特許 7535116 斜面顕微鏡および斜面顕微鏡における収差を補正する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-06

(45)【発行日】2024-08-15

(54)【発明の名称】斜面顕微鏡および斜面顕微鏡における収差を補正する方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20240807BHJP

【ＦＩ】

G02B21/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022542181

(86)(22)【出願日】2020-01-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 EP2020050425

(87)【国際公開番号】W WO2021139889

(87)【国際公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-11-18

(73)【特許権者】

【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】クリスティアン シューマン

【審査官】岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６１４４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５０５８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０２６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１７９７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６－２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

斜面顕微鏡（１００，５００，６００）であって、前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）は、
物体（１０４）の像（３００）を形成するように構成された光学結像系（１０２）と、
制御ユニット（１０６，６０８）と、
を有し、
前記光学結像系（１０２）は、光学ズーム系（１３０）を備えた望遠鏡系（１１２）を有し、前記光学ズーム系（１３０）は、前記望遠鏡系（１１２）の物体側に関連付けられる１つの屈折率と、前記望遠鏡系（１１２）の像側に関連付けられる別の１つの屈折率と、の２つの屈折率間の比に、前記望遠鏡系（１１２）の倍率を適合させるように調整可能であり、
前記望遠鏡系（１１２）は、ダイクロイックビームスプリッタ（５０４）を有し、前記ダイクロイックビームスプリッタ（５０４）は、照明系（１０８）によって形成される光シートを前記物体（１０４）に向けて送るとともに、前記物体（１０４）において発生した検出光を光学検出系（１１４）に向けて送るように構成されており、
前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記光学結像系（１０２）によって形成される前記像（３００）の像質を評価しかつ前記評価に基づいて前記光学ズーム系（１３０）を調整するように構成されており、
前記望遠鏡系（１１２）は、前記望遠鏡系（１１２）の物体側に配置された対物レンズ（１３２）を有し、前記制御ユニット（１０６）は、前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）によって形成される前記像（３００）を２つ以上の領域（３０２，３０４）に分割するように構成されており、第１の領域（３０２）は、第１の区域（２０６）の像を有し、第２の領域（３０４）は、第２の区域（２０８）の像を有し、前記物体（１０４）の前記第１の区域（２０６）および前記第２の区域（２０８）は、前記対物レンズから、前記対物レンズの光軸（Ｏ）に沿って異なる距離に位置決めされており、前記第１の区域（２０６）および前記第２の区域（２０８）は、前記対物レンズ（１３２）の焦平面（２０２）と交わっていなく、
前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記第１の領域（３０２）および／または前記第２の領域（３０４）の像質を評価しかつ前記評価に基づいて前記光学ズーム系（１３０）手段を調整するように構成されている、
斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項2】

前記望遠鏡系（１１２）は、前記光学結像系（１０２）の球面収差を補正するために調整可能な光学補正手段（１３４）を有し、前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記像（３００）の前記像質の前記評価に基づいて、前記光学補正手段（１３４）を調整するように構成されている、
請求項１記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項3】

前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）によって形成される前記像（３００）を３つ以上の領域（３０２，３０４，３０６）に分割するように構成されており、前記第１の領域（３０２）は、前記物体（１０４）の前記第１の区域（２０６）の像を有し、前記第１の区域（２０６）は、前記対物レンズ（１３２）から遠い方の、前記対物レンズの焦平面（２０２）に配置されており、前記第２の領域（３０４）は、前記物体（１０４）の前記第２の区域（２０８）の像を有し、前記第２の区域（２０８）は、前記対物レンズ（１３２）を向いた、前記焦平面（２０２）に配置されており、第３の領域（３０６）は、前記物体（１０４）の第３の区域（２１０）の像を有し、前記第３の区域（２１０）は、前記焦平面（２０２）と交わっている、
請求項１または２記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項4】

前記望遠鏡系（１１２）は、前記光学結像系（１０２）の球面収差を補正するために調整可能な光学補正手段（１３４）を有し、前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記像（３００）の前記第３の領域（３０６）の像質を評価して、前記評価に基づいて前記光学補正手段（１３４）を調整するように構成されている、
請求項３記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項5】

前記制御ユニット（１０６，６０８）は、ストレール比、コントラスト値、像鮮明度尺度および／または前記像（３００）の自己相関関数の幅を特定することにより、前記像質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項記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項6】

前記光学ズーム系（１３０）は、前記物体側および前記像側の両方に対し、全倍率範囲にわたって、前記望遠鏡系（１１２）がテレセントリックになるように構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項7】

前記望遠鏡系（１１２）の倍率範囲は、２つの前記屈折率の前記比が、１．０～１．６である範囲に対応する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項8】

前記望遠鏡系（１１２）は、前記光学ズーム系（１３０）を有するケプラー望遠鏡によって形成される、
請求項１から７までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項9】

前記望遠鏡系（１１２）は、前記光学結像系（１０２）の球面収差を補正するために調整可能な光学補正手段（１３４）を有し、
前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記光学結像系（１０２）によって形成される前記像（３００）の像質を評価しかつ前記評価に基づき、反復プロセスにおいて、前記光学補正手段（１３４）および前記光学ズーム系（１３０）を調整するように構成されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１００，５００，６００）。

【請求項10】

制御ユニット（１０６）により斜面顕微鏡（１００，５００，６００）における収差を補正する方法であって、前記方法は、
前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）の光学結像系（１０２）によって形成される像（３００）の像質を評価するステップと、
前記評価に基づいて、前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）の光学ズーム系（１３０）を調整するステップと、
を有し、
前記光学結像系（１０２）の望遠鏡系（１１２）は、ダイクロイックビームスプリッタ（５０４）を有し、前記ダイクロイックビームスプリッタ（５０４）は、照明系（１０８）によって形成される光シートを物体（１０４）に向けて送るとともに、前記物体（１０４）において発生した検出光を光学検出系（１１４）に向けて送るように構成されており、
前記望遠鏡系（１１２）は、前記望遠鏡系（１１２）の物体側に配置された対物レンズ（１３２）を有し、前記制御ユニット（１０６）は、前記斜面顕微鏡（１００，５００，６００）によって形成される前記像（３００）を２つ以上の領域（３０２，３０４）に分割するように構成されており、第１の領域（３０２）は、第１の区域（２０６）の像を有し、第２の領域（３０４）は、第２の区域（２０８）の像を有し、前記物体（１０４）の前記第１の区域（２０６）および前記第２の区域（２０８）は、前記対物レンズから、前記対物レンズの光軸（Ｏ）に沿って異なる距離に位置決めされており、前記第１の区域（２０６）および前記第２の区域（２０８）は、前記対物レンズ（１３２）の焦平面（２０２）と交わっていなく、
前記制御ユニット（１０６，６０８）は、前記第１の領域（３０２）および／または前記第２の領域（３０４）の像質を評価しかつ前記評価に基づいて前記光学ズーム系（１３０）手段を調整するように構成されている、
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、斜面顕微鏡に関する。本発明はさらに、斜面顕微鏡における収差を補正する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、文献米国特許第８５８２２０３号明細書に記載されている斜面顕微鏡法は、光シートを用いて、試料のボリューメトリックイメージングを行う技術である。光シートは、対物レンズによって試料内に向けられ、この対物レンズの焦平面に対して傾けられた平面を照明する。したがって、被照明面の大部分は、対物レンズの焦平面の外部にあり、ゆえにデフォーカス収差の影響を受けてしまいやすい。

【0003】

被照明面の高速かつ収差のない撮像を実現するために、E. J. Botcherby等による"An optical techniques for remote focusing in microscopy"、Opt. Com. 281、第８８０－８８７ページ、（２００８）に記載された、リモートフォーカシングと称される方法が使用される。この方法では、望遠鏡系が利用される。上述のデフォーカス収差を補正するために、望遠鏡系の倍率は、望遠鏡系の物体側に関連付けられる１つの屈折率と、望遠鏡系の像側に関連付けられる別の１つの屈折率と、の２つの屈折率の比に設定される。この条件が満たされると、被照明面の像にはデフォーカス収差が生じない。

【0004】

斜面顕微鏡によって形成される像質の１つの影響する別の要因は、結像される物体おける不均一性または屈折率のミスマッチの結果として生じる複数の球面収差である。これらの球面収差は、調整可能な光学補正手段、例えば、補正レンズによって補正可能である。しかしながら、これら２つの要因は互いに無関係ではない。光学補正手段を調整することにより、例えば、光学結像系の焦平面が移動されることがある。試料内への結像深度および試料の屈折率が既知である場合には、光学補正手段の適切な調整を行うことができる。付加的には、光学ズーム系の倍率の調整には、物体側および像側それぞれの２つの屈折率が既知でなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、球面収差およびデフォーカス収差の高速かつ容易な補正を可能にする方法および斜面顕微鏡を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題は、独立請求項に記載の記載事項によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項および以下の説明によって定められる。

【0007】

斜面顕微鏡は、物体の像を形成するように構成された光学結像系を有する。光学結像系は、光学ズーム系を備えた望遠鏡系を有し、この光学ズーム系は、望遠鏡系の物体側に関連付けられる１つの屈折率と、望遠鏡系の像側に関連付けられる別の１つの屈折率と、の２つの屈折率間の比に、望遠鏡系の倍率を適合させるように調整可能である。斜面顕微鏡はさらに、光学結像系によって形成される像の像質を評価しかつこの評価に基づいて光学ズーム系を調整するように構成された制御ユニットを有する。

【0008】

従来の球面収差条件と、リモートフォーカシング条件が満たされないことによる球面収差（以降、デフォーカス収差と称するが、リモートフォーカシングのない集中型光学系におけるデフォーカス収差と混同してはならない）と、の両方は、光学結像系によって形成される像質に特徴的な影響を及ぼす。デフォーカス収差は、光学結像系によって形成される像において、位置に依存するコマ収差として顕在化する。コマ収差は、物体の区域に対応する、より焦点外れが大きい像領域においてより顕著となり、すなわち、より多くのリモートフォーカシングが必要になり得る。したがって、デフォーカス収差は、像において、光学結像系の焦平面に対応する像領域からより離れた像領域における像質により大きな影響を及ぼす。他方では、例えば、屈折率のミスマッチに起因する球面収差は、試料内への結像深度が、視野の結像に必要なリモートフォーカシングの量と比較して大きいと仮定する場合、概して位置に依存しない。ゆえに、球面収差は、像質に比較的均一な影響を有する。したがって、像質を評価することにより、像に存在する収差のタイプを識別して特定することが可能である。

【0009】

斜面顕微鏡の制御ユニットは、像質を評価しかつこの評価に基づいて光学ズーム系を調整するように構成される。中でも注目すべきであるのは、２つの屈折率間の比に望遠鏡系の倍率を適合させるために、２つの屈折率を測定する必要がないことである。このような測定は、あらかじめ行われる必要があり、これには時間がかかりかつ信頼性が低い。なぜならば、その場の条件、すなわち物体が位置する顕微鏡サンプル空間内の条件は、その場以外の条件、すなわち顕微鏡外の条件とは異なるからである。これに対し、その場での両方の屈折率の測定には、付加的な顕微鏡コンポーネントが必要である。したがって、本明細書で説明する斜面顕微鏡は、球面収差およびデフォーカス収差を高速かつ容易に補正することができる。

【0010】

好ましい実施形態では、望遠鏡系は、光学結像系の球面収差を補正するために調整可能な光学補正手段を有する。制御ユニットは、像の像質の評価に基づいて、光学補正手段を調整するように構成されている。これにより、例えば、屈折率のミスマッチに起因する従来の球面収差を補正することが可能となる。その結果、光学系によって形成される像の全体的な品質がさらに向上する。

【0011】

別の好ましい実施形態では、望遠鏡系は、望遠鏡系の物体側に配置された対物レンズを有する。制御ユニットは、斜面顕微鏡によって形成される像を２つ以上の領域に分割するように構成されている。第１の領域は、第１の区域の像を有し、第２の領域は、第２の区域の像を有する。物体の第１の区域と第２の区域とは、対物レンズから、その光軸に沿って異なる距離に位置決めされている。

【0012】

好ましくは、制御ユニットは、斜面顕微鏡によって形成される像を３つ以上の領域に分割するように構成されている。第１の領域は、物体の第１の区域の像を有し、この第１の区域は、対物レンズから遠い方の、対物レンズの焦平面の面に配置されている。第２の領域は、物体の第２の区域の像を有し、この第２の区域は、対物レンズを向いた、焦平面の面に配置されている。第３の領域は、物体の第３の区域の像を有し、この第３の区域は、焦平面と交わっている。

【0013】

デフォーカス収差は、物体の第１の区域および第２の区域に対応する、像の異なる部分に異なる影響を及ぼす。なぜなら、これらの物体区域は、物体内の異なる深さに、すなわち対物レンズの焦平面から異なる距離に配置されているからである。この事実は、像を２つ以上の領域に分割することによって利用される。例えば、光学ズーム系の倍率は、対物レンズの焦平面からより遠い区域に対応する領域のうちの１つに基づいて調整されてよい。補正手段は他方で、焦平面により近く、ゆえに妨害的なデフォーカス収差の影響をほとんど受けないかまたはまったく受けない領域の像質の評価に基づいて調整されてよい。したがって、像を２つ以上の領域に分割し、少なくとも１つの領域の像質を評価することにより、上記の評価に基づく光学補正手段および光学ズーム系の調整が可能になる。つまり、球面収差およびデフォーカス収差のより良好な補正が可能となり、このより良好な補正により、この好ましい実施形態による斜面顕微鏡によって作成される像の全体的な品質が向上する。

【0014】

別の好ましい実施形態では、制御ユニットは、像の第３の領域の像質を評価して、この評価に基づいて光学補正手段を調整するように構成されている。第３の領域は、焦平面と交わっている。したがって、第３の領域は、デフォーカス収差の影響をほとんど受けないかまたはまったく受けない。つまり、第３の領域の像の像質に影響を及ぼすほぼ全ての収差は、球面収差によって引き起こされる。例えば、第３の領域の像質が最大になるように光学補正手段を調整することにより、光学結像系によって形成される像に存在する球面収差の高速な補正が実現される。

【0015】

別の好ましい実施形態では、制御ユニットは、第１の領域および／または第２の領域の像質を評価しかつこの評価に基づいて光学ズーム系手段を調整するように構成されている。第１の領域および第２の領域はそれぞれ、焦点位置と交わらない、物体の区域にそれぞれ対応する。したがって、第１の領域および第２の領域は、デフォーカス収差の影響を受ける。例えば、第１の領域および／または第２の領域の像質が最大になるように、光学ズーム系の倍率を調整することにより、光学結像系によって形成される像に存在するデフォーカス収差が、結果的に高速に補正される。

【0016】

別の好ましい実施形態では、制御ユニットは、ストレール比（像強度）、コントラスト値、像鮮明度尺度、および／または像の自己相関関数の幅を特定することにより、像質を評価するように構成されている。

【0017】

有利であるのは、第１の領域および／または第２の領域の像質に依存する方向が特定されるように制御ユニットを構成することである。第１の領域および第２の領域にはそれぞれ、焦点位置の異なる側における物体の領域に対応する、像の部分が含まれる。デフォーカス収差によって引き起こされるコマ収差は、第１の領域において、第２の領域におけるコマ収差とは異なる仕方で配向される。コマ収差は方向に依存するため、制御ユニットは、方向に依存する像質の評価に基づき、コマ収差を確実に識別することができる。

【0018】

別の好ましい実施形態では、光学ズーム系は、物体側および像側の両方に対し、全倍率範囲にわたって、望遠鏡系がテレセントリックになるように構成されている。つまり、光学ズーム系の倍率が調整される場合であっても、光学ズーム系の瞳の位置は、固定である。したがって、光学結像系の焦平面はつねに、同一の像平面に結像される。これにより、さまざまな像平面を検出するため、または上記の瞳面の位置を補正するために、付加的なコンポーネントを必要とすることなく、ボリューメトリックイメージングが可能となる。

【0019】

別の好ましい実施形態では、望遠鏡系の倍率範囲は、２つの屈折率の比が、１．０～１．６である範囲に対応する。これにより、好ましい実施形態による斜面顕微鏡との組み合わせにおいて、対物レンズ、カバースリップおよびサンプルの多種多様な組み合わせを使用することが可能になり、また倍率の許容範囲において顕在化する、望遠鏡系の光学コンポーネントの製造公差を補償することもできる。

【0020】

別の好ましい実施形態では、望遠鏡系は、光学ズーム系を有するケプラー望遠鏡によって形成される。

【0021】

別の好ましい実施形態では、制御ユニットは、光学結像系によって形成される像の像質を評価しかつ反復プロセスにおける上記の評価に基づき、光学補正手段および光学ズーム系を調整するように構成されている。光学補正手段および光学ズーム系の調整は、最適化問題である。補正手段の設定に対し、また光学ズーム系の倍率に対し、１つまたは複数のパラメータが、最大化（または最小化）される。パラメータは、光学結像系によって形成される像の像質および／または上記の像の１つまたは複数の領域の像質に対応する。補正手段の設定は、例えば、光学結像系の光軸に沿った補正レンズの位置であってよい。

【0022】

この最適化問題は、従来技術から公知の反復方法によって高速に解くことができる。

【0023】

補正手段は、補正手段の調整が、光学結像系の焦平面の位置に影響を与えないように構成されてよい。このような補正手段は、例えば、文献独国特許発明第１０２０１９１０２３３０号明細書から公知である。この有利な実施形態では、補正手段の調整が、付加的な（従来の）デフォーカス収差を引き起こすことはない。すなわち、光軸に沿って対物面をシフトしない。つまり、補正手段の調整の下で、結像される物体の体積は変化せず、これにより、像質の解析は、よりロバストになり、したがって補正手段の、像に基づく調整が容易になる。

【0024】

別の態様によると、斜面顕微鏡における収差を補正する方法が提供される。この方法は、斜面顕微鏡の光学結像系によって形成される像の像質を評価することと、この評価に基づいて、斜面顕微鏡の光学補正手段および光学ズーム系を調整することと、を有する。

【0025】

この方法は、斜面顕微鏡と同じ利点を有し、顕微鏡に関連して本明細書に説明した特徴を使用して補足可能である。

【0026】

以下では、図面を参照して特定の実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】１つの実施形態による斜面顕微鏡の概略図である。

【図2】図１による斜面顕微鏡の光学結像系の物体側の端部の概略図である。

【図3】図１による斜面顕微鏡の光学結像系によって形成される像の概略図である。

【図4】図１による斜面顕微鏡により、デフォーカス収差および球面収差を補正するプロセスのフローチャートである。

【図5】別の実施形態による斜面顕微鏡の概略図である。

【図6】さらに別の実施形態による斜面顕微鏡の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１には、１つの実施形態による斜面顕微鏡１００の概略図が示されている。斜面顕微鏡１００は、物体１０４の像を形成するように構成された光学結像系１０２および制御ユニット１０６を有する。

【0029】

光学結像系１０２は、照明系１０８および望遠鏡系１１２を有する。照明系１０８は、中間像空間１１０において光シートを形成するように構成されている。望遠鏡系１１２は、物体１０４内に光シートの像を形成しかつ物体１０４内の対物面２０４（図２を参照されたい）の像３００（図３を参照されたい）を中間像空間１１０に形成するように構成されている。斜面顕微鏡１００はさらに、望遠鏡系１１２によって形成される像３００を検出するように構成された光学検出系１１４を有する。択一的な実施形態では、光シートは、望遠鏡系１１２に配置されるダイクロイックビームスプリッタによって物体１０４にガイドされてもよい。

【0030】

照明系１０８は、光シートを形成するように構成された光シート形成ユニット１１６を有する。光シート形成ユニット１１６は、光源、特にレーザ光源と、光シート形成素子、例えばシリンドリカルレンズまたはスキャニング素子と、を有する。照明系１０８はさらに、光シートを中間像空間１１０に配向するように構成された照明対物レンズ１１８を有する。

【0031】

望遠鏡系１１２は、中間像空間１１０から物体１０４に光シートを転送し、かつ光シートによって照明される対物面２０４の像３００を中間像空間１１０に生成するように構成されているという意味で、光学転送系を形成する。換言すると、望遠鏡系１１２は、中間像空間１１０から物体１０４に照明光を、また逆に検出光を戻すようにそれぞれ転送する。

【0032】

この実施形態では、望遠鏡系１１２は、テレセントリックであり、ケプラー望遠鏡系によって形成される。望遠鏡系１１２は、中間像空間１１０から、像側対物レンズ１２０と、チューブレンズ１２２と、第１の接眼レンズ１２４と、スキャニング素子１２６と、第２の接眼レンズ１２８と、光学ズーム系１３０と、物体側対物レンズ１３２と、をこの順序で有する。

【0033】

スキャニング素子１２６は、対物レンズ１３２の光軸Ｏに対して垂直な方向に沿って、物体１０４を通る光シートを移動させるように構成されている。光学ズーム系１３０は、望遠鏡系１１２の倍率を２つの屈折率間の比に適合させるように調整可能に構成されている。一方の屈折率は、望遠鏡系１１２の物体側に関連付けられており、他方の屈折率は、望遠鏡系１１２の像側に関連付けられている。より具体的には、望遠鏡系１１２の物体側に関連付けられる屈折率は、物体１０４の屈折率であり、望遠鏡系１１２の像側に関連付けられる屈折率は、中間像空間１１０内に存在する光媒体、例えば空気の屈折率である。この実施形態では、光学ズーム系１３０の倍率範囲は、屈折率の比が１．０～１．６である範囲に対応する。対物レンズ１３２は、補正手段１３４、例えば可動の補正レンズを有し、これは、光学結像系１０２の球面収差を補正するように構成されている。別の実施形態では、この代わりに像側対物レンズ１２０に補正手段１３４を配置することができる。

【0034】

光学検出系１１４は、検出対物レンズ１３６と、チューブレンズ１３８と、検出素子１４０と、を有する。検出対物レンズ１３６およびチューブレンズ１３８は、検出素子１４０に中間像空間１１０を結像するように構成されている。つまり、望遠鏡系１１２によって形成される、中間像空間１１０内の対物面２０４の像３００は、検出素子１４０への物体である。したがって、像３００は、検出素子１４０によって検出される。択一的な実施形態では、検出対物レンズ１３６は、有限共役長を有する対物レンズとして構成可能である。この択一的な実施形態では、光学検出系１１４は、チューブレンズ１３８を有しない。別の実施形態では、検出対物レンズ１３６は、球面収差を補正するように構成された共軸前部レンズを有していてよい。別の実施形態では、検出対物レンズ１３６の役割は、従来技術から公知のように、像側対物レンズ１２０と、ミラーおよびビームスプリット装置と、によって実現可能である。

【0035】

制御ユニット１０６は、補正手段１３４と、光学ズーム系１３０と、スキャニング素子１２６と、検出素子１４０と、光シート形成ユニット１１６と、に接続されている。制御ユニット１０６は、斜面顕微鏡１００の上述の素子を制御するように構成されている。さらに、制御ユニット１０６は、光学結像系１０２によって形成される対物面２０４の像３００を３つの領域３０２，３０４，３０６（図３を参照されたい）に分割するように構成されており、これらの領域３０２，３０４，３０６のそれぞれは、物体１０４の異なる区域２０６，２０８，２１０（図２を参照されたい）に対応する。以下では図２および図３を参照し、物体１０４のこれらの３つの領域３０２，３０４，３０６および３つの区域２０６，２０８，２１０をより詳細に説明する。制御ユニット１０６はさらに、像３００の像質および／または３つの領域３０２，３０４，３０６の像質を評価しかつこの評価に基づいて、光学補正手段１３４および光学ズーム系１３０を調整するように構成されている。像質の評価に基づく調整については、図４を参照して以下でより詳細に説明する。

【0036】

図２には、図１による斜面顕微鏡１００の光学結像系１０２の物体側の端部２００の概略図が示されている。望遠鏡系１１２の対物レンズ１３２の光軸Ｏは、図２では一点鎖線で示されている。対物レンズ１３２の焦平面２０２は、図２では破線で示されている。対物面２０４の位置は、図２では実線で示されている。

【0037】

上述の３つの区域の第１の区域２０６は、対物レンズ１３２から遠い方の、焦平面２０２の面に配置されている。第２の区域２０８は、対物レンズ１３２を向いた、焦平面２０２の面に配置されている。第３の区域２１０は、対物レンズ１３２の焦平面２０２と交わっている。したがって、３つの区域２０６，２０８，２１０は、対物レンズ１３２から、その光軸Ｏに沿って異なる距離に配置されている。換言すると、３つの区域２０６，２０８，２１０は、異なる深さで物体１０４内に配置されている。

【0038】

図３には、光学結像系１０２によって形成される対物面２０４の像３００の概略図が示されている。像３００は、３つの領域に分割されている。第１の領域３０２は、物体１０４の第１の区域２０６に対応し、第２の領域３０４は、第２の区域２０８に対応し、第３の領域３０６は、第３の区域２１０に対応する。図３からわかるように、３つの領域３０２，３０４，３０６は、像３００全体をカバーしていない。この実施形態では、３つの領域３０２，３０４，３０６は、矩形である。しかしながら、３つの領域は、任意の別の適切な形状を有していてよい。

【0039】

物体１０４の第１の区域２０６および第２の区域２０８は、対物レンズ１３２の焦平面２０２と交わっていない。したがって、第１の区域２０６および第２の区域２０８に対応する、像３００の領域３０２、３０４は、デフォーカス収差の影響を受ける。デフォーカス収差は、像３００においてコマ収差として顕在化する。コマ収差の量は、対物レンズ１３２の焦平面２０２に対応する、像３００における線３０８に対する位置に依存する。コマ収差の量はさらに、望遠鏡系１１２の倍率と、２つの屈折率の間の比と、の間のミスマッチに依存する。したがって、第１の区域２０６および第２の区域２０８が、対物レンズ１３２の焦平面２０２から遠く離れて位置しているほど、第１の領域３０２および第２の領域３０４におけるコマ収差は強くなる。デフォーカス収差に起因するコマ収差によって、第１の区域２０６および第２の区域２０８内の像質が低下する。

【0040】

対照的に、第３の区域２１０は、焦平面２０２と交わっており、したがって大部分が合焦している。その結果、第３の区域２１０に関連付けられる像の第３の領域３０６は、デフォーカス収差の影響を受けない。しかしながら、第３の区域２１０は、例えば、屈折率のミスマッチに起因して球面収差の影響を受け、これにより、像３００の全ての領域において像質に等しく影響が及ぼされる。

【0041】

デフォーカス収差および球面収差の両方を補正するために、制御ユニット１０６は、像質の評価に基づいて、光学補正手段１３４および光学ズーム系１３０を調整するように構成されている。以下では、図４を参照してこのプロセスを説明する。

【0042】

図４は、図１による斜面顕微鏡１００を使用して、デフォーカス収差および球面収差を補正するプロセスのフローチャートである。

【0043】

ステップＳ１０でこのプロセスをスタートさせる。ステップＳ１２では、望遠鏡系１１２によって中間像空間に形成される、対物面２０４の像３００を光学検出系１１４によって検出する。次いで、ステップＳ１４では、制御ユニット１０６により、検出された像３００を、図３に示した３つの領域３０２，３０４，３０６に分割する。

【0044】

ステップＳ１６では、制御ユニット１０６により、像３００および／または３つの領域３０２，３０４，３０６のストレール比、コントラスト値、像鮮明度尺度および／または自己相関関数の幅、または従来技術から公知の任意の別の適切な像質メトリックを評価することにより、像３００および３つの領域３０２，３０４，３０６の像質を評価する。特に、制御ユニット１０６により、第１の領域３０２および第２の領域３０４の、方向に依存する像質を評価する。

【0045】

ステップＳ１８では、制御ユニット１０６により、ステップＳ１６での像質の評価に基づいて、光学補正手段１３４および光学ズーム系１３０を調整する。これらの調整は、同時に実行されてもよいし、順次に実行されてもよい。光学ズーム系１３０の倍率が、対物側および像側に関連付けられる２つの屈折率の比にそれぞれ適合するように光学ズーム系１３０を調整する。この調整を実行するのは、デフォーカス収差を補正するためである。この実施形態では、制御ユニット１０６により、第１の領域３０２および第２の領域３０４の像質を最大化することによって、光学ズーム系１３０を調整する。なぜなら、像質は主に、デフォーカス収差に起因するコマ収差の量に依存するからである。これは、単一のステップで、または光学ズーム系１３０が完全に適合化されてしまうまで、ステップＳ１６およびステップＳ１８が繰り返される反復プロセスで行われてよい。この実施形態では、制御ユニット１０６により、第３の領域３０６の像質を最大化することによって光学補正手段１３４を調整する。第３の領域３０６は、デフォーカス収差に起因してコマ収差による影響を受けることが一層少ないため、像質は、主に球面収差に依存する。これは、単一のステップで、または光学補正手段１３４が完全に適合化されてしまうまで、ステップＳ１６およびステップＳ１８が繰り返される反復プロセスで行われてよい。次いでステップＳ２０でこのプロセスを停止する。

【0046】

図５には、別の実施形態による斜面顕微鏡５００の概略図が示されている。図５による斜面顕微鏡５００は、光シートがどのように望遠鏡系５０２に結合されるかという点で、図１による斜面顕微鏡１００から区別される。図１および図５において、同一または同等の素子は、同じ参照符号によって示されている。

【0047】

この実施形態による斜面顕微鏡１００の望遠鏡系５０２は、スキャニング素子１２６と第１の接眼レンズ１２４との間に配置されるダイクロイックビームスプリッタ５０４を有する。ダイクロイックビームスプリッタ５０４は、照明系１０８によって形成される光シートをスキャニング素子１２６に反射するように構成されている。さらに、ダイクロイックビームスプリッタ５０４は、物体１０４において発生した検出光を光学検出系１１４に向けて送るように構成されている。

【0048】

図６には、さらに別の実施形態による斜面顕微鏡６００の概略図が示されている。図６による斜面顕微鏡６００は、望遠鏡系６０４の像側対物レンズ６０２が、調整可能な集束手段６０６を有するという点で、図１による斜面顕微鏡１００から区別される。図１および図６において、同一または同等の素子は、同じ参照符号によって示されている。

【0049】

調整可能な集束手段６０６は、制御ユニット６０８によって制御され、対物レンズ１３２の光軸Ｏに沿って焦平面２０２の位置を調整するために、調整可能に構成されている。焦平面２０２は、調整可能な集束手段６０６により、物体１０４中を移動可能であるため、図６による望遠鏡系６０４は、スキャニング素子を有しない。

【0050】

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。

【0051】

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】

【0052】

１００ 斜面顕微鏡
１０２ 光学結像系
１０４ 物体
１０６ 制御ユニット
１０８ 照明系
１１０ 中間像空間
１１２ 望遠鏡系
１１４ 光学検出系
１１６ 光シート形成ユニット
１１８，１２０ 対物レンズ
１２２ チューブレンズ
１２４ 接眼レンズ
１２６ スキャニング素子
１２８ 接眼レンズ
１３０ 光学ズーム系
１３２ 対物レンズ
１３４ 補正手段
２００ 物体側の端部
２０２ 焦平面
２０４ 対物面
２０６，２０８，２１０ 区域
３００ 像
３０２，３０４，３０６ 領域
３０８ 線
５００ 斜面顕微鏡
５０２ 望遠鏡系
５０４ ダイクロイックビームスプリッタ
６００ 斜面顕微鏡
６０２ 対物レンズ
６０４ 望遠鏡系
６０６ 集束手段
６０８ 制御ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】