(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査領域を規定する共焦点走査型顕微鏡と、
プレビュー画像を取得し表示するための手段と、
顕微鏡光学系と、
前記プレビュー画像において少なくとも１つの関心のある領域を表示するための手段と、
前記走査領域を前記関心のある領域に移動するための第１のビーム偏向装置と、
前記走査領域内で、曲折模様形状の走査のための第２のビーム偏向装置と、
を具備し、
前記第１のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、
前記第２のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、
前記第１のビーム偏向装置と第２のビーム偏向装置との間に、テレセントリック原理を維持する結像光学系が配置されており、
前記第１のビーム偏向装置が、関心のある領域の曲折模様形状の走査を、別の関心のある領域の曲折模様形状の走査に移動するビーム偏向装置であり、
前記第１のビーム偏向装置は、二つのビーム偏向モジュールを具え、この各ビーム偏向モジュールは、前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面に近い位置に配置され、
前記第１のビーム偏向装置の前記二つのビーム偏向モジュールは、Ｘ方向に偏向するビーム偏向モジュールと、該Ｘ方向と直角なＹ方向に偏向するビーム偏向モジュールからなり、
前記第２のビーム偏向装置は、二つのビーム偏向モジュールを具え、この各ビーム偏向モジュールは、前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面に近い位置に配置され、
前記第２のビーム偏向装置の前記二つのビーム偏向モジュールは、Ｘ方向に偏向するビーム偏向モジュールと、該Ｘ方向と直角なＹ方向に偏向するビーム偏向モジュールからなることを特徴とするビーム制御のための装置。
【請求項２】
ビーム制御のための前記装置が、走査型顕微鏡に配置される請求項１に記載のビーム制御のための装置。
【請求項３】
前記第１の偏向装置は、非共振方式で動作する検流計を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム制御のための装置。
【請求項４】
前記第２の偏向装置は、共振によって動作することを特徴とする請求項１乃至３に記載のビーム制御のための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型顕微鏡法におけるビーム制御のための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
走査型顕微鏡法において、試料から放射される反射光または蛍光を観察するため、試料は光ビームを用いて照射される。照射光ビームの焦点は、制御可能なビーム偏向装置によって、一般には２枚のミラーを傾斜することによって、標本面内で移動され、一方のミラーがＸ方向に偏向し、他方のミラーがＹ方向に偏向するようにするために、ミラーの偏向軸は一般に互いに直角である。ミラーの傾斜は、たとえば、検流計位置決め素子を用いて行われ、高速の共振検流計位置決め素子および低速の（精度が高い）非共振検流計位置決め素子の両方が用いられる。標本面において試料を走査するために、ミラーの回転軸が焦点面に関して共役である平面、フーリエ平面とも呼ばれるが、の中に存在するか、または少なくともその付近に存在することが重要である。テレセントリック結像の必要条件を満たすことができるビーム偏向装置の１つは、たとえばドイツ特許第１９６  ５４２１０号によって周知である。標本から来る光のパワーレベルは、走査ビームの位置の関数として測定される。一般に、位置決め素子には、現在のミラーの位置を確認するためのセンサが備えられる。
【０００４】
具体的に言えば、共焦点走査型顕微鏡法において、標本は、光ビームの焦点に関して３次元に走査される。
【０００５】
共焦点走査型顕微鏡は一般に、光源、光源の光がピンホール（励起絞りと呼ばれる）の上に集光されるようにするための集光光学系、ビームスプリッタ、ビーム制御のためのビーム偏向装置、顕微鏡光学系、検出絞り、反射光または蛍光を検出するための検出器を具備する。照射光は、ビームスプリッタによって結合される。標本から来る蛍光または反射光は、ビーム偏向装置によってビームスプリッタに戻され、ビームスプリッタを通過した後、背後に検出器が位置する検出絞り上に集光される。集光領域から直接発生したのではない検出光は、異なる光路を取り、検出絞りを通過しないため点データとなるが、標本の連続走査によって３次元画像となる。３次元画像は一般に、層ごとに画像データを取得することによって得られる。
【０００６】
理想的には、標本上または標本中の走査光ビームの軌跡は、結像領域全体を占める曲折模様（たとえば、一定のＹ位置でＸ方向に１つのラインを走査した後、Ｘ方向の走査を停止し、旋回によってＹを移動して操作すべき次のラインに合わせ、次に一定のＹ位置で負のＸ方向にそのラインを走査する）を描く。高速のビーム偏向速度で、たとえば検流計シャフトおよびミラーの偏向装置移動部分の慣性のために、理想的な軌跡からの偏差が生じる。使用に適した走査速度（＞１００Ｈｚ）で、光ビームの走査軌跡は、実際には正弦曲線を描き、事実上、そこから生じる理想的な状態からの偏差の補正が必要となる。
【０００７】
標本から来る光のパワーレベルは、走査動作中、一定の時間間隔で測定され、それで一時に１つの格子が走査される。測定データから画像を作成することができるようにするために、読取り値は、適切な走査位置に明確に関連付けられていなければならない。これは好都合なことに、ビーム偏向装置の調整素子の状態データも連続的に測定するのでこれによって達成される。または（これは精度が劣るが）ビーム偏向装置の基準制御データを直接用いて達成してもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
顕微鏡の用途には、利用者が、結像領域内の個々の領域についての情報のみに関心があり、周囲の試料領域に関心がない場合もある。さらに、関心のある領域は、できる限り迅速に連続して走査する必要がある。
【０００９】
既知の装置は、関心のある個々の試料領域を走査するためには限られた能力しか備えていない。仮に、制限された範囲に限って、関心のある領域に関する情報を高速で連続獲得することが必要であるのであれば、結像領域全体を走査し、次に関心のある領域のデータを選択することが可能である。
【００１０】
関心のある個々の領域を連続走査するというアプローチは、より良い。原理的には、関心のある領域のそれぞれが、たとえば曲折模様を描くような方式で個別に走査され、関心のない周囲の領域が走査されないように、ビーム偏向装置を作動することは可能である。しかし、ビーム偏向装置が、走査光ビームを特に制御し、結像領域における個々の点に特に向けることができる場合にのみ、この手順は可能である。
【００１１】
これは、たとえば、共振検流計またはマイクロミラーの利用に基づく共振作動式のビーム偏向装置を使用する場合には、可能ではない。何故ならこれらのビーム偏向装置は、その設計によって定められた一定の共振周波数においてのみ動作するからである。結像領域の１つの領域に光ビームを「配備する」ことはできない。位置決め素子は、達成できる位置決めの可能性から見れば、非共振動作式ビーム偏向装置を高速で偏向することにも困難が伴う。何故なら位置決め素子はその慣性のために遅延して作動信号に反応するからである。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、関心のある複数の領域の中で高速に切替えることができ、これに関して、矛盾のないパターンに基づく関心のある領域からの情報を収集することができるビーム制御のための装置を製作することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した本目的は、請求項１に記載の走査型顕微鏡におけるビーム制御のための装置によって実現される。
【００１６】
この請求項１に係るビーム制御のための装置は、走査領域を規定する共焦点走査型顕微鏡と、プレビュー画像を取得し表示するための手段と、顕微鏡光学系と、前記プレビュー画像において少なくとも１つの関心のある領域を表示するための手段と、前記走査領域を前記関心のある領域に移動するための第１のビーム偏向装置と、前記走査領域内で、曲折模様形状の走査のための第２のビーム偏向装置と、を具備し、前記第１のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、前記第２のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、前記第１のビーム偏向装置と第２のビーム偏向装置との間に、テレセントリック原理を維持する結像光学系が配置されており、前記第１のビーム偏向装置が、関心のある領域の曲折模様形状の走査を、別の関心のある領域の曲折模様形状の走査に移動するビーム偏向装置であり、前記第１のビーム偏向装置は、二つのビーム偏向モジュールを具え、この各ビーム偏向モジュールは、前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面に近い位置に配置され、前記第１のビーム偏向装置の前記二つのビーム偏向モジュールは、Ｘ方向に偏向するビーム偏向モジュールと、該Ｘ方向と直角なＹ方向に偏向するビーム偏向モジュールからなり、前記第２のビーム偏向装置は、二つのビーム偏向モジュールを具え、この各ビーム偏向モジュールは、前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面に近い位置に配置され、前記第２のビーム偏向装置の前記二つのビーム偏向モジュールは、Ｘ方向に偏向するビーム偏向モジュールと、該Ｘ方向と直角なＹ方向に偏向するビーム偏向モジュールからなることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、モニタ３およびカーソルコントローラ５を有するＰＣ１を示している。一つの実施形態では、カーソルコントローラ５は、コンピュータマウスである。カーソルコントローラ５の別の可能性は、たとえば、ジョイスティック、トラックボールまたは任意の他の考えられるカーソル制御装置である。全体の結像領域１９のプレビュー画像７は、モニタに表示される。コンピュータマウスを用いて、関心のある領域２７，２９の画像部分１１，１３が、カーソル９を用いて表示される。マーキングは、境界線１５，１７の形態で表示される。
【００１８】
図２は、部分的走査軌跡２１，２３，２５から構成される走査軌跡の形状を模式的に示している。部分走査軌跡２１，２５は、高速の共振ビーム偏向装置によって生じるのに対し、部分走査軌跡２３は、特定の位置決め用のビーム偏向装置によって生じる。関心のある領域２７は、部分走査軌跡２１によって横断されるのに対し、関心のある領域２９は、部分走査軌跡２５によって横断される。したがって、走査領域３１，３３は、連続して走査される。部分走査軌跡２３は走査領域３１，３３がずれているため、特定の位置決め用の第２のビーム偏向装置を用いて掃引される。
【００１９】
図３は、共焦点走査型顕微鏡を模式的に示している。照射系３５から来る光ビーム３７は、ビームスプリッタ３９から偏向ミラー４１によって特定の位置決め用の第１のビーム偏向装置４３に反射される。第１のビーム偏向装置４３は、ジンバル取付け型走査ミラー（図示せず）を備え、照射方向に垂直な平面に走査領域を移動する作用をする。中間焦点面４５を形成する結像光学系４７を用いた中間画像を経て、光ビーム３７は、Ｋ−ミラー（ドイツ特許第１９６  ５４  ２１０号参照）として具体化され、２つの共振検流計（図示せず）を備えた第２のビーム偏向装置４９に達する。第２のビーム偏向装置４９は、走査領域内部で、曲折模様形状の走査を行う。検流計の偏向角を規定することによって、走査領域のサイズを変更することができる。その結果、光ビーム３７は、走査レンズ５５、光学系５７によって顕微鏡光学系５１を通って試料５３の上またはその中に導かれる。透明でない標本１５の場合には、光ビーム３７は、標本面の上に導かれる。生物学的な試料（プレパラート）または透明な試料の場合には、光ビーム３７はまた、試料５３の中を通って導くことができる。このことは、試料５３の異なる焦点面が光ビーム３７の焦点によって連続的に走査されることを意味している。試料５３から進んでくる検出光５９は、第１および第２のビーム偏向装置４３，４９によって逆の光路で戻ってビームスプリッタ３９に達し、ビームスプリッタ３９を通過した後、検出器６１を用いて検出される。検出器６１は、検出された光データを電気信号に変換する光電子増倍管を具備する。信号を続けて収集し、個別の走査位置へ割当てることによって、試料５３の関心のある領域２７，２９の３次元画像を生成する。共焦点走査型顕微鏡に通常設けられる照射用ピンホール６３および検出用ピンホール６５は、完全を期すため模式的に示される。しかし、よりわかりやすくするため、光ビームを誘導し成形するためのある種の光学素子は省略されている。これらについては、当業者は十分に周知している。
【００２０】
図４は、特定の位置決め用の第１のビーム偏向装置６７を有する共焦点走査型顕微鏡を示している。第１および第２のビーム偏向モジュール７１，７５によって構成される第２のビーム偏向装置７２は、走査領域の高速走査のために設けられる。２つのビーム偏向モジュール７１，７５は、たとえば、それぞれ共振振動式マイクロミラーを備えていてもよい。テレセントリック原理を維持するために、結像光学系６９，７３が、第１のビーム偏向装置６７と第２のビーム偏向装置７２との間、第１のビーム偏向モジュール７１と第２のビーム偏向モジュール７５との間に設けられる。
【００２１】
図５は、全部で４つのビーム偏向モジュール７７，７９，８１，８３が、２つのビーム偏向装置７８，８２の中にそれぞれ分かれて配置される共焦点走査型顕微鏡を示している。ビーム偏向モジュール７７，８１がＸ方向に偏向するのに対し、ビーム偏向モジュール７９，８３はＹ方向に偏向する。ビーム偏向装置７８は、走査領域３１，３３の位置決めに作用する。ビーム偏向モジュール７８は、たとえば、非共振方式で動作する検流計を含む。ビーム偏向装置８２は、共振によって動作し、曲折模様形状の方式で走査領域３１，３３を走査するように作用する。ビーム偏向モジュール７７，７９，８１，８３はそれぞれ、顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である平面８９，８７に近い位置に配置される。結像光学系８５は、テレセントリック原理を維持するために設けられる。
【００２２】
図６は、共焦点走査型顕微鏡の別の典型的な実施形態を示している。ここでは、非共振方式で駆動され、走査領域３１，３３の位置決めのために働くジンバル搭載型ミラー９１がある。テレセントリック走査原理を維持するために、Ｙ方向に偏向し共振検流計で駆動されるミラー９３およびＸ方向に偏向し共振検流計によって駆動されるミラー９５は、顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である平面９９に近い位置に配置される。光学系９７，１０１から構成され、ミラー９１の回転点で顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である別の平面９９を形成する結像光学系９８は、ミラー９３，９１の間に位置する。この典型的な実施形態においては、第２のビーム偏向装置９４は、ミラー９３，９５を具備する。
【００２３】
第１のビーム偏向装置４３、６７、７８および／または第２のビーム偏向装置４９、７２，８２，９４は、とりわけジンバル搭載型ミラーまたはマイクロミラーまたは音響光学偏向子または検流計ミラーまたは共振振動式ミラーシステムを備えている。
【００２４】
本発明は、特定の典型的な実施形態に関して記載した。しかし、特許請求範囲の保護範囲を逸脱することなく、変更および修正を行うことができることは明白である。
【００２５】
なお、本発明の主題は、図面に概略的に示され、図を参照して説明される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によるある特定の実施形態において、テレセントリック走査の原理を保証するために、結像光学系が、ビーム偏向装置の間に設けられる。
【００２７】
本発明には、第１のビーム偏向装置によって走査領域が、正確に位置決めすることができる第２の適切なビーム偏向装置の助けによって、結像領域内の関心のある領域に移動される場合には、高速または共振式のビーム偏向装置を使用しないで済ませる必要がないという利点がある。理想的には、標本上または標本中の走査光ビームの軌跡は、矩形曲線（たとえば、一定のＹ位置でＸ方向に１つのラインを走査した後、Ｘ方向の走査を停止し、走査すべき次のラインにＹ方向に移動することによって旋回し、次に一定のＹ位置で負のＸ方向にそのラインを走査する等）を描くことである。高速の偏向速度が高速になればなるほど、走査軌跡は、矩形の形状からますます逸脱する。この現象は、大体は移動素子の慣性に起因すると考えられる。高速走査になるほど、走査軌跡は、正弦曲線にいっそう類似してくる。これに関して、正弦曲線を描く軌跡を反転した点が、関心のある領域の外側に存在するように、走査領域は、光ビームによって掃引する。したがって、走査光ビームは、関心のある領域にほぼまっすぐな軌跡を描く。
【００２９】
以上説明したように、本願発明に係るビーム制御のための装置は、走査領域を規定する共焦点走査型顕微鏡と、プレビュー画像を取得し表示するための手段と、顕微鏡光学系と、前記プレビュー画像において少なくとも１つの関心のある領域を表示するための手段と、前記走査領域を前記関心のある領域に移動するための第１のビーム偏向装置と、前記走査領域内で、曲折模様形状の走査のための第２のビーム偏向装置と、を具備し、前記第１のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、前記第２のビーム偏向装置が、実質的に前記顕微鏡光学系の焦点面と共役である平面の付近に配置され、前記第１のビーム偏向装置と第２のビーム偏向装置との間に、テレセントリック原理を維持する結像光学系が配置されているため、本発明の目的、すなわち、関心のある複数の領域の中で高速に切替えることができ、これに関して、矛盾のないパターンに基づく関心のある領域からの情報を収集することができるビーム制御のための装置を製作することを実現することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、関心のある領域の選択を概略的に示す図。
【図２】図２は、走査軌跡の形状を概略的に示す図。
【図３】図３は、本発明による装置を有する走査型顕微鏡を示す図。
【図４】図４は、本発明による走査型顕微鏡を示す図。
【図５】図５は、本発明による走査型顕微鏡の別の実施形態を示す図。
【図６】図６は、本発明による装置を有する走査型顕微鏡の別の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１  ＰＣ、  ３  モニタ、  ５  カーソルコントローラ、  ７  プレビュー画像、  ９  カーソル、  １１  画像部分、  １３  画像部分、  １５  境界線、  １７  境界線、  １９  結像領域、  ２１  部分走査軌跡、  ２３  部分走査軌跡、  ２５  部分走査軌跡、  ２７  関心のある領域、  ２９  関心のある領域、  ３１  走査領域、  ３３  走査領域、  ３５  照射系、  ３７  光ビーム、３９  ビームスプリッタ、  ４１  偏向ミラー、  ４３  第１のビーム偏向装置、  ４５  中間焦点面、  ４７  結像光学系、  ４９  第２のビーム偏向装置、  ５１  顕微鏡光学系、  ５３  試料、  ５５  走査レンズ、  ５７  光学系、  ５９  検出光、  ６１  検出器、  ６３  照射用ピンホール、  ６５  検出用ピンホール、  ６７  第１のビーム偏向装置、  ６８  第１のビーム偏向装置、  ６９  結像光学系、  ７１  第１のビーム偏向モジュール、  ７２  第２のビーム偏向装置、  ７３  結像光学系、  ７５  第２のビーム偏向モジュール、７７  ビーム偏向モジュール、  ７８  第１のビーム偏向装置、  ７９  ビーム偏向モジュール、  ８１  ビーム偏向モジュール、  ８２  第２のビーム偏向装置、  ８３  ビーム偏向モジュール、  ８５  結像光学系、  ８７  顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である平面、  ８９  顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である平面、  ９１  ミラー、  ９３  ミラー、  ９４  第２のビーム偏向装置、  ９５  ミラー、  ９７  光学系、  ９８  結像光学系、  ９９  顕微鏡光学系５１の焦点面と共役である平面、  １０１  光学系、
【図１】
0004198347.tif 000002
【図２】
0004198347.tif 000003
【図３】
0004198347.tif 000004
【図４】
0004198347.tif 000005
【図５】
0004198347.tif 000006
【図６】
0004198347.tif 000007