(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームモジュール（１２）と、検出モジュール（１４）と、顕微鏡（１８）とを具備する動きを検出する顕微鏡システムであって、
前記顕微鏡（１８）が、少なくとも１つの対物レンズ（１６）及び１つの鏡筒（２０）を備えており、
前記ビームモジュール（１２）が、少なくとも１つの参照ビーム（２６）、及び前記参照ビーム（２６）に対し基本的にコヒーレントな物体ビーム（２８）を生成するよう構成されており、
前記検出モジュール（１４）が、前記参照ビーム（２６）と前記物体ビーム（２８）を結合させる非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）を備え、かつ、前記検出モジュール（１４）が前記鏡筒（２０）に着脱自在に配置可能であり、前記検出モジュール（１４）が、前記物体ビーム（２８）及び／又は前記参照ビーム（２６）に対して前記検出モジュール（１４）をアライメントするための手段を有し、前記参照ビーム（２６）を前記ビームモジュール（１２）から前記検出モジュール（１４）に伝送すべく光ファイバ（２２）が設けられている、顕微鏡システム。
【請求項２】
前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）と前記対物レンズ（１６）との間の光路長が、可変に調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）と前記対物レンズ（１６）との間の光路長が、電気的に作動させ得る少なくとも１つの調整駆動装置によって調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記物体ビーム（２８）を前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）内に合焦させるべく少なくとも１つの合焦光学要素（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記物体ビーム（２８）及び／又は前記参照ビーム（２６）のビーム強度及び偏光方向、及び／又は、前記物体ビーム（２８）と前記参照ビーム（２６）との間の位相が、電気機械的に制御可能な光学要素（４４、４６、４８；５０）によって調整可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記光ファイバ（２２）がモノモードファイバであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）として、フォトリフラクティブポリマー又はフォトリフラクティブ結晶、例えばニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、タンタル酸リチウム、フォトポリマー、電気光学的なフォトリフラクティブポリマー、若しくはポリマー混合系又は液晶混合系が用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項８】
前記検出モジュール（１４）は、前記物体ビーム（２８）のために設けられた受け部（８０）によって、前記顕微鏡（１８）の前記鏡筒（２０）に取外し可能に配置され得ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項９】
前記鏡筒（２０）に対向するビーム出射開口部（８２）に、画像捕捉システム（４２）が取外し可能に固定され得ることを特徴とする請求項８に記載の顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記参照ビーム（２６）を前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）内に入射させるべくビーム入射ユニット（３６）が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の顕微鏡システム。
【請求項１１】
前記検出モジュール（１４）が、少なくとも１つの内側のハウジング部品（３４）及び１つの外側のハウジング部品（３２）を備えており、前記ハウジング部品（３４、３２）が、前記物体ビーム（２８）の光軸の方向に、互いに対して変位可能であることを特徴とする請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記内側のハウジング部品（３４）が少なくとも部分的に、前記外側のハウジング部品（３２）内で案内されることを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項１３】
前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）と前記対物レンズ（１６）との間の光路長が、前記内側のハウジング部品（３４）と前記外側のハウジング部品（３２）の相対的な変位によって調整可能であることを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項１４】
前記ビーム入射ユニット（３６）が、前記内側のハウジング部品（３４）の脇に、前記物体ビーム（２８）の光軸に対して或る角度をもって配置されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項１５】
前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）が、前記検出モジュール（１４）内で取替え可能に配置されることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項１６】
前記参照ビーム（２６）を前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）内に合焦させるべく、前記ビーム入射ユニット（３６）内に少なくとも１つの合焦光学要素（３８）が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項１７】
前記参照ビーム（２６）の強度を測定するために、前記ビーム入射ユニット（３６）が少なくとも１つの光検出器（４０）を備えることを特徴とする請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項１８】
制御モジュールをさらに備え、
前記制御モジュールが、前記物体ビーム（２８）及び／又は前記参照ビーム（２６）のビーム強度及び／又は偏光方向を調整するために、及び／又は、前記物体ビーム（２８）と前記参照ビーム（２６）との間の位相を調整するために、形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項１９】
前記物体ビーム（２８）の焦点位置及び／又は前記対物レンズ（１６）の焦点距離に相応して、前記対物レンズ（１６）と前記非線形光学フォトリフラクティブ媒質（２４）との間の光路長を自動的に調整するために形成された制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の顕微鏡システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのインターフェイスが、データ及び制御命令を伝送するため、前記制御モジュールと、前記ビームモジュール（１２）及び／又は前記検出モジュール（１４）及び／又は外部のコントロールモジュールとの間に設けられていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の顕微鏡システム。
【請求項２１】
前記ビームモジュール（１２）には、前記物体ビーム（２８）及び／又は前記参照ビーム（２６）のビーム強度及び／又は偏光方向、及び／又は、前記物体ビーム（２８）と前記参照ビーム（２６）との間の位相を調整するため、電気機械的な光学的な（４４、４６、４８；５０）要素が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【請求項２２】
少なくとも１つの光学インターフェイス（８９）が、外部のビーム源（１０４）の放射を入射させるために設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の顕微鏡システム。
【請求項２３】
少なくともインターフェイス（８６、８８、９０）が、複数の参照ビーム（２６）及び／又は物体ビーム（２８）を複数の顕微鏡（９８、１００、１０２）内に入射させるために設けられていることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の顕微鏡システム。
【請求項２４】
異なる波長の少なくとも２つの物体ビーム（２８）及び／又は２つの参照ビーム（２６）を生成するために形成されていることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的な事象を可視化するための動きを検出する顕微鏡システム、及びフォトリフラクティブな新規性フィルタの原理に基づくプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリフラクティブなビーム結合に基づく光学的な新規性フィルタは、それ自体で現況技術において知られている。この新規性フィルタは、画像内の動的な変化だけを可視化し、且つ不動の背景を抑える時間的ハイパスフィルタを提供する。
【０００３】
例えば米国特許第５，００５，９２７号には、フォトリフラクティブなチタン酸バリウム結晶内での光ビームの非線形結合を利用する非線形光学顕微鏡システムが記載されている。この場合、参照ビームと、画像情報を有する物体ビームとが、絶え間なくフォトリフラクティブ材料内でコヒーレントに重ねられ、これにより両方のビームの断面における一過性のボリュームホログラムが材料内に記憶される。
【０００４】
非線形に結合し合う両方のビームの強度分布及び位相位置に依存して、フォトリフラクティブ媒質内で屈折率変調が発生し、この屈折率変調はチタン酸バリウム結晶の場合、ビームの強度分布に対して位相が９０度ずれている。不動の物体ビームの場合、この位相ずれに基づき破壊的干渉が生じ、このため最終的に結晶出口では完全に黒い画像を観察することができる。しかしながら物体ビームが時間的な強度変化又は位相変化を受ける場合、これらの変化は結晶出口で即座に可視化され、なぜなら材料の屈折率を変更させる相応の変化にはある程度の時間が必要であり、この時間内は、完全な破壊的干渉のための条件が満たされていないからである。この手法で、物体ビームの強度変化及び位相変化を即座に及びリアルタイムで可視化させることができる。
【０００５】
このためフォトリフラクティブなビーム結合に基づく新規性フィルタは、光ビームの空間的な位相分布に直接的に影響を及ぼす流れ場及びその時間的な密度変動の検査に、抜群に適している。
【０００６】
生命科学、特にシステム生物学では、動くマイクロ物体及びナノ物体の観察、並びに生物の機能システム内での動力学の総体的な生体内分析が必要である。原理的には、生きている生物の発達及び挙動について、器官内の事象について、代謝経過について、又は細胞内及び細胞間の動力学についての情報を取得することができる。同時にこの適用分野では、顕微鏡でしか見えない長さの尺度における流体力学的な問題提起がいちだんと生じている。特に医療においては、生物の毛細血管又は人工的な毛細血管内での流れの状態の特徴づけ及び検査が、疾患の認識及び予防のために非常に重要である。
【０００７】
このような生体及び化学的反応物質を従来の顕微鏡で観察することは、これらの物体がたいていは完全に透明であるので、ほとんど不可能である。確かに原理的には、ゼルニケ型位相コントラスト方法を使用することができるが、しかしこの場合、同時にキャリア物質又は他の不動のマイクロ物体に由来する不動の背景も可視化され、これがまさに、動的なプロセスの観察に不利である。別の顕微鏡検査方法、例えば共焦点顕微鏡検査のような方法は、走査原理に基づいて作動し、このため推測的に、２次元の画像エリア内の高い移動速度での動的な事象又はプロセスを確実に分析することはできない。
【０００８】
現況技術から既知のフォトリフラクティブな新規性フィルタは、物体ビーム及び参照ビームを効率的に結合させるため、例えばビーム強度、偏光方向、及びフォトリフラクティブ媒質内で結合し合うビームの相対位相のような幾つかのビームパラメータを、精密に調整しなければならず、且つ場合によっては再アライメントしなければならないので、これまで営利目的の適用にはほとんど適していなかった。このためフォトリフラクティブな新規性フィルタの稼働はこれまで、このようなシステムをアライメントするための、及び基礎的な構造についての、該博な知識を持っている非線形光学分野の専門家集団に委ねられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明の課題は、操作者に優しく、メンテナンスが少なく、及びこれに加え多面的に使用可能で、一般的に顕微鏡検査のための知識を少ししか持っていないエンドユーザによっても操作可能な、動きを検出する顕微鏡システムを提供することである。それだけでなくこの顕微鏡システムは、多面的に使用可能であるべきであり、且つ市販の顕微鏡を使用して形成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の基礎となる問題は、請求項１に基づく顕微鏡システム、請求項８に基づく検出モジュール、請求項１８に基づく制御モジュール、請求項２１に基づくビームモジュールを用いて、及び請求項２５に基づくコンピュータプログラム製品によって、解決される。本発明の更なる有利な実施形態は従属請求項に提示されている。
【００１１】
本発明による動きを検出する顕微鏡システムは、ビームモジュール及び検出モジュールを備えている。これに加え、少なくとも１つの対物レンズ及び１つの鏡筒を備えた顕微鏡が企図される。ビームモジュールは、少なくとも１つの参照ビーム及びそれに対し基本的にコヒーレントな物体ビームを生成するために企図されており、一方で検出モジュールは、物体ビームと参照ビームを結合させるため、非線形光学媒質を備えている。
【００１２】
ビームモジュールによって生成可能なビームである参照ビーム及び物体ビームは、検出モジュール内の非線形光学媒質内で結合され、その際、物体ビームは、例えば基本的に透明な位相物体のような検査すべき物体と予め相互作用しており、これにより物体に特有の画像情報のキャリアとなっている。例えばフォトリフラクティブ結晶のような非線形光学媒質内で物体ビームと参照ビームをコヒーレントに重ねることにより、両方のビームの間の非線形結合を基に、物体の動的な変化を即座に及び２次元に位置分解して可視化することができる。
【００１３】
本発明による動きを検出する顕微鏡システムは、特にそのモジュール式の構造を特色とする。ビーム生成のためのモジュール及び物体ビームと参照ビームの結合のためのモジュールは、特に市販の顕微鏡に適応するよう企図されており、これにより原理的には、市場で入手可能なあらゆる光学顕微鏡が、ビームモジュール及びそれに同調させた検出モジュールによって、本発明による動きを検出するモジュール式顕微鏡システムへと組み立てられる、又は適合されることが可能である。
【００１４】
ビームモジュール、検出モジュールのような、幾つかの互いに組合せ可能なモジュールのそれぞれに独自の機能が与えられている。そして少なくとも１つの対物レンズ及び１つの鏡筒を備える顕微鏡は、物体ビームを拡大するために用いられ、これにより最終的に、観察すべき物体の拡大された結像画像を生成することができる。この場合、ビームモジュールは、例えば横断方向のビーム形状及びビーム進路、強度、及び／又は偏光のような、ビーム結合に重大な全てのパラメータを考慮して、システム全体のために物体ビーム及び参照ビームを提供するという課題を有している。
【００１５】
最終的にビーム結合が行われる検出モジュールは、特に、物体ビーム及び／又は参照ビームに関する相対的なアライメント及び校正のための手段を備えており、これによりできるだけ効果的なビーム結合が、好ましくは自動的に、このシステムによって調整可能である。
【００１６】
本発明の第１の有利な実施形態によれば、非線形光学媒質と顕微鏡の対物レンズの間の光路長は、可変に調整することができる。
【００１７】
この場合特に、非線形光学媒質と対物レンズの間の光路長が、電気的に作動させ得る少なくとも１つの調整駆動装置によって調整可能であることが企図される。これに関し例えば、非線形光学媒質が検出モジュール内で物体ビームの光軸上を移動可能であること、若しくは検出モジュールの一部又はそれどころか検出モジュール全体が、対物レンズの位置に対し、物体ビームの光軸に沿って狙い通りに変位可能であることが企図される。
【００１８】
これにより使用した顕微鏡の対物レンズ及び顕微鏡タイプに応じて、非線形光学媒質を常に、物体ビームの光軸上で、参照ビームとの非線形結合に特別良く適切な位置に変位させることができる。このような非線形光学媒質に最適な位置は、例えば顕微鏡又は検出モジュールの光学システム内の物体ビームの焦点によって、予め定められ得る。
【００１９】
本発明の更なる有利な実施形態によれば、非線形光学媒質内に物体ビームを合焦させるため、少なくとも１つの合焦光学要素、特に合焦レンズを企図することが、企図される。このレンズは、好ましくは物体ビームの伝播方向において顕微鏡の画像面の後ろに配置される。これに関しレンズは、例えば鏡筒内に配置可能であるが、検出モジュール内にも配置可能である。もちろん合焦光学要素をレンズシステムによって実現してもよく、このレンズシステムは、顕微鏡の鏡筒内にも検出モジュール内にも形成される。代替的には、合焦光学要素として原則的にいわゆる回折性の光学要素も考慮される。
【００２０】
さらに、物体ビーム及び／又は参照ビームのビーム強度及び偏光方向、及び／又は物体ビームと参照ビームの間の位相関係が、電気機械的な光学要素によって調整可能であることが企図される。このため特に、λ／２位相差板又はλ／４位相差板のような回転可能又は変位可能な光学要素と、回転可能な直線偏光子と、圧電メカニズムによって変位可能なミラーとが使用される。
【００２１】
光学要素の電気機械的な制御は、典型的にはステッピングモータ及び／又はリニアモータによって行われる。圧電結晶上に固定されたミラーの直線移動は、簡単な手法では、適切な振幅の電圧を印加することによって行うことができる。物体ビーム及び参照ビームの全てのパラメータの調整は、ユーザの手動での介入を不要にする。
【００２２】
電気機械的に制御可能な光学要素によって、システムの自動的なアライメント及び校正を可能にする最大限の自動化を提供することができる。これに加え、繊細で、たいていは汚染物質及び埃を取り除くことが難しい光学コンポーネントを、埃を通さない閉ざされたハウジング内に格納することができる。このため１つには、ユーザの手動での介入が不要となり、且つもう１つには、この光学要素が配置されているモジュールを、ユーザに対し不十分に、及び効果的に汚染物質から保護し、固定的に閉ざして形成することができる。
【００２３】
さらに、このような外に向かって閉ざされた構造は、故意でなくビームモジュールからレーザ放射が出射されることを効果的に回避できるので、レーザ保護規定に関する利点を有している。
【００２４】
本発明の更なる有利な実施形態によれば、ビームモジュールから検出モジュールに参照ビームを伝送するため、光ファイバ、好ましくはモノモードファイバが企図される。この場合特に、光ファイバがビームモジュールでも検出モジュールでも相応のファイバ結合部によって取外し可能に固定可能であることが利点である。光ファイバによる参照ビームの伝送は、ビームモジュール及び検出モジュールの自在で柔軟な配置を可能にする。それどころか光ファイバによる参照ビームの伝送は、様々なビームモジュール又は検出モジュールの自在な取替えを可能にする。
【００２５】
参照ビームのためのファイバ入射又はファイバ出射は、原理的に本発明によるビームモジュール及び検出モジュールをほぼ全ての光学顕微鏡につなぐことを可能にする相互運用性を提供する。
【００２６】
これに加えモノモードファイバの使用は、参照ビームの空間的な基本モード、つまり参照ビームのガウスモードだけを伝送するという利点を有しており、このためモードフィルタをかけられた均質又は対称的なビームプロフィルを有する参照ビームが、検出モジュール内に入射される。
【００２７】
さらに、この顕微鏡システムのために、非線形光学媒質としてフォトリフラクティブ材料、特にフォトリフラクティブポリマー又はフォトリフラクティブ結晶、中でも特にニオブ酸リチウム又はチタン酸バリウムを企図することが、企図される。その他の考慮される材料は、タンタル酸リチウム、フォトポリマー、電気光学的なフォトリフラクティブポリマー、若しくはポリマー混合系又は液晶混合系などである。
【００２８】
フォトリフラクティブ結晶は、高い非線形性及び２ビーム結合に関する高い結合定数を特色とし、これらの特色はとりわけ、数マイクロワット又はそれどころか数ナノワットの範囲内の非常に僅かな光出力の場合に既に生じる。したがってこのような結晶の使用は、検査すべき物体を高い放射出力に曝すべきでない場合に有利である。
【００２９】
チタン酸バリウムは、書き込まれた屈折率格子が時間τ後には材料内での変化した強度分布に適応する拡散支配のフォトリフラクティブ材料の部類に数えられ、一方でニオブ酸リチウムは、数時間の単位における時間定数τを有しており、この時間定数は、材料内での屈折率構造を永続的に記憶することを可能にする。
【００３０】
このためニオブ酸リチウムは、新規性フィルタをかけるシステムにおいては、予め材料内に記憶させた参照画像との比較に適しており、一方でチタン酸バリウムは、突然の動的な変化の可視化に適しており、この変化は、物体ビーム内で更なる変化が発生しなければ、その強度において鎮静し、且つ典型的には数秒の時間の後、静的な背景として、もう新規性フィルタの出口で新規性として認識できなくなる。
【００３１】
ニオブ酸リチウムは拡散に決定される結晶には数えられず、したがって２ビーム結合も顕著には示さないので、新規性フィルタをかけるシステムを実施するためには、元々の格子が結晶内に描かれた後で、参照ビーム上に人工的な位相変位を与える必要がある。フォトリフラクティブなニオブ酸リチウムによる新規性フィルタリングに対するより詳しい情報は、Ｖ．Ｋｒｉｓｈｎａｍａｃｈａｒｉ、Ｇｒｏｔｈｅ他「Ｎｏｖｅｌｔｙ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｌｉｔｈｉｕｍ−ｎｉｏｂａｔｅ  ｃｒｙｓｔａｌ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ第８７巻、０７１１０５（２００５年）から明らかであり、その内容は全面的に本願の開示内容と見做すことができる。
【００３２】
更なる独立した観点によれば、本発明は、本発明による動きを検出するモジュール式顕微鏡システムのための検出モジュールに関し、この検出モジュールは、顕微鏡の物体ビームのために企図された受け部によって、顕微鏡の鏡筒に取外し可能に配置することができる。検出モジュールは、特に非線形光学媒質を備えており、この媒質内で、顕微鏡の対物レンズによって結像された物体ビームが、それに対してコヒーレントな参照ビームと結合する。
【００３３】
顕微鏡の鏡筒につなぐための受け部は、好ましくは丸い開口部として形成されており、この開口部により、検出モジュールを接眼レンズの代わりに顕微鏡の鏡筒上に被せて、そこで取外し可能に固定することができる。顕微鏡の鏡筒も検出モジュールの受け部も、規格化された直径及び／又は規格化されたネジ寸法又はそのような固定手段を備えている場合が有利である。
【００３４】
例えば、顕微鏡の鏡筒も検出モジュールの受け部もＣマウントとして形成される。顕微鏡システムの個々のモジュール間をつなぐためのそのような又は匹敵する規格寸法の選択は、個々のモジュールの多面的な使用を可能にするという利点を有する。
【００３５】
更なる実施形態によれば、検出モジュールは、鏡筒に対向するビーム出射開口部に画像捕捉システムを取外し可能に固定できるように形成される。例えばここでも、鏡筒に検出モジュールをつなぐ場合のように、例えばＣマウントインターフェイスのような、匹敵する又は類似的に規格化された接続手段を使用することができる。
【００３６】
画像捕捉システムとして、検出モジュールの出口での２次元画像の直接的な画像捕捉に適したＣｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）カメラ（ＣＣＤ）を使用することが好ましい。画像捕捉システムによって記録された２次元画像は、続いて電子的な更なる処理のために、コンピュータシステム又はそのような画像評価システムに送ることができる。
【００３７】
さらに検出モジュールのために、非線形光学媒質内に参照ビームを入射させるためのビーム入射ユニットが企図される。このビーム入射ユニットは、参照ビームを案内する光ファイバを結合させ得るファイバ結合部を備えることが好ましい。このファイバ結合部は、ファイバによって供給された参照ビームが常に、物体ビームの光軸に対して同じ所定の角度で非線形光学媒質にぶつかるように形成されている。
【００３８】
検出モジュールのアライメント及び／又は校正のため、特に、ビーム入射ユニットが、しかし少なくともそのファイバ結合部が、少なくとも２つの、好ましくは３つ全ての空間方向においてアライメント可能であることが企図される。これにより参照ビームを非線形媒質上の所定の位置に厳密にアライメントすることができ、この位置は、必要な場合には手動で変化させることもできる。
【００３９】
さらに、検出モジュールが少なくとも１つの内側のハウジング部品及び１つの外側のハウジング部品を備えることが企図され、その際、内側及び外側のハウジング部品は、物体ビームの光軸に向かう方向に、互いに対して変位可能である。この場合特に、両方のハウジング部品が、電気的に制御可能な調整駆動装置によって相互に変位可能であることが企図される。
【００４０】
更なる実施形態によれば、内側のハウジング部品が少なくとも部分的に、検出モジュールの外側のハウジング部品内で案内される。両方のハウジング部品は、好ましくは円筒形状を有しており、その際、外側のハウジング部品の壁には、幾つかの軸方向に延びる空隙が企図されており、この空隙は例えば、ビーム入射ユニットなどのような外から引き込まれる機能部品が内側のハウジング部品に固定されている場合も、両方のハウジング部品が相対的に軸方向に変位できることを可能にする。
【００４１】
さらに、非線形光学媒質と顕微鏡の対物レンズの間の光路長が、内側及び外側のハウジング部品の相対的な変位によって調整可能であることが利点である。このため対物レンズの交換による物体ビームの焦点の軸方向の変位を、内側及び外側のハウジング部品を相応に変位させることによって補償することができ、これにより最終的には、非線形光学媒質が物体ビームの焦点に対して常に一定の間隔にあることを保証することができる。
【００４２】
更なる実施形態によれば、ビーム入射ユニットが、内側のハウジング部品の脇に、物体ビームの光軸に対して或る角度をもって配置される。
【００４３】
さらに、非線形光学媒質も検出モジュール内で取替え可能に配置される。この場合、媒質が内側のハウジング部品と直接的で機械的に動作結合されていることが好ましく、これにより非線形光学媒質の位置が、ビーム入射ユニットに対して基本的に一定に維持される。基本的に、ファイバを介して入射された参照ビームは、非線形媒質に対して固定的に維持される。
【００４４】
本発明の更なる有利な実施形態によれば、非線形光学媒質内に参照ビームを合焦するため、検出モジュール内に少なくとも１つの合焦光学要素が企図される。この合焦光学要素は、脇に配置されたビーム入射ユニットの領域内にあることが好ましい。参照ビームの合焦は、物体ビームと参照ビームの間の結合効率を上昇させるという利点を有する。
【００４５】
さらに、参照ビームの強度を決定するため、検出モジュールのビーム入射ユニットが少なくとも１つの光検出器を備えることが企図される。これにより実際に非線形媒質に存在する参照ビームの強度についての確実な測定値を取得することができる。光検出器によって算定可能な測定値は、非線形媒質内での最適な結合を調節するために使用することができる。こうして例えば物体ビーム及び参照ビームの総合強度も、両方のビームの強度割合も、精密に決定することができ、且つ相応に自動的に再調節することができる。
【００４６】
さらに、検出モジュールのビーム入射ユニットが、変位可能な偏光子を備えることが企図され、この偏光子は、物体ビームと参照ビームの偏光方向を、非線形光学媒質内に入射する直前に精密に同調させることを可能にする。
【００４７】
更なる独立した観点によれば、本発明は、本発明による顕微鏡システムのための制御モジュールに関し、この制御モジュールは、物体ビーム及び／又は参照ビームの強度及び／又は偏光方向を調整するために形成されている。それだけでなく制御モジュールは、代替的又は補足的に、物体ビームと参照ビームの間の位相を調整するために企図することができる。制御モジュールは第１に、全てのビームパラメータを調節するための電気機械的な光学要素を電気的に制御するために用いられる。この場合、制御モジュールは、顕微鏡システム内、例えばビームモジュール又は検出モジュール内に組み込むことができる。しかしながら制御モジュールは、自由に選んで、外部の自立的なモジュールとして実施してもよく、この自立的なモジュールは、自由に選んで、顕微鏡システムの校正及び／又は稼働のため、顕微鏡システムの個々のコンポーネント又はモジュールに、必要に応じて連結させることができる。
【００４８】
更なる実施形態によれば、制御モジュールのために制御手段が企図され、この制御手段は、物体ビームの焦点位置及び／又は顕微鏡の対物焦点距離に相応して、対物レンズと非線形光学媒質の間の光路長を自動的に調整するために形成される。
【００４９】
さらに制御モジュールは、データ及び／又は制御命令を伝送するため、制御モジュールと、ビームモジュール及び／又は検出モジュール及び／又は外部のコントロールモジュールとの間に少なくとも１つのインターフェイスを備えている。さらに制御モジュールでの入力及び出力手段も企図されており、この入力及び出力手段は、ユーザに対し、制御モジュールを介した顕微鏡システムの直接的なコントロールを可能にする。
【００５０】
更なる独立した観点によれば、本発明は、本発明による動きを検出する顕微鏡システムのためのビームモジュールに関し、このビームモジュールは、物体ビーム及び／又は参照ビームの強度及び／又は偏光方向を調整するために、及び／又は物体ビームと参照ビームの間の位相を調整するために形成された電気機械的な光学要素を備えている。ビームモジュール内に企図された電気機械的な光学要素は特に、制御モジュールを介して直接的に制御することができる。
【００５１】
さらにビームモジュールが、外部のビーム源の放射を入射させるための少なくとも１つの光学インターフェイスを備えることが企図される。これによりビームモジュールのビーム源の代わりに又は代替として、外部に存在するビーム源も使用可能であり、この外部に存在するビーム源は、特にファイバオプティカル手段によってビームモジュール及び顕微鏡システムに連結することができる。これは、購入に高い費用がかかるレーザ光源の効率的な利用及びフル稼働を可能にする。
【００５２】
更なる有利な実施形態では、多数の顕微鏡のために、複数の参照ビーム及び／又は物体ビームを結合させるための複数の光学インターフェイスが、ビームモジュールに企図される。この手法で、ただ１つのビームモジュールを多数の顕微鏡のためのビーム源として用いることができ、これらの顕微鏡は、空間的にも互いから離して置いて稼働させることができる。効率的な結合のため、物体ビームも参照ビームもちょうど良い高さのコヒーレンス度を有していなければならないので、高品質で、費用の高さが購入にちょうど良いたいていはただ１つのレーザ光源が、光源として考慮される。光を通すファイバを使用して、多数の顕微鏡又は顕微鏡システムをただ１つのビームモジュールでまかなうという可能性は、費用をかなり減少させ、且つシステムを自在に使用可能にする。
【００５３】
さらに、ビームモジュールが異なる波長の少なくとも２つの物体ビーム及び／又は２つの参照ビームを生成するために形成されることが利点である。この場合、参照ビームと物体ビームがペアで同一の波長を有しており、このためビームはペアで、非線形媒質内で互いに相互作用することができる。この場合特に、異なる波長の両方の物体ビームも、異なる波長の両方の参照ビームも、顕微鏡システムを通って同時に共伝播することが企図される。
【００５４】
この手法で、例えばπより大きな範囲における位相ずれの測定が可能であり、これにより顕微鏡システムの測定範囲が増大する。典型的な波長としては、特にλ＝４８８ｎｍ又は５３２ｎｍ又はλ＝６３３ｎｍが考慮される。
【００５５】
異なる波長の２つの光源を備えたビームモジュールを装備する場合、別のモジュール、中でも特に検出モジュールを、相応なやり方で、２つ又は４つのビームの立体配置に適応させ得ることは自明である。
【００５６】
更なる独立した観点によれば、本発明は、本発明による顕微鏡システムを制御するためのプログラム手段を備えたコンピュータプログラム製品に関する。この場合、プログラム手段は、検出モジュール内に設置された非線形光学媒質についての、データバンク又はメモリ内にファイルされた指示を照会するために、並びに参照ビーム及び／又は物体ビームの強度を算定するために、並びに物体ビームと参照ビームのビーム結合のために最適な強度割合を決定するために、並びに顕微鏡システムの電気機械的な光学要素を、参照ビームと物体ビームの間のビーム結合のための最適な強度割合が調整されるように制御するために、形成されている。
【００５７】
更なる実施形態によれば、コンピュータプログラム製品は、使用される対物レンズの焦点距離を算定するためのプログラム手段を備えており、且つ検出モジュール内に配置された非線形光学媒質が物体ビームの焦点領域内に位置決めされるように電気的な調整駆動装置を制御するために形成されることが、企図される。対物レンズの焦点距離の算定は、例えばメモリ又はデータバンクの照会を介して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
本発明の更なる特徴、目標、利点、及び適用可能性は、以下の図面に基づく例示的実施形態の説明から明らかである。その際、記載された及び／又は図示された全ての特徴は、その特徴の有意義な組合せにおいて、特許請求の範囲又はその関連部分と関係なくても、本発明の主題を形づくる。
【００５９】
図１は、少なくとも１つの市販の顕微鏡１８と、１つのビームモジュール１２と、１つの検出モジュール１４とを備えた顕微鏡システム１０を示している。ビームモジュール１２は、図２に示したようにレーザ光源５４を備えており、このレーザ光源の光ビームは、偏光ビームスプリッタ５６によって参照ビーム２６と物体ビーム２８に分割される。物体ビームは、ビーム精製のため光ファイバ６０内に入射される。この光ファイバを通って行われた伝播の後、物体ビーム２８は、理想的にはファイバ端６２ではもうガウスモードとしてだけ出射され、このガウスモードは、レンズ及び図面に対して斜めに置かれたミラー５８によって上へ、ビームモジュールから出射されて顕微鏡１８内に供給される。
【００６０】
物体ビーム２８は、顕微鏡１８内で通常の進路を取る。物体ビームは、物体ステージの領域内のスライドガラス及び検査すべき物体を照明し、且つ最終的に対物レンズ１６から顕微鏡の鏡筒２０内へとさらに案内され、これにより鏡筒内にある画像面内に、検査すべき物体の結像画像が生じる。
【００６１】
顕微鏡１８の鏡筒２０には、接眼レンズの代わりに検出モジュール１４が配置されており、この検出モジュール内で、物体ビーム２８が参照ビーム２６と非線形に結合する。この非線形結合のため、図３に示したように、フォトリフラクティブ媒質２４が、例えばフォトリフラクティブポリマー又はフォトリフラクティブ結晶の形で企図される。この場合、参照ビーム２６は、検出モジュール１４に対して脇に、或る角度をもって延びる入射ユニット３６を介して、検出モジュール１４内に入射される。そのため物体ビーム２８と参照ビーム２６は、非線形光学媒質２４内で所定の角度において互いに向かってぶつかる。
【００６２】
フォトリフラクティブ媒質２４の後ろに、典型的には２次元ＣＣＤチップを備えた画像捕捉システム４２が企図されており、これにより物体内で動的に進行するプロセスを、簡単な手法で電子的にさらに処理することができる。
【００６３】
物体ビーム２８と参照ビーム２６の間の最適な結合効率を達成するため、特に、両方のビームを相応の合焦光学要素３０、３８によって媒質２４内に合焦することが企図される。さらに検出モジュール１４又はその入射ユニット３６に、参照ビーム２６のビーム強度を測定するために形成された光検出器４０が企図される。ビームスプリッタ５２により、参照ビーム２６から光検出器４０へ、参照ビーム２６の一部が出射される。
【００６４】
さらに入射ユニット３６内では、参照ビーム２６のために偏光子５０が企図されている。これにより物体ビーム２８と参照ビーム２６の偏光方向が、入射の直前に、及び媒質２４内での結合の前に、互いに同調され得ることが可能になる。
【００６５】
フォトリフラクティブ媒質２４は、検出モジュール１４内で好ましくは取替え可能に配置されており、これにより原理的には、顕微鏡システム１０の様々な稼働方式のために様々な材料を使用することができる。
【００６６】
物体ビーム２８と参照ビーム２６が材料２４内で互いにぶつかり合う角度は基本的に一定である。しかしながら、特に媒質２４の交換後にシステムを校正するため、入射ユニット３６又は参照ビーム２６のファイバ結合部３７に関するアライメントが可能であることが企図される。
【００６７】
参照ビーム２６は光ファイバ２２によって、図２に示されたビームモジュールから図３に示された検出モジュール内に入射される。検出モジュール１４とビームモジュール１２の間のファイバ結合部は、顕微鏡システム１０全体に対して大きな柔軟性及び相互運用性を作り出す。そのためモジュール式で動きを検出する顕微鏡システムは、多数の市販の顕微鏡１８に自在に連結することができる。これにより特に、検出モジュール１４内への参照ビーム２６の入射に関するアライメント労力を最小限まで減少させることができる。
【００６８】
図２に概略的に示したビームモジュール１２は、例えばフィルタ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｌｔｅｒ  ＮＤＦ）４４、圧電機械的で変位可能なミラー４６、回転可能なλ／２位相差板４８のような、多数の電気的に制御可能で変位可能な光学要素を備えている。回転可能なλ／２位相差板と偏光ビームスプリッタ５６の組合せは、参照ビーム２６と物体ビーム２８の強度割合の調節を可能にする。
【００６９】
ミラー４６により、物体ビーム２８と参照ビーム２６の間の位相関係を狙い通りに調整することができる。λ／４位相差板４７は参照ビーム２６の偏光方向を回転させ、これにより最終的に、参照ビーム２６も物体ビーム２８もほぼ同じ偏光方向を有する。調整駆動装置によって回転可能なＮＤＦ４４は、物体ビーム２８の強度調節に用いられる。
【００７０】
最後に、図３に示した、及び検出モジュール１４の入射ユニット３６内に配置された偏光子５０を介して、参照ビーム２６の更なる強度調節を行うことができる。したがって偏光子５０も調整駆動装置によって電気機械的に変位可能に形成することが企図される。
【００７１】
全ての光学コンポーネント４４、４６、４８、５０が電気的に制御可能であることは、モジュール式顕微鏡システム１０の大幅に自動化された校正及び同調を可能にする。
【００７２】
図４は、顕微鏡の鏡筒２０上に載せられた検出モジュール１４の概略図を示しており、検出モジュールは、外側３２及び内側３４のハウジング部品を備えている。この場合、参照ビーム２６のための入射ユニット３６が、内側のハウジング部品３４に配置されており、この内側のハウジング部品内にはフォトリフラクティブ媒質２４もある。物体ビーム２８を合焦するために企図されたレンズ３０は、ここでは検出モジュール１４と顕微鏡の鏡筒２０が部分的に重なった領域内に配置されている。
【００７３】
検出モジュール１４を鏡筒２０の接眼レンズアタッチメント上に被せることを可能にする開口部８０は、典型的には、例えばＣマウント接続部のような規格寸法を有しており、これにより楽で確実な検出モジュール１４の交換が可能になる。検出モジュール１４の外側のハウジング部品３２の正面端部区間に形成された出口開口部８２は、画像捕捉システム４２に対する類似の接続の可能性を示している。
【００７４】
内側のハウジング部品３４と外側のハウジング部品３２は、物体ビーム２８の光軸に沿って相互に変位可能に形成されている。この手法で、内側のハウジング部品３４に配置された非線形媒質２４は、物体ビーム２８の焦点が、顕微鏡１８の対物レンズ１６を交換しても常に媒質２４内に来るように、物体ビーム２８の光軸上で変位させることができる。
【００７５】
顕微鏡１８の様々な、及び自在に交換可能な対物レンズ１６に割り当てられた物体ビーム２８の焦点位置は、典型的には割当表において保管され、且つ内側及び外側のハウジング部品３２、３４の自動的な、及び大幅に自動化された変位のために、読み出して処理することができる。
【００７６】
最後に図５は、図４に基づく鏡筒２０上に載せられた検出モジュール１４の概略的な外観を示している。内側及び外側のハウジング部品３４、３２は、基本的に円筒形のシースとして形成されており、その際、外側のシース３２は、外壁に、軸方向に延びる貫通孔を備えている。外側の円筒形の外被におけるこの空隙は、内側のシース３４の軸方向の変位のために必要であり、なぜなら内側のシースには、参照ビーム２６のための入射ユニット３６が脇に配置されているからである。光検出器４０によって算定可能な参照ビーム２６の強度は、ケーブル６８によって制御モジュール又は評価モジュールに転送される。
【００７７】
図６は、制御モジュール７０を備えた顕微鏡システムの概略的なブロック図を示しており、この制御モジュールは、入力及び出力手段７４と、プロセッサ制御された制御手段７２とを備えている。ビームモジュール１２によって生成された物体ビームが、顕微鏡１８及び検出モジュール１４を通って伝播し、最終的にＣＣＤチップ４２にぶつかる一方で、参照ビームは、直接的にビームモジュールからファイバ結合部２２を経て検出モジュール１４内に入射される。
【００７８】
例えば相対的な位相関係、偏光方向、非線形媒質２４内での焦点の強度及び大きさのような全てのビームパラメータを調節するため、ビームモジュール１２及び検出モジュール１４の全ての光学コンポーネントは、制御モジュール７０を介して直接的に制御することができる。特に、できるだけ高い結合効率のために最適なビームパラメータを調整するため、光検出器４０によって測定された強度値をシステム内で評価できることが企図される。
【００７９】
制御モジュールは、入力及び出力手段７４を介して、顕微鏡システム１０のユーザによって直接的に制御され得る。これに対し代替的又は補足的に、制御モジュール７０がネットワーク７６に結合するためのインターフェイスを備えており、これによりシステム全体を外部のコントロールモジュール７８によって制御して稼働させることもできる。インターフェイス又は伝送手段としては、特にＲＳ  ２３２、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＷＬＡＮ、ＩＲＤＡ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及びその類似物が考慮される。この場合、外部からの制御は、Ｗｅｂ−Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ又はＷｅｂ−Ｓｅｒｖｉｃｅｓを介し、例えばＣＧＩインターフェイスによって行うことができる。
【００８０】
図７では、ただ１つのビームモジュール８４の、多数の顕微鏡又は顕微鏡システム９８、１００、１０２との概略的な結合がブロック図によって示されている。これに関しビームモジュールは、光を通すファイバ９２、９４、９６を介して個々の顕微鏡９８、１００、１０２をビームモジュール８２に結合させ得る複数の光学インターフェイス８６、８８、９０を備えている。
【００８１】
ファイバ結合部９２、９４、９６は、ここでは具体例として、物体ビーム及び参照ビームそれぞれの結合部を象徴している。様々な、及び空間的に互いから離して置かれている多数の顕微鏡９８、１００、１０２の稼働は、有利なやり方では顕微鏡システムのための購入費用を減少させ、且つビームモジュール８４の高品質のレーザ光源の最適なフル稼働を可能にする。
【００８２】
さらに追加的又は随意的に、外部のビーム源の、特にレーザ１０４の光を、光ファイバ９７及び相応の光学インターフェイス８９を介してビームモジュール８４内に入射させるという可能性がある。そのため元々存在する光源及び外部の光源を、自在にこのシステムに結合させることができ、これにより最終的に、複数の、及び場合によっては互いから空間的に離して位置決めされたビームモジュール及び／又は顕微鏡システムを、共通の光源でまかなうことができ、これは費用をさらに最小限に抑えることに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】動きを検出する顕微鏡システムの概略図である。
【図２】ビームモジュールの光学コンポーネントを示す図である。
【図３】検出モジュールのコンポーネントを示す図である。
【図４】検出モジュールの概略的な断面図である。
【図５】検出モジュールのハウジングを示す図である。
【図６】顕微鏡システムの幾つかのモジュールのブロック図である。
【図７】共通のビームモジュールによってまかなわれる複数の顕微鏡のブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  顕微鏡システム
１２  ビームモジュール
１４  検出モジュール
１６  対物レンズ
１８  顕微鏡
２０  鏡筒
２２  ファイバ
２４  フォトリフラクティブ媒質
２６  参照ビーム
２８  物体ビーム
３０  レンズ
３２  外側のハウジング
３４  内側のハウジング
３６  入射ユニット
３７  ファイバ結合部
３８  レンズ
４０  光検出器
４２  ＣＣＤチップ
４４  ＮＤＦ
４６  圧電機械的なミラー
４７  λ／４板
４８  λ／２板
５０  偏光子
５２  ビームスプリッタ
５４  レーザ
５６  偏光ビームスプリッタ
５８  ミラー
６０  ファイバ結合部
６２  ファイバ結合部
６４  偏光子
６６  ファイバ結合部
６８  ケーブル
７０  制御モジュール
７２  プロセッサ
７４  入力／出力手段
７６  ネットワーク
７８  コントロールモジュール
８０  受け部
８２  ビーム出射開口部
８４  ビームモジュール
８６  ファイバ結合部
８８  ファイバ結合部
８９  ファイバ結合部
９０  ファイバ結合部
９２  ファイバ
９４  ファイバ
９６  ファイバ
９８  顕微鏡
１００  顕微鏡
１０２  顕微鏡
１０４  レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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