(57)【要約】【課題】検出装置と該検出装置を備えた共焦点顕微鏡において、波長が異なる検出光でも高解像度と高検出効率とを構造的に簡単な手段により実現する。【解決手段】検出器と、該検出器の前に位置するように検出光の光路（１）内に配置されるアパーチャープレート（２）と、該アパーチャープレート（２）の前に配置される、検出光をアパーチャープレート（２）に合焦させるためのレンズ（３）とを備える光学装置用検出装置、特に共焦点顕微鏡用検出装置。  本発明によれば、レンズ（３）を波長に依存して照明するための手段（４）をレンズ（３）の前に位置するように光路（１）内に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器と、該検出器の前に位置するように検出光の光路（１）内に配置されるアパーチャープレート（２）と、該アパーチャープレート（２）の前に配置される、検出光をアパーチャープレート（２）に合焦させるためのレンズ（３）とを備える光学装置用検出装置、特に共焦点顕微鏡用検出装置において、
レンズ（３）を波長に依存して照明するための手段（４）がレンズ（３）の前に位置するように光路（１）内に配置されていることを特徴とする前記検出装置。
【請求項２】
レンズ（３）によって生じる照明円錐（５）の開口数が実質的に検出光の波長に比例するようにレンズ（３）の照明を予め設定可能であることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記手段（４）が波長依存型ビームエキスパンダ（６）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
ビームエキスパンダ（６）が２つのレンズまたはレンズ系（７，８）を有し、該２つのレンズまたはレンズ系（７，８）がそれぞれの焦点距離の和に相当する間隔で配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
第１のレンズまたは第１のレンズ系（７）の焦点距離が検出光の波長とともに増大することを特徴とする、請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
第２のレンズまたは第２のレンズ系（８）の焦点距離が検出光の波長とともに減少することを特徴とする、請求項４または５に記載の検出装置。
【請求項７】
検出光の波長に伴う第１のレンズまたは第１のレンズ系（７）の焦点距離の増大が検出光の波長に伴う第２のレンズまたは第２のレンズ系（８）の焦点距離の減少と同じ程度に実現されていることを特徴とする、請求項６に記載の検出装置。
【請求項８】
請求項３から７までのいずれか一つに記載の波長依存型ビームエキスパンダ（６）。
【請求項９】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の検出装置を備えた共焦点顕微鏡、特に共焦点走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器と、該検出器の前に位置するように検出光の光路内に配置されるアパーチャープレートと、該アパーチャープレートの前に配置される、検出光をアパーチャープレートに合焦させるためのレンズとを備える、光学装置用検出装置、特に共焦点顕微鏡用検出装置に関するものである。
さらに本発明は、波長依存型ビームエキスパンダおよび共焦点顕微鏡にも関わる。
【背景技術】
【０００２】
冒頭で述べた種類の検出装置は実務面から知られたものであり、種々の実施態様のものが存在している。この種の検出装置はとりわけ共焦点顕微鏡、特に共焦点走査型顕微鏡に使用される。検出光はレンズを介してアパーチャープレートと該アパーチャープレートの後方に配置される検出器とに誘導される。検出器としては、異なる波長の検出光を検出できる光電子増倍管が使用されることが多い。この種の異なる波長の検出光はたとえば被検査対象物である試料の色素から放出される。
【０００３】
共焦点顕微鏡の解像度および検出効率は主にアパーチャープレートの径により影響され、径が固定されていれば、検出光の波長に伴って変化する。それ故、径が固定されているアパーチャープレートの場合には、解像度と検出効率とは１つの波長に対してのみ最適化されるにすぎない。たとえば複数の色素を同時に検出する場合には、異なる色素に対し異なる空間解像能が生じる。異なる検出路または検出波長に対し複数個のアパーチャープレートを使用する場合も、単一の解像能は得られない。たとえば複数の色素は１つの検出帯域を放出し、不連続波長を放出しないからである。
【０００４】
公知の検出装置の場合、解像度の波長依存性は無視されるか、或いは、上述したように異なる検出路または検出波長に対し複数個の検出用アパーチャープレートが使用される。複数の色素から放出される複数の検出帯域で解像度を最適化できないという欠点以外に、後者の場合にはさらに、利用者が複数個のアパーチャープレートを規則的に位置調整しなければならないという難がある。これは検出装置または検出装置を備えた共焦点顕微鏡の操作を煩わせるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、検出装置と該検出装置を備えた共焦点顕微鏡において、波長が異なる検出光でも高解像度と高検出効率とを構造的に簡単な手段により実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、本発明によれば、検出器と、該検出器の前に位置するように検出光の光路内に配置されるアパーチャープレートと、該アパーチャープレートの前に配置される、検出光をアパーチャープレートに合焦させるためのレンズとを備える光学装置用検出装置、特に共焦点顕微鏡用検出装置において、レンズを波長に依存して照明するための手段がレンズの前に位置するように光路内に配置されていることによって解決される。
【０００７】
本発明者は、検出光の波長が異なっている場合も解像度と検出効率とを最適化するには、１つの検出装置に複数個のアパーチャープレートを備えた複数個の検出路を設ける必要はないという認識に至った。そして、具体的には、上記の課題はレンズを波長に依存して照明するための手段をレンズの前に位置するように光路内に配置することで極めて簡単に解決されるという認識に至った。解像度を調べるには、いかなる点状発光対象物もエアリーディスクとして結像させること、レンズの照明周辺部が発生した開口数の大きさを介してエアリーディスクの半径に直接影響を及ぼすことが重要である。したがって、レンズを波長に依存して照明することができることにより、エアリーディスクの半径を、よってその大きさをすべての波長に対し一定に保持することが可能になる。これにより、所定のアパーチャープレートを設ければ、波長が異なる検出光に対しても１回の位置調整で解像度と検出効率とを高レベルで一定に保持することが可能である。
【０００８】
このように、本発明による検出装置により、波長が異なる検出光に対しても、構造的に簡単な手段で高解像度と高検出効率とを実現した検出装置が提供される。
【０００９】
具体的には、レンズによって生じる照明円錐の開口数が実質的に検出光の波長に比例するようにレンズの照明を予め設定可能である。この場合、エアリーディスクの半径は波長と開口数との商または比に比例しているので、アパーチャープレート内でのエアリーディスクの半径は一定に保持されている。すなわち、開口数が検出光の波長に比例して増大すれば、エアリーディスクの半径は一定のままである。この場合、与えられた屈折率での開口数は照明円錐の開口角度の正弦に比例することを考慮している。すなわち、ＮＡを開口数、ｎを屈折率、ｕを光ビームと光軸との成す最大角度とすると、ＮＡ＝ｎｓｉｎ（ｕ）の関係にある。なお、光ビームはレンズまたは対物レンズによりさらに集光される。さらに、角度が小さければ正弦値は正接値に等しいということも考慮している。エアリーディスクの半径ｒと、波長λと、開口数ＮＡとの関係はｒ〜λ／ＮＡである。
【００１０】
構造的に特に簡潔な解決手段では、前記手段は波長依存型ビームエキスパンダである。波長によっては、アパーチャープレートの前のレンズの種々の異なる照明を可能にする種々の異なるビーム径を達成できる。
【００１１】
さらに構造的に簡潔な解決手段では、ビームエキスパンダは２つのレンズまたはレンズ系を有し、該２つのレンズまたはレンズ系はそれぞれの焦点距離の和に相当する間隔で配置されている。これにより特に簡単に且つ確実にビームを波長に依存して拡大させることが可能になる。
【００１２】
具体的には、第１のレンズまたは第１のレンズ系の焦点距離は検出光の波長とともに増大する。これとは逆に、第２のレンズまたは第２のレンズ系の焦点距離は検出光の波長とともに減少する。この場合、検出光の波長に伴う第１のレンズまたは第１のレンズ系の焦点距離の増大は検出光の波長に伴う第２のレンズまたは第２のレンズ系の焦点距離の減少と同じ程度に実現されていてよい。
【００１３】
これにより、レンズにより発生する照明円錐の開口数が実質的に検出光の波長に比例するようにして特に確実なビーム拡大とレンズの照明とが実現されている。その結果、異なる波長が存在していても、エアリーディスクの半径は一定のままである。
【００１４】
請求項８に記載の波長依存型ビームエキスパンダにより、請求項１に記載の検出装置のレンズを波長に依存して照明するための手段が提供される。この場合、波長依存型ビームエキスパンダは簡単に構成できる。
【００１５】
請求項９に記載の共焦点顕微鏡、特に共焦点走査型顕微鏡により、請求項１から７までのいずれか一つに記載の検出装置を有する共焦点顕微鏡が権利の対象になる。なお、請求項１から７までのいずれか一つに記載の構成とその効果に関しては、重複を避けるため、上記の対応する記載を指摘しておく。
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、解像度および検出効率の波長依存性が解消される。本発明によれば、すべての波長に対し同じ解像度と検出効率が得られる。エアリーディスクの大きさは波長に依存しない。
【００１７】
なお、本発明の特徴を有利に構成する他の種々の可能性がある。これに関しては、従属項と、図面を用いて以下に説明する本発明の特徴の好ましい実施形態とを指摘する。図面を用いた本発明の特徴の好ましい実施形態の説明と関連して、本発明の特徴の他の好ましい実施形態も一般的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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は光学装置のための本発明による検出装置の１実施形態の概略図である。この検出装置は共焦点顕微鏡の分野で使用することができる。検出装置は、ここでは簡単のために図示していない検出器を有している。検出器は光電子増倍管として実施されていてよい。検出装置は、さらに、検出器の前に位置するように検出光の光路１内に配置されるアパーチャープレート２と、該アパーチャープレート２の前に配置される、検出光をアパーチャープレート２に合焦させるためのレンズ３とを有している。検出光の波長が異なっていても高解像度と高検出効率とが得られることを考慮して、光路１内にはレンズ３の前に、レンズ３を波長に依存して照明するための手段４が配置されている。レンズ３の照明は、レンズ３によって生じる照明円錐５の開口数が実質的に検出光の波長に比例するように予め設定可能である。これを図１では４００ｎｍの波長と８００ｎｍの波長の２つの波長で示した。光線の波長が８００ｎｍである場合のビーム径は、光線の波長が４００ｎｍである場合のビーム径よりも大きい。
【００１９】
アパーチャープレートにおけるエアリーディスクの半径ｒが波長と開口数の商または比に比例しているので、レンズ３によって生じる照明円錐５の開口数が実質的に検出光の波長に比例していれば、エアリーディスクの半径ｒは一定のままである。
【００２０】
図１に図示した実施形態の場合、波長に依存してレンズ３を照明するための手段４は波長依存型ビームエキスパンダ６である。ビームエキスパンダ６は２つのレンズ系７と８を有している。レンズ系７と８はそれぞれの焦点距離の和に相当する間隔で配置されている。第１のレンズ系７の焦点距離は検出光の波長とともに増大する。第２のレンズ系８の焦点距離は検出光の波長とともに減少する。この場合、焦点距離の増減は波長と同程度または同範囲で行なわれる。
【００２１】
図１に図示した光学的構成はアクロマートバリアブルディテクションアパーチャープーレートとも呼ぶことができ、レンズ３はアクロマートと呼ぶことができる。
【００２２】
図２は図１の実施形態の一部分の他の概略図であり、簡単のために図１に図示したアパーチャープレート２は省略してある。
【００２３】
本発明の他の有利な構成に関しては、重複を避けるために本明細書の「課題を解決するための手段」の欄および特許請求の範囲を指摘しておく。
【００２４】
なお、上記の実施形態は特許請求の範囲に記載した構成を検討するために用いたにすぎず、本発明はこの実施形態に限定されるものではないことを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による光学装置用検出装置の１実施形態の概略構成図である。
【図２】図１の実施形態の一部分の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１                  光路
２                  アパーチャープレート
３                  レンズ
４                  レンズを波長に依存して照明するための手段
５                  照明円錐
６                  ビームエキスパンダ
７                  第１のレンズ系
８                  第２のレンズ系
【図１】
2006133781.tif 000003
【図２】
2006133781.tif 000004