CN102053358B - 显微镜系统和显微镜系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了显微镜系统和显微镜系统的控制方法，该显微镜系统包括：容纳单元、载物台、光学系统、摄像单元、移动机构、控制单元、图像处理单元和显示单元。容纳单元能够容纳多个试样。在载物台上放置从容纳单元所加载的各个试样。光学系统包括用于球面像差校正的透镜。摄像单元能够经由光学系统摄取置于载物台上的各个试样的部分图像。移动机构沿着光轴移动用于球面像差校正的透镜。控制单元控制移动机构对用于球面像差校正的透镜的移动，并校正球面像差。图像处理单元组合通过摄像单元所摄取的部分图像并生成合成图像。显示单元显示所生成的合成图像。

Description

显微镜系统和显微镜系统的控制方法

相关申请的参考

本申请包含于2009年11月2日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2009-252378中所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及显微镜系统及控制显微镜系统的方法，该显微镜系统以高放大倍率诸如生物试样的试样图像，由获得的图像数据生成合成图像，并且在显示单元上显示合成图像。

背景技术

近年来，这样一种显微镜系统已广为人知，其中，以高放大倍率摄取诸如生物试样的试样图像，并且基于获得的图像数据生成合成图像以将其显示在显示单元上(例如，参见日本专利申请公开第2008-51773号(第[0022]段至第[0027]段，图1)；下文中，称作专利文献1)。

专利文献1公开了包括显微镜装置(10)和控制装置(60)的荧光显微镜系统。显微镜装置(10)获取试样S的荧光观察图像，其中，将生物试样置于载玻片上。控制装置(60)执行显微镜装置(10)的图像获取等的控制。显微镜装置(10)包括：能够保存多个试样S的试样保存单元(11)、传送试样S的试样传送单元(14)、放置试样S的试样载物台(15)。此外，显微镜装置(10)包括：获取试样S的低放大倍率图像的大图像获取单元(macro imageacquisition unit)(20)和获取试样S的高放大倍率图像的微图像获取单元(30)。控制装置(60)执行包括控制显微镜装置(10)中的图像获取操作、设置图像获取条件、处理获取的试样S的图像数据、控制显示装置(71)对显示试样S的图像的显示等的处理。

发明内容

顺便提及，通常通过诸如显微镜载玻片和盖玻片的透明保持构件来保持诸如生物试样的试样，并且通过显微镜系统获取其图像。因此，由于盖玻片介于试样和用于摄取试样图像的光学系统(透镜)之间，所以导致了球面像差，并且出现难以获取试样的高精度图像的问题。另外，在某些情况下，诸如生物试样的试样可能为半透明的，这可能成为导致球面像差的原因。

在这点上，例如，设想在光学系统中采用过去已知的具有校正环(correction collar)功能的物镜来校正球面像差。然而，在具有校正环功能的物镜中，通常，用户不得不手动旋转校正环以校正球面像差，这很麻烦。

在显微镜系统中，对于一个试样获取多个(例如，100)高放大倍率图像，并且组合这些图像以显示在显示单元上。由于导致球面像差的盖玻片(或者试样本身)的厚度不是很均匀，所以为了校正球面像差，用户不得不例如100次地调节校正环的旋转角，如此校正球面像差。因此，尤其在显微镜系统中，手动校正球面像差非常麻烦。

鉴于上述情况，期望提供能够自动校正球面像差的显微镜系统和显微镜系统的控制方法。

根据本发明的实施方式，提供了一种显微镜系统，包括：容纳单元、载物台、光学系统、摄像单元、移动机构、控制单元、图像处理单元以及显示单元。

容纳单元，能够容纳多个试样。

在载物台上，放置从容纳单元所加载的各个试样。

光学系统，包括用于球面像差校正的透镜。

摄像单元，能够经由光学系统摄取置于载物台上的各个试样的部分图像。

移动机构，沿着光轴移动用于球面像差校正的透镜。

控制单元，控制移动机构对用于球面像差校正的透镜的移动，并且校正球面像差。

图像处理单元，组合通过摄像单元所摄取的部分图像，并且生成合成图像。

显示单元，显示所生成的合成图像。

在本发明的实施方式中，由于通过控制单元来控制移动机构对用于球面像差校正的透镜的移动，所以可以自动校正球面像差。结果，可以消除每当摄取部分图像时手动校正球面像差时所引起的不方便。

在改显微镜系统中，控制单元可以计算各个试样的上表面和光学系统的焦点位置之间的第一距离，并且根据第一距离控制移动机构来移动用于球面像差校正的透镜。

球面像差与从试样的上表面延伸至焦点位置的第一距离具有相关关系。因此，适用于校正球面像差的用于球面像差校正的透镜的位置与第一距离具有相关关系。

在本发明的实施方式中，通过控制单元的控制来根据第一距离移动用于球面像差校正的透镜，结果是可以将用于球面像差校正的透镜移至适当位置，并且可以精确地校正球面像差。

在显微镜系统中，控制单元可以移动用于球面像差校正的透镜以将光学系统的焦点位置和成像位置之间的距离保持恒定。

结果，实现高速而又简单的聚焦。

显微镜系统还可以包括预扫描单元，其在摄像单元摄取各个试样的部分图像之前预扫描各个试样。在这种情况下，控制单元可以基于通过预扫描单元所获得的信息计算第一距离。

在本发明的实施方式中，可以通过有效使用由预扫描单元所获得的信息来计算第一距离。结果，没有必要为了计算第一距离，而为显微镜系统额外地设置新构件等，这导致成本降低。

显微镜系统还可以包括测量各个试样的厚度的厚度测量单元。在这种情况下，控制单元可以基于各个试样的厚度信息计算第一距离。

此外，当以这种方式计算第一距离时，可以适当校正球面像差。

显微镜系统还可以包括：显微镜筒、移动单元以及距离测量单元。

显微镜筒包括光学系统。

移动单元沿着光轴移动显微镜筒和载物台中的至少一个。

距离测量单元测量显微镜筒侧的预定位置和各个试样的上表面之间的第二距离。

在这种情况下，控制单元可以通过控制移动单元来执行聚焦，并且基于在获得焦点时从距离测量单元所获得的第二距离的信息来计算第一距离。

当以这种方式计算第一距离时，也可以适当地校正球面像差。

在显微镜系统还可以包括显微镜筒(其包括光学系统)和移动单元(其沿着光轴移动显微镜筒和载物台中的至少一个)的情况下，控制单元可以通过控制移动单元来执行聚焦。

在这种情况下，控制单元可以执行通过透镜方式(throuh-lens-system)的聚焦。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种显微镜系统的控制方法，该方法包括：从能够容纳多个试样的容纳单元加载试样，并且将试样置于载物台上。

通过控制移动机构来校正球面像差，其中，该移动机构沿着包括用于球面像差校正的透镜的光学系统的光轴移动用于球面像差校正的透镜。

从能够经由光学系统摄取置于载物台上的试样的部分图像的摄像单元获取该部分图像的信息。

基于部分图像的信息生成合成图像。

在显示单元上显示生成的合成图像。

如上所述，根据本发明的实施方式，可以提供能够自动校正球面像差的显微镜系统和显微镜系统的控制方法。

根据以下详细描述的如附图所示的最佳实施方式，本发明的这些和其他目的、特征和优点将更加显而易见。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施方式的显微镜系统的整体结构的示图。

图2是示出了通过显微镜系统观察的试样的实例的示图。

图3是物镜的放大图。

图4是示出了显微镜系统的处理的流程图。

图5是用于说明球面像差校正的基本概念的示图。

图6是示出了根据本发明的另一实施方式的显微镜系统的操作流程图。

图7是示出了包括在根据本发明的另一实施方式的显微镜系统中的高放大倍率光学系统的示图。

图8是图7中所示的高放大倍率光学系统的点示图。

图9是用于说明当校正球面像差时，用于防止高放大倍率光学系统的物像距离改变的基本概念的示图。

图10是用于说明当校正球面像差时，用于防止高放大倍率光学系统的物像距离改变的基本概念的示图。

图11是用于说明当校正球面像差时，用于防止高放大倍率光学系统的物像距离改变的基本概念的示图。

图12是示出了盖玻片的厚度和各种参数之间的关系的表。

图13是示出了通过对图12中所示的表绘图所获得的凸轮曲线的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。

(第一实施方式)

[显微镜系统的整体结构和各单元的结构]

图1是示出了根据本发明的第一实施方式的显微镜系统的整体结构的示图。图2是示出了通过显微镜系统所观察到的试样的实例的示图。图2A是试样的侧视图，而图2B是试样的平面图。应该注意，在文中所说明的附图中，为了更容易理解附图，在某些情况下会将包括在显微镜系统中的装置、包括在装置中的构件等的大小改变为与实际尺寸不同。

如图1所示，显微镜系统100包括：容纳装置10，可以容纳多个试样1；显微镜装置20，获取试样1的图像数据；以及传送装置70，在容纳装置10和显微镜装置20之间传送试样1。此外，显微镜系统100还包括：显示装置61，显示试样1(样本2)的图像；输入装置62；以及控制装置50，总体控制上述这些装置。

如图2所示，试样1包括显微镜载玻片4、盖玻片3以及介于其间并且由显微镜载玻片4和盖玻片3保持的样本2。

作为显微镜载玻片4和盖玻片3的材料，使用诸如BK7(注册商标)的光学玻璃，但是该材料不局限于此。

作为样本2，例如，使用除人以外的动物、植物等的病理样本和生物组织样本。样本2的类型没有具体限制，可以使用适当选自医学、药物、食物、农业等领域的样本。

容纳装置10包括：容纳装置主体11、架(rack)机构12以及加载机构13。架机构12容纳以架方式排列在其中的多个试样1。加载机构13加载选自架机构12中所容纳的多个试样1的任何一个。

在容纳装置主体11的侧部处，设置了当用户放入和取出试样1时使用的开/关单元14。此外，在容纳装置主体11的另一侧部处，设置了用于加载机构13加载试样1的开口15。

架机构12可从容纳装置主体11拆卸。相对于容纳装置主体11经由开/关单元14放入和取出以架方式排列有多个试样1的架机构12。

例如，虽然未示出，但是加载机构13由传送带和驱动传送带的诸如电动机的驱动源构成。将诸如电动机的驱动源电连接至控制装置50的主控制器51。加载机构13可以根据主控制器51的控制从容纳装置主体11选择性地加载容纳在架机构12中的多个试样1的任何一个。此外，加载机构13可以将已经进行成像并且从传送装置70传递来的试样容纳在架机构12中的初始位置处。

例如，虽然未示出，但是传送装置70由传送带和驱动传送带的诸如电动机的驱动源构成。将诸如电动机的驱动源电连接至主控制器51。传送装置70根据主控制器51的控制将从容纳装置主体11所加载的试样11传送到显微镜装置20的载物台41上。此外，传送装置70从载物台41传送已经进行了显微镜装置20摄像的试样1以将试样1传递至加载机构13。

显微镜装置20包括：载物台41，将试样1置于其上；以及移动机构42，用于在垂直方向(z轴方向)上和水平方向(x轴方向和y轴方向)上移动载物台41。此外，显微镜装置20还包括：预扫描单元31，预扫描试样1；以及高放大倍率图像获取单元21，获取试样1的高放大倍率图像(部分图像)。

在载物台41的中央附近，设置了用于光路的开口45。此外，载物台41设置有保持单元(未示出)，当将试样1置于载物台41上时该保持单元保持试样1不被移动。通过传送装置70将试样1传送至在载物台41上设置用于光路的开口45的位置，并且通过保持单元保持该试样1。载物台41可在预扫描单元31和高放大倍率图像获取单元21之间移动。

移动机构42包括：升/降单元43，在垂直方向(z轴方向)上移动载物台41；以及水平移动单元44，在水平方向(x轴方向和y轴方向)上移动载物台41。移动机构42包括：诸如滚球丝杆、机架和小齿轮，或者带和滑轮的机构，以及驱动该机构的诸如步进电动机的驱动源。将诸如步进电动机的驱动源电连接至主控制器51。移动机构42将载物台41的位置信息作为试样1的位置信息反馈给主控制器51。

高放大倍率图像获取单元21包括：显微镜筒36、设置在显微镜筒36中的高放大倍率光学系统22、照明光学系统75以及第一摄像单元37。

高放大倍率光学系统22包括：物镜23和成像透镜24。

图3是物镜23的放大图。

如图3所示，物镜23包括：聚光透镜27与球面像差校正透镜28和29。球面像差校正透镜28和29校正由盖玻片3(或者盖玻片3和样本2)所导致的球面像差。换言之，物镜23为具有校正环功能的物镜。

聚光透镜27球面的两侧面均为非球面，因此校正了聚光透镜27的球面像差。

通过透镜移动机构30来保持球面像差校正透镜28和29以使其可沿着光轴移动。透镜移动机构30包括诸如步进电动机的驱动源(未示出)。驱动源电连接至主控制器51。根据主控制器51的控制，移动球面像差校正透镜28和29的相对位置，从而校正了球面像差。

图1和图3均示出了使用两个球面像差校正透镜的情况。然而，球面像差校正透镜的数量可以为一个或三个以上。可以不具体限制球面像差校正透镜的数量。

照明光学系统75包括照明透镜25和照明光源26。

作为照明光源26，例如，使用氙灯或者卤素灯。照明光学系统75不局限于透射照明，也可以由反射照明构成。这对于稍后要描述的预扫描单元中的照明光学系统76也同样适用。

将第一摄像单元37设置在高放大倍率光学系统22的成像位置处。第一摄像单元37包括诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的摄像器件。

预扫描单元31包括：预扫描光学系统32、照明光学系统76以及第二摄像单元38。预扫描单元31用于在获取试样1的高放大倍率图像之前获取试样1的成像范围6(参见在图2B中的虚线)、焦点信息等。

预扫描光学系统32包括摄像透镜33。此外，预扫描光学系统32包括：当获取试样1的结构信息时所使用的一个透镜组或者多个透镜组(未示出)。

照明光学系统76包括照明透镜34和照明光源35。

将第二摄像单元38设置在预扫描光学系统32的成像位置处。第二摄像单元38包括诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的摄像器件。

例如，控制装置50为PC(个人计算机)，包括：含有CPU(中央处理单元)等的主控制器51、存储单元52以及图像处理单元53。

将主控制器51电连接至包括在显微镜系统100中的各个单元，并且总体控制显微镜系统100。例如，主控制器51执行对试样1的加载、球面像差校正透镜28和29的移动、载物台41的移动等的控制的处理。此外，主控制器51从第一摄像单元37和第二摄像单元38获取图像信息，从移动机构42获取载物台41的位置信息(试样1的位置信息)等。

对于存储单元52，使用诸如磁盘或者光盘的盘状存储介质。可选地，存储单元可以为诸如固态(半导体、电介质或者磁阻)存储器的存储介质。

存储单元52存储对于显微镜系统100的处理所必需的各种程序、查询表等。此外，存储单元52存储从主控制器51输出的图像信息、成像范围的信息、焦点信息、载物台的位置信息(试样的位置信息)等。

图像处理单元53提取存储在存储单元52中的图像信息和位置信息，并且基于所提取的图像信息和位置信息执行图像处理。此外，图像处理单元53根据主控制器51的控制将通过图像处理所生成的图像输出至显示装置61，以在显示装置61上显示该图像。

例如，显示装置61由液晶显示器、EL(电致发光)显示器等构成。输入装置62包括键盘、鼠标等。

[操作的描述]

接下来，将描述通过根据该实施方式的显微镜系统100进行的处理。

首先，作为通过显微镜系统100处理的预备步骤，通过用户制备多个试样1。在这种情况下，用户将样本2切片，并且将切片的样本2夹于显微镜载玻片4和盖玻片3之间，从而制备多个试样1。

用户打开容纳装置10的开/关单元14，从容纳装置10取出架机构12。然后，用户将多个试样1放在从容纳装置10所取出的架机构12中。用户经由开/关单元14将架机构12放入容纳装置10，架机构12设置有多个试样1，并且将架机构12安装在容纳装置10中。在这种情况下，将架机构12安装在容纳装置10内的预定位置处并且进行固定。

接下来，用户操作输入装置62以指示控制装置50开始处理，然后，开始通过显微镜系统100进行的处理。

图4是示出了通过显微镜系统100进行的处理的流程图。

主控制器51判定是否从输入装置62输入了开始处理的信号(步骤101)。

在没有输入开始处理的信号的情况下(在步骤101中的“否”)，主控制器51返回步骤101，并且再次判定是否输入了开始处理的信号。换言之，主控制器51在等待输入开始处理的信号时为待机状态。

当从输入装置62输入开始处理的信号时(在步骤101中的“是”)，主控制器51前进至下一步骤102。在步骤102中，主控制器51驱动加载机构13，并且从容纳装置10选择性地加载架机构12中所容纳的多个试样1的任何一个。将从容纳装置10所加载的试样1传递至传送装置70。主控制器51驱动传送装置70将从容纳装置10所加载的试样1传送至载物台41上。将试样1放置在载物台41的对应于用于光路的开口45(其设置在载物台41的中央的附近)的位置处，并且通过保持单元(未示出)保持该试样不被移动。

当将试样1传送到载物台41上时，主控制器51驱动移动机构42将载物台41移动至预扫描单元31的位置(步骤103)。

接下来，主控制器51执行预扫描(步骤104和步骤105)。

在预扫描期间，设置试样1的成像范围6(参见图2B的虚线)(步骤104)，然后获取试样1的焦点信息和结构信息(步骤105)。

在步骤104，在设置试样1的成像范围6的过程中，首先，主控制器51通过第二摄像单元38摄取整个试样1的图像，因此，获取试样1的完整图像1。接下来，主控制器51基于摄取的试样1的完整图像的亮度信息来检测试样2的边缘。然后，主控制器51将由边缘所围绕的区域设置为成像范围6，并且将成像范围6存储在存储单元52中。

应该注意，通过均用作试样的单位区域的微区域5(参见图2B的虚线)设置成像范围6。微区域5为与在高放大倍率图像获取单元21中所摄取的高放大倍率图像相对应的单位区域。例如，微区域5具有1mm×1mm的大小，但是不局限于此。

在步骤105，在获取焦点信息时，例如，使用TTL(通过透镜)方式的自动聚焦来获取焦点信息。TTL方式的自动聚焦的实例包括：对比度(图像锐度)方式的自动聚焦和相位差方式的自动聚焦，但是TTL方式的自动聚焦不局限于此。

在执行对比度方式的自动聚焦的情况下，主控制器51从第二摄像单元38获取图像信息，并且从该图像数据检测图像锐度(sharpness，清晰度)。为了评价图像锐度，使用指示高频分量(其当图像信息的信号通过BPF(带通滤波器)时所获得)的强度的信号，或者通过微分提取的图像信息的信号的模糊宽度的锐度。

主控制器51在z轴方向上移动载物台41以提高图像锐度。然后，主控制器51在图像锐度由增加切换至降低的点处反转载物台41的移动方向，在图像锐度变成最大值的点处停止移动载物台41。

主控制器51将载物台41的z轴方向上的焦点位置存储为焦点信息。

在使用相位差方式自动聚焦的情况下，例如，将一对CCD线传感器(line sensor)、光瞳分离单元、半反射镜等(未示出)添加至预扫描光学系统32。例如，将半反射镜设置在光轴上的预定位置处，其将部分光束引导至CCD线传感器侧。

一对CCD线传感器中的每个接收通过在光瞳分离单元将一束光分成两束而获得的光束，并且将与接收的光量相对应的信号输出至主控制器51。主控制器51检测基于接收的光量输出的信号的位移量，即，在光束的分离方向上的相对位置的位移量。然后，主控制器51计算散焦量。

主控制器51基于散焦量计算焦点位置。然后，主控制器51将计算的焦点位置作为焦点信息存储在存储单元52中。

通常对于包括在试样1的成像范围6中的所有微区域5获取焦点信息。由于主控制器51已经识别出成像范围6，所以仅需要获取包括在成像范围6中的微区域5的焦点信息。

可选地，在包括在成像范围6中的微区域5内，可以获取选取为代表性区域的微区域5的焦点信息。例如，选取为代表性区域的微区域5的数量为4个，但是该数量不局限于此。可以根据成像范围6的大小改变选取为代表性区域的微区域5的数量。

在获取所有微区域5的焦点信息的情况下，获得了图像质量方面的优点。在获得代表性区域的焦点信息的情况下，获得了时间效率方面的优点。

对于所有微区域5获取焦点信息的情况和对于代表性区域获取焦点信息的情况可以互相切换。

在步骤105中，除获取焦点信息以外，还执行试样1的结构信息的获取。试样1的结构信息包括：盖玻片3的厚度、样本2的厚度、显微镜载玻片4的厚度等。通过包括在预扫描光学系统32中的一个透镜组或者多个透镜组(未示出)获取试样1的结构信息。

虽然没有限制，但是通常，对包括在试样1的成像范围6中的所有微区域5获取试样1的结构信息。在包括在成像范围6中的微区域5中，可以对于选择为代表性区域的微区域5获取试样1的结构信息。对于所有微区域5获取试样1的结构信息的情况和对于代表性微区域5获取试样1的结构信息的情况可以相互切换。

当预处理单元31的处理结束时，主控制器51驱动移动机构42将载物台41移至高放大倍率图像获取单元21(步骤106)。然后，主控制器51前进至步骤107，在步骤107和此后获取试样1的高放大倍率图像。

在这种情况下，主控制器51首先通过水平移动单元44的驱动在水平面上移动载物台41，并且将置于载物台41上的试样1移动至初始位置(步骤107)。

这里，初始位置是与包括在试样1的成像范围6中的微区域5中首先被摄取高放大倍率图像的微区域5相对应的位置。当将试样1移至初始位置时，将首先被摄取高放大倍率图像的微区域5配置在高放大倍率光学系统22的光轴上。

例如，首先被摄取图像的微区域5是位于包括在成像范围6中的微区域5的左上部的微区域5a，但是微区域5a不限于此。首先被摄取图像的微区域5可以是位于左下部、右上部或右下部的微区域5。首先被摄取图像的微区域5可以没有具体限制。

接下来，主控制器51通过移动机构42的升/降单元43的驱动在垂直方向上移动载物台41，并且沿着高放大倍率光学系统22的光轴移动试样1。因此，主控制器51执行要被摄取图像的微区域5的聚焦(步骤108)。在这种情况下，主控制器51基于在上述步骤105中所获得的焦点信息，在垂直方向上移动载物台41，并且执行要被摄取图像的微区域5的聚焦。

接下来，主控制器51驱动透镜移动机构30将球面像差校正透镜28和29移至适当位置，并且校正球面像差(步骤109)。

在这种情况下，主控制器51驱动透镜移动机构30基于在预扫描单元30中所获取的信息沿着光轴移动球面像差校正透镜28和29，并且校正球面像差。

将详细地描述球面像差校正。

图5是用于说明球面像差校正的基本概念的示图。

图5示出了焦点位置(参见x标记)位于从盖玻片3的底面稍微移位的位置处的情况。

球面像差与从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4(第一距离)具有相关关系。因此，在球面像差校正时，球面像差校正透镜28和29的位置与从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4具有相关关系。结果，如果主控制器51可以识别从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4，则主控制器5可以通过将球面像差校正透镜28和29移至适当位置来校正球面像差。

由于主控制器51在如上所述的预扫描时获取了焦点信息(步骤105)，所以已知从聚光透镜27的前表面侧的前端部至显微镜载玻片4的底面的距离D1。另外，由于主控制器51在预扫描时获取了试样1的结构信息(步骤105)，所以也已知从盖玻片3的上表面至显微镜载玻片4的底面的距离D2(试样1的厚度)。

此外，基于聚光透镜27的焦距也掌握了从聚光透镜27的前表面侧的前端部至焦点位置的距离D3。

因此，可以根据以下表达式(1)计算从载玻片3的上表面至焦点位置的距离D4。

D4＝D2+D3-D1    (1)

主控制器51基于如此计算的距离D4获得球面像差校正透镜28和29的移动量，并且将球面像差校正透镜28和29移动至适当位置。

通常，主控制器51参照表示距离D4与球面像差校正透镜28和29的位置之间关系的查询表，获得球面像差校正透镜28和29的移动量，并且将球面像差校正透镜28和29移动至适当位置。可选地，主控制器51可以根据存储在存储单元52中的程序基于距离D4获得球面像差校正透镜28和29的移动量。

在图5的描述中，已描述了将聚光透镜27的前表面侧的前端部设置为距离D1和距离D3的基准的情况。然而，设置为距离D1和距离D3的基准的位置可以不为聚光透镜27的前表面侧的前端部。只要其为显微镜透筒36侧的固定位置，设置为距离D1和距离D3的基准的位置就可以为任何位置。

返回参照图4，当校正了球面像差时，主控制器51通过第一摄像单元37摄取试样1(样本2)的微区域5的图像，并且获取高放大倍率图像(步骤110)。将高放大倍率图像及载物台41的位置信息(试样1的位置信息)存储在存储单元52中。

在步骤110中，主控制器51可以通过移动机构42的驱动在z轴方向上改变载物台41的位置，并且获取多个高放大倍率图像。具体地，主控制器51可以在z轴方向上扫描试样1的同时，获取多个高放大倍率图像。在这种情况下，基于在以上所述的步骤105中所获得的试样1的结构信息(盖玻片3、试样2以及显微镜载玻片4的各自的厚度)，主控制器51在z轴方向上扫描试样1的同时获取多个高放大倍率图像。例如，在每次获取高放大倍率图像时，载物台41在z轴方向上的移动量为10μm，但是该移动量不限于此。

当摄取了试样1的所有微区域5的图像时，主控制器51判定在成像区域6中是否存在没有被摄取图像的微区域5(步骤111)。

在存在没有被摄取图像的微区域5的情况下(在步骤111中的“是”)，主控制器51通过水平移动单元44的驱动在水平方向上移动载物台41，并且将试样1移动至下一位置(步骤112)。当将试样1移动至下一位置时，将接下来要被摄取图像的微区域5配置在高放大倍率光学系统22的光轴上。应该注意，包括在试样1的成像范围6中的微区域5的图像的摄取顺序没有具体限制。

当将试样1移动至下一位置时，主控制器51再次执行在步骤108至步骤110中所示的处理，并且获取试样1(样本2)的高放大倍率图像。

在步骤111不存在没有被摄取图像的微区域5的情况下(在步骤111中的“否”)，即，摄取了包括在成像范围6中的所有微区域5的图像，主控制器51前进至下一步骤113。

在步骤113中，主控制器51执行将进行了成像的试样1返回至容纳装置10的处理。在这种情况下，首先，主控制器51驱动移动机构42的水平移动单元44将载物台41移动至传送装置70侧，并且将进行了成像的试样1传递至传送装置70。主控制器51控制传送装置70和加载机构13以使进行了成像的试样1返回至容纳装置10的初始位置。

当进行了成像的试样1返回至初始位置时，主控制器51判定在容纳装置10中是否存在没有进行成像的试样1(步骤114)。在存在没有进行成像的试样1的情况下(在步骤114中的“是”)，主控制器51返回步骤102，并且执行在步骤102至步骤113中所示的处理。然后，主控制器51获取试样1的高放大倍率图像。

在步骤114不存在没有进行成像的试样(在步骤114中的“否”)即，摄取了容纳装置10中所容纳的所有试样1的图像的情况下，结束通过主控制器51进行的获取图像的处理。

图像处理单元53基于摄取的高放大倍率图像(部分图像)和表示高放大倍率图像的获取位置的位置信息生成合成图像。当生成合成图像时，图像处理单元53根据主控制器51的控制将生成的合成图像输出至显示装置61进行显示。以这种方式，在显示装置61上显示试样1(样本2)的图像。

[作用等]

如上所述，在该实施方式中，通过主控制器51的控制移动球面像差校正透镜28和29以校正球面像差，结果是可以自动校正球面像差。结果，与手动校正球面像差的情况相比较，提高了处理效率，另外，可以消除手动校正球面像差时所引起的不方便。

此外，在该实施方式中，主控制器51计算从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4，并且基于距离D4校正球面像差，结果可以精确地校正球面像差。

另外，在该实施方式中，有效使用了在预扫描单元31中所获取的信息(用于在高放大倍率图像获取单元21中聚焦的焦点信息，用于在z轴方向上扫描的试样1的结构信息)，结果可以计算出距离D4。结果，不需要另外将用于计算距离D4的新构件等设置到显微镜系统，这导致了成本降低。

[第一实施方式的修改例]

在第一实施方式的描述中，通过以上表达式(1)来计算从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4。然而，还可以通过除表达式(1)以外的其他方法来计算距离D4。

参照图5，例如，可以通过以下表达式(2)来计算从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4。

D4＝D3-D5    (2)

具体地，可以通过从聚光透镜27的前表面侧的前端部延伸至焦点位置的距离D3和从聚光透镜27的前表面侧的前端部延伸至盖玻片3的上表面的距离D5(第二距离)之间的差值来计算从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4。

在通过以上表达式(2)来计算距离D4的情况下，显微镜系统100另外设置有检测从聚光透镜27的前表面侧的前端部延伸至盖玻片3的上表面的距离D5的距离传感器(距离测量单元)(未示出)。

主控制器51可以从距离传感器获取距离D5的信息，并且基于例如当执行并获得在步骤108中的聚焦时的距离的信息来计算距离D4。

此外，当以这种方法计算距离D4时，可以精确地校正球面像差。

应该注意，图5示出了将聚光透镜27的前表面侧的前端部设置为距离D5的基准的情况。然而，设置为距离D5的基准的位置可以不是聚光透镜27的前表面侧的前端部。只要其为显微镜筒36侧面上的固定位置，设置为距离D5的基准的位置就可以是任何位置。

(第二实施方式)

接下来，将描述本发明的第二实施方式。

在第二实施方式中，显微镜系统100的结构和显微镜系统100的各个单元的结构与实施方式1中的基本相同。因此，将主要描述显微镜系统100的操作。应该注意，在第二实施方式和下文的描述中，通过相同的参考数字来表示在实施方式1中描述的显微镜系统100和显微镜系统100的各个单元。

图6是示出了根据第二实施方式的显微镜系统的操作的流程图。

在根据上述第一实施方式的显微镜系统100进行的处理的描述中，当预扫描单元31执行预扫描时，获取焦点信息(参见图4的步骤105)。另一方面，根据第二实施方式的显微镜系统100进行的处理与根据上述第一实施方式的显微镜系统100进行的处理不同，其不同在于，当在高放大倍率获取单元21中获取高放大倍率图像时，检测焦点位置(参见图6的步骤208)。

主控制器51判定是否从输入装置62输入了开始处理的信号(步骤201)。在输入了开始处理的信号的情况下，从容纳装置10加载试样1，并且传送至载物台41上(步骤202)。

接下来，主控制器51将载物台41移动至预扫描单元31(步骤203)，并且执行试样1的预扫描。主控制器51获取试样1的完整图像，并且通过检测完整图像的边缘，设置试样1的成像范围6(步骤204)。

接下来，主控制器51获取试样1的结构信息(盖玻片3、试样2以及显微镜载玻片4的各自的厚度)(步骤205)。应该注意，当执行预扫描时，没有获取焦点信息。

当停止预扫描时，主控制器51将载物台41移动至高放大倍率图像获取单元21(步骤206)，并且获取试样1的高放大倍率图像。

主控制器51在水平方向上移动载物台41，以将试样1移动至初始位置(步骤207)。

接下来，将TTL方式的自动聚焦用于执行聚焦。TTL方式的自动聚焦的实例包括对比度(图像锐度)方式的自动聚焦和相位差方式的自动聚焦。

在执行对比度方式的自动聚焦的情况下，主控制器51仅需要从通过第一摄像单元37所获取的图像数据中检测图像锐度，并且在图像锐度变成最大值的点处停止在z轴方向上移动载物台41

在使用相位差方式的自动聚焦的情况下，例如，将一对CCD线传感器、光瞳分离单元、半反射镜等(未示出)添加至高放大倍率光学系统22。例如，将半反射镜设置在物镜23和成像透镜24之间的光轴上，其将一部分光束引导至CCD线传感器侧。一对CCD线传感器中的每个接收在光瞳分离单元中通过将一束光分成两束而获得的光束，并且将与接收到的光量相对应的信号输出至主控制器51。主控制器51检测基于接收到的光量输出的信号的位移量，然后计算散焦量。主控制器51基于计算的散焦量在z轴方向上移动载物台41。

当结束TTL方式的聚焦时，主控制器51基于从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4计算球面像差校正透镜28和29的移动量。然后，主控制器51根据计算的移动量在z轴方向上将球面像差校正透镜28和29移动至适当位置，并且校正球面像差。

可以将以上表达式(1)和(2)的任何一个用于计算从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4。应该注意，在使用以上表达式(2)的情况下，显微镜系统100另外设置有检测从聚光透镜17的前表面侧的前端部延伸至盖玻片3的上表面的距离D5的距离传感器。

当校正了球面像差时，主控制器51通过第一摄像单元37摄取试样1的微区域5的图像，并且获取试样1(样本2)的高放大倍率图像(步骤210)。在步骤210中，在z轴方向上执行扫描的同时，可以获取多个高放大倍率图像。在这种情况下，主控制器51基于当执行预扫描时获取的试样1的结构信息，在z轴方向上扫描试样1的同时获取多个高放大倍率图像。

接下来，主控制器51判定是否存在没有被摄取图像的微区域5(步骤211)。在存在没有被摄取图像的微区域5的情况下，主控制器51在水平方向上移动载物台41以将试样1移动至下一位置(步骤212)。然后，主控制器51再次执行在步骤208至步骤210中所示的处理，并且获取试样1(样本2)的高放大倍率图像。应该注意，由于在第二实施方式中通过TTL方式对包括在成像范围6中的所有微区域5检测焦点位置，所以与对代表性区域检测焦点位置的情况相比较，在图像质量方面获得优势。

在摄取了包括在成像范围6中的所有微区域5的图像的情况下(在步骤211中的“否”)，主控制器51使进行了成像的试样1返回至容纳装置10中的初始位置(步骤213)。

接下来，主控制器51判定在容纳装置10中是否存在没有进行成像的试样1(步骤214)。在存在没有进行成像的试样1的情况下，主控制器51返回步骤202，执行在步骤202至步骤213中所示的处理。另一方面，当摄取了容纳装置10中所容纳的所有试样1的图像时，停止通过主控制器51进行的获取图像的处理。

通过以上处理也产生了与上述第一实施方式中类似的作用和效果。具体地，通过主控制器51的控制移动球面像差校正透镜28和29以校正球面像差，结果是可以自动校正球面像差。结果，与手动校正球面像差的情况相比，提高了处理效率，另外，可以消除当手动校正球面像差时所引起的不方便。

[第二实施方式的修改例]

在第二实施方式中，可以省略预扫描单元31。具体地，在第二实施方式中，在高放大倍率图像获取单元21中检测焦点位置，所以并非必须要设置预扫描单元31。

这里，在省略预扫描单元31的情况下，在步骤205中没有获取试样1的结构信息。在这种情况下，没有获取在以上表达式(1)的右侧部分中表示的距离D2(从盖玻片3的上表面至显微镜载玻片4的底面的距离)的信息。

因此，在省略预扫描单元31的情况下，使用以上表达式(2)计算用于球面像差校正的从盖玻片3的上表面至焦点位置的距离D4。

可选地，在省略预处理单元31的情况下，可以另外将厚度测量单元(未示出)设置至显微镜系统，厚度测量单元测量从盖玻片3的上表面延伸至显微镜载玻片4的底面的距离D2(试样1的总厚度)，使用以上表达式(1)计算距离D4。虽然可以将厚度测量单元设置至显微镜系统10的任何位置，但是例如，将其设置在容纳装置10中或者设置至传送装置70。主控制器51仅需要基于通过厚度测量单元所测量的距离D2通过表达式(1)计算距离D4，并且校正球面像差。

(第三实施方式)

接下来，将描述本发明的第三实施方式。

第三实施方式在高放大倍率光学系统的结构方面与上述实施方式不同。在第三实施方式中，提供了以下结构，其中，即使当移动包括在高放大倍率光学系统中的透镜并且校正了球面像差时，也可以将高放大倍率光学系统的焦点位置和成像位置之间的距离(下文中，称作物像距离)保持恒定。因此，将主要描述这点。

图7是示出了包括在根据第三实施方式的显微镜系统中的高放大倍率光学系统的示图。

如图7所示，高放大倍率光学系统81包括物镜82和成像透镜83。

分别通过透镜移动机构84和85来保持物镜82和成像透镜83，以使其可沿着光轴移动。物镜82和成像透镜83可以通过透镜移动机构84和85改变相对距离来校正球面像差。

换言之，在第三实施方式中的物镜82和成像透镜83还用作球面像差校正透镜。

物镜82在两侧上具有非球面，并且校正了物镜82的球面像差。将物镜82的焦距设置为例如200mm，将物镜82的前表面侧的前端部至焦点位置的距离设置为例如195.8mm。将物镜82的后表面侧的曲率半径设置为例如813.645mm，并将后表面侧的圆锥曲线常数设置为例如-51.05。此外，将物镜82的前表面侧的曲率半径设置为例如116.359mm，并将前表面侧的圆锥曲线常数设置为-2.5907。

例如，物镜82在物体侧的NA(数值孔径)为例如0.707，并且物镜82的厚度为例如50mm。

应该注意，物镜82的焦距、曲率半径、圆锥曲线常数、NA、厚度等的值不限于上述值，并当然可以使用其他值。

作为成像透镜83，假设为理想的薄透镜。例如，将成像透镜83的焦距设置为100mm，但是焦距不局限于此。

如上所述，虽然物镜82和成像透镜83可移动，但是例如，将基准状态下第一摄像单元37的成像表面和成像透镜83之间的距离设置为100mm。此外，在基准状态下，例如，将在成像透镜83和物镜82的后表面侧的后端部之间的距离设置为100mm。

图8是在图7中所示的高放大倍率光学系统的点示图。

如图8所示，点示图的RMS(均方根)半径为0.568μm，这基本上等于衍射极限。

接下来，将描述当移动包括在高放大倍率光学系统81中的透镜82和83、并且校正球面像差时，用于防止高放大倍率光学系统81的物像距离改变的基本概念。

图9、图10和图11是用于说明基本概念的示图。

如图9所示，将具有10mm厚度的盖玻片3插入高放大倍率光学系统81中，并且将焦点调节至盖玻片3的底面。

在这种情况下焦点位置和成像位置之间的距离(物像距离)为449.38mm(＝100mm+100mm+50mm+189.38mm+10mm)。

另一方面，在图7中所示的情况，即，没有插入盖玻片的情况的物像距离为445.8mm(＝100mm+100mm+50mm+195.8mm)。

因此，在将具有10mm厚度的盖玻片3插入高放大倍率光学系统81的情况下，与没有插入盖玻片3的情况相比较，物像距离增加了3.58mm。这是因为盖玻片3的折射率(例如，1.5的折射率)导致了焦点位置的移动。

在这种状态下物像距离发生改变。所以，为了使物像距离与没有插入盖玻片3的情况相一致，假设如图10A所示调节物镜82和成像透镜83之间的距离。具体地，将物镜82向上移动3.58mm，并且将盖玻片3向上移动3.58mm。

在这种情况下，物像距离变成445.8mm(＝100mm+96.42mm+50mm+189.38mm+10mm)，这与没有插入盖玻片3的情况的物像距离相一致。

图10B是在图10A中所示的情况的点示图。

如图10B所示，点示图的RMS半径由于球面像差的影响明显劣化，其为41μm。换言之，即使当物像距离相一致时，RMS半径也由于球面像差的影响而明显劣化。

可以通过改变盖玻片3(对象)和成像透镜83之间的距离来校正该球面像差。

图11A示出了在物像距离与没有插入盖玻片3的情况相一致并且RMS变成最小值的情况下，各个构件之间的位置关系。

如图11A所示，在将具有10mm厚度的盖玻片3插入高放大倍率光学系统81的情况下，将成像表面和成像透镜83之间的距离设置为100.064mm(将在盖玻片3的上表面和成像透镜83之间的距离设置为345.709mm)。此外，将成像透镜83和物镜82的后表面之间的距离设置为96.743mm，并将物镜82的前表面和盖玻片3的上表面之间的距离设置为188.966mm。

通过将成像透镜83、物镜82等设置为具有上述位置关系，可以在保持物像距离恒定的情况下适当地校正球面像差。

图11B是在图11A中所示的情况的点示图。

如图11B所示，适当地校正了球面像差，并且在这种情况下的RMS半径为5.79μm。

图12是示出了盖玻片3的厚度和各种参数之间的关系的表。在图12中，将盖玻片3(物体)和成像透镜83之间的距离、成像透镜83和物镜82的后表面之间的距离、物镜82的前表面和盖玻片3的上表面之间的距离以及RMS半径表示为各种参数。

图13是示出了通过对图12中所示的表绘图所获得的凸轮曲线的示图。

应该注意，图12和图13均示出了通过将具有零厚度的盖玻片3作为基准的改变量(参见图7)。

虽然图12和图13示出了盖玻片3的厚度和各种参数之间的关系，但是对于从盖玻片3的上表面延伸至焦点位置的距离D4(参见图5)与各种参数之间的关系也建立了在图12和图13中所示的关系。

通常，主控制器51可以基于通过上述表达式(1)或者(2)所计算的距离D4移动成像透镜、物镜以及载物台，以使各种参数满足在图12和图13中所示的关系。结果，可以在保持物像距离恒定的情况下适当地校正球面像差。

如上所述，在第三实施方式中，由于可以在保持物像距离恒定的情况下适当地校正球面像差，所以实现了高速并且简单的聚焦。

[第三实施方式的修改例]

在第三实施方式中，通过透镜移动机构84和85沿着光轴移动物镜82和成像透镜83这两者。然而，可以通过透镜移动机构仅移动物镜82和成像透镜83之一。另外，在第三实施方式中描述了由两个透镜82和83构成高放大倍率光学系统81的情况，但是包括在高放大倍率光学系统81中的透镜的数量可以为3个以上。在这种情况下，通过透镜移动机构沿着光轴所移动的透镜(球面像差校正透镜)的数量没有具体限制。

(各种修改例)

在上述实施方式中，当执行聚焦时，在垂直方向(z轴方向)上移动载物台41侧。然而，本发明不局限于此，可以在垂直方向上移动显微镜筒36侧。可选地，载物台41侧和显微镜36侧这两者均可以在垂直方向上相对移动。

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、子组合和变形，均应包含在本发明的权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (8)

1.一种显微镜系统，包括：

容纳单元，能够容纳多个试样；

载物台，从所述容纳单元所加载的各个所述试样置于所述载物台上；

光学系统，包括用于球面像差校正的透镜；

摄像单元，能够经由所述光学系统摄取置于所述载物台上的各个所述试样的部分图像；

移动机构，沿着光轴移动用于球面像差校正的所述透镜；

控制单元，控制所述移动机构对用于球面像差校正的所述透镜的移动，并且校正球面像差；

图像处理单元，组合通过所述摄像单元所摄取的所述部分图像并且生成合成图像；以及

显示单元，显示所生成的所述合成图像，

其中，所述控制单元移动用于球面像差校正的所述透镜，以在所述光学系统的焦点位置和成像位置之间的距离保持恒定的情况下校正球面像差。

2.根据权利要求1所述的显微镜系统，

其中，所述控制单元计算各个所述试样的上表面和所述光学系统的焦点位置之间的第一距离，并且根据所述第一距离控制所述移动机构对用于球面像差校正的所述透镜的移动。

3.根据权利要求2所述的显微镜系统，还包括：

预扫描单元，在所述摄像单元摄取各个所述试样的部分图像之前预扫描各个所述试样，

其中，所述控制单元基于通过所述预扫描单元所获得的信息计算所述第一距离。

4.根据权利要求2所述的显微镜系统，还包括：

厚度测量单元，测量各个所述试样的厚度，

其中，所述控制单元基于各个所述试样的厚度信息计算所述第一距离。

5.根据权利要求2所述的显微镜系统，还包括：

显微镜筒，包括所述光学系统；

移动单元，沿着所述光轴移动所述显微镜筒和所述载物台中的至少一个；以及

距离测量单元，测量所述显微镜筒侧的预定位置和各个所述试样的上表面之间的第二距离，

其中，所述控制单元通过控制所述移动单元执行聚焦，并且基于在获得焦点时从所述距离测量单元所获得的所述第二距离的信息来计算所述第一距离。

6.根据权利要求1所述的显微镜系统，还包括：

显微镜筒，包括所述光学系统；以及

移动单元，沿着所述光轴移动所述显微镜筒和所述载物台中的至少一个，

其中，所述控制单元通过控制所述移动单元来执行聚焦。

7.根据权利要求6所述的显微镜系统，

其中，所述控制单元执行通过透镜方式的聚焦。

8.一种显微镜系统的控制方法，包括：

从能够容纳多个试样的容纳单元加载试样，并且将所述试样置于载物台上；

通过控制移动机构来校正球面像差，所述移动机构沿着包括用于球面像差校正的透镜的光学系统的光轴来移动用于球面像差校正的所述透镜；

从能够经由所述光学系统摄取置于所述载物台上的所述试样的部分图像的摄像单元获取所述部分图像的信息；

基于所述部分图像的信息生成合成图像；以及

在显示单元上显示所生成的所述合成图像，

其中，移动用于球面像差校正的所述透镜，以在所述光学系统的焦点位置和成像位置之间的距离保持恒定的情况下校正球面像差。

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