(57)【要約】  光軸（１１）に沿って入射し、光軸（１１）に対して直角に伸びる第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線（５７）の位相面を選択的に形成するために、装置（１）は複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）を備える。装置（１）は装置（１）の少なくとも３つの異なる部分エリア（３〜６）において異なって第１の光線（５７）の第１の位相を遅らせ、装置（１）は光軸（１１）に沿って入射し、第１の直線入力偏光方向に対して及び異なる部分エリア（３〜６）において異なって光軸（１１）に対して直角の第２の直線入力偏光方向を有する第２の光線（５８）の第２の位相を遅らせない。異なる部分エリア（３〜６）は光軸（１１）を中心とする方向（１２）に相互に続き、複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）は、異なる部分エリア（３〜６）の全て、または１つを除く全てに配置される。複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）は、光軸（１１）を中心に１周にわたって、部分エリア（３〜６）のいずれか一方から部分エリア（３〜６）の他のものまでの方向（１２）に増加する程度まで、第１の光線（５７）の位相に対して、第１の入力偏光方向を有する第１の光線（５７）を遅らせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸（１１）に沿って入射し、前記光軸（１１）に対して直角に伸びる第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線（５７）の位相面を選択的に形成するための装置（１）であって、前記装置（１）は、
複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）を備え、
前記装置（１）の異なる部分エリア（３〜６）で異なって前記第１の光線（５７）の第１の位相を遅らせ、
前記光軸（１１）に沿って入射し、前記第１の直線入力偏光方向に対して及び前記異なる部分エリア（３〜６）において異なって前記光軸（１１）に対して直角の前記第２の直線入力偏光方向を有する第２の光線（５８）の第２の位相を遅らせず、
前記異なる部分エリア（３〜６）は前記光軸（１１）を中心とする方向（１２）に相互に続き、前記複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）は、前記異なる部分エリア（３〜６）の全て、または１つを除く全てに配置され、
前記第１の光線（５７）の前記第１の位相は、前記装置（１）の少なくとも３つの異なる部分エリア（３〜６）で異なって遅れ、前記複屈折光学材料（１４〜１７，２６，３３）は、前記光軸（１１）を中心に１周にわたって、部分エリア（３〜６）のいずれか一方から部分エリア（３〜６）の他のものまでの前記方向（１２）に増加する程度まで、前記第１の光線（５７）の前記位相に対して、前記第１の入力偏光方向を有する前記第１の光線（５７）を遅らせることを特徴とする、装置（１）。
【請求項２】
前記第１の光線（５７）の前記第１の位相は、前記装置（１）の少なくとも４つまたは少なくとも６つの異なる部分エリア（３〜６）で異なって遅れることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記異なる部分エリア（３〜６）は、それぞれ、前記光軸（１１）に沿った投影において円分割形状であり、前記光軸（１１）を中心に両方の方向（１２）で近接する部分エリア（３〜６）の円分割形状部に隣接する一部を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記異なる部分エリア（３〜６）の前記円分割形状部は、前記光軸（１１）を中心に同じ角度にわたって延在することを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
【請求項５】
ｎ個の異なる部分エリア（３〜６）では、前記第１の光線（５７）の前記位相の前記遅延の前記程度は、部分エリア（３〜６）のいずれか一方から部分エリア（３〜６）の他のものまで２π／ｎだけ増加することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記複屈折材料（１４〜１７，２６，３３）の前記有効結晶軸（１９〜２１，２８，３５）は、前記第２の光線（５８）の前記位相と比較して前記第１の光線（１７）の前記位相を異なって遅らせる前記異なる部分エリア（４〜６）の全てにおいて、相互に平行に整列されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記異なる部分エリア（３〜６）のそれぞれは、分割位相板（２）の板セグメント（７〜１０）として作られることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項８】
積み重ねられた少なくとも２つの分割位相板（２２，２３，３６，４９）の少なくとも２つの板セグメント（２４，２５，２９〜３２，３７〜４８）は、前記異なる部分エリア（３〜６）のそれぞれにおける前記光軸（１１）に沿って相互に続くことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
前記少なくとも２つの分割位相板（２３，４９）の一方は、前記少なくとも２つの分割位相板（２２，３６）の別のもののｍ倍の板セグメント（２９〜３２，４０，４８）を含み、前記少なくとも２つの分割位相板（２３，４９）の１つのｍ個の板セグメント（２９〜３２，４０〜４８）は、前記少なくとも２つの分割位相板の他方のすべての板セグメント（２４，２５，３７−３９）に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの分割位相板（２２）の前記他方は、２つの板セグメント（２４，２５）を有し、前記第２の光線（５８）の前記位相を同じ量だけ遅らせ、前記第１の光線（５７）の前記位相をπだけ異なる量だけ遅らせ、
前記少なくとも２つの分割位相板（２３）の前記一方は、４つの板セグメント（２９〜３２）を有し、前記第２の光線（５８）の前記位相を同じ量だけ遅らせ、前記４つの板セグメント（２９〜３２）のうちの２つの第１の板セグメント（３０，３２）は、２つの第２の板セグメント（２９，３１）と比較して、π／２だけ異なる量だけ、前記第１の光線の前記位相を遅らせ、前記第１の板セグメント（３０，３２）及び前記第２の板セグメント（２９，３１）は、交互に、前記光軸（１１）を中心とする前記方向（１２）に相互に続くことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
【請求項１１】
前記複屈折光学材料（１４，２６，３３）の光学結晶軸（２７，３４，５０〜５３）は、前記第１の光線（５７）の前記位相及び前記第２の光線（５８）の前記位相を等しく遅らせる前記異なる部分エリア（１）の全てまたは板セグメント（２４，２９，３１，３７，４０，４３，４６）において、前記光軸（１１）に平行に整列されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
全ての異なる部分エリア（３〜６）または各々の前記分割位相板（２２，２３）の少なくとも全ての板セグメント（２４，２５，２９〜３２）は、同じ前記複屈折材料（２６，３３）から作られることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１３】
全ての異なる部分エリア（３〜６）及び随意に全ての分割位相板（２２，２３，３６，４９）の全ての板セグメント（２４，２５，２９〜３２，３７〜４８）は、前記光軸（１１）に沿って同じ延在部を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１４】
第１の状態と第２の状態との間で移行可能である偏光回転子は、前記光軸（１１）上に前記異なる部分エリア（３〜６）の上流に配置され、前記偏光回転子（５４）は、前記第１の状態では、前記第１の光線（５７）の前記第１の直線入力偏光方向の入力光線（５６）の偏光を変え、前記第２の状態では、前記第２の光線（５８）の前記第２の直線入力偏光方向の入力光線（５６）の偏光を変えることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１５】
前記偏光回転子（５４）はポッケルセル（５５）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の装置（１）。
【請求項１６】
蛍光抑制光の第１の光線（５７）及び蛍光励起光の第２の光線（５８）の共通のビーム経路内において、
前記第１の光線（５７）の前記位相面は選択的に形成され、それにより、サンプリングにおいて前記第１の光線（５７）及び前記第２の光線（５８）を一緒に集束させる際に、光度最大値によって囲まれる局所光度最小値を有する前記蛍光抑制光の光度分散、及び前記蛍光抑制光の前記光度分散の前記光度最小値の場所において光度最大値を有する前記蛍光励起光の光度分散が形成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸に沿って入射し、光軸に対して直角に伸びる第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線の位相面を選択的に形成するための装置に関する。具体的には、本発明は、独立項の請求項１の特徴を有する係る装置に関し、同様に、蛍光抑制光の第１の光線及び蛍光励起光の第２の光線の共通のビーム経路における係る装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高解像度走査蛍光顕微鏡法において、蛍光励起光の光線及び蛍光抑制光の光線は、サンプリングで、蛍光抑制光の光度最大値によって区切られる蛍光抑制光の光度最小値と一致する蛍光励起光の光度最大値を作るために一緒に集束する場合、蛍光抑制光の光線の位相面は、この目的のために選択的に変形され得る。この選択的な変形を達成するために、蛍光励起光及び蛍光抑制光の２つの光線は、蛍光抑制光の位相面が変形した後だけ混合し得る。代替として、装置は、装置が蛍光抑制光の光線の位相面を選択的に変形する両方の光線の共通のビーム経路内に配置されることができ、本装置は、蛍光励起光の光線の位相面を変形しない、またはその位相面だけを変形させ、それにより、これは、集束蛍光励起光の中央光度の最大値の形成に影響を及さない。ＳＴＥＤ蛍光顕微鏡法では、この概念はｅａｓｙＳＴＥＤとして既知であり、対応する装置はｅａｓｙＳＴＥＤ位相板として表される。
【０００３】
ｅａｓｙＳＴＥＤ位相板として使用可能な波長及び高偏光感度光学装置及びその使用は、独国特許出願公開第１０２００７０２５６８８号明細書から既知である。光学装置によって、１つの光成分の位相面が変形され、その波長またはその偏光の１つの光成分と異なる別の光成分の位相面は変形しない。光学装置の光学的構成要素は、それがそのアクティブエリアにわたる１つの光成分に選択的に区分するその位相遅延の少なくともπ／２の不連続点または局所変化を含む。具体的には、光学的構成要素の光学的にアクティブエリアは、円の中央エリアと、その中央エリアを囲むように環状に延在する周縁とを含み、そのエリア間では、１つの光成分の位相遅延の差はπである、または、光学的構成要素は１つの光成分に区分し、位相遅延の増加は、その光軸を中心とする円周方向に最大２πまで増加する。係る連続的に増加する位相遅延がある位相板は、また、位相クロックとして表される。２つの光成分がその偏光と異なる場合、光学的構成要素は複屈折光学的特性を有する。複屈折光学的特性を提供するために、光学的構成要素は、液晶が永久配向を有する液晶高分子に基づき得る、または複屈折結晶に基づき得る。２つの光成分はその偏光が異なる場合、空間光変調器（例えば、液晶に基づくもの）は、光学的構成要素として使用され得る。空間光変調器を用いて、直線偏光した第１の光成分の位相面の形状は、幅の制限値の範囲内で設計されることができ、その空間光変調器は、第１の光成分に対して直角に偏光した第２の光成分の位相面を不変のままにする。
【０００４】
ビーム形成用の複屈折装置を有する蛍光顕微鏡は、国際公開第２０１０／１３３６７８号から既知である。ビーム形成用の装置は、そのビーム断面にわたって、蛍光抑制光の光線の偏光分散を形成する複屈折色光学素子を備え、それにより、後に、集束蛍光抑制光は、集束点において光度ゼロ点を有する光度分散を含む。他方では、複屈折色光学素子は、蛍光抑制光の１つの波長よりも別の波長を有する蛍光励起光の光線を、集束蛍光励起光が集束点において最大値を有する程度まで接触させない状態にする。複屈折色光学素子は分割された色度のあるλ／２板から成り、λ／２板の複屈折材料は個々のセグメントのその高速軸の異なる配向を有する。具体的には、色度のあるλ／２板は、光学装置の光軸を中心して、円分割部の１つから円分割部の別のものまで、高速軸の配向において同じサイズ及び同じ差の円分割部を含む。ビーム形成用のこの装置では、集束点における蛍光抑制光のゼロ点の形成は、そのビーム断面にわたる偏光分散に基づいて行われる。
【０００５】
光軸を中心として配置される３つの円分割部から成るｅａｓｙＳＴＥＤ概念を実施するための分割された色度のあるビームの形成装置は、Ｄ．Ｗｉｌｄａｎｇｅｒ他による「Ａ  ＳＴＥＤ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｂｙ  ｄｅｓｉｇｎ」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．１７（１８）、１６１００−１６１１０（２００９）から既知である。蛍光抑制光の光線の波面は異なる円分割部によって異なって遅れ、蛍光励起光の光線の全波面は平面のままである。この目的のために、３つの円分割部のそれぞれは、２つの光学板の材料から成り、その材料の屈折率は、蛍光励起光の波長において等しいが、蛍光抑制光の波長において著しく異なる。光軸に沿って積み重ねられる全ての対の光学板が同じ厚さである場合、蛍光励起光の波長において導入される位相遅延が全ての対に等しく、蛍光抑制光の位相遅延は、２つの光学板と、各対の２つの光学板の関連厚さとの屈折率の差の関数になる。
【０００６】
色度のあるｅａｓｙＳＴＥＤ位相板の全ての既知の概念は、それが励起光及び／または蛍光抑制光の波長の小さな波長エリアにわたって所望の方法だけで効果的であるような不利点がある。さらに、その概念は、例えば、これは、切替可能モジュールによってＲＥＳＯＬＦＴ蛍光顕微鏡法の場合にあり得るように、その波長が異ならないが、その強度が異なる励起光及び蛍光抑制光の光線を異なって形成するのに不適切である。空間光変調器を備える実施形態を除いて、励起光及び蛍光抑制光の異なる偏光を利用しなければならない独国特許出願公開第１０２００７０２５６８８号明細書から既知のｅａｓｙＳＴＥＤ位相板の概念は、再現が可能ではないように不明瞭のままである。
【０００７】
光軸に沿って入射し、光軸に対して直角に伸びる第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線の位相面を選択的に形成するための位相板を有する顕微鏡は、独国特許出願公開第１０２０１２０１０２０７号明細書から既知である。独立項の請求項１の前文の特徴を含む円位相板は、光軸を横断して相互に対面する２つの半円要素から成る。１つの要素は複屈折材料から作られたλ／２板である。他の要素はガラスから成る。λ／２板の異常軸に平行に偏光した光線が位相板を通過する場合、ガラスから作られた要素と比較して、波長の半分だけの位相シフトはλ／２板で生じる。他方では、光線の偏光がλ／２板の異常軸に対して直角である場合、関連の位相遅延が生じない。独国特許出願公開第１０２０１２０１０２０７号明細書は、また、独立項の請求項１の前文に従わない位相板のさらなる実施形態を開示し、位相板は、光軸を中心とする円周方向に相互に続く４つの等しいサイズの円分割形状要素に分割される。その要素は交互にλ／２板、ガラスの要素になり、その状態では、一方の２つのλ／２板及び他方のガラスの要素は光軸を横断して相互に対面する。光軸に対して直角の第１の直線入力偏光方向を有する光線を集束させる際に、光度最大値によって囲まれる局所光度最小値がある光度分散は、位相板を通過する光線の部分と、ガラスの要素を貫通する光線の部分との間のλ／２の位相オフセットに基づいて形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０２５６８８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１２０１０２０７号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１２０１０２０４号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／１３３６７８号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ  ＳＴＥＤ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｂｙ  ｄｅｓｉｇｎ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の問題は、光軸に沿って入射する第１の光線の位相面を選択的に形成するための装置を提供することに関し、ｅａｓｙＳＴＥＤ位相板としての適用では、形成される蛍光抑制光の異なる波長と、形成されない蛍光励起光の異なる波長との両方に適しており、蛍光抑制光及び蛍光励起光は、さらに、等しい波長を有し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の問題は、独立項の請求項１の特徴を含む装置によって解決される。請求項２〜１５は、本発明に従った装置の好ましい実施形態に関する。請求項１６は、本発明に従った装置の使用を対象にする。
【００１２】
本発明の従った装置は、光軸に沿って入射し、光軸に対して直角に伸びる第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線の位相面を選択的に形成する。本装置は複屈折光学材料を備える。本装置は、本装置の少なくとも３つの異なる部分エリア内で異なって第１の光線の第１の位相を遅らせ、本装置は、光軸に沿って入射し、第１の直線入力偏光方向に対して及び異なる部分エリア内で異なって光軸に対して直角の第２の直線入力偏光方向を有する第２の光線の第２の位相を遅らせない。
【００１３】
位相が本装置の異なる部分エリア内で異なって遅れないことは、ここでは及び以下では、実際に、本装置の異なる部分エリア内で、正確に等しく遅れる、または、２πもしくは２πの整数の倍数だけ異なる量だけ遅れることを意味する。これらの特徴の２つの実施形態の変形例（第２の光線の位相が本装置の異なる部分エリア内で異なって遅れない特徴の変形例）は、少なくとも、光の第２のビームのコヒーレンス長が２πの最大値倍数よりも長い限り等しい。
【００１４】
本発明に従った装置では、異なる部分エリアは、光軸を中心とする方向に相互に続く。ここでは、複屈折光学材料は、光軸を中心とする方向に相互に続く異なる部分エリアの全て、または１つを除く全てに配置される。３つの異なる部分エリアに関して、これは、複屈折光学材料が、また、光軸を中心とする方向に相互に続く異なる部分エリアの２つだけに配置され得ることを意味する。
【００１５】
複屈折光学材料は、光軸を中心に１周にわたって、部分エリアのいずれか一方から部分エリアの他のものまで増加する程度まで、第１の光線の位相に対して、第１の入力偏光方向を有する第１の光線を遅らせる。この程度は、具体的には、２πに向かって増加し得、別々のステップにおける部分エリアのいずれか一方から部分エリアの他のものまで位相遅延の増加によって、それ自体の２πの位相遅延の値に到達しない。
【００１６】
したがって、第１の光線に関する位相クロックは、本発明に従って、本装置によって近似化される。光軸を中心する方向に相互に続く２つの異なる部分エリアだけに関して、独国特許出願公開第１０２０１２０１０２０４号明細書から既知である位相板の場合のように、この近似は、まだ、達成されていなく、２つのインゲンマメ形の光度最大値の間の直線形の光度最大値は焦点面内で生じる。好ましくは、第１の光線の第１の位相は、本装置の少なくとも４つの、さらにより好ましくは、少なくとも６つの異なる部分エリア内で異なって遅れ、焦点面内の連続的な環状光度最大値によって、可能な限り点状の光度最小値を区切るようになる。
【００１７】
本発明に従った装置が光線の位相に影響を与えるかどうかは、概して、その波長に依存しないが、その入力偏光方向に依存する。したがって、第１及び第２の光線が第１の入力偏光方向と、それに直角な第２の入力偏光とを有する限り、第１及び第２の光線はさらに等しい波長を有し得る。
【００１８】
可能な限り大きい波長範囲にわたって光線の波長の本発明に従った装置の独立性を確実にするために、複屈折光学材料は、その材料が配置される全ての部分エリア内では、異なる部分エリアのそれぞれが可能な限り大きい波長エリア内のアクロマートの複屈折挙動を表示するような材料の組み合わせで配置される。係るアクロマートの位相板を形成するための適切な材料の組み合わせの組成は、当業者に既知である。
【００１９】
光軸を中心とする方向に相互に続く本発明に従った装置の異なる部分エリアは、それぞれ、光軸に沿った投影において円分割形状であり、光軸を中心に両方の方向に近接する部分エリアの円分割形状部に隣接する一部を有し得る。例えば、円分割形状部を含む装置の部分エリアは、正方形もしくは他の長方形の寸法、またはさらに菱形寸法を有し得る。好ましくは、しかしながら、光線が入射する光学装置のアクティブエリア内では、異なる部分エリアの円分割形状部が位置する。
【００２０】
異なる部分エリアのこれらの円分割形状部は、それぞれ、光軸を中心に同じ角度にわたって延在し得る。具体的には、この場合、第１の光線の位相の遅延の程度は、部分エリアのいずれか一方から部分エリアの他のものまで２π／ｎだけ増加し得、ｎ個の部分エリアは、光軸を中心とする方向に相互に続く。ｎが増加するにつれて、本装置は、そのとき、理想的な位相クロックにますます近くなる。
【００２１】
本発明に従った装置では、複屈折材料の有効結晶軸は、第１の入力偏光方向に対して直角な第２の入力偏光方向を有する第２の光線の位相と比較して、第１の入力偏光方向を有する第１の光線の位相を異なって遅らせる全ての異なる部分エリア内で、相互に平行に整列され得る。ここでは、複屈折材料の有効結晶軸は、これらの有効結晶軸に沿って入力偏光方向を有する光線は、有効結晶軸に対して直角の入力偏光方向を有する光線よりも強くまたは弱くするように遅らせるように定義される。したがって、複屈折材料を低速結晶軸または高速結晶軸は、具体的には、これらの有効結晶軸に属する。本発明に従った装置では、複屈折材料は、第２の光線の位相と比較して、第１の光線の位相を異なって遅らせる全ての異なる部分エリア内でその結晶軸の配向に対して等しく整列され得る。
【００２２】
本発明に従った装置の実施形態では、その異なる部分エリアのそれぞれは、分割位相板の板セグメントとして作られる。しかしながら、好ましくは、少なくとも２つの分割位相板の少なくとも２つの板セグメントは、異なる部分エリアのそれぞれに、それらが光軸に沿って相互に続くように配置され、少なくとも２つの分割位相板が積み重ねられることを意味する。このように、本発明に従った装置は、その異なる部分エリアの全てで同じ厚さを有し得る。
【００２３】
具体的には、少なくとも２つの分割位相板の一方が、少なくとも２つの分割位相板の別のもののｍ倍の板セグメントを含む場合、ｍは正の整数で≧２であり、少なくとも２つの分割位相板の１つのｍ個の板セグメントは、少なくとも２つの分割位相板の他方の各板セグメントに配置されることが好ましい。１つの分割位相板のｍ個の板セグメントの各々は、したがって、少なくとも２つの分割位相板の他の１つの板セグメントをｍ回細かく分割する。ここでは、光軸を中心とする方向に相互に続く本発明に従った装置の部分エリアの合計数は少なくとも、少なくとも２つの分割位相板の１つの板セグメントの可能な限り大きい数である。他の分割位相板が少なくとも２つのセグメントを含み、１つの分割位相板がｍ倍のより多いセグメントを含む事実に起因して、光軸を中心とする方向に相互に続く本発明に従った装置の部分エリアの合計数は、少なくとも２×ｍ、ｍ≧２（すなわち、少なくとも４）である。
【００２４】
本発明に従った装置の実施形態では、分割位相板は、かなり単純方法で作られ得る。例えば、少なくとも２つの分割位相板の他方は、第２の光線の位相を等しい量だけ遅らせ、第１の光線の位相をπだけ異なる量だけ遅らせる、２つの板セグメントを含み得る。そのとき、少なくとも２つの分割位相板の１つは、第２の光線の位相を等しい量だけ遅らせる、４つの板セグメントを含み得、その４つの板セグメントのうちの２つの第１の板セグメントは、２つの第２の板セグメントと比較して、π／２だけ異なる量だけ第１の光線の位相を遅らせ、第１の板セグメント及び第２の板セグメントは、交互に、光軸を中心とする方向に相互に続く。言い換えれば、本デバイスは、λ／２板として有効な１つの板セグメントによって、１つの分割位相板の１つの中間板セグメントによって、λ／４板及び他方の分割位相板の２つの中間板セグメントとして有効な２つの板セグメントによって行われ得る。板セグメントによって形成されるλ／２板及びλ／４板は、また、より高位のλ／２板及びλ／４板であり得、第１の光線の選択的遅延は、各々、λ／２だけではなく、実際には（ｋ×λ＋λ／２）でもあり、また、λ／４だけではなく、実際には、（ｌ×λ＋λ／４）でもあり、ｋ及びｌは相互に独立している正の整数である。
【００２５】
第１の光線の位相及び第２の光線の位相を等しく遅らせる中間板セグメント、または言い換えれば、本発明に従った装置の全ての板セグメントまたは全部の部分エリアは、複屈折材料の光学結晶軸が装置の光軸に平行に整列されるように作られ得る。複屈折材料の光学結晶軸は、この結晶軸に沿って入射する光はその偏光方向と無関係に、等しく位相遅延しているように定義される。しかしながら、概して、中間板セグメントまたは部分エリアは、また、非複屈折材料から作られ得る。
【００２６】
上記の設計原理を本発明に従った装置に適用することによって、本発明に従った装置の全ての部分エリアまたは各々の分割位相板の少なくとも全ての板セグメントは、同じ複屈折材料から作られ得る。既に示されるように、また、それは、全ての部分エリア及び随意にさらに各分割位相板の全ての板セグメントは光軸に沿った同じ延在部を有するように達成することができる。このように、具体的には、良好な前提条件は、装置全体のアクロマートの設計に関して提示される。この理由として、第１及び第２の光線の全ての成分は、光軸を中心とする方向に相互に続く装置の全ての部分エリア内で、また、全てのこれらの部分エリア内で同一の複屈折光学材料の同じ厚さを通過するためである。
【００２７】
複屈折光学材料（具体的には、同じ複屈折光学材料）の異なる方法で偏光した第２の光線の波面を変形させなくても、第１の光線の位相面を選択的に形成するための装置の全ての異なる部分エリアを作る概念では、その光学結晶軸がそれ自体の発明として見なされる装置の光軸に平行に整列されるように、光学的材料は少なくとも１つのエリア内で配置され、これは、異なる部分エリアが光軸を中心とする方向に相互に続くかどうかに関係なく、この方向に複屈折光学材料が光軸を中心に１周にわたって、部分エリアのいずれか一方から部分エリアの他のものまで増加する程度まで、第１の光線の位相に対して、第１の入力偏光方向を有する第１の光線を遅らせるかどうかに関係なく配置される。本発明の単一性のために、本発明自体は、「特許請求の範囲」で別々に請求されていない。本発明自体の可能である定義は、以下を理解したものである。光軸に沿って入射し、光軸に対して直角の第１の直線入力偏光方向を有する第１の光線の位相面を選択的に形成するための装置であって、本装置は複屈折光学材料を備え、本装置は、装置の少なくとも２つの異なる部分エリア内で異なって第１の光線の第１の位相を遅らせ、本装置は、光軸に沿って入射し、第１の直線入力偏光方向に対して及び異なる部分エリア内で異なって光軸に対して直角の第２の直線入力偏光方向を有する第２の光線の第２の位相を遅らせず、全ての異なる部分エリアが同じ複屈折材料から作られることと、複屈折光学材料の光学結晶軸が異なる部分エリアの少なくとも１つの光軸に平行に整列されることとを特徴とし、これにより、複屈折材料は、異なる部分エリアのこの少なくとも１つで、第１の光線の位相と、第２の光線の位相とを等しく遅らせ、随意に、全ての異なる部分エリアは同じ複屈折材料から作られる。本発明自体の実施形態は、請求項のさらなる特徴を含む。請求項の範囲に入らない本発明自体の実施形態では、本装置の異なる部分エリアは、円の中央エリアと、その中央エリアを囲むように環状に延在する周縁とを含み、そのエリア間では、第１の光線の位相遅延の差はπであり、それは、概して、独国特許出願公開第１０２００７０２５６８８号明細書から既知であるようなものである。
【００２８】
本発明に従った装置では、第１の状態と第２の状態との間で移行可能な偏光回転子は、光軸を中心とする方向に相互に続く異なる部分エリアの上流の光軸上に配置され得る。第１の状態では、偏光回転子は、第１の光線の第１の直線入力偏光方向の入力光線の偏光方向を変え、第２の状態では、その偏光回転子は、第２の光線の第２の直線入力偏光方向の入力光線の偏光方向を変える。例えば、偏光回転子は、第１及び第２の入力偏光方向の入力光線の回転偏光を交互に変え得る。特定の実施形態では、偏光回転子は、少なくとも１つのポッケルセルを有する。偏光回転子を実装する他の可能性は、当業者に既知である。
【００２９】
本発明に従った装置は、具体的には、蛍光抑制光の第１の光線及び蛍光励起光の第２の光線の共通のビーム経路内で使用され得る。ここでは、第１の光線の位相面は選択的を形成され、それにより、サンプリングにおいて第１の光線及び第２の光線を一緒に集束させるとき、光度最大値によって囲まれる局所光度最小値を有する蛍光抑制光の光度分散、及び蛍光抑制光の光度分散の光度最小値の場所において光度最大値を有する蛍光励起光の光度分散が形成される。本発明に従った装置のこの使用は、高解像度蛍光顕微鏡法、具体的には、ＳＴＥＤ蛍光顕微鏡法及びＲＥＳＯＬＦＴ蛍光顕微鏡法を実行するために行い得る。
【００３０】
本発明の利点をもたらす進展は、請求項、本明細書、及び図面からもたらされる。本明細書の始めに言及する特徴の利点及び複数の特徴の組み合わせの利点は、例としての役割だけを果たし、これらの利点を得るために必要な本発明に従った実施形態の必要がなくても、代替的または累積的に使用され得る。添付の請求項によって定義されるような保護範囲を変化しなくても、以下は、原出願及び特許の開示に関して適用され、さらなる特徴は、図面から解釈され得る、具体的には、相互に対して複数の構成要素の示された設計及び寸法から、同様に、それらの関連の配列及びそれらの動作接続から解釈され得る。本発明の異なる実施形態の特徴の組み合わせ、または請求項の選ばれた参照と無関係の異なる請求項の特徴の組み合わせもまた可能であり、これにより、動機付けられる。これは、また、別個の図面に示される特徴、または、その図面を説明するときに言及される特徴に関する。これらの特徴は、また、異なる請求項の特徴と組み合わせられ得る。さらに、本発明のさらなる実施形態は、請求項に言及される特徴を有しない可能性がある。
【００３１】
請求項及び本明細書に言及される特徴の数は、副詞「少なくとも」を明示的に使用する必要がなくても、この正確な数と、言及される数よりも大きい数とを対象とすることを理解されたい。例えば、ポッケルセルが言及される場合、これは、正確に１つのポッケルセルが存在する、または２つのポッケルセル、もしくはより多いポッケルセルが存在するように理解されたい。追加特徴は、これらの特徴に追加され得る、または、これらの特徴は、各々の製品の唯一の特徴であり得る。
【００３２】
請求項に含まれる引用符号は、請求項によって保護される内容の範囲を限定するものではない。その唯一の役割は、請求項をより容易に理解させることである。
【００３３】
以下では、本発明は、さらに、図面に示される好ましい例示的実施形態によって説明及び説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】光軸を中心とする方向に相互に続く４つの部分エリアを有する本発明に従った装置の第１の実施形態の軸方向上面図である。
【図２】４つの異なる部分エリアが光軸を中心とする方向に相互に続く本発明に従った装置のさらなる実施形態を構成するために積み重ねられる軸方向上面図のそれぞれにおける２つの分割位相板を示す。
【図３】光軸を中心とする方向に相互に続く９つの異なる部分エリアを有する本発明に従った装置の実施形態を構成するために積み重ねられた２つの分割位相板の図２に対応する図を示す。
【図４】追加の偏光回転子を伴う本発明に従った装置の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１に示される本発明に従った装置１は分割位相板２である。同様に、装置１の４つの異なる部分エリア３〜６のそれぞれは、分割位相板２の板セグメント７〜１０によって形成される。部分エリア３〜６は装置１の光軸１１を中心に配置され、光軸１１を中心とする方向１２に相互にすぐに続く。部分エリア３〜６のそれぞれは、光軸１１を中心として同じ角度（ここでは、９０°）にわたって延在する。部分エリア３〜６は円分割形状として示される。しかしながら、１つの部分エリア４では破線１３が示されるが、破線１３のような線により、部分エリア３〜６のそれぞれ及び対応する板セグメント７〜１０は、例えば、また、正方形または他の長方形の寸法を有し得る。しかしながら、さらにこの場合、それは円分割形状部を含む。
【００３６】
本発明の場合、板セグメント７〜１０のそれぞれは複屈折材料１４〜１７から成り、複屈折材料１４〜１７は等しい場合がある。部分エリア３内の複屈折材料１４はその光学結晶軸が光軸１１に平行に伸びるように配置される。したがって、光軸１１に沿って入射する光線の位相は、光線の偏光に無関係に部分エリア３内で遅れる。したがって、代替として、部分エリア３内の板セグメント７は、また、非複屈折材料から作られ得る。板セグメント８は、光軸１１に沿って入射し、複屈折材料１５の有効結晶軸１９に沿って伸びる直線入力偏光方向を有する第１の光線のためのλ／４板を構成し、これにより、板セグメント８は、光線がπ／２だけ部分エリア３を通過する限りにおいて、光線の位相に対して、光線が部分エリア４を通過する限りにおいて、この光線の位相を遅らせる。有効結晶軸１９及び光軸１１に対して直角の直線入力偏光方向を有する第２の光線に関して、部分エリア３及び４内のこれらの異なる位相遅延は発生しない。
【００３７】
部分エリア５内の複屈折材料１６は、有効結晶軸１９に平行に伸びる有効結晶軸２０を含む。光軸１１に沿って入射し、有効結晶軸１９及び２０に沿って直線入力偏光方向を有する第１の光線に関して、板セグメント９は、部分エリア３と比較して、この光線の位相が部分エリア５内でπだけ遅れるように、λ／２板を形成する。しかしながら、光軸１１及び有効結晶軸１０に対して直角の入力偏光方向を有する第２の光線の位相は、また、部分エリア３内とは別の方法で、この部分エリア５内では遅れない。部分エリア６内の複屈折材料１７は、有効結晶軸１９及び２０に平行に伸びる有効結晶軸２１を有する。有効結晶軸１９〜２１に沿って直線入力偏光方向を有する第１の光線に関して、板セグメント１０は、その位相が部分エリア３と比較して３π／２だけ遅れるように３λ／４板を形成する。光軸１１及び有効結晶軸１９〜２１に対して直角に伸びる直線入力偏光方向を有する第２の光線に関して、この効果は、部分エリア３内と比較して追加の位相遅延が部分エリア６内でさらに生じないように発生しない。
【００３８】
要約すれば、装置１は、有効結晶軸１９〜２１に平行な光軸１１に対して直角に伸びる入力偏光方向を有する第１の光線に関して、π／２のステップで、部分エリア３から開始する方向１２に増加する位相遅延の離散化位相クロックを形成する。光軸１１及び有効結晶軸１９〜２１に対して直角に伸びる直線入力偏光方向を有する第２の光線に関して、しかしながら、その位相の異なる効果が異なる部分エリア３〜６で生じない。しかしながら、これは、２πの整数の倍数だけ異なる位相遅延が異なる部分エリア３〜６内で生じることを除外しない。
【００３９】
具体的には、装置１は、ｅａｓｙＳＴＥＤ位相板として使用され得、装置１は、光軸１１及び有効結晶軸１９〜２１に対して直角な直線入力偏光方向を有する蛍光励起光が影響を受けない状態にし、これにより、装置１は、蛍光励起光の光度最大値が集束をもたらすように、下流の物体レンズによって集束され、装置１は、有効結晶軸１９〜２１に沿って直線入力偏光方向を有する蛍光抑制光の位相面を変形させ、それにより、集束されるとき、装置１は、励起光の光度最大値の場所において、全方向で焦点面内の蛍光抑制光の光度最大値によって区切られる局所光度最小値（好ましくは、ゼロ点）を形成する。
【００４０】
図２は、装置１を達成するために、光軸１１の方向に積み重ねられる方向に２つの分割位相板２２及び２３を示し、装置１は、その４つの部分エリア３〜６では、有効結晶軸に沿って直線入力偏光方向を有する第１の光線に対して同じ異なる位相遅延を選択的に生じさせる。分割位相板２２は、各々、結果として生じる装置１の２つの部分エリア３及び４と、５及び６とにわたってそれぞれ延在する、２つの板セグメント２４及び２５だけを有する。板セグメント２４及び２５の両方は同じ複屈折光学材料２６から成り、それらは、光軸１１に沿って同じ材料厚を有する。板セグメント２４では、複屈折材料２６の光学結晶軸２７は、光軸１１に平行に整列される。板セグメント２５では、複屈折材料２６の有効結晶軸２８は、図１によると、有効結晶軸２０及び２１に平行に伸びる。ここでは、板セグメント２５は、光軸１１に沿って入射し、有効結晶軸２８に平行な入力偏光方向を有する第１の光線のためのλ／２板を形成する。
【００４１】
上方または下方から分割位相板２２上で光軸１１に沿って積み重ねられる分割位相板２３は、４つの板セグメント２９〜３２を含む。当然ながら、装置１では、板セグメント２９及び３０は板セグメント２４を対象とし、板セグメント３１及び３２は板セグメント２５を対象とする。全ての板セグメント２９〜３２は、同じ複屈折光学材料３３から成る。複屈折光学材料３３は、複屈折光学材料２６に同一であり得る。全ての板セグメント２９〜３２では、複屈折材料２３は、光軸１１に沿って同じ材料厚を有する。板セグメント２９及び３１では、複屈折材料２３の光学結晶軸３４は、光軸１１に平行に整列される。板セグメント３０〜３２では、複屈折材料３３の有効結晶軸３５は、図１によると、有効結晶軸１９及び２１に平行に伸びる。板セグメント３０及び３２は、それぞれ、光軸１１に沿って入射し、有効結晶軸３５に平行な入力偏光方向を有する第１の光線のためのλ／４板を形成する。
【００４２】
２つの分割位相板２２及び２３を積み重ねることによって、図１によって説明されている部分エリア３〜６の位相遅延が生じる。それは、部分エリア３〜６のそれぞれの光軸１１に沿った同じ材料厚によって、板セグメント２５によって従来のλ／２板と、板セグメント３０及び３２によって２つの従来のλ／４板とを形成することによって達成する。
【００４３】
図３は、２つの分割位相板が積み重ねられる装置１の結果として生じる異なる部分エリア３〜６のいくつかに関する、図２に従った概念を向上させたものを示す。図３によると、分割位相板３６は３つの板セグメント３７〜３９を備え、板セグメント３７〜３９のそれぞれに、各々、より高位の分割位相板４９の３つの板セグメント４０〜４２、４３〜４５、及び４６〜４８は、積み重ねられて配置される。ここでは、板セグメント３７、４０、４３、及び４６の光学結晶軸５０〜５３は、それぞれ、光軸１１に平行に配置され、残りの位相板は、光軸１１に沿って入射し、図３の水平方向に伸びる直線入力偏光方向を有する第１の光線に関して、選択的に、図３に示される遅延値を有する位相板を形成する。この直線入力偏光方向を有する第１の光線に関して、光軸１１を中心に図１に従った方向１２において２π／９のステップで増加する位相遅延を有する離散化位相クロックは、分割位相板３６及び３９のスタックから生じる。
【００４４】
２段組「第１の分割位相板」では、以下の表１は、図３に従った分割位相板３６によって生じる複屈折材料の有効結晶軸に調節される直線入力偏光方向を有する第１の光線に関する位相遅延を示す。表題「第２の分割位相板」がある２段組は、図３に従って、分割位相板４９の板セグメントによって達成する位相遅延を記録したものである。表題「第３の分割位相板」がある３番目の２段組はさらに、さらに積み重ねられた位相板の板セグメントによって、さらに可能性のある位相遅延を加えたものである。装置全体の合計２７個の異なる部分エリア内の有効結晶軸に対して調節される直線入力偏光方向を有する第１の光線に関する位相遅延は、ここでは、表１の各々のラインにわたって合計として生じる。位相遅延は、２πに向かう２π／２７のステップでは、図１に従って、方向１２の光軸１１を中心に１回転増加する。
【００４５】
【表１】
2020535460.tif 000003
【００４６】
図４は、２つの積み重ねられた分割位相板２２及び２３を伴う図２に従った実施形態に総体的に対応する装置１を示し、偏光回転子５４が部分エリア３〜６の上流に配置される。例えば、偏光回転子は、ポッケルセル５５として作られ得、交互に、相互に対して直角に及び光軸１１に対して直角に伸びる直線入力偏光方向の入力光線３６の回転入力偏光を変え得る。したがって、第１の光線５７は、分割位相板２２及び２３の有効結晶軸と、第２の光線５８とに沿って伸びる入力偏光方向を有し、第２の光線５８の直線入力偏光方向は、交互に偏光回転子５４の外に出る分割位相板２２及び２３の複屈折材料の有効結晶軸に対して直角に伸びる。
【符号の説明】
【００４７】
１  装置
２  分割位相板
３  部分エリア
４  部分エリア
５  部分エリア
６  部分エリア
７  板セグメント
８  板セグメント
９  板セグメント
１０  板セグメント
１１  光軸
１２  方向
１３  破線
１４  複屈折材料
１５  複屈折材料
１６  複屈折材料
１７  複屈折材料
１８  光学結晶軸
１９  有効結晶軸
２０  有効結晶軸
２１  有効結晶軸
２２  分割位相板
２３  分割位相板
２４  板セグメント
２５  板セグメント
２６  複屈折材料
２７  光学結晶軸
２８  有効結晶軸
２９  板セグメント
３０  板セグメント
３１  板セグメント
３２  板セグメント
３３  複屈折材料
３４  光学結晶軸
３５  有効結晶軸
３６  分割位相板
３７  板セグメント
３８  板セグメント
３９  板セグメント
４０  板セグメント
４１  板セグメント
４２  板セグメント
４３  板セグメント
４４  板セグメント
４５  板セグメント
４６  板セグメント
４７  板セグメント
４８  板セグメント
４９  分割位相板
５０  光学結晶軸
５１  光学結晶軸
５２  光学結晶軸
５３  光学結晶軸
５４  偏光回転子
５５  ポッケルセル
５６  入力光線
５７  第１の光線
５８  第２の光線
【図１】
2020535460.tif 000004
【図２】
2020535460.tif 000005
【図３】
2020535460.tif 000006
【図４】
2020535460.tif 000007
【国際調査報告】
2020535460.tif 000008
2020535460.tif 000009
2020535460.tif 000010
2020535460.tif 000011
2020535460.tif 000012
2020535460.tif 000013