JP6771490B2 - 共焦点レーザ走査顕微鏡を使用した蛍光走査顕微鏡法の信号の評価 - Google Patents
共焦点レーザ走査顕微鏡を使用した蛍光走査顕微鏡法の信号の評価 Download PDFInfo
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Description
a)走査順画像形成にも拘わらず、測定時間を短縮し、
b)光学セクションを通してぶれのない撮像、すなわち、共焦点アパーチャを通してピンぼけ蛍光を使用可能な焦点信号から分けること
に向けられる目的において様々である。
1)順次データ取得での時間の消費、
2)焦点での高強度を通しての試料へのダメージ(例えば、退色)、及び
3)使用されないピンぼけ強度を通しての試料へのダメージ(例えば、退色)。
−特許文献5
−非特許文献4
−非特許文献5
−非特許文献6
−蛍光系(分子)が、少なくとも2つの区別可能な蛍光状態(例えば、オン/オフ)を有さなければならず、
−異なるエミッタ(分子)が、互いから独立して、且つこれらの状態間で確率的に変化又は「明滅」しなければならず、
−状態の切り替えは、画像センサ(面積検出器)により時間的に検出可能でなければならない。
−少なくとも1つの照明ビームは、ビーム結合器により顕微鏡観測ビーム路に結合され、顕微鏡観測ビーム路は、画像面まで試料の測定体積により定義され、光軸に沿って、顕微鏡対物レンズ、照明ビームを結合するビーム結合器、及び画像面に配置される検出器アレイを有する、ステップと、
−照明ビームは、測定体積において顕微鏡対物レンズを用いて結像され、照明ビームは、照明瞳におけるビーム形成位相マスクを通過して、長尺状焦点を生成する、ステップと、
−測定体積において生成される蛍光は、顕微鏡対物レンズにより収集されコリメートされ、その結果生成される光ビームは、ビーム結合器と画像面との間に配置される回折光学系にルーティングされる、ステップと、
−測定体積において生成される光ビームは、回折光学系により、異なる回折次数のビーム束に分割され、異なる回折次数は、検出光学系により検出器アレイの別個の検出器領域で撮像され、回折光学系は、あらゆる回折次数の光ビームに、他の回折次数と異なる球面位相を与え、それにより、測定体積の異なる深度の焦点面からの蛍光は、異なる回折次数に関連付けられ、共焦点区別なしで別個の検出器領域に偏向され、別個の検出器領域により、測定体積の関連付けられた焦点面からの蛍光及び測定体積のピントがずれて撮像された隣接焦点面からの蛍光クロストークは、電子蛍光信号に変換させる、ステップと、
−測定体積の異なる焦点面を起点とし、クロストークが回折次数に沿って重ねられる蛍光信号には、測定体積での蛍光染料の区別可能な明滅挙動に基づいて、蛍光信号の相関に基づく関連付けにより、測定体積において定義される焦点面が関連付けられる、ステップと
を有する。
−少なくとも1つの照明ビーム22は、ビーム結合器13により顕微鏡観測ビーム路1に結合され、顕微鏡観測ビーム路1は、画像面BEまで試料5の測定体積51により定義され、光軸11に沿って、顕微鏡対物レンズ12、ビーム結合器13、及び画像面BEに配置される検出器ユニット3を有する、ステップ、
−照明ビーム22は、測定体積51において顕微鏡対物レンズ12を用いて結像され、照明ビーム22は、照明瞳におけるビーム形成位相マスク23を通過して、長尺状焦点を生成する、ステップ、
−測定体積51において生成される蛍光は、顕微鏡対物レンズ12により収集されコリメートされ、その結果生成される光ビームは、ビーム結合器13と画像面BEとの間に配置される回折光学系15にルーティングされる、ステップ、
−測定体積51において生成される光ビームは、回折光学系15により、異なる回折次数BOのビーム束に分割され、異なる回折次数BOは、検出光学系8により検出器アレイ3の別個の検出器領域31で撮像され、回折光学系15は、あらゆる回折次数BOの光ビームに、他の回折次数BOと異なる球面位相を与え、それにより、測定体積51の異なる深度の焦点面FEからの蛍光は、異なる回折次数BOに関連付けられ、共焦点区別なしで、測定体積51の関連付けられた焦点面FEからの蛍光及び測定体積51のピントがずれて撮像された隣接焦点面FEからの蛍光クロストークを電子蛍光信号34に変換させる別個の検出器領域31に偏向される、ステップ、及び
−測定体積51の異なる焦点面FEを起点とし、クロストークが回折次数BOに沿って重畳される蛍光信号34には、測定体積51での蛍光染料の区別可能な明滅挙動に基づいて、電子蛍光信号34の相関に基づく関連付けにより、測定体積51において定義される焦点面FEが関連付けられる、ステップ。
1)平面n+1は、平面n−1と相互相関されて、図3aに示される平面nへの既存の寄与を特定し、
2)平面nは平面n+1と相関されて、中間平面n+1/2(別個に図示せず)を生成し、及び
3)平面n+1及びn−1並びに平面n及びn+1の相互相関は、図3bからの総合結果を与える。
XC2(ni,nj,τ)=AijΣi,j〈δI(ni,t+τ)*δI(nj,t)〉t (2)
であり、式中、XCは相互相関又は相互キュムラントであり、niは平面iであり、Aijは加重係数である。
この時点まで、検出器3は検出器のアレイとして見なされ、その検出器領域31が通常、個々のセンサ要素として解釈され、焦点面FEに関連づけられる。
−照明ビーム22は、測定体積51において顕微鏡対物レンズ12を用いて結像され、照明ビーム22は、照明瞳においてビーム形成位相マスク23を通過して、長尺状焦点を生成する、ステップ、
−測定体積51において生成される蛍光は、顕微鏡対物レンズ12により収集されコリメートされ、その結果生成される光ビームは、ビーム結合器13と画像面BEとの間に配置される回折光学系15にルーティングされる、ステップ、
−測定体積51において生成される光ビームは、回折光学系15により、異なる回折次数BOのビーム束に分割され、異なる回折次数BOは、検出光学系8により検出器アレイ3の別個の検出器領域31で撮像され、回折光学系15は、あらゆる回折次数BOの光ビームに、他の回折次数BOと異なる球面位相を与え、それにより、測定体積51の異なる深度の焦点面FEからの蛍光は、異なる回折次数BOに関連付けられ、共焦点区別なしで別個の検出器領域31に偏向され、別個の検出器領域31により、測定体積51の関連付けられた焦点面FEからの蛍光及び測定体積51のピントがずれて撮像された隣接焦点面FEからの蛍光クロストークは、電子蛍光信号34に変換される、ステップ、及び
−測定体積51の異なる焦点面FEを起点とし、クロストークが回折次数BOに沿って重畳される電子蛍光信号34には、測定体積51での蛍光染料の区別可能な明滅挙動に基づいて、電子蛍光信号34の相関に基づく関連付けにより、測定体積51において定義される焦点面FEが関連付けられる、ステップ。
三重項状態又は他の暗状態の寿命は、多くの要因に依存し、変化する化学的環境による影響も受け得る。暗状態を長くして、カメラにより検出可能なタイミングに変動をシフトさせる既知の従来技術(例えば、S.Geissbueher et al.(2011).“Comparison between SOFI and STORM),Biomed.Opt Express 2:408−420又はDertinger et al.(2010).“Superresolution optical fluctuation with organic dyes”,Angewandte Chemie 122(49):9631−9633参照)とは対照的に、変動を短縮して、十分な相関間隔を所与として、ピクセル滞留時間を可能な限り短く保つことが本発明では有用でさえある。一例として、これは適用スペクトルを拡大し、その理由は−上述したように−最も一般的な染料の三重項寿命が、いずれの場合でも数μsの範囲内であるためである。しかし、これを超えて、変動を更に短縮することも可能である(Zheng,Quinsi et al.(2012).“On the mechanisms of cyanine fluorophore photostabilization”,The Journal of Physical Chemistry Letters 3(16):2200−2203)参照)。この公開物では、特に、トロロクス等の典型的な退色防止試剤が、Cy5の三重項寿命を、例えば、約60μsから1μsに低減することが示されている。これは、本発明による方法への二重の利得を表す:第1に、画像捕捉時間を短縮することができ、第2に、光退色を更に低減することができる。
提案される方法は、Z方向での分解能を増大させる潜在性を有する。しかし、ここでの主な目的は、並行記録されるZ平面の分離である。それにも関わらず、需要に応じて2つの効果を調整することもできる。例えば、長尺状焦点(アンダーフィル瞳又はEDOF)を有するPSFは、Z方向での分解能(回折制限撮像)の実際の増大を犠牲にして、所与の数量の検出器領域31を用いて調整して、走査で同時に取得される試料深度を増大させることができる。焦点面分割の所要隔たりは、例えば、チャープ格子として構成される、スキャナ6と回折光学系15との間のズーム光学系18により達成される。代替的には、回折光学系15の格子を置換することもできる。2つの(異なる)中継光学系14が、スキャナ6と併せて使用される場合、スキャナ6と回折光学系15との間に配置される中継光学系14は、ズーム光学系18の機能を引き継ぐこともできる。
検出器領域31の数量及び密度又は検出器アレイ33のサイズ(ピクセル数)に応じて、変動分析を通して(各染料の高速検出器による)、横方向分解能の増大を実行することもできる。そして、この属性は、高速試料節約3D撮像の最適化に利用することができる。例えば、目的が、可能な限り最大のZ領域を並行して取得することである場合、可能な限り「長い」照明PSFが選択される。照明PSFが、対物レンズ瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成の実行により実現される場合、これは、横方向分解能の低減に繋がる。しかし、信号の横方向相関を通して、より小さな焦点に対応する分解能に頼ることができる。
上述したように、本発明による方法は本質的に、一種のデコンボリューションに繋がる。当然ながら、既知の方法の1つを用いてのデータの再加工も考慮可能である。数値デコンボリューションのデータは、有利なことに、精密に生成することができ、その理由は、Z方向における互いに隣接にある平面が本発明による方法を用いて捕捉されるためである。さらに、デコンボリューションの使用を通しての焦点面FE毎の複数の横方向ピクセルの測定は、PSF(恐らくは前に測定された)を用いてデータを直接、非相関化及びデコンボリューションするステップをなくす可能性を提供する。方法を最適に利用するために、観測ビーム路1の全体光学系はそれに対応して構成されるべきである。回折光学系15の下流に配置される適切な検出光学系16は、全ての分割回折次数BOを、従来のCLSM内の受信機の前に配置される共焦点アパーチャ17(図5bのみに示される)の開口部に集束させるように構成される。この共焦点アパーチャ17は、本発明による方法では、広く開かれている。したがって、様々な回折次数BOの全てのビーム束は、検出器領域31に偏向され、検出器領域31は、ビーム束が、検出器ユニット3に衝突するまで、少なくとも、個々の検出器領域31同士の間隔に対応する距離だけ逸れるように、アパーチャの背後のある距離のところに配置される。代替的には、検出器領域31は、更なる共役画像面に配置することができる。
非相関時間は染料固有であるため、エミッタの種類も蛍光明滅統計から推測することができる。したがって、多チャネル画像が、検出器を用いて、検出路での色分割せずに可能であるか、又は2つの方法は恐らく結合することができる(非相関時間にわたるフィルタ及び追加の色分離を介する従来の色分離)。したがって、使用され、同時に測定されるべき染料の数量は、対応する組み合わせ論により増大させることができる。例えば、放射スペクトルが重複する染料は、それらの非相関時間がはっきりと異なる場合、同時に使用することができる。これにより、蛍光評価の更なる並行化を可能にし、更なる並行化はここで、スペクトル分析に利用することができる。
多共焦点LSMのビーム路を図5に概略的に示す。レーザ光は、照明ビーム路2に沿って案内されて、レーザ21によりコリメートされ、ダイクロイックビームスプリッタとして構成することができるビーム結合器13において試料5の方向に偏向される。スキャナ6(好ましくはガルバノメータ又はMEMS)は、試料5にわたり横方向にレーザ21の照明ビーム22を走査する。顕微鏡対物レンズ12は照明フォーカスを生成し、照明フォーカスは、スキャナ6の走査ミラーの平面又は観測ビーム路1においてスキャナ6の前及び後に配置される中継光学系14を介して検出瞳又は照明瞳において、対物レンズ瞳を撮像する。試料の深度寸法(Z方向)において長尺状焦点を生成する位相マスク23が、照明瞳に挿入される。位相マスク23は立方位相マスクであることができる。代替的には、ベッセルビーム又は他の非回折ビーム(自己再構築ビームと呼ばれることがある)を生成するリングダイアフラムを挿入することもできる。
三重項時間τ=3μsの場合、「相関点」の必要数量としての50の明滅時間測定点が、ピクセル滞留時間150μs中、取得される。しかし、三重項時間量がτ=10μsである場合、同じ50の測定点に対して必要なピクセル滞留時間は500μsである。
10の測定点という相関信号の品質は、検出器領域38の蛍光信号34の確実な相関には十分ではなく、三重項明滅の少なくとも20の測定点が必要とされる。したがって、スキャナ6の速度を低減しなければならない:すなわち、X、Y走査を半分のみの速度で実行することができる。
−単一光子励起又は多光子励起、
−ガウス分布、瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成の実行(ビーム形成要素、例えば、位相マスク23又はビーム結合器13(通常、商用CLSMでの主カラースプリッタ)の前の振幅アポダイゼーションマスク(変更デバイスを用いても可能)を通して調整可能、
−ベッセルビーム(又は同等に作用する非回折ビーム)によるEDOF PSFの生成であって、DOFは、ビーム結合器13後、適応光学系(例えば、ズーム光学系18又は中継光学系14)を通して調整可能である、生成、
−最適明滅挙動に向けたレーザ強度の調整(幾つかの場合、明滅は強度にかなり依存する)。
−ビーム結合入力の前の観測ビーム路1の外部に配置される、照明系2を結合する光学系により、照明体積の寸法のみ、すなわち、顕微鏡対物レンズ12の(物体側)焦点深度(焦点寸法)のみが長くなるが、照明体積の様々なポイントでの測定体積51は影響されない。軸方向分解能力はこのように低減されるが、このようにして拡大される照明体積の焦点深度(EDOF又は長尺状被写界深度)により出力される同一光を用いて、より多く測定陽性器が同時に励起する。
−拡大焦点深度を生成する光学系は、顕微鏡対物レンズの瞳面に共役する平面にそれぞれ配置される位相板23、特に立方位相変調マスク若しくはベッセルビームを生成する手段を含むか、又は特にコリメート光のビーム断面を低減するビーム形成を通して顕微鏡対物レンズの瞳をアンダーフィルするように構成される。拡大焦点深度を生成する立方位相変調マスクは、例えば、Dowski/Cathey,“Extended depth of field through wave−front coding”,Applied Optics 34(11):1859に記載されている。瞳をアンダーフィルする光学系は、例えば、瞳内のビーム断面を低減するビーム形成器であることができる。瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成の実行は、乏しい軸方向分解能力ΔZを生じさせる照明の開口数の低減に繋がる。
−軸方向に長い照明体積を生成するために、Y.Lin,“Experimental investigation of Bessel beam characteristics”Applied Optics 31:2708に記載のように、任意の他の既知のEDOF型光学系を使用して、ベッセルビームを生成することもでき、又はこれもまたApplied Optics 34(11):1859に記載のように、照明光に立方位相特性を与えていることもできる。さらに、例えば、参照番号11を有する独国特許第103 56 416号明細書に記載されるように、光源又は測定体積51に対応する点列を軸方向において定義する光源の下流に配置される光学系も有利であることができる。この利点の本質は、あらゆる軸方向焦点面FEでの分解能の改善にあり、その理由は、この場合、完全な共焦点性を達成することができるためである(欠点の本質は、対応するより高いストレスでの試料5の拡大照明にある)。
−焦点深度を拡大する(長尺状焦点)ズーム光学系18は、軸方向寸法が横方向寸法の少なくとも4倍、特に10倍を超える、好ましくは少なくとも20倍であり、及び/又は所定の励起波長、顕微鏡対物レンズ12の所定の開口数、所定の共焦点アパーチャサイズ、及び浸漬媒体の所定の屈折率での顕微鏡の少なくとも2つの光学セクション厚に対応する照明体積を生成する。したがって、回折光学系15は、従来技術と比較して、十分な軸方向距離を光学分離に提供するように構成することができる。
−照明のビーム形成の光学要素(位相板23又は回折光学系15)は、好ましくは、所定の励起波長、顕微鏡対物レンズ12の所定の開口数、共焦点アパーチャ17の所定のサイズ、及び浸漬媒体の所定の屈折率での隣接の軸方向測定体積51の中間点が、LSMの2つを超える光学セクション厚だけ互いから分離されるように構成される。しかし、回折光学系15の格子パラメータによる軸方向分割の調整を通しての測定体積51の所要軸方向分離は、所与の顕微鏡対物レンズ12内の対応する構成の回折要素により達成することができる。
−長尺状焦点を増大させる光学系は、有利なことに、画像面BEで撮像される全ての測定体積51が長尺状焦点内にあるように、すなわち、試料5内の長尺状焦点(EDOF)を有する照明系2が、検出手段によりカバーされる面積(測定体積51)に適合されるように構成される。このようにして、照明ビーム22の励起光を効率的に利用して、試料5を保存することができる。このために、検出ビーム路内の回折光学系15の所与の格子を用いて、照明ビーム路2内の照明光学系(ズーム光学系18若しくは位相マスク23)は、測定体積51が完全に照明されるように構成することができ、又は検出ビーム路内の試料5において所与の光分布の場合、回折光学系15は、照明されたエリアが完全に撮像される(及び検出される)ように構成することができる。
・画像再構築は、横方向走査を介して実行される(任意選択的に、追加の機械的Z走査と併せて、ここで、横方向走査(X,Y)を用いる本発明による方法では、多(共)焦点Z走査により−従来のLSMとは対照的に−、3D試料体積は既に撮像され、試料5の更に拡大した測定体積51を撮像する必要がある場合、「Z捕捉範囲」のみを更に増大することができる。
−ガルバノメータスキャナ、MEMSスキャナ、音響光学レンズ(AOL)、音響光学変調器(AOM)、EOスキャナ等の走査技術の使用。
−従来のCLSMピンホール(検出器アパーチャ17として)は、以下の動作モードと共に使用することができる:
・標準CLSMとしての従来の標準共焦点検出の場合、小さなピンホール(直径0...10AUで切り替え可能)、
・記載される本発明を使用する場合、最適な検出のために大きなピンホール、又は
・散乱光に起因して、本発明のいくらか劣った用途では、ピンホールなし。
−回折光学系15は、以下のように構成することができる:
・偏心した個々の回折光学要素(個々のDOE)の形態で、
・DOE変更器の形態で、
・上流拡大光学系(ズーム光学系18又は光学変更器)を有する固定DOE。
−スペクトル記録を実現することができる(例えば、最長明滅時間が「ピクセル滞留時間」を決めるという点で、染料の異なる明滅サイクルを考慮に入れるために。ここで、明滅サイクルの分離は通常、スペクトルフィルタにより実行される)。
−以下のセンサアレイを検出器ユニット3において使用することができる:
・SPADアレイ(単一光子アバランシェダイオードアレイ)、
・センサジオメトリ上で強度分布を再分布させる手段、例えば、ファイバ、FOPS、CMOSカメラあり/なしのPMTアレイ(光電倍増管アレイ)、
・画像増幅器(例えば、多チャネル板又はマイクロチャネル板)を有するCMOSカメラ、
・高読み出しレートで低ピクセル数を有するEMCCD(電子倍増CCD)、
・sCMOSカメラ。
11 光軸
12 顕微鏡対物レンズ
13 ビーム結合器
14 中継光学系
15 回折光学系
16 検出光学系
17 検出器アパーチャ(ピンホール)
18 ズーム対物レンズ
2 照明系
21 レーザ
22 照明ビーム
23 位相マスク
3 検出器ユニット
31 検出器領域
32 個々の検出器
33 検出器アレイ
34 (電子)蛍光信号
4 評価・制御ユニット
41 割り振りユニット
42 相互相関器
5 試料
51 測定体積
6 スキャナ
BE 画像面
BO 回折次数
FE 焦点面
Claims (22)
- 共焦点レーザ走査顕微鏡法により試料(5)の異なる焦点面(FE)における蛍光の同時励起及び検出を用いる蛍光走査顕微鏡法の信号を評価する方法であって、
−少なくとも1つの照明ビーム(22)は、ビーム結合器(13)により顕微鏡観測ビーム路(1)に結合され、前記顕微鏡観測ビーム路(1)は、画像面(BE)まで前記試料(5)の測定体積(51)により定義され、光軸(11)に沿って、顕微鏡対物レンズ(12)、前記ビーム結合器(13)、及び前記画像面(BE)に配置される検出器ユニット(3)を有する、ステップと、
−前記照明ビーム(22)は、前記測定体積(51)において前記顕微鏡対物レンズ(12)を用いて結像され、前記照明ビーム(22)は、照明瞳におけるビーム形成位相マスク(23)を通過して、長尺状焦点を生成する、ステップと、
−前記測定体積(51)において生成される蛍光は、前記顕微鏡対物レンズ(12)により収集されコリメートされ、その結果生成される光ビームは、前記ビーム結合器(13)と前記画像面(BE)との間に配置される回折光学系(15)にルーティングされる、ステップと、
−前記測定体積(51)において生成される前記光ビームは、前記回折光学系(15)により、異なる回折次数(BO)のビーム束に分割され、前記異なる回折次数(BO)は、検出光学系(8)により検出器アレイ(33)の別個の検出器領域(31)で撮像され、前記回折光学系(15)は、あらゆる回折次数(BO)の光ビームに、他の回折次数(BO)と異なる球面位相を与え、それにより、前記測定体積(51)の異なる深度の焦点面(FE)からの蛍光は、異なる回折次数(BO)に関連付けられ、共焦点区別なしで前記別個の検出器領域(31)に偏向され、前記別個の検出器領域(31)により、前記測定体積(51)の関連付けられた焦点面(FE)からの蛍光及び前記測定体積(51)のピントがずれて撮像された隣接焦点面(FE)からの蛍光クロストークは、電子蛍光信号(34)に変換させる、ステップと、
−前記測定体積(51)の異なる焦点面(FE)を起点とし、クロストークが前記回折次数(BO)に沿って重ねられる前記電子蛍光信号(34)には、前記測定体積(51)での蛍光染料の区別可能な明滅挙動に基づいて、前記電子蛍光信号(34)の相関に基づく関連付けにより、前記測定体積(51)において定義される焦点面(FE)が関連付けられる、ステップと
を有する方法。 - 前記焦点面(FE)との前記電子蛍光信号の前記関連付けは、隣接する回折次数(BO)の2つの検出器領域(31)の信号シーケンスの二次相互相関を通して実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記信号シーケンスの前記二次相互相関は、染料の蛍光明滅に適合する時間期間にわたり実行されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 0.1μs〜500μsの蛍光明滅のオフ状態持続時間を有する染料が使用されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 5μs〜50μsの蛍光明滅のオフ状態持続時間を有する染料が使用されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 信号シーケンスの前記二次相互相関は、前記蛍光明滅のオフ状態の10倍〜1000倍に対応するフレーム数にわたり実行されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 信号シーケンスの前記二次相互相関は、前記蛍光明滅の前記オフ状態の20倍〜50倍のフレーム数にわたり実行されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 3Dデコンボリューションが、前記二次相互相関に加えて実行されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記測定体積(51)は、長尺状焦点で照明されて、前記測定体積(51)深度において所与の数量の焦点面(FE)を更に拡散させることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記焦点面(FE)の拡散及び前記測定体積(51)深度の分解能増大は、前記長尺状焦点が前記試料(5)と前記回折光学系(15)との間のズーム対物レンズ(18)により調整されるという点で、選択的に調整することができることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記長尺状焦点は、前記顕微鏡対物レンズ(12)の入射瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成を実行することにより調整されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 横方向分解能を増大させて前記試料の横方向平面で走査された蛍光信号の追加の相関が達成されて、前記顕微鏡対物レンズ(12)の入射瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成を実行することにより拡張される長尺状焦点で、前記電子蛍光信号(34)の深度相関を補足することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 深度相関に加えて、追加の相関が、前記試料の横方向平面で走査される蛍光信号に対して実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 測定体積(51)から画像面(BE)への顕微鏡観測ビーム路(1)を定義し、顕微鏡対物レンズ(12)、照明系(2)を結合するビーム結合器(13)、及び前記画像面(BE)に配置されるアパーチャ(17)を有する光学系を有する共焦点蛍光走査顕微鏡であって、前記光学系は、前記観測ビーム路(1)の前記ビーム結合器(13)と前記画像面(BE)との間にあり、光ビームを異なる回折次数(BO)に沿ってビーム束に分割する回折光学系(15)であって、あらゆる回折次数(BO)の前記ビーム束に、他の回折次数(BO)と異なる球面位相を与える、回折光学系(15)と、検出器アレイ(33)の別個の検出器領域(31)に前記分割ビーム束を結像する検出光学系(16)とを備え、
前記検出器アレイ(33)は、回折次数(BO)の数量に対応する幾つかの別個に読み取り可能な検出器領域(31)を有し、それにより、関連付けられた回折次数(BO)において定義される焦点面(FE)から来る蛍光及び同じ回折次数(BO)での隣接焦点面(FE)からのクロストーク蛍光を前記検出器領域(31)において受信することができ、
前記検出器領域(31)の出力の下流に、同じ焦点面(FE)を起点とするが、異なる検出器領域(31)により受信される蛍光信号(34)を関連付ける評価・制御ユニット(4)が配置され、前記評価・制御ユニット(4)は、異なる信号成分を相関付け、前記測定体積(51)での蛍光染料の区別可能な明滅挙動に基づいて、相関する信号成分に、各事例で厳密に1つの焦点面(FE)を関連付ける手段(41)を備えることを特徴とする共焦点蛍光走査顕微鏡。 - 前記回折光学系(15)はチャープ格子として構成されることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 球面位相が、前記回折光学系(15)を通してあらゆる回折次数(BO)の前記光ビームに与えられ、前記球面位相は、各事例で整数倍だけ他の回折次数(BO)と異なることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記顕微鏡対物レンズ(12)の入射瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成を実行するズーム光学系(18)が、長尺状焦点を形成する手段として提供されることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 試料(5)を励起させるレーザ(21)が、長尺状焦点を形成する手段として、ベッセルビーム又は他の非回折ビームを生成する手段を有することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記顕微鏡対物レンズ(12)の入射瞳より小さくなるようにビーム断面を低減するビーム形成を実行するズーム光学系(18)が提供されて、前記焦点面(FE)の距離を更に広げることを特徴とする請求項17又は18に記載の装置。
- さらに、横方向走査手段が提供され、ピクセル毎に、様々な焦点面(FE)に関連付けられた信号成分の相互相関により捕捉される前記蛍光信号(34)を含む異なる焦点面(FE)での横方向二次元走査フレームのスタックを生成するリンク手段が提供されることを特徴とする請求項14〜19のいずれか一項に記載の装置。
- 各垂直隣接焦点面(FE)及び前記横方向二次元走査フレームの横方向隣接ピクセルからの前記蛍光信号(34)を分析する相互相関器(42)が、信号成分を厳密に1つの焦点面(FE)に関連付ける評価・制御ユニット(4)に提供されることを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 各垂直隣接焦点面(FE)及び前記横方向二次元走査フレームの横方向隣接ピクセルからの前記蛍光信号(34)を3Dデコンボルーションする処理ユニットが、信号成分を厳密に1つの焦点面(FE)に関連付ける評価・制御ユニット(4)に提供されることを特徴とする請求項20に記載の装置。
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