JP2002107634A - 被検対象物照明用光学装置 - Google Patents
被検対象物照明用光学装置Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
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- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被検対象物から発する光の少なく
ともその大部分を、喪失することなく、検出光路結合部
材において結合し、伝播方向へと導くことができる光学
装置の提供。 【解決手段】 光源の照明光路と、検出器の検出
光路と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共
焦点又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物
照明用光学装置は、被検対象物（１）から発する光は、
検出器（５）に対して有効な光線断面に関して、検出光
路（４）を結合する部材（検出光路結合部材）（６）に
おいて結合可能であり、少なくとも大部分が重畳して、
伝播方向（１９）へ向かい、前記被検対象物（１）から
発する光の位相に影響を与える部材（位相調節部材）
（２０）が配されており、該部材（２０）は、少なくと
も前記検出光路（４）の分割光路（１２）に配置されて
いることを特徴とする。
ともその大部分を、喪失することなく、検出光路結合部
材において結合し、伝播方向へと導くことができる光学
装置の提供。 【解決手段】 光源の照明光路と、検出器の検出
光路と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共
焦点又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物
照明用光学装置は、被検対象物（１）から発する光は、
検出器（５）に対して有効な光線断面に関して、検出光
路（４）を結合する部材（検出光路結合部材）（６）に
おいて結合可能であり、少なくとも大部分が重畳して、
伝播方向（１９）へ向かい、前記被検対象物（１）から
発する光の位相に影響を与える部材（位相調節部材）
（２０）が配されており、該部材（２０）は、少なくと
も前記検出光路（４）の分割光路（１２）に配置されて
いることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検対象物照明用
光学装置に関し、殊に光源の照明光路と、検出器の検出
光路と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共
焦点又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物
照明用光学装置に関する。
光学装置に関し、殊に光源の照明光路と、検出器の検出
光路と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共
焦点又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物
照明用光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は、実際上既知であり、例
えばEP 0 491 289又はUS 5 671 085で使用されている。
この２つの刊行物から、被検対象物が、互いに対向配置
された２つの顕微鏡対物レンズで照明ないし検出される
顕微鏡装置が既知である。照明を行うために、照明光路
は２つの分割光路に分割され、そのため被検対象物を互
いに対向して進行する光線によって同時に照明すること
ができる。この２つの分割照明光路の光は、被検対象物
面で干渉するので、被検対象物をより大きい分解能で照
明することができる。被検対象物から発した光（例えば
蛍光）は、顕微鏡対物レンズで集光され、分割照明光路
を（照明光の進行方向と）反対方向にそれぞれ進行す
る。照明光を分割する部材において、被検対象物から発
した光は結合され、その一部が検出器へ導かれる。
えばEP 0 491 289又はUS 5 671 085で使用されている。
この２つの刊行物から、被検対象物が、互いに対向配置
された２つの顕微鏡対物レンズで照明ないし検出される
顕微鏡装置が既知である。照明を行うために、照明光路
は２つの分割光路に分割され、そのため被検対象物を互
いに対向して進行する光線によって同時に照明すること
ができる。この２つの分割照明光路の光は、被検対象物
面で干渉するので、被検対象物をより大きい分解能で照
明することができる。被検対象物から発した光（例えば
蛍光）は、顕微鏡対物レンズで集光され、分割照明光路
を（照明光の進行方向と）反対方向にそれぞれ進行す
る。照明光を分割する部材において、被検対象物から発
した光は結合され、その一部が検出器へ導かれる。
【０００３】照明光路を分割しないし検出光路を結合す
る部材は、一般に、例えば張り合わせ形成されたキュー
ブビームスプリッタの形態をとる光分割装置（ビームス
プリッタ）である。この装置では、入射する光は２つに
分割され、一方は入射光の進行方向に真直ぐ透過し、他
方は入射光に対し９０°の角度で偏向される。
る部材は、一般に、例えば張り合わせ形成されたキュー
ブビームスプリッタの形態をとる光分割装置（ビームス
プリッタ）である。この装置では、入射する光は２つに
分割され、一方は入射光の進行方向に真直ぐ透過し、他
方は入射光に対し９０°の角度で偏向される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の装置で
は、被検対象物から発し、キューブビームスプリッタで
結合されるべき検出光に関しては、各分割光路上の光
が、透過光と偏向光に分割されるので、各検出光路（分
割光路）からは、それぞれ半分の光しか検出器に到達し
ない。被検対象物から発する光の残りの半分は、検出器
で検出することができず、使用されずに失われる。
は、被検対象物から発し、キューブビームスプリッタで
結合されるべき検出光に関しては、各分割光路上の光
が、透過光と偏向光に分割されるので、各検出光路（分
割光路）からは、それぞれ半分の光しか検出器に到達し
ない。被検対象物から発する光の残りの半分は、検出器
で検出することができず、使用されずに失われる。
【０００５】それゆえ、本発明の課題は、この種の光学
装置において、即ち被検対象物から発する光を少なくと
もその大部分を、喪失することなく、検出光路を結合す
る部材において結合し、伝播方向へと導くことができる
装置を形成し、発展させることである。
装置において、即ち被検対象物から発する光を少なくと
もその大部分を、喪失することなく、検出光路を結合す
る部材において結合し、伝播方向へと導くことができる
装置を形成し、発展させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴部に記載の特徴により解決される。即ち、本発明の
一視点によれば、光源の照明光路と、検出器の検出光路
と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共焦点
又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物照明
用光学装置において、被検対象物から発する光が、検出
器に対して有効な光線断面に関して、検出光路を結合す
る部材（検出光路結合部材）において結合可能であり、
少なくともその大部分が重畳して、伝播方向へ向かい、
被検対象物から発する光の位相に影響を与える部材（位
相調節部材）が配されており、位相調節部材は、少なく
とも検出光路の分割光路に配置されていることを特徴と
する。
特徴部に記載の特徴により解決される。即ち、本発明の
一視点によれば、光源の照明光路と、検出器の検出光路
と、検出光路を結合する部材とを含む、とりわけ共焦点
又は二重共焦点走査型顕微鏡に関する、被検対象物照明
用光学装置において、被検対象物から発する光が、検出
器に対して有効な光線断面に関して、検出光路を結合す
る部材（検出光路結合部材）において結合可能であり、
少なくともその大部分が重畳して、伝播方向へ向かい、
被検対象物から発する光の位相に影響を与える部材（位
相調節部材）が配されており、位相調節部材は、少なく
とも検出光路の分割光路に配置されていることを特徴と
する。
【０００７】
【発明の実施の形態】光学装置は、検出光路結合部材
に、金属層又は誘電体層が形成されていることが好まし
い。光学装置は、検出光路結合部材が、光分割装置であ
り、検出光路結合部材が、ｓ偏光及びｐ偏光に対する分
割及び／又は結合状態がほぼ同一であるように、構成さ
れ及び／又は光路に配置されていることが好ましい。光
学装置は、位相調節部材として、光学くさび（くさび形
光学素子：Doppelglaskeil）が配されており、光学距離
が、光学くさびによって調節可能に構成されることが好
ましい。光学装置は、被検対象物から発する光が、検出
光路結合部材を介して、相異なる２つの方向へ進行し、
それぞれ少なくとも１つの検出器で検出可能であること
が好ましい。光学装置は、検出装置の各々に、検出装置
用ピンホール遮光器が前置されていることが好ましい。
光学装置は、検出器に、多光子励起過程で励起された蛍
光を検出する場合、検出器用ピンホール遮光器が前置さ
れていないことが好ましい。
に、金属層又は誘電体層が形成されていることが好まし
い。光学装置は、検出光路結合部材が、光分割装置であ
り、検出光路結合部材が、ｓ偏光及びｐ偏光に対する分
割及び／又は結合状態がほぼ同一であるように、構成さ
れ及び／又は光路に配置されていることが好ましい。光
学装置は、位相調節部材として、光学くさび（くさび形
光学素子：Doppelglaskeil）が配されており、光学距離
が、光学くさびによって調節可能に構成されることが好
ましい。光学装置は、被検対象物から発する光が、検出
光路結合部材を介して、相異なる２つの方向へ進行し、
それぞれ少なくとも１つの検出器で検出可能であること
が好ましい。光学装置は、検出装置の各々に、検出装置
用ピンホール遮光器が前置されていることが好ましい。
光学装置は、検出器に、多光子励起過程で励起された蛍
光を検出する場合、検出器用ピンホール遮光器が前置さ
れていないことが好ましい。
【０００８】本発明により第一に確認されていること
は、被検対象物から発する光のほぼ全てを検出光路を結
合する部材（検出光路結合部材）で結合し、伝播方向へ
導くことができ、その際検出光は所定の位相関係、例え
ば同位相で、光路結合境界層に到ることができる。これ
に関し、一方では、結合されるべき（２つの）検出光路
は、その光学距離に関し、適当な方法で、例えば光路を
同じ長さにすることにより、調節することができる。更
に、検出光（被検対象物から発する光）の位相に影響を
与える部材（位相調節部材）が設けられており、この部
材は、少なくとも一方の分割光路に配置されておりかつ
分割検出光の位相差を調節することができる。ところ
で、被検対象物から発する検出光が各分割光路から検出
光路結合部材に至り、２つの分割検出光の位相関係が適
当に調節されているならば、２つの分割光路を進行する
検出光は、検出光路結合部材において建設的に（強め合
うように）干渉する。好ましくは、建設的干渉をする場
合、検出光は、一方向へのみ、即ち検出器の方向へのみ
伝播する。これに対し他方の方向へは、光は伝播しな
い。というのは、その伝播方向に対しては相殺的（弱め
合う）干渉が起こるからである。
は、被検対象物から発する光のほぼ全てを検出光路を結
合する部材（検出光路結合部材）で結合し、伝播方向へ
導くことができ、その際検出光は所定の位相関係、例え
ば同位相で、光路結合境界層に到ることができる。これ
に関し、一方では、結合されるべき（２つの）検出光路
は、その光学距離に関し、適当な方法で、例えば光路を
同じ長さにすることにより、調節することができる。更
に、検出光（被検対象物から発する光）の位相に影響を
与える部材（位相調節部材）が設けられており、この部
材は、少なくとも一方の分割光路に配置されておりかつ
分割検出光の位相差を調節することができる。ところ
で、被検対象物から発する検出光が各分割光路から検出
光路結合部材に至り、２つの分割検出光の位相関係が適
当に調節されているならば、２つの分割光路を進行する
検出光は、検出光路結合部材において建設的に（強め合
うように）干渉する。好ましくは、建設的干渉をする場
合、検出光は、一方向へのみ、即ち検出器の方向へのみ
伝播する。これに対し他方の方向へは、光は伝播しな
い。というのは、その伝播方向に対しては相殺的（弱め
合う）干渉が起こるからである。
【０００９】ここで、各分割光路を通過する光の結合
は、一般に、検出光路結合部材の境界層領域で行われる
が、この領域には、２つの分割光路から同程度に又は少
なくとも大部分が重畳して検出光が当る（入射する）。
この境界層領域は、一般には、検出ないし検出器に対し
て有効な面でもあり、ここではそれに関して有効光線断
面と呼ぶが、これは必ずしも光軸に対し垂直に配向され
ている必要はない。
は、一般に、検出光路結合部材の境界層領域で行われる
が、この領域には、２つの分割光路から同程度に又は少
なくとも大部分が重畳して検出光が当る（入射する）。
この境界層領域は、一般には、検出ないし検出器に対し
て有効な面でもあり、ここではそれに関して有効光線断
面と呼ぶが、これは必ずしも光軸に対し垂直に配向され
ている必要はない。
【００１０】一般に、検出光路結合部材としては、少な
くとも１つの面に金属層、誘電体層又は金属−誘電体ハ
イブリッド層が形成されている基板（Basissubstrat）
が使用される。金属層、誘電体層又は金属−誘電体ハイ
ブリッド層が形成されたキューブビームスプリッタも使
用することができる。検出光路結合部材における建設的
又は相殺的干渉の際に重要な役割を果たすのは位相シフ
トであるが、（光学的に粗な媒体から）光学的により密
な媒体へ向かう場合の反射では、位相シフトは１８０°
であり、他方（光学的に密な媒体から）光学的に粗な媒
体へ向かう場合の反射では、位相シフトは０°、即ち位
相シフトは起こらない。
くとも１つの面に金属層、誘電体層又は金属−誘電体ハ
イブリッド層が形成されている基板（Basissubstrat）
が使用される。金属層、誘電体層又は金属−誘電体ハイ
ブリッド層が形成されたキューブビームスプリッタも使
用することができる。検出光路結合部材における建設的
又は相殺的干渉の際に重要な役割を果たすのは位相シフ
トであるが、（光学的に粗な媒体から）光学的により密
な媒体へ向かう場合の反射では、位相シフトは１８０°
であり、他方（光学的に密な媒体から）光学的に粗な媒
体へ向かう場合の反射では、位相シフトは０°、即ち位
相シフトは起こらない。
【００１１】光線を結合して好適に伝播方向へ向かわせ
るために、少なくとも１つの構成部材、例えば検出光路
結合部材は、相応する反射度及び／又は透過度を有する
ように形成され及び／又は光路に配置されている。これ
は一方では、当該部材に適切に層を形成することにより
達せられ、更にフレネルの式に基づいた当該部材の配置
ないし配向もまたこれに資する。
るために、少なくとも１つの構成部材、例えば検出光路
結合部材は、相応する反射度及び／又は透過度を有する
ように形成され及び／又は光路に配置されている。これ
は一方では、当該部材に適切に層を形成することにより
達せられ、更にフレネルの式に基づいた当該部材の配置
ないし配向もまたこれに資する。
【００１２】被検対象物から発する光を喪失せずに少な
くともその大部分を結合して伝播方向へ向かわせるため
には、少なくとも１つの構成部材が、その部材に入射す
る光が所定の入射角を有するように光路に配置されるこ
とも有益である。更に、検出光路結合部材としてビーム
スプリッタ用いる場合には、何よりもまず、スネルの法
則（屈折の法則）が妥当する。
くともその大部分を結合して伝播方向へ向かわせるため
には、少なくとも１つの構成部材が、その部材に入射す
る光が所定の入射角を有するように光路に配置されるこ
とも有益である。更に、検出光路結合部材としてビーム
スプリッタ用いる場合には、何よりもまず、スネルの法
則（屈折の法則）が妥当する。
【００１３】被検対象物から発する光を喪失せずに少な
くともその大部分を結合し伝播方向へ向かわせるため
に、少なくとも１つの構成部材が、当該部材によって対
応する位相の調節が可能であるように構成及び／又は光
路に配置されている。その部材は、例えば、（一方の分
割）検出光の波長に対応する範囲にわたってナノメート
ル単位（ないし精度）で調節できるミラーでありえよ
う。これによりそのミラーが配置されている分割検出光
路の相応の位相調節が、他方の分割検出光路に関して可
能である。
くともその大部分を結合し伝播方向へ向かわせるため
に、少なくとも１つの構成部材が、当該部材によって対
応する位相の調節が可能であるように構成及び／又は光
路に配置されている。その部材は、例えば、（一方の分
割）検出光の波長に対応する範囲にわたってナノメート
ル単位（ないし精度）で調節できるミラーでありえよ
う。これによりそのミラーが配置されている分割検出光
路の相応の位相調節が、他方の分割検出光路に関して可
能である。
【００１４】一般的には、当該構成部材は、検出光路結
合部材でありうる。更に適切に層（被膜）を形成して、
反射度及び透過度を所定の入射角に対して適切に選択す
ることができるであろう。位相の調節も同様に検出光路
結合部材によってナノメートル単位（ないし精度）で行
うことができるであろう。
合部材でありうる。更に適切に層（被膜）を形成して、
反射度及び透過度を所定の入射角に対して適切に選択す
ることができるであろう。位相の調節も同様に検出光路
結合部材によってナノメートル単位（ないし精度）で行
うことができるであろう。
【００１５】当該構成部材は、金属層又は誘電体層が形
成された部材及び／又は誘電体又は金属−誘電体ハイブ
リッド層が形成された部材でありえよう。とりわけ、検
出光路結合部材は、金属−誘電体ハイブリッド層形成部
材でありえよう。
成された部材及び／又は誘電体又は金属−誘電体ハイブ
リッド層が形成された部材でありえよう。とりわけ、検
出光路結合部材は、金属−誘電体ハイブリッド層形成部
材でありえよう。
【００１６】好ましい一実施形態では、光分割装置は、
ｓ偏光及びｐ偏光に対する分割及び／又は結合状態がほ
ぼ同一であるように構成及び／又は光路に配置されてい
る。このことは、とりわけ、結合されるべき光が任意の
偏光方向を有する蛍光であるとき非常に重要である。と
いうのは、ｓ偏光及びｐ偏光に対する結合状態がほぼ同
一である場合、蛍光の所期の干渉が非常に効率的に行わ
れ、それにより被検対象物から発する光を殆ど喪失せず
に結合して伝播方向へ向かわせることができる空であ
る。
ｓ偏光及びｐ偏光に対する分割及び／又は結合状態がほ
ぼ同一であるように構成及び／又は光路に配置されてい
る。このことは、とりわけ、結合されるべき光が任意の
偏光方向を有する蛍光であるとき非常に重要である。と
いうのは、ｓ偏光及びｐ偏光に対する結合状態がほぼ同
一である場合、蛍光の所期の干渉が非常に効率的に行わ
れ、それにより被検対象物から発する光を殆ど喪失せず
に結合して伝播方向へ向かわせることができる空であ
る。
【００１７】結合されるべき検出光の建設的干渉のため
の基本条件は、少なくとも、被検対象物から発し、２つ
の分割光路を進行する光が検出光路結合部材の境界層に
おいて所定の位相関係を有する場合に、十分に満たされ
ている。この所定の位相関係は、第一に、検出光路結合
部材の境界層の性質に依存するため、更に必然的に所定
の位相関係の調節手段が配されている。このため、光学
距離は、分割光路の少なくとも一方で調節可能でありえ
よう。光学距離のそのような調節は、上述した、分割光
路に配置されたミラーの調節により行うことができるで
あろう。他の手段ないし光路に配置された他の構成部材
による位相関係の更なるないしより精細な調節も同様に
予定されている。
の基本条件は、少なくとも、被検対象物から発し、２つ
の分割光路を進行する光が検出光路結合部材の境界層に
おいて所定の位相関係を有する場合に、十分に満たされ
ている。この所定の位相関係は、第一に、検出光路結合
部材の境界層の性質に依存するため、更に必然的に所定
の位相関係の調節手段が配されている。このため、光学
距離は、分割光路の少なくとも一方で調節可能でありえ
よう。光学距離のそのような調節は、上述した、分割光
路に配置されたミラーの調節により行うことができるで
あろう。他の手段ないし光路に配置された他の構成部材
による位相関係の更なるないしより精細な調節も同様に
予定されている。
【００１８】検出光路結合部材の境界層の性質に応じ、
被検対象物から発し、一方の分割光路を進行する光が当
該境界層の透過又は反射の際に位相の変化を受けるか否
かが決まる。そのため例えば、被検対象物から発する光
の透過部分に対しその反射部分は、１８０°の位相シフ
トを受けうるであろう。被検対象物から発し、他方の分
割光路を進行する光の位相は、位相の変化を受けないの
で、被検対象物から発する光のかなりの部分を喪失せず
に結合するためには、確実に所定の位相関係を調節しな
ければならないであろう。この調節は、例えば、被検対
象物から発し、２つの分割光路を進行する光を検出光路
結合部材の境界層において、少なくともほぼ同位相か或
いは逆位相であるような位相関係を有するようにして行
うことができるであろう。
被検対象物から発し、一方の分割光路を進行する光が当
該境界層の透過又は反射の際に位相の変化を受けるか否
かが決まる。そのため例えば、被検対象物から発する光
の透過部分に対しその反射部分は、１８０°の位相シフ
トを受けうるであろう。被検対象物から発し、他方の分
割光路を進行する光の位相は、位相の変化を受けないの
で、被検対象物から発する光のかなりの部分を喪失せず
に結合するためには、確実に所定の位相関係を調節しな
ければならないであろう。この調節は、例えば、被検対
象物から発し、２つの分割光路を進行する光を検出光路
結合部材の境界層において、少なくともほぼ同位相か或
いは逆位相であるような位相関係を有するようにして行
うことができるであろう。
【００１９】好ましい一実施形態によれば、被検対象物
から発し、２つの分割光路を進行する光の位相に影響を
与えるために、少なくとも一方の分割光路の光学距離を
変化させることが予定されている。
から発し、２つの分割光路を進行する光の位相に影響を
与えるために、少なくとも一方の分割光路の光学距離を
変化させることが予定されている。
【００２０】被検対象物から発する光の位相に影響を与
える部材（位相調節部材）としては、好ましい一実施形
態では、光学くさびが予定されている。この光学くさび
は、互いに摺動可能に配された２つのガラスくさび（Gl
askeil）から形成されている。このガラスくさびの互い
に対向する境界面は、適当な屈折率と適当な分散能を有
する充填媒体（たとえばオイル）によって充填されてい
る。コリメートされて延在する分割光路内に配置された
光学くさびは、コリメートされて進行する光によって垂
直に通過される、即ち各ガラスくさびの空気−ガラス境
界層は、コリメートされて延在する光路に対し垂直に配
置されている。２つのガラスくさびが光路に対し互いに
横方向（ないし直交方向）に運動させられると、それに
より光学距離も光学くさびによって変化する。というの
は、空気−ガラス境界面は、ガラス−充填媒体境界面に
対し小さいくさび角を有しているからである。光学くさ
びが配置されている分割光路の光学距離の変化により、
その分割光路を進行する光の位相関係は、他方の分割光
路の光に対して影響を与えられ又は変化を受けうる。
える部材（位相調節部材）としては、好ましい一実施形
態では、光学くさびが予定されている。この光学くさび
は、互いに摺動可能に配された２つのガラスくさび（Gl
askeil）から形成されている。このガラスくさびの互い
に対向する境界面は、適当な屈折率と適当な分散能を有
する充填媒体（たとえばオイル）によって充填されてい
る。コリメートされて延在する分割光路内に配置された
光学くさびは、コリメートされて進行する光によって垂
直に通過される、即ち各ガラスくさびの空気−ガラス境
界層は、コリメートされて延在する光路に対し垂直に配
置されている。２つのガラスくさびが光路に対し互いに
横方向（ないし直交方向）に運動させられると、それに
より光学距離も光学くさびによって変化する。というの
は、空気−ガラス境界面は、ガラス−充填媒体境界面に
対し小さいくさび角を有しているからである。光学くさ
びが配置されている分割光路の光学距離の変化により、
その分割光路を進行する光の位相関係は、他方の分割光
路の光に対して影響を与えられ又は変化を受けうる。
【００２１】他の一実施例では、被検対象物から発し、
検出光路結合部材を介して複数の異なる方向へ進行する
光が、それぞれ、少なくとも１つの検出器によって検出
できることが予定されている。この場合、被検対象物か
ら発し、少なくとも大部分が結合されて伝播方向へ進む
光が、１つの検出器によって検出されることが予定され
ている。被検対象物から発し、他の（伝播方向とは異な
る）方向へ進行する光は、別の検出器により検出され
る。この検出光の強さないし出力は、本発明による好適
な光線結合が行われる場合、ほぼ０であるべきなので、
この検出器の信号は、２つの分割検出光路の位相関係の
調節のために利用することができる。更に、被検対象物
を評価するために複数の検出器の全検出信号を共通に利
用することもできるであろう。この方法により、検出光
を好適に結合できなかった場合でも、検出光の好適な利
用をすることができる。
検出光路結合部材を介して複数の異なる方向へ進行する
光が、それぞれ、少なくとも１つの検出器によって検出
できることが予定されている。この場合、被検対象物か
ら発し、少なくとも大部分が結合されて伝播方向へ進む
光が、１つの検出器によって検出されることが予定され
ている。被検対象物から発し、他の（伝播方向とは異な
る）方向へ進行する光は、別の検出器により検出され
る。この検出光の強さないし出力は、本発明による好適
な光線結合が行われる場合、ほぼ０であるべきなので、
この検出器の信号は、２つの分割検出光路の位相関係の
調節のために利用することができる。更に、被検対象物
を評価するために複数の検出器の全検出信号を共通に利
用することもできるであろう。この方法により、検出光
を好適に結合できなかった場合でも、検出光の好適な利
用をすることができる。
【００２２】好ましい一実施形態では、検出器にはそれ
ぞれ検出器用ピンホール遮光器が配されている。そのた
め対応する顕微鏡の構成は、共焦点ないし二重共焦点
（doppelkonfokal）走査型（ラスタ）顕微鏡である。そ
の際検出器用ピンホール遮光器は、顕微鏡対物レンズの
照明合焦点（これは他方で光源用ピンホール遮光器に光
学的に共役する）に光学的に共役する。
ぞれ検出器用ピンホール遮光器が配されている。そのた
め対応する顕微鏡の構成は、共焦点ないし二重共焦点
（doppelkonfokal）走査型（ラスタ）顕微鏡である。そ
の際検出器用ピンホール遮光器は、顕微鏡対物レンズの
照明合焦点（これは他方で光源用ピンホール遮光器に光
学的に共役する）に光学的に共役する。
【００２３】多光子励起過程により励起される蛍光を検
出する場合には、検出器には検出器用ピンホール遮光器
は前置されない。多光子励起過程は非線形過程であるこ
とは、例えば二光子励起過程の確率が照明光の強さの２
乗に比例していることからもわかる。顕微鏡対物レンズ
により合焦された光線内では、照明光の強さは、顕微鏡
対物レンズの合焦点において最大であるので、照明光の
強さが十分に大きければ、主として照明光の合焦点で多
光子励起過程を誘導することができる。それゆえ、蛍光
着色物質の多光子励起過程に関し共焦点的ないし合焦的
照明を行う場合、顕微鏡対物レンズの合焦領域のみから
大きい確率で蛍光が生じうるので、顕微鏡対物レンズの
合焦領域外の領域からの光を遮光するために検出器用ピ
ンホール遮光器を付設する必要はない。
出する場合には、検出器には検出器用ピンホール遮光器
は前置されない。多光子励起過程は非線形過程であるこ
とは、例えば二光子励起過程の確率が照明光の強さの２
乗に比例していることからもわかる。顕微鏡対物レンズ
により合焦された光線内では、照明光の強さは、顕微鏡
対物レンズの合焦点において最大であるので、照明光の
強さが十分に大きければ、主として照明光の合焦点で多
光子励起過程を誘導することができる。それゆえ、蛍光
着色物質の多光子励起過程に関し共焦点的ないし合焦的
照明を行う場合、顕微鏡対物レンズの合焦領域のみから
大きい確率で蛍光が生じうるので、顕微鏡対物レンズの
合焦領域外の領域からの光を遮光するために検出器用ピ
ンホール遮光器を付設する必要はない。
【００２４】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。なお、請求の範囲に付した図面参照符号は、発明
の理解の容易化のために過ぎず、本発明を図示の態様に
限定することを意図しない。また以下の実施例も発明の
理解の容易化のためであって、本発明は、その技術的思
想の範囲内において当業者により実施可能な修正・変更
を含むこともいうまでもない。
する。なお、請求の範囲に付した図面参照符号は、発明
の理解の容易化のために過ぎず、本発明を図示の態様に
限定することを意図しない。また以下の実施例も発明の
理解の容易化のためであって、本発明は、その技術的思
想の範囲内において当業者により実施可能な修正・変更
を含むこともいうまでもない。
【００２５】図１に示されているのは、二重共焦点走査
型（ラスタ）顕微鏡と関連する被検対象物１の照明用光
学装置である。この光学装置は、光源３の照明光路２、
検出器５の検出光路４、及び検出光路４を結合する部材
６（以下「検出光路結合部材６」ないし単に「結合部材
６」とする）を含む。
型（ラスタ）顕微鏡と関連する被検対象物１の照明用光
学装置である。この光学装置は、光源３の照明光路２、
検出器５の検出光路４、及び検出光路４を結合する部材
６（以下「検出光路結合部材６」ないし単に「結合部材
６」とする）を含む。
【００２６】被検対象物１を照明するために使用される
光源３の照明光線２７は、レンズ７を介して光源用ピン
ホール遮光器８で合焦する。光源用ピンホール遮光器８
を通過する光は、ダイクロイックビームスプリッタ９に
よって光線偏向装置１０の方向へ反射される。光線偏向
装置１０は、互いに実質的に垂直な２つの方向において
照明光線２７を走査する。光線偏向装置１０により反射
及び走査される光線は、結合部材６へ入射し、そこで２
つの分割光路１１、１２に分割される。この２つの分割
光路を通過する照明光線は、ミラー１３、１４で反射さ
れ、顕微鏡対物レンズ１５、１６を介して二方向から被
検対象物１の同一の観察点で合焦する。光線偏向器１０
による照明光線２７の偏向は、２つの顕微鏡対物レンズ
１５、１６の照明合焦点の位置変化を惹き起し、被検対
象物１を合焦面において二次元で照明することができ
る。
光源３の照明光線２７は、レンズ７を介して光源用ピン
ホール遮光器８で合焦する。光源用ピンホール遮光器８
を通過する光は、ダイクロイックビームスプリッタ９に
よって光線偏向装置１０の方向へ反射される。光線偏向
装置１０は、互いに実質的に垂直な２つの方向において
照明光線２７を走査する。光線偏向装置１０により反射
及び走査される光線は、結合部材６へ入射し、そこで２
つの分割光路１１、１２に分割される。この２つの分割
光路を通過する照明光線は、ミラー１３、１４で反射さ
れ、顕微鏡対物レンズ１５、１６を介して二方向から被
検対象物１の同一の観察点で合焦する。光線偏向器１０
による照明光線２７の偏向は、２つの顕微鏡対物レンズ
１５、１６の照明合焦点の位置変化を惹き起し、被検対
象物１を合焦面において二次元で照明することができ
る。
【００２７】単に模式的にのみ示された被検対象物１
は、蛍光マーカー（ないし着色物質）（複数）で特異的
に標識されている。照明光線２７により誘導された蛍光
は、２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６により集光され
て、照明光路２を（照明光線２７の進行方向と）反対方
向に進行する。顕微鏡対物レンズ１５により集光された
蛍光は、ミラー１３で反射し検出光路結合部材６の方向
へ向かう。この蛍光の一部は、偏向されないで結合部材
６を通過し、光線１７として結合部材６から射出する。
分割光路１１を進行する蛍光の残部は、結合部材６で反
射して光線偏向装置１０の方向へ向かうので、結局はこ
の蛍光を検出器５で検出することができる。顕微鏡対物
レンズ１６により集光された蛍光は、ミラー１４で反射
し結合部材６の方向へ向かう。分割光路１２を進行する
蛍光の凡そ５０％が、結合部材６で反射して検出光路４
から逸れる。残りの蛍光は、結合部材６を通過し、光線
偏向装置１０、ダイクロイックビームスプリッタ９を介
して検出器用ピンホール遮光器１８の方向に導かれる。
蛍光が２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６による照明光
の合焦点に由来する場合にのみ、その蛍光は検出器用ピ
ンホール遮光器１８を通過することができる。というの
は、検出器用ピンホール遮光器１８は、共焦点原理に基
づき、２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６による照明光
の合焦点に光学的に共役な面に配置されているからであ
る。同様に、光源用ピンホール遮光器８は、２つの顕微
鏡対物レンズ１５、１６による照明光の（上記合焦点
と）共通の合焦点に光学的に共役な面に配置されてい
る。
は、蛍光マーカー（ないし着色物質）（複数）で特異的
に標識されている。照明光線２７により誘導された蛍光
は、２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６により集光され
て、照明光路２を（照明光線２７の進行方向と）反対方
向に進行する。顕微鏡対物レンズ１５により集光された
蛍光は、ミラー１３で反射し検出光路結合部材６の方向
へ向かう。この蛍光の一部は、偏向されないで結合部材
６を通過し、光線１７として結合部材６から射出する。
分割光路１１を進行する蛍光の残部は、結合部材６で反
射して光線偏向装置１０の方向へ向かうので、結局はこ
の蛍光を検出器５で検出することができる。顕微鏡対物
レンズ１６により集光された蛍光は、ミラー１４で反射
し結合部材６の方向へ向かう。分割光路１２を進行する
蛍光の凡そ５０％が、結合部材６で反射して検出光路４
から逸れる。残りの蛍光は、結合部材６を通過し、光線
偏向装置１０、ダイクロイックビームスプリッタ９を介
して検出器用ピンホール遮光器１８の方向に導かれる。
蛍光が２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６による照明光
の合焦点に由来する場合にのみ、その蛍光は検出器用ピ
ンホール遮光器１８を通過することができる。というの
は、検出器用ピンホール遮光器１８は、共焦点原理に基
づき、２つの顕微鏡対物レンズ１５、１６による照明光
の合焦点に光学的に共役な面に配置されているからであ
る。同様に、光源用ピンホール遮光器８は、２つの顕微
鏡対物レンズ１５、１６による照明光の（上記合焦点
と）共通の合焦点に光学的に共役な面に配置されてい
る。
【００２８】検出光路４から外れた蛍光光線１７は、検
出器５には導かれえない。そのため被検対象物１から発
する蛍光を検出する場合、その凡そ５０％が喪失する。
というのは、この失われる蛍光は、検出器５では検出す
ることができないからである。
出器５には導かれえない。そのため被検対象物１から発
する蛍光を検出する場合、その凡そ５０％が喪失する。
というのは、この失われる蛍光は、検出器５では検出す
ることができないからである。
【００２９】本発明によれば、被検対象物１から発する
光（蛍光）は、検出光路結合部材６で結合され、少なく
ともその大部分が１つの伝播方向１９へ進む。その様子
は図２に示されている。そこでは、被検対象物１から発
する光の位相に影響を与える部材（複数）２０（位相調
節部材２０）が配されているが、この位相調節部材２０
は、検出光路４の分割光路１２に配置されている。
光（蛍光）は、検出光路結合部材６で結合され、少なく
ともその大部分が１つの伝播方向１９へ進む。その様子
は図２に示されている。そこでは、被検対象物１から発
する光の位相に影響を与える部材（複数）２０（位相調
節部材２０）が配されているが、この位相調節部材２０
は、検出光路４の分割光路１２に配置されている。
【００３０】図２の結合部材６は、被検対象物１から発
する光が喪失せずに少なくともその大部分が結合されて
１つの伝播方向１９へ向かうように、適切な反射度と透
過度とを有するように構成されかつ検出光路４に配置さ
れている。照明光線２７に対し、結合部材６の透過度は
０．５であり、そのため照明光線は２つの分割光路１
１、１２へ同じ大きさで分割可能である。２つの分割光
路１１、１２上の被検対象物１から発する蛍光が喪失せ
ずに少なくともその大部分が結合するという観点から、
結合部材６は、分割光路１１、１２を進行する蛍光が矢
印１９によって表わされる伝播方向へ導かれるように、
検出光路４に配置される。結合部材６は、照明光線２７
及び被検対象物１から発する蛍光に関して、それぞれ４
５°の入射角を有する。
する光が喪失せずに少なくともその大部分が結合されて
１つの伝播方向１９へ向かうように、適切な反射度と透
過度とを有するように構成されかつ検出光路４に配置さ
れている。照明光線２７に対し、結合部材６の透過度は
０．５であり、そのため照明光線は２つの分割光路１
１、１２へ同じ大きさで分割可能である。２つの分割光
路１１、１２上の被検対象物１から発する蛍光が喪失せ
ずに少なくともその大部分が結合するという観点から、
結合部材６は、分割光路１１、１２を進行する蛍光が矢
印１９によって表わされる伝播方向へ導かれるように、
検出光路４に配置される。結合部材６は、照明光線２７
及び被検対象物１から発する蛍光に関して、それぞれ４
５°の入射角を有する。
【００３１】分割光路１１、１２の光学距離は、被検対
象物１から発し分割光路１１、１２を進行する光の少な
くとも大部分が同じ位相で結合部材に到るように互いに
調節されている。２つの分割光路１１、１２の光学距離
の微調整は、ミラー１４の位置を調節することにより行
われるが、このミラー１４は、圧電装置２８によって、
その表面の垂直方向に摺動可能である。
象物１から発し分割光路１１、１２を進行する光の少な
くとも大部分が同じ位相で結合部材に到るように互いに
調節されている。２つの分割光路１１、１２の光学距離
の微調整は、ミラー１４の位置を調節することにより行
われるが、このミラー１４は、圧電装置２８によって、
その表面の垂直方向に摺動可能である。
【００３２】位相調節部材２０は、（図２の実施例で
は、）光学くさびの形態をとっている。光学くさび２０
は、分割光路１２に配置されている。分割光路１２に平
行に進行する光は光学くさび２０の空気−ガラス境界面
を（その面に関して）垂直に進行する。この２つの光学
くさびの間には、充填オイル（油層）が形成されている
が、これは、２つの光学くさびをなすガラスと殆ど同じ
屈折率と分散能を有する。２つの光学くさび２０は、そ
れぞれ斜面に沿って互いに摺動して方向２１の両方向に
変位し、それにより光学くさび（を通過する光につい
て）の光学距離を調節することができる。
は、）光学くさびの形態をとっている。光学くさび２０
は、分割光路１２に配置されている。分割光路１２に平
行に進行する光は光学くさび２０の空気−ガラス境界面
を（その面に関して）垂直に進行する。この２つの光学
くさびの間には、充填オイル（油層）が形成されている
が、これは、２つの光学くさびをなすガラスと殆ど同じ
屈折率と分散能を有する。２つの光学くさび２０は、そ
れぞれ斜面に沿って互いに摺動して方向２１の両方向に
変位し、それにより光学くさび（を通過する光につい
て）の光学距離を調節することができる。
【００３３】図３には、相異なる分割光路１１、１２を
進行する蛍光が、結合部材６において、１つの場合のみ
１８０°の位相シフトを受ける様子が模式的に示されて
いる。２つの矢印１９、２２は、それぞれ、検出器５へ
向かう伝播方向、光線１７の伝播方向を示している。分
割光路１２を進行する蛍光は、結合部材６によって透過
される部分２３と結合部材６によって反射される部分２
４を有する。分割光路１１を進行する蛍光は、結合部材
６で検出器５の方向へ反射される部分２５と結合部材６
によって方向２２へ向かって透過される部分２６を有す
る。分割光路１２を進行する蛍光の結合部材６で反射さ
れる部分２４のみが、１８０°（π）の位相シフトを受
ける。部分２３、２５、２６は、位相シフトを受けな
い。図４には、被検対象物１から発する蛍光の図３の場
合に対応する部分２３、２４、２５、２６が示されてお
り、これらは、結合部材６で反射されるか、或いは結合
部材６を透過する。図３の場合とは異なり、結合部材６
は、その誘電体ハイブリッド層が分割光路１１を進行す
る部分２５、２６に配向するように、配置されている。
そのため、結合部材６で反射される部分２５のみが１８
０°の位相シフトを受ける。本発明によると、分割光路
１１、１２を進行する蛍光の位相（の相互）関係を位相
調節部材２０で調節することにより、図２の結合部材６
を透過する部分２６ないし図２の結合部材６で反射され
る部分２４を消滅させる(打ち消す)ことができる。
進行する蛍光が、結合部材６において、１つの場合のみ
１８０°の位相シフトを受ける様子が模式的に示されて
いる。２つの矢印１９、２２は、それぞれ、検出器５へ
向かう伝播方向、光線１７の伝播方向を示している。分
割光路１２を進行する蛍光は、結合部材６によって透過
される部分２３と結合部材６によって反射される部分２
４を有する。分割光路１１を進行する蛍光は、結合部材
６で検出器５の方向へ反射される部分２５と結合部材６
によって方向２２へ向かって透過される部分２６を有す
る。分割光路１２を進行する蛍光の結合部材６で反射さ
れる部分２４のみが、１８０°（π）の位相シフトを受
ける。部分２３、２５、２６は、位相シフトを受けな
い。図４には、被検対象物１から発する蛍光の図３の場
合に対応する部分２３、２４、２５、２６が示されてお
り、これらは、結合部材６で反射されるか、或いは結合
部材６を透過する。図３の場合とは異なり、結合部材６
は、その誘電体ハイブリッド層が分割光路１１を進行す
る部分２５、２６に配向するように、配置されている。
そのため、結合部材６で反射される部分２５のみが１８
０°の位相シフトを受ける。本発明によると、分割光路
１１、１２を進行する蛍光の位相（の相互）関係を位相
調節部材２０で調節することにより、図２の結合部材６
を透過する部分２６ないし図２の結合部材６で反射され
る部分２４を消滅させる(打ち消す)ことができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の独立請求項１により対応する所
定の課題として掲げる効果が達成される。即ち、本発明
の装置により被検対象物から発する光の少なくともその
大部分を、喪失することなく、検出光路結合部材におい
て結合し、伝播方向へと導くことができる。各従属請求
項により、更に付加的な効果が、前述の通りそれぞれ達
成される。
定の課題として掲げる効果が達成される。即ち、本発明
の装置により被検対象物から発する光の少なくともその
大部分を、喪失することなく、検出光路結合部材におい
て結合し、伝播方向へと導くことができる。各従属請求
項により、更に付加的な効果が、前述の通りそれぞれ達
成される。
【図１】二重共焦点走査型顕微鏡の模式図。
【図２】本発明の二重共焦点走査型顕微鏡の第一実施例
の模式図。
の模式図。
【図３】検出光路結合部材における透過及び反射状態の
模式図。
模式図。
【図４】図３の部材をミラーに関し反転配置した場合に
おける透過及び反射状態の模式図。
おける透過及び反射状態の模式図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルマー グーゲル ドイツ連邦共和国 Ｄ−69221 ドッセン ハイム コンラート−アデナウアー−シュ トラーセ 23ｂ (72)発明者 ユルゲン ホフマン ドイツ連邦共和国 Ｄ−65191 ヴィース バーデン ビーアシュタッター ヘーエ 63 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 DA02 EA01 FA02 GA01 GB01 GB03 HA01 HA02 HA07 HA09 KA07 LA01 2H052 AA08 AA09 AB14 AB24 AB29 AC15 AF02
Claims (7)
- 【請求項１】光源の照明光路と、検出器の検出光路と、
検出光路を結合する部材とを含む、被検対象物照明用光
学装置において、 被検対象物（１）から発する光は、検出器（５）に対し
て有効な光線断面に関して、検出光路（４）を結合する
部材（検出光路結合部材）（６）において結合可能であ
り、少なくとも大部分が重畳して、伝播方向（１９）へ
向かい、 前記被検対象物（１）から発する光の位相に影響を与え
る部材（位相調節部材）（２０）が配されており、該部
材（２０）は、少なくとも前記検出光路（４）の分割光
路（１２）に配置されていることを特徴とする光学装
置。 - 【請求項２】前記検出光路結合部材（６）には、金属層
又は誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項
１に記載の装置。 - 【請求項３】前記検出光路結合部材（６）は、光分割装
置であり、 該部材（６）は、ｓ偏光及びｐ偏光に対する分割及び／
又は結合状態がほぼ同一であるように、構成され及び／
又は光路に配置されていることを特徴とする請求項１又
は２に記載の装置。 - 【請求項４】前記位相調節部材（２０）として、光学く
さびが配されており、光学距離が、該光学くさびによっ
て調節可能に構成されることを特徴とする請求項１〜３
の一に記載の装置。 - 【請求項５】被検対象物（１）から発する光は、前記検
出光路結合部材（６）を介して、相異なる２つの方向
（１９、２２）へ進行し、それぞれ少なくとも１つの検
出器（５）で検出可能であることを特徴とする請求項１
〜４の一に記載の装置。 - 【請求項６】前記検出装置（５）の各々には、検出装置
用ピンホール遮光器（１８）が前置されていることを特
徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】前記検出器（５）には、多光子励起過程で
励起された蛍光を検出する場合、検出器用ピンホール遮
光器が前置されていないことを特徴とする請求項１〜６
の一に記載の装置。
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