(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024142508
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】ディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡
(51)【国際特許分類】
G02B 21/06 20060101AFI20241003BHJP
G01N 21/17 20060101ALI20241003BHJP
G01N 21/64 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
G02B21/06
G01N21/17 A
G01N21/64 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023054666
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100181124
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 壮男
(72)【発明者】
【氏名】景 虹之
(72)【発明者】
【氏名】小石原 奈央
(72)【発明者】
【氏名】安藤 直樹
(72)【発明者】
【氏名】東 拓哉
【テーマコード（参考）】
2G043
2G059
2H052
【Ｆターム（参考）】
2G043AA03
2G043BA16
2G043DA06
2G043EA01
2G043EA14
2G043HA01
2G043HA02
2G043HA07
2G043HA09
2G043KA09
2G043LA03
2G059AA05
2G059BB14
2G059DD13
2G059FF03
2G059GG01
2G059JJ03
2G059JJ11
2G059JJ13
2G059JJ19
2G059JJ20
2G059JJ22
2G059KK04
2G059LL01
2H052AA08
2H052AC15
2H052AC34
2H052AF14
(57)【要約】
【課題】従来よりも少ない部品点数で、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】共焦点顕微鏡１のディスクユニット２４は、インナーゾーンＺ１１とアウターゾーンＺ１２とを有するマイクロレンズアレイディスク２４ａと、インナーゾーンＺ２１とアウターゾーンＺ２２とを有し、マイクロレンズアレイディスク２４ａとともに回転するピンホールアレイディスク２４ｂとを備え、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１及びアウターゾーンＺ１２にはマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２がそれぞれ設けられ、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１には反射ミラーＲＭが設けられ、アウターゾーンＺ２２にはマイクロレンズＭＬ２に対応する複数のピンホールＰＨが設けられている。
【選択図】図１
【解決手段】共焦点顕微鏡１のディスクユニット２４は、インナーゾーンＺ１１とアウターゾーンＺ１２とを有するマイクロレンズアレイディスク２４ａと、インナーゾーンＺ２１とアウターゾーンＺ２２とを有し、マイクロレンズアレイディスク２４ａとともに回転するピンホールアレイディスク２４ｂとを備え、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１及びアウターゾーンＺ１２にはマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２がそれぞれ設けられ、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１には反射ミラーＲＭが設けられ、アウターゾーンＺ２２にはマイクロレンズＭＬ２に対応する複数のピンホールＰＨが設けられている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
径方向に区分された第１領域と第２領域とを有する第１ディスクと、
前記第１ディスクに対応して径方向に区分された第１領域と第２領域とを有し、前記第１ディスクの一方の面に他方の面が対向配置されて前記第１ディスクとともに回転する第２ディスクと、
を備え、
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域には、複数のマイクロレンズが設けられ、
前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられた前記マイクロレンズを透過した光を、当該マイクロレンズに向けて反射する反射ミラーが設けられ、
前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられた前記マイクロレンズに対応する複数のピンホールが設けられている、
ディスクユニット。
前記第１ディスクに対応して径方向に区分された第１領域と第２領域とを有し、前記第１ディスクの一方の面に他方の面が対向配置されて前記第１ディスクとともに回転する第２ディスクと、
を備え、
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域には、複数のマイクロレンズが設けられ、
前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられた前記マイクロレンズを透過した光を、当該マイクロレンズに向けて反射する反射ミラーが設けられ、
前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられた前記マイクロレンズに対応する複数のピンホールが設けられている、
ディスクユニット。
【請求項2】
前記第１ディスクの第１領域に設けられる前記マイクロレンズと、前記第１ディスクの第２領域に設けられる前記マイクロレンズとは、互いに種類が異なる請求項１記載のディスクユニット。
【請求項3】
前記第１ディスクの第２領域に設けられる前記マイクロレンズは、螺旋状に配置されている、請求項１記載のディスクユニット。
【請求項4】
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられた前記マイクロレンズの焦点距離は、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられた前記マイクロレンズの焦点距離の２倍である、請求項１記載のディスクユニット。
【請求項5】
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の少なくとも一方に設けられた前記マイクロレンズの平面視形状は、円形又は矩形形状である、請求項１記載のディスクユニット。
【請求項6】
前記第１ディスクと前記第２ディスクとを接続する連結軸と、
前記連結軸を回転駆動する駆動部と、
を備える請求項１記載のディスクユニット。
前記連結軸を回転駆動する駆動部と、
を備える請求項１記載のディスクユニット。
【請求項7】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のディスクユニットと、
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設定された第１照明領域内の前記マイクロレンズとともにケーラー照明系を形成し、前記第１照明領域内の前記マイクロレンズで分割された複数の分割光を、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設定された第２照明領域に導く導光部と、
前記第１ディスクの一方の面と前記第２ディスクの他方の面との間に配置され、前記第２照明領域内の前記マイクロレンズを介した光を透過し、前記第２ディスク側から入射される光を前記第１ディスク及び前記第２ディスクの径方向外側に向けて反射するビームスプリッタと、
を備える共焦点スキャナ。
前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設定された第１照明領域内の前記マイクロレンズとともにケーラー照明系を形成し、前記第１照明領域内の前記マイクロレンズで分割された複数の分割光を、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設定された第２照明領域に導く導光部と、
前記第１ディスクの一方の面と前記第２ディスクの他方の面との間に配置され、前記第２照明領域内の前記マイクロレンズを介した光を透過し、前記第２ディスク側から入射される光を前記第１ディスク及び前記第２ディスクの径方向外側に向けて反射するビームスプリッタと、
を備える共焦点スキャナ。
【請求項8】
前記導光部は、
第１偏光状態の光を透過させるとともに、第２偏光状態の光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１ディスクとの間に配置され、前記ビームスプリッタを透過した第１偏光状態の光を第３偏光状態に変換し、前記第３偏光状態の前記分割光を前記第２偏光状態に変換する１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタで反射された前記分割光を前記第２照明領域に案内する分割光案内部と、
前記分割光の光路に配置され、前記ケーラー照明系の一部を形成するフーリエレンズと、
を備える請求項７記載の共焦点スキャナ。
第１偏光状態の光を透過させるとともに、第２偏光状態の光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１ディスクとの間に配置され、前記ビームスプリッタを透過した第１偏光状態の光を第３偏光状態に変換し、前記第３偏光状態の前記分割光を前記第２偏光状態に変換する１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタで反射された前記分割光を前記第２照明領域に案内する分割光案内部と、
前記分割光の光路に配置され、前記ケーラー照明系の一部を形成するフーリエレンズと、
を備える請求項７記載の共焦点スキャナ。
【請求項9】
試料を走査するための照明光を射出する請求項７記載の共焦点スキャナと、
前記照明光を生成するための光を出力する光源部と、
前記試料の共焦点像を撮影する撮影装置と、
を備える共焦点顕微鏡。
前記照明光を生成するための光を出力する光源部と、
前記試料の共焦点像を撮影する撮影装置と、
を備える共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ディスク走査型の共焦点顕微鏡を用いて、生体の組織、器官、細胞等の試料を２次元画像又は３次元画像に画像化する技術が注目されている。この技術は、ディスクユニットを回転させて試料に対する照明光（励起光）の照射位置を変更する（照明光によって試料を走査する）ことで、試料の共焦点像を得るものである。この技術では、焦点面における情報のみが得られるため、解像度及びコントラストが優れた画像が得られるという利点がある。
【0003】
以下の特許文献１には、ディスクユニットを構成するマイクロレンズアレイディスクとピンホールアレイディスクとの間に反射ミラーを設けた共焦点顕微鏡が開示されている（図６参照）。この共焦点顕微鏡では、マイクロレンズアレイディスクを通過した照明光を反射ミラーで反射して再びマイクロレンズアレイディスクを通過させ、強度が均一化された照明光を、マイクロレンズアレイディスクに設けられた照射面に照射して共焦点像を得るようにしている。このように、以下の特許文献１の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクを、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとしても用いることで、明るさが均一な高画質の共焦点像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第７１８０７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した特許文献１に開示された共焦点顕微鏡では、上述の通り、ディスクユニットのマイクロレンズアレイディスクを、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとして用いている。このため、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することはできない。仮に、共焦点光学系の一部をなす最適なマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなす最適なマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することができれば、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができると考えられる。
【0006】
また、上述した特許文献１に開示された共焦点顕微鏡では、ディスクユニットを構成するマイクロレンズアレイディスクとピンホールアレイディスクとの中間の位置に反射ミラーを設ける必要がある。このため、反射ミラーの位置や反射角度を調整する機構が必要になり、部品点数の増加及びコストの上昇を招いてしまう。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも少ない部品点数で、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様によるディスクユニット（２４）は、径方向に区分された第１領域（Ｚ１１）と第２領域（Ｚ１２）とを有する第１ディスク（２４ａ）と、前記第１ディスクに対応して径方向に区分された第１領域（Ｚ２１）と第２領域（Ｚ２２）とを有し、前記第１ディスクの一方の面に他方の面が対向配置されて前記第１ディスクとともに回転する第２ディスク（２４ｂ）と、を備え、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域には、複数のマイクロレンズ（ＭＬ１，ＭＬ２）が設けられ、前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられた前記マイクロレンズを透過した光を、当該マイクロレンズに向けて反射する反射ミラー（ＲＭ）が設けられ、前記第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方には、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられた前記マイクロレンズに対応する複数のピンホール（ＰＨ）が設けられている。
【0009】
また、本発明の第２の態様によるディスクユニットは、本発明の第１の態様によるディスクユニットにおいて、前記第１ディスクの第１領域に設けられる前記マイクロレンズ（ＭＬ１）と、前記第１ディスクの第２領域に設けられる前記マイクロレンズ（ＭＬ２）とは、互いに種類が異なる。
【0010】
また、本発明の第３の態様によるディスクユニットは、本発明の第１又は第２の態様によるディスクユニットにおいて、前記第１ディスクの第２領域に設けられる前記マイクロレンズ（ＭＬ２）は、螺旋状に配置されている。
【0011】
また、本発明の第４の態様によるディスクユニットは、本発明の第１から第３の何れかの態様によるディスクユニットにおいて、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられた前記マイクロレンズの焦点距離は、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられた前記マイクロレンズの焦点距離の２倍である。
【0012】
また、本発明の第５の態様によるディスクユニットは、本発明の第１から第４の何れかの態様によるディスクユニットにおいて、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の少なくとも一方に設けられた前記マイクロレンズの平面視形状は、円形又は矩形形状である。
【0013】
また、本発明の第６の態様によるディスクユニットは、本発明の第１から第５の何れかの態様によるディスクユニットにおいて、前記第１ディスクと前記第２ディスクとを接続する連結軸（２４ｃ）と、前記連結軸を回転駆動する駆動部（２４ｄ）と、を備える。
【0014】
また、本発明の第１の態様による共焦点スキャナは、本発明の第１から第６の何れかの態様によるディスクユニット（２４）と、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設定された第１照明領域（Ｒ１１）内の前記マイクロレンズとともにケーラー照明系を形成し、前記第１照明領域内の前記マイクロレンズで分割された複数の分割光（Ｌ３）を、前記第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設定された第２照明領域（Ｒ１２）に導く導光部（２２、２３、２５、２６）と、前記第１ディスクの一方の面と前記第２ディスクの他方の面との間に配置され、前記第２照明領域内の前記マイクロレンズを介した光を透過し、前記第２ディスク側から入射される光を前記第１ディスク及び前記第２ディスクの径方向外側に向けて反射するビームスプリッタ（２７）と、を備える。
【0015】
また、本発明の第２の態様による共焦点スキャナは、本発明の第１の態様による共焦点スキャナにおいて、前記導光部が、第１偏光状態の光を透過させるとともに、第２偏光状態の光を反射する偏光ビームスプリッタ（２２）と、前記偏光ビームスプリッタと前記第１ディスクとの間に配置され、前記ビームスプリッタを透過した第１偏光状態の光を第３偏光状態に変換し、前記第３偏光状態の前記分割光を前記第２偏光状態に変換する１／４波長板（２３）と、前記偏光ビームスプリッタで反射された前記分割光を前記第２照明領域に案内する分割光案内部（２６）と、前記分割光の光路に配置され、前記ケーラー照明系の一部を形成するフーリエレンズ（２５）と、を備える。
【0016】
本発明の一態様による共焦点顕微鏡（１）は、試料（ＳＰ）を走査するための照明光（Ｌ４）を射出する本発明の第１又は第２の態様による共焦点スキャナと、前記照明光を生成するための光（Ｌ１）を出力する光源部（１０）と、前記試料の共焦点像を撮影する撮影装置（４０）と、を備える。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、従来よりも少ない部品点数で、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態によるディスクユニットのマイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスクの構成を示す平面図である。
【図3】本発明の一実施形態において、光源から第２照射面までの光路を直線状にして示す展開図である。
【図4】ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスクの第１変形例を示す平面図である。
【図5】ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第２変形例を示す平面図である。
【図6】ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第３変形例を示す平面図である。
【図7】ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第４変形例を示す平面図である。
【図8】ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第５変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡について詳細に説明する。以下では、まず、本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。
【0020】
〔概要〕
本発明の実施形態は、従来よりも少ない部品点数で、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡を提供するものである。本発明の実施形態は、共焦点レーザ顕微鏡システムの他、共焦点レーザ顕微鏡法を利用した創薬支援装置等の製品にも応用することができる。
本発明の実施形態は、従来よりも少ない部品点数で、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡を提供するものである。本発明の実施形態は、共焦点レーザ顕微鏡システムの他、共焦点レーザ顕微鏡法を利用した創薬支援装置等の製品にも応用することができる。
【0021】
上記の製品では、例えば、点光源と見なせるレーザ光源をコリメートレンズ等で広げ、２次元の面光源にしてから、共焦点レーザ顕微鏡の光学系（対物レンズ等）を介して細胞等の試料に当て、試料を励起する。細胞には予め蛍光物質を融合しておき、励起光を受けた時、細胞から蛍光を発する。これらの蛍光を顕微鏡光学系で画像として撮影し、細胞の観察や細胞の挙動の解析を行う。このような共焦点顕微鏡は、生物の基礎研究から創薬の応用開発の分野で利用されている。
【0022】
細胞画像を撮影する際、ボケの無い高画質を得るため、光学系にはピンホールアレイディスクによる共焦点方式が利用される。また、照明光の利用効率を上げるため、ピンホールアレイ上のピンホールに一対一に対応したマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイディスクを設ける。このようなマイクロレンズアレイディスクとピンホールアレイディスクを用いる共焦点スキャナは、生細胞の画像を撮影する際に用いられる基本的なツールである。更に、画像が全面に亘って明るさが均一となるように、照明光（励起光）の強度を全面に亘って均一にするホモジェナイザが用いることが好ましい。
【0023】
上記特許文献１に開示された従来の共焦点顕微鏡及び本発明の実施形態による共焦点顕微鏡は何れも、共焦点顕微方式を実現する共焦点スキャナ技術と、照明光を均一にするホモジェナイザ技術の２つの技術が含まれる。共焦点スキャナ技術については、従来の共焦点顕微鏡と本発明の実施形態による共焦点顕微鏡との両共焦点顕微鏡において同じである。このため、以下では、両共焦点顕微鏡において異なるホモジェナイザ技術について説明する。
【0024】
上記特許文献１には、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクを、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとしても用いることで、明るさが均一な高画質の共焦点像を得ている共焦点顕微鏡が開示されている。この共焦点顕微鏡は、ディスクユニットを構成するマイクロレンズアレイディスクとピンホールアレイディスクとの間に反射ミラーを備える。そして、マイクロレンズアレイディスクを通過した照明光を反射ミラーで反射して再びマイクロレンズアレイディスクを通過させ、強度が均一化された照明光を、マイクロレンズアレイディスクに設けられた照射面に照射して共焦点像を得るようにしている。
【0025】
ここで、上記特許文献１に開示された共焦点顕微鏡では、上述の通り、ディスクユニットの一部をなすマイクロレンズアレイディスクを、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとして用いている。このため、共焦点光学系の一部をなすマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなすマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することはできない。
【0026】
このため、共焦点光学系の光学特性が最良となるようマイクロレンズアレイディスクを設計するとホモジェナイザの光学特性が最良とはならない場合がある。逆に、ホモジェナイザの光学特性が最良となるようマイクロレンズアレイディスクを設計すると共焦点光学系の光学特性が最良とはならない場合がある。このような場合において、仮に、共焦点光学系の一部をなす最適なマイクロレンズアレイディスクと、ホモジェナイザの一部をなす最適なマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することができれば、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができると考えられる。
【0027】
また、上記特許文献１に開示された共焦点顕微鏡では、ディスクユニットを構成するマイクロレンズアレイディスクとピンホールアレイディスクとの中間の位置に反射ミラーを設ける必要がある。このため、反射ミラーの位置や反射角度を調整する機構が必要になり、部品点数の増加及びコストの上昇を招いてしまう。
【0028】
本発明の実施形態によるディスクユニットは、径方向に区分された第１領域と第２領域とを有する第１ディスクを備える。また、第１ディスクに対応して径方向に区分された第１領域と第２領域とを有し、第１ディスクの一方の面に他方の面が対向配置されて第１ディスクとともに回転する第２ディスク備える。
【0029】
第１ディスクの第１領域及び第２領域には、複数のマイクロレンズが設けられている。また、第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方には、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に設けられたマイクロレンズを透過した光を、当該マイクロレンズに向けて反射する反射ミラーが設けられている。そして、第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方には、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方に設けられたマイクロレンズに対応する複数のピンホールが設けられている。
【0030】
このような本発明の実施形態によるディスクユニットによれば、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方（例えば、第１領域）に設けられたマイクロレンズを透過した光が、第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方（例えば、第１領域）に設けられた反射ミラーで反射される。反射ミラーで反射された光は、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方（例えば、第１領域）に設けられたマイクロレンズを再び透過する。これにより、ホモジェナイザの一部が構成されている。このように、本実施形態では、第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方に反射ミラーが設けられており、従来必要であった反射ミラーが不要になるため、従来よりも少ない部品点数を実現することができる。
【0031】
また、本発明の実施形態によるディスクユニットによれば、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方（例えば、第２領域）にマイクロレンズが設けられている。また、第２ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方（例えば、第２領域）に、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方（例えば、第２領域）に設けられたマイクロレンズに対応する複数のピンホールが設けられている。これにより、共焦点光学系の一部が構成されている。
【0032】
ここで、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか一方（例えば、第１領域）に設けられたマイクロレンズと、第１ディスクの第１領域及び第２領域の何れか他方（例えば、第２領域）に設けられたマイクロレンズとは、個別に設計することができる。このため、ホモジェナイザに最適なマイクロレンズアレイディスクと、共焦点光学系に最適なマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することができる。これにより、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができる。
【0033】
〔実施形態〕
〈焦点顕微鏡の構成〉
図１は、本発明の一実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡１は、光源部１０、共焦点スキャナ２０、顕微鏡３０、及びカメラ４０（撮影装置）を備える。このような共焦点顕微鏡１は、光源部１０から出力される光Ｌ１から試料ＳＰを走査するための照明光（励起光）Ｌ４を共焦点スキャナ２０で生成し、照明光Ｌ４が照射される試料ＳＰの共焦点像をカメラ４０で得るものである。
〈焦点顕微鏡の構成〉
図１は、本発明の一実施形態による共焦点顕微鏡の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の共焦点顕微鏡１は、光源部１０、共焦点スキャナ２０、顕微鏡３０、及びカメラ４０（撮影装置）を備える。このような共焦点顕微鏡１は、光源部１０から出力される光Ｌ１から試料ＳＰを走査するための照明光（励起光）Ｌ４を共焦点スキャナ２０で生成し、照明光Ｌ４が照射される試料ＳＰの共焦点像をカメラ４０で得るものである。
【0034】
光源部１０は、試料ＳＰを照明するために必要となる光Ｌ１を共焦点スキャナ２０に向けて出力する。本実施形態において、光源部１０から出力される光Ｌ１は、Ｐ偏光であるとする。光源部１０から出力される光Ｌ１は、コヒーレント光（レーザ光）であってもよく、インコヒーレント光であっても良い。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、光源部１０から出力される光がレーザ光であるとする。光源部１０は、例えば４００～８００［ｎｍ］の波長範囲の光Ｌ１を出力する。尚、光源部１０から出力される光Ｌ１の波長範囲は、上記の波長範囲（４００～８００［ｎｍ］）に制限される訳ではなく、試料ＳＰの光学的な特性に応じた任意の波長範囲にすることができる。
【0035】
共焦点スキャナ２０は、光源部１０から出力される光Ｌ１から試料ＳＰを走査するための照明光Ｌ４を生成し、照明光Ｌ４を試料ＳＰに照射して得られる反射光や蛍光等（以下、これらを総称する場合には、単に「戻り光Ｌ５」という）をカメラ４０に導くものである。共焦点スキャナ２０は、コリメートレンズ２１、偏光ビームスプリッタ２２（導光部）、１／４波長板２３（導光部）、ディスクユニット２４、フーリエレンズ２５（導光部）、反射ミラー２６（導光部、分割光案内部）、ダイクロイックミラー２７（ビームスプリッタ）、光学フィルタ２８、及びリレーレンズ２９を備える。
【0036】
コリメートレンズ２１は、光源部１０から出力される光Ｌ１を平行光Ｌ２に変換する。光源部１０から出力される光Ｌ１がＰ偏光であることから、平行光Ｌ２もＰ偏光である。本実施形態においては、光源部１０から出力される光Ｌ１は、一定の拡がり角を有する。コリメートレンズ２１は、このような一定の拡がり角を有する光Ｌ１を平行光Ｌ２に変換する。尚、光源部１０から出力される光Ｌ１が平行光である場合には、コリメートレンズ２１を省略することが可能である。
【0037】
偏光ビームスプリッタ２２は、平行光Ｌ２の光路上に配置されており、Ｐ偏光（第１偏光状態の光）を透過させる共にＳ偏光（第２偏光状態の光）をフーリエレンズ２５に向けて反射する。本実施形態においては光源部１０から出力される光Ｌ１がＰ偏光であり、平行光Ｌ２もＰ偏光であることから、偏光ビームスプリッタ２２は、平行光Ｌ２を透過させる。一方、後述する通り、偏光ビームスプリッタ２２に入力される分割光Ｌ３はＳ偏光である。このため、偏光ビームスプリッタ２２は、入力される分割光Ｌ３を反射する。
【0038】
１／４波長板２３は、偏光ビームスプリッタ２２とディスクユニット２４との間に配置されている。１／４波長板２３は、入力される光の位相を１／４波長変化させて出力する光学素子である。１／４波長板２３は、偏光ビームスプリッタ２２から出力されるＰ偏光の平行光Ｌ２を円偏光（第３偏光状態光）に変換して出力する。また、１／４波長板２３は、ディスクユニット２４から出力される円偏光の分割光Ｌ３をＳ偏光に変換して出力する。
【0039】
ディスクユニット２４は、１／４波長板２３から出力される円偏光の平行光Ｌ２から、試料ＳＰを走査するための照明光Ｌ４を生成する。ディスクユニット２４は、マイクロレンズアレイディスク２４ａ（第１ディスク）、ピンホールアレイディスク２４ｂ（第２ディスク）、回転軸２４ｃ（連結軸）、及びモータ２４ｄ（駆動部）等を備える。
【0040】
図２は、本発明の一実施形態によるディスクユニットのマイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスクの構成を示す平面図である。尚、図２（ａ）が、ディスクユニット２４に設けられるマイクロレンズアレイディスク２４ａの平面図であり、図２（ｂ）が、ディスクユニット２４に設けられるピンホールアレイディスク２４ｂの平面図である。
【0041】
図２（ａ）に示す通り、マイクロレンズアレイディスク２４ａは、径方向に区分されたインナーゾーンＺ１１（第１領域）と、アウターゾーンＺ１２（第２領域）とを有する円板状のディスクである。マイクロレンズアレイディスク２４ａは、図１に示す軸芯Ｏを中心とする周方向に回転される。
【0042】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１には複数のマイクロレンズＭＬ１が設けられており、アウターゾーンＺ１２には複数のマイクロレンズＭＬ２が設けられている。インナーゾーンＺ１１に設けられるマイクロレンズＭＬ１と、アウターゾーンＺ１２に設けられるマイクロレンズＭＬ２とは、互いに種類が異なる。例えば、マイクロレンズＭＬ１とマイクロレンズＭＬ２とは、大きさが異なっていてもよく、平面形状が異なっていてもよく、光学特性が異なっていてもよい。図２（ａ）に例示するマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２は、平面視形状が円形である。詳細は後述するが、インナーゾーンＺ１１に設けられるマイクロレンズＭＬ１の焦点距離は、アウターゾーンＺ１２に設けられるマイクロレンズＭＬ２の焦点距離の２倍に設定されている。
【0043】
マイクロレンズＭＬ１は、インナーゾーンＺ１１において、所定のパターンに配置（例えば等ピッチ螺旋配置）されている。マイクロレンズＭＬ２は、アウターゾーンＺ１２において、所定のパターンに配置（例えば等ピッチ螺旋配置）されている。尚、マイクロレンズＭＬ２は、例えば、等ピッチ螺旋配置されているのが望ましいが、マイクロレンズＭＬ１は、必ずしも等ピッチ螺旋配置されていなくてもよい。
【0044】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１には、１／４波長板２３から出力される円偏光の平行光Ｌ２が照射される第１照明領域Ｒ１１が設定されている。第１照明領域Ｒ１１の平面視形状は、任意の形状であってよいが、例えば、円形である。マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２には、反射ミラー２６で反射されたＳ偏光の分割光Ｌ３が照射される第２照明領域Ｒ１２が設定されている。第２照明領域Ｒ１２の平面視形状は、円形である。これは、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に形成されたマイクロレンズＭＬ１の平面視形状が円形だからである。
【0045】
図２（ｂ）に示す通り、ピンホールアレイディスク２４ｂは、マイクロレンズアレイディスク２４ａに対応して径方向に区分されたインナーゾーンＺ２１（第１領域）と、アウターゾーンＺ２２（第２領域）とを有する円板状のディスクである。マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとは、回転軸２４ｃにそれぞれ接続されており、一定の隙間を介して互いに対向配置されている。また、ピンホールアレイディスク２４ｂは、図１に示す軸芯Ｏを中心とする周方向にマイクロレンズアレイディスク２４ａとともに回転される。
【0046】
ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１には、反射ミラーＲＭが設けられている。この反射ミラーＲＭは、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１を透過した分割光Ｌ３を、マイクロレンズＭＬ１に向けて反射させるものである。反射ミラーＲＭは、例えば、ピンホールアレイディスク２４ｂの母材であるガラス基板上に誘電体多層膜を形成することで実現される。アウターゾーンＺ２２には、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２に対応する複数のピンホールＰＨが設けられている。ピンホールＰＨは、マイクロレンズＭＬ２と同様に、アウターゾーンＺ２２において、所定のパターンに配置（例えば等ピッチ螺旋配置）されている。
【0047】
図２（ｂ）に示すインナーゾーンＺ２１内の領域Ｒ２１は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設定された第１照明領域Ｒ１１内のマイクロレンズＭＬ１を透過した分割光Ｌ３が照射される領域である。図２（ｂ）に示すアウターゾーンＺ２２内の領域Ｒ２２は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設定された第２照明領域Ｒ１２内のマイクロレンズＭＬ２を透過した光が照射される領域である。
【0048】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１及びピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１に設けられた反射ミラーＲＭは、ホモジェナイザの一部をなす。マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２及びピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２に設けられたピンホールＰＨは、共焦点光学系の一部をなす。
【0049】
尚、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１とアウターゾーンＺ１２との径方向の幅は、同じであっても、異なっていてもよい。同様に、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１とアウターゾーンＺ２２との径方向の幅は、同じであっても、異なっていてもよい。
【0050】
ここで、マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとの間隔は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２の焦点距離に設定される。前述の通り、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられるマイクロレンズＭＬ１の焦点距離は、アウターゾーンＺ１２に設けられるマイクロレンズＭＬ２の焦点距離の２倍に設定されている。このため、マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとの間隔は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１の焦点距離の１／２に設定されるということもできる。
【0051】
回転軸２４ｃは、マイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂがそれぞれ固定された軸部材であり、マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとを接続する。回転軸２４ｃの先端部にはマイクロレンズアレイディスク２４ａの中央部が固定されている。また、回転軸２４ｃの途中部位にはピンホールアレイディスク２４ｂが固定されている。また、回転軸２４ｃの根本部にはモータ２４ｄが接続されている。
【0052】
モータ２４ｄは、回転軸２４ｃに接続されており、軸芯Ｏを中心として回転軸２４ｃを回転させる動力を生成する。モータ２４ｄは、回転軸２４ｃを回転させることにより、マイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂを、回転軸２４ｃを中心とする周方向に回転駆動する。つまり、モータ２４ｄによって回転軸２４ｃを回転駆動させることにより、マイクロレンズアレイディスク２４ａ及びピンホールアレイディスク２４ｂは、回転軸２４ｃの周りに一体的に回転可能である。
【0053】
尚、本実施形態において、モータ２４ｄは、図１に示す通り、ピンホールアレイディスク２４ｂのマイクロレンズアレイディスク２４ａとは反対側にモータ２４ｄが配置されている。しかしながら、モータ２４ｄは、マイクロレンズアレイディスク２４ａのピンホールアレイディスク２４ｂとは反対側に配置されても良い。
【0054】
フーリエレンズ２５は、偏光ビームスプリッタ２２と反射ミラー２６との間に配置されており、偏光ビームスプリッタ２２で反射されたＳ偏光の分割光Ｌ３が入力されるレンズである。ここで、分割光Ｌ３は、平行光Ｌ２がマイクロレンズアレイディスク２４ａによって複数の光束に分割された光である。フーリエレンズ２５は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられた第２照明領域Ｒ１２に、これらの複数の光束を集光して空間的に重畳させる。つまり、フーリエレンズ２５は、分割光Ｌ３の光路上に配置されると共にマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１とともにケーラー照明系を形成している。
【0055】
反射ミラー２６は、フーリエレンズ２５を間に挟んで偏光ビームスプリッタ２２に対向配置されている。軸芯Ｏに沿った方向から見て、反射ミラー２６は、偏光ビームスプリッタ２２に対して軸芯Ｏを間に挟んだ位置に配置されている。この反射ミラー２６は、偏光ビームスプリッタ２２で反射されたＳ偏光の分割光Ｌ３を、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設定された第２照明領域Ｒ１２に向けて反射する。
【0056】
図３は、本発明の一実施形態において、光源から第２照射面までの光路を直線状にして示す展開図である。尚、図３においては、偏光ビームスプリッタ２２、１／４波長板２３、及び反射ミラー２６の図示を省略している。また、ピンホールアレイディスク２４ｂについては、反射ミラーＲＭのみを図示している。
【0057】
上述の通り、フーリエレンズ２５は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１とともにケーラー照明系を形成している。具体的に、フーリエレンズ２５は、その前側焦点面がマイクロレンズＭＬ１の後側焦点面と一致するように配置されている。尚、図３に示す通り、マイクロレンズＭＬ１の後側焦点面は、反射ミラーＲＭによって、マイクロレンズＭＬ１の主面と一致するようにされている。このため、フーリエレンズ２５は、その前側焦点面がマイクロレンズＭＬ１の主面と一致するように配置されているということもできる。
【0058】
例えば、マイクロレンズＭＬ１の主点から後焦点面までの距離（焦点距離）ｆMLを距離ｄ1とし、フーリエレンズ２５の主点から前焦点面までの距離（焦点距離）ｆFLを距離ｄ2とした場合には、マイクロレンズＭＬ１の主点からフーリエレンズ２５の主点までの距離は、ｄ1＋ｄ2となる。また、フーリエレンズ２５の主点から後焦点面までの距離（焦点距離）ｆFLを距離ｄ3とした場合には、フーリエレンズ２５の主点からマイクロレンズＭＬ１の主点から第２照明領域Ｒ１２までの距離は、ｄ1＋ｄ2＋ｄ3となる。つまり、本実施形態の共焦点スキャナ２０は、分割光Ｌ３が射出されるマイクロレンズＭＬ１の主点から第２照明領域Ｒ１２までの分割光Ｌ３の光路長は、ｄ1＋ｄ2＋ｄ3となる。
【0059】
このようなマイクロレンズＭＬ１とフーリエレンズ２５で形成されたケーラー照明系では、平行光Ｌ２がマイクロレンズＭＬ１で複数の光束に分割されることにより分割光Ｌ３に変換される。分割光Ｌ３のそれぞれの光束は、個々のマイクロレンズＭＬ１の焦点で収束した後に再び広がり、反射ミラーＲＭで反射されてフーリエレンズ２５に向かう。フーリエレンズ２５を通過したそれぞれの光束は、再び平行光線となり、反射ミラー２６に反射されてフーリエレンズ２５の焦点面（即ち、第２照明領域Ｒ１２）に重畳して照射される。
【0060】
図１に戻り、ダイクロイックミラー２７は、マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとの間に配置されている。ダイクロイックミラー２７は、第２照明領域Ｒ１２内のマイクロレンズＭＬ２で分割・収束された複数の光束を透過させる。尚、ダイクロイックミラー２７を透過した光束は、ピンホールアレイディスク２４ｂに設けられたピンホールＰＨに集光され、ピンホールＰＨを通過してディスクユニット２４の外部に射出される。このとき、第２照明領域Ｒ１２に照射される光は均一な強度分布且つ平行光となっているため、ピンホールＰＨを通過してディスクユニット２４の外部に射出される照明光Ｌ４も均一な強度分布となる。
【0061】
また、ダイクロイックミラー２７は、試料ＳＰに照明光Ｌ４を照射して得られる戻り光Ｌ５のうち、ピンホールアレイディスク２４ｂに設けられたピンホールＰＨを透過した戻り光Ｌ５を、軸芯Ｏを中心とする径方向外側に配置された光学フィルタ２８に向けて反射する。
【0062】
光学フィルタ２８は、ダイクロイックミラー２７で反射された戻り光Ｌ５を、フィルタリングする。この光学フィルタ２８としては、偏光フィルタ、吸収フィルタ（エミッションフィルタ）、ダイクロイックミラー等を用いることができる。リレーレンズ２９は、光学フィルタ２８とカメラ４０との間に配置されており、光学フィルタ２８から射出された戻り光Ｌ５をカメラ４０に導く。
【0063】
顕微鏡３０は、ディスクユニット２４で生成された照明光を試料ＳＰに照射するとともに、試料ＳＰに照明光Ｌ４を照射して得られる戻り光Ｌ５をディスクユニット２４に導く。顕微鏡３０は、例えば対物レンズ３１を備える無限遠補正光学系である。尚、図１では、便宜的に、試料ＳＰを顕微鏡３０の内部に図示しているが、試料ＳＰは顕微鏡３０を構成するものではない点、及び試料ＳＰは交換可能である点に注意されたい。
【0064】
カメラ４０は、照明光Ｌ４が照射される試料ＳＰの共焦点像を撮影するものである。このカメラ４０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）等の固体撮像素子を備えており、二次元の静止画像又は動画を撮影可能なカメラである。尚、カメラ４０で得られた試料ＳＰの共焦点像を、例えば不図示の表示装置に表示するようにしても良い。
【0065】
〈焦点顕微鏡の動作〉
共焦点顕微鏡１の動作が開始されると、光源部１０からＰ偏光の光が出力されるとともに、ディスクユニット２４の回転（回転軸２４ｃの周りの回転）が開始される。光源部１０から出力された光Ｌ１は、共焦点スキャナ２０に入力される。尚、光源部１０から出力される光は、強度分布を有する光（例えば、ガウシアン分布を有する光）であるとする。
共焦点顕微鏡１の動作が開始されると、光源部１０からＰ偏光の光が出力されるとともに、ディスクユニット２４の回転（回転軸２４ｃの周りの回転）が開始される。光源部１０から出力された光Ｌ１は、共焦点スキャナ２０に入力される。尚、光源部１０から出力される光は、強度分布を有する光（例えば、ガウシアン分布を有する光）であるとする。
【0066】
共焦点スキャナ２０に入力された光Ｌ１は、まず、コリメートレンズ２１に入射し、コリメートレンズ２１によってＰ偏光の平行光Ｌ２に変換される。Ｐ偏光に変換された平行光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ２２を透過した後に、１／４波長板２３で円偏光に変換される。円偏光に変換された平行光Ｌ２は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設定された第１照明領域Ｒ１１に照射され、第１照明領域Ｒ１１内のマイクロレンズＭＬ１で分割光Ｌ３に変換される。
【0067】
変換された分割光Ｌ３は、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１に向かって進み、インナーゾーンＺ２１に設けられた反射ミラーＲＭによって反射される。反射ミラーＲＭで反射された分割光Ｌ３は、再びマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設定された第１照明領域Ｒ１１内のマイクロレンズＭＬ１を透過する。マイクロレンズＭＬ１を透過した分割光Ｌ３は、１／４波長板２３に入射し、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された分割光Ｌ３は、偏光ビームスプリッタ２２で反射され、フーリエレンズ２５及び反射ミラー２６を介して、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設定された第２照明領域Ｒ１２に照射される。
【0068】
ここで、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１とフーリエレンズ２５とは、前述の通り、ケーラー照明系を形成している。このため、分割光Ｌ３のそれぞれの光束は、個々のマイクロレンズＭＬ１の焦点で収束した後に再び広がり、フーリエレンズ２５で再び平行光線となり、第２照明領域Ｒ１２に重畳して照射される。これにより、第２照明領域Ｒ１２には、均一な強度分布を有する平行光が照射されることになる。
【0069】
第２照明領域Ｒ１２に照射される光は、複数のマイクロレンズＭＬ２によって複数の光束に分割される。各々の光束は、マイクロレンズＭＬ２で収束され、ピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２に設けられたピンホールＰＨを通過する。このとき、マイクロレンズＭＬ１から射出された照明光Ｌ４は、ダイクロイックミラー２７を透過してピンホールアレイディスク２４ｂに入射する。ピンホールＰＨから射出された照明光Ｌ４は、ディスクユニット２４の外部に射出される。
【0070】
ディスクユニット２４の外部に射出された照明光Ｌ４は、顕微鏡３０に設けられた対物レンズ３１を介して試料ＳＰに照射される。ここで、ディスクユニット２４の外部に射出される照明光Ｌ４は、強度分布が均一化された光を分割して得られるものである。このため、試料ＳＰには、強度分布が均一化された照明光が照射されることとなる。
【0071】
試料ＳＰからの戻り光Ｌ５（照明光を試料ＳＰに照射して得られた戻り光）は、顕微鏡３０に設けられた対物レンズ３１を介して、ディスクユニット２４のピンホールアレイディスク２４ｂに入射する。そして、ピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２に設けられたピンホールＰＨを介した後に、ダイクロイックミラー２７によって光学フィルタ２８に向けて反射される。
【0072】
ダイクロイックミラー２７で反射された戻り光Ｌ５は、光学フィルタ２８及びリレーレンズ２９の順に介してカメラ４０に入射し結像する。ここで、ディスクユニット２４は回転軸２４ｃの周りで回転していることから、試料ＳＰに照射される照明光Ｌ４はディスクユニット２４の回転に応じて走査される。これにより、カメラ４０には、照明光Ｌ４の走査位置に応じた戻り光Ｌ５が順次入力される。このようにして、試料ＳＰの共焦点像がカメラ４０で得られる。
【0073】
以上の通り、本実施形態の共焦点顕微鏡１は、マイクロレンズアレイディスク２４ａとピンホールアレイディスク２４ｂとを有するディスクユニット２４を備える。マイクロレンズアレイディスク２４ａは、径方向に区分されたインナーゾーンＺ１１とアウターゾーンＺ１２とを有する。ピンホールアレイディスク２４ｂは、マイクロレンズアレイディスク２４ａに対応して径方向に区分されたインナーゾーンＺ２１とアウターゾーンＺ２２とを有し、マイクロレンズアレイディスク２４ａとともに回転する。
【0074】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１には複数のマイクロレンズＭＬ１が設けられており、アウターゾーンＺ１２には複数のマイクロレンズＭＬ２が設けられている。ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１には、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１を透過した光を、マイクロレンズＭＬ１向けて反射する反射ミラーＲＭが設けられている。ピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２には、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２に対応する複数のピンホールＰＨが設けられている。
【0075】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１を透過した光は、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１に設けられた反射ミラーＲＭで反射される。反射ミラーＲＭで反射された光は、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１を再び透過する。これにより、ホモジェナイザの一部が構成されている。このように、本実施形態では、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１に反射ミラーＲＭが設けられており、従来必要であった反射ミラーが不要になるため、従来よりも少ない部品点数を実現することができる。
【0076】
また、本実施形態では、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に複数のマイクロレンズＭＬ２が設けられている。ピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２には、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２に対応する複数のピンホールＰＨが設けられている。これにより、共焦点光学系の一部が構成されている。
【0077】
ここで、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１と、アウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２とは、個別に設計することができる。このため、ホモジェナイザに最適なマイクロレンズアレイディスクと、共焦点光学系に最適なマイクロレンズアレイディスクとを個別に設計することができる。これにより、より明るさが均一な高画質の共焦点像を得ることができる。
【0078】
〈変形例〉
《第１変形例》
図４は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスクの第１変形例を示す平面図である。尚、図４（ａ）が、マイクロレンズアレイディスク２４ａの第１変形例を示す平面図であり、図４（ｂ）が、ピンホールアレイディスク２４ｂの第１変形例を示す平面図である。
《第１変形例》
図４は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスク及びピンホールアレイディスクの第１変形例を示す平面図である。尚、図４（ａ）が、マイクロレンズアレイディスク２４ａの第１変形例を示す平面図であり、図４（ｂ）が、ピンホールアレイディスク２４ｂの第１変形例を示す平面図である。
【0079】
図４（ａ）に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図２（ａ）に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１の機能とアウターゾーンＺ１２の機能とを逆にしたものである。つまり、図４（ａ）に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａでは、マイクロレンズＭＬ１がアウターゾーンＺ１２に設けられており、マイクロレンズＭＬ２がインナーゾーンＺ１１に設けられている。そして、第１照明領域Ｒ１１がアウターゾーンＺ１２に設定されており、第２照明領域Ｒ１２がインナーゾーンＺ１１に設定されている。
【0080】
図４（ｂ）に示すピンホールアレイディスク２４ｂは、図２（ｂ）に示すピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１の機能とアウターゾーンＺ２２の機能とを逆にしたものである。つまり、図４（ｂ）に示すピンホールアレイディスク２４ｂでは、反射ミラーＲＭがアウターゾーンＺ２２に設けられており、ピンホールＰＨがインナーゾーンＺ２１に設けられている。
【0081】
尚、図４（ａ）に示す通り、マイクロレンズアレイディスク２４ａにおいて、第１照明領域Ｒ１１がアウターゾーンＺ１２に設定されており、第２照明領域Ｒ１２がインナーゾーンＺ１１に設定されている。このため、図４（ｂ）示す通り、領域Ｒ２１（第１照明領域Ｒ１１内のマイクロレンズＭＬ１を透過した分割光Ｌ３が照射される領域）がアウターゾーンＺ２２に配置され、領域Ｒ２２（第２照明領域Ｒ１２内のマイクロレンズＭＬ２を透過した光が照射される領域）がインナーゾーンＺ２１に配置される。
【0082】
本変形例では、マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ１と、ピンホールアレイディスク２４ｂのアウターゾーンＺ２２に設けられた反射ミラーＲＭとによって、ホモジェナイザの一部が構成されている。また、マイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ２と、ピンホールアレイディスク２４ｂのインナーゾーンＺ２１に設けられたピンホールＰＨとによって、共焦点光学系の一部が構成されている。
【0083】
《第２変形例》
図５は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第２変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図２（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがインナーゾーンＺ２１に設けられ、ピンホールＰＨがアウターゾーンＺ２２に設けられたもの）が用いられる。
図５は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第２変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図２（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがインナーゾーンＺ２１に設けられ、ピンホールＰＨがアウターゾーンＺ２２に設けられたもの）が用いられる。
【0084】
図５に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図２（ａ）に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１の形状を変えたものである。具体的には、マイクロレンズＭＬ１の平面視形状を、円形から矩形形状に変えたものである。このように、平面視形状が矩形形状のマイクロレンズＭＬ１を用いるのは、照明光の利用効率を向上させるためである。
【0085】
マイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設定された第２照明領域Ｒ１２の平面視形状は、マイクロレンズＭＬ１の平面視形状と相似になる。このため、マイクロレンズＭＬ１の平面視形状を矩形形状にすると、図５に示す通り、第２照明領域Ｒ１２の平面視形状を矩形形状にすることができる。また、カメラ４０の固体撮像素子には、第２照明領域Ｒ１２に照射された光が入射することになる。カメラ４０の固体撮像素子の撮像面は矩形形状であるため、第２照明領域Ｒ１２の平面視形状が矩形形状であれば、第２照明領域Ｒ１２に照射された光を余すことなくカメラ４０の固体撮像素子に入射させることができる。これにより、照明光の利用効率を向上させることができる。尚、マイクロレンズＭＬ１の平面視形状は、カメラ４０の固体撮像素子の撮像面の形状と相似（アスペクト比が同じ）であることが望ましい。
【0086】
《第３変形例》
図６は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第３変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図４（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがアウターゾーンＺ２２に設けられ、ピンホールＰＨがインナーゾーンＺ２１に設けられたもの）が用いられる。
図６は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第３変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図４（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがアウターゾーンＺ２２に設けられ、ピンホールＰＨがインナーゾーンＺ２１に設けられたもの）が用いられる。
【0087】
図６に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図５に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１の機能とアウターゾーンＺ１２の機能とを逆にしたものである。つまり、図６に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａでは、平面視形状が矩形形状のマイクロレンズＭＬ１がアウターゾーンＺ１２に設けられており、マイクロレンズＭＬ２がインナーゾーンＺ１１に設けられている。そして、第１照明領域Ｒ１１がアウターゾーンＺ１２に設定されており、第２照明領域Ｒ１２がインナーゾーンＺ１１に設定されている。本変形例においても、第２変形例と同様に、照明光の利用効率を向上させることができる。
【0088】
《第４変形例》
図７は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第４変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図２（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがインナーゾーンＺ２１に設けられ、ピンホールＰＨがアウターゾーンＺ２２に設けられたもの）が用いられる。
図７は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第４変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図２（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがインナーゾーンＺ２１に設けられ、ピンホールＰＨがアウターゾーンＺ２２に設けられたもの）が用いられる。
【0089】
図７に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図５に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２の形状を変えたものである。具体的には、マイクロレンズＭＬ２の平面視形状を、円形から矩形形状に変えたものである。つまり、図７に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、インナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ１及びアウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ２の平面視形状が矩形形状である。
【0090】
このように、平面視形状が矩形形状のマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２を用いるのは、照明光の利用効率を更に向上させるためである。つまり、マイクロレンズＭＬ２の平面視形状が矩形の場合には、平面視形状が円形の場合に比べて開口率を高めることができるため、照明光の利用効率を向上させることができる。マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２の双方の平面視形状を矩形形状とすることで、ホモジェナイザと共焦点光学系との双方で照明光の利用効率を向上させることができることから、より明るい試料ＳＰの共焦点像を撮影することができる。
【0091】
《第５変形例》
図８は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第５変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図４（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがアウターゾーンＺ２２に設けられ、ピンホールＰＨがインナーゾーンＺ２１に設けられたもの）が用いられる。
図８は、ディスクユニットに設けられるマイクロレンズアレイディスクの第５変形例を示す平面図である。尚、本変形例において、ディスクユニットに設けられるピンホールアレイディスク２４ｂとしては、図４（ｂ）に示すもの（反射ミラーＲＭがアウターゾーンＺ２２に設けられ、ピンホールＰＨがインナーゾーンＺ２１に設けられたもの）が用いられる。
【0092】
図８に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図６に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ２の形状を変えたものである。具体的には、マイクロレンズＭＬ２の平面視形状を、円形から矩形形状に変えたものである。つまり、図８に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、アウターゾーンＺ１２に設けられたマイクロレンズＭＬ１及びインナーゾーンＺ１１に設けられたマイクロレンズＭＬ２の平面視形状が矩形形状である。
【0093】
図８に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａは、図７に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａのインナーゾーンＺ１１の機能とアウターゾーンＺ１２の機能とを逆にしたものである。つまり、図８に示すマイクロレンズアレイディスク２４ａでは、平面視形状が矩形形状のマイクロレンズＭＬ１がアウターゾーンＺ１２に設けられており、平面視形状が矩形形状のマイクロレンズＭＬ２がインナーゾーンＺ１１に設けられている。そして、第１照明領域Ｒ１１がアウターゾーンＺ１２に設定されており、第２照明領域Ｒ１２がインナーゾーンＺ１１に設定されている。本変形例においても、第４変形例と同様に、ホモジェナイザと共焦点光学系との双方で照明光の利用効率を向上させることができることから、より明るい試料ＳＰの共焦点像を撮影することができる。
【0094】
以上、本発明の実施形態によるディスクユニット、共焦点スキャナ、及び共焦点顕微鏡について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、光源部１０から射出される光Ｌ１がＰ偏光である例について説明した。しかしながら、光源部１０から出される光Ｌ１はＳ偏光であっても良い。このような場合には、偏光ビームスプリッタ２２は、Ｓ偏光を透過しＰ偏光を反射するものを用いればよい。
【符号の説明】
【0095】
１ 共焦点顕微鏡
１０ 光源部
２２ 偏光ビームスプリッタ
２３ １／４波長板
２４ ディスクユニット
２４ａ マイクロレンズアレイディスク
２４ｂ ピンホールアレイディスク
２４ｃ 回転軸
２４ｄ モータ
２５ フーリエレンズ
２６ 反射ミラー
２７ ダイクロイックミラー
４０ カメラ
Ｌ１ 光
Ｌ３ 分割光
Ｌ４ 照明光
ＭＬ１，ＭＬ２ マイクロレンズ
ＰＨ ピンホール
Ｒ１１ 第１照明領域
Ｒ１２ 第２照明領域
ＲＭ 反射ミラー
ＳＰ 試料
Ｚ１１，Ｚ２１ インナーゾーン
Ｚ１２，Ｚ２２ アウターゾーン
１０ 光源部
２２ 偏光ビームスプリッタ
２３ １／４波長板
２４ ディスクユニット
２４ａ マイクロレンズアレイディスク
２４ｂ ピンホールアレイディスク
２４ｃ 回転軸
２４ｄ モータ
２５ フーリエレンズ
２６ 反射ミラー
２７ ダイクロイックミラー
４０ カメラ
Ｌ１ 光
Ｌ３ 分割光
Ｌ４ 照明光
ＭＬ１，ＭＬ２ マイクロレンズ
ＰＨ ピンホール
Ｒ１１ 第１照明領域
Ｒ１２ 第２照明領域
ＲＭ 反射ミラー
ＳＰ 試料
Ｚ１１，Ｚ２１ インナーゾーン
Ｚ１２，Ｚ２２ アウターゾーン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】