KR101160356B1

KR101160356B1 - 영상화 방법

Info

Publication number: KR101160356B1
Application number: KR1020057006667A
Authority: KR
Inventors: 페자 보바노빅; 존 필립스; 샤브 라드하; 패트릭 커트니
Original assignee: 퍼킨엘머 싱가포르 피티이 리미티드
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2012-06-26
Also published as: CA2502701A1; AU2003301487B2; ATE357679T1; WO2004036898A3; US8289620B2; GB0324250D0; DE60312717D1; US20060124870A1; JP2006503283A; EP1552333A2; EP1552333B1; GB2395265B; JP4829499B2; DE60312717T2; KR20050083776A; GB0224067D0; GB2395265A; WO2004036898A2; CA2502701C; AU2003301487A1

Abstract

본 발명은 표본으로부터의 광을 영상화 하는 방법에 관한 것으로서, 여기 광이 주사 시스템을 통해 표본을 통과하고 상기 표본의 발광에 의해 방출되는 광이 상기 주사 시스템을 통해, 공간적으로 분리된 다른 감광성 영역들을 갖는 센서를 갖는 영상 포착 장치를 통과한다. 상기 주사 시스템은 상기 표본의 관심 영역 전체를 주사하도록 작동되고, 상기 여기 광 및/또는 영상 포착 장치는 상기 표본으로부터 방출되는 광이 상기 관심 영역 전체를 n회(여기서, n은 1 이상의 정수임) 주사하는데 필요한 시간 기간과 동일한 특정 시간 기간 동안에만 상기 영상 포착 장치 상에 입사하도록 제어된다. 상기 주사 시스템은 공초점 시스템이고, 일 예로서 회전 니프코 디스크 주사기를 포함하고, 이러한 디스크의 개구부들의 패턴은 A°의 디스크 회전으로 인해 상기 관심 영역 전체를 주사하게 되고 상기 특정 시간 기간은 nA°에 해당하도록 선택되는 패턴이다. 상기 표본으로부터의 광이 특정 시간 기간 동안 상기 영상 포착 장치상에 입사되도록, 디스플레이 장치에서 영상을 생성하고 컴퓨터에 의해 처리 및 분석하기 위한 비디오 신호를 생성하는 방법을 수행하는 장치는 상기 여기 광 및/또는 상기 영상 포착 장치를 제어하도록 적응된 제어 수단을 포함하고, 상기 영상 포착 장치는 CCD 카메라이다.

Description

영상화 방법 {IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO IMAGING}

본 발명은 표본 또는 샘플의 발광성 엘리먼트들이 분석을 위해 영상화될 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이차원 영상을 제공하기 위해서, 그리고 또한 제어된 Z-축 이동이 제공될 때는 삼차원 영상 데이터가 획득될 수 있도록 하기 위해서, 레이저 여기 공초점 영상화, 니프코(Nipkow) 디스크 스캐너(마이크로렌즈 향상 디스크 스캐너일 수 있음), 및 디지털 카메라를 이용하는 것이 공지된다. 발광성 엘리먼트가 시간에 따라 변하고 있을 때, 사차원적으로(즉, 영역, 깊이 및 시간) 데이터를 제공하기 위해 영상들의 시퀀스가 획득될 수 있다. 가능하다면, 여기 파장, 방출 파장, 편광, 및/또는 방출 수명을 포함하는 다른 파라미터들이 또한 변화되거나 관찰될 수 있다.

세포들 및 조직 샘플들과 같은 극미세의 표본들에 대해 그러한 데이터를 제공할 수 있는 일 시스템은 Perkin Elmer Life Sciences에서 생성되고 공급되는 바와 같은 UltraVIEW live Cell Imager이다. 이러한 시스템은, Yokogawa Technical Report No. 33(2002)의 영문판 및 Yokogawa 특허(특허 번호 EP 0539691 WO 9804946)에서 발행되었고 Kawamura Negishi Otsuki 및 Tomosada에 의해 쓰여진 논문 "Confocal Laser Microscope and CCD 카메라(공초점 레이저 현미경 및 CCD 카메라)"에서 개시된 바와 같은 공초점 레이저 현미경 및 CCD 카메라 영상화 시스템을 사용한다.

Atto에게 특허 허여된 미국 특허(특허 번호 6147798)에서 개시된 바와 같은 공초점성을 달성하기 위해 하나 이상의 렌즈없는 디스크를 사용하는 것 역시 공지되어 있다. 상기 특허에서 렌즈없는 디스크 또는 디스크들의 회전는 니프코 디스크(디스크들)의 회전에 해당한다.

미국 특허(특허 번호 5248876) 및 WO 03/019242는 다른 공초점 주사 프로세스를 개시하는데, 이 때 핀홀들의 고정 패턴이 선형 방식 주사를 위해 채택된다. 핀홀 어레이를 이용하는 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크(디스크들)의 회전에 해당한다.

미국 특허(특허 번호 5034613)(Denk)는 초점 활성면을 제한하고 공초점성을 달성하기 위해서, 2개의 광자 프로세스로서 공지된 다른 프로세스를 개시한다. 상기 특허에서, 여기 광원으로부터의 하나의 펄스는 니프코 디스크(디스크들)의 회전과 동일하다고 취급한다.

핀홀-기반의 고유초점 주사 시스템의 다른 예는 Beresdorf 등에 의한 논문(제목: Multifocal Multiphoton Microscopy)의 Opt-Leth 23(9): 655-657에 개시된다. 상기 논문에서, 핀홀들을 이용하는 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크(디스크들)의 회전과 일치한다.

또 다른 공초점 주사 시스템은 Beresdorf 등의 논문(제목: Multifocal Multiphoton Microscopy)(1998, Opt-Leth 23(9):655-657)에서 개시된다. 이러한 시스템은 핀홀들의 어레이를 합성하기 위해 제어 가능한 미러들의 어레이를 채용한다. 핀홀들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크(디스크들)의 회전과 일치한다.

WO 97/31282 및 WO 0043819(Wilson 등)에서 개시된 바와 같이, 랜덤 또는 준-랜덤형 패턴으로 배열된 마지막 투과 및 반사 엘리먼트들이 공초점 주사를 위해 이용될 수 있다. 투과 및 반사 엘리먼트들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크(디스크들)의 회전에 해당한다.

본 발명의 목적은, 현재 사용되는 시스템들, 특정하게는 UltraVIEW 시스템에 대한 개선이고, 이후에 언급되는 Yokogawa Technical Report No. 33 (2002) 및 WO 9804946, EP 1245986, US 5,633,751 및 US 6,388,808에서 설명되는 영상화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한, 영상화 및 데이터 포착 프로세스를 좀더 정확하게 제어하기 위한 제어 시스템, 및 그러한 시스템을 작동시키는 방법을 제공하는 것이다.

222본 발명의 목적은 또한, 샘플 또는 표본에서 발광 엘리먼트로부터 광을 포착하고, 상기 포착된 광을 분석 및/또는 디스플레이 및/또는 이후의 디스플레이를 위한 저장을 위하나 처리를 위한 데이터, 및/또는 분석을 위한 처리를 위한 데이터로 전달하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

표본으로부터 광을 영상화하는 본 발명의 방법의 일실시예에 따라, 여기 광은 주사 시스템을 통해 상기 표본으로 통과하고 상기 표본의 발광에 의해 방출된 광은 상기 주사 시스템을 통해서 다른 방향으로 영상 포착 장치로 통과하는데, 상기 영상 포착 장치는 공간적으로 분리된 다른 감광성 영역들을 갖고, 상기 주사 시스템은 표본의 전체 관심 영역을 주사하도록 작동하며, 여기 광 및/또는 영상 포착 시스템은 표본으로부터 방출된 광이 전체 관심 영역을 n(여기서, n은 1 이상의 정수임)번 주사하는데 필요한 것과 동일한 특정 시간 기간 동안 영상 포착 장치 상에만 입사되도록 제어된다.

관심 영역은 표본의 보이는 전체 영역 또는 일부일 수 있고, 가변 크기 및 위치의 윈도우는 모든 영역 또는 일부가 주사되도록 하기 위해 상기 주사 시스템에 의해 생성될 수 있는데, 예를 들어 가변 크기 및 위치의 서브어레이가 이용될 수도 있다.

바람직한 실시예에서 상기 주사 시스템은 회전성 니프코 디스크 스캐너를 포함하며, 여기 광은 상기 디스크의 개구부를 통해 일방향으로 통과하고 표본의 발광에 의해 방출되는 광은 영상 포착 장치에서 영상을 형성하기 위해 반대 방향으로 통과하며, 상기 개구부들의 패턴은, 상기 디스크의 A˚ 회전으로 인해 관심 영역 전체가 주사되고 특정 시간 기간이 상기 디스크 회전의 nA˚(여기서, n은 1 이상의 정수임)과 일치하도록 선택되는 결과를 가져오는 식의 패턴이다.

편의상, 영상 포착 장치는 CCD 카메라이다.

단일 니프코 디스크가 채용될 수도 있으나, 더욱 바람직하게는 2-디스크 장치가 채용될 수 있는데, Yokogaws Technical Report No. 33 (2002)에 개시된 바와 같이 그 중 하나의 디스크는 개구부들을 포함하고, 나머지는 마이크로렌즈들을 포함한다. 본 명세서에서의 디스크(디스크 수단 또는 디스크 배열) 참조들은 단일 디스크 장치 뿐만 아니라, 상기 Report 에서 설명된 것과 같은 다중 디스크 어셈블리를 본 내용에서 허용하여 포함하고자 하는 것이다.

선택적으로, 하나 이상의 렌즈없는 디스크들이 이용될 수도 있다(예를 들어, 미국 특허(특허 번호 6147798)에서 설명됨). 이러한 경우에 있어서, 렌즈없는 디스크의 회전은 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 광은 고정된 패턴으로 하나 또는 몇개의 핀홀들을 이용하는 래스터 주사 기술과 같은 선형 프로세스(예를 들어, 미국 특허(특허 번호 5248876) 및 WO 03/019242에서 설명됨)를 사용하여 주사될 수 있고, 핀홀들의 하나의 완성된 선형 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 주사 슬릿 스캐너가 이용될 수 있고(예를 들어 미국 특허(특허 번호 6038076)에서 설명됨), 슬릿의 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 공초점성은 초점 활성면을 제한하는 2개의 광자 프로세스(미국 특허(특허 번호 5034613)를 참조하시오)에 의해 달성될 수 있고, 2개의 광자들의 여기 광원의 하나의 펄스는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 공초점성은 Bewersdorf, Pick 및 Hell의 논문(제목 :Multifocal Multiphoton Microscope, 1998 Opt Lett. 23(9): 655-657)에 설명된 시간 지연 멀티플렉스 프로세스에 의해 얻을 수 있고, 핀홀들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 독립적으로 제어 가능한 미러들의 어레이는 핀홀들을 합성하기 위해 이용될 수 있고(EP 0911667 및 US 2002,024007), 상기 미러들을 이용하는 완성된 주사는 영상 또는 서브영상을 생성하고 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 투과 및 반사 엘리먼트들 상에 랜덤형 또는 준-랜덤형 패턴이 주사될 수 있고(WO 97/31282 및 WO 0043819), 이때 투과 및 반사 엘리먼트들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 공간적으로 분리된 다른 감광성 광선에 민감한 영역들을 포함하는 센서를 포함하는 영상 포착 장치를 이용하여 표본으로부터 광을 영상화하는 방법에서, 연속적인 별개의 특정 시간 기간들 각각에 대해 여기 광원을 제외하고 표본에 광 도달을 방지하는 주사 장치가 사용되며, 상기 영상 포착 장치는 각 시간 기간의 마지막에 판독되어 다음 시간 기간이 시작되기 이전에 재설정되고, 여기 광의 광원으로부터의 광은 상기 각 특정 시간 기간과 정확하게 동일한 시간 동안 제공된 이후 소멸되어, 상기 영상 포착 장치 노출의 지속 시간은 상기 여기 광원이 활동하는 동안의 시간에 의해 제어된다.

본 발명을 채용하는 하나의 방법에서, 상기 여기 광원은 상기 노출의 지속 시간을 제어하기 위해 스위치 온 및 스위치 오프된다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 표본이 주사되는 때를 위해서는 제외하고 상기 여기 광원으로부터의 광을 방해하기 위해 셔터 수단이 제공될 수 있는데, 상기 여기 광원은 계속하여 또는 상기 특정 시간 기간들 동안보다 더 긴 기간들 동안 작동될 수 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 내재(intrinsic)(전자) 셔터가 이용될 수도 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 광 쵸퍼(light chopper)가 여기 광을 방해하기 위하여 이용될 수도 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 음향-광학 광 차단 엘리먼트가 이용될 수도 있다.

셔터 수단은 여기 광이 표본 상에 입사되는 동안의 특정 시간 기간들에 대해서는 제외하고 상기 포착 장치 센서 전체 또는 일부에 광이 도달하는 것을 방지하여, 장치에 도달하는 인광(phosphorescence), 잔광(afterglow), 산란성 반사(stray reflection) 또는 다른 효과들로부터 발생되는 광을 야기시킬 수 있는 에러를 감소시킬 수 있도록, 주사 시스템과 영상 포착 장치 사이에 제공될 수 있다.

만일 셔터 수단이 여기 광원 및 영상 포착 장치에 제공된다면, 상기 장치들은 바람직하게는 기계적 또는 전기적 수단에 의해서 동기식으로 작동하거나, 또는 전기적 유사(pseudo) 셔터 수단 또는 임의의 그것들의 결합이 채용될 수 있다.

표본이 대체로 투명한 경우, 상기 표본은 바람직하게는 서로 평행한, 공간적으로 떨어진 상이한 평면들에서 주사되어 영상화될 수 있다.

다중 영상들은 짧은 시간 기간들(예를 들어, 1 분-60 분) 또는 연장된 시간 기간들(예를 들어, 24 시간-72시간)에 대해 수집될 뿐만 아니라 중간 기간들(예를 들어, 1시간-24시간)에서 대해 수집될 수 있다. 그러한 영상들은 종종 영상들의 스택으로서 언급된다.

그러므로, 상기 방법은 표본과 주사 장치 사이의 상대 이동을 수반한다. 이는 예를 들어, 영상화되는 주사 평면에 수직인 축(전형적으로 Z축)을 따라 주사 장치를 변위시킴으로써 달성될 수 있고, 이에 의해 입사 광은 상기 축을 따라 상이한 지점들에서 포커싱될 수 있고, 각 지점은 상이한 초점 평면에 놓여지고, 상기 표본들은 상이한 평행한 공간적으로 떨어진 평면들에서 주사되어 영상화될 수 있다. 바람직하게 이동은 적어도 여기 광이 상기 표본 상에 입사하지 않는 동안의 기간, 및/또는 상기 영상 포착 장치가 역시 표본 발광으로부터의 광에 민감하지 않은 동안의 기간들로 제한된다.

선택적으로, 광학 경로는 대물 렌즈 또는 표본을 이동시킴으로써, 통상적으로는 표본을 포함하는 홀더를 이동시킴으로써, 상이한 평면들을 규정하도록 변형될 수 있다.

그러므로, 바람직한 실시예에서, 표본 캐리어는 공간적으로 떨어진 영상화 평면들을 규정하도록 변위된다.

변위 축은 초점 평면으로 90˚가 아닌 각도일 수 있다.

전형적으로 Z축 이동은 상기 각각의 시간 기간의 마지막에, 또는 N(N은 1 이상의 정수임)개의 연속적인 그러한 시간 기간들 이후에 수행된다. 이러한 이동은 주사 장치 또는 광학 시스템 엘리먼트 및 표본 사이의 거리를 증가시키거나 감소시키기 위한 것일 수 있다.

노출들 사이에서 각각의 Z-축 이동은 동일한 크기이거나, 이전의 또는 이후의 이동과 다를 수도 있다.

Z-축 이동은 바람직하게 개별 단계들로 이루어지며, 이들 각각은 예정된 동일한 크기를 가지며, 이 경우, 노출들 사이에서 각각의 Z-축 이동은 M개의 개별 단계들로 구성될 수 있다(여기서 M은 1 이상의 정수이다).

선택적으로, Z-축 움직임은 계속적일 수 있다. 이는 Z 메커니즘이 정착을 위해 대기하지 않고 Z 위치들 사이의 빠른 이동을 허용한다. 이러한 장점은, 영상이 Z에서 흐릿하게 될 수 있는 결과를 갖는 영상화 동안에 Z 위치가 변화한다는 것이다. 그러나, 이는 영상을 재-선명화하기 위해 디컨볼루션을 행함으로써 보상된다.

Z-축 간격을 변경하는데 필요한 시간이 노출들 사이에 요구되는 최소 시간보다 큰 경우에는, 상기 방법은 바람직하게 노출들 사이의 시간을 조정하는 단계, 또는 상기 Z-축 이동으로의 참조에 의해 조명 및 영상 포착 장치 노출을 제어하는 단계를 포함하는데, 이에 의해 여기 조명 및 노출은 충분한 시간 기간이 경과되거나 원하는 Z-축 이동이 달성된 이후에만 초기화된다.

여기 광은 두 개 이상의 다양한 파장들을 갖는 광으로 구성될 수 있다.

본 방법이 하나의 노출에서 다른 노출로 여기 광의 파장의 변이를 수반하는 경우에, 본 방법은 또한 바람직하게 하나의 노출의 마지막 및 다음 노출의 시작 사이에서 여기 광 파장을 변경시키는 단계를 포함한다.

표본의 동일한 평면 상에 광을 포커싱하는 동안 여기 광 파장의 변이에 영향을 미치는 경우에(즉, 각각이 여기 광의 하나의 파장 또는 동시에 두개 이상의 상이한 파장을 채택할지라도, 연속적인 두 개 이상의 여기 각각, 및 여기 광의 두 개 이상의 파장(파장들) 사이에 Z-축 이동이 없음), Z-축 이동은, 각각의 활성된 노출들의 시퀀스가 수행된 이후에만 초기화되고, 그러한 단계들의 다음 시퀀스는 단지 각 Z-축 이동이 완성된 이후에만 초기화된다.

추가로, 이러한 시스템에서 이용되고 표본을 운반하는 현미경의 스테이지는 예를 들어 조직 또는 샘플의 동일한 슬라이드 또는 다른 영역 상에서 다른 세포들과 같은 샘플의 다른 부분들을 보게 하여 주는 큰 스케일의 X 또는 Y 움직임(10마이크론에서 10mm)을 초래할 수도 있다.

복수의 샘플들은 다중 우물 플레이트의 우물들에 놓여질 수 있다. 상기 샘플들은 모두 유사할 수 있으나 다를 수 있는데 예를 들어, 성분, 농도 또는 연대(age)로 인해 다를 수 있다. 상기 다중 우물 장소는, 상이한 우물들을 레지스트로 가져오고, 또는 상기 우물들 중 하나의 단일 샘플의 상이한 부분들을 레지스트로 가져오기 위해서 이동되는 현미경 스테이지 상에 장착될 수 있다.

추가로, Z 움직임은 하나의 방향, 그 후 다른 방향으로 교대로 이루어질 수 있는데, 이는 시간을 절약하기 위함이다.

파장 변이는 상이한 피크 파장들의 두 개 이상의 광원들을 사용하고, 상기 광원들을 선택적으로 작동시키거나, 상기 광원들로부터의 광을 차례로 요구되는 대로 주사 장치 및 표본으로 선택적으로 지향시킴으로써 달성될 수 있다.

사용되는 광원들은 좀 더 복잡한 스펙트럼 특성들(예를 들어, 488nm에서의 주 라인 및 476nm 및 496nm에서의 추가 라인들을 갖는 아르곤 이온 레이저로부터 이용 가능한 다중 피크들)을 가질 수 있다.

하나 이상의 광의 파장이 동일한 시간에 생성되는 경우에, 파장들은 단일 코드(예를 들어, 4개의 파장들 중 하나를 코드 00, 01, 10, 11로써 선택하기 위한 2개의 라인들)에 의해 선택될 수 있거나, 개별적 단일 라인들의 세트(4개의 파장들에 대해 4개의 라인들)로서 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 여러 개의 라인들이 동시에 활성화 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특성에 따라, 여기 광은 하나 이상의 레이저 광원들로부터 얻을 수 있다.

선택적으로, 광원은 직접적으로 구동되는 레이저 다이오드를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 단일 광원이 사용되는데, 상기 광원은 음향 광학 조정 가능 필터(AOTF: acousto optic tuneable filter) 크리스탈을 포함하고, 방출된 광의 파장은 주파수 제어 신호를 요구되는 크리스탈로 변경함으로써 변경된다. 그러한 장치는 단일 레이저 광원, 또는 출력들이 광학적으로 결합될 수 있는 두 개 이상의 레이저 광원들을 포함할 수 있다.

바람직하게 제어 신호의 주파수의 임의의 변경은 노출들 사이에서 발생한다.

여기 광은 펄스화될 수 있다.

여기 광은 편광화될 수 있다.

발광 또는 백열 광원은 여기 광의 광원, 및 상기 광원에 의해 방출되는 광의 파장을 제어하는데 이용되는 광 필터 또는 분광기로서 이용될 수 있다.

선택적으로, 하나 이상의 광-방출 엘리먼트들을 포함할 수 있는 광 방출 다이오드(LED) 광원이 이용될 수 있다.

표본 상에 입사하는 여기 광의 세기가 하나의 노출에서 다른 노출로 조정되는 경우에, 본 방법은 바람직하게 노출들 사이에서 입사 조명의 세기를 조정하는 단계를 수반한다.

예를 들어, 이는 ND 필터들을 삽입하고, 광 경로에서 홍채 조리개를 개폐시키며, 전력를 광원으로 조정하고, AOTF 또는 LCD 셔터 또는 그것들의 임의의 결합과 같은 채택 엘리먼트(attenuating element)를 사용함으로써 달성될 수 있다.

하나의 광원 및 다른 광원 사이 또는 제어된 여기 광원의 상이한 작동 모드들 사이에서와 같은 고유의 세기 변화로 인할 수 있는 것처럼 하나의 파장에서 표본 상에 입사하는 여기 광의 세기가 다른 파장에서의 세기와 다를 경우에, 하나의 파장 및 다른 파장 사이의 여기 조명의 세기는 각각의 파장에 대해 예정된 조명 세기를 표본에서 제공하기 위해 조정될 수 있다.

전형적으로 그러나 배타적이지는 않게, 파장이 변함에 따라 하나의 노출에서 다른 노출로의 전력 조정은, 각 노출을 생성하는 주사 동안에 파장에 독립적으로 표본에서 조명의 실질적인 유사 레벨(즉, 세기)를 보장하기 위해서이다.

만일 샘플로부터의 방출이 발광의 파장에 따라 다를 때 유사한 기술이 사용될 수 있고, (파장에 관계없이)유사한 세기의 방출 광을 위해서는 하나의 노출에서 다른 노출로의 전력 조정 및/또는 채택(attenuation)가 이용될 수 있거나, 그 대신에 파장에 관계없이 실질적으로 일정한 세기의 발광을 제공하기 위해 조정될 수 있다.

바람직하게 본 발명을 사용하는 방법을 수행하는 시스템은 전형적으로 프로그래밍 가능한 컴퓨터 및 하나 이상의 인터페이스를 포함하는 제어 센터와 같은 단일 제어 수단으로부터 제어되는데, 상기 인터페이스는 상기 컴퓨터에 의해 생성되는 신호들을 드라이브, 또는 드라이브들로의 전력 공급에 적합한 신호들로 전달하거나, 본 방법의 상이한 단계들에 의해 요구되는 이동들 및 회전들에 영향을 미치도록 장치들로의 전력을 제어하기 위한 것이다.

바람직한 영상 포착 장치는 CCD 카메라이다. 그러한 카메라는 아날로그 또는 디지털 형태로 그림 신호를 제공할 수 있다. 바람직하게 디지털 형태로 그림 신호를 생성하는 카메라가 선택된다.

영상 포착 장치가 CCD 카메라인 경우에, 바람직하게 상기 카메라는 카메라 출력 신호들의 S/N 비를 증가시키기 위해 냉각된다.

사용될 수 있는 대안적 영상 포착 장치는 광 민감성 센서, CMOS 카메라, CID(충전 주입 장치) 카메라, 증강되거나 게이팅된 카메라, 광전(자) 증배관 어레이, 광다이오드 어레이, 또는 어드레싱 가능한 마이크로콜로미터 어레이를 이용하는 영상 포착 장치이고, 또는 화학적 필름 카메라가 사용될 수도 있다.

영상 포착 장치에 나타난 광은 영상을 형성할 수 있기 때문에, 광은 영상을 육안으로 볼 수 있게 하는 접안경(eyepiece)으로, 또는 관찰을 위해 스크린 상에 영상을 투사하도록 구성된 광학 장치로 대신 또는 부가적으로 지향될 수 있다.

영상 포착 장치로의 광 경로는 광선-분리 또는 광선 지향 장치를 포함할 수 있는데, 상기 장치들에 의해 광은 상기 영상 포착 장치, 접안경, 또는 프로젝션 시스템 사이에서 분리(또는 분할)될 수 있다.

복수의 영상 포착 장치들이 사용될 수 있고, 그 각각에는 표본으로부터의 광이 공급되고, 상기 장치 각각은 동일한 유형의 장치일 수 있고 다를 수도 있다.

카메라들은 센서들로 대체될 수 있다.

하나 이상의 영상 포착 장치들이 제공되는 경우에, 상기 장치들로의 광 경로는 적합성에 따라 광선 분리 수단 또는 광 지향 수단을 포함할 수 있다.

광 영상은 섬유 다발을 통해 영상 포착 장치(센서일 수도 있음)로 전송될 수 있다.

영상 포착 장치로부터의 신호들은 예를 들어 적합하게 프로그래밍된 컴퓨터를 이용하여 실시간으로 처리되고/처리되거나 분석될 수 있다.

영상 포착 장치로부터의 신호들은 예를 들어 컴퓨터에 의한 최종 분석을 위한 프레임 저장소에 저장되거나, 상기 신호들로부터 생성되는 영상의 시각적 조사 및 분석을 위해 실시간으로 디스플레이(또는 그 후 상기 저장소로부터의 신호들을 판독함으로써) 될 수 있다.

상기 시스템은 암시야 조명법, 또는 Rheinberg 조명법, 위상차 조명법, 또는 시차 간섭차(DIC) 조명법을 이용하여 작동할 수 있다.

이러한 시스템은 호프만 변조차를 이용하여 사용될 수 있다.

상기 조명은 경사일 수 있거나 축일 수 있고, 조명 광은 적외선과 같은 스펙트럼의 비가시적 부분으로부터 편광될 수 있다.

디스플레이 장치에서 영상을 생성하거나 분석 및 처리를 위한 비디오 신호를 생성하기 위한 영상 포착 장치 상에서, 전형적으로 표본의 상이한 부분들의 인광으로 인한 상기 표본으로부터 방출되는 광을 영상화하기 위한 장치는 다음을 포함한다:

- 표본을 장착하기 위한 수단,

- 여기 광을 생성하기 위한 광원,

- 상기 표본을 여기 광을 이용해 주사하도록 구성되고(여기 광을 일 방향 쪽으로 보내어 표본 영역을 주사함), 상기 표본으로부터 방출되는 광을 상기 표본의 관심 영역을 주사하기(전형적으로 반복적으로 주사됨) 위한 사용시에 작동하는 다른 방향(전형적으로 반대 방향)으로 충돌하는 여기 광의 결과로써 운반하도록 구성되는 주사 시스템,

상기 주사 시스템을 통해 상기 다른 방향으로 운반된(즉, 통과) 이후에 영상을 형성하기 위해 상기 표본으로부터 방출되는 광이 포커싱 되는, 공간적으로 분리된 다른 감광성 영역들을 갖는 영상 포착 장치, 및

- n회의 관심 영역 주사를 하는데 상기 시스템에 의해 요구되는 시간 기간과 동일한 시간 기간 동안 상기 영상 포착 장치 상에 상기 표본으로부터의 광이 입사되도록, 여기 광 및/또는 영상 포착 장치를 제어하도록 적응된 제어 수단.

관심 영역은 상기 표본의 관찰 가능한 전체일 수 있다. 선택적으로, 가변 크기 및 위치의 윈도우는 상기 영역의 일부(또는 만일 원한다면 전체)가 주사되도록 하기 위해 상기 주사 시스템에 의해 생성될 수 있다. 그러므로, 가변 크기 및 위치의 서브-어레이가 이용될 수도 있다.

상기 주사 시스템은 바람직하게는 공초점 시스템이다.

바람직한 장치에서, 주사 시스템은 회전하는 니프코 디스크 스캐너를 포함하는데, 이때 여기 광은 상기 디스크의 개구부들을 통해 통과하고, 상기 표본의 인광성에 의해 방출되는 광은 상기 영상 포착 장치 상에 영상을 형성하기 위해 반대 방향으로 상기 개구부들을 통해 통과하며, 상기 개구부들의 패턴은, 상기 디스크의 A˚ 회전으로 인해 관심 영역 전체가 주사되고 상기 시간 기간이 상기 디스크 회전의 nA˚(여기서, n은 1 이상의 정수임)과 일치하도록 선택되는 결과를 가져오는 식의 패턴이다.

선택적으로, 광은 고정된 패턴으로 하나 또는 몇개의 핀홀들을 이용하는 래스터 주사 기술과 같은 선형 프로세스(예를 들어, 미국 특허(특허 번호 5248876) 및 WO 03/019242에서 설명됨)를 사용하여 주사될 수 있고, 이때 핀홀들의 하나의 완성된 선형 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 상기 주사 시스템은 주사 슬릿 스캐너(예를 들어 미국 특허(특허 번호 6038076)에서 설명됨)를 병합시킬 수 있고, 이때 슬릿의 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 공초점성은 2개의 광자 여기 광원을 포함하고 초점 활성면을 제한하는 2개의 광자 프로세스(미국 특허(특허 번호 5034613)를 참조하시오)에 의해 달성될 수 있고, 이때 2개의 광자들의 여기 광원의 하나의 펄스는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 공초점성은 Bewersdorf, Pick 및 Hell의 논문(제목 :Multifocal Multiphoton Microscope, 1998 Opt Lett. 23(9): 655-657)에 설명된 바와 같이 핀홀들을 수반하는 시간 지연 멀티플렉스 프로세스에 의해 얻을 수 있고, 이때 핀홀들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 상기 주사 시스템은 동일한 제어 수단의 제어 하에서 조정하기 위한 독립적으로 제어 가능한 미러들 또는 수단들의 어레이를 이용할 수 있고, 이는 사용시에 핀홀들의 어레이를 합성하고(EP 0911667 및 US 2002,024007), 이때 영상 또는 서브영상을 산출하기 위해 상기 미러들을 이용하는 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

선택적으로, 상기 주사 시스템은 영상 생성을 위해 주사되는 투과 및 반사 엘리먼트들의 랜덤형 또는 준-랜덤형 패턴을 포함할 수 있고(WO 97/31282 및 WO 0043819), 이때 투과 및 반사 엘리먼트들의 하나의 완성된 주사는 니프코 디스크의 회전에 해당한다.

바람직하게, 광이 여기 광원을 제외하고 표본에 도달하는 것을 방지하고, 또한 광이 상기 표본을 제외하고 상기 주사 시스템을 통해 영상 포착 장치에 도달하는 것을 방지하기 위한 수단이 제공된다.

바람직하게, 제어 수단은 또한 영상 포착 장치의 작동을 제어하는데, 이러한 제어에 의해 상기 시간 기간 각각의 마지막에 상기 장치가 판독되고 다음의 시간 기간이 시작되기 전에 재설정된다.

바람직하게는 여기 광원으로부터의 광이 각 특정 시간 기간과 정확하게 동일한 시간동안 상기 표본 상에 입사시켜주는 수단이 제공된다.

일 실시예에서, 제어 수단은 노출 지속 시간을 제어하기 위해 상기 여기 광원을 스위칭 온 및 오프시키고, 영상 포착 장치 노출은 상기 여기 광원이 활성화되는 동안의 시간에 의해 차례로 제어된다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 표본이 조명되는 때를 제외하고 상기 여기 광원으로부터의 광을 방해하기 위해 상기 제어 수단으로부터의 신호들에 의해 사용중에 작동되는 셔터 수단이 제공될 수 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 광은 내재(전자) 셔터에 의해 제어될 수도 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 광 쵸퍼가 광 제어를 위해 이용될 수도 있다.

선택적으로, 음향-광학 엘리먼트가 셔터 기능 수행을 위해 이용될 수도 있다.

선택적으로, 또는 부가적으로, 상기 주사 시스템 및 영상 포착 장치 사이에 제 2 셔터 수단이 제공될 수 있고, 상기 제 2 셔터 수단은 여기 광이 표본 상에 입사되는 동안의 특정 시간 기간들에 대해서는 제외하고 상기 영상 포착 장치 센서의 적어도 일부에 광이 사용 중에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 제어 수단으로부터의 신호들에 의해 작동되고, 이는 상기 포착 장치에 도달하는 인광, 잔광, 산란성 반사 또는 다른 효과들로부터의 광을 발생시킬 수 있는 에러를 감소시키기 위함이다.

셔터 수단이 여기 광원 및 영상 포착 장치 모두에 대해 제공된다면, 상기 수단은 바람직하게는 사용 중 동기적으로 작동되도록 제공된다.

동기화 수단은 기계적 또는 전자적 또는 기계/전자적일 수 있다.

사용 중에, 주사 시스템은 바람직하게는 여기 광에 의해 조명되는 표본 영역을 함유 또는 포함하는, 일반적으로는 관심 영역을 포함하는 평면에서 상기 여기 광을 포커싱한다.

표본이 상당히 투명한 경우에, 본 장치는 또한 표본, 주사 시스템, 또는 상기 주사 시스템 내의 광학 시스템의 엘리먼트를 선형 축(Z-축)을 따라 이동시키도록 적응된 드라이브 수단을 포함하고, 이에 의해 사용중 상기 평면은 상이한 공간적으로 떨어진 평면들에 주사되는 표본들을 인에이블시키기 위해 Z-축을 따라 상이한 지점들에 위치될 수 있다.

바람직하게 선형 축 드라이브 수단은 또한 상기 제어 수단으로부터의 신호에 의해 제어된다.

바람직하게 상기 제어 수단은, 사용중에 상기 선형 축 이동이 적어도 여기 광이 금지되는(또는 광이 표본이 도달하는 것이 방지되는) 동안의 기간들, 바람직하게는 영상 포착 장치가 광에 민감하지 않은 동안의 기간들로 제한되도록 작동한다.

전형적으로 상기 제어 수단은 사용 중에 상기 각 시간 기간의 마지막에 또는 연속적인 N개의 그러한 시간 기간들 이후에(N은 1 이상의 정수임) 상기 선형 축 이동시키기 위해 상기 선형 축 드라이브를 제어한다. 이동은 표본 및 주사 시스템, 또는 상기 주사 시스템의 엘리먼트, 또는 상기 주사 시스템 내의 광학 시스템 엘리먼트 사이의 거리를 감소 또는 증가시키게 된다.

상기 제어 시스템은 바람직하게는 노출들 사이에서 상기 선형 축을 따라 이동되는 거리를 제어하도록 적응된다.

상기 선형 축에서의 각 이동은 동일한 크기이거나, 또는 이전 및/또는 이후의 이동과는 다른 크기일 수 있다.

바람직하게는 상기 제어 시스템은 예정된 동일 크기의 각각을 분리된 단계들로 이동시키기 위해 상기 선형 축 드라이브를 제어하도록 구성되고, 이러한 경우에 노출들 사이에서 각 선형 축 이동은 상기 분리된 단계들 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.

선택적으로, 선형 축 움직임은 연속적일 수 있다. 이는 정착을 위한 메커니즘을 대기할 필요 없이 상이한 영상 위치들 사이에서의 움직임을 더 신속하게 하여 준다. 영상이 흐릿해질 수 있는 결과를 갖는 영상화 프로세스 동안에 영상화 평면이 변화할 것이라는 단점이 있다. 그러나, 이는 영상을 재-선명화시키기 위한 디컨볼루션을 적용함으로써 보상될 수 있다.

선형 축 간격을 변경시키기 위해 필요한 시간이 노출들 사이에서 필요한 최소 시간보다 큰 경우에, 상기 제어 수단은 노출들 사이에서 시간을 제어하거나, Z-축 이동을 참조하여 조명 및 영상 포착 장치 노출을 제어하도록 구성되고, 이에 의해 여기 조명 및 노출은 오직 충분한 시간 기간이 경과된 이후, 또는 원하는 선형 축 이동이 달성된 이후에만 초기화된다.

다중 영상들은 짧은 시간 기간들(예를 들어, 1분-60분), 연장된 시간 기간들(예를 들어, 24시간 - 72시간) 뿐만 아니라 중간 기간들(예를 들어 1시간-24시간)에 대해 수집된다. 그러한 영상들은 종종 영상들의 스택으로써 언급된다.

하나의 노출에서 다른 노출에서 여기 광의 파장 변이를 수반하는 방법에서, 본 장치는 두 개 이상의 광원들 각각이 상기 광원들, 또는 각각의 다른 광원으로부터 상이한 파장의 광을 생성하는 여기 광원들을 포함할 수 있거나, 상이한 파장들의 광을 생성하도록 조정되는 단일 광원을 포함할 수 있고, 상기 제어 수단은 상기 광원 사이에서 선택하도록 적응되거나, 바람직하게는 하나의 노출의 마지막 및 다음 노출의 시작 사이에서 여기 광 파장을 변경하기 위해 단일 광원을 제어하도록 적응된다.

표본의 동일 평면 상에 광을 포커싱하는 동안 조명 파장의 변이가 발생하는 경우에는(즉, 상기 단계들의 시퀀스를 만드는 연속적인 두개 이상의 노출 단계들의 각각 사이에서 선형 축 이동이 없음), 비록 각각이 여기 광의 하나의(또는 동이세 두개 이상의) 상이한 파장(파장들)을 채택할지라도 상기 제어 수단은 상기 선형 축 드라이브 수단을 제어하도록 적응될 수 있고, 이에 의해 상기 선형 축 이동은 각각의 완전한 상기 단계들의 시퀀스가 수행된 이후에만 초기화되고 각 선형 축 이동이 완료된 이후에만 상기 단계들의 다음 시퀀스가 초기화된다.

전형적으로 표본은 현미경 스테이지에 의해 운반되고, 스테이지 드라이브는 예를 들어 동일한 슬라이드상의 다른 세포들, 또는 다중우물 플레이트의 다른 샘플들, 또는 조직 또는 단일 샘플의 다른 영역들과 같은 샘플의 다른 부분들을 관찰하기 위해, 상기 스테이지를 X축 및 Y축으로 이동시키도록 제공된다.

이를 위해, 상기 X축 및 Y축 단계들은 10마이크론 내지 10mm의 범위일 수 있다.

복수의 샘플들은 다중 우물 플레이트의 우물에 놓일 수 있다. 상기 샘플들은 모두 유사하거나 다를 수 있고, 예를 들어 성분, 농도 또는 연대로 인해 다를 수 있다.

선형 드라이브는 시간 절약을 위해, 교대로 일방향 그후 다른 방향으로 선형 움직임을 산출하기 위해 제어될 수 있다.

파장 변이들은 상이한 피크 파장들의 두 개 이상의 광원들을 채택하고, 상기 광원들을 선택적으로 작동시키거나, 또는 상기 광원들로부터의 광을 원하는 대로 차례로 주사 장치 및 표본으로 선택적으로 보냄으로써 달성될 수 있다.

광원의 스펙트럼(하나의 파장의 광을 생성한다고 지정될때조차도)은 실제로 복수의 파장들에서의 광을 포함하고, 상기 파장들에서 표시된 파장 및 그와 가까운 파장에서의 광의 세기는 광원 스펙트럼에서 다른 광 성분들보다 훨씬 세다. 이러한 경우에 있어서, 상기 광원은 지정되는 파장에서의 피크로서 불리운다.

그러므로, 본 발명을 수행하기 위한 장치에서 사용되는 광원들은 좀더 복잡한 스펙트럼 특성들, 예를 들어 488nm에서의 주 라인, 및 476nm 및 496nm에서의 추가 라인들을 갖는 아르곤 이온 레이저로부터 이용 가능한 다중 피크들을 가질 수 있다.

여기 광원이 동시에 복수의 파장을 생성하는 경우에, 개별적(피크) 파장들은 단일 코드(예를 들어, 코드 00, 01, 10, 11로서 4개의 파장들 중 하나를 선택하기 위한 2개의 라인들) 또는 개별적 신호 라인들의 세트(예를 들어, 4개의 파장들에 대한 4개의 라인들)에 의해 선택될 수 있고, 이에 의해 여러 개의 라인들이 동싱에 활성화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특성에 따라, 여기 광원은 레이저 광원을 포함할 수 있고, 상기 레이저 광원은 하나 이상의 레이저를 포함할 수 있다.

단일 여기 광원이 채택될 수 있는데, 상기 광원의 방출된 파장은 변경될 수 있고, 상기 제어 수단은 원하는 파장 생성을 위해 상기 광원을 사용중 변경시키도록 적응될 수도 있다.

바람직하게는, 음향-광학의 조정 가능한 필터(AOTF: acousto-optical tuneable filter) 크리스탈을 포함하는 레이저 광원이 채택되고, 제어 수단은 방출된 광의 파장을 제어하기 위해 노출들 사이에서 상기 크리스탈로 주파수 제어 신호를 변경하기 위해 사용 중에 신호들을 제공하도록 적응된다.

광원은 직접 구동되는 레이저 다이오드일 수 있다.

바람직하게 주파수 제어 신호의 임의의 변경이 노출들 사이에서 발생한다.

여기 광은 상기 광원을 펄스화 함으로써 펄스화될 수 있다.

여기 광은 편광된 광원을 이용하거나 편광 필터를 이용함으로써 편광될 수 있다.

여기 광원은 발광성 또는 인광성 광원일 수 있고, 광학 필터 또는 분광기는 사용중에 상기 광원에 의해 방출되는 광의 파장을 제어하기 위해 이용될 수 있다.

선택적으로, 하나 이상의 광-방출 엘리먼트들을 포함할 수 있는 광 방출 다이오드(LED) 광원이 여기 광원으로서 이용될 수 있다.

표본 상에 입사하는 여기 조명의 세기가 하나의 노출에서 다른 노출로 조정되는 경우에, 제어 수단은 바람직하게는 노출들 사이에서, 상기 표본 상에 입사하는 여기 조명의 세기를 사용중에 조정하도록 적응될 수 있다.

이러한 변이는 예를 들어 광 경로에 상이한 ND 필터들을 삽입함으로써 달성도리 수 있다.

그러므로 본 장치는 동일한 제어 수단의 제어 하에서 복수의 ND 필터들 및 수단들을 포함할 수 있고, 밀도 변이를 달성하기 위해 상기 광 경로에 (바람직하게는 노출들 사이의 시간 구간들 동안) 하나 이상의 상기 필터들을 선택적으로 위치설정한다.

선택적으로, 본 장치는 상기 광 경로에 있는 조정 가능한 홍채 조리개, 및 바람직하게는 노출들 사이의 시간 구간들에서 원하는 대로 홍채를 개폐하기 위해 제어 수단에 의해 작동되는 드라이브 수단을 포함할 수 있다.

선택적으로, 그리고 바람직하게는, 여기 광의 세기는 여기 광원에 공급되는 전력을 조정함으로 제어될 수 있고, 이를 위해 제어 수단은 적합성에 따라 여기 광원에 대한 전력 광원을 제어하기 위해 또는 전력을 전달하기 위한 신호를 생성하도록 적응될 수 있다.

AOTF 또는 LCD 셔터와 같은 채택 엘리먼트는 상기 표본 상에 입사하는 여기 광의 세기를 제어하기 위해 이용될 수 있고, 상기 AOTF 또는 LCD 셔터는 상기 제어 수단으로부터의 신호들에 의해 제어된다. 여기 광 세기는 두 개 이상의 그러한 세기 변화 기술들의 결합, 전형적으로 직렬 결합을 이용하여 제어될 수 있다.

하나의 광원 및 다른 광원 사이, 또는 AOTF 크리스탈 레이저와 같은 제어된 여기 광원의 상이한 작동 모드들 사이 또는 여기로 인한 크리스탈의 방출의 상이한 작동 모들을 사이에서와 같은 고유의 세기 변화로 인할 수 있는 것처럼, 하나의 파장에서의 여기 조명의 세기가 다른 파장에서의 여기 조명의 세기와 다른 경우에, 제어 수단은 각 파장에 대해 표본에서 예정된 조명 세기를 제공하기 위해 하나의 파장에서 다른 파장 사이의 조명의 세기를 사용중에 변경시키도록 적응될 수 있고, 이에 의해 그렇지 않으면 발생할 수 있는 하나의 파장 및 다른 파장 사이에서와 같은 세기 변화를 실질적으로 제거할 수 있게 된다.

전형적으로 그러나 배타적이지는 않게, 제어 수단은 파장이 변함에 따라 하나의 노출에서 다른 노출로 여기 광원으로의 전력을 사용 중에 제어하도록 구성되고, 이에 의해 각 노출 동안에 파장에 표본에서 조명의 실질적인 유사 레벨(즉, 세기)를 보장되며, 상기 레벨은 파장에 독립적이다.

만일 샘플로부터의 방출이 방출되는 발광의 파장에 따라 변한다면 유사한 기술이 이용될 수 있는데, (파장에 관계없이)유사한 세기의 광이 방출되기 위해서는 하나의 노출에서 다른 노출로 여기 광원에 관련하여 전력 조정 및/또는 채택은 추가로 또는 대안으로서, 사용되는 파장에 관계없이 실질적으로 일정한 세기 발광성을 제공하도록 조정될 수 있다.

영상 포착 장치는 임의의 편리한 광 민감성 센서를 포함할 수 있다.

바람직한 영상 포착 장치는 CCD 카메라이다. 바람직하게는 아날로그 형태와는 반대의 디지털 형태의 그림 신호를 제공하는 CCD 카메라가 선택된다.

영상 포착 장치가 CCD 카메라인 경우에, 카메라 출력 신호들의 S/N 비를 증가시키도록 냉각되는 것이 바람직하다.

채택될 수 있는 대안적 영상 포착 장치는 CMOS 카메라, CID(전하 주입 장치) 카메라, 증강되거나 게이팅된 카메라, 광전(자) 증배관 어레이, 광다이오드 어레이, 또는 어드레싱 가능한 마이크로콜로미터 어레이를 채택하는 영상 포착 장치이고, 또는 화학적 필름 카메라가 사용될 수도 있다.

영상 포착 장치에 나타난 광은 영상을 형성할 수 있기 때문에, 상기 영상 포착 장치에 공급되는 광은 상기 영상을 육안으로 관찰할 수 있게 하는 접안경, 또는 관찰을 위해 스크린 상에 상기 영상을 투사하도록 구성된 프로젝션 장치로 보내질 수 있다.

이를 위해 영상 포착 장치로의 광 경로는 광선-분리 또는 광선 지향 장치를 포함할 수 있고, 상기 장치에 의해 광은 영상 포착 장치 및/또는 접안경 및/또는 프로젝션 시스템 사이에서 분리(분할)될 수 있다.

하나 이상의 영상 포착 장치들이 사용될 수 있는데, 각각은 동일한 유형의 장치일 수 있거나 다른 유형의 장치일 수 있다. 두 개 이상의 영상 포착 장치들이 채택되는 경우에, 적어도 하나의 장치는 하나 이상의 다른 장치들과는 다른 유형일 수 있고, 모두가 다 다른 유형일 수도 있다.

커메라들은 센서들로 대체할 수도 있다.

하나 이상의 영상 포착 장치들이 제공되는 경우에, 상기 장치들로의 광 경로는 적합성에 따라 광선 분리 수단 또는 광선 지향 수단을 포함할 수 있다.

광은 광 섬유 다발을 통해 영상 포착 장치 센서 또는 각각으로 전달될 수 있다.

본 장치는 컴퓨터에 의한 최종 분석을 위해 영상 포착 장치로부터의 신호들을 저장하도록 적응되거나, 저장된 신호들을 판독함으로써 생성되는 영상의 시각적 조사 또는 분석을 위해 스크린 상에 디스플레이되는 데이터 저장 수단을 포함한다.

본 장치는 또한 영상 신호들의 처리 및 분석을 위해서, 영상 포착 장치 또는 데이처 저장 수단으로부터의 신호들을 수신하도록 적응된 컴퓨터 수단을 포함할 수 있다.

영상 포착 장치로부터의 디스플레이 장치, 또는 상기 컴퓨터로의 신호 경로는, 처리 이전 및/또는 이후에 상기 컴퓨터로부터의 데이터 또는 저장 수단에 저장된 데이터, 또는 영상 포착 장치 출력을 이용하여 영상이 형성될 수 있도록 제공된다.

여기 광 제어를 위해서 레이저 및 AOTF, 또는 셔터를 대신하여, 내장 광선 제어를 갖는 다이오드 레이저가 이용될 수 있음이 이해된다. 이러한 관점에서 셔터로의 참조는 다이오드 레이저 광원을 스위칭하거나 변조시키는 것을 참조하기 위해 고려될 수 있다.

본 발명은 지금부터 첨부된 도면들을 참조하여 예시의 방법으로 설명될 것이다.

도 1은 공초점성 현미경 시스템의 개략도.

도 2는 본 발명의 방법을 수행하기 위해 도 1의 컴퓨터 기반 제어기에 연결되 수 있는 세부적 특허 하드웨어의 시스템도.

도 3은 AOTF 레이저 제어 시스템의 개략도.

도 4는 도 2의 시스템이 어떻게 상이한 기계 상태들의 시퀀스를 통해 스위칭되는지를 보여주는 블록도.

도 5는 제어기 보드의 블록도.

도 6A 내지 도 6C는 상이한 운영 시스템들을 위한 제어 신호 프로토콜들을 보여주는 파형도들.

도 7은 위상 클록된 루프로서 작동되는 시스템의 상태도.

도 8A 및 도 8B는 제어 신호들이 제어기의 의해 더 생성되는 시스템 및 상태도.

도 9A 및 도 9B는 카메라의 트리거링이 상기 제어기로의 피드백을 위한 트리 거 ACK 신호들을 생성하는 시스템 및 상태도.

도 10A 및 도 10B는 제어기가 외부적으로 트리거되거나 외부 장치들에 대해 입력드링 사용될 수 있는 시스템 및 상태도.

CSU10 공초점 주사 시스템의 작동 설명을 위해 Yokogawa Technical Report No. 33 (2002), 더욱 상세하게는 상기 논문의 도면 1 내지 3 및 관련된 설명이 참조된다.

도 1에서, 공초점성 주사 시스템(10)은 스테이지(12) 상의 샘플(미도시)을 관찰하고 AOTF 레이저 광원(16)로부터의 레이저 광에 의해 상기 샘플의 여기로부터 발생하는 인광성 영상 형성을 위해 카메라(14)에 빛을 제공하기 위해 설치된 Yokogawa 공초점성 주사기(모델 CSU10 또는 좀더 최근 모델 CSU21 일 수 있음)를 포함할 수 있다.

제어기(18)는 컴퓨터(20)로부터의 신호들을 항목들(10, 12, 14 및 16)을 제어하고 작동시키기 위한 제어 신호들로 전달시키고, 만일 필요하다면 상기 항목들로부터의 데이터를 상기 컴퓨터(20)에 전송할 수 있다. 소프트웨어(22)는 수행되는 샘플 또는 실험에 따라, 상기 컴퓨터로 하여금 특정 태스크를 수행하거나 상이한 방식들로 항목들(10 내지 16)을 제어하도록 명령할 수 있게끔 상기 컴퓨터 상에 로딩되는 것이 도시된다. 선택적으로, 상기 시스템으로 하여금 상이한 태스크들 또는 실험들을 수행하는데 필요하면 상이한 소프트웨어가 로딩될 수 있다.

도 2는 도 1의 시스템의 작동 예시를 구성하기 위해 상호 연결될 수 있는 다 양한 항목들의 특허 하드웨어를 도시한다. 도 1의 제어기(18)는 도 2에서는 동기화 회로(18') 및 제어 보드(18'')로 구성되고, 컴퓨터(20)는 기본적 운영 시스템으로 윈도우즈 2000이 로딩된 Dell Dimension GX260으로서 식별되고, 2.4 GHz의 프로세서 및 2GB 램 및 WD Cavlar 드라이브를 가지며, 두 개의 디스플레이 모니터들(21 및 23)을 드라이브시키기 위한 듀얼 모니터 카드들을 구비한다.

현미경(12)은 전형적으로 Nikon eclipse model TE300 이고, 도 1과 관련하여 언급한 바와 같이 공유-초점 주사 장치는 Yokogawa model CSU10 또는 CSU21 을 포함한다. Z-축 조정은 Physik Instrument 압전 드라이버(22)를 이용하여 달성되고, 상기 드라이버는 아날로그 제어 신호들이 제공되는 특허 제어 장치(24)에 의해 제어된다.

레이저 여기 광원은 플로리다의 NEOS로부터의 AOTF 크리스탈 및 제어기와 함께 작동하는 캘리포니아의 Melles Griot Laser Group에 의해 공급되는 것과 같은 Ommnichrome 43시리즈(3 파장)이다. 상기 레이저의 광 세기는 제어 보드(18'')로부터 제어 가능한데, 상기 제어 보드는 위에서 언급된 바와 같이 동기화 장치(18')와 함께 도 1의 제어기(18)를 구성한다. 드라이버(26)는 전력 공급이 30으로 도시된 레이저(16)에 대한 AOTF 제어(28)를 제어한다.

카메라(14)는 Hamamatsu Orca(하마마츄 오프카) EP CCD 카메라이다.

드라이버(26)에 대한 전력 공급은 32로 도시되고, 카메라(14)에 대한 전력 공급 및 인터페이스는 34로 도시된다.

동기화 회로(18')는 USB 연결부(36)를 통해 컴퓨터(20)에 연결된다.

도 3은 아르곤 이온 레이저(38) 및 보조 레이저(40)를 포함하는 바와 같은, AOTF 레이저를 상세하게 도시한다. AOTF 크리스탈(42)은 섬유(44) 및 CSU10 섬유 포트를 통해 방출되는 광의 파장을 제어한다.

크리스탈(42)는 회로(18') 및 드라이버(26)을 통해(도 2를 참조하시오) 컴퓨터(20)로부터의 TTL 및 아날로그 신호들에 의해 차례로 제어될 수 있는 제어기(46)로부터의 RF 신호에 의해 제어된다.

도 4의 상태도는 1KHz의 클록 신호가 시스템의 요구되는 상이한 작동들을 어떻게 제어하는지를 도시한다.

도 4는 라인 온/오프(48), 레이저 라인(50), Z 위치(52), 카메라(54), 및 헤드 동기(56), 지속 시간 다운 카운터(58), 상태 카운터(60), 및 복수의 분리 비트 패턴을 포함하는 메모리(62)로 표시되는 출력 레지스터들의 세트를 포함하는 상태도이고, 상기 패턴의 각각은 원하는 기계 상태들 중 하나를 정의한다. 출력 레지스터들의 일부의 비트 출력들은 장치들 상의 디지털 포트들로 직접 연결되고, 상기 장치들은 레이저 라인 ON/OFF 선택(48) 시스템, 카메라 트리거 및 CSU 주사 디스크 시스템 동기 입력과 같은 그러한 신호들에 의해 제어될 수 있다. 출력 레지스터들(50 및 52)로부터의 디지털 신호들은 AOTF 시스템 및 압전 스테이지 드라이브 상의 아날로그 포트들로 아날로그 신호들을 제공하기 위해 DAC들(64, 66)에 의해 디지털을 아날로그 신호들로 전달되는데, 상기 압전 스테이지 드라이브는 전형적으로 두 개의 상이한 축들을 따라 상기 스테이지를 드라이브시킨다.

클록 신호, 전형적으로는 1KHz의 클록 신호가 지속 시간 다운 카운터(58)에 공급된다.

전형적으로 상태 데이터는 호스트 컴퓨터(20)에 저장되고, 상기 호스트 컴퓨터로부터 메모리(62)로 로딩된다.

초기화시에, 상태 카운터(60)에는 상태들의 번호가 로딩된다. 제 1 상태는 메모리(62)의 제 1 라인으로부터 출력 레지스터들(48 내지 56)로 전달되는데, 이는 제어 신호들이 공급되는 장치들의 상태들을 설정하기 위함이다. 상기 제 1 상태의 의도되는 지속 시간은 번호로써 상태 지속 시간 메모리(68)로부터 상태 지속 시간 다운-카운터(58)로 로딩된다.

다음 클록 펄스에서, 지속 시간 카운터(58)에 존재하는 수치적 값은 1만큼 감소되고, 새로운 값이 0과 비교된다. 만일 0이 아니면, 출력 레지스터들(48 내지 56)의 상태들은 유지된다.

지속 시간 카운터(58)의 수치적 값이 0에 도달하면, 상태 카운터(60)는 1만큼 클록되고 메모리(62)에서의 다음 상태 비트 패턴을 가리키게 된다. 상기 다음 상태는 (62)로부터 출력 레지스터(48 내지 56)로 전달되는데, 이는 제어되는 장치들의 상태들을 기계의 요구되는 새로운 상태로 설정하기 위함이고, 상기 다음 상태에 대한 지속 시간은 (68)로부터 지속 시간 카운터(58)로 전달되는데 이는 상기 다음 상태의 지속 시간을 제어하기 위함이며, 지속 시간 카운터(58)의 수치적 값이 0에 도달하는 때마다 상기 다음 상태는 메모리(62)로부터의 다음 상태로 대체된다.

시스템의 작동은, 상태 카운터(60)가 작동이 정지하는 지점인 0으로 감소할 때까지 하나의 상태에서 다음 상태로 진행한다. 정지 신호는 이러한 지점에서 생성되고, 상기 시스템은 이러한 정지 신호가 생성되자마자 다시 시작하도록 설정될 수 있다.

상이한 작동들/상태들과 관련하는 메시지들은 다음과 같이 설정된다.

USB 메시지 타입들

질문(Interrogation)

이러한 메시지는 USB 벤더 ID의 초기 부족에 대처하는 작업이다. USB 마스터는 각 장치가 어떤 유형인지를 알기 위해 각 장치에 질문한다.

메시지 타입	0x00	1 바이트
필러(대개는 모두 0x00)		3 바이트
		4 바이트

동기화기는 다음으로써 응답한다:

메시지 타입	0x00	1 바이트
질문(interrogation) 메시지가 에코된 제 2 바이트(즉, 0x00 )		1 바이트
0x12(즉, 아스키 DC2)		1 바이트
0x36(즉, 아스키 '6')		1 바이트
		4 바이트

초기화( Initialisation )

이 메시지는 임의의 실험치가 유도되기 전에 전송되는데, 이는 디폴토 출력 상태 및 공초점 헤드 파라미터들을 설정하기 위함이다.

메시지 타입	I	1바이트
디지털 출력들(카메라 트리거 비트 7, 비트들 0 내지 6 일반적 목적)		1바이트
AOTF 비트들		1바이트
Z 위치(note 1 참조)		2바이트
동기 펄스 온 기간, ms(note 2 참조)		1바이트
동기 펄스 오프 기간, ms(note 2 참조)		1바이트

섹터 시간, ms(note 2 참조)	1바이트
	8바이트

Z-축 드라이브

Z-축 드라이브 위치는 다음에 의해 주어진다:

Pz/(100㎛/2¹⁶) 또는 Pz/(1.526nm)

여기서, Pz는 원하는 Z 위치이고, 10㎛/volt의 감도 및 10volt 출력 스팬이 추정된다. 16 비트들까지는 이러한 값에 대해 이용가능하지만, 설명되는 실시예는 단지 최대 12 비트까지로만 응답하고 이는 25nm의 해상도를 제공한다.

섹터 시간 동기화

동기 펄스 시간들, 섹터들의 개수 및 카메라 노출 시간들은 모두 섹터 시간들로 동기되는 모든 이벤트에 대한 요구 사항으로 제한된다.

예를 들어, 12 섹터 디스크는 다음의 파라미터들을 가질 수 있다.

디스크 RPM 5000 2500 16666.66

7

디스크 Hz 83.3333 41.6666 27.7777

3 7 8

섹터시간 ms 1 2 3

동기 Hz 166.666 83.3333 55.5555

7 3 6

동기기간 ms 6 12 18

Yokogawa CSU10 및 CSU21 시스템들은 현재의 설계에서는 섹터당 3ms로 제한된다

상태 데이터 헤더 및 푸터

다음의 메시지는 상태 데이터 리스트 이전(헤더) 및 이후(푸터)로 전송된다. 이미 저장된 임의의 상태 데이터는 헤더가 수신될 때 클리어된다. 만일 동기화기가 작동중이면 상기 메시지는 무시된다. 상기 메시지는 상태 리스트 헤더들 및 상태 리스트 푸터들로서 언급된다.

메시지 타입	H	1 바이트
서브-타입 ㆍH: 헤더 ㆍF: 푸터		1 바이트
		2 바이트

상태 데이터

상태 데이터는 상태 리스트 헤더 바로 다음에 와야만 한다. 동기화기는, 임의의 것을 실행하기 전에 상태들의 정확한 번호가 수신되었는지를 체크하도록 설정 된다.

메시지 타입	D	1 바이트
이러한 상태를 위한 유지 시간(섹터 너비들)		2 바이트
디지털 출력들(카메라 트리거 비트 7, 비트들 0 내지 6 일반적 목적)		1 바이트
AOTF 비트들		1 바이트
Z 위치		2 바이트
		7 바이트

실험적 제어

일단 상태 데이터가 다운로드되면, 상기 시스템은 실험을 수행하기 위해 제어될 수 있다.

메시지 타입	C	1 바이트
액션 코드: L 시작 라이브 모드(즉시 데이터가 받아들여져 보유됨) O 한번 실행하기 위해 실험 시작(즉시 데이터는 무시됨) S 루프를 계속하기 위해 실험 시작(즉시 데이터는 무시됨) C 완전 정지(시작 리스트의 마지막에서 실행 정지) I 즉시 정지(모든것을 정지시키고 초기화 데이터로 전달됨)		1 바이트
		2 바이트

즉시 데이터

만일 라이브 모드에서 포착이 시작되면, AOTF 블랭킹 및 Z 스태퍼가 마음대로 수정될 수도 있다. 카메라 트리거 비트(디지털 출력 비트 7)는 모든 즉시 데이터에서 무시된다.

메시지 타입	M	1 바이트
데이터 타입: C 디지털 출력 데이터(1 바이트가 후속함) A AOTF 블랭킹 데이터(1 바이트가 후속함) Z Z 스태퍼 위치(2 바이트가 후속함)		1 바이트
데이터		2 바이트
		5 바이트

AOTF / DAC 제어

이러한 메시지는 AOTF 채널 전력을 설정하기 위해 송신된다. 실험 동안에 변화되는 것에는 AOTF 레벨은 민감하지 않으나, 간략화를 위해 동기화기는 항상 등답할 것이다 - 이는 라이브 모드인 동안에 상기 레벨들이 조정될 수 있도록 하여 준다.

메시지 타입	A	1 바이트
AOTF 주소(1 내지 8)		1 바이트
AOTF 데이터		1 바이트
		3 바이트

상태	라인온/오프	레이저 라인	압전	카메라	동기	카운트
0008	0000	0000	0110	0	1 000110
0007	0010	0200	0110	0	0	0001
0006	0010	0200	0110	1	0	0002
0005	0010	0200	0110	0	0	0001
0004	0010	0000	0110	0	0	0001
0003	0001	0100	0330	0	0	0001
0002	0001	0100	0330	1	0	0001
0001	0001	0100	0330	0	0	0001
0000	0001	0100	0330	0	0	0001

상태기(state machine) 샘플 함유물

상기 시스템은 "카운트" 클록 틱들에 대한 주어진 상태를 수행하고, 출력들 은 이러한 시간동안 주어진 값을 유지한다.

설명된 바와 같이, 본 발명은 Z-축 드라이브를 구비하는 니프코 디스크 레이저 주사 공초점 현미경 영상화 시스템제어 시스템을 배열하기 위해 제어 시스템 또는 동기화기를 제공한다. 상기 시스템은 호스트 컴퓨터(20) 및 제어기(18)를 필요로 하고, 광범위한 태스크들을 수행하기 위해 프로그래밍 가능하며, USB 연결과 같은 통신 라인을 통해 니프코 디스크 공초점 현미경 하드웨어에 연결 가능하다.

제어기(18)는 도 4를 참조하여 설명된 상태기로서의 기능을 하기 위해 프로그래밍된 8051 마이크로 제어기를 이용하여, 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 장치(18)는 클록 입력(69), DAC 들(64 및 66), 및 다음과 같은 출력 포트들을 포함한다(비록 임의의 다른 적합한 마이크로 프로세서 또는 프로그래밍 가능한 논리 장치가 서브 시스템을 제어하기 위해 이용될 수 있다는 것이 이해될지라도).

ㆍUSB 포트(70) - 구성, 타이밍 및 전력을 위한 하나의 포트

ㆍ동기 출력 포트(72) - 초기화를 참조하여 설명된 바와 같이, 가변적 0-3Vpk-pk, 1ms 증분의 프로그래밍 가능한 하이 및 로우 기간들.

ㆍ TTL 출력 포트들 - (74)는 AOTF 스위칭을 위한 8 비트; (67)은 카메라 트리거, 셔터 제어 및/또는 일반적 목적을 위해 8개의 비트까지 이용함(예를 들어, 하나의 비트는 카메라 트리거링에 나머지는 라이브 모드시에 동기적으로 제어될 수 있도록 함); 및 (72)는 디스크 섹터 속도를 동기화하기 위해 사용됨.

ㆍ DAC(64)로부터의 아날로그 출력 - 8개의 채널들, 8 비트 해상도. AOTF 전력 설정 및/또는 일반적 사용. 동기화되지 않았으나 동기적 또는 비동기적으로 제어될 수도 있음.

ㆍ DAC(66)로부터의 아날로그 출력 - 0-10 볼트들, 12 비트 해상도. 전형적으로 디스크 섹터 속도에 동기화되나, 라이브 모드시 비동기적으로 제어 가능함.

도 6A 내지 도 6C의 제어 신호 프로토콜 다이아그램들에서, 제어 시호들의 값들은 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 바와 같은 전형적 시스템에 대해 도시된다.

트리거/인에이블 신호는 카메라의 활성을 제어하고, 이는 액티브 "온" 및 인액티브 "오프" 상태들 사이를 교대한다.

"주사 동기의 마지막"은 전체 디스크 회전에 해당하는 핀홀 주사 시퀀스의 마지막을 나타내고, 이때 각각의 디스크는 복수의 섹터들로 구성된다.

"파장 선택"은 여기를 위해 선택되는 상이한 파장들을 나타낸다.

"전력 레벨"은 전력이 온 및 오프되었을 때를 표시한다. 이는 전형적으로 오프로부터 공칭 전력 레벨 "p"로 스위칭된다.

도 6A의 "Z 위치" 파형은, 파장이 일정하게 유지되는 동안에 다음 주사 시퀀스를 위해 Z0 위치로 리턴하기 전에, Z 축에서 상이한 샘플 주사 평면들을 결정하는 제어 신호가 Z1에서 Z2 및 Z3로 소수간들로 어떻게 증가할 수 있는지를 표시한다.

도 6B에서 신호를 결정하는 Z 위치는 Z0에서 Z에 대한 최대 값(즉, Z3)로 일정한 비율로 램핑되고, 그 후 다음 주사를 위해 X0로 값으로 신속하게 다시 감소한다.

도 6C에서는, Z 위치가 두 개의 연속적 주사들 동안에 Z1 및 Z3 사이에서 어떻게 변화하는지가 도시되고, 이때 상기 두개의 주사들 각각 동안에 파장은 전력 오프 동안에 X1 에서 X2로 변화된다.

도 7은 디스크 회전 펄스의 고유 주파수에 대해 위상 클록된 루프로써 작동될 때 도 2 내지 도 5의 시스템과 같은 시스템의 상태들을 도시하는데, 이때 상기 디스크 회전 속도는 CSU 제어기에 의해 설정된다. 이러한 시스템에서, 카운터로의 클록 속도는 디스크 회전의 실제 속도에 의해 조정된다. 디스크 동기 신호들은 도 4의 1KHz 클록을 대신하여 지속 시간 카운터(58)를 제어하는 위상 클록된 루프 클록(76)에 공급된다.

도 8A 및 도 8B는 대체 장치로서 관련되는데, 제어 신호들은 확인 신호 경로(78)에 의해 도시된 바와 같이 스테이지 및 물체 제어와 같은 다른 제어 기능들을 위한 제어기(18) 및 현미경(12)으로부터 통과한다.

도 9A 및 도 9B는 도 2 내지 도 5의 시스템의 다른 변형예에 관련하고, 제어 신호들은 경로(80)를 따른 ACK 신호와 같이 트리거링을 ACK 하기 위해 카메라(14)에서 제어기(18)로 통과한다.

도 10A 및 도 10B는, 어떻게 제어기(18)가 외부 트리거링될 수 있는지와 경로(82)를 따라 외부 장치로부터 인에이블 입력을 수신할 수 있는지를 도시한다.

Claims

디스플레이 장치에서 영상을 생성하거나 또는 프로세싱 및 분석을 위한 비디오 신호를 생성하도록 표본으로부터 방출되는 광을 영상 포착 장치에 의해 영상화하는 장치로서,

상기 표본을 장착하기 위한 수단;

여기 광을 생성하기 위한 광원;

한 방향으로 상기 여기 광을 지향시켜 상기 표본의 영역을 주사하도록 구성되며 상기 표본 상에 입사하는 여기 광의 결과로서 상기 표본으로부터 방출되는 광을 다른 방향으로 전달하도록 구성되며, 사용시 상기 표본의 관심 영역을 반복적으로 주사하도록 작동하는 공초점 주사 시스템;

상기 표본으로부터 방출된 광이 상기 다른 방향으로 상기 주사 시스템을 통해 전달된 이후에 영상을 형성하도록 포커싱되는 공간적으로 분리된 개별 감광성 영역들을 갖는 영상 포착 장치; 및

호스트 컴퓨터와 제어기를 포함하는 제어 수단

을 포함하며, 상기 제어기는 상태기(state machine)로서 기능하도록 프로그램되고 상기 주사 시스템을 제어하도록 구성되며, 그리고 상기 영상 포착 장치에서 형성되는 각각의 영상에 대해, 상기 표본으로부터의 광이 상기 관심 영역을 n회(여기서 n은 1 이상의 정수임) 주사하기 위해 상기 주사 시스템에 의해 요구되는 시간 기간과 동일한 특정 시간 기간 동안 상기 영상 포착 장치에만 입사되도록, 상기 여기 광원과 상기 영상 포착 장치 중 하나 이상을 제어하도록 구성되는,

광 영상화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 표본이 조명되는 시기를 제외하고, 상기 여기 광원으로부터의 광을 차단하기 위해 사용시 상기 제어 수단으로부터의 신호들에 의해 작동되는 셔터 수단을 더 포함하고, 상기 셔터 수단은 음향-광학 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 주사 시스템과 상기 영상 포착 장치 사이에 제 2 셔터 수단을 더 포함하고,

상기 제 2 셔터 수단은 상기 포착 장치에 도달하는 인광, 잔광, 또는 산란성 반사로부터 발생할 수 있는 에러들을 감소시키기 위해, 여기 광이 상기 표본 상에 입사하는 동안의 특정한 시간 기간을 제외하고, 상기 영상화 장치의 사용시 상기 영상 포착 장치의 센서의 적어도 일부에 광이 도달하는 것을 방지하도록 하기 위해 상기 제어 수단으로부터의 신호들에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표본의 영역의 평면의 위치가 사용시 상기 표본을 기준으로 조절될 수 있도록, 선형 축을 따라 상기 주사 시스템 내에서 광학 시스템의 엘리먼트 또는 상기 표본, 상기 주사 시스템을 이동시키도록 구성된 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어 시스템은 사용시 상기 선형 축을 따른 이동을 광이 상기 영상 포착 장치에 도달하는 것이 방지되는 동안의 기간들로 제한하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어 시스템은 상기 여기 광원의 광이 상기 표본에 도달하는 것을 차단 또는 방지하는 기간들 동안 상기 선형 축을 따른 이동만이 이루어지도록 작동하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 표본, 또는 상기 주사 시스템, 또는 상기 광학 시스템의 엘리먼트의 선형 축 이동은 연속적이며, 상기 광 영상화 장치는 상기 연속적 이동으로 인해 흐릿해지는 상기 영상 포착 장치에서의 영상, 또는 상기 영상 포착 장치로부터의 신호들에 의해 생성되는 영상의 재-선명화(re-sharpen)를 위해 디컨볼루션(deconvolution)을 적용하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

사용시 상기 여기 광의 파장은 하나의 노출에서 다른 노출로 변화되도록 요구되며, 상기 광 영상화 장치는 2개 이상의 여기 광원들을 포함하며, 여기 광원들 각각은 다른 광원들과 서로 상이한 파장의 여기 광을 산출하며, 상기 제어 수단은 사용시 각각의 노출을 위한 광을 제공하기 위해 상기 여기 광원을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

사용시 상기 여기 광의 파장은 하나의 노출에서 다른 노출로 변화되도록 요구되며, 상기 광 영상화 장치는 상이한 파장들의 광을 산출하도록 조절가능한 단일 여기 광원을 포함하고, 상기 제어 수단은 각각의 노출 동안 요구되는 파장을 갖는 광을 산출하도록 상기 광원을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 여기 광원은 복수의 파장들의 광을 동시에 산출하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

단일 여기 광원이 채택되고, 상기 광원으로부터 방출되는 광의 파장 또는 파장들은 변경될 수 있으며, 상기 제어 수단은 원하는 파장 또는 파장들의 광을 산출하기 위해 상기 광원을 조절하도록 구성되고, 상기 광원은 음향-광학 조정가능 필터(AOTF) 크리스탈을 포함하는 레이저 광원이며, 상기 제어 수단은 상기 방출된 광의 파장 또는 파장들을 제어하기 위해서, 상기 크리스탈에 대해 주파수 제어 신호를 변경하기 위한 신호들을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 여기 광원은 광 펄스들을 산출하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 여기 광의 세기는 감쇠 엘리먼트에 의해 제어되고, 상기 제어 수단은 사용시 상기 감쇠 엘리먼트를 제어 또는 위치설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 감쇠 엘리먼트는 AOTF 또는 LCD 셔터인 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 수단은 하나의 광원과 다른 광원 사이에서와 또는 상기 여기 광원의 상이한 작동 모드들 사이에서와 같은 고유한 세기 변화로 인해 발생할 수 있는 하나의 파장에서 다른 파장으로의 세기 변화를 제거하기 위해, 각각의 파장에 대해 상기 표본에 예정된 조명 세기를 제공하도록 조명의 세기를 변경시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 수단은 일정한 세기의 조명을 제공하기 위해, 상기 여기 광의 상이한 파장들로 인한 상기 영상 포착 장치의 센서 상에 입사되는 광의 세기 변화를 감소시키기 위해, 또는 파장에 관계없이 유사한 세기의 발광으로 인한 광이 방출되도록 하기 위해, 또는 이들 모두를 위해, 하나의 노출에서 다른 노출로 상기 여기 광원에 대한 전력을 조절하거나, 상기 여기 광원으로부터의 광의 감쇠를 제어하거나, 또는 상기 여기 광원에 대한 전력을 조절하고 상기 여기 광원으로부터의 광의 감쇠를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 장치.
장치를 이용하여 표본으로부터의 광을 영상화하는 방법으로서,

상기 장치에서, 여기 광이 공초점 주사 시스템(confocal scanning system)을 통해 상기 표본을 통과하고 상기 표본의 발광에 의해 방출된 광은 공간적으로 분리된 개별 감광성 영역들을 갖는 센서를 구비하는 영상 포착 장치까지 상기 공초점 주사 시스템을 통해 다른 방향으로 통과하며, 상기 공초점 주사 시스템은 상기 표본의 관심 영역 전체를 주사하도록 작동되고, 상기 장치는 호스트 컴퓨터 및 제어기를 포함하는 제어 수단을 포함하며, 상기 제어기는 상태기(state machine)로 기능하도록 프로그램되며, 상기 공초점 주사 시스템, 그리고 상기 여기 광을 생성하는 광원 및 영상 포착 장치 중 하나 이상은 상기 영상 포착 장치에서 형성되는 각각의 영상에 대해, 상기 표본으로부터 방출된 광이 관심 영역 전체를 n회(여기서 n은 1 이상의 정수임) 주사하기 위해 상기 주사 시스템에 의해 요구되는 것과 동일한 특정 시간 기간 동안 상기 영상 포착 장치의 센서에만 입사되도록 상기 제어기에 의해 제어되는, 광 영상화 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 포착 장치의 센서에 도달하여 인광, 잔광, 또는 산란성 반사로부터 발생하는 광으로부터 발생할 수 있는 에러를 감소시키기 위해서, 상기 여기 광이 상기 표본 상에 입사되는 동안의 상기 특정 시간 기간들 동안을 제외하고, 상기 영상 포착 장치의 센서의 적어도 일부에 광이 도달하는 것을 방지하도록 작동하는 셔터 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 표본은 적어도 부분적으로 투명하고, 복수의 영상들은 이격된 복수의 상이한 평면들에 상기 표본을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 상이한 평면들은 공간적으로 떨어진 상이한 지점들에서 광이 상기 표본에 포커싱되도록 상기 표본과 상기 주사 시스템의 일부를 형성하는 주사 장치 사이의 상대적 이동에 의해, 또는 상기 주사 시스템의 일부를 형성하는 광학 시스템의 적어도 하나의 부품의 이동에 의해 생성되어서, 상기 각각의 지점은 상기 주사 시스템의 초점면의 위치를 규정하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 상대적 이동 또는 상기 주사 시스템의 일부를 형성하는 광학 시스템의 적어도 하나의 부품의 이동은 상기 여기 광이 상기 표본 상에 입사되지 않는 동안의 기간들에만 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 상대적 이동 또는 상기 주사 시스템의 일부를 형성하는 광학 시스템의 적어도 하나의 부품의 이동은 상기 영상 포착 장치가 광에 민감하지 않게 되는 동안의 기간들에만 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 이동은 표본의 주사 속도를 높이기 위해서 연속적인 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 23 항에 있어서,

영상화 동안의 연속적인 이동은 상기 영상을 흐릿하게 하고(blurring), 상기 방법은 상기 영상을 재-선명화하기 위해 디컨볼루션(deconvolution)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 여기 광은 두개 이상의 상이한 파장들을 갖는 광으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 25 항에 있어서,

음향 광학 조정가능 필터(acousto optic tuneable filter:AOTF) 크리스탈을 포함하는 단일 여기 광원이 채택되고, 방출되는 광의 파장은 상기 크리스탈에 대해 요구에 따라 주파수 제어 신호를 변경함으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 여기 광은 펄스화되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

입사하는 상기 여기 광의 세기는 ND 필터들(neutral density filters)을 삽입함으로써, 상기 광 경로에서 홍채 조리개를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 광원에 대한 전력을 조절함으로써, 또는 감쇠 엘리먼트를 채택함으로써 하나의 노출에서 다른 노출로 조절되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 표본은 상이한 파장들을 가진 광에 의해 조명되고, 상기 광의 세기는 각각의 파장에 대해 상기 표본에서 예정된 레벨의 여기 세기를 산출하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 29 항에 있어서,

상기 조절은 각각의 상이한 파장에 대해 상기 표본에서 유사한 레벨의 여기 세기를 산출하는 것을 특징으로 하는 광 영상화 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상태기가 상태 카운터, 상태 메모리 및 클록 신호를 수신하는 지속시간 다운 카운터를 포함하는

광 영상화 장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 상태기가 상태 카운터, 상태 메모리 및 클록 신호를 수신하는 지속시간 다운 카운터를 포함하는

광 영상화 방법.
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