JP5690394B2 - 焦点調整装置および焦点調整方法 - Google Patents
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Description
(i) 機械的調整を行うことができる速度は、移動される対象物(対物レンズまたは試料)の質量によって制限され、一般的にはこの質量によって反応時間が遅くなる。
(ii) 機械的動作は時には試料を乱すこともあり、これによりユーザの興味のある特性を変えてしまう。
(i) 係るシステムのほとんどは高倍率のため、試料の結像面の変位が小さくても検出器を大きく平行移動することが必要である。
(ii) この検出器が対物レンズに対して最適に設計された位置に置かれていない場合、対物レンズの高開口数(NA)と、像を検出器上に焦点を合わせる結像光学系(結像光学システム)の低開口数(NA)との間の相違が多大な球面収差を生じさせる。その結果、変位された焦点面の像質が深刻に劣化してしまい、この質の劣化は検出器の移動が大きくなるにつれて次第にひどくなる。従って、検出器をその最適位置から移動するときに信号対雑音比(SN比)が大幅に減少する。このことは、ほとんどの用途、特に非線形の顕微鏡使用法において実際に大きな問題を引き起こす。
(iii) 全ての断面生成技術(セクショニング技術)、例えば共焦点顕微鏡法、ニプコー円板顕微鏡法、構成照射顕微鏡法(structured illumination microscopy)において、球面収差の存在は像のセクショニングの明らかな損失を導く。このことは、実用値になるように一貫したセクショニングに多大に依存する結像モードにとって非常に好ましくない。
22 マッピングレンズシステム
24 ビームスプリッタ
26 参照レンズ
30 第1の光軸
32 結像レンズ
34 CCD検出器
36 第2の光軸
40 物体空間
42 試料
Claims (18)
- 高開口数対物レンズと、この高開口数対物レンズの焦点を調整するための焦点調整装置とを含む光学システムであって、
前記焦点調整装置が、
中間像区域内に像を形成するためと、前記中間像区域内で選択された焦点面からの光を受けて再び焦点を合わせることによって像を捕捉するための像形成捕捉手段と、
前記中間像区域内で前記選択された焦点面の位置を調整するための焦点調整手段と、
を備えており、
前記像形成捕捉手段は、前記中間像区域に像を形成する少なくとも一つの高開口数レンズと、前記中間像区域内で像を形成する光を受けるように配置された別体の光学的な構成要素とを含んでおり、当該別体の光学的な構成要素は反射要素または第2の高開口数レンズのいずれか一方を含んでおり、
前記焦点調整手段は、前記少なくとも一つの高開口数レンズと前記別体の光学的な構成要素との相対的な軸方向位置を調整するように構成されており、
前記少なくとも一つの高開口数レンズが、前記高開口数対物レンズと光学的に整合されており、かつ空気中の開口数が少なくとも0.5であることを特徴とする光学システム。 - 前記焦点調整装置の前記少なくとも一つの高開口数レンズの開口角が、前記高開口数対物レンズの前記開口角と少なくとも同じ大きさであることを特徴とする請求項1に記載の光学システム。
- 検出器とこの検出器上に前記捕捉された像の焦点を合わせるための手段とを含む光検出システムを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学システム。
- 前記高開口数対物レンズを通して対象物を照射するための光源を含む照射システムを備える光学システムであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学システム。
- 高開口数顕微鏡対物レンズを有する顕微鏡システムを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学システム。
- 前記別体の光学的な構成要素が、前記中間像区域から光を受けて再び焦点を合わせるための第2の高開口数レンズを含んでおり、前記焦点調整手段が前記第1の高開口数レンズに対して相対的に前記第2の高開口数レンズの軸方向位置を調整するための手段を含んでいることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光学システム。
- 前記第1の高開口数レンズと第2の高開口数レンズとが、対向する一対の対物レンズであることを特徴とする請求項6に記載の光学システム。
- 前記第1の高開口数レンズと第2の高開口数レンズとが、同一のものであることを特徴とする請求項6又は7に記載の光学システム。
- 前記別体の光学的な構成要素が、選択された焦点面からの像を前記中間像区域内で捕捉するように前記高開口数レンズによって形成された前記像を同じ高開口数レンズ内へ反射するための反射要素を含んでおり、前記焦点調整手段が、前記反射要素の軸方向位置を調整するための手段を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光学システム。
- 前記焦点調整装置に入射する光からの反射された光を分割するためのビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項9に記載の光学システム。
- 偏光ビームスプリッタと、前記反射された光の偏光を調整するための、前記偏光ビームスプリッタと前記中間像区域との間に配置された偏光調整器と、を含むことを特徴とする請求項10に記載の光学システム。
- 前記偏光ビームスプリッタが、第1の軸の方向に第1の偏光を有する入射光を送り、第2の軸の方向に第2の偏光を有する光を反射するように構成および配置されており、前記焦点調整装置が、前記第1の軸上の第1の中間像区域内で像を形成および捕捉するための第1の高開口数レンズおよび第1の反射要素を含む第1の像形成捕捉手段と、前記第2の軸上の第2の中間像区域内で像を形成および捕捉するための第2の高開口数レンズをおよび第2の反射要素を含む第2の像形成捕捉手段と、前記第1の捕捉された像と前記第2の捕捉された像とを再結合するための手段と、を含むことを特徴とする請求項11に記載の光学システム。
- 前記焦点調整装置に入射する光から反射された光を分割するための弁別器を含むことを特徴とする請求項9に記載の光学システム。
- 前記像形成捕捉手段の前記少なくとも一つの高開口数レンズが、その空気中の開口数が少なくとも0.7であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の光学システム。
- 前記像形成捕捉手段の前記少なくとも一つの高開口数レンズが、その空気中の開口数が少なくとも0.9であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の光学システム。
- 高開口数対物レンズを有する光学システムの焦点調整方法であって、
前記高開口数対物レンズと光学的に整合されており、かつ空気中の開口数が少なくとも0.5である少なくとも一つの高開口数レンズを用いて中間像区域内に像を形成する工程と、
反射要素または第2の高開口数レンズのいずれか一方を含んでいる別体の光学的な構成要素を用いて前記中間像区域内に像を形成する光を受ける工程と、
前記中間像区域内で選択された焦点面から光を受けて再び焦点を合わせることによって像を捕捉する工程と、
前記少なくとも一つの高開口数レンズと前記別体の光学的な構成要素との相対的な軸方向位置を調整することによって、前記中間像区域内で前記選択された焦点面の位置を調整する工程と、
を含んでいることを特徴とする焦点調整方法。 - 高開口数対物レンズを有する光学システムを用いて対象物から光を集める工程と、請求項16に記載の方法によって前記光学システムの焦点を調整する工程と、前記光を検出器上に焦点を合わせて像を得る工程と、を含むことを特徴とする結像方法。
- 光源から光を生成する工程と、請求項16に記載の方法によって前記光の焦点を調整する工程と、高開口数対物レンズを有する光学システムを用いて対象物上に前記光を向ける工程と、を含むことを特徴とする照射方法。
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