(57)【要約】光源からの照射光線束ＦＸを観察物体１１０７上の照射点ＦＸＯに集束して該物体からの光線束ＦＥを第一像面Ｐ１上の光点ＦＥＯに集束するように調整された光学系と、観察面に沿って観察物体１１０７を走査するように照射光線束を反射する一方で光点ＦＥＯを第一像面上の固定点に導くために光線束ＦＥを反射する回転可能に装着された可動ミラー１１０４と、光点ＦＥＯを濾光可能に調整して検出対象光線束ＦＤだけが得られるようにする第一像面上の第一空間濾光系とを設けて共焦点走査装置を構成する。このとき、回転する前記可動ミラー１１０４上に観察対象光線束ＦＤを送り返すように光学系ならびに第一空間濾光系１２０３を調整する。さらに、第二像面Ｐ２上の検出対象点ＦＤＯに前記観察対象光線束ＦＤを集束させると共に、物体の観察面における被照射点の変位に比例する前記検出対象点の変位を前記第二像面において得られるように上記光学系を調節する。
2004509370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１１００）によって照射される観察物体（１１０７）の画像を得るために使用される共焦点用光学走査装置であって、
前記光源からの照射光線束（ＦＸ）を、照射されない区域に囲まれた少なくとも一つの孤立した照射点（ＦＸＯ）、即ち前記観察物体（１１０７）の一点を照射するための少なくとも一つの照射点に集束させると共に、前記物体（１１０７）の被照射点からの戻り光線束（ＦＥ）を第一像面（Ｐ１）の光点（ＦＥＯ）に集束させるように調整された光学系を具備し、
回転可能に装着された、前記照射光線束（ＦＸ）及び前記物体の被照射点からの戻り光線束（ＦＥ）を反射するための少なくとも一枚の可動ミラー（１１０４）を具備して、該可動ミラーは、前記少なくとも一つの照射点（ＦＸＯ）が前記観察すべき物体（１１０７）を観察面に沿って走査できるように前記照射光線束を反射し、前記光点（ＦＥＯ）が前記第一像面（Ｐ１）の一点に導かれるように前記戻り光線束を反射するよう設けられ、
さらに、前記第一像面（Ｐ１）に配置されると共に、検出対象光線束（ＦＯ）だけを得るために前記光点（ＦＥＯ）を濾光できるように調整された第一の空間濾光系（１２０３）を具備してなる共焦点用光学走査装置において、
前記検出対象光線束（ＦＤ）を前記回転する可動ミラー（１１０４）上に送り返すように前記光学系と前記空間濾光系（１２０３）とが調整され、かつ、前記光学系がさらに、前記可動ミラーで反射された前記検出対象光線束（ＦＤ）を第二像面（Ｐ２）内の一つの検出対象点に集束し、且つ物体観察面における被照射点（ＦＤＯ）の変位に比例する前記検出対象点（ＦＤＯ）の変位を前記第二像面（Ｐ２）において求めることができるように調整されていることを特徴とする共焦点用光学走査装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記照射光線束（ＦＸ）を複数副照射光線束（ＦＸ、ＦＸ２）に分割するための手段（１０３、１０５、６０６）を含むと共に、この光学系が一方で前記複数副照射光線束を前記物体観察面で対応する複数照射点に集束し、他方で前記物体の複数被照射点から来る副光線束を前記第一空間濾光系（１３０、６０６）上で複数光点に集束するように調整され、且つこの第一空間濾光系が物体の各被照射点から来る各光点を個別に濾光して、対応複数検出対象光線束を得るように調整されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二像面（Ｐ２）における物体（１１４）の固定幾何学点の幾何学像位置が、複数軸周りに可動に装着された回転ミラー（１１０、１１２）の位置に依存しなくなるように光学系が調整されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第二像面（Ｐ２）における物体（１１４）の固定幾何学点の幾何学像位置が、異なる面に位置する少なくとも三本の軸の周囲を可動に装着された回転ミラー（１１０、１１２）の位置に依存しなくなるように光学系が調整されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第一空間濾光系における空間濾光特性を変更するための手段を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第一空間濾光系における空間濾光特性の変更を可能にするため、該第一空間濾光系（１３０，６０６）が少なくとも一つの可動あるいは取り外し可能な要素（１７２０、１７００）を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第一空間濾光系（１３０、６０６、１７２０、１７５１）が、別の第一空間濾光系との交換を可能にするため、可動あるいは取り外し可能に装着されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段が前記第一空間濾光系（６０６）から成ることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第一空間濾光系（６０６）が、複数微小反射ミラー（６５０）を備えた非反射性プレートを含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
可動に装着された前記少なくとも一枚のミラー（６０３）が一つの反射面を含むと共に、可動に装着された前記少なくとも一枚のミラー（６０３）のこの反射面が前記第一空間濾光系（６０６）から来る複数副照射光線束（ＦＸ２）を前記観察物体に向けて反射し、複数光線束（ＦＥ）を前記第一空間濾光系（６０６）に向けて反射し、複数検出対象光線束（ＦＤ）を前記第二像面（Ｐ２）に向けて反射するように前記光学系が調整されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反射面が前記光源からの照射光線束（ＦＸ）を前記第一空間濾光系（６０６）に向けて反射することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記光学系は、レンズ（６０５）を備えると共に、このレンズは、前記第一空間濾光系（６０６）から前記可動に装着されたミラー（６０３）に向かう複数副照射光線束（ＦＸ２）、前記可動ミラー（６０３）から前記第一空間濾光系（６０６）に向かう複数光線束（ＦＥ）、前記第一空間濾光系（６０６）から前記可動に装着されたミラー（６０３）に向かう複数検出対象光線束（ＦＤ）を夫々透過させるように配置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レンズ（６０５）は、さらに前記光源から出て前記第一濾光系（６０６）に向かう照射光線束（ＦＸ）を透過させるように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学系は、前記観察物体に向かう複数副照射光線束（ＦＸ、ＦＸ２）を前記観察物体から来て前記第一空間濾光系（１５１９）に向かう光線束（ＦＥ）から分離し、照射光線束（ＦＸ）が前記第一空間濾光系（１５１９）に届かないようにするためのビームスプリッターを具備していることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記第一空間濾光系（１５１９）は、光線束（ＦＥ）を一方向にのみ通過させる複数ピンホールの付いた吸光性および／または反射性プレートから成ることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段（１５５５、１５０９）と、前記第一空間濾光系（１５１９）と、前記ビームスプリッター（１５１２）とは、夫々連結されて分割・濾光ユニットを構成すると共に、この分割・濾光ユニットが、別の分割・濾光ユニットと交換できるように、可動あるいは取り外し可能に装着されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段は、照射光線束（ＦＥ）を一方向にのみ通過させる複数ピンホールの付いたプレートから成る第二空間濾光系（１５５５）で構成されていることを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段は、複数マイクロレンズ（１５０９）の付いた基盤を含むことを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段は、複数マイクロレンズの付いた基盤を含むと共に、前記第一空間濾光系は、複数副照射光線束を通過させる複数ピンホールを含むことを特長とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記複数マイクロレンズの付いた基盤と前記第一空間濾光系とが相互に連結されていると共に、前記分割・濾光ユニットが、別の分割・濾光ユニットと交換できるように取り外し可能あるいは可動に装着されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記照射光線束（ＦＸ）を複数副照射光線束に分割するための手段（１０５、１０３）は、複数照射点を周期性のある２次元網とするように調整されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れかの１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記周期性のある２次元網の格子形が六角形であることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
回転可能に装着された前記少なくとも一枚の可動ミラー（６０３、１１０、１１２）が前記被照射点の各々を周期網の基本ベクトル（ｕ、ｖ）の方向に平行でない直線（５００）に沿って移動させるよう、該可動ミラーが制御可能に設けられていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の装置。
【請求項２４】
回転軸を一本しか持たない可動ミラーが一枚だけ回転可能に装着されていることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
照射光線束（ＦＸ）によって照らされた区域（１６０２）を前記照射光線束の副光線束への分割手段（６０６）上で移動させるための手段（６０１、６０２、６０３、６０５）を具備していることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項または請求項１９乃至２４の何れか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記照射光線束（ＦＸ）によって照らされた区域（１６０２）を前記照射光線束の副光線束への分割手段上で移動させるための手段は、前記少なくとも一枚の可動ミラー（６０３）の回転中、前記観察物体における照射区域を固定状態に維持できるように調整されていることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記照射光線束（ＦＸ）によって照らされた区域（１６０２）を前記照射光線束の副光線束への分割手段上で移動させるための手段は、回転可能に装着された前記少なくとも一枚の可動ミラー（６０３）を含むと共に、照射光線束（ＦＸ）が照射光線束の副光線束への分割手段に到達する前に、回転する前記少なくとも一枚の可動ミラー（６０３）によって前記照射光線束（ＦＸ）を反射させるように光学系が調整されていることを特徴とする前記請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記観察物体に到達する前に前記照射光線束（ＦＸ、ＦＸ２）を遮断させるための手段（１４０、６０６、１５１７）を具備すると共に、前記第一像面（Ｐ１）の固定幾何学点に対応する観察物体内の幾何学像の移動速度がその最小値に達する時、前記照射光線束を遮断できるように照射光線束遮断のための手段が調整されていることを特徴とする請求項２乃至２７の何れか１項に記載の装置。
【請求項２９】
前記照射光線束遮断のための手段は、照射光線束の届く位置に置かれた制限装置（６０６、１５１７）で構成され、この制限装置が選別表面（１６０１、１６１１）に届かない一部の照射光線束を排除すると共に、前記第一像面の固定幾何学点に対応する前記観察物体内の幾何学像（１７０２）の移動速度がその最小値に達する時、前記制限装置上で、照射光線束により照射される区域（１６０２、１６１２）が前記選別表面（１６０１、１６１１）の外になるよう、前記制限装置、前記光学系、及び前記回転する可動ミラーの動きが調整されていることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記照射光線束の副光線束への分割手段（６０６）から来る照射光線束あるいは複数副照射光線束が前記可動ミラー（６０３）により前記観察物体に向けて反射される前に、該照射光線束が前記制限装置に届くように該制限装置（６０６）の位置決めが行われていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記制限装置（６０６）は、前記観察面に対して共役な面に置かれていることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記制限装置（６０６、１５２９）は、前記照射光線束を複数副光線束に分割するための手段を含む面に置かれていることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記制限装置は、絞り（１５２９）から成ると共に、制限表面がこの絞りの開口部で形成されることを特徴とする請求項３０乃至３２の何れか１項に記載の装置。
【請求項３４】
前記照射光線束を複数副光線束に分割するための手段は、複数ピンホールの付いた吸光性および／または反射性プレート（１５５５）から成ると共に、前記制限装置は、このプレートの一部分、即ちピンホールを含まない部分（１５５６）から成ることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記照射光線束を複数副光線束に分割するための手段は、複数微小ミラーの付いた透明プレートから成ると共に、前記制限装置は、このプレートの一部分、即ち微小ミラーを含まない部分から成ることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
観察面に対して共役な面であると共に、前記照射光線束の副光線束への分割手段から来る照射光線束（ＦＸ、ＦＸ２）が回転する可動ミラー（１５１５）により前記観察物体に向けて反射された後に通過する面の近傍に前記制限装置（１５１７）が置かれていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３７】
前記制限装置は、絞り（１５１７）から成ると共に、前記選別表面がこの絞りの開口部（１６１１）から成ることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第一空間濾光系は、ピンホール（１７０１、１７０２）の付いた吸光性および／または反射性第一プレート（１７００）と吸光部および／または反射部及び透明部（１７１１）を含む第二プレートから成ると共に、前記第二プレートの吸光部および／または反射部が前記第一プレート上の一部ピンホールを塞ぐことができ、また二枚のプレートの相対移動により開いたままになるピンホールを変更できるようにこれら二枚のプレートが重なり合い、相対移動できるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項３９】
前記第一空間濾光系は、少なくとも一枚の反射性微小ミラー（１２０３）の付いた非吸光性プレートを含むと共に、前記少なくとも一枚の可動装着ミラー（１１０４、１１０５）が、前記観察物体（１１０７）に向かう照射光線束（ＦＸ）、前記観察物体（１１０７）から前記第一空間濾光系（１２０３）に向かう光線束（ＦＥ）、及び前記第一空間濾光系（１２０３）からの検出対象光線束（ＦＤ）を夫々反射するための反射面を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項４０】
前記第一空間濾光系は、一方向にのみ光線束（ＦＥ）を通過させる少なくとも一つのピンホールを備えた吸光性および／または反射性プレート（１３１１）を含み、回転可能に装着された前記少なくとも一枚の可動ミラー（１３０６）は、第一反射面及びこの第一反射面に平行な第二反射面を含む平面ミラーから成り、前記第一反射面が前記光源（１３００）からの照射光線束（ＦＸ）を反射すると共に前記物体（１３０８）の被照射点より放出される光線束（ＦＥ）を反射し、前記第二反射面が前記第一空間濾光系（１３１１）からの検出対象光線束（ＦＤ）を反射するように前記光学系が調整されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高速顕微鏡、特に蛍光あるいは反射光によるリアルタイム機能用共焦点顕微鏡において使用される共焦点用光学走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点走査型顕微鏡の原理は、観察すべき物体をその一点に集束させた照射光線束によって照射し、物体のこの被照射点からの戻り光だけを検出することにある。従って、共焦点顕微鏡には照射光線束が含まれ、この光線束はピンホール等で濾光される。また、照射された物体からの戻り光線束もそれ自体被照射点からの戻り光を選別するためのピンホールを通過する。物体から戻り、ピンホールによって空間的に濾光選別された光線束が検出の対象となる。
【０００３】
物体画像を生成するためには、物体の被照射点を一平面において移動させる必要がある。この走査は次のような異なった方法で行うことができる。
（イ）観察物体を対物レンズに対して移動させる方法。これは最も簡単な方法であるが、非常に時間がかかる。この方法は例えば米国特許第３０１３４６７号明細書において開示されている。
（ロ）一方向から照射光線束が透過し、逆方向から物体からの戻り光線束が透過するディスクに複数のピンホールを形成する方法。ディスクが像面において高速回転すると、ピンホールが移動し、物体が走査される。これはニプコウ（Ｎｉｐｋｏｗ）円盤の技術であり、例えば米国特許第３５１７９８０号明細書と第４９２７２５４号明細書において開示されている。ディスクに多数の孔が開いているため、この技術によれば高速走査が可能となる。また、カメラで直接検出ができ、肉眼で像を直接観察することもできる。しかし、利用できる光度の９５％が消失されるため、発生蛍光が微弱な試料の場合、この技術の効果には限界がある。
（ハ）米国特許第３５１８０１４号明細書において開示されている技術に従い、ガルバノメーターミラーを用いて照射光線束を偏向させる方法。この場合、物体は点から点へと走査され、用いられるピンホールの数は一つだけである。光電子増幅管により、この孔を通過した光子の検出が可能となる。光エネルギーの損失が少ないため、この技術は共焦点蛍光顕微鏡において最も多く使用されている。但し、蛍光の飽和および／またはガルバノメーターミラーの振動数のため、結像速度に限界がある。像は直接観察することができないため、光電子増幅管によって得られたデータからコンピューターによって再構築する必要がある。水平面、つまり物体観察面を再構築するためには、連続的に光受容器にサンプリングされる信号の各々に対応するガルバノメーターミラーの位置を正確に知る必要がある。システムを正確に機能させるためには、ガルバノメーターミラーの高精度な制御及びガルバノメーターミラーの動きと光受容器からの信号サンプリングとの完全な同期化が必要である。
【０００４】
ニプコウ円盤の技術は、現在のところ、カメラに録画できる共焦点像を光学手段によって直接得ることのできる唯一の技術である。しかし、この技術にはいくつかの難点がある。ニプコウ円盤を交換する際、必ず回転システムの均衡を調整し直さなければならないことが重要な欠点の一つである。現実にはニプコウ円盤は常に固定されているため、使用される波長および／または目標とする処理速度に応じて空間濾光特性（ピンホール口径あるいはその密度）を最適化することは一般的に不可能である。このため、米国特許第６００２５０９号明細書では、異なる空間濾光特性をもつ複数の領域を同一ディスク上に重ねることによりこの空間濾光特性を変化させる解決法が開示されている。光線束を空間濾光する手段として、この特許では微小ミラー網の付いた透明ディスクが使用されているが、この微小ミラーはニプコウ不透明円盤のピンホールに相当する役割を果たす。もう一つの難点は、物体から戻り、ディスクによって濾光選別される有効な光と干渉し合う反射光（迷光）の問題に関連している。米国特許第３５１７９８０号明細書によりこの問題は解決できるが、光学系配列とディスク安定性の要求が解決困難な問題として残る。米国特許第４９２７２５４号明細書によっても前述の問題は部分的にしか解決されないが、配列の困難性は回避できる。
【０００５】
結像速度を改善するため、集光ディスクを備えたニプコウ円盤付き顕微鏡が設計されている。集光ディスクはマイクロレンズ網から成り、ピンホール付きディスクに連結されている。各々のマイクロレンズはピンホールと向き合うように配置され、照射光線束からの光線をこのピンホール上に集束させる。この技術は例えば米国特許第５１６２９４１号明細書および米国特許第５５７９１５７号明細書において開示されている。この技術によれば、ニプコウ円盤付きシステムに特有の高速度結像を保持しつつ、ニプコウ円盤使用に起因する光度の損失を回避することができる。
【０００６】
米国特許第５５７９１５７号明細書で開示されているこの技術には、機械系の実現と光学系配列が困難という問題があり、実施コストが高くなる。また、ピンホール付きディスクと集光ディスクを配列する際、夫々の相対位置を高精度で調整する必要がある。これら二枚のディスクから成るユニットは軸の周囲を高速回転するが、この回転軸は完全に固定され、ディスク面に対して完全に直交、入射光線の伝播方向に対して完全に直角でなければならない。回転軸の位置を固定状態に維持するのは実際上非常に困難であることから、明暗のついた細かな線が像に重なるという典型的な像欠陥が生じる。
【０００７】
これら上記システムの場合、照射光線束の一部はピンホール付きプレート上で反射した後、ＣＣＤセンサーに向かって伝播する。この一部の光線束は蛍光に対応する戻り光線束に比べて強度が高いため、ダイクロイック・フィルターでこれを排除するのは困難である。従って、光線束を著しく弱めてしまうことになる。
【０００８】
また、物体に向かう照射光線束と物体からの戻り光線束とは順次同じピンホールを通過する。これらピンホールの口径を小さくすると、それに起因する光線束強度の損失が、ガルバノメーターミラー付き共焦点レーザー走査型顕微鏡でピンホール口径を小さくすることによって生じる強度損失よりもかなり大きくなる。強度を妥当な水準に保つためには、ピンホール口径をエアリー（Ａｉｒｙ）ディスクの幅に近い値とする必要がある。これは、ピンホール口径を小さくすれば分解能を高めることができるガルバノメーターミラー付き共焦点レーザー走査型顕微鏡の場合に比べて分解能を大きく低下させる原因となる。
【０００９】
これら上記システムにおいて、ＣＣＤカメラに形成されるピンホール画像は、それがエアリー（Ａｉｒｙ）ディスクの幅の半分に等しい長さだけ移動しても、移動前の画像を十分にカバーする。このことは、分解能を限定するのが蛍光放射波長だけであること、また分解能の限界が、短い励起波長の使用が利点となっているガルバノメーターミラー付き共焦点レーザー走査型顕微鏡の場合よりも高くなることを意味する。
【００１０】
結像速度を改善するため、もう一つ別の解決法が米国特許第５３５１１５２号明細書において開示されている。この特許に記載されているシステムは、レーザー光線を複数副光線束に分割するためのマイクロレンズ固定網を具備しており、各副光線束は像面に位置するピンホールによって濾光選別される。夫々のピンホールを通過する光線束は、対物レンズにより物体内で集束される。物体によって再放出される光線束は次にＣＣＤセンサーに向けられる。ＣＣＤセンサーの各画素（ピクセル）は、ピンホールを通過する光線束が集束するこの点の像に対応する。走査は対物レンズに対して物体を移動させる（イ）の方法によって行われるが、他の方法が必ずしも排除されている訳ではない。物体の一点が一本の副光線束によって照射され、その点の像がＣＣＤセンサーの対応点で得られる。また、この点が物体の狭い区域を走査する。物体画像は、物体の走査中にＣＣＤセンサーに収集される一連の像からコンピューターによって再構築しなければならない。従って、この顕微鏡の走査速度は、ＣＣＤセンサーが読み取られる速度によって制限され、しかも、一つの画像を得るのに数回の読み取りが必要である。この解決法に類似した方法が米国特許第５９７８０９５号明細書に記載されている。
【００１１】
一般に、３次元デコンボリューションは、解像度を著しく改善する。しかし、これを既存の共焦点顕微鏡で行うのは難しい。ガルバノメーターミラーによる走査機器の場合、３次元デコンボリューションを困難にするのはサンプリングエラーである。
例として、従来技術によるガルバノメーターミラー付き共焦点顕微鏡を図１に示す。レーザー１１００から出る照射光線束ＦＸは、二枚のレンズ１１０１、１１０２から成る光線束エキスパンダーを通過し、ビームスプリッター１１０３、回転する可動ミラー１１０４、１１０５によって順次反射され、顕微鏡の対物レンズ１１０６を通過し、集束後に観察物体１１０７の一点を照射する照射点ＦＸＯに到達する。この照射点ＦＸＯは孤立した点であり、照射されない区域に囲まれている。物体１１０７の被照射点からの戻り光線束ＦＥは対物レンズ１１０６を通過し、回転する可動ミラー１１０４，１１０５によって反射され、ビームスプリッター１１０３、レンズ１１０８を通過し、空間濾光系１２２０上の光点ＦＥＯに集束される。空間濾光系を通過後、光線束ＦＥ１は検出対象光線束ＦＤとなり、検出器１２２１により検出される。この場合、空間濾光系は一つのピンホールから成っている。つまり、微小寸法の孔を除く全領域で、光線束は空間濾光系により吸収される。ニプコウ円盤付き顕微鏡の場合、このニプコウ円盤が空間濾光系を構成し、ピンホール全体を通過する光が選別される。米国特許出願第５２３９１７８号明細書に記載されている顕微鏡では、カメラが検出系と空間濾光系の両方の役目を果たしているが。この場合の空間濾光系では、正方形格子のピンホール網を通過する光が選別される。
【００１２】
図２は、平面１４００の固定点１４１０からの光線が辿る経路の簡単な一例を示す。これは平面１４００からの光線束の進路に沿って進み、可動ミラー１４０５によって反射される。可動ミラー１４０５により反射された後の光線経路により、平面１４００に対して共役である虚像面１４０４が画定される。平面１４００上の一点１４１０の幾何学像は平面１４０４上の一点に対応する。可動ミラー１４０５が回転することから、固定点１４１０の幾何学像１４１１も可動となる。
【００１３】
図１の場合、物体１１０７の一点ＦＸＯから出発して検出対象光線束の進路に従う光線経路が第一実像面Ｐ１を画定している。尚、この実像面においては、物体１１０７の観察面に対して共役な位置に空間濾光系１２２０が配置されている。
【００１４】
可動ミラー１１０４が回転すると；
−　物体１１０７観察面における、面１２１０の像の移動
−　空間濾光系１２２０が配置されている第一像面における、物体１１０７の観察面の像の移動
が同時に起こる。
【００１５】
点ＦＸＯは、ミラー１１０４の回転に伴って可動となるが、第一像面Ｐ１におけるこの点ＦＸＯの像ＦＥＯはそれ自体固定点１２２４の像でもある。即ち、この点ＦＸＯは固定点である。従って、共焦点顕微鏡では通常、物体を走査する被照射点ＦＸＯからの戻り光だけを検出することが可能となる。
【００１６】
物体走査特性は、使用される可動ミラーによって変化する。例えば、一枚のミラー１１０４が可動で、図面に直角な軸の周りを回転し、もう一枚のミラー１１０５が固定されている場合、走査できるのは物体の一線だけである。また、一枚のミラー１１０４が可動で、直交する二本の軸の周りを回転するか、二枚のミラー１１０４、１１０５が夫々一本の軸の周りを回転する場合には、観察物体の一面を走査することができる。
【００１７】
その他の類似形態も使用可能であるが、特別な利点がないため、用いられることはほとんどない。図３にこのような形態の一例を示す。この例では、図１の可動ミラー１１０４は可動多面ミラー１２３０によって置き換えられている。物体からの戻り光線束ＦＥが可動ミラーで反射される前に辿る経路上にはビームスプリッター１２３２が配置され、この光線束を可動ミラーに向けて送り返すため、もう一枚別のミラー１２３１が使用されている。照射光線束ＦＸと戻り光線束ＦＥは多面ミラーの異なった面によって反射されるが、光学系は装置の基本特性が保持されるように設計されている。本特許において、「ミラー」という用語は一般に一面ミラーあるいは多面ミラーを指している。多面ミラーの場合、夫々の面は互いに連結しているが、反射しない領域によって分離することも可能である。何れにしても、ミラーは異なった様々な形体をとり得る。
【００１８】
図１の装置では、センサー１２０３に到達する信号が記録され、観察面の像がコンピューターによって再構築される。この画像再構築のためには、センサー１２０３から来る信号の各サンプリング値について、これに対応する可動ミラーの位置情報が必要である。従って、この装置はガルバノメーターミラーの位置決めエラーに対して非常に敏感である。しかも、接眼レンズによって像を直接観察することはできない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、空間濾光系によって選別される信号を記録することができ、ガルバノメーターミラーの位置決めエラーに大きく左右されることなく観察物体画像の構築ができる共焦点用光学走査装置を提供することにある。本発明は特に、ニプコウ円盤付きシステムと同様、例えばマトリックス型ＣＣＤセンサーに記録可能な像を生成する能力をもち、且つニプコウ円盤の場合とは違って、画像の質を常に最良に保つため空間濾光特性を簡単に変更できるような共焦点用光学走査装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、
−　光源からの照射光線束を、照射されない区域に囲まれた少なくとも一つの孤立した照射点、即ち観察物体の一点を照射するための少なくとも一つの照射点に集束させると共に、物体の被照射点からの戻り光線束を第一像面の光点に集束させるように調整された光学系と、
−　回転可能に装着され、照射光線束及び物体の被照射点からの戻り光線束を反射するための少なくとも一枚の可動ミラー（尚、照射光線束の反射は前記少なくとも一つの照射点が観察すべき物体を観察面に沿って走査できるようにするためであり、戻り光線束の反射は光点を第一像面上の一点に導くためである）と、
−　第一像面に配置されると共に、検出対象光線束だけを得るため光点を濾光するように調整された第一空間濾光系とを具備し、
検出対象光線束を前記回転する可動ミラー上に送り返すように光学系と空間濾光系とが調整されていることを特徴とすると共に、光学系がまた、可動ミラーで反射された前記検出対象光線束を第二像面内の一つの検出対象点に集束し、且つ物体観察面における被照射点の変位に比例する前記検出対象点の変位を前記第二像面内において求めることができるように調整されていることを特徴とする共焦点用光学走査装置を提供する。
【００２１】
このような仕組みになっているため、検出対象光線束が可動ミラーにより反射されると、第一空間濾光系の像が第二像面内で移動する。検出対象光線束を反射する可動ミラーが、戻り光線束及び照射光線束を反射する可動ミラーと同じであるため、第二像面における検出対象点の変位は観察面における被照射点の変位に比例する。例えば、図１のように空間濾光系が一つのピンホールだけから成っている場合には、リニア型あるいはマトリックス型ＣＣＤセンサーを第二像面に配置することができる。この際には、この第二像面は実像面でなければならない。また、センサーに形成されるピンホール像の位置には観察面における観察点の位置が対応する。センサーに形成される像では、その各点が観察物体の限定された一点に対応しており、この点の位置は、たとえ可動ミラーの位置決めにエラーが起こっても、その影響を蒙ることはない。従って、たとえ可動ミラーの位置制御が不完全であっても、物体において走査された一線の画像（ミラーが一本の軸の周りを回転する場合）あるいは物体において走査された平面の画像（可動ミラーが例えば直交する二本の軸の周りを回転する場合）をセンサーに記録されたデータから忠実に再構築することができる。
【００２２】
第二像面は実面であっても虚面であってもよい。しかし、追求する目標はあくまで検出すべき光線束を実像面に集束することにある。この実像面は走査装置内に含めても走査装置の外部に置いてもよい。この実像面は例えば観察者の目の網膜上あるいはカメラのセンサー上に置くことができる。
【００２３】
本発明は、光学系が照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段を具備していることをもう一つの特徴とする。この場合、光学系は一方で複数副照射光線束を物体の観察面上で複数照射点に集束させ、他方で複数被照射点から戻る複数副光線束を第一空間濾光系上で複数光点に集束させるように調整される。また、第一空間濾光系は、複数検出対象副光線束を得るため、物体の各被照射点から来る各光点を個別に濾光処理するように調整される。
【００２４】
こうして本発明の装置によれば、結像速度という点において、ニプコウ円盤付き顕微鏡等既存の解決法の利点を全て備えた多数点方式共焦点結像を実現することができる。
【００２５】
しかし、この多数点方式の技術を使用する場合には、観察面各被照射点に対応する複数像点が第二像面において同時に移動する。また、観察物体の異なる二点から戻り、第一空間濾光系の異なる二点を通過した光が第二像面の一点を次々に照射してしまう可能性がある。この場合、第二像面において記録される光度は、物体の異なる二点からの重複信号に対応することになる。従って、観察物体を最適条件で再構築することは不可能になる。
【００２６】
この問題を解決するため、本発明は、物体の一つの固定幾何学点に対応する第二像面内の幾何学像が、二本の軸の周りを回転できるように装着された前記少なくとも一枚の可動ミラーの位置に依存しなくなるように光学系を調整することをもう一つの特徴とする。この場合、第二像面の一点は、物体内の対応する固定幾何学像からの光によってのみ照射されることになり、これによって良質な画像の形成が可能となる。尚、この幾何学像が、異なった面に位置する三本の軸の周りを回転するミラーの任意回転運動（ミラーに回転軸が一本しかない場合を含む）と無関係に常に固定像となるように系を調整することがより望ましい。このようにすれば、ミラーの振動や不安定性が物体被照射面における点像の移動、従ってサンプリングエラーとなって現れるのを回避することができる。
【００２７】
本発明は、第一空間濾光系の空間濾光特性を変えるための手段を走査装置に備え付けることをもう一つの特徴とする。ニプコウ円盤の場合とは反対に、像を収集している間、この第一空間濾光系は静止状態にあることから、この特性変更は容易である。空間濾光特性とは、例えば空間濾光装置を構成する各ピンホールや各微小ミラーの直径、あるいはこれらの要素の空間濾光装置上での分布を意味する。第一空間濾光系は、例えば強誘電液晶をベースとしたマトリックス型装置から成る空間光変調器によって構成することができる。この場合、装置が静止状態にあることから、その電気系接続は容易になる。しかし、機械的手段を用いて空間濾光特性を変えるのが一般的にはより効果的である。本発明は、第一空間濾光系が、その空間濾光特性変更のため、可動あるいは取り外し可能な少なくとも一つの要素を具備していることを特徴とする。例えば、この第一空間濾光系（１３０、６０６）は取り外し可能に装着され、手あるいはモーター付きシステムを使って別の第一空間濾光系と交換することができる。第一空間濾光系に濾光特性の異なる複数の領域を含ませ、これら領域の何れかを光線束の経路上に置くようにしてもよい。第一空間濾光系は、複数ピンホールの付いた吸光性および／または反射性第一プレートと、吸光部および／または反射部及び透明部をもつ第二プレートから構成してもよい。これら二枚のプレートは重なり合い、互いに相対移動できるように配置される。従って、第二プレートの吸光部分および／または反射部分によって第一プレートのピンホールの一部を塞いだり、二枚のプレートの相対移動によって開いたままになるピンホール部分を変化させたりすることができる。何れの方法を採るにせよ、本発明の装置により空間濾光特性の変更が可能になる。従って、使用する波長および／または結像速度、あるいは目標とする結像の質に応じて、これら空間濾光特性を最適化できるようになる。空間濾光系の可動あるいは取り外し可能な要素を移動させるには一般に高い機械精度および／または適切な配列手順が要求される。例えば、第一空間濾光系を構成するピンホールの幅が約３０ミクロンの場合、位置決め精度は５ミクロン以下であることが望ましい。しかし、顕微鏡の作動中、第一空間濾光系は静止状態にあるため、系の配列が崩れたり、均衡の問題が起こったりすることはない。従って、ニプコウ円盤付きシステムの問題を解決することができる。また、本走査装置では、空間濾光特性を簡単な機械的手段によって変えることができる。例えば、空間濾光系が取り外し可能に装着され、手で交換できる場合、交換できる装置の数は無限となる。従って、濾光特性の最適化を理想的な条件で行えるようになる。空間濾光装置が複数領域を含んでいて、しかも可動である場合、利用できる領域数は米国特許第６００２５０９号明細書に記述されている型のニプコウ円盤の場合よりも大きくなる。ニプコウ円盤で使用できる領域数がディスクの半径、つまり表面積の平方根に比例するのに対し、本走査装置の場合には装置の全表面積に比例する。
【００２８】
本発明は、照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段が第一空間濾光系で構成されることをもう一つの特徴とする。このような仕組みにすれば、一般に系を簡単にすることができる。特に第一空間濾光系が交換可能な場合、系配列と機械精度の要求を著しく軽減することができる。なぜなら、この場合、第一空間濾光系は、試料あるいは物体における被照射点の位置と検出対象光線束を得るために濾光される光点の位置との両方を画定するからである。空間濾光系を交換すると、高精度調整を必要とすることなく、濾光された光点の位置が自動的に被照射点の位置に対応するようになる。
【００２９】
第一空間濾光系が照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段を兼ね、この空間濾光系がピンホール付きプレートによって構成される場合、検出対象光線束を可動ミラーに導くのに必要な光学系が比較的複雑になる。本発明にはもう一つ非常に有利な特徴があり、これによってこの光学系を非常に簡単にすることができる。その特徴とは、空間濾光系を複数微小ミラーの付いたプレートで構成し、検出対象光線束を入射光線束の方向に近い方向に送り返すことにある。この解決法を採用すると、プレートが透明である場合、空間濾光系で反射される照射光線束のうちで検出対象光線束に重なる光の量を著しく減少できるという利点もある。この場合、本発明のもう一つの特徴に従い、複数副照射光線束の第一空間濾光系から観察物体に向けた反射、複数副光線束の第一空間濾光系に向けた反射、複数副検出対象光線束の第二像面に向けた反射が回転する可動ミラーの唯一の面で行われるように光学系を調整するのが望ましい。この調整は、本発明のもう一つ別の特徴に従って非常に簡単に行うことができる。即ち、第一空間濾光系から可動に装着されたミラーに向かう複数副照射光線束、前記可動ミラーから第一空間濾光系に向かう複数副光線束、第一空間濾光系から可動に装着された前記ミラーに向かう複数副検出対象光線束が唯一のレンズを透過するようにすればよい。ここでは、本特許明細書においてと同様、「レンズ」とは単体レンズあるいは複合レンズ、例えば単体アクロマートあるいは空気で分離された一組の複数アクロマートを意味する。
【００３０】
本発明のもう一つの目的は、空間濾光系で反射される照射光線束のうちで検出対象光線束に重なる光を、ニプコウ円盤使用に起因する問題を回避できる方法で排除することにある。例えば、ニプコウ円盤付き顕微鏡の場合、照射光線束が空間濾光系で反射することにより生じる光を排除するためには、ディスクを照射光線束が透過する部分と試料によって反射された光線束が透過する部分の二つの部分に区分して使用する必要がある。これでは、ニプコウ円盤の調整と安定性の確保が困難である等重大な問題が生じる。
【００３１】
本発明によれば、照射光線束用にも物体からの戻り光線束用にも対物レンズの口径を全面的に利用しながら上記の問題を解決することができる。照射光線束が第一空間濾光系に到達しないようにするため、本発明は、観察物体に向けられた複数副照射光線束を第一空間濾光系に向かう観察物体からの光線束から分離するためのビームスプリッターを光学系に備え付けることを特徴とする。照射光線束が第一空間濾光系に到達しないことから、「迷光」が排除される。しかし、第一空間濾光系が固定系であることから、ニプコウ円盤に起因する不安定性の問題を回避しながら、上記結果を得ることができる。尚、ノイズが第一空間濾光系上で反射するのを完全に回避するためには、第一空間濾光系が、光を一方向にのみ通過させるピンホールの付いた吸光性および／または反射性プレートで構成されるのが望ましい。ノイズが照射光線束を副光線束に分割するための分割手段上で反射するのを完全に回避するためには、非干渉性（インコヒーレント）光線による照射の場合、照射光線束分割手段が、照射光線束を一方向にのみ透過させる複数ピンホールの付いたプレートで構成されるのが望ましい。干渉性（コヒーレント）光線による照射の場合、光線束の有効強度を低下させないためには、複数マイクロレンズの付いた基盤を使用するのがより望ましい。何れの場合においても、透過作用とビームスプリッターの使用により、ノイズに起因する問題を回避することができる。
【００３２】
本発明は、照射光線束を複数副光線束に分割するための手段がマイクロレンズの付いた基盤を含むと共に、この基盤上で第一空間濾光系が複数照射副光線束を通過させる複数ピンホールを含むことをもう一つの特徴とする。この場合、本発明の別の特徴に従い、複数マイクロレンズを備えた基盤と第一空間濾光系とが互いに連結されると共に、分割・濾光ユニットを構成するようにしてもよい。また、このユニットは取り外し可能に装着されるため、別の分割・濾光ユニットとの交換が可能である。この解決法には、ビームスプリッターが使用される場合にも、このビームスプリッターを分割・濾光ユニットに組み入れる必要がないという利点がある。
【００３３】
ミラー反射面の一つだけを使用する場合、異なる様々な光線束の分離に使用される偏光子によって光度の損失が生じるのを回避するためには、可動に装着されるミラーのサイズを大きくして、ある種の光線束を空間的に分離できるようにする必要がある。ミラーのサイズを大きくすると、その共鳴振動数が小さくなり、適切な走査を行う妨げとなり得る。しかも、第一空間濾光系が反射体として機能する場合、ミラーの一面だけを使用するのに必要な光学系は複雑になる。共鳴振動数を最適化すると共に光学系を単純にするために、可動に装着されるミラーを第一反射面と第二反射面が付いた平面ミラーとする解決法を採ることもできる。この場合、第一反射面は、光源からの照射光線束と物体の被照射点からの光線束を偏向するのに用いられ、第二反射面は、第一空間濾光系及び光学系から送り返される検出対象光線束を偏向するのに用いられる。
本発明は、照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段により、複数照射点が周期性をもった２次元格子網となるように調整されることをもう一つの特徴とする。尚、この周期格子網の格子形状は六角形とするのが望ましい。このようにすれば、本発明の装置により、光度の損失を最小限に抑えると共に、一定且つ特定点に依存しない結像特性を得ることが可能となる。
【００３４】
この場合、一定した結像特性を得るため、各被照射点が物体の２次元走査を行うように前記少なくとも一枚の可動ミラーを制御するようにしてもよい。しかし、この解決法は共鳴振動数が高く性能の良い可動ミラーを必要とする。従って、より経済的な解決法は各被照射点が一線のみを走査するようにすることである。この線が彎曲している場合、例えば各点が円を走査する場合、得られる画像が方向によって照射不均質を呈することがある。前記被照射点が周期格子網の方向ベクトルに平行でない直線に沿って移動するように、前記少なくとも一枚の回転する可動ミラーを制御することを特徴とする本発明の実施形態によれば、均質照射の利点を活かした良質画像を得ることができる。この解決法によれば、回転する可動ミラーを一枚使用するだけで済む。
【００３５】
前記少なくとも一枚の可動ミラーが一本あるいは数本の軸の周りを回転すると、各被照射点は物体内で移動し、従って照射された区域全体が同様に移動する。この際、この区域の移動中に照射される点全体が広範な被照射区域を画定する。この広範な被照射区域の中心に位置する物体の点はこの同じ区域の周辺に位置する点よりも頻繁に照射を受けることになる。従って、照射はこの広範な被照射区域において均質にならない。このことから、固定観察面の良質画像を得るのが難しくなる。前記可動ミラーから観察物体に向かう照射光線束が通過する像面に絞りを配置することを特徴とする本発明により、この被照射区域を固定化することが可能となる。絞りがない場合、広範な被照射区域が形成されてしまうが、この絞りを用いると、被照射区域を広範な被照射区域の中心部だけに限定することができる。しかし、照射光線束の一部が絞りによって遮られるため、この解決法では照射光線束の有効強度が弱められることになる。
【００３６】
この問題を解決するため、本発明は、照射光線束によって照らし出される区域が光線束の副光線束への分割手段上で移動できるようにするための手段を装置に備え付けることをもう一つの特徴とする。照射光線束を副光線束に分割するための手段としては、例えば分割面内に配置される複数マイクロレンズ、複数ピンホールをもち且つ分割面内に配置される透明および／または反射性のあるプレート、あるいは微小ミラーを備え且つ分割面内に配置される透明プレートを挙げることができる。被照射区域が分割面内で移動するため、物体内で被照射区域を変化させることができる。この際、複数副光線束のうちのいくつかの副光線束は変化するが、物体における各被照射点の個別移動に関する特性は変わらない。本発明は、照射光線束によって照らし出される区域を副光線束への分割手段上で移動させる手段を調整して、前記少なくとも一枚の可動ミラーが回転する時、観察物体内の被照射区域が固定したままとなるようにすることを特徴とする。これにより、照射区域を固定状態に維持することが可能となり、しかも、絞りの使用に起因する強度の損失がなくなる。照射区域を分割面で移動させるための手段としては、例えば光線束偏向用の音響光学装置あるいは物体内での被照射点移動用可動ミラーから独立した可動ミラーを備え付けることができる。この場合、独立可動ミラーあるいは音響光学装置を可動に装着された前記少なくとも一枚の可動ミラーと同期化する必要がある。本発明は、照射光線束によって照らし出される区域を副光線束への分割面内で移動させるための手段として、回転する前記少なくとも一枚の可動ミラーを備え付けると共に、照射光線束が分割面に到達する前にこれを回転する前記少なくとも一枚の可動ミラーによって反射させるように光学系を調整することを特徴とする。反射は前記可動ミラーによって行われるため、同期化の必要は全くない。しかも、一般的に言って、この解決法はより経済的である。しかし、第一空間濾光系が光線束を一方向にのみ通過させる複数ピンホールから構成される場合、この解決法を採用するには複数の追加ビームスプリッターを使用する必要がある。従って、被照射区域を分割面において移動させるには、独立した可動ミラーを使用するのが技術的にはより望ましい。このミラーに同期化エラーが起こったとしても、その影響を蒙るのは被照射区域の周辺部だけであり、エラーは、照射光線束が前記可動ミラーから観察物体に向けて通過する像面に配置された絞りにより補正される。
【００３７】
可動ミラーが回転する時、被観察面における被照射点の移動速度は変化する。この速度変化は過剰点照射を生じさせる。例えば、照射点が直線線分上を移動し、方向を変えながら線分上を往復する場合、その移動速度は線分の両先端においてゼロとなる。従って、照射点が線分の一端に達した時に照射される観察物体の点は、時間平均にして、隣接点に比べ過剰照射されることになる。照射点が複数の異なった直線線分上を順次往復する場合にも同じ問題が生じる。一般に、照射点の移動速度の変化は照射不均質を生じさせる。前記可動ミラーが回転している時には、物体における照射点の位置が第一空間濾光装置における固定点の可動幾何学像に対応する。様々な手段によって照射点が消される（塞がれる）と、この照射点は物理的には存在しなくなるが、消されなかった場合にこの照射点がするであろう動きは、空間濾光装置の固定幾何学点に対応する幾何学像の動きで示される。過剰点照射の問題を解決しようとすれば、空間濾光装置の固定幾何学点に対応する幾何学像の移動速度がその最小値に達する時（つまり、照射点がまだ消されていない場合、その移動速度が最小値に達する時）に、照射光線束を様々な手段で遮断しなければならなくなる。このため、本発明は、第一像面の固定幾何学点に対応する観察物体における幾何学像の移動速度がその最小値に達する時、照射光線束あるいは複数副照射光線束をそれらが観察物体に達する前に排除するための手段を走査装置に備え付けることを特徴とする。
【００３８】
本発明は、照射光線束あるいは複数副照射光線束を排除するための手段が、照射点の移動速度が最小になる時に照射光線束を消すことのできる閉鎖器で構成されることを特徴とする。しかし、各照射点の軌道が特定された一点で終止するためには、光線束の遮断が厳格に設定された瞬間に起こらなければならない。それが不可能な場合、照射不均質が生じてしまう。しかし、この同期化は実現が困難である。
【００３９】
同期化の問題を最小限に抑えつつ照射不均質の問題を解決しようとする本発明は、照射光線束あるいは複数副照射光線束を排除するための手段を制限装置で構成することをもう一つの特徴とする。この制限装置は、照射光線束あるいは複数副照射光線束が届く位置に置かれると共に、照射光線束あるいは複数副照射光線束のうち選別表面に達しない一部の光線束を排除するための手段を具備している。そして、この制限装置と光学系と回転可能に装着された可動ミラーとは、第一像面の固定幾何学点に対応する観察物体における幾何学像の移動速度がその最小値に達する時、照射光線束により照明される区域が幾何学像制限装置上で選択表面の外に出るように調整される。このような条件下では、照射点の移動速度が最小となると考えられる時、照射光線束が遮断され、観察物体対応点の過剰照射が回避される。また、この解決法を各照射点が直線上を移動するシステムに適用する場合、各照射点は観察区域全体を通過することができる。従って、同期化を行わなくても、その軌道の始点と終点とが観察区域の境界によって画定されるようになる。
【００４０】
制限装置の特性は、照明された区域を照射光線束の複数副光線束への分割手段上で移動させるための手段を走査装置が備えているかどうかによって変化する。この制限装置は一般には照射光線束により照射された区域が移動する部位に配置されなければならない。本発明は、照射光線束の複数副光線束への分割手段から来る照射光線束あるいは複数副照射光線束が前記可動ミラーによって観察物体に向けて反射される前に制限装置に到達できるような位置にこの制限装置を配置することを特徴とする。これは、走査装置が、照明された区域を照射光線束の複数副光線束への分割手段上で移動させるための手段を備えている場合に好適である。この場合、被観察面の被観察部分が鮮明な輪郭によって画定されるように、制限装置を観察物体に対し共役な面に配置する。制限装置は、照射光線束を複数副光線束に分割するための手段が置かれた面に配置できるが、マイクロレンズが使用される場合、この面は観察面に対し共役の位置関係にならない。しかし、この特殊な場合においても、画像周辺部の鮮明さは低下しない。制限装置は例えば絞りで構成することができる。この場合、制限表面は、この絞りの開口部で構成される。照射光線束を複数副光線束に分割するための手段が、複数ピンホールの付いた吸光性および／または反射性プレートで構成されている場合、制限装置としては、このプレートの一部、つまりピンホールの付いていない部分を用いることができる。この場合、像面や追加絞りの導入を回避することができる。照射光線束を複数副光線束に分割するための手段が、複数微小ミラーの付いた透明プレートで構成されている場合、制限装置としては、このプレートの一部、つまり微小ミラーの付いていない部分を用いることができる。この場合にも、絞りの導入を回避することができる。照射光線束を複数副光線束に分割するための手段が、分割面に配置された複数マイクロレンズで構成されている場合、この分割面あるいはマイクロレンズからの副光線束集束面に置かれた絞りを制限装置とすることができる。
【００４１】
本発明は、観察面に対して共役な面、即ち光線束を副光線束に分割するための手段から来る照射光線束が回転可能に装着された可動ミラーによって観察物体の方向に反射された後に通過する面の近傍に制限装置を配置することをもう一つの特徴とする。これは、走査装置が、照明された区域を照射光線束の複数副光線束への分割手段上で移動させるための手段を備えてない場合に特に好適である。この場合には、絞りを制限装置として使用することができ、選別表面は、この絞りの開口部で構成される。前記例と同様、各照射点が直線上を移動する場合、各照射点は、観察区域全体を横断する。但し、この解決法では、光度の損失が著しくなる。
【００４２】
第一空間濾光系が少なくとも一枚の微小反射ミラーの付いた非吸光性プレートを備えている場合、走査装置の構造を著しく単純化できる。この場合、可動に装着されるミラーには、観察物体に向かう照射光線束、観察物体から出て第一空間濾光系に向かう光線束、空間濾光系からの検出対象光線束を夫々反射する反射面が備えられる。この解決法によれば、システムを構成する部品数を大きく制限することができる。しかし、反射光（迷光）との相互干渉を完全に排除することはできない。
【００４３】
ミラーの反射面を一つだけ使用する場合、異なった光線束の分離に使用される偏光装置により光度の損失が生じるのを回避するためには、可動に装着されるミラーのサイズを大きくして、ある種の光線束を空間的に分離できるようにする必要がある。ミラーのサイズを大きくすると、その共鳴振動数が小さくなり、適切な走査を行う妨げとなり得る。しかも、第一空間濾光系が反射体として作用する場合、ミラーの一面だけを使用するのに必要な光学系が複雑になる。共鳴振動数を最適化し、また光学系を単純化するためには、可動に装着されるミラーを第一反射面と第二反射面が付いた平面ミラーとする解決法がある。この場合、第一反射面は、光源からの照射光線束と物体の被照射点から発生する光線束を偏向するのに用いられ、第二反射面は、第一空間濾光系及び光学系から送り返される検出対象光線束を偏向するのに用いられる。この形態は、使用される第一空間濾光系が、光線束を一方向にのみ通過させる少なくとも一つのピンホールの付いた吸光性および／または反射性プレートを具備している場合に特に好適である。この解決法を採れば、「迷光」の問題を回避することができ、向き合った二面をもったミラーを使用することにより、「迷光」のない濾光選別済み光線束が照射光線束に重なるのを避けることができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の特徴及び利点を、以下において添付図面と共に実施形態を記述する際に明らかにする。尚、以下の実施形態はいくつかの例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
〔単純な単一点方式による実施形態〕
この簡潔な実施形態では、単一点方式レーザー照射が使用される。空間濾光系は、一枚の微小ミラーから成り、可動ミラーはその一面だけが使用される。このように非常に単純であるため、この実施形態ではその機能が直感的に理解できる。
【００４６】
図４は、本発明のこの実施形態に対応する共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡を示す。この図では、物体の一点を通る光線束を細い線で示し、異なるいくつかの光線束、つまり照射光線束ＦＸ、光線束ＦＥそして検出対象光線束ＦＤの進行方向を矢印で示した。
【００４７】
レーザー１１００から出る照射光線束、つまり励起光線束ＦＸは、二枚のレンズ１１０１、１１０２から成る光線束エキスパンダー、つまりコリメーターを通過した後、ダイクロイックミラー１１０３によって反射される。このダイクロイックミラーはレーザー１１００から出る照射光線束ＦＸの波長を反射し、蛍光により再放出される光線束ＦＥの波長を透過させる。次に照射光線束ＦＸは、紙面とミラー１１０４面に位置する軸の周りを回転する可動ガルバノメーターミラー１１０４上、紙面に直角な軸の周りを回転する可動ガルバノメーターミラー１１０５上で次々に反射される。続いて偏光ビームスプリッター１２０４、顕微鏡の対物レンズ１１０６を通過する。この対物レンズにより照射点ＦＸＯに集束された照射光線束が、蛍光試料１１０７から成る物体の一点を照射する。被照射点から蛍光により再放出される光線束ＦＥは、対物レンズ１１０６によって集光され、偏光ビームスプリッター１２０４を通過し、二枚のガルバノメーターミラー１１０４、１１０５によって順次反射され、ダイクロイックミラー１１０３を通過し、レンズ１１０８によって光点ＦＥＯに集束される。この光点ＦＥＯは第一実像面Ｐ１に位置し、この面上では、四分の一波長板１２０２の裏面に同じく微小ミラー１２０３が装着されている。この実施形態において、微小ミラー１２０３は、光点を濾光選別するための第一空間濾光系を構成している。微小ミラーの傍を通過する光点ＦＥＯの一部は吸光空洞に到達する。微小ミラー１２０３は、例えば光学リソグラフィーにより作成される。
点１２０３によって反射される光点ＦＥＯあるいは光線束ＦＥの一部は以後検出対象光線束ＦＤと呼ばれる。この検出対象光線束ＦＤは四分の一波長板１２０２、レンズ１１０８、ダイクロイックミラー１１０３を再通過し、ガルバノメーターミラー１１０４、１１０５によって反射され、偏光ビームスプリッター１２０４によって反射され、続いてレンズ１２０５により第二実像面Ｐ２において検出点ＦＤＯに集束される。尚、この第二実像面上には、カメラ１２０７に固定されたＣＣＤセンサー１２０６が配置されている。
【００４８】
ここでレーザー１１００の偏光が選択されているのは、レーザーからの光線束ＦＸがビームスプリッター１２０４を透過できるようにするためである。四分の一波長板１２０２は偏光子の通過軸から４５度の方向に向けられた中立軸をもち、蛍光により再放出される光線束ＦＸに対して四分の一波長となっている。四分の一波長板の役割は、微小ミラーにより反射される検出対象光線束ＦＤだけが次に偏光ビームスプリッター１２０４によって反射されるようにするため、即ちレンズ１１０８でのノイズ反射による光波を排除するために、偏光方向を９０度回転させることである。
【００４９】
この条件下では、物体がガルバノメーターミラーの作動により走査される時、その共焦点像が直接ＣＣＤセンサー１２０６に形成される。ガルバノメーターミラーの制御が不完全な場合、最悪でも像上に暗い領域が現れるだけで、物体の被照射点が移動したり、幾何学形状が不鮮明になったりすることは決してない。物体の走査は、センサーの露出時間中に行われなければならない。像は次にＣＣＤセンサーからサンプリング器とコンピューターに伝送される。
【００５０】
センサーは、接眼レンズ、あるいは場合により双眼レンズユニットで置き換えてもよい。こうした器具を使用すれば、第二実像面Ｐ２に形成される像をここに配置されているＣＣＤにより直接観察することができる。この場合、肉眼で知覚されることのないように、走査は十分な速度で行われる必要がある。
【００５１】
この実施形態は、例えば図２０に示すタイプの多数光線束方式に適合できる。この場合の主要な利点は、レーザー集束点と微小ミラーとを対応させること以外にいかなる高精度調整も必要としないことにある。また、主な欠点は、ミラーの一面だけで全光路をカバーできるようにするため半透明あるいは偏光性ミラーを使用する必要があり、このことから光度の損失が生じることである。
【００５２】
本実施形態では、装置の機能が容易に理解できる。図１に示された共焦点レーザー走査型顕微鏡の場合と同様、ガルバノメーターミラーが動くと、照射光線束ＦＸを観察物体の観察面で集束させることによって形成される照射点ＦＸＯが物体１１０７を走査する。蛍光により放出される光線束ＦＥは、ガルバノメーターミラーで反射された後、面Ｐ１におけるその集束点ＦＥＯに到達する。この集束点ＦＥＯは固定点であり、微小ミラー１２０３上に位置する。図１に示される共焦点走査型顕微鏡では、微小ミラーはピンホールによって置き換えられており、ピンホールの裏側に設けられた光電子増幅管によって信号が検出される。本実施形態の場合、光線束ＦＥは微小ミラー１２０３によって反射され、検出対象光線束ＦＤとなる。検出対象光線束ＦＤは、光線束ＦＥとは逆方向に同じ経路を取り、ビームスプリッター１２０４がない場合には、正確に試料１１０７における照射光線束ＦＸの集束点ＦＸＯに戻ってしまう。ビームスプリッター１２０４を導入することにより、この光線束を偏向させて、面Ｐ２に置かれたＣＣＤ１２０６の一点ＦＤＯに到達するようにする。試料１１０７の対応点ＦＸＯが光線束ＦＸによって照射される時にのみ、前記光線束はＣＣＤ１２０６のこの一点ＦＤＯに到達する。センサー１１０６の各点は従って試料１１０７の一点にのみ対応し、試料１１０７がガルバノメーターミラーの作動により走査されると、試料の像がＣＣＤ１２０６に形成される。より厳密に言えば、面Ｐ２に形成される幾何学像、つまり観察物体の観察面における一点に対応する幾何学像は、この場合、固定像である。
【００５３】
〔ガルバノメーターミラーの反対側の面を使用する単一点方式による実施形態〕
この実施形態は、図２１に示されている。同じく単一点方式レーザー照射が使用されるが、このシステムではガルバノメーターミラーの二面と一つのピンホールが用いられる。こうした特徴により、大部分のノイズ反射を回避することができる。
【００５４】
レーザー１３００から出る照射光線束ＦＸは、二枚のレンズ１３０１、１３０２から成る光線束エキスパンダー、つまりコリメーターを通過した後、ダイクロイックミラー１３０３によって反射される。反射された光線束は次に、紙面とミラー１３０４との交差点に位置する軸の周りを回転する可動ガルバノメーターミラー１３０４、固定ミラー１３０５、紙面に直角な軸の周りを回転する可動ガルバノメーターミラー１３０６によって順次反射される。この後、この光線束は、試料の像を無限遠に形成する対物レンズ１３０７を通過し、観察試料１３０８を照射する照射点ＦＸＯに集束される。この点から蛍光によって再放出される光線束ＦＥは、対物レンズ１３０７を逆方向に再度通過し、ガルバノメーターミラー１３０６、固定ミラー１３０５、ガルバノメーターミラー１３０４により順次反射される。光線束は続いてダイクロイックミラー１３０３を通過し、レンズ１３０９と固定ミラー１３１０により、像面Ｐ１に付けられたピンホール１３１１上の光点ＦＥＯに集束される。光線束は、ピンホール１３１１を通過して検出対象光線束ＦＤとなり、これはミラー１３１２で反射され、レンズ１３１３で平行光線束に変えられ、ミラー１３１４で反射され、最後にガルバノメーターミラー１３０４の二番目の面で反射される。その後、検出対象光線束はミラー１３１５、ガルバノメーターミラー１３０６の二番目の面で順次反射される。検出対象光線束ＦＤは、次にレンズ１３１６により検出点ＦＤＯに集束されるが、この検出点は、カメラ１３１８に固定されたＣＣＤセンサー１３１７が置かれている像面Ｐ２の一点に位置する。前例の場合と同様、ＣＣＤセンサーを接眼レンズで置き換えると、面Ｐ２の像を直接観察することができる。図５に示されるこの実施形態では、ピンホール１３１１が第一空間濾光系を構成し、光線束の集束によって生じる光点を濾光する。
【００５５】
全体の機能は前例の場合と同じである。即ち、物体の２次元走査にガルバノメーターミラーが使用され、面Ｐ２上に形成される像はＣＣＤ１３１７によって記録される。
【００５６】
ＣＣＤ１３１７の各点は、図４の実施形態の場合と同様、試料１３０８の一点にのみ対応し、試料１３０８がガルバノメーターミラーによって走査されると、この試料の像がＣＣＤ１３１７に形成される。この例では、観察物体の観察面の一つの固定点に対応する面Ｐ２上の幾何学画像は固定像ではないが、物体の走査が一つの照射点によって行われる限り、これは厄介な問題を引き起こすことはない。
【００５７】
〔レーザー多数点方式による実施形態〕
この実施形態を図６に示す。画像の質及び速さの点で高い性能を発揮する実施形態である。これは次の理由による。
（１）多数点方式レーザー照射を使用するため、特に小寸法区域において、試料を飽和させることなく強力な照射を行うことができる。
（２）網状に形成されたピンホールを使用するため、ノイズ反射が起こってもその影響を最低限に抑えながら光線束を濾光することができる。
【００５８】
レーザー１００からの照射光線束ＦＸは、例えば電気光学または音響光学系の光線束減衰器１４０を通過する。この光線束は、次に例えば二枚のレンズ１０１、１０２から成る光線束エキスパンダーを通過する。続いて照射光線束ＦＸは、前記照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段を通過する。この分割手段は、マイクロレンズ網１０３で構成されている。
【００５９】
これらのマイクロレンズのうちの二つから出る副光線束を実線と破線で夫々示した。また、照射光線束、つまり励起光線束ＦＸと蛍光物体から再放出される光線束ＦＥの進行方向を矢印で示した。
【００６０】
マイクロレンズ網１０３から出る複数副照射光線束はダイクロイックミラー１０４と管状レンズ１０８を通過し、次にミラー１０９で反射される。続いてこれらの複数副照射光線束は、紙面とミラー１１０面とが交差する点に位置する軸の周りを回転するガルバノメーターミラー１１０、ミラー１１１、紙面に直角な軸の周りを回転するガルバノメーターミラー１１２によって次々に反射される。これらの副光線束は、顕微鏡の対物レンズ１１３を通過して、観察物体１１４に到達する。対物レンズ１１３は観察される試料の像を無限遠に形成するレンズである。マイクロレンズ網１０３から出る各副照射光線束の集束点は観察物体１１４の観察面に位置する。
【００６１】
ここで、対物レンズ１１３の像側焦点面は、レンズ１０８の物体焦点面（対物レンズからレンズ１０８に向かう方向）の中にあることが望ましい。また、網状に形成された穴１６０は、レンズ１０８の焦点面の中にあることが望ましい。このようにすれば、各副光線束の有効径を最大限にすることができる。
【００６２】
照射された物体、より厳密には物体の複数被照射点は、戻り光線束として非干渉性（インコヒーレント）複数副光線束を放出する。これらの光線束は、対物レンズ１１３を通過した後、ガルバノメーターミラー１１２、ミラー１１１、ガルバノメーターミラー１１０、ミラー１０９によって順次反射される。これらの光線束は、また管状レンズ１０８を通過し、ダイクロイックミラー１０４によって反射され、第一像面Ｐ１にあって第一空間濾光系を形成するピンホール網１３０を通過する。ピンホール網１３０は、例えば図７の概略図に示されるタイプにすることができる。このピンホール網１３０は、「リソグラフィー」の方法により、透明ガラス板上に反射層を形成することによって作成することができる。この際、ピンホールは反射層の切れ目に相当する。この場合には、レーザーの出口に中性フィルターを置いて、レーザー戻り光の影響を弱めるようにする。ピンホール網はまた、艶消しされた金属板にレーザーで孔を開けることによって作成することもできる。この解決法を採ると、戻りレーザー光の問題を回避することができる。ピンホール網１３０におけるピンホールのピッチ（隣接する２ピンホールの中心間距離）は、マイクロレンズ網１０３におけるマイクロレンズのピッチ（隣接する２マイクロレンズの中心間距離）と同一にする。これら二つの網１０３、１３０は、マイクロレンズ網１０３の各マイクロレンズから出る副照射光線束が物体の一点に集束され、ピンホール網１３０の各ピンホールが物体のこの点の像となるように配置される。このためには、ピンホール網１３０が管状レンズ１０８の焦点面の中にあり、またマイクロレンズ網１０３から出る副照射光線束の集束面１６０が同じく管状レンズ１０８の焦点面の中にあることが必要である。副光線束ＦＥはピンホール網１３０を通過して検出対象副光線束ＦＤとなり、ミラー１１５により反射される。続いてこれらの検出対象副光線束ＦＤは複数のミラー１４３、１４４、１４５、１４６、１４７によって順次反射される。尚、これらのミラーは、図６に示されるミラーユニット１４２を構成する。図８には、図６で示したＶ方向沿いの図面を表示する。ミラーユニット１４２は、図６の紙面にあって光軸を含む面に対し検出対象副光線束の角度を反転させるのに使用される。図８に示されるＰ方向は観察方向を示し、図６はこの方向沿いに作成されている。検出対象副光線束は、続いてレンズ１１６を通過する。これは管状レンズ１１８と同一のレンズで、その物体側焦点面がピンホール網１３０上に位置する。検出対象副光線束は、さらにガルバノメーターミラー１１０の第二面、ミラー１１７、ガルバノメーターミラー１１２の第二面によって順次反射される。検出対象副光線束は、次にモノクロメーター１４１を通過した後、レンズ１１８を通過するが、このレンズ１１８は、その像側焦点面においてピンホール網１３０の像、従って観察試料の像を形成する。検出対象副光線束は、複数検出対象光線束としてレンズ１１８の像側焦点面に到達するが、この像側焦点面は第二実像面Ｐ２でもある。ＣＣＤセンサー１１９は、第二実像面Ｐ２に対応するこの面に配置することができるが、この面に形成される像を接眼レンズを用いて直接観察することも可能である。レンズ１１６の焦点距離は、レンズ１０８のそれと同一でなければならない。また、高精度調整を行えるように、レンズ１１６、１０８を二重レンズで置き換えてもよい。この場合、二重レンズのレンズ間距離を調節すれば、その焦点距離が調整できる。
【００６３】
ミラーユニット１４２によって検出対象副光線束の角度を反転させると、観察物体固定幾何学点の像が面Ｐ２において固定幾何学点となる。網目状の照射点が使用されることから、これは良質画像を形成するのに不可欠な条件である。
【００６４】
図９は、マイクロレンズ網１０３によるレーザービーム集束の原理を示す。この図に示される角度αの値は、
【数１】
2004509370.tif 000003
とするのが望ましい。この場合、平面１６０に生じるエアリーディスクの幅は、式
【数２】
2004509370.tif 000004
で与えられる。ここで、Ｆ１０８はレンズ１０８の焦点距離、Ｆ１１３は対物レンズ１１３の焦点距離、ｏｕｖは対物レンズ１１３の開口数、λｌａｓはレーザーの波長を夫々表す。二枚の隣接マイクロレンズ間の距離Ｄは、各孔の幅の少なくとも１０倍であることが望ましい。網状に配置されたマイクロレンズ１０３は球形マイクロレンズであり、格子形が正方形となるように隣接している。各マイクロレンズの幅（マイクロレンズを区切る正方形の一辺あるいは二枚の隣接マイクロレンズの中心間距離）は、ピンホール網１３０の隣接２ピンホール間の距離Ｄに等しい。ピンホールの口径Ｌ１３０は、例えば、平面１６０に生じるエアリーディスクの幅あるいはこの幅の半分に等しい。また、マイクロレンズ網１０３における各マイクロレンズの焦点距離Ｆ１０３とその幅Ｄの間には式
【数３】
2004509370.tif 000005
即ち式
【数４】
2004509370.tif 000006
によって表される関係がある。この式には例えば次の数値を代入することができる。
Ｆ１１３＝２ｍｍ
ｏｕｖ＝１．２５
Ｆ１０８＝２００ｍｍ
Ｄ＝２ｍｍ
λｌａｓ＝４８８ｎｍ（アルゴンレーザー）
Ｆ１０３＝８０ｍｍ
Ｌ１３０＝２３μｍ
【００６５】
口径がエアリーディスクよりも十分に小さいピンホールを使用して解像度を最大限にするため、また後段階で共焦点像のデコンボリューションを最適条件で行うためには、ＣＣＤセンサーでのサンプリングピッチＰ１１９（二つの隣接画素の中心間距離）が次式
【数５】
2004509370.tif 000007
を満足する必要がある。即ち、
【数６】
2004509370.tif 000008
ここで例えばＰ１１９＝１２μｍとし、前記の数値例を採用すると、次の結果を得ることができる；
【数７】
2004509370.tif 000009
後段階で共焦点像デコンボリューションを行わない場合、最大解像度を得るには、次式
【数８】
2004509370.tif 000010
を満たすだけでよい。即ち、
【数９】
2004509370.tif 000011
口径がエアリーディスクの直径に等しい場合には、次式
【数１０】
2004509370.tif 000012
を満足するだけでよい。
【００６６】
従って、レンズ１１８の焦点距離を変えたり、このレンズをズーム付きシステムや交換可能な光学要素で倍率を変えることのできるシステムで置き換えたりできるというのが非常に有益であることが解る。
【００６７】
ガルバノメーターミラー１１０、１１２は、観察物体１１４における被照射点を移動できるように制御される。その制御法は図１０に示す通りである。図１０では、物体の観察面において複数副励起光線束ＦＸが照射する全ての点（ガルバノメーターミラーがある基準位置にある場合に対応する）が線影で示されている。点の直径は、対応する回折ディスクの直径にほぼ等しくなっている。図に描かれた線３０１は、ガルバノメーターミラーが命令を受ける時、照射された一点３００が辿る経路を示す。点は、この軌道上を往復運動する。この軌道に沿って移動する時、各点が像面の小区域を照射するため、点全体によって像面全体が走査される。従って、物体１１４の観察面全体の共焦点像がセンサー１１９に生成される。輪郭３０２は、良質の共焦点像をセンサーで生成できる有効領域の境界を示す。達成すべき基本目標は有効領域全体が走査されることであり、有効領域の異なった二つの区域は異なった二つの点によって照射されることから、被照射点の移動経路としては他にも多数の形体が考えられる。
【００６８】
光線束減衰器１４０は、ガルバノメーターミラーの位置及びその速度に応じて制御されなければならない。これらのパラメーターは、周知の方法によりガルバノメーターミラーからフィードバックよって得ることができる。フィードバックによらず、ガルバノメーターミラーの制御システムから得る方法もあるが、この場合には精度が下がる。ここで、減衰器１４０通過後のレーザービームの強度をＩｌａｓで、また走査速度、即ち観察面における軸ｘに沿った被照射点の移動速度をＶｓｃａｎで表す。ここでの移動速度は、最も速く移動するガルバノメーターミラーのそれである。ガルバノメーターミラーの位置は、物体１１４における被照射点の位置により決定される。図１１と図１２は、試料１１４における被照射点の位置に応じて変化するＶｓｃａｎとＩｌａｓの比Ｉｌａｓ／Ｖｓｃａｎを示す。図１１は、ガルバノメーターミラーが基準位置にある場合の被照射点全体を示す。この中で点３００は図１０でも示されている点である。この図では、観察面における点３００のｘ，ｙ座標位置の関数Ｉｌａｓ／Ｖｓｃａｎを示す表面の辺を実線で示した。図１２には、図１１の線３１０に沿った部分に対応するこの関数の形状を示す。軌道全体においてＩｌａｓ／Ｖｓｃａｎの値を一定にすれば、即ち走査速度だけを考慮して減衰器を制御すれば、走査速度の変動に因る照射の変動は原則として排除することができる。図１２のグラフのようにすると、制御対象とならないミラーの振幅変動に因る影響を弱めることができるが、光度が低下してしまう。光線束減衰器を二進法で作動させることも可能である。この場合、強度の制御は例えば図１３に示される方法で行われる。即ち、速度がほぼ一定となる軌道中心部分だけが使用される。また、光線束減衰器を用いない方法も考えられる。この場合、像は、質の点では妥当な水準に達するが、局部的な強度変動の影響を蒙る。これは後でディジタル処理を行うことで補正できる。一般に、ピンホールが多くなればなればなる程、また一つの被照射点の面積が大きくなればなる程、照射強度の変動は小さくなる。従って、ピンホール網におけるピンホールの密度を高くすれば、光線束減衰器を一部において使用しなくて済むようになる。
【００６９】
使用できる対物レンズ１１３には夫々固有の口径、倍率、像側焦点面位置がある。これと共に使用されるピンホール、マイクロレンズ、レンズ１０８については、対物レンズの前記特性を考慮に入れて最適寸法を決定する。これらの構成要素は、全部の対物レンズに適合するように設計することもできるが、ある種の対物レンズと一緒に使用する場合、システム全体の特性はどうしても最高水準以下となってしまう。システムの他の部分を一定寸法にし、最良の結果が得られるよう入念に研究された一連の対物レンズを設計することも可能である。しかし、使用される対物レンズ、励起波長や蛍光波長、蛍光準位、希望する像収集速度、希望する分解能に応じてピンホールとマイクロレンズを最適化するためには、これらを交換できるようにするのがより望ましい。このためには、マイクロレンズ網１０３、ピンホール網１３０、ダイクロイックミラー１０４を連結し、これらを一つの部品から成る交換可能なブロックに統合するのがよい。そうすれば、ユーザーは様々な構成要素配列を調整しなくて済むようになる。即ち、配列の問題はブロック製造段階で解決される。ブロックはシステムへの装着が簡単で、しかも装着の際に角度が高精度で（１ミリラジアン程度）制御できるものでなければならない。
【００７０】
この実施形態は、共焦点顕微鏡で用いられる周知の全ての結像方式との組み合せが可能である。特に、試料ホルダーには、焦点面を変えることにより３次元像を生成できるよう、圧電式鉛直方向移動システムやステップ・バイ・ステップ・モーターを備え付けることができる。音響光学減衰器をベースとするシステムは、情報のより豊富な像を重ね合わせることによって生成できるように複数種類のレーザーを切り換え使用し、異なった蛍燐光体を励起するのに使用される。このシステムはまた二光子法とも両立する。この場合には、光線束の各焦点面においてその強度が十分となるようにピンホール数を調整する必要がある。フィルターホイール（フィルター１４１）は、被検出波長を変えるのに使用される。ダイクロイックミラー１０４は、半透明ミラーで置き換えることができる。この場合には、レーザーの切り換えとフィルター１４１の変更により励起波長と蛍光波長を変えることができ、ダイクロイックミラー１０４を交換する必要がなくなる。ダイクロイックミラー１０４を半透明ミラーで置き換えると、装置は非蛍光性回折試料を反射によって観察するのに使用できるようになる。
【００７１】
リレーレンズを用いて装置に変更を加え、走査システム全体が中間像面の背後に配置されるようにすることもできる。この解決法は、あらゆるタイプの顕微鏡に適合しうる走査装置を作成するのに有利である。
【００７２】
ピンホールを一つだけ使用することも勿論可能である。この場合、速度特性は通常タイプのガルバノメーターミラーを使用する共焦点走査型顕微鏡のそれと同じになる。しかし、像を直接観察できると共にこれをカメラに録画できるという利点はシステムの利点として保持される。
【００７３】
試料１１４を光軸方向において位置決めするための器具を装置に備え付けると有利である。このようにすれば、夫々異った深さで得られた一連の２次元像から成る３次元像を得ることが可能になる。得られた３次元像は、次に３次元デコンボリューションに付することができ、これによって像の解像度が改善される。デコンボリューションに先立ち、例えば蛍光微小球上で、ＰＳＦ（英語の“ｐｏｉｎｔ ｓｐｒｅａｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ”、つまり３次元インパルス応答ないし点広がり関数）を計測する必要がある。
【００７４】
〔いくつかの欠点が補正されたレーザー多数点方式による実施形態〕
図１４の実施形態は前例の派生形態であり、いくつかの追加部材により改善が図られている。
【００７５】
マイクロレンズ網１０３から出る複数副照射光線束は、軸１０７の周囲を回転する可動ガラス板１０６、オプションの付属レンズ１３５、そしてピンホール網１０５から成る第二空間濾光系を順次通過した後でなければダイクロイックミラー１０４に到達しない。
【００７６】
ガラス板１０６の表面は、符号１２０、１２１に示すような副表面集合に分割されている。これら副表面のうちの半分は隆起していて、ここを通過する副照射光線束に１８０度の位相のずれを生じさせる。隆起した副表面は、副表面集合内に擬似無作為的に配設されている。各副表面はほぼ正方形の形状をしている。この正方形の辺の幅は、ピンホール網１０５の隣接する２ピンホールの中心間距離に等しい。ガラス板１０６は、ピンホール網１０５の各ピンホールが夫々の副表面の下になるように配置されている。ガラス板１０６を高速回転させると、副照射光線束集合の擬似無作為的位相ずれが生じ、その結果、副光線束の空間干渉性（コヒーレンス）がこのガラス板１０６透過後に断ち切られる。光線束間の相互干渉性（コヒーレンス）は、僅かではあるが、像を乱す原因となる可能性がある。
【００７７】
異なった倍率の対物レンズには夫々異なった像側焦点面があることから、現実には困難な問題が生じる。即ち、レンズ１１８の物体側焦点面（対物レンズからレンズ１０８への方向）と同一の像側焦点面をもち得る対物レンズは使用される対物レンズのうちの一つに限られる。この問題は、各マイクロレンズから出る副照射光線束の口径を大きくすることにより回避できるが、利用できる光度が低下する。レンズ１３５を用いれば、光度を損失することなくこの問題を回避することができる。このレンズ１３５は、物体内の平面波に対応する像がレンズ１３５とマイクロレンズ網１０３の間での平面波の像となるように寸法調整される必要がある。従って、対物レンズを交換する際には、レンズ１３５を交換する必要がある。
【００７８】
第二空間濾光系を成すピンホール網１０５の役割は、マイクロレンズ網１０３のマイクロレンズから出るレーザー副光線束を濾光することにある。従って、これらマイクロレンズがたとえ不完全であっても、これに起因する問題を回避することができる。ピンホール網１０５の各ピンホールは、対応するマイクロレンズの焦点に位置しており、その口径は、最適化の対象となるのが分解能であるか光度であるかにより、例えばエアリーディスクの直径あるいはエアリーディスクの半径とすることができる。
【００７９】
ピンホール網１３０から成る第一空間濾光系の前に置かれるマイクロレンズ網１３１は、励起波長が蛍光放射波長よりも非常に小さく、ピンホールの口径がエアリーディスクの直径程度である時に特に有効である。この場合、マイクロレンズ網は光度を犠牲にすることなく、分解能を僅かではあるが改善することができる。
【００８０】
図１５は、網１３１のマイクロレンズと網１３０のピンホールの機能原理を示す。この図に示される角度αは、図９の場合と同様に
【数１１】
2004509370.tif 000013
で表される。図にレンズ１０８の焦点面１３２を示した。マイクロレンズ網１３１がない場合、ピンホール網１３０は、この焦点面に置かれなければならず、ピンホールを通過した光線束の発散角度は、これらピンホールが十分な幅をもっていれば、αとなるはずである。このレンズ網１３１の有用性は、この発散角度を大きくすることにある。これは、ピンホール網１３０の各孔に形成されるエアリーディスクの直径を小さくすることに相当する。従って、光度を損なうことなく、ピンホール網１３０の孔の口径を小さくすることが可能となる。延いては、近隣点のエアリーディスクの重畳によって解像度が低下されることなく、ＣＣＤセンサーでの受信が行われるようになる。マイクロレンズ網１３１のマイクロレンズを考慮に入れた場合、ピンホールを通過後の光線束の発散角度はβ＝ｍαで表すことができる。ここで、ｍの代表値は１．５から４までの範囲となる。ここで、マイクロレンズ網１３１とピンホール網１３０の間の距離ｄ２、マイクロレンズ網１３１とレンズ１０８の焦点面１３２との間の距離ｄ１、そしてマイクロレンズ網１３１のレンズの焦点距離Ｆ１３１には、薄肉レンズ用の次式
【数１２】
2004509370.tif 000014
（レンズの厚みを考慮に入れて、変更されることがある）で表される関係がある。そして、求める係数ｍを考慮に入れると、次式
【数１３】
2004509370.tif 000015
が得られる。また、マイクロレンズを置けるだけの十分な場所を確保するためには、次式
【数１４】
2004509370.tif 000016
が成立しなければならない。ここで、ｃ≧１である。その代表値としては、ｃ＝２を採ることができる。
ここで、角度を示す式
【数１５】
2004509370.tif 000017
を考慮に入れると、最終的には次式
【数１６】
2004509370.tif 000018
【数１７】
2004509370.tif 000019
【数１８】
2004509370.tif 000020
が得られる。
【００８１】
ピンホール網１３０の孔の幅は、夫々の孔におけるエアリーディスクの直径に等しくすることができるため、次式
【数１９】
2004509370.tif 000021
を得ることができる。この式で，λｆｌｕｏは蛍光放射の最大値に対応する波長を表す。
ここで、前の実施形態において網１０３と網１０５用に使用した数値例を採用し、ｃ＝２、ｍ＝４そしてλｆｌｕｏ＝５１８ｎｍ（フルオレセイン）とすると、次の結果が得られる。
Ｆ１１３＝２ｍｍ
ｏｕｖ＝１．２５
Ｆ１０８＝２００ｍｍ
Ｄ＝２ｍｍ
Ｆ１０３＝８０ｍｍ
ｄ１＝４０ｍｍ
Ｆ１３１＝１３．３３ｍｍ
ｄ２＝１０ｍｍ
Ｌ１３０＝１２μｍ
【００８２】
〔非干渉性（インコヒーレント）光照射による多数点方式の実施形態〕
図１６に示されるこの実施形態は、インコヒーレント照射が使用されている点において図６のものとは異なっている。インコヒーレント照射のため、結像速度に限界があるが、安価で、しかも波長の調整が容易な光線を使用できると共に、反射光による観察用に白色光を使用できる。
【００８３】
照射光線束ＦＸは、例えば水銀灯やキセノンランプの白熱アーク１５０により供給される。この照射光線束は集光器１５１、視野絞り１５２、観察物体の蛍光励起波長を選別するためのモノクロメーターフィルター１５３を順次通過する。次に、この照射光線束ＦＸは、レンズ１５４、開口絞り１５５、レンズ１５６を通過した後、第二濾光系を成すピンホール網１０５に直接到達する。１５０から１５６の構成要素から成る集合体は、ケーラー照明部を構成する。これは別のケーラー照明システムで置き換えてもよい。残りの部分は図６の実施形態と同一である。
【００８４】
利用できる光度の大部分はピンホール網１０５により反射される。従って、第二像面Ｐ２と一致する面１１９に形成される像の鮮明さに限界がある。像収集時間と像の鮮明さが妥当な範囲に収まるようにするには、ピンホールが非常に接近して設けられた網１０５を使用するのが望ましい。前の実施形態の場合、通常２ピンホール間の距離を各ピンホールの幅の約２０倍とするのに対し、この実施形態では、この距離を小さくするのが望ましい。例えば、ピンホール幅の２から４倍とする。これは画像の乱れを生じさせるが、共焦点効果は維持される。また、物体の異なった深さで得られる一連の２次元像から３次元像を構築する場合、この画像の乱れは例えば３次元デコンボリューションによって補正することができる。
【００８５】
複雑な調整を要することなく二つのピンホール網を交換できるようにするため、また製造コストを下げるために、これらピンホール網１０５、１３０とダイクロイックミラー１０４を図１７に示すような簡単に作成できる一つの要素に組み込むこともできる。ダイクロイックミラー４００は透明の立方体４０１に組み込まれている。ガラス板４０２、４０３がこの立方体の側面に装着され、これらガラス板は、適当な部品、例えば部品４０４によって立方体側面に連結される。こうして空間４０５、４０６がガラス板と立方体４０１の間に残される。ガラス板４０２，４０３の面のうち立方体の方を向いた側は、金属の薄膜と感光性樹脂の薄膜に覆われている。ピンホールは、この感光性樹脂にプロジェクターで白色光を当てることにより実現される。このプロジェクターから出る光線束の形状を図式的に破線で示した。プロジェクターからの光線束は例えば、薄膜の付いたガラス板４０２の面から成る平面に集束される。こうしてガラス板４０２上の各被照射点が一つのピンホールとなる。システムが正確に設定されているため、追加調整をしなくとも、ガラス板４０３上の点が正確な位置で照射され、ガラス板４０２の孔に対応するピンホールとなる。照射後は、適当な液を空間４０５、４０６に流し込み、孤立複数点の樹脂を取り除く。次に酸を流し込んでこれら同じ点の金属を取り除く。そうするとピンホールが得られる。ここで残留樹脂を取り除くため、溶剤を使用することもできる。この場合には全体の最終洗浄を行うことができる。また、光学液体あるいは透明のプラスチック材を流し込むようにすると有利である。この場合、これらの屈折率が薄板４０２、４０３のそれと同じであることが望ましい。このようにすれば、接触面における不要な反射を回避することができる。薄板４０２、４０３と同じ屈折率の材料を空の空間に流し込む場合、これら薄板の立方体に向いた面にすりガラス板ユニット４０２、４０３を形成することができる。従って、反射性部分に当たる入射光がより良く分散されるようになる。モノクロメーター１５３、１４１もこの立方体に組み入れることができる。この場合には、部品を一つ交換するだけで結像方式を変えることができるようになる。反射光による観察を行いたい時には、ダイクロイックミラーを立方形ビームスプリッター、即ち光線束をその波長と無関係に分離する立方形ビームスプリッターで置き換えればよい。
【００８６】
ピンホール網の交換を簡単にできるもう一つの解決法は、ピンホール網を一つしか使用せず、これを一方から照射光線束ＦＸが通過し、蛍光によって放出される観察試料からの光線束ＦＥが逆方向から通過するようにすることである。この場合、システムは図１８に示されるように変更される。即ち、ピンホール網１０５は一つだけ使用され、ダイクロイックミラー１０４がレンズ１５６とピンホール網１０５の間に配置される。マイクロレンズ網１３１も削除され、機械系の寸法は、網１３０が網１０５で置き換えられることを考慮して、変更されている。配列が非常に単純化されるが、この単純化の結果、照射光線束ＦＸの一部がピンホール網１０５により反射され、強度の強い光（迷光）が生じてしまう。この光はダイクロイックミラー１０４とフィルター１４１によって排除する必要がある。この形態の利点は、照射光線束の副光線束への分割手段と第一空間濾光系とを兼ねるピンホール網１０５が交換可能であり、しかも交換の際、配列の問題が生じないことである。
【００８７】
ガルバノメーターミラーのうちの一枚１１０あるいは１１２を削除して、その代わりに固定ミラーを使用する方法もある。但し、この場合には、残りのミラーの回転軸を僅かではあるが変更し、各被照射点の軌道が十分長くなるようにこのミラーを制御することが必要となる。図１０と同じ手法で作成された図１９は、物体１１４の観察面における被照射点５０３の軌道５００及び良質の像が得られる領域５０２を示す。ここで、残されたガルバノメーターミラーの基準位置に対応する被照射点の位置は図に示される通りであり、輪郭５０１により画定される。周期性をもったピンホール２次元網の基本ベクトルｘ，ｙに対してやや斜めに傾いた直線状の軌道５００により、面全体が走査されるため、二つ目のガルバノメーターミラーを使用する必要がなくなる。被照射点間の間隔が小さくなればなる程、得られる領域５０２を大きくするのが容易になる。本実施形態において光度を最大にするには被照射点を多くすることが望ましいことから、本実施形態は、上記技術が利用される場合に好適である。しかし、直線状の軌道はマイクロレンズ網を用いる実施形態においても使用可能である。この場合においても、被照射点が十分な数だけ存在することが条件となる。
【００８８】
同様に、点５０４の像が円５０５上を移動するように、位相を四分の一周期ずらす方法で制御された二枚のガルバノメーターミラーを使用ことも可能である。また、像収集中の軌道が渦巻き形となるように、この円の直径を徐々に小さくすることも可能である。ピンホールが十分な数だけあり、しかもそれらの間隔が十分に小さければ、面全体が走査される。この解決法の利点は、被照射点がほぼ一定の速度で動くことである。しかし、このタイプの走査は、ピンホール網の方向ベクトルに平行な線に沿って過剰照射を生じさせる傾向がある。
【００８９】
この実施形態には、レーザービームを必要としないという利点がある。励起波長と蛍光放射波長を紫外線及び可視光線領域内で簡単に変えることができるという利点もある。但し、照射光が弱いことから、結像速度が低下する。
【００９０】
閉鎖器を用いて照射方式の切り換えができるため、この第二番目の実施形態は、同じ装置において、第一番目のそれと組み合わせることができる。
【００９１】
〔照射光線束を可動ミラー上で追加反射させる実施形態〕
図２０は、コストを低く抑えることのできるもう一つ別の実施形態を示す。この形態では、非干渉性（インコヒーレント）光線による照射が行われ、必要な調整操作や特殊要素が前の実施例よりも少なくて済む。使用されるのはガルバノメーターミラー一枚、このミラーの一面、そして微小ミラー網である
【００９２】
励起光線束ＦＸとしては、例えば集光器、あるいはケーラー照明を生成させる光学ユニットを備えたキセノンアークランプから生じる非干渉性（インコヒーレント）光線束を使用する。この光線束は、蛍光励起波長を選別するための幅の狭い光を通すバンドパスフィルターで濾光され、６００で示す経路を通って走査装置に到着する。照射光線束、つまり励起光線束ＦＸは、まずダイクロイックミラー６０１で、次に偏光ビームスプリッター６０２で反射される。照射光線束ＦＸは、続いてガルバノメーターミラー６０３で反射され、中立軸が紙面から４５度の角度に向けられた四分の一波長板６０４を通過し、レンズ６０５を通過した後、レンズ６０５の像側焦点面に配置された微小ミラー網に達する。微小ミラー網６０６は図２１に示すタイプであり、反射防止処置の施された透明ガラス板上に正方形格子が形成されるように配置された微小ミラー群（例えば６５０）から成る。この微小ミラー網は、その格子形を六角形とすることもできる。この場合には、システムがより効果的となる。微小ミラーは例えばリソグラフィーにより作成することができる。各ミラーは、ガラス板６０６上に形成された反射層から成っており、ガラス板には反射防止処置を施すのが望ましい。反射層は、例えばアルミニウム層とすることができる。交互に異なった屈折率の層を配置することによってできるミラーを使用することも可能である。この場合には波長を選別して反射できるようになる。微小ミラーによって反射された一部の照射光線束ＦＸは複数照射副光線束ＦＸ２となる。これら複数照射副光線束ＦＸ２はレンズ６０５、四分の一波長板６０４を再通過し、ガルバノメーターミラー６０３によって反射される。複数照射副光線束ＦＸ２は次に偏光ビームスプリッター６０２、レンズ６０８、管状レンズ６０９を通過する。続いて、対物レンズ６１０を通過した後、観察される蛍光物体６１１上で複数副照射点ＦＸＯに集束される。蛍光物体の被照射点から蛍光によって再放出される副光線束ＦＥは、対物レンズ６１０、管状レンズ６０９、レンズ６０８、偏光ビームスプリッター６０２を通過する。副光線束ＦＥは、ガルバノメーターミラー６０３により反射された後、四分の一波長板６０４とレンズ６０５を通過し、第一空間濾光系を構成する微小ミラー網６０６に到達する。この微小ミラー網で反射される副光線束のうちの一部分が検出対象副光線束ＦＤとなる。これら検出対象副光線束ＦＤは、レンズ６０５と四分の一波長板６０４を通過後、ガルバノメーターミラー６０３によって反射され、続いて偏光ビームスプリッター６０２によって反射され、ダイクロイックミラー６０１とレンズ６１２を通過し、レンズ６１２の像側焦点面に置かれたＣＣＤセンサー６１３に到達する。尚、このレンズの６１２の像側焦点面は第二像面Ｐ２と一致する面である。センサー６１３が位置する面に形成される像は接眼レンズでも観察可能である。
【００９３】
管状レンズ６０９の焦点面６０７は、レンズ６０８の焦点面でもある。管状レンズ６０９のもう一つの焦点面は、対物レンズ６１０の像側焦点面に一致することが望ましい。ガルバノメーターミラー６０３は、レンズ６０５、６０８、６１２の共有焦点面に置かれることが望ましい。微小ミラー網６０６は、レンズ６０５の焦点面、即ち第一像面Ｐ１に一致する面に置かれる。また、ＣＣＤセンサー６１３はレンズ６１２の焦点面に置かれる。レンズ６０９、６０８、６０５、６１２は、焦点距離を例えば２００ｍｍとすることができる。また、対物レンズ６１０は、口径１．４のニコン液浸対物レンズ（ｘ１００）とすることができる。この場合、微小ミラー網６０６は、口径が例えば３０ミクロン、隣接２点間距離が例えば１５０ミクロンの微小ミラー群により構成できる。ダイクロイックミラー６０１は、励起光線束波長を反射し、蛍光放射波長を透過させる。四分の一波長板６０４が使用されるのは光線束の偏光を変えるためである。即ち、例えば検出対象複数副光線束ＦＤは偏光ビームスプリッター６０２によって反射されるが、複数副光線束ＦＥはこのビームスプリッターを透過するようにするためである。
【００９４】
ガルバノメーターミラー６０３は、例えば、紙面に位置する軸の周りを回転する可動ミラーとすることができる。この場合、微小ミラー網６０６は、図１９の軌道５００に示される物体内被照射点の軌道が被照射点周期網の方向ベクトルに対してやや斜めになるような方向に向けられる必要がある。このようにすれば、ガルバノメーターミラーを一枚使用するだけで物体全体を掃引することができる。
【００９５】
微小ミラー網６０６は、第一像面を構成する面Ｐ１に配置されており、この面には第一空間濾光系が置かれている。微小ミラー網６０６は、試料からの光線束ＦＸを濾光して検出対象光線束を得るための第一空間濾光系と、照射光線束ＦＸを複数副光線束ＦＸ２に分割するための第二空間濾光系とを兼ねる。
【００９６】
第一実施形態の場合と同様、ガルバノメーターミラー６０３を対物レンズの像側焦点面あるいはこの面の近傍に置くことも可能である。このような設計にした場合を示すため、リレーレンズ６０９、６１０を導入した。これはあらゆるタイプの顕微鏡に適用可能な走査装置を作成するのに特に好適である。
【００９７】
微小ミラー網６０６の位置は、光軸周りの回転との関係で調整される必要がある。即ち、ミラー６０３が回転する時、図１９に示される通り、観察物体内の被照射点網の方向ベクトルが被照射点の軌道５００に対してやや斜めになるように調整されなければならない。微小ミラー網６０６の位置はまた、光軸方向における並進との関連で調整される必要がある。即ち、微小ミラー網６０６がセンサー６１３に対して共役な位置になるように調整されなければならない。これらの調整は簡単に行うことができる。
【００９８】
本実施形態には、低コストであり、調整をほとんど必要としないという利点がある。従って、本発明のうち蛍光による観察用の低コスト版として好適である。装置には試料鉛直方向移動システムを備え付けることができる。この場合には、得られる像の質を３次元デコンボリューションによって改善することができる。この３次元デコンボリューションを行うと、解像度を高め、システム内でのノイズ反射によって生じる像欠陥の大部分を取り除き、また場合によっては微小ミラー網６０６の点間距離が小さいことから生じる欠陥を補正することができる。３次元デコンボリューションを行う際には事前にＰＳＦ（英語のＰｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計測する必要がある。この計測は、周知の技術に従い、蛍光微小球を結像させることにより行われる。
【００９９】
共焦点用走査装置には、破線６１４で画定された領域に含まれる要素全体を備え付けることができる。この場合、ユーザーはシステムに顕微鏡、接眼レンズ、カメラを接続するだけでよい。しかし、共焦点用走査装置が破線６１５で画定された領域に含まれる要素全体だけを備えるようにすることも可能である。この場合、ユーザーはレンズ６０８、６１２を自由に選ぶことができる。従って、レンズ６１２を適切に選択することにより、システムの倍率を変更することが可能となる。また、面６０７にレンズを一枚追加すれば、顕微鏡が正確に管状レンズ６０９の焦点面に置かれていない場合でも、この顕微鏡の像側焦点面を無限遠に合わせることが可能となる。
【０１００】
偏光ビームスプリッターの使用、またそれに起因する光度の損失を避けるため、装置を図２２に示すように変更することも可能である。図２２の場合、装置を構成する諸要素は図２０の場合と同じであるが、要素６０２、６０３、６０５が夫々要素６０２ｂ、６０３ｂ、６０５ｂによって置き換えられている。偏光ミラー６０２は、照射光線束ＦＸと検出対象複数副光線束ＦＤを反射する単純ミラー６０２ｂによって置き換えられている。ガルバノメーターミラー６０３ｂはミラー６０３のほぼ二倍の長さをもち、レンズ６０５ｂもレンズ６０５より長くなっている。レンズ６０５ｂの光軸は、ガルバノメーターミラーから来る照射光線束ＦＸの光軸からずれている。このため、照射光線束ＦＸは斜めに微小ミラー網６０６に入射する。微小ミラー網６０６により反射された副照射光線束ＦＸ２はミラー６０３ｂの一区域に達するが、この区域は、照射光線束ＦＸによって照らされる区域とは異なる別の区域である。ミラー６０３ｂで反射された後、副照射光線束ＦＸ２は、ミラー６０２ｂの傍を通過する。試料からの複数副光線束ＦＥは逆方向に進路を取り、検出対象副光線束ＦＤは、ピンホール網上で反射された後、センサーに到達する。実施が簡単であること、また効果的であることから、図２２の装置は非干渉性（インコヒーレント）光線を用いて蛍光検出観察を行うのに最適な実施形態である。
【０１０１】
本実施形態の利点は、照射光線束ＦＸがガルバノメーターミラー上で一回目の反射を受けた後で微小ミラー網に到達することにある。照射光線束ＦＸは、続いて観察物体に到達する前に二度目の反射（光線束ＦＸ２）を受ける。このため、観察物体内の被照射区域が固定したままとなるのに対し、照射光線束が微小ミラー上で照射する区域は移動する。この点において前に説明した実施諸形態とは異なる。即ち、前の実施諸形態の場合、像面における被照射区域は移動する。従って、観察物体における被照射区域を固定化するには、この区域を像面に位置する絞りで画定する（この場合には、エネルギーのロスを招く）か照射点を複数の短い軌道上で移動させる（この場合には、問題は部分的にしか解決されず、しかも同期化の問題が生じる）しかない。
【０１０２】
被照射区域を微小ミラー上で移動させれば、システムの同期化が簡単になる。微小ミラー網上を移動する照射光線束が微小ミラーで覆われた区域の外に出ると、観察物体は照射されなくなる。ミラーがその軌道の両先端近傍で移動速度を落とす（静止する）ことに因る照射不均質を排除するには、この照射光の遮断がガルバノメーターミラーの両端位置で起こるようにすればよい。
【０１０３】
図２３は、その機能原理を示す。図２３（ａ）は、微小ミラー網１６０１の付いたプレート６０６を示す。この図では、ガルバノメーターミラー６０３がその振動方向の先端位置の一つに達する時、光線束が照らし出す区域１６０２も示されている。図２３（ａ）に示された位置では、被照射区域が微小ミラーで覆われた区域の外に出ている。照射光線束は反射されることなくこの板を透過するため、観察物体は照射されない。この位置では、照射光線束は観察物体に達する前にプレート６０６により排除される。区域１６０２はプレート１６００上を移動するが、図２３（ａ）に示される先端位置においてその移動速度はゼロとなり、その後、被照射区域は矢印１６０３で示される方向に移動を再開する。この段階において、被照射区域１６０２は、図２３（ｂ）乃至（ｆ）が示すように、ほぼ一定の速度で微小ミラーに覆われた区域１６０１を横断する。この間、観察物体は照射を受ける。振動する可動ミラーが反対側の先端位置に達すると、被照射区域が微小ミラーで覆われた区域の外に出て、図２３（ｇ）が示すように、その移動速度はゼロとなる。観察物体は再び照射を受けなくなる。次に被照射区域１６０２は反対方向に移動を再開し、微小ミラーに覆われた区域１６０１を横断する。カメラで信号を検出する場合、ガルバノメーターミラーの動きはカメラによる信号検出と同期化される。カメラの露出時間中、被照射区域１６０２は一回あるいは数回に亘って区域１６０１を横断することができる。
【０１０４】
図２３に特定の微小ミラー１６０４を示した。図２４は物体におけるミラー１６０４の幾何学像１７０２、つまり物体における対応被照射点の幾何学像１７０２の動きを示す。ミラー１６０４は、プレート６０６が置かれている第一像面Ｐ１の一点に一致する。図２４（ｂ）は微小ミラー１６０４の幾何学像１７０２の位置、及び観察区域１７０１を示す。この観察区域は、プレート６０６上における被照射区域１６０２の幾何学像である。この図はプレート６０６上の被照射区域１６０２の位置が図２３（ｂ）のようになっている場合に対応する。点１７０２は矢印で示される方向に移動中であるが、まだ区域１７０１に達しておらず、従って、まだ照射されていない。これは、図２３（ｂ）の場合、被照射区域１６０２がまだ点１６０４に達していないことを意味する。点１７０２は、図２４（ｃ）に示されるように、やがて観察区域１７０１に到達し、照射を受け始める。これは、図２３（ｃ）に示されるように、被照射区域１６０２が点１６０４に到達したことを意味する。この時、点１７０２は照射を受け、図２４（ｄ）に示されるように、区域１７０１をほぼ一定した速度で横断する。これは、図２３（ｄ）に示されるように、点１６０４が被照射区域内にあることを意味する。点１７０２は、図２４（ｅ）に示されるように、観察区域の境界に達する。これは、図２３（ｅ）に示されるように、点１６０４が被照射区域１６０２の境界にあることを意味する。点１７０２は、図２４（ｆ）に示されるように、観察区域の外に出て、照射されなくなる。これは、図２３（ｆ）に示されるように、被照射区域１６０２が点１６０４を通り過ぎたことを意味する。点１７０２は次に一定速度で移動を続け、やがて移動速度がゼロとなる。そして、方向を変えて観察区域に戻る。点１７０２の移動速度がゼロとなる時、プレート６０６上の被照射区域１６０２の移動速度もゼロとなる。従って、この区域の位置は図２３（ａ）と図２３（ｇ）に示された位置の何れかとなる。従って、点１７０２の移動速度がゼロになると、照射光線束全体が排除される。プレート６０６は、制限装置として機能し、選別表面と見なすことのできる微小ミラー網に覆われた区域１６０１の外を通過する一部の照射光線束を排除する。点１７０２（あるいは他の同等の点）の移動速度がゼロとなると、照射光線束により照射される区域１６０２全体がこの選別表面１６０１の外になり、照射光線束が完全に排除される。従って、被照射点全体が次々にこの観察区域を横断することになる。尚、この時、各々の被照射点は一定の速度でこの区域を横断する。被照射点移動速度の変動がこの方法により事実上補正される。
【０１０５】
図２５は、六角形格子の場合を例にとり、微小反射ミラー網１６０１の形状を部分的に示す。この図に示されるように、この微小ミラー網の基本ベクトルはｕとｖである。このミラー網には、線影で示した微小反射ミラー群が含まれる。直線１６２３は、微小ミラー１６２５の中心を通ると共に、網上を移動する照射区域１６０２の移動方向と同じ方向に向いている。これは、網上を移動する観察物体の固定点の移動方向でもある。直線１６２４は、網の基本ベクトルのうちの一つに沿った方向に向いており、微小ミラー１６２４の中心を通る。微小ミラー１６２７は、直線１６２４に直交し、微小ミラー１６２６の中心を通る直線１６３１上に位置する第一のミラーである。点１６３０は、二本の直線１６２４、１６２３が交差する点である。ここで；
ミラー１６２７の中心と点１６３０との間の距離をＤ１、
ミラー１６２６の中心とミラー１６２７の中心との間の距離をＤ２、
直線１６２４上の二点１６２５、１６２６間に位置する微小ミラーの数（これら二点を含む）をＮで表す。
走査の最適条件を得るためには、Ｎ値が十分に大きく、しかも等式Ｄ１＝Ｄ２／Ｎが成立しなければならない。また、網は図に示された点を越えて広い範囲に拡がっていることから、直線１６２４上にある点の総数はＮの倍数となり、網の境界線は、直線１６２４に直交しなければならない。
【０１０６】
区域１６０１が被照射区域１６０２の移動方向に拡がれば拡がる程、プレート６０６上で（プレート６０６上を移動する被照射区域の移動両先端で）光線束が反射しないことによって生じる光エネルギーのロスを小さくすることができる。しかし、この技術によっても一定のエネルギーロスが必ず生じる。このロスは、ガルバノメーターミラーの動き、つまり点１６０４の像幾何学点１７０２の軌道を変え、被照射区域１６０２が微小ミラー網に覆われた区域１６０１に留まるようにすれば回避できる。しかしながら、点１７０２がその軌道の両先端において方向転換する際にその方向転換の速さが十分でないと、この技術では観察物体における照射不均質が生じてしまう。従って、３次元点像分布関数“Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ”（ＰＳＦ）が特定点の動きに応じて変動することになる。微小ミラー網が周期性のある格子状になっていることから、ＰＳＦの特定点への依存も周期的に現れることになる。照射不均質は、適切な像処理アルゴリズムによって補正できる。
【０１０７】
デコンボリューションの通常アルゴリズムでは、物体の各点について次式の演算が行われる；
【数２０】
2004509370.tif 000022
ここで、ｒ０は特定点の位置ベクトル、ｒは可変位置ベクトルを表す。この式で、デコンボリューション関数Ｄ（ｒ−ｒ０）はＰＳＦの反転を可能にする。また、Ｉ（ｒ）はデコンボリューションを受けていない像を表す。これはｚ軸（鉛直）方向に移動する圧電位置決め装置を使用することにより異なる観察面において収集された一連の２次元共焦点像から得られるものである。この計算は、周波数領域では、フーリエ変換の関数に基づく周知の３次元技術、また空間領域ではフィルター処理技術によって行われる。
【０１０８】
照射不均質があまり強くないか、微小ミラーの直径が小さい（エアリーディスクの半径以下）場合、照射不均質は、３次元像Ｉ（ｒ）を適切な関数、つまり観察物体における照射点網と同じ基本ベクトルに沿って周期的であると共に、照明変動を直接補正する関数Ｃ（ｒ）で乗算することにより補正できる。この関数Ｃ（ｒ）を得るには、例えば均一な蛍光を放つ平らな物体を観察する方法を使用する。この方法によれば、この物体のデコンボリューション前の像Ｉ０（ｒ）を得ることができる。従って、式
【数２１】
2004509370.tif 000023
が得られる。Ｉ（ｒ）をＣ（ｒ）で乗算した後は、通常タイプのデコンボリューションを行ってもよいし、行わなくてもよい。
【０１０９】
デコンボリューション関数の空間依存のため、より一般的なデコンボリューション式は次のように変換される；
【数２２】
2004509370.tif 000024
ここで、Ｄ（ｒ０ｈ ； ｒ−ｒ０）はベクトルｒ０の水平方向成分ｒ０ｈに依存するが、この変数に対して周期性をもつ。即ち、次式
【数２３】
2004509370.tif 000025
が成立する。ここで、ｕとｖは、観察物体における照射点網の基本ベクトルを表し、ｋとｌは任意の整数である。周期的な照射点網の一つの格子について関数Ｄ（ｒ０ｈ ； ｒ−ｒ０）を得れば、続いて物体全体をカバーする関数を得ることができる。照射点網の一つの格子上の各点についての関数を得るためには、蛍光微小球をこの点の周囲で移動させることによってこの点のＰＳＦを計測し、得られたＰＳＦを周波数領域において（つまり、フーリエの図式において）反転すればよい。この場合、ＰＳＦの数値Ｐ（ｒ）は、計測点に対する微小球の位置がベクトルｒによって画定される時、計測点において計測される光度を表す。
【０１１０】
図２２の装置では、第二実施形態の場合のような２次元走査が行えるように、二番目のガルバノメーターミラーが追加されている。図２６は、その結果として得られる配列の概略図を示す。ここでは、ガルバノメーターミラー６１５が追加され、そのため他の構成要素の位置が変えられている。ミラー６１５の回転軸はミラー６０５ｂの回転軸に直交している。これら二枚のミラーを四分の一周期位相をずらす方法で制御すれば、各被照射点は円形あるいは２次元軌道を辿るようになる。この軌道は例えば図１９に示された軌道５０５と同じである。このような軌道にすれば、エネルギーのロスが全く生じないという利点がある。しかし、この軌道を採用する場合、照射不均質が周期的に現れる。この問題は、前形態の場合と同様、特定点に依存するデコンボリューション関数を使用し、デコンボリューションを受けていない像を照射不均質補正関数で乗算すれば補正できる。
【０１１１】
レーザー照射の場合に利用できるこれに類似した技術がある。この技術を用いる場合、照射光線束は、マイクロレンズ網に到達する前にガルバノメーターミラー上で反射される必要がある。図６に示された装置から派生したこのような装置を図２７に示す。照射光線束の軌道を変更するため、ミラー１６２、１６１が追加されており、レーザー１００とレンズ１０１がガルバノメーターミラーの上手に置かれている。ミラー１１５は、ダイクロイックビームスプリッター１６４で置き換えられている。レーザー１００からのレーザービーム（これは太い破線で示されている）は、レンズ１０１によりガルバノメーターミラー１１２上で集束されることが望ましい。尚、このガルバノメーターミラーは唯一の可動要素であり、レンズ１１６の焦点面に置かれている。この場合、ガルバノメーターミラーの角運動は、マイクロレンズ網１０３上で照射光線束の移動となって現れる。マイクロレンズ網１０３が吸光性絞り１６３によって延長されている場合には、照射レーザービームを完全に絞り１６３上に導くだけで照射光線を遮断させることができる。従って、前形態の場合と同様に、軌道の両先端において光線束を遮断することができる。
【０１１２】
〔ピンホール網から成る空間濾光装置を使用することで単純化された実施形態〕　図２８の実施形態は、レーザー光を使用できる単純化された実施形態である。ガルバノメーターミラーは一枚しか使用されず、空間濾光系としてピンホール網が用いられる。特に同期化が簡単であること、また使用されるガルバノメーターミラーの数が少なくて済むことから、この実施形態はレーザー照射の場合に最適な実施形態である。
【０１１３】
レーザー１５００からの照射光線束ＦＸは、レンズ１５０１を介して光ファイバー１５０２に連携され、この光ファイバーが光線束を走査装置まで導く。すると照射光線束は、レンズ１５０３、１５０４、１５０５により平行光線束に変えられる。この光線束は、レンズ１５０６によりガルバノメーターミラー１５０７上で再集束された後、ガルバノメーターミラーに反射される。次にこの光線束は、物体焦点面がミラー１５０７上にあるレンズ１５０８を通過する。そして、レンズ１５０８の像側焦点面に置かれたマイクロレンズ網１５０９に到達する。
【０１１４】
照射光線束は、マイクロレンズ網により複数副照射光線束ＦＸ２に分割され、これら副光線束は、続いてミラー１５１１とダイクロイックミラー１５１２により順次反射される。次にレンズ１５１３を通過するが、このレンズは二枚の分離されたレンズから成り、二枚のレンズの分離状態の調節により焦点距離が調整される。副光線束は次にミラー１５１４、ガルバノメーターミラー１５１５により反射された後、レンズ１５１６と絞り１５１７を通過する。レンズ１５１６には焦点面が二つあり、夫々ミラー１５１５上と絞り１５１７上に位置する。レンズ１５１３にも焦点面が二つあり、夫々マイクロレンズ網１５０９からの副光線束が集束する面１５１０と、ガルバノメーターミラー１５１５上に位置する。絞り１５１７は顕微鏡の像面に取り付けられていて、この絞りを通過する光線束は次に管状レンズと対物レンズを介して試料に到達するが、これらの構成要素は図示されていない。
【０１１５】
試料から蛍光により放出される光線束ＦＥは、次に対物レンズと管状レンズを通過して、絞り１５１７が置かれた像面に至る。この光線束は、ガルバノメーターミラー１５１５とミラー１５１４で反射され、レンズ１５１３と立方形ダイクロイックミラー１５１２を通過し、ミラー１５１８で反射され、ピンホール網１５１９を通過する。
【０１１６】
このピンホール網から出る検出対象光線束ＦＤは、Ｖ方向に沿った図面が図８に示されているミラー群１５２０を通過する。この光線束は、ミラー１５２１で反射され、レンズ１５１３と同一のレンズ１５２２を通過し、ガルバノメーターミラー１５１５の第二面で反射され、レンズ１５２３を通過し、レンズ１５２３の像側焦点面に置かれたセンサー１５２４上に集束される。
【０１１７】
反射白色光での観察を行う場合、この装置は、図２９に示すように変更することができる。図２９の装置では、非干渉性の（インコヒーレント）光源、例えばキセノンアークランプから来る照射光線束ＦＸは、レンズ１５５１と絞り１５５２を通過した後、レンズ１５５３を通過する。次にレンズ１５５４を通過して、ピンホール網１５５５に到達し、ピンホール網により複数副光線束に分離される。尚、このピンホール網は、レンズ１５５４、１５１３の共通像側焦点面に配置されている。立方形ダイクロイックミラー１５１２は、光線束をその波長と無関係に分離する立方形ビームスプリッター、例えば半反射性ビームスプリッターに置き換えられている。このように変更された装置により、反射光での観察が可能になる。この装置は、反射光による観察に最適な実施形態であり、反射光による観察を行う場合、「迷光」を完全には排除できない図２２の装置よりも好ましい。
【０１１８】
反射白色光を使用するにしろ、レーザーで励起された蛍光を使用するにしろ、物体における照射点は夫々の間隔が十分に接近した距離となるようにしなければならない。また、物体における照射点網は、ガルバノメーターミラー１５１５が動くことによって移動するこれらの点の移動方向に対して正確な角度に向けられなければならない。これらの条件を満たせば、図１９においてすでに原理を説明した技術、つまり唯一のミラーによる走査技術の使用が可能になる。ガルバノメーターミラー１５０７の役割は、被照射区域が光線束を副光線束に分割するための手段上で移動できるようにすることにある。この分割装置としては、レンズ網１５０９を使用してもよいし、ピンホール網１５５５を使用してもよい。どちらを採用しても図２３に示される技術の使用が可能になる。尚、この場合、透明プレート１６００の透明部分は絞り１５５６あるいは１５２９によって置き換えられ、このプレートの区域１６０１はピンホール網１５５５あるいはマイクロレンズ網１５０９によって置き換えられる。面１５１０あるいはピンホール網１５５５における被照射区域の幾何学像に対応する物体内の被照射区域が固定区域となるためには、ガルバノメーターミラー１５０７をガルバノメーターミラー１５１５と同期化させ、その移動振幅を適切な値に設定する必要がある。
【０１１９】
ミラー１５０７を使用せず、これを固定ミラーで置き換えることも可能である。この場合、試料の走査技術は変更され、観察区域画定は、絞り１５１７によって行われる。図３０は、この場合に使用できる走査技術を示す。動くのはミラー１５１５だけであり、その動きによって試料上の被照射区域が移動する。図３０（ａ）は、開口部１６１１の付いた絞り１５１７と、絞り上を移動する被照射微小点網から成る被照射区域１６１２を示す。振動するミラーがその先端位置にある時、被照射区域１６１２は図３０に示される位置にあり、複数副照射光線束は絞りによって完全に遮断されている。ミラーが回転すると、図３０（ｂ）が示すように、被照射区域１６１２は移動し、絞りの開口部を通過する。図３０（ｃ）が示すように、被照射区域は次に絞りの反対側に到達し、その移動速度はゼロとなる。移動速度がゼロとなるのは、絞り上を移動する被照射区域の両端位置においてのみであり、これらの位置では照射光線束は絞りによって完全に遮断される。しかし、絞りの開口部は、ほぼ一定の速さで移動する点集団によって走査される。ここでは、絞り１５１７が制限装置を構成しており、選別表面を成すその開口部の外を通過する一部の照射光線束を遮断する。
【０１２０】
被照射区域１６１２を狭くすればする程、光のロスを少なくすることができる。しかし、この区域を狭くすればする程、照射点網の密度は高くならざるを得ない。従って、被照射区域を狭くする解決法には限界がある。一般的に言って、コストは高くなるが、ミラー１５０７を使用する解決法を採る方が技術的には望ましい。
【０１２１】
共焦点用走査装置は、例えば図において破線１５２５により画定された領域に含まれている全部の要素を具備することができる。この場合、ユーザーは、スキャナーにカメラ、顕微鏡、光源を接続するだけでよい。共焦点用走査装置の構成要素を図において破線１５２６により画定された領域に含まれるものだけに限定することも可能である。この場合、ユーザーは、別個に納入される付属レンズ１５１６，１５２３を装置に取り付けなければならない。この解決法の利点は、接続が無焦点領域で行われることである。従って、装着エラーがあっても、その影響が小さくて済む。また、ユーザーが使用レンズを選択できるという利点もある。従って、例えばシステムの倍率を変更することが可能となる。
【０１２２】
〔空間濾光特性および／または光線束の副光線束への分割特性を変更するための手段〕
説明した全実施形態において、空間濾光特性と、場合によって光線束の副光線束への分割特性は変更可能である。例えば、第一空間濾光系を取り外し可能に装着すれば、これは手で交換できるようになる。しかし、空間濾光系の変更を例えば電気モーター等で制御する方が望ましい場合が多い。
【０１２３】
例えば、空間濾光系が図６の１３０や図２９の１５１９等のピンホール網から成る場合、空間濾光系を互いに摺動する二枚のプレート１７００，１７１０で構成すれば、これらプレートの相対位置によってピンホールの大きさをコントロールできるようになる。一枚目のプレート１７００を図３１に示す。これにはピンホール１７０１乃至１７０５が付いている。二枚目のプレート１７１０は図３２に示されており、ピンホール１７１１が付いている。二枚のプレート１７００、１７１０を重ね、ピンホール１７０１がピンホール１７１１と向き合うようにすると、二枚のプレート全体で出来上がるフィルターは、プレート１７１０だけを使用した場合に形成されるフィルターと同一になる。即ち、プレート１７１０の各々のピンホールはプレート１７００の同口径のピンホールと向き合っている。プレート１７００を図３２に示された矢印の方向に移動させると、ピンホール１７０２をピンホール１７１１と向き合わせにすることができる。ピンホール１７０２の口径がピンホール１７１１のそれよりも小さいため、二枚のプレート１７００，１７１０全体で出来上がるフィルターにおいて、１７１１のピンホールの口径がピンホール１７０２のために小さくなる。この場合、二枚のプレート１７００，１７１０から成るフィルター全体がピンホール網を構成するが、このピンホール網における各ピンホールの口径は、ピンホール１７０２の口径となる。ピンホール１７０３、１７０４、１７０５を次々にピンホール１７１１に向かい合わせると、重ね合わされた二枚のプレート１７００，１７１０で出来上がるピンホール網の各ピンホールを異なった口径とすることができる。これら二枚のプレートは夫々ガラス板に金属層を形成し、次にピンホールを付けるための光学リソグラフィーを行う方法で作成できる。二枚のプレートを重ね合わせる際、二枚のガラス板に形成された金属層を直接接触させるのが望ましい。場合によって光学オイルを使用すれば、これらの相対移動を容易にすることができる。二枚のプレートの相対移動は例えばステップ・バイ・ステップ・モーターを使用する位置決め器によって制御できる。
【０１２４】
空間濾光系が図２２に示されるような微小ミラー網６０６から成る場合、上記の方法を使用することはできない。この場合には、空間濾光系は、複数の微小ミラー網１７２１乃至１７２６を含む図３３のプレート１７２０によって構成される。このプレート１７２０は、１次元位置決め装置上に取り付けられるが、これには、図３３において矢印で示される方向への移動が可能となるよう電気モーター付きのガイドレールを備え付けることが望ましい。プレートを図３３において矢印で示される方向へ移動させると、領域１７２１乃至１７２６の夫々を順次光線束の軌道上に導くことができる。これら微小ミラー網１７２１乃至１７２６の相違点は微小ミラーの口径および／または微小ミラー網の基本ベクトル、つまり微小ミラー網の密度である。同等の方法として、図３４に示されるプレート１７３０を使用することもできる。この場合、プレートが二方向に移動するため、含まれる微小ミラー網数が増えることになる。微小ミラー網は、夫々ガラス板上に形成され、基盤１７２０あるいは１７３０上に重ねられる。微小ミラーを基盤上に直接形成することも可能である。空間濾光系がピンホール網から成る場合にも、同等の装置を作成することができる。この装置では、微小ミラー網は、ピンホール網で置き換えられる。このシステムの場合、ピンホール網の高精度かつ一定な位置決めが、図３１と図３２に示す二枚の平行プレートから成るシステムの場合よりも難しくなる。従って、図２２の装置６０６あるいは図１８の装置１０５の場合のように、空間濾光系が空間濾光と光線束分割の両方を兼ねる時には、後者の技術を使用するのが望ましい。
【０１２５】
これ以外の場合、厳密な機械精度を必要としない濾光板の交換装置を設計することも可能であるが、空間濾光系と光線束の副光線束への分割装置とは、交換可能な一つのブロック内で連結させるのが望ましい。例えば、図１６の装置では、ピンホール網１０５，１３０とダイクロイックミラー１０４は図１７に示される単一ブロック内で連結されている。図３５に示すように、このようなブロックを複数組み合わせて連結することも可能である。この図では、３ブロック１７４１、１７４２、１７４３が連結されており、これらは一体として移動させることができる。図３５（ａ）は、側面図（観察方向は図１６のそれと同じ）であり、図３５（ｂ）は図１６に示されるＶ方向に沿った側面図である。全体を図３５（ｂ）に示される方向に移動すると、３ブロックのうちの一つを光線束の軌道上に導くことができる。使用されない立体形ブロックが光を受けないようにするため、またモーターでの移動を可能にするため、特に適切な絞り操作を行う機械系に全体を包含することもできる。これら立体形ブロック１７４１乃至１７４３の相違点はピンホール口径あるいはピンホール網の密度である。各立体形ブロックには第一空間濾光系を構成するピンホール網１７５１が含まれ、これは、光線束の副光線束への分割装置及びダイクロイックミラーに連結されるように可動状に装着されている。図６のようにマイクロレンズ網が使用される場合にも、同様の装置を作成することができる。この場合、マイクロレンズ網、空間濾光系、ダイクロイックミラーが一つのブロックに組み込まれ、また複数のブロックが一体となった可動ユニットに組み込まれる。
【０１２６】
【発明の効果】
共焦点顕微鏡に組み込まれる本発明の共焦点用光学走査装置は、生物試料を蛍光検出によりリアルタイムで結像させるのに使用される。レーザー照射用装置を装着すれば、最高速度の結像を可能にする。非干渉性（インコヒーレント）光線による照射用装置を装着すれば、全波長帯の励起光を用いた蛍光検出結像を可能にする。本装置によって得られる共焦点像は、その解像度を高める３次元デコンボリューション用アルゴリズムの使用に適合する。適切な形態に設計すれば、本光学走査装置は反射光による結像、例えばマイクロエレクトロニクスにおける回路の観察や生体試料（例えば、皮膚）の深部の観察にも使用できる。この深部観察の場合には、観察試料の後方に回折される光線束が計測の対象となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による既存の共焦点用光学走査装置を示す図である。
【図２】固定点からの光線が辿る経路の一例を示す図である。
【図３】従来技術による既存の共焦点用光学走査装置を示す図である。
【図４】点毎の走査及び微小ミラーを使用する実施形態を示す図であって、その機能原理を即座に理解できるように説明するための図である。
【図５】点毎の走査及び一つのピンホールを使用する実施形態を示す図である。
【図６】多数点式レーザー照射及びピンホール網を使用する実施形態を示す図である。
【図７】様々な実施形態で使用可能なピンホール網を示す図である。
【図８】図６に示されているミラー群の側面図である。
【図９】試料走査に使用されるレンズ網を示す図である。
【図１０】観察物体における全被照射点、及びこれらの点の経路を示す図である。
【図１１】カメラに形成されるピンホール画像の位置及びその移動速度に応じて光線束減衰器に出される命令を説明するための図である。
【図１２】カメラに形成されるピンホール画像の位置及びその移動速度に応じて光線束減衰器に出される命令を説明するための図である。
【図１３】カメラに形成されるピンホール画像の位置及びその移動速度に応じて光線束減衰器に出される命令を説明するための図である。
【図１４】本発明の共焦点用光学走査装置の一実施形態を示す図であって、多数点方式レーザー照射とピンホール網が使用されている様子を説明するための図である。
【図１５】物体からの光線束を濾光するために使用できるレンズ網とピンホール網を示す図である。
【図１６】干渉性（コヒーレント）光による多数点方式照射と二つのピンホール網を使用する実施形態を示す図である。
【図１７】二つのピンホール網とダイクロイックミラーを統合する立方形ユニットを示す図である。
【図１８】非干渉性（インコヒーレント）光による多数点式照射と一つのピンホール網を使用する実施形態を示す図である。
【図１９】物体における複数被照射点、及び一枚のガルバノメーターミラーを使用した場合にこれらの点の一つが辿る軌道を示す図である。
【図２０】非干渉性（インコヒーレント）光による照射及び微小ミラー網を使用する実施形態を示す図であって、照射光線束が第一空間濾光系を形成する微小ミラー網に到達する前に最初の偏向を受ける様子を説明するための図である。
【図２１】図２０で使用されている微小ミラー網を示す図である。
【図２２】図２０の実施形態の発展形態を示す図であって、偏光されない光線束を使用しても、光エネルギーの損失がない様子を示す図である。
【図２３】透明プレート上での被照射区域の移動を示す図であって、この透明プレートが微小ミラー網を具備し、図２２の実施形態では照射光線束を副光線束に分割するための手段として使用される様子を説明するための図である。
【図２４】物体の観察区域における照射点の軌道を示す図である。
【図２５】六角形格子の反射点網の一部、及びこの網目上における照射区域の移動方向に対する網目の位置を示す図である。
【図２６】図２２の実施形態で二枚のガルバノメーターミラーを使用する場合の形態を示す図である。
【図２７】多数点方式レーザー照射による実施形態を示す図であって、照射光線束がマイクロレンズ網に到達する前に最初の偏向を受ける様子を示す図である。
【図２８】レーザー照射による単純化された実施形態を示す図である。
【図２９】図２８の実施形態に類似しているが、照射光として白色光が使用される実施形態を示す図である。
【図３０】例えば図２９の実施形態で使用されている絞り上での照射区域の移動を示す図である。
【図３１】ピンホールの付いた二枚のプレートを示す図であって、重なり合うように配置されたこれら二枚のプレートが変更可能な空間濾光系を形成する様子を示す図である。
【図３２】ピンホールの付いた二枚のプレートを示す図であって、重なり合うように配置されたこれら二枚のプレートが変更可能な空間濾光系を形成する様子を示す図である。
【図３３】複数ピンホール網の付いたプレートを示す図であって、このプレートが一方向に移動可能で、空間濾光特性の変更を可能にする様子を示す図である。
【図３４】複数ピンホール網の付いたプレートを示す図であって、このプレートが一方向に移動可能で、空間濾光特性の変更を可能にする様子を示す図である。
【図３５】夫々が一つのビームスプリッターと二つの空間濾光装置を包含する立方形ユニット集合を示す図であって、この立方形ユニット集合を一方向に移動させることにより、装置で使用される立方形ユニットが選択されるようになっていることを説明するための図である。
【符号の説明】
１０３，１５０９・・・マイクロレンズ網（照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段）
１０５，１３０・・・ピンホール網（照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段）
１１０，１１２・・・ガルバノメーターミラー（回転ミラー、可動ミラー）
１１４・・・観察物体
１４０・・・光線束減衰器（観察物体に到達する前に照射光線束を遮断させるための手段）
６０３，１５１５・・・ガルバノメーターミラー（可動ミラー）
６０４・・・四分の一波長板
６０５・・・レンズ
６０６・・・微小ミラー網（照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段、第一空間濾光系、観察物体に到達する前に照射光線束を遮断させるための手段、制限装置）
６５０・・・微小ミラー群（微小反射ミラー）
１１００・・・レーザー（光源）
１１０４，１１０５・・・可動ガルバノメーターミラー（可動ミラー、可動装着ミラー）
１１０７・・・蛍光試料（観察物体）
１２０３・・・微小ミラー（第一の空間濾光系）
１５１２・・・ダイクロイックミラー（ビームスプリッター）
１５１７，１５２９・・・絞り（観察物体に到達する前に照射光線束を遮断させるための手段、制限装置）
１５１９・・・ピンホール網（第一空間濾光系）
１５５５・・・ピンホール網（照射光線束を複数副照射光線束に分割するための手段、第二空間濾光系）
１６０１・・・微小ミラー網（選別表面）
１６１１・・・開口部（選別表面）
１７００・・・プレート（可動あるいは取り外し可能な要素、ピンホールの付いた吸光性および／または反射性第一プレート、第一空間濾光系）
１７０１，１７０２・・・ピンホール（第一空間濾光系）
１７１０・・・プレート（吸光部および／または反射部及び透明部を含む第二プレート、第一空間濾光系）
１７１１・・・ピンホール（透明部、第一空間濾光系）
１７２０・・・プレート（可動あるいは取り外し可能な要素、第一空間濾光系）
１７５１・・・ピンホール網（第一空間濾光系）
ＦＸ・・・照射光線束（照射副光線束）
ＦＸ２・・・照射副光線束
ＦＸＯ・・・照射点
ＦＥ・・・光線束（戻り光線束）
ＦＥＯ・・・集束点（光点）
ＦＤ・・・検出対象光線束
ＦＤＯ・・・検出点（検出対象点）
Ｐ１・・・面（第一像面）
Ｐ２・・・第二実像面（第二像面）
【国際公開パンフレット】
2004509370.tif 000026
2004509370.tif 000027
2004509370.tif 000028
2004509370.tif 000029
2004509370.tif 000030
2004509370.tif 000031
2004509370.tif 000032
2004509370.tif 000033
2004509370.tif 000034
2004509370.tif 000035
2004509370.tif 000036
2004509370.tif 000037
2004509370.tif 000038
2004509370.tif 000039
2004509370.tif 000040
2004509370.tif 000041
2004509370.tif 000042
2004509370.tif 000043
2004509370.tif 000044
2004509370.tif 000045
2004509370.tif 000046
2004509370.tif 000047
2004509370.tif 000048
2004509370.tif 000049
2004509370.tif 000050
2004509370.tif 000051
2004509370.tif 000052
2004509370.tif 000053
2004509370.tif 000054
2004509370.tif 000055
2004509370.tif 000056
2004509370.tif 000057
2004509370.tif 000058
2004509370.tif 000059
2004509370.tif 000060
2004509370.tif 000061
2004509370.tif 000062
2004509370.tif 000063
2004509370.tif 000064
2004509370.tif 000065
2004509370.tif 000066
2004509370.tif 000067
2004509370.tif 000068
2004509370.tif 000069
2004509370.tif 000070
2004509370.tif 000071
2004509370.tif 000072
2004509370.tif 000073
2004509370.tif 000074
2004509370.tif 000075
2004509370.tif 000076
2004509370.tif 000077
2004509370.tif 000078
2004509370.tif 000079
2004509370.tif 000080
2004509370.tif 000081
2004509370.tif 000082
2004509370.tif 000083
2004509370.tif 000084
2004509370.tif 000085
2004509370.tif 000086
2004509370.tif 000087
2004509370.tif 000088
2004509370.tif 000089
2004509370.tif 000090
2004509370.tif 000091
2004509370.tif 000092
2004509370.tif 000093
2004509370.tif 000094
2004509370.tif 000095
2004509370.tif 000096
2004509370.tif 000097
2004509370.tif 000098
2004509370.tif 000099
2004509370.tif 000100
2004509370.tif 000101
2004509370.tif 000102
2004509370.tif 000103
2004509370.tif 000104
【国際調査報告】
2004509370.tif 000105
2004509370.tif 000106
2004509370.tif 000107
2004509370.tif 000108
2004509370.tif 000109
2004509370.tif 000110