JP2009534694A - 顕微鏡で使用するための、光反射が最小化された、均一な光の強さで照射するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、反射型顕微鏡で使用するための、光反射が最小化された、均一な光の強さで照射するための装置に関している。均一に放射する光源（１）を有しており、該光源（１）には、放射方向で後続して設けられた、焦点距離が短い焦点距離ｆ_１の組合せレンズ（２）が設けられており、焦点距離ｆ_１は、光源（１）が無限遠で結像されるように調整されており、組合せレンズ（２）の後ろ側の焦点面には、矩形の絞り開口（３）が使用されており、後ろ側の焦点面には、組合せレンズ（２）のフーリエ面が位置しており、焦点距離ｆ_２の別のレンズ（４）によって、矩形の絞り開口（３）が顕微鏡（９）の中間像面（６）上に結像され、且つ、別のレンズ（４）の後ろ側の焦点面に、円形の絞り（５）が設けられており、焦点距離ｆ_２の別のレンズ（４）によって、光源（１）がシャープに結像される。

Description

本発明は、顕微鏡で使用するための、光反射が最小化された、均一な光の強さで照射するための装置及び方法に関する。

ここで説明する方法は、反射型顕微鏡で、高い光収量の照射ビームを適切に成形し、且つ、照射開口を顕微鏡対物レンズの入射瞳に適合させるために使われる。本発明を用いると、比較的光が弱い光源に用いることができる新たな手段を提供することができるようになる。殊に、ＬＥＤ光源を、非常に光が弱いと見なされている共焦点顕微鏡に用いることが、本発明により可能となる。内部の光反射の影響が、適切な絞りの配置によって著しく低減される。

図面：
図１は、均一な像照射用光ビームを所定の面上に成形するための原理を示す図、
図２は、瞳の結像のための原理を示す図である。

図１は、照射強度の損失が最小で、且つ、光の反射像形成が最小の顕微鏡に使用するための、中間像の照射を均一化するための原理を示す。使用されている顕微鏡対物レンズの入射瞳に達することができない光は、光反射を除去するために、既に適切な組合せの絞りによって減弱されている。光源として、このような場合には、一般性（Ａｌｌｇｅｍｅｉｎｈｅｉｔ）を制限せずにＬＥＤ（１）を使用する必要がある。この光源は、できる限り、ランベルト放射源として構成して、できる限り均一に放射する必要がある。従って、ＬＥＤのエミッタが無限遠で結像され、つまり、組合せレンズの焦点であるように調整された、焦点距離ｆ_１の（例えば、ｆ_１＝１０−１５ｍｍ）のできる限り短い焦点距離の組合せレンズ（２）が用いられる。エミッタが無限遠でシャープに結像することができればできるほど、後述のように、不特定の光反射による問題は一層小さくなる。矩形の絞り開口（３）が、組合せレンズの後ろ側の焦点面に使用される。この開口は、完全に照射される必要があり、可能な別の絞りによって部分的に陰影が生じてはならない。この面に、組合せレンズ（２）のフーリエ面が位置しており、そのために、照射が、ここでは、放射された光強度の角度を配分すること（Ｗｉｎｋｅｌｖｅｒｔｅｉｌｕｎｇ）によって定められる。ビームプロフィルのランベルト特性によって、この位置で、絞りの非常に均一な照射が達成される。この絞りは、焦点距離ｆ_２（例えば、ｆ_２ ＝５０ｍｍ）の別のレンズ（４）を用いて顕微鏡内の中間像面（６）上に結像される。それにより、中間像面は、均一に照射される。円形の絞り（５）が、レンズ（４）の後ろ側の焦点面に使用される。この絞り上に、ＬＥＤ（１）のエミッタがシャープに結像される。エミッタの倍率は、焦点距離比Ｖ ＝ ｆ_２／ｆ_１に相応する。約１ｍｍ（ハイパワーＬＥＤ）のエミッタの大きさ場合、これは、提案している焦点距離で、約４−５ｍｍの直径の絞り（５）の照射である。顕微鏡での光収量を高めるために、絞りは、できる限り小さな大きさにする必要がある。照射された中間像（６）の所望の対角線と、矩形絞り（３）の対角線との商から、レンズ（４）を用いて達成すべき倍率Ｖ_２＝ｂ_２／ｇ_２が算出される。その際、ｂ_２は、中間像面（６）とレンズ（４）との距離であり、ｇ_２は、矩形絞り（３）とレンズ（４）との距離である。つまり、中間像が、１１．３ｍｍの絞りの対角線の場合に、２２．６ｍｍの対角線である場合、倍率Ｖ_２＝２、つまり、ｂ_２＝２・ｇ_２が得られ、ここで、ｇ_２＝１．５・ｆ_２及びｂ_２＝３・ｆ_２である。開口絞り（５）と中間像（６）との距離は、ｄ＝ｂ_２−ｆ_２＝２・ｆ_２で算出される。

図２は、顕微鏡対物レンズによって照射される反射光式顕微鏡乃至共焦点式顕微鏡の典型的なビーム路を示す。ここで、図１の開口絞り（５）に相応する開口絞り（５）は、フィールド（視野）レンズ（８）によって、顕微鏡対物レンズ（９）の入射瞳上に結像される。つまり、エミッタの像は、対物レンズの入射瞳上に形成され、対物レンズの後ろ側に角度を配分した像として示され、対物レンズの焦点面の後ろ側で初めて明らかに可視となる。試料の照射は、例えば、典型的には共焦点フィルタディスクが設けられる中間像面（６）内での照射に相応する。検出分路内では、試料によって反射された光が先ず中間像面（６）上に結像される。中間像面の近傍に位置している、焦点距離ｆ_３のフィールド（視野）レンズ（８）は、顕微鏡対物レンズの瞳をビームスプリッタを介して結像レンズ（１０）の瞳上にフォーカシングする。結像レンズ（１０）は、中間像（６）を検出器マトリックス（１１）、典型的にはＣＣＤカメラ上に結像する。中間像面と絞り（５）乃至結像レンズ（１０）との間に位置している光路は、最大照射を達成するために、同じ長さにする必要がある。

例えば、１６０ｍｍの管の長さの場合、上述の実施例の継続のために、絞り（５）により、最大１．６の倍率が得られる。つまり、５ｍｍの絞りの直径（５）は、照射分路で８ｍｍの瞳の直径に結像され、検出分路内で、再度、スポットの直径でフォーカシングされる。
ｆ^−１＝ｂ^−１＋ｇ^−１で、フィールド（視野）レンズが例えば中間像面内にある場合には、６１．５ｍｍの焦点距離が得られる。

均一な像照射用光ビームを所定の面上に成形するための原理を示す図 瞳の結像のための原理を示す図

Claims (5)

1. 反射型顕微鏡で使用するための、光反射が最小化された、均一な光の強さで照射するための装置において、
   均一に放射する光源（１）を有しており、該光源（１）には、放射方向に後続して設けられた、焦点距離が短い焦点距離ｆ_１の組合せレンズ（２）が設けられており、前記焦点距離ｆ_１は、前記光源（１）が無限遠で結像されるように調整されており、前記組合せレンズ（２）の後ろ側の焦点面には、矩形の絞り開口（３）が使用されており、前記後ろ側の焦点面には、前記組合せレンズ（２）のフーリエ面が位置しており、焦点距離ｆ_２の別のレンズ（４）によって、前記矩形の絞り開口（３）が顕微鏡（９）の中間像面（６）上に結像され、且つ、前記別のレンズ（４）の後ろ側の焦点面に、円形の絞り（５）が設けられており、前記焦点距離ｆ_２の前記別のレンズ（４）によって、前記光源（１）がシャープに結像されることを特徴とする装置。
2. 光源は、ＬＥＤのエミッタである請求項１記載の装置。
3. 光源（１）は、ランベルト放射源として構成されている請求項１又は２記載の装置。
4. 円形の絞り（５）と顕微鏡（９）の対物レンズとの間に、フィールド（視野）レンズ（８）が設けられており、前記円形の絞り（５）と中間像面（６）との間に、ビームスプリッタ（７）が設けられており、該ビームスプリッタ（７）を介して、顕微鏡対物レンズの瞳が、焦点距離ｆ_３の結像レンズ（１０）の瞳上に結像され、前記顕微鏡対物レンズの瞳は、前記中間像（６）を、例えば、ＣＣＤカメラにすることができる検出器（１０）上に結像する請求項１から３迄の何れか１記載の装置。
5. 中間像面（６）と絞り（５）との間の光路は、前記中間像面（６）と結像レンズ（１０）との間の光路に等しい請求項４記載の装置。

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