JP2019144570A - 顕微鏡用の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】顕微鏡用の検出装置を提供する。【解決手段】顕微鏡用の検出装置１１３は、光のビーム経路２９０内に配置された分散要素２１１と、選択要素２１２とを含む。選択要素２１２は、光のビーム経路２９０から光のスペクトル部分のビーム経路２９１を分離する。検出装置１１３はさらに、光のスペクトル部分のビーム経路２９１をセンサ２１４上に集束するように構成された集束光学ユニット２１３を含む。一例として、顕微鏡は共焦点顕微鏡である。【選択図】図７

Description

本発明の様々な実施の形態は、顕微鏡用の検出装置に関する。特に、本発明の様々な実施の形態は、光のスペクトル部分のビーム経路内に配置され、その光のスペクトル部分のビーム経路をセンサ上に集束させるように構成された検出装置に関する。

顕微鏡法では、信号を生成するために、特に感度の高いセンサが必要とされる。そうすることで、画像品質が向上し得る。例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）のような従来型の大面積検出器は、例えばＧａＡｓＰアノードを用いて実装されるのであれば、約２０％〜５０％の量子効率を有する。そのような検出器は、数ｍｍ^２又は数十ｍｍ^２のオーダーの比較的大きな感知領域（検出領域）を有する。

原理的には、相対的に高感度のセンサが知られている。一例として、例えば８０〜９０％の比較的高い量子効率を有するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）及び他のシリコンベースのセンサが知られている。これは、典型的には、例えば直径約１００μｍの円形であり得る比較的小さな検出領域として得られる。これは、０．０５ｍｍ^２未満のオーダーの検出領域に相当する。

共焦点顕微鏡法は、顕微鏡法の特定の一種である。ここでは、標本の一部が典型的には照明され、この照明される部分は、様々な照明ステップにおいて段階的に変化する。一例として、この目的のためにレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）が使用され得る。標本によって反射された、又は、そうでなければ蛍光という方法で放射された光の光強度は、照明ステップごとに、対応する検出装置によって検出され得る。

スペクトル的に選択されて放出された光の検出は、共焦点顕微鏡法の範囲内で知られている。このことは、特に蛍光ベースの共焦点顕微鏡法において必要である。結果として、特に高い情報内容が画像化の間に得られ得る。一例として、光学フィルタの使用により、スペクトル的に敏感な検出が実現され得る。この光学フィルタは、特定のスペクトル部分を、他のスペクトル部分よりも強力に抑制する。一例として、この光学フィルタは、特定の波長にチューニングされてもよく、いわゆる目盛り付きフィルタとして具体化されてもよい。しかしながら、光学フィルタの使用は典型的には光の強度を減衰させ、その結果として信号レベルが減少する。その結果、測定された信号の信号対雑音比の減少につながり得る。このことは、測定精度を低下させ得る。

必要に応じてスペクトル成分の操作を伴う光の空間スペクトル分解によれば、スペクトル選択的な検出のために特定のスペクトル部分を抑圧するためのさらなる選択肢が提供される。これに関しては、特許文献１を参照されたい。また、光の個々のスペクトル部分のビーム経路がミラーによって操作され得る技術が知られている。これに関しては、特許文献２〜４を参照されたい。

ミラーの使用は、比較的複雑で効果なものになり得る。さらに、そのような技術は、光の個々のスペクトル部分の選択が平行ビーム内で行われるという点で不利である。このことは、典型的には、スペクトル分解能を制限する。

独国特許出願公開第１９８４２２８８号明細書 欧州特許第０７１７８３４号明細書 欧州特許第１０５３４９７号明細書 米国特許第６２５５６４６号明細書

したがって、顕微鏡のために改良された検出装置が必要である。特に、冒頭で特定した欠点のいくつかを救済する検出装置が必要である。特に、スペクトル選択的な検出のために構成され、かつ、高感度の小面積センサを使用する検出装置が必要である。さらに、スペクトル検出の目的のために共焦点顕微鏡内において小面積画素センサを使用できることが必要である。

この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、実施の形態を定義する。

一態様によれば、本発明は、顕微鏡用の検出装置に関する。この検出装置は、顕微鏡の標本領域からの光のスペクトル部分を選択的に検出するように構成される。この検出装置は、光のビーム経路内に分散要素を含む。この検出装置はさらに、選択要素を含む。選択要素は、光のスペクトル部分のビーム経路を光のビーム経路から分離するように、光のビーム経路内において分散要素の下流に配置される。検出装置はさらに、集束光学ユニットを含む。集束光学ユニットは、光のスペクトル部分のビーム経路内において、選択要素の下流に配置される。集束光学ユニットは、光のスペクトル部分のビーム経路を、センサ上に集束するように構成される。検出装置はさらに、光のスペクトル部分のビーム経路内において、集束光学ユニットの下流に配置されたセンサを含む。

一例として、顕微鏡は共焦点顕微鏡であってもよい。一例として、検出装置は、共焦点顕微鏡の照明装置の下流、かつ、光のビーム経路内の試料の下流に配置され得る。一例として、検出装置はさらに、光のビーム経路内において分散要素の上流に配置されたピンホールを備え得る。ただし、ピンホールは消耗品である。一例として、顕微鏡の標本領域からの光は、標本によって反射された光、及び／又は、蛍光標本によって放射された光であり得る。

このように、検出装置は、スペクトル部分のビーム経路をセンサ上に別個に集束させることによって、光のスペクトル選択的検出を容易化し得る。複数のスペクトル部分が選択的に検出され得る。一例として、２，３，４又はそれ以上のスペクトル部分が選択的に検出され得る。この目的のため、本明細書で論じる態様による検出装置は、複数の分離要素を備え得る。一例として、検出装置は、分離されるべきスペクトル部分ごとに、関連する分離要素を含むことができる。

一例として、分散要素は、プリズム又は格子であり得る。このように、分散要素は光のビーム経路のスペクトル分解をもたらし得る。この過程で、光はそのスペクトル成分に分解される。すなわち、異なる色は異なる影響を受ける。その結果、光のビーム経路内において、異なるスペクトル成分が空間的に広がる。一例として、スペクトル部分は、特定のスペクトル帯域を示し得る。スペクトル的に敏感な検出は、このスペクトル分解と、選択要素によるその後のスペクトル部分の選択とによって得られ得る。

スペクトル分解は通常、比較的大きな光学的範囲を生成する。この光学的範囲は、しばしばエタンデュとも呼ばれる。これは典型的には、幾何学的光学系におけるビームの範囲である。典型的には、ビーム断面と可能な最大立体角との積を含む。集束光学ユニットによりセンサへの集束を得ることは、エタンデュが比較的高いにもかかわらず可能であり、空間的に大きく区切られた焦点スポットを生成することが可能である。

センサは、０．１ｍｍ^２より大きい、又は１ｍｍ^２より大きい、又は１００ｍｍ^２より大きい領域内に感知領域を有することが可能である。ただし、様々な実施形態においては、比較的小さなセンサに焦点を合わせることも可能である。一例として、センサは、０．１ｍｍ^２未満の感知領域を有していてもよい。好ましくは、センサは、０．０５ｍｍ^２未満の感知領域を有していてもよい。特に好ましくは、センサは、０．０２ｍｍ^２未満の感知領域を有していてもよい。一例として、集束光学ユニットは、光のスペクトル部分のビーム経路をセンサの感知領域又は検出領域上に集束させるように構成され得る。したがって、焦点スポットは、センサの感知領域と実質的に同じ寸法を有し得る。結果として、ＡＰＤ、ＡＰＤアレイ、又は単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）アレイセンサ、電子増倍電荷結合素子（ＥＭＣＣ）センサなどの比較的高感度のセンサをも使用し得る。画像品質が向上し得る。

特に、比較的小さなセンサ面積を有するセンサの場合であっても、空間的に分解された点像分布関数の検出を行うことがあり得る。したがって、センサは、複数の画素を含むことができ、又は、画素化されたセンサであってもよい。このことは、改良された感度及び分解能、並びに、例えばデジタルピンホール機能などのさらなる機能を有する検出を可能とする。結果として、空間的に分解された態様で、画像化された焦点分布を測定することが可能になる。一例として、ＳＰＡＤセンサを使用することができる。一例として、ＳＰＡＤセンサは、１００×１００ピクセルを含むことができる。そのようなシナリオでは、感知領域は、例えば、１０×１０ｍｍ^２のオーダーの寸法を有し得る。

特に、本明細書に記載された技術によって得られるものは、センサ上のピンホールの回折限界撮像が達成されることである。このことは、センサ領域上のピンホールの画像が、中央のエアリーディスクよりも小さいことを意味する。

ビーム経路内において選択要素の上流に分散要素を設けることによって達成され得ることは、特に高いスペクトル分解能が達成されることである。選択されたスペクトル帯域のエッジ急峻性が特に高くなり得る。とりわけ狭いスペクトル帯域を選択することも可能となり得る。高いスペクトル分解能は、様々なスペクトル成分へのビーム経路の分解が起こった場所、すなわちスペクトル分解された面で起こる光のスペクトル部分のビーム経路の分離によって達成され得る。検出装置は、例えばレンズのような、光のビーム経路において分散要素と選択要素との間に配置される結像光学系を含むことが可能である。一例として、結像光学系は、光のビーム経路を焦点面に集束させることができる。一例として、選択要素は、焦点面内に又は焦点面に近接して配置され得る。典型的には、選択要素が焦点面の被写界深度内に位置する場合には、選択のためのスペクトル分解能が高められ得る。

選択要素は、スペクトル部分に対応する光のビーム経路の空間的領域に、選択的に影響を与え得る。一例として、選択要素は、光のスペクトル部分のスペクトル成分が選択要素によって光学的に影響されるか又は選択される一方、光の他のスペクトル成分が選択要素によって光学的に影響を受けないか又は選択されないよう、光のビーム経路内に配置され得る。

一例として、選択要素は、少なくとも１つのプリズムを含み得る。一例として、この少なくとも１つのプリズムはくさび形であり得る。一例として、この少なくとも１つのプリズムのうちの少なくとも１つは、光のビーム経路内に部分的に突出していてもよい。これの結果として、異なるスペクトル部分が選択され、対応するビーム経路は、光のビーム経路内における少なくとも１つのプリズムの位置に応じて分離され得る。

一般に、集光光学ユニットの構成は特に限定されない。一例として、集束光学ユニットは、ミラー及び／又はレンズを備え得る。一例として、集束光学ユニットはさらに、光のスペクトル部分のビーム経路内に配置された横方向色収差補正要素を含み得る。一例として、横方向色収差補正要素は、少なくとも１つのさらなるくさび形プリズムを含んでもよい。選択要素及び横方向色収差補正要素は、選択要素の少なくとも１つのプリズムの横方向色収差が、横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムのさらなる横方向色収差を打ち消すように、互いに対して配置され得る。一例として、横方向の色収差は、少なくとも１つのくさび形プリズム（ガラス経路）を通る光の様々なスペクトル成分の経路長が異なるために、選択要素によって引き起こされ得る。したがって、別の言い方をすれば、横方向色収差補正要素は、選択要素によって引き起こされる横方向の色収差を低減又は補償し得る。

一例として、選択要素の少なくとも１つのくさび形プリズム及び横方向色収差補正要素の少なくとも１つのくさび形プリズムを、光のスペクトル部分のビーム経路に関して、互いに相補的に配置することが可能であり得る。相補的に配置されるとは、一例として、光全体の様々なスペクトル成分が、選択要素の少なくとも１つのプリズムと、横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムとを通る実質的に同じガラス経路を通過することを意味し得る。一例として、これは、異なる方向から光のスペクトル部分のビーム経路内に垂直に突出する、及び／又は、各プリズムの対称軸に関して互いに１８０°回転して配向される、選択要素の少なくとも１つのプリズムと、横断色収差補正素子の少なくとも１つのプリズムとによって達成され得る。一例として、選択要素の少なくとも１つのプリズム及び横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムは、実質的に反対方向からの光のスペクトル部分のビーム経路内に突出することが可能である。

代替的に又は追加的に、選択要素の少なくとも１つのプリズムと、横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムとは、実質的に同じ光学特性を有することが可能であり得る。一例として、選択要素の少なくとも１つのプリズムの材料は、横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムの材料に対応するものであり得る。一例として、選択要素の少なくとも１つのプリズム及び横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムそれぞれの材料は、同じ光学屈折率を有してもよく、又は同一であってもよい。選択要素の少なくとも１つのプリズムのくさび角が、横方向色収差補正要素の少なくとも１つのプリズムのくさび角に対応するものであることも可能である。

上記のような技術によれば、横方向色収差の特に良好な低減を達成することが可能である。その結果、光のスペクトル部分のビーム経路のセンサの検出領域への特に良好な集束を得ることが可能となる。特に、光の色々なスペクトル成分に対してセンサのセンサ面内で光の焦点が横方向にずれることを防止することが可能であり、スペクトル部分の全てのスペクトル成分を含む焦点スポットを得ることが可能である。典型的には、比較的小さなセンサ領域を有するセンサが使用されることから、光の個々のスペクトル成分がセンサの感知領域上に配置されることがないようにすることができる。定義されたスペクトル成分を有する点像分布関数の実質的な回折限界画像を、センサ上に得ることが可能である。

柔軟に選択可能なスペクトル部分を有することは、追求する価値のある目標であり得る。一例として、これはスペクトル分離を生成するのに役立ち得る。この目的のために、駆動ユニットが設けられ得る。駆動ユニットは、ビーム経路内に変位可能に配置された選択要素の位置を決めるように構成され得る。特に、選択要素の位置決めは、ビーム経路に垂直な様々な位置で行うことができる。これによって実現されることは、ビーム経路内の選択要素の位置に応じて異なるスペクトル部分が選択され、対応するビーム経路が分離されることである。一例として、選択要素は、選択要素の位置に応じて、実質的に反対の方向から光のビーム経路内に突出する一対のプリズムを含むことが可能である。この一対のプリズムを変位させることにより、それぞれの場合において、スペクトルの異なるエッジ領域がスペクトルエッジ領域として選択され得る。一例として、一対のプリズムの上側（下側）プリズムを光のビーム経路内に配置し、一対のプリズムの下側（上側）プリズムを光のビーム経路の外側に配置することができ、その結果として、スペクトルの赤色（青色）エッジ領域がスペクトル部分として選択され、結果として、スペクトルの赤色（青色）エッジ領域及び光の残りのスペクトルが分離され得る。その後、選択要素の変位可能な配置によって、それぞれ異なるスペクトル部分が選択され得る。

駆動ユニットはまた、光のスペクトル部分のビーム経路内に変位可能に配置された横方向色収差補正要素の位置を決めるように構成され得る。駆動ユニットは、選択要素と横方向色収差補正要素とを、結合された態様で位置決めするように構成され得る。特に、横方向色収差補正要素の位置決めは、ビーム経路に垂直な様々な位置で行うことができる。一例として、結合された位置決めは、選択要素を所定の長さだけ変位させ、かつ、横方向色収差補正要素もその所定の長さだけ変位させることを意味し得る。変位は、選択要素の位置に応じて、光の特定のスペクトル成分のガラス経路が変化しないように、又は大きく変化しないように実行され得る。

選択要素と横方向色収差補正要素の結合された位置決めは、たとえ選択要素が様々なスペクトル部分を選択する目的のためにビーム経路内で異なる位置に移動され配置されたとしても、横方向の色収差が比較的小さくなることを保証する。

このように、上述の技術は、スペクトル部分の柔軟な選択に対しても横方向の色収差を減少させることができ、したがって焦点スポットが、選択された要素の位置に応じて、センサの感知領域に対して異なる点に配置されることを防止し得る。

集束光学ユニットは、光のスペクトル部分のビーム経路においてセンサの上流に配置された収集要素をさらに含むことができる。収集要素は、プリズム及び格子のうちの少なくとも１つであり得る。一例として、分散要素がプリズム（格子）として構成される場合、収集要素も同様にプリズム（格子）として構成され得る。ここで、分散要素及び収集要素は、実質的に相補的な光学特性を有することが可能である。上述したように、分散要素は、光のビーム経路のスペクトル分解をもたらし得る。したがって、収集素子は、光のスペクトル部分のビーム経路のスペクトル統一をもたらすことが可能である。一例として、収集要素は、補償プリズムと呼ぶこともできる。収集要素により、光のスペクトル部分のビーム経路内において分割された光のスペクトル成分を収集し、エタンデュをピンホールにおける最初の寸法に戻すことが可能になる。その結果、選択されたスペクトル部分に対して特に小さな焦点スポットを得ることが可能になる。

検出装置は、結像光学系をさらに備え得る。結像光学系は少なくとも部分的に、光のビーム経路内及び光のスペクトル部分のビーム経路内における分散要素と収集要素との間に配置され得る。結像光学系は、収集要素上に分散要素の光画像を得るように構成され得る。ここで、光画像の結像スケールは変化し得る。画像化の規模に応じ、分散要素の光学特性に関連して収集要素の光学特性を変更することが必要な場合がある。光画像により、先に分割された光のスペクトル成分の統合又は収集を特に良好に得ることが可能であり得る。このことは、センサの感知領域への特に良好な焦点合わせを可能にする。

一例として、集束光学ユニットは、非点収差補正ユニットを含み得る。非点収差補正ユニットは、光のスペクトル部分のビーム経路の非点収差を低減するように構成され得る。例えば、選択要素、及び、オプションで横方向色収差補正要素を設けることにより、大きな非点収差がセンサ上の結像に導入される可能性がある。一例として、非点収差補正ユニットは、非点収差を補償するために、傾斜した平行平面板及び／又は１つ以上の偏心レンズを含み得る。

従って、上述したことは、集束ユニットが異なる要素、例えば、横方向色収差補正要素及び／又は集光要素及び／又は非点収差補正ユニットを含み得ることである。一般に、集束ユニットは、これらの個々の要素又はこれらの要素のすべてを含み得る。一例として、選択要素が光のスペクトル部分のビーム経路を光のビーム経路から分離する技術を上述した。一例として、光のスペクトル部分はこの場合、選択要素によって光学的に影響を受ける光のスペクトル部分を示し得る。光のスペクトル部分が、選択要素によって光学的に影響を受けない光のスペクトル部分を示すことも可能である。特にそのような場合には、選択要素によって生じる光学収差が特に小さくなるか又は消失する可能性があるので、横方向色収差補正素子の設置は省略され得る。

さらに、選択要素が光のスペクトル部分を選択する技術が上で説明された。結果として、スペクトル部分と、そのスペクトル部分に相補的なスペクトル部分が得られる。一般に、２つ以上のスペクトル部分を選択することが可能である。したがって例えば、光のビーム経路から光のさらなるスペクトル部分のビーム経路を分離するように、選択要素が光のビーム経路内に配置され得る。検出装置は、光のさらなるスペクトル部分のビーム経路内の選択要素の下流に配置された、さらなる集束光学ユニットを含み得る。さらなる集束光学ユニットは、光のさらなるスペクトル部分のビーム経路を、さらなるセンサに集束させるように構成され得る。検出装置は、さらなるセンサをさらに備えてもよい。さらなるセンサは、光のさらなるスペクトル部分のビーム経路内のさらなる集光光学ユニットの下流に配置され得る。

したがって、一般に、選択要素によって１以上のスペクトル部分を選択することが可能である。結果として、光の異なるスペクトル部分に対するスペクトル選択的な撮像が比較的迅速に行われ得る。これにより、集光光学ユニット及びさらなる集光光学ユニットが構成され得る。結果として、上述した集光光学系に対して得られ得るさらなる集光光学ユニットの効果を得ることができる。

さらなる態様によれば、本発明は、本発明のさらなる態様による検出装置を含む共焦点顕微鏡に関する。

上記で説明した特徴及び以下に説明する特徴は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、明示的に設定された対応する組み合わせだけでなく、さらなる組合せ又は単独で使用され得る。

上で説明された本発明の特性、特徴、及び利点、並びに、それらが達成される方法は、図面と併せてより詳細に説明される例示的な実施形態の以下の説明と関連して、より明瞭になり、より容易に理解できるようになる。
図１は、様々な実施の形態による検出装置を含む共焦点顕微鏡の模式図である。 図２は、図１の検出装置をより詳細に示す模式図であり、検出装置は選択要素及び集束光学ユニットを含む。 図３は、図２の集束光学ユニットをより詳細に示す模式図であり、集束光学ユニットは、横方向色収差補正要素と、集光要素と、非点収差補正ユニットとを含む。 図４は、スペクトル部分を示す。 図５は、図２の選択要素をより詳細に示す模式図であり、選択要素は２つのくさび形プリズムを含む。 図６は、図５の選択要素と図３の横方向色収差補正要素の結合された変位可能な位置決めを示しており、横方向色収差補正要素は２つのくさび形プリズムを備える。 図７は、様々な実施の形態による検出装置の模式図である。 図８は、光のビーム経路のスペクトル拡散と、光のスペクトル部分のビーム経路の分離を示す。 図９は、様々な実施の形態による検出装置の模式図であり、側面図である。 図１０は、図９の検出装置の模式図であり、上面図である。

本発明は、図面を参照して、好ましい実施の形態に基づき、以下でより詳細に説明される。図面において、同じ参照符号は同じ又は類似の要素を示す。図面は、本発明の様々な実施の形態の模式的な表現である。図面に描かれた要素は、必ずしも縮尺通りに示されていない。むしろ、図面に描かれた様々な要素は、それらの機能及び目的が当業者に理解可能となるように再現されている。図面に示されている機能ユニットと要素との間の接続及び結合は、間接的な接続又は結合として実装され得る。接続又は結合は、有線又は無線方式で実装され得る。機能ユニットは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実装され得る。

以下では、１以上のスペクトル部分を選択するための検出装置が説明される。一例として、選択はくさび形プリズムによって行われ、くさび形プリズムによって偏向されたスペクトル部分を比較的小さな感知領域を有する比較的感度の高いセンサに集束させるために実行される。これらの技術は、空間的に分光された後に比較的小さな領域に集束することを可能にし、ビーム経路の適切な光学的操作を可能にする。

検出装置は、スペクトル分解のための手段、すなわち分散要素を含む。一例として、分散要素は、プリズム及び／又は格子を備えてもよい。検出装置は、例えば、１つ又は複数のくさび形プリズム対を備える選択要素をさらに備える。選択要素は、スペクトル部分のスペクトル選択に役立つ。さらに、検出装置は、スペクトル部分のビーム経路をセンサ上に集束させる集束光学ユニットを含む。一例として、集束光学ユニットは、収集要素として、スペクトル統合のための手段を含む。 一例として、収集要素は、プリズム及び／又は格子を備え得る。検出装置は、いくつのスペクトル部分が選択されるかに応じて、１つ以上のセンサを備える。

以下では、特に、共焦点顕微鏡１００を参照する（図１を参照）。ただし、一般に、本発明による技術は、非常に異なるタイプの顕微鏡、例えば特に点共焦点及び線共焦点システムなどの共焦点システムにおける使用を見出すことが可能である。

図１から、共焦点顕微鏡が照明装置１１１を備えることは明らかである。例として、照明装置は、レーザ、スキャナ付き走査対物レンズ、集束光学ユニット、管レンズなどを含み得る。一般に、当業者であれば照明装置１１１の構造を知っているので、ここではこの点についての詳細を説明する必要はないであろう。

照明装置１１１は、光のビーム経路２９０を生成する。試料１１２は、光のビーム経路２９０内に配置される。試料１１２は、光を反射し、及び／又は、蛍光を発する。対応する光のビーム経路２９０は、試料１１２の下流にある検出装置１１３に、順に供給される。検出装置１１３はセンサ（図１には示していない）を含み、その結果として、試料１１２の画像化が可能になる。

図２は、検出装置１１３をより詳細に説明する。検出装置１１３は、ビーム経路２９０に沿う試料１１２からの流れの中に、分散要素２１１と、選択要素２１２と、光の特定のスペクトル部分のビーム経路２９１に沿う集光光学ユニット２１３及びセンサ２１４と、さらなるスペクトル部分のビーム経路２９２に沿うラインセンサ２１５とを含む。例として、ラインセンサは、従来のＰＭＴセンサ、特にマルチアノードＰＭＴであってよい。検出装置１１３は、ラインセンサ２１５の代わりに、さらに集光光学ユニットと、さらなるセンサとを含むことができる（いずれも図２に示されていない）。

一例として、分散要素２１１は、プリズム及び回折格子のうちの少なくとも１つであってよい。分散要素２１１は、光のビーム経路２９０のスペクトル分解を提供する。結果として、様々なスペクトル成分の空間的な広がりがある。エタンデュが増加する。選択要素２１２は、光のビーム経路２９０から光の特定のスペクトル部分に対応するビーム経路２９１を分離するように、光のビーム経路２９０内の分散要素２１１の下流に配置される。スペクトル部分のビーム経路２９１を分離することは、スペクトル部分のビーム経路２９１が消失強度で明確に定義された縁部を有するようにスペクトル部分を分離することを意味し得る。次いで、スペクトル部分のビーム経路２９１は光学的に修正されることができ、特に、分離して合焦され得る。図２は、光のビーム経路２９０が２つのビーム経路２９１，２９２に分離されるシナリオを示す。これらのビーム経路２９１，２９２は、光の異なるスペクトル部分に対応する。ただし、ビーム経路２９０は、２つより多いビーム経路、例えば３つのビーム経路に分離され得る（図２には示されていない）。

選択要素２１２は、非常に色々な方法で構成され得る。一例として、選択要素２１２は、傾斜ミラー／ルーフミラーを含み得る（図２には示されていない）。一例として、傾斜したミラーは、部分的に光のビーム経路２９０の中に突出していてもよい。光のビーム経路２９０の一部のみが傾斜したミラーに入射し、結果として傾斜ミラーによって光学的に影響される。傾斜したミラーは、光のビーム経路２９０内の分散要素２１１の下流に位置しているので、ビーム経路２９０のこの空間部分は、光のスペクトルの特定の周波数範囲に対応する。結果として、スペクトルのエッジ領域をスペクトル部分として選択することが可能である。

一例として、選択要素２１２はまた、少なくとも１つのくさび型プリズムを含み得る。一例として、選択要素２１２は、一対のくさび形プリズムを含み得る。一例として、２つのくさび型プリズムのうちのひとつは、ビーム経路に垂直な一対のくさび型プリズムの位置に応じて光のビーム経路２９０内に突出し、これにより、光のスペクトル部分を選択し得る。ここで、スペクトル部分は、傾斜したミラーを用いる上述した実装と同様に、選択される。

集光光学ユニット２１３は、光の特定のスペクトル部分のビーム経路２９１をセンサ２１４上に集束させるように構成される。この目的を達成するため、集光光学ユニット２１３は、比較的小面積の焦点上にビーム経路２９１を収束させ、焦点は、センサ２１４の感知領域上に位置する。小面積の焦点であるため、センサ２１４は、比較的小さな検出領域を有することが可能である。一例として、センサ２１４は、０．１ｍｍ^２未満の検出領域を有し得る。好ましくは、センサ２１４は、０．０５ｍｍ^２未満の検出領域を有する。特に好ましくは、センサ２１４は、０．０２ｍｍ^２未満の検出領域を有する。しかしながら、センサは、より大きな検出領域、例えば０．１ｍｍ^２より大きい、又は１０ｍｍ^２より大きい、又は１００ｍｍ^２より大きい検出領域を有してもよい。センサは、画素化されたセンサであり得る。このように、集光光学ユニット２１３は、センサ２１４の検出領域上に光の特定のスペクトル部分のビーム経路２９１を集束させるように構成される。

これは、実に色々な方法で果たされ得る。一例として、集光光学ユニット２１３は、多数のミラーを含み得る。これらのミラーは、集束が達成されるように適切な焦点距離を有し得る。特に、ミラーはレンズの代わりに使用されるので、その結果として、収色性の実装が達成され得る。一方、構造が比較的複雑となり、例えば複数の偏光ミラーのような多数の要素が必要となり得る。

図３は、集光光学ユニット２１３の特定の実装を示す。図３から、集光光学ユニット２１３が、横方向色収差補正要素３１１、収集要素３１２、及び非点収差補正ユニット３１３を含むことが明らかである。横方向色収差補正要素３１１、収集要素３１２、及び非点収差補正ユニット３１３は、光の特定のスペクトル部分のビーム経路２９１内において、選択要素２１２から特定される並びの中に配置される。一例として、横方向色収差補正要素３１１は、特に選択要素２１２が１以上のくさび型プリズムを含む場合に用意され得る。横方向色収差補正要素３１１の設置は、選択要素２１２がくさび型プリズムを含まず、例えば傾斜したミラーによって実装されることを条件として、省略され得る。横方向色収差補正要素３１１及び選択要素２１２は、選択要素２１２の横方向色収差が横方向色収差補正要素３１１の横方向色収差を相殺するように、互いに対して配置される。このことは、選択要素２１２によって生ずる横方向色収差の横方向色収差補正要素３１１による低減又は補償を達成し得る。

以上説明したように、分散要素２１１は、光のビーム経路２９０のスペクトル分解を提供する。収集要素３１２は、それに応じて、光のスペクトル部分のビーム経路２９１のスペクトル統一をもたらし得る。収集要素３１２は、分散要素２１１に従って、例えばプリズム及び／又は格子として、実装され得る。

集光光学ユニット２１３はさらに、非点収差補正ユニット３１３を含む。非点収差補正ユニット３１３は、光のスペクトル部分のビーム経路２９１の非点収差を低減するように構成される。この目的のために、非点収差補正ユニット３１３は、例えば、傾斜した平面平行板及び／又は偏心レンズを含み得る。対応する非点収差補正ユニットの原理は当業者に知られており、これ以上の詳細をここで提供する必要はない。

図４は、試料１１２から検出装置１１３に例えば導かれるときの光のスペクトル４００を説明している。スペクトル４００のエッジ領域がスペクトル部分４０１としてハイライトされている。選択要素２１２により、スペクトル部分４０１を選択すること、又は、それに対して相補であるさらなるスペクトル部分４０２から後者を分離することが可能である。スペクトル部分４０１，４０２の分離の鋭さは、スペクトル分解能によって示される。

図５には、くさび形プリズム２１２−１、２１２−２のペアとしての選択要素２１２の実装に関して、この選択が示されている。光のビーム経路２９０は、左から選択要素２１２に入射する。上側のくさび形プリズム２１２−１がビーム経路２９０内に突出している一方、下側のくさび形プリズム２１２−２はビーム経路２９０内に突出していない。選択要素２１２は、光のビーム経路２９０内の分散要素２１１（図２を参照）の下流のポイントに位置しているので、上側のくさび形プリズム２１２−１が突入している（突入していない）ビーム経路２９０の領域は、スペクトル部分４０１（さらなるスペクトル部分４０２）に対応する。結果として、スペクトル部分４０１と、さらなるスペクトル部分４０２が分離される。光のビーム経路２９０は、スペクトル部分４０１のビーム経路２９１と、さらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２とに分離する。具体的に言えば、スペクトル部分４０１のビーム経路２９１と、さらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２とは、光のビーム経路２９０から分離したものである。

一例として、選択要素２１２は、さらなるプリズム（図５には図示せず）を含むことができる。その結果、さらにスペクトル部分に対するビーム経路を分離することが可能になる。

原理的には、光の部分４０１のビーム経路２９１のために、又は、光のさらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２のために、センサ２１４を用意することができる。また、複数のセンサ２１４、すなわち、スペクトル部分４０１，４０２のビーム経路２９１，２９２のそれぞれに対して１つずつのセンサ２１４を容易することも可能である。図２を参照すると、これは、検出装置１１３が、光のさらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２内の選択要素２１２の下流に配置されたさらなる集束光学ユニットをさらに含むことを意味し得る。さらなる集束光学ユニットは、光のさらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２をさらなるセンサ上に集束させるように構成される。

上で説明したように、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１は、選択要素２１２のくさび形プリズム２１２−１を通過する。このことは、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１に対して横方向色収差をもたらす。横方向色収差補正要素３１１は、この横方向色収差を補償するために用意される（図６を参照）。横方向色収差補正要素３１１はまた、一対のくさび形プリズム３１１−１，３１１−２を含む。図６から、選択要素２１２のくさび形プリズム２１２−１，２１２−２と、横方向色収差補正要素３１１のくさび形プリズム３１１−１，３１１−２とは、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１に対して互いに相補な態様で配置されていることが明らかである。結果として、選択要素２１２のくさび形プリズム２１２−１を通過することによって生ずる横方向色収差を、横方向色収差補正要素３１１のくさび形プリズム３１１−１を通過することによって補償することが可能である。この目的のため、選択要素２１２のくさび形プリズム２１２−１，２１２−２の材料は、横方向色収差補正要素３１１のくさび形プリズム３１１−１，３１１−２の材料と同じとする。さらに、選択要素２１２のプリズム２１２−１，２１２−２のくさび角は、横方向色収差補正要素３１１のプリズム３１１−１，３１１−２のくさび角と同じとする。

図５及び図６から、選択要素２１２及び横方向色収差補正要素３１１は可動的な態様で配置されることが明らかである。この目的のため、検出装置１１３は、光のビーム経路２９０内で変位可能な態様で選択要素２１２を位置決めし、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１内で変位可能な態様で横方向色収差補正要素３１１を位置決めするよう構成された駆動ユニットを含む（図５及び図６に垂直の矢印で示す）。光のビーム経路２９０内においてより大きく（より小さく）突出している選択要素２１２のくさび形プリズム２１２−１の位置は、選択要素２１２によって光のビーム経路２９０から分離したスペクトル部分４０１をより広く（より狭く）分離させる。図４を参照。結果として、スペクトル部分４０１は、柔軟に形成され得る。さらに、駆動ユニットにより、選択要素２１２の上側のくさび形プリズム２１２−１を光のビーム経路２９０から完全に除去することが可能である。同時に、下側のくさび形プリズム２１２−２は、少なくとも部分的に光のビーム経路２９０内に突出するように位置付けられ得る。このことは、光のスペクトル４００の他端にあるスペクトル部分が選択されることを可能にする。

したがって、上述した技術により、選択要素２１２によって選択されたスペクトル部分４０１を柔軟に選択することが可能になる。選択要素２１２の様々な位置について同時に、できるだけベストの程度にまで横方向色収差を低減するため、駆動ユニットは、選択要素２１２と横方向色収差補正要素３１１とを一体として位置決めするよう構成される。例として、もし選択要素２１２の上側のプリズム２１２−１が一定の距離だけ位置変更されたならば、横方向色収差補正要素３１１の上側のプリズム３１１−１は同じ一定の距離だけ位置変更され得る。

図７は、様々な実施形態による検出装置１１３を、特に詳細なレベルで示したものである。具体的には、光の様々な色が異なる線（赤は点線、緑は破線及び一点鎖線、青は二点鎖線で示す。スペクトル的に分離されていない光は、実線を用いて示す）を用いて示されている。

光は、ピンホール７０１を通して取得される。ビーム経路２９０を平行光化するために、レンズ７０２が設置される。その後、光のビーム経路２９０は、図７のシナリオではくさび形プリズムとして具体化されている分散要素２１１を通過する。分散プリズムは、光のビーム経路２９０の様々なスペクトル成分への分解を提供する。ここで、（図７では点線を用いて示される）スペクトル４００の赤色成分は、（図７では破線及び一点鎖線を用いて示される）スペクトル４００の緑色成分及び（図７では二点鎖線を用いて示される）スペクトル４００の青色成分に比べて、弱く屈折する。したがって、光のビーム経路２９０は、複数のスペクトル成分に広げられる。

選択要素２１２が、スペクトル４００の赤色端部において、スペクトル部分４０１のビーム経路２９１への光のビーム経路２９０の分離を提供し、スペクトル４００の青色端部において、さらなるスペクトル部分４０２のビーム経路２９２への光のビーム経路２９０の分離を提供することが図７から明らかである。さらなるスペクトル部分４０２からのスペクトル部分４０１の分離は、スペクトル４００の緑色領域で発生する。したがって、図７には２つの緑色スペクトル成分が選択要素２１２を超えて描かれている。上述した緑色のスペクトル成分はそれぞれ、スペクトル部分４０１，４０２の分離の両側に配置される。

図７はまた、選択要素２１２によって引き起こされる横方向色収差の補正を提供する横方向色収差補正要素３１１を示す。

ビーム経路２９１，２９２のスペクトル分解は、収集要素３１２によって補償される。図７においては、収集要素３１２はくさび形プリズムとして構成される。収集要素３１２は、ビーム経路２９１、２９２のスペクトル統合を提供する。

検出装置１１３はさらに、２枚のレンズ７０３，７０４の形で、撮像光学系を備える。レンズ７０３，７０４は、光のビーム経路２９０内と光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１内において、分散要素２１１と収集要素３１２の間に配置され、収集要素３１２上に分散要素２１１の光画像をもたらす。結果として、ビーム経路２９１，２９２の特に良好なスペクトル統一があり得る。

具体的には、選択要素２１２は、撮像光学系１１３の焦点面に位置し得る。結果として、特に高いスペクトル分解能が達成され得る。光のビーム経路２９０は、焦点面において線状に分割される。

さらに、センサ２１４の上流には非点収差補正ユニット３１３が設けられる。非点収差補正ユニット３１３は、図７には簡略化して描かれており、例えば、傾斜した平行平面板（図７には示されていない）を含み得る。

３つの収集要素３１２、３つの非点収差補正ユニット３１３、及び３つのセンサ２１４はそれぞれ、図７のシナリオで提供されるものである。このことは原理的に、３つのスペクトル部分について光が別々に検出されることを可能にする。より大きい数のスペクトル部分が別々に検出されるようにすることもできる。

センサ２１４は、大きく異なる方法で構成され得る。センサは、構造化されていない感知領域を有し得る。あるいは、センサはリング構造を含み得る。また、センサ２１４はそれ自体、電子ピンホールとして機能し得る。電子ピンホールは、検出されることが意図されている各スペクトル部分４０１，４０２に適合し得る。結果として、各センサ２１４は、専用のピンホールを構成し得る。ピンホール７０１の絞り効果は、センサ２１４の構造化によって得られる。また、ピンホール７０１の準備は省略され得る。

図８は、軸Ａ−Ａ'（図７を参照）に沿った位置の関数としての光のビーム経路２９０の強度と、軸Ｂ−Ｂ'（図７を参照）に沿った位置の関数としての光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１の強度とを示す。図８から、分散要素２１１は光のビーム経路２９０の様々なスペクトル成分への広がりを提供するが、分離をもたらさないことが明らかである。分離は、選択要素２１２によって達成される。スペクトル部分４０１のビーム経路２９１は、明確なエッジを有する。

図７は、模式的なスケッチである。一例として、共焦点顕微鏡法のために、図７において図面の平面に垂直に平行化された、対応する技術が使用され得る。

図９及び図１０は、結合光学系として、レンズの代わりにミラー９０１，９０２が使用される本発明の実施態様を示している。さらに、光のビーム経路２９０及び光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１の両方が通過する１つのプリズムによって、分散要素２１１と収集要素３１２の両方が実装される。図９及び図１０のこのシナリオでは、選択要素２１２は、傾斜したミラーとして実装され、したがって横方向色収差補正要素は省略され得る。

図９は、最初は検出装置１１３の側面図を示す。光のビーム経路２９０がピンホール７０１を通って入り、ミラー９０２を介して分散要素２１１上に導かれる。そこで、様々なスペクトル成分へ広げられる。明瞭さの理由のために、図９には、赤色のスペクトル成分（点線）及び青色のスペクトル成分（二点鎖線）のみが示されている。

傾斜したミラーとして構成されている選択要素２１２は、光のビーム経路２９０内において、分散要素２１１の下流に配置される。図９から、選択要素２１２が光のビーム経路２９０の赤色スペクトル成分のみに影響し、光のビーム経路２９０の青色スペクトル成分に影響しないことが明らかである。結果として、スペクトル部分４０１が選択され、光のビーム経路２９０から分離される。選択要素２１２は、光のビーム経路２９０内へ部分的にのみ突出している。

選択要素２１２の傾斜したミラーは、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１を反射する（明確さのため、図９には、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１を図示していない）。

光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１は、図１０の上側の図に示されている（図１０には逆に、明確さのため、光のビーム経路２９０を示していない）。光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１が分散要素２１１のプリズムを再び通過することは、図１０から明らかである。収集要素３１２の効果は、このようにしてプリズムによって得られる。また、ビーム経路は、センサ２１４上に入射する。

一例として、光のスペクトル部分４０１のビーム経路２９１内に非点収差補正ユニット３１３（図９及び図１０には図示していない）を配置することも可能であろう。しかしながら、選択要素としてプリズムが使われていないことから、非点収差補正ユニット３１３を使うことは、本ケースでは省略され得る。しかしながら、採用される凹面ミラーの結果として非点収差が生ずる場合には、この収差を補正するために非点収差補正ユニット３１３が構成され得る。

検出装置１１３は、図９のシナリオでは、１つの選択要素２１２を含む。しかしながら、検出装置１１３が１つ以上の選択要素２１２を含むことは、可能である。一例として、ビーム経路２９０内に連続して複数の選択要素を配置することかできる。この方法では、様々なスペクトル部分４０１のために複数のビーム経路２９１が選択され、光のビーム経路２９０から分離され得る。一例として、２つの選択要素２１２が既に存在する図７のシナリオに対してもまた、対応する陳述が適用される。

本発明の上述した実施の形態及び態様の特徴が互いに組み合わせられ得ることは言うまでもない。具体的には、これらの特徴は、本発明の分野から逸脱することなく、記載の組合せにおいてだけでなく、他の組み合わせ又はそれら自身により使用され得る。

一例として、図面に関して、議論の対象とした１つ又は２つのスペクトル部分が選択的に検出されるシナリオが主であった。そして、議論の対象とした対応するビーム経路の空間的分離のために選択要素が存在するというシナリオが主であった。しかしながら、様々な実施の形態によれば、検出装置が１つ以上の選択要素を含むこともまた、可能である。一例として、検出装置は、２つ以上の選択装置を含み得る。それによって、１つ以上のスペクトル部分を選択的に検出することが可能であり得る。

上記の技術はまた、例えば並列共焦点顕微鏡のために使用され得る。一例として、対応する共焦点顕微鏡は、主として本明細書で論じたビーム経路に対して垂直に平行化され得る。

Claims (1)

1. 顕微鏡（１００）用の検出装置（１１３）であって、
   前記検出装置は、前記顕微鏡（１００）の標本領域（１１２）からの光のスペクトル部分（４０１）を選択的に検出するように構成され、
   前記検出装置（１１３）は、
   前記光のビーム経路（２９０）内に配置された分散要素（２１１）と、
   前記光の前記ビーム経路（２９０）から前記光の前記スペクトル部分（４０１）のビーム経路（２９１）を分離するように、前記光の前記ビーム経路（２９０）内の前記分散要素（２１１）の下流に配置された選択要素（２１２）と、
   前記光の前記スペクトル部分（４０１）の前記ビーム経路（２９１）内の前記選択要素（２１２）の下流に配置され、前記光の前記スペクトル部分（４０１）の前記ビーム経路（２９１）を、センサ（２１４）上に集束するように構成された集束光学ユニット（２１３）と、
   前記光の前記スペクトル部分（４０１）の前記ビーム経路（２９１）内の前記集束光学ユニット（２１３）の下流に配置された前記センサ（２１４）とを含む、
   検出装置（１１３）。