JP2001500986A - 微小画像結像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、２つのフラットフィールド、テレセントリック、無限遠共役、アクロマティック対物レンズ（３２および３４）を特徴とする。それら対物レンズの各々は、それら２つの対物レンズから等しい距離に位置する共通平面内に位置する外部瞳孔を有し、これがその共通平面（２８）の中心に位置付けられる、結像システムの機械的にアクセス可能な中心瞳孔（３０）を規定する。それら対物レンズの各々はその共通平面において無限焦点を有し、それらレンズのうち一方がサンプルに近接する焦点面を形成する。それらレンズは、視野内の分解可能な点の数を一定に保ちながら、種々のレベルの倍率を提供するよう適合される。アレイ検知器（１４）は、残りの対物レンズ（３４）で形成される焦点面に近接して位置付けられる。この２つの対物レンズを有するアセンブリは、透視およびエピイルミネーションシステム内に含まれるものとして記載される。

Description

【発明の詳細な説明】 微小画像結像システム 技術分野 本発明は、顕微鏡検査法に関する。特定的には本発明は、全視野の結像に最適 な、結像システムに関する。 背景技術 エピイルミネーション、反射または透視法による結像等の、種々の結像技術を 使用する多くの応用分野において、光顕微鏡がサブミクロンの解像度でサンプル を検査するのに効果的な道具として出現した。生物学および医学においては、選 択された分子種の存在および位置を非常に高い感度で示すのに、蛍光タグおよび 免疫蛍光検査用タグ等の、適切なタグが使用される。標本の動きは、電子的に強 化された映像顕微鏡検査法を用いることによって、自然環境において視覚化する ことが可能である。 さらに、コンピュータチップならびに関連の情報処理および記憶装置が、光顕 微鏡検査法における新たな進展をもたらしている。たとえば、Khurunaへの米国 特許番号第４，６８０，６３５号は、半導体ウェハの製造中におけるパターンの 欠陥および微粒子汚染等の異常を監視するための、放出型顕微鏡を開示している 。この放出型顕微鏡は、その要部において、像増倍管に光学的に結合された対物 レンズ系を含む。像増倍管は、固体検知器に電子的に結合され、対物レンズによ って検出された画像を拡大する機能を有する。画像処理コンピュータは、固体検 知器によって生成された情報を受取るよう結合される。レンズ系は光学的に検知 器に結合される。この検知器は、プロセッサに電子的に結合される。レンズ系は 、高い開口数および高い倍率を有する対物レンズからなる。検知器に当たる画像 の明るさを増すために、補助レンズが使用されて、レンズ系の全体としての倍率 を下げる。検知器によって感知された画像に対応する情報は、プロセッサに送ら れて、それにより、その情報の視覚的表示が得られる。異なる倍率を与えるのに 、 種々のレンズ系が提供され得る。 Zinter等への米国特許番号第５，５００，７７０号は、それぞれ複数のレンズ からなる２つのグループを含む、放出型顕微鏡検査機器のためのマイクロレンズ 系を開示している。うち１つのグループは、サンプルに近接して配置され、対象 物グループを規定する。残りのグループは、検知器に近接して配置されて、検知 器グループを規定する。対象物グループは検知器グループとは間隔をおいて配置 されて、それら２つのグループ間に軸方向のギャップを形成する。対象物グルー プはサンプルに近接する焦点面を規定し、検知器グループは検知器に近接する焦 点面を規定する。サンプルからの光は、この対象物グループを通過して、軸方向 のギャップ内に入る。対象物グループがサンプルからの光をコリメートするので 、光は視準光線の束として軸方向のギャップを通過する。このコリメートされた 光は、検知器グループに入射し、検知器グループがそれを検知器上に集光する。 この軸方向のギャップは、ビームスプリッタ等の補助構成要素をその中に含むこ とができるという利点を提供するものと説明されている。 光顕微鏡検査システムの２つの相反する目的は、高い解像度を高速の結像シス テムに提供することである。通常、光顕微鏡の解像度は、結像の速度に反比例す る。したがって、解像度が高くなると検査速度は低下する。上述のような矛盾を なくすための１つの技術は、システムの解像度を選択的に選ぶことである。この 目的のために、異なる倍率を光顕微鏡に提供することが有益である。 Esrig等への米国特許番号第４，７５５，８７４号は、光の可視波長および近 赤外波長の双方で画像処理技術を提供する、放出型顕微鏡検査システムを開示し ている。このシステムはその要部に、被検サンプルと光増倍管との双方と光学的 に結合されたレンズアセンブリを含む。一次ビデオカメラ、または他の固体光電 式アナログ変換器は、この増倍管と光学的に連絡する。ビデオ画像信号処理手段 は、ビデオカメラと電気的に連絡して、このカメラによって感知された画像に対 応する情報を処理する。表示手段はこの処理手段に電子的に結合されて、処理手 段によって処理された情報の視覚表示を形成する。このレンズアセンブリは、マ イクロ光学素子およびマクロ光学素子を含むものとして示されているが、それら の各々はシステムに異なるレベルの倍率を提供するよう、相互変換することが可 能である。一実施例においては、マクロ光学素子は、背面結合されたフォトレン ズを含むものとして示されている。 Sweedler等への米国特許番号第５，１４１，６０９号は、電荷結合素子（ＣＣ Ｄ）等の固体検知器のアレイを用いる、キャピラリ電気泳動およびキャピラリク ロマトグラフィにおいて有益である、検知方法および装置を開示している。この システムは、移動する分析ゾーンがより長い時間露光されるようにする、時間遅 延統合（ＴＤＩ）モードで動作するものとして記載されている。ＣＣＤは、サン プルの画像をスペクトル的に分散するスペクトログラフを用いることによって領 域の結像を提供する、二次元のアレイである。このように、ＣＣＤアレイの第１ の軸に沿って空間的情報が集められ、スペクトル情報はＣＣＤアレイの第１の軸 と直交する第２の軸に沿って集められる。レーザは、レンズを介して軸方向に、 サンプルを格納するキャピラリ内に集められる。サンプルから発せられた光は、 円柱ミラーによって１対のアクロマートおよび円柱レンズ上に反射され、それら がサンプルからの光をスペクトログラフを介してＣＣＤ上に結像する。 上述のシステムにおける欠点は、その各々が、異なるレベルの倍率を提供する ために像の解像度または集光効率を犠牲にすることである。別の欠点は、先行技 術による結像システムの各々が限られた数の顕微鏡技術とともに使用するのに好 適であるにすぎず、また、最大の視野サイズで最大の解像度および集光効率を提 供しかつ量的な情報を提供するのに最適化されてはいないことである。 必要とされるのは、さまざまな倍率で高解像度の結像を提供して全体の視野に わたって量的な結像を可能にし、かつ、多種多様の顕微鏡技術とともに使用する のに好適である、光学システムである。 発明の概要 本発明は、２つの対物レンズを含むアセンブリを特徴とし、これは、フィール ドにわたる多数の分解可能な点が検知器の多数のピクセルと対応するように、一 定の像精細度を提供する。このレンズアセンブリは、２つの、テレセントリック 、無限遠共役、フラットフィールドアクロマティック対物レンズを含み、その各 々が、共通の平面に位置しかつ軸方向に位置合わせされて、結像システムの機械 的 にアクセス可能な中心瞳孔を規定する、外部瞳孔を有する。これら対物レンズの 各々は、共通の平面内で無限焦点を有し、それらレンズのうち一方のサンプルレ ンズがサンプルに近接して焦点面を形成する。アレイ検知器は、残りの対物レン ズによって形成された焦点面に近接して位置付けられて、検知器レンズを規定す る。一般に、アレイ検知器の一方軸（ｄ）に沿った寸法は、単位倍率において、 サンプルおよび中心瞳孔（ｐ）の平行軸に沿った対応する寸法（Ｄ）と合致する 。このようにして、Ｄに沿ったサンプルの全視野を、サンプルに光を当ててその 上に走査線を照射することによって得ることが可能となる。視野にわたる分解可 能な点の数を検知器内のピクセルの数と一致させることによって、対物レンズに より高精細度の結像が達成される。サンプルのフルイメージを得るために、サン プルを走査線を横切る方向に動かすことが可能であるか、または、走査線をサン プルにわたって走査することが可能である。 代替的に、サンプル全体を単位倍率で、検知器の寸法領域およびサンプルのそ の領域に対応する瞳孔で、結像することが可能である。この方法により、２つの 対物レンズからなるアセンブリは、検知器の感知素子の実質上すべての上に、二 次元で、サンプルを同時に結像する。これにより、上述のようにサンプルを移動 させるかまたは線を走査する必要がなくなる。 ２つの対物レンズを有する設計は、種々の結像モードで使用され得る。たとえ ば、光源は、透視のために構成することが可能であり、この場合、２つの対物レ ンズからなるアセンブリは、サンプルの一方側に近接して配置され、かつ、光源 が反対側に近接して位置付けられる。これにより、２つの対物レンズからなるア センブリがサンプルを通過する光を集めてそれを検知器上で結像することができ るようになる。代替的に、エピイルミネーションが使用されてもよく、その場合 、ビームスプリッタ、部分開口充填ミラーまたは波長判別ミラー等の波長分離手 段が、サンプルの照射された領域から発せられる光がそれにわたって進む再帰回 路を形成する、中心瞳孔に配置され得る。このように、光源は２つの対物レンズ を有するアセンブリによって規定される光軸から外れて配置される。光源は、光 を、入射光経路上に方向付けて、波長分離手段に当てる。波長分離手段はその光 を、サンプルレンズを通してサンプル上に向ける。サンプルから発せられる光は 、こ のサンプルレンズによって集められて、波長分離手段を通して再帰経路に沿って 方向付けられる。検知器レンズは、この波長分離手段を通過する光を集めて、そ れを検知器上に結像する。上述のような結像システムの双方において、検知器は 感知された光に対応する電気信号を生成し、システムは信号プロセッサおよびビ デオ表示システムを含んで、その信号の可視画像を形成する。 図面の簡単な説明 図１は、透視結像システムにおける本発明の斜視図である。 図２は、図１に示したシステムの側面図である。 図３は、図１に示したシステムの、二次元のスキャナを用いる代替的な実施例 である。 図４は、領域の結像を用いる、図１に示したシステムの斜視図である。 図５は、エピイルミネーションシステムにおける、本発明の斜視図である。 図６は、図５に示したシステムの側面図である。 発明を実行するためのベストモード 図１を参照して、透視システム１０が、２つの対物レンズを含むアセンブリ１ ２と、光検知器１４と、光源１６と、コンデンサレンズ１８とを含み、それらす べてが光経路２０に沿って配置されているものとして示されている。サンプル２ ２は光経路２０内に、レンズアセンブリ１２と光源１６との間に配置される。こ の設計において、光源１６から発せられる光２４はサンプル２２を通過して、レ ンズアセンブリ１２によって集められる。レンズアセンブリ１２はその後、集め た光２５を検知器１４上に向けて、その上で照射されたサンプル２２の領域２６ を結像する。 図２もまた参照して、２つの対物レンズを有するアセンブリ１２は軸方向およ び横方向の色収差が補正され、また、２つの無限遠共役対物レンズを含む。対物 レンズは各々、フラットフィールドおよび横方向の色補正、ならびに、共通の軸 に沿って共通平面２８に位置する外部瞳孔を有して、システム１０の機械的にア クセス可能な中心瞳孔３０を規定する。対物レンズのうち一方のサンプルレンズ ３２は、サンプル２２に近接して焦点面を形成する。検知器１４は、残りの対物 レンズ、すなわち検知器レンズ３４によって形成された焦点面に近接して位置付 けられる。システム１０は、サンプル２２の全視野の結像を少なくとも一次元で 提供することができることが好ましい。そのために、検知器１４は通常、軸に沿 って位置合わせされた、フォトダイオード、フォトキャパシタまたは光伝導体等 の、複数の感知素子４２を有するアレイ検知器である。ＭＯＳ読出等のいかなる 種類のアレイ検知器も使用することが可能ではあるが、説明の目的で、検知器１ ４は電荷結合素子（ＣＣＤ）であるものとして説明する。横方向の軸３６に沿っ た検知器１４の寸法（ｄ）は、平行軸３８に沿ったサンプル２２の対応する寸法 （Ｄ）に等しいかまたはそれよりも大きい。中心瞳孔３０の直径がシステム１０ の開口数を規定するものと考えると、中心瞳孔３０がそれを通じて最大量のフォ トンを通過させて効率的に結像できるようにし、光の損失を最小限に抑えるよう にすることが必要である。この目的のために、レンズ３２または３４の瞳孔が上 述の基準を達成せねばならないが、それら瞳孔が同じサイズである必要はない。 より特定的には、２つの対物レンズを含むアセンブリ１２は以下の基準を満たさ ねばならない： 式中、Ｐ_dはレンズ３４の瞳孔のサイズであり、Ｐ_sはレンズ３２の瞳孔のサイズ 、ｆはレンズ３４の焦点距離、Ｆはレンズ３２の焦点距離、また、Ｎａ_dおよび Ｎａ_sはそれぞれ、レンズ３４および３２の開口数であって、ｄは上に規定した とおりである。 一実施例においては、レンズ３２とレンズ３４とは同一のものであってもよく 、かつしたがって、単位倍率の光学的リレーを形成する。各レンズ３２および３ ４が共通平面２８内で無限焦点を有し、設計において対称的であって、それによ り、２つの対物レンズを含むアセンブリ１２が中心瞳孔３０に対して対称である ことが好ましい。２つの無限焦点のレンズの瞳孔を共通の軸に沿って位置合わせ しかつ共通平面２８内に位置するようにし、かつ設計において対称的となるよう にす ることによって、コマおよび歪曲等の光学収差が低減される。フィールドの周辺 における光損失を低減するために、双方のレンズ３２および３４がそれぞれの焦 点面においてテレセントリックであってもよく、これにより、アセンブリ１２の 倍率が焦点位置の誤差に比較的左右されることがなくなる。さらに、レンズ３２ および３４はアクロマティックであるかまたは等しくかつ逆の軸方向の色収差を 有してもよく、これにより、レンズアセンブリ１２は、軸方向および横方向の収 差をシステムの有効な解像度以下に維持しながら、たとえば一次波長＋約３００ ｎｍまたはそれ以上の、光の広帯域の波長にわたって動作することが可能となる 。これにより、レンズアセンブリ１２は、種々の波長を有する光で動作が可能と なり、また、多種多様なサンプルからの光を集められるようになる。したがって 、どのような光源も用途に応じて用いることが可能となる。たとえば、光源１６ は、コヒーレント光のコリメートされたビームを生成するレーザ、ハロゲン光、 または、ノンコヒーレント光を生成する発光ダイオードであり得る。このため、 システム１０は、たとえばＯＢＩＣまたはケモルミネセンス等の、いくつかの応 用において使用するのに好適である。 レンズ３２および３４の仕様は以下のとおりである： 上述のように、レンズアセンブリ１２および検知器１４は少なくとも一つの寸 法Ｄに沿ってサンプル２２の全視野の画像を提供するよう構成されることが好ま しい。サンプル２２全体を結像するために、システム１０はサンプル２２をその 上に載せる平行移動ステージ４０を含んでもよい。ステージ４０上のサンプル２ ２の位置は、たとえば真空引きまたは弾性部材等の、好都合な方法によって維持 される。ステージ４０はサンプル２２を軸３８を横切る方向Ａに移動させ、それ により、検知器１４の感知素子４２上にサンプル２２のすじ状の領域が連続して 結像されるようにする。一実施例においては、検知器１４の感知素子４２はトラ ンスファーゲート４６を介して単一の記録器４４に接続され得る。動作において 信号は、伝送時間の間、感知素子４２上に統合される。ゲート４６がその後活性 化されて、すべての感知素子４２からの電荷が同時に記録器４４へと転送される 。この時点において、記録器４４は処理回路４５へとそれら電荷を読出すようク ロック制御される。その後、ゲートが非活性化され、ステージ４０は次の領域が 感知素子４２上に結像されるように、サンプル２２を位置付ける。 処理回路４５は感知された画像に対応する信号を生成し、それがその後、表示 装置４７に伝送される。このようにして、ステージ４０の移動が検知器１４の統 合および読出時間と同期化されて、サンプル全体が感知素子４２上に結像される ようになる。光源１６からの光束が容易に制御できない状況においては、アンチ ブルーミングが提供されてもよい。また、感知素子４２の統合時間が記録器４４ の読出時間よりも短くなるようにすることが可能な、電子的シャッタリングを用 いてもよい。より高密度のピクセルが求められる場合、二相の読出ＣＣＤまたは スタガー線形アレイＣＣＤが用いられてもよい。 ２つの対物レンズを有するアセンブリ１２における際立った利点は、システム １０の倍率を大きな光損失なしに容易に調整することができることである。倍率 の調整は単に、中心瞳孔３０とサンプル２２との間に一定距離を保ちながら、サ ンプルレンズ３２の焦点距離を変化させることによって達成される。検知器レン ズ３４の任意の焦点距離を（ｆ）としかつサンプルレンズ３２の焦点距離を（Ｆ ）とすると、システム１０の倍率（Ｍ）は以下のように規定することが可能であ る： （１） Ｍ＝Ｆ／ｆ＝Ｄ／ｄ 上述のように、式中、（ｄ）はレンズ３４の視界内に位置する軸３６に沿った検 知器１４の長さであり、（Ｄ）は平行軸３８に沿ったレンズ３２の視野内に位置 するサンプル２２の長さである。単位倍率における全視野を仮定した場合、ｄは 検知器１４の面積に対応し、かつ、Ｄはサンプル２２の面積に対応する。したが って、面積Ｄがサンプル２２の５平方ｍｍに対応する場合、面積ｄは検知器の長 さの５平方ｍｍに対応し、検知器の面積とサンプルの面積との間に１対１の対応 、すなわち単位倍率を提供する。システムの倍率は、検知器の面積のサンプルの 面積に対する比を増すことによって容易に高めることが可能である。式（１）に 従って、この検知器面積のサンプル面積に対する比は、単にサンプルレンズ３２ の焦点距離を変化させることによって容易に高くすることができる。したがって 、サンプルレンズ３２はシステム１０に脱着可能に取付けられ、それにより、他 のサンプルレンズ３２と交換してシステム１０の倍率を変化させることが可能と なる。単位元でない倍率を提供するサンプルレンズ３２の２つの実施例の仕様を 以下に示す： 代替的な実施例において、レンズ３２は、その焦点距離の増進するまたは連続 的な調整を可能にする、ズームレンズであってもよい。 レンズアセンブリ１２に対するさらなる制約は、視野内の分解可能な点の数が 、検知器１４上の感知素子４２の数、すなわちピクセルの数に対応することであ る。たとえば、典型的な二次元のＣＣＤは、５１２×５１２＝２６，２００個の ピクセルを含む。レンズアセンブリ１２が異なるレベルの倍率において２６，２ ００個の分解可能な点を確実に提供することができるように、レンズ３２と３４ とは一定の像精細度を提供するように構成されねばならないであろう。この目的 のために、レンズ３２および３４は、レンズアセンブリ１２が以下のように規定 されるように設計される： Ｋ＝ｄ／ｒ 式中、Ｋは定数であり，通常は検知器１４内の感知素子４２の数である。ｄはサ ンプルレンズ３２の視野内に位置するサンプル２２の長さであり、ｒはレンズア センブリ１２の解像度である。レンズアセンブリ１２が一定の像精細度を提供す るようにするために、高精細度の結像がすべての倍率レベルで達成される。 図３もまた参照して、システム１０はサンプル２２と光源１６との間に配置さ れた走査機構５８を含んでもよく、ここで、検知器１４に対するステージ４０の 位置は一定に保たれる。このようにして、サンプル２２は走査線で照射され得る 。一次元の走査が双方の軸３６および３８を横切る方向Ａに沿って提供される限 り、いかなる種類の走査機構が用いられてもよい。たとえば、走査機構５８は回 転する平面、凸面、凹面または多角形のミラーを含んでもよく、また、回転する ホログラフィックスキャナまたは振動プリズムを含んでもよい。さらに、聴覚光 学のデフレクタまたはペンタプリズム走査デフレクタが用いられてもよい。 走査線でサンプル２２を照射する場合の利点は、フルフィールドの結像と比較 して、サンプル２２の均一な照射が容易に達成されることである。なぜなら、そ の照射においては１軸についてのみ均一であればよいためである。 また図４を参照して、二次元の検知器アレイ１１４が二次元でサンプル２２の フルフィールドの画像を提供するものとして示される。これはサンプル２２の結 像時間を低減する。このような検知器の１つにフレーム転送ＣＣＤ画像検知器１ １４がある。これは、それぞれが複数の行５２、５４および５６内に配置された 、複数の感知素子５２ａ〜ｃ、５４ａ〜ｃおよび５６ａ〜ｃを含む。３本の行が 示されているが、応用によっては、どのような数の行が用いられてもよく、また 、各行当りいかなる数の素子が用いられてもよい。各行５２、５４および５６は 、軸３８に平行にかつ方向Ａに直交して延びる。感知素子５２ａ〜ｃ、５４ａ〜 ｃおよび５６ａ〜ｃの合計面積は、単位倍率で見られるサンプル２２の面積１２ ６と少なくとも同じ大きさであり得る。電子的または機械的シャッタ技術が検知 器２１４とともに用いられてもよい。検知器１１４上における、サンプル２２の 領域の結像を容易にするために、レンズアセンブリ１２は、その視野が、検知器 ２１４上へのサンプル２２の全体領域の結像が同時になされ得るように構築され る。 動作において、シャッタリングが非活性化されて、検知器２１４の全体面積が 光２５に露光されるようにする。電荷は感知素子２４２の各々において集められ る。シャッタリングが活性化されて、感知素子２４２内に集められた電荷がそこ からクロック制御されて処理回路２４５に送られ、検知された画像に対応する信 号が生成される。その後、その画像の視覚表現が表示装置２４７上に形成され得 る。 さらに、プリズム（図示せず）または他の波長分散機構が、レンズ３４と検知 器２１４との間に配置されてもよい。このようにして、方向Ａと平行であるＣＣ Ｄ検知器１１４の１本の軸が、検知された光に関する空間情報を提供し、また、 それに直交する軸３６が、その光に関する波長情報を提供することが可能となる 。 システム１０の信号対ノイズ比を増すために、時間遅延統合（ＴＤＩ）技術が 用いられてもよい。たとえば、サンプルのある領域が照射され得るが、ＣＣＤの ピクセルの１行が活性化されて位置情報が判定される。ＴＤＩ ＣＣＤ１１４は 、平行移動の方向Ｂがサンプル２２がそれに沿って動く方向Ａと平行となるよう に、配向される。最初に、サンプル２２から発せられる光がレンズ３２によって 集められ、レンズ３４によってＴＤＩ ＣＣＤ検知器１１４の行５２上に向けら れる。サンプル２２が方向Ａに沿って移動する際に、それから発せられる光がＴ ＤＩ ＣＣＤ検知器１１４の行５２、行５４、その後行５６を結像する。この情 報は処理回路に伝送されて、上述のようにＣＣＤ１１４によって感知された画像 の視覚表現を表示装置上に形成するのに、使用される。 図５および図６を参照して、２つの対物レンズを含むアセンブリはレンズ３３ ４および３３２を含み、これらが図１から図４を参照して上に説明したように、 中心瞳孔３３０を形成する。このレンズアセンブリは、エピイルミネーション技 術を用いるシステム３１０内に含まれる。光源３１６は入射光３２４を、コンデ ンサレンズ３１８等の波形整形光学機器および選択的に励起フィルタ３６０を通 じて、光経路３２０に沿って方向付ける。上述のように、いかなる光源が用途に 応じて用いられてもよい。たとえば、光源３１６は、コヒーレント光のコリメー トされたビームを生成するレーザ、ハロゲン光、または、ノンコヒーレント光を 生成する発光ダイオードであってもよい。励起フィルタ３６０を通過した後、光 ３２４はビームスプリッタ３６２上に当たる。これは、２つの対物レンズを有す るアセンブリ３１２の中心瞳孔３３０を満たす。ビームスプリッタ３６２は、サ ンプル３２２から発せられた光がそれに沿って走行する再帰経路３６４を規定す る。この経路３６４は、検知器レンズ３３４を通過して、サンプル３２２を検知 器３１４上に結像する。このようにして、ビームスプリッタ３６２はサンプル３ ２２から発せられた光３２５から光３２４を分離して、それにより、サンプル３ ２２から反射された光３２４が経路３２０に沿ってしかし逆方向に走行するよう にする。なお、ビームスプリッタは、発せられた光３２５から入射光３２４を分 離することができるものであれば、どのような種類のものが使用されてもよい。 たとえば、２色フィルタ、フレネルレフレクタまたは５０％ビームスプリッタが 用いられ得る。さらに、その分離を達成するために偏光感知ビームスプリッタが 使用されてもよい。その実施例は、ビームスプリッタと対物レンズとの間に位置 付けられた１／４波長板を含み得る。これは、１／４波長板から出る入射ビーム １９が円偏光されるようにする。 サンプルレンズ３３２は入射光３２４をサンプル３２２の領域３２６を照射す るように方向付け、それにより、サンプル３２２が光を発するようにする。上述 のように、領域３２６は少なくとも一次元で全視野の画像を提供するものである 。その目的のために、領域３２６は、レンズアセンブリが単位倍率を提供すると きにサンプル３２２を完全に横切って延びる、線形または弓形のいずれかの線で あり得る。レンズアセンブリが単位元よりも大きい倍率を提供する場合、領域３ ２６はサンプル３２２を部分的にのみ横切って延びる。領域３２６は、光３２５ を集めてその光をビームスプリッタ３６２、検知フィルタ３６５およびレンズ３ ３４を通じて方向付けるレンズ３３２によって、検知器３１４上に結像される。 この設計において、レンズ３３２は同軸のイルミネーションおよび集光を可能に する。レンズ１３４は光３２５を検知器３１４上に向け、そこで上述のように、 処理回路３４５によって視覚表示が表示装置３４７上に形成される。 サンプル３２２全体を検知器３１４上に結像するために、サンプル３２２は図 １および図２を参照して上に説明したように、領域１２６の長手方向の軸を横切 る方向に沿って動かされ得る。代替的に、システム３１０は図３を参照して上に 説明したように、一次元の走査を提供する走査機構（図示せず）を含んでもよい 。 一方、サンプル３２２全体は所与の期間照射されて、領域３２６が全体のサン プル３２２を含むようにすることも可能である。この方法では、二次元の検知器 アレイが、図４を参照して上に説明したように、サンプル３２２の結像時間を減 じるよう用いられ得る。したがって、システム３１０は、蛍光および反射結像を 含む、多くの応用に利用するのに好適である。 以上の説明から、顕微鏡応用において用いられる種々の結像モードを達成する のに、中心瞳孔３０を使用することができることがわかる。たとえば、反射の場 合、Wollastonプリズムを結像するNomarski DICがシステムの瞳孔に配置され、 偏光子が励起ビームの正面に配置され、また、アナライザ（第２の偏光子）が検 知器の正面に配置される。このとき、結像の物理的過程は顕微鏡におけるそれと 同様である。 さらに、瞳孔絞り３１が図４に示すように中心瞳孔３０に配置されてもよい。 これは、フィールド位置の関数として強度の均一性を向上させる。瞳孔絞り３１ は共通の絞り型開口を使用することによって調整することが可能であり、それに より、システムのより広い性能領域が制御可能となる。瞳孔絞り３１を閉じるこ とによって、システムが焦点を共用する度合いが減じられ、したがって、Ｚ（軸 方向の）解像度が低減される。サンプルからの光の量が検知器を露光しすぎる場 合にも、絞りを閉じることが望ましい。瞳孔絞り３１を閉じることは、厚いサン プルを見るとき、および、単一のパスで二次元で全体量を結像することが望まし い場合に、有益である。さらに、自動システムにおいて単一層のサンプルを結像 する場合、Ｚ位置における変化による強度の劣化の誤差を減じることが望ましい 。これにより、サンプルの位置付けの困難さが軽減される。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】平成１０年２月３日（１９９８．２．３） 【補正内容】 請求の範囲 １．サンプルを結像するための光学的システムであって、前記システムは、 光学検知器と、 光経路に沿って光を方向付けかつ前記サンプルの１領域を照射するよう位置付 けられた光源とを含み、前記検知器は前記領域に対応する光を検知して対応する 電気信号を生成するよう位置付けられ、さらに、 前記光経路内に前記検知器と前記サンプルとの間に配置された対物レンズアセ ンブリを含み、前記レンズアセンブリは、第１のレンズの焦点距離（Ｆ）によっ て規定された第１の焦点面を有する第１のレンズを含み、前記第１のレンズは前 記第１の焦点面と対向するよう配置された第１の外部瞳孔を形成し、さらに、第 ２のレンズの焦点距離（ｆ）によって規定された第２の焦点面を有する第２のレ ンズを含み、前記検知器は前記第２の焦点面に近接して位置付けられ、前記第２ のレンズは前記第２の焦点面と対向するよう位置付けられた第２の外部瞳孔を形 成し、前記第１および第２の外部瞳孔は軸方向に位置合わせされかつ共通の平面 内に位置して中心瞳孔を規定し、前記第１および第２のレンズは前記システムの 倍率（Ｍ）をｆ／Ｆとして規定し、さらに、 前記電気信号を受信するよう結合されて、前記領域の視覚表示を形成するため の手段を含む、システム。 ２．前記検知器は予め定められた数のピクセルを含み、前記第１および第２のレ ンズは複数の分解可能な点を有する視野を規定し、前記複数の分解可能な点の数 は前記予め定められた数と一致する、請求項１に記載の光学的システム。 ３．前記中心瞳孔に位置付けられた瞳孔絞りをさらに含む、請求項１に記載の光 学的システム。 ４．前記サンプルは外周を有し、前記領域は前記外周と同一の広がりを有し、前 記中心瞳孔はそれを通過し得るフォトンの量を最大限にすることによって光損失 を最小にするのに十分な寸法を有し、かつ前記検知器は前記サンプルの全視野を 結像するのに十分な寸法を有する、請求項１に記載の光学的システム。 ５．前記第１および第２のレンズの双方はテレセントリックである、請求項１に 記載の光学的システム。 ６．前記サンプルは第１および第２の対向する主要表面を含み、前記第１のレン ズは前記第１の主要表面に近接して位置付けられかつ前記光源は前記第２の主要 表面に近接して位置付けられ、それにより、前記サンプルの透視を容易にする、 請求項１に記載の光学的走査システム。 ７．前記検知器は電荷結合素子である、請求項１に記載の光学的走査システム。 ８．前記検知器はアレイ検知器である、請求項１に記載の光学的走査システム。 ９．前記検知器はＭＯＳエリアアレイである、請求項１に記載の光学的走査シス テム。 １０．前記検知器は接合フォトダイオード、ＭＯＳキャパシタ、ピンドフォトダ イオードまたは光伝導体からなる群からの画像感知素子を含む、請求項１に記載 の光学的走査システム。 １１．前記中心瞳孔における前記経路内に位置付けられて、前記光源からの光を 前記領域に対応する光から分離するための波長分離手段をさらに含み、前記分離 手段は前記領域に対応する光がその上を進む再帰経路を規定する、請求項１に記 載の光学的走査システム。 １２．前記サンプルは外周を有しかつ前記領域は前記外周と同一の広がりを有し 、前記中心瞳孔はそれを通過することが可能なフォトンの量を最大にすることに よって光損失を最小にするのに十分な寸法を有し、かつ前記検知器は前記サンプ ルの全視野を結像するのに十分な寸法を有する、請求項１１に記載の光学的走査 システム。 １３．前記分離手段は２色フィルタである、請求項１１に記載の光学的走査シス テム。 １４．前記分離手段はフレネルレフレクタである、請求項１１に記載の光学的走 査システム。 １５．前記分離手段は５０％ビームスプリッタである、請求項１１に記載の光学 的走査システム。 １６．前記分離手段は偏光感知ビームスプリッタである、請求項１１に記載の光 学的走査システム。 １７．前記検知器と電気的に連絡して、前記対応する電気信号を処理して前記領 域の視覚表示を形成するための手段をさらに含む、請求項１に記載の光学的走査 システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．サンプルを結像するための光学的システムであって、前記システムは、 光学検知器と、 前記サンプルに近接して位置付けられた第１の焦点面および前記第１の焦点面 に対向して配置された第１の外部瞳孔を有する第１のレンズと、 前記検知器に近接して位置付けられた第２の焦点面および前記第２の焦点面に 対向して位置付けられた第２の外部瞳孔を有する第２のレンズとを含み、前記第 １および第２の外部瞳孔は軸方向で位置合わせされかつ共通平面内に位置して中 心瞳孔を規定し、さらに、 光を経路に沿って方向付けるように位置付けられ、前記サンプルの１領域を前 記第１および第２のレンズを通過する前記領域に対応する光で照射し、前記検知 器上に当てる光源を含み、前記検知器は対応する電気信号を生成するよう適用さ れ、さらに、 前記検知器と電気的に連絡して、前記電気信号に対応して視覚表示を形成し、 それにより、前記サンプルの画像を生成する手段を含む、システム。 ２．前記検知器は予め定められた数のピクセルを含み、前記第１および第２のレ ンズは複数の分解可能な点を有する視野を規定し、前記複数の分解可能な点の数 は前記予め定められた数と一致する、請求項１に記載の光学的システム。 ３．前記中心瞳孔に位置付けられた瞳孔絞りをさらに含む、請求項１に記載の光 学的システム。 ４．前記サンプルは外周を有し、前記領域は前記外周と同一の広がりを有し、前 記中心瞳孔はそれを通過し得るフォトンの量を最大限にすることによって光損失 を最小にするのに十分な寸法を有し、かつ前記検知器は前記サンプルの全視野を 結像するのに十分な寸法を有する、請求項１に記載の光学的システム。 ５．前記第１のレンズは焦点距離Ｆを規定しかつ前記第２のレンズは焦点距離ｆ を規定し、前記システムの倍率はｆ／Ｆで規定され、前記第１のレンズのフィー ルドサイズｄは前記倍率によって乗じられて、前記検知器における面積Ｄを近似 する、請求項１に記載の光学的システム。 ６．前記第１および第２のレンズの双方はテレセントリックである、請求項１に 記載の光学的システム。 ７．前記サンプルは第１および第２の対向する主要表面を含み、前記第１のレン ズは前記第１の主要表面に近接して位置付けられかつ前記光源は前記第２の主要 表面に近接して位置付けられ、それにより、前記サンプルの透視を容易にする、 請求項１に記載の光学的走査システム。 ８．前記検知器は電荷結合素子である、請求項１に記載の光学的走査システム。 ９．前記検知器はアレイ検知器である、請求項１に記載の光学的走査システム。 １０．前記検知器はＭＯＳエリアアレイである、請求項１に記載の光学的走査シ ステム。 １１．前記検知器は接合フォトダイオード、ＭＯＳキャパシタ、ピンドフォトダ イオードまたは光伝導体からなる群からの画像感知素子を含む、請求項１に記載 の光学的走査システム。 １２．前記中心瞳孔における前記経路内に位置付けられて、前記光源からの光を 前記領域に対応する光から分離するための波長分離手段をさらに含み、前記分離 手段は前記領域に対応する光がその上を進む再帰経路を規定する、請求項１に記 載の光学的走査システム。 １３．前記サンプルは外周を有しかつ前記領域は前記外周と同一の広がりを有し 、前記中心瞳孔はそれを通過することが可能なフォトンの量を最大にすることに よって光損失を最小にするのに十分な寸法を有し、かつ前記検知器は前記サンプ ルの全視野を結像するのに十分な寸法を有する、請求項１２に記載の光学的走査 システム。 １４．前記分離手段は２色フィルタである、請求項１２に記載の光学的走査シス テム。 １５．前記分離手段はフレネルレフレクタである、請求項１２に記載の光学的走 査システム。 １６．前記分離手段は５０％ビームスプリッタである、請求項１２に記載の光学 的走査システム。 １７．前記分離手段は偏光感知ビームスプリッタである、請求項１２に記載の光 学的走査システム。 １８．前記検知器と電気的に連絡して、前記対応する電気信号を処理して前記領 域の視覚表示を形成するための手段をさらに含む、請求項１に記載の光学的走査 システム。 １９．サンプルを結像するための光学的システムであって、前記システムは、 光学検知器と、 自身から第１の距離だけ隔てられた第１の焦点面を有する第１のレンズとを含 み、前記サンプルは前記第１の焦点面に近接して位置付けられ、さらに、 自身から第２の距離だけ隔てられた第２の焦点面を有する第２のレンズを含み 、前記検知器は前記第２の焦点面に近接して位置付けられ、前記システムの倍率 は前記第１の焦点距離の前記第２の焦点距離に対する比に比例し、さらに、 経路に沿って光を方向付けるよう位置付けられ、前記サンプルの１領域を照射 する光源を含み、前記検知器は前記領域に対応する光を検知して対応する電気信 号を生成するよう位置付けられ、さらに、 前記電気信号を受取るよう結合されて、前記領域の視覚表示を形成するための 手段を含む、システム。 ２０．前記第１および第２のレンズは複数のレベルの倍率を提供するよう適合さ れた対物レンズを規定する、請求項１９に記載の光学的走査システム。 ２１．前記レンズアセンブリは複数の分解可能な点を有する視野を規定し、前記 レンズアセンブリは前記複数のレベルの倍率の各々において一定の数の分解可能 な点を提供するよう適合される、請求項２０に記載の光学的走査システム。 ２２．前記検知器は予め定められた数のピクセルを含み、前記分解可能な点の一 定数は前記ピクセルの予め定められた数と一致する、請求項２１に記載の光学的 走査システム。 ２３．前記第１および第２のレンズの各々は、軸方向に位置合わせされかつ共通 平面内に位置して中心瞳孔を規定する外部瞳孔を有する、請求項２２に記載の光 学的走査システム。 ２４．第１および第２のレンズはテレセントリックである、請求項１９に記載の 光学的走査システム。 ２５．第１および第２のレンズはアクロマティックである、請求項２４に記載の 光学的走査システム。 ２６．前記検知器はアレイ検知器である、請求項２５に記載の光学的走査システ ム。 ２７．前記中心瞳孔における前記経路内に位置付けられて、前記光源からの光を 前記領域に対応する光から分離するための波長分離手段をさらに含み、前記分離 手段は前記領域に対応する光がその上を通過する再帰経路を規定する、請求項２ ６に記載の光学的走査システム。 ２８．前記分離手段と前記第２のレンズとの間に位置付けられた検知フィルタを さらに含む、請求項２７に記載の光学的走査システム。