(57)【要約】  我々は、半導体処理モニタリングから血液スクリーニングに及ぶ広範囲な応用に適した、化学的に染める必要のない、透明な媒体の微分干渉コントラストの時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法によって可能になる一次元、二次元及び三次元イメージを高速、高コントラストでイメージ化するための方法及び装置を記載する。我々の方法及び装置は、連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法（ＳＴＥＡＭ）及び微分緩衝コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡検査法の独特の組み合わせをもとに築かれる。これらの方法及び装置は、理想的には、健康な細胞の大集団内でまれな病気の細胞を識別するのに適し、初期段階の病気における循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）のような、癌細胞の識別を含む血液分析及び病理学に革命をもたらす可能性を有する。
2013531816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光イメージ化のための装置であって、
ブロードバンドパルスレーザー光源と、
偏光されて空間的に分散されたビームを作る、前記光源に操作可能に合わせられた空間分散ステージと、
前記空間分散ステージに操作可能に合わせられたノマルスキープリズムと、
ノマルスキープリズムから見本に、空間的に分散されたビームを向けるように構成された対物レンズと、
ミラーと、
後方反射されたスペクトルを時間波形にマップ化するよう構成された時間分散ステージと、
光検知部と、
デジタイザーと、
を備えた装置。
【請求項２】
前記ブロードバンドパルスレーザー光源は、
モールドロックされたレーザーと、
極めて非直線なファイバーと、
帯域フィルターと、
ファイバーコリメーターと、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記空間分散ステージは、
半波長プレートと、
四分の一波長プレートと、
一対の回折格子と、
一対の垂直望遠レンズと、
一対の水平望遠レンズと、
半波長プレートと、
偏光子と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記対物レンズは、
前記ノマルスキープリズムに操作可能に合わせられた円柱レンズと、
対物レンズに操作可能に合わせられた球形レンズと、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記時間分散ステージは、
光サーキュレーターと、
前記光サーキュレーターに操作可能に合わせられた一巻きの分散ファイバーと、
異なる中心波長で動作する前記分散ファイバーに合わせられた複数の光ポンピング連続波レーザーと、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
光イメージ化のための装置であって、
ブロードバンドパルスレーザー光源と、
偏光されて空間的に分散されたビームを作る、前記光源に操作可能に合わせられたエンコードする空間分散ステージと、
前記空間分散ステージに操作可能に合わせられた第一ノマルスキープリズムと、
前記ノマルスキープリズムから見本に、空間的に分散されたビームを向けるように構成された第一対物レンズと、
第二対物レンズと、
前記第二対物レンズに操作可能に合わせられた第二ノマルスキープリズムと、
第二空間分散ステージと、
前記第二空間分散ステージに操作可能に合わせられた時間分散ステージと、
光検知部と、
デジタイザーと、
を備えた装置。
【請求項７】
前記ブロードバンドパルスレーザー光源は、
モールドロックされたレーザーと、
極めて非直線なファイバーと、
帯域フィルターと、
ファイバーコリメーターと、
を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第一及び第二空間分散ステージは、
半波長プレートと、
四分の一波長プレートと、
一対の回折格子と、
一対の垂直望遠レンズと、
一対の水平望遠レンズと、
半波長プレートと、
偏光子と、
を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第一及び第二対物レンズは、
前記ノマルスキープリズムに操作可能に合わせられた円柱レンズと、
対物レンズに操作可能に合わせられた球形レンズと、
をさらに含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記時間分散ステージは、
光サーキュレーターと、
前記光サーキュレーターに操作可能に合わせられた一巻きの分散ファイバーと、
異なる中心波長で動作する前記分散ファイバーに合わせられた複数の光ポンピング連続波レーザーと、
を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
光イメージ化の方法であって、
ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及びノマルスキープリズムによって、直交して偏光され、空間的に分散されたビームを作ることと、
サンプルを空間的に分散されたビームにさらすことと、
サンプルの空間情報を、さらされた空間的に分散されたビームのスペクトルにエンコードすることと、
エンコードされた連続した時間領域波形を作るために、時間分散を有する時間波形にエンコードされたスペクトルをマッピングすることと、
イメージを作るために、エンコードされた連続した時間領域波形を処理することと、
を備えた方法。
【請求項１２】
前記ブロードバンドパルスレーザー源は、モールドロックされたレーザーからのレーザービームを、極めて非直線なファイバー、帯域フィルター及びファイバーコリメーターを通過させることによって作られる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記空間分散機は、第一回折格子、第二回折格子、光レンズ及び偏光子を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記空間分散機は、半波長プレートと、前記第一回折格子よりも前のビーム通路に配置された四分の一波長プレートと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプルからのさらされた空間的に分散されたビームは、時間マッピングの前に、対物レンズ、第二ノマルスキープリズム、分析器、半波長プレート、光レンズ、第三回折格子及び第四回折格子を通過するようにさらに向けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも一つの第二光源を有する時間分散要素の光ポンピングによって、マップ化されエンコードされた連続した時間領域波形を増幅すること、をさらに備えた請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及び第一の空間的に分散されたビームに対して直交して配置されたノマルスキープリズムから作られた第二の空間的に分散されたビームにサンプルをさらすこと、をさらに備えた請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記サンプルによる絶対的なフェーズシフトをリカバーすることと、
三次元イメージを作ること、
をさらに備えた請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理は、
フォトダイオードで前記波形を捉えることと、
デジタル信号を提供するために、捉えられた波形をデジタル化することと、
イメージを作るために、デジタル信号を処理することと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
光イメージ化の方法であって、
ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及びノマルスキープリズムによって、複数の空間的に分散されたビームを作ることと、
サンプルを空間的に分散されたビームにさらすことと、
サンプルの空間情報を、さらされた空間的に分散されたビームのスペクトルにエンコードすることと、
さらされた空間的に分散されたビームを、前記サンプル及びノマルスキープリズムを通過させて戻すよう反射することと、
エンコードされた連続した時間領域波形を作るために、時間分散を有する時間波形にエンコードされたスペクトルをマッピングすることと、
イメージを作るために、エンコードされた連続した時間領域波形を処理することと、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に対する相互参照】
【０００１】
本願は、その全体が参照として本願に組み入れられる、２０１０年６月２１日に出願されたシリアル番号６１／３５７，０４２であるＵＳ仮出願に対して優先権主張する。
【連邦支援の研究又は開発に関する陳述】
【０００２】
本発明は、ＵＳ国防総省国防高等研究事業局（ＤＡＲＰＡ）によって与えられた認可番号W91 NF-10-1 -006のもと、政府のサポートでなされた。政府は本発明に所定の権利を有する。
【０００３】
コンパクトディスクで提出された材料の参照としての組み入れ
適用なし
【背景技術】
【０００４】
１．発明の分野
【０００５】
本発明は、概略として、光イメージ化装置及び方法に関し、より詳細には、汚れていない透明な媒体のイメージ取得に特に適した微分干渉コントラストの時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法によって可能になる高速、高コントラスト、リアルタイム、一次元、二次元及び三次元のイメージ化のための装置及び方法に関する。
【０００６】
２．関連技術の記載
【０００７】
数多くの産業、生物医学及び科学の応用において、光イメージ化モダリティが検知、検査及び診断法のために広く用いられている。例えば、光顕微鏡検査法)は、病気になった血液細胞の識別のために血液学において広く頼られている。フローサイトメーターにおいて、インピーダンス測定及びレーザースキャッタリングのような技術によって予備的なスクリーニングが行われうるが、技術者によって手動で行われる顕微鏡による光イメージ化は、疑わしい細胞の正確な識別のために用いられる。同様に、金属及び半導体処理も、表面の擦り傷、線及び端部、欠陥並びにテストされる材料内の汚れをイメージ化するために、光イメージ化モダリティに非常に頼っている。
【０００８】
現在の光イメージ化モダリティで、生物細胞をイメージ化するうえでの別の基本的な困難さは、細胞が透明であり、水性の周りのものに対してほとんどコントラストがない（コントラスト指数は典型的には０．０５である。）という事実から生じる。このため、細胞は、周りの媒体に対する及び一つの細胞内の構造要素の間におけるコントラストを提供するために、通常、染料で染められる。
【０００９】
微分干渉コントラスト顕微鏡検査法（ＤＩＣ）及びフェーズコントラスト（ＰＣ）顕微鏡検査法のようないくつかのイメージ化モダリティは、化学的に染める必要なく、透明な対象物のイメージを捉えることができる。ＤＩＣ顕微鏡は、高い明確性を有する高い解消度のイメージを与えるが、全ての従来の顕微鏡内で用いられるＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサー列によって制限される遅いフレームレートを有する。このため、ＤＩＣ顕微鏡検査法は、フローサイトメトリーのように高い処理能力によってリアルタイムで動的なサンプルをモニタリングすることを必要とする応用に用いられることはできない。
【００１０】
このような応用における高い処理能力のイメージ化は極めて望ましいが、極端に困難である。例えば、水性の周りのものに対してほとんどコントラストを示さない生物細胞の高い処理能力スクリーニングは、健康な細胞の大集団内でまれな病気の細胞を発見することをとても難しくする。しかしながら、この仕事を行うために用いられていた従来技術は、ＣＣＤ（電荷結合素子）及びＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサーに頼る。結果として、イメージ取得の処理能力は、ＣＣＤ及びＣＭＯＳカメラの処理能力に制限される。より重要なことに、最も早いカメラのシャッタースピードでも遅すぎ、結果として、高速スクリーニングの間のイメージ化の重大なぼやけをもたらす。
【００１１】
最近導入された、連続した時間でエンコードされ増幅されたイメージ化（ＳＴＥＡＭ）として知られるイメージ化技術は、従来のイメージ化における制限を克服し、現在のイメージセンサー（すなわちＣＣＤ及びＣＭＯＳカメラ）で取得できるものよりも、１０００倍までの高いフレームレート及びシャッタースピードを提供する。このシステムは、従来のＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラをシングルピクセル光検知部に置き換える。結果として、検出感度とフレームレートとの間のトレードオフが克服される。
【００１２】
ＳＴＥＡＭアプローチは、同時に、対象物の空間情報を一次元（１Ｄ）の連続した時間領域の光波形にエンコードし、光学的にイメージを増幅するために、増幅されたスペースから時間へのマッピング技術を利用する。ＳＴＥＡＭ像の高速能力は、血液細胞スクリーニングのように対象物の高い処理能力スクリーニングが興味深い応用のためのその利用を可能にする。しかしながら、それは細胞のように透明なサンプルで用いられることができず、不透明なサンプルや、高い屈折率又は吸収コントラストを有するサンプルに制限される。このため、ＳＴＥＭ像は、周りのものに対する屈折率コントラストが低いことから、生物細胞のような透明な対象物のイメージ化には不十分である。それらのコントラストを増加するためにこれらの対象物を染料で染めることもできるが、化学的な染めはしばしば注意深いサンプルの準備を要求し、不十分なものとなる。
【００１３】
したがって、染めることを必要とせずにコントラストを提供することができ、かつ、合理的に短い時間内で流れの間の多数の細胞のイメージ化を可能にするとても高いフレームレート及びシャッタースピードを有する、イメージ化装置及び方法に対する必要がある。本発明は、これらの要求と他のものを満足し、技術を一般的に改善したものである。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、半導体処理モニタリングから血液スクリーニングに及ぶ広範囲な応用に適した、化学的に染める必要のない、透明な媒体を高速、高コントラストでイメージ化するための方法及び装置に向けられる。その方法及び装置は、連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法（ＳＴＥＡＭ）及び微分緩衝コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡検査法の独特の組み合わせをもとに築かれる。本発明の方法及び装置は、理想的には、健康な細胞の大集団内でまれな病気の細胞を識別するのに適し、初期段階の病気における循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）のような、癌細胞の識別を含む血液分析及び病理学に革命をもたらす可能性を有する。
【００１５】
微分干渉コントラストの連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法に対する方法及び装置は、とても低い滞留時間及びとても高いフレームレートで対象物の微分フェーズコントラストイメージを得る。これは、光空間分散機とノマルスキープリズム（修正されたウォラストンプリズムとしても知られる）を用いることによって行われる。ノマルスキープリズムは、イメージコントラストを増加するために機能する二つの複屈折結晶くさびからなる。
【００１６】
実例となる装置は、異なる偏光で、各波長成分が分析された対象物上の２つの隣接点を通過して伝播するよう、二つの空間的に分散されて直交して偏光されたビームを作る。その結果、二つの照射ビームが、対象物の光路長さ（すなわち、屈折率と厚みの生成物）で関連づけされたフェーズ情報によってエンコードされる。それゆえ、別のノマルスキープリズム（第一のものと同様）を用いて、二つのフェーズエンコードされたビームを再結合することによって、対象物の全ての二つの隣接点の微分フェーズ情報（照射ビームの各波長成分によって照射される）が波長成分の強度に変換される。すなわち、（照射ビームの各波長成分によって照射される）二つの隣接点の間の光路差は、波長成分の構築／非構築干渉を結果としてもたらす。
【００１７】
そして、イメージエンコードされたスペクトルは、時間データ流れに変換され、そして、同時に、光スペクトルをグループ速度分散を用いた時間領域にマップ化する光処理である増幅された分散フーリエ変換（ＡＤＦＴ）を用いて増幅される。そして、イメージを含む時間波形は、光検知部によって捉えられ、従来の電気デジタイザーによってデジタル化される。
【００１８】
したがって、本発明の態様は、検知、検査及び診断への応用の広い範囲に適用されうる非浸潤、高速、高コントラストイメージ化を提供することである。
【００１９】
本発明の別の態様は、従来のスクリーニング技術ではできない大規模な通常の細胞内でまれな病気の細胞のようにほとんど透明な対象物の高い処理能力であるマイクロ流体スクリーニングのためのシステムを提供することである。
【００２０】
本発明の別の態様は、広い様々な使用に適用できる、一次元、二次元及び三次元イメージ化のためのシステムを提供することである。
【００２１】
本発明の別の態様は、対象物の空間情報を、同時に光学的にイメージを増幅する、一次元の連続した時間領域の光波形にエンコードするために増幅された空間から時間へのマッピングを採用する、装置及び方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらなる態様は、明細書の以下の部分で明らかにされるが、詳細な記載は何ら限定することなく本発明の好ましい実施の形態を十分に開示する目的のためである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明は、実例の目的だけのための以下の図面を参酌することで、より十分に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明による、微分干渉コントラストの連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査装置の一実施の形態の概略図である。
【図２】図２は、本発明による、微分干渉コントラストの連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査装置の別の実施の形態の概略図である。
【図３】図３は、ミラーによって後方反射された対象物上で傾斜した二つの偏光ビームを示す、図１に示された実施の形態の断面の照射ビームトレースの概略図である。
【図４】図４は、本発明による、微分干渉コントラストの連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法に対する方法の一実施の形態に対するフロー図である。
【本発明の詳細な説明】
【００２４】
図面を特に参酌して、図式化する目的のために、本発明は、図１乃至図４に一般的に示された方法及び装置で具体化される。本願で開示されている基本的な概念から離れることなく、装置の実施の形態は、構成及び部分の詳細に関して変更してもよく、方法は、具体的な工程及び順序に関して変更してもよいことは理解されるであろう。
【００２５】
本発明は、半導体工程のモニタリングから生物学のスクリーニングまでの広い範囲の適用において用いられる、化学的な汚れを必要としない、透明なメディアの画像取得を可能にする一次元、二次元又は三次元で高速かつ高コントラストでイメージ化のための装置及び方法に関する。図１及び図２の実施の形態は、同じテーマの変形例であり、本発明の好ましい装置を図示するために用いられる。
【００２６】
図１の概略図に戻ると、本発明の装置１０の実施の形態が概略で示されている。図示された装置１０は、一次元におけるサンプルの微分干渉コントラストの連続した時間でエンコードされた増幅顕微鏡検査法に対して本発明を適用したものである。しかしながら、二つの直交して配置された１Ｄ空間分散等によって二次元が取得されうる。三次元も、イメージされた対象物の深さ情報を抽出することによって取得されうる。
【００２７】
最初に、ブロードバンドレーザー１２からブロードバンドレーザーパルスが提供される。示された実施の形態において、ブロードバンドレーザーパルス源１２は、好ましくは、中心波長が１５６０ｎｍでパルス繰り返し率が３７ＭＨｚまでのフェトム秒のモードロックされたファイバーレーザー１４である。レーザーに続く極めて非直線のファイバー１６と光帯域フィルター１８が照射ビームとして中心が１５９１ｎｍでバンド幅が２０ｎｍまでの一連のパルスを生成する。ブロードバンドパルスビームは、本発明の教示から離れることなく、様々な方法で作られることができることは理解されるべきである。
【００２８】
レーザー１２からの光パルスは、自由な空間で確実な平行ビーム２６にするために、光ファイバーコリメーター２０に送られる。回折格子の最大の回折効率を確実にするために、回折格子２８，３０の前に、半波長板（ＨＷＰ）２２と四分の一波長板（ＱＷＰ）２４が、選択的に用いられる。約１１００ライン／ｍｍの溝密度を有する一対の回折格子２８，３０を用いることで、空間的に分散されて１Ｄ虹パターンになるパルスが作られ、究極的には対象物の１Ｄラインスキャンを可能にする。１Ｄ虹パターンを作る別の方法は、ヴァーチャルでイメージ化されフェーズ配列（ＶＩＰＡ）を用いることである。さらに別のものは、空間的に分散された１Ｄ虹パターンを作るプリズムを用いることである。
【００２９】
この図面において、回折格子２８，３０からの１Ｄ空間で分散されたビームは、垂直及び水平方向の両方においてビームの操作を可能にする二対の円柱望遠レンズ（垂直な一対３２と水平な一対３４）を用いて、サイズが変更される。別の実施の形態においては、ビームは、一対の球形の望遠レンズを用いること、又は、回折格子の方向を調整することによって、サイズが変更される。
【００３０】
そして、操作された１Ｄ空間に分散されたビームは、半波長プレート３６及び偏光子３８に送られて、光の偏光状態を回転し、ノマルスキープリズム４０上での約４５度の直線偏光傾きを確実にする。ノマルスキープリズム４０は、照射ビームを二つの直交して偏光された１Ｄ虹パターン（０及び９０度）に分割する。
【００３１】
別の円柱レンズ４２が、二つの直交して偏光された１Ｄ虹パターンを互いに対して平行にするために用いられる。また、円柱レンズ４２、球形レンズ４４及び対物レンズ４６がサンプル４２に照射の焦点を合わせるために用いられ、サンプル対象物４４上の平行な虹パターンを確実にする。この図面内のノマルスキープリズム４０及び続く光学４２，４４，４６の設計は、図３に概略で示されているように、二つの直交して偏光したビームが、ラインスキャンの方向の法線方向で、対象物で３μｍまでで分離されるようになっている。
【００３２】
図３を特に参照すると、ノマルスキープリズムと一つの対物レンズを通過する照射ビームの各波長成分のビームトレースが概略で示されている。図３内のθは、直線偏光の角度である。二つの偏光されたビームは、対象物上の二つの傾いた点が二つの異なる偏光を有する各波長によって照射されるよう、透明な対象物に対して傾斜されている。
【００３３】
ミラー５０は、フェーズがエンコードされたビームを同じ光学に戻すように、図１及び図３の実施の形態内で、サンプル対象物４８の後ろに配置されている。この配置は、対象物４８を通過した照射ビームの二重の通過をもたらし、結果として、フェーズシフトを二重にする。
【００３４】
サンプルレンズ４２，４４，４６及びノマルスキープリズム４０を用いてフェーズエンコードされたビームを再結合した後で、スペクトル的にエンコードされたビームが、同じ対の回折格子２８，３０と関連づけされた光学を用いて空間的に圧縮される。ビームは、光ファイバーコリメーター２０を用いる光ファイバー６８内に戻るよう向けられる。この構成において、ノマルスキープリズム４０の前の偏光子３８は、従来の微分干渉コントラスト顕微鏡検査法における分析器の役割を果たす。ファイバー６８からのスペクトル的にエンコードされた戻りビームは、一巻きされた分散ファイバー５４（６６２ｐｓ／ｎｍまでの好ましい分散値を有する）に向けられ、光サーキュレーター５２を介して、増幅されて分散されたフーリエ変換を行う。分散ファイバー５４は、分散型のラマン増幅のために、中心波長が１４５０ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍ及び１５０５ｎｍを提供する４つの連続波レーザー５６，５８，６０，６２によって光学的にポンプされる。分散媒体５４において、各々の干渉されたパルスのスペクトルは、増幅された時間波形に変形される。
【００３５】
そして、時間エンコードされた光パルスは、高速光検知部６４（バンド幅＞１０ＧＨｚ）によって捉えられ、例えば１６ＧＨｚのバンド幅と５０ＧＳ／ｓのサンプリング速度を有するリアルタイムデジタイザー６６によってデジタル化される。バックグランド及びノイズ除去を含むデジタル信号工程は、試験下において、対象物４８のイメージを再構築するために、オフラインで行われてもよい。
【００３６】
図２の実施の形態に戻ると、装置の別の構成が概略で示されている。この実施の形態は、細胞のスクリーニングに適用するような高い処理能力のイメージ化に特に適している。ブロードバンドパルスレーザー源７０は、好ましくは、１５６０ｎｍの中心波長と３７ＭＨｚまでのパルス繰り返し率を有するフェムト秒でモードロックされたファイバーレーザー７２である。レーザーに続く極めて非直線のファイバー７４と光帯域フィルター７６は、照射ビームとして、１５９１ｎｍで中心とされて、２０ｎｍまでのバンド幅を有する一連のパルスを作る。この構成は好ましいが、別のレーザー源も用いられることができる。
【００３７】
ブロードバンドレーザー源７０からの光パルスは、自由な空間での平行ビームを確実にするために、光ファイバーコリメーター７８に送られてもよい。ビームは、半波長プレート（ＨＷＰ）８０と四分の一波長プレート（ＱＷＰ）８２を通過して、第一回折格子８４、第二回折格子８６に向けられる。選択的な半波長プレート８０と四分の一波長プレート８２は、回折格子の最大の回折効率を確実にするために、回折格子の前で用いられる。約１１００ライン／ｍｍの溝密度を有する一対の回折格子８４，８６が好ましいが、あらゆる溝密度が用いられてもよい。回折格子の溝密度は、空間解像度すなわち解像点の数を決定し、溝密度が高くなると間解像度がよくなる。したがって、回折格子の空間解像度は、イメージ化される対象物の特徴に基づいて選択されうる。
【００３８】
第二回折格子８６からの１Ｄの空間で分散されたビームは、二対の円柱望遠レンズ（垂直８８及び水平９０）を用いて、垂直及び水平方向でサイズが変更される。そして、１Ｄの空間で分散されたビームは、半波長プレート９２及び偏光子に送られ、光の偏光状態を回転し、ノマルスキープリズム９６上での４５度の直線偏光角度を確実にする。ノマルスキープリズム９６は、照射ビームを二つの直交して偏光された１Ｄ虹パターン（０度及び９０度）に分割する。
【００３９】
別の円柱レンズ９８が、二つの直交して偏光された１Ｄ虹パターンを互いに平行にするように用いられる。また、球形レンズ１００と対物レンズ１０２が、サンプル１０４上の照射の焦点を合わせるために用いられ、最終的には、対象物１０４上での平行な虹パターンを確実にする。ノマルスキープリズム９６と続く光学の設計は、ラインスキャンの方向の法線方向で、対象物において、約１μｍと約５μｍとの間で離れて、二つの直交して偏光したビームが好ましく分離されるようになっている。
【００４０】
別の対物レンズ１０６と球形レンズ１０８が、送られたビームを集めるために、対象物１０４の別側に存在する。そして、円柱レンズ１１０が、二つの直交して偏光したビームの焦点を、第二ノマルスキープリズム１１２の交点で合わせる。第二ノマルスキープリズム１１２は、通常、第一ノマルスキープリズム９６と、通常、同一になっている。分析器（すなわち偏光子）１１４は、再結合されたビームの干渉された成分をピックアップする。第二ノマルスキープリズム１１２を用いてフェーズエンコードされたビームを再結合した後で、二対の円柱レンズ（水平１１８及び垂直１２０）と一対の回折格子（好ましくは第一の対と同じ溝密度）の各々を用いて、スペクトル的にエンコードされたビームがサイズ変更され、空間的に圧縮される。したがって、半波長プレート１１６からのビームは、望遠レンズ１１８及び１２０によって大きさが形成され、第三回折格子１１２及び第四回折格子１２４に向けられる。そして、ビームは、図２内の光ファイバーコリメーター１２６を用いて、光ファイバー１４２内で結合される。
【００４１】
この実施の形態において、スペクトル的にエンコードされたビームの結果物は、（１３７３ｐｓ／ｎｍの分散値を有する）巻かれた分散ファイバー１２８に向けられ、増幅された分散フーリエ変換を行う。分散光ファイバー１２８は、分散型ラマン増幅のために、１４５０ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍ及び１５０５ｎｍにおける四つの連続波レーザー１３０，１３２，１３４，１３６によって、光学的にポンプされる。分散ファイバー１２８の光増幅は、低信号の検知を可能にし、それゆえ、技術の検出感度を改善する。
【００４２】
分散媒体１２８内で、干渉されたパルスの各々のスペクトルが増幅された時間波形に変更される。そして、時間エンコードされた光パルスは、高速光検知部１３８（バンド幅＞１０ＧＨｚ）によって捉えられ、１６ＧＨｚのバンド幅と５０ＧＳ／ｓのサンプリングレートを有するリアルタイムデジタイザー１４０によってデジタル化される。そして、バックグラウンドとノイズ除去を含んだデジタル信号工程は、対象物１０４のイメージを再構築するために、オフラインで行われることができる。対象物１０４の微分フェーズコントラストイメージは、とても早いシャッター速度と高いフレームレートで得られる。
【００４３】
図４のフロー図を参照にすると、エンコードされて増幅された微分干渉コントラストのシリアル時間の顕微鏡検査法に対する方法１００の一実施の形態が概略で示されている。図１及び図３において概略で示された装置は、その方法を行うことを可能にする装置の図である。ブロック１１０において、少なくとも一つの空間的に分散された直交して偏光されたレーザービームが、レーザー光源、空間分散機及びノマルスキープリズムによって作られる。光源は、例えば、異質の光源、ブロードバンドパルスレーザー光源及び走らされた周波数の連続波レーザー光源になりうる。
【００４４】
図１及び図２で図示されているように、レーザー光源からのビームは、ノマルスキープリズムを通過してサンプルに向けられる前に、空間的に分散されて偏光されることによって、サンプルにさらされるように準備される。空間分散は、好ましくは、一対の回折格子によって達成されることが好ましいが、他の空間分散も用いられてもよい。空間分散要素は、焦点を合わせるための光レンズ、又は、回折格子が用いられる場合には回折効率を最大化するための半波長プレート及び四分の一波長プレートを含んでもよい。
【００４５】
準備された空間的に分散されたビームは、図４のブロック１２０におけるサンプル、好ましくは一つ以上の対物レンズに向けられる。さらされたサンプルからの空間情報は、ブロック１３０で、ビームのスペクトルにエンコードされる。ブロック１４０において、さらされた空間的に分散されたビームは、図３に示された実施の形態内に示されるようなリフレクターで、サンプル見本を通過して後方反射される。この実施の形態において、サンプルからの後方反射は、対物レンズ、ノマルスキープリズム及び分散を通過して戻る。
【００４６】
図４のブロック１５０において、エンコードされた後方反射は、時間分散を有する時間波形にマップ化され、一連の時間領域波形を作る。この点、サンプルのイメージでエンコードされた光スペクトルは、時間内において、一連の順番として現れる。時間分散要素は好ましくは分散ファイバーであり、増幅された分散フーリエ変換（ADFT）と呼ばれる工程が好ましくは用いられ、エンコードされたスペクトルを、グループ速度分散を用いる時間波形にマップ化する。他の変形も用いられてもよい。
【００４７】
ブロック１６０において、一連の画像が処理される。典型的には、それらはフォトダイオードによって検知され、その後、デジタル化され、デジタル処理で操作される。
【００４８】
図１から図４に示された装置と実施の形態が、イメージがシングルピクセル検知部で捉えられることを可能にする連続した時間領域波形にイメージをマップ化し、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ像及び関連づけされたイメージ検出感度と速度との間のトレードオフを除去することが分かるだろう。マッピングは一般的には二つのステップで達成される。第一工程は空間周波数マッピングである。対象物の空間情報は、空間分散及びノマルスキープリズムを用いるブロードバンドレーザーパルスのスペクトルにエンコードされる。二つの空間的に分散された直交した偏光ビームは、ビームの各波長成分が異なる偏光を有する対象物上の隣接する点を通過するように、生成される。
【００４９】
結果として、ビームは、対象物上の二つの入射点の光路長さ（すなわち、屈折率と厚みの生成物）に関連づけされた異なるフェーズシストを経験する。同じ又は別のノマルスキープリズムを用いて二つのフェーズでエンコードされたビームを再結合することによって、異なるフェーズ情報が輝度変調に変換される。つまり、二つの入射点の間の光路長さの差は、各波長に対する構築的／非構築的な干渉をもたらす。
【００５０】
第二工程は周波数時間マッピングである。そして、イメージエンコードされたスペクトルは時間データストリームに変換され、好ましくは増幅分散フーリエ変換（ADFT）と呼ばれる工程を通じて、時間において伸ばされる。ADFTは、グループ時間分散を用いて、エンコードされた光パルスのスペクトルを時間波形にマップ化する。同時に、分散ファイバーは、イメージ信号を増幅し、失ったものを補うために、補足レーザー光源によってポンプされる。時間の伸びは、イメージを従来の電気的なデジタイザーによってデジタル化されることを可能にする。また、光イメージ増幅は、高いフレームレートで、信号のロスを克服する。
【００５１】
本発明は、一次元、二次元又は三次元のイメージ化を提供することができる。図１又は図２に示されるような一次元配置は、見本を照射するための１Ｄパターンを作るために、回折格子又はプリズムを用いる。二次元配置は、１Ｄ配置と同じ、二つの直交して配置された１Ｄ分散と周波数時間マッピング工程を用いる。三次元イメージ化は、２Ｄ配置内でリカバーされる相対的なフェーズシフトと比較されたサンプルと、ノマルスキープリズムの前の参照ビームスプリットを用いることによる絶対的なフェーズシフトをリカバーすることによって得られる。参照ビームをサンプリングビームで干渉することによって、絶対的なフェーズシフトが強度情報に変換される。
【００５２】
本発明は添付された実施例を参照することでより理解される。この実施例は、説明の目的のためだけであり、本願に付加されたクレームで画定された本発明の範囲をあらゆる意味で限定するようには解釈されるべきではない。
【００５３】
実施例１
【００５４】
本発明の概念を示すために、図２で概略が示されたシステムに対するコンピュータモデルが作られ、システムをテストするために３０μｍの幅の円鋸歯状のサンプルが用いられる。モデル見本は、病気になった細胞のようなタイプの識別のように、典型的な応用の加工されていない例として意味される。このシミュレーションにおいて、解消度は０．５ミクロンであり、二つの隣接点は０．２μｍ離れていることが想定される。これらは従来のＤＩＣ顕微鏡に対する典型的な数字である。
【００５５】
図２のモデルが用いられ、ブロードバンドパルスレーザーがプローブビームを作るために用いられた。回折格子又はプリズムのような空間分散を用いて、ビームがスペースにマップ化された。空間的に分散されたビームは、ノマルスキー／ウォラストンプリズムを用いる直交して偏光された状態の二つのビームに分割される。二つのビームは、全ての二つの隣接された点が、ある波長であるが二つの異なる偏光で照射されるように、サンプル上で焦点が合わせられる。サンプルを通過して伝播した後で、二つの偏光されたビームが第二ノマルスキー／ウォラストンプリズムを用いて結合される。二つの隣接する点の光路差は、ある波長の構築的／非構築的な干渉になる。空間的に分散され、かつ、スペクトル的にエンコードされたパルスは、別の回折格子（又はプリズム）を用いて、空間的に圧縮される。増幅された分散フーリエ変換は、パルススペクトルを時間に変換し、それらを同時に増幅することによって行われる。分散型の増幅は、ラマン増幅と、分散補償ファイバーを用いることによって達成されうる。シングルピクセル光検知部と商業的なデジタイザーが時間エンコードされたパルスを受けるために用いられうる。後信号処理がイメージを構築するために行われる。
【００５６】
一つの実施において、ブロードバンドレーザーパルスが、回折格子を用いて、一次元で分散される。このため、それはサンプルの１Ｄラインスキャンを行う。その処理が、レーザーパルス反復周波数（典型的には数十ＭＨｚ）で到達する続くレーザーパルスによって繰り返される。同時に、サンプル（フローサイトメトリー応用における細胞）が軸方向（ラインスキャンの方向に垂直）で移動している。このため、各ラインスキャンは、隣接するパルスと比較して付加的に異なる軸線ではあるが、シングル１Ｄイメージを作る。
【００５７】
そして、二つの異なるイメージがこれらのラインスキャンで得られる。この技術のスキャン率は、パルスレーザーの繰り返し率によって決定される。
【００５８】
その技術は、上述された２Ｄアプローチにおける相対的なフェーズシフトと比較して、サンプルによる絶対的なフェーズシフトをリカバーすることによる３Ｄイメージ化に広げられることもできる。２Ｄ構成において、干渉工程は、二つの直交して偏光されるビームの間の相対的なフェーズシフト差を振幅に変換する。これは、二つの隣接する面内の点の間の相対的な光路長さについての情報を提供する。３Ｄイメージ化にリカバーされなければならない軸情報は、絶対的なフェーズシフトに含まれる。このフェーズシフトは、参照ビームを加えることによってリカバーされる。図２に示されるように、ビームは、ノマルスキープリズムの前で二つのビームに分割され、第二ノマルスキープリズムの後で再び結合される。このため、光検知部によって検知される全体的な強度は、
【数１】
2013531816.tif 000003
のように記載される。
【００５９】
上記の表現で見られうるように、ここで、振幅修正は、絶対的な
2013531816.tif 000004
の両方の機能となっている。
2013531816.tif 000005
と想定すると、
2013531816.tif 000006
という文言と比較して早い修正になる。低い通過フィルタリングＩＴによって、ＤＣという文言と
2013531816.tif 000007
という文言が抽出される。このように、絶対的な
2013531816.tif 000008
と、それゆえの両点のサンプル厚み（軸方向の大きさ）がわかり、３Ｄイメージに導く。
【００６０】
従来の光顕微鏡と比較して、その方法は、それらの環境と同様の屈折率でサンプルをイメージ化することができる。さらに、０．２μｍ以上離れた二つの点のサンプルプロファイルを取り上げることによって、標準的な光顕微鏡の間の無類の解消度をもたらす。
【００６１】
実施例２
【００６２】
微分干渉コントラストの連続した時間のエンコードされ増幅された顕微鏡検査法システムの製造方法と機能性を示すために、像装置が、図１に示された概略図によって構成される。サンプルの一次元イメージと二次元イメージの両方が得られる。イメージの二次元は、ライトスキャンの方向に直交する方向で、サンプルを変換することで得られる。サンプルは、定期的な屈折率調節を有する透明な材料（すなわち、７０ライン／ｍｍまでの溝密度を有する透過回折格子）である。
【００６３】
光源は、１５６０ｎｍの中心波長を有し、３６．１ＭＨｚのパルス繰り返し率を有するモードロックされたレーザーであった。レーザーに続き、１５９１ｎｍが中心となり２０ｎｍまでのバンド幅を有する一連のパルスを作る、極めて非直線のファイバーと光帯域フィルターが、照射ビームとして用いられた。
【００６４】
１１００ライン／ｍｍの溝密度を有する一対の回折格子を用いることで、パルスが空間的に分散されて、テスト対象物の１Ｄラインスキャンを可能にする１Ｄ虹パターンになった。１Ｄの空間的に分散されたビームが光の偏光状態を回転させるために半波長プレートと偏光子に送られ、ノマルスキープリズムにおいて４５度の直線偏光の傾きを確実にした。ノマルスキープリズムは、二つの直交して偏光された１Ｄ虹パターン（０及び９０度）に照射ビームを分割する。ノマルスキープリズムとそれに続く光学の設計は、二つの直交して偏光されたビームが、図３に示されるように、ラインスキャンの方向に対する法線方向において対象物上で３μｍまでで離れるようになっている。対象物を通過する照射ビームの二重の通過になり、このためにフェーズシフトを二重にする、同じ光学を通過するフェーズエンコードされたビームを戻すために、サンプルの後ろにミラーが配置される。同じノマルスキープリズムを用いて、フェーズエンコードされたビームを再結合した後で、増幅された分散フーリエ変換を行うために、スペクトル的にエンコードされたビームが、光サーキュレーターを介して（６６２ｐｓ／ｎｍまでの値の分散を有する）一巻きの分散ファイバーに向けられた。そして、時間エンコードされた光パルスが、高速光検知部で捉えられ、１６ＧＨｚのバンド幅を有し、５０ＧＳ／ｓのサンプリングレートを有するリアルタイムデジタイザー（Tektronix - DPO71604）によってデジタル化された。イメージを再構築するために、オフラインで、バックグランドとノイズ除去を含むデジタル信号処理が行われた。
【００６５】
イメージピクセルの数はＮ＝Ｄ．Δλ．ｆｄｉｇ＝６６２であり、Ｄは分散ファイバー内のトータル分散であり（Ｄ＝−６６２ｐｓ／ｎｍ）、Δλは光バンド幅であり（Δλ＝２０ｎｍ）、ｆｄｉｇはデジタイザーのサンプリングレートである（ｆｄｉｇ＝５０ＧＳ／ｓ）。解像点の数は、ＡＤＦＴ処理のスペクトル解像度から１００までであると評価された。したがって、滞留時間（シャッタースピード）は、各サブパルスのバンド幅又はラインスキャン内の波長成分（２０ｎｍ／１００）から、６０ｐｓまでであることが分かった。シングルピクセル光検知部によって検知された繰り返しパルス（ラインスキャンに対応する）で示された時間波形は３６．１ＭＨｚのフレームレートを有する。すなわち、この実施例では、時間領域パルスのリアルタイムキャプチャーは、３６．１ＭＨｚで、パルストゥパルス（フレームバイフレーム）のイメージ取得を可能にする。
【００６６】
透過回折格子の設計は、屈折率調整が小さく、サンプル上の異なる点からの反射が従来のＳＴＥＡＭ像の検出感度よりも低くなるようになっていた。ノマルスキープリズムによって、システムはサンプルのイメージ化において微分フェーズコントラストを提供し、装置を用いた重要なコントラスト増強を示した。得られたイメージにおいて観察された高い強度ラインは１４μｍまで離れ、それは透過回折格子の仕様（すなわち、７０ライン／ｍｍ溝密度）に合致していた。
【００６７】
実施例３
【００６８】
方法とイメージ化の機能性をさらに示すために、図１に示された装置が、早く流れる汚れていない白い血液細胞の高速、高コントラストイメージ化のために構成され、用いられる。白い血液細胞は、赤い血液細胞の低張リーシスによって全体血液から分離され、リン酸塩の緩衝食塩水内で再懸濁された。
【００６９】
用いられた光源は、１５６０ｎｍの中心波長と、３６．１ＭＨｚのパルス繰り返し率を有するモールドロックされたレーザであった。レーザーに続く極めて非直線のファイバーと光帯域フィルターが、照射ビームとして、１５９１ｎｍが中心となり２０ｎｍまでのバンド幅を有する一連のパルスを作った。１１００ライン／ｍｍの溝密度を有する一対の回折格子を用いることで、パルスが空間的に分散されて、対象物の１Ｄラインスキャンを可能にする１Ｄ虹パターンになった。１Ｄの空間的に分散されたもの（すなわち１Ｄ虹）が、光の偏光状態を回転させ、ノマルスキープリズムにおける４５度の直線偏光の傾きを確実にするために、半波長プレートと偏光子に送られた。ノマルスキープリズムは、照射ビームを直交して偏光された１D虹パターン（０度及び９０度）に分割した。ノマルスキープリズムとそれに続く光学の設計は、二つの直交して偏光されたビームが、図３に示されるように、ラインスキャンの方向に対する法線方向において対象物上で３μｍまでで離れるようになっている。ミラー５０が対象物の後に配置され、フェーズエンコードされたビームを同じ光学に戻し、その結果として、対象物を通過する照射ビームの二重の通過をもたらし、それゆえに、図１に示されたようにフェーズシフトを二重にする。
【００７０】
同じノマルスキープリズム４０を用いてフェーズエンコードされたビームを再結合した後、増幅された分散フーリエ変換を行うために、スペクトル的にエンコードされたビームが、光サーキュレーターを介して（１３７３ｐｓ／ｎｍまでの値の分散を有する）一巻きの分散ファイバーに向けられる。そして、時間エンコードされた光パルスが、高速光検知部で捉えられ、１６ＧＨｚのバンド幅を有し、５０ＧＳ／ｓのサンプリングレートを有するリアルタイムデジタイザー（Tektronix - DPO71604）によってデジタル化される。テスト化における対象物のイメージを再構築するために、オフラインで、バックグランドとノイズ除去を含むデジタル信号処理が行われた。
【００７１】
また、イメージ化される細胞を均一に位置づけ流すために、慣性マイクロ流体技術が用いられた。この技術は、とても早い流速において、細胞の焦点を合わせ配列することを可能にし、シース流体に対する必要を除去する。細胞は、流れ方向において４００〜５００イメージピクセルを提供するラインスキャンの方向に直交する方向において、１ｍ／ｓまでの流速を有する。
【００７２】
この実例におけるイメージピクセルの数は、
【数２】
2013531816.tif 000009
であることが分かった。ここで、Ｄは分散ファイバーにおける全体分散であり（Ｄ＝−１３７３ｐｓ／ｎｍ）、Δλは光バンド幅であり（Δλ＝２０ｎｍ）、ｆｄｉｇはデジタイザーのサンプリングレートである（ｆｄｉｇ＝５０ＧＳ／ｓ）。解消点の数は、ＡＤＦＴ処理のスペクトル解消度から１７５までであると評価された。したがって、滞留時間（シャッタースピード）は、ラインスキャンにおける各サブパルス又は波長成分のバンド幅から（２０ｎｍ／１７５）、４０ｐｓまでであると分かった。観測された時間波形は、シングルピクセル光検知部によって検知された繰り返しパルス（ラインスキャンに対応する）を示し、３６．１ＭＨｚのフレームレートにおける装置の操作を示す。すなわち、時間領域パルスのリアルタイムキャプチャーは、３６．１ＭＨｚの割合におけるパルス−トゥ−パルス（フレーム−バイ−フレーム）のイメージ取得を可能にする。
【００７３】
比較の目的のために、２Ｄイメージが当該装置と従来のＳＴＥＡＭイメージャによって得られた。当該装置で捉えられた２次元イメージは、細胞を通過したときに照射ビームの間の相対的なフェーズシフトに基づき、ＳＴＥＡＭによって取られたイメージは、細胞表面からの反射を示した。興味深いことに、当該装置で捉えられた白い血液細胞のイメージコントラストは、従来のＳＴＥＡＭ装置によって捉えられたイメージコントラストの１０倍よりも高かった。これは、水性の周囲のものと比較して、汚れていない白い血液細胞の屈折率コントラストが低いためであった。興味深いことに、当該装置は細胞の光密度（すなわち、屈折率及び大きさによる産物）を明らかにするので、大きさにおいて同じくらいの細胞の異なるタイプを区別することができ、フローサイトメトリーと細胞配列分類に基づいたイメージ化に対する高い処理能力へのパスを提供する。
【００７４】
上述したことから、本発明は、以下に示すことを含む様々な方法で具体化されうることが理解されるであろう。
【００７５】
１  光イメージ化のための装置であって、ブロードバンドパルスレーザー光源と、偏光されて空間的に分散されたビームを作る、前記光源に操作可能に合わせられた空間分散ステージと、前記空間分散ステージに操作可能に合わせられたノマルスキープリズムと、ノマルスキープリズムから見本に、空間的に分散されたビームを向けるように構成された対物レンズと、ミラーと、後方反射されたスペクトルを時間波形にマップ化するよう構成された時間分散ステージと、光検知部と、デジタイザーと、を備えた装置。
【００７６】
２  前記ブロードバンドパルスレーザー光源は、モールドロックされたレーザーと、極めて非直線なファイバーと、帯域フィルターと、ファイバーコリメーターと、を含む、実施の形態１に記載の装置。
【００７７】
３  前記空間分散ステージは、半波長プレートと、四分の一波長プレートと、一対の回折格子と、一対の垂直望遠レンズと、一対の水平望遠レンズと、半波長プレートと、偏光子と、を含む、実施の形態１に記載の装置。
【００７８】
４  前記対物レンズは、前記ノマルスキープリズムに操作可能に合わせられた円柱レンズと、対物レンズに操作可能に合わせられた球形レンズと、をさらに含む、実施の形態１に記載の装置。
【００７９】
５  前記時間分散ステージは、光サーキュレーターと、前記光サーキュレーターに操作可能に合わせられた一巻きの分散ファイバーと、異なる中心波長で動作する前記分散ファイバーに合わせられた複数の光ポンピング連続波レーザーと、を含む、実施の形態１に記載の装置。
【００８０】
６  光イメージ化のための装置であって、ブロードバンドパルスレーザー光源と、偏光されて空間的に分散されたビームを作る、前記光源に操作可能に合わせられたエンコードする空間分散ステージと、前記空間分散ステージに操作可能に合わせられた第一ノマルスキープリズムと、前記ノマルスキープリズムから見本に、空間的に分散されたビームを向けるように構成された第一対物レンズと、第二対物レンズと、前記第二対物レンズに操作可能に合わせられた第二ノマルスキープリズムと、第二空間分散ステージと、前記第二空間分散ステージに操作可能に合わせられた時間分散ステージと、光検知部と、デジタイザーと、を備えた装置。
【００８１】
７  前記ブロードバンドパルスレーザー光源は、モールドロックされたレーザーと、極めて非直線なファイバーと、帯域フィルターと、ファイバーコリメーターと、を含む、実施の形態６に記載の装置。
【００８２】
８  前記第一及び第二空間分散ステージは、半波長プレートと、四分の一波長プレートと、一対の回折格子と、一対の垂直望遠レンズと、一対の水平望遠レンズと、半波長プレートと、偏光子と、を含む、実施の形態６に記載の装置。
【００８３】
９  前記第一及び第二対物レンズは、前記ノマルスキープリズムに操作可能に合わせられた円柱レンズと、対物レンズに操作可能に合わせられた球形レンズと、をさらに含む、実施の形態６に記載の装置。
【００８４】
１０  前記時間分散ステージは、光サーキュレーターと、前記光サーキュレーターに操作可能に合わせられた一巻きの分散ファイバーと、異なる中心波長で動作する前記分散ファイバーに合わせられた複数の光ポンピング連続波レーザーと、を含む、実施の形態６に記載の装置。
【００８５】
１１  光イメージ化の方法であって、ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及びノマルスキープリズムによって、直交して偏光され、空間的に分散されたビームを作ることと、サンプルを空間的に分散されたビームにさらすことと、サンプルの空間情報を、さらされた空間的に分散されたビームのスペクトルにエンコードすることと、エンコードされた連続した時間領域波形を作るために、時間分散を有する時間波形にエンコードされたスペクトルをマッピングすることと、イメージを作るために、エンコードされた連続した時間領域波形を処理することと、を備えた方法。
【００８６】
１２  前記ブロードバンドパルスレーザー源は、モールドロックされたレーザーからのレーザービームを、極めて非直線なファイバー、帯域フィルター及びファイバーコリメーターを通過させることによって作られる、実施の形態１１に記載の方法。
【００８７】
１３  前記空間分散機は、第一回折格子、第二回折格子、光レンズ及び偏光子を含む、実施の形態１１に記載の方法。
【００８８】
１４  前記空間分散機は、半波長プレートと、前記第一回折格子よりも前のビーム通路に配置された四分の一波長プレートと、をさらに含む、実施の形態１３に記載の方法。
【００８９】
１５  前記サンプルからのさらされた空間的に分散されたビームは、時間マッピングの前に、対物レンズ、第二ノマルスキープリズム、分析器、半波長プレート、光レンズ、第三回折格子及び第四回折格子を通過するようにさらに向けられる、実施の形態１１に記載の方法。
【００９０】
１６  少なくとも一つの第二光源を有する時間分散要素の光ポンピングによって、マップ化されエンコードされた連続した時間領域波形を増幅すること、をさらに備えた実施の形態１１に記載の方法。
【００９１】
１７  ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及び第一の空間的に分散されたビームに対して直交して配置されたノマルスキープリズムから作られた第二の空間的に分散されたビームにサンプルをさらすこと、をさらに備えた実施の形態１１に記載の方法。
【００９２】
１８  前記サンプルによる絶対的なフェーズシフトをリカバーすることと、三次元イメージを作ること、をさらに備えた実施の形態１７に記載の方法。
【００９３】
１９  前記処理は、フォトダイオードで前記波形を捉えることと、デジタル信号を提供するために、捉えられた波形をデジタル化することと、イメージを作るために、デジタル信号を処理することと、を含む、実施の形態１１に記載の方法。
【００９４】
２０  光イメージ化の方法であって、ブロードバンドパルスレーザー源、空間分散機及びノマルスキープリズムによって、複数の空間的に分散されたビームを作ることと、サンプルを空間的に分散されたビームにさらすことと、サンプルの空間情報を、さらされた空間的に分散されたビームのスペクトルにエンコードすることと、さらされた空間的に分散されたビームを、前記サンプル及びノマルスキープリズムを通過させて戻すよう反射することと、エンコードされた連続した時間領域波形を作るために、時間分散を有する時間波形にエンコードされたスペクトルをマッピングすることと、イメージを作るために、エンコードされた連続した時間領域波形を処理することと、を備えた方法。
【００９５】
上述したことは多くの詳細を含むが、これらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の現在における好ましい実施の形態のいくつかの説明を提供しているだけである。このため、本発明の範囲が当該技術における当業者にとって明白になる他の実施の形態を完全に含み、したがって、本発明の範囲が添付された請求項以外には限定されず、単数における要素を参照にすると、明確に述べられていなければ「１つ及び１つだけ」を意味することが意図されず、「１つ以上」を意味することが、理解されるであろう。当該技術の通常の当業者に知られている上述された好ましい実施の形態の要素に対する全ての構造、化学及び機能的な同等物が、参照として、本願に明確に含まれ、本請求項によって包含されることが意図される。さらに、それは必ずしも、装置又は方法が、本発明によって解決されるであろう各問題及び全ての問題に対処するのではなく、それが本請求項によって含まれるべきである。さらに、要素、成分又は方法の工程が請求項で明確に示されていなければ、本発明の開示において、要素、成分又は方法の工程が公にささげられることが意図されていない。本願の請求項の要素は、要素が明確に「means for」というフレーズを用いていなければ、３５Ｕ.Ｓ.Ｃ.１１２条６項のパラグラフの規定のもとで解釈されるべきではない。
【図１】
2013531816.tif 000010
【図２Ａ】
2013531816.tif 000011
【図２Ｂ】
2013531816.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2013531816.tif 000016