TW201133053A - Focusing device, focusing method, focusing program and microscope - Google Patents

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201133053 六、發明說明： 本申請案主張2009年1〇月23a a 〇丄由 由主办 月3日向曰本專利局申請的日本 專利申請案第JP 2009-244735號的德土描 D就的優先權，該優先權申請 案之全文以引用之方式併入本文中。 【先如技術】 在病理診斷中，組織切片係'以至―玻璃載片且透過毕 色程序及封片程序製作—標本…般而言，當標本_# 期間較長時，標本在顯微鏡下的可視性由於生物樣本的變 質及褪色而劣化。但是存在在諸如標本製作醫院之場所以 外的场所對標本進行顯微鏡檢驗的情況，標本通常藉由郵 局寄送且須花費一定的時間。 鑑於此專情況’建議一插蔣&从丄 ^種將生物樣本保存為影像資料的 褒置（舉例而言，見日本專利特許申請案第2〇〇9-175334 號)。在此裝置中，採用基於成像影像的對比而在生物樣 本上聚焦的聚焦技術。 生物樣本具有一厚度。因此，在上述聚焦技術中，需要 在生物樣本的深度方向上按預定間隔時間偏移焦點，藉此 基於焦點上之成像影像的對比搜尋一最佳焦點位置之 序。 舉例而言，當標本上的生物樣本之厚度為ig㈣且用於 將光聚集在生物樣本上之一光學透鏡的景深為】㈣則需 要從大約5 G個成像影像巾搜#最㈣點位置之—程序。 這須在聚焦前花費大量時間’且大大降低獲取影像資料 形式之生物樣本之效率。 149455.doc 201133053 鑑於上述内容，須要建議能夠改良獲取一標的影像之效 率之聚焦裝置、聚焦方法、聚焦程式及顯微鏡。 相位對比影像之一影像與另一影像之間之各像素之距離 對應於指示一成像區域（出現在物鏡之影像形成表面上之 區域）之不規則性之資訊。在本揭示内容中，由於藉由開 口使分離透鏡的景深大於物鏡的景深，因此可在聚焦前從 相位對比影像中識別標的的詳細不規則性。此外，可在聚 焦前藉由一成像識別標的的詳細不規則性。 因此，在本揭示内容中可考慮標的之不規則性及根據物 鏡之景深之區域適當地決定出現在物鏡之影像形成表面上 之一整個標的變得清晰之聚焦位置及其數量。 因此，與在組織切片的深度方向上按預定間隔時間偏移 焦點並基於成像影像的對比搜尋焦點位置的同時成像之一 方法相比’可根據成像區域中的標的以高速決定焦點位置 且不失真。因此可實現能夠改良獲取標的影像之效率之聚 “、、裝置、t焦方法、聚焦程式及顯微鏡。 【發明内容】 本揭示内容係關於一種聚焦裝置 及顯微鏡且舉例而言在觀察一組鈹 、聚集方法、聚焦程式 一組織切片時適用。

片）相關聯之一第一影像； 焦裝置包含一處理器及可操作 體裝置，該記憶體裝置儲存指 丨該記憶體裝置協作以：（a)產生 —樣本（例如，生物組織之一切 (b)基於該所產生的第一影像決 149455.doc 201133053 定一第二不規則性，該 所决疋的第二不規則性對應於該第 一不規則性；及（C)針對一 f透鏡基於该所決定的第二不規則 性決定一聚焦位置。 在一實例實施例中，兮样士 — W t ^ μ樣本之一影像在該所決定聚焦位 置變仔清晰，其中兮採丄 Λ 7本之該影像與該所產生的第一影像 不 I 口J。 在一實例實施例中，兮 .» , # ^_ s亥專私令使該處理器決定該樣本之 4置，、申s亥等位置對庫於·^楚 了應於5亥第二不規則性。 在-實例實施例中，該等 沐炎你立， π π 7仗· 4恩理态基於一相位對 比如像產生該第一影像。 在一實例實施例中，操作 Θ八w W;fe ^ 、乍匕3才曰々之一聚焦裝置之方法 包3 . (a)使一處理器執 羽*仃忒荨丸令以產生與具有一第一不 規則性之一樣本（例如， 一髟榇wu、 物、.且織之一切片）相關聯之一第 -影像，定當'執…指令以基於該所產生的第 〜像决疋一第二不規則性，該 應於該第-不規則性；及r ^一： 不規則性對 對-透铲美於兮 （C)使-處理器執行該等指令以針 在鏡基於销^的第二不規則性決f聚焦位置。 在一貫例實施例中，該樣本之一影像在 位置變得清晰，該樣本之該 、疋 同。 象與賴產生的第-影像不 在一實例實施例中，該方法包 令以争匕3使17亥處理咨執行該等指 :疋錢本之位置，該等位置對應於該第二不規則 在貝例實施例中，該方法包含使該處理器執行該等指 J49455.doc 201133053 令以基於一相位對比影像產生該第一影像。 在-實例實施例中，該方法包含使該處理器執行該等指 7以基於3所產生的第—影像之—區域決定該聚焦位置， 該區域係與具有小於—臨限值之像差之鄰近像素相關聯。 在-實例實施例中，電腦可讀媒體儲存指令，該等指令 經構造以使—聚线置：⑷產生與具有—第—不規則性之 -樣本相關聯之-影像；（b)基於該所產生的影像決定—第 二不規則性，該所決定的第二不規則性對應於該第一不規 則性；及⑷針對-透鏡基於該所決定的第二不規則性決定 一聚焦位置。 在-實例實施例中’該聚焦裝置包含一處理器及可操作 地搞口至核理$之-記憶體裝置，該記憶體裝置儲存指 令，該等指令使該處理器與該記憶體裝置協作以：⑷產生 與一樣本相關聯之-第-影像及與《本相關聯之-第二 影像；（b)決定⑴與該樣本相關聯之該第二影像；與⑼與 該樣本相關聯之該第三影傻夕„ + ¥ 知像之間之像差；及（C)針對一透鏡 基於該等所決定的像差決定一聚焦位置。 在實例實紅例中，s亥等指令使該處理器⑷決定對鹿 於像差之一最大值與像差之-最小值之間之一差值之： 值；㈨回應於大於-預定臨限值針對該透鏡將—成像區域 劃分為複數個層；及⑷針對該等層之每-者決定-個別聚 焦位置。 f實例實施例中’㈣指令使該處理器基於該透鏡之 t 一數目。 149455.doc 201133053 在一實例實施例中，該等指令使該處理器：（&)決定對應 於像差之·一表大值與像差之一最小值之間之一罢枯 值；（b)回應於大於一預定臨限值’針對該透鏡將—成像區 域劃分為一第一層、一第二層及一第三層；及（c)針對該第 一層及該第二層之每一者決定一個別聚焦位置；及M)針對 該第三層，免除一聚焦位置之確定。在一實例實施例中， 該第三層包括不包含該樣本之一切片之一部分。 在一實例實施例中，該透鏡具有對應於—最大景深之— 第一景深，其中一第一值對應於該第一景深。在一實例實 施例中，該透鏡係設定於一第二景深，其中一第二值對應 於該第二景深。在一實例實施例中，該等指令使該處： 器：（1)決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之間 之一差值之一第三值；（ii)回應於：（A)小於該第一值；且 (B) 大於該第二值之該第三值將該透鏡設定於一第三景 深’該第三景深大於該第二景深。 在-實例實施例中’該等指令使該處理器基於該所產生 的第-影像之一區域決定該聚焦位置該區域係與具有小 於一臨限值之像差之鄰近像素相關聯。 在實例實施例中，操作包含指令之一聚焦裝置之方法 包含：⑷使-處理器執行該等指令以產生與一樣本相關聯 之:第-景彡像及與該樣本相M聯之m (b)使該處 理器執行該等指令以決定., 、疋·（1)與該樣本相關聯之該第二影 像；與⑼與該樣本相關聯之該第三影像之間之像差·’及 (C) 使該處理器執行該辇扣人 專心1以針對一透鏡基於該等所決定 149455.doc 201133053 的像差決定一聚焦位置β 在-實例實施例中，該方法包含：⑷使該處理器執行該 等指令以決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之 間之一差值之一值；（b)使該處理器執行該等指令以回應於 大於一預定臨限值針對該透鏡將一成像區域劃分為複數個 層；及（C)使該處理器執行該等指令以針對該等層之每—者 決定一個別聚焦位置。 在一實例貫％例中，該方法包含：（a)使該處理器執行該 等指令以決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之 間之一差值之一值；（b)使該處理器執行該等指令以回應於 大於一預定臨限值針對該透鏡將一成像區域劃分為—第一 層、一第二層及一第三層；及（C)使該處理器執行該等指令 以針對該第一層及該第二層之每一者決定一個別聚焦位 置；及（d)使該處理器執行該等指令以針對該第三層，免除 決定一聚焦位置。在一實例實施例中，該第三層對應於不 包含該樣本之一切片之一部分。 在一實例實施例中’該透鏡具有對應於一最大景深之一 第一景深，其中一第一值對應於該第一景深《在一實例實 施例中，該透鏡係設定於一第二景深，其中一第二值對應 於該第二景深。 在一實例實施例中，該方法包含：⑴使該處理器執行該 等指令以決定對應於像差之一最大值與像差之—最小值之 間之一差值之一第三值；及（ii)使該處理器執行該等指令 以回應於：（A)小於該第一值；及（B)大於該第二值之該第 149455.doc 201133053 景深，該第三景深大於該第二 二值將該透鏡設定於一第 景深。 在一貫例實施例中，該顯微鏡包含：_ λ At 戟片σ，其係經 織：二'具有一第一不規則性之-樣本(例如，生物組 _二：二一透鏡’其係經組態以形成與該樣本相關 外之 —^像；—處理器；及—記憶體裂置，其係可操 作地搞合至該處理器’該記憶體裝置儲存指令該等指令 使該處理器與該載片台、該透鏡及該記憶體裝置協作以： ⑷產生與該樣本相關聯之—第二影像；（b)基於該所產生 的第二影像決H不規則性，該所決定的第二不規則 性對應於該第一不規則性；及（c)針對一透鏡基於該所決定 的第一不規則性決定一聚焦位置。 在一實例實施例中，與該樣本相關聯之該所形成的影像 在該所決定的聚焦位置變得清晰。 在一實例實施例中，該顯微鏡包含經組態以基於該所決 定的聚焦位置驅動該載片台之一載片台驅動機構。 在一實例實施例中，該顯微鏡包含可操作地耦合至該處 理器之一成像裝置，該成像裝置係經組態以獲取與樣本相 關聯之該第一影像。 在一實例實施例中，該顯微鏡包含：（a)具有一第—深度 之一第一分離透鏡；（b)具有一第二深度之一第二分離透 鏡；及（c)具有一第一開口及一第二開口之一孔罩。 在一實例實施例中，該顯微鏡調整該第一開口及該第二 開口之大小使得該第一分離透鏡之該第一深度及該第二分 149455.d〇c 201133053 離透鏡之該第二深度A於經㈣㈣成與該 聯之該影像之該透鏡之一深度。 在-實例實施财，該顯微鏡決定該樣本之位置，該等 位置對應於該所決定的第二不規則性。 在一貫例實施例中’該顯微鏡決定與該樣本相關聯之影 像之門之像差，與該樣本相關聯之該等影像與該第一影像 及《亥第—影像不同，該等像差對應於該所決定的第二不規 則性。 在一實例實施例中’該顯微鏡決定對應於像差之一最大 值與像差之一最小儐$ pq + ^ _ 值之間之一差值之一值。在此實例實施 例中》請微鏡回應於Α於—預定臨限值，針對該透鏡將 一成像區域劃分為複數個層並針對該等層之每一者決定一 個別聚焦位置。 ' 在-實例實施例中，該顯微鏡決定對應於像差之—最大 值與像差之一最小值之pq # vt ί± 值之間之—差值之-值。在此實例實施 例中’該㈣鏡賴於大於—敎臨限值針對該透鏡將- 成像區域劃分為—第-層、—第二層及-第三層，且針對 該第-層及該第二層之每一者決定—個別聚焦位置。在一 實例實施例中，該顯微鏡針對該第三層，免除衫一聚焦 位置°在_實例實_中’該第三層包含不包含該樣本之 一切片之一部分。 一最大景深之一 深。在此實例實 中一第二值對應 在-實例實施例中，該透鏡具有對應於 第一景深，其巾―第-值對應於該第一景 施例t，該透鏡係設定於一第二景深，其 149455.doc 201133053 於該第二景深。在此實例實施例中’該顯微鏡決定對應於 像差之一最大值與像差之一最小值之間之一差值之一第三 值。該顯微鏡回應於：（A)小於該第 二值之該第三值，將該透鏡設定於—第三景深 深大於該第二景深。 —值；及（B)大於該第 該第三景 操作包含指令之一顯微鏡之方法包 在一貫例貫施例中 含：⑷提供—載片台，其係經組態以切具有—第一不規 則！ 生之；f策本，（b)提供一透鏡，其係經組態以形成與該樣 本相關聯之-第-影像；⑷使—處理器執行該等指令以產 生與該樣本相關聯之—第二影像；（d)使該處理器執行該等 指令以基於該所產生的第二影像決定一第二不規則性，該 所決定的不規職對應於該第—不規靠；及⑷針對一透 鏡使-處理器執行該等指令以基於該所決^的第二不規則 性決定一聚焦位置。 在-實例實施例中’該聚焦裝置包含一處理器；及一記 憶體裝置’其係可操作地搞合至該處理器；該記憶體裝置 儲存指令，該等指令使該處理器與該記憶體裝置協作以： ⑷產生與-樣本相關聯之一第一影像，該第一影像具有第 -複數個像素；（b)產生與該樣本相關聯之u彡像，該 第二影像具有對應於該第—複數個像素之第二複數個像 素·’⑷決該第-複數個像素與該第二複數個像素之間之 複數個像差；及⑷針對一透鏡基於該等所決定的複數個像 差決定一聚焦位置。 本文描述額外的特徵及優點且可從下文的詳細描述及圖 149455.doc -11 · 201133053 式中加以瞭解。 【實施方式】 下文描述用於執行本揭示内容之一實例實施例。將按下 列順序描述。 1 -1 ·顯微鏡之組態 1-2·聚焦裝置之組態 1-3•聚焦位置決定程序 1-4.效果及類似狀況 2.另一實施例 Π.實例實施例] Π-1.生物樣本影像獲取裝置之組態] 圖1圖解說明根據本揭示内容之一實施例之一顯微鏡i。 該顯微鏡1具有一板狀載片台u，一標本PRT係配置在該板 狀載片台11上。 該標本P RT係藉由使用一預定固定方法將諸如結締組織 (諸如血液）、上皮組織或其等之兩者之一組織切片固定至 —玻璃載片SG上，並封片，且在必要時給組織切片染色。 染色不僅包含由蘇木精-曙紅（he)染色法、Giemsa染色 法、Papanicolaou染色法及類似方法所代表之被稱作普通 染色法之染色法，而且包含被稱作特殊染色法之染色法， 諸如螢光原位雜交（FISH)及免疫酶技術。 該載片台11中提供一載片台驅動機構12。該载片台驅動 機構12係經組態以在平行於一載片台表面之—方向（χ_γ軸 方向）及正交於一載片台表面之一方向（ζ軸方向）上驅動該 149455.doc -12· 201133053 載片台Π。一般而言，在該載片台表面上配置標本pRT之 一側（下文中亦稱作一標本配置表面）上提供將該標本PRT 制控在一固定位置之一制控單元（未繪示）。 一光源1 3係配置在相對於該載片台丨丨之該標本配置表面 之一側上。該光源13係經組態以能夠藉由切換光而施加光 (下文中亦稱作明視野照明光）以照亮應用普通染色法之組 織切片及施加光（下文中亦稱作暗視野照明光）以照亮應用 特殊柒色法之組織切片。然而，亦可僅施加明視野照明光 及暗視野照明光之一者。光軸與該標本配置表面上之一標 準位置之一法線重合之一聚光透鏡14係配置在該光源13與 該載片台11之間。 光軸與該載片台表面上之標準位置之法線重合之一物鏡 1 5係配置於s亥載片台丨i之該標本配置表面側。該物鏡15係 藉由一透鏡切換機構或手動從具有不同放大率之複數個物 鏡中選擇。Μ像表面為該物鏡15之一主要影像形成表面 之一成像裝置16係配置在該物鏡15後方。 作為該顯微鏡1之控制系統，一載片台驅動控制器21、 ‘、、、明控制器22及一成像控制器23係各自透過資料通信路 徑而連接至該載片台驅動機構12、該光源13及該成像裝置 16 ° 。玄控制系統是一電腦，其包含一中央處理單元（CPU)、 一唯讀記憶體（ROM)、作為該CPU之一工作記憶體之一隨 機存取記憶體（RAM)、一演算法電路及類似物。 該載片台驅動控制器21驅動控制該載片台驅動機構12以 149455.doc •13· 201133053 在一載片台表面方向（Χ-γ軸方向）上移動（掃描）該載片台 11使付°亥‘本PRT之組織切片被分配至一光聚集部分， 光係藉由該聚光透鏡丨4而聚集在該光聚集部分上。 此外，該载片台驅動控制器21驅動控制該載片台驅動機 構12以在正交於該載片台表面（z軸方向（即組織切片之一 深度方向））之一方向上移動該載片台u，使得分配至該光 聚集部分之該組織切片之一部分係位於該物鏡15之焦點 上。該照明控制器22在光源13中設定對應於應獲得一明視 野衫像之一模式（下文中亦稱作一明視野模式）或應獲得一 暗視野影像之一模式（下文中亦稱作一暗視野模式）之一參 數，並從該光源13施加照明光。舉例而言，該參數係照明 光之強度、光源類型之選擇及類似參數。 同時’一般而言，明視野模式的照明光係可見光。另一 方面’暗視野模式的照明光係包含激發特殊染色法中所使 用的螢光標記物之一波長之光。此外，該螢光標記物之一 背景在暗視野模式中被切斷。 當從該光源13中施加照明光時，照明光係藉由該聚光透 鏡14而聚集在該載片台η之標本配置表面上之標準位置 上。標本PRT之組織切片之一光聚集部分（光係藉由該聚光 透鏡14而聚集在該光聚集部分上）之一影像係以放大方式 形成在該物鏡15之影像形成表面上，且該放大的影像係藉 由該物鏡15而在該成像裝置16之該成像表面上形成為一標 的影像。 該成像控制器23設定對應於該成像裝置1 6中之明視野模 149455.doc -14- 201133053 式或暗視野模式之參數並獲取形成於該成像裝置16之成像 表面上之標的影像之資料。舉例而言，該參數係一曝光之 啟動時序及結束時序及類似參數。 此外’存在作為一整個顯微鏡1之控制系統而控制該顯 微鏡1之一控制器（下文中亦稱作一整合控制器）3()，該控制 器30係透過資料通信路徑連接至該载片台驅動控制器2ι、 該照明控制器2 2及該成像控制器2 3。該整合控制器3 〇係包 3 CI>U ROM ' RAM、演算法電路、一儲存媒體及類似物 之電腦。 該整合控制器30等候明視野模式或暗視野模式之一啟動 指令且在收到該啟動指令時’其提供應以對應於提供至該 载片台驅動控制器21、該照明控制器22及該成像控制器Μ 之啟動指令之模式啟動控制之一指令。 此外 母备该標本PRT之組織切片部分係分配在該載片 口驅動控制g 21 ★ ’該整合控制器3()在儲存媒體中儲存藉 ^該成像裝置16所獲得之組織切片部分之放大影像之^ 广整：控制器3。等候一顯示指令，且當收到該顯 丁日“、，其攸錯存媒體中讀取對應於該顯示指令所扑— 之放大影像之資料並將其提供給顯^旨令之—源。曰疋 鏡：===二本身"況相I該顯微 狀離之存為―1 貞微鏡檢驗 訊而不使：固定：:Γ内保存與組織切片相關的資 固疋狀嘘、染色及類似狀態。 】49455.doc 201133053 [1-2.聚焦裝置之組態] 如圖1所示，除此組態以外，該顯微鏡i具有一聚焦裝置 40°該聚焦裝置40包含一半反射鏡41、一場透鏡42、一孔 罩43、分離透鏡44A及44B、一成像裝置45及一成像條件 決定處理器46。 該半反射鏡41係配置在該物鏡15與該成像裝置16之間使 付其之一光軸與載片台表面之標準位置之法線重合並將從 該物鏡15進入的光分為透射光及反射光。 舉例而言，該場透鏡42反向傳送投射在該半反射鏡41之 一反射側（預定影像形成表面）之該物鏡丨5之標的影像。藉 由δ亥半反射鏡41反射的標的光係藉由該場透鏡42而聚集， 從而阻止圍繞視野的亮度降低。 該孔罩43係配置在該場透鏡42後方且在正交於該場透鏡 42之一光軸之一平面之繞該光軸對稱之位置具有一對開口 43Α及43Β。調整該等開口 43Α及43β之大小使得該等分離 透鏡44Α及44Β之景深大於該物鏡15之景深。 該孔罩43藉由該等開口 43Α及43Β將從該場透鏡42進入 之-標的光束分開。》開的《束在標的光束之一影像形成 表面上彼此父叉以成為影像形成表面之位置關係來回變化 之光束。 該等分離透鏡44A及44B係分別個別配置在該對開口 43a 及43B之後方1等分離透鏡椒及彻偏移以形成藉由對 應開口 43A及43B而分開之分開光束之影像，且在預定影 像形成表面上形成-對標的影像（下文中亦稱作相位對: 149455.doc • 16· 201133053 衫像）’該場透鏡42傳送至該預定影像形成表面。 同時’當該等分離透鏡ΜΑ及44B導致該場透鏡42漸暈 時’分開光束之一部分失真。因此，該等分離透鏡44A及 係配置為更接近該場透鏡42之一中心側，以避免導致 漸暈。 5亥成像農置45並非一線形感測器，而是一區域型感測 v、成像表面為藉由該場透镜42而傳送之標的影像之預 定影像形成表面。 本文中，圖2圖解說明藉由配置在該物鏡15之主要影像 形成表面上之該成像裝置1 6而成像之明視野影像，及藉由 配置在該物鏡15之預定影像形成表面上之該成像裝置45而 成，之相位對比影像之—圖$。如圖2可知，形成在該成 像j置16之成像表面（主要影像形成表面）上之明視野影像 係藉由該等分離透鏡44A及犧在該成像裝置Μ之成像表 面（預定影像形成表面）上形成為相位對比影像。 該成像條件決定處理器46 A雷 甘a a 孬的马電恥，其包含用於cpu之 ROM、RAM、演算法雷故β 厂，& #…套電路及類似物，纟中ROM儲存用於 決定一成像條件之一程式（下玄中 、 程式）。 飞（下文中亦稱作一成像條件決定 當藉由該整合控 該成像條件決定 焦位置決定單元 如圖1所示，根據成像條件決定程式， 制益30提供應決定成像條件之一指令時， 處理器46作為一像差獲取單元51及—聚 52 〇 該像差獲取單元51按順序選擇相位對比影像中之—影像 I49455.doc -17- 201133053 L下氣文一中亦稱作—標準影像）中的各像素（其應作為一標準） 去、像素，该像素為—關注目標（下文中稱作-關注像 素）〇 傻音—田4像差獲取單元51選擇關注像素以獲取關注 …、目對像素之間之—距離時，該像差獲取單S51從相 像（下文中亦稱作—參考影像）中伯測 對應於關注像音夕_你由， 、 像素（下文中稱作一相對像素）。該距 離對應於像差。 同時’舉例而言，作為偵測一對應點之一方法，應用藉 (應，作-化相關方法而從相位對比影像之另一影像 中=号具有與—關注點周圍之—關注區塊之像素值最類似 像素值之-區塊並將區塊的中心設定為對應點之一方 法。 匕方式攻像差獲取單元5 1係經組態以獲取一像素單 元中之‘準影像與參考影像之間之距離（像差）。 义關係為距離（像差）越小則該物鏡15之一焦點之定位越向 月J且另方面，距離（像差）越大則該焦點之定位越向後。 因此’如圖3所示’標準影像之各像素與參考影像之相對 像素之間之距離對應於指示標本PRT之組織切片之一成像 區域（出現在該物鏡15之影像形成表面上之區域）AR之不規 則性之資訊。 本文中’圖2所示之組織切片之相位對比影像之標準影 像之各像素之位置與參考f彡像之像素與相對像素之間之距 離之間的關係在圖4中繪示為曲線。圖4之曲線之_亮的部 I49455.doc •18- 201133053 f代表—前側且—暗的部分代表-後側。應從圖4中瞭解 。亥物鏡15之影像形成表面上所投射之組織切片部分之不規 則性被反射且組織切片部分之一部分之一末端被翻轉。 一聚焦位置決定單心應基於標準影像之各像素之位置 及參考影像之像素與相對像素之間之距離決^該物鏡15庫 1焦之-位置(在下文中稱之為—聚焦位置卜 具體言之，像素與相對像素之間之距離差異（間距）小於 —臨限之像素鄰近彼此之區域中的最大區域之—重心係設 :為聚焦位置。即成像區域(出現在該物㈣之影像形成又 聚區域)中具有高密度及小不規則性之-部分成為 透過該整合控制器30將焦點位置提供至該载片台控制号 1 ’稭由該載片台控制器21計算該物鏡15之焦點相對於焦 點位置之一移動量（下文 冉1下政焦I )，並移動該載片 台11。 如上所述，將該等分離透鏡似及彻之景深調整為大 於該物鏡15之景深。因此，與在該成像裝置16之成像表面 (主要影像形成表面)上所形成之用於成像之組織切片影像 之^則性相比’在該成像裝置45之成像表面（預定影像 形成表面）上所形成之用於決定成像條件之組織切片影像 之不規則性展示得更為詳細。 因此’該聚焦位置決定單元52可藉由使用該成像裝置45 y像（相位對比影像）而決定出現在該物鏡15之影像形成 i上之-整個標㈣像（組織切片影像）變得清晰之—位 149455.doc •19· 201133053 置’因為與使用成像裝置16之影像之一情況相比聚焦位 置更詳細。 」而，舉例而言，如圖5所示，存在組織切片係以扭曲 狀態封在玻璃載片與玻璃蓋片之間。在此情況中，當成像 區域(出現在該物鏡15之影像形成表面上之區域AR)為一相 對平坦部分（圖5A)時’成像區域之整個標的影像（出現在 °玄物鏡15之影像形成表面上之組織切片之部分影像）在藉 由》玄聚焦位置決定單元52而決定之聚焦位置變得清晰。 然而’當成像區域為一傾斜部分(圖5B)時，成像區域中 之標的影像之-深度方向上之—寬度（下文中亦稱作一成 像深度)係大於該物鏡15之景深。因&，即便當該物鏡15 之焦點被移至藉由該聚焦位置決t單元52而決定之聚焦位 置時’成像區域中之標的影像之一部分仍失真或散焦:、、、 因此’如圖6所示’該聚焦位置決定單元52係經組態以 在標準影像之各像素與參考影像之相對像素之間之距離 最大值與最小值之間之差值大於設定的差值臨限時 像區域之複數個焦點位置。 成 具體而言，成像區域係劃分為在該物鏡此景深範 之複數個層（下文中亦稱作成像層）且在影像層中且有古 度及小不規則性之部分係決定為聚焦位置。同時，對： 針對該物鏡15之孔經開口所設定之-開口量(即景深)： 值及類似值係設定為臨限。 [1 - 3 ·聚焦位置決定程序] 接下來，參考圖 7所示之一流程圖描述該成像條件決定 I49455.doc -20- 201133053 處理器46之—聚焦位置決定程序。 當提供應決定成像條件 器-開始聚焦位置決定程序繼:二成二條件決定，處理 成像裝置45獲取投射在該物鏡i ；^SP1以仗该 (組織切片)之相位對比影像，並繼續= 取標準影像之各像辛;/考!Γ (像幻並繼續-第三步驟SP3相對像素之間之距離 該^象條件決定處理器46在第三步驟SP3中獲取標準影 之像素與參考影像之相對像素之間之距離之最大值與 ;·ί值之間之差值並繼續一第四步驟SP4以 驟奶中獲取的差值與臨限。 在弟-步 本文中，當在第三步驟SP3中獲取的差值不小於臨限 時，該成像條件決定處理器46判定成像區域巾之標的影像 ，成像深度大於該物鏡15之景深並繼續-第五步驟SP5。 =成像條件決定處理器46在第五步驟SP5中將成像區域劃 /刀為δ亥物鏡1 5之景深範圍内之層（成像層）並繼續一第六步 驟SP6。 \ 乂 另一方面，當在第三步驟SP3中獲取的差值小於臨限 時，該成像條件決定處玉里器46判定成{象區域中之標的影像 之成像深度小於該物鏡15之景深並繼續第六步驟sp6而無 第五步驟SP5。 該成像條件決定處理器46在成像區域或在第六步驟sp6 中藉由將成像區域分開而獲得之成像層之每一者中將具有 149455.doc •21 · 201133053 焦位 高密度及小不規m生之部a決定為聚焦位置以完成^ 置決定程序。 以此方式，該成像條件決定處理器46係經組態以決〜、 像區域之一或複數個聚焦位置。 、疋成 [1 -4.效果及類似狀況] 在上述組態中，該聚焦裝置4〇從具有大小之開口 Μ 43Β在該成像裝置45之成像表面上形成相位對比影像Α及 用此等大小，分離透鏡44A及44B之景深藉由各自在p 2 43 A及43B後方所提供之分離透鏡44八及44B而 ’ 之景深(見圖3)。 亥物鏡 隨後’該聚焦裝置40獲取一像素單元中作為相位對比影 像之一者之標準影像與作為其等之另一者之參考影像之，間 之距離(見圖4)並基於各像素的距離決定應調整焦點之位二 及其數量（見圖7)。 如上所述，標準影像之各像素與參考影像之相對像素之 間之距離對應於指#成像區域（出現在該物鏡此影像形 成表面上之區域）AR之不規則性之資訊（圖3)。由於在該聚 焦裝置40中藉由開口而將分離透鏡44八及44b之景深設定 為大於該物鏡15之景深，故可在聚焦前從相位對比影像中 識別標的的詳細不規則性。此外，可藉由—成像識別標的 的詳細不規則性。 因此，在s亥聚焦裝置40中，考慮標的之不規則性及對應 於該物鏡15之景深之區域適當地決定出現在該物鏡15之影 像形成表面上之整個標的變得清晰之聚焦位置及其數量。 149455.doc •22· 201133053 因此，與在組織切片的深度方向上按預定間隔時間偏移 焦點並基於成像影像的對比搜尋焦點位置的同時成像之一 方法相比，可根據成像區域中的標的以高速決定焦點位置 且不失真。 由於在暗視野模式中’螢光標記物之發螢光期間限於一 特定期間’故從改良獲取組織切片影像之效率之角度上看 可根據成像區域中的標的以高速決定焦點位置且不失真之 事實尤為有用。 根據上述組態，使根據成像區域中的標的以高速決定聚 焦位置且不失真，藉此實現能夠改良獲取組織切片影像之 效率之聚焦裝置40成為可能。 [2.另一實例實施例] 在上述實施例中’組織切片係用作生物樣本。然而，生 物樣本並不限於此實施例。舉例而言，可將一細胞、一染 色體及類似物用作生物樣本。 在上述貫施例中使用兩個分離透鏡44八及44B。然而， 为離透鏡44之數菫並不限於此實施例。可藉由將一對分離 透鏡44A及44B作為一單元（群組）而使用複數個分離透鏡 44。在此實例中，須在孔罩43上提供對應於各群組之分離 透鏡44之開口。 在上述貰她例中像素與相對像素之間之距離差異（間距） 小於臨限之像素鄰近彼此之區域中的最大區域之重心係決 疋為應调整焦點之位置。然而，決定應調整焦點之位置之 方法並不限於此實施例。 I49455.doc •23· 201133053 舉例而言’此可為標準影像之各像素與參考影像之相對 像素之間之距離為-平均值之像素。當存在複數個像素 時，可將它們作為重心。除& ’、 除此以外，可應用決定出現在該 物鏡15之影像形成表面上的整個標的影像（組織切片影 變得清晰之位置之一方法。 j上述實施例中’藉由該顯微鏡1之該載片台控制器21 計算該物鏡15之焦點相對於焦點位置之移動量（散焦量）。 然而，可取代此實施例將該聚焦裝置4〇中之該聚焦位置決 定單元52作為一位置以計算散焦量。 雖然在上述實施例中，該物鏡15之景深係固定，但是這 係可又的右可菱，則上述第五步驟SP5中的程序應改變 為另一程序。 具體5之’判定標準影像之各像素與參考影像之相對像 素之間之距離（像差）的最大值與最小值之間的差值是否小 深之一值，但不小於對應 於對應於該物鏡1 5容許的最大景 於該物鏡1 5所實際設定的景深之一值。 如圖8所示，若在此獲得—肯定的結果，則該成像條件 決定處理器46放大該物鏡15之孔徑（未繪示）之開口達一預 定量以使該物鏡15之景深更大。此時，該成像條件決定處 理器46根據一放大量該成像裝置16的曝光時間設定得更長 且隨後進行第六步驟SP 6。另一方面，若獲得一否定的結 果’則程序繼續第六步驟SP6而不放大該物鏡15之孔徑。 同時，在當標準影像之各像素與參考影像之相對像素之 間之距離（像差）的最大值與最小值之間的差值不小於對應 149455.doc -24- 201133053 可r—值時如，執… 以此方式，可更詳細地決定 ^ & 幻糕的影像（出現在該物 鏡5之衫像形成表面上之組織切 .._ . 片之口P分影像）相對於成 像區域變得清晰之一或複數個聚焦位置。 在上述實施例中，當標準影像之各像素與參考影像之相 對像素之間之距離（像差）的最大值與最小值之間的差值不 小於臨限時’成像區域被劃分為該物鏡”之景深範圍内之 層(成像層)。然而，一劃分模式並不限於此實施例。 舉例而言，如圖9所示，除在深度方向上斷裂之一部分 外’組織切片的其他成像區域可劃分為成像層。以此方 式，免除在tf裂部分聚焦時成像之程序，&進一步改良獲 取標的影像之效率變得可能。 雖然在上述實施例中相位對比影像係藉由分離透鏡44A 及44B而形成，但是形成方法並不一定限於此實施例及可 月&採用之另一已知實施例。 應瞭解熟悉此項技術者明瞭本文所述之目前較佳實施例 之各種變化及變更。可在不脫離精神及範圍及不減弱其預 期優點的情況下進行這些變化及變更。因此，這些變化及 變更旨在涵蓋於隨附申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1係圖解說明一顯微鏡之一組態之一示意圖； 圖2係圖解說明一組織切片之一標的影像及相位對比影 像之一圖像； 149455.doc •25- 201133053 &〈一示意圖； 影像與另一影 影像之間 圖3係圖解說明組織切片之不規則性 圖4係圖解說明相位對比影像之一邊 之各像素之像差之一示意圖； 圖5 A係在圖解說明一平坦部分及一傾斜部分中決…一 焦 點位置時所使用之一示意圖； 圖5B係在圖解說明一平坦部分及一傾斜部分中決定—焦 點位置時所使用之一示意圖； 圖6係在圖解說明根據一物鏡之一景深決定焦點位置時 所使用之一示意圖； 圖7係圖解說明一聚焦位置決定程序之一流程圖； 圖8係在圖解說明景深變化之一實例時所使用之—示意 圖；及 圖9係在圖解說明在另一實施例中劃分一成像區域之一 實例時所使用之一示意圖。 【主要元件符號說明】 I 顯微鏡 II 載片台 12 載片台驅動機構 13 光源 14 聚光透鏡 15 物鏡 16 成像裝置 21 載片台驅動控制器 22 照明控制器 149455.doc -26- 201133053 23 成像控制器 30 整合控制器 40 聚焦裝置 41 半反射鏡 42 場透鏡 43 孔罩 43 A 開口 43B 開口 44A 分離透鏡 44B 分離透鏡 45 成像裝置 46 成像條件決定處理器 51 像差獲取單元 52 聚焦位置決定單元 AR 區域 PRT 標本 149455.doc -27-

Claims (1)

1. 201133053 七 、申請專利範圍： 1· 一種聚焦裝置，其包括： 一處理器；及 己U體裝置，其係可操作地麵合至該處理器，，^ 隐體攻置儲存若干指令，該等指令使該處理 體裝置協作以： 一憶 (a)產生與具有一第—不規則性之一樣本相關聯之〜 第一影像； 基於。亥所產生的第—影像決定一第二不規則性， 該所決定的第二不規則性對應於該第一不規則 H ;及 (C)針對一透鏡基於該所決定的第二不規則性決定一 聚焦位置。 2.如請求们之聚焦裝置’其中該樣本包含生 切片。 巧夂一 一臂隹、員1之聚焦裝置，其中該樣本之-影像在該所決 4焦位置變得清晰，該樣本之該影像與該所 ' 一影像不同。 叼第 4.如請求項1之聚焦裝置’其中該等指令在由該處理兮執 :丁時使該處理器決定該樣本之諸位置，該等位置對應於 s亥第—不規則性。 5·如請求項1之聚焦裝置’其中該等指令在由該處理器執 行時使該處理器基於一相位對比影像產生該第一影像。 6· 一種操作包含若干指令之-聚焦裝置之方法，該方法包 149455.doc 201133053 括： (a) 使一處理器執行該等指令以產生與具有—第一 則性之—樣本相關聯之-第-影像； 不規 (b) 使4處理器執行該等指令以基於該所產生 像決定一货 乐〜影 、第—不規則性，該所決定的第二不規 十應於該第—不規則性；及 ⑷，該處理器執行該等指令以針對—透鏡基於該 疋的第二不規則性決定一聚焦位置。 、 求員6之方法，其中該樣本包含生物組織之— 片。 一切 其中該樣本之一影像在該所決定的 該樣本之該影像與該所產生的第— 8.如請求項6之方法 聚焦位置變得清晰 影像不同。 :員6之方法’其包含使該處理器執行該等指令以 :生，垓樣本之諸位置，該等位置對應於該第二不規則 10:咕求項6之方法’其包含使該處理器執行該等指令以 土於—相位對比影像產生該第一影像。 u :咕求項6之方法，其包含使該處理器執行該等指令以 所產生的第-影像之_區域決㈣聚焦位置該 :“糸與具有小於一臨限值之像差之諸鄰近像素相關 聯。 12· 一種電腦可讀媒體，其储在 m兵储存右干指令，該等指令經構造 以使一聚焦裝置： 149455.doc 201133053 (a) 產生與具有一第一不規則性之一樣本相關聯之一影 像； (b) 基於該所產生的影像決定一第二不規則性，該所決 定的第二不規則性對應於該第一不規則性；及 (c) 針對一透鏡基於該所決定的第二不規則性決定一聚 焦位置。 13. 14. 一種聚焦裝置，其包括： 一處理器；及 一退憶體裝置，其係可操作地耦合至該處理器，該記 憶體裝置儲存若干指令，該等指令使該處理器與該記憶 體裝置協作以： (a) 產生與一樣本相關聯之一第一影像及與該樣本相 關聯之一第二影像； (b) 決定⑴與該樣本相關聯之該第二影像；與（π)與該 樣本相關聯之該第三影像之間之像差；及 (c) 針對一透鏡基於該等所決定的像差決定一聚焦位 置。 如請求項13之聚焦裝置，其中該等指令在由該處理器執 行時使該處理器： (a) 決疋對應於像差之_导+ j古_ .. ^ ^ 敢大值與像差之一最小值之間 之一差值之一值； (b) 回應於大力預定臨限值針對該透鏡將一成像區域 劃分為複數個層；及 (c) 針對該等層之每—去^ t 母者决疋一個別聚焦位置。 149455.doc 201133053 1 5.如請求項14之聚焦裝置，其中該等指令在由該處理器執 行時使該處理器基於該透鏡之一景深決定該複數個層之 一數目。 16_如請求項13之聚焦裝置，其中該等指令在由該處理器執 行時使該處理器： (a) 決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之間 之一差值之一值； (b) 回應於大於一預定臨限值，針對該透鏡將一成像區 域劃分為一第一層、一第二層及一第三層； (c) 針對s亥第一層及該第二層之每—者決定一個別聚焦 位置；及 (d) 針對該第三層，免除一聚焦位置之確定。 17.如請求項16之聚焦裝置，其中該第三層對應於不包含該 樣本之一切片之一部分。 1 8.如請求項13之聚焦裝置，其中： (a) 該透鏡： (I) 具有對應於一最大景深之一第一景深，其中一第 —值對應於該第一景深；及 (II) 係設定於一第二景深，其中一第二值對應於該第 二景深；及 (b) 該等指令在由該處理器執行時使該處理器： (I) 決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之 間之一差值之一第三值； (II) 回應於：（A)小於該第—值；且（B)大於該第二值 149455.doc -4- 201133053 之該第三值將該透鏡設定於一第三景深，該第： 景深大於該第二景深。 〜 19. 如請求項13之聚焦裝置’其令該等指令在由該處理器勃 行時使該處理器基於該所產生的第—影像之一區域決： 該聚焦位置，該區域传盥且古 ^ 匕碘係興具有小於一臨限值之像差 鄰近像素相關聯。 — 20. —種操作包含若干指令 括： k裝置之方法，該方法包 第一影像及與該樣本相關聯 ⑷使-處理器執行該等指令以產生與一樣本相關聯 之一第二影像 (b)使該處理器執行該笨护 Η 丁通寺ί日令以決定.⑴與該樣本相關 聯之該第n與（ii)與該樣本相關聯之該第三影 像之間之像差；及 ⑷使4處理執行該等指令以針對—透鏡基於該等所 決定的像差決定一聚焦位置。 2 1.如請求項20之方法，其包含： ⑷使該處理器執行該等指令以決定對應於像差之〆最 大值與像差之一最小值之間之一差值之一值； (b) 使該處理器執行該等指令以回應於大於一預定臨限 值針對邊透鏡將一成像區域劃分為複數個層；及 (c) 使該處理器執行該等指令以針對該等層之每一者決 定一個別聚焦位置。 22.如請求項20之方法，其包含： ⑷使該處理器執行該等指令以決定對應於像差之一最 149455.doc 201133053 大值與像差之一最小值之間之一差值之一值； (b) 使該處理器執行該等指令以回應於大於一預定臨限 值針對該透鏡將一成像區域劃分為一第一層、一第 二層及一第三層； (c) 使该處理器執行該等指令以針對該第一層及該第二 層之每一者決定一個別聚焦位置；及 (d) 使該處理益執行該等指令以針對該第三層，免除決 定一聚焦位置。 23_如請求項22之方法，其中該第三層包含不包含該樣本之 一切片之一部分。 24. 如請求項20之方法，其中該透鏡： (a) 具有對應於一最大景深之一第一景深，其中一第一 值對應於該第一景深；及 (b) 係設定於一第二景深，其中一第二值對應於該第二 景深。 25. 如請求項24之方法，其包含： (i) 使該處理器執行該等指令以決定對應於像差之一最 大值與像差之一最小值之間之一差值之一第三值； 及 (ii) 使該處理器執行該等指令以回應於：（A)小於該第一 值；及（B)大於該第二值之該第三值將該透鏡設定於 一第三景深，該第三景深大於該第二景深。 2 6. —種顯微鏡’其包括： 一載片台’其經組態以支撐具有一第一不規則性之一 149455.doc -6- 201133053 樣本； 關聯之一第〆彩 一透鏡’其經組態以形成與該樣本相 像； 一處理器；及 一 s己憶體裝置，其可操作地耦合至 體裝置儲存料指♦，該等指令使該處理器與=片 台、該透鏡及該記憶體裝置協作以： χ (a) 產生與該樣本相關聯之一第二影像； (b) 基於該所產生的第二影像決_ _ 卑—不規則性， 域決定料規則性對應於該第-不規則性 ⑷針對-透鏡基於該所決定的第二不規則性決定〆 聚焦位置。 27. 28. 29. 30. 31. 如請求項26之顯微鏡’其中該樣本包含生 片。 〈 如請求項26之顯微鏡， 的影像在該所決定的聚 其中與該樣本相關聯之該所形成 焦位置變得清晰。 如明求項26之顯微鏡，其包含經組態以基於該所決定的 聚焦位置驅動該載片台之-載片台驅動機構。 如明求項26之顯微鏡，其包含可操作地耦合至該處理器 之一成像裝置，該成像裝置係經組態以獲取與樣本相關 聯之該第一影像。 如請求項26之顯微鏡，其包含： ⑷具有一第-深度之-第一分離透鏡； (b)具H深度之—第二分離透鏡；及 149455.doc 201133053 (C)具有一第一開口及一第二開口之一孔罩。 32.如請求項31之顯微鏡，其中該等指令在由該處理器執行 時使s亥處理器調整該第—開口及該第二開口之大小，使 得s亥第一分離透鏡之該第一深度及該第二分離透鏡之該 第二深度大於經組態以形成與該生物樣本相關聯之該影 像之該透鏡之一深度。 33_如請求項26之顯微鏡，其中該等指令在由該處理器執行 時使該處理器決定該樣本之諸位置，該等位置對應於該 所決定的第二不規則性。 34.如請求項26之顯微鏡，其中該等指令在由該處理器執行 時使該處理器決定與該樣本相關聯之諸影像之間之像 差，與該樣本相關聯之該等影像與該第一影像及該第二 影像不同，該等像差對應於該所決定的第二不規則性。 3 5 ·如請求項3 4之顯微鏡，其中該等指令在由該處理器執行 時使該處理器： (a) 決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之間 之一差值之一值； (b) 回應於大於一預定臨限值，針對該透鏡將一成像區 域劃分為複數個層；及 (c) 針對該等層之每一者決定一個別聚焦位置。 3 6.如請求項3 4之顯微鏡，其中該等指令在由該處理器執行 時使該處理器： (a)決定對應於像差之一最大值與像差之一最小值之間 之一差值之一值； 149455.doc 201133053 一成像區域 —個別聚焦 ⑻回應於大於-預定臨限值針對該透鏡將 劃分為一第一層、一第二層及—第三声 (c)針對該第一層及該第二層 " 〜兮一者決定 位置；及 37 38 (d)針對該第三層 如請求項36之顯微 之一切片之一部分 免除決定—聚焦位置 鏡 其中S亥第三層包含不包含該樣本 如請求項34之顯微鏡，其中： 〇)該透鏡： ⑴具有對應於一最大景深 厅、/衣之—第一景深，其中一第 一值對應於該第一景深；及 (Π)係設定於一第二吾、、耍 ., 木，其中一第二值對應於該第 二景深；及 ㈨該等指令在由該處理器執行時使該處理器： ⑴決定對應於像差之—最大值與像差之—最小值之 間之一差值之—第三值；及 (ii)回應於：（ΑΉ、α 1 於该弟一值；及（Β)大於該第二值 之°玄第二值，將該透鏡設定於一第三景深，該第 一厅、’朱大於該第二景深。 39. 一種操作包含若千扣人 卞知令之一顯微鏡之方法，該方法包 括： (汪）提供一裁Μ A，甘Λ- 取月口 其鉍組態以支撐具有一第一不規則 性之一樣本； ⑻提供-透鏡’其經組態以形成與該樣本相關聯之一 149455.doc •9- 201133053 第一影像； ⑷使-處理器執行該等指令以產生與該樣本相關聯之 一第二影像； ⑷使5亥處理器執行該等指令以基於該所產生的第二影 像決定—第二不規則性1所決定的不規則性對應 於該第一不規則性；及 心 ⑷㈣-透鏡使該處理器執行該等指令以基於該所決 定的第二不規則性決定—聚焦位置。 40. 一種聚焦裝置，其包括： 一處理器；及 一把憶體裝置’纟可操作地輕合至該處理器，該記憶 體裝置儲存若干指令，該等指令使該處理器與該記憶體 裝置協作以： (a) 產生與一樣本相關聯之—第一影像，該第—影像 具有第一複數個像素； (b) 產生與該樣本相關聯之一第二影像，該第二影像 具有對應於該第一複數個像素之第二複數個像 素； (c) 決定該第一複數個像素與該第二複數個像素之間 之複數個像差；及 (d) 針對一透鏡基於該等所決定的複數個像差決定一 聚焦位置。 149455.doc •】0.