(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光線（１５）からの構造化された照明光（１５）を形成するために少なくとも１つの第１の光学系コンポーネントおよび１つの第２の光学系コンポーネント（３１，３２）を備える、光学顕微鏡の光線経路内に配置されるように構成された光学装置であって、
光（１５）が異なる光線経路を介してさまざまな光学系コンポーネント（３１，３２，３３）へ、さらに試料（７１）の方向へと伝搬され、特定の前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）へ照射する光線経路を選択するために調節可能な偏向素子（２０）が設けられ、該偏向素子を用いて前記光（１５）を前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）の１つへ選択可能に偏向することができ、
構造化された照明光（１５）を形成するために、
前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）がそれぞれ１つの格子（３１，３２，３３）を備えること、
前記構造化された照明光（１５）を形成するための１つの格子が、１つの共同の光線経路内に、さまざまな前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）への異なった光線経路より手前に配置されており、前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）がそれぞれ１つの画像野ロータを備え、この場合、該画像野ロータを用いて、異なった方向付けの前記構造化された照明光（１５）が提供されること
のうちの少なくとも一方を要件とし、
電子式制御手段を備え、この電子式制御手段が該異なる光線経路からさまざまな該光学系コンポーネント（３１，３２，３３）へ、ある時点においてそれぞれ１つの光線経路を照明するように設定されており、さまざまな該光学系コンポーネント（３１，３２，３３）から来る該光（１５）を該試料（７１）の方向における共通の光線経路へ導くための少なくとも１つの第１の光線集光ミラー（５１）が存在し、
該第１の光線集光ミラー（５１）が、２つの光学系コンポーネント（３１，３２）の１つからの該光（１５）のみが当たる反射領域（５５）を持ち、
該第１の光線集光ミラーが、他の該光学系コンポーネント（３２，３１）からの該光（１５）のみが当たる光線透過領域（５７）を持つことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記照射光線（１５）からの前記構造化された照明光（１５）を形成するための少なくとも１つの第３の光学系コンポーネント（３３）を備え、
前記第２および第３の光学系コンポーネント（３２，３３）から来る前記光（１５）を、１つの共同の光線経路で前記第１の光線集光ミラー（５１）へと導く、第２の光線集光ミラー（５２）を備え、
該第２の光線集光ミラー（５２）が、前記第２の光学系コンポーネント（３２）からの前記光（１５）のみが当たる反射領域（５８）と、前記第３の光学系コンポーネント（３３）からの前記光（１５）のみが当たる光線透過領域（６０）を備えるか、または、
該第２の光線集光ミラーが、前記第３の光学系コンポーネントからの前記光のみが当たる反射領域と、前記第２の光学系コンポーネントからの前記光のみが当たる光線透過領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
光線集光ミラー（５１，５２）の１つが、平面内に配置され、その平面内で分光が、格子（３１，３２，３３）上での分光のフーリエ変換として測定されるか、または
前記２つの光線集光ミラー（５１，５２）が、平面の異なる側面上に配置され、その平面内で分光が、前記格子（３１，３２，３３）上での分光のフーリエ変換として測定されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１の光線集光ミラー（５１）が、
０次回折次数に回折され、かつ前記第１の光学系コンポーネント（３１）の光線経路を介して伝搬される前記光（１５）が、前記第１の光線集光ミラー（５１）の中央領域（５６）に当たるように配置され、
０次回折次数に回折され、かつ前記第２の光学系コンポーネント（３２）の光線経路を介して伝搬される前記光（１５）が、該中央領域（５６）に当たるように配置され、
該中央領域（５６）が部分透過性であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
第２の光線集光ミラー（５２）が
０次回折次数に回折され、かつ前記第２の光学系コンポーネント（３２）の光線経路を介して伝搬される前記光（１５）が、前記第２の光線集光ミラー（５２）の中央領域（５９）に当たるように配置され、
０次回折次数に回折され、かつ第３の光学系コンポーネント（３３）の光線経路を介して伝搬される前記光（１５）が、前記第２の光線集光ミラー（５２）の該中央領域（５９）に当たるように配置され、かつ
前記第２の光線集光ミラー（５２）の該中央領域（５９）が部分透過性であり、
前記第１の光線集光ミラー（５１）の前記中央領域（５６）が、前記第２の光線集光ミラー（５２）の該中央領域（５９）よりもより高い光透過性を持つことを特徴とすることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
異なった前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）から来る光束（１５）に関して、前記光線集光ミラー（５１，５２）上での入射強度に対する光線損失のパーセンテージ率が同一であるように、前記光線集光ミラー（５１，５２）の前記反射領域および光透過性領域（５５，５７，５８，６０）が配置され、かつ前記光線集光ミラー（５１，５２）の中央領域（５６，５９）の光透過性が選択されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
異なった方向付けの格子投影像を標本面（７０）上に形成するために、前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）の画像野ロータおよび格子（３１，３２，３３）のうちの少なくとも一方が相対して異なった方向付けとなるように備えられ、
さまざまな格子方向の結像をすることで、第１の格子（３１）によって１次回折次数に回折される前記光（１５）と、第２の格子（３２）によって１次回折次数に回折される前記光（１５）は、前記第１の光線集光ミラー（５１）上の異なった領域（５５，５７）に当たり、
これらの該異なる領域（５５，５７）が前記反射領域（５５）と光透過性領域（５７）によって形成され、その結果、前記第１の格子（３１）からのみでなく前記第２の格子（３２）からの１次回折次数の前記光（１５）も該標本面（７０）の方向へと伝搬されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記光（１５）を前記偏向素子（２０）から前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）へと導くための光ファイバ（２６，２７）を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項９】
前記光ファイバ（２６，２７）が偏波保存性であり、
各々の前記光ファイバ（２６，２７）は軸性の回転配向に配置され、この場合、出射する光（１５）の偏光方向は、それぞれの前記光ファイバ（２６，２７）から出射する前記光（１５）が到達するところの、１つの格子（３１，３２，３３）の格子のストライプの方向に対して平行であることを特徴とすることを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記光ファイバ（２６，２７）の手前に音響光学素子（１４）が備えられ、
音響光学素子のために前記電子式制御手段が設けられ、該音響光学素子（１４）を用いて、どの前記光ファイバ（２６，２７）に前記光（１５）がさらに伝搬されるかに依存して前記光（１５）の強度を変更し、その結果、全ての前記光ファイバ（２６，２７）で同じ光線強度で出射するようにするか、または前記光線集光ミラー（５１，５２）の背後で、さまざまな前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）から来る光束（１５）が同じ光線強度を持つようすることを特徴とする請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１１】
第１および第２の光線経路上の前記光（１５）が前記偏向素子（２０）によって第１の光ファイバ（２７）へと偏向可能であり、該第１の光線経路内に、該第２の光線経路上の光の偏光方向に対して垂直に位置する、光の偏光方向を形成するための偏光方向変更手段（２２）が配置されており、
該第１の光線経路と該第２の光線経路を結合するための偏光ブロック（２３）を備え、
前記第１の光ファイバ（２７）が、該偏光ブロック（２３）で結合された光線経路が前記第１の光ファイバ（２７）に当たるように配置され、
前記第１の光ファイバ（２７）の後方に、偏光ビームスプリッタ（３５）が配置されており、偏光ビームスプリッタは、前記光（１５）をその偏光方向次第で前記光学系コンポーネント（３２）の１つへの光線経路へまたは１つの別の前記光学系コンポーネント（３３）の別の光線経路へと導くことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）の１つによって提供される、構造化された照明光を変更するために、前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）を移動するための設定装置が相互に独立して存在し、
電子的制御手段が、測定中断時間を減少するために、前記光学系コンポーネント（３２，３３）の別の１つへの光線経路が選択されている間に、１つまたは複数の前記光学系コンポーネント（３１）を移動するように設定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項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）の１つを用いて提供される構造化された照明の位相偏移のために、少なくとも１つの位相板（４４，４５，４６）を備え、この位相板が、構造化された照明光（１５）の位相にさまざまに影響する、異なる設定を生じさせることができることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１４】
電子的制御手段は測定中断時間を減少するために、別の１つの光学系コンポーネント（３２，３３）への光線経路が選択されている間に、前記光学系コンポーネント（３１）の１つの光線経路内にある、複数の前記位相板（４４）の１つを変位するように設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記光学系コンポーネント（３１，３２，３３）を使用して提供された、前記構造化された照明の方向付けを変更するために、光線集光ミラー（５１，５２）の後方の前記光線経路内に画像野ロータが存在し、
該画像野ロータの回転のための設定装置が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１６】
電子的制御手段が広視野照明を提供するために、前記光（１５）を格子（３１，３２，３３）の無い光線経路へ偏向することができるように設定され、かつ
前記光（１５）を該広視野照明へと、また前記格子（３１，３２，３３）から来る前記光（１５）を共通の光線経路上を前記試料（７１）の方向へと、代替として導くための手段が存在することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記光線経路内の光線集光ミラー（５１，５２）の後方に、前記光学顕微鏡の対物レンズ（６５）の照明を適合させるためのズーム光学系（６１）が存在することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１８】
光学顕微鏡であって、
観察する試料（７１）を位置付けすることができる１つの標本面（７０）と、
少なくとも１つの、該標本面（７０）の方向へ光（１５）を射出する光源（１０）とを備え、
該光源（１０）と該標本面（７０）の間に、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光学装置を備えることを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項１９】
前記光線集光ミラー（５１，５２）の１つが瞳平面上に配置されているか、または
２つの前記光線集光ミラー（５１，５２）が該瞳平面の異なる側面上に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の光学顕微鏡。
【請求項２０】
ダイクロイックミラー（６３）を備え、該ダイクロイックミラーが前記光線集光ミラー（５１，５２）から来る前記光（１５）を前記試料（７１）へと反射し、前記試料（７１）からくるサンプル光を検出装置（８０）の方向へと透過し、
前記光（１５）の偏光を維持するために、前記光線集光ミラー（５１，５２）および該ダイクロイックミラー（６３）をペリスコープの形に配置することを特徴とする請求項１８または１９に記載の光学顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の態様において、請求項１のプリアンブルにそった光学顕微鏡の光線経路内に位置決めするための、光学装置に関する。本発明のさらなる観点は請求項２１のプリアンブルにそった光学顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光学顕微鏡は、その中に観察する試料を位置付けすることができる標本面と、少なくとも１つの標本面の方向へ光を射出する光源とを備える。こうして試料から来る光は、標本映像を表示するために、検出装置を用いて検出される。
【０００３】
高い解像度で試料を観察するための従来の１つの方法は構造化された照明を用いた顕微鏡観察法（構造化照明顕微鏡法、ＳＩＭ）である。この場合、試料は構造化された照明光で照射される。構造化された照明光とは、その光線断面上に、空間的に変化のある強度分布を持つ任意の光と理解できる。特に、例えば照明されているラインと照明されていないラインとを持つライン模様のような、断面上に周期的な強度分布を持つ光線を用いることができる。
【０００４】
構造化された照明を形成するために、光学顕微鏡の光線経路内で、光源と標本面との間に取り付けられる、この種の光学装置が使われ得る。この種の光学装置は、照射光線から構造化された照明光を供給するために少なくとも１つの第１の光学系コンポーネントと１つの第２の光学系コンポーネントを備えている。
【０００５】
これらの光学系コンポーネントは例えば格子であり得る。格子の撮像が前後して標本面内に形成される。さまざまな格子の方向に対して標本映像が撮影され、これらからより高い解像度の標本映像を算出することができる。
【０００６】
このより高い解像度は、構造化された照明を使わない従来の広視野映像の撮影に対して、大きな利点である。しかしながら構造化された照明では、撮像のために必要な時間は長くなる。これゆえに基本的な目的は、撮像のために必要な時間を短く保つことと見なされる。この場合、機械的構成はできる限り簡単に実現することができ、また経費が手頃であるべきである。
【０００７】
公知の光学装置は、この要件を満たさない。
試料上へさまざまな格子方向を結像するために、ただ１つの格子を使用し、これをさまざまな方向へ回転させることが公知である。格子の後方に、光学的画像野ロータ、例えばアッベ・ケーニッヒ型プリズムを取り付けることも可能である。これを使って画像野回転が可能で、こうして標本面上で格子投影像の回転を起こすことができる。しかしながら、格子または画像野ロータの回転は比較的時間が掛かる。加えて場合によっては、障害となる、回折光線の反射が生じ得る。
【０００８】
代替として、干渉光線を発生させるために光学的光線分割を行うことができるが、これは装置が複雑であり、またその安定性に関して問題があり得る。
重畳され、異なった方向付けがされている、基板上の格子を設けることがさらに公知である。望まれる回折次数の光線が試料へと伝搬され、他方で他の回折次数は遮蔽される。しかしながら、このため強度損失は大きい。
【０００９】
最後に、複数の異なる方向付けの格子を設けることも可能である。これらはモータ付の格子交換装置によって、前後して選択される。しかしながら、同じくここでも格子の交換のために必要とされる時間は長い。
【００１０】
全体として、このように公知の光学装置は、２つの格子方向の交換のためのロスタイムが長いこと、および例えば移動可能な光学系構成要素の高い精度の位置付けに関して、機械的要求が高いことのうちの少なくとも一方が挙げられる。加えて、照明光の望ましくない強度損失が出現し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、それによって良好な画像品質と、簡単な構成で、構造化された照明光線を形成するためのさまざまな格子投影像の交換が速やかに行われることを可能にする、光学装置および光学顕微鏡を提供することであり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１の特徴を備える光学装置と、請求項２１の特徴を備える光学顕微鏡で解決される。
本発明の光学装置および本発明の光学顕微鏡の好ましい実施の変形形態は従属請求項の対象であり、以下の記述では特に図との関連で説明する。
【００１３】
本発明の、上述の種類の光学装置は、光が異なった光線経路を介してさまざまな光学系コンポーネントへ、さらに試料の方向へと伝搬可能であり、電子式制御手段が存在し、この電子式制御手段が異なる光線経路からさまざまな光学系コンポーネントへ、ある時点においてそれぞれ１つの光線経路を照明するように設定されており、さまざまな光学系コンポーネントから来る光を試料の方向への共通の光線経路へ導くための少なくとも１つの第１の光線集光ミラーが存在し、第１の光線集光ミラーが反射領域を持ち、この反射領域上には、２つの光学系コンポーネントの１つからの光のみが当たり、第１の光線集光ミラーが光線透過領域を持ち、この光線透過領域上には、他の光学系コンポーネントからの光のみが当たることを特徴とする。
【００１４】
本発明の、上述の種類の光学顕微鏡では、光源と標本面との間に本発明の光学装置が存在している。
構造化された照明光線を提供するために１つの光学系コンポーネントを選択する場合、光学系コンポーネントの移動を必要としないことが本発明の第１の中心思想であり得る。つまり、従来の光学装置とは異なり、１つの光学系コンポーネントは固定された光線経路内へ移動することによることなく選択される。むしろ、空間的に異なった光線経路を介して、光は光学系コンポーネントに導かれ得る。これらの光線経路の１つを選択するために必要な時間は、光の回折方向を用いることから、非常に僅かであり得る。
【００１５】
それぞれ光学系コンポーネントの１つへの、異なった光線経路のうち、常に１つだけが照明されている。光線経路が前後して照明されることで、標本面上には、さまざまな方向付けおよび位相偏移のうちの少なくとも一つを持つ構造化された照明を形成できる。光線経路の各々に対して、１つまたは複数の試料の映像を撮影することができ、これらから、より高解像度の像が算出できる。
【００１６】
その中にさまざまな光学系コンポーネントが存在する、異なった光線経路を集束するために、少なくとも１つの光線集光ミラーが設けられており、この光線集光ミラーがその横断面上に、反射領域と、これとは異なる光透過性領域を備えているということを、本発明のさらなる基本的思想と見なすことができる。光線集光のための従来の偏光ブロックまたは中立スプリッタに比べて、本発明の光線集光ミラーの場合はその光線損失は明らかにより少ない。光線集光のための、切替え可能なガルバノミラーと比べて、この光線集光ミラーは、皆無もしくは非常に僅かな電子的消費で駆動することができる。
【００１７】
各々の光線集光ミラーは、標本面に対して光学的に共役されている平面の外に配置されている。構造化された照明光を形成するために、例えば格子を標本面に対して光学的に共役している平面内に取り付けられた場合、これらの格子上で、光が異なった回折次数へ回折され、第１の光線集光ミラー上へと伝搬される。この際に、光は光線集光ミラーの特定の領域にのみ当たり、この領域は格子上の回折次数で決定される。格子の方向付けは、第１の光線集光ミラー上での、光の第１の回折次数の位置を決定する。このため、複数の、異なった方向付けの格子投影像に対して、１つの共通の光線経路の場合、さまざまな格子投影像の１次回折次数の光線部分は重なって位置しない。こうして、光線集光ミラーの、反射領域と光透過性領域によって、複数の光線経路を、非常に僅かな光線損失を持って、組み合わせることができる。加えて有利であるのは、異なった光線経路を集束するために機械的な運動は必要ではないことである。
【００１８】
本発明の光学装置の好ましい一形態においては、光学系コンポーネントはそれぞれ１つの格子を備える。基本的には反射格子も可能ではあるが、透過格子が好ましい。異なった方向付けの構造化された照明光を形成するために、この格子は相互に異なった方向付けで配置され得る。すなわち、さまざまな格子の格子線の方向は、衝突する光の主拡散方向を中心に、相対して回転されている。
【００１９】
付加的に光学系コンポーネントは１つの格子に対してそれぞれ１つの画像野ロータも備えることができる。画像野ロータを使って、それに属する格子の標本面上への投影を特定の角度だけ回転する。この場合、光学系コンポーネントの１つが、唯一の格子から、またその他の全ての光学系コンポーネントがそれぞれ１つの格子と、１つの、特に固定されている、画像野ロータから構成されることができる。
【００２０】
さまざまな光学系コンポーネントによって提供された構造化された照明は、形成された構造化された照明光の方向付けおよび位相位置のうちの少なくとも一方において差があり得る。構造化された照明光は例えば標本面上にライン模様を形成することができる。この場合、方向付けは線の方向が示す。この際、構造化された照明光の相または位相位置は、線が経過する方向に対して垂直な方向の線の位置を明らかにする。
【００２１】
本発明の光学装置の別の実施の一変形形態では、すでにただ１つの格子で充分であり得る。この場合は、構造化された照明光を形成するための１つの格子が、１つの共通の光線経路内に、さまざまな光学系コンポーネントへの異なった光線経路より手前に配置されている。この光学系コンポーネントはそれぞれ１つの、特に固定された画像野ロータを備え、この場合、異なった画像野ロータを用いて、異なった方向付けの構造化された照明光が提供される。
【００２２】
本発明の光学装置の特に好ましい一形態では、少なくとも１つの、照射光線からの構造化された照明光を形成するための第３の光学系コンポーネントを備え、第２および第３の光学系コンポーネントから来る光を、１つの共同の光線経路上で第１の光線集光ミラーへと導く、第２の光線集光ミラーを備え、第２の光線集光ミラーは第２の光学系コンポーネントからの光のみが当たる反射領域と、また第３の光学系コンポーネントからの光のみが当たるか、その逆に光が当たる光線透過領域を備える。少なくとも３つの光学系コンポーネントが、異なった方向付けの構造化された照明光を形成すると、標本面内において、全ての方向で解像度上昇を達成することができる。独立した光線経路を持つ、さらなる光学系コンポーネントそれぞれに対して、さらなる光線集光ミラーを設けることができる。光線集光ミラーの反射領域および光線透過領域は、第１および第２の光線集光ミラーのそれらの領域に対応して構成される。この場合、さまざまな光線集光ミラーの反射領域は、それに沿って光が光線集光ミラー間に広がる光学軸に対して垂直な平面内で、相対してずらされている。特にさまざまな光線集光ミラーの反射領域は相対して光学系軸を中心に回転され得る。この場合、光線集光ミラー間の回転角度は、格子投影像のさまざまな方向付け間の回転角度と同一であり得る。
【００２３】
光線集光ミラーでの光線損失を可能な限り僅かに保つために光線集光ミラーの横断面上で、格子の光は、別の格子の光と可能な限り少ない重複を持つべきである。このために全ての光線集光ミラーは、格子の平面に対して光学的に共役されている平面の外に配置されている。
【００２４】
好ましいのは、光線集光ミラーの１つが、平面内に配置されることであり、平面において分光が、格子上での分光のフーリエ変換として測定される。代替として、２つの光線集光ミラーをこの平面の異なる側面に配置することができる。この格子が光学顕微鏡の中間映像平面内にある場合は、したがって前述の平面は光学顕微鏡の瞳平面である。
【００２５】
さまざまな格子の構造化された照明光によって、同一の試料領域が観察できるように、異なる光線経路は光線集光ミラーによって共通の光線経路に集束される。これによって、さまざまな格子の０次回折次数の光は、１つの光線集光ミラーの同一の領域に当たる。第１の光線集光ミラーは、０次回折次数に回折され、かつ第１の光学系コンポーネントの光線経路を介して伝搬される光が第１の光線集光ミラーの中央領域に当たるように配置され、０次回折次数に回折され、かつ第２の光学系コンポーネントの光線経路を介して伝搬される光が、この場合、部分透過性である中央領域に当たるように配置されている。こうしてさまざまな格子からの０次回折次数の光は、各々部分的に第１の光線集光ミラーから試料の方向へさらに伝搬される。部分透過性とは、照射光線の一部分が透過され、一部が反射されると理解されたい。光の吸収は可能な限り僅かであるべきである。好ましいのは、部分透過性の度合いが、さまざまな格子または光学系コンポーネントからの光が比較可能な、特に同一の割合で、試料の方向へさらに伝搬されるように選択されることである。したがって、全ての光線集光ミラーを全体として見た場合、光線集光ミラーによる光線損失は、さまざまな光学系コンポーネントへの全ての光線経路において同じ大きさである。
【００２６】
同様に、全ての他の光線集光ミラーがまた部分透過性の中央領域を持つようになされていることができる。特に第２の光線集光ミラーは、０次回折次数に回折され、かつ第２の光学系コンポーネントの光線経路を介して伝搬される光が、第２の光線集光ミラーの中央領域に当たるように配置されることができ、０次回折次数に回折され、かつ第３の光学系コンポーネントの光線経路を介して伝搬される光が、第２の光線集光ミラーの中央領域に当たるように配置されることができる。この場合、第２の光線集光ミラーの中央領域は部分透過性であり、第１の光線集光ミラーの中央領域は第２の光線集光ミラーの中央領域よりもより高い光透過性を持つことが好ましい。言い換えれば、さまざまな光線集光ミラーの中央領域の部分透過性の程度は異なり、さまざまな光学系コンポーネントからの０次回折次数の光が、同一の割合または光線強度で光線集光ミラーを通って試料の方向へ伝搬されるように選択することができる。
【００２７】
複数の光線集光ミラーが直列に配置されている場合、中央領域の反射度および光透過性は好ましくは次のように選択される。標本面から最も離れている、最後方の光線集光ミラーは１／２の反射度およびこれに対応する１／２の光透過性を備え得る。これに続く光線集光ミラーの中央領域は、好ましくは１／３の反射度および２／３の光透過性を備える。一般式にすると、最後方の光線集光ミラーから数えた場合、第ｎ番目の光線集光ミラーは、好ましくは１／（ｎ＋１）の反射度およびｎ／（ｎ＋１）の光透過性を備える。
【００２８】
望ましくない吸収効果および散光効果のために、実際には反射度および光透過性は上述の値とは異なり得るが、この差が、この場合、それぞれの値の２０％を超えないことが目的に適っているであろう。
【００２９】
さまざまな光学系コンポーネントへの光線経路のどれが照明されるかという選択とは無関係に、試料はできる限り同じ光線強度で照射されるべきである。これに加えて、光線集光ミラー上で、異なった光学系コンポーネントから来る光束に関して、入射強度に対する光線損失のパーセンテージ率が同一であるように、光線集光ミラーの反射領域と光透過性領域が配置され、光線集光ミラーの中央領域の光透過性が選択され得る。この場合、この入射強度はそれぞれの光学系コンポーネントを通過する前に測定することができる。
【００３０】
異なった方向付けの格子投影像を標本面上に形成するために、光学系コンポーネントは画像野ロータおよび格子のうちの少なくとも一方を、相対して異なった方向付けで備えていることができる。さまざまな方向付けのために、第１の格子によって１次回折次数に回折される光と、第２の格子によって１次回折次数に回折される光は、第１の光線集光ミラー上の異なった領域に当たる。この異なる領域は反射領域と光透過性領域によって形成され、その結果、第１の格子からのみでなく第２の格子からの１次回折次数の光も標本面の方向へとさらに伝搬される。
【００３１】
反射領域は可能な限り完全に反射するべきであり、例えば８０％または９０％より大きい反射率を持つことができる。相応に、繋がった光透過性領域で構成されていることも可能である光透過性領域も、可能な限り完全に光透過性であるべきであり、例えば照射される光線の少なくとも８０％または９０％が透過され得る。これに対して、中央領域は、反射領域に比べてより小さな反射率を持つべきであり、光透過性領域より低い光透過性を持つべきである。
【００３２】
こうして、説明された実施形態では、それに属する格子と、場合によってはその後方に配置されている画像野ロータの方向付けに、１次回折次数の光の位置が左右されることが、光線集光のために使われる。各々の光線集光ミラーは、２つの反射領域を備えることが好ましく、この２つの反射領域は中心領域に対してお互いに対向して配置されている。別の格子の１次回折次数の光を通過させるために、光線集光ミラーの２つの反射領域は、繋がっている環状の領域を形成しない。むしろ、これらはこのような環状領域を、集束する光線数がＮの場合、最大でその１／Ｎの部分を覆う。
【００３３】
１つのより高解像度の標本映像が可能な限り短時間で撮影できるように、さまざまな光学系コンポーネントへの異なった光線経路間を、短時間で切り替えることができなければならない。照射する光線経路を選択するために、調節可能な偏向素子が存在することが好ましく、この偏向素子でもって選択可能な光を光学系コンポーネントの１つへ偏向することができる。この偏向素子は１つの偏向ミラーを備えることが好ましく、これは回転および摺動のうちの少なくとも一方が可能である。例えば、この偏向ミラーは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはガルバノメータスキャンミラーで実施されていることができる。これによって、さまざまな、照明するべき光線経路の間の交換の際に、そこでは光学系コンポーネント自身が光線経路内に入るという従来の光学装置に比べて、特に、大きな時間の節約を達成することができる。
【００３４】
この偏向ミラーは光学系コンポーネントより小さな質量とより小さな寸法を持つことができ、これによって、より速やかな調節が可能になる。加えて偏向ミラーにおいて必要となる位置の変更は、光学系コンポーネント全体が光線経路内に入れられるか、または出されるという場合に比べてより僅かである。
【００３５】
光は原則的に、偏向素子からさまざまな光学系コンポーネントへ自由光線として導かれることができ、すなわち、これは光ファイバを使わないことを意味する。しかし、光ファイバを設けることが好ましい。この場合、偏向素子は、調節可能な光を１つの光ファイバ上へ、さらに１つの光学系コンポーネントへ誘導するために取り付けられている。光ファイバは光を結像せずに伝達することが有利であり、これによって、より小さな横断面の光学系を使用することができる。特に偏向ミラーはより小さく実施されることができ、これはより短い切替え時間を可能にする。
【００３６】
好ましい一形態では、光ファイバは偏波保存性であり、また各々の光ファイバは軸性の回転配向に配置され、この場合、出射する光の偏光方向は、それぞれの光ファイバから出射する光が到達するところの、１つの格子の格子線の方向に対して垂直である。軸性の回転配向は、出射する光の主拡散方向を中心とした回転角と理解されるべきである。光の偏光方向が、光がそれへと伝搬されるところの、格子の方向付けに左右されて設定されることから、特に高い変調コントラストが標本面上に形成され得る。
【００３７】
原則的に、さまざまな光ファイバでの光線損失の大きさは異なり得る。これは例えば、偏向素子から来る光のさまざまな進入角度によって条件付けられ得る。それにもかかわらず、全ての光ファイバにおいて、出射する光の強度は可能な限り同一であるべきである。これを達成するために、光ファイバの手前に音響光学素子が備えられ、これのために電子制御手段が設けられることができ、音響光学素子を用いて、どの光ファイバに光がさらに伝搬されるかに依存して光の強度を変更し、その結果、全ての光ファイバで同じ光線強度で出射するように、または光線集光ミラーの背後で、すなわち光線集光ミラーと標本面との間で、さまざまな光学系コンポーネントから来る光束が同じ光線強度を持つようすることができる。音響光学系素子のこれに適した設定は、事前に試験的測定の際に決定することができる。音響光学系素子、例えば音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）を使用することで、有利なことに、特に短時間で光線強度を適合することができる。これが偏向素子の切替え時間内に行われると、偏向素子の変更によって条件付けられる測定中断時間は延長されない。
【００３８】
原則的に、異なった光学系コンポーネントへの光線経路のそれぞれに対して独立した光ファイバを設けることができる。しかし、光は偏光コード化を介して唯一の光ファイバを介して選択可能に２つの光学系コンポーネントの１つへと伝搬されることができる。これによって、さまざまな光学系コンポーネントへの光線経路よりも少ない数の光ファイバを備え得る。この実施では、第１のおよび第２の光線経路上の光が偏向素子によって第１の光ファイバへと偏向されることができ、第１の光線経路内に、第２の光線経路上の光の偏光方向に対して垂直に位置する、光の偏光方向を形成するための偏光方向変更手段が配置され、第１の光線経路と第２の光線経路を結合するための偏光ブロックを備え、第１の光ファイバが、偏光ブロックで結合された光線経路が第１の光ファイバに当たるように配置され、かつ第１の光ファイバの後方に、偏光ビームスプリッタが配置されていて、偏光ビームスプリッタは光をその偏光方向次第で１つの特定の光学系コンポーネントへの光線経路へ、または１つの別の光学系コンポーネントへの別の光線経路へと導く。偏光ブロックとしては、原則的に任意の、さまざまな方向からの光を、また垂直な偏光を、共通の１つの光線経路に集束する手段を使うことができる。
【００３９】
偏光ビームスプリッタと２つの光学系コンポーネントとの間の、１つまたは２つの光線経路上に、偏光を変更する手段が配置され得ることが目的に適う。これは、例えば１つの回転角度で配置されているλ／２板を含むことができ、この板を介して通過する光の偏光方向がλ／２板の後方では格子の格子線の１つの方向に対して垂直である。
【００４０】
構造化された照明を用いて高解像度の画像を算出するためには、異なって方向付けされた格子投影像で複数の標本映像が撮影され、かつ１つの格子投影像が同一の方向付けで移動された、すなわち位相が偏位された、複数の像が撮影されることが目的に適う。異なった光学系コンポーネントの格子および画像野ロータのうちの少なくとも一方を介して、さまざまな方向付けの格子投影像が作成されることが好ましい。位相偏移は、この場合、光学系コンポーネントの摺動移動により行うことができる。
【００４１】
光学系コンポーネントの１つによって提供される、構造化された照明光を変更するために、光学系コンポーネントを移動するための設定装置が相互に独立して存在し、電子的制御手段が、測定中断時間を減少するために、別の光学系コンポーネントの１つへの光線経路が選択されている間に、光学系コンポーネントの１つを移動するように設定されていることが好ましい。したがって、標本映像の直接連続する撮影は、異なった光線経路を介して、その結果として異なった方向付けの格子投影像に関して行われ、同一の光線経路を介した異なった位相偏移に関してなどではない。
【００４２】
設定装置はモータによって実施されていることができ、好ましくは例えばピエゾ圧電アクチュエータ、またはガルバノメータのようなアクチュエータを含む。位相偏移のためには、光学系コンポーネントはそれぞれの投影するべき格子の線の方向に対して横方向に移動される。この光学系コンポーネントは、また原則的に１つの格子方向の投影を回転するために回転されることも可能である。この場合は同一の方法で光線集光ミラーを回転するようになされていることができる。
【００４３】
光学系コンポーネントの１つを用いて提供される構造化された照明光の位相偏移のために、少なくとも１つの位相板を備えることができ、この位相板は、構造化された照明光の位相にさまざまに影響する、さまざまな設定にもたらされることができる。この位相板は可動可能な光学的回折媒体で実施されることができる。例えば、１つの楔を持つことができ、この楔は位相偏移のために移動される。代替として１つの平行平面板が存在し得て、これは位相偏移のために傾けられる。加えて液晶領域を持つ板が設けられることも可能で、これは位相偏移のために接続切替え可能である。
【００４４】
原則的に、位相偏移のためには光線経路内の光線集光ミラーの後方に配置される、唯一の位相板で充分である。しかし、各々の光学系コンポーネントの後方に１つの位相板があることが好ましい。これによって、本発明の光学装置の実施形態が可能になり、ここでは電子的制御手段は測定中断時間を減少するために、１つの別の光学系コンポーネントへの光線経路が選択されている間に、１つの特定の光学系コンポーネントの光線経路内にある、１つまたは複数の位相板を変位するように設定されている。
【００４５】
１つの位相板による位相偏移のために必要とされる典型的時間は約１２ｍｓである。しかしながら、前述の制御によって測定中断時間は明らかに１２ｍｓよりも減少し、場合によっては偏向ミラーの切替え時間によってのみ決定され得る。これは数ミリ秒の領域、例えば２ｍｓであり得る。
【００４６】
さまざまな光学系コンポーネントへの光線経路の存在数よりも大きな数の、さまざまに方向付けられた格子投影像を形成するために、光線集光ミラーの後方の光線経路内に画像野ロータが存在し得る。これは、光学系コンポーネントを使用して提供された、構造化された照明の方向付けを変更する。加えて画像野ロータの回転のための設定装置が設けられている。
【００４７】
構造化された照明を使わない測定を可能にするために、電子的制御手段は広視野照明を提供するために、光を格子の無い光線経路へ偏向できるように設定することができる。この場合、光を広視野照明へと、格子から来る光を共通の光線経路上を試料の方向へと、代替として伝達するための手段が存在する。この手段はダイクロイックミラー、偏光依存ミラーおよび偏光ブロックのうちの少なくとも一つを含むことができる。可動性ミラー、例えばガルバノメータスキャンミラーまたはＭＥＭＳミラーを使用することもできる。この場合、電子式制御手段は、可動性ミラーを、光が格子の無い光線経路から標本面へと伝搬される位置に設定するか、または可動性ミラーを、光が格子から標本面の方向へと伝搬される位置に設定するために、設けられている。
【００４８】
本発明の光学装置のさらなる好ましい一変形形態では、光線経路内の光線集光ミラーの後方に、光学顕微鏡の対物レンズの照明を適合させるためのズーム光学系が存在する。このズームの調節は、光線経路内に取り付けられた対物レンズと関連して、自動的に電子式制御手段を介して行われ得る。
【００４９】
原則的にズーム光学系に代わり、格子交換を介しても照明の適合を行うことができる。このためには、交換用格子は、さまざまな光学系コンポーネントへの異なった光線経路によって決定されている平面の外側に配置され得る。これらの交換用格子は、こうしてモータの付いた格子交換装置を介して、その時点で使用されている格子に交換され得る。
【００５０】
モータの付いた格子交換装置は、光学系コンポーネントをさらなる格子セットで置き換えるためにも、設けられていることができる。この場合、さまざまなセットの格子は、その格子構造に差があり得る。
【００５１】
本発明の光学顕微鏡のさらなる好ましい一形態では、格子の各々が、標本面に対して光学的に共役されている平面上に配置されている。この場合に特に好ましいのは、光線集光ミラーの１つが瞳平面上に、または２つの光線集光ミラーが瞳平面の異なる側面上に配置されていることである。３つ以上の光線集光ミラーの場合は、これらは瞳平面が中央の光線集光ミラーに接するかまたはその隣にあるように配置されていることが好ましい。これによって、さまざまな格子からの光が１つの光線集光ミラーの同一の領域に当たることがほぼ回避される。特に１次回折次数の光は、さまざまな格子に対して重なることなく、光線集光ミラーの完全に相互に異なった領域へ導かれ得る。
【００５２】
本発明の光学顕微鏡が、光線集光ミラーから来る光を、試料へと反射し、試料から来るサンプル光を検出装置の方向へと透過するダイクロイックミラーを備え得ることが目的に適う。このダイクロイックミラーは例えば、波長に依存して光を反射または透過させるカラースプリッタであり得る。サンプル光はルミネセンス光または燐光光であり得る。
【００５３】
光線集光ミラーとダイクロイックミラーとの間の装置は、望ましくない偏光の変化を低減することに利用され得る。こうして、光線集光ミラー上での反射の場合、偏光された光線のｓ波部分およびｐ波部分は異なって影響を受ける可能性があり、こうして望ましくない偏光の変化が発生する。ダイクロイックミラー上での反射によってｓ波部分およびｐ波部分は新たに異なった影響を受ける可能性があり、これによって、望ましくない偏光の変化が少なくとも部分的に補償される。これは、光の偏光を維持するために、光線集光ミラーおよびダイクロイックミラーをペリスコープの形に配置することで達成することができる。この場合、光はダイクロイックミラーの後ろでは、光線集光ミラー以前の光に対して平行に経過することができる。光線集光ミラー上およびダイクロイックミラー上の反射はこの場合、それぞれ光線の９０°の偏向を引き起こし得る。
【００５４】
さまざまな光学系コンポーネントへの異なった光線経路は、機械的に簡易な一形態のために、１つの平面上に相互に平行に位置することが好ましい。この場合、最後方の光線集光ミラーで試料へ伝達されるべきである光は、最後に位置する光学系コンポーネントからの光線経路から、完全反射ミラーを介して、最後に位置する光線集光ミラーに伝搬される。最後に位置する光線集光ミラーとは、標本面から最も離れた光線集光ミラーと理解されたい。
【００５５】
本発明のさらなる特徴と利点を以下に添付の概略図を参照にして説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の光学装置を備える本発明の光学顕微鏡の例示的実施例の概略図。
【図２】光学装置の第１の光線集光ミラーの概略図。
【図３】光学装置の第２の光線集光ミラーの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図中では、同一および同じ効果を持つ構成要素は通例では同じ符号が付けられている。
図１には本発明の光学顕微鏡１１０の一例示的実施例が概略的に示されている。この顕微鏡は基本的構成要素として、光源１０、光源１０から送り出された光１５から構造化された照明光を形成する光学装置１００、構造化された照明光を標本面７０上に集束させ、かつ標本面７０からのサンプル光を受け取る対物レンズ６５、およびサンプル光を検出するための検出装置８０を備える。
【００５８】
ここに示されている例の場合、光源１０は、さまざまな波長の光または光束１５を射出する、複数のレーザモジュールを備える。本明細書では、光、光束および光線という単語は同義語であると理解され得る。図１には波長４８８ｎｍ、５６１ｎｍおよび６４０ｎｍの光１５が記載されている。
【００５９】
さまざまなレーザモジュールの光線経路は、階段状ミラー１２を介して、光学装置１００の音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）１４への１つの共通の光線経路へ伝搬される。ＡＯＴＦ１４を介して、望まれる波長の光を選択することができる。加えて、これについては後により詳細に説明する、光１５の強度適合が行われ得る。
【００６０】
中心的構成要素としてこの光学装置１００は、偏向素子２０を備え、ＡＯＴＦ１４からの光はこれに到達する。この偏向素子２０は１つの偏向ミラー２０を備え、この偏向ミラーは電子式制御手段を介してさまざまな回転位置にもたらされることができる。この偏向ミラー２０はその僅かな大きさと質量のゆえに、特に速やかな位置調整ができる。このようにして、有利なことには特に短時間で、例えば２ｍｓ以内で、さまざまな光線経路間の交換をすることができる。このために偏向ミラー２０は特に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはガルバノメータスキャンミラーとして実施され得る。特に短い切替え時間がＭＥＭＳによって可能となり、ガルバノメータスキャンミラーは、可能な偏向角度をより広い領域にすることを提供する。
【００６１】
光学装置１００は、異なった方向付けの構造化された照明光を提供するための複数の光学系コンポーネント３１、３２、３３を包括する。これらは相互に異なる光線経路内に配置されている。偏向素子２０の異なった偏向角度を介して、これら各々の光線経路を選択することができる。
【００６２】
偏向素子２０から異なった光学系コンポーネント３１〜３３へ光１５を伝搬するために、ここに示されている例では光ファイバ２６、２７を備える。光ファイバ２６、２７では光は結像せずに伝搬されることから、この偏向ミラー２０は光ファイバ２６、２７を使用する場合はより小さく実施されることができる。これによって偏向ミラー２０の切替え時間はより速やかになり得る。
【００６３】
偏光された光は光ファイバ２６、２７で伝搬されることが目的に適っている。これゆえに光ファイバ２６、２７は偏波保存性である。
原則的に光学系コンポーネント３１〜３３毎に１つの光ファイバを設けることができる。しかしながら、ここに示されている例では、光が同一の光ファイバ２７を介して、偏光次第で光学系コンポーネント３２または光学系コンポーネント３３に伝搬される。光ファイバ２７の手前に偏光ブロック２３が配置されていて、偏光ブロックは、２つの異なる光線経路からの、また異なる偏光の光を共通の光線経路上で光ファイバ２７へと導く。偏光ブロック２３上で結合されるこの２つの光線経路は、偏向素子２０の異なった偏向角度を使って選択することができる。これらの光線経路の１つでは光は、その際に光１５の偏光方向が変わることなく、偏向素子２０から１つのミラー２４を介して偏光ブロック２３に到達する。別の光線経路では、光１５は偏光ビームスプリッタ２３に到達する前に偏光方向変更手段２２に当たる。偏光方向変更手段は例えばλ／２板を備えることができ、λ／２板は光１５の偏光方向を９０°回転させる。
【００６４】
こうして偏向素子２０のさまざまな偏向角度を介して、光ファイバ２７を介して伝搬される光１５の偏光方向を選択することができる。光ファイバ２７の後方には偏光ビームスプリッタ３５が配置されている。光１５は、偏光方向に左右されて、透過されるかまたは反射され、こうして光学系コンポーネント３２への光線経路上を、または光学系コンポーネント３３への光線経路上を伝搬する。
【００６５】
さまざまな光学系コンポーネント３１〜３３のこれらの光線経路は１つの平面上に位置し、また相互に平行に位置することが好ましい。これは光学系コンポーネント３１〜３３の後の、損失の少ない光線経路の結合にとって意味を持つ。光学系コンポーネント３１〜３３の光線経路が相互に平行に経過するように、偏光ビームスプリッタ３５から反射された光を光学系コンポーネント３３へと偏向するミラー３０を設けることができる。
【００６６】
ここに示されている例では、第１の光学系コンポーネント３１は第１の格子３１を備え、第２の光学系コンポーネント３２は第２の格子３２を備え、また第３の光学系コンポーネント３３は第３の格子３３を備えている。それぞれの格子３１〜３３は中間像平面内に配置されている。こうして構造化された照明が形成され、この照明の場合、そのつど選択される格子３１〜３３の格子構造が鮮明に標本面７０に投影される。
【００６７】
代替として唯一の格子を備えていることも可能であって、この格子は偏向素子２０の手前に配置されている。この場合は光学系コンポーネント３１〜３３は画像野ロータを持ち、この装置によって格子がさまざまな方向付けで標本面７０上に投影される。この場合は偏向素子２０以後のさらなる伝搬は光ファイバを使わずに行われる。
【００６８】
標本面７０上への格子３１〜３３の投影が、高い変調コントラストを持つように、光１５の偏光方向は、格子のベクトルに対して垂直に、すなわちそれぞれの格子３１〜３３の格子のストライプの方向に対して平行に設定されていることが好ましい。
【００６９】
光１５の偏光方向を、照明する格子３１〜３３に依存して設定するために、λ／２板３４、３６を格子の前に設けることができる。代替としてまたは付加的に、この偏光方向を、光ファイバ２６、２７の軸性の回転配向を介すること、および光ファイバに接続されていて、光１５がそこでそれぞれの光ファイバ２６、２７を離れる、コリメータ２８、２９を介することのうちの少なくとも一方により、事前に定めることもできる。したがって、コリメータ２８は、出射する光１５の拡散方向の周りを、出射する光１５の偏光方向が、第１の格子３１の格子のストライプに対して平行であるように、回転されている。
【００７０】
同様の方法でコリメータ２９は、出射する光１５の偏光方向が第２の格子３２の格子のストライプに対して平行であるように、設定されている。最終的に、偏光ビームスプリッタ３５上で反射される光１５の偏光方向も、格子３３の格子のストライプの方向に対して平行でなければならない。このために、偏光ビームスプリッタ３５と格子３３の間にλ／２板が配置されている。
【００７１】
コリメータ２８、２９がそれぞれズーム光学系を含むことが好ましい。これによって、それに属する光学系コンポーネント３１〜３３への距離が異なる場合も、同種の光ファイバ２６、２７とコリメータ２８、２９を使用することができる。
【００７２】
異なる格子３１〜３３からの光線経路を結合するために、この光学装置１００は複数の光線集光ミラー５１、５２を備えている。第１の格子３１によって回折された光１５は集束光学系４４を介して第１の光線集光ミラー５１に到達する。同様の方法で、第２の格子３２によって回折された光１５は第２の集束光学系４５を介して第２の光線集光ミラー５２に到達する。第３の格子３３によって回折された光１５はミラー５３で完全に反射され、こうして第２の光線集光ミラー５２に到達する。
【００７３】
光線集光ミラー５１および５２は、それぞれ反射領域と光線透過領域を備え、これらは、さまざまな格子３１〜３３の光線経路から、光１５の可能な限り大きな割合が、試料へとさらに伝搬されるように配置されている。
【００７４】
第２の光線集光ミラー５２の断面図が図３に概略的に示されている。光線集光ミラー５２は、例えば光透過性の基質によって形成されていることができ、その上の特定の位置に、反射性領域５８を形成するために反射性金属が取り付けられている。反射性および透過性の特性は、特に可視光線、赤外線および紫外線のうちの少なくとも一方のスペクトル領域に対して有効であり得る。反射領域５８は、第２の格子３２上で第１の回折次数へと回折される光１５が至る、その位置に配置されている。固定周期のストライプ格子を用いることで、とりわけ光はマイナス１次回折次数とプラス１次回折次数と回折され、これによって光は２つの空間的に異なる領域へと回折される。光学軸に関連してのこれらの２つの領域の方向付けは、格子の向きに依存している。それゆえに中央領域５９に関連して、これらの２つの反射領域５８の方向付けは、第２の格子３２の向きに依存して選択される。
【００７５】
第３の格子３３の方向付けは第２の格子３２とは異なる。これによって第３の格子３３からの第１の回折次数の光１５は第２の光線集光ミラー５２の、反射領域５８ではない他の位置に当たる。これらの位置は光透過性の領域６０で形成されている。これによって、第２の格子３２からのみでなく第３の格子３３からの１次回折次数の光は、ほぼ完全に、例えば９０％以上が第２の光線集光ミラー５２から標本面７０の方向にさらに伝搬され得る。
【００７６】
０次回折次数の光１５は第２の格子３２に対してのみでなく第３の格子３３に対しても光学軸にそって拡散し、それゆえ第２の光線集光ミラー５２の中央領域５９に当たる。２つの格子３２、３３からの０次回折次数の光１５を部分的に標本面７０の方向へさらに伝搬するために、中央領域５９は部分的に反射性である。例えば中央領域は光１５を同一の割合で反射および透過し得る。
【００７７】
この反射領域５８および中央領域５９は円形状、例えば楕円形であり得る。これによって、円状の光線断面が、光の衝突方向に対して傾斜している光線集光ミラー上で、楕円形の面を照明するということが考慮されている。この領域５８、５９が、異なる格子３１〜３３の光線経路によって定義されている平面内に位置している水平方向において、これに直角な垂直方向におけるよりも大きいことが好ましい。領域５８、５９の水平方向への寸法が垂直方向よりも２０％から６０％大きいことが好ましい。
【００７８】
第２の光線集光ミラー５２から標本面７０の方向にさらに伝搬された光１５は第１の光線集光ミラー５１に当たる。第１の光線集光ミラーは図１に概略的に示されている。第１の光線集光ミラー５１は同じく少なくとも１つの透過性領域５７と、２つの反射性領域５５と、１つの部分透過性の中央領域５６とを備える。これらの領域は、第２の光線集光ミラー５２の同じ名称の相応の領域と同様に実施可能である。しかしながら、この場合２つの反射領域５５は、中央領域５６に関連して、２つの反射領域５８とは異なる別の回転角度で配置されている。光線集光ミラー５１の表面内の、２つの反射領域５５の回転配向は第１の格子３１の格子方向に左右されて選択される。これによって、第１の格子３１によって１次回折次数へと回折される光１５は、２つの反射領域５５に当たり、こうして標本面７０の方向にさらに伝搬される。
【００７９】
第１の光線集光ミラー５１に到達した場合、第２および第３の格子３２および３３の０次回折次数の光線強度は、第２の光線集光ミラー５２の中央領域５９のためにすでに減衰されている。それにもかかわらず、０次回折次数の光は、さまざまな格子３１〜３３から同じような強度を持って試料へとさらに伝搬されるべきである。このため第１の光線集光ミラー５１の中央領域５６の光の透過性は５０％超が選択されている。例えば中央領域５６はパーセント率で、反射する光の２倍の大きさの光の割合を透過し得る。これによって、３つの格子３１〜３３全てからの０次回折次数の光１５は、同一強度で２つの光線集光ミラー５１、５２を通って、標本面７０の方向にさらに伝搬され得る。
【００８０】
さまざまな格子によって回折された光は、瞳平面内で、殊更僅かな重複領域を持つ。これゆえに光線集光ミラー５１、５２は、瞳平面の近傍に配置されることが好ましい。
瞳平面の領域で結合された光線断面は図１の部分画像５４に概略的に示されている。この場合、全ての格子３１〜３３の０次回折次数の光は１つの中央領域に認めることができる。この中央領域の円周にそって、６個の照明されている領域を認めることができ、これらのうちそれぞれ２つは、３つの格子３１〜３３のうちの１次回折次数に由来するものである。この実施例では、光１５は同時にではなく、前後して個々の格子３１〜３３へと伝搬されるということを考慮に入れなければならない。したがって、どんな時点でも、部分画像５４の、中央領域と、１次回折次数に属する２つの領域だけが照明されている。
【００８１】
光１５は光学系６１および６２を介してさらにビームスプリッタ６３に伝搬され得る。ビームスプリッタ６３は、光源１０の光１５に対しては反射性である、カラースプリッタ６３であることが好ましい。これはまた光学系交換装置を備えることができ、光学系交換装置をもって光源１０に使用されている波長に左右されて、複数のカラースプリッタの中から１つが光線経路内に取り付けられる。カラースプリッタ６３を通って光１５は対物レンズ６５へと伝搬され、対物レンズは光１５を標本面７０上に集束する。そこには、蛍光発光が励起され得る、試料７１が配置され得る。試料から出射されたサンプル光は対物レンズ６５から、さらにまたカラースプリッタ６３へと伝搬され、その透過と反射の間の境界波長はサンプル光が透過されるように選択されている。こうしてサンプル光は集束光学系７５によって、空間的に解像する検出装置８０上に集束される。
【００８２】
格子３１〜３３上での光１５の偏光方向が標本面７０まで維持されることが望ましい場合がある。これに関連して、偏光された光線のｓ波部分およびｐ波部分が光学系要素に当たる場合に、一般的に、さまざまな影響を受けることは問題である。結果として、光の偏光が変化する。この効果を最小限にするために、ビームスプリッタ６３および光線集光ミラー５１、５２ならびにミラー５３はペリスコープの形に配置されている。一般的に、ビームスプリッタ６３の代わりに他のミラーが、光線経路内の構成要素５１、５２、５３の後方に、これらと共にペリスコープを形成するために、配置されることもできる。
【００８３】
ペリスコープでは、光１５の反射によって、ビームスプリッタ６３上に、光線集光ミラー５１、５２およびミラー５３への偏向方向とは反対の方向への光１５の偏向が起こる。図１に示されている例では光は格子３１〜３３から光線集光ミラー５１、５２およびミラー５３上で右へと、試料の方向へさらに伝搬され、ビームスプリッタ６３上で左へとさらに伝搬される。これによって構成要素５１、５２、５３上での望まれない偏光への影響は、ビームスプリッタ６３での反対への偏光の変更によって対処される。
【００８４】
さまざまな格子３１〜３３への３つの光線経路の１つを選択することで、さまざまな格子の方向付けから選択することができる。構造化された照明を基礎とした高解像度の画像を演算処理するためには、加えて位相偏移が必要である。このためには設定装置が存在し得、設定装置は格子３１〜３３を相互に独立して、ずらすことおよび回転させることのうちの少なくとも１つを行うことができる。代替としてそれぞれの格子３１〜３３の後方に、光学的屈折媒体４１〜４３が配置されていることができ、これらを揺動板（Ｗａｃｋｅｌｐｌａｔｔｅ）と名付けることができる。この揺動板４１〜４３は設定装置を介して動かすことができ、また例えば摺動移動させることができる光透過性の楔、または傾斜可能な光線透過板を備えている。それぞれの揺動板４１〜４３は代替として液晶領域で形成されていることも可能であり、その液晶は２つまたはそれ以上の設定位置に切替え可能である。いずれにしても、構造化された照明光の位相偏移は達成される、すなわち格子線の投影は、格子線の経過する方向に対して横方向へずらされる。各々の格子方向に対して少なくとも３枚または少なくとも５枚の試料７１の画像が、さまざまな位相偏移で撮影され、続いて一緒に演算処理されることが好ましい。
【００８５】
設定装置は、格子３１〜３３および揺動板４１〜４３のうちの少なくとも一方を調整するために位相偏移時間を必要とする。これは通常、格子３１〜３３のさまざまな光線経路間を切り替えるため、偏向ミラー２０の切替え時間より長い。標本映像の２つの撮影間の測定中断時間は、原則的に偏向ミラー２０の切替え時間および位相偏移時間のうちの少なくとも一方で条件付けられ得る。
【００８６】
別の格子への別の光線経路が照明されている間に、１つの光線経路内で位相偏移が実施されることが好ましい。すなわち２つの標本映像が直接連続して同じ光線経路を介して、さまざまな位相偏移で撮影されるのではない。この場合、測定中断時間は位相偏移時間で決まるであろう。むしろ２つの直接連続する標本映像は、常に異なった光線経路を介して撮影される。
【００８７】
これによって位相偏移時間よりも短く、また特に偏向ミラー２０の切替え時間に対応できる測定中断時間を達成することができる。
構造化された照明の方向付けと位相とは無関係に、全ての標本映像は同一の光線強度で撮影されるべきである。しかしながら、選択された光学系コンポーネント３１〜３３次第で、光１５は別々の光ファイバ２６、２７を介して伝搬され、光ファイバは例えば異なった連結損失のために、一般的に異なる光線損失を引き起こす。
【００８８】
それにもかかわらず、光ファイバ２６、２７で同じ出射強度を達成するために、ＡＯＴＦ１４を用いて強度調整を行うことができる。このために、電子式制御手段が、偏向ミラー２０の調節に左右されて、ＡＯＴＦ１４を制御する。１つの光ファイバへの光がより僅かな光線損失で伝搬される場合は、こうしてＡＯＴＦ１４は光をより大きく減衰する。
【００８９】
図１に示されている実施形態は、任意の数の独自の光線経路を伴うさらなる光学系コンポーネントを追加することができる。このさらなる光学系コンポーネントは、さらにまた、他の方向付けの格子投影像を形成する。この場合に、これらの光線経路の光も付加的な光線集光ミラーを介して共通の光線経路に結合される。１つの光線経路の光１５が、全ての光線集光ミラーを通過しなければならないということを回避するために、これらの光線集光ミラーは、一列の配列に代わって、複数列に配分されて配置可能である。この複数列の光線経路は、続いて光線集光ミラーで１つにされる。
【００９０】
本発明の光学顕微鏡１１０および本発明の光学装置１００によって、有利なことに、さまざまな格子方向の投影画像間の、特により短い時間での交換が可能になる。この際の光線損失は僅かで、また機器の経費も比較的低く保たれ得る。
【符号の説明】
【００９１】
１０  光源
１２  ダイクロイックミラーの階段状ミラー
１４  音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）
１５  光
２０  偏向素子，偏向ミラー
２２  偏光方向変更手段、λ／２板
２３  偏光ブロック
２４  ミラー
２６、２７  光ファイバ
２８、２９  光ファイバ切り離し光学系、コリメータ
３０  ミラー
３１  第１の光学系コンポーネント、第１の格子
３２  第２の光学系コンポーネント、第２の格子
３３  第３の光学系コンポーネント、第３の格子
３４、３６  偏光方向変更手段、λ／２板
３５  偏光ビームスプリッタ
４１、４２、４３  位相板
４４、４５、４６  集束光学系
５１、５２  第１および第２の光線集光ミラー
５３  ミラー
５４  光線集光ミラーの後方の光線強度の分布
５５  第１の光線集光ミラーの反射領域
５６  第１の光線集光ミラーの部分透過性の中央領域
５７  第１の光線集光ミラーの光透過性領域
５８  第２の光線集光ミラーの反射領域
５９  第２の光線集光ミラーの部分透過性の中央領域
６０  第２の光線集光ミラーの光透過性領域
６１、６２  光学系
６３  ビームスプリッタ、カラースプリッタ
６５  対物レンズ
７０  標本面
７１  試料
７５  集束光学系
８０  検出装置
１００  光学装置
１１０  光学顕微鏡
【図１】
0006310917.tif 000002
【図２】
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【図３】
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