(57)【要約】本発明は、Ｚ軸に沿った光軸と少なくとも１つの音響光学結晶層(14)とを持つ第１の音響光学偏向器(15,15')を用いて光ビーム(50)で走査する方法に関し、光ビーム(50)を第１の音響光学偏向器(15,15')に向かわせ、第１の音響光学偏向器(15,15')によって光ビーム(50)をＺ軸に垂直なＸ軸に沿って偏向させ、その間に音響光学偏向器(15,15')の少なくとも１つの音響光学結晶層(14)内で、この音響光学結晶層(14)内でτの持続時間を持つ第１の音響チャープ信号(30a)を発生させた後、第１の音響チャープ信号(30a)の発生開始から計測してτの時間内に音響光学結晶層(14)内で第２の音響チャープ信号(30b)を発生させることにより、複数の音響チャープ信号(30)を発生させることを含む。
2021535420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸に沿った光軸と少なくとも１つの音響光学結晶層（１４）とを持つ第１の音響光学偏向器（１５、１５'）を用いて光ビーム（５０）で走査する方法であって、
光ビーム（５０）を第１の音響光学偏向器（１５、１５'）中に向かわせ、第１の音響光学偏向器（１５、１５'）によって光ビーム（５０）をＺ軸に垂直なＸ軸に沿って偏向させ、その間に前記音響光学偏向器（１５、１５'）の少なくとも１つの音響光学結晶層（１４）内で、下記手順によって複数の音響チャープ信号（３０）を発生させることを特徴とする、前記方法：
−前記音響光学結晶層（１４）内でτの持続時間を持つ第１の音響チャープ信号（３０ａ）を発生させ、次いで
−前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始から計測してτの時間内に音響光学結晶層（１４）内で第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させる。
【請求項２】
前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ／５とτ／２との間で、好ましくは時間的瞬間τ／３で、前記第２の音響チャープ信号（３０ｂ）の発生を開始することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の音響チャープ信号（３０ｂ）の発生開始からτの時間内で第３の音響チャープ信号（３０ｃ）を発生させることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ／２と４τ／５との間で、好ましくは時間的瞬間２τ／３で、前記第３の音響チャープ信号（３０ｃ）の発生を開始することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記結晶層（１４）に接続された単一の電気音響波発生器（１７）を用いて、この電気音響波発生器（１７）にτの持続時間を持つ第１の電圧信号を印加し、それにより第１の音響チャープ信号（３０ａ）を発生させ、次いで第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始から持続時間τの時間内に前記電気音響波発生器（１７）に第２の電圧信号を印加し、それにより第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
下記手順により、前記結晶層（１４）に接続された複数の電気音響波発生器（１７）により音響チャープ信号（３０）を発生させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法；
−第１の電気音響波発生器（１７ａ）にτの持続時間を持つ第１の電圧信号を印加し、それにより第１の音響チャープ信号（３０ａ）を発生させ、
−前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始から持続時間τの時間内に、第２の電気音響波発生器（１７ｂ）に第２の電圧信号を印加し、それにより第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させる。
【請求項７】
さまざまな掃引率を持つ複数の音響チャープ信号（３０）を発生させて、音響光学結晶層（１４）を通過する光ビーム（５０）をＺ軸に沿ってさまざまな深さで集束させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
音響光学結晶層（１４）を出るビームを集束させ、第１の音響光学偏向器（１５）の後ろに配置された光学要素、好ましくは対物レンズ、を用いて、前記音響チャープ信号（３０）の掃引率の代数符号に応じて発散及び／又は収束させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第１の音響チャープ信号（３０ａ）を用いて前記光ビーム（５０）をＸ軸に沿って第１の座標Ｘ１をもつ第１の地点に集束させ、そして、第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を用いて光ビーム（５０）を第２の座標Ｘ２を持つ第２の地点に集束させることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
第１の音響チャープ信号（３０ａ）と実質的に同時に第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させることにより重畳音響波（３１）を生じさせ、この重畳音響波（３１）を用いて光ビーム（５０）をＸ軸に沿って２つのビームに分割し、それらを異なった方向に偏向させることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
下記手順により音響光学結晶層（１４）内で複数の重畳音響波（３１）を引き続いて生じさせることを特徴とする、請求項１０に記載の方法：
−前記音響光学結晶層（１４）内で持続時間τ' の第１の重畳音響波（３１ａ）を発生させ、次いで
−前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始からτ' の時間内に、第２の重畳音響波（３１ｂ）を発生させる。
【請求項１２】
前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ'／５とτ'／２との間  で、好ましくは時間的瞬間τ'／３で、前記第２の重畳音響波（３１ｂ）の発生を開始することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の重畳音響波（３１ｂ）の発生開始からτ' の時間内で第３の重畳音響波（３１ｃ）を発生させることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ'／２と４τ'／５との  間で、好ましくは時間的瞬間２τ'／３で、第３の重畳音響波（３１ｃ）の発生を開始することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
音響光学偏向器（１５'）が少なくとも２つの音響光学結晶層（１４ａ，１４ｂ）を含み、第１の音響光学結晶層（１４ａ）内でこの第１の音響光学結晶層（１４ａ）に接続された第１の電気音響波発生器（１７ａ）を用いて第１の重畳音響波（３１ａ）を発生させ、そして第２の音響光学結晶層（１４ｂ）内でこの第２の音響光学結晶層（１４ｂ）に接続された第２の電気音響波発生器（１７ｂ）を用いて第２の重畳音響波（３１ｂ）を発生させることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
第１の電気音響波発生器（１７ａ）が１または２以上の電気音響波発生器ユニット（１７ａ'）を含み、第２の電気音響波発生器（１７ｂ）も１または２以上の電気音響波発生器ユニット（１７ｂ'）を含み、そして個々の音響波発生器ユニット（１７'）を用いて、重畳音響波（３１）を形成する個々の音響チャープ信号（３０）を生じさせることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
音響光学偏向器（１５）が少なくとも２つの音響光学結晶層（１４ａ，１４ｂ）を含み、第１の音響光学結晶層（１４ａ）内でこの第１の音響光学結晶層（１４ａ）に接続された第１の電気音響波発生器（１７ａ）を用いて第１の音響チャープ信号（３０ａ）を生じさせ、そして第２の音響光学結晶層（１４ｂ）内でこの第２の音響光学結晶層（１４ｂ）に接続された第２の電気音響波発生器（１７ｂ）を用いて第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を生じさせることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
光ビーム（５０）をＺ軸及びＸ軸に垂直なＹ軸に沿って、好ましくは音響光学偏向器（１５、１５'）を用いて偏向させることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
音響光学結晶層(１４)に接続された電気音響波発生器（１７）が２つの電極（２０ａ，２０ｂ）とそれらの間に配置された圧電プレート(２２)とを含んでいて、これら２電極（２０ａ，２０ｂ）の一方の電極（２０ａ）が音響光学結晶層（１４）に接続されている、ことを特徴とする、請求項５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、Ｚ軸に沿った（＝Ｚ軸方向の）光軸と少なくとも１つの音響光学結晶層とを有する第１の音響光学偏向器（acousto-optic deflector）を用いて光ビームで走査（スキャン）する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査方法、特に三次元レーザー走査方法は、生物学的検体の研究において、生物学的検体の構造、蛍光マーカーの分布、及び細胞の表面レセプターなどを解析（マッピンングアウト）するのに重要な役割を果たしている。
【０００３】
公知の走査方法は通常は三次元レーザー走査式顕微鏡を使用し、この顕微鏡は共焦点顕微鏡又は二光子顕微鏡でよい。共焦点顕微鏡テクノロジーでは、検出器（デテクター）の手前にピンホールを設置して、顕微鏡対物レンズの焦点面以外の面から届く光を取り除く。こうして、検体（例、生物学的検体）内の様々な深さに位置する複数の面の画像（イメージ）を作り出すことが可能となる。
【０００４】
二光子レーザー走査式顕微鏡は、光子エネルギーはより低いが強度がより高いレーザー光で操作し、そのレーザー光からは二光子の同時吸収がフルオロフォア（蛍光色素）の励起に必要である。その後、放出された蛍光光子は検出器で検出しうる。
【０００５】
上述したどのテクノロジーの場合も、例えば、ステッパーモーター（パルスモーター）により顕微鏡の載物台（ステージ）を動かすことにより三次元走査を実施することもできるが、遅くて機械的に複雑であるため、この方法は実際にはほとんど使われていない。そのため、生物学的検体の検査時には、検体を動かす代わりに、レーザービームをＸ−Ｙ面内で偏向させるようにレーザービームの焦点を動かすと共に、対物レンズをＺ軸に沿って動かすことにより焦点面の深さを制御している。
【０００６】
レーザービームの偏向には公知方法がいくつかある。通常は、電流測定型スキャナーに設置した複数の偏向ミラー又は複数の音響光学偏向器を偏向要素として使用する。Kaplan et al. (「非常な高速の焦点走査での音響光学レンズ＜Acousto-optic lens with very fast focus scanning＞」OPTICS LETTERS / Vol. 26, No. 14 / July 15, (2001)) には２つの音響光学偏向器から構成されるシステムが提示されている。これにより、焦点の位置をＸ−Ｙ面内で動かすことができるだけでなく、対物レンズ又は載物台をＺ方向に動かさずに、Ｚ軸を構成する光軸に沿って焦点深度を変動させることもできる。その説明によると、焦点深度の変化は、２つの音響光学偏向器内で発生させた、周波数（振動数）が経時的に変化する波（チャープ信号、chirp signal）の掃引率（掃引レート、sweep rate）を変化させることにより行われる。
【０００７】
上記原理を用いる三次元走査システムが、米国特許第８,５５９,０８５号明細書に開示されている。この場合、順に配列された４つの音響光学偏向器を用いて焦点の位置を動かす。Ｘ−Ｙ面内の焦点の移動は、偏向器で発生した音響波（音波）の周波数差を調節することにより行われ、Ｚ軸方向の焦点の位置は偏向器で生起させたチャープ信号の掃引率により変化させる。これにより、焦点のＸ、Ｙ及びＺ座標を実際上は独立して変化させることができる。
【０００８】
検体の走査中、集束（焦点合わせ、フォーカス）された光ビームが、検体の検査に供される二次元又は三次元範囲を走査する。音響光学偏向器は非常に高速の装置であって、焦点スポット（focal spot）を非常にすばやく（１０〜２０マイクロ秒以下までもの短時間で）所望の位置に位置決めすることができるが、小さい焦点スポットや大きな検体の場合には、単一焦点スポットによる走査は時間のかかるプロセスとなる。
【０００９】
別の問題点は、音響光学偏向器が或る決まった周波数範囲内でしかチャープ信号を作り出すことができず、従って、或る深さに集束するのに必要な所定の掃引率チャープ信号は或る制限された時間の間しか必ずしも維持されないかもしれないことによりもたらされる。図１は、前述の最新従来技術に従った方法により発生させたチャープ信号の周波数の時間依存性を示す。発生したチャープ信号の周波数の持続時間τは、典型的な配置では約３０マイクロ秒である。引き続く２つのチャープ信号の境界で作り出された焦点は、容易に検出しうる蛍光励起を生ずるには強度及びサイズが不十分である。どのチャープ信号も、付随の音響波が偏向器の照射された開口（アパーチャー）を実質的に満たす時に光ビームを適正に偏向させる。持続時間τのチャープ信号は、略τ／３の持続時間の間は、適切な蛍光信号を生ずる光ビームの偏向を行うことができる、換言すると、図１に示した方式では、引き続いて（前後して）発生された２つのチャープ信号の間では、２τ／３に等しい持続時間の間は光ビームの偏向が不適切になる、ということが認められた。この「遊び時間（アイドルタイム）」により、走査に要する時間が著しく増大する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Kaplan et al., Acousto-optic lens with very fast focus scanning, OPTICS LETTERS, Vol. 26, No. 14, July 15, 2001
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第８,５５９,０８５号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、従来技術に係る解決策の難点を持たない音響光学的走査方法を提供すること、特にこれまでに公知の解決策より高速の走査を可能にする音響光学的走査方法を提供することである。
【００１３】
本発明は、当該音響光学偏向器内で時間においてもオーバーラップするいくつかの引き続く音響チャープ信号を生起させることにより、その音響光学偏向器を通過する光ビームを妨害せずに、検体内で蛍光信号を適当な強度で発生させることができるという知見に基づく。
【００１４】
本発明はまた、実質的に同時に発生させた重畳（スーパーインポーズ）した音響波を形成する音響光学偏向器においていくつかの音響チャープ信号を生起させることにより、その偏向器を通過する光ビームをいくつかのビームに分割させて、多様な異なる方向に偏向させることができ、それにより走査時間を短縮することが可能にとなるという知見にも基づく。
【００１５】
本発明の意味において、前記課題は請求項１に係る方法により解決された。
さらに好ましい本発明の実施態様は従属請求項に特定されている。
本発明のさらなる詳細は、以下に添付図面を参照した例示の実施態様によって説明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】最新従来技術に係る方法を用いて引き続いて発生させた複数チャープ信号の周波数の時間依存性を示す略式グラフである。
【図２】本発明に係る方法を用いて引き続いて発生させた複数チャープ信号の周波数の時間依存性を示す略式グラフである。
【図３ａ】動作時に単一の音響光学結晶層（acousto-optic crystal layer）と単一の電気音響波発生器（electro-acoustic wave generator）とを含む本発明に係る音響光学偏向器の略式断面図を示す。
【図３ｂ】動作時に複数の音響光学結晶層と各音響光学結晶層につき単一の電気音響波発生器とを含む本発明に係る音響光学偏向器の好ましい実施態様の略式断面図を示す。
【図３ｃ】動作時に複数の音響光学結晶層と各音響光学結晶層につき単一の電気音響波発生器とを含んだ本発明に係る音響光学偏向器の別の好ましい実施態様の略式断面図を示す。
【図４ａ】動作時に単一の音響光学結晶層と音響光学結晶層につき複数の電気音響波発生器とを含む本発明に係る音響光学偏向器の略式断面図を示す。
【図４ｂ】動作時に複数の音響光学結晶層と各音響光学結晶層につき複数の電気音響波発生器とを含む本発明に係る音響光学偏向器の好ましい実施態様の略式断面図を示す。
【図４ｃ】動作時に複数の音響光学結晶層と各音響光学結晶層につき複数の電気音響波発生器とを含んだ本発明に係る音響光学偏向器の別の好ましい実施態様の略式断面図を示す。
【図５ａ】図３ａ及び図４ａに示した音響光学偏向器で発生させた音響波の周波数の距離依存性を示す。
【図５ｂ】図３ｂ及び図４ｂに示した音響光学偏向器で発生させた音響波の周波数−距離関数を示す。
【図５ｃ】図３ｃ及び図４ｃに示した音響光学偏向器で発生させた音響波の周波数−距離関数を示す。
【図６】本発明に係る方法を実施するのに適合させた走査システムの主要要素の概略図を示す。
【図７】本発明に係る走査方法を用いて走査された検体の概略図を示す。
【図８】Ｘ軸方向及びＹ軸方向の焦点のドリフトが補償された本発明に係る走査方法の好ましい実施態様で作られた点グリッドを示す。
【図９】焦点がＹ軸方向にドリフトする本発明に係る走査方法の別の好ましい実施態様を用いて作られたＹ軸方向のセクションからなるグリッドを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る方法の実施時に、Ｚ軸光学軸（Ｚ軸に沿った光軸）と少なくとも１層の音響光学結晶層１４とを有する第１の音響光学偏向器１５内で複数の音響チャープ信号３０を発生させるようにして光ビームが偏向を受けるが、光ビーム５０をまず偏向器１５内へと向かわせる。
【００１８】
１好適実施態様において、光ビーム５０は不連続のレーザーパルスを含んでいて、そのパルスのパルス幅はフェムト秒範囲内で、繰り返し周波数は好ましくはＭＨｚ範囲内である。このようなレーザーパルスは、当業者には明らかなように、例えば、好ましくはＴｉ−Ｓレーザーを用いたフェムト秒レーザーパルス源を用いて生じさせることができる。
【００１９】
図３ａは、単一の音響光学結晶層１４を含んだ本発明に係る音響光学偏向器１５の１実施態様の略式断面図を示す。この実施態様の場合、音響チャープ信号３０を発生させるのに適合させた単一の電気音響波発生器１７が前記結晶層１４に接続されていて、この結晶層１４は、信号発生器２４から音響チャープ信号３０を発生させるのに必要な電圧信号を受信する。
【００２０】
本発明に関して、音響チャープ信号３０は、その周波数が時間と共に連続的に増大又は減少する、可変周波数の周期的音響波信号を意味すると解される。チャープ信号は、そのチャープ信号の周波数の変化が経時的に線形であるか非線形であるかに応じて線形又は非線形のいずれかである。静止した焦点を生ずるために通常は線形のチャープ信号３０が音響光学偏向器１５で使用される。音響光学偏向器での非線形チャープ信号の使用は、例えば、国際公開ＷＯ２０１３／１０２７７１Ａ１に論じられている。
【００２１】
音響波発生器１７で発生させた音響チャープ信号３０は、音響光学結晶層１４を通過し、この結晶層の作用のために、伝播の方向に沿って常に変動する屈折率分布が作り出される。音響チャープ信号３０で満たされた音響光学結晶層１４を通過する、当初は平行化（コリメート）されていた光ビーム５０の偏向部分（チャープ信号３０の伝播方向に対して或る角度にある）は、チャープ信号３０の周波数が経時的に増大するか又は減少するかに応じて、音響光学結晶層１４を出る際に収束（集束、即ちフォーカス）するか又は発散するかのいずれかとなろう。より正確には、結晶層１４内で生起したチャープ信号３０の周波数が継時的に増大する場合、換言すると、周波数掃引率が正である場合には、結晶層１４を通過する光ビーム５０の偏向部分は収束（収斂）する、換言すると集束（フォーカス）するであろう。しかし、結晶層１４内で生起したチャープ信号３０の周波数が継時的に減少する場合、換言すると、周波数掃引率が負である場合には、結晶層１４を通過する光ビーム５０の偏向部分は発散することになり、他の集束性光学要素の介在がなければ焦点は形成されない。チャープ信号３０の周波数掃引率が０である（これは一定周波数の調和波形に相当する）場合、結晶層１４を通過する光ビームの偏向部分は平行化されたままであって単に偏向されるだけである。光ビーム５０の偏向度、換言すると偏向方向軸は、当業者には自明であるように、光アパーチャー内部で測定可能なチャープ信号３０の最大周波数と最小周波数との差（即ち、中心周波数）に依存する。
【００２２】
結晶層１４は好ましくは単結晶（ＴｅＯ2、ＬｉＮｂＯ3などの）から作成され、その内部で機械的応力の作用のために屈折率変化が起こる。１好適実施態様において、音響光学結晶層１４に接続された電気音響波発生器１７は、２つの電極２０ａ，２０ｂとそれらの間に配置された１つの圧電プレート２２とを含んでいる。これら２電極２０ａ，２０ｂのうち、一方の電極２０ａは音響光学結晶層１４に接続される一方で、両電極２０ａ，２０ｂは信号発生器２４に接続される。当業者には公知であるように、電極２０ａ，２０ｂに接続された電圧を信号発生器２４により周期的に変化させることで圧電プレート２２は振動するようになる。圧電プレート２２はその振動を電極２０ａに接続されている音響光学結晶層１４に伝え、この作用のために、音響光学結晶層１４内で伝えられた振動に対応して音響チャープ信号３０が発生し、伝播される。
【００２３】
電気音響波発生器１７の効率は、最低ｆｍｉｎ周波数と最高ｆｍａｘ周波数とにより決定される周波数範囲内で一般に最適となる。換言すると、この範囲内で、前記効率は音響チャープ信号３０を発生するのに最も適している。電気音響波発生器１７が作り出すチャープ信号３０の周波数は常に変化しているので、ある時間の経過後は、それらの周波数は、前記周波数範囲の下限ｆｍｉｎ又は上限ｆｍａｘに必ず到達し、そのチャープ信号３０の発生が中断されてしまうことになる。周波数が達成可能な周波数範囲に入ってくると信号発生が再開されて、新たな音響チャープ信号３０を生じさせることができる。チャープ信号３０の発生の中断で、そのチャープ信号３０により規定された方向への音響光学結晶層１４を通過中の光ビーム５０の偏向は、発生したチャープ信号３０の最終セクションが光を当てられたアパーチャーを去った時に停止される。
【００２４】
以下では、チャープ信号３０の発生開始とその発生の完了との間に経過した時間の長さをそのチャープ信号３０の持続時間と言う。
【００２５】
ｆｍｉｎ及びｆｍａｘの各周波数は好ましくは、ｆｍｉｎ及びｆｍａｘの周波数で音響波発生器１７が発出した音響出力が、その音響波発生器１７が発出しうる最大音響出力の半分まで低下する、換言すると、ｆｍｉｎ周波数とｆｍａｘ周波数との間で音響波発生器１７が発出した音響波出力が最大出力の５０％未満に変化する、ように決定しうる。
【００２６】
チャープ信号３０の持続時間は、音響光学偏向器１５のタイム・アパーチャー＜time aperture＞より長い、換言すると、チャープ信号３０の或る位相点（波頭＜wave front＞など）が偏向器１５のアパーチャーを通り過ぎる間の時間の長さより長い、ことが好ましい。音響波発生器１７で発生させたチャープ信号３０の一部が偏向器１５のアパーチャーを完全に満たしている限り、光ビーム５０の偏向は適切である。経験によれば、完全充満の前及び後で持続時間τの１つのチャープ信号３０は、偏向器のタイム・アパーチャーと同じ長さの時間の間は、アパーチャー全体を偏向させることはない、換言すると、ビームを適正に偏向させることはない。短いチャープ信号３０の場合、タイム・アパーチャーはτ／３よりさらに長いかもしれない。換言すると、このような場合、偏向器はτ／３より短い時間の間だけしか光ビームを適正に偏向させない。残りの２τ／３より長い時間では、換言すると、チャープ信号３０が結晶層１４内をまさに伝播し始めた時、又は該信号が前記層内からほぼ完全に消えてしまった時には、偏向は適正には動作しないであろう。
【００２７】
図１に示した最先従来技術に係る解決策の場合、偏向器１５内では同一の持続時間τの複数のチャープ信号３０が時間間隔τで発生される。換言すると、次のチャープ信号３０は、前のチャープ信号３０の発生が停止し終わった後に初めて発生し始める。こうして、引き続いて発生させた２つのチャープ信号３０の間には２つのタイム・アパーチャーに等しい長さの「遊び時間」を生じてしまい、その間は光ビーム５０の偏向は不適切なものとなろう。
【００２８】
上記「遊び時間」を短縮又は解消するために、本発明に係る方法では、音響光学偏向器１５の少なくとも１つの音響光学結晶層１４内で、複数の音響チャープ信号３０を次のように生じさせる。まず、持続時間τの第１の音響チャープ信号３０ａを当該音響光学結晶層１４内で発生させ、次いで第１の音響チャープ信号３０ａ発生開始から計測して持続時間τの時間内に第２の音響チャープ信号３０ｂを当該音響光学結晶層１４内で発生させる。本発明に関して、持続時間τの時間内での発生とは、第２の音響チャープ信号３０ｂを第１の音響チャープ信号３０ａと実質的に同時に発生させる場合、及び、第２の音響チャープ信号３０ｂを第１の音響チャープ信号３０ａの発生開始から持続時間τの時間内に生じさせる場合をも包含する。換言すると、偏向器１５内で引き続くチャープ信号３０は互いに部分的又は完全に時間的にオーバーラップさせて発生させ、それによりあらゆる時間的瞬間において偏向器１５内には少なくとも２つの音響チャープ信号３０が見られうることになる。
【００２９】
第２の音響チャープ信号３０ｂの発生は、第１の音響チャープ信号３０ａの発生開始の後、時間的瞬間τ／５とτ／２との間に開始させることが好ましい。図２に示した好ましい実施態様の場合、同一掃引率での持続時間τの音響チャープ信号３０をτ／３の時間間隔で次々に発生させ、こうして、チャープ信号３０は時間的に互いに部分的にオーバーラップする。持続時間τの第１の音響チャープ信号３０ａはその発生の後、時間的瞬間５τ／６から７τ／６までの間、換言すると、τ／３の全持続時間の間、光ビーム５０を適切に偏向させる。第２の音響チャープ信号３０ｂは、第１の音響チャープ信号３０ａ発生開始からτ／３後の時間的瞬間で発生させるので、第１の音響チャープ信号３０ａによる偏向が停止した正確な時点までには第２の音響チャープ信号３０ｂが光ビーム５０を適切に偏向させ始める。従って、偏向器１５のアパーチャーを十分に満たすチャープ信号３０が偏向器１５内には常に存在し、これが光ビーム５０を適正に偏向させる。
【００３０】
１好適実施態様では、３以上のチャープ信号３０を次々に発生させるが、この場合、第３の音響チャープ信号３０ｃは、この第３の音響チャープ信号３０ｃの発生開始が第１の音響チャープ信号３０ａの発生開始後の時間的瞬間τ／２から４τ／５までの間、好ましくは時間的瞬間２τ／３の時点となるように、第２の音響チャープ信号３０ｂの発生開始から持続時間τの時間内で発生させるようにする。
【００３１】
場合により、引き続いて発生させるチャープ信号３０の持続時間が相互に異なる実施態様も考えられる。この場合、次のチャープ信号３０の発生は、その前に発生させたチャープ信号３０の発生が完了する前に開始させる。
【００３２】
１好適実施態様において、単一の電気音響波発生器１７を用いて偏向器１５内で複数の音響チャープ信号３０を生じさせる。この場合、持続時間τの第１の電圧信号を音響波発生器１７に接続し、この発生器で第１の音響チャープ信号３０ａを結晶層１４内に生起させ、次に第１の音響チャープ信号３０ａの発生開始からτの時間間隔内に、換言すると、第１の音響チャープ信号３０ａの発生がなお進行中である時に、第２の電圧信号を前記電気音響波発生器１７に接続し、この発生器で第２の音響チャープ信号３０ｂを生起させるようにする。
【００３３】
場合により、結晶層１４に接続された複数の電気音響波発生器１７ａ，１７ｂを用いて音響チャープ信号３０を生起させる実施態様も考えられる。その場合、持続時間τの第１の電圧信号を、第１の音響チャープ信号を発生させる第１の電気音響波発生器１７ａに接続し、次いで第１の音響チャープ信号３０ａの発生開始から間隔τの時間内に、第２の音響チャープ信号３０ｂを発生させる第２の電気音響波発生器１７ｂに第２の電圧信号を接続するようにする。
【００３４】
次のチャープ信号３０の発生を、その前のチャープ信号の発生が終了する前に開始させるので、どの時間的瞬間でも偏向器１５の結晶層１４内では少なくとも２つの音響チャープ信号３０が伝播していることになる。
【００３５】
結晶層１４内で伝播される複数のチャープ信号３０の中間周波数、掃引率および持続時間は、場合により互いに異なるようにしてもよい。１好適実施態様では、同一の正の掃引率を持つ複数のチャープ信号３０を持続時間τで発生させ、それらの中間周波数の選択を、光ビーム５０のＸ軸に沿った集束（焦点合わせ）が、第１の音響チャープ信号３０ａを用いて第１の座標Ｘ１を持つ第１の地点（ポイント）で起こると共に、第２の音響チャープ信号３０ｂを用いて第２の座標Ｘ２を持つ第２の地点でも起こるように行う。
【００３６】
別の好適実施態様では、様々な異なる正の掃引率のチャープ信号３０を発生させ、音響光学結晶層を通過する光ビーム５０を、Ｚ軸に沿って様々な深さに集束させる。別の実施態様の場合、チャープ信号３０の正の掃引率だけでなく、それらの中間周波数も異なる。この場合、光ビーム５０は、Ｚ軸に沿って様々な地点で集束されるだけでなく、Ｘ軸に沿っても様々な地点で集束される。
【００３７】
円柱レンズとして機能するので、正の掃引率チャープ信号３０を内包している結晶層１４は、当業者には知られているように、それ自体が光ビーム５０の偏向部分を集束させることができるが、これで達成しうる焦点範囲は限られている。
【００３８】
場合により、チャープ信号の掃引率が０又は負である場合の実施態様も考えうる。１好適実施態様では、光ビーム５０の集束に他の光学要素が関与しうる（偏向器１５の後ろに配置された対物レンズなど）。そのような場合、音響チャープ信号３０の掃引率の代数符号に応じて発散及び／又は収束する（又は場合により平行な）結晶層１４を出た光ビーム５０の偏向部分は、偏向器１５の後ろに配置された光学要素を用いて、好ましくは対物レンズで、集束させる。これらの実施態様の場合の焦点の深さも偏向器１５を用いて、換言すると、チャープ信号３０の掃引率により、制御され、このようにして、光ビーム５０の集束が実質的に偏向器１５により起こることになる。
【００３９】
特に好ましい実施態様では、持続時間τ' を持つ重畳音響波３１を発生させるが、これは、τの持続時間を持つ第２の音響チャープ信号３０ｂの発生が、τの持続時間を持つ第１の音響チャープ信号３０ａの発生と実質的に同時に開始されるようにして行われる。本発明に関して、重畳音響波３１とは、複数の音響チャープ信号３０からなり、それらのチャープ信号３０が時間と空間の両方で完全にオーバーラップする音響波、換言すると、それらチャープ信号の持続時間、時間的および空間的終点が同一である音響波、を意味する。明確にするため、重畳音響波３１の持続時間τ' は、それを構成する複数のチャープ信号３０の持続時間τと同じである。このような重畳音響波３１は、単一の音響波発生器１７を用いて、重畳音響波３１を形成する複数のチャープ信号３０を個々に生起させる複数の電圧信号を複数の電極２０ａ，２０ｂに同時に印加するようにして生起させることができる。
【００４０】
別の実施態様の場合、そのすべてが結晶層１４に接続されている複数の音響波発生器１７を用いて重畳音響波３１を発生させる（図３ｂおよび３ｃを参照）。この実施態様の場合、結晶層１４内で各音響波発生器１７により各１つのチャープ信号３０が同時に生起され、それにより重畳音響波３１を作り出す。
【００４１】
重畳音響波３１を形成している複数のチャープ信号３０は別々に、それらの周波数プロファイル（掃引率および中間周波数）に従って光ビーム５０を同時に偏向させる。この偏向はまた、光ビーム５０の個々の部分の偏向も含み、換言すると、これは光ビーム５０の集束、又は場合によっては発散もしくは平行ビームの生起を意味する。
【００４２】
図３ａに示した実施態様の場合、重畳音響波３１は複数の正の掃引率チャープ信号３０を含んで発生され、それにより光ビーム５０は、Ｘ軸に沿って少なくとも２つのビームに分割され、異なる方向に偏向される。
【００４３】
図５ａは、図３ａに従って音響光学結晶層１４内で生起させた重畳音響波３１を形成する複数チャープ信号３０の周波数の空間分布を示す。本実施態様の場合、生起された複数チャープ信号３０のそれぞれについて、互いから同一距離の任意の２点間の周波数差が一定である、換言すると、或る一定の線形関数を距離−周波数関数にフィットさせうる、ということが当てはまる。無論、非線形周波数関数を別の種類の制御を用いて生起させてもよい（例えば、焦点を或る軌道に沿って移動させるために）。
【００４４】
１好適実施態様において、複数の重畳音響波３１を音響光学偏向器１５の少なくとも１つの音響光学結晶層１４内で逐次的に生起させる。これは、持続時間τ' の第１の重畳音響波３１ａを音響光学結晶層１４内で発生させ、次に第１の重畳音響波３１ａの発生開始から計測して持続時間τ' の時間内に第２の重畳音響波３１ｂを音響光学結晶層１４内で発生させるようにして行われる。
【００４５】
第２の重畳音響波３１ｂの発生は、第１の重畳音響波３１ａの発生開始の後、時間的瞬間τ'／５とτ'／２との間で開始させることが好ましい。特に好ましい実施態様の場合、持続時間τ' の複数の重畳音響波３１をそれぞれτ'／３の間隔で発生させ、こうして、複数の重畳音響波３１は互いに時間において部分的にオーバーラップするようになる。  
【００４６】
１好適実施態様では、３以上の重畳音響波３１を次々に発生させるが、この場合、第３の重畳音響波３１ｃは、この第３の重畳音響波３１ｃの発生開始が第１の重畳音響波３１ａの発生開始後の時間的瞬間τ'／２から４τ'／５までの間、好ましくは、時間的瞬間２τ'／３の時点、となるように、第２の重畳音響波３１ｂの発生開始から持続時間τ'の時間内に発生させるようにする。
【００４７】
特に好ましい実施態様の場合、音響光学偏向器１５' が少なくとも２つの音響光学結晶層１４ａ，１４ｂを含み、それらのそれぞれに少なくとも１つの音響光学波発生器１７ａ，１７ｂが接続され、隣接する結晶層１４ａ，１４ｂは音響アイソレーター１８により隔離される（図３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃを参照）。２つの音響光学結晶層１４の間に配置された電気音響波発生器１７の厚みは、通過する光ビーム５０のぼやけをできるだけ少なくするために１００μｍ未満とすることが好ましいが、無論、結晶層１４間に配置された音響波発生器１７の厚みが１００μｍより大きい実施態様も考え得る。暗黙の了解として音響アイソレーター１８は最小の厚みとなるように設計される。場合により、偏向器１５' がＮ個の数の等しい厚みの結晶層１４を含んでいる実施態様が考えられる。そうなると、適切な信号発生の場合、音響光学偏向器１５' では、同じサイズのアパーチャーを持つ単一の（分割されていない）音響光学結晶層１４を含んだ音響光学偏向器１５の場合の時間と比べて１／Ｎの時間で、音響チャープ信号３０をこの音響光学偏向器１５' のアパーチャー全体にわたって発生させうる。
【００４８】
音響アイソレーター１８の機能は、隣りの結晶層１４に接続された音響波発生器１７が他の結晶層１４内で音響波を発生するのを防止することである。１好適実施態様の場合、音響アイソレーター１８は、エアーギャップ又は吸音材料を含んでいる。音響波発生器１７で発生させたチャープ信号３０は、空気のような希薄気体で満たされたエアーギャップ中、又は吸音材料中では伝播することができず、このため、音響光学結晶層１４内を伝播しているチャープ信号３０が、音響アイソレーター１８により隔離されている隣の音響光学結晶層１４に侵入するのを防止することができる。偏向器１５' の音響波発生器１７と音響アイソレーター１８は、光ビーム５０のそれらのそれぞれの部分をぼやけさせるが、このぼやけは、偏向器１５' を通過する光ビーム５０の輝度分布を決定する点広がり関数（ＰＳＦ）における最大強度のわずかな低下と低強度の追加焦点の出現を引き起こすにすぎないだろう。この最大強度の低下はわずかな励起低下を生ずる。換言すると、このぼやけ作用は、所定の焦点面上に投影された音響光学偏向器１５' を通過する光ビーム５０の強度分布にはほとんど現れないであろう。
【００４９】
１好適実施態様の場合、音響光学偏向器の複数の音響光学結晶層１４ａ，１４ｂ内での音響チャープ信号３０の生起が、第１の音響光学結晶層１４ａ内でそれに接続された第１の電気音響波発生器１７ａを用いて第１の音響チャープ信号３０ａを発生させ、そして第２の音響光学結晶層１４ｂ内でそれに接続された第２の電気音響波発生器１７ｂを用いて第２の音響チャープ信号３０ｂを発生させることにより行われる。特に好ましい１実施態様において、複数のチャープ信号３０を含む第１の重畳音響波の発生が、第１の音響光学結晶層１４ａ内でそれに接続された第１の電気音響波発生器１７ａを用いて行われ、そして複数のチャープ信号３０を含む第２の重畳音響波の発生が、第２の音響光学結晶層１４ｂ内でそれに接続された第２の電気音響波発生器１７ｂを用いて行われる。
【００５０】
別の実施態様の場合、第１の電気音響波発生器１７ａは複数の電気音響波発生器ユニット１７ａ' を含み、第２の電気音響波発生器１７ｂも複数の電気音響波発生器ユニット１７ｂ' を含む。本発明に関して、音響波発生器ユニット１７ａ' ，１７ｂ' は、音響波発生器１７として機能する結晶層、換言すると、結晶層14内で音響チャープ信号３０を発生することができる結晶層、に接続された装置を意味すると解される。
【００５１】
この実施態様の場合、重畳音響波３１を形成する個々のチャープ信号３０は、個々の音響波発生器ユニット１７ａ' ，１７ｂ' を用いて作り出される。
【００５２】
図３ｂ及び図４ｂに提示された実施態様の場合、１つの重畳音響波が複数の音響光学結晶層１４を含んでいる音響光学偏向器１５' 内で作り出されるが、この偏向器１５' では、個々の音響光学結晶層１４ａ，１４ｂにおいて、所定の音響光学結晶層１４ａ，１４ｂにそれぞれ降りかかる当該重畳音響波３１の空間セクションが、その所定の音響光学結晶層１４ａ，１４ｂに属する電気音響波発生器１７ａ，１７ｂを用いて作り出されるように、前記重畳音響波が偏向器のアパーチャー全体を満たしている。このようにして作り出された前記１つの重畳音響波３１を形成しているチャープ信号３０の全てについて、互いから同一距離にある任意の二点間の周波数差が一定である、換言すると、距離−周波数関数に或る一定の線形関数をフィットさせることができる（この関数は音響波発生器１７及び音響アイソレーター１８のところにブレーク＜破断部＞をもつ）（図５ｂ参照）ということが当てはまる。従って、この実施態様では、複数の結晶層１４ａ，１４ｂを備えた偏向器１５' において、隣り合う結晶層１４の間の電気音響波発生器１７及び音響アイソレーター１８により作られるブレークを除いて、τの持続時間を持った複数の重畳音響波３１（単一の結晶層１４を含む偏向器１５で発生させたアパーチャー全体を満たす複数重畳音響波３１に類似のもの）であって、時間的に互いにオーバーラップさせうる複数の重畳音響波を、上に述べたようにして発生させることができる。
【００５３】
図３ｃ及び４ｃに提示した実施態様の場合、それぞれ各自の音響光学結晶層１４ａ，１４ｂに属する複数の電気音響波発生器１７ａ，１７ｂを用いて偏向器１５' のさまざまな音響光学結晶層１４において、互いに独立した複数の重畳音響波信号３１が作り出される。換言すると、作り出された複数の重畳音響波３１は、偏向器１５' のアパーチャー全体を満たす１つの重畳音響波３１を一緒になって形成することはない。従って、この実施態様の場合、さまざまな結晶層１４ａ，１４ｂ内で発生させた複数の重畳音響波３１は、場合により、異なる数のチャープ信号３０を含んでいることさえありうる（図５ｃ参照）。
【００５４】
図３ａ，３ｂ及び３ｃに示した実施態様の場合、別々の複数の重畳電圧信号が複数の電気音響波発生器１７ａ，１７ｂに接続されるように、複数の結晶層１４ａ，１４ｂのそれぞれに接続された個別の電気音響波発生器１７ａ，１７ｂを用いて１つの重畳音響波３１が作り出される。換言すると、その１つの重畳音響波３１を形成する複数のチャープ信号３０を作り出す複数の電圧信号成分が電気音響波発生器１７ａ，１７ｂに実質的に同時に接続される。図４ｂ及び４ｃに示した実施態様の場合、結晶層１４ａ，１４ｂに接続された電気音響波発生器１７ａ，１７ｂは、それぞれ複数の音響波発生器ユニット１７ａ'，１７ｂ' を含んでいて、複数の重畳音響波３１を形成する個々のチャープ信号３０は、個々の電気音響波発生器ユニット１７ａ'，１７ｂ' を用いて作り出される。
【００５５】
本発明に係る方法は、生物学的検体４０、特に神経細胞の非常に短い持続時間の照射に適しており、この方法は、光ビーム５０を検体４０上で１つ又は複数のポイントに集束させることを含み、このようにして二光子発光を誘起させ、次いで当該１又は２以上の焦点を動かすことにより検体４０を完全にスキャン（走査）する。
【００５６】
図６は、本発明に係る方法を実施するのに適合させたＺ軸に沿って光軸を持つ音響光学走査システム１０の主要要素の概略図を示す。この音響光学走査システム１０は、光ビーム５０を作り出すのに適合させた光源５２と、前記Ｚ軸に垂直なＹ軸に沿って光ビーム５０を偏向させるのに適合させた偏向器要素１２と、Ｚ軸及びＹ軸に垂直なＸ軸に沿って光ビーム５０を偏向させるのに適合させた、少なくとも１つの音響光学結晶層１４を有する音響光学偏向器１５とを好ましくは含んでいる。音響チャープ信号３０を生起させる電圧信号を生ずるのに適合させた信号発生器２４が偏向器１５の音響波発生器１７に接続されている。
【００５７】
偏向要素１２は好ましくは電流測定（検流計、ガルバノメーター）型走査ミラー、及び／又は１つ若しくは２つの音響光学偏向器３５を含んでいて、それにより、当業者には知られているように（例、米国特許第８,５５９,０８５号）、偏向要素１２を通過する光ビーム５０をＹ軸に沿って偏向させてもよい。１好適実施態様の場合、偏向器３５も信号発生器２４により制御しうる。
【００５８】
本発明に係る方法の例証的な実施態様の第１工程では、光源５２により光ビーム５０、好ましくはレーザービームを生じさせて発出させ、次いで、発出された光ビーム５０を偏向要素１２に伝送する。場合により、光ビーム５０の特性を向上させる光学的要素を光源５２と偏向要素１２との間に配置してもよい。その種の光学的要素の例は、当業者には自明なように、ファラデーアイソレーター、分散補償要素、レーザービーム安定化モジュール、ビームブロードニングデバイス、角分散補償デバイスなどである。
【００５９】
光ビーム５０は、光ビーム５０の光軸に対して垂直なＹ軸に沿って偏向される。１好適実施態様において、次式の周波数プロファイルを持つチャープ信号３０を（偏向要素１２の）偏向器３５内で発生させる。
【００６０】
【数１】
2021535420.tif 000003
【００６１】
上記式中、ｔは時間を意味し、Ｕは電圧振幅であり、そして、ｆ(t)は瞬間周波数（momentary frequency）である。上の式において、次式が成り立つ。
【００６２】
【数２】
2021535420.tif 000004
【００６３】
当業者には知られているように、上記式中において、τは信号繰り返し周期（signal repetition period）、即ち、チャープの長さであり、ｆ(0)は最初の、そしてｆ(T)は最後のチャープ周波数である。或る特定の実施態様の場合、例えば、４つのアウトプット・チャネル、１つのトリガー・インプット及び１つのトリガー・アウトプットを電力増幅器と組み合わせて備えたＤＡ４３００−１２−４Ｍ−ＰＣＩ信号発生器を信号発生器２４として使用しうるが、無論、他の種類の信号発生器も考えられうる。
【００６４】
本方法の次の例証的工程では、偏向要素１２から出た光ビーム５０が偏向器１５内に進入し、それにより光ビーム５０が偏向される。特に好ましい１実施態様の場合、好ましくは同じ掃引率を持つ少なくとも２つのチャープ信号３０を含んでいる重畳音響波３１が、信号発生器２４により制御されるとともに音響光学結晶層１４に接続されている１または２以上の電気音響波発生器１７を用いて音響光学結晶層１４内で作り出され、このようにして、光ビーム５０は少なくとも２つのビームに分割されると共に、Ｘ軸に沿って異なる方向に偏向される。
【００６５】
重畳音響波３１を形成する複数のチャープ信号３０は、光ビーム５０の分割された部分をそれらの周波数プロファイルに従って別々に偏向させる。正の掃引率を持つチャープ信号３０は、光ビーム５０の複数の部分をＸ−Ｚ面内の様々な地点で集束させる。負の掃引率のチャープ信号３０は、当初は平行であったビーム５０を発散させる、換言すると、焦点は生起されない。
【００６６】
１好適実施態様の場合、光ビーム５０の複数部分を少なくとも２つの地点で集束させる一方で、音響光学偏向器１５を出た発散又は収束しているビームが、音響光学偏向器１５の後ろに配置された光学要素、好ましくは対物レンズにより集束される。これらの焦点のＸ軸座標はチャープ信号３０の中間周波数により変化させることができ、焦点のＺ軸座標はチャープ信号の掃引率により変化させることができる（図５ａ、５ｂ、５ｃを参照）。
【００６７】
本発明に係る方法の次の工程では、音響光学偏向器１５中へと進んでいる光ビーム５０を、偏向要素１２を用いてＸ軸及びＺ軸に垂直なＹ軸に沿って変位させる。その結果、複数の焦点は互いに平行な複数の直線に沿って同時に移動する。このようにして生起された平行線を用いて、検体４０の二次元表面又は任意スライス（平面断面）を走査することができる（図７を参照）。Ｙ軸に沿った変位は連続的でも断続的でもよい。前者の場合、変位中に複数焦点は連続的な複数の直線を描くのに対し、後者の場合は、複数焦点は複数列の点を生起させ、それらの複数列の点にそれぞれ直線をフィットさせることができる。
【００６８】
偏向器１５により１または２以上の方向に偏向された光ビーム５０は、当業者には知られているようにＸ軸に沿って連続的に変位される（ドリフトする）。このドリフトの効果により、複数焦点はＸ軸及びＹ軸に対してある角度の複数の直線に沿って移動しよう。これらを走査中に考慮に入れることが好ましい。上述したドリフトは、例えば、次のようにして解消させてもよい。即ち、光ビーム５０の複数部分をいくつかの地点で集束させるために前後に配置した少なくとも２つの音響光学偏向器１５を用いることにより、同一周波数プロファイルを持つが、好ましくは異なる中間周波数を持ち、逆方向に動く複数の重畳音響波３１を発生さるようにして解消できる。
【００６９】
特に好ましい１実施態様の場合、重畳音響波３１を形成する複数チャープ信号３０の掃引率を適切に選択することにより、音響光学偏向器１５を通過する光ビーム５０を、Ｚ軸に沿って異なる深さで集束させるようにして、本発明に係る方法により走査を三次元に実施する。この実施態様の場合、光ビーム５０をＹ軸に沿って変位させることにより、複数焦点は三次元表面に沿って移動しよう。１好適実施態様の場合、複数焦点のＸ軸及びＹ軸に沿った座標の制御が、複数チャープ信号３０の中間周波数及び掃引率を、Ｙ軸に沿った、換言すると走査中の、それらの偏向が検体４０の三次元表面に当たるように適切に選択することによって達成される。特に好ましい実施態様の場合、焦点のＺ軸に沿った座標を、検体４０の検査すべき表面と一致するように走査中に連続的に変動させる。
【００７０】
別の好適実施態様の場合、走査システム１０の偏向要素１２が、Ｙ軸に沿って偏向させる２つの音響光学偏向器Ｙ１、Ｙ２と、Ｘ軸に沿って偏向させる２つの音響光学偏向器Ｘ１、Ｘ２と、を含んでいる。同じ掃引率のチャープ信号３０を、偏向要素１２の偏向器Ｙ１、Ｙ２のそれぞれと、Ｘ軸に沿って偏向させる偏向器Ｘ１とに接続する。複数のチャープ信号３０を含んでいる１つの重畳音響波が偏向器Ｘ２内で生起され、その場合、これらのチャープ信号３０の掃引率は、偏向器Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１内でそれぞれ生起された重畳音響波３１のチャープ信号３０の掃引率と同じである。好ましくは反対方向に伝わるチャープ信号３０が同じ軸に沿って偏向させる音響光学偏向器内で発生される。換言すると、例えば、偏向器Ｙ１及びＹ２のチャープ信号は、互いに逆方向に伝わる。偏向器Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２で発生したチャープ信号３０の掃引率は同じであり、かつ逆方向に向かうチャープ信号３０が、Ｙ軸に沿って偏向させる偏向器対Ｙ１及びＹ２内と、Ｘ軸に沿って偏向させる偏向器対Ｘ１及びＸ２内とで発生するので、生起された焦点はＸ軸とＹ軸のいずれに沿ってもドリフトしないであろう。焦点はＹ軸に沿って、偏向器対Ｙ１及びＹ２内で生起されたチャープ信号３０の中間周波数の差に従って決定された位置に集束され、従って、走査中に図８に示した点グリッドが作り出される。作り出された点グリッドのそれぞれの点（焦点）は同じ深さＺに位置しているので、走査は一定平面Ｚ内で起こる。或る平面が完全に走査され終わった後、即ち、点グリッドで覆われた後、偏向器Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のそれぞれにおけるチャープ信号３０の掃引率を変化させて、前回の平面に平行であって深さの異なる別の平面で走査をもう一度行う。これにより、三次元検体を複数面を横断して完全に走査することが可能となる。
【００７１】
別の好適実施態様は、偏向器Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１に接続されたチャープ信号３０の掃引率とは異なる掃引率でチャープ信号３０を偏向器Ｙ２に接続する点だけが上記実施態様とは異なる。この作用により、焦点はＹ軸に沿ってドリフトすることになろう。この場合には、点グリッドの代わりに、Ｙ方向における複数セクションからなるグリッドが描かれることになろう（図９を参照）。
【００７２】
場合により、上述した実施態様のすべての場合において、好ましくは音響アイソレーター１８により分離されている、少なくとも２つの音響光学結晶層１４ａ、１４ｂを含む音響光学偏向器１５を使用してもよい。この場合、第１の音響光学結晶層１４ａに接続された第１の電気音響波発生器１７ａを用いて第１の音響光学結晶層１４ａ内で複数のチャープ信号３０を含んだ第１の重畳音響波３１ａを生起させると共に、第２の音響光学結晶層１４ｂに接続され、かつ第１の音響光学結晶層１４ａと第２の音響光学結晶層１４ｂとの間に配置された第２の電気音響波発生器１７ｂを用いて第２の音響光学結晶層１４ｂ内で複数のチャープ信号３０を含んだ第２の重畳音響波３１ｂを生起させる。
【００７３】
添付の特許請求の範囲により決まる保護範囲から逸脱せずに、上に開示した各種実施態様に対するさまざまな改変が当業者には明らかであろう。
【図１】
2021535420.tif 000005
【図２】
2021535420.tif 000006
【図３ａ】
2021535420.tif 000007
【図３ｂ】
2021535420.tif 000008
【図３ｃ】
2021535420.tif 000009
【図４ａ】
2021535420.tif 000010
【図４ｂ】
2021535420.tif 000011
【図４ｃ】
2021535420.tif 000012
【図５ａ】
2021535420.tif 000013
【図５ｂ】
2021535420.tif 000014
【図５ｃ】
2021535420.tif 000015
【図６】
2021535420.tif 000016
【図７】
2021535420.tif 000017
【図８】
2021535420.tif 000018
【図９】
2021535420.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月11日(2020.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸に沿った光軸と少なくとも１つの音響光学結晶層（１４）とを持つ第１の音響光学偏向器（１５、１５'）を用いて光ビーム（５０）で走査する方法であって、
光ビーム（５０）を第１の音響光学偏向器（１５、１５'）中に向かわせ、第１の音響光学偏向器（１５、１５'）によって光ビーム（５０）をＺ軸に垂直なＸ軸に沿って偏向させ、その間に前記音響光学偏向器（１５、１５'）の少なくとも１つの音響光学結晶層（１４）内で、下記手順によって複数の音響チャープ信号（３０）を発生させることを特徴とする、前記方法：
前記結晶層（１４）に接続された単一の電気音響波発生器（１７）を用いて、この電気音響波発生器（１７）にτの持続時間を持つ第１の電圧信号を印加し、それにより第１の音響チャープ信号（３０ａ）を発生させ、次いで第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始から持続時間τの時間内に前記電気音響波発生器（１７）に第２の電圧信号を印加し、それにより第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させ、ここで、発生した音響チャープ信号（３０ａ、３０ｂ）は前記結晶層（１４）内で互いに部分的又は完全にオーバーラップしている。
【請求項２】
前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ／５とτ／２との間で、好ましくは時間的瞬間τ／３で、前記第２の音響チャープ信号（３０ｂ）の発生を開始することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の音響チャープ信号（３０ｂ）の発生開始からτの時間内で第３の音響チャープ信号（３０ｃ）を発生させることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の音響チャープ信号（３０ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ／２と４τ／５との間で、好ましくは時間的瞬間２τ／３で、前記第３の音響チャープ信号（３０ｃ）の発生を開始することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さまざまな掃引率を持つ複数の音響チャープ信号（３０）を発生させて、音響光学結晶層（１４）を通過する光ビーム（５０）をＺ軸に沿ってさまざまな深さで集束させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
音響光学結晶層（１４）を出るビームを集束させ、第１の音響光学偏向器（１５）の後ろに配置された光学要素、好ましくは対物レンズ、を用いて、前記音響チャープ信号（３０）の掃引率の代数符号に応じて発散及び／又は収束させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第１の音響チャープ信号（３０ａ）を用いて前記光ビーム（５０）をＸ軸に沿って第１の座標Ｘ１をもつ第１の地点に集束させ、そして、第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を用いて光ビーム（５０）を第２の座標Ｘ２を持つ第２の地点に集束させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第１の音響チャープ信号（３０ａ）と実質的に同時に第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を発生させることにより重畳音響波（３１）を生じさせ、この重畳音響波（３１）を用いて光ビーム（５０）をＸ軸に沿って２つのビームに分割し、それらを異なった方向に偏向させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
下記手順により音響光学結晶層（１４）内で複数の重畳音響波（３１）を引き続いて生じさせることを特徴とする、請求項８に記載の方法：
−前記音響光学結晶層（１４）内で持続時間τ' の第１の重畳音響波（３１ａ）を発生させ、次いで
−前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始からτ' の時間内に、第２の重畳音響波（３１ｂ）を発生させる。
【請求項１０】
前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ'／５とτ'／２との間で、好ましくは時間的瞬間τ'／３で、前記第２の重畳音響波（３１ｂ）の発生を開始することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の重畳音響波（３１ｂ）の発生開始からτ' の時間内で第３の重畳音響波（３１ｃ）を発生させることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の重畳音響波（３１ａ）の発生開始後の時間的瞬間τ'／２と４τ'／５との間で、好ましくは時間的瞬間２τ'／３で、第３の重畳音響波（３１ｃ）の発生を開始することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
音響光学偏向器（１５'）が少なくとも２つの音響光学結晶層（１４ａ，１４ｂ）を含み、第１の音響光学結晶層（１４ａ）内でこの第１の音響光学結晶層（１４ａ）に接続された第１の電気音響波発生器（１７ａ）を用いて第１の重畳音響波（３１ａ）を発生させ、そして第２の音響光学結晶層（１４ｂ）内でこの第２の音響光学結晶層（１４ｂ）に接続された第２の電気音響波発生器（１７ｂ）を用いて第２の重畳音響波（３１ｂ）を発生させることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
音響光学偏向器（１５）が少なくとも２つの音響光学結晶層（１４ａ，１４ｂ）を含み、第１の音響光学結晶層（１４ａ）内でこの第１の音響光学結晶層（１４ａ）に接続された第１の電気音響波発生器（１７ａ）を用いて第１の音響チャープ信号（３０ａ）を生じさせ、そして第２の音響光学結晶層（１４ｂ）内でこの第２の音響光学結晶層（１４ｂ）に接続された第２の電気音響波発生器（１７ｂ）を用いて第２の音響チャープ信号（３０ｂ）を生じさせることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
光ビーム（５０）をＺ軸及びＸ軸に垂直なＹ軸に沿って、好ましくは音響光学偏向器（１５、１５'）を用いて偏向させることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
音響光学結晶層(１４)に接続された電気音響波発生器（１７）が２つの電極（２０ａ，２０ｂ）とそれらの間に配置された圧電プレート(２２)とを含んでいて、これら２電極（２０ａ，２０ｂ）の一方の電極（２０ａ）が音響光学結晶層（１４）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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