JP2019520605A - 交換可能な光学モジュールおよび交換可能な光学モジュールを含む顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、顕微鏡装置または内視鏡装置、特に蛍光顕微鏡のための交換可能な光学モジュール（１）に関する。このモジュール（１）は、ビームスプリッター（３）等の少なくとも１つの光学要素（２）と、少なくとも１つの光学要素（２）が配置されている少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）と、少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）内に配置されている少なくとも１つの光学フィルター（５）と、を含んでいる。本発明はさらに、本発明による少なくとも１つの交換可能な光学モジュール（１）を受容するための少なくとも１つのレセプタクルを含んでいる顕微鏡装置に関する。１つの装置内の異なる測定技術を可能にするために、かつ設定を容易に変更するために、本発明では、光学モジュール（１）はさらに、少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）内に配置されている少なくとも１つの屈折要素（７）を含んでいる。

Description

本発明は、蛍光顕微鏡等の顕微鏡装置または内視鏡装置のための交換可能な光学モジュールに関し、このモジュールは、ビームスプリッター等の少なくとも１つの光学要素と、少なくとも１つの光学要素が配置されている少なくとも１つのビーム経路と、少なくとも１つのビーム経路内に配置されている少なくとも１つの光学フィルターと、を含んでいる。本発明はさらに、本発明による少なくとも１つの交換可能な光学モジュールを受容するための少なくとも１つのレセプタクルを含む顕微鏡装置に関する。

顕微鏡または内視鏡、特に蛍光顕微鏡または蛍光内視鏡等の近年の光学装置は、さまざまな高度な光学技術を利用している。しかし、これらの技術は著しく異なっており、各々が顕微鏡装置または内視鏡装置の大規模な適合を必要とする。同じ技術を使用していても、スペクトル範囲等の光学特性が異なり、同じ光学機器においてこれらの特性を適用することは困難であり得る。

したがって本発明の課題は、これらの欠点を克服し、単一の顕微鏡装置または内視鏡装置において異なる光学技術および／または光学特性を使用するために、顕微鏡装置または内視鏡装置の適合を容易にすることである。

冒頭で述べたような交換可能な光学モジュールに対しては、この課題は、交換可能な光学モジュールがさらに、少なくとも１つのビーム経路内に配置されている少なくとも１つの屈折要素を含んでいることによって解決される。

冒頭で述べたような顕微鏡装置に対しては、この課題は、装置が、本発明による少なくとも１つの交換可能な光学モジュールを受容するための少なくとも１つのレセプタクルを含んでいることによって解決される。

本発明によるこの解決方法は、先行技術に対していくつかの利点を有しており、上述の問題を解決する。交換可能な光学モジュールは、モジュールの少なくとも１つのビーム経路を顕微鏡装置または内視鏡装置に採用することを可能にする、レンズ等の少なくとも１つの屈折要素を含んでいる。したがって、この解決方法は、光学技術の適用に必要な光学要素を、交換可能な光学モジュールの内部に直接的に含むことを可能にする。これは、顕微鏡装置に適用され得る光学技術の範囲を広げる。モジュール内に光学要素を含むことによって、特に、特別な訓練を受けていない人員によって、特別な工具を必要とせずに、モジュールを繰り返し簡単に交換することが可能になる。

以降では、本発明のさらなる改良について説明する。特定の適用において特定の改良の特定の利点が必要か否かに応じて、付加的な改良が相互に無関係に組み合わされてよい。

第１の有利な改良では、光学要素はビームスプリッターであってよい。このようなケースでは、交換可能なモジュールは、特に、蛍光顕微鏡法およびビームスプリッターの存在を必要とする他の高度な技術に使用されてよい。しかし、本発明は、第１の光学要素としてのビームスプリッターに限定されない。光学要素は、一例として、ミラーであってもよい。

別の有利な改良では、交換可能な光学モジュールは、光学要素に機能的に結合されている３つの光学フィルター、すなわち１つの入口フィルターと、２つの出口フィルターと、を含んでいてよい。これは、光学要素がビームスプリッターである場合に特に有益である。出口フィルターは、モジュールが装置に挿入されたときにカメラに通じるビーム経路の一部であってよい。これらのフィルターの各々が、屈折要素に結合されていてよい。このフィルター配置は、超解像顕微鏡法、例えば、誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡法等の近年の蛍光技術に対する光学モジュールの使用を可能にする。

モジュールはさらに、少なくとも１つの光学要素と、少なくとも１つの光学フィルターと、少なくとも１つの屈折要素と、が取り付けられる取り付け構造体を含んでいてよい。取り付け構造体は、これらの光学部品を支持してよく、それらの、モジュール内の互いの相対位置を固定してよい。したがって、取り付け構造体は、含まれている光学部品と共に、交換可能な光学モジュールを、単一の部品として取り扱うことを可能にする。

取り付け構造体の有利な改良では、取り付け構造体は、少なくとも１つの光学要素と、少なくとも１つの光学フィルターと、少なくとも１つの屈折要素と、を含むケージであってよい。このケージは、これらの光学部品を内部で保護してよく、また、操作者の手や工具があらゆる光学部品に触れる危険を伴わない、モジュールの安全な取り扱いを可能にするハウジング状の壁部分を含んでいてもよい。ケージは当然、モジュールの全ての必要なビーム経路に開いている開口部を提供してよい。

交換可能な光学モジュールの、装置内への挿入を容易にするために、取り付け構造体は、顕微鏡装置または内視鏡装置への接続の間に挿入経路に沿ってモジュールを案内するための少なくとも１つの案内要素を含んでいてよい。さらなる改良では、少なくとも１つの案内要素が、装置内でのモジュールの位置決めを容易にするように構成されていてもよい。例えば、少なくとも１つの案内要素は、挿入方向において先細りになっていてよい。

少なくとも１つの案内要素は、少なくとも１つのレールによって形成されていてよい。これによって、少なくとも１つの案内要素は、単純だが信頼できる構造によって形成され得る。

モジュールを容易に挿入するために、挿入経路は、モジュール内の少なくとも１つのビーム経路に対して垂直に配置されていてよい。

交換可能な光学モジュールは、顕微鏡装置内のモジュールの位置の、顕微鏡装置に対して相対的な位置合わせを可能にする少なくとも１つの位置決め要素を含んでいてもよい。このような要素は、例えば、ねじまたはアクチュエータであってよい。

別の有利な改良では、モジュールは、ビームスプリッター等の少なくとも１つの光学要素を通過しない少なくとも１つのさらなるビーム経路用の少なくとも１つのさらなる光学要素を含んでいてよい。さらなるビーム経路は、可能性のある適用の範囲を広げ得る。例えば、さらなるビーム経路は、特に蛍光顕微鏡法のための照明経路であってよい。さらなるビーム経路は、少なくとも１つの光学フィルターおよび／または少なくとも１つの屈折要素を含んでいてもよい。さらなるビーム経路は、特定の技術の適用のために必要とされ得る付加的な光学要素も含んでいてよい。少なくとも１つのさらなるビーム経路が、例えば蛍光顕微鏡法のための照明経路である場合、モジュールは、光学要素の配置を含んでいてよい。これは、照明光が乱されずにさらなるビーム経路を通過することを可能にするが、少なくとも１つのビームスプリッターに接続された少なくとも１つのフィルターによる照明光の波長を阻止する。付加的なさらなるビーム経路が存在してよく、これに対してモジュールが付加的な光学要素を支持してよいことにも留意すべきである。

ビーム経路および／またはさらなるビーム経路は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳまたはフォトダイオードであるセンサ等の光学部品を含んでいてよい。さらに、ビーム経路の少なくとも１つが分光計を含んでいても、分光計に結合されていてもよく、ここでこの結合は光ファイバによって確立されてよい。

特に、１つより多くのビーム経路が存在する場合、本発明による交換可能な光学モジュールは、複数の蛍光体および／または２つ以上のスペクトル帯域が使用される蛍光−蛍光（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）、蛍光顕微鏡法のための１つ以上のスペクトル帯域が、色反射率顕微鏡法と組み合わせて使用される反射率−蛍光（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）および２つ以上の反射率画像が組み合わされる反射率−反射率（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ−ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）等のさまざまな高度な光学技術に適用され得る。当然ながら、本発明は上記の技術に限定されない。使用される全ての技術において、モジュールは必要な光学要素を支持してよい。必要に応じて、モジュールは、偏光子、ガラス基板、アクチュエータ、光感知センサおよび／またはアイリスを含んでいてよい。

モジュールはさらに、少なくとも１つのデータ記憶媒体を含んでいてよい。データ記憶媒体は、モジュールおよび／またはモジュール内の光学要素に関する識別情報を担うことができる。モジュールおよび／または光学要素に関する較正データまたは他の必要な情報を提供することも可能である。データ記憶媒体内に提供された情報は、例えば、顕微鏡装置をモジュールに自動的に適合させるために使用されてよい。これによって、技術的に訓練された人員による煩雑な較正手順を回避することができる。

少なくとも１つのデータ記憶媒体に記憶されている情報に容易にアクセスするために、少なくとも１つのデータ記憶媒体は、モジュールの外部からアクセス可能に構成されていてよい。これは、モジュールの外部からアクセス可能な電気コネクタによって容易に実現可能である。データ記憶媒体にアクセスする別の可能な方法は、無線技術、例えばＲＦＩＤまたは他の適切な技術の使用であってよい。

別の有利な改良では、モジュールの少なくとも１つの光学部品が調整可能であってよい。この改良によって、モジュール内の光学設定を調整することが可能になり得る、または測定の間に光学特性を変えることが可能になり得る。少なくとも１つの光学部品の調整をコントロールするために、交換可能な光学モジュールは、電気コネクタまたは無線送信機等の接続要素を含んでいてよい。これらの接続要素は、顕微鏡装置またはコンピュータ等の外部コントロールユニットと通信してよい。

少なくとも１つの光学部品の位置は、部品を互いに相対的に位置合わせするために調整可能であってよい。例えば、少なくとも１つの屈折要素が、自身の光軸に沿って移動可能であってよい。

冒頭で述べたような顕微鏡装置は、この装置が、光学モジュールの少なくとも１つの案内要素と相互作用するように構成されている少なくとも１つの相補的案内要素を含んでいることによってさらに改良されてよい。モジュールの相補的案内要素と案内要素とが、モジュールが動作位置に向かって案内されるように、モジュールを装置に挿入する間に相互作用してよい。さらに、少なくとも１つの相補的案内要素は、挿入の間にモジュールを位置決めするように構成されていてよい。例えば、装置は、モジュールを動作位置に位置決めすることを可能にするラッチ機構のためのロックを含んでいてよい。

本発明によるモジュールの少なくとも１つのデータ担体ユニットと相互作用するために、装置は、光学モジュールの少なくとも１つのデータ記憶媒体および／または少なくとも１つの調整可能な光学要素に接続可能な少なくとも１つのデータ処理システムを含んでいてよい。

異なる光学技術を使用した測定または異なるスペクトル範囲での測定を行うことができる顕微鏡装置を提供するために、装置はさらに、異なる光学特性を有する少なくとも２つの交換可能な光学モジュールを含んでいてよい。

以降では、例示的な実施形態を用いて、図面を参照して、本発明および本発明の改良をより詳細に説明する。上述したように、本実施形態に示されているさまざまな特徴は、特定の用途において相互に無関係に使用されてよい。

以降の図では、同じ機能および／または同じ構造を有する要素には、同じ参照符号が付けられている。

本発明による交換可能な光学モジュールの光学要素を示す図である。 図１に示したような光学要素のセットを支持するためのケージ状の取り付け構造体を示す図である。

図１および図２を参照して、以降では本発明による交換可能な光学モジュール１を説明する。簡潔にするために、交換可能な光学モジュール１を、以降ではモジュール１と称する。

モジュール１は、光学要素２を含んでいる。一例として、図示された実施形態における光学要素２は、ビームスプリッター３である。

モジュール１はさらに、ビームスプリッター３に機能的に結合されている３つの光学フィルター５を含んでいる。１つの光学フィルター５ａは入口フィルター５ａとして機能し、光学フィルター５ｂおよび５ｃはビームスプリッター３の出口フィルター５ｂおよび５ｃとして機能する。

例えば、入口フィルター５ａは、ビームスプリッター３に到達する前に、入射光（矢印Ｌ１で示されている）のスペクトル範囲を選択するために使用されてよい。ビームスプリッター３を出る出射光（矢印Ｌ２およびＬ３で示されている）に対するスペクトル範囲を選択するために出口フィルター５ｂおよび５ｃが使用されてよい。出射光Ｌ２およびＬ３は、２つのカメラ（図示されていない）に向けられてよい。

モジュール１は、それぞれがレンズ９によって形成されている３つの屈折要素７を含んでいる。これらの屈折要素７は、各光学フィルター５が１つの屈折要素７に結合されるように配置されている。詳細には、１つの屈折要素７ａは、入射光Ｌ１が、屈折要素７ａを通って入口フィルター５ａに達するように配置されている。出射光Ｌ２は、屈折要素７ｂを通って出口フィルター５ｂから出射し、出射光Ｌ３は、屈折要素７ｃを通って出口フィルター５ｃから出射する。

ビームスプリッター３と交差する２つのビーム経路Ｂ１およびＢ２が存在している。ビーム経路Ｂ１は矢印Ｌ１およびＬ２に従い、ビーム経路Ｂ２は矢印Ｌ１およびＬ３に従う。

ビーム経路Ｂ１は、屈折要素７ａ、入口フィルター５ａ、ビームスプリッター３、出口フィルター５ｂおよび屈折要素７ｂと交差する。ビーム経路Ｂ２は、屈折要素７ａ、入口フィルター５ａ、ビームスプリッター３、出口フィルター５ｃおよび屈折要素７ｃと交差する。

モジュール１は、さらなる光学要素１１を含んでいる。一例として、このさらなる光学要素１１は、照明フィルター１３として形成されている。この設定は、マルチスペクトル蛍光イメージング顕微鏡法または反射率イメージング顕微鏡法に適用可能であってよい。さらなるビーム経路Ｂ３は、照明フィルター１３を通って延在している。上述したように、適用可能な場合には、付加的なビーム経路（図示されていない）が存在していてよい。

モジュール１内の光学要素が調整可能であってよい。例えば、光学フィルター５は調整可能なフィルターであってよい。当然、モジュール１が、調整可能であり得る偏光子、基板、アイリス等のさらなる光学要素も含んでいてよい。

モジュール１は、取り付け構造体１５を含んでいる。図１に示されている光学要素は、有利には、それらの互いの相対位置が固定されるように、取り付け構造体１５に取り付けられている。

有利には、取り付け構造体１５は、ケージ１７によって形成されている。ケージ１７は、内部に配置されている光学要素を保護してよい。ケージ１７は、モジュール１内の光学要素を少なくとも部分的に取り囲むハウジング１９を形成してよい。光がモジュール１に出入りすることができるように、開口部２１が設けられていてよい。

取り付け構造体１５は、顕微鏡装置または内視鏡装置への接続中にモジュール１を挿入経路（矢印Ｉで示されている）に沿って案内するための案内要素２３を含んでいる。案内要素２３は有利には、レール２５によって形成されている。

レール２５は、全体的に直線状であってよい。択一的に、レール２５は湾曲を有していてよい。レール２５の形状は、案内要素２３と相互作用することが意図された装置（図示されていない）内の対向案内要素に関連する。

モジュール１を装置内に容易に取り付けるために、挿入経路Ｉはビーム経路Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に対して垂直に配置されている。

有利には、モジュール１は、取り付け構造体１５に取り付けられ得る少なくとも１つのデータ記憶媒体２７を含んでいる。データ記憶媒体２７は、モジュール１内の光学要素に関する情報を含んでいてよい。例えば、データ記憶媒体２７は、光学要素またはモジュール１の部品番号等の識別情報を含んでいてよい。モジュール１を用いて得られた実験データを分析するために必要であり得る較正データ等のさらなる情報をデータ記憶媒体２７内に提供することも可能である。

データ記憶媒体２７は、モジュール１の外部からアクセス可能である。図２に示されているように、データ記憶媒体２７には、電気コネクタ２９が備えられていてよい。モジュール１が装置内に挿入されると、この電気コネクタ２９を介して、データ記憶媒体２７に記憶されたデータにアクセスすることができる。択一的に、モジュール１は、例えばＲＦＩＤ等の無線技術によって、電気コネクタ２９を必要とせずにアクセス可能なデータ記憶媒体２７を含んでいてよい。

１ 交換可能な光学モジュール
２ 光学要素
３ ビームスプリッター
５ 光学フィルター
５ａ 入口フィルター
５ｂ，５ｃ 出口フィルター
７ 屈折要素
７ａ 屈折要素
７ｂ 屈折要素
７ｃ 屈折要素
９ レンズ
１１ さらなる光学要素
１３ 照明フィルター
１５ 取り付け構造体
１７ ケージ
１９ ハウジング
２１ 開口部
２３ 案内要素
２５ レール
２７ データ記憶媒体
２９ 電気コネクタ
Ｂ１，Ｂ２ ビーム経路
Ｂ３ さらなるビーム経路
Ｉ 挿入経路
Ｌ１ 入射光
Ｌ２，Ｌ３ 出射光

Claims (15)

1. 蛍光顕微鏡等の顕微鏡装置または内視鏡装置のための交換可能な光学モジュール（１）であって、前記モジュール（１）は、ビームスプリッター（３）等の少なくとも１つの光学要素（２）と、前記少なくとも１つの光学要素（２）が配置されている少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）と、前記少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）内に配置されている少なくとも１つの光学フィルター（５）と、を含んでおり、
   前記光学モジュール（１）は、さらに、前記少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）内に配置されている少なくとも１つの屈折要素（７）を含んでいる、
   ことを特徴とする交換可能な光学モジュール（１）。
2. 前記光学モジュール（１）は、さらに、前記少なくとも１つの光学要素（２）と、前記少なくとも１つの光学フィルター（５）と、前記少なくとも１つの屈折要素（７）と、が取り付けられる取り付け構造体（１５）を含んでいる、
   請求項１記載の交換可能な光学モジュール（１）。
3. 前記取り付け構造体（１５）は、前記少なくとも１つの光学要素（２）と、前記少なくとも１つの光学フィルター（５）と、前記少なくとも１つの屈折要素（７）と、を含むケージ（１７）である、
   請求項２記載の交換可能な光学モジュール（１）。
4. 前記取り付け構造体（１５）は、前記顕微鏡装置または内視鏡装置への接続の間に挿入経路（Ｉ）に沿って前記光学モジュール（１）を案内するための少なくとも１つの案内要素（２３）を含んでいる、
   請求項２または３記載の交換可能な光学モジュール（１）。
5. 前記少なくとも１つの案内要素（２３）は、少なくとも１つのレール（２５）によって形成されている、
   請求項４記載の交換可能な光学モジュール（１）。
6. 前記挿入経路（Ｉ）は、前記光学モジュール（１）内の前記少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）に対して垂直に配置されている、
   請求項４または５記載の交換可能な光学モジュール（１）。
7. 前記光学モジュール（１）は、前記少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）とは異なる少なくとも１つのさらなるビーム経路（Ｂ３）用の少なくとも１つのさらなる光学要素（１１）を含んでいる、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の交換可能な光学モジュール（１）。
8. 前記光学モジュール（１）は、さらに、少なくとも１つのデータ記憶媒体（２７）を含んでいる、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の交換可能な光学モジュール（１）。
9. 前記少なくとも１つのデータ記憶媒体（２７）は、前記光学モジュール（１）の外部からアクセス可能に構成されている、
   請求項８記載の交換可能な光学モジュール（１）。
10. 前記光学モジュール（１）の少なくとも１つの光学部品（２，３，５，７）は、調整可能である、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の交換可能な光学モジュール（１）。
11. 前記光学モジュール（１）の少なくとも１つのビーム経路（Ｂ１，Ｂ２）は、付加的な光学要素を含んでいる、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の交換可能な光学モジュール（１）。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載の少なくとも１つの交換可能な光学モジュール（１）を受容するための少なくとも１つのレセプタクルを含んでいる顕微鏡装置。
13. 前記顕微鏡装置は、前記光学モジュール（１）の少なくとも１つの案内要素（２３）と相互作用するように構成されている少なくとも１つの相補的案内要素を含んでいる、
    請求項１２記載の顕微鏡装置。
14. 前記顕微鏡装置は、前記光学モジュール（１）の少なくとも１つのデータ記憶媒体（２７）に接続可能な少なくとも１つのデータ処理システムを含んでいる、
    請求項１２または１３記載の顕微鏡装置。
15. 前記顕微鏡装置は、さらに、異なる光学特性を有する少なくとも２つの交換可能な光学モジュール（１）を含んでいる、
    請求項１２から１４までのいずれか１項記載の顕微鏡装置。

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