(57)【要約】【課題】迅速な発散および／または収束の調整が可能な調整装置を得ること。【解決手段】とりわけ走査顕微鏡で光ビーム（１）の発散および／または収束を調整するための装置であって、光ビーム（１）の発散および／または収束を調整するための少なくとも１つの光学構成部材（２）と、該構成部材（２）に対する位置決め装置（３）とを有する形式の調整装置であって、位置決め装置（３）は少なくとも１つの圧電素子（４）を有するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（１）の発散および／または収束を調整するための装置であって、光ビーム（１）の発散および／または収束を調整するための少なくとも１つの光学構成部材（２）と、該構成部材（２）に対する位置決め装置（３）とを有する形式の調整装置であって、
位置決め装置（３）は少なくとも１つの圧電素子（４）を有することを特徴とする調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の調整装置において、少なくとも１つの圧電素子（４）は実質的に管状の領域（５）を有する調整装置。
【請求項３】
請求項２記載の調整装置において、管状領域（５）の少なくとも一方の端部にそれぞれ少なくとも１つの光学的構成部材（２）が配置されている調整装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の調整装置において、管状領域（５）の軸方向長さは電圧は印加によって延長および／または短縮される調整装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の調整装置において、光学的構成部材（２）の焦点は、無電圧の状態で基準位置に一致する調整装置。
【請求項６】
請求項３または４記載の調整装置において、光学的構成部材（２）の焦点は、無電圧の状態で基準位置に一致しない調整装置。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか一項記載の調整装置において、管状領域（５）の一方および他方に配置された各光学的構成部材（２）は同じ焦点距離を有する調整装置。
【請求項８】
請求項３から７までのいずれか一項記載の調整装置において、管状領域（５）の一方および他方に配置された各光学的構成部材（２）は互いに同じように構成されている調整装置。
【請求項９】
請求項３から６までのいずれか一項記載の調整装置において、管状領域（５）の一方および他方に配置された各光学的構成部材（２）は異なる焦点距離を有する調整装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項記載の調整装置において、少なくとも１つの光学的構成部材（２）はレンズである調整装置。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか一項記載の調整装置において、少なくとも１つの光学的構成部材は色消しレンズである調整装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項記載の調整装置において、当該調整装置により顕微鏡内では、光ビーム（１）の焦点の光軸方向即ちｚ方向のスキャンが実行される調整装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか一項記載の調整装置において、当該調整装置により顕微鏡内では、画像フィールド歪みの補正が実行される調整装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか一項記載の調整装置において、当該調整装置により顕微鏡内では、個々の色に対して色収差またはフィールド歪みの補正が実行される調整装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか一項記載の調整装置を備えた顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか一項記載の調整装置を備えた走査顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とりわけ走査顕微鏡等の顕微鏡で光ビームの発散および／または収束を調整するための装置に関するものであり、この調整装置は、光ビームの発散および／または収束を調整するための少なくとも１つの光学的構成部材と、この構成部材に対する位置決め装置とを有する形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式の調整装置は実際に公知であり、種々異なる構成で存在している。例えば顕微鏡内での光ビームの発散および／または収束を調整するために、光学的構成部材の位置を調整する機械的電動装置が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
公知の光ビームの発散および／または収束を調整するための装置での問題は、機械的電動装置が多くの適用に対して明らかに過度に緩慢な調整速度を有していることである。言い替えると光学的構成部材を、それぞれの適用で必要とされるほど迅速に位置決めすることができない。さらに公知の装置では頻繁に不所望の振動が、構成部材の位置決め過程の間に発生する。この場合、振動に敏感な試料では、探査ないし検査がしばしば不可能である。
【０００４】
従って本発明の課題は、冒頭に述べた形式の光ビームの発散および／または収束を調整するための装置を改善し、迅速な発散および／または収束の調整が可能であるように構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば前記課題は、冒頭に述べた形式の調整装置において、請求項１の特徴部分の構成を備える、光ビームの発散および／または収束を調整するための装置によって解決される。即ち、この調整装置は、位置決め装置が少なくとも１つの圧電素子を有するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明によれば、有利には光学的構成部材を位置決めするために圧電（ピエゾ）素子を使用することができる。この種の圧電素子により、光学的構成部材を高速にかつほとんど振動なしで調整することができる。適切な電圧を印加することにより、圧電素子に結合された光学的構成部材を簡単に位置決めすることができる。（光学的）構成部材を適切に位置決めすることにより、システムの結像特性を変化することができる。
【０００７】
従って本発明の光ビームの発散および／または収束を調整するための装置により、発散および／または収束を迅速に調整することのできる調整装置が得られる。
【０００８】
当該調整装置の具体的な構成では、少なくとも１つの圧電素子が実質的に管状の領域を有することができる。電圧を印加することにより、管状領域の長さが変化し、これにより（光学的）構成部材が位置決めされる。このとき光ビームは管状領域の中心孔部を通過して案内される。
【０００９】
別の具体的構成では、管状領域の少なくとも一方の端部（有利には両方の端部）にそれぞれ少なくとも１つの光学的構成部材を配置することができる。ここでは管状領域の両端部に少なくとも１つの光学的構成部材を配置する構成が特に有利である。圧電素子ないし管状領域に電圧が印加されると、両端部に配置された光学的構成部材間の間隔が相互に変化する。このことにより調整装置が使用される光学系全体の結像特性が変化する。より正確に言えば、管状領域を電圧の印加によって軸方向長さを延長および／または短縮（増減）することができる。
【００１０】
別の実施例では例えば管状領域を備える２つの圧電素子を使用することができ、各管状領域に少なくとも１つの光学的構成部材が配置される。２つの圧電素子は有利には同じ駆動電子回路により制御することができる。従って圧電素子は擬似的（電気的）に並列に接続されることとなる。いずれの場合でも適切な電圧の印加によって、光学的構成部材間の相互間隔を変化することができる。
【００１１】
この調整装置は有利には、複数の光学的構成部材の焦点が電圧を印加しない状態で一致するように構成することができる（即ち各所定の基準位置に焦点が位置するよう構成できる）。この場合、一方の端部で視準化（平行光線化）されて管状領域に入射する光は、この管状領域を他方の端部で再び視準化されて去ることとなる。収束または発散された光ビームを調整するために管状領域は制御電圧の印加により延長または短縮される。この種の状況では、光学的構成部材（複数）の各焦点はもはや一致しない。そのため光ビームは管状領域を通過した後、収束または発散調整される。
【００１２】
或いは他の構成としては、光学的構成部材を配置を、光学的構成部の焦点が電圧なしの状態で一致しないように選択することもできる。
【００１３】
この装置の特に簡単な構成では、管状領域の一方および他方に配置された光学的構成部材は同じ焦点距離を有する。最も簡単な構成の場合、管状領域の一方および他方の端部に配置された光学的構成部材は同じように構成される。
【００１４】
さらに他の構成では、管状領域の一方および他方に配置された光学的構成部材は互いに異なる焦点距離を有する。この場合調整装置は、光ビームが管状領域の通過の際に発散（拡開）されるように構成することができる。このことにより調整可能な発散度を備えるビームエキスパンダを実現することができる。
【００１５】
構造的に特に簡単な構成では、少なくとも１つの光学的構成部材をレンズないしレンズ系とすることができる。有利にはここでレンズは正のレンズである。ある構成として、少なくとも１つの光学的構成部材を色消しレンズとすることもできる。
【００１６】
本発明装置では、２つの光学的構成部材を、所定長さの管片（Roehrchen）として構成された圧電素子に、または圧電素子の管状領域に使用することができる。このことにより従来のシステムと比較して格段に高い調整速度が達成される。なぜならシステムの慣性が、光学的作用が同じ場合、光学的構成部材を個別に制御する場合よりも格段に小さいからである。このことは例えば、光ビームの発散を共焦点レーザ走査顕微鏡で、レーザビームの走査運動と同期して調整するために重要である。このことにより例えば顕微鏡対物レンズの画像フィールド歪みを、これに整合（適応）されたレーザ焦点のｚスキャンにより補償することができる。このｚスキャンは発散調整によって形成される。この調整装置は完全に対称に構成することができるから、それぞれ上位のシステムが振動励振されることが最小となる。
【００１７】
本発明の調整装置により、顕微鏡でレーザビーム焦点のｚスキャン（光軸方向のスキャン）を実行することができる。或いはまたはこれに付加的にこの調整装置によって、顕微鏡内で画像フィールド歪みの補正を実行することができる。さらに例としてまたは付加的にこの調整装置によって、顕微鏡内で個々の色に対する色収差またはフィールド歪みの補正を実行することができる。
【００１８】
基本的に圧電管片の共振周波数ｆは次の比例関係を満たす：
ｆ〜√（剛性／運動質量）  ［ｆ〜√（Steifigkeit／bewegte Masse）］
圧電管片を半分にすると、剛性は２倍になる。従って共振周波数は係数１．４だけ上昇する。
【００１９】
圧電管片に添えられた「負荷」の質量と圧電管片の質量との相対的大きさに応じて、圧電管片の質量を低減することにより共振周波数がさらに上昇する。圧電管片に外部負荷がなければ別の係数√２が得られ、圧電管片の固有質量が外部負荷に対して無視できるような限界例では、係数１となる。すなわち作用を及ぼさない。
【００２０】
本発明の技術思想を有利に構成し、改善するには種々の手段が存在する。これについては一方では従属請求項を、他方では図面に基づく本発明の有利な実施例の以下の説明を参照されたい。図面に基づく本発明の技術思想の有利な実施例の説明と関連して、一般的に有利な構成および改善形態も説明する。
なお、特許請求の範囲の各請求項に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００２１】
形態１．  （請求項１：前掲）
形態２．  少なくとも１つの圧電素子は実質的に管状の領域を有することを特徴とする。
形態３．  管状領域の少なくとも一方の端部、および有利には両方の端部にそれぞれ少なくとも１つの光学的構成部材が配置されていることを特徴とする。
形態４．  管状領域の軸方向長さは電圧は印加によって延長および／または短縮されることを特徴とする。
形態５．  各光学的構成部材の焦点は、無電圧の状態で基準位置に一致する（複数の光学的構成部材の焦点は互いに合致する）ことを特徴とする。
形態６．  各光学的構成部材の焦点は、無電圧の状態で基準位置に一致しないことを特徴とする。
形態７．  管状領域の一方および他方に配置された各光学的構成部材は同じ焦点距離を有することを特徴とする。
形態８．  管状領域の一方および他方に配置された各光学的構成部材は互いに同じように構成されていることを特徴とする。
形態９．  管状領域の一方および他方に配置された各光学的構成部材は互いに異なる焦点距離を有することを特徴とする。
形態１０．  少なくとも１つの光学的構成部材はレンズ、有利にはポジティブレンズであることを特徴とする。
形態１１．  少なくとも１つの光学的構成部材は色消しレンズであることを特徴とする。
形態１２．  当該調整装置により顕微鏡内では、光ビームの焦点の光軸方向即ちｚ方向のスキャンが実行されることを特徴とする。
形態１３．  当該調整装置により顕微鏡内では、画像フィールド歪みの補正が実行されることを特徴とする。
形態１４．  当該調整装置により顕微鏡内では、個々の色に対して色収差またはフィールド歪みの補正が実行されることを特徴とする。
形態１５．  形態１から１４までのいずれか一記載の調整装置を備えた顕微鏡。
形態１６．  形態１から１４までのいずれか一記載の調整装置を備えた走査顕微鏡。
【実施例】
【００２２】
図１は、光ビーム１の発散および／または収束を調整するための本発明の装置の一実施例を概略的側面図に示す。この装置はとりわけ共焦点レーザ走査顕微鏡で使用することができる。この装置は、同じように構成されたポジティブレンズ系の形態の２つの光学的構成部材を有する。レンズによって光ビームの発散および／または収束が調整される。この装置はさらにレンズに対する位置決め装置３を有する。発散および／または収束をとりわけ高速に調整するという観点から、位置決め装置３は圧電素子４を有する。これにより発散および／または収束の調整を高速に実行できるだけでなくほとんど振動なしで行うことができる。このことは顕微鏡適用で特に有利である。
【００２３】
圧電素子４は実質的に管状領域５を有し、この管状領域内（その中心孔空間）を光ビーム１は通過する。言い替えると圧電管片（ないし小管 Roehrchen）が実現されている。光学的構成部材２はレンズの形態にあり、管状領域５の両端部に配置されている。電圧を印加することにより管状領域５の軸方向（ｚ軸方向）長さを延長および／または短縮することができる。
【００２４】
図１に示された実施例では電圧は印加されていない。従って圧電管片に入射する視準化（平行光線に）された光ビーム１は再び視準化されて圧電管片から出射する。
【００２５】
図２と３にはそれぞれ、図１実施例でそれとは異なる電圧が管状領域５に印加される場合が示されている。即ち、図２では管状領域５または圧電管片の短縮を、図３では延長を引き起こしている。相応にして図２の状況では、発散された光ビーム６が、図３の状況では収束された光ビーム７が形成される。
【００２６】
電圧がなければ、図１の２つの光学的構成部材２ないしポジティブレンズ系の焦点は一致する。図１において、ポジティブレンズ系の形態の２つの光学的構成部材２は同じ焦点距離を有する。
【００２７】
本発明の調整装置により、顕微鏡でレーザビーム１の焦点の光軸方向シスト即ち走査（ｚ方向スキャン）を迅速に実行することができる。さらに画像フィールド歪みおよび／または色収差（Farblaengsfehler）の補正、または個々の異なった色に対するフィールド歪み（Feldwoelbung）の補正、例えば４０５ｎｍ波長のＵＶ光を用いる場合の補正を実行することができる。
【００２８】
光ビームの発散および／または収束を調整するための本発明の調整装置のさらなる有利な構成に関しては、繰り返しを避けるために本明細書の一般的部分並びに従属請求項を参照されたい。
【００２９】
最後に、前記の実施例は請求項の説明のためにだけ用いるものであり、本発明は既述の原理に基づいて様々の形態で実施できるものでありこの実施例に制限されるものではないことを述べておく。
圧電素子は各レンズ系と構造的に結合され、各レンズ系は圧電素子の伸縮に応動（従動）するよう構成される（詳細は図示を省略）。各レンズ系としては、図示のものは模式的に示したものであり、組合せレンズ系を用いることができるし、また凸レンズ系に限らず凹レンズ系あるいは凹レンズを含むレンズ系をも用いることができる。さらに図面は、本発明の解決原理を模式的に概略スケルトン図として示すものであり、この原理に基づいて各種各様の具体的な機械的構成が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、光ビームの発散および／または収束を調整するための本発明の調整装置の実施例を概略的側面図に示すものであり、ここでは圧電素子に電圧は印加されていない。
【図２】図２は、図１の実施例の概略的側面図であり、但しここでは圧電素子が適切な電圧の印加により（軸方向に）短縮されている。
【図３】図３は、図１の実施例の概略的側面図であり、ここでは圧電素子が適切な電圧の印加により（軸方向に）延長されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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