CN102687056B - 用于显微镜检查的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用包括传感器的数字扫描器对样本进行显微成像的方法，所述传感器包括像素的2D阵列，本发明还涉及一种执行这种方法的数字扫描显微镜。尤其提供了一种用于利用包括传感器的扫描器对样本进行显微成像的方法，传感器包括XY坐标系中的像素的2D阵列，Y轴基本垂直于扫描方向，其中，所述扫描器被布置成使得所述传感器能够对样本的斜截面成像，并且其中，所述方法包括如下步骤：激活像素的2D阵列的第一子阵列，所述第一子阵列主要在第一X坐标（X1）处沿Y轴延伸，利用所述第一像素子阵列，通过对所述样本的第一区域成像来生成第一图像。根据本发明的各方面，还提出了一种扫描器，所述扫描器执行这种方法并使用同样的2D阵列传感器实现成像和自动聚焦的目的。

Description

用于显微镜检查的传感器

技术领域

本发明涉及数字扫描显微镜领域，并且有利地应用于数字病理学领域。

具体而言，本发明涉及一种用于利用包括传感器的数字扫描器对样本进行显微成像的方法，所述传感器包括像素的2D阵列；以及涉及一种执行这种方法的数字扫描显微镜，其在本文后面也被称为扫描器。

背景技术

数字扫描显微镜通常生成样本的数字图像，所述样本诸如是放置在显微镜载玻片中的组织样本。

通常通过在整个显微镜载玻片上扫描所述样本并将不同的图像带接合在一起和/或通过叠加在不同波长测量的图像来完成这种操作。

图1示意性表示了这种显微镜载玻片的截面。它尤其包括典型厚度为1mm（毫米）的载玻片1、典型厚度为0.17mm的盖玻片2、用于固定和密封像组织层的样本4的封固剂3。样本4的厚度通常可以为大约5μm，并且对于包括样本的安装层，大约为10到15μm。

从WO 2001084209已知，数字扫描显微镜能够包括1D线传感器，也称为线扫描摄像机或线性阵列传感器。这样的传感器仅包括一条线，换言之，一行感测像素。还已知，与其他类型的传感器（例如2D阵列传感器）相比，1D线传感器能够提供更好的连续机械扫描操作、较少的接合问题，并且能够允许使用所谓的时间延迟积分（TDI）线传感器。

一般而言，这样的1D线传感器需要与高效自动聚焦系统组合，以便实现样本的优质图像，样本沿Z轴（深度方向）的位置可以改变数微米（其可能超过显微镜的聚焦深度）。应当指出的是，这种要求在这里真的很重要，尤其是因为使用这样的传感器必然要求在整个样本的图像采集期间进行大量的扫描增量，并因此涉及到扫描期间更多的聚焦调节。

就此而言，WO 2001084209公开了现有技术中最常见的解决方案，其包括生成和使用聚焦图。这样的聚焦图提供了实测的最佳聚焦位置，根据沿扫描路径的不同扫描位置用于扫描器的目标。在样本的实际图像采集之前生成聚焦图，并使其能够用于任何这样的采集过程。在采集样本图像的扫描过程期间，在内插于各实测的最佳聚焦位置之间的轨线上设置扫描器目标的聚焦位置。

发明内容

本发明的发明人已意识到，尽管提供了一些优点，但1D线传感器与基于聚焦图的自动聚焦的组合可能有若干缺点。

例如，因为如上述情况，对这样的聚焦图的需求可能限制扫描器的总处理时间（处理时间通常可以指输出样本的图像或在特定环境中输出这一样本的图像带所需的总时间），它需要至少一个在先的绘图步骤。此外，1D线传感器需要众多的聚焦调节，这可能需要使用复杂并且笨重的机械部件来获得快速并且精确的图像采集。例如，可能需要复杂并且笨重的致动器以在扫描过程期间调节目标的聚焦位置。

此外，由于聚焦误差的原因，有时会使扫描过程自身变得更为复杂。例如，有时需要对同一样本区域执行多次采集。

于是，本发明的目的是提供一种新的方法和一种新的数字扫描器，其克服了上述问题。

就此而言，根据本发明的第一方面，提供了一种用于利用包括传感器的扫描器对样本进行显微成像的方法，所述传感器包括XY坐标系中的像素的2D阵列，Y轴基本垂直于扫描方向，并且其中，扫描器被布置成使得所述传感器能够对样本的斜截面成像。

更确切地说，这种方法包括如下步骤：

a）激活像素的2D阵列的第一子阵列，所述第一子阵列主要在第一X坐标沿Y轴延伸，以及

b）通过利用像素的第一子阵列对样本的第一区域成像来生成第一图像。

这里应当指出，“基本”意指Y轴优选与扫描方向成90°的角度，但也可以使用稍微不同的角度。实际上，这一角度应当使得扫描期间由单排像素扫掠的面积尽可能大。最优情况可以实现最大的扫掠面积，并从而在Y轴精确垂直于扫描方向时，可以获得扫描显微镜的最高处理量。然而，其他设计考虑可能导致相当大偏离。具体而言，可能合理的是选择60和120度之间的范围中的角度。实际上，这样的范围仍然提供了扫描器最大处理量至少87%的处理量（相对处理量等于余弦（90-60））。

于是，根据本发明，令2D阵列传感器通过利用其感测区域的有限选择（子阵列）充当x线传感器（这里字母“x”是指整数，下文将看出，低于2D阵列传感器中的数的总线）。换言之，令2D阵列传感器模拟x线传感器的功能和操作。稍后将明了，在可以由这种传感器对样本截面进行成像的扫描器布置中使用这种模拟的x线传感器，实现了各种优点，诸如克服了上述问题。此外，为扫描成像系统提供了扫描期间聚焦深度的高效率变化。

在本发明的优选实施例中，x线传感器是1D线传感器。第一子阵列于是包括一条线的像素。如果将其用在扫描过程中，在扫描期间定期调节线的X位置，以更新扫描器确定该线将是焦点对准（in focus）的位置。在优选实施例中，同时使用将其中的第一子阵列用于例如充当1D线传感器的2D阵列传感器来从样本的更大聚焦范围提取信息，以便确定针对模拟的线传感器的期望聚焦位置。通过这种方式，为扫描成像系统提供了在扫描期间聚焦深度的高效率自动聚焦和高效率变化。具体而言，单个2D阵列传感器同时充当1D线传感器和自动聚焦系统的聚焦检测器。“同时”表示在精确相同的时间采集图像和聚焦信息，或者以交织的方式以充分高的占空比采集它们。

本发明的其他实施例如下：

-该方法还包括如下步骤：

·扫描样本，

·激活像素的2D阵列的第二子阵列，所述第二子阵列主要在不同于第一X坐标的第二X坐标沿Y轴延伸，

·通过利用像素的第二子阵列对样本的第二区域成像来生成第二图像；

-该方法还包括通过组合第一图像和第二图像来构建样本的合成图像的步骤；

-该方法还包括提供第一坐标的步骤；

-该方法还包括确定第一X坐标以使得第一子阵列能够在预定聚焦条件（predetermined focus）下提供第一图像的步骤；

-该方法还包括确定第一X坐标和第二X坐标以使得第一子阵列和第二子阵列能够在基本相等的聚焦条件下提供第一图像和第二图像的步骤；

-该方法还包括：

·利用所述传感器的2D阵列的像素的预定子集对样本的第二区域成像，所述子集不同于像素的子阵列，

·从这一图像导出聚焦信息，以及

·根据所述聚焦信息确定第一X坐标；

-该方法还包括激活像素的预定子集以使的所述预定子集主要沿X轴延伸且具有矩形形状；

-像素的子集可以分布在像素的2D阵列中的至少两个相异区域上；

-假设所述样本具有一定厚度，所述方法包括：提供与所述厚度之内像素的第一子阵列能够在预定聚焦条件下对样本进行成像的深度相关的信息的步骤，以及根据这种深度信息确定第一X坐标的步骤；

-所述预定聚焦条件可以对应于最佳焦点对准；

-样本的截面可以相对于扫描方向是倾斜的；

-扫描器可以包括样本保持架，样本保持架包括保持表面，并且其中，像素的2D阵列可以基本位于相对于所述保持表面成倾角的平面中；

-可以控制2D阵列传感器以通过激活第一子阵列，使得所述第一子阵列沿Y轴包括少于三排像素，并且优选仅包括一排像素，来模拟1D线传感器；或者通过激活第一子阵列，使得所述第一子阵列沿Y轴在每个级（stage）中包括少于三排像素，并且优选仅包括一排像素，来模拟1D N级TDI传感器；

根据本发明的另一方面，提供了一种执行本发明的方法的扫描显微镜。

附图说明

在阅读作为非限制性范例并参考附图给出的本发明的如下具体描述后，本发明的这些和其他方面和优点将变得更加明显，在附图中：

-已经论述的图1示意性图示了组织玻片组件的截面；

-图2示意性图示了根据本发明的实施例的扫描显微镜；

-图3示意性图示了在本发明的扫描显微镜中所使用的传感器的像素的2D阵列；

-图4示意性图示了组织玻片组件和本发明的扫描显微镜的2D阵列的投影；

-图5示意性图示了所述投影在两个不同位置与组织层相交的两种情况；

-图6示意性图示了像素的2D阵列，并且尤其示出了根据本发明的实施例的像素的子集；

-图7图示了表示根据本发明的实施例的方法的步骤的框图；

-图8示意性图示了像素的2D阵列，并且尤其示出了根据本发明的实施例的像素的子集；

-图9示意性图示了本发明的使用TDI原理的实施例。

具体实施方式

图2中图示了根据本发明的实施例的扫描显微镜。

这种扫描器被布置用于对样本（例如未示出的组织层）进行成像，样本可以放置在载玻片10与盖玻片11之间。

这种显微镜载玻片被放置在图中未示出的样本支架的保持表面上。

如在现有技术中可能已知的，沿着成像路径P并从显微镜载玻片开始，扫描器具体可以包括显微镜物镜20（通常由多个透镜20a、b和c制成）、用于遮挡来自组织样本的未散射的反射光的光阑21、管透镜23和传感器24。

传感器24包括像素的2D阵列，在本文也称为像素的矩阵。这种传感器通常是CMOS成像传感器。

如从图2可以看出的，像素的矩阵相对于显微镜物镜透镜的光轴O倾斜。

扫描器还包括控制模块25，其用于控制扫描器的操作过程，并且尤其是用于控制对样本成像的扫描过程。控制模块通常包括处理器，例如FPGA（现场可编程门阵列）或DSP（数字信号处理器）。

如现有技术中已知的，通过利用所谓的反射或透射模式的光源，光斑能够辐照组织层中的区域。这一斑点反射或透射的光穿过显微镜物镜透镜、光阑、管透镜行进，并且被投影到传感器的感测区域，即像素的2D阵列的感测区域上并被其探测到。

本文在后面将使用例如图3中所示的非笛卡尔坐标系XYZ，其中，矩阵表面在平行于X轴和Y轴的平面上延伸，并且其中，Z轴可以垂直于X轴和Y轴。

本领域技术人员应当明白，因为像素的矩阵处于上述倾斜配置中，投影到这一矩阵上的是样本（例如组织层）的斜截面的图像。这里可以指出，可能优选的是，投影到这一矩阵上的图像相对于扫描方向充分倾斜，以确保来自中心图像平面周围的充分大范围深度的样本图像信息被投影到像素矩阵上。在本文中，中心图像平面是指被成像对象中平行于扫描方向和Y轴的平面。中心图像平面在样本中所处的位置使得，从在沿X轴最接近像素矩阵中心的位置X处被定义为例如像素的单实线（沿像素矩阵的Y轴延伸）的子阵列拍摄后续图像将会生成这个中心图像平面的图像。

现在参考图3，图示了传感器的倾斜像素矩阵的示意图。

仍然是为了进行非限制性例示，由方形表示矩阵的每个像素，例如像素30，并且图3示出了这一矩阵的总表面。

可以看出，矩阵表面在平行于X轴和Y轴的平面上延伸。换言之，矩阵具有沿坐标系的两个轴X和Y延伸的两个维度（X、Y），并且其分别包括多排（或换言之，线）和多列。

应当指出的是，轴Z可以平行于光轴O，并且在提到例如深度时，将尤其用于如下情况。

此外，XYZ坐标系也可以是笛卡尔或非笛卡尔坐标系。结果，扫描器的扫描方向可以垂直于Z轴。然而，在其他实施例中，光轴可以垂直于像素矩阵。在这种情况下，样本的平移可能不平行于XY平面，因此在像素矩阵上对样本相对于扫描方向的斜截面进行成像。

根据本发明的方法的实施例，控制模块25激活传感器的像素矩阵之内在特定坐标（例如图3中的X1）的像素的第一子阵列31（图3中的阴影部分）。

应当理解，与本发明意义上的矩阵相比，子阵列应当包括显著更少数量的像素。优选地，子阵列的表面应当表示矩阵的总表面的小于一半。更优选地，子阵列的表面应当表示矩阵的总表面的小于四分之一。

另外，应当理解，主要沿Y轴延伸的子阵列应当表示列数显著大于行数。优选地，这样的子阵列包括一排的所有像素，并且包括矩阵的总排数的小于三分之一。更优选地，子阵列包括一排的所有像素并且包括少于三排。更优选地，子阵列包括一排的所有像素并且仅包括一排。这样的配置被表示为图3中的非限制性范例。

回到根据上述根据实施例的方法，像素的子阵列对从样本投影的光敏感并因此对其进行探测。

然后控制模块生成所述截面的第一区域的第一图像。

为了构建更大区域的图像，可以在相对于显微镜载玻片扫描传感器的同时重复上述步骤。在这种情况下，在每个扫描位置，指定并激活新的子阵列，并生成样本截面中每个新区域的新图像。然后，从这些图像的组合，可以生成更大区域的图像并称为合成图像。

可以通过各种方式提供并确定要激活的子阵列的X坐标，例如X1（参见图3）。

根据实施例，可以相对于聚焦信息确定坐标。

就此而言，在优选实施例中，扫描器利用如上所述同样的2D阵列传感器，用于进行成像和连续自动聚焦。

“连续”表示在扫描过程期间即时测量和控制自动聚焦。

本实施例的扫描器能够获得聚焦信息、要激活的子阵列的坐标，以便能够在预定聚焦条件（例如，预定量的失聚焦或精确聚焦）下生成图像，并利用相同的2D阵列传感器生成这一图像。

本实施例能够依赖通过参考作为非限制性范例提供的图4做出的观测。

这幅图再次图示了具有玻璃载片51的显微镜载玻片、盖玻片52和包括组织层54的封固剂53。

再次呈现了与传感器相关联的坐标系XYZ，但同时还有与总体扫描器相关联的新的非笛卡尔坐标系X'YZ。

假设传感器相对于保持架的表面（理想情况下为水平表面）成倾斜角β'，那么轴X和X'彼此成同样角度β'。

出于说明性的目的，这幅图进一步呈现了传感器的像素的2D阵列到显微镜载玻片中的投影55。这一投影对应于传感器实际可以从这一显微镜载玻片探测到和成像什么。

如前所述，2D阵列传感器能够生成样本的斜截面的图像；该截面实际对应于投影55。

这一斜截面55在位置（例如参见相交I或位置540）与组织层54相交。显然，这一相交尤其取决于组织层相对于显微镜物镜透镜焦平面的轴向位置。这尤其是因为，如图4所示，组织层54在扫描方向上的深度位置（沿Z）是不均匀的。

能够导出，因为可以将整个斜截面的图像投影到2D阵列传感器上，所以包括组织层54的这一截面将始终是传感器的2D阵列中的一些像素处，即在能够对相交I成像的像素处的焦点上。

如图5a中作为范例图示的，组织层54距盖玻片52越近，相交的位置越偏向2D像素阵列的左侧（参见相交58）。

注意在图5中，左是指与矢量X平行并且相反的方向。

相反，如图5b中所示，组织层54距载玻片51越近，相交的位置越偏向2D像素阵列的右侧（参见相交59）。

结果，通过确定像素的矩阵之内的相交的位置，例如坐标，能够确定应当激活哪一像素子阵列，以便对焦点对准的对应样本区域成像。

于是，可以看出，扫描器能够使用同一2D阵列传感器进行连续自动聚焦以及成像。

在本发明的实施例中，利用传感器的2D阵列之内选择的固定数量的像素进行扫描显微镜的自动聚焦。

为了清楚起见，根据本发明，将由像素子集指定用于自动聚焦的像素，而上文定义的子阵列将指定用于成像的像素。

根据定义，子集和子阵列可能彼此显著不同，尤其是对于像素的相应数量或位置而言。然而，它们两者都能够在矩阵区域之内交叠。当然，可能存在这样的情况：被成像的样本区域处于子阵列可以与子集重合的深度上。然而，这种状况可能是例外，两者之间的像素内容可能至少有细微的差异。

图6图示了根据本实施例的子集的第一范例。在矩阵中，这一子阵列分布在三个相异区域100、200、300中。子集的三个对应的部分101、201和301均具有矩形形状，通过激活2列像素，沿着矩阵的整个X维度延伸。

这样的配置可用于如下方法中。

参考图6和7，在步骤700中激活像素的子集101、201、301。

在步骤701中生成与子集的三个部分对应的样本三个区域的图像。

在步骤702中从这幅图像导出聚焦信息。例如，控制模块25确定子集的哪个（些）像素已经能够拍摄焦点对准的图像并导出对应的（一个或多个）排。

可以通过本领域技术人员容易认识的各种方式进行这种确定。例如，可以使用一种算法来分析由子集生成的图像，并确定聚焦特性。例如，控制模块可以执行算法，所述算法分析这幅图像中的锐化度，以确定子集的每个像素处的聚焦特性。由于可以在X维度和Y维度上定义排，所以扫描器知道相关像素的对应的（一个或多个）X坐标。

然后指定像素子阵列进行成像。在图6的非限制性范例中，指定的子阵列401形成包括四条线的像素的矩形。因此，可以提供四个X坐标。或者，可以提供单个坐标。这一坐标可以允许扫描器通过任何预定义的关系导出其他三个坐标。例如，单个坐标可以对应于子阵列的宽度的中心处或最接近该中心处的位置。

一旦指定了子阵列，该方法还包括激活它的步骤703。

在步骤704中，生成样本中与子阵列能够成像的区域对应的区域的第一图像。

可以在用于对样本的更多区域成像的扫描过程中重复这种方法，通常用于对样本的整个表面成像。

在这种情况下，可以根据扫描方向X'并相对于样本来移动传感器。然后可以再次执行步骤700到704。如上所述，尽管在扫描过程期间样本与传感器之间的距离是变化的，但子阵列沿着矩阵的X维度相应地移动到出现相交I的坐标处，由此保持样本处于期望的聚焦状况。在现有技术中还知道生成和组合额外的图像，以获得样本的合成图像。

可能不必在扫描的每个位置处执行步骤700到702。相反，有些位置可能仅执行步骤703和704。在这种情况下，最后指定的子阵列可以再次用于成像。这里，不针对生成的每幅图像执行步骤700到702的优点在于，使用较少的可用传感器带宽来获得聚焦信息，留下更多带宽用于图像的实际采集，实现扫描器的更高处理量，然而代价是对期望聚焦位置的变化跟踪更慢。

根据本发明的实施例，在整个扫描过程期间子阵列的排数是固定的，例如1排用于模拟1D线传感器，或稍多的排用于扩大感测区域（图6示出了子阵列宽度固定为4排的范例）。

或者，在扫描过程期间可以动态地设置排数。

作为非限制性范例，这一数字可以根据子集中已经被确定能够在预定聚焦条件下（例如在焦点对准时）提供图像的排数而不同。于是，在一些情况下，在扫描期间子阵列的宽度可以不同。

在实施例中，可以设置扫描器以令子阵列的形状符合所述相交I的形状。因此，在这些实施例中，子阵列的形状可以是任何形状，诸如弯折的、弯曲的。

此外，在所述备选方案中，可以定义子阵列的最大排数。根据本发明的实施例，可以使用其他子集配置。

作为非限制性范例，图8示出了子阵列800以及主要沿与子阵列相同方向，即垂直于扫描方向X'延伸的像素子集。更确切地说，在形成由附图标记801到804指定的四个部分的四个相异区域中分布子集。这些部分是成对配置的。在同一X坐标处定位一对。具体而言，第一对801、802被定位在坐标X1处，并且第二对803、804被定位在坐标X2处。在每对中，一部分（801或803）包括一排7个像素，而一部分（802或804）包括一排6个像素。

当然，本领域技术人员应当认识到，根据一般经验，子集的配置可以对应于允许传感器作为自聚焦子阵列传感器那样功能的任何可想到的形状。作为范例，该形状可以是圆形、曲线、弯折等。

根据本发明的实施例，子集可以在扫描过程期间改变。例如，可以在第一扫描位置处使用图8中的坐标X1和X2，并且可以在第二扫描位置处使用坐标X3、X4。通过这种方式，如图8的右侧箭头所示，可以在矩阵的维度X上扫描子集。

现在将描述实施例的第一详细实施方式。

在这种实施方式中，再次通过使传感器相对于保持表面倾斜角度β'实现向传感器2D阵列上投影样本的斜截面。

再次参考图4，自动聚焦系统的深度范围Δz'_tot可以充分大，以实现其他参数的理想设置。

假设传感器沿X轴具有N_x个像素，沿这一轴的像素尺寸为b。还假设传感器沿Y轴具有N_y个像素。再次想到，扫描方向（沿X'轴）与X轴形成角度β'。

由于传感器倾斜角度β'，由下式给出横向和轴向采样：

Δx=bcos β′

Δz=bsinβ′

由下式给出在组织玻片处的横向和轴向采样：

Δx'=Δx/M

Δz'=nΔz/M²

其中，M是放大率，n是组织玻片的折射率。

在对象处的轴向采样现在遵循下式：

${\mathrm{\Δz}}^{\′}=\frac{\mathrm{n\Δz}}{{(\mathrm{\Δx}/{\mathrm{\Δx}}^{\′})}^2}=\frac{\sin {\mathrm{\β}}^{\′}}{{\cos }^2{\mathrm{\β}}^{\′}}\frac{n{\mathrm{\Δx}}^{\′2}}{b}$

由于有N_x个像素，总深度范围是：

${{\mathrm{\Δz}}^{\′}}_{\mathrm{tot}}=N_x{\mathrm{\Δz}}^{\′}=\frac{\sin {\mathrm{\β}}^{\′}}{{\cos }^2{\mathrm{\β}}^{\′}}\frac{N_x\mathrm{n\Δ}{x}^{\′2}}{b}$

因为可以将传感器用于图像采集以及用于聚焦检测，所以由扫描器的期望分辨率确定采样间隔（即，对象空间中的像素尺寸）。

针对“40X”扫描器给出了范例，其具有0.5μm的分辨率。

这一范例对应于0.25μm的采样间隔（即像素尺寸）。

于是，对于40X扫描器，对象空间中的像素尺寸（即，投影在尺寸为b的单个物理像素上的图像尺寸）可以是x=0.25μm。

在原理上，CMOS或CCD图像传感器上的像素尺寸可以自由选择。在底部尺寸方面，其可能受到光刻方法的最小特征尺寸限制，而在上方尺寸方面，由总体传感器尺寸限制，给定一定的分辨率和像素尺寸，这仍然是有成本效率的。当前，仍然能够实现可承受的性能良好的传感器的CMOS图像传感器的像素尺寸b的实际值可以是5μm。

这意味着，对于40X扫描器，放大倍数M等于20。

假设折射率n等于1.5，这导致对象空间Δz中轴向采样大约是Δz'的267分之1。

为了允许传感器有实际10μm的工作深度范围，可以倾斜传感器以覆盖图像空间中2.7mm的范围。

因为传感器表面的反射增大，并且像素的光敏区域可能有些陷入衬底中，传感器的倾角可以优选小于20度，并且优选甚至在10度左右。

如果传感器在x方向的尺寸大约为16mm，倾斜10度的传感器可以覆盖图像空间中2.7mm的深度范围，并于是覆盖对象空间中10μm。

这可以表示N_x=3200像素，其获得大约3.3nm的轴向采样间隔Δz'。

在这比需要的高得多的情况下，考虑40X显微镜大约1μm的典型景深，增大传感器在X方向上的像素的间隔可能是实际的选择。

尺寸必须保持相同，因为它决定显微镜的分辨能力（MTF）。

根据第二详细实施方式，通过向扫描显微镜上增加光学器件在传感器上投影组织样本的斜截面。

这种器件被配置成使得从样本中的点到传感器上像素区域的光程长度用于对这一点成像，根据沿扫描方向的位置线性地变化。增加这种器件的效果是传感器上投影的图像聚焦深度也根据沿扫描方向的位置线性变化。

因此，使用这样的器件实现了与上文在第一实施方式中提出的倾斜传感器同样的效果。

在示范性实施例中，所述光学器件放在光路中的棱镜。例如，可以将棱镜25放置在从样本开始的光路中恰好在传感器前方。而且，可以将棱镜放置在传感器附近或与传感器直接或间接接触。

这里可以指出，根据这一第二实施方式，扫描器可以被布置成使得轴Z垂直于轴X、Y和X'。

当然，本发明不限于上述实施例。

例如，可能希望通过仅执行一个扫描步骤来使用本发明的扫描器，以便仅得到特定区域的单幅第一图像（无合成图像）。

作为非限制性范例，可能有病理学家以第一分辨率得到整个组织样本的初始图像的情况。

可以由本发明的扫描器或由另一个有或者没有倾斜布置的扫描器事先采集这一初始图像。

可能已经由另一位从业者利用任何通信系统（诸如内部网、因特网或任何其他通信网络）向此人传送了初始图像。

通过分析初始图像，病理学家可能希望观看样本的特定区域中的一些细节。

因此，通过确定这一区域，可以通过用户界面向本发明的扫描器提供信息，从而采集这一特定区域的新的图像。

可以通过各种形式提供所述信息。

例如，病理学家可能能够直接输入扫描的位置和/或生成新图像必须要激活的子阵列的坐标。扫描器然后可以相对于在正确位置处的组织样本移动传感器，在矩阵中的所述坐标处激活子阵列，并以期望的分辨率生成特定区域的图像。

或者，利用鼠标、跟踪球等，可以选择扫描器显示器上示出的初始图像的特定区域，并且控制模块可以将这一信息转换成针对相关子阵列的扫描位置和坐标。

也可以通过从存储介质检索信息来提供坐标，所述存储介质诸如是闪速存储器、紧致盘或数字视频盘。例如，扫描器可以检索已经由例如本发明的扫描器生成的电子文件。这种文件可以包括用于确定事先用于生成初始合成图像的所有扫描位置和子阵列的信息。在病理学家在扫描器中输入其希望取回的特定区域的信息时，扫描器能够从文件中包含的信息导出要在（一个或多个）相应扫描位置处指定/激活的（一个或多个）扫描位置和（一个或多个）子阵列。

一旦从扫描器知道了（一个或多个）子阵列的（一个或多个）坐标，控制模块就相对于所述（一个或多个）位置处的样本移动传感器，激活这个（些）子阵列，并生成图像。

这样的原理可以应用于本领域技术人员将容易认识的很多其他范例。

例如，病理学家可以考虑初始图像中的特定区域未很好地对准焦点，并且他可能希望再次采集这一区域。再次，此人可以向扫描器输入信息，从而能够确定要激活的（一个或多个）扫描位置和/或（一个或多个）子阵列。

作为另一范例，病理学家可能希望获得样本（沿Z轴）中特定深度处样本的特定区域的图像。作为输入信息，病理学家可以提供期望的深度，并且扫描器可以导出要激活的（一个或多个）扫描位置和/或（一个或多个）子阵列。

应当指出的是，在事先形成初始图像的情况下，扫描器可能需要调节若干内部参数，以便确认在相同条件下对特定区域成像。例如，如果利用具有不同倾角，甚至具有不倾斜配置的扫描器生成初始图像，本发明的扫描器可能需要考虑这种情况。

就此而言，本领域技术人员将能够确定要做出的调节，因为这属于他的普通技能。

根据其他方面，本发明的原理，并且尤其是上述原理，能够有利地调整使用TDI（时间延迟积分）传感器。

于是在本发明的实施例中，指定子阵列，使其组成1D线TDI扫描器的N级（N为整数）。

作为非限制性范例，可以容易地调整参考图6描述的实施例，使得指定子阵列401的四条线构成四个级，每级均有一条线。

图9中示出了根据这样的实施例使用TDI的更详细范例。在本图中，在像素矩阵中指定了四个TDI级（例如90A、91A、92A、93A）的三个块BA、BB、BC。

注意，TDI块是指总体像素矩阵的子阵列，其充当功能TDI单元。

尽管不是强制性的，可以分别在块A、B和块B、C之间进一步界定间隙G1和G2。间隙是指矩阵上未定义光敏像素的区域或者不能激活像素的区域。

本领域技术人员将以明显的方式导出可以如何操作根据这种实施例的TDI传感器。在这里将通过非限制性范例描述一些实施例。它们全都适用于两种主导成像传感器类型，即CCD和CMOS图像传感器。对于CCD图像传感器，通常在模拟域中通过从一组像素向另一组像素拷贝电荷来执行TDI动作。对于CMOS图像传感器，通常在数字域中通过将一组像素的数字值加到另一组像素的数字值来执行TDI动作。然而，数字和模拟TDI都能够应用CCD和CMOS中的任一种。

在本文的其余部分中，将TDI动作描述为像素值传递，如果采用模拟的TDI，其被理解为模拟的电荷传递，而如果采用数字TDI，其被理解为像素值传递。

返回到图9的范例，在传递像素值的同时，进一步相对于显微镜载玻片将传感器移动到扫描位置。在图9的范例中，将假设TDI动作向上工作，样本相对于传感器的平移也是向上进行的。

级90A（优选包括完整像素线的级）开始于针对每次曝光的0像素值，来自级93A的像素值构成每次曝光之后方框A中的最终图像。

在完整的TDI周期期间跟随样本图像的单条线时，现有技术中已知的过程如下：在时间t=0的曝光期间，由传感器拍摄样本的图像。在t=1的下一次曝光时，平移样本，使得在t=0时投影在级90A上的样本图像的一部分现在投影在级91A上。在t=0和t=1的曝光之间，将级90A中的像素值拷贝到级91A。在t=1的曝光期间，将级91A上曝光获得的像素值加到从t=0的级90A曝光获得的已有值。级91A中的值现在是t=0时级90A曝光和t=1时级91A曝光获得的像素值之和。在t=1和t=2的曝光之间，将级91A中的像素值拷贝到级92A。在t=2的曝光期间，将级92A上曝光获得的像素值加到从t=0的级90A的曝光加上t=1的级91A的曝光获得的已有值。级92A中的值现在是t=0时级90A的曝光、t=1时级91A的曝光和t=2时级92A的曝光获得的像素值之和。在t=2和t=3的曝光之间，将级92A中的像素值拷贝到级93A。在t=3的曝光期间，将级93A上曝光获得的像素值加到从t=0的级90A的曝光加上t=1的级91A和t=2时级92A的曝光获得的已有值。级93A中的值现在是t=0时级90A的曝光、t=1时级91A的曝光、t=2时级92A的曝光以及t=3时级93A的曝光获得的像素值之和。因为沿着与TDI动作相同方向和相同速度在传感器上方平移样本的图像，在本范例中，已经对样本上相同区域进行了四次相等曝光。这等价于四倍长曝光时间，而不会减慢样本的平移并且不会引入额外的运动模糊。

以上描述也适用于任何其他块，诸如块BB和BC。

应当指出的是，在这样的实施例中，TDI块的四个级能够拍摄在同样聚焦条件下相同区域的图像。

因此，每个TDI块的级可以使得它们与样本分开大致相同距离。

例如，返回参考上述第一详细实施方式，可以为每个块使用四个级。于是，TDI块的每个都可以由彼此相邻定位的四条线的像素构成，像素间距与像素尺寸b的尺寸相同。这里应当指出，间距可以指两个相邻像素的中心之间的距离。每个TDI块可以间隔开比间距更大的间隙距离。间隙距离决定着传感器的深度定位的Z分辨率。具有较大间隙同时使每个TDI块的个体像素更靠在一起可能是有利的。通过这种方式，能够不使用过多像素获得较大的Z范围，因为每个TDI级的个体级彼此更接近。结果，它们在类似深度采集，并从而由于一个或多个级的散焦，减小了图像软化。当然，也可以不使用间隙，并使TDI块是连续总体像素矩阵的子阵列。

考虑到在上文描述的这一第一详细实施方式中给出的参数数字，本领域技术人员将容易导出，TDI传感器的四个级在组织层中大致相同深度成像，即在3.3nm的大约四倍范围之内成像。

仍然在实施方式的本范例中，对于10μm的期望深度范围，实际选择可以是一百（100）组TDI块，每个块包含4个TDI级。这四个连续的级可以是20μm宽，而间隙将是140μm宽。在沿着传感器的X方向有400个像素的情况下，可以利用100nm的精确度设置和分析聚焦位置，这仍然比本范例中40X扫描器典型1μm的景深显著少。

任选地，可以使用间隙放置针对不同颜色（例如R、G、B）的TDI块。可以白色照明，在传感器的不同TDI级上或前方具有不同色彩滤波器。也可以使用没有色彩滤波器的传感器。在这种情况下，可以使用连续的色彩照明以便获得全色图像。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、公开和权利要求，本领域技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现其他变化。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施的简单事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (20)

1.一种用于利用包括传感器的扫描器对样本进行显微成像的方法，所述传感器包括XY坐标系中的像素的2D阵列，Y轴基本垂直于扫描方向，其中，所述扫描器被布置成使得所述传感器能够对所述样本的斜截面成像，并且其中，所述方法包括如下步骤：

·激活像素的所述2D阵列的第一子阵列，所述第一子阵列主要在第一X坐标(X1)处沿所述Y轴延伸，

·通过利用像素的所述第一子阵列对所述样本的第一区域成像来生成第一图像，

其中，所述方法还包括如下步骤：

·利用所述传感器的所述2D阵列的像素的预定子集对所述样本的区域成像，所述子集不同于像素的所述子阵列，

·从这幅图像导出聚焦信息，以及

·从所述聚焦信息确定所述第一X坐标(X1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括如下步骤：

·扫描所述样本，

·激活像素的所述2D阵列的第二子阵列，所述第二子阵列主要在不同于所述第一X坐标(X1)的第二X坐标(X2)处沿所述Y轴延伸，

·通过利用像素的所述第二子阵列对所述样本的第二区域成像来生成第二图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其包括通过组合所述第一图像和所述第二图像来构建所述样本的合成图像的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其包括提供所述第一X坐标的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其包括确定所述第一X坐标(X1)以使得所述第一子阵列能够在预定聚焦条件下提供所述第一图像的步骤。

6.根据权利要求2所述的方法，其包括确定所述第一X坐标(X1)和所述第二X坐标(X2)以使得所述第一子阵列和所述第二子阵列能够在基本相等的聚焦条件下提供所述第一图像和所述第二图像的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其包括激活像素的所述预定子集以使得所述预定子集主要沿X轴延伸且具有矩形形状的步骤。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，像素的所述子集分布在像素的所述2D阵列中的至少两个相异区域上。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样本具有一定厚度，并且所述方法包括：提供与所述厚度之内像素的所述第一子阵列能够在预定聚焦条件下对所述样本成像的深度(Z)相关的信息的步骤，以及根据这种深度信息确定所述第一X坐标(X1)的步骤。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定聚焦条件对应于最佳焦点对准。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样本的所述截面相对于所述扫描方向是倾斜的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描器包括样本保持架，所述样本保持架包括保持表面，并且其中，像素的所述2D阵列基本位于相对于所述保持表面成倾角的平面中。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，控制2D阵列传感器以通过激活所述第一子阵列，使得所述第一子阵列沿所述Y轴包括少于三排的像素，来模拟1D线传感器，或者通过激活所述第一子阵列，使得所述第一子阵列沿所述Y轴在每个级中包括少于三排的像素，来模拟1D N级TDI传感器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一子阵列包括仅一排像素。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一X坐标定期调节到1D线将焦点对准的更新的位置。

16.根据权利要求1所述的方法，使得沿X轴移动所述第一子阵列，其中，在所述斜截面与所述样本之间出现相交I，由此保持样本处于期望的聚焦条件。

17.一种用于对样本成像的扫描显微镜，其被配置成执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。

18.一种用于对样本的斜截面成像的装置，其包括：

传感器，其包括XY坐标系中的像素的2D阵列；

控制模块，

其中，所述控制模块被配置成激活像素的所述2D阵列的第一子阵列，所述第一子阵列主要在第一X坐标(X1)处沿Y轴延伸，并且

其中，所述控制模块被配置成通过利用像素的所述第一子阵列对所述样本的第一区域成像来生成第一图像，

其中，所述控制模块被配置成利用所述传感器的所述2D阵列的像素的预定子集对所述样本的区域成像，所述子集不同于像素的所述子阵列，

其中，所述控制模块被配置成从这幅图像导出聚焦信息，并且

其中，所述控制模块被配置成从所述聚焦信息确定所述第一X坐标(X1)。

19.根据权利要求18所述的装置，

其中，所述控制模块被配置成激活像素的所述2D阵列的第二子阵列，所述第二子阵列主要在不同于所述第一X坐标(X1)的第二X坐标(X2)处沿所述Y轴延伸，并且

其中，所述控制模块被配置成通过利用像素的所述第二子阵列对所述样本的第二区域成像来生成第二图像。

20.根据权利要求18所述的装置，

其中，所述控制模块被配置成确定所述第一X坐标(X1)以使得所述第一子阵列能够在预定聚焦条件下提供所述第一图像，并且

其中，所述预定聚焦条件对应于最佳焦点对准。