JP4799420B2 - 複数の波長を含む光ビームの生成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、好ましくは共焦点走査顕微鏡のための照明光ビーム等の複数の波長を含む光ビームの生成装置であって、それぞれ異なる波長を有する複数のレーザ光ビームを合一するためのビーム合一装置を含むと共に、該ビーム合一装置が複数の個別のビーム合一要素を含むように構成されたビーム生成装置に関する。
冒頭で述べた種類の装置は実際に知られており、例えばＤＥ１９６３３１８５Ｃ２（特許文献１）に記載されている。この刊行物には、レーザ走査顕微鏡のための多色点光源が記載されているが、この顕微鏡には、互いに異なる波長を有する複数のレーザ光ビームがビーム合一装置によってコアキシャルに（koaxial）一緒に供給される。該文献に記載されたビーム合一装置は、３つのビーム合一要素を含みかつモノリシックな（一体的な）ユニットとして構成されている。ビーム合一装置の下流では、１つに纏められた（合一された）レーザ光ビームが、導光ファイバを介して、顕微鏡に導かれかつ顕微鏡に導入（入力ないし入射結合）される。
ＤＥ１９６３３１８５Ｃ２
この種の既知の装置は、とりわけその不十分なフレキシビリティに関連して問題がある。多くの場合、レーザ光源はビーム合一装置と固定的に結合されているため、付加的なレーザ光源の結合やレーザ光源の異なる組合せの結合は殆ど不可能である。レーザ光ビーム（複数）が導光ファイバ（複数）を介してビーム合一装置に導入（入射ないし入力）される場合、レーザ光源（複数）の結合の可能性（態様）は、ビーム合一装置に含まれるビーム合一要素（複数）の具体的配置及び形態によって制限される。更に、通常、ビーム合一装置に導入（入射ないし入力）されるすべてのレーザ光ビームは調節される必要があるため、レーザ光源を単に交換するだけでは済まされない。複数の異なるレーザ光ビームの合一を可能にするために、個々のレーザ光源を交換する毎に、通常は、同時に個々のビーム合一要素を交換しかつ再調整することが必要になる。複数の波長を有するレーザ光を生成するための従来技術から既知の装置は、この意味で、全くユーザフレンドリではなく、そのため、多くの場合、装置メーカーによる多大なサポートが不可欠である。
それゆえ、本発明の課題は、生成されるべき光ビームのスペクトルの組合せが、殆ど任意的に選択可能でありかつ交換要素及び再調整を要することなくユーザによって簡単な態様で変更することができるように、冒頭で述べた種類の複数の波長を含む光ビームの生成装置を構成及び発展させることである。
本発明の装置は、上記の課題を、請求項１の特徴によって解決する。即ち、本発明の装置は共焦点走査顕微鏡のための照明光ビームの、複数の波長を含む光ビームの生成装置であって、それぞれ異なる波長を有する複数のレーザ光ビームを合一するためのビーム合一装置を含み、前記ビーム合一装置は、１つのハウジング内に含まれ、前記レーザ光ビームは、それぞれのレーザ光源により生成され、該レーザ光源に接続されたそれぞれの導光ファイバを介して前記ハウジングの外部から前記ビーム合一装置に導入され、前記ビーム合一装置は、複数の個別のビーム合一要素を含むように構成され、及び、前記ビーム合一要素（複数）は、直列的に、及び並列的な（互いに対して平行な）複数のグループの形態で配置され、かつ、それぞれ、１つの個別に定義される波長領域の１つの波長を有する１つのレーザ光ビームを入射結合するよう構成された光ビーム生成装置において、前記ビーム合一要素（複数）の各々に対し個別に定義される前記波長領域は、４０ｎｍ未満の予め設定可能なスペクトル幅を有すること、入射結合可能なレーザ光ビーム（複数）は、全体として、関連する波長（複数）に関する完全なスペクトルを含むこと、前記ビーム合一要素（複数）は、それぞれ、１つの各自の特徴的波長を有すると共に、該特徴的波長よりも短い波長を有するレーザ光ビームを実質的に透過しかつより長い波長を有するレーザ光ビームを実質的に反射するか、又はその逆であるよう構成されること、前記ビーム合一要素（複数）は、直列的に配置される場合において、それぞれ、各自の特徴的波長に応じて配列されること、及び、前記ビーム合一要素（複数）は、ツリー構造状に配置されること、を特徴とする。
なお、特許請求の範囲に付記した参照符号は、専ら本発明の理解を助けるためのものであり、図示の態様に本発明を限定することを意図するものではない。
本発明により第一に確認されていることは、ユーザ側で簡単にかつ多大なメンテナンスを要することなく調整可能なモジュラー式の装置ユニットを要求する傾向が益々増大していることである。これに関連して、更に確認されていることは、その場合、ユーザの特別な需要ないし要求に応ずる大きなフレキシビリティないし適応性が極めて重要であるということである。更に確認されていることは、そのようなフレキシビリティは、ビーム合一要素（複数）が、本発明に応じ、直列的に（一列に）、又は並列的な（互いに対し平行な）複数のグループの形態で配置され、かつ、それぞれ、１つの個別に定義される波長領域に含まれる１つの波長を有する１つのレーザ光ビームを入射結合（導入ないし差込入射）するよう構成される場合に、実現されるということである。或る顕微鏡のユーザは、本発明の装置によって、例えば、その顕微鏡の照明光ビームに必要な波長（複数）を個別に（顕微鏡毎に）組み合わせること、及びその組合せを、再構成又は再調整を要することなく、変更することが可能になる。この意味で、複数の波長を含むレーザ光を生成するための極めてユーザフレンドリな装置が実現されるのである。
具体的な一実施形態では、波長選択的に作動するビーム合一要素（複数）が使用される。とりわけ、ビーム合一要素（複数）は、それぞれ１つの個別の特徴的波長を有することにより、該特徴的波長より小さい波長のレーザ光ビームが実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）透過されかつ該特徴的波長より大きい波長を有するレーザ光ビームが実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）反射されることが可能なように、又はその反対（の透過・反射作用）が可能なように構成することができる。ビーム合一装置が両方の種類のビーム合一要素を含むことができることは勿論である。
具体的な一態様では、ビーム合一要素（複数）は、バンドエッジフィルタとして、ダイクロイックフィルタとして、又はエタロン（Etalons）として構成することができる。急勾配のエッジを有するバンドエッジフィルタを使用すると、とりわけ効果的なビーム合一（作用）が達成される。そのようなフィルタは、通常、一方の側（部）ないし面に、フィルタが所望のスペクトル特性を有することを可能にする複数の層パケット（Schichtpaketen）から構成される特殊な被膜を有し、他方の側（部）ないし面に、反射防止膜を有することができる。原理的には、ビーム合一要素として、偏光（偏波）感応性要素又はニュートラル（ビーム）スプリッタ又はプリズム若しくは回折格子として構成される分散要素を使用することも可能である。
有利な一実施形態では、すべてのビーム合一要素が、アレーの形態で、順次配置されると共に、そのそれぞれの特徴的波長に応じて、即ち長い順に又は短い順に、配列される（並べられる）。
代替的一実施形態では、ビーム合一要素（複数）の配置をツリー構造にすることができる。この場合、平行（並列）に並べられた各分枝において、まず、複数のレーザ光ビームが合一され（１つに纏められ）、次いで、平行な各分枝においてそれぞれ生成（合成）された光ビームが主ビーム路に沿って合一されて（１つに纏められて）、最終光ビームが生成される。このツリー構造の利点は、光ビームの各々に関し、ビーム合一要素を貫通通過する回数が、直列（一列）配置の場合に比べてより少ないという点にある。原理的には、ビーム合一要素（複数）は、並列（ないし平行）配置と直列（ないし一列）配置との組合せで配置することも可能である。
ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域は、予め設定可能な（所定の）スペクトル幅を有することができる。このスペクトル幅は、とりわけ有利な一形態では、具体的測定要求（態様）にその都度適合可能に構成される。例えば蛍光顕微鏡の場合、多くの蛍光色素（標識物質）に対し、可能な励起波長領域のスペクトル幅は、４０ｎｍ ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum：半値全幅）の寸法オーダーにあることが知られている。従って、所定の試料に含まれるすべての蛍光色素が励起可能であることを保証するために、互いに対し最大で４０ｎｍ離隔された波長（複数）を含む１つの励起光ビームが必要とされる。従って、この実際上の要求に応ずるために、ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域は、４０ｎｍ未満のスペクトル幅を有することが好ましい。
色素の励起極大の幅は典型的には凡そ２０ｎｍであることを考慮すると、試料中の蛍光色素の最適な励起のために、互いに対し最大で凡そ２０ｎｍ異なる複数の波長を有する励起光ビームが必要になる。従って、ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域は、有利な一態様では、２０ｎｍ未満のスペクトル幅を有する。波長（複数）が互いに対しより近接することは、通常、最早何の意味もなさない。というのは、それぞれ凡そ２０ｎｍ互いに対し離隔された励起波長のラスタ（走査パターン）を用いることにより、どのような蛍光色素も最適に励起することができるからである。
（構成の）簡明さを大きくするという観点から、ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域がすべてのビーム合一要素に対して同じスペクトル幅を有する場合、更には、ビーム合一要素に対しそれぞれ定義される波長領域のスペクトル中心位置が互いに対し等距離的（aequidistant）である場合、とりわけ有利である。この場合、ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域は、互いに部分的に重なり合うことも可能であるが、互いに完全に離隔することも可能である。とりわけ、ビーム合一要素の各々に対し個別に定義される波長領域は、入射結合（導入）可能なレーザ光ビーム（複数）が、全体として、関連する波長（複数）に関する完全なスペクトル、例えば４３０ｎｍ〜７００ｎｍの可視スペクトルを含むように定めることができる。
操作の単純化の観点から、ビーム合一装置を１つのハウジング内に収容する（閉じ込める）ことにより、ビーム合一装置の内部構成をユーザが全く知覚できないようにすることも可能である。
ビーム合一装置の内部構成は、個別のビーム合一要素（複数）（の各々）に、レーザ光ビーム（複数）を平行化するためのコリメータレンズ（複数）が（それぞれ１つ）前置されるように構成することも可能である。レーザ光ビームは、導光ファイバ、とりわけグラスファイバを介して、コリメータレンズに導くことも可能である。誤調整ないし調整ずれ（Dejustierung）を回避するために、ビーム合一要素（複数）とコリメータレンズ（複数）は、直接的又は間接的に、ハウジングに固定的に結合することも可能である。
とりわけユーザフレンドリ的な一実施形態では、レーザ光源（複数）は、好ましくはミニチュア化された形態で、ハウジングの内部に配設され、ビーム合一要素（複数）に割り当てられる。更に、レーザ光源（複数）は、ハウジングの外部から、互いに独立に、活性化及び不活性化可能に構成することができる。従って、ユーザは、相応の（所要の）複数のレーザ光源を単に活性化するだけで、本発明の構成に基づいて、ユーザの側での更なる操作（措置）を要することなく、当該レーザ光源（複数）（からのレーザ光ビーム）が合一される（１つに纏められる）ため、簡単な態様で、１つの光ビームを生成することができる。
代替的一実施形態では、レーザ光源（複数）は、ハウジングの外部に配することも可能である。この場合、個々のレーザ光ビームは、光学的インターフェースとしてのファイバコネクタを介して、導光ファイバに導入（入力ないし入射）することも可能である。ファイバコネクタは、ビーム合一要素のハウジングに嵌め込まれることも可能であり、また、ハウジングの外部に配されることも可能である。後者の場合、レーザ光ビーム（複数）は、ハウジングに形成されたファイバ挿通部を介して外部に導かれる。
誤操作を回避するために、ファイバコネクタ及び／又はファイバ挿通部は、各ファイバコネクタに導入（入力ないし入射）されるべき具体的波長領域を明示する特徴的な記載（Beschriftung）及び／又は識別標識（Kennung）をハウジングに有することができる。
ファイバコネクタによって形成される光学的インターフェースにおける光の伝送は、２つのファイバの直接的接触（場合によっては僅かに離隔することもあり得る。）によって実行することも可能であり、また、該ファイバ端部（複数）の両側に（ないし夫々に）コリメータレンズ（複数）を配することによりコリメートされた形態で実行することも可能である。また、光学的インターフェースの一方の側にのみグラスファイバを設け、他方の側では自由ビーム光学系（Freistrahloptik：他の光学要素等を介さず空気を介したビーム伝達系）を介して光を案内することも勿論可能である。
２つのグラスファイバを直接的に接触する場合、これらのグラスファイバは、調整を容易化しかつ光損失を回避するために、大きな断面を有するべきことに注意すべきである。可視光領域において通常使用されるシングルモードグラスファイバは５μｍ未満の光学的断面を有し、これにより調整は困難ないし不可能になるため、特別に微細構造化されたグラスファイバを使用することが提案される。この特殊なグラスファイバは、いわゆるフォトニックバンドギャップ材料（Photonic Bandgap）から構成することが可能であり、従って、フォトニック結晶の性質を有することができる。この種のファイバは、１０μｍ超の著しくより大きな光学的断面を有することができるが、それにも拘わらず、その光学的性質は、シングルモードグラスファイバの光学的性質に相応する。
代替的に、テーパ構造を有するファイバ（テーパファイバ）を使用することも可能である。そのようなファイバでは、断面は、ファイバに沿って変化する。テーパファイバは、例えば、ファイバ端部における断面が、ファイバの中間部（胴部）における断面よりも大きくなるように製造することも可能である。
光ビームを出射するために、ビーム合一装置は、ファイバコネクタとして又は自由ビーム光学系のための出射ウィンドウないし出射開口によって構成される出射部を有する。ファイバ型出射部の場合、とりわけ有利には、光ビームを例えば蛍光顕微鏡に伝送（供給）する偏光（偏波）保存性広帯域シングルモードファイバとして構成される。共焦点顕微鏡の場合、ビーム合一装置が共焦点顕微鏡に固定的に配設され、かつ、ビーム合一装置の光ビームが当該装置の出射部からレンズを介して直接共焦点顕微鏡の励起ピンホール絞りに合焦されるよう構成されると、とりわけ有利である。
出射する光ビームを利用者特異的に形態変化するために、有利な一態様では、スペクトル感応性強度調整要素をビーム合一装置の出射部に配することも可能である。構造をコンパクトにするという観点から、このスペクトル感応性強度調整要素は、ビーム合一装置のハウジングの内部に（一体的に）組み込まれ、ハウジングの出射部に前置される。例えば、スペクトル感応性強度調整要素は、音響光学フィルタ（ＡＯＴＦ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）、液晶同調フィルタ（ＬＣＴＦ）、グレーティングバルブデバイス（Grating Valve Device）（ＧＶＤ）、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro-Electro-Mechanical-System）式フィルタであり得る。ビーム合一装置のために、場合によっては、適切なプラグイン式（差込式）コネクタ（Steckverbinder）によって実現され得る適切な電気的インターフェースが必要とされることもある。
特別な適用のために、ビーム合一装置は、互いに異なる波長を有するレーザ光ビーム（複数）を、マルチラインレーザ光源、例えばアルゴンレーザ、クリプトンレーザ、アルゴン・クリプトンレーザ、混合ガスレーザ、マルチファイバレーザ（Mehrfach-Faserlaser）、連続スペクトルレーザ（Kontinuumslaser）等によって、生成することができる。ビーム合一装置の個々のビーム合一要素は、従来のビーム合一要素とは異なり、狭いスペクトル領域に限定されているので、そのようなレーザを使用する場合、適切なビーム分割ユニットが必要になる。この種のビーム分割ユニットは、場合によっては、本発明のビーム合一装置と反対に構成されるシステムから構成され、マルチラインレーザ光源の（１つの）レーザ光ビームの複数の異なる波長を分解する。このように分解された波長（複数）は、ビーム合一装置の個々のビーム合一要素に上述のように導くことができる。この場合、ビーム分割ユニットはビーム合一装置に前置され、ビーム合一装置に結合され、又はビーム合一装置に（一体的に）組み込まれることができる。マルチラインレーザ光源を使用する場合、レーザ光ビームは、まず、ビーム分割ユニットによって分解され、次いで、例えば後置されたビーム合一装置の個々のビーム合一要素に供給されるか、或いは、（１つの）マルチノッチフィルタ（Mehrfachkerbfilter）が、それぞれのマルチラインレーザをできるだけ無損失的に統合光ビーム（Gesamtlichtstrahl）に合一するよう作動する付加的ビーム合一要素としてビーム合一装置内に配される。
本発明の教示を有利な態様で構成及び展開する可能性は多々存在する。このため、一方では、請求項１に従属する各請求項を、他方では、後述する図面に基づく本発明の好ましい実施例の説明を参照すべきである。この図面に基づく本発明の好ましい実施例の説明と関連して、本発明の教示の好ましい実施形態及び展開形態が一般的に説明される。
図１は、複数の波長を含む１つのレーザ光を生成するための本発明の装置の第１実施例を模式的に示す。複数の個別ビーム合一要素２を有するビーム合一装置１は、ユーザに対しほぼ「ブラックボックス」をなすハウジング３に組み込まれている。ハウジング３の正面部には、所望の波長を導光ファイバ５を介して導入（入力ないし入射）可能にする全部で１５個のファイバ・プラグイン式コネクタ４が（一体的に）組み込まれている。個々のファイバコネクタ４は、それぞれ、ハウジング３の内部に配設された各１つのビーム合一要素２に対応付けられている。ビーム合一要素２は、本発明に応じ、それぞれ、１つの個別に定義される波長領域の１つの波長を有する１つのレーザ光ビーム１９を入射結合（導入）するよう構成されている。従って、全部で１５個のファイバコネクタ４の各々には、それぞれ、当該ファイバコネクタ４に対し定義された波長領域が割り当てられている（指定されている）。このため、例えば、左上隅の第１のファイバコネクタ４は、４４０ｎｍ未満の１つの波長を有する１つのレーザ光ビーム１９を導入（入力ないし入射）するよう構成され、同じ上列の第２のファイバコネクタ４は、４４０ｎｍから４６０ｎｍの間の１つの波長を有する１つのレーザ光ビーム１９のために構成され、以下同様に構成されている。そのため、全体として、４４０ｎｍ未満から７００ｎｍ超までの波長の完全な可視スペクトルがカバーされる。スペクトル幅は、ファイバコネクタの各々に対し、始端及び終端のファイバコネクタを除いて、それぞれ２０ｎｍである。（所定の使用に際し）必要とされないファイバコネクタ４は開放されているが、レーザ安全性、保護又は審美性の観点から、ビーム遮蔽カバー（不図示）が付される。
図示の実施例では、互いに異なる波長４５０ｎｍ、５９０ｎｍ及び６７０ｎｍを有する全部で３つのレーザ光ビーム１９が導入（入力ないし入射）される。ハウジング３の内部の複数の個別ビーム合一要素２の内部配置及び構成によって、３つのすべてのレーザ光ビーム１９が１つの光ビームに合一（一体化）される（纏められる）ことが保証される。この（合一された）光ビームは、ビーム合一装置１の出射部６において、広帯域導光ファイバ７によって捕捉され、更に、例えば顕微鏡に導かれる。この合一光ビームの供給対象としては、とりわけ、共焦点走査顕微鏡、セミ共焦点（semikonfokal）顕微鏡（例えばラインスキャナ、ニポウシステム等）、又は点状格子ないしポイントラスタ（ハーフトーン）照明（Punktrasterbeleuchtung）が該当し得る。更に、共焦点内視鏡に伝送（供給）することも実用上極めて重要である。
図２は、本発明の装置の第２実施例の模式図である。この装置は、レーザ光ビーム１９の導入（入力ないし入射）及び送出（出力ないし出射）の態様においてのみ、図１に示した実施例の装置と異なる。レーザ光ビーム１９を導入（入力ないし入射）するために、ファイバコネクタ４は、ビーム合一装置１のハウジング３の外部に配されている。このため、導光ファイバ５は、張力緩和（ないし遮断吸収）手段（Zugentlastung）を介して、ビーム合一装置１のハウジング３の内部から外部に導かれる。この導光ファイバ５は、そのファイバ端部に、光学的インターフェースとして作動するファイバコネクタ４を有する。
全部で３つのレーザ光源２２（４５７ｎｍ、５９４ｎｍ、７２０ｎｍ）のレーザ光ビーム１９は、それぞれ、フォーカシングレンズ８を介して、導光ファイバ５に導入（入力ないし入射）される。この場合、フォーカシングレンズ８は、単に理解の容易化の観点から、単独の（独立の）ものとして記載されているが、実際にはそれ以外にも、固定的に調整されてファイバコネクタ４に結合されたり、更にはファイバコネクタ４に（一体的に）組み込まれるように構成されたりすることも可能である。スペクトル幅は、この実施例では、導光ファイバ５の各々に対し、又は導光ファイバ５の各々にそれぞれ対応付けられたビーム合一装置１の内部のビーム合一要素２の各々に対しそれぞれ２５ｎｍであるが、この実施例では、隣り合う導光ファイバ５のスペクトル領域は互いに部分的に重なり合っている。
ビーム合一装置１のハウジング３からの合一された光ビーム９の送出（出力ないし出射）は、自由ビーム光学系（Freistrahloptik）を介して、出射開口１０又は出射ウィンドウを介して実行される。共焦点顕微鏡が後置される場合は、出射する光ビーム９は、レンズを介して直接共焦点顕微鏡の励起ピンホール絞りに合焦される。
図３は、ハウジング３の内部において複数の個別ビーム合一要素２が順に直列に（一列に）並んで配置されるように構成されたビーム合一装置１の一例の内部構造を示す。ハウジング３の外部において生成されるレーザ光ビーム（複数）１９は、それぞれ各グラスファイバ（複数）１１を介して、ハウジング３の内部に導かれ、更に、個別ビーム合一要素２の各々にそれぞれ１つ前置されたコリメータレンズ１２に導かれる。コリメータレンズ１２によって、レーザ光は平行化され、対応するビーム合一要素２に導かれる。
ビーム合一要素２は、バンドエッジフィルタ（Bandkantenfilter）１３として構成され、上記の列の中で、それぞれのバンドエッジに応じて順序付けられ（て配置され）る。図示の実施例では、ビーム合一要素２は、何れも、そのバンドエッジより大きい波長に対しては実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）透過性であり、そのバンドエッジより小さい波長に対しては実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）反射性を示す。図示の実施例では、最大のバンドエッジ（凡そ６６０ｎｍ）を有するバンドエッジフィルタは列の図示一番左側に配置され、最小のバンドエッジ（凡そ４５５ｎｍ）を有するバンドエッジフィルタは列の図示一番右側に配置されている。この列のそれらの間に配置されたバンドエッジフィルタ１３では、バンドエッジは、図示左側から図示右側に向かって順に小さくなっている。この配置によって、ビーム合一要素（複数）２は、本発明に応じ、それぞれ、１つの個別に定義された波長領域の１つの波長を有する１つのレーザ光ビーム１９を入射結合（導入）するよう作動することができる。このため、例えば、図示一番左側の第１のバンドエッジフィルタ１３には、６７０ｎｍの波長を有するレーザ光ビーム１９が入射されるが、このレーザ光ビーム１９は、この第１のバンドエッジフィルタ１３を、更には後続するすべてのバンドエッジフィルタ１３を通過する。６５０ｎｍの波長を有するレーザ光ビームは、この第１のバンドエッジフィルタ１３の他方の側（下流右方）へと偏向される。この（６５０ｎｍの）波長は、この第１のバンドエッジフィルタ１３の特異的バンドエッジ（波長６６０ｎｍ）よりも小さいので、この（６５０ｎｍの波長を有する）レーザ光ビーム１９は（第１のバンドエッジフィルタ１３では）実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）反射されるが、後続するすべてのバンドエッジフィルタ１３は通過するので、２つのレーザ光ビーム１９（波長６７０ｎｍ及び６５０ｎｍ）は合一されて（１つに纏められて）１つの光ビームが生成される。残りのバンドエッジフィルタ１３に関して図示右側に向かって順に考察すると、入射結合（導入）されるすべてのレーザ光ビーム１９に対しこのプロセスが繰り返されるので、最後のバンドエッジフィルタ１３の下流側には、入射結合（導入）されたすべての波長を含む１つの光ビーム９が生成されている。
ビーム合一装置１のハウジング３には、複数の個別レーザ光ビーム１９が合一されてなる光ビーム９のための自由ビーム出射部として作動する出射ウィンドウ１４が形成されている。スペクトル選択的強度調整のために、自由ビームとして出射する光ビーム９は、ＡＯＴＦ１５を貫通通過するが、このＡＯＴＦ１５を貫通通過した後、例えば、蛍光顕微鏡に供給されることができる。
図４は、グループ分けされて平行（並列）配置された複数の個別ビーム合一要素２を有するビーム合一装置１の更なる一実施例の模式図である。このため、図示上下方向に記載された分枝では、レーザ光ビーム１９の幾つかがグループ毎に先行合一され、このようにして生成された複数の先行合一部分光ビームは、最終的に、図示横方向に記載された分枝即ち主光路１６において合一され、所望のすべての波長を含む最終的な（総合ないし統合）光ビーム９が生成される。
すべてのレーザ光ビームが合一された後、個々の波長の強度は、ビーム合一装置１のハウジング３に組み込まれたＡＯＴＦ１５によって調整される。次に、光ビーム９は、ビーム合一装置１のハウジング３に配されたファイバコネクタ４を介して、広帯域導光ファイバ７に導入（入力ないし入射）され、そして、導光ファイバ７は、光ビームを具体的な適用対象、例えば顕微鏡に伝送する。導光ファイバ７への導入（入力ないし入射）は、ファイバコネクタ４に組み込まれた合焦（フォーカシング）光学系１７によって行われる。ファイバコネクタ４も合焦光学系１７も調整可能に構成されている。
図５は、使用されるバンドエッジフィルタ１３の、入射波長λに対する典型的な透過及び反射特性を示す。図示のグラフから明確に理解できるように、バンドエッジフィルタ１３は、１つの特徴的波長、いわゆるバンドエッジを有するが、このバンドエッジにおいて、バンドエッジフィルタ１３の光学的特性は飛躍的に変化する（正反対になる）。図示のバンドエッジフィルタ１３は、バンドエッジより小さい波長に対しては実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）反射的性質を有する（実線で示した）のに対し、バンドエッジより大きい波長の光は実質的に（ほぼ完全にないし大部分が）透過する（破線ないし点線で示した）。
図６は、複数の個別バンドエッジフィルタ１３の、波長λに対する透過及び反射特性のグラフを１つにまとめて示す。複数の個別バンドエッジフィルタ１３のバンドエッジが、波長λに関し互いにずらされていることを明確に見いだすことができる。
図７は、マルチラインレーザ光源２０（例えばアルゴンレーザ又はアルゴン−クリプトンレーザ）のレーザ光ビーム１９を、当該レーザ光ビーム１９に含まれる複数の個々の波長に分割するよう作動するビーム分割ユニット１８を模式的に示す。ビーム分割ユニット１８は、上述のビーム合一装置１をほぼ反転したシステムを構成する。生成される複数のモノクロマチックレーザ光ビーム２１は、グラスファイバ（複数）１１によって、ビーム分割ユニット１８のハウジング３から外に導き出される。グラスファイバ１１の端部に形成ないし配されたファイバコネクタ４を介して、レーザ光ビーム２１は、上述のように、更に別のレーザ光ビームと共にビーム合一装置１（不図示）に導入（入力ないし入射）され、そこで上述のように合一される。
上述の実施例は保護が要求されている教示の単なる説明のためのものに過ぎず、この教示を上記実施例に限定して解釈すべきでないことに注意すべきである。
本発明の装置の第１実施例の模式図。 本発明の装置の第２実施例の模式図。 一列配置された複数のビーム合一要素を有するビーム合一装置の一例の模式図。 平行配置された複数のビーム合一要素を有するビーム合一装置の一例の模式図。 バンドエッジフィルタの一例の、入射波長λに対する透過及び反射特性を示すグラフ。 複数のバンドエッジフィルタの透過及び反射特性を示すグラフ。 マルチラインレーザ光源のレーザ光ビームの複数の異なる波長を分解するためのビーム分割ユニットの一例。

Claims (30)

  1. 共焦点走査顕微鏡のための照明光ビームの、複数の波長を含む光ビームの生成装置であって、
    それぞれ異なる波長を有する複数のレーザ光ビームを合一するためのビーム合一装置を含み、
    前記ビーム合一装置は、１つのハウジング内に含まれ、
    前記レーザ光ビームは、それぞれのレーザ光源により生成され、該レーザ光源に接続されたそれぞれの導光ファイバを介して前記ハウジングの外部から前記ビーム合一装置に導入され、
    前記ビーム合一装置は、複数の個別のビーム合一要素を含むように構成され、及び、
    前記ビーム合一要素（複数）は、直列的に、及び並列的な（互いに対して平行な）複数のグループの形態で配置され、かつ、それぞれ、１つの個別に定義される波長領域の１つの波長を有する１つのレーザ光ビームを入射結合するよう構成された光ビーム生成装置において、
    前記ビーム合一要素（複数）（２）の各々に対し個別に定義される前記波長領域は、４０ｎｍ未満の予め設定可能なスペクトル幅を有すること、
    入射結合可能なレーザ光ビーム（複数）（１９）は、全体として、関連する波長（複数）に関する完全なスペクトルを含むこと、
    前記ビーム合一要素（複数）（２）は、それぞれ、１つの各自の特徴的波長を有すると共に、該特徴的波長よりも短い波長を有するレーザ光ビーム（１９）を透過しかつより長い波長を有するレーザ光ビームを反射するか、又はその逆であるよう構成されること、
    前記ビーム合一要素（複数）（２）は、直列的に配置される場合において、それぞれ、各自の特徴的波長に応じて配列されること、及び、
    前記ビーム合一要素（複数）（２）は、ツリー構造状に配置されること
    を特徴とする光ビーム生成装置。
  2. 前記ビーム合一要素（複数）（２）は、バンドエッジフィルタ（１３）、ダイクロイックフィルタ、又はエタロンとして構成されること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記ビーム合一要素（複数）（２）は、偏光感応性要素又はニュートラルスプリッタ（Neutralteiler）であること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 前記ビーム合一要素（複数）（２）は、プリズム又は回折格子の形態の分散要素として構成されること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 前記ビーム合一要素（複数）（２）の各々に対し個別に定義される前記波長領域は、２０ｎｍ未満のスペクトル幅を有すること
    を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
  6. 前記ビーム合一要素（複数）（２）の各々に対し個別に定義される前記波長領域は、すべてのビーム合一要素（２）に対し同じスペクトル幅を有すること
    を特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
  7. 前記ビーム合一要素（複数）（２）の各々に対し個別に定義される前記波長領域（複数）のスペクトル中心位置は、互いに対し等距離的（aequidistant）であること
    を特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
  8. 前記個別のビーム合一要素（２）（複数）には、前記レーザ光ビーム（１９）を平行化するためのコリメータレンズ（複数）（１２）が前置されること
    を特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
  9. 前記レーザ光ビーム（１９）は、導光ファイバ（５）を介して、前記コリメータレンズ（１２）に案内可能であること
    を特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 前記ビーム合一要素（複数）（２）及び前記コリメータレンズ（複数）（１２）は、直接的に又は間接的に、前記ハウジング（３）に固定的に結合されること
    を特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
  11. 前記レーザ光ビーム（１９）は、それぞれ、光学的インターフェースとしてのファイバコネクタ（４）を介して、前記導光ファイバ（５）に導入可能に構成されること
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
  12. 前記ファイバコネクタ（４）は、前記ビーム合一要素（２）の前記ハウジング（３）に嵌め込まれること
    を特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 前記ビーム合一装置（１）の前記ハウジング（３）には、ファイバ挿通部が形成され、前記ファイバコネクタ（４）は、該ハウジング（３）の外部に配されること
    を特徴とする請求項１１に記載の装置。
  14. 前記ファイバコネクタ（４）及び／又は前記ファイバ挿通部は、前記ハウジング（３）に、対応するビーム合一要素（２）に対して定義された波長領域に関し特徴的な記載（Beschriftung）及び／又は識別標識（Kennung）を有すること
    を特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の装置。
  15. 前記ファイバコネクタ（４）によって形成される光学的インターフェースにおける光の伝送は、２つのファイバ（５、１１）の直接的接触によって実行されること
    を特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載の装置。
  16. 前記ファイバコネクタ（４）によって形成される光学的インターフェースにおける光の伝送は、前記ファイバ端部（複数）の夫々に配されるコリメータレンズ（複数）を介して実行されること
    を特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載の装置。
  17. 前記コリメータレンズ（複数）は、前記ファイバコネクタ（４）内に配されること
    を特徴とする請求項１６に記載の装置。
  18. 前記ビーム合一要素（２）への前記レーザ光ビームの入射結合は、自由ビーム光学系（Freistrahloptiken）（複数）を介して実行されること
    を特徴とする請求項１〜１７の何れか一項に記載の装置。
  19. 前記導光ファイバ（５）は、フォトニックバンドギャップ材料製の微細構造グラスファイバ（１１）であること
    を特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載の装置。
  20. 前記グラスファイバ（１１）の光学的断面は、ファイバ端部において、１０μｍよりも大きいこと
    を特徴とする請求項１９に記載の装置。
  21. 前記グラスファイバ（１１）の光学的断面は、ファイバ中間部（胴部）においてよりもファイバ端部においてより大きいこと
    を特徴とする請求項１９又は２０に記載の装置。
  22. 前記ビーム合一装置（１）は、光ビーム（９）を出射するために、ファイバコネクタ（４）を有する導光ファイバ（７）として又は自由ビーム光学系のための出射開口（１０）として構成される出射部（６）を有すること
    を特徴とする請求項１〜２１の何れか一項に記載の装置。
  23. 前記導光ファイバ（７）は、前記光ビーム（９）を出射するために、偏光保存性広帯域シングルモードファイバとして構成されること
    を特徴とする請求項２２に記載の装置。
  24. 前記ビーム合一装置（１）の前記出射部（６）に、スペクトル感応性強度調整要素が配されること
    を特徴とする請求項２２又は２３に記載の装置。
  25. 前記スペクトル感応性強度調整要素は、前記ビーム合一装置（１）の前記ハウジング（３）の内部に配設されること
    を特徴とする請求項２４に記載の装置。
  26. 前記スペクトル感応性強度調整要素は、音響光学フィルタ（ＡＯＴＦ）（１５）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）、液晶同調フィルタ（ＬＣＴＦ）、グレーティングバルブデバイス（Grating Valve Device）（ＧＶＤ）、又はＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro-Electro-Mechanical-System）式フィルタであること
    を特徴とする請求項２４又は２５に記載の装置。
  27. 複数の異なる波長を含む１つのレーザ光ビーム（１９）を生成するマルチラインレーザ光源（２０）を有すること
    を特徴とする請求項１〜２６の何れか一項に記載の装置。
  28. 前記ビーム合一装置（１）に対し反対に作用するよう構成された、前記レーザ光ビーム（１９）の複数の異なる波長を分解するためのビーム分割ユニット（１８）を有すること
    を特徴とする請求項２７に記載の装置。
  29. 前記ビーム分割ユニット（１８）は、前記ビーム合一装置（１）に前置され、該ビーム合一装置（１）に結合され又は該ビーム合一装置（１）と一体化されること
    を特徴とする請求項２８に記載の装置。
  30. 前記ビーム合一装置（１）は、前記マルチラインレーザ光源（２０）のレーザ光ビーム（複数）（２１）を一つの光ビームに合一するためのマルチノッチフィルタ（Mehrfachkerbfilter）を有すること
    を特徴とする請求項２９に記載の装置。
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