高解像度スキャニング顕微鏡法

 

試料(2)の高解像度スキャニング顕微鏡法のための顕微鏡および方法において、試料(2)を照明するための照明装置(3)と、試料(2)にわたって少なくとも1つの点スポットまたは線スポット(14)をスキャンするため、および点スポットまたは線スポット(14)を検出平面(18)へ結像縮尺のもとで静止した回折限界個別画像(17)へと結像するための結像装置(4)と、結像縮尺を考慮した上で少なくとも1つの広がり/面積に関して回折限界個別画像(17)の半値幅の少なくとも2倍の大きさの位置解像度でさまざまなスキャン位置について検出平面(18)で個別画像(17)を検出するための検出器装置(19)と、検出器装置(19)のデータからスキャン位置について個別画像(17)の回折構造を評価するため、および回折限界を超えて高められた解像度を有する試料の画像を生成するための評価装置(C)とを有しており、検出器装置(19)は、ピクセル(25)を有し、個別画像(17)よりも大きい検出器アレイ(24)と、検出器アレイ(24)に前置され、検出平面(18)からの放射を非結像式に検出器アレイ(24)のピクセル(25)へ分配する非結像式の再分配部材(20〜21;30〜34;30〜35)とを有しており、再分配部材の取替および/または画像サイズを適合化するためのズーム光学系/集束光学系の調整および/または制御信号を用いた検出器アレイの個別ピクセルの統合によって調整が制御ループで行われ、この調整は制御量として画像コントラストおよび/または画像鮮明度および/または信号/雑音比を含んでいる。

 

 

本発明は、試料を照明するための照明装置と、試料にわたって点スポットまたは線スポットをスキャンするため、および点スポットまたは線スポットを検出平面へ結像縮尺のもとで静止した回折限界個別画像へと結像するための結像装置と、結像縮尺を考慮した上で回折限界個別画像の半値幅の少なくとも2倍の大きさの位置解像度でさまざまなスキャン位置について検出平面で個別画像を検出するための検出器装置と、検出器装置のデータからスキャン位置について個別画像の回折構造を評価するため、および回折限界を超えて高められた解像度を有する試料の画像を生成するための評価装置とを有する、試料の高解像度スキャニング顕微鏡法のための顕微鏡に関する。さらに本発明は、試料が照明され、試料にわたってスキャンをしながら導かれる点スポットまたは線スポットが個別画像へと結像される、試料の高解像度のスキャニング顕微鏡法のための方法に関するものであり、スポットは結像縮尺のもとで回折限界で個別画像へと結像され、個別画像は静止するように検出平面に位置しており、結像縮尺を考慮した上で回折限界個別画像の半値幅の少なくとも2倍の大きさの位置解像度でさまざまなスキャン位置について個別画像が検出され、それにより個別画像の回折構造が検出され、各々のスキャン位置について個別画像の回折構造が評価され、回折限界を超えて高められた解像度を有する試料の画像が生成される。
このような顕微鏡ないし顕微鏡法は、たとえば非特許文献1や特許文献1から知られており、これらの文献は従来技術に関わるその他の検証についても記載している。
このような手法は、スポットが回折限界のもとで検出平面へと結像されることによって、解像度向上を実現する。回折限界の結像は点スポットをエアリーディスクとして結像する。このような回折ディスクは検出平面において、その構造を解像することができるように検出される。このように、顕微鏡の結像性能に関して検出器側でオーバーサンプリングが行われる。点スポットの結像の場合、エアリーディスクの形状が解像される。前掲の文献に記載され、それに関する開示内容が全面的に本明細書に取り入れられている回折構造の適切な評価によって、回折限界を2倍上回る解像度向上を達成することができる。
しかしその際に検出側では、そのような仕方により試料上で走査される各々の点について、従来式のレーザスキャニング顕微鏡(以下においてLSMとも略称する)と比較したとき、1つの個別画像を何倍もの画像情報で記録せざるを得ないことを回避できない。たとえばスポットの個別画像の構造を16のピクセルで検出するとき、1つのスポットごとに16倍のデータ量が生じるばかりでなく、通常のピンホール検出の場合にLSMの検出器へ入射することになる放射強度の平均1/16しか、単一のピクセルが含んでいないことになる。放射強度は個別画像の構造、たとえばエアリーディスクにわたって、当然ながら均一に分布しているわけではないので、実際にはこのような構造の縁部では、n個のピクセルのときの1/nの平均値よりもさらに大幅に低い放射強度しか生じない。
欧州特許出願公開第2317362A1号明細書
C.Mueller und J.Enderlein,Physical Review Letters,104,198101(2010)

すなわち、検出器側で放射量を高解像度で検出できるようにすることが課題となる。顕微鏡法で通常使用されている従来のCCDアレイは十分な信号/雑音比を実現するものではないため、それ自体すでにこの用途において不都合であるが、画像記録時間を延長したとしても、改良の助けにはならない。APDアレイには高すぎる暗雑音もつきまとうので、測定時間を延長しても不十分な信号/雑音比に帰結することになる。同様のことはCMOS検出器にも当てはまり、しかも、検出器部材サイズに関して不都合である。スポットの回折限界個別画像が、少なすぎるピクセルに割り当てられることになるからである。PMTアレイもこれに類似する設計スペース問題をもたらすものであり、同じくピクセルが大きすぎる。したがって設計スペース問題は、特に、高解像度のための顕微鏡の具体化が、開発コストや機器の普及の面からして、既存のLSM設計への統合が可能である場合にしか実現可能でないという点にある。しかしながら、ここでは個別画像の特定のサイズが与えられている。面積的に比較的大きい検出器を組み込むことができるのは、画像をいっそう有意に、すなわち数オーダーだけ拡大する光学系が、追加的に設けられる場合に限られる。そのような光学系は、それ以上の結像収差なしに回折限界構造を得ようとするならば、非常に高いコストがかかる。
従来技術では、高解像度における上述した検出側の問題を回避する別の方法も知られている。たとえば欧州特許第1157297B1号明細書には、構造化された照明によって非線形プロセスが活用される方法が記載されている。構造化された照明は、試料上の複数の回転・位置姿勢にわたって変位し、試料はこれらの様々な状態で、上述した制約が存在しない広視野検出器に結像される。
上述した検出器制約なしに、同じく高解像度(すなわち試料画像の解像度が回折限界を超えている)が実現される方法が、国際公開第2006127692号パンフレットおよびDE102006021317から公知である。PALMと略称されるこの方法は、光学的な活性化信号によって活性化することができるマーキング物質を利用する。マーキング物質は活性化した状態のときにのみ、励起放射で励起して特定の蛍光放射を放出させることができる。活性化していない分子は、励起放射の入射後にも蛍光放射を発しない。つまり活性化放射は、蛍光を出すように励起可能な状態へと活性化物質を切換える。したがって、一般に切換信号という用語が使われる。そして切換信号は、少なくともある程度の割合の活性化したマーキング分子が、同じく活性化した隣接するマーキング分子から隔てられていて、活性化したそれぞれのマーキング分子が顕微鏡法の光学的な解像度で計測したときに離間しているように、もしくは事後的に離間可能であるように印加される。これは活性化した分子の隔絶と呼ばれる。このような隔絶された各分子について、解像限界のもとで惹起されるそれぞれの放射分布の中心を判定し、そのようにして各分子の位置をコンピュータによって、光学的な結像が本来可能にするよりも高い精度で決定することは容易である。PALM法は試料全体を結像するために、マーキング分子が切換信号によって切換信号の所与の強度のときに活性化される確率が、すべてのマーキング分子について等しいという事実を利用する。すなわち切換信号の強度は、所望の隔絶が行われるように印加される。この工程は、可能な限りすべてのマーキング分子が、励起されて蛍光を出す部分集合に含まれるようになるまで繰り返される。
本発明の枠内では、試料上で走査されるスポットは静止するように検出平面へと結像される。そして検出平面からの放射が非結像式に再分配されて、検出器アレイへと導かれる。ここで「非結像式に」という概念は、検出平面に存在する個別画像に関わるものである。それにもかかわらず、このような個別画像の個々の面領域は、当然ながら結像原理に基づいて結像することができる。その意味で、検出器アレイと再分配部材との間には完全に結像をする光学系が位置していてもよい。しかしながら検出平面に存在する個別画像は、再分配のときにそれ自体としては維持されない。
「回折限界」という概念は、アッベの理論に基づく回折限界だけに限定されるのではなく、実際上の不十分さや制約に基づいて理論上の最大値に20%だけ不足するケースも含むものとする。その場合にも個別画像は、ここでは回折構造と呼ぶ構造を有している。この構造がオーバーサンプリングされる。
このような原理は、サイズに関して個別画像に適合していない検出器アレイを使用することを可能にする。検出器アレイの少なくとも1つの広がり(または面積)は、検出されるべき個別画像よりも大きいか、または小さいことが好ましい。様々な幾何学的な構成という概念には、検出器アレイの相違する広がりだけでなく、検出平面における個別画像の広がりの高さと幅に関して相違するアスペクト比での配置も該当する。検出器アレイのピクセルは、追加的に、必要な解像度に対して大すぎていてよい。また、検出器アレイのピクセル配置の輪郭が、検出平面で個別画像が有している輪郭と根本的に異なっていることも許容される。最終的に検出器アレイは、本発明によると、検出平面の個別画像とは異なるサイズを有している。本方法における再分配、ないし顕微鏡における再分配部材は、個別画像とそのサイズによる寸法制約やピクセルサイズ制約を顧慮することなしに、検出器アレイを選択することを可能にする。特に、検出器アレイとして検出器ラインを利用することができる。
試料の画像は、LSMで普通であるようにスポットでの試料の走査によって、それぞれ異なる走査空間すなわち異なるスキャン位置に割り当てられた多数の個別画像から生じる。
本発明のコンセプトは、レーザスキャニング顕微鏡法について知られているように、複数のスポットについて並列化された形態で同時に実施することもできる。そうすると、複数のスポットが試料上で走査され、複数のスポットの個別画像が静止するように検出平面に相並んで位置する。そしてこれらが面積的に呼応するサイズの共通の再分配部材によって、または複数の個々の再分配部材によって再分配されてから、対応するサイズの単一の検出器アレイへ、または複数の個々の検出器アレイへ導かれる。
以下の記述は、一例として単一の点スポットでの走査だけに話を絞る。しかし、このことは限定として理解されるべきではなく、説明する構成要件や原則は、複数の点スポットの並列走査にも線スポットの採用にも意味的に当てはまる。後者は当然、線の延びる方向に対して横向きにのみ回折限界であるので、この点に関わる本明細書の構成要件は1つの方向(線の延びる方向に対して横向き)にのみ妥当する。
本発明の方式により、ISM法を満足のいく速度と是認できる装置コストとで実施することができる。本発明は高解像度の顕微鏡法原理について、これまで与えられていなかった幅広い適用分野を開くものである。
再分配または再分配部材を具体化する1つの選択肢は、光ファイバからなるバンドルを使用することにある。これらの光ファイバはマルチモード光ファイバとして製作することができるのが好ましい。バンドルは、検出平面に配置され、その輪郭に関して検出平面における回折限界個別画像の広がりを満たす入力部を有している。それに対して光ファイバは出力部では、検出器アレイによって設定され、入力部の配置とは相違する幾何学的な配置で配置される。このとき光ファイバの出力側の端部は、検出器アレイのピクセルまで直接的に導くことができる。バンドルの出力部が、たとえばAPDラインやPMTラインのような検出器ラインへ楽に差し込むことができるコネクタにまとめられていると、特別に好ましい。
本発明の理解のために重要なのは、検出器アレイのピクセルと、個別画像が検出平面で解像される画像ピクセルとを区別することである。各々の画像ピクセルは、通常、検出器アレイのちょうど1つのピクセルに割り当てられる。しかしそれぞれの配置に関して、両者は相違している。本発明について特徴的なのは、特に、そのサイズと配置に関して個別画像のオーバーサンプリングを惹起する画像ピクセルでの放射が検出平面で記録されることである。このようにして、回折限界個別画像の生成に基づいて回折構造である個別画像の構造が解像される。再分配部材は、当該画像ピクセルが設けられた入力側を有している。入力側は検出平面に位置している。再分配部材は各々の画像ピクセルでの放射を、検出器アレイのピクセルのうちの1つへと導く。検出器アレイのピクセルへの画像ピクセルの割り当ては画像構造を維持せず、したがって再分配は個別画像に関して非結像式である。すなわち本発明はまた、当分野に属する顕微鏡において、検出器装置が、放射が画像ピクセルで記録される検出平面に位置する入力側を有する非結像式の再分配部材を有していることも特徴としている。さらに再分配部材は、画像ピクセルで記録された放射が検出器アレイのピクセルに供給される出力側を有しており、この放射は入力側から出力側へと個別画像に関して非結像式に再分配される。これに準じて本発明による方法は、当分野の方法において、放射が検出平面において画像ピクセルで記録され、これらの画像ピクセルが個別画像に関して非結像式に検出器アレイのピクセルへ再分配されることによって特徴づけることができる。検出器アレイは、そのピクセルの配置および/またはサイズに関して、検出平面における画像ピクセルの配置および/またはサイズと相違している。さらに検出平面の画像ピクセルは、再分配部材により、回折限界に関して個別画像の回折構造がオーバーサンプリングされるように設けられる。
高感度の検出器アレイでは、放射強度の差が大きいときに、隣接するピクセルがクロストークによる障害を示すことが知られている。これを回避するために、好ましい発展例では、出力部で隣接する光ファイバが入力部でも隣接するように光ファイバが入力部から出力部へと導かれる。回折限界個別画像は急激な放射強度変化を示さないので、このような再分配部材の構成は、検出器アレイの相並んで位置するピクセルが可能な限り少ない放射強度差を得ることを自動的に保証し、それによりクロストークを最低限に抑える。
光ファイバに依拠する再分配に代えて、別様に傾いたミラー部材を有するミラーを再分配部材に装備することも可能である。このようなミラーはたとえばファセットミラー、DMD、またはアダプティブミラーとして構成することができ、後者2態様では、相応の調整または制御によってミラー部材の傾斜が確保される。ミラー部材は放射を検出平面から、幾何学構成がミラー部材の幾何学構成と相違する検出器アレイのピクセルへと導く。
ミラー部材は、光ファイババンドルの入力部の光ファイバ端部と同じく、個別画像の回折構造の解像度に関して画像ピクセルを構成している。(もはや)検出器アレイのピクセルサイズではなく、ミラー部材のサイズがオーバーサンプリングにとって決定的に重要である。その意味で、この場合、複数の個別検出器からなるグループも検出器アレイとして理解される。これらはその配置に関して、検出平面における画像ピクセルとは常に異なっている(すなわち大きい)からである。
LSMでは、所望の解像度に応じて様々な対物レンズが使用される。対物レンズの交換は、検出平面における個別画像の広がりを変化させる。したがって、個別画像のサイズを検出器装置のサイズに合わせて適合化するためのズーム光学系を、結像方向で見て検出平面に前置するのが好ましい。このようなズーム光学系は100%を明らかに下回るパーセント範囲で個別画像のサイズを変化させ、すなわち、冒頭で不都合であると述べた個別画像のサイズの数倍化よりもはるかに簡素に実現される。
試料の照明は、通常のLSMと同じくスキャンをするように行われるのが好ましく、それが絶対に必要というわけではないが、その場合に最大の解像度向上が実現される。試料をスキャンするように照明するとき、照明装置と結像装置は、共通のスキャン装置を有しているのが好都合である。このスキャン装置は、照明スポットを試料にわたって導くと同時に、試料が結像される、照明スポットと一致するスポットを検出器に関して再びスキャンし、それにより個別画像を検出平面で静止するようにする。このような構造では、ズーム光学系を照明装置と結像装置の共通の部分にセットすることができる。その場合、ズーム光学系は、検出平面における検出器のサイズに合わせた個別画像の適合化を可能にするばかりでなく、これに加えて、対物レンズの選択とともに変わる可能性がある対物レンズひとみへ、利用可能な照明放射を周縁損失なく全面的に入力結合することも可能にする。
検出器アレイの相並んで位置するピクセルの間の放射強度依存的なクロストークは、すでに冒頭で述べたとおり、光ファイババンドルを用いた再分配の場合、バンドル内での光ファイバの適切な配置によって低減することができる。その追加または代替として、キャリブレーションを実行することも可能である。そのために各々の光ファイバに順次放射をあてて、隣接するピクセルの干渉信号を検出する。このようにしてキャリブレーションマトリクスが作製され、これを用いて以後の試料の顕微鏡法のときに、相並んで位置するピクセルの放射強度依存的なクロストークが修正される。
個別画像の回折構造の解像は、試料の走査中に変位するスポットの移動方向を判定することを追加的に可能にする。このような移動方向は基本的にはスキャナのメカニズム(たとえばスキャンミラーや可動の試料テーブル)から既知であるものの、これには機械的に生じる残留不正確性がある。検出器アレイの個々のピクセルの信号を相互相関により評価することによって、こうした残留不正確性を除去することができる。その際、相並んで位置する画像ピクセルは、試料においてスポットの回折限界の結像に基づきある程度だけ重なり合い、それぞれの中心部は相並んで位置することが利用できる。このような画像ピクセルの信号を相互相関させれば、スキャンメカニズムの不可避的な許容差に基づいて残る残留不正確性を低減、または全面的に除去することができる。
向上した解像度に加えて、個々の検出器部材の(検出平面の画像ピクセルが割り当てられた)測定系列に由来する信号の空間的および時間的な相関関係を通じて、スポットで検出される検出容積における蛍光の時間的な変化を検出することができ、たとえば時間的な相関関係から、蛍光相関分光法におけるように拡散係数を決定することもでき、また、それぞれの画像ピクセルの間の空間的な相関関係を含めることによって指向性拡散や拡散バリアを視覚化することもできる。これに加えて蛍光分子の移動経過は、トラッキング用途のために多大な関心が寄せられており、それは、照明スポットが蛍光分子の運動に追随するはずだからである。ここで説明している構造は、運動方向をすでにピクセル露光時間内で高精度に判定することを可能にする。したがって発展形として、試料で静止している点スポットまたは線スポットで回折限界個別画像の時間的変化が判定されて評価されることによって、試料における変化が検出されるのが好ましい。
さらに本発明による方式は、スキャンされる照明において、たとえば位相フィルタによって照明分布を変調することを可能にする。それにより、たとえばGong et al., Opt.Let.,34,3508(2009)に記載されているように、非常に簡単にこの方法を具体化することができる。
ここで方法について説明している限りにおいて、制御装置が、これらの工程を顕微鏡の作動時に実行する。
当然のことながら、以上に挙げた構成要件および以下にこれから説明する構成要件は、記載されている組合せとしてだけでなく、それ以外の組合せや単独でも、本発明の枠内から外れることなく適用可能である。
次に、本発明の要部をなす構成要件を開示する添付の図面を参照しながら、本発明を一例としてさらに詳しく説明する。図面は次のものを示している:
高解像度の顕微鏡法のためのレーザスキャニング顕微鏡を示す模式図である。 図1の顕微鏡の検出器装置を示す拡大図である。 検出平面における検出器装置19のあり得る実施形態を示す上面図である。 検出平面における検出器装置19のあり得る実施形態を示す上面図である。 検出器フィールドのサイズの適合化のためのズーム光学系による図1の顕微鏡の発展例である。 ズーム光学系に関わる、ならびに多色結像のための発展例に関わる、図5の顕微鏡の変形例である。 検出器装置を対象とした、図1の顕微鏡の変形例である。 図7の検出器装置19の変形例である。 ピンホール平面における位置解像式の検出のサブエアリーと、マルチファイババンドル構造とを有する、本発明によるレーザスキャニング顕微鏡の模式図である。 フィードバック信号を用いる閉じた制御ループでの、蛍光走査の本発明に基づく最適化を示す図である。 フィードバック信号を用いる閉じた制御ループでの、蛍光走査の本発明に基づく最適化を示す図である。 解像度損失なしにデータ伝送速度を引き下げるための検出光のオーバーサンプリングおよび最善のビニングにおいて、128のファイバと検出部材を有する例を示す図である。 解像度損失なしにデータ伝送速度を引き下げるための検出光のオーバーサンプリングおよび最善のビニングにおいて、1エアリーが128本のファイバに結像され、引き続いて4倍ビニングされる様子を示す図である。 解像度損失なしにデータ伝送速度を引き下げるための検出光のオーバーサンプリングおよび最善のビニングにおいて、2エアリーが128本のファイバに結像され、内側の32のチャネルだけが読み出される様子を示す図である。 解像度損失なしにデータ伝送速度を引き下げるための検出光のオーバーサンプリングおよび最善のビニングにおいて、全体ファイバアレイにおける1.5エアリーを示す図である。
図1は、試料2の顕微鏡法のために構成されたレーザスキャニング顕微鏡1を模式的に示している。レーザスキャニング顕微鏡(以下、LSMと略称する)1は制御装置Cによって制御され、照明光路3と結像光路4とを含んでいる。照明光路は試料2のスポットを照明し、結像光路4はこのスポットを検出のために回折限界で結像する。照明光路3と結像光路4は多数の部材を共有している。しかしこのことは、試料2のスキャンによるスポット照明と同様に、さほど強制的なことではない。試料を広視野照明することもできよう。
LSM1では、試料2の照明は、機能的には他に必要のない方向転換ミラー6およびレンズ7を介してミラー8上に入力結合されるレーザビーム5によって行われる。ミラー8は、レーザビーム5が反射角のもとでエミッションフィルタ9にあたるように作用する。図面を見やすくするため、レーザビーム5についてはその主軸だけが図示されている。
エミッションフィルタ9で反射された後、レーザビーム5はスキャナ10により2軸偏向され、レンズ11および12により対物レンズ13を通って試料2のスポット14へ集束される。ここで、スポットは図1の図面では点状であるが、線状のスポットも可能である。スポット14で励起された蛍光放射は対物レンズ13、レンズ11および12を介して再びスキャナ10へと到達し、その前に結像方向で再び静止する光線が存在している。この光線は、スポット14の蛍光放射をその波長に関して選別し、特に、たとえば励起放射として利用できるレーザビーム5の照明放射から蛍光放射を分離する機能を有するエミッションフィルタ9および15を通過する。レンズ16は、全体としてスポット14が、検出平面18に位置する回折限界画像17へと結像されるように作用する。検出平面18は、スポット14が試料2に位置している平面と共役の平面である。スポット14の画像17は検出平面18で、以下で図2から図4を参照して詳しく説明する検出器装置19により記録される。ここで重要なのは、検出器装置19がスポット14の回折限界画像17を検出平面18で空間的に解像することである。
18の検出断面上のスポットの強度分布(ガウス分布)は、18aとしてその下に図1に示されている。
制御装置CはLSM1のすべてのコンポーネントを制御し、特に、スキャナ10や検出器装置19を制御する。制御装置はさまざまなスキャン位置についてそれぞれ個々の画像17のデータを記録し、その回折構造を分析して、試料2の高解像度の全体画像を生成する。
図1のLSM1は一例として、試料上で走査される単一のスポットについて示されている。しかしながら同時に、たとえば図1の紙面に対して垂直に延びる線スポットに基づく走査のためにこれを利用することもできる。また、相並んで位置する複数の点スポットが試料で走査されるように、図1のLSM1を製作することも可能である。その場合、それぞれに対応する個別画像17が検出平面18で同じく相並んで位置する。そして検出器装置19は、相並んで位置する個別画像17を検出平面18で検出するために、相応に構成される。
検出器装置19が図2に拡大して示されている。この検出器装置は、検出器アレイ24に供給をする光ファイババンドル20で構成されている。光ファイババンドル20は個別光ファイバ21から構成されている。光ファイバ21の端部は、検出平面18に位置する光ファイババンドル入力部22を形成する。したがって、光ファイバ21の個々の端部が、スポット14の回折限界画像17が記録されるピクセルとなる。スポット14は、図1の実施形態では一例として点スポットであるので、画像17はエアリーディスクであり、その広がりは図1および2で検出平面18を表す円の内部に位置している。つまり光ファイババンドル入力部22の広がりは、それによってエアリーディスクの広がりがカバーされる程度の大きさとなっている。光ファイババンドル20の個々の光ファイバ21は、それぞれの出力部のところで、光ファイババンドル入力部22とは別の幾何学的な配置へと移っており、すなわち、光ファイバ21の出力側の端部が相並んで位置する長尺状のコネクタ23の形状へと移っている。コネクタ23は検出器ライン24の幾何学的な配置に適合するように構成されており、すなわち、光ファイバ21の各々の出力側の端部が、検出器ライン24のピクセル25のちょうど前に位置している。
再分配部材の幾何学的な広がりはきわめて基本的に、すなわち図4ではファイババンドルによって行われているその具体化の如何に関わりなく、入力側で個別画像の(あるいは複数の点スポットの場合には相並んで位置する個別画像の)の広がりに適合化されている。再分配部材は、個別画像17の強度分布が走査理論に照らして、回折限界に関してオーバーサンプリングされるように放射を検出平面18から受け取る機能を有している。すなわち再分配部材は、検出平面18での結像縮尺を考慮した上で回折限界から生じる最小の解像可能な構造より少なくとも2分の1倍小さいピクセルであって、検出平面18に位置するピクセル(図3の設計形態では光ファイバの入力端部によって形成される)を有している。
当然ながらコネクタ23の利用は、光ファイバ21の出力側の端部をピクセル25の前に配置するための数多くの選択肢のうちの1つにすぎない。これ以外の接続部を使用することも同様に可能である。個々のピクセル25を光ファイバ21と直接的に融合させることもできる。検出器ライン24の使用さえ必須ではない。その代わりに、各々のピクセル25について単一の検出器を使用することができる。
図3および4は、光ファイババンドル入力部22の考えられる実施形態を示している。光ファイバ21は、光ファイババンドル入力部22で相互に融着されている。それによっていっそう高い充填係数が実現され、すなわち、個々の光ファイバ21の間の隙間が光ファイババンドル入力部22のところで最低限に抑えられる。その一方で融着は、隣接する光ファイバの間のある程度のクロストークをもたらす。これを回避したければ、光ファイバを接着すればよい。図4に示すように、光ファイバ21の端部を正方形に配置することも可能である。
個々の光ファイバ21は、光ファイババンドル入力部22のところで相並んで位置する光ファイバ21が検出器アレイ24のところでも相並んで位置するように、検出器アレイ24の個々のピクセル25に割り当てられるのが好ましい。このような手法により、たとえば散乱放射によって、あるいは個々のピクセル25の信号処理で発生し得る、隣接するピクセル25の間のクロストークが最低限に抑えられる。検出器アレイ24がラインであるとき、検出器ラインにおける個別光ファイバの順序が、検出平面18の上面から見て個別光ファイバを順次接続する螺旋により規定されることによって、相応の配置を実現することができる。
図3は、さらに、光ファイバ21の配置の各コーナーで光ファイババンドル入力部22に位置するブラインドファイバ26を示している。これらのブラインドファイバは、検出器アレイのピクセル25へは通じていない。ブラインドファイバの位置では、信号の評価にとって必要な信号強度が存在しないことになる。それにより、検出器ライン24または検出器アレイにおける光ファイバ21の本数、およびこれに伴うピクセル25の個数を、たとえば32個のピクセルで処理が行えるように減らすことができる。このような検出器ライン24は、すでに別の形でレーザスキャニング顕微鏡において採用されており、これによる利点は、信号評価エレクトロニクスをこのようなレーザスキャニング顕微鏡へいったん装備するだけでよく、既存の検出器ライン24と、検出器装置19により追加されるべきその他の検出器ライン24との間で切換が行われることである。
図4では、正方形の基本形状をもつ光ファイバがバンドルに使用される。これらも同じく高いカバー率を検出平面で有しており、すなわち放射を効率的に集める。
図5は、図1のLSM1の発展例を示しており、検出平面18にズーム光学系27が前置されている。図1の設計形態では検出平面18が配置されていた共役平面は、ここでは中間画像平面28を形成しており、ここからズーム光学系27が放射を受け取って検出平面18へと導く。ズーム光学系27は、検出器装置19の入力部の広がりに合わせて画像17を最善に適合させることができる。
図6は、図1のレーザスキャニング顕微鏡1のさらに別の変形例を示している。まず、ここではズーム光学系はズーム光学系29として、照明光路3も結像光路4も通過する光路の部分に位置するように配置されている。それにより、検出器装置19の入力側での画像17のサイズを適合化できるばかりでなく、結像光路4に関して対物レンズ13のひとみ充填およびこれに伴うレーザビーム5の活用も適合化できるという利点が得られる。
これに追加して図6では、放射を2つの分離した色チャネルに分割するビームスプリッタがエミッションフィルタ9に後置されることにより、LSM1がさらに2チャネルで構成されている。色チャネルの相応の部材は、図1のLSM1において結像方向でエミッションフィルタ9に後置されている部材にそれぞれ対応する。色チャネルは図6の図面では符号の末尾の”a”または”b”によって区別されている。
もちろん、2つの色チャネルを用いての具体化する方式は、ズーム光学系29の使用に依存するものではない。しかしながらこの組合せは、両方の色チャネルでそれぞれ独立して設ける必要があったなら、2倍になるはずだったズーム光学系27が、1つしか必要ないという利点がある。しかしながら、ズーム光学系27を図1に示す設計形態で適用することもできるのは言うまでもなく、図6のLSM1をズーム光学系29なしで具体化することもできる。
図7は、検出器装置19に関わる図1のLSM1の変形例を示している。
ここでは検出器装置19は、個々のファセット31を担持するファセットミラー30を有している。ファセット31は、画像17の解像度に関して、光ファイババンドル入力部22における光ファイバ21の端部に相当する。個々のファセット31は、放射入射の光軸に対する傾きに関してそれぞれ異なっている。レンズ32およびミニレンズアレイ33ならびにビームの折り曲げのみに用いられる方向転換ミラー34とともに、各々のファセット31は、検出器アレイ24のピクセル25に個別画像17の1つの面フィールドを結像する。この際、ファセット31の向きに応じて、検出器アレイ24は2Dアレイであるのが好ましいが、検出器ラインとすることも可能である。
図8は、放射を格別に良好に検出器ラインに分配する反射素子35がレンズ32にさらに前置された、図7の検出器装置19の発展例を示している。
検出器アレイ24は、すでに述べたとおり、その幾何学的形状に関して他の制約なしに選択することができる。その場合に当然ながら、検出器装置19の再分配部材は対応する検出器アレイに適合化させなければならない。画像17が解像される個々のピクセルは、究極的には、そのサイズに関してもはや検出器アレイ24によって規定されるのではなく、検出平面18からの放射の再分配を惹起する部材によって規定される。エアリーディスクの場合、ディスクの直径は回折限界結像において式「1.22・λ/NA」に基づいて求められ、ここでλは結像される放射の平均波長であり、NAは対物レンズ13の開口数である。そして半値幅は0.15・λ/NAとなる。高解像度を実現するには、検出のときの位置解像度を半値幅の2倍の大きさに構成すれば足り、すなわち半値幅を2回走査すれば足りる。したがってファセット素子31は、あるいは光ファイババンドル入力部22の光ファイバ21の端部は、回折限界個別画像の半値幅の、最大で半分の大きさであればよい。これは、もちろん、光学系が対物レンズ13の後で惹起する結像縮尺を考慮した上で適用させる。つまりもっとも単純なケースでは、半値幅ごとに検出平面18で4×4アレイのピクセルがあれば十分すぎるほどである。
図5および6を参照して説明したズーム光学系は、スポット14の回折限界画像17の回折分布が検出器装置19の入力面を最善に充填するような適合化に加えて、さらに別の動作モードも可能にし、すなわちそれは、2つ以上のエアリーディスクが検出平面18に結像される場合である。2つ以上のエアリーディスクが検出器装置19へ結像される測定では、試料2の別の奥行き平面からの光が検出器装置19の外側のピクセルで検出される。このとき画像が処理される過程で、LSM1の奥行き解像度に悪影響を及ぼすことなく、追加の信号強度が得られる。このようにズーム光学系27または29は、画像の信号/雑音比と奥行き解像度との間の妥協を図ることを可能にする。
上述した手法を用いて解像度向上を成功させるための前提条件は、ピンホール平面(検出平面)での蛍光・光フィールド分布の自由な走査にある。データ伝送速度とデータ処理速度を低く抑えるために、最小限必要な数の検出器(ファイバ)部材によって処理がなされる。このような事実関係は、対物レンズひとみ直径および蛍光の波長に対する、検出平面におけるフィールド分布の広がりの依存性との組合せにおいて、サブ・エアリー・フィールド分布の対物レンズ固有の広がりを最善の走査のためにファイババンドルに合わせて、サイズの広がりに関して相対的に適合化できることを必要とする。
そのために以下の発明は重要な貢献を果たす。
本発明は、独立請求項の構成要件によって特徴づけられる。
好ましい発展例は従属請求項の対象である。
以下において、本発明についての以後の説明は図9〜図12の図面を参照しながら行う。
ピンホール平面でのフィールド分布をその広がりに関してコントロールできるようにするためにたびたび採用されてきた従来の取組みは、ひとみ平面でズーム系を利用することにある。その別案として、可変の焦点距離と一定の焦点位置とを有する集束光学系を利用することができる(図11も参照)。この態様は、一般に、ひとみズーム系で必要であるよりも少ないレンズで構成される。すなわち、複雑性もコストも集束光学系のケースのほうが低い。ファイババンドルが必要になるだけであり、蛍光の広がりが一定に保たれる。
ズーム系または調整可能な集束光学系を、任意選択で、または全面的に省略し、それにもかかわらず所要の対物レンズおよび/または波長のフレキシビリティを確保したいというときには、本発明により、それぞれ直径の異なる複数のファイババンドルを相並んで配置し、バンドルの個別ファイバを検出器アレイのそれぞれ好ましくは同じ検出器部材で終わらせることが提案される(図9,10)。適当なサンプリングを有するファイババンドルが光軸の上で移動し、または、主カラースプリッタが照明光路で適切な仕方により傾けられ(HFTを用いたピンホールの調節に準ずる)、それにより、選択されたファイババンドルが照明され、その光だけが検出されて、最終的に相殺される。
このような適当なファイババンドルを選択する方法は、非常に迅速に切替えることができるので(ズーム系によるファイババンドルでのエアリーディスクのサイズ変化と比較したとき)、この解決法は、特にマルチスペクトル測定の場合に特別に好ましい。
集束光学系(図11)の最適な調整または最適なファイババンドル(図10)が見出されると、Sheppard et al.[2]に基づくデータのリソーティングの後、画像コントラストが高められる(特に、実現される解像度向上および/またはSNRの改善による高い空間周波数について)。解像度改善のためにもっとも適した走査のこのような最適化は、閉じた制御ループで実施することができる(closed loop)(図11、最適な調整または最適なファイババンドルを見出すための目安として、コントラストと信号対雑音比との組合せが特別に適している。これら両方の条件によって、最善の焦点が一義的に定義されるからである)。
高い割合の焦点外の光を伴う厚い試料の場合、制御量SNRは集束光学系調整またはファイババンドルを優先し、複数のエアリーディスクがファイババンドルに結像される。その一方、再構成された画像におけるコントラスト(たとえばSheppard et al.In Optik80,No.2,53(1982)に基づく再構成)は、最善の解像度のために好ましくは1つのエアリーディスクだけをファイババンドルへ結像する検出光走査を優先する。規則パラメータを用いてシステムを解像度とSNRの間で最適化することができ、規則では使用する試料の特性が考慮される。
規則のために、たとえば画像が記録される開始時のデータを利用することができ、それにより画像内部でパラメータ(集束光学系調整)を最適化する(画像がすでに縁部のところに代表的な情報を有している場合)。別案として、まずスナップショットによって、低減されたレーザ照明および/または増大したスキャン速度のもとで、画像中の選択された区域について最適化のための関連する情報が取得される。
検出光の最善の(サブ)エアリー走査のための上述したオプトメカニカル式の実施形態の1つの別案は、原理的に必要であるよりも明らかに多い数の、たとえば2×2×32=128個の光ファイバと検出器部材を最初から使用することにある。その場合、光学系は可変になっていなくてよい。
この態様では、現時点でリアルタイムコンピュータでは処理することができない高いデータレートが発生する。この理由により、たとえば128チャネルのデータを32チャネルまで減らすのが好ましい。ちょうど1つのエアリーがファイババンドルに割り当てられるケースについては、検出器に近いエレクトロニクス(FPGAまたはマイクロコントローラ)でそれぞれたとえば4チャネルがまとめられ、それにより、まとめられた各チャネルが既知の配置を有するようにする。ちょうど2つのエアリーがファイババンドルにあるケースについては、内側の32のチャネルだけが読み出される。中間値については、ファイババンドルにおけるエアリーディスクのサイズに応じて、各々の横方向への解像度向上を実現するためにファイバを1つのチャネルにまとめる適切なコンフィギュレーションを見出さなければならない。たとえば32チャネルになるようにFPGAで補間をすることも同じく可能である。
次に、図9〜12の模式図を参照しながら本発明についてさらに説明する。
個々の符号(先行する図面の符号に追加)は次の意味である:
40,41,42:ファイババンドル
43,44,45:光導波路
46:マルチチャネル検出器
47:旋回可能な主カラースプリッタ
48:スライダ
R 制御ループ
49:コントロールユニット/コンピュータ
50:調整可能な集束光学系
51:信号割り当て
52:信号割り当て
53:ファイバ入力部
54,55,56:ファイバ入力部へのエアリー直径の配分
図9は、ピンホール平面における位置解像式の検出のサブエアリーと、マルチファイババンドル構造とを有する、図1〜8の図面を参照してすでに記述したレーザスキャニング顕微鏡を模式図として示している。
ここでは、PMTアレイまたはAPDアレイまたはPMTラインまたはAPDラインであってよい同一のマルチチャネル検出器に、複数のファイババンドルから負荷が与えられる(光があてられる)。
ここではファイババンドル40,41,42に由来する光導波路43,44,45は、それぞれ個々のファイバ端部に関して、個々の検出器部材の上で相上下して位置しているのが好ましく、それにより、それぞれ光学的に有効なファイババンドルのファイバ端部からの光の検出を問題なく行うことができる。
別案として、それぞれ2つのファイバ端部だけがそれぞれの検出器部材の上で相上下して位置することもでき、および/または検出器の相並んで位置している区域をそれぞれ異なるファイババンドルのために利用することができる。
検出器部材の負荷は、個々のファイババンドル40,41,42によって順次与えられるのが好ましく、それは、ファイババンドルのうちそのつど1つが、試料光によりファイババンドルの入力面に形成される光スポットに向かう位置へと移され、すでに以前に説明したように結像されることによる。
ここで符号40〜42は、それぞれ異なるファイバ直径および/またはファイバ間隔を有するファイババンドルであり得る。
ファイババンドルの取替による適合化は、たとえば対物レンズOの対物レンズ取替のとき、および/または照明波長の転換のときに行うことができる。
図10には、ファイババンドル40〜42を収容し、光軸に対して垂直にスライド可能であり、それによりファイババンドルを順次光軸に入れることができるスライダ48が示されている。スライダ48が絞り開口部だけを適当なファイババンドルの上にスライドさせ、柔軟なHFTが検出光をこの適当なファイババンドルに向かって偏向させることも可能である。
可変の傾きによってそれぞれ異なるファイババンドル40〜42に光学的に負荷を与えるために、光軸に対して旋回可能な主カラースプリッタ47が別案として図示されている。
図11は、フィードバック信号を用いる閉じた制御ループでの、蛍光走査の本発明に基づく最適化を示している。
図11には、図12も参照してさらに説明する好ましい制御ループRが示されている。
図11では、コントロールユニット/コンピュータ49を通じて、画像コントラストのような画像情報の評価を参照した上で、たとえば(改善された解像度をすでに有する)Sheppard合計が形成された後に、または信号/雑音比後もしくは画像解像度が形成された後に、たとえば調整可能な集束光学系50の調整が行われ、ならびにファイババンドルの取替が図10ですでに説明したように行われる。
集束光学系50ならびにファイババンドル40〜42が最適に調整されれば、解像度向上および/または信号/雑音比の改善がなされるので、特に比較的高い空間周波数について画像コントラストが高くなる。
このように、上に説明した個々の調節および調整を通じて、そのつどの条件を参照しながら、記録された信号の最適化を行うことができるという利点がある。
この場合、制御量としてのコントラストと信号/雑音比の組合せが特別に適している。両方の条件によって最善の焦点が明確に定義されるからである。
複数の検出ファイバ43〜45がまとめて読み出されることによる、検出光の最善の評価プロセスもそのために貢献できるのが好ましい。
図12:解像度損失なしにデータ伝送速度を引き下げるための検出光のオーバーサンプリングおよび最善のビニング。a)128のファイバと検出部材を有する例。b)1エアリーが128本のファイバに結像され、引き続いて4倍ビニングされる。c)2エアリーが128本のファイバに結像され、内側の32のチャネルだけが読み出される。d)全体ファイバアレイにおける1.5エアリー。
ちょうど1つのエアリーがファイババンドルにあたるケースについては、検出器近傍のエレクトロニクス(FPGAまたはマイクロコントローラ)でそれぞれたとえば4つのチャネルがまとめられ、それにより、まとめられたチャネルが既知の構造を有するようにされる(図12b)。ちょうど2つのエアリーがファイババンドル上にあるケースについては、内側の32のチャネルだけが読み出される(図12c)。中間値については、ファイババンドルにおけるエアリーディスクのサイズに応じて、各々の横方向への解像度向上を実現するためにファイバを1つのチャネルにまとめる適切なコンフィギュレーションを見出さなければならない。たとえば32チャネルになるようにFPGAで補間をすることも、同じく可能である。図12d)は、上記の状況についての例を示している。
各々のファイバがそれぞれちょうど1つのチャネルに割り当てられる、測定信号を再分配する別案として、図12d)のように、たとえば画像のスケーリングの際に専門的に通常用いられるアルゴリズムによって、1つのファイバのD信号をFPGDで複数のチャネルに分配することも可能である。
図12a)では一例としてファイバ入力部53が示されており、これらのファイバ入力部53の実質的に各々に、検出器アレイの検出器部材1〜128が割り当てられている。
図12b)では、32のセグメントにまとめられたファイバ入力部54を取り上げて、生成される32の検出信号について個別ファイバに割り当てられた、複数の検出器部材の信号をまとめる様子が示されている。このことは、光スポットARの図示したエアリー直径について検出チャネルの低減を可能にする。
それにより、伝送損失なしにデータ伝送速度を下げることができるという利点がある。
図12c)では(図11参照)、エアリー直径ARが2分の1とされて小さくなっており、それに伴って少ない数のファイバ入力端部により走査される。
ここでは検出された内側のチャネルだけが読み出され、本例では図12aの内側の32のチャネルだけが読み出される。
図12d)では、ARがファイババンドルよりも1.5分の1倍だけ小さくなっている。
ここでは、さまざまに異なる大きさの個別セグメントSGを取り上げて、読み出された検出信号のそれぞれ異なるビニングを行うこともできることが示されており、それは、それぞれ異なる数のファイバがそれぞれ異なる大きさのセグメントSGにまとめられることによる。
図12b)〜d)のように光ファイバを通じて検出器アレイ56の付属の個別検出器の検出チャネルをそれぞれ別様にまとめることは、光スポットのエアリー直径の適合化と同時またはその前または後に、可変の光学系50を通じての調整によって行えるのが好ましく、記録された信号または生成された試料画像を参照して、上で説明した基準(コントラスト等)を用いて、図11を参照して説明したように最適化プロセスが制御ループを通じて実行される。
検出チャネルをまとめることは、可変の光学系50を用いた適合化の好ましい代替案ともなる。
その場合には、ファイババンドル交換が図9、10に示すように追加的に行われ、そのためにも信号記録ないし画像記録の最適化が行われる。
このことは、たとえば異なる条件のもとで記録された試料もしくは検査用試料の複数の画像がそのつど比較されることによって行われる。
40,41,42 ファイババンドル
43,44,45 光導波路
46 マルチチャネル検出器
47 旋回可能な主カラースプリッタ
48 スライダ
R 制御ループ
49 コントロールユニット/コンピュータ
50 調整可能な集束光学系
51 信号割り当て
52 信号割り当て
53 ファイバ入力部
54,55,56 ファイバ入力部へのエアリー直径の配分



  1. 試料(2)の高解像度スキャニング顕微鏡法のための顕微鏡において、
    試料(2)を照明するための照明装置(3)と、
    試料(2)にわたって少なくとも1つの点スポットまたは線スポット(14)をスキャンするため、および、点スポットまたは線スポット(14)を検出平面(18)へ結像縮尺のもとで静止した回折限界の個別画像(17)へと結像させるための結像装置(4)と、
    結像縮尺を考慮した上で少なくとも1つの広がり/面積に関して回折限界の個別画像(17)の半値幅の少なくとも2倍の大きさの位置解像度でさまざまなスキャン位置について前記検出平面(18)で前記個別画像(17)を検出するための検出器装置(19)と、
    前記検出器装置(19)のデータから前記スキャン位置の前記個別画像(17)の回折構造を評価するため、および回折限界を超えて高められた解像度を有する試料の画像を生成するための評価装置(C)とを有しており、
    前記検出器装置(19)は、
    ピクセル(25)を有し、前記個別画像(17)よりも大きい検出器アレイ(24)と、
    前記検出器アレイ(24)に前置され、検出平面(18)からの放射を非結像式に前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)へ分配する非結像式の再分配部材(20〜21;30〜34;30〜35)とを有している顕微鏡。

  2. 前記再分配部材は、光ファイバ(21)からなるバンドル(20)を含んでおり、検出平面(18)に配置された入力部(22)および出力部(23)を有し、前記光ファイバ(21)は、前記出力部において前記入力部(22)とは幾何学的に相違するように配置され、前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)のところで終わる
    ことを特徴とする、請求項1に記載の顕微鏡。

  3. 前記光ファイバはマルチモード光ファイバである、請求項2に記載の顕微鏡。

  4. 前記光ファイバ(21)は、前記出力部(23)で隣接する光ファイバ(21)が前記入力部(22)でも隣接し、それにより相並んで位置するピクセル(25)の放射強度依存的なクロストークを最低限に抑えるように、前記入力部(22)から前記出力部(23)へ延びていることを特徴とする、請求項2または3に記載の顕微鏡。

  5. 前記再分配部材は、検出平面(18)からの放射を前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)へと導く、それぞれ異なって傾いたミラー部材(31)を備えるミラー(30)、特にファセットミラー、DMD、またはアダプティブミラーを含んでおり、前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)は前記ミラー部材(31)の幾何学配置とは相違する幾何学配置を有していることを特徴とする、請求項1に記載の顕微鏡。

  6. 前記結像装置(4)は前記検出器装置(19)に個別画像(17)のサイズを適合化させるために結像方向において検出平面(18)に前置されたズーム光学系(27)を有していることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の顕微鏡。

  7. 前記照明装置(3)と前記結像装置(4)は1つのスキャン装置(10)を共有しており、それにより前記照明装置(3)は前記結像装置により結像されるスポット(14)と一致する回折限界の点スポットまたは線スポットで試料(2)を照明し、前記ズーム光学系も前記照明装置(3)の構成要素となるように配置されることを特徴とする、請求項6に記載の顕微鏡。

  8. 前記検出器アレイ(24)は検出器ラインであることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の顕微鏡。

  9. 前記検出器ラインはAPDラインまたはPMTラインであることを特徴とする、請求項8に記載の顕微鏡。

  10. 試料(2)の高解像度のスキャニング顕微鏡法のための方法において、
    試料(2)が照明され、
    試料(2)上をスキャンをしながら導かれる少なくとも1つの点スポットまたは線スポット(14)が個別画像(17)へと結像され、前記スポット(14)は結像縮尺のもとで、回折限界で個別画像(17)へと結像され、個別画像(17)は静止するように検出平面(18)に位置しており、
    結像縮尺を考慮した上で回折限界個別画像の半値幅の少なくとも2倍の大きさの位置解像度でさまざまなスキャン位置について個別画像(17)が検出され、それにより個別画像(17)の回折構造が検出され、
    各々のスキャン位置について個別画像(17)の回折構造が評価され、回折限界を超えて高められた解像度を有する試料(2)の画像が生成され、
    ピクセル(25)を有し、個別画像(17)よりも大きい検出器アレイ(24)が提供され、
    検出平面(18)からの個別画像の放射が非結像式に前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)へ再分配される方法。

  11. 個別画像(17)の放射は、光ファイバ(21)からなるバンドル(20)によって再分配され、前記バンドルは、検出平面(18)に配置された入力部(22)および出力部(23)を有し、前記光ファイバ(21)が、前記出力部において前記入力部(22)とは幾何学的に相違するように配置され、前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)のところで終わることを特徴とする、請求項10に記載の方法。

  12. 前記光ファイバはマルチモード光ファイバである、請求項11に記載の方法。

  13. 前記光ファイバ(21)は、前記出力部(23)で隣接する光ファイバ(21)が前記入力部(22)でも隣接し、それにより相並んで位置するピクセル(25)の放射強度依存的なクロストークを最低限に抑えるように、前記入力部(22)から前記出力部(23)へ導かれることを特徴とする、請求項11または12に記載の方法。

  14. 各々の光ファイバ(21)には放射によって個々に負荷が与えられ、前記出力部(23)で隣接する光ファイバ(21)に割り当てられたピクセル(25)の干渉信号が検出され、キャリブレーションマトリクスが作製され、これを用いて試料(2)の顕微鏡法において相並んで位置するピクセル(25)の放射強度依存的なクロストークが修正されることによって、前記光ファイバ(21)からなるバンドル(20)と前記検出器アレイ(24)がキャリブレーションされることを特徴とする、請求項10,11または12に記載の方法。

  15. 個別画像(17)の放射はそれぞれ異なって傾いたミラー部材(31)を備えるミラー(30)、特にファセットミラー、DMD、またはアダプティブミラーによって再分配され、前記ミラー(30)によって検出平面(18)からの放射が前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)へと導かれ、前記検出器アレイ(24)のピクセル(25)は前記ミラー部材(31)の幾何学配置とは相違する幾何学配置を有していることを特徴とする、請求項10に記載の方法。

  16. 検出器アレイ(24)として検出器ラインが使用されることを特徴とする、請求項10乃至15のいずれか1項に記載の方法。

  17. 前記検出器ラインはAPDラインまたはPMTラインであることを特徴とする、請求項16に記載の方法。

  18. 前記検出器アレイ(24)の個々のピクセル(25)の信号が相互相関により評価されることによって、点スポットまたは線スポット(14)のスキャンの移動方向が判定されることを特徴とする、請求項10乃至16のいずれか1項に記載の方法。

  19. 試料(2)で静止している点スポットまたは線スポット(14)で、回折限界の前記個別画像(17)の時間的変化が判定されて評価されることによって、前記試料(2)における変化が検出されることを特徴とする、請求項10乃至18のいずれか1項に記載の方法。

  20. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の高解像度の顕微鏡法のための顕微鏡において、次の実施形態のうち1つまたは複数を有しており、すなわち、
    前記検出器アレイに前置された複数の再分配部材が設けられており、
    前記検出器アレイのピクセルの少なくとも一部について個々のピクセルにそれぞれ少なくとも2つの再分配部材からの放射が割り当てられており、
    個々のピクセルのところでそれぞれ異なる再分配部材に属する少なくとも2つの光ファイバが終わっており、
    前記再分配部材は、ファイバの数および/またはファイバの配置および/またはファイバ直径および/またはファイバ断面の形状に関して相違するファイババンドルであり、
    前記再分配部材は試料光を検出するために光軸へ入るように内方旋回可能または内方スライド可能に配置されており、
    信号評価にあたって個別ピクセルの統合により前記検出器アレイの個別信号の数が減少し、
    検出器ピクセルの読出しは少なくとも部分的に試料光で負荷される領域でのみ行われ、
    再分配部材の取替および/または画像サイズを適合化するためのズーム光学系/集束光学系の調整および/または制御信号を用いた前記検出器アレイの個別ピクセルの統合によって調整が制御ループで行われ、
    前記調整は制御量として画像コントラストおよび/または画像鮮明度および/または信号/雑音比を含んでおり、
    検出器アレイに後置された評価回路で選択的にチャネルが読み出され、および/または以後の処理のためにまとめられることを特徴とする顕微鏡。

  21. 前記評価回路はFPGAまたはマイクロコントローラである、請求項20に記載の顕微鏡。

  22. 請求項10乃至19のいずれか1項に記載の高解像度の顕微鏡法のための方法において、次の実施形態のうち1つまたは複数を有しており、すなわち、
    前記検出器アレイに前置された複数の再分配部材が設けられており、
    前記検出器アレイのピクセルの少なくとも一部について個々のピクセルにそれぞれ少なくとも2つの再分配部材からの放射が割り当てられており、
    個々のピクセルのところでそれぞれ異なる再分配部材に属する少なくとも2つの光ファイバが終わっており、
    前記再分配部材は、ファイバの数および/またはファイバの配置および/またはファイバ直径および/またはファイバ断面の形状に関して相違するファイババンドルであり、
    前記再分配部材は試料光を検出するために光軸へ入るように内方旋回可能または内方スライド可能に配置されており、
    信号評価にあたって個別ピクセルの統合により前記検出器アレイの個別信号の数が減少し、
    検出器ピクセルの読出しは少なくとも部分的に試料光で負荷される領域でのみ行われ、
    再分配部材の取替および/または画像サイズを適合化するためのズーム光学系/集束光学系の調整および/または制御信号を用いた前記検出器アレイの個別ピクセルの統合によって調整が制御ループで行われ、
    前記調整は制御量として画像コントラストおよび/または画像鮮明度および/または信号/雑音比を含んでおり、
    前記検出器アレイに後置された評価回路で選択的にチャネルが読み出され、および/または以後の処理のためにまとめられることを特徴とする方法。

  23. 前記評価回路はFPGAまたはマイクロコントローラである、請求項22に記載の方法。

 

 

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1つの織機2用の監視装置100,100aが、少なくとも1つのカメラ装置20と、1つの緯糸打ち込み装置1とを有する。この場合、前記緯糸打ち込み装置1は、少なくとも1つの筬17及び/又は1つの筬框13を有し、前記筬17及び/又は前記筬框13は、前記緯糸打ち込み装置1の1つの長手方向LA1,LA2の方向に延在する。前記少なくとも1つのカメラ装置20は、前記緯糸打ち込み装置1に固定されていて、並んで配置された複数のセンサ要素を有する。前記カメラ装置20は、1つの画像を前記複数のセンサ要素によって取得するために構成されている。この場合、前記複数のセンサ要素は、前記緯糸打ち込み装置1の前記長手軸LA1,LA2に対してほぼ平行に延在する1つの列内に配列されている。
試験されるデバイス(1)を試験ステーション(13)に向けて、試験ステーション内へ及び試験ステーションから搬送し、静止したままで試験ステーションで試験する。試験ステーション(13)内への及び試験ステーションからの搬送は、リニアモータの可動器(7)を用いて実行され、この可動器を段階的態様で制御可能に動作する。
本発明は、患者に関する光及び音インパクトをモニタするシステムに関する。それは、時間にわたり人での環境光をキャプチャする光キャプチャユニット2及び時間にわたり人での周囲音をキャプチャする音キャプチャユニット3を有する。閾値ユニット6,9が、キャプチャされた環境光の輝度が輝度レベルを超える場合及び/又はキャプチャされた周囲音の音レベルが音閾値を超える場合、トリガ信号を生成し、及び出す。ストレスレベルプロセッサ15が、人のストレスレベルを決定する。格納ユニット10が、受信したトリガ信号に基づき、上記トリガ信号を受信する時間瞬間の周りでキャプチャされる環境光及び周囲音の断片、及び上記トリガ信号を受信する時間瞬間の周りでの上記人のストレスレベル情報の断片を格納する。レビューユニット11が、環境光、周囲音及びストレスレベル情報の格納された断片をレビューし、レビューされた断片に格納される上記環境光及び周囲音の根本原因を識別し、識別された根本原因によりもたらされる斯かる光及び/又は音を回避する方法を示すガイダンス情報を得ることを可能にするよう提供される。
制御電子機器のセットと、デジタルカメラ構成要素と、照明構成要素と、ハウジング構成要素と、迅速診断検査トレー(5)であり、トレーが、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーが、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる、迅速診断検査トレーとを含む汎用迅速診断検査リーダーが、本明細書で開示され説明される。第1の物理的サイズ、第1の特徴、および第1のフォーマットを有する少なくとも1つの第1の迅速診断被検査物を供給するステップと、第2の物理的サイズ、第2の特徴、および第2のフォーマットを有する少なくとも第2の迅速診断被検査物を供給するステップと、第1の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第1の迅速診断被検査物を分析するステップと、第1の迅速診断検査をリーダーから取り除くステップと、リーダーのいかなる機械的調整もなしに、またはいかなる追加部品または追加挿入物の使用もなしに、第2の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第2の迅速診断被検査物を分析するステップとを含む方法も開示される。
自動化されたプロセスは、局所的測位システムを使用して、1以上の移動可能な対象物体に対する場所(すなわち、位置及び方向)データを取得する。対象物体がコンピュータ制御の下で移動する能力を有する場合に、この自動化されたプロセスは、測定された場所データを使用して、そのような対象物体の位置及び方向を制御することができる。システムは、局所的測位システムの測定及び画像取得能力を活用し、制御可能な標識灯、画像処理、及び座標変換計算を統合して、輸送体の場所を制御するための追跡情報を提供する。結果としてのシステムは、基準座標系内で物体の位置及び方向追跡を可能にする。
【選択図】なし
本発明は、リング状トポロジーのネットワーク(20,22,24,26)を介して互いにネットワーク化された複数のカメラ(12,14,16,18)を備えた車両用のカメラシステム(10)であって、それぞれのカメラが、捕捉された画像の画像処理を実施できるように構成されていること、並びに、ネットワーク内の画像処理の計算負荷を複数のカメラに分散するため、或いは、ネットワーク内の各カメラにおける画像処理の計算負荷を低減するために、それぞれのカメラが、捕捉された画像、及び/或いは、画像処理結果をネットワーク内の他のカメラに対して、該カメラによって画像処理を実施するために、或いは、該カメラによって実施される画像処理をサポートさせるために、伝達できるように構成されていることを特徴とする車両用のカメラシステムに関する。
【選択図】 図1
本発明の実施形態は、セキュリティ保護の分野に関し、監視現場内の移動物体の局所的拡大を実現することができるビデオ監視方法、ビデオ監視装置、およびビデオ監視システムを開示するものである。本方法は、クライアントが、インテリジェント分析アラームおよび少なくとも1つのアラームトリガ物体の追跡情報を取得し、インテリジェント分析アラームに従ってユーザインターフェースのウィンドウレイアウトを調整するステップであって、インテリジェント分析アラームは、インテリジェント分析戦略に従って監視現場に侵入物体があると判定したときに、クライアント、監視プラットフォーム、またはカメラによってトリガされる、クライアントが、インテリジェント分析アラームおよび少なくとも1つのアラームトリガ物体の追跡情報を取得し、インテリジェント分析アラームに従ってユーザインターフェースのウィンドウレイアウトを調整するステップと、クライアントが、少なくとも1つのアラームトリガ物体の移動追跡情報に従って少なくとも1つのアラームトリガ物体上で局所的拡大を行うステップとを含む。本発明は重要な場所のビデオ監視に適用することができる。
防犯カメラが、カメラヘッドと、統合処理モジュールを含むケーブルアセンブリとを含む。カメラヘッドは、レンズ及び画像センサを含み、処理モジュールは、画像センサを用いて取得された画像を処理する画像処理回路と、画像処理回路及びカメラヘッドに給電するために使用される電源回路とを含む。カメラヘッドと処理モジュールは、ケーブルによって接続される。処理モジュールは、カメラヘッドを取り付け面に取り付けた時にカメラヘッドによって覆うことができる取り付け面の開口部を通り抜けるサイズにされ、これによって設置の容易さを支援する。
【選択図】図1(a)
家及び他の場所に対する監視及びセキュリティシステムは、単一の筐体及び場所のそれぞれの特性を検出する、筐体によって支持された複数のセンサを含む監視デバイスを含む。熱的に独立した室が、あるセンサに対して設けられもよい。デバイス上及び/又はネットワークを通じてデバイスに結合された処理システム上で処理が設けられてもよい。処理システムは、クラウドベースのシステムであってもよい。デバイス及び/又は処理システムは、学習能力を有してもよい。監視デバイスによって収集されたデータは、時系列としてユーザデバイスに表示されてもよい。システムは、ジオロケーションによって作動不能化及び作動可能化されてもよい。補助連絡者、グループ及び第1応答者は、一次ユーザが通知に応答しない場合、エスカレーションの順序で通知を受信してもよい。監視デバイスは、オーディオジャックを介して、ネットワーク及びユーザデバイスと通信するように構成していてもよい。
【選択図】なし
本発明は、比較ビデオ解析を組合せたグラフィックインタフェース(GI)を用いて医薬調剤製作時の安全の問題を解決することを目的とする。比較はリアルタイムの監視及び後の調剤の検査により適切な警告をトリガできる。本発明による医薬調剤の信頼できる撮像システムは、被写体(22、23、24)の検出用に調整された焦点距離を有する少なくとも1つの処理カメラ(21;21a、21b)、及び処理カメラからのビデオ信号(SV1)を管理するデジタルユニット(25)に接続された動的なGI(21、27)を備える。ユニットはビデオ信号に従った画像を用いる調剤方法の記憶されたデータと、記憶された処方箋のステップとの比較を確立する手段と、比較に従った処方箋選択手段とを有する。少なくとも1ステップが選択された処方箋を不順守のときは警告手段が起動される。本発明はまた撮影装置、被写体位置決め台、及びこれらを含むシステムに関する。
【選択図】図1
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