JP2002509287A - 顕微鏡の照明ビーム路内の光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 顕微鏡、とりわけ共焦点レーザ顕微鏡の照明ビーム路（１）中の光学装置が、励起光の損失を低減した光学的照明のために、照明ビーム路（１）に配置された、照明直径（７）を変更するための照明光学系（６）を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、顕微鏡、とりわけ共焦点レーザ顕微鏡の照明ビーム路中の光学装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び問題点】

共焦点レーザ顕微鏡において、照明ビーム路中でそれ自体ガウス状のレーザビ
ームを適切な光学系を介して、それぞれの対物レンズの入射瞳、ないしそこで使
用可能な対物レンズの入射瞳が基本的に過剰照明（Ueberleuchtung）されるよう
に拡大することは、これまでの従来技術に属することである。過剰照明の程度は
設計上、重要な設定事項である。一方では、入射瞳の過剰照明はこの入射瞳の均
質な照明に用いられる。ここでは理論的解像度が、種々異なるアパーチャを有す
る対物レンズでも保証される。他方では、入射瞳の過剰照明により、とりわけ入
射瞳の小さい対物レンズの場合に励起光が過度に損失されてしまう。しかしこの
ような励起光の損失は、励起光の出力リザーブが小さい適用の場合には甘受でき
るものではない。

【０００３】 したがって実際には例えばライカ−レーザ走査顕微鏡ＴＣＳが公知であり、こ
の顕微鏡では固定の拡大光学系が設けられている。そこで拡大されるレーザビー
ムの直径は、顕微鏡対物レンズにおいて約２５ｍｍ（１／ｅ²値）である。

【０００４】 励起ピンホールの大きさを変化することにより、レーザ光の発散と、ひいては
励起光に対して作用するアパーチャの照明を制御することができる。このために
単なる例として、Brakenhoff G.J. et al. Confocal Microscopy Handbook 1994
, pp.87-91, ed. J.Pawley を参照されたい。

【０００５】 例えば対物レンズＰＬＡＰＯ４０×／１．２５は、直径約１２ｍｍの入射瞳を
有する。これに対して対物レンズＰＬＡＰＯ１００×／１．４はわずか直径５ｍ
ｍの入射瞳を有する。そのためそこでは、励起光はファクタ(１２／５)²＝５． ７６で、不要な過剰照明により失われてしまう。

【０００６】 通常は励起ピンホールの前方でビーム路が不変である場合でも、ピンホールの
面積に比例するピンホール透過率は、直径が小さい場合には相応の光損失を示す
。このことも実用では許容できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の課題は、顕微鏡の照明ビーム路中の光学装置を、励起光の損失を低減
して最適の照明が保証されるように構成することである。

【０００８】

【発明による解決手段】

本発明の光学装置は前記課題を、請求項１の特徴部分に記載した構成により解
決する。これによればこのような光学装置は、照明直径を変更する、照明ビーム
路内に配置された照明光学系を有することを特徴とする。

【０００９】 本発明によれば、照明ビーム路の照明直径を、光損失の回避のために多かれ少
なかれ正確にそれぞれの対物レンズの入射瞳に適合すべきである。このために照
明ビーム路内に配置された照明光学系が必要であり、これにより照明直径の変更
ないし適合を行うことができる。前に説明した従来技術による光損失はかくてい
ずれにしろ格段に回避される。

【００１０】

【発明の実施の形態】

具体的には本発明による照明光学系は、交換可能な固定の光学系の装置として
構成することができる。対物レンズを交換する際には相応にして、固定の光学系
を照明ビーム路中で交換しなければならず、これにより照明直径をそれぞれの対
物レンズの入射瞳に整合する。

【００１１】 特に有利には、照明光学系は有利には無段階に動作する可変光学系（Vario-Op
tik）を有し、これにより照明ビーム路での固定の光学系の交換を不要にする。 可変光学系は、有利には電動式のズーム光学系とすることができ、このズーム光
学系は例えば市販のビデオカメラで使用される通常のズーム光学系として構成す
ることができる。

【００１２】 照明直径を複数の対物レンズの入射瞳に簡単かつ最適に適合するため、自動調
整部を設けることができる。具体的には照明直径の変更は、所定の有利にはリボ
ルバーに配置された対物レンズの入射瞳に適合することができる。ここではそれ
ぞれの対物レンズの使用に応じて、リボルバーの位置に相応して、変更ないし適
合が自動的に行われる。

【００１３】 本発明の光学装置の具体的適用可能性については、照明光学系を点光源ないし
は光ファイバに後置することが考えられる。照明光学系は、固定のバック焦点距
離（Schnittweite）と可変の焦点距離を有する平行光学系として構成することが
でき、ここではビーム直径が対物レンズの入射瞳に適合可能である。

【００１４】 同様に、照明光学系を有利には直接入力結合されるレーザビームに対する拡大
光学系として構成することが考えられる。このように構成すれば、ビームを焦点
距離の比ｆ₁／ｆ₂にしたがって可変に拡大（拡張）することができる。

【００１５】 すでに前に例として説明したように、従来技術ではとりわけ対物レンズの入射
瞳が小さい場合に過剰照明を甘受していた。しかしそこでの縁部照明は確かに良
好であった。縁部照明を本発明の装置が適用される場合でも有利にするため、と
りわけ対物レンズの入射瞳が大きい場合には、照明光学系が縁部照明を制御する
、ないしは有利にする別の光学的構成部材を含み、従来技術から公知の過剰照明
をいずれの場合でも回避すると有利である。このような光学的構成部材は、付加
レンズとして、リング絞りとして、またはホログラフ的に形成される光学的要素
として構成することができ、これによりとりわけ通常のガウス状のレーザビーム
が縁部領域へ拡大（拡張）される。例えばこのことにより共焦点レーザ走査顕微
鏡の場合は、一定の強度分布が入射瞳全体にわたって実現でき、対物レンズの入
射瞳を格別に過剰照明する必要がない。これとは異なる強度プロフィールも特殊
適用例に対しては有利であり得る。

【００１６】 さらに本発明の装置では、付加的入射口を別の光源を供給するために設けるこ
とも考えられる。ここでは有利にはレーザ光ビームが入射結合される。本来の照
明ビーム路を変更することなしに、このレーザ光ビームは対物レンズの入射瞳に
適合することができ、これによりレーザ光ビームの最適化が本来の照明ビーム路
の適合なしに可能である。

【００１７】 最後に前記形式の装置は有利には、マルチフォトンレーザ走査顕微鏡で、また
はマルチフォトン励起のために使用すると有利である。

【００１８】 本発明の思想を有利に構成および展開するには種々の手段がある。そのために
一方では請求項１に従属する請求項を、他方では以下の本発明の３つの実施例の
、図面に基づいた説明を参照されたい。本発明の有利な実施例の説明と関連して
、本技術思想の一般的に有利な構成および改善形態を説明する。

【００１９】

【実施例】

図１は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
１実施例の概略図であり、ここでは光源として点光源が設けられており、ラスタ
顕微鏡は簡単にするためその構成要素により概略的にのみ示されている。

【００２０】 図２は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
２実施例の概略図であり、ここでは光源として光ファイバが設けられており、ラ
スタ顕微鏡は簡単にするためその構成要素により概略的にのみ示されている。

【００２１】 図３は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
３実施例の概略図であり、ここでは光源としてレーザ光源ないしはレーザビーム
が設けられており、ラスタ顕微鏡は簡単にするためその構成要素により概略的に
のみ示されている。

【００２２】 図１から図３は、それぞれ共焦点ラスタ顕微鏡の照明ビーム路１中に配置され
た光学装置を示す。ここでは簡単にするためラスタ顕微鏡は全体で概略的にのみ
示されている。

【００２３】 図１には光源として点光源２が（象徴的に）示されており、図２では光が光フ
ァイバ３を介して入射結合される。図３の実施例では、それに代わる／従来の光
源のレーザビーム４または平行光ビームがレンズ５を介して直接、照明ビーム路
１に入力結合される。

【００２４】 本発明では３つ全ての実施例で−図１，２，および３−、照明ビーム路に照明
光学系６が配置されている。この照明光学系６は照明直径７を変更するために使
用され、これにより照明直径７を対物レンズ９の象徴的に示した入射瞳８に適合
することができる。

【００２５】 わかりやすくするため図には、対象物１０までの照明ビーム路１だけでなく、
照明ビーム路１中に配置されたビーム統合器（入射結合器）１１およびスキャナ
１２も示されている。

【００２６】 検知ビーム路１３中には、概略的に示したようにピンホール光学系１４と検知
ピンホール１５が配置されている。

【００２７】 図１と図２に示した実施例では、照明光学系６は無段階に動作する可変光学系
として構成されている。正確に言えばこれは電動式のズーム光学系であるが、単
に象徴的に摺動されるレンズ１６により示されている。具体的には、ビデオカメ
ラから公知の通常のズーム光学系である。

【００２８】 図３に示された実施例では、照明光学系６にレンズ５が前置されており、この
レンズにレーザビーム４が直接入射結合される。

【００２９】 それ以外の図からは分からない特徴については、繰り返しを避けるために明細
書中の一般的説明部分を参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
１実施例の概略図である。

【図２】 図２は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
２実施例の概略図である。

【図３】 図３は、共焦点ラスタ顕微鏡のビーム路中に配置された本発明の光学装置の第
３実施例の概略図である。

【符号の説明】

１ 照明ビーム路 ２ 点光源 ３ 光ファイバ ４ レーザビーム ５ レンズ（レーザビームに後置されている） ６ 照明光学系 ７ 照明直径 ８ 対物レンズの入射瞳 ９ 対物レンズ １０ 対象物 １１ ビーム統合器 １２ スキャナ １３ 検知ビーム路 １４ ピンホール光学系 １５ 検知ピンホール １６ （照明光学系の）レンズ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡、とりわけ共焦点レーザ顕微鏡の照明ビーム路（１）
   内に配置された光学装置において、 照明ビーム路（１）内に配置され、照明直径（７）を変更するための照明光学
   系（６）を有することを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 該照明光学系（６）は交換可能な固定の光学系装置として構
   成されている、請求項１記載の光学装置。
3. 【請求項３】 該照明光学系（６）は有利には無段階に作動する可変光学系
   を有する、請求項１記載の光学装置。
4. 【請求項４】 該可変光学系は有利には電動式のズーム光学系である、請求
   項３記載の光学装置。
5. 【請求項５】 該ズーム光学系はビデオカメラで通常のズーム光学系である
   、請求項４記載の光学装置。
6. 【請求項６】 該照明直径（７）の変更は、所定の、有利にはリボルバーに
   配置された対物レンズ（９）に整合され、有利には自動的に行われる、請求項１
   から５までのいずれか１項記載の光学装置。
7. 【請求項７】 該照明光学系（６）は、点光源（２）ないしは光ファイバ（
   ３）に後置されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の光学装置。
8. 【請求項８】 該照明光学系（６）は、固定のバック焦点距離と可変の焦点
   距離を有する平行光学系として構成され、該照明直径（７）は対物レンズ（９）
   の入射瞳（８）に適合される、請求項２から７までのいずれか１項記載の光学装
   置。
9. 【請求項９】 該照明光学系（６）は、有利には直接入射結合されるレーザ
   ビーム（４）に対する拡大光学系として構成されている、請求項２から６までの
   いずれか１項記載の光学装置。
10. 【請求項１０】 ビームは、焦点距離の比ｆ₁／ｆ₂にしたがって可変に拡張
    可能である、請求項９記載の光学装置。
11. 【請求項１１】 該照明光学系（６）は、とりわけ対物レンズ（９）の入射
    瞳が大きい場合、縁部照明を制御する別の光学的構成部材、ないしは有利な別の
    光学的構成部材を有する、請求項２から１０までのいずれか１項記載の光学装置
    。
12. 【請求項１２】 前記別の光学的構成部材は付加レンズとして構成されてい
    る、請求項１１記載の光学装置。
13. 【請求項１３】 前記別の光学的構成部材はリング絞りとして構成されてい
    る、請求項１１記載の光学装置。
14. 【請求項１４】 前記別の光学的構成部材はホログラフ的に形成される光学
    的要素として構成されている、請求項１１記載の光学装置。
15. 【請求項１５】 付加的な入口を介して別の光源、有利にはレーザ光ビーム
    が入射結合され、該別の光源は本来の照明ビーム路（１）を変更することなしに
    、対物レンズ（９）の入射瞳に適合可能である、請求項１から１４までのいずれ
    か１項記載の光学装置。
16. 【請求項１６】 マルチフォトンレーザ走査顕微鏡での、請求項１から１５
    までのいずれか１項記載の光学装置の使用。