(57)【要約】  ３次元物体の単一面のホログラムを生成するシステム及び方法は、前記物体の単一面から電磁放射を引き出す電磁放射アセンブリと、引き出された電磁放射をホログラム形成アセンブリに導くアセンブリとを含む。ホログラム形成アセンブリは、画像取り込みアセンブリによって記録されたホログラムを生成し、さらに処理して、固有のホログラフィックアーチファクトのない最高解像度画像を生成する。
2017520801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体の単一面からのみ放射された電磁波の干渉を検出するホログラフィック方法。
【請求項２】
前記電磁波が光である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁波が蛍光光である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁波が発光光である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電磁波が反射光である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁波がコヒーレント光である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電磁波がインコヒーレント光である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記物体の単一面から放射された電磁波が、画像を生成するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記画像の解像度がレイリー数又はアッベ数の限界を超える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電磁波が初めに顕微鏡の対物レンズで収集される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
３次元画像を生成するために一連の単一面の画像を結合する、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
３次元物体の単一面からのみ放射された電磁波の干渉を検出するホログラフィックシステム。
【請求項１３】
前記電磁波が光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電磁波が蛍光光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電磁波が発光光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電磁波が反射光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電磁波がコヒーレント光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電磁波がインコヒーレント光である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記物体の単一面から放射された電磁波が、画像を生成するために使用される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
前記画像の解像度が、レイリー数又はアッベ数の限界を超える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記電磁波が初めに顕微鏡の対物レンズで収集される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２２】
３次元画像を生成するために一連の単一面の画像を結合する、請求項１９〜２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
超解像光学顕微鏡システムであって、前記システムは、
物体から光を受け取り、前記光を光学系に導くように構成された顕微鏡の対物レンズと、
前記対物レンズから光を受け取り、前記光を共役像面で空間的にフィルタリングし、検出面にホログラムを生成するように構成された、共役像面に置かれた空間的フィルタを有する、１つ以上の共役像面を含む光学系と、
前記ホログラムを検出面に記録するように構成された画像記録装置と、を備えている、超解像光学顕微鏡システム。
【請求項２４】
超解像光学顕微鏡法であって、前記方法は、
物体から光を受け取り、前記光を光学系に導くように構成された顕微鏡の対物レンズを使用する工程と、
前記対物レンズから光を受け取り、前記光を共役像面で空間的にフィルタリングし、検出面にホログラムを生成するように、共役像面に置かれた空間的フィルタを有する、１つ以上の共役像面を含む光学系を使用する工程と、
画像記録装置、及び同時又は後続の、前記物体の最終超解像画像を得るようにする画像処理を使用する工程と、を備えている、超解像光学顕微鏡法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１４年７月１４日に出願された米国仮出願番号第６２／０２３，９５８号に関するもので、これに対する優先権の利益を主張し、この内容が全て本明細書に参照として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、自己参照型ホログラフィック画像の最高解像度の部品を生成するために自己参照型ホログラフィ工程から生じるこのような画像における固有の独特な曖昧さを除去する自己参照型ホログラフィ方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
自己参照型ホログラフィ（ＳＲＨ）は、フレネル・インコヒーレント相関ホログラフィー（Ｆｒｅｓｎｅｌ  Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ、ＦＩＮＣＨ、米国特許第８，００９，３４０Ｂ２号、第８，１７９，５７８Ｂ２号、第８，４０５，８９０Ｂ２号及び第８，５４２，４２１Ｂ２号の主題）を含むがこれに限定されないコヒーレントホログラフィック法及びインコヒーレントホログラフィック法の一種であり、光学系と画像記録装置に対する物体の距離と形状に依存する干渉パターンを生成するために、物体から発せられた光が使用される。自己参照型ホログラフィは、コヒーレント光源を必要とする一般的な非自己参照型コヒーレントホログラフィと対照的である。自己参照型ホログラフィの非自己参照型コヒーレントホログラフィに対する利点は、一般的な非自己参照型コヒーレントホログラフィがコヒーレント光源を必要とすることに起因する。ＳＲＨ法は、高価なコヒーレント光源及び複数のビーム経路を必要とせず、任意の照明条件下で動作することができる。
【０００４】
一般に、ホログラフィック法は、物体又は撮像システムを動かす必要がなく、物体の３次元（３Ｄ）画像を生成するために使用される。ホログラフィック法は、場合によって一般的な撮像方法よりも有利なこともあるが、ホログラフィック法の特徴によって３Ｄ画像の解像度及び他の画像品質メトリックが損なわれる可能性がある。発明者らは、ホログラフィック法を変更することにより、単一面の画像の品質を最大にする方法を発見した。
【０００５】
特定の構成、特にＦＩＮＣＨの最適化された構成では、いくつかのＳＲＨ法は、一般的な方法によって生成される画像よりも２倍の因子（光超解像度）で良好に解像される最終処理画像を提供することもでき、ここで一般的な方法はホログラフィックであるか又はホログラフィックではない。ＦＩＮＣＨについて議論し、従来技術の図１を参照すると、光超解像度を達成するためのＦＩＮＣＨの１つの最適構成では、対物レンズ１０１を利用して、対物レンズの前側焦点面１１８に位置した試料１００から光を受け取り、この光を光学系の他の部分に導くことが示される。対物レンズの前側焦点面は対物レンズから離れた対物レンズの焦点距離ｆ０の距離に位置する。光学系は、間に共役像面１０４を有するリレーレンズ１０３，１０５、並びに（物体の各点から）異なる球面波面曲率を有する２つの共伝搬するビームを生成するために使用された２つの偏光依存レンズ機能を有するアセンブリ内の特定の偏光感応光学要素（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ａｎ  ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＰＳＯＡ）１０６を含む。さらに、リレー光学素子１０３，１０５は、対物レンズの後側瞳孔面１０２の正確な画像を、ＰＳＯＡ１０６の第１光学的駆動面に送る、すなわち対物レンズと偏光感応光学素子との間の距離を打ち消すように要求される。ＰＳＯＡ１０６から出てくる２つのビームは、検出面１０８で干渉して、記録されたホログラムを生成する。文献（Ｓｉｅｇｅｌ他及びそこの参考文献を参照）によく知られているように、様々な位相因子を有する各物体のいくつかのホログラムが通常記録されるが、本発明の考察によると、これらのホログラムが全て簡単化のために単一ホログラムといわれることに注目する。ホログラムを記録した後、最終画像を生成するために、ホログラムは、ホログラムを生成した物体点の位置とともにシステム因子に依存する再構成距離ｚｒによって、ホログラムを伝播することによってデジタル処理される。超解像度のための最適条件としては、２つのビームが、検出面で同じ半径方向サイズを有することを必要とし、これは一般に対物レンズ１０１の前側焦点面１１８において物体の最適な単一面に対してのみ達成され得る。さらに、最適面が物体の内側に位置する場合、ＦＩＮＣＨの光学的物理学では、この最適面の両側から発生する物体の光が、最終画像内で同じ空間を占める画像を形成するように要求される。すなわち、３次元画像の半分が反転され、他の半分に重ね合わせられる。３次元画像は、Ｓｉｅｇｅｌ他（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２０１２）の式７から変化されかつ簡略化され、画像空間内の位置を、第１レンズの前側焦点面１１８に存在しない物体空間内の位置に関連付ける再構成距離を記述する式を参照することによって理解される。
【数１】
2017520801.tif 000003
ここで、
【数２】
2017520801.tif 000004
【０００６】
ここで、ｚｓは対物レンズ１０１から離れた物体までの距離であり、ｆｏは対物レンズ１０１の焦点距離であり、ｆｄ１及びｆｄ２はＰＳＯＡ１０６におけるレンズ機能の焦点距離であり、ｚｈはＰＳＯＡ１０６からホログラムが記録された面までの距離である。見て分かるように、ｚｄは、物体の光学系に対する位置に依存する唯一の項である。ここで、ｚｄについての式は、第１レンズと偏光感応光学素子との間の距離について、ここではｚ１と同様の項ｄを省略する（すなわち、リレーレンズシステムの存在によってｄ又はｚ１の値が小さいか又はゼロであることを仮定する）ことによって、Ｓｉｅｇｅｌ他の式とは異なることに注目する。最初、ｚｄは、（式の分母項ｚｓ−ｆ０が一般に分子ｚｓｆ０に対して非常に小さい場合）最大の項であるので、式（１）の再構成距離の符号を決定する項である。さらに支配的な方法として式（１）に存在するｚｄ項が二次冪（ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｐｏｗｅｒ）としてであるので、画像反転の問題は、物体面の位置が第１レンズの焦点面１１８からいずれかの方向に離れるにつれて、ｚｓがｆ０より大きいかどうかによって、ｚｄ項自体が正又は負の値をとることによって理解される。しかし、ｚｄ項は、式（１）の分子と分母の両方において最大の項として二乗されるので、再構成距離ｚｒの符号は同一であり、そして第１レンズの焦点面１１８の両側の物体面は同様のｚｒ値を有し、同じ像面の空間内で再構成される。この影響を排除するために、光学素子及び物体の特定の配列が行われることができるが、そのような配列は全て、最終処理画像における解像度を低下させる。従って、画像反転の問題を排除し、最終画像内の最高解像度情報のみを維持するためのシステム及び方法が明らかに必要とされている。
［課題を解決するための手段］
【０００７】
従って、本発明者らは、ＦＩＮＣＨ及び他のＳＲＨ法を変化させて、最終画像において最高解像度情報のみを保持しながら画像反転の問題を解消するためのシステム及び方法を開示する。本発明者らは、点走査共焦点、回転ディスク共焦点又は多光子励起のような共焦点法を用いて、一度に１つの特定の物体面からのみ光を分離し、ＦＩＮＣＨの最高超解像度の特徴を維持しながら画像反転の問題を回避することができることを実現した。例えば、物体とホログラム検出面との間の共役像面、例えばリレーシステムの内部面における共焦点ピンホール又はディスクは、ピンホール又はディスクを含む面と共役になる任意の物体の単一面の可能なＦＩＮＣＨの最高解像度を達成するために使用することができ、それとともにこのような配列でＦＩＮＣＨを有する拡張された物体を撮像することから生じる部分的な画像の反転を防止する。検出面に到達する光を物体の単一面に由来することに制限することで、本明細書のニポウ（Ｎｉｐｋｏｗ）ディスクは、部分的な画像反転の問題を解消し、ＦＩＮＣＨを構造化照明顕微鏡（ＳＩＭ，Ｊｏｓｔ他参照）に匹敵する２倍の超解像光学顕微鏡及び関連する方法として有効に動作させることができる。同様の効果は、物体内のすべての面に対して最良の可能なホログラムを記録するようにカメラを調整しながら、３次元で物体全体にわたって多光子励起スポットを走査することによって達成され得る。
【０００８】
従って、図２に示された本発明の１つの好ましい実施形態では、回転ニポウディスク２００が、共焦点顕微鏡でのように、対物レンズの焦点面１１８と共役になるリレーサブシステムの内部共役焦点面１０４に配置される。このディスクは、対物レンズの焦点面に位置した物体に対して上述した特定のホログラフィックの利点を与える。拡張された物体は、対物レンズの焦点面を通って平行移動され、合成３Ｄ画像をシーケンシャルホログラムから組み立てることができ、そのすべての部分がシステムの最大能力で光学的に超解像され、そのすべてが画像反転アーチファクトを有さない。
【０００９】
図３に示された本発明の別の好ましい実施形態では、物体は、対物レンズ１０１の焦点面１１８から移動した位置に静止したままであるが、回転ニポウディスク２００は、対物レンズの焦点面に存在しない物体の共役面３００に移動される。同時に、可能な最高解像度を取るために、ホログラム検出面３０２は、選択された面内の点によって生成された２つのビームがサイズが等しい位置に移動される。ディスク及びカメラは、それら自体が直接移動されても、コーナーキューブミラー群を平行移動させるか又は同様の方法によって効果的に移動されてもよいことに注目すべきである。さらに、図３には、対物レンズの焦点面の下にある物体が示されているが、対物レンズの焦点面の上にある物体についても同等の概略的な方法で描かれることができることに注目する。このようにして、可能な最高超解像を有しそして画像反転がない３Ｄ合成画像を得ることができる。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態では、レーザビームの空間フィルタリングのような光学手段又は多光子励起原理を使用することによって単一面に共焦点的に閉じ込められた励起パターンは、物体の様々な面を通って走査され、この走査は、励起ビームを物体の多様な面に集束させるために、励起ビームを対物レンズに結合してなる光列（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｉｎ）を調整することによって行われる。次いで、物体からの放射光は、ディスク又はピンホールを横切ることなくホログラフィックシステムに通され、そしてカメラへの光路長は、物体の各面に対して記録されたホログラムの最高品質を保証するために、カメラを平行移動するか又はコーナーキューブアセンブリ或いは同様の方法によって調整される。このようにして、多くの物体面の個々のホログラムからの最終処理画像を蓄積することによって３Ｄ超解像画像が取得される。
【００１１】
他の光学系は、同様の効果を達成する可能性を有し、実際には共役光学面を含む任意のシステムは、これらの面中の１つで共焦点装置に適合させることができ、ここで装置は最終画像における解像度を最大にし、画像反転の問題を回避するために、望ましくない面からの光を検出面から離れる方向に導くことにさらに注目する。ＦＩＮＣＨは高解像度顕微鏡の最先端ＳＲＨ技術であるため、本明細書では本発明を主にＦＩＮＣＨ技術及び可視光に関して取り組んでいる。しかしながら、本発明は、他のインコヒーレントＳＲＨ技術及びコヒーレントＳＲＨ技術に適用可能であり、他の技術及び他のタイプの電磁放射を含む代替の実施形態が可能であると理解される。従って、本発明の範囲が、ＦＩＮＣＨだけ又は可視光だけに限定されず、他の技術及びタイプの電磁放射にも及んでおり、本発明は、本明細書に記載される以外の方法で実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（従来技術）共役像面を含むリレーサブシステムを組み込んだ一般的なＦＩＮＣＨシステムの概略図である。
【図２】本発明の好適な実施形態による、リレーサブシステム内の共役像面における取り外し可能な回転ニポウディスクを有するＦＩＮＣＨシステムの概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による共役像面の変更された位置を示している、ＦＩＮＣＨシステムにおける第１レンズの焦点面から離れた物体の単一面を見るＦＩＮＣＨシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面の詳細な説明を参照すると、図面及び説明は、本発明の方法及びシステムの基本的な理解を可能にするために十分な程度まで組成及び動作原理を提示することを意味することが強調される。従って、偏光感応光学素子及び複合レンズアセンブリなどの特定の詳細は、当業者がシステム及び方法を理解できるようにするために適切な、明確かつ容易に理解できる概略図を示すために最も単純化された形態で表される。
【００１４】
図１は、従来技術で、この場合はＦＩＮＣＨ顕微鏡システムを示す概略図であり、本発明の説明においてさらに論じられる概念を説明する背景情報として役立つように含まれる。対物レンズ１０１の前側焦点面１１８に位置した単一の微小点１００が理想的な物体とみなされるが、実際の物体は多くの単一点の合計とみなされる。励起光源１２０からの励起光がダイクロイックミラー１１９によって物体１００に導入された後、光は物体１００から発せられ、対物レンズ１０１にｚｓの距離１１０を移動し、ここで焦点距離ｆ０を有する。対物レンズからの光は、第１リレーレンズ１０３に到達する前に、対物レンズの後側瞳孔面１０２を通ってｚ１の距離１１１を移動し、次に第１リレーレンズ１０３の焦点距離ｆＲ１に等しいさらなる距離１１２を移動する。光は、第２リレーレンズ１０５に達する前に、第１リレーレンズ１０３の焦点距離ｆＲ１と第２リレーレンズ１０５の焦点距離ｆＲ２の合計に等しいさらなる距離１１３を移動する。そこから、光は偏光感応光学アセンブリ（ＰＳＯＡ）１０６に対して焦点距離ｆＲ２に等しいさらなる距離１１４を移動する。２つのリレーレンズは、倍率ｆＲ２／ｆＲ１で描かれた、対物レンズの後側瞳孔面１０２の入力面に入射した光分布をその出力面（１０６の直前）に複製する４ｆ光学リレーを含むことに注目する。４ｆ光学リレーは、実際にホログラムを生成する対物レンズの後側瞳孔とＰＳＯＡ１０６との間の距離を効果的に打ち消し、ＰＳＯＡ１０６によって生成された共伝播ビームの同心性を保証するために重要である。リレーレンズ対は、第１リレーレンズの後の焦点距離ｆＲ１及び第２リレーレンズの前の焦点距離ｆＲ２で共役像面１０４を含む。２つの偏光依存レンズ機能を有するＰＳＯＡ１０６は、光の一部をＰＳＯＡ１０６からの焦点距離ｆｄ１の距離１１５に位置する焦点面１０７に集束させ、光の一部をＰＳＯＡ１０６から離れた焦点距離ｆｄ２の距離１１７に位置する焦点面１０９に集束させる。これは、２つの焦点距離ｆｄ１及びｆｄ２を有するＰＳＯＡ１０６の位置に位置した単一のレンズに相当する。この差動集束手順は、各物体点から来る光ビームを、異なる球面波面曲率を有する２つの共伝播する同心円状ビームに効果的に分割する。２つのビームは、ＰＳＯＡ１０６から離れたｚｈの距離１１６に位置したホログラム面１０８として知られている単一面で空間サイズが等しく、２つのビーム間の干渉がホログラムとしてそこに取り込まれる。次いで、収集されたホログラムは、周知の方法によって計算的に処理されて、最終画像が得られる。物体１００が対物レンズ１０１の前側焦点面にある場合、すなわちｚｓ＝ｆ０の場合にのみ、すべての共役像面が第１リレーレンズ１０３及びＰＳＯＡ１０６の後側焦点面に存在し、ｚｓ≠ｆ０の場合、共役像面は、周知の光学法則に従って空間内のそれらの位置を変化させることが容易に理解される。次いで、ｚｈの面１０８は、対物レンズ１０１の前側焦点面に由来する物体から完全に一致したサイズのビームのみを含む。その前側焦点面に存在しない物体は、ＰＳＯＡ１０６の後の異なる面で完全に一致したサイズのビーム対を生成する。このように、完全に重なり合ったホログラム及びその後最高解像度の最終画像は、一度に物体の単一面からのみ得られる。
【００１５】
図２は、本発明の１つの好ましい実施形態を示し、ここではシステムのリレーレンズの間に回転ニポウディスク２００が挿入されていること以外には図１に記載されたシステムと同一である。米国特許第６，１４７，７９８Ｂ２号明細書に記載されているシステムのように、ニポウディスクは、レール上に置かれ、そして挿入されるか又は光路から取り外される。これは、共焦点顕微鏡の標準配列のように、リレーの内部共役像面１０４に配置される。ディスクは、対物レンズの焦点面内の物体部分から発せられた光を分離し、ｚｈの面上に完全にサイズが合わされ、重なり合ったホログラムを生成して、可能な最高解像度を達成し、本発明の背景技術に記載された画像反転の問題を回避することが容易に分かる。
【００１６】
図３は、本発明の別の好ましい実施形態を示し、ディスクが、対物レンズの焦点面に存在しなく物体面に対応する共役像面に光軸に沿って平行移動され、ホログラムの記録面もまた、システムの光軸に沿ってＰＳＯＡ１０６からの２つの異なるビームがサイズが一致して処理後に最高解像度の最終画像を生成することができる面に平行移動される。その他の光学素子はすべて同じ位置にある。この場合、考慮される物体点は対物レンズの焦点面よりも対物レンズから離れていて、放射された光は対物レンズに到達する前に、ｚｓ’の距離３０４を移動しなければならない。しかしながら、リレーシステム内の共役面３００は、第１リレーレンズ１０３に近づくように移動され、ＰＳＯＡ１０６の有効焦点面３０１及び３０３は、ＰＳＯＡ１０６から離れた焦点距離ｆｄ１’の距離３０５及び焦点距離ｆｄ２’の距離３０７が互いに異なる位置に移動される。最適な記録面３０２もまた、ＰＳＯＡ１０６からｚｈ’の距離３０６に移動する。このようにして、画像反転の問題なく対物レンズの前側焦点面から離れた点から最高解像度の最終画像を生成することができる。物体が対物レンズの焦点面よりも対物レンズにより近い場合、共役像面の位置における類似の変化は、反対方向に生じるもので、共役像面が第１リレーレンズに近づかなくそれから離れる相違点であることに注目すべきである。さらに、いずれの場合でも、カメラは移動させる必要はないが、検出面のビームサイズを一致させるためにコーナーキューブミラー及び同様の光学素子を平行移動することによって光路長を変更することができる。
【００１７】
［引用文献］
［米国特許文献］
第８，００９，３４０Ｂ２号（０８／２０１１、Ｒｏｓｅｎ）
第８，１７９，５７８Ｂ２号（０５／２０１２、Ｒｏｓｅｎ他）
第８，５４２，４２１Ｂ２号（０９／２０１３、Ｒｏｓｅｎ他）
第８，４０５，８９０Ｂ２号（０３／２０１３、Ｒｏｓｅｎ）
第６，１４７，７９８Ｂ２号（１１／２０００、Ｂｒｏｏｋｅｒ他）
［他の広報］
Ｓｉｅｇｅｌ他、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓで、２０巻、１９８２２頁（２０１２）．
Ｊｏｓｔ他、Ａｎｎｕ．  Ｒｅｖ．  Ｍａｔｅｒ．  Ｒｅｓ．で、４３巻、２６１〜２８２頁（２０１３）．
【図１】
2017520801.tif 000005
【図２】
2017520801.tif 000006
【図３】
2017520801.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月23日(2017.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体の単一面からのみ放射された電磁波の干渉を検出するホログラフィック方法であって、前記方法は、
前記３次元物体からの電磁波を、光学的配列で受け取る工程と、
前記３次元物体の単一面内の複数点の各点について、前記光学的配列において、前記各点からのみ放射された電磁波から電磁波の第１ビーム及び電磁波の第２ビームを形成する工程と、前記第１ビームと前記第２ビームとの間の干渉パターンのみを検出する工程と、
前記複数点に対応する検出されたパターンを用いてホログラムを単一面内で再構成する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記電磁波が光である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁波が蛍光光、発光光又は反射光である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁波がインコヒーレント光である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記単一面から放射された電磁波が、画像を生成するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記画像の解像度が、レイリー数又はアッベ数の限界を超える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記受け取り工程は、前記物体からの電磁波を、初めに光学的配列における顕微鏡の対物レンズを用いて収集する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
３次元画像を生成するために一連の単一面の画像を結合する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
３次元物体の単一面からのみ放射された電磁波の干渉を検出するホログラフィックシステムであって、前記システムは、
前記３次元物体からの電磁波を受け取り、前記３次元物体の単一面内の複数点の各点について、前記各点からのみ放射された電磁波から電磁波のそれぞれの第１ビーム及び電磁波のそれぞれの第２ビームを形成するように構成された光学的配列と、
前記３次元物体の単一面内の複数点の各点について、前記それぞれの第１ビームと前記それぞれの第２ビームとの間の干渉パターンのみを検出し、前記複数点に対応する検出されたパターンを用いてホログラムを単一面内で再構成するように構成された検出器と、を含む、システム。
【請求項１０】
前記電磁波が光である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電磁波が蛍光光、発光光又は反射光である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電磁波がインコヒーレント光である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記単一面から放射された電磁波が、画像を生成するために使用される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像の解像度が、レイリー数又はアッベ数の限界を超える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電磁波が初めに前記光学的配列における顕微鏡の対物レンズで収集される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
３次元画像を生成するために一連の単一面の画像を結合する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
超解像光学顕微鏡システムであって、前記システムは、
共役像面に配置された空間フィルタを有する、１つ以上の共役像面と検出面とを含む光学系と、
物体から光を受け取り、前記光を前記光学系に導くように構成された顕微鏡の対物レンズであって、前記光学系は、前記顕微鏡の対物レンズから光を受け取り、前記受け取られた光を共役像面で空間的にフィルタリングし、前記検出面にホログラムを生成するように構成された、顕微鏡の対物レンズと、
前記ホログラムを前記検出面に記録するように構成された画像記録装置と、を含む、超解像光学顕微鏡システム。
【請求項１８】
超解像光学顕微鏡法であって、前記方法は、
物体から光を受け取り、前記光を光学系に導くように構成された顕微鏡の対物レンズを使用する工程と、
前記対物レンズから光を受け取り、前記受け取られたすべての光を共役像面で空間的にフィルタリングし、前記空間的にフィルタリングされた光からのみ検出面にホログラムを生成するように、前記光学系内のすべての像面と共通する共役像面に配置された空間的フィルタを有する、１つ以上の共役像面を含む光学系を使用する工程と、
画像記録装置、及び同時又は後続の、前記物体の最終的な超解像画像を得るための画像処理を使用する工程と、
を含む、超解像光学顕微鏡法。
【請求項１９】
前記３次元物体の単一面内の各点について、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するために共焦点技術を用いる、請求項１０に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２０】
前記光学的配列における前記物体と前記検出面との間の共役面に共焦点ピンホールをさらに含み、前記共焦点技術は、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するように前記共焦点ピンホールを動作させる工程を含み、前記共焦点ピンホールを含む共役面は、前記各点から放射された電磁波から形成された第１ビームと第２ビームの両方の像面と共通する、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２１】
前記光学的配列における前記物体と前記検出面との間の共役面に回転ディスクをさらに含み、前記共焦点技術は、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するように前記回転ディスクを動作させる工程を含み、前記回転ディスクを含む共役面は、各点から放射された電磁波から形成された第１ビームと第２ビームの両方の像面と共通する、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２２】
前記検出器を含むカメラをさらに含み、前記共焦点技術は、前記物体全体のそれぞれの多光子励起スポットを走査しながら前記カメラを調整する工程を含む、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２３】
前記記録された干渉パターン及び再構成されたホログラムは、１回の記録で物体の複数の面を記録するシステムのものよりも鋭い強度又は位相変調を有する、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２４】
前記ホログラフィックシステムは、ＦＩＮＣＨホログラフィックシステムであり、前記検出された干渉パターン及び再構成されたホログラムは、前記ＦＩＮＣＨシステムによって本質的に引き起こされた前記物体の他の面の重ね合わせによって生じるアーチファクトがない、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２５】
前記ホログラフィックシステムは、複数の位相シフトされた干渉パターンの記録及び共処理を必要とせずに、検出された単一の干渉パターンが１つ以上の最終画像に対して処理可能な干渉パターンを生成するように構成される、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２６】
前記干渉パターンは、前記物体の複数の面が前記検出器上に干渉パターンを生成するホログラフィックシステム、又はすべての望ましくない物体の面からの光が前記検出器に到達することが遮断されないホログラフィックシステムのものより高い最大信号対雑音比で記録される、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２７】
前記干渉パターンは、前記物体の複数の面が前記検出器上に干渉パターンを生成することができるシステム、又はすべての望ましくない物体の面からの光が前記検出器に到達することが完全に遮断されないシステムと比較して、前記検出器の最大ダイナミックレンジを使用して記録される、請求項１９に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２８】
前記共焦点ピンホールは、前記物体内に投影された励起電磁波をフィルタリングして、前記物体から受け取られた電磁波を引き出すために追加的に使用される、請求項２０に記載のホログラフィックシステム。
【請求項２９】
前記回転ディスクは、前記物体内に投影された励起電磁波をフィルタリングして、前記物体から受け取られた電磁波を引き出すために追加的に使用される、請求項２１に記載のホログラフィックシステム。
【請求項３０】
前記放射された電磁波が、多光子励起電磁波によって引き出される、請求項１０に記載のホログラフィックシステム。
【請求項３１】
前記ホログラフィックシステムはＦＩＮＣＨホログラフィシステムであり、前記ホログラフィックシステムは、焦点外れの物体点のＦＩＮＣＨ干渉パターンにおける２つの異なる集束されたビームの準最適なビームの重なりによって、焦点外れの物体面からの残留光の再構成されたＦＩＮＣＨホログラム面内の強度を減衰して、古典的な撮像システムと比較して改善された軸解像度を与えるように構成される、請求項１０に記載のホログラフィックシステム。
【請求項３２】
前記電磁波の第１ビーム及び電磁波の第２ビームを形成する工程は、前記３次元物体の単一面内の各点について、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するために共焦点技術を用いる工程を含む、請求項２に記載のホログラフィック方法。
【請求項３３】
前記共焦点技術は、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するために前記物体と前記検出面との間の共役面に配置された共焦点ピンホールを使用する工程を含み、前記共焦点ピンホールを含む共役面は、それぞれの前記点から放射された電磁波から形成された第１ビームと第２ビームの両方の像面と共通する、請求項３２に記載のホログラフィック方法。
【請求項３４】
前記共焦点技術は、前記各点からのみ放射された電磁波を分離するために前記光学的配列における前記物体と前記検出面との間の共役面に回転ディスクを使用する工程を含み、前記回転ディスクを含む前記共役面は、前記各点から放射された電磁波から形成された第１ビームと第２ビームの両方の像面と共通する、請求項３２に記載のホログラフィック方法。
【国際調査報告】
2017520801.tif 000008