JP3927513B2 - ビームスプリッター装置ならびにそれを使用したレーザー走査顕微鏡 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に距離をあけて平行に配置された少なくとも2つの高反射鏡を有し、該高反射鏡間に半透過鏡が配置されており、その際、該半透過鏡がこれら高反射鏡に対して種々の距離を示すビームスプリッター装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この公知のビームスプリッター装置(独国特許第19904592号明細書)を用いて同じ強度の複数の光線、例えばレーザー光線を発生させることができる。従って試料が同じ強度の複数の光線で照射されると、1つ以上の光子の励起の場合に信号が発生し、この信号は、分割光線がぶつかる試料のあらゆる場所で同じである。
【0003】
詳細にはこのビームスプリッター装置の場合には本来の分割は、高反射鏡間に配置された半透過鏡で行われるようになっている。これにより光線は、半分が透過して半分が反射する。ここから生ずる2つの分割光線は、さらに鏡によって再び該ビームスプリッター板に向けて反射され、この場合、該半反射鏡あるいは半透過鏡に2回目ぶつかる該分割光線はその際にその数がさらに倍になるが、しかしながら、分割過程ごとに相応に小さい強度で各光線の出力は半分になっていく。このようにして、高反射鏡を全て相互に角度を適当に調整することにより漸増の角度を有するそのつど1本、2本、4本、8本、16本・・・の光線を有する2つの光線束を生じさせることができる。次に特定の光学系によって2つの光線束は、その2つの分割光線束の光線が交互になっている1つの光線束が得られるように重ね合わされる。該光線束は、対物レンズによって試料中に焦点を合わせて、個々の焦点が等間隔である焦点の列を生じさせる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今回、前述のビームスプリッター装置を用いて可能であるような光線を当てる微視的な試料によって光の散乱が生じることが明らかになった。散乱は、励起時にならびに、検出器上でのないしは肉眼で観察される中間像平面への結像時に発生する。この散乱によって画質が低下し、それというのもコントラストが低くなるからである。即ち、試料に向けられた光線による励起焦点に直接隣接する画像範囲が、散乱が原因で付加的に明るくなるのである。しかし、焦点からの光線のみがそれ自身からきれいに分析評価され得るように、強い散乱の場合に焦点が離散していることが最も望ましい。即ち、一定の試料を検査するために焦点相互間の距離を変化させることが重要であるということである。これは例えば、厚みのある試料を検査すべき場合にも該当する。なぜならば厚みのある試料の場合には焦点の質の低下は、非線形の励起の場合に出力密度ひいては焦点の質に著しく依存している信号利得の更なる縮小を招くからである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
調整に比較的多くを費やすことなく焦点同士の間隔を広げることができるかあるいは焦点の数を少なくするビームスプリッター装置は詳細には、半透過鏡が少なくとも1つの全反射体もしくは反射防止体として形成された部分を有し、その際、該半透過鏡が高反射鏡間で可動に配置されていることを特徴とする。殊にビームスプリッター装置において光線が最後に分割される側から、全反射サブストレートまたは全透過サブストレートを特徴とする部分を有するこの種の半透過鏡が挿入されると、光線の数が半分になり、焦点の列の長さが半減する。相応の全透過ないしは全反射体の部分を有する半反射鏡が更にビームスプリッター装置中に、即ち2つの高反射鏡間に挿入されると、光線数は再度半減し、かつ焦点の長さも同様に半減する。このことは、最後にただ1個のみの光線がその束から残るまで実施することができる。光線の強度はこれにより光線数の減少に反比例して相応に増大する。これに対して、全反射サブストレートまたは全反射サブストレートまたは全透過サブストレートを有する半透過鏡が、ビームスプリッター装置において光線が最初に分割される側から2つの高反射鏡間に挿入される場合には、焦点の列内で光線の数が少なくなり間引きが行われ、焦点同士の間隔が広くなる。
【0006】
反射光と半反射光の分散を同じく保つために、全反射体もしくは反射防止体として形成された少なくとも1つの部分に平行に補償層が備えられている場合が、特に有利であることが判明した。
【0007】
このビームスプリッター装置を備えたレーザ走査顕微鏡を使用すれば光の散乱を押さえ、高いコントラストの像を得ることが可能になる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図に基づいて次に本発明を例につき詳説する。
【0009】
図1にはビームスプリッターの典型的な実施形態が示されている。該図では、符号1で、ビームスプリッターサブストレートが示され、これは半透過鏡において、50%に光線を分割する部分を示している。これの両側に、各1つの全反射体ないしは反射防止体である反射防止(AR)ないしは高反射HR部分2が隣接して設けられている。ビームスプリッターにおいて半透過鏡の移行部4a〜bを挿入することができる挿入位置3a〜eは、分割点5a〜d間にある。入射するレーザー光線は、分割点5aで先ず2つの光線に分割される。これらの光線は、2つの第1の高反射鏡Sで反射して、再度ビームスプリッターサブストレート1に向きを変え、そして該ビームスプリッターサブストレートに分割点5bでぶつかる。そこで該2つの分割光線から4つの分割光線が得られる。続く分割点5bおよび5dでさらに8本ないしは16本の分割光線が得られ、これらの光線は、高反射鏡Sの角度の適当な調整によって分割光線の交差点9で一緒になる。結果的に上記光線束から、光線1〜8および1’〜8’から成る2つの光線束が得られる。
【0010】
図2には、ビームスプリッターの更に改善された実施形態が示されている。該ビームスプリッターの場合には、光線を分割するサブストレート1に付加して、補償層として補正板6がビームスプリッターに組み込まれている。この補正板は、前記の光線を分割するサブストレートと同じ強度を有する。ビームスプリッターが超短パルスレーザーの分割に使用される場合には、該補正板によって、各分割光線がガラス中の同じ距離を進むことになる。従って分散は、全ての分割光線について同じである。これには、個々の分割光線が分割後に同じ性質を有するという利点がある。
【0011】
図3には、2つの光線束が分割後にただ1つの光線束に統合することを可能にする方法が示されている。このために一方の光線束の光線の偏光が、偏光を回転させる半波長板8で90°回転される。2つの光線束は、その際、偏光カプラー7で1つの光線束に結合される。個々の光線の並び順は、該結合後に1’;1;2’;2・・・・・・;7’;7;8’;8となる。
【0012】
図4には、レーザー光線が図1ないしは図2により分割される場合の、および2つの光線束が図3によりただ1つの光線束に統合される場合の光線のリストが示されている。表には2つのケースが示され、これら2つのケースともビームスプリッターサブストレートの反射防止(AR)部分2に関する。図4のa)ビームスプリッターにおいてビームスプリッターサブストレートが横方向に移動させられた場合に移行部4aが種々の挿入位置3a〜eに存在する時の分割された光線を示し、b)ビームスプリッター移行部4bが挿入位置3a〜eに存在する場合に得られる光線が載せられている。挿入は、つまり表の2つの部分において、光線の分割が最後に行われる分割点5dのそばからかないしは光線の分割が最初に行われる分割点5aのから1回行われる。光線束からレンズないしは対物レンズにより焦点の列が得られる場合には、ケースaではその焦点の列の長さは段階的に半減し、その際、光線の数がそのつど半分になり、ケースb)では光線の数は同様に段階的に2分の1ずつ減少するが、その際、焦点同士の間隔は相互に大きくなる。焦点同士の間隔がb)に示した挿入位置正確に一致しなければならない場合には、光線束の結合は、例えば図3に示すような偏向カプラー7を用いて、容易に調整されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビームスプリッター装置を示す。
【図2】補正板を備えたビームスプリッター装置を示す。
【図3】1つの全光線束への光線束の統合を示す。
【図4】レーザー光線が図1および2に従って分割され、さらにその後で(図3)統合される場合の光線のリストを示す。
【符号の説明】
1ビームスプリッターサブストレート
2反射防止(AR)ないしは高反射(HR)部分
3挿入位置
ビームスプリッターの移行部
5分割点
6補正板
7偏光カプラー
8偏光を回転させる半波長板
9分割光線の交差点

Claims (5)

  1. 相互に距離をあけて平行に配置された少なくとも2つの高反射鏡を有し、該高反射鏡間に半透過鏡が配置されており、その際、該半透過鏡に対してこれら高反射鏡を互いに異なる距離で配置されたビームスプリッター装置において、
    該半透過鏡が少なくとも1つの全反射体もしくは反射防止体として形成された部分を有し、その際、該半透過鏡が高反射鏡間で横方向に可動に配置されていることを特徴とする、ビームスプリッター装置。
  2. 反射光の分散を透過光の分散と一致させるために、前記半透過鏡に平行に補償層が備えられていることを特徴とする、請求項1に記載のビームスプリッター装置。
  3. 全反射もしくは反射防止層を有する前記半透過鏡が、ビームスプリッター装置において、最後にレーザー光線の分割が行われる側から、前記両側の高反射鏡間に挿入されることを特徴とする、請求項1または2に記載のビームスプリッター装置。
  4. 全反射もしくは反射防止層を有する前記半透過鏡が、ビームスプリッター装置において、最初にレーザー光線の分割が行われる側から、前記両側の高反射鏡間に挿入されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のビームスプリッター装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載のビームスプリッター装置を励起光光路に備え、全てのレーザー光線が同時に試料に到着し、試料を励起させるように調整されていることを特徴とする、レーザー走査顕微鏡。
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