JP2016532904A - 顕微鏡及び顕微鏡用の音響光学ビームコンバイナ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの第１の照明光束及び第２の照明光束を受光し、１つの同軸の出力光束に結合させる、顕微鏡のための、特に走査顕微鏡のためのビームコンバイナに関する。第１の照明光束及び第２の照明光束は同一の照明光波長を有しているが、しかしながら、異なる偏光を、特に直線偏光を有している。ビームコンバイナは、音響光学ビームコンバイナとして形成されており、また、少なくとも１つの力学的な波との相互作用によって、第１の照明光束も第２の照明光束も回折されて、共通の光軸に向けられるように構成されており、またそのように動作する。

Description

本発明は、少なくとも１つの第１の照明光束及び第２の照明光束を受光し、１つの共線的な出力光束に結合させる、顕微鏡のための、特に走査顕微鏡のためのビームコンバイナに関する。第１の照明光束及び第２の照明光束は同一の照明光波長を有しているが、しかしながら、異なる偏光を、特に直線偏光を有している。

更に本発明は、その種の音響光学ビームコンバイナを有している顕微鏡、並びに、試料を照明する際の、その種の音響光学ビームコンバイナの使用に関する。

顕微鏡においては、特に走査顕微鏡又は共焦点顕微鏡においては、複数の照明光束を結合することによって形成された照明光束でもって試料を照明し、照明された試料から放出された反射光又は蛍光を観測することが多い。

例えば走査顕微鏡においては、その種の照明光束は、制御可能なビーム偏向装置を用いて、一般的に２つのミラーの傾斜させることによって、対象平面において移動される。多くの場合、偏向軸は相互に垂直であり、従って一方のミラーはｘ方向において偏向され、他方のミラーはｙ方向において偏向される。ミラーの傾斜は例えばガルバノメータ位置決め素子によって行われる。対象物から到来する光の出力は、走査ビームの位置に依存して測定される。通常の場合、位置決め素子には目下のミラー位置を求めるためのセンサが備えつけられている。

特に、共焦点走査顕微鏡では、光照明光束の焦点を用いて対象物が３次元で走査される。共焦点走査顕微鏡は、一般的に、光源と、光源の光を絞り（いわゆる励起ピンホール）に焦点合わせする際に用いられるフォーカシング光学系と、ビームスプリッタと、ビームを制御するためのビーム偏向装置と、顕微鏡光学系と、検出絞りと、検出光又は蛍光を検出する検出器と、を有している。照明光は、例えばビームスプリッタを介して入射される。

対象物から到来する蛍光は、ビーム偏向装置を介してビームスプリッタへと戻され、更にそのビームスプリッタを通過し、続いて、検出絞りに焦点合わせされる。検出絞りの後段には検出器が設けられている。焦点領域には直接的に由来しない検出光は別の光路を進み、従って検出絞りは通過しないので、その結果、スポット点情報が取得され、このスポット情報は、対象物の連続的な走査によって３次元画像がもたらされる。

異なる波長の光束を結合させるために、光学系においては一般的にダイクロイックビームスプリッタが使用される。独国特許出願公開第１９６３３１８５号明細書からは、例えば、レーザ走査顕微鏡のための点光源、また、異なる波長の少なくとも２つのレーザからの光を１つのレーザ走査顕微鏡に入射させるための方法が公知である。点光源はモジュール式に構成されており、また、少なくとも２つのレーザ光源の光を結合させ、顕微鏡へと案内されている導光ファイバへと入射させるダイクロイックビームコンバイナを含んでいる。

ダイクロイックビームスプリッタを基礎とする装置は、特定の波長に合わせて設計されており、従って変更は手間の掛かるやり方でしか、つまりダイクロイックビームスプリッタを交換することでしか実現されない、という欠点を有している。

欧州特許出願公開第１６５６５７８号明細書からは、異なる波長の複数の光ビームを共線的に結合させるための光学装置が公知である。この装置は、分散素子と、各光波長に１つの位置が対応付けられている分割平面を規定する結像光学系と、を含んでいる。分割平面においては、マイクロ構造素子が配置されており、このマイクロ構造素子は、種々の方向から到来し、且つ、その波長に対応する位置に焦点合わせされる複数の光ビームを、結像光学系を介して、それら光ビームを共線的に結合させる分散素子に向ける。もっとも、この装置は技術的に、特に位置合わせに関して非常にコストが掛かり、また非常に高速な切り替え時間を実現することができない。

欧州特許出願公開第２１５８５１３号明細書からは、特に光学装置のビームパスにおいて、有利には顕微鏡のビームパスにおいて、少なくとも２つのレーザビームを１つの結合光ビームに結合させるためのビームコンバイナが公知である。このビームコンバイナは、光ビームを偏向又は回折させるための力学的な波を形成できる音響光学素子が設けられていることを特徴としており、それによって、音響光学素子に入射する第１の光ビーム及び音響光学素子に入射する少なくとも１つの第２の光ビームが結合された光ビームとして相互に共線的に音響光学素子から出射される。同一の波長を有しているが、しかしながら異なる偏光を有している複数の光ビームの結合については、この刊行物には開示されていない。

欧州特許第０４７３０７１号明細書からは、偏光ビームスプリッタを用いて複数の光ビームを結合することも公知である。しかしながらその種の装置も結局のところは、ダイクロイックビームスプリッタを備えている装置と同様に、フレキシブルなものではなく、従って、本質的なコンポーネントを交換することでしか使用することができない。

従って、本発明の課題は、同一の波長を有しているが、しかしながら異なる偏光を有している照明光束の結合を実現し、また、変更された照明要求に迅速且つ簡単に適合させることができる、ビームコンバイナを提供することである。

この課題は、ビームコンバイナが、音響光学ビームコンバイナとして形成されており、従って少なくとも１つの力学的な波との相互作用によって、第１の照明光束も第２の照明光束も回折されて、共通の光軸に向けられるように構成されており、またそのように動作することによって解決される。

本発明によるビームコンバイナは、音響光学ビームコンバイナとして、数マイクロ秒内での非常に高速な切換を実現することができるという非常に優れた利点を有している。このようにして、照明光束を例えば高速に遮断することができるか、又は再び遮断を解除することができる。別の波長又は別の複数の波長の組み合わせへの高速な切換を実現できることも、本発明によるビームコンバイナの特別な利点である。

その種の音響光学ビームコンバイナの機能は、実質的に、入射する照明光束と１つ又は複数の力学的な波との相互作用を基礎としている。

音響光学コンポーネントは、通常の場合、電気的な変換器（文献においてはトランスデューサと称されることが多い）が取り付けられている、いわゆる音響光学結晶から構成されている。変換器は通常の場合、圧電材料と、その圧電材料の上下に設けられている電極と、を含んでいる。典型的には３０ＭＨｚから８００ＭＨｚの間の範囲にある無線周波数を用いて電極を電気的に活性化させることによって、圧電材料が振動され、その結果、音響的な波を、即ち音波を生じさせることができ、この音波は発生後に結晶を通過する。多くの場合、音響的な波は、光学的な相互作用領域を通過した後に、反対側に位置する結晶面において吸収されるか、又は、反射される。

音響光学結晶は、生じた音波によって結晶の光学特性が変化することを特徴としており、その際、音響によって一種の光学格子又は同等の光学的にアクティブな構造、例えばホログラムが誘導される。結晶を通過した光は光学格子において回折される。相応に、光は種々の回折次数で種々の回折方向へと偏向される。入射する光全体に多かれ少なかれ、波長に依存せずに影響を及ぼす、音響光学コンポーネントが存在する。これについては、例えばＡＯＭ、ＡＯＤ及び周波数シフタのようなコンポーネントがあることを示唆するにとどめる。更に、例えば放射される無線周波数に依存して個々の波長に選択的に作用するコンポーネント（ＡＯＴＦ）も既に存在している。音響光学素子は、例えば二酸化テルリウムのような複屈折結晶から形成されることが多く、光の入射方向及びその光の偏光に対する結晶軸の姿勢は各素子の光学作用を決定する。

特に、音響光学ビームコンバイナにおいて例えばＡＯＴＦが使用される場合には、所望の照明光波長の光及び所望の偏光に対して正確にブラッグの条件が満たされているようにするために、力学的な波は極めて明確な周波数を有していなければならない。ブラッグの条件が満たされていない光は、この音響光学コンポーネントでは、力学的な波によって偏向されない。

ビームコンバイナが例えば市販のＡＯＴＦを含むことができる、本発明によるビームコンバイナの特に簡単な実施の形態においては、音響光学ビームコンバイナが、異なる音響周波数の第１の力学的な波及び第２の力学的な波が同時に伝播する結晶を有しており、結晶と、複数の力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、また、それぞれが結晶に入射する照明光束に相対的に、第１の力学的な波において第１の照明光束が回折され、且つ、第２の力学的な波において第２の照明光束が回折されて、共通の光軸に向けられるように配向されている。

この際、結合された照明光束が、照明光束の伝播方向に対して垂直に配向されている出射面を介して結晶から出射される場合には特に有利である。１つの波長の切り替え時に、又は照明光束が複数の波長を有している場合には複数の波長の切り替え時に、照明光束の方向の変化又は空間的な分割は生じない。

もっとも、この実施の形態は、確かに同一の波長を有しているが、しかしながら異なる偏光を有している２つの照明光束を偏向するために、２つの異なる力学的な波を形成しなければならないという欠点を有している。その限りにおいて、力学的な波のための発生器には、例えば結晶に配置されているピエゾ素子には、同時に２つの異なる電磁高周波が印加されなければならない。これによって、不利なことに、２倍の量の熱出力が１つ又は複数の結晶に注入される。このことは、最終的に回折効率を低下させ、ひいては、不可避の温度変動によって偏光方向も変動させ、従って試料及び検出器に到来する光の光出力も変動させる。更には、力学的な波の周波数領域が重畳する場合には「うなり」が生じる可能性があり、これは最終的に、試料及び／又は検出器に到来する光の光出力に周期的な変動をもたらす。この問題は、特に、力学的な波がその性質上、無限に狭い音響周波数を、即ち単一の音響周波数を有することができずに、むしろ中心周波数を軸として常に周波数領域が存在しているという事実に基づいている。

従って、極めて有利な実施の形態においては、市販のＡＯＴＦは使用されない。むしろ、音響光学ビームコンバイナは、第１の照明光束の波長及び第２の照明光束の波長に対応付けられている音響周波数の力学的な波が伝播する結晶を有しており、結晶と、力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、また、それぞれが結晶に入射する照明光束に相対的に、力学的な波において第１の照明光束も第２の照明光束も回折されて、共通の光軸に向けられるように配向されている。

その際、第１の照明光束を直線偏光させることができ、且つ、結晶の複屈折特性に関する通常光の直線偏光方向である直線偏光方向を有することができる、及び／又は、第２の照明光束を直線偏光させることができ、且つ、結晶の複屈折特性に関する異常光の直線偏光方向である直線偏光方向を有することができる。特に、第１の照明光束の直線偏光方向又は第２の照明光束の直線偏光方向は、力学的な波の伝播方向及び検出光束の伝播方向によって張られている平面内に配置されている。

その種の音響光学ビームコンバイナの具体的な構造、特に１つ又は複数の力学的な波の伝播方向及び照明光束の伝播方向に相対的な結晶の配向、並びに、力学的な波及び検出光束の相互に相対的な配向、また、入射面及び出射面の相互的な配向及び結晶の光学軸に対する入射面及び出射面の配向を、例えば、下記において説明する反復的な方法に従い発展させることができ、この方法は有利には、実際の構成部材に基づいてではなく、コンピュータシミュレーションにおいて実行され、これは結晶形状、面及び結晶格子の配向の個々のパラメータ、１つ又は複数の力学的な波の伝播方向の配向、及び、照明光束の伝播方向が所望の要求に応じるまで行われる。もっとも、この方法は実際の構成部材に基づいても実現することは可能であると考えられる。コンピュータシミュレーションにおいて関連する全てのパラメータがこのようにして求められると、続けて、結晶が別のステップにおいて製造される。

その際、例えば、先ず上記において説明したような、音響光学ビームコンバイナが、第１の照明光も第２の照明光も共通の光軸に向けるために、異なる音響周波数の第１の力学的な波と第２の力学的な波とが本来的に同時に伝播しなければならない市販の結晶を有している実施の形態を基礎とすることができる。

反復的な方法に関しては、反対向きの光路も考察され、その反対向きの光路においては、第１の照明光束及び第２の照明光束が共線的に、有利には垂直に配向されている出射面を介して結晶に入射されるが、しかしながら複数ある力学的な波のうちの第１の力学的な波だけは結晶において形成される。これによって、第１の照明光のみが力学的な波において回折され、それに対し、確かに同一の波長を有しているが、しかしながら異なる直線偏光方向を有している第２の光束は偏向されずに結晶を通過する。

続いて、結晶は有利には、入射する共線的な照明光束及び力学的な波の伝播方向によって張られている平面において、力学的な波によって２つの直線偏光成分の２つの照明光束が偏向されるまで回転され、従って、力学的な波の伝播方向と結晶軸との間の角度も変更される。

もっとも、通常の場合、回転によって、出射面は入射する共線的な照明光束に対してもはや垂直ではなくなる。この理由から、後続の反復ステップにおいては、結晶を回転させることなく、出射面が入射する照明光束に対して再び垂直になるように、結晶の形状が変更される。

もっとも、結晶の形状を変更することによって、通常の場合、力学的な波によっても、照明光波長の２つの直線偏光成分のいずれももはや偏向されなくなる。このことから、結晶はこの条件が再び満たされるまで、再び回転される。続いて、既に説明した別の反復ステップが繰り返される。

２つの直線偏光成分が同時に偏向する条件と、共線的な光の出射の条件とが満たされるまで、反復サイクルが複数回実行される。通常の場合、本方法は非常に高速に収束されるので、小数の反復サイクルが実行された後には目的が達成されている。

１つの特別な実施の形態においては、結晶の回転時に、反対向き延びる照明光の複数の直線偏光のうちの１つに関して、照明光波長を有している全ての一次回折光が共線的に結晶から出射されることがその都度顧慮される。その種の実施の形態は、その都度ただ１つの力学的な波が、異なる直線偏光のそれぞれ２つの成分を偏向させるという利点だけではなく、更には、上述の共線性が生じる一次回折の光路を介して、多色の共線的に入射した照明光を共線的に照明光ビームパスに回折させることができるという利点も提供する。この照明光に関しては、有利には、空間的な分割の補償は必要とされない。何故ならば、この分割は照明光に関しては存在しないからである。

その種の実施の形態においては、例えば、第１の結晶又は第２の結晶が、複数の波長の一次光のための入射面と、共通の光軸に向けられる照明光束のための出射面と、を有しており、入射面と出射面とは、一次光を共線的な照明光束として結晶に入射させることができ、且つ、共通の光軸に向けられた照明光束が共線的な照明光束として結晶から出射されるように、相互に配向されている。

有利な実施の形態においては、第１の照明光束の波長も第２の照明光束の波長も有しておらず、且つ、力学的な波においても回折されない、少なくとも１つの別の照明光束が結晶を通過し、第１の照明光束及び第２の照明光束と共に共通の光軸に到達する。その種の実施の形態は、特に、複数の音響光学コンポーネントを連続的に設けることを実現し、これを下記において詳細に説明する。

例えば、別の照明光束の波長に対応付けられている音響周波数を有している第２の力学的な波が伝播する第２の結晶から、第２の力学的な波によって回折された、別の照明波長の第３の照明光束を含んでいる別の照明光束を放射させることができるか、又は、別の照明光束は、第２の力学的な波によって回折された、別の照明波長を有しているが、しかしながら異なる偏光を、特に直線偏光を有している、第３の照明光束及び第４の照明光束を含んでいる。後者のヴァリエーションを実現するために、第２の結晶は有利には、上記において詳細に説明したように、別の波長の照明光がその偏光に依存せずに偏向されるように構成されるべきである。

既に説明したように、有利には、少なくとも１つの結晶において異なる波長の照明光に対して異なる周波数の複数の力学的な波が形成されるようにして、前述の原理を同時に何度も適用することができる。

例えば、第１の結晶又は第２の結晶において同時に、付加的な波長に対応付けられている別の音響周波数を有している少なくとも１つの付加的な力学的な波を伝播させることができ、付加的な力学的な波において、別の波長を有している少なくとも１つの付加的な照明光束を回折させて、共通の光軸に向けることができる、及び／又は、付加的な力学的な波において、別の波長及び相互に異なる偏光、特に直線偏光を有している２つの付加的な照明光束を回折させて、共通の光軸に向けることができる。

１つの特別な実施の形態においては、音響光学ビームコンバイナが少なくとも１つの分散光学コンポーネントを有しており、この分散光学コンポーネントは第１の結晶又は第２の結晶によって（少なくとも部分的に）惹起される空間的なスペクトル分割を補償する。この場合、この空間的なスペクトル分割は、例えば、複数の波長の光を含んでいる照明光束の分割である。しかしながら、分散光学コンポーネントが、照明光の分割の補償に付加的に、検出光の空間的なスペクトル分割を補償することもできる。

既に行われた空間的なスペクトル分割を再び戻すように分散光学コンポーネントを配置することができる。しかしながらこの補償を、分散光学コンポーネントによって空間的なスペクトル分割が惹起され、この空間的なスペクトル分割が第１の結晶又は第２の結晶によって戻されるように行なうこともできる。

非常に有利には、本発明による音響光学ビームコンバイナを、顕微鏡のための、特に走査顕微鏡又は共焦点走査顕微鏡のための光源の一部とすることができる。その種の光源は特に複数の一次光源を有することができ、それらの一次光源の照明光束が音響光学ビームコンバイナによって結合される。

複数ある一次光源のうちの少なくとも１つの光源が偏光されていない一次光を、特に白色光を形成することも可能である。その種の光源は、例えば、偏光ビームスプリッタを有することができ、この偏光ビームスプリッタは偏光されていない一次光を受光し、また直線偏光方向に依存して空間的に分割することができ、それによって、生じた照明光束には、１つ又は複数の結晶の異なる入光部を介して、１つの力学的な波又は複数の力学的な波を作用させることができる。このようにして、完全に所期のように、且つ非常にフレキシブルに切り替え可能である、１つ又は複数の波長の照明光を選択することができ、且つ、試料を照明するための照明光ビームパスに共線的に向けることができ，この際、光学コンポーネントへの入射時及び光学コンポーネントからの出射時の通常の損失を除いて、例えば偏向されていない一次光の光出力が失われることはない。特に、基本的に、直線偏光方向の光を完全に省略する必要はない。

極めて有利には、本発明による音響光学ビームコンバイナを顕微鏡の一部、特に走査顕微鏡又は共焦点走査顕微鏡の一部とすることができる。特に、試料が同時に又は連続的に異なる特性の照明光が供給される顕微鏡技術では、例えばＳＴＥＤ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）顕微鏡又はＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）顕微鏡又はＳＲＳ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＣＳＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＲｉｋｅｓ（Ｒａｍａｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｋｅｒｒ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡において試料が照明される顕微鏡技術では、その種の顕微鏡を非常に有利に使用することができる。何故ならば、照明パラメータを光束に且つフレキシブルに、照明光の偏光に関しても調整することができ、その際、行われるべきビーム結合による一次光出力の大きな損失を甘受する必要はないからである。

しかしながら、通常の蛍光顕微鏡の分野においても、その種の顕微鏡は有利である。特に有利には、音響光学ビームコンバイナは試料に由来する検出光を受光し、その検出光から、照明光波長及び／又は別の照明光波長及び／又はその他の照明光波長を有している成分を除去することができる。

つまり蛍光顕微鏡では、蛍光だけを検出できるようにするために、試料において反射及び散乱された照明光の成分が検出光から除去されなければならない。このために、従来の顕微鏡では、ダイクロイックフィルタ、いわゆるメインビームスプリッタが使用される。

１つの特別な実施の形態においては、試料から到来する検出光束から、第１の結晶の力学的な波との相互作用によって、検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も偏向されて、検出光束から除去される。択一的又は付加的に、試料から到来する検出光束から、第２の結晶の力学的な波との相互作用によって、検出光束の、第１の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も偏向されて、検出光束から除去される。

択一的又は付加的に、第１の結晶と、第１の力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、また、それぞれが第１の結晶に入射する検出光束に相対的に、音響光学ビームコンバイナが、第１の力学的な波を用いて、検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している検出光束の第２の成分も偏向させて、検出光束から除去するように配向されている、及び／又は、第２の結晶と、第２の力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、また、それぞれが第２の結晶に入射する検出光束に相対的に、音響光学ビームコンバイナが、第２の力学的な波を用いて、検出光束の、第１の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も偏向させて、検出光束から除去するように配向されている。

結晶を連続的に設けることに関して説明したことと同様に、有利には、検出光束を先ず結晶を通過させ、続いて第２の結晶を通過させることができる。

音響光学ビームコンバイナの特別な実施の形態に依存せずに、しかしながら特に、力学的な波が照明光波長及び２つの直線偏光方向の光成分に作用する音響光学ビームコンバイナにおいては、有利には、ビームコンバイナのビームガイドコンポーネントを、検出光束の残存部分が音響光学ビームコンバイナから共線的に出射されるように配置及び構成することができる。このようにして、検出光束を簡単に検出器へと、例えばマルチバンド検出器へと案内させることができる。

既に何度か示唆したように、本発明による音響光学ビームコンバイナ又はその種のビームコンバイナが設けられている光源を、試料の照明時に、又はＳＴＥＤ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）顕微鏡又はＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）顕微鏡又はＳＲＳ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＣＳＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＲｉｋｅｓ（Ｒａｍａｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｋｅｒｒ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡における試料の照明時に使用することができる。

図面には本発明の対象が概略的に示されている。これを以下では図面に基づき説明する。同一の作用を有する構成要素には同一の参照符号を付している。

本発明によるビームコンバイナと、メインビームスプリッタとして機能する別の本発明による音響光学ビームコンバイナと、を有している顕微鏡の一実施例を示す。 本発明による音響光学ビームコンバイナの第１の実施例を示す。 本発明による音響光学ビームコンバイナの第２の実施例を示す。 本発明による音響光学ビームコンバイナの第３の実施例を示す。 照明光の偏向に関する第３の実施例を示す。 ＳＴＥＤ顕微鏡における特殊な使用可能性に関する第３の実施例を示す。 本発明による音響光学ビームコンバイナの第４の実施例を示す。

図１には、本発明による音響光学ビームコンバイナ１１と、メインビームスプリッタとして機能する別の本発明による音響光学ビームコンバイナ１３と、が設けられている、共焦点走査顕微鏡として構成されている顕微鏡が示されている。

顕微鏡は複数の光源１を含んでおり、それら複数の光源１の光は共線的な照明光束２へと結合される。具体的に、顕微鏡はダイオードレーザ３と、有利にはダイオード励起固体レーザ４（ＤＰＳＳレーザ；ｄｉｏｄｅ ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ ｌａｓｅｒ）と、ヘリウムネオンレーザ５と、アルゴンイオンレーザ６と、を含んでおり、それらのレーザの放射光束は、ダイクロイックビームスプリッタ７によって結合される。続いて、結合された放射光束はＡＯＴＦ（ａｃｏｕｓｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｕｎａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）８に到達し、このＡＯＴＦ８は、結合された放射光束から特定の波長の光を選択し、更にその光を通過させることができる。このために、ＡＯＴＦ８には高周波源９の電磁高周波が印加される。ユーザは、ＰＣ１０を介する入力によって、１つ又は複数の波長のいずれの波長を、更に案内される光が有するべきかを設定することができる。また、高周波源９の周波数は、自動的に顕微鏡によって相応に調整される。ＡＯＴＦ８内では、電磁高周波によって、所望の光を回折させるための力学的な波が形成される。

顕微鏡は更に音響光学ビームコンバイナ１１を有しており、このビームコンバイナ１１は、一方ではＡＯＴＦ８から転送された光を受光し、他方では白色光源１２の光を受光する。

特にその種の白色光源１２は、入射した一次光を、特にパルスレーザの光をスペクトル的に拡張する特別な光学素子を有することができ、例えばマイクロ構造光学素子及び／又はテーパファイバ及び／又はフォトニック結晶ファイバ及び／又はフォトニック結晶及び／又はフォトニックバンドギャップ材料及び／又は非線形性を誘導する同等の光学素子を有することができる。その種の光源は数１０ｎｍのスペクトル幅、特に数１００ｎｍのスペクトル幅の一次光を供給することができる。

音響光学ビームコンバイナ１１にも同様に、高周波源９から供給される電磁高周波が印加される。音響光学ビームコンバイナ１１は、電磁高周波によって光ビームを偏向又は回折させるための力学的な波を形成することができる音響光学素子を含んでいる。力学的な波の形成は、ＡＯＴＦ８から転送される光の各所望の成分と、白色光源１２の光の各所望の成分とが、結合された照明光束として相互に共線的に音響光学ビームコンバイナ１１から出射されるように行われる。音響光学ビームコンバイナ１１は、少なくとも１つの力学的な波との相互作用によって、ＡＯＴＦ８から転送される光も、白色光源１２の光も回折されて、共通の光軸に向けられるように構成されており、またそのように動作する。

顕微鏡は更に、メインビームスプリッタとして機能する別の音響光学メインビームスプリッタ１３を含んでおり、この音響光学メインビームスプリッタ１３は、一方では、１つの所望の波長の照明光１４又は複数の所望の波長の照明光１４を照明光ビームパス１５に向けるタスクを有しており、他方では、試料ステージ１７上に配置されて照明されている試料１６に由来する、多色且つ共線性の検出光束１８（破線で示されている）から、試料１６において散乱及び／又は反射された照明光１４の成分を除去するタスクを有している。

別の音響光学ビームコンバイナ１３によって照明光ビームパス１５に向けられた照明光１４は、ビーム偏向装置２４に到達する。ビーム偏向装置２４は、第１のガルバノメータミラー２５及び第２のガルバノメータミラー２６を含んでいる。一次光２の残りの部分は、１つ又は複数の力学的な波による影響を受けずにビームトラップ（図示せず）に到達する。

照明光１４はビーム偏向装置２４から出射された後に、先ず走査レンズ２７に到達し、続いてチューブレンズ２８に到達し、最後に、照明光１４を試料１６表面又は試料１６内に焦点合わせする対物レンズ２９に到達する。

ビーム偏向装置２４は、照明光１４の焦点を試料１６にわたり又は試料１６を通るように、有利には蛇行状に案内する。その際、第１のガルバノメータミラー２５はＸ方向における偏向を担当し、第２のガルバノメータミラー２６はＹ方向における偏向を担当する。

別の音響光学ビームコンバイナ１３にも、少なくとも１つの電磁高周波が印加され、それによって１つの周波数の少なくとも１つの力学的な波が形成される。電磁高周波の周波数を変更することによって、力学的な波の周波数を変更することができる。力学的な波の形成は、例えばピエゾ音波発生器によって行なうことができる。

力学的な波が伝播する、別の音響光学ビームコンバイナ１３の結晶（この図においては図示されていない）及び力学的な波の伝播方向は、試料１６から到来する検出光束１８に対して以下のように配向されている。つまり、音響光学ビームコンバイナ１３が、力学的な波を用いて、検出光束１８の、第１の直線偏光方向及び照明波長を有している成分も、検出光束１８の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明波長を有している成分も偏向させて、検出光束１８から除去するように配向されている。検出光束１８の残存成分１９は共線的に結晶から出射され、またＡＯＮＦ（ａｃｏｕｓｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒｓ）２０、結像光学系２１及び検出絞り２２を通過した後に、有利には、マルチバンド検出器として形成されている検出器２３に到達する。検出器２３の電気信号は、更なる処理及び評価のためにＰＣ１０に伝送される。

顕微鏡は以下のように構成されている。即ち、照明光１４としての１つの波長の光だけが照明光ビームパス１５に向けられ、１つの波長の光だけが試料１６から到来する検出光束１８から除去されるのではなく、それと同時に、複数の異なる波長（及び２つの直線偏光方向）の照明光を検出光から除去するために、及び／又は、複数の異なる波長（及び２つの直線偏光方向）の照明光を照明光ビームパスに向けるために複数の力学的な波を使用することができ、その際、しかしながら有利には、別の音響光学ビームコンバイナ１３の結晶内の照明光波長毎にただ１つの力学的な波が形成されるように、顕微鏡は構成されている。

別の音響光学ビームコンバイナ１３には、ユーザが所望する照明光波長毎に、高周波源９によって形成される固有の電磁高周波が印加される。完全性を期すために、高周波源９がＡＯＮＦ２０、音響光学ビームコンバイナ１１、ＡＯＴＦ８及び別の音響光学ビームコンバイナ１３に対して供給する種々の高周波は通常の場合、異なる周波数を有していることを言及しておく。しかしながら、少なくとも２つの音響光学コンポーネントに対して同一の周波数の２つの高周波を使用できるように、音響光学コンポーネントを構成することも可能である。

図２には、音響光学ビームコンバイナ７６の一実施例が概略的に示されている。

音響光学ビームコンバイナ７６の前段には偏光ビームスプリッタ３３が設けられており、この偏光ビームスプリッタ３３は、例えば白色光源の複数の波長の偏光されていない一次光束を、特に偏光されていない広帯域の一次光束２を受光する。偏光ビームスプリッタ３３は、一次光束２を第１の照明光束３４及び第２の照明光束３５へと空間的に分割し、その際、照明光束３４，３５の光は相互に垂直な直線偏光方向を有している。

音響光学ビームコンバイナ７６は、試料（この図においては図示していない）から到来する検出光束１８（破線で示されている）のための入射面３１と、最終的に検出器（この図においては図示していない）へと案内される検出光束１８の残存成分１９のための出射面３２と、を備えている結晶３０を含んでいる。残存成分１９のための出射面３２は、それと同時に第１の照明光束３４及び第２の照明光束３５を結晶３０に入射させるための入射面でもある。

結晶３０にはピエゾ音波発生器３６が配置されており、このピエゾ音波発生器３６には、１つの周波数の１つの電磁高周波又は複数の周波数の複数の電磁高周波が、１つの力学的な波又は複数の異なる力学的な波を形成するために印加される。１つ又は複数の力学的な波を用いて、第１の照明光束３４からも、第２の照明光束３５からも、１つの所望の照明光波長の光成分又は、複数の所望の照明光波長の光成分を回折によって偏向させて共線的に照明光ビームパス１５に向けることができる。その際、各力学的な波のそれぞれ１つの周波数は（特にそれぞれがブラッグの条件を満たすために）、複数ある照明光波長のうちの１つの照明光波長に（２つの直線偏光方向に対して同時に）対応付けられている。

照明光１４は、検出光束１８のための入射面３１を介して結晶３０から出射される。従って、この入射面３１は同時に照明光１４のための出射面でもある。

同時に、１つの力学的な波を用いて、又は複数の力学的な波を用いて、検出光束１８（破線で示されている）から、照明光１４の１つ又は複数の波長を有している光成分が除去される。その際、結晶３０及び（１つ又は複数の）力学的な波の伝播方向は、試料１６から到来する検出光束１８に対して以下のように配向されている。つまり、各力学的な波が、検出光束１８の、第１の直線偏光方向及び照明波長を有している成分も、検出光束１８の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明波長を有している成分も偏向させて、検出光束１８から除去するように配向されている。検出光束１８の残存成分１９は、出射面３２を介して共線的に結晶から出射される。図面においては、結晶構造の配向は結晶軸［００１］及び［１１０］を示すことによって概略的に示唆されている。

第１の照明光束３４は、（検出光の回折された成分に関する）通常光の一次回折の方向とは反対に結晶３０に入射され、他方、第２の照明光束３５は、（検出光の回折された成分に関する）異常光の一次回折の方向とは反対に結晶３０に入射される。このようにして、音響光学装置を用いて一次光束２から所定の１つ又は複数の波長の照明光１４を顕微鏡の照明光ビームパスに、従って試料に向けるために、全ての一次光束２が使用され、その際、各波長に関しては、単一の周波数の単一の力学的な波だけが必要とされる。

結晶３０から出射する照明光１４の共線性を達成するために、結晶３０の前段には分散光学コンポーネント３７が設けられており、この分散光学コンポーネント３７は、第１の照明光束３４及び第２の照明光束３５を空間的且つスペクトル的に分割し、その際、（特に角度及び／又は光路長の選択による）空間的な分割の程度は、それらが結晶３０によって再び取り消されるように規定されている。

分散光学コンポーネント３７は、第１の照明光束３４のための入射兼出射窓３８を有している。第１の照明光束３４は先ず、入射兼出射窓３８を介して、分散光学コンポーネント３７に入射し、空間的且つスペクトル的に分割されて入射兼出射窓３８を介して再び分散光学コンポーネント３７から出射される前に、分散光学コンポーネント３７を通った後に、入射兼出射窓３８に対向する面に取り付けられている第１のミラー３９によって反射される。

同様に、分散光学コンポーネント３７は、偏向ミラー４２によって偏向された第２の照明光束３５のための別の入射兼出射窓４０を有している。第２の照明光束３５は先ず、入射兼出射窓４０を介して、分散光学コンポーネント３７に入射し、空間的且つスペクトル的に分割されて入射兼出射窓４０を介して再び分散光学コンポーネント３７から出射される前に、分散光学コンポーネント３７を通った後に、入射兼出射窓４０に対向する面に取り付けられている第２のミラー４１によって反射される。

更に分散光学コンポーネント３７は、検出光束１８の残存成分１９のための、入射面４３と、この入射面４３に平行な出射面４４と、を有している。検出光束１８の残存成分１９は、入射面４３にも、それに平行な出射面４４にも垂直に入射するので、従ってスペクトル的に分割されない。

図３には、第１の結晶４５及び第２の結晶４６を有している、本発明による音響光学ビームコンバイナ１３の第２の実施例が示されている。

図示されている音響光学ビームコンバイナ１３は、第１の入射部５８を介して、図示していない光源の第１の照明光束４７を受光する。第１の照明光束４７はミラー４８によって第１の結晶４５の方向へと偏向され、入射面４９を介して第１の結晶４５に入射する。

第１の結晶４５には、第１のピエゾ音波発生器５７が配置されている。第１のピエゾ音波発生器５７には、高周波源９の周波数ｆ１の電磁高周波が印加されており、またこの第１のピエゾ音波発生器５７は、第１の結晶４５を介して伝播される、周波数ｆ１に対応する音響周波数の（図示していない）力学的な波を形成する。

力学的な波との相互作用によって、音響周波数に対応付けられている照明光波長を有している第１の照明光束４７が、試料１６を照明するために照明光ビームパスへと偏向される。偏向された照明光束４７は、出射窓５０を介して第１の結晶４５から出射され、特に少なくとも１つの走査装置及び顕微鏡対物レンズを含んでいる、顕微鏡の走査及び光学系ユニット５１を介して、照明すべき試料１６に到達する。

音響光学ビームコンバイナ１３は第２の結晶４６を有している。第２の結晶４６には、第２のピエゾ音波発生器５３が配置されている。第２のピエゾ音波発生器５３にもやはり高周波源９の周波数ｆ１の電磁高周波が印加されており、またこの第２のピエゾ音波発生器５３は、第２の結晶４６を介して伝播される、周波数ｆ１に対応する音響周波数の（図示していない）第２の力学的な波を形成する。

第２の結晶は、ビームコンバイナ１３の第２の入光部５９を介して入射した第２の照明光束７７を受光する。この第２の照明光束７７は、同一の波長を有しているが、しかしながら、別の直線偏光方向を、即ち、第１の照明光束４７の直線偏光方向に対して垂直な直線偏光方向を有している。第２の照明光束７７はミラー６１によって第２の結晶４６の方向へと偏向され、入射面５４を介して第２の結晶４６に入射する。

第２の結晶４６内を伝播する第２の力学的な波との相互作用によって、第２の照明光束７７が偏向され、第１の結晶４５を通って延在するビームパスに向けられる。第２の照明光束７７が第２の結晶の出射面５２を介して第２の結晶４６から出射された後に、第２の照明光束７７は第１の結晶に４５に到達する。第１の結晶４５においては、第２の照明光束７７が、第１の結晶４５内を伝播する第１の力学的な波によって偏向されない。第１の照明光束４７は第１の結晶４５において、第２の照明光束７７の光路へと回折される。照明光束４７，７７は共線的に結合された照明光束として第１の結晶４５から出射される。

２つの結晶４５，４６において同一の音響周波数の音波によって、一方では第１の結晶４５において第１の照明光束４７が偏向され、他方では第２の結晶４６において第２の照明光束７７が偏向され、第１の照明光束４７がその力学的な波による影響を受けずに第１の結晶を通過することは、結晶４５，４６が少なくとも１つのパラメータに関して、例えば結晶カット面及び／又は結晶方位及び／又は力学的な波及び光の伝播方向に関して、偏向すべき照明光束４７，７７に対するブラッグの条件がそれぞれ満たされているように相互に異なっており、且つ相互に調整されていることによって達成されている。

試料１６に由来する検出光束１８は、反対向きの光路を伝播して、共線的に結合された照明光束４７，７７として再び第１の結晶４５に到達し、出射窓５０を介してこの第１の結晶４５に入射する。第１の結晶４５の力学的な波との相互作用によって、検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している第１の部分５５が偏向されて、検出光束１８から除去される。検出光束１８の残存部分は、入射窓４９を介して第１の結晶４５から出射され、続いて第２の結晶４６の出射面５２に到達する。

第２の結晶４６内を伝播する第２の力学的な波との相互作用によって、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している第２の部分５６が偏向されて、検出光束１８から除去される。検出光束１８の残存部分は、入射面５４を介して第２の結晶４６から出射され、続いて図示していない検出器に到達する。

同一の音響周波数の音波によって、２つの結晶４５，４６において連続的に、検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している第１の部分５５も、検出光束の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している第２の部分５６も偏向できることは、上記において照明光束４７，７７に関して既に説明したように、それらの結晶４５，４６が、少なくとも１つのパラメータに関して、例えば結晶カット面及び／又は結晶方位及び／又は力学的な波及び光の伝播方向に関して、偏向すべき光に対するブラッグの条件をそれぞれ満たしているように相互に異なっており、且つ相互に調整されていることによって達成されている。

結晶は、検出器に供給すべき検出光が共線的な光束として音響光学ビームコンバイナ１３から出射されるように形成及び配置されている。このことは特に、入射面５４及び出射面５０が相互に平行に配向されていることによって達成されている。

図４には、顕微鏡のメインビームスプリッタとして機能する、本発明による音響光学ビームコンバイナ１３の第３の実施例が示されているが、ここでは図面を見やすくするために、試料１６から到来する検出光の軌道、及び、照明光波長λ１及びλ２を有している成分の、試料１６から到来する検出光からの除去のみが示されている。照明光の軌道は図５に示されている。

音響光学ビームコンバイナ１３は第１の結晶６２を有しており、この第１の結晶６２には第１のピエゾ音波発生器７５が配置されている。第１のピエゾ音波発生器７５には、周波数ｆ１及びｆ２の２つの電磁高周波が印加されており、またこの第１のピエゾ音波発生器７５は、第１の結晶６２を介して伝播される、各周波数ｆ１及びｆ２に対応するそれぞれ１つの音響周波数の（図示していない）２つの力学的な波を形成する。

第１の結晶６２及び力学的な波の伝播方向は、第１の結晶６２についてはその結晶構造に関して、以下のように相互に相対的に、また、それぞれが結晶に入射する検出光束１８に相対的に配向されている。つまり、力学的な波によって、検出光束１８の、第１の直線偏光方向及び照明光波長λ１及びλ２を有している成分も、検出光束１８の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長λ１及びλ２を有している成分も偏向されて、検出光束１８から除去されるように配向されている。

図中、除去された成分は参照符号ｏｅ及びｅｏで表されている。第１の直線偏光方向は、この実施例において、第１の結晶６２の複屈折特性に関する通常光の直線偏光方向であり、それに対し第２の直線偏光方向は、この実施例において、第１の結晶６２の複屈折特性に関する異常光の直線偏光方向である。参照符号ｏｅ及びｅｏによって、入射する検出光の直線偏光方向は力学的な波との相互作用によって、（通常光から異常光、又は、異常光から通常光へと）それぞれ９０°回転されることを表している。

音響光学ビームコンバイナ１３は、第２の結晶６３を更に有しており、この第２の結晶６３は、第１の結晶６２から出射された残存検出光を受光する。この検出光は空間的に、その偏光に関しても、またその波長に関しても分割されている。しかしながら第２の結晶６３は、自身から出射されて（図示していない）検出器へと供給される検出光束１８が共線的に結合されるように構成されている。このことは、第１の結晶６２の出射窓６４が第２の結晶６３の入射窓６５に対して平行に配置されており、また付加的に、第１の結晶６２の入射窓６６が第２の結晶６３の出射窓６４に対して平行に配置されていることによって達成されている。明確にするために、「入射面」及び「出射面」という概念は、照明光の軌道に関するものであって、従って、照明光に関して反対方向に延びる検出光が入射面を介して出射され、また出射面を介して入射することを再度言及しておく。

第２の結晶６３は一方では、（第１の結晶６２の力学的な波との相互作用にもかかわらず）、場合によっては未だなお検出光に残存する、照明光波長λ１及びλ２の成分を除去するために使用される。第２の結晶６３は他方では、試料に向けられる照明光のための少なくとも１つの別の入射面を提供するために使用されるが、これはここでは詳細に図示されていない。

第２の結晶６３には第２のピエゾ音波発生器６８が配置されている。第２のピエゾ音波発生器６８には、周波数ｆ１’及びｆ２’の２つの電磁高周波が印加されており、またこの第２のピエゾ音波発生器６８は、第２の結晶６３を介して伝播される、各周波数ｆ１’及びｆ２’に対応するそれぞれ１つの音響周波数の（図示していない）２つの力学的な波を形成する。

第２の結晶６３及び力学的な波の伝播方向は、第２の結晶６３についてはその結晶構造に関して、以下のように相互に相対的に、また、それぞれが結晶に入射する検出光束１８に相対的に配向されている。つまり、力学的な波によって、検出光束１８の、第１の直線偏光方向及び照明光波長λ１及びλ２を有している成分も、検出光束１８の、第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長λ１及びλ２を有している成分も偏向されて、検出光束１８から除去されるように配向されている。

図５には、第１の直線偏光方向も、その第１の直線偏光方向とは異なる第２の直線偏光方向も有している照明光波長λ１及びλ２の照明光が、図３に関連させて既に詳細に説明した音響光学ビームコンバイナ１３を用いて、試料１６を照明するための照明光ビームパスにどのように共線的に向けられるかが示されている。

以下の説明においては、第１の結晶６２を介して、その結晶６２内を伝播する（図示していない）力学的な波との相互作用があった照明光についてのみ説明する。しかしながら、択一的又は付加的に、第２の結晶６３を介して照明光を入射させ、試料１６を照明するための照明光ビームパスに向けることも可能である。

照明光束の入射は、図６に示されているように、検出光の、照明光波長を有している成分が検出光束１８から除去される光路において行われる。

第１の結晶６２の特別な結晶カット面に基づき、（図中「ｏ−ｐｏｌ」が付されている）第１の直線偏光方向及び二つの照明光波長λ１及びλ２を有している第１の照明光束６９が、共線的な照明光束として入射される。力学的な波との相互作用によって、光は試料１６を照明するための照明光ビームパスに向けられる。また光は、特に少なくとも１つの走査装置及び顕微鏡対物レンズを含んでいる、顕微鏡の走査及び光学系ユニット５１を介して、照明すべき試料１６に到達する。

更に、第２の直線偏光方向と、照明光波長λ１の光と、を有している第２の照明光束７０、並びに、照明光波長λ２の光と、同様に第２の直線偏光方向と、を有している第３の照明光束７１が、空間的に別個の照明光束７０，７１として入射される。これらの照明光束７０，７１の光も、第１の結晶６２内を伝播する力学的な波との相互作用によって、照明光ビームパスに到達し、また顕微鏡の走査及び光学系ユニット５１を介して試料１６に到達する。

照明光波長λ１又は照明光波長λ２を有していない光は、照明光ビームパスには向けられずに、図示していないビームトラップに向けられる。

図６には、ＳＴＥＤ顕微鏡における特別な使用可能性に関する第３の実施例が示されており、ここでは、試料に照射される照明光の軌道のみが示されており、図面を見やすくするために、検出光の軌道は図示していない。

共焦点走査顕微鏡の解像能力は、特に、試料における励起光束の焦点の空間的な大きさ及び強度分布によって定まる。蛍光の用途に関する解像能力を向上させるための装置は、国際公開第９５／２１３９３号から公知である。その装置においては、励起光束の焦点体積の横方向の縁部領域が、別の波長の別の光束の、いわゆる脱励起光束の、必要に応じて特別に成形された焦点でもって照明され、その縁部領域では、励起光束によって励起された試料領域が誘導放出されて基底状態に戻る。その場合、脱励起光束によって照明されない領域から自然放射される光だけが検出されるので、その結果、総じて解像度の向上が達成される。この方法については、ＳＴＥＤ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）と言う名称が定着している。

図６に示されている実施例においては、音響光学ビームスプリッタ１３が、異なる方向から到来し、且つ波長λｄｅｐ及び異なる直線偏光をそれぞれが有している２つの脱励起光束７２，７４も、波長λｅｘｃの励起光も、試料１６を照明するための照明光ビームパスに向けるために使用される。

第１の結晶６２のピエゾ音波発生器７５には、周波数ｆ１の高周波及び周波数ｆ２の高周波が印加されており、またこの第１のピエゾ音波発生器７５は、第１の結晶６２を介して伝播される、周波数ｆ１及びｆ２に対応する各音響周波数の（図示していない）力学的な波を形成する。

波長λｅｘｃの励起光束７３は、第１の結晶６２を介して入射される。ピエゾ音波発生器７５への周波数ｆ２の高周波の印加によって形成されている力学的な波との相互作用によって、励起光束７３が回折され、試料１６を照明するための照明光ビームパスに向けられる。第１の結晶６２を介する入射は特に有利である。何故ならば、試料１６において反射された励起光を、第１の結晶６２においてはそこで伝播する周波数ｆ２の力学的な波によって、また第２の結晶６３において伝播する力学的な波によって、検出光からフィルタリングすることができるからである。

異常直線偏光方向を有している第１の脱励起光束７２も同様に、第１の結晶６２を介して入射され、また、ピエゾ音波発生器７５への周波数ｆ１の高周波の印加によって形成されている力学的な波との相互作用によって、第１の脱励起光束７２が回折され、試料１６を照明するための照明光ビームパスに偏向される。第１の脱励起光束７２及び励起光束７３は、相応に、結晶６２から共線的に結合されて出射される。

第２の結晶６３のピエゾ音波発生器６８には、周波数ｆ１’の高周波が印加されており、またこの第２のピエゾ音波発生器６８は、第２の結晶６３を介して伝播される、周波数ｆ１’に対応する音響周波数の（図示していない）力学的な波を形成する。力学的な波との相互作用によって、第２の結晶６３の複屈折に関する通常直線偏光方向を有している、波長λｄｅｐの第２の脱励起光束７４は回折され、続いて、そこで伝播する力学的な波によって偏向されずに、第１の結晶６２によって照明光ビームパスへと向かい、最終的に試料１６に到達する。第２の脱励起光束７４は、ブラッグの条件が満たされていないことから、第１の結晶内を伝播する力学的な波によって偏向されない。第２の脱励起光束７４、第１の脱励起光束７２及び励起光束７３は、相応に共線的に結合されて結晶６２から出射され、少なくとも１つの走査装置及び顕微鏡対物レンズを含んでいる、顕微鏡の走査及び光学系ユニット５１を通過した後に、照明すべき試料１６に入射する。

第１の脱励起光束７２のビームパスにおいては、例えば、脱励起光束７２の照明光焦点の形状を変化させるための（図示していない）素子を設けることができる。例えば、この素子は位相フィルタ又はプログレッシブ位相フィルタ又はセグメント位相フィルタ又は切り替え可能な位相マトリクス、特にＬＣＤマトリクスを有することができる。特に、照明光焦点の形状を変化させるための素子を用いることによって、試料１６内にリング状の焦点、いわゆるドーナッツ状の焦点が形成され、この焦点は、ｘ−ｙ平面において、即ち光軸に対して垂直な平面において励起光束７３の焦点と重畳し、それによってｘ−ｙ方向における解像度が向上する。リング状の焦点を例えば、いわゆる渦状位相フィルタによって達成することができる。

第２の脱励起光束７４のビームパスにおいても同様に、脱励起光束７２の照明光焦点の形状を変化させるための（図示していない）別の素子を設けることができる。特に、照明光焦点の形状を変化させるための別の素子を用いることによって、二重の焦点が形成され、この焦点は、ｚ方向における励起光束７３の焦点と、有利には励起光束７３の焦点の中心の上下において重畳し、それによってｚ方向における解像度が向上する。

図６に示されているビームコンバイナは、ＳＴＥＤ顕微鏡における特別な使用に関して既に説明した。もっとも、ビームコンバイナを上述のやり方で、別の用途に関して照明光束を結合させるためにも使用することができる。

その限りにおいて、図６に示した音響光学ビームコンバイナは、上述の課題の一般的な解決手段の１つの特別な実施の形態であり、この実施の形態において、音響光学ビームコンバイナは、第１の力学的な波が伝播する第１の結晶と、第２の力学的な波が伝播する第２の結晶と、を有しており、第１の照明光束は第１の力学的な波との相互作用によって回折され、また、共通の光軸に向けられ、第２の照明光束は第２の力学的な波との相互作用によって回折され、共通の光軸に向けられ、また、回折された第２の照明光束は第１の力学的な波との相互作用を受けることなく第１の結晶を通過し、共線的に、つまり共通の光軸において、第１の照明光束と共に第１の結晶から出射される。

この実施例においても、その偏光に依存せずに、検出光の、照明光波長を有している成分が、試料に由来する検出光束から除去される。

しかしながら、上記において詳細に説明したように、この実施例においても、励起光の波長λｅｘｃを有している成分が、試料から到来する検出光束から除去される。

図７には、本発明による音響光学ビームコンバイナ７６の第４の実施例が示されている。

音響光学ビームコンバイナ７６の前段には偏光ビームスプリッタ３３が設けられており、この偏光ビームスプリッタ３３は、例えば白色光源の複数の波長の偏光されていない一次光束を、特に偏光されていない広帯域の一次光束２を受光する。偏光ビームスプリッタ３３は、一次光束２を第１の照明光束３４及び第２の照明光束３５へと空間的に分割し、その際、照明光束３４，３５の光は相互に垂直な直線偏光方向を有している。

音響光学ビームコンバイナ７６は、２つの照明光束３４，３５のための入射面７９を有している第１の結晶７８と、結合された共線的な照明光束を結晶７８から出射させるための出射面８０と、を有している。結晶７８にはピエゾ音波発生器８１が配置されており、このピエゾ音波発生器８１には、１つの周波数の１つの電磁高周波又は複数の周波数の複数の電磁高周波が、１つの力学的な波又は複数の異なる力学的な波を形成するために印加される。１つ又は複数の力学的な波を用いて、第１の照明光束３４からも、第２の照明光束３５からも、１つの所望の照明光波長の光成分又は、複数の所望の照明光波長の光成分を回折によって偏向させて、共線的な結合された照明光束８２として共通の照明光ビームパスに向けることができる。その際、各力学的な波のそれぞれ１つの周波数は（特にそれぞれがブラッグの条件を満たすために）、複数ある照明光波長のうちの１つの照明光波長に（２つの直線偏光方向に対して同時に）対応付けられている。

音響光学ビームコンバイナ７６は、特に、結晶７８の特別な構造及び特別な配向に起因して、第２の照明光束３５のみが空間的にスペクトル分割され、それに対し、照明光ビームパスに向けられた第１の照明光束３４の成分については空間的な分割は行われないという特徴を有している。従って、第１の照明光束３４のビームパスにおいては、例えばプリズムのような補償素子は必要ない。つまり、第１の照明光束３４のビームパスは、偏光ビームスプリッタ３３からの第１の照明光束３４を結晶７８に向けるための幾つかの偏向ミラー８３だけを有している。第２の照明光束３５のビームパス内にのみ、偏向ミラー８３の他に、２つのプリズム８４が配置されており、それらのプリズム８４は、空間的にスペクトル分割された第２の照明光束３５が結晶７８の通過時に再び戻されるように、第２の照明光束３５を空間的にスペクトル的に分割する。

本発明を、特別な実施の形態に関連させて説明したが、その際、同一又は同様に機能する構成要素に対しては少なくとも同一の参照番号を使用した。しかしながら、別紙の特許請求の範囲の保護範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正を行えることは明らかである。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの第１の照明光束及び第２の照明光束を受光し、１つの共線的な出力光束に結合させる、顕微鏡のための、特に走査顕微鏡のためのビームコンバイナであって、
   前記第１の照明光束及び第２の照明光束は、同一の照明光波長を有しているが、しかしながら、異なる偏光を、特に直線偏光を有している、ビームコンバイナにおいて、
   前記ビームコンバイナは、音響光学ビームコンバイナとして形成されており、且つ、少なくとも１つの力学的な波との相互作用によって、第１の照明光束も第２の照明光束も回折されて、共通の光軸に向けられるように構成されており、またそのように動作することを特徴とする、
   ビームコンバイナ。
2. 前記音響光学ビームコンバイナは、前記第１の照明光束の波長及び前記第２の照明光束の波長に対応付けられている音響周波数の力学的な波が伝播する結晶を有しており、前記結晶と前記力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、且つ、それぞれが前記結晶に入射する前記照明光束に相対的に、前記力学的な波において前記第１の照明光束も前記第２の照明光束も回折されて、共通の光軸に向けられるように配向されている、
   請求項１に記載の音響光学ビームコンバイナ。
3. ａ．前記第１の照明光束は直線偏光されており、且つ、前記結晶の複屈折特性に関する通常光の直線偏光方向である直線偏光方向を有している、及び／又は
   ｂ．前記第２の照明光束は直線偏光されており、且つ、前記結晶の複屈折特性に関する異常光の直線偏光方向である直線偏光方向を有している、及び／又は、
   ｃ．前記第１の照明光束の直線偏光方向又は前記第２の照明光束の直線偏光方向は、前記力学的な波の伝播方向及び検出光束の伝播方向によって張られている平面内に配置されている、
   請求項２に記載の音響光学ビームコンバイナ。
4. 前記音響光学ビームコンバイナは、異なる音響周波数の第１の力学的な波及び第２の力学的な波が同時に伝播する結晶を有しており、
   前記結晶と前記複数の力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、且つ、それぞれが前記結晶に入射する照明光束に相対的に、前記第１の力学的な波において前記第１の照明光束が回折され、且つ、前記第２の力学的な波において前記第２の照明光束が回折されて、共通の光軸に向けられるように配向されている、
   請求項１に記載の音響光学ビームコンバイナ。
5. 前記第１の照明光束の波長も前記第２の照明光束の波長も有しておらず、且つ、前記力学的な波においても回折されない、少なくとも１つの別の照明光束が結晶を通過し、前記第１の照明光束及び前記第２の照明光束と共に共通の光軸に到達する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ。
6. 前記別の照明光束は第２の結晶から到来し、前記第２の結晶においては、前記別の照明光束の波長に対応付けられている音響周波数を有している第２の力学的な波が伝播し、
   ａ．前記別の照明光束は、前記第２の力学的な波によって回折された別の照明光波長の第３の照明光束を含んでおり、
   ｂ．前記別の照明光束は、前記別の照明光を有しているが、しかしながら異なる偏光を、特に直線偏光を有している、前記第２の力学的な波によって回折された第３の照明光束及び第４の照明光束を含んでいる、
   請求項５に記載の音響光学ビームコンバイナ。
7. 前記音響光学ビームコンバイナは、第１の力学的な波が伝播する第１の結晶と、第２の力学的な波が伝播する第２の結晶と、を有しており、
   前記第１の照明光束は、前記第１の力学的な波との相互作用によって回折され、且つ、前記共通の光軸に向けられ、
   前記第２の照明光束は、前記第２の力学的な波との相互作用によって回折され、且つ、共通の光軸に向けられ、
   回折された前記第２の照明光束は、前記第１の力学的な波によって回折されずに、前記第１の結晶を通過する、
   請求項１に記載の音響光学ビームコンバイナ。
8. 前記結晶又は前記第２の結晶において同時に、付加的な波長に対応付けられている別の音響周波数を有している少なくとも１つの付加的な力学的な波が伝播され、
   ａ．前記付加的な力学的な波において、別の波長を有している少なくとも１つの付加的な照明光束が回折されて、前記共通の光軸に向けられる、及び／又は、
   ｂ．前記付加的な力学的な波において、別の波長及び相互に異なる偏光、特に直線偏光を有している２つの付加的な照明光束が回折され、それによって共通の光軸に向けられる、
   請求項２乃至７のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ。
9. 前記音響光学ビームコンバイナは、少なくとも１つの分散光学コンポーネントを有しており、該分散光学コンポーネントは、前記結晶又は前記第２の結晶によって（少なくとも部分的に）惹起される空間的なスペクトル分割を補償する、
   請求項２乃至８のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ。
10. 前記共通の光軸に向けられた前記照明光束は、０°の入射角で、前記結晶の出射面に入射する、
    請求項２乃至９のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ。
11. 前記結晶又は前記第２の結晶は、複数の波長の一次光のための入射面と、共通の光軸に向けられる前記照明光束のための出射面と、を有しており、前記入射面と前記出射面とは、前記一次光を少なくとも部分的に共線的な照明光束として前記結晶に入射させることができ、且つ、前記共通の光軸に向けられた照明光束が共線的な照明光束として結晶から出射されるように、相互に配向されている、
    請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ。
12. 複数の一次光源と、該複数の一次光源の照明光束を結合させる、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナと、を備えている、
    顕微鏡のための、特に走査顕微鏡又は共焦点走査顕微鏡のための光源。
13. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナを備えている、
    顕微鏡、特に走査顕微鏡又は共焦点走査顕微鏡。
14. 前記ビームコンバイナは、照明光を、試料を照明するための照明光ビームパスに向け、且つ、前記試料から到来する検出光を、検出器が設けられている検出光ビームパスに向けるメインビームスプリッタとして機能する、
    請求項１３に記載の顕微鏡。
15. 前記音響光学ビームコンバイナは、試料から到来する検出光を受光し、該検出光から、照明光波長及び／又は別の照明光波長及び／又はその他の照明光波長を有している成分を除去する、
    請求項１３又は１４に記載の顕微鏡。
16. ａ．試料から到来する検出光束から、結晶の力学的な波との相互作用によって、前記検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も、前記検出光束の、前記第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も偏向されて、前記検出光束から除去される、及び／又は、
    ｂ．試料から到来する検出光束から、第２の結晶の力学的な波との相互作用によって、前記検出光束の、第１の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も、前記検出光束の、前記第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も偏向されて、検出光束から除去される、及び／又は、
    ｃ．前記音響光学ビームコンバイナが、前記力学的な波によって、前記検出光束の、第１の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も、前記検出光束の、前記第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び照明光波長を有している成分も偏向させて、検出光束から除去するように、結晶と、力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、且つ、それぞれが前記結晶に入射する検出光束に相対的に配向されている、及び／又は、
    ｄ．前記音響光学メインビームスプリッタが、第２の力学的な波によって、前記検出光束の、第１の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も、前記検出光束の、前記第１の直線偏光方向に対して垂直な第２の直線偏光方向及び別の照明光波長を有している成分も偏向させて、前記検出光束から除去するように、第２の結晶と力学的な波の伝播方向とは、相互に相対的に、且つ、それぞれが前記第２の結晶に入射する検出光束に相対的に配向されている、
    請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の顕微鏡。
17. 前記検出光束は、先ず結晶を通過し、続いて第２の結晶を通過する、
    請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の顕微鏡。
18. 前記検出光束の残存部分が前記音響光学ビームコンバイナから共線的に出射されるように、前記ビームコンバイナのビームガイドコンポーネントは、配置及び構成されている、
    請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の顕微鏡。
19. 試料の照明時に、又はＳＴＥＤ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）顕微鏡又はＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）顕微鏡又はＳＲＳ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＣＳＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＲｉｋｅｓ（Ｒａｍａｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｋｅｒｒ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡における試料の照明時における、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の音響光学ビームコンバイナ又は請求項１２に記載の光源の使用。
20. ＳＴＥＤ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）顕微鏡又はＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）顕微鏡又はＳＲＳ（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＣＳＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡又はＲｉｋｅｓ（Ｒａｍａｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｋｅｒｒ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡において試料を検査するための、
    請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の顕微鏡の使用。

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