(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を選択的に試料に照射して前記試料を走査し、前記試料からの光をセクショニング像として取得するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、
前記パターン形成部材は、光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクを透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有することを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項２】
請求項１に記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記遮光部の直線状パターンの幅寸法を、前記透光部の直線状パターンの幅寸法より大きく設定したことを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項３】
請求項２記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材であって、前記回転ディスクの試料への投影位置を変化させる移動機構を備えるセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記回転ディスクが同心円状に複数の領域に分割され、それぞれの領域は異なる直線状のパターンを持ち、前記移動機構により前記回転ディスクを前記回転ディスクの動径方向に移動させて前記領域の１つの領域を選択することを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項４】
請求項１に記載のパターン形成部材を用いて光を前記試料に対して走査するとともに、前記試料からの反射光を前記パターン形成部材を介してセクショニング像として取得することを特徴とするセクショニング像観察装置。
【請求項５】
請求項１に記載のパターン形成部材に励起フィルタを通った所定波長の励起光を入射させて、前記パターン形成部材を介して試料を走査するとともに、前記試料より発せられる蛍光を前記パターン形成部材及び前記蛍光の波長を選択する吸収フィルタを介してセクショニング像として取得することを特徴とするセクショニング像観察装置。
【請求項６】
請求項２記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記回転ディスクの前記透光部および遮光部の直線状パターンが観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に遮光領域を形成したことを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項７】
請求項２記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、回転ディスクの円周方向に複数に分割された扇状領域を設け、各扇状領域における前記直線状パターンの向きは、観察視野内での回転ディスクによる走査方向（Ｈ方向）と平行にならない向きであり、かつ各領域で異なることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項８】
請求項２記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行にならないように方向が異なる前記透光部及び前記遮光部の直線パターンが形成された異方性領域を有することを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項９】
請求項８記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記異方性領域は所定の中心角の扇状をなす領域であって、前記異方性領域内の直線状パターンが、他の領域の直線状パターンと方向の異なる透光部及び遮光部の直線状パターンであることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１０】
請求項８記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記異方性領域は所定の幅の領域であって、前記異方性領域内の直線状パターンが、他の領域の直線状パターンと方向の異なる透光部及び遮光部の直線状パターンであることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１１】
光源からの光を選択的に試料に照射して前記試料を走査し、前記試料からの光をセクショニング像として取得するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、
前記パターン形成部材は、同心円状に複数の領域に分割され、それぞれの領域に光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクの前記各領域を透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記複数の領域のそれぞれにおいて前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記複数の領域のそれぞれにおける前記遮光部の直線状パターンの幅寸法を、同じ領域の前記透光部の直線状パターンの幅寸法より大きく設定し、
前記セクショニング像観察装置は前記回転ディスクの試料への投影位置を変化させる移動機構を備えており、前記移動機構により前記回転ディスクを前記回転ディスクの動径方向に移動させて前記領域の１つの領域を選択し、
前記複数の領域のパターンのうち少なくとも２つは、光を遮蔽する直線部の幅と光を透過する直線部の幅の比率が異なるパターンであることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記回転ディスクは光を透過する直線部の幅が一定であることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１３】
請求項１２記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記直線状のパターンのうち、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に異方性領域を設け、前記異方性領域内の直線状パターンが、他の領域の直線状パターンと方向の異なる透光部及び遮光部の直線状パターンであることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１４】
請求項１３記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記回転ディスクの一定幅をもつ異方向領域の幅をＸ、透光部と遮光部の周期をＷとしたときにＸ／Ｗが一定の値になることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１５】
請求項１４記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、透光部幅が同一の少なくとも２つの同心円状領域を、透光部と遮光部の周期Ｗが異なるとき、周期Ｗが大きい順に外側に配置し、内側と外側の同心円状領域の異方向領域の幅の寸法幅Ｘが、周期Ｗに比例していることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１６】
光源からの光を選択的に試料に照射して前記試料を走査し、前記試料からの光をセクショニング像として取得するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、
前記パターン形成部材は、同心円状に複数の領域に分割され、それぞれの領域に光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクの前記各領域を透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記複数の領域のそれぞれにおいて前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記複数の領域のそれぞれにおける前記遮光部の直線状パターンの幅寸法を、同じ領域の前記透光部の直線状パターンの幅寸法より大きく設定し、
前記セクショニング像観察装置は前記回転ディスクの試料への投影位置を変化させる移動機構を備えており、前記移動機構により前記回転ディスクを前記回転ディスクの動径方向に移動させて前記領域の１つの領域を選択し、
前記複数の領域のパターンのうち少なくとも２つは、前記透光部の幅と前記遮光部の幅の比が等しく、かつ前記領域毎に前記透光部及び前記遮光部の寸法幅が異なることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１７】
請求項１６記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記直線状のパターンのうち、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に異方性領域を設け、前記異方性領域内の直線状パターンが、他の領域の直線状パターンと方向の異なる透光部及び遮光部の直線状パターンであることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１８】
請求項１７記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記回転ディスクの一定幅をもつ異方向領域の幅をＸ、透光部と遮光部の周期をＷとしたときにＸ／Ｗが一定の値になることを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【請求項１９】
請求項１８記載のセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材において、前記遮光部の幅と透光部幅が同一の少なくとも２つの領域を、透光部と遮光部の周期Ｗが大きい順に同心円の外側に配置し、内側の同心円状領域における異方向領域の幅の寸法幅が、前記外側の同心円状領域における異方性領域の幅より小さいことを特徴とするセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を利用して試料の微小構造や３次元の形状を観察・測定するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材およびそれを用いたセクショニング像観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セクショニング像観察装置として、多数のピンホールを、そのピンホール径の１０倍程度の間隔で螺旋状に配置したＮｉｐｋｏｗ回転ディスクと呼ばれる回転ディスクを用いた共焦点顕微鏡が知られている。
【０００３】
図１は、このようなＮｉｐｋｏｗ回転ディスクを使用した共焦点顕微鏡の概略構成を示すもので、ハロゲン光源又は水銀光源等の光源１から出射される光の光路上にコンデンサレンズ２、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）３が配置され、ＰＢＳ３の反射光路上にＮｉｐｋｏｗ回転ディスク（以下、回転ディスクと称する。）４、第１の結像レンズ５、１／４波長板６、対物レンズ７を介して試料８が配置されている。また、試料８からの反射光のＰＢＳ３の透過光路上には、第２の結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０が配置されている。このＣＣＤカメラ１０の画像出力端子にはモニタ１１が接続され、ＣＣＤカメラ１０で撮像された画像を表示する。
【０００４】
ここで、回転ディスク４は、図２に示すようにピンホール４ａの配置が螺旋状で、各ピンホールの距離がピンホールの直径の１０倍程度に配置されたもので、回転軸１２を介して図示しないモータの軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。
【０００５】
このような構成において、光源１から出射された光は、コンデンサレンズ２を通ってＰＢＳ３で一定の方向の偏光成分のみが反射され、一定の速度で回転する回転ディスク４に入射され、この回転ディスク４のピンホール４ａを通過した光が第１の結像レンズ５を通り、１／４波長板６で円偏光になって、対物レンズ７によって結像され試料８に入射される。また、試料８から反射された光は、対物レンズ７を介し、再度、１／４波長板６で入射時とは直交する偏光方向にして、第１の結像レンズ５により回転ディスク４上に試料像を投影する。そして、回転ディスク４上に投影された試料像のうち焦点の合っている部分はピンホール４ａを通過し、さらにＰＢＳ３を透過して第２の結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０で撮像される。ＣＣＤカメラ１０で撮像された共焦点画像は、モニタ１１に表示される。
【０００６】
このようにした共焦点顕微鏡では、回転ディスク４のピンホール４ａを通過する焦点が合っている位置（高さ）の像のみが観察できるため、焦点を上下（Ｚ軸方向）に移動させて観察することで、試料８の高さ毎の画像いわゆるセクショニング像を観察することができる。
【０００７】
ところで、このようなＮｉｐｋｏｗ回転ディスクを用いた共焦点顕微鏡では、肉眼による目視観察やＣＣＤカメラにおける撮像で観察視野にムラが目立たないように、ピンホールを回転ディスク上に配置する必要がある。つまり、人間が認識できる時間間隔（１／２０〜１／３０秒程度）や、ＣＣＤカメラの露出時間（１／６０や１／３０秒が多い）内で、試料の観察視野内に一様に光が照射されるようにピンホールを配置する必要がある。
【０００８】
このため、従来から、ピンホールの配置については、様々な提案がなされており、例えば、複数のピンホールを螺旋状に、回転ディスクの径方向に等角配置するようにしたものが最も簡単なものとして知られている。しかし、このようなピンホールの配置では、回転ディスクの外周部と内周部でピンホールのピッチが異なるため、取得画像の明るさに明暗が生じる。
【０００９】
このような問題を解決する方法として、螺旋状に配列されたピンホール列を構成する複数のピンホールの中心を結ぶ仮想中心線の軌跡の径方向ピッチと螺旋に沿った周方向のピッチを等しくなるように配置したものや、複数条のピンホール列を構成する全てのピンホールの中心位置の半径が異なるように配置したものなど、取得画像の明るさムラを低減させるための様々なピンホール配置が提案されている。
【００１０】
しかし、前者のピンホールの配置によると、回転ディスクの中心と回転軸が正確に一致したときに、観察視野内での像の明るさが一様になるが、回転ディスクの中心と回転軸が一致していないと、観察像に明暗のムラが生じる。一般に、ピンホールの直径は、数十μｍ（１００倍で４５μｍ、２５０倍で１００μｍ）程度と非常に小さいため、観察像に明暗のムラが生じないようにするには、回転ディスクの中心と、回転中心のずれを１０μｍ以下と、ピンホール径よりも十分小さくする必要があり、このため、回転ディスク上のピンホールの作成、回転ディスクの形状加工、回転軸への回転ディスクの取りつけ等に非常な高精度が要求される。
【００１１】
また、後者のピンホール配置によると、中心のずれに対して観察像の明暗のムラが出にくくなるように改善されているが、それでもムラを軽減する程度であって、ムラを皆無にすることはできない。
【００１２】
さらに、このようにして回転ディスク上にピンホールを形成するものは、全て試料の観察像に明暗のムラが生じないようにピンホール配置を工夫したものであり、各ピンホールの配置を正確に決定するため、高精度に作成された複雑なパターンを用いてピンホールの位置決めを行なうようにしている。例えば、Ｎｉｐｋｏｗ回転ディスクでは、ガラス基板上にＣｒや低反射Ｃｒ膜を形成し、それにピンホールパターンのマスクをかけてエッチングするようにしているが、このマスクも半導体製造と同じく電子ビームを使ったＥＢ描画装置で作成するようにしており、このような複雑なパターンのマスクを使用することからも回転ディスク作成に多大の費用がかかり高価になるという問題もあった。
【００１３】
そこで、これらの問題点を解決する方法として、図３Ａに示すように回転ディスク１４上に直線状に形成された透光部と遮光部が交互に並んだ直線パターン部１４１と光が透過する全透光部１４２と、これら直線パターン部１４１と全透光部１４２の間のそれぞれ扇状の領域内に遮光部１４３、１４４を形成し、このうち直線パターン部１４１の透光部と遮光部の幅をピンホールの直径と同様に数十μｍ程度として図３Ａ及び図３Ｂに示すように１：１に形成した回転ディスクが考えられている。
【００１４】
このような回転ディスクによれば、始めに観察視野が直線パターン部１４１を通過している時の観察像をＣＣＤカメラにより撮像し、次いで、全透光部１４２を通過している時の観察像をＣＣＤカメラにより撮像する。この場合、直線パターン部１４１で撮像した画像は、透光部１４１ａと遮光部１４１ｂのそれぞれの幅の比が等しいので、焦点の合っている位置（高さ）成分の像（共焦点画像成分）だけでなく、焦点の合っていない位置（高さ）成分の像（非共焦点画像成分も透過し、これら成分が加わった複合画像（非共焦点成分を含む共焦点画像）が得られる。そして、この複合画像から全透光部１４２を介して撮像した明視野画像（非共焦点画像成分のみ）を差分演算することにより焦点の合った（位置（高さ）成分の共焦点画像のみを得ることができる。また、回転ディスクの回転中心がずれても、観察像に明暗が発生せず、さらに直線状に形成された透光部と遮光部が交互に並んだ直線パターン部１４１を作成するためのパターンも、単純な直線状パターンなので回転ディスク作成のための費用も安価となる。
【００１５】
ところが、図３Ａ及び図３Ｂに示す回転ディスク１４によると、直線パターン部１４１での透光部と遮光部のそれぞれの幅の比が１：１であるため、クロストークによる非合焦成分が多い。このため差分演算をしないと共焦点画像のみの、いわゆるセクショニング効果を期待することができない。このことは、共焦点画像を直接目視できないばかりか、画像処理のためのコンピュータのような演算装置が必要となり、装置が大掛かりになるとともに、価格的にも高価になり、さらに差分演算する２つの画像は、異なるタイミングで撮像されたものであるため、振動などの外乱の影響を受けやすいという問題もある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、観察像の明暗のムラを発生することなく、良好な共焦点画像を安定して観察できるセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材およびセクショニング像観察装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を選択的に試料に照射して前記試料を走査し、前記試料からの光をセクショニング像として取得するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材に関連している。
本発明によるパターン形成部材は、光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクを透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、かつ前記透光部の直線状パターンの幅寸法と同一又は異なる寸法であることを特徴としている。
本発明による別のパターン形成部材は、同心円状に複数の領域に分割され、それぞれの領域に光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクの前記各領域を透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記複数の領域のそれぞれにおいて前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記複数の領域のそれぞれにおける前記遮光部の直線状パターンの幅寸法を、同じ領域の前記透光部の直線状パターンの幅寸法より大きく設定し、前記セクショニング像観察装置は前記回転ディスクの試料への投影位置を変化させる移動機構を備えており、前記移動機構により前記回転ディスクを前記回転ディスクの動径方向に移動させて前記領域の１つの領域を選択し、前記複数の領域のパターンのうち少なくとも２つは、光を遮蔽する直線部の幅と光を透過する直線部の幅の比率が異なるパターンであることを特徴としている。
本発明によるまた別の前記パターン形成部材は、同心円状に複数の領域に分割され、それぞれの領域に光を透過する透光部および光を遮蔽する遮光部を有する回転ディスクであって、前記回転ディスクを光路上で回転させ、前記回転ディスクの前記各領域を透過した光を前記試料に対して走査するパターンを前記透光部及び前記遮光部を交互にかつ略平行に配置した直線状のパターンに形成するとともに、前記複数の領域のそれぞれにおいて前記透光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記遮光部の直線状パターンは同一の幅寸法を有し、前記複数の領域のそれぞれにおける前記遮光部の直線状パターンの幅寸法を、同じ領域の前記透光部の直線状パターンの幅寸法より大きく設定し、前記セクショニング像観察装置は前記回転ディスクの試料への投影位置を変化させる移動機構を備えており、前記移動機構により前記回転ディスクを前記回転ディスクの動径方向に移動させて前記領域の１つの領域を選択し、前記複数の領域のパターンのうち少なくとも２つは、前記透光部の幅と前記遮光部の幅の比が等しく、かつ前記領域毎に前記透光部及び前記遮光部の寸法幅が異なることを特徴としている。
この結果、本発明によれば、透光部と遮光部の直線状パターンが回転ディスク回転とともに、その方向を変えながら走査されるようになるので、回転ディスク中心がずれていても明暗のムラの生じない良質の観察像を得られる。
【００１９】
さらに、回転ディスク上の透光部と遮光部の直線状パターンは、交互に並んでいるだけなので、マスクパターンの作成も簡単で価格的にも安価にできる。
【００２０】
また、本発明によれば、直線状の透光部と遮光部を交互配置したパターンの存在する領域を複数設け、各々の領域で線幅を異なるようにし、光軸を横切る方向に回転ディスク使用領域を移動可能とすることで、回転ディスクの透過率を設定可能とし、試料の状況に合わせてセクショニング効果と像の明るさを選択的に設定することができ、試料に合わせて光を有効に利用でき、より様々な種類の試料に対して明るいセクショニング像を得ることが可能となる。
【００２１】
更に、本発明によれば、観察像の明暗のムラを発生することなく、ディスク上の複数パターンから、対物レンズの倍率や開口数に応じたパターンを選択することができ、良好な画像を安定して観察できるセクショニング像観察装置に適用されるディスク及びセクショニング像観察装置を提供できる。
【００２２】
また、本発明によれば、透光部と遮光部を交互に直線状に並べたディスクを同心円状に複数の領域に分けて、おのおのの領域の透光部のスリット幅（Ｌ）と遮光部の幅（Ｗ−Ｌ）が異なるようにすることで、複数の対物レンズでも共焦点画像の観察を可能とし、また、共焦点効果の異なった画像も観察可能とすると共に、各領域において、発生する明暗の縞を抑えるためのパターンが直交する異方向領域の幅Ｘを透光部と遮光部の周期Ｗによって決定できるようにしたため、どの領域で観察する共焦点画像も均質で良好とすることができる。さらに、異方向領域の幅を簡単に決定できるため、従来のように何度もディスクを作り直してこの領域の幅を決定する必要も無いため、検討時間の削減と費用が安価にすむことになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明が適用されるセクショニング像観察装置としての共焦点効果を有する顕微鏡（以下、共焦点顕微鏡と称する。）の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００２７】
この場合、ハロゲン光源又は水銀光源等の光源１から出射される光の光路上にコンデンサレンズ２、偏光板１５、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）３が配置され、さらにＰＢＳ３の反射光路上にはパターン形成部材である回転ディスク１３、第１の結像レンズ５、１／４波長板６、対物レンズ７を介して試料８が配置されている。また、試料８で反射した光のＰＢＳ３の透過光路上には第２の結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０が配置されている。このＣＣＤカメラ１０の画像出力端子にはモニタ１１が接続され、ＣＣＤカメラ１０で撮像された画像を表示する。
【００２８】
ここで、回転ディスク１３は、回転軸１２等を介して図示しないモータに伝達可能に、ここではモータの軸に連結され、一定の回転速度で回転されるようになっている。また、回転ディスク１３は、図５Ａに示すように光を透過する直線状に形成された透光部１３ａと光を遮蔽する直線状に形成された遮光部１３ｂのそれぞれのパターンが交互に並べて配置されている。
【００２９】
この場合、図５Ａ及び図５Ｂに示すように直線状の遮光部１３ｂの幅寸法は、直線状の透光部１３ａの幅寸法より大きく、例えば１：９に設定されている。また、光を透過する直線状の透光部１３ａの幅Ｌは、試料像が回転ディスク１３に投影される倍率をＭ、光の波長をλ、対物レンズ７の開口率をＮＡとすると、下式で決定される。
Ｌ＝ｋλＭ／ＮＡ  …（１）
ここでｋは係数で、ｋ＝０．５〜１程度が良く使われる。
【００３０】
例えば、対物レンズ７として倍率が１００倍、ＮＡ＝０．９を使用すると、λは可視で５５０ｎｍがよく使用されるので、幅Ｌは、ほぼ４５μｍとなるが、ｋ＝０．５〜１を考慮すると、３０〜６０μｍの範囲で設定される。
【００３１】
次に、このように構成した第１の実施の形態の作用について説明する。
光源１から出射された光は、コンデンサレンズ２を通り、偏光板１５で、ある偏光のみの直線偏光となって、ＰＢＳ３に入射される。ＰＢＳ３は、偏光板を透過してきた方向の偏光は反射し、それに垂直な方向の偏光は透過するようになっている。ＰＢＳ３で反射された光は、一定の速度で回転する回転ディスク１３に入射される。
【００３２】
そして、この回転ディスク１３の直線状の透光部１３ａを透過した光は、第１の結像レンズ５を通り、１／４波長板６で円偏光となって、対物レンズ７によって結像され、試料８に入射される。また、試料８から反射された光は、対物レンズ７を通り、１／４波長板６で、入射時とは直交した直線偏光となり、第１の結像レンズ５を介して回転ディスク１３上に試料像を結像する。
【００３３】
ここで、試料８を観察しているときのある瞬間を考えると、図６Ａに示すように、ある方向にライン投影されている。そして、この状態で、試料８から反射される光が回転ディスク１３に結像されたとすると、試料８の焦点が合っている部分は、回転ディスク１３上に投影されたラインと試料像が乗算された形でライン状に投影されるので、回転ディスク１３を通過できるが、非合焦部分は回転ディスク１３に投影される像もボケているので、非合焦像の大部分は回転ディスク１３を通過できない。このままでは、単に試料像にパターン像が重なっただけであるが、回転ディスク１３を回転させて行くと、パターン像が試料像上で方向を変えながら移動（走査）されていくので、これらは平均化されライン像は消えて焦点の合った良質の像が観察される。
【００３４】
これにより、ＣＣＤカメラ１０の露出時間に対して、回転ディスク１３の回転が十分速ければ、ＣＣＤカメラ１０で撮像した合焦画像をモニタ１１により観察することができる。この場合、具体的には、ＣＣＤカメラ１０が通常のＴＶレートならば、露出時間は１／６０か１／３０秒であるから、これらの露出時間中に回転ディスク１３が半回転程度する１８００ｒｐｍに設定すればよい。
【００３５】
従って、このようにすれば、回転ディスク１３として、直線状の透光部１３ａおよび遮光部１３ｂのパターンを交互に並べるという簡単なパターン構成により合焦像であるセクショニング画像を得ることができる。また、直線状の透光部１３ａおよび遮光部１３ｂの直線状パターンが並んでおり、上述したピンホールの場合と異なり、回転ディスクの回転に応じて直線が様々な方向に走査されて行くことに変りないので、例え回転ディスクの中心がずれても明暗のムラが生じない良質な観察像が得ることができる。
【００３６】
また、Ｎｉｐｋｏｗ回転ディスクのように多数のピンホールを複雑に配列するものと異なり、直線状パターンが並んでいるだけなので、ＥＢ描画装置でマスクパターンを作るときも、電子ビームを一方向にスキャンするだけなので非常に安価に作成することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
この場合、第２の実施の形態が適用される共焦点顕微鏡については、図４と同様なので、図４を援用するものとする。
【００３８】
ところで、上述した回転ディスク１３が回転したときの観察視野内でのパターンの動きを考えると、透光部１３ａと遮光部１３ｂが直線状パターンにより形成されるため、図６Ｂのように観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と透光部１３ａおよび遮光部１３ｂの直線状パターン方向が平行になることがあり、この状態では、回転ディスク１３が回転していても、試料に投影されるパターンがほとんど変化しないことから、この前後で、観察像には回転ディスクの回転方向に明暗のムラが生ずることがある
図７は、図６Ｂを用いて説明した観察像に生じる可能性のあった明暗のムラを考慮した回転ディスクであり、以下に図７に示す回転ディスクを用いた共焦点顕微鏡について図４を参照して説明する。
【００３９】
この場合、回転ディスク１３は、回転ディスク全面に光を透過する直線状の透光部１３ａと光を遮蔽する直線状の遮光部１３ｂの各パターンが交互に並べて配置され、これら透光部１３ａと遮光部１３ｂの直線状のパターンのうち、回転ディスク１３が回転するとき、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に、これら１３ａおよび遮光部１３ｂの直線状パターンと直交する方向に沿って、中心角度を数度程度にした扇状の遮光領域１３ｃ、１３ｄを形成する。
【００４０】
従って、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）に対して透光部１３ａおよび遮光部１３ｂのパターン方向が平行になる部分に遮光領域１３ｃ、１３ｄが形成され、この部分では像観察ができないようにしたので、観察像に明暗のムラが発生することを防止することができる。
【００４１】
なお、回転ディスク１３上の遮光領域１３ｃ、１３ｄでは、光源１から試料８への光が遮光されるので、ＣＣＤカメラ１０の露出時間に対して回転ディスク１３の回転が遅いと、次々と撮像される画像間で明るさが異なる可能性があるが、この点は、回転ディスク１３の回転とＣＣＤカメラ１０での撮影を同期させ、例えばＣＣＤカメラ１０の露出時間中に回転ディスク１３が半回転するようにすることで対応することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
この場合、第３の実施の形態での回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図４と同様なので、図４を援用するものとする。
【００４３】
図８は、このような共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスクの概略構成を示すもので、回転ディスク１６は、図８に示すように、円周方向に３分割された扇状の領域１６１、１６２、１６３が形成され、それぞれの領域１６１、１６２、１６３には、光を透過する直線状の透光部１６ａと光を遮蔽する直線状の遮光部１６ｂのパターンが交互に配置されている。この場合、各領域１６１、１６２、１６３での直線状の透光部１６ａおよび遮光部１６ｂは、回転ディスク１６の回転とともに、観察視野内での直線の方向が変化して行くが、このとき、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）に対して各領域１６１、１６２、１６３における直線状の透光部１６ａと遮光部１６ｂのパターン方向が、いかなる場合も平行にならないように設定されている。
【００４４】
また、この場合の直線状の遮光部１６ｂの幅寸法は、直線状の透光部１６ａの幅寸法より大きく、例えば１：９に設定されている。さらに、光を透過する直線状の透光部１６ａの幅Ｌは、上述した（１）式により決定されている。
【００４５】
このような回転ディスク１６によると、試料８を観察しているときのある瞬間を考えると、試料８上には、図６Ａで述べたのと同様に、所定方向に傾いて透光部１６ａのパターンがライン状に投影される。この状態で、試料８から反射した光が回転ディスク１６上に結像されたとすると、試料８の焦点が合っている部分は、回転ディスク１６上に対しライン状に投影されるが、非合焦部分は回転ディスク１６に投影される像もボケているので、非合焦像の大部分は回転ディスク１６を透過できずに、合焦した像のみが回転ディスク１６を透過する。しかし、このままでは、単に試料像にパターン像が重なっただけであるが、回転ディスク１６を回転させて行くと、パターン像が試料像上で方向を変えながら移動することになる。
【００４６】
この場合も、上述した図６Ｂのように、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）に対して透光部１６ａと遮光部１６ｂのパターン方向が平行になると、回転ディスク１６が回転していても試料８に投影されるパターンがほとんど変化しないことから明暗のムラが生じることがあるが、この実施の形態での回転ディスク１６は、いかなる場合も、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行にならないように透光部１６ａと遮光部１６ｂの直線状パターン方向が設定されているので、観察像に明暗のムラは発生せず、しかも、回転ディスク１６の回転によってライン状の像は平均化され、焦点のあった良質な像が観察される。
【００４７】
従って、このようにすれば、透光部１６ａおよび遮光部１６ｂを交互に配置した直線状パターンにより方向の異なる複数の領域１６１、１６２、１６３を形成することにより、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）に対して平行になる部分がなくなるので、観察像に明暗のムラが生ずることがなく、良好な画像が観察できる。また、回転ディスク１６面において大量に光を遮蔽する部分が存在しないので、光を有効に利用でき、また、Ｎｉｐｋｏｗ回転ディスクのように多数のピンホールを複雑に配列するものと異なり、直線状のパターンが並んでいるだけなので、ＥＢ描画装置でマスクパターンを作るときも、電子ビームを一方向にスキャンするだけなので非常に安価に作成することができる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
この場合、第４の実施の形態での回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図４と同様なので、図４を援用するものとする。
【００４９】
図９は、このような共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスク１７の概略構成を示すもので、この場合、回転ディスク１７には、図５Ａ及び図５Ｂで述べたのと同様に光を透過する直線状の透光部１７ａと光を遮蔽する直線状の遮光部１７ｂのパターンが交互に配置されている。また、これら透光部１７ａと遮光部１７ｂの幅寸法の関係および透光部１７ａの幅Ｌの設定条件も図５Ａ及び図５Ｂで述べたと同様である。
【００５０】
そして、これら透光部１７ａと遮光部１７ｂの直線状のパターンのうち、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に、透光部１７ａおよび遮光部１７ｂの直線状パターンと直交する方向の透光部１８ａおよび遮光部１８ｂの複数の直線状パターンを有する領域１９ａ、１９ｂを設けている。この場合、領域１９ａ、１９ｂは、各直線状パターンの回転ディスク周縁からの長さ寸法を順に変えることで扇状に形成され、これら扇状領域１９ａ、１９ｂの中心角度θは、明暗ムラをどの程度小さくするか、透光部１８ａおよび遮光部１８ｂの幅寸法、観察視野が回転ディスク１７の回転中心からどの位の距離Ｒにあるかによって決定されている。例えば、透光部１８ａの幅寸法が２０μｍ、遮光部１８ｂの幅寸法が１８０μｍ、Ｒが３０ｍｍならば、明暗のムラを１％以下にするには、θは１０゜程度に設定される。
【００５１】
従って、このような回転ディスク１７を用いても、明暗ムラの発生しないセクショニング画像が得られ、また、各直線状パターンは領域としては４つに分かれているが、直線方向は実質２方向しかないために、回転ディスク１７上のパターン形成を簡単にでき、価格的にも安価にできる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
この場合、本発明の回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図４と同様なので、図４を援用するものとする。
【００５３】
図１０は、このような共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスク２０の概略構成を示すもので、この場合、回転ディスク２０には、図５Ａ及び図５Ｂで述べたと同様に光を透過する直線状の透光部２０ａと光を遮蔽する直線状の遮光部２０ｂのパターンが交互に配置されている。また、これら透光部２０ａと遮光部２０ｂの幅寸法の関係および透光部２０ａの幅Ｌの設定条件も図５Ａ及び図５Ｂで述べたと同様である。
【００５４】
そして、これら透光部２０ａと遮光部２０ｂの直線状のパターンのうち、観察視野内での回転ディスクの回転による走査方向（Ｈ方向）と平行になる部分に、透光部２０ａおよび遮光部２０ｂの直線状パターンと直交する方向の透光部２１ａおよび遮光部２１ｂの複数の直線状パターンを有する一定の幅Ｘを有する領域２２が設けられている。
【００５５】
この場合、領域２２の幅Ｘは、明暗ムラをどの程度小さくするか、透光部２１ａおよび遮光部２１ｂの幅寸法によって決定されている。例えば透光部２１ａの幅寸法が６μｍ、遮光部２１ｂの幅寸法が５４μｍの場合を考えると、第４の実施の形態で述べた回転ディスク１７の場合、回転ディスク中心に近い部分と、遠い部分とでは明暗ムラを一定以下にするための角度θが異なっている。つまり、回転ディスク中心からの距離をＲとして、明暗ムラを１％以下にする角度θを計算してみると図１１に示す結果が得られる。
【００５６】
この結果から、明暗ムラを１％にするには、距離Ｒが大きくなるほどθが小さくなることがわかるが、観察視野が非常に広い場合は、回転ディスク中心に近い部分も遠い部分も利用することになるので、θが一定になるように領域１９ａ、１９ｂを決定すると、観察視野内で、ムラの目立つ部分と目立たない部分とが存在することになる。
【００５７】
ところが、この第５の実施の形態の回転ディスク２０の場合、幅Ｘは、Ｘ＝Ｒｓｉｎθから、図１１に示すようにほとんど一定値になるので、観察視野が非常に広い場合でも明暗ムラを視野の全域に渡って一定以下にすることができ、さらに良好な試料観察を行なうことができる。
【００５８】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【００５９】
第１〜第５の実施の形態においては、次のような問題が考えられる。
【００６０】
上記のセクショニング像観察装置で得られる像の明るさは、回転ディスク面上の観察視野内における透光部面積に比例する。
【００６１】
回転ディスクの透光部直線パターンの幅は先に示したように、セクショニング効果を得るために光学系の定数から決まる値として決定される。また、遮光部の幅は隣接した透光部からの非合焦の光が混入することで平面分解能、および、高さ方向のセクショニング効果が損なわれるという意味では大きく採る方が有効であるが、実際には結像に寄与する総光量との取合いで、ある値（例えば、上記の例では、透光部：遮光部＝１：９）に設定される。このように透光部、遮光部の線幅値は固定値であり、回転ディスクの透過効率は一定である。
【００６２】
しかし、ある種の半導体試料に代表されるように、多層に形成された構造を持つもののように、高さを持つ試料に対しては、目的によって、上下の像を一度に見たい場合がある。このような試料の観察においては、むしろ回転ディスク上観察視野内の透過効率を優先させ、像に寄与する光量が多い方が像の明るさ確保の点で有効となってくる場合がある。
【００６３】
また、蛍光観察のような場合には像の明るさを得るために光源光量を増加させることは、試料への照射光量を増加させ、結果、退色が早く進んでしまうものもある。同様に、半導体分野における試料においても照射光量によってレジスト膜に変質が起こり、試料へダメージを与えてしまうといった場合も考えられる。
【００６４】
このように、上記のセクショニング像観察装置においては、その高いセクショニング効果を様々な種類の試料に適用することを考えると、特に蛍光観察等の観察において回転ディスク透過率の低さからくる像の明るさ不足が発生するという問題があり、より様々な種類の試料観察への適用を行うことが困難であると考えられる。特に目視観察においては、この制限が、より強く影響してくることは明白である。
【００６５】
図１２は、第６の実施の形態に係る共焦点顕微鏡に適用した概略構成を示す図で、図４と同一部分には、同符号を付している。図１２の構成では、図４の構成にモータ１６と、移動ステージ１７を明示した構成となっており、モータ１６および回転ディスク１３はともに移動ステージ１７に取り付けられ、回転ディスク２３が光軸を横切る方向に移動可能となっている。その他の構成は図４と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは本実施の形態における回転ディスクを示す図である。図１３Ａに示すように回転ディスク２３は、回転の半径方向に同心円状に３つの領域２３１、２３２、２３３に分けられ、それぞれの領域には図１３Ｂの拡大図のように直線状の透光部２３ａと遮光部２３ｂが交互に並んで配置されている。遮光部分２３ｂのラインの幅は、前述の３つの領域２３１、２３２、２３３で各々異なり、上述の透光部の幅Ｌに対して、例えば、
２３１：５０×Ｌ
２３２：１０×Ｌ
２３３：  ４×Ｌ
となっている。
【００６７】
本実施の形態では、回転ディスク２３上の光の入射位置、即ち、試料８に投影されるパターンの回転ディスク２３上での位置は、移動ステージ１７の移動によって図１３Ａの２３１、２３２，２３３が選択できるようになっている。この様子は図１３Ａに点線の円で示されるように、特定の領域に観察視野が収まるように設定される。
【００６８】
従って、移動ステージ１７の設定によって視野内での回転ディスクの透過率をおよそ１倍、５倍、２０倍と変化させることができる。結果、本実施の形態に係るセクショニング像観察装置によれば、試料８の高さ方向変化が小さい場合、または蛍光観察のように試料８に照射する光量を抑えたい場合には、移動ステージ１７の移動によって、遮光部幅の異なる回転ディスク２３の使用箇所を選択し、回転ディスク１３の透過率を設定することができる。
【００６９】
これによって、試料８の状況に合わせて適切なセクショニング効果と像の明るさを設定することが可能となり、より様々な種類の試料に対して適切な明るさのセクショニング像観察を行うことが可能となる。
【００７０】
また、回転ディスクパターンは従来例同様、単純なラインパターンであり、製作にかかる費用が増大することもなく、安価に作成することができる。
【００７１】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
この場合、本発明の回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図１２と同様なので、図１２を援用するものとする。
【００７２】
図１４は、本発明の第７の実施の形態の説明図である。なお、本実施の形態は、第６の実施の形態における回転ディスクのパターン変更であるので、パターン部分のみを記し、第６の実施の形態と同一の部分については、その説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態の回転ディスクは、図１４のように回転ディスクの直線状のパターン２４１において、図１０と同様に、回転ディスク２４が回転するときのＨ方向と直線状のパターンが平行になる部分に他の部分と直交するように直線パターン２４２を設けたものである。半径方向には、第６の実施の形態と同様に遮光部の幅が異なる３つの領域を設けてある。このような回転ディスクパターンを採ることで回転ディスクの回転に際し、回転方向（Ｈ方向）と、パターンの方向が平行になる位置での像明暗のムラを抑えている。回転ディスク透過率の変更は第６の実施の形態と同様に回転ディスク使用位置変更で設定可能であり、これにより試料の状況に合わせた像の明るさの変更を、視野内でのより均一な明るさを持って行うことができるようになる。
【００７４】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
【００７５】
この場合、本発明の回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図１２と同様なので、図１２を援用するものとする。
【００７６】
図１５Ａは回転ディスク２３の全体図、図１５Ｂは回転ディスク２５のパターン部の部分拡大図である。図１５Ａのように回転ディスク２５は、２つの領域２５１と領域２５２に分かれ、例えば、図１５Ｂのように領域２５１は、透光部２５１ａと遮光部２５１ｂのように、交互に直線状のパターンを配置している。
【００７７】
領域２５１（又は領域２５２）には透光部２５１ａ（又は２５２ａ）と、遮光部２５１ｂ（又は２５２ｂ）が交互に並んで配置されており、遮光部分２５１ｂ（又は２５２ｂ）のラインの幅は、透光部２５１ａ（又は２５２ａ）より広く、９：１になっている。
【００７８】
ここで、回転ディスク２５の内周側に配置された領域２５２を光路上（又は観察視野）に配置するには、モータ１６と接続したリニアガイド、ボールネジ、ラック＆ピニオン等を使った手動又は自動制御による移動ステージ１７によって、矢印方向に移動することができる。
【００７９】
透光部の幅Ｌは、ピンホールの場合と同じく、試料像が回転ディスクに投影される倍率をＭ、光の波長をλ、対物レンズの開口率をＮＡとして、（１）式が用いられ、例えば、図１５Ａの領域２５１において、対物レンズ７として倍率が１００倍、ＮＡ＝０．９を想定し、光路上に設置すると、通常使用されるλ＝５５０ｎｍを用いて計算すると、透光部２５１ａの幅Ｌは、３０〜６０μｍの範囲に設定される。
【００８０】
一方、領域２５２において、対物レンズ７の倍率２０倍、ＮＡ＝０．４を想定すると、同じ波長λで、領域２５２の透光部２５２ａの幅Ｌは、１３．７５〜２７．５μｍの範囲で設定される。
【００８１】
また、回転ディスク２５が回転していくと観察視野内での直線の方向が変化していくが、透光部２５１ａ（又は２５２ａ）と遮光部２５１ｂ（又は２５２ｂ）の直線状パターンのうち、観察視野内でパターンの方向が走査方向と平行になる部分に、透光部２５１ａ（又は２５２ａ）と遮光部２５１ｂ（又は２５２ｂ）の直線状のパターンと直交する方向に沿って、中心角度を数度程度にした２つの遮光領域２８１ａ、２３１ｂが設置されている。
【００８２】
ここで、図１５Ａの領域２５２を使って試料像を観察したい場合、図１２のように移動ステージ１７によって、矢印方向に移動させると、モータ１６に接続された回転ディスク２５の内周側に配置した領域２５２を、光路上（又は観察視野内）に配置できる。
【００８３】
また、観察視野内で透光部２５１ａ（又は２５２ａ）と遮光部２５１ｂ（又は２５２ｂ）の直線状パターンの方向が走査方向と平行になる部分に、図１５Ａ及び図１５Ｂのように２つの遮光領域２５ａ、２５ｂが配置され、この領域では、観察像ができないようにしたので観察像に明暗のムラが発生することを防止することができる。
【００８４】
以上のように、対物レンズの倍率や開口数に合わせた最適なパターンを、回転ディスク２５上の同心円状に配置した複数の領域から選択できることにより、回転ディスクを交換すること無しに、回転ディスク２５の移動のみで、試料８の良質な共焦点画像を得ることができる。
【００８５】
また、回転ディスクのパターンを単に直線状の透光部と遮光部を交互に並べる、という単純なパターンのため、観察像に明暗のムラが発生することがなくなる。さらに、Ｎｉｐｋｏｗ回転ディスクのように多数のピンホールを精度良く、複雑に配列する回転ディスクと異なり、ＥＢ描画装置でマスクパターンを作るときも、電子ビームを一方向にスキャンするだけなので精度良く、非常に安価に作製することができる。
【００８６】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
【００８７】
図１６は、本発明の第９の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、本実施の形態は、第８の実施の形態において回転ディスクのパターン変更であるので、パターン部分のみを記し、第８の実施の形態と同一の部分については、その説明を省略する。
【００８８】
第９の実施の形態についても、遮光部２６１ｂ（又は２６２ｂ）の幅寸法に対して、透光部２６１ａ（又は２６２ａ）の幅寸法は大きく、例えば、９：１に設定されている。さらに透光部２６１ａ（又は２６２ａ）の幅寸法Ｗは、上述した（１）式により決定されている。
【００８９】
本実施の形態の回転ディスク２６の透光部２６１ａと遮光部２６１ｂの直線状のパターンにおいて、回転ディスクが回転するとき、観察視野内で直線状のパターンが回転ディスク走査方向と平行になる部分が、透光部２６１ａと遮光部２６１ｂの直線状のパターンに対して直交方向に、直線パターンを配置した透光部２６３ａ、遮光部２６３ｂを有する２つの領域２６３を設けている。この２つの領域２６３は、回転ディスク中心に対称に配置している。左記２つの領域２６３は、各直線状パターンの回転ディスク周縁から長さ寸法を順に変えることで形成され、左記領域２６３の中心角度θは、明暗ムラをどの位小さくするか、遮光部２６１ｂと透光部２６１ａの幅寸法、観察視野が回転ディスク２６の回転中心からどの位の距離Ｒにあるかによって決定されている。例えば、２つの領域２６３において、透光部２６１ａが２０μｍ、遮光部２６１ｂが１８０μｍ、Ｒが３０ｍｍならば、明暗のムラを１％以下にするには、θが１０°程度となる。
【００９０】
また、低倍率の対物レンズ（かつＮＡが小さい対物レンズ）を利用する場合、透光部２６２ａの寸法幅は小さくなるので、例えば、回転中心に対して対称に配置した２つの領域３０６においては、透光部２６２ａを６μm、遮光部２６２ｂを５４μmとすると、中心角度θ２を図１１から、求めることができる。
【００９１】
第８の実施の形態と同様、回転ディスク２６の内周側の領域４を使って試料像を観察したい場合、図１２の如くモータ１６に接続された回転ディスク２６を矢印方向に移動することによって、回転ディスク２６を交換することなく、回転ディスク２６の移動だけで、違う倍率及び開口数の対物レンズ７に対応できる。
【００９２】
また、回転ディスクの観察視野内で、透光部２６１ａ（又は２６２ａ）と遮光部２６１ｂ（又は２６２ｂ）を交互に配置した直線状パターンのうち、回転ディスク走査方向と平行になる部分を、領域２６４ａと領域２６４ｂを形成することにより、明暗ムラの発生しないセクショニング画像が得られる。
【００９３】
さらに、本回転ディスクの円周方向の分割は４つとしているが、直線の方向は２つの方向しかないために、回転ディスクにパターンを作成するときも安価にできる。
【００９４】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
【００９５】
図１７は、本発明の第１０の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、本実施の形態は、第８の実施の形態において回転ディスクのパターン変更であるので、パターン部分のみを記し、第８の実施の形態と同一の部分については、その説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態の回転ディスク２７は図１７のように回転ディスクの直線状のパターンにおいて、回転ディスクが回転するとき観察視野内で直線状のパターンが回転ディスク走査方向と平行になる部分がなくなるように回転ディスク２７の円周方向に１２０°ずつ分割したものである。
【００９７】
また、低倍率の対物レンズ７にも対応できるよう、領域６に直線状のパターン透光部２７２ａ、遮光部２７２ｂが光路上に配置できるようになっている。
【００９８】
第８の実施の形態と同様に、回転ディスク２７の内周側の領域６を使って試料像を観察したい場合、図１２の如くモータ１６に接続された回転ディスク２７を矢印方向に移動することによって、回転ディスク２７を交換することなく、回転ディスク２７の移動だけで、違う倍率及び開口数の対物レンズ７に対応できる。
【００９９】
また、回転ディスク２７の観察視野内で、回転ディスク走査方向と平行になる部分の直線状パターンがないため、明暗ムラの発生しないセクショニング画像が得られる。さらに本実施の形態のパターンでは直線パターンしかないので、精度良く作製でき、パターンを作成するときも安価にできる。
【０１００】
（第１１の実施の形態）
図１８は本発明の第１１の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、本実施の形態は、第８の実施の形態において回転ディスクのパターン変更であるので、パターン部分のみを記し、第８の実施の形態と同一の部分については、その説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態の回転ディスクは図１８のように回転ディスク２８の透光部５０１ａ（又は５０２ａ）、遮光部２８１ｂ（又は２８２ｂ）の直線状のパターンに対して、回転ディスクの回転による走査方向と平行になる部分に、透光部２８１ａ（又は２８２ａ）、遮光部２８１ｂ（又は２８２ｂ）の直線状のパターンと直交する方向の透光部２８３ａ（又は２８４ａ）、２８３ｂ（又は２８４ｂ）の複数の直線状パターンで一定の幅Ｘ１（又はＸ２）を有する領域２８３（又は領域２８４）が設けられている。
【０１０２】
例えば、領域７で、透光部幅寸法６μｍ、遮光部の幅寸法５４μｍとし、回転ディスク２８中心からの距離をＲとして、明暗ムラを１％にした場合の角度θを計算した結果が図１１である。距離Ｒが大きくなるほどθは小さくなるが、図１８の幅Ｘ１は、Ｘ１＝Ｒ×ｓｉｎθであるから、ほとんど一定値になるため、観察視野内で明暗のムラを一定以下にできるので、良好な試料観察を行うことができる。
【０１０３】
同様に、領域８のＸ２の幅は、透光部２８２ａ及び遮光部２８２ｂに対する寸法幅の割合から、求めることができる。
【０１０４】
第８の実施の形態と同様、回転ディスク２８の内周側の領域８を使って試料像を観察したい場合、モータ１６に接続された回転ディスク２８を矢印方向に移動することによって、回転ディスク２８を交換することなく、回転ディスク２８の移動だけで、違う倍率及び開口数の対物レンズ７に対応できる。
【０１０５】
また、領域２８３のような直線状パターンを形成することにより、明暗ムラを発生しないセクショニング画像が得られる。さらに、パターンが単純な直線状パターンなので、精度良く回転ディスクを作製することができ、安価に作製できる。
【０１０６】
上記の各実施の形態では、いずれも直線パターンの異なる方向を互いに直角に配置した例を示したが、必ずしも９０°である必要は無い。回転ディスクの回転方向となす角が前記明暗むらを計算した角度であるθより大きければ何度でも良い。
【０１０７】
（第１２の実施の形態）
次に、本発明の第１２の実施の形態について説明する。
【０１０８】
この場合、本発明の回転ディスクが適用される共焦点顕微鏡については、図１２と同様なので、図１２を援用するものとする。また、本実施の形態の形態に説明するディスクパターンは図１８と同様であるので、図示および説明を省略する。
【０１０９】
図１９は、図１８における回転ディスク２８のパターン部の部分拡大図である。
【０１１０】
ここで、回転ディスクのパターンについて詳細に説明する。観察視野内で透光部２８１ａ（又は２８２ａ）と遮光部２８１ｂ（又は２８２ｂ）の直線状パターンの方向が走査方向と平行になる部分に、図１８のように２つのパターンが他の部分と直交する異方向領域を設けている。この異方向領域の幅Ｘ１、Ｘ２によって、明暗の縞がどの程度小さくなるかを決めることができる。回転ディスク上のある半径での明暗の縞を考える。図２０のように、計算の便宜上パターンが直行する部分を扇型にしその中心からの半角をθとする。
【０１１１】
透光部の幅をＬ、透光部と遮光部の幅をＷとすると、回転ディスクを半回転させたときのｒ＝Ｒから、ｒ＝Ｒ＋Ｗの範囲での反射光の明るさの最大値と最小値の比が明暗比である。
【０１１２】
回転ディスクの回転角をφとする、スリットの方向はφ＝０の方向とし、ただし、φ＝―θ〜θの範囲はスリットの方向が９０°異なっているとする。
【０１１３】
スリットをサンプルに投影して、反射し再び回転ディスク戻ってきたときの回転ディスクへ投影されるスリット像は、対物のＮＡの影響により矩形にはならない。近似的に、Ｌで０点を持つ、ｓｉｎｃ関数と仮定する。回転ディスクの回転各がφの時、反射光が回転ディスクを透過する光量Ｖ（ｒ，φ）は、
【数１】
0004334801.tif 000002
ただし、ｉｎｔ（ｘ）はｘの整数部分を表す関数とする。
【０１１４】
したがって、中心からの距離がｒの位置の光量Ｓ（ｒ）は、Ｖを半回転分積分して、
【数２】
0004334801.tif 000003
（６）式の計算は、φを−π／２〜π／２積分しているが、実際は回転ディスクは、ｘ軸ｙ軸に対して対称なので、１／４回転のφ＝０〜π／２の範囲で十分である。これをｒ＝ＲからＲ＋Ｗまで計算し、その最大値と最小値の比が、スリットが垂直の部分がθの角度のときの明暗比になる。明暗比をＩｒａｔｉｏ（θ）とすれば、
【数３】
0004334801.tif 000004
これをθ＝０〜π／４（４５°）の範囲でどう変化するかを求めθを何度にすれば良いかの判断のため、それぞれのスリット幅、中心からの距離Ｒについての明暗比のθによる変化を計算した。角度θを、異方向領域の幅Ｘに直すと、
Ｘ＝Ｒｓｉｎθ      （８）
となる。図２１は上式によって計算した明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係である。透光部のスリット幅Ｌ＝３０μｍ、Ｗ＝３００μｍでＲ＝２５ｍｍとＲ＝４０ｍｍの位置の明暗比である。図２１から、Ｒ＝２５ｍｍ、４０ｍｍでもカーブが一致していることがわかる。つまり、明暗比の変化は、ＬとＷが同じならばＲに関係なく、異方向領域の幅Ｘによって決まる。また、Ｘが大きくなるほど明暗比は小さくなるが、一定値を越えるとほとんど変化しなくなる。図２１の場合はＸ＝１５ｍｍ付近である。
【０１１５】
従って、図１９の２３２で透光部２５１ａのスリット幅Ｌを３０μｍ、Ｗを３００μｍとすると、Ｘ２＝１０ｍｍ程度にすればよい。
【０１１６】
次に、もっとＬ、Ｗとも大きいときを考える。Ｌ＝６０μｍ、Ｗ＝６００μｍのときの明暗比の計算結果が図２２である。図２２をみると、Ｌが大きくなっているので、Ｘが２０ｍｍ付近で凸凹が目立つが、２０〜２５付近で明暗比がほとんど変化しなくなっている。これは、図２１と比較してほぼ倍の位置になる。すなわち、Ｌ：Ｗが変化しなければ、Ｗが２倍になったときは、Ｘの値を倍にすればよいことがわかる。図１９の２３１では、Ｌ＝６０μｍ、Ｗ＝６００μｍとするならばＸ１＝２０ｍｍ程度にする。
【０１１７】
以上のことから、透光部のスリット幅Ｌ、透光部と遮光部の周期幅Ｌ、異方向領域の幅Ｘの間には、「デューティー比Ｌ／Ｗが一定ならばＸはＷに比例する。」という法則があることがわかる。
【０１１８】
ただし、回転ディスクの中心からの距離Ｒによって、Ｘには大きさの上限がある。図２０で考えると角度θは４５°以上にすると今度は、直交する方向のパターンの領域が狭くなってしまうことがわかる。つまり、Ｘの最大値は
【数４】
0004334801.tif 000005
である。ＸはＷに比例するので、Ｌ：Ｗが一定で、複数の対物レンズに対応させるような、パターンにするときは、図１８のように透光部のスリット幅Ｌが大きいほうを円の外側に配置しなければならない。
【０１１９】
今回の回転ディスクでは図１８のように内側と外側２つのバンドで異なるスリット幅にするので、内側に小さいスリット幅、外側に大きなスリット幅を配置すればよいことになる。
【０１２０】
以上のように、対物レンズの倍率や開口数に合わせたパターンを、回転ディスク２８上に同心円状に配置した複数の領域から選択できることするとともに、各領域に設けた明暗の縞を防止するためのパターンが直交する異方向領域の幅Ｘを、パターンの周期Ｗによって、適切に決定できるようにしたことで、領域を切り替えて観察しても、良質の共焦点画像の観察ができるようになった。さらに、透光部のスリット幅Ｌとその周期Ｗが一定ならば、前記異方向領域の幅ＸがＷに比例するように設計すればいいのでこれまでのように、試作してパターンの異方向領域を決定せずにすみ、時間、費用も削減できる。
【０１２１】
（第１３の実施の形態）
図２３Ａ及び図２３Ｂは本発明の第１３の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、本実施の形態は、第１１の実施の形態において回転ディスクのパターン変更であるので、パターン部分のみを記し、第１１の実施の形態と同一の部分については、その説明を省略する。
【０１２２】
本実施の形態の回転ディスクは図２３Ａのように回転ディスク２９で同心円上に２つの領域に分け、図２３Ｂのように、外側の領域２９１、２９３と内側の領域２９２，２９４の透光部のスリット幅Ｌは同じで、外側の透光部と遮光部の周期Ｗ１と内側の周期Ｗ２を異なった幅にしたものである。外側には異方向領域６０３が設けられており幅は２Ｘ１に、内側には異方向領域６０４が設けられておりその幅は２Ｘ２であり、この部分のパターンは他の部分に対して直交している。
【０１２３】
本実施の形態によれば、回転ディスク２９の内周側の領域８を使って試料像を観察したい場合、モータ１６に接続された回転ディスク２９を矢印方向に移動することによって、回転ディスク２９を交換することなく、回転ディスク２９の移動だけで、違うパターンを選ぶことができる。第１４の実施の形態と異なりスリットの幅は内側外側で同じ数値であり、その周期が異なっている。
【０１２４】
サンプルを観察しているとき、共焦点効果を減らしてＺ分解能は下げても、もっと明るさがほしいときがある。共焦点効果（Ｚ分解能）はＷ／Ｌが大きいほど良くなることが知られているので、上記のような場合、本実施の形態のように内側と外側でＬとＷの比を変えておけば、上記の切換を行うことで簡単に明るさ、共焦点効果を変えた観察ができるようになる。
【０１２５】
本実施の形態ではスリット幅Ｌは同じで、周期Ｗのみが２つの領域２９１、２９２で異なっている、このような場合の異方向領域の幅Ｘの関係を示す。
【０１２６】
透光部のスリット幅をＬ＝３０μｍ、その周期をＷ１＝１５０μｍとする。第１１の実施の形態と同じく、明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係を計算したのが図２４である。図２４から、Ｘ＝５ｍｍを超えたあたりで明暗比の変化が小さくなることがわかる。これは、Ｌは同じでＷ＝３００μｍとＷが２倍である図２１と比較すると、Ｘが２倍の位置で明暗比がほぼ一定値になることになる。これを確かめるためにＬ＝３０μｍとおなじでＷ＝１２００μｍとＷを極端に大きくしたときの明暗比の計算結果が図２５である。ここでは、Ｘ＝４０〜６０ｍｍ付近で明暗比の変化が非常に小さくなり、予想通り図２１のＷ＝３００μｍと比較して４倍の数値のＸであることがわかる。
【０１２７】
まとめると、「‘Ｌ／Ｗに無関係に、明暗比を一定以下にするような異方向領域の幅Ｘはパターンの周期Ｗに比例する」。
また、第１１の実施の形態と同じく、回転ディスクの中心からの距離ＲとＸの間には（９）式の関係があるので、Ｗの大きいパターンを外側にしなければならない。すなわち、「複数のパターンを回転ディスクに配置するときは、パターンの周期Ｗに比例して回転ディスクからの距離Ｒを大きくすることが望ましいが、できないときはＷの大きいものほど外側に配置する」。
従って、本実施の形態の場合は、例えば、
内側：Ｌ＝３０μｍ、Ｗ＝１５０μｍ
外側：Ｌ＝３０μｍ、Ｗ＝３００μｍ
にすればよい。
【０１２８】
以上のように、透光部のスリット幅Ｌは同じで周期Ｗの異なったパターンを、回転ディスク２９上に同心円状に配置した複数の領域から選択できることすることで、回転ディスクを交換することなしに、共焦点効果と明るさを変えた画像観察が容易にできると共に、各領域に設けた明暗の縞を防止するためのパターンが直交する異方向領域の幅Ｘを、パターンの周期Ｗによって、適切に決定できるようにしたことで、領域を切り替えて観察しても、良質の共焦点画像の観察ができるようになった。さらに、透光部のスリット幅Ｌとその周期Ｗが一定ならば、前記異方向領域の幅ＸがＷに比例するように設計すればいいのでこれまでのように、試作してパターンの異方向領域を決定せずにすみ、時間、費用も削減できる。
【０１２９】
本実施の形態では、回転ディスク２９の内周側と外周側で２つの領域を設けて提案したが、観察視野内に該領域が入れば、各対物レンズ７に対応したパターン領域、または、Ｚ分解能の異なるパターン領域を同心状に３つ以上、回転ディスク２９に設けても良い。
【０１３０】
（第１４の実施の形態）
次に、本発明の第１４の実施の形態について説明する。
【０１３１】
図２６は、第１４の実施の形態に係る共焦点顕微鏡に適用した概略構成を示すもので、図４と同一部分には、同符号を付している。図１２の構成では、図４の構成にモータ１６を明示した構成を示し、回転ディスクが光軸に対して所定の角度θ傾けて構成されている。その他の構成は図４と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【０１３２】
回転ディスク１３は、図２６に示したように、光軸に垂直な面に対して角度θだけ傾けておかれており、回転軸１２を介してモータ１６に連結され、一定の回転速度で回転するようになっている。なお、回転ディスク１３のパターンは、上記の各実施の形態のいずれの回転ディスクも使用可能であるので、パターンについての説明及び図示は省略する。
【０１３３】
図２６の構成において、試料８から反射された光は、対物レンズ７を通り、１／４波長板６で、入射時とは直交した直線偏光となり、第１の結像レンズ５を介して回転ディスク１３上に試料８の像を結像する。結像された像のうち、焦点の合っている成分の大部分は、回転ディスク１３上の透光部分を通過するが、焦点が合っていない場合は通過できない。焦点が合っていない成分の光は遮光部でかなりの部分は吸収されるが１部は反射される。また、透光部分も透過率は１００％ではないので、１部の光は反射する。回転ディスク１３上の透光部分を通過した成分は、さらにＰＢＳ３を透過して第２の結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１２に試料像の内で合焦の成分が結像される。一方、反射した光は、再び第１の結像レンズ５、対物レンズ７をとおり試料で反射される等で回転ディスク１３の透光部を透過すると、像のコントラストをおとすフレアになることが考えられる。
【０１３４】
図２７は回転ディスクと第１の接眼レンズの部分を拡大したものである。
【０１３５】
回転ディスク１３は、光軸に垂直な面から角度θだけ傾いており、回転ディスク１３上に投影される試料像の倍率をＭ、観察視野の回転ディスク１３上での直径をＲとする。対物レンズ７の開口数をＮＡとする。はじめに、視野の中央の光軸上に投影される像を考える。回転ディスク上のこの点の最大入射角ψのｓｉｎは対物レンズのＮＡを倍率Ｍで割ったものになるため、角度は小さいと考えると、
ψ＝ＮＡ／Ｍ
回転ディスクは光軸に垂直な面からθ傾いているので、上記の最大入射角ψの光は回転ディスクに垂直な軸に対して、
θ±φ＝θ±ＮＡ／Ｍ
で入射する。この光の一部が反射したときに、接眼レンズに入射しないためには、
ＮＡ／Ｍ＜θ±ＮＡ／Ｍ  …（５）
すべての符号は正なので結局
θ＞２ＮＡ／Ｍ  …（６）
ならば良いことになる。
【０１３６】
以上は視野の中心の点についての議論であるが、回転ディスクに対する試料からの光の角度が最も大きくなるのは図２７の右側の線のように観察視野の端の点である。この場合は、（５）に対して、光軸と観察視野の端の点をとおる主光線とのなす角度φを加えなければならない。最終的に、試料からの光が回転ディスク１３で反射したときに再び第１の接眼レンズ７に入射しないための回転ディスクの傾きθの条件は
θ＞φ＋２ＮＡ／Ｍ  …（２）
になる。これらは、試料からの光の場合しか考えておらず、光源からの光が回転ディスクで反射する場合のフレアのことは述べていない。一般の顕微鏡は、観察視野が一様な明るさで照明され、対物レンズのＮＡを満たすように光源からの光が入射するように設計される。これは、試料からの光が回転ディスクの視野内で一様な明るさで、ＮＡを満たすように結像されるのとまったく同じ条件であるため、光源からの光に対しても（２）式がそのまま成り立つことになる。
【０１３７】
（２）式によれば、θは大きいほど良いことになるが、試料の合焦面と回転ディスクの面が傾いていると試料の異なった高さに焦点が合ってしまうことになるので、回転ディスクに投影される観察視野内で、焦点深度以内に入っている必要がある。試料面の焦点深度ｚｄは対物レンズのＮＡと波長λによって近似的に以下の式になる。
【数５】
0004334801.tif 000006
回転ディスクに投影された試料像の焦点深度ｚ‘ｄは、Ｍ２倍になるので
【数６】
0004334801.tif 000007
となる。角度θ傾いている回転ディスク１３に投影される試料像の観察視野内では、（７）式の焦点深度の範囲に入っている必要がある。回転ディスク１３上での観察領域の直径（視野数）をＲとすると求めるθの条件は、
【数７】
0004334801.tif 000008
θは小さく、また定数もほぼ１とおいて近似すると、
【数８】
0004334801.tif 000009
という条件を満たせばよいことになる。
【０１３８】
一例として、対物レンズ７がＭ＝５０［倍］、ＮＡ＝０．９、視野数Ｒ＝１１［ｍｍ］の場合を考えてみる。光の波長はλ＝０．５５［μｍ］とする。第１の接眼レンズの焦点距離をＬとし、Ｌ＝１８０［ｍｍ］としたときのφは、
【数９】
0004334801.tif 000010
であるから、これと（２）式より
θ＞０．０６７［ｒａｄ］＝３．８°
であり、また、（３）式より、
θ＜０．１５４［ｒａｄ］＝８．８°
なので、３．８°＜θ＜８．８°の範囲にθを設定すればよいことになる。
【０１３９】
以上のように、対物レンズの倍率や開口数、視野数に合わせたて、回転ディスク１３の傾き角度θを決めることで、焦点の傾きや、フレアの除去された共焦点画像を得ることができる。
【０１４０】
（第１５の実施の形態）
図２８は本発明の第１５の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、第１４の実施の形態と同一の部分について同一の記号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
回転ディスク１３は、回転軸１２を介してモータ１６に連結され、一定の回転速度で回転するようになっており、回転ディスク面は光軸に垂直な面に対してθ傾いている。なお、回転ディスク１３としては、例えば、第６の実施の形態以降の回転ディスクが適用可能である。また、モータ１６はリニアガイド、ボールネジ、ラック＆ピニオン等を使った手動又は自動制御による移動ステージ１７によって、角度θを保ったまま、矢印方向に移動することができる。
【０１４２】
本実施の形態の作用について、説明する。なお、回転ディスクは、図１８に示すディスク２８を使用するものとする。
【０１４３】
対物レンズ７に１００倍、ＮＡ＝０．９５を使う場合は、まずモータ１６と接続した移動ステージ１７により、光路上に回転ディスク１３の領域２８１、２８３がくるようにし、回転ディスクを回転させる。光源からの光により、撮像されるまでの作用は第１４の実施の形態と同じである。次に対物レンズを３０倍、ＮＡ＝０．５に交換したときは、回転ディスク２８の内周側に配置された領域２８２、２８３を光路上（又は観察視野）に配置するために、モータ１６と接続した移動ステージ１７によって、矢印方向に移動する。
【０１４４】
このときの回転ディスクの傾きについて考えてみる。視野数、第１の接眼レンズの焦点距離、光の波長は第１４の実施の形態と同じである。
【０１４５】
対物レンズが１００倍、ＮＡ＝０．９５のときは（２）式と（３）式より、
２．８°＜θ＜３１．７°
対物レンズが２０倍、ＮＡ＝０．４のときは（２）式と（３）式より、
４．０°＜θ＜７．２°
である。従って、２０倍の対物レンズの条件のみを満たすように傾きθを決定すればよい。
【０１４６】
このように複数のパターンを持っている場合も、各パターンで使うレンズの特性から、回転ディスクの傾きの条件に設定する、対物レンズを交換してもコントラストの良いセクショニング画像を観察可能となる。
【０１４７】
本実施の形態では、回転ディスク１３の内周側と外周側で２つの領域を設けているが、観察視野内に該領域が入れば、各対物レンズに対応したパターン領域を同心状に３つ以上、回転ディスク１３に設けても良い。
【０１４８】
また、以上の実施の形態では（２）と（３）式を同時に満たす例を示したが、必ずしも同時に成り立つとは限らない。例えば、２０倍、ＮＡ＝０．４の対物レンズを使ったとしても、観察視野が広い場合、例えば視野数Ｒ＝２５のような場合は、他の条件が同じでも（２）式は、
θ＞６．３°  …（２）‘
（３）式の条件では、
θ＜３．２°  …（３）‘
となって（２）’と（３）’を同時に満たすことはできなくなる。このような場合は、焦点深度に入る条件（３）’のみを満たすように設定し、フレア低減の条件（２）’は考慮せず、フレアは、偏光用の光学系を偏光率を良いものにすることや、光学系の反射防止コートの向上のような別の手段で低減するようにする。
【０１４９】
（第１６の実施の形態）
次に、本発明の第１６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１〜第１３の実施の形態とは異なり、回転ディスクに替えて、マイクロミラーを使用した場合の実施の形態である。
【０１５０】
図２９は本発明の第１６の実施の形態の構成を表す説明図である。なお、図４と同一の部分について同一の記号を付し、その説明を省略する。
【０１５１】
本発明に適用されるマイクロミラーアレー３２は図３０Ａのように、１つが数μｍ〜数十μｍのミラーが２次元に多数並んでおり、個々のミラーは図３０Ｂのように２本のバーで支えられている。個々のミラーはそれぞれ別の電極が取り付けられており、電極に加える電圧により図３０Ｃのように、正面を向いた状態（２）とそれぞれ逆に傾いた状態（１）、（３）の３つの状態を切り替えることができる。
【０１５２】
光源１から出射された光は、光学レンズ２を通って、偏光板１５である偏光のみの直線偏光となり、ＰＢＳ３に入射する。ＰＢＳ３は、偏光板を透過してきた方向の偏光は反射し、それに垂直な方向の偏光は透過するようになっている。ＰＢＳ３で反射された光は、第１のミラー３１で反射して、マイクロミラーアレー３２に４５°の角度で入射する。マイクロミラーアレー３２では、図３０Ｃの（２）の正面を向いた状態のマイクロミラーアレー３２に入射した光は第２のミラー３３の方向に反射され、図３０Ｃの（１）または（３）の方向の状態のマイクロミラーに入射した光は他の方向に向かう。第２のミラー３３の方向に進んだ光は第２のミラー３３で第１の結像レンズ５の方向に反射されて、第１の結像レンズ５を通り、１／４波長板６で円偏光となって、対物レンズ７によって結像され、試料８に入射される。
【０１５３】
試料８から反射された光は、対物レンズ７を通り、１／４波長板６で、入射時とは直交した直線偏光となり、第１の結像レンズ５を介して第１のミラー７でマイクロミラーアレー３２の方向に反射さミラーアレー上に試料の像を結像する。先ほどと同様に、マイクロミラーアレー３２では、図３０Ｃの（２）の正面を向いた状態のマイクロミラーに入射した光は第１のミラー３１の方向に反射され、図３０Ｃの（１）または（３）の方向の状態のマイクロミラーに入射した光は他の方向に向かう。このとき、焦点が合っている像は、マイクロミラーの図３０Ｃの（２）の正面に向いている部分に結像され、非合焦部分は他のマイクロミラーに結像されるので焦点の合っている部分のみが、第１のミラー３１の方向に進むことになる。
【０１５４】
合焦成分は第１のミラー３１反射されて、ＰＢＳ３を透過して第２結像レンズ１２を介してＣＣＤカメラ１３に試料像が結像される。
【０１５５】
実際に撮像するときの動作について説明する。
【０１５６】
マイクロミラーアレー３２の個々のミラーの大きさを１０μｍ×１０μｍとする。一例として、対物レンズ７が１０倍でＮＡ＝０．３とする。このときの適切なスリット幅は（１）式より、マイクロミラーアレー３２の位置で、１０μｍ程度である。各スリットの周期は５０μｍとする。
【０１５７】
撮像をするときは、まず、コンピュータ３４からドライバ３５に指令を送り、マイクロミラーアレー３２が図３１Ａのように、各ミラーの方向を向けるようにする。図３１Ａ及び図３１Ｂにおいて、白い部分は図３０Ｃの（２）のように正面を向いたミラーであり、黒い部分は図３０Ｃの（３）のように傾いており、第２のミラー３３の方向を向いている。すでに説明したように、マイクロミラーが正面を向いている場合のみ照明光が試料に照射されるので、試料には、スリット光が並んだ像が投影される。この状態で、コンピュータ３４でＣＣＤカメラ１０の露出を開始するように、ＣＣＤカメラ１０のシャッターを開く指令を送る。
【０１５８】
シャッターが開いた露出中に、マイクロミラーのパターンを以下のように動かす。
【０１５９】
まず、図３１Ａの状態から、図３１ＡのＹの方向にスリット光が１ライン分動くように、すなわちマイクロミラーアレーのパターンが図３１Ｂになるように、コンピュータ３４からドライバ３５に指令を送る。これを、あと３回繰り返せば、サンプルが一様に走査されたことになるが、このままでは、スリット走査と同じで、Ｘ方向の分解能がＹ方向の分解能よりも悪いことになり、異方性が生じる。これをなくすように、引き続き、図３２ＡのようにＸに対して４５°傾けたパターンを同じようにして、図３２ＡのＳの方向に動かすことで走査する。さらに、図３２Ｂのように９０°、図３２Ｃのように１３５°のパターンにも同じように走査を行った後、ＣＣＤカメラ１０のシャッターを閉じて露出を終了し、撮像された画像をコンピュータ３４に転送してモニタ１１に画像を表示する。以上の動作で異方性の少ない共焦点画像が得られる。
【０１６０】
次に、対物レンズを交換したときを考える。対物レンズが５０倍でＮＡ＝０．８になったときの、スリット幅は（１）式より、約２０μｍであるので、１本のスリットはマイクロミラー２ライン分になり、スリット間隔を１０倍の対物レンズの時と同じスリット幅との比（デューティー比１：５）になるように１００μｍにするには、図３２Ｄのようなパターンにすればよいことになる。そして、前述と同じようにパターンの方向を変えて動かせば、共焦点画像を得ることができる。図では簡単のため１２×１２個のマイクロミラーアレーで説明しているが、実際には５００×５００個以上のミラーが並んでいるので、もっとスリット幅が大きいとき例えば１００倍でＮＡ＝０．９のような対物レンズのスリット幅は４０μｍ程度でも、同様に共焦点画像を得ることができる。
【０１６１】
この実施の形態では、角度を４５°づつ変化させているが、この角度に限定する必要は無い。９０°あるいは３０°でも５°でも良い。角度が小さいほど、分解能が方向によって異なる異方性は小さくなるが、１画面に時間がかかる。また、スリットの幅とスリット間隔の比を１：５にしているが、この数値も明るさや、Ｚ方向の分解能を変えるために、どのような値にも設定しても良いことはもちろんである。
【０１６２】
（第１７の実施の形態）
図３３は、本発明を蛍光共焦点顕微鏡に適用した概略構成を示すもので、図１２と同一部分には、同符号を付している。
【０１６３】
この場合、水銀光源等の光源１から出射される光の光路上にコンデンサレンズ２、励起フィルタ３６、ダイクロイックミラー３７が配置され、ダイクロイックミラー３７の反射光路上には回転ディスク１３、第１の結像レンズ５、対物レンズ７を介して試料８が配置されている。また、試料８から発せられた光のＰＢＳ３７の透過光路上には、吸収フィルタ３８、第２の結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０が配置されている。このＣＣＤカメラ１０の画像出力端子にはモニタ１１が接続され、ＣＣＤカメラ１０で撮像された画像を表示する。
【０１６４】
ここで、回転ディスク１３は、図５Ａ及び図５Ｂで述べたのと同様に、光を透過する直線状に形成された透光部１３ａと光を遮蔽する直線状に形成された遮光部１３ｂのそれぞれのパターンを交互に並べて配置されるとともに、直線状の遮光部１３ｂの幅寸法は、直線状の透光部１３ａの幅寸法より大きく、例えば１：９に設定されている。
【０１６５】
励起フィルタ３６は、図３４に示すように蛍光の波長ａより短い波長帯域で透過率が最大になるような透過特性を有し、光源１からの光のうち、蛍光を励起する所定波長の光を選択して透過し、その他の波長の光は遮断するようにしている。ダイクロイックミラー３７は、図３５Ａに示すように蛍光の波長ａより短い波長帯域で反射率が最大になるような反射特性を有し、励起フィルタ３６を透過した波長の光は反射するとともに、図３５Ａ及び図３５Ｂに示すように蛍光の波長ａを含む波長領域で透過率が最大になるような透過特性を有し、試料８から発せられる蛍光の波長を透過するようにしている。そして、吸収フィルタ３８は、図３５Ｂに示すのと同様に蛍光の波長ａを含む波長領域で透過率が最大になるような透過特性を有し、励起フィルタ３６を透過した励起波長を遮断し、蛍光の波長を透過するようにしている。
【０１６６】
なお、これら励起フィルタ３６、ダイクロイックミラー３７および吸収フィルタ３８の波長特性は、使用する蛍光色素により異なるが、例えば、ＦＩＴＣを観察する場合は、最大励起波長が４９０ｎｍ、最大蛍光波長が５２０ｎｍであるから、励起フィルタ３６を透過する波長およびダイクロイックミラー３７を反射する波長は、４６０〜４９０ｎｍのものが用いられ、ダイクロイックミラー３７と吸収フィルタ３８を透過する波長は、５１０ｎｍが用いられる。
【０１６７】
このような構成において、光源１から出射された光は、コンデンサレンズ２を通り、励起フィルタ３６で、蛍光を励起する波長の光が選択されダイクロイックミラー３７に入射される。ダイクロイックミラー３７は、励起フィルタ３６を透過した波長の光を反射し、ダイクロイックミラー３７で反射した光は、一定の速度で回転する回転ディスク１３に入射される。
【０１６８】
そして、この回転ディスク１３の直線状の透光部１３ａを透過した光は、第１の結像レンズ５を通り、対物レンズ７によって結像され、試料８に入射される。この入射される光により、試料８より蛍光が発生する。
【０１６９】
試料８から発せられた蛍光と反射光は、対物レンズ７を通り、第１の結像レンズ５を介して回転ディスク１３上に試料像を結像される。
【０１７０】
この場合、試料８の焦点が合っている部分は、回転ディスク１３上に投影されたラインと試料像が乗算された形でライン状に投影されるので、回転ディスク１３の透光部１３ａを通過できるが、非合焦部分は回転ディスク１３に投影される像もボケているので、非合焦像の大部分は回転ディスク１３を透過できない。このままでは、単に試料像にパターン像が重なっただけであるが、回転ディスク１３を回転させて行くと、パターン像が試料像上で方向を変えながら移動（走査）されていくので、これらは平均化されライン像は消えて焦点の合った像のみが得られる。
【０１７１】
そして、回転ディスク１３の透光部１３ａを通過した蛍光と反射光は、ダイクロイックミラー３７に入射するが、ダイクロイックミラー３７では、蛍光の波長のみが透過する。さらに、吸収フィルタ３８でも蛍光波長の光を透過するので、蛍光のみが、第２結像レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０に試料蛍光像として結像され、モニタ１１により観察することができる。
【０１７２】
従って、このようにしても、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待することができる。
【０１７３】
なお、この第１７の実施の形態に用いられる回転ディスクは、一例であって、上記の各実施の形態で説明した回転ディスクにも適用することもできる。
【０１７４】
本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【０１７５】
例えば、上述した各実施の形態のうち、第４および第５の実施の形態では、いずれも透光部と遮光部の直線状パターンと直交する方向に、他の透光部と遮光部の直線状パターンの領域を形成するようにしているが、これら必ずしも直交する方向である必要はない。
【０１７６】
また、上述した実施の形態では、ＣＣＤカメラ１０による撮像された画像をモニタ１１に表示するようにしたが、ＣＣＤカメラ１０の代わりに目視観察することもできる。また、第２の結像レンズ９の手前にハーフミラーを置き、分割光路上に接眼レンズをおいて、目視とＣＣＤの両方の観察を可能としてもよいし、ミラーを全反射とし、着脱式にして両者を切り替える方式としてもよい。
【０１７７】
さらに、上述した実施の形態では、直線状の透光部の幅と遮光部の幅の比を１：９にしているが、この比はもっと小さくても大きくてもよく、例えば、１：３程度にすると、像は明るくなるが、非合焦成分が多くなる。また、１：５０や１：１００になると非合焦成分がほとんど無くなり、焦点の合った像のみのセクショニング画像が得られる。
【０１７８】
更に、本実施の形態では、回転ディスクの内周側と外周側で２つの領域を設けた実施の形態を示したが、図示しないレボルバに、異なる倍率及び開口数の対物レンズ７を接続して観察する場合があるので、観察視野内に該領域が入れば、回転ディスクに各対物レンズ７に対応したパターン領域を同心状に３つ以上設けても良い。
【０１７９】
さらに、上述した実施の形態では、触れていないが、試料８をＺステージに載置して、試料８と対物レンズ７の間の距離を変化させながら画像を取り込めば、３次元観察をすることも可能である。
【０１８０】
以上述べたように、本発明によれば、観察像の明暗のムラを発生することなく、良好な画像を安定して観察できるセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材およびそれを用いたセクショニング像観察装置を提供できる。
【０１８１】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、光を利用して試料の微小構造や３次元の形状を観察・測定するセクショニング像観察装置に適用されるパターン形成部材およびそれを用いたセクショニング像観察装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の共焦点顕微鏡の一例の概略構成を示す図。
【図２】  従来の共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図３Ａ】  従来の共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図３Ｂ】  従来の共焦点顕微鏡に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図４】  本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図５Ａ】  第１の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図５Ｂ】  第１の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図６Ａ】  第１の実施の形態を説明するための図。
【図６Ｂ】  第１の実施の形態を説明するための図。
【図７】  本発明の第２の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図８】  本発明の第３の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図９】  本発明の第４の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図１０】  本発明の第５の実施の形態に用いられる回転ディスクの概略構成を示す図。
【図１１】  第５の実施の形態を説明するための図。
【図１２】  第６の実施の形態に係る共焦点顕微鏡に適用した概略構成を示す図。
【図１３Ａ】  第６の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１３Ｂ】  第６の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１４】  本発明の第７の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１５Ａ】  本発明の第８の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１５Ｂ】  本発明の第８の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１６】  本発明の第９の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１７】  本発明の第１０の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１８】  本発明の第１１の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図１９】  図１８における回転ディスク２８のパターン部の部分拡大図。
【図２０】  本発明の第１２の実施の形態の説明図。
【図２１】  明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係を示す図。
【図２２】  明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係を示す図。
【図２３Ａ】  本発明の第１３の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図２３Ｂ】  本発明の第１３の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図２４】  明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係を計算した結果を示す図。
【図２５】  明暗比と異方向領域の幅Ｘの関係を計算した結果を示す図。
【図２６】  本発明の第１４の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図２７】  回転ディスクと第１の接眼レンズの部分を拡大した図。
【図２８】  本発明の第１５の実施の形態における回転ディスクを示す図。
【図２９】  本発明の第１６の実施の形態の構成を表す説明図。
【図３０Ａ】  マイクロミラーアレーの構成を示す図。
【図３０Ｂ】  マイクロミラーアレーの構成を示す図。
【図３０Ｃ】  マイクロミラーアレーの構成を示す図。
【図３１Ａ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３１Ｂ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３２Ａ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３２Ｂ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３２Ｃ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３２Ｄ】  マイクロミラーアレーで作成したパターン例を示す図。
【図３３】  本発明の第１７の実施の形態の概略構成を示す図。
【図３４】  第１７の実施の形態に用いられる励起フィルタの透過特性を示す図。
【図３５Ａ】  第１７の実施の形態に用いられるＰＢＳおよび吸収フィルタの反射・透過特性を示す図。
【図３５Ｂ】  第１７の実施の形態に用いられるＰＢＳおよび吸収フィルタの反射・透過特性を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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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２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３２Ｄ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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