(57)【要約】  本発明は、光シート顕微鏡（１０）であって、中間像空間（１８）で光シートを生成する照明光学系（１２）と、中間像空間（１８）で生成された光シートを試料に結像させ、光シートによって照明された試料領域を中間像として中間像空間（１８）に結像させる、両側テレセントリックに形成された伝送光学系（１４）と、中間像空間（１８）で生成された中間像を検出器（３０）に結像させる検出光学系（１６）と、を含む。照明光学系（１２）、伝送光学系（１４）、および検出光学系（１６）の光軸（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）は、中間像空間（１８）で相互に交差する。伝送光学系（１４）に、走査素子（５０）が配置されており、前記走査素子（５０）によって、光シートが試料内で伝送光学系（１４）の光軸（Ｏ２）に対して横断方向に移動可能である。
2019505856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間像空間（１８）で光シートを生成する照明光学系（１２）と、
前記中間像空間（１８）で生成された前記光シートを試料に結像させ、前記光シートによって照明された試料領域を中間像として前記中間像空間（１８）に結像させる、両側テレセントリックに形成された伝送光学系（１４）と、
前記中間像空間（１８）で生成された前記中間像を検出器（３０）に結像させる検出光学系（１６）と、
を含み、
前記照明光学系（１２）、前記伝送光学系（１４）および前記検出光学系（１６）の光軸（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）が、前記中間像空間（１８）で相互に交差する光シート顕微鏡（１０）において、
前記伝送光学系（１４）に走査素子（５０）が配置されており、前記走査素子（５０）によって、前記光シートが前記試料内で前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して横断方向に移動可能であるように構成されていることを特徴とする、
光シート顕微鏡（１０）。
【請求項２】
前記伝送光学系（１４）は、前記光シートが前記試料内で前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して斜めに設定されるように構成されている、
請求項１記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項３】
前記伝送光学系（１４）は、ビームスプリッタなしである、
請求項１または２記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項４】
前記伝送光学系（１４）内の前記走査素子（５０）は、実瞳像の箇所に配置されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項５】
前記伝送光学系（１４）は、前記光シート顕微鏡（１０）の単一の試料対面対物レンズを形成する第１の対物レンズ（４４）を含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項６】
前記伝送光学系（１４）は、さらに、第１のチューブレンズ系（４６）、第１の接眼レンズ系（４８）、第２の接眼レンズ系（５２）、第２のチューブレンズ系（５４）および前記中間像空間（１８）に面する中間結像対物レンズ（５６）を含み、これらは試料側から前出の順序で配置されている、
請求項５記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項７】
前記走査素子（５０）は、前記第１の接眼レンズ系（４８）と前記第２の接眼レンズ系（５２）との間に配置されている、
請求項６記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項８】
前記伝送光学系（１４）は、前記試料内の前記光シートの傾斜を、前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して相対的に変更可能である像回転ユニット（６６）を含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項９】
前記照明光学系（１２）は、望遠鏡系（３６，４０）と、前記中間像空間（１８）に面する照明対物レンズ（４２）と、を含む、
請求項１から８までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１０】
前記照明光学系（１２）は、前記中間像空間（１８）に前記光シートを生成するアナモルフィック光学系（３２，４２）を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１１】
前記照明光学系（１２）は、前記中間像空間（１８）に前記光シートを生成するさらなる走査素子（２４）を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１２】
前記照明光学系（１２）は、前記光シートを前記検出器（３０）の検出面（２８）に対して相対的に配向する調整装置（３４，３８）を含む、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１３】
前記調整装置は、像面に共役な平面内に配置された第２の調整素子（３８）と、瞳面に共役な平面内に配置された第１の調整素子（３４）と、を含む、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１４】
前記伝送光学系は、異なる屈折率の試料への適合化が可能な補正光学系として構成されている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の光シート顕微鏡（１０）。
【請求項１５】
試料を光学顕微鏡で結像する方法であって、
照明光学系（１２）を用いて、中間像空間（１８）に光シートを生成するステップと、
両側テレセントリックに形成された伝送光学系（１４）を用いて、前記中間像空間（１８）に生成された前記光シートを試料に結像させ、前記光シートによって照明された試料領域を中間像として前記中間像空間（１８）に結像させるステップと、
検出光学系（１６）を用いて、前記中間像空間（１８）で生成された前記中間像を検出器（３０）に結像させるステップと、
を含み、
前記照明光学系（１２）、前記伝送光学系（１４）および前記検出光学系（１６）の光軸（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）が、前記中間像空間（１８）で相互に交差する方法において、
前記光シートを、前記伝送光学系（１４）に配置された走査素子（５０）を用いて、前記試料内で前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して横断方向に移動させることを特徴とする、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間像空間で光シートを生成する照明光学系と、中間像面で生成された光シートを試料に結像させ、光シートによって照明された試料領域を中間像として中間像空間に結像させる、両側テレセントリックに形成された伝送光学系と、中間像空間で生成された中間像を検出器に結像させる検出光学系と、を含んでいる光シート顕微鏡に関する。ここでは照明光学系、伝送光学系および検出光学系の光軸が、中間像空間で相互に交差する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光シート顕微鏡は、試料側に２つの別個の対物レンズを有しており、それらの対物レンズのうちの一方は照明に用いられ、他方は検出に用いられる。照明対物レンズを介して、通常は光軸に対して平行に配向された光シートが試料に集束され、次いで、照明対物レンズの光軸に対して直角関係にある光軸の検出対物レンズによって検出器に結像される。そのような２つの別個の対物レンズを備えた光シート顕微鏡を用いた試料の結像が空間に余裕がないために不可能である用途のために、米国特許第８５８２２０３号明細書（ＵＳ８５８２２０３Ｂ２）では、試料側において単一の対物レンズでまかなう顕微鏡が提案されてきた。この顕微鏡では、光シートは、試料内で対物レンズの光軸に対して斜めに設定されるように集束される。この斜めの設定のために、そのような顕微鏡は、斜面顕微鏡（ＯＰＭ；ｏｂｌｉｑｕｅ  ｐｌａｎｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）とも称される。
【０００３】
従来技術から公知の斜面顕微鏡は、試料に対向する単一の対物レンズだけを有しているので、２つの対物レンズを備えた従来の光シート顕微鏡を用いた結像が不可能な試料における蛍光ベースの顕微鏡光シート結像へのアクセスを可能にする。主要なコンポーネントとして、それは、ボリュームイメージングに用いられるいわゆる伝送光学系を含む。この伝送光学系は、開口角の適正な結像を保証するために、倍率が試料空間と中間像空間との間の屈折率比に対応していなければならない４ｆ系かまたは両側テレセントリックな結像系である。両側テレセントリックな要件ならびに前述の倍率適合化の要件が満たされているならば、いわば試料空間と中間像空間との間のボリューム画像の伝送が可能になる。それに対して、前述した２つの要件のうちの１つが満たされていない従来の顕微鏡では、平面像の伝送のみが行われる。
【０００４】
Ｋｕｍａｒらによる文献「Ｏｐｔｉｃｓ  ｅｘｐｒｅｓｓ  １９号（２０１１年）、１３８３９〜１３８４７（その中の図１）」からは、それらの光軸が中間像空間に集束する、照明光学系、上述したタイプの伝送光学系ならびに検出光学系を有する光シート顕微鏡が公知である。ここでは集束およびボリューム撮像のために、伝送光学系に含まれる対物レンズの１つを軸方向にシフトさせることができる。また代替的に試料も、伝送光学系の光軸に沿って移動させることができる。そのためこの公知の配置構成の欠点は、対物レンズもしくは試料の形態の比較的大きな質量体の移動にあり、これによって振動が生じる可能性があり、低いボリュームフレームレートしか達成することができない。
【０００５】
米国特許第８６１９２３７号明細書（ＵＳ８６１９２３７Ｂ２）からは、一方が照明光シートに割り当てられ、他方が結像面に割り当てられた２つの偏向素子を用いてボリュームの横方向走査を可能にする斜面顕微鏡の変形例が開示されている。２つの偏向素子は、ポリゴンミラーに形成され、それによって相互に幾何学的に結合されている。それゆえ、偏向素子の配置構成はテレセントリックではない。またこの配置構成も、結像のためにシステム瞳の半分しか使用することができない。このことは、幾何学的歪みを引き起こし、システムの光効率を制限する。さらに、ポリゴンミラーは複雑でしかなく、製造コストが高く、システムのボリュームフレームレートを制限する比較的大きな慣性モーメントを有する。
【０００６】
Ｂｏｕｃｈａｒｄらによる文献「Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ９号（２０１５年）、１１３−１１９（その中の補足部分に含まれる図５）」には、上述したシステムの変更が開示されており、ここでは完全な瞳を使用することができる。しかしながら、この目的のためには、同期が必要になる２つのガルバノメータシステムが必要である。その他にも、この変更されたシステムは、複数の光学アセンブリを必要とする。
【０００７】
国際公開第２０１５／１０９３２３号（ＷＯ２０１５／１０９３２３Ａ２；その中の図１０）からは、単一の走査素子でまかなう横方向走査型斜面顕微鏡が公知である。しかしながら、この顕微鏡では、照明光と検出光との組み合わせもしくは分離が、伝送光学系に含まれるダイクロイックビームスプリッタによって行われる。そのようなビームスプリッタは、自身が伝送光学系において、場合によっては当該伝送光学系により所要のボリューム結像がもはや保証されないくらいの大きな瞳ずれを引き起こす欠点を有する。この瞳ずれを最小化し、ビームスプリッタ基板を通る所要の透過性も許容するためには、ダイクロイックビームスプリッタができるだけ薄く設計されるべきであろう。そのようなビームスプリッタは、多くの場合、比較的複雑に構造化された層システムであるので、特別に薄い設計では、反射における非点収差結像エラーとみなされる歪みが生じる危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、比較的少ない技術的コストで効果的なボリュームイメージングを可能にする光シート顕微鏡ならびに試料を光学顕微鏡で結像する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、独立請求項の対象によってこの課題を解決する。好ましい発展形態は、従属請求項ならびに以下の説明に明記されている。
【００１０】
本発明による光シート顕微鏡は、中間像空間で光シートを生成する照明光学系と、中間像空間で生成された光シートを試料に結像させ、光シートによって照明された試料領域を中間像として中間像空間に結像させる、両側テレセントリックに形成された伝送光学系と、中間像空間で生成された中間像を検出器に結像させる検出光学系と、を含んでいる。照明光学系、伝送光学系および検出光学系の光軸は、中間像空間で相互に交差する。伝送光学系に、走査素子が配置されており、この走査素子によって、光シートが試料内で伝送光学系の光軸に対して横断方向に移動可能である。
【００１１】
本発明による伝送光学系は、ボリュームイメージングのために必要な特性を有する中間結像系であり、詳細には、開口角の適正な結像を保証するための、試料空間と中間像空間との間の屈折率比に相応する倍率と、両側テレセントリックな、すなわち物体側テレセントリックも像側テレセントリックも兼ね備えた、つまり光軸に沿った位置に依存しない横方向倍率と、を有する中間結像系である。
【００１２】
なかでも、両側テレセントリックな伝送光学系ならびにそれによって可能となったテレセントリックな走査系配置構成の使用により、その中間結像光学系が両側テレセントリックではない従来の光シート顕微鏡に比べて、伝送光学系において歪みが引き起こされないという利点がもたらされる。
【００１３】
本発明は、伝送光学系において、好ましくは光シートを試料内で伝送光学系の光軸に対して横断方向に移動させることができる単一の走査素子を設けることが想定されている。それにより、本発明は、ボリュームイメージングを容易にする横方向走査を可能にする。特に、ボリューム撮像のために対物レンズもしくは試料、したがって比較的大きな質量体が光軸に沿って移動する従来の光シート顕微鏡に比べて、本発明による顕微鏡は、振動から解放された撮像の利点を有する。その他に、より高いボリュームフレームレートを得ることができる。
【００１４】
本発明による伝送光学系では、横方向走査の目的のために、例えばガルバノメーターミラーもしくは微小電気機械ミラー、略してＭＥＭＳミラーの形態の単一の走査素子のみを必要とすることによって、２つの走査素子で動作する公知の顕微鏡とは異なり、複雑な同期が不要となり、さらにテレセントリックな走査過程が付加的コストなしで可能になる。したがって、本発明による光シート顕微鏡は、従来技術からなる比較可能な顕微鏡よりも少ない数の光学コンポーネントでまかなえる。このことは、顕微鏡の技術的実現をより簡単にかつより安価にさせる。このことは、特に、比較的高価なポリゴンミラーを使用する従来システムとの比較においても当て嵌まる。
【００１５】
本発明による光シート顕微鏡では、照明光学系、伝送光学系および検出光学系は、それらの光軸が中間像空間に集束するように、すなわち相互に交差するように相互に調整されている。それにより、中間像空間に生成された中間像領域への照明光の入力結合が行われる。このことは、照明光と検出光との組み合わせもしくは分離のために公知の光シート顕微鏡で使用される、伝送光学系領域におけるダイクロイック素子の省略を可能にする。一方では、そのようなダイクロイック素子は、多くの場合、著しい瞳ずれを発生させ、他方では、伝送光学系はそのような瞳ずれに対して比較的敏感であるため、本発明によるダイクロイック素子の省略は、試料空間と中間像空間との間のボリューム画像の正確な伝送を促進させる。そのため、例えば、各実験へのビームスプリッタの適合化を可能にさせ、所要の精度での実現は複雑で高価なものにしかならない、ダイクロイックビームスプリッタ用の高精度な交換構想を省略することができる。さらに、ダイクロイックビームスプリッタの使用は、多波長結像に対しても妥協を強いられる。そのため、ここでは、例えばスペクトルチャネルのクロストークが頻繁に発生する。それに対して、中性スプリッタおよび偏光スプリッタの使用は、蛍光結像に対して適していない。
【００１６】
照明光と、照明光学系、伝送光学系および検出光学系の光軸の交点における中間像領域の発光光との本発明による幾何学的な組み合わせと、この組み合わせによって可能となる、伝送ビームパスにおけるダイクロイック素子の省略とによって、前述した欠点を回避することができる。そのため、本発明は、照明光学系を用いて光シートを中間像空間に生成することを想定している。検出光学系は、中間像空間に生成された中間像を検出器に結像する機能を有する。したがって、照明光学系および検出光学系は、それ自体が既に、その伝送光学系を通るビームパスがいわば試料に伝送されるだけでよい顕微鏡ユニットを形成している。この顕微鏡ユニットは、換言すれば、自身が伝送光学系に結合されるだけでよい既に独立した光シート顕微鏡とみなすことができる。それにより、本発明による配置構成は、サブシステムを最初から完全に機能し得る顕微鏡に構成するためにビームスプリッタなどで動作するシステムよりも少ない誤差および調整感度で済む。このことは、上述したサブシステムにおいて収差における相違が頻繁に生じるほど、なおさら当て嵌まる。なぜなら、そのような収差の相違は適切な予防措置によって補償されなければならず、あるいは許容さえしなければならないからである。
【００１７】
好ましくは、伝送光学系は、光シートを試料内で伝送光学系の光軸に対して斜めに設定するように構成されている。それにより、本発明による光シート顕微鏡は、高効率な斜面顕微鏡を形成する。
【００１８】
上述した理由から、伝送光学系は、好ましい実施例ではビームスプリッタなしである。特に、伝送光学系は、照明光を入力結合するダイクロイックビームスプリッタを有していない。
【００１９】
好ましくは、伝送光学系内の走査素子は、実瞳像の箇所に、すなわちフーリエ面に配置されている。両側テレセントリック系として、伝送光学系は、単一の瞳しか有していない。
【００２０】
好ましくは、伝送光学系は、光シート顕微鏡の単一の試料対面対物レンズを形成する第１の対物レンズを含む。
【００２１】
好ましい実施形態では、伝送光学系は、さらに、第１のチューブレンズ系、第１の接眼レンズ系、第２の接眼レンズ系、第２のチューブレンズ系、および中間像空間に面する第２の対物レンズを含み、これらは試料側から前出の順序で配置されている。この構成は、伝送系の特にコンパクトな構造を可能にする。
【００２２】
好ましくは、走査素子は、第１の接眼レンズ系と第２の接眼レンズ系との間に配置されている。
【００２３】
特に好ましい実施形態では、伝送光学系は、試料内の光シートの傾斜の方位角を、伝送光学系の光軸に対して相対的に変更可能である像回転ユニットを含む。そのような像回転ユニットは、試料内の光シートの簡単でフレキシブルな調整を可能にする。像回転ユニットは、例えば、好ましくは伝送光学系のビームパスに配置されているアッベキングローテータによって実現されてもよい。
【００２４】
さらに、伝送光学系は、異なる屈折率の試料への適合化が可能な補正光学系として構成されてもよい。これは、例えば、補正素子の電動調整も可能にする補正調整機能を備えた対物レンズを（例えば米国特許第８７３０５８３号明細書（ＵＳ８７３０５８３Ｂ２）から公知のように）使用することによって行うことができる。屈折率の誤った適合化に起因する開口エラーを補正するだけでなく、伝送光学系に対して有効な倍率条件がすべての試料側屈折率に対して充足され続けるように、焦点距離が補正調整機能の使用のもとで変化するように同時に構成されている、補正調整機能を備えた対物レンズの使用は特に好ましい。
【００２５】
さらに上述した倍率適合化の要件を満たすために、対応する倍率素子、例えば伝送光学系の無限ビームパスの一部に配置された無限焦点系を、伝送光学系に組み込むことが必要になる場合がある。
【００２６】
好ましくは、照明光学系は、望遠鏡系と、中間像に面する照明対物レンズと、を含む。
【００２７】
好ましくは、光源としてレーザ光源が用いられる。しかしながら、この光源は、発光ダイオードもしくはランプであってもよい。レーザ光源を使用する場合には、照明光学系のビームパスに励起フィルタは不要である。それに対して、広幅な発光スペクトルを有する光源が使用される場合には、そのようなフィルタは必要とされ得る。
【００２８】
好ましくは、照明光学系は、光シートを生成するアナモルフィック光学系を含む。このアナモルフィック系は、シリンドリカルレンズ単独で実現されてもよく、あるいは自身の下流側に接続された照明対物レンズと組み合わせて実現されてもよい。
【００２９】
代替的な実施形態では、照明光学系は、例えばガルバノメーターミラーの形態のさらなる走査素子、または中間像空間に光シートを生成するＭＥＭＳミラーを含む。この実施形態では、走査素子に入射する照明光ビームの走査移動によって、光シートが順次構築される。この種の光シート生成は、例えば、光源と走査素子との間の相応の同期によって光シートの構造化が得られる手段を提供する。
【００３０】
好ましくは、照明光学系は、光シートを検出器の検出面に対して相対的に配向する調整装置を含む。それにより光シートは特に簡単に調整することができる。
【００３１】
前述した調整装置は、好ましくは、像面に共役な平面内に配置された第１の調整素子と、瞳面に共役な平面内に配置された第２の調整素子と、を含む。これにより、光シートの位置および角度を相互に依存することなく設定調整することができる。
【００３２】
好ましい実施形態では、少なくとも１つの偏向素子が、ビームパスの折り畳みのために設けられている。そのような偏向素子は、例えば可及的にコンパクトに設計するために伝送光学系に配置することができる。
【００３３】
検出光学系は、好ましくは、中間像空間に面する検出対物レンズと、検出された蛍光光を検出器、例えばカメラセンサに結像するチューブレンズ系とを有する。検出対物レンズとチューブレンズ系との間の無限ビームパスには、位置固定されて取り付けられるかもしくは交換装置に取り付けられた放射フィルタが配置されてもよい。ただしこの実施形態は単なる例示にすぎないことを理解されたい。そのため、検出光学系は、チューブレンズ系なしの有限結像系として設計されてもよい。
【００３４】
伝送光学系に含まれる走査素子と撮像との検出器を用いた同期のために、制御ユニットが設けられてもよい。この制御ユニットは、好ましくは、光源も制御して、それを撮像および走査素子と同期させるように構成される。光シートが、照明光学系に含まれるさらなる走査素子を用いて生成される実施形態では、制御ユニットは、好ましくはさらに、この走査素子も残りの系のコンポーネントと同期させるように構成されている。
【００３５】
好ましくは、本発明による光シート顕微鏡は、検出光学系の主要ビームが伝送光学系を通って伝送されるように設計されている。これにより、高い光効率を達成することができる。
【００３６】
検出光学系の開口数の選択の際には、カメラセンサに対する検出対物レンズの瞳の対称的照明、ひいては対称的点像分布関数（略してＰＳＦ）を選択することができる。代替的に、検出光学系の開口を最大にすることもでき、このことは検出器に対する非対称なＰＳＦに結び付くが、光学系の光効率をより高くする結果となる。
【００３７】
さらなる実施形態では、検出光学系はズーム系を含み、それによって検出光学系は、検出対物レンズに依存しない倍率変更手段を有する。例えば、上述のチューブレンズ系は、ズーム系として設計されてもよい。しかしながら、無限倍率系のための交換系を、検出光学系の無限ビームパスに配置することも同様に可能である。チューブレンズ系用の交換系も、前述の目的のために考えられる。
【００３８】
検出光学系の無限ビームパスにおいて、通常そこでは入射光照明ビームパスに、複数の操作系が従来の顕微鏡から公知であるように入力結合され得る。これらの操作系は、結像された平面内への直接の操作が可能であり、それに対して、操作された光は、伝送光学系を用いて試料内に結像される。そのような操作系に対する例は、例えばデジタルマイクロミラー回路、略してＤＭＤのような走査系である。
【００３９】
本発明による光シート顕微鏡は、選択的に、独立したシステムとして、あるいは例えば直立型顕微鏡、倒立型顕微鏡、または固定ステージ型顕微鏡などの従来の顕微鏡用のモジュールとして実現されてもよい。光シート顕微鏡が従来の顕微鏡用のモジュールとして実現されているならば、伝送光学系の１つ以上の部品、例えば試料対面対物レンズ、チューブレンズ系、および／または接眼レンズ系は顕微鏡の一部であってもよい。
【００４０】
以下では、本発明を実施例に基づき、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施例としての光シート顕微鏡の概略的構造図
【図２】第２の実施例としての光シート顕微鏡の変更された実施形態
【図３】第３の実施例としての光シート顕微鏡のさらなる変更された実施形態
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、斜面顕微鏡の形式に従ってボリュームイメージングに用いられる光シート顕微鏡１０の構造を概略図で示す。
【００４３】
光シート顕微鏡１０は、照明光学系１２、伝送光学系１４および検出光学系１６を含み、それらの光軸Ｏ１、Ｏ２もしくはＯ３は、図１に符号１８で示される中間像空間に収束され、すなわちそこで相互に交差する。照明光学系１２は、光源２０から自身に供給された照明光２２を、中間像空間１８に集束させ、そこにおいて光シートタイプの照明光分布を生じさせるために用いられる。この中間像空間１８で生成された光シートは、次いで、伝送光学系１４によって図１には示されていない試料に結像され、それによって、試料のある領域が光シートで照明され、蛍光ビームを放射すべく励起される。試料から放出された蛍光ビームは、再び伝送光学系１４に達し、それによって当該伝送光学系１４は、光シートで照明された試料領域を、中間像として中間像空間１８に結像する。照明された試料領域の中間像空間１８で生成された中間像は、最終的に検出光学系１６によって検出器３０の検出面２８に結像される。
【００４４】
照明光学系１２は、光源２０から送出された照明光２２の伝搬方向で相前後して、シリンドリカルレンズ３２、第１の調整素子３４、接眼レンズ３６、第２の調整素子３８、チューブレンズ素子４０ならびに中間像空間１８に面する照明対物レンズ４２を含む。シリンドリカルレンズ３２および照明対物レンズ４２は、図１による実施例では、光源２０から放出された照明光２２から中間像空間１８に所望の形態の光シートを生成する機能を有するアナモルフィック光学系の一部である。ここではシリンドリカルレンズ３２は、照明光２２を、接眼レンズ３６とチューブレンズ系４０とによって生成された照明対物レンズ４２の瞳像に集束する。それにより、図１による実施例では、チューブレンズ系４０および接眼レンズ系３６は、実中間像を伴うガリレイ望遠鏡を形成する。しかしながら、図１による実施形態で選択されたアナモルフィック系の実現は、純粋な例示にすぎないことを理解されたい旨指摘しておく。そのため、例えば特に、より小さい開口数のもとで、照明対物レンズ４２を省略して、シリンドリカルレンズ３２のみを光シートの成形に使用することも可能である。
【００４５】
照明光学系１２に含まれる２つの調整素子３４および３８は、調整装置を形成しており、この調整装置は、光シートを、検出器３０の検出面２８に対して相対的に、より厳密に言えば、検出光学系１６によって中間像空間１８に生成された検出面２８の像に対して相対的に調整することを可能する。光シートはこの像に重畳されている。ここでは、調整素子３８が、照明対物レンズ４２の像面に共役な平面内に配置されている。したがって、調整素子３８の傾斜により、照明対物レンズ４２から照明光２２が出射する際の角度が変化する。調整素子３４は、照明対物レンズ４２の瞳面に共役な平面内に配置されている。それにより、当該調整素子３４によって、照明対物レンズ４２から出射した照明光２２の位置が設定調整され得る。つまり、これらの２つの調整素子３４および３８は、光シートの位置および角度を相互に依存することなく調整可能にしている。
【００４６】
照明光学系１２は、光シートの生成のために、図１には明示的に示さないさらなる素子、例えば視野絞りおよび／または開口絞りを含むことができる。ここでの視野絞りは、光シートが伸長される方向での制限機能を有している。それに対して、開口絞りは、光シートが集束される開口角度の制限に用いられる。
【００４７】
伝送光学系１４は、対物レンズ側から見た順序で、図示しない試料に面する対物レンズ４４、チューブレンズ系４６、接眼レンズ系４８、走査素子５０、接眼レンズ系５２、チューブレンズ系５４、偏向素子２６、無限焦点系５８ならびに中間結像対物レンズ５６を含む。対物レンズ４４は、ここでは光シート顕微鏡１０の単一の試料対面対物レンズを形成する。
【００４８】
伝送光学系１４は、両側テレセントリックな光学系として設計されている。伝送光学系１４に含まれる無限焦点系５８は、所望のボリューム画像伝送のために必要とされる、試料空間と中間像空間１８との間の屈折率比への倍率適合化を行う目的のために用いられる。
【００４９】
ガルバノメーターミラーまたはＭＥＭＳミラーとして設計された走査素子５０は、試料を対物レンズ４４の光軸に対して横方向に、すなわち横断方向に光シートで走査することを可能にしている。この目的のために、走査素子５０は、２つの接眼レンズ系４８および５２の間で、当該接眼レンズ系４８および５２を用いて伝送光学系１４の瞳の実像が生成される箇所に配置されている。
【００５０】
検出光学系１６は、中間像空間１８に面した検出対物レンズ６０ならびにチューブレンズ系６２を含む。これらの検出対物レンズ６０およびチューブレンズ系６２を介して、伝送光学系１４によって中間像空間に生成された、光シートで照明された試料領域の中間像が、検出器３０の検出器面２８に結像される。
【００５１】
光シート顕微鏡１０は、さらに制御ユニット６４を有し、この制御ユニット６４は、光源２０、検出器３０および走査素子５０を制御する。特に、制御ユニット６４は、光源２０、検出器３０および走査素子５０を相互に同期させて動作させることを考慮している。そのため、例えば制御ユニット６４は、走査素子５０の傾斜およびひいては光シートの横方向の走査移動を検出器３０の撮像と同期させることを保証する。光源２０も、例えば、走査素子５０のリセット移動中および／または検出器３０の読み出し時間中に照明光がスイッチオフされるように、制御ユニット６４を用いて同期させて動作させることが可能である。もちろん、これらの同期制御過程は、単なる例示にすぎないことを理解されたい。
【００５２】
図１による光シート顕微鏡１０では、照明光学系１２、伝送光学系１４および検出光学系１６は、それらの光軸Ｏ１、Ｏ２またはＯ３が中間像空間１８に集束するように相互に配向されているので、光源２０によって生成された照明光２２の伝送光学系１４への入力結合は、いわば中間像領域における幾何学的組み合わせによって行われる。このことは、伝送光学系１４領域のダイクロイックビームスプリッタ素子の省略を可能にする。それにより、伝送光学系１４の結像性能を損なわせる瞳ずれを確実に回避することができる。
【００５３】
図２には、図１に示されている光シート顕微鏡１０の変更が第２の実施例として示されている。この変更は、第１の実施例において光シートの生成に用いられるシリンドリカルレンズ３２の代わりに、さらなる走査素子２４が照明光学系１２に設けられている点のみからなる。例えばガルバノメーターミラーまたはＭＥＭＳミラーであるこの走査素子２４は、照明光学系１２において、第１の実施例では調整素子３４が存在している箇所に配置されている。この走査素子２４は、所望の光シートが順次構築する照明光の走査移動を生じさせる。ここでの制御ユニット６４も再び、走査素子２４の動作を、他の系のコンポーネント、特に伝送光学系１４に含まれる走査素子５０および検出器３０と同期させることを考慮する。
【００５４】
図３には、図１による光シート顕微鏡１０のさらなる変更が第３の実施例として示されている。それにより、この第３の実施例は、伝送光学系１４において、対物レンズ４４と走査素子５０との間に、例えばアッベキングローテータとして設計された像回転ユニット６６を含む。この像回転ユニット６６は、光シート顕微鏡１０内の光学的配置構成の選択された幾何学形態によって決定される、試料に結像された光シートの傾斜の方位角を所望のように変化させる目的に用いられる。この像回転ユニット６６も、制御ユニット６４を用いて他の系のコンポーネントと同期させて制御することができる。
【００５５】
図３に示されている像回転素子６６は、図２による第２の実施例においても使用可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    光シート顕微鏡
１２    照明光学系
１４    伝送光学系
１６    検出光学系
１８    中間像空間
２０    光源
２２    照明光
２４    走査素子
２６    偏向素子
２８    検出面
３０    検出器
３２    シリンドリカルレンズ
３４    調整素子
３６    接眼レンズ系
３８    調整素子
４０    チューブレンズ系
４２    照明対物レンズ
４４    試料対面対物レンズ
４６    チューブレンズ系
４８    接眼レンズ系
５０    走査素子
５２    接眼レンズ系
５４    チューブレンズ系
５６    中間結像対物レンズ
５８    無限焦点系
６０    検出対物レンズ
６２    チューブレンズ系
６４    制御ユニット
６６    像回転ユニット
Ｏ１    照明光学系の光軸
Ｏ２    伝送光学系の光軸
Ｏ３    検出光学系の光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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