特表 2023-535822 マルチモーダル顕微鏡システム

(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】2023-08-21

(54)【発明の名称】マルチモーダル顕微鏡システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20230814BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20230814BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20230814BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

G02B21/36

G02B21/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023506260

(86)(22)【出願日】2021-07-12

(85)【翻訳文提出日】2023-03-23

(86)【国際出願番号】 EP2021069249

(87)【国際公開番号】W WO2022023001

(87)【国際公開日】2022-02-03

(31)【優先権主張番号】20188187.7

(32)【優先日】2020-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523031552

【氏名又は名称】プロスペクティブ・インストルメンツ・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】ＰＲＯＳＰＥＣＴＩＶＥ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】クライナー，ルーカス

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AA07

2H052AA09

2H052AC14

2H052AC15

2H052AC27

2H052AC33

2H052AC34

2H052AF04

2H052AF06

2H052AF14

(57)【要約】

マルチモーダル顕微鏡システム（１）が開示される。第１の局面では、システム（１）は、少なくとも１つの電気的および／または光学的ベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含む少なくとも第１のベースユニット（２）と、少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）を含む少なくとも１つの走査ユニット（４）と、少なくとも１つの検出構成要素（７、８、９、１０、１１）を含む少なくとも１つの検出ユニット（５）とを備える。少なくとも１つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）、少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）、および少なくとも１つの検出構成要素（７、８、９、１０、１１）は、少なくとも１つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）および／または少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）および／または少なくとも１つの検出構成要素（７、８、９、１０）が１１）が複数のモダリティに対して合同で使用可能であるように、互いに作動的に結合される。さらなる局面では、システム（１）は、電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）によって放出された電磁波を重畳するように構成されたビームコンバイナ（２６）、および／またはプローブ（５０）によって放出された電磁波を複数の部分的な電磁波に分割するように構成されたビームスプリッタ（２７）を備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチモーダル顕微鏡システム（１）であって、
－少なくとも１つの電気的および／または光学的ベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含む少なくとも１つの第１のベースユニット（２）と、
－少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）を含む少なくとも１つの走査ユニット（４）と、
－少なくとも１つの検出要素（７、８、９、１０、１１）を含む少なくとも１つの検出ユニット（５）とを備え、
－前記少なくとも１つの第１のベースユニット（２）は、好ましくは、少なくとも２つの電気的および／または光学的ベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含み、および／または、
－前記少なくとも１つの走査ユニット（４）は、好ましくは、少なくとも２つの走査構成要素（２０、２１、２２）を含み、および／または、
－前記少なくとも１つの検出ユニット（５）は、好ましくは、少なくとも２つの検出構成要素（７、８、９、１０、１１）を含み、
－前記走査ユニット（４）および／または前記検出ユニット（５）は、好ましくは、特に６自由度で自由に移動可能であり、
－前記走査ユニット（４）および／または前記検出ユニット（５）は、特に少なくとも１つの可撓性のある接続線（６、２８）、特に少なくとも１つの光学的接続線（６、２８）および／または少なくとも１つの電気的接続線（２９、３０）を介して、前記第１のベースユニット（２）に接続され、
前記少なくとも１つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）、前記少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）、および前記少なくとも１つの検出構成要素（７、８、９、１０、１１）は、
－少なくとも１つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）および／または
－少なくとも１つの走査構成要素（２０、２１、２２）および／または
－少なくとも１つの検出構成要素（７、８、９、１０、１１）
が、合同で、特に同時に、複数のモダリティに使用可能であるように、互いに対して作動的に結合されることにおいて特徴付けられる、マルチモーダル顕微鏡システム（１）。

【請求項2】

前記第１のベースユニット（８）は、少なくとも２つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含み、前記少なくとも２つのベース構成要素（１４，１５，１６，１７，１８，１９）は、電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）であり、異なるモダリティに使用可能であり、特に、パルスレーザ源（１４）、ＣＷ（連続波）コヒーレント光源またはインコヒーレント光源、蛍光イメージング用光源（１５）、狭線幅レーザ（１６）、広帯域レーザ源、広帯域インコヒーレントレーザ源、掃引周波数レーザ源、光増幅器励起レーザ（１８）および白色光源（１９）からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム（１）。

【請求項3】

前記第１のベースユニット（２）は、少なくとも２つのモダリティに使用される、少なくとも１つの、好ましくは１つの単一の電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）、特に光源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含む、請求項２に記載のシステム（１）。

【請求項4】

前記システムの前記少なくとも１つの電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）、特に唯一の電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）の少なくとも一部は、前記走査ユニット（４）に含まれる、請求項２または３に記載のシステム（１）。

【請求項5】

前記走査ユニット（４）には、レーザ増幅器および／または周波数変換器が含まれる、請求項２～４のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項6】

前記検出ユニット（５）は、光検出器（７）、単一光子計数器（８）、光学分光計（９）、光強度測定器（１０）およびカメラ（１１）からなる群から選択される少なくとも１つの検出器構成要素（７、８、９、１０、１１）を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項7】

前記検出ユニット（５）は、（ｉ）前記第１のベースユニット（２）内に配置されるか、または（ｉｉ）前記第１のベースユニット（２）とは異なる第２のベースユニット（２'）内に配置されるか、または（ｉｉｉ）それぞれの走査ユニット（４）に関連付けられる、請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項8】

前記走査ユニット（４）のうちの少なくとも１つは、光増幅器（２０）、特にレーザ増幅器（２０）、転送／走査光学系（２１）、および励起発光フィルタ（２２）からなる群から選択される走査構成要素（２０、２１、２２）を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項9】

前記走査ユニット（４）は、分析光をプローブ（５０）に向けるための対物レンズ（１２）または光ファイバ結合などの光学的走査構成要素（１２）を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項10】

前記光学的走査構成要素（１２）は、前記プローブ（５０）から放出された信号が、特に、直接的に、または前記対物レンズ（１２）もしくはファイバ結合を介して、前記検出ユニット（５）に戻されるように、前記走査ユニット（４）内に配置される、請求項９に記載のシステム（１）。

【請求項11】

前記フィルタ（２２）は、プローブ（５０）から放出された信号が前記フィルタ（２２）によってフィルタリングされるように、配置される、請求項８から１０のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項12】

選択されたモダリティに応じて、プローブ（５０）から発せられた信号を前記検出ユニット（５）の１つに選択的に送ることを可能にする切換ユニット（３）をさらに備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項13】

前記第１のベースユニット（２）は、電子機器（２３）、ソフトウェア（２４）および電源（２５）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載のシステム（１）。

【請求項14】

特に、先行する請求項の１つに記載の、マルチモーダル顕微鏡システム（１）であって、
－複数の電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含む少なくとも第１のベースユニット（２）と、
－特に６自由度で自由に移動可能な少なくとも１つの走査ユニット（４）とを備え、
前記走査ユニット（４）は、可撓性のある接続線（６、２９）、特に光学的接続線（６）および／または電気的接続線（２９）を介して、前記第１のベースユニット（２）に接続され、
前記システム（１）は、さらに、前記電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）によって放出された電磁波を重畳して、前記走査ユニット（４）に伝送可能な重畳電磁波を提供するように構成されたビームコンバイナ（２６）を備える、マルチモーダル顕微鏡システム（１）。

【請求項15】

特に、先行する請求項の１つに記載の、マルチモーダル顕微鏡システム（１）であって、
－複数の電磁波源（１４，１５，１６，１７，１８，１９）を含む少なくとも第１のベースユニット（２）と、
－少なくとも２つの検出ユニット（４）と、
－プローブ（５０）によって放出された電磁波を複数の部分的な電磁波に分割し、前記部分的な電磁波をそれぞれの検出ユニット（４）に送るように構成されたビームスプリッタ（２７）とを備える、マルチモーダル顕微鏡システム（１）。

【請求項16】

前記検出ユニット（４）の少なくとも２つは、異なるモダリティ、特に、二光子励起蛍光、二光子自己蛍光、蛍光寿命イメージング、自己蛍光寿命イメージング、第二次高調波発生、第三次高調波発生、インコヒーレント／自発ラマン散乱、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、ブロードバンドまたはマルチプレックスＣＡＲＳ、誘導ラマン散乱、コヒーレントラマン散乱、誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）、非線形吸収、共焦点ラマン顕微鏡、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、単光子／線形蛍光イメージング、明視野イメージング、暗視野イメージング、三光子、四光子、第二次高調波発生、第三次高調波発生、および第四次高調波発生からなる群から選択される異なるモダリティの検出に適合される、請求項１５に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、マルチモーダル顕微鏡システムに関する。当技術分野では、複数の光学撮像モダリティから光学画像を提供し、これらの画像を組み合わせることが知られている。この能力を有するシステムは、マルチモーダル顕微鏡システムと呼ばれる。それらは、例えば、医学において、特に組織の撮像において使用されてもよい。

【背景技術】

【0002】

１つの公知のマルチモーダルシステムが、例えば、ＷＯ ２０１０／０８６８６１ Ａ１に開示されている。このシステムは、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）モジュールと、光音響（ＰＡ）モジュールと、光学スイッチャと、内視鏡ヘッドとを備え、ＰＡ光源およびＯＣＴ光源が、光学スイッチャを介して内視鏡ヘッドに結合される。このシステムは、いくつかの欠点を有する。特に、これは、シーケンシャルまたは擬似パラレルイメージングのみを可能にする。したがって、異なるモダリティの処理時間は、画像が表示またはさらに評価され得るフレームレートが減少するように、加算される。さらに、プロセスは、異なるモダリティで同時に視覚化することはできない。さらに、上述のスイッチャは高価である。

【0003】

さらに、ＷＯ ２０１１／１５０４３１ Ａ１は、組織を撮像するためのマルチモーダル方法およびシステムを開示している。このシステムは、少なくとも１つの励起光源と、光学および整列システムと、検出器と、検出器において少なくとも２つの撮像モダリティを提供するためのスペクトルフィルタリングまたは分散装置と、デュアルモード画像を構築するためのプロセッサとを備える。

【0004】

さらに、ＥＰ ２ ５７９ ０８５ Ａ１は、放射源に接続された測定ヘッドと、放射源のパルスレーザ放射の励起ビームを偏向および整列させるための調整可能なミラーとを備えるレーザ走査型顕微鏡を開示している。ビームスプリッタは合焦レンズの前に配置される。光検出器は、ビームの放射位置を判定する。制御ユニットは、透過レンズの位置条件付けされた障害の程度とは無関係に試験ビームの方向安定化が達成されるように、中間整列からの試験ビームの判断された偏差に基づいてミラーを制御する。ビームスプリッタは、反射ビームスプリッタまたは透過ビームスプリッタとして設計される。

【0005】

加えて、ＵＳ２０１３／００８８７０９ Ａ１は、透過光学系によって少なくとも１つの放射源に可撓性をもって接続され、空間内で自由に位置付けることができる測定ヘッドを備える、可撓性の非侵襲的３次元検出のための非線形レーザ走査顕微鏡を開示する。少なくとも１つの制御可能なチルトミラーが、励起ビームを測定ヘッドの開口制限光学素子に対して同軸に保つために励起ビームを整列させるように配置される。試験ビームは、励起ビームから空間分解能光検出器に結合され、励起ビームの目標位置に対する共役位置として試験ビームの中央揃えを監視し、判定された偏差に応じてチルトミラーの制御ユニットによって励起ビームを方向安定化させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本出願の目的は、先行技術の欠点が除去されるか、または少なくとも低減される、改良されたマルチモーダル顕微鏡システムを提供することである。特に、本システムは、異なるモダリティの、より短い処理時間を可能にするはずであり、画像を表示またはさらに評価し得るフレームレートが減少するはずである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の局面では、本発明は、少なくとも１つの電気的および／または光学的ベース構成要素を含む少なくとも１つの第１のベースユニットと、少なくとも１つの走査構成要素を含む少なくとも１つの走査ユニットと、少なくとも１つの検出構成要素を含む少なくとも１つの検出ユニットとを備えるマルチモーダル顕微鏡システムに関する。好ましくは、
－少なくとも１つの第１のベースユニットは、少なくとも２つの電気的および／または光学的ベース構成要素を含み、および／または
－少なくとも１つの走査ユニットは、少なくとも２つの走査構成要素を含み、および／または
－少なくとも１つの検出ユニットは、少なくとも２つの検出構成要素を含む。

【0008】

走査ユニットおよび／または検出ユニットは、好ましくは、特に６自由度で自由に移動可能である。走査ユニットおよび／または検出ユニットは、少なくとも１つの可撓性接続線、特に少なくとも１つの光学的接続線および／または少なくとも１つの電気的接続線を介して、第１のベースユニットに接続される。

【0009】

本発明の第１の局面によれば、少なくとも１つのベース構成要素、少なくとも１つの走査構成要素、および少なくとも１つの検出構成要素は、
－少なくとも１つのベース構成要素および／または
－少なくとも１つの走査構成要素および／または
－少なくとも１つの検出構成要素
が、合同で、特に同時に、複数のモダリティに使用可能であるように、互いに対して作動的に結合される。

【0010】

言い換えれば、３つのユニット（ベースユニット、走査ユニット、検出ユニット）の２つの構成要素は、異なるモダリティを提供するために、１つの残りのユニットの１つの同じ構成要素または１つの同じ構成要素のセットと関連して使用され得る。

【0011】

したがって、第１の実施形態では、第１のベースユニットは、第１のベース構成要素および第２のベース構成要素を含んでもよく、第１のベース構成要素は、第１のモダリティを提供するために、走査構成要素または走査構成要素のセットに関連して使用され得、第２のベース構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じ走査構成要素または同じ走査構成要素のセットに関連して使用され得る。第２の実施形態では、第１のベースユニットは、第１のベース構成要素および第２のベース構成要素を含んでもよく、第１のベース構成要素は、第１のモダリティを提供するために、検出構成要素または検出構成要素のセットと関連して使用され得、第２のベース構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じ検出構成要素または同じ検出構成要素のセットに関連して使用され得る。

【0012】

さらなる実施形態では、第１の走査ユニットは、第１の走査構成要素および第２の走査構成要素を含んでもよく、第１の走査構成要素は、第１のモダリティを提供するために、検出構成要素または検出構成要素のセットと関連して使用され得、第２の走査構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じ検出構成要素または同じ検出構成要素のセットと関連して使用され得る。さらに別の実施形態では、第１の走査ユニットは、第１の走査構成要素および第２の走査構成要素を含んでもよく、第１の走査構成要素は、第１のモダリティを提供するために、ベース構成要素またはベース構成要素のセットに関連して使用され得、第２の走査構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じベース構成要素または同じベース構成要素のセットに関連して使用され得る。

【0013】

さらに別の実施形態では、第１の検出ユニットは、第１の検出構成要素および第２の検出構成要素を含んでもよく、第１の検出構成要素は、第１のモダリティを提供するために、ベース構成要素またはベース構成要素のセットと関連して使用され得、第２の検出構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じベース構成要素または同じベース構成要素のセットと関連して使用され得る。さらに別の実施形態では、第１の検出ユニットは、第１の検出構成要素および第２の検出構成要素を含んでもよく、第１の検出構成要素は、第１のモダリティを提供するために、走査構成要素または走査構成要素のセットに関連して使用され得、第２の検出構成要素は、第２のモダリティを提供するために、同じ走査構成要素または同じ走査構成要素のセットに関連して使用され得る。

【0014】

以下の議論から明らかであるように、複数のモダリティに対するシステムの構成要素の共同使用可能性は、システムの構成要素の数およびシステムのサイズを低減する。さらに、それは、異なるモダリティでの同時撮像を真に並行した態様で可能にする。

【0015】

有利には、ベース構成要素は、異なるモダリティに使用可能な電磁波源である。これは、組み合わされてもよい異なるモダリティによる画像を提供する。異なるモダリティは、二光子励起蛍光、二光子自己蛍光、蛍光寿命イメージング、自己蛍光寿命イメージング、第二次高調波発生、第三次高調波発生、インコヒーレント／自発ラマン散乱、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、ブロードバンドまたはマルチプレックスＣＡＲＳ、誘導ラマン散乱、コヒーレントラマン散乱、誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）、非線形吸収、共焦点ラマン顕微鏡、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、単光子／線形蛍光イメージング、明視野イメージング、暗視野イメージング、三光子、四光子、第二次高調波発生、第三次高調波発生、および第四次高調波発生からなる群から選択されてもよい。

【0016】

特に、電磁波源は、パルスレーザ源、ＣＷ（連続波）コヒーレントまたはインコヒーレント光源、狭線幅レーザ、広帯域レーザ源、広帯域インコヒーレントレーザ源、掃引周波数レーザ源、光増幅器励起レーザ、および白色光源からなる群から選択され得る。レーザ源は、レーザ増幅器および／または周波数変換器を備えてもよい。

【0017】

好ましくは、第１のベースユニットは、少なくとも２つのモダリティに使用される、少なくとも１つの、好ましくは１つの単一の電磁波源、特に光源を含む。これは、システムの自己完結型ユニットの数およびシステム全体の設置スペースを低減する。

【0018】

代替的に、システムの少なくとも１つの電磁波源、特に唯一の電磁波源の少なくとも一部または全体が、走査ユニットに含まれてもよい。レーザ源の場合、レーザ源のレーザ増幅器および／または周波数変換器が、走査ユニットに含まれてもよい。光源は、少なくとも１つの電気ケーブルおよび／または光ファイバケーブルを介して第１のベースユニットに接続されてもよい。走査ユニット内に電磁光源および／またはレーザ増幅器および／または周波数変換器を設けることは、例えばＵＳ２０１３／００８８７０９ Ａ１において開示されるミラーアームを省くことができるという利点を有する。

【0019】

さらに、検出ユニットは、光検出器、単一光子計数器、光学分光計、光強度測定器、およびカメラからなる群から選択される少なくとも１つの検出構成要素を有してもよい。特に、検出ユニットは、上記の検出構成要素のうちの少なくとも２つの異なるものを備えてもよい。

【0020】

検出ユニットは、（ｉ）前記第１のベースユニットに配置されてもよく、または（ｉｉ）第１のベースユニットとは異なる第２のベースユニットに配置されてもよく、または（ｉｉｉ）それぞれの走査ユニットに関連付けられてもよい。この点において、「関連付けられる」という用語は、検出ユニットが、例えば少なくとも１つのケーブルによってそれぞれの走査ユニットと作動的に接続されるか、または走査ユニットのハウジング内に収容されることを意味する。言及された代替案の少なくともいくつかは、システムの自己完結型ユニットの数およびシステム全体の設置スペースが低減されるという利点を有する。

【0021】

異なるユニット内の構成要素の構成は、ある適用例の特定の要件、例えば、異なるモダリティの数、光源の数、走査構成要素の数、および検出構成要素の数、ならびにベースユニット、走査ユニット、および検出ユニットの全体的サイズに対する制限に従って選択されてもよい。例えば、レーザ源をベースユニット内に配置してもよく、レーザ増幅器を走査ユニット内に配置してもよい。しかしながら、ある特定の適用例が小さな走査ユニットを必要とする場合、レーザ増幅器も同様にベースユニットに配置されてもよい。

【0022】

さらに好ましくは、走査ユニットの少なくとも１つは、光増幅器、特にレーザ増幅器、転送／走査光学系および励起発光フィルタからなる群から選択される走査構成要素を含む。代替的に、１つまたは複数の走査構成要素が、ベースユニットのうちの１つ、特に第１のベースユニット、または検出ユニットのうちの１つに含まれてもよい。代替実施形態では、レーザ増幅器が、ベースユニットと走査ユニットとの間の接続ラインにも統合されてもよい。

【0023】

加えて、走査ユニットは、少なくとも１つの光学的走査構成要素を含んでもよい。本明細書で、以下では、「光学的走査構成要素」は、走査プロセス自体に必ずしも寄与しない、走査ユニットの光学的構成要素として理解されるべきである。例えば、走査ユニットは、分析光をプローブに向けるための光ファイバ結合、ガルバノメータスキャナ、微小電気機械システム（ＭＥＭ）、およびデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のうちの少なくとも１つを備えてもよい。

【0024】

代替として、白色光を、プローブ上に直接、すなわち、光源とプローブとの間に光学的に配置される任意の対物レンズまたは光ファイバを伴わずに、放出してもよい。したがって、この白色光を使用するモダリティは、（本発明の範囲内で、本システムは走査ユニットを使用する別のモダリティを使用することを条件として）いかなる走査ユニットも必要としない。

【0025】

さらに好ましくは、前記光学的走査構成要素は、プローブから放出された信号が、特に、直接的に、または前記対物レンズもしくはファイバ結合を介して、検出ユニットに戻されるように、走査ユニットに配置されてもよい。これは、システムの自己完結型ユニットの数をさらに減少させる。

【0026】

さらに、上述のフィルタは、プローブから放出された信号が前記フィルタによってフィルタリングされるように配置されてもよい。

【0027】

加えて、本システムは、選択されたモダリティに応じて、プローブから放出された信号を検出ユニットの１つに選択的に送ることを可能にする切換ユニットを備えてもよい。

【0028】

さらなる利点は、第１のベースユニットが、電子機器、ソフトウェア、電源、および光学系、特にレーザのうちの少なくとも１つを備えるときに、生じる。

【0029】

第２の局面では、本発明はまた、マルチモーダル顕微鏡システム、特に、上記で説明したシステムに関する。本発明の第２の局面によるシステムは、複数の電磁波源を含む少なくとも第１のベースユニットと、好ましくは自由に移動可能であり、特に６自由度を有する少なくとも１つの走査ユニットとを備える。走査ユニットは、可撓性のある接続線、特に光学的接続線（特に光ファイバ）および／または電気的接続線を介して第１のベースユニットに接続される。本発明の第２の局面によれば、本システムは、電磁波源によって放出された電磁波を重畳して、走査ユニットに送信可能な重畳電磁波を提供するように構成されたビームコンバイナを備える。したがって、ＷＯ ２０１０／０８６８６１ Ａ１に開示されるシステムとは対照的に、異なるモダリティを同時に処理し得、画像の表示またはさらなる評価が可能なフレームレートが減少するように光スイッチャが必要ではない。

【0030】

本発明の電磁波の重畳は、ビームコンバイナの光学的構成要素の適切な光学的コーティングによって達成され得る。特に、前記ビームコンバイナの光学的構成要素のコーティングは、特定の波長範囲内、例えば３５０ｍｍ～８００ｍｍの範囲内、９００ｎｍ～１３５０ｎｍの範囲内、または１６００ｎｍ～１９００ｎｍの範囲内の所定の透過／反射比を提供するように選択されてもよい。特定の波長範囲における透過／反射比は、０．１：９９．９～９９．９：０．１、好ましくは１０：９０～９０：１０の範囲であってもよい。これは、第１のモダリティの電磁波が本質的に透過され、第２のモダリティの電磁波が例えば９０°の角度より下で本質的に反射されることを可能にし、したがって、両方のモダリティからの両方の電磁波を１つの単一のビームで一緒に結合する。両方のモダリティは、この特定のスキームにおいて同じ波長で動作し得る。

【0031】

前記コーティングで生じる電力損失は、入来する電磁波の電力を増加させることによって補償され得、したがってコーティング特性を補償する。多くの場合、残りの電力は、意図される適用例に充分であり、したがって、電力の増加は必要とされない。代替的に、前記光学的構成要素のコーティングは、異なるモダリティを電力損失なく１つのビームにおいて同時に組み合わせ得るように、選択されたモダリティの電磁波特性に（波長または偏光に関して）正確に適合され得る。

【0032】

光回折格子のような他のビームコンバイナが予見され得、異なる個々の波長を伴う異なるモダリティを、その格子の異なる回折角を介して組み合わせることができ、したがって、結果として生じるビームを単一のビームに重畳し得る。

【0033】

前記モダリティの異なる電磁波偏波状態を介するモダリティを、偏波光学素子を介して、単一ビームに追加することも、達成され得る。

【0034】

同様の特性を有する、より多くの光学的構成要素を追加することによって、ますます多くのモダリティを同じ方法で組み合わせることができる。

【0035】

代替的または追加的に、電磁波の重畳は、適切なフィルタおよび／または適切な電子機器によって達成されてもよい。

【0036】

第３の局面では、本発明はまた、マルチモーダル顕微鏡システム、特に上記のシステムの１つに関する。本発明の第３の局面によるシステムは、少なくとも２つの検出ユニットと、プローブによって放出された電磁波を複数の部分的な電磁波に分割し、部分的な電磁波をそれぞれの検出ユニットに送るように構成されたビームスプリッタとを備える。

【0037】

本発明の電磁波の分割は、ビームスプリッタの光学的構成要素の適切な光学コーティングによって達成されてもよい。特に、前記ビームスプリッタの光学的構成要素のコーティングは、特定の波長範囲内、例えば３５０ｍｍ～８００ｍｍの範囲内、９００ｎｍ～１３５０ｎｍの範囲内、または１６００ｎｍ～１９００ｎｍの範囲内の所定の透過／反射比を提供するように選択されてもよい。特定の波長範囲における透過／反射比は、０．１：９９．９～９９．９：０．１、好ましくは１０：９０～９０：１０の範囲であってもよい。これは、第１のモダリティの電磁波が本質的に透過され、第２のモダリティの電磁波が例えば９０°の角度より下で本質的に反射されることを可能にし、したがって、２つのモダリティを含む電磁波を２つのビームに分割する。両方のモダリティは、この特定のスキームにおいて同じ波長で動作し得る。

【0038】

光回折格子のような他のビームスプリッタが予見され得、異なる個々の波長を伴う異なるモダリティをその格子の異なる回折角を介して分割し得、したがって、あるビームをいくつかのビームに分割し得る。

【0039】

異なる電磁波偏波状態を有するモダリティを含むビームを、偏光光学素子を介していくつかのビームに分割することも達成され得る。

【0040】

代替的または追加的に、電磁波の分割は、適切なフィルタ、周波数変換器および／または適切な電子機器によって達成されてもよい。

【0041】

電磁波がビームスプリッタによって分割され、および／またはビームコンバイナによって結合される部分的な電磁波は、互いに空間的に分離されてもよい。代替的または追加的に、部分的な電磁波は、同一の相対的なスペクトルパワー分布を有してもよく、スペクトルパワー分布は、それぞれの部分的な電磁波の単位波長当たりの単位面積当たりのパワーとして理解され、例えば、第１の部分的な電磁波のスペクトルパワー分布は、第２の部分的な電磁波のスペクトルパワー分布の倍数であってもよい。また、代替的または追加的に、部分的な波は、同じまたは異なる総強度を有してもよい。

【0042】

好ましくは、検出ユニットの少なくとも２つは、異なるモダリティ、特に、二光子励起蛍光、二光子自己蛍光、蛍光寿命イメージング、自己蛍光寿命イメージング、第二次高調波発生、第三次高調波発生、インコヒーレント／自発ラマン散乱、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、ブロードバンドまたはマルチプレックスＣＡＲＳ、誘導ラマン散乱、誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）、非線形吸収、共焦点ラマン顕微鏡、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、単光子／線形蛍光イメージング、明視野イメージング、暗視野イメージング、三光子、四光子、第二次高調波発生、第三次高調波発生、および第四次高調波発生の検出に適合される。

【0043】

例えば、ビームスプリッタによって生成された第１の部分的な電磁波は、第１のモダリティの検出に適合された第１の検出ユニットに送られ得、ビームスプリッタによって生成された第２の部分的な電磁波は、第２の異なるモダリティの検出に適合された第２の検出ユニットに送られ得る。

【0044】

少なくとも１つのベースユニットおよび／または少なくとも１つの走査ユニットおよび／または少なくとも１つの検出ユニット、特に前記ユニットの各々は、別個のハウジング内に収容されてもよい。さらに、少なくとも１つのベースユニットおよび少なくとも１つの走査ユニットは共通のハウジング内に収容され、検出ユニットは別個のハウジング内に収容されてもよく；または、少なくとも１つのベースユニットおよび少なくとも１つの検出ユニットは共通のハウジング内に収容され、走査ユニットは別個のハウジング内に収容されてもよく；または、少なくとも１つの走査ユニットおよび少なくとも１つの検出ユニットは共通のハウジング内に収容され、ベースユニットは別個のハウジング内に収容されてもよい。代替的に、少なくとも１つのベースユニットおよび少なくとも１つの走査ユニットおよび少なくとも１つの検出ユニットは、すべて、１つの同じハウジング内に収容されてもよい。

【0045】

本発明およびその利点は、以下の概略図に示される２つの実施形態を参照して以下により詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】本発明によるマルチモーダル顕微鏡システムの第１の実施形態を示す。

【図2】本発明によるマルチモーダル顕微鏡システムの第２の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１に示すマルチモーダル顕微鏡システム１は、第１のベースユニット２（以下、ベースユニット２という）と、走査ユニット４と、検出ユニット５とを備える。

【0048】

ベースユニット２は、異なるモダリティのためのいくつかの光源、すなわち、レーザ光源１４、蛍光イメージング用光源１５、ラマン散乱用レーザ１６、光干渉断層法（ＯＣＴ）用光源１７、増幅器励起レーザ１８、および白色光源１９を含む。ベースユニット２は、加えて、電子機器２３と、ソフトウェア２４と、電源２５とを備える。

【0049】

走査ユニット４は、いくつかの走査構成要素、すなわち光増幅器（特にレーザ増幅器）および／または周波数変換器２０、転送／走査光学系２１、および励起発光フィルタ２２を含む。各光源１４、１５、１６、１７、１８、１９は、別個の可撓性接続線６、例えば光ファイバケーブルを介して走査ユニット４に接続される。したがって、光源１４、１５、１６、１７、１８、１９の各々は、光源１４、１５、１６、１７、１８、１９に関連付けられる異なるモダリティが１つの同じ走査構成要素２０、２１、２２のセットを与えられ得るように、この単一の走査構成要素２０、２１、２２のセットに作動的に接続される。走査ユニット４内にレーザ増幅器および／または周波数変換器を設けることは、例えばＵＳ２０１３／００８８７０９ Ａ１に開示されるようなミラーアームを省くことができるという利点を有する。

【0050】

走査ユニット４は、分析光をプローブ５０に向けるための対物レンズ１２をさらに含む。より詳細には、対物レンズ１２は、プローブから放出された信号が対物レンズ１２を通って戻るように、走査ユニット４内に配置される。代替の実施形態では、対物レンズ１２は、光ファイバによって置き換えられてもよい。フィルタ２２は、プローブ５０から放出された信号が前記フィルタ２２によってフィルタリングされるように配置される。走査ユニット４はまた、走査ユニット４に電力を供給し、走査ユニット４を制御する電気ケーブル２９を介して、ベースユニット２に接続される。

【0051】

検出ユニット５は、走査ユニット４と作動的に接続され、いくつかの検出構成要素、すなわち、光検出器７、単一光子計数器８、光学分光計９、光強度測定器１０、および蛍光カメラ１１を含む。走査ユニット４および検出ユニット５はいずれも６自由度で自由に移動可能である。各検出構成要素７、８、９、１０、１１は、別個の可撓性接続線２８、例えば光ファイバケーブルを介して、走査ユニット４に接続される。したがって、各検出構成要素７、８、９、１０、１１は、検出構成要素７、８、９、１０、１１に関連付けられる異なるモダリティが、１つの同じ走査構成要素２０、２１、２２のセットを与えられ得るように、この単一の走査構成要素２０、２１、２２のセットに作動的に接続される。代替的に、光源１７から放射された光は、プローブ５０上に直接放射されてもよい。検出ユニット５はまた、検出ユニット５に電力を供給し、検出ユニット５を制御する電気ケーブル３０を介して、ベースユニット２に接続される。代替的に、検出ユニット５は、異なるソースから電力が供給され、および／または例えばアプリによって無線方式で制御されてもよい。

【0052】

システム１は、選択されたモダリティに応じて、プローブ５０から発せられた信号を検出ユニット５に選択的に送ることを可能にする切換ユニット３をさらに備える。図１は、切換ユニット３が配置されてもよいいくつかの位置、すなわち、励起発光フィルタ２２の内部、走査ユニット４内の励起発光フィルタ２２間、走査ユニット４の内の励起発光フィルタ２２と検出ユニット５との間、走査ユニット４と検出ユニット５との間、または検出ユニット５内の走査ユニット４と検出構成要素７、８、９、１０、１１との間を示す。

【0053】

図２に示す第２のマルチモーダル顕微鏡システム１は、電磁波源１４、１５、１６によって放出された電磁波を重畳して、共通の光ファイバ６を介して走査ユニット４に伝送可能な重畳電磁波を提供するように構成されたビームコンバイナ２６を備える。

【0054】

図２に示すシステム１は、さらに、プローブ５０によって放出された電磁波を複数の部分的な電磁波に分割し、部分的な電磁波をそれぞれの検出ユニット４に送るように構成されたビームスプリッタ２７を備える。空間分割に加えて、部分的な電磁波はまた、それらの波長に従って分割されてもよい。検出ユニット４の少なくとも２つは、異なるモダリティの検出に適合される。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】