JP6632993B2 - 光学ビーム走査検鏡のための装置及び方法 - Google Patents
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Description
視野の幅=フィールド数/倍率
さらに、カメラの像上で、試料上の走査ビームの位置を直接見ることは可能ではない。したがって、例えば、バイオチップ測定用途において、レーザビームのロケーションを制御することが難しい。
−レーザ源と顕微鏡対物レンズとの間でレーザビームの光路上に直列に配置される第1の反射光学手段及び第2の反射光学手段と、
−第1の所定の回転角に従って、上記第1の反射光学手段を傾斜させるように構成される第1の角度傾斜手段と、
−顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、上記第1の回転角の関数として、第2の所定の回転角に従って上記第2の反射光学手段を傾斜させるように構成される第2の角度傾斜手段であって、上記光学ビームは、物体平面における上記少なくとも1つ方向に従って光学ビームを変位させるように、長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心にセンタリングされたままである、第2の角度傾斜手段と
を備える光学ビーム走査検鏡装置が提案される。
−レーザ源と顕微鏡対物レンズとの間でレーザビームの光路上に直列に配置される第3の反射光学手段及び第4の反射光学手段と、
−第3の所定の回転角に従って、上記第3の反射光学手段を傾斜させるように構成される第3の角度傾斜手段と、
−顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、上記第3の回転角の関数として、第4の所定の回転角に従って上記第4の反射光学手段を傾斜させるように構成される第4の角度傾斜手段であって、上記光学ビームは、物体平面における別の方向に従って光学ビームを変位させるように、長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心にセンタリングされたままである、第4の角度傾斜手段と
を更に備える。
−第1の反射光学手段及び第3の反射光学手段は、同じ第1のミラーによって形成され、
−第2の反射光学手段及び第4の反射光学手段は、同じ第2のミラーによって形成され、
−第1のミラーは、例えば、圧電式又はボイスコイル式の2つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、及び/又は第2の平面境は、例えば、圧電式又はボイスコイル式の2つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、
−第1の反射光学手段は、第1のミラーから形成され、第2の反射光学手段は、第2のミラーから形成され、
−第3の反射光学手段は、第3のミラーから形成され、第4の反射光学手段は、第4のミラーから形成され、
−第1のミラーは、例えば、ガルバノ式の1つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、第2のミラーは、1つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、第3のミラーは、1つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、及び/又は第4のミラーは、1つの回転軸を有するアクチュエータに搭載され、
−第1のミラーのアクチュエータは、位置信号を供給する位置センサを備え、第2のミラーのアクチュエータは位置センサを備え、本装置は、第1のミラーのアクチュエータの位置信号の関数として、第2のミラーのアクチュエータの制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備え、及び/又は第3のミラーのアクチュエータは、別の位置信号を供給する別の位置センサを備え、第4のミラーのアクチュエータは、別の位置センサを備え、本装置は、第3のミラーのアクチュエータの位置信号の関数として、第4のミラーのアクチュエータの制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備え、
−第2の回転角は、第1の回転角、第1の反射光学手段と第2の反射光学手段との間の距離B、及び第2の反射光学手段と顕微鏡対物レンズの入射瞳の中心との間の距離Aの関数であり、
−本検鏡装置は、異なる倍率を有する複数の顕微鏡対物レンズを備え、
−上記少なくとも1つの光源は、レーザ源式及び/又は発光ダイオード式の1つ又は幾つかのソースを含む。
−上記少なくとも1つの光源と顕微鏡対物レンズとの間に配置されるビーム拡大器であって、固定及び/又は可変倍率を有する、ビーム拡大器と、
−顕微鏡対物レンズの物体平面の像を形成し、及び/又は光学ビーム走査を用いて走査される試料のゾーンを表示するように構成されるビューカメラと、
−物体平面において試料を照明するように構成される白色光源と、
−物体平面と光学的に共役する平面に配置される共焦点孔及び、少なくとも1つの光源と顕微鏡対物レンズとの間に配置されて光学ビームをコリメートして、コリメート光学ビームを形成する手段と
を更に備え、第1の反射光学手段及び第2の反射光学手段は、コリメート光学ビームの光路上に直列に配置される。
−少なくとも1つの光源により光学ビームを発するステップ、
−上記光学ビームを第1の反射光学手段で光学的に反射し、次に、第2の反射光学手段で光学的に反射するステップであって、第1の反射光学手段及び第2の反射光学手段は、上記少なくとも1つの光源と顕微鏡対物レンズとの間で光学ビームの光路上に直列に配置される、光学的に反射するステップ、
−第1の所定の回転角に従って、上記第1の反射光学手段を傾斜させるステップ、
−長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、第1の回転角の関数として、第2の所定の回転角に従って上記第2の反射光学手段を傾斜させるステップ、並びに
−物体平面における少なくとも1つの空間方向に従って上記光学ビームを変位させるように、上記顕微鏡対物レンズにより、物体平面において上記光学ビームを結像するステップ。
−上記光学ビームを第3の反射光学手段に光学的で反射し、次に、第4の反射光学手段で光学的に反射するステップであって、第3の反射光学手段及び第4の反射光学手段は、上記少なくとも1つの光源と上記顕微鏡対物レンズとの間で光学ビームの光路上に直列に配置される、光学的に反射するステップ、
−第3の所定の回転角に従って、上記第3の反射光学手段を傾斜させるステップ、
−長手方向光軸に対する光学ビームの軸の傾斜角範囲にわたり、顕微鏡対物レンズの瞳の中心の回りを旋回することにより、光学ビームの軸を角度傾斜させるように、第3の回転角の関数として、第4の所定の回転角に従って上記第4の反射光学手段を傾斜させるステップ、並びに
−物体平面における少なくとも1つの別の空間方向に従って上記光学ビームを変位させるように、上記顕微鏡対物レンズにより、物体平面において上記光学ビームを結像するステップ。
X=f.tan(θ) (I)
RX2=((ArcSIN(−B×SIN(2・RX1)/A)−2×RX1+π/2)/2−π/4 (II)
式中、
RX1は、ミラーM−X1の回転角(ラジアン単位)を表し、
RX2は、ミラーM−X2の回転角(ラジアン単位)を表し、
Aは、光線の集束距離(mm単位)又は対物レンズ1の焦点距離を表し、
Bは、ミラーM−X1とM−X2との間の距離(mm単位)を表す。
1)例えば顕微鏡の、対物レンズの開口数(NA)は、以下の式に従ってレンズの直径及び焦点までの距離に依存する。
(0.51*λ)/NA (IV)
に等しいものとして、エアリーの公式によって定義される。
Claims (10)
- 光学ビーム(2)を発するように構成される少なくとも1つの光源(20)と、
検鏡装置の長手方向光軸(10)に従って配置された、入射瞳を有する顕微鏡対物レンズ(1)であって、前記瞳は前記長手方向光軸(10)上に中心(O)を有し、前記長手方向光軸(10)を横断する物体平面(11)において前記光学ビーム(2)を結像するように構成される顕微鏡対物レンズ(1)と、
前記物体平面(11)における少なくとも1つの空間方向(X,Y)に従って前記光学ビーム(2)を角度変位させる手段と、
を備えた光学ビーム走査検鏡装置であって、
前記光学ビーム(2)を角度変位させる手段が、前記光源(20)と前記顕微鏡対物レンズ(1)との間で前記光学ビーム(2)の光路上に直列に配置された第1のミラー(M−XY1)と第2のミラー(M−XY2)とで構成され、
前記第1のミラー(M−XY1)は、第1のミラー(M−XY1)を第1の回転軸(X)の周りで第1の所定の回転角(RX1)に従って傾斜させ且つ前記第1の回転軸(X)を横切る第2の回転軸(Y)の周りで第3の所定の回転角(RX3)に従って傾斜させるように構成された2つの回転軸を有するアクチュエータ(25)上に搭載され、
前記第2のミラー(M−XY2)は、第1の回転軸(X)の周りを前記の第1の所定の回転角(RX1)の関数で第2の所定の回転角(RX2)に従って傾斜させ且つ前記第1の回転軸(X)を横切る第2の回転軸(Y)の周りを前記の第3の所定の前記回転角(RX3)の関数で第4の所定の回転角(RX4)に従って傾斜させるように構成された2つの回転軸を有するアクチュエータ(26)上に搭載され、
前記顕微鏡対物レンズ(1)の前記瞳の中心(O)の回りを回動させることにより前記光学ビーム(2)の軸(12)を角度傾斜させ、前記長手方向光軸(10)に対する前記光学ビーム(2)の前記軸(12)の傾斜角範囲で前記光学ビーム(2)が前記顕微鏡対物レンズ(1)の前記瞳の前記中心(O)にセンタリングされたままで、前記物体平面(11)における前記2つ方向(X、Y)に従って前記光学ビームを変位させる、
ことを特徴とする光学ビーム走査検鏡装置。 - 前記第1のミラー(M−XY1)のアクチュエータ(25)が圧電式又はボイスコイル式であり、及び/又は、前記第2のミラー(M−XY2)のアクチュエータ(26)が圧電式又はボイスコイル式である請求項1に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記第1のミラー(M−XY1)の前記アクチュエータ(25)が、位置信号を供給する位置センサを備え、前記第2のミラー(M−XY2)の前記アクチュエータ(26)が位置センサを備え、前記装置は、前記第1のミラー(M−XY1)の前記アクチュエータ(25)の前記位置信号の関数として、前記第2のミラー(M−XY2)の前記アクチュエータ(26)の制御信号を駆動するように構成される位相ロックループシステムを備える、請求項1又は2に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記第2の回転角(RX2)が、前記第1の回転角(RX1)、前記第1のミラー(M−XY1)と前記第2のミラー(M−XY2)との間の距離B、及び前記第2のミラー(M−XY2)と前記顕微鏡対物レンズ(1)の前記入射瞳の前記中心(O)との間の距離Aの関数である、請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記少なくとも1つの光源(20)は、レーザ源式及び/又は発光ダイオード式の1つ又は複数のソースを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記光源(20)と前記顕微鏡対物レンズ(1)との間に配置されるビーム拡大器(31)を更に備え、前記ビーム拡大器(31)は固定及び/又は可変倍率を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記顕微鏡対物レンズの前記物体平面(11)の像を形成し、及び/又は光学ビーム走査を用いて走査される試料のゾーンを表示するように構成されるビューカメラ(9)を更に備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記検鏡装置が前記物体平面(11)と光学的に共役する平面に配置される共焦点孔(34)を備え、前記少なくとも1つの光源と前記顕微鏡対物レンズとの間に配置されて前記光学ビーム(2)をコリメートして、コリメート光学ビームを形成する手段を備え、前記第1のミラー(M−XY1)及び前記第2のミラー(M−XY2)は、前記コリメート光学ビームの前記光路上に直列に配置される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 前記検鏡装置が、前記光学ビームの角度変位の関数として、前記試料上の前記光学ビーム(2)の反射、透過、及び/又は散乱により信号を測定し解析するように構成されるラマン分光計、コヒーレント反ストークスラマン分光計、蛍光分光計、フォトルミネッセンス分光計、又はカソードルミネッセンス分光計と組み合わせられる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学ビーム走査検鏡装置。
- 下記(a)〜(e)のステップを有する光学ビーム走査検鏡方法:
(a)光源により光学ビーム(2)を発するステップと、
(b)前記光源と顕微鏡対物レンズ(1)との間で前記レーザビーム(2)の光路上に直列に配置された第1のミラー(M−XY1)で、次に、第2のミラー(M−XY2)で前記レーザビーム(2)を光学的に反射し、
(c)第1のミラー(M−XY1)を第1の回転軸(X)の周りで第1の所定の回転角(RX1)に従って傾斜させ且つ前記第1の回転軸(X)を横切る第2の回転軸(Y)の周りで第3の所定の回転角(RX3)に従って傾斜させるステップと、
(d)前記第2のミラー(M−XY2)を前記第1の回転軸(X)の周りを前記第1の所定の回転角(RX1)の関数で第2の所定の回転角(RX2)に従って傾斜させ且つ前記第1の回転軸(X)を横切る同じ第2の回転軸(Y)の周りを前記第3の所定の回転角(RX3)の関数で第4の所定の回転角(RX4)に従って傾斜させて、長手方向光軸(10)に対する前記光学ビーム(2)の前記軸(12)の傾斜角範囲での前記顕微鏡対物レンズ(1)の瞳の中心(O)の回りの回動によって前記光学ビーム(2)の前記軸(12)を角度傾斜させるステップと、
(e)物体平面(11)における2つの空間方向(X、Y)に従って前記光学ビーム(2)を変位させるように、前記物体平面(11)で前記顕微鏡対物レンズ(1)によって前記光学ビーム(2)を結像するステップ。
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