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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft optische Rastermikroskopvorrichtungen.
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Diese
Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-204920,
deren Inhalt hierin einbezogen wird.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Optische
Rastermikroskopvorrichtungen mit bekannten Konstruktionen zum Anzeigen
einer vergrößerten Ansicht
eines zu untersuchenden Objekts sind in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 2003-172878 (siehe z. B. Absatz 0042 und 2) und in
der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-356256 (siehe z. B.
Absatz 0020 und 2) beschrieben. Die in diesen
Veröffentlichungen
beschriebenen optischen Rastermikroskopvorrichtungen enthalten jeweils
einen relativ großen
Hauptkörper
des Mikroskops, der eine bewegliche Objektivlinse aufweist.
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Eine
in optischen Rastermikroskopen verwendete typische zweidimensionale
Abtastvorrichtung enthält
zwei Galvanometer-Spiegel, von denen jeder wippt, während er
Licht unter einem Ablenkwinkel von 90° ablenkt, um das Licht zweidimensional abzutasten
(siehe z. B. 2 der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Hei-10-68901). In einer zweidimensionalen Abtastvorrichtung,
die eine zwei Galvanometer-Spiegel enthaltende standardmäßige berührungslose
Galvanometer-Spiegeleinheit verwendet, wie der oben beschriebenen
Offenlegungsschrift Nr. Hei-10-68901 offenbart, ist der Ablenkwinkel
eines jeden der Galvanometer-Spiegel im Allgemeinen auf 90° eingestellt,
um die Abtastrichtung der Abtastvorrichtung im Wesentlichen auf
die Ablenkrichtung eines jeden der Galvanometer-Spiegel abzustimmen.
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Zu
anderen Unterlagen, in denen die verwandte Technik beschrieben ist,
gehören:
Veröffentlichungen
der internationaler Patentanmeldungen WO 98/52086 und WO 03/050590,
die US-Patente
US 5 144 477 ,
US 5 936 764 und
US 6 211 988 , das britische
Patent
GB 2 184 321 ,
die Veröffentlichungen der
Patentanmeldungen der USA US 2002/008904, US 2003/035208 und US
2003/214707 und die Veröffentlichungen
der japanischen Patentanmeldungen JP 07-146448 und JP 10-068901.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine optische Rastermikroskopvorrichtung
wie in einem der Ansprüche
1 bis 3 definiert bereit. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine optische Rastermikroskopvorrichtung
bereit mit: einer Lichtquelle; einem Licht übertragenden Element zum Übertragen
von Licht von der Lichtquelle; einem Hauptkörper der Vorrichtung zum Beleuchten
eines Objekts mit dem vom Licht übertragenden
Element übertragenen
Licht; und einem Fotodetektor zur Detektion von Rücklicht,
das vom Objekt über
den Hauptkörper
der Vorrichtung und das Licht übertragende
Element zurückkommt.
Der Hauptkörper
der Vorrichtung enthält:
ein optisches Kollimationssystem zum Wandeln des vom Licht übertragenden
Element übertragenen
Lichtes in kollimiertes Licht; einen Abtastspiegel zum Ablenken
des vom optischen Kollimationssystem emittierten kollimierten Lichtes
unter einem Ablenkwinkel kleiner als 90°, um das Licht über dem
Objekt abzutasten; ein optisches Fokussiersystem zum Fokussieren
des vom Abtastspiegel abgetasteten Lichtes auf dem Objekt; und ein
optisches Pupillen-Projektionssystem, das zwischen dem optischen
Fokussiersystem und dem oben beschriebenen Abtastspiegel angeordnet
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird von der Lichtquelle emittiertes Licht über das
Licht übertragende
Element an den Hauptkörper
der Vorrichtung übertragen.
Dann wird das Licht vom Hauptkörper
der Vorrichtung auf das Objekt gestrahlt. Vom Objekt emittiertes
Rücklicht
kommt über
den Hauptkörper
der Vorrichtung und das Licht übertragende Element
zur Detektion durch den Fotodetektor zum Fotodetektor zurück. Im Hauptkörper der
Vorrichtung wird von der Lichtquelle über das Licht übertragende Element übertragenes
Licht durch das optische Kollimationssystem in kollimiertes Licht
gewandelt und durch den Abtastspiegel durch Ändern des Ablenkwinkels zum
Abtasten abgelenkt. Aus dem durch den Abtastspiegel abgetasteten
Licht wird durch das optische Pupillen-Projektionssystem ein Zwischenbild gebildet
und durch das optische Fokussiersystem auf dem Objekt fokussiert.
Im Objekt wird Rücklicht
erzeugt, das Fluoreszenz oder reflektiertes Licht enthält. Das
im Objekt erzeugte Rücklicht
kommt über das
optische Fokussiersystem zum Hauptkörper der Vorrichtung zurück und wird
durch das optische Kollimationssystem über das optische Pupillen-Projektionssystem
und den Abtastspiegel auf dem Licht übertragenden Element fokussiert.
Dann wird das Rücklicht über das
Licht übertragende
Element übertragen,
durch eine Licht teilende Vorrichtung wie z. B. einen dichroitischen
Spiegel getrennt und schließlich zum
Fotodetektor geleitet.
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In
diesem Fall lenkt der Abtastspiegel das kollimierte Licht vom optischen
Kollimationssystem unter einem Ablenkwinkel kleiner als 90° in das optische
Pupillen-Projektionssystem im Hauptkörper der Vorrichtung ab. Daher
wird im Abtastspiegel erzeugter Astigmatismus unterdrückt. Dies
verbessert die Bildqualität
eines vom Fotodetektor detektierten Rücklicht-Bildes. Falls der Abtastspiegel ein
berührungsloser
Galvanometer-Spiegel ist, ist es zur Ablenkung des von der horizontalen
Richtung bezüglich des
Hauptkörpers
der Vorrichtung kommenden Lichtes zum Objekt, das abwärts positioniert
ist, ferner erforderlich, das Licht zuerst im Wesentlichen in horizontaler
Richtung abzulenken und dann erneut nach unten abzulenken. Deshalb
muss der Hauptkörper der
Vorrichtung eine bestimmte Breitenabmessung in der Richtung senkrecht
zur Richtung, in der Licht auf das Objekt gestrahlt wird, d. h.
in diesem Fall die horizontale Richtung, haben. Weil der Ablenkwinkel durch
den Abtastspiegel auf einen Winkel kleiner als 90° eingestellt
wird, kann die Breitenabmessung des Hauptkörpers der Vorrichtung gemäß der Erfindung im
Vergleich zu einem Fall, in dem der Ablenkwinkel auf 90° eingestellt
wird, verringert werden. Daher wird verhindert, dass das Sichtfeld
des Stereomikroskops blockiert wird.
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Bei
der oben beschriebenen Erfindung ist es vorzuziehen, dass die optische
Rastermikroskopvorrichtung weiter ein Referenzelement zum Anbau
des optischen Kollimationssystems, des Abtastspiegels und des optischen
Pupillen-Projektionssystems enthält.
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Weil
die optischen Komponenten am selben Referenzelement angebaut werden,
können
die Montage der optischen Komponenten und Einstellungen, einschließlich der
Einstellung der optischen Achse, in einfacher Weise ausgeführt werden.
Aus demselben Grund kann auch die Montagepräzision der optischen Komponenten
verbessert werden.
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Ferner
ist es bei der oben beschriebenen Erfindung vorzuziehen, dass das
Referenzelement eine Anbauoberfläche
enthält,
an der der Abtastspiegel so angebaut ist, so dass an seinem Ursprung
ein Ablenkwinkel kleiner als 90° erzielt
wird.
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Da
die Anbauoberfläche
mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit gebildet werden kann, kann die Montagepräzision verbessert
werden. Ferner ist bei der Einstellung der optischen Achse nur eine
Feineinstellung erforderlich.
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Des
Weiteren enthält
die optische Rastermikroskopvorrichtung bei der oben beschriebenen Erfindung
eine Anzeige für
die Abtastrichtung, die die Abtastrichtung des Abtastspiegels angibt.
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Wenn
Licht unter einem Ablenkwinkel von 90° durch den Abtastspiegel abgelenkt
wird, können die
Breitenrichtung und die Längsrichtung
des Hauptkörpers
der Vorrichtung auf die Abtastrichtung des Abtastspiegels abgestimmt
werden. Eine Ablenkung des Lichts durch den Abtastspiegel unter
einem Winkel kleiner als 90° hingegen
macht es schwierig, die Breitenrichtung und die Längsrichtung
des Hauptkörpers
der Vorrichtung auf die Abtastrichtung des Abtastspiegels abzustimmen.
Zur Überwindung
dieses Nachteils ist bei einer Ausführungsform eine Anzeige für die Abtastrichtung
vorgesehen, um die Richtung eines Bildes des Objekts, das vom Fotodetektor
detektiert worden ist, anzuzeigen.
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Kurzbeschreibung
der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Mikroskopuntersuchungssystems, das
eine optische Rastermikroskopvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des schematischen Aufbaus der optischen
Rastermikroskopvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Längsschnittansicht
der inneren Struktur der optischen Rastermikroskopvorrichtung von 2.
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4 ist
eine Schnittansicht einer Draufsicht der inneren Struktur der optischen
Rastermikroskopvorrichtung von 2.
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5 ist
eine Draufsicht der in 2 dargestellten optischen Rastermikroskopvorrichtung.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die eine Änderung der Breitenabmessung
in Abhängigkeit
von der Änderung
des Einfallswinkels auf einen ersten Galvanometer-Spiegel veranschaulicht.
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7 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel auf einen
Galvanometer-Spiegel und dem Astigmatismus darstellt.
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8 ist
eine schematische Darstellung, die eine geometrische Einschränkung des
Einfallswinkels auf den ersten Galvanometer-Spiegel veranschaulicht.
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Modifikation einer Anzeige
in der Abtastrichtung darstellt.
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10 ist
ein schematisches Diagramm, das eine andere Modifikation der Anzeige
in der Abtastrichtung darstellt.
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11 ist
eine Längsschnittansicht
einer Modifikation der optischen Rastermikroskopvorrichtung von 2.
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12A und 12B sind
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Beispiels für einen
Abtastspiegel.
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13A und 13B sind
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines anderen Beispiels
für den
Abtastspiegel.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Nunmehr
wird eine optische Rastermikroskopvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
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Eine
optische Rastermikroskopvorrichtung 1 gemäß dieser
Ausführungsform
ist in einem in 1 gezeigten Mikroskopuntersuchungssystem 2 enthalten.
Wie aus 1 ersichtlich ist, enthält das Mikroskopuntersuchungssystem 2 einen
Objekttisch 3, auf den ein Objekt A, wie z. B. ein kleines
Labortier, gelegt wird, die über
dem Objekttisch 3 angeordnete optische Rastermikroskopvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform
und eine über
der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 angeordnete
Stereomikroskopvorrichtung 4.
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Die
Stereomikroskopvorrichtung 4 ist so angeordnet, dass sie
auf einem sich von einer Basis 5, auf der sich der Objekttisch 3 befindet,
nach oben erstreckendem Ständer 6 vertikal
beweglich ist, und sie enthält
Okularabschnitte 7 zum Beobachten des Objekts A mit einer
relativ kleinen Vergrößerung und
einer CCD-Kamera 8. Die CCD-Kamera 8 ist durch
ein Kabel 9 mit einem ersten Monitor 10 verbunden,
um die Anzeige eines erfassten Bildes auf dem ersten Monitor 10 zu
ermöglichen.
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Wie
in 1 dargestellt ist, enthält die optische Rastermikroskopvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform
einen Hauptkörper 11 des
Mikroskops, eine mit dem Hauptkörper 11 des
Mikroskops verbundene Lichtquelle 12, einen Fotodetektor 13, eine
Steuervorrichtung 14 und einen zweiten Monitor 15.
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Der
Mikroskophauptkörper 11 ist
außerdem so
an einem Ständer 16,
der sich von der Basis 5 nach oben erstreckt, angeordnet,
dass der Hauptkörper 11 des
Mikroskops vertikal beweglich und um einen beliebigen Winkel schwenkbar
ist. Der Hauptkörper 11 des
Mikroskops ist durch einen Lichtwellenleiter (Licht übertragendes
Element) 17 mit der Lichtquelle 12 verbunden.
Ferner sind der Hauptkörper 11 des
Mikroskops und die Steuervorrichtung 14 mit einem Kabel 18 und
der Fotodetektor 13 und die Steuervorrichtung 14 mit
einem Kabel 19 verbunden. Einer Bildverarbeitung in der
Steuervorrichtung 14 unterzogene Bilder werden auf dem
zweiten Monitor 15 angezeigt.
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Wie
aus den 2 und 3 ersichtlich
ist, enthält
der Hauptkörper 11 des
Mikroskops ein Gehäuse 20,
das mit einem Ende des Lichtwellenleiters 17 und einer
Objektivlinseneinheit (optisches Fokussiersystem) 21, die
am Gehäuse 20 angebaut
ist, verbunden ist.
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Das
Gehäuse 20 enthält ein Abdeckelement 22 und
ein Referenzelement 23, das im Abdeckelement 22 befestigt
ist. Das Referenzelement 23 dient als eine Basis zum Befestigen
später
zu beschreibender verschiedener Elemente wie zum Beispiel eines
optischen Kollimationssystems, eines Abtastspiegels und eines optischen
Pupillen-Projektionssystems oder zum Lagern solcher Elemente auf
verschiebbare Weise.
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Das
Referenzelement 23 ist ein im Wesentlichen rechtwinkliger
Block und enthält
in seiner Längsrichtung
(X-Richtung) ein erstes Durchgangsloch 24, ein das erste
Durchgangsloch 24 schneidendes zweites Durchgangsloch 25 und
ein das zweite Durchgangsloch 25 schneidendes drittes Durchgangsloch 26.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist eine mit
einem Ende des Lichtwellenleiters 17 gekoppelte Hülse 27 mit
Schrauben 27a an der Öffnung
an einem Ende des ersten Durchgangslochs 24 befestigt. Die
Hülse 27 hat
eine schräg
geschnittene Endoberfläche 27b,
um eine Lichtemissionsoberfläche
des Lichtwellenleiters 17 zu bilden, die relativ zur Längsrichtung
schräg
angeordnet ist. Dies verhindert, dass Licht im Lichtwellenleiter 17,
das an der Lichtemissionsoberfläche
reflektiert wird, zum später
zu beschreibenden Fotodetektor 13 zurückkommt. Eine Feineinstellung
der Position und des Winkels der Hülse 27 ist durch Anpassen
einer nach Bedarf zwischen der Hülse 27 und
dem Referenzelement 23 angeordneten Ausgleichsscheibe 27c leicht
möglich.
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Wie
in den 2 und 4 dargestellt ist, bildet das
andere Ende des ersten Durchgangslochs 24 eine Öffnung auf
einer ersten geneigten Oberfläche 28,
die entlang der vertikalen Richtung (Z-Richtung) in einem Winkel
kleiner als 45°,
z. B. einem Winkel von 30°,
bezüglich
der Y-Richtung in einer Ecke an einem Ende in der Längsrichtung
(X-Richtung) des Referenzelements 23, das im Wesentlichen
ein rechtwinkliger Block ist, abgeschnitten ist. Ein Ende des zweiten
Durchgangslochs 25 bildet auch eine Öffnung auf der ersten geneigten
Oberfläche 28,
genauer in derselben Position, in der die Öffnung des ersten Durchgangslochs 24 gebildet
ist. Wie in 4 gezeigt, schneidet das zweite
Durchgangsloch 25 das erste Durchgangsloch 24 in
einem Winkel kleiner als 90° z.
B. einem Winkel von 60°. Das
andere Ende des zweiten Durchgangslochs 25 bildet eine Öffnung auf
einer zweiten geneigten Oberfläche 29,
die in einem Winkel von 45° zur
Längsrichtung
des zweiten Durchgangslochs 25 und zur vertikalen Richtung
(Z-Richtung) abgeschnitten ist. Ferner bildet ein Ende des dritten
Durchgangslochs 26 eine Öffnung auf der zweiten geneigten
Oberfläche 29,
genauer in derselben Position, in der die Öffnung des zweiten Durchgangslochs 25 gebildet
ist. Das dritte Durchgangsloch 26 erstreckt sich nach unten (in
der Z-Richtung) und schneidet das zweite Durchgangsloch 25 in
einem Winkel von ca. 90°.
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Ein
erster Galvanometer-Spiegel (Abtastspiegel) 30 und ein
zweiter Galvanometer-Spiegel (Abtastspiegel) 31 sind mit
Schrauben 32 auf den ersten und zweiten geneigten Oberflächen 28 bzw. 29 befestigt,
um die Öffnungen
der Durchgangslöcher 24 bis 26 abzudecken.
Die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 können in
Richtungen parallel zu ihren jeweiligen Spiegeloberflächen feineingestellt
werden. Jeder der Galvanometer-Spiegel 30 und 31 ist
ein eindimensionaler Galvanometer-Spiegel, der um eine einzige Achse
wippen kann. Insbesondere wippt der erste Galvanometer-Spiegel 30 um
eine Achse entlang der Z-Richtung und der zweite Galvanometer-Spiegel 31 wippt
um eine Achse entlang der flachen XY-Oberfläche.
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Dieser
erste und zweite Galvanometer-Spiegel 30 und 31 bilden
eine berührungslose
Galvanometer-Spiegeleinheit. Das heißt, eine berührungslose
Galvanometer-Spiegeleinheit hat mindestens zwei einander gegenüberliegende
berührungslos
angeordnete Spiegel und die Funktion einer zweidimensionalen Abtastung
des Lichts.
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Die
Abtastspiegel 30 und 31 enthalten in den 12A und 12B gezeigte
Einheiten, wenn sie z. B. durch elektromagnetisch angetriebene mikrobearbeitete
Spiegel verwirklicht sind. 12A ist
eine Draufsicht und 12B ist eine Seitenansicht.
Insbesondere enthält
jeder der Abtastspiegel 30 und 31 einen Hauptkörper 64 des
Spiegels zum Reflektieren von Licht, einen Spiegelrahmen 66 zum
Anbauen des Hauptkörpers 64 des
Spiegels über
Gelenkabschnitte 65 und eine Einheit mit Magneten 67 zum
Erzeugen eines Magnetfelds. Im Beispiel von 12A wippt
der Hauptkörper 64 des
Spiegels um die Y-Achse, um Licht in einem gewünschten Bereich in der X-Richtung
abzutasten. Der Spiegelrahmen 66 weist Löcher 68 für Einstellschrauben
auf. Wenn der Spiegelrahmen 66 an den geneigten Oberflächen 28 und 29 des
Referenzelements 23 angebaut werden soll, kann die Position
des Hauptkörpers 64 des
Spiegels bezüglich
des Referenzelements 23 feineingestellt werden. Ferner
weist der Spiegelrahmen 66 abgeschrägte Abschnitte 69 auf,
so dass er im Abdeckelement 22 kompakt untergebracht werden
kann.
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Nunmehr
sei erneut auf die 2 bis 4 Bezug
genommen, in denen die geneigten Oberflächen 28 und 29 mit
hoher Genauigkeit bearbeitet sind, so dass der Ablenkwinkel an den
Ursprüngen der
ersten und zweiten Galvanometer-Spiegel 30 und 31 genau
eingestellt werden kann. Als Ergebnis können die Positionen und Winkel
der Galvanometer-Spiegel 30 und 31 leicht feineingestellt
werden, indem die Schrauben 32 gelöst werden, um die Dicke einer
zwischen dem Galvanometer-Spiegel 30 und der geneigten
Oberfläche 28 angeordneten
Ausgleichsscheibe (in der Figur nicht gezeigt) und die Dicke einer
zwischen dem Galvanometer-Spiegel 31 und der geneigten
Oberfläche 29 angeordneten
Ausgleichsscheibe nach Bedarf anzupassen.
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Ferner
ermöglicht
der oben beschriebene Mechanismus zum Einstellen der Position eines
Abtastspiegels den Austausch des Spiegels, wenn der Abtastspiegel
defekt wird. Dadurch kann die Nutzungsdauer des Hauptkörpers der
Vorrichtung verlängert
werden.
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Der
Lichtwellenleiter 17 ist mit einem Mantel 33 bedeckt.
Die Öffnung
an einem Ende des Mantels 33 ist mit einer wasserdichten
Dichtung 34 auf abdichtende Weise mit dem Gehäuse 20 gekoppelt. Ferner
enthält
der Mantel 33 das Kabel 18 zum Verbinden von Geräten im Hauptkörper 11 des
Mikroskops wie z. B. den ersten und zweiten Galvanometer-Spiegel 30 und 31 und
einen Schrittmotor mit der Steuervorrichtung 14. Ein Steckverbinder 35 ist
an einem Ende des Kabels 18 befestigt und mit einem am Referenzelement 23 angeordneten
Anschluss (in der Figur nicht dargestellt) verbunden, um Signale
weiterzuleiten.
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Im
ersten Durchgangsloch 24 des Referenzelements 23 ist
eine Kollimationslinseneinheit 36 so gelagert, dass sie
entlang der Längsrichtung
des ersten Durchgangslochs 24 beweglich ist. Die Kollimationslinseneinheit 36 enthält mindestens
eine Kollimationslinse 37 in einem Linsenrahmen 38.
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Das
Referenzelement 23 enthält
einen Aktor 43, der aus einer sich parallel zum ersten
Durchgangsloch 24 erstreckenden Leitspindel 40,
die in einem parallel zum ersten Durchgangsloch 24 angeordneten
Loch 39 angeordnet ist, einem Schrittmotor 41 zum
Drehen der Leitspindel 40 um die Längsachse und einer Mutter 42,
die auf die Leitspindel 40 geschraubt ist und mit der Drehung
der Leitspindel 40 in der Richtung entlang des ersten Durchgangslochs 24 versetzt
wird, besteht.
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Statt
des Schrittmotors 41 kann ein anderes Antriebsgerät wie z.
B. ein Gleichstrommotor mit einem Codierer verwendet werden.
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Das
Loch 39 und das erste Durchgangsloch 24 stehen
durch einen Verbindungsabschnitt 44, mit dem die Mutter 42 und
der Linsenrahmen 38 verbunden sind, miteinander in Verbindung.
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Das
erste Durchgangsloch 24 enthält Arbeitsbereichsdetektoren 45 zum
Detektieren des Linsenrahmens 38, wenn er ein Ende des
Arbeitsbereichs des Linsenrahmens 38 erreicht. Ferner ist
in dem Loch 39, das die Leitspindel 40 enthält, jeweils ein
Arbeitsbereichsdetektor 46 zum Detektieren der Mutter 42 an
jedem Ende des Arbeitsbereichs der Mutter 42 angeordnet.
Einer der Arbeitsbereichsdetektoren 45 oder 46 kann
entfallen.
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Außerdem ist
an einem Ende des ersten Durchgangslochs 24 eine angrenzende
Oberfäche 47 angeordnet,
an die eine Endoberfläche
des Linsenrahmens 38 angrenzt. Mit der angrenzenden Oberfläche 47 kann
der Ursprung des Linsenrahmens 38 auf die folgende Weise
korrekt reproduziert werden. Zuerst wird die Leitspindel 40 durch
den Betrieb des Schrittmotors 41 in eine Richtung gedreht, bis
die Endoberfläche
des Linsenrahmens 38 mit der angrenzenden Oberfläche 47 in
Kontakt ist. Dann wird die Leitspindel 40 weiter gedreht,
um einen Synchronisationsverlust des Schrittmotors 41 zu
bewirken. Danach wird die Leitspindel 40 um einen vorgegebenen
Drehwinkel in die entgegengesetzte Richtung gedreht.
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Wie
in 3 dargestellt ist, kann die Breitenabmessung des
Hauptkörpers 11 des
Mikroskops verringert werden, indem der Aktor 43 in einem
Raum angeordnet wird, der durch Innenoberflächen des ersten Galvanometer-Spiegels 30,
des zweiten Galvanometer-Spiegels 31 und einer Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 im
Hauptkörper 11 des
Mikroskops begrenzt ist. Aus diesem Grund wird das Sichtfeld der
zusammen mit der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 verwendeten
Stereomikroskopvorrichtung 4 nicht durch den Hauptkörper 11 des
Mikroskops blockiert.
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Ferner
ist die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48, die eine
Pupillen-Projektionslinse 48a enthält, mit einer Halterung 49 in
der Öffnung
an einem Ende des dritten Durchgangslochs 26 befestigt.
Die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 fokussiert einen durch
den zweiten Galvanometer-Spiegel 31 auf eine Zwischenbildposition
B abgelenkten Laserstrahl. Damit wird verhindert, dass der Laserstrahl
als außeraxiales
Licht divergiert, und außerdem
ein kleiner Strahldurchmesser erzielt, um zu ermöglichen, dass der Strahl in
der dünnen
Objektivlinseneinheit 21 geleitet wird.
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Ferner
ist die Halterung 49 der Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 durch
Schrauben 51 an der Referenzelement 23 befestigt,
wobei eine Ausgleichsscheibe 50 zwischen der Halterung 49 und dem
Referenzelement 23 angeordnet ist. Die Position und der
Winkel der Halterung 49 können leicht eingestellt werden,
indem die Dicke der Ausgleichsscheibe 50 nach Bedarf geändert wird.
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Nachdem
die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 am Hauptkörper 11 des
Mikroskops angebaut ist, kann das Abdeckelement 22 über eine
wasserdichte Dichtung 63 am Referenzelement 23 angebaut
werden, um eine wasserdichte Abdichtung im Hauptkörper 11 des
Mikroskops zu erzielen.
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Die
Objektivlinseneinheit 21 enthält eine Halterung 52 mit
einem Passabschnitt, der mit der Halterung 49 der Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 in Eingriff
zu bringen ist, und mindestens eine Objektivlinse 52a.
Die Objektivlinse 52a refokussiert das durch die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 gebildete
Zwischenbild auf einem Objekt A. Die Objektivlinseneinheit 21 ist
mit Schrauben 21a an der Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 befestigt.
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Falls
eine Mehrzahl Objektivlinseneinheiten 21 vorgesehen ist,
kann ferner ein für
jede der Objektivlinseneinheiten 21 spezifischer Identifizierungscode-Abschnitt
(in der Figur nicht dargestellt) durch Abschneiden eines Teils der
Endoberfläche
der Halterung 52, d. h. der Endoberfläche neben der Halterung 49,
gebildet werden, so dass der Identifizierungscode-Abschnitt jeder Objektivlinseneinheit 21,
die mit der Halterung 49 im Eingriff ist, ausgelesen werden
kann.
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Außerdem kann
ein Anbausensor (in der Figur nicht dargestellt) im Gehäuse 20 angeordnet sein,
um zu detektieren, ob die Objektivlinseneinheit 21 angebaut
ist.
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Das
Ablenken von Licht mit den Galvanometer-Spiegeln 30 und 31 wie
oben beschrieben ermöglicht
es, dass das erste Durchgangsloch 24 im Wesentlichen horizontal
angeordnet ist, wenn die Objektivlinseneinheit 21 in der
vertikalen Richtung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Verringerung des
Abstands von einem Ende der Objektivlinseneinheit 21 zum
oberen Ende des Gehäuses 20.
Folglich kann der Abstand von der über dem Gehäuse 20 angeordneten
Stereomikroskopvorrichtung 4 zum Objekt A verkürzt werden.
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Nunmehr
wird auf 5 Bezug genommen, wonach eine
Anzeige 53 für
die Abtastrichtung, die die Abtastrichtungen der Galvanometer-Spiegel 30 und 31 angibt,
auf der oberen Oberfläche
des Abdeckelements 22, das das Referenzelement 23 abdeckt,
markiert ist. Weil der zweite Galvanometerspiegel 31 bezüglich der
X-Richtung und der Y-Richtung geneigt ist, ist die Abtastrichtung
des zweiten Galvanometer-Spiegels 31 ebenfalls unter einem Winkel
bezüglich
des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops angeordnet. Die Anzeige 53 für die Abtastrichtung enthält z. B.
Pfeile 53a, die zwei Abtastrichtungen darstellen, und ein
Rechteck 53b, das einen groben Abtastbereich darstellt.
Ein Bediener des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops kann sich bezüglich
der Richtung vergewissern, aus der er das Objekt A beobachtet, indem
er auf diese Anzeige 53 für die Abtastrichtung auf der
Außenoberfläche des
Hauptkörpers 11 des
Mikroskops blickt.
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Ein
Anbauabschnitt 54 dient zum Anbauen des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops an einen Arm 55, der sich vom Ständer 16 erstreckt.
Der Anbauabschnitt 54 ist auch am Referenzelement 23 befestigt, wobei
eine wasserdichte Dichtung 56 zwischen diesem und dem Abdeckelement 22 angeordnet
ist.
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Nunmehr
sei erneut auf 1 Bezug genommen, in der die
Lichtquelle 12 z. B. eine Laserlichtquelle ist, die selektiv
Anregungslicht mit einer Mehrzahl Wellenlängen zu emittieren vermag.
In der Steuervorrichtung 14 ist ein Auswahlgerät zum Auswählen der
Wellenlänge der
Lichtquelle 12 enthalten. Der Fotodetektor 13 ist
z. B. eine Fotomultiplizierer-Röhre
(photomultiplier tube, PMT). Er detektiert durch einen dichroitischen
Spiegel 57 auf dem Lichtweg von der Lichtquelle 12 vom
Rücklicht
getrennte Fluoreszenz und sendet die Fluoreszenz als Bildsignal
zur Steuervorrichtung 14.
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Die
Steuervorrichtung 14 gibt einen Befehl zum Ändern der
Wellenlänge
von Emissionslicht an die Lichtquelle 12 aus. Ferner gibt
die Steuervorrichtung 14 einen Betriebsbefehl an den Schrittmotor 41 des
Hauptkörpers 11 des
Mikroskops und auch einen Ablenkwinkelbefehl an die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 aus.
Außerdem
empfängt
die Steuervorrichtung 14 vom Hauptkörper 11 des Mikroskops
ein von den Arbeitsbereichsdetektoren 45 und 46 ausgegebenes
Signal. Die Steuervorrichtung 14 empfängt auch Informationen über ein
erfasstes Bild vom Fotodetektor 13.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 mit
dem oben beschriebenen Aufbau gemäß dieser Ausführungsform
beschrieben.
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Nunmehr
sei erneute auf 1 Bezug genommen. Die Beobachtung
des Objekts A mit dem oben beschriebenen Mikroskopuntersuchungssystem 2 beginnt,
indem das Objekt A wie z. B. ein kleines Labortier einschließlich Ratten
und Mäuse
auf dem Objekttisch 3 bewegungsunfähig gemacht wird. Als nächstes wird
die Haut aufgeschnitten, um innere biologische Gewebe des Objekts
A freizulegen, während
ein Bild der Untersuchungsstelle mittels der über dem Objekttisch 3 angeordneten
Stereomikroskopvorrichtung 4 auf dem ersten Monitor 10 angezeigt
wird. Zu dieser Zeit ist der Hauptkörper 11 des Mikroskops
der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 außerhalb
des Sichtfelds der Stereomikroskopvorrichtung 4 angeordnet.
-
Bei
der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 ist die entsprechende
Objektivlinseneinheit 21 zur Erzielung einer gewünschten
Vergrößerung mit der
Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 gekoppelt. Die Objektivlinseneinheit 21 und
die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 sind mit einem
Element wie z. B. einem O-Ring (in der Figur nicht dargestellt)
abgedichtet, um zu verhindern, dass Wasser in das Innere eintritt.
-
Nach
diesen Vorbereitungen wird der Hauptkörper 11 des Mikroskops
der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 zwischen der
Stereomikroskopvorrichtung 4 und dem Objekt A bewegt.
-
Gemäß der optischen
Rastermikroskopvorrichtung 1 dieser Ausführungsform
sind das erste Durchgangsloch 24 zum Leiten von Licht und
das dritte Durchgangsloch 26 über die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 in
einem Winkel von 90° relativ zueinander
angeordnet. Folglich kann das erste Durchgangsloch 24 im
Wesentlichen horizontal angeordnet werden, wenn das dritte Durchgangsloch 26 und
die folgende Objektivlinseneinheit 21 in der vertikalen
Richtung angeordnet werden. Dies bedeutet, dass ein Laserstrahl
eher aus der horizontalen Richtung auf dem Objekt A als aus der
vertikalen Richtung auf das Objekt A geleitet werden kann. Dadurch
die Höhe
des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops zu verringern. Folglich kann der Abstand zwischen der
Stereomikroskopvorrichtung 4 und dem Objekt A verkürzt werden.
-
Ferner
kann sich der Bediener mittels auf der oberen Oberfläche des
Abdeckelements 22 des Gehäuses 20 markierten
Anzeige 53 für
die Abtastrichtung vergewissern, wie das Objekt A abgetastet worden
ist, um das aktuelle Bild zu erzeugen. Auf diese Weise kann der
Bediener den Winkel des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops in der horizontalen Richtung einstellen, um ein gewünschtes
Bild des Objekts A zu erzeugen.
-
Zur
Beobachtung wird das untere Ende der am Hauptkörper 11 des Mikroskops
angeordneten Objektivlinseneinheit 21 auf die freigelegte
Untersuchungsstelle des Objekts A gedrückt. Selbst wenn im Objekt
A ein Pulsieren auftritt, unterdrückt das Ende der Objektivlinseneinheit 21 folglich
das Pulsieren an der Untersuchungsstelle, damit ein Zittern des
Bildes verhindert wird.
-
Die
Steuereinrichtung 14, die Lichtquelle 12, der
Fotodetektor 13 und andere Einheiten sind in der oben beschriebenen
Situation aktiviert, damit die Steuereinrichtung 14 einen
Wellenlängenbefehl
an die Lichtquelle 12, einen Betätigungsbefehl an den Aktor 43 und
einen Ablenkwinkelbefehl an die Galvanometerspiegel 30 und 31 ausgeben
kann.
-
Wenn
ein Wellenlängenbefehl
für die
Lichtquelle 12 an die Lichtquelle 12 gesendet
wird, gibt die Lichtquelle 12 unter Verwendung eines Wellenlängeneinstellgeräts (in der
Figur nicht dargestellt) einen Laserstrahl mit einer vorgeschriebenen
Wellenlänge aus.
-
Der
von der Lichtquelle 12 emittierte Laserstrahl wird über den
Lichtwellenleiter 17 in das Gehäuse 20 des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops übertragen.
Nunmehr wird wieder auf 4 Bezug genommen, wonach das
Ende des Lichtwellenleiters 17 mit der Hülse 27 am
Referenzelement 23 des Gehäuses 20 befestigt
ist und der Laserstrahl von der Endoberfläche des Lichtwellenleiters 17 in
das erste Durchgangsloch 24 emittiert wird. Da die Endoberfläche des
Lichtwellenleiters 17 unter einem Winkel schräg abgeschnitten
ist, wird verhindert, dass an der Endoberfläche reflektiertes Licht durch
den Lichtwellenleiter 17 zum Fotodetektor 13 zurückkommt.
-
Der
vom Ende des Lichtwellenleiters 17 emittierte Laserstrahl
wird durch die Kollimationslinseneinheit 36 in kollimiertes
Licht gewandelt und fällt
auf den ersten Galvanometer-Spiegel 30 ein. Der erste Galvanometer-Spiegel 30 ist
in einem Winkel größer als
45° z. B.
einem Winkel von 60° relativ
zur optischen Achse (X-Richtung) der Kollimationslinseneinheit 36 angeordnet.
Folglich wird von der Kollimationslinseneinheit 36 eingegebenes
Licht unter einem Ablenkwinkel von 60° abgelenkt und ausgegeben. Ferner
tastet der erste Galvanometer-Spiegel 30 den Laserstrahl
z. B. in der in 4 gezeigten Richtung ξ gemäß dem Ablenkwinkelbefehl
von der Steuervorrichtung 14 ab. Außerdem tastet der zweite Galvanometer-Spiegel 31 den
Laserstrahl z. B. in der in 4 gezeigten
Richtung η gemäß dem Ablenkwinkelbefehl
von der Steuervorrichtung 14 ab. Als Ergebnis wird der
Laserstrahl über
einem vorgegebenen Sichtfeld auf dem Objekt A zweidimensional abgetastet, wenn
der durch die ersten und zweiten Galvanometer-Spiegel 30 und 31 abgelenkte
Laserstrahl durch die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 und
die Objektivlinseneinheit 21 auf das Objekt A fällt.
-
In
diesem Fall werden gemäß der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 dieser
Ausführungsform
die folgenden Vorteile geboten, da das erste Durchgangsloch 24 und
das zweite Durchgangsloch 25 einander unter einem Winkel
kleiner als 90° z.
B. einem Winkel von ca. 60° schneiden.
-
Unter
der Annahme, dass der Abstand zwischen den zwei Galvanometer-Spiegeln 30 und 31 konstant
ist wie in 6 gezeigt, kann erstens der Abstand
entlang der Richtung Y zwischen den Galvanometer-Spiegeln 30 und 31 um
den Wert δ kleiner gemacht
werden, falls der erste Galvanometer-Spiegel 30 einen Ablenkwinkel
von 60° hat,
als wenn er einen Ablenkwinkel von 90° hat. Deshalb kann die Abmessung
des Gehäuses 20 in
der Richtung Y, d. h. die Breitenabmessung, verringert werden. Folglich wird
das Sichtfeld der Stereomikroskopvorrichtung 4 nicht durch
den Hauptkörper 11 des
Mikroskops blockiert. Dadurch kann die Beobachtung mittels der optischen
Rastermikroskopvorrichtung 1 mit einer hohen Ver größerung erfolgen,
während
die Untersuchungsstelle mit der Stereomikroskopvorrichtung 4 beobachtet
wird.
-
Zweitens
wird wie in 6 gezeigt der Einfallswinkel θ des Lichts
auf den ersten Galvanometer-Spiegel 30 entsprechend kleiner,
wenn der Ablenkwinkel des ersten Galvanometer-Spiegels 30 kleiner als 90° wird. Genauer
gesagt beträgt
der Einfallswinkel 45°,
falls der Ablenkwinkel 90° ist,
wohingegen der Einfallswinkel 30° beträgt, falls
der Ablenkwinkel 60° beträgt.
-
Die
Beziehung zwischen dem Wert des Astigmatismus α und dem Einfallswinkel θ auf die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 ist
in 7 gezeigt. Gemäß 7 ist
der Wert des Astigmatismus α umso
höher,
je größer der
Einfallswinkel θ ist.
-
Da
die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 wie oben beschrieben
eine Laminatkonstruktion aus metallischen und nichtmetallischen
Materialien haben, ist die Ebenheit der Spiegeloberfläche schlecht,
d. h. sie hat eine vorgegebene Krümmung r1, was in einem Astigmatismus α resultiert.
Während
die Krümmung
r der Galvanometer-Spiegel 30 und 31 größer wird,
muss der Einfallswinkel θ auf
die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 kleiner sein,
um denselben Wert des Astigmatismus α zu erzielen.
-
Ein
Einfallswinkel θ von
30° auf
den Galvanometer-Spiegel 30 ermöglicht deshalb im Vergleich zu
einem Einfallswinkel θ von
45° eine
wesentliche Verringerung des Astigmatismus α. Folglich kann verhindert werden,
dass sich die Auflösung
eines erfassten Bildes auf Grund des Astigmatismus α verringert,
und daher kann ein klares und hochauflösendes Bild erzeugt werden.
-
Wie
aus den 1 bis 3 ersichtlich
ist, wird der am ersten und zweiten Galvanometer-Spiegel 30 und 31 abgelenkte
Laserstrahl durch die Pupillen-Projektionslinseneinheit 48 als
ein Zwischenbild fokussiert und dann durch die Objektivlinseneinheit 21 erneut
auf dem Objekt A fokussiert. Wenn der Laserstrahl auf dem Objekt
A fokussiert wird, wird Fluoreszenz vom Objekt A emittiert und der
Laserstrahl kommt einschließlich
der emittierten Fluoreszenz entlang desselben Lichtwegs über die
Objektivlinseneinheit 21, die Pupillen-Projektionseinheit 48,
die ersten und zweiten Galvanometer-Spiegel 31 und 30, die
Kollimationslinseneinheit 36 und den Lichtwellenleiter 17 zurück. Die
Fluoreszenz wird dann durch den dichroitischen Spiegel 57 vom
Laserstrahl getrennt und durch den Fotodetektor 13 detektiert.
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Wenn
ein Betätigungsbefehl
für den
Aktor 43 an den Schrittmotor 41 gesendet wird,
wird infolge der Drehung der Leitspindel 40 um den spezifizierten Drehwinkel
die Mutter 42 in die Richtung entlang des ersten Durchgangslochs 24 bewegt.
Wenn die Mutter 42 bewegt wird, wird der mit der Mutter 42 verbundene
Linsenrahmen 38 versetzt. Die innere Kollimationslinse 37 wird
ebenfalls zusammen mit dem Linsenrahmen 38 versetzt, so
dass die Brennpunktposition des Laserstrahls an einem Ende der Objektivlinseneinheit 21 verstellt
wird.
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Wenn
außerdem
die Vergrößerung für die Untersuchung
mit der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 geändert werden
soll, wird von einem in der Figur nicht gezeigten Eingabegerät aus eine
Vergrößerung eingegeben.
Die Steuervorrichtung 14 berechnet den Betrag der Weglänge des
Aktors 43 zur Erzielung der eingegebenen Vergrößerung neu
und sendet einen Betätigungsbefehl
an den Schrittmotor 41. Als Folge wird die Kollimationslinseneinheit 36 entlang
der Richtung der optischen Achse versetzt, um eine Änderung
der Brennpunktposition des Laserstrahls am Ende der Objektivlinseneinheit 21 zu bewirken.
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Ferner
können
die Einstellung und Änderung der
Brennpunktposition nur durch Versetzen der Kollimationslinseneinheit 36 im
Gehäuse 20 ausgeführt werden,
ohne dass das Ende der Objektivlinseneinheit 21 versetzt
werden muss. Dies ermöglicht
eine kontinuierliche Beobachtung, während das Pulsieren des Objekts
A verhindert wird. Deshalb kann ein vibrationsfreies klares Bild
erfasst werden.
-
Die
Anordnung des Aktors 43 ist nicht auf die in der oben beschriebenen
Ausführungsform
beschriebene beschränkt.
Die oben beschriebene Ausführungsform
wird auch auf ein allgemeines optisches Rastermikroskop angewendet,
das eine Lichtquelle, ein Licht übertragendes
Element, ein optisches Kollimationssystem, einen Abtastspiegel,
ein optisches Fokussiersystem, ein optisches Pupillen-Projektionssystem,
einen Fotodetektor, einen Aktor, eine Steuervorrichtung und ein
kompaktes optisches Fokussiersystem mit kleinem Durchmesser enthält.
-
Obwohl
der Ablenkwinkel durch den ersten Galvanometer-Spiegel 30 in
der optischen Rastermikroskopvorrichtung 1 gemäß dieser
Ausführungsform
auf 60° eingestellt
ist, ist auch jeder Ablenkwinkel kleiner als 90° (Einfallswinkel kleiner als
45°) zur Verringerung
des Astig matismus wirksam. Im Wesentlichen ist ein Ablenkwinkel
kleiner als 70° vorzuziehen.
Obwohl der Ablenkwinkel außerdem
vorzugsweise so nah wie möglich
bei 0° liegen
sollte, ist es unvermeidlich, Licht wegen verschiedenen geometrischen
Einschränkungen
wie z. B. den Größen der
Galvanometer-Spiegel 30 und 31 und dem Durchmesser
des Lichtwegs unter einem Ablenkwinkel größer als 0° abzulenken.
-
Wie
in 8 dargestellt ist, muss z. B. die folgende Bedingungen
erfüllt
sein, um zu verhindern, dass der zweite Galvanometer-Spiegel 31 den
Lichtweg im ersten Durchgangsloch 24 überlappt. θ ≥ 0,5 × (α + sin–1(r/(d2 + w2/4)0,5))dabei ist 2r der Durchmesser des
Lichtwegs im ersten Durchgangsloch 24, w ist die Breitenabmessung des
zweiten Galvanometer-Spiegels 31, θ ist der Einfallswinkel im
ersten Galvanometer-Spiegel 30, d ist der Abstand zwischen
dem ersten Galvanometer-Spiegel 30 und dem zweiten Galvanometer-Spiegel 31 und α = cos–1(d/(d2 + w2/4)0,5).
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Des
Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform der Ablenkwinkel
im ersten Galvanometer-Spiegel 30 auf 60° eingestellt,
was kleiner ist als 90°,
und der Ablenkwinkel im zweiten Galvanometer-Spiegel 31 ist
auf ca. 90° eingestellt.
Stattdessen kann der Ablenkwinkel im zweiten Galvanometer-Spiegel 31 auf
einen Winkel kleiner als 90° eingestellt
werden. Obwohl diese Konstruktion in diesem Fall kompliziert wird,
ist sie bei der Verringerung des Auftretens von Astigmatismus in
jedem der Galvanometer-Spiegel 30 und 31 vorteilhaft.
-
Obwohl
bei der oben beschriebene Ausführungsform
angenommen wird, dass Licht mit den zwei Galvanometer-Spiegeln 30 und 31 abgelenkt wird,
können
ferner drei oder mehr Galvanometer-Spiegel verwendet werden, um
das Licht abzulenken. In diesem Fall können alle Galvanometer-Spiegel
einen Ablenkwinkel kleiner als 90° oder
zumindest einer der Galvanometer-Spiegel kann einen Ablenkwinkel
kleiner als 90° haben.
-
Obwohl
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
die zwei einander gegenüber
angeordneten eindimensionalen Galvanometer-Spiegel 30 und 31 verwendet
werden, um Licht zum zweidimensionalen Abtasten abzulenken, kann
außerdem
z. B. der erste Galvanometer-Spiegel 30 durch
einen zweidimensionalen Galvanometer-Spiegel verwirklicht werden,
der um zwei aufeinander senkrecht sehende Achsen wippt, und der
zweite Galvanometer-Spiegel 31 kann
durch einen nicht abtastenden feststehenden Spiegel verwirklicht
werden. Bei dieser Konstruktion muss der feststehende Spiegel keinen
Gelenkabschnitt haben, der bei einem Abtastspiegel erforderlich
ist, und kann deshalb kompakt ausgeführt werden. Dies ermöglicht eine
weitere Verringerung der Abmessung in der Breitenrichtung.
-
Wenn
ein zweidimensionaler Galvanometer-Spiegel verwendet werden soll,
kann ferner das erste Durchgangsloch 24 so ausgeführt werden, dass
es sich in einem Winkel von ca. 30° schräg nach oben erstreckt, so dass
der zweidimensionale Galvanometer-Spiegel am Schnittpunkt zwischen
dem ersten Durchgangsloch 24 und dem zweiten Durchgangsloch 25,
das sich nach unten erstreckt, angeordnet werden kann. Bei dieser
Konstruktion kann die Abmessung in der Breitenrichtung wesentlich
kleiner gemacht und der Astigmatismus verringert werden.
-
Obwohl
die oben beschriebene Ausführungsform
die Pfeile 53a, die die Abtastrichtungen darstellen, und
das Rechteck 53b, das den Bildbereich darstellt, enthält, die
zusammen die Anzeige 53 für die Abtastrichtung auf der
oberen Oberfläche
des Abdeckelements 22 des Hauptkörpers 11 des Mikroskops
bilden, können
Abtastrichtungen außerdem
indirekt angezeigt werden, indem Anzeigelinien 58, die die
Richtung des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops angeben, auf einem Rahmen 15a des Monitors 15 bereitgestellt
werden, wie in 9 gezeigt. Wie in 10 gezeigt,
können
ferner Anzeigelinien 59, die die Richtung des Hauptkörpers 11 des
Mikroskops angeben, auf dem Monitorschirm dargestellt werden. Außerdem können diese
Anzeigelinien 59 durch die optische Rastermikroskopvorrichtung 1 als
ein Bild auf ein Untersuchungsbild gelegt werden. In diesem Fall
können
die Anzeigelinien 59 so ausgelegt sein, dass sie selektiv
angezeigt und verborgen werden können.
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Obwohl
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 auf den auf
der Außenoberfläche des
Referenzelements 23 gebildeten geneigten Oberflächen 28 und 29 angebaut
sind, können
die geneigten Oberflächen 61 und 62 außerdem auf
der Innenoberfläche
eines Referenzelements 60 angeordnet und die Galvanometer-Spiegel 30 und 31 mit
einem Kleber befestigt sein, wie in 11 dargestellt
ist. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform bewegt die optische
Rastermikroskopvorrichtung 1 die Kollimationslinseneinheit 36.
Im Beispiel von 11 bewegt die optische Rastermikroskopvorrichtung 1 jedoch
eine Hülse 28,
die den Lichtwellenleiter 17 trägt. Bei dieser Konstruktion ist
die Einstellung der Brennpunktposition, während die Endoberfläche der
Objektivlinsen einheit 21 in engem Kontakt mit dem Objekt
A gehalten wird, auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen
Ausführungsform
möglich.
-
Obwohl
bei dieser Ausführungsform
die Abtastspiegel 30 und 31 in einer Achse abtastende, elektromagnetisch
angetriebene mikrobearbeitete Spiegel sind, wie in den 12A und 12B gezeigt,
kann außerdem
eine zweidimensionale kardanische Spiegeleinheit (in zwei Achsen
abtastender mikrobearbeiteter Spiegel) 30' mit der in den 13A und 13B gezeigten
Konstruktion und einem feststehenden Spiegel (in der Figur nicht
dargestellt) gegenüber
der zweidimensionalen kardanischen Spiegeleinheit 30' verwendet werden.
Die 13A und 13B sind
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht der zweidimensionalen kardanischen Spiegeleinheit 30'. In diesem
Fall kann die zweidimensionale kardanische Spiegeleinheit 30' in einer der
Positionen der Abtastspiegel 30 und 31, die bei der
oben beschriebenen Ausführungsform
einander gegenüberliegend
angeordnet sind, angebaut sein. Der feststehende Spiegel (in der
Figur nicht dargestellt) ist in der Position des anderen der Abtastspiegel 30 und 31 angeordnet.
-
Diese
zweidimensionale kardanische Spiegeleinheit 30' enthält einen
Hauptkörper 64' des Spiegels
zum Reflektieren von Licht, einen inneren Spiegelrahmen 66' zum Anbauen
des Hauptkörpers 64' des Spiegels über erste
Gelenkabschnitte 65',
einen äußeren Spiegelrahmen 66'' zum Anbauen des inneren Spiegelrahmens 66' über zweite
Gelenkabschnitte 65'' und eine Einheit
mit Magneten 67' zum Erzeugen
eines Magnetfelds. Nunmehr sei auf 13A verwiesen,
bei der der Hauptkörper 64' des Spiegels
um die Y-Achse und die X-Achse wippt, um Licht in einem gewünschten
Bereich abzutasten. Daher kann der Spiegel, der an der geneigten
Oberfläche 29 oder 28 angebaut
ist, die der geneigten Oberfläche 28 oder 29 gegenüberliegt,
an der diese zweidimensionale kardanische Spiegeleinheit 30' angebaut ist,
durch den oben beschriebenen feststehenden Spiegel (in der Zeichnung
nicht dargestellt) verwirklicht werden. Der äußere Spiegelrahmen 66'' ist mit Löchern 68' für Einstellschrauben
versehen, so dass der äußere Spiegelrahmen 66'' an der geneigten Oberfläche 28 oder 29 im
Referenzelement 23 angebaut werden kann, wogegen die Position
des Hauptkörpers 64'' des Spiegels bezüglich des
Referenzelements 23 feineingestellt wird. Bei dieser Konstruktion
ist infolge der Verwendung eines nicht abtastenden feststehenden
Spiegels ein Gelenkabschnitt, der normalerweise für einen
Abtastspiegel nötig
ist, nicht erforderlich, und deshalb kann die Größe des Spiegels verringert
werden.
-
Zusätzliche Punkte
-
Auf
Basis der oben beschriebenen Ausführungsform sind bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung mit den folgenden Merkmalen denkbar.
- 1. Optische Rastermikroskopvorrichtung mit:
allen Merkmalen
nach Anspruch 1, 2 oder 3.
Obwohl es eine Ablenkung des Lichts
durch den Abtastspiegel unter einem Winkel kleiner als 90° schwierig
macht, die Breitenrichtung und die Längsrichtung des Hauptkörpers der
Vorrichtung auf die Abtastrichtung des Abtastspiegels abzustimmen,
kann die Richtung eines durch den Fotodetektor detektierten Bildes
des Objekts angezeigt werden, indem ein Anzeigemechanismus für die Abtastrichtung
vorgesehen wird.
- 2. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 1, die ferner
ein Referenzelement zum Anbauen des optischen Kollimationssystems
und des Abtastspiegels aufweist.
Weil die optischen Komponenten
am selben Referenzelement angebaut werden, kann die Montage der
optischen Komponenten und Einstellungen, einschließlich der
Einstellung der optischen Achse, einfach ausgeführt werden. Aus demselben Grund
kann ferner die Montagepräzision
der optischen Komponenten verbessert werden.
- 3. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 2, bei der
das Referenzelement eine Anbauoberfläche enthält, an der der Abtastspiegel so
angebaut ist, dass ein Ablenkwinkel kleiner als 90° relativ
zur optischen Achse des optischen Kollimationssystems an seinem
Ursprung erzielt wird.
Da die Anbauoberfläche mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit
gebildet werden kann, kann die Montagepräzision verbessert werden. Ferner
ist bei der Einstellung der optischen Achse nur eine Feineinstellung
erforderlich.
- 4. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
2 und 3, ferner einen Positionseinstellmechanismus aufweisend, damit
der Abtastspiegel so am Referenzelement angebaut werden kann, dass
die Position des Abtastspiegels einstellbar ist.
Der Abtastspiegel
kann durch die Verwendung des Positionseinstellungsmechanismus mit
hoher Genauigkeit bezüglich
des Referenzelements montiert werden. Ferner kann der Ab tastspiegel bei
einem Ausfall ersetzt werden. Dies ist zur Verlängerung der Nutzungsdauer des
Hauptkörpers der
Vorrichtung vorteilhaft.
- 5. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
2 bis 4, ferner einen Mechanismus zur Änderung der Brennpunktposition
aufweisend, um die Brennpunktposition, die an einer Untersuchungsstelle
in Richtung der optischen Achse des optischen Fokussiersystems gebildet wird,
zu ändern,
bei der ein Antriebsgerät
zum Antrieb des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition am Referenzelement angebaut ist.
Weil
die Brennpunktposition der beobachteten Untersuchungsstelle mittels
des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition geändert werden
kann, kann ein Bild einer Stelle in einer gewünschten Tiefe erfasst werden,
indem die Brennpunktposition geringfügig geändert wird, und ferner kann
ein dreidimensionales tomographisches Bild erfasst werden, indem
der Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition kontinuierlich geändert wird.
- 6. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 5, ferner
einen Positionseinstellmechanismus aufweisend, der es ermöglicht,
dass das Antriebsgerät
zum Antrieb des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition so am Referenzelement angebaut werden kann,
dass die Position des Antriebsgeräts einstellbar ist.
Mit
dem Positionseinstellmechanismus kann das Antriebsgerät zum Antrieb
des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition so montiert werden, dass das Antriebsgerät vom Referenzelement
gelöst
werden kann. Bei einem Ausfall im Antriebsgerät kann das Antriebsgerät ersetzt
werden. Dies ist zur Verlängerung
der Nutzungsdauer des Hauptkörpers
der Vorrichtung vorteilhaft.
- 7. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
1 und 6, bei der das Antriebsgerät zum
Antrieb des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition in einem Raum angeordnet ist, der durch die
Innenoberflächen
des Abtastspiegels und des optischen Pupillen-Projektionssystems
im Hauptkörper
der Vorrichtung begrenzt ist.
Infolge der oben beschriebenen
Anordnung des Antriebsgeräts
zum Antrieb des Mechanismus zur Änderung
der Brennpunktposition kann die Breitenabmessung des Hauptkörpers der
Vorrichtung verringert werden. Dies ermöglicht es, die Größe des Hauptkörpers der
Vorrichtung zu verringern, um ein ausreichendes Sichtfeld der zusammen mit
der optischen Rastermikroskopvorrichtung zu verwendenden Stereomikroskopvorrichtung
zu gewährleisten.
- 8. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
2 bis 7, ferner ein Lagerungselement zum Lagern eines Endes des
Licht übertragenden
Elements aufweisend, wobei das Lagerungselement am Referenzelement
angebaut ist.
Als Folge davon, dass das Lagerungselement am Referenzelement
angebaut ist, können
die Montage der Komponenten und Einstellungen, einschließlich der
Einstellung der optischen Achse, auf einfache Weise ausgeführt werden.
- 9. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 8, ferner
einen Positionseinstellmechanismus aufweisend, damit das Lagerungselement
so am Referenzelement angebaut werden kann, dass die Position des
Lagerungselements einstellbar ist.
Mit dem Positionseinstellmechanismus
kann das Lagerungselement so montiert werden, dass es vom Referenzelement
gelöst
werden kann. Bei einem Ausfall im Licht übertragenden Element kann das
Licht übertragende
Element zusammen mit dem Lagerungselement ersetzt werden. Dies ist bei
der Verlängerung
der Nutzungsdauer des Hauptkörpers
der Vorrichtung vorteilhaft.
- 10. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
8 und 9, bei der eine Endoberfläche
des Lagerungselements in Bezug auf eine optische Achse schräg poliert
ist, so dass sie mit einer Endoberfläche des Licht übertragenden
Elements bündig
ist.
Bei dieser Konstruktion wird verhindert, dass an der Endoberfläche des
Licht übertragenden
Elements reflektiertes Licht zum Fotodetektor zurückkommt.
- 11. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
1 bis 10, ferner einen Positionseinstellmechanismus aufweisend,
der es ermöglicht,
dass das optische Pupillen-Projektionssystem
so am Referenzelement angebaut werden kann, dass die Position des
optischen Pupillen-Projektionssystems einstellbar ist.
Mit
dem Positionseinstellmechanismus kann das optische Pupillen-Projektionssystem
so montiert werden, dass es vom Referenzelement gelöst werden
kann. Bei einem Ausfall im optischen Pupillen-Projektionssystem
kann das optische Pupillen-Projektionssystem ersetzt werden. Dies
ist zur Verlängerung
der Nutzungsdauer des Hauptkörpers
der Vorrichtung vorteilhaft.
- 12. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
4 bis 11, bei der der Positionseinstellmechanismus eine Schraube
ist.
- 13. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
4 bis 11, bei der der Positionseinstellmechanismus eine Schraube
und eine Ausgleichsscheibe enthält
und die Winkeleinstellung entsprechend der Dicke der Ausgleichsscheibe
möglich
ist.
- 14. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
2 bis 13, bei der ein Steckverbinder zum lösbaren Anschließen elektrischer Verdrahtung
am Referenzelement bereitgestellt ist.
- 15. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 14, ferner
einen Monitor zur Anzeige eines Bildes des Objekts, das vom Fotodetektor
detektiert worden ist, aufweisend, wobei die Anzeige für die Abtastrichtung
mit dem Bild des Objekts kombiniert ist.
- 16. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 15, bei der
die Anzeige für
die Abtastrichtung selektiv angezeigt oder verborgen werden kann.
- 17. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
1 bis 16, ferner einen weiteren Abtastspiegel aufweisend, wobei
die beiden Abtastspiegel mikrobearbeitete Einachsen-Abtastspiegel
sind, die einander gegenüberliegen
und eine berührungslose
Galvanometer-Spiegeleinheit bilden.
- 18. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 17, bei der
einer der Abtastspiegel auf einem Lichtweg in der Nähe der Lichtquelle
und der andere Abtastspiegel auf einem Lichtweg in der Nähe des optischen
Fokussiersystems angeordnet ist, und bei der die beiden Abtastspiegel
so angeordnet sind, dass sie die folgende Bedingung erfüllen: 0,5 × (α + sin–1(r/(d2 + w2/4)0,5)) ≤ θ < 45°; dabei
ist θ der
Einfallswinkel, unter dem das Licht von der Lichtquelle über das
Licht übertragende Element
auf den einen Abtastspiegel fällt,
r
ist der Strahlradius,
w ist die Breite des anderen Abtastspiegels,
d
ist der Abstand zwischen den beiden Abtastspiegeln und
α = cos–1(d/(d2 + w2/4)0,5),
- 19. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 18, bei der
der Einfallswinkel θ 35° oder weniger
beträgt.
- 20. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
17 bis 19, bei der die Abtastspiegel elektromagnetisch angetriebene
Spiegel sind.
- 21. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach einem der Punkte
1 bis 16, ferner einen feststehenden Spiegel aufweisend, der gegenüber dem Abtastspiegel
angeordnet ist, wobei der Abtastspiegel ein mikrobearbeiteter Zweiachsen-Abtastspiegel
ist.
Infolge der Verwendung eines nicht abtastenden feststehenden
Spiegels ist ein Gelenkabschnitt, der für einen Abtastspiegel nötig ist,
nicht erforderlich, und deshalb kann die Größe des Spiegels verringert
werden.
- 22. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 21, bei der
der Abtastspiegel auf einem Lichtweg in der Nähe der Lichtquelle und der
feststehende Spiegel auf einem Lichtweg in der Nähe des optischen Fokussiersystems
angeordnet ist, und bei der der Abtastspiegel und der feststehende
Spiegel so angeordnet sind, dass sie die folgende Bedingung erfüllen: 0,5 × (α + sin–1(r/(d2 + w2/4)0,5)) ≤ θ < 45°dabei
ist θ der
Einfallswinkel, unter dem das Licht von der Lichtquelle über das
Licht übertragende Element
auf den Abtastspiegel fällt,
r
ist der Strahlradius,
w ist die Breite des feststehenden Spiegels,
d
ist der Abstand zwischen dem Abtastspiegel und dem feststehenden
Spiegel und
α =
cos–1(d/(d2 + w2/4)0,5).
- 23. Optische Rastermikroskopvorrichtung nach Punkt 22, bei der
der Einfallswinkel θ 35° oder weniger
beträgt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der durch den Abtastspiegel erzeugte Astigmatismus
unterdrückt,
um ein Bild von hoher Qualität
zu erzeugen. Ferner wird Licht durch den Abtastspiegel zum Abtasten
so abgelenkt, dass das Licht kompakt gefaltet wird, um die Breitenabmessung
des Hauptkörpers der
Vorrichtung zu verringern. Dies ermöglicht es, den Hauptkörper der
Vorrichtung so anzuordnen, dass ein ausreichendes Sichtfeld eines
Stereomikroskops, das zusammen mit ihr zu verwenden ist, gewährleistet
ist.