(57)【要約】      （修正有）【課題】結像とフォーカシングの両方に同じ対物レンズと同じカメラを用いることで、別のフォーカシングシステムを備える顕微鏡に比してコストを削減した顕微鏡を提供する。【解決手段】顕微鏡対物レンズ７と、カメラ１４と、第１光路に沿って対物レンズ７を介してカメラ１４に対象物５５を結像する結像光学システム３０とを備え、投影光学システム４０は、対物レンズ７を介して対象物５５上にテスト像を投影するために備えられ、結像光学システム３０は、対物レンズ７を介して、および第１光路の少なくとも一部に沿って、投影されたテスト像を、対象物５５からカメラ１４に結像するように構成され、フォーカス調節システム３５は、カメラ１４にテスト像をフォーカスするために備えられる。【選択図】図１
2020197703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡対物レンズと、
少なくとも一つのカメラと、
前記対物レンズを介して前記少なくとも一つのカメラに、対象物を第１光路に沿って結像するように構成された結像光学システムと、
前記対物レンズを介して、前記対象物上にテスト像を投影するように構成された投影光学システムと、
フォーカス調節システムと、を備え、
前記結像光学システムは、前記対物レンズを介して、および前記第１光路の少なくとも一部に沿って、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像するように構成され、
前記フォーカス調節システムは、前記少なくとも一つのカメラに、前記テスト像をフォーカスするように動作可能である、
顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は、
前記投影光学システムが、前記テスト像を前記対象物に投影し、
前記結像光学システムが、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像し、
前記フォーカス調性システムが、前記テスト像を前記少なくとも一つのカメラにフォーカスする、
フォーカシングモードで動作可能である。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は、前記結像光学システムが、前記対象物を前記少なくとも一つのカメラに結像する結像モードで動作可能であり、
好ましくは、前記投影光学システムは、前記結像モードにおいて非動作状態である。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記投影光学システムは、前記テスト像を、前記第１光路の一部に沿って、前記対象物に投影する。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
第１ビームスプリッタが、前記第１光路における前記結像光学システムに含まれており、
前記投影光学システムは、前記テスト像を、前記第１ビームスプリッタによって、前記対象物に投影するように構成される。
【請求項６】
請求項５に記載の顕微鏡において、
前記投影光学システムは、光学プロジェクタを含み、
前記第１ビームスプリッタは、前記光学プロジェクタからの光を、第１と第２の部分に分け、前記対物レンズを介して前記対象物に前記テスト像を投影するために、前記第１の部分を前記対物レンズに向けるように構成され、
好ましくは、前記ビームスプリッタは、前記第１光路に沿って前記テスト像を前記対象物に投影するために、前記第１の部分を前記対物レンズに向けるように構成される。
【請求項７】
請求項６に記載の顕微鏡において、
前記光学プロジェクタは、第１周波数帯の光を生成するように構成された第１光源を含み、
前記第１ビームスプリッタは、前記第１周波数帯の光を分けるように構成され、
好ましくは、前記第１ビームスプリッタは、光の前記第１の部分を反射させ、光の前記第２の部分を透過するように構成されている。
【請求項８】
請求項７に記載の顕微鏡において、
前記第１光源は、赤外線（ＩＲ）の、または、近赤外線（ＮＩＲ）の光源、または、白色光源である。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記対象物を照射するための第２光源を備える照射光学システムをさらに備える。
【請求項１０】
請求項９に記載の顕微鏡において、請求項５に従属する場合、
前記照射光学システムは、前記第２光源からの光を、前記第１ビームスプリッタを介して前記対象物上に向けるように構成され、
好ましくは、前記第２光源は、第２周波数帯で光を生成するように構成され、
前記第１ビームスプリッタは、前記第２周波数帯の光を透過するように構成される。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の顕微鏡において、請求項２に従属する場合、
前記フォーカシングモードモードでは、前記第２光源は非動作状態である。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記第２光源は、少なくとも一つのレーザ装置を備える。
【請求項１３】
請求項５ないし請求項１２のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記第１ビームスプリッタは、使用される前記対象物から発せられる蛍光発光に対応する周波数帯の光を透過するように構成される。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記対象物を受けるステージを含み、
前記フォーカス調節システムは、前記光軸に沿って前記ステージと前記対物レンズとの間の相対的な移動をもたらすことにより、前記テスト像を前記少なくとも一つのカメラにフォーカスするように動作可能である。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも一つのカメラは、ディジタルイメージセンサを有するディジタルカメラであり、
前記フォーカス調節システムは、前記テスト像を前記イメージセンサ上にフォーカスするように動作可能である。
【請求項１６】
請求項２に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡の一またはそれ以上の環境パラメータを検出する少なくとも一つのセンサを備え、
前記顕微鏡は、前記少なくとも一つのセンサから入力に応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成され、
前記少なくとも一つのセンサは、少なくとも一つの温度センサを備えてもよく、
前記顕微鏡は、閾値以上の温度変化または温度勾配を検出する前記少なくとも一つの温度センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【請求項１７】
請求項２または請求項１６に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも一つのセンサは、少なくとも一つの衝撃センサ、および／または少なくとも一つの振動センサを備え、
前記顕微鏡は、閾値以上の衝撃または振動を検出する前記少なくとも一つの衝撃センサまたは振動センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【請求項１８】
請求項２に記載の顕微鏡において、
前記対物レンズまたは前記ステージの移動を検出する少なくとも一つの移動センサを備え、
前記顕微鏡は、閾値以上の前記ステージまたは前記対物レンズの移動を検出する前記少なくとも一つの移動センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【請求項１９】
請求項２に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は、周期的に、または、ユーザ入力に応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記フォーカス調節システムは手動で操作可能である。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記フォーカス調節システムは、前記対物レンズと前記対象物との間の相対的移動をもたらす手段を備える。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記フォーカス調節システムは、コントラスト検出方式の自動フォーカシングを実行するようにプログラムされたコントローラを備える。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項２２のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも一つのカメラは、第１カメラを備え、
前記結像光学システムは、前記対象物を、前記第１光路に沿って、前記対物レンズを介して前記第１カメラに結像するように構成され、
前記結像光学システムは、前記投影されたテスト像を、前記第１光路に沿って、前記対象物から前記第１カメラに結像するように構成され、
前記フォーカス調節システムは、前記第１カメラに前記テスト像をフォーカスするように動作可能であり、
好ましくは、前記少なくとも一つのカメラは、前記第１カメラのみを備える。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２２のいずれか一項に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも一つのカメラは、第１カメラおよび第２カメラを備え、
前記結像光学システムは、前記第１光路に沿って、前記対象物を、前記対物レンズを介して前記第１カメラに結像するように構成され、
前記結像光学システムは、前記対物レンズを介して、前記第１光路の一部に沿って、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記第２カメラに結像し、
前記フォーカス調節システムは、前記第２カメラに前記テスト像をフォーカスするように動作可能であり、
好ましくは、ビームスプリッタは、前記第２カメラに向かってテスト像ビームを反射するために、前記第１光路に備えられる。
【請求項２５】
第１光路に沿って、対物レンズを介して、対象物を少なくとも一つのカメラに結像する結像光学システムを有する顕微鏡におけるフォーカス調節の方法であって、
前記対物レンズを介して前記対象物にテスト像を投影し、
前記対物レンズを介して、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像し、
前記少なくとも一つのカメラに前記テスト像をフォーカスする、
フォーカス調節の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡におけるフォーカシングに関する。本発明は、特に、これに限られるものではないが、顕微鏡におけるフォーカスずれを補償することに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォーカスずれという用語は、時間の経過と共に、例えば、温度変化、機械的な衝撃、または振動の結果として、選択された焦点面を顕微鏡が維持できなくなることを意味する。顕微鏡によって得られる画質は、フォーカスずれによって、特に高い距離分解能で操作している時に不利な影響を受け得る。
【０００３】
顕微鏡におけるフォーカスずれの補償は、結像システムとは別にフォーカスへ補償システムを提供することにより行われることが知られている。典型的には、顕微鏡の結像軸から空間的に離れた赤外線（ＩＲ）参照ビームが、顕微鏡の対物レンズの上または下の無限遠空間に入射される。同様に空間的に離れ、戻ってくるＩＲ信号が検出され、顕微鏡の主結像光路から離れた専用の結像光路を用いて結像される。この配置は、参照面上における連続的な閉ループフィードバックがフォーカス補償を提供することを可能にするが、フォーカス補償に専用の結像光路を必要とする費用が掛かる。
【０００４】
この目的のために専用の結像光路を必要とすることなく、顕微鏡におけるフォーカスずれ補償をサポートすることが望ましい。より一般的には、顕微鏡のための比較的に安価なフォーカスシステムを提供することも望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、顕微鏡は、
少なくとも一つのカメラと、
前記対物レンズを介して前記少なくとも一つのカメラに、対象物を第１光路に沿って結像するように構成された結像光学システムと、
前記対物レンズを介して、前記対象物上にテスト像を投影するように構成された投影光学システムと、
フォーカス調節システムと、を備え、
前記結像光学システムは、前記対物レンズを介して、および前記第１光路の少なくとも一部に沿って、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像するように構成され、
前記フォーカス調節システムは、前記少なくとも一つのカメラに、前記テスト像をフォーカスするように動作可能である。
【０００６】
好ましくは、  前記顕微鏡は、前記投影光学システムが、前記テスト像を前記対象物に投影し、前記結像光学システムが、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像し、前記フォーカス調性システムが、前記テスト像を前記少なくとも一つのカメラにフォーカスする、フォーカシングモードで動作可能である。前記顕微鏡は、典型的には、前記結像光学システムが、前記対象物を前記少なくとも一つのカメラに結像する結像モードで動作可能である。前記投影光学システムは、好ましくは、前記結像モードにおいて非動作状態である。
【０００７】
好ましい実施形態では、前記投影光学システムは、前記テスト像を、前記第１光路の一部に沿って、前記対象物に投影するように構成される。
【０００８】
好ましい実施形態では、第１ビームスプリッタが、前記第１光路における前記結像光学システムに含まれており、前記投影光学システムは、前記テスト像を、前記第１ビームスプリッタによって、前記対象物に投影するように構成される。前記投影光学システムは、光学プロジェクタを含み、前記第１ビームスプリッタは、前記光学プロジェクタからの光を、第１と第２の部分に分け、前記対物レンズを介して前記対象物に前記テスト像を投影するために、前記第１の部分を前記対物レンズに向けるように構成される。前記ビームスプリッタは、前記第１光路に沿って前記テスト像を前記対象物に投影するために、前記第１の部分を前記対物レンズに向けるように構成されても良い。
【０００９】
典型的には、前記光学プロジェクタは、第１周波数帯の光を生成するように構成された第１光源を含み、前記第１ビームスプリッタは、前記第１周波数帯の光を分けるように構成される。前記第１ビームスプリッタは、光の前記第１の部分を反射し、光の前記第２の部分を透過するように構成されても良い。好ましい実施形態では、前記第１光源は、赤外線（ＩＲ）の、または、近赤外線（ＮＩＲ）の光源、または、白色光源である。
【００１０】
好ましい実施形態では、顕微鏡は、記対象物を照射するための第２光源を備える照射光学システムを含む。前記照射光学システムは、前記第２光源からの光を、前記第１ビームスプリッタを介して前記対象物上に向けるように構成されていても良い。前記第２光源は、第２周波数帯で光を生成するように構成されても良く、前記第１ビームスプリッタは、前記第２周波数帯の光を透過するように構成される。好ましくは、前記フォーカシングモードモードでは、前記第２光源は非動作状態である。典型的には、前記第２光源は、少なくとも一つのレーザ装置を備える。
【００１１】
好ましい実施形態では、前記第１ビームスプリッタは、使用される前記対象物から発せられる蛍光発光に対応する周波数帯の光を透過するように構成される。
【００１２】
好ましい実施形態では、前記顕微鏡は、前記対象物を受けるステージを含み、前記フォーカス調節システムは、前記光軸に沿って前記ステージと前記対物レンズとの間の相対的な移動をもたらすことにより、前記テスト像を前記少なくとも一つのカメラにフォーカスするように動作可能である。
【００１３】
典型的には、前記少なくとも一つのカメラは、ディジタルイメージセンサを有するディジタルカメラであり、前記フォーカス調節システムは、前記テスト像を前記イメージセンサ上にフォーカスするように動作可能である。
【００１４】
前記顕微鏡は、前記顕微鏡の一またはそれ以上の環境パラメータを検出する少なくとも一つのセンサを備え、前記顕微鏡は、前記少なくとも一つのセンサから入力に応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。前記少なくとも一つのセンサは、少なくとも一つの温度センサを備えてもよく、前記顕微鏡は、閾値以上の温度変化または温度勾配を検出する前記少なくとも一つの温度センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。前記少なくとも一つのセンサは、少なくとも一つの衝撃センサ、および／または少なくとも一つの振動センサを備え、前記顕微鏡は、閾値以上の衝撃または振動を検出する前記少なくとも一つの衝撃センサまたは振動センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【００１５】
前記顕微鏡は、前記対物レンズまたは前記ステージの移動を検出する少なくとも一つの移動センサを備え、前記顕微鏡は、閾値以上の前記ステージまたは前記対物レンズの移動を検出する前記少なくとも一つの移動センサに応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。
【００１６】
前記顕微鏡は周期的に、または、ユーザ入力に応じて、前記フォーカシングモードを採用するように構成される。前記フォーカス調節システムは手動で操作可能である。
【００１７】
典型的には、前記フォーカス調節システムは、前記対物レンズと前記対象物との間の相対的移動をもたらす手段を備える。
【００１８】
典型的には、前記フォーカス調節システムは、コントラスト検出方式の自動フォーカシングを実行するようにプログラムされたコントローラを備える。
【００１９】
好ましい実施形態では、前記少なくとも一つのカメラは、第１カメラを備え、前記結像光学システムは、前記対象物を、前記第１光路に沿って、前記対物レンズを介して前記第１カメラに結像するように構成され、前記結像光学システムは、前記投影されたテスト像を、前記第１光路に沿って、前記対象物から前記第１カメラに結像するように構成され、前記フォーカス調節システムは、前記第１カメラに前記テスト像をフォーカスすように動作可能であり、好ましくは、前記少なくとも一つのカメラは、前記第１カメラのみを備える。
【００２０】
あるいは、前記少なくとも一つのカメラは、第１カメラおよび第２カメラを備え、前記結像光学システムは、前記第１光路に沿って、前記対象物を、前記対物レンズを介して前記第１カメラに結像するように構成され、前記結像光学システムは、前記対物レンズを介して、前記第１光路の一部に沿って、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記第２カメラに結像し、前記フォーカス調節システムは、前記第２カメラに前記テスト像をフォーカスするように動作可能である。ビームスプリッタは、前記第２カメラに向かってテスト像ビームを反射するために、前記第１光路に備えられても良い。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、本発明は、第１光路に沿って、対物レンズを介して、対象物を少なくとも一つのカメラに結像する結像光学システムを有する顕微鏡におけるフォーカス調節の方法であって、前記対物レンズを介して前記対象物にテスト像を投影し、
前記対物レンズを介して、前記投影されたテスト像を、前記対象物から前記少なくとも一つのカメラに結像し、前記少なくとも一つのカメラに前記テスト像をフォーカスする。
【００２２】
有利なことに、結像とフォーカシンの両方に同じ対物レンズと好ましくは同じカメラが用いられる。この構成は、別のフォーカシングシステムを備える公知の顕微鏡に比して顕微鏡のコストを削減することを可能とする。好ましい実施形態では、光学結像システムとカメラは、フォーカスずれ補正を実行する。この構成は、フォーカスずれ補正のための付加的な専用の結像システムの必要を省き、顕微鏡の経費と複雑さを削減する。
【００２３】
本発明の実施形態は、例を通して、同じ部分について同じ符号が用いられた添付図面を参照しつつ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の態様を具現化する顕微鏡の模式図である。
【図２】図２は、結像のための励起ビームの供給を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の光路の一部に沿った励起ビームの経路を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図４】図４は、第１の光路の一部に沿ったサンプル蛍光信号の経路を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図５】図５は、第１の光路の一部に沿ったサンプル蛍光信号または反射テストビームの経路を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図６】図６は、テスト像の投影を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、顕微鏡が空気対物レンズを有する場合におけるサンプルからのテスト像の反射の模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、顕微鏡が水浸対物レンズを有する場合におけるサンプルからのテスト像の反射の模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、顕微鏡が油浸対物レンズを有する場合におけるサンプルからのテスト像の反射の模式図である。
【図８】図８は、第１の光路の一部に沿った反射テスト信号の経路を示す図１の顕微鏡の一部を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明を具現化する他の顕微鏡の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図に示されるように、本発明の第１の態様を具現化する顕微鏡は、一般的に符号１００として示される。顕微鏡１００は、光学顕微鏡であり、当業者にとって明らかであるように、本発明を具現化する顕微鏡は他の従来型であってもよいが、図示の実施形態では、スピニングディスク共焦点顕微鏡である。
【００２６】
顕微鏡１００は、結像されるべき対象物５５を受けるステージ２０を備える。対象物５５は、典型的には、標本、例えば生物標本が置かれるスライド９を備える。標本は、典型的には、媒体、例えば水に、浸される。カバースライド８は、必要に応じ、標本上に置かれてもよい。
【００２７】
顕微鏡１００は、対象物５５を光路に沿ってカメラ１４に結像する結像光学システム３０を備えている。特に、結像光学システム３０が、カメラ１４の焦点面に対象物５５の像をフォーカスすることが望ましい。結像光学システム３０は、一連の光学装置を備え、典型的には、カメラ１４に対象物５５を結像するように、すなわち、一連の光学装置を介して、カメラ１４において対象物５５の像を形成するように配置された、少なくとも一つのレンズ、オプションとして、少なくとも一つのミラーを備える。結像光学システム３０は、顕微鏡対物レンズ７、好ましくは、無限遠補正顕微鏡対物レンズを備える。結像光学システム３０は、また、対象物５５の中間像を、例えば、共焦点スピニングピンホールディスク１１に形成するように構成されたチューブレンズ１０を備える。オプションとして、ミラー１９が対物レンズ７とチューブレンズ１０の間に設けられ、ミラー１９は、対物レンズ７の光軸に正しく揃えられた励起ビームを生じさせるように構成される。図示された実施形態では、結像光学システム３０は、チューブレンズ１０とカメラ１４の間に、第１結像平面リレーレンズ１３と、第２結像平面リレーレンズ１３’とを含む。オプションとして、ミラー２１が、リレーレンズ１３，１３’の間に設けられ、ミラー２１は、第２リレーレンズ１３’の光軸に最適に揃えられた蛍光ビームを発生させるように構成される。他の実施形態（図示せず）では、結像光学システムは、他の好適なレンズの配置、および、必要であればミラーを備えてもよい。
【００２８】
好ましい実施形態においては、カメラ１４は、ディジタルイメージセンサ２２、例えば、ＣＣＤセンサを備えるディジタルカメラである。結像光学システム３０は、イメージセンサ２２に対象物５５を結像する。特に、結像光学システム３０は、対象物５５の像をセンサ２２上にフォーカスすることが望ましい（センサ２２のイメージセンシング面は結像光学システム３０の焦点面に位置している。）。
【００２９】
顕微鏡１００は、カメラ１４に対象物５５の像をフォーカスするために、結像光学システム３０および／またはステージ２０を調整するフォーカス調節システム３５を含む。フォーカス調節システム３５は、対物レンズ７の光軸に対応する軸方向に、ステージ２０と対物レンズ７との間に相対的な移動をもたらす手段を備える。典型的な実施形態では、対物レンズ７は、ステージ２０、したがって、対象物５５に対して、軸方向に移動自在である。この目的を達成させるため、対物レンズ７は、移動自在な支持構造１５、典型的には、対物レンズターレットによって、移動される。図示された実施形態においては、ターレット１５、および従って対物レンズ７は、矢印Ａ−Ａ’ で示される方向に移動自在である。ターレット１５は、矢印Ａ−Ａ’ の方向にターレット１５を移動させるドライブシステム（図示せず）、例えば、モータを備えたドライブシステム、または、圧電性のドライブシステムを含んでもよいし、そのようなドライブシステムに結合されていてもよい。モータを備えたいかなる好適な従来のドライブシステムを用いてもよい。対象物５５へ向かう、および対象物５５から離れる対物レンズ７の軸方向における移動は、カメラ１４における画像のフォーカスを調節する。従って、移動自在な対物レンズユニット７，１５は、フォーカシングシステム３５の一部として貢献する。典型的には、ステージ２０は、焦点を合わせている間は静止しており、対物レンズ７は相対的に移動する。あるいは、対物レンズ７が焦点を合わせている間に静止状態を保つようにされる場合には、ステージ２０は、対物レンズ７に対して軸方向に移動されるようにしてもよい。より一般的には、対物レンズ７とステージ２０のいずれか一つ、あるいはそれらの双方は、焦点を合わせるために、お互いに向かって、およびお互いから離れるように、軸方向に移動可能してもよい。
【００３０】
フォーカス調節システム３５は、また、カメラ１４に像をフォーカスするために、対物レンズ７の（および／または、適用できる場合には、ステージ２０の）移動を制御するコントローラ５０を含む。コントローラ５０は、いかなる従来の形態をとってもよく、典型的には、好適にプログラムされたプロセッサ、例えば、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備える。フォーカス調節システムは、好ましくは、カメラ１４における像の自動フォーカスを実行するように構成される。この目的を達成するため、カメラ１４、および／または顕微鏡１００は、いかなる従来の自動フォーカス手段を含んでもよい。例えば、コントローラ５０は、いかなる従来のコントラスト検出方式の自動フォーカスアルゴリズムを用いて、コントラスト検出方式の自動フォーカスを実行するようにプログラムされていても良い。コントラスト検出方式の自動フォーカスを実行するためには、コントローラ５０は、センサ２２の画素の少なくともいくつかによって検出した光の強度をモニタし、コントラスト検出方式の自動フォーカスアルゴリズムに従って、検出された光強度を制御するように、例えば、最大化するように、対物レンズ７を動かしてもよい。あるいは、カメラ１４、および／または顕微鏡１００は、位相検出方式の自動フォーカスを実行するように構成されていてもよい。
【００３１】
顕微鏡１００は、対象物５５に、特に、対象物５５に含まれる標本に照射するための照射光学システム４５を含む。照射光学システム４５は、光源２５を備えており、好ましい実施形態においては、一またはそれ以上のレーザ装置を備えているが、あるいは、他の好適な従来の光源、例えば、一またはそれ以上のＬＥＤ、または一またはそれ以上の白熱電球を備えていても良い。光源２５は、本願に合うように、および、当業者に明らかなように、一またはそれ以上の周波数帯で光を発生させるように構成されていても良い。例えば、対象物５５が（本質的に蛍光可能、すなわち自発蛍光であるため、あるいは、一またはそれ以上の蛍光マーカ（例えば、プロテインまたは染料）が標本に加えられたため）蛍光可能な場合には、光源２５は、標本／マーカを励起し蛍光を生じさせたる一またはそれ以上の周波数帯において光を発生させるように構成されていても良い。好ましい実施形態においては、照射光学システム４５は、結像光学システム３０によって定義される光路の少なくとも一部に沿って、対象物に光（本例においては、標本／マーカの蛍光特性に対応する複数の波長のうちのいずれか一つの光を備えてもよいレーザビーム６５）を向けることにより、対象物５５を照射するように構成される。特に、照射光学システム４５は、対物レンズ７を介して、対象物５５を照射する構成されている。これを促進するために、ビームスプリッタ１２が、結像光学システム３０に含まれている。ビームスプリッタ１２は、レーザ装置２５によって生成される光に対応する一またはそれ以上の周波数帯における光を透過するように構成される。レーザ装置２５は、レーザビーム６５を、ビームスプリッタ１２を介しておよびそれが向けられている光路上で、対物レンズ７を介して対象物５５に向けるように配置される。ビームスプリッタ１２は、対象物５５から反射され、または照射される光に対応する一またはそれ以上の周波数帯の光を反射するように（または少なくとも部分的に反射するように）構成される。ビームスプリッタ１２は、対象物５５から反射され、または照射される光に対応する一またはそれ以上の反射帯域、およびレーザ装置２５により生成される光に対応する透過帯域を有していても良い。図示の実施形態では、ビームスプリッタ１２は、チューブレンズ１０と第１リレーレンズ１３の間に位置しており、チューブレンズ１０を通過して第１リレーレンズ１３へと光を反射するように配置される。典型的には、ビームスプリッタ１２は、ダイクロイックミラーである。
【００３２】
図示された実施形態では、顕微鏡１００は、スピニングディスク共焦点レーザ顕微鏡法を実行するように構成され、照射光学システム４５は、レーザビーム６５が向けられるスピニングディスク１１を含む。スピニングディスク１１は、ピンホール（図示せず）を含み、マイクロレンズを有し、対応するスピニング補正ディスク（図示せず）を含むスピニングディスク構造体の一部であっても良い。スピニングディスク１１、または、スピニングディスク構造体は、スキャナーとして動作し、対象物５５に、レーザビーム６５から生成されるレーザビームの列を照射する。スピニングディスク１１は、結像光学システム３０の光路における中間像面に位置している。図示の実施形態においては、スピニングディスク１１は、チューブレンズ１０とビームスプリッタ１２の間に位置している。
【００３３】
顕微鏡１００が共焦点スピニングディスク顕微鏡ではない他の実施形態においては、スピニングディスク１１は省略しても良い。顕微鏡が対象物５５を照射するレーザスキャニングを用いる実施形態においては、いかなる他の従来のレーザスキャニングシステムが備えられる。他の実施形態においては、照射光学システム４５は、後方から、つまり、ステージ２０を介して、対象物５５を照射するように配置されても良い。
【００３４】
典型的な実施形態においては、対象物５５は、照射光学システム４５からの光によって励起された際に蛍光発光する（あるいは、自発発光によって、または、標本に含まれる蛍光マーカ（あるいはラベル）によって蛍光発光する）標本を含む。従って、顕微鏡１００が結像モードで動作する際、それは、結像光学システム３０によって結像される標本からカメラ１４まで放射される蛍光光である。
【００３５】
顕微鏡１００の動作の間、結像光学システム３０によるカメラでの像のフォーカシングは、衝撃、振動、温度変化、または顕微鏡内の温度勾配、もしくは、フォーカシング機構におけるずれの結果を含む様々な理由でずれ得る。顕微鏡１００は、フォーカス調節システム３５と共に、フォーカスずれを補正するのに使用し得る投影光学システム４０を含む。
【００３６】
投影光学システム４０は、対物レンズ７を介して対象物５５にテスト像を投影するように構成されている。従って、対物レンズ７は、投影光学システム４０と結像光学システム３０によりシェアされる。
【００３７】
投影光学システム４０は、テスト像を投影する光学プロジェクタ４２を含む。光学プロジェクタ４２は、光源１を備え、光源１は、好ましい実施形態においては、近赤外線（ＮＩＲ）光源であり、例えば一またはそれ以上のＬＥＤを備える。光源１は、あるいは、他の形態、例えば、ランプ、または、いかなる従来の非コンヒーレントな光源でもよい。有利なことに、光源１は、好ましくはオーパラップせずに、光源２５の周波数帯とは異なる周波数帯で光を生成するように構成される。好ましい実施形態では、光源１によって生成される光は、また、オプションとしてはオーパラップせずに、結像中に対象物５５から放射される光、すなわち、標本の蛍光光の周波数帯と異なる周波数帯である。好ましい態様では、ビームスプリッタ６は、その周波数帯で完全に透過するが、近赤外線のためだけのミラーであってもよい。他の実施形態では、光源１は、光源２５および／または標本の蛍光発光と同じ周波数帯を含む、いかなる従来の周波数帯で光を生成するように構成してもよい。オプションとしては、光源１は、白光を生成するように構成されても良い。光源１は、いかなる好適な従来の光源、例えば、一またはそれ以上のＬＥＤ、または、一またはそれ以上のレーザを備えていても良い。
【００３８】
テスト像を作成するために、プロジェクタ４２は、光源１からの光が通過するプレート４Ａまたは他の従来の構造に形成されてもよい開口部４を含む。他の実施形態では、テスト像は、いかなる他の従来の手段によって作成されても良い。
【００３９】
プロジェクタ４２は、典型的には、光源１と開口部４の間に位置され、光源からの光を平行にするコリメータレンズ２を含んでも良い。プロジェクタ４２は、また、コリメータレンズ２と開口部４の間に位置されても良い光学ディフューザ３を含んでも良い。コリメータレンズ５は、また、開口部４を通過する光を平行にするために、（光の進行方向について）開口部４の前方に設けられても良い。
【００４０】
プロジェクタ４２は、対象物５５上にテスト像を投影するために、対物レンズ７に向かうテスト像ビーム５９を生成する。有利なことに、テスト像ビーム５９は、結像光学システム３０によって定義される光路の一部に沿って対物レンズ７に向かう。この目的を達成するために、ビームスプリッタ６は、結像光学システム３０の光路に含まれる。投影光学システム４０は、ビームスプリッタ６を介して、対象物８，９上にテスト像を投影するように構成される。特に、プロジェクタ４２は、ビームスプリッタ６上にテスト像ビーム５９を向かわせるように配置される。ビームスプリッタ６は、テスト像ビーム５９を第１の部分６２と第２の部分６３に分け、対象物８，９上にテスト像を投影するために対物レンズ７に第１の部分６２を向かわせるように構成される。好ましい実施形態では、ビームスプリッタ６は、対物レンズ７に向かって反射面６１から第１の部分６２を反射する。ビーム５９の第２の部分６３は、ビームスプリッタ６を介して透過され、ビームダンプ６４に向かわせても良い。従って、ビームスプリッタ６は、テスト像ビーム５９の第１の部分６２を対物レンズ７に向かう光路上に導く。従って、対物レンズ７を含む、スプリッタ６と対象物８，９との間の光路の一部は、投影光学システム４０と結像光学システム３０によってシェアされる。
【００４１】
ビームスプリッタ６は、プロジェクタ４２によって投影される光５９に対応する周波数帯で光を分割するように構成される。周波数帯は、反射帯と呼ばれても良い。ビームスプリッタ６は、第１の部分６２が反射され、第２の部分が透過されるように光５９を分割する。好ましくは、ビームスプリッタ６は、部分６２，６３の間で５０／５０の分割をするように構成される。図示の実施形態では、ビームスプリッタ６は、チューブレンズ１０と対物レンズ７の間に位置する。典型的には、ビームスプリッタ６は、ダイクロイックミラーを備える。より一般的には、しかし、ビームスプリッタ６は、対象物５５によって反射され、または対象物５５から放射される光のすくともいくつかがそれを通過できるようにしながら、光５９のいかなる部分も対物レンズ７に反射するいかなる光学要素であっても良い。例えば、ビームスプリッタ６は、好適な反射防止コーティングされ窓を備えていても良い。
【００４２】
ビームスプリッタ６は、レーザ装置２５によって生成される光に対応する周波数帯で光を透過されるように構成される。本発明の文脈では、透過は、この定義が本発明を限定するものではないが、およそ９０％またはそれ以上の関係する光が透過されるという意味に捉えられても良い。この周波数帯は、第１透過帯と呼ばれても良い。好ましい実施形態では、ビームスプリッタ６は、また、結像の間に対象物５５から放射される光、すなわち、標本の蛍光発光に対して透過である。この周波数帯は、第２透過帯と呼ばれても良い。第１および第２透過帯は、アプリケーションの要求に依って、互いに離れており、または、完全あるいは部分的にオーパラップしていても良い。例えば、第１および第２透過帯は、ビームスプリッタ６の単一の透過帯内でも良いし、また、ビームスプリッタ６は、第１および第２透過帯に対応する別の透過帯をサポートしても良い。反射帯は、アプリケーションに合うように、透過帯とオーパラップしても良いし、しなくても良い。
【００４３】
照射光学システム４５は、ビームスプリッタ６を介して、レーザ装置からの光を対象物５５に向かわせるように構成される。ビームスプリッタ６は、レーザビーム６５がビームスプリッタ６に入射するように、およびビームスプリッタ６がレーザ光に対して透過性なのでビームスプリッタ６を通過するように、光路上に位置している。
【００４４】
顕微鏡１００は、対象物５５が、結像光学システム３０によってカメラ１４に結像される結像モードで動作可能である。結像モードでは、照射光学システム４５は、対象物５５をレーザビーム６５で照射する。好ましい実施形態では、図２および図３に最も良く表されるように、レーザビーム６５は、ビームスプリッタ１２および（存在する場合には）スピニングディスク１１を介して透過され、また、対物レンズ７に到達し、対象物５５上に向けられた後に、ビームスプリッタ６を介して透過される。対象物５５が蛍光性の標本を備えるアプリケーションでは、レーザビーム６５は、標本の蛍光発光を励起する励起ビームとして働く。リザルティング蛍光光６５１は、対物レンズ７によって集光され、光路に沿って向けられ、カメラ１４に結像する。好ましい実施形態では、図４および図５に最も良く表されるように、蛍光ビーム５１は、ビームスプリッタ６および（存在する場合には）スピニングディスク１１を介して透過され、ビームスプリッタ１２によって反射され、リレーレンズ１３，１３’に向かわされ、続いてカメラ１４に対象物５５の像を作るようにカメラ１４に向かわされる。結像の間、結像光学システム３０は、フォーカス調節システム３５を含むいかなる従来の手段によってカメラ１４に像をフォーカスしても良い。
【００４５】
顕微鏡１００が結像モードの場合、投影光学システム４２は、対象物５５上にテスト像を投影しないように、任意に非動作状態となる。例えば、プロジェクタ４２は、ビームスプリッタ６上にテスト像ビーム５９を向かわせないように、スイッチオフされ、またはさもなければ、非動作状態にされ（例えば、偏光され、発散され）ても良い。
【００４６】
必要になるかもしれないいかなるフォーカス補正をも可能にするために、好ましい顕微鏡１００は、フォーカス補正モードで動作可能である。フォーカス補正モードでは、投影光学システム４０は、対象物５５上にテスト像を投影し、結像光学システム３０は、投影されたテスト像を対象物５５からカメラ１４に結像する。フォーカス調節システム３５は、カメラ１４に結像テスト像をフォーカスするように動作し、それによって必要に応じてフォーカスを補正する。
【００４７】
好ましい実施形態では、図６に最も良く表されるように、テスト像ビーム５９は、その部分６２が対物レンズ７に向けられ、それによって対象物５５上にテスト像を投影するように、ビームスプリッタ６によって分割される。テスト像ビーム５９の部分６２は、対象物５５から対物レンズ７に戻るように反射され、結像光学システム３０によって結像され得る。反射は、屈折率不連続性が存在する対象物５５の一またはそれ以上の界面で生じても良い。
【００４８】
図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、テスト像ビーム５９の部分６２がどのように対象物５５から反射し、カメラ１４に結像され得るかを示している。図７Ａでは、対物レンズ７と対象物５５の間の媒体は空気であると仮定する。テスト像ビームの部分６２は、空気とカバースリップ８の表面との間の界面で反射され（反射光６２１によって図示される）、そしてまた、カバースリップ８の裏面と標本媒体１６との間の界面で反射される（反射光６２２によって図示される）。図７Ｂでは、対物レンズ７と対象物５５の間の媒体は水であると仮定する。テスト像ビームの部分６２は、水とカバースリップ８の表面との間の界面で反射され（反射光６２３によって図示される）、そしてまた、カバースリップ８の裏面と標本媒体１６との間の界面で反射される（反射光６２２によって図示される）。図７Ｃでは、対物レンズ７と対象物５５の間の媒体１７は油であると仮定する。テスト像ビームの部分６２は、カバースリップ８の表面と標本媒体１６との間の界面で反射され（反射光６２２によって図示される）。より一般的には、対物レンズ７の種類、対象物５５の構成によって、テスト像ビーム５９は、対象物５５の一またはそれ以上の界面で、特に、屈折率の変化があるいかなる界面で、反射され得る。一般に、カバースリップ８を有する対象物５５について、最も検出可能な反射は、（反射６２１および６２３によって図示されるように）カバースリップ８の表面の界面で生じる。
【００４９】
いかなる場合でも、（適用できる場合）反射光６２１，６２２，６２３は、対物レンズ７によって集光され、反射されたテスト像ビームとして光路に沿ってカメラ１４に結像される。好ましい実施形態では、図８に最もよく表されるように、反射されたテスト像ビーム６２１，６２２，６２３は、その部分６２５がビームスプリッタ６を透過し、光路に沿って進むように、反射されたテスト像ビーム６２１，６２２，６２３を分割するビームスプリッタ６に入射される。反射されたテスト像ビームの他の部分６２４は、ビームスプリッタ６によって反射され、光路から、典型的には、プロジェクタ４２に向けて、分岐される。好ましい実施形態では、図５に最も良く表されているように、反射されたターゲット像ビームの透過部分６２５は、スピニングディスク１１を透過し（存在する場合には）、ビームスプリッタ１２によって反射され、リレーレンズ１３，１３’に向かわされ、続いてカメラ１４にターゲット像を作成するためにカメラ１４に向かわされる。フォーカス調節システム３５は、反射光成分６２１，６２２，６２３のいずれか、または、要望通りに、対象物５５によって反射される他の光に基づいて、カメラ１４にテスト像をフォーカスするように動作され得る。
【００５０】
顕微鏡１００は、フォーカス補正モードを（典型的には、コントローラ５０によって）周期的に、および／または、閾値を超える顕微鏡１００内の検出された温度変化あるいは温度勾配、閾値を超える振動、閾値を超える機械的衝撃、フォーカス機構の機械的なズレ、例えば、ターレット１５の移動のうちのいずれか一またはそれ以上を含む一またはそれ以上の検出されたイベントに応答して、採用するようにされ得る。この目的を達成するために、一またはそれ以上の従来のセンサ５１（例えば、温度センサ、振動センサ、動きセンサ、および／または、衝撃センサ）が、顕微鏡１００に含まれ得る。センサ５１は、コントローラ５０が、それに反応して、顕微鏡１００にフォーカス補正モードを採用させるかどうかを判断し得る信号をコントローラ５０に提供し得る。結像が実行される場合は、顕微鏡１００は、フォーカス補正モードにスイッチし、フォーカス補正モードが実行されると、結像モードに戻り得る。あるいは、または加えて、顕微鏡１００は、フォーカス補正モードを採用するようにユーザによって手動で操作可能である。
【００５１】
オプションとして、顕微鏡１００は、ユーザが投影光学システム４０を用いて顕微鏡１００の焦点を手動でセットできる手動フォーカシングモードで操作可能としても良い。この目的達成のために、顕微鏡１００は、カメラにテスト像をフォーカスするために、ユーザが手動で対物レンズ７（および／または適用可能な場合はステージ２０）を移動できるように構成され得る。顕微鏡１００は、顕微鏡１００が、ユーザの行動に応答して、投影光学システム４０を操作し、カメラにテスト像をフォーカスするユーザ起動の自動フォーカスモードで操作可能としても良い。顕微鏡１００は、続いて、フォーカシングの完了後に、または、ユーザの入力に応じて、結像モードを採用しても良い。
【００５２】
顕微鏡１００が、サポートされているフォーシングモード（好ましい実施形態では、フォース補正モード、手動フォーカシングモード、またはユーザ起動の自動フォーカシングモードのいずれか一つあるいはそれ以上を含む）である場合には、照射光学システム４５は、対象物５５に照射しないように光学的に非動作状態となる。例えば、レーザ装置２５は、スイッチオフされるか、さもなければ、非動作状態、例えば、偏光され、または分岐されても良い。
【００５３】
好ましい実施形態では、カメラ１４に向かってビームスプリッタ１２によって反射される光源２５からの光６５のいかなる部分もカメラ１４に到達しないように、ビームスプリッタ１２とカメラ１４の間の光路には、放射フィルタ２３Ａが設けられる。例えば、放射フィルタは、対象物５５から放射される蛍光光を通過させるが、光源２５によって放射される周波数帯の光をブロックするように構成され得る。フォーカシングの間、もし放射フィルタが投影光学システム４０からの光の波長に対応する通過帯を含まないならば、放射フィルタは光路から取り除かれる。都合の良いことには、放射フィルタ２３Ａは、必要ならば、光路内または光路外に放射フィルタを移動させるように操作可能なフィルタセレクタ装置２３内に設けられる。フィルタセレクタ装置２３は、回転可能なホイールを備えていても良い。フィルタセレクタ装置２３は、適切なフォーカシングモードの間、光路に一列に移動され得る光学的に透明なウィンドウ２３Ｂ、または、好適なフィルタ、または、空孔を含み得る。
【００５４】
好ましい実施形態では、顕微鏡１００は、結像モードか、またはサポートされているフォーカシングモードのいずれか一つで動作するが、結像モードとフォーカシングを同時には実行しない。フォーカシングの際には、顕微鏡１００は、上述したように、自動的に、あるいは適用可能ならばユーザの入力のいずれかで、カメラ１４にテスト像をフォーカスするために投影光学システム４０を使用する。フォーカシングの結果は、顕微鏡１００に、参照フォーカス状態を採用させる。参照フォーカス状態では、対物レンズ７と対象物の間、とりわけ、対物レンズ７と、いずれであってもフォーカシングを実行するのに用いられる対象物５５の界面との間に、参照軸方向距離を有する。ある状態では、結像モードの間、参照フォーカス状態については、対物レンズ７はステージ２０に対して相対的に軸方向に移動され、またはその逆も同様である。例えば、顕微鏡１００がスキャニング顕微鏡である実施形態では、結像モードの間に実行されるスキャニングは、参照フォーカス状態に対して、対物レンズ７とステージ２０の相対的な軸方向の移動を含み得る。
【００５５】
図９は、同じ部分を示すのに同じ符号が用いられ、別段の指示がない限り、図１から図８について与えられたのと同じかまたは同様の説明が適用される、顕微鏡１００’の他の実施形態を示す。顕微鏡１００’は、第２カメラ２７を含むところが顕微鏡１００と異なる。第２カメラ２７は、サーボとされたフォーカシングモードのいずれかで、テスト像をフォーカスするのに用いられる。これを促進するために、ビームスプリッタ２４が、結像光学システム３０に含まれる。ビームスプリッタ２４は、結像モードの間に対象物５５から発せられる光（典型的には、標本の蛍光発光）に対応する一またはそれ以上の周波数帯の光を透過するように、および、フォーカシングの間に対象物５５から反射される光、つまり、光源１を起点として発せられる光に対応する一またはそれ以上の周波数帯の光を反射する（少なくとも部分的に反射する）ように構成される。ビームスプリッタ２４は、結像光学システム３０の光路内に設けられ、第１カメラへの光路から離れて、第２カメラ２７に適切な光を反射するように配置される。ビームスプリッタ２４は、ダイクロイックミラーでも良い。
【００５６】
ビームスプリッタ２４は、第１および第２のリレーレンズ１３，１３’の間に位置しても良い。第３リレーレンズ１３”は、ビームスプリッタ２４と第２カメラ２７との間に設けられても良く、フォーカシングの間、第１リレーレンズ１３と共に協働するように配置されても良い。
【００５７】
結像モードでは、第１カメラ１４は、上述したように、対象物５５を結像するのに用いられる。サポートされているフォーカシングモードのいずれにおいても、対象物５５から反射されるテスト像は、第２カメラ２５に結像され、フォーカスされる。これは、図１から図８の実施形態に関係して上述したのと同様な態様で達成され得る。
【００５８】
好ましい実施形態では、同じ対物レンズ７、および好ましくは、さらに同じカメラ１４が、結像とフォーカシングの両方に用いられる。この配置は、別個のフォーカシングシステムを提供する公知の顕微鏡と比較して、コストの低減と、顕微鏡のサイズの削減を可能にする。
【００５９】
本発明は、ここに説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を離れないように補正し、偏光することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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