(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点走査顕微鏡における光線（１）のスペクトル領域の光の選択と検出を行うための光学装置であって、
検出光路（１５）において、光線（１）をスペクトル分解する手段（２）が検出ピンホール（１６）に後置され、予め設定可能なスペクトル領域（４）を選択する手段（３）が、光線（１）をスペクトル分解する前記手段（２）に後置され、検出装置（５）が、予め設定可能なスペクトル領域（４）を選択する前記手段（３）に後置されており、
検出すべきスペクトル領域（４、１８）に作用を及ぼすために、スペクトル分解された光線（１９）と前記検出装置（５）とが互いに相対的位置変化可能に構成されている、前記光学装置において、
光線（１）をスペクトル分解する前記手段（２）が、プリズム、または反射回折格子、または透過回折格子であり、
スペクトル分解された前記光線（１９）と前記検出装置（５）の間の相対的位置変化が、前記検出光路（１５）において前記検出ピンホール（１６）の後で且つ光線（１）をスペクトル分解する前記手段（２）の前に配置された鏡（２１）の角度変化と、該角度変化と同時の前記検出装置（５）の位置変化により行われる
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
スペクトル分解された前記光線（１９）と前記検出装置（５）の間の相対的位置変化が、スペクトル選択された前記領域（４）の始まりの波長及び／又は終りの波長の変化を生じさせる、ことを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記検出装置（５）が直線または曲線状に進む、ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
スペクトル分解された前記光線（１９）と前記検出装置（５）の間の相対的位置変化が、前記共焦点走査顕微鏡のラスター走査と同期される、ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に関し、特に光線をスペクトル分解する手段と、予め定められたスペクトル領域を選択する手段と、検出装置とを備え、特に共焦点走査顕微鏡における光線のスペクトル領域の光の選択と検出を行う光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置として、ドイツ特許公開DE-A-4330347とDE-A-19902625が知られている。
これらの装置は好ましくは共焦点レーザ走査顕微鏡の光路に組み込まれる。
この際、検出ピンホールを通過した光線はスペクトル分解のための装置を用いてスペクトル的に扇状に広げられる。スペクトルが扇状に広げられた光線の一部は、次いで、第一の可変装置のミラー絞り（ピンホールないしスリット）装置（Spiegelblendenanordnung）を通過できる。対応するスペクトル領域は次いで一つの検出器によって検出される。
第一のミラー絞り装置に入射した、扇状に広げられた光線の部分は、他のミラー絞り装置へと反射される。
第一のミラー絞り装置上で反射された、スペクトル的に扇状に広げられた光線の一部が他のミラー絞り装置上も通過し、それが他の検出器によって検出される。残った部分は、他のミラー絞り装置によって第三の検出器へと反射され、場合によっては、その上流に他のミラー絞り装置が配置される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
公知の光学装置は、多くの検出チャネルを種々のスペクトル領域の検出に使う。
各検出チャネルには、通常は固有の検出器が装備されており、そのため一部ではあるがかなり高価になることが不可避である。
公知の光学装置を用いると、更に同時にかなり多くのスペクトル領域を検出することができるが、しかし多数の狭帯域スペクトル領域の検出は公知の装置を用いても同時には容易に可能でない。
特に、例えば500ｎｍから800ｎｍまでの全スペクトル領域を5ｎｍステップで検出すとき、可変装置のミラー絞り装置が必要になり、このため比較的多くの時間を必要とする。
【０００４】
それゆえ、本発明は、掲記した装置の上述の問題点を解消するよう改良することを課題とする。即ち、より具体的には、本発明は、検出すべきスペクトル領域からより多くの狭帯域スペクトル領域をできるだけ隙間なく、かつ可変で調節可能なステップで、走査できるようにし、高速で検出できるようにすることを課題とする。
【０００５】
本発明は、その第１の視点において、特許請求の範囲請求項１の特徴によって、上述の課題を解決する。即ち、共焦点走査顕微鏡における光線のスペクトル領域の光の選択と検出を行うための光学装置であって、検出光路において、光線をスペクトル分解する手段が検出ピンホールに後置され、予め設定可能なスペクトル領域を選択する手段が、光線をスペクトル分解する前記手段に後置され、検出装置が、予め設定可能なスペクトル領域を選択する前記手段に後置されており、検出すべきスペクトル領域に作用を及ぼすために、スペクトル分解された光線と前記検出装置とが互いに相対的位置変化可能に構成されている、前記光学装置において、光線をスペクトル分解する前記手段が、プリズム、または反射回折格子、または透過回折格子であり、スペクトル分解された前記光線と前記検出装置の間の相対的位置変化が、前記検出光路において前記検出ピンホールの後で且つ光線をスペクトル分解する前記手段の前に配置された鏡の角度変化と、該角度変化と同時の前記検出装置の位置変化により行われる、ことを特徴とする。それにより、速くて可変なスペクトル検出が可能となり、同時に安価が実現する。さらに、本願の従属請求項によって、本発明の各形態が特徴づけられる。ここに、その引照をもって、記載を省略する。尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、本発明を後続段落で説明する実施例に限定するものではないことを付言する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
速くて可変なスペクトル検出は相対的な位置変化によって、しかも少なくとも毎度ミラー絞り（ピンホール）装置(Spiegelblende)を機械的に動かすことなく、達成することができるということが、本発明に従って最初に認識される。設定領域の選択のための装置によりスペクトル領域の変化を用いた方法よりも、この相対的な位置変化によって、有利な仕方で、スペクトル検出領域を非常に速く調整することが可能であり、それによって検出時間が減少する。例えば、特に、5ｎｍの狭帯域スペクトル検出領域の選択の際には、相対的位置変化に基づいて、広がったスペクトル領域を、この調整された狭帯域スペクトル領域を用いて5ｎｍずつのステップで検出することができる。
【０００７】
好ましいー実施形態においては検出装置は一つの検出器しか含まない。
この検出器の場合、例えば、光電子増倍管が問題になるときは、フォトダイオード、特にアバランシェ・フォトダイオードの使用も考えられる。スペクトル分解された光線と検出装置の相対的位置変化に基づいて、より多くの検出器の投入が有利な方法で放棄でき、そのために製造価格が非常に減少する。最終的に、二つ、三つまたは四つの検出器が節約されるばかりでなく、対応する周辺装置を用いて、一部、費用のかかる電力供給や選択装置が節約される。その他に、更に、多くの検出器や設定したスペクトル領域の選択のための装置という複雑な空間装置が行われないので、より有利な方法で製造が著しく単純化される。
【０００８】
スペクトル分解した光線と検出装置の間の、本発明に従った相対的位置変化は、スペクトル選択領域の初めと終わりの波長の変化を生じさせる。もし例えばスペクトル分解した光線が、相対的に検出装置に対して横方向に変位すると、検出器はこの変位に向かって、異なった初めと終わりの波長を示す、スペクトル領域を「見る」ことになる。スペクトル分解のための装置の分散特性が小さいとき、この例では、設定されたスペクトル領域の選択のための装置の状態が相対的に検出器に対して変わらないので、検出すべきスペクトル領域の幅は変わらない。
したがって、スペクトル分解した光線と検出装置の間の相対的位置変更を実行する一層多くの可能性が存在する。
【０００９】
第一の実施形態においては、相対的位置変化のために少なくとも光路に配置された光学部品を回転させるかまたは変位させられる。光学部品については、特に鏡が問題になる。光路に配置された鏡を回転すると、光束コリメート用レンズの瞳中の検出すべき光束を傾けることができる。回転する鏡はコリメート用レンズの検出光線に調整しなければならない。回転または変位された光学部品はスペクトル分解のための装置の前の検出光路中に配置される。コリメート用レンズの瞳中の光束の傾きは、検出装置上に当たるスペクトル分解された光線の横方向変位を生じさせる。
【００１０】
別の実施形態においては、スペクトル分解のために装置の回転または変位によって、スペクトル分解した光線と検出装置の間に相対的位置変化が起こる。これによって、スペクトル分解された光線も、検出装置に相対的に変位され、変えられる。
【００１１】
光学部品またはスペクトル分解のための装置は、回転及び変位（スライド）させることができる。そのとき、これによって、光学部品またはスペクトル分解のための装置の傾きが生じる-回転軸の装置と変位の形態に依存する。
【００１２】
スペクトル分解のための装置と上述の光学部品の回転は、検流計の使用によって行われる。回転すべき部品は直接検流計に結合できる。特に、これはその機械的な回転軸上に固定される。この代わりに、回転すべき部品の回転は、ピエゾ素子の投入によって行われる。この回転は機械的なてこを介して実現される。この場合、例えば、このてこは回転軸に相対的に半径方向に進み、このピエゾ素子は固定式ケースと機械的なてこの間で作用する。この際、ケースの回転には二つの逆の回転方向が必要である。その際、ピエゾ素子が押すことも引くこともできるような、ピエゾ素子が機械的なてこに連結される。
【００１３】
スペクトル分解された光線と検出装置の間の相対的位置変化は検出装置の相対運動によって起こるということが、他の実施形態で用意される。この際、検出装置の相対運動は直線的または曲線状に起こり得る。一般に、設定したスペクトル領域の選択のための装置は-それ故、例えば、スリット装置は、検出装置と一緒に運動する。検出装置の有効面積よりも小さな距離を越えた相対運動の場合は、有利な方法で設定されたスペクトル領域の選択のための装置を単に動かすことができる。
【００１４】
少なくとも二つの光学部品の角度と位置変化の組み合わせによって、スペクトル分解された光線と検出装置の間の相対的位置変化が、特に有利な方法で起こる。組み合わせ及び同時位置変化によって、例えば、回転鏡は検出装置の相対運動を具備した回転鏡によって、変化するスペクトル検出調整の際に、速い検出が可能である。したがって、光線中に配置された光学部品とスペクトル分解のための装置と検出装置を組み合わせると、そのつど角度と位置変更を実行することができる。その際、その時々の角度と位置変化の周波数はお互いに関係がある。例えば、第一の部品の二倍の周波数でもって第二の部品は回転し、第一の部品の回転運動の三倍の周波数でもって検出装置は運動する。
【００１５】
スペクトル分解のための装置としてプリズム、反射回折格子、または透過回折格子がある。スペクトル分解のためのプリズムの使用は、回折格子と比較してプリズムの場合は迷光の割合が少ないという長所を持っているので、スペクトル分解のためにプリズムが発明に応じた装置に対して他よりも好まれる。迷光の割合が検出器側で副次的な役割しか演じないとき、反射または透過回折格子が他より好まれる。しかし、スペクトル分解のための装置-それ故回折格子-は、寸法がより小さいため、高周波数でもって回転または変位するであろう。
【００１６】
特により好ましい実施形態においては、スペクトル分解された光線と、共焦点走査型顕微鏡のラスター事象を持つ検出装置の間の相対的位置変化は同期可能である。これによって、スペクトル検出は、走査事象の間に、共焦点走査型顕微鏡のその時々のラスター位置に属しているときは変えられる。それによって、各物点に対して特に有利な方法で、物点から放出された蛍光光のスペクトル分散が検出できる。
【００１７】
全ての検出すべきスペクトル領域が検出されるまで、その度ごとに走査されて、共焦点走査型顕微鏡を用いて、異なったスペクトル検出位置で物体の一つの区間の走査が繰り返される。そのとき、はじめて、すぐ次の物体区間が走査される。物体の区間は、点、線、直線、面、または三次元領域であっても良い。例えば、スペクトル検出領域が5ｎｍの幅を示すよう（即ち走査ピッチ５ｎｍとなるよう）に、線状走査が構成される。検出のために処理できるスペクトル領域は例えば全体で500ｎｍから800ｎｍまでに及ぶ。今、設定可能なスペクトル検出領域は、直線状走査の初めに、検出器が500ｎｍから505ｎｍまでのスペクトル領域を検出するように調整されるものとする。走査線が物体を1回走査した後、スペクトル分解した光線と検出装置の相対的位置変化によって505ｎｍから510ｎｍまでの検出すべきスペクトル領域が調整され、これが検出器によって検出される。5ｎｍから間断なく最高の検出すべき800ｎｍの波長まで、設定されたスペクトル領域の検出光が検出されるまで、物体の同一の線が何度も走査される、ことが予定される。この作動の仕方は任意に成形された線または曲線の場合にも考えられる。面に関しては、矩形または任意の境界がある二次元領域がある。
【００１８】
スペクトル分解した光線と検出装置の間の相対的位置変化の共焦点走査型顕微鏡のラスター事象との同期は、有利な方法で、走査型顕微鏡に関連する光の波長の選択も包含する。例えば、共焦点蛍光走査型顕微鏡の場合には、その時々の調整されたスペクトル検出領域の光に合った上述の線状走査に対して、このスペクトル検出領域に対して問題になる蛍光色素の対応する励起波長が走査型顕微鏡中に励起される、と考えられる。対応する波長の光の結合は、音響-光学部品、例えばAOTF（音響光学同調可能フィルタ）またはAOBS（音響光学ミラー絞り装置）を用いて行われる。AOTFまたはAOBSを用いると、一定の波長の光を選択的に共焦点走査型顕微鏡中に結合することが可能である。その際、2-3の波長の光も同時に励起され、その時々の波長の光の光出力がAOTFまたはAOBSを用いて調整できる。図を手がかりにした発明のより好ましい実施例の説明と関連して、一般に、ゲージの優先的開発や進展も説明される。図には次のことが示される。
【００１９】
図１は、発明に従った光学装置の実施例の模式的表現である。
【００２０】
図１は共焦点走査型顕微鏡における光線1のスペクトル領域の選択と検出のための光学装置を示し、光線1のスペクトル分解のための装置2、設定したスペクトル領域4の選択のための装置3、検出装置5を具備する。
【００２１】
図１に示された共焦点走査型顕微鏡の場合、レーザ光源7のレーザ光6はAOTF 8を用いて共焦点走査型顕微鏡の照明光路9中に入射結合される。入射結合されないレーザ光は光線トラップ10によって吸収される。入射結合されたレーザ光9は2色性のミラー絞り装置11上で光線偏向装置（ミラー）12まで反射される。その際、照明光9は二つの本質的に垂直な互いに一定の方向に偏光される。照明光は顕微鏡光学系13を通過し、図に示された蛍光物体14を照明する。蛍光物体14から放射された蛍光光15は逆の順番に2色性ミラー絞り装置11まで光路を通過する。
【００２２】
励起ピンホール17の平面に対応する焦点面に配置されている、検出ピンホール16を通過後、蛍光光15と1は他の検出のために発明に従った光学装置によって更に処理される。
【００２３】
本発明に従って、検出すべきスペクトル領域４と18に影響（作用）を及ぼすために、スペクトル分解された光線19と検出装置5は相対的に互いにそれらの位置が可変に構成されている。検出装置5は唯一の検出器20を含む。
【００２４】
スペクトル分解された光線19と検出装置5の間の相対的位置変化は、スペクトル選択した領域4の最初と最後の波長の変化を引き起こす。相対的位置変化は検出光路15に配置された鏡21の回転によって行われる。鏡21はスペクトル分解のために装置2の前に配置される。鏡21の回転は、図面に垂直に伸びた回転軸（図示せず）の回りで行われる。
【００２５】
スペクトル分解された光線19と検出装置5の間の相対的位置変化のために、更に検出装置5の相対運動が考慮に入れられる。検出装置5は方向22に沿って往復運動できる。それゆえ、検出器5と選択装置3は設定した領域4の選択のために共に相互に対して変位する。
【００２６】
この実施例では、そのため、二つの光学部品、鏡21と検出装置5に、角度と長さの組み合わせの変位を与える。この際、検出装置5の運動は鏡21の回転運動と比較してゆっくり行われる。
【００２７】
プリズム2が光線15のスペクトル分解のために用いられる。
【００２８】
結合関係（結合制御系）23を使って、スペクトル分解された光線19と検出装置5の間の相対的位置変化が共焦点走査型顕微鏡のラスター事象と同期できる。光線偏向装置12の現在の位置は、同期のための結合制御系23を経由して共焦点走査型顕微鏡の制御計算機に引き渡され、制御装置は光線偏向装置の実際の光線位置に依存して鏡21と検出装置5を動かす。共焦点走査型顕微鏡の制御計算機24も制御系23を経由してAOTF8の制御装置25に結合される。それゆえ、スペクトル分解した光線19と検出装置5の間の相対変化のために、走査型顕微鏡中で励起すべき光の波長の選択も同時に可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光学装置は、検出すべきスペクトル領域からより多くの狭帯域スペクトル領域をできるだけ隙間なくかつ可変で調節可能なステップで走査し、非常に高速で短時間に検出できる。その結果、走査効率ないしコストの低減を達成する。各従属請求項の特徴によって、さらに付加的な具体的効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】1：レーザ光
2：光線1のスペクトル分解のための手段（プリズム）
3：予め定められたスペクトル領域選択のための手段
4：予め定められたスペクトル領域
5：検出装置
6：レーザ光
7：レーザ光源
8：音響光学同調可能フィルタ
9：照明光路
10：光学トラップ
11：二色性ミラー絞り装置
12：光線偏向装置
13：顕微鏡光学系
14：蛍光物体
15：蛍光光
16：検出ピンホール
17：励起ピンホール
18：スペクトル領域
19：スペクトル領域
20：検出器
21：鏡
22：検出装置運動方向
23：同期結合制御系
24：制御計算機
25：制御装置
【図１】
0004890691.tif 000002