(57)【要約】      （修正有）【課題】放射、好ましくはレーザ放射を、少なくとも二次元で偏向する走査ユニットを有する走査ヘッドに結合するための配置。【解決手段】放射、好ましくはレーザ放射が、顕微鏡Ｍの対物レンズ４を通じて対象物５に焦点合せされ、少なくとも一つの可視光線ファイバ１４を通じて走査ヘッドＳが結合され、走査ヘッドにおけるファイバ端部において、ファイバ端部で発散して出る放射をコリメートするためのコリメート・レンズ１６が配置されており、放射、好ましくはレーザ放射を、少なくとも二次元で偏向する走査ユニット３４を有する走査ヘッドＳに結合するための配置、走査ユニット付顕微鏡、および操作方法。【選択図】図２
2009080502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射、好ましくはレーザ放射が、顕微鏡の対物レンズを通じて対象物に焦点合せされ、少なくとも一つの可視光線ファイバを通じて走査ヘッドが結合され、走査ヘッドにおけるファイバ端部において、ファイバ端部で発散して出る放射をコリメートするためのコリメート・レンズが配置されており、少なくとも二次元で偏向する走査ユニットを有し、コリメート・レンズが、そのファイバ端部までの距離を変えるために移動するように形成されている、放射、好ましくはレーザ放射を、走査ヘッドに結合するための配置。
【請求項２】
さまざまな波長および／または波長領域のために、結合が複数のファイバを通じて行われ、そのつどさまざまなコリメート・レンズがファイバ出口に取り付けられている、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
一つのファイバを通じた複数の波長の結合された放射、および／またはさまざまな色収差のために、コリメート・レンズの波長に応じた移動がなされる、請求項１に記載の配置を操作するための方法。
【請求項４】
一つの波長のために、コリメート・レンズの移動によって、焦点位置の調整が二次元偏向に垂直な方向に行われる、請求項１に記載の配置を操作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ユニット付き顕微鏡における放射を走査ヘッドに結合するための配置およびその操作方法に関する。
【特許文献１】特開平０４−３４９６７８
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明は、放射、好ましくはレーザ放射が、顕微鏡の対物レンズを通じて対象物に焦点合せされ、少なくとも一つの可視光線ファイバを通じて走査ヘッドが結合され、走査ヘッドにおけるファイバ端部において、ファイバ端部で発散して出る放射をコリメートするためのコリメート・レンズが、そのファイバ端部までの距離を変えるために移動できるように配置されており、放射、好ましくはレーザ放射を、少なくとも二次元で偏向する走査ユニットを有する走査ヘッドに結合するための配置である。
【０００３】
放射の走査ヘッドへの結合が、さまざまな波長および／または波長領域のために、複数のファイバを通じて行われ、そのつどさまざまなコリメート・レンズがファイバ出口に取り付けられている配置。
【０００４】
一つのファイバを通じた複数の波長の結合された放射、および／またはさまざまな色収差のために、コリメート・レンズの波長に応じた移動ができるように操作するための方法。
【０００５】
一つの波長のために、コリメート・レンズの移動によって、焦点位置の調整が二次元偏向に垂直な方向に行われるように操作するための方法。
【０００６】
放射、好ましくはレーザ放射が顕微鏡の対物レンズを通じて対象物に焦点合せされ、少なくとも一つの可視光線ファイバを通じて走査ヘッドが結合され、ＵＶレーザと可視光線ファイバ入口との間にＡＯＴＦが配置されている、放射、好ましくはレーザ放射を少なくとも二次元で偏向する走査ユニットを有する走査ヘッドに結合するための配置。
【０００７】
ＡＯＴＦの方向操作によって、ＵＶ放射が可視光線ファイバ入口に向けられ、あるいはそのそばを通過するように向けられるように操作するための方法。
【０００８】
結合された放射の一部が放射分割器を通じて第１検出エレメントに向けられ、この第１検出エレメントによって走査ヘッドに結合されたレーザ放射を監視するための配置。
【０００９】
レーザ放射を波長に応じて監視するために、光線経路において検出エレメントに交換可能なフィルタが準備されている配置。
【００１０】
検出信号が、レーザ出力、レーザ強度、または結合された放射の他のパラメータを調節するための調整信号となっている配置。
【００１１】
第１検出エレメントの検出信号と同時に、少なくとも第２検出エレメントの検出信号が受け取られ、この信号は、走査された対象物から出る放射を結像するために結像光線経路に存在するように操作するための方法。
【００１２】
第２検出エレメントによって把握される信号と第１検出エレメントによって把握される信号とが、妨害信号および信号変動を抑制するために数学的に、好ましくは除算または減算によって互いに結ばれるように走査するための方法。
【００１３】
走査された対象物から出る放射を把握するために検出ユニットが準備され、この検出ユニットは複数の共焦点検出チャネルを有し、これらのチャネルには、調節可能な共焦点絞りが顕微鏡の対物レンズの焦面に接続する平面に配置され、顕微鏡の対物レンズによって作られる画像を写すために共焦点絞りの面に検出チャネルに共通のレンズを準備し、この共通レンズは好ましくは一つの光学部材からなり、単一レンズからなることが有利である、走査ユニットを有する顕微鏡。
【００１４】
走査された対象物から出る放射を把握するために検出ユニットが準備され、この放射は複数の共焦点検出チャネルの中でビーム・スプリッタを通じて分配され、少なくとも一つのビーム・スプリッタがビーム・スプリッタ交換装置として形成され、これらのチャネルには、光軸の方向あるいは光軸に対して垂直に移動可能な共焦点絞りが顕微鏡の対物レンズの焦面に接続する平面に配置されている、走査ユニットを有する顕微鏡。
【００１５】
制御手段によって、少なくとも一つの開口絞りの光軸に垂直の移動が、少なくとも一つのビーム・スプリッタ交換装置の位置に応じて行われるように操作するための方法。
【００１６】
開口絞りの移動が、特定の波長への調節のため、かつ／または顕微鏡および／または走査ユニットの結像された要素の色収差を補償するために行われるように操作するための方法。
【００１７】
制御手段による特に顕微鏡対物レンズの結像された要素を交換する場合に、開口絞りの移動が、その都度結像された要素のために記憶された位置に行われるように操作される方法。
【００１８】
走査された対象物から出る放射を把握するために検出ユニットが準備され、この検出ユニットは複数の共焦点検出チャネルを有し、これらのチャネルには、調節可能な共焦点絞りが顕微鏡の対物レンズの焦面に接続する平面に配置され、少なくとも一つの共焦点絞りに、少なくとも一つの検出エレメントに放射を伝達するための可視光線ファイバが直接準備されている、走査ユニットを有する顕微鏡。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に実施例を記載します。
【実施例】
【００２０】
図１には、顕微鏡ユニットＭと走査ヘッドＳが概略的に示され、これらは、図２によれば中間画像Ｚの上に共通の光学的交点を有する。
走査ヘッドＳは、直立した顕微鏡のフォトチューブにも、また有利に反転した顕微鏡の側面出口にも置くことができる。
【００２１】
図１には、照明走査と透視走査との間で旋回式ミラー１４によって切替え可能な顕微鏡の光線経路が示されており、光源１、照明レンズ２、ビーム・スプリッタ３、対物レンズ４、供試体５、集光器６、光源７、受信装置８、第１鏡胴レンズ９、第２鏡胴レンズ１０と接眼レンズ１１とを有する監視光線経路、ならびに走査光線を結合するためのビーム・スプリッタも示されている。
【００２２】
レーザ・モジュール１３.１、１３.２はレーザを受け入れ、これは可視光線ファイバ１４.１、１４.２を通じて走査ヘッドＳのレーザ結合ユニットに連結されている。
【００２３】
可視光線ファイバ１４.１、１４.２の結合は、さらに近くに寄せられる移動式のコリメート・レンズ１６、ならびに光線方向変換エレメント１７.１、１７.２によって行われる。
【００２４】
部分通過式ミラー１８によって、監視光線経路は、図示されていない回転可能なフィルタ・ホィール、線路フィルタ２１、ならびに中性フィルタ２０の上に準備されることが有利な、モニター・ダイオード１９の方向に絞り込まれる。
【００２５】
固有の走査ユニットは、走査対物レンズ２２、スキャナ２３、主ビーム・スプリッタ２４、および検出チャネル２６.１〜２６.４のための共通の結像レンズ２５からなる。
【００２６】
結像レンズ２５の背後にある方向変換プリズム２７は、対象物５から来る光線を、二色性ビーム・スプリッタ２８の方向に、結像レンズ２５の収斂性光線経路で反映し、この後に、光軸の方向およびこれに直角方向とに設定可能でかつ直径を変えることのできるピンホール２９、それぞれに独立した検出チャネルならびに放射フィルタ３０、および受信エレメント３１（ＰＭＴ）が配置されている。
【００２７】
図５に概略的に示すように、ビーム・スプリッタ２７、２８が、複数の位置を有する分割器ホィールとして、ステッピング・モータによって動力で切替え可能に形成される。
【００２８】
ガラスファイバ１４.１、好ましくはシングル・モード・ガラスファイバにおけるＵＶ光線の結合が、光線偏向器としてＡＯＴＦによって行われる、すなわち、光線がファイバ入口に向かない場合には、光線はファイバ入口のＡＯＴＦによって、例えば図示されていない光トラップに向けられる。
【００２９】
レーザ光線を結合するための結合レンズ３３は、結合のための図示されていないレンズ系を有し、このレンズ系の焦点距離は、レーザの光線断面と最適結合に必要な開口数とによって決定される。
【００３０】
レーザ・モジュール１３.２には、単一波長レーザおよび多重波長レーザが準備され、これらはＡＯＴＦを通じて単一または複数のファイバに個別または共通に結合される。
【００３１】
さらに、結合は複数のファイバによっても同時に行うことができ、この放射は適合レンズを通過した後に顕微鏡側で色混合器によって混合される。
【００３２】
ファイバ入口における様々なレーザの放射の混合も可能であり、概略的に図示された交換可能かつ切替え可能に形成されたビーム・スプリッタ・ミラー３９によって行うことができる。
【００３３】
図２と図３においてファイバ１４.１、１４.２のファイバ端から発散して走査ユニットＳに出て行くレーザ放射は、コリメート・レンズ１６によってコリメートされ、無限光線になる。
【００３４】
これが、中央方向操作ユニット３４を通じて、方向操作可能な制御ユニット３７による光軸に沿った移動によって焦点合せ機能を有する、単一のレンズによって行われることは有利であり、このレンズの可視光線ファイバ１４.１、１４.２までの距離は、本発明では走査ユニットにおいて変更可能である。
【００３５】
図３ａと図３ｂに、コリメート・レンズ１６の移動効果を概略的に示す。
【００３６】
図３ａでは、二つの異なる波長λ1、λ2についての光線の経路を示す。
【００３７】
このために、多色光源が、固定された結像レンズ４の焦点面に、スペクトル範囲の平均波長についてのみ形成されるので、ファイバ端とコリメート・レンズからの距離は方向操作ユニット３７によって変えられる。図示された両波長については、両波長のために同じ焦点位置を保証するためには、レンズ位置Ｓ1、Ｓ2という結果になる。
【００３８】
これによって、蛍光顕微鏡の場合に、蛍光放射が無限に設定された対物レンズ４の焦点に生じ、励起放射が同じ平面に焦点を結ぶことは有利である。
【００３９】
複数のファイバとファイバ・コリメータも、さまざまな励起波長のためのさまざまな色補正のために適用できる。さらにこれによって、はめ込んだレンズ、特に顕微鏡の対物レンズの色修正を行うことができる。
【００４０】
さまざまな波長のための複数の結合ファイバおよびコリメート・レンズによって、さまざまな色補正を独立して行うことができる。
【００４１】
レンズ１６の移動による可変コリメーションは、移動式コリメート・レンズ１６によって焦点がプレパラートにおいてｚ方向に移動されて光学断面が次々に検出される、ｚ走査の実現のためにも適用することができる。これは図３ｂに波長λについて図示され、この場合、設定位置Ｓ1、Ｓ2は焦点位置Ｆ1、Ｆ2に対応する。
【００４２】
図２では、図３に図示されていない焦点合せレンズの前方に置かれたモニター・ダイオード１９が使用され、特に特定のレーザ線における出力を切り離して管理し、場合によっては方向操作ユニット３４の調整信号を使用して安定化するために、走査ユニットの中に結合されたレーザ放射の永続的監視のために、制御ユニット３６によって制御される直線または範囲選定式のフィルタ・ホィールすなわちフィルタ移動装置２１と共に作動する。
【００４３】
モニター・ダイオード１９による検出は、機械光学的伝達システムに基づいてレーザ・ノイズおよび変動を把握する。
【００４４】
この場合、検出された瞬間的レーザ出力から、収差信号を引き出すことができ、この信号は、走査モジュールに放射されたレーザ出力を安定化することを目的として、レーザまたはレーザに切り換えられた一つの強度変調器（ＡＳＯＭ、ＡＯＴＦ、ＥＯＭ、シャッタ）に、オンラインで直接反応する。
【００４５】
そこで、フィルタ・ユニット２１の方向操作によって、強度の波長安定性とレーザ出力の管理が行われる。
【００４６】
検出部３１（ＰＭＴ）およびその都度の中央方向操作ユニットとの接続によって、検出信号とダイオード１９のモニター信号との信号商または信号減算を形成することによって、ノイズの減少が可能で、この方法で画像中における強度の変動を減少するために、検出チャネルの該当するセンサー信号は、ピクセル画像情報としてピクセル式にモニター・ダイオードの信号に規格化される、例えば割り算される。
【００４７】
図１には、さまざまな方法で調整可能なピンホール２９を検出チャネル２６.１〜２６.４の中に概略的に示す。これらのピンホールは、特に光軸に垂直に、すなわち光軸の方向に移動可能に配置され、また周知の方法で、例えばはさみ式機構またはキャットアイ式機構によって直径を変えることができる。ピンホールの直径の調整は、この直径を、さまざまな監視波長におけるエアリーの円盤の直径に適合できるようにする。
【００４８】
図４と図５には、個別のピンホールの調整または移動のための方向操作手段３８が概略的に示され、これらのピンホールは中央方向操作ユニット３４へのデータ線を有する。
【００４９】
図４に、光軸方向におけるピンホールの方向操作可能な移動可能性を概略的に示す。この移動可能性は、光学的欠陥、特に長さ方向の色収差の補償のために有利である。この欠陥は、走査対物レンズ２２において生じる可能性があるが、例えば検出チャネルに共通の結像レンズ２５においても生じる可能性がある。
【００５０】
さまざまな波長λ1、λ2について、長さ方向の色収差によって、各ピンホール位置Ｐ1、Ｐ2に対応する各焦点位置が生じる。例えば顕微鏡の対物レンズの結像レンズを交換するとき、はめ込んだレンズの周知の長さ方向の色誤差の場合に、方向操作ユニット３４と制御移動手段３８とによって、光軸に沿ったピンホールの自動的な移動が行われる。適用された励起波長への正確な調節を行うことができる。
【００５１】
一つの光学部材からなることが有利なすべての検出チャネルのための共通結像レンズ２５を通じて、走査対物レンズ２２によって作られる無限に合せた画像がピンホール平面に形成される。共通結像レンズ２５は、周知の解決方法よりも改善された透過係数を生ぜしめる。それでもやはり、結像レンズと個別の検出チャネルにおける個々の調整可能ピンホールとの協働で、正確な調整を行うことができる。
【００５２】
光線経路には、さまざまな二色性ビーム・スプリッタ２８を適用される波長に応じて、これらの波長を遮断して検出光線経路に導くために、はめ込むことができる。したがってさまざまな光線経路に、（図示されていない）分割器回転部すなわち分割器ホィール、特にホィール軸が光軸に対して４５度に傾斜している分割器ホィールが、さまざまなできるだけ小さな分割器を旋回させるために準備されているので、分割器は常に反射面の中でのみ移動される。
【００５３】
分割器ホィールに取りつけられた分割器２８は正確に同じように調整されることはできず、またはこれらの調整内の変動、または標準くさび許容誤差が種々の光線偏向角を引き起こす可能性があるので、図５における図示にしたがって、その都度のピンホールの移動が、制御ユニット３８により光線偏向に応じて光軸に垂直に行われる。
【００５４】
ここでは、図示されていない制御ユニット３６によって駆動される分離器ホィールの上にある分割器２８.１、２８.２の二つの異なる位置が、概略的に示されており、これらは、ピンホール２９の平面を光軸に垂直に移動する焦点位置に作用する。
【００５５】
これに関して、方向操作ユニット３４によって制御ユニット３６、３８により、ピンホール２９の位置と分割器２８のための分割器ホィール位置との結合が行われ、すなわち種々の分割器回転部のすべての分割器構成について、最適のピンホール位置が記憶機構から取り出され、呼出し可能である。
【００５６】
これは、一つの特定の分割器ホィールの位置のみではなく、複数の分割器ホィールの位置にも関するもので、常にその都度の最適なピンホール位置が自動的に調節される。
【００５７】
図６には、検出チャネルのピンホールを通じて放射を外部センサ３１に導くために、可視光線ファイバ４０をピンホール２９に、すなわちピンホールの後のＰＭＴの出口にどのように取り付けることができるかを概略的に示す。
【００５８】
これは、可視光線ファイバ３８を使用して、追加の結合レンズなしに、ピンホールの後に密に取り付けることが有利である。
【００５９】
ピンホールの開口は調整可能であるから、さまざまな内径を有するファイバの交換は容易になり、ピンホールの大きさは内径に適合される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】顕微鏡ユニットと走査ヘッド概略図
【図２】顕微鏡ユニットと走査ヘッド概略図
【図３】二つの異なる波長（ａ）、一つの波長（ｂ）についての光線の経路を示す図
【図４】ピンホールの移動可能性の概略図
【図５】ピンホールの方向操作手段の概略図
【図６】放射を出口に導くための構成概略図
【符号の説明】
【００６１】
Ｍ      顕微鏡
Ｓ      走査ヘッド
１      光源
２      照明レンズ
３      ビーム・スプリッタ
４      対物レンズ
５      供試体
６      集光器
７      光源
８      受信装置
９      第１鏡胴レンズ
１０      第２鏡胴レンズ
１１      接眼レンズ
１２      ビーム・スプリッタ
１３．１、１３．２      レーザ・モジュール
１４      可視光線ファイバ
１５      旋回式ミラー
１６      コリメート・レンズ
１７      光線方向変換エレメント
１８      部分通過式ミラー
１９      モニター・ダイオード
２０      中性フィルタ
２１      線路フィルタ
２２      走査対物レンズ
２３      スキャナ
２４      主ビーム・スプリッタ
２５      結像レンズ
２６．１〜２６．４      検出チャネル
２７      方向変換プリズム
２８，２８．１、２８．２      二色性ビーム・スプリッタ
２９      調整可能ピンホール（開口絞り）
３０      放射フィルタ
３１      ＰＭＴ
３２      ＡＯＴＦ
３３      結合レンズ
３４      中央方向操作ユニット
３５、３６、３７、３８      ダイオード１９、フィルタ交換器２１、コリメーティング・レンズ１６、調整可能ピンホール２９のための局所方向操作ユニット
３９ビーム・スプリッタ
４０      可視光線ファイバ
Ｓ１、Ｓ２、Ｆ１、Ｆ２      焦点位置
Ｐ１、Ｐ２      ピンホール位置
【図３】
2009080502.tif 000003
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
2009080502.tif 000007
【図６】
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