JP2020060770A5 - - Google Patents

Description

以下図１６Ｂを参照して、上図682はビームブロッカ620の上面図であり、下図683はビームブロッカ620のＡにおける側方断面図である。延長アーム628の前縁にはテーパーが付けられて、図１７（後述する）に更に示すように、ビームスプリッタ532の角度に適合する。ビームブロッキング部材は、三角形断面を有し、到来するビームに対して平坦ブロッキング面630を提供する方向に向けられる。ビームブロッカ620を、光吸収材料を利用して製造することができるが、不必要なビームに対して三角形断面を差し出すことで、復路からの吸収されない任意の光を反射する効果を持つことができる。

焦点は、撮像センサ上の左右のスポット間の距離を測定することで決定されるため、スポット配置の偏差はフォーカストラッキングの不正確さをもたらすことがある。図２９の上２つのグラフに示す左右のビームの動きの影響を、図２９の下のグラフに示す。このグラフは、同じ数のフレームにわたる、左右のスポット間の距離の変化（ここではΔXと呼ばれる）を示す。このグラフは標準偏差が1.178画素であることを示し、このことは９５％信頼区間（ガウス母集団に関して２×標準偏差に近似する）が＋／−141ナノメートル（±141ナノメートル）のスポット間隔の安定性をもたらす。図に示すように、この値は、(1.178×1.96)/16.36 μｍ=+/-141nmとして求められる。この係数16.36は、単位が画素／マイクロメートルのフォーカストラッキングゲインを示す。この係数は、対物レンズから試料までの距離が１マイクロメートル変わるたびに得られるスポット間隔の画素の数を表す。この係数は、スポット間隔（画素）の微小変化（a delta）を、ｚ方向スペース（ナノメートル）の微小変化に変換するために使用される。

図３０Ａ及び３０Ｂは、レーザダイオードがハイブリッドモードで動作するときの、スポットの動きの付加的な例を示す。特に、図３０Ａ及び３０Ｂは、レーザがモードホッピングせず安定している、より最適なシナリオを示す。図３０Ａに示すように、左方のスポットの標準偏差は0.069画素まで低下し、右方のスポットの標準偏差は0.064画素まで低下する。図３０Ａの上２つのグラフが示すように、フレームからフレームへのスポットの動きが一般に１画素未満である。この動きは付加的であり得るため、左右スポット間の差ΔXの標準偏差を0.122画素とすることができる。これにより、スポット間隔の安定性を+/-14.6nm ((0.122*1.96)/16.36 μｍ=+/-14.6nm) まで減少させる。ここで、16.36とは、FTMゲインであり、単位は画素／マイクロメートルである。これは、対物レンズがｚ軸方向に１マイクロメートル移動するときに得られる、ΔXの画素量である。これを使用して、画素次元のΔXをマイクロメートル次元のｚスペースに変換することができ、そしてマイクロメートル次元のｚスペースを画素次元のΔXに変換することができる。さらに、1.96は、誤差分布の９５％信頼区間を表す標準偏差に関する増倍率である（ガウス分布であると仮定している）。

図３０Ｂの例において、左方のスポットの標準偏差は0.069画素まで低下し、右方のスポットの標準偏差も0.069画素まで低下する。図３０Ｂの上２つのグラフは、フレームからフレームへのスポットの動きが一般に１画素未満であることを示す。この動きは付加的であり得るため、左右スポット間の差ΔXの標準偏差を0.127画素とすることができる。これにより、スポット間隔の安定性を+/-15.2nm ((0.127*1.96)/16.36 μｍ=+/-15.2nm) まで減少させる。

Claims (20)

1. 単一の支配的ピークを持たない波長帯にわたる周波数成分を有する自然放射増幅光（“ＡＳＥ”）モードと、動作周波数で単一の支配的ピークを有するレージングモードとで動作可能なレーザダイオード光源と、
   試料容器の位置から反射されるフォーカストラッキングビームを受ける撮像センサと、
   を備え、
   反射される前記フォーカストラッキングビームは前記撮像センサにスポットを生成し、
   前記レーザダイオード光源は、前記ＡＳＥモードの動作出力レベルを上回りレージングモードの動作出力レベルを下回る出力レベルで動作する、光学システム。
2. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルで、入力電流は、前記レーザダイオード光源に関するレージングしきい電流を約２％−４０％上回る、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記レーザダイオード光源のレーザ出力が、約５％でのレーザスペクトル全幅が２ナノメートルよりも広くなるように設定される、請求項１に記載の光学システム。
4. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルは、所与の周波数における前記レーザダイオード光源による出力の支配的ピークの正規化強度が前記レーザダイオード光源による出力の最も高い第２ピークの正規化強度よりも約１５−１００％大きくなるように選択される、請求項１に記載の光学システム。
5. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルは、所与の周波数における前記レーザダイオード光源による出力の支配的ピークの正規化強度が前記レーザダイオード光源による出力の第２ピークの正規化強度よりも約１５−２５％大きくなるように選択される、請求項１に記載の光学システム。
6. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルは、所与の周波数における前記レーザダイオード光源による出力の支配的ピークの正規化強度が前記レーザダイオード光源による出力の第２ピークの正規化強度よりも約１５−１００％大きくなるように選択される、請求項１に記載の光学システム。
7. 前記レーザダイオード光源からの前記フォーカストラッキングビームを、前記試料容器の前記位置から反射されて前記撮像センサに少なくとも２つのスポットを形成する、少なくとも２つのフォーカストラッキングビームに分割するビームスプリッタを更に備える、請求項１に記載の光学システム。
8. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、前記撮像センサ上の前記スポットのフリンジング量が、前記スポットのプロファイルにわたってピークに達する最高点の約１０％未満であるように選択される、請求項１に記載の光学システム。
9. 前記撮像センサの出力に適用され、前記スポットの位置の経時的な標準偏差を減少させる、窓付きＳＩＮＣフィルタ又はブラックマン窓フィルタを更に備える、請求項１に記載の光学システム。
10. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、フォーカストラッキングに対する所定のレイテンシー要求を満たす最小電力として選択される、請求項１に記載の光学システム。
11. 単一の支配的ピークを持たない波長帯にわたる周波数成分を有する自然放射増幅光（“ＡＳＥ”）モードと、動作周波数で単一の支配的ピークを有するレージングモードとで動作可能なレーザダイオード光源と、
    前記レーザダイオード光源からのフォーカストラッキングビームを受けて、前記フォーカストラッキングビームを少なくとも２つのフォーカストラッキングビームに分割するビームスプリッタと、
    試料容器の位置から反射される前記少なくとも２つのフォーカストラッキングビームを受ける撮像センサと、
    を備え、
    反射される前記少なくとも２つのフォーカストラッキングビームは前記撮像センサに少なくとも２つのスポットを生成し、
    前記レーザダイオード光源が動作する出力レベルが、前記ＡＳＥモードの動作出力レベルを上回り前記レージングモードの動作出力レベルを下回るように選択される、光学システム。
12. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルは、所与の周波数における前記レーザダイオード光源による出力の支配的ピークの正規化強度が前記レーザダイオード光源による出力の第２ピークの正規化強度よりも約１５−２５％大きくなるように選択される、請求項１１に記載の光学システム。
13. 前記撮像センサの出力に適用され、前記少なくとも２つのスポットの位置の経時的な標準偏差を減少させる、窓付きＳＩＮＣフィルタ又はブラックマン窓フィルタを更に備える、請求項１１に記載の光学システム。
14. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、前記撮像センサ上の前記少なくとも２つのスポットのそれぞれのフリンジング量が、前記少なくとも２つのスポットのそれぞれのプロファイルにわたってピークに達する最高点の約１０％未満となるものである、請求項１１に記載の光学システム。
15. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、前記撮像センサ上の前記少なくとも２つのスポットのそれぞれの位置の標準偏差が前記撮像センサの画素サイズの１０％未満であるように選択される、請求項１１に記載の光学システム。
16. 前記レーザダイオード光源が動作する出力レベルが、前記撮像センサ上の前記少なくとも２つのスポットのスポット間隔安定性が前記撮像センサの画素サイズの約５％未満であるように選択される、請求項１１に記載の光学システム。
17. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、フォーカストラッキングに対する所定のレイテンシー要求を満たすのに必要な最小電力として選択される、請求項１１に記載の光学システム。
18. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルは、前記少なくとも２つのスポットに対するフリンジの発生に対応する出力を下回って設定される、請求項１１に記載の光学システム。
19. 前記レーザダイオード光源が動作する前記出力レベルが、約５％でのレーザスペクトル全幅が２ナノメートルよりも広くなるように設定される、請求項１１に記載の光学システム。
20. 単一の支配的ピークを持たない波長帯にわたる周波数成分を有する自然放射増幅光（“ＡＳＥ”）モードと、動作周波数で単一の支配的ピークを有するレージングモードとで動作可能なレーザダイオード光源を備え、
    前記レーザダイオード光源は、前記ＡＳＥモードの動作出力レベルを上回りレージングモードの動作出力レベルを下回る出力レベルで動作する、光学システム。