(57)【要約】  本発明は、試料ボリューム（２３）内に配置された試料（２５）を照明光（１５）で照明し、試料（２５）からの散乱光および／または蛍光（２７）を検出するための光学装置（１）に関しており、この装置（１）は、照明光（１５）を照明経路（２１）に沿って試料ボリューム（２３）内に伝送するための照明アセンブリ（３）と、散乱光および／または蛍光（２７）を検出経路（２９）に沿って収集して転送するための検出アセンブリ（５）とを含んでいる。さらに、本発明は、光学モジュール（９５）および光学モジュール（９５）用の機械的な収容装置（９７）を含んだ顕微鏡（３７）、特に共焦点顕微鏡（３９）に関する。従来技術からの解決手段は、照明アセンブリ（３）および検出アセンブリ（５）の配置に関して幾何学的に制限されており、僅かな浸透深度を提供し、試料（２５）と頻繁に衝突するという欠点を有する。本発明による光学装置（１）は、照明経路（２１）および／または検出経路（２９）が少なくとも部分的に延びる取付け要素（７）が設けられていることによって、従来技術からの解決手段を改善する。
2021515910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ボリューム（２３）内に配置された試料（２５）を照明光（１５）で照明し、前記試料（２５）からの散乱光および／または蛍光（２７）を検出するための光学装置（１）であって、
前記光学装置（１）は、前記照明光（１５）を照明経路（２１）に沿って前記試料ボリューム（２３）内に伝送するための光学照明アセンブリ（３）と、前記散乱光および／または前記蛍光（２７）を検出経路（２９）に沿って前記試料ボリューム（２３）から収集して転送するための光学検出アセンブリ（５）と、を含んでいる、光学装置（１）において、
前記光学装置（１）は、前記照明経路（２１）および／または前記検出経路（２９）が少なくとも部分的に延びた少なくとも１つの取付け要素（７）を備える、
光学装置（１）。
【請求項２】
前記取付け要素（７）は、入力側光学断面（８ａ）および出力側光学断面（８ｂ）を有し、前記入力側光学断面（８ａ）は、前記出力側光学断面（８ｂ）より大きい、
請求項１記載の光学装置（１）。
【請求項３】
前記取付け要素（７）は、前記光学照明アセンブリ（３）および／または前記光学検出アセンブリ（５）に固定されている、
請求項１または２記載の光学装置（１）。
【請求項４】
少なくとも前記光学検出アセンブリ（５）は、液浸光学系（６８）である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項５】
前記取付け要素（７）は、少なくとも２つの境界面（３１）を有し、前記境界面（３１）は、前記照明経路（２１）および／または前記検出経路（２９）に対して実質的に垂直に配向されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項６】
前記取付け要素（７）は、前記照明光（１５）および／または前記散乱光および／または前記蛍光（２７）を偏向させる偏向素子（１０３）である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項７】
前記偏向素子（１０３）において、前記照明光（１５）および／または前記散乱光および／または前記蛍光（２７）用の伝送経路（５９）は、前記偏向素子（１０３）の側面（３１ａ）に対して鋭角な視射角（１１３）で配向されており、前記側面（３１ａ）および透過光（１０５）について、全反射（１１５）用の条件が満たされている、
請求項６記載の光学装置（１）。
【請求項８】
前記側面（３１ａ）は、前記照明光（１５）および前記蛍光（２７）用の反射層（１１７）を有する、
請求項７記載の光学装置（１）。
【請求項９】
前記取付け要素（７）は、カップ形状に形成されており、前記光学照明アセンブリ（３）に向かって開口している、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項１０】
前記取付け要素（７）は、試料ボリューム（２３）に向かって透過要素を有する、
請求項９記載の光学装置（１）。
【請求項１１】
前記取付け要素（７）は、充填されている、
請求項９または１０記載の光学装置（１）。
【請求項１２】
光学装置（１）を含む光学モジュール（９５）において、
前記光学装置（１）は、請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学装置（１）である、
光学モジュール（９５）。
【請求項１３】
照明光（１５）ならびに散乱光および／または蛍光（２７）用に、共有の入射もしくは出射開口部（９９）が、前記光学モジュール（９５）に設けられている、
請求項１２記載の光学モジュール（９５）。
【請求項１４】
少なくとも１つの波長選択光学素子（１０１）が設けられており、前記波長選択光学素子（１０１）は、前記散乱光および／または前記蛍光（２７）用の透過および／または反射特性（１０２）とは異なる、前記照明光（１５）用の異なる透過および／または反射特性（１０２）を有する、
請求項１２または１３記載の光学モジュール（９５）。
【請求項１５】
光学モジュール（９５）用の機械的な収容装置（９７）を含んだ顕微鏡（３７）、特に共焦点顕微鏡（３９）において、
請求項１２から１４までのいずれか１項記載の光学モジュール（９５）は、前記収容装置（９７）内に収容されている、
顕微鏡（３７）、特に共焦点顕微鏡（３９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ボリューム内に配置された試料を照明光で照明し、試料からの散乱光および／または蛍光を検出するための光学装置に関する。ここで、この装置は、照明光を照明経路に沿って試料ボリューム内に伝送するための光学照明アセンブリと、散乱光および／または蛍光を検出経路に沿って試料ボリュームから収集して転送するための光学検出アセンブリとを含んでいる。
【０００２】
さらに本発明は、光学モジュールおよび光学モジュール用の機械的な収容装置を含んだ顕微鏡、特に共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば光シート顕微鏡用に使用されるような従来技術による光学装置は、光シート顕微鏡に好適な幾何学的構造に基づき、すなわち、照明アセンブリおよび検出アセンブリの相互に垂直な配向に基づき、大型試料を走査することには適していない。従来技術からの解決手段では、試料は、例えば側面から、特に好適には光シートで照明され、試料から放出された散乱光および／または蛍光は、特にそれに対して垂直に検出される。照明アセンブリは、試料の可能な機械的操作を制限する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、小型の光学装置、小型の光学モジュールおよび大型試料の走査が可能な顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
冒頭に述べた光学装置は、この課題を、照明経路および／または検出経路が少なくとも部分的に延びた少なくとも１つの取付け要素を有することによって解決する。本発明による光学モジュールは、この課題を、本発明による光学装置を有することによって解決し、冒頭に述べた顕微鏡は、上記の課題を、本発明による光学モジュールが収容装置内に収容されていることによって解決する。取付け要素は、試料ボリュームからの照明および／または検出光学系までの配向もしくは距離の変更を可能にし、このことは、光学装置のより柔軟でコンパクトな構造を可能にする。その限りでは、この取付け要素は、ビーム偏向特性を有することができる。さらに、本発明による解決手段は、試料スライスの検査を可能にする。なぜなら、光学照明アセンブリおよび光学検出アセンブリによってとられる立体角が、取付け要素により＜１８０°になるからである。
【０００６】
光学装置、光学モジュール、および顕微鏡は、以下に説明するそれぞれ自体が好適である実施形態によってさらに改善することができる。これらの実施形態の技術的特徴は、ここでは任意に相互に組み合わせたり、省いた特徴によって得られる技術的効果が重要でない限り省略したりすることができる。
【０００７】
光学照明アセンブリもしくは光学検出アセンブリは、複数の個別のレンズもしくはレンズ系を含むことができる。そのような実施形態は、光学コンポーネントへの簡単なアクセスおよび交換を可能にさせ、高い融通性を提供する。特に、照明アセンブリおよび／または検出アセンブリは、それぞれ対物レンズとして構成されてもよい。照明経路は、照明アセンブリの光学素子によって画定されてもよく、特に、試料ボリュームもしくは試料内で終端してもよい。同様に検出経路も、検出アセンブリの光学素子によって画定されてもよく、この検出経路は、試料ボリューム内で終端してもよい。
【０００８】
特に、照明経路もしくは検出経路という用語は、照明アセンブリの試料側もしくは検出アセンブリの試料側に配置されている伝送経路を表す。照明アセンブリもしくは検出アセンブリの、試料とは反対側を延びる光学経路は、これらの用語には含まれない。
【０００９】
さらに、試料を通過する、もしくは試料のない試料ボリュームを通過する照明光も、光学経路に沿って試料ボリュームの向こう側に延びることができる。これも、ここでは照明経路の一部として解釈しない。
【００１０】
したがって、取付け要素は、好適には、照明アセンブリおよび検出アセンブリの試料側に位置し、ここで、この取付け要素は、光（照明光および／または散乱光および／または蛍光）が透過する、使用される光にとって透過的な三次元物体であってもよい。
【００１１】
好適には、紫外スペクトル範囲、可視スペクトル範囲、および近赤外スペクトル範囲の光が使用される。そのため、照明光は、例えば蛍光物質の紫外線励起波長を有することができ、蛍光は、長波の可視スペクトル範囲または近赤外スペクトル範囲の波長を含むことができる。したがって、照明アセンブリは、紫外スペクトル範囲用に最適化され、検出アセンブリは、近赤外スペクトル範囲用に最適化されている。偏向素子は、好適には、照明経路内にのみ位置し、紫外スペクトル範囲用に最適化されてもよい。
【００１２】
取付け要素は、照明経路も検出経路もその中を延びるように構成されてもよいし、あるいは照明経路のみもしくは検出経路のみがその中を延びるように構成されてもよい。
【００１３】
可能な一実施形態では、取付け要素は、入力側光学断面および出力側光学断面を有することができ、ここで、入力側光学断面は、出力側光学断面より大きくてもよい。そのような断面は、光の透過に使用可能な領域として理解することができる。
【００１４】
取付け要素は、例えば、切頭円錐形または切頭角錐形であってもよい。
【００１５】
光学装置は、取付け要素が光学照明アセンブリおよび／または光学検出アセンブリに固定されることによってさらに改善することができる。したがって、取付け要素は、これらの光学アセンブリのうちのそれぞれ一方かまたは両方のアセンブリに連動させることができる。
【００１６】
そのような構成は、例えば、試料が液状媒体中で照明／観察される場合に、光学アセンブリ自体を浸漬させる必要性なしで、安定性が向上するという利点を有する。それにより、最も高価な光学アセンブリと、未知のもしくは望ましくない液体との接触が回避される。
【００１７】
さらに好適な実施形態では、少なくとも検出アセンブリは、液浸光学系であってもよい。同様に照明アセンブリも、液浸光学系であってもよい。
【００１８】
照明アセンブリは、好適には、検出アセンブリよりも長い動作距離を有することができ、そのため、照明アセンブリは、検出アセンブリよりも、試料ボリュームからより長い距離に位置決めすることができる。さらに、検出アセンブリよりも小さい開口数（ＮＡ）を有する照明アセンブリを使用することができる。より小さなＮＡは、光軸に関してより狭幅な、すなわちより小さな構造を可能にさせ、したがって、照明アセンブリおよび検出アセンブリの位置決めの際の機械的に制限される角度がさらに軽減される。
【００１９】
検出アセンブリとして液浸光学系が使用されるならば、この液浸光学系の試料側端部は、特に光学素子の前面と共に液浸媒体内に浸漬される。好適な実施形態では、取付け要素は、照明経路に位置し、液浸媒体内に浸漬され、ここで、この取付け要素は、液浸媒体から突出する。
【００２０】
この箇所では、液浸媒体とは、取付け要素と試料との間に位置し、その中に試料が浸漬されている媒体を意味するものと理解されるべきことを指摘しておく。本開示において示される液浸媒体の位置は、カバーガラス内の光学アセンブリ間の領域に厳密に限定されるのではなく、むしろ試料を取り囲む媒体も含む。
【００２１】
照明経路は、好適には、液浸媒体の外側の取付け要素に入射し、好適には、液浸媒体において取付け要素から出射する。これにより、照明経路において液浸媒体の上面の動きに起因するいかなる障害も発生しない。
【００２２】
したがって、試料の走査の際に、照明アセンブリは、干渉なしで試料を照明することができ、液浸媒体の上面波動の落ち着きを待つ必要はなくなる。
【００２３】
したがって、液浸媒体の上面を乱す可能性のある空気を介して伝わる振動も、照明や検出に影響を与えることはない。
【００２４】
取付け要素は、カップ形状に形成されてもよく、ここで、それは照明アセンブリに向かって開口する。固体材料から製造された取付け要素と比較して、カップ形状の取付け要素は軽量であり、それによって、より迅速に可能な走査移動に寄与し得る。特に、ここでの利点は、光学経路区間（屈折率と取付け要素の材料内の区間との積）が大幅に変更されず、これによって、光学アセンブリの適合化が不要になる点にある。
【００２５】
さらなる好適な実施形態では、取付け要素は、試料ボリュームに向かって透過要素を有することができる。この透過要素とは、窓であってもよく、特に、照明光および／または散乱光および／または蛍光に関して透過的であってもよい。特に、好適には、透過要素は、照明または検出の各ビーム経路に対して垂直に配向されている。ビーム経路に対して垂直な配向は、照明インデックス境界面に対するビームの傾斜した入射によって生じる収差を低減させる利点を有する。
【００２６】
カップ形状の取付け要素は、好適には、照明経路内に導入することができ、カップ底面もしくは底面を液浸媒体内に浸漬させてもよい。取付け要素の少なくとも一部または取付け要素全体は、試料もしくは試料を取り囲む媒体の光学屈折率に適合化された光学屈折率を有することができる。
【００２７】
光学装置の取付け要素は、少なくとも２つの境界面を有することができ、該境界面は、照明経路および／または検出経路に対して実質的に垂直に配向されている。このことは、透過すべき光が複数の波長を含むかもしくは広帯域である場合に特に有利である。
【００２８】
光が境界面を垂直に通過することにより、材料分散による波長依存性の角度分割（角度分散）が回避される。照明のために単色光を使用する場合、取付け要素の材料内への光の入射も垂直入射から外れて行われる可能性がある。しかしながら、ここで観察すべきことは、材料の屈折率が境界面の両側で異なる場合に、傾斜した境界面を通る集束された光ビームの入射が収差（コマなど）を引き起こすことである。つまり、この箇所での重要な基準は、取付け要素の屈折率が試料／液浸媒体に適合化されているかどうかである。
【００２９】
そのような適合化は、カップ形状の取付け要素がさらなる光学媒体で満たされてもよい本発明による光学装置のさらなる好適な実施形態によって達成することができる。それにより、この取付け要素は、例えば、その屈折率が取付け要素の材料の屈折率に対応するさらなる光学媒体で満たされてもよい。さらに、このさらなる光学媒体は、取付け要素の媒体であってもよく、ここで、換言すれば、完全に１つの材料から製造される中実の取付け要素が得られる。
【００３０】
カップ形状の取付け要素は、チャンバーとして構成されてもよい。チャンバーへの対物レンズ側入射面は、好適には透過的であり、特に、光学アセンブリの光軸に対して垂直であり得る。このチャンバーのボリュームは、ここでは、例えば、液浸媒体によって充填することができる。同様に、もちろん任意の他の媒体、例えば、成分の濃度を介して屈折率を大幅に変化させることができる混合物も使用することができる。したがって、この場合の利点は、光学アセンブリから試料媒体への光の移行が、境界面が既に光軸に対して垂直である取付け要素への入射面において行われることにある。そのため収差は最小化される。ここでは、屈折率に跳躍的な変化が存在しない限り、出射は、基本的に任意の角度で行われ得る。つまり、例えば、これによって試料用のスペースが拡大される場合、前面の境界面は、必ずしも光軸に対して垂直に配向される必要はない。しかしながら、生じ得る光学的な誤差に関しては、チャンバーの試料側窓を光学アセンブリの光軸に対して垂直に配向することが有利であり得る。
【００３１】
全体が１つの材料からなる取付け要素が光学装置の前に固定されるならば、好適には、入射面および出射面は、光学アセンブリの光軸に対して垂直である。唯一の材料から製造された取付け要素が、空気よりも高い屈折率（屈折率＞１、もしくはより好適には屈折率＞１．３３）を有する材料を含むならば、そのような取付け要素のもとでは、入射面における屈折によって、光学アセンブリの動作距離の延長が得られる。このことは、好適には、さらなる光学アセンブリとの衝突を回避するために、光学アセンブリを試料に関してさらにより後退させ得ることに関して活用することができる。同様に、光学照明アセンブリと光学検出アセンブリとの間の角度がより小さく選択可能なようにすることも可能である。なぜなら、これらは空間的に相互に分離され得るからである。
【００３２】
したがって、一方は照明アセンブリに面し、他方は試料ボリュームに面する、カップ底面の２つの境界面は、照明経路に対して垂直に配向されてもよく、それにより、照明光がカップ底面を通過する際に、波長依存性の角度分散は発生しなくなる。
【００３３】
光学装置の取付け要素は、さらなる実施形態では、照明光および／または散乱光および／または蛍光を偏向させる偏向素子であってもよい。このことは、照明アセンブリおよび検出アセンブリの光軸を相互に垂直に配向する必要がなくなるだけでなく、９０°未満の角度が選択可能になるという利点も有しており、ここでは、偏向素子による光の偏向をアセンブリ（照明または検出）近傍において行うことができる。第２のアセンブリ（検出または照明）は、試料ボリュームから離れるように後退することができ、すなわち、試料ボリュームからさらに離間して配置されてもよい。
【００３４】
光学アセンブリは、好適には、例えば光学素子のホルダーおよびハウジング部品の形態で、対応する伝送経路周りに回転対称に延在するので、照明アセンブリと検出アセンブリとの間で可及的に最小の角度は、まさにこれらのハウジング部品によって制限されてもよい。
【００３５】
他方のアセンブリに対する一方のアセンブリの後退は、この幾何学的制限が緩和される可能性があり、そのため、両アセンブリは、相互により小さな角度で配向されてもよい。後退されたアセンブリの対応する伝送経路のみが、後退されていないアセンブリを通過し、偏向素子において、照明経路が好適には検出経路に対して垂直に配向されるように偏向することができる。
【００３６】
さらに好適な実施形態では、偏向素子において、照明光および／または散乱光および／または蛍光用の伝送経路は、偏向素子の側面に対して鋭角な視射角で配向されてもよい。ここで、側面および透過光については、全反射用の条件が満たされてもよい。
【００３７】
したがって、偏向は、簡単な方法で偏向素子の幾何学形状の選択だけによって行うことができる。
【００３８】
視射角は、（対応する伝送経路に沿った）入射光と側面の表面との間の角度として定義されている。この視射角は、９０°の入射角に対する補足角度である。
【００３９】
全反射が発生するための条件は、従来技術から公知であり、例えば、光学的に高密度の媒体から光学的に低密度の媒体への遷移が含まれる。
【００４０】
特に、液浸媒体が使用される場合、偏向素子の材料と液浸媒体との間の屈折率の差は、所望の視射角での全反射を可能にするために小さすぎる可能性があり得る。そのようなケースでは、側面は、好適には、入射光用の反射層を有する。そのようなコーティングは、蒸着金属または誘電体コーティングであってもよい。特に、誘電体コーティングは、予め定められた視射角および使用される光の波長について最適化されてもよい。
【００４１】
偏向素子として構成された取付け要素も、好適には、照明経路および／または検出経路に対して実質的に垂直に配向された２つの境界面を有する。それにより、偏向素子によって角度分散が生じないこと、および偏向が反射のみに基づくことが保証される。
【００４２】
特に、そのような偏向素子は、液浸媒体から突出することもでき、ここでは、偏向素子内への照明光の入射は、液浸媒体の外側で行われ、偏向素子からの出射は液浸媒体内で行われる。境界面でのフレネル反射を回避するために、反射防止コーティングを境界面に設けてもよい。
【００４３】
試料は完全に液浸媒体内に位置することができるため、試料は、同様に少なくとも部分的に液浸媒体内に浸漬された検出アセンブリによって観察することができる。
【００４４】
試料は、ここでは、搬送テーブルを用いて移動させる、すなわち走査することができ、ここで、この走査は、液浸媒体の上面に障害を引き起こす可能性があるが、これは照明における障害にも検出における障害にもつながることはない。
【００４５】
さらに、対応する伝送経路に対して垂直に配向された境界面により、照明光もしくは散乱光および／または蛍光に歪みが導入されることはない。
【００４６】
走査は、特に、数センチの区間を介して行うことができる。このことは、例えば、大きな脳スライス部分を顕微鏡で観察することを可能にさせる。また、空間方向に数１００μｍを超えて延在する局所的に区切られたボリューム（いわゆるウェル）における３次元細胞群（オルガノイド）の撮影も可能である。
【００４７】
共焦点顕微鏡とは対照的に、光シートの範囲、すなわち、例えば５００μｍ×５００μｍの面積を１つのステップで検出することができ、回折限界点だけではないため、１つの走査ステップにおいて、点だけでなく面も走査される。このことは、大面積の物体を迅速に顕微鏡観察することを可能にさせる。傾斜設定された光シートは、未定着の試料の検査の際に、最大約３００μｍまでの浸透深度を可能にさせる。クリアに処理された、すなわち化学的に処理された（軽量化された）試料のケースでは、浸透深度は数ミリメートルになる可能性がある。
【００４８】
試料の照明は、この場合、いわゆる静電光シートを用いて行うことができ、この光シートは、好適には、シリンドリカルレンズによって生成される。透過的もしくは半透過的な試料では、光シートは、断面を照明する。非透過的な対象の場合、照明光が達する対象周囲部分のみが照明される。
【００４９】
同様に、集束された照明光が、走査装置、例えば走査ミラーを用いて、伝搬方向に対して垂直な方向に沿って（好適には）周期的に移動する、いわゆる仮想光シートを生成することも可能である。この場合、走査周波数は、好適には、画像撮影周波数よりも高い。
【００５０】
試料の走査ならびにこの試料から放出された散乱光および／または蛍光の検出は、３Ｄ再構成を可能にする傾斜した試料スライスのスタックとなる。
【００５１】
取付け要素は、好適には、照明アセンブリおよび／または検出アセンブリに取り付けられてもよい。それにより、１度だけの調整の後で、偏向素子の事後的な調整は不要になる。
【００５２】
本発明による光学モジュールは、本発明による光学装置を含み、ここで、照明光ならびに散乱光および／または蛍光用に、共有の入射もしくは出射開口部が、光学モジュールに設けられてもよい。この種の共有の開口部は、本発明によるモジュールを顕微鏡の収容装置内に収容することを可能にすることができる。
【００５３】
特に共焦点顕微鏡は、照明光ならびに散乱光および／または蛍光用の共線的に延びる伝送経路を有することができ、そのため、光学モジュールが接続されている場合、顕微鏡から放出された照明光は、モジュール内で光学照明アセンブリによって照明経路を介して試料ボリュームに伝送される。
【００５４】
同様に、試料ボリュームから、特にその中に配置された試料から放出された散乱光および／または蛍光は、検出経路に沿って光学検出アセンブリを通り共通の開口部を通って顕微鏡に供給され、そこで検出することができる。
【００５５】
したがって、この光学モジュールは、追加部品セットとして理解することができ、この追加部品セットを用いることにより、共焦点顕微鏡と共に光シート顕微鏡が可能になる。光学モジュールの簡単でかつ迅速な取り外しにより、この共焦点顕微鏡は、再び共焦点顕微鏡として使用可能である。
【００５６】
照明アセンブリも検出アセンブリも、アダプターブロックを介してモジュールに機械的に固定することができ、特に交換可能であってもよい。同様に、照明アセンブリもしくは検出アセンブリの個々の光学素子がそれぞれ別個に光学モジュール内に配置されて取り付けられ、したがって、可変に交換可能であることも考えられる。
【００５７】
光学モジュールは、さらに、モジュールから試料までの距離を変えること、したがって、形成される光シートの位置、すなわち試料面を設定することを可能にするアクチュエータを有することができる。さらに、このモジュールは、顕微鏡内に既に設けられているアクチュエータを代替的に用いることができる。
【００５８】
照明および検出の伝送経路を組み合わせるために、本発明による光学モジュールのさらなる実施形態では、蛍光の透過および／または反射特性とは異なる照明光用の透過および／または反射特性を有する少なくとも１つの波長選択光学素子が設けられてもよい。
【００５９】
この波長選択光学素子は、ダイクロイックミラーまたは部分反射器であってもよい。本発明によるモジュールは、スプリッタ要素（ダイクロイックスプリッタ１０１，１０２，３５）を外すことにより、共焦点照明および／または検出モジュールとして設計することも考えられる。
【００６０】
ここで、本発明による顕微鏡では、機械的な収容装置を用いて本発明による光学モジュールを収容することができる。このことは、好適には、一方では光学モジュールを機械的にしっかりと確実に顕微鏡内に収容し、他方ではこの収容機構を介して光学モジュールを顕微鏡の伝送経路に関して正確に位置合わせすることができるように設計された標準化された機械的な収容装置を用いて行われる。
【００６１】
以下では本発明を、例示的な実施形態に基づいてより詳細に説明する。これらの実施形態はそれ自体好適であり、ここで図示された実施形態の技術的特徴は、相互に任意に組み合わせることができ、かつ／または必要に応じて省くことができる。同じ技術的特徴ならびに機能もしくは技術的効果の同じ技術的特徴には、同じ参照記号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による光学アセンブリの第１の実施形態を示した図
【図２】本発明による光学アセンブリの第２の実施形態を示した図
【図３】本発明による光学モジュールを示した図
【図４】本発明による光学装置の２つの異なる構成図
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、光学照明アセンブリ３、光学検出アセンブリ５および取付け要素７を含む光学装置１を示す。光学照明アセンブリ３は、像側主平面１０を有する概略的に示されたレンズ系９を含み、それに対して、光学検出アセンブリ５は、個別のレンズ１１を含む。光学照明アセンブリ３も、光学検出アセンブリ５も、ハウジング１３と共に示されているが、ここで、他の実施形態では、レンズ系９もしくは個々のレンズ１１のみが光学装置１内に配置されていてもよい。
【００６４】
光学照明アセンブリ３は、照明光１５を伝送する。この照明光１５は、機器側１９から試料側１７に案内され、そこで照明経路２１に沿って試料ボリューム２３を通過して伝送される。試料ボリューム２３内には、試料２５が少なくとも部分的に収容されている。
【００６５】
試料２５から出発して、散乱光および／または蛍光２７は、試料ボリューム２３を通過して検出経路２９に沿って光学検出アセンブリ５に伝送され、光学検出アセンブリ５によって収集され、機器側１９に転送される。
【００６６】
取付け要素７はカップ形状に構成されており、照明経路２１に対して垂直に配向された２つの境界面３１を有する。試料２５においては照明経路２１および検出経路２９は、実質的に相互に９０°の角度で配向されている。２つの境界面３１は、通過する光のサイズを制限する出力側光学断面８ｂを有している。図示の実施形態では、この出力側光学断面８ｂは、光学照明アセンブリに面する入力側光学断面８ａよりも小さい。取付け要素７が光学検出アセンブリ５に割り当てられるならば、これらの断面８ａ，８ｂは、同様に定められる。
【００６７】
機器側１９には、複数の偏向ミラー３３およびダイクロイックミラー３５が示されている。これらのダイクロイックミラー３５は、照明光１５ならびに散乱光および／または蛍光２７用に異なる透過および／または反射特性１０２を有する波長選択光学素子１０１の特異的な実施形態である。
【００６８】
さらに、図１は、図示の実施形態では共焦点顕微鏡３９である顕微鏡３７の概略的断面を示している。この顕微鏡３７は、例えば照明光１５を平行化し、２つのダイクロイックミラー３５を介してシリンドリカルレンズ４３に案内する光学系４１を含む。
【００６９】
シリンドリカルレンズ４３では、照明光１５が一方向にのみ集束され、そのため、試料２５内では光シート４５が形成される。光シートは、図４では拡大図４７で明確に示されている。
【００７０】
したがって、散乱光および／または蛍光２７は、光シート４５に対して垂直に放射され、検出経路２９に沿って光学検出アセンブリ５に案内される。この光学検出アセンブリ５は、散乱光および／または蛍光２７を、２つの偏向ミラー３３を介して、ならびに２つのダイクロイックミラー３５を通過して、顕微鏡３７の検出器系４９に伝送する。
【００７１】
形成される光シート４５は、図示の実施例では照明経路２１に対して平行に配向されている伝搬方向５１に沿って、および図平面内部へ延在する幅方向５３に沿って延在している。光シート４５は、さらに、厚さ方向５７に沿って測定される厚さ５５を有し、ここでは、この厚さ方向５７および検出経路２９は、相互に平行である。
【００７２】
照明経路２１も検出経路２９も、伝送経路５９と称することができる。試料側１７と機器側１９との間の経路を区別するために、機器側上の経路は、入力経路６１もしくは出力経路６３と称する。
【００７３】
フランジ領域６５内では、入力経路６１も出力経路６３も共線的に延びる。
【００７４】
図２には、取付け要素７の機能動作が示されている。図２の光学装置１は、それぞれ対物レンズ６７として構成された光学照明アセンブリ３もしくは光学検出アセンブリ５を含む。光学検出アセンブリ５は、特に液浸光学系６８として構成され、図２に示された実施形態では、前面７１と共に液浸媒体７３内に完全に浸漬された液浸対物レンズ６９として構成されている。それに対して、光学照明アセンブリ３は、一部のみが液浸媒体７３の上面７５の下に位置する。
【００７５】
上面７５の上に生じる可能性がある振動７７が照明経路２１を阻害することなく、照明光１５を用いた照明が上下動するようにするために、取付け要素７が設けられている。この取付け要素７の第１の端部７９は、液浸媒体７３の上面７５の上に位置し、それに対して取付け要素７の第２の端部８１は、液浸媒体７３の上面７５の下に位置する。
【００７６】
カップ形状の取付け要素７は、液浸媒体７３で満たされておらず、境界面３１を通過する干渉のない試料２５の照明を可能にする。
【００７７】
他の（図示されていない）実施形態では、試料および／または液浸媒体の屈折率への適合化を保証するために、取付け要素７は、さらなる光学媒体で満たされてもよいし、あるいは中実に構成されてもよい。
【００７８】
試料２５が位置する試料ホルダー８３が２つの可能な走査方向８５のうちの１つに沿って移動する場合、振動７７は、特に、液浸媒体７３の上面７５に発生する可能性がある。
【００７９】
図１の顕微鏡３７とは対照的に、図２の顕微鏡３７は、走査ミラー８７を有しており、この走査ミラー８７は、軸８９周りに可動に支持されており、いわゆる仮想光シート９１を試料２５内の走査運動９３によって形成する。
【００８０】
図３には、光学モジュール９５内に収容された本発明による光学装置１の別の実施形態が示されている。
【００８１】
そのような光学モジュール９５は、適切な収容装置９７を用いて顕微鏡３７内に収容されてもよく、任意選択的に、共焦点スキャナーを含むことができる。収容装置９７において、ならびにモジュール９５自体においても、共有の入射もしくは出射開口部９９が構成されており、この開口部９９を通って、入力経路６１も出力経路６３も共線的に延びる。
【００８２】
このことは、波長選択光学素子１０１の特別な実施形態を表す上記で説明したダイクロイックミラー３５によって実現される。
【００８３】
図３に示された光学装置１の実施形態では、取付け要素７は、偏向素子１０３として構成されている。
【００８４】
この偏向素子１０３は、境界面３１および側面３１ａを含む。
【００８５】
境界面３１（液浸媒体７３の上面７５の上に位置する境界面）は、照明経路２１に対して垂直に配向され、それに対して、液浸媒体７３内に位置する境界面３１は、照明経路２１に対して９０°とは違った角度で配向されている。
【００８６】
偏向素子１０３を通って透過する照明光１５、すなわち透過光１０５は、側面３１ａで反射され、検出経路２９に対して垂直に配向された光シート４５を形成する。
【００８７】
しかしながら、照明アセンブリ３および検出アセンブリ５は、上記で示された実施形態と比較して、９０°よりも大幅に小さい調整角１０７で相互に配置されている。
【００８８】
図４には、本発明による光学装置１が異なる構成１０９で示されている。
【００８９】
構成１０９は、特に、異なる照明経路２１につながる、異なって延びる伝送経路５９に関している。
【００９０】
図４には、近軸伝送経路５９ａおよび周辺伝送経路５９ｂが示され、それらは近軸照明経路２１ａおよび周辺照明経路２１ｂになる。
【００９１】
偏向素子１０３を有し、偏向機能なしの取付け要素を有する近軸照明構成１０９ａおよび周辺照明構成１０９ｂは、２つの拡大図４７で示されている。
【００９２】
近軸照明構成１０９ａでは、近軸照明経路２１ａが、光学照明アセンブリ３の光軸１１１と共線的であり、境界面３１を介して偏向素子１０３として構成された取付け要素７に入射する。
【００９３】
この偏向素子１０３は、図示の構成１０９ａでは、適切な固定要素１２１を用いて光学検出アセンブリ５に固定されるが、他の実施形態では光学照明アセンブリ３に取り付けられてもよい。
【００９４】
透過光１０５は側面３１ａに入射し、この側面３１ａと視射角１１３をなす。側面３１ａには全反射１１５が発生してもよいし、あるいは透過光１０５を反射する反射層１１７が設けられてもよい。
【００９５】
図４には、反射層１１７が、全反射１１５の位置の下方に概略的に示されている。実際の用途では、一般に、透過光１０５および近軸照明経路２１ａを偏向するために、全反射１１５か反射層１１７が用いられる。これらの考察については、視射角１１３のみならず、偏向素子１０３の屈折率１０３ａや液浸媒体７３の屈折率７３ａも用いることができる。なぜなら、同じように大きな屈折率７３ａ，１０３ａの場合、所望の視射角１１３のもとで全反射１１５が実現可能にならない場合があるからである。
【００９６】
偏向素子１０３における偏向により、さらなる近軸照明経路２１ａは、光学検出アセンブリ５の光軸１１１に対して実質的に垂直に延びる。
【００９７】
光学検出アセンブリ５の光軸１１１と直角に交差しない不変の照明経路２１ｕは、点線で表されている。
【００９８】
周辺照明構成１０９ｂでは、照明光１５は、光学照明アセンブリ３内に共線的に入射しておらず、そのため、周辺照明経路２１ａは、近軸照明構成１０９ａとは対照的に、光学照明アセンブリ３の光軸１１１と合致もしくは一致しない。
【００９９】
照明光１５は、周辺照明経路２１ｂに沿ってカップ形状の取付け要素７内に伝送され、取付け要素７の底面１１９の２つの境界面３１を垂直に通過する。
【０１００】
この垂直配向により、取付け要素７から液浸媒体７３内への遷移時に角分散は発生しない。
【０１０１】
光学照明アセンブリ３への非共線的入射により、周辺照明経路２１ｂは、あらゆる偏向なしで、光学検出アセンブリ５の光軸１１１に対して既に実質的に垂直に配向されている。
【０１０２】
構成１０９ｃでは、取付け要素７は中実であり、すなわち、ボリューム体１２３として構成されている。この実施形態は、光学アセンブリの前面と試料との間の距離（図示せず）を増加させることができるという利点を有している。
【符号の説明】
【０１０３】
１        光学装置
３        光学照明アセンブリ
５        光学検出アセンブリ
７        取付け要素
８ａ      入力側光学断面
８ｂ      出力側光学断面
９        レンズアセンブリ
１０      像側主平面
１１      レンズ
１３      ハウジング
１５      照明光
１７      試料側
１９      機器側
２１      照明経路
２１ａ    近軸照明経路
２１ｂ    周辺照明経路
２１ｕ    不変の照明経路
２３      試料ボリューム
２５      試料
２７      散乱光および／または蛍光
２９      検出経路
３１      境界面
３１ａ    側面
３３      偏向ミラー
３５      ダイクロイックミラー
３７      顕微鏡
３９      共焦点顕微鏡
４１      光学系
４３      シリンドリカルレンズ
４５      光シート
４７      拡大図
４９      検出器系
５１      伝搬方向
５３      幅方向
５５      厚さ
５７      厚さ方向
５９      伝送経路
５９ａ    近軸伝送経路
５９ｂ    周辺伝送経路
６１      入力経路
６３      出力経路
６５      フランジ領域
６７      対物レンズ
６８      液浸光学系
６９      液浸対物レンズ
７１      前面
７３      液浸媒体
７３ａ    液浸媒体の屈折率
７５      上面
７７      振動
７９      第１の端部
８１      第２の端部
８３      試料ホルダー
８５      走査方向
８７      走査ミラー
８９      軸線
９１      仮想光シート
９３      走査運動
９５      光学モジュール
９７      収容装置
９９      入射もしくは出射開口部
１０１    波長選択光学素子
１０２    透過および／または反射特性
１０３    偏向素子
１０３ａ  偏向素子の屈折率
１０５    透過光
１０７    調整角
１０９    構成
１０９ａ  近軸照明構成
１０９ｂ  周辺照明構成
１１１    光軸
１１３    視射角
１１５    全反射
１１７    反射層
１１９    底面
１２１    固定要素
１２３    ボリューム体
【図１】
2021515910.tif 000003
【図２】
2021515910.tif 000004
【図３】
2021515910.tif 000005
【図４】
2021515910.tif 000006
【国際調査報告】
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2021515910.tif 000008
2021515910.tif 000009
2021515910.tif 000010