特許 7625386 交換可能な光学素子を有するライトシート顕微鏡

(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】2025-01-24

(45)【発行日】2025-02-03

(54)【発明の名称】交換可能な光学素子を有するライトシート顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20250127BHJP

【ＦＩ】

G02B21/00

【請求項の数】 16

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020157720

(22)【出願日】2020-09-18

(65)【公開番号】P2021051306

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2023-09-15

(31)【優先権主張番号】19198728

(32)【優先日】2019-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(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】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(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】フローリアン ファールバッハ

【審査官】鈴木 玲子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００２３７８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５１１０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２６８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３８５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８９８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０１１２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２０１３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１８０７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７２７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許発明第１０２０１６１０４５３４（ＤＥ，Ｂ３）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／００；２１／０６－２１／３６

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１；２１／１７－２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの第１の光学素子（１０５）と、少なくとも１つの第２の光学素子（１１３）と、ミラーアセンブリ（１１４）と、を備えた光学系（１０４）を有するライトシート顕微鏡（１０１）であって、
・前記顕微鏡（１０１）の第１の動作状態（１０６）において、前記光学系（１０４）は、第１の照明光路（１０８）に沿い、前記少なくとも１つの第１の光学素子（１０５）を通して、第１の試料体積体（１０９）に照明光（１０７）を伝送するように構成されており、第１の観察光路（１１１）に沿い、前記第１の試料体積体（１０９）から検出装置（１１２）に観察光（１１０）を伝送するように構成されており、
・前記顕微鏡（１０１）の第２の動作状態（１１５）において、前記光学系（１０４）は、第２の照明光路（１０８ａ）に沿い、前記ミラーアセンブリ（１１４）を介し、前記少なくとも１つの第２の光学素子（１１３）を通して、前記第１の試料体積体（１０９）とは異なる第２の試料体積体（１０９ａ）に前記照明光（１０７）を伝送するように構成されており、第２の観察光路（１１１ａ）に沿い、前記第２の試料体積体（１０９ａ）から前記検出装置（１１２）に観察光（１１０）を伝送するように構成されている、
ライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項2】

前記ミラーアセンブリ（１１４）は、前記第１の動作状態（１０６）において第１の動作位置（１１６）に位置し、前記第２の動作状態（１１５）において第２の動作位置（１１７）に移動される、
請求項１記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項3】

前記第１の動作位置（１１６）において、前記第１の照明光路（１０８）は、前記ミラーアセンブリ（１１４）をバイパスする、
請求項２記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項4】

前記ミラーアセンブリ（１１４）は、前記第１の動作位置（１１６）から前記第２の動作位置（１１７）に、直線式および回転式のうちの少なくとも一方で移動可能であるように構成されている、
請求項２または３記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項5】

前記第１の動作状態（１０６）では、前記第１の照明光路（１０８）および前記第１の観察光路（１１１）は、前記ミラーアセンブリ（１１４）をバイパスし、前記第２の動作状態（１１５）では、前記ミラーアセンブリ（１１４）は、前記第２の照明光路（１０８ａ）および前記第２の観察光路（１１１ａ）に配置される、
請求項２から４までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項6】

前記ミラーアセンブリ（１１４）は、挿入方向（１２０）に沿って前記第１の照明光路（１０８）に移動されるように構成されており、前記挿入方向（１２）は、
・前記第１の照明光路（１０８）に対して実質的に垂直、
・前記ミラーアセンブリ（１１４）の反射表面（１１４ａ）に対して実質的に平行、および、
・前記第２の動作状態（１１５）において、前記ミラーアセンブリ（１１４）における反射面（１２１）に対して実質的に垂直、
のうちの１つである、
請求項２から５までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項7】

前記光学系（１０４）は、第１のチューブレンズ（２２２）および第２のチューブレンズ（２２３）を有し、
前記第１のチューブレンズ（２２２）は、前記第１の照明光路（１０８）に設けられており、前記第２のチューブレンズ（２２３）は、前記第２の照明光路（１０８ａ）に設けられている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項8】

前記光学系（１０４）は、第１のチューブレンズ（２２２）および第２のチューブレンズ（２２３）を有し、
前記第１のチューブレンズ（２２２）は、前記第１の照明光路（１０８）に設けられており、前記第２のチューブレンズ（２２３）は、前記第２の照明光路（１０８ａ）に設けられており、
前記第２のチューブレンズ（２２３）および前記少なくとも１つの第２の光学素子（１１３）のうちの少なくとも１つは、前記ミラーアセンブリ（１１４）と共に前記第１の動作位置（１１６）から前記第２の動作位置（１１７）に移動するように構成されており、
前記第２の動作位置（１１７）では、前記第２のチューブレンズ（２２３）および／または前記少なくとも１つの第２の光学素子（１１３）は、前記第２の照明光路（１０８ａ）に挿入される、
請求項２から６までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項9】

前記第１の照明光路（１０８）において、前記光学系（１０４）の前記第１のチューブレンズ（２２２）は、前記少なくとも１つの第１の光学素子（１０５）と、前記ミラーアセンブリ（１１４）の前記第２の動作位置（１１７）と、の間に配置されている、
請求項８記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項10】

前記第２の光学素子（１１３）の焦点距離（ｆ）と前記第２のチューブレンズ（２２３）の焦点距離（ｆ）との比は、前記少なくとも１つの第１の光学素子（１０５）の焦点距離（ｆ）と前記第１のチューブレンズ（２２２）の焦点距離（ｆ）との比に実質的に等しい、
請求項７から９までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項11】

前記ミラーアセンブリ（１１４）は、少なくとも１つの調整可能なミラーを有し、前記調整可能なミラーは、
・前記第２の照明光路（１０８ａ）に対する角度、および
・前記第２の照明光路（１０８ａ）に沿った位置
のうちの少なくとも１つが調整されるように構成されている、
請求項１から１０までいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項12】

前記光学系（１０４）は、調整ミラーの対を有し、それぞれの前記調整ミラーは、
・前記第１の照明光路（１０８）および前記第２の照明光路（１０８ａ）に対する角度、および
・前記第１の照明光路（１０８）および前記第２の照明光路（１０８ａ）に沿った位置
のうちの少なくとも１つが調整され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項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項13】

前記第１の光学素子（１０５）は、第１の対物レンズ（１２４）であり、前記第２の光学素子（１１３）は、第２の対物レンズ（１２５）であり、前記第１の対物レンズ（１２４）および前記第２の対物レンズ（１２５）は、
・開口数（ＮＡ）、
・作動距離（ｗｄ）、
・瞳孔径（ｄ）、および
・焦点距離（ｆ）
のうちの少なくとも１つが異なる、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項14】

前記第１の光学素子（１０５）の光軸（１２６）および前記第２の光学素子（１１３）の光軸（１２７）は、
・実質的に互いに平行、
・実質的に互いに逆平行、および
・実質的に互いに垂直
のうちの１つで配向されている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項15】

前記光学系（１０４）は、前記第１の照明光路（１０８）および前記第２の照明光路（１０８ａ）に対し、角度および位置の少なくとも１つが調整可能に構成されている少なくとも２つのスキャンミラーを有し、
前記スキャンミラーは、前記第１の試料体積体（１０９）および前記第２の試料体積体（１０９ａ）に生成されるライトシート（１２８）により、前記第１の試料体積体（１０９）および前記第２の試料体積体（１０９ａ）をスキャンするように構成されている、
請求項１から１４までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【請求項16】

前記ライトシート顕微鏡（１０１）は、斜面顕微鏡（１０２）またはＳＣＡＰＥ顕微鏡（１０３）である、
請求項１から１５までのいずれか１項記載のライトシート顕微鏡（１０１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの第１の光学素子と、少なくとも１つの第２の光学素子と、ミラーアセンブリと、を備えた光学系を有するライトシート顕微鏡、特に斜面顕微鏡またはＳＣＡＰＥ顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

この技術分野の複数のライトシート顕微鏡が公知であり、ここでは拡大率、開口数などのような顕微鏡のパラメータは、一般的に固定である。ライトシート顕微鏡のこのようなパラメータを変更することは、非能率的でありかつ時間を浪費する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって本発明の一態様は、顕微鏡パラメータの変更を容易にし、顕微鏡の多用性が増大されるライトシート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】

【0004】

冒頭に述べたライトシート顕微鏡についての上記の課題は、本発明により、顕微鏡の第１の動作状態において、光学系が、第１の照明光路に沿い、少なくとも１つの第１の光学素子を通して、第１の試料体積体に照明光を伝送するように構成されており、かつ第１の観察光路に沿い、第１の試料体積体から検出装置に観察光を伝送するように構成されており、顕微鏡の第２の動作状態において、光学系が、第２の照明光路に沿い、ミラーアセンブリを介し、少なくとも１つの第２の光学素子を通して、第２の試料体積体に照明光を伝送するように構成されており、かつ第２の観察光路に沿い、第２の試料体積体から検出装置に観察光を伝送するように構成されている、ことによって解決される。

【0005】

したがって本発明によるライトシート顕微鏡は、このライトシート顕微鏡により、少なくとも、第１の光学素子および第２の光学素子から光学素子が選択され、この光学素子を通して試料体積体が照明され、またこの光学素子を通して、この試料体積体からの観察光が受光され、検出装置に向かってこれが伝送されることが可能になるという利点を有する。

【0006】

本発明によるライトシート顕微鏡は、以下で説明する付加的な複数の技術的特徴によってさらに改善可能である。それらの付加的な技術的特徴は、互いに任意に組み合わせ可能であるか、または省略される技術的特徴によって得られる技術効果が、本発明に関係しない場合には省略可能である。

【0007】

上記のライトシート顕微鏡は、３つ以上の光学素子を含んでいてよく、本発明により、これらの光学素子のうちの１つを選択可能である。したがってライトシート顕微鏡により、任意の個数の光学素子から１つの光学素子を選択可能である。これらの光学素子のうちの１つを選択することとは、照明光路および観察光路がこの光学素子を通過する、顕微鏡の動作状態を設けることであると理解される。

【0008】

光学素子は、対物レンズであってよい。光学素子は、対応する光軸の方向、拡大率、開口数、ならびに光学素子の材料および対応する光学特性のうちの少なくとも１つが互いに異なっていてよい。特性のこのリストは、すべてが挙げられたものではなく、ライトシート顕微鏡に使用される少なくとも２つの光学素子について、光学素子の別の特性が異なっていてもよい。

【0009】

第１の動作状態または第２の動作状態にあるライトシート顕微鏡とは、ライトシート顕微鏡の１つまたはいくつかの特徴が、第１の位置または第２の位置にあることであると理解される。

【0010】

特にミラーアセンブリは、第１の動作状態において第１の動作位置に位置可能であり、第２の動作状態において第２の動作位置に移動可能である。

【0011】

したがって本発明によるライトシート顕微鏡は、少なくとも２つの異なる照明光路の第１の照明光路と第２の照明光路との間でスイッチング可能である。任意の個数の異なる光路が考えられ、この個数は、顕微鏡の幾何学形状および利用可能な空間によって限定され得る。

【0012】

少なくとも２つの異なる照明光路は、少なくとも部分的に、互いに共線関係を有するように、すなわち同一に配向されていてよい。好ましくは、光路は、照明源からミラーアセンブリの第２の動作位置まで同一であってよい。

【0013】

それぞれの観察光路は、対応する照明光路によって定めることが可能である。したがって照明光が第１の試料体積体に伝送される第１の照明光路は、第１の観察光路を定めるか、または少なくとも第１の観察光路の位置の制限を定めることが可能である。好ましくは、試料体積体において、観察光路は、照明光路に対して実質的に垂直に配向されていてよい。より好ましくは、観察光路と照明光路との間の角度は、０°～９０°である。さらにより好ましくは、この角度は、４５°～９０°であり、例えば約６０°である。

【0014】

さらに第１の照明光路および第１の観察光路は、第１の試料体積体に割り当てられる。これに対応して、第２の照明光路および第２の観察光路は、第２の試料体積体に割り当てられる。これに対応して、第３試料体積体または第４試料体積体には、対応する光路が設けられる。考えられ得る試料体積体の個数は、ライトシート顕微鏡の幾何学的な制限だけによって限定される。

【0015】

ミラーアセンブリの第１の動作位置において、第１の照明光路は、ミラーアセンブリをバイパス可能である。

【0016】

本発明によるライトシート顕微鏡の一実施形態において、ミラーアセンブリは、第１の動作位置から第２の動作位置に、直線式および回転式のうちの少なくとも一方で移動可能であるように構成されていてよい。

【0017】

したがって第１の動作状態では、第１の照明光路および第１の観察光路が、ミラーアセンブリをバイパスし得るのに対し、第２の動作状態では、ミラーアセンブリは、第２の照明光路および第２の観察光路に配置可能である。

【0018】

上述のように、２つ以上の照明光路および２つ以上の観察光路は、部分的に重なっていてよく、ミラーアセンブリの第２の動作位置は、照明光路に対する分岐点あるいは観察光路に対する結合点を定めることができる。好ましくは、ライトシート顕微鏡の動作状態に応じて、ミラーアセンブリの動作位置によってただ１つの照明光路およびただ１つの観察光路が選択される。

【0019】

ミラーアセンブリは、少なくとも１つのミラーを有していてよい。ミラーアセンブリが、照明光路および対応する観察光路の向きを、対応する光学素子に変更する２つ以上のミラーを有することも考えられる。第１の照明光路および第１の観察光路（双方ともミラーアセンブリをバイパスする）を除いて、ミラーアセンブリはさらに、第２の動作位置により、少なくとも１つの第２の照明光路および第２の観察光路を定めることが可能である。ライトシート顕微鏡のミラーアセンブリはさらに第３動作位置により、第３照明光路および第３観察光路を定めることが可能である。これに対応して、ミラーアセンブリの第４、第５、第ｎまでの動作位置が可能であってよい。それぞれの動作位置では、異なるミラー（または異なる個数のミラー）を照明光路および観察光路に設けることができる。

【0020】

ミラーアセンブリは、動作位置毎に、事前調整された状態にあってよい。本発明によるライトシート顕微鏡が２つ以上の動作位置、例えば３つの動作位置を有する場合、ミラーアセンブリの第１のミラーは、ミラーアセンブリの第２の動作位置において、照明光路および観察光路に設けられていてよいのに対し、ミラーアセンブリの第２のミラーは、ミラーアセンブリの第３動作位置において、照明光路および観察光路に設けられていてよい。したがってミラーアセンブリの第３動作位置において、第３照明光路および第３観察光路により、ミラーアセンブリの第１のミラーがバイパスされてよい。結果として、それぞれ事前調整を実現し得る異なるミラーは、第２の、第３、第ｎまでの照明光路および観察光路に沿って照明光および観察光を配向するために使用可能である。

【0021】

好ましくは、第１の光学素子および第２の光学素子の（また顕微鏡の別の実施形態では第３光学素子、第４光学素子、第ｎ光学素子までの光学素子のような別の光学素子の）後焦平面／瞳は、ライトシート顕微鏡の同じ位置に配置されている。一般的に光学素子の後焦平面は、光学素子の、試料内にある焦平面のフーリエ面であるか、またはこの平面と共役関係にある別の平面内にある。したがって、例えば第１の光学素子に対し、対応する後焦平面は、第１の試料体積体とは反対側に位置する焦平面である。後焦平面のこの定義は、第２の光学素子および第２の試料体積体に適用可能であり、また考えられ得る別の、例えば第３などの光学素子および試料体積体にも適用可能である。すべての光学素子、すなわち第１の光学素子、第２の光学素子、第３光学素子など、第ｎ光学素子の後焦平面が、斜面仮想画像を生成する対物レンズの別の焦平面と一致する場合はさらに特に有利であり、この斜面仮想画像は、その後、別の光学コンポーネントに対して斜めに配向されている光学アセンブリによって検出装置に画像化される。

【0022】

光学素子（第１の、第２の、第３など）の焦点角は同じであってよく、すなわちＭ＿１／ｎ＿１＝Ｍ＿２／ｎ＿２が当てはまり、ここでＭは、チューブレンズと対物レンズとの比によって与えられる拡大率Ｍ＝ｆ＿チューブ／ｆ＿対物である。したがって一例として：ｆ＿チューブ＝２００ｍｍ、ｆ＿対物＝１０ｍｍ→Ｍ＝２０であり、変数ｎは、レンズが最適化されている屈折率、すなわち水浸レンズについてはｎ＿１＝１．３３である。上記の式が成り立たない場合、中間の望遠鏡が必要になり得る。この開示によれば、この式が成り立つために提案される仕方は、それぞれのビーム路において、チューブレンズの、適合する焦点距離ｆ＿チューブを有することである。

【0023】

上記の複数の光学素子は、好ましくは、それらの位置が固定であり、かつそれらの焦平面／瞳が上述のように重なるように構成されている、すなわち調整されている。したがって光学アセンブリをガイド付きで直線的に移動することにより、再調整を必要とすることなく、ライトシート顕微鏡の動作状態を容易に変更することができる。例えば回転式リボルバを利用する従来技術の解決手段は、このような精度を提供することはできず、非効率的でありかつ時間を浪費する再調整が必要である。

【0024】

ライトシート顕微鏡の別の実施形態において、ミラーアセンブリは、挿入方向に沿って第１の照明光路に移動されるように構成可能であり、この挿入方向は、
・第１の照明光路に対して実質的に垂直、
・ミラーアセンブリの反射表面に対して実質的に平行、および
・第２の動作状態において、ミラーアセンブリにおける反射面に対して実質的に垂直、のうちの１つである。

【0025】

ミラーアセンブリは好ましくは、第１の照明光路内に直線的に移動可能である。

【0026】

ライトシート顕微鏡の別の実施形態において、光学系は、第１のチューブレンズおよび第２のチューブレンズを有していてよく、第１のチューブレンズは、第１の照明光路に設けられていてよく、第２のチューブレンズは、第２の照明光路に設けられていてよい。これに対応して、第３チューブレンズまたは第４チューブレンズはそれぞれ、第３照明光路または第４照明光路に設けられていてよい。好ましくは、ライトシート顕微鏡のそれぞれの動作状態において１つのチューブレンズが利用され、このチューブレンズを通して、照明光路が（好ましくは観察光路も）配向されている。

【0027】

このチューブレンズは、開口数、焦点距離または拡大率について、対応する第１の、第２の、第３または第ｎ光学素子に適合されていてよい。第１の、第２の、第３または第ｎ動作位置におけるミラーアセンブリおよび第１の、第２の、第３または第ｎチューブレンズは、事前調整されていてよい。このような事前調整により、好ましくは、光源から分岐点（この点にミラーアセンブリの少なくとも第１のミラーが、第２の、第３または第ｎ動作位置に配置される）に至るすべての照明光路の部分的な共軸関係を有する配置と、結合点から検出装置に至るすべての観察光路の部分的な共軸関係を有する配置と、を結果的に生じさせることができる。

【0028】

最も好ましくは、複数の照明光路のうちの１つに設けられている光学素子および／または対応するチューブレンズは、顕微鏡に対して固定位置に装着され、ミラーアセンブリだけが移動される。

【0029】

しかしながら第２のチューブレンズおよび少なくとも１つの第２の光学素子のうちの少なくとも１つは、ミラーアセンブリと共に第１の動作位置から第２の動作位置に移動されるように構成可能であり、第２の動作位置では、第２のチューブレンズおよび／または少なくとも１つの第２の光学素子が、第２の照明光路に挿入される。ミラーアセンブリは、別のチューブレンズ（例えば第３チューブレンズ）を有していてよい。１つ以上の上記の別のチューブレンズは、ミラーアセンブリと共に移動するように構成可能である。

【0030】

ミラーアセンブリが、独立して移動可能な異なるミラーを有することも考えられる。それぞれ独立して移動可能な上記のミラーと共に、それに対応して独立に移動可能なチューブレンズが設けられていてよい。

【0031】

例示的には第１のチューブレンズは、第１の照明光路に（好ましくは第１の観察光路にも）設けることが可能であり、これは、すなわちミラーアセンブリがバイパスされる場合である。ミラーアセンブリの第２の動作位置では、第１のミラーは（選択的に第２のチューブレンズと共に）第１の照明光路に移動されることが可能であり、これにより、第２の照明光路が定められる。ミラーアセンブリの第３動作位置が考えられ、この第３動作位置では、第２のミラーは（選択的に第３チューブレンズと共に）第１の照明光路に移動されることが可能であり、これにより、第３照明光路が定められる。第１のミラー（および第２のチューブレンズ）の移動は、第２のミラー（および第３チューブレンズ）の移動とは、独立していてよい。この移動は、特に、異なる複数の方向に沿って行われてよい。これらの方向は、互いに垂直に配向されていてよい。

【0032】

ライトシート顕微鏡の別の実施形態において、第１の照明光路において、光学系の第１のチューブレンズは、少なくとも１つの第１の光学素子と、ミラーアセンブリの第２の動作位置と、の間に配置されていてよい。これにより、ミラーアセンブリが第２の動作位置に移動される場合、第１のチューブレンズをバイパスすることが可能である。

【0033】

したがって、（別の動作状態を除外することなく）第１の動作状態および第２の動作状態を有する、本発明によるライトシート顕微鏡が考慮される場合、状態間を切り換えるための異なる複数の可能性が考えられる。第１に、第２の照明光路に沿って照明光を伝送するためにミラーアセンブリだけが、第１の動作位置から第２の動作位置に移動され、ミラーアセンブリにより、少なくとも１つの第２の光学素子を通して第２の試料体積体に照明光が伝送される。ここでは、第２の光学素子（対物レンズであってよい）および第２のチューブレンズは、ライトシート顕微鏡に対して固定されており、動作状態を変更する場合に移動されない。第２に、第２のチューブレンズは、ミラーアセンブリと共に移動可能であり、第２の光学素子は固定のままである。第３に、ミラーアセンブリ、チューブレンズおよび第２の光学素子は、全体で第２の動作位置に移動される。

【0034】

したがってライトシート顕微鏡は、動作状態毎にチューブレンズおよび光学素子の組み合わせを用意することが可能である。

【0035】

これらの組み合わせのそれぞれは、試料体積体の観察のために構成されている。試料体積体は、動作状態毎に少なくとも位置および配向のうちの１つが異なっていてよい。

【0036】

例えば、本発明によるライトシート顕微鏡が、３つの動作状態を有することが考えられ、第１の動作状態では、ライトシート顕微鏡は、側方から（すなわち重力によって定められる上下方向に対して垂直に）観察するように構成されているのに対し、第２の動作状態では、第２の試料体積体に用意される試料は、上方から、すなわち重力の向きに沿った照明によって観察可能である。付加的に第３動作状態では、ライトシート顕微鏡は、下方から、すなわち重力の向きとは逆の照明によって試料が観察されるように構成可能である。

【0037】

本発明によるライトシート顕微鏡の別の実施形態において、第２の光学素子の焦点距離と第２のチューブレンズの焦点距離との比は、少なくとも１つの第１の光学素子の焦点距離と第１のチューブレンズの焦点距離との比に実質的に等しい。これにより、２つの動作状態に対し（好ましくはより一般的にすべての動作状態に対し）、照明光路および観察光路の等しい光路長が得られる。

【0038】

さらに、ミラーアセンブリは、少なくとも１つの調整可能なミラーを有していてよく、この調整可能なミラーは、第２の照明光路に対する角度、および第２の照明光路に沿った位置の少なくとも１つが調整可能に構成されている。これにより、第１の動作状態から第２の動作状態にライトシート顕微鏡の動作状態が変化した後に必要な任意の再調整を容易に行うことが可能である。

【0039】

本発明によるライトシート顕微鏡の光学系は、調整ミラーの対を有してよく、それぞれの調整ミラーは、第１の照明光路および第２の照明光路に対する角度、および第１の照明光路および第２の照明光路に沿った位置のうちの少なくとも１つが調整されるように構成されている。このような調整ミラーの対を用いることにより、光学素子またはチューブレンズにおける光路の位置を調整できるだけでなく、この素子を通過する光路の角度も調整もできる。

【0040】

ライトシート顕微鏡の別の有利な実施形態において、第１の光学素は、第１の対物レンズであってよく、第２の光学素子は、第２の対物レンズであってよく、第１の対物レンズおよび第２の対物レンズは、
・開口数、
・作動距離、
・瞳孔径、および
・焦点距離
のうちの少なくとも１つが異なる。

【0041】

さらに、第１の光学素子の光軸および第２の光学素子の光軸は、
・実質的に互いに平行、
・実質的に互いに逆平行、および
・実質的に互いに垂直
のうちの１つで配向可能である。

【0042】

上で説明したように、試料体積体が観察される方向は、ライトシート顕微鏡の異なる動作状態について異なっていてよい。平行な配向では、観察は、ライトシート顕微鏡の２つの（あるいはすべての）動作状態について同じ方向で行われるのに対し、逆平行の配向では、観察の方向は、逆であり、例えば、第１の動作状態および第２の状態についてそれぞれ下方および上方である。上記の３番目のケースは、側方からの試料体積体の観察であり、別の動作状態では、観察は上方または下方に行われる。

【0043】

本発明によるライトシート顕微鏡の別の有利な実施形態において、光学系は、第１の照明光路および第２の照明光路に対し、角度および位置の少なくとも１つが調整可能に構成されている少なくとも２つのスキャンミラーを有していてよく、このスキャンミラーは、試料体積体に生成されるライトシートにより、第１の試料体積体および第２の試料体積体をスキャンするように構成されている。

【0044】

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。ステップの一部または全部は、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラマブルコンピュータまたは電子回路等のハードウェア装置（またはハードウェア装置を使用すること）によって実行されてもよい。いくつかの実施形態では、極めて重要なステップのいずれか１つまたは複数が、そのような装置によって実行されてもよい。

【0045】

一定の実装要件に応じて、本発明の実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアで実装され得る。この実装は、非一過性の記録媒体によって実行可能であり、非一過性の記録媒体は、各方法を実施するために、プログラマブルコンピュータシステムと協働する（または協働することが可能である）、電子的に読取可能な制御信号が格納されている、デジタル記録媒体等であり、これは例えば、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＬＡＳＨメモリである。したがってデジタル記憶媒体は、コンピュータ読取可能であってもよい。

【0046】

本発明のいくつかの実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法が実施されるように、プログラマブルコンピュータシステムと協働することができる、電子的に読取可能な制御信号を有するデータ担体を含んでいる。

【0047】

一般的に、本発明の実施形態は、プログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品として実装可能であり、このプログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときにいずれかの方法を実施するように作動する。このプログラムコードは、例えば、機械可読担体に格納されていてもよい。

【0048】

別の実施形態は、機械可読担体に格納されている、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを含んでいる。

【0049】

したがって、換言すれば、本発明の実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

【0050】

したがって、本発明の別の実施形態は、プロセッサによって実行されるときに本明細書に記載のいずれかの方法を実施するために、格納されているコンピュータプログラムを含んでいる記録媒体（またはデータ担体またはコンピュータ読取可能な媒体）である。データ担体、デジタル記録媒体または被記録媒体は、典型的に、有形である、かつ／または非一過性である。本発明の別の実施形態は、プロセッサと記録媒体を含んでいる、本明細書に記載されたような装置である。

【0051】

したがって、本発明の別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号シーケンスである。データストリームまたは信号シーケンスは例えば、データ通信接続、例えばインターネットを介して転送されるように構成されていてもよい。

【0052】

別の実施形態は、処理手段、例えば、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するように構成または適合されているコンピュータまたはプログラマブルロジックデバイスを含んでいる。

【0053】

別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するために、インストールされたコンピュータプログラムを有しているコンピュータを含んでいる。

【0054】

本発明の別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを（例えば、電子的にまたは光学的に）受信機に転送するように構成されている装置またはシステムを含んでいる。受信機は、例えば、コンピュータ、モバイル機器、記憶装置等であってもよい。装置またはシステムは、例えば、コンピュータプログラムを受信機に転送するために、ファイルサーバを含んでいてもよい。

【0055】

いくつかの実施形態では、プログラマブルロジックデバイス（例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）が、本明細書に記載された方法の機能の一部または全部を実行するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためにマイクロプロセッサと協働してもよい。一般的に、有利には、任意のハードウェア装置によって方法が実施される。

【0056】

以下では、図面に添付した図を参照して本発明によるライトシート顕微鏡を説明する。ここでは同じ技術的特徴および同じ技術的効果を有する特徴には、同じ参照符号が付されている。異なる図の技術的特徴は、任意に組み合わせ可能であるかまたは省略可能である。図には本発明の例示的な実施例が示されており、これらの実施例は、特許請求の範囲によって定められる特許保護の範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0057】

【図1】本発明による斜面顕微鏡の第１の例示的な実施形態を示す図である。

【図2】本発明による斜面顕微鏡の第２の例示的な実施形態を示す図である。

【図3】本発明によるＳＣＡＰＥ顕微鏡の第１の例示的な実施形態を示す図である。

【図4】本発明によるＳＣＡＰＥ顕微鏡の第２の例示的な実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0058】

図の以下の説明において、それぞれの技術的な特徴には、この技術的な特徴がどの図に示されているかを示す先頭の数字が付されている。しかしながらこのことによって除外されないのは、一例を挙げると、例えば参照符号４０５を有する特徴が、図１～図３に存在することである。この参照符号４０５は、先行する図５、図６などにおいてこの特徴が存在することも除外しない。したがって２つ以上の図に存在する同一の技術的な特徴は、参照符号１０５、２０５、３０５、４０５、…、ｘ０５によって参照され、「ｘ」によって図の全体的な番号が示されている。

【0059】

図１には、少なくとも１つの第１の光学素子１０５と、少なくとも１つの第２の光学素子１１３と、ミラーアセンブリ１１４と、を備えた光学系１０４を有するライトシート顕微鏡１０１、特に斜面顕微鏡１０２が示されている。

【0060】

図１には、斜面顕微鏡１０２の２つの動作状態、すなわち、第１の動作状態１０６が示されており、ここでは光学系１０４は、第１の照明光路１０８に沿い、第１の光学素子１０５を通し、第１の試料体積体１０９に、光源１０７ａからの照明光１０７を伝送するように構成されている。

【0061】

第１の試料体積体１０９内では、第１の試料体積体１０９内の平面部分を照明する、ライトシート１２８が生成されている。

【0062】

図１にはまた、方向ｙおよびｚを示す座標系も示されている。第１の動作状態１０６では、第１の試料体積体１０９はｚ方向に沿って照明され、これは、側方からの照明に対応していてよい。これは、一例を挙げると、例えば根の成長の検査が要求される場合に利用可能である。

【0063】

第１の試料体積体１０９内では、観察光１１０が生成され、また第１の観察光路１１１を介し、第１の光学素子１０５を通して伝送され、第１の光学素子１０５により、斜面仮想画像１２８ａが生成され、次に斜面仮想画像１２８ａは、光学検出アセンブリ１１２ａにより、検出装置１１２に正しく（すなわち平面で、かつ歪められずに）イメージングされる。

【0064】

第１の動作状態１０６では、ミラーアセンブリ１１４は、第１の動作位置１１６にある。第１の動作位置１１６では、ミラーアセンブリ１１４は、第１の照明光路１０８によってバイパスされ、すなわちミラーアセンブリ１１４は、例えば、図１に示されているバイパス位置１１４ｂに配置されていてよい。例えば図平面内または図平面外の異なるバイパス位置１１４ｂが考えられる。

【0065】

ミラーアセンブリ１１４は、挿入方向１２０に沿って第２の動作位置１１７に移動可能である。これは、直線並進ステージ１１９のような並進装置１１８によって行うことができる。

【0066】

挿入方向１２０は、反射表面１１４ａに平行に配向可能である。挿入方向１２０はまた、第２の動作状態１１５において、第１の照明光路１０８に対して垂直に、またはミラーアセンブリ１１４における反射面１２１に対して実質的に垂直に配向することも可能である。

【0067】

顕微鏡１０１の第２の動作状態１１５において、光学系１０４は、第２の照明光路１０８ａに沿い、ミラーアセンブリ１１４を介して、照明光１０７を伝送するように構成されている。照明光１０７は、少なくとも１つの第２の光学素子１１３を通して、第２の試料体積体１０９ａに伝送される。第１の試料体積体１０９と同様に、ライトシート１２８が生成され、観察光１１０は、第２の観察光路１１１ａに沿い、第２の試料体積体１０９ａから検出装置１１２に伝送される。

【0068】

図１に示したように、顕微鏡１０１の第１の部分１２９では、第１の照明光路１０８は、少なくとも部分的に、第２の照明光路１０８ａに対応し、重なり、またこれと共線関係にある。同様に、第１の部分１２９において、すなわち第１の観察光路１１１と第２の観察光路１１１ａとは互いに共線関係にある。

【0069】

図２には、図１に示したものと同様の斜面顕微鏡２０２の第２の実施形態が示されている。

【0070】

図２の斜面顕微鏡２０２はさらに、第１のチューブレンズ２２２および第２のチューブレンズ２２３を有する。第１のチューブレンズ２２２は、第１の照明光路２０８にも第１の観察光路２１１にも共に設けられている。

【0071】

第２のチューブレンズ２２３は、第２の動作状態２１５において、すなわちミラーアセンブリ２１４が第２の動作位置２１７に移動されている場合に使用される（すなわち光はこれを通って伝送される）。

【0072】

光路の屈折は、概略的に示されていることに注意されたい。さらに、第１の動作状態２０６と称されている動作状態は、本発明によるライトシート顕微鏡２０１の別の実施形態において、第２の動作状態２１５に対応することがある。したがってライトシート顕微鏡２０１の（図示しない）この別の実施形態において、ミラーアセンブリは、第１の動作状態２０６において第１の観察光路２１１に、また第１の照明光路２０８に設けることができるのに対し、ミラーアセンブリ２１４は、第２の動作状態２１５においてバイパスされ得る。

【0073】

図３には、ＳＣＡＰＥ顕微鏡３０３の形態の本発明によるライトシート顕微鏡３０１が示されている。

【0074】

ＳＣＡＰＥ顕微鏡３０３は、第１の照明光路３０８に沿って照明光３０７を供給する光源３０７ａを有する。ここでも第１の部分３２９において第１の照明光路３０８は、第２の照明光路３０８ａと共線関係にある。

【0075】

照明光３０７は、別のチューブレンズ３３０を介して、調整ミラー３３２の対３３１に伝送され、これらの調整ミラー３３２は同時に、第１の試料体積体３０９または第２の試料体積体３０９ａをスキャンするためのスキャンミラー３３３であってよい。

【0076】

図３に示した実施形態には、別の第２のチューブレンズ３３０ａが示されている。

【0077】

ミラーアセンブリ３１４は、第１の動作位置３１６および第２の動作位置３１７において示されている。第１の動作状態３０６では第１の試料体積体３０９が下方から観察されるのに対し、第２の動作状態３１５では第２の試料体積体３０９ａが上方から観察される。

【0078】

動作状態３０６、３１５毎に別の光学素子、すなわち第１の光学素子３０５および第２の光学素子３１３が設けられている。

【0079】

ミラーアセンブリ３１４の第１の動作位置３１６および第２の動作位置３１７は、重なって描画されており、第１の動作位置３１６におけるミラーアセンブリ３１４は、第１のミラー３３４を示しており、第２の動作位置３１７におけるミラーアセンブリ３１４は、第２のミラー３３５を示している。したがって図３には、異なる位置３１６、３１７における同一のミラーが示されているのではない。

【0080】

この実施形態において、図平面の中にある挿入方向３２０に沿ってミラーアセンブリ３１４を移動することにより、ミラーアセンブリ３１４の第１のミラー３３４または第２のミラー３３５のいずれかを光路に挿入可能である。

【0081】

ライトシート３２８の生成およびこの場合に第１の観察光路３１１または第２の観察光路３１１ａのいずれかを介して伝送される観察光３１０の収集は、前述の図と同様に行われる。第１の部分３２９において、第１の照明光路３０８と第２の照明光路３０８ａとは、また第１の観察光路３１１と第２の観察光路３１１ａとは互いに共線関係にある。

【0082】

光学検出アセンブリ３１２ａは、斜面仮想画像３２８ａを検出装置３１２に画像化し、ここではＳＣＡＰＥ顕微鏡３０３はさらに、斜面仮想画像３２８ａを画像化する別の対物レンズ３３６を有する。

【0083】

図４にもＳＣＡＰＥ顕微鏡４０３が示されており、ここでは、図３に設けられているような別の第２のチューブレンズ３３０ａは存在せず、望遠鏡４３７が存在する。さらに図４のＳＣＡＰＥ顕微鏡４０３では、第１のチューブレンズ４２２および第２のチューブレンズ４２３が、第１の光学素子４０５とミラーアセンブリ４１４との間、または第２の光学素子４１３とミラーアセンブリ４１４との間に設けられている。

【0084】

この実施形態においても、ミラーアセンブリ４１４は、挿入方向４２０に沿って照明光路４０８、４０８ａに移動される。第１のチューブレンズ４２２および第２のチューブレンズは、挿入方向４２０に沿ってミラーアセンブリ４１４と共に移動可能である。

【0085】

ここでもミラーアセンブリ４１４は、第１の動作状態４０６においてビーム路に設けられる第１のミラー４３４と、第２の動作状態４１５においてビーム路に設けられる第２のミラー４３５と、を有する。

【0086】

さらに考えられるのは、顕微鏡１０１、２０１、３０１、４０１と、特に、第１の試料体積体１０９～４０９および第２の試料体積体１０９ａ～４０９ａのそれらの位置と、を組み合わせられることである。したがって図４のＳＣＡＰＥ顕微鏡４０３により、別の実施形態において、３つの動作状態を設けることができ、ゆえにミラーアセンブリ４１４の３つの動作位置を組み合わせることができ、異なる３つの試料体積体、例えば第１の試料体積体４０９と、第２の試料体積体４０９ａと、第３試料体積体４０９ｂと、を設けることができる。第３試料体積体４０９ｂは、図４においては破線で示されている。

【0087】

したがってライトシート顕微鏡１０１～４０１により、異なるパラメータによって、かつ／または異なる方向から１つの試料体積体を観察するために、異なる光学素子１０５～４０５および１１３～４１３の間で（第３試料体積体４０９ｂにおいて観察するためには、図示しない第３光学素子が必要になり得る）スイッチングを行うことができる。ライトシート顕微鏡１０１～４０１の動作状態が変更される場合、異なる照明光路および観察光路が選択される。これらの異なる光路内では、光学素子およびチューブレンズのような光学コンポーネントが事前調整され、これにより、動作状態が変更された後の再調整は不要である。

【符号の説明】

【0088】

１０１ ライトシート顕微鏡
１０２ 斜面顕微鏡
１０３ ＳＣＡＰＥ顕微鏡
１０４ 光学系
１０５ 第１の光学素子
１０６ 第１の動作状態
１０７ 照明光
１０７ａ 光源
１０８ 第１の照明光路
１０８ａ 第２の照明光路
１０９ 第１の試料体積体
１０９ａ 第２の試料体積体
１１０ 観察光
１１１ 第１の観察光路
１１１ａ 第２の観察光路
１１２ 検出装置
１１２ａ 光学検出アセンブリ
１１３ 第２の光学素子
１１４ ミラーアセンブリ
１１４ａ 反射表面
１１４ｂ バイパス位置
１１５ 第２の動作状態
１１６ 第１の動作位置
１１７ 第２の動作位置
１１８ 並進装置
１１９ 直線並進ステージ
１２０ 挿入方向
１２１ 反射面
１２４ 第１の対物レンズ
１２５ 第２の対物レンズ
１２６ 第１の光学素子の光軸
１２７ 第２の光学素子の光軸
１２８ ライトシート
１２８ａ 斜面仮想画像
１２９ 第１の部分
２２２ 第１のチューブレンズ
２２３ 第２のチューブレンズ
３３０ 別のチューブレンズ
３３０ａ 別の第２のチューブレンズ
３３１ 対
３３２ 調整ミラー
３３３ スキャンミラー
３３４ 第１のミラー
３３５ 第２のミラー
３３６ 別の対物レンズ
４０９ｂ 第３試料体積体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】