JP2012533069A - 適応光学系を有する顕微鏡検査法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本出願は、2009年7月9日に出願された「Adaptive Optics Using Pupil Segmentation」と題する米国仮特許出願第61/224,102号明細書、2009年10月1日に出願された「Adaptive Optics Using Pupil Segmentation」と題する米国仮特許出願第61/247,929号明細書、2009年11月23日に出願された「Adaptive Optics Using Pupil Segmentation」と題する米国仮特許出願第61/263,614号明細書、及び、2009年11月30日に出願された「Adaptive Optics in Widefield Microscopy」と題する米国仮特許出願第61/265,225号明細書との優先権を主張する。これらの先に出願された出願の各々の主題は参照によって本明細書に組み込まれる。
実施形態は、以下の特徴の1つまたは複数を含むことができる。例えば、個々のビームレットの角度を個々に制御するステップは、個々のビームレットに対応する個々の小区域を含む波面変調素子によって励起ビームを変調するステップと、個々の小区域内で対応する個々のビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために対応するビームレットに小区域によって与えられる位相値のプロファイルを制御するステップとを含むことができる。複数の異なる位置はサンプルの平面内に位置してもよく、平面はサンプル内の励起ビームの軸に対して垂直または非垂直であってよい。励起光は第1の波長を有していてもよく、放射光は第1の波長よりも小さい(例えば、第1の波長のおよそ半分の)第2の波長を有する。波面変調素子は、空間光変調器を含んでいてもよく、空間光変調器の活性層から反射される光にグローバル・フレーズ・ランプ(global phrase ramp)を適用して、空間光変調器の前面から反射される光と活性層から反射される光との間に非ゼロ角度を誘導するステップをさらに含むことができる。
Claims (30)
- サンプルの画像を形成する方法であって、
前記サンプル内の焦点に、ビームの断面が個々のビームレットを含む励起光ビームを収束させるステップと、
前記サンプル内の複数の異なる位置で前記焦点を走査するステップと、
前記焦点が前記複数の異なる位置にあるときに前記個々のビームレットの角度を個々に制御するステップと、
前記焦点が前記複数の異なる位置にあるときに前記個々のビームレットの相対位相を個々に制御するステップと、
前記焦点が前記複数の異なる位置にあるときに前記焦点から放射された放射光を検出するステップと、
前記焦点の複数の異なる位置から前記検出された放射光に基づいて前記サンプルの画像を作成するステップと、
を備える、方法。 - 前記個々のビームレットの角度を個々に制御するステップは、
前記個々のビームレットに対応する個々の小区域を含む波面変調素子で前記励起ビームを変調するステップと、
個々の小区域内で、前記対応する個々のビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために前記対応するビームレットに前記小区域によって与えられる位相値のプロファイルを制御するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数の異なる位置は前記サンプルの平面内にある、請求項2に記載の方法。
- 前記平面は前記サンプル内の前記励起ビームの軸に非垂直である、請求項3に記載の方法。
- 前記励起光は第1の波長を有し、前記放射光は前記第1の波長よりも小さい第2の波長を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記波面変調素子は空間光変調器を含み、前記空間光変調器の活性層から反射される光にグローバル・フレーズ・ランプを適用して、前記空間光変調器の前面から反射される光と前記活性層から反射される光との間に非ゼロ角度を誘導するステップをさらに備える、請求項2に記載の方法。
- 前記位相値のプロファイルを決定するステップをさらに備え、前記決定するステップは、
複数の異なるビームレットが、前記波面変調素子の種々の対応する小区域によって変調され、前記サンプル内の参照物体に、前記励起ビームの複数の異なるビームレットを照射するステップと、
前記参照物体に前記複数の異なるビームレットが照射されるとき前記参照物体から放射光を検出するステップと、
前記参照物体に前記複数の異なるビームレットが照射されるときに検出された前記放射光に基づいて前記サンプル内の前記参照物体の位置を決定するステップと、
前記決定された位置に基づいて、前記対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するための前記小区域の対応するビームレットに各小区域によって与えられる位相値のビームレット−角度−補正プロファイルを決定し、前記ビームレットが前記位相に前記空間的勾配を含むときに前記位置が互いに実質的に等しくなるようにするステップと、
を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記参照物体は蛍光ビーズである、請求項7に記載の方法。
- 前記位相値のプロファイルを決定するステップは、
前記位相値のビームレット−角度−補正プロファイルに基づいて、前記焦点におけるビームレット間に建設的干渉をもたらすことになる前記波面変調素子における前記ビームレット間の相対位相を決定するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 前記位相値のプロファイルを決定するステップをさらに備え、前記決定するステップは、
前記波面変調素子の参照小区域によって変調される参照ビームレットを前記サンプル内の参照物体に照射するステップと、
前記波面変調素子の異なる個々の小区域によって変調される複数の異なるビームレットを前記参照物体に連続的に照射できるようにするステップと、
各ビームレットに対して、前記焦点における前記ビームレットと、参照ビームレットとの間に建設的干渉をもたらすことになる前記ビームレットと前記参照ビームレットの間の相対位相を誘導するために、前記ビームレットの対応する小区域によって前記ビームレットに与えられる位相値のプロファイルを決定するステップと、
を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記位相値のプロファイルを決定するステップをさらに備え、前記決定するステップは、
前記波面変調素子の小区域に対応する複数のビームレットの各ビームレットに対して、
前記サンプル内の参照物体に前記ビームレットを照射するステップと、
前記参照物体に前記ビームレットが照射されるとき前記サンプル内の前記参照物体から放射光を検出するステップと、
前記検出された放射光に基づいて前記サンプル内の前記参照物体の位置を決定するステップと、
前記決定された位置に基づいて、前記対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するための前記小区域の対応するビームレットに各小区域によって与えられる位相値のビームレット−角度−補正プロファイルを決定し、前記ビームレットが前記位相で前記空間的勾配を含むとき、前記ビームレットは該ビームレットが前記位相で前記空間的勾配を含まないときに形成される焦点よりも小さいサイズを有するサンプル内の焦点で交わるようにするステップと、
を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記位相値のプロファイルを決定するステップは、
前記位相値のビームレット−角度−補正プロファイルに基づいて、前記焦点における前記ビームレット間に建設的干渉をもたらすことになる前記波面変調素子でのビームレット間の相対位相を決定するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 励起光を放射するように構成された光源と、
サンプル内の焦点にその断面が個々のビームレットを含む励起光ビームを収束させるように構成された収束素子と、
前記サンプル内の複数の異なる位置で前記焦点を走査するように構成された走査素子と、
前記励起光を変調して前記焦点が複数の異なる位置にあるときに前記個々のビームレットの角度および相対位相を制御するように構成された波面変調素子と、
前記焦点が複数の異なる位置にあるときに前記焦点から放射された放射光を検出するように構成された検出器と、
前記焦点の複数の異なる位置からの前記検出された放射光に基づいて前記サンプルの画像を作成するように構成されたプロセッサと、
を備える、顕微鏡システム。 - 前記波面変調素子は、前記個々のビームレットに対応する前記波面変調素子の個々の小区域内で、前記個々の対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために前記対応するビームレットに前記小区域によって与えられる位相値のプロファイルを制御することによって、前記個々のビームレットの角度を制御するように構成される、請求項13に記載の顕微鏡システム。
- 前記複数の異なる位置は前記サンプルの平面内にある、請求項14に記載の顕微鏡システム。
- 前記平面は前記サンプル内の前記励起ビームの軸に非垂直である、請求項14に記載の顕微鏡システム。
- 前記励起光は第1の波長を有し、前記放射光は前記第1の波長よりも小さい第2の波長を有する、請求項14に記載の顕微鏡システム。
- 前記波面変調素子は空間光変調器を含み、前記空間光変調器の前面から反射された光と活性層から反射された光との間に非ゼロ角度を誘導するために、前記空間光変調器の前記活性層から反射された光にグローバル・フレーズ・ランプを適用するように構成された、請求項14に記載の顕微鏡システム。
- 前記波面変調素子は前記サンプルに達しない方向に個々のビームレットの方向を変調して前記サンプル内の参照物体に前記励起ビームの残りの異なる個々のビームレットが照射されうるように、さらに構成され、前記複数の異なるビームレットが前記波面変調素子の種々の対応する小区域によって変調され、さらに、前記参照物体に前記複数の異なるビームレットが照射されるときに前記サンプル内の前記参照物体からの放射光が検出されうるように、前記顕微鏡システムは、
前記参照物体に前記複数の異なるビームレットが照射されるときに検出された前記放射光に基づいて前記サンプル内の参照物体の位置を決定するステップと、
前記決定された位置に基づいて、前記位置が実質的に互いに等しくなるように、前記対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために前記小区域の対応するビームレットに各小区域によって与えられる位相値のビームレット−角度−補正プロファイルを決定するステップと、
によって、前記位相値のプロファイルを決定するように構成された1つまたは複数のプロセッサをさらに備える、請求項14に記載の顕微鏡システム。 - 前記波面変調素子と前記サンプルの間の前記励起ビームの経路に沿って位置し、前記サンプルに達しない方向に変調される励起光のビームレットを阻止するように構成される視野絞りをさらに備える、請求項19に記載の顕微鏡システム。
- 前記位相値のプロファイルを決定するステップは、前記位相値のビームレット−角度−補正プロファイルに基づいて、前記焦点におけるビームレット間に建設的干渉をもたらすことになる前記波面変調素子におけるビームレット間の相対位相を決定するステップをさらに含む、請求項19に記載の顕微鏡システム。
- 前記波面変調素子は前記サンプルに達しない方向に個々のビームレットの方向を変調して前記サンプル内の参照物体に前記励起ビームの残りの異なる個々のビームレットが照射されるように、さらに構成され、前記複数の異なるビームレットが前記波面変調素子の種々の対応する小区域によって変調され、さらに、前記参照物体に複数の異なるビームレットが照射されるときに前記サンプル内の前記参照物体からの放射光が検出されるように、前記顕微鏡システムは、
各々の異なる個々のビームレットに対して、前記個々のビームレットと前記参照ビームレットの間の焦点に建設的干渉をもたらすことになる前記ビームレットと前記参照ビームレットの間に相対位相を誘導するために、前記ビームレットの対応する小区域によって前記ビームレットに与えられる位相値のプロファイルを決定するステップによって、
前記位相値のプロファイルを決定するように構成された1つまたは複数のプロセッサをさらに備える、請求項19に記載の顕微鏡システム。 - サンプルの画像を形成する方法であって、
サンプルに励起光を照射するステップと、
前記サンプルによって放射される光を対物レンズで集めるステップと、
変調された光のビームの断面が個々のビームレットを含んでおり、波面変調素子によって前記集められた光のビームを変調するステップと、
前記個々のビームレットが前記波面変調素子の異なる個々の小区域によって変調される角度を個々に制御するステップと、
前記波面変調素子によって変調される前記光を画像化するステップと、
を備える、方法。 - 前記個々のビームレットの角度を個々に制御するステップは、前記個々のビームレットに対応する前記波面変調素子の個々の小区域内で、前記個々の対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために、前記対応するビームレットに前記小区域によって与えられる位相値のプロファイルを制御するステップを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記波面変調素子は、空間光変調器を含み、前記空間光変調器の活性層から反射される光にグローバル・フレーズ・ランプを適用して、前記空間光変調器の前面から反射される光と前記活性層から反射される光との間に非ゼロ角度を誘導するためのステップをさらに備える、請求項23に記載の方法。
- 前記ビームレットが前記個々の小区域によって変調される位相値のプロファイルを決定するステップをさらに備え、前記決定するステップは、
フレネルレンズのパターンを前記波面変調素子に与え、その際に複数の異なるフレネルレンズが前記波面変調素子の複数の異なる小区域に与えられるステップと、
前記サンプル内の参照物体に励起光を照射するステップと、
前記フレネルレンズのパターンが前記波面変調素子に与えられている状態で前記参照物体によって放射される光を集めるステップと、
変調され集められた光のビームの断面が個々のビームレットを含んでおり、前記フレネルレンズのパターンが与えられている状態で前記波面変調素子で前記集められた光のビームを変調するステップと、
前記集められ変調された光を画像化するステップと、
前記画像化された光で前記参照物体の画像パターンの位置の特徴を前記参照物体の画像の理想パターンの位置の特徴と比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記2つのパターンの間の差異を減らすことになる位相値のプロファイルを決定するステップと、
を含む、請求項23に記載の方法。 - サンプルを照射するように構成された励起光の光源と、
サンプルによって放射される光を集めるように構成された集光光学系と、
前記集められた光のビームを変調するように構成された波面変調素子であって、反射光のビームの断面が個々のビームレットを含み、個々のビームレットが前記波面変調素子の異なる個々の小区域から反射される角度を個々に制御するように構成されている波面変調素子と、
前記波面変調素子から反射された光を画像化するように構成された検出器と、
を備える、顕微鏡システム。 - 前記個々のビームレットの角度を個々に制御するステップは、
前記個々のビームレットに対応する前記波面変調素子の個々の小区域内で、前記個々の対応するビームレットの位相に空間的勾配を誘導するために、前記対応するビームレットに前記小区域によって与えられる位相値のプロファイルを制御するステップを含む、請求項27に記載の顕微鏡システム。 - 前記波面変調素子は空間光変調器を含み、前記空間光変調器の前面から反射された光と活性層から反射された光との間に非ゼロ角度を誘導するために、前記空間光変調器の活性層から反射された光にグローバル・フレーズ・ランプを適用するように構成される、請求項28に記載の顕微鏡システム。
- 前記小区域によって与えられる位相値のプロファイルを決定するように構成された1つまたは複数のプロセッサをさらに備えており、前記決定するステップは、
フレネルレンズのパターンを前記波面変調素子に与え、その際に複数の異なるフレネルレンズが前記波面変調素子の複数の異なる小区域に与えられるステップと、
前記サンプル内の参照物体に励起光を照射するステップと、
フレネルレンズの前記パターンが前記波面変調素子に与えられている状態で前記参照物体によって放射される光を集めるステップと、
変調され集められた光のビームの断面が個々のビームレットを含んでおり、フレネルレンズの前記パターンが与えられている状態で前記波面変調素子で前記集められた光のビームを変調するステップと、
前記集められ変調された光を画像化するステップと、
前記画像化された光で前記参照物体の画像のパターンの位置の特徴を前記参照物体の画像の理想パターンの位置の特徴と比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記2つのパターンの間の差異を減らすことになる位相値のプロファイルを決定するステップと、
を含む、請求項28に記載の顕微鏡システム。
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