JP7362904B2 - 対象物のイメージング装置およびイメージング方法 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡用の光学イメージング装置に関し、この光学イメージング装置は、対物レンズを含んでおり、この対物レンズは、対象物からの検出光を集光し、この検出光を光路内にフォーカシングするように構成されている。さらに、本発明は、対象物のイメージング方法に関する。

顕微鏡を用いてイメージングされるべき対象物を見つけ出すことは、困難なタスクであり得る。特に、対物レンズの変更が不可能である、または対物レンズの変更が厳しい制限を伴ってのみ可能である顕微鏡システムにおいては、対象物を見つけ出すことは重要な課題であり得る。これは特に、逆顕微鏡構成において、作動距離が長い液浸対物レンズが使用される場合に当てはまる。自動的な液浸ディスペンサを使用する場合であっても、液浸媒体を加えることまたは除去することによって、異なる対物レンズが使用されるイメージング状況間の相関関係が崩れてしまう恐れがある。

比較的高い倍率と高い開口数とを有する顕微鏡システムを用いる場合、イメージングされる対象物領域の横寸法と領域の軸線方向深さとは共に比較的小さい。したがって、対象物領域を拡大するためには、特に、より低い倍率とより低い開口数とを有する異なる対物レンズへの切り替えが必要となる。しかし、上記の理由から、対物レンズの変更は、特に液浸ベースの顕微鏡システムを使用する場合に、深刻な欠点を伴う。

顕微鏡ステージの表面に平行な対象物平面上にフォーカシングする通常の構成からイメージング構成が逸脱している顕微鏡を用いる場合には、状況はさらに複雑になる。例えば、近年、斜面顕微法（ＯＰＭ）等のライトシート顕微鏡技術が開発されており、ここではイメージングされる対象物平面は、試料キャリアの表面に対して傾斜させられている。対象物平面のこのような傾斜によって、照明光と検出光とが互いに直交して伝搬する幾何学形状に従って、試料キャリアの透明な底面を通して照明および検出が可能になる。

従来の顕微鏡管は、対象物のイメージングの際に開口数を低減することを可能にする画像反転変倍器を含んでいてよい。しかし、これらの管システムによってイメージングされる対象物領域は比較的小さい。特に、数ミリメートルのオーダの横方向寸法を有する、ウェルプレートの完全なマイクロタイタキャビティをイメージングすることを可能にするには対象物領域は小さすぎる。さらに、光軸に沿って対象物を見つけ出すためには対象物側フォーカシングが必要である。このような対象物側フォーカシングは、作動距離が長い液浸対物レンズを含んでいる倒立顕微鏡システムにおいて問題となる。したがって、対象物フォーカシングを行う場合には、試料と対物レンズのフロントレンズとの間の空間に液浸媒体を所望のように保持することが困難になり得る。

本発明の課題は、その後に対象物の光学画像を形成するために、対象物をより容易に見つけ出すことを可能にする顕微鏡用の光学イメージング装置および方法を提供することである。

上述の課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項および以降の説明において定義される。

光学イメージング装置は、対象物からの検出光を集光して、上記の検出光を光路内に導くように構成されている対物レンズと、第１の動作モードと第２の動作モードとにおいて、上記の対象物を選択的に光学的にイメージングするために、上記の対物レンズと相互作用するように構成されている複数のレンズ要素を含んでいる光学システムと、を含んでいる。光学システムは、第１の動作モードに関連付けられた第１の光学サブシステムを含んでおり、上記の第１の光学サブシステムは、第１の倍率で上記の対象物の第１の画像を形成するように構成されている。光学システムは、第２の動作モードに関連付けられた第２の光学サブシステムを含んでおり、この第２の光学サブシステムは、第２の倍率で、上記の対象物の第２の画像を形成するように構成されている。第２の倍率は第１の倍率よりも低い。第２の光学サブシステムは、第２の動作モードを選択するために光路内に挿入可能な光学モジュールを含んでいる。光学モジュールは、光路内に挿入された際に、光学システムの他のレンズ要素よりも、対物レンズの射出瞳に近づくことによって、第１の倍率よりも第２の倍率を低くする正の屈折力を有するレンズ要素を含んでいる。

光学イメージング装置は、２つの異なる倍率で対象物をイメージングするために使用される２つの異なる動作状態を提供する。特に、第１の動作モードを使用して、実際の画像取得前に見つけ出された関心領域（ＲＯＩ）の高倍率の拡大画像を提供することができる。このＲＯＩを見つけ出すために、第２の動作モードが使用されてよく、これによって、ＲＯＩが含まれている低倍率の概観画像が得られる。したがって、この光学イメージング装置によって、ユーザがイメージングされる対象物を見つけ出すことがより容易になる。特に、ユーザは対物レンズを変更することを強制されない。これは、液浸ベースの顕微鏡システムを使用する場合に特に有利である。なぜなら、低倍率の画像と高倍率の画像とを取得する際に、液浸媒体の供給または除去の必要がないからである。したがって、基本的にはイメージング状況は変化せず、２つの画像を容易に相関させることができる。

対物レンズの変更を回避することは、顕微鏡ステージの表面に平行な面上に光学システムがフォーカシングされる通常のイメージング構成から逸脱している構成において特に有利である。例えば、光学イメージング装置は、ライトシート顕微鏡、例えばＯＰＭにおいて有利に使用されてよい。ＯＰＭでは、照明と検出とが互いに直交している必要があるので、顕微鏡ステージの表面に対して傾斜した対象物平面上に光学システムがフォーカシングされる。

さらに、この光学イメージング装置は、マイクロタイタキャビティを複数含んでいるウェルプレートの完全なマイクロタイタキャビティをイメージングするのに特に適している。したがって、第１のステップにおいて、より低い倍率に基づいて画像取得が行われる第２の動作モードを適用することによって、特定のキャビティ全体がイメージングされてよい。その後、第２のステップにおいて、より高い倍率に基づいている第１の動作モードを適用することによって、このように見つけ出されたキャビティが詳細に調査されてよい。

第１の動作モードと第２の動作モードとの切り替えは、第２の動作モードに関連付けられた第２の光学サブシステムの一部である光学モジュールを光路内に選択的に挿入することによって実現される。換言すれば、光学モジュールが光路内に挿入されると、第２の動作モードが選択される。これとは対照的に、光学モジュールが光路から引っ込められると、第１の動作モードが選択される。したがって、光学モジュールをコントロールすることによって、ユーザは、これら２つのモード間の切り替えを容易に行うことができる。

第２の動作モードにおいて大きな対象物領域を生成するために、光学モジュールは正の屈折力を有するレンズ要素を含んでいる。この正のレンズ要素は、光学モジュールが光路内に挿入された際に、光学システムの他のレンズ要素よりも対物レンズの射出瞳に近い位置にある。光学モジュールの正のレンズ要素を対物レンズの射出瞳の近くに配置することによって、検出光の画角が適度な場所、すなわち検出光の画角が大きすぎない場所で、検出光が正のレンズ要素によって集光されることが保証される。したがって、光学要素のサイズを制限することができ、光学イメージング装置をコンパクトにすることができる。特に、極めて高価な対物レンズのような大きな対象物領域を実現するために、特に長い焦点距離を伴う、高い開口数の対物レンズを提供する必要はない。これとは対照的に、特許請求の範囲に記載された光学イメージング装置によって、高い開口数を有し、かつ無限光学管長に補正された対物レンズを使用することが可能になる。ここでは、対物レンズは、コンパクトさおよびコストの点で有利である適度な焦点距離を有することができる。

イメージング装置は、光学モジュールを光路内に挿入するため、および光路から撤去するための適切な機構を含んでいてよい。例えば、モジュールを旋回させるために、電動式アクチュエータが提供されてよい。

好ましくは、光学モジュールはさらに光偏向器を含んでおり、これは、上記の光路内に挿入されると、上記の光路から光側路を分岐させるように構成されている。上記の第２の画像は上記の光側路において形成されている。上述した光側路は、第２の動作モードにおいて、ユーザが明瞭な対象物、例えばウェルプレートの特定のマイクロタイタキャビティまたは比較的大きな対象物の特定の関心領域（ＲＯＩ）を見つけ出すことを可能にする概観画像を生成するための別個の光路として用いられてよい。これとは対照的に、光路は、第１の動作モードにおいて特定された対象物の拡大画像を生成するために、第１の動作モードにおいて有効に使用されてよい。

好ましい実施形態では、第２の光学サブシステムは、光学モジュールに含まれている、上記の正の屈折力を有するレンズ要素によって形成される、第１の最も対象物側のレンズ要素を有するケプラー式望遠鏡システムを含んでいる。したがって、光学モジュールを光路内に挿入することによって、概観画像を形成するために使用することができる望遠鏡システムが生成される。特に、光学モジュールを光路内に挿入する際に、第１の光学サブシステムは変更されないままである。第１の光学サブシステムは、高い質のイメージングを実現するために、より高い倍率で動作するので、第２の光学サブシステムよりも、あらゆる調整の影響を受ける。したがって、動作状態間の切り替えの際に、第１の光学サブシステムを実質的に変更しないでおくのは有利である。したがって、光イメージング装置は、第２の光学サブシステムの可動光学モジュールを切り替えに使用する。

ケプラー式望遠鏡システムは、射出瞳の像を形成するように構成されていてよい。実際の中間瞳を有するアフォーカル光学システムであるこのような望遠鏡を使用することによって、付加的な光学部品を顕微鏡内に統合するための多数の選択肢が提供される。例えば、落射蛍光照明を実装するために使用される部品が組み込まれてよい。さらに、コントラスト法を実現するために位相フィルタが組み込まれてよい。

特に、第２の光学サブシステムは、射出瞳の上記の像の位置に配置された開口絞りを含んでいてよく、上記の像は実像として形成されている。

ケプラー式望遠鏡システムは、検出光の複数の光束をコリメートするように構成されている正の屈折力を有する第２のレンズ要素を含んでいてよく、各光束は、そこから対物レンズが検出光を集光する対象物領域の単一の点に関連付けられている。特定の実施形態において、フィールドレンズが、望遠鏡システムの第１の正のレンズ要素と第２の正のレンズ要素との間に付加的に提供されてよい。

上述の２つの正のレンズ要素で構成されるケプラー式望遠鏡システムは、望遠鏡システムのアフォーカル係数によって与えられる係数によって対物レンズの焦点距離をスケーリングするために機能する。さらに、ケプラー式望遠鏡システムは、対物レンズの射出瞳の実像を形成するために機能する。対物レンズにおいてケラレが発生することを回避できないことが予測され得るので、開口絞りは、イメージングされる射出瞳を絞り込むために使用される。したがって開口絞りは、第２の光学サブシステム内の光路のある種の均質化を実現するために用いられる。

特に、ケプラー式望遠鏡システムは、基準焦点距離を有するチューブレンズに関連する、対物レンズの通常の使用に関する倍率縮小システムとみなされるべきである。したがって、対物レンズの倍率は、チューブレンズの公称焦点距離に関連していなければならない。チューブレンズの焦点距離を２００ｍｍ、対物レンズの焦点距離を１０ｍｍとした例を仮定すると、対物レンズの倍率は２０倍となる。さらに、ケプラー式望遠鏡システムのアフォーカル係数が４であると仮定すると、対物レンズの倍率は、２０倍から２０／４倍、すなわち５倍に効果的に減少される。

第２の光学サブシステムは、上記の像平面に配置されているイメージセンサを含んでいてよい。イメージセンサは、例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラによって形成されていてよい。

好ましくは、第２の光学サブシステムのレンズ要素のうちの少なくとも１つのレンズ要素は、光学モジュールに含まれている、上記の正の屈折力を有するレンズ要素の残余収差を補正するように構成されている。この実施形態によれば、ケプラー式望遠鏡システム内に完全に補正された中間像を提供することなく、望遠鏡システムの第１の正のレンズ要素、すなわち、光学モジュールに含まれている正のレンズ要素が、そのサイズを小さくするために可能な限り単純に設計され、収差の補正は、第２の光学サブシステムの残りの部分、例えば、ケプラー式望遠鏡システムの第２の正レンズ要素および／またはチューブレンズによって実現される。

チューブレンズは、低倍率の対物レンズと同様の光学システムによって形成されていてよい。好ましくは、第２の倍率は、１．０～２．５の範囲にある。さらに、第２の倍率は、対象物側の屈折率と像側の屈折率との比に実質的に等しくなるように決定されていてよい。アンダーサンプリングの場合、すなわち、第２の光学サブシステムに関連付けられた拡大光路の像側開口が完全にサンプリングされていない場合は、屈折率比の一致は、それほど正確である必要はない。この場合、収差は適度になり、例えば、第２の光学サブシステムのイメージセンサを光軸に沿ってシフトさせることによって、像側のフォーカシングが提供されてよい。対象物側のフォーカシングではなく像側のフォーカシングを適用することによって、倒立顕微鏡システムにおいて作動距離が長い液浸対物レンズをフォーカシングする際に生じる問題を回避することができる。したがって、好ましい実施形態では、第２の光学サブシステムは、対象物上に像側のフォーカシングを行うように構成されている。

第２の光学サブシステムはさらに、像側のフォーカシングによって補償される総計５ｍｍの対象物側のデフォーカシングが、第２の光学サブシステムに含まれるイメージセンサの１つのピクセルが受光する所定の積分光強度を生じさせるように、像側のフォーカシングを行うように構成されていてよく、上記の所定の積分光強度は、第２の光学サブシステムの公称焦点状態において、すなわち、対象物側または像側のデフォーカシングがない状態において、上記のピクセルが受光する基準積分光強度の５０％以上である。これによって、あらゆるアンダーサンプリングを考慮して、効率的な像側のデフォーカシングを実現することができる。

好ましくは、対物レンズは、液浸対物レンズによって形成される。上述したように、この光学イメージング装置によって、対物レンズのあらゆる変更を回避することができ、これは、液浸ベースのシステムを使用する場合に特に有利である。

対物レンズは両方の動作状態において使用されるので、好ましい実施形態によれば、液浸媒体を対物レンズに供給するために、ディスペンサが提供されてよい。

好ましくは、光学イメージング装置は、次の条件のうちの少なくとも１つを満たす。
（１）ｆ≦３０ｍｍ
（２）ＮＡ≧０．８
（３）ＦＡＡ≧１ｍｍ
（４）ｄ≦３０ｍｍ
（５）Ｄ＞４．５ｍｍ
ここで、
ｆは、対物レンズの焦点距離を示し、
ＮＡは、第２の動作モードにおける対物レンズの完全開口数を示し、
ＦＡＡは、自由作動距離を示し、
ｄは、上記の正の屈折力を有するレンズ要素から対物レンズの像側端部までの距離を示し、
Ｄは、対物レンズが検出光を集光する対象物領域の直径を示す。

別の態様によれば、上述のような光学イメージング装置を含んでいる顕微鏡が提供される。本発明は、任意のタイプの顕微鏡、例えば、広視野顕微鏡、共焦点顕微鏡、マルチフォトン顕微鏡および特にＯＰＭ構成またはＳＣＡＰＥ構成におけるライトシート顕微鏡に適用されてよい。

別の態様に従って、対象物をイメージングする方法が提供され、この方法は、次のステップ、すなわち、対象物からの検出光を集光し、対物レンズを用いて検出光を光路内にフォーカシングするステップと、対物レンズと相互作用する複数のレンズ要素を含んでいる光学システムによって、対象物を第１の動作モードと第２の動作モードとにおいて選択的にイメージングするステップと、を含んでいる。第１の動作モードでは、対象物の第１の画像が第１の倍率で形成される。第２の動作モードでは、対象物の第２の画像が第２の倍率で形成される。第２の倍率は第１の倍率よりも低い。第２の動作モードを選択するために、光学モジュールが光路内に挿入される。光学モジュールは正の屈折力を有するレンズ要素を含んでおり、この正の屈折力を有するレンズ要素は、光路内に挿入された際に、光学システムの他のレンズ要素よりも、対物レンズの射出瞳に近づくことによって、第１の倍率よりも第２の倍率を低くする。

以降で、図面を参照しながら特定の実施形態について説明する。

一実施形態による顕微鏡を示す概略図である。

図１は、対象物１０４の光学画像を形成するように構成されている光学イメージング装置１０２を含んでいる顕微鏡１００を示している。図１は、顕微鏡１００の一部である光学イメージング装置１０２の動作原理を理解するのに役立ち得る、顕微鏡１００のこれらの特徴を説明するためだけに用いられるということに留意されたい。言うまでもなく、顕微鏡１００は、図１には示されていない付加的な部品を含んでいてよい。

イメージング装置１０２は、図１には示されていない試料キャリア上に配置されている対象物１０４に面した対物レンズ１０６を含んでいる。さらに、イメージング装置１０２は、以降でより詳細に説明する第１の光学サブシステム１１０と第２の光学サブシステム１１２とを含んでいる光学システム１０８を含んでいる。

対物レンズ１０６は、対象物１０４からの検出光を集光し、検出光を光路１１４内にフォーカシングにするように機能する。特に、対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６の対象物側の焦点面と一致する対象物平面に位置する対象物領域１１６からの検出光を捕捉する。したがって、対物レンズ１０６は、対象物領域１１６の光学画像を形成するために光学システム１０８と相互作用する。

対物レンズ１０６は、照明および検出の両方に対して一般的に使用されるレンズであってよい。したがって顕微鏡１００は、図１には示されていない付加的な光学部品を含んでいてよく、これらの部品は、対象物１０４を照明するための光を対物レンズ１０６に供給するように構成されている。択一的または付加的に、顕微鏡１００は、対象物１０４を照明するための別個の光学アレンジメントを含んでいてよい。

光学イメージング装置１０２は、２つの異なる動作モード、すなわち第１の光学サブシステム１１０に関連付けられた第１のモードと、第２の光学サブシステム１１２に関連付けられた第２のモードと、を提供する。特に、第１の光学サブシステム１１０は、第１の動作モードにおいて第１の倍率で対象物１０４の第１の光学画像を形成するために使用される。同様に、第２の光学サブシステム１１２は、第２の動作モードにおいて、第１の倍率よりも低い第２の倍率で対象物１０４の第２の光学画像を形成するために使用される。異なる倍率を有する別個の動作モードを提供することで、ユーザは、例えば、その後でイメージングされる対象物１０４内に適切なＲＯＩを見つけ出すために、第１のステップにおいて、（上述した第２の画像に対応する）低倍率の概観画像を取得することができる。ＲＯＩが見つけ出された後、第２のステップにおいて、（上述の第１の画像に対応する）ＲＯＩの高倍率の画像が取得される。換言すれば、第２の動作モードにおいてイメージングされる対象物領域１１６は、第１の動作モードにおけるそれよりも大きい。したがって、どの画像取得が行われるべきなのかに基づいて倍率を切り替える際に、ユーザが対物レンズ１０６を変更する必要はない。

図１に示されている特定の実施形態によれば、第１の動作モードに関連付けられた第１の光学サブシステム１１０は、広視野顕微鏡法において一般的に使用されるようなレンズ要素によって形成されている。これらのレンズ要素は、例えば、対物レンズ１０６によって生成された像を像平面１２２上にフォーカシングするチューブレンズ１２０を含んでいてよい。第１の光学サブシステム１１０は、図１に、簡略化された形態で示されており、第１の光学サブシステム１１０は、図１に示されていない付加的な光学部品を含んでいてよい。例えば、像平面１２２において対物レンズ１０６によって生成された中間像をイメージセンサに光学的に搬送するために、さらなるレンズ要素が提供されてよい。択一的に、イメージセンサが、像平面１２２に直接的に提供されていてよい。いずれにせよ、対象物１０４を光学的にイメージングするために対物レンズ１０６と協働するのに適した任意の他の光学構成を適用できることに留意されたい。また、像平面１２２をスキャンするために、スキャニングアレンジメント（例えば共焦点スキャナまたはマルチフォトンスキャニングアレンジメント）が使用可能である。

第２の動作モードに関連付けられた第２の光学サブシステム１１２は、光路１１４内に選択的に挿入可能な光学モジュール１１８を含んでいる。この目的のために、光学モジュール１１８は、旋回可能な光学部品によって形成されていてよく、顕微鏡１００は、第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替えるために、光学モジュール１１８を光路１１４内へ旋回させるように、かつ光学モジュール１１８を光路１１４から引っ込めるように構成されている、適切な機構を含んでいてよい。

光学モジュール１１８は、正の屈折力を有するレンズ要素１２６を含んでいる。さらに光学モジュール１１８は、例えばミラーによって形成された光偏向器１２８を含んでいてよい。光学モジュール１１８内に組み込まれている場合、レンズ要素１２６と光偏向器１２８とを、第１の動作モードと第２の動作モードとを選択的に切り替えるために光学モジュール１１８が相応に動かされる際に、一体的に光路１１４内に旋回させることが可能であり、かつ光路１１４から引っ込めることが可能である。

第１の動作モードでは、光学モジュール１１８は光路１１４から引っ込められている。したがって、第２の光学サブシステム１１２は非アクティブ状態に切り替えられており、第１の動作モードでの画像取得のために第１の光学サブシステム１１０が使用される。この目的のために、第１の光学サブシステム１１０は、第１の倍率に従って第１の画像を形成するために対物レンズ１０６と相互作用する。特に、図１の構成によれば、第１の画像が像平面１２２内に生成される。上述したように、第１の画像は、選択されたＲＯＩの高倍率の拡大画像であってよい。

第２の動作モードでは、光学モジュール１１８は光路内１１４内に挿入されている。したがって光偏向器１２８が、光路１１４に沿って伝搬する検出光が第１の光学サブシステム１１０に伝送されるのを阻止し、第１の光学サブシステム１１０は非アクティブ状態に切り替えられている。逆に、第２の光学サブシステム１１２は、第２の光学動作においてアクティブ状態に切り替えられており、ここでは第２の光学サブシステム１１２は対物レンズ１０６と相互作用して、第２の倍率に従って第２の光学画像を生成する。上述したように、第２の倍率は、第１の動作モードにおいて適用される第１の倍率より低く、第２の画像は、適切なＲＯＩを見つけ出すために使用される低倍率の概観画像であってよい。

図１において見て取れるように、光学モジュール１１８が光路１１４内に挿入されている場合には、光学モジュール１１８と一体化されたレンズ要素１２６は、光学システム１０８に含まれているいずれの他のレンズ要素よりも、対物レンズ１０６に近い。上述したように、光学システム１０８は、第１の光学サブシステム１１０と第２の光学サブシステム１１２との両方を含んでおり、これらは第１の動作モードおよび第２の動作モードにそれぞれ関連付けられている。特に、レンズ要素１２６は、対物レンズ１０６の射出瞳１３０のできるだけ近くに位置付けられている。図１に示されている特定の実施形態では、射出瞳１３０は、対物レンズ１０６のハウジング１３２内に配置されている。したがって光学モジュール１１８のレンズ要素１２６は、場合によってはハウジング１３２の端面１３４とレンズ要素１２６との間の距離を変化させる、対象物１０４に対する対物レンズ１０６のあらゆるフォーカシング運動を考慮して、ハウジング１３２の端面１３４にできるだけ近くに位置付けられている。

正のレンズ要素１２６が対物レンズ１０６の射出瞳１３０から短い軸線方向距離に位置付けされているので、検出光の大きな画角によって生じる光束の横方向広がりが比較的小さい場所で、検出光がレンズ要素１２６によって集光される。したがって、レンズ要素１２６を、相応に小さくすることができる。特に、焦点距離が長い、高い開口数の対物レンズを使用する必要はない。このような長い焦点距離は、顕微鏡対物レンズを極めて高価なものにしてしまう。

図１において見て取れるように、光偏向器１２８は、対物レンズ１０６の射出瞳１３０から光偏向器１２８へと通じる光路１１４から光側路１３６を分岐させる。光側路１３６は、適切なＲＯＩが見つけ出される低倍率の概観画像を生成するために第２の動作モードにおいて使用される概観光路とみなされてよい。これとは対照的に、光側路１３６の分岐のない光路１１４全体は、選択されたＲＯＩの高倍率の拡大画像を生成するために第１の動作モードで使用される主要光路とみなされてよい。

図１に示された特定の実施形態では、第２の光学サブシステム１１２は、ケプラー式望遠鏡システム１３８を含んでおり、このケプラー式望遠鏡システム１３８は、それぞれが正の屈折力を有する２つのレンズ要素を含んでいる。これら２つのレンズ要素のうちの第１のレンズ要素は、光学モジュール１１８の一部であるレンズ要素１２６によって形成されている。顕微鏡システム１３８の第２のレンズ要素は、光側路１３６に沿ってレンズ要素１２６の下流に配置されている要素１４０によって形成されている。換言すれば、光学モジュール１１８が光路１１４内に挿入されている場合、レンズ要素１２６とレンズ要素１４０とが組み合わされて、ケプラー式望遠鏡システム１３８が形成され、これは、第２の動作モードにおいてアクティブ状態に切り替えられている。

ケプラー式望遠鏡システム１３８は、光側路１３６内で対物レンズ１０６の射出瞳１３０の実像１４２を形成するように構成されている。特に、射出瞳１３０の実像１４２は、ケプラー式望遠鏡システム１３８の第２のレンズ要素１４０の下流で生成される。開口絞り１４４が、射出瞳１３０の実像１４２の位置に提供されてよい。さらに、光側路１３６に沿って、開口絞り１４４の下流に、第２の光学サブシステム１１２が、チューブレンズ１４６およびイメージセンサ１４８を含んでいてよい。チューブレンズ１４６は、光側路１３６を伝搬する検出光をイメージセンサ１４８上にフォーカシングするように構成されており、これによって第２の倍率に基づいて第２の画像が形成される。

ケプラー式望遠鏡システム１３８の第２の光学要素１４０は、自身を通過する検出光をコリメートし、検出光の各光束は、対象物領域１１６の単一の点に関連付けられている。これに関連して、ケプラー式望遠鏡システム１３８が、図１に示されていないフィールドレンズをさらに含んでいてよいことに留意されたい。このようなフィールドレンズは、２つの正のレンズ要素１２６，１４０の間に配置されている。

上述の開口絞り１４４は、対物レンズ１０６のイメージングされた射出瞳１３０を絞り込むために使用されてよい。したがって、対物レンズにおいて大きな画角および高い開口数で生じるケラレまたは収差によって生じる弊害が、光側路１３６において生じることを阻止することができる。

図１に示された実施形態では、ケプラー式望遠鏡システム１３８の第２の正のレンズ要素および／またはチューブレンズ１４６は、光学モジュール１１８に組み込まれ、ケプラー式望遠鏡システム１３８の第１のレンズを形成する正のレンズ要素１２６よりも、収差が補正されてよい。したがって、補正されたレンズ要素１３８，１４６が、光学モジュール１１８の正のレンズ要素１２６によって生じる残存収差を補正するために使用される。

図１に示されている構成は、ケプラー式望遠鏡システム１３８とチューブレンズ１４６との間の付加的な無限光路を提供しており、上記の付加的な無限光路は、射出瞳１３０の実像１４２の形態の実際の中間瞳を含んでいる。付加的な無限光路は、付加的な光学部品を顕微鏡１００に組み込むために使用されてよく、これは、例えば、落射蛍光照明、位相フィルタ、位相変調器のための部品などである。

これに関連して、対物レンズ１０６から第１の光学サブシステム１１０に至る光路１１４が同様に無限光路を形成していることに留意されたい。しかし、この無限光路は、（少なくとも部分的に）第１の動作モードおよび第２の動作モードの両方に関連付けられている。したがって、第２の動作モードを実施するために専用に決定された光学部品を組み込むためには利用されない。

一例として、対物レンズ１０６は、上述した条件（１）～（５）において指定されたパラメータによって特徴付けられていてよい。図１を参照すると、条件（３）の作動距離ＦＡＡは、対物レンズ１０６の対象物側前端から対象物領域１１６までの距離を示し、条件（４）の距離ｄは、レンズ要素１２６から対物レンズ１０６の端面１３５までの距離を示し、条件（５）の直径Ｄは、光軸方向に対して垂直な対象物領域１１６の直径を示している。直径Ｄが、第２の動作モードにおいてイメージングされる対象物領域１１６を指すことに留意されたい。上記から理解できるように、第２の動作モードに関連付けられた対象物領域１１６は、第１の動作モードに関連付けられた対象物領域より大きい。

本実施形態によれば、第２の動作モードにおいて適用される第２の倍率は、１．０～２．５の範囲にあってよい。上記で説明した理由から、対象物側のフォーカシングよりも像側のフォーカシングが適用されてよい。この目的のために、イメージセンサ１４８は、フォーカシングを実現するために光軸方向に沿ってシフトされてよい。像側のフォーカシングの択一的な実現では、イメージセンサ１４８は固定されて保持され、チューブレンズ１４６は光軸に沿ってシフトされる。

対物レンズ１０６が液浸対物レンズによって形成されている場合には、像側のフォーカシングの適用が特に有利である。したがって、対象物側のフォーカシングではなく像側のフォーカシングを利用する場合には、対象物１０４と対物レンズ１０６との間での軸線方向の移動を回避することができる。したがって、対象物１０４と対物レンズ１０６との間に配置された液浸媒体１５０は、フォーカシングの影響を受けないままである。液浸対物レンズを使用する場合、イメージング装置１０２は、対象物１０４と対物レンズ１０６の前端との間の空間内に液浸媒体１５０を供給するディスペンサ１５２を含んでいてよい。

本発明が、上述した実施形態に限定されないことに留意されたい。特に、対物レンズの射出瞳の近くに配置された正のレンズ要素を含む光学モジュールを挿入することによって切り替え可能な２つの異なる倍率での画像取得を実現するために、任意のタイプの顕微鏡が使用されてよい。例えば、ＯＰＭ構成またはＳＣＡＰＥ構成などにおけるライトシート顕微鏡が使用されてよい。

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。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。

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、デジタル記録媒体は、コンピュータ読取可能であってもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１００ 顕微鏡
１０２ 光学イメージング装置
１０４ 対象物
１０６ 対物レンズ
１０８ 光学システム
１１０ 第１の光学サブシステム
１１２ 第２の光学サブシステム
１１４ 光路
１１６ 対象物領域
１１８ 光学モジュール
１２０ チューブレンズ
１２２ 像平面
１２６ 正の屈折力を有するレンズ要素
１２８ 光偏向器
１３０ 射出瞳
１３２ ハウジング
１３４ 端面
１３６ 光側路
１３８ ケプラー式望遠鏡システム
１４０ レンズ要素
１４２ 射出瞳の実像
１４４ 開口絞り
１４６ チューブレンズ
１４８ イメージセンサ
１５０ 液浸媒体
１５２ ディスペンサ

Claims (12)

1. 顕微鏡（１００）用の光学イメージング装置（１０２）であって、前記光学イメージング装置（１０２）は、
   対象物（１０４）からの検出光を集光し、前記検出光を光路（１１４）内に導くように構成されている対物レンズ（１０６）と、
   第１の動作モードと第２の動作モードとにおいて、前記対象物（１０４）を選択的に光学的にイメージングするために、前記対物レンズ（１０６）と相互作用するように構成されている複数のレンズ要素を含んでいる光学システム（１０８）と、
   を含んでおり、
   前記光学システム（１０８）は、前記第１の動作モードに関連付けられた第１の光学サブシステム（１１０）を含んでおり、前記第１の光学サブシステム（１１０）は、第１の倍率で前記対象物（１０４）の第１の画像を形成するように構成されており、
   前記光学システム（１０８）は、前記第２の動作モードに関連付けられた第２の光学サブシステム（１１２）を含んでおり、前記第２の光学サブシステム（１１２）は、第２の倍率で、前記対象物（１０４）の第２の画像を形成するように構成されており、前記第２の倍率は、前記第１の倍率よりも低く、
   前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記第２の動作モードを選択するために前記光路（１１４）内に挿入可能な光学モジュール（１１８）を含んでおり、前記光学モジュール（１１８）は、前記光路（１１４）内に挿入された際に、前記光学システム（１０８）の他のレンズ要素よりも、前記対物レンズ（１０６）の射出瞳（１３０）に近づくことによって、前記第１の倍率よりも前記第２の倍率を低くする正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）を含んでおり、
   前記光学モジュール（１１８）は、前記光路（１１４）内に挿入されると、前記光路（１１４）から光側路（１３６）を分岐させるように構成されている光偏向器（１２８）をさらに含んでおり、前記第２の画像は、前記光側路（１３６）において形成されており、
   前記第２の光学サブシステム（１１２）は、ケプラー式望遠鏡システム（１３８）を含んでおり、前記ケプラー式望遠鏡システム（１３８）は、前記光学モジュール（１１８）に含まれている前記正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）によって形成される、第１の最も対象物側のレンズ要素を有しており、
   前記ケプラー式望遠鏡システム（１３８）は、前記射出瞳（１３０）の像（１４２）を形成するように構成されており、
   前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記射出瞳（１３０）の前記像（１４２）の位置に配置された開口絞り（１４４）を含んでおり、前記像（１４２）は、実像として形成されている、
   光学イメージング装置（１０２）。
2. 前記ケプラー式望遠鏡システム（１３８）は、前記検出光の複数の光束をコリメートするように構成されている正の屈折力を有する第２のレンズ要素（１４０）を含んでおり、
   各光束は、対象物領域（１１６）の単一の点に関連付けられており、前記単一の点から前記対物レンズ（１０６）は、前記検出光を集光する、
   請求項１記載の光学イメージング装置（１０２）。
3. 前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記検出光を像平面上にフォーカシングを行うように構成されているチューブレンズ（１４６）を含んでいる、
   請求項１または２記載の光学イメージング装置（１０２）。
4. 前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記像平面に配置されているイメージセンサ（１４８）を含んでいる、
   請求項３記載の光学イメージング装置（１０２）。
5. 前記第２の光学サブシステム（１１２）の前記レンズ要素（１４０，１４６）のうちの少なくとも１つのレンズ要素は、前記光学モジュール（１１８）に含まれている、前記正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）の残留収差を補正するように構成されている、
   請求項２から４までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）。
6. 前記第２の倍率は、１．０～２．５の範囲にある、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）。
7. 前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記対象物（１０４）上に像側のフォーカシングを行うように構成されている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）。
8. 前記対物レンズ（１０６）は、液浸対物レンズによって形成されている、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）。
9. 前記光学イメージング装置（１０２）は、前記対物レンズ（１０６）に液浸媒体（１５０）を供給するように構成されているディスペンサ（１５２）を含んでいる、
   請求項８記載の光学イメージング装置（１０２）。
10. 条件
    （１）ｆ≦３０ｍｍ
    （２）ＮＡ≧０．８
    （３）ＦＡＡ≧１ｍｍ
    （４）ｄ≦３０ｍｍ
    （５）Ｄ＞４．５ｍｍ
    のうちの少なくとも１つが満たされており、
    ｆは、前記対物レンズ（１０６）の焦点距離を示し、
    ＮＡは、前記第２の動作モードにおける前記対物レンズ（１０６）の完全開口数を示し、
    ＦＡＡは、自由作動距離を示し、
    ｄは、前記正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）から前記対物レンズ（１０６）の像側端部までの距離を示し、
    Ｄは、前記第２の動作モードにおいて前記対物レンズ（１０６）が前記検出光を集光する対象物領域（１１６）の直径を示している、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学イメージング装置（１０２）を含んでいる顕微鏡（１００）。
12. 対象物（１０４）をイメージングする方法であって、前記方法は、
    前記対象物（１０４）からの検出光を集光し、対物レンズ（１０６）を用いて前記検出光を光路（１１４）内にフォーカシングするステップと、
    前記対物レンズ（１０６）と相互作用する複数のレンズ要素を含んでいる光学システム（１０８）によって、前記対象物（１０４）を第１の動作モードと第２の動作モードとにおいて選択的にイメージングするステップと、
    を含んでおり、
    前記第１の動作モードでは、前記対象物（１０４）の第１の画像を第１の倍率で形成し、
    前記第２の動作モードでは、前記対象物（１０４）の第２の画像を第２の倍率で形成し、前記第２の倍率は、前記第１の倍率よりも低く、
    前記第２の動作モードを選択するために、光学モジュール（１１８）を前記光路（１１４）内に挿入し、前記光学モジュール（１１８）は、正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）を含んでおり、前記正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）は、前記光路（１１４）内に挿入された際に、前記光学システム（１０８）の他のレンズ要素よりも、前記対物レンズ（１０６）の射出瞳（１３０）に近づくことによって、前記第１の倍率よりも前記第２の倍率を低くし、
    前記光学モジュール（１１８）は、前記光路（１１４）内に挿入されると、前記光路（１１４）から光側路（１３６）を分岐させるように構成されている光偏向器（１２８）をさらに含んでおり、前記第２の画像は、前記光側路（１３６）において形成されており、
    前記光学システム（１０８）は、前記第２の動作モードに関連付けられた第２の光学サブシステム（１１２）を含んでおり、
    前記第２の光学サブシステム（１１２）は、ケプラー式望遠鏡システム（１３８）を含んでおり、前記ケプラー式望遠鏡システム（１３８）は、前記光学モジュール（１１８）に含まれている前記正の屈折力を有するレンズ要素（１２６）によって形成される、第１の最も対象物側のレンズ要素を有しており、
    前記ケプラー式望遠鏡システム（１３８）は、前記射出瞳（１３０）の像（１４２）を形成するように構成されており、
    前記第２の光学サブシステム（１１２）は、前記射出瞳（１３０）の前記像（１４２）の位置に配置された開口絞り（１４４）を含んでおり、前記像（１４２）は、実像として形成されている、
    方法。

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