JP5658038B2 - 顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、検出器上に試料を結像するための結像対物レンズと、結像対物レンズの焦点面内でシート光により試料を照明するための手段とを備えた顕微鏡に関する。照明手段は、コヒーレント光を放射する照明源を含んでいる。

照明用ビーム経路と検出用ビーム経路が基本的に互いに垂直に配置されており、試料を結像対物レンズの焦点面内でシート光により、つまり結像対物レンズの光軸に垂直に照明する顕微鏡は、選択的平面照明顕微鏡検査（ＳＰＩＭ）の方法に基づき試料を検査するために設計されている。３次元の試料を幾つかの異なる深さの平面において点ごとに走査し、次いで、その際に取得した画像情報を試料の３次元結像へと組み立てる共焦点走査型レーザ顕微鏡検査（ＬＳＭ）とは違い、ＳＰＩＭテクノロジーは、広視野顕微鏡検査を基礎としており、試料の幾つかの平面の光学的断面に基づく試料の画像表示を可能にする。

ＳＰＩＭテクノロジーの利点は、とりわけ画像情報の捕捉を行う速度が比較的速いこと、生物試料の退色の危険性が比較的少ないこと、および試料内への焦点の侵入深度が比較的深いことにある。

原理的には、ＳＰＩＭテクノロジーの場合、試料内に含まれているか、または試料内に組み込んだ蛍光体が、いわゆるシート光へと成形されたレーザ光によって励起される。このシート光により、試料のそれぞれ選択した深度での平面を照明し、この試料平面の画像を結像光学系によって光学的断面の形で取得する。このような静的なシート光による励起と基本的に同等なのは、結像対物レンズの焦点面内で細い回転対称性のレーザビームが素早く往復運動することである。これによりシート光の形が効率的に、つまり観察期間中の時間平均において効率的に生じる。

ＳＰＩＭテクノロジーは、例えばシュテルツァーら（Ｓｔｅｌｚｅｒ ｅｔ ａｌ．）、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３１、１４７７（２００６）、シュテルツァーら（Ｓｔｅｌｚｅｒ ｅｔ ａｌ．）、Ｓｃｉｅｎｃｅ ３０５、１００７（２００４）、独国特許出願公開第１０２５７４２３号明細書、および国際公開第２００４／０５３０５５８号パンフレットに記載されている。

既知のテクノロジーの欠点は、これらのテクノロジーの場合に一つには軸方向の解像度に関し、もう一つには画像エリアサイズに関して妥協を受け入れなければならないことである。なぜなら、いかなるビーム発散もない絶対平面のシート光の生成は原理的に不可能だからである。シート光が例えば円柱レンズの焦点内で生成される場合、双曲線形のビームプロフィルが生じる。観察可能な画像エリア、つまり平面的なシート光の条件がほぼ満たされている領域は、その照明方向に沿った広さに関しては、使用した円柱レンズおよびそれに連結された光学系の焦点深度と一致している。この焦点深度は、円柱レンズの開口数にも直接的に依存しており、したがって結像対物レンズの光軸に沿った軸方向の解像度とも関連している。一般的に開口数は、関心のある画像エリアの縁領域内でのシート光の軸方向の広さが、画像中心での広さのほぼ２倍となるように選択される。典型的には、開口数は０．０５付近の範囲内である。したがって高い軸方向解像度で大面積の試料領域を観察するための可能な方策はごく限られている。この問題は、静的なシート光を使用する場合だけでなく、試料上を走査しながら案内されるビームを使用する場合にも存在する。

既知のＳＰＩＭ方法ではたいてい生じているさらなる問題は、試料内での影の投射である。試料は、検出方向に対して側面から比較的小さな開口数で照射され、かつ試料内の幾つかの領域は、比較的高い吸収率を有する、または光を別の領域より強く散乱するので、照明方向におけるこれらの領域の後ろ側には周囲に比べて暗い区域が生じ、この区域は、比較的強く吸収または散乱する領域の影として表面化する。このため、ＳＰＩＭテクノロジーで取得される記録に縞パターンが生じる。例えば独国特許出願公開第１０２５７４２３号明細書および独国特許出願公開第１０２００５０２７０７７号明細書に記載された構成の場合がそうである。これらの構成では、厚さ、つまり結像対物レンズの光軸に沿った広さ（以下、Ｚという）が変化しない不動のシート光が生成される。試料面を焦点面（ＸＹ面）内の様々な角度からシート光で照明すれば影の投射を減らすことができるが、そのためには独国特許出願公開第１０２００７０１５０６３．８号明細書に記載されているように多数の光源またはスキャナミラーのような可動光学素子または空間光変調器（ＳＬＭ）が必要である。影の投射の効果の低減は、２つの相互に向かい合う側から２つのシート光を次々に使用することによっても達成され、その際はこれに加え、フイスケンら（Ｈｕｉｓｋｅｎ ｅｔ ａｌ．）の論文、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３２（１７）、２００７、２６０８〜２６１０ページに記載されているように、入射角度に変化を付けてもよい。しかしながらこの構造は非常に複雑であり、その後に続く評価も同様に複雑である。

影の形成は、欧州特許第０２４８２０４号明細書および米国特許第４８２６２９９号明細書に記載された構成の場合にも生じる。いずれの場合にも、影の投射を少なくとも減らす構成は、構造が複雑であり、相互の調整が必要なかなりの数のコンポーネントを要する。

他方で、例えば光ピンセットを生成するために、いわゆるベッセルビーム、すなわち非回折ビームが使用されており、このビームの横方向の強度プロフィル（つまりＳＰＩＭ顕微鏡の場合にはＺ軸、結像対物レンズの光軸に沿った）は、照明ビームの光軸（ここではＸ方向）に沿って変化しない。このビームの横方向の強度プロフィルは、ベッセル関数として、またはベッセル関数の重ね合わせとして表現することができ、通常は回転対称性である。ベッセルビームを用いた光ピンセットの生成は、例えばケー．ドラキアら（Ｋ．Ｄｈｏｌａｋｉａ ｅｔ ａｌ．）の論文、Ｎａｔｕｒｅ Ｖｏｌ．４１９、２００２、１４５〜１４７ページに記載されている。ベッセルビームを生成するには、アリモトらの論文、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．３１（１９９２）、６６５３〜６６５７ページに記載されているように、例えば円錐レンズ、いわゆるアキシコンを使用することができる。アキシコンの機能は、透過格子または位相格子の形の、相応に成形された回転対称性の回折光学素子（ＤＯＥ）が引き受けることもできる。蛍光検査のための走査型レーザ顕微鏡検査の枠内でベッセルビームを生成するためにそのような位相格子を使用することは、例えばウィルソンら（Ｗｉｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）の論文、Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２６８（２００６）、２５３〜２６０ページに記載されている。

この回転対称性のベッセルビームの本質的な特性は、影の投射が、影を生成する対象物の後ろの小さな領域に制限されており、その後はベッセルビームの再構成が起こることである。

したがって本発明の課題は、上述の現況技術の欠点を克服する構成を開発すること、つまり特に焦点深度を高めたシート光を画像エリア内で生成することであり、その際、好ましくは簡単なやり方でも影の投射が減少または回避されるべきである。

この課題は、冒頭に述べた種類の顕微鏡の場合、照明手段が、光ビームから少なくとも２つの平面波を生成し、この平面波に伝播方向を規定する、ベッセル光学系を含んでおり、その際、平面波のそれぞれの伝播方向は焦点面とそれぞれ鋭角を成しており、この鋭角の値は平面波の各々に対して同じであり、したがって平面波は焦点面内で強め合うように干渉し、それによりシート光が生成されることによって解決される。現況技術で記載されているベッセルビームの生成手段が、専ら互いに重なり合う多数の平面波によって回転対称性のベッセルビームを生成するのに対し、本発明によるベッセル光学系では、少なくとも２つの平面波しか生成されず、この２つで、一般的に既に十分であり、この数は、一つには構造的要件に関し、もう一つにはシート光品質に関して優れた妥協点である。ただし２つより多い平面波を使用することもできる。これらの波は互いに向かって進み、波が互いに重なり合う領域内で強め合うように干渉し、それによりシート光が生成される。結像対物レンズに対してベッセル光学系を相応に配置すれば、この強め合う干渉が焦点面内で起こる。当然であり、当業者にはやはり理解されることだが、ベッセル光学系と結像対物レンズを互いに、強め合う干渉が焦点面外で、ただし焦点面に平行に起こるようにも、また強め合う干渉が焦点面に対して少し傾いた平面内で起こるようにも配置することができる。両方の伝播方向が、焦点面または強め合う干渉が起こる平面と成す鋭角は、所望の画像エリアサイズに、またそれに関連して所望のシート光厚に依存する。さらに干渉の際に生じる副極大により、いわゆるサイドシート光が生じる可能性があり、したがってこの角度は、サイドシート光がなるべく表面化して妨げとならないように選択しなければならない。光源として通常はレーザを使用する。このようにして生成されたシート光は、従来通りに生成されたシート光に比べて高い焦点深度を有しており、つまりシート光の照明方向Ｘに沿った基本的に平面的な領域の広さが、従来通りに生成したシート光の場合より大きく、したがって結像対物レンズの画像エリアの利用可能な部分がより大きい。そのうえベッセルビームの特殊な特性により、照明方向における影の投射が減少するというさらなる利点がある。したがってシート光により焦点面内の様々な方向から照明する必要はない。その際、ベッセル光学系内に入射する光ビームはしばしば、その前に配置されたコリメータによってコリメートされているが、これは必要条件ではない。

このようなベッセル光学系は様々なやり方で実現することができる。本発明の第１の実施形態では、ベッセル光学系が第１および第２の隙間を備えた絞りを含んでおり、その際、両方の隙間は焦点面に平行な平面内で、焦点面の異なる側にある。これらの隙間は、平行でコリメートされた入射光を制限し、かつ円柱形の光波を放射する光源としても働く。さらにベッセル光学系は第１の円柱レンズを含んでいる。円柱の対称軸、つまり回転軸は焦点面内にある。円柱レンズは、隙間から放射された波を２つの平面波に変換し、これらの平面波を焦点面に向け、焦点面でこれらの平面波が干渉する。

両方の隙間の間隔は、使用する波長に応じて、かつ円柱レンズのパラメータ（屈折力や曲率半径など）に依存して選択され、この隙間の間隔の典型的な値は例えば４ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内にあり、隙間の幅は、それによりシート光が照明方向に沿ってどのくらいの広さを有するかも決まるが、例えば１０μｍから１００μｍの間とすることができる。ただしこの値は、最終的には所望の画像エリアサイズおよびシート光の厚さに関連して調整しなければならないので、これ以外もあり得る。しかしながらこの両方の隙間を使用するので光損失が生じ、画像はより暗くなる。

これは、本発明の別の一実施形態によって回避することができる。この場合ベッセル光学系は、２つの隙間を備えた絞りおよび円柱レンズの代わりにプリズムを含んでいる。プリズムの入射面は、光ビームがやってくる方向に垂直である。プリズムは、焦点面内に非屈折性エッジを備えている。この機能の点から、２つの別々のプリズムから組み立てたプリズムを考えることができ、その際、両方のプリズムはその（プリズム角と向かい合う）底面で組み合わされる。両方のプリズムの入射面が平行であるのに対し、出射面は、非屈折性エッジと９０度未満の角度を成す。プリズム角はそれぞれ同じである。このようにすると、光ビームのうち焦点面の上側を走る部分が、光ビームのうち焦点面の下側でプリズムに当たる部分とは別の方向に偏向される。

生成された平面波が焦点面内で強め合って重なり合うように、プリズム角を相応に小さく選択しなければならない。典型的には、プリズム角は５度〜４０度の範囲内にあり、この値は本質的にはビーム直径および／または屈折力および／または所望の画像エリアサイズによって決まる。したがってこの範囲の外の値も可能であり、ただしその場合は、事情によっては損失を甘受しなければならない。この場合、シート光の広さは、屈折率およびプリズム角などプリズムの特別な特性に依存する。入射面全体が光で照射されない場合には、ビームの開口度も、照明方向（Ｘ）に沿ったシート光の広さに同様に影響を及ぼし得る。結像対物レンズの光軸（Ｚ）に沿ったシート光の厚さも、プリズム特性、特にプリズム角の影響を受ける。

プリズムの代わりに、同じ働きを有するＤＯＥを使用することもでき、例えばベッセル光学系が位相格子または透過格子を有することができる。この格子は、照明用ビーム経路の中間画像面内に配置される。相互に干渉する両方の平面波は、例えば格子の正および負の１次回折の波列であることができる。より高い次数の回折も使用可能である。妨害となる０次回折の光部分は遮蔽することが好ましく、そのためにベッセル光学系は、対応する手段、例えばビーム経路内で中間画像面の後ろに配置された瞳面の中心に配置されたビームシャッタを有する。

プリズムの場合のように、円柱レンズの使用は強制ではない。なぜなら格子またはプリズムを焦点面のすぐ近くに配置できる場合、波はプリズムまたは格子から出射した直後に相互に干渉するからである。このような構成が不可能であれば、さらなる光学素子を使用することで対処が可能である。この場合、ベッセル光学系は第１および第２の円柱レンズを有することが好ましく、その際、プリズムまたは位相格子または透過格子および第１の円柱レンズおよび第２の円柱レンズが、４ｆ配置に対応して形成され配置される。その際、プリズムまたは格子は、第１の円柱レンズの照明側の合焦面内にあり、結像対物レンズの光軸は、ほぼ第２の円柱レンズの対象物側の合焦面の領域内にある。第１および第２の円柱レンズは、基本的に同一構造であり、ただし鏡面対称に配置されている。この鏡面は、第１の円柱レンズの対象物側の合焦距離内で、第２の円柱レンズの照明側の合焦面内にある。レンズの合焦距離はそれぞれ同じであり、したがってプリズムまたは格子および試料は、互いに対し円柱レンズの合焦距離ｆの４倍の間隔をあけている。この４ｆ構成は、第１および第２の円柱レンズで共有しており、フーリエ面とも呼ばれる合焦面内で、様々なやり方で光を操作し得るという利点を提供する。例えばベッセル光学系が、使用した格子の０次回折を遮蔽するアポダイゼーション絞りの１種をフーリエ面内に含むことができる。

ベッセル光学系での４ｆ配置の光学的構成の使用は、プリズム格子または位相格子または透過格子を、例えばやはりスペース上の理由から、焦点面に対して必要と思われるほど近くには配置できない場合に利用可能であることが有利である。

上で述べた構成が全て静的なシート光の使用を前提条件とするのに対し、最後に述べた４ｆ配置での光学的構成は、焦点深度および影の投射に関して同じ利点を有する動的で効率的なシート光を生成するのにも使用できるように変形することができる。冒頭に述べた顕微鏡においては、この場合、照明手段が、光ビームから回転対称性のベッセルビームを生成する光学素子を含んでいる。その際、この光学素子は好ましくはリング状の絞り、アキシコン、または位相マスクであってよく、光軸に関して回転対称性を有する。そのうえ照明手段は第１および第２のレンズを含んでおり、ただしこの場合は円柱レンズではなく、光軸に関して回転対称なレンズである。光学素子、第１のレンズ、および第２のレンズは、両方のレンズの間にフーリエ面を備えた４ｆ配置に対応して形成され配置される。このようにして、ベッセルビームが結像対物レンズの焦点面内に結像される。最後に、照明手段は、結像対物レンズの焦点面内でベッセルビームで試料を走査するための走査手段も含んでいる。この走査手段は、例えばフーリエ面内にある回転軸を備えた回転ミラーとして形成することができる。

上述の、および以下にさらに説明する特徴は、提示した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠を超えない限り、別の組合せにおいて、または単独でも使用可能なことは自明である。

ＳＰＩＭ顕微鏡の基本的な構造を示す図。 隙間マスクおよび円柱レンズを備えた照明光学系の原理を示す図。 プリズムを備えた照明光学系を示す図。 位相マスクを備えた４ｆ構成を示す図。 動的シート光を備えた４ｆ構成を示す図。

以下に、本発明の本質をなす特徴も示している添付の図面に基づき、本発明をより詳しく説明する。
最初に図１にＳＰＩＭ顕微鏡の基本的な構造が示されている。照明源１の光は、照明光学系２を介してシート光へと成形され、試料３に向けられる。試料およびシート光は結像対物レンズ４の焦点面内にある。結像対物レンズ４の光軸は、試料３が照明される方向に垂直である。照明光学系２は一般的に、照明源１のコヒーレント光をコリメートし、それをシート光に成形する、複数の光学素子を含んでいる。現況技術では照明光学系２は一般的に、平らな側を試料の方に向け、アーチ状の側を照明源の方向に向けた円柱レンズも含んでいる。以下に、現況技術で知られている構成に比べて焦点深度がより深く、影の投射がより少ないシート光を生成することができる照明光学系２の複数の例を説明する。

第１のこのような構成が図２に示されており、図２ａでは図１の図に対応する側面図で、図２ｂでは例えば結像対物レンズ４の方向からの俯瞰図に相当する図で示されている。図２に示した構成は、コリメートされたビーム５から２つの平面波６を生成するベッセル光学系を備えている。その際、ベッセル光学系は、平面波の伝播方向のそれぞれが結像対物レンズ４の焦点面と鋭角を成すように、平面波６に対して伝播方向を規定する。この角度の値は両方の平面波について同じであり、ただし絶対値は一方の場合には正であり、もう一方の場合には負であり、したがって両方の平面波は異なる側から焦点面に当たる。焦点面では平面波が強め合うように干渉し、それによりシート光７が生成される。

図２に示したベッセル光学系は、２つの隙間９を備えた絞り８を含んでいる。両方の隙間９は焦点面に平行な平面内で、ただし焦点面の異なる側にある。隙間９から出るほぼ円柱形の両方の波は、第１の円柱レンズ１０によって平面波６へと変形され、焦点面に向けられる。その際、円柱レンズの回転軸は焦点面内にある。その際、絞り８は照明用ビーム経路の瞳面内に配置されている。

このようにして発生させたシート光７は、従来通りに生成されたシート光に比べて観察方向Ｚにおいて高い焦点深度を有している。その理由は、このようにして生成されたシート光７が、照明方向Ｘに沿った比較的大きな領域内で、より詳しくは平面波６が強め合って重なり合う領域内で、実際に基本的に平面的な形状をとることにある。この領域は、図２ａではｄ_１で記されている。比較のため、シート光の古典的な進み方が破線で示されている。この場合、実際に利用可能な領域は、Ｘ方向では広さｄ_Ｓだけである。広さｄ_１は、使用した隙間９の幅に依存する。幅が広くなれば、原理的には強め合う干渉がもたらされる領域もそれだけ大きくなる。ベッセルビームの特別な特性により、ベッセルビームは試料３に対して比較的短い間隔をあけて焦点面内で再び自己再構成するので、影の投射も減少する。

この構成の欠点は、利用可能な光量が、両方の隙間９によって大きく減らされることである。これにより明るさが大きく減少する。これは、図３に示した構成によって回避することができる。図２に倣い、図３ａは図１の図に対応して顕微鏡の側面図を示しており、図３ｂは結像対物レンズ４の方向からの俯瞰図を示している。２つの隙間を備えた絞りおよび円柱レンズの代わりに、ベッセル光学系はここではプリズム１１を含んでいる。プリズム１１の材料は、一般的に光の波長に依存して選択される。プリズム１１は交換可能に形成することもでき、したがって例えば波長を変える際にプリズム１１も交換される。この交換は、そのために設けたメカニズムによって自動的に実施することもできる。強め合う干渉という所望の効果を達成するため、プリズム１１は小さなプリズム角αを有さなければならず、プリズム角は、通常は５度から４０度の間の範囲内にあり、ただしこの範囲の外でもよい。Ｘ方向におけるシート光７の広さおよびＺ方向におけるシート光の厚さは、プリズム特性、特にプリズム角αの影響を受ける。プリズム角αが小さくなれば、平面波の伝播方向が焦点面と成す鋭角もそれだけ小さくなる。これは、シート光のＺ方向における広さをより大きくするが、Ｘ方向における広さをも大きくするので、適切な妥協点を見つけなければならない。プリズム１１は、光ビーム５のビーム方向に垂直な入射面１２を備えている。プリズム１１は一般的に一体として作製されるが、例えば２つの同種のプリズムから組み立てることもでき、その際、両方のプリズムはそのプリズム角αと向かい合う底面で組み合わされ、プリズム底面は焦点面内にある。両方の出射面は、焦点面内で非屈折性エッジを構成している。このようにすると、光ビーム５のうち焦点面の上側を走る部分が、光ビーム５の下半分の部分とは別の一方向に偏向される。

図２に示した構成の場合と同様に、焦点面はここでは基準として用いたものにすぎず、適用の必要があれば、結像対物レンズ４の光軸を、照明方向に対して別の角度に配置することももちろん可能である。これは、上述の構成の純粋に構造的な措置として、同様に把握される。

プリズム１１の代わりに、相応に設計された回折光学素子、例えば位相格子または透過格子を使用することもできる。この格子は、照明用ビーム経路の中間画像面内に配置される。両方の平面波６は、この場合は格子の正および負の１次回折に相当する。格子は０次回折が抑制されるように形成することができる。

例えば狭いスペース環境により、プリズム１１または格子を結像対物レンズ４のすぐ近くに配置できない場合は、例えば格子またはプリズム１１を、４ｆ配置の光学的構成を介して焦点面内に結像させることで対処することができる。このような構成は、図４で例示的に位相格子１３に関して示されている。光ビーム５は位相格子１３のところで曲げられ、０次回折は遮蔽され、正および負の１次回折はその後も使用される。位相格子１３は、第２の円柱レンズ１４の合焦面内にあり、この第２の円柱レンズは、平面波６をその周波数に対応して試料側の合焦面内の点に結像し、したがってこの合焦面はフーリエ面１５とも呼ばれる。

フーリエ面では周波数領域に関する操作を行うことができ、例えばアポダイゼーション絞りを導入することができる。
フーリエ面１５は同時に第１の円柱レンズ１０の照明側の合焦面でもあり、第１の円柱レンズは、相応に再び平面波６を生成して焦点面に結像し、焦点面では平面波が強め合うように干渉する。第１の円柱レンズ１０の試料側の合焦面は、ほぼ結像対物レンズ４の光軸の領域内にある。

これまで示した構成は全て、２つの平面波の強め合う干渉に基づく静的なシート光７を生成するためのものであるが、ビームの横方向（Ｙ、Ｚ）の強度プロフィルを照明方向Ｘの光軸に沿って変化させない回転対称なベッセルビーム、つまり非回折ビームを、動的または効率的なシート光７の生成に使用することもできる。このような構成は、例示的に図５に示されている。コヒーレントでコリメートされた光ビーム５から、光学素子１６によって回転対称なベッセルビーム１７が生成される。光学素子１６は、例えばリング状の絞り、アキシコン、または相応に形成された位相マスクでよい。空間光変調器（ＳＬＭ）も使用可能である。この場合も再び、例示的に２つの平面波６だけを図示したが、ベッセルビーム１７は多くの平面波の回転対称な重ね合わせである。

光学素子１６と一緒に４ｆ配置に対応して配置されている第１のレンズ１８および第２のレンズ１９を介し、ベッセルビーム１７が結像対物レンズ４の焦点面内に結像される。そこでも、線状の区域だけが照明される。ただし両方のレンズ１８と１９の間のフーリエ面１５内に回転ミラー２０があり、この回転ミラーの回転軸はフーリエ面１５内にあり、この回転ミラーにより、焦点面内のベッセルビーム１７は試料３上を案内される。このようにして効率的なシート光を生成することができる。

上述の構成によって、ＳＰＩＭ顕微鏡検査におけるシート光７の照明方向における焦点深度を高めることができ、それによって観察の際に比較的大きな画像エリアが提供される。同時に影の投射を減らすことができる。

１ 照明源
２ 照明光学系
３ 試料
４ 結像対物レンズ
５ 光ビーム
６ 平面波
７ シート光
８ 絞り
９ 隙間
１０ 第１の円柱レンズ
１１ プリズム
１２ 入射面
１３ 位相格子
１４ 第２の円柱レンズ
１５ フーリエ面
１６ 光学素子
１７ ベッセルビーム
１８ 第１のレンズ
１９ 第２のレンズ
２０ 回転ミラー
α プリズム角
ｄ_１、ｄ_Ｓ シート光の広さ
Ｘ 照明方向
Ｚ 観察方向

Claims (9)

1. 検出器上に試料（３）を結像するための結像対物レンズ（４）と、
   該結像対物レンズ（４）の焦点面内でシート光（７）により該試料（３）を照明するための、コヒーレント光を放射する照明源（１）を含む手段とを備えた顕微鏡において、
   該結像対物レンズ（４）の光軸がシート光（７）の照明方向に垂直であり、
   該照明手段が、光ビーム（５）から少なくとも２つの平面波（６）を生成するとともに、該少なくとも２つの平面波（６）に対して伝播方向を規定する、ベッセル光学系を含み、
   その際、該平面波（６）のそれぞれの伝播方向が焦点面とそれぞれ鋭角を成しており、該鋭角の値が該平面波（６）の各々について同じであり、したがって該少なくとも２つの平面波（６）が焦点面内で強め合うように干渉し、それによりシート光（７）が生成されることを特徴とする顕微鏡。
2. 前記ベッセル光学系が、照明用ビーム経路の瞳面内にある２つの隙間（９）を備えた絞り（８）を含み、その際、両方の隙間（９）が焦点面に平行な平面内で、焦点面の異なる側にあり、かつ第１の円柱レンズ（１０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記ベッセル光学系が、光ビームの方向に垂直な入射面（１２）と焦点面内にある非屈折性エッジとを備えたプリズム（１１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
4. 前記ベッセル光学系が、前記照明用ビーム経路の中間画像面内にある位相格子（１３）または透過格子を含み、その際、前記ベッセル光学系が好ましくは、該位相格子（１３）または透過格子のところで回折された光の０次回折を遮蔽するための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
5. 前記ベッセル光学系が、第１および第２の円柱レンズ（１０、１４）を有しており、その際、プリズム（１１）または位相格子（１３）または透過格子および第１の円柱レンズ（１０）および第２の円柱レンズ（１４）が、該両方の円柱レンズ（１０、１４）の間にフーリエ面（１５）を備えた４ｆ配置に対応して形成され配置されていることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項に記載の顕微鏡。
6. 前記フーリエ面（１５）内にアポダイゼーション絞りが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
7. 検出器上に試料（３）を結像するための結像対物レンズ（４）と、
   該結像対物レンズ（４）の焦点面内でシート光（７）により該試料（３）を照明するための、コヒーレント光を放射する照明源（１）を含む手段とを備えた顕微鏡において、
   該結像対物レンズ（４）の光軸がシート光（７）の照明方向に垂直であり、
   該照明手段が、
   光ビーム（５）から回転対称なベッセルビーム（１７）を生成する光学素子（１６）であって、該光学素子（１６）は、リング状の絞り、アキシコン、または位相マスクであり、該ベッセルビーム（１７）は、多数の平面波の回転対称な重ね合わせである、該光学素子と、
   該結像対物レンズ（４）の焦点面内で該ベッセルビーム（１７）に該試料（３）を走査させる走査手段とを含むことを特徴とする顕微鏡。
8. 前記走査手段が、フーリエ面内にある回転軸を備えた回転ミラー（２０）を含むことを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡。
9. 前記照明手段が、第１および第２のレンズ（１８、１９）であって、光学素子（１６）ならびに第１および第２のレンズ（１８、１９）が、該両方のレンズ（１８、１９）の間にフーリエ面（１５）を備えた４ｆ配置に対応して形成および配置されており、それによって該ベッセルビームが該結像対物レンズ（４）の焦点面内に結像される、第１および第２のレンズ（１８、１９）を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の顕微鏡。

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