(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ビーム（２）を発するように構成される少なくとも１つの光源（２０）と、
検鏡装置の長手方向光軸（１０）に従って配置された、入射瞳を有する顕微鏡対物レンズ（１）であって、前記瞳は前記長手方向光軸（１０）上に中心（Ｏ）を有し、前記長手方向光軸（１０）を横断する物体平面（１１）において前記光学ビーム（２）を結像するように構成される顕微鏡対物レンズ（１）と、
前記物体平面（１１）における少なくとも１つの空間方向（Ｘ，Ｙ）に従って前記光学ビーム（２）を角度変位させる手段と、
を備えた光学ビーム走査検鏡装置であって、
前記光学ビーム（２）を角度変位させる手段が、前記光源（２０）と前記顕微鏡対物レンズ（１）との間で前記光学ビーム（２）の光路上に直列に配置された第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）と第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）とで構成され、
前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）は、第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）を第１の回転軸（Ｘ）の周りで第１の所定の回転角（ＲＸ１）に従って傾斜させ且つ前記第１の回転軸（Ｘ）を横切る第２の回転軸（Ｙ）の周りで第３の所定の回転角（ＲＸ３）に従って傾斜させるように構成された２つの回転軸を有するアクチュエータ（２５）上に搭載され、
前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）は、第１の回転軸（Ｘ）の周りを前記の第１の所定の回転角（ＲＸ１）の関数で第２の所定の回転角（ＲＸ２）に従って傾斜させ且つ前記第１の回転軸（Ｘ）を横切る第２の回転軸（Ｙ）の周りを前記の第３の所定の前記回転角（ＲＸ３）の関数で第４の所定の回転角（ＲＸ４）に従って傾斜させるように構成された２つの回転軸を有するアクチュエータ（２６）上に搭載され、
前記顕微鏡対物レンズ（１）の前記瞳の中心（Ｏ）の回りを回動させることにより前記光学ビーム（２）の軸（１２）を角度傾斜させ、前記長手方向光軸（１０）に対する前記光学ビーム（２）の前記軸（１２）の傾斜角範囲で前記光学ビーム（２）が前記顕微鏡対物レンズ（１）の前記瞳の前記中心（Ｏ）にセンタリングされたままで、前記物体平面（１１）における前記２つ方向（Ｘ、Ｙ）に従って前記光学ビームを変位させる、
ことを特徴とする光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項２】
前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）のアクチュエータ（２５）が圧電式又はボイスコイル式であり、及び／又は、前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）のアクチュエータ（２６）が圧電式又はボイスコイル式である請求項１に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項３】
前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）の前記アクチュエータ（２５）が、位置信号を供給する位置センサを備え、前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）の前記アクチュエータ（２６）が位置センサを備え、前記装置は、前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）の前記アクチュエータ（２５）の前記位置信号の関数として、前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）の前記アクチュエータ（２６）の制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備える、請求項１又は２に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項４】
前記第２の回転角（ＲＸ２）が、前記第１の回転角（ＲＸ１）、前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）と前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）との間の距離Ｂ、及び前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）と前記顕微鏡対物レンズ（１）の前記入射瞳の前記中心（Ｏ）との間の距離Ａの関数である、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光源（２０）は、レーザ源式及び／又は発光ダイオード式の１つ又は複数のソースを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項６】
前記光源（２０）と前記顕微鏡対物レンズ（１）との間に配置されるビーム拡大器（３１）を更に備え、前記ビーム拡大器（３１）は固定及び／又は可変倍率を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項７】
前記顕微鏡対物レンズの前記物体平面（１１）の像を形成し、及び／又は光学ビーム走査を用いて走査される試料のゾーンを表示するように構成されるビューカメラ（９）を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項８】
前記検鏡装置が前記物体平面（１１）と光学的に共役する平面に配置される共焦点孔（３４）を備え、前記少なくとも１つの光源と前記顕微鏡対物レンズとの間に配置されて前記光学ビーム（２）をコリメートして、コリメート光学ビームを形成する手段を備え、前記第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）及び前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）は、前記コリメート光学ビームの前記光路上に直列に配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項９】
前記検鏡装置が、前記光学ビームの角度変位の関数として、前記試料上の前記光学ビーム（２）の反射、透過、及び／又は散乱により信号を測定し解析するように構成されるラマン分光計、コヒーレント反ストークスラマン分光計、蛍光分光計、フォトルミネッセンス分光計、又はカソードルミネッセンス分光計と組み合わせられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
【請求項１０】
下記（ａ）〜（ｅ）のステップを有する光学ビーム走査検鏡方法：
（ａ）光源により光学ビーム（２）を発するステップと、
（ｂ）前記光源と顕微鏡対物レンズ（１）との間で前記レーザビーム（２）の光路上に直列に配置された第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）で、次に、第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）で前記レーザビーム（２）を光学的に反射し、
（ｃ）第１のミラー（Ｍ−ＸＹ１）を第１の回転軸（Ｘ）の周りで第１の所定の回転角（ＲＸ１）に従って傾斜させ且つ前記第１の回転軸（Ｘ）を横切る第２の回転軸（Ｙ）の周りで第３の所定の回転角（ＲＸ３）に従って傾斜させるステップと、
（ｄ）前記第２のミラー（Ｍ−ＸＹ２）を前記第１の回転軸（Ｘ）の周りを前記第１の所定の回転角（ＲＸ１）の関数で第２の所定の回転角（ＲＸ２）に従って傾斜させ且つ前記第１の回転軸（Ｘ）を横切る同じ第２の回転軸（Ｙ）の周りを前記第３の所定の回転角（ＲＸ３）の関数で第４の所定の回転角（ＲＸ４）に従って傾斜させて、長手方向光軸（１０）に対する前記光学ビーム（２）の前記軸（１２）の傾斜角範囲での前記顕微鏡対物レンズ（１）の瞳の中心（Ｏ）の回りの回動によって前記光学ビーム（２）の前記軸（１２）を角度傾斜させるステップと、
（ｅ）物体平面（１１）における２つの空間方向（Ｘ、Ｙ）に従って前記光学ビーム（２）を変位させるように、前記物体平面（１１）で前記顕微鏡対物レンズ（１）によって前記光学ビーム（２）を結像するステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学ビーム走査式又は光学ビーム角度変位式の検鏡（microscopie a balayage de faisceau optique ou a deplacement angulaire de faisceau optique）のための装置及び方法の分野に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、走査レーザビームラマン顕微分光の装置及び方法に関する。
【０００３】
本発明は、フォトルミネッセンス、蛍光、又はカソードルミネッセンス検鏡等の他の形態の光学ビーム走査光学検鏡にも適用される。走査光学検鏡のこれらの装置では、光学走査ビームは、例えば、ＴＣＳＰＣ（時間相関単一光子計数）型の蛍光分光計でのように、レーザビーム又は発光ダイオード（ＬＥＤ）によって発せられるビームであることができる。
【背景技術】
【０００４】
特に、［特許文献１］（欧州特許第１９８３３３２Ａ号公報）において、分光撮像方法及び試料表面走査調査システムが既知である。この［特許文献１］には、スキャナとも呼ばれる走査デバイスを備えて、直交方向に従って励起レーザビームの角度変位を介して、固定された試料の表面を調査する分光撮像装置が記載されている。より正確には、この［特許文献１］には、顕微鏡対物レンズとラマン分光系の注入−阻止フィルタとの間に挿入されるように、共焦点顕微鏡の管に配置された走査デバイスが記載されている。走査デバイスは、レーザビームの光路上に直列に配置される２つのガルバノミラーを備える。２つのガルバノミラーは、相互に横断する回転軸を有して、試料の表面上で、直交方向に従ってレーザビームを角度変位させる。２つのミラーを有する光学系は、一方向で動作して、試料の表面の異なるポイントに位置するように、励起レーザビームを角度変位させる。光の逆戻りにより、２つのミラーを有するこの光学系は、逆方向で動作して、ラマン後方散乱ビームを収集し、それを検出システム、例えば、ラマン分光系の方向において伝達する。このシステムの利点は、レーザ源及び検出システムが固定されたままであることである。この装置では、ラマン分光系により、約１０分で、約５０×５０個の点という分解能で、試料表面の部分の像を取得することができる。
【０００５】
他の特許文献には、ビーム走査検鏡装置が記載されている（例えば［特許文献２］（国際公開第２０１０／０６９９８７号公報）［特許文献３］（米国特許第２００５／１２８４７６号明細書）［特許文献４］（日本国特許第２００１０９１８４８号公報）を参照）。
【０００６】
試料上の走査ゾーンの寸法は、特に、使用される顕微鏡対物レンズの倍率に依存する。ミラーの回転振幅が同じ場合、顕微鏡対物レンズの倍率の変更により、試料上の走査表面の広がりを変更することができる。
【０００７】
使用される顕微鏡対物レンズは、異なるタイプのものであることができる：可視範囲及び／又は紫外線範囲用に構成された長撮像距離（長撮像距離又はＬＷＤ）を有する標準。
【０００８】
しかし、顕微鏡対物レンズの倍率に関係なく、実際には、試料表面上のレーザビームの角度変位によってアクセス可能な表面の広がりが明らかに、顕微鏡対物レンズの光学視野未満であることが観測される。本文書では、物体視野は、顕微鏡対物レンズの焦点面における光学視野を意味する。
【０００９】
したがって、倍率対物レンズ１００Ｘ、５０Ｘ、及び１０Ｘ等の様々な顕微鏡対物レンズが使用される。各顕微鏡対物レンズは、開口数（又はＮＡ）、焦点距離、フィールド数（又はＦＮ）、及び直径によって定義される。
【００１０】
光学視野の最大幅は、対物レンズの前面と試料との間の距離に対応する前面距離に従って計算される。
【００１１】
実際には、顕微鏡対物レンズの光学視野の最大幅は、以下の公式を適用することによって計算される。
視野の幅＝フィールド数／倍率
【００１２】
以下の［表１］は、ＯＬＹＭＰＵＳ製のＭｐｌａｎ  Ｎ  １００Ｘ、５０Ｘ、及び１０Ｘ型の異なる対物レンズのそれぞれのパラメータの値を示す。
【００１３】
【表１】
0006632993.tif 000002
【００１４】
上記表中に示される光学視野の最大幅は、顕微鏡対物レンズを通して撮像する光学視野の長さに対応する。
【００１５】
しかし、実際には、これらの顕微鏡対物レンズのそれぞれ１つを通してのレーザビームの走査又は角度変位によりアクセス可能な視野幅は、実際には明らかに、考慮される対物レンズの視野の最大幅未満である。
【００１６】
したがって、有効にアクセス可能なＯｌｙｍｐｕｓ  ＭＰＬＡＮ  Ｎ  ５０Ｘ対物レンズの場合、ＤｕｏＳｃａｎと呼ばれる２軸レーザ走査検鏡装置の視野幅が、約＋−２７μｍであり、一方、この対物レンズの光学視野の最大幅が４４０μｍであることが実験で測定されている。同様に、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＭＰＬＡＮ  Ｎ  １０Ｘ対物レンズの場合、Ｄｕｏｓｃａｎのレーザ走査視野は約２００μｍであり、一方、この対物レンズの光学視野の最大幅は２２００μｍである。
【００１７】
レーザ走査によってアクセス可能な視野幅へのこの制限は、光学構成要素のアパーチャ上のレーザビームのビネットに起因する。この影響を制限するために、レーザビームの直径を低減する必要があり、この低減は空間分解能（ラムダ／ＮＡ）を低減する有害な影響を有し、その理由は、顕微鏡対物レンズの有効開口数が瞳を部分的に覆うことによって低減するためである。
【００１８】
試料上のレーザ走査ビームの空間調査ゾーンを拡大するために、様々な解決策が提案されている。第１の解決策の本質は、倍率を低減するように顕微鏡対物レンズを変更することにある。倍率を変更することの欠点は、測定の空間分解能が対物レンズの倍率に比例することである。別の解決策の本質は、レーザビームの軸の角度傾斜による走査と、顕微鏡対物レンズに対する試料の相対変位とを組み合わせることにある。
【００１９】
しかし、顕微鏡対物レンズの変更又は試料ホルダの変位は、時間がかかる。さらに、これらの動作は、検鏡装置によって撮像される視野の不連続変更を誘導する。一連の連続した像が一般に得られ、これらの一連の連続した像は、良好な空間分解能で広いゾーンでの試料の完全な像を形成するための再結合が難しい。
【００２０】
別の制限は、走査によって得られるラマン分光法の測定の品質である。実際に、走査ラマン顕微分光法の測定の品質が、さらに同一の測定取得パラメータで、走査なしで行われる測定の品質未満であることが観測される。
さらに、カメラの像上で、試料上の走査ビームの位置を直接見ることは可能ではない。したがって、例えば、バイオチップ測定用途において、レーザビームのロケーションを制御することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】欧州特許第１９８３３３２Ａ号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０６９９８７号公報
【特許文献３】米国特許第２００５／１２８４７６号明細書
【特許文献４】日本国特許第２００１０９１８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的の１つは、走査検鏡装置において光学ビーム走査によってアクセス可能な視野の幅を増大して、この検鏡装置の光学視野の最大幅に近づくことである。
【００２３】
本発明の目的の１つは、測定の空間分解能又は測定の品質を変更せずに、測定視野の空間的広がりを増大させることである。
【００２４】
本発明の別の目的は、測定の取得時間をなお短縮しながら、走査ラマン顕微分光法の測定品質を改善することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、入射レーザビーム及びラマン散乱ビームの強度損失を制限することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
従来技術の上記欠点を解消するために、本発明は、光学ビーム走査検鏡装置であって、光学ビームを発するように構成される少なくとも１つの光源と、入射瞳を有する顕微鏡対物レンズであって、顕微鏡対物レンズは、検鏡装置の長手方向光軸に従って配置され、瞳は、長手方向光軸上に中心を有し、顕微鏡対物レンズは、長手方向光軸を横断する物体平面において上記光学ビームを結像するように構成される、顕微鏡対物レンズと、物体平面における少なくとも１つの空間方向（Ｘ，Ｙ）に従って光学ビームを角度変位させる手段とを備える、光学ビーム走査検鏡装置を提案する。
【００２７】
より詳細には、本発明によると、上記光学ビームを角度変位させる手段が、
−レーザ源と顕微鏡対物レンズとの間でレーザビームの光路上に直列に配置される第１の反射光学手段及び第２の反射光学手段と、
−第１の所定の回転角に従って、上記第１の反射光学手段を傾斜させるように構成される第１の角度傾斜手段と、
−顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、上記第１の回転角の関数として、第２の所定の回転角に従って上記第２の反射光学手段を傾斜させるように構成される第２の角度傾斜手段であって、上記光学ビームは、物体平面における上記少なくとも１つ方向に従って光学ビームを変位させるように、長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心にセンタリングされたままである、第２の角度傾斜手段と
を備える光学ビーム走査検鏡装置が提案される。
【００２８】
本発明は、有利なことには、光学ビーム走査検鏡装置において顕微鏡対物レンズの焦点面での光学ビームの変位の振幅を増大できるようにする。
【００２９】
特定の実施形態では、上記光学ビームを角度変位させる手段は、
−レーザ源と顕微鏡対物レンズとの間でレーザビームの光路上に直列に配置される第３の反射光学手段及び第４の反射光学手段と、
−第３の所定の回転角に従って、上記第３の反射光学手段を傾斜させるように構成される第３の角度傾斜手段と、
−顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、上記第３の回転角の関数として、第４の所定の回転角に従って上記第４の反射光学手段を傾斜させるように構成される第４の角度傾斜手段であって、上記光学ビームは、物体平面における別の方向に従って光学ビームを変位させるように、長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心にセンタリングされたままである、第４の角度傾斜手段と
を更に備える。
【００３０】
本発明による光学ビーム走査検鏡装置の他の非限定的で有利な特徴は、以下である。
−第１の反射光学手段及び第３の反射光学手段は、同じ第１のミラーによって形成され、
−第２の反射光学手段及び第４の反射光学手段は、同じ第２のミラーによって形成され、
−第１のミラーは、例えば、圧電式又はボイスコイル式の２つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、及び／又は第２の平面境は、例えば、圧電式又はボイスコイル式の２つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、
−第１の反射光学手段は、第１のミラーから形成され、第２の反射光学手段は、第２のミラーから形成され、
−第３の反射光学手段は、第３のミラーから形成され、第４の反射光学手段は、第４のミラーから形成され、
−第１のミラーは、例えば、ガルバノ式の１つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、第２のミラーは、１つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、第３のミラーは、１つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、及び／又は第４のミラーは、１つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、
−第１のミラーのアクチュエータは、位置信号を供給する位置センサを備え、第２のミラーのアクチュエータは位置センサを備え、本装置は、第１のミラーのアクチュエータの位置信号の関数として、第２のミラーのアクチュエータの制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備え、及び／又は第３のミラーのアクチュエータは、別の位置信号を供給する別の位置センサを備え、第４のミラーのアクチュエータは、別の位置センサを備え、本装置は、第３のミラーのアクチュエータの位置信号の関数として、第４のミラーのアクチュエータの制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備え、
−第２の回転角は、第１の回転角、第１の反射光学手段と第２の反射光学手段との間の距離Ｂ、及び第２の反射光学手段と顕微鏡対物レンズの入射瞳の中心との間の距離Ａの関数であり、
−本検鏡装置は、異なる倍率を有する複数の顕微鏡対物レンズを備え、
−上記少なくとも１つの光源は、レーザ源式及び／又は発光ダイオード式の１つ又は幾つかのソースを含む。
【００３１】
本発明による光学ビーム走査検鏡装置の特定の実施形態では、本装置は、
−上記少なくとも１つの光源と顕微鏡対物レンズとの間に配置されるビーム拡大器であって、固定及び／又は可変倍率を有する、ビーム拡大器と、
−顕微鏡対物レンズの物体平面の像を形成し、及び／又は光学ビーム走査を用いて走査される試料のゾーンを表示するように構成されるビューカメラと、
−物体平面において試料を照明するように構成される白色光源と、
−物体平面と光学的に共役する平面に配置される共焦点孔及び、少なくとも１つの光源と顕微鏡対物レンズとの間に配置されて光学ビームをコリメートして、コリメート光学ビームを形成する手段と
を更に備え、第１の反射光学手段及び第２の反射光学手段は、コリメート光学ビームの光路上に直列に配置される。
【００３２】
特定の有利な実施形態では、本光学ビーム走査検鏡装置は、レーザビームの角度変位中、試料上のレーザビームの反射、透過、及び／又は散乱により信号を測定し解析するように構成されるラマン分光計、コヒーレント反ストークスラマン分光計（ＣＡＲＳ）、蛍光分光計、フォトルミネッセンス分光計、又はカソードルミネッセンス分光計と組み合わせられる。
【００３３】
本発明は、以下のステップを含む光学ビーム走査検鏡方法も提案する：
−少なくとも１つの光源により光学ビームを発するステップ、
−上記光学ビームを第１の反射光学手段で光学的に反射し、次に、第２の反射光学手段で光学的に反射するステップであって、第１の反射光学手段及び第２の反射光学手段は、上記少なくとも１つの光源と顕微鏡対物レンズとの間で光学ビームの光路上に直列に配置される、光学的に反射するステップ、
−第１の所定の回転角に従って、上記第１の反射光学手段を傾斜させるステップ、
−長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、第１の回転角の関数として、第２の所定の回転角に従って上記第２の反射光学手段を傾斜させるステップ、並びに
−物体平面における少なくとも１つの空間方向に従って上記光学ビームを変位させるように、上記顕微鏡対物レンズにより、物体平面において上記光学ビームを結像するステップ。
【００３４】
したがって、本発明の方法では、顕微鏡対物レンズの光軸に対する光学ビームの傾斜に関係なく、顕微鏡対物レンズの瞳の中心での光学走査ビームの位置を制御することができる。
【００３５】
特定の実施形態では、本光学ビーム走査検鏡方法は、以下のステップを更に含む：
−上記光学ビームを第３の反射光学手段に光学的で反射し、次に、第４の反射光学手段で光学的に反射するステップであって、第３の反射光学手段及び第４の反射光学手段は、上記少なくとも１つの光源と上記顕微鏡対物レンズとの間で光学ビームの光路上に直列に配置される、光学的に反射するステップ、
−第３の所定の回転角に従って、上記第３の反射光学手段を傾斜させるステップ、
−長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、第３の回転角の関数として、第４の所定の回転角に従って上記第４の反射光学手段を傾斜させるステップ、並びに
−物体平面における少なくとも１つの別の空間方向に従って上記光学ビームを変位させるように、上記顕微鏡対物レンズにより、物体平面において上記光学ビームを結像するステップ。
【００３６】
本発明は、試料の表面を走査して、試料の像を形成するように、レーザビーム角度変位検鏡法、例えば、ラマン顕微分光法、フォトルミネッセンス、ＣＡＲＳ（コヒーレント反ストークスラマン散乱）型のラマン顕微分光法、マイクロＣＡＲＳ、ラマンプローブ、又は２光子顕微分光法を介する撮像において特に有利に適用される。
【００３７】
本発明は、光学ビーム、例えばレーザビームの変位が離散ステップで実行されて、レーザビームを表面の所定の点に向ける検鏡法、例えば、バイオチップを解析する用途にも特に有利に適用される。ステップでの不連続レーザビーム走査は、同じ表面上で１００μｍ毎に、試料、例えば生物学的試料（バイオチップ）をプローブし、次に、測定及び単発解析（例えば、ラマン分光法）を行えるようにするか、又は極微試料の局所走査を介して測定を行えるようにする。これらの用途では、本発明は、バイオチップを変位させずに、レーザビームの変位ステップでの精度がより高い状態で、より大きな視野を調査し、ひいては、多数の極微試料をプローブできるようにする。
【００３８】
本発明は、光学ビームの連続走査を用いる検鏡法での使用にもある。
【００３９】
特定の有利な実施形態では、光学ビームの連続走査は、ＣＣＤ型の検出器と同期されて、例えば、走査試料の表面の像を素早く形成するように、走査線の記録を電子メモリに素早く転送する。
【００４０】
マクロスポットと呼ばれる別の実施形態では、光学ビームの連続走査は、解析される試料の所定のゾーンにわたる測定を平均し、可能であれば、特定の信号が検出される試料のゾーンをより精密に解析するように、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）型の検出器で検出される信号の統合と組み合わせられる。
【００４１】
本発明の光学ビーム走査検鏡のシステム及び方法は、線、正方形、円等に従った試料上の全ての形態の走査と互換性を有する。
【００４２】
本発明は、以下の説明に現れるものであり、独立して又は任意の技術的に許容される組合せで考慮されなければならない特徴にも関連する。
【００４３】
非限定的な例として与えられるこの説明は、添付される図面を参照して、本発明をいかに実行することができるかのよりよい理解を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】と
【図２】従来技術により、レーザビームを走査して、試料上のレーザビームの位置を変位させるか、又は試料を走査することの原理を図で示す。
【図３】と
【図４】従来技術により、２つの走査軸を有するレーザビーム走査検鏡装置でのレーザ走査ビームのビネット現象を示す。
【図５】本発明による走査検鏡装置の対物レンズ上にレーザビームを走査することを図で示す。
【図６】本発明の第１の実施形態によるレーザビーム走査系を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態による、２つの走査軸を有するデバイスを備えるラマン顕微分光装置を図で示す。
【図８】本発明の第２の実施形態によるミラーの代替の構成を示す。
【図９】図８のミラーを有するシステムの２つの走査軸を有する系での光線のプロット図を示す。
【図１０】〜
【図１５】本発明の第２の実施形態による、２つのレーザビーム走査軸を有する系でのミラーの様々な代替の構成を示す。
【図１６】〜
【図１８】本発明の第３の実施形態による、２つの走査軸に従ったレーザビーム走査系を示す。
【図１９】〜
【図２２】本発明のレーザ走査検鏡装置を用いて得られる様々な測定値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
［図１］及び［図２］は、レーザビームを走査して、試料上のレーザビームの位置を変位させるか、又は試料を走査することの原理を図で示す。
【００４６】
顕微鏡対物レンズ１は、検鏡装置の光軸１０上に配置される。試料４は、顕微鏡対物レンズ１から距離Ｄのところにある試料ホルダ３上に配置される。レーザ源はコリメートレーザビーム２を発する。平面境（図示せず）は、顕微鏡対物レンズ１の方向にレーザビームを反射する。顕微鏡対物レンズ１は、レーザビームを顕微鏡対物レンズ１の焦点面１１においてレーザビームを結像する。
【００４７】
本書での慣例により、顕微鏡対物レンズ１の光軸１０は、直交系ＸＹＺにおいて軸Ｚに平行し、顕微鏡対物レンズ１の焦点面１１はＸＹ平面にある。
【００４８】
レーザビームの軸は、ビームの伝搬の長手方向光軸であるものとして定義される。ガウス空間分布のレーザビームの場合、レーザビームの軸１２は、レーザビームの中心に配置される。
【００４９】
［図１］では、レーザビーム２の軸１２は、顕微鏡対物レンズ１の軸１０と平行し、軸１０でセンタリングされる。レーザビームは、顕微鏡対物レンズの焦点Ｘ０で結像される。
【００５０】
［図２］では、レーザビーム２の軸１２は、例えば、レーザビーム２の経路上に配置される平面境によって角度傾斜され、このミラーは、レーザビームが焦点面１１の第２の点Ｘ１で結像するように、回転移動可能である。レーザビームの走査中、レーザ源（図示せず）及び顕微鏡対物レンズは、一般に固定され、ミラーのみが回転移動可能である。ミラーの回転軸は、例えば、Ｙ軸に平行し、一般に、ミラーの反射面に近い。ミラーが回転すると、レーザビーム２は角度変位する。したがって、顕微鏡対物レンズ１の光軸１０に相対したレーザビーム２のこの角度変位により、点Ｘ０とＸ１との間の試料４の表面を連続して又は段階的に走査することが可能になる。しかし、ミラーの回転に起因するこの角度変位は、顕微鏡対物レンズ１の瞳の中心Ｏに相対するレーザビームの軸１２の偏心を生み出す。
【００５１】
レーザビーム２の傾斜角が第１の閾値よりも大きい場合、ビネット現象が観測され、レーザビームの部分が、顕微鏡対物レンズの瞳の縁部によって遮断される。ビネット現象は、傾斜角が第２の閾値である、レーザビームの完全な遮断まで、レーザビームの傾斜角に伴って増大する。レーザビームの部分又は完全遮断閾値は、対物レンズの瞳のアパーチャ及びレーザビームの広がりに依存する。ビームの部分遮断が観測され、この部分遮断は励起レーザビームの強度を徐々に低減し、光の逆戻りにより、ラマンビームの強度が検出される。したがって、ビネット現象が、試料上のビームの角度変位によりアクセス可能なゾーンを制限することが観測される。
【００５２】
１つの軸を有する走査系でビネットを抑えるために、１つの可能性は、励起レーザビームの直径を低減することである。しかし、レーザビームの直径の低減は、焦点でのビームの直径の増大を生み出し、これは、ビーム走査検鏡装置の空間分解能の低減を生じさせる。
【００５３】
［図１］及び［図２］に示される等の１つの走査軸を有するシステムでは、ビネット効果は、回転移動可能なミラーを顕微鏡対物レンズ１のより近くにすることにより、低減することができる。
【００５４】
しかし、ビーム走査検鏡装置は一般に、１つの走査軸に限定されない。
【００５５】
したがって、大半のビーム走査検鏡装置は、２つの直交回転軸の回りでのビームの傾斜を組み合わせて、横断方向に従って試料表面にわたりビームを角度変位させる。
【００５６】
［図３］及び［図４］は、２つの軸を有するビーム走査の原理及びその制限の解析を示すために、２つの軸を有する走査系を備える検鏡装置を側面図として図で示す。［図１］及び［図２］と同じ参照符号が、［図１］及び［図２］と同じ要素を示す。走査系は、レーザビーム２の光路上に直列に配置される第１の平面境Ｍ−Ｘ及び第２の平面境Ｍ−Ｙを備える。第１のミラーＭ−Ｘは、例えばガルバノモータ１５が設けられ、焦点面１１でのＸ軸に従ってレーザビーム２の角度変位を誘導するように、例えばＹ軸に平行する、第１の軸の回りを回転移動可能である。第２のミラーＭ−Ｙは、ガルバノモータ１６が設けられ、焦点面１１でのＹ軸に従ってレーザビーム２の角度変位を誘導するように、例えばＸ軸に平行する、第２の軸の回りを回転移動可能である。モータ１５及び１６は、所定の回転を実行し、試料の表面上で定義された形状を有する経路を実行するように、制御される。
【００５７】
ラマン検鏡法では、レーザ走査ビームは、試料によるラマン放射を誘導する励起ビームでもある。後方散乱構成では、ラマン散乱ビームは、入射励起ビームの方向において収集され、この放射−受け取り方向は固定される。ラマンビームは一般に、阻止フィルタ、ノッチフィルタ、エッジフィルタ、又はボリュームブラッグ格子（若しくはＶＢＧ）型のフィルタにより、ラマン散乱ビームから分離される。レイリー散乱に相対してラマン信号の強度が非常に低いため、ラマン散乱では優れた信号対雑音比が必要になることが分かっている。したがって、十分な照明強度を有するビームを用いて試料を照明し、ラマン散乱ビームの最大部分を収集することが必須である。
【００５８】
しかし、ラマン散乱顕微分光法での信号対雑音比は限られているように見え、これは、完全な像を得るための取得時間を増大させる。加えて、試料上の対象野も、顕微鏡対物レンズの公称野よりもはるかに狭い視野に制限される。
【００５９】
本発明の枠組みの中では、信号対雑音比及び走査野の制限は、以下のように解析される。
【００６０】
［図３］及び［図４］に示されるように、第１のミラーＭ−Ｘ及び第２のミラーＭ−Ｙは、レーザ源（［図示せず）と顕微鏡対物レンズ１との間で、レーザビーム２の光路上に直列に配置される。ここで、顕微鏡対物レンズの軸は、顕微鏡の光軸１０と混同される。静止時、すなわち、ゼロ傾斜角であるとき、第１のミラーＭ−Ｘ及び第２のミラーＭ−Ｙは、レーザビームの軸１２が顕微鏡対物レンズ１の光軸１０と混同されるように、すなわち、レーザビームの光軸が、顕微鏡対物レンズ１の光軸１０でセンタリングされ、光軸１０と平行するように配置されると考えられる。
【００６１】
試料上のレーザビームを、光軸１０と顕微鏡対物レンズ１の焦点面１１との交点に配置される点Ｘ０から、Ｘ軸に沿った点Ｘ２に変位させることが求められる。レーザビーム２を変位させるために、ガルバノモータ１５は、Ｙ軸の回りの第１のミラーＭ−Ｘの角度傾斜ＤＥＬＴＡ−Ｘを誘導するように制御される。ソースからの入射ビームは、動かないままである。ミラーＭ−Ｘの表面で反射されたビームは、Ｙ軸回りで２×ＤＥＬＴＡ−Ｘに等しい角度だけの回転を受ける。したがって、第１のミラーＭ−Ｘによって反射したビームは、第２のミラーＭ−Ｙの表面上で変位される。第２のミラーＭ−Ｙは再び、顕微鏡対物レンズの方向でレーザビームを反射する。第２のミラーＭ−Ｙによって反射したビームは、顕微鏡対物レンズ１の瞳上で角度的及び側方に変位される。顕微鏡対物レンズへの入射レーザビームの軸は、顕微鏡対物レンズ１の光軸１０に相対して２×ＤＥＬＴＡ−Ｘに等しい角度だけ、傾斜する。したがって、顕微鏡対物レンズ１は、顕微鏡対物レンズ１の焦点面と、対物レンズの瞳の中心Ｏが通り、対物レンズ上の入射コリメートレーザビームの軸１２に平行する直線２２との交点には位置される点Ｘ２において、レーザビームを結像する。
【００６２】
同様に、Ｘ軸に平行する軸の回りの回転軸ＲＹによる第２のミラーＭ−Ｙの回転は、２×ＤＥＬＴＡ−Ｙに等しいレーザビームの角度変位を生じさせる。したがって、第２のミラーＭ−Ｙの回転は、対物レンズ１の瞳上のレーザビームの角度変位と、方向Ｙにおいて結像されるビームの変位とを生じさせる。
【００６３】
しかし、傾斜角ＤＥＬＴＡ−Ｘが閾値よりも大きい場合、［図３］において、対物レンズの瞳の外にあるレーザビームの光線１３が、点Ｘ２で結像されないことが観測される。したがって、試料上の入射レーザビームの強度は低減する。ビネット現象は、視野の縁部で測定される点で、信号対雑音比の低下を説明することができ、これは、特定の閾値よりも大きな傾斜角に対応する。第１のミラーＭ−Ｘの傾斜角が別の閾値よりも大きい場合、レーザビームは、顕微鏡対物レンズの瞳によって完全に遮断される。
【００６４】
類似する制限が、顕微鏡対物レンズ１上の第２のミラーＭ−Ｙによるレーザビームの角度ＤＥＬＴＡ−Ｙによる傾斜から生じる。
【００６５】
したがって、単軸走査系と同様に、２つの軸を有する走査系も、顕微鏡対物レンズの瞳上の第１の軸及び／又は第２の軸の角度変位に起因するビネット現象により制限されるおそれがある。
【００６６】
他方、［図４］は、２つの走査軸を有する系でのレーザビームの別のビネット効果を示す。［図４］は、第１のミラーＭ−Ｘ及び第１のガルバノモータ１５により、角度ＤＥＬＴＡ−Ｘだけ傾いたレーザビームを示す。第２のミラーＭ−Ｙの表面上のレーザビームの変位は、レーザビームの光線１４が第２のミラーＭ−Ｙの瞳の外に配置されるようなものである。したがって、第２のミラーＭ−Ｙは、顕微鏡対物レンズの方向において光線１４を反射することができない。したがって、この光線１４は、試料上の点Ｘ３で結像しない。［図４］のレーザビームの傾斜を外挿することにより、レーザビームが、傾斜角ＤＥＬＴＡ−Ｘが傾斜角の第２の閾値よりも大きい場合、第２のミラーＭ−Ｙの瞳によって完全に遮断されることが観測される。
【００６７】
したがって、第２のミラーＭ−Ｙの寸法により、２つの軸を有する走査系も、第２のミラーＭ−Ｙの瞳に相対するビームの角度変位に起因したビネット現象により制限されるおそれがある。
【００６８】
同様に、励起レーザビームに相対する第１のミラーＭ−Ｘの角度傾斜も、レーザビームの直径が第１のミラーＭ−Ｘの瞳の見かけの直径よりも大きい場合、ビネット現象を生じさせるおそれがある。
【００６９】
したがって、この解析の結果は、２軸による走査検鏡装置では、Ｘ軸及び／又はＹ軸それぞれに沿った焦点面でのレーザビームの変位が、第１のミラーＭ−Ｘの瞳、第２のミラーＭ−Ｙの瞳、及び／又は顕微鏡対物レンズの瞳に起因したビネット効果により制限されることである。
【００７０】
より一般には、検鏡装置での走査によるレーザビームの変位は、レーザビームの光路上に直列に配置される異なる光学構成要素で形成される光学系に起因するビネット現象により、横視野及び強度において制限される。これらのビネット現象は、特に走査ミラーＭ−Ｘ、Ｍ−Ｙ、及び／又は顕微鏡対物レンズ１に起因するものと見られる。
【００７１】
しかし、２つの走査軸を有する系では、レーザビームの光路上に直列に配置される２つの反射ミラーＭ−Ｘ、Ｍ−Ｙの負担は、ビネット効果が大きいままである限りは、第１のミラーと顕微鏡対物レンズとの間の距離を効果的に低減することができない。
【００７２】
２つのビーム走査軸を有するラマン検鏡装置の使用中の主な問題が、［図３］及び［図４］に関連して示されるように、顕微鏡対物レンズ１の入射口にある瞳に伴うものであることは、この解析に由来する。顕微鏡対物レンズの瞳上に届くビームの部分１３は、対物レンズのアパーチャを通過せず、その理由は、ビームのこの部分１３が瞳の物理的制限を超えて変位される（［図３］）ためである。したがって、励起レーザビームの部分は失われる。ラマン後方散乱を測定する構成では、光の逆戻りの適用を介して、後方散乱ビームの部分も、顕微鏡対物レンズの瞳によって遮断される。励起レーザビーム及びラマン散乱ビームの強度低減は、検出されるラマン散乱信号の強度の低減を誘導する。さらに、第１のミラーＭ−Ｘによって反射されたビームの別の部分１４は、第２のミラーの瞳外にそれ、顕微鏡対物レンズの方向には反射されない。同様に、ラマン後方散乱ビームの部分は、第２のミラーＭ−Ｙの縁部によって遮断される。励起レーザビーム１４及び対応する後方散乱ビームのこの他の部分も、検出されるラマン散乱信号の低減を誘導する。さらに、試料の方向に反射されないビーム１３及び１４は、他の表面で反射されるおそれがあり、したがって、寄生ビームの原因となるおそれがあり、寄生ビームも、検出されるラマン散乱信号の信号対雑音比の低減の一因となる。
【００７３】
本発明の枠組みの中で提案される解決策の原理について、［図５］に関連してこれより説明するものとする。この図では、レーザビームの角度傾斜は、顕微鏡対物レンズ１の入射瞳の中心Ｏの回りでレーザビームの軸を旋回することによって実行される。したがって、レーザビームは、ビームの走査中、顕微鏡対物レンズの瞳上にセンタリングされたままである。この角度傾斜は、ビネット現象を低減して、入射レーザビームの強度損失を制限し、ビーム走査によってアクセス可能な視野ゾーンを増大できるようにする。
【００７４】
この変位は、各走査軸に２つのミラーを実装することによって得られ、２つのミラーは、光学ビーム２の光路上に直列に配置される。例えば、第１のミラーＭ−Ｘ１は、焦点面においてＸ軸を辿る走査を誘導するように角度傾斜され、第２のミラーＭ−Ｘ２は、顕微鏡対物レンズ１の瞳上のビームを再センタリングするように、同じ走査軸Ｘに従って角度傾斜される。
【００７５】
顕微鏡対物レンズの光軸１０に相対するビームの軸１２の傾斜角θでの、試料上の焦点面でのビームの変位Ｘは、以下の式により計算される。
Ｘ＝ｆ．ｔａｎ（θ）                                （Ｉ）
【００７６】
以下の［表２］中、ビームの変位Ｘは、異なる顕微鏡対物レンズの傾斜角の関数として、その式から推測される。
【００７７】
【表２】
0006632993.tif 000003
【００７８】
［表２］は、１０Ｘの対物レンズの場合、最大光学視野幅２．２ｍｍを示し、この視野幅は、ビームＸの視野の半分の幅又は１．１ｍｍの側方変位に対応する。表２中、この１０Ｘの対物レンズの軸上でセンタリングされたビームの軸の３度の傾斜角θが、２×９４３μｍ、すなわち、１８８６μｍの視野幅をカバーすること、すなわち、実際に光学視野幅の限界に達することを可能にすることが観測される。しかし、３度というビーム軸の傾斜角は、ミラーでの反射と、１．５度の角度だけのこのミラーの回転とにより、得ることができる。
【００７９】
［図６］〜［図１８］は、なお顕微鏡対物レンズの入射瞳の中心Ｏへのレーザビームのセンタリングを維持しながら、顕微鏡対物レンズの入射瞳の中心Ｏ回りのレーザビームの旋回により、１つ又は２つの軸を辿る走査ビームを取得できるようにする異なる実施形態を示す。
【００８０】
［図６］は、本発明の第１の実施形態による、１つの走査レーザビーム軸を有するシステムを示す。走査系は、第１の平面境Ｍ−Ｘ１及び第２の平面境Ｍ−Ｘ２を備える。第１のミラーＭ−Ｘ１及び第２のミラーＭ−Ｘ２は、例えば、共焦点顕微鏡の共焦点管内のレーザビーム源と顕微鏡対物レンズ１との間で、レーザビーム２の光路上に直列に配置される。第１のミラーＭ−Ｘ１は、例えばＹ軸に平行する、軸の回りを回転移動可能である。第２のミラーＭ−Ｘ２は、軸の回りを回転移動可能であり、その軸は、より好ましくは、第１のミラーＭ−Ｘ１の回転軸に平行し、したがって、Ｙ軸に平行する。有利なことには、第１のモータ２１は第１のミラーＭ−Ｘ１の回転を制御し、第２のモータ２２は第２のミラーＭ−Ｘ２の回転を制御する。モータ２１、２２は、例えば、ガルバノモータ又はステッピングモータである。好ましくは、制御システム（図示せず）が、第１のミラーＭ−Ｘ１と第２のミラーＭ−Ｘ２との組合せられた角度変位を駆動する。
【００８１】
限定ではなく例示として、［図６］は、第１のミラーＭ−Ｘ１及び第２のミラーＭ−Ｘ２の様々な傾斜角を示す。
【００８２】
走査系のミラーの第１の向きでは、第１のミラーＭ−Ｘ１は傾斜角ＲＸ１−０を有し、第２のミラーＭ−Ｘ２は傾斜角ＲＸ２−０を有する。ミラーのこの第１の向きでは、入射レーザビーム２は、方向１２０において第１のミラーＭ−Ｘ１で反射され、次に、方向２００において第２のミラーＭ−Ｘ２で反射される。第１のミラーＭ−Ｘ１の傾斜角ＲＸ１−０及び第２のミラーの傾斜角ＲＸ２−０は、方向２００におけるレーザビームが、顕微鏡対物レンズ１の光軸１０と位置合わせされ、顕微鏡対物レンズ１の入射瞳の中心Ｏでセンタリングされるようなものである。この第１の構成では、顕微鏡対物レンズは、レーザビームを焦点Ｘ０−０で結像する。逆戻りを介して、点Ｘ００によって後方散乱したビームは、軸２００に沿って伝搬し、第２のミラーＭ−Ｘ２によって反射され、次に、入射レーザビーム２の方向において第１のミラーＭ−Ｘ１によって反射される。
【００８３】
［図６］に示されるミラーの第２の向きでは、第１のミラーＭ−Ｘ１は傾斜角ＲＸ１−１を有し、第２のミラーＭ−Ｘ２は傾斜角ＲＸ２−１を有する。ミラーのこの第２の向きでは、軸１２の入射レーザビームは、方向１２１において第１のミラーＭ−Ｘ１で反射され、次に、方向２１１において第２のミラーＭ−Ｘ２で反射される。第１のミラーＭ−Ｘ１の傾斜角ＲＸ１−１及び第２のミラーの傾斜角ＲＸ２−１は、方向２１１におけるレーザビームが、なお顕微鏡対物レンズ１の入射瞳の中心Ｏにセンタリングされたままでありながら、顕微鏡対物レンズ１の光軸に対して傾斜するようなものである。有利なことには、第１のミラーＭ−Ｘ１はビームの軸の傾斜を生じさせ、第２のミラーＭ−Ｘ２は、ビーム２１１の傾斜軸を対物レンズの瞳の中心に再センタリングする。この第２の構成では、顕微鏡対物レンズ１は、レーザビームを点Ｘ１１で結像する。したがって、試料上の点Ｘ００から点Ｘ１１へのビームの軸の角度変位が得られる。逆戻りを介して、方向２１１において伝搬する点Ｘ１１によって後方散乱したビームは続けて、方向１２１においてミラーＭ−Ｘ２によって反射され、次に、入射ビーム２の方向においてミラーＭ−Ｘ１によって反射される。
【００８４】
同様に、［図６］に示されるミラーの第３の構成では、第１のミラーＭ−Ｘ１は傾斜角ＲＸ１−２を有し、第２のミラーＭ−Ｘ２は傾斜角ＲＸ２−２を有する。ミラーのこの第３の向きでは、入射レーザビーム２は、方向１２２において第１のミラーＭ−Ｘ１で反射され、次に、方向２２２において第２のミラーＭ−Ｘ２で反射される。第１のミラーＭ−Ｘ１の傾斜角ＲＸ１−２及び第２のミラーの傾斜角ＲＸ２−２は、方向２２２におけるレーザビームが、なお顕微鏡対物レンズ１の入射瞳の中心Ｏにセンタリングされたままでありながら、顕微鏡対物レンズ１の光軸に対して傾斜するようなものである。したがって、第１のミラーＭ−Ｘ１はビームの軸の傾斜を生じさせ、第２のミラーＭ−Ｘ２は、ビーム２２２の傾斜軸を対物レンズの瞳の中心に再センタリングする。この第３の構成では、顕微鏡対物レンズ１は、レーザビームを点Ｘ２２で結像する。したがって、試料上の点Ｘ２２へのビームの軸の角度変位が得られる。逆戻りを介して、方向２２２において伝搬する点Ｘ２２によって後方散乱したビームは続けて、方向１２２においてミラーＭ−Ｘ２によって反射され、次に、入射ビーム２の方向においてミラーＭ−Ｘ１によって反射される。
【００８５】
したがって、第１のミラーＭ−Ｘ１の回転角と第２のミラーＭ−Ｘ２の回転角との組合せにより、顕微鏡対物レンズの瞳の中心Ｏでセンタリングされたままであるビームの角度オフセットを得ることが可能になる。
【００８６】
光軸１０に相対するビームの軸２１１の傾斜角θは、第２のミラーＭ−Ｘ２の回転角ＲＸ２の２倍に等しい。
【００８７】
ミラーＭ−Ｘ１の傾斜の関数としてのミラーＭ−Ｘ２の回転角を計算するために、以下の式が使用される。
ＲＸ２＝（（ＡｒｃＳＩＮ（−Ｂ×ＳＩＮ（２・ＲＸ１）／Ａ）−２×ＲＸ１＋π／２）／２−π／４        （ＩＩ）
式中、
ＲＸ１は、ミラーＭ−Ｘ１の回転角（ラジアン単位）を表し、
ＲＸ２は、ミラーＭ−Ｘ２の回転角（ラジアン単位）を表し、
Ａは、光線の集束距離（ｍｍ単位）又は対物レンズ１の焦点距離を表し、
Ｂは、ミラーＭ−Ｘ１とＭ−Ｘ２との間の距離（ｍｍ単位）を表す。
【００８８】
角度ＲＸ１、ＲＸ２が小さい（実際には、数度未満）特定の場合、２つのミラーの移動間に線形関係があることが示される。この場合、ミラーの回転の電子制御システムも線形システムであり、したがって単純である。
【００８９】
最後に、ＢがＡに等しい特定の場合、ミラーＭ−Ｘ１とミラーＭ−Ｘ２との回転角の比率は２に等しく、これは傾斜角θとは関係がない。
【００９０】
電子システムは、第１のミラーＭ−Ｘ１の回転角ＲＸ１及び第２のミラーＭ−Ｘ２の回転角ＲＸ２をまとめて駆動して、顕微鏡対物レンズの軸上で、傾斜したビームの軸のセンタリングを得るように構成することができる。電子システムは、ミラーＭ−Ｘ１及びＭ−Ｘ２の構成並びに距離Ａ及びＢに応じて構成される。
【００９１】
［表２］に示されるように、数度に制限される走査レーザビームの軸１２の傾斜角θは、最も一般的な対物レンズの光学視野の全てにわたりビームを角度変位させるのに十分である。しかし、上で示されるように、第２のミラーの回転軸ＲＸ２は、ビームの傾斜角θの半分に等しい。そして、第１のミラーの回転角ＲＸ１は、絶対値で、回転角ＲＸ２の２倍に等しい（上記の近似式（ＩＩＩ）の適用）。したがって、第１及び第２のミラーの回転角は、数度に制限されて、なお顕微鏡対物レンズの瞳でセンタリングされたままでありながら、顕微鏡対物レンズの光学視野全体をカバーする。しかし、第１のミラーの低回転角により、第２のミラーの面上でのビームの変位の広さを制限し、ひいてはビネット効果を制限することができる。
【００９２】
ミラーＭ−Ｘ１及びＭ−Ｘ２のサイズが異なり得ることが観測される。好ましくは、第２のミラーＭ−Ｘ２は、第１のミラーＭ−Ｘ１よりも大きなサイズを有する。実際に、第１のミラーＭ−Ｘ１は、固定方向のままである入射レーザビームでセンタリングされ、一方、第２のミラーＭ−Ｘ２は、第１のミラーＭ−Ｘ１の回転中、表面上でレーザビームの変位をオフセットする。
【００９３】
ビームの角度変位の軸（Ｘ）について［図６］に詳細に示される原理は、２軸（ＸＹ）による走査系に一般化される。このために、例えば、ビームの光路上に直列して、例えば、軸Ｙの回りを回転移動可能であり、第１の方向Ｘに従った変位を生じさせる（［図６］に詳細に示されるように）２つのミラーを有する第１の光学系と、例えば、軸Ｘの回りを回転移動可能であり、横断方向Ｙに従った変位を生じさせる２つのミラーを有する第２の同様の光学系とがある。４つのミラーは、第１の２つのミラーによるビームの角度変位が、２つのミラーを有する第２の光学系の入射瞳でセンタリングされたままであり、一方、他方、又は両方の横断軸に従って角度変位が、顕微鏡対物レンズの入射瞳の中心Ｏでセンタリングされたままであるように配置される。
【００９４】
好ましくは、顕微鏡は共焦点型のものであり、ビーム走査系は、有利なことには、共通レーザ検出路上に配置され、より好ましくは、注入−阻止フィルタ１８と顕微鏡対物レンズ１との間に配置される。
【００９５】
代替的には、有利さがより低い共焦点顕微鏡では、ビーム走査系はレーザ路のみに配置される。
【００９６】
［図７］は、本発明の第２の実施形態による、２つの走査軸に沿って走査レーザビームデバイスを備える検鏡装置を側面図として示す。レーザビーム走査検鏡装置は、レーザ源２０、フィルタホィール３０、レーザビームの経路上にミラー３２を有する光学系、ビーム拡大器３１、注入−阻止フィルタ１８を備える。ソースレーザ２は、１つ又は幾つかの波長を含むレーザビーム２を発する。有利なことには、フィルタホィール３０は、励起ビームに特定の波長を選択できるようにする。検鏡装置は、中心Ｏを有する入射瞳を有する顕微鏡対物レンズ１も備える。試料ホルダ３は、対物レンズ１の焦点面に配置される試料４を支持する。有利なことには、検鏡装置は、顕微鏡対物レンズ１の焦点面と光学的に共役する平面に配置される集束レンズ３３及び共焦点孔３４を備える。［図７］の装置は、分光計３５と、検出器３６と、ラマン散乱ビームの経路上にミラー３８を有する別の光学系とを備える。最後に、［図７］の装置は、光学系１９及びビューカメラ９を備える。［図７］の装置は、特にラマン顕微分光法に適用される。
【００９７】
より詳細には、検鏡装置は、レーザビームの角度変位又は走査用の光学デバイス２９を備える。ビーム走査用のこの光学デバイス２９は、注入−阻止フィルタ１８と顕微鏡対物レンズ１との間に配置される。
【００９８】
２つの走査軸（Ｘ，Ｙ）を有するビーム走査用の光学デバイス２９は、レーザビーム２の光路上に直列に配置される平面境Ｍ−Ｙ１、平面境Ｍ−Ｘ１、平面境Ｍ−Ｙ２、及び平面境Ｍ−Ｘ２を備える。ミラーＭ−Ｘ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ１、及びＭ−Ｙ２はそれぞれ、アクチュエータ２１、２２、２３、及び２４によって作動する。詳細に上述したように、Ｙ軸に平行する軸の回りのミラーＭ−Ｘ１及びＭ−Ｘ２の組み合わせられた回転移動は、Ｙ軸に平行し、対物レンズの瞳の中心Ｏを通る軸の回りの回転により、レーザビームの軸を角度変位できるようにする。同様に、Ｘ軸に平行する軸の回りのミラーＭ−Ｙ１及びＭ−Ｙ２の組み合わせられた回転移動は、Ｘ軸に平行し、対物レンズの瞳の中心Ｏを通る軸の回りの回転により、レーザビームの軸を角度変位できるようにする。したがって、ミラーＭ−Ｘ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ１、及びＭ−Ｙ２を有する光学系は、なお顕微鏡対物レンズの瞳でセンタリングされたままでありながら、レーザビームのビネットなしで、試料のより大きな表面にわたり１つ又は２つの横断方向に従ってレーザビームを角度変位できるようにする。
【００９９】
［図７］では、例として、ビーム拡大器３１が使用される。ビーム拡大器は、光学ビームのサイズを拡大させることが可能な光学系である。ビーム拡大器は、例えば、１よりも大きな倍率を有するアフォーカル光学系から形成される。光学走査２９の上流でソースビームの光路上に直列に配置される２つのビーム拡大器を使用することもできる。
【０１００】
以下の光学系の表記を想起する。
１）例えば顕微鏡の、対物レンズの開口数（ＮＡ）は、以下の式に従ってレンズの直径及び焦点までの距離に依存する。
【数１】
0006632993.tif 000004
２）レーザは、顕微鏡対物レンズ１に入るとき、焦点からの距離での一点で結像する。この点のサイズは、３つの要因：レーザビームのサイズ、対物レンズの直径、及び開口数（ＮＡ）に依存することができる。
【０１０１】
レーザビームがレンズの全てのアパーチャをカバーすることができる場合、すなわち、ビームの直径がレンズの直径以上である場合、焦点でのビームのサイズは、レンズの直径及び開口数（ＮＡ）のみに依存する。この場合、焦点の最小直径は、
（０．５１*λ）／ＮＡ                                      （ＩＶ）
に等しいものとして、エアリーの公式によって定義される。
【０１０２】
公式（ＩＶ）の適用により、レーザビームの直径がレンズの直径以上である場合、レンズの直径が大きいほど、焦点は小さくなる。
【０１０３】
レーザビームの直径がレンズの直径未満である場合、レーザビームの直径が大きいほど、焦点は小さくなり、限界として公式（ＩＶ）がある。レンズの有効径がレーザビームの直径によって定義されると考えることにより、公式（ＩＶ）を適用することもできる。
【０１０４】
ビーム拡大器３１の効果は、対物レンズの入射瞳上のレーザビームの直径を拡大することである。対物レンズの焦点面でのビームのサイズは、回折限界の適用によって特定される。したがって、対物レンズの入射瞳上のコリメートレーザビームの直径が大きいほど、焦点面でのビームの直径は小さくなる。したがって、ビーム拡大器を使用すると、共焦点顕微鏡では、検鏡装置の空間分解能及びラマン信号の信号対雑音比の増大が可能になる。実際に、エアリー点が小さいほど、小さな共焦点孔内で結合することができる光は多くなる。したがって、顕微鏡的分解能を有する撮像用途では、撮像をより高速で実行することが可能になる。
【０１０５】
ビーム拡大器の倍率は、レーザビームの１／ｅ2での直径が、使用される顕微鏡対物レンズの瞳の直径に達するようレーザビームの直径を増大するように選択され、これは、空間分解能と信号対雑音との歩み寄りに対応する。
【０１０６】
有利なことには、異なるタイプのビーム拡大器が使用される：固定倍率を有するビーム拡大器及び可変倍率を有するビーム拡大器。例えば、入射ビーム２の経路上に直列に配置される２つの拡大器、第１のビーム拡大器は、ｘ２に等しい固定倍率を有し、可変倍率を有する第２のビーム拡大器は、ｘ１〜ｘ４．５の可変倍率を有する。
【０１０７】
例えば、対物レンズ１０Ｘは直径９ｍｍを有し、対物レンズ５０Ｘは直径５．４ｍｍを有し、対物レンズ１００Ｘは直径３．２４ｍｍを有する。
【０１０８】
可変倍率を有するビーム拡大器は、幾つかの顕微鏡対物レンズを有する検鏡装置内の、使用される顕微鏡対物レンズの瞳の直径に従って、レーザビームの直径を調整できるようにする。
【０１０９】
有利なことには、可変倍率を有するビーム拡大器は、可視範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）内のアクロマートタイプのものである。好ましくは、可変倍率３１を有するビーム拡大器は、電動化される。有利なことには、光路上でビーム拡大器の直後に配置される自己整合ミラーは、可変倍率を有するビーム拡大器のポインティング誤差を補正できるようにする。
【０１１０】
レーザ源によって発せられるレーザビームの直径は、例えば、Ｇｅｎｔｅｃ製「Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｉｍａｇｅｒ」のカメラにより、及びその処理ソフトウェアにより測定することができる。レーザビームの横断寸法は、ビーム拡大器なしで、いわゆる４シグマ法を使用して測定される：Ｘ軸に従って１１８３μｍ及びＹ軸に従って１２６１μｍ。
【０１１１】
次に、可変倍率を有するビーム拡大器の出力におけるレーザビームの直径の測定が、同じ方法を介して行われ、倍率は、製造業者のデータに従って最大（Ｘ４．５）に設定される。レーザビームの横断寸法は、ビーム拡大器の出力において測定される：Ｘ軸に従って５４９４μｍ及びＹ軸に従って５３４６μｍ。これらの測定値は、平均して４．４４倍に対応し、これは、４．５である製造業者によって示される値と一貫する。
【０１１２】
ビーム拡大器の使用は、共焦点型の検鏡装置で特に容易であり、その場合、ビーム拡大器３１は、いかなる他の光学的構成もなく、顕微鏡の共焦点管内に直接挿入することができ、ビーム拡張器は、レーザ経路のみ又は共通のラマンレーザ信号路上に配置される。
【０１１３】
ビーム拡大器３１と、顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りの旋回によるビーム走査系２９との組合せは、複合利点の恩恵を受けて、焦点でのレーザビームの空間分解能をなお増大させながら、試料上のビームの角度変位ゾーンの幅を増大できるようにする。したがって、この組合せにより、従来技術による走査レーザビームシステムの２つの主な制限を解決することができる。
【０１１４】
任意の実施形態による走査レーザビーム検鏡装置は、有利なことには、ラマン顕微分光法での適用において使用される。この用途では、ビームを角度変位させるシステムは、励起レーザビームの光路上、より好ましくは注入−阻止フィルタと顕微鏡対物レンズとの間に配置される。励起ビーム上で、注入−阻止フィルタ１８は、顕微鏡対物レンズ１の方向において、ミラーを有する走査系２９に入射レーザビーム２を向ける。ミラー、例えば、Ｍ−Ｘ１、Ｍ−Ｙ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ２を有する走査系２９は、１つ又は２つの走査軸に従って試料４上のレーザビームを角度変位できるようにする。後方散乱構成では、顕微鏡対物レンズ１は後方散乱ビームを収集し、後方散乱ビームは、入射レーザビームの波長でのレイリー散乱及び波長がオフセットされるラマン散乱ビームを含む。顕微鏡対物レンズ１によって収集されたビームは、ミラー（Ｍ−Ｘ１、Ｍ−Ｙ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ２）を有する走査系２９に送られ、次に、注入−阻止フィルタ１８に向けられる。構造により、後方散乱ビームは、入射レーザビームの逆光路を辿り、したがって、厳密に入射レーザビームの方向において、ミラーを有する走査系から出射し、この方向は、顕微鏡対物レンズ上の走査ビームの傾斜角に関係なく、固定されたままである。有利なことには、注入−阻止フィルタ１８は、レイリー散乱ビームをラマン散乱ビームから空間的に分離する。次に、ミラーを有する光学系３８は、ラマン散乱ビームをラマン分光計３５に向け、ラマン分光計３５は、検出器３６の方向においてラマン散乱ビームを空間的に分離して、ラマン後方散乱信号を検出して解析する。
【０１１５】
このラマン顕微分光装置では、信号対雑音比及び試料上の励起レーザビームの空間分解能をなお改善しながら、試料のより大きな表面を解析することが可能である。
【０１１６】
注入−阻止フィルタ１８（ノッチ型、エッジ型、ビームスプリッタ、又は落射蛍光フィルタ型）と、共焦点孔３４とを備える［図７］の装置では、走査ミラーは光路上に配置され、それにより、共焦点顕微鏡の構成に留まることができる。別のビーム拡大器を共焦点路上に総入して、対物レンズの瞳を正確にカバーすることができる。
【０１１７】
［図７］の装置は、集束レンズ１９が提供されたカメラ９を更に備える。ビームスプリッタ８、例えばキューブビームスプリッタは、ミラーを有する光学系２９と顕微鏡対物レンズ１との間でレーザビームの光路上に配置される。このビームスプリッタ８は、試料及び／又はレーザビームの表面の像を形成するように、試料４での反射及び／又は散乱によって形成されるビーム７をカメラに向けられるようにする。有利なことには、装置は、白色光源（図示せず）も備え、白色光ビームは、白色光で試料４の光学視野を照明するように、顕微鏡の光軸上で、例えばビームスプリッタ８と顕微鏡対物レンズ１との間に挿入される。白色光を用いてのこの照明は、反射及び／又は散乱により、カメラ９を介して試料４のよりよい可視化を可能にする。このようにして、カメラ９は、角度変位中、カメラの光学視野内で試料と、レーザビームの位置とを同時に見られるようにする。有利なことには、カメラの対物レンズの倍率は、レーザビームの角度変位のゾーン全体及び／又は顕微鏡対物レンズの光学視野全体を可視化できるように選択される。代替では、カメラの対物レンズは、フォーカス可変対物レンズである。
【０１１８】
［図８］は、本発明の第２の実施形態の第１の代替による、２つの軸を有する光学ビーム走査系を上面図として示す。この代替では、入射レーザビーム２は、第１のミラーＭ−Ｘ１、第２のミラーＭ−Ｘ２、第３のミラーＭ−Ｙ１、次に第４のミラーＭ−Ｙ２によって連続して向けられ反射され、第４のミラーＭ−Ｙ２によって反射されるビームの軸は、［図８］の平面に直交する。［図９］は、レイトレーシング図を介して、［図８］の２つの走査軸を有する光学系を示す。この構成のミラーは、水平レーザビーム源を使用して、顕微鏡対物レンズ１の軸１０に近い軸１２を有する走査レーザビームを形成できるようにし、この光軸１０は一般に垂直である。この代替の利点は、非常にコンパクトであるとともに、追加の平面反射鏡を追加する必要性を回避することである。
【０１１９】
［図１０］及び［図１１］は、本発明の第２の実施形態による、レーザビームの２つの走査軸を有する系でのミラーの構成の第２の代替をそれぞれ上面図及び側面図として示す。この代替では、入射レーザビーム２は、平面境Ｍ−Ｘ１、平面境Ｍ−Ｙ１、平面境Ｍ−Ｘ２、及び平面境Ｍ−Ｙ２によって連続して反射される。第１のミラーＭ−Ｘ１へのレーザビーム２の入射角は、ミラーＭ−Ｘ１の表面への法線に相対して約４５度未満、より好ましくは２２．５度未満であるように選ばれる。有利なことには、その他のミラーＭ−Ｙ１、Ｍ−Ｘ２、及びＭ−Ｙ２への入射角も、ミラーの見かけの表面を増大するように、可能な限り低くなるように選ばれる。さらに、入射角の制限により、ミラーＭ−Ｘ１、Ｍ−Ｙ１、Ｍ−Ｘ２、及びＭ−Ｙ２のそれぞれ１つへのレーザビームの見かけの直径又は分散を低減することができる。したがって、この代替では、より広い直径を有する入射レーザビーム２を使用することができ、それにより、特に、走査顕微鏡の空間分解能を改善することができる。閉角を有するこの代替では、ミラーの傾斜に起因して、歪像の影響を低減することができる。実際には、２軸による角度的に対称である４５度傾斜ミラー走査は、２軸間で２の平方根としての比率を有する矩形形状を生成する。これは特に、ボイスコイル型のアクチュエータを用いる２つの軸を有するミラーに適用することができる。
【０１２０】
［図１２］及び［図１３］はそれぞれ、本発明の第２の実施形態による、レーザビームの２つの走査軸を有する系でのミラーの構成の第３の代替を上面図及び側面図として示す。この代替では、入射レーザビーム２は、平面境Ｍ−Ｘ１、平面境Ｍ−Ｙ１、平面境Ｍ−Ｘ２、及び平面境Ｍ−Ｙ２によって連続して反射され、走査ビームの軸１２は、入射ビーム２の方向に全体的に平行する方向に配置される。この代替では、レーザ走査ビームを折り返し、したがって、ビーム走査光学系の妨げを低減することができる。
【０１２１】
［図１４］及び［図１５］はそれぞれ、本発明の第２の実施形態による、２つの走査レーザビーム軸を有する系でのミラーの構成の第４の代替を上面図及び側面図として示す。この代替では、入射レーザビーム２は、平面境Ｍ−Ｘ１、平面境Ｍ−Ｙ１、平面境Ｍ−Ｘ２、平面境Ｍ−Ｙ２、及び平面反射ミラー５によって連続して反射されて、ビームを顕微鏡対物レンズ１に向ける。この代替では、走査レーザビームを折り返すことによる空間の節減及びミラーへのビームの入射角の低減の両方が可能であり、それにより、分散を低減し、及び／又はレーザビームの直径を増大させることができる。
【０１２２】
［図１６］〜［図１８］は、本発明の第３の実施形態による、２つの走査軸によるレーザビーム走査系を示す。［図１６］は、第３の実施形態の第１の代替の上面図であり、［図１７］はその側面図である。［図１８］は、第３の実施形態の第２の代替の斜視図を示す。
【０１２３】
この実施形態では、第１の平面境Ｍ−ＸＹ１及び第２の平面境Ｍ−ＸＹ２が使用される。第１のミラーＭ−ＸＹ１は、例えば、圧電式又はボイスコイル（可動コイル又はボイスコイル）式の２つの回転軸を有するアクチュエータ２５に搭載される。したがって、第１のアクチュエータ２５は、軸Ｘ及び／又は軸Ｙの回りの回転を実行できるようにする。好ましくは、Ｘ軸回りの第１のアクチュエータ２５の回転軸及びＹ軸回りのこの第１のアクチュエータ２５の回転軸は、第１のミラーＭ−ＸＹ１の表面の近傍にある点で交差する。同様に、第２の平面境Ｍ−ＸＹ２は、例えば、圧電式又はボイスコイルの２つの回転軸を有するアクチュエータ２６に搭載され、アクチュエータ２６は、軸Ｘ回り及び／又は軸Ｙ回りの回転を実行できるようにする。好ましくは、Ｘ軸回りの第２のアクチュエータ２６の回転軸及びＹ軸回りのこの第２のアクチュエータ２６の回転軸は、第２のミラーＭ−ＸＹ２の表面の近傍にある別の点で交差する。各軸回りの回転移動は、２つのミラーＭ−ＸＹ１及びＭ−ＸＹ２で反射されたビームが、顕微鏡対物レンズの瞳の中心Ｏに位置合わせされた点の周囲を旋回するように、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとの間で組み合わせられる。この構成では、上述した実施形態でのように４つの代わりに、２つのみのミラーにミラー数を低減することができる。ミラー数の低減により、試料上により多くのレーザ光を運び、より多くのラマン散乱光を収集することができ、したがって、像をより高速で取得することができる。さらに、この第３の実施形態では、より大きな直径のミラーを使用することができ、それにより、より大きな振幅及びＸ、Ｙ、及び／又はＺでのよりよい空間分解能のレーザビームの角度変位が可能である。最後に、この第３の実施形態では、よりよい効率を有するより厚い、例えば誘電ミラーであるミラーを使用することができる。
【０１２４】
比較により、より多くのラマンフローを収集することができ、ビューカメラの視野でビネット現象を生じさせないように、ミラーが小さな直径のものであり、着脱可能に搭載されるデュオスキャンと呼ばれる従来のビーム走査系では。逆に、本発明の系を用いる場合、ミラーは、ラマン信号の収集又はビューカメラの像の視野を制限せず、着脱可能な支持体に搭載される必要はない。したがって、搭載は簡易化される。
【０１２５】
［図１６］及び［図１７］に示される第１の代替では、入射レーザビーム２の軸は全体的に、ミラーを有する光学系の出力における走査レーザビームの軸１２に平行する。
【０１２６】
［図１８］に示される第２の代替では、入射レーザビーム２の軸は全体的に、ミラーを有する光学系の出力における走査レーザビームの軸１２を横断する。
【０１２７】
この第３の実施形態の利点は、使用されるミラーの数を、先の実施形態での４つの代わりに２つに低減することであり、それにより、レーザ走査ビーム及び収集される信号への強度損失が低減される。これに由来して、［図８］〜［図１５］に関連して説明された実施形態で使用されるミラーＭ−Ｘ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ１、及びＭ−Ｙ２よりも大きなミラーＭ−ＸＹ１及びＭ−ＸＹ２を使用することが可能になる。
【０１２８】
この第３の実施形態の別の利点は、妨げがかなり低減されることである。
【０１２９】
特に有利なことには、ミラーＭ−Ｘ１、Ｍ−Ｙ１、Ｍ−Ｘ２、Ｍ−Ｙ２、Ｍ−ＸＹ１、及びＭ−ＸＹ２は、誘電型のものであり、誘電処理は、反射の有効性を増大させるように適合される。好ましくは、誘電ミラーは広いスペクトル帯域幅（例えば、３２５ｎｍ〜１１００ｎｍ、３２５ｎｍ〜１７００ｎｍ、又は３２５ｎｍ〜２２００ｎｍ）を有し、それにより、紫外線（ＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）までのスペクトル全体に対して同じミラーを使用することが可能になる。
【０１３０】
レーザビームを走査するシステム及び方法は、異なる構成要素と組み合わせて、追加の利点を提供することができる。
【０１３１】
しかし、高走査速度（ボイスコイル式のアクチュエータ又はスキャナの場合、約３０Ｈｚ）で、様々なスキャナは非制御の位相シフトを受けるおそれがあり、対物レンズの瞳の中心Ｏへの再センタリングはもはや機能せず、そして、レーザ走査は不規則になりビネット現象を受ける。より高い走査速度（すなわち、最高で数百Ｈｚ）でなお動作しながら、この欠陥を修正する手段は、一般に各スキャナが設けられる第１のミラー（例えば、Ｍ−Ｘ１又はＭ−ＸＹ１）の位置センサからの信号を使用して、第２のミラー（Ｍ−Ｘ２又はＭ−ＸＹ２）の制御信号の位相を制御することにより、位相ロックループをセットアップし、走査軸毎にこれを行うことである。
【０１３２】
特に有利なことには、ラマン散乱信号は、［特許文献５］（国際公開第００２００８１２８９７１Ａ２号公報）に記載されるように、幾つかの点にわたって平均されたラマン信号を記録するように、ビームの角度変位中、幾つかの測定点にわたって統合される。本発明の実施形態による、１つ又は２つの軸の走査の使用により、試料上の走査ゾーンを拡大し、及び／又はラマン顕微分光法測定値の空間分解能を増大し、及び／又はラマン顕微分光法測定値の信号対雑音比を増大することができる。
【特許文献５】国際公開第００２００８１２８９７１Ａ２号公報
【０１３３】
ビーム拡大器が走査レーザビームラマン顕微分光装置で使用される場合、ビーム拡大器は、励起レーザビームの経路上であるが、ラマン散乱ビームの光路外に配置される。有利なことには、ビーム拡大器は、レーザ源と、例えば、注入−阻止フィルタ又はノッチフィルタ型の分割フィルタとの間に配置される。
【０１３４】
走査ビーム系は、様々な顕微鏡対物レンズと互換性を有する。特に、ミラーを有する顕微鏡対物レンズ、例えば、カセグレン又はシュバルツフィールド型の対物レンズを使用することが可能である。ミラーを有する対物レンズは、アクロマートであるという利点を有し、それにより、よりよい精度での分光測定が可能である。したがって、励起レーザビームとラマン散乱ビームとの分離がより容易である。他方、検鏡法では、顕微鏡対物レンズのアクロマート性は、励起レーザと同じポイントでの軸方向検出を提供し、これは特に、透明試料の場合で重要である。
【０１３５】
２軸を用いての走査は、主ミラーの中心ではなく縁部を照明することが可能であるため、カセグレン型の対物レンズにレーザ光をよりよく結合できるようにする。実際に、主ミラーの中心を通るレーザ光線は、逆反射され、解析すべき試料に達せず、大きな損失をもたらす。したがって、本発明は、有利なことには、カセグレン又はシュバルツフィールド型の対物レンズを使用することにより、より多くのレーザ光を試料に伝達させることができる。
【０１３６】
本発明の走査デバイスは、有利なことには、例えば、［特許文献６］（国際公開第２０１３／０１４３７９Ａ号公報）に記載される等の円錐レンズの系と組み合わせて、円錐形又は円柱形レーザビームを形成することもできる。好ましくは、円錐形又は円柱形ビームのアパーチャは、対物レンズの瞳をカバーするのに十分であり、したがって、出力ビームの強度を増大させることができる。このデバイスは、［特許文献７］（仏国特許第１１５６６８７号公報）に記載される等の円錐レンズの系で置換されて、高速走査を使用して、円柱形の軸上に光を有さないか、又はごくわずかな光を有する任意のセクション（例えば、管状等）を有する中空円柱形レーザビームを形成することもできる。これには、特に、中心光線を抑制し、軸外の傾斜光線のみを用いて試料を照明するという利点がある。このタイプの照明は、共焦点ラマン信号への基板の寄与を大幅に低減できるようにする。このタイプの照明は、縦球面収差と呼ばれる光学収差を大幅に低減することも可能にし、縦球面収差は、屈折環境での屈折中に出現し、共焦点顕微鏡の空間分解能の低下を誘導する。
【特許文献６】国際公開第２０１３／０１４３７９Ａ号公報
【特許文献７】仏国特許第１１５６６８７号公報
【０１３７】
［図１９］〜［図２２］は、［図７］に関連して説明された実施形態によるレーザ走査検鏡装置を用いて得られる走査幅の様々な測定値を示す。
【０１３８】
試料４の代わりに、ＮＩＳＴ（米国標準技術局）の要件に従ってＵＫＡＳ（英国認定機関）によって認定される較正パターンが配置される。このテストパターンは、０．０１ｍｍ毎に離間された目盛りを有する２０ｍｍ長のスケールを含む。パターンは、パターンの軸に平行する軸に従っての走査中、顕微鏡対物レンズの焦点面でのビームの最大変位を測定できるようにする。
【０１３９】
２軸による走査検鏡装置での変位ゾーンを測定するために、パターンをＸ軸に従って向け、次にＹ軸に従って向けることにより、最大変位の連続測定が行われる。
【０１４０】
［図１９］は、パターンがＸ軸に平行して向けられた状態の、Ｘ軸に平行する軸に従っての走査中、顕微鏡対物レンズ１０Ｘが設けられた走査ビーム検鏡装置上のスケールへのパターンの測定値を示す。より正確には、曲線５０は、パターンにわたるＸ軸に沿ったビームの角度変位に従ってレーザの波長で反射された信号の強度の測定値を表す。［図１９］中の丸が付された極大４０、４１、・・・、４９は、パターンのスケールのバー上のレーザの反射に対応する。極大４０、４１、・・・、４９が５０μｍ離間されることが観測される。Ｘ軸に従ったパターンにわたるビームの走査幅は、最初の極大４０と最後の極大４９との間の距離、すなわち、約４５０μｍに対応する。加えて、曲線５０の平均レベルは、光学系の均質性を表す。平均レベルが高く、一定であるほど、測定は良好である。
【０１４１】
［図２０］は、パターンがＹ軸に平行して向けられた状態の、Ｙ軸に平行する軸に従っての走査中、同じ顕微鏡対物レンズ１０Ｘが設けられた同じ検鏡装置上の同じパターンの測定値を示す。曲線１５０は、パターンにわたるＹ軸に沿ったビームの角度変位に従ってレーザの波長で反射された信号の強度の測定値を表す。［図２０］中の丸が付された極大１４０、１４１、・・・、１４９は、パターンのスケールのバー上のレーザの反射に対応する。極大１４０、１４１、・・・、１４９が５０μｍ離間されることがチェックされる。Ｙ軸に従ったパターン上のビームの走査幅は、最初の極大１４０と最後の極大１４９との間の距離、すなわち、約４５０μｍに対応する。
【０１４２】
ビューカメラでの画面捕捉は、Ｘ軸に従った走査幅が約４６０μｍであり、約４７０μｍのＹ軸に従った走査幅ことを確認できるようにする。
【０１４３】
したがって、対物レンズＸ１０が設けられた従来技術によるＤｕｏｓｃａｎ装置を用いて得られる約２００μｍの走査幅との比較により、本発明の走査系は、各方向Ｘ、Ｙにおいて約２．２倍高く、視野幅を増大させ、ひいては、走査表面を約４．９倍増大させることができる。
【０１４４】
［図２１］は、パターンがＸ軸に平行して向けられた状態の、Ｘ軸に平行する軸に従っての走査中、顕微鏡対物レンズ５０Ｘが設けられた走査ビーム検鏡装置上のスケールへの同じパターンの測定値を示す。［図２１］の曲線２５０上の丸が付された極大２４０、２４１、・・・、２４８は、パターンのスケールのバー上のレーザの反射に対応する。極大２４１、・・・、２４８が約１０μｍ離間されることが観測される。Ｘ軸に従ったパターン上のビームの走査幅は、最初の極大２４１と最後の極大２４８との間の距離、すなわち、約７０μｍに対応する。
【０１４５】
［図２２］は、パターンがＹ軸に平行して向けられた状態の、Ｙ軸に平行する軸に従っての走査中、同じ顕微鏡対物レンズ５０Ｘを有する同じ検鏡装置上の同じパターンの測定値を示す。［図２２］の曲線３５０上の丸が付された極大３４１、３４２、・・・、３４８は、パターンのスケールのバー上のレーザの反射に対応する。極大３４１、３４２、・・・、３４８が約１０μｍ離間されることが観測される。Ｙ軸に従ったパターン上のビームの走査幅は、最初の極大３４１と最後の極大３４８との間の距離、すなわち、約７０μｍに対応する。
【０１４６】
ビューカメラでの画面捕捉は、Ｘ軸に従った対物レンズ５０Ｘを用いた走査幅が約７０μｍであり、約７０μｍのＹ軸に従った走査幅ことを確認できるようにする。
【０１４７】
したがって、対物レンズＸ５０が設けられた従来技術によるＤｕｏｓｃａｎ装置を用いて得られる走査幅との比較により、本発明の走査系は、各方向Ｘ、Ｙにおいて約２．７倍高く、視野幅を増大させ、ひいては、走査表面を約７．６倍増大させることができる。
【０１４８】
代替的には、一次元スケールを有するテストパターンを使用する代わりに、それら自体が０．０１*０．０１ｍｍの正方形で構成される０．５*０．５ｍｍの正方形で構成される二次元での平面テストパターンが使用される。この正方形パターンは、反射により走査される表面の像を形成するのに使用される。像は、パターンの正方形を表示し、パターン上のレーザビームの走査を観測できるようにする。有利なことには、正方形パターンは、白色光で照明されて、レーザビームの位置に関係なく、像を可能にする。
【０１４９】
対物レンズ１０Ｘを用いる場合、ビームの変位の程度が約４４０μｍ*４５０μｍであることが推定される。走査の縁部での像の暗化は、スキャナに搭載されたミラーの縁部でのビネットに起因するものであり、ビームがミラーの縁部又は対物レンズの瞳の縁部に達したとき、ビームの強度は低減する。
【０１５０】
対物レンズ５０Ｘの場合、正方形パターンを用いて、使用することができる走査ゾーンが約８０*７５μｍであることが観測される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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