特表 2023-515509 構造化照明のための位相マスク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-13

(54)【発明の名称】構造化照明のための位相マスク

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20230406BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20230406BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

G02B5/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022550229

(86)(22)【出願日】2021-02-16

(85)【翻訳文提出日】2022-10-19

(86)【国際出願番号】 US2021018202

(87)【国際公開番号】W WO2021167896

(87)【国際公開日】2021-08-26

(31)【優先権主張番号】62/978,351

(32)【優先日】2020-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522330832

【氏名又は名称】サーモ エレクトロン サイエンティフィック インスツルメンツ エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥＲＭＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｇａｌ Ｄｅｐｔ．，ＩＰ Ｄｏｃｋｅｔｉｎｇ，５２２５ Ｖｅｒｏｎａ Ｒｏａｄ，Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３７１１，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100102842

【弁理士】

【氏名又は名称】葛和 清司

(72)【発明者】

【氏名】ジョージアディス，マイケル

【テーマコード（参考）】

2H052

2H149

【Ｆターム（参考）】

2H052AA08

2H052AA09

2H052AC11

2H052AC15

2H052AC33

2H052AC34

2H052AF14

2H149AA00

2H149DA01

2H149FA42Y

2H149FC01

2H149FC02

(57)【要約】

基板上に配置された光遮断層を備える位相マスクであって、光遮断層は、第１のパターンとして各々が構成されたいくつかの光透過性領域を有する、位相マスクの一実施形態を記載する。第１のパターンは、互いに異なる位相構成を有する２つのセグメントを含み、光遮断層は、第１のパターンの少なくとも３つの角度配向を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相マスクであって、
基板と、
異なる位相構成を有する２つのセグメントを含む第１のパターンとして各々が構成された複数の光透過性領域を有する、前記基板上に配置された光遮断層であって、前記光遮断層は、前記第１のパターンの３つの角度配向を含む、光遮断層と、を備える、位相マスク。

【請求項2】

前記基板が、光学的に透明なガラスを含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項3】

前記光学的に透明なガラスが、ＢＫ７ガラスを含む、請求項２に記載の位相マスク。

【請求項4】

前記光学的に透明なガラスが、反射防止コーティングを備える、請求項２に記載の位相マスク。

【請求項5】

前記光遮断層が、前記基板上に配置されたクロム層を含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項6】

前記複数の光透過性開口部が、前記基板上に放射状に分布している、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項7】

前記複数の光透過性開口部が、前記第１のパターンの６つのインスタンスを含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項8】

前記６つのインスタンスが、各角度配向にある、前記第１のパターンの２つのインスタンスを含む、請求項７に記載の位相マスク。

【請求項9】

前記２つのセグメントの各々が、円弧形状を有する第１の側と、実質的に線形状を含む第２の側とを備える円形セグメントを含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項10】

前記３つの角度配向が、０、π／３、および２π／３の角度を含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項11】

第１のセグメントの前記位相構成が、ゼロの位相遅延を含み、第２のセグメントの前記位相構成は、πの位相遅延を含む、請求項１に記載の位相マスク。

【請求項12】

前記第２のセグメントが、前記第１のセグメントよりも長い光路長を含む、請求項１１に記載の位相マスク。

【請求項13】

前記第２のセグメントが、材料コーティングを備える、請求項１２に記載の位相マスク。

【請求項14】

共焦点顕微鏡であって、
光ビームを生成するように構成された光源と、
位相マスクであって、
基板、および
異なる位相構成を有する２つのセグメントを含む第１のパターンとして各々が構成された複数の光透過性領域を有する、前記基板上に配置された光遮断層であって、前記光遮断層は、前記光ビームに対して、前記第１のパターンの３つの角度配向を含む、光遮断層、を備える、前記位相マスクと、
前記位相マスクに動作可能に結合され、前記位相マスクを動かして、前記光透過性開口部を前記光ビームの経路内に配置するように構成されたデバイスと、を備える、共焦点顕微鏡。

【請求項15】

前記複数の光透過性開口部が、前記第１のパターンの６つのインスタンスを含む、請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項16】

前記６つのインスタンスが、各角度配向にある、前記第１のパターンの２つのインスタンスを含む、請求項１５に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項17】

前記３つの角度配向が、０、π／３、および２π／３の角度を含む、請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項18】

第１のセグメントの前記位相構成が、ゼロの位相遅延を含み、第２のセグメントの前記位相構成は、πの位相遅延を含む、請求項１４に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項19】

前記第２のセグメントが、前記第１のセグメントよりも長い光路長を含む、請求項１８に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項20】

前記第２のセグメントが、材料コーティングを備える、請求項１９に記載の共焦点顕微鏡。

【請求項21】

共焦点顕微鏡であって、
光ビームを生成するように構成された光源と、
試料からの光に応答して信号を生成するように構成された検出器と、
位相マスクであって、
基板、および
異なる位相構成を有する２つのセグメントを含む第１のパターンとして各々が構成された複数の光透過性領域を有する、前記基板上に配置された光遮断層であって、前記光遮断層は、前記光ビームに対して、前記第１のパターンの３つの角度配向を含む、光遮断層、を備える、前記位相マスクと、
前記位相マスクに動作可能に結合され、前記位相マスクを動かして、前記光透過性開口部を、前記試料からの前記光ビームの経路内に配置するように構成されたデバイスと、を備える、共焦点顕微鏡。

【請求項22】

前記試料からの前記光が、前記光ビームと前記試料との相互作用から生成される、請求項２１に記載の共焦点顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年２月１９日に出願された米国特許出願第６２／９７８，３５１からの優先権を主張し、すべての目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、概して、構造化照明顕微鏡検査のための干渉縞パターンを生成するように構成された位相マスクを対象とする。

【背景技術】

【0003】

様々な蛍光顕微鏡について、構造化照明顕微鏡検査（ＳＩＭ）システムが市販されていると、一般に理解される。しかしながら、これらのＳＩＭシステムは、典型的には、「広視野」照明を使用する。本明細書で使用される場合の「広視野照明」という用語は、概して、対物レンズ要素に入る前に、光源からのコリメート光を集束レンズを通して送ることによる、大きな試料領域の照明を指す。蛍光画像化の通常の目的は、スペクトル全体を収集することではなく、対象の波長の発光光を単にフィルタリングして、それをカメラに導くことである。典型的には、広視野顕微鏡検査は、様々な蛍光画像化用途に好適であるが、共焦点顕微鏡が優れている場合もある。共焦点顕微鏡は、（ときにはアパーチャとも称される）ピンホールを利用して、焦点が合っていない光を排除し、それによって、画像化を大幅に改善し、厚い試料を通しての画像化には得に有用である。共焦点画像は、（広視野画像化のように）広い領域ではなく、ピクセルごとに構築されるので、共焦点顕微鏡検査は、発光または散乱光をピンホール下流の分光器に送ることができるがゆえに、分光画像化によく適合している。共焦点顕微鏡検査の特定の用途には、厚くて、かつ不均一な試料を用いた蛍光セクショニングと、ラマン顕微鏡検査の画像化の場合などのハイパースペクトル画像化と、が挙げられる。

【0004】

共焦点顕微鏡におけるＳＩＭの適用の一例が、２０２０年４月１日に出願された「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓａｍｐｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」と題された米国出願第１６／８３７，５１２号に記載されており、すべての目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。例えば、‘５１２出願は、典型的には干渉縞（例えば、光が同相または異相であることに起因する、均一な間隔の交互の明暗の帯のパターン）と称されるものは、集束ビームよりも細かい周期性を有することができるということを利用する干渉縞パターンを使用して、試料をポイントごとに複数回、走査することを記載している。‘５１２出願は、空間光変調器（Ｓpatial Ｌight Ｍodulator）と称されるものを使用して干渉縞パターンを生成することを記載している。

【0005】

当業者は、ＳＬＭの実施形態が、よく知られており、照明ビームの強度および位相の両方を空間的に変調することができ、それは、共焦点－構造化照明併用顕微鏡検査用途に重要であることを理解している。しかしながら、ＳＬＭは、任意のパターンの強度および位相を生成するための優れたデバイスであるが、一般に、商品化された製品で使用するには劣等なデバイスである。例えば、ＳＬＭの実施形態は、一般に、法外に高価であり、光パワーを非効率的に利用し、様々な複雑な光学的および電子的オーバーヘッドを必要とする。

【0006】

したがって、照明ビームの強度および位相を空間的に変調することができ、ＳＬＭの欠点を被らないデバイスの必要性が存在する。

【発明の概要】

【0007】

これらおよび他の必要性に対処するシステム、方法、および製品は、例示的、非限定的な実装に関して本明細書に説明される。様々な代替、変更、および等価物が可能である。

【0008】

基板上に配置された光遮断層を備える位相マスクであって、光遮断層は、第１のパターンとして各々が構成されたいくつかの光透過性領域を有する、位相マスクの一実施形態が説明される。第１のパターンは、互いに異なる位相構成を有する２つのセグメントを含み、光遮断層は、第１のパターンの少なくとも３つの角度配向を含む。

【0009】

いくつかの実装態様では、基板は、ＢＫ７ガラスを含み得る光学的に透明なガラスで構築される。光学的に透明なガラスはまた、反射防止コーティングも含み得、光遮断層は、基板上に配置されたクロム層を含むことができる。さらに、光透過性開口部が、基板上に放射状に分布され得、場合によっては、第１パターンの６つのインスタンスが周りに分布され、各角度配向に、第１パターンの２つのインスタンスを有する。

【0010】

また、２つのセグメントは、円形セグメントとして構成され得、円形セグメントは、いくつかの実装態様では、円弧形状の第１の側と実質的に直線形状の第２の側とを有することができる。第１のパターンの３つの角度配向は、０、π／３、および２π／３の角度を含み得る。加えて、第１のセグメントの位相構成はゼロの位相遅延を含み得、第２のセグメントの位相構成はπの位相遅延を含み得、第２のセグメントは第１のセグメントよりも長い光路長を有し得る。いくつかのインスタンスでは、これは、第２のセグメントに材料をコーティングを有して達成される。

【0011】

さらに、光ビームを生成するように構成された光源と、位相マスクとを含む共焦点顕微鏡の一実施形態が記載される。位相マスクは、基板上に配置された光遮断層を有し、光遮断層は、第１のパターンとして各々が構成されたいくつかの光透過性領域を有する。第１のパターンは、互いに異なる位相構成を有する２つのセグメントを含み、光遮断層は、第１のパターンの少なくとも３つの角度配向を含む。共焦点顕微鏡はまた、位相マスクに動作可能に結合されて、位相マスクを動かして、光透過性開口部を光ビームの経路内に配置するデバイスも含む。

【0012】

いくつかの実装態様では、光透過性開口部は、第１のパターンの６つのインスタンスを含み、各角度配向に、第１のパターンの２つのインスタンスを有する。場合によっては、３つの角度配向は、０、π／３、および２π／３の角度を含み、ゼロの位相遅延を含む第１のセグメントのための位相構成と、πの位相遅延を含む第２のセグメントのための位相構成とを含み得る。位相構成は、場合によっては第２のセグメント内の材料コーティングを使用して達成され得る、第１のセグメントよりも長い光路長を有する第２のセグメントを含むことができる。

【0013】

加えて、光ビームを生成するように構成された光源、試料からの光に応答して信号を生成するように構成された検出器、および位相マスクを含む共焦点顕微鏡の一実施形態が記載される。位相マスクは、基板上に配置された光遮断層を有し、光遮断層は、第１のパターンとして各々が構成されたいくつかの光透過性領域を有する。第１のパターンは、互いに異なる位相構成を有する２つのセグメントを含み、光遮断層は、第１のパターンの少なくとも３つの角度配向を含む。共焦点顕微鏡はまた、位相マスクに動作可能に結合されて、位相マスクを動かして、光透過性開口部を、試料からの光路内に配置するデバイスも含む。

【0014】

いくつかの実装態様では、試料からの光は、光ビームと試料との相互作用から生成される。

【0015】

上記の実施形態および実装は、必ずしも互いに包含的または排他的ではなく、それらが、同一または異なる、実施形態または実装と関連して提示されているか否かにかかわらず、矛盾せず、かつ別様に可能な任意の様式で組み合わせられ得る。１つの実施形態または実装態様の説明は、他の実施形態および／または実装態様に関して限定的であることを意図するものではない。また、この明細書の他の箇所に説明されているいかなる１つ以上の機能、ステップ、動作、または技術も、代替実装態様において、発明の概要に説明されたいかなる１つ以上の機能、ステップ、動作、または技術とも組み合わせられ得る。したがって、上記の実施形態および実装態様は、限定的ではなく、例示的である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

上記およびさらなる特徴は、添付の図面と併せて読まれたときに、以下の詳細な説明からより明確に理解されよう。図面において、類似の参照番号は、類似の構造、要素、または方法ステップを示し、参照番号の左端の数字は、参照要素が最初に現れる図の番号を示す（例えば、要素１１０は、図１の最初に現れる）。しかしながら、これらの規則のすべては、限定ではなく、典型的または例示的であることを意図している。

【0017】

【図1】コンピュータと通信する共焦点顕微鏡の１つの実施形態の機能ブロック図である。

【図2】位相マスクを有する図１の共焦点顕微鏡の１つの実施形態の簡略図式表示である。

【図3】基板上の光遮断層の複数のパターンを示す、図２の位相マスクの１つの実施形態の上面図の簡略図式表現である。

【図4】基板を保持するベースおよび締結具を示す、図３の位相マスクの１つの実施形態の側面図の簡略図式表現である。

【図5】図３の位相マスクを使用して収集された画像と、標準的な共焦点構成を使用して収集された画像との比較の簡略図式表現である。

【図6】図３の位相マスクを使用して収集された画像と、標準的な共焦点構成を使用して収集された画像との比較の簡略図式表現である。

【0018】

同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を指す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下でより詳細に説明するように、説明される発明の実施形態は、照明ビームの強度および位相を空間的に変調するように構成された位相マスクを含む。より具体的には、位相マスクは、ラマン分光法および／または蛍光分光法に対応した共焦点顕微鏡を使用するＳＩＭのために構成されている。

【0020】

図１は、コンピュータ１１０および顕微鏡１２０と相互作用することができるユーザ１０１の、簡略化された例示的な実施例を提供する。共焦点顕微鏡１２０の実施形態は、様々な市販の顕微鏡を含み得る。例えば、共焦点顕微鏡１２０は、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから入手可能なＤＸＲ共焦点対応ラマン顕微鏡を含み得る。図１はまた、コンピュータ１１０と共焦点顕微鏡１２０との間のネットワーク接続も示しているが、図１は、例示的であることが意図され、追加またはより少ないネットワーク接続が含まれ得ることが理解されるであろう。さらに、要素間のネットワーク接続は、（例えば、稲妻形で表されているような）「直接の」有線または無線データ送信、および他のデバイス（例えば、スイッチ、ルータ、コントローラ、コンピュータ、その他）を介した「間接的な」通信を含み得、したがって、図１の実施例は、限定的なものと見なされるべきではない。

【0021】

コンピュータ１１０は、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレット、「スマートフォン」、１つ以上のサーバ、コンピュートクラスタ（ローカルもしくはリモート）、または他の現在もしくは将来のコンピュータもしくはコンピュータクラスタなどの、任意のタイプのコンピューティングプラットフォームを含み得る。コンピュータは、典型的には、１つ以上のプロセッサ、オペレーティングシステム、システムメモリ、メモリ記憶デバイス、入出力コントローラ、入出力デバイス、およびディスプレイデバイス等の既知の構成要素を含む。コンピュータ１１０の１つよりも多い実装が、異なる実施形態において様々な動作を実行するために使用されてもよく、したがって、図１のコンピュータ１１０の表現が、限定と見なされるべきではないこともまた理解されよう。

【0022】

いくつかの実施形態では、コンピュータ１１０は、制御ロジック（例えば、プログラムコードを含むコンピュータソフトウェアプログラム）をその中に記憶しているコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラム製品を採用し得る。制御ロジックは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに本明細書に説明されている一部または全ての機能を実施させる。他の実施形態では、いくつかの機能は、例えばハードウェアステートマシンを使用して、主にハードウェアに実装される。本明細書に説明されている機能を実行するようなハードウェアステートマシンの実装態様は、当業者には明らかであろう。また、同じまたは他の実施形態では、コンピュータ１１０は、ネットワークを介してリモート情報にアクセスすることを可能にされた専用ソフトウェアアプリケーションを含み得るインターネットクライアントを採用し得る。ネットワークは、当業者には周知の多くのタイプのネットワークのうちの１つ以上を含み得る。例えば、ネットワークは、通信するために一般にＴＣＰ／ＩＰプロトコルスイートと称されるものを採用し得るローカルまたはワイドエリアネットワークを含み得る。ネットワークは、一般にインターネットと称される世界的な相互接続コンピュータネットワークシステムを含んでもよいし、または様々なイントラネットアーキテクチャを含むこともできる。当業者はまた、ネットワーク環境内の一部のユーザは、（ときには、パケットフィルタ、または境界保護デバイスとも称される）一般的に「ファイアウォール」）と称されるものを採用して、ハードウェアおよび／またはソフトウェアシステムに出入りする情報トラフィックを制御することを好む場合があることを理解するであろう。例えば、ファイアウォールは、ハードウェアもしくはソフトウェア要素、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、典型的には、例えば、ネットワーク管理者等のユーザによって設定されたセキュリティポリシーを執行するように設計されている。

【0023】

本明細書に記載されるように、説明される発明の実施形態は、共焦点顕微鏡でのＳＩＭのための位相マスクを含む。説明される実施形態では、位相マスクは、ＳＩＭを使用するラマン分光法および／または蛍光分光法に特に有用である。例えば、上述したように、位相マスクは、ＳＬＭよりも実質的に高いレベルの効率およびより低いコストを有し、実装するのも容易である（例えば、位相マスクは、効果的に動作するために、ＳＬＭが必要とする追加の光学部品およびソフトウェアを必要としない）。

【0024】

図２は、位相マスク２００を含む共焦点顕微鏡１２０の簡略化された例示的な実施例を提供する。共焦点顕微鏡１２０は、光ビーム２１７を生成する光源２１５など、市販の共焦点顕微鏡に典型的に見られる要素を含む。光源２１５は、レーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、広帯域、または当業者には知られている他のタイプの光源を含むがこれらに限定されない、共焦点顕微鏡検査に使用される任意のタイプの光源を含み得る。共焦点顕微鏡１２０の実施形態はまた、特定の波長範囲の光を対物レンズ２２７および試料２０５に選択的に反射し、かつ特定の波長範囲内で透過性であって、光が通過して、レンズ２２９に至り、アパーチャ２２３（例えば、「ピンホール」タイプのアパーチャ）を通って検出器２３５に至ることを可能にする、ビームスプリッタ２２５も含み得る。検出器２３５は、ＣＣＤ、光電子増倍管、または当業者には知られている他のタイプの検出器など、市販の共焦点顕微鏡で典型的に見られる任意のタイプの検出器を含み得る。関連技術の当業者は、図２が例示の目的で提供されていること、ならびに共焦点顕微鏡１２０の他の要素および／または構成が、説明される発明の範囲内にあるとみなされることも理解するであろう。例えば、検出器２３５に到達する前に、光は、まず、光をスペクトルに分光するための分光器を通過し得る。

【0025】

図２の実施例では、位相マスク２００は、光ビーム２１７の経路内に配置されて、試料２０５に送達される励起光をパターン化する。しかしながら、位相マスク２００は、光２１９の経路内に配置されて、試料２０５から検出器２３５への光（例えば、光ビーム２１７と試料２０５との相互作用の結果として放出、散乱などされた光）をパターン化できることも理解されよう。

【0026】

図３は、位相マスク２００の上面図の例示的な実施例を提供する。位相マスク２００の実施形態は、既知の光学特性を有する光透過性材料から構築された基板３０７を含む。例えば、基板３０７は、良好な光学的および機械的特性を有し、化学的および環境的な損傷に耐性である「クラウンガラス」と称されるものなど、レンズおよび他の光学部品に使用されるタイプの光学ガラスから構築された６０ｍｍ×６０ｍｍのエリアを含み得る。位相マスク２００に有用な１つの特定のタイプのクラウンガラスは、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧから入手可能なＢＫ７ガラスなど、ホウケイ酸添加物を含むガラスを含む。

【0027】

図３に示されたように、基板３０７は、基板３０７を通る光の透過を遮断することができる任意のタイプの構成を含み得る光遮断領域３０５を含む。１つの実施例は、（例えば、上面または底面であり得る）基板３０７の表面上に、クロム材料層の堆積を備える構成を含む。また、図３は、光遮断領域３０５を実質的に円形のリングとして示しているが、リング構成は例示的であり、他の構成が利用され得ることが理解されよう（例えば、一方の側の基板３０７の表面積のかなりの部分が、光遮断領域３０５を含んでもよいし、または光遮断領域３０５は、線形ストリップとして構成されてもよい）。

【0028】

さらに、図３は、パターン３１０として示されている、光遮断領域３０５内の複数の光透過性領域を示す。上述したように、図３に示されたような、光遮断領域３０５のリング構成および各パターン３１０の各々の構成は、例示的であり、限定的である見なされるべきではない。いくつかの実施形態では、パターン３１０は、線形ストリップ状の光遮断領域３１０を含んでもよいし、または上述したように、パターン３１０の構成が実質的に線形であり得る、基板３０７の表面の表面積のかなりの部分を含んでもよい。例えば、リングまたは線形構成では、パターン３１０は、約４ｍｍ×４ｍｍのパターン被覆領域を含み得る。線形の実施形態では、これは、約４ｍｍ×２４ｍｍで構成される線形構成の光遮断領域３０５を含み得る。

【0029】

図３はまた、ナット／ボルト構成または当業者には知られている任意の他の締結具構成を含み得る締結具３２０も示す。図４は、ベース４０５に動作可能に結合された締結具３２０によって適所に保持されている実質的に平坦な構成および実質的に一貫した厚さを有する基板３０７を含む位相マスク２００の側面図を示す。いくつかの実施形態では、ベース４０５は、締結具３２０の周りで軸を中心に位相マスク２００を回転させるモータ（例えばステッパモータ）などの並進デバイスに、位相マスク２００を動作可能に接続するためのクランプ機構を利用する。位相マスク２００が線形構成のパターン３１０を含む実施形態では、並進デバイスは、位相マスク２００に線形運動を提供するように構築および構成される。並進デバイスは、ピエゾ、その他など、関連技術で知られている他のタイプの要素を含み得ることも理解されよう。

【0030】

さらに、図３は、（例えば、パターン３１０のインスタンスが光路内に配置されるときの）光ビーム２１７の光路に対して様々な角度にあるパターン３１０の６つのインスタンスを示すパターン３１０の各インスタンスは、位置インジケータ３０３によって示される光遮断領域３０５の位置にある。光遮断領域３０５はまた、位置インジケータ３０３によって示される第１の位置に、光ビーム２１７の実質的にすべてが基板３０７を通過することを可能にするように実質的に円形であるパターン３１３を含み、そして、位置インジケータ３０３によって示される位置２に、光ビーム２１７の実質的にすべてが基板３０７を通過するのを遮断する、光透過パターンのない領域を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、位相マスク２００は、３つの角度配向を含み、角度ごとにパターン３１０の２つのインスタンス、つまり、堆積層セグメント３１５および基板セグメント３１７を含むパターン３１０の１つのインスタンスと、基板セグメント３１７が２つ出現するパターン３１０の第２のインスタンスとが存在する。また、パターン３１０は、ときには「円形セグメント」と称され得る、「スリット」形状要素（例えば、スリットは細長い開口部を含む）として構成された２つのセグメントを含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、パターン３１０の円形セグメントの直径は、対物レンズ２２７の後方アパーチャ直径に整合される。例えば、Ｏｌｙｍｐｕｓ１００ｘ０．９ＮＡでは、その直径は＞＝３．２４ｍｍになり、長い動作距離のＯｌｙｍｐｕｓ１００ｘ０．８ＮＡでは、その直径は＞＝２．８８ｍｍになる。また、ここで説明されている実施例では、各円形セグメントの一方の側は、例えば実質的に円形状（例えば、円の約１／４）などの円弧形状を有し得、第２の側は実質的に直線である。

【0032】

重要なことは、パターン３１０のいくつかのインスタンスでは、パターン３１０の２つのセグメント間に光路長差があることである。換言すれば、セグメントは、通過する光に位相差を生じさせる互いに異なる光路長を有する（例えば、より長い光路長を有するセグメントは、それを通過する光ビーム２１７の一部分に、より短い光路長を有するセグメントに対して位相遅延を生成する）。いくつかの実施形態では、光路差は、基板３０７のみを含むパターン３１０の基板セグメント３１７と比較したとき、基板３０７と組み合わされて、より長い光路を含む堆積層セグメント３１５を生成するための、パターン３１０のセグメントのうちの一方における、基板３０７（例えば、基板３０７は一貫した厚さを有する２つの実質的に平坦な表面を備える）上への追加材料の堆積を使用して生成され得る。堆積材料は、基板３０７と同じ材料または他の好適な材料であり得る。代わりに、または堆積と組み合わせて、セグメント内の基板３０７からの材料の除去を使用して、パターン３１０のセグメントのうちの一方の光路長を短くしてもよい。

【0033】

例えば、基板３０７に使用されるＢＫ７ガラスと空気との間の屈折率差は、パターン３１０のセグメント間に、ある光路差を生み出す。ＢＫ７ガラスの屈折率は、５３２ｎｍの励起波長で１．５２であるので、光は、空気中よりもＢＫ７を通してよりゆっくり進む。したがって、光路差は、セグメントのうちの一方の上のＢＫ７の制御堆積によって生成することができる。当業者は、ｎを屈折率とし、ｄを長さとすると、ｄ１＝ｄ２の場合（例えば、光が、ＢＫ７を通過するときと同じ距離を空気中で進む場合）、光路差（ＯＰＤ）は、ｎ１＊ｄ－ｎ２＊ｄに等しくなる（ｄ＝ＯＰＤ／（ｎ１－ｎ２）とも表し得る）。本実施例では、５３２ｎｍの励起波長において、ｎ１は、空気に対する１．０００３であり、ｎ２は、ＢＫ７に対する１．５２である（例えば、値は波長に依存する）。ＳＩＭ用途では、セグメント間のπ位相差が非常に望ましく、それは、５３２ｎｍの励起波長に対して２６６ｎｍのＯＰＤに相当する。ｄについて解くと、セグメントのうちの一方に厚さ５１２ｎｍでＢＫ７材料を堆積させると、所望のπ位相差が生成される。したがって、光ビーム２１７の部分が、基板セグメント３１７、および５１２ｎｍのＢＫ７ガラスのコーティングを含む堆積層セグメント３１５を通過するとき、セグメント３１５および３１７を通過する光の間の位相差はπになる。

【0034】

図３に示された実施形態では、パターン３１０の６つのインスタンスは、０、π／３、および２π／３の３つの異なる角度を含み、各角度に対して、パターン３１０は、０の位相遅延を有する基板セグメント３１７およびπの位相遅延を有する堆積層セグメント３１５を含む。説明された実施形態では、パターン３１０の６つのインスタンスは、各インスタンスが光ビーム２１７の光路内に配置される（例えば、図３に示されたような円形構成の場合には光路内に回転されるか、または線形構成では線形に並進される）ときに、光ビーム２１７がパターン３１０の各インスタンスを連続的に通過することを可能にすることによって、構造化照明を実行するのに有用である。例えば、画像を処理するために位相マスク２００およびコンピュータ１１０が装備された共焦点顕微鏡１２０の実施形態は、ＳＩＭを実装して、試料を画像化し、典型的な共焦点顕微鏡の回折限界３００ｎｍに対して２倍の改善である１５０ｎｍの空間分解能を得ることができる。

【0035】

図５は、位相マスク２００を使用して収集されたＳＩＭ－ラマン画像５１０および関連ＳＩＭ－ラマンデータ５１５と、標準的な共焦点顕微鏡検査構成を使用して収集された共焦点画像５２０および関連共焦点データ５２５との比較の例示的な例を提供しており、ここでは、ＳＩＭ－ラマン画像５１０および共焦点画像５２０の両方が、２５０ｎｍピッチで分離された縦線および横線の配列を含む基板の同じ視野を有する。図５の例は、目視検査において、ＳＩＭ－ラマン画像５１０は、共焦点画像５２０よりも優れた解像度を有し、それは、共焦点データ５２５に対して、データ線５０５に沿って収集されたデータの優れた強度弁別を示すＳＩＭ－ラマンデータ５１５によってさらに強調されることを明確に示す。

【0036】

図６は、位相マスク２００を使用して収集されたＳＩＭ－ラマン画像６１０および関連ＳＩＭ－ラマンデータ６１５と、標準的な共焦点顕微鏡検査構成を使用して収集された共焦点画像６２０および関連共焦点データ６２５との比較のさらなる例示的な例を提供しており、ここでは、ＳＩＭ－ラマン画像６１０および共焦点画像６２０の両方が、重なり合うカーボンナノチューブの配列を含む基板の同じ視野を有する。やはり、図６の例も、目視検査において、ＳＩＭ－ラマン画像６１０は、共焦点画像６２０よりも優れた解像度を有し、それは、共焦点データ６２５に対して、データライン６０５に沿って収集されたデータの優れた強度弁別を示すＳＩＭ－ラマンデータ６１５によってさらに強調されることを明確に示す（例えば、ＳＩＭ－ラマン画像６１０は、２つの別個のカーボンナノチューブを明確に解像しているが、共焦点画像６２０では、２つ一緒の画像は、ナノチューブの遠位端を除いて、ぼやけている）。

【0037】

様々な実施形態および実装を説明してきたが、上述のものが例示的なものにすぎず、限定ではなく、単なる例として提示されたものであることが当業者に理解されるべきである。説明された実施形態の様々な機能要素間で機能を分配するための多くの他のスキームが可能である。任意の要素の機能は、代替実施形態において様々な方式で実行され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】