JP2017529574A - 顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡に関し、特に、細胞および微生物を含む生物学的物質の三次元断層撮影のための顕微鏡に関する。本発明は、より一般的には、非生物学的な透明な物質(non-biological transparent materials)の三次元断層撮影の分野で使用されることもできる。
生体細胞およびそれらの内部構造を三次元撮像することができる顕微鏡は、一般的に、デジタル断層撮影技術に基づいており、しばしば、細胞の構成要素間の強度コントラストを高めるマーカー染料の使用に基づいている。しかしながら、マーカー染料は、特に生体細胞の場合には、観察すべき物質に影響を及ぼし、また、手順をより複雑にする場合がある。3D屈折率算出に基づく、マーカーなしの非侵襲性顕微鏡法が、国際特許出願PCT/IB2011/051306に記載されている。しかしながら、内部構造の十分な細部を備えた、超小型物体の屈折率に基づく画像を算出するのに必要な画像データの取り込みには、非常に正確な顕微鏡が必要である。従来の顕微鏡の精度は、レンズの品質、および顕微鏡のさまざまな構成要素を組み立てる際の非常に低い製造公差によって決まる。これにより、費用のかかる顕微鏡となる。さらに、取り込んだデータの解像度を高めるために高い開口数を有するには、観察されるべきサンプルの利用可能な作動距離および空間は、非常に限られる。これにより、顕微鏡で見る検体またはサンプルの準備が複雑となり、観察され得るサンプルのタイプ、およびそれらが提示され得る形態が限られる。
本発明の目的は、実行および使用するのが容易かつ経済的である顕微鏡を提供することである。
制御システムのフィードバックループを通じて、光ビームにより生成された信号を、光感知システムから受信することと、
制御システムにおいて、光感知システムから受信した信号に少なくとも部分的に基づいてミラー角度制御信号を生成することと、
少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラーにミラー角度制御信号を送って、旋回可能に作用可能な方向変更ミラーの角度を制御することと、
を特徴としている。
a)回転ビームシステムを第1の位置に位置付ける工程と、
b)参照波を第1の位置に向けるように構成された少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)を位置付ける工程と、
c)サンプルビームがオフにされている間に光感知システムにより捕捉される参照波信号の位置を測定する工程と、
d)サンプルビームをオンにし、光感知システムにより捕捉された信号の縞コントラストを測定する工程と、
e)少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を増分だけ(by an increment)変化させる工程と、
f)増分の合計が旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の所定の動作範囲に対応するまで、工程c)〜e)を繰り返す工程と、
g)各増分について得られた縞コントラスト測定値を比較し、最も高い値の縞コントラスト測定値について、旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を、回転ビームシステムの位置と併せて、制御システムのメモリのルックアップテーブル(LUT)に記憶させる工程と、
h)回転ビームシステムを小さな増分だけ回転させ、回転ビームシステムが360°の回転を完了させるまで、工程b)〜g)を繰り返す工程と、
を含む。
特に図1a〜図2bから始めて図面を参照すると、顕微鏡2の例示的な実施形態は、光源4、特にレーザービーム装置などの干渉性の光源と、光ビームガイドシステム6と、光感知システム8と、特に生成された画像データを処理するための、データ処理システム10と、電子制御システム15と、一般的に顕微鏡2のさまざまな構成要素を収容および支持するハウジングおよび支持構造体12と、を含む。
‐サンプル1がサンプル観察ゾーン17内に置かれ、調査される状態にある。
‐ガラススラブ42、44が、中立位置に置かれる(図4hではθ=90°)。
‐傾斜可能なミラーTM3、TM4(例えば、MEMSミラー)が、センサー上の強度を最も良く一様にするよう制御される。調査を容易にするため、サンプル照明ビーム7bは、顕微鏡の対物レンズ37の開口から偏向され得る。
‐縞コントラストは、フーリエ領域のDC成分エネルギーと比べた、キャリアピークエネルギーの算出により評価される。
‐OPDスキャンは、ガラススラブ42、44を、ある方向に、ある小さな角度だけ傾けることで開始される。
‐角度の各増分について(スラブは、適切なギア減速比のステッピングモーターにより駆動され得る)、レーザースポットは、PIDアルゴリズムを通じて光センサー上に中心を置いたまま保たれる。
‐サンプル照明ビーム7bは、適切に向け直されて、縞コントラストが評価される。
‐いったんスキャンが完了したら、スラブ42、44は、最も高い縞コントラストをもたらす位置に適切に向けられる。
‐傾斜可能なミラーTM3、TM4の位置を改善する。
‐顕微鏡が、サンプル1を最適に測定できる状態になる。
本発明のある実施形態によると、顕微鏡は、有利には、電子制御システムと、幾何学的ミスアライメントを補正する目的で傾斜可能な(例えばMEMS)ミラー26、TM1の検出角度を制御するために自動較正ルーチンを実行するように構成されたソフトウェアと、を含んでよく、サンプル照明ビーム7bは、視界(FOV)の中央で、顕微鏡の対物レンズ37の焦平面に衝突する。これは、入射光スポット(incident light spot)が、カメラ8のセンサー面上に中心を置くか、または取り込まれたデジタル画像上に中心を置くことに等しい。補正は、サンプル回転ビームシステム36の回転角度と共に変化し得るという意味では、動的である。
をそれぞれ用いて記載され得る。光学的構成の回転特徴に起因して、主要なフーリエ係数は、DC項
ならびに、回転ビーム機構と同じ周波数で、ミラーの角度オフセットおよび円形角運動それぞれに対応する、基本周波数
および
に関連したものである。必要な補正信号を十分に記載するために高次の項が必要となり得るが、ほとんどの場合、少数(約10)の項のみが必要であり、そのため、補正情報、例えば、動作中にリアルタイム補正を行うマイクロコントローラの限られたメモリに容易に記憶され得るもの、を記憶するメモリ効率の良い手段が提供される。
このルーチンは、取得した画像の位相平坦性における系統誤差を数の上で補正するのに使用される、ある範囲のルックアップテーブル(LUT)にアクセスするためのパラメータを見つけることを目標としている。サンプルに衝突するレーザーサンプル照明ビームは、わずかにコリメートされていない場合がある。これは、コリメート用光学機械(collimation optics)のミスアライメントによるものであり得るが、ガウスビームの回折限界発散角(diffraction-limited divergence)による場合もある。このビームが通過しなければならないサンプルの光学的厚さを変化させる場合、顕微鏡の対物レンズの視界(FOV)の等位相面の曲率は、デフォーカス
収差の形で変更される。このデフォーカス収差が回転照明アームの方位角θおよびサンプルの光学的厚さnhによって決まることが観察されており、nは、サンプル媒質の屈折率である。収差がサンプルごとに変化しないので、所定のLUTを使用して、デフォーカス効果、所与のθおよびnhを数字の上で補正することができる。
により説明され、
運動の半径は、
のnh依存性を特徴づけるために使用される場合、あらゆる非線形性は、その非線形性がLUTの作成中に考慮されている限り、LUT自体によって補償され得る。この場合、LUTパラメータは、半径Rによって直接定義され得る。
P2‐1 較正手順P1を実施した後、前述したとおり、1次フーリエ計数
から、Rを算出する。
P2‐2 対応するLUT指数を更新し、そこから、補正係数
を抽出する。
および高次高調波を使用して行われ、不均一なサンプル厚さ(例えば、液体を収容する傾斜した皿またはねじ曲がった表面)を検出することができる。この場合、前述した回転対称性が破れ、LUTパラメータR自体が、回転角度
によって決まる。
このルーチンは、観察されるホログラフの縞(holographic fringes)が復調された位相画像の信号対雑音比(SNR)を最適化する周波数を有するように、傾斜ミラーTM2の最適な設定を見つけることを目的としている。ホログラフの縞は、光感知システム8(例えばカメラ)において2つの光ビーム、すなわち、物体波と参照波とを重ね合わせることによって、顕微鏡において生じる。両方のビームが波数ベクトル
の平面波であると仮定すると、カメラにおける強度は、
であり、zcは、カメラのz位置である。どちらのビームも球面曲率を示すが、半径は、いずれの場合も同じであり、重ね合わせている間に、減じることができる。よって、参照波の方向は、実際、1つの波数ベクトル
によって説明することができる。同様に、物体波は、これが通過する物体によって変調された主要成分
を含む。物体波の搬送波周波数は、回転する入射照明の方向をたどり、その面内成分は、図14aの点で描いた円によって描写されるように、原点の周囲で円を描く。矢印は、参照波の面内波数ベクトルを示す。式(1)に示す強度パターンのフーリエ変換は、−1次および+1次の円により示され、定数項は、原点付近の黒い点で表示され、第2および第3の加数は、それぞれ「+1次」および「−1次」という名前の円である。ホログラムを正確に処理するために、重ね合わせられた波の強度パターンのスペクトル(すなわち、前記の−1次および+1次の円、搬送波周波数
と呼ばれる)は、中央の黒い点により示される定数項から空間的に分離されていなければならない。さらに、円全体は、スペクトルの1つの四分円内になくてはならず、1つの四分円のみを考慮しなければならないので、処理がスピードアップする。
P2−1 光検出器8上で観察可能な縞があることを確実にするために、較正手順P1およびP3/4が最初に実行される。
P2−2 回転ビームシステム36によって物体波7bを回転させて(例えば、図1bに示す実施形態では支持体アーム40を回転させ)、物体波の波数ベクトルのkx成分を最小化する。
P2−3 光検出器(カメラ)8の強度パターンの2D FFTを算出し、+1次から搬送波周波数
を計算する。
P2−4 kc,xを所定の最小値kminと比較する。kc,x>kminの場合、工程P5−6に進む。
P2−5 参照波7aがカメラ8のx軸上でより急角度に下がるように傾斜ミラーTM2を増す。工程P5−3に戻る。
P2−6 カメラの強度パターンの2D FFTを算出し、+1次から搬送波周波数
を計算する。
P2−7 kc,yを所定の最小値kminと比較する。kc,y>kminの場合、工程P5−10に進む。
P2−8 参照波がカメラのy軸上でより急角度に下がるように傾斜ミラーTM2を増す。工程P5−7に戻る。
P2−9 (サンプル1の上流に位置する)物体波経路内でミラーTM1を完全に片側に傾斜させることによって物体波7bを隠し、参照波7aのみが光検出器8に当たるようにする。
P2−10 照明されるカメラの目的領域(ROI)における画素の部分を計算することによって、参照波の充填率ffを算出する。
P2−11 ffを所定の値ffminと比較する。ff≧ffminの場合、工程P5−14に進む。
P2−12 非照明画素の平均位置からROIを遠ざける。工程P5−11に戻る。
P2−13 物体波の傾斜可能なミラーTM1をそのデフォルト位置に戻し、光検出器上の物体波を見る。
P2−14 物体波を連続的に回転させる(例えば、支持体アーム40を回転させる)。
P2−15 複数のホログラムを取得し、それらの搬送周波数の重心を、復調に使用される帯域通過フィルタの中心として算出する。
このルーチンは、サンプルが視界に存在しない場合に、光学ビームのいくつかの特徴:強度平均値の起伏および粗さ、を抽出することによって、測定の品質を評価することを目的としている。この手順の目的は、i)(問題を診断するのに使用され得る)ビームの強度分布に関する情報、およびii)手順P2の後でまだ決定されていない
のLUTを供給することであり、n≧2かつm≧1である。サンプル1が物体波7bの経路に挿入されると、適切な3D測定を可能にするためサンプルが基本的にはその場限りの形状であることを確実にするように、軽減された(lightened)手順を適用しなければならない。
のLUTをもたらした後で、実施されてよい。以下の手順P2は、サンプルにより誘発される光学的特性に起因する、
を更新するのに役立つ。
への最小二乗適合(least-squares fit)を計算して、
パラメータの値のルックアップテーブル(LUT)を生成することができる。このLUTから、平坦な位相が、回転ビームシステムのいずれの向きについても回収でき、また、(依然として空の視界の)断層撮影法による再構成を達成することができる。さらに、この方法は、やはり平坦さおよび粗さの点で品質基準と比較され得る、この3D測定からの統計学的特徴づけがしやすい。
エラーが生じると、この手順は、ログファイルの形態であるコンピュータネットワーク(本明細書ではクラウドと名付けられている)に有用な情報を送信するため、できる限りその問題を解決または診断するように始められる。いくつかの試験ルーチンの後で、装置が依然として適切に動作しない場合、メンテナンスが必要となり得る。
I.非コリメートビームが平らな窓を通過すること、
II.ビームがレンズに斜めに、すなわちレンズの光軸に非平行に、通過すること、
によっても劣化する場合がある。
は、光学システムの位相オフセット
によって変更されることが想定される。よって、光照射野は、
の形態の収差が既知である場合、補正位相因子
を導き出すことができ、これにより、ひずみのない照射野(object field)を再構築することができる:
は、ゼルニケ多項式と呼ばれる一連の多項式
で、展開され得る。これらの多項式は、図15aに描かれている。したがって、補正因子は、1組のパラメータ
へと換算され得る。測定後に収差を数字の上で補正するには、パラメータ
を決定しなければならない。
は一定であり、そのため、例えばホログラフィー顕微鏡によって測定された位相は、純粋な収差を示す。この収差の分析は、それぞれの原点を示す。Z1収差、すなわち傾斜は、照明の向きθおよびαにのみ依存し、それらの大きさは、各ホログラムの搬送波周波数から直接決定され得る。大部分の高次収差(m≧2)は、画像化システムに特徴的なものであり、サンプルとは無関係であるので、これらの収差は、サンプル無しで特徴づけることができ、それらの対応する補正パラメータ
は、参照表に記憶されている。特例は、デフォーカス収差
であり、これは、システムにより定められた成分と、サンプル厚さnhおよび照明方向によって決まる成分と、で構成されている。よって、対応する補正パラメータ
は、nhおよびθの追加パラメータと共に、参照表に記憶されなければならない。
は、ホログラムのフーリエ変換(特殊周波数領域(special frequency domain):SFD)から、またはただ1つのゼロでない次数を含むようにフィルタリングされたホログラム周波数の位相に対する実空間での最小二乗適合を通じて(または、これら2つのアプローチの組み合わせによって)、直接決定され得る。補正因子は、ホログラムの搬送波ピークの位置、または、最小二乗法により適合された平面の傾きに、正比例する。
は、θ(およびサンプル厚さ)をルックアップテーブルに挿入することによって、得ることができる。このルックアップテーブルは、手順P6にあるように、透明で均一なサンプルに関する較正測定値から先に投入されている。さまざまなサンプル媒質厚さnhおよび回転ビーム機構角度θについて、補正されていない位相が測定され、ゼルニケ多項式
への最小二乗適合により、ルックアップテーブル値がもたらされる。
ここで、(x0,y0)は、傾斜可能なミラーから反射されたビームの位置であり、(x1,y1)は、サンプル媒質に入るビームの位置である。αと光学的厚さnhとの非線形の関係は、このようにして得ることができるが、ミラーまでの距離と比べて小さい光学的厚さでは、反応は、顕微鏡の標準値について図16cに示すように、ほぼ線形である。
図17aを参照すると、サンプル照明ビームの回転ヘッド構造の例示が、以下で論じる機械的公差の影響を調べるために表わされている。変化するパラメータには以下が含まれる:
・α:光軸Aに対する中央のミラー54の角度
・β:構造体に対する回転ビームシステム28の角度
・θ:中立位置での光軸に対する周辺ミラー56の角度
・d:正常方向にある中央のミラー54の位置
・d’:2つのミラー54、56間の距離
・d”:中空のシャフト58と比べたアームの水平位置
選択された基準は、機械的ピボット軸周辺における正常方向の静誤差に対応する、例えば0.1°であってよい、MEMSミラー26bの補償角度の特定の公差以内であるというものである。
・d/d’およびd”:0.1mm(それほど重要ではない)
・α/β/θ:幾何公差の0.0055mmに対応する0.025°
機能的構造の欠陥または単純に欠点により、サンプルビームの光路の長さ(OPL)は、回転スキャンアームがホログラムの取得中に360°の回転を完了させているときに、変化する可能性がある。それらの欠陥が、レーザーの干渉長の一部に制限されるOPL変動をもたらす場合、図4h〜図4iとの関連で示す手順は、スキャンアーム(図2cおよび図2d参照)の任意の向きの最適な縞コントラストを有するために使用され得る。
a)サンプルをサンプルホルダー上に置く、
b)回転ビームシステムを第1の位置に位置付ける、
c)参照波を向けるように構成された、少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)を第1の位置に位置付ける、
d)サンプルビームのスイッチがオフにされている間に光感知システムによって捕捉された参照波信号の位置を測定する、
e)サンプルビームのスイッチをオンにし、光感知システムによって捕捉された信号の縞コントラストを測定する、
f)少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を、増分だけ(by an increment)変化させる、
g)増分の合計が旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の予め定められた動作範囲に対応するまで、工程d)〜f)を繰り返す、
h)各増分で得られた縞コントラスト測定値を比較して、制御システムのメモリのルックアップテーブル(LUT)に、最も高い値の縞コントラスト測定値に関する旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を、回転ビームシステムの位置と共に記憶させる、
j)回転ビームシステムを小さな増分だけ回転させ、回転ビームシステムが360°の回転を完了するまで工程c)〜h)を繰り返す。
・いったんサンプルがXYステージに置かれたら(工程P8−1)、回転アーム40を、そのパーキング位置に置く(工程P8−2)。
・次に、(図5eに示す)手順P4を開始し(工程P8−3)、最大の縞コントラストをもたらす、このアーム位置に対する最適なOPD位置を見出す。
・OPDシステムのパラメータを、このアーム位置について保存する(工程P8−4)。
・次に、スキャンアームを小さい増分で回転させ(工程P8−5)、その後、手順P4を再び開始する。パラメータを再び記憶させる。
・アームがパーキング位置に戻るまで、先の工程P8−3〜P8−5を繰り返す。
・ルックアップテーブル(LUT)をこうして作り出し(工程P8−6)、回転ビームシステム36と同時にOPDシステム32に適用しなければならないパラメータを集める。
顕微鏡2
(干渉性の)光源4(レーザー)
参照波7a
サンプル照明ビーム7b(本明細書では物体波とも呼ばれる)
光ビームガイドシステム6
ビーム分割器14
サンプルビーム光路20
方向変更ミラー26、26a、26b
傾斜可能なミラーTM1(MEMS)
サンプル照明装置28
ミラーシステム34
第1のミラー54
第2のミラー56
回転ビームシステム36
駆動装置38
トランスミッション39(ベルト)
支持体40(回転アーム‐図1a、1b、1d、7aの実施形態/固定型‐図7b、7cの実施形態)
作用可能なミラー
中空の軸58
ベアリング59
ミラー支持本体60
回転するように構成された旋回ビーム
顕微鏡の対物レンズ37
参照波光路22
方向変更ミラー30
傾斜可能なミラーTM2、TM3、TM4(例えば、MEMSミラー)
ミラー表面61
ピボット軸63
光路差(OPD)調節装置32
第1の光偏向素子42
第2の光偏向素子44
ピボット支持体46、48
ピボット軸49、51
歯50
レンズ65(本明細書ではフィールドレンズとも呼ばれる)
ビーム再統合器16
光感知システム8(検出器、カメラ)
画像データ処理システム10
ハウジング/支持体構造12
サンプル観察ゾーン17
サンプルホルダー18
高さ調節機構
サンプル光
制御システム15
ミラー(例えば、MEMSミラー)傾斜角度制御装置
ミラー回転駆動制御装置
供給源制御装置
カメラ制御装置
サンプル1
閉鎖した収容システム3a
ベース11
カバーガラス9
観察平面13
シール7
開口した皿3b
緩衝媒質5
(1) 顕微鏡(2)において、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
制御システムと、
を含み、
前記制御システムは、前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラーの角度を自動制御するためにミラー角度制御信号を生成するように構成され、
前記ミラー角度制御信号は、前記制御システムのフィードバックループによって、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された、信号に少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする、顕微鏡。
(2) 実施態様1に記載の顕微鏡において、
前記ミラー角度制御信号が基づいている、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された前記信号は、前記光感知システムによって受け取られた前記光ビームの強度、干渉性、フリンジ周波数、および位相のうちの任意の1つ以上を含む、顕微鏡。
(3) 実施態様1または2に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM1)は、前記サンプル照明ビームの経路に位置付けられて、前記サンプル照明ビームの前記光路の逸脱および/または前記ビームの前記サンプル照明角度の調節を補正する、顕微鏡。
(4) 実施態様3に記載の顕微鏡において、
前記旋回可能に作用可能なミラー(TM1)は、顕微鏡の対物レンズ(37)の光軸と一致して、本質的には前記サンプル観察ゾーンより上に位置付けられている、顕微鏡。
(5) 実施態様1〜4のいずれかに記載の顕微鏡において、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM2、TM3、TM4)は、前記参照波の経路に位置付けられている、顕微鏡。
前記旋回可能に作用可能なミラー(TM2、TM3、TM4)は、光路差(OPD)システム(32)における前記参照波の逸脱を補正するように構成された前記OPDシステムより前、後ろ、またはその一部として、位置付けられている、顕微鏡。
(7) 実施態様1〜6のいずれかに記載の顕微鏡において、
少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM2)は、前記光感知システムにより捕捉された干渉信号を生成および調節するように構成された、前記ビーム再統合器と光路差(OPD)装置(32)との間に位置付けられている、顕微鏡。
(8) 実施態様1〜7のいずれかに記載の顕微鏡において、
前記参照波の光路に位置付けられた光路差(OPD)調節装置(32)をさらに含み、
前記OPD調節装置は、前記サンプル照明ビームに対する前記参照波の光路長を調節するように構成され、
前記OPD調節装置は、第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(42、30a)と、第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(44、30c)と、を含み、これらの光偏向素子はそれぞれ、前記参照波の光路に位置付けられた、透明な材料(42、44)または反射材料(30a、30b、30c)を含み、これによって、前記光偏向素子の傾斜角度が前記制御システムにより制御され、前記光路差を調節する、顕微鏡。
(9) 実施態様1〜8のいずれかに記載の顕微鏡において、
前記旋回可能に作用可能なミラーは、MEMSタイプの構成要素である、顕微鏡。
(10) 実施態様1〜9のいずれかに記載の顕微鏡において、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へ向けるように構成されたサンプル照明装置(28)を含み、
前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成されたミラーシステム(34)と、角度のついた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビームシステムと、を含む、顕微鏡。
前記光感知システム(8)から複数の画像フレームデータを受信するように構成されたデータ処理システム(10)をさらに含み、
前記複数の画像フレームは、前記サンプル照明ビームを前記顕微鏡の対物レンズの光軸の周辺で少なくとも360°回転させるために生成されている、顕微鏡。
(12) 実施態様11に記載の顕微鏡において、
前記光感知システムおよびデータ処理システムにより捕捉される360°当たりのフレームの数は、10より多い、顕微鏡。
(13) 実施態様12に記載の顕微鏡において、
前記画像フレームデータは、微細な物体の3次元画像へと処理されるように、前記データ処理システムにより再構築されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給されるものである、顕微鏡。
(14) 実施態様13に記載の顕微鏡において、
前記画像フレームデータは、前記微細な物体の3次元画像を改善するため前記サンプルの光学的特性を予測するように、さらに、前記データ処理システムによって使用されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給されるものである、顕微鏡。
(15) 実施態様1〜14のいずれかに記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は、微細な物体を通過した後の前記サンプル照明ビームの位相シフトを決定することによって、前記微細な物体の一部の屈折率に基づいて前記微細な物体の3次元画像を生成するように構成されている、顕微鏡。
コリメートされた光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
制御システムと、
を含み、
前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成された、ミラーシステム(34)と、角度の付いた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビーム機構と、を含むことを特徴とする、顕微鏡。
(17) 実施態様10または16に記載の顕微鏡において、
前記サンプル照明装置の前記ミラーシステム(34)は、回転支持体(40)の中に据え付けられており、前記回転ビームシステムは、前記回転支持体と、前記支持体を回転させるモーター駆動装置(38)と、から形成されている、顕微鏡。
(18) 実施態様17に記載の顕微鏡において、
前記回転支持体(40)は、前記サンプル照明光ビームを通過させるように構成された中空の軸(58)を含み、前記中空の軸は、ベアリング(59)によって、ハウジング支持構造体(12)に据え付けられている、顕微鏡。
(19) 実施態様17または18に記載の顕微鏡において、
前記回転支持体(40)は、第1および第2のミラー(54、56)が中に据え付けられるミラー支持本体(60)を含む、顕微鏡。
(20) 実施態様19に記載の顕微鏡において、
前記第1のミラー(54)は、前記中空の軸を通じて投射された前記サンプル光ビームを前記第2のミラー(56)上へと向け直し、前記第2のミラーは、前記サンプル光ビームを、照明角度(α)で前記サンプルホルダー(18)上に位置付けられた前記サンプル(1)上に向け直す、顕微鏡。
前記第1および第2のミラー(54、56)のうちの少なくとも一方は、前記制御システムによって制御される、作用可能な傾斜ミラーである、顕微鏡。
(22) 実施態様20に記載の顕微鏡において、
前記第1および第2のミラーは、前記ミラー支持本体(60)内部で固定された関係で配列されている、顕微鏡。
(23) 実施態様10または16に記載の顕微鏡において、
前記回転ビームシステム(36)は、前記サンプル照明ビームを前記サンプル照明装置(38)の前記ミラーシステム(34)に向ける、回転する作用可能な傾斜ミラー(26b)を含み、
前記ミラーシステム(34)は、固定支持体上に据え付けられている、顕微鏡。
(24) 顕微鏡(2)において、
コリメートされた光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
前記参照波の光路に位置付けられた光路差(OPD)調節装置(32)であって、前記サンプル照明ビームに対する前記参照波の光路長を調節するように構成されている、光路差(OPD)調節装置と、
制御システムと、
を含み、
前記OPD調節装置は、第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(42、30a)と、第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(44、30c)と、を含み、これらの光偏向素子はそれぞれ、前記参照波の光路に位置付けられた、透明な材料(42、44)または反射材料(30a、30b、30c)を含み、これによって、前記光偏向素子の傾斜角度が前記制御システムにより制御され、光路差を調節することを特徴とする、顕微鏡。
(25) 実施態様8または24に記載の顕微鏡において、
前記第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30a)および第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30c)のうちの少なくとも一方は、前記参照波を反射する、旋回可能に作用可能なミラーである、顕微鏡。
前記第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30a)および第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30c)のうちの少なくとも一方は、前記参照波が通過する、旋回可能に作用可能な透明の素子である、顕微鏡。
(27) 実施態様16〜26のいずれかに記載の顕微鏡において、
実施態様1〜15のいずれかに記載の任意の1つ以上の追加特徴部を含む、顕微鏡。
(28) 顕微鏡(2)を制御する方法において、前記顕微鏡は、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である、少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
電子制御システムと、を含み、
前記方法は、
前記制御システムのフィードバックループを通じて、前記光ビームにより生成された信号を、前記光感知システムから受信することと、
前記制御システムにおいて、前記光感知システムから受信した前記信号に少なくとも部分的に基づいてミラー角度制御信号を生成することと、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラーに前記ミラー角度制御信号を送って、前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラーの角度を制御することと、
を特徴とする、方法。
(29) 実施態様28に記載の方法において、
前記サンプルビームを前記サンプルに対して回転させることを含む、方法。
(30) 実施態様28または29に記載の方法において、
生成された前記ミラー角度制御信号は、動的なものである、方法。
前記ミラー角度制御信号は、前記サンプルに対する前記サンプルビームの回転の角度の関数として動的に生成される、方法。
(32) 実施態様28または29に記載の方法において、
生成された前記ミラー角度制御信号は、静的なものである、方法。
(33) 実施態様28〜32のいずれかに記載の方法において、
前記ミラー角度制御信号が基づいている、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された前記信号は、前記光感知システムによって受け取られた前記光ビームの強度、干渉性、フリンジ周波数、および位相のうちの任意の1つ以上を含む、方法。
(34) 実施態様28〜33のいずれかに記載の方法において、
前記光感知システム(8)から前記顕微鏡のデータ処理システム(10)に複数の画像フレームデータを受信することをさらに含み、
前記複数の画像フレームは、前記サンプル照明ビームを前記顕微鏡の対物レンズの光軸の周辺で少なくとも360°回転させるために生成される、方法。
(35) 実施態様34に記載の方法において、
前記光感知システムおよびデータ処理システムにより捕捉される360°当たりのフレームの数は、10より多い、方法。
前記画像フレームデータは、微細な物体の3次元画像へと処理されるように、前記データ処理システムにより再構築されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給される、方法。
(37) 実施態様34〜36のいずれかに記載の方法において、
前記画像フレームデータは、前記微細な物体の3次元画像を改善するため前記サンプルの光学的特性を予測するように、さらに、前記データ処理システムによって使用されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給される、方法。
(38) 実施態様28〜37のいずれかに記載の方法において、
微細な物体を通過した後の前記サンプル照明ビームの位相シフトを決定することによって、前記微細な物体の一部の屈折率に基づいて前記微細な物体の3次元画像を生成することをさらに含む、方法。
(39) 顕微鏡(2)を制御する方法において、前記顕微鏡は、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
電子制御システムと、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
を含み、前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成されたミラーシステム(34)と、角度のついた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビームシステムと、を含み、
前記方法は、
前記参照波とサンプルビームとの間の光路差(OPD)を前記光源の干渉長より低く保つために前記顕微鏡の前記制御システムによって前記参照波の光路長(OPL)を調節するよう、前記制御システムのメモリにルックアップテーブル(LUT)を生成することを特徴とし、
a)前記回転ビームシステムを第1の位置に位置付ける工程と、
b)前記参照波を向けるように構成された前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)を第1の位置に位置付ける工程と、
c)前記サンプルビームのスイッチがオフにされている間に前記光感知システムにより捕捉される参照波信号の位置を測定する工程と、
d)前記サンプルビームのスイッチをオンにし、前記光感知システムにより捕捉された信号の縞コントラストを測定する工程と、
e)前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を増分だけ変化させる工程と、
f)増分の合計が前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の所定の動作範囲に対応するまで、工程c)〜e)を繰り返す工程と、
g)各増分で得られた縞コントラストの測定値を比較して、前記ルックアップテーブル(LUT)に、最も高い値の縞コントラスト測定値に関する前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を、前記回転ビームシステムの位置と共に記憶させる工程と、
h)前記回転ビームシステムを小さな増分だけ回転させ、前記回転ビームシステムが360°の回転を完了するまで、工程b)〜g)を繰り返す工程と、
を含む、方法。
(40) 実施態様28〜39のいずれかに記載の方法において、
実施態様1〜27のいずれかに記載の顕微鏡を使用する、方法。
Claims (40)
- 顕微鏡(2)において、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
制御システムと、
を含み、
前記制御システムは、前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラーの角度を自動制御するためにミラー角度制御信号を生成するように構成され、
前記ミラー角度制御信号は、前記制御システムのフィードバックループによって、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された、信号に少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする、顕微鏡。 - 請求項1に記載の顕微鏡において、
前記ミラー角度制御信号が基づいている、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された前記信号は、前記光感知システムによって受け取られた前記光ビームの強度、干渉性、フリンジ周波数、および位相のうちの任意の1つ以上を含む、顕微鏡。 - 請求項1または2に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM1)は、前記サンプル照明ビームの経路に位置付けられて、前記サンプル照明ビームの前記光路の逸脱および/または前記ビームの前記サンプル照明角度の調節を補正する、顕微鏡。 - 請求項3に記載の顕微鏡において、
前記旋回可能に作用可能なミラー(TM1)は、顕微鏡の対物レンズ(37)の光軸と一致して、本質的には前記サンプル観察ゾーンより上に位置付けられている、顕微鏡。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM2、TM3、TM4)は、前記参照波の経路に位置付けられている、顕微鏡。 - 請求項4または5に記載の顕微鏡において、
前記旋回可能に作用可能なミラー(TM2、TM3、TM4)は、光路差(OPD)システム(32)における前記参照波の逸脱を補正するように構成された前記OPDシステムより前、後ろ、またはその一部として、位置付けられている、顕微鏡。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
少なくとも1つの旋回可能に作用可能なミラー(TM2)は、前記光感知システムにより捕捉された干渉信号を生成および調節するように構成された、前記ビーム再統合器と光路差(OPD)装置(32)との間に位置付けられている、顕微鏡。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記参照波の光路に位置付けられた光路差(OPD)調節装置(32)をさらに含み、
前記OPD調節装置は、前記サンプル照明ビームに対する前記参照波の光路長を調節するように構成され、
前記OPD調節装置は、第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(42、30a)と、第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(44、30c)と、を含み、これらの光偏向素子はそれぞれ、前記参照波の光路に位置付けられた、透明な材料(42、44)または反射材料(30a、30b、30c)を含み、これによって、前記光偏向素子の傾斜角度が前記制御システムにより制御され、前記光路差を調節する、顕微鏡。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記旋回可能に作用可能なミラーは、MEMSタイプの構成要素である、顕微鏡。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へ向けるように構成されたサンプル照明装置(28)を含み、
前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成されたミラーシステム(34)と、角度のついた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビームシステムと、を含む、顕微鏡。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記光感知システム(8)から複数の画像フレームデータを受信するように構成されたデータ処理システム(10)をさらに含み、
前記複数の画像フレームは、前記サンプル照明ビームを前記顕微鏡の対物レンズの光軸の周辺で少なくとも360°回転させるために生成されている、顕微鏡。 - 請求項11に記載の顕微鏡において、
前記光感知システムおよびデータ処理システムにより捕捉される360°当たりのフレームの数は、10より多い、顕微鏡。 - 請求項12に記載の顕微鏡において、
前記画像フレームデータは、微細な物体の3次元画像へと処理されるように、前記データ処理システムにより再構築されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給されるものである、顕微鏡。 - 請求項13に記載の顕微鏡において、
前記画像フレームデータは、前記微細な物体の3次元画像を改善するため前記サンプルの光学的特性を予測するように、さらに、前記データ処理システムによって使用されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給されるものである、顕微鏡。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
前記顕微鏡は、微細な物体を通過した後の前記サンプル照明ビームの位相シフトを決定することによって、前記微細な物体の一部の屈折率に基づいて前記微細な物体の3次元画像を生成するように構成されている、顕微鏡。 - 顕微鏡(2)において、
コリメートされた光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
制御システムと、
を含み、
前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成された、ミラーシステム(34)と、角度の付いた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビーム機構と、を含むことを特徴とする、顕微鏡。 - 請求項10または16に記載の顕微鏡において、
前記サンプル照明装置の前記ミラーシステム(34)は、回転支持体(40)の中に据え付けられており、前記回転ビームシステムは、前記回転支持体と、前記支持体を回転させるモーター駆動装置(38)と、から形成されている、顕微鏡。 - 請求項17に記載の顕微鏡において、
前記回転支持体(40)は、前記サンプル照明光ビームを通過させるように構成された中空の軸(58)を含み、前記中空の軸は、ベアリング(59)によって、ハウジング支持構造体(12)に据え付けられている、顕微鏡。 - 請求項17または18に記載の顕微鏡において、
前記回転支持体(40)は、第1および第2のミラー(54、56)が中に据え付けられるミラー支持本体(60)を含む、顕微鏡。 - 請求項19に記載の顕微鏡において、
前記第1のミラー(54)は、前記中空の軸を通じて投射された前記サンプル光ビームを前記第2のミラー(56)上へと向け直し、前記第2のミラーは、前記サンプル光ビームを、照明角度(α)で前記サンプルホルダー(18)上に位置付けられた前記サンプル(1)上に向け直す、顕微鏡。 - 請求項20に記載の顕微鏡において、
前記第1および第2のミラー(54、56)のうちの少なくとも一方は、前記制御システムによって制御される、作用可能な傾斜ミラーである、顕微鏡。 - 請求項20に記載の顕微鏡において、
前記第1および第2のミラーは、前記ミラー支持本体(60)内部で固定された関係で配列されている、顕微鏡。 - 請求項10または16に記載の顕微鏡において、
前記回転ビームシステム(36)は、前記サンプル照明ビームを前記サンプル照明装置(38)の前記ミラーシステム(34)に向ける、回転する作用可能な傾斜ミラー(26b)を含み、
前記ミラーシステム(34)は、固定支持体上に据え付けられている、顕微鏡。 - 顕微鏡(2)において、
コリメートされた光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
前記参照波の光路に位置付けられた光路差(OPD)調節装置(32)であって、前記サンプル照明ビームに対する前記参照波の光路長を調節するように構成されている、光路差(OPD)調節装置と、
制御システムと、
を含み、
前記OPD調節装置は、第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(42、30a)と、第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(44、30c)と、を含み、これらの光偏向素子はそれぞれ、前記参照波の光路に位置付けられた、透明な材料(42、44)または反射材料(30a、30b、30c)を含み、これによって、前記光偏向素子の傾斜角度が前記制御システムにより制御され、光路差を調節することを特徴とする、顕微鏡。 - 請求項8または24に記載の顕微鏡において、
前記第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30a)および第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30c)のうちの少なくとも一方は、前記参照波を反射する、旋回可能に作用可能なミラーである、顕微鏡。 - 請求項8または24に記載の顕微鏡において、
前記第1の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30a)および第2の旋回可能に調節可能な光偏向素子(30c)のうちの少なくとも一方は、前記参照波が通過する、旋回可能に作用可能な透明の素子である、顕微鏡。 - 請求項16〜26のいずれか1項に記載の顕微鏡において、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の任意の1つ以上の追加特徴部を含む、顕微鏡。 - 顕微鏡(2)を制御する方法において、前記顕微鏡は、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である、少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
電子制御システムと、を含み、
前記方法は、
前記制御システムのフィードバックループを通じて、前記光ビームにより生成された信号を、前記光感知システムから受信することと、
前記制御システムにおいて、前記光感知システムから受信した前記信号に少なくとも部分的に基づいてミラー角度制御信号を生成することと、
前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラーに前記ミラー角度制御信号を送って、前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラーの角度を制御することと、
を特徴とする、方法。 - 請求項28に記載の方法において、
前記サンプルビームを前記サンプルに対して回転させることを含む、方法。 - 請求項28または29に記載の方法において、
生成された前記ミラー角度制御信号は、動的なものである、方法。 - 請求項30に記載の方法において、
前記ミラー角度制御信号は、前記サンプルに対する前記サンプルビームの回転の角度の関数として動的に生成される、方法。 - 請求項28または29に記載の方法において、
生成された前記ミラー角度制御信号は、静的なものである、方法。 - 請求項28〜32のいずれか1項に記載の方法において、
前記ミラー角度制御信号が基づいている、前記光感知システムから受信され、前記光ビームにより生成された前記信号は、前記光感知システムによって受け取られた前記光ビームの強度、干渉性、フリンジ周波数、および位相のうちの任意の1つ以上を含む、方法。 - 請求項28〜33のいずれか1項に記載の方法において、
前記光感知システム(8)から前記顕微鏡のデータ処理システム(10)に複数の画像フレームデータを受信することをさらに含み、
前記複数の画像フレームは、前記サンプル照明ビームを前記顕微鏡の対物レンズの光軸の周辺で少なくとも360°回転させるために生成される、方法。 - 請求項34に記載の方法において、
前記光感知システムおよびデータ処理システムにより捕捉される360°当たりのフレームの数は、10より多い、方法。 - 請求項34または35に記載の方法において、
前記画像フレームデータは、微細な物体の3次元画像へと処理されるように、前記データ処理システムにより再構築されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給される、方法。 - 請求項34〜36のいずれか1項に記載の方法において、
前記画像フレームデータは、前記微細な物体の3次元画像を改善するため前記サンプルの光学的特性を予測するように、さらに、前記データ処理システムによって使用されるか、または、前記データ処理システムによってコンピューティングシステムに供給される、方法。 - 請求項28〜37のいずれか1項に記載の方法において、
微細な物体を通過した後の前記サンプル照明ビームの位相シフトを決定することによって、前記微細な物体の一部の屈折率に基づいて前記微細な物体の3次元画像を生成することをさらに含む、方法。 - 顕微鏡(2)を制御する方法において、前記顕微鏡は、
光ビーム(7)を生成する光源(4)と、
光ビームガイドシステム(6)であって、前記光ビーム(7)を、旋回可能に作用可能である少なくとも1つの方向変更ミラー(TM1、TM2、TM3、TM4)によって向けられる、前記光ビームガイドシステムを通過する参照波(7a)とサンプル照明ビーム(7b)とに分割するように構成されたビーム分割器(14)を含み、前記参照波およびサンプルビームをそれらそれぞれの光路に沿ってガイドする、光ビームガイドシステムと、
前記サンプル照明ビームの経路内で観察されるべきサンプル(1)を受け取るように構成されたサンプル観察ゾーン(17)と、
前記サンプル照明ビームが前記サンプル観察ゾーンを通過した後で前記参照波およびサンプル照明ビームを再統合するように構成されたビーム再統合器(16)と、
前記ビーム再統合器の下流で前記光ビームの少なくとも位相および強度の値を回収するように構成された光感知システム(8)と、
電子制御システムと、
前記サンプル照明ビーム(7b)を、前記サンプル観察ゾーンに通して顕微鏡の対物レンズ(37)内へと向けるように構成されたサンプル照明装置(28)と、
を含み、前記サンプル照明装置(28)は、前記サンプル照明ビームを、前記顕微鏡の対物レンズの光軸(A)に対してゼロでない照明角度(α)で向けるように構成されたミラーシステム(34)と、角度のついた前記サンプル照明ビームを前記光軸の周辺で回転させるように構成された回転ビームシステムと、を含み、
前記方法は、
前記参照波とサンプルビームとの間の光路差(OPD)を前記光源の干渉長より低く保つために前記顕微鏡の前記制御システムによって前記参照波の光路長(OPL)を調節するよう、前記制御システムのメモリにルックアップテーブル(LUT)を生成することを特徴とし、
a)前記回転ビームシステムを第1の位置に位置付ける工程と、
b)前記参照波を向けるように構成された前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)を第1の位置に位置付ける工程と、
c)前記サンプルビームのスイッチがオフにされている間に前記光感知システムにより捕捉される参照波信号の位置を測定する工程と、
d)前記サンプルビームのスイッチをオンにし、前記光感知システムにより捕捉された信号の縞コントラストを測定する工程と、
e)前記少なくとも1つの旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を増分だけ変化させる工程と、
f)増分の合計が前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の所定の動作範囲に対応するまで、工程c)〜e)を繰り返す工程と、
g)各増分で得られた縞コントラストの測定値を比較して、前記ルックアップテーブル(LUT)に、最も高い値の縞コントラスト測定値に関する前記旋回可能に作用可能な方向変更ミラー(TM3、TM4)の位置を、前記回転ビームシステムの位置と共に記憶させる工程と、
h)前記回転ビームシステムを小さな増分だけ回転させ、前記回転ビームシステムが360°の回転を完了するまで、工程b)〜g)を繰り返す工程と、
を含む、方法。 - 請求項28〜39のいずれか1項に記載の方法において、
請求項1〜27のいずれか1項に記載の顕微鏡を使用する、方法。
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