JP6632536B2 - 小型顕微鏡 - Google Patents
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Description
本願の実施形態である小型顕微鏡は、一般的に、図1の符号10で示すものである。顕微鏡10は、顕微鏡の光経路を完全に覆う筺体11を有している。筺体11は、以下で記載するように、試料ステージへアクセスすることができるハッチ部11aを備えている。筺体11の側壁および天井壁は、顕微鏡10内の構成要素へアクセスすることができるために取り外し可能であることが好ましい。この例では、筐体11は、横24センチメートル、縦21.5センチメートル、高さ15センチメートルで非常に小型であり、顕微鏡の設置面積はほぼA4用紙と同じで、体積は約8リットルである。筐体11内の未使用スペースをさらに減らせば、ほかに主要な設計変更をせずに、顕微鏡の大きさを23センチメートルx16センチメートルx15センチメートルまでさらに減らすことができ、構成要素および光経路を適切に設計すればもっと小さくすることもできると想定される。この可搬性により、顕微鏡の向きや設置場所を簡単に変えたり、冷蔵庫とか、例えば、pH感受性の哺乳動物細胞培養のために二酸化炭素濃度が制御された、特殊な大気の組成の培養器などの制御環境に設置することもできる。
今度は、小型顕微鏡の第二実施形態について、図7〜11Bを参照しながら説明する。図7に示すように、符号200で示される小型顕微鏡は、一次光学支持部材202を支持する、実質的に平坦な支持部材201を備えている。一次光学支持部材202は、防振架台203を介し支持部材201によって支持されている。また、支持部材201は、伝達される振動をさらに低減するために、小型顕微鏡200が配置される潜在的に不安定な作業面に係合するようにその下面に防振足204を有している。
対物ステージ300は、より詳細に図12に示してある。対物ステージ300は、顕微鏡の対物レンズ301を支持している。対物ステージ300は、例えば、主としてアルミニウム製の移動ステージ304が搭載されたインバー基板302を備えている。移動ステージ304は、インバー試料ホルダ305を支持するとともに移動させ、顕微鏡の対物レンズ301に対して試料ホルダ305の三次元位置の調整ができるようになっている。移動ステージ304は、それと同じ材料の板303によってインバー基板302に接続されている。第一取り付け位置306は、それがステージ304の前面307と位置合わせされるように、アルミニウム板303とインバー基板302を連結している。その後方にあって、アルミニウム板303とインバー基板302を連結する第二取り付け位置308は、アルミニウム板303とインバー基板302との間の相対的なスライド移動を可能にしている。このインバー基板は、一次光学支持構造体202の凹部213に取り付けられて、対物レンズの軸と一直線になった第一固定取り付け位置302a、およびアルミニウム製の一次光学支持構造202とインバー基板302との間の相対的なスライド移動を可能にする第ニ取り付け位置(図示せず)を介して、一次光学支持構造体202に固定されている。移動ステージ304は、おおまかに符号309a、309b、309cでそれぞれ示した三つの圧電摩擦モータを有している。
フォーカス制御系は、試料ホルダー305の位置を制御することによって、対物レンズ301の焦点に対する試料の軸方向位置を維持することができる。
この顕微鏡をどのように他の応用例に対して適合させることができるかの例を、図15〜19Bに示している。優位点としては、小型顕微鏡200は、適切な第五二次支援モジュール265を提供することによって、これらの構成のいずれにも適応可能である。
本明細書に記載した小型顕微鏡は、小型で、堅牢で、持ち運ぶことができ、低コストであるフォームファクタに納まりながら、広視野撮像の最も望ましい特徴である、低い試料ドリフト、高い振動安定性、単一分子の検出感度、自動化、および、高スループットを提供することができるという優位点がある。
Claims (25)
- 筐体と、
支持部材と、
前記筺体内に配置され前記支持部材によって支持された一次光学支持部材と、
前記支持部材と前記一次光学支持部材との間にある少なくとも一つの防振架台と、
前記一次光学支持部材に搭載された、可動試料ステージおよび対物レンズ系と、
前記可動試料ステージの表面に搭載された試料ホルダと、
前記可動試料ステージからの戻り光を受光し検出装置に戻り光を伝送する戻り光学系と、を備えた小型顕微鏡であって、
前記戻り光学系は、前記一次光学支持部材に搭載され、
前記筐体は前記小型顕微鏡の光経路を完全に覆い、
前記筐体および/または前記支持部材は防振材料を含み、
前記可動試料ステージは、前記可動試料ステージの、前記試料ホルダが搭載された前記表面の際にある固定取り付け位置で、および、前記可動試料ステージの前記表面から離れたスライド移動可能取り付け位置で、前記一次光学支持部材に接続されている
ことを特徴とする小型顕微鏡。 - 照明部と、
前記照明部から前記可動試料ステージに照明光ビームを導く照明光学系とを備え、
前記照明光学系は、前記一次光学支持部材に搭載されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の小型顕微鏡。 - 前記照明光学系および前記戻り光学系の少なくとも一部は、前記小型顕微鏡の異なる平面に配置されている
ことを特徴とする、請求項2に記載の小型顕微鏡。 - 前記検出装置は、前記一次光学支持部材によって支持されている
ことを特徴とする、請求項3に記載の小型顕微鏡。 - 少なくとも一部の前記照明光学系と前記戻り光学系は、前記一次光学支持部材によって支持された二次光学支持部材を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記照明部は、光源に接続された光ファイバを収容する接続部を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記検出装置は、光検出器を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項6のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記検出装置は、撮像装置を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項6のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記照明部は、出力計を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項8のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記照明光学系は、照明光ビームの形状を制御するために、ビーム整形光学系を備えている
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項9のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記照明光学系は、照明光ビームの形状を制御するために、少なくとも一つの絞りを含んでいる
ことを特徴とする、請求項10に記載の小型顕微鏡。 - 前記戻り光学系は、戻り光を少なくとも第一波長帯域と第二波長帯域とに分離するように動作可能である
ことを特徴とする、請求項2乃至請求項11のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 請求項12に記載の小型顕微鏡であって、
前記検出装置は撮像装置を備え、
前記戻り光学系は、第一波長帯域の戻り光を前記撮像装置の第一領域に導き、第二波長帯域の戻り光を前記撮像装置の第二領域に導く
ことを特徴とする、請求項13に記載の小型顕微鏡。 - さらに、焦点安定化ビームを前記対物レンズ系に導くために焦点安定化ビーム光学系を備えている
ことを特徴とする、請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の小型顕微鏡。 - 前記焦点安定ビームの基準画像を格納するとともに、前記対物レンズ系から前記焦点安定化ビームの後続画像を受信して、前記後続画像を前記基準画像と比較し、前記基準画像と前記後続画像との比較結果に応じて前記対物レンズ系の焦点に対する前記可動試料ステージの位置を制御するように動作可能な、焦点制御部を備えている
ことを特徴とする、請求項14に記載の小型顕微鏡。 - 照明部と、前記照明部から前記可動試料ステージに照明光ビームを導く照明光学系とを備え、
前記照明光学系は、前記一次光学支持部材に搭載され、
前記照明光ビームはパルス化されていて、前記後続画像は前記照明光ビームのパルスとパルスとの間で取得される
ことを特徴とする、請求項15に記載の小型顕微鏡。 - 前記焦点安定化ビームの前記後続画像は、前記検出装置から受信する
ことを特徴とする、請求項15または請求項16に記載の小型顕微鏡。 - 請求項2乃至請求項13のいずれかに記載の小型顕微鏡と、
照明光源モジュールとを備え、
前記小型顕微鏡の前記照明光学系と前記照明光源モジュールは光ファイバによって接続されている
ことを特徴とする、顕微鏡システム。 - 前記照明光源モジュールは、レーザ光源を備えている
ことを特徴とする、請求項18に記載の顕微鏡システム。 - 前記照明光源モジュールは、
第一波長を有する第一照明光ビームを生成する第一レーザ光源と、
第二波長を有する第二照明光ビームを生成する第二レーザ光源と、
前記第一照明光ビームおよび前記第二照明光ビームを前記光ファイバに伝送するビーム合成光学系とを備えている
ことを特徴とする、請求項19に記載の顕微鏡システム。 - 焦点安定化ビームを前記対物レンズ系に導く焦点安定ビーム光学系をさらに備え、
前記照明光源モジュールは、
焦点安定化ビームレーザ光源と、
前記焦点安定性化ビームを前記小型顕微鏡に伝送する焦点安定化ビーム光ファイバを備えている
ことを特徴とする、請求項19または請求項20に記載の顕微鏡システム。 - 一次光学支持部材と、
前記一次光学支持部材に搭載された、可動試料ステージおよび対物レンズ系と、
焦点安定化ビームを前記対物レンズ系に導く焦点安定化ビーム光学系と、
撮像装置と、
前記可動試料ステージの表面に搭載された試料ホルダと、
前記撮像装置に光を戻す戻り光学系と、
前記焦点安定化ビームの基準画像を格納し、前記焦点安定化ビームの後続画像を受信して、前記後続画像を前記基準画像と比較し、前記基準画像と前記後続画像との比較結果に応じて前記対物レンズ系の焦点に対する前記可動試料ステージの位置を制御するように動作可能である制御系とを備え、
前記可動試料ステージは、前記試料ステージの、前記試料ホルダが搭載された前記表面の際にある固定取り付け位置で、および、前記可動試料ステージの前記表面から離れたスライド移動可能取り付け位置で、前記一次光学支持部材に接続されている
ことを特徴とする、顕微鏡焦点制御システム。 - 前記制御系は、後続画像が前記基準画像と一致するように前記試料ステージを制御する動作を行なうことが可能である
ことを特徴とする、請求項22に記載の顕微鏡焦点制御システム。 - 焦点安定化ビームの基準画像を格納することと、
顕微鏡の対物レンズ系に焦点安定化ビームを伝送することと、
前記焦点安定化ビームの後続画像を受信することと、
前記後続画像を前記基準画像と比較し、前記基準画像と前記後続画像との比較結果に応じて前記対物レンズ系の焦点に対する前記顕微鏡の可動試料ステージの位置を制御することと、を含み、
前記対物レンズ系および前記可動試料ステージは、前記顕微鏡の一次光学支持部材に搭載され、
前記可動試料ステージの表面には試料ホルダが搭載され、
前記可動試料ステージは、前記試料ステージの、前記試料ホルダが搭載された前記表面の際にある固定取り付け位置で、および、前記可動試料ステージの前記表面から離れたスライド移動可能取り付け位置で、前記一次光学支持部材に接続されている
ことを特徴とする、顕微鏡の焦点を制御する方法。 - 後続画像が前記基準画像と一致するように前記可動試料ステージを制御することを含む
ことを特徴とする、請求項24に記載の方法。
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