JP2002539497A - カラー画像合成用の色補正のない光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 物体から放出されるような電磁スペクトルの異なる部分を、個別の像として個別に取り込む（取り込む）顕微鏡を含んだ光学システム用の像処理システム。個別の像の各々は、個々に焦点合せされ、他の像と位置合せされて、合成像を生成する。一実施形態では、異なる部分は赤、緑、および青に対応し、合成像はアイピースを必要としないでモニタとして使用者に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、物体から電磁放射を受け取り、この電磁放射を変更し、この変更さ
れた電磁放射を物体の像として放出する対物レンズと、対物レンズによって放出
された像の変更された電磁放射の複数の周波数帯域の各々について個別の像を検
出する少なくとも１つのカメラとを備える光学システムに関する。さらに、本発
明は、光学システムを動作させる方法に関する。

【０００２】 （発明の背景） 図１に示すような従来の高性能高視野顕微鏡１０は、広い視野の物体情報１８
を用いて試料（物体）１６の高分解能カラー像を実現する。また、ビームスプリ
ッタ２４によって、像２２、２６、３０ がビデオカメラ３２とアイピース２８
の両方に同時に送られる。焦点合せ４８、５２は、多くの場合に手操作焦点制御
装置４６を使用して行われる。しかし、ディジタル像環境または追加の光学部品
を使用する自動焦点式制御装置４２を使用して、焦点合せ指令４４をセレクタ５
０を通して送り、焦点合せ機構５４を制御することもできる。

【０００３】 そのような顕微鏡に関して、使用者は、（１）アイピース２８を通して、（２
）カメラ３２に接続されたビデオモニタ４０で、または（３）フレームグラバ６
２および像処理装置６６を通してカメラ３２に接続されたコンピュータモニタ７
０で、見ることができる。しかし、アイピースを通して見ると、使用者の目、首
および肩を使いすぎる。さらに、二人以上の人が同時に像を見たい時には、モニ
タ４０、７０によって像を見るのが明らかに優れている。したがって、モニタ画
面の高品質像が望ましい。さらに、コンピュータ６０は、像の取込み、格納、処
理および表現に加えて、カメラ３２からの出力３４を像解析に使用することがで
きる。

【０００４】 しかし、そのような従来の高性能高視野顕微鏡システムは相当に複雑で高価で
ある。例えば、そのような従来の顕微鏡は、フィラメント電球のような白色光源
１２を使用する照明１４を備える。そのような電球はエネルギー効率が良くない
。さらに、像のカラーバランスに影響を及ぼす電球の色温度は、電球が古くなる
と変化する。

【０００５】 従来の顕微鏡の他のコストのかかる要求は、優れた品質の電子像を得るために
、比較的高価な３チップＲＧＢ（赤、緑、青）カメラ３２が通常使用されること
である。そのようなカメラは、３個の白黒センサの各々に１つずつ、色を分離す
るための内部プリズムおよびフィルタを有する。しかし、カメラの寿命の間、プ
リズム、フィルタおよびセンサの相対的な位置および向きを維持することは複雑
である。

【０００６】 また、従来の顕微鏡については、最も複雑な部品は、電球１２とカメラ３２の
間の対物レンズ（レンズ）２０である。電球は白色光を供給するので、従来の対
物レンズ２０は、アイピースに像を供給するために、通常色補償されている。言
い換えれば、対物レンズ２０は、関係する全スペクトルの鮮明な像２２を同時に
合理的に生成しなければならない。このスペクトルは一般に可視スペクトル全体
である。

【０００７】 顕微鏡に対する要求を達成するために、従来顕微鏡１０の色補償高視野対物レ
ンズ２０は、（１）色補償、（２）高視野、（３）５０〜１００倍の拡大、およ
び（４）一般に乾燥（空気浸漬）対物レンズの場合に0.9、および油浸漬対物レ
ンズの場合に1.3の数値の開口、を達成するための妥協である。

【０００８】 また、可視光に対して最良の可能な対物レンズを用いても、像の細部には可視
性を越えたものが残っている。したがって、通常の像処理ステップは、像処理装
置６６で取り込まれた像６４の「像鮮明化」である。例えば、像の比較的高い空
間周波数を増幅することで、鮮明にされた像６８で小さな細部および縁部が強調
されるようになる。対物レンズの特性が分かっている場合、鮮明化フィルタのた
めに、そのような周波数依存増幅の選択を最適化することができる。しかし、対
物レンズ特性は波長に依存しているので、理想的には、波長ごとにそれぞれの鮮
明化フィルタを持つのがよい。

【０００９】 都合が悪いことには、そのような個別の鮮明化フィルタをＲＧＢカメラで達成
するのは困難である。その理由は、カメラの各カラー成分は一般に+／-５０ナノ
メートルのスペクトル幅の光に対応しており、これによって色の重なりを生じて
いるからである。このようにして、例えば、緑成分は約５００ナノメートルから
６００ナノメートルに及ぶ波長の光に対応している可能性がある。したがって、
カメラ３２のセンサがいったん白色光にさらされると、対物レンズによる像のぼ
やけに対する各波長の寄与を決定することができないので、波長に対して最適化
された鮮明化フィルタの特性を決定することはできない。したがって、そのよう
なシステムの鮮明化フィルタは妥協物に過ぎない。

【００１０】 したがって、従来の顕微鏡は、高性能ディジタル顕微鏡像を生成するコンピュ
ータを有する低コストのシステムを実現することができない。

【００１１】 （発明の概要） したがって、本発明の１つの目的は、コンピュータ画面に高品質像を生成する
ために顕微鏡で使用される可能性のある低コスト光学システムを提供することで
ある。

【００１２】 他の目的は、顕微鏡に接続されたコンピュータの画面に高品質像を生成するた
めの安価な方法を提供することである。

【００１３】 これらの目的は、請求項１に記載の光学システムおよび請求項１５に記載の方
法によって達成される。

【００１４】 したがって、第１の態様によれば、本発明の提供する光学システムは、物体か
らの電磁放射を受け取り、この電磁放射を変更し、この変更された電磁放射を物
体の像として放出する対物レンズと、対物レンズで放出された像の変更された電
磁放射の複数の周波数帯域の各々の対して個別の像を検出する少なくとも１つの
カメラと、検出された像によって、周波数帯域ごとに個別に、その周波数帯域に
対する対物レンズの最適焦点に対応する最適像を決定する自動焦点コントローラ
と、最適像を位置合わせする重ね合せコントローラとを有する。

【００１５】 このように、本発明の基本的な概念は、複数の周波数帯域の各々に対する像を
個別に焦点合せし、それから最適に焦点合せされた像を位置合せして合成像にす
ることである。

【００１６】 この概念を使用して、高価な色補償対物レンズを高価でない色補償の無い対物
レンズで置き換えることができる。さらに、像は個別に焦点合せされ、それから
互いに位置合せされるので、従来の３チップカメラシステムのような、プリズム
、フィルタ、およびセンサの相対的な位置および向きの複雑な維持が必要でなく
なる。さらに、高品質像が得られ、モニタで検討できるので、アイピースおよび
それに関連した構成部品は必要でなく、これらを取り除くことができて、さらに
コストが低減される。

【００１７】 したがって、この発明はデイジタル像顕微鏡用の低コストシステムの新規な設
計を提供する。このシステムは、遥かに高価な従来の顕微鏡に匹敵する性能を有
する。また、本発明を使用して、現存する顕微鏡システムの性能を向上させるこ
とができる。

【００１８】 本光学システムは、同時に像を検出するＲＧＢカメラを使用することができ、
そのときに、このＲＧＢカメラを順次に焦点合せする。しかし、好ましい実施形
態によれば、少なくとも１つのカメラが異なる時間に像を検出し、これによって
、単一の白黒カメラ、すなわち、フィルタのない単一センサを有するカメラを使
用することができるようになる。

【００１９】 自動焦点コントローラは、検出された像から最適像を分離して決定することが
できる任意の手段であってよい。コントローラは、例えば、物体とカメラの間の
光経路を様々な方法で制御することができる。これを行う１つの方法は、対物レ
ンズの光学的特性を制御することである。しかし、好ましい実施形態では、光学
システムは、少なくとも１つの経路に沿って、対物レンズの移動を制御して像を
変更する焦点合せ機構を備える。ここで自動焦点コントローラは焦点合せ機構に
制御パラメータを供給する。

【００２０】 これは光学システムの焦点合せを変える従来の方法である。しかし、強調しな
ければならないことであるが、本発明によれば、焦点合せは周波数帯域ごとに個
別に行われるが、従来のＲＧＢカメラシステムでは、焦点合せはＲ像、Ｇ像、お
よびＢ像に対して同時に行われる。

【００２１】 好ましい実施形態では、自動焦点コントローラは、（１）検出された像を像信
号として受け取り、像信号の雑音成分が減少するようにフィルタ処理された像信
号を生成するフィルタ計算器と、ここで雑音成分よりも像成分に対して比較的大
きな割合を与える像信号の部分からのエネルギー寄与を増すことで、および像成
分よりも雑音成分に対して比較的大きな部分を与える像信号の他の部分からのエ
ネルギー寄与を減少させることで雑音成分が減少され、（２）フィルタ処理され
た像信号を受け取り、フィルタ処理された像信号のエネルギーレベルを決定する
エネルギー計算器と、（３）エネルギーレベルを受け取り、エネルギーレベルに
従って制御パラメータを生成する制御計算器とを有する。

【００２２】 自動焦点コントローラのこの実施形態が効果的である点は、各最適像を格納す
るために、対物レンズの垂直方向位置を一度一方向に走査することだけを必要と
することである。

【００２３】 好ましい実施形態では、重ね合せコントローラは、（１）第１の光学像と第１
の光学像の平行移動、回転、および／または拡大を可能にする変形とを受け取り
、変形された像を生成するための変形器と、（２）第２の最適像と変形された像
を組み合わせて合成像を生成するための合成器と、（３）合成像を受け取り、合
成像のエネルギーレベルを決定するためのエネルギー計算器と、（４）エネルギ
ーレベルを受け取り、選択された変形が合成像の焦点に対応するように、エネル
ギーレベルに従って、変形を生成する変形生成器とを有する。

【００２４】 重ね合せコントローラのこの実施形態の効果的である点は、個別焦点合せの結
果である可能性のある似ていない像をどのように位置合せするか、または重ね合
わせるかの問題を解決することにある。

【００２５】 本光学システムは、異なる周波数帯域で電磁放射を放出することができ、かつ
周波数帯域の１つだけから電磁放射を選択的に放出することができる電磁放射の
供給源を備えることができる。その結果、異なる周波数帯域への分離が既に電磁
放射の供給源で行われるようになり、さらに単一の白黒カメラ（フィルタの無い
単一のセンサ）が使用できるようになる。この供給源は、複数の個別の供給源を
含むことができ、この各個別の供給源は１つまたは複数の異なる周波数帯域に対
応する。

【００２６】 すでに述べたように、本光学システムは、好ましいことに、有効な色補償のな
い対物レンズを使用することができ、それによって、比較的高価でない光学シス
テムが得られ、さらにより高品質の像が得られることもある。

【００２７】 周波数帯域ごとの最適焦点が対物レンズの経路に沿った異なる位置で起こるよ
うに、および／または対物レンズが周波数帯域と単調に関係した最適焦点位置を
与えるように、および／または対物レンズの経路に沿った対物レンズの単一の一
方向移動で、周波数帯域ごとの最適焦点が現れるように、本光学システムは配列
することができる。その結果、異なる周波数帯域の全ての像を素早く焦点合わせ
することができるようになる。

【００２８】 このことは従来技術に反している。従来技術によれば、アイピースを通して見
る高品質合成像を生成するために、全ての周波数帯域の最適焦点ができるだけ互
いに近接して起こるように、光学システムを配列するように努力されている。

【００２９】 可視光のうちの赤、緑、および青の色成分に対応するするように、少なくとも
３つの周波数帯域を選ぶのが好ましい。その理由は、これらは例えばＲＧＢカメ
ラで、従来から使用されている色成分であるからである。

【００３０】 さらに、本光学システムは、各フィルタが特定の周波数帯域に対して最適化さ
れている１つまたは複数の像鮮明化フィルタを備えることができる。

【００３１】 第２の態様によれば、本発明は光学システムを動作させる方法に関し、この方
法は、供給源からの電磁放射で物体を照らすステップと、物体からの電磁放射を
対物レンズを通して変更して、物体の像を形成するステップと、電磁放射の複数
の周波数帯域の各々に対して個別の像を検出するステップと、検出された像から
周波数帯域ごとに個別に、その周波数帯域に対する対物レンズの最適焦点に対応
する最適像を決定するステップと、最適像を互いに位置合わせするステップとを
有する。

【００３２】 この方法の利点は本光学システムについての議論から明らかである。

【００３３】 本発明を、例として添付の図面を参照して説明する。

【００３４】 （発明の詳細な説明） 図２は、本発明に従って変更された従来の顕微鏡システムを示す。特に、図１
のビームスプリッタ２４およびアイピース２８は取り除かれ、それによってシス
テムは小さくなり、製造コストが減少する。また、光経路内の光学部品の数が減
少して、像品質を向上させている。下で説明する理由のために、この実施形態で
は、システムを制御するコンピュータ９０で、またはそれに基づいて動作するよ
うに、像記憶装置９４および像重ね合せコントローラ１０４が付加されている。

【００３５】 オリンパスの商品名「ＵｐｌａｎＦ１ １００×／１．３０Ｏｉｌ」のような
優れた色補償対物レンズを有する従来の顕微鏡では、ＲＧＢカメラからの像の異
なる色成分の最適焦点は、僅かに異なる垂直方向の位置にある。特に、青の色成
分の位置は、他の色成分すなわち緑および赤から遠く外れている。しかし、従来
の顕微鏡からの像の全ての色は、アイピース２８またはカメラ３２を通して同時
に見ている。

【００３６】 従来の顕微鏡システム１０では同時に見るのと対照的に、この発明の一実施形
態による光学システム８０では、３つの色成分３４の各々が個別の像としてフレ
ームグラバ６２を通して順次に取り込まれる（見られる）。各々の取り込まれた
色成分の像９２は、自動焦点コントローラ９８からの同期信号１００に従って像
記憶装置９４に個別に格納することができる。

【００３７】 本発明のこの実施形態の光学システム８０は、白色光源１２からの照明１４を
使用するが、取込みと取込みの間の自動再焦点合せを用いて各ＲＧＢ成分３４を
時間分離で取込むことで、合理的な色補償に関して、光学的な解決法に対して、
コンピュータによる解決法を有する光学システムが可能にする。図２で、各色の
周波数スペクトルの幅は、ＲＧＢカメラ３２の色成分の波長依存応答によって決
定される。一般的な３チップＲＧＢカメラは、約+／-５０ナノメートル幅の帯域
幅の色成分を有する。

【００３８】 各フレーム取込みは、自動焦点コントローラ９８による自動焦点のステップを
必要とするので、自動焦点コントローラ９８は、取り込まれる色成分の像９６ご
とに、素早い雑音の影響を受けない像内容自動焦点手順を使用する。他の自動焦
点手順を使用することができるが、特に、この発明の一実施形態では、最適焦点
での各色成分の像を格納するために、対物レンズの垂直方向位置をただ一度一方
向に走査することを必要とする自動焦点手順が使用される。

【００３９】 参照によって本明細書に組み込まれる係属中のＰＣＴ／ＳＥ９８／０２３７９
は、この発明の一実施形態で使用されるそのような一方向自動焦点探索に関係す
る。この出願では、最適焦点位置で、空間周波数スペクトル応答は低い空間周波
数および中間の空間周波数で最もはっきりと見えるが、比較的高い空間周波数で
の応答は通常雑音に隠されるということを、自動焦点手順は利用する。信号に雑
音が加わったものとして応答を扱い、さらに最適なフィーンフィルタで像をフィ
ルタ処理して高い空間周波数を除去することで、改良された信号（焦点応答）対
雑音比を有する焦点関数が達成される。また、その特許出願は、最適フィーンフ
ィルタの代わりに近似線形ディジタルたたみ込みフィルタを使用してより素早い
計算を可能にすることを述べている。近似フィルタは、例えば[１，０，０，０
，-２，０，０，０，１]のようなゼロでない要素を３個だけ有する線形配列であ
る場合がある。最適フィーンフィルタも近似フィルタも曲線の当てはめを必要と
しないので、すなわち、最適焦点位置の両側の位置を使用する手順であるので、
高度に繰り返し可能な、またはヒシテリシスのない、対物レンズ位置付け機構は
必要とされない。それよりもむろ、光学システムは、一方向走査中に遭遇するよ
うな焦点関数の最高値を有する像を像記憶装置９４に保持しさえすればよい。こ
のようにして、ＲＧＢカメラ、光学システム、垂直方向走査の方向、および色成
分すなわち異なる周波数帯域の像を焦点合せし取り込む順序を、選択することで
、最適色成分像の各々の最適焦点は、無視できるほどの重なりで次々と現れる。
結果として、色成分全ての素早い取込みが得られる。

【００４０】 色成分の取込みおよび再焦点合せの手順により、ＲＧＢカメラ３２からより鮮
明な色成分が得られる。しかし、色成分の像９２、１０２は異なる時間に異なる
焦点位置で取り込まれ格納されるので、一緒に使用する時には、色成分の像９２
、１０２は互いに対して平行移動し、回転し、拡大しなければならない。色成分
の像１０２だけを別個に使用する場合は、そのような調整は必要でないことがあ
る。しかし、例えば、中間調像またはカラー像６８の使用者への表示すなわち色
成分の像の位置合わせ（重ね合せ）は、一般に必要である。異なる色成分は、物
体の異なる種類の細部に各様に対応するので、そのような位置合せは厄介である
場合がある。

【００４１】 参照により本明細書に組み込まれる係属中のＰＣＴ／ＳＥ９８／０２３８０は
、２つの似ていない像すなわち同一の細部を持たない像を重ね合せるための確固
とした特徴のない類似条件に関し、この類似条件は、この発明の一実施形態で使
用される。像が最良に位置合せされた時に、類似条件は全体的に最適である。特
徴のない類似条件は、重ね合せの前に特定の像の細部（特徴）を取り出すことに
依存しない。この類似条件は、例えば２つの入力像をピクセルに関して加えるこ
とで、重ね合せるべき２つの像で構成される像の焦点を測定することから成る。
一方の像を基準として、他方の像をこの基準像に対して変形することで、変形パ
ラメータのいくつかの組合せにわたって類似条件を評価し最適化して、像の最適
位置合わせに対応する最適焦点を決定する。

【００４２】 本発明の一実施形態は、重ね合せコントローラ１０４で、この重ね合せ手順を
色成分の像１０２に適用するが、他の重ね合せ手順を使用することができる。重
ね合せが必要となる１つの理由は、３チップカメラ３２自体が、例えば振動、衝
撃、温度変化、温度勾配およびエージングによって、調整がずれる部品を有し、
したがって、対物レンズの移動で、正確に位置合わせされない像が生成されるこ
とである。

【００４３】 ビームスプリッタ２４およびアイピース２８を取り除き、同時に、似ていない
像の自動焦点および重ね合せのための手順およびコントローラを追加することで
、この発明により、より小型で、より低コストで、より信頼性の高いより高性能
な光学システム８０が提供される。

【００４４】 図２の変更されたシステムでは、各色成分が個別に焦点合わせされるので、従
来の色補償対物レンズ２０の色補償の利点は必要でない。したがって、色補償の
ない対物レンズ７２を使用することができる。そのような対物レンズによっても
、垂直方向に走査する時に、異なる色の焦点ピークの重なりが減少する。例えば
、本発明の一実施形態では、商品名ＧＥＬＴＥＣＨ３５０１４０のレンズが使用
される。このレンズは、１マイクロメートルの大きさの焦点深度を有する色補償
のない単一のレンズであり、照明波長が５０ナノメートル変化するごとに、最適
焦点位置の中心が５〜１０マイクロメートル単調に変化する。

【００４５】 この発明の他の実施形態は、対物レンズが一度に限られたスペクトル幅だけを受
け取る場合、波長の広い範囲にわたって、光学システムで鮮明な像が得られると
いうことを利用する。この実施形態によれば、照明１１８のスペクトルは制御さ
れる。そのような光学システム１１０を図３に示す。このシステムは、大体は、
図２のシステムと同じ様に動作するが、特に、次の点がことなる。すなわち、（
１）色制御は、カメラではなくて光源１１６で供給される照明１１８においてで
ある。（２）３個よりも多い色成分の像１３４、１４４を観測することができる
。および、（３）多数の狭いスペクトルの色成分の像１３４、１４４によって、
より多くの波長の調整が可能であり、したがって、より効率のよい鮮明化フィル
タが可能になる。

【００４６】 図３において、光源１１６は、時間にわたって色分離される。発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード、および／またはフィルタを通した電球のような
、いくつかの狭いスペクトル照明源１１６を一度に１つずつ点灯し、コンピュー
タ／マイクロプロセッサ１３０の制御の下に電子的にオンオフ切り換える。一実
施形態では、切り換えは、自動焦点コントローラ１３８からの信号１１４で決定
される。また、色分離は、例えば１つの電球とフィルタ回転部とで実現すること
ができる。光１１８は物体１６を照らし、物体情報を含むスペクトル的に狭い光
応答を起こさせる。物体１２２から放出された光１２４は、照明源１１６からの
光１１８と同じようにスペクトルが狭い。したがって、対物レンズ１２２は色補
償されている必要がなく、簡単な構造になる。このようにして、図３の一実施形
態では、色補償されていない商品名ＧＥＬＴＥＣＨ ３５０１４０のレンズを使
用して優れた結果が得られた。

【００４７】 物体１６の発光でスペクトル光応答を広げ、繰り返し、またはシフトすること
ができるが、カメラ１２６が発光による周波数帯域を検出することができる限り
で、カメラ１２６は像１２４を依然として検出する。また、像に対する発光の寄
与の最適焦点を得るために、発光応答が検出されている他の周波数帯域と異なっ
た周波数帯域にある場合、１つまたは複数の追加の自動焦点ステップが必要にな
ることがある。

【００４８】 対物レンズ１２２から現れる像１２４は白黒カメラ１２６に当たって、白黒像
１２８が生じ、この白黒像１２８がフレームグラバ１３２に取り込まれる。この
実施形態では、照明源１１６が色分離を行うので、白黒カメラ１２６を使用する
ことができる。また、カメラ１２６はアナログ式でもディジタル式でもよい。フ
レームグラバ情報（像信号）１３６は自動焦点コントローラ１３８に供給される
。対物レンズ１２２の位置は焦点合わせ機構５４によって決定され、この焦点合
わせ機構は、セレクタ５０を通して、自動焦点コントローラ１３８または手操作
焦点コントローラ４６から制御される。対物レンズ１２２は光学システム１１０
のｚ軸に沿って走査し、その結果、像の最適焦点位置に対応する像１３４が決定
され、自動焦点コントローラ１３８からの記憶同期信号１４０によって像記憶装
置１４２に格納される。特定の色成分の像１３４の焦点を最適化した後で、次の
色成分の像が選ばれ、所望の成分の像全てを取り込み格納するまで、手順を繰り
返す。

【００４９】 最初の２つの色成分の像を取り込むと直ぐに、色成分の像１４４の重ね合せを
始めることができる。重ね合せコントローラ１４６は、「ｎ」個の像成分の各々
を重ね合せて、「ｎ」成分重ね合せ像１４８にする。像処理装置１５０で、１つ
または複数の波長依存鮮明化フィルタを重ね合せ像１４８の各色成分に適用する
ことができる。このフィルタ処理は、フルカラーのＲＧＢ像ではなくて、個別の
色、すなわち狭い色成分（周波数帯域）に適用されるので、鮮明化フィルタはよ
り正確で効率が良いように選ぶことができる。

【００５０】 光源１２、１１６から異なる周波数帯域を選ぶことができるので、周波数帯域
の数、したがって、周波数応答の数は、赤、緑および青の３つの一般的な応答よ
りも多くすることができる。例えば、５２５ナノメートルの波長に対応する周波
数帯域から検出された像を最適に焦点合せし鮮明にすることができ、さらに５６
５ナノメートルの波長に対応する周波数帯域を最適に焦点合せし鮮明にすること
ができる。これらの周波数帯域の両方が緑の色に対応するので、これらの最適像
は緑の色を表すように組み合わせることができる。

【００５１】 色の像６８をコンピュータモニタ７０のオペレータに示すようにする場合、鮮
明にされた色成分の像１５２を通常のＲＧＢフォーマットに変換しなければなら
ない。例えば、各「ｎ」に重ね合せ像１４８の１ピクセルベクトルを掛けたもの
を、３に「ｎ」重みマトリックスを掛けたものと、重みマトリックス計算器１５
４で、掛けることによるピクセルに関する線形組合せを用いて、この変換を達成
し、その結果、ピクセルごとに１つの３×１ＲＧＢベクトルを得ることができる
。重みを試行錯誤で調整するか、または計算して、結果としての像の挙動をＲＧ
Ｂカメラと光源の特定の組合せとほぼ同じにすることができる。

【００５２】 また、重みマトリックスにより、光学システムで使用されるカメラとは異なる
カメラのシュミレーションをすることができる。各最適像の各ピクセルと対応す
る定数とを掛けることで、この変換は行われる。各定数は、シュミレートすべき
センサの応答を、カメラ１２６のセンサの応答で割ったものである。シュミレー
トされる応答は、色に依存し、測定するかデータシートから得ることができる。
そのとき、各々の色（赤、緑、または青）に対応する周波数帯域は、変換されま
たは変換されないで、互いに加え合わせる。例えば、５２５の波長周波数帯域お
よび５６５の波長周波数帯域のピクセルを互いに加え合わせて、ＲＧＢ像６８の
緑成分を形成する。出力ＲＧＢ像の可能な整数表現にオーバフローが起こらない
ようにするために、ピクセルごとの和を重みマトリックス計算器１５４で基準化
する。掛け算、加算、および基準化の全手順を単一の重みマトリックスを使用し
て実施することができる。

【００５３】 図２に示す光学システム８０に関して、物体１６は、赤、緑、または青成分の
いずれかの各可視波長による応答を少なくともカメラ３２に与える。しかし、分
割された照明システム１１０では、少なくとも実際の用途の関心のある波長から
の応答を得るのに十分な全スペクトルを与えるように、色成分の数並びに色成分
の支配的な波長およびスペクトル幅を選ばなければならない。実際に、白色光照
明または広いスペクトルの照明の波長には、物体１６について何も情報を伝えな
いものがあるので、光源の適切な選択により、白色光照明ＲＧＢシステム１０、
８０よりも優れた色の識別が実現される。このようにして、これらの波長の光子
が、カメラセンサに当るが何も情報をもたらさない。したがって、最悪の場合に
は、白色光の光学システムでは、カメラセンサが飽和しないようにするために、
センサ積分時間を短くすることが必要になる。

【００５４】 本発明の一実施形態の他の態様は、物体の様々な部分から取り込まれた隣接お
よび／または重なり合う最適像を融合して、当技術分野で公知の技術を使用して
物体のより広い視野を得ることを可能にする。この態様は、特に、視野の小さい
対物レンズに対して有用である。

【００５５】 また、この発明の実施形態は、フレームグラバ６２、１３２を含むものとして
説明したが、像記憶装置９４、１４２がカメラ３２、１２６から検出された像を
直接受け入れることができる場合、またはカメラが少なくとも１つの像を格納す
ることができる場合、フレームグラバは必要でない。

【００５６】 この発明は特定の実施形態の観点から説明したが、この開示および添付の特許
請求の範囲を含んだこの発明は、そのように限定することなく、当業者に明らか
な代替および変更を含んで本発明の全精神および範囲に従って解釈すべきである
。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＲＧＢビデオカメラ、ビデオモニタ、コンピュータ、自動焦点コントローラ、
およびコンピュータ用モニタを含んだ随意選択のモジュールを有する従来の高視
野顕微鏡システムを図示するブロック図である。

【図２】 本発明の一実施形態を図示するブロック図であり、ＲＧＢカメラの赤、緑およ
び青の色成分が異なる瞬間に取り込まれ、像重ね合せコントローラを使用して位
置合せされる。

【図３】 本発明の他の実施形態を図示するブロック図であり、光源は、比較的小さな幅
のいくつかのスペクトルに分割され、簡単な対物レンズおよび白黒カメラが使用
される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ダニエル、エレビン スエーデン国ルンド、フレートベーゲン、 10エイ (72)発明者 ペル、センマルム スエーデン国ルンド、ソフィアパルケン、 ３ディー (72)発明者 クリステル、フォーラオイス スエーデン国ルンド、ソルベガタン、３エ イ Ｆターム(参考） 2H052 AB17 AB24 AC05 AD09 AF14 AF21 AF25 5C022 AA15 AB13 AB15 AB30 AB34 AB37 AB44 AC11 AC69 CA00 5C065 AA06 BB11 BB31 BB48 CC01 EE12 GG02 GG22 GG30 GG32

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体からの電磁放射を受け取り、前記電磁放射を変更し、前記変更された電磁
   放射を物体の像として放出する対物レンズ（７２、１２２）と、 前記対物レンズで放出された前記像の前記変更された電磁放射の複数の周波数
   帯域の各々の個別の像を検出する少なくとも１つのカメラ（３２、１２６）とを
   備え、 前記検出された像に従って、前記周波数帯域ごとに個別に、その周波数帯域に
   ついての前記対物レンズの最適焦点に対応する最適像を決定する自動焦点コント
   ローラ（９８、１３８）と、 前記最適像を位置合わせする重ね合せコントローラ（１０４、１４６）とを特
   徴とする光学システム。
2. 【請求項２】 前記少なくとも１つのカメラ（３２、１２６）が異なる時間に前記像を検出す
   る、請求項１に記載の光学システム。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの経路に沿って、前記対物レンズの移動を制御して前記像を変
   更する焦点合せ機構（５４）をさらに備え、前記自動焦点コントローラ（９８、
   １３８）が前記焦点合せ機構に制御パラメータを供給する、請求項１または２に
   記載の光学システム。
4. 【請求項４】 前記自動焦点コントローラ（９８、１３８）が、 前記検出された像を像信号として受け取り、前記像信号の雑音成分が減少する
   ようにフィルタ処理された像信号を生成するフィルタ計算器と、前記雑音成分よ
   りも像成分に対して比較的大きな割合を与える前記像信号の部分からのエネルギ
   ー寄与を増すことで、および像成分よりも雑音成分に対して比較的大きな部分を
   与える像信号の他の部分からのエネルギー寄与を減少させることで前記雑音成分
   が減少し、 前記フィルタ処理された像信号を受け取り、前記フィルタ処理された像信号の
   エネルギーレベルを決定するエネルギー計算器と、 前記エネルギーレベルを受け取り、前記エネルギーレベルに従って前記制御パ
   ラメータを生成する制御計算器とをさらに備える、請求項１から３のいずれか一
   項に記載の光学システム。
5. 【請求項５】 前記重ね合せコントローラが、 第１の光学像と前記第１の光学像の平行移動、回転、および／または拡大を可
   能にする変形とを受け取り、変形された像を生成するための変形器と、 第２の最適像と前記変形された像を組み合わせて合成像を生成するための合成
   器と、 前記合成像を受け取り、前記合成像のエネルギーレベルを決定するためのエネ
   ルギー計算器と、 前記エネルギーレベルを受け取り、選択された前記変形が前記合成像の焦点に
   対応するように、前記エネルギーレベルに従って、前記変形を生成する変形生成
   器とをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学システム。
6. 【請求項６】 異なった周波数帯域の電磁放射を放出することができ、前記周波数帯域の１つ
   だけから選択的に電磁放射を放出することができる電磁放射供給源（１１６）を
   さらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学システム。
7. 【請求項７】 前記供給源が、 複数の別個の供給源（１１６）をさらに備え、各別個の供給源が前記異なる周
   波数帯域の１つまたは複数に対応する、請求項６に記載の光学システム。
8. 【請求項８】 前記対物レンズ（７２、１２２）は有効な色補償が無い、請求項１から７のい
   ずれか一項に記載の光学システム。
9. 【請求項９】 前記対物レンズは、周波数帯域ごとの最適焦点が前記対物レンズの経路に沿っ
   た異なる位置で起こるように選ばれる、請求項１から８のいずれか一項に記載の
   光学システム。
10. 【請求項１０】 前記対物レンズが、前記周波数帯域と単調に関係した最適焦点位置を実現する
    、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学システム。
11. 【請求項１１】 前記対物レンズの経路に沿った前記対物レンズのただ一度の一方向移動で、前
    記周波数帯域ごとの最適焦点が現れる、請求項１から１０のいずれか一項に記載
    の光学システム。
12. 【請求項１２】 １つまたは複数の像鮮明化フィルタ（１５０）をさらに備え、各フィルタが特
    定の周波数帯域に対して最適化されている、請求項１から１１のいずれか一項に
    記載の光学システム。
13. 【請求項１３】 前記カメラが、 単一の白黒カメラ（１２６）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記
    載の光学システム。
14. 【請求項１４】 前記周波数帯域のうちの少なくとも３つが、赤、緑、および青の可視光の色成
    分に対応する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学システム。
15. 【請求項１５】 供給源からの電磁放射で物体を照らすステップと、 前記物体からの電磁放射を対物レンズを通して変更して、前記物体の像を形成
    するステップと、 前記電磁放射の複数の周波数帯域の各々に対して個別の像を検出するステップ
    とを備え、 前記検出された像から、周波数帯域ごとに個別に、その周波数帯域に対する前
    記対物レンズの最適焦点に対応する最適像を決定するステップと、 前記最適像を互いに位置合わせするステップとを特徴とする光学システムを動
    作させる方法。
16. 【請求項１６】 前記像が異なる時間に検出される、請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記検出された像に基づいて前記対物レンズの移動を制御するための制御パラ
    メータを与えるステップと、 少なくとも１つの経路に沿って、前記対物レンズの移動を制御して前記像を変
    更するステップとをさらに備える、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 【請求項１８】 前記対物レンズの移動を制御する前記ステップが、 前記対物レンズを一方向にのみ移動して、前記周波数帯域ごとの前記最適焦点
    を明らかにするステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記それぞれの周波数帯域に最適化されたフィルタを使用して、１つまたは複
    数の前記最適像を鮮明にするステップをさらに備える、請求項１５から１８のい
    ずれか一項に記載の方法。