【手続補正書】
【提出日】平成18年3月15日(2006.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】広視野領域・高速走査顕微鏡
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（２）の表面を調査するための広視野領域・限定的回転光学走査顕微鏡であって、
調査される対象物の上方において、所定の弧状走査経路（Ｓ）上の少なくとも１ｍｍの走査範囲において周期的に移動するように構成された、駆動部（３，４）と協働する硬い振動回転支持構造体（１９）と、
対象物が弧状走査経路全体において軸上で走査されるように、対象物の表面に対して垂直な回転軸（Ａ）を有する振動回転支持構造体上に取り付けられた微小対物レンズ（１８）とを備え、
振動回転支持構造体のための駆動部は、対象物が軸上で走査されるように振動回転支持構造体を振動させることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査顕微鏡であって、
波長の異なる少なくとも２つのビームを形成する固定的光学系（１８ｂ，２１，２７，８９，９４，９９）と、
これらのビームを単一の照射ビームに合成するように構成された合成システムとを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
走査される対象物を並進移動範囲において振動回転支持構造体に対して並進移動させる並進移動システム（１３）をさらに有し、
並進移動方向は、限定的回転走査経路の中心領域に対して垂直な方向であることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査顕微鏡であって、
駆動部および並進移動システムは、顕微鏡スライドの形態にある対象物を走査するように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載の走査顕微鏡であって、
駆動部および並進移動システムは、ＤＮＡチップの形態にある対象物を走査するように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項６】
請求項３に記載の走査顕微鏡であって、
駆動部および並進移動システムは、ハイブリダイゼーションアレイの形態にある対象物を走査するように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項７】
請求項３に記載の走査顕微鏡であって、
調査される表面の少なくとも１ｃｍ２の画像領域を記録し、
所定の波長に対し、走査された１ｃｍ２の領域において少なくとも１００万の画素が得られるように、レンズの開口数、視野領域、走査範囲、および並進移動範囲を協働して選択されることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載の走査顕微鏡であって、
微小対物レンズを通過する光スポットにより励起された蛍光を検出するように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項９】
請求項３または４に記載の走査顕微鏡であって、
透過型顕微鏡として構成され、
調査される対象物上にスポットを照射するために、光を微小対物レンズ上に当てるように構成された少なくとも１つの固定光源（２４，２５，２６）と、
調査される対象物の反対側に配設された検出システム（９５）とを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１０】
請求項３または４に記載の走査顕微鏡であって、
反射型顕微鏡として構成され、
調査される対象物上にスポットを照射するために、光を微小対物レンズ上に当てるように構成された少なくとも１つの固定光源（２４，２５，２６）と、
微小対物レンズにより照射されたスポットから反射した光を、微小対物レンズを介して受光するように構成された検出システム（９５）とを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１１】
請求項３または４に記載の走査顕微鏡であって、
共焦点顕微鏡を構成するために、検出器の前に、ピンホール上で検出される光を画像形成するように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１２】
請求項３または４に記載の走査顕微鏡であって、
振動回転支持構造体は固定しており、
相対的に並進移動させる並進移動システムは、振動回転支持構造体の下方において、調査される対象物を移動させるように構成されたことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１３】
請求項３または４に記載の走査顕微鏡であって、
振動回転支持構造体の回転軸上に配設された反射板と、回転軸上に配設され、振動回転支持構造体に取り付けられた反射板とを含む固定的光学系を有し、
これら２つの反射板は、振動回転支持構造体の回転範囲全体において、固定的光学部品と走査対物レンズの間の光路上に配設されることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の走査顕微鏡であって、
固定的光学系（２７）は、波長の異なる少なくとも２つのビームを形成し、
合成システムは、これらのビームを、微小対物レンズに向けられた単一の照射ビームに合成するように構成され、
微小対物レンズは色収差特性を有し、一方の波長を有するビームが他方の波長を有するビームの焦点とは異なる位置に焦点を有するように構成されたデバイスが、少なくとも一方のビームの光路上に配置され、
それぞれの波長を有するビームの焦点を対象物の上に合わせることができるように、波長により異なる焦点特性が微小対物レンズの色収差特性との関係において事前に決定されることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
光路上に配設された固定的光学系の位置を変えるように構成された光路偏向デバイスを含むことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
振動回転支持構造体の位置を検出するための位置検出器（４３）と、
位置検出器で特定された選択位置でデータを収集するデータ収集システムとを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
振動回転支持構造体の回転軸の中心から微小対物レンズまでの半径方向の距離が１ｃｍより大きく、
駆動部の電機子を除く振動回転支持構造体の慣性モーメントが５０ｇｃｍ２より小さいことを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
微小対物レンズは、約２０μｍより小さい視野領域、および約０．５より大きい開口数を有する非球面微小対物レンズからなることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
対象物の回転移動および並進移動を組み合わせた移動を実現するための制御システムを有し、
走査顕微鏡は、アームが時計方向および反時計方向に回転している間に走査経路から得られるデータを収集するように構成され、
制御システムは、後続の走査経路の中央線の間の距離が実質的に一定となるように、微小対物レンズの移動と対象物の並進移動の間の関係を変更する補償システムを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１９に記載の走査顕微鏡であって、
補償システムは、固定的光源に連結される光路上の微小対物レンズの位置を変えることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２１】
請求項２０に記載の走査顕微鏡であって、
補償システムは揺動鏡（８９）を有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２２】
請求項１または２に記載の走査顕微鏡であって、
対象物を支持し、焦点を合わせるために、対象物を上昇、下降、そして傾斜させるように調整可能なテーブル（５０）と、
配向方向に関するデータを記憶するために対象物を事前走査するように構成され、記録されたデータに呼応して、走査処理中、対象物の焦点を維持するように昇降機を作動させる制御システムとを有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２３】
請求項１に記載の走査顕微鏡であって、
走査顕微鏡は、弧状走査動作中に光学的データを収集するように構成され、
弧状走査動作中のデータ収集のタイミングを図り、データ収集位置をデータ変換される所定の直交ラスタ格子の列に位置合わせされるように構成されたデータ収集制御部を有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２４】
請求項１に記載の走査顕微鏡であって、
各ラスタ格子位置に対して、各ラスタ格子位置付近のデータ収集位置の値を平均化することにより、ラスタ格子位置のデータに変換するように構成されたデータ変換システムを有し、
ラスタ格子位置のデータ値は、データ収集位置とその付近にあるラスタ格子位置の間の距離により重み付けされることを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２５】
対象物を走査する方法であって、
走査動作時、約２ｇ未満の質量を有するレンズを移動させるステップと、
レンズを用いて対象物からの光を収集する間、レンズの位置を直接的に検出するステップと、
データを収集するタイミングで直接的に検出されたレンズの位置に基づいて、データを編集するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２６】
対象物を走査する方法であって、
軸に対して並進移動する対象物全体に亙って、アーム上のレンズを走査弧状に回転させるステップと、
対象物が並進移動するとき、隣接する走査線の間隔が実質的に均一となるように、レンズに対する光路を補償的に偏向するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２７】
弧状走査動作を行う回転走査システムであって、
弧状走査動作中に、データ収集位置を変換されるデータの所定のラスタ格子の列に位置合わせするために、データ収集のタイミングを図るように構成されたデータ収集制御部を有することを特徴とする走査顕微鏡。
【請求項２８】
請求項２７の走査システムであって、
各ラスタ格子位置に対して、ラスタ格子位置の列上の２つのデータ収集位置のそれぞれの値を平均化することにより、ラスタ格子位置のデータに変換するように構成されたデータ変換システムを有し、
ラスタ格子位置のデータ値は、データ収集位置と列上にある２つのラスタ格子位置の間の距離により重み付けされることを特徴とする走査顕微鏡。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願発明は、広視野領域高速走査顕微鏡検査と題する、１９９８年３月２０日付で出願された米国特許出願第０９／０４５，５４７号と、同じく題する１９９８年１０月１３日付で出願された米国特許出願第０９／１７０，８４７号の一部継続出願であり、これらは、ここに一体のものとして統合される。
【０００２】
生命科学のための顕微鏡検査において、高い解像度で、しかも実用的なコストで、広い領域を走査することが好ましい。
【０００３】
組織学の場合において、組織サンプル、細胞培養組織、血液に作用させる診断作用剤などを搬送する顕微鏡スライドの広い視野を走査し、記憶することが好ましい。通常の顕微鏡スライドは、２．５ｃｍ×７．５ｃｍの視認可能領域を有する。
【０００４】
生物工学研究において、組織培養物、スライド上のＤＮＡアレイ、ＤＮＡチップ、ゲル電気泳動から分離されたサンプルに関して、広視野領域の顕微鏡検査を行うことが好ましい。
【０００５】
こうした走査処理は、蛍光発光を読み取ることにより、照射し、測定し、変更することにより、さもなければ、広い領域または広い領域に亙って分配された離散的な位置に対して処理することにより、対象物の画像を形成する。
【０００６】
一般に、できるだけ迅速に、対象物から受ける光量に一致するように、顕微鏡検査作業を行うことが好ましい。
【０００７】
広視野顕微鏡検査を迅速に行うことにより、電話線および人工衛星を介して、遠隔病理学（telepathology）を実現し、交雑アレイの効率的な評価、および酵素制限マップなどの光学マップを実現することができる。
【０００８】
高速の広範囲視野顕微鏡検査に対する、特に重要な可能性は、ヒトゲノム計画（Human Genome project）においてである。２００５年までに、およそ３０億ものヌクレオチドからなるすべてのヒトゲノムを解読することが目標である。このうち、この計画の最初の５年間において、およそ数百万のヌクレオチドが解読されたに過ぎない。ここで説明される原理は、この研究を促進する方法を提供する。
【０００９】
高速の広範囲走査は、安価なシステムで利用できると、生命科学や生物工学の研究だけでなく、半導体産業のほか、顕微鏡検査を応用できる技術分野において、主要装置および人的資源の効率性に貢献することができる。
【００１０】
この貢献の１つによれば、小さい慣性モーメントを有する限定的な回転走査構造体において、微小対物レンズを採用することにより、広範囲視野顕微鏡検査および高速顕微鏡検査を実用的に実施できる。Ｘ、Ｙラスタ形式が必要である場合、走査弧からの検出データは、Ｘ、Ｙラスタ形式内の等間隔に離間したデータ位置となるように補間される。このシステムにより、画像形成し、操作し、マクロおよび顕微鏡透視図を分析して、極めて効率的に拡大縮小することができる。ここで用いられる「微小レンズ」とは、重さが２ｇ未満のレンズ装置を称し、重さが実質的に１ｇ未満の単一レンズ部品を有する。ここで用いられる「微小対物レンズ系」とは、対物レンズを構成するか、または複数部品の対物レンズの第１部品を構成する、複数の移動可能な微小レンズを称する。
【００１１】
むしろ、直感に反して、特に、「第１級の」広視野領域顕微鏡または高速顕微鏡は、非球面走査微小対物レンズの極めて小さい視野を有する、限定的回転駆動部またはガルバノメータを採用することにより実現することができる。
【００１２】
微小レンズ、および特に、非球面微小レンズは、従来式の顕微鏡対物レンズ系とは異なる基本的特徴を有している。これらは、極めて小さいスポット上にのみ集光することができる。一方、限定的回転技術を用いた、高い拡大率を有する市販の対物レンズ系は、通常、直径１００ミクロンよりも大きい領域に集光される。
【００１３】
回転振動構造体が、微小レンズを支持し、同様に、光源を支持することができるが、現在のところ好適な場合においては、光源および検出器アセンブリは、固定したままで、小さい慣性モーメントを有する回転構造体上の一対の反射板を含む展望鏡アセンブリを介して、回転対物レンズ系と通信する。
【００１４】
微小回転レンズは、軸上で操作し、回転アセンブリ内の単一またはごく少数の微小光学レンズ部品を用いることにより、収差の効果を回避することができる。光路の固定的部分において、異なる波長を操作することにより、こうした微小レンズを用いた際の色収差を避けることができる。さまざまな波長を有する光線は、微小レンズの色収差特性から外れるように、予定された補償関係において、光路上の異なる位置に集光する。
【００１５】
蛍光発光顕微鏡検査に対して、新しい技術を応用するとき、限定的に回転させるために取り付けられ、走査し、大きい開口数を有する微小対物レンズは、対費用効果において、強度の低い蛍光波長を集光する上で有効である。
【００１６】
これまで説明した原理を採用した顕微鏡を用いて、さまざまな種類の照射を用いることができるが、透過型および反射型の顕微鏡および蛍光発光読取器に対して、レーザ照射を用いることが好適である。単一色のレーザを用いたいくつかの例において、この新しい技術は、好適にも、有用である。２色、３色またはそれ以上の色を形成する複数レーザを用いた場合、対象物上に複数の経路、つまり各色に対して１つずつの経路を形成することが可能である。しかしながら、好適にも、すべての色について同時に調査して、１つの経路におけるすべての有色調査を実現することができる。
【００１７】
基本的な概念は、小さな、微小質量レンズを採用することで、好適には、小さい慣性モーメントを有する非球面レンズは、数多くの異なる手法で形成されるレンズを用いことができる。コーニングにより開発された光ファイバ通信で市販されているゲルモールディング技術を用いたガラス製レンズが提案されている。現在の実用的な場合、回転レンズは、広く知られたレンズ設計、成型、グラインド、機械加工、および研磨技術などを用いて、アクリル樹脂またはスチレン樹脂でモールド成型してもよい。
【００１８】
重要な数多くのシステムに対して、限定的回転走査顕微鏡に対する効率的な視野領域は、少なくとも１ｃｍ四方で、好適には、大きな顕微鏡スライドのように、１インチ（２．５ｃｍ）×３インチ（７．５ｃｍ）、３インチ×４インチ、またはそれ以上である。
【００１９】
顕微鏡検査の要請に適合する解像度は、容易に実現することができる。皮膚科のいくつかの用途においては、例えば、５または５０ミクロンの大きさの細胞を見ることに興味がある。この場合、１ミクロン以上の解像度が好ましい。
【００２０】
広視野領域走査および高速限定的回転走査を組み合わせた最も実用的な用途に関して、検出された光量が多い場合、走査対物レンズ部品の開口数（ＮＡ）は、約０．５以上である。
【００２１】
蛍光発光を応用する際、検出光のレベルは低く、検討事項は、画像形成の場合とは異なる。０．６より大きく、０．７または０．８程度に大きく、大気中の理論的限界値に近い０．９に近くなるように、ＮＡ値を実現することが可能で、非常に好適である。蛍光発光検出する時の照射スポットサイズは、好適な実施形態において、１ないし１５ミクロンと比較的大きくなる場合がしばしばあり、開口数に関連するエネルギ収集性能が重要となってくる。ＮＡが０．８である限定的回転非球面レンズは、０．５の開口数を有するレンズと比べて、約３倍の光収集効率を有する。こうして、限定的回転蛍光発光顕微鏡において、大きい照射スポットを採用した場合、大きい開口数を有する非球面微小レンズは、安価で相当に高速な用途おいて、極めて利点が大きい。
【００２２】
ここで開示される別の貢献は、回転走査構造体を用いて、固定的展望鏡を利用することにある。この展望鏡は、対象物の上方近くまで延び、固定的光源から固定的鏡に光を導き、回転軸に沿って回転アセンブリ上の反射板に光を向けて、その結果、回転対物レンズに光を向ける。
【００２３】
数多くの用途において、限定的回転走査ヘッドの下方で、対象物を連続的に搬送することが好ましい。ここで説明する別の貢献は、こうしたシステムにおいて、回転レンズに対するビームの補償する動きを導入することにより、走査の重なりによる非効率性を低減することに関する。対物レンズが、円形弧状に振動するとき、対象物は、（対象物の並進運動、または回転構造体の軸の並進運動により、）下方で連続的に相対的に並進搬送される。このとき、一般には、時計周りおよび反時計回りの両方の（往復の）走査において、画像が得られる場合、湾曲した三角形状走査パターンが対象物上に形成され、対象物は、均一に走査されない。例えば、走査弧の中心におけるスポットが、並進運動の方向と位置合わせされ、後続の走査スポットの経路と接触するように、スポットサイズが均一である場合、走査は、湾曲した三角形状波パターンの頂点に向かって、相当に重なり合うことになる。一方、対象物のパターンの拡散領域には、走査弧が存在しなくなる。回転システムにおける光路に対して、補償する動きが導入され、後続の走査経路が、その有効長において、実質的に均一な間隔を有することができる。これは、対物レンズが回転するとき、対物レンズに対して半径方向にビームを移動させることにより実現される。対物レンズは、２倍またはそれ以上のスポットサイズとなるように最低寸法の視野領域を選択することができ、その結果、補償偏位運動を通じて、ビームをレンズ上に留めておくことができる。例えば、集光すべきスポットサイズの直径が５ミクロンである場合、対物レンズは、１０ミクロンに、位置合わせしやすくするのに必要な量を加えた最低視野領域を有する。
【００２４】
補償的な動きを実現する簡便なデバイスは、回転構造体に向いた固定的光路上に配置された揺動折り曲げ鏡である。圧電結晶は、アームの回転振動と同期して、鏡を揺動する。これにより、アームが回転するとき、ビームがレンズ上を半径方向に回転する。圧電揺動鏡の代わりに、その他の反射デバイスを揺動させたり、例えば、音響光学偏向器、電気光学偏向器、回転クランクまたはその他のモータにより駆動される連動装置などのその他の手段を用いて、光路に対して補償的な動きを導入することができる。
【００２５】
揺動部材は、その他さまざまな手法で用いることができる。例えば、対象物が走査アーム軸に対して固定的であるときに、対象物を複数回走査することができる。
【００２６】
ここで説明する別の貢献は、弧状走査線に沿って走査された弧状データ値を、ラスタ形式の等間隔位置に変換するための、効率のよい補間機構とアルゴリズムである。
【００２７】
現在の所好適な実施形態における特定の構成の詳細は、同様に、独特であり、顕微鏡技術に貢献する。移動システムにおいて、質量の小さい鏡が好適であるが、プリズムなどの他の反射体を用いることができ、ここで接いする概念を用いて、その他の機械的電気的システムを用いることができることが理解されよう。
【００２８】
生物工学および生命科学の用途の他に、特定の概念は、シリコンデバイス産業に応用される。例えば、電子デバイスの形状関係を検査したり、チップに対して電気的に接続するために用いられるボールグリッドアレイのように、半導体チップの同一平面上形状を検査したりする。
【００２９】
共焦アセンブリを上述の限定的回転顕微鏡に組み合わせることにより、実現された極めて浅い被写界深度により、シリコンデバイスのすべての脚部が、確実に同一平面上にあるようにする。このとき、チップ全体に対するすべてのデータは、（１回の広視野走査処理で）１ビットずつ半径方向に取りこまれる。同様に、シリコンデバイス、生体細胞、またはその他の対象物の３次元形状マップを形成することもできる。
【００３０】
１つの貢献によれば、対象物の表面を調査するための広視野領域・限定的回転走査顕微鏡において、走査アセンブリを備え、この走査アセンブリは、少なくとも１ｍｍの走査範囲に亙って、所定の弧状走査経路上を調査すべき対象物に対して、駆動部と協働して、周期的運動しながら並進運動するように構成された振動回転支持構造体と、振動回転支持構造体上に取り付けられた微小対物レンズと、を備え、この微小対物レンズは、約２グラム未満の重さを有し、弧状走査範囲に亙って、本質的に軸上で走査するように、対象物の表面に対して垂直な軸を有して、支持構造体に取り付けられ、支持構造体のための駆動部は、対象物に対して、軸上で走査するように、支持構造体を振動させる。
【００３１】
この態様の好適な実施形態は、１つまたはそれ以上の次の特徴を有する。
【００３２】
反射システムは、微小レンズの軸に沿って、微小レンズと通信する光路を形成するために、振動回転支持構造体の上に取り付けられ、この反射システムは、固定的な光学システムに対して光学的に通信するとき、振動回転支持構造体の並進運動範囲に亙って、この光路が固定的な長さを有するように維持される。
【００３３】
微小レンズは、非球面レンズである。
【００３４】
微小対物レンズは、顕微鏡の対物レンズ系全体を形成するか、または固定的な光学部品と協働して、顕微鏡の対物レンズ系を形成する。
【００３５】
振動アセンブリは、２５ｇｃｍ２未満の慣性モーメントを有する。
【００３６】
固定的光学系は、波長の異なる少なくとも２つのビームを形成し、合成システムは、これらのビームを、微小対物レンズに導かれる単一の照射ビームに合成するように構成される。好適には、微小対物レンズが色収差特性を有する場合、少なくとも１つのデバイスが少なくとも１つの光路上に配置され、１つの波長を有する光線が、他の波長を有する光線の焦点距離とは異なる位置で焦点を合わせ、微小対物レンズは、対物レンズの色収差特性との関係から予定された、光線の異なる焦点特性を有し、この対物レンズにより、各波長の焦点が対象物の同一位置に合わせられる。
【００３７】
別の貢献は、上述の回転微小レンズを備えた走査アセンブリを有する広視野領域・限定的回転走査顕微鏡システムに、並進搬送システムを組み合わせた顕微鏡システムであって、並進搬送システムは、回転支持構造体に対して、走査すべき対象物の並進搬送範囲に亙って相対的に直線的な動きを形成し、並進搬送方向は、限定的回転走査経路の中心領域に対して実質的に垂直である。
【００３８】
この態様に関する好適な実施形態は、次の１つまたはそれ以上の特徴を有する。
【００３９】
顕微鏡システムは、調査すべき表面の少なくとも１ｃｍ２の画像領域を記憶するように構成配置され、所定の波長に対して、走査された領域の１ｃｍ２あたりに、少なくとも百万画素を形成するように、レンズの開口数、視野領域、走査範囲、および並進搬送範囲が選択される。
【００４０】
広視野領域走査顕微鏡は、透過型および反射型モードで画像形成し、微小対物レンズの開口数が、少なくとも約０．５である。
【００４１】
好適には、微小対物レンズの視野領域は、約２５ミクロン未満であって、多くの場合、約１０ミクロン未満である。
【００４２】
広視野領域走査顕微鏡は、微小対物レンズを通過する光のスポットにより励起された蛍光発光を検出するように構成され、このとき、走査対物レンズの開口数が０．６よりも大きく、微小対物レンズの視野領域は、約２５ミクロン未満である。
【００４３】
顕微鏡システムは、透過型顕微鏡として構成され、固定的光学系は、微小対物レンズに光を向けて、調査すべき対象物上にスポットを照射するために配置された少なくとも１つの固定的な光源を有し、検出システムは、調査すべき対象物の反対側上に配置される。
【００４４】
顕微鏡システムは、反射型顕微鏡として構成され、固定的光学系は、微小対物レンズに光を向けて、調査すべき対象物上にスポットを照射するための少なくとも１つの固定的な光源を有し、検出システムは、微小対物レンズを介して、対物レンズにより照射された領域から反射した光を受光するように配置される。
【００４５】
顕微鏡システムは、蛍光発光読取器として機能し、固定的光学系は、回転微小対物レンズに光を向け、対象物に存在し得る蛍光体（fluorophor）を励起するための所定の波長を読取るべき対象物上に、スポットを照射するように配置された、少なくとも１つの固定的光源を有し、検出器は、微小対物レンズにより照射された領域から異なる波長で発せられる、蛍光体からの蛍光発光を、微小対物レンズを介して受光するように構成される。
【００４６】
顕微鏡システムは、共焦点顕微鏡として機能する検出器の前にあるピンホールに対する検出光を画像形成するように構成される。好適には、この装置において、対物レンズの開口数は、０．６より大きい。
【００４７】
顕微鏡読取器としての顕微鏡は、微小対物レンズが、対象物上に直径約１ないし５０ミクロンの照射スポットを照射するように構成配置され、比較的に強度の低い蛍光発光を集光するために、対物レンズの開口数が０．６以上である。
【００４８】
走査顕微鏡は、回転支持構造体の固定的な回転軸を有し、相対的に直線的な動きを形成するための並進搬送システムは、回転支持構造体の下で調査すべき対象物を移動させるために構成された直線ステージを有する。
【００４９】
走査顕微鏡システムは、回転構造体の回転軸上に配置された反射板を有する固定的光学系を有し、回転構造体上の反射板は、回転軸上に配置され、この２つの反射板は、振動回転構造体の回転範囲を通して、固定的光学系と走査対物レンズの間の光路上に配置される。好適には、固定的光学系は、回転微小対物レンズにより、走査すべき対象物から集光される光を検出するための検出器を有する。
【００５０】
好適には、固定的光学系は、微小対物レンズに光を向けて、調査すべき対象物上にスポットを照射するために配置された少なくとも１つの固定的な光源を有する。
【００５１】
走査顕微鏡システムは、光路上に設けられた微小対物レンズの一部を変化させるように配置された光路偏向デバイスを有する固定的光学系を備える。ある好適な実施形態においては、この特徴は、対象物が走査される際、光路偏向デバイスが後続の走査経路の関係を調整するように、搬送システムと組み合わされる。好適には、このシステムにおいて、対象物は、回転振動支持構造体が時計回りおよび反時計回りの両方の回転中に走査され、後続の走査経路の走査経路方向に沿った中央線の間隔をより均一にするという文脈で調整が行われる。
【００５２】
顕微鏡システムの経路変更デバイスは、回転振動支持構造体と同期して駆動される揺動反射板であり、好適には、このデバイスは、揺動鏡である。
【００５３】
経路変更デバイスは、回転振動支持構造体と同期して駆動される音響光学偏向器または電気光学偏向器である。
【００５４】
広視野領域走査顕微鏡は、振動アセンブリの位置を検出するための位置検出器と、位置検出器により検出された選択位置におけるデータを収集するデータ収集システムとを有する。好適には、駆動部のための制御システムは、位置検出器を含むサーボ制御ループを有する。同様に、好適には、位置検出器は、振動支持構造体と直接的に付随して、その位置を直接的に検出する。同様に、好適には、駆動部は、振動回転支持構造体の位置を直接的に検出することにより制御されたサーボ制御ループを用いて制御される電気モータである。
【００５５】
広視野領域走査顕微鏡は、支持構造体の回転中心からの半径方向の距離が１ｃｍより長い微小対物レンズを有し、駆動部の電機子を除く回転構造体の慣性モーメントは、２５ｇｃｍ２のオーダで、例えば、３０ｇｃｍ２である。好適には、搬送システムと組み合わされた場合、回転振動構造体の振動周波数は、１秒間当たり１０本より多くの走査線を形成する。好適には、半径方向の距離が、約２．５ｃｍ以上である。
【００５６】
走査顕微鏡は、透過型または反射型の顕微鏡であって、回転振動構造体のための駆動部は、５０Ｈｚ以上のオーダの周波数で振動させる。
【００５７】
広視野領域走査顕微鏡は、走査動作中に、データ収集位置を、所定の直線で囲まれたラスタ格子の列に位置合わせするために、データ収集のテンポを合わせるデータ収集制御システムを有する。好適には、データシステムは、格子上の各位置に対して、格子位置のいずれか一方の上にあるラスタ列上の２つデータ位置の各値を平均化することにより、ラスタ格子にデータを変換し、この値は、件の格子位置からの各距離により重み付けされる。
【００５８】
別の貢献によれば、対象物を調査する限定的回転走査顕微鏡は、以下を組み合わせて、システムの全体の対物レンズ系、または複数部品の対物レンズ系の移動可能な微小レンズとして機能する、視野領域が約２０ミクロン未満で、開口数が約０．５より大きい非球面微小対物レンズと、調査すべき対象物の通常平面に対して垂直方向にある軸の周りに、振動するように動いて、弧状に回転するように取り付けられ、駆動されるレンズ支持アームとを有し、微小対物レンズは、アームの回転軸から距離を隔てた位置において、アーム上に取り付けられ、これにより、微小対物レンズは、アームの回転により弧状に移動し、微小対物レンズの軸は、調査すべき表面の面に対して垂直方向にあり、回転軸は固定し、並進搬送機構は、微小対物レンズを回転させながら、調査すべき表面を並進搬送するために配置され、光源は、固定支持部上に取り付けられ、光源から対物レンズに至る光の光路を形成する光学部品に付随し、調査すべき表面上にスポットを照射する。
【００５９】
この態様の好適な実施形態は、次の１つまたはそれ以上の特徴を有する。
【００６０】
走査顕微鏡は、固定支持部上に取り付けられ、光源から対物レンズに至る光の光路を形成する光学部品に付随し、調査すべき表面上にスポットを照射する光源を有する。
【００６１】
透過型走査顕微鏡において、微小対物レンズと対象物を通過したスポットからの光が、検出器に到達する。
【００６２】
他の形態の透過型走査顕微鏡において、微小対物レンズと対象物を通過したスポットからの光が、微小対物レンズを介して検出器に帰還する。ある場合において、走査顕微鏡は、対象物からの蛍光発光を読取るように構成される。
【００６３】
走査顕微鏡は、対象物の調整された回転運動と並進運動を実現するための制御システムを有し、顕微鏡は、アームが時計回りおよび反時計回りの回転中に形成された走査経路からデータを得て、制御システムは、微小対物レンズの回転運動と対象物の並進運動の間の関係を変化させて、後続の走査経路の中央線の間の距離が実質的に均一にする補償的システムを有する。好適には、補償的システムは、固定的光源と通信する光路の対物レンズ上の位置を変化させる。
【００６４】
対象物を受容するためのテーブルを有する上述の任意の顕微鏡システムにおいて、好適には、テーブルは、焦点を合わせるために、テーブルを上昇させ、下降させ、傾斜させる３つの調整可能な昇降器を有し、制御システムは、方向に関するデータを記憶するように、対象物を事前走査するように構成され、制御システムは、焦点を対象物上に維持しながら走査するために、記憶されたデータに呼応して効率よく昇降器を駆動する。
【００６５】
上述の顕微鏡システムにおいて、微小対物レンズは、複数部品の対物レンズの移動可能な一部であって、他の光学部品が固定的であり、すべての光学部品は、従来式の複数部品の対物レンズと同様に実施する。固定的光学部品は、移動可能な微小対物レンズと協働して、エネルギ収集を最適化して、光センサに伝播させる。
【００６６】
別の貢献において、一般に、揺動鏡は、湾曲部上に取り付けられた鏡と、鏡に付随する圧電結晶とを用いて、鏡の湾曲部上において鏡を偏向させる。この揺動鏡は、上述のさまざまな走査顕微鏡およびその方法に用いられる。
【００６７】
別の貢献は、一般に、画像を形成するために対象物を走査する方法であって、約２ｇ未満の質量を有するレンズを、走査運動させながら、搬送構造体上を搬送するステップと、レンズを用いて対象物からの光を集光するとき、レンズの位置を直接的に検出するステップと、データ収集する際、直接的に検出された位置に基づいて検出されたデータを編集するステップとを有する。
【００６８】
別の貢献は、一般に、軸に対して並進運動する対象物全体に亙って、弧状に走査するアーム上のレンズを回転させて、対象物を走査する方法であって、対象物が移動するとき、隣接する走査線の間隔を実質的に均一にするという文脈において、補償的な動きで、レンズに対する光路を偏向するステップを有する。
【００６９】
別の貢献は、一般に、走査顕微鏡であって、対象物全体に亙って走査するように動くために、取り付けられた微小対物レンズと、波長の異なる少なくとも２つのビームを形成する固定的光学系と、これらのビームを、微小対物レンズに導かれる単一の照射ビームに合成するように構成された合成システムと、微小対物レンズは、色収差特性を有し、１つのデバイスが少なくとも１つの光路上に配置され、１つの波長を有する光線が、他の波長を有する光線の焦点距離とは異なる位置で焦点を合わせ、微小対物レンズは、対物レンズの色収差特性との関係から予定された、光線の異なる焦点特性を有し、この対物レンズにより、各波長の焦点が対象物の同一位置に合わせることができる。
【００７０】
ある好適な実施形態において、固定的光学部品が、システムの効率のよい対物レンズを形成するために、振動アーム上に取り付けられた微小対物レンズと協働するを有する。
【００７１】
別の貢献は、一般に、弧状走査動作を行う回転走査システムであって、弧状走査動作中に、データ収集位置を、変換すべきデータに対する所定のラスタ格子の列に位置合わせするために、データ収集のテンポを合わせる。好適には、このシステムは、各ラスタ位置に対して、ラスタ位置のいずれか一方の上に列ある２つデータ位置の各値を平均化することにより、ラスタ格子にデータを変換し、この値は、件の格子位置からの各距離により重み付けされる。
【００７２】
本発明のその他の特徴が、好適な実施形態に関する以下の説明から理解されよう。
【００７３】
（現在の好適な実施形態の説明）
さまざまな図面において、同様の機能を実行する構成要素は、同じ符号を用いて表される。
【００７４】
図１において、上述の技術に関して有用な非球面マイクロレンズ１８の一例が、大きく拡大して示されている。この特定の具体例は、直径が４ｍｍ、長さが１．２ｍｍ、質量がたったの０．２０５グラム、焦点距離が２．７２ミリメートルである。この特定のレンズは、ガラス製の小片である。このレンズは、直径がほぼ１／２ミクロンで、以下、図５に関連して説明する色収差を補正するビーム調整に関連して用いられる（例えば、赤色、青色、および緑色）レーザすべてを照射する回折限界スポットを形成する。この特定のレンズは、１ミクロンの解像度を有する、遠隔病理学に応用される組織の透過型顕微鏡検査用に選択されたものである。
【００７５】
図２を参照すると、顕微鏡スライド２の直線的な動きと、レンズを支持する振動アーム１９の限定的な回転方向の動きが、図示されている。このアームは、６０度のオーダの回転角度範囲で、軸Ａの周りを回転する。
【００７６】
微小対物レンズの角度位置は、振動システムに付随するトランスデューサまたはセンサにより検出される。ある実施形態においては、角度位置トランスデューサは、図３に示すように、限定的回転モータと一体となっている。このトランスデューサは、瞬間的な位置を直接的に検出するために、図１２で示す振動アームに直接的に付随するように図示されている。
【００７７】
図３、図１１、および図１２は、マイクロレンズ１８を支持する回転振動構造体１９を概略的に図示している。回転構造体１９は、極めて質量が小さく、軸Ａ上を回転するように取り付けられている。回転構造体は、回転アームの軸上に設けられた鏡１５と、対物レンズ１８と同軸上に設けられたレンズ照射鏡１７の２つの回転鏡を有する。固定光学部品は、スキャナアームとともに回転する軸上鏡１５と、位置合わせした状態で保持される最後の固定式鏡２１を有し、これにより、展望鏡（periscope）を形成する。図１０を参照して説明するように、揺動鏡８９が、都合よく、図示される鏡２１の代わりに用いることができる。
【００７８】
図３、図１１、および図１２の実施形態において、回転軸Ａが固定的であるのに対して、並進移動するように図示された対象物は、適当なステージ１１によりＹ方向に移動する顕微鏡スライドである。図３の実施形態は、透過型顕微鏡であり、図１１の実施形態は、反射型顕微鏡であり、図１２の実施形態は、蛍光発光読取器である。これらの実施形態はすべて、非球面レンズ構成を採用し、対物レンズとして単一マイクロレンズを採用することが好ましい。
【００７９】
しかしながら、理解されるように、用途に応じては、慣性モーメントの増大という代償を払って、２つまたはそれ以上のマイクロレンズを組み合わせて、移動対物レンズを形成してもよい。
【００８０】
しかしながら、同様に理解されるように、用途に応じては、別のレンズまたは光学部品を組み合わせて、このシステムの対物レンズを形成してもよい。このとき、１つまたはそれ以上の光学部品、つまり好適には、マイクロレンズまたは複数のマイクロレンズを、回転アームに備え付けられることが好ましい。対物レンズ系を形成する他の光学部品は、固定的であって、可動部品に近接していてもよい。図１３は、この概念を示す象徴的な構成であって、構成部品１８は、対物レンズ系の固定的なレンズ部品である。
【００８１】
図３の透過型顕微鏡は、遠隔病理学のための組織スキャナとして利用する上で適したものである。図３は、走査すべき顕微鏡スライド２と、限定的回転モータ４を有する振動スキャナ３を図示する。ブラケット５は、スキャナ３を保持し、スキャナ３は、ベースプレート６上に取り付けられている。ブラケット５とベースプレート６は、熱伝導性金属からなり、スキャナモータ４で生じた熱を放散するためのヒートシンクとして機能する。焦点を合わせるための別のベースプレート７は、垂直方向に移動し、三脚構造の３点（２点しか図示しないが）において、３つの焦点機構を用いて傾斜する。ベースプレート７上には、３つの光センサ１０（１つのみ図示する）を含む積分球９があって、顕微鏡スライドを透過する光を検出する。同様に、ベースプレート７上には、走査中、顕微鏡スライド２をＹ方向に連続的に移動させる一次元並進移動ステージ１１がある。
【００８２】
ある場合には、光検出器１０を用いたが、特定の動作のための条件を満足させるために、他の光検出器が適当である場合もあることが理解されよう。例えば、光電子増倍管、ピンダイオード、アバランシェ光ダイオード、およびその他の光センサを採用することができる。
【００８３】
顕微鏡スライド２と振動アーム１９の間に延びるのは、光路アーム１４である。光路アームは、固定レーザ２４からのレーザ光を振動アーム１９の回転中心に向け、軸方向上向きにビームの向きを変える鏡２１に達し、アーム１９とともに軸Ａ上で回転する鏡１５に向かう。レーザ光は、軸Ａに沿って上方向に伝播し、鏡１５により、水平光路１６内の振動アーム１９に沿って半径方向外側に反射する。アーム１９の外側端部において、光は鏡１７で反射して、対物レンズ１８を介して、垂直方向下向きに、回転軸Ａと平行で、対象物上のアーム１９の回転面と垂直な軸Ａ’に沿って伝播する。光は、顕微鏡スライド２を通過し、吸収されない光は積分球９に入射する。
【００８４】
振動アセンブリは、慣性モーメントが、５０ｇｃｍ２、好適には２５ｇｃｍ２のオーダ、そして好適な実施形態においては約１０ｇｃｍ２と、極めて小さいことに特徴付けられ、２５グラム未満の質量を有する。慣性モーメントおよび質量は、アーム１９の振動構造に起因しており、アームが支持する鏡１５および１７と対物レンズ１８は、限定的回転モータ自体の回転体の慣性モーメントには含まれない。多くの場合、限定的回転モータの回転体の慣性モーメントが、振動すべき負荷の回転体の慣性モーメントと実質的に同じである場合、最善の性能を得ることができる。さらに、回転体の慣性モーメントが５ｇｃｍ２ないし３０ｇｃｍ２の範囲か、それ以上であっても、回転体は、多くの場合、十分に機能することができるが、通常、慣性モーメントが１０ｇｃｍ２に近づくように回転体が選択される。
【００８５】
現在のところ好適な実施形態において、振動アセンブリの最低の慣性モーメントは、０．２グラムのオーダの重さを有するマイクロレンズ１８を単一の微小部品とすることにより実現できる。この実施形態において、アーム１９の回転軸Ａからレンズ１８までの距離は、約２５ｍｍである。このアームは、質量を最小限に抑えるように機能する０．５ｍｍ厚のアルミニウム部で形成されている。
【００８６】
組織を走査するために用いられる場合、固有の走査微小対物レンズを用いて容易に実現されるが、そのレンズ１８は、０．５ないし０．６の間、またはそれ以上の開口数を有していてもよく、顕微鏡を他の用途で用いられる場合は、このことは、極めて重要である。例えば、レンズに入力される際の微小直径を有するレーザビームを用いて、より大きいスポットが用いられた場合、質量が小さく、０．６より大きい開口数を有するマイクロレンズは、サンプルが発光する蛍光発光を集光する上で、さらに、入力レーザビームの元々の方向に沿って、ビームスプリッタへこの光を送る上で、極めて有効である。このことについて、図１２を参照して、後に詳述する。
【００８７】
同様に、開口数を大きくするために、微小対物レンズと固定部品を移動させることにより形成される複合対物レンズ系を用いることができ、図１３の固定レンズ部品１８ｂで符号化されている。
【００８８】
図３の一部拡大図である図４は、主に、振動アームアセンブリを図示する。対称的な構成において、釣合いおもり（counterweight）２０は、非球面マイクロレンズ１８と同程度の質量を有し、釣合いおもり２０ａは、鏡１７と同程度の質量を有し、両方の釣合いおもりは、バランスを取る構成部品１７および１８から、回転軸Ａの反対側に等距離に配置される。非対称構成において、釣合いおもりの質量および距離は、異なってもよいが、釣合いの取れた調整を実現するように選択するか、その他の均衡技術を用いてもよい。
【００８９】
図４Ａおよび図４Ｂで図示するように、顕微鏡スライド２の上方に延びる固定アーム１４は、振動アームの回転中心Ａにおいて、固定鏡２１に光を照射する。この光は、回転アセンブリ上の鏡１５に向かって、回転軸Ａに沿って上方向に反射する。この光は、鏡１７に向かって、光路１６に沿って半径方向に進み、鏡１７は、マイクロレンズ１８に向かって、回転軸Ａ’に沿って下方向に、このビームを導く。上から見た図４Ａは、マイクロレンズ１８の平面図を示している。
【００９０】
最後に、さらに図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、鏡２１により反射される前に、光路２３は、固定カンチレバー式の光学アーム１４において、水平方向にあり、光路１６に対してほぼ直角をなす。
【００９１】
こうして明らかにように、レーザ２４からレンズ１８に至る光路の長さは、走査範囲を通して一定している。これにより、簡便な位置合わせ技術を利用することができる。
【００９２】
さらに、図３を参照すると、光がマイクロレンズから顕微鏡スライドを通って伝播した後、異なる色の光を集光する３つの光センサが積分球９内に設けられている。各光センサ１０の前面にはフィルタ５１があって、確実に、所望の波長だけが各光センサ１０に達するようにしている。
【００９３】
ジェネラル・スキャニング社（General Scaning Inc.）から市販されているモデルＭ３や、ケンブリッジ・テクノロジ社（Cambridge Technology Inc.）から市販されているモデル６８８０などの光学スキャナモータを用いて、このアーム１９とそのアセンブリを駆動することができる。同様に、回転ディスク記憶システムで用いられているのと同様の移動コイルモータを用いて、アームを駆動することができる。
【００９４】
図１２を簡単に説明すると、図３の駆動システムの簡略化された変形例が図示されており、主要駆動部は、例えば、モデル２６ＢＣ−４Ｃ−１０１のポルテスキャップ（Portescap）ブランドの移動磁石ステップモータなどの従来式の回転直流（ＤＣ）電気モータである。このシステムでは、低いトルクを必要とするので、こうした安価なモータを使用することができる。つまり、簡便のためには、安価な電気モータが用いられ、その他の実施形態では、エアロフレックス（Aeroflex）やＳＬ−ＭＴＩにより製造されるトルクモータ、ガルバノメータ、または共振構造を用いることができる。これらのすべての場合において、データ収集システムおよびサーボ制御システムのために、位置情報は、回転アセンブリの瞬間的な位置から求められる。図１２で図示するように、トランスデューサが回転アーム１９に直接的に固定されるため、シャフトの姿勢や整合性による変動は、位置情報の精度に対してまったく影響を与えない。
【００９５】
（色収差補正）
図５の概略図を参照すると、赤色発光レーザ２４、緑色発光レーザ２５、青色色発光レーザ２６が、２つのレンズからなる従来式の方法で形成された調整可能なビーム拡大器２７と協働する。これらすべては、固定光学アセンブリの一部である。
【００９６】
対物マイクロレンズ１８は、好適な実施形態においては非球面レンズであるが、３つのレーザ波長に関して、各々、異なる焦点距離を有していてもよい。図５の概略図を参照すると、顕微鏡スライドの同じ高さにおいて、すべての波長の焦点が合うようにするには、赤色レーザビームは、マイクロレンズに接近するにつれ集光され、緑色レーザビームは、好適には、コリメートされ、そして青色レーザビームは、マイクロレンズに接近するにつれ広がるようにする。これは、図５で示す赤色および青色ビーム拡大器２７の焦点を、対応するようにぼかすことにより実現される。こうして、異なる色の光を用いた場合、単一対物レンズ１８による効果が異なるため、対象物上の同じ高さに、すべての色の光線を集光するようになる。
【００９７】
マイクロレンズ１８が有する反対の焦点ぼけ特性を打ち消すように、焦点ぼけを補償するその他の技術を採用することができる。例えば、２つまたはそれ以上のガラスからなる複合的調整レンズを用いて、反対の色収差を有するマイクロレンズに入射する各波長の焦点を外して、コリメートされた有色ビームに変換することができる。こうしたレンズのいくつかは、図１３で示す固定されたレンズ１８ｂであってもよい。
【００９８】
（データ変換）
図２、図６、図７、および図７Ａは、顕微鏡スライド上の弧状走査軌跡Ｓを図示する。開示のために、顕微鏡スライドは、各走査中、固定している場合を示す。（ある好適な場合では、顕微鏡スライドは連続的に移動するが、開示される原理は、同じである。）
【００９９】
図３、図１１、および図１２で示すシステムに関連する光センサ検出器により行われる測定は、図７および図７Ａの拡大図の×印で示される。
【０１００】
このシステムのソフトウェアは、対物レンズの角度位置の軌跡とともに、図２および図６を参照して、次の関係を記憶する。
【数１】
Ｙｉ＝Ｙ＋ＣＢＲ×（１−ｃｏｓθ）
【数２】
Ｘｉ＝Ｒ×ｓｉｎθ
このシステムは、各解像位置に検出された値を与え、極座標からデカルト直交座標に変換する。
【０１０１】
こうして、図７および図７Ａで示す×印は、光センサにより実際に測定された各データ位置を示す。図７および図７Ａで示す○印は、従来式のモニタ上に画像形成し、ラスタ形式で直線で囲まれた格子上の等間隔位置を示し、これらは、従来式のモニタに画像形成し、データ送信するためのものである。高解像度ＴＶモニタなどの広く利用できる画像表示装置は、発光位置の直線で囲まれたアレイを有する。図３、図１１、および図１２の顕微鏡を用いて、一連の弧ではなく、直線で囲まれたラスタアレイに対応する入力データに変換することにより、これらの装置を採用することができる。
【０１０２】
この目的のため、補間（interpolation）アルゴリズムにより、各○印位置に近接する×印に対応する透過光値を用いて、○印の透過光値を計算する。
【０１０３】
図３、図１１、および図１２で示すシステムのための好適な装置は、一定の角速度で顕微鏡スライド全体に亙って、連続的に弧を走査するための限定的回転駆動部を採用することができる。走査中に、アナログ・デジタル変換器が顕微鏡スライドから受けた光の強度をデジタル化する。図７で示す符号１ないし１０の位置を参照して、このデータをラスタ形式に変換する方法について説明する。変換結果は、例えば、符合１で示す○印位置における配置場所に関する透過光値を含む。この値は、配置場所２ないし１０などの近接する配置場所の測定値の重み付けされた平均値となる。
【０１０４】
調査報告文献によれば、フーリエ変換やウェーブレット変換などを含め、これを行う動作可能な方法が開示されている。簡便な方法は、符号２ないし５で示す４つの配置場所における透過光値の重み付けされた平均値であって、データ位置が補間される値に対するラスタ位置から遠ざかるにつれて、重み付け因子が小さくなるようにする。この方法は、配置場所１から４つの元来のデータ配置場所の各々までの距離に依存する、事前に記憶された重み付け因子を調べ、４回乗算して、そして得られた４つの積を加算することを含む。すべての○印と×印を配置する場所は、サンプル制御部により事前に既知であるので、重み付け因子は、事前に計算されて、記憶部にアクセスすることができる。
【０１０５】
遠隔病理学などにおいて、極めて高速に動作することが好ましい場合、４回の乗算に要する時間は、低価格コンピュータを用いる現在の状態では、問題となり得る。というのも、例えば、１つの○印に対してデータを１回変換するために、１７５ナノ秒もの時間が必要だからである。（この速度で、データを変換するプロセスは、上述したシステムを用いてデータを採取するプロセスに遅れないで追随することができない。）
【０１０６】
ここで開示される別の利点は、４回の乗算から１つまたは２つの乗算に低減する技術であって、これは、走査軌跡Ｓに沿った均等な間隔ではなく、矩形ラスタパターンにおける所望の○印の配置場所を示すＸ座標における同一の均等間隔でデータ採取することにより実現される。図７Ａは、この場合、図１１に対する透過光値が、配置場所１２および１３の透過光値の重み付けされた平均値となることを示す。配置場所１２において測定された透過光値は、
【数３】
ｒ（ｍ−１，ｎ）
で、配置場所１３において測定された透過光値は、
【数４】
ｆ（ｊ，ｎ）＝｛ｂ×ｒ（ｍ−１，ｎ）＋ａ×ｒ（ｍ，ｎ）｝／（ａ＋ｂ）
である。文字ｒは生データを、文字ｍは弧状走査ラインを、文字ｊは直線水平方向の列数を、そして文字ｎは顕微鏡スライドの移動方向に沿って延びる行数を意味する。こうして、簡便な方法で、迅速にラスタ形式に補間される。
【０１０７】
このシステムについて、一定の回転速度で走査するものを参照して説明してきたが、予期可能な方法で変化する走査速度を用いてもよい。ラスタ格子の交点においてサンプリングするように構成された制御システムを用いて、上述と同じ原理が有用である。
【０１０８】
（焦点の調整）
調査すべき対象物の表面の位置が、焦点表面に対して変化する場合があるので、高速で広範囲の高解像度顕微鏡を実現するためには、正確に焦点を調整することが重要となる。例えば、顕微鏡スライドに対するＩＳＯ  ８０３７−１−１９８６Ｅの工業規格によれば、その厚みの公差を３００ミクロンと特定している。これは、図３で示す１ミクロン解像度を有する顕微鏡の被写界深度よりも、ほぼ２オーダ大きい。スライドの上面は、一方向または別の方向において傾斜しているかもしれない。また、このスライドは、長手方向において湾曲している可能性がある。好適に説明される顕微鏡は、制御可能な焦点昇降機構を用いた動的焦点機能を有する。図３、図１１、および図１２で示す実施形態で採用された３つの焦点機構８の１つが、図８、図８Ａ、および図８Ｂに示されている。焦点機構８は、ベースプレート７を垂直方向に移動させる。三角形状に離間した、これら３つの機構が存在することにより、焦点を合わせるために、プレートを上昇させ、降下させ、または傾斜させる。各機構８は、シャフト４４を移動させるリニアアクチュエータ１４３により駆動される。このアクチュエータは、本質的には、１回転あたり９６ステップを有するステップモータと同様のものである。シャフト４４は、レバー４５の長いアームを駆動し、これにより、係数２０を用いて、シャフトの動き、すなわち、リニアアクチュエータ１４３の１／８ミリのステップ毎に対する動きを小さくすることにより、ベースプレート７は、わずか１インチの１０００分の１の１／１６０だけ移動する。
【０１０９】
レバー４５は、ピボット位置４６の周りをピボット回転する。ピボット回転、およびレバーの両端の接続に際して、３つの湾曲ばね４７が設けられている。湾曲ばね４７は、リニアアクチュエータ１４３における反発を最小化するために、さらばねワッシャ４８を用いて常に張力が加えられる。ベースプレート７は、焦点機構８にそれぞれ関連する３つの厚みを有する湾曲部４９により、装置ベースプレート６に対して、水平方向ではなくて垂直方向にのみ移動するよう制限されている。
【０１１０】
垂直方向に移動する構成部品が、焦点機構８の動作に呼応して、顕微鏡スライド２を移動させる。顕微鏡スライド２を保持するプレート５０が、ベースプレートにより支持されるリニアステージ１１を用いて、顕微鏡スライドと接触する。
【０１１１】
図３で示す透過型顕微鏡を用いる場合、積分球９は、同様に垂直方向に、顕微鏡スライドとともに移動する。この実施形態において、振動アーム１９およびモータ４は、装置ベースプレート６に対して移動することはない。
【０１１２】
こうして、顕微鏡スライドは、走査顕微鏡の焦点表面における調査すべきサンプル上の位置を配置する自由度数において、コンピュータ制御の下で移動させることができる。示された実施形態において、顕微鏡スライドのもっとも狭小な寸法は、比較的に正確かつ均一であるので、走査動作中、横揺れ（yaw）を補償する必要はない。
【０１１３】
示された実施形態において、組織サンプルまたは基準点による光の変調を検出する光センサ１０により、焦点補正が検出される。組織サンプルが、正確に焦点に接近すると、光センサの信号における高域周波数成分の振幅は、低域周波数成分の振幅に対して増加し、低域周波数成分に対する高域周波数成分の比が最大となるとき、顕微鏡スライドの高さとして、最適な焦点が得られる。
【０１１４】
顕微鏡スライドを事前走査することにより、顕微鏡スライド上の選択された格子点において、顕微鏡スライドの最適焦点の高さを決定することができる。これにより、スライドが傾斜しているかどうか、湾曲しているかどうかを検出することができる。この情報は、コンピュータメモリに記憶され、後に行われる精細解像度「調査」走査中に、アクセスすることができる。
【０１１５】
調査走査中に、顕微鏡スライドは、事前走査で占有したときと正確に同じ位置に、支持体上に保持される。調査走査が実施された場合、焦点機構は、記憶されたデータに基づいて、顕微鏡スライドの表面を連続的に追跡する。
【０１１６】
事前走査を実施する際、調整機構の位置が揺動（dither）し、適当なコンピュータプログラムが、光センサによる連続的測定結果からデータを分析し、どの程度のデータフローが、高域、中域、または低域周波数を含んでいるか検出する。
【０１１７】
勾配、回転、または湾曲により、高さに著しい誤差がある場合、このコンピュータプログラムは、事前走査データを分析して、全体の傾斜補正を判断する。したがって、アクチュエータは、調査走査する前に、全体の傾斜を補正することができる。
【０１１８】
その後、上述の実施形態において、好適には、何らかの調整を動的に行うものもあるし、そうでないものもある。この説明の中で、回転（roll）とは、顕微鏡スライドの進行方向である長手Ｙ軸方向の周りの回転であって、勾配（pitch）とは、スライドの短軸の周りの回転である。調査走査中、リニアステージ１１は、顕微鏡スライドが周期的に走査される間、徐々に移動し、顕微鏡スライドは、勾配と湾曲に関する記憶された事前走査データに基づいて、焦点機構８により継続的に調整される。
【０１１９】
その他の好適な実施形態では、１９９８年３月１５日付で出願された米国特許出願第０９／０７９，７９０に開示された自動焦点技術を用いることができる。この出願の開示内容は、ここに一体のものとして統合される。
【０１２０】
（制御システム）
図９は、図３で示す顕微鏡のための制御システムに関する全体的な電気的ブロック図である。（以下の説明から明らかとなるように、あまり重要でない変更があるが、同じシステムが図１１および図１２の実施形態に対して有用である。）
【０１２１】
パーソナルコンピュータ６０のマザーボード６４は、光センサからの信号を処理するデジタル信号処理ボード６５と、ガルバノメータやシステム内にあるステップモータおよびその他のセンサやアクチュエータなどのその他の駆動部とを制御するリアルタイム制御コンピュータボード６６を備えている。限定的回転モータ４を駆動するための電気回路６７および７６と、ステップモータ１３およびリニアアクチュエータ９３を駆動するための電気回路６８および７７とが図示されており、同様に、種々雑多な機能を有する電気回路６９および７８が図示されている。パーソナルコンピュータのマザーボード６４は、例えば、モニタ７０、キーボード７１、マウス７２、ハードディスク７３、およびフロッピディスク７４などの標準コンピュータ周辺機器を支援する回路部も含んでいる。さらに図示されているのは、３色の光に対する６つの光検出器用の増幅回路７５であって、これらの光検出器は、発光レーザから直接サンプリングし、調査すべき対象物に照射した後の光を検出する。ブロック６７は、限定的回転モータを駆動するための三角形状波を形成する。この信号は、限定的回転モータに電力を供給し、角度位置トランスデューサからのフィードバック信号を処理するサーボ制御ボード７６に送信される。ブロック６８を参照すると、ステップモータ１４３とリニアアクチュエータ４３のための制御部は、これらのさまざまなモータとアクチュエータを駆動する電力信号を供給する電力増幅ボード７７に対して、低レベル信号を供給する。同様に、雑務ブロック６９は、より高出力の電力ボード７８に対して、低レベル信号を供給する。拡張スロットを設けて、例えば、イーサネット（Ether Net）通信に接続できるよう、追加的な機能を与える。
【０１２２】
（透過型顕微鏡の動作）
ここで、図３ないし図９で示す組織を走査する透過型顕微鏡に関する、現在のところ好適な実施形態について説明する。
【０１２３】
組織の薄片を顕微鏡スライド２の上に、従来式の方法で配置する。ユーザは、顕微鏡スライドをスライド支持体（図示せず）内に配置する。ボタンを押すことにより、この装置が、振動回転アーム１９に向かって内側に、スライドを移動させる。最初に、スライドが事前走査される。スライドが振動アーム１９の下方を通過するとき、スライドは、ステップモータ１３により直線的に移動するだけでなく、焦点アクチュエータ８は、揺動動作において、垂直方向に移動し、スライド全体の各位置において、最適な焦点が得られるスライド高さを見出す。こうしている間、光センサは、図９で示す電気回路に信号を送信し、コンピュータプログラムは、調査出力結果を計算する。顕微鏡スライドの各々の高さに対して、ソフトウェアは、基本的に、１つのサンプルから次のサンプルに対する透過光の変化の大きさを計算する。これらの変化が最大となるとき、スライドは、最適な焦点位置にあり、このデータは記憶される。
【０１２４】
生の位置データは、極めて高速でメモリ内に格納され、ソフトウェアは、より遅い速度でこのデータにアクセスし、場合によっては、周期的にサンプリングする。事前走査してスライドを透過した光が、オペレータのためにモニタ上に表示され、興味ある物質、主として吸収物質を含む顕微鏡スライドの一部がモニタ上に示される。オペレータは、調査のために確認した部分を特定するように制御することができる。迅速な事前走査を実施した後に、得られたデータから最適なデータを見出し、事前走査に基づいて、比較的に粗いバージョンの画像をオペレータに表示する。オペレータは、走査すべき画像の一部を選択する。これに呼応して、顕微鏡スライドは、選択された領域を表示するために素早く移動し、走査動作を微細にすることにより、スライドを顕微鏡調査するために、ゆっくりと前方方向へ移動させる。これは、移動繰り上げ値を、１回の走査毎に１ミクロンの約３．５／１０とすることにより実施され、１／２ミクロンの直径を有する隣接するスポットの間で、約３０％の重なり部分が生じる。なお、ナイキスト基準（Nyquist criterium）により定義される不確定性に対処するには、１ミクロンの解像度のために１／２ミクロン画素が要求される。振動アームは、三角形状波パターンにおいて、毎秒５０サイクルで振動して、毎秒１００回走査し、スライドは、１回走査する毎に１ミクロンの３．５／１０だけ移動する。その結果、スライドは、毎秒３５ミクロン移動する。１ｃｍ長のスライドを調査するためには、これらの条件下で、５分未満の時間を要する。所望の走査処理が終了した後、スライドは、取り出されるために、元の位置まで戻る。
【０１２５】
精細走査中に収集されたデータ（各解像位置に対する入射レーザ光を表す値から求められた検出レーザ光）は、データ収集位置が弧状となる性質があるが、補間されて、ラスタ形式とすることにより、この性質はなくなる。その後、このデータは、ハードディスクまたは磁気光ディスク上に入力され、例えば、衛星通信網でもよいが、広帯域通信網を介して、世界の反対側にいる医師に送信したり、データ線を介して同じ病院や施設の別の場所に送ったり、患者の永久的な医療記録に送ってもよい。
【０１２６】
好適な実施形態において、偏位運動の一部をデータとして取る間、図９で示す電気回路は、一定の各速度で、限定的偏位運動モータ４を駆動する。走査データは、さまざまな方法で取り込むことができ、例えば、走査中の対象物の指標動作を用いて、限定的回転アセンブリの時計回りの回転のみに関するデータを取り込むか、または時計回りと反時計回りの動きの両方においてデータを取り込む。図９Ａの三角形状波の形態は、データ収集するための、時計回りと反時計回りの偏位運動における、この装置の一定の角偏向を示す。
【０１２７】
（走査動作補正）
時計回り（ｃｗ）と反時計回り（ｃｃｗ）の回転の両方に関する走査データを取り込みながら、高速かつ正確に走査するためには、対象物を一定速度で前進させることが好ましい。
【０１２８】
レンズ１８に至る光路を固定して、顕微鏡スライドを固定速度で前進させた場合、時計回り（ｃｗ）および反時計回り（ｃｃｗ）に動くように、顕微鏡対象物全体に亙って走査させると、回転振動運動および連続的直線並進運動が合成されて、図９Ｂで示すように、通常、スライド上に湾曲した三角形状パターンが形成される。隣接する走査経路の間の間隔は、弧状走査経路に沿って均一ではない。これにより、他の領域において、少なくとも対物レンズの表面を覆うためには、ある領域において、走査が相当に重なり合うことの必要性に関連して、非効率が生じる。
【０１２９】
ここで開示される別の利点は、この場合のために、走査効率を改善する動作を補償する動きである。
【０１３０】
この実施形態において、補償システムは、回転レンズに対する光路が、図１０Ａで示す偏位運動パターンに従って回転振動する支持アーム１９（図２参照）の半径方向に、シフトするように配置されている。これにより、図１０Ｂに示すように、連続的な走査経路が、より厳密に平行となるようにする。
【０１３１】
図９および図１０を確認すれば分かるように、走査アームが、その軌跡の端部で方向を変えて、頂点を通過すると、このビームは、対象物の直線的な動きに対して遅滞し、対物レンズが走査領域に再侵入するとき、ビームは加速される。揺動鏡が図１０Ａで定義された動きに追随する場合、対物レンズを有する走査アームは、図９Ａで示すように駆動される。また、走査中において、鏡のさらなる偏向運動が、アーム１９の偏向運動角度に関する三角関数に対して補償する。
【０１３２】
現在のところ好適な場合において、図１０に示す揺動鏡８９は、図３で示す透過型顕微鏡システムの鏡２１の位置に付加される。（同様に、揺動鏡８９を用いた反射型顕微鏡システムが図１１で示され、揺動鏡８９を用いる蛍光発光読取器が図１２で示されている。）
【０１３３】
例えば、ほぼ１０−４ラジアンの極めて微小な角度で、揺動鏡８９の反射表面を移動させることにより、走査間隔の不均一性が相当に改善される。
【０１３４】
図１０で示すように、好適な揺動鏡８９は、面積が１ｃｍ２で、厚みが１ｍｍの微小な鏡９０から構成されている。鏡の一端部は、湾曲部９１により固定支持構造体９１に接続され、ヒンジを形成する。鏡の他端部には、日本電気株式会社製ＡＥ０２０３Ｄ０８などの圧電性アクチュエータ９３があり、これは、１０ミクロンの範囲で動く、微小で安価なアクチュエータであって、リード９７に１００ボルトを印加すると、圧電結晶アクチュエータ９３に制御された電流を導く。例えば、隣接する走査軌跡の間隔が、顕微鏡スライド上において、１ミクロンの３．５／１０であったとすると、揺動鏡は、顕微鏡スライドにおいて測定された１ミクロンの３．５／１０の範囲が与えられ、走査軌跡間のよりいっそう均一な間隔を実現することができる。これを実現するために、レーザビームが必要とする角度回転は、この例において、焦点距離が１．２ｍｍであるマイクロレンズにより、１ミクロンの３．５／１０を実現でき、その結果、約１×１０−４のレーザビームの角度範囲が得られる。鏡は、その半分または約、４／１０−４ラジアン回転する。これを実現する電圧は、圧電アクチュエータに与える１０ボルトオーダである。このアクチュエータの共振周波数は、１００キロヘルツのオーダであって、この鏡は、スキャナアーム１９の動きにより要求されるように迅速に動くことができる。したがって、制御システムは、例えば、図９Ａで示す走査波形状、または図１０Ａで示す走査波形状と同期させて、揺動鏡８９を駆動し、図１０Ｂで示すような補償された走査経路を形成することができる。
【０１３５】
（走査動作補正に関する透過型顕微鏡）
揺動鏡を採用した好適な実施形態は、図３で示す高速組織スキャナが揺動鏡８９を有するように変形したものである。このシステムは、顕微鏡スライド上の組織サンプルを極めて迅速に走査する。この機能の鍵を握るのは、２０ｍｍ幅の組織サンプルを毎秒１００回の走査速度で走査する微小対物レンズにある。赤色、緑色、および青色レーザ光は、この走査対物レンズ、および組織サンプルを通って、積分球内に入る。積分球内においては、サンプルを通過した各色光の一部が測定される。
【０１３６】
対物マイクロレンズ１８は、一片のガラスで成形された非球面表面を有しているが、３つのレーザ波長すべてに対して、約１／２ミクロンの直径を有する回折限界スポットを形成する。したがって、組織サンプルは、１ミクロンの解像度でフルカラー画像が形成される。この特別な実施形態におけるレンズは、開口数（ＮＡ）が０．５５で、質量がたったの０．２０５グラムしかない。
【０１３７】
例えば、毎秒６．７ｍの速い走査速度により、直径が各１／２ミクロンの面積（画素）を０．０８秒で透過して測定する。光センサ、増幅器、および各画素を処理するアナログ・デジタル・コンバータは、この高速度のために設計されている。
【０１３８】
レンズ１８は、例えば、レンズから２５．４ｍｍ離れた軸Ａの周りに振動するように回転するので、組織サンプルを弧状に走査する。
【０１３９】
この振動構造体の位置検出器４３を用いて、データ収集する各瞬間における実際の位置を読み取る。位置信号は、サーボ制御部（図示せず）にフィードバックされて、所望する軌跡にしたがって、モータを制御する。
【０１４０】
（揺動機能の他の利用）
揺動システムまたは可動システムは、同様に、対象物に対して固定する軸の周りを一定の半径で移動するアームにより、複数の同心弧上に沿って、固定的な対象物を走査できるので好適である。走査湾曲経路部の間において、揺動鏡の調整値を制御しながら増やしていくことにより、対象物上の走査ラインの実効半径を変えることができ、その結果、回転アームの中心からの対象物までの所定の固定位置に対して、２つまたはそれ以上の走査ラインを形成することができる。
【０１４１】
（反射型顕微鏡）
透過型顕微鏡に関連してこれまで説明した技術は、例えば、反射または蛍光発行に基づく顕微鏡などの、照射側からエネルギを受ける顕微鏡に対しても、容易に適用することができる。
【０１４２】
図１１で示す反射型顕微鏡の走査装置は、揺動鏡８９（揺動鏡でない実施形態の場合は、鏡２１）は、振動アーム１９の上方に配置され、展望鏡は、中空シャフト接続を介して形成される。
【０１４３】
反射光を検出するために、図３のシステムに、ビームスプリッタ９７、干渉フィルタ９９、および光倍増管などのセンサ９５上で光を検出するための光学部品１０２が配置された光路上に付加され、入力レーザ光の５０％が、この光路上を通過する。
【０１４４】
この反射型構造は、サンプルが厚くて大部分の光が透過できないような場合に、生物学などの用途で用いられ、または極めて薄いサンプルを作成するのが不適当または不可能である場合に、冶金学またはコンピュータチップ産業などの用途で用いられる。
【０１４５】
（レンズ搬送アームに関する直接的な位置情報）
図１２の実施形態は、角度位置検出器が、モータではなくて移動アーム１９に直接的に付随する点において、図３および図１１の実施形態とは異なる。
【０１４６】
このような構成する利点は、振動アーム自体の位置が、データ収集する各瞬間毎に判断される点にある。こうして、データを構成し、安価な回転モータをサーボ制御するために、正確な位置情報が参考に用いられる。
【０１４７】
この実施形態の利点は、所定の速度性能に対して、システム全体の帯域幅を、極めて小さくできる点にある。というのも、位置センサから形成される角度位置を直接的に測定して、軸Ａから対物レンズ上のビームまでの瞬間的な半径方向の距離を知ることによりデータを再構成する場合、動力学上の不完全さは問題とならないためである。（固定的に反射する場合、この距離は一定であり、揺動鏡が利用される場合、この距離が変化するが常に検出されている。）瞬間的な位置が推定の基礎とされる間、要求される正確さに依存して適当な数の位置をサンプリングするサンプリングアルゴリズムにより、位置信号の帯域幅を低減することができる。
【０１４８】
（蛍光発光の検出）
非常に重要性の高い用途は、組織に照射されるレーザビームにより励起される蛍光発光を検出することであって、図１２で示すシステムに図示されている。例えば、蛍光発光を読取ることは、対象物を４９４ｎｍの光で照射して、低い強度を有する約５１８ｎｍの蛍光放射を収集することにより、従来式のＦＩＴＣ識別方法を用いて実施することができる。このとき、入力された光は、フィルタを用いて励起光と分離される。このため、図１２で示すように、２色性ビームスプリッタ９４がレーザビーム内に挿入される。２色性ビームスプリッタは、選択的に、入力レーザ光を透過し、若干長い波長を有する蛍光発光を反射する。このシステムの主な利点は、固定的レンズまたは図１３で示すレンズ１８ｂの有無に関係なく、軸上対物マイクロレンズ１８の開口数を、例えば、ＮＡ＝０．６８と大きくすることができる点である。レンズの微小な部分を用いて、焦点から出発する励起照射を伝播させて、大きい直径を有するスポットを形成することができる。高い開口数を用いると、蛍光スポットであらゆる方向に送られる蛍光発光が、効率よく収集される。蛍光顕微鏡の蛍光発光の強度は、入射レーザ光の強度よりも、１０オーダ弱くなることがある。小型レンズは、広く拡散する蛍光発光を集光するだけでなく、開口数が大きいことから、蛍光発光を非常に近接した平行ビームに変換する。こうして、回転アームを通過し、２色性鏡を介して、（いくつかの場合においては、図１３に示す別のコリメート固定レンズ１８ｂと協働して、）固定した検出領域に至るビーム光路を形成しやすくする。１つまたはそれ以上の干渉フィルタ９９は、光電倍増検出器９５の前に設けて、非常に弱い蛍光発光を検出することができる。
【０１４９】
非常に数多くの画素を必要とする場合に、数多くの異なる種類の蛍光性対象物がある。制限マッピングにおいて、ＤＮＡ分子は、ほぼ一直線状のラインに手足を延ばし、さまざまな位置において、この分子を破壊する酵素により攻撃される。このとき、その中で破断した分子構造を有する長いラインが形成される。ＤＮＡの末端を蛍光発光させることができ、検査すると、破断していない各セグメントの長さを知ることができる。これらの長さは、セグメントを特定する上で有用である。１９９６年の７月／８月のヒトゲノムニュースに対する具体例を参照して、これがここに一体のものとして統合される。まっすぐ延び、いくつかに小片に切断された特定の染色体に関する技術および写真について説明されており、各小片は、蛍光発光している。この実用的なシステムの広範囲走査機能は、この場合、極めて有効である。まっすぐ延びたＤＮＡの小片が形成されたとき、科学者は、スライド上の配置されている場所を正確に知らない。液体のプールがデポジットされ、１ｃｍ２のオーダの面積を形成するように処理されると、１ダースまたはそれ以上のＤＮＡ分子が、でたらめな場所に配置されることがある。ＤＮＡ分子を見出すことは、簡単なことではない。この貢献を用いて、広範囲を走査することにより、有効な方法でこれを実現し、分子を見出すだけでなく、全体の中における１つ１つの分子を示し、または少なくとも長い分子を示す。こうして、科学者にとっては、公知の技術によれば、別々の小さな写真を一体に貼り合わせる必要がなくなる。一体に貼り合わせる上で、間違いが生じることがあるので、ＤＮＡの破断したセグメントを本当に特定しているかどうか、自信が持てなくなってしまう。そこで、結果を確認するために、重複して読取作業を行う必要が生じていた。ここで教示して実現可能となったように、画像における広視野領域および数多くの画素数は、読取処理速度を上げて、ＤＮＡを迅速に見出し、科学者の自信を増やす上で、重要なことである。
【０１５０】
蛍光発光の別の使用は、公知のＤＮＡ断片と未知のＤＮＡの間で交雑反応が生じる場所の通常の矩形アレイおいて生じるＤＮＡシーケンスに関する教示を処理する必要がある。これらは、走査すべき領域が極めて広い場合の応用である。というのも、１つの顕微鏡スライド上に分配された位置において起こり得る数多くの異なる潜在的な反応を意図しているためである。弱い蛍光発光を検出する機能は、この場合、極めて重要である。なぜなら、こうした反応性生物を含むＤＮＡチップ上の位置における蛍光発光量は、非常に小さいからである。こうして、蛍光により検出される交雑反応を用いることが、このシステムにより支援される。
【０１５１】
その他の文脈において、蛍光顕微鏡の原理は、励起光線を利用せず、自然発光を読取る上でも有用である。説明されるように、焦点を共有するように構成することにより、こうした技術の有効性を享受することができる。
【０１５２】
（焦点を共有する顕微鏡）
図１２は、図３および図１１の一般的なシステムを限定的回転共焦点顕微鏡として機能するように変形したものを示す。上述した構成部品に加えて、共焦点顕微鏡を実現するために、別の非球面レンズまたはその他のレンズ設計であってもよい、調整光学部品１０２が用いられており、これは、レンズ１０２の焦点平面に設けられたピンホール１０３と協働する。ピンホールおよびレンズの目的は、サンプル上の焦点平面で生じる光だけが、必ず、ピンホール上に焦点が合うようにすることである。その他の高さまたは場所で生じる光は、ピンホールから焦点がずれて、ほんの一部しかピンホールを通過しない。必要としない光は、例えば、ビームダンプ（beam dump）や周囲光からの散乱レーザ光である。蛍光源により収集された光量が他の光源からの光に対して最大となるように、光倍増管９５は、ピンホールに追随する。
【０１５３】
（限定的回転マイクロレンズスキャナの機能および使用方法の具体例）
これまで説明したシステムの主な特徴は、極めて数多くの画素要素を形成できる点にある。２５ｍｍ×７５ｍｍの顕微鏡スライドを用いた場合、１ミクロンのスポットサイズで、２５，０００×７５，０００もの画素要素が形成される。これは、透過レーザ光、反射レーザ光、蛍光発光、または、例えば、カスタム集積回路またはフォトマスクなどの表面における形状をマイクロマシーン加工するなど、画像収集に関して何も行わない光学的処理に対して適用される。
【０１５４】
マイクロマシーン加工するとき、走査顕微鏡は、例えば、１ｃｍ２あたり百万もの画素要素の密度でフォトマスクを形成する上で有用である。別の用途は、アルミニウムなどの導電層を選択的に除去することにより、機能的部品と接続されるカスタム集積回路を形成することである。このシステムは、メモリを修繕する場合など、選択的に接続を蒸発させることにより、構成要素の所望するネットワークを残して、回路を形成する。同様に、レーザエネルギを照射する顕微鏡アセンブリは、変更された表面を読み取る上でも有用である。この光学システムに対するワークピースの位置を決定する必要がある場合、この機能は、半導体レーザの製造、レーザ仕上げ、およびメモリ修繕を行う上で利用される。別の利用は、非破壊端面検出する上で行われる。
【０１５５】
これまで説明したある基本的な貢献は、ここで説明された駆動装置とは異なる装置に適用してもよい。これまで説明した１つまたはそれ以上の貢献を用いて、数多くの他の実施形態が可能であり、期待される。