(57)【要約】試料を画像化する共焦点画像化システム（５）が開示されている。システムは、光源（１０）と、試料（３０）上の所定の一連の点の１つにおいて光源によって生成された光ビームを位置決め可能な光偏向器（２０）と、試料からの光を選択的にフィルタリング可能なアドレス可能空間フィルタ（６０）と、光偏向器（２０）及びアドレス可能空間フィルタ（６０）に選択的位置決め制御を与えることが可能な中央処理装置（４０）と、を有する。
2006504140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を画像化するための共焦点画像化システムであって、
光源と、
前記試料上の所定の一連の点の１つに、前記光源によって生成された光ビームを位置決め可能な光偏向器と、
前記試料からの光を選択的にフィルタリング可能なアドレス可能空間フィルタと、
前記光偏向器及び前記アドレス可能空間フィルタに選択的位置決め制御を与えることが可能な中央処理装置と、を有する共焦点画像化システム。
【請求項２】
前記アドレス可能空間フィルタは相補型金属酸化物半導体カメラである請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項３】
前記アドレス可能空間フィルタはデジタル・マイクロミラー・デバイスである請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項４】
前記高速度光偏向器は音響光学偏向器である請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項５】
前記高速度光偏向器はデジタル・マイクロミラー・デバイスである請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項６】
前記試料は、前記試料上に位置決めされる、前記光源からの前記光ビームに反応して前記アドレス可能空間フィルタによって受信される光を蛍光し、反射し、又は伝達する請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項７】
ユーザは、前記試料の画像上の少なくとも１つの興味領域を選択可能である請求項６に記載の共焦点画像化システム。
【請求項８】
前記中央処理装置は前記高速度光偏向器を制御して前記光ビームを、前記ユーザによって選択された前記少なくとも１つの興味領域上に位置決めする請求項７に記載の共焦点画像化システム。
【請求項９】
前記中央処理装置は、前記高速度光偏向器と前記アドレス可能空間フィルタとを空間的かつ時間的に同期させて、前記光源からの前記光ビームは前記少なくとも１つの興味領域に向けられ、
前記少なくとも１つの興味領域から蛍光、反射、又は伝達される光は、前記アドレス可能空間フィルタを通過することを許容され、
非興味の領域から蛍光、反射、又は伝達される光は、前記アドレス可能空間フィルタによってフィルタ除去される請求項８に記載の共焦点画像化システム。
【請求項１０】
前記中央処理装置は、前記少なくとも１つの興味領域を５００Ｈｚ以上のフレームレートで走査する請求項９に記載の共焦点画像化システム。
【請求項１１】
前記中央処理装置は、前記少なくとも１つの興味領域を１ｋＨｚ以上のフレームレートで走査する請求項９に記載の共焦点画像化システム。
【請求項１２】
前記中央処理装置は、「ｎ」は興味領域の数に等しいとすると、前記少なくとも１つの興味領域を（２５，０００／ｎ）Ｈｚ以上のフレームレートで走査する請求項９に記載の共焦点画像化システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムによって生成される光学記録を有する物体。
【請求項１４】
前記試料のフルフレーム共焦点画像を収集可能な請求項１に記載の共焦点画像化システム。
【請求項１５】
複数領域の光学記録を取得する方法であって、
ａ）物体の少なくとも１つの興味領域を選択するステップと、
ｂ）高速度光偏向器を前記少なくとも１つの興味領域を照明するように構成するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの興味領域によって蛍光、反射、又は伝達される光を記録するようにアドレス可能空間フィルタを構成するステップと、
ｄ）前記少なくとも１つの興味領域によって蛍光、反射、又は伝達される光を記録するステップと、を有する方法。
【請求項１６】
複数の興味領域の選択及び照明は順次行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップは５００Ｈｚ以上の周波数で行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップは１ｋＨｚ以上の周波数で行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップは、「ｎ」は興味領域の数に等しいとすると、（２５，０００／ｎ）Ｈｚ以上の周波数で行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法によって生成される光学記録を有する物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
資金提供を受けている研究又は開発
本資料は、助成第００４９４９−０７６号及び第００４９４９−０６５号としてテキサス・アドバンスト・リサーチ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ／ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）プログラムによって資金提供を受けている研究に一部基づいている。
【０００２】
コンピュータ・プログラム・リスト付録の参照
付録Ａは、本明細書に文献援用される、「ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ．ｃｐｐ」、「ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ．ｈ」、及び「ｒｅｇｔａｂｌｅ．ｍ」というタイトルのコンピュータプログラムのプリントアウトを含む。
【０００３】
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般的には共焦点の顕微鏡使用法に関する。さらに詳しくは、本発明は、共焦点顕微鏡の走査速度性能を向上させることに関する。
【０００４】
関連技術の説明
共焦点顕微鏡使用法は、例えば脳スライスのような光散乱材料の微細構造の視覚化を可能にする技術である。これは、点照明を点検出と組み合わせることによって達成される。点検出は、興味領域の上及び下の焦点はずれ平面からの光にフィルターをかける役割を果たす像平面のピンホールを用いることによって達成され、それによって比較的厚い試料の光学断面が生成される。
【０００５】
共焦点顕微鏡の主な制限は画像取得速度である。というのは、すべての画像が点ごとに再構成されるからである。典型的な商業的システムは、点照明の位置決めをするために比較的ゆっくりとしたガルバノメータ駆動ミラーに依存しており、ほぼ１Ｈｚのフレームレートを有する。いくつかの照明点を走査する最速のシステムであっても、ほぼ２００Ｈｚで記録できるにすぎない。よりゆっくりとしたシステムをより高速な記録のために用いる１つの方法は、単一ライン上のピクセルからデータを収集することによる以外にないが、このライン走査技術でさえ、興味領域を選定する上での自由度を犠牲にして、ほぼ４００Ｈｚの有効フレームレートまで高めるにすぎない。現行のシステムの大半では、より高速な画像化時間は、各興味領域におけるより短い滞留時間に直接的に関係する。より短い滞留時間は達成可能な信号対ノイズ比を減少させる。ユーザによって選択されたいくつかの興味領域において有効な記録を行うために必要なフレームレートを達成するためには、興味構造を含まない領域をわたって走査する時間を必要とせずに試料上のいくつかの領域を選択的に訪れることができるアドレス可能システムを有するのが好ましい。
【０００６】
音響光学偏光器（ＡＯＤ）の使用により、点照明が位置決めされる速度を増加させることができ、ユーザによって選択された興味領域におけるランダムアクセス走査が可能となる。しかし、ＡＯＤの使用は、試料から戻ってくる光の経路を必要とする。その光の経路は照明の経路とは異なるので固定ピンホールを用いることができない。また、これは、走査励起点（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｓｐｏｔ）と空間的かつ時間的に同期するピンホール又はフィルタを必要とする。ＡＯＤを利用する既存のシステムは存在するが、そのようなシステムは照明点を１つの次元において別の位置に移すＡＯＤを利用するのみである。第２の次元における照明点の偏向は、例えば代表的な共焦点顕微鏡に用いられているような比較的ゆっくりとしたガルバノメータ駆動ミラーを伴う。さらに、ＡＯＤを利用する既存のシステムは、ＡＯＤが照明点を偏向させる方向においてピンホールではなくスリットを用いるため、真の共焦点画像化が妨げられる。
【０００７】
したがって、各興味領域における滞留時間を減らすことなしに、高速度現象観測のための高い走査速度及び記録速度によって興味領域を選択する柔軟性を許容する共焦点顕微鏡が必要とされている。さらに、正確な領域選択を可能とするために、かかるシステムはフルフレームの共焦点画像を収集できる必要がある。
【特許文献１】米国特許第６，３９９，９３５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５８７，８３２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２３９，１７８号明細書
【発明の開示】
【０００８】
好ましい実施例の概要
好ましい実施例においては、本発明はランダムアクセス共焦点顕微鏡を有する。かかる装置は、多くの領域を走査する時間を要することなく試料の選択された興味領域のみを走査し、興味領域からの結果のみを用いるために必要である。より高速なサンプリング速度を達成するためには、選択された興味領域のみを走査することが好ましい。また、選択された興味領域のみを走査することによって、各領域における滞留時間は、所定のフレームレートに対しては全領域を走査する必要のあるシステムと比べて一層長くなる。さらに、かかる高速度走査は所定の現象を観測するために必要となる。かかる現象の１つの例は、神経細胞の信号の処理及び伝達であるが、本発明は、その上、高速度現象を含むその他の分野において有効な用途を有している。
【０００９】
本発明に係る顕微鏡は、光源、高速度光偏向器、中央処理装置（ＣＰＵ）、及びアドレス可能空間フィルタを有する。光源は、例えば顕微鏡のために使用される、例えばレーザのような平行光源である。高速度光偏向器は、好ましくは、音響光学偏向器（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＡＯＤ））であるが、例えばテキサス・インスツルメンツ社のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）のような、空間光変調器を用いてもよい。ＡＯＤによって、光源の、より高い比率の光が興味領域に向けられるようになり、好ましい。ＡＯＤはＣＰＵに接続され、ＣＰＵによって光源からの光ビームがどこに向けられるのかが決定される。ＣＰＵは、高速度光偏向器及びアドレス可能空間フィルタに制御信号を送信可能な任意の従来のプロセッサでよい。アドレス可能空間フィルタはＣＰＵによって制御され、高速度光偏向器と同期して興味領域を同時に照明及び検出可能とする。
【００１０】
アドレス可能空間フィルタは、点興味領域のランダムアクセス検出が可能な様々な配置を有する。領域は、試料のフルフレーム共焦点画像を見た後にユーザによって特定される。アドレス可能空間フィルタは、従来の共焦点顕微鏡に通常用いられているような、物理的なピンホールに限られない。１つの実施例では、アドレス可能空間フィルタはＤＭＤ及び（例えば光ダイオード又は光電子増倍管のような）別個の光検出器からなる。第２の実施例では、アドレス可能空間フィルタは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラからなる。ＤＭＤは、個別に動作可能な微細ミラーのアレイを与え、興味領域の位置に対応するミラーのみの動作を可能とする。これらのミラーの動作は、焦点面内の興味領域から光検出器への光の戻り蛍光、反射、又は伝達の方向を与える。その代わりに、ＣＭＯＳカメラは、興味領域に対応する指定ピクセルのみを読み取ることもできる。さらに、ＣＭＯＳカメラは、例えばＣＣＤカメラのような従来の画像化システムの時間遅延なしに、個別のピクセルを読み出すことが可能である。ＤＭＤ及びＣＭＯＳいずれの実施例のカメラも、すべての興味領域を１ｋＨｚ以上で高速度ランダムアクセス画像化することが可能である。
【００１１】
別の実施例では、本発明は、光学記録を取得するための方法を提供する。前記方法は、少なくとも１つの興味領域を選択し、高速度光偏向器を前記少なくとも１つの興味領域を照明するように構成し、アドレス可能空間フィルタを前記少なくとも１つの興味領域からの光の蛍光、反射、又は伝達を記録するように構成し、そして前記少なくとも１つの興味領域からの光を記録する。
【００１２】
前記方法は、複数の興味領域を順次選択して照明することをさらに有する。前記方法は、５００Ｈｚ毎フレーム以上の周波数で前記ステップを繰り返すことを、なおもさらに有する。
【００１３】
さらに別の代替実施例では、本発明は、前述の装置及び画像取得方法を用いて生成される光学記録を有する。
【００１４】
好ましい実施例のより詳細な理解のために、以下の添付図面が参照される。
【００１５】
好ましい実施例の詳細な説明
まず、図１を参照すると、ランダムアクセス高速度共焦点顕微鏡５は、光ビーム１５を放射するレーザ１０を有している。光ビーム１５は、音響光学偏向器２０によって即座に方向を変えられる。光ビーム１５の新たな位置は、光ビーム１６として図１に示されている。光ビーム１６は、（例えば蛍光の場合の２色性ミラーのような）ビームスプリッタ５０によって、試料３０上に光ビーム１７として反射される。光ビーム１６が試料３０上に向けられた後、光ビーム２５は試料３０によって蛍光、反射、又は伝達される。光ビーム２５が生成される方法は、試料と、使用される任意の外因性光学インジケータとの組成に依存する。試料３０からの光ビーム２５は、（例えば蛍光の場合の２色性ミラーのような）ビームスプリッタ５０を通過して、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）６０に向かう。中央処理装置（ＣＰＵ）４０はＡＯＤ２０に接続され、電子信号４１を送信し、レーザ１０からの光ビーム１５がどこに向けられるのかを制御する。ＣＰＵ４０はまた、電子信号４５を送信することによって、ＤＭＤ６０内の個別のマイクロミラーの角度位置を制御する。興味領域３５からの光ビーム２５は、ＤＭＤ６０によって反射されて、光ビーム２７として光検出器７０に向かう。興味領域３５は、好ましくは、試料３０内の焦点面３４上にある。
【００１６】
ＡＯＤ２０によって、光源１０から放射された光ビーム１５の位置決めがほぼ瞬時に可能となる。というのは、ＡＯＤ２０は、従来の共焦点顕微鏡に用いられる典型的なガルバノメータ駆動ミラーに関連する慣性を持たないからである。これによって、試料３０が興味領域３５に対して走査され得る速度が増加する。走査速度は、典型的な共焦点顕微鏡よりもはるかに高い。というのは、ＡＯＤ２０及びＤＭＤ６０の両方が従来のミラーに関連する慣性を持たず、それゆえ、介在領域にわたる走査なしに１つの領域から次の領域へ直接移動可能だからである。
【００１７】
図１Ａは、ＤＭＤ６０がどのようにしてアドレス可能空間フィルタとして機能するかを概略的に示す。ＤＭＤ６０は、好ましくは、テキサス・インスツルメンツ社製の電子光学機械チップであり、マイクロミラー２０１、２０２、及び２０３のアレイからなる。マイクロミラー２０１〜２０３は、信号４５がＣＰＵ４０から送信されて１つ以上のマイクロミラーが第２の角度位置２２０に変化しない限り、第１の角度位置２１０にある。図１Ａにおいて、マイクロミラー２０２は、ＣＰＵ４０によって送信された信号４５に反応して角度位置２２０に移動している。マイクロミラー２０１〜２０３は、極めて小さな面積（約１６μｍ、すなわち０．００００１６メートル毎側面）である。これにより、マイクロミラー２０１〜２０３は、第１の角度位置２１０から第２の角度位置２２０まで非常に素早く（約２０μｓ、すなわち０．００００２０秒）変化する。マイクロミラー２０２が第２の角度位置２２０にある場合、試料３０上の興味領域３５からの光ビーム２５は反射されて、光ビーム２７として光検出器７０へ向かう。光ビーム１７の焦点を図１の興味領域３５上に合わせる過程で、所定の光が興味領域３５の上及び下の領域を照らす。これらの領域は図１Ａにおいて非興味領域３６及び３８として示されている。マイクロミラー２０１及び２０３は角度位置２１０のままであり、光ビーム２６及び２８を非興味の領域３６及び３８から反射する。角度位置２２０において、マイクロミラー２０１及び２０３は光ビーム２７及び２８を反射して光検出器７０から遠ざける。ＣＰＵ４０はＤＭＤ６０及びＡＯＤ２０と同期して、光ビーム１７（図１に示す）によって照明されている興味領域３５に対応するマイクロミラー２０２のみが光ビーム２５を光検出器７０に向けて反射する。コンピュータプログラムリストの付録には、ＤＭＤ６０及びＡＯＤ２０を同期させるためのプログラムが含まれている。
【００１８】
すべての興味領域３５が５００Ｈｚ以上でサンプリングされている間に、数多くの興味領域３５が順次選択及び走査される。サンプリング速度は２０〜３０Ｈｚ程度の低いビデオ速度であるが、例えば３ｋＨｚのように、より高い方が好ましい。さらに好ましくは４ｋＨｚである。最も好ましくは、サンプリング速度は２５，０００／ｎである。ここで、ｎは興味領域３５の数である。すなわち、６つの興味領域３５に対しては、サンプリング速度は４．１６７ｋＨｚである。この数は、興味領域３５を４０μｓごとにサンプルする本発明の実証能力に基づいている。さらに、前記システムは、同時に検査される領域の数が信号の種類に対して最適化され得るように適合可能である。高速な信号を検査するためには、より少ない興味領域３５が選択され得るし、より遅い信号を検査するためには、より多くの興味領域３５が同時に検査され得る。
【００１９】
本発明の第２の実施例は図２に概略的に示されている。図２に示されているランダムアクセス高速度共焦点顕微鏡７は、図１において用いられていたＤＭＤ６０及び光検出器７０の代わりに相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラ８０を利用する。図２において、レーザ１０は光ビーム１５を放射する。光ビーム１５はＡＯＤ２０によって即座に方向を変えられる。光ビーム１５の新たな位置は、光ビーム１６として図２に示されている。光ビーム１６はビームスプリッタ５０によって、試料３０上に光ビーム１７として反射される。試料３０上の興味領域３５からの光ビーム２５は、ビームスプリッタ５０を通過して、ＣＭＯＳカメラ８０に向かう。第１の実施例のように、中央処理装置（ＣＰＵ）４０がＡＯＤ２０に接続され、電子信号４１を送信し、レーザ１０からの光ビーム１５がどこに向けられるのかを制御する。アドレス可能空間フィルタとして機能するＣＭＯＳカメラ８０また、ＣＰＵ４０に接続される。ＣＭＯＳカメラ８０はＡＯＤ２０と同期されて、試料３０上の興味領域３５の同時照明及び検出が可能となる。試料３０からの光ビーム２５は、複数のピクセル８５、８６、及び８８よりなるＣＭＯＳカメラ８０によって受信される。ＣＭＯＳカメラ８０によって、従来の画像化システムの時間遅延なしに、個別のピクセル読み出しが可能となる。ＣＰＵ４０は電子信号４７をＣＭＯＳカメラ８０に送信して、興味領域３５に対応するピクセルのみを読み取る。したがって、興味領域３５からの光ビーム２５に対応するピクセル８５のみが、ＣＰＵ４０によって読み取られる。非興味の領域３６及び３８からの光ビーム２６及び２８に対応したピクセル８６及び８８は、ＣＭＯＳカメラ８０によって無視される。興味領域３５に対応するピクセル８５のみが、ＣＭＯＳカメラ８０によって読み取られるため、試料３０が走査される速度は増加する。
【００２０】
図３は、アドレス可能空間フィルタがＤＭＤ６０及び信号光ダイオード７１を有する１つの実施例において利用される電子構成要素のより詳細なレイアウトを概略的に示す。この構成は、本発明で利用される電子構成要素の数多くの変形例の一例に過ぎず、本発明の範囲を制限するように意図されてはいない。ＣＰＵ４０及びＤＭＤ６０に加えて、いくつかの構成要素を有する電子機器ラック１００が示されている。ＣＰＵ４０は、パラレルポート２６０、パラレルポート２７０、デジタル入力／出力カード２８０、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）コントローラ２９０、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）３００、及びフレームグラバ３１０を有する。ビデオカメラ３２０は、好ましくは、フレームグラバ３１０に接続される。ビデオカメラ３２０は、試料の視覚化のため、及び構成要素の粗調整のために用いられる一方、フレームグラバ３１０は、ビデオカメラ３２０からの画像を表示するために用いられる。電子機器ラック１００は、好ましくは、パラレルポートブレイクアウト１１０、デジタル入力／出力ブレイクアウト１２０、ＤＭＤコントロール１３０、トリガ２倍器１４０、電圧増幅器１５０、ＡＤＣ変換器１６０、マルチプレクサ１７０、ＤＡＣブレイクアウト１７０、及びアナログ信号コンディショナ１９０を有する。信号光ダイオード７１に加えて、リファレンス光ダイオード７５がある。信号光ダイオード７１の出力は、電流電圧変換器２００に送信される一方、リファレンス光検出器７５の出力は、別個の電流電圧変換器２１０に送信される。また、ｘ及びｙ軸の両方における照明ビーム（図１における光ビーム１５）の偏向のために、２つの別個のＡＯＤ２４０及び２５０がある。ＡＯＤ２４０はＡＯＤドライバ２２０によって制御され、ＡＯＤ２５０はＡＯＤドライバ２３０によって制御される。最終的には、試料３０内の焦点面３４（両者とも図１に示す）の位置を制御するために、ステッパモータコントローラ３３０が用いられる。
【００２１】
構成要素の様々な入力及び出力が図３に示されている。以下に示すのは構成要素の概略と各々によって果たされる機能である。ＤＡＣ３００は光ビーム１５（図１に示す）の位置のアドレスをＡＯＤ２４０及びＡＯＤ２５０に送信するために用いられる。アナログ信号コンディショナ１９０は、ＤＡＣブレイクアウト１８０の電圧出力レンジを、ＡＯＤドライバ２２０及びＡＯＤドライバ２３０のための所要入力に最適に合わせるために用いられる。パラレルポート２６０は、すべての興味領域３５（図１に示す）に対するアドレスをＤＭＤ６０に送信する。デジタル入力／出力２８０は、ＤＡＣアドレス１８０及びＤＭＤ６０の１つの興味領域から次の興味領域へのサイクルを制御し、ＡＤＣ１６０のためのトリガを発生させる。図１に示すように、試料３０からの光ビーム２５は光検出器７０（図３において光ダイオード７１として示す）によって受信される。さらに、レーザ１０からのノイズがリファレンス光検出器７５によって測定される。信号光ダイオード７１からの出力信号は、電流電圧変換器２００を通過して、リファレンス光検出器７５からの出力信号は電流電圧変換器２１０を通過する。信号光ダイオード７１及びリファレンス光検出器７５の出力は、次に、電圧増幅器１５０によって増幅される。（サンプル及びホールド機能の性能を有する）マルチプレクサ１７０は、次に、信号光ダイオード７１の出力及びリファレンス光検出器７５の出力を同時にサンプルするために用いられ、次に、リファレンス光検出器７５の出力はＡＤＣ１６０に送信される。トリガ２倍器１４０は、２つのＡＤＣ１６０のトリガを所定のパルスごとに発生させるために用いられる。ＡＤＣ１６０は、第１のトリガを用いて信号光ダイオード７１からの出力をデジタル化し、第２のトリガを用いてリファレンス光検出器７５からの出力をデジタル化し、次に、結果をＣＰＵ４０に記憶させる。信号光検出器の出力７０は、次に、リファレンス光検出器の出力７５によって割り算されて、レーザ１０からのノイズ効果が除去される。最終的には、パラレルポート２７０は（焦点合わせに用いられる）ステッパモータコントローラ３３０に出力を送信し、トリガ２倍器１４０をリセットする。
【００２２】
図４は、ＤＭＤ６０及び信号光ダイオード７１（図３に示す）の代わりにＣＭＯＳカメラ８０が組み込まれた実施例において利用される電子構成要素の別の例を概略的に示す。この構成は、本発明で利用される電子構成要素の数多くの変形例の一例に過ぎず、本発明の範囲を制限するように意図されてはいない。ＣＭＯＳカメラ８０は別個の光検出器を必要としないので、信号光ダイオード７１は、電流電圧変換器２００と同様に省かれている。図３と図４とで用いられている構成要素間のさらなる差異は、ＣＭＯＳカメラ８０が、パラレルポート２６０の代わりにデジタル入力／出力２６５によって制御されていることである。図４で示されるその他のすべての電子構成要素（及びその機能）は図３で説明されたものに対応する。
【００２３】
図５は、ＤＭＤ６０及び信号光ダイオード７１を有するアドレス可能空間フィルタが組み込まれた本発明の別の実施例において利用される光学構成要素の図を示す。この図において、レーザ１０は光ビーム１５を放射する。ビームアライナ（ｂｅａｍ  ａｌｉｇｎｅｒ）３５０は、光ビーム１５がビームエキスパンダ３６０並びにＡＯＤ２４０及びＡＯＤ２５０を通過する前に、光ビーム１５の中心合わせを行う。ＡＯＤ２４０及びＡＯＤ２５０は、光ビーム１５の位置決めを行い、光ビーム１６はＡＯＤ２４０及び２５０から出る。ビームアライナ３７０は、次に、光ビーム１６を縮小ベンチ（ｄｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｅｎｃｈ）３７５の中に向ける。縮小ベンチ３７５は、ＡＯＤ２４０及びＡＯＤ２５０に対する走査レンジ、及び試料３０上の光ビーム１７の最終サイズを制御する。光ビーム１６はビームスプリッタ５０に向けられる。ビームスプリッタ５０は、短い波長の光ビーム１６を反射するが、試料３０からの、より長い波長の光ビーム２５は通過させる。（例えば光ビーム２５が蛍光せずに試料３０から反射される場合のように）光ビーム１６及び光ビーム２５の波長が同じであれば、偏光フィルタ及び４分の１波長板（図示せず）を、ビームスプリッタ５０の代わりに用いて反射ビーム２５から照明ビーム１６を分離できる。
【００２４】
光ビーム１６は、ビームスプリッタ１７によって光ビーム１７として反射される。光ビーム１７は対物レンズ７７によって試料３０上に焦点合わせされる。光ビーム１６の一部１８はビームスプリッタ５０を通過し、レーザ１０のパワー出力中のゆらぎをリファレンス光ダイオード７５によって測定するために用いられる。試料３０からの光ビーム２５は、対物レンズ７７によって収集され、ビームスプリッタ５０を通過して、ＤＭＤ６０によって受信される。図１Ａに示すように、光ビーム２５は、ＤＭＤ６０によって反射されて光ビーム２７として光検出器７０に向かう。図５において、信号光ダイオード７１は、光学記録を行うために用いられるが、光検出器７０の一例として示されている。さらに、スイッチミラー３９０は、光ビーム２７を信号光ダイオード７１から離れた方向及びビデオカメラ３２０に向けることができる。ビデオカメラ３２０は試料３０の視覚化及び構成要素の粗調整のために用いられる。エミッションフィルタ３８０は、光ビーム２７の所望の波長のみが検出されていることを保証する。
【００２５】
図６は、アドレス可能空間フィルタ及び光検出器の両方としてＣＭＯＳカメラ８０を利用する実施例の光学構成要素の図を表す。図６において、ＣＭＯＳカメラ８０は、ＤＭＤ６０、信号光ダイオード７１、及びビデオカメラ３２０に取って代わっている。その他すべての光学構成要素は、図５に見られるものと同一のままである。
【００２６】
図７は、高速度光偏向器及びアドレス可能空間フィルタの両方としてＤＭＤ６０を利用する実施例の光学構成要素の図を表す。図７において、ＡＯＤ２４０及び２５０（図５及び６に示す）は省かれている。というのは、ここではＤＭＤ６０が、対物レンズ７７によって試料３０上に焦点合わせされる光ビーム１７の位置決めに用いられるからである。図７において、レーザ１０は光ファイバケーブル１１を介して光ビーム１５を放射する。光ビーム１５は、まずコリメータ３６１を、次にビームエキスパンダ３６０通過する。光ビーム１５は、次に、第１のミラー５１に当たってビームスプリッタ５２、第３のミラー５３、及びＤＭＤ６０に向けられる。ＤＭＤ６０内の微細ミラーの一部（図示せず）が作動して、光ビーム１５からの光の所定量が方向を変えられ、短い波長の光ビーム１９として試料３０及び興味領域３５に向けられる。図８に最もよく示されていることであるが、ミラー５３はＤＭＤ６０及び試料３０と同じ高さにはないことに留意されたい。したがって、光ビーム１９はミラー５３をバイパスする。光ビーム１９の一部２１は、ビームスプリッタ７６によって方向を変えられ、リファレンス光ダイオード７５によってレーザ１０のパワーのゆらぎを測定するのに用いられる。試料３０からの光ビーム２５もまた、ミラー５３をバイパスして、ＤＭＤ６０によって受信される。図１Ａに示すように、光ビーム２５は、光ビーム２７としてＤＭＤ６０によって反射される。図７において、光ビーム２７は下方のミラー５３方向（図８に描かれているように紙面の中に向かう方向）に向けられ、次に、ビームスプリッタ５２を通過して光検出器に向かうように反射される。図７において、信号光ダイオード７１は、光学記録を行うために用いられるが、光検出器７０の一例として示されている。さらに、スイッチミラー３９０は、光ビーム２７を信号光ダイオード７１から離れた方向及びビデオカメラ３２０に向けることができる。ビデオカメラ３２０は試料の視覚化及び構成要素の粗調整のために用いられる。エミッションフィルタ３８０は、光ビーム２７の所望の波長のみが検出されていることを保証する。
【００２７】
図８は、ＤＭＤ６０、ミラー５３、及び試料３０（図７に示す通り）の正面図を表す。この図からは、ＤＭＤ６０及び試料３０が、光ビーム１９及び２５がミラー５３をバイパスし、ミラー５３を通過しないように配列されていることが明白である。
【００２８】
上述の説明及び図面は本発明の原理及び様々な実施例を説明するためのものである。当業者にとっては、一旦上述の開示が完全に理解されれば、数多くの変形例及び修正例が明らかとなるだろう。例えば、光１７の照明ビームから見て試料３０の反対側に点検出構成要素（すなわち、ＣＭＯＳ８０又はＤＭＤ６０及び光検出器７０）を配置することによって、試料３０によって伝達され及び吸収される光の量が観測できる。本発明はまた、神経細胞内の信号の処理及び伝達以外にも、高速度画像化の面でも用いることができる。以下の請求項は、かかるすべての変形例及び修正例を包括するように解釈されるものと意図されている。請求項におけるステップの逐次的記述は、ステップが順次行われること、又は、１つのステップが別のステップの開始前に完了されることを要求する意図のものではない。
【００２９】
本明細書は、米国特許第５，５８７，８３２号明細書（ＫＲＡＵＳＥ）、米国特許第４，８９３，００８号明細書（Ｈｏｒｉｋａｗａ）、米国特許第４，８６３，２２６号明細書（Ｈｏｕｐｔ  ｅｔ  ａｌ．）、米国特許第４，６６２，７４６号明細書（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）、米国特許第６，０８４，２２９号明細書（Ｐａｃｅ  ｅｔ  ａｌ．）、及び米国特許第４，８２７，１２５号明細書（Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ）を、そのすべてにおいて、本明細書に抵触する範囲を除いて、文献援用する。
【００３０】
本明細書はまた、本明細書に抵触する範囲を除いて、Ｖ．Ｂａｎｓａｌ、Ｓ．Ｐａｔｅｌ，  Ｐ．Ｓａｇｇａｕによる「Ａ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｌａｓｅｒ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ」というタイトルの論文も文献援用する。この論文は、（２００３年９月１７日〜２１日開催の）ＩＥＥＥ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  Ｓｏｃｉｅｔｙの２５回年次国際会議で発表及び公表されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】別個の光検出器と共同するアドレス可能空間フィルタとしてＤＭＤを利用する、本発明の第１の実施例に係る構成の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図１Ａ】光検出器から離れる光を反射する第１の角度位置、及び光検出器へ向かう光を反射する第２の角度位置におけるミラーを有するＤＭＤの概略図である。
【図２】アドレス可能空間フィルタ及び光検出器の両方としてＣＭＯＳカメラを利用する本発明の第２の実施例に係る構成の共焦点顕微鏡の概略図である。
【図３】別個の光検出器と共同するアドレス可能空間フィルタとしてＤＭＤを利用する第１の実施例における電子構成要素の概略図である。
【図４】アドレス可能空間フィルタ及び光検出器の両方としてＣＭＯＳカメラを利用する本発明の第２の実施例における電子構成要素の概略図である。
【図５】別個の光検出器と共同するアドレス可能空間フィルタとしてＤＭＤを利用する第１の実施例における光学構成要素の概略図である。
【図６】アドレス可能空間フィルタ及び光検出器の両方としてＣＭＯＳカメラを利用する本発明の第２の実施例における光学構成要素の概略図である。
【図７】高速度光偏向器及びアドレス可能空間フィルタの両方としてＤＭＤを利用する第３の実施例における光学構成要素の概略図である。
【図８】高速度光偏向器及びアドレス可能空間フィルタの両方としてＤＭＤを利用する第３の実施例における光学構成要素の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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