JP2016534389A - 開口走査フーリエタイコグラフィ撮像 - Google Patents
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Abstract
ある態様に関する開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置は、光学配置の中間面において異なる位置に開口を生成することができる開口スキャナと、異なる開口位置の低分解能輝度画像を取得することができる検出器とを含み、取得した低分解能画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって、高分解能複素画像を構築し得る。
Description
本願は、2013年7月31日に出願された米国特許仮出願61/860,786号、発明の名称“Generalized Ptychographic Imaging with Optical Transfer Function Modulation”、および、2013年8月22日に出願された米国特許仮出願61/868,967号、発明の名称“Alternative Optical Implementations for Fourier Ptychographic Microscopy” の利益を主張するものであり、両出願の全体を、全ての目的で、ここに参照のために取込む。
本明細書に記載の実施形態は、一般に、撮像技術に関し、より具体的には、フーリエタイコグラフィ撮像方法、装置、およびシステムに関する。実施形態は、例えば、顕微鏡法および/または写真術等の用途で用いられてもよい。
顕微鏡対物から衛星カメラまで、撮像レンズは、分解可能な特徴の総数が物理的に制限されている。これらの制限は、撮像システムの点広がり関数(point−spread function (PSF))サイズと、その結像面視野(field of view (FOV))に亘る固有収差との関数 である。空間帯域幅積と呼ばれる物理的制限は、レンズ寸法と対応するが、通常、拡大係数や開口数(numerical aperture(NA))にかかわらず、約10メガピクセルである。従来の撮像システムの空間帯域幅積については、Lohmann,A.W.,Dorsch,R.G.,Mendlovic, D.,Zalevsky,Z.&Ferreira,C.,“Space-bandwidth product of optical signals and systems,”J.Opt.Soc.Am.A.13,pp.470-473(1996)に記載があり、本考察に関して、ここに参照のために取込む。従来の撮像システムは10メガピクセルまで分解可能であるが、典型的に、PSFとFOVとの間にはトレードオフがある。例えば、ある従来の顕微鏡対物は、狭いFOV(例:1mm)に亘って鋭いPSF(例:0.5μm)を提供できる一方、広角レンズを有する他の撮像システムは、ぼやけたPSF(例:5μm)ではあるが広いFOV(例:10mm)を提供できる。
空間帯域幅積を高めるよう試みる干渉合成開口技術が、Di,J.et al.,“High resolution digital holographic microscopy with a wide field of view based on a synthetic aperture technique and use of linear CCD scanning,”Appl.Opt.47,pp.5654−5659(2008);Hillman,T.R.,Gutzler,T.,Alexandrov,S.A.,and Sampson,D.D.,“High−resolution, wide−field object reconstruction with synthetic aperture Fourier holographic optical microscopy,”Opt.Express17,pp.7873−7892(2009);Granero,L.,Mico,V.,Zalevsky,Z.,and Garcia,J.,“Synthetic aperture superresolved microscopy in digital lensless Fourier holography by time and angular multiplexing of the object information,”Appl.Opt.49,pp.845−857(2010);Kim,M.et al.,“High−speed synthetic aperture microscopy for live cell imaging,”Opt.Lett.36,pp.148−150(2011);Turpin,T.,Gesell,L.,Lapides,J.,and Price,C.,“Theory of the synthetic aperture microscope,”pp.230−240;Schwarz,C.J.,Kuznetsova,Y.,and Brueck,S.,“Imaging interferometric microscopy,”Optics letters 28,pp.1424−1426(2003);Feng,P.,Wen,X.,and Lu,R.,“Long−working−distance synthetic aperture Fresnel off−axis digital holography,”Optics Express 17,pp.5473−5480(2009);Mico,V.,Zalevsky,Z.,Garcia−Martinez,P.,and Garcia,J.,“Synthetic aperture superresolution with multiple off−axis holograms,”JOSA A 23,pp.3162−3170(2006);Yuan,C.,Zhai,H.,and Liu,H.,“Angular multiplexing in pulsed digital holography for aperture synthesis,”Optics Letters 33,pp.2356−2358(2008);Mico,V.,Zalevsky,Z.,and Garcia,J.,“Synthetic aperture microscopy using off−axis illumination and polarization coding,”Optics Communications,pp.276,209−217(2007);Alexandrov,S.,and Sampson,D.,“Spatial information transmission beyond a system´s diffraction limit using optical spectral encoding of the spatial frequency,”Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 10,025304(2008);Tippie,A.E.,Kumar,A.,and Fienup,J.R.,“High−resolution synthetic−aperture digital holography with digital phase and pupil correction,”Opt.Express 19,pp.12027−12038(2011);Gutzler,T.,Hillman,T.R.,Alexandrov,S.A.,and Sampson,D.D.,“Coherent aperture−synthesis,wide−field,high−resolution holographic microscopy of biological tissue,”Opt.Lett.35,pp.1136−1138(2010);および、Alexandrov,S.A.,Hillman,T.R.,Gutzler,T.,and Sampson,D.D.,“Synthetic aperture Fourier holographic optical microscopy,”Phil.Trans.R.Soc.Lond.A 339,pp.521−553(1992)に記載されており、これら全てを、空間帯域幅を上げる試みの考察に関して、ここに参照のために取込む。前記干渉合成開口技術のほとんどは、オフラインホログラフィや位相シフトホログラフィ等の干渉ホログラフィを用いて輝度および位相情報のどちらも記録する設定を含む。干渉ホログラフィには、限界がある。例えば、干渉ホログラフィ記録は、典型的に、非常にコヒーレントな光源を利用する。このため、構築画像は、典型的に、スペックルノイズ、(ビーム路程におけるちり粒子や他の光学欠陥からの回折によって引き起こされる)固定パターンノイズ、および異なる光インターフェース間の多重干渉等の、コヒーレントノイズ源の影響を受ける。したがって、画質は、典型的に、従来型顕微鏡より悪い。他方で、軸外れ(オフアクシス)ホログラフィの利用は、画像センサの空間帯域幅積を犠牲にする(すなわち、総画素数を減らす)。軸外れホログラフィ法については、Schnars,U.and Juptner,W.P.O.,“Digital recording and numerical reconstruction of holograms,”Measurement Science and Technology,13,R85(2002)に記載があり、本考察に関して、ここに参照のために取込む。加えて、干渉撮像技術では、異なる測定間で、制御不能な位相変動が生じ得る。よって、画像復元プロセスにおける基準点を設定するために、サンプル位置の正確な先験的知識が必要になり得る。他の限界は、これら干渉撮像システムの多くが、サンプルを回転させるために機械的走査を要し、したがって、精密な光学位置合わせ、サブミクロンレベルの機械的制御、および関連するメンテナンスが、これらのシステムにとって必要になることである。空間帯域幅積の観点から、これら干渉撮像システムは、従来型顕微鏡と比べて、ほとんどあるいは全く利点がない。
デジタルインラインホログラフィや接触撮像顕微鏡法等の以前のレンズなし顕微鏡法にも、欠点がある。例えば、従来のデジタルインラインホログラフィは、隣接サンプルに対して良好に機能せず、接触撮像顕微鏡法は、サンプルをセンサに近接させることを必要とする。デジタルインラインホログラフィ装置については、Denis,L.,Lorenz,D.,Thiebaut,E.,Fournier,C.and Trede,D.,“Inline hologram reconstruction with sparsity constraints,”Opt.Lett. 34,pp.3475-3477(2009);Xu,W.,Jericho,M.,Meinertzhagen,I.,and Kreuzer,H.,“Digital in−line holography for biological applications,”Proc.Natl Acad.Sci.USA 98,pp.11301-11305(2001);および、Greenbaum,A.et al.,“Increased space-bandwidth product in pixel super−resolved lensfree on−chip microscopy,”Sci.Rep.3,p.1717(2013) に記載があり、本考察に関して、ここに参照のために取込む。接触撮像顕微鏡法については、Zheng,G.,Lee,S.A.,Antebi,Y.,Elowitz,M.B.and Yang,C.,“The ePetri dish, an on−chip cell imaging platform based on subpixel perspective sweeping microscopy(SPSM),”Proc.Natl Acad.Sci.USA 108,pp.16889-16894(2011);および、Zheng,G.,Lee,S.A.,Yang,S.& Yang,C.,“Sub−pixel resolving optofluidic microscope for on−chip cell imaging,”Lab Chip 10,pp.3125-3129(2010)に記載があり、本考察に関して、ここに参照のために取込む。
顕微鏡法では、デジタル病理学、血液学、植物解剖学、免疫組織化学、および神経解剖学等の生物医学用途向けに、高い空間帯域幅積が大いに望まれる。例えば、生物医学および神経科学においては、評価用に多数の組織スライドをデジタル撮像する必要性が高い。この必要性により、高度な機械走査式・レンズなし顕微鏡システムの開発が促進されてきた。これらのシステムは、作動、光学位置合わせ、および動作追跡を制御するために、高い精度を有する複雑なメカニズムを用いて、空間帯域幅積を増加させる。これら複雑なメカニズムは、製造コストが高く、使用やメンテナンスが難しい傾向がある。
本開示の態様は、撮像技術に関し、より具体的には、フーリエタイコグラフィ撮像方法、装置、およびシステムに関する。これらは、例えば、顕微鏡法や写真術等の用途で用いられてもよい。
ある態様は、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置に関する。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置は、光学素子と、光学素子の中間面において複数の位置で開口を生成することができる開口スキャナと、異なる開口位置での低分解能輝度画像を取得することができる検出器とを含み、取得された低分解能画像を用いてフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって、高分解能複素画像を作成してもよい。
いくつかの態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置は、サンプルから光を受信するよう構成される第1光学素子と、第2光学素子とを含む。当該装置はさらに、中間面において複数の開口位置に開口を生成するよう構成される開口スキャナであって、当該開口は、開口での入射光を前記第1光学素子から前記第2光学素子へ通過させるよう構成される、開口スキャナを含む。当該装置はさらに、前記第2光学素子から光を受信し、異なる開口位置と対応付けられる複数の輝度画像を取得するよう構成される光検出器を含む。当該装置はさらに、前記取得された輝度画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって、前記サンプルの複素画像を構築するよう構成されるプロセッサを含む。
いくつかの態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法は、サンプルを照明し、前記サンプルから、第1光学素子で、入射光を受信し、中間面において複数の位置に開口を生成し、前記開口での入射光を前記第1光学素子から第2光学素子へ通過させる。当該方法はさらに、前記第2光学素子から光を受信する検出器により、複数の輝度画像を取得し、前記複数の輝度画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって前記サンプルの複素画像を構築する。
これらの特徴やその他の特徴を、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。
以下に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。図面に示す特徴は、正確な縮尺とは限らない。
I.概要
フーリエタイコグラフィ撮像は、複雑なサンプル画像を回復するために角ダイバーシティを用いる位相回復技術を実装する。回復プロセスは、空間領域における既知のサンプル情報とフーリエ領域における固定制約との交互実施を含む。位相回復 は、交互投影アルゴリズムの任意の変形、問題の凸再編成、または中間の非凸変形を用いて実装されてもよい 。サンプルを横方向にシフトする(すなわち、並進ダイバーシティを適用する)代わりに、フーリエタイコグラフィ撮像は、フーリエ領域において走査スペクトル制約を用いて、フーリエ通過帯域を単一取込み画像のそれよりも拡大して、分解能が向上した複雑なサンプル画像を回復する。
ある可変角度照明フーリエタイコグラフィ撮像システムは、可変照明光源(例:LEDアレイ)を使って、撮像対象サンプルを、異なる照明角度から連続的に照明する。低開口数対物レンズ等の光学素子は、サンプルからの光をフィルタリングする。放射線検出器は、光学素子からフィルタリングされた光を受信し、各照明角度でサンプルの輝度画像を取込む。多重分解能画像をフーリエ領域において反復的につなぎ合わせて、当該画像の高分解能画像を回復してもよい。可変角度照明フーリエタイコグラフィシステム、装置、および方法の詳細については、2013年10月28日に出願された米国特許出願14/065,280号、発明の名称“Fourier Ptychographic Imaging Systems, Devices, and Methods”、および、米国特許出願14/065,305号、発明の名称“Fourier Ptychographic X−ray Imaging Systems, Devices, and Methods,”に記載があり、これらの詳細に関して、ここに参照のために取込む。
いくつかの態様において、本明細書に記載のフーリエタイコグラフィ撮像システムは、光学配置の中間面において複数N個の開口位置で開口を生成することができる開口スキャナを含む。例えば、開口は、サンプル面と共役なフーリエ面で生成されてもよい。ある場合において、放射線検出器は、異なる位置の開口により変調されたサンプルからの光を受信し、異なる開口位置に対応する複数M個の輝度画像を取得する。M個の輝度画像は、周波数領域において合成されて、分解能が向上した複雑なサンプル画像を回復することができる。ある態様において、光学系における光学収差およびずれを、焼き鈍し法により評価および補正してもよい。
ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムは、光学配置の中間面(例:フーリエ面)において異なる時間に複数N個の開口位置で開口を生成することができる開口スキャナを含む。他の態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムは、光学配置の中間面において異なる時間に複数N個の位置に全体としてシフトされる複数の開口を生成することができる開口スキャナを含む。このような複数の開口は、パターン形式(例:市松模様)であってもランダムであってもよい。
本明細書において、開口は、入射光を光学配置における次の光学素子へと通過させる平面内の領域を指す。ある場合において、当該平面において開口を囲む領域は、入射光を遮断/反射するか、さもなくば、入射光が次の光学素子へと通過するのを防いでもよい。ある態様において、開口は、光学的透明な領域、または、実質的に光学的透明な領域であってもよい。これらの態様において、周囲領域は、入射光を反射または吸収してもよい。例えば、開口は、不透明プレートにおける光透過性領域(例:孔)であってもよい。他の態様において、開口は、入射光を次の光学素子へと反射する反射領域(例:ディスプレイにおける1つ以上の反射画素または1つ以上のマイクロミラー)であってもよい。これらの態様において、周囲領域は、入射光を吸収するか、あるいは、次の光学素子から離れるように入射光を反射してもよい。ある例において、開口は、入射光を次の光学素子へと反射する角度に向けられた1つ以上のマイクロミラーからなってもよい。この例では、周囲領域における1つ以上のマイクロミラーは、次の光学素子から離れるように光を反射する別の角度に向けられていてもよい。ある場合において、開口位置は、開口領域の重心に対応してもよい。
ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムは、機械ベース開口スキャナおよび/またはディスプレイベース開口スキャナを含んでもよい。機械ベース開口スキャナは、開口を異なる開口位置に機械的にシフトできる。ある場合において、機械ベース開口スキャナは、開口を有する構造(例:不透明材料のプレートであって、プレートにおける孔等の光透過性領域の形で開口を有する)を並進/回転して開口を中間面における複数の開口位置へシフトできるX−Y並進ステージを含む。ディスプレイベース開口スキャナは、例えば、開口および周囲領域をディスプレイに表示することで、異なる位置に開口をデジタル的に生成できる。ディスプレイベース開口スキャナの例には、SLMディスプレイ上に開口および周囲領域を生成する空間光変調器(spatial light modulator(SLM))が含まれる。SLMディスプレイは、例えば、LCoS(liquid crystal on silicon)ディスプレイまたはデジタルマイクロミラーデバイス(digital micromirror device(DMD))であってもよい。
本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィシステムおよび方法は、1つ以上の技術的利点を提供し得る。システムの利点の1つは、厚いおよび/または非透過性サンプルの撮像に利用可能であることである。システムの他の利点は、発光(例:蛍光、リン光、化学発光 、生物発光等)撮像に適応できることである。
本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、発光(例:蛍光、リン光、化学発光 、生物発光等)撮像に適応可能である。例えば、システムを、照明光源へと戻る発光の回収に適応させてもよい。
透過照明撮像構成において、光検出器は、サンプルを透過した光に関する光データを取得してもよい。例えば、照明光源は、照明を、光検出器に向けてもよく、ここで、サンプルは、光検出器と照明光源との間に位置する。これらの透過照明撮像構成において、照明光源へと戻るように反射した光または照明光源の方向にサンプルが発した光は、光検出器により受信されなくてもよい。
蛍光撮像およびその他の発光撮像用途において、サンプルにおけるフルオロフォアは、照明光源からの特定波長の励起照明によって励起され、異なる波長(発光(emissions))の光を発する。これらのエミッションは、励起光と比べて弱い信号を持つ傾向があるため、回収効率が重要となり得る。
いくつかの態様において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、光検出器がサンプルからの発光および/または発光光源へと戻るようにサンプルから反射された光を受信できるように構成されてもよい。これらのシステムは、システム内の次の素子から離れるように励起照明をサンプルへと向ける照明光源を収容可能な光学配置を有する。このようにして、システムを通じた励起照明の伝播が実質的に回避され得る。
いくつかの態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムは、厚いおよび/または不透明サンプルの撮像に利用可能である。これらのシステムにおいて、単一の任意にパターン化されたコヒーレント照明ビームを用いて、任意の方向からサンプルを照明してもよい。これらのシステムでは、各輝度画像と厚い不透明サンプル用の2Dサンプルスペクトルの異なる通過帯域との間に、1対1の関係がある。こうして、回復プロセスにより、パニングスペクトル制約を正確に課して、厚いおよび/または不透明サンプルの高分解能(分解能が向上した)複素画像を回復できる。
II.タイコグラフィフーリエ撮像における光学伝達関数変調
撮像システムにおいて、サンプルは、光照射野により照明されてもよく、サンプル表面から生じる光学場E1(x,y)は、一般的にE1(x,y)=A1(x,y)eiφl(x,y)として記述されてもよい。タイコグラフィフーリエ撮像システムを用いて、E1(x,y)を特性化して、サンプルに関する収差のない振幅および位相データセットを決定することができる。ある態様において、タイコグラフィフーリエ撮像システムを用いて、光学場E1(x,y)の位相および振幅分布を決定して、サンプルが撮像されるにつれて同時にシステムにおける光学収差および/またはずれを補正することができる。
光学場E1(x,y)を光学系を通じて透過して光学場E2(x,y)=O(E1(x,y))を生成してもよく、ここで、O()は、光学系によって光照射野に対して行われる光学伝達関数を表す。O()は、任意の数の異なる演算によって表すことができる。例えば、O()は、フーリエ変換として表してもよく(システムが、単レンズであり、サンプルがそのフォーカス面にあり、投射スクリーンが無限遠にある場合)、ユニタリー変換であってもよく(例えば、システムが、完全な4fシステムである場合)、あるいは、複合関数であってもよい。光学収差は、光学伝達関数内で表現可能である。例えば、物理的な光学系は、完全なフーリエ変換を行わないかもしれないが、その収差は、それが変換関数を歪ませる方法として数学的に記述することができる。O()関数は、任意の数の特性化手段によって完全に特性化可能であってもよい。典型的に、E2(x,y)は、後続測定の前に、測定されるか、あるいは、追加の光学系に通されてもよい。E2(x,y)が、光検出器(例:デジタルカメラ)等の手段によって測定されるとする。測定輝度値は、|E2(x,y)|2と表されてもよい。この振幅測定だけでは、逆関数を適用してE1(x,y)を得るのは不可能かもしれない。他方、E2(x,y)の振幅および位相知識がどちらも既知であり関数O()が既知であれば、E2(x,y)の逆O()関数をとることによってE1(x,y)が得られる。すなわち、E1(x,y)=O−1(E2(x,y))である。
ある態様において、中間面での変調を伴うフーリエタイコグラフィ撮像システムを用いて、サンプル面における光学場E1(x,y)の振幅および位相データを決定することができる。ある場合において、変調は、開口スキャナによって実施されてもよい。
図1は、実施形態に係る中間面での光学伝達関数変調を伴うフーリエタイコグラフィ撮像システム10の構成要素の概略図である。ある例において、光学関数変調は、光学系のサンプル面のフーリエ面等の中間面においてN個の異なる位置で開口を生成する開口スキャナで実施されてもよい。ある場合において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム10は、システム10の開口数(NA)によって決まる光学限界でのまたはそれに近い空間分解能で光学場E1(x,y)の振幅および位相データを決定可能であってもよい。
図1において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム10は、光学伝達関数OA()を有する第1光学系100と、光学伝達関数OB()を有する第2光学系200とを含む。図1における概略表記された光照射野によると、サンプルからの光学場E1(x,y)は、第1光学系100によって受信される。結果として得られる光照射野関数は、E1A(x,y)=OA(E1(x,y))で与えられる。ある場合において、第1および第2光学系100、200の光学伝達関数OA()およびOB()の概算をそれぞれ同時最適化プロシージャにおける初期開始点として用いて、この記載に関してここに参照のために取込むXiaoze Ou, Guoan Zheng and Changhuei Yang, Embedded pupil function recovery for Fourier ptychographic microscopy,” Optics Express 22(5),pp.4960−4972(2014)等に記載のフーリエタイコグラフィ回復アルゴリズムの実行と組み合わせて、より正確な複合光学伝達関数推定値を決定してもよい。
もしこのシステムが中間面での変調を有さなければ、第1光学系100からの光照射野は、第2光学系200へ伝搬し、結果としてE1AB(x,y)=OB(OA(E1(x,y)))の最終光照射野関数となるであろう。最終光照射野の輝度分布I(x,y)=|E1AB(x,y)|2は、検出器面で空間的に測定可能である。この場合、光検出器によって位相情報が測定されていないため(振幅のみ)、測定輝度分布I(x,y)は、E1(x,y)またはE1A(x,y)を決定するのに十分な情報を提供しない可能性がある。
図1において、光学伝達関数OC1()を有する開口関数またはその他の既知の変調関数は、中間面で適用される。この場合、中間面で変調された光照射野は、第2光学系200へ伝搬し、結果としてE1A,OC1(x,y)=OC1(OA(E1(x,y)))の最終光照射野関数となる。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム10は、フーリエタイコグラフィ法を用いて、E1(x,y)の振幅および位相データを決定することができる。まず、E1(x,y)を推測して、E1guess(x,y)とする。次に、E1A(x,y)の中間面に、開口関数またはその他の既知の変調関数を適用する。この開口関数は、OC1()と呼ばれる光学伝達関数であってもよく、新たなE1A,OC1(x,y)=OC1(OA(E1(x,y)))となる。新たなE1AB,OC1(x,y)=OB(OC1(OA(E1(x, y))))となる。|E1AB,OC1(x,y)|2は、検出器面で輝度分布を取得することによって決定される。次に、E1A,OC1,guess(x,y)=OB(OC1(OA(E1guess(x,y))))および|E1AB,OC1,guess(x,y)|2が計算的に決定され、|E1AB,OC1(x,y)|2が|E1AB,OC1,guess(x,y)|2と比較される。比較により差が示される場合(すなわち、互いに等しくない場合)、E1A,OC1(x,y)および|E1AB,OC1(x,y)|2に対する既知の制限に基づいて現E1guess(x,y)を修正することにより、新E1guess(x,y)が生成される。推測(guess)を修正する1つの手法を以下に示す。このE1guess(x,y)修正プロセスは、n=1,2,3…である全てのOCn()関数にとって|E1AB,OCn(x,y)|2が|E1AB,OCn,guess(x,y)|2と等しい(または、誤差関数測定に基づいて実質的に等しい)収束に到達するまで、(例えば、OC1(),OC2(),OC3()…での)E1A(x,y)の面の異なる位置に開口または他の既知の関数を適用することによって、反復される。
III.開口走査タイコグラフィフーリエ撮像
本明細書に記載のある態様は、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム、装置、および方法に関する。フーリエタイコグラフィ撮像システムは、開口スキャナを含む。ある態様において、開口スキャナは、光学配置の中間面において異なる時間に複数N個の開口位置で開口を生成することができる。他の態様において、開口スキャナは、光学配置の中間面において異なる時間に複数N個の位置に全体としてシフトされる複数の開口を生成することができる。中間面は、例えば、サンプル面と共役なフーリエ面であってもよい。フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、サンプルの複数M個の輝度画像を取得するよう構成される検出器面での光検出器を含む。
開口スキャナは、中間面において複数N個の位置で開口(または複数の開口)を生成するよう構成される1つ以上の装置を指し得る。ある場合において、光検出器により取得される複数M個の輝度画像の各輝度画像は、複数N個の開口位置の異なる開口位置に対応する。開口位置数Nおよび/または輝度画像数Mは、1〜数千の範囲であってもよい。ある場合において、Nおよび/またはMは、1〜1000の範囲であってもよい。他の場合において、Nおよび/またはMは、1〜2000の範囲であってもよい。他の場合において、Nおよび/またはMは、1〜3000の範囲であってもよい。ある例において、N=Mである。
図面を参照して本明細書に記載する開口は、幅lおよび高さhの寸法の長方形であるが、半径rの円形や三角形等の他の形を用いてもよい。また、例において複数N個の開口位置の異なる位置での開口は一定の形およびサイズを有するものとして記載するが、異なる開口位置での開口のサイズや形は可変であってもよいことを理解されたい。ある場合において、開口領域のサイズは、0.5mmx0.5mmである。他の場合において、開口領域のサイズは、5mmx5mmである。
複数N個の開口位置は、1次元アレイ、2次元マトリクス、六角形アレイ等の形で表されてもよい。ある場合において、複数の開口位置は、直線格子(例:正方格子)、曲線格子等の2次元マトリクスであってもよい。複数N個の開口位置が寸法mxnの直線格子配置である場合、開口位置は、(Xi,Yj)、i=1〜m、j=1〜n、および開口位置数N=mxnで表されてもよい。このような直線格子がnxnの正方寸法を持つ場合、開口位置は、(Xi,Yj)、i=1〜n、j=1〜n、およびN=n2で表されてもよい。
N個の開口位置は、画像取得プロセスにおいて時間と共に任意の順番(例:逐次、ランダム、行毎、列毎等)で生成することができる。例えば、直線格子を介した逐次の列毎の順番は、M=mxnであるサンプル時間ti=1〜Mにおいて、(X1,Y1),(X1,Y2),(X1,Y3),..(X1,Yn),(X2,Y1),(X1,Y2),(X1,Y3),..(X2,Yn),..(Xm,Yn)であってもよい。あるいは、ランダム順であってもよい。
ある態様において、複数N個の開口位置は、2つ以上のその近接開口(すなわち、隣接開口位置の開口)間の重なり領域を含む。ある例において、重なり領域は、開口領域の約70%であってもよい。他の例において、重なり領域は、開口領域の約75%であってもよい。他の例において、重なり領域は、開口領域の約2〜90%であってもよい。ある場合において、近接開口が所定量(例:70%、75%等)重なるように特定のmおよびnの値を使用してもよい。
いくつかの態様において、機械ベース開口スキャナは、開口を異なる開口位置に機械的にシフトできる。例えば、機械ベース開口スキャナは、開口を有する構造(例:不透明材料のプレートであって、プレートにおける孔等の光透過性領域の形で開口を有する)を物理的に並進および/または回転して異なる開口位置で開口を生成するよう構成されるX−Yステージを含んでもよい。ある例において、開口を有するプレートをX−Yステージに取り付けてから、X−Yステージが中間面においてプレートを並進および/または回転して、対応する取得時間に適切な開口位置で開口を配置してもよい。ある場合において、プレートの表面には、表面と直交して開口が配されてもよい。X−Yステージは、表面が中間面に残るようにプレートを並進/回転してもよい。
いくつかの態様において、ディスプレイベース開口スキャナは、異なる開口位置に開口をデジタル的に表示できる。ディスプレイベース開口スキャナの例には、空間光変調器またはSLMがある。「空間光変調器」や「SLM」は、そのディスプレイ上に開口を生成することができる装置を指し得る。ある場合において、SLMは、光の位相φおよび/または振幅を変調するために、SLM光源からの電気および/または光信号を用いる。ある場合において、SLM光源は、レーザ(例:Excelsior(R)532SM)等のコリメート光源であってもよい。他の場合において、SLM光源は、コリメート光でなくてもよい。例えば、光は、発光ダイオードからの空間フィルタリングされた光(空間コヒーレンス長約1mm、スペクトル帯域幅20nm)、または、レーザ光源からの光(例:532nm準単色レーザ光、多メートルの空間コヒーレンス長)であってもよい。SLM光源は、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの構成要素であってもよく、別の部品であってもよい。特定のSLMは、市販であり得る。ある態様において、SLMは、複数のSLM表示素子を有するSLMディスプレイを含む。各SLM表示素子は、開口として機能するよう(開口設定)、または、開口を囲む領域として機能するよう(場設定)設定可能である。ある構成において、開口設定のSLM表示素子は、入射光を通すように透明またはほぼ透明であり、場設定の表示素子は、入射光を遮断/反射またはほぼ遮断/反射してもよい。他の構成において、特定のSLM表示素子は、反射性であってもよい。これらの場合において、開口設定の表示素子は、(第1)角度に向けられて入射光を光学配置における次の光学素子へと反射し、場設定の表示素子は、異なる(第2)角度に向けられて入射光を次の光学素子から離れるよう反射する。これらの構成において、SLMディスプレイは、1つ以上のSLM表示素子を開口設定にしおよび/または周囲の表示素子を場設定にすることで、1つ以上のSLM表示素子に開口を生成できる。異なる取得時間tiに、異なる組の1つ以上の表示素子を適切な設定にして、対応する開口位置に開口を生成する。ある場合において、SLMディスプレイは、30/秒〜100/秒の範囲のリフレッシュ速度を有してもよい。
SLMの形で開口スキャナを含む開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムでは、反射性LCoS(liquid crystal on silicon)ディスプレイ、DMD(digital micromirror device)等、異なるタイプのSLMディスプレイを用いてもよい。、反射性LCoS(liquid crystal on silicon)ディスプレイは、複数の反射性表示素子を有する反射性ディスプレイである。市販のLCoSディスプレイの例には、反射性HOLOEYE(R)SLM、Pluto、phase only LCoS、8μm画素サイズ、1080x1920画素ディスプレイがある。DMDは、表面上に多数の微小マイクロミラーを有する光半導体チップを指し得る。ある態様において、各マイクロミラーは、個別に角度αに回転される。このようにして、各マイクロミラーを、角度αの開口設定または回転なしの場設定、あるいは、その逆に、遷移させることができる。これらのマイクロミラーは通常、長方形アレイ(寸法oxp)に配置されるが、他の配置を用いてもよい。ある態様において、DMDの各マイクロミラーは、1つ以上の光検出器画素と対応してもよい。ある場合において、開口設定の1つ以上のマイクロミラーは、マイクロミラーの表面と直交する光軸がフーリエ面から角度αを向くように、配されてもよい。この場合の例を、図4および5に示す。
SLMの形で開口スキャナを含む開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムでは、SLMディスプレイを、その表示面が中間面(例:フーリエ面)にあるように配置してもよい。ある場合において、SLMディスプレイは、表示面における表示素子(例:画素)の2次元マトリクスの形であってもよい。2次元マトリクスは、Pix1xPix2の寸法を有し、ここで、Pix1は第1方向における画素数、Pix2は第1方向と直交する第2方向における画素数である。ある例において、SLMディスプレイは、1920x1080画素ディスプレイであり、ここで、Pix1は1920、Pix2は1080である。ある態様において、SLMの表示素子を、照明指示にしたがって異なる取得時間に特定の設定になるようにプログラミングする。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムによって撮像されているサンプルは、1つ以上の対象物またはある対象物の1つ以上の部分からなってもよい。各対象物は、生物学的実体または無機的実体であってもよい。生物学的実体の例には、全細胞、細胞成分、バクテリアやウイルス等の微生物、タンパク質等の細胞成分、薄組織切片等が含まれる。ある場合において、サンプルは、液体等の媒体内で提供されてもよい。
発光撮像の例において、試薬(例:蛍光/リン光色素)をサンプルと混合して、フルオロフォアで検査中の箇所をマークまたはタグ付けしてもよい。フルオロフォアは、分子が蛍光またはリン光を発するようにさせる分子成分を指し得る。フルオロフォアは、特定波長の励起光からのエネルギーを吸収して、異なる波長でエネルギーを再放出することができる。発光撮像の例において、照明光源は、所定波長(例:青色光)の励起光でサンプルを照明して、サンプルにおけるフルオロフォアを活性化する。これに応じて、フルオロフォアは、異なる波長(例:赤色光)で発光する。
ある態様において、照明光源は、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムによって撮像されているサンプルに照明を提供する。照明光源は、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの構成要素であってもよく、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムと別であってもよい。場合によって照明光源は光学配置における第1光学素子に照明を向けるよう配置されると記載されているが、照明光源は、照明を第1光学素子から離れる方向に向かうよう他の位置に配されてもよい。例えば、発光撮像の例において、照明光源は、光学配置における第1光学系から離れる方向の励起光を提供してもよい。多くの場合、励起照明は、サンプルからの発光よりも強い信号を有する。励起照明を第1光学系から離れる方向に向けることによって、この構成は、光検出器によるより弱い発光信号の回収を助ける。多くの場合単一の照明光源を記載しているが、複数の照明光源を使用してもよい。
ある場合において、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像技術は、単一の任意にパターン化されたコヒーレント照明ビームにより任意の方向から照明されるサンプルに関する。多くの場合、画像取得プロセス中、照明角度は変わらない。ある場合において、照明は、単色であってもよい。他の場合において、照明光源は、後述のように、異なる取得時間に、異なる波長(例:RGBに対応付けられた波長)の照明を提供してもよい。照明光源はコヒーレント光源であってもよいが、インコヒーレント光源を用いてもよく、計算補正を適用してもよい。可視光源の例には、LCD画素およびLEDディスプレイ画素が含まれる。他の形式の放射を利用する場合、他の放射源を用いてもよい。例えば、X線放射を利用する実施形態では、放射源は、X線管と金属ターゲットとを含んでもよい。他の例として、マイクロ波放射を利用する場合、放射源は、真空管を含んでもよい。他の例として、音響放射を利用する場合、放射源は、音響アクチュエータであってもよい。他の例として、テラヘルツ放射を利用する場合、放射源は、ガンダイオードであってもよい。当業者には、その他の放射源も予期可能であろう。
カラー撮像の実施において、照明光源は、それぞれ赤色、緑色、青色に対応する3つの波長l1、l2、l3のRGB照明を提供してもよい。テラヘルツ放射を利用する場合、照明光源によって与えられる放射周波数は、0.3〜3THzの範囲であってもよい。マイクロ波放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射周波数は、100MHz〜300GHzの範囲であってもよい。X線放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射波長は、0.01nm〜10nmの範囲であってもよい。音響放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射周波数は、10Hz〜100MHzの範囲であってもよい。
ある態様において、「放射検出器」、「光検出器」、または「検出器」は、特定のサンプル(取得)時間における検出器面での入射放射の輝度分布を測定/記録することによってサンプルの輝度画像を取得するよう構成されている。画像取得プロセス中、例えば、放射検出器は、M個のサンプル時間ti=1〜Mに複数M個の輝度画像を取得してもよい。可視光放射を測定している場合、放射検出器は、電荷結合素子(charge coupled device(CCD))、CMOS画像センサ、アバランシェフォトダイオード(APD)アレイ、フォトダイオード (PD)アレイ、光電子増倍管(photomultiplier tube(PMT))アレイ等であってもよい。THz放射を検出する場合 、放射検出器は、例えば、撮像ボロメータであってもよい。マイクロ波放射を利用する場合、放射検出器は、例えば、アンテナであってもよい。X線放射を利用する場合、放射検出器は、例えば、X線感受性CCDであってもよい。音響放射を利用する場合、放射検出器は、例えば、圧電変換器アレイであってもよい。これらの放射検出器の例や他の例は、市販されている。ある場合において、放射検出器は、RGB検出器等の色検出器であってもよい。他の場合において、放射検出器は、色検出器である必要はない。ある場合において、放射検出器は、単色検出器であってもよい。
「サンプル」または「取得」時間は、光検出器がサンプルの輝度画像を取込む時間を指し得る。本明細書に記載の画像取得プロセス中、放射検出器は、複数M個の輝度画像(例:M=1,2,5,10,20,30,50,100,1000,10000等)を取込む。輝度画像が取込まれる各サンプル時間tiにおいて、開口は、複数N個の開口位置のうちの異なる走査位置にある。ある場合において、サンプリングレートは、0.1〜1000フレーム/秒の範囲であってもよい。
ある態様において、放射検出器は、離散放射線検出素子(例:画素)を有してもよい。放射線検出素子は、任意の適したサイズ(例:1〜10ミクロン)および任意の適した形状(例:円形、長方形、正方形等)であってもよい。例えば、CMOSやCCD素子は1〜10ミクロン、APDやPMT光検出素子は1〜4mmの大きさであってもよい。ある例において、放射線検出素子は、5.5umのサイズの正方画素である。
放射検出器は、複数M個の輝度画像を含む画像データを生成する。放射検出器は、サンプル時間やその他の関連データ等の他の画像データを生成してもよい。
フーリエ空間は、波ベクトルkxおよびkyに及ぶ数学的空間を指し得る。これは、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムによって生成される空間画像の2次元フーリエ変換が存在する座標空間である。フーリエ空間はまた、放射センサによって回収される空間画像の2次元フーリエ変換が存在する、波ベクトルkxおよびkyに及ぶ数学的空間を指し得る。
放射検出器によって取込まれる複数M個の輝度画像それぞれは、フーリエ空間における領域と対応付けられる。フーリエ空間において、近接領域は、重なり領域を共有してもよく、これらは、当該重なり領域にわたって同一フーリエ領域データをサンプルする。フーリエ空間におけるこの重なり領域は、中間面における近接開口の重なり領域と対応する。ある態様において、複数N個の開口位置は、近接開口位置の重なり領域がフーリエ領域データにおいて所定量の重なり領域を生じるよう設計される。ある場合において、複数の開口位置は、領域のうちの1つの面積の約2%〜99.5%の範囲でフーリエ領域データにおける重なり領域を生じるよう設計される。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの1つの面積の65%〜75%の範囲の面積を有してもよい。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの1つの面積の約65%の面積を有してもよい。
図2Aおよび2Bは、実施形態に係る開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11の構成要素の概略図である。当該図示において、光学素子は、4f光学配置であり、開口走査は、サンプルのフーリエ面でなされる。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11は、第1焦点距離f1(f1=f)を有する第1光学系(例:レンズ)101と、第2焦点距離f2(f1 =f)を有する第2光学系(例:レンズ)201と、開口スキャナ300とを含む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はまた、サンプル面と、検出器面と、サンプル(不図示)のフーリエ面とを含む。画像取得中、撮像対象サンプルは、サンプル面に位置する。図示しないが、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はさらに、検出器面に検出器を含む。任意に、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はさらに、サンプルを照明する照明光源を含んでもよい。任意に、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はさらに、プロセッサと、プロセッサと通信するディスプレイと、コンピュータ可読媒体とを含むコンピュータ装置の1つ以上の構成要素を含んでもよい。
図2Aおよび2Bに示す4f光学配置によると、第1光学系101は、第2光学系201から、これらの焦点距離を組み合わせた2fと等しい距離に位置する。サンプル面は、第1光学系101から第1焦点距離の光路距離に位置し、検出器面は、第2光学系201から第2焦点距離の光路距離に位置する。サンプルのフーリエ面は、第1光学系101から第1焦点距離の距離に位置し、第2光学系201から第2焦点距離の光路距離に位置する。
図示の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はまた、開口310を含む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11はさらに、フーリエ面において複数の開口位置に開口310を提供するよう構成される開口スキャナ300を含んでもよい。
この図示例において、開口は、異なるサンプリング時間において2つの近接開口位置に示されている。図2Aは、第1開口位置での開口310(a)を示す。図2Bは、第2開口位置での開口310(b)を示す。図2Bはまた、2つの隣接開口位置間の重なり領域312を表すため、点線で開口310(a)を示す。
画像取得プロセス中、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの開口スキャナは、複数N個の開口位置 (Xi,Yj)、i=1〜n、j=1〜m、M=nxmで、開口を生成する。複数の開口位置のうちの近接開口位置間には、重なり領域(例:312)がある。検出器面で、光検出器は、開口が対応する開口走査位置にある間、輝度画像を取得する。画像取得プロセス中、光検出器は、異なる開口位置に対応する複数M個の輝度画像を取得する。M個の輝度画像(すなわち、Ii,j、i=1〜 o、j=1〜p、M=oxp)は、取得時間ti,j、i=1〜o、j=1〜pに、検出器面で取得される。光検出器によって取得される輝度画像数Mは、1〜数千輝度画像の範囲であってもよい。画像回復プロセス中、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムは、複数M個の輝度画像から、サンプル面で、高分解能の複素数体E1(x,y)を回復する。ある態様において、サンプル面における複素数体を、種々の面(例:サンプル面と平行な面)に伝搬することができる。これらの伝搬画像を用いて、拡張サンプルの3D画像を形成することができる。
フーリエタイコグラフィ取得および回復プロセスの詳細については、後述の項IVを山椒のこと。フーリエタイコグラフィ回復プロセスの例は、Guoan Zheng,Roarke Horstmeyer,and Changhuei Yang,“Wide−field,high−resolution Fourier ptychographic microscopy,” Nature Photonics 6,pp.739−745(2013)にも記載があり、ここにその全体を参照のために取込む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの詳細は、Dong,Siyuan et al., “Aperture−scanning Fourier ptychography for 3D refocusing and super−resolution macroscopic imaging,” pp.13586−13599(2014年6月2日)に記載があり、ここにその全体を参照のために取込む。
図2Aおよび2Bの開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム11、図3Aの開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12、図4の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14、図5の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム15、図6の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16、および図7の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム17の構成要素間には類似性があってもよい。
図3Aは、実施形態に係る開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12の構成要素の概略図である。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12は、第1焦点距離f1(f1=f)を有する第1光学系(例:レンズ)102と、第2焦点距離f2(f1=f)を有する第2光学系(例:レンズ)202と、空間光変調器としての開口スキャナ302とを含む。開口スキャナ302は、サンプル50のフーリエ面等の中間面で複数N個の位置へ開口310をシフトするよう構成される。開口スキャナ302は空間光変調器として図示されているが、他のタイプの開口スキャナを用いてもよい。図示のシステムは、画像取得プロセス中であって、撮像対象サンプル50がサンプル面に位置する。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12はさらに、検出器面に(アクティブ)検出表面を持つ検出器500を含む。
開口をシフトする空間光変調器を使用した開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの詳細は、Horstmeyer,Roarke et al.,“Overlapped Fourier coding for optical aberration removal,”(2014)に記載があり、ここにその全体を参照のために取込む。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12はさらに、サンプル50に照明410を提供可能な任意の照明光源400を含む。照明光源400は、単一の任意にパターン化されたコヒーレント照明ビームを任意の方向から提供してもよい。透過照明構成において光検出器500の方へ照明410を提供する位置に照明光源400が示されているが、照明光源400を他の位置に配して照明410を他の方向に提供したり、他の構成要素(例:反射素子)を用いて、第1光学系102等、次の光学素子から離れるような他の方向に照明を向けてもよい。また、任意に、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12はさらに、プロセッサと、プロセッサと通信するディスプレイと、コンピュータ可読媒体とを含むコンピュータ装置の1つ以上の構成要素を含んでもよい。
図3Aにおいて、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12は、4f光学配置であり、第1光学系102は、第2光学系202から、これらの焦点距離を組み合わせた2fと等しい距離に位置する。サンプル50のサンプル面は、第1光学系102から第1焦点距離(f1=f)に位置し、検出器500の検出器面は、第2光学系202から第2焦点距離(f2=f)の光路距離に位置する。サンプルのフーリエ面は、第1光学系102から第1光学系102の第1焦点距離(f1=f)の光路距離に位置し、第2光学系202から第2光学系202の第2焦点距離(f2=f)の光路距離に位置する。
図3Bは、本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムに実装され得る空間光変調器303のSLMディスプレイ323の断面概略図である。断面は、SLMディスプレイ323の表示面である。図3Bは、表示面のx’軸およびy’軸を含む。図3Bに関連して記載される空間光変調器303は、図3Aに関連して記載される開口スキャナ302といくつかの点で類似していてもよい。
図3Bにおいて、SLMディスプレイ323は、幅Lおよび高さHの寸法の長方形ディスプレイである。空間光変調器303は、そのディスプレイ323上で複数N個の位置に開口310をデジタル的に生成するよう構成(プログラミング)されてもよい。この例において、複数N個の開口位置は、等間隔位置(すなわち、近接開口間が等間隔)を持つ2D直線格子の形である。他の実施形態において、近接開口位置間の間隔は等しくなくてもよく、および/または、開口は異なる位置で異なるサイズを有してもよい。
図3Bにおいて、ディスプレイ303は、取得時t1であり、開口310(1)(実線で示す)がSLMディスプレイ323上に生成される。図示には、近接開口間の空間重なり関係を表すために点線で示す、他の取得時間(例:t2)に表示される近接開口310(2)(点線で示す)も含まれる。図示のように、近接開口310(1)、310(2)は、x’方向に距離cの重なり312を有する。
ある場合において、重なり312は、開口310の面積の少なくとも約70%であってもよい。他の場合において、重なり312は、開口310の面積の少なくとも約75%であってもよい。他の場合において、重なり312は、開口310の面積の2〜90%であってもよい。SLM303によって表示指示を用いて、直線格子においてディスプレイ323上に開口を生成してもよい。
近接(隣接)開口間の重なり312は、n>L/lの設定と対応してもよい。例えば、n=9であれば、L/l=2.5を設定することで、75%を超える近接開口間重なりが生じる。両開口310(1)および310(2)とも、幅lおよび高さhの一定長方形を有する。他の実施形態において、異なる位置に表示される開口310は、異なるサイズおよび/または形を有してもよい。
図3Bにおいて、SLMディスプレイ303は、正方寸法(nxn寸法)の2D直線格子を持つ。この場合、N個の開口位置は、表示面において、(Xi,Yj)、i=1〜n、j=1〜nとして表され、開口位置数N=n2である。典型的に、開口310は、この2D直線格子の原点から、1<j<n2の二次元ベクトルcj=(cxj,cyj)によりずらされる。この構成において、光検出器は、検出器面において、異なる開口位置でおよび対応する取得時間にM個の異なる輝度画像Ik,l,(M=kxl)を取込むことができる。
図4〜6は、図3Aに関して記載される開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム12の構成要素の異なる構成例を示す概略図である。
図4は、ある態様に係る開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14の構成要素の概略図である。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14は、第1焦点距離f1=fを有する第1光学系(例:レンズ)102と、第2焦点距離f2=fを有する第2光学系(例:レンズ)202と、検出器500とを含む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14はさらに、表示表面322を有するDMDアレイ320と、反射表面332を有する1つ以上のミラーのシーケンスとを含む。表面322は、表面322の面において、y’軸と、y’軸と直交するx’軸(不図示)とを含む。図示例では、サンプル面にある撮像対象サンプル50が示されている。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14はまた、図示のように画像取得プロセス中にサンプル50に照明410を提供するよう構成される任意の照明光源400を含む。この図示例において、照明光源400は、第1光学系102から離れる方向に照明410が向かうように(例えば、第1光学系102とサンプル50との間に)位置する。この構成において、第1光学系102は、サンプル表面から反射された光またはサンプル50から発せられた光を受信できる。図示の構成は、発光撮像用途に利用することができる。他の例において、照明光源400は、他の位置であってもよく、および/または、他の方向に照明を向けてもよい。本例では単一の照明光源400が示されているが、複数の照明光源を用いてもよい。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14は、4f光学配置であり、第1光学系102は、第2光学系202から、これらの第1および第2焦点距離を組み合わせた2fと等しい光路距離に位置する。サンプル面は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路距離に位置する。この4f配置において、検出器面は、第2光学系202から第2焦点距離f2=fの光路長に位置する。DMDアレイ320は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路長に位置する。1つ以上のミラー330のシーケンスは、DMDアレイ320から光路長bに位置し、第2光学系202から光路長aに位置する。DMDアレイ320と第2光学系202との間の総光路距離は、a+b=fである。サンプルのフーリエ面は、第1光学系102から第1光学系102の第1焦点距離f1=fの光路長に位置し、第2光学系202から総光路長a+b=fに位置する。図4において、撮像対象サンプル50は、サンプル面に位置し、検出器は、アクティブな検出表面が検出器面にあるように位置し、開口スキャナ320は、表示表面322がサンプル50のサンプル面と対応付けられたフーリエ面にあるように位置する。
DMDアレイ320は、サンプル50のフーリエ面で複数N個の開口位置に開口をシフトするよう構成される。DMDアレイ320は、複数のマイクロミラーを含む。DMDアレイ320は、DMDアレイ320の対応する1つ以上のマイクロミラーの組を回転することによって表示表面の各開口位置に開口を生成して、1つ以上のミラー330に向かう角度αに入射光を反射する。ある場合において、DMDアレイ320における他の周囲マイクロミラーを、1つ以上のミラー330から離れる方向に入射光を反射する角度に向ける。
図4において、1つ以上のミラー330は、DMDアレイ320により生成された開口によって第2光学系202に反射された光を受信するよう構成される。ある態様において、1つ以上のミラー330のシーケンスは、ミラー330表面へのy’軸に沿った異なる位置での光路長の差を補正するよう構成されてもよい。図は、DMDアレイ320の表面322とミラー330の表面332との間の中心光線の光路bと、ミラー330と第2光学系202との間の光路長aとを示す。第1光学系102と第2光学系との間の中心光線の総光路は、a+b=fである。しかし、ミラー330のシーケンスとDMDアレイ320との間の光路距離は、これら装置の端から端まで同じではない。これらの差を補正するため、1つ以上のミラー330のシーケンスは、これらの差を補正する位置および/または向きを有してもよい。例えば、バイナリ格子パタ-ン(すなわち、ブレーズド回折格子)を、DMD上に表示される副開口パターンの上に重ね合わせてもよい。あるいは、Horstmeyer,Roarke et al.,“Overlapped Fourier coding for optical aberration removal,”(2014)に記載の焼き鈍し補正法と類似のアルゴリズムを用いて、ミラーの任意形状パターンを特定し、最適化補正性能を提供してもよい。当該引例は、本方法の詳細に関して、ここにその全体を参照のために取込む。
図示しないが、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14はまた、プロセッサと、プロセッサと電気通信するディスプレイと、プロセッサと電気通信するコンピュータ可読媒体とを含むコンピュータ装置の1つ以上の構成要素を含んでもよい。
図5は、ある態様に係る開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム15の構成要素の概略図である。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム15は、第1焦点距離f1=fを有する第1光学系(例:レンズ)102と、第2焦点距離f2=fを有する第2光学系(例:レンズ)202と、検出器500とを含む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14 はさらに、表示表面322を有するDMDアレイ320としての開口スキャナを含む。表面322は、表面322の面において、y’軸と、y’軸と直交するx’軸(不図示)とを含む。図示例では、サンプル面にある撮像対象サンプル50が示されている。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム15はまた、図示のように画像取得プロセス中サンプル50に照明410を提供するよう構成される任意の照明光源400を含む。例えば、照明光源400は、単一の任意にパターン化されたコヒーレント照明ビームを任意の方向から提供してもよい。この図示例において、照明光源400は、第1光学系102から離れる方向に照明410が向かうように(例えば、第1光学系102とサンプル50との間に)位置する。この構成において、第1光学系102は、サンプル表面から反射された光またはサンプル50から発せられた光を受信できる。図示の構成は、発光撮像用途に利用することができる。他の例において、照明光源400は、他の位置であってもよく、および/または、他の方向に照明を向けてもよい。本例では単一の照明光源400が示されているが、複数の照明光源を用いてもよい。
この構成において、第1光学系102とDMDアレイ320との間の中心光線光路と、第2光学系202とDMDアレイ320との間の中心光線光路との間の角度θは、小角度である。この構成において角度θは小さいため、これらの中心光線の光路距離は、平行であり等距離であると概算することができる。ある場合において、角度θは、約1〜10度であってもよい。他の場合において、角度θは、約10度であってもよい。他の場合において、角度θは、約15度であってもよい。
前記概算により、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14 は、4f光学配置として概算され、第1光学系102は、第1および第2焦点距離を組み合わせた2fと等しいと概算される第2光学系202からの光路距離に位置する。サンプル面は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fに位置し、検出器面は、第2光学系202から第2焦点距離fs=fに位置する。サンプルのフーリエ面は、第1光学系102から第1光学系102の第1焦点距離f1=fの光路長に位置し、第2光学系202から第2光学系202の第2焦点距離fs=f前後の光路長に位置する。
図5において、撮像対象サンプル50は、サンプル面に位置し、検出器500は、アクティブ検出表面がおよそ検出器面にあるように位置する。DMDアレイ320は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路長に位置し、第2光学系202から第2焦点距離fs=f前後の光路長に位置する。
DMDアレイ320は、サンプル50のフーリエ面で複数N個の開口位置に開口をシフトするよう構成される。DMDアレイ320は、複数のマイクロミラーを含む。DMDアレイ320は、DMDアレイ320の対応する1つ以上のマイクロミラーの組を回転することによって表示表面の各開口位置に開口を生成して、第2光学系202に向かう角度αに入射光を反射する。ある場合において、DMDアレイ320における他の周囲マイクロミラーを、第2光学系202から離れる方向に入射光を反射する角度に向ける。
図示しないが、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム14 はまた、プロセッサと、プロセッサと電気通信するディスプレイと、プロセッサと電気通信するコンピュータ可読媒体とを含むコンピュータ装置の1つ以上の構成要素を含んでもよい。
図6は、ある態様に係る開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16の構成要素の概略図である。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16は、第1焦点距離f1=fを有する第1光学系(例:レンズ)102と、第2焦点距離f2=fを有する第2光学系(例:レンズ)202と、検出器500とを含む。開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16はさらに、開口スキャナを含む。この図示例において、開口スキャナは、ビームスプリッタ340と、表示表面352を有するLCOSアレイ350と、ミラー360とを含む。表面352は、y’軸と、y’軸と直交するx’軸(不図示)とを含む。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16はまた、図示のように画像取得プロセス中サンプル50に照明410を提供するよう構成される任意の照明光源400を含む。この図示例において、照明光源400は、第1光学系102から離れる方向に照明410が向かうように(例えば、第1光学系102とサンプル50との間に)位置する。この構成において、第1光学系102は、サンプル表面から反射された光またはサンプル50から発せられた光を受信できる。図示の構成は、発光撮像用途に利用することができる。他の例において、照明光源400は、他の位置であってもよく、および/または、他の方向に照明を向けてもよい。本例では単一の照明光源400が示されているが、複数の照明光源を用いてもよい。
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16は、4f光学配置であり、第1光学系102は、第2光学系202から、これらの第1および第2焦点距離を組み合わせた2fと等しい光路距離に位置する。サンプル面は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路距離に位置する。この4f配置において、検出器面は、第2光学系202から第2焦点距離f2=fの光路長に位置する。LCOSアレイ350は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路長に位置する。
ビームスプリッタ340は、第1光学系102から受信した第1波長の入射光を通過させ、第1光学系102から受信した第2波長の入射光を吸収/反射するよう構成される。例えば、ビームスプリッタ340は、蛍光撮像用途において励起照明で照明されるサンプル内のフルオロフォアからの発光と対応付けられる波長の入射光を通過させるよう構成されてもよい。ビームスプリッタ340はさらに、LCOSアレイ350から受信した第2波長の入射光を吸収し、LCOSアレイ350から受信した第1波長の入射光をミラー360へ反射するよう構成される。あるいは、従来のビームスプリッタを、サンプルと検出器との間の光路のどこかに置かれたスペクトルフィルタに加えて使用してもよく、これは、蛍光撮像用途において、フルオロフォアからの発光と対応付けられる波長の光を通過させ、励起照明を吸収することができる。
図6において、LCOSアレイ350とビームスプリッタ340との間の光路距離は、aである。ビームスプリッタ340とミラー360との間の光路距離は、bである。ミラー360と第2光学系202との間の光路距離は、cである。LCOSアレイ350と第2光学系202との間の総光路距離は、a+b+c=fである。この光学配置におけるサンプルのフーリエ面は、第1光学系102から第1焦点距離f1=fの光路長に位置し、第2光学系202から総光路長a+b+c=fに位置する。図4 において、撮像対象サンプル50は、サンプル面に位置し、検出器500は、アクティブな検出表面が検出器面にあるように位置し、LCOSアレイ350の表示表面352は、サンプル面と対応付けられたフーリエ面に位置する。
この構成の利点は、光路が第1および第2光学系102、202の間で等しい長さであり、光学素子を無理な角度に配置する必要がないことである。
LCOSアレイ350は、中間面で複数N個の開口位置に開口をシフトするよう構成されており、この場合、中間面は、サンプル面に対応付けられたフーリエ面である。LCOSアレイ350は、反射性に設定可能な複数の表示素子からなるディスプレイを含む。LCOSアレイ350は、入射光をビームスプリッタ340に戻るよう反射するために、1つ以上の表示素子を反射性に設定することによって、表示表面で各開口位置に開口を生成する。ある場合において、周囲素子は、実質的に透過性または吸収性に設定される。
中間面に1つの開口を生成するよう構成されるとして開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムを記載したが、代わりに複数の開口を生成してもよい。
図示しないが、開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム16はまた、プロセッサと、プロセッサと電気通信するディスプレイと、プロセッサと電気通信するコンピュータ可読媒体とを含むコンピュータ装置の1つ以上の構成要素を含んでもよい。
IV.開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システム
ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、第1光学系(例:第1レンズ)と、中間面で複数N個の開口位置に開口を生成するよう構成される開口スキャナと、第2光学系(例:第2レンズ)と、複数M個の輝度画像を取込むよう構成される放射検出器とを含む。任意に、開口走査フーリエタイコグラフィシステムはさらに、照明を提供する照明光源および/またはプロセッサを含んでもよい。ある場合において、照明光源は、単一の任意にパターン化されたコヒーレント照明ビームを任意の方向から提供してもよい。ある態様において、第1光学系と、第2光学系と、放射検出器と、サンプルのサンプル面とは、4f光学配置される。画像取得プロセス中、照明光源は、サンプル面に置かれたサンプルを照明する。第1光学系は、サンプルからの光を受信し、開口スキャナは、サンプルのフーリエ面で複数位置に開口を生成する。複数N個の開口位置のうちの隣接位置での開口間に重なり領域がある。第2光学系は、開口から光を受信する。放射検出器は、異なる位置で開口によって変調された、第2光学系からの光を受信する。放射検出器は、複数N個の開口位置の異なる開口位置に対応する複数M個の輝度画像を取込む。回復プロセスにおいて、プロセッサは、フーリエ空間におけるM個の重なり輝度画像を反復的につなぎ合わせて、広視野のサンプル複素画像を回復する。ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムはまた、高分解能複素画像をデジタル的に調整して、その光学素子においてデフォーカスを吸収し収差を補正することができる。ある場合において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、複素画像を他の面にデジタル的に伝搬して、例えば3次元画像を生成することができる。
中間面に1つの開口を生成するよう構成されるとして開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムを記載したが、他の場合では、当該システムは、中間面に複数の開口を生成してもよい。
本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって行われる開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、取得プロセスと、回復プロセスと、任意の表示プロセスとを含む。取得プロセスにおいて、開口スキャナは、複数N個の開口位置に開口を生成し、放射検出器は、M個のサンプル時間(ti、i=1〜M)に、異なる開口位置に対応する複数M個の輝度画像を取込む。回復プロセスにおいて、1つ以上の複素画像が、複数M個の輝度画像を用いて決定される。任意の表示プロセスにおいて、回復した複素画像およびその他の出力が、ディスプレイ上で提供される。ある場合において、M=Nである。
図7は、実施形態に係る開口走査フーリエタイコグラフィシステム17の構成要素の概略図である。開口走査フーリエタイコグラフィシステム17は、開口走査フーリエタイコグラフィ装置700と、任意に、コンピュータ装置800の1つ以上の構成要素とを含む。開口走査フーリエタイコグラフィ装置700は、サンプル720から光を受信するよう構成された第1光学系730(例:第1対物レンズ)と、中間面(例:サンプル720のフーリエ面)で複数N個の開口位置に開口を生成するよう構成される開口スキャナ740と、開口を通して光を受信する第2光学系750(例:第2対物レンズ)と、第2光学系750からの入射光に基づいてM個の輝度画像を取込む検出器760とを含む。
開口走査フーリエタイコグラフィ装置700はさらに、サンプル720に照明を提供するよう構成される任意の(点線で示される)照明光源710を含む。この図示において、サンプル720は、点線に示すように、取得プロセスにおいて開口走査フーリエタイコグラフィ装置700に提供される。他の場合では、サンプル720は含まれない。ある場合において、照明光源710は、単一のコヒーレント照明ビームを任意の方向から提供してもよい。コンピュータ装置800は、プロセッサ810(例:マイクロプロセッサ)と、プロセッサ810と電気通信するコンピュータ可読媒体(computer readable medium(CRM))820と、プロセッサ810と電気通信するディスプレイ830とを含む。コンピュータ装置800のプロセッサ810はまた、開口走査フーリエタイコグラフィ装置700の検出器760とも電気通信する。ある場合において、プロセッサ810はまた、開口スキャナ740とも電気通信してもよい。ある場合において、例えば、プロセッサ810は、開口スキャナ740および光検出器760と電気通信して、開口生成を画像取得と同期させてもよい。コンピュータ装置800は、スマートフォン、ラップトップ、デスクトップ、タブレット等さまざまなな形態をとり得る。コンピュータ装置のさまざまな形態は、当業者には予期可能であろう。
測定プロセスにおいて、開口スキャナ740は、面(例:光学配置のフーリエ面)において、複数N個の開口位置(Xi,Yj)、i=1〜m、j=1〜nに、開口を生成する。第1光学系730は、サンプル720の表面から伝搬した入射光を受信する。第2光学系750は、開口によって変調された光を受信する。検出器760は、第2光学系によって伝搬された光の輝度分布を受信して測定する。検出器760は、M(=oxp)個のサンプル時間ti=1〜Mに、輝度分布Ii,j、i=1〜o、j=1〜pを取込みまたは取得して、サンプル720の複数M個の輝度画像を取込む。ある態様において、M個の輝度画像はそれぞれ、複数N個の開口位置の異なる開口位置に対応する。
ある態様において、本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって取込まれる全視野輝度画像の1つ以上を、1つ以上のタイル画像に分割してもよい。このような場合、プロセッサは、各タイル毎に個別に高分解能複素画像を構築してから、タイル画像を結合して全視野画像を生成してもよい。この独立してタイル画像を処理する能力によって、並列計算が可能になる。このような態様において、各タイルは、2次元領域によって表されてもよい。極空間座標において、各タイルは、円形領域または楕円形領域であってもよい。直線空間座標において、全視野低分解能画像は、長方形領域においてタイルの2次元マトリクスに分割されてもよい。ある実施形態において、タイルの2次元正方マトリクスの寸法は、放射センサの画素数で表した場合、256x256マトリクス、64x64マトリクス等、2のべき乗であってもよい。
図7において、プロセッサ810は、検出器760と電気通信して、M個の輝度画像と対応する画像データを伴う信号を受信する。画像データは、例えば、輝度分布、関連取得時間等を含んでもよい。回復プロセスにおいて、プロセッサ810は、フーリエ空間における複数M個の輝度画像を反復的につなぎ合わせて、サンプル面においてサンプル720の広視野複素画像を回復できる。ある態様において、プロセッサ810はまた、複素画像をデジタル的にリフォーカスして、システムにおけるサンプルのデフォーカスおよび/または収差を吸収できる。ある態様において、プロセッサ810はまた、複素画像を1つ以上の面に伝搬できる。異なる面におけるこれら伝搬複素画像からの画像データを用いて、3次元画像を生成することが可能である。ある態様において、プロセッサ810はまた、異なる照明波長(RGB)で複素画像を生成して、複素カラー画像を生成できる。
プロセッサ810は、CRM820(例:メモリ)と電気通信して、画像データを伴う信号を通信し、CRM820に記憶またはCRM820から読み出す。プロセッサ810は、ディスプレイ830と電気通信して画像データや命令を送信し、例えば開口走査フーリエタイコグラフィシステム17のユーザに対して、サンプルの広視野複素画像や他の出力を表示することができる。本明細書において、開口走査フーリエタイコグラフィシステム17の構成要素間の電気通信は、有線でも無線でもよい。
プロセッサ810(例:マイクロプロセッサ)はまた、CRM820に記憶される命令を実行して、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの1つ以上の機能を行ってもよい。例えば、プロセッサ810は、命令を実行して、開口走査フーリエタイコグラフィ方法の回復プロセスの1つ以上のステップを行ってもよい。他の例において、プロセッサ810は、命令を実行して、複数の開口位置に開口を生成してもよい。他の例において、プロセッサ810は、CRM820に記憶される命令を実行して、例えば次のような開口走査フーリエタイコグラフィシステムの1つ以上の機能を行ってもよい:1)複数の輝度画像から画像データを解釈する;2)画像データから高分解能複素画像を生成する;3)ディスプレイ830上に開口走査フーリエタイコグラフィ方法による1つ以上の画像や他の出力を表示する。
CRM(例:メモリ)820は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの機能の一部を行うための命令を記憶することができる。命令は、プロセッサ810や開口走査フーリエタイコグラフィシステムの他の処理構成要素によって実行可能である。CRM820はまた、(低分解能)輝度および高分解能複素画像や、開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって生成された他のデータを記憶することができる。
開口走査フーリエタイコグラフィシステムはまた、プロセッサ810と電気通信してデータ(例:画像データ)を受信して出力データ(例:画像)を開口走査フーリエタイコグラフィシステムのオペレータに提供するディスプレイ830を含む。画像ディスプレイ830は、カラーディスプレイであっても、白黒ディスプレイであってもよい。また、ディスプレイ830は、2次元ディスプレイであっても、3次元ディスプレイであってもよい。ある実施形態において、ディスプレイ830は、多重ビュー表示可能であってもよい。
本開示の範囲を逸脱することなしに、開口走査フーリエタイコグラフィシステム17や開口走査フーリエタイコグラフィ装置700に対して、変形、追加、または省略を行ってもよい。また、必要に応じて、開口走査フーリエタイコグラフィシステム17や開口走査フーリエタイコグラフィ装置700の構成要素を統合または分割してもよい。例えば、コンピュータ装置800またはその構成要素を、開口走査フーリエタイコグラフィ装置700内に一体化してもよい。ある実施形態において、プロセッサ810やその他の適したプロセッサは、開口走査フーリエタイコグラフィ装置700の一部であってもよい。ある場合において、プロセッサ810を放射検出器760内に一体化して、放射検出器760がプロセッサ810の機能を果たすようにしてもよい。他の例において、CRM820および/またはディスプレイ830を、場合によって開口走査フーリエタイコグラフィシステム17から省略してもよい。
簡略化のために、本明細書における開口走査フーリエタイコグラフィ撮像システムの第1および第2光学系(例:第1および第2レンズ)を、4f光学配置において同一焦点距離fを有するものとして記載したが、第1光学系は、第2光学系と異なる焦点距離を有し得る。例えば、第1光学系は、第2光学系の第2焦点距離f2と異なる第1焦点距離f1を有してもよい。この場合、サンプル面は、第1光学系から第1焦点距離f1の距離に位置し、検出器面は、第2光学系から第2焦点距離f2の距離に位置し、フーリエ面は、第1光学系からf1の距離および第2光学系からf2の距離に位置する。
本明細書に記載の多くの態様において、開口は、サンプルのフーリエ面で、複数N個の開口位置に生成することができる。しかし、複合レンズ系の開口面や顕微鏡対物の後焦点面等、サンプルと共役な他の中間面に、開口を生成することも可能である。
ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムはさらに、サンプル表面にサンプルを受けるレセプタクルを含んでもよい。サンプル表面は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの構成要素の一部であってもよく、他の部品であってもよい。
IV.開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法
ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、取得プロセスと、回復プロセスと、任意の表示プロセスとを含む。取得プロセスにおいて、複数M個の低分解能輝度画像が取得される。各輝度画像は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの中間面での異なる開口位置に対応する。各輝度画像は、特定の取得時間ti=1〜Mに検出器面で測定される輝度(振幅)分布に基づく。光検出器は、第2光学系から受信した入射光を測定し、第2光学系は、開口から光を受信する。
図8、9A,および9Bおよび関連する記載において、添え字「h」は、高分解能複素画像を指し、添え字「l」は、低分解能輝度を指し、添え字「f」は、焦点位置を指し、添え字「m」は、測定を指し、添え字「s」は、サンプリングを指す。
図8は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって行われる開口走査フーリエタイコグラフィ方法のフローチャートである。開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、取得プロセス(ステップ1100、1200、1300)と、回復プロセス(ステップ1400、1500)と、任意の伝搬ステップと、任意の表示プロセス(ステップ1600)とを含む。
ステップ1100で、照明光源は、M個のサンプル時間ti=1…Mにおいて、サンプルに照明を提供する。第1光学系は、サンプルから入射光を受信する。ある場合において、照明光源は、異なるサンプル時間に、異なる波長の照明を提供してもよい。例えば、照明光源は、カラー撮像を実施するため、それぞれ赤色、緑色、青色に対応する3つの波長l1、l2、l3のRGB照明を提供してもよい。発光撮像の例において、照明光源は、サンプル内のフルオロフォアを励起するための波長の照明を提供してもよい。これらの例において、照明光源は、光学配置における次の素子から離れる方向に照明を提供するよう位置および方向づけられてもよい。例えば、照明光源は、第1光学系から離れる方向に向けられてもよい。
ステップ1200で、開口スキャナは、光学配置の中間(例:フーリエ)面において、複数N個の開口位置(Xi,Yj)、i=1〜m、j=1〜nに開口(または複数の開口)を生成する。開口スキャナは、開口位置の順番を定義する命令に基づいて、異なる位置に開口を生成してもよい。これらの命令は、プロセッサによって実施され、コンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。xおよびy方向における波数ベクトルは、kxiおよび kyiと表される。第2光学系は、開口によって変調された入射光を受信してもよい。ある場合において、複数の開口位置における近接開口は、重なり領域を有する。
検出器は、開口から入射光を受信した第2光学系によって伝搬された光の輝度分布を受信して測定する。ステップ1300で、放射検出器は、M個のサンプル時間ti=1〜Mそれぞれにおいてスナップショット輝度分布測定を取得して、M=oxpである複数M個の輝度画像Ii,j、i=1〜o、j=1〜pを取得する。光検出器によって取得されたM個の輝度画像それぞれは、複数N個の開口位置の異なる開口位置に対応する。光検出器によって取得されたM個の輝度画像それぞれはまた、フーリエ空間における領域と対応付けられる。ある態様において、フーリエ空間における近接領域間には、重なり領域がある。ある実施形態において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの1つの面積の2%〜99.5%である。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの1つの面積の65%〜75%である。ある実施形態において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの1つの面積の約65%である。
ステップ1400および1500で、サンプルの高分解能(すなわち、分解能が向上した)複素画像が、ステップ1300で取込まれた複数M個の輝度分布測定 Ii,j、i=1〜o、j=1に基づいて回復される。
ステップ1400で、高分解能複素画像
が空間領域において初期化され、フーリエ変換が初期値に適用されて初期化フーリエ変換画像
が得られる。初期化高分解能解は、初期推測であってもよい。ある場合において、初期推測は、(輝度および位相の)ランダム複素マトリクスとして決定されてもよい。他の場合において、初期推測は、ランダム位相を伴う輝度分布測定の補間として決定されてもよい。初期推測の例は、サンプル領域の任意の輝度画像から補間されるIhおよび
である。初期推測の他の例は、一定値である。初期推測のフーリエ変換は、フーリエ領域における広域スペクトルであり得る。
が空間領域において初期化され、フーリエ変換が初期値に適用されて初期化フーリエ変換画像
が得られる。初期化高分解能解は、初期推測であってもよい。ある場合において、初期推測は、(輝度および位相の)ランダム複素マトリクスとして決定されてもよい。他の場合において、初期推測は、ランダム位相を伴う輝度分布測定の補間として決定されてもよい。初期推測の例は、サンプル領域の任意の輝度画像から補間されるIhおよび
である。初期推測の他の例は、一定値である。初期推測のフーリエ変換は、フーリエ領域における広域スペクトルであり得る。
ステップ1500で、サンプル領域の高分解能画像は、プロセッサを用いてフーリエ空間において輝度測定値を反復的に結合することによって、計算的に構築される。プロセッサは、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの一部であってもよく、別の部品であってもよい。
任意のステップ1600で、ディスプレイは、プロセッサから高分解能複素画像データおよび/または他のデータ等の画像データを受信し、ディスプレイ上にデータを表示してもよい。
開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、位相情報を直接測定しないかもしれないが、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、回復プロセスにおいてこのデータを決定してもよい。位相データを用いて、サンプルの複素画像を生成することができる。また、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、収差補正のために位相情報を利用し得る。例えば、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、反復画像回復プロセスにおいて、位相マップをコヒーレント光学伝達関数に導入して、瞳面での収差を補償する。画像回復プロセスの例については、次項で図9Aおよび9Bを参照して説明する。
A)デジタルリフォーカスおよび波面補正
撮像対象サンプルが光照射野により照明される状況を考える。サンプル表面を出る光透過は、振幅および位相の空間的変動を含む。従来の明視野顕微鏡では、この光照射野は回収されてリフォーカスされ、画像面にサンプル画像を形成する。従来の光センサおよび人間の眼は、振幅(輝度)変動のみを検出することができ、位相変動は検出できない。
画像面における振幅および位相変動を回収してこのデータをサンプル表面を出る光透過につなげることができる撮像プラットフォームには、利点がある。例えば、この振幅および位相データの組を用いて、計算的リフォーカスを行うことができ、これにより、サンプル表面下の任意の面での撮像が可能になる。他の例として、この振幅および位相データの組を用いて、光学撮像システムにおける光学収差を補正することができる。光学収差は、物理的制約を呈し、これによって、撮像システムが、一般の光学原理が求める理論分解能で動作できなくなる可能性がある。例えば、径1cm超の視野および約0.4の開口数(NA)を持つ50mmレンズカメラ(例:ニコンのNikkor 50mm f/1.2)は、理論上、サブミクロンの光学分解能での撮像が可能であるべきだが、光学収差により、10ミクロン台の分解能に制限される。
図9Aは、サブステップの例を示すフローチャートである。サブステップのうちの1つ以上は、図8の開口走査フーリエタイコグラフィ方法のステップ1500に含まれ得る。これらのステップのうちの1つ以上は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムのプロセッサ(例:プロセッサ810)によって行われてもよい。図示のフローチャートは、任意のデジタル波面補正ステップ1605および1645を含む。ステップ1605は、瞳孔関数
の乗算で、実際のサンプルプロファイルと取込まれた輝度データ(収差を含み得る)との間の連結を提供する。ステップ1645は、当該連結を反転して、サンプルの収差なし再構築複素画像を決定する。
の乗算で、実際のサンプルプロファイルと取込まれた輝度データ(収差を含み得る)との間の連結を提供する。ステップ1645は、当該連結を反転して、サンプルの収差なし再構築複素画像を決定する。
サンプルデフォーカスは、デフォーカス位相因子を瞳面(すなわち、デフォーカス収差)に導入することによって、実施可能である:
(式4)
ここで、kxおよびkyは瞳面での波数、z0はデフォーカス距離、およびNAは光学素子(例:第1光学系および/または第2光学系)の開口数である。
ここで、kxおよびkyは瞳面での波数、z0はデフォーカス距離、およびNAは光学素子(例:第1光学系および/または第2光学系)の開口数である。
ステップ1605で、フーリエ領域において、初期複素高分解能フーリエ変換画像
に、位相因子
またはexp(iφ(kx,ky))を乗じる。
に、位相因子
またはexp(iφ(kx,ky))を乗じる。
ステップ1610で、フーリエ領域における高分解能画像
のローパスフィルタリングを行って、波数ベクトル(kx i,ky i)に対応付けられた開口位置の低分解能輝度画像
または
exp(iφl)を生成する。高分解能画像のフーリエ変換は、
であり、特定の開口位置の低分解能輝度画像のフーリエ変換は、
である。フーリエ領域において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、高分解能画像
のスペクトル
からローパス領域をフィルタリングする。ある場合において、このローパス領域は、光学系(例:第1光学系および/または第2光学系)のコヒーレント光学伝達関数によって与えられる、半径NA*k0の円形開口であってもよく、ここで、k0は2π/λ(真空中の波数)と等しい。フーリエ空間において、ローパス領域の位置は、空間領域での特定の開口位置に対応する。
のローパスフィルタリングを行って、波数ベクトル(kx i,ky i)に対応付けられた開口位置の低分解能輝度画像
または
exp(iφl)を生成する。高分解能画像のフーリエ変換は、
であり、特定の開口位置の低分解能輝度画像のフーリエ変換は、
である。フーリエ領域において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、高分解能画像
のスペクトル
からローパス領域をフィルタリングする。ある場合において、このローパス領域は、光学系(例:第1光学系および/または第2光学系)のコヒーレント光学伝達関数によって与えられる、半径NA*k0の円形開口であってもよく、ここで、k0は2π/λ(真空中の波数)と等しい。フーリエ空間において、ローパス領域の位置は、空間領域での特定の開口位置に対応する。
ステップ1630で、焦点面での輝度画像
の計算振幅成分
を、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの光検出器によって測定された輝度測定値
の平方根で置き換える。これにより、更新低分解能ターゲット
が形成される。
の計算振幅成分
を、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの光検出器によって測定された輝度測定値
の平方根で置き換える。これにより、更新低分解能ターゲット
が形成される。
ステップ1645で、フーリエ領域において、更新低分解能ターゲット
に、逆位相因子
またはexp(−1iφ(kx,ky))を乗じる。
ステップ1650で、サンプル面に伝搬された更新ターゲット画像
にフーリエ変換を適用し、このデータを、対応 入射波数ベクトル(kx i,ky i)に対応するフーリエ空間での高分解能解
の対応領域において更新する。
に、逆位相因子
またはexp(−1iφ(kx,ky))を乗じる。
ステップ1650で、サンプル面に伝搬された更新ターゲット画像
にフーリエ変換を適用し、このデータを、対応 入射波数ベクトル(kx i,ky i)に対応するフーリエ空間での高分解能解
の対応領域において更新する。
ステップ1660で、ステップ1605〜1650がN個の開口位置全てに対して完了したかを判断する。もしステップ1605〜1650がN個の開口位置全てに対して完了していなければ、次の開口位置に対してステップ1605〜1650を繰り返す。
多くの実施形態において、各開口位置毎に反復的に更新されるフーリエ空間内の近接領域は、互いに重なり合う。更新された重なり領域間の重なり部分において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、同じフーリエ空間に多重サンプリングを有する。開口位置は、重なり領域の面積を決定する。ある実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の2%〜99.5%の面積を有してもよい。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の65%〜75%の面積を有してもよい。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の約65%の面積を有してもよい。ある実施形態において、各重なり領域は、同一の面積を有する。
ステップ1670で、高分解能画像のための解が収束したかを判断する。例えば、高分解能複素画像が自己無どう着解である場合、収束を決定してもよい。ある場合において、前反復または初期推測の前高分解能複素画像を現高分解能解と比較し、差が特定値未満である場合、解は自己無どう着解へ収束したとしてもよい。解が収束していない場合、ステップ1605〜1670を繰り返す。ある実施形態において、ステップ1605〜1670を一回繰り返す。他の実施形態において、ステップ1605〜1670を二回以上繰り返す。解が収束した場合、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
を回復する。ステップ1570で解が収束したと判断すると、当該方法は、任意のステップ1600に進んでもよく、終了してもよく、あるいは、追加のデフォーカスまたは収差補正ステップ等の他の任意の付加的ステップを行ってもよい。
を回復する。ステップ1570で解が収束したと判断すると、当該方法は、任意のステップ1600に進んでもよく、終了してもよく、あるいは、追加のデフォーカスまたは収差補正ステップ等の他の任意の付加的ステップを行ってもよい。
デフォーカス距離が既知である場合、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、式4からのオートフォーカス指数の計算に基づいて、「z」パラメータを異なる値にデジタル的に調整できる。そして、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、対応する画像を構築し、最も鮮明な画像を選択できる。この方式を拡張して、タイルサンプルを撮像することも可能である。この場合、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、「z」パラメータをデジタル的に調整して、全体画像の各タイル領域の明瞭度を達成し、焦点領域を結合して全視野の完全焦点画像を形成することができる。
他の実施形態において、採用された光学系を因子が正しくモデル化する限り、代替デジタル乗法位相因子を乗算ステップ1605および1645に含めて、さまざまな収差を補正してもよい。
従来の高NA顕微鏡の限界は、限定された被写界深度である。一例として、0.4NAの20X対物レンズを有する従来の顕微鏡の被写界深度は、約5μmである。従来の顕微鏡では、限定された被写界深度のため、サンプルが焦点面から離れるにつれて分解能が劣化する。従来の顕微鏡を用いて最適な分解能を得るには、典型的に、オペレータは、ステージを動かしてサンプルを機械的に焦点に戻す必要がある。この点において、従来の顕微鏡では、サンプルをサブミクロン精度で焦点位置に合わせるために、正確な機械的ステージを要する。
ある実施形態において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、サンプルを機械的にではなくデジタル的にリフォーカス可能な開口走査フーリエタイコグラフィ方法を実施する。このような場合、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、回復プロセスにおいて、焦点外サンプルを計算的にリフォーカスする。デジタルリフォーカスにより、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、その焦点深度を、光学素子の物理的制約を超えて拡張することができる。
開口走査フーリエタイコグラフィシステムの動作中、サンプルのz位置は、事前に知られていなくてもよい。ある態様において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、サンプルのz位置を決定してこのz位置をデジタルリフォーカスに用いるデジタルオートフォーカスステップを含んでもよい。例えば、図8の開口走査フーリエタイコグラフィ方法はさらに、ステップ1520の間またはその前に、サンプルのz位置を計算するステップを含んでもよい。開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、プロセッサによりデジタルオートフォーカスを行って、計算されたサンプルのz位置を用いて図8のステップ1520および1540を実行してもよい。サンプルのz位置を計算するために、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、オートフォーカス指数パラメータを決定する。オートフォーカス指数は、以下の式により定義することができる:
ここで、
は、ローパスフィルタリングからの振幅画像であり、
は、実際の輝度測定値である。
は、ローパスフィルタリングからの振幅画像であり、
は、実際の輝度測定値である。
式2における総和は、全ての開口位置に対するものである。開口走査フーリエタイコグラフィ方法がサンプルの推定z位置を計算した後、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、推定z位置をデジタル的にリフォーカスできる。ある場合において、高分解能画像の回復解は、正確なz位置を用いると、より早く収束することが分かっている。
B)他の回復プロセス例
図9Bは、図8のステップ1500のサブステップの他の例を示すフローチャートである。この場合、ステップ1500は、ステップ1510、1530、1550、1560、1570、1580、および1590を含む。ステップ1500は、任意に、ステップ1520および1540を含んでもよい。任意のステップ1520および1540は、サンプルが、z0の量、焦点外である場合に、行われてもよい。図9Bのサブステップの1つ以上は、プロセッサによって行われ得る。
ステップ1510で、フーリエ領域における高分解能画像
のローパスフィルタリングを行って、波数ベクトル(kx i,ky i)と対応付けられた特定の開口位置の低分解能画像
を生成する。高分解能画像のフーリエ変換は、
であり、特定の開口位置の低分解能画像のフーリエ変換は、
である。フーリエ領域において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、高分解能画像
のスペクトル
からローパス領域をフィルタリングする。光学素子が対物レンズの形態である場合、当該領域は、対物レンズのコヒーレント伝達関数によって与えられる、半径NA*k0の円形開口であってもよく、ここで、k0は2π/λ(真空中の波数)と等しい。フーリエ空間において、ローパス領域の位置は、開口位置と対応する。当該領域は、
のフーリエ領域において位置 (−kx i,−ky i)を中心にしてもよい。
のローパスフィルタリングを行って、波数ベクトル(kx i,ky i)と対応付けられた特定の開口位置の低分解能画像
を生成する。高分解能画像のフーリエ変換は、
であり、特定の開口位置の低分解能画像のフーリエ変換は、
である。フーリエ領域において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、高分解能画像
のスペクトル
からローパス領域をフィルタリングする。光学素子が対物レンズの形態である場合、当該領域は、対物レンズのコヒーレント伝達関数によって与えられる、半径NA*k0の円形開口であってもよく、ここで、k0は2π/λ(真空中の波数)と等しい。フーリエ空間において、ローパス領域の位置は、開口位置と対応する。当該領域は、
のフーリエ領域において位置 (−kx i,−ky i)を中心にしてもよい。
任意のステップ1520で、低分解能画像
を、フーリエ領域において、光学素子のz=0の焦点面に伝搬して、焦点位置での低分解能画像
を決定する。ある実施形態において、ステップ1520は、低分解能画像
をフーリエ変換し、フーリエ領域において位相因子を乗じ、逆フーリエ変換を行って
を得ることによって、行うことができる。他の実施形態において、ステップ1520は、デフォーカスのための点広がり関数を伴う、低分解能画像
のコンボリューションと数学的に等価の演算によって、行うことができる。他の実施形態において、ステップ1520は、
を生成するために逆フーリエ変換を行う前にフーリエ領域における位相因子を
に乗じることによって、ステップ1510の任意のサブステップとして行うことができる。任意のステップ1520は、サンプルが光学素子の焦点面(z=0)に位置する場合は、含まれなくてよい。
を、フーリエ領域において、光学素子のz=0の焦点面に伝搬して、焦点位置での低分解能画像
を決定する。ある実施形態において、ステップ1520は、低分解能画像
をフーリエ変換し、フーリエ領域において位相因子を乗じ、逆フーリエ変換を行って
を得ることによって、行うことができる。他の実施形態において、ステップ1520は、デフォーカスのための点広がり関数を伴う、低分解能画像
のコンボリューションと数学的に等価の演算によって、行うことができる。他の実施形態において、ステップ1520は、
を生成するために逆フーリエ変換を行う前にフーリエ領域における位相因子を
に乗じることによって、ステップ1510の任意のサブステップとして行うことができる。任意のステップ1520は、サンプルが光学素子の焦点面(z=0)に位置する場合は、含まれなくてよい。
ステップ1530で、焦点面での低分解能画像
の計算された振幅成分
を、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの放射検出器によって測定された低分解能輝度測定値
で置き換える。これにより、更新低分解能ターゲット
が形成される。
の計算された振幅成分
を、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの放射検出器によって測定された低分解能輝度測定値
で置き換える。これにより、更新低分解能ターゲット
が形成される。
任意のステップ1540で、更新低分解能画像
を、サンプル面 (z=z0)に逆方向伝搬して、
を決定してもよい。任意のステップ1540は、サンプルが光学素子の焦点面に位置する場合、すなわち、z0=0であれば、含まれなくてよい。ある場合において、ステップ1540は、更新低分解能画像
のフーリエ変換を行い、フーリエ空間において位相因子を乗じ、その後逆フーリエ変換することによって、行うことができる。他の場合において、ステップ1540は、デフォーカスのための点広がり関数を伴う、更新低分解能画像
のコンボリューションによって、行うことができる。他の場合において、ステップ1540は、更新ターゲット画像にフーリエ変換を行った後に位相因子を乗じることによって、ステップ1550のサブステップとして行うことができる。
を、サンプル面 (z=z0)に逆方向伝搬して、
を決定してもよい。任意のステップ1540は、サンプルが光学素子の焦点面に位置する場合、すなわち、z0=0であれば、含まれなくてよい。ある場合において、ステップ1540は、更新低分解能画像
のフーリエ変換を行い、フーリエ空間において位相因子を乗じ、その後逆フーリエ変換することによって、行うことができる。他の場合において、ステップ1540は、デフォーカスのための点広がり関数を伴う、更新低分解能画像
のコンボリューションによって、行うことができる。他の場合において、ステップ1540は、更新ターゲット画像にフーリエ変換を行った後に位相因子を乗じることによって、ステップ1550のサブステップとして行うことができる。
ステップ1550で、サンプル面に伝搬された更新ターゲット画像
にフーリエ変換を適用し、このデータを、対応 入射波数ベクトル(kx i,ky i)および開口位置に対応するフーリエ空間での高分解能解
の対応領域において更新する。
にフーリエ変換を適用し、このデータを、対応 入射波数ベクトル(kx i,ky i)および開口位置に対応するフーリエ空間での高分解能解
の対応領域において更新する。
ステップ1560で、ステップ1510〜1560がN個の開口位置全てに対して完了したかを判断する。もしステップ1510〜1560がN個の開口位置全てに対して完了していなければ、次の開口位置に対してステップ1510〜1560を繰り返す。
多くの実施形態において、各開口位置毎に反復的に更新されるフーリエ空間内の近接領域は、互いに重なり合う。更新された重なり領域間の重なり部分において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、同じフーリエ空間に多重サンプリングを有する。開口位置は、重なり領域の面積を決定する。ある実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の2%〜99.5%の面積を有してもよい。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の65%〜75%の面積を有してもよい。他の実施形態において、近接領域間の重なり領域は、近接領域のうちの1つの面積の約65%の面積を有してもよい。ある実施形態において、各重なり領域は、同一の面積を有する。
ステップ1570で、高分解能画像のための解が収束したかを判断する。例えば、高分解能複素画像が自己無どう着解である場合、収束を決定してもよい。ある場合において、前反復または初期推測の前高分解能複素画像を現高分解能解と比較し、差が特定値未満である場合、解は自己無どう着解へ収束したとしてもよい。解が収束していない場合、ステップ1510〜1570を繰り返す。ある実施形態において、ステップ1510〜1560を一回繰り返す。他の実施形態において、ステップ1510〜1560を二回以上繰り返す。解が収束した場合、プロセッサは、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
を回復する。ステップ1570で解が収束したとプロセッサが判断すると、当該プロセスは、任意のステップ1600に進んでもよく、終了してもよく、あるいは、追加のデフォーカスまたは収差補正ステップ等の他の任意の付加的ステップを行ってもよい。
を回復する。ステップ1570で解が収束したとプロセッサが判断すると、当該プロセスは、任意のステップ1600に進んでもよく、終了してもよく、あるいは、追加のデフォーカスまたは収差補正ステップ等の他の任意の付加的ステップを行ってもよい。
C)タイル撮像
ある実施形態において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、タイル撮像プロセスを含んでもよい。タイル撮像プロセスは、取込んだ輝度画像を複数の輝度タイル画像に分割し、タイルそれぞれから独立して高分解能画像を取得し、高分解能タイル画像を結合して全視野高分解能画像を生成する。ある場合において、高分解能タイル画像を、画像融合プロセスで結合してもよい。画像融合プロセスの例として、αブレンディングがあり、これは、1999年4月7日に出願されたPCT公開公報WO1999053469、発明の名称“A system and method for performing blending using an over sampled buffer”に記載があり、この例に関して、ここに参照のためにその全体を取込む。タイルの高分解能画像は個々に取得され得るため、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、並列計算を可能にし、計算時間やメモリ要件を低減し得る。また、各光素子からの光を、各タイル毎の平面波として正確に処理し得る。各タイルの入射波数ベクトルは、
(式1)
として表すことができる。ここで、(xc,yc)は、全視野輝度画像の各タイルの中心位置、(xi,yi)は、第i光素子の位置、および、hは、照明器とサンプルとの間の距離である。さらに、この開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、場合によって、各タイルに、特定の収差補正瞳孔関数を割り当てることができる。
として表すことができる。ここで、(xc,yc)は、全視野輝度画像の各タイルの中心位置、(xi,yi)は、第i光素子の位置、および、hは、照明器とサンプルとの間の距離である。さらに、この開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、場合によって、各タイルに、特定の収差補正瞳孔関数を割り当てることができる。
図10は、ある態様に係るタイル撮像を伴う開口走査フーリエタイコグラフィ方法のフローチャートである。この開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって行うことができる。並列処理能力を活用するため、方法を行うべく使用される開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、GPUユニットや多重コア(独立したCPU)を有するプロセッサ等、並列処理可能なプロセッサを含む。本例において、開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、測定プロセス(ステップ1101、1201、1301)と、回復プロセス(ステップ1351、2401(i−M)、2501(i−M)、2591)と、任意の表示プロセス(ステップ1601)とを含む。測定プロセス(ステップ1101、1201、1301)と表示プロセス(ステップ1600)とは、図8に示すステップと類似する。
ステップ1351で、プロセッサは、全視野を、タイルの2次元マトリクス等の複数のタイルに分割する。タイルの2次元正方マトリクスの寸法は、256x256マトリクス、64x64マトリクス等、2のべき乗であってもよい。ある例において、プロセッサは、5,280x4,380画素の全視野を、150x150画素の領域を有するタイルに分割してもよい。
次に、プロセッサは、並列計算により、各タイル(1〜M)個別に、空間領域において高分解能画像
を初期化する(ステップ2400(1)…ステップ2400(M))。初期推測に、フーリエ変換を適用する。ある場合において、初期推測は、(輝度および位相の)ランダム複素マトリクスとして決定されてもよい。他の場合において、初期推測は、ランダム位相を伴う輝度測定の補間として決定されてもよい。初期推測の例は、サンプル領域の任意の輝度画像のIhrおよび
である。初期推測の他の例は、一定値である。初期推測のフーリエ変換は、フーリエ領域における広域スペクトルであり得る。
を初期化する(ステップ2400(1)…ステップ2400(M))。初期推測に、フーリエ変換を適用する。ある場合において、初期推測は、(輝度および位相の)ランダム複素マトリクスとして決定されてもよい。他の場合において、初期推測は、ランダム位相を伴う輝度測定の補間として決定されてもよい。初期推測の例は、サンプル領域の任意の輝度画像のIhrおよび
である。初期推測の他の例は、一定値である。初期推測のフーリエ変換は、フーリエ領域における広域スペクトルであり得る。
ステップ2501(1)…ステップ2501(M)で、プロセッサは、並列計算により、各タイル(1〜M)個別に、高分解能画像を計算的に構築する。プロセッサは、フーリエ空間において輝度画像を反復的に結合することで、各タイルの高分解能画像を計算的に構築する。ステップ1521および1541は、サンプルが焦点外の場合、含まれてもよい。
ステップ2591において、プロセッサは、高分解能タイル画像を結合して、全視野高分解能画像を得る。ある場合において、タイル画像の結合は、αブレンディング等の画像融合プロセスを含む。
カラー撮像能力は、病理学および組織学において極めて重要である。ある実施形態において、カラー撮像可能な開口走査フーリエタイコグラフィシステム10は、赤色、緑色、および青色照明を提供することができる照明光源を含む。開口走査フーリエタイコグラフィ方法は、赤色、緑色、および青色LED照明からの高分解能画像結果をそれぞれ対応する色チャネルに結合して、最終高分解能カラー画像を形成する。赤色、緑色、および青色に対応して3つの画像が生成され、結合されて高分解能カラー画像を形成する。
VI.サブシステム
図11は、本明細書に記載の開口走査フーリエタイコグラフィシステムに含まれ得るサブシステムのブロック図である。例えば、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、プロセッサを含んでもよい。プロセッサは、場合によって、開口走査フーリエタイコグラフィシステムの構成要素であってもよい。プロセッサは、場合によって、放射検出器の構成要素であってもよい。
図に示した種々の構成要素は、本明細書に記載の機能を促進するために、サブシステムの1つ以上を用いて動作してもよい。図における構成要素はいずれも、本明細書に記載の機能を促進するために、任意の適した数のサブシステムを用いてもよい。このようなサブシステムおよび/または構成要素の例を、図11に示す。図11に示すサブシステムは、システムバス2425を介して相互接続される。プリンタ2430、キーボード2432、固定ディスク2434(またはコンピュータ可読媒体を含む他のメモリ)、ディスプレイアダプタ2438に連結されたディスプレイ830他等、付加的なサブシステムが図示されている。周辺装置や入出力(I/O)装置は、I/Oコントローラ2440に連結し、シリアルポート2442等、任意の数の周知手段によって接続され得る。例えば、シリアルポート2442または外部インターフェース2444を用いて、コンピュータ装置200を、インターネット等の広域ネットワークや、マウス入力装置や、スキャナに接続することができる。システムバス2425を介した相互接続によって、プロセッサは、各サブシステムと通信して、サブシステム間の情報交換と共に、システムメモリ2446や固定ディスク2434からの命令の実行を制御できる。システムメモリ2446および/または固定ディスク2434は、場合によって、CRM220を組み入れてもよい。これらの要素はいずれも、前述の特徴に存在し得る。
ある実施形態において、開口走査フーリエタイコグラフィシステムのプリンタ2430やディスプレイ830等の出力装置は、種々の形態のデータを出力可能である。例えば、開口走査フーリエタイコグラフィシステムは、2Dカラー/単色画像(輝度および/または位相)や、これらの画像に対応付けられたデータや、開口走査フーリエタイコグラフィシステムによって行われた分析に対応付けられた他のデータを出力することができる。
本開示の範囲を逸脱することなしに、上述した実施形態のいずれにも、変形、追加、または省略を行うことができる。本開示の範囲を逸脱することなしに、上述した実施形態のいずれも、より多数の特徴、より少数の特徴、あるいは他の特徴を含むことができる。これに加えて、本開示の範囲を逸脱することなしに、上述した特徴のステップは、任意の適切な順序で実行することができる。
上述した本発明は、コンピュータソフトウェアをモジュール様式または統合様式で用いる制御論理回路の形式で実現することができる。本明細書に提供する開示及び教示に基づいて、当業者は、ハードウェアおよびハードウェアとソフトウェアとの組合せを用いて本発明を実現するための他のやり方および/または方法を知り、認識する。
本願中に記載したあらゆるソフトウェアコンポーネントまたは機能は、プロセッサによって、任意の適切なコンピュータ言語を用いて実行されるソフトウェアコードとして実現することができ、これらのコンピュータ言語は、例えば従来技術またはオブジェクト指向技術を用いる、Java、C++、Perl等である。これらのソフトウェアコードは、一連の命令またはコマンドとしてCRMに記憶することができ、CRMは、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、ハードドライブやフロッピーディスク等の磁気媒体、あるいはCD−ROM等の光媒体である。こうしたCRMはいずれも、単一のコンピュータ装置上または装置内に存在することができ、システムまたはネットワーク内の異なるコンピュータ装置上または装置内に存在することができる。
以上に開示した実施形態は、理解を促進するためにある程度詳細に説明してきたが、説明した実施形態は、例示的なものであり限定的なものではない。添付した特許請求の範囲内で、一定の変更及び変形を実施することができることは、当業者にとって明らかであろう。
本開示の範囲を逸脱することなしに、任意の実施形態からの1つ以上の特徴を、他の実施形態の1つ以上の特徴と組み合わせてもよい。さらに、本開示の範囲を逸脱することなしに、実施形態のいずれにも、変形、追加、または省略を行うことができる。本開示の範囲を逸脱することなしに、任意の実施形態の構成要素を、特定の必要に応じて、統合または分離してもよい。
Claims (26)
- 開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置であって、
サンプルから光を受信するよう構成される第1光学素子と、
第2光学素子と、
中間面において複数の開口位置に開口を生成するよう構成される開口スキャナであって、当該開口は、開口での入射光を前記第1光学素子から前記第2光学素子へ通過させるよう構成される、開口スキャナと、
前記第2光学素子から光を受信し、異なる開口位置と対応付けられる複数の輝度画像を取得するよう構成される光検出器と、
前記取得された輝度画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって、前記サンプルの複素画像を構築するよう構成されるプロセッサと
を含む開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。 - 前記中間面は、サンプル面と対応付けられるフーリエ面である、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記光検出器によって取得される前記複数の輝度画像のそれぞれは、前記複数の開口位置のうちの異なる開口位置と固有に対応する、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記開口スキャナはさらに、各取得時間において複数の開口を形成するために前記中間面において追加の開口を生成するよう構成される、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- さらに、前記複数の開口位置における隣接開口位置間に開口重なりを含む、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記重なりは、開口の面積の少なくとも約70%である、請求項5に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記重なりは、開口の面積の少なくとも約75%である、請求項5に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記重なりは、開口の面積の20%〜90%である、請求項5に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記第1光学素子および/または前記第2光学素子は、レンズである、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記第1光学素子および前記第2光学素子は、4f構成である、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記第1光学素子は、第1焦点距離を有し、サンプル面から前記第1焦点距離に位置し、
前記第2光学素子は、第2焦点距離を有し、前記中間面から前記第2焦点距離に位置し、
前記中間面は、前記第1光学素子から前記第1焦点距離に位置し、前記第1 光学素子から前記第1 焦点距離に位置する、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。 - 前記光検出器は、前記第2光学素子から前記第2焦点距離に位置する、請求項11に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記開口スキャナは、反射素子として前記開口を表示するよう構成される空間光変調器である、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記空間光変調器は、前記反射素子を表示するためのLCoS(liquid crystal on silicon)ディスプレイを含む、請求項13に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記開口スキャナは、デジタルマイクロミラーデバイスを含む、請求項1に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 前記開口は、入射光を前記第2光学素子へ反射するために第1角度に向けられた1つ以上のマイクロミラーを含み、前記開口を囲む領域は、入射光を前記第2光学素子から離れる方向に反射するために第2角度に向けられた1つ以上のマイクロミラーを含む、請求項15に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像装置。
- 開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法であって、
サンプルを照明し、
前記サンプルから、第1光学素子で、入射光を受信し、
中間面において複数の位置に開口を生成し、
前記開口での入射光を前記第1光学素子から第2光学素子へ通過させ、
前記第2光学素子から光を受信する検出器により、複数の輝度画像を取得し、
前記複数の輝度画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによって前記サンプルの複素画像を構築する、
開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。 - 前記中間面は、サンプル面に対応するフーリエ面である、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- さらに、各取得時間において前記中間で 複数の開口を形成するために前記中間面において追加の開口を生成する、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記開口の生成において、空間光変調器のディスプレイ上に1つ以上の反射素子を表示する、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記開口の生成において、入射光を前記第2光学素子へ反射するように1つ以上のマイクロミラーを向ける、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記検出部によって取込まれる前記複数の輝度画像は、前記複数の開口位置のうちの異なる開口位置と固有に対応する、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記複数の開口位置のうちの隣接開口位置間に開口重なりがある、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記開口重なりは、開口の面積の少なくとも約70%である、請求項17 に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- さらに、前記複素画像を1つ以上の面に伝搬する、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
- 前記複数の輝度画像によりフーリエ空間における領域を反復的に更新することによる前記サンプルの複素画像の構築において、
(a)フーリエ空間における現高分解能画像を初期化し、
(b)前記複数の開口位置のうちの開口位置の輝度画像を生成するために、フーリエ空間において前記現高分解能画像の重なり領域をフィルタリングし、
(c)前記輝度画像の輝度を、輝度測定値で置き換え、
(d)測定輝度を有する前記輝度画像でフーリエ空間における重なり領域を更新する、請求項17に記載の開口走査フーリエタイコグラフィ撮像方法。
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US9817224B2 (en) | 2014-04-30 | 2017-11-14 | University Of Connecticut | Methods and systems for Fourier ptychographic imaging |
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DE102014110302B3 (de) * | 2014-07-22 | 2015-09-03 | Carl Zeiss Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts |
AU2015369663A1 (en) | 2014-12-22 | 2017-05-11 | California Institute Of Technology | Epi-illumination fourier ptychographic imaging for thick samples |
AU2014280898A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Reconstruction algorithm for Fourier Ptychographic imaging |
AU2014280894A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Illumination systems and devices for Fourier Ptychographic imaging |
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AU2016211634A1 (en) | 2015-01-26 | 2017-05-04 | California Institute Of Technology | Array level fourier ptychographic imaging |
WO2016149120A1 (en) | 2015-03-13 | 2016-09-22 | California Institute Of Technology | Correcting for aberrations in incoherent imaging system using fourier ptychographic techniques |
US9993149B2 (en) | 2015-03-25 | 2018-06-12 | California Institute Of Technology | Fourier ptychographic retinal imaging methods and systems |
US10228550B2 (en) | 2015-05-21 | 2019-03-12 | California Institute Of Technology | Laser-based Fourier ptychographic imaging systems and methods |
EP3142347B1 (en) * | 2015-09-11 | 2020-10-21 | Nintendo Co., Ltd. | Method and device for obtaining high resolution images from low resolution image sensors |
US10176567B2 (en) | 2015-12-21 | 2019-01-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Physical registration of images acquired by Fourier Ptychography |
CN105547944B (zh) * | 2016-01-11 | 2018-04-10 | 河北工程大学 | 一种基于层叠衍射的可吸入颗粒物检测方法 |
US9952422B2 (en) * | 2016-01-14 | 2018-04-24 | University Of Vienna | Enhancing the resolution of three dimensional video images formed using a light field microscope |
CN105717070B (zh) * | 2016-02-05 | 2019-04-02 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方法 |
DE102016103736A1 (de) | 2016-03-02 | 2017-09-07 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Verfahren zur Bestimmung einer Höhenlage eines Objekts |
US10012834B2 (en) * | 2016-03-08 | 2018-07-03 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Exit pupil-forming display with reconvergent sheet |
US10976535B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-04-13 | Optical Wavefront Laboratories | Multiple camera microscope imaging with patterned illumination |
US11092795B2 (en) | 2016-06-10 | 2021-08-17 | California Institute Of Technology | Systems and methods for coded-aperture-based correction of aberration obtained from Fourier ptychography |
US10568507B2 (en) | 2016-06-10 | 2020-02-25 | California Institute Of Technology | Pupil ptychography methods and systems |
CN106199941A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 浙江大学 | 一种移频光场显微镜以及三维超分辨微观显示方法 |
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US10216417B2 (en) * | 2016-10-26 | 2019-02-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of consolidate data streams for multi-stream enabled SSDs |
CN106371201B (zh) * | 2016-11-03 | 2018-11-09 | 清华大学 | 基于计算鬼成像的傅里叶重叠关联成像系统及方法 |
CN106814450B (zh) * | 2017-03-16 | 2019-02-15 | 北京理工大学 | 一种基于液体透镜的自适应调焦方法及系统 |
CN106842880B (zh) * | 2017-03-27 | 2018-09-28 | 深圳市美誉镜界光电科技有限公司 | 全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备 |
US10401294B2 (en) * | 2017-03-31 | 2019-09-03 | Robert Alfano | OAM microscope for edge enhancement of biomedical and condensed matter samples and objects |
FR3069333B1 (fr) * | 2017-07-24 | 2021-05-14 | Terahertz Waves Tech | Systeme de capture de valeurs ponctuelles pour constituer une image avec des rayonnements terahertz |
CN107611755B (zh) * | 2017-10-13 | 2024-02-23 | 首都师范大学 | 间距可调的双等离子体产生高强度太赫兹波的系统和方法 |
WO2019090149A1 (en) | 2017-11-03 | 2019-05-09 | California Institute Of Technology | Parallel digital imaging acquisition and restoration methods and systems |
US10175490B1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-01-08 | Aperture In Motion, LLC | Light control devices and methods for regional variation of visual information and sampling |
US11366303B2 (en) * | 2018-01-30 | 2022-06-21 | Rebus Biosystems, Inc. | Method for detecting particles using structured illumination |
FR3077641B1 (fr) * | 2018-02-07 | 2020-02-21 | TiHive | Systeme d'imagerie terahertz a reflexion |
US11573304B2 (en) * | 2018-04-27 | 2023-02-07 | Liturex (Guangzhou) Co. Ltd | LiDAR device with a dynamic spatial filter |
WO2020110309A1 (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 日本電気株式会社 | 画像照合装置、画像照合方法、プログラム |
CN109472842A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-15 | 长沙理工大学 | 一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法 |
DE102018222865A1 (de) | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung mit einer Multiaperturabbildungsvorrichtung zur Erzeugung einer Tiefenkarte |
WO2020140004A1 (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-02 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatuses and methods for imaging incoherently illuminated objects |
CN109683299A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-26 | 浙江大学 | 一种多色多角度照明的高分辨显微成像系统 |
CN109782432A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-21 | 哈尔滨工业大学 | 基于空间光调制器的汇聚透镜single-shot叠层相位恢复技术 |
CN110308125B (zh) * | 2019-07-11 | 2020-11-03 | 清华大学 | 三维显微层析计算摄像方法及装置 |
CN110579871B (zh) * | 2019-09-05 | 2021-08-03 | 杭州电子科技大学 | 基于傅里叶叠层显微成像的led照明优化方法及装置 |
EP3796067A1 (de) | 2019-09-18 | 2021-03-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Aufnahmeeinrichtung zum erzeugen eines hochaufgelösten bildes eines sich durch einen aufnahmebereich bewegenden objekts sowie verfahren |
US11067449B2 (en) * | 2019-09-30 | 2021-07-20 | The Johns Hopkins University | Multispectral imager |
CN112666697B (zh) * | 2019-10-15 | 2022-06-10 | 南京理工大学 | 基于彩色复用照明的单帧差分相衬定量相位成像方法 |
CN110672610A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-10 | 吉林工程技术师范学院 | 一种基于数字微镜阵列的显微关联成像系统及成像方法 |
CN110988906A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-10 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种太赫兹强度关联探测装置 |
US11362481B2 (en) | 2020-05-01 | 2022-06-14 | Mesa Photonics, LLC | Method and apparatus for measuring optical pulses |
CN111781733A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-10-16 | 北京理工大学 | 基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置 |
US20220004148A1 (en) * | 2020-07-06 | 2022-01-06 | Grimaldi, Inc. | Apparatus and method of reproduction of a diffractive pattern |
US20220260823A1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-08-18 | Duke University | Re-imaging microscopy with micro-camera array |
CN113283789B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-10-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | 空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备 |
CN114252971B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-09-05 | 杭州智微信息科技有限公司 | 一种用于骨髓涂片的自动对焦方法 |
Family Cites Families (155)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4873653A (en) * | 1986-04-09 | 1989-10-10 | Carl-Zeiss-Stiftung | Microscope system for providing three-dimensional resolution |
US4917494A (en) * | 1987-07-28 | 1990-04-17 | Amherst Process Instruments, Inc. | Beam forming apparatus for aerodynamic particle sizing system |
US5475527A (en) * | 1994-09-26 | 1995-12-12 | The Regents Of The University Of California | Fourier plane image amplifier |
KR19980012222U (ko) | 1996-08-24 | 1998-05-25 | 양재신 | 도장용 로봇의 충돌안전구조 |
KR19980075050A (ko) * | 1997-03-28 | 1998-11-05 | 윤종용 | 주사 전자 현미경의 가변어퍼쳐 |
US6144365A (en) | 1998-04-15 | 2000-11-07 | S3 Incorporated | System and method for performing blending using an over sampling buffer |
US6154196A (en) | 1998-06-08 | 2000-11-28 | Wacom Co., Ltd. | Coordinate input device convertible between right-handed and left-handed modes |
US6320648B1 (en) * | 1998-10-12 | 2001-11-20 | Steven R. J. Brueck | Method and apparatus for improving pattern fidelity in diffraction-limited imaging |
DE19949029C2 (de) | 1999-10-11 | 2002-11-21 | Innovatis Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung einer Kulturflüssigkeit |
US6320174B1 (en) | 1999-11-16 | 2001-11-20 | Ikonisys Inc. | Composing microscope |
US20010055062A1 (en) | 2000-04-20 | 2001-12-27 | Keiji Shioda | Operation microscope |
US6856457B2 (en) * | 2001-03-27 | 2005-02-15 | Prairie Technologies, Inc. | Single and multi-aperture, translationally-coupled confocal microscope |
DE10128476C2 (de) | 2001-06-12 | 2003-06-12 | Siemens Dematic Ag | Optische Sensorvorrichtung zur visuellen Erfassung von Substraten |
GB0115714D0 (en) | 2001-06-27 | 2001-08-22 | Imperial College | Structure determination of macromolecules |
US6747781B2 (en) | 2001-06-25 | 2004-06-08 | Silicon Light Machines, Inc. | Method, apparatus, and diffuser for reducing laser speckle |
US6741730B2 (en) | 2001-08-10 | 2004-05-25 | Visiongate, Inc. | Method and apparatus for three-dimensional imaging in the fourier domain |
US6870165B2 (en) | 2001-10-19 | 2005-03-22 | Biocal Technology, Inc. | Multi-color multiplexed analysis in a bio-separation system |
EP2275775B1 (en) | 2002-01-16 | 2015-09-23 | Faro Technologies, Inc. | Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates |
US6759949B2 (en) | 2002-05-23 | 2004-07-06 | Visteon Global Technologies, Inc. | Image enhancement in far infrared camera |
US7130115B2 (en) | 2002-09-23 | 2006-10-31 | Dhetrix, Inc. | Multi-mode scanning imaging system |
JP4360817B2 (ja) | 2002-10-18 | 2009-11-11 | 株式会社日立メディコ | 放射線断層撮影装置 |
JP4565192B2 (ja) | 2003-03-31 | 2010-10-20 | オムニビジョン テクノロジーズ, インコーポレイテッド | 画像システムにおける収差を生じる影響を最小化するための、システムおよび方法 |
JP4377171B2 (ja) | 2003-07-15 | 2009-12-02 | Tdk株式会社 | 空間光変調器 |
US7738095B2 (en) | 2003-07-18 | 2010-06-15 | Chemimage Corporation | Method and apparatus for compact spectrometer for detecting hazardous agents |
US7823783B2 (en) | 2003-10-24 | 2010-11-02 | Cognex Technology And Investment Corporation | Light pipe illumination system and method |
US8271251B2 (en) | 2004-02-09 | 2012-09-18 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Automated imaging system for single molecules |
US7173256B2 (en) | 2004-03-26 | 2007-02-06 | Fox John S | Fluorescent image calibration step wedge, and use thereof in illumination for fluorescent imaging and automatic exposure |
DE102004017232A1 (de) | 2004-04-05 | 2005-10-20 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Messvorrichtung |
WO2005122901A1 (ja) | 2004-06-16 | 2005-12-29 | Hitachi Medical Corporation | 放射線断層像撮像装置 |
US7436503B1 (en) * | 2004-08-03 | 2008-10-14 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Dark field inspection apparatus and methods |
KR20070107655A (ko) | 2004-08-09 | 2007-11-07 | 클래시프아이 엘티디. | 3d 지문 인식을 위한 비접촉 광학 수단 및 방법 |
US7545571B2 (en) | 2004-09-08 | 2009-06-09 | Concurrent Technologies Corporation | Wearable display system |
US20060173313A1 (en) | 2005-01-27 | 2006-08-03 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Coherence factor adaptive ultrasound imaging |
US7653232B2 (en) | 2005-01-28 | 2010-01-26 | University Of Massachusetts | Phase based digital imaging |
US8654201B2 (en) | 2005-02-23 | 2014-02-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method for deblurring an image |
US7643952B2 (en) | 2005-04-05 | 2010-01-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical image processing using minimum phase functions |
WO2006128325A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Capitalbio Corporation | Optical systems for microarray scanning |
JP2007071803A (ja) | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥観察方法及びその装置 |
JP4696890B2 (ja) | 2005-12-12 | 2011-06-08 | 富士ゼロックス株式会社 | ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 |
JP4727517B2 (ja) | 2006-01-11 | 2011-07-20 | 富士フイルム株式会社 | 光源装置および光断層画像化装置 |
US20070171430A1 (en) | 2006-01-20 | 2007-07-26 | The General Hospital Corporation | Systems and methods for providing mirror tunnel micropscopy |
US8271521B2 (en) | 2006-03-20 | 2012-09-18 | Blue Nile, Inc. | Computerized search technique, such as an internet-based gemstone search technique |
JP4822925B2 (ja) | 2006-04-28 | 2011-11-24 | 日本電子株式会社 | 透過型電子顕微鏡 |
US7460248B2 (en) * | 2006-05-15 | 2008-12-02 | Carestream Health, Inc. | Tissue imaging system |
US8980179B2 (en) | 2006-05-17 | 2015-03-17 | University Of Maryland, Baltimore County | Angular-dependent metal-enhanced fluorescence |
JP5174810B2 (ja) | 2006-06-16 | 2013-04-03 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物器械 |
US7838302B2 (en) | 2006-08-07 | 2010-11-23 | President And Fellows Of Harvard College | Sub-diffraction limit image resolution and other imaging techniques |
CN100385275C (zh) | 2006-09-29 | 2008-04-30 | 李志扬 | 主动光学位相共轭方法及装置 |
JP4690379B2 (ja) | 2006-12-05 | 2011-06-01 | 韓國電子通信研究院 | 偏光板と高速フーリエ変換を用いたナノ線感知用光学顕微鏡システム |
US20080192343A1 (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-14 | Sony Corporation | Three-dimensional image display apparatus |
CA2681512A1 (en) | 2007-03-20 | 2008-09-25 | Chroma Technology Corporation | Light source |
US8313031B2 (en) * | 2007-03-30 | 2012-11-20 | Symbol Technologies, Inc. | Adaptive aperture for an imaging scanner |
WO2008124832A1 (en) | 2007-04-10 | 2008-10-16 | University Of Rochester | Structured illumination for imaging of stationary and non-stationary, fluorescent and non-flourescent objects |
US8624968B1 (en) | 2007-04-25 | 2014-01-07 | Stc.Unm | Lens-less digital microscope |
CN101743519B (zh) | 2007-05-16 | 2013-04-24 | 视瑞尔技术公司 | 全息显示装置 |
JP5083315B2 (ja) | 2007-06-13 | 2012-11-28 | 株式会社ニコン | 検査装置、検査方法およびプログラム |
WO2009009081A2 (en) | 2007-07-10 | 2009-01-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Tomographic phase microscopy |
JP5136778B2 (ja) * | 2007-08-20 | 2013-02-06 | セイコーエプソン株式会社 | ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置 |
US7929142B2 (en) | 2007-09-25 | 2011-04-19 | Microsoft Corporation | Photodiode-based bi-directional reflectance distribution function (BRDF) measurement |
BRPI0819301A2 (pt) * | 2007-11-23 | 2015-05-12 | Koninkl Philips Electronics Nv | Gerador de pontos, e , microscópio de varredura de multipontos |
US8115992B2 (en) | 2007-12-31 | 2012-02-14 | Stc.Unm | Structural illumination and evanescent coupling for the extension of imaging interferometric microscopy |
US9239455B2 (en) | 2007-12-31 | 2016-01-19 | Stc.Unm | Structural illumination and evanescent coupling for the extension of imaging interferometric microscopy |
CN101408623B (zh) * | 2008-01-23 | 2011-01-19 | 北京航空航天大学 | 宽带综合孔径上变频成像系统 |
JP2010012222A (ja) | 2008-06-06 | 2010-01-21 | Olympus Medical Systems Corp | 医療装置 |
US8184279B2 (en) | 2008-06-16 | 2012-05-22 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Fourier domain sensing |
US7787588B1 (en) | 2008-07-21 | 2010-08-31 | Xradia, Inc. | System and method for quantitative reconstruction of Zernike phase-contrast images |
CN102323191B (zh) | 2008-09-26 | 2013-11-06 | 株式会社堀场制作所 | 颗粒物性测量装置 |
US8019136B2 (en) | 2008-12-03 | 2011-09-13 | Academia Sinica | Optical sectioning microscopy |
GB0822149D0 (en) | 2008-12-04 | 2009-01-14 | Univ Sheffield | Provision of image data |
EP2373725A4 (en) | 2008-12-22 | 2017-07-26 | 3M Innovative Properties Company | Multilayer optical films having side-by-side mirror/polarizer zones |
US8836948B2 (en) | 2009-01-29 | 2014-09-16 | The Regents Of The University Of California | High resolution structured illumination microscopy |
CN101872033B (zh) | 2009-04-24 | 2014-04-30 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 遮光片阵列、遮光片阵列制造方法及镜头模组阵列 |
US20160156880A1 (en) | 2009-06-03 | 2016-06-02 | Flir Systems, Inc. | Durable compact multisensor observation devices |
US8559014B2 (en) | 2009-09-25 | 2013-10-15 | Hwan J. Jeong | High-resolution, common-path interferometric imaging systems and methods |
WO2011049965A1 (en) | 2009-10-20 | 2011-04-28 | The Regents Of The University Of California | Incoherent lensfree cell holography and microscopy on a chip |
US20140152801A1 (en) | 2009-10-28 | 2014-06-05 | Alentic Microscience Inc. | Detecting and Using Light Representative of a Sample |
WO2011066275A2 (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Actively addressable aperture light field camera |
DE102009047361B4 (de) | 2009-12-01 | 2013-02-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur optischen Abbildung |
WO2011093043A1 (ja) | 2010-01-27 | 2011-08-04 | 国立大学法人北海道大学 | 回折顕微法 |
JP5538936B2 (ja) | 2010-02-10 | 2014-07-02 | キヤノン株式会社 | 解析方法、プログラム、記憶媒体、x線位相イメージング装置 |
EP2534667A2 (en) | 2010-02-10 | 2012-12-19 | Mochii, Inc. (d/b/a Voxa) | Aberration-correcting dark-field electron microscopy |
WO2011161558A1 (en) | 2010-06-21 | 2011-12-29 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and system for performing low- dose ct imaging |
US9129371B2 (en) | 2010-06-25 | 2015-09-08 | Cireca Theranostics, Llc | Method for analyzing biological specimens by spectral imaging |
GB2481589B (en) | 2010-06-28 | 2014-06-11 | Phase Focus Ltd | Calibration of a probe in ptychography |
CN103096804B (zh) | 2010-07-13 | 2017-03-15 | 达卡拉通信系统株式会社 | X射线断层像摄影装置 |
US8599367B2 (en) | 2010-08-04 | 2013-12-03 | Alliant Techsystems Inc. | Apparatus and methods for obtaining multi-dimensional spatial and spectral data with LIDAR detection |
US20130170024A1 (en) | 2010-09-14 | 2013-07-04 | Applied Precision, Inc. | Oblique-illumination systems and methods |
WO2012035170A1 (en) | 2010-09-17 | 2012-03-22 | Lltech Inc. | Optical tissue sectioning using full field optical coherence tomography |
CN101957183B (zh) | 2010-09-26 | 2012-03-21 | 深圳大学 | 一种结构光投影的高速三维测量系统 |
CN103154662A (zh) | 2010-10-26 | 2013-06-12 | 加州理工学院 | 扫描投影无透镜显微镜系统 |
US9569664B2 (en) | 2010-10-26 | 2017-02-14 | California Institute Of Technology | Methods for rapid distinction between debris and growing cells |
GB201020516D0 (en) * | 2010-12-03 | 2011-01-19 | Univ Sheffield | Improvements in providing image data |
KR20130131408A (ko) | 2010-12-21 | 2013-12-03 | 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 모바일 장치 상의 콤팩트한 와이드필드 형광 이미징 |
US9411144B2 (en) | 2011-01-12 | 2016-08-09 | Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. | Systems for fluorescence illumination using superimposed polarization states |
WO2012102887A2 (en) | 2011-01-24 | 2012-08-02 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Computational adaptive optics for interferometric synthetic aperture microscopy and other interferometric imaging |
US8866063B2 (en) | 2011-03-31 | 2014-10-21 | The Regents Of The University Of California | Lens-free wide-field super-resolution imaging device |
US8841591B2 (en) | 2011-04-04 | 2014-09-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Grating-enhanced optical imaging |
GB201107053D0 (en) | 2011-04-27 | 2011-06-08 | Univ Sheffield | Improvements in providing image data |
US8761533B2 (en) | 2011-05-05 | 2014-06-24 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Method for performing image processing applications using quadratic programming |
EP2736403B1 (en) | 2011-07-29 | 2022-05-18 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Apparatus for quantitative phase tomography through linear scanning with coherent and non-coherent detection |
US20140160236A1 (en) | 2011-07-29 | 2014-06-12 | The Regents Of The University Of California | Lensfree holographic microscopy using wetting films |
EP2745094B1 (en) | 2011-09-06 | 2019-05-08 | Koninklijke Philips N.V. | Optical biosensor with a plurality of sensor regions |
US20190097524A1 (en) | 2011-09-13 | 2019-03-28 | Fsp Technology Inc. | Circuit having snubber circuit in power supply device |
US20130093871A1 (en) | 2011-10-18 | 2013-04-18 | Andreas G. Nowatzyk | Omnidirectional super-resolution microscopy |
US9599805B2 (en) | 2011-10-19 | 2017-03-21 | National Synchrotron Radiation Research Center | Optical imaging system using structured illumination |
US9324133B2 (en) | 2012-01-04 | 2016-04-26 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Image content enhancement using a dictionary technique |
GB201201140D0 (en) | 2012-01-24 | 2012-03-07 | Phase Focus Ltd | Method and apparatus for determining object characteristics |
US20150044098A1 (en) | 2012-01-30 | 2015-02-12 | Scanadu Incorporated | Hyperspectral imaging systems, units, and methods |
CN102608597B (zh) * | 2012-03-19 | 2014-07-23 | 西安电子科技大学 | 基于非完全数据解卷积的实孔径前视成像方法 |
CN103377746B (zh) | 2012-04-14 | 2015-12-02 | 中国科学技术大学 | 实现显微镜系统超分辨成像的方法 |
EP2690648B1 (en) | 2012-07-26 | 2014-10-15 | Fei Company | Method of preparing and imaging a lamella in a particle-optical apparatus |
WO2014018584A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-30 | Trustees Of Boston University | Partitioned aperture wavefront imaging method and system |
US9552658B2 (en) | 2012-07-26 | 2017-01-24 | William Marsh Rice University | Methods and systems for video compressive sensing for dynamic imaging |
US20140085629A1 (en) | 2012-09-27 | 2014-03-27 | Bodkin Design & Engineering, Llc | Active Hyperspectral Imaging Systems |
DE102012020240A1 (de) | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Mikroskop und Verfahren zur SPIM Mikroskopie |
US10652444B2 (en) | 2012-10-30 | 2020-05-12 | California Institute Of Technology | Multiplexed Fourier ptychography imaging systems and methods |
CA2889495A1 (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | California Institute Of Technology | Fourier ptychographic imaging systems, devices, and methods |
US9864184B2 (en) | 2012-10-30 | 2018-01-09 | California Institute Of Technology | Embedded pupil function recovery for fourier ptychographic imaging devices |
AU2012258412A1 (en) | 2012-11-30 | 2014-06-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Combining differential images by inverse Riesz transformation |
US9400169B2 (en) | 2012-12-06 | 2016-07-26 | Lehigh University | Apparatus and method for space-division multiplexing optical coherence tomography |
CA2919985A1 (en) | 2013-07-31 | 2015-02-05 | California Institute Of Technology | Aperture scanning fourier ptychographic imaging |
EP3036753B1 (en) | 2013-08-22 | 2022-10-05 | California Institute of Technology | Variable-illumination fourier ptychographic imaging devices, systems, and methods |
US11468557B2 (en) | 2014-03-13 | 2022-10-11 | California Institute Of Technology | Free orientation fourier camera |
US10162161B2 (en) | 2014-05-13 | 2018-12-25 | California Institute Of Technology | Ptychography imaging systems and methods with convex relaxation |
WO2015179452A1 (en) | 2014-05-19 | 2015-11-26 | The Regents Of The University Of California | Fourier ptychographic microscopy with multiplexed illumination |
JP6394367B2 (ja) | 2014-05-30 | 2018-09-26 | ソニー株式会社 | 流体分析装置、流体分析方法、プログラム及び流体分析システム |
CN104181686B (zh) | 2014-08-25 | 2016-08-17 | 清华大学深圳研究生院 | 基于fpm的光场显微方法 |
CN104200449B (zh) | 2014-08-25 | 2016-05-25 | 清华大学深圳研究生院 | 一种基于压缩感知的fpm方法 |
EP4023201A1 (en) | 2014-10-07 | 2022-07-06 | International Biophysics Corporation | Self-contained portable positionable oscillating motor array |
WO2016061586A1 (en) | 2014-10-17 | 2016-04-21 | Cireca Theranostics, Llc | Methods and systems for classifying biological samples, including optimization of analyses and use of correlation |
AU2015357537A1 (en) | 2014-12-04 | 2017-06-29 | California Institute Of Technology | Multiplexed fourier ptychography imaging systems and methods |
AU2015369663A1 (en) | 2014-12-22 | 2017-05-11 | California Institute Of Technology | Epi-illumination fourier ptychographic imaging for thick samples |
AU2014280894A1 (en) | 2014-12-23 | 2016-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Illumination systems and devices for Fourier Ptychographic imaging |
AU2014280898A1 (en) | 2014-12-23 | 2016-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Reconstruction algorithm for Fourier Ptychographic imaging |
US20160202460A1 (en) | 2015-01-13 | 2016-07-14 | University Of Connecticut | 3D Microscopy With Illumination Engineering |
CA2970063A1 (en) | 2015-01-21 | 2016-07-28 | California Institute Of Technology | Fourier ptychographic tomography |
AU2016211634A1 (en) | 2015-01-26 | 2017-05-04 | California Institute Of Technology | Array level fourier ptychographic imaging |
WO2016123508A1 (en) | 2015-01-29 | 2016-08-04 | The Regents Of The University Of California | Patterned-illumination systems adopting a computational illumination |
WO2016149120A1 (en) | 2015-03-13 | 2016-09-22 | California Institute Of Technology | Correcting for aberrations in incoherent imaging system using fourier ptychographic techniques |
US9993149B2 (en) | 2015-03-25 | 2018-06-12 | California Institute Of Technology | Fourier ptychographic retinal imaging methods and systems |
US10228550B2 (en) | 2015-05-21 | 2019-03-12 | California Institute Of Technology | Laser-based Fourier ptychographic imaging systems and methods |
WO2017066198A1 (en) | 2015-10-12 | 2017-04-20 | The Regents Of The University Of California | Spectroscopy imaging and analysis of live cells |
US20180373016A1 (en) | 2015-11-11 | 2018-12-27 | Scopio Labs Ltd. | Microscope having a refractive index matching material |
WO2017081540A1 (en) | 2015-11-11 | 2017-05-18 | Scopio Lab Ltd. | Scanning microscope with real time response |
EP3374816A2 (en) | 2015-11-11 | 2018-09-19 | Scopio Labs Ltd. | Computational microscopes and methods for generating an image under different illumination conditions |
US10176567B2 (en) | 2015-12-21 | 2019-01-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Physical registration of images acquired by Fourier Ptychography |
US10568507B2 (en) | 2016-06-10 | 2020-02-25 | California Institute Of Technology | Pupil ptychography methods and systems |
US11092795B2 (en) | 2016-06-10 | 2021-08-17 | California Institute Of Technology | Systems and methods for coded-aperture-based correction of aberration obtained from Fourier ptychography |
US20180078447A1 (en) | 2016-07-01 | 2018-03-22 | Victor Viner | Heated Rolling Massager |
US10228283B2 (en) | 2016-08-12 | 2019-03-12 | Spectral Insights Private Limited | Spectral imaging system |
US10558029B2 (en) | 2016-10-27 | 2020-02-11 | Scopio Labs Ltd. | System for image reconstruction using a known pattern |
CN106896489B (zh) | 2017-02-13 | 2019-11-22 | 清华大学 | 基于波长复用的频域拼贴显微系统及其方法 |
DE102017120823A1 (de) | 2017-09-08 | 2019-03-14 | Vemag Maschinenbau Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum gruppierten Anordnen und Ausrichten und Verpacken von individuellen Lebensmittel-Produkten, insbesondere Patty-Stapel |
DE102017217132B3 (de) | 2017-09-26 | 2019-01-31 | Bender Gmbh & Co. Kg | Schaltnetzteil mit elektrischer Schaltungsanordnung zur Eingangsschutzbeschaltung |
WO2019090149A1 (en) | 2017-11-03 | 2019-05-09 | California Institute Of Technology | Parallel digital imaging acquisition and restoration methods and systems |
-
2014
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- 2014-07-31 AU AU2014296034A patent/AU2014296034A1/en not_active Abandoned
- 2014-07-31 EP EP14832857.8A patent/EP3028088B1/en active Active
-
2016
- 2016-07-11 US US15/206,859 patent/US9983397B2/en active Active
-
2018
- 2018-04-20 US US15/959,050 patent/US10606055B2/en active Active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
GUOAN ZHENG ET AL.: "Wide-field high-resolution Fourier ptychographic microscopy", NATURE PHOTONICS, vol. Vol. 7, JPN7018002687, 28 July 2013 (2013-07-28), pages p. 739 - 745 * |
VINCENTE MICO ET AL.: "Synthetic aperture superresolution with multiple off-axis holograms", JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, vol. Vol. 23, Issue 12, JPN6018030711, 1 December 2006 (2006-12-01), pages p. 3162 - 3170 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US10606055B2 (en) | 2020-03-31 |
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