(57)【要約】【課題】顕微鏡対物レンズを提供する。【解決手段】本明細書において提供されるものは、通路内で顕微鏡対物レンズの試料端に配置された第１の複数のレンズと、第１の複数のレンズ及び第２の複数のレンズが撮像軸に沿って整列しかつ個々のレンズが撮像軸を中心として回転対称となるように、通路内で第１の複数のレンズから離隔して試料端の反対側に配置された第２の複数のレンズとを含む、顕微鏡対物レンズである。第２の複数のレンズのうち、少なくとも１枚のレンズに対する、第１の複数のレンズの各レンズとの間の距離を変更するために、撮像軸に沿って、キャリアを移動させるように構成されたモータも含まれる。【選択図】図５
2016038582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システムであって、
（ａ）顕微鏡対物レンズであって、
（ａ１）ハウジングと、
（ａ２）ハウジング内で通路を形成するスリーブと、
（ａ３）通路内で顕微鏡対物レンズの試料端に配置された第１の複数のレンズと、
（ａ４）第１の複数のレンズ及び第２の複数のレンズが撮像軸に沿って整列しかつ個々のレンズが撮像軸を中心として回転対称となるように、通路内で第１の複数のレンズから離隔して試料端の反対側に配置された第２の複数のレンズと、
（ａ５）第１の複数のレンズに結合していて通路内に少なくとも部分的に配置されたキャリアと、
（ａ６）キャリアに結合したモータであって、第２の複数のレンズのずくなくとも１枚のレンズに対する第１の複数のレンズの各レンズの距離を変更するように撮像軸に沿ってキャリアを移動させるように構成されたモータと
を備える顕微鏡対物レンズと、
（ｂ）モータに結合しかつモータを駆動するための命令を出すように構成されたプロセッサと
を備える撮像システム。
【請求項２】
モータが、第１の複数のレンズの各レンズを開始位置に対して同じ距離だけ変位させて第１の複数のレンズの各レンズの相対的位置が互いに固定されるようにキャリアを移動させるように構成されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項３】
ハウジングが、顕微鏡対物レンズが撮像システム内に配置されているときに、第１の複数のレンズ及び第２の複数のレンズ及びモータの周りで閉鎖されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項４】
ハウジングが、顕微鏡対物レンズが撮像システム内に配置されているときに、第１の複数のレンズ及び第２の複数のレンズ及びモータの周りで閉鎖されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項５】
キャリアがスリーブ内に部分的に配置されているとともに、スリーブの試料端から部分的に延在している、請求項１記載の撮像システム。
【請求項６】
モータが、スリーブに隣接する第２の通路内に配置されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項７】
スリーブの外壁が第２の通路の内壁の一部を形成する、請求項６記載の撮像システム。
【請求項８】
第１の通路が第２の通路よりも大きい、請求項６記載の撮像システム。
【請求項９】
ハウジングが、第１の通路と一致する円筒形の形状と、第２の通路と一致する突出部とを形成する、請求項６記載の撮像システム。
【請求項１０】
第１の複数のレンズが３枚以上のレンズを含む、請求項１記載の撮像システム。
【請求項１１】
第２の複数のレンズが６枚以上のレンズを含む、請求項１０記載の撮像システム。
【請求項１２】
第２の複数のレンズの各レンズが通路内の所定の位置に固定されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項１３】
キャリアが、第１の複数のレンズを軸に沿って第２の複数のレンズから離れる方向に移動させて距離を増すように構成されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項１４】
キャリアが、第１の複数のレンズを軸に沿って第２の複数のレンズに近づく方向に移動させて距離を縮めるように構成されている、請求項１記載の撮像システム。
【請求項１５】
固定群のレンズと移動群のレンズの少なくとも１枚のレンズとの間隔が第１の距離にある顕微鏡対物レンズを用いて、ある厚さを有する基板上の試料から第１の画像データを取得するステップと、
顕微鏡対物レンズ内に収容されたモータに対して、第１の距離とは異なる第２の距離に間隔を変更するための命令を出すステップと、
間隔が第２の距離にある顕微鏡対物レンズを用いて、試料から第２の画像データを取得するステップと、
第１の画像データを第２の画像データと比較して、第１の間隔で優れた合焦状態にあるときは第２の間隔ではなく第１の間隔を選択し、第２の間隔で優れた合焦状態にあるときは第１の間隔ではなく第２の間隔を選択するステップと、
第１の間隔で優れた合焦状態にあるときは第２の間隔ではなく第１の間隔を使用し、第２の間隔で優れた合焦状態にあるときは第１の間隔ではなく第２の間隔を使用して、試料から第３の画像データを取得するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
間隔を変更するためのモータに対する命令が自動的であって、試料が顕微鏡対物レンズの撮像視野内に位置する入力を受信することをトリガーとする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
顕微鏡対物レンズ内に収容されたモータに対して、第１の距離及び第２の距離とは異なる第３の距離に間隔を変更するための命令を出すステップと、間隔が第３の距離にある顕微鏡対物レンズを用いて、試料から第４の画像データを取得するステップと
を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
第３の画像データを取得するステップが、第１の画像データ及び第２の画像データと比較して、解像度の高い画像データを取得することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
試料が、ある厚さを有する基板上に載置されており、合焦状態に優れる間隔及び厚さを較正因子としてメモリに記憶することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
顕微鏡対物レンズ内に収容された位置センサから入力を受信するステップを含んでいて、顕微鏡対物レンズ内に収容されたモータに対して、第１の距離とは異なる第２の距離に間隔を変更するための命令を出すステップが、入力を用いて第２の間隔が既に達成されたか否かを判定することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
撮像システムであって、
ある厚さを有する基板上に載置された試料の第１の画像データを受信する命令と、
第１の画像データが球面収差を伴っているか否かを判定する命令と、
顕微鏡対物レンズのハウジング内のモータに対して、撮像軸に沿って整列した第１群のレンズと第２群のレンズとの離間距離を変更するように命令であって、モータが、第１の画像データが球面収差を伴っているときに、第１群全体を第２群に対して撮像軸に沿って移動させて新たな離間距離が達成されるように構成されている、命令と、
新たな離間距離で試料の第２の画像データを受信する命令と、
第２の画像データが球面収差を伴っているか否かを判定する命令と、
第２の画像データが球面収差を伴っていないときの試料又は基板に対して顕微鏡対物レンズを較正する命令と
を実行するように構成されたプロセッサと、
これらの命令を記憶するメモリと
を備える撮像システム。
【請求項２２】
顕微鏡対物レンズを較正する命令が、新たな離間距離をメモリに記憶することを含む、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
顕微鏡対物レンズを較正する命令が、新たな間隔で第３の画像データを取得するように撮像装置に命令することを含む、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
第３の画像データが第２の画像データよりも解像度が高い、請求項２３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、撮像に関し、詳細には、一体型顕微鏡対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光は、レンズの中心での屈折の仕方に対して、レンズの縁部付近では、違った風に屈折するため、レンズには球面収差が発生する。高開口数の顕微鏡対物レンズで撮影された画像のコントラスト及び鮮鋭度は、システムの球面収差が、どの程度良好に補正されたかに依存する。しかし、顕微鏡で撮像されている試料のフォーマットにより、画像内に観察される球面収差全体が、変化する可能性もある。例えば、試料は、様々な厚さで利用可能な基板上に載置されてもよい。また、基板の厚さは、試料が対物レンズと対向するスライドガラス又はカバーガラスに載置されているか否か、或いは試料が、ウェルプレートの厚肉なプラスチック底部に配置されているか否かに依存する。したがって、さらなる球面収差が、試料及びその特定の基板によって、発生する可能性があり、試料に依存する球面収差は、特定の試料用基板のタイプ及び／又は厚さのみのために較正されている顕微鏡で補正することが難しい場合がある。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、顕微鏡対物レンズを備える撮像システムを提供する。顕微鏡対物レンズは、ハウジングと、ハウジング内で通路を形成するスリーブと、通路内で顕微鏡対物レンズの試料端に配置された第１の複数のレンズと、第１の複数のレンズ及び第２の複数のレンズが撮像軸に沿って整列しかつ個々のレンズが撮像軸を中心として回転対称となるように、通路内で第１の複数のレンズから離隔して試料端の反対側に配置された第２の複数のレンズと、第１の複数のレンズに結合していて通路内に少なくとも部分的に配置されたキャリアと、キャリアに結合したモータであって、第２の複数のレンズのずくなくとも１枚のレンズに対する第１の複数のレンズの各レンズの距離を変更するように撮像軸に沿ってキャリアを移動させるように構成されたモータとを含む。撮像システムは、モータに結合しかつモータを駆動するための命令を出すように構成されたプロセッサも備える。
【０００４】
別の実施形態では、固定群のレンズと移動群のレンズの少なくとも１枚のレンズとの間隔が第１の距離にある顕微鏡対物レンズを用いて、ある厚さを有する基板上の試料から第１の画像データを取得するステップと、顕微鏡対物レンズ内に収容されたモータに対して、第１の距離とは異なる第２の距離に間隔を変更するための命令を出すステップと、間隔が第２の距離にある顕微鏡対物レンズを用いて、試料から第２の画像データを取得するステップと、第１の画像データを第２の画像データと比較して、第１の間隔で優れた合焦状態にあるときは第２の間隔ではなく第１の間隔を選択し、第２の間隔で優れた合焦状態にあるときは第１の間隔ではなく第２の間隔を選択するステップと、第１の間隔で優れた合焦状態にあるときは第２の間隔ではなく第１の間隔を使用し、第２の間隔で優れた合焦状態にあるときは第１の間隔ではなく第２の間隔を使用して、試料から第３の画像データを取得するステップとを含む方法を提供する。
【０００５】
別の実施形態では、一群の命令を実行するように構成されたプロセッサを含むシステムを提供する。これらの命令は、ある厚さを有する基板上に載置された試料の第１の画像データを受信する命令と、第１の画像データが球面収差を伴っているか否かを判定する命令と、顕微鏡対物レンズのハウジング内のモータに対して、撮像軸に沿って整列した第１群のレンズと第２群のレンズとの離間距離を変更するように命令であって、モータが、第１の画像データが球面収差を伴っているときに、第１群全体を第２群に対して撮像軸に沿って移動させて新たな離間距離が達成されるように構成されている、命令と、新たな離間距離で試料の第２の画像データを受信する命令と、第２の画像データが最後の画像と比較して球面収差が低減されているか否かを判定する命令と、球面収差が最も低い顕微鏡対物レンズを利用する命令とを含む。システムは、特定の試料に関するモータ位置情報を記憶するためのメモリも備える。
【０００６】
開示された実施形態の別の態様では、システムを、１ｍｍのスライドガラス、０．８ｍｍのプラスチック製ウェルプレート及び０．１７ｍｍのカバーガラス等の、一般的な基板の厚さ用の間隔で、予め設定することが可能であり、システムは、これらの基板のうち一つの基板に対して設定された内部間隔で開始することができる。鮮鋭度は、これらの設定点付近で、軽微な調整を行うことによって最適化することができる。
【０００７】
本発明の、これら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明が、添付の図面を参照して読まれた場合に、よりよく理解されるであろう。添付の図面においては、同様の符号が、図面全体を通して、同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】球面収差が正しく補正された、概略的なスライド画像である。
【図２】図１のスライドガラスの厚さの補正に対する設定と同じ設定を使用した、球面収差が正しく補正されていない、厚さの異なる基板の、概略的なスライド画像である。
【図３】本開示の特定の実施形態による顕微鏡対物レンズを用いて、画像データを取得する際に使用される、例示的なシステムの線図である。
【図４】本開示の特定の実施形態による、図３のシステムと関連して使用され得る顕微鏡対物レンズの斜視図である。
【図５】本開示の特定の実施形態による、図４の顕微鏡対物レンズの断面図である。
【図６】本開示の特定の実施形態による、図３のシステムと共に使用され得る例示的な顕微鏡対物レンズの、レンズ部品の断面図である。
【図７】本開示の特定の実施形態に関連して使用され得る、球面収差補正方法の流れ図である。
【図８】本開示の特定の実施形態に関連して使用され得る、代替的な球面収差補正方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
撮像対象物の試料用基板（例えばスライドガラス）は、基板の厚さに依存する、収束光線への一定量の球面収差を発生させる可能性がある。球面収差補正部を備えていない顕微鏡では、厚さが最適ではない基板を通して観察される場合に、画像鮮鋭度が劣化する可能性がある。顕微鏡で撮影された画像の品質は、基板の球面収差（ＳＡ）が正しく補正されない場合、大幅に低下する。図１は、正しい球面収差補正設定での、厚さ１ｍｍのスライドガラス上の解像度標的の、概略的な画像であり、図２は、カバーガラスの厚さを考慮せずに、１ｍｍのスライドの厚さを補正するための設定と同じＳＡ設定を用いて、厚さ０．１７ｍｍのカバーガラスを通して撮像された場合の、解像度標的の概略的な画像である。図２は、図１と比較して、不鮮明であり、コントラストが低い。図１は、球面収差補正に対して、適切に設定がなされた上で撮像された、概略的な表現である。球面収差補正部を有さない顕微鏡は、顕微鏡の仕様として設けられる、特定の基板の厚さ又はカバーガラスの厚さで使用することに限定される可能性がある。しかし、操作者は、多種多様な源からの、多種多様な基材上に用意された試料を撮像したい場合がある。また、そのような試料を、顕微鏡により指定された基板上に移すことにより、試料を損傷する恐れがある。
【００１０】
一定の範囲の基板の厚みにわたって、顕微鏡の高品質の撮像を達成するために、対物レンズの球面収差環は、使用されている基板の厚さによって発生する球面収差を補正するために、調整されなければならない。球面収差を補正し、かつ対物レンズの本体内に直接備え付けられる補正機構を有する顕微鏡対物レンズが、本明細書に提供される。この対物レンズは、固定群のレンズ素子と、移動補正群との間の、空気間隔を調整することにより、球面収差の変化を補正する。機構は、対物レンズの一体部分として取り付けられたモータによって駆動される。球面収差補正器の位置は、顕微鏡の中央制御ハードウェアによって制御されており、対物レンズのハウジングの側面に、電気コネクタを介して接続されている。必要とされる球面収差補正のレベルは、制御ソフトウェアを介して、ユーザによって設定されてもよく又は対物レンズに結合したセンサによって、決定されてもよい。
【００１１】
本明細書に開示される実施形態は、閉鎖型顕微鏡対物レンズ又はユーザがアクセスできない顕微鏡対物レンズを用いて、実施することができる。このことは、例えば、ユーザが、回転可能な環の設定を手動で調整することを可能にする、手動で調整可能な顕微鏡対物レンズとは対照的である。そのような実施態様では、ユーザが、対物レンズターレットにアクセスすることが必要になる。このような手法は、オープンフレームの顕微鏡にも適合可能であるが、他の顕微鏡は、器具の本体内に収容された対物レンズターレットを有しており、このような顕微鏡では、ユーザは、環の設定を手動で調整することができない。別の手法には、対物レンズの環に結合し、対物レンズの環を、手動で調整可能な環により変位させる、外付けの機械的アクチュエータが含まれる。しかし、このような手法では、環と、機械的アクチュエータとの間の境界面の位置ずれ又はアクチュエータのずれによって、信頼性に関する問題が生じる恐れがある。開示された技術は、対物レンズターレットにアクセスすることなく、かつ信頼性に関する問題又は位置合わせに関する問題を生じさせることなく、ＳＡ設定を遠隔的に調整し易くするために、閉鎖型対物レンズターレット又はアクセス不可の対物レンズターレットを用いて、実施してもよい。
【００１２】
本技術にしたがって動作することが可能な顕微鏡対物レンズを含む、例示的な撮像システム１０が、図３に示されている。一般に、撮像システム１０は、信号を検出し、その信号を、下流のプロセッサによって処理することができるデータに変換する、撮像装置１２を含む。撮像装置１２は、画像データの生成に関する、様々な物理的原理にしたがって動作することができ、蛍光顕微鏡、明視野顕微鏡又は適切な撮像モダリティに適合した装置を含んでもよい。また、撮像装置１２は、撮像される試料１６から光を集める、顕微鏡対物レンズ１４を含んでもよい。取得される画像は、デジタル画像又はフィルム画像であってもよい。一般に、撮像装置１２は、試料１６を示す画像データを生成する。試料１６は、生物学的試料、環境試料、化学的試料等の、関心のある任意の材料であってもよい。
【００１３】
図示されるように、試料１６は、基板１８上に載せられている。基板１８は、特定の厚さを有するスライドガラスであってもよく又はウェルプレートのウィンドウであってもよい。ウェルプレートのウィンドウは、同様に、スライドガラスの厚さとは異なる可能性のある、特定の厚さを有する。試料が、撮像装置１２に結合している取り付け台２０に載せられた場合、厚さが異なる基板では、固定群と、移動群との間の、内部間隔の調整が必要となり、かつ最適に球面収差を補正しつつ、対物レンズの焦点を、新たな最良の焦点位置に、再び合わせる必要がある。本明細書に記述されているように、システム１０は、これらの試料に依存する距離の変化と、これらの変化の結果生じる球面収差とに対処するように構成されている。特定の実施形態では、撮像装置１２の仕様に応じて、特定の基板の厚さ、例えば、０ｍｍ（基板は存在しない）〜１．５ｍｍの範囲の厚さの基板に対して、補正してもよい。したがって、操作者は、補正可能な範囲内の基板を選択するために、システムのインターフェースを介して、案内を受ける場合がある。
【００１４】
撮像装置１２は、システム制御回路網２１の制御下で動作する。システム制御回路網２１は、照明源制御回路、タイミング回路、試料の移動に合わせてデータ取得を調整する回路、光源及び検出器の位置を制御する回路等の、広範囲の回路を含んでもよい。本明細書の文脈においては、システム制御回路網２１は、システム制御回路網２１又はシステム１０の関連部品によって実行されるプログラム及びルーチンを格納するための、磁気記憶媒体、ソリッドステート記憶媒体、電子記憶媒体又は光学記憶媒体等の、コンピュータで読み取り可能なメモリ素子を含んでもよい。格納されるプログラム又はルーチンは、本技術のすべて又は一部を実行するための、プログラム又はルーチンを含んでもよい。
【００１５】
撮像装置１２で取得された画像データは、様々な目的、例えば、取得されたデータ又は信号を、デジタル値に変換するために、撮像装置１２によって加工され、データ取得回路網２２に提供されてもよい。データ取得回路網２２は、デジタルダイナミックレンジの調整、データの平滑化又は鮮鋭化、及び所要に応じてデータストリーム及びデータファイルの編集等の、広範囲の処理機能を実行する。
【００１６】
データ取得回路網２２は、取得された画像データを、データ処理回路網２３に転送する。データ処理回路網２３で、さらに処理及び解析を実行してもよい。したがって、データ処理回路網２３は、順序付け、鮮鋭化、平滑化、特徴認識等を含めて、画像データの実質的な解析を実行してもよい。また、データ処理回路網２３は、１つ以上の試料源（例えば、マルチウェルプレートの複数のウェル）に関するデータを受信してもよい。処理された画像データは、撮像システム１０内に又は撮像システム１０から離れて配置され得る、画像保管通信システム等の、短期記憶装置又は長期記憶装置に記憶されてもよいし、及び／又は操作者ワークステーション２４にいる操作者のために、再構成され、表示されてもよい。
【００１７】
再構成された画像を表示することに加えて、操作者ワークステーション２４は、通常、インターフェースを介して、システム制御回路網２１により、撮像システム１０の上述の動作及び機能を制御してもよい。操作者ワークステーション２４は、汎用又は特定用途向けコンピュータ２５等の、１つ以上のプロセッサベースの部品を含んでもよい。プロセッサベースの部品に加えて、コンピュータ２５は、磁気大容量記憶装置及び光学大容量記憶装置、並びに／又はＲＡＭチップ等の内部メモリを含む、様々なメモリ部品及び／又は記憶部品を含んでもよい。メモリ部品及び／又は記憶部品は、操作者ワークステーション２４又はシステム１０の関連部品によって実行される、本明細書に説明される技術を実行するための、プログラム及びルーチンを格納するために使用されてもよい。代替的に、プログラム及びルーチンは、操作者ワークステーション２４から離れてはいるが、ネットワーク及び／又はコンピュータ２５上に存在する通信インターフェースによってアクセス可能な、コンピュータアクセス可能記憶媒体、並びに／又はコンピュータアクセス可能メモリに格納されてもよい。
【００１８】
コンピュータ２５は、様々な入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース及び様々なネットワークインターフェース又は通信インターフェースを備えてもよい。様々なＩ／Ｏインターフェースにより、構成情報を閲覧及び入力するため及び／又は撮像システム１０を動作させるために使用され得る、ディスプレイ２６、キーボード２８、マウス３０及びプリンタ３２等の、ユーザインターフェース装置を用いて通信することが可能になる。様々なネットワークインターフェース及び通信インターフェースにより、ローカルイントラネット及び広域イントラネットと、ストレージネットワークとの両方、並びにインターネットに対して、接続することが可能になることがある。様々なＩ／Ｏインターフェース及び通信インターフェースは、適宜又は必要に応じて、ワイヤ、線又は好適な無線インターフェースを利用してもよい。
【００１９】
１つより多い操作者ワークステーション２４が、撮像システム１０用に設けられてもよい。例えば、撮像システム又は撮像ステーションは、画像データ取得手順に含まれるパラメータの調節を可能にする、１つの操作者ワークステーション２４を含んでもよく、これに対して、別の操作者ワークステーション２４を、結果物及び再構成された画像を操作し、向上させ、かつ閲覧するために、設置してもよい。また、操作者ワークステーション２４は、球面収差補正に関する情報を表示し、かつ／又は操作者が、球面収差補正に関する、顕微鏡対物レンズ１４への入力又は命令を付与するためのインターフェースを提供するために、本技術と共に使用してもよい。
【００２０】
顕微鏡対物レンズにおける、固定群のレンズと、補正群のレンズとの間の空気間隔を調整することにより、厚さが異なる基板に伴う、球面収差の変化に対処する技術が、本明細書に提供されている。図４は、図３のシステムと関連して使用され得る顕微鏡対物レンズの、部分破断斜視図である。顕微鏡対物レンズ１４は、レンズ５２を取り囲むハウジング５０内に収容されている。顕微鏡対物レンズ１４は、撮像装置１２の仕様に応じて、いかなる適切な数のレンズ５２を有してもよい。レンズは一般に、撮像中、対物レンズ１４の焦点を合わせるために、対物レンズ１４内の軸に沿って配置し得る。対物レンズ１４は、撮像装置１２に結合する顕微鏡結合端５６と、試料１６の最も近くに配置される試料端５８とを有する。対物レンズ１４が所定の位置に配置された場合、対物レンズ１４の内部部品を、ユーザは操作できなくなる。
【００２１】
上述のように、顕微鏡対物レンズ１４は、複数のレンズ５２を含む。レンズ５２の群は、球面収差を補正するために、対物レンズ内で、かつ他の固定レンズ５２に対して、変位することが可能である。一実施形態では、変位可能なレンズ５２は、試料端５８に配置されたキャリア６０に結合しており、キャリア６０は、ピン６２により互いに結合している、入れ子にされた要素等の、１つ以上のキャリア要素を有してもよく、これらの入れ子にされた要素は、次に、補正群のレンズ５２に結合し、一方、他のレンズ５２は、固定されている（即ち、キャリア６０に結合していない）。対物レンズ１４は、球面収差を補正するために、対物レンズ１４の固定部品に対して、複数のレンズ５２の一部のみを移動させるように構成された、モータ６４を含む。モータ６４は、レンズ通路６６内のレンズ５２を移動させるために、モータ通路６８内を移動してもよい。代替的に、モータ６４は、カムに結合することにより直線運動に変換される、モータ通路６８内での回転運動を提供する、ステッパ又は直流ブラシレスモータであってもよい。カムは、同様に、キャリア６０に、直接的又は間接的に結合される。上述のように、移動部品は、レンズ５２の移動が、モータ６４の移動を制御することによって制御されるように、ハウジング５０内に囲まれており、モータ６４の移動は、システム制御回路網２１（図３参照）によって、制御し得る。対物レンズ１４は、レンズ５２及びレンズ通路６６を収容するために、ほぼ円筒形の形状を形成してもよく、モータ通路６８を収容するために、バンプ７０をさらに含んでもよい。モータ６４及びモータ通路６８の直径は、対物レンズ１４を、モータを有さない対物レンズと使用するように過去に設計された、様々な既存の撮像台に組み込むことができるように、レンズ通路６６よりも相対的に小さくなるように選択し得る。
【００２２】
図５は、図４の対物レンズの断面図である。図示されるように、外側のハウジング５０は、レンズ通路６６を形成するスリーブ７６を囲んでいる。スリーブ７６は、対物レンズ１４の撮像装置端５６において又は対物レンズ１４の、撮像装置１２に対する結合を容易にする、いかなる適切な構造体内において、フランジ７７で終端してもよい（図３参照）。一実施形態では、対物レンズ１４は、レンズ５２の固定群８０と、対物レンズ１４の試料端５８に配置された、移動レンズの群である補正器群８２とを含む。図示された実施形態は、補正器群８２の一部として、３枚のレンズ５２と、固定群８０の一部として、６枚のレンズ５２とを示しているが、他の実施態様が想定されること、並びに固定群８０及び／又は補正群８２は、他のレンズ構成を有する場合があることを理解されたい。
【００２３】
補正群８２は、キャリア６０に結合されており、キャリア６０は、図示された実施形態では、補正群のレンズ５２と直接係合する前方片と、末端フランジ８８を有する後方片８６とを含む。後方片８６は、円筒カム６２を介して前方片８４と、末端フランジ８８を駆動する駆動軸９０とに結合している。モータ６４の作動により、駆動軸９０が移動する。駆動軸は、摩擦により又は回転カムに取り付けられた歯車の一部を駆動する平歯車を介して、回転カム６２に接続し得る。レンズは、レンズ鏡筒から突出するピンが、回転カムのスロット６３によって押し動かされるように、変位する別個の円筒状の鏡筒内に取り付けられている。対物レンズの焦点は、試料に対して、対物レンズ全体を移動させることによって調整される。小型モータ及び変位機構を使用することにより、対物レンズ１４は、対物レンズ及び球面収差補正器が、球面収差補正部を調整するための別個の機構を必要とすることなく、顕微鏡ターレットに直接取り付けることができる、一体型ユニットとして形成されることを可能にするように組み入れられる。球面収差補正部を調整するために、電気信号が、機械制御装置により、モータ６４に対して提供される。別の実施形態では、リードスクリュー駆動装置が、対物レンズ１４の固定群８０に対して、補正群８２を移動させる。この実施形態では、固定群８０は、補正群８２が、光軸に沿って移動することを抑制するためのスロットを有するスリーブ７６内に取り付けられている。補正群８２及びキャリア６０は、前方片８４に接続されたピン６２に取り付けられ、かつ固定環のスロット９１を通過するリードスクリューに接するナットによって駆動される。モータ６４によって生じるロッド９０の移動は、単純な垂直方向の変位であってもよい。他の実施形態では、ロッド９０を垂直方向に変位させるために、モータ６４により、関連するカムを、円周路内で移動させてもよい。スロット９１の寸法は、補正群８２の考えられる移動に、所望の制限を加えるために、選択し得る。キャリア６０の移動には、スリーブ７６内の（即ち、撮像装置端５６に向かう）前方片８４の移動か又はスリーブ７６から突出する前方片８４の移動かのどちらかが含まれてもよい。このようにして、前方片８４は、スリーブ７６の出し入れの動きを容易にするために、レンズ通路６６よりもわずかに小さい外径を有するように、組み入れられてもよい。また、後方片８６の内壁９２は、同時に、移動中、スリーブ７６の外壁９４の周りを移動する。別の実施形態では、圧電アクチュエータは、固定群８０と、補正レンズ群８２との間の、空気間隔を調整するために使用し得る。圧電変位の範囲は、アクチュエータとして圧電を利用しつつ、より大きな変位を提供するために、レバーアームを使用することによって増幅し得る。
【００２４】
図６は、図４の対物レンズの部分破断斜視図である。図示された実施形態では、対物レンズは、鏡筒から半径方向に突出し、かつ円周の周りに１２０度離れて配置された、３本のピン６２を含む。しかし、いかなる数のピン６２も使用することができるということを理解されたい。ダウエルピン６２を使用すること及び外筒（例えば、スリーブ７６）と、回転内筒（例えば、キャリア６０）との間を嵌合させることにより、補正群８２は、回転することなく、直線移動し、非常に厳しい中心許容範囲（例えば５μｍ）で、直線移動することができる。
【００２５】
キャリア６０の回転環は、ステッピングモータ６４の駆動軸９０の平歯車と境界面で結合する、回転環の表面における、歯車の歯のパターンを有していてもよい。モータ６４が回転環を回転させた場合、回転環のスロット６３は、前部群の直線変位を設定する。この変位は、回転角度の線形関数又は多項式関数とすることができる。例えば、図示されるように、スロット６３は、端部９７及び端部９８が、軸（即ち、図７の撮像軸９５）に対して直交しないように、一定の角度に向けられている。回転環は、顕微鏡本体に取り付けられた固定レンズ鏡筒のスリーブ７６内に入れ子になっている。
【００２６】
図７は、固定レンズ群８０及び補正レンズ群８２を有する、例示的なスリーブ７６の詳細断面図である。補正群８２のレンズ５２の移動は、撮像軸９５に沿っている。補正群８２は、補正群の個々のレンズ５２における、それぞれの変位が同じになるように、一緒に移動する。したがって、固定群８０の、補正群８２に対する絶対距離は、固定群の任意の固定レンズ５２に対して、補正群のいずれの構成要素からも測定できる一方、距離の変化は、補正群８２の全構成要素について、同じであるはずである。例えば、一実施形態では、考えられる距離は、試料端５８に最も近い固定レンズ５２の底面９６から、撮像端５６に最も近い補正レンズ８２の上面９８までの距離ｄ1であってもよい。絶対距離ｄ1は、球面収差を補正するために、変化してもよい。しかし、補正群の２つの構成要素間の距離ｄ2は、距離ｄ1のいかなる変化にも関わらず、同一のままである。他の実施形態では、距離ｄ3、もしくはｄ4又は（レンズの上面及び／もしくはレンズの底面又はレンズ５２の中央から測定される）固定レンズ５２と、補正レンズ８２との間のいかなる他の距離も、距離が変化すると考えられる。
【００２７】
補正レンズ８２に対する固定レンズ８０の移動により、試料用基板の影響による球面収差を補正することができる。システム１０は、全撮像処理を開始する前に、試料１６及び基板１８を測定するように構成されてもよい。図８は、試料１６を測定する方法１２０の流れ図である。試料１６は、撮像システム１０に取り込まれ（ブロック１２２）、第１の画像データが、第１レンズ離間距離において取得される（１２４）。第１レンズ離間距離は、デフォルトのレンズ設定であってもよい。例えば、システム１０は、所定の厚さを有する基板を想定して、すべての試料について、デフォルトの間隔で開始してもよい。代替的に、操作者が、基板のタイプに関して、システム１０に情報を提供する場合もあり、システム１０は、それに応じて、レンズを、間隔をおいて配置することができる。デフォルトのレンズ間隔又はそのような情報に対する要求は、試料が対物レンズ１４の撮像視野内に配置されている場合、ユーザに対するプロンプトとして提供されてもよい。
【００２８】
システム１０は、続いて、第２レンズ離間距離へと変化し、第２の画像データを取得するために、対物レンズ１４に対して命令を出してもよい（ブロック１２６）。第１の画像データ及び第２の画像データに基づき、システム１０は、どのレンズが、より良好な画像を伴うか、例えば、どのレンズが、球面収差をより良好に補正するかを判定することができる（ブロック１２８）。球面収差の判定は、データ処理回路網２３によって実行し得る。好ましいレンズ離間距離が決定されると、システム１０は、第３の画像データを取得するために、好ましいレンズ離間距離において、試料の撮像を開始することができる（ブロック１３０）。特定の実施形態では、第１の画像データ及び第２の画像データは、低解像度の予備的画像データである場合があるのに対して、第３の画像データは、高解像度であり、かつ／又はさらなる画像を含む。このようにして、システム１０の撮像時間は、最初の較正用画像が低解像度である場合、短縮し得る。
【００２９】
一実施形態では、方法１２０は、さらなるレンズ離間距離において、さらなる画像データを取得してもよく、ブロック１３０で、第３の画像データを取得する前に、最良の補正を行うために、さらなる画像データの中から、画像データを選択してもよい。最良の間隔が決定されると、システム１０は、較正因子としてメモリに、その基板１８に関連付けられた間隔を記憶してもよい。このように、システム１０は、学習機能を含んでもよい。新たな基板１８が撮像され、それらの球面収差が補正された場合、システム１０は、基板と関連した補正情報（即ち、撮像用の最適なレンズ間隔）と共に、基板を記憶してもよい。例えば、ユーザが、スライドガラスの部品番号、スライドガラスの厚さ等を記憶してもよい。この基板１８が再び設置された場合、ユーザは、スライドガラスの情報を入力し、システム１０が、この基板１８が既に測定されたか否かを判定してもよい。測定されていた場合は、システム１０は、方法１２０が開始する前に、デフォルト設定として、前回の較正情報を使用することができる。
【００３０】
別の実施形態では、システム１０は、球面収差が既に検出されていた場合、補正させるのみ、即ち、レンズを移動させるのみであってもよい。例えば、図９は、試料１６を撮像システム１０に取り込む（ブロック１４２）ことと、第１レンズ離間距離において、第１の画像データを取得する（１２４）こととを含む、球面収差を補正する方法１４０の流れ図である。また、特定の実施形態では、第１レンズ離間距離は、デフォルトのレンズ設定であってもよく、試料用基板１８に関連するユーザの入力に基づいて、自動的に決定されてもよく又は同様の基板１８に関連付けられた前回の測定として、メモリから読み出されてもよい。第１の画像データは、特定の実施形態では、予備的な、低解像度のデータであってもよい。第１の画像データが、球面収差を有していない場合、全撮像設定は、第１レンズ離間距離において達成し得る。しかし、システムが、第１の画像データが球面収差を有すると判定した場合（ブロック１４６）、方法１２０は、第２レンズ離間距離を有する第２の画像データを取得し（ブロック１４８）、第２の画像データが、球面収差を有しているか否かを判定する（ブロック１５０）。第２の画像データが球面収差を有していなければ、全撮像設定は、第２レンズ離間距離において達成し得る。第２の画像データが球面収差を有していれば、さらなるレンズ間隔が、算定し得る。このようにして、システムは、デフォルトの設定で十分な場合の補正を回避することができ、さらに、将来の較正を支援するために、複数のレンズ間隔におけるデータを取得し、記憶することができる。
【００３１】
本発明の技術的効果には、閉鎖台顕微鏡ターレットで動作することができ、ユーザが直接操作することなく、球面収差を補正することができる、顕微鏡対物レンズが含まれる。本明細書に提供されるように、顕微鏡対物レンズは、固定群のレンズに対して、補正レンズの群を変位させるように構成された一体型モータを含んでもよい。
【００３２】
本明細書は、最良の態様を含めて本発明を開示するため、かつ、任意の装置又はシステムの、製造及び使用、並びに任意の組み込まれた方法の実行を含めて、当業者ならば、本発明を実施できるようにするため、例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に想起される他の例を含んでもよい。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【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７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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