JP6685540B2 - 光学顕微鏡およびレンズの液浸を検出するための方法 - Google Patents

Description

本開示は、広くには、光学顕微鏡ならびに対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触したことを検出するための方法に関する。

光学顕微鏡法、とりわけ高分解能の光学顕微鏡法においては、特定の屈折率を有する液浸用流体が、対物レンズと試料スライドとの間の作業空間において使用される。空気の屈折率より大きく、対物レンズの屈折率により近い屈折率を有する液浸用流体を使用することにより、対物レンズでより多くの光を集めることができ、光学顕微鏡の分解能の改善がもたらされる。

液浸用流体などの液浸用流体を使用する場合、対物レンズおよび試料スライドの両方が、液浸用流体に直接接触することが不可欠である。試料スライドと対物レンズとの間にエアギャップが存在すると、液浸用流体の使用の利点が著しく減少する。対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に接触するように、両者を互いに充分に近づけて配置することが重要であるが、対物レンズが試料スライドに直接接触しないようにすることも、同様に重要である。試料スライドと対物レンズとの間の直接接触は、試料および対物レンズの一方または両方に損傷をもたらす可能性がある。対物レンズは、光学顕微鏡の重要部品であり、交換が高価につく。さらに、試料は、画像化の準備が困難であり、高価につき、時間がかかる可能性がある。

典型的なワークフローにおいては、光学顕微鏡の焦点を合わせるために、対物レンズと試料スライドとの間の距離が調整される。光学顕微鏡の焦点合わせの過程において、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触しているかどうかを正確に判断することは、多くの場合に作業者にとって困難である。上述のように、試料スライドと対物レンズとの間のエアギャップをなくしつつ、対物レンズを試料スライドに直接接触させることがないようにすることが望ましい。試料の正確な厚さは、数マイクロメートルを超える尺度にてきわめて様々である。したがって、個々の試料の各々について対物レンズの焦点高さを正確に予測することは、不可能である。

これらの理由および他の理由で、改良された光学顕微鏡および光学顕微鏡法においてレンズの液浸を判断する方法が、望まれている。

米国特許出願公開第２０１４／３６０２７３号明細書

上述の欠点、不便、および問題は、以下の説明を検討および理解することによって理解される本明細書において対処される。

一実施形態においては、光学顕微鏡法においてレンズの液浸を検出するための方法が、光学顕微鏡の対物レンズおよび試料スライドの両方に音響的に結合した超音波回路を用意することを含み、超音波回路は、超音波送信部および超音波受信部を備え、超音波回路は、対物レンズおよび試料スライドの両方は液浸用流体に直接接触していない場合に、光学顕微鏡の本体を通る第１の音響経路をもたらし、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触している場合に、液浸用流体を通る第２のより短い音響経路をもたらすように構成される。この方法は、超音波送信部から超音波受信部へと超音波パルスを送信することと、パルス弁別器により、超音波パルスの通過時間が、パルスが第１の音響経路に沿って伝わったのか、あるいは第２の音響経路に沿って伝わったのかを判定するように選択されるしきい値時間よりも短いと判定することと、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触していることを知らせるために、超音波パルスの通過時間がしきい値時間よりも短いことを示す出力信号を、パルス弁別器からもたらすこととを含む。

一実施形態においては、光学顕微鏡法においてレンズの液浸を検出するための方法が、光学顕微鏡の対物レンズおよび試料スライドの両方に音響的に結合した超音波回路を用意することを含み、超音波回路は、超音波送信部および超音波受信部を備え、超音波回路は、対物レンズおよび試料スライドの両方は液浸用流体に直接接触していない場合に、光学顕微鏡の本体を通る第１の音響経路をもたらし、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触している場合に、液浸用流体を通る第２のより短い音響経路をもたらすように構成される。この方法は、超音波送信部から超音波受信部へと複数の超音波パルスを送信することと、パルス弁別器により、複数の超音波パルスの各々の通過時間が、複数の超音波パルスの各々が第１の音響経路に沿って伝わったのか、あるいは第２の音響経路に沿って伝わったのかを識別するために使用されるしきい値時間よりも長いか、あるいは短いかを判定することと、複数の超音波パルスの各々の通過時間がしきい値時間よりも短いか、あるいは長いかを示す出力信号を、パルス弁別器からもたらすことと、対物レンズおよび試料スライドの両方を液浸用流体に直接接触した状態にするために、出力信号に基づいて対物レンズと試料スライドとの間の距離を自動的に調整することとを含む。

一実施形態においては、光学顕微鏡が、対物レンズと、試料スライドを受け入れるように構成されたスライドホルダと、対物レンズおよび試料スライドの少なくとも一方に配置された液浸用流体と、対物レンズおよびスライドホルダに接続された本体とを含む。この光学顕微鏡は、本体に取り付けられ、対物レンズとスライドホルダ内の試料スライドとの間の距離を調整するように構成された調整機構と、対物レンズおよびスライドホルダ内の試料スライドに音響的に結合し、超音波送信部および超音波受信部を備えており、対物レンズおよび試料スライドの両方は液浸用流体に直接接触していない場合に、光学顕微鏡の本体を通る第１の音響経路をもたらし、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触している場合に、液浸用流体を通る第２のより短い音響経路をもたらすように構成された超音波回路とを含む。この光学顕微鏡は、超音波回路に電気的に接続されたパルス弁別器を含み、パルス弁別器は、超音波送信部と超音波受信部との間を伝わる各々の超音波パルスの通過時間が、超音波パルスが第１の音響経路または第２の音響経路のどちらに沿って移動したかを識別するように選択されるしきい値時間よりも短いか否かを判定するように構成され、パルス弁別器は、各々の超音波パルスの通過時間がしきい値時間よりも短いか、あるいは長いかを示す出力信号をもたらすように構成されている。

本発明の種々の他の特徴、目的、および利点は、添付の図面およびその詳細な説明から、当業者にとって明らかになるであろう。

典型的な実施形態による光学顕微鏡の概略図である。 典型的な実施形態による光学顕微鏡の概略図である。 典型的な実施形態による方法のフローチャートである。 典型的な実施形態による方法のフローチャートである。 典型的な実施形態による光学顕微鏡の概略図である。 典型的な実施形態による方法のフローチャートである。 典型的な実施形態による方法のフローチャートである。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成しており、実施され得る特定の実施形態を例示として示している添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者による実施形態の実施を可能にするように充分に詳細に説明されており、他の実施形態も利用可能であること、ならびに実施形態の範囲から外れることなく論理的、機械的、電気的、および他の変更を行うことができることを、理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明を、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

図１は、典型的な実施形態による光学顕微鏡１００の概略図である。光学顕微鏡１００は、本体１０２と、対物レンズ１０４と、スライドホルダ１０６と、試料スライド１０８とを含む。本開示の目的のために、「スライド」という用語は、カバースリップを有しても、有していなくてもよいガラスまたはプラスチックスライド、マイクロタイターウェルアレイ、フローセル、あるいは光学顕微鏡１００による観察のために試料を保持または支持するように構成された任意の他の固定具を含むと定義される。本体１０２を、アルミニウム合金または合金鋼などの金属、プラスチック、あるいは超音波エネルギを伝達する任意の他の材料から製作することができる。本体１０２は、対物レンズ１０４および試料スライド１０８を受け入れるように構成されたスライドホルダ１０６の両方に直接的または間接的に接続されてよい。対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方は、本体１０２に音響的に結合させられている。本開示の目的のために、用語「音響的に結合」は、超音波または音響エネルギを伝達するように構成されたやり方で取り付けられた２つ以上の構造物または構成要素を含むと定義される。スライドホルダ１０６は、試料スライド１０８などの試料スライドを受け入れるように構成されている。スライドホルダ１０６は、図１に示されるように試料スライド１０８をクランプして所定の位置に保持するように構成されてよく、あるいはスライドホルダ１０６は、試料スライド１０８を主として重力によって所定の位置に保持するように試料スライド１０８を受け入れるように構成されてよい。試料スライド１０８は、ガラス基板に接着または他の方法で添えられてよいカバースリップ（図１には図示せず）を含むことができる。他の実施形態によれば、試料スライド１０８は、カバースリップを含まなくてよい。試料スライド１０８は、他の実施形態によれば、複数の個別の試料を収容するマイクロタイタープレートを備えることができる。

図１は、試料スライド１０８上に配置された一滴の液浸用流体１１０を含む。液浸用流体１１０は、典型的な実施形態によれば、約１．５の屈折率を有する液浸油であってよい。他の実施形態は、異なる屈折率を有する別の種類の液浸用流体を使用することができる。例えば、水およびグリセリンなどの流体を、他の実施形態において使用することができる。いくつかの実施形態によれば、空気の屈折率（約１）よりも大きく、対物レンズ１０４の屈折率に近い屈折率を有する液浸用流体を選択することが、一般には望ましいかもしれない。

調整機構１１２が、本体１０２に接続され、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を調整するように構成される。調整機構１１２は、ユーザによって手動で調整されるように構成されたねじまたはウォーム駆動装置などの手動機構を含むことができ、あるいは調整機構１１２は、自動または半自動機構を含むことができる。例えば、調整機構１１２は、ステッパモータ、圧電制御機構、油圧回路、または試料スライド１０８に対する対物レンズ１０４の位置を調整するために使用され得る任意の他の機構を含むことができる。図１に示した顕微鏡１００が、反転させた配置を有しており、対物レンズ１０４が、試料スライド１０８の直下に位置していることに、注意すべきである。しかしながら、他の実施形態が、標準的な配置を有し、すなわち対物レンズが試料スライドの上方に位置する顕微鏡を含むことができることを、理解すべきである。

さらに、光学顕微鏡１００は、超音波送信部１１４および超音波受信部１１５を含む。図１に示した実施形態によれば、超音波送信部１１４は、試料スライド１０８に音響的に結合させられ、超音波受信部１１５は、対物レンズ１０４に音響的に結合させられる。超音波送信部１１４は、図１に示した実施形態においては、本体１０２およびスライドホルダ１０６に直接接触しているが、他の実施形態によれば、超音波送信部１１４は、試料スライド１０８に直接接触してもよい。超音波受信部１１５は、光学顕微鏡１００の対物レンズ１０４に直接接触して示されているが、他の実施形態においては、超音波受信部１１５を、１つ以上の追加の構成要素を介して対物レンズ１０４に音響的に結合させてもよい。

光学顕微鏡１００は、超音波送信部１１４と、超音波受信部１１５と、第１の音響経路１１９とを備える超音波回路を含む。破線で示されている第１の音響経路１１９は、図１に示される実施形態において、超音波パルスが超音波送信部１１４から超音波受信部１１５へと移動する経路を表す。他の実施形態によれば、超音波送信部１１４および超音波受信部１１５の位置を入れ換えることが可能である。例えば、他の実施形態において、光学顕微鏡は、図１において超音波送信部１１４が位置する場所に配置された超音波受信部を含むことができ、光学顕微鏡は、図１において超音波受信部１１５が位置する場所に配置された超音波送信部を含むことができる。すべての実施形態は、試料スライド１０８および対物レンズ１０４に音響的に結合した超音波回路を含まなければならない。超音波送信部１１４は、超音波受信部１１５から離れていなければならない。超音波送信部１１４および超音波受信部１１５の目的は、以下でさらに詳細に説明される。さらに、光学顕微鏡１００は、超音波回路に電気的に接続されたパルス弁別器１１６を含む。パルス弁別器１１６は、超音波受信部１１５からデータを受信することができる。パルス弁別器１１６は、一実施形態によれば、電気回路であってよい。パルス弁別器１１６は、他の実施形態によれば、プロセッサを含むこともできる。

図１は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８に接触している液浸用流体１１０との間のエアギャップ１１８の存在によって示されるとおり、対物レンズ１０４が液浸用流体１１０に接触していない状態の光学顕微鏡を示している。１〜５０ＭＨｚの範囲の周波数を有する超音波信号に関して、空気を通した音響伝達がゼロにきわめて近いことを、当業者であれば理解すべきである。

図２は、典型的な実施形態による光学顕微鏡１００の概略図である。図１および図２の両方において、共通の参照番号は同一の構成要素を指して使用されている。

図２の光学顕微鏡１００は、対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方が液浸用流体１１０に直接接触している状態にて示されている。したがって、調整機構１１２は、図２において図１とは異なる位置にあってよい。調整機構１１２は、試料スライド１０８の位置を直接制御することができ、さらには／あるいは調整機構１１２は、対物レンズ１０４の位置を直接制御することができる。他の実施形態によれば、調整機構１１２は、対物レンズ１０４に対する試料スライド１０８の相対位置を制御するために、本体１０２の一部または全部を調整することができる。

図３は、典型的な実施形態に従って実行され得る方法３００のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法３００に従って実行され得るステップを表す。追加の実施形態は、図示のステップを異なる順序で実行してもよく、さらには／あるいは追加の実施形態は、図３には示されていない追加のステップを含んでもよい。方法３００の技術的効果は、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に直接接触しているかどうかを、超音波の使用を通じて判断することである。方法３００を、図１および図２に示した光学顕微鏡１００を使用する典型的な実施形態に従って説明する。

図１、図２、および図３を参照すると、ステップ３０２において、１つ以上の超音波パルスが、超音波送信部１１４から超音波受信部１１５へと送信される。典型的な実施形態によれば、超音波パルスは、ＭＨｚ範囲の中心周波数を有することができ、約１ＫＨｚの繰り返し速度で繰り返されてよい。他の実施形態が、異なる中心周波数および／または異なる繰り返し速度の超音波パルスを使用してよいことを、理解すべきである。

次に、ステップ３０４において、超音波回路からのタイミングデータが、パルス弁別器１１６へともたらされる。パルス弁別器１１６は、各々の超音波パルスの通過時間がしきい値時間未満であるかどうかを判定する。図１は、対物レンズ１０４が液浸用流体１１０に接触していない構成を示している。超音波パルスが超音波送信部１１４から送信されるとき、超音波パルスは、液浸用流体１１０と対物レンズ１０４との間のエアギャップ１１８を横切って移動することができない。代わりに、超音波パルスは、超音波受信部１１５に到達するために、顕微鏡１００の本体１０２を通って移動しなければならない。第１の音響経路１１９が、超音波送信部１１４から超音波受信部１１５への超音波パルスの移動の経路を表している。第１の音響経路１１９は、光学顕微鏡１００の本体を通る１つの考えられる音響経路を表している。しかしながら、他の実施形態が、異なる音響経路を有してもよいことを、理解すべきである。通過時間、すなわち超音波パルスが送信部１１４から受信部１１５まで移動するのにかかる時間は、音響経路の長さに基づいて決定される。対照的に、図２は、試料スライド１０８および対物レンズ１０４が液浸用流体１１０に直接接触している構成を示している。したがって、送信部１１４から送信された超音波パルスは、スライドホルダ１０６、試料スライド１０８、液浸用流体１１０、対物レンズ、およびフレームを通って移動して、受信部１１５に到達することができる。図１に関して説明したように超音波パルスが第１の音響経路１１９に沿って移動するのに要する時間は、図２に関して説明したように超音波パルスが液浸用流体１１０を通る第２の音響経路１２１に沿って移動するのに要する時間よりも測定可能に長く、なぜならば、第１の音響経路１１９は第２の音響経路１２１よりもかなり長いからである。本体１０２を通る第１の音響経路１１９に沿った典型的な顕微鏡の通過時間は、約４０μＳであり得る。対照的に、液浸用流体１１０を通って進む第２の音響経路１２１に沿って移動する超音波パルスの通過時間は、約１５μＳであり得る。したがって、一実施形態によれば、目標時間は、１５μＳおよび２５μＳの間であってよい。他の実施形態は、光学顕微鏡の具体的な構成に依存して、目標時間の値を経験的に決定することができる。超音波回路は、（図１に示されるとおり、第１の音響経路１１９によって表されるように）本体１０２を通って移動して受信部１１５に到達するか、あるいは（図２に示されるとおり、第２の音響経路によって表されるように）液浸用流体１１０を通って移動するかに依存して、超音波パルスの通過時間に測定可能な差が存在するように構成されるべきである。図１および図２に関して説明した実施形態によれば、しきい値時間を、超音波パルスがしきい値時間よりも短くなるためには液浸用流体１１０を通って移動しなければならないように、選択することができる。当業者であれば、超音波回路における超音波送信部１１４および超音波受信部１１５の正確な配置が、しきい値時間について選択される値に影響を及ぼすことを、理解できるであろう。

通過時間がしきい値時間以上である場合、方法３００は、ステップ３０６に進む。図１および図２に示した顕微鏡１００において、第２の音響経路１２１などによる液浸用流体１１０を介したパルスの送信は、送信部１１４から受信部１１５までのより短い経路、したがってより短い時間を呈する。したがって、通過時間がしきい値時間よりも長いということは、対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方は液浸用流体１１０に直接接触していないため、超音波パルスがより長い経路を移動したことを示していると考えられる。

ステップ３０６において、パルス弁別器１１６は、通過時間がしきい値時間よりも長いことを示す出力信号をもたらす。一実施形態によれば、この信号は、特定の電圧またはＴＴＬレベルであってよい。他の実施形態によれば、任意の他の種類の出力信号を使用できることを、理解すべきである。

ステップ３０８において、調整機構１１２は、パルス弁別器からの出力信号の受信に応答して、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を減少させるように動作させられる。調整機構１１２は、作業者によって手動で操作されてよい。出力信号を、最初に状態インジケータをトリガするために使用することもできる。例えば、光、テキストベースのメッセージ、可聴トーン、または記録済みのメッセージなどの状態インジケータを使用して、作業者に調整を行う必要がある旨を知らせることができる。他の実施形態によれば、状態インジケータは、表示されなくてもよい。調整機構は、対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方が液浸用流体１１０に接触している旨の確認を受信するまで、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離を減少させることができる。一実施形態によれば、作業者は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間のギャップを調整するために、ダイヤルまたはねじを調節することができる。

典型的な実施形態によれば、パルス弁別器１１６からの出力信号を使用して、調整機構１１２の動きを自動的に開始することができる。例えば、パルス弁別器１１６は、通過時間がしきい値時間より長いことを示す出力信号をもたらすことができる。この出力信号は、調整機構１１２による動きを自動的にトリガすることができる。別の実施形態によれば、パルス弁別器は、随意によりプロセッサを含むことができ、プロセッサは、通過時間がしきい値時間よりも長いという判定に応答して、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を増加させるように調整機構１１２を自動的に制御することができる。

ステップ３０８の後で、方法３００は、ステップ３０２に戻る。ステップ３０２、３０４、３０６、および３０８を、通過時間がしきい値時間未満になるまで、必要な回数だけ繰り返すことができる。典型的な実施形態によれば、超音波パルスは、方法３００の実施中に規則的な間隔で送信されてよい。ステップ３０４において、超音波パルスの通過時間がしきい値時間未満である場合、方法３００は、ステップ３１０に進む。ステップ３１０において、パルス弁別器１１６は、超音波パルスの通過時間が目標時間より短いことを示す出力信号をもたらす。図１および図２に関して説明した実施形態の場合、通過時間がしきい値時間未満であるということは、試料スライド１０８および対物レンズの両方が液浸用流体１１０に直接接触していることを示している。次に、ステップ３１２において、状態確認が提供される。状態確認は、スピーカによる可聴なノイズまたはトーンの再生、表示装置におけるテキストフレーズまたは光の表示、触覚フィードバック、あるいは対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方が液浸用流体に直接接触していることを示すべくフィードバックをもたらすための任意の他の技術を含むことができる。

図３に示した方法３００は、状態確認を提供するステップ３１２を含むが、完全に自動化された実施形態を含む他の実施形態は、状態確認を提供するステップ３１２を含まなくてもよいことを、理解すべきである。例えば、調整機構１１２の制御が完全に自動である場合、状態確認を提供する必要はないかもしれない。

図４は、典型的な実施形態に従って実行され得る方法４００のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法４００に従って実行され得るステップを表す。追加の実施形態は、図示のステップを異なる順序で実行してもよく、さらには／あるいは追加の実施形態は、図４には示されていない追加のステップを含んでもよい。方法４００の技術的効果は、対物レンズおよび試料スライドが液浸用流体に直接接触しているかどうかを、超音波の使用を通じて判断することである。方法４００を、図１および図２に示した光学顕微鏡１００を使用する典型的な実施形態に従って説明する。図４に示されるステップの多くは、図３に関してすでに説明したステップと同一である。図３および図４の間で同一のステップは同一の参照番号で示されている。具体的には、図４に示されているステップ３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、および３１２は、図３に関して説明した対応する番号が付けられたステップと同一である。したがって、方法４００の説明を、ステップ３１４から開始する。

ステップ３１２の後で、方法４００は、ステップ３１４に進む。ステップ３１４において、パルス弁別器１１６は、超音波パルスの振幅が振幅しきい値よりも大きいかどうかを判定する。方法４００がステップ３１４に進む場合、超音波パルスの通過時間は、必然的に、ステップ３０４に基づくしきい値時間よりも短い。通過時間がしきい値時間よりも短いため、超音波パルスは、図２に関して説明した音響経路１２１と同様の液浸用流体１１０を通る音響経路を辿っていると仮定される。振幅しきい値を、対物レンズ１０４が試料スライド１０８に直接接触しているか否かを示すように選択することができる。対物レンズ１０４と試料スライド１０８との直接接触は、すでに本発明の背景において述べた理由で望ましくなく、具体的には対物レンズの損傷および／または試料スライド１０８上の試料の破壊の恐れが大きいため、望ましくない。対物レンズ１０４が液浸用流体に接触しているが、試料スライド１０８に直接には接触していない場合、液浸用流体は音波の導体として対物レンズ１０４または試料スライド１０８ほどには効率的でないため、超音波パルスの振幅の一部が、超音波パルスが液浸用流体１１０を通って移動するときに減衰を被る。したがって、しきい値振幅を上回る超音波パルスの振幅は、対物レンズ１０４が試料スライド１０８に直接接触していることを示し、望ましくない。しきい値振幅を、光学顕微鏡１００における材料の音響減衰に基づいて理論的に決定することができ、あるいは実験的に決定することができる。初期の実験により、対物レンズ１０４が試料スライド１０８に直接接触している場合に、超音波受信部１１５によって受信される超音波パルスの振幅が、対物レンズ１０４と試料スライド１０８が互いに直接には接触しておらず、超音波パルスが液浸用流体１１０を通って伝わる状況と比べて、２桁以上大きい振幅を有し得ることが示されている。しきい値振幅は、画像化に用いられる光学顕微鏡の正確な構成に基づいて様々であり得る。振幅が振幅しきい値よりも大きい場合、方法は、ステップ３１６に進む。

ステップ３１６において、パルス弁別器１１６は、振幅が振幅しきい値を上回っていることを示す出力信号をもたらす。出力信号は、特定の電圧またはＴＴＬレベルであってよい。他の実施形態によれば、任意の他の種類の信号を使用できることを、理解すべきである。次に、ステップ３１８において、出力信号が、調整機構１１２を作動させて対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を増加させるために使用される。調整機構１１２は、ステップ３１６における出力信号を受信した後に、対物レンズ１０４を試料スライド１０８から所定の距離だけ自動的に移動させることができる。例えば、調整機構１１２は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間に例えば３００μｍなどの一定量の空間が存在するように距離を増加させることができる。調整機構１１２を、他の実施形態によれば、別の量の空間を追加するように制御してもよい。ステップ３１８の後に、方法４００はステップ３０２に戻り、上述したステップがさらに実行される。

ステップ３１４において、パルス弁別器が、超音波パルスの振幅が振幅しきい値を超えていないと判定した場合、方法４００は、ステップ３２０に進む。ステップ３２０において、パルス弁別器１１６は、パルスの振幅が振幅しきい値よりも小さいことを示す出力信号をもたらす。出力信号は、特定の電圧またはＴＴＬレベルであってよい。他の実施形態によれば、任意の他の種類の信号を使用できることを、理解すべきである。次に、ステップ３２２において、方法４００は、振幅がしきい値振幅よりも小さいことを知らせる状態確認を提供することができる。ステップ３０４における判定において通過時間がしきい値時間よりも短く、かつ振幅がしきい値振幅よりも小さいため、ステップ３２２において表示される状態確認は、対物レンズ１０４が試料スライド１０８に直接接触していないことを示す。方法４００がステップ３２２に到達すると、光学顕微鏡１００は、試料の最終的な合焦および画像化の準備が整った状態である。

図５は、一実施形態による光学顕微鏡５００の概略図である。光学顕微鏡は、本体５０２と、対物レンズ５０４と、スライドホルダ５０６と、試料スライド５０８と、液浸用流体５１０の液滴と、調整機構５１２と、超音波送信部５１４、超音波受信部５１５、およびパルス弁別器５１６を含む超音波回路とを含む。本体５０２、対物レンズ５０４、スライドホルダ５０６、試料スライド５０８、液浸用流体５１０、調整機構５１２、超音波送信部５１４、超音波受信部５１５、およびパルス弁別器５１６は、いずれも機能的には図１および図２に関してすでに説明した同一の名称の構成要素と同等であり、したがって図５に関しては詳細には説明しない。光学顕微鏡５００は、スピーカ５１８と、表示装置５２０と、第１のランプ５２２と、第２のランプ５２４とをさらに含む。スピーカ５１８および表示装置５２０は、どちらもパルス弁別器５１６に電気的に接続されている。第１のランプ５２２および第２のランプ５２４は、どちらも図５の表示装置上に示されているが、１つ以上のランプは、他の実施形態によれば、表示装置５２０以外の場所で光学顕微鏡５００上に配置されてもよい。

スピーカ５１８、表示装置５２０、第１のランプ５２２、および第２のランプ５２４は、いずれも、一実施形態によれば、１つ以上の状態インジケータを表示するために使用されてよい。図３および図４に関して説明したように、状態インジケータを使用して以下の状態を示すことができ、すなわち、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方は液浸用流体５１０に接触していなこと、対物レンズ５０４および試料スライド５０８がどちらも液浸用流体５１０に接触していること、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していないこと、ならびに対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していることを示すことができる。

スピーカ５１８を、状態確認を伝えるために可聴ノイズ、トーン、または記録済みのメッセージを発するために使用することができる。例えば、第１のトーンまたは第１の記録済みのメッセージを使用して、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方が液浸用流体５１０に直接接触していることを確認することができる。第２のトーンまたは第２の記録済みのメッセージを使用して、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方は液浸用流体５１０に直接接触していないことを確認することができる。第３のトーンまたは第３の記録済みのメッセージを使用して、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していないことを確認することができる。第４のトーンまたは第４の記録済みのメッセージを使用して、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していることを確認することができる。

他の実施形態において、状態確認は、光の使用によって提供されてもよい。異なる色のランプあるいは光学顕微鏡または表示装置上の位置の異なる光を使用して、上述した各々の状態についての状態確認を提供することができる。例えば、第１のランプ５２２を、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方が液浸用流体５１０に直接接触していることを示すために使用することができる。第１のランプ５２２は、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方が液浸用流体５１０に直接接触しているとき、緑色などの第１の色であってよく、ランプ５２２は、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方は液浸用流体５１０に直接接触していないとき、赤色などの第２の色であってよい。第２のランプ５２４を、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していることを示すために使用することができる。第２のランプ５２４は、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していることを示すために赤色であってよく、対物レンズ５０４が試料スライド５０８に直接接触していないことを示すために緑色であってよい。他の実施形態においては、より小数またはより多数のランプを使用してもよく、さらには／あるいは色に関する別の決まりを使用して、種々の状態確認をもたらしてもよいことを、理解すべきである。表示装置５２０は、文章表現５２６を含む。文章表現５２６は、対物レンズ５０４および試料スライド５０８の両方は液浸用流体５１０に接触していないことを知らせる「接触なし」を示す。他の文章表現を、状態変化として、あるいは他の実施形態に従って表示することができる。

いくつかの実施形態は、上述した状態のうちのいくつかについてのみ状態確認を提供すればよいことを、理解すべきである。例えば、典型的な実施形態においては、対物レンズおよび試料スライドの両方が液浸用流体に接触したことだけを示し、対物レンズが試料スライドに直接接触したときに作業者に警報する状態インジケータを提供することが、有益であり得ると考えられる。さらに、様々な実施形態に従って、異なる状態インジケータを異なるやり方で提供することができる。

図６は、典型的な実施形態に従って実行され得る方法６００のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法６００に従って実行され得るステップを表す。追加の実施形態は、図示のステップを異なる順序で実行してもよく、さらには／あるいは追加の実施形態は、図６には示されていない追加のステップを含んでもよい。方法６００の技術的効果は、１つ以上の超音波パルスに基づいて対物レンズとスライドとの間の距離を決定すること、および調整機構を作動させ対物レンズをスライドに対して焦点合わせすることである。

方法６００を、図１に関連して説明する。ステップ６０２において、超音波パルスが、送信部１１４から受信部１１５へと送信される。超音波パルスは、単一の周波数のパルスであってよく、あるいは超音波パルスは、種々の周波数のスペクトルを含むスペクトルパルスであってよい。スペクトルは、複素であってよく、例えば、振幅成分および位相成分の一方または両方を含むことができる。一実施形態によれば、スペクトルパルスは、チャープパルスであってよい。ステップ６０４において、パルス弁別器１１６は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定する。

超音波パルスが単一周波数である実施形態によれば、パルス弁別器１１６は、超音波パルスの減衰を測定することによって、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を計算することができる。対物レンズ１０４および試料スライド１０８の両方が液浸用流体に接触している場合、超音波パルスは、液浸用流体１１０を通って移動するときに指数関数的減衰をおおよそ示すはずである。超音波パルスの正確な減衰特性は、周波数に依存する。パルス弁別器１１６は、信号の強度をモデルと比較すること、あるいは実験的に決定またはモデル化された液浸用流体１１０の所与の距離を通過するときの減衰値で埋められた参照表にアクセスすることにより、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定することができる。別の実施形態によれば、パルス弁別器１１６は、測定された超音波パルスの強度をもたらす液浸用流体１１０におけるパルスの移動距離を計算するための式へと、受信した超音波パルスの強度を入力することで、距離を計算することができる。

超音波パルスがスペクトルパルスである実施形態によれば、パルス弁別器１１６は、スペクトルパルス内の様々な周波数が液浸用流体１１０を通って移動するときにどのように減衰するかを測定することによって、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定することができる。スペクトルパルス内のより高い周波数は、より低い周波数よりも減衰が大きいため、受信波形の形状は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の隔たりに基づいて変化する。パルス弁別器１１６は、受信した波形を分析し、送信されたスペクトルパルスにおける種々の成分周波数の相対減衰を決定する。パルス弁別器１１６は、受信した超音波パルス内の種々の周波数の相対減衰に基づいて、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定する。パルス弁別器１１６は、減衰値をモデルに入力することで、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の液浸用流体１１０の量を決定でき、あるいはパルス弁別器１１６は、参照表を参照することで、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離を決定することができる。

ステップ６０６において、パルス弁別器１１６は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離が、試料スライド１０８に対して対物レンズ１０４を合焦させるために正しいか否かを判定する。距離が正しくない場合、方法６００はステップ６０８に進み、ここでパルス弁別器１１６は、調整機構１１２を作動させて、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離を調整する。試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離が近すぎる場合、調整機構１１２は、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離を増加させる。試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離が遠すぎる場合、調整機構１１２は、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離を減少させる。

方法６００は、試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離が試料スライド１０８に対して対物レンズ１０４を合焦させるための正しい距離になるまで、ステップ６０４、６０６、および６０８を繰り返し循環することができる。方法６００は、ステップ６０６において試料スライド１０８と対物レンズ１０４との間の距離が試料スライド１０８に対して対物レンズ１０４を合焦させるための正しい距離である場合、ステップ６１０に進み、試料スライド１０８上の試料の観察が行われる。他の実施形態によれば、方法６００のステップ６０４、６０６、および６０８においてパルス弁別器１１６以外のプロセッサを使用してもよいことを、理解すべきである。さらに、プロセッサまたはパルス弁別器１１６は、典型的な実施形態に従って、大きさおよび位相の両方を測定するスペクトル技術を使用することができる。

図７は、典型的な実施形態に従って実行され得る方法７００のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法７００に従って実行され得るステップを表す。追加の実施形態は、図示のステップを異なる順序で実行してもよく、さらには／あるいは追加の実施形態は、図７には示されていない追加のステップを含んでもよい。方法７００の技術的効果は、１つ以上の超音波パルスに基づいて対物レンズとスライドとの間の距離を決定し、距離に基づいて出力をもたらすことである。方法７００を、図２に示したシステム１００に関連して説明する。

ステップ７０２において、送信部１１４は、超音波パルスを受信部１１５へと送信する。超音波パルスは、単一周波数のパルスであってよく、あるいは超音波パルスは、種々の周波数のスペクトルを含むスペクトルパルスであってよい。スペクトルは、複素であってよく、例えば、振幅成分および位相成分の一方または両方を含むことができる。一実施形態によれば、スペクトルパルスは、チャープパルスであってよい。ステップ７０４において、パルス弁別器１１６は、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定する。パルス弁別器１１６は、方法６００のステップ６０４に関して上述した技術のいずれかによって、対物レンズ１０４と試料スライド１０８との間の距離を決定することができる。

ステップ７０６において、パルス弁別器１１６は、ステップ７０４で計算された距離に基づいて出力をもたらす。出力は、距離を表示すること、距離が近すぎるときに警告を出すこと、または対物レンズ１０４を試料スライド１０８に近づけるプロセスにおいて対物レンズ１０４の試料スライド１０８との衝突を防止するように調整機構１１２を作動させることを含むことができる。他の実施形態によれば、パルス弁別器以外のプロセッサを使用してステップ７０４および７０６を実行できることを、理解すべきである。さらに、プロセッサまたはパルス弁別器１１６は、典型的な実施形態に従って、大きさおよび位相の両方を測定するスペクトル技術を使用することができる。

本明細書は、最良の様式を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例も含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１００ 光学顕微鏡
１０２ （光学顕微鏡の）本体
１０４ 対物レンズ
１０６ スライドホルダ
１０８ 試料スライド
１１０ 液浸用流体
１１２ 調整機構
１１４ 超音波送信部
１１５ 超音波受信部
１１６ パルス弁別器
１１８ エアギャップ
１１９ 第１の音響経路
１２１ 第２の音響経路
３００ 方法
４００ 方法
５００ 光学顕微鏡
５０２ （光学顕微鏡の）本体
５０４ 対物レンズ
５０６ スライドホルダ
５０８ 試料スライド
５１０ 液浸用流体
５１２ 調整機構
５１４ 超音波送信部
５１５ 超音波受信部
５１６ パルス弁別器
５１８ スピーカ
５２０ 表示装置
５２２ 第１のランプ
５２４ 第２のランプ
５２６ 文章表現

Claims (20)

1. 光学顕微鏡法においてレンズの液浸を検出するための方法（３００、４００）であって、
   光学顕微鏡（１００）の対物レンズ（１０４）および試料スライド（１０８）の両方に音響的に結合した超音波回路であって、超音波送信部（１１４）および超音波受信部（１１５）を備えており、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方は液浸用流体（１１０）に直接接触していない場合に、前記光学顕微鏡（１００）の本体（１０２）を通る第１の音響経路（１１９）をもたらし、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方が液浸用流体（１１０）に直接接触している場合に、該液浸用流体（１１０）を通る第２のより短い音響経路（１２１）をもたらすように構成された超音波回路を用意するステップと、
   前記超音波送信部（１１４）から前記超音波受信部（１１５）へと超音波パルスを送信するステップ（３０２）と、
   パルス弁別器（１１６）により、前記超音波パルスの通過時間が、該パルスが前記第１の音響経路（１１９）に沿って伝わったのか、あるいは前記第２の音響経路（１２１）に沿って伝わったのかを判定するように選択されるしきい値時間よりも短いと判定するステップ（３０４）と、
   前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方が前記液浸用流体（１１０）に直接接触していることを知らせるために、前記超音波パルスの前記通過時間が前記しきい値時間よりも短いことを示す出力信号を、前記パルス弁別器（１１６）からもたらすステップ（３１０）と
   を含む方法（３００、４００）。
2. 前記パルス弁別器（１１６）からの出力信号を使用して、前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を制御するように構成された調整機構（１１２）を制御するステップ（３０８）をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
3. 前記パルス弁別器（１１６）からの出力信号に応答して、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方が前記液浸用流体（１１０）に直接接触していることを確認する状態確認を提供するステップ（３１２）をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
4. 前記状態確認を提供するステップ（３１２）は、可聴なノイズまたはトーンをスピーカ（５１８）によって再生することを含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
5. 前記状態確認を提供するステップ（３１２）は、表示装置（５２０）上に文章表現（５２６）またはランプ（５２２、５２４）を表示することを含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
6. 前記超音波パルスの振幅が振幅しきい値よりも大きいことを前記パルス弁別器（１１６）によって検出するステップ（３１４）と、前記超音波パルスの振幅が前記振幅しきい値よりも大きいことを知らせるさらなる出力信号を前記パルス弁別器（１１６）からもたらすステップ（３１６）とをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
7. 前記さらなる出力信号に応答して、前記対物レンズ（１０４）が前記試料スライド（１０８）に直接接触していることを示すための追加の状態確認を提供するステップ（３１２）をさらに含む、請求項６に記載の方法（４００）。
8. 前記さらなる出力信号に基づいて調整機構（１１２）を作動させ、前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を自動的に増加させるステップ（３１８）をさらに含む、請求項６に記載の方法（３００、４００）。
9. 前記しきい値時間は、１５μＳと２５μＳとの間である、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
10. 光学顕微鏡法においてレンズの液浸を検出するための方法（３００、４００）であって、
    光学顕微鏡（１００）の対物レンズ（１０４）および試料スライド（１０８）の両方に音響的に結合した超音波回路であって、超音波送信部（１１４）および超音波受信部（１１５）を備えており、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方は液浸用流体（１１０）に直接接触していない場合に、前記光学顕微鏡（１００）の本体（１０２）を通る第１の音響経路（１１９）をもたらし、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方が液浸用流体（１１０）に直接接触している場合に、該液浸用流体（１１０）を通る第２のより短い音響経路（１２１）をもたらすように構成された超音波回路を用意するステップと、
    前記超音波送信部（１１４）から前記超音波受信部（１１５）へと複数の超音波パルスを送信するステップ（３０２）と、
    パルス弁別器（１１６）により、前記複数の超音波パルスの各々の通過時間が、該複数の超音波パルスの各々が前記第１の音響経路（１１９）に沿って伝わったのか、あるいは前記第２の音響経路（１２１）に沿って伝わったのかを識別するために使用されるしきい値時間よりも長いか、あるいは短いかを判定するステップ（３０４）と、
    前記複数の超音波パルスの各々の通過時間が前記しきい値時間よりも短いか、あるいは長いかを示す出力信号を、前記パルス弁別器（１１６）からもたらすステップ（３０６、３１０）と、
    前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方を前記液浸用流体（１１０）に直接接触した状態にするために、前記出力信号に基づいて前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を自動的に調整するステップ（３０８）と
    を含む方法（３００、４００）。
11. 前記しきい値時間は、１５μＳと２５μＳとの間である、請求項１０に記載の方法（３００、４００）。
12. 前記通過時間が前記しきい値時間よりも短いことが検出された後に、所定の距離だけ前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を自動的に減少させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法（３００、４００）。
13. 前記距離を自動的に調整するステップ（３０８）は、前記通過時間が前記しきい値時間よりも短くなるまで前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を減少させるステップを含む、請求項１０に記載の方法（３００、４００）。
14. 対物レンズ（１０４）と、
    試料スライド（１０８）を受け入れるように構成されたスライドホルダ（１０６）と、
    前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の少なくとも一方に配置された液浸用流体（１１０）と、
    前記対物レンズ（１０４）および前記スライドホルダ（１０６）に接続された本体（１０２）と、
    前記対物レンズ（１０４）および前記スライドホルダ（１０６）内の前記試料スライド（１０８）に音響的に結合し、超音波送信部（１１４）および超音波受信部（１１５）を備えており、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方は前記液浸用流体（１１０）に直接接触していない場合に、前記本体（１０２）を通る第１の音響経路（１１９）をもたらし、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）が液浸用流体（１１０）に直接接触している場合に、該液浸用流体（１１０）を通る第２のより短い音響経路（１２１）をもたらすように構成された超音波回路と、
    前記超音波回路に電気的に接続されたパルス弁別器（１１６）と
    を備えており、
    前記パルス弁別器（１１６）は、前記超音波送信部（１１４）と前記超音波受信部（１１５）との間を伝わる各々の超音波パルスの通過時間が、超音波パルスが前記第１の音響経路（１１９）または前記第２の音響経路（１２１）のどちらに沿って移動したかを識別するように選択されるしきい値時間よりも短いか否かを判定するように構成され、前記パルス弁別器（１１６）は、各々の超音波パルスの前記通過時間が前記しきい値時間よりも短いか、あるいは長いかを示す出力信号をもたらすように構成されている、光学顕微鏡（１００）。
15. 前記超音波送信部（１１４）は、前記対物レンズ（１０４）に直接結合している、請求項１４に記載の光学顕微鏡（１００）。
16. 前記超音波受信部（１１５）は、前記対物レンズ（１０４）に直接結合している、請求項１４に記載の光学顕微鏡（１００）。
17. 前記本体（１０２）に取り付けられ、前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を調整するように構成された調整機構（１１２）をさらに備える、請求項１４に記載の光学顕微鏡（１００）。
18. 前記調整機構（１１２）は、前記対物レンズ（１０４）および前記試料スライド（１０８）の両方を前記液浸用流体（１１０）に直接接触した状態にするために前記パルス弁別器（１１６）からの出力信号によって制御されるように構成されている、請求項１７に記載の光学顕微鏡（１００）。
19. 前記パルス弁別器（１１６）は、前記超音波パルスがしきい値振幅よりも大きい振幅を有するか否かを判定するようにさらに構成され、前記しきい値振幅は、前記対物レンズ（１０４）が前記試料スライド（１０８）に直接接触していることを示す、請求項１４に記載の光学顕微鏡（１００）。
20. 前記パルス弁別器（１１６）は、前記振幅が前記しきい値振幅よりも大きいという判定に応答して前記対物レンズ（１０４）と前記試料スライド（１０８）との間の距離を増加させるように前記調整機構（１１２）を制御するように構成されている、請求項１９に記載の光学顕微鏡（１００）。