特開 2022-64874 顕微鏡用の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022064874

(43)【公開日】2022-04-26

(54)【発明の名称】顕微鏡用の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20220419BHJP

【ＦＩ】

G02B21/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021168131

(22)【出願日】2021-10-13

(31)【優先権主張番号】20201719

(32)【優先日】2020-10-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】511079735

【氏名又は名称】ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｌｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＣＭＳ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｅｒｎｓｔ－Ｌｅｉｔｚ－Ｓｔｒａｓｓｅ １７－３７， Ｄ－３５５７８ Ｗｅｔｚｌａｒ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】オリヴァー コイル

(72)【発明者】

【氏名】フォルカー シャハト

(72)【発明者】

【氏名】カイ リッチェル

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AA08

2H052AC26

2H052AC34

2H052AD06

2H052AD18

2H052AF14

2H052AF21

(57)【要約】      （修正有）

【課題】結像されるべき試料範囲をより簡単にかつより迅速に見つけ出すことを可能にする、顕微鏡用の制御装置、顕微鏡、および顕微鏡を制御する方法を提供する。
【解決手段】顕微鏡用の制御装置１４８であって、制御装置１４８は、顕微鏡の光結像システム１１２の焦点合わせおよび／または位置決めを試料１０２に対して相対的に変更するために、ユーザにより操作されるように構成された操作装置１３２と、光結像システムにより顕微鏡の検出器１１４に向けられた検出光１１６から焦点外の光を排除するために顕微鏡に含まれている検出ピンホール１２４の開口１２６を調整するように構成されたアクチュエータ１４０と、操作装置のユーザ操作に応じて所定の動作条件を検出し、所定の動作条件の検出時に検出ピンホールの開口を変化させる、特に増大させるためにアクチュエータを制御するように構成されたプロセッサ１０４と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

顕微鏡（１００）用、特に共焦点顕微鏡用の制御装置（１４８）であって、前記制御装置（１４８）は、
前記顕微鏡（１００）の光結像システム（１１２）の焦点合わせおよび／または位置決めを試料（１０２）に対して相対的に変更するために、ユーザにより操作されるように構成された操作装置（１３２）と、
前記光結像システム（１１２）により前記顕微鏡（１００）の検出器（１１４）に向けられた検出光（１１６）から焦点外の光を排除するために前記顕微鏡（１００）に含まれている検出ピンホール（１２４）の開口（１２６）を調整するように構成されたアクチュエータ（１４０）と、
前記操作装置（１３２）のユーザ操作に応じて所定の動作条件を検出し、前記所定の動作条件の検出時に前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）を変化させる、特に増大させるために前記アクチュエータ（１４０）を制御するように構成されたプロセッサ（１０４）と、
を含む制御装置（１４８）。

【請求項2】

前記所定の動作条件は、前記操作装置（１３２）により提供される所定の焦点合わせモードを含み、前記プロセッサ（１０４）は、前記所定の焦点合わせモードの検出時に前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）を増大させるために前記アクチュエータ（１４０）を制御するように構成されている、
請求項１記載の制御装置（１４８）。

【請求項3】

前記操作装置（１３２）は、選択的に、粗焦点合わせモードでは第１のステップサイズおよび／または第１の焦点合わせ速度で前記光結像システム（１１２）の焦点合わせを変更し、微焦点合わせモードでは第２のステップサイズおよび／または第２の焦点合わせ速度で前記光結像システム（１１２）の焦点合わせを変更するように構成されており、前記第１の焦点合わせ速度は、前記第２の焦点合わせ速度よりも大きく、前記第１のステップサイズは、前記第２のステップサイズよりも大きく、前記所定の動作条件は、前記粗焦点合わせモードを含む、
請求項１または２記載の制御装置（１４８）。

【請求項4】

前記プロセッサ（１０４）は、前記粗焦点合わせモードでは前記アクチュエータ（１４０）を制御して前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）を第１のサイズに設定し、前記微焦点合わせモードでは前記アクチュエータ（１４０）を制御して前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）を第２のサイズに設定するように構成されており、前記第１のサイズは、前記第２のサイズよりも大きい、
請求項３記載の制御装置（１４８）。

【請求項5】

前記プロセッサ（１０４）は、前記検出器（１１４）から出力された画像データを評価するように構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項6】

前記プロセッサ（１０４）は、前記画像データの前記評価に基づき前記光結像システム（１１２）が前記試料（１０２）のターゲット範囲に焦点を合わせられたターゲット焦点合わせ状態を検出するように構成されている、
請求項５記載の制御装置（１４８）。

【請求項7】

前記プロセッサ（１０４）は、前記画像データの前記評価に基づき前記所定の動作条件を検出するように構成されている、
請求項５または６記載の制御装置（１４８）。

【請求項8】

前記プロセッサ（１０４）は、前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）を調整するために、前記画像データの前記評価に基づき前記アクチュエータ（１４０）を制御するように構成されている、
請求項５から７までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項9】

前記画像データの前記評価は、輝度評価を含む、
請求項５から８までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項10】

前記プロセッサ（１０４）は、前記画像データにより表される平均的な輝度に基づき前記所定の動作条件を検出するように構成されている、
請求項９記載の制御装置（１４８）。

【請求項11】

前記プロセッサ（１０４）は、前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）のサイズに応じて、前記顕微鏡（１００）の光源（１１８）により発せられる照明光（１２０）の強さを制御するように構成されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項12】

前記プロセッサ（１０４）は、前記検出ピンホール（１２４）の前記開口（１２６）のサイズに応じて、前記顕微鏡（１００）の走査装置（１２２）の走査速度を制御するように構成されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項13】

前記操作装置（１３２）は、顕微鏡ステージ（１３８）と前記顕微鏡（１００）の前記光結像システム（１１２）との間に、前記光結像システム（１１２）の光軸（Ｏ）に沿って相対的な運動を生ぜしめるように構成された焦点駆動装置（１３４）を有している、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）。

【請求項14】

顕微鏡（１００）、特に共焦点レーザ走査型顕微鏡であって、前記顕微鏡（１００）は、
検出器（１１４）と、
試料（１０２）からの検出光（１１６）を前記検出器（１１４）に向けるように構成された光結像システム（１１２）と、
前記検出器（１１４）に向けられた前記検出光（１１６）から焦点外の光を排除するように構成された検出ピンホール（１２４）と、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の制御装置（１４８）と、
を有する顕微鏡（１００）。

【請求項15】

顕微鏡（１００）を制御する方法であって、
前記顕微鏡（１００）は、検出器（１１４）と、試料（１０２）からの検出光（１１６）を前記検出器（１１４）に向けるように構成された光結像システム（１１２）と、前記検出器（１１４）に向けられた前記検出光（１１６）から焦点外の光を排除するように構成された検出ピンホール（１２４）と、前記光結像システム（１１２）の焦点合わせおよび／または位置決めを前記試料（１０２）に対して相対的に変更するためにユーザにより操作されるように構成された操作装置（１３２）と、を有しており、前記方法は、
前記操作装置（１３２）のユーザ操作に応じて前記顕微鏡（１００）の所定の動作条件を検出するステップと、
前記所定の動作条件の検出時に、前記検出ピンホール（１２４）の開口（１２６）を変更する、特に増大させるためにアクチュエータ（１４０）を制御するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、顕微鏡用、特に共焦点走査型顕微鏡用の制御装置に関する。さらに本発明は、顕微鏡および顕微鏡を制御する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

共焦点顕微鏡等の従来の顕微鏡システムは、検査されるべき試料範囲を決めるまたは見つけ出すために、光結像システム、例えば顕微鏡の対物レンズと試料との間の位置関係を、３つの空間方向Ｘ，ＹおよびＺ全てにおいて調整するように構成されている。したがって、試料を保持する顕微鏡ステージを光結像システムに対して相対的に、光結像システムの光軸に沿って移動させ、これにより、光結像システムの焦点を試料に合わせるためには、Ｚ駆動装置が使用され得る。択一的または付加的に、Ｚ駆動装置は、光結像システムをその光軸に沿った方向に移動させるために使用されてもよい。同様に、顕微鏡ステージと光結像システムとを互いに相対的に、光軸に対して垂直な横方向に移動させるために用いられるＸ－Ｙ駆動装置が設けられていてもよい。駆動装置は、モータを備えた駆動ユニットにより形成され得、駆動ユニットは、モニタ等の表示装置において試料の画像を観察しながら結像されるべき試料範囲を見つけ出すために、ユーザにより操作される。よって、モータを備えた駆動ユニットが使用され得るとはいえ、基本的にはユーザが手動操作を行い、試料の適切なターゲット範囲を見つけ出す。

【0003】

このような手動サーチは、骨の折れる過程になり得る。これは特に、試料が小さな試料範囲内でのみ蛍光を発する蛍光顕微鏡法に当てはまる。蛍光スポットのサーチは、特に平らな試料や共焦点顕微鏡法において多くの時間がかかる場合がある。したがって、十分な検出信号を得るためには、光結像システムの焦点面を正確に、観察すべき試料層と空間的に一致させる必要がある。よって、ユーザはしばしば、試料の画像をモニタで観察しながら試料の大部分を検査しなければならない。空間的に拡張された試料範囲の共焦点画像はポイント毎に生成されるため、特に画像データがモニタに表示される前に画像処理が行われる場合には、結果として得られた画像のモニタ上での更新に比較的長い時間がかかる。その結果、モニタで更新画像を観察しながら適切なターゲット範囲を見つけ出すユーザ操作には、極めて時間がかかることになる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、ユーザが、結像されるべき試料範囲をより簡単にかつより迅速に見つけ出すことを可能にする、顕微鏡用の制御装置、顕微鏡、および顕微鏡を制御する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述した目的は、各独立請求項に記載の主題により達成される。有利な実施形態は、各従属請求項および以下の説明において規定されている。

【0006】

顕微鏡用、特に共焦点レーザ走査型顕微鏡用の制御装置には操作装置が含まれており、操作装置は、顕微鏡の光結像システムの焦点合わせと位置決めとを試料に対して相対的に変更するために、ユーザにより操作されるように構成されている。制御装置にはアクチュエータが含まれており、アクチュエータは、検出ピンホールの開口を調整するように構成されており、検出ピンホールは、光結像システムにより顕微鏡の検出器に向けられた検出光から、焦点外の光を排除するために顕微鏡に含まれている。制御装置にはさらにプロセッサが含まれており、プロセッサは、操作装置のユーザ操作に応じて所定の動作条件を検出し、所定の動作条件の検出時に、検出ピンホールの開口を変化させる、特に増大させるためにアクチュエータを制御するように構成されている。

【0007】

制御装置は、ユーザが、結像されるべき試料の適切なターゲット範囲のサーチ動作を、従来の顕微鏡システムに比べてより簡単かつより迅速に行うことができるようにする。プロセッサ制御されるアクチュエータを用いて検出ピンホールの開口を増大させることにより、顕微鏡システムの共焦点性を自動的に低下させ、これにより、試料からの光を検出可能な、光軸に沿った範囲のサイズを増大させることが可能である。以下にこのことを、「検出範囲の深さ」という表現を用いて説明する。これは特に、検出器により検出される焦点外の光に対する抑止特性を低下させることにより達成され得る。つまり、光結像システムの焦点面の上下に増大された範囲からの光も、通常は例えば１～２のエアリーユニットの直径／サイズを有する例えば検出ピンホールを用いて「真の共焦点設定」により検出される、焦点面の上下の範囲のサイズに比べ、同様に検出され得る。したがって、検出器が、試料から発せられた検出光を受信する検出範囲の深さを自動的に増大させることが可能である。よって、光結像システムを試料に対して焦点合わせしかつ／または試料に対して相対的な、光結像システムの横方向位置を変更するためにユーザが操作装置を作動させると、例えばモニタ上でユーザが観察可能な結像された試料範囲も相応して拡大されることになる。結果として、サーチ動作が加速されると共に、モニタ上で継続して更新される画像を観察する際に、ユーザは視覚的なフィードバックをより迅速に受け取ることになる。

【0008】

制御装置は特に、検出範囲の深さが小さく、光結像システムを試料に対して焦点合わせする動作に時間がかかる共焦点結像に好適である。したがって、光結像システムの焦点面が蛍光マーカまたはスポットを含む試料のターゲット範囲に正確に一致していないと、結果としてモニタ上に得られる画像には基本的にノイズのみが含まれており、蛍光マーカまたはスポットに対する焦点合わせに必要とされ得る焦点変更を大まかに推定することさえできない。このような状態において、制御装置は有利には、検出範囲の深さを自動的に増大させ、ユーザにより行われる焦点合わせプロセスをスピードアップさせるために使用され得る。

【0009】

制御装置は、焦点合わせに関して特に有利であるが、光結像システムの光軸に対して垂直な横方向での蛍光スポットのサーチを加速させるためにも使用され得る。したがって、操作装置のユーザ操作に応じて検出範囲の深さを増大させることは、いわば、サーチ動作中に試料と光結像システムとが互いに相対的に移動させられるときに横方向に走査される軸方向の試料範囲を拡大させることになる。

【0010】

制御装置は、ユーザがサーチ動作をスピードアップさせることができるようにするため、試料が照明光に晒される時間を大幅に短縮することができる。よって、感光性の試料の光退色を回避することができかつ／または生きている試料に対する照明光の光毒性を低下させることができる。

【0011】

所定の動作条件は、操作装置により提供される所定の焦点合わせモードを含んでいてよい。プロセッサは、所定の焦点合わせモードの検出時にアクチュエータを制御して、検出ピンホールの開口を増大させるように構成され得る。この実施形態では、プロセッサは、操作装置のユーザ操作に応じて所定の焦点合わせモードの作動を認識する。所定の焦点合わせモードの認識は、検出ピンホールの開口が変更される、特にサーチ支援モード以外の動作モードにおいて適用される開口設定に比べて増大されるサーチ支援モードをトリガするために利用され得る。

【0012】

１つの好適な実施形態では、操作装置は選択的に、粗焦点合わせモードでは第１のステップサイズおよび／または第１の焦点合わせ速度で光結像システムの焦点合わせを変更し、かつ微焦点合わせモードでは第２のステップサイズおよび／または第２の焦点合わせ速度で光結像システムの焦点合わせを変更するように構成されている。第１の焦点合わせ速度は第２の焦点合わせ速度よりも大きくてよく、第１のステップサイズは第２のステップサイズよりも大きくてよい。所定の動作条件は、粗焦点合わせモードを含んでいてよい。この実施形態では、ユーザが粗焦点合わせモードを選択すると、サーチ支援モードが作動させられてよい。

【0013】

好適には、プロセッサは、粗焦点合わせモードではアクチュエータを制御して検出ピンホールの開口を第１のサイズに設定し、かつ微焦点合わせモードではアクチュエータを制御して検出ピンホールの開口を第２のサイズに設定するように構成されており、前記第１のサイズは前記第２のサイズよりも大きい。検出ピンホールの開口のサイズは、段階的に調整または設定され得る－例えば検出ピンホールの開口のサイズは、検出ピンホールの最小または最大開口値の例えば５％（または１０％または別の適切な値）の係数を有する複数のステップにより増大または縮小され得る－または検出ピンホールの開口のサイズは連続的に調整または設定され得、この場合、検出ピンホールの開口は、例えば連続線形関数またはその他の任意の連続数学関数により増大または縮小させられる。

【0014】

プロセッサは、検出器から出力された画像データを評価するように構成され得る。画像データの評価は、適切なターゲット範囲のサーチ動作においてユーザを支援するために利用され得る。このために画像データは、明るさ／輝度、コントラスト、信号対雑音比等といった特定の画像パラメータに関して評価されてよい。

【0015】

１つの好適な実施形態では、プロセッサは、画像データの評価に基づき光結像システムが試料のターゲット範囲に焦点を合わせられたターゲット焦点合わせ状態を検出するように構成されている。例えば、画像データの評価が、１つの試料範囲の画像が高輝度を示すということを明らかにした場合、この試料範囲は、上述した試料のターゲット範囲として識別され得る。

【0016】

プロセッサは、画像データの評価に基づき所定の動作条件を検出するように構成され得る。例えば、画像データの評価が、対応する画像が低輝度を示すということを明らかにした場合、この輝度情報は、サーチ支援モードをトリガする所定の動作条件の存在を表していてよい。なぜならば、結像されるべき適切な試料範囲が、まだ見つけ出されていないからである。

【0017】

プロセッサはさらに、検出ピンホールの開口を調整するために、画像データの評価に基づきアクチュエータを制御するように構成され得る。好適には、画像データの評価には輝度評価が含まれる。

【0018】

１つの好適な実施形態では、プロセッサは、画像データにより表される平均的な輝度に基づき所定の動作条件を検出するように構成され得る。例えば、画像全体にわたり平均された低輝度は、所定の動作条件の確実な指標であり得る。

【0019】

プロセッサは、検出ピンホールの開口のサイズに応じて、顕微鏡の光源により発せられる照明光の強さを制御するように構成され得る。この実施形態は、集められる光子と、検出ピンホールの開口のサイズと、の比が既知であるということを利用する。この比に基づき検出ピンホールを制御して、輝度の変化を回避することができる。

【0020】

好適には、プロセッサは、検出ピンホールの開口のサイズに応じて顕微鏡の走査装置の走査速度を制御するように構成されている。例えば、共焦点レーザ走査型顕微鏡においてこのような走査装置は、照明光が試料にわたり走査されるように照明光および／または検出光を方向付けかつ試料から発せられる検出光を検出器に向けるために使用される。このような構成では、サーチ支援モードにおいて走査過程を加速させるために走査速度が高められてよく、これにより、サーチ動作中にユーザが経験する視覚的なフィードバックが改良される。

【0021】

操作装置は、顕微鏡ステージと顕微鏡の光結像システムとの間に、光結像システムの光軸に沿って相対的な運動を生ぜしめるように構成された焦点駆動装置を有していてよい。焦点駆動装置は、モータを備えた駆動装置または手動の駆動装置であり得る。追加的または択一的に、操作装置は、モータを備えたまたは手動のＸ－Ｙ駆動装置を有していてもよく、このＸ－Ｙ駆動装置は、試料を保持する顕微鏡ステージと光学結像システムとを互いに相対的に、光軸に対して垂直な横方向に移動させるように構成されている。手動の駆動装置の場合、操作装置は、顕微鏡ステージと光結像システムとを互いに相対的に移動させる量を検出し、かつ相応する検出信号をプロセッサに出力するように構成されたセンサまたはエンコーダを有していてよい。さらに操作装置は、各駆動装置を制御するためにユーザにより操作され得る遠隔制御ユニットを有していてもよい。いずれにせよ、操作装置は上述した例に限定されるわけではない。プロセッサが、本明細書に記載のように検出ピンホールを制御するユーザ操作を検出することができるようにする、あらゆる形式の操作装置が使用され得る。

【0022】

別の態様では、顕微鏡、特に共焦点顕微鏡が提供される。この顕微鏡は、検出器と、試料からの検出光を検出器に向けるように構成された光結像システムと、検出器に向けられた検出光から焦点外の光を排除するように構成された検出ピンホールと、上述したような制御装置と、を有している。

【0023】

別の態様では、顕微鏡を制御する方法が提供され、この顕微鏡は、検出器と、試料からの検出光を検出器に向けるように構成された光結像システムと、検出器に向けられた検出光から焦点外の光を排除するように構成された検出ピンホールと、光結像システムの焦点合わせおよび／または位置決めを試料に対して相対的に変更するためにユーザにより操作されるように構成された操作装置と、を有している。この方法は、以下のステップ、すなわち：操作装置のユーザ操作に応じて顕微鏡の所定の動作条件を検出するステップ；および所定の動作条件の検出時に、検出ピンホールの開口を増大させるためにアクチュエータを制御するステップを含む。

【図面の簡単な説明】

【0024】

以下に、図面を参照して特定の実施形態を説明する。

【図1】１つの実施形態による制御装置を有する共焦点顕微鏡の概略的な線図である。

【図2】１つの実施形態による、顕微鏡を制御する方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１には顕微鏡１００の概略的な線図が示されており、顕微鏡１００は、共焦点レーザ走査型顕微鏡（ＣＬＳＭ）として構成されていてよい。したがって本実施形態では、顕微鏡１００は、ポイント毎に試料１０２の結像を行うために用いられ、その結果得られる試料の画像は、複数の像点または画素から成っている。

【0026】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００はプロセッサ１０４を有しており、プロセッサ１０４はコンピュータ１０６に接続されてよい。さらに、コンピュータ１０６に接続され、試料１０２の画像１１０を表示するモニタ１０８が設けられていてよい。

【0027】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は光結像システム１１２を有しており、光結像システム１１２は、試料１０２の選択されたターゲット範囲を、例えばポイントセンサにより形成された検出器１１４において結像させるように構成されている。試料１０２の１点から発せられる検出光１１６は、図１に破線で示すように、光結像システム１１２により検出器１１４に向けられる。光結像システム１１２は、図１では単一のブロックとして単に略示されているに過ぎないということに留意されたい。ただし光結像システム１１２は、試料１０２に面した対物レンズや、光検出経路内で対物レンズの下流側に配置されたチューブレンズ等の、複数のレンズ素子（図１には図示せず）を有していてよい。

【0028】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００はさらに、照明光１２０を発するレーザ光源１１８を有していてよく、照明光１２０は、図１に実線で示すように、光結像システム１１２を通り試料１０２へ案内される。よって、光結像システム１１２は、照明光１２０で試料１０２を照明するためと、照明された試料１０２から発せられる検出光１１６を検出器１１４に向けるためと、に用いられる。光検出経路を照明経路から分離するためには、ビームスプリッタ１４４が設けられていてよい。ビームスプリッタ１４４は、例えばダイクロイックミラーにより形成されており、ダイクロイックミラーは、レーザ光源１１８により発せられた照明光１２０を試料１０２の方に反射しかつ検出光１１６を検出器１１４の方に送る分光特性を有している。

【0029】

試料１０２を通る照明光１２０をポイント毎に走査するために、共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は、走査装置１２２を有している。図１に示す実施形態では、走査装置１２２は、１つまたは２つの傾動可能なミラー１４６を有していてよく、ミラー１４６は、照明光１２０を試料１０２にわたり、光結像システム１１２の光軸Ｏに対して垂直な横方向ＸおよびＹに沿って走査するように構成されている。走査装置１２２は、照明光１２０に対して動作するだけでなく、試料１０２から光結像システム１１２により集められた検出光１１６も、検出器１１４に向けられるときに走査装置１２２に入る。よって図１に示す実施形態は、照明光１２０が試料１０２にわたり横方向走査動作をＸ方向とＹ方向とに行っても、検出器１１４の形態の固定ポイントセンサを用いて検出光１１６の受信を可能にする、いわゆるデスキャン構成を提供する。

【0030】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は、検出器１１４の手前に配置された検出ピンホール１２４を有している。検出ピンホール１２４は、検出器１１４に入射する検出光１１６の横断面を画定する開口１２６を有している。以下でより詳しく説明するように、検出ピンホール１２４の開口１２６は、検出光１１６が検出器１１４により受信される検出範囲の深さを変更するために調整され得る。

【0031】

任意には、共焦点レーザ走査型顕微鏡１００はさらに照明ピンホール１２８を有しており、照明ピンホール１２８は、レーザ光源１１８から発せられる照明光１２０の横断面を画定する開口１３０を有している。したがって、照明ピンホール１２８はポイント型照明源と見なされてよく、この場合、検出ピンホール１２４は、光学的に照明ピンホール１２８に対応する、検出器１１４の手前の平面内に配置されている。上述したポイント照明源は、必ずしも照明ピンホールにより形成されているわけではないということに留意されたい。例えば、適切な光ファイバがレーザ光源１１８に結合され、光ファイバの発光端部がポイント照明源を形成してもよい。

【0032】

観察されるべき試料１０２の適切なターゲット範囲を見つけ出すために、光結像システム１１２と試料１０２との間の位置関係は３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚ全てにおいて可変であり、この場合、Ｚ方向は光軸Ｏに対して平行であり、Ｘ，Ｙ方向は光軸Ｏに対して垂直である。このために共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は操作装置１３２を有しており、操作装置１３２は、光結像システム１１２のＺ方向の焦点合わせとＸ－Ｙ方向の位置決めとを試料１０２に対して相対的に変化させるためにユーザにより操作され得る。一例として、操作装置１３２は、軸方向のＺ駆動装置と横方向のＸ－Ｙ駆動装置とを作動させるためにユーザにより手動で操作される遠隔制御装置を有していてよい。これらの駆動装置は、それぞれ二重矢印１３４および１３６として図１に単に概略的にのみ図示されているに過ぎない。Ｚ駆動装置は、焦点合わせ動作を行うためにユーザにより操作され、焦点合わせでは、試料１０２と光結像システム１１２との間の軸方向距離が、光軸Ｏに沿って変更される。同様にＸ－Ｙ駆動装置１３６も、試料１０２をＸ方向およびＹ方向に沿って光結像システム１１２に対して相対的に移動させるための横方向位置決め動作を行うために、ユーザにより操作される。Ｘ－Ｙ駆動装置は、横方向ＸおよびＹに沿って光軸Ｏに対して垂直に可動の顕微鏡ステージ１３８に統合されていてもよい。駆動装置１３４，１３６は、Ｘ，ＹおよびＺ方向に沿った意図的な動作を生ぜしめるように構成された、モータを備えた軸により形成され得る。

【0033】

言うまでもなく、上述の焦点・横方向位置決め機構は単なる例として理解されるべきものである。例えば、顕微鏡ステージ１３８を横方向に動かすよりも、むしろ光結像システム１１２を、試料１０２が配置された固定顕微鏡ステージに対して相対的に動かすことが可能である。

【0034】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は、検出ピンホール１２４の開口１２６を調整するように構成されたアクチュエータ１４０を有している。任意には、照明ピンホール１２８の開口１３０を調整するために別のアクチュエータ１４２が設けられていてもよい。両アクチュエータ１４０，１４２は、プロセッサ１０４に接続され得る。

【0035】

以下で説明するように、共焦点レーザ走査型顕微鏡１００は、図１に全体的に１４８として示された制御装置を有しており、制御装置は、結像されるべき試料範囲を、ユーザが従来の顕微鏡システムにおけるよりも一層簡単かつ迅速に見つけ出すことを可能にする。図１に示す特定の実施形態では、上述した制御装置１４８は、プロセッサ１０４と、コンピュータ１０６と、操作装置１３２とに加えて、Ｚ駆動装置１３４と、Ｘ－Ｙ駆動装置１３６と、検出ピンホール１２４の開口１２６を変更するために駆動され得るアクチュエータ１４０と、を有していてよい。任意には、照明ピンホール１２８の開口１３０のサイズを調整するために別のアクチュエータ１４２が設けられていてもよい。

【0036】

概して、プロセッサ１０４は、操作装置１３２のユーザ操作に応じて所定の動作条件を検出し、所定の動作条件の検出時に、検出ピンホール１２４の開口１２６を変化させる、特に増大させるためにアクチュエータ１４０を制御するように構成されている。検出ピンホール１２４の開口１２６が増大されると、検出光１１６が検出器１１４により受信される検出範囲の深さが、低空間分解能という犠牲を払って増大される。その結果、結像されるべき適切な試料範囲を見つけ出すためのユーザ操作は、分解能を犠牲にして、検出範囲の深さを増大することにより支援される。

【0037】

より具体的には、制御装置１４８は、操作装置１３２のユーザ操作に応じてプロセッサ１０４により上述した動作条件が検出された場合に作動させられるサーチ支援モードを提供し、この場合、ユーザ操作とは、モニタ１０８上で継続して更新される画像１１０を観察しながらユーザが適切な試料範囲を見つけ出そうとすることを指す。サーチ支援モードの作動をトリガする動作条件は、この動作条件が適切な試料範囲のサーチ動作を行うというユーザの意図を確実に表すように、予め適切に規定され得る。

【0038】

図１に示す特定の実施形態では、プロセッサ１０４は操作装置１３２に接続されており、操作装置１３２がユーザにより操作されると、操作装置１３２から検出情報を受信する。例えば、操作装置１３２は、Ｚ駆動装置１３４を用いた焦点合わせ動作および／またはＸ－Ｙ駆動装置１３６を用いた位置決め動作を行うためにユーザが操作装置１３２を作動させていることを表す検出信号をプロセッサ１０４に出力してよい。したがって、プロセッサ１０４は、上述した焦点合わせ動作および位置決め動作のうちの１つが操作装置１３２を用いて行われる状況を検出することにより、共焦点レーザ走査型顕微鏡１００の所定の動作条件を認識することができる。この場合、所定動作の認識が、支援モードの作動をトリガする。

【0039】

一例として、動作条件は、操作装置１３２により提供される所定の焦点合わせモードを含んでいてよい。ユーザが操作装置１３２を作動させて所定の焦点合わせモードに入ると、対応する検出信号が操作装置１３２からプロセッサ１０４に出力される。この検出信号に基づき、プロセッサ１０４は所定の焦点合わせモードが設定されたことを認識する。次いで、プロセッサ１０４は支援モードを作動させる。支援モードにおいて、プロセッサ１０４は検出ピンホール１２４の開口１２６を、支援モードに入る前に適用されていた所定の値よりも大きな値に増大させる。この所定の値は、比較的小さな検出範囲の深さひいては高空間分解能での結像動作を可能にする開口１２６のサイズを規定するものである。検出ピンホール１２４の開口１２６を増大することによって検出範囲の深さがより大きくなり、低分解能という犠牲を払うことで、モニタ１０８に表示される画像１１０に基づきユーザが観察することができる結像試料範囲が拡大される。結果として、適切な試料範囲のサーチ動作を、より迅速に行うことができる。

【0040】

１つの特定の実施形態では、制御装置１４８は、少なくとも２つの異なる焦点合わせモードを提供するように構成され得、これらのモードのうちの１つが、支援モードをトリガする動作条件を規定する。例えば、光結像システム１１２の焦点合わせが第１のステップサイズおよび／または第１の焦点合わせ速度において変更可能な粗焦点合わせモードが提供され得る。さらに、光結像システム１１２の焦点合わせが第２のステップサイズおよび／または第２の焦点合わせ速度において変更可能な微焦点合わせモードが提供され得、この場合、第１の焦点合わせ速度は第２の焦点合わせ速度よりも大きく、第１のステップサイズは第２のステップサイズよりも大きい。プロセッサ１０４は、操作装置１３２から出力された検出信号に基づき、ユーザにより選択されたのが粗焦点合わせモードなのか、または微焦点合わせモードなのかを認識するように構成されている。粗焦点合わせモードが選択された場合には、プロセッサ１０４がアクチュエータ１４０を制御して、検出ピンホール１２４の開口１２６を第１のサイズに設定する。他方において微焦点合わせモードが選択された場合には、プロセッサ１０４がアクチュエータ１４０を制御して、検出ピンホール１２４の開口１２６を、粗焦点合わせモードにおいて設定される第１のサイズよりも小さな第２のサイズに設定する。開口１２６の第２のサイズは、上述した所定の値に相応し得る。換言すると、プロセッサ１０４は、粗焦点合わせモードにおいて検出ピンホール１２４を制御して検出ピンホール１２４の開口１２６を拡大し、その結果、検出範囲の深さが微焦点合わせモードに比べて増大することになる。したがって、粗焦点合わせモードでは、結像されるべき適切なターゲット範囲のサーチが容易になる。

【0041】

プロセッサ１０４はさらに、検出器１１４から出力された画像データを評価し、このような評価を、適切なターゲット範囲のサーチ動作におけるユーザ支援に利用するように構成され得る。例えば、プロセッサ１０４は画像データの輝度評価を行い、この輝度評価を、支援モードをトリガする所定の動作条件が満たされているか否かの認識に利用してよい。一例として、プロセッサ１０４は、画像データにより表される平均的な輝度が低い場合に所定の動作条件が満たされていると認識し得る。

【0042】

画像データの評価は、光結像システム１１２が試料１０２のターゲット範囲に焦点を合わせられたターゲット焦点合わせ状態を検出するためにも利用され得る。例えば、画像データにおいて輝度評価が行われる場合には、プロセッサ１０４が目下の画像の平均的な輝度を評価することにより、ターゲット焦点合わせ状態を検出することができる。画像データを連続的に評価することにより、検出ピンホール１２４の開口１２６を、目下の画像データに基づき連続的に調整することができる。例えば、プロセッサ１０４は目下の輝度に基づきアクチュエータ１４０を制御してよく、これにより、検出ピンホール１２４の開口１２６は輝度に応じて連続的に調整し直される。輝度が低い場合には、アクチュエータ１４０は開口１２６を増大させるように制御される。対照的に、輝度が高い場合には、アクチュエータ１４０は開口１２６を縮小させるように制御される。

【0043】

任意には、プロセッサ１０４は、検出ピンホール１２４の開口１２６のサイズに応じてレーザ光源１１８を制御するように構成されている。したがって、レーザ光源１１８により発せられる照明光１２０の強さを、開口設定に基づき調整することが可能である。例えばプロセッサ１０４は、輝度の変動が広範に回避され得るように、開口設定に応じて照明光１２０の強さを調整し得る。さらに、開口１２６のサイズに応じた照明光１２０の強さの制御は、如何なる露出過度の発生も防止するために利用され得る。

【0044】

さらに、プロセッサ１０４は、検出ピンホール１２４の開口１２６のサイズに応じて走査装置１２２の速度を制御するように構成されていてもよい。例えば、走査速度は支援モードにおいて走査過程を加速させるために増大され得る。これにより、モニタ１０８上で画像１１０を観察することにより適切な試料範囲をサーチするときに、ユーザが経験するフィードバックが加速されることになる。

【0045】

図２には、１つの実施形態による、共焦点レーザ走査型顕微鏡１００を制御する方法を示すフローチャートが示されている。

【0046】

共焦点レーザ走査型顕微鏡１００の制御パラメータをデフォルト設定に基づき初期設定するステップＳ１の初期設定プロセスで図２に示す制御動作を開始した後に、ステップＳ２で制御動作を進める。ステップＳ２では、検出ピンホール１２４の開口１２６を設定する。Ｓ２を初めて実行する場合には、開口１２６を、支援モード以外の動作モードにおいて焦点外の光を排除するために適用される所定の値に設定する。

【0047】

ステップＳ３では、試料１０２にわたる照明光１２０の走査および上述したようなデスキャン構成に基づく検出器１１４での検出光１１６の受信により、共焦点結像プロセスを行う。したがって、画像１１０がモニタ１０８に表示される。ステップＳ２およびＳ３は、図２において順次実行されるように示されていることに留意されたい。ただし、Ｓ２およびＳ３は同時に実行されてもよい。

【0048】

ステップＳ４では、結像プロセスが停止されるべきか否かのクエリが行われる。結像を停止すべき場合には、制御動作はステップＳ５に進み、制御動作は終了する。結像を継続すべき場合には、制御動作はステップＳ６に進む。

【0049】

ステップＳ６では、操作装置１３２のユーザ操作に応じて支援モードの作動をトリガする所定の動作状態にあるか否かを、プロセッサ１０４が認識する。ステップＳ６で所定の動作状態にはないと認識された場合には、プロセスはステップＳ３に戻り、開口１２６の所定の値に基づき共焦点結像プロセスを再び実行する。したがって、共焦点結像は、ステップＳ５において結像が停止されるまで、またはステップＳ６において所定の動作状態が認識されるまで、開口１２６の標準的な設定に基づき続けられる。

【0050】

ステップＳ６で所定の動作状態にあると認識された場合には、制御動作が支援モードを設定してステップＳ２に戻り、ステップＳ２において検出ピンホール１２４の開口１２６を、所定の値からより大きな値に変更する。ステップＳ３では、増大された開口１２６に基づき共焦点結像プロセスを行う。支援モードでは開口１２６の増大により、検出光１１６が検出器１１４により受信される検出範囲の深さも相応してより大きくなっている。したがって、支援モードでは低空間分解能という犠牲を払って画像形成が加速されることになる。共焦点結像は、ステップＳ５において結像が停止されるまで、またはステップＳ６において所定の動作状態には最早ないと認識されるまで、増大された開口１２６に基づき続けられる。

【0051】

上述した実施形態は、単なる例として理解されるべきものである。例えば、上記の制御動作は検出ピンホール１２４の設定に応じて１つの動作状態しか提供しないが、共焦点走査型顕微鏡１００の動作状態に応じて照明ピンホール１２８を制御することも可能である。

【0052】

本明細書で使用されるように、用語「および／または（かつ／または）」は、関連する記載項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる全ての組み合わせを含んでおり、「／」として略記されることがある。

【0053】

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。

【符号の説明】

【0054】

１００ 共焦点レーザ走査型顕微鏡
１０２ 試料
１０４ プロセッサ
１０６ コンピュータ
１０８ モニタ
１１０ 画像
１１２ 光結像システム
１１４ 検出器
１１６ 検出光
１１８ レーザ光源
１２０ 照明光
１２２ 走査装置
１２４ 検出ピンホール
１２６ 検出ピンホールの開口
１２８ 照明ピンホール
１３０ 開口
１３２ 操作装置
１３４ Ｚ駆動装置
１３６ Ｘ－Ｙ駆動装置
１３８ 顕微鏡ステージ
１４０ アクチュエータ
１４２ アクチュエータ
１４４ ビームスプリッタ
１４６ ミラー
１４８ 制御装置

【図1】

【図2】

【外国語明細書】