(57)【要約】【課題】スキャナの偏向制限を誤って設定しても、スキャナが過電流によって過熱したり、そのため破損したりすることを防止する。【解決手段】レーザ走査型顕微鏡、好ましくはライン走査機能を持つ顕微鏡において、少なくとも１つのガルバノメータ・スキャナ５１を用いて、照射光をサンプルに沿って案内する顕微鏡であって、スキャナが機械的な偏向制限機能を備え、電流増加を測定する手段５２，５４が設けられ、スキャナ５１の電圧が、閾値に達した場合、閾値以下となるまでスイッチ・オフされ、有利には、スキャナのスイッチ・オン／オフを表示する光学的および／または音響的表示装置が設けられる顕微鏡。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ走査型顕微鏡、好ましくはライン走査機能を持つ顕微鏡において、少なくとも１つのガルバノメータ・スキャナを用いて、照射光をサンプルに沿って案内する顕微鏡であって、
該スキャナが機械的な偏向制限機能を備え、電流増加を測定する手段が設けられ、該スキャナの動作電圧が、閾値に達した場合、閾値以下となるまでスイッチ・オフされる、レーザ走査型顕微鏡。
【請求項２】
光学的および／または音響的な表示装置が設けられ、該表示装置がスキャナのスイッチ・オン／オフを表示する、請求項１に記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項３】
ガルバノメータ・スキャナを作動するための装置、特に請求項１又は２に記載のレーザ走査型顕微鏡に使用される装置であって、前記スキャナが機械的な偏向制限機能を備え、電流増加を測定する手段が設けられ、該スキャナの動作電圧が、閾値に達した場合、閾値以下となるまでスイッチ・オフされる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ走査型顕微鏡、好ましくはライン走査を行うレーザ走査型顕微鏡であって、少なくとも１つのガルバノメータ・スキャナを用いて、照射光をサンプルに沿って案内する顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ走査型顕微鏡は、主として５つの要素から構成されている。すなわち、レーザ走査型顕微鏡のために励起光を生じる線源モジュール、励起光を調整し、サンプルに沿って走査するのに適した状態で光を偏向させる走査モジュール、簡略化のため模式的にのみ示す、走査モジュールによって供給された走査光を、顕微鏡光路においてサンプルに向ける顕微鏡モジュール、および光学的放射線をサンプルから受け取り、検出する検出器モジュールである。
【０００３】
走査モジュールは、ライン状の照射ビームを、１軸または２軸に偏向させるスキャナを含む。その後、このビームは、走査対物レンズと、顕微鏡モジュールのチューブ・レンズおよび対物レンズとによって、試験片ないしサンプルの中に位置する１つの焦点に集光される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スキャナが、機械的な偏向制限機能を持つスキャナとして形成される場合（例えばＧＳＩ  Ｌｕｍｏｎｉｃｓ  ＶＭ５００、２００３年版マニュアル）、偏向制限を誤って設定すると、スキャナに通電した後、スキャナの制御装置が衝撃に対抗して働く原因となる。これはドラスチックな電流増加を生じ、この電流増加は、気づかないままでいると（機器に組み込まれていないスキャナの場合、一般には気づかれない）、スキャナが短時間で過熱して破損するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、レーザ走査型顕微鏡、好ましくはライン走査機能を持つ顕微鏡において、少なくとも１つのガルバノメータ・スキャナを用いて、照射光をサンプルに沿って案内する顕微鏡であって、該スキャナが機械的な偏向制限機能を備え、電流増加を測定する手段が設けられ、該スキャナの動作電圧が、閾値に達した場合、閾値以下となるまでスイッチ・オフされる、レーザ走査型顕微鏡を要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１はレーザ走査型顕微鏡１を示す。この顕微鏡は、主として５つの要素から構成されている。すなわち、レーザ走査型顕微鏡のために励起光を生じる線源モジュール２、励起光を調整し、サンプルに沿って走査するのに適した状態で光を偏向させる走査モジュール３、簡略化のため模式的にのみ示す、走査モジュールによって供給された走査光を、顕微鏡光路においてサンプルに向ける顕微鏡モジュール４、および光学的放射線をサンプルから受け取り、検出する検出器モジュール５である。この検出器モジュール５は、図１に示すように、複数の分光チャネルとして実施することができる。
【０００７】
レーザ走査型顕微鏡は、スポットごとに走査するようになっており、そのレーザ走査型顕微鏡の一般的説明については、独国特許出願公開第１９７０２７５３号明細書を参照されたい。したがって、この明細書の記載を本願明細書に援用する。
【０００８】
線源モジュール２は、レーザ走査型顕微鏡に適した照射ビーム、特に蛍光の原因となる光を生成する。そのため、線源モジュールは、適用例に応じて複数の線源を備える。図示の実施形態では、２つのレーザ６および７が線源モジュール２に設けられ、これらのレーザには光弁８と減衰器９が１つずつ後置され、これらレーザは光を、結合部１０を経由して、光ファイバ１１に出射する。光弁８はビーム偏向器として働き、この偏向器によってビームを遮断でき、レーザ・ユニット６ないしレーザ・ユニット７自体におけるレーザの動作をスイッチ・オフする必要はない。光弁８は例えばＡＯＴＦ（音響光学チューナブル・フィルタ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）として構成され、このフィルタはビーム遮断の際、レーザ・ビームを、光ファイバ１１に出射する前に、図示しない光トラップの方向に偏向させる。
【０００９】
図１に示した例では、レーザ・ユニット６は３つのレーザＢ、Ｃ、Ｄを備えるが、レーザ・ユニット７は、レーザＡを１つのみ有している。したがって、本実施形態は、単一波長レーザと複数波長レーザの組合せの例を示す。これらのレーザは、単独でまたは共同して、１つまたは複数のファイバに結合されている。この結合を複数のファイバを経由して同時に行い、それらの光を、その後、マッチング光学系を通過してから、カラー集光器によって混合することもできる。したがって、さまざまな波長または波長領域を励起光に用いることができる。
【００１０】
光ファイバ１１に出射された光は、異なる視準光学系１２および１３により、ビーム集光ミラー１４、１５を経由して結合され、ビーム形成ユニットでそのビーム断面が変更される。
【００１１】
コリメータ１２、１３は、線源モジュール２から走査モジュール３に供給された光が、無限遠光路に集光されるようにする。これは、そのときどきに、次のような単独のレンズによって行えば有利である。すなわち、このレンズは、（図示しない）中央の作動ユニットによる制御の下に、光軸に沿ってスライドされることにより、焦点調節機能を持つ。そのためコリメータ１２、１３と光ファイバ各末端との間隔を、調節できるものとする。
【００１２】
ビーム形成ユニットについては後に詳しく説明するが、このユニットは、回転対称形でガウス型の断面を持つレーザ・ビームから、すなわち、ビーム集光ミラー１４、１５の後に存在するレーザ・ビームから、ライン状のビームを生成するが、このライン状のビームは、もはや回転対称形ではなく、矩形の照射フィールドを生成するのに適した断面を持つ。
【００１３】
ライン状とも呼ばれるこの照射ビームは、励起光として用いられ、メイン・ビーム・スプリッタ１７と、下記に説明するズーム光学系４１とを経由して、スキャナ１８に導かれる。メイン・ビーム・スプリッタについても後に詳しく説明するが、ここでは、顕微鏡モジュール４に戻るサンプル光を励起光から分離する機能を持つことだけを述べておく。
【００１４】
スキャナ１８は、ライン状のビームを、１軸または２軸に偏向させる。その後、このビームは、走査対物レンズ１９と、顕微鏡モジュール４のチューブ・レンズおよび対物レンズとによって、１つの焦点に集光されるが、この焦点は、試験片ないしサンプルの中に位置する。この場合、光学的結像は、サンプルが焦線中で励起光に照射されるように行われる。
【００１５】
ライン状の焦点で励起されたこの種の蛍光ビームは、顕微鏡モジュール４の対物レンズおよびチューブ・レンズと、走査対物レンズ１９とを経由して、スキャナ１８に戻るので、スキャナ１８に向かって戻る方向においては、作用しないビームが再び存在する。したがって、スキャナ１８は蛍光光線をデスキャンするともいわれる。
【００１６】
メイン・ビーム・スプリッタ１７は、励起光と異なる波長領域にある蛍光光線を通過させるので、この光線を検知器モジュール５の偏向ミラー（図示せず）で偏向させ、次に分析することができる。検知器モジュール５は、図１の実施形態において複数の分光チャネルを備える。すなわち偏向ミラーから来る蛍光光線は、サブ・ビーム・スプリッタ２５で２つの分光チャネルに分割される。
【００１７】
いずれの分光チャネルもスリット絞り２６、２６ａを備え、この絞りは、サンプル２３の共焦点結像、または部分的な共焦点結像を生成する。この絞りの大きさが、蛍光光線を検出できる焦点深度を決定する。したがって、スリット絞り２６、２６ａのジオメトリは、（厚みのある）試験片内部における、蛍光光線を検出する切断面を決定する。
【００１８】
スリット絞り２６には、さらにブロック・フィルタ２７が後置され、フィルタ２７は、検出器モジュール５に達する望ましからぬ励起光を遮断する。そうすると、この種の分離された光線、すなわち、ある定められた深さの切片から生じ、そのラインが扇状に広がる光線は、適切な検出器２８によって分析される。第２の波長別検出チャネルも、上記のカラー・チャネルと同様に構成され、このチャネルもスリット絞り２６ａ、ブロック・フィルタ２７ａ、検出器２８ａを備える。
【００１９】
検出器モジュール５内に共焦点スリット開口を用いることは、単なる例である。当然のことながら、単一スポット・スキャナを備えることもできる。そうすれば、スリット絞り２６、２６ａをピンホール絞りに代えることで、ビーム形成ユニットを省略することができる。また、このような構造のため、すべての光学系は回転対称形に作られる。そうすれば、当然のこととして、単一スポット走査、検出の代わりに、基本的には任意の複数スポット配置、例えばポイント・ダイヤグラムまたはニプコウ・ディスク構成を用いることができる。そうすれば、当然、検出器２８に位置解像力を持たせることが重要となる。なぜならば、スキャナが通過する際、複数のサンプル・ポイントが平行して検知されるからである。
【００２０】
図１に記載するように、可動式すなわちスライド式のコリメータ１２および１３の後に存在するガウス・ビームは、ビーム集光ミラー１４、１５によって集光され、共焦点式のスリット絞りを備える図示の構造の場合、次に、矩形のビーム断面を持つビーム束に変換される。図１の実施形態の場合、ビーム形成ユニットで円筒形テレスコープ３７を用い、このテレスコープに非球面ユニット３８を後置し、その後に円筒形光学系３９が続く。
【００２１】
変換の後は、その断面に相当するほぼ矩形のフィールドを照射するビームが存在し、この場合、フィールド長軸に沿った強度分布はガウス型ではなく、箱形である。
非球面ユニット３８を含む照射配置は、チューブ・レンズと対物レンズの間の瞳への均一な入射に用いることができる。これにより、対物レンズの光学的解像度を、完全に活用することができる。したがって、このバリエーションは、単一スポットまたはマルチスポット走査方式の顕微鏡システムにおいて、例えばライン走査システムにおいて、合目的でもある（後者の方式の場合、サンプル上またはサンプル中に合わせる焦点の軸に、追加して用いる）。
【００２２】
例えば、ライン状に調整された励起光は、メイン・ビーム・スプリッタ１７へと偏向される。このメイン・ビーム・スプリッタは、１つの好ましい実施形態の場合、独国特許出願公開第１０２５７２３７号明細書に記載のスペクトル上はニュートラルなスプリッタ・ミラーとして作られ、その公開内容を本願明細書に援用する。したがって、「ビーム・スプリッタ」という概念は、スペクトル的に作用しないスプリッタ・システムをも含む。ここにいうスペクトル的に独立しているビーム・スプリッタの代わりに、均質なニュートラル・ビーム・スプリッタ（例えば５０／５０、７０／３０、８０／２０など）、またはダイクロイック・ビーム・スプリッタを用いることもできる。適用例に応じた選択を可能とするために、メイン・ビーム・スプリッタは、好ましくは、次のような機構を備えるものとする。すなわち、個々の交換可能なビーム・スプリッタを含む相応のスプリッタ・ホイールによるなど、簡単な交換を可能とするような機構である。
【００２３】
スキャナ１８が、機械的な偏向制限機能を持つスキャナとして形成される場合（例えばＧＳＩ  Ｌｕｍｏｎｉｃｓ  ＶＭ５００、２００３年版マニュアル）、偏向制限を誤って設定すると、スキャナに通電した後、スキャナの制御装置が衝撃に対抗して働く原因となる。これはドラスチックな電流増加を生じ、この電流増加は、気づかないままでいると（機器に組み込まれていないスキャナの場合、一般には気づかれない）、スキャナが短時間で過熱して破損する。
【００２４】
図２を用いてさらに説明する。この図のスキャナ５１は、図１のスキャナ１８である。通常スキャナは、電流ドライバとして設計された出力増幅器によって駆動される。スキャナ５１、ドライバ段および２つの出力増幅器は、それ自体知られたアナログの制御回路の要素であって、図２はこの制御回路の一部のみを示す。スキャナは、ポジション・センサを備え、このポジション・センサは角度に比例する信号を供給し、この信号は作動信号と結合される。こうして形成された和信号ＵＥは、差動増幅器として構成されているドライバ段に供給される。ドライバ段はＵＥを、Ｒ１を介して測定された差信号と結合し、そこから出力増幅器に対する差動信号を形成する。この出力増幅器は、既知の方法によりブリッジ増幅器および電流ドライバとして接続されている。
【００２５】
静的な状態では、Ｒ１に差電圧はわずかしか生じない。この差電圧はスキャナの保持電流から生じるものである。ＵＥの変化（新しいポジションに対する作動信号の変化）が生じると同様に、出力増幅器のアウトプット電圧（およびスキャナ電流）が上昇する。（ポジション信号の変化によって生じた）ＵＥがそれ以前の数値を再び取るまで、スキャナは回転する。出力増幅器のアウトプット電圧は、新しいポジションで、スキャナのわずかな保持電流が維持されるときの数値に再び戻る。
【００２６】
例えば機械的な偏向制限が誤って設定されているなどのため、新しいポジションを取ることができない場合、高いスキャナ電流がそのまま存在し、これがスキャナの過熱と最終的に破損の原因となる。
【００２７】
本発明は、常に存在する電流抵抗を、過電流防止を行うために利用することにも関する。
電流抵抗Ｒ１を介して生じる電圧降下は、計測増幅器５２によって増幅されて、後続のウィンドウ・コンパレータ５４で評価可能な電圧値となる。増幅率（とそれによる最大電流）は、Ｒ２の数値によって決定される。ローパス・フィルタ５３、すなわちＲ３、Ｃ１、Ｒ４は、短時間のピーク電流によるコンパレータ５４の応答を防止する。このピーク電流とは、例えばスキャン・モードの間、スキャナ５１が方向変換する際に生じるものである。大電流値が長時間そのまま存在することが確認され、この大電流値が、２つの基準電圧＋ＲＥＦまたは−ＲＥＦを上回る電圧値を生じる場合、コンパレータのアウトプットがアナログ・スイッチ５５をスイッチ・オンする。これにより、Ｃ２は放電し、出力増幅器の動作電圧スイッチ段５６は、出力増幅器の動作電圧＋ＵＢ１および−ＵＢ１をオフする。すると、障害状態「過大電流」はもはや存在しなくなるので、コンパレータはスイッチ・バックし、アナログ・スイッチがオフされる。Ｃ２には、Ｒ５を介して動作電圧＋ＵＢ２が荷電され（ターン・オン遅延）、シュミット・トリガ・インプットの閾値電圧に達した後、出力増幅器の動作電圧が再びオンされる。
【００２８】
スキャナが障害状態によって上昇した電流で運転されるのは短時間のみであるので、熱による過負荷の可能性は排除される。スキャナの周期的スイッチ・オン／オフは周期的な「クリック音」として聞こえるので、ユーザは障害状態に注意を喚起される。エラー・ケースは、ＬＥＤの点滅によって、またはステータス照会でエラービットがセットされることによって表示される。
【００２９】
上記と異なる走査型顕微鏡にも、またスキャナを複数用いる場合にも、本発明は応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるレーザ走査型顕微鏡の模式図。
【図２】スキャナと、ドライバ段と、２つの出力増幅器とを含む制御回路の一部を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１８…スキャナ、５２…計測増幅器、５４…ウィンドウ・コンパレータ、５５…アナログ・スイッチ。
【図１】
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【図２】
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