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JP2002048980A - 走査顕微鏡 - Google Patents

走査顕微鏡

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JP2002048980A
JP2002048980A JP2001183695A JP2001183695A JP2002048980A JP 2002048980 A JP2002048980 A JP 2002048980A JP 2001183695 A JP2001183695 A JP 2001183695A JP 2001183695 A JP2001183695 A JP 2001183695A JP 2002048980 A JP2002048980 A JP 2002048980A
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light
laser
optical
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Leica Microsystems Heidelberg GmbH
Leica Microsystems CMS GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】走査顕微鏡において、試料の望ましくない照明
を回避する。 【解決手段】第１の波長の光線を抑制する抑制手段（１
６）を、波長を変更された光線（１５）のなかに設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学要素に指向す
る第１の波長の光線を放出するレーザーを備え、前記光
学要素が前記光線の波長を少なくとも部分的に変更させ
る走査顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】走査顕微鏡では、試料は光線で走査され
る。このため、光源としてレーザーを使用することが多
い。たとえば、欧州特許第０４９５９３０号公報に記載
の「マルチバンド蛍光用共焦点顕微鏡システム」では、
複数のレーザー光線を放出するレーザーを１個配置する
ことが知られている。しかし最近では主に混合ガスレー
ザー、特にArKrレーザーが使用される。
【０００３】試料としては、たとえば蛍光色素でプレパ
ラート化した生物組織または切片が検査の対象となる。
材料検査の分野では、試料から反射した照明光を検出す
ることがある。
【０００４】固体レーザーや色素レーザー、およびファ
イバーレーザーや光パラメトリック発振器OPO（上流側
にポンプレーザーが配置される）も使用される。ドイツ
連邦共和国特許公開第１９８５３６６９A１号公報に
は、多重波長出力を制御可能な超短波パルス源が開示さ
れ、これは特に多光子顕微鏡に使用される。このシステ
ムは、一定波長の超短波光学パルスを発生させる超短波
パルスレーザーと、少なくとも１つの波長変換チャネル
とを有している。
【０００５】米国特許第６０９７８７０号公報からは、
可視スペクトル範囲の広帯域スペクトルを発生させる装
置が知られている。この装置は、ポンプレーザーの光を
カップリングさせる微細構造ファイバーをベースとして
いる。ポンプ光の波長は微細構造ファイバーにおいて変
更されて、得られるスペクトルはポンプ光の波長以上の
波長も以下の波長も有している。
【０００６】微細構造材としては、いわゆるフォトニッ
クバンドギャップ材、または「フォトンクリスタルファ
イバー」、「穴あきファイバー」または「微細構造ファ
イバー」が使用される。また、いわゆる「中空ファイバ
ー」としての構成も知られている。
【０００７】固定レーザー、たとえば走査顕微鏡でよく
使用されるTi・サファイアレーザーは、通常、x形状ま
たはz形状の折畳まれた共振器を有している。この共振器
は、２つのエンドミラーと２つの折畳みミラーとから構
成されている。この場合、ポンプレーザーの光はポンプ
光の波長の光を透過させる一方の折畳みミラーにより、
縦方向において共振器にカップリングされる。このポン
プレーザーの光は、光学活性媒体（この例ではTi・サフ
ァイア）内で他の波長に変換され、出力光を部分的に透
過させる一方のエンドミラーの出力光として共振器を離
れる。共振器ミラーがポンプ光の波長を完全に透過させ
ないので、出力光はわずかながらポンプ光の波長の光を
含んでいる。これは特に多色蛍光顕微鏡において問題で
ある。というのは、試料は所望の波長の光だけでなく、
ポンプ光の波長の光によっても照明され、励起されるか
らである。これは望ましくない蛍光照明、アーティファ
クトの原因になり、ポンプ光の成分が反射、散乱により
検出器に達するので、検査結果にエラーが生じることに
なる。上記波長変更装置にはすべてこのような欠点があ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
問題を解消した走査顕微鏡を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、光学要素に指向する第１の波長の光線を放
出するレーザーを備え、前記光学要素が前記光線の波長
を少なくとも部分的に変更させる走査顕微鏡において、
第１の波長の光線を抑制する抑制手段が、波長を変更さ
れた光線のなかに設けられていることを特徴とするもの
である。
【００１０】本発明の利点は、第１の波長の光による試
料の望ましくない照明が回避されることである。簡潔な
構成では、第１の波長の光を抑制するためフィルタが設
けられている。このフィルタは誘電カットフィルタまた
は色ガラスフィルタとして構成されているのが有利であ
る。特にフォトニックバンドギャップ材のような微細構
造材を使用する場合、広帯域スペクトルが生じるように
波長を変更するには、フィルタをたとえば適当なコーテ
ィングによって構成し、すなわち第１の波長を完全に抑
制するのではなく、第１の波長が、波長を変更された光
線のなかに、同じスペクトル幅の他の成分と同じパワー
を有するように構成するのが有利である。
【００１１】第１の波長の光を抑制する手段は、他の実
施形態では、空間スペクトル分割用のプリズムまたは格
子を含んであり、このプリズムまたは格子の下流側に絞
り装置が配置される。絞り装置は所望の波長の光だけを
通過させ、第１の波長を持つ光をブロックする。
【００１２】抑制手段は、走査顕微鏡の光路内の任意の
位置に取り付けてよい。特に有利なのは、抑制手段を光
学要素のすぐ後方に配置して、第１の波長の光が他の光
学要素で散乱したり反射したりするのを防止し、検出器
の到達しないようにすることである。
【００１３】走査顕微鏡の有利な構成では、光学要素
は、少なくとも２つの異なる光学密度を有している多数
の微小光学構造要素から構成されている。特に有利な構
成では、光学要素は第１の領域と第２の領域を有し、第
１の領域は均質な構造を持ち、第２の領域内には、微小
光学構造要素からなる顕微構造が形成されている。さら
に、第１の領域が第２の領域を取り囲んでいるのが有利
である。微小光学構造要素はカニューレ、細条片、ハニ
カム体、管片または中空空間であるのが有利である。
【００１４】他の構成では、光学要素は互いに並設され
たガラス材またはプラスチック材と中空空間からなり、
光ファイバーとして構成されている。特に有利で、簡単
に実現される変形実施形態によれば、光学要素として、
ファイバーコアを備えた従来の光ファイバーが使用さ
れ、この光ファイバーは少なくとも一部に沿って先細り
部を有している。この種の光ファイバーは、いわゆるテ
ーパーファイバーとして知られている。有利には、光フ
ァイバーが全体で１mの長さで、３０mmないし９０mmの
長さで先細り部を有しているのがよい。ファイバーの径
は、有利な構成では、先細り部の領域外では１５０μ
m、この領域でのファイバーコアの径はほぼ８μmであ
る。先細り部の領域でのファイバーの径はほぼ２μmに縮
小されている。之に対応して、ファイバーコアの径はナ
ノメータの範囲である。
【００１５】他の実施形態では、光学要素は他のレーザ
ーである。他のレーザーは固体レーザー、ガスまたは色
素レーザーとして実施でき、または光パラメトリック発
振器（OPO）として実施できる。
【００１６】特殊な変形実施形態では、光学要素はたと
えばKDP結晶またはLBO結晶のような周波数増倍用の結晶
を含んでいる。他の実施形態によれば、前記光学要素の
下流側に他の光学要素が設けられ、波長を変更された光
線の波長を新たに変更させる。この実施形態では、第１
の波長の光と、最初に波長を変更された光の両方を抑制
するのが特に有利である。具体的には、この種の実施形
態では、アルゴン・イオンレーザーと、色素レーザー
と、周波数を２倍にする結晶との直列配置構成が採用さ
れる。特に有利なのは、アルゴン・イオンレーザーと、T
i・サファイアレーザーと、光ファイバーとして構成さ
れ、フォトニックバンドギャップ材からなる微小光学構
造との直列配置構成である。走査顕微鏡は共焦点顕微鏡
として実施してよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を添付の
図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】図１は共焦点走査顕微鏡１を示している。
共焦点顕微鏡１は、8００nm第１の波長の光線５を生じ
させるためのレーザー２を有している。レーザー２はモ
ードカップリング型チタン・サファイアレーザー３とし
て実施されている。レーザー光線５はカップリング光学
系７により波長偏向用の光学要素9の端部にフォーカシ
ングされる。この光学要素9は、フォトニックバンドギャ
ップ材１１からなる光ファイバーとして構成されてい
る。フォトニックバンドギャップ材からなる光ファイバ
ー１１から出た、波長を変更されたレーザー光線１５を
コリメートするため、デカップリング光学系１３が設け
られている。波長を変更されたレーザー光線のスペクト
ルは、３００nmから１６００nmの波長範囲にわたってほ
ぼ連続しており、光パワーは全スペクトルにわたって十
分一定であるが、８００nmの第１の波長の範囲において
のみかなりのパワー突出が認められる。波長を変更され
たレーザー光線１５は、抑制手段１６としての誘電フィ
ルタ１７を通過する。誘電フィルタ１７は、波長を変更
されたレーザー光線１５において、第１の波長範囲にあ
る光成分のパワーを、当該レーザー光線の残りの波長の
レベルへ減少させる。次に、波長を変更されたレーザー
光線は、光学系１９により照明絞り２１へフォーカシン
グされ、メインビームスプリッター２３を介してスキャ
ンミラー２５に達する。スキャンミラー２５は、波長を
変更されたレーザー光線１５を、走査光学系２７と鏡筒
光学系２９と対物レンズ３１を通過させて試料３３上方
へ案内する。試料３３から出た検出光３５（図中、破線
で示した）は、対物レンズ３１と鏡筒光学系２９と走査
光学系２７を通過してスキャンミラー２５へ戻り、次に
メインビームスプリッター２３のほうへ向かってこれを
通過し、検出絞り３７を通過した後、光電子増倍管とし
て実施されている検出器３９により検出される。
【００１９】図２は走査顕微鏡の照明光路の一部分を示
すもので、メインビームスプリッター２３までの照明光
路を示したものである。この実施形態では、レーザー２
はアルゴン・イオンレーザー４１として構成されてお
り、５１４nmの第１の波長の光線４３を生じさせ、この
光線４３は、波長変更用の光学要素９として用いられる
チタン・サファイアレーザー４５に指向している。チタ
ン・サファイアレーザー４５から出て、波長を変更され
た光線４７は、ほぼ８３０nmの波長を有しており、次
に、第１の波長を抑制する抑制手段１６に当たる。抑制
手段１６はカラーフィルタ４９として実施されており、
第１の波長の成分のほぼ全部を濾波するので、波長を変
更された光線は実質的に８３０nmの波長の光だけからな
っている。
【００２０】図３は他の走査顕微鏡の照明光路の一部分
を示すもので、メインビームスプリッター２３までの照
明光路を示したものである。この実施形態では、レーザ
ー２はNd−YAGレーザー５１として構成され、１０６４n
mの第１の波長の光線５３を生じさせる。この第１の波長
は、波長変更用の光学要素として用いられる光パラメト
リック発振器５５に指向している。光パラメトリック発
振器５５から出て、波長を変更された光線５７には、所
望の信号波長の光以外に、アイドラ波長の光と、第１の
波長の光とが含まれている。この光線５７は、空間スペ
クトル分割手段６０としてのプリズム５９により分岐せ
しめられて、絞り装置６１にあたる。絞り装置６１の絞
りジョー６３,６５は、アイドラ波長の光と第１の波長
の光がブロックされて、絞り装置６１を通過する光線が
実質的に信号波長の光だけを含むように位置決めされて
いる。
【００２１】図４は、他の走査顕微鏡の照明光路の一部
分を示すもので、メインビームスプリッター２３までの
照明光路を示したものである。他の部分は図３に図示し
た構成に対応している。空間スペクトル分割手段６０と
して格子６７が使用される。
【００２２】図５は、フォトニックバンドギャップ材１
１からなる光ファイバーの１実施形態を示すもので、特
別なハニカム状微細構造６９を有している。図示したハ
ニカム構造は、広帯域光の発生に特に適している。ガラ
ス内部カニューレ７１の径はほぼ１．９μmである。内部
カニューレ７１はガラス細条片７３により取り囲まれて
いる。ガラス細条片７３はハニカム状の中空空間７５を
形成している。これらの微小光学構成要素は協働して第
２の領域７７を形成し、第２の領域７７は、ガラス被覆
部として実施されている第１の領域７９によって取り囲
まれている。
【００２３】以上本発明を特定の実施形態に関して説明
したが、本願の特許請求の範囲の権利保護範囲を逸脱す
ることなく、種々の変更および改変を行なってもよいこ
とは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による共焦点走査顕微鏡を示す図であ
る。
【図２】走査顕微鏡の照明光路の一部分を示す図であ
る。
【図３】他の走査顕微鏡の照明光路の一部分を示す図で
ある。
【図４】さらに他の走査顕微鏡の照明光路の一部分を示
す図である。
【図５】フォトニックバンドギャップ材からなる光ファ
イバーの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ 走査顕微鏡 ２ レーザー ３ チタン・サファイアレーザー ５ レーザー光線 ７ カップリング光学系 ９ 光学要素 １１ フォトニックバンドギャップ材からな
る光ファイバー １３ デカップリング光学系 １５ 波長を変更されたレーザー光線 １６ 抑制手段 １７ 誘電フィルタ １９ 光学系 ２１ 照明絞り ２３ メインビームスプリッター ２５ スキャンミラー ２７ 走査光学系 ２９ 鏡筒光学系 ３１ 対物レンズ ３３ 試料 ３５ 検出光 ３７ 検出絞り ３９ 検出器 ４１ アルゴン・イオンレーザー ４３ 第１の波長の光線 ４５ チタン・サファイアレーザー ４７ 波長を変更された光線 ４９ カラーフィルタ ５１ Nd−YAGレーザー ５３ 第１の波長の光線 ５５ 光パラメトリック発振器 ５７ 波長を変更された光線 ５９ プリズム ６０ 空間スペクトル分割手段 ６１ 絞り装置 ６３,６５ 絞りジョー ６７ 格子 ６９ ハニカム状微細構造 ７１ カニューレ ７３ 細条片 ７５ 中空空間 ７７ 第２の領域 ７９ 第１の領域
フロントページの続き (72)発明者 ヨハン エンゲルハルト ドイツ連邦共和国 デー・76669 バート シェーンボルン シースマウアーヴェー ク ６ Ｆターム(参考） 2H042 AA01 AA07 AA13 AA16 AA17 AA21 CA07 CA17 2H048 CA05 CA06 CA12 CA17 2H049 AA07 AA13 AA50 AA55 AA63 AA64 2H052 AA07 AA08 AC13 AC15 AC26 AC27 AC29 AC34 AD19 AD34 AD35

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学要素（９）に指向する第１の波長
    （５,４３,５３）の光線を放出するレーザー（２）を備
    え、前記光学要素（９）が前記光線の波長を少なくとも
    部分的に変更させる走査顕微鏡において、 第１の波長の光線を抑制する抑制手段（１６）が、波長
    を変更された光線（１５,４７,５７）のなかに設けられ
    ていることを特徴とする走査顕微鏡。
  2. 【請求項２】光学要素（９）がフォトニックバンドギャ
    ップ材からなっていることを特徴とする、請求項１に記
    載の走査顕微鏡。
  3. 【請求項３】光学要素が光ファイバーとして構成されて
    いることを特徴とする、請求項１または２に記載の走査
    顕微鏡。
  4. 【請求項４】抑制手段（１６）がフィルタであることを
    特徴とする、請求項１に記載の走査顕微鏡。
  5. 【請求項５】抑制手段（１６）が、空間スペクトル分割
    手段（６０）と少なくとも１つの絞り（６３,６５）を
    有していることを特徴とする、請求項１に記載の走査顕
    微鏡。
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