(57)【要約】延長された焦点深度を有した光線を発生させる装置は高輝度の主リングと２つのサイドローブリングとを含んだ回折模様を発生させるバイナリフェーズマスク（４）と、回折模様の一部のみを通過する環状アパーチャマスク（１０）と、環状アパーチャマスク（１０）を通過する光線を光線軸（２）に向かって収束させて交差させるレンズ（１４）とを含んでいる。収束光線が光線軸と交差するところではコンストラクティブ干渉が発生し、延長された焦点深度を有した光線（３６）が発生する。
2004537749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
延長深度の焦点を有した光線を発生させる装置であって：
a.高輝度主リングを含んだ回折模様を第１焦点面に発生させる第１セクションと；
b.前記第１焦点面に存在する環状アパーチャを含んでいる第２セクションであって、アパーチャの半径は前記主リングの半径と実質的に等しく、該アパーチャの幅は該主リングの幅と実質的に等しいか、それよりも多少広い第２セクションと；
c.前記環状アパーチャを通過する光線を光線軸に向かって収束させて交差させる第３セクションと；
を前記光線軸に沿って配列させており、前記収束光線が該光線軸と交差するところでコンストラクティブ干渉現象を発生させ、延長された焦点深度を有した光線を発生させるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
第１セクションは回折要素を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
回折要素は複数の同心フェーズリングを含んでいることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
回折要素は複数の同心フェーズとアンプリチュードのリングを含んでいることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
第１セクションは回折要素を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
回折要素はアキシコンを含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
第１セクションは後方焦点面が環状アパーチャと合致するように配列された正レンズ要素を含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
第３セクションは前方焦点面が環状アパーチャと合致するように配列された正レンズ要素を含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
コヒーレント光源を含んでいることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
コヒーレント光源はコリメート処理されたレーザを含んでいることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
環状アパーチャの内側半径Ｒ1と外側半径Ｒ2は回折模様の主ローブの両側の最低値であるa1とa2で以下のように定義されており、
2004537749.tif 000007
kは１から２の範囲の係数であり、好適には１.３から１.６であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
環状アパーチャの幅ＷはＷ＝k(a2-a1)＝kＡで与えられ、Ａは主ローブの幅であることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
環状アパーチャはフェーズモジュレーション要素を含んでいることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
環状アパーチャは複数のフェーズリングを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
スキャン用検鏡装置であって、延長された焦点深度を有した光線を発生させるための請求項１から１４のいずれかに記載の装置と、検体上で該光線を走査させるスキャン手段と、該検体で反射または該検体から発生する光線を検出する検光手段と、検出された光に対応して画像を構成させる画像化手段とを含んでいることを特徴とするスキャン用検鏡装置。
【請求項１６】
検鏡装置は蛍光スキャン検鏡装置であることを特徴とする請求項１５記載の検鏡装置。
【請求項１７】
検鏡装置は多光子検鏡装置であることを特徴とする請求項１６記載の検鏡装置。
【請求項１８】
光線軸を傾斜させる手段を含んでおり、画像化手段は異なる傾斜角で立体画像ペアを創出するように構成されていることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の検鏡装置。
【請求項１９】
延長された焦点深度を有した光線を発生させる方法であって、
a.高輝度主リングを含んだ回折模様を第１焦点面に発生させるステップと；
b.前記第１焦点面に存在する環状アパーチャによって前記回折模様を改質させるステップであって、アパーチャの半径は前記主リングの半径と実質的に等しく、該アパーチャの幅は該主リングの幅と実質的に等しいか、それよりも多少広いステップと；
c.前記環状アパーチャを通過する光線を光線軸に向かって収束させて交差させるステップと；
を含んでおり、さらに、
前記収束光線が該光線軸と交差するところでコンストラクティブ干渉現象を発生させ、延長された焦点深度を有した光線を発生させるように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
第１セクションは回折要素で発生されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
回折要素は複数の同心フェーズリングを含んでいることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
回折要素は複数の同心フェーズとアンプリチュードのリングを含んでいることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２３】
回折模様は回折要素で発生されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
回折要素はアキシコンを含んでいることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
回折模様は後方焦点面が環状アパーチャと合致するように配列された正レンズ要素によって第１平面で焦点されることを特徴とする請求項１９から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
環状アパーチャを通過する光線は前方焦点面が環状アパーチャと合致するように配列された正レンズ要素で光線軸に向けて収束されることを特徴とする請求項１９から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
光線はコヒーレント光源で発生されることを特徴とする請求項１９から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
コヒーレント光源はコリメート処理されたレーザを含んでいることを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
環状アパーチャの内側半径Ｒ1と外側半径Ｒ2は回折模様の主ローブの両側の最低値であるa1とa2で以下のように定義されており、
2004537749.tif 000008
kは１から２の範囲の係数であり、好適には１.３から１.６であることを特徴とする請求項１９から２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
環状アパーチャの幅ＷはＷ＝k(a2-a1)＝kＡで与えられ、Ａは主ローブの幅であることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
環状アパーチャはフェーズモジュレーション要素を含んでいることを特徴とする請求項１９から３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
環状アパーチャは複数のフェーズリングを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
検鏡方法であって、請求項１９から３０のいずれかに記載の方法で延長された焦点深度を有する光線を発生させるステップと、検体上で該光線を走査させるステップと、該検体で反射または該検体から発生する光線を検出するステップと、検出された光に対応して画像化させるステップとを含んで構成させることを特徴とする検鏡方法。
【請求項３４】
蛍光物体から発生する光線を検出することを特徴とする請求項３１記載の検鏡方法。
【請求項３５】
多光子励起法が利用されていることを特徴とする請求項３２記載の検鏡方法。
【請求項３６】
光線軸を傾斜させる、異なる傾斜角で立体画像ペアを創出するステップを含んでいることを特徴とする請求項３１から３３のいずれかに記載の検鏡方法。
【請求項３７】
延長された焦点深度を有した光線を発生させる装置であって、本明細書において記載され、図１から図４または図５において図示された装置。
【請求項３８】
延長された焦点深度を有した光線を発生させる方法であって、本明細書において記載され、図１から図４または図５において図示された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点深度が延長された焦点された光線を発生させる方法と装置に関する。特に、本発明は顕微鏡検査あるいは検鏡検査で使用するそのような光線の発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリメート処理された光線の焦点が合わされると、軸方向と横方向に定義された点が発生する。この現象は回折により限定されるものである。焦点深度が延長された焦点光線とは焦点の光軸方向の長さが随意係数によって増加しているものであり、一般的には横方向の焦点延長に大きな影響を及ぼすことのない５を超え、典型的には２０未満である。例えば、通常のレンズでは１.５ミクロンの軸方向深度と０.５ミクロンの横方向幅が達成されるが、焦点光線は軸方向延長深度で１５ミクロン、横方向の延長幅で０.５ミクロンが提供されよう。
“光線”とは一般的に電磁波スペクトルの可視部分のことであるが、本発明はその領域には限定されず、例えば、赤外線や紫外線にも適用できる。
焦点光線の延長焦点深度はスキャン用検鏡でも利用できる。スキャン用検鏡とは焦点された光線を対象物上で走査し、対象物からの反射光（または蛍光発光）を、例えば感光器で収集し、対象物の画像を提供する装置である。この技術の解像度は光線径で制限され、光線の焦点深度は再焦点処理の必要なく画像化できる対象物の最大サイズを制限する。
様々な方法が焦点された光線を発生させるために存在する。その１つはアキシコン(axicon)と呼ばれる光学器具を使用する。この器具は平面と錐面とを有する屈折要素である。レーザからの均質光線がアキシコンを通過すると、光線は内側に曲げられ、光線軸を光線がアキシコンを通過した光線軸からの距離に比例したポイントで光線軸と交差する。コンストラクティブ干渉(constructive interference)は光線が光線軸と交差するところで発生し、延長された焦点深度を有した非常に細い光線を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アキシコン器具の弱点は光線強度が光軸に沿った距離によって大きく変動し、器具の利用性を制限することである。
延長焦点深度を有した光線の別な発生方法では同心アンプリチュードまたはフェーズリングのセットを有した回折光学要素が使用される。しかし、アキシコンの場合と同様に光線強度は光線軸に沿った距離で大きく変動する。
さらに別な周知光線発生方法は対物レンズの後方焦点面に提供された環状アパーチャを利用する。この構造で良好な光線強度の均質性を提供する延長焦点深度光線が発生する。しかしながら、この方法は非常に効率が悪い。なぜなら、ほとんどの光線は環状アパーチャマスクで遮られるからである。
本発明の１目的は前述の弱点の少なくとも一部を緩和し、効率が良く、実質的に均質な光線軸方向の光線強度を提供する延長焦点深度を有した光線を発生させる方法と装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば延長焦点深度を有する光線を発生させる装置が提供される。この装置は、第１焦点面で高輝度の主リングを含んだ回折模様を発生させる第１セクションと、第１焦点面に提供された環状アパーチャを含んだ第２セクションと（環状アパーチャの半径は主リングの半径と実質的に等しく、環状アパーチャの幅は主リングの幅と実質的に等しいか、それよりもやや大きい）、環状アパーチャを通過する光線を光線軸に向かって収束させて交差させる第３セクションとを光線軸に沿って配置している。この装置は収束光線が光線軸と交差するところでコンストラクティブ干渉を発生させ、光線軸に沿って延長焦点深度を有した光線を発生させるようにアレンジされている。
この方法は実質的に均質な軸方向光度と延長焦点深度を有した光線を発生させることができる。さらに、この方法は非常に効率的であり、７５％以上の入射光が最終焦点面に到達することもある。
好適には第１セクションは回折要素を含んでいる。回折要素は複数の同心フェーズリングまたはフェーズおよびアンプリチュードリングを含むことができる。あるいは、第１セクションはアキシコン等の屈折要素を含むことができる。
第１セクションは後方焦点面を環状アパーチャと合致させるようにアレンジされた正レンズ要素を含むことができる。
第３セクションはその前方焦点面を環状アパーチャと合致させるようにアレンジされた正レンズを含むことができる。
本装置はコリメート処理されたレーザのごときコヒーレント光源を含むことができる。
好適には、環状アパーチャの内径Ｒ1と外径Ｒ2は回折模様の主ローブ(lobe)の両側にて半径a1とa2の最小値で次のように定義される。
2004537749.tif 000003
ｋは１から２、好適には１.３から１.６の範囲の係数である。
環状アパーチャの幅ＷはＷ＝ｋ（a2−a1）＝ｋＡで表すことができ、Ａは主ローブの幅である。
環状アパーチャは複数のフェーズリング等のフェーズモジュレーション要素あるいはフェーズとアンプリチュードモジュレーション要素との組み合わせを含むことができる。
本発明の別な特徴によりスキャン用検鏡が提供される。これは延長焦点深度を有した光線を発生させる装置と、検体上で光線を走査する走査手段と、検体から反射または発生する光を検出する検光手段と、検出された光により検体の画像を作画する画像手段とを含んでいる。
そのような検鏡は蛍光スキャン用検鏡でもよく、特に２光子あるいは多光子検鏡でもよい。
そのような検鏡は光線軸を傾斜させる傾斜手段を含むことができる。画像手段は異なる傾斜角によって立体画像ペアを提供するようにアレンジできる。
本発明の別特徴によれば、延長焦点深度を有した光線の発生方法が提供される。この方法は第１焦点面で高輝度主リングを含んだ回折模様を発生させ、その回折模様を第１焦点面に提供された環状アパーチャ手段で調整することを含んでいる。環状アパーチャの半径は主リングの半径と実質的に同じであり、環状アパーチャの幅は主リングの幅と同じか多少大きいものである。この方法はさらに、環状アパーチャを通過する光線を光線軸に向かって収束させて交差させ、収束する光線が光線軸と交差するところでコンストラクティブ干渉を発生させ、延長された焦点深度を有した光線を光線軸に沿って発生させる。
本発明の別特徴によれば検鏡方法が提供される。この方法は前述の方法で延長焦点深度を有した光線を発生させ、検体上で光線を走査し、検体から反射または発生した光を検出して検出光で検体の画像を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の実施例を添付図面を利用して解説することにする。
図１で示す装置は光線軸２に沿って位置する次の光学部品を含んでいる。それら部品とは回折要素４、前方焦点面８に回折要素４と配置された正レンズ６、第１レンズ６の後方焦点面１２に位置するアパーチャマスク１０、およびマスク１０の後方に位置する対物レンズ１４である。マスクは前方焦点面１６に提供されている。本装置はコリメートレーザ光で照射される。レーザ光は図で矢印１８で示す光線軸の方向にて左側から入射する。
第１実施例においては、回折要素５はバイナリフェーズマスクで成り、交互に０°と１８０°のレーザ光に対して相対フェーズモジュレーションを提供する一連の等幅同心リング２０を含んでいる。このことは図７でさらに詳細に図示されている。図７では陰影部分は０の送達を表し、白色部分は＋１（フェーズ０°）の送達を表し、黒色部分は−１（フェーズ１８０°）の送達を表す。あるいは、アンプリチュードとフェーズモジュレーションマスクを使用することができる。
図１３で示すアパーチャマスク１０は光線軸２と同心に位置する環状アンプリチュードアパーチャ２２を含んでいる。環状アパーチャ２２の半径と幅を決定する要素は以下で詳細に述べる。
【０００６】
図２は光線が光学システムをどのように通過するかを示す光線図である。レーザ（図示せず）からのコリメートされた均質な光線は図において矢印１８の方向で左側から入射し、回折要素４を照射する。光線はフェーズリング２０でモジュレートされ、第１レンズ６で焦点されて第１レンズの後方焦点面１２（すなわちアパーチャマスク１０の平面）に遠フィールド回折模様を創出する。図８に示す回折模様は回折要素４を通過する光線のフーリエ変換を表す。
【０００７】
１０リング回折要素により創出された回折模様の光線強度分布は図３にてグラフにより示されている。強度Ｉが放射位置Ｖに対して与えられている。放射位置Ｖは光線軸２からの距離に等しい。回折模様の主要な特徴はＶ＝１でピーク部２４としてグラフで表されている光線の高輝度リングである。回折模様は他の特徴である高オーダリング（図示せず）、主リング２４の両側のサイドローブリング２６、光線軸２上の中央ピーク部２８（Ｖ＝０）および低強度であるいくつかのリング３０等も含んでいる。第１と第２のオーダゼロの位置はa1からa4である。a1とa2は第１オーダゼロであり、主ピーク部２４とサイドローブ２６の内側縁部との間に位置する。a3とa4は第２オーダゼロであり、サイドローブ２６の外側縁部に位置する。
【０００８】
環状アパーチャ２２の寸法（半径と幅）は回折模様にマッチしており、主リング２４と２つのサイドローブリング２６の隣接内側部分のみがマスクを通過するように選択される。よって、図３に示す回折模様の場合には、半径はＶ＝１であり、幅は第１オーダゼロのa1とa2との間の距離よりも少々広い。２つのサイドローブリング２６、中央ピーク部２８、リング３０、および高オーダリングの残りの外側部分はブロックされる。アパーチャマスク１０はスペースフィルタとして作用し、フーリエ変換の主ローブ２４とサイドローブ２６の部分のみを通過して全ての他のスペース周波数をブロックする。
【０００９】
マスク１０を通過する光線は対物レンズで屈折され、対物レンズの後方焦点面３２で焦点する。回折要素４のフィルター画像はその平面で形成される。しかし、高および低オーダ周波数をフーリエ変換から取り除くアパーチャマスク１０で実行されるスペースフィルターのおかげで画像は高輝度の中央スポットを光線軸２に含むであろう。
【００１０】
アパーチャマスク１０と対物レンズ１４を通過する光線は収束し、対物レンズの後方焦点面の前後両方で延びる領域３４で光線軸２と交差する。この領域内の光線軸２に沿った全ての点は錐形コヒーレント光で照射される。コンストラクティブ干渉が発生し、領域３４内で光線軸２に沿って延びる非常に細くて明るい光線３６を発生させる。
【００１１】
ビーム３６の光線強度は光線軸２に沿った距離と共に変動する。この光線強度は環状アパーチャ２２の幅によって変動する。このことは図４にて示されている。Ｉは光線強度であり、Ｚは光線軸２に沿った距離である。第１ライン３８はアパーチャの幅が主リング２４の幅と正確に等しいときの光線強度を表す。すなわち、アパーチャの縁部が主ピーク部とサイドローブリング２６との間の最小値と合致する。光線強度は中央最大値の両側で減少することが確認される。このことは図１１と図１２で示されている。図１１はアパーチャマスクの概略正面図であり、図１２はＸ-Ｚ部分であり、そのアパーチャマスクと関連する光線の軸方向強度を示す。
【００１２】
第２ラインはアパーチャの幅が主リング２４の幅よりも相当に広いときの光線強度であり、主リングとほとんどのサイドローブリング２６はアパーチャを通過する。この場合、光線強度分布は２つのピーク部と中央最大値を有する。これは第１ライン３８の中央ピーク部のポジションと合致する。このことは図９と図１０にて示されている。図９はアパーチャマスクの概略正面図であり、図１０はアパーチャマスクと関連する光線の軸方向強度を示す。
【００１３】
これら２つの対極値間では第３ライン４２で示されるごときの光線強度分布が平坦な上部を有した幅広いピーク部を含む状況が存在する。このことは環状アパーチャの幅を主リング２４の幅よりも多少大きくし、主リング２４全体と２つのサイドローブリング２６のそれぞれの小部分がアパーチャを通過できるようにしている。得られた光線強度分布は光線３６の長さの相当部分で比較的に均等である。このことは図１３と図１４で示されており、図１３はアパーチャマスクの概略正面図であり、図１４はアパーチャマスクに関連する光線の軸方向強度を示している。
【００１４】
環状アパーチャの正確な寸法は本システムの他のパラメータによる。特に、照射光線の光線分布、回折要素のリング数と幅およびその要素の特徴（すなわち、単純なバイナリフェーズマスクであるか、複雑なフェーズとアンプリチュードのマスクであるか）による。しかし、それぞれの場合に目的は光線のほぼ全長にわたって均等光線強度分布の達成である。
【００１５】
特に、環状アパーチャの内側半径Ｒ1および外側半径Ｒ2は回折模様の主ローブ２４の両側の最低半径で定義できる。これらは図３でa1とa2として次のように指定されている。
2004537749.tif 000004
環状アパーチャの必要幅Ｗは次の式で表される。
Ｗ=k(a2-a1)=kＡ
Ａは主リングの幅でありkは１から２の範囲の係数である。
ガウス光線では係数kは通常は１.３から１.６である。
【００１６】
バイナリアパーチャとマスク環の適当な寸法の例は表１において記載されている。これらの値はガウス照射源のためのものであり、５３２nmの波長を有している。ガウス幅は光線の７０％を通過させるように選択され、図１のレンズ６の焦点距離は４５cmであり、１０個、１４個、２０個および３０個のバイナリリングを有したバイナリアパーチャが利用される。係数kは１.３７６から１.３７７の範囲である。最初の４欄はバイナリアパーチャに関係し、最後の２欄はマスク環に関係する。
【００１７】
前述の方法はほぼ均等な軸強度と延びた焦点深度の光線を発生させる。焦点深度の延長はリング数に関係する。例えば、１０リングアパーチャでは、平面円形アパーチャの場合と比較して焦点深度で６倍増加する。さらに、この方法は非常に効率的であり、入射光の５０％以上が最終焦点面に到達する。
【００１８】
回折要素４のサイズが増加し（例えば、リング数を増加させて）、ガウス光線のほぼ全強度が通過すれば、入射光の７５％以上が最終焦点面に到達できる。この場合、実質的に均等な強度を光線に沿って達成するには、環状アパーチャの幅を多少大きくする必要があり、kの値は約１.４９となる。
【００１９】
本発明の重要な特徴は延長された焦点深度の光線のレーザから可能な限りのパワーを含ませる能力である。一般的に、レーザは次の式で記述されるガウスプロフィールを有した光線を発生させる。
2004537749.tif 000005
Ｉは光線強度、rは光線中心部からの放射距離、w0は光線のガウス幅である。そのような光線は強度が放射状に低下することで特徴付けられる。実際にそのことは光線内の強度が非均等であるレーザを扱うときの共通の問題である。
【００２０】
ガウスレーザ光線が使用されるとき、ほぼ均等な光線を得る１つの方法は光線の中央部分のみを使用することである。残念ながら、そのようなことは光線の外側を利用しないために低効率となる。本発明では、レーザ光線の大部分の中央部を活用し、本装置の利点を維持する（すなわち、良好な均等性と高効率を有した延長焦点深度を発生させる）。
問題点は、固定された入力フェーズマスクにおいて、入射光線のガウスビーム幅が減少し、軸方向の均等性と延長性とが両方とも減少することである。しかし、充分なる結果は、光線の７０％が回折要素アパーチャを通過するようにガウス幅のレーザ光線を使用して得られる。この場合、w=１.２９ｘ回折要素の入射アパーチャ半径である。表１の数値はまさにこの場合のものである。ゼロのポジション、すなわちマスク環の半径も入射光線のガウス幅に依存する。
【００２１】
本発明の第２実施例は図５に図示されている。そこでは回折要素がアキシコン４４で置換されている。レーザからのコリメート均質光線は図の左側から矢印１８の方向に入射し、アキシコン４４を照射する。光線はアキシコンで屈折され、第１レンズ６で焦点される収束錐形光線を発生させ、第１レンズの後方焦点面１２（すなわち、アパーチャマスク１０の平面）で主として高輝度リング２４で成る模様を発生させる。
環状アパーチャは主リング２４の幅にマッチし、主リング２４全体にアパーチャを通過させる。マスク１０を通過する光線は対物レンズ１４で屈折し、光線軸２と交差する収束錐形光線を発生させる。
【００２２】
光線が光線軸２と交差する領域３４でコンストラクティブ干渉が発生し、光線軸２に沿って延びるほぼ均等な軸強度を有した非常に細くて明るい光線３６が発生する。
発生すると光線３６は様々なスキャン検鏡装置で光源として利用できる。例えば、図６で図示するように回折要素４、第１レンズ６、アパーチャマスク１０および第２レンズ１４は延長焦点深度の光線が検体４６に対して照射される。検体を通過する光線は集光レンズ４８で集光され、検光器（図示せず）で焦点される。検光器は光線を集光し、検体の画像を創出する。
【００２３】
光線は通常の蛍光スキャン検鏡器で照射光線としても利用できる。光線は蛍光対象物に対して走査され、対象物蛍光物質を励起し、広域集光器で集光されて対象物の平面画像が提供される。
【００２４】
各スキャンポジションで光線軸方向に沿って対象物の全部分から蛍光が発生する。これで従来方式の画像とは異なって対象物の延びた部分が焦点された画像が創出される。しかしながら、光線軸から離れた箇所の強度がゼロではないので、異なる深度で同一対象物の複数の共焦点画像を取得し、それら画像を組み合わせて１つの延長画像を創出することで得られた画像と較べてコントラストが低下する。しかし、この方法は画像が１回の走査で得られるためにずっと迅速である。必要であればデコンボリューション技術を適用してコントラストを回復させることができる。
【００２５】
本方法に従って発生された光線は一般的に従来焦点よりも細い。この光線を使用して得られた画像は増強された横方向解像度を提供する。
【００２６】
第２の方法は光線を複光子検鏡器で照射光として使用する。この方法（ヘル他の“環状アパーチャ双光子励起検鏡法”）は前述のものと類似している。異なる点は、一般的に長い波長の光線が使用されることである。蛍光物質は、照射強度の平方（または３乗以上）として励起された非直線状であり、光線の最も明るい部分は光線軸に沿っているので、光線軸を外れた蛍光は光線軸からのものと比較して比較的にさほど重要ではない。対象物が走査されるとき減少したぼやけ具合の延長された焦点画像が提供される。
【００２７】
それぞれの場合に立体画像が容易に提供される。もし光線軸が傾斜していると、創出された延長画像は角度を有して観察される。異なる傾斜角で２画像を利用することで、結合された立体のペア画像が得られる。立体ペアが観察可能であり、検体の三次元構造のほぼ全体が観察可能である。光線は入射面でオリジナル照射光線を傾斜させ、環状マスクを横方向にシフトするか、環状アパーチャと対物レンズとの間で追加レンズを使用して得られる中間画像面で鏡を使用して光線を傾斜させることで傾斜できる。
【００２８】
検鏡技術での適用と同様に、延長焦点の光線の発生方法は他の利用にも供される。例えば、レーザマッチングやマイクロマシニングあるいは度量衡や光線整合装置で利用できる。
【００２９】
この方法およびその方法で得られた延長焦点光線のさらなる使用法は、従来の意味での画像が利用できない場合での利用である。それらには、例えば、ゲルリーディング、生体検定、マイクロ検定およびlab-on-a-chipでの利用等が含まれる。これらの適用においては、１種の画像が創出されても、その画像は特定の蛍光体(fluorphore)の特定位置の存在あるいは非存在を単に表すだけである。よって画像はバイナリ情報のみを有し、蛍光体の存在は+１で表され、不存在は０で表される。
【００３０】
最大限の感度のためには、可能な限りの蛍光体を励起させることが重要であり、検定物が非常に小さな井戸型容器に入れられているような場合には、本発明で提供されるような細くて鉛筆型の光線が特に有利である。
【００３１】
図面で示した前述の装置の多くの光線伝達光学要素は同等な反射光学要素で置換される。よって、例えば、レンズは湾曲鏡で置換され、フェーズマスクは同様な反射装置で置換され、環状アパーチャは環状反射要素で置換される。
【００３２】
本装置は、アパーチャマスク１０を形成する単純な環状アンプリチュードアパーチャ２２をフェーズモジュレーションマスクまたはアンプリチュードとフェーズモジュレーションマスクとの組み合わせで置換することも可能である。これによって光線の焦点深度はさらに増加する。
【００３３】
例えば、環状アパーチャは図１５で示すように１つの１８０°フェーズステップを含むことができ、図１６で示す延長焦点深度光線が得られる。あるいは、環状アパーチャは図１７で示すような２つの１８０°フェーズステップを含むことができ、図１８で示すさらに延長された深度の焦点光線が得られる。これらアパーチャマスクの多数の変形はもちろん可能であり、アンプリチュードとフェーズモジュレーションマスクの使用は図５に示す本発明の実施例にも適用できる。そこでは第１回折要素はアキシコンで置換されている。
【００３４】
本発明の説明はマスクを円形対称体と想定している。円形対称体ソリューションが最良であろうが、非円形対称マスクを使用することも可能である。例えば、入射フェーズマスクは螺旋形状を有することができ、軸強度が０である光線の延長管形状の光線を発生させる。周囲で変動する環状アパーチャのフェーズモジュレーションは類似した発生光線を提供する。楕円形状のマスク構造もｘとｙ方向で異なる横方向の広がりを有した延長光線を発生させる。
【００３５】
これらの可能性はほとんどの入力を第２平面の特定領域に回折させるために入射面で１つのマスクを使用する一般原理に基づいている。そこではアンプリチュード及び/又はフェーズモジュレーションは発生光線の特徴の改質に使用される。
【００３６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１装置の光学部品を示す側面図である。
【図２】第１装置の光線図である。
【図３】放射位置における回折模様での光線強度の変動を示すグラフである。
【図４】マスク環によりセットされた３つの異なる限定セットに対する光線軸上の強度パターンを図示する。
【図５】第２装置の光線図である。
【図６】本発明による検鏡の光学部品を示す側面図である。
【図７】第１回折要素の概略正面図である。
【図８】第１回折要素により創出された回折模様である。
【図９】種々なアパーチャマスクの概略正面図である。
【図１０】種々なアパーチャマスクに関連する光線の光線軸方向の光線強度を示す。
【図１１】種々なアパーチャマスクの概略正面図である。
【図１２】種々なアパーチャマスクに関連する光線の光線軸方向の光線強度を示す。
【図１３】種々なアパーチャマスクの概略正面図である。
【図１４】種々なアパーチャマスクに関連する光線の光線軸方向の光線強度を示す。
【図１５】種々なアパーチャマスクの概略正面図である。
【図１６】種々なアパーチャマスクに関連する光線の光線軸方向の光線強度を示す。
【図１７】種々なアパーチャマスクの概略正面図である。
【図１８】種々なアパーチャマスクに関連する光線の光線軸方向の光線強度を示す。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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