JPH05508235A - 改良形共焦点走査光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基板上の透明層と、 透明層の上の対反射被覆とを含む、ことを特徴とする請求項２３記載のディスク 。

２７　共焦点走査顕微鏡に用いるディスクは、透明な基板と、 基板上の透明層であり、層はその上に入る光放射線の０．１％以下を送信し、ま た層の部分はディスクの回転につれてサンプルを走査するのに適したらせんパタ ーン状に配列される、前記透明層とを含む、ことを特徴とするディスク。

２８　透明層の上に対反射被覆をも含む、ことを特徴とする請求項２７記載のデ ィスク。

２９　孔はその第１アレイおよびその第２７レイに配列され、第１７レイにある 孔および￥＆２アレイにある孔はディスクの別個な環状部分に置かれ、また第１ ７レイにある孔は第１中心間の間隔を有し、かつ第２７レイにある孔は第２中心 間の間隔を有する、ことを特徴とする請求項２７記載のディスク。

３０　孔は事実上６角形のアレイ・パターンに配列されている、ことを特徴とす る請求項２７記載のディスク。

明　細　書 改良形共焦点走査光学顕微鏡 発明の分野 本発明は改良されたリアル−タイム共焦点走査顕微鏡、および共焦点走査顕微鏡 に使用する改良されたさん孔ディスクに関する。

発明の背景 在来の光学顕微鏡と違って、共焦点走査光学顕微鏡（Ｃ１０Ｍ）の像は、ピンホ ールを通しである時点で１つの点をサンプルする。Ｃ３０Ｍの主な利点は、それ らが他の光学顕微鏡よりも浅い被写体深度を有する点である。つまり、Ｃ３０Ｍ は高さと幅の画情報を分解し得るとともに、妨害の少ない波長によって高さ方向 に分離されるサンプルの区域を（個々に）撮像することができる。

丁、Ｒ，：］−ル（Ｃｏｒｌｅ）　（本出願の出願人の１人）、Ｇ、　Ｑ、キシ アオ（Ｉｉｘｏ）　、Ｇ、Ｓ、キノ（Ｋｉｎｏ）およびＮ、　Ｓ、レヴアイン（ Ｌｅｖｉｎｅ）は、１９８９年２月２６日−３月３日に、カリフォルニア州サン ・ジョースのマイクロリトグラフィに関する５ＰＩＥシンポジユウムで提案され た「リアル−タイム共焦点走査光学顕微鏡の特徴」と呼ばれる彼らの報告書の中 で、スピニング・ニブカラ（Ｎｉｐｋｏｖ）ディスク（多数の孔がらせんパター ンにさん孔されたり腐蝕されたりしたさん孔形ディスク）を通ってアーク灯から の光が伝搬するＣ３０Ｍを説明している。ニブカラ・ディスクの各照射孔は、撮 像すべきサンプル上にスポットを作る。サンプルから反射された光はディスクを 通って接眼レンズに戻って伝搬する。

サンプル上の多くの点はニブカラ・ディスクの孔を通る光によって同時に照射さ れるので、システムは平行な多数の共焦点顕微鏡として有効に機能する。サンプ ルはディスクがスピンするにつれて走査され、スピンするらせん孔パターンはサ ンプルを横切って被照射点パターンを掃引する。ディスクがスピンするにつれて 、システムはサンプルのリアル−タイム共焦点像を発生させる。

在来のリアル−タイム共焦点走査顕微鏡が第１図に示されている。第１図のシス テムには、ニブカラ・ディスク１をその軸２の回りにスピンさせる電動機１３が 含まれる。光源３（アーク灯または他の強い光源）からの光は、コンデンサ５に より集束され、偏光器７によって偏光され、次にアイリス９を通って伝搬し、１ 部反射性のビームスプリッタ１１によってディスク１に向けて反射される。ビー ムスプリッタ１１からディスク１に入る光の若干は、ディスク１の孔を通り、管 レンズ１５、％波長板１７、および対物レンズ１９を通って、サンプル２１の上 に伝搬する。

光の若干はサンプル２１から反射して、レンズ１９、％波長板１７、レンズ１５ 、およびディスク１にある同じ組の孔を通って後方に伝搬する。次に反射された 光は、１部反射性、１部透過性のビームスプリッタ１１．２次対物レンズ２５を 、そしてアパーチャ板２３のアパーチャ、およびアナライザ２７にある２次対物 レンズ２５を通って送られる。アナライザ２７からの偏光された光は、鏡２９か ら反射して、接眼レンズ３１に入射する。

別法として、接眼レンズ３１はＣＣＤカメラのような像記録デバイスにより置き 替えることができる。

ディスク１の軸２は、対物レンズ１９の光学軸２２およびサンプル２１に関して 非ゼロの角度で傾斜される。

これはディスク１からの不要な反射をそらし、それらが接着レンズ３１に達する のを防止する。

偏光器７、％波長板１７、およびアナライザ２７は共に機能して、ディスクから の不要な反射による干渉を減少させる。アナライザ２７は、弦波長板１７を通っ て２度（１度はサンプル２１に達する前、また１度はサンプル２１から反射する 後で）伝搬した偏光放射線を送るように向けられ、そして％波長板１７を通って ２度伝搬しなかった放射線をブロックするように向けられる。

第２図は、第１図のシステムのニブカラ・ディスク１の平面図である。ディスク １を通ってわたるピンホール１４は、らせんパターン状に配列されている。典型 的なニブカラ・ディスクには、おのおの直径１０−３０ミクロンで隣接するピン ホールから５０−２００ミクロンだけ隔置された１００万個程度のピンホールが 含まれている。早期の共焦点顕微鏡では、ニブカラ・ディスクのピンホールは、 薄い銅版にさん孔された。さらに最近、ニブカラのディスクはシリコン・ウエー ファを腐食させたり、クロム−ガラスのホトマスク法を用いたりして作られるよ うになった。

在来のニブカラ・ディスクに基づく共焦点顕微鏡の大きな問題点は、試料から検 出器に戻される光信号が掻めて小さい点である。２００ミクロンだけ隔置された （中心間で）３０ミクロンの孔を持つ在来のニブカラ・ディスクは、その上に入 る放射線の２％しか送らない。放射線の他の９８％は使用されず（接眼レンズに 向かうような）、望ましくない方向に反射される。追加の光学損は、光が他のシ ステム構成部品（別の偏光器およびアナライザ構成部品を含む）を通って伝搬す る（またはそれから反射する）毎に生じる。

本発明までは、サンプルの像にある光の全量を増加するようにニブカラ・ディス クに基づく共焦点顕微鏡を設計する一方、地雑音をも減少させる方法が知られて いな本発明は改良されたリアル−タイム共焦点走査顕微鏡およびそのような顕微 鏡に用いる改良された礼式ディスクである。本発明の顕微鏡の好適実施例には、 偏光ビーム分割立方体（在来のシステムに使用された分離偏光器、アナライザ、 およびビーム分割板のすべての３つに代わる）、ならびに置かれた回転式ニブカ ラ・ディスク（事実上６角孔のパターン）が含まれ、その結果ディスクが回転す るにつれて作られる走査ラインは、サンプルの主な線形構造および事実上４５° に等しい角度でシステムのビデオ・カメラにおけるセンサ・アレイの両方を横切 る。このディスクの配置は、一様でない走査に起因する輝度の変化が像に影響を 及ぼさないことを保証する。

ニプカウ・ディスクの回転は、カメラのフレーム・レートと同期すべきであり、 それによってどのような走査誤差でもカメラの出力にう、ンダムな（フレーム間 での）変化を生じさせない。ニプカウのディスクは、ディスクの異なる角度部分 （「リング」）に置かれた複数の事実上６角孔アレイと共にさん孔されることが 望ましい。

偏光ビーム分割立方体は、誘電膜により共に接続（すなわち接合）された２個の ３角形プリズムから成ることが望ましい。立方体の面からの望ましくない光の反 射は、誘電膜の直角軸の回りに立方体を配置させることによって除去され、その 結果光は立方体の面で非ゼロ入射角で入射する。吸収フィルタ（１片の黒色ガラ スのような）は、立方体の黒い面の上に漂遊光を吸収するように光学的に接着（ または塗装、さもなければ被覆）されることが望ましい。

第１クラスの実施例では、２次対物レンズおよび２次管レンズは、接眼レンズと ビーム分割立方体との間に置かれて、接眼レンズで拡大された像を作る。第２ク ラスの実施例では、第１クラスの実施例にある角度および他の収差は、２次対物 レンズと２次管レンズとの間のコリメートされた光の空間内にビーム分割立方体 を置くことによって減少される。しかし、第２クラスの実施例における立方体の 位置は、２次対物レンズの上表面からの反射により不要の背景雑音を増加させる 傾向がある。

図面の簡単な説明 第１図は、在来のリアル−タイム共焦点走査顕微鏡の簡潔化された側面図である 。

第２図は、第１図のシステムに使用された型のニプカウ・ディスクの平面図であ る。

第３図は、本発明の好適実施例によるリアル−タイム共焦点走査顕微鏡の簡潔化 された側面図である。

第４図は、第３図の実施例に使用された偏光ビーム分割立方体の斜視図である。

第５図は、本発明の１つの代替実施例によるリアル−タイム共焦点走査顕微鏡の 簡潔化された側面図である。

第６Ａ図は、在来のニプカウ・ディスクの１部の拡大された平面図である。

第６Ｂ図は、本発明に使用する改良形二プカウ・ディスクの１部の拡大平面図で ある。

第７図は、本発明を使用する改良形二プカウ・ディスクの簡潔化された平面図で ある。

４ＩＩＥ８図は、第７図のニプカウ・ディスクの１部の簡潔化された側断面図で ある。

第９図は、サンプルの細長い構造およびサンプルを横切る走査ラインを示す本発 明により得られるサンプルの像である。

第１０図は、第３図のシステムの１部の簡潔化された斜視図である。

好適実施例の詳細な説明 第３図の実施例では、本発明には、ディスク軸６２の回りにニプカウ・ディスク ５１を回転させる電動機６３が含まれる。光源５３（アーク灯または他の強い光 源である）からの光は、コンデンサ５５によってアパーチャ板（「アイリス・ダ イアフラム」）５６を通ってピンホール・アパーチャに集束され、次に事前偏光 立方体５８ａ１中性密度フィルタ５８ｂ１およびカラー・フィルタ５８ｃを通っ て偏光ビーム分割立方体５７の前面に進む。

第３図の好適実施例では、立方体５７は３角形プリズム５７ａおよび５７ｂと、 その間に挟まれた誘電膜インターフェース６０とを含む。膜６０は、ランプ５３ からの光の第１部分（第１偏光を有する）をディスク１に向けて反射する。ラン プ５３からの光の第２部分（箪２偏光を有する）は、素子５７ａからインターフ ェース６０を通って素子５７ｂに送られ、そして吸収層５９によって吸収される 。吸収層５９は、立方体５７の素子５７ｂの後面に光学接着された１枚の黒ガラ スであることが望ましいが、別法として素子５７ｂの後面上に塗装され、さもな ければ被覆されたもう１つの吸収物質であることができる。策３図の実施例の変 形では、吸収層５９が省略される。事前偏光素子５８ａ（偏光立方体であること ができる）の機能は、偏光された光をブロックすることであり、その結果もしブ ロックされないならば、光はインターフェース６０を経て吸収層５９に送られる 。素子５８ａにおけるそのような偏光された光をブロックすることによって、本 発明の顕微鏡の作動中に層５９で吸収されなければならないパワーが減少される 。

偏光ビーム分割立方体５７の使用は、第１図のシステムと比較して本発明のシス テムの効率を著しく改善する。

これは、第１図のシステムにおいて、ビームがビーム分割板１１を通る毎に光の 輝度の大きな（約５０％）減少がある。偏光ビーム分割立方体５７の使用により この損失がなくなり、その結果最終像で５０−８７％以上の光が得られる。偏光 ビーム分割立方体５７を用いるもう１つの利点は、第１図のビーム分割板１１の 後面からの反射により生じる型のゴースト像を除去することである。

第４図に示される通り、光源５３からのビーム９０が一般に異なる偏光を持つ構 成部品（偏光軸９０Ａと９０Ｂとを有する）を含むのは、事前偏光素子５８ａが 不完全である（かつある実施例では省略することができるからである）。ビーム ９０は素子５７ａの前面で入射して、立方体５７の中の膜６０に達すると、反射 されて送られたビーム９２および９４に分かれる。第１偏光（第４図の垂直線形 偏光）を有するビーム９４は、後方部分５７ｂを通って立方体５７を出て、後方 部分５７ｂの上に被覆され、（または後方部分に隣接して置かれた）吸収層５９ によって吸収される。層５９は便宜上第４図に展開図で示されるが、本発明の顕 微鏡の作動中に素子５７ｂの後部表面上に隣接されたり被覆されたりする。

第２偏光（第４図の水平線形偏光）を有するビーム９２は、素子５７ａの側面を 通って立方体５７を出て、その後第２対物レンズ６１を通ってディスク５１（纂 ３図に示される）に向かって伝搬する。

箪２偏光（第４図の水平線形偏光）を有するビーム９２は、素子５７ａの側面を 通って立方体５７を出て、その後２次対物レンズ６１を通ってディスク５１（第 ３図に示される）に向かって伝搬する。

立方体５７からディスク５１に入る光の若干は、ディスク５１の孔を通り、次に 視野レンズ６５、管レンズ６７、偏光回転素子６９、および対物レンズ７１を通 ってサンプル７３の上に伝搬する。素子６９は％波長板であることが望ましい。

サンプル７３からの反射後、光はレンズ７］、素子６９、レンズ６７、レンズ６ ５、ディスク５１にある同じ組の孔、および２次対物レンズ６１を通って後方に 伝搬する。素子６９を通って２度伝搬することにより回転されるその偏光を有し てから、この光（第４図でビーム９６として示される）は立方体５７に入射する 。ビーム９６の部分９７は膜６０を通って伝搬し、素子５７ｂの側面を通って立 方体５７を出る。

立方体５７を出てから、ビーム９７は、２火管レンズ７７（アパーチャ板７５を 通ってアパーチャに置かれている）を通ってビーム分割器７９に向けて伝搬する 。典型的に述べれば、ビーム分割器７９はペンタ・プリズムであり、これはその 上に入る像を逆転しない。ビーム分割器７９から反射されたビーム９７の部分は 接眼レンズ８１に達し、ビーム分割器７９を通して送られた部分は、ビデオ・カ メラ８３（ＣＯＤまたはビディコン・アレイを含むことが望ましい）に達する。

第３図に示された好適実施例では、システムの像受信装置には、ビデオ・カメラ ８３、接眼レンズ８１、およびビーム分割器７９が含まれる。代替実施例では、 カメラ８３および接眼レンズ８１のいずれかで、ビーム分割器７９はシステムの 像受信装置から省略することができる。

再度第４図を見ると、軸９８はインターフェース６０の面に対して直角であるの で、立方体５７の軸９８の回りの回転は膜６０の方向を変えない。１つの好適実 施例では、立方体５７は軸９８の回りのそのような配置で本発明の顕微鏡に置か れているので、立方体の外面から反射された光は、サンプルの撮像を妨害せず、 その反射には、立方体の外側からの立方体の外面の１つに入射する光の反射、お よび立方体内部からの立方体外面の１つで入射する光の反射（ビーム９１のよう な）が含まれる。

例えば、立方体５７は軸９８の回りに配置されることが望ましいので、ビーム９ ０および９６は十分に大きな、非ゼロの入射角で立方体に入射するので、これら のビームの反射は、それらが顕微鏡構成部品から立方体５７に戻って反射されな い。そのような好適の立方体配置では、素子５７ａの前面から反射された入射ビ ーム９０の部分も、素子５７ａの側面から反射されたビーム９６の部分も、本発 明の顕微鏡の作動を妨害しないと思われる。第４図において、立方体５７は軸９ ８の回りに配置されることが望ましいので、これらのビームの反射は、それらが 顕微鏡の構成部品から立方体５７に戻って再反射されない。そのような好適の立 方体配置では、素子５７ａの前面から反射された入射ビーム５０の部分も、素子 ５７ａの側面から反射されたビーム９６の部分も本発明の顕微鏡の作動を妨害し ない。第４図において、立方体５７は軸９８の回りに配置されるように示されて いるので、ビーム９１（インターフェース６０から反射されて、次に素子５７ａ の外側の面から反射され、さらにインターフェース６０および素子５７ｂの外側 を通って伝搬されたビーム９０の１部である）は、ビーム９７の方向に関して非 ゼロの角度Ａで立方体５７を出る。

ディスク５１の紬６２は、対物レンズ７１の光学軸７２およびサンプル７３に関 して非ゼロの角度で傾斜され、その結果ディスク５１からの反射された光のかな りの部分をそらし、つまりそのような反射された光が接眼レンズ８１およびカメ ラ８３に達するのを防止する。例えば、第３図に示される通り軸７２に関して５ °に傾斜されるディスク５１によって、ディスク５１の上表面からの反射はアパ ーチャ板７５を打つ（接眼レンズおよび管レンズに対して上方に伝搬する代りに ）。

ニプカウ・ディスク５１が回転するにつれて、ピンホールのらせんパターンは視 野全体を走査する。ディスクのどのような欠陥でも（ディスク上の汚れ、ディス ク上のスクラッチまたは微小な孔、変動する電動機速度、またはディスクの偏心 取付けのような）接眼レンズ８１およびカメラ８３でラインを走査させる。これ らの走査ラインは、電動機の回転と同じ方向に走る明暗ラインとして表わされる 。そのような走査線の１つの例は、第９図に示される（以下に検討すべき）サン プル像にあるライン７９である。走査ラインが測定されているサンプル構造物（ すなわち細長いサンプル構造物７４の１つ）の縁で生じたならば、不正確な結果 が得られる。

この理由（第１０図に示されるような）で、ディスク５１は、ディスクが回転す るにつれてサンプル７３の上に投影される走査ビーム８６の通路が事実上４５° に等しい角度でサンプルの主線形構造物７４と交差するように置（べきである。

また（、第１０図に示される通り）、ディスク５１およびビデオ・スメラ８３は 、走査線７６（カメラ上に投影された走査ビーム８６の反部）がビデオやカメラ ８３の感知器アレイ８４（ＣＯＤまたはビディコン・アレイであってもよい）に よって、事実上４５°に等しい角度で定められる短形グリッドと交差する。この 配置は、一様でない走査に起因する輝度変化が測定に影響しないことを保証する 。

疑似走査ラインに伴なう問題を減少させるもう１つの方法は、ディスク５１の回 転をカメラ８３のフレーム・レートと同期そせることである。これは、走査誤差 によりカメラ出力におけるランダムな（フレーム間の）変化を生じさせないよう にする。そのような同期化は、電子ディスク５１（または電動機６３）に取付け られたエンコーダ９０（第１０図に示されている）からの信号を、カメラのセン サ・アレイ８４を読み出すためにカメラ８３の読み出す装置８８（箪１０図に示 される）に使用されるラインまたはフレーム同期パルスと比較する。誤差信号は 、電動機６３用の帰還制御信号として用いるように発生される（そのような比較 の結果として）。

立方体５７と素子６９は共に機能して、下記の方法でディスク５１からの不要な 反射による干渉を減少させる。

立方体素子５７ａおよび５７ｂは、素子６９を通って２度伝搬した偏光放射線を 送るように向けられるが、素子５７ａの側面を励振した放射をブロックし、かつ ディスク５１からその側面に対して後ろに反射される。

第３図にある２次対物レンズと管レンズ６１および７７との間のコリメートされ た空間におけるビーム分割立方体の位置は、ビーム分割立方体がニブカラ・ディ スクと、２次対物レンズおよび第２管レンズの両方との間に置かれる実施例にあ る色収差をかなり減少させる。そのような色収差は特に、ビーム分割立方体が策 ４図に示される通りに傾斜される実施例において厳密である。

第５図の実施例は、以下に説明するいくつかの点で、第３図の実施例と異なって いる。他のすべての点では、それは第３図のものに対応する（かつ第３図のもの と同じ参照数字によって識別される）構成部品を含む。

第５図において、光源５３からの光は、コンデンサ５５によって小さなアイリス ・ダイアフラム５６の上に集束され、次に偏光ビーム分割立方体５７の前面まで 伝搬する。アイリス５６は、ディスク５１を照射するための小さな光源の働きを する。箪５図の実施例の変形において、照射の点（または小）光源を与える代替 の構成部品を使用することができる。しかし、拡大された光源が使用されるなら ば、顕微鏡の分解能は減少する。

第５図において、偏光ビーム分割立方体５７からディスク５１に入る光の若干は 、ディスクにある孔を通り、次に視野レンズ６５、管レンズ６７、偏光回転素子 ６９（これは％波長板であることが望ましい）、および対物レンズ７１を通って 、サンプル７３の上に伝搬する。サンプル７３からの反射後、光はレンズ７１、 素子６９、レンズ６７、レンズ６５、ディスク５１にある同じ組の孔、偏光ビー ム分割立方体５７、アパーチャ板７５に置かれたレンズ７７、およびレンズ９１ ′を通ってビーム分割板７９まで後方に伝搬する。

レンズ７７およびレンズ９１′はそれぞれ、２次対物レンズおよび２次管レンズ として働き、サンプルの拡大された像を作る。レンズ７７およびレンズ９１はい ずれも、ディスク５１に対向する立方体５７の面に隣接して置かれるので、第３ 図の構造の場合よりも２次対物レンズからの反射による第５図の構造では健音が ない。システムは、レンズ７７およびレンズ９１′が適切な光学修正を具体化す るように特に設計されるならば、（特に立方体５７の傾斜配置から生じる）色収 差を補償する。

第６Ａ図は、孔のアレイ１６０を持つ在来のニブカラ・ディスクの１部の拡大さ れた平面図である。孔のアレイ１６０は、アレイにある孔がそこに隣接した４個 の孔を有するという意味で長方形である（または「長方形にバックされている」 ）。これら４個の隣接した孔は、孔を閉じる長方形を定める。孔アレイ１６０は 、長方形にバックされるが、ディスクの回転につれてサンプルを走査するのに適 したらせんパターンをも定める。

第６Ｂ図は本発明の改良されたニブカラ・ディスク５１の拡大部分平面図であり 、ディスク表面にある環状の孔アレイの１部を示す。孔は、アレイにある孔がそ れに隣接した６個の孔を有するという意味で、事実上６角アレイに配列される（ すなわちそれらは事実上６角形にパックされる）。これら６個の隣接した孔は、 孔を閉じる６角形を定める。ここで、「事実上６角のアレイ」という句は、正確 に６角である孔パターンおよび一般に６角形であるがディスクの中心（第６Ｂ図 に示されている）から放射距離と共に十分に変化して、事実上ディスク中心から の放射距離にかかわらずディスク送りを保つ。

第６Ｂ図の孔アレイは、６角形状にパックされるが、ディスクの回転につれてサ ンプルを走査するのに適したらせんパターンをも定める。孔の６角形アレイが孔 の長方形アレイよりも優れているのは、前者がより強い孔の密度を与えられた中 心孔を得られるようにするからである。顕微鏡の像の輝度を定める際の１つの因 子は、中心間の孔の間隔であるので、６角形の孔のアレイにより一段と多い光が 顕微鏡の分解能を減少させずに、システムを通して送られる。

本発明のニブカラやディスクの孔アレイにある孔のサイズを変えることによって 、顕微鏡の深さのレスポンスを変形することができるので、それは測定中のサン プルに最も適している。極めて強く反射する薄いサンプルでは、それらが最も狭 い深さのレスポンスを発生させるので、小さな孔が使用されなければならない。

狭い深さのレスポンスによって、薄いサンプルの頂部と底部を独自に撮像するこ とができる。小さい孔を使用することの利点は、それらが多くの光を送らない点 である。したがって弱く反射するサンプルはより大きな孔を要求するので、像を 形成するためにカメラによって十分な光が受光される。しかし、より大きなピン ホールを用いて、より広い深さのレスポンスを発生させる。

対物レンズの倍率を変えることによって同等な効果を達成することができる。倍 率の大きい対物レンズは、同じ数値のアパーチャを持つ倍率の小さい対物レンズ よりも狭い深さのレスポンスを有する。その理由は、一般に倍率の大きいレンズ が小さな倍率のレンズが小さな倍率のレンズよりも小さい瞳孔を有することであ る。小さなレンズの瞳孔は、より大きなものよりもピンホールの屈折パターンに よって一般と一様に照射される。つまり、より狭い深さのレスポンスが得られる 。それは多数の孔パターン（第７図に関して以下に検討すべき）を使用し、かつ 対物レンズをスイッチすることによらないで、ディスクを異なるパターンまで移 動させることによって本発明の顕微鏡の深度レスポンスを変えることが望ましい のは、ニブカラ・ディスク上にパターンを複製することが各顕微鏡用の特別な対 物レンズを購入することよりも安価だからである。

本発明のニブカラ・ディスクは、ディスクの異なる環状部分（すなわち「帯」） に置かれた２個以上の孔の６角アレイを含むことがある。各帯にある孔は、６角 形にパックされることが望ましく、また孔の全パターンはディスクがその中心の 回りを回転するにつれてサンプルを走査するのに適したらせんパターンを定める べきである。例えば、第７図において、ニブカラ・ディスク１７１には孔の５個 の環状帯１７３．１７４．１７５．１７６および１７７が含まれている。便宜上 、放射状に最も内方の帯１７３　（中央に置かれているアパーチャ１７９に最も 近い帯）にある孔は最小の中心間の間隔を有し、他の帯にある孔の間隔はアパー チャ１７９の中心１８１からの放射状の距離と共に増加する。孔の多数帯を含む ことによって、本発明のディスクはユーザに異なる孔のアレイに移転することに よって単一顕微鏡レンズの撮像特性を容易に調節させることができる。つまり、 本発明の顕微鏡は、ディスク／電動機組立体を孔の異なる帯をビーム露出させる ように移動することによってサンプルに合うことができる一方、他の顕微鏡の構 成部品を固定状態に保持する。

１つの好適実施例では、アレイ１７３−１７７を含む孔は３２個のらせんを定め 、また番孔は１０辺多角形である。この実施例では、番孔のサイズ（直径）、隣 接する孔の中心間の間隔、および各アレイによって占められる環状帯の内径と外 径は第１表に規定されている二箪１表 アレイ　孔のサイズ　孔の間隔　環状内径　環状外径１７３　１０．０　ミクロ ン　４５．５ミクロン　５５．０ｍｍ　５６．５ｕ１７４　１５．０　ミクロン 　４５．５ミクロン　６７、０ｗｍ　７８．５ｕ１７５　１２．５ミクロン　５ ３．０ミクロン　７９．０ｍｍ　９０．５Ｍ１７６　１Ｇ、０　ミクロン　６０ ．５ミクロン　９１．０ｍｍ　１０２．５１１１１７７　１５．０ミクロン　６ ０．５ミクロン　ＩＯ２，０ｍｍ　１１４゜５ｕ第７図に示されるような５個の 孔アレイを含むもう１つの好適実施例では、番孔のサイズ（平均直径）、隣接す る孔の中心間の間隔、および各アレイによって占有される環状の内径と外径は第 ２表に規定されている：第２表 アレイ　孔のサイズ　孔の間隔　環状内径　環状外径１７３　１２．５　ミクロ ン　４２．５ミクロン　５５．０ｍｍ　６６．５ｍｍ１７４　９．０　ミクロン 　５３．０ミクロン　６７、　ｈａ　Ｔ８．５ｍｍ１７５　１２．５　ミクロン 　５３．０ミクロン　７９．０叩　９０．５ｍｍ１７６　１６、Ｑ　ミクロン　 ５３．０ミクロン　９１．０＋ａｍ　１０２．５ｍｍ１７７　１２．５　ミクロ ン　６３．５ミクロン　１０３．０ｍｍ　１１４．５ｍｍ孔の５個の環状アレイ は第７図に示されているが、本発明の他の実施例は孔の５個の環状アレイよりも ５４Ｎ以上少ないものを含むように意図されている。

ディスクの上に多数の帯を有するもう１つの利点は、中心間の孔の間隔が与えら れた孔のサイズについて調節できることである。中心間の間隔を減少させること （すなわち孔を共により接近するように移動させること）は、弱く反射するサン プルを撮像させるシステムにより送られる光の全量を増加させる。しかし横方向 の分解能は減少する。再度述べれば、設計の兼ね合いは光射分解能である。多数 の帯をディスクが持つならば、孔のサイズと孔の間隔をいずれも調節することが でき、その結果顕微鏡の撮像特性は在来通り安価で、観測中のサンプルについて 最適化される。

本発明のニブカラ・ディスクにある孔が、ディスクを完全に通ってわたることが できるが、その必要はないことを認めるべきである。箪７図および箪８図の実施 例では、ニブカラ・ディスク１７１は透明な層１９２によって被覆された透明な 基板１９０を含む。第８図に示される通り、透明層１９２の部分は腐食されて、 （アレイ１７７に属する）孔１９４および（アレイ１７６に属する）孔１９６を 定める。孔１９４は、孔１９６の場合よりも中心間の間隔が大きく、第１表およ び第２表と両立する。典型的に述べれば、層１９２は反射性の少ない黒クロムで ある。層１９２は、孔と孔との間でその領域から鏡のような（鏡状）再反射を作 る。

本発明のディスクの各実施例にある孔は、本明細書において「さん孔」ディスク と呼ばれるが、それはたとえある実施例において番孔を固体透明材料（空気では ない）が満たす場合でもそのように呼ばれる。

本発明のニブカラ・ディスクにある孔は、標準のりトゲラフ法を用いてクロム・ ガラスのホトマスクにある透明な被覆を腐食させることによって作られることが 望ましい。個々の孔は、（例えば長方形または６角形のような）任意のいろいろ な形を有することができる。ある実施例では、それは円形の孔よりも６角形の穴 を、または６辺よりも多角形の孔を作るほうが安価となる。

透明層１９２１８図に示される）は十分に厚（、孔を囲む区域を通る光の著しい 送信を妨げることが望ましい。層１９２が黒クロムの層である１つの実施例では 、少なくとも２０００オングストローム（Ｘ）の厚さを有し、０．０１％以下の 光送信を達成することが望ましい（その結果入射光放射線の０．０１％未満がク ロム層を通して送られる）。対照的に、在来のクロム・ガラスのホトマスクは７ ００〜１００ＯＸの範囲内の厚さを有する。

透明な層がその上に入る光放射線の０．０１％未満程度を送るのは、透明層がそ の上に入る光放射線の０．１％程度を送るならば、像品質の低下の量は大部分の 応用で受け入れられないほど大きくなることが認められるからである。

対反射被覆が本発明の顕微鏡の各ガラス光学成分に加えられることが望ましい。

対反射がニプカウ・ディスクの頂部クロム表面を対反射被覆することも有用であ る。

つまり、例えば第８図の実施例では、対反射被覆２００が透明層１９２の上に施 されることが望ましい。

この発明の構造物におけるいろいろな変形および変更、ならびにその作動の方法 は、この発明の範囲および主旨から逸脱せずに当業者にとって明らかであると思 う。本発明は特定の好適実施例に関して説明されたが、言うまでもなく、本発明 の請求の範囲はそのような特定の実施例に過度に制限されてはならない。

ＦＩＧ、　４ 浄書（内容に変更なし〕 要　約 改良されたリアル−タイム共焦点走査顕微鏡には、偏光ビーム分割立方体（５７ ）と６角形パターンによってさん孔された回転式二プカウ・ディスク（５１）と が含まれている。ディスクは、その回転につれて作られた走査線がサンプル（７ ３）および事実上４５°に等しい角度でシステムのビデオ・カメラ（８３）にあ るセンサ・アレイの両方を横切る。ディスクの回転は、カメラ出力のランダムな 変化によりどのような走査誤差をも生じさせないように、カメラ・フレーム・レ ートと同期化されることが望ましい。立方体は、誘電膜（６０）によって共に接 続された３角形プリズム（５７ａと５７ｂ）から成る。立方体の面からの望まし くない光の反射は、立方体を誘電膜の直角軸の回りに置くことによって除去され るので、光は立方体の面に関して鋭角に立方体に入る。

フィルタは、漂遊光を吸収するために立方体の後面の上に光学接着されることが 望ましい。

手続補正書泪鋤 平成４年　９月２１日 国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ９１１０１０７０２　発明の名称 改良形共焦点走査光学顕微鏡 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　プロメトリクス・コーポレーション４代理人 住　所　東京都千代田区永田町１丁目１１番２８号相互永田町ビルディング８階 平成　年　月　日 国際調査報告 Ｉ’１ｌ−ａｔ−＊−Ｉ　Ａｅ６ｈｃａｌ−−ｍ、、ＰｃＴ／ＵＳ９１１０１０ ７０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　サンプルに隣接して置かれた偏光回転素子と、孔のアレイと共にさん孔され た回転自在に置かれたディスクと、 光源からの光を受けて、ディスクを通る第１偏光を有する前記光のビームを偏光 回転素子にそらすように置かれた偏光ビーム分割立方体と、 ビームの第１部分を受けるように置かれた像受信装置であり、この場合ビームの 前記第１部分は偏光回転素子を通って伝搬し、かつサンプルから偏光回転素子、 ディスク、および立方体を通って像受信装置に戻るように反射され、またこの場 合立方体はその外方表面からの光の反駁がビームの第１部分を干渉しないような 角度に配置される前記像受信装置とを含む、ことを特徴とずるサンプルを撮像す るための顕微鏡。 ２　像受信装置はビデオ・カメラであり、ビデオ・カメラはセンサ・アレイおよ びフレーム・レートでセンサ・アレイを読出す装置を有し、また ディスクの回転をフレーム・レートと同期させる装置をも含む、ことを特徴とす る請求項１記載の顕微鏡。 ３　立方体は光源からの光を受ける前面と後面とを有し、また漂遊光を吸収する ために立方体の後面に被覆された吸収フィルタをも含む、ことを特徴とする請求 項１記載の顕微鏡。 ４　吸収フィルタは後面上に接着された黒ガラスである、ことを特徴とする請求 項３記載の顕微鏡。 ５　２次対物レンズと、像受信装置と立方体との間に置かれた２次管レンズをも 含み、像受信装置で拡大されたリアル像を作る、ことを特徴とする請求項１記載 の顕微鏡。 ６　像受信装置と立方体との間に置かれた２次管レンズおよび立方体とディスク との間に置かれた２次対物レンズをも含む、ことを特徴とする請求項１記載の顕 微鏡。 ７　孔のアレイは事実上孔の６角アレイである、ことを特徴とする請求項１記載 の顕微鏡。 ８　偏光回転素子は１／４波長板である、ことを特徴とする請求項１記載の顕微 鏡。 ９　ディスクは孔の第１アレイと孔の第２アレイを定め、第１アレイにある孔は 第１サイズを有し、第２アレイにある孔は第２サイズを有し、第１アレイにある 孔と第２アレイにある孔はディスクの異なる環状部に置かれる、ことを特徴とす る請求項１記載の顕微鏡。 １０　第１アレイにある孔は、第２アレイにある孔の場合と異なる平均中心間の 間隔を有する、ことを特徴とする請求項９記載の顕微鏡。 １１　立方体は直角軸を持つ誘電膜によって共に接続される２個の３角形プリズ ムを含み、立方体はプリズムの外方表面からの光反射がビームの第１部分を妨害 しない、ことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。 １２　サンプルに隣接して置かれた偏光回転素子と、事実上孔の６角アレイでさ ん孔された回転自在に置かれるディスクと、 直角軸を持つ誘電膜によって共に接続された２個の３角形プリズムを含む偏光ビ ーム分割立方体であり、この場合立方体は光源からの光を受けるように置かれて 、ディスクを通って偏光回転素子に至る第１偏光を持つ前記光のビームをそらす 前記偏光ビーム分割立方体と、 ビームの第１部分を受けるように置かれた像受信装置であり、この場合ビームの 前記第１部分は偏光回転素子を通して伝搬しかつ偏光回転素子、ディスク、およ び立方体を通ってサンプルから像受信装置に反射して戻され、またこの場合ディ スクは走査ラインがディスクの回転につれてサンプル上に投撮され、かつ前記走 査ラインは事実上４５°に等しい角度でサンプルの主線形構造と交差する前記像 受信装置とを含む、ことを特徴とするサンプルを撮像する顕微鏡。 １３　像受信装置はビデオ・カメラであり、ビデオ・カメラはセンサ・アレイを 有し、フレーム・レートでセンサ・アレイを読出す装置は、 ディスクの回転をフレーム・レットと同期させる装置をも含む、ことを特徴とす る請求項１２記載の顕微鏡。 １４　立方体は、光源からの光を受ける前面および後面を有し、また 漂遊光を吸収するために立方体の後面上に被覆された吸収フィルタをも含む、こ とを特徴とする請求項１２記載の顕微鏡。 １５　吸収フィルタは黒色の面の上に光学接着された黒色ガラスである、ことを 特徴とする請求項１４記載の顕微鏡。 １６　像受信装置と立方体との間に置かれて、像受信装置で拡大された像を作る 、２次対物レンズおよび２次管レンズをも含む、ことを特徴とする請求項１２記 載の顕微鏡。 １７　像受信装置と立方体との間に置かれた２次管レンズと、 立方体とディスクとの間に置かれた２次対物レンズをも含む、ことを特徴とする 請求項１２記載の顕微鏡。 １８　偏光回転素子は１／４波長板である、ことを特徴とする請求項１２記載の 顕微鏡。 １９　像受信装置が長方形グリッドを定めるセンサ・アレイを含み、ディスクは サンプルの主線形構造物からの走査ライン反射がディスクの回転につれてセンサ ・アレイ上に投撮され、また走査ライン反射が事実上４５°に等しい角度で長方 形グリッドと交差する、ことを特徴とする請求項１２記載の顕微鏡。 ２０　ディスクは孔の第１アレイと孔の第２アレイを定め、第１アレイにある孔 は第１中心間の間隔を有し、第２アレイにある孔は第２中心間の間隔を有し、か つ第１アレイにある孔と第２アレイにある孔はディスクの異なる環状部分に置か れる、ことを特徴とする請求項１２記載の顕微鏡。 ２１　第１アレイにある孔が第２アレイにある孔と異なるサイズを有する、こと を特徴とする請求項２０記載の顕微鏡。 ２２　立方体は、その外方表面からの光反射がビームの第１部分を妨害しないよ うな角度で配置されている、ごとを特徴とする請求項１２記載の顕微鏡。 ２３　ディスクが孔の第１アレイおよび孔の第２アレイによってさん孔され、第 １アレイにある孔ならびに第２アレイにある孔は、ディスクの別な環状部分に置 かれ、第１アレイにある孔は第１中心間の間隔を有し、第２アレイにある孔は第 ２中心間の間隔を有し、また孔はディスクの回転につれてサンプルを走査するの に適したらせんパターンを定める、ことを特徴とする共焦点走査顕微鏡に使用す るディスク。 ２４　孔が事実上６角度のアレイ・パターンに配列されている、ことを特徴とす る請求項２３記載のディスク。 ２５　第１アレイにある孔が第２アレイにある孔と異なるサイズを有する、こと を特徴とする請求項２３記載のディスク。 ２６　ディスクは、 透明な基板と、 基板上の透明層と、 透明層の上の対反射被覆とを含む、ことを特徴とする請求項２３記載のディスク 。 ２７　共焦点走査顕微鏡に用いるディスクは、透明な基板と、 基板上の透明層であり、層はその上に入る光放射線の０．１％以下を送信し、ま た層の部分はディスクの回転につれてサンプルを走査するのに適したらせんパタ ーン状に配列される、前記透明層とを含む、ことを特徴とするディスク。 ２８　透明層の上に対反射被覆をも含む、ことを特徴とする請求項２７記載のデ ィスク。 ２９　孔はその第１アレイおよびその第２アレイに配列され、第１アレイにある 孔および第２アレイにある孔はディスクの別伝個環状部分に置かれ、また第１ア レイにある孔は第１中心間の間隔を有し、かつ第２アレイにある孔は第２中心間 の間隔を有する、ことを特徴とする請求項２７記載のディスク。 ３０　孔は事実上６角形のアレイ・パターンに配列されている、ことを特徴とす る請求項２７記載のディスク。