DE69629877T2

DE69629877T2 - Konfokales Mikroskop

Info

Publication number: DE69629877T2
Application number: DE69629877T
Authority: DE
Inventors: Yumiko Tanashi-shi Sugiyama; Takeo Tanaami; Kenta Hachioji-shi Mikuriya; Katsumi Kitatsuru-gun Isozaki
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-07-06
Also published as: EP1245986A3; EP0753779A2; EP0753779A3; EP1245986B1; EP1538470A2; DE69635628D1; EP1538470A3; US5717519A; EP1245986A2; EP0753779B1; DE753779T1; DE69629877D1; DE69635628T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein konfokales Mikroskop mit einem konfokalen Laserscanner, das eine Nipkow-Platte zusammen mit Mikrolinsen mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, und insbesondere auf die Verbesserung der Lichtausbeute.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Konfokale Mikroskope sind bereits bekannt, und ein konfokaler Lichtscanner mit einer sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Nipkow-Platte ist ebenfalls als ein Scanner bekannt, der in diesen konfokalen Mikroskopen enthalten ist. Siehe beispielsweise die Patentanmeldung WO 91/13379. Diese Arten von konfokalen Mikroskopen oder konfokalen Scannern weisen jedoch das Problem einer schlechten Lichtausbeute auf.
1 zeigt ein Beispiel derartiger konfokaler Lichtscanner. In der Figur durchläuft Laserlicht 1 Mikrolinsen (nicht gezeigt), die in der Mikrolinsenplatte 2 angeordnet sind, und einen dichroitischen Würfelspiegel 4 und wird auf Lochblenden (winzige Öffnungen) (nicht gezeigt) fokussiert, die in einem Array in der Nipkow-Platte 3 ausgebildet sind.
Außerdem kann als Mikrolinsenplatte 2 beispielsweise die in der Patentanmeldung EP 0 539 691 beschriebene Kollektorplatte verwendet werden. Die Kollektorplatte 20 ist, wie es in 2 gezeigt ist, aus einer Glasplatte 21 zusammengesetzt, auf der eine Anzahl von Fresnel-Linsen 22 ausgebildet sind. Die Fresnel-Linsen sind so ausgebildet, dass die Fokussierposition einer jeden eine Bildebene um eine Bildebene ihrerseits radial verschiebt.
Der dichroitische Spiegel 4 wird in dem Raum zwischen der Mikrolinsenplatte 2 und der Nipkow-Platte 3 mit einem in der Figur nicht gezeigten Trägermechanismus gehalten.
Das auf die Lochblenden der Nipkow-Platte 3 fokussierte Licht durchläuft eine Objektivlinse 6 und wird auf eine Probe 7 gestrahlt.
Von der Probe 7 emittiertes Fluoreszenzlicht wird auf die Lochblenden der Nipkow-Platte 3 durch die Objektivlinse 6 fokussiert, und somit wird das reelle Bild der Probe 7 an den obigen Lochblenden erhalten. Dieses Bild wird von dem dichroitischen Spiegel 4 reflektiert und auf der Lichtempfangsebene der Kamera 9 durch eine Relaylinse 8 gebildet.
Die Nipkow-Platte 3 ist mit der Mikrolinsenplatte 2 gekoppelt, und beide Platten drehen sich zusammen mittels eines Motors 5. Bei einer derartigen Konfiguration kann ein zweidimensionales Bild der Oberfläche der Probe 7 auf der Licht-Empfangsebene der Kamera 9 durch Abtasten der Oberfläche der Probe 7 mit einem Lichtstrahl durch Drehen der Mikrolinsenplatte 2 und der Nipkow-Platte 3 erhalten werden.
Bei dieser herkömmlichen Konfiguration wird, wenn der Laserstrahl senkrecht (mit einem 90° Winkel) auf die Mikrolinsenplatte einfällt, die optische Achse in dem dichroitischen Würfelspiegel 4 nicht abgelenkt, und so wird ein Lichtquellenbild auf der Nipkow-Platte 3 mit dem gleichen Muster wie dasjenige der Mikrolinsenplatte 2 gebildet. Dieses erleichtert die Ausrichtung der Mikrolinsen und der Lochblenden.
Der dichroitische Würfelspiegel 4 weist jedoch dadurch ein Problem auf, da er Glas sowohl vor als auch hinter dem Film aufweist und die Brechungsindizes die gleichen sind, wodurch es schwierig ist, eine scharfe Charakteristik zum Trennen von Fluoreszenz- von Erregerlicht verglichen mit einem dichroitischen Plattenspiegel zu erhalten, der einen großen Unterschied zwischen Brechungsindizes auf beiden Seiten haben kann, da dessen eine Seite Luft sein kann.
Um die Fluoreszenzmessleistung bei fluoreszenten konfokalen Lichtscannern zu verbessern, löst die Verwendung einer dichroitischen Plattenspiegels das obige Problem. Wenn ein dichroitischer Plattenspiegel zwischen den Platten 2 und 3 eingefügt ist, verschiebt sich jedoch die optische Achse um d, wie es in 3 gezeigt ist. Aus diesem Grund konnten bei dieser Konfiguration die Lochblendenpositionen an der Nipkow-Platte 3 nicht mit den Mikrolinsen in der Platte 2 ausgerichtet werden. Nebenbei bemerkt, ist dieses Problem nicht auf Typen mit Fluoreszenz begrenzt, sondern tritt ebenfalls bei solchen mit Reflexionsstrahlteilern auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Aufgabe der Erfindung ist es, ein konfokales Mikroskop bereitzustellen, das die Lichtsausbeute mit Blick auf das obige Problem verbessern kann.
Das konfokale Mikroskop der Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Die primäre Erfindung bei dieser Anmeldung offenbart einen konfokalen Lichtscanner, der für konfokale Mikroskope verwendet wird, die einen Plattenstrahlteiler benutzen, und ist ausgestaltet, sodass ein konvergierender Laserstrahl von der Mikrolinsenplatte auf die Nipkow-Platte ebenfalls genau einfallen kann, und ist durch die Annahme der folgenden Konfiguration gekennzeichnet:
Einem konfokaler Lichtscanner ist mit zwei einstückig ausgebildeten Platten ausgestattet, wobei in einer eine Anzahl von Mikrolinsen angeordnet ist, während in der anderen eine Anzahl von winzigen Öffnungen angeordnet sind, wobei beide in einem Array mit dem gleichen Muster aufweisen, wobei ein Drehmittel für diese beiden Platten, ein zwischen den obigen beiden Platten eingefügter Strahlteiler und eine zwischen den beiden Platten und einer Probe platzierten Objektivlinse vorhanden sind;
wobei ein Plattenstrahlteiler als der obige Strahlteiler verwendet wird;
die optische Achse des auf die obigen Mikrolinsen einfallenden Lichtes zu der optischen Achse des zu den Mikrolinsen vertikal einfallenden Lichtes geneigt ist; und
das auf die obigen Mikrolinsen einfallende Licht auf den winzigen Öffnungen fokussiert wird, deren Positionen zugehörigen Mikrolinsen entsprechen.
Bei dem konfokalen Lichtscanner der Erfindung ist ein Strahlteiler eingefügt und zwischen zwei integrierten Platten platziert, wobei in diesen jeweils eine Anzahl von Mikrolinsen bzw. winzige Öffnungen in einem Array jeweils in dem gleichen Muster angeordnet sind. Dieser Strahlteiler wird ein Plattenstrahlteiler sein.
Die optische Achse des einfallenden Lichtes wird um einen bedeutenden Winkel zu der optischen Achse des einfallenden Lichtes senkrecht zu dem Mikrolinsen geneigt. Dies löscht eine Verschiebung der optischen Achse, die durch den Plattenstrahlteiler erzeugt wurde, und ermöglicht, dass das auf die Mikrolinsen einfallende Licht auf den entsprechenden winzigen Öffnungen fokussiert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils eines konfokalen Mikroskops beim Stand der Technik zeigt.
2 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel der Konfiguration von Mikrolinsen beim Stand der Technik zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die die Verschiebung der optischen Achse bei einem dichroitischen Spiegel zeigt.
4 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei einer Ausführungsform eines konfokalen Lichtscanners der Erfindung zeigt.
5 ist eine vergrößerte Zeichnung, die den dichroitischen Spiegel darstellt.
6 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei der zweiten Ausführungsform eines konfokalen Lichtscanners der Erfindung zeigt.
7 bis 10 sind Zeichnungen, die die Konfiguration der wesentlichen Teile bei einer weiteren Konfiguration konfokaler Lichtscanner zeigen.
11 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei einem weiteren Beispiel eines konfokalen Mikroskops beim Stand der Technik zeigt.
12 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Apertur der Objektivlinse und die Laserlicht-Einfallsposition in der in 11 gezeigten Konfiguration zeigt.
13 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils in einer weiteren Konfiguration eines konfokalen Mikroskops zeigt.
14 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Apertur der Objektivlinse und der Laserlicht-Einfallsposition in dem in 13 gezeigten konfokalen Mikroskop zeigt.
15 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils in dem Fall zeigt, wobei ein Lichtscanner an einem Mikroskop mit einem endlichen optischen System beim Stand der Technik angebracht ist.
16 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Apertur der Objektivlinse und der Laserlicht-Einfallsposition bei der in 15 gezeigten Konfiguration zeigt.
17 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei einer weiteren Konfiguration eines konfokalen Mikroskops zeigt.
18 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Apertur der Objektivlinse und der Laserlicht-Einfallsposition bei der in 17 gezeigten Konfiguration zeigt.
19 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei einer anderen Konfiguration eines konfokalen Mikroskops zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier wird nachstehend die Erfindung mittels Zeichnungen ausführlich beschrieben. 4 ist eine Zeichnung, die die Konfiguration des wesentlichen Teils bei einer Ausführungsform eines konfokalen Lichtscanners der Erfindung zeigt, und 5 ist eine vergrößerte Zeichnung, die den dichroitischen Spiegel zeigt. Bei der folgenden Beschreibung werden die gleichen Symbole oder Ziffern die gleichen Teile wie die in 1 angegeben, und die Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.
In 4 und 5 gibt die Ziffer 41 einen dichroitischen Plattenspiegel an, der zwischen der Mikrolinsenplatte 2 und der Nipkow-Platte 2 platziert ist. Wie es in 5 gezeigt ist, fällt Laserlicht 1 auf die Mikrolinsenplatte 2 ein, wobei seine optische Achse um den Winkel θ von der vertikalen Einfallsachse Z der Mikrolinse in der Mikrolinsenplatte 2 geneigt ist. Dieser Neigungswinkel θ wird mit Bezug auf den Abstand zwischen den Mikrolinsenplatte 2 und der Nipkow-Platte 3 und die Dicke des dichroitischen Spiegels 41 bestimmt. Das von den Mikrolinsen abgeblendete Laserlicht wird um seine optische Achse von dem dichroitischen Spiegel 41 verschoben, durch die Lochblenden in der Nipkow-Platte 3 übertragen, die vertikal unter der Mikrolinsenplatte in dem gleichen Muster eingestellt sind, und über eine Probe geführt, indem diese mit einem Motor 5 gedreht wird. Da die anderen Vorgänge die gleichen wie diejenigen beim Stand der Technik sind, wird deren Beschreibung hier weggelassen.
In der oben beschriebenen Art und Weise kann die optische Achsenverschiebung aufgrund des dichroitischen Plattenspiegels korrigiert werden, indem das Laserlicht auf die Mikrolinsenplatte 2 einfällt, wobei das Laserlicht von der Vertikalen geneigt ist.
6 ist eine Zeichnung, die die zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei der obigen Ausführungsform ist die optische Achse des Laserlichts von der vertikalen Einfallsachse zu den Mikrolinsen geneigt. In dem Fall von 6 wird eine Einheit, bei der die Mikrolinsenplatte 2, die Nipkow-Platte 3, der dichroitische Spiegel 41 und der Motor 5 einstückig ausgebildet sind, um einen Winkel θ gegenüber dem Laserlicht 4 geneigt, wobei die optische Achse des ursprünglichen Laserlichts 1 mit der vertikalen optischen Einfallsachse der Objektivlinse 6 ausgerichtet ist. Bei einer derartigen Konfiguration kann die gleiche Wirkung wie bei der obigen ersten Ausführungsform erhalten werden.
Außerdem kann diese Erfindung nicht nur auf konfokale Fluoreszenz-Lichtscanner sondern ebenfalls auf konfokale Reflexions-Lichtscanner angewendet werden, die Strahlteiler (oder Halbspiegel oder polarisierte Strahlteiler) anstatt von dichroitischen Spiegeln verwendet.
Wie es oben erläutert ist, kann die Erfindung die Verschiebung der optischen Laserlichtachse aufgrund des dichroitischen Plattenspiegels durch Neigen der optischen Achse um einen bedeutsame Winkel gegen die Mikrolinsenplatte 2 verschieben und die Verwendung des dichroitischen Plattenspiegels mit einer Charakteristik einer guten Fluoreszenzlichttrennung von dem Erregerlicht ermöglichen.
Außerdem kann die folgende Konfiguration ebenfalls als eine Maßnahme zum Verbessern der Lichtausbeute benutzt werden. D. h. dies kann durch Verbreitern des Gesichtsfeldes bei einem in 1 gezeigten konfokalen Mikroskop erreicht werden. Bei diesem konfokalen Mikroskop können jedoch Mikrolinsen einer langen Brennweite und mit einer kleinen Aperturzahl (NA = number of apertures) nicht verwendet werden, um das Gesichtsfeld zu verbreitern. Diese Konfiguration weist jedoch die folgenden Probleme auf:

(1) Allzweckmikrolinsen mit einer kurzen Brennweite und mit großen NAs können nicht verwendet werden, und somit führt dies zu einem hohen Preis.
(2) Es ist schwierig, ein Messsystem mit einem breiten Gesichtsfeld und großen NAs aufzubauen. Wenn ein weiter Bereich, wie beispielsweise die Oberfläche eines IC, mit einer niedrigen Vergrößerung zu betrachten ist, kann eine gewöhnliche Objektivlinse mit geringer Vergrößerung aufgrund deren kleinen NAs kein ausreichendes Scheibenbild liefern, wohingegen, um ein breites Gesichtsfeld und große NAs zu erhalten, kleine Lochblenden und einer Mikrolinsen mit großer NA notwendig sind, wobei dies jedoch schwierig ist, wie es oben erwähnt ist.
(3) Obwohl die Reflexions-angeregten dichroitischen Spiegel bei handelsüblich verfügbaren Einfallslicht-Fluoreszenz- Mikroskopen längere Wellenlängen übertragen und kürzere Wellenlängen reflektieren, weist das obige konfokale Mikroskop einen Aufbau auf, um kürzere Wellenlängen zu übertragen und längere Wellenlängen zu reflektieren. Dies verhindert die Verwendung eines handelsüblich verfügbaren dichroitischen Spiegels.

Um dieses Problem zu lösen, wird bei der folgenden Konfiguration die optische Achse an der peripheren Seite eingeführt und zu den Pinlöchern mit einem anderen Spiegel zurückgeführt. In diesem Fall wird die Länge des Lichtweges mit Relaylinsen erweitert. Dies ermöglicht eine Mikrolinse mit einer kurzen Brennweite zu verwenden, und ein handelsüblich verfügbarer dichroitischer Spiegel kann ebenfalls anstatt des Strahlteilers verwendet werden.
Einzelheiten werden für die Konfiguration erläutert. In 7 sind M₁, M₂ und M₃ die ersten, zweiten bzw. dritten Reflexionsspiegel, und L₁ und L₂ sind die ersten und zweiten Relaylinsen.
Das durch die Mikrolinse ML in der konvergierenden Platte 2 laufende Licht wird mit dem ersten Spiegel M₁ reflektiert, mit der ersten Linse L₁ abgeblendet und fällt auf den Strahlteiler 12 ein (hier ein dichroitischer Spiegel). Dieses einfallende Licht weist kürzere Wellenlängen auf, wird mit dem dichroitischen Spiegel 12 reflektiert, dann mit dem Spiegel M₂ reflektiert, mit der zweiten Linse L₂ abgeblendet, mit dem dritten Spiegel M₃ reflektiert und auf die Lochblende PH in der Lochblendenplatte 3 fokussiert.
Das auf die Lochblende PH fokussierte Licht läuft durch die Objektivlinse 6 und bestrahlt die Probe 7, ähnlich wie beim Stand der Technik. Das Rücklicht von der Probe läuft durch die Objektivlinse 6 und bildet das Bild der Probe an der Lochblende PH. Dieses reelle Bild wird von dem dritten Spiegel M₃ reflektiert, mit der zweiten Linse L₂ abgeblendet, mit dem zweiten Spiegel M₂ reflektiert, durchläuft den Strahlteiler 12 und wird dann mit der Sammellinse 43 abgeblendet und auf der Lichtempfangsebene der Kamera 9 fokussiert.
In diesem Fall sind die Spiegel M₁, M₂ und M₃, die Linsen L₁ und L₂, der Strahlteiler 12, die Sammellinse 43 und die Kamera 9 in festen Positionen angeordnet. Bei dieser Konfiguration sind die Längen jedes Lichtwegs von jeder Mikrolinse ML zu ihrer entsprechenden Lochblende PH alle gleich.
Wie es oben beschrieben ist, kann, da der Lichtwegabstand mittels Relaylinsen L₁ und L₂ verlängert wird, sodass die optische Achse an der peripheren Seite der Platten 14 und 15 mit dem Reflexionsspiegel M₁ eingeführt und an die Lochblende PH mit den zweiten und dritten Reflexionsspiegeln M₂ und M₃ zurückgegeben wird, die Mikrolinse ML mit einer kurzen Brennweite verwendet werden.
Da der Strahlteiler 12 bei dieser Ausführungsform außerdem das einfallende Licht reflektiert und das Rücklicht durchlässt, kann ein dichroitischer Spiegel einer Art, der das einfallende Licht reflektiert und das Rücklicht sendet, anstatt des Strahlteilers 12 verwendet werden.
Außerdem kann eine auf dem Markt verfügbare Mikrolinse mit einer kurzen Brennweite für optische Fasern als Mikrolinse ML verwendet werden.
Die Annahme eines derartigen Aufbaus macht die Verwendung von Mikrolinsen einer kurzen Brennweite und großer NA möglich, und ermöglicht, dass die NA von Mikrolinsen und die auf Pinlöcher einfallende NAs getrennt ausgestaltet werden.
8 ist eine Zeichnung, die eine weitere Konfiguration zeigt. Der Unterschied von 7 ist die Konfiguration, wo die zweite Linse L₂ zwischen dem dritten Spiegel M₃ und der Lochblendenplatte 15 lokalisiert ist, sodass das System mit einer Objektivlinse mit einer großen NA bewältigen werden kann.
Beispielsweise beträgt die Aperturzahl der Objektlinse normalerweise 0,2 für eine Vergrößerung von 10 bei generischen konfokalen Mikroskopen, und somit beträgt die NA an der Lochblende 0,2/10 = 0,02. In diesem Fall ist der Lochblendendurchmesser gleich 30 μm. Wohingegen in dem Fall großer NAs, d. h. einer Vergrößerung von 10 und einer Objektivlinsen-NA von 0,9, die NAs an der Lochblende gleich 0,09 und der Lochblendendurchmesser gleich 7 μm sind.
Wenn die in 8 gezeigte Konfiguration benutzt wird, können kleine Lochblenden und große NA-Mikrolinsen zusammen mit einer großen NA-Objektivlinse verwendet werden.
9 ist eine Zeichnung, die noch eine weitere Konfiguration zeigt. Der Unterschied zu jener aus 7 besteht darin, dass es nur zwei Spiegel (M₁ und M₃) gibt, wobei der zweite Spiegel M₂ weggelassen wird.
Außerdem ist die in 10 gezeigte Konfiguration der Konfiguration äquivalent, bei der die zweite Linse L₂ in 7 entfernt ist.
Wie es bei der oben erläuterten Konfiguration beschrieben ist, ermöglicht die Einfügung von Spiegeln und Linsen zwischen den Mikrolinsen und Lochblenden, dass die NA der Mikrolinsen an der Lichtquellenseite und die NA an der Lochblendenseite unabhängig ausgestaltet werden können. Daher können die kleinen Lochblenden und die Mikrolinsen einer kurzen Brennweite und mit großen NAs benutzt werden, was die Implementierung des Messsystems eines breiten Gesichtsfelds und großen NAs ermöglicht.
Da die Lichtweglänge von den Mikrolinsen zu den Lochblenden ferner mittels Relaylinsen verlängert wird, kann ein dichroitischer Reflexions-Anregungs-Spiegel anstatt eines Strahlteilers verwendet werden, und ein konfokales Mikroskop mit einer ausreichenden Wellenlängencharakteristik und mit niedrigen Kosten kann ohne weiteres verwirklicht werden. Außerdem kann durch Neigen dieser Spiegel M₁ und M₃ ein dichroitischer Plattenspiegel verwendet werden.
Eine weitere Maßnahme für die Verbesserung der Lichtausbeute, nämlich eine Konfiguration, um die Lichtausbeute am Umfang des Gesichtsfeldes und die Auflösung in einem aus einem unendlichen optischen System bestehenden Mikroskop zu verbessern, wird nachstehend erläutert.
11 zeigt ein Beispiel des wesentlichen Teils des optischen Systems, wenn ein optischer Scanner an einer derartigen Art von Mikroskop beim Stand der Technik befestigt ist. Bei dieser Figur gibt die Ziffer 10 einen optischen Scanner, 20 eine Röhrenlinse und 30 die Objektivlinse an. Das von der Mikrolinse ML in dem optischen Scanner gebündelte Laserlicht wird zu einer Punktquelle an der Lochblende (die Punktquellen der drei Lochblenden sind typischerweise in der Figur gezeigt), und die Lichtstrahlen von diesen Punktquellen werden miteinander über die Röhrenlinse 20 parallel gerichtet und fallen auf die Objektivlinse 30 ein.
In diesem Fall ist, da ein aus einem unendlichen optischen System bestehendes Mikroskop basierend auf dem Prinzip der Köhler-Beleuchtung konfiguriert ist, um die Probe mit der größten Helligkeit zu beleuchten, das Intervall "b" zwischen der Röhrenlinse 20 und der Objektivlinse 30 nicht gleich der Brennweite "a" der Röhrenlinse 20. Dem gemäß fällt, wenn ein konfokaler optischer Scanner mit Lochblenden an einem derartigen Mikroskop mit einem unendlichen optischen System befestigt ist, das Licht von außerhalb des Lochblendenarrays auf eine von der Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 verschobenen Position ein, wie es in 12 gezeigt ist, was zu den folgenden Problemen führt.

(1) Der Durchmesser der Apertur ist abhängig von der Art der Objektivlinse 30 klein, und dies verringert die Lichtmenge von außerhalb der Lochblenden, und somit nimmt die Beleuchtungslichtmenge am Umfang ab (eine Beleuchtungsungleichmäßigkeit tritt auf).
(2) Da die Apertur der Objektivlinse nicht mit dem Licht von außerhalb der Lochblenden gefüllt werden kann, und somit die Aperturzahl (NA) der Objektivlinse 30 nicht voll genutzt werden kann, wird die Auflösung am Außenbereich niedrig.

Um diese Probleme zu lösen, reicht die in 13 gezeigte Konfiguration aus. Der Unterschied zwischen 13 und 11 besteht drin, dass der Abstandshalter 50 zwischen der Röhrenlinse 20 und der Objektivlinse 30 eingeführt ist, sodass der Abstand zwischen der Röhrenlinse 20 und der Objektivlinse 30 gleich der Brennweite "a" der Röhrenlinse 20 ist.
Der Abstandshalter 50 ist ein hohler Ring, der mit einem Zylinder (nicht gezeigt) in Eingriff ist, an dem die Röhrenlinse 20 und die Objektivlinse 30 angebracht ist, was den Zylinder verlängert. Wenn ein derartiger Abstandshalter 50 angebracht ist, um den Abstand der Röhrenlinse 20 und der Objektivlinse 30 zu der Brennweite "a" der Röhrenlinse 20 gleich zu machen, fällt das Laserlicht von allen Lochblenden PH auf die Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 als Ergebnis ein, wie es in 14 gezeigt ist.
Außerdem arbeitet im Fall dieser Ausführungsform das optische System ohne Mikrolinsen ML.
Bei der obigen Konfiguration werden, da das Laserlicht von den Lochblenden an dem Außenbereich auf die Mitte der Apertur der Objektivlinse einfallen kann, die folgenden Wirkungen erhalten.

(1) Lichtverlust wird eliminiert, da die Lichtmenge von den Lochblenden von dem äußeren Teil des Bildbereichs nicht durch den Durchmesser der Apertur der Objektivlinse verringert wird, und somit wird die Lichtausbeute angehoben, und ebenso wird keine Beleuchtungsungleichmäßigkeit erzeugt.
(2) Beide Lochblenden an dem äußeren Teil und dem Mittelteil des Bildbereichs können gleichmäßig und wirksam die Apertur der Objektivlinse verwenden, wobei die Aperturzahl nicht abnimmt und kein Absenken der Auflösung nur für den äußeren Teil auftritt.

Die oben beschriebene Konfiguration ist für Mikroskope eines unendlichen optischen Systems; für Mikroskope eines endlichen optischen Systems wird die folgende Konfiguration vorgesehen.
Für Mikroskope eines endlichen optischen Systems ist der Abstand der Lochblende PH und der Objektivlinse 30 gleich der Bildbrennweite "a", wie es in 15 gezeigt ist. Aus diesem Grund fallen alle Lichtstrahlen von den Lochblenden PH auf die Objektivlinse 30 mit ihren optischen Achsen bei Null Grad und parallel zueinander ein, und das Licht von dem äußeren Teil fällt auf den von der Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 verschobenen Teil ein, wie es in 16 gezeigt ist. Wenn eine Linse mit der gleichen Brennweite wie die Bildbrennweite der Objektivlinse zwischen den winzigen Öffnungen und der Objektivlinse bereitgestellt wird, um zu ermöglichen, dass Licht von allen winzigen Öffnungen auf die Mitte der Apertur der Objektivlinse einfällt, kann der Lichtverlust an dem äußeren Teil eliminiert und die Lichtausbeute verbessert werden. Die Auflösung an dem äußeren Teil kann ebenfalls angehoben werden.
17 zeigt eine derartige Konfiguration. Der Unterschied zwischen 17 und 15 besteht darin, dass die Feldlinse 60 direkt unter dem Lochblendenarray bereitgestellt wird. Die Feldlinse 60 weist die gleiche Brennweite wie die Bildbrennweite "a" der Objektivlinse 30 bei einem Mikroskop eines endlichen optischen Systems auf und ist nahe an dem Lochblendenarray 11 (mit anderen Worten direkt unter dem Lochblendenarray 11) platziert.
Das Laserlicht wird durch Mikrolinsen ML in die Lochblende PH abgeblendet, und die optische Achse des durch die Lochblende PH laufenden Laserlichts wird zu der Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 durch die Feldlinse 60 abgelenkt, die direkt unter der Lochblende PH angeordnet ist. Dem gemäß fällt das Laserlicht von allen Lochblenden PH auf die Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 ein, wie es in 18 gezeigt ist.
Die optische Achse des Rücklichtes von der Probe (nicht gezeigt) wird von der Feldlinse 60 abgelenkt, sodass die optische Achse mit 0 Grad auf die Lochblende PH einfällt. Dies erhöht die Lichtausbeute.
Wenn die Feldlinse 60 von der Lochblendenoberfläche beträchtlich entfernt ist, tritt in diesem Fall eine Abberation auf. Da jedoch die Brennweite "a" ausgestaltet werden kann, um ungefähr 200 mm zu betragen, beträgt im allgemeinen der Abstand zwischen der Lochblende PH und der Feldlinse 60 ungefähr 10 mm, somit gibt es nahezu kein Problem durch Abberation.
19 ist eine Zeichnung, die noch eine weitere Konfiguration zeigt. In dieser Figur zeigt die Ziffer 71 eine Relaylinse und die Ziffer 72 eine Linse.
Die Relaylinse 71 bildet die Bildebene der Lochblenden PH in der Position der Bildbrennweite "a" der Objektivlinse 30 und wird zwischen den Lochblenden PH und der Objektivlinse 30 angeordnet.
Die Linse 72 weist die gleiche Brennweite wie die Bildbrennweite "a" der Objektivlinse 30 auf und ist in der Position der Bildebene der Lochblenden PH platziert, die durch die Relaylinse 71 erhalten wird.
Eine derartige Konfiguration ermöglicht, dass das gesamte Licht von den Lochblenden auf die Mitte der Apertur der Objektivlinse 30 einfällt.
Die Erfindung, wie sie in dem vorliegenden Anspruch 1 definiert ist, ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann passend modifiziert oder geeignet geändert werden. Beispielsweise können die Mikrolinsen ML weggelassen werden. Die Form einer winzigen Öffnung ist nicht auf einen Kreis begrenzt, sondern kann andere Formen annehmen, insoweit wie der gleiche Zweck erreicht werden kann.
Außerdem kann bei einer derartigen Konfiguration ein Plattenstrahlteiler verwendet werden, wobei ein Verfahren angewendet wird, das dazu führt, dass Licht mit seiner bezüglich den Mikrolinsen geneigten optischen Achse auf die Mikrolinsen einfällt.

Claims

Konfokales Mikroskop zum Abtasten einer Probe mit einem Lichtstrahls mit: einer Lichtquelle zum Emittieren des abzutastenden Lichtstrahls, einer ersten Platte (2) mit einer Mehrzahl von in einem Array angeordneten Mikrolinsen, einer zweiten Platte (3) mit einer Mehrzahl von winzigen Öffnungen, die in einem Array in dem gleichen Muster wie die Mikrolinsen angeordnet sind, wobei die beiden Platten (2, 3) einstückig zusammengekoppelt sind, Mittel (5) zum Drehen der beiden Platten (2, 3), und einem Strahlteiler (41), der zwischen den beiden Platten (2, 3) vorgesehen ist, wobei der Lichtstrahl auf die erste Platte (2) entlang einer vorbestimmten Einfallsachse einfällt und dann durch den Strahlteiler (41) läuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (41) ein Plattenstrahlteiler ist, der den durchgelassenen Lichtstrahl seitlich verschiebt, und dadurch, dass eine optische Achse der Mikrolinsen mit Bezug auf die Einfallsachse des auf die Mikrolinsen einfallenden Lichtstrahls geneigt ist, so dass die Verschiebung des Lichtstrahls durch den Plattenstrahlteiler (41) gelöscht und der durch eine jeweilige Mikrolinse und den Plattenstrahlteiler (41) laufende Lichtstrahl auf eine entsprechende kleine Öffnung gebündelt wird.
Konfokales Mikroskop gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Objektivlinse (6) zwischen der zweiten Platte (3) und einer Probenposition (7) vorgesehen ist, und die beiden Platten (2,3) und der Plattenstrahlteiler (41) um einen Winkel θ mit Bezug auf die durch das einfallende Licht und die optischen Achse der Objektivlinse (6) definierten Achse geneigt sind.