JP2020505633A - 顕微分光測定の方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
−光学顕微鏡の試料ステージの現在位置を決定するステップと、
−試料ステージ上に配置された試料に向けて照明光ビームを生成するステップと、
−光学顕微鏡上の顕微鏡対物レンズを選択するステップと、
−試料表面からの照明光ビームの反射または透過によって前記光学顕微鏡を通して形成された第1の画像を取得するステップであって、第1の画像は大視野を有する、ステップと、
−第1の画像をデータ記憶ユニットに記憶させるステップと、
−第1の画像を表示システム上に表示するステップと、
−試料表面からの照明ビームの反射または透過によって前記光学顕微鏡を通して形成された第2の画像を取得するステップであって、第2の画像は第1の画像の視野よりも小さい小視野を有する、ステップと、
−第2の画像を表示システム上に表示するステップと、
−小視野の第2の画像に対応する、第1の画像の座標系における領域を決定するステップと、
−前記領域のグラフィック表現を第1の画像上に重ね合わせて表示するステップと、
−表示システム上に表示された第1の画像内および/または第2の画像内の関心領域を選択するステップと、
−前記顕微鏡を通して励起光ビームを試料の関心領域上に導くように試料を位置決めし、試料の関心領域上で励起光ビームの散乱によって生成されたラマンまたはフォトルミネッセンス光ビームを収集するステップと、
を含む顕微分光測定方法を提供することである。
−光学顕微鏡に対する試料ホルダの複数の相対的軸方向(Z)位置において、試料の複数の画像を取得するために顕微鏡対物レンズを使用するステップであって、前記相対的軸方向(Z)位置は前記顕微鏡対物レンズ光軸に沿って取られている、ステップと、
−前記複数の画像の各画像について中心領域内の鮮鋭度を評価するステップと、
−前記複数の軸方向Z位置について評価された鮮鋭度から中心領域内の合焦位置を推定するステップと、
−試料を中心領域内の前記合焦位置に配置するステップと、
を含み、
−前記第1の画像および/または前記第2の画像を取得するステップは前記合焦位置で行われる。
−試料の前記複数の画像に対して、複数の画素列ベクトル(Px,Py)を、光軸(OZ)に沿った前記複数の軸方向位置(Z)の関数として決定するステップと、
−複数の画素列ベクトル(Px,Py)の各々について、平均二乗偏差、変動、勾配、一次導関数プロファイルまたは二次導関数プロファイルのそれぞれ、および関連する信頼水準値を使用して、鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを評価するステップと、
−複数の画素列ベクトルの各々に対して、関連する信頼水準値を用いて前記鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを解析して、そこから複数の画素列ベクトルの各々に対して合焦位置を推定するステップと、
−合焦位置の3次元座標および対応する画素強度を抽出するステップと、
−合焦位置の3次元座標および対応する画素強度を記憶ユニット45内に保存するステップと、
−合焦位置の3次元座標、および対応する画素強度を使用して、試料トポグラフィ画像Z(X,Y)、および/または3次元試料表面画像を構築するステップと、
を含む。
本開示の第1の態様は、試料表面上での容易なナビゲーションを提供する、PLまたはラマン信号取得のための新しいシステムおよび方法に関する。
MSD=(Σ(Ix+d,y−Ix−d,y)2+Σ(Ix,y+d−Ix,y−d)2)⁄(2*M*N)
Claims (14)
- 分析対象の試料を保持するための試料ホルダ、および光軸(OZ)を画定する少なくとも1つの顕微鏡対物レンズ(11、12)を備える光学顕微鏡(10)と、
励起光ビームを生成するように適合された光源(51)、分光計(55)、および検出システム(60)を備える分光システム(50)と、
前記少なくとも1つの顕微鏡対物レンズ(11、12)を通して前記励起光ビームを前記試料上に導き、前記試料上で前記励起光ビームの散乱によって生成されたラマンまたはフォトルミネッセンス光ビームを収集するように適合された光学システム(14)であって、前記ラマンまたはフォトルミネッセンス光ビームを前記分光計(55)および前記検出システム(60)に向けて導くように適合された、光学システム(14)と、
前記試料ホルダと前記少なくとも1つの顕微鏡対物レンズ(11、12)との間の相対的な横方向(dX,dY)および/または軸方向(dZ)の移動を駆動するための作動システム(20)と、を備える光学顕微分光システムにおいて、
前記光学顕微分光システムは、
照明ビームを生成するための別の光源(18)と、
前記少なくとも1つの顕微鏡対物レンズ(11、12)と組み合わせて配置され、前記試料の第1の画像(71)を取得し、前記試料の第2の画像(72)を取得するように構成された画像化システム(16、41)であって、前記第1の画像(71)および前記第2の画像(72)は試料表面からの前記照明ビームの反射または透過によって形成されており、前記第1の画像(71)は大視野を有し、前記第2の画像(72)は小視野を有する、画像化システム(16、41)と、
前記第2の画像(72)の前記小視野に対応する前記第1の画像(71)の座標系における領域を決定するように構成された処理システム(40)と、
前記第1の画像(71)および前記第2の画像(72)を表示し、前記領域のグラフィック表現(73)を前記第1の画像(71)上に重ねて表示するように構成された表示システム(44)と、
前記第1の画像および/または前記第2の画像内の関心領域を選択するように構成されたユーザインタフェースと、を備え、
前記作動システム(20)は前記励起光ビームを受けるように前記関心領域を位置決めするように構成されており、
前記分光システム(50)は、前記関心領域から生成されたラマンまたはフォトルミネッセンス信号を取得するように構成されていることを特徴とする、
光学顕微分光システム。 - 前記画像化システム(16、41)は前記第2の画像(72)をリアルタイムで取得するように適合され、前記処理システム(40)は前記第2の画像(72)に対応する前記領域をリアルタイムで更新するように適合され、前記表示システム(44)は前記第2の画像(72)をリアルタイムで表示し、前記更新された領域の前記グラフィック表現(73)をリアルタイムで表示するように適合された、請求項1に記載の光学顕微分光システム。
- 前記ユーザインタフェースは、一体型コンピュータマウス、トラックボール、ジョイスティック、タッチパッドおよび/またはタッチスクリーンを備え、前記ユーザインタフェースは、ドラッグアンドムーブ操作を用いて、それぞれ前記第1の画像(71)または前記第2の画像(72)とインタラクトし、それにより、それぞれ前記第1の画像(71)内の前記大視野または前記第2の画像(72)内の前記小視野を、定められた水平変位量だけ移動させるように適合され、前記作動システム(20)は、それぞれ前記第1の画像(71)内のまたは前記第2の画像(72)内の前記定められた水平変位量に比例した相対水平運動(dX,dY)を駆動するように適合された、請求項2に記載の光学顕微分光システム。
- 前記作動システム(20)は、前記少なくとも1つの顕微鏡対物レンズの軸方向位置(Z)を、前記光軸(OZ)に沿って前記試料ホルダに対して変更するように構成された駆動ユニットを備え、
前記画像化システム(16)は、前記光軸(OZ)に沿った複数の軸方向位置(Z)において前記試料の複数の画像を取得するように構成され、
前記処理システム(40)は、前記複数の画像の各画像に対する中心領域内の隣接する画素強度の平均二乗差(MSD)を計算し、前記平均二乗差から前記複数の画像のうちの各々の前記中心領域についての画像鮮鋭度を評価するように構成され、前記処理システム(40)は、前記画像鮮鋭度から前記中心領域上の合焦位置を推定するように構成され、
前記画像化システム(16)は、前記第1の画像(71)、および/または前記中心領域上の前記合焦位置における前記第2の画像(72)を取得するように構成されている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学顕微分光システム。 - 前記中心領域上の前記合焦位置は、前記複数の画像の各々についての平均二乗差(MSD)値と、前記平均二乗差値のプロファイルとを、前記複数の軸方向位置(Z)の関数として算出することによって決定され、前記中心領域上の前記合焦位置は、前記平均二乗差値の前記プロファイルの最大値を算出することによって決定される、請求項4に記載の光学顕微分光システム。
- 前記画像鮮鋭度は、前記複数の画像の各々について中心領域における平均強度導関数と平均強度プロファイル導関数とを、前記複数の軸方向Z位置の関数として算出することによって評価され、合焦近傍位置範囲が、前記平均強度プロファイル導関数の最大値に向かう、軸方向(OZ)の変位によって決定される、請求項4または5に記載の光学顕微分光システム。
- 前記処理システム(40)は、前記試料の前記複数の画像に対して、複数の画素列ベクトル(Px,Py)を前記光軸(OZ)に沿った前記複数の軸方向位置(Z)の関数として決定するように構成され、
前記処理システム(40)は、前記複数の画素列ベクトル(Px,Py)の各々および関連する信頼水準の値に対して、勾配または一次導関数プロファイルまたは二次導関数プロファイルのそれぞれ、平均二乗差または変動量を使用して、鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを評価するように構成され、
前記処理システム(40)は、前記関連する信頼水準値を用いて、前記画素列ベクトル(Px,Py)の各々について前記鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを解析し、そこから前記複数の画素列ベクトル(Px,Py)の各々について合焦位置を推定するように構成され、
前記処理システム(40)は、前記複数の画素列ベクトル(Px,Py)の各々について前記合焦位置の3次元座標および対応する画素強度を決定し、前記試料表面を3次元で表す試料トポグラフィ画像を構築するように構成されている、
請求項4〜6のいずれか一項に記載の光学顕微分光システム。 - 光学顕微鏡の試料ステージの現在位置を決定するステップと、
前記試料ステージ上に配置された試料に向けて照明光ビームを生成するステップと、
前記光学顕微鏡(10)上の顕微鏡対物レンズ(11、12)を選択するステップと、
試料表面からの前記照明光ビームの反射または透過によって前記光学顕微鏡(10)を通して形成された第1の画像(71)を取得するステップであって、前記第1の画像(71)は大視野を有する、ステップと、
前記第1の画像(71)をデータ記憶装置(45)に記憶させるステップと、
前記第1の画像(71)を表示システム(44)上に表示するステップと、
前記試料表面からの前記照明ビームの反射または透過によって前記光学顕微鏡(10)を通して形成された第2の画像(72)を取得するステップであって、前記第2の画像(72)は小視野を有する、ステップと、
前記第2の画像(72)を前記表示システム(44)上に表示するステップと、
前記第2の画像(72)の前記小視野に対応する前記第1の画像(71)の座標系における領域を決定するステップと、
前記領域のグラフィック表現(73)を前記第1の画像(71)上に表示するステップと、
前記表示システム(44)上に表示された前記第1の画像(71)内および/または前記第2の画像(72)内の関心領域を選択するステップと、
前記顕微鏡を通して励起光ビームを前記試料の前記関心領域上に導くように前記試料を位置決めし、前記試料の前記関心領域上で前記励起光ビームの散乱によって生成されたラマンまたはフォトルミネッセンス光ビームを収集するステップと、
分光計システム(55、60)を使用してラマンまたはフォトルミネッセンス信号を取得するステップと、
を含む顕微分光測定方法。 - 前記光学顕微鏡に対する前記試料ホルダの複数の相対的軸方向(Z)位置において、前記試料の複数の画像を取得するために顕微鏡対物レンズを使用するステップであって、前記相対的軸方向(Z)位置は前記顕微鏡対物レンズの光軸(OZ)に沿って取られている、ステップと、
前記複数の画像の各画像について中心領域内の鮮鋭度を評価するステップと、
前記複数の軸方向Z位置について評価された前記鮮鋭度から前記中心領域内の合焦位置を推定するステップと、
前記試料を前記中心領域内の前記合焦位置に配置するステップと、を更に含み、
前記第1の画像(71)および/または前記第2の画像(72)を取得する前記ステップは前記合焦位置で行われる、
請求項8に記載の顕微分光測定方法。 - 前記複数の画像のそれぞれについて前記中心領域内の平均強度導関数を算出するステップと、前記複数の軸方向Z位置の関数として平均強度導関数プロファイルを決定するステップと、前記試料ホルダを前記平均強度導関数プロファイルの最小の方向に変位させ、合焦近傍位置範囲を決定するステップと、を更に含む、請求項9に記載の顕微分光測定方法。
- 鮮鋭度を評価する前記ステップは、前記複数の軸方向Z位置の関数として、前記複数の画像の各々についての前記中心領域における平均強度差値から、および平均二乗差(MSD)プロファイルから推定され、前記合焦位置は、前記平均二乗差値プロファイルの最大値を算出することによって決定される、請求項9または10に記載の顕微分光測定方法。
- 鮮鋭度を評価する前記ステップは、前記複数の画像の各々の中心領域における画像勾配を算出すること、および画像勾配プロファイルを前記複数の軸方向Z位置の関数として算出することから推定され、前記合焦位置は、前記画像勾配プロファイルの最大値を算出することによって決定される、請求項9〜11のいずれか一項に記載の顕微分光測定方法。
- 前記試料の前記複数の画像に対して、複数の画素列ベクトル(Px,Py)を、前記光軸(OZ)に沿った前記複数の軸方向位置(Z)の関数として決定するステップと、
前記複数の画素列ベクトル(Px,Py)の各々について、平均二乗偏差、変動、勾配、一次導関数プロファイルまたは二次導関数プロファイルのそれぞれ、および関連する信頼水準値を使用して、鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを評価するステップと、
前記複数の画素列ベクトルの各々に対して、前記関連する信頼水準値を用いて前記鮮鋭度プロファイルまたはコントラストプロファイルを解析して、そこから前記複数の画素列ベクトルの各々に対して合焦位置を推定するステップと、
前記合焦位置の3次元座標および対応する画素強度を抽出するステップと、
前記合焦位置の3次元座標および対応する画素強度を前記記憶ユニット45内に保存するステップと、
前記合焦位置の3次元座標、および対応する画素強度を使用して、試料トポグラフィ画像Z(X,Y)、および/または3次元試料表面画像を構築するステップと、を更に含む、
請求項9〜12のいずれか一項に記載の顕微分光測定方法。 - ラマンまたはPL測定のための前記関心領域は、矩形領域、円盤状領域、ユーザ指定領域、線、ランダムに選択された点のセット、およびユーザ指定点のセット、の中から選択される、請求項8〜13のいずれか一項に記載の顕微分光測定方法。
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