２ディスク２４ｂとが設けられており、コリメートレンズ２３で変換された平行光から試料ＳＰを走査するための照明光を生成するディスクユニット２４と、を備える。【選択図】図１
2020197633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から出力される光の強度分布を均一化するフライアイインテグレータと、
前記フライアイインテグレータによって強度分布が均一化された光を平行光に変換するコリメートレンズと、
複数のマイクロレンズを有する第１ディスクと、前記マイクロレンズに対応づけられて形成された複数のピンホールを有し、前記第１ディスクとともに回転可能に構成された第２ディスクとが設けられており、前記コリメートレンズで変換された平行光から試料を走査するための照明光を生成するディスクユニットと、
を備える共焦点スキャナ。
【請求項２】
前記光源部から出力される光はレーザ光であり、
前記レーザ光のスペックルを低減するスペックル低減部を備える、
請求項１記載の共焦点スキャナ。
【請求項３】
前記スペックル低減部は、前記レーザ光のスペックルを低減するスペックルリデューサと、
前記レーザ光を前記スペックルリデューサに集光する第１集光レンズと、
前記スペックルリデューサを介した前記レーザ光を前記フライアイインテグレータに集光する第２集光レンズと、
を備える請求項２記載の共焦点スキャナ。
【請求項４】
前記スペックル低減部と前記フライアイインテグレータとの間の光軸を折り曲げる第１折り曲げミラーと、
前記フライアイインテグレータと前記コリメートレンズとの間の光軸を折り曲げる第２折り曲げミラーと、
を備える請求項２又は求項３記載の共焦点スキャナ。
【請求項５】
前記フライアイインテグレータは、前記光源部から出力された光が入射する第１フライアイレンズと、
前記第１フライアイレンズに対して予め規定された間隔をもって配置された第２フライアイレンズと、
前記第２フライアイレンズを介した光が入射するフーリエレンズと、
を備える請求項１から請求項４の何れか一項に記載の共焦点スキャナ。
【請求項６】
前記コリメートレンズは、前記フーリエレンズの射出側焦点面又は該射出側焦点面の近傍に配置されている、請求項５記載の共焦点スキャナ。
【請求項７】
前記第１フライアイレンズは、前記フーリエレンズの射出側焦点面と光学的に共役となるように配置されている、請求項５又は請求項６記載の共焦点スキャナ。
【請求項８】
前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズのレンズピッチｐＬＡ、前記第１フライアイレンズの焦点距離ｆＬＡ１、並びに前記フーリエレンズの焦点距離ｆＦＬは、前記第１ディスクにおいて前記マイクロレンズが形成されている領域の径方向における幅をＤＬＡ３とすると、以下の（１）式を満たすように設定される、請求項５から請求項７の何れか一項に記載の共焦点スキャナ。
【数１】
2020197633.tif 000014
【請求項９】
前記フーリエレンズの焦点距離ｆＦＬ並びに前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズのレンズピッチｐＬＡは、前記第１ディスクにおける前記マイクロレンズの焦点距離をｆＬＡ３、前記第２ディスクにおける前記ピンホールの直径をｄＰＨとすると、以下の（２）式を満たすように設定される、請求項５から請求項８の何れか一項に記載の共焦点スキャナ。
【数２】
2020197633.tif 000015
【請求項１０】
光源部と、
前記光源部から出力される光から試料を走査するための照明光を生成する請求項１から請求項９の何れか一項に記載の共焦点スキャナと、
前記照明光が照射される前記試料の共焦点像を撮影する撮影装置と、
を備える共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディスク走査型の共焦点スキャナを用いる共焦点顕微鏡の開発が行われている。この共焦点顕微鏡では、所定のパターンに形成された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイディスクと、マイクロレンズの各々に対応づけられてマイクロレンズと同一のパターンに形成された複数のピンホールを有し、マイクロレンズアレイディスクとともに回転可能に構成されたピンホールアレイディスクとを備える共焦点スキャナが用いられる。
【０００３】
このような共焦点顕微鏡では、共焦点スキャナに設けられたディスク（マイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスク）を回転させて試料に対するレーザ光の照射位置を変更する（レーザ光によって試料を走査する）ことで、試料の共焦点像を得ることができる。以下の特許文献１〜４には、ディスク走査型の共焦点スキャナを用いる従来の共焦点顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６０９８０号公報
【特許文献２】米国特許第８９２２８８７号明細書
【特許文献３】特開２０１７−２０７６２５号公報
【特許文献４】特開２０１９−５６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の共焦点顕微鏡において、共焦点スキャナから射出される光（試料に照射される照明光）の強度分布が均一でない場合には、撮影される共焦点像に明るさのムラが生じてしまうという問題があった。例えば、光源から射出されるレーザ光の強度分布がガウシアン分布を有する場合には、共焦点スキャナから射出される照明光の強度分布は、中央部に対して周辺部が低くなる。すると、撮影される共焦点像は、中央部が明るく、周辺部が中央部に対して暗くなってしまい、均質な共焦点像を得ることができない。尚、共焦点顕微鏡では、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、均質な共焦点像を撮影可能であることが求められる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様による共焦点スキャナ（２０、２０Ａ、２０Ｂ）は、光源部（１０、１０Ｂ）から出力される光の強度分布を均一化するフライアイインテグレータ（２２）と、前記フライアイインテグレータによって強度分布が均一化された光を平行光に変換するコリメートレンズ（２３）と、複数のマイクロレンズを有する第１ディスク（２４ａ）と、前記マイクロレンズに対応づけられて形成された複数のピンホールを有し、前記第１ディスクとともに回転可能に構成された第２ディスク（２４ｂ）とが設けられており、前記コリメートレンズで変換された平行光から試料（ＳＰ）を走査するための照明光を生成するディスクユニット（２４）と、を備える。
【０００８】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記光源部から出力される光がレーザ光であり、前記レーザ光のスペックルを低減するスペックル低減部（２１、２１Ｂ）を備える。
【０００９】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記スペックル低減部が、前記レーザ光のスペックルを低減するスペックルリデューサ（２１ｂ）と、前記レーザ光を前記スペックルリデューサに集光する第１集光レンズ（２１ａ）と、前記スペックルリデューサを介した前記レーザ光を前記フライアイインテグレータに集光する第２集光レンズ（２１ｃ）と、を備える。
【００１０】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記スペックル低減部と前記フライアイインテグレータとの間の光軸を折り曲げる第１折り曲げミラー（Ｍ１）と、前記フライアイインテグレータと前記コリメートレンズとの間の光軸を折り曲げる第２折り曲げミラー（Ｍ２）と、を備える。
【００１１】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記フライアイインテグレータが、前記光源部から出力された光が入射する第１フライアイレンズ（２２ａ）と、前記第１フライアイレンズに対して予め規定された間隔をもって配置された第２フライアイレンズ（２２ｂ）と、前記第２フライアイレンズを介した光が入射するフーリエレンズ（２２ｃ）と、を備える。
【００１２】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記コリメートレンズが、前記フーリエレンズの射出側焦点面又は該射出側焦点面の近傍に配置されている。
【００１３】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記第１フライアイレンズが、前記フーリエレンズの射出側焦点面と光学的に共役となるように配置されている。
【００１４】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズのレンズピッチｐＬＡ、前記第１フライアイレンズの焦点距離ｆＬＡ１、並びに前記フーリエレンズの焦点距離ｆＦＬは、前記第１ディスクにおいて前記マイクロレンズが形成されている領域の径方向における幅をＤＬＡ３とすると、以下の（１）式を満たすように設定される。
【数１】
2020197633.tif 000003
【００１５】
また、本発明の一態様による共焦点スキャナは、前記フーリエレンズの焦点距離ｆＦＬ並びに前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズのレンズピッチｐＬＡは、前記第１ディスクにおける前記マイクロレンズの焦点距離をｆＬＡ３、前記第２ディスクにおける前記ピンホールの直径をｄＰＨとすると、以下の（２）式を満たすように設定される。
【数２】
2020197633.tif 000004
【００１６】
本発明の一態様による共焦点顕微鏡（１〜５）は、光源部（１０）と、前記光源部から出力される光から試料（ＳＰ）を走査するための照明光を生成する上記の何れかに記載の共焦点スキャナと、前記照明光が照射される前記試料の共焦点像を撮影する撮影装置（４０）と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡の光源部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡のスペックルリデューサの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるフライアイインテグレータの設計要件を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態による共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５実施形態による共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。
【００２０】
〔概要〕
本発明の実施形態は、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡を提供するものである。具体的には、共焦点顕微鏡で用いられる共焦点スキャナから射出される照明光の強度分布を十分に均一化することで、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができるようにするものである。
【００２１】
ここで、上述した特許文献２は、光源と共焦点スキャナとの間に、マルチモードファイバと光結合ユニットとを設けることで、照明光の強度分布を均一化する技術を開示している。具体的には、光源から射出されたレーザ光をマルチモードファイバで導くことによってレーザ光の強度分布を均一化し、強度分布が均一化されたレーザ光を共焦点スキャナのマイクロレンズアレイディスクに照射することで、強度分布が均一化された照明光を得るようにしている。
【００２２】
また、上述した特許文献３は、光源と共焦点スキャナとの間に、拡大光学系、ガラスロッド等を用いた照明均質部材、及びリレー光学系を設けることで、照明光の強度分布を均一化する技術を開示している。具体的には、光ファイバの射出端面から射出されるレーザ光を拡大光学系によって照明均質部材の入射端面に照射し、照射されたレーザ光の強度分布を照明均質部材によって均一化し、強度分布が均一化されたレーザ光をリレー光学系によって共焦点スキャナのマイクロレンズアレイディスクに照射することで、強度分布が均一化された照明光を得るようにしている。
【００２３】
また、上述した特許文献４は、光源と共焦点スキャナとの間に、マイクロレンズアレイ、ファイババンドル等を用いた光均一化手段を設けることで、照明光の強度分布を均一化する技術を開示している。具体的には、光源から射出されるレーザ光を光均一化手段の入射端面に照射し、照射されたレーザ光の強度分布を光均一化手段によって均一化し、強度分布が均一化されたレーザ光を共焦点スキャナのマイクロレンズアレイディスクに照射することで、強度分布が均一化された照明光を得るようにしている。
【００２４】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術において、レーザ光の強度分布を十分に均一化するためには、強度分布の均一度に応じた十分な長さを有するマルチモードファイバが必要になる。すると、コストの大幅な上昇を招くと共に、曲げ半径の関係から柔軟な設置が困難になる。また、上述した特許文献２は、マルチモードファイバに加振装置を取り付けて、マルチモードファイバによって導かれるレーザ光の位相をランダムにする技術も開示しているが、構成が複雑になるととともに、振動による共焦点像の劣化が考えられる。
【００２５】
また、上述した特許文献３に開示された技術において、レーザ光の強度分布を十分に均一化するためには、強度分布の均一度に応じた十分な長さを有する照明均質部材が必要になる。すると、コストの大幅な上昇を招くと共に、照明均質部材の形状(柱状）の関係から柔軟な設置が困難になる。また、上述した特許文献３は、拡大光学系やリレー光学系にスペックル除去機構を取り付ける技術も開示しているが、コスト構成が複雑になるととともに、拡大光学系やリレー光学系に取り付けられたスペックル除去機構によって照明光が拡散されるため照明光のロスが大きくなってしまう。
【００２６】
また、上述した特許文献４に開示された技術において、光均一化手段から射出される照明光はコリメートされていないため、照明領域内の場所によっては、照明光が、共焦点スキャナのマイクロレンズアレイディスクのマイクロレンズによって、ピンホールの中心に集光されないことがある。すると、照明領域内の場所によって、ピンホールを通過する照明光の割合が異なってしまい、共焦点スキャナから射出される照明光の強度分布を十分に均一化することができないという問題がある。
【００２７】
また、上述した特許文献４に開示された技術では、光均一化手段と共焦点スキャナとの間隔を長く設定すれば、照明光を無限遠に近い位置から発生した平行光と見なすこともできる。しかしながら、このような設定を行うと、照明光のごく一部しか共焦点スキャナを通過できないため、照明光の利用効率が低下し、明るい共焦点像を撮影することが困難になる。加えて、装置が巨大となり、コストの大幅な上昇を招くと共に、柔軟な設置が困難になる。
【００２８】
本発明の実施形態では、光源部から出力される光の強度分布をフライアイインテグレータによって均一化し、強度分布が均一化された光をコリメートレンズによって平行光に変換し、複数のマイクロレンズを有する第１ディスクと、マイクロレンズに対応づけられて形成された複数のピンホールを有し、第１ディスクとともに回転可能に構成された第２ディスクとが設けられているディスクユニットによって、コリメートレンズで変換された平行光から試料を走査するための照明光を生成するようにしている。これにより、強度分布が均一化された照明光が試料に照射されるため、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる。また、本発明の実施形態では、光源部から出力される光の強度分布の均一化をフライアイインテグレータによって行っているため、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能である。
【００２９】
〔第１実施形態〕
〈共焦点顕微鏡の要部構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡１は、光源部１０、共焦点スキャナ２０、顕微鏡３０、及びカメラ４０（撮影装置）を備える。このような共焦点顕微鏡１は、光源部１０から出力される光から試料ＳＰを走査するための照明光を共焦点スキャナ２０で生成し、照明光が照射される試料ＳＰの共焦点像をカメラ４０で得るものである。
【００３０】
光源部１０は、試料ＳＰを照明するために必要となる光を出力する。光源部１０から出力される光は、コヒーレント光（レーザ光）であってもよく、インコヒーレント光であっても良い。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、光源部１０から出力される光がレーザ光であるとする。光源部１０は、例えば４００〜８００［ｎｍ］の波長範囲の光を出力する。尚、光源部１０から出力される光の波長範囲は、上記の波長範囲（４００〜８００［ｎｍ］）に制限される訳ではなく、試料ＳＰの光学的な特性に応じた任意の波長範囲にすることができる。
【００３１】
図２は、本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡の光源部の構成例を示す図である。図２（ａ）に示す光源部１０は、光源装置１１と光ファイバ１２とを備える構成である。光源装置１１は、例えば上記の波長範囲（４００〜８００［ｎｍ］）の光を出力する。この光源装置１１は、発振波長が互いに異なる複数のレーザ素子を備えていても良く、発振波長が可変なレーザ素子を１つ又は複数備えていても良い。
【００３２】
光ファイバ１２は、光源装置１１から出力されるレーザ光を共焦点スキャナ２０に導くものである。この光ファイバ１２は、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）であっても良く、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）であっても良い。尚、図２（ａ）に示す光源部１０では、光ファイバ１２の出力端Ｔ１が光源部１０の出力端になる。
【００３３】
図２（ｂ）に示す光源部１０は、光源装置１１のみを備える構成である。つまり、図２（ｂ）に示す光源部１０は、図２（ａ）に示す光源部１０の光ファイバ１２を省略した構成である。光源装置１１は、図２（ａ）に示すものと同様のものである。尚、図２（ｂ）に示す光源部１０では、光源装置１１の出力端Ｔ２が光源部１０の出力端になる。図２（ｂ）に示す光源部１０は、図２（ａ）に示す光源部１０に比べて、簡易且つコンパクトであり、また、光ファイバ１２による光の損失を低減することができることから光の利用効率を高めるこができる。
【００３４】
共焦点スキャナ２０は、光源部１０から出力される光から試料ＳＰを走査するための照明光を生成するとともに、照明光を試料ＳＰに照射して得られる反射光や蛍光等（以下、これらを総称する場合には、単に「戻り光」という）をカメラ４０に導くものである。共焦点スキャナ２０は、スペックル低減部２１、フライアイインテグレータ２２、コリメートレンズ２３、ディスクユニット２４、ビームスプリッタ２５、リレー光学系２６、及び光学フィルタ２７を備える。
【００３５】
スペックル低減部２１は、光源部１０から出力される光（レーザ光）のスペックルを低減するために設けられる。尚、光源部１０から出力される光のスペックルを低減する必要が無い場合には、スペックル低減部２１を省略することが可能である。スペックル低減部２１は、集光レンズ２１ａ（第１集光レンズ）、スペックルリデューサ２１ｂ、及び集光レンズ２１ｃ（第２集光レンズ）を備える。
【００３６】
集光レンズ２１ａは、光源部１０から出力される光をスペックルリデューサ２１ｂに集光する。スペックルリデューサ２１ｂは、集光レンズ２１ａで集光された光のスペックルを低減する。集光レンズ２１ｃは、スペックルリデューサ２１ｂを介した光をフライアイインテグレータ２２に集光する。尚、集光レンズ２１ｃは、スペックルリデューサ２１ｂを介した光をフライアイインテグレータ２２の一点に集光する訳ではなく、スペックルリデューサ２１ｂを介した光（拡がり角を有する光）を集光して、平行光又は概ね平行光にする点に注意されたい。
【００３７】
図３は、本発明の第１実施形態による共焦点顕微鏡のスペックルリデューサの構成例を示す図である。図３（ａ）に示すスペックルリデューサ２１ｂは、拡散板ＤＰとモータＭＴとを備える回転拡散板方式のものである。拡散板ＤＰは、例えばガラス板の表面に微細でランダムな凹凸が形成されたすりガラス、マイクロレンズがランダムに形成されたレンズアレイ等である。モータＭＴは、拡散板ＤＰをその面内において回転させる。集光レンズ２１ａによって集光された光を回転している拡散板ＤＰに入射させることで、スペックルを低減することができる。
【００３８】
図３（ｂ）に示すスペックルリデューサ２１ｂは、拡散板ＤＰとアクチュエータＡＣとを備える振動拡散板方式のものである。拡散板ＤＰは、図３（ａ）に示す拡散板ＤＰと同様のものである。但し、拡散板ＤＰは、図３（ａ）に示す拡散板ＤＰとは外形形状が異なっていても良い。アクチュエータＡＣは、例えばピエゾ素子や電気活性ポリマーであり、拡散板ＤＰを振動させる（例えば、往復運動させる）。集光レンズ２１ａによって集光された光を振動している拡散板ＤＰに入射させることで、スペックルを低減することができる。
【００３９】
フライアイインテグレータ２２は、光源部１０から出力されてスペックル低減部２１を介した光の強度分布を均一化する。フライアイインテグレータ２２は、第１フライアイレンズ２２ａ、第２フライアイレンズ２２ｂ、及びフーリエレンズ２２ｃを備えており、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面での強度分布を均一化する。
【００４０】
第１フライアイレンズ２２ａ及び第２フライアイレンズ２２ｂは、複数のレンズが予め規定されたレンズピッチをもってマトリクス状に配列形成されたレンズ体である。第１フライアイレンズ２２ａに配列形成される複数のレンズの形状（光軸方向に見た形状）は、任意の形状で良いが、矩形形状であるのが望ましい。これは以下の理由による。
【００４１】
つまり、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の形状（断面形状）は、第１フライアイレンズ２２ａに形成されたレンズの形状と相似になる。一般的に、カメラ４０に設けられる撮像素子の形状は矩形形状であるため、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の外形形状を矩形形状にすることで、光のロスを低減することができ、明るい共焦点像を撮影できるためである。
【００４２】
第１フライアイレンズ２２ａは、スペックル低減部２１の集光レンズ２１ｃによって集光される光が入射する位置に配置される。ここで、第１フライアイレンズ２２ａは、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面と光学的に共役となるように配置される。このような配置にするのは、第１フライアイレンズ２２ａの各レンズの射出開口面を、対応する第２フライアイレンズ２２ｂの各レンズ及びフーリエレンズ２２ｃを介して、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面に結像投影するためである。
【００４３】
これにより、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の照射形状は、第１フライアイレンズ２２ａの各レンズの射出開口と相似形状となる。また、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の強度分布は、サイドローブ（光の照射領域と非照射領域との境界の遷移領域）が少なく、急峻なフラットトップ（光の照射領域内で光の照射分布が均一であること）になる。
【００４４】
第２フライアイレンズ２２ｂは、第１フライアイレンズ２２ａに対し、光軸方向に予め規定された間隔をもって配置される。ここで、第２フライアイレンズ２２ｂは、光源部１０の出力端（図２に示す出力端Ｔ１，Ｔ２）、及び拡散板ＤＰ（図３参照）と光学的に共役となるよう配置される。このような配置にするのは、第２フライアイレンズ２２ｂに、光源部１０の出力端と同様の点光源を複数形成するためである。
【００４５】
フーリエレンズ２２ｃは、第２フライアイレンズ２２ｂを介した光が入射するレンズである。ここで、上述の通り、第２フライアイレンズ２２ｂには、光源部１０の出力端と同様の点光源が複数形成される。フーリエレンズ２２ｃは、第２フライアイレンズ２２ｂに形成される複数の点光源の各々から射出される光を集光して、空間的に重畳させるために設けられる。
【００４６】
コリメートレンズ２３は、フライアイインテグレータ２２によって強度分布が均一化された光を平行光に変換する。尚、ここでの平行光とは、第２フライアイレンズ２２ｂに形成される複数の点光源の各々から射出される光が、各々平行光となる状態を指す。即ち、進行方向が僅かに異なる複数の平行光の集まりのことである。ここで、コリメートレンズ２３は、フライアイインテグレータ２２に設けられたフーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面（又は、射出側焦点面の近傍）に配置される。このような配置にするのは、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の強度分布を均一にしつつ、ディスクユニット２４に照射される平行光の大きさ（断面形状の大きさ）を最大にするためである。
【００４７】
ディスクユニット２４は、コリメートレンズ２３で変換された平行光から、試料ＳＰを走査するための照明光を生成する。ディスクユニット２４は、マイクロレンズアレイディスク２４ａ（第１ディスク）、ピンホールアレイディスク２４ｂ（第２ディスク）、回転軸２４ｃ等を備える。尚、図１では、図示を簡略化するために、マイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂを回転軸２４ｃの周りに回転駆動するモータの図示は省略している。
【００４８】
マイクロレンズアレイディスク２４ａは、所定のパターンに形成された複数のマイクロレンズを有する円板状のディスクである。ピンホールアレイディスク２４ｂは、マイクロレンズアレイディスク２４ａのマイクロレンズに対応づけられて形成された複数のピンホールを有する円板状のディスクである。回転軸２４ｃの両端にはマイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂがそれぞれ取り付けられている。よって、マイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂは、回転軸２４ｃの周りでともに（一体的に）回転可能に構成されている。
【００４９】
ビームスプリッタ２５は、試料ＳＰに照射される光（照明光）を透過させるとともに、試料ＳＰに照明光を照射して得られる戻り光をリレー光学系２６に向けて反射する。具体的に、ビームスプリッタ２５は、コリメートレンズ２３の光軸上であって、ディスクユニット２４に設けられたマイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとの間に配置されている。このビームスプリッタ２５としては、偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー、ダイクロイックミラー等を用いることができる。
【００５０】
ビームスプリッタ２５は、マイクロレンズアレイディスク２４ａに設けられたマイクロレンズで分割・収束された複数の光束を透過させる。尚、ビームスプリッタ２５を透過した光束は、ピンホールアレイディスク２４ｂに設けられたピンホールに集光され、ピンホールを通過してディスクユニット２４の外部に射出される。このとき、マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される照明光は均一な強度分布且つ平行光となっているため、ピンホールを通過してディスクユニット２４の外部に射出される照明光も均一な強度分布となる。
【００５１】
なぜならば、マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される照明光が均一な強度分布且つ平行光である場合には、マイクロレンズアレイディスク２４ａのマイクロレンズの各々に入射する光の光量が同一になるからである。また、マイクロレンズの各々に対応するピンホールの中心付近に照明光が集光することから、ピンホールの各々を通過する照明光の割合が同一になるからである。
【００５２】
逆に、マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される照明光が平行光でなく発散光や収束光である場合には、マイクロレンズの場所によっては、マイクロレンズに対応するピンホールの中心付近に照明光が集光しない。その結果として、マイクロレンズの場所によって、対応するピンホールを通過する照明光の割合が変化してしまい、明るさのムラが発生してしまう。
【００５３】
以上から、ディスクユニット２４から均一な強度分布の照明光を射出されるようにするためには、マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される照明光が平行光であることが必要である。また、ビームスプリッタ２５は、試料ＳＰに照明光を照射して得られる戻り光のうち、ピンホールアレイディスク２４ｂに設けられたピンホールを透過した戻り光をリレー光学系２６に向けて反射する。
【００５４】
リレー光学系２６は、リレーレンズ２６ａ，２６ｂを備えており、ビームスプリッタ２５で反射された戻り光を、カメラ４０に導く光学系である。光学フィルタ２７は、リレー光学系２６のリレーレンズ２６ａとリレーレンズ２６ｂとの間に配置されており、リレー光学系２６によってカメラ４０に導かれる戻り光のフィルタリングを行う。この光学フィルタ２７としては、偏光フィルタ、吸収フィルタ（エミッションフィルタ）、ダイクロイックミラー等を用いることができる。
【００５５】
顕微鏡３０は、ディスクユニット２４で生成された照明光を試料ＳＰに照射するとともに、試料ＳＰに照明光を照射して得られる戻り光をディスクユニット２４に導く。顕微鏡３０は、結像レンズ３１及び対物レンズ３２を備える無限遠補正光学系である。尚、図１では、便宜的に、試料ＳＰを顕微鏡３０の内部に図示しているが、試料ＳＰは顕微鏡３０を構成するものではない点、及び試料ＳＰは交換可能である点に注意されたい。
【００５６】
カメラ４０は、試料ＳＰの共焦点像を得るものである。このカメラ４０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）等の固体撮像素子を備えており、二次元の静止画像又は動画を撮影可能なカメラである。尚、カメラ４０で得られた試料ＳＰの共焦点像を、例えば不図示の表示装置に表示するようにしても良い。
【００５７】
〈フライアイインテグレータの設計要件〉
図４は、本発明の第１実施形態におけるフライアイインテグレータの設計要件を説明するための図である。図４（ａ）は、ディスクユニット２４に照射される平行光の大きさＤＦＴ（正確には、マイクロレンズアレイディスク２４ａの径方向における大きさＤＦＴ）に関するフライアイインテグレータ２２の設計要件（第１設計要件）を説明する図である。図４（ｂ）は、均一化された照明光をディスクユニット２４から射出させるためのフライアイインテグレータ２２の設計要件（第２設計要件）を説明する図である。
【００５８】
《第１設計要件》
図４（ａ）に示す通り、フライアイインテグレータ２２について以下のパラメータを定義する。
ｆＬＡ１：第１フライアイレンズ２２ａの焦点距離
ｆＬＡ２：第２フライアイレンズ２２ｂの焦点距離
ａ１２ ：第１フライアイレンズ２２ａと第２フライアイレンズ２２ｂとの間隔
ｐＬＡ ：第１フライアイレンズ２２ａ及び第２フライアイレンズ２２ｂのレンズピッチ
ｆＦＬ ：フーリエレンズ２２ｃの焦点距離
【００５９】
ディスクユニット２４に照射される平行光の大きさＤＦＴは、前述した通り、コリメートレンズ２３がフーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面（又は、射出側焦点面の近傍）に配置された場合に最大になる。このような配置の場合において、ディスクユニット２４に照射される平行光の大きさＤＦＴは、以下の（３）式で表される。
【数３】
2020197633.tif 000005
【００６０】
また、第１フライアイレンズ２２ａが、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面と光学的に共役となるように配置されている場合には、前述した通り、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面における光の強度分布が均一になる（具体的には、サイドローブが少ない急峻なフラットトップの強度分布になる）。このような配置にするには、ｆＬＡ１＝ｆＬＡ２＝ａ１２とすれば良い。すると、上記（３）式は、以下の（４）式で表される。
【数４】
2020197633.tif 000006
【００６１】
ここで、明るさムラのない均質な共焦点像を得るには、照明光が試料ＳＰにロス無く照射され、また、試料ＳＰの全体に亘って（カメラ４０で共焦点像が得られる部分の全体に亘って）均一な照明光が照射されるようにする必要がある。このためには、ディスクユニット２４に照射される平行光の大きさＤＦＴは、マイクロレンズアレイディスク２４ａにおいてマイクロレンズが形成されている領域の径方向における幅ＤＬＡ３（図４（ａ）参照）に近いことが望ましく、少なくとも幅ＤＬＡ３の１／４以上にする必要がある。
【００６２】
このため、フライアイインテグレータ２２は、以下の（５）式が満たされるように設計される。
【数５】
2020197633.tif 000007
【００６３】
《第２設計要件》
図４（ｂ）に示す通り、フライアイインテグレータ２２及びディスクユニット２４について以下のパラメータを定義する。
ｄＩＮ ：第１フライアイレンズ２２ａに入射する光束の直径
ｆＬＡ３：マイクロレンズアレイディスク２４ａにおけるマイクロレンズの焦点距離
ｄＰＨ ：ピンホールアレイディスク２４ｂにおけるピンホールの直径
【００６４】
第１フライアイレンズ２２ａにおいて、光束が入射する最外周のレンズの中心の位置は、光軸から（ｄＩＮ−ｐＬＡ）／２で示される距離にある。このレンズを通過した光は、図４（ｂ）に示す通り、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面に対して、角度φ（光軸にする角度）をもって斜めに入射する。この角度φは、以下の（６）式で表される。
【数６】
2020197633.tif 000008
【００６５】
また、マイクロレンズアレイディスク２４ａに設けられたマイクロレンズで分割された複数の光束も、ピンホールアレイディスク２４ｂに対して、上記の角度φ（光軸にする角度）をもって斜めに入射する。マイクロレンズで分割された複数の光束が、ピンホールアレイディスク２４ｂに形成されたピンホールをロス無く通過するためには、マイクロレンズで分割された複数の光束が、ピンホールの内壁の内側を通過しなければならない。このためには、以下の（７）式を満たす必要がある。
【数７】
2020197633.tif 000009
【００６６】
上記（６）式及び上記（７）式から、以下の（８）式が得られる。
【数８】
2020197633.tif 000010
【００６７】
上記（８）式を変形すると、以下の（９）式が得られる。
【数９】
2020197633.tif 000011
【００６８】
ここで、フライアイインテグレータ２２で強度分布が均一化された光を得るためには、第１フライアイレンズ２２ａに形成されたレンズのうちの少なくとも４個（２×２個）以上のレンズに光束を入射させる必要がある。なぜならば、光束が１個のレンズのみに入射する場合には、入射する光束の分割及び分割された光束の重畳が行われず、強度分布が均一化されないためである。
【００６９】
従って、第１フライアイレンズ２２ａに入射する光束の直径ｄＩＮは、以下の（１０）式を満たす必要がある。
【数１０】
2020197633.tif 000012
【００７０】
上記（１０）式を上記（９）式に代入すると、以下の（１１）式が得られる。フライアイインテグレータ２２は、以下の（１１）式が満たされるように設計される。
【数１１】
2020197633.tif 000013
【００７１】
〈共焦点顕微鏡の動作〉
共焦点顕微鏡１の動作が開始されると、光源部１０から光が出力されるとともに、ディスクユニット２４の回転（回転軸２４ｃの周りの回転）が開始される。光源部１０から出力された光は、共焦点スキャナ２０に入力される。尚、光源部１０から出力される光は、強度分布を有する光（例えば、ガウシアン分布を有する光）であるとする。
【００７２】
共焦点スキャナ２０に入力された光は、まず、スペックル低減部２１に入射し、集光レンズ２１ａによってスペックルリデューサ２１ｂに集光される。具体的には、スペックルリデューサ２１ｂに設けられた拡散板ＤＰ（図３に示す回転又は振動する拡散板ＤＰ）に集光される。スペックル低減部２１に入射した光が、拡散板ＤＰを介することによって、スペックルが低減される。スペックルリデューサ２１ｂを介した光（スペックルが低減された光）は、集光レンズ２１ｃによって集光されてフライアイインテグレータ２２の第１フライアイレンズ２２ａに照射される。
【００７３】
第１フライアイレンズ２２ａに照射された光は、第１フライアイレンズ２２ａに設けられた複数のレンズによって複数の光束に分割される。分割された複数の光束は、第２フライアイレンズ２２ｂに設けられた複数のレンズにそれぞれ結像される。これにより、第２フライアイレンズ２２ｂには、光源部１０の出力端（図２に示す出力端Ｔ１，Ｔ２）と同様の点光源が複数形成される。
【００７４】
第２フライアイレンズ２２ｂに形成された複数の点光源の各々から射出される光は、フーリエレンズ２２ｃで集光されて空間的に重畳される。この重畳された光は、フーリエレンズ２２ｃの射出側焦点面（又は、射出側焦点面の近傍）に配置されたコリメートレンズ２３によって平行光に変換されて、ディスクユニット２４のマイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される。尚、マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射される平行光は、フライアイインテグレータ２２によって、強度分布が均一化されたもの（具体的には、サイドローブが少ない急峻なフラットトップの強度分布になったもの）となる。
【００７５】
マイクロレンズアレイディスク２４ａに照射された平行光は、マイクロレンズアレイディスク２４ａに設けられたマイクロレンズで複数の光束に分割される。マイクロレンズで分割された複数の光束は、ビームスプリッタ２５を透過して、マイクロレンズに対応づけてピンホールアレイディスク２４ｂに形成されたピンホールを介して照明光としてディスクユニット２４の外部に射出される。
【００７６】
ディスクユニット２４の外部に射出された照明光は、顕微鏡３０に設けられた結像レンズ３１及び対物レンズ３２を順に介して試料ＳＰに照射される。ここで、ディスクユニット２４の外部に射出される照明光は、強度分布が均一化された平行光を分割して得られるものである。このため、試料ＳＰには、強度分布が均一化された照明光が照射されることとなる。
【００７７】
試料ＳＰからの戻り光（照明光を試料ＳＰに照射して得られた戻り光）は、顕微鏡３０に設けられた対物レンズ３２及び結像レンズ３１を順に介して、ディスクユニット２４に入射する。そして、ディスクユニット２４のピンホールアレイディスク２４ｂに形成されたピンホールを介した後に、ビームスプリッタ２５によってリレー光学系２６に向けて反射される。
【００７８】
ビームスプリッタ２５で反射された戻り光は、リレー光学系２６のリレーレンズ２６ａ、光学フィルタ２７、及びリレー光学系２６のリレーレンズ２６ｂを順に介してカメラ４０に入射し結像する。ここで、ディスクユニット２４は回転軸２４ｃの周りで回転していることから、試料ＳＰに照射される照明光はディスクユニット２４の回転に応じて走査される。これにより、カメラ４０には、照明光の走査位置に応じた戻り光が順次入力される。このようにして、試料ＳＰの共焦点像がカメラ４０で得られる。
【００７９】
以上の通り、本実施形態では、フライアイインテグレータ２２、コリメートレンズ２３、及びディスクユニット２４備える共焦点スキャナ２０を用い、光源部１０から出力される光の強度分布を均一化して平行光に変換し、平行光から試料ＳＰを走査するための照明光を生成するようにしている。これにより、強度分布が均一化された照明光を試料ＳＰに照射することができるため、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる。
【００８０】
また、本実施形態では、光源部１０から出力される光の強度分布の均一化をフライアイインテグレータ２２によって行っているため、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能である。加えて、本実施形態では、フライアイインテグレータ２２の第１フライアイレンズ２２ａに配列形成される複数のレンズの形状（光軸方向に見た形状）を、カメラ４０に設けられる撮像素子の形状（矩形形状）としているため、光のロスが少なく明るい共焦点像を得ることができる。
【００８１】
〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。尚、図５においては、図１に示した構成と同一の構成については同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡２は、図１に示す共焦点顕微鏡１の共焦点スキャナ２０を共焦点スキャナ２０Ａに代えた構成である。
【００８２】
共焦点スキャナ２０Ａは、図１に示す共焦点スキャナ２０に、折り曲げミラーＭ１（第１折り曲げミラー）と折り曲げミラーＭ２（第２折り曲げミラー）とを追加した構成である。折り曲げミラーＭ１は、スペックル低減部２１とフライアイインテグレータ２２との間の光軸を折り曲げるミラーである。折り曲げミラーＭ２は、フライアイインテグレータ２２とコリメートレンズ２３との間の光軸を折り曲げるミラーである。
【００８３】
これら折り曲げミラーＭ１，Ｍ２を設けることで、スペックル低減部２１から共焦点スキャナ２０Ａまでの光路をＺ字形状にすることができ、共焦点スキャナ２０Ａをコンパクトにすることができる。尚、本実施形態における共焦点スキャナ２０Ａは、折り曲げミラーＭ１，Ｍ２を備える点において第１実施形態の共焦点スキャナ２０と相違するだけである。このため、本実施形態においても、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる。
【００８４】
〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。尚、図６においては、図１に示した構成と同一の構成については同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡３は、図１に示す共焦点顕微鏡１の光源部１０及び共焦点スキャナ２０をそれぞれ光源部１０Ｂ及び共焦点スキャナ２０Ｂに代えた構成である。
【００８５】
光源部１０Ｂは、図１に示す光源部１０とは、コリメートされた光（例えば、レーザ光）を出力する点が異なる。共焦点スキャナ２０Ｂは、図１に示す共焦点スキャナ２０のスペックル低減部２１をスペックル低減部２１Ｂに代えた構成である。スペックル低減部２１Ｂは、図１に示すスペックル低減部２１の集光レンズ２１ａを省略され、スペックルリデューサ２１ｂ及び集光レンズ２１ｃを備える構成である。
【００８６】
本実施形態の共焦点顕微鏡３では、光源部１０Ｂから出力された光が、スペックル低減部２１Ｂに設けられたスペックルリデューサ２１ｂに直接入射される。このように、本実施形態では、図１に示す集光レンズ２１ａを省略することができるため、コンパクトにすることができる。また、本実施形態では、光源部１０Ｂから出力された光がスペックルリデューサ２１ｂに直接入射されて光の損失が低減されるため、光の利用効率を高めることができる。尚、本実施形態における共焦点スキャナ２０Ｂは、集光レンズ２１ａが省略された点において第１実施形態の共焦点スキャナ２０と相違するだけである。このため、本実施形態においても、構成の複雑化及びコストの大幅な上昇を招くことなく柔軟な設置が可能であり、明るさムラのない均質な共焦点像を得ることができる。
【００８７】
〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態による共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の共焦点顕微鏡は、第１〜第３実施形態による共焦点顕微鏡１〜３を複数のユニットに分けて構成し、各ユニットの組み合わせを必要に応じて変更可能にしたものである。尚、以下では、図１に示す第１実施形態による共焦点顕微鏡１を複数のユニットに分けて構成した例について説明する。
【００８８】
図７（ａ）に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡４は、光源部ユニットＵ１、均一化ユニットＵ２、スキャナユニットＵ３、顕微鏡ユニットＵ４、及びカメラユニットＵ５を備える。光源部ユニットＵ１は、図１に示す光源部１０が筐体に格納されたユニットである。この光源部ユニットＵ１は、光源部１０から出力された光を、筐体に形成された出力端Ｔ１１から出力可能である。
【００８９】
均一化ユニットＵ２は、図１に示す共焦点スキャナ２０のスペックル低減部２１、フライアイインテグレータ２２、及びコリメートレンズ２３が筐体に格納されたユニットである。この均一化ユニットＵ２は、筐体に形成された入力端Ｔ２１から入力された光の強度分布を均一化して平行光に変換し、強度分布が均一化された平行光を筐体に形成された出力端Ｔ２２から出力可能である。
【００９０】
スキャナユニットＵ３は、図１に示す共焦点スキャナ２０のディスクユニット２４、ビームスプリッタ２５、リレー光学系２６、及び光学フィルタ２７、並びにミラーｍ１，ｍ２が筐体に格納されたユニットである。尚、図７では、ディスクユニット２４及びビームスプリッタ２５並びにミラーｍ１，ｍ２みを図示し、リレー光学系２６及び光学フィルタ２７の図示を省略している。
【００９１】
このスキャナユニットＵ３は、筐体に形成された入力端Ｔ３１から入力された光をミラーｍ１によって反射して筐体に形成された出力端Ｔ３２から出力することが可能である。また、スキャナユニットＵ３は、筐体に形成された入力端Ｔ３３から入力された光をミラーｍ２によってディスクユニット２４に向けて反射し、ディスクユニット２４で生成された照明光（試料ＳＰを走査するための照明光）を筐体に形成された入出力端Ｔ３４から出力することが可能である。また、スキャナユニットＵ３は、入出力端Ｔ３４から入力された戻り光（試料ＳＰに照明光を照射して得られる戻り光）をビームスプリッタ２５で反射して筐体に形成された出力端Ｔ３５から出力することが可能である。
【００９２】
ここで、スキャナユニットＵ３に設けられるミラーｍ１，ｍ２は、移動可能に構成されている。ミラーｍ１，ｍ２を移動させることで、スキャナユニットＵ３内における光の光路を変更することができる。例えば、図７（ａ）に示す例において、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上からミラーｍ１，ｍ２を待避させると、図７（ｂ）に示す通り、入力端Ｔ３１から入力された光を、均一化ユニットＵ２を介することなく、ディスクユニット２４に直接向かわせることが可能である。
【００９３】
入力端Ｔ３１から入力された光の光強度を均一化する必要がある場合には、図７（ａ）に示す通り、均一化ユニットＵ２をスキャナユニットＵ３に取り付けるとともに、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上にミラーｍ１，ｍ２を配置すれば良い。これに対し、入力端Ｔ３１から入力された光の光強度を均一化する必要がない場合には、図７（ｂ）に示す通り、均一化ユニットＵ２をスキャナユニットＵ３に取り付けることなく、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上からミラーｍ１，ｍ２を退避すれば良い。
【００９４】
顕微鏡ユニットＵ４は、図１に示す顕微鏡３０が筐体に格納されたユニットである。この顕微鏡ユニットＵ４は、筐体に形成された入出力端Ｔ４１から入力した光を不図示の試料ＳＰに照射するとともに、試料ＳＰからの戻り光を入出力端Ｔ４１から出力することが可能である。カメラユニットＵ５は、図１に示すカメラ４０が筐体に格納されたユニットである。このカメラユニットＵ５は、筐体に格納された入力端Ｔ５１から入力する光から、共焦点像を得ることが可能である。
【００９５】
以上の通り、本実施形態の共焦点顕微鏡４は、第１〜第３実施形態による共焦点顕微鏡１〜３の構成が、光源部ユニットＵ１、均一化ユニットＵ２、スキャナユニットＵ３、顕微鏡ユニットＵ４、及びカメラユニットＵ５に分けられている。これにより、例えば試料ＳＰの光学的な性質に応じて、スキャナユニットＵ３に組み合わせる光源部ユニットＵ１を変更したり、スキャナユニットＵ３に均一化ユニットＵ２を組み合わせるか否かを選択したりすることができ、実用性を向上させることができる。
【００９６】
〔第５実施形態〕
図８は、本発明の第５実施形態による共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。尚、図８においては、図７に示した構成と同一の構成については同一の符号を付してある。本実施形態の共焦点顕微鏡は、第４実施形態による共焦点顕微鏡４と同様に、第１〜第３実施形態による共焦点顕微鏡１〜３を複数のユニットに分けて構成したものである。但し、本実施形態の共焦点顕微鏡は、必要に応じて光源部ユニット及び均一化ユニットを増設可能である点が第４実施形態による共焦点顕微鏡４とは異なる。
【００９７】
図８に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡５は、光源部ユニットＵ１、スキャナユニットＵ３Ａ、顕微鏡ユニットＵ４、及びカメラユニットＵ５を備える。この共焦点顕微鏡５は、必要に応じて光源部ユニットＵ１Ａ及び均一化ユニットＵ２ＡをスキャナユニットＵ３Ａの外部に増設可能である。スキャナユニットＵ３Ａは、図７（ａ）に示すスキャナユニットＵ３のミラーｍ１を省略し、入力端Ｔ３１とミラーｍ２との間の光路上に均一化ユニットＵ２を内蔵した構成である。
【００９８】
光源部ユニットＵ１Ａは、図７（ａ）に示す光源部ユニットＵ１と同様のものであり、筐体に形成された出力端Ｔ１２から光を出力可能である。光源部ユニットＵ１Ａの出力端Ｔ１２から出力される光と、光源部ユニットＵ１の出力端Ｔ１１から出力される光とは同じであっても良く、異なっていても良い。例えば、波長が同じ光であっても良く、波長が異なる光であっても良い。
【００９９】
均一化ユニットＵ２Ａは、均一化ユニットＵ２と同様の構成であり、筐体に形成された入力端Ｔ２３から入力された光の強度分布を均一化して平行光に変換し、強度分布が均一化された平行光を筐体に形成された出力端Ｔ２４から出力可能である。尚、均一化ユニットＵ２Ａの出力端Ｔ２４から出力される光は、スキャナユニットＵ３Ａの筐体に形成された入力端Ｔ３３から、スキャナユニットＵ３Ａ内に入力される。
【０１００】
このような共焦点顕微鏡５では、例えば、レーザ光源を備える光源部ユニットＵ１と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）光源を備える光源部ユニットＵ１Ａとを用いることができる。そして、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上にミラーｍ２を配置し、又は同光路上のミラーｍ２を退避することで、実験目的に応じて最適な種類の光源を選択することができる。
【０１０１】
また、共焦点顕微鏡５では、例えば、可視光光源を備える光源部ユニットＵ１と、赤外光光源を備える光源部ユニットＵ１Ａとを用いることもできる。そして、ミラーｍ２としてダイクロイックミラーを用い、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上にミラーｍ２を固定配置することで、実験目的に応じて可視光と赤外光とを選択し、或いは可視光と赤外光とを併用することができる。
【０１０２】
また、共焦点顕微鏡５では、例えば、出力するレーザ光の偏光方向が互いに直交する光源部ユニットＵ１，Ｕ１Ａを用いることもできる。そして、ミラーｍ２として偏光ビームスプリッタを用い、入力端Ｔ３１とディスクユニット２４との間の光路上にミラーｍ２を固定配置することで、実験目的に応じて何れか一方の偏光を選択し、或いは双方の偏向を併用することができる。
【０１０３】
尚、光源部ユニットＵ１及び光源部ユニットＵ１Ａを用いる場合において、均一化ユニットＵ２及び均一化ユニットＵ２Ａを共に備える必要は必ずしも無い。例えば、光源部ユニットＵ１から出力される光の強度を均一化する必要が無い場合には、均一化ユニットＵ２を省略することができる。また、光源部ユニットＵ１Ａから出力される光の強度を均一化する必要が無い場合には、均一化ユニットＵ２Ａを省略することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態による共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第４実施形態では、共焦点スキャナ２０が均一化ユニットＵ２とスキャナユニットＵ３とに分けられている例について説明したが、共焦点スキャナ２０が１つのユニットとされていても良い。また、上記第５実施形態では、均一化ユニットＵ２がスキャナユニットＵ３Ａに内蔵されている例について説明したが、均一化ユニットＵ２に設けられる構成（図１に示す共焦点スキャナ２０のスペックル低減部２１、フライアイインテグレータ２２、及びコリメートレンズ２３）がユニットとされることなくスキャナユニットＵ３Ａに内蔵されていても良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１〜５                  共焦点顕微鏡
１０，１０Ｂ            光源部
２０，２０Ａ，２０Ｂ    共焦点スキャナ
２１，２１Ｂ            スペックル低減部
２１ａ，２１ｃ          集光レンズ
２２                    フライアイインテグレータ
２２ａ                  第１フライアイレンズ
２２ｂ                  第２フライアイレンズ
２２ｃ                  フーリエレンズ
２３                    コリメートレンズ
２４                    ディスクユニット
２４ａ                  マイクロレンズアレイディスク
２４ｂ                  ピンホールアレイディスク
２１ｂ                  スペックルリデューサ
４０                    カメラ
Ｍ１，Ｍ２              折り曲げミラー
ＳＰ                    試料
【図１】
2020197633.tif 000016
【図２】
2020197633.tif 000017
【図３】
2020197633.tif 000018
【図４】
2020197633.tif 000019
【図５】
2020197633.tif 000020
【図６】
2020197633.tif 000021
【図７】
2020197633.tif 000022
【図８】
2020197633.tif 000023