(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学顕微鏡であって、
観察対象の試料（４１）を配置可能な試料平面（４０）と、
照明光（１５）を送出するための光源（１０）と、
該照明光（１５）を該試料平面（４０）内に導くための光学結像手段（１６、１７、２０、２１、３０）と、
該試料（４１）から到来する試料光（４５）を検出するために複数の検出素子（６１〜６４）を備えた検出装置（６０）とを備え、
隣接する該検出素子（６３、６４）の互いの間隔が、該試料平面（４０）の点が該検出装置（６０）上に生成するエアリー・ディスクよりも小さい、光学顕微鏡において、
少なくとも第１および第２の光学装置（５１、５２）を備えた走査装置（５０）が設けられており、
該走査装置（５０）の該光学装置（５１、５２）が、互いに逆方向である照明走査動作（８１）および検出走査動作（８２）を引き起こすために、同時に共通の方向に可動であり、
該照明走査動作（８１）が、該照明光（１５）の該試料平面（４０）上の走査動作であり、
該検出走査動作（８２）として、該検出素子（６１〜６４）の受信領域が該試料平面（４０）上で可動であり、
該第１および第２の光学装置（５１、５２）が、互いから離間した試料領域を同時に観察可能とする、隣接して配置された複数の光学素子（７１、７２）をそれぞれ備えており、
該第１および第２の光学装置（５１、５２）が、該試料平面（４０）から該検出装置（６０）までの該試料光（４５）の光線経路も、該光源（１０）から該試料平面（４０）までの該照明光（１５）の光線経路も該第１の光学装置（５１）を介して延在し、両方の該光線経路の一方のみが該第２の光学装置（５２）を介して延在するように配置されており、
該照明走査動作（８１）の方向の逆方向である該検出走査動作（８２）の方向を実現するために、該走査装置（５０）を用いて該試料光（４５）を反転させずに１未満の結像スケールで結像可能であることを特徴とする、光学顕微鏡。
【請求項２】
前記結像スケールが１：２であることを特徴とする、請求項１に記載の光学顕微鏡。
【請求項３】
反転されていない結像のために、前記第１または第２の光学装置（５１；５２）の前記光学素子（７１；７２）がそれぞれ集光効果を有しており、他方の前記光学装置（５２；５１）の前記光学素子（７２；７１）がそれぞれ散光効果を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学顕微鏡。
【請求項４】
前記走査装置（５０）が第３の光学装置を備えており、該第３の光学装置が、１つまたは複数の画像フィールド回転器を含んでおり、前記試料光（４５）の光線経路に配置されており、
前記第１の光学装置（５１）または前記第１および第２の光学装置（５１、５２）を用いて反転された結像を生成可能であり、該反転された結像を該１つまたは複数の画像フィールド回転器の画像フィールド回転によって反転されていない結像に変換可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学顕微鏡。
【請求項５】
前記走査装置（５０）が前記画像フィールド回転器として第３および第４の光学装置を備えており、該第３および第４の光学装置が、前記第１の光学装置（５１）の前記光学素子（７１）のそれぞれに対して光学素子（７３、７４）をそれぞれ備えていることを特徴とする、請求項４に記載の光学顕微鏡。
【請求項６】
前記試料平面（４０）から前記検出装置（６０）までの前記試料光（４５）の前記光線経路が、前記第１および第２の光学装置（５１、５２）を介して延在しており、
前記第１および第２の光学装置（５１、５２）の前記光学素子（７１、７２）が集光効果をそれぞれ有していることを特徴とする、請求項４または５に記載の光学顕微鏡。
【請求項７】
共焦点の試料画像を生成するために、前記第１の光学装置（５１）と前記試料平面（４０）との間にピンホール装置（５５）が設けられており、該ピンホール装置（５５）が前記第１および第２の光学装置（５１，５２）と共に可動であり、
該ピンホール装置（５５）が、前記第１の光学装置（５１）の各前記光学素子（７１）に対してピンホール（７５）をそれぞれ備えていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項８】
前記走査装置（５０）の前記光学装置（５１、５２）がそれぞれ回転可能なディスク（５１，５２）によって構成されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項９】
前記回転可能なディスク（５１、５２）が共通の駆動軸（６５）上に取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載の光学顕微鏡。
【請求項１０】
前記走査装置（５０）の前記光学装置（５１、５２）を直線的に変位させるための調節装置が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項１１】
前記第１の光学装置（５１）の前記光学素子（７１）が、少なくとも１つのレンズ（７１）とミラーまたは光回折素子とによってそれぞれ形成されており、
前記第２の光学装置（５２）の前記光学素子（７２）が、少なくとも１つのレンズ（７２）とミラーまたは光回折素子とによってそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項１２】
前記走査装置（５０）がズーム光学装置を備えており、該ズーム光学装置が、前記第１の光学装置（５１）と共に可動であり、作動時に前記試料光（４５）のみによって通過されるように配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項１３】
照明光線経路には再帰反射体としてミラーまたはプリズムが設けられており、前記照明光が該再帰反射体によって、前記照明光の一部を前記試料の方向に通過させるためのピンホールを備えたマイクロ・ミラーの方向へ到達することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学顕微鏡。
【請求項１４】
光学顕微鏡の試料平面（４０）内に配置される試料（４１）を観察するための顕微鏡観察方法であって、
照明光（１５）を該試料平面（４０）内に導き、
照明走査動作（８１）として該照明光（１５）を該試料平面（４０）上で動かし、
該試料（４１）から到来する試料光（４５）を、複数の検出素子（６１〜６４）を備えた検出装置（６０）によって検出し、
隣接する該検出素子（６３、６４）の互いの間隔が、該試料平面（４０）の点が前記検出装置（６０）上に生成するエアリー・ディスクよりも小さい、顕微鏡観察方法において、
走査装置（５０）の光学装置（５１、５２）を、互いに逆方向である照明走査動作（８１）および検出走査動作（８２）を引き起こすために、同時に共通の方向に動かし、
該検出走査動作（８２）として、該検出素子（６１〜６４）の受信領域を該試料平面（４０）上で動かし、
隣接して配置された複数の光学素子（７１、７２）をそれぞれ備えている第１および第２の光学装置（５１、５２）を用いて、互いから離間した試料領域を同時に観察し、
該第１および第２の光学装置（５１、５２）を、該照明光（１５）および該試料光（４５）が該第１の光学装置（５１）を介して導かれ、該試料平面（４０）へ向かう該照明光（１５）または該検出装置（６０）へ向かう該試料光（４５）のいずれか一方のみが該第２の光学装置（５２）を介して導かれるように、配置しており、
該照明走査動作（８１）の方向の逆方向である該検出走査動作（８２）の方向を実現するために、該走査装置（５０）を用いて該試料光（４５）を反転させずに１未満の結像スケールで結像することを特徴とする、顕微鏡観察方法。
【請求項１５】
前記照明走査動作（８１）および前記検出走査動作（８２）を、前記検出装置（６０）の前記検出素子（６１〜６４）の積分時間中に行うことを特徴とする、請求項１４に記載の顕微鏡観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提箇所に記載の光学顕微鏡に関する。また、本発明は、請求項１３の前提箇所による顕微鏡観察方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
汎用的な光学顕微鏡は、観察対象の試料を配置可能な試料平面と、照明光を送出するための光源と、照明光を試料平面内に導くための光学結像手段と、試料から到来する試料光を検出するための検出装置とを備えており、隣接する検出素子の互いの間隔が、試料平面内の点が検出装置上に生成するエアリー・ディスクよりも小さい。電子手段は、検出された試料光に基づいて試料の画像を確定することができる。
【０００３】
光学顕微鏡の試料平面内に配置される試料を観察するための汎用的な顕微鏡観察方法では、照明光が試料平面内に導かれ、照明光が照明走査動作として試料平面上で動かされ、試料から到来する試料光が複数の検出素子を備えた検出装置によって検出されるように構成されており、隣接する検出素子の互いの間隔が、試料平面内の点が検出装置上に生成するエアリー・ディスクよりも小さい。その際、電子手段は、検出された試料光に基づいて試料の画像を確定することができる。
【０００４】
このような光学顕微鏡および顕微鏡観察方法では、試料画像を可能な限り高い解像度および良好なＳＮ比で生成することが基本的な目標である。
このために、汎用的な光学顕微鏡および顕微鏡観察方法では、試料平面内の点が検出装置上に生成するエアリー・ディスクより小さい検出素子が用いられる。
【０００５】
エアリーは、回折限界の照明スポットの回転対称な配光の最初のゼロ位置によって定義される。したがって、エアリーは、試料平面内の点によって引き起こされる画像平面内の回折ディスクの広がりである。この広がりは、回折ディスクの最初のゼロ位置の間の距離と定義することができる。エアリーの大きさを有する回折限界の配光の半径は、０．６１λ／ＮＡである。ここで、λは光波長、ＮＡは開口数である。
【０００６】
実用的には、隣接する検出素子間の間隔はエアリー・ディスクの半分または３分の１より小さくてもよい。それによって、試料平面の点が複数の隣接する検出素子上に常に結像される。
【０００７】
この際、どのような措置によって解像度の向上を達成することができるかという知見は、シー  シェパード（Ｃ．Ｓｈｅｐｐａｒｄ）に由来しており、（非特許文献１）に記載されている。この文献では、試料画像の解像度を高めるために、変位されたサブ・エアリー検出値の蓄積とも呼ばれる特殊なアルゴリズムを用いた画像データの再分類および補正が画像撮影後に行われる。
【０００８】
このような方法を、図１を参照して説明する。図１には、試料平面のｘ軸に沿った試料が概略的に示されている。試料は試料点４２または蛍光体４２を含んでいる。さらに、照明スポット４４が示されている。この照明スポットの強度Ｉが縦座標に示されている。照明スポット４４の寸法は、回折限界であってもよく、ｘ方向において物体４２よりも大きい。照明スポット４４が物体４２に当たれば、物体４２が蛍光を発するように励起され、検出装置によって検出可能な試料光を放射する。
【０００９】
図１にはさらに、そのような検出装置６０の、ここでは無限に鮮明な結像が試料平面内に示されている。検出装置６０は複数の検出素子６３、６４を含んでいる。これらの検出素子が受信するのは試料平面の点から出射する試料光のみではない。むしろ、各検出素子上には、結像のＰＳＦ（点広がり関数；Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によって決定される、広がりのある受信領域が結像される。検出素子６４に対するＰＳＦは破線の曲線４６として図示されている。照明スポット４４の寸法も同様に点光源のＰＳＦによって決定することができる。
【００１０】
ある特定の検出素子６４の測定された光強度は、照明スポット４４のＰＳＦと検出素子６４のＰＳＦ４６との積である総ＰＳＦによって決定される。総ＰＳＦの最大値は、照明スポット４４とその都度の検出素子６４のＰＳＦ４６との間のほぼ中間に位置している。そのため、図示の例では、検出素子６４が、照明スポット４４とＰＳＦ４６との間の中間に位置する主に位置６１Ａからの光を受信している。これに対して、検出素子６４に属するＰＳＦ４６が位置６１Ｄにおいて最大となっているにもかかわらず、検出素子６４は位置６１Ｄからの光をほとんど測定していない。
【００１１】
試料を走査するために、今度は照明スポットが位置４４Ｄから例えば４４Ｂに変位される。本明細書ではこれを照明走査動作と称する。これによって、検出素子６４の総ＰＳＦが変位する。すると、この検出素子６４はもはや位置６１Ａからの光ではなく、位置６１Ｂからの光を主に測定するようになる。
【００１２】
この状況を、解像度向上のために利用することが可能である。そのために、照明スポット４４の各位置に対する検出素子が読み出される。その際に測定される試料光信号は、照明スポット４４の位置に応じて異なる試料領域に割り当てられる。つまり、同一の検出素子によって測定された試料光信号が、照明スポット４４の位置に応じて再分類される。
【００１３】
この再分類が曲がった矢印によって示されている。これによれば、照明スポットが箇所４４Ｄに位置している場合は、検出素子６４の信号は物体４２の位置６１Ａに割り当てられる。同様に、照明スポットが箇所４４Ｃに位置している際の位置６１Ｃにおける検出素子の信号は物体４２の位置に割り当てられる。照明スポットが箇所４４Ｂに位置している際の検出素子６１Ｂの信号もまた物体４２の位置に割り当てられる。
【００１４】
このように、解像度の改善を達成することができる。ところが、この再分類を実現するための装置コストは高い。加えて、再分類を算出するための所要時間が比較的長い。
解像度の改善は、単一スポット・システムの光学的伝達スペクトルにおけるより高い空間周波数のより強い重み付けとしても説明することができる。画像生成のために１エアリー・ピンホール径以内の配光が使用されるので、より多くの光子を検出することができる。それによってＳＮ比が改善される。
【００１５】
サブ・エアリーの解像度での検出を利用する同等の顕微鏡が、（特許文献１）および（非特許文献２）に記載されている。加えて、マルチ・スポット照明が利用される。その際、各光スポットまたは光斑点が次々に異なる試料領域上をスキャンする。このように、確かに速度の向上を達成することができる。しかし、スキャンの際に、異なるスキャン位置に対してその都度検出装置によって撮影される画像を読み出し、上述のように補正しなければならない。例えば、（非特許文献２）の「補足１」を参照されたい。それによって画像撮影速度が低下するので、特に生細胞の画像作成には不都合である。その上、補正アーチファクトおよび／または動作アーチファクトが画像内に生じる恐れがある。
【００１６】
さらに、試料を高解像度で観察するために、構造化照明を用いた顕微鏡法（ＳＩＭ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）が確立されている。この方法では、例えば線グリッドによって生成可能な構造化された照明光が利用される。
【００１７】
レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）では、構造化照明として照明スポットが利用される。ここでは共焦点結像によって高解像度が実現され、この共焦点結像のためにピンホールが画像平面内または画像平面に当接して配置される。しかし、ＬＳＭでは比較的少ない光成分しか利用されないので、ＳＮ比が比較的低い。
【００１８】
複数の試料領域を同時に観察するために、ニプコー・ディスクを備えた顕微鏡を使用することができる。ニプコー・ディスクは、アルキメデス螺旋として配置された複数のピンホールを含んでいる。このような顕微鏡が、（特許文献２）および（特許文献３）に記載されている。
【００１９】
ニプコー・ディスクを共通の照明・検出光線経路に配置することによって、焦点外の光が除去される。この比較的簡素な構造を用いて、ニプコー・ディスクの回転によって高速の画像撮影を実現することができる。そのため、ニプコー・ディスクは回転ディスクとも呼ばれる。ニプコー・ディスクの複数のピンホールを貫通する同時の照明、いわゆるマルチ・スポット観察は、試料観察をさらに加速させることができる。この構造を有する顕微鏡が（特許文献４）に記載されている。この顕微鏡では、照明光のより大部分をニプコー・ディスクのピンホールを通るように導くために、微小焦点レンズ・ディスクが利用される。このディスクはニプコー・ディスクと共に回転される。試料光は同様にこの微小焦点レンズ・ディスクを通るように導かれた後、別の微小焦点レンズ・ディスクによって検出器の方向へ導かれる。
【００２０】
このような既知の回転ディスク顕微鏡では、ＳＮ比を悪化させずに光学的限界解像度の範囲に到達することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】欧州特許出願公開２５２０９６５号明細書
【特許文献２】米国特許第５４２８４７５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２１８８４９号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第１３５９４５２号明細書
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】コリン・シェパード他（Ｃｏｌｉｎ  Ｓｈｅｐｐａｒｄ  ｅｔ  ａｌ．），論文“Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ”，Ｏｐｔｉｋ  ８０，Ｎｏ．２，４５（１９８８）
【非特許文献２】ヨーク他（Ｙｏｒｋ  ｅｔ  ａｌ．），Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｖｏｌ．９，７４９−７５４（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の課題として、可能な限り高い測定解像度を短い測定時間で安価に実現する光学顕微鏡および顕微鏡観察方法を提供することが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この課題は、請求項１の特徴を備えた光学顕微鏡、および請求項１３の特徴を備えた顕微鏡観察方法によって解決される。
本発明による方法および本発明による光学顕微鏡の好ましい実施変形例は、従属請求項の対象であり、以下の説明では特に図面に関して解説する。
【００２５】
本発明によれば、上述の種類の光学顕微鏡は、走査装置に少なくとも第１の光学装置および第２の光学装置が設けられていることを特徴としている。走査装置の光学装置は、互いに逆方向である照明走査動作および検出走査動作を引き起こすために、同時に共通の方向に可動である。その際、照明走査動作は、照明光の試料平面上の走査動作であり、検出走査動作として、検出素子の受信領域が試料平面上で可動である。第１および第２の光学装置は、互いから離間した試料領域を同時に観察可能とする、隣接して配置された複数の光学素子をそれぞれ備えている。その際、第１および第２の光学配置は、試料平面から検出装置までの試料光の光線経路、および光源から試料平面までの照明光の光線経路が第１の光学装置を介して延在し、両方の光線経路の一方のみが第２の光学装置を介して延在するように配置されている。照明走査動作の方向の逆方向である検出走査動作の方向を実現するために、走査装置の光学装置を用いて試料光を反転させずに１未満の結像スケールで結像可能である。
【００２６】
本発明によれば、前述の種類の顕微鏡観察方法は、互いに逆方向である照明走査動作および検出走査動作を引き起こすために、走査装置の光学装置を同時に共通の方向に動かすことを特徴としている。検出走査動作として、検出素子の受信領域を試料平面上で動かす。隣接して配置された複数の光学素子をそれぞれ備えた第１および第２の光学装置を用いて、互いから離間した試料領域を同時に観察する。その際、第１および第２の光学装置は、照明光および試料光が第１の光学装置を介して導かれ、試料平面へ向かう照明光または検出装置へ向かう試料光のいずれか一方のみが第２の光学装置を介して導かれるように配置されている。照明走査動作の方向の逆方向である検出走査動作の方向を実現するために、走査装置の光学装置を用いて試料光を反転させずに１未満の結像スケールで結像する。
【００２７】
好ましくは、本発明による顕微鏡観察方法は、本発明による顕微鏡を用いて実施される。
この際、異なる試料領域を同時に観察するために、第１および／または第２の光学装置の光学素子からの照明光が部分光線束に分割され、この部分光線束が互いから離間した試料領域へ導かれる。照明された試料領域からは試料光が放出される。この試料光は部分光線束として第１および／または第２の光学装置の光学素子から検出ユニットへさらに導かれる。
【００２８】
ある特定の検出素子がそこから最大量の光を受信する試料領域は、試料上の照明パターンまたは照明スポットの位置によって決まる。これについては図１を参照してより詳しく解説した。照明走査動作によって、試料上の照明パターンが変位される。それにより、総ＰＳＦ、したがって、ある特定の検出素子がそこから最大量の光を受信する試料領域も変位する。
【００２９】
本質的な利点として、検出走査動作によってある特定の検出素子が常に同一の試料領域から主に光を受信するようになり得る。つまり、総ＰＳＦの最大値の位置は、照明走査動作および検出走査動作によって可能な限りほとんど変更されない。このために、検出走査動作は照明走査動作とは逆方向であるとともに照明走査動作と同時に行わなければならない。
【００３０】
検出走査動作と照明走査動作との間の逆方向の動作の効果を、図１を参照して解説する。図示の状況では、検出素子６４が主に領域６１Ａから光を受信している。ここでは、総ＰＳＦがその最大値に達している。照明走査動作として、続いて照明スポット４４が矢印８１の方向に、例えばその最大値が位置４４Ｃに位置するまで動かされる。同時に、検出走査動作として、検出素子６４の受信領域が逆方向、つまり矢印８２の方向に動かされる。検出素子６４の受信領域は、そのＰＳＦ４６からＰＳＦ４６の１つ目の最小値までの広がりとみなすことができる。このＰＳＦ４６がその最大値が位置６１Ｃに位置するまで矢印８２の方向に動かされると、検出素子６４の総ＰＳＦの最大値が引き続き位置６１Ａに位置している。これによって、有利なことに、ある特定の検出素子の受光信号を照明スポットの位置に応じて異なる試料位置に割り当てる、従来技術に関して説明した再分類が回避され得る。
【００３１】
照明走査動作の方向情報は、照明光の部分光線束が試料上を移動する方向と一致している。
検出走査動作は、ある特定の検出素子の受信領域の試料平面内の動作である。検出素子の受信領域は、検出素子がそこから光を受信する試料平面内の領域である。受信領域は、試料平面と画像平面との間の結像のＰＳＦ、およびそれに属する検出素子の寸法によって決定される。また、受信領域は属する検出素子の試料平面内の結像として解釈することもできる。
【００３２】
試料平面内で検出素子の受信領域が照明光の部分光線束とは逆方向に動かされる場合に、照明走査動作および検出走査動作が互いに逆方向になる。
記録された信号の再分類が不要になることにより、検出装置によって出力される唯一の画像が既に良好なＳＮ比と共に高解像度を有するようになる。加えて、焦点外の試料光が低減される。
【００３３】
共通の方向に共動する際に照明走査動作およびそれとは逆方向の検出走査動作を引き起こす光学装置を提供することを本発明の基本的思想とみなすことができる。このために、まずは、試料の照明および試料光の検出に全ての光学装置を利用しないようにする必要がある。むしろ、光学装置の一方のみが、試料光を検出装置の方向にも、照明光を試料平面の方向にも導く。実用的には、この光学装置は、光線経路において第２の光学装置より試料平面の近くに配置される第１の光学装置であってもよい。これに対して、１実施形態では、第２の光学装置は照明光を第１の光学装置へ、そしてさらに試料平面へ導くためのみに利用される。これに対して、ここでは試料光は第２の光学装置には到達しないか、いずれにせよ検出装置へ導かれる試料光は第２の光学装置には到達しない。
【００３４】
別の１実施形態では、第２の光学装置は試料光を検出装置へ導くためのみに利用され、一方、試料平面への途上の照明光は第２の光学装置へは導かれない。
さらに、光学装置を用いて試料光を反転させずに＜１の結像スケールで結像する必要がある。そうすれば、有利には、照明走査動作と検出走査動作との間の煩雑な調整が不要になる。
【００３５】
本発明では、本質的な速度面の利点が、空間的に互いから分離された複数の試料領域を同時に観察可能であることによっても得られる。このために、光学装置はそれぞれ複数の光学素子を備えている。そして、照明光が第１の光学装置の複数の光学素子に対して同時に放射される。次に、照射された光学素子のそれぞれが部分光線束をさらに導く。異なる部分光線束は、重なり合っていない試料領域に導かれる。これにより、マルチ・スポット照明がもたらされる。照明光に利用される光学装置の動作によって部分光線束が変位され、それにより、照明走査動作が引き起こされる。
【００３６】
試料光に利用される光学装置の光学素子を介して、重なり合っていない複数の試料領域が検出装置の異なる領域に結像される。同時に観察される試料領域の数は、その際、照明光によって同時に照射される第１の光学装置の光学素子の数とちょうど一致する。
【００３７】
好ましくは、検出走査動作および照明走査動作の速度は等しい。これは、光学装置が試料光を結像する際の結像スケールによって決定される。速度を等しくするための結像スケールは１：２である。
【００３８】
試料光がそれを介して検出装置へ延びる走査装置の光学装置全体は共同で反転されていない結像を生成する。特に、ちょうど２つの光学装置が試料光に利用される場合、反転されていない結像のために、第１または第２の光学装置の光学素子がそれぞれ集光効果を有し、他方の光学装置の光学素子がそれぞれ散光効果を有していてもよい。試料光が両方の光学装置を介して検出装置へ導かれる場合、第１の光学装置の光学素子がそれぞれ集光効果を有し、第２の光学装置の光学素子がそれぞれ散光効果を有していてもよい。これにより、第１の光学装置の光学素子が、それに属する第２の光学装置の光学素子と共にそれぞれガリレイ望遠鏡を形成することができる。異なる光学装置の属する光学素子とは、試料光の同一の部分光線束をさらに導くような各光学素子と理解すべきである。
【００３９】
試料光が第１の光学装置のみを介して検出装置へ導かれる場合、第１の光学装置の光学素子が散光効果を有していてもよい。これにより、反転されていない試料光の虚像が得られ得る。この場合、照明光を平行な光線束として第２の光学装置の光学素子へ、そしてさらに第１の光学装置へ導くことができる。第２の光学装置の光学素子は集光効果を有していてもよく、焦点距離が第１の光学装置の光を散乱させる光学素子の焦点距離より短くてもよい。それによって、照明光が中間画像平面に集束される。
【００４０】
走査装置は、試料光の光線経路に配置されて同時に共通の方向に可動である、さらなる光学装置を備えていてもよい。このように、第３の光学装置として１つまたは複数の画像フィールド回転器、例えばアッベ・ケーニッヒ・プリズムが設けられていてもよい。この場合、第１の光学装置または第１および第２の光学装置を用いて反転された結像を生成可能とすることができ、この結像を１つまたは複数の画像フィールド回転器の画像フィールド回転によって反転されていない結像に変換可能である。
【００４１】
さらに、走査装置は、第１の光学装置の各光学素子に対して光学素子をそれぞれ備えている第３および第４の光学装置を画像フィールド回転器として備えていてもよい。例えば、第３の光学装置の光学素子はそれに属する第４の光学装置の各光学素子と共にケプラー望遠鏡を形成することができる。これらのケプラー望遠鏡は反転された結像を生成することにより、画像フィールド回転器として機能する。試料光の光線経路が試料平面から第１および第２の光学装置を介して検出装置へ延在している場合、第１の光学装置の光学素子をそれに属する第２の光学装置の光学素子と共に同様にケプラー望遠鏡として構成することができる。特にこの場合は、第１および第２の光学装置の光学素子がそれぞれ集光効果を有している。
【００４２】
第１の光学装置の光学素子の集光効果によって、照明光の部分光線束を中間画像平面内に集束させることができる。ここで、ピンホール装置が設けられていてもよい。これにより、第１の光学装置と試料平面との間に共焦点の試料画像を生成するために、第１および第２の光学装置と共に可動なピンホール装置が利用可能になる。その際、ピンホール装置は好ましくは第１の光学装置の各光学素子に対してそれぞれピンホールを備えている。
【００４３】
基本的に、走査装置の光学装置は任意の形状であってよい。また、原理上、光学装置の光学素子は互いに対して任意に配置可能であり、光学装置の動作は任意の共通の方向に行ってよい。
【００４４】
しかし、好ましくは、光学装置はそれぞれ回転可能なディスクによって構成されている。照明光は回転可能なディスクの一部に導かれる。それによって、照明走査動作が回転方向に円弧に沿って行われる。検出走査動作は回転方向とは逆方向に円弧に沿って行われる。
【００４５】
回転可能なディスクを確実に同期して回転させるために、回転可能なディスクは、好適には共通の駆動軸上に取り付けられている。また、共通のモータによって駆動される互いに異なる駆動軸が設けられていてもよい。
【００４６】
光学素子は回転可能なディスク上で螺旋状に、特にアルキメデス螺旋として配置されていてもよい。
代替の１実施形態では、光学装置を直線的に変位させるための調節装置が設けられている。これには例えば圧電アクチュエータを使用することができる。この場合、光学装置の光学素子もまたチェス盤状に配置されていてもよい。
【００４７】
光学装置の光学素子は、集光効果または散光効果を有する限り、原理上、任意の種類であってよい。異なる光学装置の光学素子は、例えば少なくとも１つのレンズとミラーまたは光回折素子とによってそれぞれ形成することができる。光回折素子としては、フレネル・レンズを使用することができる。
【００４８】
比較的簡素な光線経路は、全ての光学素子がレンズによって形成されている場合に実現することができる。この場合、第１および第２の光学装置の間に光線分割器が配置されていてもよい。この光線分割器は、照明光がその前に第２の光学装置を通過することなく、第１の光学装置を通るように照明光を導く。同時に光線分割器によって、第１の光学装置から到来する試料光を少なくとも部分的に第２の光学装置に伝達することが可能になる。
【００４９】
レンズは色消しレンズまたは非球面レンズとして構成されていてもよく、原理上、１つまたは複数のレンズ群からそれぞれ構成されていてもよい。
代替的に、第１の光学装置の光学素子もまたレンズであり、第２の光学装置の光学素子がミラーであってもよい。そうすれば、第２の光学装置によって反射された試料光の部分光線束を、別の光線分割器を介して検出装置の方向へ導くことができる。
【００５０】
例えば別の光線分割器が設けられている場合、第１の光学装置の光学素子にもミラーを使用することができる。
前述の光学装置の結像スケールの好ましい値は０．５である。この値は、試料平面内に点状の光源が結像される際のＰＳＦ、および試料点が結像される際のＰＳＦの幅が等しい場合に特に適している。これは、例えば図１の曲線４４および４６の場合に当てはまる。これにより、照明走査動作および検出走査動作の速度または増分が等しくなるはずである。これがまさに、走査装置の光学装置の結像スケールが０．５であることによって実現される。しかし、両方のＰＳＦの幅または形状が異なっていれば、別の結像スケールが好ましい場合がある。これは特に、試料光および照明光の波長が互いに異なっている、例えば蛍光測定の場合に当てはまり得る。そのため、より一般的に０．３から０．７の間の結像スケールが選定される。格別に精密な測定については、結像スケールを可変的に設定することも可能である。このために、走査装置はズーム光学装置を備えていてもよい。このズーム光学装置は第１の光学装置と共に可動であり、作動時に試料光によってのみ通過されるように配置されている。ズーム光学装置は第１の光学装置の光学素子ごとにそれぞれ１つのズーム光学系を備えていてもよい。
【００５１】
本発明による顕微鏡観察方法の好ましい１変形例では、検出素子の積分時間中に照明走査動作および検出走査動作を実施する。つまり、従来技術による再分類に必要であるように、検出素子が光学装置の異なる位置に対して別々に読み出されるのではない。むしろ、走査装置の光学装置が動かされる間、検出素子は試料画像の撮影のために受信する試料光信号を連続的に積分することができる。
【００５２】
さらに、本発明による方法の有利な変形例は、本発明による光学顕微鏡の構成の運用によってもたらされる。その際、好ましくは上述の方法の変形例を自動的に実施するために電子手段が設置されている。
【００５３】
以下では本発明のさらなる特徴および利点を、添付の概略図を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】互いの間隔がエアリーより小さい検出素子の場合の信号発生原理の図。
【図２】本発明による光学顕微鏡の１実施形態の図。
【図３】走査装置がある特定の位置に置かれている、本発明による光学顕微鏡の１実施形態の構成要素の図。
【図４】走査装置が図３とは異なる位置に置かれた、図３の構成要素の図。
【図５】走査装置がある特定の位置に置かれた、本発明による光学顕微鏡の別の１実施形態の構成要素の図。
【図６】走査装置が図５とは異なる位置に置かれた、図５の構成要素の図。
【図７】走査装置がある特定の位置に置かれた、本発明による光学顕微鏡のさらに別の１実施形態の構成要素の図。
【図８】走査装置が図７とは異なる位置に置かれた、図７の構成要素の図。
【図９】別の有利な１実施形態の図。
【図１０】別の有利な１実施形態の図。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図面において、同一の構成要素および同一の作用を有する構成要素には概して同一の参照符号が付されている。
図２には、本発明による光学顕微鏡１００の１実施例が概略的に示されている。この光学顕微鏡１００は、基本的な構成要素として、照明光１５を送出するための光源１０と、観察対象の試料４１を配置可能な試料平面４０と、試料光４５を検出するための検出装置６０と、走査装置５０とを含んでいる。
【００５６】
走査装置５０を用いて、照明光１５の試料平面４０上の照明走査動作が行われる。また、走査装置５０を用いて、検出装置のある特定の検出素子６１、６２がそこから試料光を受信する試料平面４０内の受信領域が変位される。この動作を検出走査動作と称する。走査装置５０の特殊な構成によって、照明走査動作と検出走査動作とは常に互いに逆方向である。
【００５７】
光源１０は複数のレーザ・モジュールを含んでいてもよい。これらのレーザ・モジュールから送出された照明光は光ファイバーを介してミラー段１１へ案内される。このミラー段によって、レーザ・モジュールの光線経路が１つの共通の光線経路に統一される。続いて、照明光１５は音響光学的可同調フィルタ（ＡＯＴＦ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１２と、偏光可変器１４と、光線拡大のための望遠鏡１６とを介して光線分割器１７へ導かれる。
【００５８】
特に開口数が非常に大きい対物レンズの場合には、解像度が照明光の偏光の影響を受ける。直線偏光の場合には、偏光方向と平行な方向より、偏光方向に垂直な方向により高い解像度が得られる。円偏光の場合には、横方向の解像度が方向に依存せず、中間の高さである。偏光可変器１４を用いて、偏光を所望の通りに設定することができる。例えば、試料の複数の画像を次々に異なる偏光方向で撮影することができる。続いてこれらの画像を、解像度が各横方向に高められた単一の画像に補正することができる。
【００５９】
光線分割器１７によって、試料平面４０と光線分割器１７との間に、照明光および試料光のための共通の光線軸が形成される。照明光１５は光線分割器１７に当たって少なくとも部分的に試料平面４０の方向に反射される。試料光４５は光線分割器１７に当たって少なくとも部分的に検出装置６０の方向に伝達される。このために、光線分割器１７は中立分割器として構成されていてもよい。低強度の試料光を不必要に弱めないために、光線分割器１７は好ましくは衝突する光の６０％以上を伝達する。
【００６０】
蛍光測定のために、光線分割器１７は、波長に応じて光を伝達または反射する色分割器として構成されていてもよい。代替的に、光線分割器１７は偏光に応じて光を伝達または反射してもよく、それによって、試料光４５の大部分を伝達し、照明光１５の大部分を反射することが同様に達成される。異なる偏光の照明光１５での測定を可能にするために、偏光に依存した光線分割器１７は回転可能であってもよい。
【００６１】
光線分割器１７によって、試料光１５は走査装置５０の第１の光学装置５１へ導かれる。第１の光学装置５１はここでは回転ディスクとして構成されており、複数の光学素子７１を含んでいる。光学素子７１は、図示の例では照明光１５を中間画像平面７０に集束させるレンズである。照明光１５が複数の光学素子７１に衝突することにより、照明光１５は複数の互いから離間した部分光線束の形でさらに導かれる。
【００６２】
中間画像平面７０にはピンホール装置５５が設けられている。このピンホール装置も同様に回転ディスクとして構成されており、複数のピンホール７５を含んでいる。このピンホールを通るように照明光１５の部分光線束が導かれる。ピンホールのサイズは、照明光１５の集束された部分光線束が完全に貫通可能であるように、または縁部で切り詰められるように選定される。
【００６３】
続いて、中間画像平面７０における照明光１５のパターンが試料平面４０内に結像される。このために、図示の例では結像レンズ２０と、光線偏向手段２１と、対物レンズ３０とが設けられている。結像レンズ２０および対物レンズ３０の焦点距離によって決定される倍率は、原理上、意図された観察に応じて任意に選定することができる。
【００６４】
試料変位ユニット４８を用いて、試料４１を試料平面４０内で、および／または試料平面４０に垂直に動かすことができる。
試料４１は試料光１５の部分光線束によって照明され、その結果、試料光４５を放出する。この試料光は、散乱された照明光または発光、つまり蛍光またはリン光であってよい。試料光は対物レンズ３０および結像レンズ２０によって中間画像平面７０内に結像される。中間画像平面７０に位置するピンホール７５は、試料４１の焦点面からの試料光４５の大部分を通過させるが、焦点面に由来していない試料光４５の大部分を除外する。この抑制の程度は穴径によって決まる。
【００６５】
試料光４５は同様に、試料４１の異なる照明領域から出射する複数の部分光線束を含んでいる。試料光４５の部分光線束のピンホール５５を通過する部分は、第１の光学装置５１のレンズ７１によって平行化される。特に、これらの部分光線束を平行な光線束として光線分割器１７を通るように伝達し、走査装置５０の第２の光学装置５２の光学素子７２へ導くことができる。光学素子７２は図示の例ではレンズであり、試料光４５の各部分光線束が異なる光学素子７２に衝突するように配置されている。
【００６６】
光学素子７２の特性は、照明走査動作および検出走査動作が逆方向であることにとって決定的である。これについては後ほどより詳しく説明する。
第２の光学装置５２の後には、試料４１の画像を検出装置６０上に生成する集束光学系７９が設けられている。
【００６７】
検出装置６０は複数の検出素子６１、６２を含んでおり、試料光４５の各部分光線束が複数の検出素子に衝突する。いくつかの検出装置６０では、検出素子の読み出し時に暗状態が必要である。そのため、ＡＯＴＦ１２を、検出素子が読み出される際に照明光１５の強度を低下させるか、またはゼロに設定するように制御してもよい。
【００６８】
照明光１５を次々に試料４１の異なる領域へ導くために、第１の光学装置５１およびピンホール装置５５が共に回転される。このように、１つの光学要素７１から出射する部分光線束が変位される。これを照明走査動作と称する。
【００６９】
第１の光学装置５１およびピンホール装置５５と共に第２の光学装置５２は共通の方向に回転される。このために、これら３つの回転可能なディスク５１、５２、５５は共通の駆動軸６５上に機械的に固定されて互いに連結されている。
【００７０】
ディスク５１、５２、５５の回転によって、および光学素子７１、７２の特殊な構成によって、光学素子７１、７２の構成に基づいて照明走査動作の逆方向である検出走査動作が実現される。
【００７１】
これについて、図３および図４を参照してより詳しく解説する。
図３には、図２の光学顕微鏡の構成要素が概略的に示されている。図示されているのは、光線分割器１７から中間画像平面７０までの照明光１５の光線経路、および中間画像平面７０から検出装置６０までの試料光４５の光線経路である。
【００７２】
両方の光学装置５１、５２は図２に示されているように多数の光学素子７１、７２を備えているが、図３には照明光１５および試料光４５の部分光線束についての光線経路のみが示されている。図示の光線経路は、図２に示されているように照明されるその他の光学素子７１、７２にも同様に当てはまる。
【００７３】
図３は縮尺通りではないことに注意されたい。したがって、光線分割器１７は、反射された照明光１５が光線分割器１７から互いに隣接して配置された複数の光学素子７１に到達することができるほど十分に大きい。集束光学系７９も、照明光４５の複数の部分光線束が集束光学系７９によって検出装置６０へ導かれ得るほど十分に大きい。
【００７４】
図示の実施形態では、光学素子７１は集光レンズを含んでおり、光学素子７２は散光レンズを含んでいる。レンズ７１、７２は中間平面７０の反転されていない虚像を生成し、この虚像から集束光学系７９が検出装置６０上に実像を形成する。その際、集束光学系７９は反転させずに、または反転させて結像することができる。
【００７５】
平行な光線束として集光レンズ７１に衝突する照明光１５は、集光レンズ７１によって中間画像平面７０に集束される。中間画像平面７０における照明光の強度推移が、曲線４４として図示されている。また、中間画像平面７０における試料点４２の結像も示されている。図示の状況では、試料光１５の強度曲線４４の最大値がちょうど試料点４２に位置している。さらに、中間画像平面７０には、ここでは無限に鮮明な検出装置６０の結像１６０が図示されている。検出素子６１、６４は中間画像平面７０内の位置１６１、１６４に結像されている。したがって、検出素子６１はこの状況では主に試料点４２からの光を受信する。
【００７６】
図４には、別の時点における図３の構成要素が示されている。この際、走査装置の光学素子７１、７２が共通の方向に動かされている。その他の構成要素は不動である。
図３から図４へレンズ７１が上方に動かされたことによって、中間平面７０における照射光１５の強度分布４４もまた上方に変位されている。したがって、強度分布４４の最大値はもはや試料点４２にはなく、試料点４２の上方に位置している。中間画像平面７０における強度分布４４の変位の距離は、レンズ７１の動作の距離に等しい。これは、レンズ７１によって、当初は平行な光線束として延在する照射光１５が、レンズ７１の中心軸または光軸７７上に位置する領域に集束されるからである。
【００７７】
レンズ７１、７２の変位によって、検出素子の結像もまた変位される。したがって、図４において不動の検出素子６１は、レンズ７１、７２の中央を通って延在する中心軸または光軸７７の下方に位置している。レンズ７１、７２は反転させずに結像するので、検出素子６１の結像１６１も同様に光軸７７の下方に位置している。結像１６１または位置１６１は、検出素子６１の受信領域の中間点と解釈することもできる。結像は無限に鮮明には生成されないので、検出素子６１は位置１６１の周囲に広がる領域からの光も受信する。この受信領域をエアリー・ディスクと定義することができ、このエアリー・ディスク上に中間画像平面７０内の検出素子６１が結像される。
【００７８】
レンズ７１、７２が１の結像スケールで結像を生成するとすれば、検出素子６１は図４においても中間画像平面７０の試料点４２上に結像されるであろう。しかし、レンズ７１、７２の結像スケールは１未満である。それによって、図４では検出素子６１の結像１６１が検出素子６１よりも光軸７７のさらに下方に位置している。このために、散光レンズ７２の焦点距離は、集光レンズ７１の半分の大きさであってもよい。両方のレンズ７１、７２をガリレイ望遠鏡とも称することができる。
【００７９】
レンズ７１、７２が上方に動かされれば、ある特定の検出素子の受信領域が中間画像平面７０において下方に変位する。検出素子６１の受信領域の中心の変位ともみなすことが可能な検出素子結像１６１の変位は、検出走査動作と称することができる。不動の試料点４２に対して、図３から図４へ検出走査動作が下方へ向かって行われる。結像１６１の位置を参照されたい。これに対して、照明走査動作、つまり強度曲線４４の変位は、上方へ向かって行われる。
【００８０】
図１を参照して解説したように、検出素子６１によって受信される光強度は、その最大値が照明光１５の強度曲線４４と結像１６１の位置との間に位置する総点広がり関数によって決定される。同時の検出走査動作によって、照明走査動作の際の総点広がり関数の最大値は可能な限り不動でなければならない。このために、レンズ７１、７２は好ましくは１：２のスケールで結像を生成する。それにより、照明走査動作および検出走査動作の速度および移動距離が中間画像平面７０において等しくなる。
【００８１】
しかし、光学素子７１、７２が１：２の結像スケールで結像すれば、照明走査動作および検出走査動作の実施中に検出装置６０によって撮影される試料画像の大きさは中間平面７０における試料画像の約半分もない。むしろ、場合によっては設けられている集束光学系が１：１のスケールで結像する限りは同じ大きさである。この理由は、中間画像平面７０が照明光によって均等には照明されないことである。むしろ、ある特定の検出素子がそこから最大量の光を受信する中間画像平面７０の領域は、中間画像平面７０における照明斑点４４の位置によっても決まる。そのため、結像スケールが１：２の場合には、照明走査動作および検出走査動作によって、検出装置６０によって記録される試料の画像の大きさが中間画像平面７０における試料の画像の大きさと等しくなる。
【００８２】
本発明による光学顕微鏡では、有利には、照明走査動作と検出走査動作とを逆方向にするために、光学部品を逆方向に動かす必要がない。むしろ、光学素子７１、７２が等しい速度で共通の方向に動かされるだけで十分である。そのため、装置的に簡素な手段を用いて走査動作の速度を高めることができる。
【００８３】
図３および図４の実施形態の１変形では、光学素子７１、７２がレンズの代わりにミラーまたは光回折素子で形成されている。例えば、光学素子７１がレンズ、光学素子７２がミラーであってもよい。この場合、ミラー７２から投げ返される試料光を別の光線分割器を用いて検出装置６０の方向に導くことができる。
【００８４】
光学素子７１もまたミラーであってよい。この場合、まずはミラー７１から投げ返される照明光を試料へ導くために第１の光線分割器が使用される。試料光は第１の光線分割器を介してミラー７１に導くことができ、続いて第２の光線分割器によって光学素子７２の方向に導くことができる。
【００８５】
ミラー７１には中央に穴が設けられていてもよく、それによって、ピンホール装置を代替することができる。
さらに、図３および図４に示された構成要素において、回転ディスクとしては構成されていない光学装置が使用されてもよい。むしろ、光学素子の任意の他の１次元または２次元の装置が設けられていてもよい。この装置は回転される必要はなく、任意の方法で、例えば直線的またはジグザグに共に動かされてもよい。
【００８６】
本発明による光学顕微鏡１００の別の１実施例を、図５および図６を参照して説明する。光学顕微鏡は図２のものと一致していてもよく、光学装置５２と検出装置６０との間には、複数の光学素子をそれぞれ備えている２つのさらなる光学装置が設けられている。その場合、集束光学系７９を省略することができる。両方のさらなる光学装置は、第１および第２の光学装置５１、５２のように、駆動軸６５によって同様に回転可能なディスクとして構成されていてもよい。
【００８７】
図５には、照明光１５の部分光線束および試料光４５の部分光線束の光線経路が示されている。図３および図４と同様に、ここでも照明光１５が集光レンズ７１によって集束されている。ただし、ここでは試料光４５はレンズ７１から７４を介して検出装置６０上に結像されている。レンズ７１から７４はそれぞれ集光効果を有している。それにより、レンズ７１、７２が第１のケプラー望遠鏡を形成し、レンズ７３、７４が第２のケプラー顕微鏡を形成することができる。第１のケプラー顕微鏡は反転された結像を生成し、これが第２のケプラー顕微鏡によって再度反転されて結像される。そのため、結果として走査装置の光学素子７１から７４は反転されていない結像を生成する。
【００８８】
ここにマイクロ・レンズ・アレイを備えた２つのディスクを使用する既知の顕微鏡との基本的な違いがある。このように、（特許文献４）の両方のディスクは集光マイクロ・レンズを備えている。それにより、可動部品が反転する結像を生成する。また、結像スケールは１未満ではない。これに対して、本発明では可動部品が反転させずに１未満の結像スケールで結像する。
【００８９】
図６には、走査装置のレンズ７１から７４が上方に動かされた状態が示されている。これにより、中間画像平面７０において照射走査動作および検出走査動作が引き起こされる。その際、図３と図４との間の照明走査動作および検出走査動作に関する説明が、図５および図６の実施例にも対応して当てはまる。
【００９０】
図７および図８には、照明光１５が第２の光学装置の光学素子７２を介して第１の光学装置の光学素子７１へ、そしてさらに中間画像平面７０へ導かれる１実施例が示されている。光学素子７２は集光レンズであり、光学素子７１は散光レンズである。散光レンズ７２は試料光４５を用いて反転されていない虚像を生成する。試料光４５は、集光レンズ７１に到達することなく光線分割器１７を介して検出装置６０へ導かれる。不動の集束光学系７９によって、試料光４５、つまり、異なる散光レンズ７１を介して導かれる試料光４５の部分光線束が、検出装置６０上に結像される。
【００９１】
図７に対して、図８のレンズ７１、７２は、下方に移動されている。それにより、照明走査動作が中間画像平面７０において同様に下方に向かって行われている。これに対して検出走査動作が上方に向かって行われていることが分かる。
【００９２】
以上の実施形態が示すように、光学素子７１から７４の、したがって光学装置５１、５２の具体的な数は決定的ではない。むしろ、試料光４５を検出装置６０へ導く走査装置５０の可動光学素子７１から７４が反転されていない結像を生成することが重要である。この結像は、図３および図４、ならびに図７および図８のように虚像、または図５および図６のように実像であってもよい。場合によっては、それに続く集束光学系７９による結像は、反転させるか、または反転させずに行ってもよい。
【００９３】
さらに、試料光について、走査装置の光学素子７１から７４によって生成される結像全体の結像スケールは１未満でなければならない。結像スケールが１より大きければ、照明走査動作および検出走査動作が異なる速度で同じ方向に行われるであろう。結像スケールが１未満となって初めて方向が逆になる。結像スケールは好ましくは０．５であり、それによって照明走査動作と検出走査動作とが逆方向になり、速度が等しくなる。
【００９４】
それにより、走査装置の光学素子が動かされている間は、検出素子が受信した信号を引き続き積分することができる。つまり、従来技術とは対照的に、走査装置の光学素子の各測定位置について検出素子を別々に読み出す必要がなくなる。特に、光学装置の全ての光学素子によって走査が完了するまで、検出素子が連続的に積分することができる。続いて読み出される画像または原画像は、さらなる補正措置を必要とせずに、格別に高い解像度を有している。
【００９５】
そのため、有利には、従来技術に関して説明した受信信号の再分類が不要になり得る。それにより、格別に短い時間で高解像度の試料画像を撮影することが可能になる。
図９および図１０による別の１実施形態では、（不図示の）光学系によって一点に集中された照明光１５が、再帰反射プリズム７８の平坦化された先端部によって装置内に結合されている。結合点から出射する発散光は、平行化された後、光線分割器１７から集束光学系７９によって偏向される。照明フィールドの回転時にスキャンされるディスクの半径方向の領域には、（概略的に図示された）集束マイクロ・ミラーの装置が配置されており、集束マイクロ・ミラーの中心には光を通過させる開口８１がそれぞれ設けられている。各マイクロ・ミラーに落ちる光のごく一部（各凹面ミラーの総面積に対する通過開口の面積に対応する）は、最初の衝突時に既にこの開口を通ってミラーを通過し、そこから顕微鏡光線経路を介して（不図示の）試料に到達する。しかし、光の最大部分はマイクロ凹面ミラー８０によって反射され、その際、マイクロ凹面ミラーの焦点面にはディスクと共に回転する焦点パターンが生じる。焦点パターンは光学系７９の（前方の）焦点面内または光学系７９の近くに位置しているので、この焦点パターンは光学系７９によって無限に結像され、プリズム７８に到達し、そこで再度反射される。その際、プリズム７８の反射しない平坦化された先端部が、マイクロ凹面ミラー８０のそれぞれの中央の開口の結像に対応する。
【００９６】
先端部が平坦化されたプリズム７８が光学系７９の（後方の）焦点面にちょうど位置しているとすれば、同じ経路で光線分割器１７および光学系７９を介して再びマイクロ・ミラー８０に送り返される光線は、そこで再び平行化されて再度反射されるであろう。しかし、プリズム７８が光学系７９の焦点面から適切に僅かに押し出されていれば、テレセントリック焦点がそれぞれマイクロ凹面ミラー８０の中央の透過的な通過開口に落ち、そこを通過して顕微鏡光線経路を介して回転する点パターンとして試料上に偏向される。試料から（反射または蛍光発光によって）送り返される光は、開口８１によって空間的にフィルタにかけられて光線分割器２６によって通され、その後、別の光学装置によって検出器上に結像される。プリズム７８の機能をミラーが担うこともできるが、その場合、ミラーを光学系７９の焦点面に置くこと（これは、マイクロ・ミラーおよびその画像が点鏡映して互いに対して回転することを意味する）ができず、別の投影の後方で初めて、平面ミラーの平面内またはその近くにおいて、マイクロ・ミラーの回転する焦点パターンの画像が生成される。ここでも、ミラーは光学装置の焦点面から僅かに出るように動かされなければならず、それによってマイクロ・ミラー８０の焦点パターンの画像が通過開口内に位置するようになる。さらに、ここでは点の大きさしかない照明光線を結合させることが可能な、プリズム７８の平坦化された先端部と類似した箇所を設けなければならない。図３および図４のレンズ７１、７２の動作と同様に、図９および図１０によれば、検出素子の結像と照明光の結像との間に直径方向の変位をもたらすために、マイクロ・ミラー８０の位置およびマイクロ散光レンズ７２の位置を光軸に対して垂直に、合わせてずらすことによって、照明光の強度分布の変位が行われる。
【００９７】
図９および図１０による別の１実施形態では、（不図示の）光学系によって一点に集中された照明光１５が、再帰反射プリズム７８の平坦化された先端部によって装置内に結合されている。結合点から出射する発散光は、平行化された後、光線分割器１７から集束光学系７９によって偏向される。照明フィールドの回転時にスキャンされるディスクの半径方向の領域には、（概略的に図示された）集束マイクロ・ミラーの装置が配置されており、集束マイクロ・ミラーの中心には光を通過させる開口８１がそれぞれ設けられている。各マイクロ・ミラーに落ちる光のごく一部（各凹面ミラーの総面積に対する通過開口の面積に対応する）は、最初の衝突時に既にこの開口を通ってミラーを通過し、そこから顕微鏡光線経路を介して（不図示の）試料に到達する。しかし、光の最大部分はマイクロ凹面ミラー８０によって反射され、その際、マイクロ凹面ミラーの焦点面にはディスクと共に回転する焦点パターンが生じる。焦点パターンは光学系７９の（前方の）焦点面内またはその近くに位置しているので、この焦点パターンは光学系７９によって無限に結像され、プリズム７８に到達し、そこで再度反射される。その際、プリズム７８の反射しない平坦化された先端部が、マイクロ凹面ミラー８０のそれぞれの中央の開口の結像に対応する。
【００９８】
先端部が平坦化されたプリズム７８が光学系７９の（後方の）焦点面にちょうど位置しているとすれば、同じ経路で光線分割器１７および光学系７９を介して再びマイクロ・ミラー８０に送り返される光線は、そこで再び平行化されて再度反射されるであろう。しかし、プリズム７８が光学系７９の焦点面から適切に僅かに押し出されていれば、テレセントリック焦点がそれぞれマイクロ凹面ミラー８０の中央の透過的な通過開口に落ち、そこを通過して顕微鏡光線経路を介して回転する点パターンとして試料上に偏向される。試料から（反射または蛍光発光によって）送り返される光は、開口８１によって空間的にフィルタにかけられて光線分割器２６によって通され、その後、別の光学装置によって検出器上に結像される。プリズム７８の機能をミラーが担うこともできるが、その場合、ミラーを光学系７９の焦点面に置くこと（これは、マイクロ・ミラーおよびその画像が点鏡映して互いに対して回転することを意味する）ができず、別の投影の後方で初めて、平面ミラーの平面内またはその近くにおいて、マイクロ・ミラーの回転する焦点パターンの画像が生成される。ここでも、ミラーは光学装置の焦点面から僅かに出るように動かされなければならず、それによってマイクロ・ミラー８０の焦点パターンの画像が通過開口内に位置するようになる。
【００９９】
さらに、ここでは点の大きさしかない照明光線を結合させることが可能な、プリズム７８の平坦化された先端部と類似した箇所を設けなければならない。
図３および図４のレンズ７１、７２の動作と同様に、図９および図１０によれば、検出素子の結像と照明光の結像との間に直径方向の変位をもたらすために、マイクロ・ミラー８０の位置およびマイクロ散光レンズ７２の位置を光軸に対して垂直に、合わせてずらすことによって、照明光の強度分布の変位が行われる。
【符号の説明】
【０１００】
１０  光源
１１  部分透過的なミラーまたは色部分を備えたミラー段
１２  音響光学的可同調フィルタ（ＡＯＴＦ）
１４  偏光可変器
１５  照明光
１６  光線拡大用の望遠鏡
１７  光線分割器または色分割器
２０  結像レンズ
２１  偏向手段
３０  対物レンズ
４０  試料平面
４１  試料
４２  試料点、試料の蛍光体
４４  照明斑点の強度分布
４４Ａ〜４４Ｄ  照明光の強度分布４４の様々な位置
４５  試料光
４６  検出素子の受信感度の曲線
４８  試料変位ユニット
５０  走査装置
５１  第１の光学装置
５２  第２の光学装置
５５  ピンホール装置
６０  検出装置
６１〜６４  検出素子
６１Ａ〜６１Ｄ  試料平面内に結像された検出素子の位置
６５  駆動軸
７０  中間画像平面
７１  第１の光学装置の光学素子
７２  第２の光学装置の光学素子
７３  第３の光学装置の光学素子
７４  第４の光学装置の光学素子
７５  ピンホール
７７  走査装置の光学素子の光軸
７８  再帰反射プリズム
７９  集束光学系
８０  マイクロ・ミラー装置
８１  マイクロ・ミラーの開口
１００  光学顕微鏡
１６０  検出装置６０の結像
１６１  検出素子６１の結像
１６４  検出素子６４の結像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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