JP5046442B2 - 走査顕微鏡で顕微プレパラートを検査するための装置 - Google Patents

走査顕微鏡で顕微プレパラートを検査するための装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査顕微鏡で顕微プレパラートを検査するための装置に関する。特に本発明は、走査顕微鏡がレーザーと照明ピンホールと検出ピンホールと対物レンズとを有し、対物レンズが、レーザーによって生じた光を被検査対象物である試料にフォーカシングさせ、レーザーと対物レンズの間に、レーザーによって生じた紫外線を伝送する光誘導要素が設けられている前記装置に関するものである。
走査顕微鏡は、共焦点顕微鏡として構成されていてもよい。
【０００２】
【従来の技術】
走査顕微鏡では、試料は光線で走査される。このため、レーザーが光源として使用されることが多い。欧州特許第０４９５９３０号公報に記載の「多色蛍光用共焦点顕微鏡システム」では、複数のレーザー光線を放出するレーザーを１個配置することが知られている。しかし最近では主に混合ガスレーザー、特にArKrレーザーが使用される。
【０００３】
ダイオードレーザーおよび固体レーザーも使用される。
" Confocal Microscope "なる発明の名称の米国特許第５１６１０５３号公報から知られている共焦点顕微鏡では、外部の光源の光はガラスファイバーにより顕微鏡の光路へ伝送され、ガラスファイバーの端部が点光源として用いられるため、機械的な絞りを必要としない。
【０００４】
走査顕微鏡に紫外線を使用することは、たとえば欧州特許第０５９２０８９号公報に記載の"Scanning confocal microscope providing a continuous display"から知られている。しかしながら、光ファイバーを用いて紫外線をカップリングすると、ほぼ数秒後に光ファイバーが不可逆的に損傷する。特にカラーセンターを形成すると、光ファイバーの透過率が著しく低下する。
【０００５】
光ファイバーの寿命を長くするための装置は、ドイツ連邦共和国特許第４４４６１８５号公報に記載の「UVレーザー光線を共焦点走査顕微鏡にカップリングさせるための装置」に開示されている。ここでは、画像の記録のために紫外線を実際に使用する場合にのみ紫外線を解放させるビームブレーカーが使用される。この装置を用いると、光ファイバーの損傷の問題は低減するが、基本的な解決にはならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の問題を解決する走査顕微鏡を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、光誘導要素が、紫外線による光誘導要素の損傷を防止するように、少なくとも２つの異なる光学密度を有している多数の微小光学構造要素から構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
光誘導要素は、カニューレ、細条片、ハニカム体、管片を含んでいるのが有利である。また、光誘導要素が中空空間を含んでいるのも有利である。このように光学的に非線形の構成により、紫外線は、光誘導要素またはその構造を損傷させることなく誘導される。
【０００９】
優れた操作性は、光誘導要素を光ファイバーとして構成することにより得られる。
有利な構成では、光誘導要素は第１の領域と第２の領域を有し、第１の領域が均質な構造を有し、第２の領域内に、微小光学構造要素からなる微小光学構造体が形成されている。第１の領域が第２の領域を取り囲んでいると、この実施形態は特に有利である。
【００１０】
「フォトニックバンドギャップ材」の形態の光誘導要素の利点は、光ファイバーが光学的に非線形の構成であるので、光ファイバーまたはその構造を損傷させることなく紫外線が誘導されることである。「フォトバンドギャップ材」とは、微細構造の透明な材料である。主に種々の誘電体をつなぎ合わせることにより、得られた結晶に光子用のバンド構造が刻設される。このバンド構造は、半導体の電子バンド構造に類似している。
【００１１】
最近では、この技術は光ファイバーでも実現される。光ファイバーは、構造化を考慮して配置されたガラス管またはガラスブロックから引き抜くことによって製造できるので、ガラス材またはプラスチック材と中空空間が横に並んだ構造が生じる。光ファイバーには特殊な構造が存在する。すなわち、繊維方向に小さなカニューレが自由に存在し、これらのカニューレはほぼ２−３μmの間隔で、径は約１−２μmであり、ほとんど空気で充填されている。ファイバーの中心にはカニューレは存在しない。この種のファイバーは「photon crystall fibers」、「holey fibers」、「microstructured fibers」として知られている。いわゆる"Hollow fibers"としての構成も知られており、この構成では、光ファイバーの中心に、通常は空気を充填された管片が設けられ、その周囲にカニューレが配置される。この種の光ファイバーは、光が光学的に密なファイバー材で案内されるのではなく、中空空間内で案内されるので、紫外線の伝送に特に適している。
【００１２】
顕微鏡に使用するためには、光パワーを安定させる手段を組み込む必要がある。それゆえ、このような光誘導要素を、電子光学的に調整可能なフィルタ（AOTF）、音響光学的または電子光学的検出器（AOD）および音響光学的または電子光学的ビームスプリッター（AOBS）と組み合わせるのが有利である。これらは波長を選択するためにも、検出光を絞るためにも使用することができる（本出願人による出願、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９０６７５７Ａ１号公報「光学装置」を参照）。
【００１３】
特に共焦点顕微鏡においては、光誘導要素を点光源として利用でき、これにより励起絞りを使用せずに済む。
他の実施形態では、光パワーの変動を補正する装置が設けられている。たとえば、光パワーを安定させるための制御ループを組み込んでよく、制御ループは顕微鏡の光路内で光パワーを測定し、たとえばポンプ光パワーを変化させることにより、或いは音響光学的または電子光学的要素を用いて、試料照明光パワーを一定に保持する。この目的のため、LCD減衰器を使用してもよい。
【００１４】
本発明の他の利点は、光誘導要素が次のように構成され、すなわち紫外線も他の波長の光も十分ロスなしに、或いは損傷なしに走査顕微鏡に伝送させることができるように構成され、特に照明装置が複数のスペクトル範囲を照明に提供するように構成されている場合この種の効果が得られる。走査顕微鏡用の照明装置であるレーザーには、光出口穴に光学要素が固定されている。この光学要素はフォトニックバンドギャップ材からなっている。さらに、フォトニックバンドギャップ材は光ファイバーとして構成されていてよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１は共焦点顕微鏡を示している。共焦点顕微鏡は光学的な光誘導要素３を有し、光誘導要素３は、混合ガスレーザーとして構成されているレーザー１によって生じた紫外線を伝播させるために使用され、光ファイバーとして構成されている。レーザー１は、光学的光誘導要素３によって誘導されるレーザー光線２を決定する。光学的光誘導要素３は前述のように光ファイバーとして構成され、フォトニックバンドギャップ材からなっている。光学的光誘導要素３の下流側にはカップリング光学系４ａが配置され、下流側にはデカップリング光学系４bが配置されている。光学的光誘導要素３からは照明光線１４が出て、該照明光線１４は第１の光学系５により照明ピンホール６に結像され、その後ビームスプリッター７に当たる。照明光線１４はビームスプリッター７から第２の光学系８に達する。第２の光学系８は平行光線１４aを生じさせ、平行光線１４aはスキャンミラー９に当たる。スキャンミラー９の下流側には複数個の光学系１０と１１が配置され、これらの光学系は光線１４aを整形する。光線１４aは対物レンズ１２に達し、この対物レンズによって試料１３にフォーカシングされる。試料から反射または送出された光は観察光路１４bを決定する。観察光路１４bの光は第２の光学系８を通過し、検出器１６の前に着座している検出ピンホール１５に結像される。光学的光誘導要素３により、試料１３の検査に必要なレーザー光（紫外線）を支障なく伝播させることができる。
【００１６】
図２に図示した実施形態は、図１で説明した実施形態にほぼ対応している。付加的に、光パワーを安定させるための制御回路２１が設けられている。照明光路１４の、ビームスプリッター７を通過した小部分は、光学系１７によりフォトダイオード１８にフォーカシングされる。フォトダイオード１８は、これに当たった光のパワーに比例した信号を発生させる。この信号はケーブル１８aを介して、制御信号を演算する制御ユニット１９に転送される。制御信号は、ケーブル２０を介してレーザー１の遠隔制御入力に誘導される。制御ユニット１９は、光学的光誘導要素３から送出された後の照明光線１４の光パワーが十分一定であり、よって伝送変動も補正されるように構成されている。
【００１７】
図３は光学的光誘導要素３の実施形態を示している。光学的光要素３は特殊なハニカム状の微細構造２２を有している。図示したハニカム構造は、UV光の伝送にも可視光の伝送にも特に適している。ガラス内部カニューレ２４の径はほぼ１．９μmである。内部カニューレ２４はガラス細条片２６によって取り囲まれている。ガラス細条片２６は中空空間２５を画成し、ガラス細条片２６と中空空間２５とでハニカム体が形成されている。これらの微小光学的構造要素は、協働して第２の領域３２を形成し、第２の領域３２は、ガラス被覆部として実施されている第１の領域２３によって取り囲まれている。
【００１８】
図４は光学的光誘導要素３の実施形態で、この光学的光要素３は可撓性のファイバーとして構成され、ガラス体２７からなっている。ガラス体２７には複数の中空のカニューレ２８が含まれている。この実施形態では、中心部に中空のカニューレは設けられていない。
【００１９】
図５は光学的光誘導要素の実施形態で、この光学的光要素はプラスチック体またはガラス体２９からなっている。プラスチック体またはガラス体２９のなかには、典型的には１．９μmの内径を持った中空のカニューレ３０が設けられている。光学的光要素３の中心部には、典型的には３μmの内径を持った中空のカニューレ３１が設けられている。
【００２０】
以上本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本願の特許請求の範囲の権利保護範囲を逸脱することなく、種々の変更および改変を行なってもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を共焦点顕微鏡とともに示した図である。
【図２】本発明による装置を光パワーを安定させる制御回路とともに示した図である。
【図３】光学的光誘導要素の概略図である。
【図４】光学的光誘導要素の他の実施形態の概略図である。
【図５】光学的光誘導要素の他の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１ レーザー
２ レーザー光線
３ 光学的光誘導要素
４ａ カップリング光学系
４b デカップリング光学系
５ 第１の光学系
６ 照明ピンホール
７ ビームスプリッター
８ 第２の光学系
９ スキャンミラー
１０ 光学系
１１ 光学系
１２ 対物レンズ
１３ 試料
１４ 照明光線
１４a 平行光線
１４b 観察光路
１５ 検出ピンホール
１６ 検出器
１７ 光学系
１８ フォトダイオード
１８a ケーブル
１９ 制御ユニット
２０ ケーブル
２１ 制御回路
２２ ハニカム状の微細構造
２３ 第１の領域
２４ 内部カニューレ
２５ 中空空間
２６ ガラス細条片
２７ ガラス体
２８ カニューレ
２９ プラスチック体またはガラス体
３０ 中空のカニューレ
３１ 中空のカニューレ
３２ 第２の領域

Claims (9)

  1. 走査顕微鏡で顕微プレパラートを検査するための装置であって、走査顕微鏡がレーザー（１）と照明ピンホール（６）と検出ピンホール（１５）と対物レンズ（１２）とを有し、対物レンズ（１２）が、レーザー（１）によって生じた光を被検査対象物である試料（１３）にフォーカシングさせ、レーザー（１）と対物レンズ（１２）の間に、レーザー（１）によって生じた紫外線を伝送する光誘導要素（３）が設けられている前記装置において、
    光誘導要素が、紫外線による光誘導要素の損傷を防止するように、少なくとも２つの異なる光学密度を有している多数の微小光学構造要素から構成されていることを特徴とする装置。
  2. 光誘導要素（３）が第１の領域と第２の領域を有し、第１の領域が均質な構造を有し、第２の領域内に、微小光学構造要素からなる微小光学構造体が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  3. 微小光学構造要素が内部に１つのカニューレ（２４）を有し、該カニューレの周囲に、それぞれ細条片（２６）によって画成される複数個の中空空間（２５）が設けられ、細条片（２６）と複数個の中空空間（２５）とによってハニカム体が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  4. 微小光学構造要素がガラス体またはプラスチック体（２７，２９）を有し、該ガラス体またはプラスチック体（２７，２９）に複数の中空のカニューレ（２８，３０，３１）が含まれていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  5. 光誘導要素（３）がフォトニックバンドギャップ材からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  6. 光誘導要素が光ファイバーとして構成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
  7. 光パワーを安定させる手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
  8. 光パワーを安定させるための制御回路（２１）が設けられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の装置。
  9. 前記光パワーを安定させる手段が音響光学的または電子光学的検出器と組み合わせられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
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