(57)【要約】  本発明は、駆動制御信号（１２０）を用いて音響光学素子（２００）を駆動制御するための方法に関しており、該駆動制御信号（１２０）は、少なくとも２つの周波数成分から構成される信号値シーケンスを用いたＤＤＳ法を用いて生成される。さらに本発明は、音響光学素子（２００）を駆動制御するための信号発生器（１００）ならびに顕微鏡に関する。
2020518015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動制御信号（１２０）を用いて音響光学素子（２００）を駆動制御するための方法であって、
前記駆動制御信号（１２０）は、少なくとも２つの周波数成分から構成される信号値シーケンスを用いたＤＤＳ法を用いて生成される、
方法。
【請求項２】
前記信号値シーケンスは、各周波数成分の整数周期から構成される、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記信号値シーケンスは、少なくとも３つの周波数成分から構成され、前記周波数成分のうち、２つの周波数成分からなる少なくとも１つの対は、２つの周波数成分からなる他の対と同じ周波数間隔を相互に有する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
２つの周波数成分からなるそれぞれ偶数個の対は、同じ周波数間隔を相互に有する、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記信号値シーケンスは、奇数個の周波数成分から構成される、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記信号値シーケンスにおける最大値を変更するために、特定の時点での複数の周波数成分のうちの少なくとも１つの周波数成分の位相が予め設定される、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記信号値シーケンスの実行のための位相増分（１０３ａ）は、前記音響光学素子（２００）の結晶（２０２）の温度に依存して予め設定される、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記周波数成分は、閾値以下の時間の経過後に信号波形が繰り返されるように予め設定される、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記閾値は、２５０ｎｓである、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記音響光学素子（２００）の帯域幅が設定される、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記音響光学素子（２００）を照明する照明光から複数の照明スポットが生成される、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記信号値シーケンスの実行のための位相増分（１０３ａ）は、前記照明スポットの位置の事前設定のために予め設定される、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
音響光学素子（２００）を駆動制御するための信号発生器（１００）であって、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実施するように構成されている、
信号発生器（１００）。
【請求項１４】
請求項１３記載の少なくとも１つの信号発生器（１００）と音響光学素子（２００）とからなる、
装置。
【請求項１５】
前記音響光学素子（２００）は、音響光学的な調整が可能なフィルタ、音響光学変調器、音響光学偏向器、音響光学ビームスプリッタおよび音響光学ビームコンバイナから選択されている、
請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の装置を備えている、
顕微鏡（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響光学素子を駆動制御するための方法および信号発生器、そのような信号発生器および音響光学素子からなる装置、ならびにそのような装置を備えた顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡法の分野における主要な課題は、使用される方法に依存することなく、１つ以上の所定の波長を有する励起光を提供することにある。顕微鏡法の種類および／または試料の種類に応じて、通常は所定のスペクトル特性を持つべき１つ以上の励起光ビームが必要になる場合がある。
【０００３】
例えば、蛍光顕微鏡法の分野では、蛍光を励起する波長を有する光を使用することが重要である。特に、試料が、異なる励起波長を有する蛍光体を含んでいる場合ならば、様々な波長が必要になる。
【０００４】
共焦点走査顕微鏡法の分野では、特に、特定の波長の強度を適合化させることや特定の波長をオン／オフさせることに関心が向けられる。
【０００５】
この目的のために、音響光学効果に基づく波長選択素子を使用することができる。この種の音響光学素子は、通常、いわゆる音響光学結晶を有しており、この音響光学結晶は、変換器もしくは「トランスデューサ」とも称される音響信号発生器を用いて振動状態に変位させられる。通常、この種の変換器は、圧電材料、ならびにこの材料に接触する２つ以上の電極を備えている。これらの電極を、典型的には１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの間の範囲にある高周波（ＨＦ；無線周波とも称する、ＲＦ(radio frequencies)）に電気的に相互接続させることにより、圧電材料に振動が励起されると、それによって結晶を透過する音波が生じ得る。音響光学結晶は、生じた音波が結晶の光学特性を変化させることで優れている。
【０００６】
そのような音響光学素子に対する例には、音響光学的な調整が可能なフィルタ（ＡＯＴＦ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、音響光学偏向器（ＡＯＤ）、音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）、および音響光学ビームコンバイナ（ＡＯＢＭ）が挙げられる。
【０００７】
音響光学素子を使用する際の特別な課題は、それらの駆動制御である。変換器用の高周波電気信号は、通常、周波数発生器（例えば電圧制御発振器；ＶＣＯ(voltage controlled oscillator)）、位相ロックループ（ＰＬＬ(phaselocked loop)）、またはＤＤＳ（直接デジタル合成(direct digital synthesis)）方式によるシンセサイザにおいて生成され、高周波増幅器を用いて、結晶を振動状態に変位させるための振幅の大きさが十分になるように増幅される。複数の異なる駆動周波数が同時に印加される場合、複数の波長の光ビームを（例えばＡＯＴＦ，ＡＯＢＳ，ＡＯＢＭ，ＡＯＭの場合）同時に偏向させることができ、あるいは複数の光ビーム内に入射する光ビームの波長を、（例えばＡＯＤの場合）様々な方向に同時に偏向させることができる。
【０００８】
複数の周波数を有する駆動制御信号を生成するためには、個々の周波数発生器、例えば各々正弦波信号を生成する例えばＤＤＳシンセサイザを、例えば出力信号のアナログミキシングによって組み合わせることができる。代替的に、例えば国際公開第２０１１／１５４５０１号に示されているようなデジタル重畳も可能である。例示的なＤＤＳシンセサイザは、図１に示されている。
【０００９】
複数の駆動制御周波数が同時に使用される場合、増幅器、トランスデューサ、結晶の非線形性に基づき、あるいは駆動制御周波数間の他のエネルギー交換に基づき、常にビートもしくは強度変動も生じる。これらは、すべての差分周波数および総和周波数で出現し得る。その際、特に障害となるのは、（小さな）差分周波数に基づく回折光の変調であり、したがって、それらは、回折光から導出される測定信号もしくは有用信号の不所望な変調にもつながりかねない。１つの結果は、例えば画像内の縞模様である。
【００１０】
音響光学素子の駆動制御における付加的な問題は、音響光学結晶における温度依存性の音速から結論される。結晶温度が一定値に維持されないかまたは駆動制御信号の周波数が相応に追従制御されない場合、回折パターンがシフトする。周波数追従制御は、例えば独国特許出願公開第１０２００７０５３１９９号明細書が取り上げている。しかしながら、混合信号の場合の周波数追従制御は極端に手間のかかる状況となる。なぜなら、差分周波数および総和周波数が変化するからである。
【００１１】
複数の駆動制御周波数の重畳により音響光学素子を動作させることは望ましい。この場合、回折光の強度の不所望なビートは最小化すべきである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、独立請求項の特徴を有する、音響光学素子を駆動制御するための方法および信号発生器、そのような信号発生器および音響光学素子からなる装置、ならびにそのような装置を備えた顕微鏡が提案される。好適な実施形態は、従属請求項ならびに以下の説明の対象である。
【００１３】
本発明は、音響光学素子のための駆動制御信号が、少なくとも２つの周波数成分から構成される信号値シーケンスを用いたＤＤＳ法を用いて生成される手段に基づいている。したがって、この信号値シーケンスは、既に、駆動制御信号のための２つ以上の周波数からなる所望の周波数組み合わせを含んでいる。そのため、信号発生器もしくはＤＤＳシンセサイザへの装置実装の場合、この信号値シーケンスは、例えばテーブルの形態で記憶装置に格納されている。
【００１４】
この場合、好適には、信号生成は、周波数成分間の差分周波数も確定する１つの信号値シーケンスのみに基づく。例えば、温度追従制御を実施するためには、ＤＤＳ位相増分のみを適合化する必要がある。周波数は自動的に均等に追従制御され、これによって、差分周波数も相応に追従制御される。
【００１５】
信号値シーケンスは、好適には各周波数成分の整数周期から構成される。例えば、信号値シーケンスは、３つの周波数成分の重畳であってもよい。この場合、第１の周波数を有する成分の１０の周期と、第２の周波数を有する成分の１１の周期と、第３の周波数を有する成分の１２の周期とが重畳されている。この例は、もちろん限定を意味するものではないことを理解されたい。また複数の周波数成分のそれぞれ任意の他の組み合わせも可能である。重要なのは、様々な周波数成分の整数周期が重畳されていることのみである。ここにおいて当該実施例で、信号値シーケンスが、位相増分を用いて実行されるならば、周波数比は、位相増分の実際のサイズに相互に依存することなく維持され続ける。
【００１６】
好適な実施形態では、信号値シーケンスは少なくとも３つの周波数成分から構成され、該周波数成分のうち、２つの周波数成分からなる少なくとも１つの対は、２つの周波数成分からなる他の対と同じ周波数間隔を相互に有する。このことは、以下でさらに説明するように、ビートの消滅を可能にする。さらに好適には、信号値シーケンスは、奇数個の周波数から構成されているならば、ビートの消滅は特に簡単になる。なぜなら、それぞれ２つの周波数差分が常に相殺できるからである。このケースに対して、理想的には、２つの周波数成分からなるそれぞれ偶数個の、特に２つの対は、同じ周波数間隔を相互に有する。
【００１７】
さらなる好適な実施形態では、信号値シーケンスにおける最大値を変更するために、特定の時点での複数の周波数成分のうちの少なくとも１つの周波数成分の位相、好適には各位相が、予め設定される。特にこの時点は、第１の信号値によって特徴付けられているため、この位相は開始位相とも称することができる。周波数成分のうちの１つの開始位相［０°〜３６０°］の各変更は、重畳において、他の極大値や極小値を有する他の信号値シーケンスにつながる。好適には、ここにおいて少なくとも１つの開始位相は、信号値シーケンスの最大値が可及的に小さくなるように、もしくは最小になるように予め設定されている。このことは、最大値が小さいほど、より少ない非線形性とビートとが観察されるため有利である。
【００１８】
さらなる好適な実施形態では、信号値シーケンスの実行のための位相増分は、音響光学素子の結晶の温度に依存して予め設定される。説明したように、位相増分の変化は、駆動制御信号の周波数の変化につながる。そのような周波数の温度追従制御は、本発明による方法の場合には特に良好に実施することができる。なぜなら、すべての周波数成分を新たな温度条件に適合化させるためには、位相増分を適合化するだけでよいからである。
【００１９】
好適には、これらの周波数成分は、閾値以下の時間の経過後に信号波形が繰り返されるように予め設定される。閾値が十分に小さい場合には、ビート効果は、例えば画像内の縞模様のような悪影響を及ぼさないため、このことは有利である。
【００２０】
好ましくは、この閾値は２５０ｎｓである。例えば光ビームの直径が１ｍｍで、４．０００ｍ／ｓの音速の場合、信号波形全体は遅くとも２５０ｎｓ後に繰り返されるため、このことも有利である。つまり、光ビームは、常に、完全で反復的な格子区分を「認識」する。
【００２１】
本発明による駆動制御信号は既に複数の周波数成分を有する信号値シーケンスに基づいているが、それにもかかわらず、好ましくは、本発明によって生成された複数のそのような駆動制御信号を、特にデジタル重畳によって重畳してもよい。
【００２２】
基本的には、複数のＤＤＳ出力信号のデジタル重畳の構想を用いることにより、正確に既知の差分および総和周波数を有する複数の周波数を生成することが可能である。この目的のために、すべての信号発生器は、同じクロック発生器によって動作させるべきであろう。特に、正確に同じ周波数間隔を有する複数の周波数を実現させるべきならば、個々の出力周波数の位相増分は、相互に同じ間隔を有するべきであろう。この場合、信号波形全体は、個々の位相増分の最大公約数（ｇｇＴ）によって与えられた時間の経過後、繰り返される。
【００２３】
本発明は、特に好適には、音響光学素子の帯域幅の設定のために、特に拡大のために使用することができ、かつ／または本発明は、以下でさらにより詳細に説明するように、音響光学素子を照明する照明光からの複数の照明スポットの生成のために使用することができる。この場合、これらの照明スポットの位置は、特に位相増分によって変更することができる。
【００２４】
（広帯域の）入射光の波長スペクトルに関する音響光学素子の帯域幅とは（１つ以上の予め設定された高周波が結晶のトランスデューサに印加される場合）、本発明の趣旨では、入射光の波長部分領域のスペクトル幅として理解されるべきであり、そこでは、音響光学素子が、この入射する光を、一次回折次数の特定の固定強度成分に回折する。そのような幅の定義は、例えば、一次回折次数に回折された光において生じた強度経過曲線の半値幅（ＦＷＨＭ）に基づいて行うことができる。実質的に、この強度経過曲線は、バンドパスの強度経過曲線に相応する。
【００２５】
そのように得られた音響光学素子の帯域幅は、結晶のトランスデューサに印加された高周波によって変化する。
【００２６】
本発明のさらなる利点および実施形態は、説明および添付図面から明らかになるであろう。
【００２７】
上述した特徴および以下でさらに説明すべき特徴は、本発明の権利範囲から逸脱することなく、それぞれ提示された組み合わせにおいてだけでなく、むしろ他の組み合わせにおいても、あるいは単独においても使用可能であることを理解されたい。
【００２８】
本発明は、実施例に基づき図面に概略的に示されており、以下ではこれらの図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の好適な実施形態による複数の周波数成分を有する信号波形を有するＤＤＳシンセサイザの概略図
【図２ａ】本発明の好適な実施形態による複数の周波数成分を有する信号波形を示した図
【図２ｂ】適合化された位相関係を有する、本発明の好適な実施形態による複数の周波数成分を有する信号波形を示した図
【図３】適合化された位相関係を有する場合と有さない場合の、本発明の好適な実施形態による複数の周波数成分を有するそれぞれ信号波形を示した図
【図４】共焦点顕微鏡の典型的な要素に関する概要を示した概略図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明の好適な実施形態によるＤＤＳシンセサイザ１００として構成された信号発生器を概略的に示している。
【００３１】
このＤＤＳシンセサイザ１００は、音響光学素子２００の音響光学結晶２０２を駆動制御するために用いられる。この音響光学素子２００は、その他に、結晶２０２を機械的な振動状態に変位させるための圧電変換器２０１を有する。
【００３２】
ＤＤＳシンセサイザ１００の下流側には、特に１つの増幅器１５０、特に調整可能な増幅器１５０が接続され、この増幅器１５０は、ＤＤＳシンセサイザ１００から出力されたアナログ出力信号１２０を増幅するために用いられる。
【００３３】
ＤＤＳシンセサイザ１００は、記憶装置１０１を有する。該記憶装置１０１内には、信号値シーケンスが、例えばリストまたはテーブルの形態で信号値と共に格納されている。この信号値シーケンスは、複数の信号値（すなわち数値）を、例えば出力すべき出力信号１２０の信号波形が表す強度値の形態で有している。例えば、信号値シーケンス２０４８は、出力すべき信号波形の周期を一緒に形成する信号値を含み得る。本発明の図示の好適な実施形態によれば、信号値シーケンスは、２つの周波数成分から構成される。本実施例では、例えば５：６の周波数比を有する２つの正弦波振動の重畳である。
【００３４】
さらに、ＤＤＳシンセサイザ１００は、クロック発生器１０２を有し、このクロック発生器１０２は、固定の周波数を有する、例えば５００ＭＨｚのクロック信号を提供する。このクロック信号を用いて、補間器１０３およびデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１０４は動作する。クロック信号は、好ましくは、ＤＡＣ１０４の最大クロックに一致するかもしくは少なくともこの最大クロックを上回らない。
【００３５】
補間器１０３には、位相増分１０３ａと位相空間１０３ｂとが供給される。
【００３６】
位相空間１０３ｂは、出力すべき値のアドレス空間を定める複数の位相値（ここでは例えば２３６）を含む。位相値の数は、好ましくは、信号値の数の倍数となるべきであろう。この場合、この倍数は、出力信号の最大周波数分解能を定める。
【００３７】
位相増分は、クロックに従って位相カウント値をそれぞれ増加させるために、補間器１０３によってそれぞれ使用される。位相増分が本実施例のように２３２であるならば、２３６の位相値を有する位相空間は、２４＝１６ステップで実行される。
【００３８】
補間器１０３は、ステップ毎に、本実施例ではそれぞれ２０４８／１６＝１２８番目毎に、信号値を求め、この信号値をＤＡＣ１０４に引き渡す。必要に応じて、補間器１０３は、記憶されている信号値からの補間によって、引き渡すべき信号値を決定することもできる。
【００３９】
ＤＡＣ１０４は、クロックに従ってそれぞれの信号値を出力し、このようにしてアナログ出力信号１２０を生成する。
【００４０】
この出力信号１２０の周波数ｆは、ＤＡＣ１０４の出力周波数ｆＤＡＣと、位相増分［１０３ａ］および位相空間サイズ［１０３ｂ］からの商と、の積として生じる。
ｆ＝（ｆＤＡＣ×［ｌ０３ａ］）／（［１０３ｂ］）
すなわち、本実施例では、５００ＭＨｚ×（２３２／２３６）＝５００ＭＨｚ／１６である。
【００４１】
本発明によれば、説明したように、記憶された信号値シーケンスは、複数の周波数成分から構成される。例えば、信号値シーケンスが、３つの周波数の重畳を含めることができるのであれば、それによって第１の周波数の１０の周期と、第２の周波数の１１の周期と、第３の周波数の１２の周期と、が重畳されている。ここにおいて、信号値シーケンスが、位相増分１０３ａを用いて実行されると、３つの周波数が同時に出力される。
【００４２】
ここにおいて、温度変動に基づき、周波数もしくは位相増分の適合化が必要になるならば、「理想的な」周波数比がさらに存在し続け、すべての曲線形態は、再び信号値シーケンスの実行に従って繰り返される。したがって、この場合、厳密には、第１の周波数成分の１０の周期と、第２の周波数成分の１１の周期と、第３の周波数成分の１２の周期と、が実行された。
【００４３】
したがって、最大のビート周期持続時間Ｔは、以下の式、
Ｔ＝（［１０３ｂ］）／（ｆＤＡＣ×［１０３ａ］）
から生じる。それにより、位相増分のすべての値に対して、信号値シーケンスの周波数比から生じる値Ｔが得られる。場合によっては、所望の時間分解能を得るために、正弦波信号値シーケンスに比べて、信号値シーケンスのサイズと位相空間のサイズも拡大する必要がある。位相増分は、このケースでは適合化することができる。なぜなら、ここではまさにＤＤＳテーブルの完全な実行の際に複数の周期が出力されるからである。
【００４４】
例えば、３つの周波数を、１０／１１／１２の比率（簡単化のために１０ＭＨｚ，１１ＭＨｚ，および１２ＭＨｚとする）で出力すべきならば、３つの別個のＤＤＳシンセサイザを備えた従来構造のもとでは、以下のようなパラメーターが選択されるであろう。すなわち、
位相増分１＝１３７４３８９５３０
周波数１＝９．９９９９９９９６５６５７４８００６１０５４２２９７３６３２８１ｅ＋６
位相増分２＝１５１１８２８４８３
周波数２＝１．０９９９９９９９６２２２３２２８０６７１５９６５２７０９９６１ｅ＋７
位相増分３＝１６４９２６７４３６
周波数３＝１．１９９９９９９９５８７８８９７６０７３２６５０７５６８３５９４ｅ＋７
ここで、例えば温度変化に基づいて、すべての周波数を均等に増加させるべきならば、可能な組み合わせは次のとおりである。すなわち、
位相増分１＝１３７４３８９５４０
周波数１＝１．００００００００３８４１７０５６２０２８８８４８８７６９５３１ｅ＋７
位相増分２＝１５１１８２８４９４
周波数２＝１．１０００００００４２２５８７６１８２３１７７３３７６４６４８４ｅ＋７
位相増分３＝１６４９２６７４４８
周波数３＝１．２０００００００４６１００４６７４４３４６６１８６５２３４３８ｅ＋７
その他に、連続的なＤＡＣ出力期間中に位相関係を維持したいのならば、すべての位相増分の変更は同時に、すなわち１／ｆＤＡＣの期間内で、行う必要がある。
【００４５】
それに比べて、本発明の枠内での所望の周波数変更の場合、１つの位相増分を変更するだけでよい。
【００４６】
この簡単な例は（困難を伴う場合でも）別個のＤＤＳシンセサイザを備えた装置を用いてまだ示すことはできるが、図２および図３に示されているような、より複雑な曲線形態の場合、これを実現することはほとんど不可能である。任意の曲線形態を維持し、ＤＡＣ出力期間中に周波数を変更するためには、別個のＤＤＳシンセサイザの場合、存在し得るすべての周波数成分を（例えばＦＦＴによって）分析し、次いで、すべての位相増分を、許容されるステップ幅１／ｆＤＡＣに応じて新たにセットしなければならないであろう。必要とされるＤＤＳシンセサイザの個数は、そのような本発明によらないケースでは、周波数成分の個数に相応する。
【００４７】
それに引き替え、本発明による解決手段は、この目的でも、位相増分の新たな１つの値を必要とするだけである。
【００４８】
ここにおいて図２ａ，図２ｂおよび図３を参照して説明する本発明の発展形態では、個々の周波数成分の位相位置は、好適には、最大限出現する信号値が可及的に小さくなるように予め設定もしくは最適化される。最大値が小さいほど、観察される非線形性とビートとが少なくなる。
【００４９】
図２ａには、５ＭＨｚの同一の周波数間隔を有し、それぞれが値１の同じ振幅を有している、４０ＭＨｚ〜７５ＭＨｚまでの８つの周波数で構成された信号が示されている。時点０では、すべての周波数成分が位相シフトのない正弦波で開始される。その結果、個々の振幅の総和よりもごくわずかだけ小さい（当該実施例ではかろうじて８未満の）最大振幅が生じる。
【００５０】
それとは対照的に、図２ｂによれば、時点０において周波数間で適切な位相シフト、いわゆる開始位相が予め設定されていた。４０ＭＨｚの周波数成分は、時点０において０°の位相シフトで開始され、４５ＭＨｚは２７０°で、５０ＭＨｚは９０°で（すなわち余弦波信号として）、５５ＭＨｚは１８０°で、６０ＭＨｚは１８０°で、６５ＭＨｚは９０°で、７０ＭＨｚは２７０°で、そして７５ＭＨｚは０°で開始される。
【００５１】
この信号は、図２ａと同じ周波数成分からなり、同じ振幅で構成されているが、ここでは最大変位は４を超えることはほとんどない。非線形性がビートを引き起こす原因であると想定した場合、開始位相の最適化は明らかにビートの低減に寄与する。
【００５２】
以下では単なる例示として、本発明に対する２つの用途手段を挙げる。
【００５３】
用途１：複数の照明スポット（マルチスポット）の生成
顕微鏡の照明ビームパスにおける複数の照明スポットおよび／または焦点領域を生成するために、複数の周波数成分を有する駆動制御信号１２０を、照明光を屈折させる音響光学素子２００としてのＡＯＤに印加することができる。例えば、この駆動制御信号は、５ＭＨｚの同一の周波数間隔を有する、４０ＭＨｚ〜７５ＭＨｚの８つの周波数成分から構成され得る。
【００５４】
対応するすべての周波数を用いて信号値シーケンスを定義することにより、光の回折強度は、８つのすべてのスポットに対して時間的に一定に保たれる。位相増分の変更は、８つのすべてのビームの均一な拡張を引き起こし、温度の影響を補償するかまたは画像フィールドもしくはズーム率を設定することができる。
【００５５】
用途２：白色光レーザーにおける帯域幅拡大
音響光学素子２００としてのＡＯＴＦの場合、正弦波駆動制御の帯域幅は、圧電変換器２０１の結晶の幾何学形状およびサイズによって与えられる。回折効率のスペクトル経過は、実質的にｓｉｎｃ関数によって記述される。ここで、帯域幅の内部もしくは近傍に存在する第２の周波数が印加されるならば、それにより、スペクトル的にわずかにシフトした第２のｓｉｎｃ関数に応じて帯域幅が拡大することが予想されるべきであろう。したがって、白色光での照明の場合、スペクトルの大部分が回折される。この種の方法は、独国特許出願公開第１０２０１４００９１４２号明細書に記載されている。ただし、そこでは、帯域幅の範囲内で印加される第２の周波数が特に障害的なビート効果を引き起こすことには触れられていない。２つの周波数の相違が、例えば１ＭＨｚ未満だけならば、ビート持続時間は、１μｓを超える。しかしながら、これは画素の典型的な記録時間である。すなわち、密に隣接する２つの周波数の単純な重畳で、ビートはいずれにせよ明らかに認識可能である。
【００５６】
ここで、解決手段の１つのアプローチは、奇数個の、例えば３つの周波数を次のように重畳することにある。すなわち、２つの周波数からなるそれぞれ偶数個の（好適には２つの）対が、同じ周波数間隔を相互に有するように重畳することである。したがって、開始位相の適切な選択により、周波数１Ｆｒｅｑｕｅｎｚ＿１と周波数２Ｆｒｅｑｕｅｎｚ＿２との差分から生じるビートが、周波数２Ｆｒｅｑｕｅｎｚ＿２と周波数３Ｆｒｅｑｕｅｎｚ＿３との差分から生じるビートに対して逆相で実行され、２つのビートが補償されることが達成され得る。ここでも、唯１つの信号値シーケンス内のすべての周波数の組み合わせは、周波数シフトがあっても周波数比および位相比を維持するために不可欠である。
【００５７】
解決手段のさらなるアプローチは、適切でより複雑な励起信号により、ＡＯＴＦのほぼ任意の帯域幅を生成することにある。基本的に、すべての可能な信号形態は、適切な周波数および位相位置の正弦波信号の線形結合によって示すことが可能である。特にＡＯＴＦの場合に望ましいのは、矩形の伝送比である。これを達成するための１つのアプローチは、例えば正弦波振動とｓｉｎｃ関数との積である。ただし、信号値シーケンスに対する周期的な境界条件が満たされていることに注意する必要がある。すなわち信号波形は、跳躍的変化や折れ曲がりなしで継続されるべきであろう。
【００５８】
所望の帯域幅プロファイルの達成のために必要な信号波形が見つかったならば、この信号波形は、位相増分の簡単な変更によって、様々な波長領域にシフトできる。
【００５９】
図３に、用途２に関連する可能性がある３つの周波数の重畳のさらなる例が示されている。ここでは、３つの周波数が１００／１００．５／１０１の比率で重畳されている。上方の図では、平均周波数の開始位相は０°にあり、下方の図では９０°にある。ここでも、最大振幅に対する開始位相の効果が明らかに見られる。下方の図では、最大振幅は明らかに少なくなっている。
【００６０】
図４は、典型的なコンポーネントを備えた例示的な共焦点顕微鏡を概略的に示している。符号５００は、システム全体を示す。共焦点走査および検出ユニットは符号５０５で示されている。関連する照明装置は、符号５０６で示されている。この照明装置内に、図１による装置が設けられている。照明装置５０６は、走査および検出ユニット５０５に直接接続されているのではなく、むしろ光導波路ファイバ（図示せず）を介して接続されていることも同様に可能である。
【００６１】
符号５０８はレーザー光源であり、このレーザー光源は、光導波路ファイバ５０７を介して照明装置５０６に接続されている。代替的に、レーザー光源５０８は、照明装置５０６に直接接続されてもよい。レーザー光は、照明装置５０６内で必要に応じて音響光学素子を用いて制御される。
【００６２】
符号５０４は、顕微鏡スタンド５０１における共焦点走査および検出ユニット５０５用の光学アダプタを示す。このスタンド５０１の内部には、検査すべき試料５０３を有する試料ステージ５０２が存在している。制御ユニット５０９は、対応する接続線路を介して個々のコンポーネント５０８，５０６，５０５，および５０１と接続を形成する。制御および表示プログラムを備えた計算機は符号５１０で示され、この計算機も、制御ユニット５０９と接続を形成する。
【００６３】
共焦点走査および検出ユニット５０５の内部には、第１の変形形態では、典型的な共焦点ビームパスが配置されており、この共焦点ビームパスは、既知の方法で個々のピンホールとビームスキャナ、例えばミラースキャナとを用いて構築されている。
【００６４】
第２の変形形態では、共焦点走査および検出ユニット５０５の内部には、試料が、１つ以上の照明スポットまたは一方向に延びる照明スポットと同時に照明されるビームパスが存在する。それに応じて、検出すべき光子は、例えば針穴（ピンホール）の幾何学的配置構成を用いて選択される。
【００６５】
検査すべき試料５０３は、顕微鏡光学系を介して照明され、ならびに同じ顕微鏡光学系を介して特にセンサ装置５１１に結像される、このセンサ装置５１１は、共焦点走査および検出ユニット５０５の実施形態に応じて光電子増倍管からなるかまたは光電子増倍管のアレイからなる。図４に示されているシステム５００の機能方法はそれ自体十分に公知であり、それゆえ、本明細書では説明されるべきではない。
【符号の説明】
【００６６】
１００      信号発生器
１０１      記憶装置
１０２      クロック発生器
１０３      補間器
１０３ａ    位相増分
１０３ｂ    位相空間
１０４      デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１２０      出力信号
１５０      増幅器
２００      音響光学素子
２０１      圧電変換器（トランスデューサ）
２０２      音響光学結晶
５００      顕微鏡システム
５０１      顕微鏡光学系を備えた顕微鏡スタンド
５０２      試料ステージ
５０３      試料
５０４      光学アダプタ
５０５      共焦点走査および検出ユニット
５０６      照明装置
５０７      照明用ファイバ
５０８      レーザー光源
５０９      制御ユニット
５１０      制御および表示プログラムを備えた計算機
５１１      センサ装置
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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