JP2006163402A - 顕微鏡用光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】顕微鏡用光学装置において、厚いビームスプリッターを使用した場合でも構成的に簡単な手段で収差の確実な補正を可能にさせる。
【解決手段】照明源によって発生した照明光（２）と検査対象である試料から出る検出光（３）とを分離させるように発散光路および／または収束光路内に配置されるビームスプリッター（１）を備えた顕微鏡用光学装置。
ビームスプリッター（１）をくさび状に構成し、且つ実質的にガラス空気境界面（４）で反射させるためにビームスプリッタープレートとして構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明源によって発生した照明光と検査対象である試料から出る検出光とを分離させるように発散光路および／または収束光路内に配置されるビームスプリッターを備えた顕微鏡用光学装置、特に走査型顕微鏡用光学装置に関するものである。

この種の光学装置は実務面から公知である。たとえば共焦点走査型顕微鏡においては、蛍光として存在し、試料に関する情報を担持している検出光を、励起光として存在し、試料内の色素を励起させる照明光から分離させるためにビームスプリッターが使用される。この種のビームスプリッターを発散・収束光路内に配置すると、光学システムが簡潔になり、ビームスプリッターにおいて発生する干渉による外乱が減少するという利点が得られる。しかし、ビームスプリッターを平行ビーム内で使用する場合に比べると、発散・収束光路内に収差が発生するという欠点がある。ビームスプリッターを発散・収束光路に配置した場合に発生する収差はビームスプリッターの厚さにほぼ比例している。

ビームスプリッターの製造技術の分野における最近の開発では、かなり多数の（数百個以下の）個別層のコーティングを制御することでビームスプリッターの性能を透過能、反射能、エッジ傾斜度に関し著しく改善させている。しかしながら、全体に厚みのあるこれらの層はコーティングした材料の材料応力を大きくさせる。このため通常のコーティング技術に比べて歪が大きくなるので、より厚い基板で対処している。

ほぼ４ｍｍの必要厚みを持っているこの種の改善された新種のビームスプリッターを、共焦点レーザー走査型顕微鏡の発散・収束光路内で使用すると、厚みがあるために収差が発生し、これを補正しなければならない。比較的薄い（たとえば０．７５ｍｍ）通常のビームスプリッターを使用する場合には、光学系全体を適宜光学的に設計するにあたってこの種の補正は従来必要でなかった。従来の光学装置では、平行平面ビームスプリッターを使用し、場合によってはこの平行平面ビームスプリッターを平行平面ガラス要素と組み合わせるのが通常である。

横色収差が発生する場合には、たとえば、ビームスプリッターに対し１８０゜傾斜している第２の平行平面ガラス板を使用することでこれを補正する。しかしながら、この場合には色収差の補正により非点収差はさらに大きくなる。

従来の光学装置の他の例としては、発生した非点収差の補正を、ビームスプリッターに対し経線方向に９０゜回転させた位置にある他の平行平面ガラス板によって行なう。しかしながら、非点収差のこの種の補正により光学装置の色収差がさらに大きくなる。

さらに、ビームスプリッターを平行ビーム内で使用する場合に障害となる干渉縞を回避するため、ビームスプリッターを平行平面板として実施するのではなく、わずかなくさび角を持った板として実施することが知られている。しかしながらこれはもっぱら平行ビーム内でビームスプリッターを使用するための構成である。ビームスプリッターを発散・収束ビーム内で使用する場合は、この処置は必要ない。なぜなら、発生する干渉は、光を発散させるだけで、共焦点走査型顕微鏡の機能を阻害させないような模様を生じさせるからである。この従来の処置の場合、くさび角（プリズム効果）により色収差が発生するので、これを補正するため、同等の他のくさび板小片を使用することができる。

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の顕微鏡用光学装置において、厚いビームスプリッターを使用した場合でも構成的に簡単な手段で収差の確実な補正を可能にさせる前記顕微鏡用光学装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、ビームスプリッターがくさび状に構成され、且つ実質的にガラス空気境界面で反射させるためにビームスプリッタープレートとして構成されていることによって解決される。

本発明によれば、発散・収束ビーム内にビームスプリッターを配置しても、構成的に簡単な手段で収差の確実な補正が可能であるという認識に至った。このためビームスプリッターは具体的にはくさび状であり、ビームスプリッタープレートとして構成されている。この種のビームスプリッターの場合、光線の反射は実質的にビームスプリッターの表面のガラス空気境界面で行なわれる。これによって、厚いビームスプリッタープレートにより発生する収差（実質的に非点収差と横色収差）の確実な補正が可能になる。したがって、厚さがほぼ４ｍｍの最近の技術のビームスプリッターをも使用でき、収差または干渉による光学装置の性能低下を考慮する必要がない。

したがって、厚いビームスプリッターを使用しても構成的に簡単な手段で収差の確実な補正が可能であるような光学装置が提供される。

ビームスプリッターよりも下流側の光路内にガラス板小片を配置することにより、補正をさらに改善させることができる。正確に言えば、ガラス板小片は試料から見てビームスプリッターの後方に位置するように検出光路内に配置される。

さらに、特に確実な収差の補正を考慮して、ガラス板小片はビームスプリッターに対し配向および／または形状が異なっていてよい。この場合、ガラス板小片の配向および／または形状を、使用するビームスプリッターに対して整合させる。ガラス板小片の配向および／または形状が異なっているということは、通常ビームスプリッターに対し左右対称に、または回転して配置される従来使用されていたガラス板小片とは実質的に異なっていることを意味している。本発明による配置構成は従来のものと著しく異なっている。

ガラス板小片がくさび状に構成されていればさらに有利である。これにより発散・収束ビーム内での収差の特に確実な補正を達成できる。

本発明による光学装置において重要なことは、横色収差の補正と非点収差の補正とを同時に実現することである。すなわち本発明による光学装置においては、１つの収差を補正するにあたり他の収差が悪化することを考慮する必要がない。

具体的な構成では、ガラス板小片はほぼ４．８８ｍｍの中心厚を有していてよい。また、ガラス板小片の前面は光学装置の光軸に対し−５１゜２７’の角度で配向されていてよい。ガラス板小片の後面は光学装置の光軸に対し−５１゜４５’の角度で配向されていてよい。このようなガラス板小片の具体的な採寸および配置により収差の確実な補正を行なうことができる。

本発明による光学装置の他の具体的な構成では、ビームスプリッターはほぼ４ｍｍの中心厚を有することができる。この場合ビームスプリッターは２１．６’のくさび角を有することができる。このようなビームスプリッターは、収差の特に確実な補正の点で、上述したように採寸されて光路内に配置されたガラス板小片と組み合わせることができる。

収束したビームを生成させるため、試料から見てビームスプリッターの前に位置するように、ほぼ８０ｍｍの焦点距離を持つ合焦レンズを光路内に配置してよい。ビームスプリッターも、オプションで設けられるガラス板小片も、合焦レンズの焦点距離範囲内に配置される。合焦レンズは、平行ビームから、試料から見てビームスプリッター装置全体の後方に焦点を生成させる。

本発明による光学装置の具体的な構成では、照明源はレーザーであってよい。

本発明による光学装置では、発生する干渉に反応しないシステム構成で横色収差の補正と非点収差の補正とが同時に可能である。ビームスプリッターもガラス板小片もＢＫ７から製造されていてよい。ビームスプリッターは光学装置または顕微鏡の光軸に対し４５゜の角度で配置されていてよい。本発明による光学装置により、比較的厚みのある新規な技術のビームスプリッターを簡潔な光学的構成で共焦点レーザー走査型顕微鏡に使用することが可能であり、収差または干渉によるシステムの性能変化を考慮する必要がない。

本発明による光学装置を有利に構成し、且つ改変する種々の可能性がある。これに関しては、特許請求の範囲と、図面を用いて以下に説明する本発明の有利な１実施形態とを指摘する。図面を用いて以下に説明する本発明の有利な１実施形態と関連して、本発明の、一般的に有利な構成および改変態様をも説明する。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明による顕微鏡用光学装置の１実施形態の概略構成図である。この光学装置は、発散・収束光路内に配置される、照明源により発生した照明光２と検査対象である試料から出る検出光３とを分離するためのビームスプリッター１を有している。厚いビームスプリッターを複数個使用した場合でも収差の確実な補正が得られることを考慮して、ビームスプリッター１はくさび状であり、ビームスプリッタープレートとして構成されている。これにより反射は実質的にガラス空気境界面４で行なわれる。

照明光２はレーザーによって発生させる。

ビームスプリッター１よりも下流側の光路内には、収差を改善、補正するためのガラス板小片５が配置されている。検出光３は合焦レンズ６により検出ピンホールに合焦する。照明光２は発散ビームとして存在し、検出光３は収束ビームとして存在する。合焦レンズ６の前でビームはコリメートされている。

本発明による光学装置により、収差（実質的に非点収差および横色収差）の確実な補正が実現されている。この場合ガラス板小片５はくさび状に構成されており、ビームスプリッター１に対して配置方向および形状が異なっている。

本発明による解決手段の更なる有利な構成に関しては、重複を避けるため、本明細書の課題を解決するための手段の欄および特許請求の範囲を参照してもらいたい。

なお、上述した実施形態は本発明による解決手段を説明するために用いたにすぎず、本発明はこの実施形態に限定されるものではないことを最後に指摘しておく。

本発明による顕微鏡用光学装置の１実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１ ビームスプリッター
２ 照明光
３ 検出光
４ ガラス空気境界面
５ ガラス板小片
６ 合焦レンズ

Claims (7)

1. 照明源によって発生した照明光（２）と検査対象である試料から出る検出光（３）とを分離させるように発散光路および／または収束光路内に配置されるビームスプリッター（１）を備えた顕微鏡用光学装置において、
   ビームスプリッター（１）がくさび状に構成され、且つ実質的にガラス空気境界面（４）で反射させるためにビームスプリッタープレートとして構成されていることを特徴とする光学装置。
2. ビームスプリッター（１）よりも下流側の光路内にガラス板小片（５）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
3. ガラス板小片（５）がビームスプリッター（１）に対し配向および／または形状が異なっていることを特徴とする、請求項２に記載の光学装置。
4. ガラス板小片（５）がくさび状であることを特徴とする、請求項２または３に記載の光学装置。
5. ビームスプリッター（１）がほぼ４ｍｍの中心厚を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の光学装置。
6. 試料から見てビームスプリッター（１）の前に位置するように、ほぼ８０ｍｍの焦点距離を持つ合焦レンズ（６）が光路内に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の光学装置。
7. 合焦レンズ（６）が、平行ビームから、試料から見てビームスプリッター装置全体の後方に焦点を生じさせることを特徴とする、請求項６に記載の光学装置。

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