知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ハワード ヒューズ メディカル インスティチュートの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-26
(54)【発明の名称】反射屈折顕微鏡
(51)【国際特許分類】
G02B 21/00 20060101AFI20230119BHJP
G02B 21/04 20060101ALI20230119BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20230119BHJP
G03B 17/02 20210101ALI20230119BHJP
【ＦＩ】
G02B21/00
G02B21/04
G03B15/00 U
G03B17/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022525937
(86)(22)【出願日】2020-06-17
(85)【翻訳文提出日】2022-06-23
(86)【国際出願番号】 US2020038111
(87)【国際公開番号】W WO2021101592
(87)【国際公開日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】62/939,380
(32)【優先日】2019-11-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＷＩＮＤＯＷＳ
２．ＬＡＢＶＩＥＷ
(71)【出願人】
【識別番号】502352427
【氏名又は名称】ハワード ヒューズ メディカル インスティチュート
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ケラー，フィリップ ヨハンネス
(72)【発明者】
【氏名】フリッキンジャー，ダニエル アーサー
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ベンクアン
【テーマコード（参考）】
2H052
2H087
2H100
【Ｆターム（参考）】
2H052AA07
2H052AA09
2H052AB02
2H052AB06
2H052AC15
2H052AC18
2H052AC20
2H052AC27
2H052AC34
2H052AF02
2H052AF14
2H087KA01
2H087KA09
2H087TA01
2H087TA03
2H087UA09
2H100BB05
2H100CC01
(57)【要約】
光学顕微鏡装置は、サンプル位置を調べるように構成されたサンプルインタロゲーションシステムと、サンプルインタロゲーションシステムによって調べられることによってサンプルから出力された光を集光するように構成された集光システムと、を備える。集光システムは、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、を備える。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インタロゲーション体積内のサンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、前記撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、
前記インタロゲーション体積の外部にあり、前記サンプル位置から発せられ前記ミラー及び前記光学レンズ系により集光された光を検出する検出システムと、
を備える、撮像装置。
【請求項2】
前記光学レンズ系の前記光学レンズが、あらゆる光学面にわたって、通常動作における全ての光線がレンズ面法線に対して３５°から４０°の範囲内の空気中における最大出口角を有するように配置されている、請求項１の撮像装置。
【請求項3】
前記検出システムが、前記サンプル位置から発せられた前記光を前記光検出システムの開口数の回折限界で撮像する、請求項１の撮像装置。
【請求項4】
前記インタロゲーション体積内の前記サンプル位置にサンプルを維持するサンプル装置をさらに備える、請求項１の撮像装置。
【請求項5】
前記マルチプレット光学レンズが、ダブレットレンズ又はトリプレットレンズである、請求項１の撮像装置。
【請求項6】
複数の光学レンズが、マルチプレット光学レンズである、請求項１の撮像装置。
【請求項7】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、回折制限されており、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野を有する集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項8】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、回折制限されている集光装置を構成し、前記サンプル位置と、前記光学レンズ系の要素又は前記ミラーと、の間の作動距離が少なくとも２０ミリメートルであり、
前記ミラー及び前記光学レンズ系の前記光学レンズのそれぞれが、球面である、請求項１の撮像装置。
【請求項9】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、前記サンプル位置から発せられた４００から８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数を有する集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項10】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、８１から９０％の光透過効率で５００から８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して回折制限されている集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項11】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、５００から７００ナノメートルの波長範囲、７００から８００ナノメートルの波長範囲、又は４５０から５００ナノメートルの波長範囲にわたって同時にアクロマートな集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項12】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、回折制限されており、少なくとも１００平方ミリメートルのエタンデュを有する集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項13】
前記光学レンズ系が、複数のシングレット光学レンズ、複数のダブレット光学レンズ、及び少なくとも１つのトリプレット光学レンズを備える、請求項１の撮像装置。
【請求項14】
前記ミラーが、前記サンプル位置の表面の画像とモノセントリックなミラーであり、全視野における前記ミラーの光学面に対する主光線の最大入射角が、２°、３°、又は４°である、請求項１の撮像装置。
【請求項15】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、視野依存収差を０．０９ウェーブの二重平均平方根波面誤差未満に小さくする集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項16】
前記光学レンズ系が、前記サンプル位置の前記ミラーの反対側にある複数のマルチプレットレンズと、前記サンプル位置の前記サンプル位置と前記ミラーに挟まれた側にある少なくとも１つのシングレットレンズと、を備える、請求項１の撮像装置。
【請求項17】
前記検出システムが、前記サンプル位置から発せられた前記光を、前記光について推測することなく検出する、請求項１の撮像装置。
【請求項18】
前記光学レンズ系の前記光学レンズ及び前記ミラーのそれぞれが、球面である、請求項１の撮像装置。
【請求項19】
前記光学レンズ系の１つ以上の前記光学レンズの軸位置がオフセットされることによって、前記サンプル位置にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされた収差を調整する、請求項１８の撮像装置。
【請求項20】
前記ミラー及び前記光学レンズ系が、前記撮像軸に対して垂直な方向に沿って光学的にアクセス可能なサンプル位置を提供する集光装置を構成する、請求項１の撮像装置。
【請求項21】
前記集光装置が、前記サンプル位置にある前記サンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数で前記サンプル位置への光学的アクセスを与える、前記サンプル位置にある前記サンプルの両側に位置する前記光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有する、請求項２０の撮像装置。
【請求項22】
サンプルを撮像するための撮像装置であって、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、
少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、前記撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、を備え、
前記ミラー及び前記光学レンズ系の前記光学レンズが、前記サンプル位置の両側に前記撮像軸に沿って位置している、撮像装置。
【請求項23】
前記光学レンズ系の前記光学レンズが、光があらゆる光学面にわたって、空気中において３５°から４０°の範囲内の最大発散角を有するように配置されている、請求項２２の撮像装置。
【請求項24】
サンプルを撮像するための検出装置であって、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、
少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、前記撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、
インタロゲーション体積を画定し、前記インタロゲーション体積内の前記サンプル位置にサンプルを収容するサンプル装置であって、前記光学レンズ系の１つ以上の光学レンズにより少なくとも部分的に封じ込められた液浸流体を含むサンプル装置と、を備え、
前記ミラー及び前記光学レンズ系の前記光学レンズが、前記サンプル位置の両側に位置している、検出装置。
【請求項25】
前記液浸流体が、１．０から１．７の屈折率を有する、請求項２４の検出装置。
【請求項26】
前記液浸流体と前記サンプル位置に配置された前記サンプルとが、同じ屈折率を有する、請求項２４の検出装置。
【請求項27】
前記サンプル装置が、前記サンプル位置にあるサンプルを並進移動及び／又は回転移動させる１つ以上の並進ステージ及び回転ステージをさらに備える、請求項２４の検出装置。
【請求項28】
サンプル位置を調べるサンプルインタロゲーションシステムと、前記サンプルインタロゲーションシステムにより調べられることによって、サンプルから出力される光を集光する集光システムであって、
前記サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、
少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、前記撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、を備える、集光システムと、
を備える、光学顕微鏡装置。
【請求項29】
前記サンプルインタロゲーションシステムが、前記サンプル位置に向けられる１つ以上の光ビームを生成する光学インタロゲーションシステムである、請求項２８の光学顕微鏡装置。
【請求項30】
前記光学インタロゲーションシステムにより生成された前記１つ以上の光ビームが、前記ミラーによって前記サンプル位置に向けられる、請求項２９の光学顕微鏡装置。
【請求項31】
前記光学インタロゲーションシステムにより生成された前記１つ以上の光ビームが、前記ミラーと相互作用することなく、前記撮像軸に対して垂直な方向に沿って前記サンプル位置に向けられる、請求項２９の光学顕微鏡装置。
【請求項32】
前記光学インタロゲーションシステムが、前記サンプル位置にある前記サンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数で前記サンプル位置への光学的アクセスを与える、前記サンプル位置にある前記サンプルの両側に位置する前記光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有する、請求項３１の光学顕微鏡装置。
【請求項33】
前記集光システムから集光された前記光を受光する検出システムをさらに備える、請求項２８の光学顕微鏡装置。
【請求項34】
前記検出システムがデータを取得する速度が、少なくとも毎秒１．０×１０１０ボクセルである、請求項３３の光学顕微鏡装置。
【請求項35】
前記検出システムが、ナイキストサンプリングを用いて、前記サンプル位置にある体積が４００立方ミリメートルより大きいサンプルを、１２０分未満の時間で０．３ミクロン×０．３ミクロン×０．５ミクロンの空間分解能で撮像する、請求項３３の光学顕微鏡装置。
【請求項36】
前記集光システムが、前記サンプル位置にある１．０から１．７の屈折率を有するサンプルからの光を集光する、請求項２８の光学顕微鏡装置。
【請求項37】
前記集光システムが、前記サンプル位置にある４００立方ミリメートルより大きい物理的体積又は４００平方ミリメートルより大きい表面積を有するサンプルからの光を集光する、請求項２８の光学顕微鏡装置。
【請求項38】
前記サンプルインタロゲーションシステム及び前記集光システムと通信し、前記サンプルインタロゲーションシステム及び前記集光システムの電気特性及び光学特性を調整する制御システムをさらに備える、請求項２８の光学顕微鏡装置。
【請求項39】
前記集光システムから集光された前記光を受光する検出システムをさらに備えており、前記制御システムが、前記検出システムと通信し、前記集光システムから集光された前記光からサンプルの画像を、前記サンプルが前記サンプルインタロゲーションシステムによって調べられることによって形成する、請求項３８の光学顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１９年１１月２２日に出願されたＣＡＴＡＤＩＯＰＴＲＩＣ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹと題する米国出願第６２／９３９，３８０号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、反射屈折設計を含む光学又は光顕微鏡法に関する。
【背景技術】
【0003】
光顕微鏡法とは、高時空間分解能で生物試料（サンプル）をインタロゲートするために使用される技術である。光顕微鏡は、生命科学全般に使用され、その設計及び機能は大幅に異なる可能性がある。光顕微鏡は、集光して試料の像を形成する対物レンズを備える。
【発明の概要】
【0004】
一部の一般的な態様では、撮像装置が、インタロゲーション体積内のサンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、インタロゲーション体積の外部にあり、サンプル位置から発せられ、ミラー及び光学レンズ系により集光された光を検出するように構成された検出システムと、を備える。
【0005】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を備えることができる。例えば、光学レンズ系の光学レンズは、あらゆる光学面にわたって、通常動作における全ての光線が、レンズ面法線に対して３５°～４０°の範囲内の空気中における最大出口角を有するように配置することができる。
【0006】
検出システムは、サンプル位置から発せられた光を光検出システムの開口数の回折限界で撮像することができる。
【0007】
撮像装置は、インタロゲーション体積内のサンプル位置にサンプルを維持するように構成されたサンプル装置を備えることもできる。
【0008】
マルチプレット光学レンズはダブレット又はトリプレットである可能性がある。複数の光学レンズは、マルチプレット光学レンズである可能性がある。
【0009】
ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野を有する集光装置を構成することができる。
【0010】
モノセントリックミラー及び光学レンズ系は、回折制限されている集光装置を構成することができ、サンプル位置と、光学レンズ系の要素又はミラーと、の間の作動距離が少なくとも２０ミリメートルである可能性があり、ミラー及び光学レンズ系の光学レンズのそれぞれは球面である可能性がある。ミラー及び光学レンズ系は、サンプル位置から発せられた４００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数を有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、８１～９０％の光透過効率で５００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して回折制限されている集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、５００から７００ナノメートルの波長範囲、７００から８００ナノメートルの波長範囲、又は４５０から５００ナノメートルの波長範囲にわたって同時にアクロマートな集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、少なくとも１００平方ミリメートルのエタンデュを有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、視野依存収差を０．０９ウェーブの二重平均平方根波面誤差未満に小さくするように構成された集光装置を構成することができる。
【0011】
光学レンズ系は、複数のシングレット光学レンズ、複数のダブレット光学レンズ、及び少なくとも１つのトリプレット光学レンズを備えることができる。
【0012】
ミラーは、サンプル位置の表面の画像とモノセントリックなミラーである可能性があり、全視野におけるミラーの光学面に対する主光線の最大入射角は２°、３°、又は４°である可能性がある。
【0013】
光学レンズ系は、サンプル位置のミラーの反対側にある複数のマルチプレットレンズと、サンプル位置のサンプル位置とミラーに挟まれた側にある少なくとも１つのシングレットレンズと、を備えることができる。
【0014】
検出システムは、サンプル位置から発せられた光を、光について推測することなく検出することができる。
【0015】
光学レンズ系の光学レンズ及びミラーのそれぞれは球面である可能性がある。光学レンズ系の１つ以上の光学レンズの軸位置をオフセットすることによって、サンプル位置にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされた収差を調整することができる。
【0016】
ミラー及び光学レンズ系は、撮像軸に対して垂直な方向に沿って光学的にアクセス可能なサンプル位置を提供するように構成された集光装置を構成することができる。集光装置は、サンプル位置にあるサンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数でサンプル位置への光学的アクセスを与える、サンプル位置にあるサンプルの両側に位置する光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有することができる。
【0017】
他の一般的な態様では、撮像装置がサンプルを撮像するように構成されている。撮像装置は、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系とを備える。ミラー及び光学レンズ系の光学レンズは、サンプル位置の両側に撮像軸に沿って位置している。
【0018】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を備えることができる。例えば、光学レンズ系の光学レンズは、光があらゆる光学面にわたって、空気中において３５°～４０°の範囲内の最大発散角を有するように配置することができる。
【0019】
マルチプレット光学レンズはダブレット又はトリプレットレンズである可能性がある。複数の光学レンズは、マルチプレット光学レンズである可能性がある。
【0020】
ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野を有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、回折制限された集光装置を構成することができ、サンプル位置と、光学レンズ系のいずれかの要素又はミラーと、の間の作動距離が少なくとも２０ミリメートル（ｍｍ）である可能性があり、ミラー及び光学レンズ系の光学レンズのそれぞれは球面である可能性がある。ミラー及び光学レンズ系は、サンプル位置から発せられた４００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数を有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、８１～９０％の光透過効率で５００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して回折制限されている集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、５００～７００ナノメートルの波長範囲、７００～８００ナノメートルの波長範囲、又は４５０～５００ナノメートルの波長範囲にわたってアクロマートな集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、少なくとも１００平方ミリメートルのエタンデュを有する集光装置を構成することができる。
【0021】
光学レンズ系は、複数のシングレット光学レンズ、複数のダブレット光学レンズ、及び少なくとも１つのトリプレット光学レンズを備えることができる。
【0022】
ミラーは、サンプル位置の表面の画像とモノセントリックなミラーである可能性があり、全視野におけるミラーの光学面に対する主光線の最大入射角は２°、３°、又は４°である可能性がある。
【0023】
ミラー及び光学レンズ系は、視野依存収差を０．０９ウェーブの二重平均平方根波面誤差未満に小さくするように構成された集光装置を構成することができる。
【0024】
光学レンズ系は、サンプル位置のミラーと反対側にある複数のマルチプレットレンズと、サンプル位置のサンプル位置とミラーに挟まれた側にある少なくとも１つのシングレットレンズと、を備えることができる。
【0025】
光学レンズ系の光学レンズ及びミラーのそれぞれは球面である可能性がある。
【0026】
光学レンズ系の１つ以上の光学レンズの軸位置をオフセットすることによって、サンプル位置にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされた収差を調整することができる。
【0027】
ミラー及び光学レンズ系は、撮像軸に対して垂直な方向に沿って光学的にアクセス可能なサンプル位置を提供するように構成された集光装置を構成することができる。集光装置は、サンプル位置にあるサンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数でサンプル位置への光学的アクセスを与える、サンプル位置にあるサンプルの両側に位置する光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有することができる。
【0028】
他の一般的な態様では、検出装置がサンプルを撮像するように構成されている。検出装置は、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、インタロゲーション体積を画定し、インタロゲーション体積内のサンプル位置にサンプルを収容するように構成されたサンプル装置と、を備える。サンプル装置は、光学レンズ系の１つ以上の光学レンズにより少なくとも部分的に封じ込められた液浸流体を含む。ミラー及び光学レンズ系の光学レンズは、サンプル位置の両側に位置している。
【0029】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を備えることができる。例えば、液浸流体は１．０～１．７の屈折率を有することができる。液浸流体とサンプル位置に配置されたサンプルとは同じ屈折率を有することができる。
【0030】
光学レンズ系の光学レンズは、光が空気中であらゆる光学面にわたって３５°～４０°の範囲内の最大発散角を有するように配置することができる。
【0031】
マルチプレット光学レンズはダブレット又はトリプレットレンズである可能性がある。複数の光学レンズは、マルチプレット光学レンズである可能性がある。
【0032】
ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野を有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、回折制限された集光装置を構成することができ、サンプル位置と、光学レンズ系のいずれかの要素又はミラーと、の間の作動距離が少なくとも２０ミリメートル（ｍｍ）である可能性があり、ミラー及び光学レンズ系の光学レンズのそれぞれは球面である可能性がある。
【0033】
ミラー及び光学レンズ系は、サンプル位置から発せられた４００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対する、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数を有する集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、８１～９０％の光透過効率で５００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して回折制限された集光装置を構成することができる。ミラー及び光学レンズ系は、５００～７００ナノメートルの波長範囲、７００～８００ナノメートルの波長範囲、又は４５０～５００ナノメートルの波長範囲にわたってアクロマートな集光装置を構成することができる。
【0034】
ミラー及び光学レンズ系は、回折制限されており、少なくとも１００平方ミリメートルのエタンデュを有する集光装置を構成することができる。
【0035】
光学レンズ系は、複数のシングレット光学レンズ、複数のダブレット光学レンズ、及び少なくとも１つのトリプレット光学レンズを備えることができる。
【0036】
ミラーは、サンプル位置の表面の画像とモノセントリックなミラーである可能性があり、全視野におけるミラーの光学面に対する主光線の最大入射角は２°、３°、又は４°である可能性がある。
【0037】
ミラー及び光学レンズ系は、視野依存収差を０．０９ウェーブの二重平均平方根波面誤差未満に小さくするように構成された集光装置を構成することができる。
【0038】
光学レンズ系は、サンプル位置のミラーと反対側にある複数のマルチプレットレンズと、サンプル位置のサンプル位置とミラーに挟まれた側にある少なくとも１つのシングレットレンズと、を備えることができる。
【0039】
光学レンズ系の光学レンズ及びミラーのそれぞれは球面である可能性がある。
【0040】
光学レンズ系の１つ以上の光学レンズの軸位置をオフセットすることによって、サンプル位置にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされた収差を調整することができる。
【0041】
サンプル装置は、サンプル位置にあるサンプルを並進移動及び／又は回転移動させるように構成された１つ以上の並進ステージ及び回転ステージをさらに備えることができる。
【0042】
ミラー及び光学レンズ系は、撮像軸に対して垂直な方向に沿って光学的にアクセス可能なサンプル位置を提供するように構成された集光装置を構成することができる。集光装置は、サンプル位置にあるサンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数でサンプル位置への光学的アクセスを与える、サンプル位置にあるサンプルの両側に位置する光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有することができる。
【0043】
他の一般的な態様では、光学顕微鏡装置が、サンプル位置を調べるように構成されたサンプルインタロゲーションシステムと、サンプルインタロゲーションシステムにより調べられることによりサンプルから出力される光を集光するように構成された集光システムと、を備える。集光システムは、サンプル位置を通る撮像軸に沿って配置されたミラーと、少なくとも１つがマルチプレット光学レンズである、撮像軸に沿って配置された複数の光学レンズを備える光学レンズ系と、を備える。
【0044】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を備えることができる。例えば、サンプルインタロゲーションシステムは、サンプル位置に向けられる複数の励起光ビームを生成することができる。サンプルインタロゲーションシステムは、サンプル位置に向けられる１つ以上の光ビームを生成するように構成された光学インタロゲーションシステムである可能性がある。光学インタロゲーションシステムにより生成される１つ以上の光ビームは、ミラーによってサンプル位置に向けることができる。光学インタロゲーションシステムにより生成される１つ以上の光ビームは、ミラーと相互作用することなく撮像軸に対して垂直な方向に沿ってサンプル位置に向けることができる。光学インタロゲーションシステムは、サンプル位置にあるサンプルの表面に対する少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数でサンプル位置への光学的アクセスを与える、サンプル位置にあるサンプルの両側に位置する光学レンズのそれぞれの作動距離及び曲率を有することができる。
【0045】
光学顕微鏡は、集光システムから集光した光を受光するように構成されている検出システムを備えることもできる。検出システムがデータを取得する速度は、少なくとも毎秒１．０×１０１０ボクセルである可能性がある。検出システムは、ナイキストサンプリングを用いて、サンプル位置にある体積が４００立方ミリメートルより大きいサンプルを、１２０分未満の時間で０．３ミクロン×０．３ミクロン×０．５ミクロンの空間分解能で撮像することができる。
【0046】
集光システムは、サンプル位置にある１．０～１．７の屈折率を有するサンプルからの光を集光するように構成することができる。
【0047】
集光システムは、サンプル位置にある４００立方ミリメートルより大きい物理的体積又は４００平方ミリメートルより大きい表面積を有するサンプルからの光を集光するように構成することができる。
【0048】
光学顕微鏡装置は、サンプルインタロゲーションシステム及び集光システムと通信し、サンプルインタロゲーションシステム及び集光システムの電気特性及び光学特性を調整するように構成された制御システムを備えることもできる。光学顕微鏡装置は、集光システムから集光した光を受光するように構成されている検出システムを備えることができる。制御システムは、検出システムと通信することができ、集光システムから集光した光からサンプルの画像を、サンプルがサンプルインタロゲーションシステムによって調べられることによって形成するように構成することができる。
【0049】
光学レンズ系の光学レンズ及びミラーのそれぞれは球面である可能性がある。
【0050】
光学レンズ系の１つ以上の光学レンズの軸位置を撮像軸からオフセットすることによって、サンプル位置にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされた収差を調整することができる。
【0051】
撮像装置は、（高分解能光顕微鏡法をさらに促進する）回折制限されたアクロマート設計を提供する。また、撮像装置は液浸媒体、すなわち顕微鏡検査で使用する生物試料が通常維持されるべき媒体の種類と協働する。撮像装置は、１つのミラーが組み込まれ、（蛍光撮像にとって重要な）かなりの程度まで無色化するのに必要とされる自由度を依然として提供しながら、非常に大きい開口数及び視野サイズを有する反射屈折光学系を提供する。撮像装置は、光パワーの大部分が、像面及び光学系絞りとモノセントリックな状態又はこれに近い状態にあるミラー素子によってもたらされる、すなわち主光線がミラー素子の表面にほぼ垂直である反射屈折光学系である。主光線は、以下でより詳細に考察するように、中心で光学系絞りと交差する物体内の全ての点からの一組の撮像光線である。これは、そうでなければかかる大きなエタンデュ及び光パワーで動作する屈折面を伴うであろう視野依存収差を劇的に減少させる働きをする。撮像装置は、色収差を補正し像面を平らにできる非モノセントリックなレンズ素子も備える。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】反射屈折型であり、少なくとも１つの反射光学素子を備える集光装置を備える撮像装置の光学ブロック図である。
【図2】完全にモノセントリックな撮像システムの例である屈折集光装置の光学ブロック図である。
【図11A】使用されたシミュレートされたバンドパスフィルタカットオフ波長及びサンプル位置にあるサンプル内に存在し得る各フルオロフォアのピーク発光波長を示す表である。
【図11B】サンプル位置がある異なる組成の液浸流体の屈折率及びアッベ数の値を示す表である。
【図12A】異なる撮像条件下で計算されたストレール比のグラフである（ここで、色は異なる視野位置に対応する：青／薄い青－０ｍｍ、緑－３．４ｍｍ、赤－４．９ｍｍ、ピンク－６ｍｍ）。
【図13A】より広い波長範囲にわたるストレール比評価のグラフである。
【図14A】撮像装置のチャンバ内に画定されたインタロゲーション体積内にサンプル位置にあるサンプルを維持するように構成されたサンプル装置であって、サンプルが固定されるサンプルホルダを備え、サンプルを保持するサンプルホルダがチャンバの外部にあるサンプル装置の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
図１を参照すると、撮像装置１００が示されている。撮像装置１００は反射屈折型の集光装置１０１を備えている。つまり集光装置１０１は、インタロゲーション体積１１５内のサンプル位置１１０を通る撮像軸ＩＡに沿って配置された少なくとも１つの屈折光学素子及び少なくとも１つの反射光学素子を備えている。したがって、集光装置１０１は反射屈折光学構成を使用して光を収集して成形する。撮像軸ＩＡはデカルト座標系Ｘ、Ｙ、ＺのＺ軸に沿って延びる。撮像装置１００は、Ｚ軸に関して回転対称であり、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向のそれぞれに延在するように設計することができる。サンプル位置１１０は、撮像装置１００により撮像されるサンプルを収容するように構成されている。サンプルはＸ、Ｙ、及びＺ方向の１つ以上に沿った広がりを有することができる。
【0054】
反射光学素子は、インタロゲーション体積１１５の第１の側Ｚ１に撮像軸ＩＡに沿って配置されたミラー１０５である。以下の実施形態では、ミラー１０５は正の光パワーを有し、収束しているため、撮像軸ＩＡから横方向又は半径方向に延在するときにサンプル位置１１０に向かって湾曲する反射面を有する。集光装置の正の光パワーの大部分（例えばほとんど）は、ミラー１０５によって与えられる。インタロゲーション体積１１５の第１の側Ｚ１は、正のＺ軸に沿ってインタロゲーション体積１１５から離れて延在する側である。
【0055】
屈折光学素子は、サンプル位置１１０及びミラー１０５と光学的に相互作用する光学レンズ系１２０である。光学レンズ系１２０は、インタロゲーション体積１１５の第１の側Ｚ１に１つ以上のコンポーネントを、負のＺ軸に沿ってインタロゲーション体積１１５から離れて延在する側であるインタロゲーション体積１１５の第２の側Ｚ２に１つ以上のコンポーネントを備えることができる。ミラー１０５及び光学レンズ系１２０は、回折制限され、直径が少なくとも８ミリメートル（ｍｍ）、少なくとも１０ｍｍ、又は少なくとも１２ｍｍの視野を有する集光装置１０１を構成する。
【0056】
一部の実施形態では、サンプル位置１１０と、光学レンズ系１２０のいずれかの要素又はミラー１０５と、の間の作動距離が少なくとも２０ｍｍである。一部の実施形態では、ミラー１０５及び光学レンズ系１２０内の光学レンズのそれぞれは球面である。また、集光装置１０１には非球面が必要とされない。
【0057】
さまざまな実施形態では、集光装置１０１は、サンプル位置１１０から発せられた４００～８００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内の波長を有する光に対する、直径が少なくとも８ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、又は少なくとも１２ｍｍの視野（ＦＯＶ）について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数（ＮＡ）を有する。一部の実施形態では、集光装置１０１は、８１～９０％の光透過効率で５００～８００ｎｍの範囲内の波長を有する光に対して回折制限されている。
【0058】
光学レンズ系１２０は、第１及び第２の側Ｚ１、Ｚ２の１つ以上に撮像軸ＩＡに沿って配置された複数の光学レンズを含む。光学レンズ系１２０の光学レンズの少なくとも１つはマルチプレット光学レンズ１２１である。また、光学レンズ系１２０には２つ以上のマルチプレット光学レンズ１２１がある可能性がある。各マルチプレット光学レンズ１２１は、ダブレットレンズ又はトリプレットレンズである可能性がある。例えば光学レンズ系１２０は、以下でより詳細に考察するように、複数のシングレット光学レンズ、複数のダブレット光学レンズ、及び少なくとも１つのトリプレット光学レンズを含むことができる。光学レンズ系１２０内の光学レンズは、レンズ系１２０内のあらゆる光学面にわたって、通常動作中の全ての光線が、各レンズの面法線に対して３０°～４５°又は３５°～４０°の範囲内の、空気中における最大出口角を有するように配置することができる。
【0059】
光学レンズ系１２０の光学レンズの１つ以上及びミラー１０５は、撮像軸ＩＡに沿って移動可能及び／又は調整可能である可能性がある。ミラー１０５及び光学レンズ系１２０内のレンズのこの軸方向移動は、高精度再循環玉軸受軌道を使用して達成することができる。
【0060】
撮像装置１００は、インタロゲーション体積１１５の外部にある検出システム１２５も備える。検出システム１２５は、サンプル位置１１０から発せられ、集光装置１０１、すなわちミラー１０５及び光学レンズ系１２０により集光された光１２６を検出するように構成されている。光１２６は、サンプル位置１１０にあるサンプルから発せられた蛍光である可能性がある。検出システム１２５は、サンプル位置１１０にあるサンプルから発せられた光１２６を集光装置１０１の開口数の回折限界で撮像するように構成されている。
【0061】
撮像装置１００は、サンプル内の大きい体積の高分解能撮像を可能にし、さらにサンプルに関する新しいタイプの実験及び観察が実行されることを可能にする。例えば、撮像装置１００は、細胞内分解能を有し、物理的切断を必要としない大きな化学的に透明化又は拡大された組織及び器官の高速撮像（例えば、マウス脳全体の高分解能構造撮像）、大型モデル生物（マウスなど）におけるニューロン活動の全脳ライブ撮像、又は自由に行動し相互作用する動物群の単一細胞レベルでの同時撮像（例えば、相互作用するゼブラフィッシュ稚魚又はショウジョウバエのグループにおける全ての個体にわたる同時全脳撮像）を可能にする。
【0062】
撮像装置１００は、光ベースの像形成のための、本明細書に記載の反射屈折型の集光装置１０１を備えるため、伝統的な対物レンズの根本的な制約を回避する。具体的には、ミラー１０５は伝統的な対物レンズに取って代わる。伝統的な対物レンズと異なり、ミラー１０５は、（高開口数を提供することによる）高空間分解能と大きな視野へのアクセスの両方を提供することができる。したがって、集光装置１０１は両方のパラメータに対して高い性能を同時に達成する。これは、エタンデュが大きくなるにつれて光学収差及び誤差のスケーリング則が集光装置１０１に与える影響が小さくなるためである。
【0063】
伝統的な対物レンズの光学収差から生じる従来のスケーリング制約は集光装置１０１において克服することができ、その結果、これまでよりもはるかに大きい視野にわたって高い開口数が可能になる。例えば、撮像装置１００は、サンプルインタロゲーション体積１１５が水の場合に１．０の開口数、１２ミリメートル（ｍｍ）の視野、２５ｍｍの作動距離、及び８１～９０％の光透過効率で５００～７１５ナノメートル（ｎｍ）に対する回折限界性能を提供することができる。開口数が０．４７で視野が６ｍｍのメゾレンズなどの最先端の光学系と比較して、撮像装置１００は、（装置１００により同時に伝送される分解可能な素子の数として定量化される）光学スループットを１８倍向上させる。
【0064】
また、撮像装置１００は検出システム１２５内の１つ以上のカメラの速度によって制限されず、また撮像装置１００はかかる大きな視野を有しているため、例えば視野全体にわたって画像取得を並列化するカメラアレイを用いた検出プロセスの多重化を通じて大きい試料の撮像の劇的な高速化の機会も提供される。少なくとも毎秒１．０×１０１０ボクセル、場合によっては毎秒１．４×１０１０の撮像速度を提供する、１０個のｓＣＭＯＳカメラから構成されるカメラアレイを使用する撮像装置１００の実施形態が、図８及び１０に関して以下で考察される。
【0065】
上述のように、ミラー１０５は、集光装置１０１の正の光パワーの非常に大きな部分を提供する。ミラー１０５はモノセントリックである可能性がある。つまり、サンプル位置１１０で撮像される物体（すなわちサンプル又は試料）の表面及び光学系絞りＳＳとモノセントリック又はほぼモノセントリックな状態で配置されている。別な言い方をすれば、ミラー１０５は視野対称であり、物体（サンプル）の視野点から発する一組の光線が、他の視野点から来る一組の光線と同様にミラーと相互作用することを意味する、又はミラー１０５はほぼ視野対称であり、この状態からのわずかなずれを示す可能性がある。光学系絞りＳＳは、軸上の物点から装置１０１を通過する（光１２６からの）光線の立体角を物理的に制限する、集光装置１０１内の開口絞り又はレンズリングと定義することができる。したがって、光学系絞りＳＳは、光１２６から検出システム１２５に形成される画像の輝度を制限する。光学系絞りＳＳは開口絞りである可能性がある、又は光学レンズ系１２０内の１つのレンズの表面にある可能性がある。
【0066】
一般に、完全にモノセントリックな光学系は、物体面及び像面を含むあらゆる光学面が光学系絞りに位置する共通の曲率中心を共有する系である。集光装置１０１は、完全にモノセントリックな又はほぼモノセントリックな光学系である可能性がある。考察及び比較によって、屈折型集光装置２０２を使用する完全にモノセントリックな撮像システムの例が図２に示されている。図１の集光装置１０１と異なり、屈折型集光装置２０２は、物体空間ＯＳと撮像空間ＩＳの間に配置された回折光学素子Ｒ１、Ｒ２のみを備える。光学系の主光線ＣＲが（光学素子Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの）あらゆる光学面に垂直入射するという事実に一致する、フィールド変数に関する光学系の対称性に起因して、光学系の視野依存収差は全くない。そのような光学系には球面収差及び軸方向色収差のみが存在する可能性があり、フィールド自体のサイズは、視野依存収差によって通常の方法で制限されるわけではなく、９０度の画角で有効幅ゼロを与える光学系絞りの余弦短縮によって、又は半球であることを逸脱する、絞りの両側における光学面の重なりによって制限される。
【0067】
光学系の１つの重要な指標はそのエタンデュである。（撮像装置１００が組み込まれ得る）顕微鏡などの従来の光学系の場合、エタンデュは、視野（ＦＯＶ）の面積掛けるそのＦＯＶで利用可能な開口数（ＮＡ）の二乗に等しい。光は大きな収差を有する光学系内を伝搬することによって、光エネルギーの単純な伝送又は回折制限されない撮像に寄与することができる。しかしながら、基本的な目標が（サンプル位置１１０にある）サンプルの高品質かつ高分解能の画像の取得である光顕微鏡法では、回折制限撮像が重要である及び／又は必要とされる可能性があるため、エタンデュを計算する際に、それに応じて低い収差で伝送され得るＦＯＶ及びＮＡのみが考慮される。撮像装置１００が回折制限されており、問題になっているエタンデュが回折制限されたエタンデュであると仮定した場合、撮像装置１００のエタンデュは、所与の光の波長について、装置１００内を伝送され得る個別に分解可能な画素（リセル）の数に比例する。
【0068】
検出システム１２５は１つ以上のデジタルイメージセンサ（又はカメラ）を使用する。各センサ、又はセンサアレイは、人間の目及び従来の対物レンズのサポートされているリセルよりも多いピクセルを有することができる。したがって、検出システム１２５において特定のサンプルを撮像するのに望まれる分解能のレベルに合うより高いエタンデュを有する集光装置１０１（及び撮像装置１００）を開発することは有利である可能性がある。撮像装置１００は、従来の顕微鏡対物レンズで得られていたよりも高いエタンデュを提供するように設計される。
【0069】
また、全ての収差が光１２６の波長の小さな割合に保持される光学系を設計することは、エタンデュが大きくなるにつれてますます困難になる。屈折型であり（レンズ面における光屈折のみを利用する）、高分解能撮像に必要な大きい開口数をサポートする顕微鏡対物レンズにおいて、ある狭い条件を満たすレンズ面のみを高出力先端素子（一般にはレンズの正のパワーの大部分に寄与する第１～第４正メニスカスレンズ）に利用することができる。例えば、１つの条件はアプラナティック条件であり、別の条件はコンセントリック条件である。（周辺光線の傾きの光線周囲の屈折率に対する比がレンズ面にわたって一定である）アプラナティック条件では、球面収差、コマ収差、又は非点収差を導入することなく、大きな光学面のパワーが可能であるが、これは物体面がレンズ材料と同じ屈折率に浸されている場合にのみ可能である。（周辺光線の表面における入射角がゼロの）コンセントリック条件では、球面収差やコマ収差が導入されないが、光パワーも不可能である。高いＮＡの屈折型顕微鏡対物レンズでは、１つ以上のアプラナティック面、又はほぼアプラナティックな表面が先端素子に使用され、通常は１つ以上のほぼコンセントリックな表面も先端素子に使用される。これらの条件は、典型的な屈折型対物レンズのそれを上回るエタンデュのレベルで、例えばエタンデュが６．２ｍｍ２のメゾレンズで機能することができるが、それはレンズ寸法の大幅な物理的な拡大、及び要素数の増加という犠牲や不便の上に可能である。
【0070】
撮像装置１００は、扱いにくいレンズのサイズ及び数を必要とせずにエタンデュのより劇的な増加を達成することによって、代替的な、効果的な高エタンデュの光学設計戦略を提供する。
【0071】
図３を参照すると、一部の実施形態では、撮像装置１００は、サンプル装置３３０及びインタロゲーションシステム３４０を追加的に備える撮像装置３００である。次にこれらのそれぞれを説明する。
【0072】
サンプル装置３３０は、サンプル３３５をインタロゲーション体積１１５内のサンプル位置１１０に維持するように構成されている。サンプル装置３３０は、保持デバイス、並びに（保持デバイスをインタロゲーション体積１１５内で又はインタロゲーション体積１１５の内外に並進移動及び回転移動させることにより）サンプル３３５の並進及び／又は回転をそれぞれ可能にする１つ以上の並進及び／又は回転ステージ（図１４Ａ及び１４Ｂの運動ステージ１４３９など）を備えることができる。保持デバイスは、サンプル３３５をインタロゲーション体積１１５内のサンプル位置１１０に保持する。保持デバイスは、サンプル３３５を取り囲む液浸流体、又はサンプル３３５を収容し、かつサンプル３３５をさまざまな角度から撮像できるようにするデバイスを含むことができる。図１４Ａ及び１４Ｂを参照して、サンプル装置３３０のある実施形態を説明する。
【0073】
インタロゲーションシステム３４０は、具体的にはサンプル３３５がサンプル位置１１０に置かれている間に、サンプル位置１１０を調べるように構成されている。特に、インタロゲーションシステム３４０は、集光装置１０１によって集光された後、検出システム１２５において検出又は感知される光１２６をサンプル３３５に出力させるように、サンプル３３５に作用しこれと相互作用する。したがって、インタロゲーションシステム３４０は、サンプル位置に向けられる、励起光学又は光ビームなどの１つ以上のプローブを生成することができる。例えば、広視野照明、ライトシート照明、又は（多）点スキャニングをインタロゲーションシステム３４０において利用することができる。ライトシート照明を使用する実施形態は、図１５～１９を参照して以下で考察される。インタロゲーションシステム３４０の実施形態は、図９Ａ、９Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、及び１５～１９を参照して説明される。
【0074】
図４を参照すると、撮像装置１００は、光学顕微鏡４５０内の撮像装置４００として実施することができる。光学顕微鏡４５０は、制御システム４５５、インタロゲーションシステム４４０、及び撮像装置４００を備える。インタロゲーションシステム４４０は、撮像装置４００内のサンプル位置１１０に向けられる１つ以上のプローブ４４０ｐを生成する光装置４４２及び光学構成４４４を備える。
【0075】
撮像装置４００は、（集光装置１０１を介して）蛍光を集光し、この光を検出システム１２５内のカメラに向け、（サンプル装置３３０内のサンプル位置決めサブシステムを使用して）体積撮像のためにサンプルを並進移動させる。検出システム１２５は、それぞれが複数（例えば６個）の蛍光フィルタを収容する複数のフィルタホイールから構成される（図１４Ａ及び１４Ｂに示すような）フィルタホイールアレイＦＡと、サンプル位置１１０にあるサンプルの高速な並列撮像のための複数のカメラ（例えばＣ１４１２０－２０Ｐ（浜松、日本）などのｓＣＭＯＳカメラ）から構成されるカメラアレイとを備えることができる。フィルタホイールアレイのフィルタホイールの数は、カメラアレイのカメラの数に一致する。
【0076】
制御システム４５５は、主制御装置４５６、制御電子回路４５７、及び画像取得モジュール４５８を備える。制御システムは、光装置４４２及び光学構成４４４、並びに撮像装置４００内のコンポーネントを含む、光学顕微鏡４５０の全ての光学、電気、及び機械コンポーネントを操作する。例えば、制御システム４５５は、空間光変調器１６６０（図１６Ａ）、ガルバノメータスキャナＧＳ（図１８Ｃ）、光学構成４４２内の並進及び回転ステージ、並びに撮像装置４００内のフィルタホイール及びカメラを制御するように構成することができる。
【0077】
主制御装置４５６のこれらのコンポーネントの１つ以上は、１つ以上の出力デバイス（例えばモニタ又はプリンタ）、キーボード、マウス、タッチディスプレイ、又はマイクロホンなどの１つ以上のユーザ入力インターフェイス、特定のタスクを実行するための特殊なワークステーションを含む１つ以上の処理ユニット、メモリ（例えばランダムアクセスメモリや読み取り専用メモリや仮想メモリなど）、及びハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、又は光ディスクなどの１つ以上のストレージデバイスといったハードウェアを備えることができる。処理ユニットは、スタンドアロンのプロセッサである可能性がある、又は独自のワークステーションなどのサブコンピュータである可能性がある。制御システム４５５は、一部の機能が１つのコンピュータに割り当てられる又は配置される一方、他の機能がもう１つのコンピュータに割り当てられる又は配置される分散型アーキテクチャを有することができる。
【0078】
主制御装置４５６は、光学顕微鏡４５０の全ての電気部品及び光学部品を調整する。主制御装置４５６は、光学顕微鏡４５０の特徴を調整及び制御するＬａｂＶＩＥＷ制御ソフトウェアを実行するコンピュータを備えることができる。
【0079】
一部の実施例では、主制御装置４５６は、オペレーティングシステム（Ｗｉｎｄｏｗｓ１０など）及びＬａｂＶＩＥＷ顕微鏡制御ソフトウェアを実行するサーバである。ＬａｂＶＩＥＷソフトウェアは光学顕微鏡４５０の全てのコンポーネントを調整して、撮像ワークフローを実行し同期画像取得を確実にする。より具体的には、主制御装置４５６は、制御電子回路４５７に制御コマンドを送信して、インタロゲーションシステム４４０の光装置４４２及び光学構成４４２並びに撮像装置４００に適切な駆動及びトリガ信号を発生させる。主制御装置４５６はまた、画像取得モジュール４５８内の画像取得ノードに（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔによって）コマンドを送信して、検出システム１２５内のカメラと関連するパラメータを設定し、検出システム１２５における画像取得を開始及び／又は停止する。
【0080】
画像取得モジュール４５８は、検出システム１２５からの画像データを取得すること及び保存することを含む撮像ワークフローを実行するように構成されている。画像取得モジュール４５８からの出力は主制御装置４５６に供給され、画像取得モジュール４５８と主制御装置４５６の間の通信は有線又は無線である可能性がある。画像取得モジュール４５８は、ＬａｂＶＩＥＷ画像取得ソフトウェアを実行する、それぞれが画像取得用のＣｏａＸＰｒｅｓｓケーブルにより撮像装置１００内（例えば検出システム１２５内）の１台のカメラに接続されている複数の画像取得ノードで動作することができる。例えば図１５～１９を参照して以下で考察するように、検出システム１２５は１０個のイメージングサブシステム又は検出器を備えることができ、この場合、画像取得モジュール４５８は１０個の画像取得ノードで動作することができる。全ての画像取得ノードは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信によって（主制御装置４５６の）主制御コンピュータに接続されて、主制御装置４５６の主制御コンピュータから画像取得コマンドを受信することもできる。
【0081】
画像取得ノードは、（検出システム１２５内の）各専用カメラを操作し、主制御装置４５６が与える指示に従ってデータを取得して一時的に記憶する役割を果たしている。より具体的には、画像取得ノードは主制御装置４５６からコマンドを受信して、露光時間、エリアモード、関心のあるエリアなどを含むカメラパラメータを設定し、これに基づいて接続された各カメラを設定することになる。画像取得ノードはまた、画像取得を開始するためのコマンドを主制御装置４５６から受信した後、取得プロセスを開始し、開始トリガ信号を待機するようにカメラを設定することになる。カメラは制御電子回路４５７から開始トリガ信号を受信すると、画像取得を同期して開始することになる。画像取得ノードは、現在進行中の取得を中断するコマンドを受信することもでき、このコマンドを受信したときは直ちに取得を停止することになる。
【0082】
制御電子回路４５７は、ガルバノメータスキャナ、フィルタホイール、並進ステージ、及びカメラを含むがこれらに限定されない、インタロゲーションシステム４４０及び撮像装置４００内の個別のコンポーネントのための制御信号を発生させ同期させるように構成されている。制御電子回路４５７は、主制御装置４５６に接続される筐体と、全てが筐体内に取り付けられるいくつかのアナログ入力カード及びアナログ出力カードと、シリアルインターフェイスカードとを備える。
【0083】
制御電子回路４５７は、主制御装置４５６のＰＣＩｅスロットの１つに取り付けられたリモートコントローラカード（例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＰＣＩｅ－８３８１）により主制御装置４５６に接続されている筐体（例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＰＸＩｅ－１０７８）に実装することができる。筐体内に３つのデータ収集カード、すなわち６４個のアナログ出力（ＡＯ）チャネルを提供する２つのＰＸＩｅ－６７３８収集カード（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）と、３２個のアナログ入力（ＡＩ）チャネルを提供する１つのＰＸＩｅ－６３６３収集カード（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）とを取り付けることができる。主制御装置４５６により操作されて、ＰＸＩｅ－６７３８収集カードは、アナログ電圧信号を発生させて、ビーム操作システム５４７（図５）内のガルバノメータスキャナＧＳａ、ＧＳｂを駆動し、プローブ８３６（図８）のレーザ強度を変調する。ＰＸＩｅ－６７３８収集カードはまた、ＴＴＬ又はＬＶＣＭＯＳ信号を発生させて、カメラ、ステージ及びフィルタホイールを同期させ、インタロゲーションシステム４４０内でレーザをイネーブル／ディセーブルする。１つのシリアルインターフェイスカード（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＰＸＩｅ８４３０／８）を筐体内に取り付けて、光装置４４２及び運動ステージを含むデバイスを制御するのに使用される８個のＲＳ－２３２通信ポートを提供することができる。
【0084】
上述のように、インタロゲーションシステム４４０は、撮像装置４００内のサンプル位置１１０に向けられた１つ以上のプローブ４４０ｐを生成する光装置４４２及び光学構成４４４を備える。インタロゲーションシステム４４０内の照明光学系の視野は、撮像装置４００内の検出光学系の視野に一致するため、検出システム１２５で撮像され得る部分はいずれもインタロゲーションシステム４４０で照明することができる。
【0085】
一部の実施形態では、図５に示すようにインタロゲーションシステム４４０は、光装置４４２及び光学構成５４４を備えるインタロゲーションシステム５４０として実施される。インタロゲーションシステム５４０は、複数（例えば１０個）の湾曲非対称ベッセル様励起（ＣＡＢＬＥ）ビームのビームアレイを生成しスキャンする。光学構成５４４は、ＣＡＢＬＥビーム発生システム５４５、ビーム多重化システム５４６、ビーム操作システム５４７、及び照明構成５４８（カスタムチューブレンズ及び／又は対物レンズを含み得る）を備える。他の実施形態では、ガウシアンビームを使用して光装置４４２の出力からスキャンされたレーザ光シートを生成することが可能である場合がある。
【0086】
撮像装置４００に関連する特徴が次に考察され、その後にインタロゲーションシステム５４０の考察が続く。
【0087】
図６を参照すると、撮像装置１００の実施形態６００が示されている。撮像装置６００は、複数の光学レンズを含む光学レンズ系６２０を備える。この実施形態では、光学レンズ系６２０は２つの光学レンズ６２０＿１及び６２１＿１のみを含む。他の実施形態では、光学レンズ系６２０は３つ以上の光学レンズを含むことができる。光学レンズは撮像軸ＩＡに沿って配置されている。光学レンズのうちの少なくとも１つはマルチプレット光学レンズである。この実施形態では、レンズ６２１＿１はマルチプレットレンズとして表されている。光学レンズ系６２０には、２つ以上のマルチプレットレンズがある可能性がある。撮像装置６００は、インタロゲーション体積１１５の外部にある検出システム１２５も備える。検出システム１２５は、サンプル位置１１０から発せられ、ミラー１０５及び光学レンズ系６２０により集光された光６２６を検出するように構成されている。光６２６の一部の光線が参考のため破線で示されている。
【0088】
光学レンズ系６２０の光学レンズは、あらゆる光学面にわたって、通常動作における全ての光線６２６の空気中における最大出口角がレンズ面の法線に対して３５°～４０°の範囲内になるように配置される。ここで光線６２６の出口角は、光線６２６が光学レンズを出るときにその光学レンズ（例えば光学レンズ６２０＿１及び６２１＿１）の面法線となす角度である。マルチプレット光学レンズ６２１＿１はダブレットレンズ又はトリプレットレンズである可能性がある。
【0089】
検出システム１２５は、サンプル位置１１０から発せられた光６２６を撮像装置１００の開口数の回折限界で撮像する。ミラー１０５及び光学レンズ系６２０は、回折制限されており、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野を有する集光装置を構成する。
【0090】
サンプル位置１１０と光学レンズ系６２０のいずれかの要素又はミラー１０５との間の作動距離は少なくとも２０ミリメートル（ｍｍ）であり、ミラー１０５及び光学レンズ系６２０の光学レンズ６２０＿１、６２１＿１のそれぞれは球面である。これは、ミラー１０５及び光学レンズ６２０＿１、６２１＿１のそれぞれにおいて光６２６と相互作用する表面が球形を有することを意味する。作動距離は、サンプルに焦点が合っているときの最も近い光学素子からサンプルの最も近い表面までの有効距離とみなすことができる。
【0091】
集光装置６０１は、サンプル位置１１０から発せられた４００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光６２６に対する、直径が少なくとも８ミリメートル、少なくとも１０ミリメートル、又は少なくとも１２ミリメートルの視野について、少なくとも０．８、少なくとも０．９、又は少なくとも１．０の開口数を有する。集光装置６０１は、８１～９０％の光透過効率で５００～８００ナノメートルの範囲内の波長を有する光に対して回折制限されている。集光装置６０１は、５００～７００ナノメートルの波長範囲、７００～８００ナノメートルの波長範囲、又は４５０～５００ナノメートルの波長範囲にわたって同時にアクロマートである可能性がある。集光装置６０１は少なくとも１００平方ミリメートルのエタンデュを有することができる。
【0092】
ミラー１０５は、サンプル位置１１０にあるサンプルから発せられた光６２６と相互作用する光学的反射面１０５Ｓを有する曲面ミラーである。ミラー１０５は、サンプル位置１１０の表面の画像とモノセントリック又はほぼモノセントリックである可能性がある。全視野におけるミラー１０５の光学面に対する（図２に関して考察され、図１０にも示される）主光線の最大入射角は２°、３°、又は４°である。
【0093】
集光装置６０１は、視野依存収差を０．２、０．１、０．０９、又は０．０７ウェーブの二重平均平方根波面誤差未満に小さくするように構成されている。
【0094】
検出システム１２５は、サンプル位置１１０から発せられた光６２６を、光６２６について推測することなく検出する。検出システム１２５は、それぞれが多色検出を可能にするために特定の波長範囲を検出することに特化された複数の検出チャネルを備えることができる。
【0095】
光学レンズ系６２０の光学レンズ６２０＿１、６２１＿１の１つ以上の軸位置は、集光装置６０１の他の光学レンズ及びコンポーネントからオフセットされ、これによって、例えばインタロゲーション体積１１５内の液浸流体又はサンプル位置１１０にあるサンプルの屈折率の変化により引き起こされる収差を調整することができる。光学レンズの軸位置は光学レンズの位置を撮像軸ＩＡに沿って調整することによってオフセットされる。このようにして撮像装置６００は、顕微鏡を新しい実験の開始時に新しい試料に適応させるように構成されている。例えば、インタロゲーション体積１１５内に保持されている液浸流体（例えば液浸流体７１８又は液浸流体１４１８）が、別の実験に対する１つの実験中にわずかに異なる化学組成を有することができる。例えば、液浸流体中の成分の１つの濃度が変化することがあり、次いでこの変化が液浸流体の光学特性を変化させ、光６２６の光学経路を変化させる。光学経路のこの変化を補償するために、レンズはこれに応じて移動することができる。別の例として、サンプル３３５は実験ごとに変化する可能性がある、又はサンプル３３５自体が単一実験においてその体積に沿って変化する可能性がある。光学特性が時間の関数として変化する可能性もある。すなわち、例えば液浸流体中の一部の水が蒸発する場合、これによって液浸流体中の一部の化学成分の濃度が上昇する（これによって経時的に屈折率が上昇する）可能性がある。制御システム４５５は、実験中にこれらの変化をモニタすることができ、撮像中に変化を補償することができる。
【0096】
集光装置６０１は、撮像軸ＩＡに対して垂直な方向に沿って光学的にアクセス可能なサンプル位置１１０を提供するように構成されている。例えば集光装置６０１は、サンプル位置１１０の両側に十分に大きな作動距離を有し、サンプル位置１１０に対向する光学面（サンプル位置に対向する光学レンズ６２０＿１、６２１＿１の光学面）は、少なくとも０．４、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６の開口数でサンプル位置１１０への光学的アクセスを可能にするのに十分小さい曲率を有する。
【0097】
集光装置６０１の光学素子の１つ以上は、かかるコンポーネントの位置を調整する／並進移動させる／回転移動させるために制御システム４５５の制御電子回路４５７により制御される、並進及び／又は回転ステージＴＲＳ１、ＴＲＳ２、ＴＲＳ３上に配置することができる。
【0098】
一部の実施形態では、図７及び１０に示すように、ミラー１０５及び光学レンズ系６２０の光学レンズは、撮像軸ＩＡに沿ってサンプル位置１１０の両側に位置することができる。
【0099】
図７を参照すると、撮像装置７００の一部である集光装置７０１が、サンプル位置１１０に配置されたサンプル７３５を、サンプル７３５から発せられる光７２６を集光し、この集光した光を検出システム１２５に向けることによって撮像するように構成されている。集光装置７０１は、サンプル位置１１０を通る撮像軸ＩＡに沿って配置されたミラー１０５を備える。集光装置７０１は光学レンズ系７２０を備える。集光装置７０１は、インタロゲーション体積７３１を画定し、インタロゲーション体積７３１内のサンプル位置１１０にサンプル７３５を収容するように構成されたサンプル装置７３０も備える。サンプル装置７３０は、光学レンズ系７２０の１つ以上の光学レンズ７２０＿１により少なくとも部分的に封じ込められた液浸流体７１８を含む。液浸流体７１８は１．０～１．７の屈折率を有することができる。液浸流体７１８及びサンプル位置１１０に配置されたサンプル７３５は同じ屈折率を有することができる。
【0100】
図８を参照すると、（光学顕微鏡の一部である）撮像装置８００が、サンプル位置１１０を調べるように構成されたインタロゲーションシステム８４０を備える。インタロゲーションシステム８４０は、サンプル位置１１０に向かう複数の励起光（光学）ビームを生成するように構成することができる。これらの励起光ビームは、サンプル位置１１０にあるサンプル８３５内のフルオロフォア又は他の分子を励起する役割を果たし、かかるフルオロフォア又は他の分子は撮像装置８００により集光される光８２６を発する。このため、撮像装置８００は、サンプル位置１１０にあるサンプル８３５から出力された、インタロゲーションシステム８４０からの１つ以上のプローブ８３６により調べられたサンプル８３５の結果である光８２６を集光するように構成された集光装置８０１を備える。集光装置８０１は、以上で考察したように、サンプル位置１１０を通る撮像軸ＩＡに沿って配置されたミラー１０５と、撮像軸ＩＡに沿って配置された複数の光学レンズ８２０＿１、８２１＿１を有する光学レンズ系８２０とを備える。
【0101】
一部の実施形態では、インタロゲーションシステム８４０は、サンプル位置１１０に向かう１つ以上の光ビームをプローブ８３６として生成するように構成された光学インタロゲーションシステムである。
【0102】
一部の実施形態では、図９Ａに示すように、インタロゲーションシステム８４０により生成された１つ以上の光ビーム８３６は、ミラー１０５によってサンプル位置１１０にあるサンプル８３５に向けられる。例えば、光ビーム８３６はミラー１０５の光学的反射面１０５Ｓで反射した後、サンプル位置１１０に向かうことができる。光ビーム８３６とサンプル８３５との相互作用によってサンプル８３５から蛍光８２６が発せられ、蛍光８２６は集光装置８０１によって集光される。
【0103】
他の実施形態では、図９Ｂに示すように、インタロゲーションシステム８４０により生成された１つ以上の光ビーム８３６は、撮像軸ＩＡと平行でない（例えば垂直な）方向に沿ってサンプル位置１１０にあるサンプル８３５に向けられる。これらの実施形態では、光ビーム８３６はミラー１０５と相互作用することなくサンプル位置１１０に進む。光ビーム８３６とサンプル８３５との相互作用によってサンプル８３５から蛍光８２６が発せられ、蛍光８２６は集光装置８０１によって集光される。
【0104】
図８を再度参照すると、撮像装置８００は、図１に示した検出システム１２５のような、集光装置８０１から集光された光８２６を受光するように構成された検出システム８２５を備えることもできる。検出システム８２５がデータを取得する速度は、少なくとも毎秒１×１０１０ボクセルである可能性がある。検出システム８２５は、サンプル位置１１０にある体積が１００、２００、３００、又は４００立方ミリメートルより大きいサンプル８３５を、１２０分未満の時間で０．３ミクロン×０．３ミクロン×０．５ミクロンと同等かそれ以上の空間分解能で撮像することができる。検出システム８２５はナイキストサンプリングを使用することができる。
【0105】
制御システム４５５は、インタロゲーションシステム８４０及び集光装置８０１と通信することができる。制御システム４５５は、インタロゲーションシステム８４０及び集光装置８０１の電気及び光学特性を調整するように構成されている。制御システム４５５はまた、検出システム８２５と通信することができ、サンプル８３５がインタロゲーションシステム８４０により調べられることによって、集光装置８０１により集光された光８２６からサンプルの画像を形成するように構成することができる。
【0106】
図１０を参照すると、他の実施形態では、集光装置１００１がサンプル位置１０１０に配置されたサンプル１０３５を撮像するように構成されている。集光装置１００１は複数のレンズを有する光学レンズ系１０２０を備える。光学レンズ系１０２０は、サンプル位置１０１０のサンプル位置１０１０に対してミラー１００５の反対側に位置する側にある複数のマルチプレットレンズと、サンプル位置１０１０のサンプル位置１０１０とミラー１０５に挟まれた側に位置する少なくとも１つのシングレットレンズとを備える。光学レンズ系１０２０は、６個のレンズ１０２０＿１、１０２０＿２、１０２１＿１、１０２１＿２、１０２１＿３、１０２１＿４を備え、レンズ１０２１＿１、１０２１＿２、１０２１＿３、１０２１＿４はマルチプレットレンズである。
【0107】
（シングレットである）レンズ１０２０＿１は、サンプル位置１０１０のサンプル位置１０１０とミラー１００５に挟まれた側に位置する。レンズ１０２１＿１は、サンプル位置１０１０のレンズ１０２０＿１とは反対側にあるダブレットレンズである。レンズ１０２０＿１と１０２１＿１とはインタロゲーション体積１０１５を画定する。レンズ１０２１＿２はトリプレットレンズであり、レンズ１０２１＿３はダブルレンズであり、レンズ１０２１＿４はトリプレットレンズである。（検出システム１２５への経路上の集光装置１００１内の最後のレンズである）レンズ１０２０＿２はシングレットである。
【0108】
集光装置１００１はインタロゲーション体積１０１５を画定するチャンバ１０１７も備える。サンプル１０３５はインタロゲーション体積１０１５内のサンプル位置１０１０で受け取られる。一部の実施形態では、チャンバ１０１７の１つ以上の壁１０１９がインタロゲーション体積１０１５内に液浸流体１０１８を保持する。液浸流体１０１８はまた、光学レンズ系１０２０のレンズ１０２０＿１及び１０２１＿１によって部分的に封じ込めることができる。チャンバ壁１０１９とレンズ１０２１＿１の間に、チャンバ壁１０１９とレンズ１０２１＿１とのいくらかの相対移動を可能にする可撓性シール１０３１が形成される。液浸流体１０１８は１．０～１．７の屈折率を有することができる。液浸流体１０１８とサンプル位置１０１０に配置されたサンプル１０３５とは同じ屈折率を有することができる。
【0109】
集光装置１００１は図１の撮像装置１００に実装することができる。かかる構成では、撮像装置１００は公称的に回折制限され、５００～７１５ナノメートル（ｎｍ）の波長範囲にわたってアクロマートであり、その回折制限された開口数が１．０でＦＯＶが直径１２ｍｍであるため、１１３ｍｍ２のエタンデュを有する。公称設計を用いれば（つまり、製造公差による性能損失がなければ）、アッベ分解能限界における個別に分解可能な画素の数は、５１０ｎｍで２．２×１０９個になるであろう。
【0110】
一部の実施形態では、集光装置１００１は、視野が１２ｍｍで作動距離が２５ｍｍの特注設計のＮＡ１．０ミラーベース対物レンズである。集光装置１００１は、屈折率が１．３３～１．３４の撮像媒体及びサンプル用に設計することができる。大きい視野は次の２つの利点を提供する：（１）物理的切断又はサンプルの側方並進移動を必要とせずに、最大１２ｍｍ×１２ｍｍ×２５ｍｍの大きいサンプル１０３５を撮像できること、及び（２）撮像速度を向上させるために複数のカメラを使用してサンプル１０３５の異なる部分を同時に撮像できること。（集光装置１０１、６０１、７０１、８０１、１００１のいずれかが実装される）撮像装置１００は、毎秒１．４×１０１０ボクセルの速度で撮像することができ、結果としてマウス脳の平均サイズに相当する物理的寸法１２ｍｍ×８ｍｍ×６ｍｍを有するサンプル１０３５を、０．３μｍ×０．３μｍ×０．５μｍの空間分解能でナイキストサンプリングを用いてわずか２時間で撮像する。
【0111】
集光装置１０１、６０１、７０１、８０１、又は１００１が実装されている撮像装置１００は、液浸流体１０１８で満たされた（装置１００１内にチャンバ壁１０１９と、レンズ１０２０＿１及び１０２１＿１とにより画定された）チャンバ１０１７内のプローブ像面から検出システム１２５の少し離れた検出像面に光を伝達する高開口数有限共役型撮像システムである。チャンバ１０１７内のプローブ像面は、１つ以上の光ビーム８３６のジオメトリによって決定され、焦点面ジオメトリの形状によって決定される。チャンバ１０１７内のプローブ像面は、図１５～１９を参照して以下で説明されるＣＡＢＬＥビームを使用して１つ以上の光ビーム８３６を生成する場合には曲面である可能性がある。検出システム１２５における検出像面は、サンプル位置１１０における焦点面と共役な検出器空間内の１つ以上の像面である。検出像面は完全に平らである、又は他の実施形態では湾曲している可能性がある。像を像面に記録するのにカメラチップのアレイを使用することができ、像面が湾曲している場合は、平らなカメラチップの湾曲したアレイを使用することができる。
【0112】
一部の実施形態では、液浸流体１０１８は水、又はさまざまな塩及び緩衝剤を含む水であり、ＮＡは１．０であり、サンプル側の視野は直径１２ｍｍであり、倍率は３５ｘである結果として、４２０ｍｍ直径の像面が得られる。集光装置１００１により集光及び撮像される光は、サンプル１０３５を出るとまずは液浸流体チャンバの壁の１つをなすレンズ１０２０＿１を横切り、次に凹面ミラー１００５に衝突する前に小さなエアギャップを横断する。凹面ミラー１００５は、集光装置１００１の正の光パワーの大部分を提供し、光学系絞りＳＳとほぼモノセントリックに配置されている。このほぼモノセントリックであることによって、集光された光１０２６の主光線ＣＲは、ミラー１００５への入射角がゼロに近いため、ミラー１００５から生じる全ての視野依存収差は当然のことながら小さい。
【0113】
ミラー１００５から反射した後、撮像された光１０２６は再びレンズ１０２０＿１を横切り、インタロゲーション体積１０１５に再び入る。逆方向に通過し、光１０２６の一部はサンプル１０３５によって閉塞される、又は常軌を逸する（薄い又は透明性の高いサンプル１０３５の場合）。しかしながら、インタロゲーション体積１０１５を通過する光１０２６のビームサイズが大きいため、サンプル１０３５により閉塞される光１０２６の量は少ない。例えば一部の実施形態では、他の方法で撮像される光の５％未満、３％未満、２％未満、又は約１．４％がサンプル１０３５によって閉塞される。
【0114】
次いで、撮像された光１０２６は液浸チャンバのもう１つの壁をなすレンズ１０２１＿１に入る。レンズ１０２１＿１の後、光は、撮像された光１０２６が既に受けた波面収差及び色収差を補正する機能を果たす４つの追加のレンズ１０２１＿２、１０２１＿３、１０２１＿４、及び１０２０＿２を横切る。次いでレンズ１０２０＿２を出た光１０２６は、撮像装置１００内の検出システム１２５の像面に向かって進む。
【0115】
液浸流体チャンバ１０１７の存在、及び集光装置１００１を無色化することの必要性によって、一般に液浸液を用いた正のパワーの撮像解決策がほとんどなく、一般に軸色をなくすのに必要な自由度を欠いているように見える、完全にモノセントリックな撮像解決策の存在が不可能になる可能性がある。ミラー１００５に存在するモノセントリズムからの小さなずれ、レンズ１０２０＿１におけるより大きなずれ、及びレンズ１０２１＿１の浸漬面ＩＳにおける大きなずれは、レンズ１０２１＿２、１０２１＿３、１０２１＿４、１０２０＿２の補正動作を必要とし、ミラー１００５に見られるモノセントリズムからの小さなずれ自体は、光学設計中に通常行われる収差の最小化のために光学系の全てを一緒に同時に最適化した結果である。
【0116】
集光装置１００１における光学系絞りＳＳは、レンズ１０２１＿２の表面に位置する。他の実施形態では、可変サイズの絞りがこの場所の近くに位置する可能性がある。アクセサリウィンドウ／フィルタ１０２２が光学系絞りＳＳの近くに位置する。ウィンドウ１０２２は、望ましくない光（蛍光顕微鏡検査法における励起光など）のための干渉又は吸収フィルタとして使用される可能性がある。
【0117】
図３に示すように、一部の実施形態では、レンズ１０２０＿２を出た後、光１２６は環境ウィンドウ３２２を通過する。検出システム１２５は、液浸流体１０１８を通過する撮像光の経路長が長いため、液浸流体１０１８の屈折率に非常に敏感である。また、水などの流体は、温度によって屈折率がかなり大きい変動を経験する傾向がある。したがって、液浸流体１０１８の温度及び温度勾配は、検出システム１２５内の光学部品が温度と湿度が調節されたチャンバ（図３に示されていない）に収容されることを要求するように制御することができる。環境ウィンドウ３２２は、この温度と湿度が調節されたチャンバの内部を外部（ｌａｂ空間の外側）から分離する。
【0118】
検出システム１２５の液浸流体１０１８の屈折率に対する感度の第２の結果は、液浸流体１０１８の組成の小さな変化が、検出システム１２５における撮像性能に些細でない影響を及ぼす可能性があることである。異なるサンプル調製には最適なクリアリング及び撮像性能のための異なる浸漬用組成物が必要となるため、液浸流体１０１８にいくらかの変動性を許容することが望ましい。例えば、拡大組織の異なる調製は、水の屈折率を１．３３３（ｄ線、５８７ｎｍ）から１．３４３に高め得る、さまざまな量のリン酸又は生理食塩水クエン酸ナトリウム緩衝剤の存在下で最適に撮像することができ、この変化は検出システム１２５の設計によって大きい可能性がある。この設計におけるこれらの変化に対応するために、ミラー１００５、レンズ１０２１＿１及び１０２１＿２（セット）、及びレンズ１０２１＿３は、液浸流体１０１８の組成に応じて（撮像軸ＩＡに沿って）軸方向に少し移動するように構成されており、収差バランスの小さい変化を通じた回折制限された性能の回復が可能になる。
【0119】
集光装置１００１の光学設計を最適化するのに使用され得る１つの撮像基準は、いくつかの異なる変数についての二乗平均平方根光路差（ＲＭＳ ＯＰＤ）である。第１の変数は視野位置である。第２の変数はフルオロフォア変数である。具体的には、４つの異なる例示的なフルオロフォア、すなわちｅＧＦＰ、ｍＯｒａｎｇｅ、ｍＣｈｅｒｒｙ、及びｍＰｌｕｍの重み付けされた帯域幅について色性能が別々に評価される。図１１Ａは、使用されたシミュレートされたバンドパスフィルタカットオフ波長及び各フルオロフォアのピーク発光波長を示している。
【0120】
第３の変数は、水、リン酸緩衝食塩水（１ｘＰＢＳ）、及び２つの異なる濃度の生理食塩水クエン酸ナトリウム緩衝剤（２ｘＳＳＣ及び５ｘＳＳＣ）などの液浸流体１０１８の異なる組成物の屈折率を使用して性能が評価された液浸流体１０１８の組成である。これらの液浸流体１０１８の屈折率は、０．０００１よりも良好な正確性で特注の屈折計を使用して、ある波長範囲（例えば波長範囲４３５～７１５ｎｍ）内の複数（例えば１３個）の波長で測定することができる。このデータは光学設計ソフトウェアＺｅｍａｘ ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏに入力して、これらの材料を光学設計に使用することができる。図１１Ｂは、ｄ線におけるこれらの緩衝剤の屈折率及びアッベ数の値を示している。公称的に構築された光学系性能の最終的評価は、Ｚｅｍａｘ ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを使用していくつかの撮像条件下でホイヘンスストレール比を計算することによって行うことができる。図１２Ａ及び１２Ｂは、公称光学系設計の結果を示している。全てのストレール比は、６ｍｍ視野でｅＧＦＰ及び５ｘＳＳＣ撮像媒体を使用する条件を除いて、回折制限された性能を定義する通常の０．８カットオフ以上の性能を示す。
【0121】
ミラー１００５、レンズ１０２１＿１及び１０２１＿２、並びにレンズ１０２１＿３の軸位置は、異なるフルオロフォア間ではなく、撮像媒体間を移動することができる。つまり、複数の励起ビーム及びカメラが色に関して多重化され同時に使用されると仮定すると、複数のフルオロフォアを用いる回折制限された同時撮像が可能である。最適化の間、異なるフルオロフォアが別々に評価されるが、集光装置１００１は、均等に重み付けされているより大きな波長範囲にわたって上手く機能することができる。図１３Ａ及び１３Ｂは、これらの波長条件下での結果を示している。最終的に、５００ｎｍ未満の波長では最適化が行われなかったが、回折限界又はその近くにおける集光装置１００１の性能が、液浸流体１０１８の補償器（ミラー１００５、レンズ１０２１＿１及び１０２１＿２、並びにレンズ１０２１＿３）がこれらの波長に対応するように（波長５００～７１５ｎｍにおけるそれらの位置に対して）移動できる限りにおいて、４３５ｎｍまでの発光波長を有するフルオロフォアについて可能であり、やや小さなバンドパス幅が使用される（２０～４０ｎｍ）ことは分かった。
【0122】
図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、サンプル装置３３０の実施形態１４３０が示されている。サンプル装置１４３０は、チャンバ１４１７内に画定されたインタロゲーション体積１４１５内のサンプル位置１４１０にサンプル１４３５を維持するように構成されている。サンプル装置１４３０は、サンプルが固定されるサンプルホルダ１４３７を備えることができる。サンプル１４３５は、生体試料、又は化学的に固定、透明化及び／若しくは拡大された試料である可能性があり、サンプルホルダ１４３７上又はその内部に配置される。チャンバ１４１７の内部は液浸流体１４１８で満たされている。液浸流体１４１８は、１．３３～１．３４の屈折率を有することができる、及び／又はサンプル１４３５の屈折率と一致することができる。
【0123】
サンプル装置１４３０は、サンプルホルダ１４３７が固定される位置決めシステム１４３８も備える。位置決めシステム１４３・BR>Wは、サンプルホルダ１４３７に固定された運動（例えば並進及び／又は回転）ステージ１４３９であって、サンプルホルダ１４３０をＸ軸と平行な方向に沿って移動させるように構成された運動ステージ１４３９を備える。運動ステージ１４３９は、サンプルホルダ１４３７をＹ軸及びＺ軸の１つ以上に沿って又はＹＺ平面内の方向に沿って移動させる、及び／又はサンプルホルダ１４３７をＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸のいずれかの周りに回転させるように構成することもできる。位置決めシステム１４３８（及び運動ステージ１４３９）は、制御システム４５５と通信し、液浸流体１４１８へのサンプルホルダ１４３７（及びサンプル１４３５）の挿入を制御し、サンプル１４３５を集光装置１０１の撮像焦点面に対して位置決めすることができる。
【0124】
チャンバ１４１７は、インタロゲーション体積１４１５とチャンバ１４１７の外部の間を光が通過することを可能にする、光学的に透明なポートを備えるように設計されている。サンプル位置１４１０に対する第１の側Ｚ１にポートが配置され、この第１の側Ｚ１にあるポートは（ミラー１０５の実施形態である）ミラー１４０５に隣接している。サンプル位置１４１０に対する第２の側Ｚ２にポートが配置され、この第２の側Ｚ２にあるポートは、第２の側Ｚ２に配置されている光学レンズ系１４２０の一部分１４２０ｐに隣接している。
【0125】
チャンバ１４１７の側面にインタロゲーションポート１４３３が配置されている。インタロゲーションポート１４３３は、撮像軸ＩＡと平行でない（例えば垂直な）方向に沿ってサンプル位置１４１０にあるサンプル１４３５に向けられる、インタロゲーションシステム８４０により生成された１つ以上の光ビーム８３６のための光学経路を提供する。これらの実施形態では、光ビーム８３６はミラー１４０５と相互作用することなくサンプル位置１４１０へ進む。
【0126】
１つ以上の光ビーム８３６が１０個の湾曲非対称ベッセル様励起（ＣＡＢＬＥ）光ビームＩＢｏの一セットである、以下で考察される実施形態では、インタロゲーションポート１４３３は、ＣＡＢＬＥビームＩＢｏのサンプル１４３５への光学的アクセスを可能にするのに十分に大きい。
【0127】
再度図５を参照すると、インタロゲーションシステム５４０は、光装置４４２と、ＣＡＢＬＥビーム発生システム５４５、ビーム多重化システム５４６、ビーム操作システム５４７、及び照明構成５４８（カスタムチューブレンズ及び／又は対物レンズを含み得る）を備えた光学構成５４４とを備える。インタロゲーションシステム５４０の実施形態１５４０が、図１５に関して次に考察される。インタロゲーションシステム１５４０は、サンプル位置１１０にあるサンプルに向けられるプローブ８３６である複数（例えば１０個）の湾曲した光シートを生成又は作成するように設計されている。
【0128】
インタロゲーションシステム１５４０は、湾曲非対称ベッセル様励起（ＣＡＢＬＥ）ビームを生成し、単一ビームを単軸に沿って配置された１０個のビームに多重化し、１０個のビームをサンプル位置１１０にあるサンプルに誘導し、サンプルにビームをスキャンする。インタロゲーションシステム１５４０は、さまざまな波長のレーザ光を出力する光源と、光源の出力にあり光源が生成した光ビームを拡大する光学部品とを備えた光装置１５４２を備える。インタロゲーションシステム１５４０は、ＣＡＢＬＥビーム発生システム１５４５、ビーム多重化システム１５４６、ビーム操作システム１５４７、及びビームをサンプル位置１１０にあるサンプルに誘導するための光学部品（チューブレンズ及び対物レンズなど）を備えた照明構成１５４８を備える。インタロゲーションシステム１５４０のこれらの特徴のそれぞれは次に考察される。
【0129】
光装置１５４２内の光源は、高出力レーザシステム（例えば、ドイツのＯｍｉｃｒｏｎ－Ｌａｓｅｒａｇｅ社製のＨＰ Ｌｉｇｈｔｅｎｇｉｎｅなど）である可能性がある。このレーザシステムは、それぞれが異なる波長を有する複数（例えば６個）の個別の高出力レーザユニットを備える。例えば、波長はそれぞれ４８８ｎｍ、５３２ｎｍ、５６０ｎｍ、５９２ｎｍ、６３１ｎｍ、及び６７０ｎｍである可能性がある。出力レーザパワーは、例えば４８８ｎｍレーザが５００ｍＷ、全ての他のレーザが１０００ｍＷである可能性がある。各レーザビームの強度は、それぞれの関連する音響光学変調器（ＡＯＭ）によって変調することができる。６個のレーザからの光ビームは、全てのレーザビームが同じ出口ポートからレーザシステムを出るように、ダイクロイックミラーを使用して結合される。レーザシステムからの出力光ビームは高出力光ファイバに結合することができる。光ファイバを出た後、ビームはＣＡＢＬＥビーム発生システム１５４５に提供される前に、コリメータ及びビームエキスパンダによって平行にされ拡大される。
【0130】
ＣＡＢＬＥビーム発生システム１５４５によってＣＡＢＬＥビームを生成することができる。ＣＡＢＬＥビームは、（ミラー１０５により決定された）集光装置１０１の対物レンズの焦点面の曲率に一致する曲線軌道を有する。ＣＡＢＬＥビームは非常に長く（７００μｍ）かつ（ＣＡＢＬＥビームの中心ピークにおいて）非常に薄い（０．６μｍ）ため、検出システム１２５内の撮像エリアを十分に活用しながら（例えば、検出システム１２５において使用され得るｓＣＭＯＳカメラは大きいチップサイズを有する）、高分解能撮像を可能にする。
【0131】
ベッセル様光シート照明方式は欠点を伴う可能性がある。ベッセル様ビームのサイドローブが、画像コントラストを大幅に下げる顕著な蛍光バックグラウンドを生成する可能性がある。この問題を解決するために、特定の方向に沿って抑制されたサイドローブを有する非対称ベッセル様ビームを生成する方法が、次に考察されるように実行される。
【0132】
図１６Ａを参照すると、ＣＡＢＬＥビーム発生システム１５４５は、空間光変調器１６６０、４－ｆシステムをなす一対のアクロマートレンズ（第１のレンズ１６６１及び第２の１６６２）、第１のレンズ１６６１の前方焦点面にあるリングアパーチャ１６６３、及び空間光変調器１６６０からの光を第１のレンズ１６６１に方向転換するミラー１６６４を備える。空間光変調器１６６０は、位相限定空間光変調器（例えばＭｅａｄｏｗｌａｒｋ社製のＳＬＭ ＭＳＰ１９２０－０６３５－ＨＳＰ８など）である可能性がある。位相パターンが空間光変調器１６６０によって適用される。レーザビームは空間光変調器１６６０に向けられ、（ミラー１６６４によって）第１のレンズ１６６１への経路上に回折される。次いで光は、リング形状の内側のみ光を透過するリングアパーチャ１６６３によってフィルタリングされる。次いで光は、第２のレンズ１６６２を通過した後にＣＡＢＬＥビームをなす。
【0133】
具体的には、図１６Ｂを参照すると、空間光変調器１６６０に適用された位相パターンは、先端角度θが湾曲したベッセル様ビームを発生させる位相パターンに与えられた対向する２つの三角形から構成されるマスク１６６０ｍの役割を果たす。マスク１６６０ｍを適用した後、空間光変調器１６６０のマスク領域から反射された光が、第１のレンズ１６６１によってアパーチャ１６６３の位置にある単一スポット１６６３ｓに合焦する一方、空間光変調器１６６０の非マスク領域から発生する回折光が、第１のレンズ１６６１によってリングパターン１６６３ｒに合焦する。リングアパーチャ１６６３は、空間光変調器１６６０のマスク領域からの光を遮断し、空間光変調器１６６０の非マスク領域からの光を透過する。第２のレンズ１６６２を通過した後、光は方向が抑制されたサイドローブを有するＣＡＢＬＥビームをなす。
【0134】
図１７を参照すると、ビーム多重化システム１５４６は、アクロマート半波長板１７６５、偏光感度を有するビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７６６、複数の無偏光５０：５０ビームスプリッタ（そのうちの１つが１７６７と表示されている）、及び複数のミラー（そのうちの１つが１７６８と表示されている）から構成されている。これらの光学コンポーネントは、１つの照明ビームＩＢを、強度が等しく１列に沿って等間隔の１０個の照明ビームＩＢｏ（ここでｏは１～１０の整数である）に分割するように配置されている。さらに、各ビームはガラスと空気中を同じ距離だけ進むことによって、ビームＩＢｏの波面は、多重化システムを出るときに同じ平面内に位置している。
【0135】
図１７に示すように、偏光レーザビームＩＢはまずアクロマート半波長板１７６５を通過し、続いてＰＢＳ１７６６がある。半波長板１７６５を回転させることによって、ＰＢＳ１７６６が生成する２つの出力ビームの強度を一致させることができる。ＰＢＳ１７６６によってビームが２つに分割された後、３つのミラー１７６８がＰＢＳ１７６６の周りに配置されて、光路長を同一に保ちながら両ビームを前方方向に向ける。次いで各ビームは次の分割段階に入る。（図１７の紙面に対する）第１の分割段階から生じる上方ビームについて、５０：５０ビームスプリッタ１７６７を使用してビームを同じ強度の２つのビームに分割する。３つのミラー１７６８がビームスプリッタ１７６７の周りに配置されて、全てのビームの光路長を同一に維持しながらビームを前方方向に向ける。次いで分割ビームは、同様の光学アーキテクチャを用いる次の２つの分割段階に進む。最終段階のビームスプリッタ１７６７及びミラー１７６８は、ビーム間の距離を維持できるように前の段階のものよりも小さい。このジオメトリによって、インタロゲーションシステム４４０及び撮像装置４００の視野内に多くの照明ビーム（この場合は１０個）の生成が可能になる。具体的には、照明ビームは、インタロゲーションシステム４４０及び撮像装置４００（例えばミラー１０５及び照明構成１５４８）の対物レンズの視野内に同時に存在する。（図１７の紙面に対する）第１の分割段階から生じる下方ビームについて、ミラー１７６８及びビームスプリッタ１７６７は、ビームが分割システムの上部からの対応物と同じ距離だけガラスと空気中を進むように配置されている。
【0136】
図１８Ａ及び１８Ｂを参照すると、ビーム操作システム１５４７は、１０個のビーム操作サブシステム１８７０－ｏから構成されている（ここでｏは１～１０の整数である）。各ビーム操作サブシステム１８７０－ｏは、ビーム多重化システム１５４６から各照明ビームＩＢｏを受け取る。このサブシステム１８７０－ｏのアレイは、１０個のビームＩＢｏをスキャンし、ビームＩＢｏを対物レンズの焦点面の曲率に一致する曲面上に配置するのに使用される。
【0137】
図１８Ｃを参照すると、各サブシステム１８７０－ｏは、２つのレンズ１８７１ａ、１８７１ｂ、２つのガルバノメータスキャナ、第１の二軸ガルバノメータスキャナＧＳａ及び第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂから構成される。第１の二軸ガルバノメータスキャナＧＳａは、（ｘ軸に沿って配置された）ガルバノメータスキャナＧＳａｘ及び（ｙ軸に沿って配置された）ガルバノメータスキャナＧＳａｙを備え、第２のガルバノメータスキャナＧＳｂは、（ｘ軸に沿って配置された）ガルバノメータスキャナＧＳｂｘ及び（ｙ軸に沿って配置された）ガルバノメータスキャナＧＳｂｙを備える。各二軸ガルバノメータスキャナＧＳは、例えばＣａｍｂｒｉｄｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のモデル６ＳＤ１２３８０又は６ＳＤ１２３８１である可能性がある。照明ビームＩＢｏはまず第１の二軸ガルバノメータスキャナＧＳａによってピボット回転する。第１のレンズ１８７１ａは、第１のレンズ１８７１ａの後方焦点面が第１の二軸ガルバノメータスキャナＧＳａのｘ及びｙスキャンミラー間の幾何学中心に位置するように第１の二軸ガルバノメータスキャナＧＳａの後ろに配置される。第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂは、第１のレンズ１８７１ａの前方焦点面が第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂのｙスキャンミラーの中心と一致するように配置される。第２のレンズ１８７１ｂは、第２のレンズ１８７１ｂの後方焦点面が第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂのｙスキャンミラーの中心と一致するように第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂの後ろに配置される。したがって、第２のレンズ１８７１ｂは、第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂによりもたらされるビームのピボット回転運動を横方向及び軸方向ビームシフトに変換する。
【0138】
図１８Ａ及び１８Ｂに戻って参照すると、１０個の同一のビーム操作サブシステム１８７０－ｏが並んで配置されている。サブシステム１８７０－ｏ間の相対間隔は、１０個の照明ビームＩＢｏを操作するための完全なビーム操作システム１５４７を構築するために、５センチメートル未満、例えば約２５ミリメートル（ｍｍ）である可能性がある。１０個のビームＩＢｏが全て検出対物レンズ（つまり、ミラー１０５）の湾曲した焦点面上に確実に位置するように、各ビーム操作サブシステム１８７０－ｏの各第２の二軸ガルバノメータスキャナＧＳｂのｘスキャンミラーは、各ビームを湾曲した焦点面上に配置するのに必要な距離だけビームＩＢｏを上方にシフトさせる特定の角度まで回転する。
【0139】
図１９を参照すると、照明構成１５４８は、協働して１０個の照明ビームＩＢｏをサンプル位置１１０にあるサンプル上に結像する、カスタムチューブレンズ１９７３及びカスタムインタロゲーション対物レンズ１９７４を備える。照明構成１５４８の出力は、１つ以上のプローブ（又は１つ以上の光ビーム）８３６（例えば図９Ａ及び９Ｂに示されている）である。インタロゲーション対物レンズ１９７４は、ＣＡＢＬＥビームと関連するリングアパーチャ１６６３ｒ内に回折制限された性能を提供するように設計されている。インタロゲーション対物レンズ１９７４は、一部の実施形態では、ＮＡ０．４、視野１２ｍｍ、及び作動距離９０ｍｍを有することができる。
【0140】
図２０を参照すると、一部の実施形態では、（検出システム１２５における）像視野はサブＦＯＶ（ＦＯＶ－ｏ、ここでｏは１～１０の整数である）に分割することができ、複数のデジタル撮像センサによる撮像が行われる。図２０の検出システム２０２５は、ｘ次元の平面又は線に沿ってＦＯＶの一端から他端に広がる、全ての撮像チップの全幅が全ＦＯＶの幅の３分の１よりわずかに大きい、１０個のカメラ２０７５－ｏ（ここでｏは１～１０の整数である）を備える。カメラ２０７５－０のそれぞれは１つのＣＡＢＬＥビームＩＢｏにより照明された視野を撮像し、各カメラ２０７５－ｏは対応する発光フィルタ２０７６－ｏを有する（ここでｏは１～１０の整数である）。各発光フィルタ２０７６－ｏは、各サブＦＯＶにわたる光の入射角が各フィルタ２０７６－ｏ上で最小限に抑えられる又はできるだけ減少するように、他のものとは異なるように回転する。
【0141】
３次元では、カメラアレイ２０７５－ｏは、筐体幅の撮像チップ幅に対する比が大きい市販のカメラを使用する場合に適切なサブＦＯＶ間隔を空けるように折り畳みミラーを使用して３つのセクションに分割することができる。
【0142】
図２０に示す設計においてカメラ２０７５ｏの撮像センサによりカバーされる光学的に利用可能な全検出ＦＯＶは、検出システム２０２５全体のＦＯＶの一部である可能性がある。例えば、全てのカメラ２０７５ｏからの利用可能な全検出ＦＯＶは、検出システム２０２５全体のＦＯＶの２～５％である可能性がある。さまざまな照明方式及び／又はより経済的かつ効率的に（おそらくカスタム）パッケージされた撮像センサが、利用可能な検出ＦＯＶのかなり多くの使用を可能にすることができる。
【0143】
図１４Ａ及び１４Ｂを再度参照すると、光学顕微鏡４５０及び撮像装置１００は、幅広い種類のサンプル又は試料１４３５を撮像するために使用することができる。比較的透明で１．３３～１．３４の屈折率を有する試料が一般に非常に優れた画質を提供することができる。この領域の生体サンプルの一例は、マウス脳の拡大した切片などの、（拡張顕微鏡プロトコルを用いた）拡大した生体組織である。拡大後、脳又は脳切片はサンプルホルダ１４３７に取り付けられる。一部の実施形態では、インタロゲーション体積１４１５は、拡大したサンプル１４３５を撮像するのに適した（液浸流体１４１８である）透明な水溶液で満たされている。サンプル１４３５は、液浸流体１４１８内に下げられ、ｘ並進ステージを使用してミラー１４０５の撮像焦点面に対して位置決めされる。
【0144】
画像を取得する前に、再度図４を参照すると、光学顕微鏡４５０は、サンプル位置１４１０に対するプローブビーム８３６の位置及び角度を最適化する（図９Ａ及び９Ｂ）こと、及び光学系を撮像チャンバ１４１７内の液浸流体１４１８の正確な屈折率に適合させることによって、サンプル１４３５及び液浸流体１４１８と最適に協働するように調整することができる。プローブビーム８３６の位置及び角度を最適化するために、検出システム１２５によって画像が取得され、これらの画像と関連する品質メトリクスを計算及び評価することができる。これらの測定結果に基づいて、ピボット及びスキャンガルバノメータスキャナＧＳａ、ＧＳｂに最適なオフセット電圧を計算及び適用することができる。このプロセスは、画質が最適である（又は許容可能な値の範囲内にある）とみなされるまで繰り返すことができる。同様に、撮像チャンバ１４１７内の液浸流体１４１８の屈折率に適合するように、検出システム１２５によって画像を取得することができ、これらの画像と関連する品質メトリクスを計算及び評価することができる。これらの測定結果に基づいて、光学レンズ系１２０のレンズ群（レンズ）に取り付けられた並進ステージに最適なオフセット位置を計算し、そして適用する。このプロセスは、画質が最適である（又は許容可能な範囲内にある）とみなされるまで繰り返すことができる。
【0145】
【0146】
光学顕微鏡４５０の電源を入れると、初めに主制御装置４５６と、例えば空間光変調器１６６０（図１６Ａ）、並進及び／又は回転ステージ（運動ステージ１４３９又は並進／回転ステージＴＲＳ１、ＴＲＳ２、ＴＲＳ３など）、及びフィルタホイール（フィルタアレイＦＡで使用可能で、撮像装置１００内に配置可能なものなど）を含む顕微鏡内の他の電子部品との間の通信を確立する初期化ステップを主制御装置４５６上で実行することができる。並進及び／又は回転ステージ並びにフィルタホイール／フィルタアレイＦＡは、初めは初期化ステップの間ホームポジションに設定することができる。データ取得ノード上では、これらのノードとこれらに関連するカメラの間の通信を確立する初期化ステップも実行される。検出システム１２５内の１つ以上のカメラはデフォルト取得パラメータで初期化される。初期化後、光学顕微鏡４５０は動作態勢になる。
【0147】
手順２１８０は、インタロゲーションシステム１５４０の実施形態に基づいて、光学顕微鏡４５０の画像取得ワークフローを説明する。サンプル７３５、８３５、１０３５、１４３５全体を、サンプル内のサブ体積の反復取得によって撮像することができる。各サブ体積のサイズは、カメラチップのサイズ及び撮像装置１００内の検出光学系の倍率によって定めることができる。１つの特定の実施形態では、各サブ体積のサイズは４０８μｍ×７２３μｍ×Σμｍである。パラメータΣは（検出光学系の作動距離の範囲内で）柔軟であり、ユーザによって決定される。（図２０の実施形態に示すような）１０個のカメラを使用して、１０個のサブ体積を同時に取得することができる。
【0148】
画像取得を開始するために、光学顕微鏡４５０の仕様が設定される（２１８１）。例えば、インタロゲーションシステム１５４０において要求されたレーザライン又はカラーが活性化され、対応する発光フィルタはフィルタホイールＦＡによって回転して所定位置に着き、空間光変調器１６６０は対応する位相パターンで更新される。所望の励起波長を有するレーザビームがオンになる。平行レーザ光が拡大され、ＣＡＢＬＥビーム発生システム１５４５によってＣＡＢＬＥビームＩＢｏに変換される。ＣＡＢＬＥビームＩＢｏの曲率は、検出対物レンズ（ミラー１０５）の焦点面の曲率と一致するように調整される。次いでＩＢｏビームは、ビーム多重化システム１５４６によって、強度が一致し、１列に沿って配置される１０個のビームに分割される。分割ビームは、ビーム操作システム１５４７によって検出対物レンズ（ミラー１０５）の焦点面の曲率と一致する曲率を有する曲面上に位置決めされる。ビームＩＢｏはサンプル内に導かれ、湾曲した焦点面内でスキャンされて１０個の湾曲した光シートを生成する。
【0149】
１０個の照明ビームＩＢｏ／８３６をそれぞれの開始位置に移動させ（２１８２）、次いでビームＩＢｏ／８３６を鋸歯状入力波形を用いて（検出システム１２５内のカメラのフレームレートに適合した）１２０Ｈｚの繰り返し率でスキャンする。一方、サンプルはｚステージを使用して一定速度で並進移動させ、画像が同時に取得される（２１８３）。例えば発せられた蛍光は、検出対物レンズ１０５によって集光され、レーザ光（プローブ８３６からの光）を除去し蛍光のみを保持するように、各カメラ２０７５－ｏの前にある適切な蛍光フィルタ２０７６－ｏによってフィルタリングされる。カメラが光シートモードで操作されることによって、カメラチップにわたってスキャンされるアクティブエリアのライン伝搬速度は照明ビームＩＢｏのスキャン速度と一致する。カメラ２０７５－ｏが捉えた画像は、保存及び後処理のために対応する画像取得ノードに送られる。
【0150】
多色撮像が望まれる場合（２１８４）は、仕様が調整される（２１８５）。具体的には、現在アクティブなレーザライン又はカラーがディセーブルされ、次の所要のレーザライン又はカラーが活性化され、１つ以上のフィルタホイールが回転することによってアクティブなレーザラインに対応するようにフィルタを切り替える。これに応じて空間光変調器１６６０における位相パターンは更新され、同じ一セットのサブ体積が再び撮像される（２１８３）。１０個のサブ体積の撮像が終了すると、サンプル７３５、８３５、１０３５、１４３５はｘ、ｙ、又はｚに沿って並進移動して（２１８６）、次の１０個のサブ体積の一セットを撮像する（２１８３）。この手順は、サンプル７３５、８３５、１０３５、１４３５全体の体積の撮像が完了するまで継続する（２１８７）。多視点撮像が望まれる場合（２１８８）、サンプル７３５、８３５、１０３５、１４３５は回転ステージを使用して特定の角度だけ回転され（２１８９）、撮像プロセスはステップ２１８２において繰り返される。
【0151】
【0152】
体積画像取得では、サンプルはｚステージによって一定速度で並進移動される。多色撮像では、アクティブなレーザビームは、第１のレーザビームを非活性化し、異なる波長を発するレーザユニットを活性化することによって異なる色に切り替わり、対応する蛍光フィルタはフィルタホイールによって選択され、これに応じて空間光変調器１６６０における位相パターンが調整される（図１６Ａ）。次いで同じサンプル体積は、ｚステージを並進移動させることによって第２のレーザ波長を使用して再び撮像される。代替的に、サンプル体積がｚ軸に沿って１回だけスキャンされるように、レーザビームを像面ごとに切り替えることもできる。任意選択で、回転ステージを用いてサンプルを異なる向きに回転させ、サンプル体積の１つの視像の取得が完了した後にサンプル体積を再撮像することによって多視点画像取得を促進する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】