(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
平面からなる第１の反射面を有し、入射した光束を前記第１の反射面で変調する空間光変調手段と、
前記光源からの光束を前記空間光変調手段に照射する照明レンズであって、前記空間光変調手段で変調された光束の主光線を前記照明レンズの光軸との角度が小さくなるように屈折させる照明レンズと、
前記空間光変調手段で変調され前記照明レンズを介して入射した光束を、前記照明レンズと前記照明レンズの前側焦点面との間での複数回の反射により前記照明レンズへ向ける第１のリフレクタであって、前記照明レンズを介して入射した光束を反射する、互いに直交する法線を有する２つの第２の反射面を有する前記第１のリフレクタと、を備え、
前記光源からの光束は、前記２つの第２の反射面の間を通る
ことを特徴とする走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査装置において、
前記照明レンズは、前記第１の反射面で反射した光束を収斂光束に変換し、
前記第１のリフレクタは、入射した光束を、反転した進行方向を有し且つ前記光軸と直交する方向にシフトした発散光束に変換する
ことを特徴とする走査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の走査装置において、
前記照明レンズは、前記光源からの光束を、前記第１の反射面の法線に対して傾いた光束に変換する
ことを特徴とする走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の走査装置において、
前記照明レンズと前記空間光変調手段は、前記第１のリフレクタを取り除いた状態で、前記光源の第１の像が前記照明レンズによって、前記照明レンズの前側焦点面よりも前記照明レンズに近い第１の位置に形成されるように、配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の走査装置において、
前記第１のリフレクタは、前記光源の第２の像が前記照明レンズによって、前記第１のリフレクタまでの前記照明レンズの光軸方向の距離が所定距離以下の位置に形成されるように、配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の走査装置において、
前記２つの第２の反射面で定義される２つの平面は、前記前側焦点面よりも前記照明レンズから離れた位置で交わり、
前記２つの第２の反射面で定義される２つの平面の交線と前記照明レンズの前側焦点面の距離をΔとし、前記光源から前記照明レンズへ向かう光束に対する前記照明レンズから前記第１の位置へ向かう光束のシフト量であって前記光軸と直交する方向へのシフト量を２×Ｄ１とするとき、以下の条件式
０＜Δ＜２×Ｄ１
を満たす
ことを特徴とする走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の走査装置において、
前記照明レンズと前記空間光変調手段は、前記第１のリフレクタを取り除いた状態で、前記光源の第１の像が前記照明レンズによって、前記照明レンズの前側焦点面又は前記前側焦点面近傍に形成されるように、配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の走査装置において、
前記第１のリフレクタは、前記光源の第２の像が前記照明レンズによって、前記前側焦点面又は前記前側焦点面近傍と光学的に等価な位置に形成されるように、配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の走査装置において、
前記２つの第２の反射面で定義される２つの平面は、前記照明レンズの前側焦点面または前記前側焦点面近傍で交わる
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の走査装置において、
前記空間光変調手段は、前記照明レンズの前記後側焦点面又は前記後側焦点面近傍に配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の走査装置において、さらに、
前記空間光変調手段で変調され前記照明レンズを介して入射した光束を、前記照明レンズに向ける第２のリフレクタと、を備える
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走査装置において、
前記第２のリフレクタは、前記第１のリフレクタよりも前記光軸から離れた位置に、前記第１のリフレクタと近接して配置される
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の走査装置において、
前記第２のリフレクタは、前記光軸と直交する第３の反射面を有する
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の走査装置において、
前記第２のリフレクタは、互いに直交する法線を有する２つの第３の反射面を有する
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の走査装置と、
対物レンズと、を備え、
前記走査装置は、前記対物レンズの前側焦点面と共役な面に前記第１の反射面を備えることを特徴とする共焦点観察装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の共焦点観察装置において、さらに、
前記対物レンズと前記走査装置の間に、結像レンズを備え、
前記結像レンズ及び前記走査装置の前記照明レンズは、前記照明レンズの前側焦点面を前記対物レンズの後側焦点面に１倍以下の倍率で投影するように構成される
ことを特徴とする共焦点観察装置。
【請求項１７】
光源と、
平面からなる第１の反射面を有し、開口が形成されたディスクと、
前記光源からの光束を前記ディスクに照射する照明レンズであって、前記ディスクの前記第１の反射面で反射した光束の主光線を前記照明レンズの光軸との角度が小さくなるように屈折させる照明レンズと、
前記ディスクで反射し前記照明レンズを介して入射した光束を、前記照明レンズと前記照明レンズの前側焦点面との間での複数回の反射により前記照明レンズに向ける第１のリフレクタであって、前記照明レンズを介して入射した光束を反射する、互いに直交する法線を有する２つの第２の反射面を有する前記第１のリフレクタと、を備え、
前記照明レンズと前記ディスクは、前記第１のリフレクタを取り除いた状態で、前記光源の第１の像が前記照明レンズの前側焦点面に形成されるように、配置され、
前記光源からの光束は、前記２つの第２の反射面の間を通る
ことを特徴とするディスク走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を走査する走査装置、それを備えた共焦点観察装置、及びディスク走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡などの共焦点観察装置は、Ｚ軸方向に高い分解能を有し優れたセクショニング効果を発揮することから、半導体基板の検査や生体標本の観察など、さまざまな分野で広く用いられている。
【０００３】
共焦点顕微鏡は、基板や生体標本等の試料を走査することにより試料上の各点からの光を検出して試料の画像を取得する。このため、試料を走査する走査装置を備えている。共焦点顕微鏡の走査装置には、様々な種類が存在するが、標本と光学的に共役な面で光を変調することにより標本を走査する走査装置が知られている。このタイプの走査装置には、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）などの微小機械システム（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）デバイスや液晶デバイスを用いた走査装置が含まれるが、その代表例は、スリットやピンホールが形成されたスピニングディスクなどを備える走査装置（以降、ディスク走査装置と記す。）である。
【０００４】
ディスク走査装置は、一般に、多点走査が可能であり、且つ、ディスクの高速回転に機械的な制約が少ないことから、原理的には、高速に試料を走査することが可能である。しかしながら、ディスク走査装置では、入射した照明光の大部分がディスクで遮断され破棄される。このため、その低い照明効率を補うために露光時間が長くなり、実際には、試料の高速な走査を実現することは難しい。
【０００５】
このような課題に関連する技術は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されている。特許文献１から特許文献３には、ディスク走査装置の照明効率を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０４−３３０４１２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２１８８４９号明細書
【特許文献３】特開２０１３−０１５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２には、ディスクに形成されたピンホール（開口）に照明光を集光させる手段として、マイクロレンズアレイやマイクロミラーが開示されている。ただし、そのような手段の製造及び装置への組み込みには、高度な技術が要求される。
【０００８】
特許文献３には、ディスクで反射した照明光を再度ディスクに入射させる手段として、ミラーやプリズムが開示されている。特許文献３に開示される技術によれば、簡単な構成により従来であれば破棄されていた照明光を再利用することが可能である。そこで、特許文献３に開示される技術のメリットを享受しつつ、更に照明効率を向上させる技術が求められている。
【０００９】
以上のような実情を踏まえ、本発明は、簡単に高い照明効率を実現する走査装置、それを備えた共焦点観察装置、及びディスク走査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、光源と、平面からなる第１の反射面を有し、入射した光束を前記第１の反射面で変調する空間光変調手段と、前記光源からの光束を前記空間光変調手段に照射する照明レンズであって、前記空間光変調手段で変調された光束の主光線を前記照明レンズの光軸との角度が小さくなるように屈折させる照明レンズと、前記空間光変調手段で変調され前記照明レンズを介して入射した光束を、前記照明レンズと前記照明レンズの前側焦点面との間での複数回の反射により前記照明レンズへ向ける第１のリフレクタであって、前記照明レンズを介して入射した光束を反射する、互いに直交する法線を有する２つの第２の反射面を有する前記第１のリフレクタと、を備え、前記光源からの光束は、前記２つの第２の反射面の間を通る走査装置を提供する。
【００１１】
本発明の別の態様は、上記の態様の走査装置と、対物レンズと、を備え、前記走査装置は、前記対物レンズの前側焦点面と共役な面に前記第１の反射面を備える共焦点観察装置を提供する。
【００１２】
本発明の更に別の態様は、光源と、平面からなる第１の反射面を有し、開口が形成されたディスクと、前記光源からの光束を前記ディスクに照射する照明レンズであって、前記ディスクの前記第１の反射面で反射した光束の主光線を前記照明レンズの光軸との角度が小さくなるように屈折させる照明レンズと、前記ディスクで反射し前記照明レンズを介して入射した光束を、前記照明レンズと前記照明レンズの前側焦点面との間での複数回の反射により前記照明レンズに向ける第１のリフレクタであって、前記照明レンズを介して入射した光束を反射する、互いに直交する法線を有する２つの第２の反射面を有する前記第１のリフレクタと、を備え、前記照明レンズと前記ディスクは、前記第１のリフレクタを取り除いた状態で、前記光源の第１の像が前記照明レンズの前側焦点面に形成されるように、配置され、前記光源からの光束は、前記２つの第２の反射面の間を通るディスク走査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単に高い照明効率を実現する走査装置、それを備えた共焦点観察装置、及びディスク走査装置を提供する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る共焦点顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】図１に例示されるスピニングディスクの構成について例示した図である。
【図３】本発明の実施例１に係るディスク走査装置の照明レンズの作用について説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係るディスク走査装置における、スピニングディスクと照明レンズと反射部材の位置関係について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係るディスク走査装置に含まれる反射部材について説明するための図である。
【図６】照明光の利用率と入射回数の関係を示した図である。
【図７】本発明の実施例１に係るディスク走査装置に含まれる反射部材の変形例について説明するための図である。
【図８】本発明の実施例２に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図９】本発明の実施例３に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１１】本発明の実施例５に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１３】本発明の実施例７に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１４】本発明の実施例８に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１５】本発明の実施例９に係るディスク走査装置における、スピニングディスクと照明レンズと反射部材の位置関係について説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例９に係るディスク走査装置に含まれる反射部材について説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例１０に係る共焦点顕微鏡の構成を例示した図である。
【図１８】本発明の実施例１１に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図１９】４ｆ光学系の前側焦点面と光源像の位置の関係を説明するための図である。
【図２０】図１８に示す前側焦点位置ＦＦと初期入射位置との位置関係を変更した例を示した図である。
【図２１】本発明の実施例１２に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図２２】本発明の実施例１３に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。
【図２３】本発明の実施例１４に係る共焦点顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２４】本発明の実施例１５に係る共焦点顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２５】リフレクタの構成を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施例１］
図１は、本実施例に係る共焦点顕微鏡１００の構成を例示した図である。共焦点顕微鏡１００は、ディスク走査装置３０を備えたディスク走査型の共焦点観察装置であり、試料Ｓからの蛍光を検出して試料Ｓの画像を取得する蛍光顕微鏡である。共焦点顕微鏡１００は、さらに、試料Ｓとディスク走査装置３０の間に、対物レンズ１０と結像レンズ２０とを備えている。
【００１６】
ディスク走査装置３０は、光源３１と、ダイクロイックミラー３２と、照明レンズ３３と、スピニングディスク３４と、レンズ３５と、撮像装置３６と、反射部材３７を備えている。
【００１７】
光源３１は、例えば、レーザーである。光源３１から出射したレーザー光は、光ファイバー３１ａを介してダイクロイックミラー３２に入射する。ダイクロイックミラー３２は、光源３１からのレーザー光を反射させ、試料Ｓからの蛍光を透過させる光分離素子である。ダイクロイックミラー３２で反射したレーザー光は、スピニングディスク３４に照射される。
【００１８】
スピニングディスク３４は、例えば、図２のような開口部（スリット）と遮蔽部が一定の周期で形成された回転ディスクであり、光源３１側に平面からなる反射面３４ａを有している。図２に例示されるスピニングディスク３４は、長手方向の異なる開口部が形成された領域Ａ１と領域Ａ２を含んでいて、開口部は白線で示されている。反射面３４ａは、レーザー光に対する反射率を高めるために、例えば、スピニングディスク３４の基板上に金属や誘電体の膜をコーティングして形成される。スピニングディスク３４は、試料Ｓと共役な面、即ち、対物レンズ１０の前側焦点面（試料Ｓ側の焦点面）と共役な面、に配置されている。
【００１９】
スピニングディスク３４に入射したレーザー光の一部は、スピニングディスク３４に形成されたスリットに入射してスピニングディスク３４を通過する。残りのレーザー光は、反射面３４ａで反射する。スピニングディスク３４を通過したレーザー光は、結像レンズ２０及び対物レンズ１０により、試料Ｓ上のスリットと共役な位置に照射される。
【００２０】
レーザー光が照射された試料Ｓでは、蛍光物質が励起されて蛍光が放出される。試料Ｓからの蛍光は、対物レンズ１０及び結像レンズ２０によりスピニングディスク３４に集光し、スピニングディスク３４のスリットと共役な位置から生じた蛍光のみがスピニングディスク３４を通過する。スピニングディスク３４を通過した蛍光は、照明レンズ３３、ダイクロイックミラー３２、レンズ３５を介して、二次元イメージセンサを備えた撮像装置３６に入射する。
【００２１】
撮像装置３６は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサを備えたＣＣＤカメラである。撮像装置３６は、試料Ｓと共役な面に配置されている。即ち、共焦点顕微鏡１００では、試料Ｓ、スピニングディスク３４、撮像装置３６は、互いに光学的に共役な位置に配置されている。このため、共焦点顕微鏡１００では、スピニングディスク３４の回転によりスリットの位置を変化させることで、試料Ｓを走査し、試料Ｓの蛍光画像を取得することができる。
【００２２】
さらに、ディスク走査装置３０及び共焦点顕微鏡１００では、後述するように、スピニングディスク３４、照明レンズ３３、ダイクロイックミラー３２、及び反射部材３７が、反射面３４ａで反射したレーザー光を再利用するリサイクル光学系として機能する。このため、高い照明効率を実現することができる。
【００２３】
以下、図３から図５を参照しながら、ディスク走査装置３０でのレーザー光の再利用について詳細に説明する。図３は、照明レンズ３３の作用について説明するための図である。なお、図３には、ダイクロイックミラー３２及び反射部材３７を除く、ディスク走査装置３０の照明光学系が図示されている。
【００２４】
ディスク走査装置３０では、スピニングディスク３４の反射面３４ａは照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢに位置している。また、光源３１の光源像が照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦ上であって照明レンズ３３の光軸ＡＸからずれた位置Ｐ１に形成されている。さらに、照明レンズ３３の光軸ＡＸ、スピニングディスク３４の反射面３４ａの法線ＮＬ、及び、位置Ｐ１からの光束Ｌの主光線Ｌｐが平行である。
【００２５】
このため、照明レンズ３３は、次のように作用する。まず、照明レンズ３３は、位置Ｐ１からの光束Ｌ（主光線Ｌｐ、マージナル光線Ｌｍを含む）を反射面３４ａの法線ＮＬに対して傾いた平行光束に変換し、スピニングディスク３４に照射する。さらに、照明レンズ３３は、スピニングディスク３４を通過することなく反射面３４ａで反射した平行光束の主光線を、光軸ＡＸとの角度が小さくなるように、より具体的には、光軸ＡＸと平行な方向に、屈折させて、前側焦点面ＦＦ上であって光軸ＡＸからずれた位置Ｐ２に集光させる。このとき、照明レンズ３３は、照明レンズ３３が略テレセントリック光学系となるように配置されることが望ましい。ここでは、照明レンズ３３は厳密にテレセントリック光学系となる必要はなく、少なくとも複数回反射面３４ａに入射させることが可能であればよい。
【００２６】
即ち、照明レンズ３３は、前側焦点面ＦＦに形成された光源像からの光束をスピニングディスク３４に照射し、且つ、前側焦点面ＦＦに形成された光源像を前側焦点面ＦＦ上の異なる位置に投影するように、作用する。換言すると、照明レンズ３３及びスピニングディスク３４は、反射部材３７を取り除いた状態で、光源像が照明レンズ３３により前側焦点面ＦＦに形成されるように、配置されている。
【００２７】
なお、スピニングディスク３４における照明領域（レーザー光が照射される領域）の大きさは、位置Ｐ１における開口数（ＮＡ）と照明レンズ３３の焦点距離に依存する。このため、位置Ｐ１におけるＮＡは、スピニングディスク３４の照明すべき領域（以降、照明対象領域）の径を照明レンズ３３の焦点距離で割った値以上であることが望ましい。また、無駄な領域を照明しないためには、過度に大きくないほうが望ましい。
【００２８】
図４は、スピニングディスク３４と照明レンズ３３と反射部材３７の位置関係について説明するための図である。図５は、反射部材３７について説明するための図である。なお、図４及び図５では、位置Ｐ１からの光束を代表した主光線が描かれている。
【００２９】
反射部材３７は、照明レンズ３３を介して入射した光束を反射する２枚の平面ミラーを含むリフレクタ（第１のリフレクタ）であり、位置Ｐ１からの光束が２枚の平面ミラーの間を通って照明レンズ３３に入射するように、照明レンズ３３と照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦの間に配置されている。２枚の平面ミラーは、照明レンズ３３の光軸ＡＸに沿った断面（図５のＹＺ断面）において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面３７ａ、反射面３７ｂ）を有している。より詳細には、２つの反射面は互いに直交する法線を有し、２つの反射面の法線はそれぞれ光軸ＡＸと４５度の角度をなしている。さらに、それら２つの反射面で定義される２つの平面（平面３８ａ、平面３８ｂ）は、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦで交わっている。また、ここでは、２つの平面が交わる位置が位置Ｐ１に一致している。なお、反射面で定義される平面とはその反射面を含む平面のことである。また、スピニングディスク３４の反射面３４ａは、ディスク走査装置３０の第１の反射面であり、反射部材３７の２つの反射面は、ディスク走査装置３０の２つの第２の反射面である。
【００３０】
スピニングディスク３４を通過することなく反射面３４ａで反射した平行光束は、照明レンズ３３によって光軸ＡＸと平行な収斂光束に変換される。その後、収斂光束は、前側焦点面ＦＦ上の位置Ｐ２’に集光する前に反射面３７ｂで反射し、反射面３７ａで反射する前に位置Ｐ２に集光して光源像を形成する。位置Ｐ２からの光束は、反射面３７ａで光軸ＡＸと平行な方向に反射して、照明レンズ３３に入射する。なお、反射部材３７は、光源像が照明レンズ３３により前側焦点面ＦＦと光学的に等価な位置（位置Ｐ２）に形成されるように配置されている。従って、位置Ｐ２からの光束は、前側焦点面ＦＦ上の位置Ｐ２”からの光束と等価であるため、照明レンズ３３で再び平行光束に変換されて、スピニングディスク３４に入射する。以降では、位置Ｐ１及び位置Ｐ２を光源像位置と記し、位置Ｐ２’及び位置Ｐ２”を擬似光源像位置と記す。また、位置Ｐ２’に形成される光源像のように、反射部材３７を取り除いた状態で形成される光源像を第１の像と記し、位置Ｐ２に形成される光源像のように、実際に形成される光源像を第２の像と記す。なお、反射部材３７の有無によらず同じ位置に形成される光源像は、第１の像であり且つ第２の像である。
【００３１】
即ち、反射部材３７は、反射面３４ａで反射し照明レンズ３３を介して入射した光束を、照明レンズ３３で平行光束に変換されるように、照明レンズ３３と照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦとの間での複数回の反射により照明レンズ３３に向ける。より詳細には、反射部材３７は、入射した光束を、反転した進行方向を有し且つ光軸ＡＸと直交する方向にシフトした発散光束に変換する。
【００３２】
これにより、ディスク走査装置３０では、反射面３４ａで反射したレーザー光がスピニングディスク３４に再入射し、再利用される。また、レーザー光の再入射は、反射面３４ａで反射し照明レンズ３３で収斂された光束が反射部材３７から逸れない限り繰り返される。ディスク走査装置３０では、反射部材３７の反射面（反射面３７ａ、反射面３７ｂ）への入射位置は、図５に示されるように、レーザー光の初期入射位置（即ち、位置Ｐ１）と光軸ＡＸとの距離をＤ１とすると、繰り返し毎に２×Ｄ１だけＹ軸方向にシフトする。このため、再入射回数は、反射部材３７を構成するミラーのＹ軸方向の幅をＤ２とすると、Ｄ２／（２×Ｄ１）回となる。例えば、ディスク走査装置３０を、Ｄ１＝０．２５ｍｍ、Ｄ２＝１０ｍｍの条件で設計すると、位置Ｐ１からの光束は、スピニングディスク３４に２０回再入射する。
【００３３】
従って、ディスク走査装置３０によれば、レーザー光を多数回スピニングディスク３４に再入射させることができるため、高い照明効率を実現することができる。ディスク走査装置３０の照明効率は、図６に示すように、ディスクの照明された領域の面積に対する照明された領域の開口部の面積の比であるディスクの開口比によらず、２５回から３０回程度の再入射で、無限回の再入射とほとんど同じ照明効率が得られる。このため、ディスク走査装置３０は、Ｄ２／（２×Ｄ１）が３０程度になるように、設計することが望ましい。
【００３４】
なお、図６（ａ）から図６（ｄ）は、ディスクの開口比が１％、２％、５％、１０％のときの照明光の利用率と入射回数の関係を示した図である。破線は無限回入射したときの照明効率、即ち、ディスク走査装置３０の限界照明効率を示し、実線は再入射回数毎のディスク走査装置３０の利用効率を示している。図６では、以下の条件でディスク走査装置３０の照明効率（照明光の利用率）が計算されている。
スピニングディスク３４（反射面３４ａ）の反射率ＲＤＩＳＫ＝９９％
ダイクロイックミラー３２の反射率ＲＤＭ＝９９％
反射部材３７（反射面３７ａ、反射面３７ｂ）の反射率ＲＭＩＲＲＯＲ＝９９％
照明レンズ３３の透過率ＴＬＥＮＳ＝９８％
再入射率ｒ＝９１．３％（＝ＲＤＩＳＫ×ＲＤＭ２×ＴＬＥＮＳ２×ＲＭＩＲＲＯＲ２）
【００３５】
スピニングディスク３４の反射率ＲＤＩＳＫ、ダイクロイックミラー３２の反射率ＲＤＭ、反射部材３７の反射率ＲＭＩＲＲＯＲ、照明レンズ３３の透過率ＴＬＥＮＳは高いほど望ましい。これらが高いほど、ディスク走査装置３０は、より高い照明効率を実現することができるからである。
【００３６】
本実施例では、反射面３４ａが照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢに位置する例を示している。しかしながら、反射面３４ａは、照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢ又はその近傍に配置されていればよい。反射面３４ａが照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢから大きく離れた位置に配置されると、反射面３４ａで反射した平行光束は、照明レンズ３３で光軸ＡＸに対して大きな角度を有する光束に変換される。光軸ＡＸに対して大きな角度を有する光束は、反射部材３７から逸れやすい。これに対して、反射面３４ａが照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢ又はその近傍に配置されていれば、反射面３４ａで反射した平行光束は、照明レンズ３３でその平行光束の主光線と光軸との角度が小さくなるように屈折し、光軸ＡＸに対して主光線が小さな角度を有する光束に変換される。言い換えれば、反射面３４ａで反射した平行光束は、略テレセントリックに変換される。このため、反射部材３７から逸れずに所定回数の繰り返しが実現できる。
【００３７】
なお、反射面３４ａが照明レンズ３３の後側焦点面ＦＢに配置されると、レーザー光は、スピニングディスク３４の同一領域に繰り返し入射する。このため、照明領域が一定となる。この場合、反射面３４ａで反射したレーザー光は、スリットに入射せずに再び反射面３４ａに入射することになる。ただし、実際には、光学系の収差等の影響により、全く同一領域にはレーザー光は入射しない。このため、反射面３４ａが後側焦点面ＦＢに配置されている場合でも照明効率は向上する。より高い照明効率を実現するためには、反射面３４ａは、後側焦点面ＦＢ近傍に配置されることが望ましい。
【００３８】
また、本実施例では、平面３８ａと平面３８ｂが照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦで交わる例を示している。しかしながら、平面３８ａと平面３８ｂは、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦ又はその近傍で交わっていればよい。ここで、前側焦点面ＦＦ近傍とは、位置Ｐ１におけるＮＡで定まる焦点深度内のことをいう。平面３８ａと平面３８ｂが前側焦点面ＦＦから焦点深度内の範囲で交わる場合には、擬似光源像位置（位置Ｐ２’及び位置Ｐ２”）も前側焦点面ＦＦから焦点深度内に位置する。このため、反射部材３７は、入射した光束を、照明レンズ３３で平行光束に変換されるように、照明レンズ３３に向けて出射することができる。
【００３９】
上述したように、ディスク走査装置３０では、高精度な位置合わせを行うことなく、リサイクル光学系を配置することができる。このため、ディスク走査装置３０によれば、複雑な調整なしに、簡単に高い照明効率を実現することができる。
【００４０】
また、本実施例では、開口部（スリット）と遮蔽部が一定の周期で形成されたスピニングディスク３４が例示されているが、ディスク走査装置３０は、共焦点絞りとして機能する開口が形成されたディスクを備えていれば良く、スピニングディスク３４の代わりに、例えば、ピンホールが形成されたいわゆるニポウディスクを備えても良い。
【００４１】
また、本実施例では、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦは対物レンズ１０の射出瞳面（後側焦点面）に投影される。従って、光源像（位置Ｐ１、位置Ｐ２）及び擬似光源像（位置Ｐ２’、位置Ｐ２”）も対物レンズ１０の射出瞳面に投影されるが、対物レンズ１０の瞳径の外側に投影されると、対物レンズ１０でケラレが生じ、照明効率が低下する。このため、反射部材３７は、対物レンズ１０の瞳径を前側焦点面ＦＦから射出瞳面までの投影倍率で割った値以下のサイズを有することが望ましい。これは、光源像及び擬似光源像が形成される範囲が反射部材３７のサイズに依存するためである。また、できる限り大きな照明のＮＡを確保するためには、反射部材３７は、瞳径を投影倍率で割った値と同程度のサイズを有することが望ましい。
【００４２】
また、本実施例では、位置Ｐ１に光ファイバーの射出端を配置して光源像を形成する例を示したが、共焦点顕微鏡１００は、位置Ｐ１に光源そのものを備えてもよい。なお、位置Ｐ１に形成される光源像又は光源は点光源であることが望ましく、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦは照明レンズ３３及び結像レンズ２０によって１倍以下の投影倍率で対物レンズ１０の瞳面に投影されることが望ましい。これにより、対物レンズ１０でのケラレによる光量損失を抑制することができる。
【００４３】
また、本実施例では、２つの平面ミラーからなる反射部材３７を例示したが、ディスク走査装置３０は、反射部材３７の代わりに、図７に示すプリズム３９を備えてもよい。プリズム３９は、照明レンズ３３の光軸ＡＸに沿った断面（図７のＹＺ断面）において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面３９ａ、反射面３９ｂ）を有している。それら２つの反射面で定義される２つの平面は、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦで交わっている。
【００４４】
［実施例２］
図８は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。本実施例に係るディスク走査装置は、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦに光軸ＡＸと直交する反射面４０ａを有する反射部材４０を備える点が、実施例１に係るディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。なお、反射部材４９の反射面４０ａは、ディスク走査装置の第３の反射面である。
【００４５】
反射部材４０は、反射面３４ａで反射し照明レンズ３３を介して入射した光束を照明レンズ３３に向ける第２のリフレクタである。反射部材４０は、スピニングディスク３４への再入射を繰り返して反射部材３７から逸れたレーザー光が入射する前側焦点面ＦＦ上の位置に配置される。また、反射部材４０は、反射部材３７よりも光軸ＡＸから離れた位置に配置される。反射部材４０に入射した光束は反射面４０ａで反射して、その進行方向が反転する。これにより、レーザー光は、反射部材４０に入射する前と同じ回数だけさらにスピニングディスク３４に再入射する。
【００４６】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、ディスク走査装置３０に比べて、再入射回数を２倍に増やすことができる。このため、ディスク走査装置３０よりも高い照明効率を実現することができる。なお、平面３８ａと平面３８ｂが前側焦点面ＦＦ又はその近傍で交わっていればよいのと同様の理由により、反射部材４０は、前側焦点面ＦＦ近傍に配置されてもよい。さらに、照明レンズ３３によってスピニングディスク３４に照射される光束が光軸ＡＸに対して傾斜している方向が、反射部材４０での折り返し前後で反転する。このため、対物レンズ１０の射出瞳面における照明強度分布の偏りを緩和することができる。
【００４７】
［実施例３］
図９は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。本実施例に係るディスク走査装置は、反射部材３７の代わりに反射部材４１を備える点と、反射部材３７の外側からレーザー光を導入する点が、実施例１に係るディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。
【００４８】
反射部材４１は、２枚の平面ミラーを含む点、及び、２枚の平面ミラーが照明レンズ３３の光軸ＡＸに沿った断面（図９のＹＺ断面）において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面４１ａ、反射面４１ｂ）を有している点は、反射部材３７と同様である。ただし、それら２つの反射面が、照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦで交わり接触している点が、反射部材３７とは異なっている。
【００４９】
本実施例に係るディスク走査装置では、図９に示すように、光ファイバー３１ａの射出端（位置Ｐ１）が、前側焦点面ＦＦ上であって反射部材４１よりも光軸ＡＸから離れた位置に配置されている。このため、レーザー光は、反射部材４１へ再入射する度に、反射部材４１の外側から内側に少しずつ移動する。そして、中心付近まで近づくと、内側から外側に向かって移動する。
【００５０】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、ディスク走査装置３０に比べて、再入射回数を２倍に増やすことができる。このため、実施例２に係るディスク走査装置と同様に、高い照明効率を実現することができる。また、対物レンズ１０の射出瞳面における照明強度分布の偏りを緩和することができる点も実施例２に係るディスク走査装置と同様である。なお、平面ミラー間の隙間が狭ければ、反射部材４１は、反射部材３７と同様に、平面ミラーを離して配置してもよい。
【００５１】
［実施例４］
図１０は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。本実施例に係るディスク走査装置は、光ファイバー３１ａを途中で分岐させて、位置Ｐ１ａと位置Ｐ１ｂの二箇所に射出端を配置した点が、ディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。
【００５２】
位置Ｐ１ａからのレーザー光は、反射部材３７へ再入射する度に、反射部材３７の内側から外側に向かって少しずつ移動する。このため、スリットへ小さな角度で入射しスピニングディスク３４を透過する光量が、スリットへ大きな角度で入射しスピニングディスク３４を透過する光量よりも多い。一方、入射する光束位置Ｐ１ｂからのレーザー光は、反射部材３７へ再入射する度に、反射部材３７の外側から内側に向かって少しずつ移動する。このため、スリットへ大きな角度で入射しスピニングディスク３４を透過する光量が、スリットへ小さな角度で入射しスピニングディスク３４を透過する光量よりも多い。このため、対物レンズ１０の射出瞳面内の照明強度分布を、実施例２及び実施例３に係るディスク走査装置の場合よりも、さらに対物レンズ１０の光軸に対して対称な分布に近づけることができる。
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、簡単に高い照明効率を実現しつつ、試料Ｓに照射される照明光の強度の角度依存性を抑えることができる。
【００５３】
［実施例５］
図１１は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。図１１（ａ）は、ＹＺ断面図であり、図１１（ｂ）は、Ｚ軸方向から見た図である。本実施例に係るディスク走査装置は、光ファイバー３１ａの射出端を光軸ＡＸからＹ軸方向だけではなくＸ軸方向にもずらした位置Ｐ１に配置した点が、実施例２に係るディスク走査装置と異なっている。その他の構成は、実施例２に係るディスク走査装置と同様である。
【００５４】
光源像が形成される位置（位置Ｐ１）が光軸ＡＸからＸ軸方向とＹ軸方向の両方にずれていることで、反射面３４ａで反射したレーザー光が反射部材４２に入射する位置（位置Ｐ２’）もＸ軸方向とＹ軸方向の両方に変化する。即ち、シフト量がＸ軸方向とＹ軸方向に分散される。このため、ディスク走査装置３０よりも小さな平面ミラーでディスク走査装置３０と同じ再入射回数を実現することができる。
【００５５】
なお、図１１（ｂ）の白丸（位置Ｐ２’、位置Ｐ３’、位置Ｐ４’ 、位置Ｐ５）は、反射面４２ｂ又は反射面４０ａへのレーザー光の入射位置を示している。また、黒丸（位置Ｐ２”、位置Ｐ３”、位置Ｐ４” ）は、反射面４２ａへのレーザー光の入射位置を示している。ただし。位置Ｐ１に示す黒丸は、光ファイバー３１ａの射出端の位置を示している。
【００５６】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、実施例２に係るディスク走査装置と同様に、簡単に高い照明効率を実現することができる。さらに、反射部材を小型化することができる。
【００５７】
［実施例６］
図１２は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。図１２（ａ）は、ＹＺ断面図であり、図１２（ｂ）は、Ｚ軸方向から見た図である。本実施例に係るディスク走査装置は、光ファイバー３１ａを途中で分岐させて、位置Ｐ１ａと位置Ｐ１ｂの二箇所に射出端を配置した点が、実施例５に係るディスク走査装置と異なっている。その他の構成は、実施例５に係るディスク走査装置と同様である。
なお、位置Ｐ１ａは、実施例５における位置Ｐ１と同じである。位置Ｐ１ｂは、反射面４０ａからＸ軸方向にずれた位置である。
【００５８】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、実施例４に係るディスク走査装置と同様に、簡単に高い照明効率を実現しつつ、試料Ｓに照射される照明光の強度の角度依存性を抑えることができる。また、実施例５に係るディスク走査装置と同様に、反射部材を小型化することができる。
【００５９】
［実施例７］
図１３は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。本実施例に係るディスク走査装置は、反射部材３７の代わりに反射部材４３を備える点が、ディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。
【００６０】
反射部材４３は、４枚の平面ミラーを含んでいる。４枚のミラーのうちの２枚の平面ミラーは、光軸ＡＸに沿った断面において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面４３ａ、反射面４３ｂ）を有していて、それら２つの反射面は、前側焦点面ＦＦで交わり接触している。また、残りの２枚の平面ミラーも、光軸ＡＸに沿った断面において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面４３ｃ、反射面４３ｄ）を有していて、それら２つの反射面は、前側焦点面ＦＦで交わり接触している。即ち、反射部材４３は、それぞれ２枚の平面ミラーからなる２つの反射部材要素から構成されている。
【００６１】
そして、反射部材４３は、位置Ｐ１からの光束が２つの反射部材要素の間を通って照明レンズ３３に入射するように、照明レンズ３３と照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦの間に配置されている。なお、位置Ｐ１は、光軸ＡＸから距離Ｄ１だけＹ方向に移動した位置である。
【００６２】
本実施例に係るディスク走査装置では、反射面３４ａで反射したレーザー光は、２つの反射部材要素に順番に入射する。そして、一方の反射部材要素では、レーザー光は、入射する度に、光軸ＡＸから離れる方向に向かって移動する。他方の反射部材要素では、レーザー光は、入射する度に、光軸ＡＸに近づく方向に向かって移動する。即ち、レーザー光は、反射部材４３に入射する度に、光軸ＡＸから離れる方向への移動と光軸ＡＸに近づく方向への移動とを交互に繰り返す。このため、対物レンズ１０の射出瞳面内の照明強度分布を、対物レンズ１０の光軸に対して対称な分布に近づけることができる。
【００６３】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、簡単に高い照明効率を実現しつつ、試料Ｓに照射される照明光の強度の角度依存性を抑えることができる。
【００６４】
なお、本実施例に係るディスク走査装置でも、前側焦点面ＦＦ上に反射部材４０を設けることで、再入射回数を２倍に増やすことができる。また、位置Ｐ１を光軸ＡＸからＹ方向に加えてＸ方向にもずらすことで、反射部材４３を小型化することができる。
【００６５】
［実施例８］
図１４は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。本実施例に係るディスク走査装置は、反射部材３７の代わりに反射部材４４を備える点が、ディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。
【００６６】
反射部材４４は、前側焦点面ＦＦ上の位置Ｐ１を頂点とした円錐ミラーである。反射部材４４は、光軸ＡＸに沿った断面において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面４４ａ、反射面４４ｂ）を有し、それら２つの反射面が前側焦点面ＦＦで交わっている点は、反射部材３７と同様である。ただし、反射部材４４は、ＹＺ平面内においてはパワーを有しないが、ＸＹ平面内においてパワーを有している。このため、本実施例に係るディスク走査装置では、反射面３４ａで反射したレーザー光は一点に集光せず点像は形成されないが、ディスク走査装置３０と同様に、多数回スピニングディスク３４にレーザー光を再入射させることができる。
【００６７】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によっても、簡単に高い照明効率を実現することができる。
【００６８】
［実施例９］
図１５は、本実施例に係るディスク走査装置における、スピニングディスク４５と照明レンズ３３と反射部材４６の位置関係について説明するための図である。図１６は、反射部材４６について説明するための図である。
【００６９】
本実施例に係るディスク走査装置は、スピニングディスク３４の代わりにスピニングディスク４５を備えている点、反射部材３７の代わりに反射部材４６を備えている点、及び、光軸ＡＸ上からレーザー光を導入する点が、実施例２に係るディスク走査装置とは異なっている。
【００７０】
スピニングディスク４５は、反射面４５ａの法線ＮＬが照明レンズ３３の光軸ＡＸに対して傾いている点が、スピニングディスク３４とは異なっている。なお、線ＮＬ’は、法線ＮＬを追跡した線であり、法線ＮＬが照明レンズ３３で屈折することで形成される光軸ＡＸと平行な線である。
【００７１】
反射部材４６は、２枚の平面ミラーを含み、２枚の平面ミラーが光軸ＡＸに沿った断面において、法線の方向が９０度異なる２つの反射面（反射面４６ａ、反射面４６ｂ）を有している点、及び、それら２つの反射面で定義される２つの平面が照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦで交わっている点は、反射部材３７と同様である。ただし、反射部材４６では、２つの反射面で定義される２つの平面が光軸ＡＸ上で交わる点が、反射部材３７とは異なっている。
【００７２】
反射部材４６は、反射面４５ａで反射し照明レンズ３３を介して入射した光束を、照明レンズ３３で平行光束に変換されるように、複数回の反射により照明レンズ３３に向けて出射する。より詳細には、反射部材４６は、入射した光束を、反転した進行方向を有し且つ光軸ＡＸと直交する方向にシフトした光束に変換する。なお、シフト量は、レーザー光の入射位置（即ち、位置Ｐ１）と線ＮＬ’との間の距離をＤ１とすると、２×Ｄ１である。
【００７３】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によっても、実施例２に係るディスク走査装置３０と同様に、簡単に高い照明効率を実現することができる。
【００７４】
［実施例１０］
図１７は、本実施例に係る共焦点顕微鏡２００の構成を例示した図である。本実施例に係る共焦点顕微鏡２００は、ディスク走査装置５０を備えたディスク走査型の共焦点観察装置であり、半導体基板の検査などに用いられる工業用顕微鏡である。
【００７５】
共焦点顕微鏡２００は、ディスク走査装置３０の代わりにディスク走査装置５０を備えている点、対物レンズ１０と結像レンズ２０の間にλ／４板６０を備えている点が、共焦点顕微鏡１００とは異なっている。なお、ディスク走査装置５０は、ダイクロイックミラー３２の代わりに、Ｓ偏光とＰ偏光を分離する光分離素子である偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１を備えている点が、ディスク走査装置３０とは異なっている。
【００７６】
共焦点顕微鏡２００では、光源３１からのレーザー光のうち特定の偏光方向を有する偏光（例えば、Ｓ偏光）がＰＢＳ５１で反射し、ディスク走査装置５０から出射する。そして、ディスク走査装置５０から出射したレーザー光は、試料Ｓで反射して再びディスク走査装置５０に入射するまでに、λ／４板６０を２度通過する。これにより、ＰＢＳ５１には、Ｐ偏光として入射するため、ＰＢＳ５１を通過して撮像装置３６に入射する。
【００７７】
ディスク走査装置５０及び共焦点顕微鏡２００によっても、ディスク走査装置３０及び共焦点顕微鏡１００と同様の効果、即ち、簡単に高い照明効率を実現することができる。
【００７８】
［実施例１１］
図１８は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。図１９は、４ｆ光学系の前側焦点面と光源像の位置の関係を説明するための図である。本実施例に係るディスク走査装置は、反射部材３７の代わりに反射部材４７を備える点、更に反射部材４０の代わりに反射部材４８を備える点、及び、レーザー光の初期入射位置が、図８に示す実施例２に係るディスク走査装置と異なっている。その他の構成は、実施例２に係るディスク走査装置と同様である。
【００７９】
レーザー光の初期入射位置である位置Ｐ１は、照明レンズ３３の光軸ＡＸからＤ１だけずれた位置であり、前側焦点面ＦＦよりもΔだけ照明レンズ３３から更に離れた位置である。この場合、スピニングディスク３４とともに４ｆ光学系を構成する照明レンズ３３は、照明レンズ３３から離れた位置に形成された光源像を前側焦点面ＦＦよりも照明レンズ３３に近い位置に投影するように、作用する。即ち、照明レンズ３３及び反射部材４４は、反射部材４７を取り除いた状態で、光源像が照明レンズ３３によって、前側焦点面ＦＦよりも照明レンズ３３に近い位置に形成されるように、配置されている。この点について、レンズＬと、レンズＬからレンズＬの焦点距離ｆだけ離れた位置に配置された光を折り返す反射面ＲＳ２と、からなる４ｆ光学系を例に、図１９を参照しながら説明する。
【００８０】
倍率（横倍率及び縦倍率）が１倍である４ｆ光学系では、図１９（ａ）に示すように、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向にΔだけ４ｆ光学系から更に離れた位置Ｐ１からの光束は、４ｆ光学系により、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向にΔだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐ２に集光する。つまり、光源像は、４ｆ光学系により、位置Ｐ１よりも２Δだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐ２に投影される。
【００８１】
反射面ＲＳ１がレーザー光の初期入射位置である位置Ｐ１に配置されている場合、図１９（ｂ）に示すように、位置Ｐ１よりも２Δだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐ２に形成された光源像からの光束は、位置Ｐ１よりも２Δだけ４ｆ光学系から離れた位置Ｐ２’に形成された光源像からの光束と等価である。これは位置Ｐ２から反射面ＲＳ１までの光路長と位置Ｐ２’から反射面ＲＳ１までの光路長が同じだからである。従って、位置Ｐ２からの光束は、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向に３Δだけ４ｆ光学系から更に離れた位置Ｐ２’からの光束とみなすことができ、４ｆ光学系により、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向に３Δだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐ３に集光する。
【００８２】
同様に、図１９（ｃ）に示すように、位置Ｐ３からの光束は、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向に５Δだけ４ｆ光学系から更に離れた位置Ｐ３’からの光束とみなすことができ、４ｆ光学系により、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向に５Δだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐ４に集光する。
【００８３】
即ち、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向にΔだけ４ｆ光学系から離れた位置Ｐ１に形成された光源像は、反射面ＲＳ２で反射した光束がリサイクルされる毎に、４ｆ光学系により近い位置に投影される。具体的には、上記の条件では、リサイクル回数をｎとすると、ｎ回目のリサイクルにより形成される光源像は、図１９（ｄ）に示すように、前側焦点面ＦＦよりも光軸方向に（２ｎ−１）Δだけ４ｆ光学系に近い位置Ｐｎ＋１である。
【００８４】
反射部材４７は、２枚の平面ミラー（反射面４７ａ、反射面４７ｂ）を含むリフレクタ（第１のリフレクタ）である点、及び、２つの反射面（反射面４７ａ、反射面４７ｂ）が互いに直交する法線を有し、２つの反射面の法線はそれぞれ光軸ＡＸと４５度の角度をなしている点は、反射部材３７と同様である。また、それら２つの反射面で定義される２つの平面が、レーザー光の初期入射位置である位置Ｐ１で交わる点も同様である。ただし、位置Ｐ１が前側焦点面ＦＦよりも照明レンズ３３から離れた位置にあるため、２つの平面が照明レンズ３３の前側焦点面ＦＦ上で交わらず、前側焦点面ＦＦよりも照明レンズ３３から離れた位置で交わる、という点が異なっている。
【００８５】
さらに、反射部材４７は、照明レンズ３３によって、反射部材４７までの光軸ＡＸ方向の距離が所定距離以下である位置に光源像が形成されるように、配置される。より具体的には、Δ＝Ｄ１を満たすように、反射部材４７を配置することが望ましい。ここで、Δはレーザー光の初期入射位置Ｐ１（換言すると、２つの反射面で定義される２つの平面の交線）と前側焦点面ＦＦとの距離である。Ｄ１はレーザー光の初期入射位置Ｐ１と光軸ＡＸとの距離であり、２×Ｄ１は初期入射位置Ｐ１から照明レンズ３３へ向かう光束に対する照明レンズ３３から位置Ｐ２へ向かう光束のシフト量に相当する。この条件（Δ＝Ｄ１）を満たすことで、図１８に示すように、反射面４７ｂ上に光源像（位置Ｐ２から位置Ｐ４）が形成されることになるため、反射面４７ｂにおける光束径が最小となり、反射部材４７でのケラレを抑制することができる。
【００８６】
なお、反射部材４７までの光軸方向の距離が所定距離以下である位置に光源像が形成される限り、ΔとＤ１の関係はΔ＝Ｄ１に限られない。図２０には、Δ＝２×Ｄ１を満たすように、反射部材４７が配置された例が示されている。図５（Δ＝０）、図１８（Δ＝Ｄ１）、及び図２０（Δ＝２×Ｄ１）を比較すると、１回目のリサイクルにより形成される光源像の位置Ｐ２と反射面について、以下の関係（１）（２）が導かれる。このため、０＜Δ＜２×Ｄ１を満たすように反射部材４７を配置し、少なくとも１回目のリサイクルにおける反射部材４７でのケラレを抑制してもよい。
（１）０≦Δ≦Ｄ１では、ΔがＤ１に近いほど位置Ｐ２は反射面に近づく。
（２）Ｄ１≦Δでは、Δが大きいほど位置Ｐ２は反射面から離れ、Δ＝２×Ｄ１において、位置Ｐ２と反射面の距離はΔ＝０のときと同じになる。
【００８７】
反射部材４８は、スピニングディスク３４で反射し照明レンズ３３を介して入射した光束を照明レンズ３３に向ける第２のリフレクタである。反射部材４８は、光軸ＡＸと直交する反射面（反射面４８ａ）を有する点、スピニングディスク３４への再入射を繰り返して反射部材４７から逸れたレーザー光が入射する位置であって、反射部材４７よりも光軸ＡＸから離れた位置に配置される点は、実施例２に係るディスク走査装置の反射部材４０と同様である。ただし、反射部材４８が、前側焦点面ＦＦよりも照明レンズ３３に近い位置に、反射部材４７に近接して配置される点が、異なっている。より具体的には、反射部材４７（反射面４７ｂ）の照明レンズ３３に近い縁部に接するように配置されている。これにより、図１８に示すように、反射部材４８と光源像（位置Ｐ５）との距離が短くなるため、反射面４８ａにおける光束径が小さくなり、反射部材４８でのケラレを抑制することができる。
【００８８】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、反射部材４７及び反射部材４８でのケラレを抑制することができるため、実施例２に係るディスク走査装置よりも高い照明効率を実現することができる。また、対物レンズ１０の射出瞳面における照明強度分布の偏りを緩和することができる点も実施例２に係るディスク走査装置と同様である。
【００８９】
［実施例１２］
図２１は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。図２１（ａ）は、ＹＺ断面図であり、図２１（ｂ）は、Ｚ軸方向から見た図である。本実施例に係るディスク走査装置は、光ファイバー３１ａの射出端を光軸ＡＸからＹ軸方向とＺ軸方向だけではなくＸ軸方向にもずらした位置（位置Ｐ１）に配置した点、反射部材４７の代わりに反射部材４９を備える点、反射部材４８の代わりに反射部材５２を備える点が、実施例１１に係るディスク走査装置と異なっている。その他の構成は、実施例１１に係るディスク走査装置と同様である。
【００９０】
反射部材４９は、２枚の平面ミラー（反射面４９ａ、反射面４９ｂ）を含むリフレクタ（第１のリフレクタ）であるが、図２１（ｂ）に示すように、開口ＡＰが光軸ＡＸから３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）すべてに対してずれた位置に形成されている点が、反射部材４７とは異なっている。初期入射位置（位置Ｐ１）を反射部材４９に形成された開口ＡＰの位置に合わせて光軸ＡＸから３軸すべての方向にずれた位置とすることで、照明レンズ３３により光源像が形成される位置（位置Ｐ２から位置Ｐ９）も３軸すべての方向に変化する。これにより、シフト量が３軸方向に分散されるため、より小さな平面ミラーを用いることができる。なお、図２１（ｂ）に示す位置Ｐ２ｒから位置Ｐ８ｒは、位置Ｐ２から位置Ｐ８に形成された光源像からの発散光束を反射する位置を示している。
【００９１】
反射部材５２は、スピニングディスク３４で反射し照明レンズ３３を介して入射した光束を照明レンズ３３に向ける第２のリフレクタである。反射部材５２は、互いに直交する法線を有する２つの反射面（反射面５２ａ、反射面５２ｂ）を有する点が、反射部材４８とは異なっている。なお、反射部材５２は、反射部材５２の２つの反射面の法線を含む平面（ＸＺ平面）が、反射部材４９の２つの反射面の法線を含む平面（ＹＺ平面）と直交するように、配置される。
【００９２】
反射部材５２に入射した光束は、反射部材５２で、反転した進行方向を有し且つＸ方向にシフトした光束に変換される。これにより、反射部材５２で反射した光束が開口ＡＰに入射することを防止することができるため、更にリサイクル回数を増やすことができる。
【００９３】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によれば、実施例１１に係るディスク走査装置よりも高い照明効率を実現することができる。さらに、反射部材を小型化することができる。
【００９４】
［実施例１３］
図２２は、本実施例に係るディスク走査装置の構成の一部分を例示した図である。図２２（ａ）は、ＹＺ断面図であり、図２２（ｂ）は、Ｚ軸方向から見た図である。本実施例に係るディスク走査装置は、反射部材４９の代わりに反射部材５３を備える点が、実施例１２に係るディスク走査装置と異なっている。その他の構成は、実施例１２に係るディスク走査装置と同様である。
【００９５】
反射部材５３は、光軸ＡＸに対して傾斜した２枚の平面ミラー（反射面５３ａ、反射面５３ｂ）と、２枚の平面ミラーを繋ぐ光軸ＡＸと直交する平面ミラー（反射面５３ｃ）と、を含むリフレクタ（第１のリフレクタ）である。反射部材５３は、図２２（ｂ）に示すように、開口ＡＰが光軸ＡＸから３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）すべてに対してずれた位置に形成されている点は、反射部材４９と同様であるが、光軸ＡＸと直交する反射面５３ｃに開口ＡＰが形成されている点が、反射部材４９とは異なっている。
【００９６】
反射部材５２で反射した光束は、実施例１２に係るディスク走査装置と同様に、リサイクルを繰り返して、開口ＡＰからＸ方向にシフトした位置Ｐ９に入射する。位置Ｐ９には光軸ＡＸと直交する反射面５３ｃが設けられているため、位置Ｐ９に入射した光束の進行方向を反転させることができる。
【００９７】
従って、本実施例に係るディスク走査装置によっても、実施例１１に係るディスク走査装置よりも高い照明効率を実現することができる。また、反射部材を小型化することができる点も同様である。
【００９８】
［実施例１４］
図２３は、本実施例に係る共焦点顕微鏡３００の構成を例示した図である。本実施例に係る共焦点顕微鏡３００は、走査装置７０を備えた共焦点観察装置であり、試料Ｓからの蛍光を検出して試料Ｓの画像を取得する蛍光顕微鏡である。共焦点顕微鏡３００は、ディスク走査装置３０の代わりに走査装置７０を備える点が、共焦点顕微鏡１００とは異なっている。
【００９９】
走査装置７０は、反射部材３７の代わりに実施例１１に係るディスク走査装置に含まれる反射部材４７及び反射部材４８を含む点、スピニングディスク３４の代わりにプリズム７１及び空間光変調器７２を含む点が、ディスク走査装置３０とは異なっている。
【０１００】
空間光変調器７２は、独立して制御可能な複数のマイクロミラーを含むＭＥＭＳデバイスであり、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤ７２は、入射する光束を複数のマイクロミラー（反射面７２ａ）で変調する。より詳細には、空間光変調器７２は、各マイクロミラーの傾斜方向を制御することにより、各マイクロミラーに入射した光の反射方向をＯＮ方向とＯＦＦ方向の２方向に制御する。なお、複数のマイクロミラーは、それぞれ平面ミラーであり、走査装置７０の第１の反射面である。
【０１０１】
空間光変調器７２は、対物レンズ１０の前側焦点面と共役な面であって、照明レンズ３３の後側焦点面または後側焦点面近傍に配置されている。より詳細には、空間光変調器７２は、ＯＮ方向に反射した光がプリズム７１を介して結像レンズ２０へ向かい、ＯＦＦ方向に反射した光がプリズム７１を介して照明レンズ３３に再入射するように、配置されている。
【０１０２】
共焦点顕微鏡３００では、空間光変調器７２が実施例１に係るスピニングディスク３４と同様に機能し、リサイクル光学系を構成する。このため、共焦点顕微鏡３００によっても、実施例１に係る共焦点顕微鏡１００と同様に、高い照明効率を実現することができる。
【０１０３】
［実施例１５］
図２４は、本実施例に係る共焦点顕微鏡４００の構成を例示した図である。本実施例に係る共焦点顕微鏡４００は、走査装置８０を備えた共焦点観察装置であり、試料Ｓからの蛍光を検出して試料Ｓの画像を取得する蛍光顕微鏡である。共焦点顕微鏡４００は、ディスク走査装置３０の代わりに走査装置８０を備える点が、共焦点顕微鏡１００とは異なっている。
【０１０４】
走査装置８０は、反射部材３７の代わりに実施例１１に係るディスク走査装置に含まれる反射部材４７及び反射部材４８を含む点、スピニングディスク３４の代わりに偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８１及び空間光変調器８２を含む点が、ディスク走査装置３０とは異なっている。
【０１０５】
空間光変調器８２は、独立して制御可能な複数の画素要素を含む液晶デバイスであり、例えば、ＬＯＣＳ（Liquid crystal on silicon）である。空間光変調器８２は、入射する光束の偏光方向を、各々が反射面８２ａを有する複数の画素要素で変調する。より詳細には、空間光変調器８２は、画素要素で偏光方向を制御することにより、ＰＢＳ８１で結像レンズ２０へ導かれる光と照明レンズ３３に導かれる光とのバランスを制御する。即ち、ＰＢＳ８１と空間光変調器８２は、複数の反射面８２ａに入射した光の反射方向を２方向に制御する。なお、複数の反射面８２ａは、それぞれ平面ミラーであり、走査装置８０の第１の反射面である。
【０１０６】
空間光変調器８２は、対物レンズ１０の前側焦点面と共役な面であって、照明レンズ３３の後側焦点面または後側焦点面近傍に配置されている。
【０１０７】
共焦点顕微鏡４００では、空間光変調器８２が実施例１に係るスピニングディスク３４と同様に機能し、リサイクル光学系を構成する。このため、共焦点顕微鏡４００によっても、実施例１に係る共焦点顕微鏡１００と同様に、高い照明効率を実現することができる。
【０１０８】
上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。走査装置、共焦点観察装置、及びディスク走査装置は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。この明細書で説明される個別の実施例の文脈におけるいくつかの特徴を組み合わせて単一の実施例としてもよい。
【０１０９】
例えば、各実施例に係るリフレクタは、図２５（ａ）に示すリサイクルミラー５４とミラー５５からなる構成に限られず、図２５（ｂ）に示すプリズム５６とミラー５７からなる構成であってもよい。また、図２５（ｃ）に示すプリズム５８とプリズム５８の表面に形成されたミラーコーディング５９からなる構成であってもよい。
【０１１０】
なお、実施例１４ではＤＭＤを、実施例１５ではＬＣＯＳを例示しているが、実施例１から実施例１３に係るディスク走査装置に含まれるスピニングディスク３４も、ＤＭＤやＬＣＯＳと同様に、入射光を空間的に変調する空間光変調手段である。これらの空間光変調手段が標本Ｓ（対物レンズ１０の前側焦点位置）と共役な位置に配置されることで、走査手段であるとともに、共焦点効果を発生させる手段として機能する。また、実施例１５に記載した空間光変調手段（ＬＣＯＳ）を除く他の実施例に係る空間光変調手段は、光の空間強度分布を変調して、入射光を標本に向かう光と照明レンズに向かう光に分割する、強度変調手段である。実施例１５に係る空間光変調手段（ＬＣＯＳ）はその手前に配置されたＰＢＳとともに、光の空間強度分布を変調して、入射光を標本に向かう光と照明レンズに向かう光に分割する、強度変調手段を構成する。
【符号の説明】
【０１１１】
１０            対物レンズ
２０            結像レンズ
３０、５０      ディスク走査装置
３１            光源
３１ａ          光ファイバー
３２            ダイクロイックミラー
３３            照明レンズ
３４、４５      スピニングディスク
３４ａ、３７ａ、３７ｂ、３９ａ、３９ｂ、３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４９ａ、４９ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、７２ａ、８２ａ          反射面
３５            レンズ
３６            撮像装置
３７、４０、４１、４２、４３、４４、４６、４７、４８、４９、５２、５３  反射部材
３８ａ、３８ｂ  平面
３９、５６、５８、７１  プリズム
５１、８１      ＰＢＳ
５４            リサイクルミラー
５５、５７      ミラー
５９            ミラーコーディング
６０            λ／４板
７０、８０      走査装置
７２、８２      空間光変調器
１００、２００、３００、４００  共焦点顕微鏡
Ｓ              試料
ＡＸ            光軸
ＮＬ            法線
ＦＦ            前側焦点面
ＦＢ            後側焦点面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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