JP2005004221A

JP2005004221A - 少なくとも１つのビームスプリッタと散乱光低減手段とを有する顕微鏡

Info

Publication number: JP2005004221A
Application number: JP2004175602A
Authority: JP
Inventors: Albrecht Weis; ヴァイスアルブレヒト
Original assignee: Leica Microsystems Wetzlar GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-01-06
Also published as: EP1486811A1; US20040252379A1

Abstract

【課題】とりわけ小型の構造形状を有し、同時に非常に良好な散乱光低減作用を有する散乱光低減手段を有する顕微鏡及びビームスプリッタユニットを提供すること。
【解決手段】顕微鏡ビーム路における少なくとも１つのビームスプリッタと、散乱光低減手段とを有する顕微鏡において、前記散乱光低減手段は、反射防止膜（７）が被着された（鏡面）研磨表面を有する黒色ガラスプレート（６）として構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つのビームスプリッタと散乱光低減手段とを有する顕微鏡に関する。更に、本発明は、顕微鏡ビーム路で使用するための（キューブ状）ビームスプリッタユニットに関する。

落射光照明ビーム路と結像ビーム路とを有する顕微鏡では、落射光照明は、ビームスプリッタミラーを介して差込入射される。蛍光顕微鏡では、ビームスプリッタは、通常、ダイクロイックビームスプリッタである。例えば明視野法、偏光法、又は微分干渉コントラスト法（ＤＩＣ）のような顕微鏡の他の落射光照明方法では、ビームスプリッタは、凡そ５０％の反射ないし透過率を有するニュートラルスプリッタである。ニュートラルスプリッタでは入射光の凡そ５０％がビームスプリッタを通過するが、ダイクロイックビームスプリッタでは、ビームスプリッタは、励起光の極めて僅かな割合（成分）しか通過させない。

ビームスプリッタを通過する光は、次に、ビームスプリッタに後置されている壁に入射し、当該壁においてその壁材質に応じて部分的に吸収、反射又は散乱され、最終的に障害となるバッググランドとして接眼レンズ又は顕微鏡のカメラ出力端に達する。この光は、画像の質（画質）を甚だしく損なう。

ＤＥ１９９２６０３７Ａ１ＪＰ２０００−７５２０７Ａ

とりわけ蛍光着色試料の検査に使用される、ビームスプリッタキューブに少なくとも１つのビームスプリッタを有する顕微鏡が公知である（特許文献１参照）。ビームスプリッタに後置の裏壁は離隔されており、従ってキューブ状ビームスプリッタは開放されている。ビームスプリッタキューブの外部には、反射性の円錐（台）状面が形成されており、ビームスプリッタを通過した光は、この円錐（台）状面に入射するため、ビーム路から逸れるように反射される。特許文献１には、更に、複数のビームスプリッタキューブが配設されたレボルバが記載されているが、このレボルバには、その中心に反射性円錐（台）状面が形成されている。このため、レボルバは相応に大きく構成しなければならない。しかも、ビームスプリッタキューブは開放している（開口を有する）ので、塵埃がビームスプリッタキューブに侵入し、ビームスプリッタの裏側に堆積し得る。そこに直接に光が入射され、付加的に散乱光成分が生成される。

散乱光低減手段を有する蛍光顕微鏡を記載する文献もある（例えば特許文献２参照）。同時に励起フィルタとして使用されるビームスプリッタの下流域において、不所望の通過光がビームスプリッタキューブの外部に配設された光トラップに向けられる。この光トラップは、不所望の入射光を多重反射によって吸収する中空円錐状ボデーからなる。この光トラップは、本来のビームスプリッタキューブに加えて多大の構造（取付）空間を必要とする。更に、ビームスプリッタキューブのこの構造も開放されている（開口を有する）ので、塵埃がビームスプリッタキューブ内に到達し、付加的な散乱光成分が生成され得る。

それゆえ、本発明の課題は、とりわけコンパクトな構造形状を有し、同時に非常に良好な散乱光低減作用を有する散乱光低減手段を有する顕微鏡を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の視点によれば、顕微鏡ビーム路における少なくとも１つのビームスプリッタと、散乱光低減手段とを有する顕微鏡が提供される。この顕微鏡において、前記散乱光低減手段は、反射防止膜が被着された（鏡面）研磨表面を有する黒色ガラスプレートとして構成されることを特徴とする（形態１・基本構成１）。
更に、上記の課題を解決するために、本発明の第２の視点によれば、顕微鏡ビーム路で使用するための（キューブ状）ビームスプリッタユニットが提供される。このビームスプリッタユニットは、散乱光低減手段として、反射防止膜が被着された（鏡面）研磨表面を有する黒色ガラスプレートを有することを特徴とする（形態９・基本構成２）。

本発明の独立請求項１及び９に係る発明により、上記課題に対応する効果が、上述の通りそれぞれ達成される。即ち、本発明の顕微鏡は、構造・寸法がコンパクトであると同時に、不所望の散乱光を著しく低減することができる（基本構成１）。また、本発明のビームスプリッタユニットは、不所望の散乱光を著しく低減することができると同時に、それ自身の構造・寸法、従ってそれが配される顕微鏡の構造・寸法もコンパクトにすることができる（基本構成２）。

以下に、上記基本構成１及び９をそれぞれ形態１及び９とした本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある。
（２）上記形態１の顕微鏡において、前記黒色ガラスプレートの面法線は、該黒色ガラスプレートで生成する残留反射が前記ビームスプリッタを介して前記顕微鏡ビーム路から外れて（逸れて）反射されるように、入射する照明ビームの方向に対して僅かに傾斜して該ビームスプリッタに後置されることが好ましい（形態２）。
（３）上記形態１又は２の顕微鏡において、上記前記黒色ガラスプレートは、前記ビームスプリッタと共に（キューブ状）ビームスプリッタユニットに組み込まれることが好ましい（形態３）。
（４）上記形態３の顕微鏡において、前記黒色ガラスプレートは、前記ビームスプリッタと共に（キューブ状）ビームスプリッタユニットに組み込まれ、かつ該（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、防塵的に密閉されて構成されることが好ましい（形態４）。
（５）上記形態３の顕微鏡において、前記（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、１つのビームスプリッタのみを含む（キューブ状）明視野ユニットとして構成されることが好ましい（形態５）。
（６）上記形態３の顕微鏡において、前記（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、前記ビームスプリッタに加えて励起フィルタと吸収フィルタとを含む（キューブ状）蛍光ユニットとして構成されることが好ましい（形態６）。
（７）上記形態３の顕微鏡において、前記（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、前記ビームスプリッタに加えて偏光子と検光子とを含む（キューブ状）偏光ユニットとして構成されることが好ましい（形態７）。
（８）上記形態３〜７の顕微鏡において、複数の（キューブ状）ビームスプリッタユニットが、選択的に交互に前記顕微鏡ビーム路に可逆的に挿入可能であるように、回動可能なレボルバ又はディスク状エレメントに配されることが好ましい（形態８）。
（１０）上記形態９の（キューブ状）ビームスプリッタユニットにおいて、１つのビームスプリッタのみを含む（キューブ状）明視野ユニットとして構成されるか、又はビームスプリッタに加えて励起フィルタと吸収フィルタとを含む（キューブ状）蛍光ユニットとして構成されるか、又はビームスプリッタに加えて偏光子と検光子とを含む（キューブ状）偏光ユニットとして構成されることが好ましい（形態１０）。

本発明の顕微鏡では、ビームスプリッタを通過した光は、従来技術から既知のように、（キューブ状）ビームスプリッタユニットの裏壁で散乱されるのではない。散乱される代わりに、ビームスプリッタを通過した光は、黒色ガラスプレートで大幅に吸収されるが、更に、反射防止膜により、ビームスプリッタを介して照明ビーム路の方向へ戻される残留反射はごく僅かしか生成しない。黒色ガラスプレートの表面が研磨されていることより、反射のみが生じ、散乱は生じないことが保証される。ここに「黒色ガラス（Schwarzglas）」とは、入射光を吸収するための中性フィルタである黒色のガラスをいう。

本発明の有利な一実施形態では、黒色ガラスプレートは、入射光の方向に対してその面法線が僅かに傾斜するようビームスプリッタに後置される（下流に配される）。黒色ガラスプレートに生成した僅かな残留反射は、黒色ガラスプレートのかかる傾斜配置によって、ビームスプリッタ方向に（入射光の進路に対して）小さな角度をなして傾斜するよう反射される。この残留反射は、ビームスプリッタに戻り着き、ビームスプリッタ特性に相応して、残留反射はビームスプリッタによって部分的に顕微鏡ビーム路から逸れるよう反射される。また該ビームスプリッタで反射されなかった残留反射の部分ないし成分は、該ビームスプリッタを通過して照明ビーム路へ戻る。

入射光の方向（進路）に対する黒色ガラスプレートの面法線の傾斜角度は、例えば鏡筒光学系の焦点距離及び画像野の大きさ（Bildfeldgroesse）に依存する。これらの例示的データによると、残留反射がカメラ及び接眼レンズに達しないことを保証するために、凡そ２゜の角度値が最低必要であることが判明した。

入射光の方向（進路）に対して黒色ガラスプレート（の面法線）を傾斜させることは、励起フィルタと吸収フィルタとを有するいわゆる（キューブ状）蛍光ユニットのビームスプリッタの場合、該励起フィルタが複数のスペクトル蛍光バンドを有するマルチバンド蛍光励起フィルタであればとりわけ有利である。この場合、当該励起フィルタの異なる複数の励起バンドを消光するために、所属のマルチバンド吸収フィルタも同様にマルチバンド特性を有する。尤も、この消光（能）は、マルチバンド吸収フィルタの場合、シングルバンド励起フィルタの適合されたシングルバンド吸収フィルタのようには良好でない。シングルバンド吸収フィルタでは消光率はほぼ１００％であるが、マルチバンド吸収フィルタの場合には格段により小さいので、依然として励起光の一部は接眼レンズ及びカメラ出力端に到達し得る。従って、とりわけマルチバンド蛍光励起の場合、黒色ガラスプレートを入射光の方向（進路）に対して傾斜させるのが有利である。というのは、この傾斜により、黒色ガラスプレートで生成した残留反射が確実に結像ビーム路から逸れる（外れる）ように反射されるため、障害となる光は、接眼レンズにも及びカメラ出力端にも到達することができないからである。

コンパクトな構造・寸法の好ましい一形態では、黒色ガラスプレートがビームスプリッタと共に（キューブ状）ビームスプリッタユニットに組み込まれる。付加的に、（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、防塵的に閉鎖ないし密閉して構成することができる。（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、顕微鏡検査法の種々異なる形式に対して適合的に構成することができる。例えば（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、ただ１つのビームスプリッタを含む（キューブ状）明視野ユニットとして構成することができる。他の一実施形態では、（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、ビームスプリッタに加えて励起フィルタと吸収フィルタとを含む（キューブ状）蛍光ユニットとして構成される。更に他の一実施形態では、（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、ビームスプリッタに加えて偏光子と検光子（アナライザ：Analysator）とを含む（キューブ状）偏光ユニットとして構成される。

本発明の顕微鏡の特に有利な一実施形態では、複数の（キューブ状）ビームスプリッタユニットが、選択的に交互に顕微鏡ビーム路に可逆的に挿入可能なように、回動可能なレボルバ又はディスク状エレメントに配設される。複数の（キューブ状）ビームスプリッタユニットは、上述の種類の異なる複数の（キューブ状）ビームスプリッタユニットとすることができる。

以下に、本発明の実施例を図面参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のためのものであって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施した形態を排除することは意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためのものであって、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。なお、これらの点に関しては、補正訂正後においても同様に妥当する。

図１に、顕微鏡（不図示）の明視野的使用のための（キューブ状）ビームスプリッタユニット１を示した。紙面に向かって右方から、照明ビーム路（不図示）の照明ビーム２が（キューブ状）ビームスプリッタユニット１に入射する。照明ビーム２はビームスプリッタ３に入射し、ビームスプリッタ３で反射された反射ビーム４は、被検対象（不図示）へ偏向される。通過ビーム５は、ビームスプリッタ３を通過する。通過ビーム５は、（鏡面）研磨表面を有し（その面の法線が照明ビーム２ないし通過ビーム５の進路に対し）傾斜して配設された黒色ガラスプレート（Schwarzglasplatte）６に入射する。この研磨表面には、反射防止膜７が一様かつ平坦に被着されている。研磨表面は、もっぱら反射のみを引き起こし、散乱は引き起こさない。この実施例では、黒色ガラスプレート６の表面の反射防止膜７によって、傾斜して配設された黒色ガラスプレート６に入射する通過ビーム５の非常に僅かな部分ないし成分、即ち１％未満しか反射されない。

黒色ガラスプレート６は、（キューブ状）ビームスプリッタユニット１の裏壁１１に対して小さな傾斜角１２だけ傾斜するように配設される。この角度は、通過ビーム５（の進路）に対する黒色ガラスプレート６の面法線の傾斜（角）と同じ大きさである。

黒色ガラスプレート６をごく僅かな角度だけ傾斜することによって、ごく僅かな残留反射（光）８は、小さな角度で反射されて戻され、（通過ビーム５の進路から）傾斜して（ずれて）ビームスプリッタ３に入射する。残留反射（光）８は、ビームスプリッタ３に戻り着き、当該ビームスプリッタの特性に相応して、一部がビームスプリッタ３によって顕微鏡ビーム路から逸れる（外れる）ように反射される。ビームスプリッタ３で反射されなかったの残留反射８の部分は、照明ビーム２に対向し、ビームスプリッタ３を通過して照明ビーム路に戻る。

残留反射８は、ビームスプリッタ３によって反射されて生成する残留反射９が、もはや顕微鏡の光軸１０に沿って進行せず、そのためもはや接眼レンズ（不図示）又はカメラ出力端（不図示）に到達することがないような角度でビームスプリッタ３によって反射される。

黒色ガラスプレート６の上述の配置及び構成によって、バックグランド光（背景光）ないし散乱光は、顕微鏡において大幅に低減され得る。

図２に、蛍光装置を有する顕微鏡を示した。被検対象１３は、顕微鏡テーブル（載物台）１４に載置される。蛍光装置は、励起フィルタ１８、ダイクロイックビームスプリッタ１９、及び吸収フィルタ（Sperrfilter）２０を含んで構成される。この蛍光装置は、構造単位として、（キューブ状）蛍光ユニット１７として構成される。

蛍光装置によって被検対象１３が検査可能であるために、蛍光装置に向って落射光ビーム路２１が案内される。この落射光ビーム路２１は、落射光光源２２から出発し、複数のレンズ要素２４及び複数の絞り２５を有する落射光照明光学系２３を通過する。この実施例では、落射光ビーム路２１のビームは、側方ないし水平方向から（キューブ状）蛍光ユニット１７に入射し、照明光の所定のスペクトル蛍光波長領域のみを通過させる励起フィルタ１８を通過する。

次いで、落射光は、ビームスプリッタ１９によって対物レンズ１５の方向に偏向され、対物レンズ１５を介して被検対象１３へ向けられる。落射光は、被検対象１３に配された所定の蛍光着色物質（複数）において蛍光励起を引き起こす。被検対象１３からは、蛍光光が、対物レンズ１５、ビームスプリッタ１９及び吸収フィルタ２０を通って鏡筒光学系１６に到達する。この鏡筒光学系により生成される被検対象１３の画像は、一又は複数の接眼レンズ２６によって観察することができる。更に、この画像はカメラ２７に結像される。

ビームスプリッタ１９の下流域には、ビームスプリッタ１９を通過する入射光の方向に対してその面法線が僅かに傾斜（傾斜角１２）する黒色ガラスプレート６が配設される。黒色ガラスプレート６は、反射防止膜７が被着された（鏡面）研磨表面を有する。この研磨表面によって、専ら反射のみが引き起こされ、散乱は引き起こされないことが保証される。ビームスプリッタ１９を通過した通過光（ビーム）５は、黒色ガラスプレート６において大幅に吸収され、ごく僅かな残留反射８のみが（通過光ビーム５の進路に対して）小さな角度で反射される。

黒色ガラスプレート６が小さな傾斜配置によって、ごく僅かな残留反射８がビームスプリッタ１９に（通過光ビーム５の進路に対して）傾斜して（ずれて）戻り着く。次いで、この残留反射８は、ビームスプリッタ１９における反射によって生成する残留反射９が、顕微鏡の光軸１０から逸れるように偏向されて、もはや接眼レンズ２６又はカメラ２７に到達しないような角度でビームスプリッタ１９によって反射される。

黒色ガラスプレート６は、シングルバンド蛍光構成の場合、原理的には、上述のような傾斜的配置をなさなくても配設可能である。というのは、この場合の吸収フィルタは、励起フィルタのスペクトル励起バンド（複数）を通過させないからである。これに対し、マルチバンド蛍光励起構成、（キューブ状）明視野ユニット、微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）のための（キューブ状）ユニット、並びに（キューブ状）偏光ユニットの場合はすべて、黒色ガラスプレート６を付加的に（上述のように）傾斜させることは、非常に有利であり、残留反射の低減が改善される。

本発明の顕微鏡の明視野的使用のための（キューブ状）ビームスプリッタユニットの一例。（キューブ状）蛍光ユニットを有する蛍光顕微鏡の一例。

符号の説明

１（キューブ状）ビームスプリッタユニット
２照明ビーム
３ビームスプリッタ
４反射ビーム
５（通過）ビーム
６黒色ガラスプレート
７反射防止膜
８残留反射（光）
９ビームスプリッタによって反射された残留反射（光）
１０光軸
１１（キューブ状）ビームスプリッタユニットの裏壁
１２傾斜角
１３試料（被検対象）
１４顕微鏡テーブル（載物台）
１５対物レンズ
１６鏡筒光学系
１７（キューブ状）蛍光ユニット
１８励起フィルタ
１９ダイクロイックビームスプリッタ
２０吸収フィルタ
２１落射光ビーム路
２２落射光光源
２３落射光照明光学系
２４レンズ要素
２５絞り
２６接眼レンズ
２７カメラ

Claims

顕微鏡ビーム路における少なくとも１つのビームスプリッタと、散乱光低減手段とを有する顕微鏡において、
前記散乱光低減手段は、反射防止膜（７）が被着された研磨表面を有する黒色ガラスプレート（６）として構成されること
を特徴とする顕微鏡。
前記黒色ガラスプレート（６）の面法線は、該黒色ガラスプレート（６）で生成する残留反射（８）が前記ビームスプリッタ（３；１９）を介して前記顕微鏡ビーム路から外れて反射されるように、入射する照明ビーム（２）の方向に対して僅かに傾斜して該ビームスプリッタ（３；１９）に後置されること
を特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記黒色ガラスプレート（６）は、前記ビームスプリッタ（３；１９）と共にビームスプリッタユニット（１）に組み込まれること
を特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡。
前記黒色ガラスプレート（６）は、前記ビームスプリッタ（３；１９）と共にビームスプリッタユニット（１）に組み込まれ、かつ該ビームスプリッタユニット（１）は、防塵的に密閉されて構成されること
を特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
前記ビームスプリッタユニット（１）は、１つのビームスプリッタ（３）のみを含む明視野ユニットとして構成されること
を特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
前記ビームスプリッタユニット（１）は、前記ビームスプリッタ（１９）に加えて励起フィルタ（１８）と吸収フィルタ（２０）とを含む蛍光ユニットとして構成されること
を特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
前記ビームスプリッタユニット（１）は、前記ビームスプリッタ（３；１９）に加えて偏光子と検光子とを含む偏光ユニットとして構成されること
を特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
複数のビームスプリッタユニット（１）が、選択的に交互に前記顕微鏡ビーム路に可逆的に挿入可能であるように、回動可能なレボルバ又はディスク状エレメントに配されること
を特徴とする請求項３〜７の何れか１項に記載の顕微鏡。
顕微鏡ビーム路で使用するためのビームスプリッタユニットであって、
散乱光低減手段として、反射防止膜（７）が被着された研磨表面を有する黒色ガラスプレート（６）を有すること
を特徴とするビームスプリッタユニット。
１つのビームスプリッタ（３）のみを含む明視野ユニットとして構成されるか、又は
ビームスプリッタ（１９）に加えて励起フィルタ（１８）と吸収フィルタ（２０）とを含む蛍光ユニットとして構成されるか、又は
ビームスプリッタ（３；１９）に加えて偏光子と検光子とを含む偏光ユニットとして構成されること
を特徴とする請求項９に記載のビームスプリッタユニット。