JP6756678B2 - 顕微鏡のための直交光ビーム分割 - Google Patents

Description

本開示は、概して、光ビーム分割に関し、より具体的には、顕微鏡のための直交光ビーム分割に関する。

顕微鏡は、対象から光ビームを受信して、対象の像を生成する。ある顕微鏡において、光ビームは、分割され得るか、または他のビームと結合され得る。例えば、光ビームは、分割されて、分割ビームを生成し得る。分割ビームは、異なる用途に対して異なる目的地に、例えば、１人以上のユーザーによる視認のために１つ以上の接眼レンズに、および／または記録のためにカメラに方向付けることができる。別の例として、光ビームは、別の光ビームと結合されて、像を結合し得る。例えば、対象の像は、顕微鏡パラメータに関する情報を提供する像と重なり得る。

システムは、第１のビームスプリッタモジュールおよび整列線に沿って第１のビームスプリッタモジュールと整列する第２のビームスプリッタモジュールを備える。ある実施形態において、各ビームスプリッタモジュールは、第１の光学経路に沿って移動するビームを、第１の分割ビームおよび第２の分割ビームに分割することができる。各ビームスプリッタモジュールは、第１の光学経路に沿って第１の分割ビームを伝送し、第１の光学経路および整列線に実質的に直交する第２の光学経路に沿って第２の分割ビームを方向付けることができる。ある実施形態において、各ビームスプリッタモジュールは、第１の光学経路に沿って移動する第１のビームおよび第１の光学経路および整列線に実質的に直交する第２の光学経路に沿って移動する第２のビームを受信することができる。各ビームスプリッタモジュールは、第２のビームを第１のビームと結合して、結合されたビームを生成し、第１の光学経路に沿って結合されたビームを伝送することができる。

直交ビーム分割を利用し得る顕微鏡システムの例を説明する。 図１の顕微鏡システムと共に使用され得る直交分割システムの例を説明する。 顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステムの例を説明する。 顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステムの別の例を説明する。 顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステムの別の例を説明する。

本開示の例示的な実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に例として記載される。
ここで発明を実施するための形態および図面を参照して、開示された装置、システム、および方法の例示的な実施形態が詳細に示される。発明を実施するための形態および図面は、全てを網羅するよう意図されず、あるいは図面に示され、発明を実施するための形態に開示される特定の実施形態に対する主張を限定または制限するよう意図されない。図面は、可能な実施形態を表すが、図面は必ずしも縮尺通りではなく、ある特徴は、実施形態をより良く説明するために、誇張、除去、または部分的に断面で示され得る。

図１は、直交ビーム分割を利用し得る顕微鏡システム１０の例を説明する。例において、顕微鏡システム１０は、対物レンズ２０、１つ以上の分割システム２２（２２ａ〜ｂ）、および１つ以上の接眼レンズ２４を含む。顕微鏡システム１０は、外科用光学顕微鏡等の任意の適切な顕微鏡であり得る。光学顕微鏡は、顕微鏡の焦点面に置かれた対象の拡大像を生成する１つ以上のレンズを含む。レンズは、検出器（眼等）に向けて、対象から（例えば、対象から放出または反射された）光を集光する。レンズは、対象から光を集め、光線を集光して、実像を生成する対物レンズ２０を含み得る。接眼レンズ２４は、対物レンズ２０の焦点の近くに位置して、像を拡大する。分割システム２２は、対象からの光を分割および／または対象の光を別の光ビームと結合し得る。分割システム２２の例は、図２〜５においてより詳細に記載される。

図２は、図１の顕微鏡システム１０と共に使用され得る直交分割システム２２ａの例を説明する。例において、分割システム２２ａは、ビームスプリッタシステム３２、レンズ３６（３６ａ〜ｂ）、鏡４０、および像表示部４２が配置される、ハウジング３０を有する。像捕捉モジュール４４は、ハウジング３０に連結される。

ビームスプリッタシステム３２は、ビームスプリッタモジュール３４（３４ａ〜ｃ）を備え、図３〜５を参照してより詳細に記載される。レンズ３６は、ビームスプリッタモジュール３４に、および／またはビームスプリッタモジュール３４から光ビームを方向付ける。像表示部４２は、１つ以上の像を表示し得、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機ＬＥＤ）等の任意の適切な像表示部であり得る。鏡４０は、像をレンズ３６に向けて、像ビームを反射させ得、レンズ３６は、ビームスプリッタモジュール３４に向けて像ビームを方向付け得る。ビームスプリッタモジュール３４は、像ビームを他の光ビームと結合し得る。像捕捉モジュール４４は、光ビームを受信し、光ビームから１つ以上の像（単一の像または一連の像）を受信し得る。例において、像捕捉モジュール４４は、ビデオカメラであり得、像形成対物レンズ３６ｂを通じてビームスプリッタモジュール３４から光ビームを受信して、ビデオ像を発生させ得る。

図３は、顕微鏡システム１０等の顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステム３２の例を説明する。例において、ビームスプリッタシステム３２は、ビームスプリッタモジュール３４（３４ａ〜ｂ）を備える。ビームスプリッタモジュール３４は、光ビーム４８（４８ａ〜ｂ）を受信し、受信したビーム４８を分割領域４９（４９ａ〜ｂ）で分割して、複数の分割ビーム５０（５０ａ〜ｂ）、５２（５０ａ〜ｂ）を生成することができる、任意の適切なビームスプリッタを備え得る。例において、分割ビーム５０は、伝送されたビームとみなされ得、分割ビーム５２は、反射されたビームとみなされ得る。伝送されたビームおよび反射されたビームは、受信したビーム４８の任意の適切な比率を構成し得る。例えば、伝送されたビームは、５０％であり得、かつ反射されたビームは、５０％であり得るか、伝送されたビームは、５０％未満であり得、かつ反射されたビームは、５０％を超え得るか、または伝送されたビームは、５０％を超え得、かつ反射されたビームは、５０％未満であり得る。ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール３４は、適切なスペクトル領域、例えば、可視領域内で動作し得る。

伝送されたビームは、伝送されたビーム光学経路５６（５６ａ〜ｂ）（受信したビームによって使用されるのと実質的に同一の光学経路５６であり得る）に沿って移動し、反射されたビームは、伝送されたビーム光学経路５６に対して任意の適切な角度であり得る反射されたビーム光学経路５８（５８ａ〜ｂ）に沿って移動する。例えば、角度は、実質的に９０°であり得るか、９０°未満であり得るか、または９０°を超え得る。経路５６および５８は、仮想平面６０（６０ａ〜ｂ）を画定するとみなされ得る。

ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール３４は、２つの接合直角プリズムを備える立方体ビームスプリッタであり得る。反射されたビームおよび伝送されたビームは、同一の量のガラスを通じて移動し得、そのため、各アームの光学経路長は増加するが、両方の経路は、同一の量だけ増加する。

ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール３４ａは、任意の適切な様式で整列線６４に沿ってビームスプリッタモジュール３４ｂと整列する。例えば、モジュール３４は、以下の条件のうちの１つ以上が満たされるように整列され得る。（１）平面６０ａ〜ｂは、互いに実質的に平行する、（２）整列線６４は、１つ以上の平面６０ａ〜ｂに直交する、（３）整列線６４は、１つ以上の分割領域４９ａ〜ｂと交差する、および／または（４）伝送された光学経路５６ａ〜ｂは、反射された光学経路５８ａ〜ｂによって画定される平面に直交する平面を画定する。

ある実施形態において、各ビームスプリッタモジュール３４は、光学経路５６に沿って移動する光ビーム４８を受信し得る。ビーム４８は、対象から、かつ対物レンズを通じてビームスプリッタモジュール３４に移動した可能性がある。ビームスプリッタモジュール３４は、ビームを、分割ビーム５０および５２に分割し得る。ビームスプリッタモジュール３４は、第１の光学経路に実質的に平行する（例えば、実質的に沿う）経路に沿って、分割ビーム５０を伝送し得る。ある実施形態において、分割ビーム５０は、一式の接眼レンズの接眼レンズに向けて方向付けられ得る。ビームスプリッタモジュール３４は、第１の光学経路および整列線に実質的に直交する第２の光学経路に沿って分割ビーム５２を方向付け得る。ある実施形態において、像捕捉モジュールは、分割ビーム５２を受信し、分割ビーム５２から１つ以上の像を発生させ得る。

図４は、顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステム１３２の例を説明する。例において、ビームスプリッタシステム１３２は、ビームスプリッタモジュール１３４（１３４ａ〜ｂ）を備える。ビームスプリッタモジュール１３４は、光ビーム１４８（１４８ａ〜ｂ）および光ビーム１５２（ａ〜ｂ）を受信し、ビーム１４８および１５２を結合領域１４９（１４９ａ〜ｂ）で組み合わせて、結合されたビーム１５０（１５０ａ〜ｂ）を生成することができる、任意の適切なビームスプリッタを備え得る。例において、ビーム１４８は、一次ビームとみなされ得、ビーム１５２は、二次ビームとみなされ得る。一次および二次ビームは、結合されたビーム１５０の任意の適切な比率を構成し得る。例えば、一次ビームは、５０％であり得、かつ二次ビームは、５０％であり得るか、一次ビームは、５０％未満であり得、かつ二次ビームは、５０％を超え得るか、または一次ビームは、５０％を超え得、かつ二次ビームは、５０％未満であり得る。ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール１３４は、適切なスペクトル領域、例えば、狭いスペクトル帯域内で動作し得る。

一次ビームは、一次ビーム光学経路１５６（１５６ａ〜ｂ）（結合されたビームによって使用されるのと実質的に同一の光学経路１５６であり得る）に沿って移動し、二次ビームは、一次ビーム光学経路１５６に対して任意の適切な角度であり得る二次ビーム光学経路１５８（５８ａ〜ｂ）に沿って移動する。例えば、角度は、実質的に９０°であり得るか、９０°未満である得るか、または９０°を超え得る。経路１５６および１５８は、仮想平面１６０（６０ａ〜ｂ）を画定するとみなされ得る。

ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール１３４は、２つの接合直角プリズムを備える立方体ビームスプリッタであり得る。一次および二次ビームは、同一の量のガラスを通じて移動し得、そのため、各アームの光学経路長は増加するが、両方の経路は、同一の量だけ増加する。

ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール１３４ａは、任意の適切な様式で整列線１６４に沿ってビームスプリッタモジュール１３４ｂと整列する。例えば、モジュール１３４は、以下の条件のうちの１つ以上が満たされるように整列され得る。（１）平面１６０ａ〜ｂは、互いに実質的に平行する、（２）整列線６４は、１つ以上の平面１６０ａ〜ｂに直交する、（３）整列線１６４は、１つ以上の結合領域１４９ａ〜ｂと交差する、および／または（４）一次光学経路１５６ａ〜ｂは、二次光学経路１５８ａ〜ｂによって画定される平面に直交する平面を画定する。

ある実施形態において、各ビームスプリッタモジュール１３４は、光学経路１５６に沿って移動するビーム１４８および光学経路１５６および整列線１６４に実質的に直交する光学経路１５８に沿って移動するビーム１５２を受信し得る。ビームスプリッタモジュール１３４は、光学経路１５６に実質的に平行する（例えば、沿う）出力経路に沿って、ビーム１４８およびビーム１５２を伝送し得る。ある実施形態において、ビーム１４８および１５２は、一式の接眼レンズの接眼レンズに向かって結合されたビーム１５０として伝送され得る。ある実施形態において、ビーム１４８は、対象の像を通信し得、ビーム１５２は、顕微鏡パラメータ等の情報を伝達する１つ以上の情報像を通信し得る。ビーム１４８および１５２は、組み合わせられ得、例えば、像は、ビーム１４８に入射され、例えば、情報像は、対象の像と重なる。

図５は、顕微鏡システムにおいて利用され得るビームスプリッタシステム２３２の例を説明する。例において、ビームスプリッタシステム２３２は、αビームスプリッタセット２１０およびβビームスプリッタセット２１２を備える。ビームスプリッタセットは、図１のビーム分割システム２２で使用され得る。例において、αビームスプリッタセット２１０は、ビームスプリッタモジュール２２０および２２２を含む、αビームスプリッタモジュールを備え得る。モジュール２２０および２２２は、任意の適切な様式で整列線２２４に沿って整列し得る。例えば、モジュール２２０および２２２は、以下の条件のうちの１つ以上が満たされるように整列され得る。（１）経路５６および５８によって画定される平面２２６ならびに経路１５６および１５８によって画定される平面２２８は、実質的に同一平面上にある、および／または（２）整列線１６４は、経路５８および／または経路１５８と実質的に一致する。

ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール２２０は、ビームスプリッタモジュール３４と実質的に同様であり得る。ビームスプリッタモジュール２２０は、光学経路５６に沿って移動するαビーム４８を受信し、αビーム４８を、光学経路５６に沿って伝送される出力ビーム５０および整列線２２４に実質的に平行して（例えば、沿って）方向付けられるα分割ビーム２５２に分割し得る。ある実施形態において、ビームスプリッタモジュール２２２は、ビームスプリッタモジュール１３４と実質的に同様であり得る。ビームスプリッタモジュール２２２は、光学経路１５６に沿って移動する一次αビーム１４８および整列線２２４に実質的に平行する（例えば、沿う）光学経路１５８に沿って移動する二次αビーム１５２を受信し得る。ビームスプリッタモジュール２２２は、光学経路１５６に実質的に平行する出力ビーム１５０としてビーム１４８および１５２を伝送し得る。

ある実施形態において、βビームスプリッタセット２１２は、図４のビームスプリッタシステム１３２と実質的に同一であり得る。βビームスプリッタセット２１２は、整列線１６４に沿って整列するβビームスプリッタモジュール１３４を備え得る。各βビームスプリッタモジュール１３４は、出力ビーム５０または出力ビーム１５０を受信し得る。βビームスプリッタモジュール１３４は、整列線１６４および受信した出力ビーム５０または１５０の光学経路によって画定される平面２６０に実質的に直交するβ光学経路１５８に沿って移動する二次βビーム１５２を受信し得る。βビームスプリッタモジュール１３４は、受信した出力ビーム５０または１５０を伝送し得、かつ受信した出力ビーム５０または１５０の光学経路に実質的に平行する経路に沿って、二次βビーム１５２を伝送し得る。ある実施形態において、二次βビーム１５２は、一式の接眼レンズの接眼レンズに向けて方向付けられ得る。ある実施形態において、二次βビーム１５２のうちの１つ以上の像は、受信した出力ビーム５０または１５０に入射され得る。

他の実施形態において、βビームスプリッタセット２１２は、図３のビームスプリッタシステム３２と実質的に同様であり得る。βビームスプリッタセット２１２は、整列線６４に沿って整列するβビームスプリッタモジュール３４を備え得る。各βビームスプリッタモジュール３４は、出力ビーム５０または出力ビーム１５０を受信し、受信した出力ビーム５０または１５０を、β分割ビーム５０および５２に分割し得る。βビームスプリッタモジュール３４は、受信した出力ビーム５０または１５０の光学経路に実質的に平行する経路に沿って、β分割ビーム５０を伝送し得、整列線６４および受信した出力ビーム５０または１５０の光学経路によって画定される平面に実質的に直交する光学経路５８に沿って、β分割ビーム５２を方向付け得る。ある実施形態において、β分割ビーム５０は、一式の接眼レンズの接眼レンズに向けて方向付けられ得る。ある実施形態において、像捕捉モジュールは、β分割ビーム５２を受信し、β分割ビーム５２から１つ以上の像を発生させ得る。

ビームスプリッタモジュール（例えば、３４または１３４）は、例えば、広帯域可視ＩＲもしくはＵＶ領域、または、例えば、５２０から５４０ｎｍ領域等の幅５０ｎｍ未満であり得る狭いスペクトル領域等の、任意の適切なスペクトル領域を有し得る。例えば、広帯域可視領域ビームスプリッタモジュールが使用され得る。別の例として、狭帯域ビームスプリッタモジュールが、像表示部４２に使用され得る。この例において、狭いスペクトル領域の外側の対象からの光の１００％近くが、接眼レンズ２４に送信され得る。

本開示は、ある実施形態の点から記載されたが、実施形態の修正（変更、代替、追加、省略、および／または他の修正等）が当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に修正がなされ得る。例えば、修正は、本明細書に開示されるシステムおよび装置になされ得る。システムおよび装置のコンポーネントは、統合され得るか、または分離され得、システムおよび装置の操作は、より多くの、より少ない、または他のコンポーネントによって行われ得る。別の例として、修正は、本明細書に開示される方法になされ得る。方法は、より多くの、より少ない、または他のステップを含み得、ステップは、任意の適切な順序で行われ得る。

本発明の範囲から逸脱することなく、他の修正が可能である。例えば、発明を実施するための形態は、特定の実用的な用途を説明するが、さらに他の用途が当業者には明らかであろう。加えて、本明細書に記載される分野において、将来的な開発が生じ、開示されたシステム、装置、および方法が、そのような将来的な開発で利用されるであろう。

本発明の範囲は、発明を実施するための形態を参照して決定されるべきではない。特許法に従って、発明を実施するための形態は、例示的な実施形態を用いて本発明の作用の原理およびモードを説明し、例示する。発明を実施するための形態は、他の当業者が、種々の実施形態において、かつ種々の修正と共にシステム、装置、および方法を利用することを可能にするが、本発明の範囲を決定するために使用されるべきではない。

本発明の範囲は、特許請求の範囲および特許請求の範囲が与えられる均等物の完全な範囲を参照して決定されるべきである。特許請求の範囲の全ての用語は、本明細書において、それに反する明確な表記がなされない限り、それらの最も広い妥当な構造および当業者によって理解されるそれらの通常の意味が与えられるべきである。例えば、「１つの（ａ）」、「前記（ｔｈｅ）」等の単数形の冠詞の使用は、特許請求の範囲に反する明確な制限が示されない限り、示された要素のうちの１つ以上を示すものと読まれるべきである。別の例として、「各」は、セットの各部材またはセットのサブセットの各部材を指し、セットは、ゼロ、１つの、または１つを超える要素を含み得る。要約すると、本発明は、修正が可能であり、本発明の範囲は、発明を実施するための形態を参照してではなく、特許請求項の範囲およびそれらの均等物の完全な範囲を参照して決定されるべきである。

Claims (5)

1. 第１のαビームスプリッタモジュールおよびα整列線に沿って前記第１のαビームスプリッタモジュールと整列する第２のαビームスプリッタモジュールを備える、αビームスプリッタセットであって、
   前記第１のαビームスプリッタモジュールは、
   対象の第１の像を通信し且つ第１の光学経路に沿って移動する第１のαビームを受信し、
   前記第１のαビームを、前記第１の光学経路に沿って伝送される第１の出力ビームおよび前記α整列線に実質的に平行して方向付けられるα分割ビームに分割するように構成され、
   前記第２のαビームスプリッタモジュールは、
   前記対象の第２の像を通信し且つ第２の光学経路に沿って移動する第２のαビームを受信し、
   前記α整列線に実質的に平行する第３のα光学経路に沿って移動し、且つ前記対象のいずれの像とも異なる情報を伝達する情報像を通信する第３のαビームを受信し、
   前記第２の光学経路に沿って、第２の出力ビームとして前記第２のαビームおよび前記第３のαビームを伝送するように構成される、αビームスプリッタセットと、
   第１のβビームスプリッタモジュールおよびβ整列線に沿って前記第１のβビームスプリッタモジュールと整列する第２のβビームスプリッタモジュールを備える、βビームスプリッタセットであって、各βビームスプリッタモジュールは、
   前記第１の出力ビームまたは前記第２の出力ビームを受信し、
   前記β整列線および前記受信した出力ビームの前記光学経路によって画定される平面に実質的に直交するβ光学経路に沿って移動する第２のβビームを受信し、
   前記受信した出力ビームおよび前記第２のβビームを結合して、結合されたビームを生成し、
   前記受信した出力ビームの前記光学経路のみに沿って前記結合されたビームを伝送するように構成される、βビームスプリッタセットと、を備える、システム。
2. 各βビームスプリッタモジュールは、一式の接眼レンズの接眼レンズに向けて、前記結合されたビームを方向付けることによって、前記結合されたビームを伝送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 各βビームスプリッタモジュールは、前記受信した出力ビームおよび前記第２のβビームを結合して、前記第２のβビームのうちの１つ以上の像を前記受信した出力ビームに入射させることによって、前記受信した出力ビームおよび前記第２のβビームを結合するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第２のβビームは、像表示部から受信される、請求項１に記載のシステム。
5. 各ビームスプリッタモジュールは、狭いスペクトル領域内で動作する、請求項１に記載のシステム。

Images