JPH11149045A - 組込み短パルスレーザをもつハイコンパクトレーザ走査型顕微鏡 - Google Patents
組込み短パルスレーザをもつハイコンパクトレーザ走査型顕微鏡Info
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- JPH11149045A JPH11149045A JP21839498A JP21839498A JPH11149045A JP H11149045 A JPH11149045 A JP H11149045A JP 21839498 A JP21839498 A JP 21839498A JP 21839498 A JP21839498 A JP 21839498A JP H11149045 A JPH11149045 A JP H11149045A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】組込み短パルスレーザーをもつハイコンパクト
レーザー走査型顕微鏡 【解決手段】レーザー走査型顕微鏡の走査モジュール内
に短パルスレーザーを直接結合かファイバー結合かをす
る
レーザー走査型顕微鏡 【解決手段】レーザー走査型顕微鏡の走査モジュール内
に短パルスレーザーを直接結合かファイバー結合かをす
る
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】短パルス（例えばピコ秒かフ
ェムト秒のレーザー）を使用するレーザー走査型顕微鏡
は、これまで特に時間解像顕微鏡検査法と多光子顕微鏡
検査法とが知られている。
ェムト秒のレーザー）を使用するレーザー走査型顕微鏡
は、これまで特に時間解像顕微鏡検査法と多光子顕微鏡
検査法とが知られている。
【０００２】
【従来の技術】WO９１/０７６５１によって、赤色か赤
外かの領域の励起波長によるピコ秒以下の領域のレーザ
ーパルスによる励起をもった、２光子走査型顕微鏡が知
られている。EP６６６４７３A１, WO９５/３０１６６,
DE４４１４９４０A１は、パルス放射または連続放射を
するピコ秒かそれ以上の領域での励起を記述している。
２光子励起を介して試料を光学的に励起するための手順
は、DEC２４３３１５７０に記述されている。女性出願
者のDE２９６０９８５０は顕微鏡ビーム行程中へ導光フ
ァイバーを通じて短パルスレーザー放射を結合すること
が記述されている。
外かの領域の励起波長によるピコ秒以下の領域のレーザ
ーパルスによる励起をもった、２光子走査型顕微鏡が知
られている。EP６６６４７３A１, WO９５/３０１６６,
DE４４１４９４０A１は、パルス放射または連続放射を
するピコ秒かそれ以上の領域での励起を記述している。
２光子励起を介して試料を光学的に励起するための手順
は、DEC２４３３１５７０に記述されている。女性出願
者のDE２９６０９８５０は顕微鏡ビーム行程中へ導光フ
ァイバーを通じて短パルスレーザー放射を結合すること
が記述されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】使用される短パルスレ
ーザー（波長調節可能のレーザーや定波長レーザー）
は、一般に非常に容積がかさばり、その技術的複雑さの
ゆえに非常に高価で、利用者にとって非常に扱いにくい
だけである。一般にレーザーは、ビーム伝達系（例えば
鏡やガラスプリズム）の助けを借りて直接光学的にレー
ザー走査型顕微鏡の走査モジュール中へ結合される。そ
の際一般に長い光学的ビーム行程が必要で、これはシス
テムを調整敏感にし、その広がりを非常に大きくしてし
まう。一般にレーザーの調整がしばしば要求されると、
特にレーザー波長の変更や調整の際には、一般にレーザ
ーから放たれたレーザービームの空間的な移動が起こ
る。その結果レーザー走査型顕微鏡内部のレーザービー
ムはもはや光学的には調整できなくなる。最後に、短パ
ルスレーザーのファイバー結合（例えば単一モードの偏
光保持ファイバーの使用時に）によって、レーザーとレ
ーザー走査型顕微鏡との調整は別々に行わなければなら
ないという問題が起こる。
ーザー（波長調節可能のレーザーや定波長レーザー）
は、一般に非常に容積がかさばり、その技術的複雑さの
ゆえに非常に高価で、利用者にとって非常に扱いにくい
だけである。一般にレーザーは、ビーム伝達系（例えば
鏡やガラスプリズム）の助けを借りて直接光学的にレー
ザー走査型顕微鏡の走査モジュール中へ結合される。そ
の際一般に長い光学的ビーム行程が必要で、これはシス
テムを調整敏感にし、その広がりを非常に大きくしてし
まう。一般にレーザーの調整がしばしば要求されると、
特にレーザー波長の変更や調整の際には、一般にレーザ
ーから放たれたレーザービームの空間的な移動が起こ
る。その結果レーザー走査型顕微鏡内部のレーザービー
ムはもはや光学的には調整できなくなる。最後に、短パ
ルスレーザーのファイバー結合（例えば単一モードの偏
光保持ファイバーの使用時に）によって、レーザーとレ
ーザー走査型顕微鏡との調整は別々に行わなければなら
ないという問題が起こる。
【０００４】レーザー走査型顕微鏡への短パルスレーザ
ーのこのようなファイバー結合は原則的には可能である
が、短いパルスについては、ガラス繊維の光学的分散の
理由で、また強度の大きなレーザーの際にガラス繊維核
内に現れうる自己位相変調、ブリユアン散乱、ラーマン
散乱等、非線形の光学的効果が現れ、一般に非常に問題
が多い。
ーのこのようなファイバー結合は原則的には可能である
が、短いパルスについては、ガラス繊維の光学的分散の
理由で、また強度の大きなレーザーの際にガラス繊維核
内に現れうる自己位相変調、ブリユアン散乱、ラーマン
散乱等、非線形の光学的効果が現れ、一般に非常に問題
が多い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は走査モジュー
ル中に組み入れられた短パルスレーザーをもつハイコン
パクトレーザー走査型顕微鏡に関するものである。この
配列にすることによって有利に、短パルスレーザーをレ
ーザー走査型顕微鏡と光学的に直接結合あるいはファイ
バー結合する取り扱いができる。
ル中に組み入れられた短パルスレーザーをもつハイコン
パクトレーザー走査型顕微鏡に関するものである。この
配列にすることによって有利に、短パルスレーザーをレ
ーザー走査型顕微鏡と光学的に直接結合あるいはファイ
バー結合する取り扱いができる。
【０００６】例えば技術的にハイコンパクトな製造形態
で作り上げることができる短パルスレーザーは、ダイオ
ードレーザーで励起されたイオン供与ファイバーレーザ
ー、例えばレーザー共振器から波長約１５５０nmでレー
ザー光を発射する、ダイオード励起Er3+供与のファイバ
ーレーザーである。このレーザー放射は、レーザー共振
器の外で非線形光学結晶を介して高効率の高レーザー強
度（共振、非共振、準フェーズマッチング）に基づいて
波長約７９０nmへ周波数を２倍化することができる。放
射の一部は結晶中で、一般に第３高調波約５１５nmと、
第４高調波約３８７nmとにも変換される。同じように、
他の考えうる非線形変換過程が、すべて結晶中の決まっ
た変換効率とともに登場してくる。それとともに、模範
的なハイコンパクト短パルスレーザーが、いくつか同時
に存在するさまざまな固定出力波長をもって、さまざま
な顕微鏡の応用のために利用できる。
で作り上げることができる短パルスレーザーは、ダイオ
ードレーザーで励起されたイオン供与ファイバーレーザ
ー、例えばレーザー共振器から波長約１５５０nmでレー
ザー光を発射する、ダイオード励起Er3+供与のファイバ
ーレーザーである。このレーザー放射は、レーザー共振
器の外で非線形光学結晶を介して高効率の高レーザー強
度（共振、非共振、準フェーズマッチング）に基づいて
波長約７９０nmへ周波数を２倍化することができる。放
射の一部は結晶中で、一般に第３高調波約５１５nmと、
第４高調波約３８７nmとにも変換される。同じように、
他の考えうる非線形変換過程が、すべて結晶中の決まっ
た変換効率とともに登場してくる。それとともに、模範
的なハイコンパクト短パルスレーザーが、いくつか同時
に存在するさまざまな固定出力波長をもって、さまざま
な顕微鏡の応用のために利用できる。
【０００７】このレーザーは、例えば、コンパクトなハ
ウジング中で用意することができ、ハウジングは、走査
モジュール内でシャーシに固定され、コンパクトなハウ
ジングの開口部からレーザービームを、場合によっては
調整可能なやり方で発射する（図１）。レーザービーム
はコンパクトなハウジングの外側に配列された光学系を
通ることができ、この光学系がレーザービームを適切な
ビーム直径と適切なビーム発散とへ変換する。この光学
系は変えうるように作ってよく、顕微鏡光学系の色特性
にビームが適合するのに都合よくすることができる（例
えば可変のビーム幅調節器に）。同様に、透過と空間解
像度との関係を最適化するために、ビーム直径が対物レ
ンズ瞳直径に適合するのに適切なように作ることができ
る（可変ズーム）。
ウジング中で用意することができ、ハウジングは、走査
モジュール内でシャーシに固定され、コンパクトなハウ
ジングの開口部からレーザービームを、場合によっては
調整可能なやり方で発射する（図１）。レーザービーム
はコンパクトなハウジングの外側に配列された光学系を
通ることができ、この光学系がレーザービームを適切な
ビーム直径と適切なビーム発散とへ変換する。この光学
系は変えうるように作ってよく、顕微鏡光学系の色特性
にビームが適合するのに都合よくすることができる（例
えば可変のビーム幅調節器に）。同様に、透過と空間解
像度との関係を最適化するために、ビーム直径が対物レ
ンズ瞳直径に適合するのに適切なように作ることができ
る（可変ズーム）。
【０００８】装置のレーザー安全性の保全ためのレーザ
ーシャッタ（ビーム遮断器）が、レーザービーム行程内
にあるレーザー走査型顕微鏡の走査モジュール内へ組み
入れられなければならない。これは機械的ビーム遮断器
の規範として作ることができる。レーザービームは、応
用のために必要なレーザー波長を選択するための波長選
択光学素子を通じて導入することができる。この素子は
誘電体フィルタ、音響光学素子、電子光学素子、屈折素
子、または散乱素子として、またはこれらの組み合わせ
として作ることができる。
ーシャッタ（ビーム遮断器）が、レーザービーム行程内
にあるレーザー走査型顕微鏡の走査モジュール内へ組み
入れられなければならない。これは機械的ビーム遮断器
の規範として作ることができる。レーザービームは、応
用のために必要なレーザー波長を選択するための波長選
択光学素子を通じて導入することができる。この素子は
誘電体フィルタ、音響光学素子、電子光学素子、屈折素
子、または散乱素子として、またはこれらの組み合わせ
として作ることができる。
【０００９】レーザービームは、応用に必要なレーザー
電力を調整するための強度を弱める素子を通じて導入す
ることができる。この素子は中立フィルタ、音響光学素
子、電子光学素子、屈折素子、または散乱素子として、
またはこれらの組み合わせとして作ることができる。音
響光学素子の場合、これはレーザーのパルス繰り返し率
の変動（順に連続しているレーザーパルスのうち一つの
パルスが時間的にみて孤立していること）に対するパル
スピッカーとしても有効に使用することができる。
電力を調整するための強度を弱める素子を通じて導入す
ることができる。この素子は中立フィルタ、音響光学素
子、電子光学素子、屈折素子、または散乱素子として、
またはこれらの組み合わせとして作ることができる。音
響光学素子の場合、これはレーザーのパルス繰り返し率
の変動（順に連続しているレーザーパルスのうち一つの
パルスが時間的にみて孤立していること）に対するパル
スピッカーとしても有効に使用することができる。
【００１０】プレヒルプユニット、例えば一連の格子か
プリズム、またはそれらの組み合わせから成るものを、
走査モジュールや、顕微鏡や、試料の光学系に普通にあ
る正の分散を補償する負の分散を用意するために、レー
ザービーム行程（照明ビーム行程）中へ入れることがで
きる。それとともに、最大限に変換を制限されたレーザ
ーパルスを試料の場所に用意することが、有利となる。
プリズム、またはそれらの組み合わせから成るものを、
走査モジュールや、顕微鏡や、試料の光学系に普通にあ
る正の分散を補償する負の分散を用意するために、レー
ザービーム行程（照明ビーム行程）中へ入れることがで
きる。それとともに、最大限に変換を制限されたレーザ
ーパルスを試料の場所に用意することが、有利となる。
【００１１】レーザー放射はその後、主ビーム分割器
（例えば誘電体色分割器）に入り、これがレーザー放射
を検査中の試料の方向へ導く。この主ビーム分割器は、
主ビーム分割器レボルバー中、多くの色分割器の一つと
して作ることができ、同時に波長選択の光学素子とし
て、応用するのに必要なレーザー波長を選択するように
作ることができる。非光学的な証明技術（例えばOBICか
LIVA）の場合、主ビーム分割器はフルミラーとしても作
ることができる。
（例えば誘電体色分割器）に入り、これがレーザー放射
を検査中の試料の方向へ導く。この主ビーム分割器は、
主ビーム分割器レボルバー中、多くの色分割器の一つと
して作ることができ、同時に波長選択の光学素子とし
て、応用するのに必要なレーザー波長を選択するように
作ることができる。非光学的な証明技術（例えばOBICか
LIVA）の場合、主ビーム分割器はフルミラーとしても作
ることができる。
【００１２】レーザービームスキャナーとしては、ビー
ムをx方向とy方向に偏向させるためのガルヴァノメータ
ースキャナを使用することができる。多光子顕微鏡の場
合、試料中の蛍光が、一つかいくつかの利用できるレー
ザー波長で励起される。蛍光放射の検出は、一般に図２
のような多チャンネル配列で行われ、その中で共焦点絞
りを使用することは、３D解像を得るために必ずしも必
要ではない。しかし変形として共焦点ピンホールが、単
純な多光子顕微鏡の深部解像度をはるかに超えるまでに
深部解像度を高めるために使用される（図３）。
ムをx方向とy方向に偏向させるためのガルヴァノメータ
ースキャナを使用することができる。多光子顕微鏡の場
合、試料中の蛍光が、一つかいくつかの利用できるレー
ザー波長で励起される。蛍光放射の検出は、一般に図２
のような多チャンネル配列で行われ、その中で共焦点絞
りを使用することは、３D解像を得るために必ずしも必
要ではない。しかし変形として共焦点ピンホールが、単
純な多光子顕微鏡の深部解像度をはるかに超えるまでに
深部解像度を高めるために使用される（図３）。
【００１３】走査から外れた検出器構成か、走査から外
れない検出器構成かによる、光学的信号か非光学的信号
かの検出。パルスの形にしたレーザービームのボタン関
係に応じて、Lock-In増幅器かBox-Car増幅器かが、レー
ザーのパルス繰り返し率に同期した検出信号の、位相に
敏感な証明のために、使用される。それによって非常に
改善された信号対雑音関係が、検出の際雑音が入ってく
る証明システムの、帯域幅の減少を通じて得られる。
れない検出器構成かによる、光学的信号か非光学的信号
かの検出。パルスの形にしたレーザービームのボタン関
係に応じて、Lock-In増幅器かBox-Car増幅器かが、レー
ザーのパルス繰り返し率に同期した検出信号の、位相に
敏感な証明のために、使用される。それによって非常に
改善された信号対雑音関係が、検出の際雑音が入ってく
る証明システムの、帯域幅の減少を通じて得られる。
【００１４】波長１５５０nmの使用は、例えば半導体、
特に構造化シリコンウェファーの顕微鏡検査の際、興味
深い。波長１５５０nmは、シリコンを通しても良く透過
する。対物レンズ焦点の直接領域でのみ、そしてそれに
よって深部弁別して、多光子励起（例えば非光学的検出
技術としてOBICやLIVAも）のような非線形光学過程によ
るか、より高調波の産出による励起に至る。それととも
にこの非線形過程は、顕微鏡的コントラスト手順とし
て、厚いシリコン物質との関係においても、3D解像顕微
鏡検査法、例えば非破壊ウェファー検査の分野で使用で
きる。
特に構造化シリコンウェファーの顕微鏡検査の際、興味
深い。波長１５５０nmは、シリコンを通しても良く透過
する。対物レンズ焦点の直接領域でのみ、そしてそれに
よって深部弁別して、多光子励起（例えば非光学的検出
技術としてOBICやLIVAも）のような非線形光学過程によ
るか、より高調波の産出による励起に至る。それととも
にこの非線形過程は、顕微鏡的コントラスト手順とし
て、厚いシリコン物質との関係においても、3D解像顕微
鏡検査法、例えば非破壊ウェファー検査の分野で使用で
きる。
【００１５】波長７９０nmは、例えば特に、通例生物試
料の蛍光標識用に使用される色素の２光子過程の一般的
励起に適している。緑色もしくは紫外線波長の５１７nm
もしくは３８７nmは、例えば反射コントラスト、蛍光コ
ントラストの試料の、時間解像度の顕微鏡検査法に使用
できる。緑色の放射５１７nmは安全なパイロット放射と
して、光学系のモンタージュの際の調整にも使用でき
る。特に、前記システムは生理学上の問題設定中で利用
するのに、例えば「鳥かご収容所」からの解放に適して
いる。ここでは７９０nmのビームは「解放」のための３
光子過程を介して厚いプレパラートの深い層でも利用で
き、一方遊離したイオンの観測が標識づけに使用された
発蛍光団の２光子励起によって行われる。
料の蛍光標識用に使用される色素の２光子過程の一般的
励起に適している。緑色もしくは紫外線波長の５１７nm
もしくは３８７nmは、例えば反射コントラスト、蛍光コ
ントラストの試料の、時間解像度の顕微鏡検査法に使用
できる。緑色の放射５１７nmは安全なパイロット放射と
して、光学系のモンタージュの際の調整にも使用でき
る。特に、前記システムは生理学上の問題設定中で利用
するのに、例えば「鳥かご収容所」からの解放に適して
いる。ここでは７９０nmのビームは「解放」のための３
光子過程を介して厚いプレパラートの深い層でも利用で
き、一方遊離したイオンの観測が標識づけに使用された
発蛍光団の２光子励起によって行われる。
【００１６】この発明は以下のような困難に対する特に
有利な取り扱いの特徴をもつ。 ・ハイコンパクト顕微鏡システムを用意するためのレー
ザー走査型顕微鏡の走査モジュール内への短パルスレー
ザーの組込み。 ・さまざまな顕微鏡応用のためいくつかの波長を用意す
る目的でレーザー共振器に接続された、周波数倍化か、
周波数３倍化か、周波数加算か、周波数減算かを通じて
レーザービームの周波数を変換する一つかいくつかの非
線形光学結晶からなる光学系の配列か、他の光学的パラ
メーター化過程か、これらの任意な組み合わせかを用い
た短パルスレーザー（固定周波数調整可能または波長調
整可能）の組込み。 ・時間分解能をもつレーザー走査型顕微鏡検査法での使
用。 ・光学的検出信号利用下での共焦点か非共焦点かのレー
ザー走査型顕微鏡検査法での使用。 ・非光学的検出信号利用下でのレーザー走査型顕微鏡検
査法での使用。 ・レーザー走査２光子顕微鏡検査法での使用。 ・特に表面においてレーザー走査型顕微鏡を使った周波
数２倍化(SHG)の、材質検査での使用。 ・特に２D-OBICか３D-OBICかのための、材質検査での使
用。 ・前記点で記述された、２つかそれ以上の技術が組み合
わされた使用。
有利な取り扱いの特徴をもつ。 ・ハイコンパクト顕微鏡システムを用意するためのレー
ザー走査型顕微鏡の走査モジュール内への短パルスレー
ザーの組込み。 ・さまざまな顕微鏡応用のためいくつかの波長を用意す
る目的でレーザー共振器に接続された、周波数倍化か、
周波数３倍化か、周波数加算か、周波数減算かを通じて
レーザービームの周波数を変換する一つかいくつかの非
線形光学結晶からなる光学系の配列か、他の光学的パラ
メーター化過程か、これらの任意な組み合わせかを用い
た短パルスレーザー（固定周波数調整可能または波長調
整可能）の組込み。 ・時間分解能をもつレーザー走査型顕微鏡検査法での使
用。 ・光学的検出信号利用下での共焦点か非共焦点かのレー
ザー走査型顕微鏡検査法での使用。 ・非光学的検出信号利用下でのレーザー走査型顕微鏡検
査法での使用。 ・レーザー走査２光子顕微鏡検査法での使用。 ・特に表面においてレーザー走査型顕微鏡を使った周波
数２倍化(SHG)の、材質検査での使用。 ・特に２D-OBICか３D-OBICかのための、材質検査での使
用。 ・前記点で記述された、２つかそれ以上の技術が組み合
わされた使用。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は光射出開口部Lを通じて顕
微鏡ビーム行程と結合する走査用頭部Sであって、次の
図で詳細に記述される走査用頭部のハウジングを模式的
に示す。このハウジング内へ、走査用頭部Sと共にコン
パクトなユニットを作る短パルスレーザーKPL３２のハ
ウジングが組み込まれている。走査用頭部に有効となる
ように、レーザー３２を共にカバーするここに示されて
いないカバーが配備されている。
微鏡ビーム行程と結合する走査用頭部Sであって、次の
図で詳細に記述される走査用頭部のハウジングを模式的
に示す。このハウジング内へ、走査用頭部Sと共にコン
パクトなユニットを作る短パルスレーザーKPL３２のハ
ウジングが組み込まれている。走査用頭部に有効となる
ように、レーザー３２を共にカバーするここに示されて
いないカバーが配備されている。
【００１８】図２には、共通の光学的接点をもってい
る、顕微鏡ユニットMと走査用頭部Sとが模式的に図示さ
れている。走査用頭部Sは、直立した顕微鏡の光電管へ
も、倒立した顕微鏡の横の出口へも有効に接続すること
ができる(DE４３２３１２９A１)。図２には、照明光走
査と透過光走査との間で回転鏡14を介して切り替え可能
な顕微鏡ビーム行程であって、光源１、照明レンズ系
２、ビーム分割器３、対物レンズ４、試料５、集光器
６、光源７、受光配列８、第１円筒レンズ９、第２円筒
レンズ１０のところの観測ビーム行程、接眼レンズ１
１、走査ビームの結合のためのビーム分割器１２をもつ
顕微鏡ビーム行程が図示されている。走査用頭部の構成
要素は発明に従うと、短パルスレーザー３２と、続いて
配列されたシャッタ３４と、波長を選択するためのフィ
ルタ３３か、図４に模式的に示したように、周波数を多
数倍するか、加算するか、減算するかを通じて周波数を
変換するための、続いて配列された一つかいくつかの非
線形光学クリスタル４３であって、図１に示したよう
に、ハウジングの中へか、ハウジングの表面へか、取り
付けることができ、それに適したビーム偏向素子、特に
図４にあるような鏡38を通じて、走査ビーム行程中に、
ここでは分割鏡２４を通じて結合されている、非線形光
学クリスタルかである。
る、顕微鏡ユニットMと走査用頭部Sとが模式的に図示さ
れている。走査用頭部Sは、直立した顕微鏡の光電管へ
も、倒立した顕微鏡の横の出口へも有効に接続すること
ができる(DE４３２３１２９A１)。図２には、照明光走
査と透過光走査との間で回転鏡14を介して切り替え可能
な顕微鏡ビーム行程であって、光源１、照明レンズ系
２、ビーム分割器３、対物レンズ４、試料５、集光器
６、光源７、受光配列８、第１円筒レンズ９、第２円筒
レンズ１０のところの観測ビーム行程、接眼レンズ１
１、走査ビームの結合のためのビーム分割器１２をもつ
顕微鏡ビーム行程が図示されている。走査用頭部の構成
要素は発明に従うと、短パルスレーザー３２と、続いて
配列されたシャッタ３４と、波長を選択するためのフィ
ルタ３３か、図４に模式的に示したように、周波数を多
数倍するか、加算するか、減算するかを通じて周波数を
変換するための、続いて配列された一つかいくつかの非
線形光学クリスタル４３であって、図１に示したよう
に、ハウジングの中へか、ハウジングの表面へか、取り
付けることができ、それに適したビーム偏向素子、特に
図４にあるような鏡38を通じて、走査ビーム行程中に、
ここでは分割鏡２４を通じて結合されている、非線形光
学クリスタルかである。
【００１９】プレパラート中に焦点をしっかりと設定
し、そして/または変更するために有効となるように、
光軸に沿って動かしうるレンズ系３８が配備されてい
る。こうすることによってはじめて、分離されたレーザ
ーユニットが、非常なコンパクト性のほか、調整がしっ
かりとできるということがとりわけ有効だという点で、
有効となる。ファイバー結合の際、何らかの形で調整の
問題か、結合の問題かが同様にもち上がる。さらに、非
光学的検出のための手段３５が、特に半導体検査の際の
電流測定のために、また他の検出手段、前もって準備さ
れた光学系とフィルタとをもつPMTが、部分的に通過さ
せる鏡１２の後ろで走査手段による試料の光が通過する
ことなしに配備されている。
し、そして/または変更するために有効となるように、
光軸に沿って動かしうるレンズ系３８が配備されてい
る。こうすることによってはじめて、分離されたレーザ
ーユニットが、非常なコンパクト性のほか、調整がしっ
かりとできるということがとりわけ有効だという点で、
有効となる。ファイバー結合の際、何らかの形で調整の
問題か、結合の問題かが同様にもち上がる。さらに、非
光学的検出のための手段３５が、特に半導体検査の際の
電流測定のために、また他の検出手段、前もって準備さ
れた光学系とフィルタとをもつPMTが、部分的に通過さ
せる鏡１２の後ろで走査手段による試料の光が通過する
ことなしに配備されている。
【００２０】走査ユニットはさらに、走査対物レンズ２
２と、スキャナー２３と、主ビーム分割器２４と、検出
チャンネル用の共通の写像レンズ系２５とから成る。写
像レンズ系２５のうしろの偏向プリズム２７は、ダイク
ロイックビーム分割器２８の方向へ写像レンズ系２５
と、その後ろに配列されたその放射フィルタ３０と、そ
れに適合する受光素子３１(PMT)と、の収束ビーム行程
で、試料５から来るビームを写す。
２と、スキャナー２３と、主ビーム分割器２４と、検出
チャンネル用の共通の写像レンズ系２５とから成る。写
像レンズ系２５のうしろの偏向プリズム２７は、ダイク
ロイックビーム分割器２８の方向へ写像レンズ系２５
と、その後ろに配列されたその放射フィルタ３０と、そ
れに適合する受光素子３１(PMT)と、の収束ビーム行程
で、試料５から来るビームを写す。
【００２１】一部を通過させる鏡１８を介して、モニタ
ダイオード１９と、そのために前もって配列されている
ここに示されていない回転可能なフィルタ台車に載った
線フィルタ２１と、中立フィルタ２０との方向へ、監視
ビーム行程がフェードアウトされる。多光子励起の際有
効なように、空間的な高解像度によって受光器３１の前
に配列されたピンホールを置くことができるが、これは
図５のような他のレーザーとの結合の際、３方向に空間
的に位置調整ができ、しかも図３のように絞り孔３７と
して置き換えることができる。
ダイオード１９と、そのために前もって配列されている
ここに示されていない回転可能なフィルタ台車に載った
線フィルタ２１と、中立フィルタ２０との方向へ、監視
ビーム行程がフェードアウトされる。多光子励起の際有
効なように、空間的な高解像度によって受光器３１の前
に配列されたピンホールを置くことができるが、これは
図５のような他のレーザーとの結合の際、３方向に空間
的に位置調整ができ、しかも図３のように絞り孔３７と
して置き換えることができる。
【００２２】図４では、付加の置き換え可能な外部レー
ザー４２が、光ファイバー４１を通じて走査用頭部Sと
のレーザー結合で結ばれていて、動かせる視準レンズ系
４０と、ビーム偏向素子３９とを介して、走査ビーム行
程中へ結合される。ここでは、単独か共通かで１本か数
本かのファイバーに結合されるいくつかの単独波長レー
ザーと多波長レーザーとをも取り扱うことができる。さ
らに、顕微鏡側へのビーム発射が、ここに示されない適
合レンズ系を通過した後色集合器によって混合される、
同時に数本のファイバーを通じての結合もできる。さま
ざまなレーザーのビーム放射をファイバー行程中で混合
することも、ここに示されない分割鏡によって可能であ
る。この発明によって走査用頭部に組み込まれた短パル
スレーザー３２は、ここで偏向素子３８を介して非常に
よくそれの方向に幾何学的に広い走査ビーム行程と鏡３
９の位置とへ適合している。
ザー４２が、光ファイバー４１を通じて走査用頭部Sと
のレーザー結合で結ばれていて、動かせる視準レンズ系
４０と、ビーム偏向素子３９とを介して、走査ビーム行
程中へ結合される。ここでは、単独か共通かで１本か数
本かのファイバーに結合されるいくつかの単独波長レー
ザーと多波長レーザーとをも取り扱うことができる。さ
らに、顕微鏡側へのビーム発射が、ここに示されない適
合レンズ系を通過した後色集合器によって混合される、
同時に数本のファイバーを通じての結合もできる。さま
ざまなレーザーのビーム放射をファイバー行程中で混合
することも、ここに示されない分割鏡によって可能であ
る。この発明によって走査用頭部に組み込まれた短パル
スレーザー３２は、ここで偏向素子３８を介して非常に
よくそれの方向に幾何学的に広い走査ビーム行程と鏡３
９の位置とへ適合している。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、レーザー走査型顕微鏡の走査
モジュール内に短パルスレーザーを直接結合かファイバ
ー結合かをすることでコンパクトにレーザを配列し、例
えば生物試料を３D解像顕微鏡検査するための例えば多
光子顕微鏡検査法において特に有利に使用することがで
きる。多光子技術がもつ深部弁別の力によって、検査ビ
ーム行程中に共焦点絞り（ピンホール）を使用すること
は全く必要がない。そうすることで顕微鏡系は技術的に
非常にたやすく実現でき、応用に際して特にたやすく取
り扱いできる。同時にいくつかの波長を利用する短パル
スレーザーシステムを使用することによって、ただ１台
のコンパクトな顕微鏡システムで同時にさまざまな応用
法が実現できる。
モジュール内に短パルスレーザーを直接結合かファイバ
ー結合かをすることでコンパクトにレーザを配列し、例
えば生物試料を３D解像顕微鏡検査するための例えば多
光子顕微鏡検査法において特に有利に使用することがで
きる。多光子技術がもつ深部弁別の力によって、検査ビ
ーム行程中に共焦点絞り（ピンホール）を使用すること
は全く必要がない。そうすることで顕微鏡系は技術的に
非常にたやすく実現でき、応用に際して特にたやすく取
り扱いできる。同時にいくつかの波長を利用する短パル
スレーザーシステムを使用することによって、ただ１台
のコンパクトな顕微鏡システムで同時にさまざまな応用
法が実現できる。
【図１】コンパクト短パルスレーザーをレーザー走査型
顕微鏡の走査モジュール内へ組み込む模範的な完成図。
顕微鏡の走査モジュール内へ組み込む模範的な完成図。
【図２】検出ビーム中に共焦点絞りを使用せずに、コン
パクト短パルスレーザーをレーザー走査型顕微鏡の走査
モジュール内へ組込みを実施するときの光学的ビーム行
程。
パクト短パルスレーザーをレーザー走査型顕微鏡の走査
モジュール内へ組込みを実施するときの光学的ビーム行
程。
【図３】検出ビーム中に共焦点絞りを使用して、コンパ
クト短パルスレーザーをレーザー走査型顕微鏡の走査モ
ジュール内へ組込みを実施するときの光学的ビーム行
程。
クト短パルスレーザーをレーザー走査型顕微鏡の走査モ
ジュール内へ組込みを実施するときの光学的ビーム行
程。
【図４】レーザー走査型顕微鏡と組み込まれた短パルス
レーザーとの標準操作用に、外部に光ファイバーを通じ
て結合されたレーザーを、発明に従って組み合わせると
きのビーム行程。
レーザーとの標準操作用に、外部に光ファイバーを通じ
て結合されたレーザーを、発明に従って組み合わせると
きのビーム行程。
１ 光源 ２ 照明レンズ系 ３ ビーム分割器 ４ 対物レンズ ５ 試料 ６ 集光器 ７ 光源 ８ 受光配列 ９ 第１円筒レンズ １０ 第２円筒レンズ １１ 接眼レンズ １２ ビーム分割器 １４ 回転鏡 １９ モニタダイオード ２０ 中立フィルタ ２１ 線フィルタ ２２ 走査対物レンズ ２３ スキャナー ２４ 主ビーム分割器 ２５ 写像レンズ系 ２７ 偏向プリズム ２８ ダイクロイックビーム分割器 ３０ 放射フィルタ ３１ 受光素子３１(PMT) ３２ 短パルスレーザー ３３ フィルタ ３４ シャッタ ３５ 非光学的検出手段 ３７ 絞り孔３７ ３８ 偏向素子 ３９ ビーム偏向素子 ４０ 視準レンズ系 ４１ 光ファイバー ４２ 外部レーザー ４３ 非線形光学クリスタル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリッヒ シモン （氏名原語表記） Ｕｌｒｉｃｈ Ｓｉｍｏｎ ドイツ国 Ｄ−07751 ローテンスタイン ブルグストラッセ 35 （住所又は居所 原語表記） Ｂｕｒｇｓｔｒ． 35， Ｄ −7751 Ｒｏｔｈｅｎｓｔｅｉｎ， Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 ラルフ ヴォレシェンスキー （氏名原語 表記） Ｒａｌｆ Ｗｏｌｌｅｓｃｈｅｎ ｓｋｙ ドイツ国 Ｄ−99510 シェッテン アン デル プロムナーデ ３ （住所又は居 所原語表記） Ａｎ ｄｅｒ Ｐｒｏｍｅ ｎａｄｅ ３， Ｄ−99510 Ｓｃｈｏｅ ｔｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
Claims (12)
- 【請求項１】顕微鏡ビーム行程と、検査すべき試料から
の放射を、観測手段および/または検査手段の方向へ写
像するための伝達レンズ系とをもつ顕微鏡部と、レーザ
ビームを偏向させるための走査手段をもつ走査部とから
成るハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡であって、顕
微鏡部と走査部とが、レーザー光を顕微鏡ビーム行程中
へ結合するための光学的接点を示し、走査部の構成部分
を作る短パルスレーザーと、特に多光子励起用の短パル
スレーザーと、短パルスレーザー放射を走査手段中へ結
合するための結合手段とを配備したハイコンパクトレー
ザー走査型顕微鏡。 - 【請求項２】顕微鏡対物レンズからの顕微鏡ビーム行程
と、検査すべき試料から来るビームを観測手段および/
または検査手段の方向へと写像するための、少なくとも
一つの伝達（円筒）レンズと、第１のハウジングへ装着
できる第２のハウジングとをもつ第１のハウジングを含
むハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡であって、第１
のハウジングと第２のハウジングとがレーザー光を顕微
鏡ビーム行程へ結合させるための光学的接点を示し、第
2のハウジング内には、レーザービームを偏向させるた
めの走査手段と、第２のハウジング内へ組み込まれた短
パルスレーザーと、特に多光子励起用の短パルスレーザ
ーと、短パルスレーザーの放射を走査手段中へ結合する
ための結合手段とを配備するハイコンパクトレーザー走
査型顕微鏡 - 【請求項３】検出手段が、試料からの放射を把握するた
めに第２のハウジング内に/走査部に組み込まれている
請求項１あるいは２に記載のハイコンパクトレーザー走
査型顕微鏡 - 【請求項４】結合手段が、レーザービームを適切なビー
ム直径と適切なビーム発散とへ変換する請求項１あるい
は２に記載のハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡 - 【請求項５】結合手段が、可変である請求項４に記載の
ハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡 - 【請求項６】結合手段が、光軸に沿って動かしうる結合
レンズである請求項５に記載のハイコンパクトレーザー
走査型顕微鏡 - 【請求項７】装置のレーザー安全性の保全ためのレーザ
ーシャッタ（ビーム遮断器）が、レーザー出口に配置し
てある請求項１あるいは２に記載のハイコンパクトレー
ザー走査型顕微鏡 - 【請求項８】レーザー出口にレーザー波長を選択調節す
るためのフィルタを配置してある請求項１あるいは２に
記載のハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡 - 【請求項９】レーザー出口にレーザー電力を調整するた
めの強度を弱める素子を配置してある請求項１あるいは
２に記載のハイコンパクトレーザー走査型顕微鏡 - 【請求項１０】周波数倍化、３倍化、加算または減算に
よる周波数変換する非線形光学結晶からなる光学系を配
列してなる請求項１あるいは２に記載のハイコンパクト
レーザー走査型顕微鏡 - 【請求項１１】ファイバーレーザーが波長：ダイオード
励起されたEr３+供与の、約１５５０nmの波長をもつこ
とを特徴とする請求項１あるいは２に記載のハイコンパ
クトレーザー走査型顕微鏡 - 【請求項１２】・非線形光学結晶を介して約７９０nmへ
の周波数の倍化をする請求項１０に記載のハイコンパク
トレーザー走査型顕微鏡
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19733195.5 | 1997-08-01 | ||
| DE1997133195 DE19733195B4 (de) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | Hoch-Kompaktes Laser Scanning Mikroskop mit integriertem Kurzpuls Laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11149045A true JPH11149045A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=7837613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21839498A Pending JPH11149045A (ja) | 1997-08-01 | 1998-08-03 | 組込み短パルスレーザをもつハイコンパクトレーザ走査型顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11149045A (ja) |
| DE (1) | DE19733195B4 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8699128B2 (en) | 2009-10-16 | 2014-04-15 | Olympus Corporation | Laser scanning microscope |
| CN104568885A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-04-29 | 天津医科大学 | 光纤驱动双扫描荧光探针 |
| JP2016541027A (ja) * | 2013-10-25 | 2016-12-28 | アイシス イノベーション エルティーディー． | 小型顕微鏡 |
| US10962755B2 (en) | 2015-04-24 | 2021-03-30 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555781B2 (en) * | 1999-05-10 | 2003-04-29 | Nanyang Technological University | Ultrashort pulsed laser micromachining/submicromachining using an acoustooptic scanning device with dispersion compensation |
| DE19949272C2 (de) * | 1999-10-12 | 2003-09-11 | Leica Microsystems | Scanmikroskop |
| DE10115486A1 (de) * | 2000-06-17 | 2001-12-20 | Leica Microsystems | Verschränkte-Photonen-Mikroskop |
| DE10044308A1 (de) * | 2000-09-07 | 2002-03-21 | Leica Microsystems | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fluoreszenzlicht bei der konfokalen Rastermikroskopie |
| DE10120425C2 (de) * | 2001-04-26 | 2003-12-18 | Leica Microsystems | Scanmikroskop |
| EP1386139A2 (de) * | 2001-05-07 | 2004-02-04 | Deutsches Krebsforschungszentrum Stiftung des öffentlichen Rechts | Fluoreszenzfluktuationsmikroskop, -messmodul bzw.-scanmodul und verfahren zur fluoreszenzfluktuationsmessung sowie verfahren und vorrichtung zur justage eines fluoreszenzfluktuationsmikroskops |
| DE10350918B3 (de) * | 2003-10-31 | 2005-04-14 | Evotec Technologies Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Transmission eines Objekts |
| DE102004017956B4 (de) | 2004-04-14 | 2022-07-07 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Verfahren zur Untersuchung der Lebensdauer angeregter Zustände in einer Probe |
| DE102004020663A1 (de) * | 2004-04-24 | 2005-11-10 | Carl Zeiss Meditec Ag | Einrichtung zur Beleuchtung organischer Objekte |
| DE102007047797B8 (de) | 2007-11-15 | 2011-12-15 | Leica Biosystems Nussloch Gmbh | Verfahren zum Aufbringen eines an einer Klinge eines Mikrotoms erzeugten histologischen Schnitts auf einen Objektträger |
| DE102011106916B4 (de) | 2011-07-08 | 2021-10-28 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Konfokales Auflicht-Rastermikroskop, Verfahren und Programm zum Betrieb eines solchen Mikroskops |
| US12591122B2 (en) * | 2022-02-18 | 2026-03-31 | Purdue Research Foundaton | Apparatuses and methods for high-speed laser scanning |
| US20260009987A1 (en) * | 2022-07-09 | 2026-01-08 | Femtonics Kft. | Mobile laser scanning microscope and beam stabilizer for laser scanning microscope |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4630276A (en) * | 1984-10-09 | 1986-12-16 | Aeronca Electronics, Inc. | Compact laser scanning system |
| DD273695A1 (de) * | 1988-07-04 | 1989-11-22 | Univ Schiller Jena | Verfahren zur erfassung schnell ablaufender prozesse in integrierten schaltkreisen unter verwendung eines laser-raster-mikroskopes mit obic-stufe |
| US5034613A (en) * | 1989-11-14 | 1991-07-23 | Cornell Research Foundation, Inc. | Two-photon laser microscopy |
| DE4323129C2 (de) * | 1992-07-24 | 2002-10-02 | Zeiss Carl | Inverses Mikroskop |
| DE9310307U1 (de) * | 1992-07-24 | 1993-09-02 | Zeiss Carl Fa | Inverses Laser-Scan-Mikroskop |
| JPH0714898A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体ウエハの試験解析装置および解析方法 |
| DE4331570C2 (de) * | 1993-08-17 | 1996-10-24 | Hell Stefan | Verfahren zum optischen Anregen einer Probe |
| JP2875940B2 (ja) * | 1993-08-26 | 1999-03-31 | 株式会社日立製作所 | 試料の高さ計測手段を備えた電子ビーム装置 |
| FI96452C (fi) * | 1994-01-26 | 1996-06-25 | Pekka Haenninen | Menetelmä väriaineiden virittämiseksi |
| DE4414940C2 (de) * | 1994-04-28 | 1998-07-02 | Pekka Haenninen | Lumineszenz-Rastermikroskop mit zwei Photonen Anregung |
| DE29609850U1 (de) * | 1996-06-04 | 1996-08-29 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang |
| DE19622359B4 (de) * | 1996-06-04 | 2007-11-22 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang |
-
1997
- 1997-08-01 DE DE1997133195 patent/DE19733195B4/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-03 JP JP21839498A patent/JPH11149045A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10330904B2 (en) | 2013-10-25 | 2019-06-25 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
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| CN104568885A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-04-29 | 天津医科大学 | 光纤驱动双扫描荧光探针 |
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| US11703673B2 (en) | 2015-04-24 | 2023-07-18 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19733195B4 (de) | 2006-04-06 |
| DE19733195A1 (de) | 1999-02-04 |
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