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図面 (20)

課題

照明された試料光学的に捕捉するための改良された方法を提供する。

解決手段

照明光が空間的に構造化されて試料1に当たり、試料の複数の画像が試料上の構造の様々な位置で検出器11によって記録され、複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像が計算される方法において、対物レンズ5の瞳内もしくは対物レンズの瞳と共役な平面内9またはその近傍に回折パターンが形成され、回折パターンに対物レンズの瞳内もしくは対物レンズ瞳と共役な平面内またはその近傍で、様々な位相遅延の領域を備える構造化された位相プレート19が割り当てられ、位相プレートは、少なくとも1つの回折次数のために照明光の様々な位相位置を試料上で調整するために移動され、好ましくは変位可能な絞りを介して回折次数が選択され、変位可能な絞りは対物レンズの瞳内もしくは対物レンズの瞳と共役な平面内またはその近傍に配置される。

概要

背景

構造化された照明は、顕微鏡法において、広視野での深度弁別[1](非特許文献1参照)のため、ならびに解像度およびコントラストを高める[2](非特許文献2参照)ために使用される。その際、一般的に格子もしくは他の周期的構造体試料投影され[3](非特許文献3参照)、またはコヒーレント部分ビーム干渉によって干渉パターンが試料内に形成される[4](非特許文献4参照)。照明構造変位させることによって、続いて互いに異なる画像が適切に相互に補正され、これにより光学的断面画像またはコントラストおよび解像度の高められた画像が得られる[5]、[6](非特許文献5及び6参照)。

これらの方法ではすべて共通して、周期的構造の様々な位相位置が試料に投影される。その際、この位相位置をできるだけ精確に制御し、位相位置の異なる調整の間で迅速に切り換えることが望まれる。投影される構造が不精確に変位されると、結像アーチファクト(例えば形成)が生じる恐れがある。したがって位相位置調整の精度、速度、再現性および較正可能性が、構造化された照明のためのこのような方法を実現するための決定的な指標である。

加えて、構造化された照明のための方法のいくつかの実装形態では、とりわけ高解像度変形形態では[7](非特許文献7参照)、投影される構造の向きを回転させることが必要である。

概要

照明された試料を光学的に捕捉するための改良された方法を提供する。照明光が空間的に構造化されて試料1に当たり、試料の複数の画像が試料上の構造の様々な位置で検出器11によって記録され、複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像が計算される方法において、対物レンズ5の瞳内もしくは対物レンズの瞳と共役な平面内9またはその近傍に回折パターンが形成され、回折パターンに対物レンズの瞳内もしくは対物レンズ瞳と共役な平面内またはその近傍で、様々な位相遅延の領域を備える構造化された位相プレート19が割り当てられ、位相プレートは、少なくとも1つの回折次数のために照明光の様々な位相位置を試料上で調整するために移動され、好ましくは変位可能な絞りを介して回折次数が選択され、変位可能な絞りは対物レンズの瞳内もしくは対物レンズの瞳と共役な平面内またはその近傍に配置される。

目的

すなわち、所定の次数を選択または抑制すること、瞳面内においてこの装置の光軸周りで回折次数を回転させること、あるいはまた使用される対物レンズの瞳に回折次数が到達する前に、回折次数間で相対位相を調整することである

効果

実績

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請求項1

照明された試料光学的に捕捉するための方法であって、照明光が少なくとも1つの平面内で空間的に構造化されて該試料に当たり、該試料の複数の画像が該試料上の構造の様々な位置で検出器によって記録され、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像が計算される方法において、該試料の方向で、対物レンズ瞳内もしくは該対物レンズの瞳と共役な平面内またはその近傍に回折パターンが形成され、該回折パターンに、該対物レンズの瞳面において、様々な位相遅延の領域を備える構造化された位相プレート割り当てられ、該位相プレートが、少なくとも1つの回折次数のために照明光の様々な位相位置を該試料上で調整するために移動されることを特徴とする方法。

請求項2

中間画像面内において、空間的な周期的構造体を介して照明光の構造化が行われる、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記構造体がN回の対称性、N=2,4,6,...を有し、前記試料内でN/2の空間方向で構造化を行うために、該構造体が、瞳内または瞳の近傍で、光軸に関して対称照明パターンを形成する、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記位相プレートが、様々な位相遅延を有する少なくとも部分的に円弧状の領域により円形に形成されており、光軸の周りで回転可能である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。

請求項5

前記様々な位相遅延が、様々な屈折率および様々なプレート厚の少なくとも一方によって調整される、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。

請求項6

色補正のために、前記位相遅延が、光軸に対して垂直な方向で変更される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。

請求項7

前記位相プレートが連続的に回転または変位され、画像記録と同期され、先行の領域と位相遅延の異なる領域に達したときに画像記録が行われる、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。

請求項8

前記位相プレートが離散的ステップで回転/変位される、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。

請求項9

変位可能な絞りを介して前記回折次数が選択され、該変位可能な絞りは、対物レンズの瞳内もしくは対物レンズの瞳と共役な平面内またはその近傍に配置されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。

請求項10

前記絞りが、対向する通過開口部を備える円形のマスクであり、光軸の周りで回転する、請求項9に記載の方法。

請求項11

絞りおよび位相プレートが、相互に結合された回転可能/変位可能な2つのエレメント上に配置されている、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。

請求項12

照明された試料を光学的に捕捉するための、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法であって、照明光が少なくとも1つの平面内で空間的に構造化されて該試料に当たり、該試料の複数の画像が該試料上の構造の様々な位置で検出器によって記録され、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像が計算され、構造化された照明作用を該試料上で生じさせる光分布が、瞳内またはその近傍で生じる、方法。

請求項13

前記光分布が、照明方向で前記瞳の前方にある平面内における周期的構造体の回折像に対応する、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記光分布が、ファイバの出力部によって形成される、請求項12または13に記載の方法。

請求項15

前記ファイバの出力部が、マイクロレンズ微小構造体およびコーティングの少なくとも一つを有する、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記構造化の位相位置が、前記ファイバから出射する光の相対位相の変化によって変更される、請求項14または15に記載の方法。

請求項17

前記光分布が、異なるファイバ出力部への切換えによって変更される、請求項14乃至16のいずれか1項に記載の方法。

請求項18

前記照明光のスペクトル組成が変更され、前記瞳面とファイバの出力部との間で中間的結像が行われる、請求項14乃至17のいずれか1項に記載の方法。

請求項19

照明された試料を光学的に捕捉するための、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の方法であって、照明光が少なくとも1つの平面内で空間的に構造化されて該試料に当たり、該試料の複数の画像が該試料上の構造の様々な位置で検出器によって記録され、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像が計算され、回折像または光分布が、瞳面と共役な平面内に形成され、中間的結像によって、複数の反射領域を備える透明なビームスプリッタの平面内に伝達され、該ビームスプリッタが、該回折像または光分布を、該反射領域を介して試料の方向にさらに導く、方法。

請求項20

照明された試料を光学的に捕捉するための装置であって、照明光を少なくとも1つの平面内で空間的に構造化して該試料に当て、該試料の複数の画像を該試料上の構造の様々な位置で検出器が記録し、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像を計算する装置において、該試料の方向で、対物レンズの瞳内もしくはその近傍に、または該対物レンズの瞳と共役な平面内に回折パターンを形成し、該回折パターンに、該対物レンズの瞳面において、様々な位相遅延の領域を備える構造化された位相プレートを割り当て、該位相プレートが、少なくとも1つの回折次数ために照明光の様々な位相位置を該試料上で調整するために移動可能に構成されていることを特徴とする装置。

請求項21

中間画像面内において、空間的な周期的構造体が、照明光を構造化するために配置されている、請求項20に記載の装置。

請求項22

前記構造体がN回の対称性、N=2,4,6,...を有し、前記試料内でN/2の空間方向で構造化を行うために、該構造体が、瞳内または瞳の近傍で、光軸に関して対称な照明パターンを形成する、請求項21に記載の装置。

請求項23

前記位相プレートが、様々な位相遅延を有する少なくとも部分的に円弧状の領域により円形に形成されており、光軸の周りで回転可能である、請求項20乃至22のいずれか1項に記載の装置。

請求項24

前記様々な位相遅延を、様々な屈折率および位相プレートの様々なプレート厚の少なくとも一方によって実現する、請求項20乃至23のいずれか1項に記載の装置。

請求項25

色補正のために、前記位相遅延を、光軸に対して垂直な方向で変更する、請求項20乃至24のいずれか1項に記載の装置。

請求項26

前記位相プレートが連続的に回転可能または変位可能であり、画像記録と同期され、先行の領域と位相遅延の異なる領域に達したときに画像記録を行う、請求項20乃至25のいずれか1項に記載の装置。

請求項27

前記位相プレートが離散的ステップで回転可能または変位可能である、請求項20乃至26のいずれか1項に記載の装置。

請求項28

前記回折次数を選択するための変位可能な絞りが対物レンズの瞳内もしくはその近傍に、または対物レンズの瞳と共役な平面内に配置されている、請求項20乃至27のいずれか1項に記載の装置。

請求項29

絞りが、対向する通過開口部を備える円形のマスクであり、光軸の周りで回転可能である、請求項20乃至28のいずれか1項に記載の装置。

請求項30

絞りおよび位相プレートが、相互に結合された回転可能または変位可能な2つのエレメント上に配置されている、請求項20乃至29のいずれか1項に記載の装置。

請求項31

前記結合が伝達部を介して行われる、請求項30記載の装置。

請求項32

前記絞りおよび位相プレートの少なくとも一方の駆動が、ステップモータによって行われる、請求項30または31に記載の装置。

請求項33

照明された試料を光学的に捕捉するための、請求項20乃至32に記載のいずれか1項に記載の装置であって、照明光を少なくとも1つの平面内で空間的に構造化して該試料に当て、該試料の複数の画像を該試料上の構造の様々な位置で検出器が記録し、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像を計算し、構造化された照明作用を該試料上で生じさせる光分布を形成する手段が、瞳内またはその近傍に設けられている装置。

請求項34

前記光分布が、前記瞳の前方にある中間画像面内における周期的構造体の回折像に対応する、請求項33に記載の装置。

請求項35

前記光分布を、ファイバの出力部が形成する、請求項33または34に記載の装置。

請求項36

前記ファイバの出力部が、マイクロレンズおよび微小構造体およびコーティングの少なくとも一つを有する、請求項35に記載の装置。

請求項37

前記構造化の位相位置を、前記ファイバから出射する光の位相を変化させる手段によって変更する、請求項35または36に記載の装置。

請求項38

前記光分布を、異なるファイバ出力部に切り換える手段が変更する、請求項35乃至37のいずれか1項に記載の装置。

請求項39

前記照明光のスペクトル組成を、切り換える手段が変更する、請求項33乃至38のいずれか1項に記載の装置。

請求項40

前記瞳面とファイバの出力部との間で中間結像を行う、請求項35乃至39のいずれか1項に記載の装置。

請求項41

ファイバの端部を顕微鏡ビーム路に収容/結合するためのプラグインモジュールが設けられている、請求項35乃至40のいずれか1項に記載の装置。

請求項42

前記光を試料の方向に偏向させるためのミラーが設けられている、請求項33乃至41のいずれか1項に記載の装置。

請求項43

前記ファイバの端部が、顕微鏡の瞳の縁部に配置されている、請求項35乃至42のいずれか1項に記載の装置。

請求項44

前記ファイバが光軸に対して垂直に前後に並べて配置されている、請求項35乃至43のいずれか1項に記載の装置。

請求項45

前記ファイバが光軸に対して平行に上下に重ねて配置されている、請求項35乃至44のいずれか1項に記載の装置。

請求項46

照明された試料を光学的に捕捉するための装置であって、照明光を少なくとも1つの平面内で空間的に構造化して該試料に当て、該試料の複数の画像を該試料上の構造の様々な位置で検出器が記録し、該複数の画像から光学的断面画像および解像度の少なくとも一方が高められた画像を計算し、回折像または光分布を、瞳面と共役な平面内に形成し、有利には中間的結像によって、複数の反射領域を備える透明なビームスプリッタの平面内に結像し、該ビームスプリッタが、該光を、該反射領域を介して試料の方向にさらに導く、請求項20乃至45のいずれか1項に記載の装置。

請求項47

前記ビームスプリッタが、瞳内または瞳の近傍に配置されている、請求項46に記載の装置。

請求項48

顕微鏡において用いられる、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の方法。

請求項49

顕微鏡において用いられる、請求項20乃至47のいずれか1項に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、構造化された照明のための方法の実現に関する。

背景技術

0002

構造化された照明は、顕微鏡法において、広視野での深度弁別[1](非特許文献1参照)のため、ならびに解像度およびコントラストを高める[2](非特許文献2参照)ために使用される。その際、一般的に格子もしくは他の周期的構造体試料投影され[3](非特許文献3参照)、またはコヒーレント部分ビーム干渉によって干渉パターンが試料内に形成される[4](非特許文献4参照)。照明構造変位させることによって、続いて互いに異なる画像が適切に相互に補正され、これにより光学的断面画像またはコントラストおよび解像度の高められた画像が得られる[5]、[6](非特許文献5及び6参照)。

0003

これらの方法ではすべて共通して、周期的構造の様々な位相位置が試料に投影される。その際、この位相位置をできるだけ精確に制御し、位相位置の異なる調整の間で迅速に切り換えることが望まれる。投影される構造が不精確に変位されると、結像アーチファクト(例えば形成)が生じる恐れがある。したがって位相位置調整の精度、速度、再現性および較正可能性が、構造化された照明のためのこのような方法を実現するための決定的な指標である。

0004

加えて、構造化された照明のための方法のいくつかの実装形態では、とりわけ高解像度変形形態では[7](非特許文献7参照)、投影される構造の向きを回転させることが必要である。

先行技術

0005

ニールエムエー エー(Neil M.A.A.)、ユスカティス、アール(Juskaitis R.)、ウィルソンティー(Wilson T.):「従来の顕微鏡における構造化された光を用いた光学的断面の取得方法」、Opt.Lett.22(24):1905〜1907、1997
ルーコスダブリュー(Lukosz W.)、マルシャン、エム(Marchand M.)、「回折によって条件づけられた解像限界を超える光学的解像度」、Optica Acta 16、241〜255、1963
ハイツマン、アール(Heintzmann R.)、クリーマー、シー(Cremer C.)、「横方向に変調された励起による顕微鏡法:回折格子を用いることによる解像度の改善」、Proc.of SPIE3568:185〜196、1998
ニール、エム エー エー(Neil M.A.A.)、ユスカイティス、エー(Juskaitis A.)、ウィルソン、ティー(Wilson T.)、「2本のビームの干渉照明によるリアルタイム3D蛍光顕微鏡法」、Opt.Comm.153:1〜4、1998
ハインツマン、アール(Heintzmann R.)、ジョヴィン、ティー エム(Jovin T.M.)、クリーマー、シー(Cremer C.)、「飽和パターン化励起による顕微鏡法−光学的解像度向上のためのコンセプト」JOSA A、19(8):1599〜1609、2002
スタフソン、エム ジーエル(Gustafsson,M.G.L.)、アガルド、ディー エー(Agard,D.A.)、セダト、ジェーダブリュー(Sedat,J.W.)、「構造化された照明による広視野蛍光顕微鏡法横方向解像度倍増」Proc.of SPIE 3919:141〜150、2000
グスタフソン、エム ジー エル(Gustafsson,M.G.L.)、「非線形に構造化された照明による顕微鏡法:理論的無限の解像度をもつ広視野蛍光イメージング」、PNAS 102:13081〜13086、2005

課題を解決するための手段

0006

提案された装置は、従来技術に比べて簡単であり、有利なことに高い走査速度を可能にする。加えて、本発明の1実施形態では、周期的構造の位相シフトの精度が、使用される調整部材の精度に、もはやクリティカルには依存しない。そこでは精度が位相素子品質だけによって規定される。このことは、従来技術に比べて決定的な利点であり、装置の繰り返しの再較正を不要にし、アーチファクトの低減に役立つ。さらに提案された装置は1つの波長領域により動作し、その際に位相シフトと投影される構造の向きもただ1つの機械式アクチュエータにより調整することができる。

0007

以下、導入の基礎となる原理を説明し、その後に本発明による例示的実施形態を詳細に説明する。
文献(以下参照)では、構造化された照明は2種類に分けられている。第1のものは、側方解像度を向上させるために使用することができ、対象空間内に形成される照明構造(例えばライン構造)の向きを変化させることも必要である。構造化された照明の第2の形態は、光学的断面を形成するために使用することができる。この場合、側方解像度の上昇は達成されない(ツァイス社(Zeiss)APOTOM、ドイツ、イエナ(Jena)所在)。本発明は、両方の種類の構造化された照明に、またはそれらの組合せにも使用可能である。

0008

本発明による相応する装置は、試料と共役な平面内に存在し、構造化された照明を試料内に形成する周期的構造(例えば格子)が、対物レンズ瞳内回折分布を形成するとの観察に基づくものである。さらに、瞳内における回折次数直接操作することにより、試料内に形成される照明構造の形状が決定されるという知識が利用される。この場合、回折次数の操作には、以下のことが含まれ得る。すなわち、所定の次数を選択または抑制すること、瞳面内においてこの装置の光軸周りで回折次数を回転させること、あるいはまた使用される対物レンズの瞳に回折次数が到達する前に、回折次数間で相対位相を調整することである。瞳内で回折次数を選択または回転することにより、照明構造の向きに影響を及ぼすことができる。この場合、回折次数間の相対的位相位置によって、構造化された照明の位相位置が制御される。

図面の簡単な説明

0009

試料と共役な中間画像面内に配置された、N=6回の対称性を有する構造(位相構造ハニカム構造)を示す図である。
対物レンズの瞳内またはこれと共役な平面内での典型的な照明分布を示す図である。
絞り構造を示す図である。
図3に示した絞りの上側開口部にはめ込まれる位相構造を示す図である。
瞳内におけるマスク/位相構造の配置を示す図である。
回折次数の選択、および回折次数間の相対位相位置の調整を示す図である。
図1に示された構造によって瞳内に形成される回折分布を示す図である。
色補正を可能にする改変された位相プレートを示す図である。
本装置の色補正に対する位相マスク径方向依存性を示す図である。
複数の空間方向で同時に構造化を行うための、瞳面内(もしくはこれと共役な平面内)またはその近傍にある改変された位相エレメントを示す図である。
蛍光顕微鏡法用の本発明による典型的な装置を示す図である。
伝達部を介して連結された絞りと位相マスクからなる構成を示す図である。
本発明の別の実装形態による装置を示す図である。
構造化された照明の、ファイバに基づいた実装形態を図示するための側面図である。
既存の光学顕微鏡システム改変形態を図示する側面図である。
微小光学モジュール(MOM)を示す側面図(a)、および光軸に対して垂直な視野方向での平面図(b)である。
別の実施形態による装置を示す図である。
色収差補正ビームスプリッタACG)の形状を示す図である。
図1に示された構造によって瞳内に形成される光分布を示す図(a)、およびマスク内における偏光器の向きと、光の好ましい入力直線偏光を示す図(b)である。
図19に示すようなマスク内の偏光器を通る透過率、および出力調節による損失の補正を、回転角関数として示す図である。

実施例

0010

以下本発明を、例示的実施形態に基づき説明する。
第1の例示的実施形態では、位相位置の調整に加えて、試料に投影される構造の向きを変化させることができ、ある範囲内では投影される構造に使用される光の波長から独立である実装形態が選択される。波長独立の特性と、向きの調整が可能なことは、すべての適用例または実装形態に必要なわけではない。したがってこの付加的特性の実現はオプションである。本発明は、3つの特性(位相シフト、向きの変更、波長独立性)のすべてが組み合わされた実装形態を含むが、この組合せに限定されるものではない。

0011

第1の措置として、試料と共役な中間画像面内に周期的構造がはめ込まれる。好ましくはこれは周期的な位相構造である。したがって、ここでもっとも簡単な実施形態は、位相格子ライングリッド)を用いるものであり得るが、2次元の構造も考えられる。

0012

以下、本発明を一実装形態に基づいて説明する。この実装形態では、照明構造をN/2=3の方向に向けることができ、適切な設計により他の数の向きも同様に可能である。
周期的構造として、図1に示すような2次元格子を使用することができる。

0013

図1は、試料と共役な中間画像面内に配置された、この場合はN=6回の対称性を有する構造(位相構造、ハニカム構造)を示す。円形リングは照明を表す。
図1に示された構造は、同様に回折次数の6回の対称性を有する回折パターンを瞳内に形成する。ここで対向する照明の対は、1つの空間方向における構造のそれぞれの向きに対応している。対物レンズの瞳内またはこれと共役な平面内での典型的な照明分布が図2に示されている。

0014

図1に示された構造によって瞳内に形成される光分布。プロットされた点Pは回折次数の位置であり、リングRは瞳の境界を示す。ここで0次の回折次数は好ましくは光軸OA上にある。N=6回対称の場合、照明パターンを光軸周りでφ=360/N=60度だけ回転させると、出力構造が再現されることになる。破線は、1つの空間方向で構造化をもたらす回折次数をそれぞれ結合する。

0015

ここで、別のエレメントが瞳の近傍に、またはこれと共役な平面の近傍に取り付けられる。本発明によればこのエレメントは絞りからなる。この絞りについては後で詳細に説明する。この絞りの役割は、所定の回折次数の選択またはその抑制である。

0016

このような絞り構造が図3に示されている。この絞り構造は、光軸に関して対称に配置された2つの開口部を有し、これら開口部によって占められる角度セグメントの大きさは、回折パターンの対称性によって規定される角度
φ=360/N
にほぼ相当するか、またはそれよりわずかに大きい。2つの開口部は図3には白く示されており、円弧は角度φに相当する。光軸は、破線で示された対称軸交点にある。

0017

位相構造と組み合わせることができ、瞳内またはこれと共役な平面内に配置された絞り構造
本発明によれば、瞳内の回折像中にあって、光軸に関して対向する所定の回折次数だけが絞り調整に応じて選択的に絞りを透過する。したがって絞りの回転によって所定の回折次数を選択し、試料内における照明構造の向きを調整することができる。

0018

図3に示された絞り構造を、図1に示された2次元格子と組み合わせて使用する代わりに、好ましくは1次元だけで構造化された格子(例えばライングリッド)を試料と共役な位置で使用し、光軸周りで回転させることができる。このような格子は、図2に示すように点対を(格子の種類が0次を有するものであるか否かに応じて)形成する。この構成は、2D格子と回折次数を選択するための絞りとの組合せに比べてより高い光効率を有するが、以下の例示的実施形態と比較して格子を回転させるための調整部材を付加的に必要とする。この場合、位相位置のシフトは、2D格子と絞りとの組合せに関して後で説明するのと同様に行われる。

0019

以下、試料内で周期的構造を変位させるために利用できるような、回折次数の相対位相の操作について説明する。
本発明によれば構造化された位相プレートが付加的に使用される。この位相プレートは、瞳の近傍で別個のエレメント上に存在してもよく、また図3に示した絞りの開口部の一方または両方にはめ込むこともできる。一般性を制限することなく、ここではただ1つの位相プレートの使用について説明する。この位相プレートは、図3のマスクの上側開口部にはめ込まれ、絞りとともに1つの機能ユニットを形成する。位相プレートと絞りからなるこのような一体化された組合せが図4に示されている。

0020

図4は、図3に示した絞りの上側開口部にはめ込まれる位相構造を示す。等間隔で分割された円弧の様々なグレー値は、前もって固定して定義されたステップを有する様々な位相遅延に対応する。所与の波長λの場合に、隣接する2つの円弧間の位相差は、
σ=2π/P
である。
ここで位相差2πは、λの光路差に相当する。最低でも位相構造は、3つの調整ステップに対応する3つの異なる位相(0次の次数なし)を有する。試料上で絞りの中央の開口部(図3には図示せず。以下の図も同様)を通る0次の次数を有する場合、少なくとも5つの位相が必要である。

0021

図4には、5つの円弧を含む、P=5の位相ステップに対する位相エレメントが図示されている。本発明の有利な特徴では、位相エレメントの角度セグメントが、
γ=φ/P
の大きさの角度セグメントに分割されている。

0022

瞳内に配置された位相構造を有するマスクが図5に示されている。マスクと位相構造は相互に固定的に結合されており、光軸周りで回転可能に支承されている。
図5は、瞳内におけるマスク/位相構造の配置を示す。ここで瞳縁部は赤い円で示されている。瞳内の回折個所の位置は、図2に緑色で示されている。

0023

図5に示した構造が瞳面内で回転することにより、回折次数が瞳内で選択される。対向する次数だけが(対称に)マスクを通過し、他のすべての次数はマスクの不透明な領域に当たる。これによって、試料内に形成される構造の向きが調整される。さらに、比較的小さな回転ステップにより、位相エレメントの2つの円弧の間で切り換えることができる。このことにより、マスクの対向する2つの開口部の相対位相差が調整される。この機能の働き方は図6に具体的に示されている。

0024

図6は、回折次数の選択、および回折次数間の相対位相位置の調整を示す。
試料内に形成されるライン分布は、部分図a)からc)に向き1を、部分図d)からf)に向き2を有する。なぜなら回折次数の他の対はそれぞれマスクを通過することができるからである。さらに形成される構造のそれぞれ3つの異なる位相ステップが示されている。なぜならマスク構造の2つの開口部を通過する回折次数は、位相プレートのどの円弧にこの回折次数が存在するかに応じて、異なる相対的位相シフトを受けるからである。位相ステップを調整するのに小さな調整距離しか必要でなく、これにより高い速度を達成することができる。加えて、エレメントを連続的に回転させることにより、位相ステップと構造の向きとからなる対応するシーケンスを連続させることができ、このときエレメントの角度位置と画像記録との同期は、相応の角度エンコーダ(Winkelgebers)を使用することにより行うことができる。

0025

相対位相調整の精度は、位相プレートまたはマスクの調整精度角度分解能)に決定的には依存しないことを強調しておく。このことは従来技術[8]、[9]に比べて決定的な利点である。なぜなら本発明では、相対位相ステップの精度が位相プレートの品質だけに依存するだけだからである。したがって較正は不要であり、調整不良も生じ得ない。角度位置決めによって、2つの回折次数が位相プレートの正しい円弧内にそれぞれ存在していることを保証すればよいだけである。このために必要な調整精度および再現性は比較的小さい。したがって本発明の有利な特徴では、この課題は従来のステップモータにより解決することができる。従来技術[8]、[9]と比較して、位相調整のためにピエゾアクチュエータガルバノスキャナも必要でない。このことはコスト的に有利である。

0026

これまで述べた本発明による装置は、使用される光波長に依存し、したがって好ましくは単色光によって動作させるべきである。本発明によれば、提案された装置を、ある波長範囲の全体で動作するように改変することができる。この色補正について次に詳細に説明する。

0027

図7に従って、まず第1の波長(緑色でマークされた回折次数)に対して青色方向に変位された第2の波長(青色でマークされた回折次数)の作用を考察する。ここでは比較的小さな波長は比較的に弱く回折され、したがって光軸から径方向で小さな距離にある。

0028

図7は、図1に示された構造によって瞳内に形成される回折分布を示す。軸上に比較的密に存在する点は比較的長波長λ1の回折次数の位置であり、より外側にある点は比較的短波長λ2の回折次数の位置を示す。リングは瞳の境界を示す。ここで0次の回折次数は好ましくは光軸OA上にある。

0029

本装置の色補正は、図4に示された位相プレートの位相遅延の付加的な径方向依存性によって実施することができる。このことは図8に図示されている。ここで径方向依存性は、次の円弧に(エレメントの回転により)切り換える際に、各波長ごとにそれぞれの波長に対して等しい精確な位相ジャンプが発生するように選択される。

0030

図8は、色補正を可能にする改変された位相プレートを示す。(テキスト参照)。
波長λ1およびλ2の回折次数が、瞳と共役な平面内で光軸から異なる径方向距離r1およびr2の所に存在する。前に述べたように、瞳内の光分布は、図1に示したエレメントによって形成される。次式成立する(図8参照)。

0031

λ1>λ2かつλ1/λ2=r1/r2
図8には、P=5の位相ステップを有する位相プレートの例が示されている。したがって回折次数が距離rの所に存在する任意の波長λに対し、位相プレートによって形成される光路差OPDについて、次式が成立しなければならない。

0032

OPD=λ/P
したがって色補正のための位相プレートは、半径rに比例しなければならない光路差を有しなければならない。本発明によれば位相プレートの径方向依存性は、連続的または擬似連続的とすることができる。複数の離散的固定波長を使用する場合、位相プレートの径方向依存性を区間ごとに一定にすることもできる。

0033

波長を任意に分割する位相プレートの色補正の例が図9に図示されている。ここには位相マスクの1つの円弧だけが図示されている。グレー値は位置に依存する光路長を表す。このような光路長は、例えば可変プレート厚または適切な屈折率プロファイルによって実現することができ、径方向距離rに直接比例する。

0034

図9は、本装置の色補正に対する位相マスクの径方向依存性を示す。光路長は半径とともに(好ましくは)線形に変化する。
上に述べたように色補正は、構造化された照明のための装置の有用な特性であるが、決して必要な特性ではないことを強調しておく。適切に較正することにより、波長に依存する位相ステップを決定することができ、アルゴリズムで相応に考慮することができる。

0035

とりわけエネルギー上の理由から、2つの回折次数を除いて瞳内のすべての回折次数を(これまで述べたように)、絞りを用いてブロックすることはしないのが適切であり得る。この場合、中間画像面にあるエレメントにより回折によって形成される構造化をすべての空間方向で同時に許容することが可能である。この場合、様々な位相位置で記録すべき画像の数は、様々な構造化方向で画像を順次記録する場合と比較して同数のままである。対応する位相位置は、図5に示されたエレメントを、図10に例として示されている完全に透明な(位相)エレメントで置き換えることにより調整することができる。

0036

図10は、上に述べたように複数の空間方向で同時に構造化を行うための、瞳面内(もしくはこれと共役な平面内)またはその近傍にある改変された位相エレメントを示す。図示のマスクの回転によって、構造化方向の位相位置が調整される。ここで位相ステップの数はN/2*Pである。図1(N=6)の構造とP=3により、9つの位相段階が得られる。各セグメントは上に述べたように、径方向の位相プロファイルを有することができ、これにより異なる色に対して等間隔の位相ステップが可能になる。

0037

以下、蛍光顕微鏡法用の本発明による典型的な装置を、図11に基づいて説明する。試料(1)が、位置決め可能な試料ホルダ(3)上に、顕微鏡対物レンズ(5)の前方に取り付けられる。すでに述べた、図5または図10に図示された位相構造(7)を有するエレメントが、顕微鏡対物レンズ(5)の瞳(9)の近傍にまたはこれと共役な平面の近傍に配置されている。さらに平面検出器(11)(例えばCCD)が設けられている。ここで説明する蛍光検出用の装置では、蛍光光励起光を分離するためのメインビームスプリッタ(Hauptfarbteiler)(13)と、放射フィルタ(Emissionionsfilter)(15)が設けられている。マスク(7)はアクチュエータ(17)によって動かすことができ、アクチュエータはマスクを回転するためのステップモータまたはリニア駆動部とすることができる。ここでステップモータは円形のマスクを直接に、または伝達部もしくは他の機械ユニットを介して間接的に駆動することができる。別のマスク(19)が、鏡筒レンズ(21)によって形成される中間画像面内にあり、この中間画像面は試料面(1)と共役である。光源(23)がエレメント(19)を照明する。光源は例えばレーザLED、水銀高圧ランプまたは従来の白熱ランプとすることができる。オプションとして視準光学系(25)を付加的に設けることができる。光源(23)は単色のものでもよく、また複数の波長を同時に、もしくは時間的に順次放射するものでもよい。

0038

本発明の好ましい一実装形態では、位相マスクが、また選択用の絞りも対物レンズの瞳内またはその近傍にある。しかし構造的に瞳は、多くの顕微鏡対物レンズの場合、直接アクセスできない。この場合、自由にアクセスできる中間画像面内にリレー光学系により中間結像を行うことができ、この中間画像面の近傍に位相マスクまたは絞りを配置することができる。

0039

位相マスクが瞳面からどれだけ離れているかに応じて、個々の回折次数(図2参照)の直径が瞳面に対する間隔とともに拡大される。したがって回折次数の接線方向での拡がりが、位相プレートの円弧の最小サイズを規定し、また制限する(図5参照)。本発明によれば、この問題は有利な装置で解決することができる。この有利な装置では、回折次数を選択するための絞りと位相エレメントが、相互に固定結合された2つの異なるエレメント上に配置され、2つのエレメントが光軸周りで回転可能に配置され、伝達部がこの2つのエレメントを連結し、回転速度間の比を設定する。このような装置が、図12に光軸に対して垂直な側面図で図示されている。この装置の利点は、比較的に小さな開口部を備える絞りを、比較的に大きな角度セグメントを有する位相エレメントと組み合わせることができ、両方のエレメントを動かすために1つの個別のアクチュエータ(例えばステップモータ)しか必要でないことである。径方向の色補正も同様に、マスク平面内の回折次数の大きさの影響を受ける。マスク設計の際にはこのことに注意すべきである。したがって一般的には、この作用を最小にするために、マスクをできるだけ離して瞳面内に配置するのが有利である。

0040

図12は、伝達部を介して連結された絞りと位相マスクからなる構成を示す。この構成全体は、対物レンズの瞳内またはその近傍に配置される。回折次数を選択するための絞り(図12の左側)は、図3に図示したような形状を有することができる。位相マスク(図12の右側)は図10に示したような形状とすることができる。伝達部は2つのエレメントを連結し、光軸の近傍に配置するか、または絞りもしくはマスクの縁部に配置することができる。ここで絞りまたはマスクの保持部はそれ自体を歯車として実施することができる。この歯車は光軸周りで回転可能に配置されている。

0041

本発明の別の実装形態によれば、瞳内の光分布を、周期的構造での回折によってではなく、光ファイバを対物レンズの瞳内に配置することによって直接生じさせることができる。このような装置が図13に示されている。ここでは瞳の近傍に、ファイバ光学系(Faseroptiken:FO)のn個(ここではn=6)の出力部が配置されており、これらの出力部はファイバホルダ(Faserhalter:FH)によって定位置に保持される。ここで光軸(optische Achse:OA)は図平面に対して垂直であり、(PB)は瞳境界(Pupillenbegrenzung)を表す。ここでファイバ光学系(FO)の各出力部は微小光学ユニット、例えばマイクロレンズ、構造化された表面または特殊なコーティングを含むことができる。

0042

図13は、光軸(OA)に対して垂直な平面の平面図であり、この図では、ファイバ光学系(FO)のn個の出力部がリング状のファイバホルダ(FH)によって位置決めされている。ここで(PB)は瞳の境界を表す。

0043

瞳内にファイバを配置することの利点は、光を所定のファイバ出力部に切り換えることにより、試料内での照明構造の向きを、非常に迅速に決定できることである。これは、例えば個々のファイバ出力部に割り当てられた光源を電子的に切り換えることにより行うことができる。さらにファイバスイッチ(FSE)は、光を個々のファイバ入力部の間で(切換え可能な光の結合またはブロックにより)迅速に切り換えることができるように構成することができる。

0044

図14は、構造化された照明の、ファイバに基づいた実装形態を図示するための側面図である。対物レンズ(O)の光軸(OA)は、対物レンズの瞳(P)を通って延びる。ファイバ光学系(FO)はファイバホルダ(FH)によって、瞳境界(PB)の近傍に位置決めされ保持される。この図には2つのファイバ光学系だけが図示されているが、それより多数を使用することもできる。ファイバ切換えユニット(FSE)は、光を所定のファイバに切り換えることができ、ファイバ光学系から放射される光の相対位相も調整することができる。

0045

図14には、ファイバ実装形態による、構造化された照明のためのこのような装置が図示されている。側面図が示されており、光軸は図平面内にある。ファイバ光学系(FO)の出力部は対物レンズ(O)の瞳(P)の近傍に配置されており、(PB)が瞳を画定している。図示を簡単にするために、図には2つのファイバしか示されていないが、それより多数を設けることができる。この場合、ファイバ切換えユニット(FSE)は複数の機能を有する。すなわちファイバ切換えユニットは、光源および使用される光の少なくとも一方のスペクトル組成を操作するための手段を含む。さらにこのユニット(FSE)は、光を所定のファイバの組合せに選択的に分配し、またファイバ光学系(FO)のアクティブな出力部間における光の相対的位相位置を制御することもできる。

0046

すでに前に述べたように、対物レンズの瞳は必ずしも常に直接的に接近できないとは限らない。したがって実装形態(例えばファイバ構成または位相プレートの使用)に関係なく、瞳を中間結像からアクセスできるようにすることが必要であり得る。このような中間結像は従来技術であり、中間光学系によって実現することができる。本明細書ではこれまで説明を分かりやすくするために、対応する中間光学系の図示は省略していた。しかし、光学的構成の状況が要求する場合には、この中間光学系を使用することができる。

0047

本発明による別の例示的実施形態は、構造化された照明のための上記方法を実現し、必要とされる照明分布を瞳内に生成するために、光ファイバと微小光学系との組合せを使用する。とりわけ顕微鏡対物レンズでは対物レンズの瞳面が、大抵は対物レンズ内部にあるが、中間結像によって対物レンズの瞳面にアクセスできるようになる。ここに説明する装置は、照明分布の発生と中間結像の課題をとくにコンパクトに実現し、したがってとりわけ既存の顕微鏡システムに組み込むのに適している。図15は、側方のプラグインピット(Einschubschacht:ES)を備える顕微鏡対物レンズ(O)の側面図である。このプラグインピットはしばしば、DIC微分干渉コントラスト(Differential Interference Contrast))プリズムを収容するために使用される。ここで対物レンズ収容部(Objektivaufnahme:OBA)内部の機械的プラグインピット(ES)は、しばしば対物レンズレボルバの一部である。

0048

図15は、既存の光学顕微鏡システムの改変形態を図示するための側面図である。光軸(OA)、対物レンズ(O)、試料(PR)、対物レンズ収容部(OBA)、プラグインピット(ES)。

0049

以下では、好ましくは図15のプラグインピット(ES)の個所に取り付けられ、瞳内に照明分布を形成するという本発明の課題を解決するコンポーネントについて説明する。
図16は、微小光学モジュール(Mikrooptischen Moduls:MOM)を、側面図a)と、光軸に対して垂直な視野方向での平面図b)に示す。ここで微小光学モジュール(MOM)は好ましくはファイバ光学系(FO)に結合され、次の微小光学的コンポーネント、すなわち、光学的光導体光学的ビームスプリッタ、微小光学的集積ミラー、マイクロレンズの組合せを含むことができる。

0050

図16では、ファイバ光学系(FO)が光導体チャネルLLK)に接続されている。モジュール(MOM)全体を図15に示したプラグインピット(ES)にはめ込むことができる。ここでは、このモジュールの上側が対物レンズに向いている。(OA)は対物レンズの光軸を示す。微小光学的集積ミラー(MSP)は、ファイバ光学系(FO)から入力結合された光を偏向させるために使用することができる。マイクロレンズ(MIL)は入力結合された光を放出し、これを好ましくは対物レンズの瞳面(図示せず)内に集束させる。

0051

図16は微小光学モジュール(MOM)を示すためのものである。図a)は顕微鏡対物レンズ(図15)の光軸(OA)に対して垂直な側面図である。b)はモジュールの平面図である。この構成全体を、図15に示したプラグインピット(ES)にはめ込むことができる。(OA)で示される軸ははめ込まれた状態に該当するものであり、図15に定義されている。ファイバ光学系(FO)は光導体チャネル(LLK)と接続されている。微小光学的集積ミラー(MSP)、マイクロレンズ(MIL)および好ましくは円形の透明領域(TRB)。

0052

図16a)の光導体チャネル(LLK)は見やすくするために上下に重ねて配置されて図示されているが、光導体チャネルを平面に配置するのが有利である。透明領域(TRB)は、対物レンズから到来する、検出すべき光に対して透過性である。図16では、透明領域は、マイクロレンズ(MIL)が占める円形領域よりも小さく図示されている。対象物から到来する光は少なくともこの領域を満たす。したがって透明領域が、この個所での最大の照明領域に対応するような大きさに構成されていると有利であり得る。マイクロレンズ(MIL)およびすべてのチャネル(LLK)は損失を引き起こすので、(例えばチャネルを導波路として設計することにより)透過に最適化された構造形式が好ましい。好ましくは、透明領域は、微小光学モジュール(MOM)の基板切欠部として実現される。各マイクロレンズ(MIL)にちょうど1つのファイバ光学系(FO)が割り当てられていると有利である。図16b)には、ファイバ光学系(FO)とマイクロレンズ(MIL)との間の接続を形成する光導体チャネル(LLK)と、微小光学的集積ミラー(MSP)が示されている。微小光学的集積ミラーは詳細にではなく、ライン(LLK)により概略的に示されている。ファイバ光学系(FO)は、図14に示され、当該のテキストに説明されているように、好ましくはファイバ切換えユニット(FSE)と接続される。このファイバ切換えユニットにより、光を個々のファイバ光学系(FO)において狙い通りに切り換えることが可能になり、その際、ファイバ光学系における相対的強度および個々のチャネルにおける光の相対的位相を調整することができる。このようなファイバ切換えユニットはピエゾ・アクチュエータに基づくものとすることができる。対物レンズの瞳面の個所で点状の光分布を形成するために、使用されるマイクロレンズ(Mikrolinsen:MIL)の焦点距離を相応に適合させることができる。

0053

別の例示的実施形態では、一方では中間結像によって瞳にアクセスできるようになっており、他方では([10]に記載されているような)効率の高い色収差補正(achromatischen)ビームスプリッタ(Farbteilers)の使用を可能にする装置が説明される。対応する光学的装置図17に示されている。図1に示されたように構成することのできる周期的構造(periodische Struktur:PS)が照明され、回折像が光学エレメントによって中間面(Zwischenebene:ZE)上に結像される。この中間面は対物レンズの瞳と共役であり、この中間面内に位相エレメント(Phasenelement:PE)も存在する。周期的構造の回折次数は、好ましくは中間面(ZE)に集束される。ここで位相エレメント(PE)は図4、5または8に示したように構成することができ、好ましくは可動に配置されている。位相エレメントの役割は、すでに説明したように回折次数相互の相対位相を調整することである。別の中間光学系によって、中間面(ZE)がビームスプリッタ(Strahlteiler)(ACG)上に結像される。このエレメント(ACG)は図18に示すように、1つまたは複数の反射領域を備える透明の基板からなる。色収差補正ビームスプリッタの原理は[10]に記載されており、詳細は以下のさらなる例示的実施形態で論ずる。ビームスプリッタ(ACG)から励起光(Anregungslicht:AL)が対物レンズ(O)に導かれる。好ましくは蛍光光である検出光(DL)は、ビームスプリッタの透明領域を通過し、対応する検出ユニットに供給される。この検出ユニットは平面センサを含むことができる。好ましくは、色収差補正ビームスプリッタ(ACG)は対物レンズ(O)の瞳内もしくビーム路の共役平面内またはその近傍に配置される。

0054

図17は、本発明と色収差補正ビームスプリッタの概念との有利な組合せを示す。光軸(OA)、対物レンズ(O)、励起光(AL)、検出光(DL)、中間面(ZE)、周期的構造(PS)、位相エレメント(PE)、色収差補正ビームスプリッタ(ACG)。

0055

以下の部分では色収差補正ビームスプリッタ(ACG)[10]に対する例示的実施形態を説明する。この色収差補正ビームスプリッタは図17に対応する装置に使用することができる。図18には、色収差補正ビームスプリッタ(ACG)の2つの変形形態a)およびb)が示されている。これは反射領域(RB)を備える透明基板(TS)である。ここでエレメント(ACG)は、(OA)が光軸と基板(TS)との交点を表し、図17のエレメント(ACG)の対称軸(SA)が図平面に対して垂直になるよう配置されている。2つの変形形態a)およびb)は、a)ではエレメントが光軸(OA)上で反射するが、b)の実施形態では光軸の領域では反射せず、高い透過率を有する点で異なる。光軸の場所は同時に0次の回折次数の位置でもある。変形形態b)では、この個所が透明であることにより0次の次数が反射されず、したがって励起光として試料上に達しない。これによって試料上の照明構造のコントラストを高めることができる。さらに色収差補正ビームスプリッタ(ACG)は、これが構造化の対称軸(SA)に沿って反射領域を有し、したがって所定の回折次数または波長を選択し反射するように構成することができる。エレメント(ACG)が図7に示したように非可動に配置されている場合、このエレメントは1つの空間方向での照明の構造化にだけ使用することができる。構造化方向が回転する場合には、エレメントも同様に回転させる必要がある。同様に、フィルタホイール上に配置されたエレメントを、反射構造の様々な向きでビーム路内まで旋回させることもできる。さらなるオプションは、円形の反射領域を備えるエレメントを図2に示すように複数の方向で使用することである。この場合、この領域の大きさを寸法設定するためには、回折次数の波長に依存する位置と、(AL)によって形成される次数の焦点に対するこの領域の位置に注意すべきである。

0056

図18は、色収差補正ビームスプリッタ(ACG)の形状を示す。透明基板(TS)上に反射領域(RB)がある。対称軸(SA)は、光軸(OA)の交点を通る。回折次数が点として示されており、0次の次数は光軸上にある。

0057

本発明は好ましくは顕微鏡法に使用することができるが、これに限定されるものではないことを付加的に強調しておく。構造化された照明のためのこのような装置は、光学的切断能力があるので、3D結像または3D走査を必要とする他の適用分野でも有益であり得る。例えば表面測定、または例えば内視鏡法のような医学的適用分野である。バイオチップリーダーおよび高スループットスクリーニングも同様に可能な適用分野であり、前記の装置を同様に使用することができる。本発明の適用は顕微鏡法、とりわけ蛍光顕微鏡法および生体細胞の観察の少なくとも一方において有利である。医学分野では例えば、眼の網膜撮像眼底画像形成)が有利な適用例である。

0058

様々な照明方法および試料相互作用を利用することができる。これには例えば蛍光ルミネセンスおよび反射も含まれる。さらに、構造化された照明のための本装置を、公知のTIRF法内部全反射)と組み合わせることができ、この場合は照明の構造化がエヴァネッセント励起光に適用される[12]。これは、回折次数(図2参照)またはファイバ構成(図13)または微小光学モジュール(図16)を瞳内に、生じる角度が対象空間全反射臨界角を越えるように、径方向に間隔をおいて配置することにより達成できる。

0059

本発明の装置用の光源として、様々な実施形態またはその組合せを以下のものから選択することができる。水銀蒸気ランプ(HBO)、レーザ、レーザダイオード発光ダイオードまたは連続光源(白色光源)。本発明の一実装形態では、光源が上記形態の1つをとることができるが、それに限定はされない。

0060

構造化された照明のための前記方法の強調すべき医学的適用例は、眼底画像形成である。
ここでは構造化された照明のための方法を、散乱光およびバックグランド光を低減するために有利に使用することができ、これにより供給される画像のコントラストを格段に高めることができる。さらに眼の網膜の結像では、眼の生理学的状況によって、開口数が制限され、それに伴って解像度も制限される(使用可能な瞳サイズが制限される)。しかし比較的小さなアパーチャを使用することが、光学的解像度が小さくとも、眼の自然の欠陥に基づく結像誤差を低減するためには望ましい。したがって構造化された照明を解像度向上の目的で有効に使用することができる。これにより、システム物理的アパーチャを(困難であり、欠点と結び付いた)増大させずに、網膜の画像を比較的高い解像度で形成することができる。これは、網膜細部(棹状体および錐状体の少なくとも一方)の望ましい解像度をもたらし、したがって医学診断とって追加の利益となる。

0061

論議したすべての適用例にとって重要な特徴は、対象面における構造のコントラストを可能な限り高くする、構造化された照明を形成することである。コヒーレント光を使用することにより、原理的には100%の変調が可能である。とはいえ、顕微鏡法では通例であるように開口数の大きな光学系を使用する場合、偏光は対象面での干渉に対して、ひいては構造化された照明のコントラストに対して重要な役割を演じる。図19に示されているように、最大コントラストは、照明光の偏光が瞳面内における回折次数の結合線に対して垂直(すなわち画像面内における縞構造の位置に対して平行)であるときにだけ可能である。したがって照明光の対応する偏光を、絞りの回転に同期してともに回転させなければならず、あるいはアジマス方向に偏光された光が使用される。前者は、好ましくは、直線偏光された励起光のビーム路内でλ/2プレートを回転させることにより形成することができ、ここでそれぞれの波長板の回転角は、絞り構造の回転角の半分の大きさである。これに対応して、回転可能な波長板を、図11のビーム路内で光源(23)とメインビームスプリッタ(13)との間に設けるべきである。図14から16の光ファイバ構成では、偏光を受けるファイバを適切な向きにすることによって、正しい偏光を得るようにする。アジマス偏光された光は、従来技術で公知の様々な方法によって、線形偏光された光から形成することができ、その1例が[11]に示されている。この偏光状態の光により、とりわけ複数の空間方向で同時に構造化された照明を使用することが可能となる。その代わりに、回転するマスクに偏光器を設けることもできる。この偏光器は図19に示すように線形偏光された光だけを通過させる。これは、回転に依存する光損失を意味し、この光損失は適切な同期光変調によって補償することができる。図20参照。

0062

図19は、図1に示された構造によって瞳内に形成される光分布を(a)に示す。緑色で示された点は回折次数の位置であり、赤色のリングは瞳の境界を示す。矢印により、光の最適の偏光状態が示されている。0次の次数が対象面での干渉に寄与する場合、この次数は、それぞれ破線に沿った高次の次数と同じ対応する偏光を有していなければならない。

0063

(b)は、マスク内における偏光器の向きと、光の好ましい入力直線偏光を示す。
図20は、図19に示すようなマスク内の偏光器を通る透過率、および出力調節による損失の補正を、回転角の関数として示す(0度では偏光器の軸と入力偏光が一致する)。
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