(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの走査ミラー、対物レンズおよび試料に励起光を誘導する対物レンズの光学ひとみ面に配置されたミラーとからなり、
そのひとみ面のミラーが少なくとも帯状遮光素子の一部分であり、
試料側に向けて照射された励起光が反射して試料側から戻ってきた反射光が、ミラーにあるいは帯状遮光素子に当たるように、ミラーおよび帯状遮光素子が配置され、
さらにミラーが、光路の断面中央近傍に配置され、
試料からの蛍光が、検出器方向にある投影光学系の中間像面に位置する遮光素子の前記帯状遮光素子に平行になっているスリットまたはピンホールを通って通過する、
照射試料の蛍光を検出する走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、図１に示すような、主として、ガラス基板（２）上に色素マーキングした分子を対象に厚さ数１００ｎｍの薄層（１ａ）について行なう蛍光を検出する走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
その蛍光の検出の目的は、層（１ａ）の側面位置での蛍光を検出することにある。
この光学活性薄層（１ａ）は、光学観察の前またはその最中に、化学工程に掛けることができるように、例えば、水溶液など液体の満たされた管路（３）の内面に配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の化学工程とは、例えば染料溶液による層（１ａ）の着色である。
管路（３）は基板と断面の図示された管路後壁（４）とで構成されている。管路後壁は様々な素材のものが可能である。それには、照射時に励起によって蛍光発光するプラスチックがしばしば用いられている。その場合、管路後壁からの放射光が光学観察の障害になる。
さらに、励起光の対物レンズ（５）方向への後方反射または後方散乱も障害になる。この後方反射、後方散乱は管路後壁においてだけでなく、基板の表面および裏面にも現れる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の機器では、観察および励起が、対物レンズ（５）およびガラス基板（２）を通して行なわれる。機器の光学構造は、障害光によって観察が惑わされることのないように設定されている。機器のこの光学構造が、特に上で述べたような管路後壁（４）の蛍光および後方散乱または後方反射した励起光に働いて、それらが機器の検出器表面（１１ａ）に達するのを防止している。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に図２および図３について説明する。
対物レンズ（５）は、平行に揃えられた励起光を試料（活性層（１ａ））に集束させるために用いられる。さらに対物レンズ（５）は、試料からの放射光を集める目的にも用いられる。遮光素子(絞り)（１８）は光学ひとみ面（６）の近くに設置されている。遮光素子（１８）は励起光反射用のミラーを有している。
【０００６】
投影素子（７）は、対物レンズ（５）と共に対象物面を、検出側の中間像面（８）へ結像させる。検出光学系（９）は検出器（１１）の均一照射に、そして拡大光学系（１３）はレーザ光の拡大に用いられる。
走査対物レンズ（１５）は、レーザ光を励起スポットの線運動に転換させる。励起管路内の鏡胴光学系（１７）は、対物レンズ（５）と共に励起側の中間像面（１６）を、対象物面（１）に結像させる。自動フォーカシングユニットであれば、試料薄層（１ａ）を対象物面（１）に自動照準することができる。
【０００７】
図２ｂ、図３ｂは、それぞれ矢印Ａ方向から見た図２ａ、図３ａの断面図であり、励起光路を示す。
光源としてはレーザ（１２）が用いられる。平行に揃えられたレーザ光の横断面は、拡大光学系（１３）によって拡大される。拡大された光線は、走査対物レンズ（１５）の光学ひとみ内に設置された走査ミラー（１４）に到達する。走査対物レンズ（１５）は、走査ミラー（１４）によって転向された光を、励起側の中間像面（１６）に集束させ、中間像面（１６）からの光は鏡胴光学系（１７）に入って平行化される。光は、遮光素子（１８）のミラー（１８ａ）で転向して対物レンズ（５）に到達し、それにより対象物面(試料面)（１）に集束される。このようにして対象物面（１）に小さな励起スポットが生成されるが、当スポットについては、走査ミラー（１４）を使って線上を往復運動させることができる。
【０００８】
横方向に対して所望の分解能が得られるようにするために、それに見合った小さな焦点直径（直径５μｍ）を構成するには、照射される開口径が十分な大きさを持っていなければならない（ＮＡ（開口数）＝０.１７）。
従って、レーザ光線の断面は、拡大光学系（１３）によって十分な大きさに拡大されなければならない。
【０００９】
対象物面（１）の励起スポットが、直線上を動けるようにするため、走査ミラー（１４）を、入射光および反射光の面に対して垂直または水平な軸（図２では１４ａ＝ｚ方向に平行な軸、図３ではｘ方向に平行な軸）の周りを、傾斜運動させる。
励起スポット（走査線）の動きと共に、試料をそれに対して垂直方向に直線運動させることによって、試料面全体を走査することができる。
【００１０】
走査対物レンズ（１５）および鏡胴光学系は、照射光が常に対物レンズの光学ひとみ（６）を完全に通過するように、即ち、必ずミラー（１８ａ）に完全に当たるように、相互間で調整を図らねばならない。
対物レンズ（５）、鏡胴光学系（１７）および走査対物レンズ（１５）が組み合わされることで、シータ関数条件が満たされる。即ち、走査ミラー（１４）の角度と対象物面の焦点位置間の関係は一次関数である。
【００１１】
励起光の対物レンズ（５）への入射は、遮光素子（１８）に固定されているミラー（１８ａ）からの反射により行なわれる。
対物レンズ（５）の開口部を通過した光がミラー（１８ａ）および遮光素子（１８）の面によって遮蔽されるのは一部だけなので、試料からの放射光(蛍光)は、ミラー（１８ａ）および遮光素子（１８）の側を通り過ぎて投影素子（７）に達し（図６参照）、そこから検出器にまで至っている。
励起光は、基板（２）の表面、および基板（２）の表面と管路（３）内の液体との界面にて反射する。励起光の入射角は、反射光束が検出光路から外れて、帯状遮光素子（１８）またはミラー自体に当たるように選択される。
【００１２】
図４ａ〜４ｄには不透光性の帯状遮光素子（１８）およびそれに保持されているミラーの配置可能性が描かれている。
図４ａは、励起光線が試料の中心部へ垂直に入射する場合の配置を示している。
この場合では走査線は、反射前の励起光線の動き（ｙ方向）と同じ方向にある。
図４ｂは図３と同様、励起光線が試料へ垂直に入射する場合の配置を示したものである。
この場合では走査線は、反射前の励起光線の動き（ｘ方向）に対して垂直方向にある。
【００１３】
図４ｃおよび４ｄは、励起光線が試料に対して斜めに入射し、入射光線と反射光線の間にズレが生じている配置である。
この場合では入射角は、反射光が帯状遮光素子（１８）によって進行が阻止されるように、または反射光が検出光路外に誘導されるように選択される。描かれた遮光素子全体をミラーとして構成してもよい。
基板表面または基板と液体間の界面で反射した励起光が検出光路外に出た場合には、それを検出器の方へ誘導することができる。
そうすることで、参照目的または検度目的用に出力を測定することができる。
【００１４】
図２および図３により検出光路を説明する。
対象物面（１）は、検出光路内の対物レンズ（５）および投影素子（７）を通って検出側の中間像面（８）に結像する。中間像面（８）のスリット式光線絞り（８ａ）は迷光の遮断に用いられる。検出器（１１）の前に設置された光学系（９）は、検出器表面（１１ａ）の均一照射の役割を担っている。
検出器の直前には、検出分光範囲を決定する帯域フィルタ（１０）が設置されている。
活性層（１ａ）から発生する蛍光は、対物レンズ（５）に集められ平行に揃えられる。
【００１５】
対物レンズの光学ひとみ（６）では、平行化された光束のうち一部が帯状に遮断される。その帯状体は、励起スポットが光学ひとみ（６）の中心を通って移動する対象物面上に描くラインと、平行な位置関係にある。
線走査のための光学装置では、帯状体の遮光および励起光の入反射は、必ずしも対物レンズの光学ひとみ内でなされなくてもよい。光束は、対象物面上で遮光帯状体と平行な方向に移動することができるが、それによって遮光作用が損なわれることはない。
帯状体の両側方では、光が自由に光学ひとみ（６）を通過できるので、蛍光検出にとって十分なだけの立体角が利用できる。
【００１６】
帯状体の遮光には次の二つの機能がある  ：
ａ）遮光領域では励起光の反射（１８）が行なわれる。
ｂ）励起光の照射により、活性層（１ａ）の保持基板（２）に向い合う管路側面（管路後壁（４））において、検出対象のスペクトル領域での蛍光が発生する。この光は検出器（１１）前の帯域フィルタ（１０）では遮断されず、またこの光は焦点ズレした励起光を光源としていて対象物面（１）には当たらないので、その放射光は、大部分が中間像面（８）のスリット式光線絞り（８ａ）で遮断される。帯状遮蔽体は、この光に対して、中間像面（８）内のスリット式光線絞り（８ａ）を越えた向う側に、付随的にシャドー域を形成する。管路後壁（４）からの蛍光が、検出器表面（１１ａ）にまで達するのは、光路構成素子における散乱の結果であり、間接的なものに限られる。
【００１７】
図５および６は、遮光における機能原理を図解し、光線絞りの可能な態様を示している。その場合の反射／遮光は内容的には図４ａおよび４ｂに描かれた態様に一致している。
図４の観察方向は、図５の矢印Ｂ方向に一致している。
光源が立体的に制限されていて、その光が対象物面に来ない場合、対象物面に対して共役関係にある像面に、遮蔽によりシャドー域が生成される。管路後壁（４）または基板表面に達した焦点ズレの励起スポット（１９）がそのような迷光の根源である。
【００１８】
遮光素子（１８）の大きさは、迷光に対する中核シャドー域（２１）が像面（８）に生じ、この中核シャドー域（２１）内に、励起焦点と共焦点である光線絞り（８ａ）が完全に入るように選定するのが理想である。
この場合では、対象物面からそれ相応に隔たった面の焦点ズレ励起スポット領域から生じた迷光（２２）は、間接的に、即ち光路構成素子における散乱という方法でしか、検出器表面（１１ａ）に到達することができなくなる。これに対し、対象物面（１）に集束する励起光線領域からの有効光線（２３）は、共焦点光線絞り（８ａ）で遮られることなく通過し、検出器表面（１１ａ）に到達できる。
【００１９】
迷光（２２）に対して良好な遮蔽効果を得るためには、中核シャドー域が十分に大きくなければならず、いずれの場合でも共焦点光線絞りの開口部よりも大きくなくてはならない。
即ち、ピンホール形式の場合では遮蔽部の開口径は励起光路の開口径より大きくなくてはならない。
【００２０】
共焦点光線絞りがスリットとして形成されている場合、スリット通過方向に対する垂直面では、遮蔽部の開口径は励起光路の開口径より大きくなくてはならない。スリットに平行な面については、開口部は完全に遮蔽されていなければならない。
像面における回折限界スポットの大きさの１０倍に相当するスリット幅の場合では、遮蔽部の球欠開口径は、励起光路の開口径より５〜１０％大きくしなければならない。
【００２１】
図６は、遮光素子（１８）としての可能な形態を示したものである。
図６ａは、励起スポットの像が、像面（８）で移動しない場合の遮光素子形態を示している。これは試料を走査すべきでない場合、または励起光および有効光線を走査ミラー（１４）で転向させる場合に適用される。この場合は、光学ひとみの中央部だけが遮蔽されている。当該例の共焦点光線絞り（８ａ）はピンホールである。
【００２２】
図６ｂは、図５と同様、軸の周りだけを傾斜運動する走査ミラー（１４）によって励起光のみ転向させる場合の遮光素子形態を示している。
帯状遮蔽体（１８）は、対象物面で往復運動する励起スポットの描く走査線に平行でなければならない。この場合共焦点光線絞り（８ａ）は、そのスリットが同じく対象物面における励起スポットの運動方向に平行なスリット式素子として形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料の幾何学断面
【図２】走査線がＸ方向に形成される場合の光路
【図３】走査線がＹ方向に形成される場合の光路
【図４】（４ａ）〜（４ｄ）に入反射の可能性の態様を示す
【図５】遮光機能の原理図
【図６】光学ひとみの横断面
【符号の説明】
１ａ    薄層
２      ガラス基板
３      管路
４      管路後壁
５      対物レンズ
６      光学ひとみ
【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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