(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査顕微鏡の照明光路（８）および検出光路（１５）内にモジュールとして組み込むための光学要素（４０）であって、ビームスプリッター（１１）と、照明ピンホール（１０）と、検出ピンホール（１６）と、参照検出器（１８）と、ケーシング（４１）とを含んでいる前記光学要素（４０）において、
前記ビームスプリッター（１１）が、試料（１４）を照明するために光を前記照明光路（８）内へ誘導し、その際光の一部が前記ビームスプリッター（１１）を通過して前記参照検出器（１８）に供給され、前記試料（１４）から来る光も前記ビームスプリッター（１１）によって検出光として検出器（１７）に供給可能であり、
前記ケーシング（４１）内に、実質的に偏光と波長に依存しない前記ビームスプリッター（１１）と、前記照明ピンホール（１０）と、前記検出ピンホール（１６）と、前記参照検出器（１８）とが配置され、
前記ビームスプリッター（１１）の偏光非依存性を得るため、照明光が前記ビームスプリッター（１１）の垂直線（２９）に対し１゜ないし３０゜の角度（α／２）で該ビームスプリッターに当たるように、前記光学要素（４０）が前記照明光路（８）内および前記検出光路（１５）内に配置され、前記ビームスプリッター（１１）は、数ミリメートルの厚さと、パラレルな基板面と、反射被覆部（３１）とを備えた基板（３０）として形成され、
前記ビームスプリッター（１１）に前記走査顕微鏡の光源の照明光が供給され、該光源が、少なくとも１つのレーザー（１）と、微細構造化された材料から成る光学要素（４）とを含み、該光学要素（４）に前記レーザー（１）の光をカップリング可能であり、且つこの光学要素（４）からスペクトル拡散する照明光が出射される、
ようにした光学要素（４０）。
【請求項２】
前記ビームスプリッター（１１）と前記照明ピンホール（１０）と前記検出ピンホール（１６）とにそれぞれ少なくとも１つの位置調整手段（４６）が付設されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
前記参照検出器（１８）が、前記ビームスプリッター（１１）を通過する光を決定する参照光線（３９）内に配置され、該参照光線（３９）の光から電子制御装置（２０）へ伝送可能な電子量を求めることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学要素。
【請求項４】
前記電子制御装置（２０）が波長および／または強度選択手段（７）と接続され、前記電子制御装置（２０）は、前記試料（１４）に常に一定の光パワーが当たるように前記照明光の強度を制御することを特徴とする、請求項３に記載の光学要素。
【請求項５】
前記ケーシング（４１）が前記照明光路（８）内および前記検出光路（１５）内に挿入され、前記ビームスプリッター（１１）が前記照明光路（８）および前記検出光路（１５）に対し位置固定して配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の光学要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査顕微鏡の照明光路および検出光路内にモジュールとして組み込むための光学要素に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許第０４９５９３０号公報には、多色蛍光用共焦点顕微鏡システムが開示されている。この顕微鏡システムの検出光路および照明光路内には、複数の波長範囲を通過させるダイクロイックミラーが設けられている。しかし、この公報に開示されているダイクロイックミラーは特定の波長範囲に対してのみ構成されているにすぎない。他の波長範囲の組み合わせで検査を行いたい必要がある場合には、ダイクロイックミラーを、この波長範囲の組み合わせに適したダイクロイックミラーと交換しなければならない。これは装置の柔軟な適用性をかなり制限するものである。
【０００３】
ドイツ特許公開第１９８２９９５４号公報は、レーザー走査顕微鏡におけるビームスプリッターを開示している。このレーザー走査顕微鏡光路内にあるビームスプリッターは、励起光路と放射光路とを分割するために用いられる。ビームスプリッターは交換可能な色ガラスからなっているので有利である。色ガラスを交換するために、色ガラスは部分リボルバー上に配置され、使用目的に応じて光路内へ回動せしめられる。しかしこの装置の欠点は、レーザー走査顕微鏡の光路内に設けられている光学要素を交換する場合、しばしば後調整の必要があることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、走査顕微鏡の照明光路および検出光路内にモジュールとして組み込むための光学要素において、種々の波長および（または）波長範囲で試料の検査を可能にすることである。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、走査顕微鏡の照明光路および検出光路内にモジュールとして組み込むための光学要素であって、ビームスプリッターと、照明ピンホールと、検出ピンホールと、参照検出器と、ケーシングとを含んでいる前記光学要素において、前記ビームスプリッターが、試料を照明するために光を前記照明光路内へ誘導し、その際光の一部が前記ビームスプリッターを通過して前記参照検出器に供給され、前記試料から来る光も前記ビームスプリッターによって検出光として検出器に供給可能であり、前記ケーシング内に、実質的に偏光と波長に依存しない前記ビームスプリッターと、前記照明ピンホールと、前記検出ピンホールと、前記参照検出器とが配置され、前記ビームスプリッターの偏光非依存性を得るため、照明光が前記ビームスプリッターの垂直線に対し１゜ないし３０゜の角度で該ビームスプリッターに当たるように、前記光学要素が前記照明光路内および前記検出光路内に配置され、前記ビームスプリッターは、数ミリメートルの厚さと、パラレルな基板面と、反射被覆部とを備えた基板として形成され、前記ビームスプリッターに前記走査顕微鏡の光源の照明光が供給され、該光源が、少なくとも１つのレーザーと、微細構造化された材料から成る光学要素とを含み、該光学要素に前記レーザーの光をカップリング可能であり、且つこの光学要素からスペクトル拡散する照明光が出射されることを特徴とするものである。
【０００８】
光学要素をケーシングと統合させてモジュールとして顕微鏡、特に走査顕微鏡に組み込むことは有利である。光学要素はビームスプリッターと、照明ピンホールと、検出ピンホールと、参照検出器とを有している。光学要素は、照明光がビームスプリッターの垂直線に対し偏光効果が最小になるような角度で当たるように走査顕微鏡の照明光路および検査光路内に配置されている。
【０００９】
さらに、ビームスプリッターと照明ピンホールと検出ピンホールにそれぞれ少なくとも１つの位置調整手段が付設されているのが有利である。
有利な構成では、ビームスプリッターは基板と反射被覆部とを有している。
【００１０】
また、本発明による光学要素は走査顕微鏡に取り付けることができる。走査顕微鏡は、少なくとも１つのレーザーと、レーザーの光をカップリング可能な微細構造化された材料とから構成される光源を有している。特に有利な構成は、参照検出器が、ビームスプリッターを通過する光を決定する参照光線のなかに配置されていることである。参照検出器は、参照ビームの光から、電子制御装置に送ることのできる電子量を検出する。この電子量に応じて、試料に常に一定の光パワーが存在するように光源の強度が制御される。
【００１１】
他の構成によれば、光学要素がケーシングにより取り囲まれているのが有利である。これにより、ケーシング内での個々の構成要素の位置狂いおよび（または）損傷を十分防止できる。ケーシングは、照明光を入射させるための第１の開口部と、照明光を射出させ、検出光を入射させる第２の開口部と、検出光を射出させるための第３の開口部とを有している。照明ピンホールは第１の開口部に付設され、検出ピンホールは第３の開口部に付設されている。さらに、ビームスプリッターは照明光路および検出光路に対し位置固定して配置されている。
【００１２】
本発明の他の有利な構成は従属項から明らかになる。
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１は共焦点顕微鏡を示すもので、この共焦点顕微鏡は、パルスレーザー１によって生じたレーザーパルスをスペクトル拡散させるために光学要素４を使用する。パルスレーザー１は、光学要素４によって誘導されるパルスレーザー光線２を決定する。光学要素４は"photonic-band-gap-material"であり、或いは適宜微細構造化されたファイバーであり、或いは通常のテーパー化された(getapert)ファイバーである。ファイバーを使用する場合、レーザー光線２はカップリング光学系３によりファイバーにカップリングされる。光学要素４からはスペクトル広帯域照明光６が出力され、この照明光６は第１の光学系５により波長および（または）強度選択手段７に送られる。選択された波長または波長範囲は、照明光８として第２の光学系９により照明ピンホール１０に結像される。その後照明光８はビームスプリッター１１にあたる。ビームスプリッター１１からスペクトル広帯域照明光８はスキャンミラー１２に達する。スキャンミラー１２の下流側には対物レンズ１３が設けられ、対物レンズ１３は照明光８を試料１４に結像させる。試料１４によって反射し、または試料から走出された光は、観察光路または検出光１５を決定する。検出光１５は、検出器１７の前に着座している検出ピンホール１６に結像される。光学要素４により、試料１４の検査に必要なレーザー光を所望のスペクトルまたは波長範囲に応じて生じさせることが可能である。波長および（または）強度選択手段７は、たとえばＳＰモジュールとして、或いはスライド可能で且つ幅を調整可能なギャップを備えた２つのプリズムの組み合わせとして構成されていてよい。これにより使用者は、試料１４を検査するために必要な波長または波長範囲を簡単に選択することができる。
【００１４】
すでに述べたように、ビームスプリッター１１は光をスキャンミラー１２へ誘導する。光の一部分はビームスプリッター１１を通過し、光損失量を決定する。この光成分は、観察または測定のために損失されたものである。この理由から、参照検出器１８がビームスプリッター１１を通過する照明光８に割り当てられている。参照検出器１８は損失光量を決定し、これから電子制御装置２０へ誘導される電子量を求める。電子制御装置２０は波長および（または）強度選択手段７に接続されている。波長および（または）強度選択手段７は、試料１４に常に一定の光パワーが当たるように照明光８の強度を制御する。たとえば、光パワーを安定させるための制御ループを設け、この制御ループが顕微鏡の光路内の光パワーを寄生的に測定して、たとえば強度選択手段７として音響光学要素または電子光学要素を用いて試料照明光パワーを一定に保持するようにしてよい。この目的のため、ＬＣＤ減衰器を使用してもよい。
【００１５】
ビームスプリッター１１は照明光８と検出光１５に作用し、偏光と波長に依存しないビームスプリッターとして構成され、位置固定して配置されている。図２には、照明ピンホール１０と検出ピンホール１６に対するビームスプリッター１１の空間的状態が図示されている。ビームスプリッター１１は基板３０からなり、基板３０の片側には被覆部３１が被着されている。基板３０はたとえばガラスまたは水晶からなっている。基板の厚さは数ミリメートルであり、以下に述べるように絞り３２,３３による二次反射３５,３６を一義的に減少させる。さらに基板面は、プリズム効果を回避するため、よって色収差を回避するため、できるだけパラレルである必要がある。被覆部３１はたとえば銀またはアルミニウムからなっており、場合によっては保護層（図示せず）を備えていてもよい。ビームスプリッター１１は、照明光８がまず該ビームスプリッター１１の被覆部３１に当たるように光路内に配置されている。ビームスプリッター１１に対する垂直線２９に対し照明光８は小さな角度α／２を有している。角度α／２は１゜と３０゜の間にあり、偏光効果を回避するためには十分な角度である。照明光８の大部分は被覆部により同様に角度α／２で反射し、これにより照明光８は試料１４の方向へ転向せしめられる。照明光８の小成分はビームスプリッター１１を通過して参照光線３９を決定する。参照光線３９は、ビームスプリッター１１を出た後、参照検出器１８に当たる。参照検出器１８は前述したように（図１）使用される。参照検出器１８の前には絞り３３が設けられている。ビームスプリッター１１に入射する照明光８の一部分は１回または複数回反射した後にビームスプリッター１１から出るので、参照光線３９に平行にずれた反射光３５が生じる。この反射光３５は絞り３３により参照検出器１８に当たらない。同様にビームスプリッター１１の、被覆部３１を有している側には、反射光３６が発生し、この反射光３６は照明光８に対し平行にずれている。この反射光３６も絞り３２により照明光８から離間せしめられる。照明光８が試料へ向かう経路と同じ経路上を検出光１５は戻り、被覆部３１と基板３０を通過し、ビームスプリッター１１から出た後、検出ピンホール１６に当たる。すでに述べたように、ここでもビームスプリッター１１により反射光３７が生じ、この反射光３７は検出光１５に対し平行にずれている。この反射光３７は、検出器１７（図１を参照）に達する以前に検出ピンホール１６により絞られる。
【００１６】
図３に図示したビームスプリッター１１は、すでに図２に図示した構成要素を補助的に備えており、すなわち共焦点走査顕微鏡の光路に挿入することができるただ１つの光学要素４０を備えている。光学要素４０はケーシング４１を有し、ケーシング４１は、ビームスプリッター１１と、照明ピンホール１０と、検出ピンホール１６と、絞り３３を付設した参照検出器１８と、被覆部３１で反射した後の照明光８内に設けられた絞り３２とを取り囲んでいる。ケーシング４１は第１の開口部４８を有しており、この開口部４８を通じて照明光８は光学要素４０内へ達する。さらに第２の開口部４９がケーシング４１に設けられ、この開口部４９を通じて、基板３０の被覆部３１によって反射した照明光８はケーシング４１から出て、試料１４に達する。試料１４から反射および（または）放出された検出光１５は、第２の開口部４９を通じて再びケーシング４１内へ達する。ケーシング４１に設けた第３の開口部５０を通じて、ビームスプリッター１１を通過した検出光１５が検出ピンホール１６を介して検出器１７（図１を参照）に達する。参照検出器１８は、ビームスプリッター１１の対し位置固定してケーシング４１内に配置されている。ビームスプリッター１１は保持部４２によりケーシング４１に取り付けられている。ビームスプリッター１１の保持部４２には少なくとも１つの位置調整手段４６が作用し、これによりビームスプリッター１１の正確な位置調整または位置決めが可能である。照明ピンホール１０と検出ピンホール１６とはそれぞれ保持部４４によりケーシング４１内に取り付けられている。両保持部４４にも同様にそれぞれ位置調整手段４６が作用し、これにより照明ピンホール１０または検出ピンホール１６の正確な方向を設定できる。位置調整手段４６は、たとえば使用者が手で変位できるように構成してよい。さらに、位置調整手段４６を電気機械的にまたは他の手段で自動的に変位可能に構成してもよい。位置調整手段４６の制御はコンピュータ（図示せず）によって行なうことができる。光線を分割させるために必要な手段を光学要素４０に統合すると、使用者が使用する走査顕微鏡の構成に応じて光学要素４０を走査顕微鏡に装着できるので、特に有利である。また、ビームスプリッター１１、照明ピンホール１０および検出ピンホール１６のような種々の構成要素がケーシング４１によって取り囲まれているので、これら構成要素の方向が不注意で狂うことがない。
【００１７】
以上本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本願の特許請求の範囲の権利保護範囲を逸脱することなく、種々の変更および改変を行なってもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配置構成を備えた共焦点顕微鏡の概略図である。
【図２】照明光および検出光に対するビームスプリッターの空間的配置構成を示す図である。
【図３】本発明によるビームスプリッターモジュールの概略図である。
【符号の説明】
１            パルスレーザー
２            パルスレーザー光線
３            カップリング光学系
４            光学要素
５            第１の光学系
６            スペクトル広帯域照明光
７            波長および（または）強度選択手段
８            照明光
９            第２の光学系
１０            照明ピンホール
１１            ビームスプリッター
１２            スキャンミラー
１３            対物レンズ
１４            試料
１５            検出光
１６            検出ピンホール
１７            検出器
１８            参照検出器
２０            電子制御装置
２９            ビームスプリッター１１に対する垂直線
３０            基板
３１            被覆部
３２            絞り
３３            絞り
３５            反射光
３６            反射光
３９            参照光線
４０            光学要素
４１            ケーシング
４２            保持部
４４            保持部
４６            位置調整手段
４８            第１の開口部
４９            第２の開口部
５０            第３の開口部
【図１】
0004898023.tif 000002
【図２】
0004898023.tif 000003
【図３】
0004898023.tif 000004