CN102906620A - 图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

本发明的图像拾取设备包括：光源单元；照明光学系统，被配置为将来自光源单元的光引导到待照射面上；样本台，被配置为将对象放置在待照射面上；图像拾取光学系统，被配置为形成放置在待照射面上的对象的图像；图像拾取元件部，通过在图像拾取光学系统的像面上设置多个图像拾取元件来配置；以及遮光部件，被配置为减少光进入到没有设置图像拾取元件部的多个图像拾取元件的区域。

Description

图像拾取设备

技术领域

本发明涉及如下的图像拾取设备，该图像拾取设备拍摄对象（诸如待测对象）的图像以便将其显示在显示器上，并且适合用作例如用于拍摄样本的图像以便将其显示在显示器上以便被观察的显微镜。

背景技术

近来，已经提出了能够作为电子图像显示（包括在监视器上缩放）从待测对象整体到细胞组织的形状信息的数字显微镜。

专利文献1公开了连接（attach）利用高倍率和高分辨率获得的多个拍摄的图像以便形成待测对象的整体的图像的虚拟显微镜。通常，针对待测对象的整体逐一地获得具有高倍率的图像的图像拾取方法花费很多时间。在专利文献2和专利文献3中公开的显微镜系统中，虽然观察的视场较大，但是制备高分辨率的物镜。它们公开了制定图像拾取单元的配置以便以高速利用高倍率拍摄图像的方法（设备）。

通常，很难制备具有能够针对广视场来同时拍摄图像的尺寸的图像拾取元件。因此，在专利文献2和专利文献3中公开的显微镜系统中，多个图像拾取元件被设置在图像拾取单元中以便拍摄具有广视场的图像。在这些显微镜系统中，在拍摄图像时样本或者图像拾取单元在一个平面中被驱动多于一次，以便通过合成拍摄的图像来形成整体图像。因此，公开了作为图像获得从待测对象的整体到细胞组织的形状信息的显微镜系统。

引文列表

专利文献

[PTL1]日本专利公开No.2008-510201

[PTL2]日本专利公开No.2009-003016

[PTL3]日本专利公开No.2009-063655

发明内容

技术问题

当多个图像拾取元件被排列在图像拾取表面上作为这些显微镜时，样本（待测对象）的图像也被形成在多个图像拾取元件之间。通常，电气基底或者机械单元被形成在图像拾取元件之间。因此，当与样本有关的成像的光进入电气基底或者机械单元时，从电气基底或者机械单元产生反射光或者散射光。这时的反射光或者散射光可以照射其它电气基底、机械单元、图像拾取光学系统的透镜等，最后进入图像拾取元件。这时的反射光或者散射光对于拍摄样本的图像而言是不必要的光（有害光），并且使得图像质量劣化。

在显微镜系统中，强烈地期望利用高精度检测待测对象的异常的部分，并且由有害光所引起的图像质量的劣化是要解决的主要问题。

本发明提供如下的图像拾取设备，该图像拾取设备能够减少在布置多个图像拾取元件以获得和观察图像中由通过图像拾取元件之间的非图像拾取区域中的反射或者散射产生的有害光所引起的图像质量的劣化。

问题的解决方案

本发明的图像拾取设备包括：光源单元；照明光学系统，被配置为将来自光源单元的光引导到待照射面上；样本台，被配置为将对象放置在待照射面上；图像拾取光学系统，被配置为形成放置在待照射面上的对象的图像；图像拾取元件部，通过在图像拾取光学系统的像面上设置多个图像拾取元件来配置；以及遮光部件，被配置为减少光进入到没有设置图像拾取元件部的多个图像拾取元件的区域。

本发明的有利效果

根据本发明，可以获得如下的图像拾取设备，该图像拾取设备能够减少在布置多个图像拾取元件以获得和观察图像中由通过图像拾取元件之间的非图像拾取区域中的反射或者散射产生的有害光所引起的图像质量的劣化。

附图说明

图1是描述本发明的图像拾取设备的整体结构的图。

图2A是描述图1中示出的电气基底和图像拾取元件的布置的图。

图2B是描述图1中示出的电气基底和图像拾取元件的布置的图。

图3是描述图1中示出的样本单元中的待测对象的图。

图4是描述图1中示出的图像拾取单元中的待测对象的图像的图。

图5A是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图5B是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图5C是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图5D是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图5E是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图5F是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6A是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6B是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6C是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6D是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6E是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图6F是描述图1中的通过拍摄多个图像获取整体图像的图。

图7A是描述图1中的图像拾取元件和遮光部件的布置的图。

图7B是描述图1中的图像拾取元件和遮光部件的布置的图。

图8是描述设置有遮光部件的图像拾取设备的整体结构的图。

图9是描述根据图像拾取元件的布置执行照明的照明光学系统的图。

图10是描述在本发明中的具有根据图像拾取元件的布置执行照明的照明光学系统和遮光部件的图像拾取设备的整体结构的图。

图11是描述在图像拾取单元中产生模糊时的样本表面照度分布的图。

图12是描述图1中的图像拾取单元的图。

具体实施方式

本发明的图像拾取设备包括光源单元10、照明光学系统20以及样本台，所述照明光学系统20将来自光源单元10的光引导到其上设置观察对象32的待照射面上，所述样本台可在设置有观察对象的该待照射面的平面中移动。此外，图像拾取设备包括对待照射面上的对象成像的图像拾取光学系统40。另外，图像拾取设备包括图像拾取元件部（图像拾取单元）50，在该图像拾取元件部50中在图像拾取光学系统40的像面上设置多个图像拾取元件53。

然后，防止光进入其中没有设置图像拾取元件部50的多个图像拾取元件53的区域的遮光部件被设置在图像拾取元件部50的光入射侧处的区域、待照射面或者相对于待照射面共轭的平面中的至少一个上。

在本发明的图像拾取设备中，在与光轴正交的平面中的图像拾取元件部50、光接收部件60以及待照射面中的至少一个的相对位置被改变，以便拍摄待照射面上的对象的多个图像。图像拾取设备包括合成多个拍摄的图像的图像处理器61以及显示通过图像处理器61处理的图像的图像显示器62。图像拾取设备还包括存储通过图像处理器61处理的图像信息的存储单元63。

（第一实施例）

图1是在本发明的第一实施例中的使用透射式显微镜的图像拾取设备的示意图。在图1中，图像拾取设备1包括光源（光源单元）10、照明光学系统20、样本单元30、图像拾取光学系统40、以及图像拾取单元50。图像拾取设备1利用图像拾取元件53拍摄样本32的图像。

光源10发射光以便照射样本单元30的样本32，并且通过卤素灯、氙气灯、LED等被配置。照明光学系统20包括光学部件20a和20b以及反射镜25，所述光学部件20a和20b适当地使来自光源10的光的直径成形以便将其引导到样本单元30，所述反射镜25将在水平方向上行进的光学路径弯曲到垂直方向。样本单元30包括样本台31以及样本32，该样本台31可在与光轴正交的平面中移动。

在图1中，样本32被示出为仅仅包括载玻片，但是实际上它通过载玻片、待测对象、盖玻片等被一体化地配置。通过具有β倍的光学倍率的成像光学系统来配置图像拾取光学系统40，该成像光学系统被用于通过图像拾取单元50拍摄样本32的图像。样本单元30和图像拾取单元50（更详细地，样本32和图像拾取元件53）相对于图像拾取光学系统40被设置为具有物面和像面的共轭关系。

通过图像拾取单元50获得的图像由图像处理器61处理以便被显示在图像显示器62上。存储单元63存储由图像处理器61处理的图像信息、显示在图像显示器62上的图像信息等。

图像拾取单元50包括图像拾取台51、电气基底52和多个图像拾取元件53。多个图像拾取元件53如图2A和图2B中所示出地被布置在电气基底52上。

图3是描述作为观察对象的待测对象33的图。在样本32中，作为观察对象的待测对象33的图像33a由图像拾取光学系统40成像在图像拾取单元50上，如图4的虚线所指示的。多个图像拾取元件53以相对于相应的相邻图像拾取元件的间隔被设置在电气基底52上。在拍摄图像时，在样本32或者图像拾取单元50在与图像拾取光学系统40的光轴垂直的平面中被相对地驱动时拍摄多个图像，并且基于交迭的部分来连接图像以便形成样本32的整体的所拍摄的图像。

例如，在图5A到5F中，以矩阵的形式设置多个图像拾取元件53，并且每当样本32在附图中的倾斜的方向上被移位时拍摄图像，以便连接拍摄的图像。图5A到5C示出在样本32在与光轴垂直的X和Y方向上被移位了图像拾取元件53的有效尺寸的一半时图像拾取单元50中的图像拾取元件53和待测对象33的图像33a之间的关系。当在图5A的位置处拍摄第一图像时，仅仅对待测对象33的图像33a中的存在图像拾取元件53的区域离散地成像，如图5D中所示出的。随后，当样本32被移位以便在图5B的位置处拍摄第二图像时，与先前获得的图像结合地对图5E中示出的部分成像。最后，当样本32被进一步移位以便将样本32移动到图5C的位置来拍摄图像并且该图像与通过拍摄先前两个图像获得的图像交迭时，可以产生图5F中示出的图像拾取区域的整体的图像。

在本实施例中，也可以应用如下的方法，在该方法中，如图6A到6C中所示出的，以之字形布置方式设置多个图像拾取元件53，并且如图6D到6F中所示出的，每当样本32在图像拾取元件53的X方向上被移位了有效尺寸时拍摄图像以便连接拍摄的图像。在X方向上移动样本32时重复拍摄图像中，图像拾取元件53被设置为沿X方向观看时被交迭以便连接图像。

描述如在图6A到6F中示出的其中排列多个图像拾取元件53的示例。在实施例中，待观察的样本32的视场是20mm×20mm，并且光学倍率是10倍大。在该情况下，需要在图像拾取单元50中拍摄200mm×200mm的区域的图像。为了拍摄该区域的图像，考虑其中使用具有有效面积24×36mm的图像拾取元件的情况。考虑交迭部分具有作为图像拾取元件53的尺寸的20%的尺寸以便连接图像，图像拾取元件53可以被交替地布置，使得在X方向上存在八个图像拾取元件，并且相对于X方向在Y方向上存在三个或者四个图像拾取元件，如图7A中所示出的。在该情况下，真实的有效面积是在X方向上206.4mm以及在Y方向上208.8mm。在交迭部分被细微地调节从而在X方向上为22.7%并且在Y方向上为24%时，可以形成期望的图像拾取区域。

在图7A中，相对于图像拾取元件53的X方向上的长度DX以1.2DX的间距在X方向上设置多个图像拾取元件53。相对于Y方向上的长度DY以1.6DY的间距在Y方向上设置多个图像拾取元件53。在X方向上排列的图像拾取元件中的相邻图像拾取元件在Y方向上移位了0.8DY的间距。

图12是描述在该情况下的图像拾取元件53的布置的图。图像拾取元件53在X方向上具有24mm的长度并且在Y方向上具有36mm的长度。图像拾取元件53的X和Y方向上的长度分别被表示为X和Y。在该情况下，以X方向上的1.2X的间距和Y方向上的1.6Y的间距来设置图像拾取元件53。当聚焦于X方向时，M行之后的图像拾取元件被设置为位于L行的图像拾取元件的中间处，并且还被设置为与图像拾取元件之一在Y方向上交迭20%。当聚焦于Y方向时，M行之后的图像拾取元件与图像拾取元件之一交迭20%。

在图12中，通过使用X和Y来指示每个图像拾取元件的X和Y方向的位置关系。由虚线包围的区域是通过使用多个图像拾取元件获得的合成图像拾取区域。在图12中，合成图像拾取区域的尺寸如下。

X方向:8.6X=8.6×24=206.4(mm)

Y方向:5.8Y=5.8×36=208.8(mm)

在使用第一实施例的显微镜的图像拾取设备中，如图7B中所示出的遮光部件60被设置在光学路径中使得来自样本32的光仅仅进入图像拾取元件53。

在本实施例中，当遮光部件被设置在光学路径中时，该遮光部件具有通过开口部和遮光部配置的板（plate）形状，该开口部是与多个图像拾取元件接收光的有效光接收区域对应的区域，该遮光部是除开口区域以外的区域。具体地，光接收部件60包括光通过其的开口部60a和其中遮蔽光的光接收部60b。然而，由于存在根据成像次数X和Y方向反转的情况，因此可以根据图像拾取光学系统40适当地设置它。优选的是，设置遮光部件60的位置是像面（其上设置图像拾取元件53的平面）和与图像拾取光学系统40或者照明光学系统20的像面共轭的平面中的至少一个的位置。作为与像面共轭的平面，存在除图像拾取光学系统的成像面以外的成像面或者物面（其上设置样本32的平面）。如果遮光部件60的遮光部60b完全地吸收光，则该遮光部件可以被设置在像面上。当遮光部件60被设置在除像面以外的位置处时，其尺寸需要通过考虑对于图像拾取单元50的光学倍率来被确定。

例如，当遮光部件60被设置在样本单元30中时，图像拾取光学系统40的成像倍率被设定为β。在该情况下，可以设置遮光部件60的整体的尺寸、开口部60a和遮光部60b的尺寸以及开口部60a的间隔全部被放大1/β倍的遮光部件60。

通过遮光部件60减少进入图像拾取元件53的外围的光。因此，进入在图像拾取元件53的外围处提供的电气基底52的光被反射，并且被其它部件进一步反射以便减少进入图像拾取元件53的光斑（flare），并且结果图像质量的劣化被减少。

到样本32的照明光可以被设定为与图像拾取元件53对应，而不是遮蔽成像光。为了被离散地照射，遮光部件可以被设置在照明光学系统20中的与待照射面32共轭的平面上。

图8是遮光部件被提供在照明光学系统20的光学路径中时的主要部分的示意图。相对于成像光学系统24和26，样本32和平面27具有共轭关系。当共轭面27和待照射面（其上设置样本32的平面）的光学倍率是β’时，可以在共轭面27上设置具有其中遮光部件60的整体的尺寸、开口的尺寸以及开口部60a的间隔等全部被放大1/(β×β’)倍的形状的遮光部件60。

在该情况下，在样本单元30和遮光部件60中的至少一个在与光轴垂直的平面中移动时拍摄图像。可替代地，在遮光部件60和图像拾取单元50在与光轴垂直的平面中移动时也可以拍摄图像。然而，在该情况下，遮光部件60的移动量相对于图像拾取单元50的移动量是1/(β×β’)。

在本实施例中，还可以在光学路径中设置两个或更多个遮光部件。根据该配置，可以有效地减少有害光。

（第二实施例）

在使用本发明的显微镜的图像拾取设备中，照明光学系统20还可以被配置为使得在没有使用遮光部件的情况下光仅仅进入多个图像拾取元件。根据图像拾取元件的布置的照明还可以通过照明光学系统20被执行。

在图9中示出的照明光学系统中，来自光源单元10的光被准直仪21成形为平行光以便进入衍射光学元件22。通过傅里叶变换透镜23在中间像面27上对于来自衍射光学元件22的衍射光执行傅里叶变换，以便形成图像。在中间像面27上，获得可以照射根据图像拾取元件53的布置的多个矩形区域的光分布。这与遮光部件60被设置在图8的平面27上时的平面27上的光分布相同。通过将平面27的中间像面上的光学倍率设定为β’倍来照射样本单元30的样本32。该照明被设计为使得通过图像拾取光学系统40光仅仅出现到图像拾取元件53上。因此，对于拍摄图像不必要的光不进入图像拾取元件53。

在本实施例中，由于光仅仅被衍射光学元件22成形为被照射到用于拍摄图像的有效部分上，因此与使用遮光部件的情况相比，可以抑制光功率（功率消耗）。可以通过使用CG（计算机图形学）等的已知方法制作衍射光学元件22。

（第三实施例）

存在其中进入样本单元30的光由于衍射光学元件22的衍射效率、成像光学系统24和26的像差等而稍微模糊的情况。在该情况下，还可以结合第一实施例中描述的遮光部件60。在图10中示出的显微镜中，来自发光单元10的光被准直仪21变为平行光从而进入衍射光学元件22。衍射光学元件22形成照射中间像面27上的多个矩形形状的平面。成像光学系统24和26利用中间像面27的光分布照射样本32。在该情况下，如图11中所示出的，例如在样本32的照明分布中可以产生模糊。在该情况下，遮光部件60可以被设置在样本32处以便遮蔽由于模糊产生的不必要的光。然后，从样本32经过图像拾取光学系统40的光进入图像拾取单元50中的图像拾取元件53。结果，可以进一步减少对于拍摄图像不必要的光。

如上所述，在其中布置各个实施例的多个图像拾取元件的图像拾取设备中，在不设置图像拾取元件的区域上成像的光被遮蔽。可替代地，图像拾取设备被配置为不照射没有设置图像拾取元件的区域。因此，基本上不必要的光没有进入图像拾取单元。结果，由于可以抑制通过光进入额外区域上产生的反射或者散射，因此可以提高拍摄的图像的质量。此外，由于可以减少由图像拾取单元中的电气基底等上的反射所引起的影响，因此可以提高布置电线或者机械单元的自由度。

如上所述，本发明被应用于显微镜的情况被描述作为本发明的光学系统的一个实施例。在每个实施例中描述了在像面上形成照射在样本上的光的透射光的图像的透射式光学系统，但是还可以采用反射式光学系统。实施例被类似地应用于除显微镜以外的图像拾取设备。

附图标记列表

1图像拾取设备的示意图

10光源

20照明光学系统

30样本单元

31样本台

32样本

33待测对象

40图像拾取光学系统

50图像拾取单元

52电气基底

53图像拾取元件

60遮光部件

Claims (5)

1.一种图像拾取设备，包括：

光源单元；

照明光学系统，被配置为将来自光源单元的光引导到待照射面上；

样本台，被配置为将对象放置在待照射面上；

图像拾取光学系统，被配置为形成放置在待照射面上的对象的图像；

图像拾取元件部，通过在图像拾取光学系统的像面上设置多个图像拾取元件被配置；以及

遮光部件，被配置为减少光进入到没有设置图像拾取元件部的多个图像拾取元件的区域。

2.根据权利要求1所述的图像拾取设备，

其中遮光部件被设置在图像拾取元件部的光入射侧、待照射面以及与待照射面共轭的平面中的至少一个上。

3.根据权利要求1所述的图像拾取设备，

其中，遮光部件具有通过包括开口部和遮光部而配置的板形状，所述开口部是在被设置在光学路径中时与在其中多个图像拾取元件接收光的有效光接收区域对应的区域，所述遮光部是除开口部以外的区域。

4.根据权利要求1所述的图像拾取设备，还包括：

图像处理器，被配置为改变图像拾取元件部、遮光部件以及待照射面中的至少一个的相对位置，以便合成通过拍摄待照射面上的对象的多个图像获得的多个图像；以及

图像显示器，被配置为显示通过图像处理器处理的图像。

5.根据权利要求4所述的图像拾取设备，还包括存储单元，所述存储单元被配置为存储通过图像处理器处理的图像信息。

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