JP4564206B2 - 光学部品の温度を安定化するための方法、装置および安定化手段を備えた走査型顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、好ましくは走査型顕微鏡、特に共焦点走査型顕微鏡における光学的にアクティブな部品の温度を安定化するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
安定ビーム路の光学的性質が温度変化の影響を受けないようにするために、例えば音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）の場合に、特に光学的にアクティブな部品を使用する際に温度調節またはそれに対応する温度補正を行うことが必要である。多波長レーザーから光学アセンブリ、例えば共焦点走査型顕微鏡へ光を波長選択可能に入射結合するためにＡＯＴＦを使用することができる。これに関連し、このＡＯＴＦを通過する音波により光が屈折される。超音波の駆動パワーレベルは約１Ｗであり、機械的な音波のエネルギーは最終的には熱エネルギーに変換され、この結果、光学部品が加熱されることになる。部品を通過する光線の吸収により部品が更に加熱される。通常、共焦点走査型顕微鏡に入射結合すべき光が遮断された場合、ＡＯＴＦの駆動エネルギー、すなわち音波はスイッチオフされ、入射結合すべき光は、例えばＡＯＴＦの前のシャッターにより完全に遮断される。遮断が長時間持続した場合、温度変化により光学部品には光学的性質（特性）の差が生じ、よって光を入射結合する効率に基本的に悪影響が及ぶことになる。
【０００３】
実際的な使用から、包括的なタイプの方法および装置が知られている。例えばＡＯＴＦを有するレーザー走査型顕微鏡を開示しているドイツ特許出願公開第DE19827140A1号を参照されたい。この装置から知られるＡＯＴＦは、この装置の近くに温度センサおよび／または加熱システムまたは冷却システムを有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題および課題を解決するための手段】
従って、本発明の第１の視点において、本発明の一目的は、増設されるアセンブリの数をできるだけ少なくしたまま、できるだけ簡単に、省スペースで一定の値で部品の温度を安定に保持できる、特に光学的にアクティブな電気光学部品または音響光学部品の温度を安定化するための方法を提案することにある。
【０００５】
この目的は特許請求の範囲第１項に記載の方法によって達成される。即ち、第１の視点によれば、光ビームを偏向させるための光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーの入力パワーを測定する工程と、
光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーを非偏向状態にスイッチングし、よって平均入力パワーを一定のレベルに維持する工程とを備えた、
光学的にアクティブな部品の温度を安定化する方法が提供される。より詳しくは、第１の視点において、少なくとも１つの波長を有する光ビームの光路に配され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギーの影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品の温度を安定化する方法が提供される。該温度安定化方法は、前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが前記部品と相互作用する入射光のエネルギーにより、前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘らず前記温度を一定レベルに維持する工程を有すること、を特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の視点において、本発明の更に別の目的は、増設すべきアセンブリの数をできるだけ少なくし、光学的にアクティブな部品の温度を一定に維持できる装置を提供することにある。
【０００７】
この目的は、特許請求の範囲第７項記載の光学的にアクティブな部品の温度を安定化するための装置によって達成される。即ち、第２の視点によれば、光ビームを偏向させるための光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーの入力パワーを測定する手段と、光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーを非偏向状態にスイッチングし、よって平均入力パワーを一定のレベルに維持する手段とを備えた、光学的にアクティブな部品の温度を安定化する装置が提供される。
より詳しくは、第２の視点において、少なくとも１つの波長を有する光ビームの光路に配され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギーの影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品の温度を安定化する装置が提供される。該温度安定化装置は、
前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが前記部品と相互作用する入射光のエネルギーにより、前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘らず前記部品の温度を一定レベルに維持する手段を有すること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の視点において、本発明の別の目的は、光学的にアクティブな部品の温度を一定に保持でき、時間に対して安定した光学的性質を提供する、走査型顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
この目的は特許請求の範囲第１３項に記載の走査型顕微鏡によって達成される。即ち、第３の視点によれば、規定の光ビームを発生する光源と、
光ビームを走査装置に向け、更に光学システムを介して標本に向けるためのダイクロイックビームスプリッタと、
該光ビームの光路内に配置された光学的にアクティブな部品と、
該光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーの入力パワーを測定するための手段と、
光学的にアクティブな部品と相互作用するエネルギーを非偏向状態にスイッチングし、よって平均入力パワーを一定レベルに維持する手段と、
を備えた走査型顕微鏡が提供される。
より詳しくは、第３の視点において、照明光路に対して少なくとも１つの波長を有する光ビームを出射する光源と、
該光ビームを走査顕微鏡へさらに光学系を介して標本へと偏向するダイクロイックビースプリッタと、
該光ビームの照明光路に配置され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギー尾影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品と、
前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが該部品と相互作用する入射光のエネルギーにより前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘わらず前記部品の温度を一定レベルに維持する手段と、を有することを特徴とする走査型顕微鏡が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、光学的にアクティブな部品の場合、駆動エネルギーがより長く遮断されると、部品の温度変化が生じることがまず認められる。部品と相互作用する光が遮断される結果としても、同じように部品の温度変化が生じる。その理由は、当該部品では光の遮断後には光が更に吸収されることはないからである。光が吸収された場合には光は熱に変換される。
【００１１】
本発明によれば、部品と相互作用するエネルギーを部品温度の安定化にも使用することによって光学部品の温度の安定化が、達成される。部品と相互作用するエネルギーが実質的に中断されることなく部品に作用した場合、部品はほぼ一定の温度となる。特に、部品と相互作用するエネルギーが少なくとも大きい一定値に維持された場合、光学部品の温度の一層の安定化を達成できる。通例の光学装置の場合、部品と相互作用しているエネルギーが１分までの短かい時間だけ遮断されても、光学部品の温度が実質的に変化することはない。しかしながら、共焦点走査型顕微鏡では１秒よりも長い時間にわたって撮像を行わなくなるとすぐに、本発明によれば、（何らかの形態の）相互作用エネルギーを光学部品に入射するようにすることができる。
【００１２】
好ましい実施形態では、部品と相互作用するエネルギーを変えるようになっている。よって部品の温度を調節し、部品と相互作用するエネルギーは制御ループの操作変数として働く。制御ループに必要な実際の状態（光学部品の実際の温度）の検出器を温度センサーで実現できる。
【００１３】
光学部品が音響光学部品である場合、部品と相互作用するエネルギーは音響光学部品の駆動エネルギーである。音響光学部品を正しく作動させるためのいずれのケースにおいても、音響光学部品の駆動エネルギーが必要であるので、音響光学部品の温度を安定化するための別の部品または別のアセンブリが不要であることが特に好ましい。
【００１４】
本発明に係わる装置に関連し、光学部品としては、ダイクロイックビームスプリッタと、音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）と、音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）と、音響光学変調器（ＡＯＭ）と、音響光学偏向器（ＡＯＤ）または電気光学変調器（ＥＯＭ）を用いることができる。光学アセンブリでこれら光学部品のいくつかを同時に使用する場合、これまで述べたことはこれら部品の各々の温度を安定化することにも当てはまる。
【００１５】
特に好ましい態様では、部品の助けにより少なくとも１つの波長の光を光学的アセンブリへの入力（入射）結合又は脱結合する（入射結合をオン・オフ切替える）。特にこの目的のためには、ＡＯＴＦおよびＡＯＢＳを使用する。更に、光学部品は結合・脱結合される光の強度を変えることができる。部品の助けにより光学アセンブリの光ビームを偏向することも可能である。
【００１６】
特に有利な態様では、少なくとも１つの波長の光および／または少なくとも１つの偏光状態にある光に、光の影響が選択的に効果的となるように部品を調節できる。例えば多波長レーザーからの光を光学的アセンブリへと選択的に入射結合することができ、その光の強度を変えることもできる。更に、選択的な偏向を行うことも可能である。
【００１７】
光学部品の温度を安定化するために、測定動作および／または照明動作を行わない時でも部品に相互作用エネルギーを入射させる対策が講じられる。しかしながら、モジュールを通過する光が相互作用エネルギーによって影響されないように、相互作用エネルギーの形態を特に有利な態様で選択する。従って、この場合、部品と相互作用するエネルギーは部品の温度を安定化するようにのみ作用する。
【００１８】
例えば測定休止時間中に共焦点走査型顕微鏡に光が入射結合しない場合、ＡＯＢＳまたはＡＯＴＦの温度を安定化するために、利用できる光の波長のいずれにも対応しない周波数の駆動エネルギーがＡＯＢＳまたはＡＯＴＦに入射する。従って、ＡＯＢＳまたはＡＯＴＦのエネルギーにより光がＡＯＢＳまたはＡＯＴＦによって影響されることはなく、ＡＯＢＳまたはＡＯＴＦの温度は一定に保持される。
【００１９】
特に共焦点走査型顕微鏡の走査休止時間中には、使用されている光の波長のいずれにも対応しない周波数の駆動エネルギーをＡＯＢＳまたはＡＯＴＦに入射するようにする。これに関連し、「共焦点走査型顕微鏡の走査休止時間」とは、例えばＸＹ面の走査の場合、特にＸまたはＹ方向の走査動作の反転ポイントがそれに該当する。
【００２０】
共焦点走査型顕微鏡に結合されない光は適当な位置に配置されたビームトラップによって吸収される。
【００２１】
本発明によれば、ＡＯＴＦまたはＡＯＢＳには光および／または相互作用エネルギーが連続的に入射するので、主にレーザーの安全性の点から、当該部品の後（下流）に配置したビーム遮断システムにより光ビームを更に遮断するための対策が講じられる。このビーム遮断システムは例えばシャッターとして具現化できる。
【００２２】
【実施例】
本発明の要旨を好ましく具現化し、顕在化する方法は種々ある。添付図面を参照し、本発明の好ましい実施例を説明することにより、本発明の要旨の一般に好ましい実施例およびその発展例についても説明する。
【００２３】
図１は光学的にアクティブな部品１を有する、単に略図で示された共焦点走査型顕微鏡を示す。光学的にアクティブな部品１はダイクロイックビームスプリッタ４へ光源３の光ビーム２の一部を偏向する。光学的にアクティブな部品１によってダイクロイックビームスプリッタ４に向かって偏向されない光はビームトラップ５によって吸収される。ダイクロイックビームスプリッタ４から反射された光は走査装置６の助けにより偏向され、顕微鏡の光学システム７を介して標本８へ送られる。標本８から戻った光は顕微鏡の光学システム７および走査装置６を反対方向に通過し、ダイクロイックビームスプリッタ４を通過して検出器９へ向かう。
【００２４】
本発明によれば、光学部品１と相互作用するエネルギー１０は、その温度を安定化するように働く。説明に関連し、エネルギー１０は一例として機械的音波または超音波として理解されたい。相互作用エネルギー１０は電磁波によって駆動される駆動ユニット１１によって制御して生成できる。この相互作用エネルギーは少なくとも大きな一定の値に維持される。従って、（ＡＯＴＦとして具現化されている）光学部品１と相互作用するエネルギーはＡＯＴＦの駆動エネルギーとして作用する。光学部品１に入射してこれと相互作用する光ビーム２の光エネルギーも温度の安定化に使用される。
【００２５】
光源３はいくつかの波長のレーザー光を放出し、これに関連し、この光源３は４８８ｎｍ、５６８ｎｍおよび６４７ｎｍの波長を放出するアルゴン−クリプトンレーザーとなっている。ＡＯＴＦを適当に附勢することにより、少なくとも１つの波長の光を共焦点走査型顕微鏡に選択的に入射結合できる。入射結合された光の強度は相互作用エネルギー１０の振幅を変えることによって変更できる。アルゴン−クリプトンレーザー３の異なる波長の光を選択的に入射結合できるように、ＡＯＴＦには同時に異なる周波数の音波が入射する。
【００２６】
光の入力結合は共焦点走査型顕微鏡の照明動作または測定動作と同期化できる。これに関連し、この同期化はＡＯＴＦ１の駆動ユニット１１を適当に制御する共焦点走査型顕微鏡の制御装置（図示せず）によって達成される。照明動作または測定動作が行われていない時でも、ＡＯＴＦ１に相互作用エネルギー１０が入射するよう制御される。この場合、ＡＯＴＦ１を通過する光２はエネルギー的には影響を受けず偏向のみを受ける。すなわちこの光２は偏向されてビームトラップ５によって吸収される。
【００２７】
従って、アルゴン−クリプトンレーザー３の３つの波長のうちの１つの光２を入力結合させるには、入力結合すべき波長に対応する周波数の駆動エネルギーがＡＯＴＦ１に入射しなければならない。対応する周波数の駆動エネルギーは駆動ユニット１１によって出力される。
【００２８】
共焦点走査型顕微鏡に光が入力結合していない場合には、アルゴン−クリプトンレーザー３の出力可能な波長のいずれにも対応しない周波数の駆動エネルギーがＡＯＴＦ１に入射する。共焦点走査型顕微鏡の走査が休止されている間は、使用されている光源３の波長のいずれにも対応しない周波数の駆動エネルギーがＡＯＴＦに入射するよう制御される。「走査の休止時間」とは、ＸＹ面走査の場合、ＸまたはＹ方向への反転ポイントにおいて生じ、これは照明動作または検出動作の中断期間である。
【００２９】
顕微鏡に入力結合されない光はビームトラップ５に吸収される。
【００３０】
共焦点走査型顕微鏡の全作動時間にわたり、すなわち走査休止時間中でも、ＡＯＴＦ１に光源３の光ビーム２が向けられる。この結果、このようにＡＯＴＦ１の温度が一定に維持されるよう、ＡＯＴＦには常に一定の光エネルギーが入射する。特にレーザーの安全のために設けられる、ＡＯＴＦ１の後（下流）に配置されるシャッター１２により、光ビーム２を遮断させるための別の能力が得られる。
【００３１】
結論として、上記実施例は特許請求の範囲記載の要旨を単に説明するためのものでなく、また本発明を実施例のみに限定するものでないと理解すべきである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の各独立請求項１，７，１３（第１，第２，第３の各視点）によりそれぞれ、対応する所定の目的として揚げる効果が達成される。
各従属請求項により、さらに付加的な効果が、前述のとおり夫々達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる方法を実施するための共焦点走査型顕微鏡の略図である。
【符号の説明】
１ 光学部品
２ 光ビーム
３ アルゴン−クリプトンレーザー
４ ビームスプリッタ
５ ビームトラップ
６ 走査装置
７ 光学システム
８ 標本
９ 検出器
１０ 相互作用エネルギー
１１ 駆動ユニット
１２ シャッター

Claims (25)

1. 少なくとも１つの波長を有する光ビームの光路に配され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギーの影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品の温度を安定化する方法であって、
   前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが前記部品と相互作用する入射光のエネルギーにより、前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘らず前記部品の温度を一定レベルに維持する工程を有すること、
   を特徴とする温度安定化方法。
2. 前記部品の温度を調節するよう、前記部品にエネルギーを相互作用させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 光学的にアクティブな前記部品に温度センサが配設されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 光学的にアクティブな前記部品の温度をその光学的特性によって測定すること、及び校正測定を先行して行うこと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 光学的にアクティブな前記部品は、音響光学部品であり、それと相互作用するエネルギーは駆動エネルギーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 光学的にアクティブな前記部品は、電気光学的部品であり、かつそれとの相互作用を行うエネルギーは、電気的エネルギーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 少なくとも１つの波長を有する光ビームの光路に配され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギーの影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品の温度を安定化する装置であって、
   前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが前記部品と相互作用する入射光のエネルギーにより、前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘らず前記部品の温度を一定レベルに維持する手段を有すること、
   を特徴とする温度安定化装置。
8. 光学的にアクティブな部品は、ダイクロイックビームスプリッタ、音響光学的同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）、音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、音響光学偏向器(ＡＯＤ)又は電気光学変調器（ＥＯＭ）であること、を特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 光学的にアクティブな部品は、光ビームの一つの波長をさらなる使用のため与えること、を特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 光学的にアクティブな部品の下流にビーム遮断システムを配設したこと、と特徴とする請求項８に記載の装置。
11. ビーム遮断システムは、シャッタであること、を特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 光学的にアクティブな部品に配設した温度センサを有すること、を特徴とする請求項８に記載の装置。
13. 照明光路に対して少なくとも１つの波長を有する光ビームを出射する光源と、
    該光ビームを走査顕微鏡へさらに光学系を介して標本へと偏向するダイクロイックビースプリッタと、
    該光ビームの照明光路に配置され、かつ該光路に沿って進む少なくとも１つの波長の入射光を駆動エネルギーの影響を受けて偏向する光学的にアクティブな部品と、
    前記偏向を生じさせるエネルギーにより、及び／又は、前記偏向を生じないが該部品と相互作用する入射光のエネルギーにより前記部品に選択的に作用し、該波長のいずれかの波長の光ビームが前記光路において偏向されるか否かに拘わらず前記部品の温度を一定レベルに維持する手段と、
    を有することを特徴とする走査型顕微鏡。
14. 光学的にアクティブな部品は、ダイクロイックビームスプリッタ、音響光学的同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）、音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、音響光学偏向器（ＡＯＤ）又は電気光学変調器（ＥＯＭ）であること、を特徴とする請求項１３に記載の走査顕微鏡。
15. 光学的にアクティブな部品は、入射光の強度を変更可能であることを特徴とする、請求項１３に記載の走査顕微鏡。
16. 前記光学的にアクティブな部品は、光ビームの影響が少なくとも1つの波長の光及び／又は少なくとも１つの偏光状態の光に対して選択的に作用するように調節可能であることを特徴とする、請求項１３に記載の走査顕微鏡。
17. 光学的にアクティブな部品への影響を、顕微鏡の測定動作及び／又は照明動作と同期する手段を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の走査顕微鏡。
18. 顕微鏡の測定動作及び／又は照明動作が行われない時も、前記相互作用エネルギーを光学的にアクティブな部品に対し入射させることを特徴とする、請求項１７に記載の走査顕微鏡。
19. 光学的にアクティブな部品は、偏向されて照明光路に沿って、進行する光の特定の波長に対応する周波数の駆動エネルギーが入射するよう配された音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）又は音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）であることを特徴とする、請求項１８に記載の走査顕微鏡。
20. 光学的にアクティブな部品は、照明光路に沿って進む光の偏向が行われないとき、入射光の波長ないし、いずれかの波長に対応しない周波数の駆動エネルギーが入射するよう配された音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）又は音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）であることを特徴とする、請求項１８に記載の走査顕微鏡。
21. 光学的にアクティブな部品は、顕微鏡の走査のため使用されている光の波長のいずれかに対応する周波数の駆動エネルギーが入射するよう配された音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）又は音響光学ビームスプリッタ（ＡＯＢＳ）であることを特徴とする、請求項１８に記載の走査顕微鏡。
22. 照明光路に沿って進行するように偏向されることのない光を吸収するビームトラップを有することを特徴とする、請求項１８に記載の走査顕微鏡。
23. ビーム遮断システムを、光学的にアクティブな部品の下流に配設し、光ビームを遮断することを特徴とする、請求項１３に記載の走査顕微鏡。
24. 前記ビーム遮断システムは、シャッタであることを特徴とする、請求項２３に記載の走査顕微鏡。
25. 前記光学的にアクティブな部品の温度を検出するための温度センサーを有することを特徴とする、請求項１３に記載の走査顕微鏡。

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