(57)【要約】      （修正有）【課題】対物レンズを堅固に設置し、高い堅牢性および安定性を有する倒立型光学顕微鏡を提供する。【解決手段】倒立型光学顕微鏡が、対物レンズ１６を含めた１つまたは複数の光学構成要素１４を取り囲むように構成されるハウジング１２を備え、１つまたは複数の光学構成要素１４を堅固に設置するのを実現するように構成されるハウジング１２の設置用プレート部分１８を有する。ハウジングは、例えば、金属などの材料の大きい硬質ブロックである、モノリシックハウジング１２であり、設置用プレート１８および／または密閉プレートに接続される１つまたは複数の取り外し可能パネルを有する。【選択図】図１Ｂ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
倒立型光学顕微鏡であって、前記倒立型光学顕微鏡が、
対物レンズを含めた複数の光学構成要素を取り囲むモノリシックハウジング
を備え、
前記モノリシックハウジングが２０ｍｍを超える厚さを有し、少なくとも前記対物レンズを堅固に設置するのを実現するように構成される設置用プレートを備える、
倒立型光学顕微鏡。
【請求項２】
前記複数の光学構成要素が、１つまたは複数の固定手段を使用して、前記設置用プレートに取り付けられる、請求項１に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項３】
前記設置用プレートが少なくとも２５ｍｍの厚さを有する、請求項１または請求項２に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項４】
前記ハウジングが、少なくとも１つのモードでの振動を排除するように構成される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項５】
前記設置用プレート上に設けられる試料領域をさらに備え、また、以下のもの、干渉計ヘッド、試料ホルダ、試料シャッター、アクチュエータ、および／またはセンサ、のうちの１つまたは複数を備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項６】
前記設置用プレートに堅固に取り付けられる空間フィルタをさらに備える、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項７】
密閉プレートをさらに備える、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項８】
前記ハウジングおよび／または前記密閉プレートに接続されるように構成される１つまたは複数の取り外し可能パネルをさらに備える、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項９】
前記ハウジングが硬質である、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１０】
前記ハウジングが金属である、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１１】
前記ハウジングが、アルミニウム、インバール、またはステンレス鋼である、請求項１０に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１２】
前記ハウジングが、少なくとも１つのモードでの均一な熱吸収および熱放散を実現するように構成される、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１３】
前記設置用プレートの厚さが５０ｍｍを超える、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１４】
前記ハウジングのサイズが、約３００ｍｍの深さ×４５０ｍｍの幅×１５０ｍｍの高さである、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【請求項１５】
前記対物レンズのための前記固定手段がＲｏｙａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  （ＲＭＳ）またはＭ２７のねじ山である、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の倒立型光学顕微鏡。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は顕微鏡に関連する改善に関し、詳細には、干渉光散乱顕微鏡（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの倒立型光学顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉散乱顕微鏡などの光学顕微鏡は、従来、生物試料および／または化学試料の構造および動態を調べるのに使用されてきた。干渉散乱顕微鏡法（ｉＳＣＡＴ：Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）の技法は、界面での反射によって提供される参照光フィールド（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ）と共に、物体によって散乱する光を集めることに依存する。散乱させる物体（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｂｊｅｃｔ）が存在する場合の入射ビームの方向に戻る光の全強度は、散乱光および反射光の干渉を理由として、そのような物体が存在しない場合とは異なる。ｉＳＣＡＴでは高感度を実現することが必要であることから、本出願人は、ペプチドおよびＤＮＡ分子などの単一分子を検出、撮影、およびさらには定量化するのにｉＳＣＡＴを使用することが可能であることを見出した。この検出は無標識であってよい。
【０００３】
倒立型光学顕微鏡などの光学顕微鏡は、振動による乱れ、温度変化または音響結合などの外的影響を受けやすい可能性があり、このことは、無標識単一分子の検出で必要となるような感度レベルで動作するような場合に特に問題となる。通常、これは、アクティブ振動絶縁を用いる高額で嵩張るような光学テーブルを使用することによって対処されてきた。しかし、嵩張る光学テーブルをセットアップすることは時間のかかる作業である可能性があり、外部ノイズ源を完全には排除することができないような非常に複雑な解決策を実現してしまう可能性がある。さらに、このような器具のために必要なスペースを特別に用意することは多くのラボラトリにとって可能なことではない。したがって、ベンチトップデバイスとして光学顕微鏡を提供することが可能であることが望ましい。
【０００４】
したがって、当技術分野では、単一分子の測定のために振動および他の乱れを低減および／または排除することを目的として、高い堅牢性および安定性を有するベンチトップバージョンの光学顕微鏡セットアップを開発することの要求およびその必要性が存在する。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案はこのような背景から生み出されたものである。
本考案によると、倒立型光学顕微鏡が提供され、この倒立型光学顕微鏡が、
対物レンズを含めた複数の光学構成要素を取り囲むモノリシックハウジングと、
少なくとも対物レンズを堅固に設置するのを実現するように構成される、モノリシックハウジングと一体の設置用プレートと
を備え、
モノリシックハウジングが２０ｍｍを超える厚さを有する。
【０００６】
別法として、本考案によると、倒立型光学顕微鏡が提供され、この倒立型光学顕微鏡が、
対物レンズを含めた複数の光学構成要素を取り囲むモノリシックハウジング
を備え、
モノリシックハウジングが少なくとも２０ｍｍの厚さであり、少なくとも対物レンズを堅固に設置するのを実現するように構成される設置用プレートを備える。
【０００７】
本考案の任意の態様によるハウジングが、対物レンズを含めた複数の光学構成要素を部分的にまたは全体的に取り囲むように提供され得る。いくつかの実施形態では、ハウジングが、対物レンズを含めた光学構成要素を囲むことができる、箱などの３Ｄハウジング構造であってよく、上記対物レンズがハウジングの設置用プレート部分／部品に固着される。本考案で提供されるハウジングは、ハウジング内に位置する光学構成要素に対しての、音響学的影響または振動などの外乱を大幅に低減することができ、または排除することさえできる。これが、安定性および精度を向上させて単一分子の測定を実行するのを可能にし得る。モノリシックハウジングが設置用プレートを囲む壁を備える３Ｄ構造を提供することができ、各角部のところで、半径が特定の振動数の振動を減衰させるのを助けるように設計され得る。本出願人は、ハウジングの３Ｄ構造が関連の振動数帯の範囲外へと固有振動数をシフトするのを助けることになることを企図する。
【０００８】
ハウジングがモノリシックであり、したがってハウジングが１つの基体または材料から形成され得る。モノリシックハウジングが設置用プレート部分を有するかまたは備える。この設置用プレートがハウジングと一体であり、ハウジングの一部分である。ハウジングは、継ぎ目または接合部を有さない、単一部片の材料から作られるものとして説明され得る。いくつかの実施形態では、設置用プレートが複数の開口部を備えることができる。
【０００９】
さらに、本考案による、設置用プレートを備えるモノリシックハウジングを備える倒立顕微鏡が、光学顕微鏡セットアップを独立型のベンチトップユニットとして機能させるのを可能にし、これが、洗練された振動・温度制御手段のない環境において動作することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ハウジングが少なくとも１つのモードでの振動を排除するように構成され得る。さらに、ハウジングが３Ｄハウジング構造内で設置用プレートを支持するように構成され得、これが特定の振動モードを発生不可能にすることができる。いくつかの実施形態では、ハウジングが、固有振動数を抑制、低減、またはシフトするのに使用され得る３Ｄ形状を有するように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、複数の光学構成要素が、１つまたは複数の固定手段を使用して、設置用プレートを介してハウジングに取り付けられ得る。固定手段は、設置用プレートに対して光学構成要素を堅固に固定する手法を提供するので、有利である。
【００１２】
対物レンズを含めた光学構成要素のための固定手段は、Ｒｏｙａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＲＭＳ）またはＭ２７のねじ山であってよい。Ｒｏｙａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＲＭＳ）またはＭ２７のねじ山を使用することにより、対物レンズを含めた光学構成要素が設置用プレート上に堅固に固定され得る。これは、設置用プレート上に設置される他の光学構成要素を基準として対物レンズが相対的に移動するのを防止するので、非常に有用である。さらに、各光学構成要素のためのねじ切りされた正確な穴が、設置用プレート上でその正確な位置で固定される。
【００１３】
ハウジングが、少なくとも２０ｍｍの厚さを有することができるか、あるいはハウジングが、少なくとも２５ｍｍ、少なくとも３０ｍｍ、少なくとも３５ｍｍ、または少なくとも４０ｍｍの厚さを有することができる。ハウジングの設置用プレート部分または設置用プレートセクションが、ハウジングの残りの部分と比較して互い違いになるような厚さを有するように構成され得る。
【００１４】
設置用プレートが、少なくとも２５ｍｍの厚さを有することができるか、あるいは設置用プレートが、少なくとも３０ｍｍ、少なくとも３５ｍｍ、少なくとも４０ｍｍ、少なくとも４５ｍｍ、または少なくとも５０ｍｍの厚さを有することができる。ハウジングの設置用プレート部分の厚さはデバイスに剛性を与えることができ、この剛性が、いくつかの実施形態では、ハウジングの他の部分の構造によって支持され得る。一実施形態では、設置用プレート部分がハウジングの頂部または底部を形成し、壁によって囲まれ得る。これらの壁が設置用プレートを支持することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、倒立型光学顕微鏡が設置用プレート上に設けられる試料領域をさらに備えることができ、また、以下のもの、干渉計ヘッド、試料セクション蓋、試料ホルダ、試料シャッター（ｓａｍｐｌｅ  ｓｈｕｔｔｅｒ）、アクチュエータ、および／またはセンサ、のうちの１つまたは複数を備えることができる。
【００１６】
好適には、倒立型光学顕微鏡が、設置用プレートに堅固に取り付けられる空間フィルタをさらに備えることができる。
いくつかの実施形態では、倒立型光学顕微鏡が密閉プレートをさらに備えることができる。密閉プレートは、ハウジングの内部において気流および温度勾配をなくすようにするために顕微鏡を密閉することにおいて特に有用となり得る。加えて、密閉プレートがさらに、ビーム摂動の影響を低減することおよびアライメントドリフト（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｄｒｉｆｔ）の速度を下げることを助けることができる。
【００１７】
倒立型光学顕微鏡が、設置用プレートおよび／または密閉プレートに接続されるように構成される１つまたは複数の取り外し可能パネルを備えることができる。取り外し可能パネルは、ハウジングの内部にアクセスするための単純で容易な手法を提供することができるので、有利となり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ハウジングが硬質（ｓｏｌｉｄ）であってよい。いくつかの実施形態では、ハウジングが金属から作られる。好適な実施形態では、ハウジングが、アルミニウム、インバール、またはステンレス鋼であってよい。好適には、ハウジングがアルミニウムから形成される。ハウジングをアルミニウムなどの単一の金属ブロックから形成することにより、アルミニウムが、安定性、熱的性能、および組み立ての容易さを向上させるのを助けることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ハウジングが、均一な熱吸収および熱放散を実現するように構成され得る。
いくつかの実施形態では、設置用プレートの厚さが、５０ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、または３００ｍｍを超えてよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ハウジングのサイズが、約３００ｍｍの深さ×４５０ｍｍの幅×１５０ｍｍの高さである。いくつかの実施形態では、ハウジングが光学構成要素の周りに箱を形成し、ここでは設置用プレート部分がハウジングの頂部セクションまたは底部セクションを形成する。
【００２１】
制御手段または電力供給源などの、顕微鏡の動作のために必要である他の構成要素もハウジングの中にまたはハウジングの外部に存在してよい。外部の構成要素は中心ライン（ｃｅｎｔｒａｌ  ｌｉｎｅ）またはアンビリカル（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）を使用してリンクされ得る。
【００２２】
次に、添付図面を参照して、単に例として、さらに本考案をより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａはハウジングを示すＣＡＤ図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本考案によるハウジングの設置用プレート部分を示すＣＡＤ図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂによるハウジングを示すＣＡＤ図である。
【図３】図１Ａ、図１Ｂ、および図２によるハウジングの設置用プレート部分を示すＣＡＤ図である。
【図４】図１Ａ、図１Ｂ、図２、および図３によるハウジングの試料領域を示す図である。
【図５】対物レンズが固定されている場合の、高速で撮影された固定された基準マーカーの画像系列のＦＦＴ解析を示すグラフである。
【図６】対物レンズが圧電性のＺ軸駆動装置の中に設置されている場合の、高速で撮影された固定された基準マーカーの画像系列のＦＦＴ解析を示すグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂ、図２、および図３を参照すると、倒立型光学顕微鏡セットアップ１０が提示されている。倒立型光学顕微鏡が、対物レンズ１６を含めた１つまたは複数の光学構成要素１４を取り囲むように構成されるハウジング１２を備える。倒立型光学顕微鏡が、１つまたは複数の光学構成要素１４を堅固に設置するのを実現するように構成されるハウジング１２の設置用プレート部分１８を有する。
【００２５】
ハウジングは、例えば、金属などの材料の大きい硬質ブロックである、モノリシックハウジング１２である。図１Ｂ、図２、および図３に示されるように、ハウジングが、設置用プレート１８および／または密閉プレートに接続される１つまたは複数の取り外し可能パネル２０を有する。密閉プレートが、ビーム摂動の影響を低減することおよびアライメントドリフトの速度を下げることを目的として、ハウジング内部において気流および温度勾配をなくするようにするために顕微鏡を密閉する。すべての電子部品が、すべての関連ケーブルおよび電力供給源を含むアンビリカルを介して接続される別個の箱の中に収容され得る。この狙いは、本考案による倒立顕微鏡器具を可能な限り小型にして持ち運び可能に留めることである。加えて、ハウジング１２が、図３に示されるように、ハウジングの側部に任意のサイズの１つまたは複数の穴２１を備えることができ、穴２１がハウジングの中でのおよび／またはハウジングの外での電子配線を可能にするのに使用され得る。加えてまたは別法として、穴が、カメラなどの光学構成要素を取り付けるのにも有用となり得る。
【００２６】
光学構成要素がハウジング内に取り囲まれ得、ハウジングがアルミニウムから作られ得、３００ｍｍの深さ×４５０ｍｍの幅×１５０ｍｍの高さの概略の寸法を有する。ハウジングの重量は約１０ｋｇから１００ｋｇである。いくつかの実施形態では、ハウジングが、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ、４０ｋｇ、５０ｋｇ、６０ｋｇ、７０ｋｇ、８０ｋｇ、または９０ｋｇを超える。いくつかの実施形態では、ハウジングが、１００ｋｇ、９０ｋｇ、８０ｋｇ、７０ｋｇ、６０ｋｇ、５０ｋｇ、４０ｋｇ、３０ｋｇ、２０ｋｇ、または１０ｋｇ未満であってよい。好適には、ハウジングが約２５ｋｇの重量である。
【００２７】
ハウジングの厚さが２０ｍｍを超えてよい。設置用プレート部分の厚さが、２０ｍｍ、または５０ｍｍを超えてよい。したがって、ハウジングが、異なる厚さの部分またはセクションを有することができる。
【００２８】
このハウジングの重量および厚さは、顕微鏡器具の中まで振動が連成して単一分子などの生物試料および／または化学試料の検出および分析中のデータ品質が低下するのを防止するので、倒立型光学顕微鏡の安定性および性能にとって極めて重要なものとなり得る。加えて、このハウジングはさらに、アクティブ振動絶縁を用いる高額で嵩張るような光学テーブルの必要性を軽減する。
【００２９】
図１Ｂを参照すると、対物レンズ１６および空間フィルタなどの光学構成要素１４が固定手段２２により一体の設置用プレート１８に固定され、その結果、これらの構成要素のすべてが機械的に堅固に結合される。加えて、４５°の鏡のための設置用ピラー１７が対物レンズ１６の下方に設置される。設置用プレート１８は５０ｍｍを超える厚さを有してよい。その理由は、これによりハウジングの振動の影響が低減されるからである。固定手段２２は、設置用プレート１８の中にねじ切りされるＲｏｙａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｏｃｉｅｔｙのねじ部またはＭ２７のねじ山であってよく、設置用プレート１８の中で対物レンズが固定される。残りのビーム経路に対して対物レンズが最大限に安定するのを保証することが非常に重要である。任意の光学構成要素が本考案の倒立顕微鏡の中に含まれてよい。例示の構成要素には、照明源、検出器、集光レンズおよびチューブレンズなどのレンズ、ならびに／またはビーム分割器が含まれてよい。本明細書で考察される顕微鏡対物レンズはオブジェクティブレンズ（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｌｅｎｓ）と呼ばれてもよい。
【００３０】
図１Ａおよび図４を参照すると、試料領域２４が設置用プレート上に設けられる。試料領域２４が以下のもののうちの１つまたは複数を含むことができる：干渉計ヘッドなどの顕微鏡ヘッド２６、試料ホルダ２８、試料ステージ蓋３０、アクチュエータ、および例えばシャッター動作のためのＲＦＩＤ近接センサなどの１つまたは複数のセンサ３２。顕微鏡ヘッド２６が対物レンズ１６を有することができる。蓋３０がアルミニウムなどの金属であってよい。試料領域２４が固定手段２２を用いて設置用プレートに固定され得る。
【００３１】
ＲＦＩＤ近接センサ３２が、設置用プレート上に装着される機械式シャッターに接続され得る。可能性として、光源はレーザであってよい。近接センサを使用することにより、蓋が試料領域を完全に取り囲むときにのみ高出力レーザが対物レンズに入射することが可能となり、それにより顕微鏡をクラス１のレーザデバイスにする。
【００３２】
図１Ｂおよび図３を参照すると、ハウジングが、適切なアライメントのために必要なロケーションのみにおいて光学マウントおよび光学構成要素の各々がねじ切りされた穴３４を有することになるように、設計される。これにより製造の容易さおよび各構成要素のアライメントが向上する。その理由は、構成要素がずれることがなくなり、各光学部品が、設置用プレート上に設置され得る場所を１つのみ有することになるからである。
【００３３】
本考案の顕微鏡は任意の倒立型光学顕微鏡であってよい。これには、任意の、超解像顕微鏡、光ピンセットセットアップ、または原子間力顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡が含まれてよい。好適には、顕微鏡は、干渉散乱顕微鏡などの干渉顕微鏡である。
【００３４】
ハウジングは、光学構成要素をその中に取り囲む、箱またはシェルと呼ばれてもよい。この箱またはシェルは１つの基体から構成される。必要である場合、実験用回路基板などの追加の構成要素がハウジング内に含まれてよく、追加の構成要素が設置用プレートに固着され得る。実験用回路基板は別の追加の構成要素を固着するのに使用され得る。
実施例
ナンバー１．５のガラスカバースリップが、ＭｉｌｌｉＱおよびエタノールを用いて連続的にすすがれることによって洗浄され、顕微鏡の上に配置される。基準マーカー（不純物の粒子または金のナノ粒子）が顕微鏡の視界の中へ移動させられ、ＣＭＯＳイメージングカメラにより可能となる最大フレームレートで動画が撮られる。次いで、この粒子の点像分布関数が２Ｄガウス関数へと適合され、それによりその位置を経時的に追跡する。図５および図６を参照すると、この位置トレースの高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うことにより、セットアップへのいかなる断続的な振動連成も明らかとなる。次いで、このプロセスが繰り返され、ここでは、顕微鏡対物レンズが、光学部品設置用プレートに機械的に結合されるのではなく（図５を参照）、圧電性のＺ軸駆動装置内に設置される（図６を参照）。図５および図６を参照すると、実験により以下のことが明確に示される：顕微鏡対物レンズが光学部品設置用プレート内に固定される場合（図５を参照）、振幅が小さくなり、ＦＦＴのピーク数が減少し、これらが外部の振動・ノイズ源の良好な減衰に相当する。
【００３５】
本開示を考察することにより、本考案の種々の別の態様および実施形態が当業者には明らかとなろう。
本明細書で使用される「および／または」は、もう一方が存在してもしていなくても、２つの明記される特徴または構成要素の各々を具体的に開示するものとして解釈される。例えば、「Ａおよび／またはＢ」は、あたかも本明細書において各々が個別の記載されているようなものとして、（ｉ）Ａ、（ｉｉ）Ｂ、（ｉｉｉ）ＡおよびＢ、の各々を具体的に開示するものとして解釈される。
【００３６】
文脈により特に明記されない限り、上記に記載される特徴の説明および定義は本考案の任意特定の態様または実施形態に限定されず、説明されるすべての態様および実施形態にも同様に適用される。
【００３７】
例として複数の実施形態を参照して本考案を説明してきたが、本考案が開示される実施形態に限定されないこと、および添付の実用新案登録請求の範囲で定義される本考案の範囲から逸脱することなく代替の実施形態が構築され得ることを当業者であれば認識するであろう。
【図１Ａ】
0003222366.tif 000003
【図１Ｂ】
0003222366.tif 000004
【図２】
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【図３】
0003222366.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003222366.tif 000008
【図６】
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