JP4838007B2 - 顕微鏡及び検出器モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光源及び検出器装置を有し、光源と試料との間で照明光線光路が、そして試料と検出器装置との間で検出線光路が延在する形式の顕微鏡ないし光学装置に関するものである。更に本発明は特に顕微鏡で利用される検出器モジュールに関するものである。

冒頭に記述した、光源及び検出器装置を有する種の顕微鏡は、実用に於いて非常に多くの構造でもって公知である。検出線光路から少なくとも二のスペクトル領域を分離してかつできるだけ同時に検出することが所望される場合、スペクトル領域の選択が必要となる。この場合検出光線はスペクトル的に分解されるべきであり、個々の検出器への各スペクトル領域の選択分離（Ausblendung）ないし絞込分離（以下「選択分離」という）が必要となる。選択分離（Ausblendung）とはここでは次のように解する。即ち、第１スペクトル領域を含む部分光線が、一方では第１スペクトル領域の選択分離を行い、他方では選択分離されないスペクトル領域の部分光線の少なくとも一部の反射を行う手段（ないし媒体：Mittel）を、障害なく（自由に）通過することができるが、第２スペクトル領域を含む部分光線の少なくとも一部は反射されること、等々。文献としての技術水準については、その限りではＤＥ４３３０３４７Ｃ２（特許文献１）に開示され、それにより、適切な使用でもって一検出光線から複数のスペクトル領域を同時検出するためのいわゆるマルチバンド検出器が公知である。

しかしながら、技術水準によって公知の顕微鏡及びそこで使用されるマルチバンド検出器は、個々の構成部品の様々な配設のために多大な調整手数が必要となるので、実用において問題となることが多い。更には、これまで知られていたマルチバンド検出器は、このマルチバンド検出器の装備が個々の検出器と関連して、そしてまたその他の構成部品と関連して固定して取付けられるので、フレキシブルな利用がほとんどできない。
ＤＥ４３３０３４７Ｃ２（特表平９−５０２２６９号公報） この特許文献１の記載内容は、引用をもって本書に繰込み記載されるものである。

したがって、本発明はマルチバンド原理に基づいて作動する検出器装置を有するこの種の顕微鏡を、最も少ない調整手数でもってフレキシブルな利用が最も簡単な操作で可能となるように、構成し及び進展形成することを課題とするものである。

上述の課題は、本発明の第１の視点において請求項１の特徴事項を有する顕微鏡でもって、本発明により解決される。それによると、冒頭に記載した形式のこの種の顕微鏡において、検出器装置が検出線光路へ設置可能なそして全体として交換可能な検出器モジュールとして構成され、検出器モジュールは少なくとも二台の独立した検出器を備え、及びこれらの検出器は一緒に又は個々に交換可能であり、検出器モジュールは個々の検出器のための収容ブロックを備え、該収容ブロックは内室を有するケースを形成し、該内室は、検出光の光線通路に該当する接続開口部を除いて外方に対して閉塞して構成され、収容ブロックのケースはその外周にそって個々の検出器のための装着用に供する凹み部を備え、及びこれらの凹み部の各々はケースの内室から各検出器へ偏向された検出光のための、接続開口部へ通じ且つ各検出器の接続フランジが合う開口部を備える。
本発明の第２の視点において、光源及び検出器装置を有し、光源と試料との間で照明光線光路が、そして試料と検出器装置との間で検出線光路が延在する顕微鏡等の光学装置のための検出器モジュールであって、上記構成と同様の構成を有する検出器モジュールが提供される。

本発明により、検出器装置が検出線光路へ設置可能なそして全体として交換可能な検出器モジュールとして構成されるということによって、調整手数が既に事前調整されたモジュールに限定されるべきであるということが判明した。この検出器モジュールはそのように操作可能であるので、検出器モジュールがそのまま検出線光路中に正しく配置されかつ適切に調整されていることが保証されているに違いない。個々のオプティカルな構成部品の調整あるいは個々の機能グループの調整は必要ではない。検出器モジュールはこのように操作可能であり、技術水準で公知のマルチバンド検出器の全てのオプティカルな構成部品を調整された装置中に既にそれ自身として備える。

もし検出器モジュールのフレキシブルさに関して、これが少なくとも二台の独立した検出器を備えるならば、そしてこの双方の検出器が一緒にあるいは個々に交換可能であるならば、それは利点といえる。このことは、検出器モジュール自体として、即ちその全体として検出器と一緒に交換可能であるとともに、個々の検出器が同様に独立して交換できるということを意味する。検出器モジュールは多数の個々の検出器を、例えば一緒にあるいは個々に交換可能な三台乃至五台の独立した検出器を備えることができる。

個々の検出器３を容易に取付けるために、検出器モジュールは各検出器用に所定の検出器設置場所（個所）を有する。検出器モジュールの各検出器設置場所は検出器によって、あるいはそのダミーないし閉止要素（Blindelement）によって占有され得るが、検出器によって占有されない場合は、ダミー要素でもって及び場合によっては適切な組込式のミラー配設あるいは同類のものでもって、そうでなければ開いている光線通路を閉じることが、いずれにせよ必要となる。

技術水準で公知のマルチバンド検出器の場合におけるようなある機能の保証のために、検出器モジュールは同一の検出器タイプを備えることができる。別の構成のために、検出器モジュールが様々な検出器タイプで例えば光電増倍管、光子カウンタ等々で装備されることは可能である。検出器タイプの好ましい組合せは要求に応じて考慮されるが、その場合各検出器のケースがコンパチブルに、即ち検出器モジュールにユニット的に装着するように構成される。

検出光の差込入射に関して、もし検出器光が入射前に先に検出器モジュールへ各色成分（コンポネント）へ分離されるならば、それは利点といえる。そのために、検出器モジュールへの検出光の入射の前に検出光の拡開（ないしスペクトル分解）又は分離のためのオプティカルな手段を装備することができる。拡開された検出光線又は分離された検出光線はその後一緒に検出器モジュールへ到達し、そこで − 更に分離され − 各検出器へ対応してその具体的なレイアウトへ導かれる。検出光の拡開または分離のためのオプティカルな手段についてはプリズムが重要となり得る。

既に説明したように、検出器モジュール全体は顕微鏡の検出線光路へ配備され、そこで固定的に配設される。そのために特別なカップリング手段が装備され、その場合このカップリング手段は一方で検出器モジュール自体に、他方（カップリング）で顕微鏡のケースに及び／又は顕微鏡の一又は複数の機能グループに付設される。検出器モジュールはその際、顕微鏡のケースの外方からアクセスして交換できるように配設されるので、顕微鏡の「内部生命（即ち、内部機構）」へ更に及ぶような処置は不必要である。

カップリング手段については具体的にはプラグ連結あるいはバヨネット式連結が重要であるといえ、この場合ラチェット式又は非ラチェット式及びとりわけ組込み式に調整可能なものを組合せた連結技術が導入される。

機械的カップリングより更に利点のある方法として、その接続が機械的カップリングとあるいは検出器モジュールの差込みと好ましくは同時に成される電子的接続が考えられる。電気的接続は電力供給器用の及びデータ伝送器用の電気的導体を有する。

設計的な配慮として、特に検出器モジュールを容易に操作したり設置したりするために、もしこれが個々の検出器用に太鼓（ドラム）状に形成された収容ブロック（受けブロック）を備えるならば、それは利点といえる。太鼓状部の外周にそって個々の検出器が配設されるので、検出器モジュールの内部から星状に外部に配設された検出器への光線の分離は、それにより生成される幾何光学的原理・構成を使用して可能である。太鼓状部を形成する収容ブロックは好ましくは例えばアルミニウムから作成される。

収容ブロックに関しては、内室を形成するある種のケースが重要となる。この内室は、検出光の光線通路に関係する接続開口部のところまで − 一方で検出線光路への結合のために、他方で個々の検出器への結合のために − 外方へ向かっては少なくとも広範囲に閉塞した状態に構成される。

前述の実施形態に相応して、太鼓状部を形成するケース即ち収容ブロックはその外周にそって個々の検出器のための装着用の凹み部を備える。この凹み部の各々はケースの内室から各検出器へ偏向された検出光のための開口部を有し、この場合開口部は各検出器の接続フランジの差込みのために供する。相応して個々の検出器はそのケースと共に結合のために供する収容ブロックの凹み部へそしてそこに備えられた検出光の供給用の開口部に合わされる。この構成に相応してケースは全ての検出器に同等に、即ちそこに備えられた検出器タイプに関係なく、構成される。

個々の検出器は収容ブロックに − 各凹み部へ − 差込み可能であり、それによりそのポジションでロック可能である。例えば、個々の検出器の確実な据置きを保証するために、個々の検出器がそのポジションで収容ブロックのケースにネジ固定され、それにより検出器の不調整はその限りにおいて排除される、ということが可能である。既に記述したように、検出光線は収容ブロックへの進入（入射）前で分離される。この既に分離された検出光は収容ブロックの連結開口部を通って収容ブロックの内室へ至り、そこで個々の検出器への検出光を更に分離するための光線分離装置（Teilereinrichtung）へ到着する。光線分離装置には直列のミラースライダ装置（Spiegelschieber）が配設される。光線分離装置、特にそのオプティカルな構成部品は全体にあるいは部分的に据置かれた検出器にあるいは一又は複数の検出器の代わりに据置かれたダミー要素に付設されることも考慮できる。個々の検出器及び／又は検出器の代用であるダミー要素が光線分離装置の一部を形成することは可能である。

更なる利点として、検出器モジュールは電子的機能要素又は機能ユニットを備える。同様のことが結合すべき検出器にも適用できる。電子的機能要素又は機能ユニットは信号処理のために供する。その際例えばＡＤ−変換器が重要であることができる。好まれるミニチュア化のできる機能ユニットは検出器モジュールへあるいは個々の検出器へ組込み可能である。

検出器モジュール及び／又は個々の検出器は通常熱を生成する構成部品、例えば検光管を備える。これは、特にカプセル化された構成の場合、申し分のない稼動がもはや保証されないほど、稼動中に高い稼動温度に至る。もし検出器モジュール及び／又は個々の検出器が熱を生成するコンポネントを冷却するための冷却装置を備えるならば、それは利点といえる。そのために、検出器モジュール及び／又は検出器を顕微鏡ケースと又は顕微鏡脚台と熱的に連結するぺルチエ素子が供され得る。

具体的には、冷却装置は、熱を生成するコンポネント（部分）に付設された内部熱交換器と検出器モジュールのケースにあるいは顕微鏡のケース又は脚台に付設された外部熱交換器とを備えることができよう。その場合両熱交換器は互いに流れ的に連結される。そのようにして冷却装置は水冷却器としてまたはごく一般的に冷却剤パイプを有する冷却剤冷却器として構成されることができよう。また冷却剤パイプとしては、冷却剤用のオーソドックスなパイプ又はヒートパイプが重要となり得る。

本発明による検出器モジュールに関して、検出器モジュール、特に顕微鏡に利用される検出器モジュールを請求項１５において特許請求する。重複を避けるために本発明による顕微鏡は実施例でもって参照されたい。

ここに本発明の理論を利点ある方法で構成し展開形成させるには、様々な可能性がある。そのために一方で添付された請求項を、他方で図を利用した発明理論の好ましい後述の実施例の説明を参照すべきである。図を利用した発明理論の好ましい実施例の説明と関連付けて、理論の通常好ましい構成及び展開形態が説明される。

図１は、本発明による顕微鏡の構成部品である本発明による検出器モジュール１を概略図でもって示す。顕微鏡に関して、既に分離された検出光１１を有する検出線光路２が示される。検出器モジュール１は、それ以外ここには表示されない顕微鏡の検出線光路２に配設される。

本発明による構成において、検出器モジュール１については交換可能な、独立して、即ちそのように操作しやすい構成部品が重要（問題）となる。検出器モジュール１の個々の構成部品は調整されているので、これはただ検出線光路２へ置かれるだけで、そこで全体（一体）としての調整がなされるべきものである。

図１、２及び３においては、ここで採用された実施例における検出器モジュール１が一緒に又は個々に交換可能な全部で五台の互いに独立した検出器３を備えることが示される。このことは図２において明らかである。

各検出器３用に検出器モジュール１に特に検出器設置場所４が備えられ、その場合検出器モジュール１の各検出器設置場所４は検出器３によって又は図示されないダミー要素によって占有されることができる。既に詳述したように、検出器３については種々のタイプの検出器３が対象となることができる。それについては明細書の概説部分の記載が参照となるであろう。

検出器モジュール１は機械的そして電気的カップリング手段５を介して検出線光路２へ、更に厳密に言うと顕微鏡の対応するケース６部分へ置かれ得る。機械的そして電気的カップリング手段５の例は図３に示される。

最後に、カップリング結合に際して差込み連結又はバヨネット式連結及び電圧供給器用及びデータ配送用の電気的接続が重要となる。

図１ないし３からは更には、検出器モジュール１は実質的に太鼓（ドラム）状に形成された収容ブロック６を備えることがわかる。収容ブロック６の外周に沿って検出器３が配設され、この場合この収容ブロック６は、検出光１１の光線通路を除いて接続開口部８のところで外方に関して閉塞される内室７を有するケース６を形成する。

検出器３の結合のために収容ブロック６にその外周に沿って凹み部９が形成され、ここでは凹み部９はケース６の内室７から各検出器３へ偏向された検出光１１のために外方へ向く開口部１０を有する。開口部１０は、各検出器３の接続フランジ１２の差込みができるように、形成され寸法合せされる。それでもってオプティカルな連結が達成される。

各検出器３はそのことから機械的及び／又は電気的接続のために供するプラグ１３を備えるが、この説明は図３，４及び５から見て取れる。

既に記述したように、個々の検出器３は収容ブロック６に差込み可能であり、そのポジションにロック可能である。そのためには、図示されていないネジが供される。

収容ブロック６は、既に分離した検出光線１５のための連結開口部１４及び収容ブロック６の内室７に配された直列のミラースライダ装置を備える光線分離装置１６を備える。

図３、４及び５は、必要に応じて検出器モジュール１へモジュール的に差込まれる検出器３の構造を全体的に又は部分的に示す。図３では、検出器３はオプティカルな結合のため接続フランジ１２のそばに電気的結合用のプラグ１３を備え、その場合接続フランジ１２やプラグ１３は機械的結合用としても供することがわかる。検出器３の熱を生成する要素の冷却のために、これは外側部に、熱低下を生ぜしめ検出器ケース１８の内部で多かれ少なかれカプセル化した形状で配設される冷却フィン１７を備える。

図４及び５では検出器ケース１８及び冷却フィン１７のそばに電気的接続に供されるプラグ１３及びオプティカルな接続に供される接続フランジ１２が示される。さらに電力供給器２０及び冷却ヘッド２１以外に検光管１９が認められる。

図示されない更なる特徴については、重複を避けるため、明細書の一般の部分を参照にされたい。更に、先に考察した実施例は請求された理論の例題的説明に供するものであり、これはこれでもって実施例に限定されるというものではないことはいうまでもない。なお、本願の特許請求の範囲の各請求項に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであって、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明は、典型的には顕微鏡に適用されるが、本発明の原理（特に検出器モジュール）は、顕微鏡に限らず、照明光学系と検出光学系を備えた光学装置ないし光学的機能部分を備えた測定ないし検出装置一般に適用可能である。

本発明に係る顕微鏡の検出線光路における本発明に係る検出器モジュールの実施例の概略図、 図１における実施例において三台の検出器ユニットが検出器モジュールから離脱している概略図。 図１及び２における検出器モジュールであって、検出器ユニットのカップリング及び分離された検出光の経路が認識される概略側面図であり部分的には断面図。 検出器モジュールに連結可能な検出器ユニットの拡大断面図。 図４における検出器の機能グループであり、検光管及び更なる機能要素を供える図。

符号の説明

１ 検出器モジュール
２ 検出線光路
３ 検出器
４ 検出器設置場所
５ 電動カップリング手段
６ 収容ブロック、ケース
７ 内室
８ 接続開口部
９ 凹み部
１０ 開口部
１１ 検出光（各検出器への光線）
１２ 接続フランジ
１３ プラグ
１４ 連結開口部
１５ 検出光線
１６ 光線分離装置
１７ 冷却フィン
１８ 検出器ケース
１９ 検光管
２０ 電力供給器
２１ 冷却ヘッド

Claims (15)

1. 光源及び検出器装置を有し、光源と試料との間で照明光線光路が、そして試料と検出器装置との間で検出線光路（２）が延在する顕微鏡において、
   検出器装置が検出線光路（２）へ設置可能なそして全体として交換可能な検出器モジュール（１）として構成されること、
   検出器モジュール（１）は少なくとも二台の独立した検出器（３）を備えること、及びこれらの検出器（３）は一緒に又は個々に交換可能であること、
   検出器モジュール（１）は個々の検出器（３）のための収容ブロック（６）を備えること、
   該収容ブロック（６）は内室（７）を有するケースを形成し、該内室（７）は、検出光（１１）の光線通路に該当する接続開口部（８）を除いて外方に対して閉塞して構成されること、
   収容ブロック（６）のケースはその外周にそって個々の検出器（３）のための装着用に供する凹み部（９）を備えること、及びこれらの凹み部（９）の各々はケースの内室（７）から各検出器（３）へ偏向された検出光（１１）のための、接続開口部（８）へ通じ且つ各検出器（３）の接続フランジ（１２）が合う開口部（１０）を備えること
   を特徴とする顕微鏡。
2. 検出器モジュール（１）は同一の及び／又は様々な検出器タイプの検出器（３）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡。
3. 検出器（３）として、検光管として光電増倍管、光子カウンタの一以上が装備されることを特徴とする、請求項２に記載の顕微鏡。
4. 検出器モジュール（１）への検出光（１１）の結合ないし差込入射の前に検出光（１１）の拡開又は分離のための光学手段を検出線光路（２）に装備することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡。
5. 光学手段としてプリズムを用いることを特徴とする、請求項４に記載の顕微鏡。
6. 検出器モジュール（１）はカップリング手段（５）を介して検出線光路（２）へ設置可能であること、及び該カップリング手段（５）は検出器モジュール（１）にそして顕微鏡のケースに及び／又は顕微鏡の機能グループに付設されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の顕微鏡。
7. 収容ブロック（６）はアルミニウム製であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の顕微鏡。
8. 個々の検出器（３）は収容ブロック（６）に差込み可能であり、そのポジションでロック可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の顕微鏡。
9. 収容ブロック（６）は、既に分離された場合を含む検出光線のための連結開口部（１４）と、個々の検出器（３）への検出光線（１５）を更に分離するための、内室（７）に付設された光線分離装置（１６）と、を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の顕微鏡。
10. 光線分離装置（１６）は直列のミラースライダ装置を有することを特徴とする、請求項９に記載の顕微鏡。
11. 光線分離装置（１６）は、少なくとも部分的に、配置すべき検出器（３）に、又は一若しくは複数の検出器（３）の代わりに配置されたダミーないし閉止要素に、付設されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の顕微鏡。
12. 検出器モジュール（１）は電子的機能要素又は機能ユニットを備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の顕微鏡。
13. 検出器モジュール（１）及び／又は個々の検出器（３）は熱を生成するコンポネントを冷却するための冷却装置を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の顕微鏡。
14. 検出器（３）は、収容ブロック（６）のケースを利用してカプセル化されること、及び熱を生成する構成部品から外側部に配設された冷却フィン（１７）へ通ずる、熱を伝導する要素を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の顕微鏡。
15. 光源及び検出器装置を有し、光源と試料との間で照明光線光路が、そして試料と検出器装置との間で検出線光路（２）が延在する顕微鏡のための検出器モジュールであって、
    検出器装置が検出線光路（２）へ設置可能なそして全体として交換可能な検出器モジュール（１）として構成されること、
    検出器モジュール（１）は少なくとも二台の独立した検出器（３）を備えること、及びこれらの検出器（３）は一緒に又は個々に交換可能であること、
    検出器モジュール（１）は個々の検出器（３）のための収容ブロック（６）を備えること、
    該収容ブロック（６）は内室（７）を有するケースを形成し、該内室（７）は、検出光（１１）の光線通路に該当する接続開口部（８）を除いて外方に対して閉塞して構成されること、
    収容ブロック（６）のケースはその外周にそって個々の検出器（３）のための装着用に供する凹み部（９）を備えること、及びこれらの凹み部（９）の各々はケースの内室（７）から各検出器（３）へ偏向された検出光（１１）のための、接続開口部（８）へ通じ且つ各検出器（３）の接続フランジ（１２）が合う開口部（１０）を備えること
    を特徴とする検出器モジュール。

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