(57)【要約】  本発明による斜面顕微鏡（１０）は、相互に平行に配置された複数の行方向センサ（３３）から形成されたセンサ面（２８）を有するイメージセンサ（３０）を備えた検出光学系（１６）と、伝送光学系（１４）の光軸（Ｏ２）に対して傾斜した光シート（２１）を用いた試料照明のためにも、光シート（２１）によって照明された試料面（２３）をイメージセンサ（３０）のセンサ面（２８）へ結像するためにも設けられている試料対面対物レンズ（４４）を備えた伝送光学系（１４）と、を含み、ここでは、検出光学系（１６）の光軸（Ｏ３）は、伝送光学系（１４）の光軸（Ｏ２）に対して傾斜している。行方向センサ（３３）は、それぞれ伝送光学系（１４）の光軸（Ｏ２）に対して直交方向に延在している。検出光学系（１６）は、イメージセンサ（３０）の行方向センサ（３３）に対して直交する関係にある方向の倍率が、イメージセンサ（３０）の行方向センサ（３３）に対して平行な関係にある方向の倍率よりも小さいアナモルフィック倍率系（６５）を備えている。
2019531511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行に配置された複数の行方向センサ（３３）から形成されたセンサ面（２８）を有するイメージセンサ（３０）を備えた検出光学系（１６）と、
伝送光学系（１４）の光軸（Ｏ２）に対して傾斜した光シート（２１）を用いた試料照明のためにも、前記光シート（２１）によって照明された試料面（２３）を前記イメージセンサ（３０）の前記センサ面（２８）へ結像するためにも設けられている試料対面対物レンズ（４４）を備えた伝送光学系（１４）と、
を含み、
前記検出光学系（１６）の光軸（Ｏ３）は、前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して傾斜している、斜面顕微鏡（１０）において、
前記行方向センサ（３３）は、それぞれ前記伝送光学系（１４）の前記光軸（Ｏ２）に対して直交方向に延在し、
前記検出光学系（１６）は、前記イメージセンサ（３０）の前記行方向センサ（３３）に対して直交する関係にある方向の倍率が、前記イメージセンサ（３０）の前記行方向センサ（３３）に対して平行な関係にある方向の倍率よりも小さいアナモルフィック倍率系（６５）を備えていることを特徴とする、
斜面顕微鏡（１０）。
【請求項２】
前記イメージセンサ（３０）は、ｓＣＭＯＳセンサである、
請求項１記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項３】
前記アナモルフィック倍率系は、チューブレンズ系である、
請求項１または２記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項４】
前記アナモルフィック倍率系（６５）は、望遠鏡系である、
請求項１または２記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項５】
前記アナモルフィック倍率系（６５）は、プリズム系である、
請求項１または２記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項６】
前記アナモルフィック倍率系（６５）は、前記検出光学系（１６）に選択的に導入可能な複数の倍率系を含む交換装置の一部である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項７】
前記斜面顕微鏡（１０）は、中間像空間（１８）に光シート（２１）を生成する照明光学系（１２）を有し、前記伝送光学系（１４）は、両側テレセントリックに形成され、前記中間像空間（１８）に生成された前記光シート（２１）を試料（１９）に結像させ、前記光シート（２１）によって照明された試料面（２３）を中間像として前記中間像空間（１８）に結像させており、
前記検出光学系（１６）は、前記中間像空間（１８）に生成された前記中間像を前記イメージセンサ（３０）に結像させ、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）は、前記中間像空間（１８）において相互に交差している、
請求項１から６までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項８】
前記斜面顕微鏡（１０）は、前記伝送光学系（１４）に配置された走査素子（５０）を有しており、前記走査素子（５０）によって、前記光シートが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、
請求項７記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項９】
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７または８記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項１０】
前記伝送光学系（１４）内部の走査素子（５０）は、実瞳像の箇所に配置されている、
請求項８または９記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項１１】
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７から１０までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項１２】
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系（３２，４２）を含む、
請求項７から１１までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項１３】
前記照明光学系（１２）は、前記中間像空間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７から１１までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【請求項１４】
前記試料対面対物レンズ（４４）は、前記伝送光学系の前記光軸（Ｏ２）に沿ってシフト可能である、
請求項１から７までのいずれか１項記載の斜面顕微鏡（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に平行に配置された複数の行方向センサから形成されたセンサ面を有するイメージセンサを備えた検出光学系と、伝送光学系の光軸に対して傾斜した光シートを用いた試料照明のためにも、光シートによって照明された試料面をイメージセンサのセンサ面へ結像するためにも設けられている試料対面対物レンズを備えた伝送光学系と、を含み、検出光学系の光軸は、伝送光学系の光軸に対して傾斜している、斜面顕微鏡に関する。
【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、当該光シートの試料の照明領域が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間に合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配置されるように集束される。この斜め配置のために、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イメージング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も保証するために、その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の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】
前述したタイプの斜面顕微鏡では、イメージセンサを含む検出光学系は、伝送光学系に対して斜めに配置されている。このことは、検出光学系と伝送光学系の光軸が相互に傾斜していることを意味する。それに応じて、検出光学系のイメージセンサも、伝送光学系の光軸に対して斜めに配向されている。
【０００５】
特に科学的な顕微鏡用途において、最近では特に高解像度、高フレームレート、低読み出しノイズおよび高動特性の点で優れているいわゆるｓＣＭＯＳセンサ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＣＭＯＳ）などの特に高価なイメージセンサが使用されている。そのようなｓＣＭＯＳセンサは、さらに画像信号の読み出しに必要な時間が、実質的に、センサ面を形成するセンサライン（以下では「行方向センサ」とも称する）の数にのみ依存し、それに対してこれらの行と共に読み出されるセンサカラム（以下では「列方向センサ」とも称する）の数は読み出し過程の持続時間に対してはあまり関係がないという特性を有する。とりわけ可及的に迅速な撮像に関して、そのようなイメージセンサの使用も、特に斜面顕微鏡では望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、前述したタイプの斜面顕微鏡を、特に迅速な撮像が可能になるように構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、この課題を請求項１による斜面顕微鏡によって解決する。好ましい発展形態は、従属請求項およびさらなる説明において提示される。
【０００８】
本発明による斜面顕微鏡は、相互に平行に配置された複数の行方向センサから形成されたセンサ面を有するイメージセンサを備えた検出光学系と、伝送光学系の光軸に対して傾斜した光シートを用いた試料照明のためにも、光シートによって照明された試料面をイメージセンサのセンサ面へ結像するためにも設けられている試料対面対物レンズを備えた伝送光学系と、を含む。ここでは検出光学系の光軸は、伝送光学系の光軸に対して傾斜している。行方向センサは、それぞれ伝送光学系の光軸に対して直交方向に延在している。検出光学系は、イメージセンサの行方向センサに対して垂直な関係にある方向の倍率が、行方向センサに対して平行な方向の倍率よりも小さいアナモルフィック倍率系を備えている。
【０００９】
本発明は、まず、斜面顕微鏡の場合、伝送光学系と検出光学系の相互に傾斜した光軸のために、光シートによって照明された試料面のイメージセンサへの結像に非対称性が不可避的に生じるという認識に基づいている。本発明は、伝送光学系の光軸に斜めに配置されたイメージセンサの行方向のセンサを、その長手延在方向で伝送光学系の光軸に対して直交するように配置することでこの状況を考慮している。この場合、本願では、伝送光学系の光軸と各行方向センサとの間の前述した直交性が、方向ベクトルの直交性という意味で理解されるべきであり、これは空間におけるこれらの方向ベクトルの傾斜姿勢を含む。
【００１０】
本発明はさらに、最新のイメージセンサでは、読み出し過程の持続時間は実質的に読み出される行方向センサの数にのみ依存するが、これに対して垂直な関係にある列方向センサの数には依存しないという状況を利用する。このイメージセンサに内在する読み出し過程の非対称性は、ここでの本発明によれば、イメージセンサのセンサ面への試料面の結像に関して検出光学系および伝送光学系の光軸の傾斜によって生じる非対称性に関連付けられる。具体的には、このことが、球対称の検出光学系と共に動作する公知の解決手段からは離反して、検出光学系は、イメージセンサの行方向センサに対して直交する関係にある方向の倍率が、行方向センサに対して平行な関係にある方向の倍率よりも小さいアナモルフィック倍率系を含むことによって実現される。その結果、読み出すべき行方向センサの数が減少し、それによって撮像が加速される。
【００１１】
したがって、本発明は、解像度が前述した結像の非対称性によっていずれにせよ減少している、行方向センサに対して直交する方向において、著しく少ない画素を読み出すだけでよく、ひいては著しく少ない画像信号をデジタル化するだけでよくなるという大きな利点を提供する。
【００１２】
ボリュームデータのデジタル化は、例えば、伝送光学系の光軸に沿って走査するかもしくは光軸に対して垂直に走査することによって行うことができる。したがって、アナモルフィック倍率系の使用は、ここにおいて２つの異なるサンプリングレートに代わって（このうちの一方はボリュームサンプリングに関し、他方は検出面内の２つのサンプリングに関している）、３つの異なるサンプリングレートが使用されるという結果になる。このことは、適切な再構成において、例えばデータのいわゆる解放において考慮することができる。
【００１３】
好ましくは、イメージセンサは、ｓＣＭＯＳセンサである。既に冒頭でも述べたように、そのようなセンサは、特に高解像度、高フレームレート、低読み出しノイズおよび高動特性の点で優れている。
【００１４】
本発明によるアナモルフィック倍率系は、例えば反射型または屈折型のチューブレンズ系、プリズム系、または望遠鏡系である。
【００１５】
特に一実施形態では、アナモルフィック倍率系は、検出光学系に選択的に導入可能な複数の倍率系を含む交換装置の一部である。手動または電動で交換可能である複数の倍率系の保持により、異なるアナモルフィック倍率系を実現することが可能になる。特に、交換装置は、斜面顕微鏡を通常の球対称の検出光学系で動作させるために、その倍率が行方向センサに対して直交方向および平行方向で同じであるシステムも含むことができる。
【００１６】
好ましくは、斜面顕微鏡は、中間像空間に光シートを生成する照明光学系を有し、この場合、伝送光学系は両側テレセントリックに形成され、中間像空間に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面を中間像として中間像空間に結像させる。次いで、検出光学系は、中間像空間に生成された中間像をイメージセンサに結像させる。この実施形態では、照明光学系、伝送光学系および検出光学系の光軸は、中間像空間において相互に交差している。
【００１７】
前述の実施形態では、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。両側テレセントリックな伝送光学系の使用により、その中間結像光学系が一般に両側テレセントリックではない従来の顕微鏡に比べて、とりわけ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。
【００１８】
好ましくは、斜面顕微鏡は、伝送光学系に配置された走査素子を有しており、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。この走査素子は、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、ひいては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、この実施形態は、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。
【００１９】
前述の操作素子は、例えばガルバノメーターミラーまたは微小電気機械ミラー、略してＭＥＭＳミラーである。この実施形態では、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蛍光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、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、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るが、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。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可能になる。そのため、前述した実施形態は、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イメージセンサ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、自身がただ伝送光学系に結合しさえすれば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。したがって、この配置構成は、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を用いて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。
【００２０】
上述した理由から、伝送光学系は、好ましい実施形態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。
【００２１】
好ましくは、伝送光学系内部の走査素子は、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。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。
【００２２】
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。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配置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。
【００２３】
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。
【００２４】
前述の実施形態では、斜面顕微鏡は走査型顕微鏡として、すなわち、ボリュームイメージングを可能にするために光シートが相応に駆動制御される走査要素を用いて試料内で移動する顕微鏡として設計されている。しかしながら、本発明は、そのような走査型斜面顕微鏡に限定されるものではない。そのため、ボリュームイメージングは、例えば、試料に面する対物レンズや中間像空間に面する対物レンズを伝送光学系の光軸に沿って変位させることで実現することも可能である。
【００２５】
以下では、本発明を図面に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例としての斜面顕微鏡の概略的構造図
【図２】斜面顕微鏡の変更された実施形態
【図３】照明光学系を省いた斜面顕微鏡の図
【図４】アナモルフィック倍率系を使用しないイメージセンサ上の画像形成を示す概略図
【図５】アナモルフィック倍率系を使用したイメージセンサ上の画像形成を示す概略図
【図６】走査素子の代わりにシフト可能な対物レンズを有する斜面顕微鏡の変更された実施形態
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、斜面顕微鏡のタイプに従ってボリュームイメージングに用いられる、全体的に１０で示される光シート顕微鏡の構造を概略図で示す。
【００２８】
斜面顕微鏡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集束され、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によって試料１９に結像され、それによって、試料１９の平面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。この光シートもしくは光シートで照明された試料面は、図１に単に概略的に示されており、そこでは符号２１もしくは２３で示されている。試料１９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２１で照明された試料面２３を、中間像として中間像空間１８に結像する。この照明された試料面２３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によってイメージセンサ３０の検出面２８に結像される。
【００２９】
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、接眼レンズ系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、接眼レンズ系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の瞳の像に集束する。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、実中間像を伴うケプラー望遠鏡を形成する。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、単なる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。
【００３０】
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２１を、イメージセンサ３０のセンサ面２８に対して相対的に調整することを可能にしており、より厳密に言えば、検出光学系１６によって中間像空間１８に生成されたセンサ面２８の像に対して相対的に調整することを可能にしている。光シート２１はこの像に重畳されている。この場合、調整素子３８は、照明対物レンズ４２の像面に共役な平面内もしくはその近傍に配置されている。したがって、調整素子３８の傾斜により、主として、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もしくはその近傍に配置されている。それにより、当該調整素子３４によって、主として、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可及的に相互に依存することなく調整可能にしている。
【００３１】
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。伝送光学系１４は、対物レンズ側から見た順序で、試料１９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、ここでは斜面顕微鏡１０の単一の試料対面対物レンズを形成する。
【００３２】
伝送光学系１４は、本願実施例で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。
【００３３】
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１９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。
【００３４】
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ならびに引き続き以下でより詳細に説明する機能ユニット６２を含む。この機能ユニット６２は、チューブレンズ系６３およびアナモルフィック倍率系６５を含む（図３参照）。これらの検出対物レンズ６０および機能ユニット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２１で照明された試料面２３の中間像が、イメージセンサ３０のセンサ面２８に結像される。
【００３５】
斜面顕微鏡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、イメージセンサ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、イメージセンサ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もたらす。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２１の横方向の走査移動をイメージセンサ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／またはイメージセンサ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。
【００３６】
図１による斜面顕微鏡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もしくは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。
【００３７】
図２には、図１に示されている斜面顕微鏡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２１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２１を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、走査素子２４の動作を、他のシステムのコンポーネント、特に伝送光学系１４に含まれる走査素子５０およびイメージセンサ３０と同期させることを再びもたらしている。
【００３８】
図３では、斜面顕微鏡１０の検出光学系１６および伝送光学系１４が、照明光学系１２を省いて再度示され、図１および図２において全体的に６２で示される機能ユニットが、本発明によればイメージセンサ３０とどのように相互作用するかを説明する。図を簡単にするために、図３では伝送光学系１４に含まれる無限焦点系５８が省かれている。
【００３９】
本願実施例において検出光学系１６に含まれるイメージセンサ３０は、センサ面２８が画素３１のアレイから形成されているｓＣＭＯＳセンサである（図４および図５参照）。図３〜図５に示されている座標系を参照すると、このアレイは、それぞれｘ軸方向に延在する複数の行方向センサ３３と、それぞれｙ軸方向に延在する複数の列方向センサ３５と、を含む。ｓＣＭＯＳセンサとして、イメージセンサ３０は、イメージセンサ３０内で生成された画像信号の読み出しに必要な時間が、実質的に行方向センサ３３の数にのみ依存するが、列方向センサ３５の数には依存しないという特性を有する。
【００４０】
したがって、検出光学系の光軸Ｏ３が伝送光学系１４の光軸Ｏ２に対して傾斜し、それに伴いイメージセンサ３０のセンサ面２８も伝送光学系の光軸Ｏ２に対して斜めに設定されているという状況を考慮して、行方向センサ３３の配向は、ちょうどこれらの行方向センサ３３が伝送光学系１４の光軸Ｏ２と直交するように選択されている。このことは、これらの行方向センサ３３が、それらの各長手延在方向に伝送光学系１４の光軸Ｏ２に沿った成分を有さないことを意味する。
【００４１】
それに対して、イメージセンサ３０のｙ軸に沿って配向されている列方向センサ３５は、それらの長手延在方向にそれぞれ伝送光学系１４の光軸Ｏ２に沿った成分を有する。この伝送光学系１４に対する検出光学系１６の斜め配置によって引き起こされる成分は、伝送光学系１４がｙ軸方向で検出光学系１６の全開口を照明することができないことを引き起こす可能性があり、このことはｙ軸方向の解像度を低下させることになる。その他に、この斜め配置により、カメラセンサ３０上で生成される画像には、例えば試料に起因する屈折率の誤った適合化によって引き起こされる伝送光学系１４で発生する球面収差が、ｙ軸方向のコマ収差で明らかになる可能性がある。このことは、ｙ軸方向における解像度のさらなる減少につながる。
【００４２】
イメージング自体にマイナスの影響を与える前述した状況は、ここにおいて本発明によれば、機能ユニット６２内に含まれるアナモルフィック倍率系６５を用いてイメージセンサ３０の読み出すべき行方向センサ３３の数を減少させるために利用される。これにより、イメージセンサ３０の読み出しレートを増加させることができる。しかしながら、結像への前述した影響がなくても、読み出しレートの増加は作用的に望ましいものであり得る。この場合、画像のデジタル化のサンプリングレートの減少は、センサ３０によって受け入れられる。そのため、アナモルフィック倍率系６５は、ｙ軸方向のその倍率がｘ軸方向の倍率よりも小さくなるように形成されている。
【００４３】
図４および図５には、アナモルフィック倍率系６５の効果が示されている。この場合、図４は、単なる例示として、アナモルフィック倍率系６５の支援なしでイメージセンサ３０のセンサ面２８上に生成される画像Ａを示す。図４による例では、この画像Ａは、全部で、１２個の行方向センサ３３にわたって延在している。
【００４４】
それに対して、図５は、アナモルフィック倍率系６５を使用した場合に対応する画像を示す。図示の例では、このアナモルフィック倍率系６５は、イメージセンサ３０のセンサ面２８上に生成される画像Ａが、ｙ軸に沿ってただ６個の行方向センサ３３にわたって延在するにすぎないことをもたらしている。したがって、伝送光学系１４および検出光学系１６の相互に傾斜した光軸によっていずれにせよ解像度が減少し得る方向において、読み出すべき行方向センサ３３の数が減少している。
【００４５】
図１および図２に示す斜面顕微鏡１０は、試料１９を横方向において、すなわち対物レンズ４４の光軸に対して横断方向において光シート２１で走査するのに用いられる走査素子５０を有する。しかしながら、斜面顕微鏡１０は、そのような実施形態に限定されるものではない。そのため、図６は、図３に示されている配置構成に対応するが、走査素子５０がなく、したがって２つの接眼レンズ系４８，５２なしでも間に合う配置構成を示す。図６による配置構成において、光シート２１による試料１９の走査、ひいてはボリュームイメージングを可能にするために、試料対面対物レンズ４４は、光軸Ｏ２に沿ってシフト可能である。ただし、中間像空間に面する対物レンズ５６のシフトも考えられる。
【符号の説明】
【００４６】
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
１９    試料
２０    光源
２１    光シート
２２    照明光
２３    試料面
２４    走査素子
２６    偏向素子
２８    センサ面
３０    イメージセンサ
３１    画素
３２    シリンドリカルレンズ
３３    センサライン（行方向センサ）
３４    調整素子
３５    センサカラム（列方向センサ）
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    機能ユニット
６３    チューブレンズ系
６４    制御ユニット
６５    アナモルフィック倍率系
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】
2019531511.tif 000003
【図２】
2019531511.tif 000004
【図３】
2019531511.tif 000005
【図４】
2019531511.tif 000006
【図５】
2019531511.tif 000007
【図６】
2019531511.tif 000008
【国際調査報告】
2019531511.tif 000009
2019531511.tif 000010
2019531511.tif 000011
2019531511.tif 000012