特表 2023-537536 反射器を用いて光シートを生成するための光学装置、レトロフィットキットおよび方法

(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】2023-09-01

(54)【発明の名称】反射器を用いて光シートを生成するための光学装置、レトロフィットキットおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20230825BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023510454

(86)(22)【出願日】2021-08-16

(85)【翻訳文提出日】2023-03-13

(86)【国際出願番号】 EP2021072734

(87)【国際公開番号】W WO2022034246

(87)【国際公開日】2022-02-17

(31)【優先権主張番号】102020210370.4

(32)【優先日】2020-08-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511079735

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

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

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

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】フローリアン ファールバッハ

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AC15

2H052AC27

2H052AC30

2H052AC34

(57)【要約】

本発明は、顕微鏡（１０２）、特に光シート顕微鏡（１０４）用の光学装置（１００）と、光シート顕微鏡用のレトロフィットキット（１６８）と、光シート顕微鏡における反射装置（１０６）の使用と、光シート（１５２）を生成する方法とに関する。調整が繁雑でありかつ摩耗し易い機械式機構を使用することなく、向きの異なる複数の光シート（１５２）を生成するために、本発明では、光学装置が、ビーム入口（１０８）と、ビーム出口（１１２）と、反射装置内に延在するビーム路（１１４）と、を備えた反射装置（１０６）を有するように構成される。ビーム入口では、光ビーム（１１０）を反射装置に入力結合可能である。ビーム路は、反射装置においてビーム入口からはじまり、ビーム出口を複数回通過する。ビーム路の通過（１１６）毎に、ビーム出口において部分ビーム（１１８）が反射装置から出力結合される。ビーム出口において出力結合される部分ビームは、互いに平行かつ離隔されているか、または共通出口点（１０００）から反射装置の外部に出射するように配向される。部分ビームは、機械的コンポーネントなしに純粋に光学的に生成され、光シート光学系（１５０）への供給の際に、向きの異なる光シートを生成するために使用される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

顕微鏡（１０２）、特に光シート顕微鏡（１０４）用の光学装置（１００）であって、
前記光学装置は、反射装置（１０６）であって、前記反射装置に光ビーム（１１０）を入力結合することができるビーム入口（１０８）と、ビーム出口（１１２）と、前記反射装置内に延在するビーム路（１１４）と、を備えている反射装置（１０６）を有し、
前記ビーム路は、前記反射装置において、前記ビーム入口からはじまり、前記ビーム出口を複数回通過し、
前記ビーム出口における前記ビーム路の通過（１１６）毎に、部分ビーム（１１８）は、前記反射装置から出力結合され、
前記ビーム出口において出力結合される前記部分ビームは、互いに平行かつ離隔されて進むか、または、共通出口点（１０００）から前記反射装置の外部に出射するように配向される、
光学装置（１００）。

【請求項2】

ビームスプリッタ（１２０）は、前記ビーム出口（１１２）に配置されている、
請求項１記載の光学装置（１００）。

【請求項3】

前記反射装置（１０６）は、少なくとも２つのミラー（１２２，１２４）を有する、
請求項１または２記載の光学装置（１００）。

【請求項4】

前記ビーム路（１１４）は、前記反射装置（１０６）を複数回走破し、前記ビーム路は、走破（２００）毎に前記ビーム出口（１１２）を１回通過し、前記走破は、互いに少なくとも部分的に離隔されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項5】

前記ビーム路（１１４）は、前記ビーム路（１１４）が、走破（２００）毎に走破して前記共通出口点（１０００）を形成する少なくとも１つの箇所（１００２）を有する、
請求項４記載の光学装置（１００）。

【請求項6】

前記反射装置（１０６）は、互いに傾けられた部分ミラー（１００６）を有する少なくとも１つのミラー装置（１００４）を有する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項7】

前記ビーム路（１１４）は、走破（２００）毎に別の部分ミラー（１００６）によって反射される、
請求項６記載の光学装置（１００）。

【請求項8】

前記部分ミラー（１００６）は、互いに平行な空間軸（１０１０）の周りに傾けられている、
請求項６または７記載の光学装置（１００）。

【請求項9】

前記光学装置は、テレセントリック光学装置（１２６）を有し、前記テレセントリック光学装置（１２６）の後焦点面（１０１２）内に、または、前記後焦点面（１０１２）に対して光学的に共役的な平面内に、出力結合される前記部分ビーム（１１８）の前記共通出口点（１０００）が位置している、
請求項１から８までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項10】

前記部分ビーム（１１８）は、１つの平面（６００）内に位置している、
請求項１から９までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項11】

前記光学装置は、前記光ビーム（１１０）を生成するように構成されている光源（１３０）を有し、前記光ビーム（１１０）は、相次いで出力結合される２つの部分ビーム（１１８）間の前記ビーム路（１１４）の最短長さよりも短いコヒーレンス長（１３２）を有する、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項12】

前記光学装置は、光シート光学系（１５０）を有し、前記部分ビーム（１１８）は、前記光シート光学系（１５０）によって配向され、かつ、前記光シート光学系（１５０）がそれぞれの部分ビームから、向きの異なる光シート（１５２）を生成するように構成されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学装置（１００）。

【請求項13】

前記向きの異なる光シート（１５２）は、互いに交わる、
請求項１２記載の光学装置（１００）。

【請求項14】

請求項１から１３までのいずれか１項記載の光学装置（１００）を有する光シート顕微鏡（１０４）であって、
前記光シート顕微鏡（１０４）は、光源（１３０）から試料ボリューム（１５４）まで延在する照明ビーム路（１６０）に配置されている、
光シート顕微鏡（１０４）。

【請求項15】

光シート顕微鏡（１０４）用のレトロフィットキットであって、
前記レトロフィットキットは、請求項１から１３までのいずれか１項記載の光学装置（１００）を有し、前記光シート顕微鏡の照明ビーム路（１６０）に配置可能に構成されている、
レトロフィットキット。

【請求項16】

反射装置（１０６）の使用方法であって、
前記反射装置（１０６）は、ビーム入口（１０８）と、ビーム出口（１１２）と、前記ビーム入口においてはじまりかつ前記ビーム出口を複数回通過する、前記反射装置に設けられているビーム路（１１４）と、を備えており、前記ビーム出口の通過（１１６）毎に、部分ビーム（１１８）が前記反射装置から出力結合され、光シート顕微鏡（１０４）において、前記ビーム出口において出力結合される前記部分ビームは、互いに平行かつ離隔されて進むか、または、見かけ上の共通出口点（１０００）から外部に出射する、
反射装置（１０６）の使用方法。

【請求項17】

光ビーム（１１０）から配向の異なる光シート（１５２）を自動生成する方法であって、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
－前記光ビーム（１１０）を反射装置（１０６）に入力結合するステップと、
－前記反射装置において前記光ビーム（１１０）を複数回反射させるステップであって、前記反射装置のビーム出口（１１２）に前記光ビームを複数回当てて、前記ビーム出口（１１２）において部分的に前記反射装置に反射させて戻すステップと、
－前記反射装置において前記光ビームが前記ビーム出口に当たる場合、前記ビーム出口において、前記反射装置において反射される前記光ビームから、前記反射装置の外部に配向される部分ビーム（１１８）をそれぞれ出力結合するステップであって、出力結合した前記部分ビームは、前に出力結合した部分ビームに対して平行にかつ前記部分ビームから離隔されて進むか、または、出力結合した前記部分ビームと前に出力結合した部分ビームとを共通出口点（１０００）から外部に出射するステップと、
－出力結合した前記部分ビームから向きの異なる光シートを生成するステップと、
を有する方法。

【請求項18】

前記光ビーム（１１０）および前記部分ビーム（１１８）は、光パルス（１７０，１７２）であり、時間的に相次ぐ部分ビーム（１１８）から時間的に順次に、向きの異なる前記光シート（１５２）を生成する、
請求項１７記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、顕微鏡、特に光シート顕微鏡用の光学装置と、このような光学装置を有する光シート顕微鏡用のレトロフィットキットと、光シート顕微鏡において光シートを生成するための反射装置の使用と、光シートを自動生成する方法と、に関する。

【背景技術】

【0002】

光シートを用いることにより、顕微鏡法において、試料の残りは照明されないままになるのに対し、試料の薄い層を照明することができる。合焦されない領域は照明されないままになるため、画質が向上する。

【0003】

複数の異なる光シートを生成することにより、別の応用可能性が開かれる。すなわち、試料の３次元の像を得るために、好ましくは平行な複数の光シートが順次に生成され、これらの光シートによってそれぞれ、試料の異なる層が照明される。光シートにおける陰影および屈折を回避するために、異なる方向から同じ層を照明する複数の同一平面内にある光シートが生成される。

【0004】

複数の光シートにより、複数の層を順次に照明したいか、または同じ層を異なる方向から照明したいかにはかかわらず、それらの生成のためには、複雑であり、高価であり、かつ特に故障を起こし易い機械式機構、例えば、移動式ミラーが使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明によって設定される目的は、複数の光シートを生成するための、より簡単で、より信頼性が高く、かつ特によりコスト的に有利な可能性を生み出すことである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、冒頭に挙げた光学装置において、光学装置が、光ビームを反射装置に入力結合可能なビーム入口と、ビーム出口と、反射装置内に延在するビーム路と、を備えた反射装置を有し、ビーム路は、反射装置において、ビーム入口からはじまり、ビーム出口を複数回通過し、ビーム出口におけるビーム路の通過毎に、部分ビームが反射装置から出力結合され、ビーム出口において出力結合される部分ビームは、互いに平行かつ離隔されて進むように、または共通の出口点から反射装置の外部に出射するように配向されている。

【0007】

冒頭に挙げたレトロフィットキットは、上記の光学装置を有し、光シート顕微鏡の照明ビーム路に配置可能に構成されている。

【0008】

上記の目的はさらに、反射装置の使用であって、ビーム入口と、ビーム出口と、ビーム入口においてはじまりかつビーム出口を複数回通過する、反射装置に設けられているビーム路と、を備えた反射装置の使用によって達成され、ビーム出口の通過毎に、部分ビームが反射装置から出力結合され、光シート顕微鏡において、ビーム出口において出力結合される部分ビームは、互いに平行かつ離隔されて進むか、または見かけ上の共通出口点から外部に出射する。

【0009】

最後に、上で挙げた目的はまた、光ビームから、伝搬方向の異なる光シートを自動生成する方法によって達成され、この方法は、以下の方法ステップ、すなわち、反射装置に光ビームを入力結合するステップと、反射装置において光ビームを複数回反射させるステップであって、反射装置のビーム出口に光ビームを複数回当てて、そこで部分的に反射装置に反射させて戻すステップと、反射装置における光ビームがビーム出口に当たる場合、ビーム出口において、反射装置において反射される光ビームから、反射装置の外部に配向される部分ビームを出力結合するステップであって、出力結合した部分ビームは、前に出力結合した部分ビームに平行にかつこの部分ビームから離隔されて進むか、または出力結合した部分ビームと、前に出力結合した部分ビームとを共通出口点から外部に出射するステップと、出力結合した部分ビームから、向きの異なる光シートを生成するステップと、を有する。

【0010】

本発明による光学装置、本発明によるレトロフィットキット、光シート顕微鏡における反射装置の本発明による使用および本発明による方法は、機械式機構の代わりに反射装置によって、光路において反射により、ただ１つの光ビームから異なる部分ビームが生成されることによって上で挙げた目的を達成し、次いで、異なる部分ビームから、向きの異なる光シートが生成される。反射装置は、摩耗することなく動作し、機械式機構よりも高い速度で光シートを生成する。

【0011】

部分ビームまたは光ビームという表現は、ビーム方向に伝搬する具体的な電磁波もしくは光子ビームだけを示すのではなく、幾何光学の意味において、電磁波もしくは光子ビームが沿って移動するか移動し得る光軸のことも示しており、この際にそのような電磁波もしくは光子ビームが存在する必要はない。反射装置では、光ビームは、ビーム路に沿って移動する。したがってビーム路は、光ビームが反射装置において進む経路のことを示す。

【0012】

以下では、上記の対象の発展形態をそれらのそれぞれの技術的効果と共に説明する。個々の発展形態は、それぞれそれ自体で有利に、任意にかつ独立して互いに組み合わせ可能である。特に、次の発展形態は、互いに独立して、装置の改善にも方法の改善にも共に使用可能である。

【0013】

ビーム出口は、例えば、点状もしくは面状であってよく、かつ／または例えば点状または面状の、互いに離隔された複数の領域を有していてよい。ビーム出口は一般に、部分ビームが反射装置の外部に出る、反射装置の部分を示す。

【0014】

ビーム出口には、ビームスプリッタを配置することができ、これにより、光ビームが部分的に反射装置に残ることが保証される。このビームスプリッタは、例えば、１つまたは複数の部分透過ミラーを有していてよい。

【0015】

ビーム入口は、ビーム出口と空間的に重なっていてよいか、またはビーム出口と空間的に一致してよい。例えば、ビーム入口とビーム出口とが空間的に一致する場合には、光ビームは、これが出力結合されるのと同じ箇所において反射装置に入射するため、コンパクトな構成形態が可能である。

【0016】

コンパクトな構成形態はさらに、少なくとも１つの部分ビームが、反射装置に入力結合される光ビームの延長部において反射装置から出射し、かつ／または部分ビームが、光ビームが反射装置に入射するのと同じ方向に反射装置を離れる場合に得ることができる。

【0017】

反射装置におけるビーム路は、ビーム路がその方向を変更する複数の方向転換箇所を有する。それぞれの方向転換箇所には、ミラー装置が配置されている。この際には、既に上述したように、少なくとも１つのミラー装置は、ビームスプリッタを有していてよい。残りの方向転換箇所には、好ましくは、光ビームを全反射するミラーが配置されている。

【0018】

部分透過ミラーは、その面にわたって、異なる反射率を有していてよい。例えば、１つの方向転換箇所における反射率は、ビーム路における後続の別の複数の方向転換箇所のそれぞれ１つにおける反射率よりも大きくてよい。これにより、同じ強度で部分ビームを出力結合することができる。

【0019】

ビーム路の最も簡単な実施形態では、ビーム路には、ビーム路がビーム出口の方向に完全に方向転換される少なくとも１つの方向転換箇所と、ビーム路が反射装置に戻るように方向転換される、ビーム出口における部分反射部と、が含まれている。ビーム路は、ビーム出口において少なくとも１回方向転換されてよい。このような簡単な実施形態は、例えば、一方が部分透過である、対向する平行平面の２つのミラーを有していてよい。

【0020】

反射装置に入力結合される光ビームは、好ましくはコリメートされる。光ビームはさらに、反射装置におけるすべてのビーム路に沿ってコリメートされるとよい。さらに、反射装置から出射する部分ビームがコリメートされるとよい。これらの手段のそれぞれにより、光ビームから生成される光シートは、明確に画定されて正確に集束され得るようになる。

【0021】

光シートを正確に集束できるようにするために、有利な実施形態によると、ビーム路に屈折素子、特にレンズが配置されていないように構成される。

【0022】

ビーム路は、ガスまたは真空内に配置されていてよい。例えば、反射装置は、ガスが充填されているかまたは真空でありかつビーム路が延在している、密閉されたボリュームを有していてよい。択一的にはビーム路は、ガラス基体内に延在していてもよい。例えば、反射装置は、ガラスブロックからモノリシックに作製されていてよい。

【0023】

反射装置はプリズムを有していてよい。反射装置における方向転換箇所は、ガラスブロックの鏡面化された面によって形成されていてよい。

【0024】

方向転換箇所におけるミラーは好ましくは平坦であり、これによって特に、反射装置においてビーム路に沿って反射される光ビームがコリメートされたままになる。

【0025】

少なくとも１つのミラーは、別の１つのミラーに対して、少なくとも２つの、特に互いに垂直な空間軸の周りに傾けられて配置されていてよい。これにより、ビーム路において付加的な側方のオフセットを生成することができる。このような側方のオフセットにより、反射装置から出射する部分ビームの幾何学的な位置および向きを構造的な要件に適合させることができる。

【0026】

別の有利な実施形態によると、反射装置の少なくとも１つのミラーは、少なくとも１つの別のミラーに対して移動可能であってよい。特に、少なくとも１つのミラーを少なくとも１つの別のミラーに対して移動するために、手動またはモータ駆動で操作される位置調整装置が設けられていてよい。このような移動は、傾斜運動、すなわち、少なくとも１つの空間軸周りの回転および／または少なくとも１つの空間軸に沿った並進運動であってよい。

【0027】

１回通過した後、ビーム路は好ましくは、反射装置のすべての方向転換箇所を通過している。この実施形態では、部分ビームのそれぞれの出力結合の前に光ビームは、反射装置全体を走破する。好ましい実施形態では、ビーム路の長さは、ビーム出口の相次ぐ通過の間で一定である。これにより、相次ぐ２つの部分ビームの経路長差は一定になる。経路長差は、反射装置において、異なる２つの部分ビームが進む経路長の差分である。

【0028】

１つの実施形態では、互いに傾けられた部分ミラーを有する少なくとも１つのミラー装置が設けられていてよい。それぞれの部分ミラーは好ましくは平坦である。個々の部分ミラーは、モノリシックミラー基体の別体の構成部分またはファセットであってよい。このような実施形態では、反射装置のそれぞれの走破毎に別の部分ミラーにおいてビーム路を反射することができる。

【0029】

走破毎に部分ミラーによって反射される光ビームは、共通点に配向されてよい。これにより、反射装置において、すべての部分ビームが、共通点から出射するという作用を生成することができる。部分ミラーが平坦な場合、入射する光ビームがコリメートされていると、共通点から出射される、もしくは共通点に向かって進む光ビームはコリメートされたままである。

【0030】

複数の部分ミラーは好ましくは、互いに平行な空間軸の周りに、特にただ１つの空間軸の周りに互いに傾けられている。ただ１つの空間軸を使用することにより、反射装置の調整および幾何学的構成が簡単になる。それぞれの部分ミラーは好ましくは、正確に１つの方向転換箇所を有し、したがってビーム路は部分ミラーを１回だけ通過する。個々の部分ミラーは好ましくは、それぞれ同じ空間軸の周りに互いに傾けられている。特に、隣り合って通過されるそれぞれ２つの部分ミラーは、それぞれ同じ立体角だけ互いに傾けられていてよい。

【0031】

別の有利な実施形態によると、ビーム路は、反射装置を複数回走破する。この際にビーム路は、走破毎にビーム出口を１回通過することができる。最初の走破は、ビーム入口から、最初の部分ビームが出力結合されるビーム出口まで延在している。この場合にそれぞれ別の走破は、ビーム出口から再びビーム出口まで戻って延在しており、それぞれ別の走破は、方向転換箇所における少なくとも１つの反射を有する。

【0032】

ビーム路の個々の走破は好ましくは、少なくとも部分的に互いに離隔されている。これにより、ビーム出口において部分ビームも互いに離隔されており、それゆえに向きの異なる光シートを生成するために容易に使用することができることになる。

【0033】

ビーム路は、もしくはビーム路のすべての走破は、１つの平面内に位置していてよい。走破毎にビーム路は、前の走破に対して平行に移動されてよい。反射装置におけるビーム路は、ヘリカルまたは螺旋状であってよい。

【0034】

ビーム路は、ビーム路が走破毎に走破して、例えば共通の出口点を形成する少なくとも１つの箇所を有していてよい。共通の出口点は好ましくは反射装置に配置されているが、反射装置の外部に設けられていてもよい。このような配置構成は、例えば、テレセントリック光学系が使用される場合には理にかなっている。このようなケースでは、共通の出口点は、後焦点面内もしくはこれと光学的に共役な、テレセントリック光学系の平面内に位置していてよい。テレセントリックな装置は、対物レンズおよび／またはシリンドリカルレンズを有していてよい。上で説明したように、このような箇所は、例えば、互いに傾けられた部分ミラーによって生成可能である。

【0035】

光学装置は、別の有利な実施形態によると、向きの異なる光シートを生成するように構成されている光シート光学系を有していてよい。テレセントリック光学装置および／またはシリンドリカルレンズは、光シート光学系の一部であってよい。部分ビームは、光シート光学系によって配向される。光シート光学系は特に、それぞれの部分ビームから、向きの異なる光シートを生成するように構成されている。

【0036】

向きの異なる光シートは好ましくは、同一平面内にありかつ異なる伝搬方向を有する。換言すると、異なる光シートは、この実施形態において共通の平面において互いに傾けられている。このような実施形態は、試料において、照明される層における、物体による陰影を低減するために使用される。

【0037】

異なる光シートは、別の実施形態において交わることができる。特に、光学装置は、検査対象の試料が配置される試料ボリュームを有していてよい。この場合に向きの異なる光シートは、好ましくは試料ボリュームにおいて重なり合うかもしくは互いに交わる。

【0038】

異なる光シートは、別の有利な実施形態によると、互いに離隔されておりかつ互いに平行に延びていてよい。この実施形態は、試料の種々異なる層を照明するのに有利である。

【0039】

別の有利な実施形態によると、光学装置は、反射装置に入力結合可能な、もしくは入力結合される光ビームを生成するように構成されている光源を有していてよい。光ビームは好ましくは、相次いで出力結合される２つの部分ビーム間のビーム路の最短の長さよりも短いコヒーレンス長を有する。これによって保証されるのは、部分ビームの光が互いにインコヒーレントであることである。したがって反射装置は、元々コヒーレントな光ビームから互いにインコヒーレントな部分ビームを生成するために使用される。これと同義であるのは、相次いで出力結合される部分ビーム間のビーム路の最短の長さが、部分ビームから生成される光ビームのコヒーレンス長よりも長いことである。反射装置の少なくとも１つのミラーが少なくとも１つの別のミラーに対して、またはミラー対が別のミラー対に対して移動可能である場合、ビーム路の長さは、例えば、変更可能である。

【0040】

光源は、レーザ、例えば、ガスレーザ、ダイオードレーザまたはＣＷレーザであってよい。反射装置に入力結合される光ビームは、個別の光パルスもしくはパルス列または連続光を有していてよい。

【0041】

光源と反射装置のビーム入口との間には、コリメーション光学系が配置されるとよい。

【0042】

光ビームは、ビーム入口において、好ましくは楕円形の断面を有する。これとは無関係に、部分ビームは、ビーム出口において楕円形の断面を有していてよい。

【0043】

部分ビームは、特にパルス状の光源の場合に時間的に相次いで出力結合されてよい。これにより、例えば、光シート光学系により、向きの異なる光シートも同様に時間的に相次いで生成可能である。したがって平行な光シートを深さ方向にずらすと、異なる層を順次に照明することができ、互いに依存して検出器によって検出することができる。

【0044】

ビーム出口では、複数の部分ビームは１つの平面内に位置することができ、これにより、状況に応じて後置される光シートオブジェクトの構造が格段に簡単になる。部分ビームは、ビーム路の平面または中心面内で、またはビーム路の平面または中心面に対して垂直な平面内で並んで配置可能である。中心面は、例えば、ビーム路が位置する出口面である。

【0045】

光学装置は、光シート顕微鏡の一部であってよく、光シート顕微鏡の照明ビーム路に配置されていてよい。照明ビーム路は、光源から試料ボリュームまで延在している。

【0046】

光学装置または光シート顕微鏡は、選択的に検出器、例えば面センサもしくはマトリクスセンサが備え付けられている検出光学系を有していてよい。検出光学系の光軸は好ましくは、光シート光学系の光軸に対して垂直であり、かつ／または光シートの平面に対して垂直である。

【0047】

以下では、添付の図面に基づき、上で説明した対象を例示的に詳細に説明する。上の説明によると、図面に再現した特徴的構成は省略可能であるが、省略されるのは、これらの特徴的構成にそれぞれ結び付いている技術的効果が重要でないような場合である。同様に、図面に再現されていない特徴的構成は、上の説明によると、付け加えることができるが、付け加えられるのは、特定の用途においてこれらの特徴的構成に結び付いている技術的効果が重要である場合である。

【0048】

図面において、機能および表記または構造に関して互いに対応する要素には、簡潔にするためにそれぞれ同じ参照符号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】光シート顕微鏡における光学装置の概略図である。

【図2】別の装置の概略図である。

【図3】さらに別の装置の概略図である。

【図4】さらに別の光学装置の概略図である。

【図5】図４を矢印Ｖに沿って見た図である。

【図6】さらに別の光学装置の概略図である。

【図7】図６を矢印ＶＩＩに沿って見た図である。

【図8】さらに別の光学装置の概略図である。

【図9】図８を矢印ＩＸに沿って見た図である。

【図10】さらに別の光学装置の概略図である。

【図11】光シート顕微鏡における光学装置の別の概略図である。

【図12】さらに別の装置の概略図である。

【図13】さらに別の光学装置の概略図である。

【図14】図１３を矢印ＩＸａに沿って見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

図１に略示した顕微鏡１０２に基づき、光学装置１００およびレトロフィットキット１６８の構造および機能を説明する。顕微鏡１０２は、例えば、光シート顕微鏡１０４である。

【0051】

光学装置１００は、顕微鏡１０２の照明ビーム路１６０に配置されている。照明ビーム路１６０は、光源１３０から、顕微鏡１０２によって検査すべき試料（図示せず）、例えば生体試料が配置される試料ボリューム１５４まで延在している。感光性の検出器１４２、例えば、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤマトリクスセンサのような面センサを備えた検出光学系１４０は、顕微鏡１０２または光学装置１００の一部であってよい。検出光学系１４０の光軸１４４は、試料ボリューム１５４と交わり、好ましくは照明ビーム路１６０とも交わる。光軸１４４は、好適には照明ビーム路１６０に対して垂直になっている。

【0052】

光源１３０は、レーザ、例えばガスレーザまたはダイオードレーザであってよい。光源１３０は、パルス状であってよく、したがって光パルス１７０を生成する。光パルス１７０は、光源の構成に応じてより短くまたはより長くすることができる。参照符号１７０ａは、例示的に比較的持続時間ｔが長い光パルスを示している。択一的には光源は、連続光１７１を出力することができる。例えば、光源はＣＷレーザであってよい。光源は、コヒーレンス長１３２を有するコヒーレント光を生成することができる。

【0053】

光源１３０は、光ビーム１１０に沿って伝搬する光を生成する。光源１３０の一部であるかまたはこれとは別体であってよいコリメーション光学系１３４は、光ビーム１１０をコリメートするために光ビーム１１０に配置されている。光ビーム１１０は、照明ビーム路１６０に沿って移動し、光学装置１００に入射する。光学装置１００は、光ビーム１１０が入力結合される反射装置１０６を有する。

【0054】

反射装置１０６では、光ビーム１１０は、ビーム路１１４に沿って移動する。ビーム路１１４に沿って、光ビームは複数回往復して反射され、その際には光ビームは、反射装置１０６もしくは光学装置１００のビーム出口１１２を複数回通過する。ビーム出口１１２の通過１１６毎に部分ビーム１１８が出力結合される。部分ビーム１１８は、好ましくは反射装置１０６に入力結合される光ビーム１１０の延長部において、反射装置１０６および光学装置１００を離れる。

【0055】

部分ビーム１１８は、図１に例示的に示したように、好ましくは平行かつ離隔されて、特に同じ距離で互いに離隔されて反射装置１０６を離れる。

【0056】

ビーム出口１１２は、例えば、部分透過ミラー１２４として構成されているビームスプリッタ１２０によって形成されていてよい。部分透過ミラー１２４には、好ましくは平行に全反射ミラー１２２が対向している。２つのミラー１２２，１２４は好ましくは平坦である。

【0057】

したがってビーム路１１４は、それぞれのミラー１２２，１２４において方向転換箇所１３６を有し、この方向転換箇所１３６においてビーム路１１４は、その方向を変化させ、それぞれの方向転換箇所１３６は、ミラー１２２，１２４によって形成される。方向転換箇所１３６は、互いに離隔されている。それぞれのミラー１２２，１２４では、ビーム路１１４は、それぞれ他方のミラー１２２，１２４に方向転換される。

【0058】

ビーム路１１４には、屈折素子、特にレンズは配置されていないため、光ビーム１１０が既に前にコリメートされていた場合には、反射装置１０６においてコリメートされたままである。同様にすべての部分ビーム１１８もコリメートされている。

【0059】

図１に示した実施形態において、ビーム路１１４は、ガスまたは真空充填されたボリューム１３８、好適には反射装置１０６の密閉されたボリューム内に延在している。これとは択一的に、ミラー１２２，１２４は、ガラスブロックの対向する、鏡面化された側面であってよい。

【0060】

それぞれの部分ビーム１１８は、反射装置１０６において長さの異なる経路長を進む。最初に出力結合される部分ビーム１１８では、この経路長が最も短い。その後に出力結合されるそれぞれの部分ビーム１１８は、それに対応してより長い経路長を有する。

【0061】

部分ビーム１１８が反射装置１０６において前に出力結合された部分ビーム１１８に対して進む距離が、光源１３０の光のコヒーレンス長１３２よりも大きい場合、出力結合される２つの部分ビームはもはや互いにコヒーレントではない。好ましくは、すべての部分ビーム１１８は互いにインコヒーレントである。

【0062】

反射装置１０６により、光ビーム１１０は、照明ビーム路１６０の部分である複数の部分ビーム１１８に分割される。

【0063】

部分ビーム１１８は、異なる部分ビーム１１８からそれぞれ向きの異なる光シート１５２を生成するように構成されている光シート光学系１５０に入射する。向きの異なる光シート１５２は、互いに平行かつ離隔されて進むことができる。図１に示した実施形態では、すべての光シート１５２は、試料ボリューム１５４においてもしくは１点で交わる。これらの光シートは、異なる伝搬方向を有する。光ビームを生成するすべての部分ビーム１１８が１つの平面５００内に位置する場合、光シート光学系１５０から外部に出る光シートは同一平面内にある。検出光学系１４０の光軸１４４は、光シート１５２に対して垂直である。光シート光学系の光軸１５６は好ましくは、検出光学系１４０の光軸１４４に対して垂直に延びている。

【0064】

光シート光学系１５０は好ましくは、シリンドリカルレンズ１２８および対物レンズ１２６ならびに／またはテレセントリック光学装置１２６を有する。

【0065】

光ビーム１１０が光パルス１７０，１７０ａである場合、部分ビーム１１８も部分光パルス１７２もしくは１７２ａであり、光ビーム１１０の光パルス１７０，１７０ａの持続時間は、部分光パルス１７２，１７２ａの持続時間と長さが同じである。これに対し、連続光ビーム１７１は連続部分ビーム１７３になる。部分光ビーム１１８の光強度は当然のことながらそれぞれ光ビーム１１０の光強度よりも小さい。

【0066】

光ビーム１１０が、光パルス１７０，１７０ａである場合、反射装置１０６における部分ビーム１１８の異なる経路長により、部分ビーム１１８を形成する部分光パルス１７２，１７２ａは、時間的に相次いで反射装置１０６から出力結合されることになる。時間的に相次いで出力結合される部分ビーム１１８間の持続時間１７４は、個々の光パルス１７２のパルス持続時間より長くてよい。部分ビーム１１８から生成される光シート１５２はそれに対応して、時間的に相次いでかつ特に時間的に重ならずに生成される。

【0067】

反射装置１０６における経路長差は、２つのミラー１２２，１２４間の間隔を単純に調整することにより、かつ／または光ビーム１１０が、ビーム入口１０８においてそれぞれのミラー１２２，１２４に当たる入射角度１４６を調整することにより、それぞれの要求に、例えばコヒーレンス長１３２または必要な時間間隔１７４に適合させることが可能である。このために、例えば反射装置１０６を全体として傾けることが可能である。

【0068】

注意すべきであるのは、図１において光ビーム１１０は、ビーム入口１０８において、ビームスプリッタ１２０もしくは部分透過ミラー１２４に当たることである。それゆえに出力結合される最初の部分ビーム１１８は、反射されずにビームスプリッタ１２０を通って直接に進む。当然のことながら、その代わりに光ビーム１１０はミラー１２２にも当たってもよい。この場合、部分ビーム１１８は、１８０度だけ回転された方向で反射装置１０６から出て、これにより、コンパクトな形態が得られる。

【0069】

部分透過ミラー１２４もしくはビームスプリッタ１２０の透過率は、局所的に変更可能であってよく、これにより、出力結合されるそれぞれの部分ビームは同じ強度を有する。特に、透過率は、走破の回数に比例して増大することが可能であり、特に倍加可能である。

【0070】

好ましくは、光ビーム１１０およびそれぞれの部分ビーム１１８は、楕円形の断面を有する。

【0071】

反射装置１０６では、前の通過１１６以降、ビームスプリッタ１２０もしくはビーム出口１１２をそれぞれ通過１１６した後、反射装置１０６のすべての方向転換箇所１３６を通過している。

【0072】

図１１には、光学装置の別の実施形態が略示されている。この実施形態は、図１の実施形態に比べると少々変更した構造を有する。図１についての上の説明は、以下に明示的に挙げる違いを無視すると、図１１に示した光学装置にも当てはまる。

【0073】

光源１３０は、図１と比べると、別の位置に配置されている。これにより、光源１３０の動作の仕方、特に部分ビーム１１８の生成は変わらない。

【0074】

レンズ１２８は、図１１に示した実施形態では、別のレンズを補足することができ、したがってテレスコープ１２８ａを構成することができる。テレスコープ１２８ａおよび対物レンズ１２６および／またはテレセントリック光学装置１２６により、光シート光学系１５０が形成される。

【0075】

ビームは楕円形の断面を有していてよく、楕円の短軸は、部分ビーム１１８も離隔されている同じ方向に沿った方向を指し示している。

【0076】

楕円形のビームは、例えば、テレスコープを介して、光源１３０と反射装置１０６との間の２つのシリンドリカルレンズから生成可能である。

【0077】

それぞれの部分ビーム１１８には、適切な光学系により、楕円形の断面を付けることができる。

【0078】

部分ビーム１１８が、楕円形のプロフィールを有する場合、図１のシリンドリカルレンズ１２８は、省略可能であるかまたは図１１に略示したようにテレセントリックテレスコープ１２８ａとして実施することができる。

【0079】

図８および図９では、図１の光学装置１００もしくは反射装置１０６の変形形態が示されており、ここでは反射装置１０６は、好ましくはモノリシックガラスブロック８００から作製されている。ミラー１２２は、ガラスブロック８００の鏡面化された面８０２に形成されており、ビームスプリッタ１２０もしくは部分透過ミラー１２４は、部分鏡面化された面８０４に形成されている。その他の点において、機能および構造は、図１の反射装置１０６と相違しない。

【0080】

それぞれビーム出口１１２からビーム出口１１２への走破の経路長１６２は、図１ではかなり短く、好ましくはそれぞれ走破について同じである。光源１３０の光が、長いコヒーレンス長１３２を有する場合、互いにインコヒーレントな部分ビーム１１８を生成するために、状況によっては、相次いで出力結合される２つの部分ビーム１１８が進む、ビーム路１１４における経路長差は十分ではない。このようなケースでは、ビーム路１１４がより長い反射装置１０６が好ましいことがある。

【0081】

図２～図７および図１０には、より長いビーム路１１４を有し、それゆえにコヒーレンス長１３２の長い光源に適した反射装置１０６が示されている。簡潔にするため、以下では、前の実施形態との相違だけを検討する。したがって、明示的に別に示さない限り、残りの実施形態についての説明は、これらの実施形態にも当てはまる。

【0082】

図２の実施形態では、反射装置１０６は４つのミラー１２２，１２４を有し、１つのミラー１２４は、部分透過であり、ビームスプリッタ１２０としてビーム出口１１２を形成している。

【0083】

ビーム入口１０８は単に例示的に、ここでもビームスプリッタ１２０に配置されている。しかしながら、ビーム入口１０８はそれぞれ別のミラー１２２に配置することも可能である。しかしながら、この場合には部分ビーム１１８は、反射装置に入力結合される光ビーム１１０の延長部ではなく、光ビーム１１０に対して、例えば９０°、１８０°、２７０°、３６０°の角度で出力結合される。

【0084】

図２には、ビーム出口１１２からビーム出口１１２へのビーム路１１４の走破もしくは循環２００が、明確化のために破線で示されている。相次いでの同一の２つの方向転換箇所１３６間のビーム路１１４の部分２０２はそれぞれ、互いに平行に移動されておりかつ長さが異なる。

【0085】

ミラー１２２は、レトロリフレクター、例えばトリプルプリズムであってよい。当然のことながら、単純なミラーまたはプリズムも使用可能である。ボリューム１３８は、ガスが充填されているかまたは真空である。

【0086】

図３の反射装置１０６は、図２における構成と同じ基本的なビーム幾何学形状、特に同じビーム入口１０８を有する。しかしながら図３の反射装置１０６は、図８および図９と同様に、鏡面化された面８０２を有するガラスブロック８００によって形成されている。ビーム路１１４は、ガラスブロック８００内で完全に延在している。ガラスブロック８００に光ビームを入力結合するために、ビーム路１１４では、ガラスブロック８００の一部または別体の要素であってよいビームスプリッタ１２０が使用される。ビーム出口１１２ではガラスブロック８００の面８０４の一部が鏡面化されており、そこにビームスプリッタが生じる。

【0087】

図２の実施例の場合のように別体のミラー１２２，１２４の代わりに、図３の実施形態のようにガラスブロック８００を使用する際の欠点は、ビーム路１１４の適合化がもはやできないことである。例えば、図２によると、ビーム路の長さ、ならびに／または少なくとも個別の部分ビームの位置および／または個数を変更するために、少なくとも１つのミラー１２２、またはミラー１２２，１２４の対は、位置調整方向２０４において、別のミラー１２２，１２４の少なくとも１つに対して位置調整可能である。例えば、対向するミラー対から離れるように、隣り合うミラーの対を移動する場合、ビーム路１１４の長さを変更することができる。部分ビーム１１８の位置および／または個数は、ミラーをずらすことによって変更可能である。部分ビーム１１８の向きは、１つまたは複数のミラー１２２，１２４を傾けることによって調整可能である。

【0088】

位置調整方向２０４に沿ったミラー１２２の位置調整は、手動またはモータ駆動で行うことができる。

【0089】

図４および図５の実施形態では、ビームスプリッタ１２０は、ビーム路１１４のコーナーにおける複数のミラー１２２の１つにではなく、ビーム路１１４の中央に配置されている。この実施形態において可能であるのは、ビームスプリッタ１２０の位置を変更することにより、部分ビーム１１８の位置に影響を及ぼすことである。位置調整方向２０４は、例えば、ビームスプリッタ１２０が配置されている、ビーム路の部分２０２の長手方向に平行に延びている。択一的または付加的には、少なくとも１つのミラー１２２は、位置調整方向２０４において、ミラー１２２によってそれぞれ形成される方向転換箇所１３６の前または後で、ビーム路１１４に平行にずらすことも可能である。

【0090】

図１～図５の実施形態では、部分ビーム１１８はそれぞれ、ビーム路１１４も位置している平面５００に位置している。ビーム路および部分ビーム１１８は、同一平面内にある。すべての方向転換点１３６は、部分ビーム１１８も位置している平面内に位置している。平面５００は、ビーム出口１１２の中心面または平衡面であってよい。

【0091】

光シート光学系１５０（図１）の向きおよび利用可能なスペースに応じて必要になり得るのは、部分ビーム１１８が、ビーム路１１４の平面５００に対して実質的に垂直に位置している平面６００内に位置することである。このような実施形態が、図６および図７に示されている。ビーム路１１４の平面に対して垂直な１つの平面６００内に部分ビーム１１８を配置することは、それぞれ同じ空間方向７００の周りに同じ角度７０２だけ、反射装置１０６の２つのミラー１２２を傾斜させることによって可能になる。空間方向７００は、ビーム路１１４の平面５００に対して垂直である。

【0092】

図１～図７の実施形態では、部分ビームは互いに離隔されて、好ましくは同じ間隔で離隔されて、互いに平行に反射装置１０６を離れる。しかしながら、使用される光シート光学系１５０に応じて望ましい可能性があるのは、反射装置１０６から離れる部分ビーム１１８が、図１０に示されているように共通点１０００から外部に出射することである。光ビーム１１０は好ましくは、部分ビーム１１８と同様にコリメートされている。

【0093】

共通点１０００は、好ましくはビーム路１１４内に位置し、反射装置１０６を通る光ビームの走破毎に通過する箇所１００２もしくは理想的には１つの点を形成する。共通点１０００は、ミラー１２２、ビームスプリッタ１２０、または反射装置１０６における別の点に配置されていてよい。共通点１０００が、ビーム出口１１２の向こう側、したがって反射装置１０６の外部に配置されていることも基本的には可能である。共通点１０００は好ましくは、後焦点面１０１２内もしくはこれと光学的に共役な、光シート光学系１５０の平面内に配置されている。

【0094】

共通点１０００に向かって延びるビーム路もしくは共通点１０００から分かれる部分ビームを有するビーム路１１４は、例えば、空間軸１０１０の周りで互いに傾けられた複数の部分ミラー１００６を有するミラー装置１００４がミラー１２２に含まれることによって達成可能である。ビーム路１１４のそれぞれの走破２００は、別の部分ミラー１００６に当たる。すべての部分ミラー１００６は、共通点１０００に配向されている。

【0095】

部分ビーム１１８は好ましくは、ここでも１つの平面５００内に位置している。部分ビーム１１８が配置されている平面５００の向きを変更するために、図６および図７の実施形態のミラーの傾きは、図１０の実施形態においても使用可能である。

【0096】

図１０では、ビームスプリッタ１２０は、ビーム路１１４の任意の箇所に配置可能である。図１０に示した配置構成は、図１～図９における装置と同様に、部分ビーム１１８が、光ビーム１１０の延長部において反射装置１０６から外部に出るという利点を有する。ビーム路１１４においてビームスプリッタ１２０を別の箇所に位置させる場合、光ビーム１１０に対して、部分ビーム１１８の向きを任意に変更することができる。

【0097】

図１２の反射装置１０６は、図３の反射装置１０６と同じ基本的なビーム幾何学形状を有し、特に図２における実施形態と同じビーム入口１０８を有する。図１２の反射装置１０６は、図３の反射装置１０６と比べると、ビームスプリッタ１２０についてのみ変更されている。

【0098】

図１３および図１４では、図１の光学装置１００もしくは反射装置１０６の別の変形形態が示されており、ここでは反射装置１０６は、好ましくはモノリシックガラスブロック８００から作製されている。この変形形態は、図８および図９のそれと比べると、わずかだけ変更されている。

【符号の説明】

【0099】

１００ 光学装置
１０２ 顕微鏡
１０４ 光シート顕微鏡
１０６ 反射装置
１０８ ビーム入口
１１０ 光ビーム
１１２ ビーム出口
１１４ 反射装置におけるビーム路
１１６ ビーム出口におけるビーム路の通過
１１８ 部分ビーム
１２０ ビームスプリッタ
１２２ ミラー
１２４ ミラー
１２６ 対物レンズおよび／またはテレセントリック光学装置
１２８ シリンドリカルレンズ
１２８ａ テレセントリックテレスコープ
１３０ 光源
１３２ コヒーレンス長
１３４ コリメーション光学系
１３６ 方向転換箇所
１３８ ボリューム
１４０ 検出光学系
１４２ 検出器
１４４ 検出光学系の光軸
１４６ 入射角度
１５０ 光シート光学系
１５２ 光シート
１５３ 光シートの共通の平面
１５４ 試料ボリューム
１５６ 光シート光学系の光軸
１５８ 光シートの伝搬方向
１６０ 照明ビーム路
１６２ 走破の経路長
１６８ レトロフィットキット
１７０，１７０ａ 光パルス
１７１ 連続光ビーム
１７２，１７２ａ 部分光パルス
１７３ 連続部分ビーム
１７４ 遅延
２００ 反射装置を通る走破もしくは反射装置における循環
２０２ ２つの方向転換箇所間のビーム路の部分
２０４ 位置調整方向
５００ ビーム路の平面
６００ 部分ビームの平面
７００ 空間方向
７０２ 空間方向の周りのミラーの傾斜角度
８００ ガラスブロック
８０２ 鏡面化された面
８０４ 部分鏡面化された面
１０００ 共通出口点
１００２ ビーム路において共通に通過する箇所
１００４ ミラー装置
１００６ 部分ミラー
１０１０ 空間軸
１０１２ テレセントリック光学装置の後焦点面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】