JP2019509522A - 時空間光変調結像システム、物体を共焦点結像させるための方法、およびキャリア・ホイール装置 - Google Patents

Abstract

物体(1)を共焦点結像させる時空間光変調結像システム(100)は、ミラー要素のアレイを有する光変調マイクロミラー・デバイス(110)、マイクロミラーデバイスからの照射光を物体上に集束させ照射光に応答して物体に形成された検出光をマイクロミラー・デバイスに向ける配置された結像光学系(120)、及びミラー要素及び第１光軸(143)上の第１光中継装置(140)を通って進む検出光とミラー要素及び第２光軸(153)上の第２光中継装置(150)を通って進む検出光とを収集するよう配置されたカメラ装置(130)を含む。複数対の第１と第２のダイクロイックビームスプリッタ(211)と複数対の第１と第２のエミションフィルタ(221)を支持するキャリア・ホイール装置(200)が設けられ、キャリアホイール装置は第１と第２光軸に対する各動作位置に調整可能であり、筐体(111)が設けられる。又、光学部材(211,221)を支持するキャリアホイール装置、物体を共焦点結像させる方法が開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、時空間光変調結像システム（結像系）（spatio-temporally light modulated imaging system）に関し、特に調査対象または調査中の物体（オブジェクト）を共焦点結合させるよう構成された時空間光変調結像システムに関する。さらに、本発明は、その時空間光変調結像システムを用いて物体を共焦点（コンフォーカル）結像させる方法に関する。さらに、本発明は、時空間光変調結像システムまたは別の光学システムに含まれる、複数の光学部材を支持するためのキャリア・ホイール装置、特にフィルタ・ホイール装置、に関する。

本発明の適用例は、例えば共焦点顕微鏡法および／または分光法の分野において有用である。

欧州特許出願公開第２３６９４０１号には時空間光変調結像システム（プログラム可能なアレイ顕微鏡、ＰＡＭ）が開示されており、そのシステムは、例えば欧州特許出願公開第２３６９４０１号の図１および４に示されているような、光変調マイクロミラー・デバイス（装置）と、結像光学系と、少なくとも１つの光中継装置（光リレー・デバイス）と、少なくとも１つの検出器カメラを含むカメラ装置（デバイス）とを含んでいる。これらの構成要素または部品は、調査対象の物体内の焦点面において照射に応答して生成される光を収集するために、共役の（conjugate：対をなす）複数対の照射および検出開孔（アパーチャ）を有する点またはパターン走査システムを使用する共焦点（または光断層（optical sectioning））顕微鏡技術を実現するよう構成されおよび作動させられる。例えばマイクロミラー・デバイス（または“ＤＭＤ”、デジタル・ミラー・デバイス）のような空間光変調器を使用する走査システムは、欧州特許出願公開第９１１６６７号および欧州特許出願公開第９１６９８１号に記載されているように、物体の焦点平面における各共役位置に集束された各照射スポットのパターン・シーケンスを用いてＤＭＤを使用し、一方、それと同時に（並行して）各共役位置からの検出光を検出光カメラで収集し、それとは別に同時に（並行して）試料における各非共役（“焦点外れの”）位置から発する検出光を収集する。共役画像と非共役画像の各信号を組み合わせることによって、得られるべき複数の光断層画像が形成される。時空間光変調結像システムは、“拒否された”信号も保持されて利用されるという点で通常の共焦点構成を超える二重経路システムを使用し、その結果、その得られる共焦点画像化（結像）は光断層画像化（結像）（optical sectioning imaging）と称される。ＤＭＤを用いる通常の結像システムでは、データ捕捉速度、空間解像度（分解能）および光効率の点で実質的なまたは充分な利点が得られるが、その結像システムの実際の適用は、以下の複数の制限に起因して規制される。

第１に、欧州特許出願公開第２３６９４０１号の通常の結像システム（結像系）は、構成要素間で伸びる光路長を含む複雑な光学設定構成を有し、その結果、約１ｍ^２の設置面積（フットプリント）を有する大きい構造が得られる。構成要素間で伸びるその光路長は、結像システムを相異なる顕微鏡法結像作業（課題）に適合化させるための充分な空間を有するのに必要であると考えられた。特に、特定の各組成を有する相異なる各物体を結像させまたは画像化するには、照射光波長範囲および少なくとも１つの検出器カメラの検出波長範囲を適合化させることが必要となる。その照射光および検出光が共通の各光軸に沿って進むので、交換可能なダイクロイック（二色性）反射器（リフレクタ）およびエミション（放出）フィルタが必要であり、これには、通常の結像システムにおいてその交換および位置合せのための充分な空間が必要とされる。さらに、通常の結像システムを結像作業（課題）に適合化させる必要があるので、それ（システム）は暗い環境で使用される開放的構造として提供された。その結果、通常の結像システムは、専門家ユーザのみによって実験室で使用されるよう適合化された。

上述の制限は、記載された時空間光変調結像システムだけで生じるのではなく、複雑な光学設定構成を有し例えばフィルタまたはダイクロイック・ビーム・スプリッタのような交換可能な複数の光学部材を必要とするその他の光学システム、例えば顕微鏡または分光装置でも生じる。

欧州特許出願公開第２３６９４０１号 欧州特許出願公開第９１１６６７号 欧州特許出願公開第９１６９８１号

本発明の目的は、通常の結像（画像化）システムの制限を解消することができる、改良された時空間光変調結像システムを実現することである。特に、その結像システムでは、サイズ（大きさ）の減少、実験室または産業における適用範囲の拡大、ユーザの技能に対する要求の低減、および／またはその結像システムを相異なる結像作業（課題）に適合化させるための機能（能力）の簡易化が得られることとなる。さらに、本発明の目的は、複数の照射スポットのパターン・シーケンスを用いた物体の照射による通常の共焦点結像の限界を回避できる、物体の共焦点結像（画像化）（光断層結像（画像化））の改善された方法を実現することである。さらに、本発明の目的は、通常の光学システムの限界を解消することができる、改良されたキャリア・ホイール装置を実現することである。特に、そのキャリア・ホイール装置は、小型のシステム構造、および相異なる作業（課題）に光学システムを適合化させる高い柔軟性を実現することが可能となるものである。

発明の概要
これらの目的は、独立請求項の特徴を含む、結像システム、共焦点結像させる方法、およびキャリア・ホイール装置によって達成（解決）される。本発明の好ましい実施形態および適用例が従属請求項に記載されている。

本発明の第１の一般的な態様によれば、上述の目的は、時空間光変調結像システムによって、特に、調査対象の物体の焦点面における各共役位置に集束された複数の照射スポットのパターン・シーケンスでの物体の照射を用いて、調査対象の物体を共焦点結像させるよう構成し、一方、同時に（並行して）、カメラ装置（デバイス）で各共役位置（配置）からの検出光および各非共役（“焦点外れ”）位置からの幾つかの光信号を収集するよう構成された時空間光変調結像システムによって、達成（解決）される。この目的のために、その結像システムは、例えばＤＭＤのような光変調マイクロミラー・デバイス、結像光学系（素子）、第１および第２の光中継装置（デバイス）、およびカメラ装置を含んでいる。照射に使用されない光変調マイクロミラー・デバイスの各ミラー要素は、排他的に各非共役（“焦点外れ”）位置のみからの光を収集する。結像システムの第１および第２の光軸に沿って捕捉される各信号の適切な組合せによって、光断層（“共焦点” ）画像（結像）が得られる。任意に、その結像システムは、一体化された構成要素（部品）としての照射装置を含んでもよい。代替形態として、結像システムは、別個の照射装置と組み合わされてもよい。

その結像光学系（素子）は、マイクロミラー・デバイスから変調器平面に垂直（直角）な変調器光軸に沿って進む照射光をその調査対象の物体に集束させ、およびその照射に応答して物体において生成された検出光を変調器光軸に沿ってマイクロミラー・デバイスに向けて方向付けるよう配置される。マイクロミラー・デバイスの複数のミラー要素の各々は、カメラ装置に向う第１および第２の光軸を規定（画定）する第１および第２の光中継装置のうちの一方と、変調器光軸との間に、反射器として配置される。それと同時に（並行して）、第１および第２の光中継装置は、各ダイクロイック・ビーム・スプリッタを介して結合された照射光を第１および第２の光軸上にマイクロミラー・デバイスに向けて方向付けるように使用される。

カメラ装置は、第１および第２の光軸のうちの一方に沿って、マイクロミラー・デバイスの複数のミラー要素と、第１および第２の光中継装置のうちの一方とを介して進む検出光を収集するよう配置される。調査対象の物体において後方散乱された照射光を遮蔽するために、各ダイクロイック・ビーム・スプリッタとカメラ装置の間に第１および第２の光軸に各エミション・フィルタ（emission filters：放出フィルタ、吸収フィルタ）が配置される。

さらに、結像システムは、マイクロミラー・デバイス、カメラ装置および照射装置を制御するよう配置された制御装置が設けられて、物体が照射スポットのパターン・シーケンスで照射され検出光が物体内の相異なる領域から収集されて、収集された検出光に基づいて複数の共焦点画像を再構成することができるようにされる。

本発明によれば、結像システムは、さらに、キャリア・ホイール（carrier wheel：支持体車輪）装置を含んでおり、そのキャリア・ホイール装置は、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数対の第１および第２のエミション・フィルタを支持するよう配置されており、また、そのキャリア・ホイール装置は、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタの中の１対のスプリッタと、複数対の第１および第２のエミション・フィルタの中の１対のフィルタとが、同時にそれぞれ第１の光軸および第２の光軸に配置されるように、調整可能である。各１対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタは、互いに等しいスペクトル特性を有し、即ち、それぞれ反射されまたは透過（伝達）される等しい波長領域を有し、および／または、各１対の第１および第２のエミション・フィルタは互いに等しいスペクトル特性を有し、即ちそれぞれ等しい遮断（カットオフ）波長を有することが、好ましい。代替的に、他の適用例について、例えば、エミション・スペクトルを捕捉するために、互いに対向（両側）位置にあるフィルタおよび／またはダイクロイック・ビーム・スプリッタは、収集された画像に基づいて光学切片（断面、断層）を得るための相異なるスペクトル特性を有することができる。

キャリア・ホイール装置は複数の動作（使用）位置を有し、その際、各動作位置において、第１および第２の入力ポート（入口）からの照射光を、特に第１および第２の光源装置からの照射光を、第１および第２の光軸上へ、第１および第２の光中継装置に向けてさらにマイクロミラー・デバイスへと方向付けるように、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ中の異なる１対のスプリッタが、第１および第２の光軸にそれぞれ配置される。それと同時に、複数対の第１および第２のエミション・フィルタ中の異なる１対のフィルタが、各動作位置で第１および第２の光軸において、それぞれその１対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタとカメラ装置の間のその区域に配置される。

利点として、その選択された１対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびその選択された１対の第１および第２のエミション・フィルタは、第１のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび第１のエミション・フィルタが第１の光軸に配置され、第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび第２のエミション・フィルタが第２の光軸に配置される形態で、互いに隣接するようにキャリア・ホイール装置に配置することができる。キャリア・ホイール装置は、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミッション・フィルタからなるコンパクトな配置構成を形成し、また、キャリア・ホイール装置は、キャリア・ホイール装置の動作位置を調整することによって異なる複数対のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または異なる複数対のエミッション・フィルタへと切り替えるよう適合化される。従って、結像システムの全体的光学的設定構成はより小型の構造を有する。特に、結像システムの大きさ（サイズ）は、約２０ｃｍ×３０ｃｍにまで小さくされる実装面積（フットプリント）で、最小化することができる。

時空間光変調結像システムのキャリア・ホイール装置は、以下で概略的に説明する本発明の第３の態様によるキャリア・ホイール装置の特徴を有することが、好ましい。

さらに、本発明によれば、その結像装置に含まれる筐体（または主要筐体）は、光変調マイクロミラー・デバイス、第１および第２の光中継装置を包囲し、キャリア・ホイール装置、特にその回転可能ホイール、を含んでいる。本発明の別の相当な利点として、キャリア・ホイール装置を含む結像装置の小型の構造によって、環境からの光を遮蔽する筐体内に、マイクロミラー・デバイス、光中継装置およびキャリア・ホイール装置を収容することができるようになる。その筐体は複数の不透明壁部を含み、それ（筐体、壁部）は、結像光学系用の結像光学ポートを含み、任意に、カメラ装置を結合させるための少なくとも１つのポート、および結像システムに照射光を導入するための２つの照射ポートを含んでいる。従って、本発明による結像システムは、任意の照射（照明）環境において動作させることができる。さらに、その筐体は、環境の作用に対して任意の感受性が低減されるように、結像システムの保護を形成する。キャリア・ホイール装置はキャリア・ホイール筐体を含んでもよく、それ（筐体）は、結像システムの主要筐体に結合され、特に主要筐体の複数の筐体壁部の中の１つの壁部を形成することが、好ましい。

本発明の好ましい実施形態によれば、キャリア・ホイール装置は、互いに独立に回転可能である一方で互いに隣接して配置された２つの回転可能ホイール（またはフィルタ・ホイール）を含んでいる。第１の回転可能ホイールは、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタを支持する。第１の回転可能ホイールの１つの方位角方向に沿って、偶数個の貫通孔が設けられて、複数対の貫通孔が半径方向に対向位置関係で（半径方向の両側に）配置されるようにされる。複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタは、第１の回転可能ホイールのそれらの貫通孔に配置されて、好ましくは互いに等しいスペクトル特性を有するような第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタが、互いに対向位置関係で配置されるようにされる。代替的に、幾つかの適用例について、第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタは、異なるスペクトル特性を有することができ、例えば、そのダイクロイック・ビーム・スプリッタのうちの１つはガラス・プレートを含むことができる。第２の回転可能ホイールは、複数対の第１および第２のエミション・フィルタを支持する。第２の回転可能ホイールの１つの方位角方向に沿って、偶数個の貫通孔が設けられて、複数対の貫通孔が半径方向に対向位置関係で（半径方向の両側に）配置されるようにされる。複数対の第１および第２のエミション・フィルタは、第２の回転可能ホイールのそれらの貫通孔に配置されて、好ましくは互いに等しいスペクトル特性または代替的に互いに異なるスペクトル特性を有するような第１および第２のエミション・フィルタが、互いに対向位置関係で配置されるようにされる。

第１および第２の回転可能ホイールは、変調器軸および第１および第２の光軸に対して垂直な平面において広がっている。第１および第２の回転可能ホイールは、筐体内に配置されて、各動作位置において、１対の貫通孔がそれぞれ第１および第２の光軸に配置されて、各１対の貫通孔が、それぞれ第１と第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび第１と第２のエミション・フィルタを支持するようにされる。第１および第２の回転可能ホイールを回転させることによって、他の複数対の第１と第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび第１と第２のエミション・フィルタを、それぞれ第１と第２の光軸に配置することができる。

利点として、第１および第２の回転可能ホイールを設けることによって、特に結像作業に応じて、即ち調査対象の物体のスペクトル特性に応じて、各ダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび各エミション・フィルタの交換が、大幅にまたは実質的に容易になる。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、キャリア・ホイール装置は、選択された複数対のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびエミション・フィルタが、それぞれ第１および第２の光軸に沿った最小光ビーム直径の位置付近に配置される形態で、配置される。第１および第２の光中継装置は、第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタからの照射光をマイクロミラー・デバイス上に結像させるよう、およびそのマイクロミラー・デバイスからの照射光を第１および第２の光軸上に結像させるように、配置されており、また、第１および第２の光中継装置は、様々な直径を有する第１および第２の光軸に沿って光ビームを形成する。それらのダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびエミション・フィルタが最小光ビーム直径の位置にまたはこの位置の近隣に配置される場合、それらのダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびエミション・フィルタの大きさ（サイズ）を最小化することができる。特に、２５ｍｍ（自由開孔２１ｍｍ）未満の断面寸法を有する標準的光学部品を使用することができ、その結果、フィルタのコスト（費用）が低減され、利用可能なフィルタの選択の幅がより広くなり、キャリア・ホイール装置の大きさが低減され、特に第１および第２の回転可能ホイールの大きさが低減され、および／または複数対のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびエミション・フィルタの対の数が増大する。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、キャリア・ホイール装置は複数の取付けフレームを含み、そのフレームの各々は複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタの中の１つを収容するよう配置される。各回転可能ホイールが好ましく設けられて、各取付けフレームが複数の貫通孔の中の１つに配置される。利点として、複数の取付けフレームによって、第１および第２の光軸において複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタの正確な位置決めが容易になる。この実施形態の好ましい変形例によれば、各エミション・フィルタは、等方性バネ荷重機構を用いて各取付けフレームに取り付けられる。利点として、各エミション・フィルタの各取付けフレームへの挿入と、各エミション・フィルタの応力の無い状態での保持とが、等方性バネ荷重機構を使用することによって得られる。別の好ましい変形例によれば、それらの取付けフレームは、個々に、キャリア・ホイール装置、特に第１および第２の回転可能ホイールに挿入されまたはそこから取り外すことができる（着脱できる）。従って、本発明の特に好ましい実施形態では、第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または第１および第２のエミション・フィルタは、交換可能である。利点として、これによって、さらに、結像システムの適用範囲が、追加的なスペクトル範囲にまで拡大され、従って追加的な結像作業（課題）にまで拡大される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび第１および第２のエミション・フィルタの中の少なくとも１つは、磁力の作用によって、対応する各取付けフレームに取り付けられる。従って、複数の取付けフレームまたは複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または複数のエミション・フィルタには、複数の磁気素子および／または複数の強磁性材料が設けられる。利点として、それらのダイクロイック・ビーム・スプリッタおよびエミション・フィルタを磁力で保持することによって、それらの交換が容易になる。

それらのダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／またはエミション・フィルタは交換することができ、一方、キャリア・ホイール装置は結像システムの主要筐体に配置される。本発明のこの実施形態では、主要筐体、またはキャリア・ホイール装置のキャリア・ホイール筐体には、少なくとも１つのアクセス・ポートが設けられて、そのアクセス・ポートは、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または複数のエミション・フィルタをキャリア・ホイール装置に設け（入れ）またはキャリア・ホイール装置から取り外す（出す）ことができるように、配置される。

本発明の代替的な特に好ましい実施形態によれば、第１および第２の回転可能ホイールの少なくとも一方はその筐体から取り外し可能である。この実施形態では、主要筐体、またはキャリア・ホイール装置のキャリア・ホイール筐体には、キャリア（支持体）ポート（特に、キャリア・ホイール筐体のカバー蓋）が設けられ、それ（ポート）を通して、第１および第２の回転可能ホイールの少なくとも一方をその筐体に挿入しまたはそこから取り外すことができる。利点として、この実施形態によって、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／またはエミション・フィルタを、同時に交換することが可能になる。さらに、キャリア・ホイール装置には、それを結像システムに導入する前に、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または複数のエミション・フィルタを設けることができ、それによって、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタまたは複数のエミション・フィルタを第１および／または第２の回転可能ホイール上の正しい各位置に配置するときの誤りを、回避することができるようにされる。

２つの回転可能ホイールを設ける上述の好ましい実施形態では、両回転可能ホイールは筐体から共に取外し可能であるか、または両回転可能ホイールは筐体から別々に取外し可能であるか、または両回転可能ホイールのうちの一方だけが筐体から取外し可能となる。

複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または複数のエミション・フィルタをキャリア・ホイール装置に配置する際の誤りを低減するために、以下の特徴のうちの少なくとも１つの特徴を実現することが、好ましい。第１の変形例によれば、キャリア・ホイール装置および／または複数の取付けフレームには、筐体に含まれるリーダ（読取器）装置によって読取り可能な例えばＲＦＩＤチップのような固有識別装置を設けることができる。利点として、その識別装置を用いることによって、適切な複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタを選択する際の誤りの回避および結像システムの制御が、改善される。別の変形例によれば、キャリア・ホイール装置は、筐体に含まれるエンコーダ（符号化）装置によって読取り可能な少なくとも１つの位置マーカ（標識）、例えば光学コードおよび／または反射器、を含んでいる。利点として、これによって、筐体におけるキャリア・ホイール装置の正しい動作位置の正確な制御および試験が容易になる。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、キャリア・ホイール装置はキャリア・ホイール筐体を含み、各回転可能ホイールはキャリア・ホイール筐体において回転可能に支持される。キャリア・ホイール筐体には、選択された各動作位置に回転可能ホイールを移動させるための少なくとも１つの駆動モータを含む駆動装置が設けられる。キャリア・ホイール筐体は、各回転可能ホイールの回転を案内するよう構成される。好ましくは、第１および第２の回転可能ホイールを設けることによって、キャリア・ホイール筐体は、その円周端縁部に沿って第１および第２の回転可能ホイールを収容するベアリング（支持面、軸受）を形成する。従って、駆動装置には、第１および第２の回転可能ホイールの各回転軸から（に対して）半径方向の或る距離を置くことができる。利点として、これは、結像システムの構造の小型化に寄与する。

利点として、本発明の結像システムは、特に欧州特許出願公開第２３６９４０１号に開示されているように、カメラ装置に向けて別々の第１および第２の光軸を形成するよう、または第１と第２の光軸を組み合わせる（合成する）よう適合化させることができる。第１の事例では、本発明の好ましい実施形態では、カメラ装置は、第１および第２の光軸上をそれぞれ進む検出光を収集するよう適合化された第１の検出器カメラおよび第２の検出器カメラを含んでいる。第２の事例では、カメラ装置は、カメラ装置の前に結合された第１と第２の光軸の双方上を進む検出光を収集するよう配置された１つの単一検出器カメラを含んでいる。

本発明の第２の一般的な態様によれば、上述の目的は、調査対象の物体を共焦点結像させる方法によって達成（解決）され、その際、本発明の上述の第１の態様による時空間光変調結像システムが使用される。特に、共焦点結像方法は、以下の複数のステップを含む。

第１に、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタの中の１対のスプリッタと、複数対の第１および第２のエミション・フィルタの中の１対のフィルタとを、そのスペクトル特性と、調査対象の物体のスペクトル吸収および放出（発光）パラメータとに応じて選択するように、筐体内で回転可能ホイールが調整される。任意に、キャリア・ホイール装置には、それを筐体内に導入する前に、適切な複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタが設けられる。

第２に、結像システムは、欧州特許出願公開第２３６９４０１号に記載されている複数の動作モード中の１つの動作モードに従って作動され、変調器光軸に対して第１の傾斜角と第２の傾斜角の間で複数のミラー要素を個々に切り替えることで光変調マイクロミラー・デバイスを作動させ、調査対象の物体上に照射光を集束させ、調査対象の物体からの検出光をマイクロミラー・デバイスおよび第１および第２の光中継装置を介してカメラ装置に向けて方向付け、カメラ装置で検出光を収集すること、を含んでいる。収集された検出光に基づいて、取得すべき物体の共焦点画像が再構成される。

本発明の第３の一般的な態様によれば、上述の目的は、複数の光学部材を支持するよう構成されたキャリア・ホイール装置、特にフィルタ・ホイール装置、によって達成（解決）される。また、そのキャリア・ホイール装置、特にフィルタ・ホイール装置は、複数の第１の光学部材を収容するよう構成された第１の回転可能ホイールと、第１の回転可能ホイールを収容するキャリア・ホイール筐体とを含んでいる。キャリア・ホイール筐体は、第１の回転可能ホイールを回転可能な形態で支持する外側ベアリングと、第１の回転可能ホイールの各周辺端縁部に作用させることによって第１の回転可能ホイールを駆動するように軸外の（off-axis：離心）位置に配置された駆動装置と、を形成するまたは備える。キャリア・ホイール装置は、特に以下の複数の特徴の中の少なくとも１つを含んでおり、本発明の第１の一般的な態様の時空間光変調結像システムに設けられることが、好ましい。

利点として、キャリア・ホイール装置は、外側ベアリングと、駆動装置の軸外配置とによって、光学システムに容易に一体化（統合）できる小型の構造を形成する。特に、キャリア・ホイール装置の軸方向部分には構成要素（部品）が無いので、光学システムの他の構成要素に隣接する小型の構造化または組立てが容易に得られる。さらに、キャリア・ホイール筐体は、回転可能ホイールを保持しおよび回転可能ホイールを駆動する点で二重の機能を果たす。

キャリア・ホイール装置は、互いに独立に調整可能な２つの回転可能ホイールを含むことが、好ましい。第１の回転可能ホイールに加えて、複数の第２の光学部材を収容するよう構成された第２の回転可能ホイールが設けられる。第２の回転可能ホイールは、キャリア筐体内に第１の回転可能ホイールに隣接して配置され、回転可能な態様で外側ベアリングによって支持される。第１および第２の回転可能ホイールは、互いに平行に、共通の回転軸を有するように配置される。それら（ホイール）は同じ直径を有することが、好ましい。複数の第１の光学部材は、キャリア・ホイール装置の第１の側部（面側）に配置され、複数の第２の光学部材は、その（装置の）第１の側部とは反対側にあるキャリア・ホイール装置の第２の側部（面側）に配置される。駆動装置は、第１と第２の回転可能ホイールの双方をその（ホイールの）各周辺端縁部において駆動するよう配置される。

複数の光学部材は、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび／または複数の光フィルタを含むことが、好ましい。特に好ましい例では、キャリア・ホイール装置の第１の側部（面側）の複数の第１の光学部材は、異なるスペクトル特性を有する複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタを含み、キャリア・ホイール装置の第２の側部（面側）の複数の第２の光学部材は、異なるスペクトル特性を有する複数の光フィルタを含んでいる。代替的な特徴では、他の光学部材、例えば偏光器および／または各グレースケール・フィルタ、を設けることができる。

キャリア・ホイール装置の軸方向部分には構成要素（部品）が無いので、キャリア・ホイール装置は、その中央または中心に貫通孔を有するように構成することができる。その貫通孔は、第１および第２の回転可能ホイールを貫通して伸び、キャリア・ホイール装置中を貫通する少なくとも１つの追加的なビーム経路に有利に使用できる通路を形成し、および／または、電気線、機械部品および／または熱ライン（管）、例えばヒートパイプ、を収容する。

利点として、共通のキャリア・ホイール筐体内に第１および第２の回転可能ホイールを共に収容することによって、第１および第２の光学部材の複数の動作位置を有するキャリア・ホイール装置の小型の構造が形成される。

本発明によるキャリア・ホイール装置の好ましい実施形態によれば、外側ベアリングは、キャリア・ホイール筐体に配置された複数のベアリング・ローラを含んでいる。第１の回転可能ホイールまたは第１と第２の回転可能ホイールの双方を支持する３つのベアリング・ローラを設けることが、好ましい。それらのベアリング・ローラが、第１の方位角（azimuthal）支持（ベアリング）位置において第１の回転可能ホイールを支持する第１の変位可能なベアリング・ローラ、および任意に第２の方位角支持（ベアリング）位置において第２の回転可能ホイールを支持する第２の変位可能なベアリング・ローラを含み、一方、２つの固定ベアリング・ローラが、他の方位角位置において回転可能な形態で配置された第１の回転可能ホイールまたは第１と第２の回転可能ホイールの双方を支持する場合には、その（それらの）回転可能ホイールを調整することに関する利点が得られる。第１および任意の第２の変位可能なベアリング・ローラは、回転可能なおよび半径方向に移動可能な形態で配置される。利点として、それら（ローラ）は、各回転可能ホイールのクリアランス（隙間）および支持力（支承力）を調整するために使用することができる。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、第１および第２の変位可能なベアリング・ローラの少なくとも１つは、対応する回転可能ホイールが外側ベアリングによって支持される支持状態と、対応する回転可能ホイールが外側ベアリングから取り外され得る解除状態との間で、手動で半径方向に移動するよう適合化される。手動で半径方向に移動するよう適合化されたその変位可能なベアリング・ローラは、スライダ基部によって支持されることが好ましく、それ（基部）によって、例えばローレット（刻み付き）頭ネジ（knurled head screws）のような複数の手動操作可能なネジの作用によって、変位可能なベアリング・ローラの固定または解除（解放）が可能になる。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、駆動装置は、第１および第２の回転可能ホイールの少なくとも一方に結合された摩擦ホイール（車）を支持する少なくとも１つのステップ・モータを含み、その少なくとも１つのステップ・モータはキャリア・ホイール筐体にバネ荷重式の旋回（枢動）可能な形態で配置される。利点として、その摩擦ホイールは、バネ荷重式の旋回可能なステップ・モータによって、回転可能ホイールに対して押圧される。

本発明の別の好ましい特徴によれば、その少なくとも１つのステップ・モータが、キャリア・ホイール筐体の第１の側部（面側）でバネ荷重式のレバー部（梃部）によって支持され、摩擦ホイールがキャリア・ホイール筐体の反対側の第２の側部（面側）に配置される場合に、キャリア・ホイール装置の小型の構造に関する利点が得られる。

キャリア・ホイール筐体は、互いに或る距離で隔てられた互いに平行な第１および第２の光軸に対して、１つ（または複数）の回転可能ホイールを配置するよう構成されることが、好ましい。この目的のために、キャリア・ホイール筐体は、第１の光軸通路および第２の光軸通路を有し、その際、第１の回転可能ホイールは、複数の第１の光学部材の中の１つを第１の光軸通路に、および複数の第１の光学部材の中の別の１つを第２の光軸通路に同時に配置するよう構成され、任意の第２の回転可能ホイールは、複数の第２の光学部材の中の１つを第１の光軸通路に、および複数の第２の光学部材の中の別の１つを第２の光軸通路に同時に配置するよう構成される。各回転可能（ホイール）は、第１および第２の光学部材の中の１つが配置される偶数個の貫通孔を有することが、好ましい。この場合、第１の光軸通路および第２の光軸通路は、その１つ（または複数）の回転可能ホイールの軸に対して互いに対向位置に（両側に）配置することができる。

利点として、キャリア・ホイール筐体には、第１および第２の光軸通路と位置合せされた（整列した）各光学レンズを支持するカバー壁部を設けることができる。それらの光学レンズは、第１および第２の光軸に沿って進む光照射野（light field）を結像させおよび／または補正するのに使用することができる。それ（筐体、壁部）は、それらの回転可能ホイールの少なくとも１つの取外しまたは挿入を可能にする旋回（枢動）可能なカバー蓋を含むことができる。

本発明の他の好ましい特徴によれば、キャリア・ホイール装置には、本発明の第１の一般的な態様を参照して上述した複数の特徴の中の少なくとも１つを備えることができる。第１および任意の第２の回転可能ホイールは、エンコーダ装置によって読み取り可能な少なくとも１つの位置マーカを支持することができる。代替的にまたは追加的に、第１および任意の第２の回転可能ホイールは、各々が第１または第２の光学部材の１つを収容するよう配置された複数の取付けフレームを有することができる。複数の取付けフレームは、第１の回転可能ホイールに個々に挿入しまたは第１の回転可能ホイールから個々に取り外すことができることが、好ましい。利点として、これによって、複数の単一光学部材の交換が容易になる。さらに、複数の取付けフレームは、キャリア・ホイール筐体内のリーダ装置によって読取可能な、例えばＲＦＩＤチップのような固有識別装置を含むことができる。

本発明の他の詳細および利点を、図面を参照して以下で説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による結像システムの概略的な上面図である。 図２は、本発明の好ましい実施形態による結像システムの分解斜視図である。 図３は、図２による結像システムの部分的な分解斜視図である。 図４は、本発明によるキャリア・ホイール装置の、その第１の側面の斜視図である。 図５Ａおよび５Ｂは、本発明によるキャリア・ホイール装置の、その第２の側面の斜視図である。 図６は、本発明によるキャリア・ホイール装置の分解斜視図である。

本発明の好ましい実施形態の各特徴を、特に、時空間光変調結像システムにおける、主要筐体と、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタを保持するキャリア・ホイール装置とを備えた構成を参照して、以下に説明する。その結像システムおよびその動作の他の詳細は、欧州特許出願公開第２３６９４０１号に記載されているように実現または実装されるので、説明しない。欧州特許出願公開第２３６９４０１号を参照により本明細書に組み込む。特に、本発明の結像システムは、欧州特許出願公開第２３６９４０１号の図１または４に示されるような光学的設定配置を有する。欧州特許出願公開第２３６９４０１号、欧州特許出願公開第９１１６６７号および欧州特許出願公開第９１６９８１号に記載された方法の１つに従って、照射スポットのパターン・シーケンスでの照射を用いた共焦点結像が行われ、複数の光断層画像（optical sectioning images）が再構成される。欧州特許出願公開第２３６９４０１号、欧州特許出願公開第９１１６６７号および欧州特許出願公開第９１６９８１号を参照により本明細に組み込む。

キャリア・ホイール装置は、時空間光変調結像システムにおいてだけでなく、例えば交換可能な光学部材を含む顕微鏡または分光装置のような他の光学システムにおいても使用できる本発明の独立した主題または構成を表すことを、強調しておく。時空間光変調結像システムに関して、その複数の光学部材は、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数のエミション・フィルタを含んでいる。キャリア・ホイール装置の他の適用例では、例えば偏光器のような他の光学部材を使用することができる。

以下では、２つの回転可能ホイールを含むキャリア・ホイール装置を例示的に参照し、本発明は、それに対応して、１つの単一回転可能ホイールを含むキャリア・ホイール装置を有し、特に１つの単一駆動モータおよび３つのベアリング・ローラを有する、変形実施形態で実装することができる。

図１によれば、結像システム１００は、欧州特許出願第２３６９４０１号の図４に示された結像システムのような光学的な設定配置を有する。より詳しくは、結像システム１００は、光変調マイクロミラー・デバイス１１０と、好ましくはテレセントリック光学系を含む結像光学系（素子）１２０と、第１の検出器カメラ１３１および第２の検出器カメラ１３２を含むカメラ装置１３０と、結像用反射光学系（素子）１４１および結像用屈折光学系（素子）またはレンズ部分１４２を含む第１の光中継装置１４０と、結像用反射光学系（素子）１５１および結像用屈折光学系（素子）またはレンズ部分１５２を含む第２の光中継装置１５０と、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１および複数対の第１および第２のエミション・フィルタ２２１を支持するキャリア・ホイール装置２００と、第１の照射源（照明源）１７１および第２の照射源（照明源）１７２を含む照射装置と、キャリア・ホイール装置２００のキャリア・ホイール筐体２３０と、制御装置１９０とを含んでいる。図１に示されているように、結像用屈折光学系（素子）またはレンズ部分１４２、１５２は、第１および第２のエミション・フィルタ２２１と第１および第２の検出器カメラ１３１、１３２の間に配置することができる（図５Ａおよび６の各光学レンズ２３４を参照）。代替的に、結像用屈折光学系（素子）またはレンズ部分１４２、１５２は、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１と反射用光学系（素子）１４１、１５１の間の別の区域（セクション）の第１および第２の光軸に配置することができる。

マイクロミラー・デバイス１１０および第１および第２の光中継装置１４０、１５０は、図２および３を参照して以下でさらに詳しく説明する主要筐体１１１と、図４乃至６を参照して以下でさらに詳しく説明するキャリア・ホイール装置２００とによって、取り囲まれている。キャリア・ホイール装置２００は、主要筐体１１１内に完全に（全体的に）含ませることができ（図１に示されている）、または、主要筐体１１１の一部を形成してもよい（図２および３に示されている）。

第１および第２の照射源１７１、１７２は、（複数の）単一レーザ・ダイオード、（複数の）単一発光ダイオード、レーザ・ダイオードのアレイおよび発光ダイオードのアレイ、の中の少なくとも１つを、任意に照射波長選択装置との組合せで、含んでいる。第１および第２の検出器カメラ１３１、１３２は、例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを含んでいる。マイクロミラー・デバイス１１０は、例えば、製造業者テキサス・インスツルメンツ社（Texas Instruments）のＤＭＤである。

結像システム１００の構成要素または部品１１０、１２０、１３０、１４０および１５０は、変調器光軸１２１（結像光学系（素子）またはレンズ部分１２０の光軸）、第１の光軸１４３および第２の光軸１５３が、マイクロミラー・デバイス１１０の変調器平面に垂直な共通基準面（水平面、図１の図面平面）内に配置されるように、配置される。第１の照射源１７１から、第１のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１、第１の光中継装置１４０、マイクロミラー・デバイス１１０および結像光学系（素子）１２０を介して、調査対象または調査中の物体１まで、第１の照射経路が渡される。第２の照射源１７２から、第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１、第２の光中継装置１５０、マイクロミラー・デバイス１１０および結像光学系１２０を介して、物体１まで、第２の照射経路が渡される。各反対方向には、物体１から、結像光学系（素子）１２０、マイクロミラー・デバイス１１０、第１および第２の光中継装置１４０、１５０、第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１および第１および第２のエミション・フィルタ２２１を介して、第１および第２の検出器カメラ１３１、１３２まで、それぞれ、各検出経路が形成される。

筐体１１１の外側の照射経路および検出経路の各一部分は、結像光学系（素子）１２０と、移動可能な遮蔽シース（鞘）を備えたカメラ光学系（素子）１３３、１３４（図２参照）とによって遮蔽（シールド、保護）される。照射源１７１、１７２は筐体１１１に直接連結され、その際、照射光が、照射ポート１１４（図２、３参照）を通して第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１に導入される。

共焦点（コンフォーカル）結像方法の好ましい実施形態では、変調器光軸１２１に対して第１の傾斜角度を有する第１の状態に複数のミラー要素が切り替えられたマイクロミラー・デバイス１１０と、第１の光中継装置１４０とは、物体１内の各非共役位置（non-conjugate locations）からの検出光を収集するよう適合化され、一方、変調器光軸１２１に対して第２の傾斜角度を有する第２の状態に複数のミラー要素が切り替えられたマイクロミラー・デバイス１１０と、第２の光中継装置１５０とは、物体１内の各共役位置（conjugate locations）からの検出光を収集するよう適合化される。その非共役（位置）の寄与分は第１の検出カメラ１３１で収集され、その共役（位置）の寄与分は第２の検出カメラ１３２で収集される。第１および第２の検出器カメラ１３１、１３２の画像信号に基づいて、物体１の共焦点画像が再構成され、例えば制御装置１９０に含まれるコンピュータ回路で再構成される。

キャリア・ホイール装置２００は、キャリア・ホイール筐体２３０に収容される第１の回転可能ホイール２１０および第２の回転可能ホイール２２０を含んでいる（図４乃至６参照）。回転可能ホイール２１０、２２０は互いに隣接して配置され、その共通の回転軸２０１が、変調器光学軸１２１および第１および第２の光軸１４３、１５３を含む基準面内で伸びている。回転可能ホイール２１０、２２０の各々は、半径方向に互いに反対の位置関係で（両側に）対で配置された８つまたは１０個の貫通孔を有する（図４乃至６参照）。それらの貫通孔は、１つのダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１または１つのエミション・フィルタ２２１をそれぞれ支持する複数の取付けフレーム（枠）または嵌合フレーム２１４、２２４（図６参照）を収容するよう適合化される。

従って、例示された例では、第１の回転可能ホイール２１０は、第１の光軸１４３に配置される複数の第１のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１と、第２の光軸１５３に配置される複数の第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１とからなる４対のスプリッタを収容するよう適合化される。第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、照射源１７１、１７２からの照射光がそれぞれ第１および第２の光軸１４３、１５３上に反射されるように、配置される。各１対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、特定のスペクトル特性、特に照射光を反射し検出光を透過（伝達）するための特定の波長範囲、を有する。複数対の互いに対向位置にある（両側の）ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１の中の１対を形成する第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、同じスペクトル特性を有することが、好ましい。適切なスペクトル特性を有する複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、第１および（第２）の光軸１４３、１５３上に反射される照射波長と、カメラ装置１３０へと透過される検出波長とを決定する物体１のスペクトル吸収および放射（emission）特性に応じて、選択される。

第２の回転可能ホイール２２０は、各エミション・フィルタ２２１を含む複数の取付け（嵌合）フレーム２２４を収容するための複数の貫通孔を含んでいる。第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の貫通孔の数および各方位角位置は互いに等しくて、キャリア・ホイール装置１６０の各動作位置において第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１および第１および第２のビーム・スプリッタ（エミション・フィルタ）２２１中を通ることができるようになっている。適切なスペクトル特性を有する複数のエミション・フィルタ２２１が、物体１のスペクトル吸収および放射特性（特徴）に応じて選択されて、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１と組み合わされる。

図１は、筐体１１１内の概略的に例示されたリーダ（読取り器）装置２１１を示している。リーダ装置２６１は、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の一方または双方に、特に両ホイール上におよび／または取付けフレーム２１４、２２４の各々上に一体化された少なくとも１つの固有識別装置２１５、２２５、例えばＲＦＩＤチップ、を読み取るよう適合化される。さらに、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の一方または双方上に少なくとも１つの位置マーカ２１３、２２３（図４および５Ｂ参照）を読み取るよう配置されたエンコーダ装置２６０が、概略的に示されている。エンコーダ装置２６０は、例えば、単一のフォトダイオード、フォトダイオードのマトリクス、および／またはＣＣＤベース（型）のエンコーダ（符号化器）を含んでいる。

回転可能ホイール２１０、２２０は、キャリア・ホイール筐体２３０内で手動調整することができる。代替的に、本発明の好ましい実施形態によれば、駆動装置２５０は、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の電動回転用に設けられた２つの駆動モータ２５１、２５２（図４乃至６参照）を含んでいる。駆動モータ２５１、２５２は、結像システム１００の現在の作業に必要なスペクトル波長範囲と、リーダ装置２６１およびエンコーダ装置２６０の出力とに応じて、制御される。

図２は、結像システム１００の好ましい実施形態の斜視図を示しており、特に、結像光学系（素子）またはレンズ部分１２０と、第１の検出器カメラ１３１および第２の検出器カメラ１３２を有するカメラ装置１３０と、第１の光中継装置１４０と、第２の光中継装置１５０と、キャリア・ホイール装置２００とを示している。マイクロミラー・デバイス（図示せず）および第１および第２の光中継装置１４０、１５０は、分解図で示された筐体１１１内に含まれる。筐体１１１は、筐体フレーム１１２と、キャリア・ホイール装置２００を備えた複数の筐体壁部１１３とを含んでいる。複数の筐体壁部１１３は、各照射ポート１１４（図３をも参照）、結像光学系ポート１１５およびアクセス・ポート１１６（図３をも参照）を含んでいる。照射ポート１１４は、照射源１７１、１７２を筐体１１１に結合するようおよび照射光を第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１に導入するよう構成される（図１および２をも参照）。結像光学系ポート１１５は、結像光学系（素子）またはレンズ部分１２０を収容する貫通孔である。アクセス・ポート１１６は、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１の中の少なくとも１つを交換するためのアクセス・ポート・カバー１１７で開閉することができる。第２の回転可能ホイール（図２には図示せず）をキャリア・ホイール筐体２３０から取り外しまたはキャリア・ホイール筐体２３０に挿入するためのキャリア・ホイール筐体２３０の旋回可能なカバー蓋２３５によって、別のポートが形成される（図３および５をも参照）。

図３は、カメラ装置とそのカメラ光学系を含まず、開いたカバー蓋２３５と共に示された筐体１１１の分解図を含む結像システム１００の別の斜視図である。キャリア・ホイール装置２００の回転可能ホイール２１０、２２０は、図４乃至６を参照して以下でさらに詳しく説明するように、キャリア・ホイール筐体２３０によって形成される外側ベアリング２４０において保持される。カバー蓋２３５が開いている場合、複数の円形の取付けフレーム２２４において複数のエミション・フィルタ２２１を支持する第２の回転可能ホイール２２０は、キャリア・ホイール筐体２３０から取り出すことができる。

キャリア・ホイール装置２００の他の詳細が、図４乃至６に示されている。キャリア・ホイール装置２００は、例えば複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタのような偶数個の第１の光学部材２１１を支持する第１の回転可能ホイール２１０（図４、６参照）と、例えば複数のエミション・フィルタのような偶数個の第２の光学部材２２１を支持する第２の回転可能ホイール２２０（図５、６参照）と、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０を収容するキャリア・ホイール筐体２３０とを含んでいる。キャリア・ホイール筐体２３０はプレート（板）形状を有する。それ（筐体）は、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０を保持する外側ベアリング２４０を含んでいる。さらに、それ（筐体）は、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０を、その周辺端縁部２１２、２２２において、摩擦ホイール（摩擦車）２５３、２５４の作用によって駆動するよう配置された駆動装置２５０を含んでいる（図５Ｂ、６参照）。

第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０は、複数の光学部品が配置されることとなる複数の方位角位置に複数の貫通孔を有し、従って、それ（貫通孔）はキャリア・ホイール装置２００の第１の光軸通路（passage）２３１および第２の光軸通路２３２を形成する（図５Ａ、６）。各貫通孔には、１つの取付けフレーム２１４、２２４（図６参照）が、例えばバネ力による保持で、配置される。各取付けフレーム２１４、２２４は、複数の光学部品の中の１つを、例えば磁力を用いて、収容する。さらに、各取付けフレーム２１４、２２４には、対応する光学部品を識別する固有データを有する記憶装置を含むＲＦＩＤチップ２１５、２２５が設けられる。ＲＦＩＤチップ２１５、２２５は、例えば結像システム１００または別の光学的システムにおいて、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０に隣接する、キャリア・ホイール装置２００の周囲に配置された４つのリーダ・ユニットを有するリーダ装置２６１（図１参照）で、読み取り可能である。

第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の各々は、キャリア・ホイール装置２００の中央通路を形成する中央（中心）貫通孔２０２を有する。通常のフィルタ・ホイールとは対照的に、本発明によるキャリア・ホイール装置の駆動装置とベアリング装置の双方は、各キャリア・ホイールの外側端縁部に配置されて、中央通路には駆動装置およびベアリング装置が存在しないようになっている。カバー・プレート２３３において対応する開孔または開口を設けて、その中央通路を、そこを通る電気的、光学的または熱的なライン（管）を案内するまたは導くのに使用することができる。

ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１を支持する取付けフレーム２１４は、第１の回転可能ホイール２１０の貫通孔の相補的な幾何学形状（特徴）に整合（マッチ）する例えば突出部のような幾何学形状（特徴）に適合化させることができ、従って、第１の回転可能ホイール２１０上での各ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１の正確な配置が容易になって、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１の各反射面が、半径方向から来る光を第１および第２の光軸１４３、１５３の一方上へ反射するよう配置されるようになっている。

図５Ｂに示されているように、外側ベアリング２４０は、第１の方位角支持位置において第１の回転可能ホイール２１０を保持する第１の変位可能ベアリング・ローラ２４１と、異なる第２の方位角支持位置において第２の回転可能ホイール２２０を保持する第２の変位可能ベアリング・ローラ２４２と、他の各方位角支持位置において第１と第２の回転可能ホイール２１０、２２０の双方を保持する２つの固定ベアリング・ローラ２４３とを含んでいる。第１および第２の変位可能ベアリング・ローラ２４１、２４２は、キャリア・ホイール筐体２３０において、回転可能かつ半径方向に移動可能な形態で、支持される。複数のスライダ基部（ベース）２４４上での支持および調整可能な固定によって、第１および第２の変位可能ベアリング・ローラ２４１、２４２は、対応する回転可能ホイール２１０または２２０が外側ベアリング２３０によって支持される支持状態と、対応する回転可能ホイールを外側ベアリング２３０から取り外すことができる解除状態との間で、手動で半径方向に変位させることができる。特に開いた状態のカバー蓋２３５を通しての、その取外しを容易にするために、変位可能なベアリング・ローラ２４２は、手動操作可能な各ローレット頭ネジ２４５によって、スライダ基部２４４に固定される。

駆動装置２５０は、モータ軸上で摩擦ホイール２５３、２５４を各々が支持する２つの駆動モータ２５１、２５２、特にステップ・モータ、を含んでいる（図５Ｂ参照）。摩擦ホイール２５３、２５４は、駆動モータ２５１、２５２に対するバネ荷重の作用によって、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の外側端縁部２１２、２２２に、押圧され付勢される（urged）。駆動モータ２５１、２５２に対するバネ荷重および駆動モータ２５１、２５２の旋回は、キャリア・ホイール筐体２３０によって支持されたバネ荷重のレバー部（梃部）２５５、２５６（図４参照）によって得られる。バネ荷重のレバー部２５５、２５６はキャリア・ホイール筐体２３０の第１の側部（面側）における各隅部（コーナ）に配置され、一方、摩擦ホイール２５３、２５４はそのキャリア・ホイール筐体の反対側の第２の側部（面側）に配置される。駆動モータ２５１、２５２は、制御装置１９０（図１参照）によって制御されて、複数の取付けフレーム２１４に収容された第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（図６参照）および複数の取付けフレーム２２４に収容された第１および第２のエミション・フィルタ２２１の複数対の中の選択された１対が、キャリア・ホイール装置２００の第１および第２の光軸１４３、１５３にそれぞれ配置されるようにされる。

第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０は、第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の表面上に複数のドット状反射器を含む位置マーカ２１３、２２３（図４、５Ｂ参照）を支持する。位置マーカ２１３、２２３の各々は、回転可能ホイール２１０、２２０上のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１またはエミション・フィルタ２２１の１つの位置に割り当てられる。ドット状反射器２１３、２２３は、対応するダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１またはエミション・フィルタ２２１の特定の位置を表すコードまたは符号として使用することができる。

図４、５Ａおよび６は、キャリア・ホイール筐体２３０の第２の側部にあるカバー・プレート２３３を示している。カバー・プレート２３３の上部分は、第２の回転可能ホイール２２０へのアクセスを可能にする旋回可能な蓋２３５（図４および６参照）を形成する。カバー・プレート２３３の下部分は、例えば光照射野補正のために設けられた、各光学レンズ２３４（結像用の屈折光学系（素子）１４２を形成するもの）を支持する。

上述の説明、図面および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、その種々の実施形態で本発明を実現するために、個々におよび組合せまたは部分的組合せに意義があり得る。

さらに、本発明によれば、その結像システム（装置）に含まれる筐体（または主要筐体）は、光変調マイクロミラー・デバイス、第１および第２の光中継装置を包囲し、キャリア・ホイール装置、特にその回転可能ホイール、を含んでいる。本発明の別の相当な利点として、キャリア・ホイール装置を含む結像システムの小型の構造によって、環境からの光を遮蔽する筐体内に、マイクロミラー・デバイス、光中継装置およびキャリア・ホイール装置を収容することができるようになる。その筐体は複数の不透明壁部を含み、それ（筐体、壁部）は、結像光学系用の結像光学ポートを含み、任意に、カメラ装置を結合させるための少なくとも１つのポート、および結像システムに照射光を導入するための２つの照射ポートを含んでいる。従って、本発明による結像システムは、任意の照射（照明）環境において動作させることができる。さらに、その筐体は、環境の作用に対して任意の感受性が低減されるように、結像システムの保護を形成する。キャリア・ホイール装置はキャリア・ホイール筐体を含んでもよく、それ（筐体）は、結像システムの主要筐体に結合され、特に主要筐体の複数の筐体壁部の中の１つの壁部を形成することが、好ましい。

キャリア・ホイール筐体は、互いに或る距離で隔てられた互いに平行な第１および第２の光軸に対して、１つ（または複数）の回転可能ホイールを配置するよう構成されることが、好ましい。この目的のために、キャリア・ホイール筐体は、第１の光軸通路および第２の光軸通路を有し、その際、第１の回転可能ホイールは、複数の第１の光学部材の中の１つを第１の光軸通路に、および複数の第１の光学部材の中の別の１つを第２の光軸通路に同時に配置するよう構成され、任意の第２の回転可能ホイールは、複数の第２の光学部材の中の１つを第１の光軸通路に、および複数の第２の光学部材の中の別の１つを第２の光軸通路に同時に配置するよう構成される。各回転可能ホイールは、第１および第２の光学部材の中の１つが配置される偶数個の貫通孔を有することが、好ましい。この場合、第１の光軸通路および第２の光軸通路は、その１つ（または複数）の回転可能ホイールの軸に対して互いに対向位置に（両側に）配置することができる。

利点として、キャリア・ホイール筐体には、第１および第２の光軸通路と位置合せされた（整列した）各光学レンズを支持するカバー壁部を設けることができる。それらの光学レンズは、第１および第２の光軸に沿って進む光照射野（light field）を結像させおよび／または補正するのに使用することができる。その筐体は、それらの回転可能ホイールの少なくとも１つの取外しまたは挿入を可能にする旋回（枢動）可能なカバー蓋を含むことができる。

従って、例示された例では、第１の回転可能ホイール２１０は、第１の光軸１４３に配置される複数の第１のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１と、第２の光軸１５３に配置される複数の第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１とからなる４対のスプリッタを収容するよう適合化される。第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、照射源１７１、１７２からの照射光がそれぞれ第１および第２の光軸１４３、１５３上に反射されるように、配置される。各１対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、特定のスペクトル特性、特に照射光を反射し検出光を透過（伝達）するための特定の波長範囲、を有する。複数対の互いに対向位置にある（両側の）ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１の中の１対を形成する第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、同じスペクトル特性を有することが、好ましい。適切なスペクトル特性を有する複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１は、第１および第２の光軸１４３、１５３上に反射される照射波長と、カメラ装置１３０へと透過される検出波長とを決定する物体１のスペクトル吸収および放射（emission）特性に応じて、選択される。

第２の回転可能ホイール２２０は、各エミション・フィルタ２２１を含む複数の取付け（嵌合）フレーム２２４を収容するための複数の貫通孔を含んでいる。第１および第２の回転可能ホイール２１０、２２０の貫通孔の数および各方位角位置は互いに等しくて、キャリア・ホイール装置１６０の各動作位置において第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１および第１および第２のエミション・フィルタ２２１中を通ることができるようになっている。適切なスペクトル特性を有する複数のエミション・フィルタ２２１が、物体１のスペクトル吸収および放射特性（特徴）に応じて選択されて、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２１１と組み合わされる。

Claims (33)

1. 時空間光変調結像システム（１００）、特に調査対象の物体（１）を共焦点結像させるよう構成された時空間光変調結像システムであって、
   − 変調器平面に配置された複数のミラー要素のアレイを含む光変調マイクロミラー・デバイス（１１０）を含み、
   前記複数のミラー要素の各々は、前記変調器平面に垂直な変調器光軸に対して第１の傾斜角および第２の傾斜角をそれぞれ有する第１の状態と第２の状態の間で個々に切り替えることができるものであり、
   − さらに、前記マイクロミラー・デバイス（１１０）からの照射光を前記物体（１）上に集束させ前記照射光に応答して前記物体（１）において形成された検出光を前記マイクロミラー・デバイス（１１０）に向けて方向付けるよう構成された結像光学系（１２０）と、
   − 前記第１の状態の前記ミラー要素と、前記変調器光軸から外れた第１の光軸（１４３）上の第１の光中継装置（１４０）とを通って進む前記検出光を収集するよう、および前記第２の状態の前記ミラー要素と、前記変調器光軸から外れた第２の光軸（１５３）上の第２の光中継装置（１５０）とを通って進む前記検出光を収集するよう配置された少なくとも１つの検出器カメラ（１３１、１３２）、を含むカメラ装置（１３０）と、
   を含み、
   特徴として、
   − さらに、複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）および複数対の第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）を支持するよう配置されたキャリア・ホイール装置（２００）を含み、
   前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記第１および第２の光軸（１４３、１５３）に対する複数の動作位置に調整可能であって、
   各動作位置において、
   前記複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）の中の１対は、第１および第２の光源装置（１７１、１７２）からの照射光を前記第１および第２の光中継装置（１４０、１５０）を介して前記マイクロミラー・デバイス（１１０）に向けて方向付けるようにそれぞれ前記第１および第２の光軸（１４３、１５３）に配置され、また、前記複数対の第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）の中の１対は、前記カメラ装置（１３０）で収集される前に、検出光を濾波するために前記第１および第２の光軸（１４３、１５３）に配置され、
   − さらに、前記光変調マイクロミラー・デバイス（１１０）、前記第１および第２の光中継装置（１４０、１５０）を収容し、前記キャリア・ホイール装置（２００）を含む筐体（１１１）、を含む、
   時空間光変調結像システム。
2. 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）を支持する第１の回転可能ホイール（２１０）と、前記複数対の第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）を支持する第２の回転可能ホイール（２１０）とを含むものである、請求項１に記載の結像システム。
3. 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）の中の前記選択された１対と、前記複数対の第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）の中の前記選択された１対とが、それぞれ前記第１および第２の光軸に沿った最小光ビーム直径の位置付近に配置されるように、配置されるものである、請求項１または２に記載の結像システム。
4. 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）およびエミション・フィルタ（２２１）の中の１つを収容するよう各々が配置された複数の取付けフレーム（２１４、２２４）を含むものである、請求項１乃至３のいずれかに記載の結像システム。
5. 前記エミション・フィルタ（２２１）は、等方性バネ荷重機構を用いて前記取付けフレーム（２２４）に取り付けられるものである、請求項４に記載の結像システム。
6. 前記複数の取付けフレーム（２１４、２２４）は、個々に、前記キャリア・ホイール装置（２００）に挿入しまたは前記キャリア・ホイール装置（２００）から取り外すことができるものである、請求項４または５に記載の結像システム。
7. 前記第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）および／またはエミション・（２２１）は交換可能なものである、請求項４乃至６のいずれかに記載の結像システム。
8. 前記第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）および／または前記エミション・フィルタ（２２１）は、磁力によって前記複数の取付けフレーム（２１４、２２４）に保持されるものである、請求項４乃至７のいずれに記載の結像システム。
9. 前記第１および第２の回転可能ホイール（２１０、２２０）のうちの少なくとも一方は、前記キャリア・ホイール装置（２００）から取り外し可能なものである、請求項２乃至８のいずれかに記載の結像システム。
10. 前記複数の取付けフレーム（２１４、２４４）は、前記筐体（１１１）に含まれるリーダ装置（２６１）によって読み取り可能な固有識別装置（２１５、２２５）、例えばＲＦＩＤチップ、を含むものである、請求項１乃至９のいずれかに記載の結像システム。
11. 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記筐体（１１１）に含まれるエンコーダ装置（２６０）によって読み取り可能な少なくとも１つの位置マーカ（２１３、２２３）を含むものである、請求項１乃至１０のいずれかに記載の結像システム。
12. 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）および前記第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）をその前記動作位置に移動させるための駆動装置（１５０）が設けられたキャリア・ホイール筐体（２３０）を含むものである、請求項１乃至１１のいずれかに記載の結像システム。
13. − 前記キャリア・ホイール装置（２００）は、前記第１および第２の回転可能ホイール（２１０、２２０）を含み、
    − 前記キャリア・ホイール筐体（２３０）は、前記第１および第２の回転可能ホイール（２１０、２２０）をその周囲端縁部（２１２、２２２）に沿って収容する外側ベアリングを形成するものである、
    請求項１２に記載の結像システム。
14. 前記カメラ装置（１３０）は、
    − 前記第１の光軸（１４３）上を進む前記検出光を収集するよう配置された第１の検出器カメラ（１３１）と、
    − 前記第２の光軸（１５３）上を進む前記検出光を収集するよう配置された第２の検出器カメラ（１３２）と、
    を含むものである、
    請求項１乃至１３のいずれかに記載の結像システム。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の時空間光変調結像システムを用いて前記調査対象の物体（１）を共焦点結像させる方法であって、
    − 前記複数対の第１および第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ（２１１）の中の１対と、前記複数対の第１および第２のエミション・フィルタ（２２１）の中の１対とを選択するように前記キャリア・ホイール装置（２００）を調整する工程と、
    − 前記光変調マイクロミラー・デバイス（１１０）を作動させる工程であって、前記ミラー要素の各々が、前記変調器平面に垂直な前記変調器光軸（１２１）に対してそれぞれ第１および第２の傾斜角を有する前記第１の状態と前記第２の状態の間で個々に切り替えられる工程と、
    − 前記マイクロミラー・デバイス（１１０）からの照射光を前記物体（１）に集束させ、前記照射光に応答して前記物体において生成された検出光を前記マイクロミラー・デバイス（１１０）に向けて方向付ける工程と、
    − 前記第１の状態の前記ミラー要素と、前記変調器光軸から外れた第１の光軸（１４３）上の前記第１の光中継装置（１４０）とを通って進む前記検出光と、前記第２の状態の前記ミラー要素と、前記変調器光軸から外れた第２の光軸（１５３）上の第２の光中継装置（１５０）とを通って進む前記検出光とを収集する工程と、
    − 前記収集された検出光に基づいて前記物体（１）の共焦点画像を再構成する工程と、
    を含む方法。
16. 複数の光学部材（２１１、２２１）を支持するよう構成されたキャリア・ホイール装置（２００）、特にフィルタ・ホイール装置であって、
    − 複数の第１の光学部材（２１１）を収容するよう構成された第１の回転可能ホイール（２１０）と、
    − 前記第１の回転可能ホイール（２１０）を収容するキャリア・ホイール筐体（２３０）と、
    を含み、
    − 前記キャリア・ホイール筐体（２３０）は、前記第１の回転可能ホイール（２１０）を回転可能な形態で支持する外側ベアリング（２４０）と、前記第１の回転可能ホイール（２１０）をその周辺端縁部（２１２）において駆動するよう配置された駆動装置（２５０）とを含むものである、
    キャリア・ホイール装置。
17. − 前記キャリア・ホイール装置は、さらに、複数の第２の光学部材（２２１）を収容するよう構成された第２の回転可能ホイール（２２０）を含み、
    − 前記第２の回転可能ホイール（２１０）は前記キャリア・ホイール筐体（２３０）によって収容され、また、前記第２の回転可能ホイール（２１０）は、前記第１の回転可能ホイール（２１０）に隣接して配置され、前記外側ベアリング（２４０）によって回転可能な形態で支持され、
    − 前記駆動装置（２５０）は、前記第２の回転可能ホイール（２２０）をその周辺端縁部（２２２）において駆動するよう配置されるものである、
    請求項１６に記載のキャリア・ホイール装置。
18. 前記外側ベアリング（２４０）は、前記キャリア・ホイール筐体（２３０）内に配置された複数のベアリング・ローラ（２４１、２４２、２４３）を含むものである、請求項１６または１７に記載のキャリア・ホイール装置。
19. 前記ベアリング・ローラ（２４１、２４２、２４３）は、
    − 前記第１の回転可能ホイール（２１０）を前記第１の方位角支持位置で支持するよう回転可能なおよび半径方向に移動可能な形態で配置された第１の変位可能なベアリング・ローラ（２４１）と、
    − 前記第１の回転可能ホイール（２１０）を他の方位角位置で支持するよう回転可能な形態で配置された２つの固定ベアリング・ローラ（２４３）と、
    を含むものである、請求項１８に記載のキャリア・ホイール装置。
20. − 前記第２の回転可能ホイール（２２０）が設けられており、
    − 第２の変位可能なベアリング・ローラ（２４２）が、前記第２の回転可能ホイール（２２０）を第２の方位角支持位置において支持するよう回転可能なおよび半径方向に移動可能な形態で配置され、
    − 前記固定ベアリング・ローラ（２４３）は、前記第１の回転可能ホイール（２１０）および前記第２の回転可能ホイール（２２０）を支持するよう配置されるものである、
    請求項１９に記載のキャリア・ホイール装置。
21. 前記第１および第２の変位可能ベアリング・ローラ（２４１、２４２）の少なくとも一方は、対応する前記回転可能ホイール（２１０、２２０）が前記外側ベアリング（２３０）によって支持される支持状態と、対応する前記回転可能ホイールが前記外側ベアリング（２３０）から取り外し可能な解除状態との間で手動で半径方向に変位するよう適合化される、請求項１９または２０に記載のキャリア・ホイール（２１０、２２０）。
22. − 前記駆動装置（２５）は、前記第１および第２の回転可能ホイール（２１０、２２０）の一方に結合された摩擦ホイール（２５３、２５４）を駆動するよう配置された少なくとも１つの駆動モータ（２５１、２５２）を含み、
    − 前記少なくとも１つの駆動モータ（２５１、２５２）は、前記キャリア・ホイール筐体（２３０）にバネ荷重の旋回可能な形態で配置されるものである、
    請求項１６乃至２１のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
23. − 前記少なくとも１つの駆動モータ（２５１、２５２）は、バネ荷重のレバー部（２５５、２５６）によって支持され、
    − 対応する前記バネ荷重のレバー部（２５１、２５６）を有する前記少なくとも１つの駆動モータ（２５１、２５２）は、前記キャリア・ホイール筐体（２３０）の第１の側部に配置され、前記摩擦ホイール（２５３、２５４）は前記キャリア・ホイール筐体（２３０）の反対側の第２の側部に配置されるものである、
    請求項２２に記載のキャリア・ホイール装置。
24. − 前記キャリア・ホイール筐体（２３０）は、第１の光軸通路（２３１）および第２の光軸通路（２３２）を有し、
    − 前記第１の回転可能ホイール（２１０）は、前記複数の第１の光学部材（２１１）の中の１つを前記第１の光軸通路（２３１）に、前記複数の１の光学部材（２１１）の中の別の１つを前記第２の光軸通路（２３２）に、同時に配置するよう構成されるものである、
    請求項１６乃至２３のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
25. − 前記第２の回転可能ホイール（２２０）が設けられており、
    − 前記第２の回転可能ホイール（２２０）は、前記複数の第２の光学部材（２２１）の中の１つを前記第１の光軸通路（２３１）に、前記複数の第２の光学部材（２２１）の中の別の１つを前記第２の光軸通路（２３２）に、同時に配置するよう構成されるものである、
    請求項２４に記載のキャリア・ホイール装置。
26. 前記キャリア・ホイール筐体（２３０）は、前記第１および第２の光軸通路（２３１、２３２）と位置合わせされた各光学レンズ（２３４）を支持するカバー壁部（２３３）を有するものである、請求項２４または２５に記載のキャリア・ホイール装置。
27. 前記光学部材（２１１、２２１）は、複数のダイクロイック・ビーム・スプリッタおよび複数の光学フィルタの中の１つを含むものである、請求項１６乃至２６のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
28. 前記キャリア・ホイール装置（２００）はその中央に貫通孔（２０２）を有するものである、請求項１６乃至２７のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
29. 前記第１の回転可能なホイール（２１０）は、エンコーダ装置（２６０）によって読み取り可能な少なくとも１つの位置マーカ（２１３）を支持するものである、請求項１６乃至２８のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
30. 前記第１の回転可能ホイール（２１０）は、前記複数の第１の光学部材（２１１）の中の１つを収容するようそれぞれ配置された複数の取付けフレーム（２１４、２２４）を有するものである、請求項１６乃至２９のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。
31. 前記複数の取付けフレーム（２１４、２２４）は、個々に、前記第１の回転可能ホイール（２１１）に挿入することができまたは前記第１の回転可能ホイール（３１１）から取り外すことができるものである、請求項３０に記載のキャリア・ホイール装置。
32. 前記複数の取付けフレーム（２１４、２４４）は、リーダ装置（２６１）によって読み取り可能な固有識別装置（２１５、２２５）、例えばＲＦＩＤチップ、を含むものである、請求項３１に記載のキャリア・ホイール装置。
33. − 前記第２の回転可能ホイール（２２０）が設けられており、
    − 前記第２の回転可能ホイール（２２０）は、前記エンコーダ装置（２６０）によって読み取り可能な少なくとも１つの位置マーカ（２２３）を支持し、および／または、前記第２の回転可能ホイール（２２０）は前記複数の取付けフレーム（２２４）を有するものである、
    請求項２９乃至３２のいずれかに記載のキャリア・ホイール装置。

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