JP2015527618A - 光学装置および光学顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
試料上へさまざまな格子方向を結像するために、ただ1つの格子を使用し、これをさまざまな方向へ回転させることが公知である。格子の後方に、光学的画像野ロータ、例えばアッベ・ケーニッヒ型プリズムを取り付けることも可能である。これを使って画像野回転が可能で、こうして標本面上で格子投影像の回転を起こすことができる。しかしながら、格子または画像野ロータの回転は比較的時間が掛かる。加えて場合によっては、障害となる、回折光線の反射が生じ得る。
重畳され、異なった方向付けがされている、基板上の格子を設けることがさらに公知である。望まれる回折次数の光線が試料へと伝搬され、他方で他の回折次数は遮蔽される。しかしながら、このため強度損失は大きい。
本発明の光学装置および本発明の光学顕微鏡の好ましい実施の変形形態は従属請求項の対象であり、以下の記述では特に図との関連で説明する。
構造化された照明光線を提供するために1つの光学系コンポーネントを選択する場合、光学系コンポーネントの移動を必要としないことが本発明の第1の中心思想であり得る。つまり、従来の光学装置とは異なり、1つの光学系コンポーネントは固定された光線経路内へ移動することによることなく選択される。むしろ、空間的に異なった光線経路を介して、光は光学系コンポーネントに導かれ得る。これらの光線経路の1つを選択するために必要な時間は、光の回折方向を用いることから、非常に僅かであり得る。
図1には本発明の光学顕微鏡110の一例示的実施例が概略的に示されている。この顕微鏡は基本的構成要素として、光源10、光源10から送り出された光15から構造化された照明光を形成する光学装置100、構造化された照明光を標本面70上に集束させ、かつ標本面70からのサンプル光を受け取る対物レンズ65、およびサンプル光を検出するための検出装置80を備える。
原則的に光学系コンポーネント31〜33毎に1つの光ファイバを設けることができる。しかしながら、ここに示されている例では、光が同一の光ファイバ27を介して、偏光次第で光学系コンポーネント32または光学系コンポーネント33に伝搬される。光ファイバ27の手前に偏光ブロック23が配置されていて、偏光ブロックは、2つの異なる光線経路からの、また異なる偏光の光を共通の光線経路上で光ファイバ27へと導く。偏光ブロック23上で結合されるこの2つの光線経路は、偏向素子20の異なった偏向角度を使って選択することができる。これらの光線経路の1つでは光は、その際に光15の偏光方向が変わることなく、偏向素子20から1つのミラー24を介して偏光ブロック23に到達する。別の光線経路では、光15は偏光ビームスプリッタ23に到達する前に偏光方向変更手段22に当たる。偏光方向変更手段は例えばλ/2板を備えることができ、λ/2板は光15の偏光方向を90°回転させる。
瞳平面の領域で結合された光線断面は図1の部分画像54に概略的に示されている。この場合、全ての格子31〜33の0次回折次数の光は1つの中央領域に認めることができる。この中央領域の円周にそって、6個の照明されている領域を認めることができ、これらのうちそれぞれ2つは、3つの格子31〜33のうちの1次回折次数に由来するものである。この実施例では、光15は同時にではなく、前後して個々の格子31〜33へと伝搬されるということを考慮に入れなければならない。したがって、どんな時点でも、部分画像54の、中央領域と、1次回折次数に属する2つの領域だけが照明されている。
構造化された照明の方向付けと位相とは無関係に、全ての標本映像は同一の光線強度で撮影されるべきである。しかしながら、選択された光学系コンポーネント31〜33次第で、光15は別々の光ファイバ26、27を介して伝搬され、光ファイバは例えば異なった連結損失のために、一般的に異なる光線損失を引き起こす。
12 ダイクロイックミラーの階段状ミラー
14 音響光学可変波長フィルタ(AOTF)
15 光
20 偏向素子,偏向ミラー
22 偏光方向変更手段、λ/2板
23 偏光ブロック
24 ミラー
26、27 光ファイバ
28、29 光ファイバ切り離し光学系、コリメータ
30 ミラー
31 第1の光学系コンポーネント、第1の格子
32 第2の光学系コンポーネント、第2の格子
33 第3の光学系コンポーネント、第3の格子
34、36 偏光方向変更手段、λ/2板
35 偏光ビームスプリッタ
41、42、43 位相板
44、45、46 集束光学系
51、52 第1および第2の光線集光ミラー
53 ミラー
54 光線集光ミラーの後方の光線強度の分布
55 第1の光線集光ミラーの反射領域
56 第1の光線集光ミラーの部分透過性の中央領域
57 第1の光線集光ミラーの光透過性領域
58 第2の光線集光ミラーの反射領域
59 第2の光線集光ミラーの部分透過性の中央領域
60 第2の光線集光ミラーの光透過性領域
61、62 光学系
63 ビームスプリッタ、カラースプリッタ
65 対物レンズ
70 標本面
71 試料
75 集束光学系
80 検出装置
100 光学装置
110 光学顕微鏡
Claims (23)
- 照射光線(15)からの構造化された照明光(15)を提供するために少なくとも1つの第1の光学系コンポーネントおよび1つの第2の光学系コンポーネント(31,32)を備える、光学顕微鏡の光線経路内に位置決めするための光学装置であって、
光(15)が異なる光線経路を介してさまざまな光学系コンポーネント(31,32,33)へ、さらに試料(71)の方向へと伝搬され、
電子式制御手段を備え、この電子式制御手段が該異なる光線経路からさまざまな該光学系コンポーネント(31,32,33)へ、ある時点においてそれぞれ1つの光線経路を照明するように設定されており、さまざまな該光学系コンポーネント(31,32,33)から来る該光(15)を該試料(71)の方向における共通の光線経路へ導くための少なくとも1つの第1の光線集光ミラー(51)が存在し、
該第1の光線集光ミラー(51)が、2つの光学系コンポーネント(31,32)の1つからの該光(15)のみが当たる反射領域(55)を持ち、
該第1の光線集光ミラーが、他の該光学系コンポーネント(32,31)からの該光(15)のみが当たる光線透過領域(57)を持つことを特徴とする光学装置。 - 前記照射光線(15)からの前記構造化された照明光(15)を形成するための少なくとも1つの第3の光学系コンポーネント(33)を備え、
前記第2および第3の光学系コンポーネント(32,33)から来る前記光(15)を、1つの共同の光線経路で前記第1の光線集光ミラー(51)へと導く、第2の光線集光ミラー(52)を備え、
該第2の光線集光ミラー(52)が、前記第2の光学系コンポーネント(32)からの前記光(15)のみが当たる反射領域(58)と、前記第3の光学系コンポーネント(33)からの前記光(15)のみが当たるか、またはその逆に光が当たる光線透過領域(60)を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。 - 前記光学系コンポーネント(31,32,33)がそれぞれ1つの格子(31,32,33)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学装置。
- 前記構造化された照明光(15)を形成するための1つの格子が、1つの共同の光線経路内に、さまざまな前記光学系コンポーネント(31,32,33)への異なった光線経路より手前に配置されており、
前記光学系コンポーネント(31,32,33)がそれぞれ1つの画像野ロータを備え、この場合、該画像野ロータを用いて、異なった方向付けの前記構造化された照明光(15)が提供されることを特徴とする請求項1または2に記載の光学装置。 - 光線集光ミラー(51,52)の1つが、平面内に配置され、その平面内で分光が、格子(31,32,33)上での分光のフーリエ変換として測定されるか、または
前記2つの光線集光ミラー(51,52)が、平面の異なる側面上に配置され、その平面内で分光が、前記格子(31,32,33)上での分光のフーリエ変換として測定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記第1の光線集光ミラー(51)が、
0次回折次数に回折され、かつ前記第1の光学系コンポーネント(31)の光線経路を介して伝搬される前記光(15)が、前記第1の光線集光ミラー(51)の中央領域(56)に当たるように配置され、
0次回折次数に回折され、かつ前記第2の光学系コンポーネント(32)の光線経路を介して伝搬される前記光(15)が、該中央領域(56)に当たるように配置され、
該中央領域(56)が部分透過性であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学装置。 - 第2の光線集光ミラー(52)が
0次回折次数に回折され、かつ前記第2の光学系コンポーネント(32)の光線経路を介して伝搬される前記光(15)が、前記第2の光線集光ミラー(52)の中央領域(59)に当たるように配置され、
0次回折次数に回折され、かつ第3の光学系コンポーネント(33)の光線経路を介して伝搬される前記光(15)が、前記第2の光線集光ミラー(52)の該中央領域(59)に当たるように配置され、かつ
前記第2の光線集光ミラー(52)の該中央領域(59)が部分透過性であり、
前記第1の光線集光ミラー(51)の前記中央領域(56)が、前記第2の光線集光ミラー(52)の該中央領域(59)よりもより高い光透過性を持つことを特徴とすることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学装置。 - 異なった前記光学系コンポーネント(31,32,33)から来る光束(15)に関して、前記光線集光ミラー(51,52)上での入射強度に対する光線損失のパーセンテージ率が同一であるように、前記光線集光ミラー(51,52)の前記反射領域および光透過性領域(55,57,58,60)が配置され、かつ前記光線集光ミラー(51,52)の中央領域(56,59)の光透過性が選択されていることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の光学装置。
- 異なった方向付けの格子投影像を標本面(70)上に形成するために、前記光学系コンポーネント(31,32,33)の画像野ロータおよび格子(31,32,33)のうちの少なくとも一方が相対して異なった方向付けとなるように備えられ、
さまざまな格子方向の結像をすることで、第1の格子(31)によって1次回折次数に回折される前記光(15)と、第2の格子(32)によって1次回折次数に回折される前記光(15)は、前記第1の光線集光ミラー(51)上の異なった領域(55,57)に当たり、
これらの該異なる領域(55,57)が前記反射領域(55)と光透過性領域(57)によって形成され、その結果、前記第1の格子(31)からのみでなく前記第2の格子(32)からの1次回折次数の前記光(15)も該標本面(70)の方向へと伝搬されることを特徴とする請求項1乃至3または5乃至8のいずれか1項に記載の光学装置。 - 特定の前記光学系コンポーネント(31,32,33)へ照射する光線経路を選択するために、調節可能な偏向素子(20)を持ち、この偏向素子をもって選択可能な前記光(15)を前記光学系コンポーネント(31,32,33)の1つへ偏向することができることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記光(15)を前記偏向素子(20)から前記光学系コンポーネント(31,32,33)へと導くための光ファイバ(26,27)を備えることを特徴とする請求項10に記載の光学装置。
- 前記光ファイバ(26,27)が偏波保存性であり、
各々の前記光ファイバ(26,27)は軸性の回転配向に配置され、この場合、出射する光(15)の偏光方向は、それぞれの前記光ファイバ(26,27)から出射する前記光(15)が到達するところの、1つの格子(31,32,33)の格子のストライプの方向に対して平行であることを特徴とすることを特徴とする請求項11に記載の光学装置。 - 前記光ファイバ(26,27)の手前に音響光学素子(14)が備えられ、
音響光学素子のために前記電子式制御手段が設けられ、該音響光学素子(14)を用いて、どの前記光ファイバ(26,27)に前記光(15)がさらに伝搬されるかに依存して前記光(15)の強度を変更し、その結果、全ての前記光ファイバ(26,27)で同じ光線強度で出射するようにするか、または前記光線集光ミラー(51,52)の背後で、さまざまな前記光学系コンポーネント(31,32,33)から来る光束(15)が同じ光線強度を持つようすることを特徴とする請求項11または12に記載の光学装置。 - 第1および第2の光線経路上の前記光(15)が前記偏向素子(20)によって第1の光ファイバ(27)へと偏向可能であり、該第1の光線経路内に、該第2の光線経路上の光の偏光方向に対して垂直に位置する、光の偏光方向を形成するための偏光方向変更手段(22)が配置されており、
該第1の光線経路と該第2の光線経路を結合するための偏光ブロック(23)を備え、
前記第1の光ファイバ(27)が、該偏光ブロック(23)で結合された光線経路が前記第1の光ファイバ(27)に当たるように配置され、
前記第1の光ファイバ(27)の後方に、偏光ビームスプリッタ(35)が配置されており、偏光ビームスプリッタは、前記光(15)をその偏光方向次第で前記光学系コンポーネント(32)の1つへの光線経路へまたは1つの別の前記光学系コンポーネント(33)の別の光線経路へと導くことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記光学系コンポーネント(31,32,33)の1つによって提供される、構造化された照明光を変更するために、前記光学系コンポーネント(31,32,33)を移動するための設定装置が相互に独立して存在し、
電子的制御手段が、測定中断時間を減少するために、前記光学系コンポーネント(32,33)の別の1つへの光線経路が選択されている間に、1つまたは複数の前記光学系コンポーネント(31)を移動するように設定されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記光学系コンポーネント(31,32,33)の1つを用いて提供される構造化された照明の位相偏移のために、少なくとも1つの位相板(44,45,46)を備え、この位相板が、構造化された照明光(5)の位相にさまざまに影響する、異なる設定を生じさせることができることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光学装置。
- 電子的制御手段は測定中断時間を減少するために、別の1つの光学系コンポーネント(32,33)への光線経路が選択されている間に、前記光学系コンポーネント(31)の1つの光線経路内にある、複数の前記位相板(44)の1つを変位するように設定されていることを特徴とする請求項16に記載の光学装置。
- 前記光学系コンポーネント(31,32,33)を使用して提供された、前記構造化された照明の方向付けを変更するために、光線集光ミラー(51,52)の後方の前記光線経路内に画像野ロータが存在し、
該画像野ロータの回転のための設定装置が設けられていることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光学装置。 - 電子的制御手段が広視野照明を提供するために、前記光(15)を格子(31,32,33)の無い光線経路へ偏向することができるように設定され、かつ
前記光(15)を該広視野照明へと、また前記格子(31,32,33)から来る前記光(15)を共通の光線経路上を前記試料(71)の方向へと、代替として導くための手段が存在することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記光線経路内の光線集光ミラー(51,52)の後方に、前記光学顕微鏡の対物レンズ(65)の照明を適合させるためのズーム光学系(61)が存在することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光学装置。
- 光学顕微鏡であって、
観察する試料(71)を位置付けすることができる1つの標本面(70)と、
少なくとも1つの、該標本面(70)の方向へ光(15)を射出する光源(10)とを備え、
該光源(10)と該標本面(70)の間に、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光学装置を備えることを特徴とする光学顕微鏡。 - 前記光線集光ミラー(51,52)の1つが瞳平面上に配置されているか、または
2つの前記光線集光ミラー(51,52)が該瞳平面の異なる側面上に配置されていることを特徴とする請求項21に記載の光学顕微鏡。 - ダイクロイックミラー(63)を備え、該ダイクロイックミラーが前記光線集光ミラー(51,52)から来る前記光(15)を前記試料(71)へと反射し、前記試料(71)からくるサンプル光を検出装置(80)の方向へと透過し、
前記光(15)の偏光を維持するために、前記光線集光ミラー(51,52)および該ダイクロイックミラー(63)をペリスコープの形に配置することを特徴とする請求項21または22に記載の光学顕微鏡。
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