JP2006011446A - 複数焦点スタック画像を形成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの複数焦点スタック画像を作成する方法を提供する。
【解決手段】スタック画像はターゲットの複数の画像を含み、各画像は対応する焦点範囲若しくは位置を有する。ターゲット、及び光検出器のアレイの間に相対走査移動をもたらし、該アレイは、走査ラインの形態で走査中にターゲットから画像情報を繰り返し受信するために使用される。スタック内の画像を得るように、走査中に個々の画像の焦点範囲若しくは位置の間で修正されるべきターゲット及びアレイの間の相対焦点を生じ、各画像は走査中に個々の焦点範囲若しくは位置で得られる画像情報から形成される。該方法を実行する装置も提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数焦点スタック画像を形成する方法及び装置に関する。

医療用などの複数の市場部門において、サンプルは顕微鏡で検査され、ディジタル画像は、顕微鏡に取り付けられた二次元（２Ｄ）ディジタルカメラによって生成される。これには、ディジタルカメラで取り込まれるサンプルの表示領域が制約されるという制限条件がある。４０倍の対物レンズに関して、一般的領域の幅は０．７ｍｍにすぎない。顕微鏡スライド上の対象領域が６４×２４ｍｍであるならば、これは考えられるサンプル領域の極めて小さな領域にすぎない。これに対する１つの回答は、別名マクロ・ディザとして知られるように、サンプル領域の全体にわたってステップを繰り返すことである。より好ましいプロセスは、０．７×６４ｍｍのロングストリップのデータを収集することができる特許文献１に記載されたのと同様なライン走査装置を使用することである。その結果、隣接したストリップを走査でき、特許文献２に記載されたように画像を互いに突き合わせたり、互いに綴じ合わせることができる。

特許文献１で述べられたように、このロングストリップ走査に関連する１つの問題は、走査の全体にわたって焦点を維持しなければならないということである。開口数が０．６５である４０倍のレンズの一例として、焦点深度は約１μｍである。一般の顕微鏡スライドは、この種の許容差に対応すするように製造されていないので、取り付けられるときに、取り付け方法によって、又は、重力を受けて、１ミクロンを越えて撓むことがある。さらに、画像形成中のサンプルがそれ自体、１μｍに対し均一でないこともある。特許文献１では、この問題は、走査の長さにわたって焦点マップを個々に構築し、焦点マップに適合するように走査中に焦点を動的に調整することによって対処される。残念なことに、これは、各サンプルごとに焦点マップを構築する際に時間がかかる。一般的な焦点合せの方法は、異なる焦点レベルで画像の同一領域を走査し、最良の焦点を決定するためにメリット・アルゴリズムを使用する。多数のメリット・アルゴリズムが使用されるが、一例として、隣接ピクセル間の差の二乗の合計を利用することがある。メリット・アルゴリズムは関数を生成し、その例は、（矢印で示される）ピークが焦点であると考えられる図１に示されている。

この問題に対処するために使用される別の方法は、異なる焦点レベルで複数の走査をすることである。これは、焦点スタッキング又はｚスタッキングと称され、図２に示される。この考えは、走査画像の少なくとも一がいずれか一の時点において合焦され、Ｚ画像４００のスタックが単一の合焦画像を付与するために後で結合できるということである。画像を結合するためのソフトウエアは、複数のベンダーから取得することができる。この方法に関する問題は、サンプルにおける焦点変化の範囲に対して焦点深度が小さい状態で、画像の多くの層が焦点範囲全体を網羅するために必要とされるため、時間がかかることになる。最良焦点のラインは４０１によって示される。種々の位置４０２では、スタック内の画像は有用な情報をほとんど提供しない。
米国特許第６，７１１，２８３号明細書 英国特許第２２０６０１１号明細書

したがって、こうした不利点に対処する必要性がある。

本発明の第１の態様は、ターゲットの複数焦点スタック画像を作成する方法であって、該スタック画像がターゲットの複数の画像を含み、各画像が対応する焦点範囲若しくは位置を有し、該方法は、ターゲット及び光検出器のアレイの間に相対走査移動をもたらし、該アレイが、走査中に走査ラインの形態でターゲットから画像情報を繰り返し受信するために使用され、スタック内の画像を取得するために、走査中、各々の画像の前記焦点範囲若しくは位置の間で修正されるべきターゲットとアレイとの間の相対焦点を生じ、各画像が走査中に個々の焦点範囲若しくは位置で得られる画像情報から形成される。

本発明は、このように従来技術の方法とは全く異なる。従来の方法において、スタック画像は連続する画像フレームとして得られるが、本発明では、画像は走査ラインによって得られる。重要なことは、走査そのものの間に、画像の異なる焦点位置（固定位置、及び範囲内の位置のいずれか）間で繰り返してスワップしながら走査ラインは得られ、これらの走査ラインは、走査の終了までにスタック内の異なる焦点の画像を形成するために使用される。画像は、焦点レベル又はレイヤとして考えることができる。走査ラインについて論じる場合、この用語は１ライン以上の検知器を有するアレイにおいて複数の検出器ラインの出力を包含することが理解されるだろう。とは言うものの、走査ラインに沿った検出器の数は、こうしたアレイの全体にわたって少数（約１６より小さい数）より多い大きさのオーダーの数である。

本発明は、比較的低コストの機器が使用できるという点で、従来の技術に優る大きな利点を提供する。このことは、得られた情報間の位置合わせに関する問題を引き起こす可能性があるターゲットのマルチ走査の必要性をも回避する。さらに、予め焦点合わせマップを作成するための追加の装置を必要としない。非常に局部的な領域に対する異なる焦点のための画像情報を、その後の走査においてではなく、短時間内に得ることもできる。これは、光学部品若しくはサンプルに、いずれの介在期間においても変化が生じないことを保証するのに役立ち、大きなトポグラフィを有するターゲットにおける走査全体にわたって焦点レベルのオンザフライ修正に都合がよい。

一般に、この方法はターゲットの複数の帯状列に対して繰り返され、複数焦点スタック画像はターゲットの単一走査内で得られる。好ましくは、スタック内の特定の画像のターゲットから画像情報の走査ラインを求めた後であって、更なる走査ライン（画像情報）がもう一度上記特定の画像に対して求められる前に、相対焦点は、少なくとも１つの他の画像に対する走査ラインを得るように修正される。それ故に、焦点は、走査中に、スタックの画像間で循環されることができ、画像は個々の走査ラインから構築される。画像情報は共用領域又はターゲットの一部に対する各画像ごとに得られ、相対移動はこれを達成するために走査中に停止されることがある。あるいはまた、走査移動は、実質的に連続的であってもよく、各画像ごとに得られた画像情報は、スタック内の異なる焦点位置若しくは範囲を有する対応画像を形成するように補間することができる。

上記アレイは、第１の方向に略垂直な方向に相対走査移動を有する第１の方向を定義する一次元アレイであってもよい。焦点位置又は範囲は、互いに均等間隔又は不均等な間隔で焦点合わせすることもできる。焦点範囲は、範囲の境界を定める２つの極値焦点位置間の焦点の領域を包含する。焦点範囲が使用されるとき、該焦点範囲は、スタック内の異なる画像に対し重なり合っていることもあるし、あるいは重なり合っていないこともある。焦点範囲が使用されるとき、この方法は、走査が進むにつれて各画像に対し次の走査ラインを得るための焦点を修正するように走査中に走査ラインから画像情報を使用することを有することもできる。焦点位置の関数としての焦点のメリット曲線をこのために使用することができ、この方法は、特定の領域のための「理想的な」焦点位置を測定するようにスタック内の画像に対する焦点を制御することを更に有することができる。スタック内の最も中心にある画像は、領域に対する理想的な焦点位置に対応するように配置することができる。

スタック内の画像を、構築される画像の焦点範囲若しくは位置に応じた焦点深度を有する出力画像を生成するように使用することもできる。

上記アレイは、サブアレイにおいて略走査方向に配置される複数のピクセルから構成することもできる。これらは略走査方向に離間配置されることもあり、各サブアレイは、対応する色の光を受光するように適合される。

一部の例において、画像情報は隣接する領域から得られる。整数値「ｍ」個のサブアレイが設けられるとき、好ましくは、アレイによって見られるような領域幅を単位にしたサブアレイ間隔がｍｎ−１であり、ここでｎはゼロでない整数であり、その結果、一般に異なる時間に得られる異なる領域からの画像情報がインタリーブされる。

相対移動の速度は、アレイの寸法及び位置決めに従って決定される。

本発明の第２の態様は、ターゲットの複数焦点スタック画像を生成するための装置であって、該スタック画像がターゲットの複数の画像を含み、各画像が対応する焦点範囲又は位置を有し、該装置は、走査ラインの形態で、ターゲットから画像情報を受信する光検出器のアレイと、前記アレイ及び前記ターゲット間において相対移動を行なう走査装置と、前記アレイ及び前記ターゲット間において相対焦点を制御する焦点装置と、前記ターゲット及び光検出器のアレイ間に相対走査移動をもたらすために前記走査装置を作動する制御システムと、を備え、該制御システムは、走査中に前記ターゲットから画像情報を繰り返し受信するために前記アレイを制御するように更に適合され、スタック内の画像を取得するために、走査中に個々の画像の前記焦点範囲若しくは位置の間で修正されるべき、前記ターゲットおよび前記アレイの間の相対焦点を生じるために、前記焦点装置を作動させ、各画像が走査中に個々の焦点範囲若しくは位置において取得された画像情報から形成される。

アレイは、一次元アレイ、又は、走査方向に略垂直な方向に配置される複数のサブアレイから構成されることもできる。ピクセル数は、たとえば約５０００のように多いことがある。サブアレイの数「ｍ」が付与されてもよく、領域から得られた対応画像情報が略走査方向において領域の大きさの整数で画像に離間配置されるように、サブアレイが離間されている。この間隔は、例えばビームスプリッタ及び物理的に離間配置されたサブアレイの使用によって付与される実際の物理的間隔又は光学的均等間隔でもよい。

カラー画像に関して、各サブアレイは、特定の色に対応する光を受光するようにフィルタから構成されることが好ましい。焦点装置は、アレイ又はターゲットの移動によって焦点合わせを行なうことができ、又は、この装置が結像レンズから構成される場合、結像レンズ、又は結像レンズの構成要素の移動によって焦点合わせを行なうこともできる。焦点装置が折り曲げミラーから構成される場合、焦点装置は折り曲げミラーの移動によって焦点合わせを行なう。光学的厚さが制御可能なウインドウもまた、この目的で使用することができ、これは、たとえば電気光学活性石英ウインドウであったり、回転角の関数として可変光学的厚さを備えた回転ウインドウである。

上記装置及び方法は、複数の画像形成用途において使用できるが、視野及び焦点深度が一般にかなり制限される顕微鏡検査法において特定の利点を見い出す。

本発明による方法及び装置の複数の例は添付図面を参照して以下に述べられる。

普通のライン走査は、ｘ個のピクセルの単一ラインアレイを含み、各ピクセルは一般にアレイの検出器に対応する。色に対して、３色のそれぞれに対し単一ラインが付与される（例えば、ＲＧＢ）。この単一ラインは、検出器アレイのラインに垂直な方向に移動される。移動速度は、検出器の１つの「ライン時間」の後に、検出器が次のライン時間が前のラインに当接したピクセルのラインを生成するように走査方向に１ピクセルの距離だけ移動したように設定される。これは、一次元（１Ｄ）アレイが矢印によって示される方向に走査される図３に示されている。

図４は、１Ｄアレイの端部から見た１Ｄアレイ走査の代表的な配置である。横移動の方向は、矢印によって示され、第１の走査線は「１」と表示され、第２の走査線は「２」と表示され、以下同様である。最も簡単な実施の形態は、走査し、次のラインへの移動の間に異なる焦点スタック位置に焦点を調整することである。図５は、３つのこうした焦点スタックが得られる場合を示している。これは、ストップ−スタート・トラバース（横移動）走査を含むが、同一画像内の走査線の補間を必要としない。図５における垂直方向の矢印によって示される焦点の方向は、この場合、トラバース（走査）の方向に対して実質的に垂直であることを理解することができる。図５ａは、図の平面に対する方向を有するリニア・アレイ１を備えた配置をさらに詳細に示している。焦点変化１０はレンズを使用して達成される。厚さが一定でないサンプルは１５で示され、これが支持材としてのスライド上に配置される。走査線の位置は矢印Ｘによって示され、走査の方向はＹで示される。この実施の形態において、トラバース（横移動）は、トラバース機構を停止し起動させることが画像内のジッタとして現れる位置上の誤差を生じさせることがあるように必ずしも望ましいとは限らないトラバースにおける「ストップ−スタート」作用を有する。

別の実施の形態では、トラバースは滑らか（一定の走査速度）であるように構成できるが、図４に示される構成の３倍も低速であり、図６に示すようなパターンを作成する。補間方法は、これが必要であれば、各ｚスタック画像を隣接画像と再調整するために使用することができる。こうした実施の形態が３つの焦点スタック画像を示しているが、２乃至実行可能な数と同数の焦点スタック画像を生成することは完全に可能である。また、これらの焦点スタック画像が等間隔で配置される必要はないので、たとえば、３つの中心スタックと２つの中心から離れた焦点スタックを有する５つのスタック画像を有することができる。これは、ライン１及び５が、より接近した間隔で配置されたライン２、３、４とは間隔を置いている図７に示される。

焦点スタックが一定平面内にとどまることは必要ではない。これは、図８に示されている。この状況は、スタック画像を得るためのシステムが走査中に所定の非平面的軌道を追従したり、又は、走査中の最良の走査の位置を繰り返し決定することによってサンプルの非平面を追従するいずれかの場合に発生することがある。図９に示すように、スタック内の隣接した画像のライン間に一定した分離は必要ではない。たとえば図９において、スタックにおける上下の各画像は一定していない分離を示しているのに対し、３つの中心画像ラインは、走査全体にわたって一定した分離を有する。

一部の例では、図１０ａ及び図１０ｂに示すように、焦点スタックは、互いに交差するように配置されることもある。図１０ａにおいて、スタックにおいて最下部にある画像は、走査中、次に下から２番目にある画像と交差するのに対し、図１０ｂにおいて、上下の画像は、それらの隣接する画像レベルと交差し、その順序は１、２、３、４、５のように開始し、走査の終わりには２、１、３、５、４になる。

複数焦点スタックを一度に採り、走査中に焦点を調整することの１つの特別な有利点は、例えば組織サンプルや岩盤サンプルの表面などの非平面的オブジェクトの焦点を追跡することが可能であるということである。外側の２つの焦点位置が焦点曲線の斜面上にあるように配置される場合、最良の焦点位置を予測し、中心焦点位置を最良の焦点位置に置くように焦点位置を調整することができる。これは、３つの焦点位置Ｃ、Ｄ、Ｅを使用して図１１に示すような焦点メリットカーブ技術によって達成することができる。このようにして、３つの位置すべてにあるとき、検出器の相対的メリット値を見ることによってスキャナの焦点が合っているかどうかをモニタすることができる。焦点が焦点位置から離れると、これは、図１２に示すように相対的焦点値を変化させる。

図１１及び図１２を比較すると、外側焦点位置（Ｃ及びＥ）の相対的メリット値が変化するが、中心焦点位置（Ｄ）は変化する必要がないことが理解できる。こうした状態が走査中にモニタされると、これが発生するときに、焦点位置（例えばＤ）を焦点範囲の中心部に戻すように焦点を調整することができる。これにより、スタック画像３００が走査３０１全体にわたって最良焦点のラインに追従するように示されている図１３に示すように焦点スタックが画像焦点の近くにないような領域がないように、走査に必要な焦点スタックの数を低減させる機能が与えられる。このことの大きな利点は、画像のほとんどに対してあまり有用でない情報を有する画像の多くを備えた更なるスタック画像を走査せずに時間が節約されるということである。これにより、走査中にサンプルに追従するためにわずかな焦点を調整することによって、わずかに異なる焦点値がいずれか一の時点において存在する。これは、図１３ａで更に詳細に示される。

調整可能な焦点分離を行なうことにより、焦点が良好な値にある範囲が変化するとき、スキャナが中心から離れた焦点レベル３０２を焦点の端部に設定することを可能にする。これは図１４及び図１５に示され、図１５は、図１４の走査において２つの位置Ａ、Ｂでのメリット曲線を示している。この可変焦点範囲の条件は、例えば細胞の層を走査する際に発生し、一部の例において、こうした細胞は多層になるように上下に積層され、層の数は走査によって変化する。図１０及び図１４に示すようなスタックの画像間の間隔を変えるという考えは、多くの利点を提供する。この相関関係は、多くの従来の配置では付与できなかった。

別の実施の形態は、焦点の範囲のエッジに近いが、実際は焦点がはずれていないように配置された外側焦点画像を有する。焦点のメリットは、検出器のいずれも焦点が合わなくならないことを保証するためにモニタされる。いったん外側検出器の１つが焦点が合わないメリット値を示すと、すべての検出器をまた焦点合わせするように焦点が調整される。図１６は、（すべて焦点が合っている）３つの焦点位置Ｃ、Ｄ、Ｅを示しているが、図１７は、焦点が合っているが、焦点のエッジにある位置を示している。これにより、走査中のサンプルがスキャナの焦点範囲より大きな焦点深度を有する場合、ユーザが焦点を通して見ることが可能になる。焦点深度が見かけ上増大する、こうした画像を単一の画像に結合するためにソフトウエアを使用することも可能である。

ここまで、１つの１Ｄ検出器アレイのみの使用を述べてきたが、生産性を向上させたこうしたタスクを行なうために複数の検出器を使用することが可能である。一実施の形態は、図１８に示すような３×ｘピクセルのアレイを使用することである。焦点は、既述したように鋸歯状に、但し、ｎ倍のもっと高速の移動速度（ここでｎはライン検出器アレイの数である）で移動される。図１９ａ、１９ｂ及び１９ｃは、３、４及び２つの各ラインアレイに対する複数の焦点位置を備えた複数の隣接したライン検出器を示している。

複数のライン検出器が互いに隣接するラインを有することもまた必要ではない。したがって、図２０に示すように検出器間にギャップを有するこうした走査プロセスを作成することは可能である。しかしながら、この状態において、検出器のライン間隔の関係に制限がある。整数値の走査ライン間隔に対して、検出器の１Ｄアレイ間の間隔はｍｎ−１でなければならず、ここでｍは検出器の１Ｄアレイの数であり、ｎはゼロでない整数である（ゼロの場合は、隣接ラインと同一である）。走査速度はｍに設定されなければならない。これにより、図２１ａ乃至図２１ｃ及び図２２ａ乃至図２２ｃに示すような走査パターンが生成される。図２１ａにおいて、引用された番号は１Ｄ検出器アレイのライン番号であり、この場合、ラインの数は３であり、それらの離隔距離は２である（ｍ＝３、ｎ＝１）。図２１ｂでは、ライン数が３、離隔距離が５である（ｍ＝３、ｎ＝２）。図２１ｃでは、ライン数が３、離隔距離が８である（ｍ＝３、ｎ＝３）。図２２ａにおいて、ライン数が３、離隔距離が２であり（ｍ＝３、ｎ＝１）、焦点位置が３つある。図２２ｂにおいて、ライン数が３、離隔距離が５であり（ｍ＝３、ｎ＝２）、焦点位置が３つある。図２２ｃにおいて、ライン数が４、離隔距離が３であり（ｍ＝４、ｎ＝１）、焦点位置が３つある。検出器間に整数値のライン間隔を有することは、依然として可能であるが、必ずしも必要ではなく、ライン数が３、離隔距離が２．５、走査ライン間隔が２、焦点位置が３である図２３に示すように、上に若しくは下に重なったラインで走査することがさらに望ましい。

カラー画像又はマルチチャネル画像を生成するために、ラインごとのベースで照明の色を変化させ、チャネル数の因数だけ減速させて横移動することが可能である。たとえば３色ＲＧＢ走査に関しては、ＲＧＢ走査がライトの切り換えによって発生し、ライン数が３、離隔距離が２（ｍ＝３、ｎ＝１）、焦点位置が３である図２４に示されるように、モノ速度の３分の１の横移動速度を使用することが必要とされることになる。

ＲＧＢカラー情報を生成する別の方法は、検出器の個々のライン上に赤、緑、及び青の各フィルタを置くことである。こうした組み合わせは、図２５ａに示すようなすべて同じ色のラインのグループ化、又は、図２５ｂに示すようなカラーシーケンスのグループ化を含むことができる。着色したラインの上に又は下にの重なりが必要でない場合、「同一色ライン−同一色ライン」間隔への制限が単一ライン間隔と同様に適用されることに注意することは重要である。

焦点面の数が使用される１Ｄアレイの数よりも少ないすべての場合において、検出器が光を検出する時間が、移動のぶれを防止するために次の位置番号に移動するのにかかる時間より少ないことが必要とされる。たとえば単一焦点面を有する４ライン検出器では、光検出時間は移動時間の４分の１より少なくなければならない。図１８、図２０、及び図２５ａ、２５ｂに示すように単一の検出器システムを有することも必要ではない。

図３に示したような単一ラインの検出器は、検出器が同一焦点面上にあるように図２６ａ乃至図２６ｃに示すような光学的オーバーラップの種々の方法に結合することができる。図２６ａは、２つのビームスプリッタ４、５及び３つのアレイ１、２、３を含む装置の使用を示している。アレイ１、３の仮想イメージは、それぞれ１’、３’で示される。光学軸は６で示される。検出器アレイの間隔は、２つの走査ライン（ｍ＝３、ｎ＝１）である。図２６ｂは、２アレイ／２ミラー（７、８）配列を示し、ライン間隔は２（ｍ＝３、ｎ＝１）である。アレイ１、２の主光線は、それぞれ１”、２”で示される。図２６ｃは、３アレイ（１、２、３）／２ミラー（７、８）システムを示し、ライン間隔は８（ｍ＝３、ｎ＝３）である。

同一平面上に検出器を設けないように配列が設定される場合、相対的焦点面の調整が走査中に必要とされるとき、検出器は相対的に移動されなければならず、これにより、可変不均一焦点面分離を実行することが困難になったり、又は、多数の不均一焦点スタックが多数の検出器を必要とすることになるので、すべての焦点面が同時に走査されていた。検出器を結合する他の方法は、繊維による結束、検出器どうしを物理的に当接すること、及び結像レンズに配置されたマイクロプリズムアレイを含む。

図２７ａ乃至図２７ｇに示された走査する間に焦点を調整する複数の実行可能な方法が存在する。図２７ａは、３つのアレイを備えた２つのビームスプリッタシステムを含む検出器ヘッド９の移動を示している。焦点移動の範囲は１０で示される。図２７ｂは、サンプルと検出器との中間にある結像レンズ１１の移動を使用する代替例を示している。図２７ｃは、可動ビーム折り曲げミラー１２、１３、１４を使用して焦点を達成することを示している。図２７ｄは、サンプル１５を移動させることによって焦点変調を達成する方法を示している。図２７ｅは、結像レンズ１１内で構成要素１６を移動させることによって焦点変動を達成することを示している。図２７ｆは、電気光学活性石英ウインドウなどの厚さが調整できるウインドウ１７がサンプル側に設けられる代替装置を示している。焦点移動は、ウインドウの光学的厚さを変化させることによって生じられる。図２７ｇは、光学的厚さが可変する回転ウインドウ１８を使用する。ここでの焦点移動は、ウインドウの光学的厚さを変化させることによって生じられる。ウインドウは、その軸線周り（即ち、円周周り）の回転の関数として光学的厚さを変化させ、及び／又は半径方向に光学的厚さを変化させる形状を有する。これは図２８に更に詳細に示される。

本明細書中で述べられた配置は、複数の検出器が異なる焦点位置にある各検出器で画像を取り込むために使用される従来の技術とは全く異なる。本発明では、多くの場合において、例えば図３に示すような単一の検出器を使用することができる。そして、複数の焦点値を生成するためにラインベースで焦点を変化させる。これは、図５乃至図１０に示される。さらに、図１８乃至図２５に示すような複数の検出器を使用することもできるが、いずれか一の時点において、検出器は同一焦点位置にある。

要約すれば、ワンパスで複数焦点スタック画像を生成するためのライン走査方法が、結果として提供される。１Ｄ（一般に）アレイの検出器はアレイの軸線に垂直な方向で、概して検出器表面の面において横移動される。焦点は、焦点スタック画像の各画像ごとに走査ライン間で調整される。このプロセスは、すべての焦点スタック画像が形成されるまでトラバース機構が第１の焦点スタック画像の次の走査ラインに移動するように循環的に繰り返される。

検出器アレイは一般に、アレイの軸線に垂直な方向で、概して次のラインの集合がｍラインの整数倍となるような速度で、画像に沿って検出器表面の面において（相対的に）横移動される。これらのラインは、検出器の感度領域と同じサイズである必要はない。ライン時間に対する横移動の速度は、カラーチャネル（設けられている場合）の数の因数だけ低減されることがあり、照明の色は、各焦点変化の前若しくは変化の間に画像の各チャネルごとに変化される。

焦点レベルは、焦点の領域を追跡するために走査中に有利に調整されることができる。焦点レベルは、焦点領域の何れかの側の少なくとも２つのレベルの焦点メリット関数の関係に注目することによって焦点範囲を決定するために使用されることもでき、こうしたレベルは、例えば、焦点合わせされた面及び焦点面のエッジ間の一定の関係を維持するために、焦点領域のエッジに設定される。

実用的な実施形態では、共焦点ラインのマルチ１Ｄアレイは、ビームスプリッタ／ミラー／マイクロプリズム（結像レンズに近い）及びアレイを使用して作成できる。

従来技術における焦点メリット曲線を示す図である。 従来技術のスタック画像及び理想的な焦点を示す図である。 アレイの走査法の概略斜視図である。 走査法における走査ラインの配置を示す図である。 「ストップ−スタート」走査を有する３つの焦点スタックを示す図である。 実際の３つの焦点スタック配置を示す図である。 滑らかな走査を有する３つの焦点スタックを示す図である。 スタックにおける不規則な画像間隔を示す図である。 スタックにおける非平面的画像を示す図である。 走査中の画像間の不均等な離隔を示す図である。 下部画像の交差を示す図である。 上部及び下部の焦点スタック画像の交差を示す図である。 焦点追跡中の焦点の合ったメリット曲線を示す図である。 焦点追跡中の焦点メリット曲線のエッジを示す図である。 焦点を追跡する画像のスタックを示す図である。 サンプルに対するスタックを示す図である。 スタック画像の焦点極値の変化を示す図である。 図１４の２ヶ所の位置での焦点メリット曲線を示す図である。 焦点の合った３つの外側スタック画像位置を示す図である。 ３つの位置のうち２つの位置が焦点のエッジに存在する図である。 マルチライン検出器アレイを示す図である。 ３つの焦点スタック及び滑らかな走査を有する３つの隣接するライン検出器を示す図である。 ３つの焦点スタック及び滑らかな走査を有する４つの隣接するライン検出器を示す図である。 ３つの焦点スタック及び滑らかな走査を有する２つの隣接するライン検出器を示す図である。 離間した３つのライン検出器アレイを示す図である。 ２ライン間隔の３ライン検出器を示す図である。 ５ライン間隔の３ライン検出器を示す図である。 ８ライン間隔の３ライン検出器を示す図である。 ２ライン間隔、３焦点スタック、及び滑らかな走査による３ライン検出器を示す図である。 ５ライン間隔、３焦点スタック、滑らかな走査、及び３つの焦点位置を備えた３ライン検出器を示す図である。 ３ライン間隔、３焦点スタック、及び滑らかな走査による４ライン検出器を示す図である。 下に重なるラインを有する非隣接ライン検出器を示す図である。 切り換えライト、及び、２ライン間隔、３焦点位置を有する３ライン検出器によるＲＧＢ走査を示す図である。 カラーグループで配置された複数の検出器を示す図である。 カラーシーケンスで配置された複数の検出器を示す図である。 ２つのビームスプリッタ及び３つのアレイを含む装置を示す図である。 ２アレイ／２ミラー配置を示す図である。 ３アレイ／２ミラー配置を示す図である。 検出器ヘッドの移動を示す図である。 結像レンズの移動を示す図である。 可動ビーム折り曲げミラーの使用を示す図である。 サンプルの移動を示す図である。 結像レンズ内の構成要素の移動を示す図である。 調節可能な光学的厚さの例を示す図である。 可変光学的厚さの回転ウインドウの使用を示す図である。 可変光学的厚さの形状を示す図である。

Claims (38)

1. ターゲットの複数焦点スタック画像を作成する方法であって、
   該スタック画像がターゲットの複数の画像を含み、
   各画像が対応する焦点範囲若しくは位置を有し、
   該方法は、
   ターゲット及び光検出器のアレイの間に相対走査移動をもたらし、
   該アレイが、走査中に走査ラインの形態でターゲットから画像情報を繰り返し受信するために使用され、
   スタック内の画像を取得するために、走査中、各々の画像の前記焦点範囲若しくは位置の間で修正されるべきターゲットとアレイとの間の相対焦点を生じ、
   各画像が走査中に個々の焦点範囲若しくは位置で得られる画像情報から形成される、
   複数焦点スタック画像の形成方法。
2. 前記方法がターゲットの複数の帯状列に対して繰り返される、請求項１に記載の方法。
3. 複数焦点スタック画像がターゲットの単一走査内で得られる、請求項１又は２に記載の方法。
4. スタック内の特定の画像に対するターゲットから走査ラインを取得した後であって、更なる走査ラインが前記特定の画像に対して取得される前に、スタック内の少なくとも１つの他の画像に対する走査ラインを取得するように相対焦点が修正される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 走査中に、焦点が画像間で繰り返し循環されるように、走査ラインが順次各画像ごとに取得される、請求項４に記載の方法。
6. 前記相対移動が各サイクル中に停止される、請求項５に記載の方法。
7. 前記走査移動が実質的に連続的である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
8. スタック内の異なる焦点位置若しくは範囲を有する対応画像を形成するように各画像ごとに取得された画像情報を補間することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記アレイが第１の方向を定義する一次元アレイである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 相対走査移動が前記第１の方向に略垂直である、請求項９に記載の方法。
11. 前記焦点位置又は範囲が互いに均等間隔で焦点合わせされた、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記焦点位置又は範囲が互いに不均等な間隔で焦点合わせされた、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
13. 焦点範囲が使用されるとき、該焦点範囲が重なり合っていない、請求項１２に記載の方法。
14. 焦点範囲が使用されるとき、該焦点範囲が重なり合っている、請求項１２に記載の方法。
15. 焦点範囲が使用されるとき、走査中に画像情報を使用して、各画像ごとの領域に対して次の画像情報を得るための焦点を修正することをさらに含む、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 焦点位置の関数としてメリット曲線を取得することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 特定の領域に対し理想的な焦点位置に及ぶためにスタック内の画像に対する焦点を制御することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. スタック内の最も中心にある画像の焦点が、領域に対する理想的な焦点位置に対応するように配置される、請求項１７に記載の方法。
19. 構築される画像の焦点範囲若しくは位置に応じた焦点深度を有する出力画像を生成するように、スタック内の画像を結合することをさらに含む、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記アレイが、サブアレイにおいて略走査方向に配置される複数のピクセルを含む、請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記サブアレイが略走査方向において離間されている、請求項２０に記載の方法。
22. 各サブアレイが、対応する色の光を受光するように適合される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記画像のそれぞれに対し、画像情報が隣接する領域から取得され、ｍ個のサブアレイが提供され、アレイによって見られるような領域幅を単位とするサブアレイ間隔がｍ×（ｎ−１）であり、ここでｎはゼロでない整数であり、その結果、異なる時間に得られる異なる領域からの画像情報がインタリーブされる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記相対移動の速度が、アレイの寸法及び位置決めによって決定される、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
25. ターゲットの複数焦点スタック画像を生成するための装置であって、
    該スタック画像がターゲットの複数の画像を含み、
    各画像が対応する焦点範囲又は位置を有し、
    該装置は、
    走査ラインの形態で、ターゲットから画像情報を受信する光検出器のアレイと、
    前記アレイ及び前記ターゲット間において相対移動を行なう走査装置と、
    前記アレイ及び前記ターゲット間において相対焦点を制御する焦点装置と、
    前記ターゲット及び光検出器のアレイ間に相対走査移動をもたらすために前記走査装置を作動する制御システムと、
    を備え、
    該制御システムは、
    走査中に前記ターゲットから画像情報を繰り返し受信するために前記アレイを制御するように更に適合され、
    スタック内の画像を取得するために、走査中に個々の画像の前記焦点範囲若しくは位置の間で修正されるべき、前記ターゲットおよび前記アレイの間の相対焦点を生じるために、前記焦点装置を作動させ、
    各画像が走査中に個々の焦点範囲若しくは位置において取得された画像情報から形成される、
    複数焦点スタック画像の生成装置。
26. 前記アレイが一次元アレイを含む、請求項２５に記載の装置。
27. 前記アレイが、走査方向に対し略垂直な方向に配置される複数のサブアレイを含む、請求項２５又は２６に記載の装置。
28. 領域から取得された対応画像情報が、略走査方向における領域の寸法の整数値で画像に離間配置されるように、ｍ個のサブアレイが離間配置される、請求項２７に記載の装置。
29. 前記サブアレイの各々が、特定の色に対応する光を受光するようにフィルタを含む、請求項２７又は２８に記載の装置。
30. 請求項２８による前記サブアレイの物理的分離及び該サブアレイの仮想の間隔を設けるようにビームスプリッタをさらに含む、請求項２８又は２９に記載の装置。
31. 前記焦点装置が、前記アレイの移動によって焦点合わせを行なう、請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載の装置。
32. 結像レンズをさらに含み、
    前記焦点装置が、前記結像レンズの移動若しくは結像レンズの構成要素によって焦点合わせを行なう、請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載の装置。
33. 折り曲げミラーをさらに含み、
    前記焦点装置が、前記折り曲げミラーの移動によって焦点合わせを行なう、請求項２５乃至３２のいずれか１項に記載の装置。
34. 前記焦点装置がターゲットの移動によって焦点合わせを行なう、請求項２５乃至３３のいずれか１項に記載の装置。
35. 制御可能な光学的厚さのウインドウをさらに含み、
    前記焦点装置が、前記ウインドウの動作によって焦点合わせを行なう、請求項２５乃至３２のいずれか１項に記載の装置。
36. 前記ウインドウが電気光学材料から形成される、請求項３５に記載の装置。
37. 前記ウインドウが回転可能であり、回転角の関数として可変光学的厚さを有する、請求項３６に記載の装置。
38. 前記装置が、微細なターゲットを結像するための顕微鏡システムの一部を構成する、請求項２５乃至３７のいずれか１項に記載の装置。
    
    

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