SE516744C2 - Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images - Google Patents

Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images

Info

Publication number
SE516744C2
SE516744C2 SE9900983A SE9900983A SE516744C2 SE 516744 C2 SE516744 C2 SE 516744C2 SE 9900983 A SE9900983 A SE 9900983A SE 9900983 A SE9900983 A SE 9900983A SE 516744 C2 SE516744 C2 SE 516744C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
image
optical system
lens
optimal
images
Prior art date
Application number
SE9900983A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9900983D0 (en
SE9900983L (en
Inventor
Anders Rosenqvist
Martin Almers
Daniel Elvin
Per Sennmalm
Christer Faahraeus
Original Assignee
Cellavision Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cellavision Ab filed Critical Cellavision Ab
Priority to SE9900983A priority Critical patent/SE516744C2/en
Publication of SE9900983D0 publication Critical patent/SE9900983D0/en
Priority to AU39921/00A priority patent/AU3992100A/en
Priority to JP2000605243A priority patent/JP2002539497A/en
Priority to PCT/SE2000/000529 priority patent/WO2000055667A1/en
Priority to EP00919213A priority patent/EP1169662A1/en
Publication of SE9900983L publication Critical patent/SE9900983L/en
Publication of SE516744C2 publication Critical patent/SE516744C2/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/36Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02Viewing or reading apparatus
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/50Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

An automatic focus controller (98) determines optical image corresponding to optimal focus of objective (72) for each frequency band, separately. A registration controller (104) aligns the determined optimal images. An objective (72) modifies the electromagnetic radiation received from an object and emits the modified electromagnetic radiation. A camera (32) detects separate images for each frequency band of modified electromagnetic radiation of image emitted by objective. An Independent claim is also included for optical system operating method.

Description

25 30 35 . . « . - a 516 744 v.. ff: 2 värd. Exempelvis åstadkommer sådana traditionella mikro- skop belysning 14 genom användning av en ljuskälla 12 med vitt ljus, såsom en glödtràdslampa. Sådana lampor är inte energieffektiva. Dessutom ändras lampans färgtemperatur, vilket påverkar bildens färgbalans, allteftersom lampan åldras. 25 30 35. . «. - a 516 744 v .. ff: 2 värd. For example, such traditional microscopes provide illumination 14 by using a light source 12 with white light, such as a filament lamp. Such lamps are not energy efficient. In addition, the color temperature of the lamp changes, which affects the color balance of the image as the lamp ages.

Ett annat krav, som höjer kostnaden, hos traditio- nella mikroskop är det att åstadkomma en elektronisk bild av hög kvalitet, varvid man vanligtvis använder en rela- tivt dyr trechips RGB (röd, grön, blå)-kamera 32. En så- dan kamera har interna prismor och filter för separering av färger, en färg för vardera av tre svart/vita senso- rer. Att bibehålla de relativa positionerna och rikt- ningarna för prismorna, filtren och sensorerna under kamerans livslängd är dock komplicerat.Another requirement, which increases the cost, of traditional microscopes is to provide a high quality electronic image, usually using a relatively expensive wooden chip RGB (red, green, blue) camera 32. Such a camera has internal prisms and filters for separating colors, one color for each of three black / white sensors. However, maintaining the relative positions and directions of the prisms, filters, and sensors during camera life is complicated.

Dessutom är den mest komplicerade komponenten hos traditionella mikroskop objektivet (linsen) 20 mellan lampan 12 och kameran 32. Eftersom lampan tillhandahåller vitt ljus är ett traditionellt objektiv 20 vanligtvis färgkompenserat för att åstadkomma en bild för ett oku- lar. Med andra ord måste objektivet 20 åstadkomma rim- ligtvis skarpa bilder 22 för hela det intressanta spekt- rumet på samma gång. Detta spektrum är typiskt hela det synliga spektrumet.In addition, the most complicated component of a traditional microscope is the lens (lens) 20 between the lamp 12 and the camera 32. Since the lamp provides white light, a traditional lens 20 is usually color compensated to provide an image for an eyepiece. In other words, the lens 20 must produce reasonably sharp images 22 for the entire spectrum of interest at the same time. This spectrum is typically the entire visible spectrum.

För att uppnå kraven för ett sådant mikroskop är det färgkompenserade ljusfältobjektivet 20 hos ett traditio- nellt mikroskop 10 en kompromiss för att åstadkomma: (1) färgkompensation; (2) brett synfält; (3) förstoring på 50-100 gånger; och (4) en numerisk apertur som typiskt är 0,9 för ett torrt (luftimmersions-)objektiv och 1,3 för ett oljeimmersionsobjektiv.To meet the requirements of such a microscope, the color-compensated light field lens 20 of a traditional microscope 10 is a compromise for providing: (1) color compensation; (2) wide field of view; (3) magnification of 50-100 times; and (4) a numerical aperture typically 0.9 for a dry (air immersion) lens and 1.3 for an oil immersion lens.

För att åstadkomma kompromissen för en mångfald av förhållanden, är traditionella mikroskopsystem ofta ut- rustade med ett antal olika objektiv, t ex för anpassning till tjockleken hos ett möjligt täckglas eller för åstad- kommande av översiktsbilder genom användning av ett ob- jektiv med liten förstoring. Sådana olika objektiv er- 10 l5 20 25 30 35 . . 1 K 4 v 516 744 »}-~~ ' -n 3 fordrar att de individuella linselementen är upplinjerade med små feltoleranser.To achieve the compromise of a variety of conditions, traditional microscope systems are often equipped with a number of different lenses, for example to adjust to the thickness of a possible coverslip or to provide overview images by using a small magnification lens. . Such different lenses er- 10 l5 20 25 30 35. . 1 K 4 v 516 744 »} - ~~ '-n 3 requires that the individual lens elements be aligned with small error tolerances.

Dessutom förblir, även med de bästa möjliga objek- tiven för synligt ljus, en del detaljer hos bilden att vara precis bortom synbarhet. Därför utförs "bildskärp- ning" av registrerade bilder 64, som är ett vanligt bild- behandlingssteg, med en bildbehandlare 66. Exempelvis framträder små detaljer och kanter bättre i bilden 68 med förstärkt skärpa, genom förstärkning av de högre spatial- frekvenserna i en bild. Val av sådan frekvensberoende förstärkning för skärpningsfiltret kan optimeras om ob- jektivets egenskaper är kända. Objektivegenskaperna är dock vàglängdsberoende och därför borde, ideellt sett, varje våglängd ha ett eget skärpningsfilter.In addition, even with the best possible lenses for visible light, some details of the image remain just beyond visibility. Therefore, "image sharpening" of recorded images 64, which is a common image processing step, is performed with an image processor 66. For example, small details and edges appear better in the image 68 with enhanced sharpness, by amplifying the higher spatial frequencies in an image. . Selection of such frequency-dependent gain for the sharpening filter can be optimized if the properties of the lens are known. However, the lens properties are wavelength dependent and therefore, ideally, each wavelength should have its own sharpening filter.

Olyckligtvis är sådana separata skärpningsfilter svåra att åstadkomma med en RGB-kamera eftersom varje färgkomponent hos kameran svarar mot ljus med en spekt- rumbredd på typiskt +/- 50 nm vilket orsakar överlappning mellan färgerna. Sålunda kan t ex den gröna komponenten svara mot ljus med våglängder som sträcker sig från ungefär 500-600 nm. Således kan, när en sensor hos kame- ran 32 har blivit utsatt för vitt ljus, varje våglängds bidrag till oskärpan hos bilden, som orsakas av objek- tivet, inte fastställas och därför kan de kännetecknande egenskaperna för ett skärpningsfilter, som är optimerat för en våglängd, inte fastställas. Sålunda kan ett skärp- ningsfilter för ett sådant system endast vara en kompro- miss.Unfortunately, such separate sharpening filters are difficult to achieve with an RGB camera because each color component of the camera responds to light with a spectrum width of typically +/- 50 nm which causes overlap between the colors. Thus, for example, the green component may correspond to light with wavelengths ranging from about 500-600 nm. Thus, once a sensor of the camera 32 has been exposed to white light, the contribution of each wavelength to the blur of the image caused by the lens cannot be determined, and therefore the characteristics of a sharpening filter optimized for a wavelength, not determined. Thus, a sharpening filter for such a system can only be a compromise.

Således klarar traditionella mikroskop inte av att åstadkomma ett lågkostnadssystem som har en dator som alstrar digitala mikroskopbilder med hög prestanda utan glödtrådslampor och tre chipskameror. Sådana traditionel- la mikroskop klarar inte heller av att tillåta användan- det av ett enkelt objektiv som är lämpat för våglängds- anpassade bildskärpningsfilter. 10 l5 20 25 30 35 , , . . . n 5 7 .. »a -~If" ' .» o ' 16 "".*."" .. ,»~_v~_,» ...v-- x . .. n <1 .- H- w- 4 Sammanfattning av uppfinningen Problemen med den kända tekniken löses helt eller delvis med ett optiskt system enligt patentkravet 1 och en metod enligt patentkravet 15.Thus, traditional microscopes are unable to provide a low cost system that has a computer that produces high performance digital microscope images without filament lamps and three chip cameras. Such traditional microscopes also fail to allow the use of a simple lens suitable for wavelength-adjusted image sharpening filters. 10 l5 20 25 30 35,,. . . n 5 7 .. »a - ~ If" '. » o '16 "". *. "" .., »~ _v ~ _,» ... v-- x. .. n <1 .- H- w- 4 Summary of the Invention The problems of the prior art are completely solved or in part with an optical system according to claim 1 and a method according to claim 15.

Föreliggande uppfinning åstadkommer en ny konstruk- tion för ett làgkostnadssystem för digital bildmikro- skopi. Systemet har en prestanda som är jämförbar med den hos mycket dyrare traditionella mikroskop. Dessutom kan uppfinningen användas för att förbättra prestandan hos ett befintligt mikroskopsystem.The present invention provides a new design for a low cost digital image microscopy system. The system has a performance comparable to that of much more expensive traditional microscopes. In addition, the invention can be used to improve the performance of an existing microscope system.

Ett syfte med uppfinningen är att alstra mikroskop- bilder med hög kvalitet på en dataskärm för att undanröja behovet för en användare att titta igenom okularet. Så- lunda åstadkommer inte uppfinningen en direkt optisk väg från provet till användarens ögon, utan låter istället bilden passera genom en kamera och en bildbehandlings- dator.An object of the invention is to generate high quality microscope images on a computer screen to eliminate the need for a user to look through the eyepiece. Thus, the invention does not provide a direct optical path from the sample to the user's eyes, but instead allows the image to pass through a camera and an image processing computer.

Ett annat syfte med denna uppfinning är att åstad- komma ett optiskt system som har: (1) ett objektiv som mottar elektromagnetisk strälning från ett prov, modi- fierar den elektromagnetiska strålningen och sänder ut den modifierade elektromagnetiska strålningen som en bild av provet; (2) en fokuseringsmekanism som styr objekti- vets rörelse längs åtminstone en väg för modifiering av bilden; (3) rata bilder för vart och ett av ett flertal frekvensband en eller flera kameror som detekterar sepa- hos den modifierade elektromagnetiska strålningen hos bilden som sänds ut av provet; och (4) en automatisk fokuseringsstyrenhet, de detekterade bilderna; (a) som är anordnad att i enlighet med åstadkomma styrparametrar bestämma, till fokuseringsmekanismen; och (b) separat för varje frekvensband, en optisk bild som motsvarar ett optimalt fokus för objektivet för detta frekvensband och en upplinjeringsstyrenhet för upplinjering av ett flertal optimala bilder. Bilderna kan detekteras/registreras vid olika tider. Dessutom kan kameran vara en eller flera svart/vita kameror.Another object of this invention is to provide an optical system having: (1) a lens which receives electromagnetic radiation from a sample, modifies the electromagnetic radiation and emits the modified electromagnetic radiation as an image of the sample; (2) a focusing mechanism that controls the movement of the lens along at least one path for modifying the image; (3) direct images for each of a plurality of frequency bands one or more cameras that detect the separation of the modified electromagnetic radiation of the image emitted by the sample; and (4) an autofocus controller, the detected images; (a) arranged to determine, in accordance with control parameters, to the focusing mechanism; and (b) separately for each frequency band, an optical image corresponding to an optimal focus of the lens for that frequency band and an alignment controller for aligning a plurality of optimal images. The images can be detected / registered at different times. In addition, the camera can be one or more black and white cameras.

.H n lO 15 20 25 30 35 _..- . _ _ I ~' " e I ;"' _ , i f ~ o 0 ' . å , | v 0 ' 1 a f V ' , ; . - .- ..X . I , , . ; ' .x «= 5 Ett ytterligare syfte med denna uppfinning är att ästadkomma en automatisk fokuseringsstyrenhet, som har: (l) en filterberäkningsenhet för mottagning av de detek- terade bilderna som bildsignaler och för alstring av filtrerade bildsignaler sà att bruskomponenter hos bild- signalerna har reducerats, varvid bruskomponenterna redu- ceras genom en ökning av energibidragen från delar av bildsignalerna, vilka bidrar till en relativt större del av bildkomponenterna än bruskomponenterna, och genom en minskning av energibidragen fràn andra delar av bild- signalerna, vilka bidrar till en relativt större del av bruskomponenterna än bildkomponenterna; (2) en energi- beräkningsenhet för mottagning av de filtrerade bild- signalerna och bestämning av energinivàerna hos de filt- rerade bildsignalerna; och (3) en styrberäkningsenhet för mottagning av energinivàerna och för alstring av styr- parametrarna i enlighet med energinivàerna..H n lO 15 20 25 30 35 _..-. _ _ I ~ '"e I;"' _, i f ~ o 0 '. å, | v 0 '1 a f V',; . - .- ..X. I,,. ; A further object of this invention is to provide an automatic focusing control unit having: (1) a filter calculation unit for receiving the detected images as image signals and for generating filtered image signals such that noise components of the image signals has been reduced, whereby the noise components are reduced by an increase in the energy contributions from parts of the image signals, which contribute to a relatively larger part of the image components than the noise components, and by a decrease in the energy contributions from other parts of the image signals, which contribute to a relatively larger part of the noise components other than the image components; (2) an energy calculation unit for receiving the filtered image signals and determining the energy levels of the filtered image signals; and (3) a control calculation unit for receiving the energy levels and for generating the control parameters in accordance with the energy levels.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en upplinjeringsstyrenhet som har: (1) en transformeringsenhet för mottagning av en första optimal bild och en transformation och för alstring av en trans- formerad bild, varvid transformationen innehar möjlig- heten att översätta, rotera och/eller förstora den första optimala bilden; (2) en sammanställningsenhet för kombi- nering av en andra optimal bild och den transformerade bilden för alstring av en sammanställd bild; (3) en energiberäkningsenhet för mottagning av den sammanställda bilden och för bestämning av en energinivà hos den sam- manställda bilden; och (4) för mottagning av energinivàn och för generering av en transformeringsgenerator transformationen i enlighet med energinivàn så att den utvalda transformationen motsvarar ett fokus för den sammanställda bilden.A further object of the present invention is to provide an alignment controller having: (1) a transformation unit for receiving a first optimal image and a transformation and for generating a transformed image, the transformation having the ability to translate, rotate and / or enlarge the first optimal image; (2) a compilation unit for combining a second optimal image and the transformed image for generating a composite image; (3) an energy calculation unit for receiving the composite image and for determining an energy level of the composite image; and (4) for receiving the energy level and for generating a transform generator the transformation in accordance with the energy level so that the selected transformation corresponds to a focus of the composite image.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en eller flera bildskärpningsfilter, var- vid varje filter är optimerat för ett särskilt frekvens- band. 10 15 20 25 30 35 . . . . . a 516 744 . . . . . . .n- U 6 Ett annat syfte med denna uppfinning är att åstad- komma en elektromagnetisk strålningskälla, som kan ut- sända elektromagnetisk strålning i olika frekvensband och selektivt utsända elektromagnetisk strålning från endast ett av frekvensbanden. Denna källa kan innefatta ett flertal separata källor, varvid varje separat källa mot- svarar ett eller flera av de olika frekvensbanden.A further object of the present invention is to provide one or more sharpening filters, each filter being optimized for a particular frequency band. 10 15 20 25 30 35. . . . . a 516 744. . . . . . Another object of this invention is to provide an electromagnetic radiation source which can emit electromagnetic radiation in different frequency bands and selectively emit electromagnetic radiation from only one of the frequency bands. This source may comprise a plurality of separate sources, each separate source corresponding to one or more of the different frequency bands.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att välja: (l) ett eller flera av frekvensbanden för att åstadkomma ett svar från endast de motsvarande delarna hos provet och/eller (2) åtminstone tre av frekvensbanden till att svara mot röda, gröna och blå färgkomponenter hos det synliga ljuset.A further object of the present invention is to select: (1) one or more of the frequency bands to provide a response from only the corresponding parts of the sample and / or (2) at least three of the frequency bands to respond to red, green and blue color components in the visible light.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett objektiv vilket: (1) saknar betydande färgkompensation; (2) är utvalt så att det optimala foku- set för varje frekvensband uppträder i olika lägen längs objektivets väg; (3) åstadkommer optimala fokuserings- lägen vilka är monotont relaterade till frekvensbanden; och/eller (4) objektivet längs vägen för att uppenbara det optimala flyttas i en enda rörelse i en riktning för fokuset för varje frekvensband.A further object of the present invention is to provide a lens which: (1) lacks significant color compensation; (2) is selected so that the optimal focus for each frequency band appears in different positions along the path of the lens; (3) provides optimal focusing positions which are monotonically related to the frequency bands; and / or (4) the lens along the path to reveal the optimum is moved in a single motion in a direction of focus for each frequency band.

Dessutom är ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en omvandlare för transformering av varje n x 1-pixel hos en sammanställd bild genom användning av en viktmatris för alstring av en respektive 3 x 1-pixel för en RGB-bild, där n är antalet frekvensband. Dessutom kan RGB-bilden alstras till att simulera kameror som skiljer sig från den kamera eller kameror som används i det optiska systemet.In addition, it is an object of the present invention to provide a converter for transforming each n x 1 pixel of a composite image by using a weight matrix to produce a respective 3 x 1 pixel for an RGB image, where n is the number of frequency bands. In addition, the RGB image can be generated to simulate cameras that are different from the camera or cameras used in the optical system.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod för användande av ett optiskt system som innefattar stegen att: (1) belysa ett prov med elektromagnetisk strålning från en källa; (2) modifiera elektromagnetisk strålning från provet genom ett objektiv för bildande av en bild av provet; (3) styra objektivets rörelse längs åtminstone en väg för modifiering av bil- lO 15 20 25 30 35 . . v « 1- 516 744 .m- .n 7 den; (4) detektera separata bilder för vart och ett av ett flertal frekvensband hos den elektromagnetiska stràl- ningen; (5) åstadkomma styrparametrar för styrning av objektivets rörelse; (6) utifrân de detekterade bilderna separat för varje frekvensband bestämma en optimal bild som svarar mot ett optimalt fokus hos objektivet för detta frekvensband; och (7) att linjera upp ett flertal optimala bilder. Denna metod kan också innefatta stegen att: (1) flytta objektivet endast i en riktning för att uppenbara det optimala fokuset för varje frekvensband; och (2) genom användning av ett filter som är optimerat för öka skärpan hos en eller flera optimala bilder respektive frekvensband.Another object of the present invention is to provide a method of using an optical system comprising the steps of: (1) illuminating a sample with electromagnetic radiation from a source; (2) modifying electromagnetic radiation from the sample through a lens to form an image of the sample; (3) directing the movement of the lens along at least one path for modifying the car 15 20 25 30 35. . v «1- 516 744 .m- .n 7 den; (4) detecting separate images for each of a plurality of frequency bands of the electromagnetic radiation; (5) provide control parameters for controlling the movement of the lens; (6) determining from the detected images separately for each frequency band an optimal image corresponding to an optimal focus of the lens for this frequency band; and (7) aligning a plurality of optimal images. This method may also include the steps of: (1) moving the lens only in one direction to reveal the optimal focus for each frequency band; and (2) by using a filter optimized to increase the sharpness of one or more optimal images and frequency bands, respectively.

Dessa och andra syften, fördelar och särdrag hos uppfinningen torde inses av fackmàn efter studium av den följande beskrivningen av uppfinningen.These and other objects, advantages and features of the invention will become apparent to those skilled in the art upon study of the following description of the invention.

Kort beskrivning av ritningarna Fig l är ett blockschema, som visar ett traditio- nellt ljusfältmikroskopsystem med valbara moduler, vilka innefattar en RGB-videokamera, en videoskärm, en dator, en autofokuseringsenhet och en datorskärm; Fig 2 är ett blockschema som visar en utföringsform av denna uppfinning i vilken de röda, gröna och blà färg- komponenterna hos en RGB-kamera fàngas vid olika tid- punkter och lnjeras upp genom användning av en bildupp- linjeringsstyrenhet; och Fig 3 är ett blockschema som illustrerar en andra utföringsform av föreliggande uppfinning i vilken ljus- källan är uppdelad i flera spektra med smalare bandbredd och som använder ett enkelt objektiv och en kamera för svart/vit fotografering.Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a block diagram showing a traditional light field microscope system with selectable modules, which include an RGB video camera, a video monitor, a computer, an autofocus unit and a computer monitor; Fig. 2 is a block diagram showing an embodiment of this invention in which the red, green and blue color components of an RGB camera are captured at different times and lined up using an image alignment controller; and Fig. 3 is a block diagram illustrating a second embodiment of the present invention in which the light source is divided into several spectra with narrower bandwidth and which uses a simple lens and a camera for black and white photography.

Detaljerad beskrivning av unnfinninqen Fig 2 visar ett traditionellt mikroskopsystem som har modifierats i enlighet med denna uppfinning. Närmare bestämt har stràldelaren 24 och okularet 28 i fig 1 tagits bort, vilket minskar systemets storlek och minskar produktionskostnaden. Dessutom förbättrar det minskade 10 15 20 25 30 DJ U'| 516 744 8 antalet optiska komponenter i den optiska vägen bild- kvaliteten. För skäl som förklaras nedan har, i denna ut- föringsform, en bildlagringsenhet 94 och en upplinje- ringsstyrenhet 104 lagts till för att verka tillsammans med eller i datorn 90 för styrning av systemet.Detailed Description of the Invention Fig. 2 shows a traditional microscope system that has been modified in accordance with this invention. More specifically, the beam splitter 24 and the eyepiece 28 in Fig. 1 have been removed, which reduces the size of the system and reduces the cost of production. In addition, the reduced 10 15 20 25 30 DJ U '| 516 744 8 the number of optical components in the optical path image quality. For reasons explained below, in this embodiment, an image storage unit 94 and an alignment controller 104 have been added to operate with or in the computer 90 to control the system.

I ett traditionellt mikroskop, som har ett objektiv med bra färgkompensering säsom Olympus "UplanFl l00x/1,30 olja", har olika färgkomponenter i en bild fràn en RGB-kamera något olika vertikala lägen för optimal- fokus. Närmare bestämt är läget för den blà färgkompo- nenten längre bort än de andra färgkomponenterna, grönt och rött. Icke desto mindre betraktas alla färgerna i en bild fràn ett traditionellt mikroskop samtidigt genom okularet 28 eller kameran 32.In a traditional microscope, which has a lens with good color compensation such as the Olympus "UplanFl l00x / 1.30 oil", different color components in an image from an RGB camera have slightly different vertical positions for optimal focus. More specifically, the position of the blue color component is further away than the other color components, green and red. Nevertheless, all the colors in an image from a traditional microscope are viewed simultaneously through the eyepiece 28 or the camera 32.

I motsats till den samtidiga betraktningen i ett traditionellt mikroskopsystem 10 fàngar (betraktar) det optiska systemet 80 enligt en utföringsform av denna upp- finning var och en av de tre färgkomponenterna 34 somi separata bilder sekventiellt genom "bildfàngaren" 62. Var och en av de fångade färgkomponentbilderna 92 kan lagras separat i en bildlagringsenhet 94 i enlighet med en syn- kroniseringssignal 100 fràn autofokusstyrenheten 98. Även om det optiska systemet 80 i denna utförings- form av uppfinningen använder belysning 14 fràn en källa 12 med vitt ljus medger den tidsseparerade bildfàngningen av varje RGB-komponent 34 med automatisk omfokusering mellan fàngningarna ett optiskt system 80 som har en för rim- datorlösning, i motsats till en optisk lösning, lig färgkompensering. I fig 2 bestäms bredden för varje färgs frekvensspektrum av det vàglängdsberoende svaret hos färgkomponenterna i RGB-kameran 32. En typisk tre- chips-RGB-kamera har färgkomponenter med bandbredder som har en bredd av ungefär +/- 50 nm.In contrast to the simultaneous consideration in a traditional microscope system 10, the optical system 80 according to an embodiment of the present invention captures (views) each of the three color components 34 as separate images sequentially through the "image capture" 62. Each of the The captured color component images 92 can be stored separately in an image storage unit 94 in accordance with a synchronization signal 100 from the autofocus controller 98. Although the optical system 80 in this embodiment of the invention uses illumination 14 from a white light source 12, the time-separated image capture of each RGB component 34 with automatic refocusing between the captures an optical system 80 having a color compensation for rhyme computer solution, as opposed to an optical solution. In Fig. 2, the width of each color frequency spectrum is determined by the wavelength-dependent response of the color components of the RGB camera 32. A typical three-chip RGB camera has color components with bandwidths having a width of approximately +/- 50 nm.

Eftersom varje bildfàngning erfordrar ett autofoku- seringssteg av autofokusstyrenheten 98 används en snabb bildinnehàllsautofokuseringsprocedur, som är okänslig för brus, av autofokusstyrenheten 98 för var och en av de lO 15 20 25 30 35 516 744 | | - , u .U n, » | » . = = 9 fångade färgkomponentbilderna 96. I synnerhet använder en utföringsform av föreliggande uppfinning, även om andra autofokuseringsprocedurer kan användas, en autofokuse- ringsprocedur som erfordrar en enda ensriktad avsökning av objektivets vertikala läge för lagring av varje färg- komponents bild vid det optimala fokuset.Since each image capture requires an autofocus step by the autofocus controller 98, a fast image content autofocus procedure, which is insensitive to noise, is used by the autofocus controller 98 for each of the 10 15 25 25 30 35 516 744 | | -, u .U n, »| ». = = 9 captured color component images 96. In particular, one embodiment of the present invention, although other autofocus procedures may be used, uses an autofocus procedure that requires a single unidirectional scan of the vertical position of the lens to store each color component image at the optimal focus.

Den amerikanska patentansökan nr 09/212 720, som genom denna referens inkorporeras häri, hänför sig till en sådan ensriktad autofokuseringssökning som används i en utföringsform av föreliggande uppfinning. I denna ansökan beskrivs en autofokuseringsprocedur som utnyttjar det faktum att vid de optimala fokuseringslägena syns svaret i det spatiala frekvensspektrumet tydligast vid de låga och mellanliggande spatiala frekvenserna, medan svaret vid högre spatiala frekvenser vanligtvis är gömda i brus. Genom behandling av svaret som en signal med brus och genom filtrering av bilden med ett optimalt Wiener- filter för borttagning av de högre spatialfrekvenserna ästadkommes en fokuseringsfunktion med en förbättrad signal(fokuseringssvar)-bruskvot. Denna patentansökan diskuterar också användandet av ett approximativt, lin- järt, digitalt faltningsfilter istället för det optimala Wiener-filtret för àstadkommande av snabbare beräkningar.U.S. Patent Application No. 09/212,720, which is incorporated herein by reference, relates to such a unidirectional autofocus search used in an embodiment of the present invention. This application describes an autofocusing procedure that takes advantage of the fact that at the optimal focusing modes, the response in the spatial frequency spectrum is most evident at the low and intermediate spatial frequencies, while at higher spatial frequencies the response is usually hidden in noise. By treating the response as a signal with noise and by filtering the image with an optimal Wiener filter to remove the higher spatial frequencies, a focusing function is achieved with an improved signal (focusing response) noise ratio. This patent application also discusses the use of an approximate, linear, digital convolution filter instead of the optimal Wiener filter for faster calculations.

Det approximativa filtret kan vara en linjär vektor som endast har tre icke-noll-element, 2, O, O, 0, filtret eller det approximativa filtret kräver kurvan- exempelvis [l, O, O, O, 1,]. Eftersom varken det optimala Wiener- passning, dvs en procedur som använder lägen på båda sidor om det optimala fokuseringsläget, erfordras inte en objektivpositioneringsmekanism med hög repeterbarhet eller som är fri fràn hysterisis. Istället behöver det optiska systemet bara behålla den bilden, som har det högsta värdet hos fokuseringsfunktionen som påträffats under en ensriktad avsökning, i bildminnet 94. Sålunda uppträder det optimala fokuset för var och en av de opti- mala färgkomponentbilderna efter varandra med försumbar överlappning genom val av RGB-kameran, det optiska sys- 10 15 20 25 30 35 - . . . u 516 744 1 1 « . . - 10 temet, riktningen för den vertikala avsökningen och ord- ningen i vilken färgkomponenterna fokuseras och fångas.The approximate filter can be a linear vector that has only three non-zero elements, the 2, 0, 0, 0, the filter or the approximate filter requires curve- for example [1, 0, 0, 0, 1,]. Since neither the optimal Wiener fit, ie a procedure that uses positions on both sides of the optimal focusing position, a lens repositioning mechanism with high repeatability or that is free from hysteresis is not required. Instead, the optical system only needs to retain the image that has the highest value of the focusing function found during a unidirectional scan in the image memory 94. Thus, the optimal focus for each of the optimal color component images appears one after the other with negligible overlap by selection. of the RGB camera, the optical sys- 10 15 20 25 30 35 -. . . u 516 744 1 1 «. . The theme, the direction of the vertical scan and the order in which the color components are focused and captured.

Resultatet är en snabb fàngning av alla färgkomponenter- na.The result is a fast capture of all the color components.

Proceduren att fånga en färgkomponent och åter- fokusera åstadkommer skarpare färgkomponenter från RGB- kameran 32. Eftersom färgkomponentbilderna 92, 102 fångas och lagras vid olika tider och vid olika fokuserings- 102 dock trans- lägen, skall färgkomponentbilderna 92, lateras, roteras och förstoras med avseende på varandra när de används tillsammans. Om färgkomponentbilderna 102 endast används separat kan sådana justeringar vara onö- diga. För exempelvis en gràskalebild eller en presenta- tion av färgbilder 68 för en användare är dock inriktning (upplinjering) av färgkomponentbilderna typiskt nödvän- dig. Sådan upplinjering kan vara problematisk eftersom olika färgkomponenter svarar olika mot olika typer av detaljer i provet.The procedure of capturing a color component and refocusing produces sharper color components from the RGB camera 32. Since the color component images 92, 102 are captured and stored at different times and at different focusing modes, however, the color component images 92 must be laterated, rotated and enlarged with with respect to each other when used together. If the color component images 102 are only used separately, such adjustments may be unnecessary. However, for example, for a grass scale image or a presentation of color images 68 for a user, alignment (alignment) of the color component images is typically necessary. Such alignment can be problematic because different color components respond differently to different types of details in the sample.

Den amerikanska patentansökan nr 09/212 730, som genom denna referens inkorporeras häri, hänför sig till ett robust särdragsfritt likhetskriterium för upplinje- ring av två olika bilder, dvs bilder som inte har iden- tiska detaljer, som används i en utföringsform av denna uppfinning. Ett likhetskriterium är globalt optimalt när bilderna är som bäst inriktade. Ett likhetskriterium som är särdragsfritt beror inte på extraherandet av särskilda bilddetaljer hetskriterium består av mätning av en bilds fokus, vilken (särdrag) före upplinjeringen. Detta lik- bild bildas ur de två bilderna som skall linjeras upp, t ex genom att addera de två inbilderna pixel för pixel.U.S. Patent Application No. 09/212,730, which is incorporated herein by reference, relates to a robust feature-free similarity criterion for aligning two different images, i.e., images that do not have identical details, used in an embodiment of this invention. . A similarity criterion is globally optimal when the images are best aligned. A similarity criterion that is feature-free does not depend on the extraction of particular image details. The criterion criterion consists of measuring the focus of an image, which (feature) before the alignment. This still image is formed from the two images to be lined up, for example by adding the two images pixel by pixel.

Genom att använda en av bilderna som en referens och genom att transformera den andra relativt referensbilden utvärderas och optimeras likhetskriteriet över ett antal kombinationer av transformationsparametrar för att avgöra det optimala fokuset vilket svarar mot den optimala in- riktningen av bilderna. lO 15 20 25 30 UJ U'| . , . , -ø . - | u a u . . - » n - 516 744 nu H ll Medan en utföringsform av denna uppfinning använder sig av denna upplinjeringsprocedur för färgkomponent- bilder 102 i upplinjeringsstyrenheten 104 kan andra upplinjeringsprocedurer användas. Ett skäl till att upp- linjering behövs år att själva trechip-kameran, p g a exempelvis vibration, stöt, temperaturförändringar, tem- peraturgradienter och åldring, har komponenter som inte är i linje med varandra och sålunda åstadkommer förflytt- ning av objektivet bilder som inte är exakt inriktade.By using one of the images as a reference and by transforming the other relative to the reference image, the similarity criterion is evaluated and optimized over a number of combinations of transformation parameters to determine the optimal focus, which corresponds to the optimal orientation of the images. lO 15 20 25 30 UJ U '| . ,. , -ø. - | u a u. . While an embodiment of this invention utilizes this alignment procedure for color component images 102 in the alignment controller 104, other alignment procedures may be used. One reason why alignment is needed is that the three-chip camera itself, due to, for example, vibration, shock, temperature changes, temperature gradients and aging, has components that are not in line with each other and thus causes the lens to move images that are not precisely targeted.

Genom att ta bort stråldelaren 24 och okularet 28 och samtidigt lägga till procedurer och styrenheter för autofokusering och upplinjering av olika bilder, åstad- kommes i enlighet med denna uppfinning ett optiskt system 80 som är mindre och år billigare, är mer pålitligt och har högre prestanda.By removing the beam splitter 24 and the eyepiece 28 and at the same time adding procedures and controllers for autofocusing and aligning different images, in accordance with this invention an optical system 80 is provided which is smaller and years cheaper, is more reliable and has higher performance. .

I det modifierade systemet i fig 2 behövs inte för- delarna med färgkompensering hos ett traditionellt färg- kompenserat objektiv 20 eftersom varje färgkomponent är separat fokuserad. Sålunda kan ett objektiv 72 med mindre färgkompensering användas. Ett sådant objektiv reducerar också överlappningen av fokuseringstopparna hos olika färger när avsökning sker i vertikal riktning. Exempelvis används i en utföringsform av denna uppfinning en GELTECH 350140-lins. Denna lins är en icke färgkompenserad enkel- lins, som har ett fokuseringsdjup på storleken 1 pm medan centrumet för det optimala fokuseringsläget monotont ändras med 5-10 pm för varje 50 nm ändring i belysnings- våglängd.In the modified system of Fig. 2, the benefits of color compensation of a traditional color compensated lens 20 are not needed since each color component is focused separately. Thus, a lens 72 with less color compensation can be used. Such a lens also reduces the overlap of the focusing peaks of different colors when scanning in the vertical direction. For example, in one embodiment of this invention, a GELTECH 350140 lens is used. This lens is a non-color compensated single lens, which has a focusing depth of the size 1 μm while the center of the optimal focusing mode monotonically changes by 5-10 μm for every 50 nm change in illumination wavelength.

En annan utföringsform av denna uppfinning utnyttjar det faktum att ett optiskt system ger skarpa bilder över ett stort intervall av våglängder om endast en begränsad spektralbredd ät gången mottages av objektivet. I enlig- het med denna utföringsform är belysningens 118 spektrum styrd. Ett sådant optiskt system 110 visas i fig 3. Det verkar i huvudsak på samma sätt som systemet i fig 2, förutom bl a skillnaderna: (1) färgstyrningen sker i be- lysningen 118, som åstadkommes av ljuskällan 116, istäl- lO 15 20 25 30 35 . . Q . - I 516 744 « - * . H . 1 « | n 12 let för en kamera; (2) mer än tre färgkomponentbilder 134, 144 kan observeras; och (3) ett flertal smala spekt- rum hos färgkomponentbilderna 134, 144 medger bättre väg- längdsanpassning och därför mera effektiva skärpningsfil- ter.Another embodiment of this invention utilizes the fact that an optical system produces sharp images over a wide range of wavelengths if only a limited spectral width at a time is received by the lens. According to this embodiment, the spectrum of the lighting 118 is controlled. Such an optical system 110 is shown in Fig. 3. It operates essentially in the same way as the system in Fig. 2, except for, among other things, the differences: (1) the color control takes place in the illumination 118, which is provided by the light source 116, instead of 25 30 35. . Q. - I 516 744 «- *. HRS . 1 «| n 12 let for a camera; (2) more than three color component images 134, 144 can be observed; and (3) a plurality of narrow spectra of the color component images 134, 144 allow better path length adjustment and therefore more efficient sharpening filters.

I fig 3 är ljuskällan 116 färgseparerad över tiden.In Fig. 3, the light source 116 is color separated over time.

Ett antal belysningskällor 116 med smala spektrum, t ex lysdioder (LED), laserdioder och/eller filtrerade glöd- lampor, tänds en ät gängen och tänds och släcks elektro- niskt under styrning fràn datorn/mikroprocessorn 130. I en utföringsform bestäms omkopplingen av en signal 114 fràn autofokuseringsstyrenheten 138. Färgsepareringen kan också àstadkommas med exempelvis en glödlampa och ett filterhjul. terar i ett ljussvar 120 som har ett smalt spektrum och Ljuset 118 belyser provet 16, vilket resul- innehàller objektinformation. Ljuset 124 som utsänds fràn objektivet 122 har ett lika smalt spektrum som ljuset 118 frän belysningskällan 116. Sålunda behöver inte objek- tivet 122 vara färgkompenserat och kan ha en enkel upp- byggnad. Således användes i en utföringsform i fig 3 med gott resultat en GELTECH 350140-lins, som är icke-färg- kompenserad. Även om fluorescensen hos objektet 16 kan bredda, duplicera, eller skifta spektralljussvaret, kommer fort- farande kameran eller kamerorna 126 att detektera bilden 124 förutsatt att kameran eller kamerorna 126 kan detek- tera frekvensbandet som skapats av fluorescensen. Dess- utom kan ett eller flera ytterligare autofokuseringssteg krävas för att uppnà en optimal fokusering för det fluo- rescerande bidraget till bilden, om det fluorescerande svaret ligger vid annat/andra frekvensband än de andra frekvensbanden som detekteras.A number of narrow spectrum light sources 116, such as LEDs, laser diodes and / or filtered light bulbs, are turned on and off and electronically turned on and off under the control of the computer / microprocessor 130. In one embodiment, the switching of a signal 114 from the autofocus control unit 138. The color separation can also be achieved with, for example, a light bulb and a filter wheel. in a light response 120 having a narrow spectrum and the Light 118 illuminates the sample 16, which results in object information. The light 124 emitted from the lens 122 has as narrow a spectrum as the light 118 from the illumination source 116. Thus, the lens 122 need not be color compensated and may have a simple structure. Thus, in one embodiment in Fig. 3, a GELTECH 350140 lens which is non-color compensated is used with good results. Although the fluorescence of the object 16 may widen, duplicate, or shift the spectral light response, the camera or cameras 126 will still detect the image 124 provided that the camera or cameras 126 can detect the frequency band created by the fluorescence. In addition, one or more additional autofocusing steps may be required to achieve an optimal focus for the fluorescent contribution to the image, if the fluorescent response is at a different frequency band (s) than the other frequency bands detected.

Bilden 124 som kommer ut fràn objektivet 122 träffar en svart/vit kamera 126, vilket resulterar i en svart/vit bild 128, kamera 126 kan användas eftersom i denna utföringsform som fångas i en bildfàngare 132. En svart/vit belysningskällan 116 utför färgseparering. Dessutom kan 10 15 20 25 30 35 516 744 . . . » 1 1 13 kameran 126 vara analog eller digital. Bildfàngningsin~ 136 tillhandahàlles för auto- fokuseringsstyrenheten 138. Objektivets 122 läge fast- formationen (en bildsignal) ställs av fokuseringsmekanismen 54 vilken styrs via en omkopplare 50 från autofokuseringsstyrenheten 138 eller fràn ett manuellt fokuseringsstyrorgan 46. Objektivet 122 avsöker längs det optiska systemets 110 z-axel sä att bilden 134, tionen för denna bild, kan fastställas och lagras i bild- som svarar mot den optimala fokuseringsposi- minnet 142 medelst en lagringssynkroniseringssignal 140 fràn autofokuseringsstyrenheten 138. Efter optimering av fokuset för en given färgkomponentbild 134 väljes nästa färgkomponentbild och proceduren upprepas tills det att de eftersträvade färgkomponentbilderna har fàngats och lagrats.The image 124 coming out of the lens 122 hits a black and white camera 126, resulting in a black and white image 128, camera 126 can be used because in this embodiment captured in an image capture 132. A black and white illumination source 116 performs color separation. In addition, 10 15 20 25 30 35 516 744. . . »1 1 13 camera 126 be analog or digital. The image capture input 136 is provided for the autofocus controller 138. The position of the lens 122 The fixation (an image signal) is set by the focusing mechanism 54 which is controlled via a switch 50 from the autofocus controller 138 or from a manual focus controller 46. The lens 122 scans along the optical system 110. axis so that the image 134, the tion of this image, can be determined and stored in the image corresponding to the optimal focusing position memory 142 by means of a storage synchronizing signal 140 from the autofocusing controller 138. After optimizing the focus for a given color component image 134, the next color component image is selected. until the desired color component images have been captured and stored.

Upplinjeringen av färgkomponentbilderna 144 kan pà- börjas sà snart de första tvà färgkomponentbilderna har fàngats. Upplinjeringsstyrenheten 146 linjerar upp var och en av de "n" bildkomponenterna i en "n"-komponents upplinjerad bild 148. I bildprocessorn 150 kan en eller flera vàglängdsberoende skärpningsfilter appliceras pà varje färgkomponent av den registrerade bilden 148.The alignment of the color component images 144 can begin as soon as the first two color component images have been captured. The alignment controller 146 aligns each of the "n" image components in an "n" component aligned image 148. In the image processor 150, one or more path length dependent sharpening filters may be applied to each color component of the recorded image 148.

Eftersom denna filtrering appliceras pà separata färger, dvs de smala färgkomponenterna (frekvensbanden) istället för en RGB-bild i helfärg, till att vara mer precisa och effektiva. kan skärpningsfilterna väljas Eftersom olika frekvensband kan väljas fràn källan 12, 116 kan antalet frekvensband och därför frekvenssvar vara större än de tre typiska svaren röd, grön och blà.Because this filtering is applied to separate colors, ie the narrow color components (frequency bands) instead of a full color RGB image, to be more precise and efficient. the sharpening filters can be selected Since different frequency bands can be selected from the source 12, 116, the number of frequency bands and therefore frequency responses can be greater than the three typical responses red, green and blue.

Exempelvis kan en bild, som detekteras ur ett frekvens- band som svarar mot en våglängd pà 525 nm, optimalt foku- seras och skärpas och ett frekvensband, som svarar mot en våglängd pà 565 nm, kan optimalt fokuseras och skärpas.For example, an image detected from a frequency band corresponding to a wavelength of 525 nm can be optimally focused and sharpened, and a frequency band corresponding to a wavelength of 565 nm can be optimally focused and sharpened.

Eftersom båda dessa frekvensband svarar mot färgen grön, kan dessa optimala bilder kombineras för att uttrycka färgen grön. lO 15 20 25 30 35 fi. in; 516 744 - - . . «. 14 Om en färgbild 68 skall presenteras för en operatör på dataskärmen 70 skall de skärpta färgkomponentbilderna 152 transformeras till det vanliga RGB-formatet. Denna transformation kan åstadkommas, t ex genom att pixelvisa linjära kombinationer, genom multiplicering av varje 'n' x 1-pixelvektor för den registrerade bilden 148 med en 3 x 'n'-viktmatris i en viktmatrisberäkningsenhet 154, vil- ket resulterar i en 3 x 1-RGB-vektor för varje pixel.Since both of these frequency bands correspond to the color green, these optimal images can be combined to express the color green. lO 15 20 25 30 35 fi. in; 516 744 - -. . «. 14 If a color image 68 is to be presented to an operator on the computer screen 70, the sharpened color component images 152 are to be transformed into the standard RGB format. This transformation can be accomplished, for example, by pixel-wise linear combinations, by multiplying each 'n' x 1 pixel vector of the recorded image 148 by a 3 x 'n' weight matrix in a weight matrix calculator 154, resulting in a 3 x 1-RGB vector for each pixel.

Vikterna kan justeras empiriskt eller beräknas så att den resulterande bilden uppträder som en specifik kombination av en RGB-kamera och en ljuskälla.The weights can be adjusted empirically or calculated so that the resulting image appears as a specific combination of an RGB camera and a light source.

Viktmatrisen tillåter också simulering av andra kameror än kameran eller kamerorna 126 som används av det optiska systemet. Omvandlingen utförs genom multiplice- ring av varje pixel hos varje optimal bild med motsva- rande konstanter. Varje konstant är svaret i sensorn, som skall simuleras, delat med svaret för sensorn i kameran 126. De simulerade svaren är färgberoende och kan mätas eller härledas från ett datablad. Därefter adderas frek- (rött, konverterade eller icke-konverterade. vensbanden, som svarar mot var och en av färgerna grönt eller blått), Exempelvis adderas pixlarna för ett frekvensband med en våglängd på 525 nm och ett frekvensband med en våglängd på 565 nm för att tillsammans bilda den gröna komponenten hos RGB-bilden 68. För att inte orsaka spill (overflow) i en möjlig heltalsrepresentation av den utgående RGB- bilden, beräkningsenheten 154. Hela proceduren med att multipli- kan summan för varje pixel skalas av viktmatris- cera, addera och skala kan implementeras genom användning av en enda viktmatris.The weight matrix also allows simulation of cameras other than the camera or cameras 126 used by the optical system. The conversion is performed by multiplying each pixel of each optimal image by the corresponding constants. Each constant is the response of the sensor to be simulated divided by the response of the sensor in the camera 126. The simulated responses are color dependent and can be measured or derived from a data sheet. Then, frequency (red, converted, or unconverted friend bands, corresponding to each of the colors green or blue) are added. to together form the green component of the RGB image 68. In order not to cause overflow in a possible integer representation of the output RGB image, the calculation unit 154. The whole procedure of multiplying the sum for each pixel by weight matrix , add and scale can be implemented using a single weight matrix.

Med det optiska systemet 80 som visas i fig 2 ger objektet 16 åtminstone ett svar från varje synlig våg- längd i antingen den röda, gröna eller blå komponenten till kameran 32. I det uppdelade belysningssystemt 110 måste dock antalet färgkomponenter så väl som deras domi- nanta väglängder och spektralbredder väljas för att åstadkomma ett totalt spektrum som är tillräckligt för 10 l5 20 25 30 516 744 15 att erhålla ett svar från åtminstone de intressanta våg- längderna för den aktuella tillämpningen. I själva verket åstadkommer ett bra val av ljuskälla en bättre färgsär- skiljning än RGB-system 10, 80, som är belysta med vitt ljus, eftersom några våglängder i belysningen med vitt ljus eller annan bredspektrumsbelysning inte innehar någon information om objektet 16. Sålunda exponerar foto- nerna från dessa våglängder kamerans sensorer utan att bidra med någon information. Därför kan, i ett värsta fall, integreringstiden hålls kort för att undvika mättning av ett optiskt system med vitt ljus kräva att sensor- en kamerasensor.With the optical system 80 shown in Fig. 2, the object 16 provides at least one response from each visible wavelength in either the red, green or blue component to the camera 32. In the divided illumination system 110, however, the number of color components as well as their nant path lengths and spectral widths are selected to provide a total spectrum sufficient to obtain a response from at least the wavelengths of interest for the particular application. In fact, a good choice of light source provides a better color discrimination than RGB systems 10, 80, which are illuminated with white light, since some wavelengths in the illumination with white light or other broad-spectrum illumination do not have any information about the object 16. Thus, the photos from these wavelengths of the camera's sensors without providing any information. Therefore, in the worst case, the integration time may be kept short to avoid saturation of a white light optical system requiring the sensor a camera sensor.

En annan aspekt av en utföringsform av denna uppfin- ning åstadkommer sammanslagning av intilliggande och/- eller överlappande optimala bilder, som fångats från olika delar av objektet för att åstadkomma en bredare vy av objektet genom användning av kända tekniker. Denna aspekt är särskild användbar för objektiv som har ett smalt synfält.Another aspect of an embodiment of this invention provides the merging of adjacent and / or overlapping optimal images captured from different parts of the object to provide a wider view of the object using known techniques. This aspect is especially useful for lenses that have a narrow field of view.

Medan utföringsformerna enligt denna uppfinning har 132 erfordras 142 kan beskrivits innefattande en bildfångare 62, inte en bildfångare om en bildlagringsenhet 94, acceptera en detekterad bild direkt från kameran eller kamerorna 32, 126 eller om kameran eller kamerorna kan lagra åtminstone en bild.While the embodiments of this invention have 132 required 142 may be described including an image capture device 62, not an image capture device 94, accepting a detected image directly from the camera or cameras 32, 126 or whether the camera or cameras may store at least one image.

Ehuru denna uppfinning har beskrivits med hjälp av särskilda utföringsformer, är denna uppfinning liksom denna beskrivning och bifogade patentkrav inte begränsad därtill och skall förstås i enlighet med uppfinningens grundtanke som inkluderar alternativ och modifieringar som har gjorts uppenbara för fackmännen. _ . . . . .Although this invention has been described by means of particular embodiments, this invention as well as this description and appended claims are not limited thereto and are to be understood in accordance with the basic idea of the invention which includes alternatives and modifications which have been made apparent to those skilled in the art. _. . . . .

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 516 744 gyn; 16 PATENTKRAV10 15 20 25 30 35 516 744 gyn; 16 PATENT REQUIREMENTS 1. Optiskt system innefattande ett objektiv (72; 122) magnetisk strålning från ett objekt, modifiering av den för mottagning av elektro- elektromagnetiska strålningen och utsändning av den modi- fierade elektromagnetiska strålningen som en bild av provet; en fokuseringsmekanism (54) för styrning av objek- tivets rörelse längs åtminstone en väg för modifiering av bilden; minst en kamera (32; 126) bilder för vart och ett av ett flertal frekvensband av för detektering av olika den modifierade, elektromagnetiska strålningen för bilden som sänds ut av objektivet; k ä n n e t e c k n a d av (98; 138) som är i enlighet med de detekterade bilderna, en automatisk fokuseringsstyrenhet anordnad att, dels åstadkomma styrparametrar till fokuseringsmekanismen (54): optimal bild som motsvarar ett optimalt fokus för objek- dels bestämma, separat för varje frekvensband, en tivet för detta frekvensband; och en upplinjeringsstyrenhet för upplinjering av ett flertal optimala bilder.An optical system comprising an objective (72; 122) magnetic radiation from an object, modifying it to receive the electro-electromagnetic radiation and emitting the modified electromagnetic radiation as an image of the sample; a focusing mechanism (54) for controlling the movement of the lens along at least one path for modifying the image; at least one camera (32; 126) images for each of a plurality of frequency bands for detecting the modified electromagnetic radiation of the image emitted by the lens; characterized by (98; 138) which is in accordance with the detected images, an automatic focusing control unit arranged to, on the one hand, provide control parameters to the focusing mechanism (54): optimal image corresponding to an optimal focus for object determination, separately for each frequency band , a tivet for this frequency band; and an alignment controller for aligning a plurality of optimal images. 2. Optiskt system enligt krav 1, i vilket den auto- matiska fokuseringsstyrenheten vidare innefattar; en filterberäkningsenhet för mottagning av de detek- terade bilderna som bildsignaler och för generering av filtrerade bildsignaler, så att bruskomponenter hos bild- signalerna har reducerats, varvid bruskomponenterna redu- ceras genom ökning av energibidrag från delar av bild- signalen med ett relativt större bidrag till bildkompo- nenterna än bruskomponenterna och genom minskning av energibidrag fràn andra delar av bildsignaler med ett relativt större bidrag till bruskomponenterna än bild- komponenterna; 10 15 20 25 30 35 516 744 . . - ; m . » > . \ . : v « | n. 17 en energiberäkningsenhet för mottagning av de filt- rerade bildsignalerna och bestämning av energiniväer för de filtrerade bildsignalerna; och en styrberäkningsenhet för mottagning av energi- nivåerna och för generering av styrparametrar i enlighet med energinivàerna.The optical system of claim 1, wherein the autofocus controller further comprises; a filter calculation unit for receiving the detected images as image signals and for generating filtered image signals, so that noise components of the image signals have been reduced, the noise components being reduced by increasing energy contribution from parts of the image signal with a relatively larger contribution to the image components than the noise components and by reducing energy contributions from other parts of image signals with a relatively larger contribution to the noise components than the image components; 10 15 20 25 30 35 516 744. . -; m. »>. \. : v «| n. 17 an energy calculation unit for receiving the filtered image signals and determining energy levels for the filtered image signals; and a control calculation unit for receiving the energy levels and for generating control parameters in accordance with the energy levels. 3. Optiskt system enligt krav 1 eller 2, i vilket upplinjeringsstyrenheten vidare innefattar: 4 en transformeringsenhet för mottagning av en första optimal bild och en transformation och för generering av en transformerad bild, varvid transformationen har möj- ligheten att översätta, rotera och/eller förstora den första, optimala bilden; en sammanslagningsenhet för kombinering av en andra optimal bild med den transformerade bilden för generering av en sammanslagen bild; en energiberäkningsenhet för mottagning av den sam- manslagna bilden och för bestämning av en energinivä hos den sammanslagna bilden, och en transformationsgenereringsenhet för mottagning av energinivàn och för alstring av transformationen i enlig- het med energinivàn sä att den utvalda transformationen motsvarar ett fokus för den sammanslagna bilden.An optical system according to claim 1 or 2, wherein the alignment controller further comprises: 4 a transformation unit for receiving a first optimal image and a transformation and for generating a transformed image, the transformation having the possibility to translate, rotate and / or enlarge the first, optimal image; a merging unit for combining a second optimal image with the transformed image to generate a merged image; an energy calculation unit for receiving the merged image and for determining an energy level of the merged image, and a transformation generating unit for receiving the energy level and for generating the transformation in accordance with the energy level so that the selected transformation corresponds to a focus for the merged image. the picture. 4. Optiskt system enligt krav 1, vilket vidare inne- fattar en elektromagnetisk stràlningskälla (116) som har möjligheten att sända ut elektromagnetisk strålning i olika frekvensband och att valbart sända ut elektromag- netisk strålning fràn endast ett av frekvensbanden.The optical system of claim 1, further comprising an electromagnetic radiation source (116) having the ability to emit electromagnetic radiation in different frequency bands and selectively emitting electromagnetic radiation from only one of the frequency bands. 5. Optiskt system enligt krav 4, i vilket källan vidare innefattar ett flertal separata källor (116), varvid varje separat källa motsvarar ett eller flera olika frekvens- band.The optical system of claim 4, wherein the source further comprises a plurality of separate sources (116), each separate source corresponding to one or more different frequency bands. 6. Optiskt system enligt krav l, 122) i vilket objektivet (72; saknar betydande färgkompensering. 10 15 20 25 30 35 516 744 . . - | ~ I .ln a. 18An optical system according to claim 1, 122) in which the lens (72; lacks significant color compensation. 10 15 20 25 30 35 516 744. 7. Optiskt system enligt krav 1, i vilket detekte- ringen av bilderna är anordnad att ske vid olika tid- punkter.An optical system according to claim 1, in which the detection of the images is arranged to take place at different times. 8. Optiskt system enligt krav 1, (72; 122) frekvensband uppträder vid olika lägen längs objektivets i vilket objektivet är valt så att det optimala fokuset för varje väg.The optical system according to claim 1, (72; 122) frequency bands appear at different positions along the lens in which the lens is selected so that the optimal focus for each path. 9. Optiskt system enligt krav 1, (72; 122) ringslägen vilka är monotont relaterade till frekvens- i vilket objektivet är anordnat att åstadkomma optimala fokuse- banden.An optical system according to claim 1, (72; 122) ring positions which are monotonically related to frequency in which the lens is arranged to provide optimal focusing bands. 10. Optiskt system enligt krav 1, varvid en enda (72; 122) uppenbarar det optimala fokuset för vart och ett av ensriktad rörelse för objektivet längs vägen frekvensbanden.The optical system of claim 1, wherein a single one (72; 122) discloses the optimal focus for each of the unidirectional movement of the lens along the path of the frequency bands. 11. Optiskt system enligt krav 1, vidare innefat- tande ett eller flera bildskärpningsfilter, varvid varje filter är optimerat för ett särskilt frekvensband.The optical system of claim 1, further comprising one or more sharpening filters, each filter being optimized for a particular frequency band. 12. Optiskt system enligt krav 1, varvid kameran innefattar en enda svart/vit kamera.The optical system of claim 1, wherein the camera comprises a single black and white camera. 13. Optiskt system enligt krav 1, varvid åtminstone tre av frekvensbanden motsvarar röda, gröna och blå färg- komponenter hos synligt ljus.The optical system of claim 1, wherein at least three of the frequency bands correspond to red, green and blue color components of visible light. 14. Optiskt system enligt något av föregående krav, varvid det optiska systemet är avsett för ett mikroskop.An optical system according to any one of the preceding claims, wherein the optical system is intended for a microscope. 15. Metod för ett Optiskt system innefattande stegen att: belysa ett prov med elektromagnetisk strålning från en källa; modifiera elektromagnetisk strålning från provet genom ett objektiv för att skapa en bild av provet; styra objektivets rörelse längs åtminstone en väg för att modifiera bilden; detektera separata bilder för vart och ett av ett flertal frekvensband i den elektromagnetiska strålningen; åstadkomma styrparametrar för styrning av objekti- vets rörelse; 10 516 744 1.. n. - « = . u 19 k ä n n e t e c k n a d av stegen att bestämma, utifrån de detekterade bilderna separat för varje frekvensband, en optimal bild som motsvarar ett optimalt fokus för objektivet för detta frekvensband; och att linjera upp ett flertal optimala bilder.A method of an optical system comprising the steps of: illuminating a sample with electromagnetic radiation from a source; modifying electromagnetic radiation from the sample through a lens to create an image of the sample; control the movement of the lens along at least one path to modify the image; detecting separate images for each of a plurality of frequency bands in the electromagnetic radiation; provide control parameters for controlling the movement of the lens; 10 516 744 1 .. n. - «=. u 19 know the steps of determining, from the detected images separately for each frequency band, an optimal image corresponding to an optimal focus of the lens for this frequency band; and to align a plurality of optimal images. 16. Metod enligt krav 15, i vilken steget att styra objektivets rörelse vidare innefattar steget att: flytta objektivet endast i en riktning för att uppenbara det optimala fokuset för varje frekvensband.The method of claim 15, wherein the step of controlling the movement of the lens further comprises the step of: moving the lens only in one direction to reveal the optimal focus for each frequency band. 17. Metod enligt krav 16, vilken vidare innefattar steget att: ge ökad skärpa till en eller flera av de optimala bilderna genom användning av ett filter som är optimerat för motsvarande frekvensband.The method of claim 16, further comprising the step of: providing increased sharpness to one or more of the optimal images by using a filter optimized for the corresponding frequency band.
SE9900983A 1999-03-18 1999-03-18 Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images SE516744C2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9900983A SE516744C2 (en) 1999-03-18 1999-03-18 Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images
AU39921/00A AU3992100A (en) 1999-03-18 2000-03-17 A chromatically uncompensated optical system for composing colour images
JP2000605243A JP2002539497A (en) 1999-03-18 2000-03-17 Optical system without color correction for color image synthesis
PCT/SE2000/000529 WO2000055667A1 (en) 1999-03-18 2000-03-17 A chromatically uncompensated optical system for composing colour images
EP00919213A EP1169662A1 (en) 1999-03-18 2000-03-17 A chromatically uncompensated optical system for composing colour images

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9900983A SE516744C2 (en) 1999-03-18 1999-03-18 Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9900983D0 SE9900983D0 (en) 1999-03-18
SE9900983L SE9900983L (en) 2000-09-19
SE516744C2 true SE516744C2 (en) 2002-02-26

Family

ID=20414899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9900983A SE516744C2 (en) 1999-03-18 1999-03-18 Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE516744C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SE9900983D0 (en) 1999-03-18
SE9900983L (en) 2000-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7397602B2 (en) Fluorescent microscope
JP5806504B2 (en) Imaging apparatus and microscope system including the same
JP4136011B2 (en) Depth of focus extension device
US6191885B1 (en) Confocal microscope apparatus and photographing apparatus for confocal microscope
US9041930B1 (en) Digital pathology system
US20010045506A1 (en) Electronic camera for microscope
EP1628153A2 (en) Automatic focus detection device and microscope system having the same
US20070014001A1 (en) Confocal microscope
JP4253381B2 (en) Electronic camera for microscope
US11143857B2 (en) Microscope and microscopy method for imaging an object involving changing size of depth-of-field region
US6590612B1 (en) Optical system and method for composing color images from chromatically non-compensated optics
JP2011069893A (en) Illuminator and camera system
US9772540B2 (en) Autofocus for imaging system
JP2009088800A (en) Color imaging device
JP2004021240A (en) Optical system with image magnification compensation function, and imaging apparatus equipped with the same
SE516744C2 (en) Optical system for wide-field microscope, determines optical image corresponding to optimal focus of objective for each frequency band separately and aligns determined optimal images
JPH09189850A (en) Automatic focusing microscope
JP2018036660A (en) Light observation device and imaging device for use in the same
JP2002539497A (en) Optical system without color correction for color image synthesis
JPH07143388A (en) Video camera
WO2017056675A1 (en) Autofocusing device, lens device, and autofocusing method
JP2005057368A (en) Image processing system for microscope and image processing apparatus
JP2006038932A (en) Af lens device
JPH116961A (en) Confocal microscope
JP2002005849A (en) Wafer visual inspection apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed