(57)【要約】  試料の画像を形成するためのイメージングシステム及び方法が提供され、システムは、試料を照明するための照明源と、試料から形成される画像を観察するための画像観察サブシステムと、１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子であって、試料からの画像が、画像観察サブシステムに達する前に、調節可能な光学波長板及び複屈折素子を通過するように、試料と画像観察サブシステムとの間に配置される、１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子と、調節可能な光学波長板の１以上の位相遅延状態を変更し、画像の１以上の偏光状態の変化をもたらすデバイスと、調節可能な光学波長板の位相遅延状態を変更するためにデバイスを修正するコントローラとを備える。【選択図】  図３
2013538369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の画像を形成するためのイメージングシステムであって、
前記試料を照明するための照明源と、
前記試料から形成される画像を観察するための画像観察サブシステムと、
１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子であって、前記試料からの前記画像が、前記画像観察サブシステムに達する前に通過するように、前記試料と前記画像観察サブシステムとの間に配置される、１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子と、
前記調節可能な光学波長板の１以上の位相遅延状態を変更し、前記画像の１以上の偏光状態の変化をもたらすデバイスと、
前記調節可能な光学波長板の前記位相遅延状態を変更するために前記デバイスを修正するコントローラと
を備えるイメージングシステム。
【請求項２】
前記調節可能な光学波長板は液晶パネルである、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記調節可能な光学波長板は第１の液晶パネル及び第２の液晶パネルを備え、前記複屈折素子は第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子を備える、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項４】
第１の液晶パネルは前記試料と第１の複屈折素子との間に配設され、第１の複屈折素子は第１の液晶パネルと第２の複屈折素子との間に配設され、第２の複屈折素子は第１の複屈折素子と第２の液晶パネルとの間に配設され、第２の液晶パネルは第２の複屈折素子と前記画像観察サブシステムとの間に配設される、請求項３記載のイメージングシステム。
【請求項５】
１以上の偏光子をさらに備え、第１の液晶パネル、第２の液晶パネル、第１の複屈折素子、第２の複屈折素子、及び前記偏光子は、前記試料及び前記画像観察サブシステムを含む光学軸に沿って前記試料と前記画像観察サブシステムとの間に配設され、それにより、イメージングシステムを通過する前記反射された画像の焦点距離が、第１の液晶パネル、第２の液晶パネルの位相遅延及び前記偏光子の偏光状態に基づいて異なる値を有する、請求項４記載のイメージングシステム。
【請求項６】
前記偏光子は、第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子を備える、請求項５記載のイメージングシステム。
【請求項７】
第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子は、前記光学軸に対して９０°の角度で配置される、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項８】
第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子のうちの少なくとも１つは、他の偏光子の偏光軸に対して約９０°の角度で配置される、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項９】
第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子のうちの少なくとも１つは、他の偏光子の偏光軸に対して約４５°の角度で配置される、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項１０】
第１の偏光子は前記試料と第１の液晶パネルとの間に配設され、第２の偏光子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子との間に配設され、第３の偏光子は第２の液晶パネルと前記画像観察サブシステムとの間に配設される、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
約１５画像／秒〜１００画像／秒の範囲内のレートで所定の焦点距離に一連の離散的な平面偏光画像を形成する、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
複合画像は、前記一連の離散的な平面偏光画像から生成される、請求項１１記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
前記照明源は、複数の波長で光を放出する、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項１４】
前記複屈折素子は、複屈折窓、複屈折レンズ、複屈折プリズム、又はビームスプリッタから選択される、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項１５】
前記デバイスは、前記調節可能な光学波長板の前記位相遅延状態を変更する電圧源を備える、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項１６】
前記照明源、前記調節可能な光学波長板、前記複屈折素子、前記調節可能な光学波長板の前記位相遅延状態を変更する前記デバイス、前記位相遅延状態を変更するために前記デバイスを修正する前記コントローラ、及び前記画像観察サブシステムは、顕微鏡に統合される、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項１７】
前記顕微鏡は、画像プロセッササブシステムをさらに備える、請求項１６記載のイメージングシステム。
【請求項１８】
前記顕微鏡は、手動顕微鏡、デジタル顕微鏡、自動焦点顕微鏡、及びリアルタイム顕微鏡から選択される、請求項１６記載のイメージングシステム。
【請求項１９】
前記試料は生物学的試料を含む、請求項１記載のイメージングシステム。
【請求項２０】
イメージングシステムによって試料をイメージングする方法であって、
前記試料を照明するステップと、
前記イメージングシステムを通して前記試料からの画像を送るステップであって、前記イメージングシステムは、１以上の液晶パネル、１以上の複屈折素子、前記画像の焦点距離を修正するために前記液晶パネルの１以上の位相遅延状態を修正するコントローラ、及び画像観察サブシステムを備える、送るステップと、
前記試料の複数の画像を形成するステップと、
前記画像観察サブシステムで前記画像を観察するステップと
を含んでなる方法。
【請求項２１】
複合画像を形成するために前記画像を位置合わせするステップをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記位置合わせするステップは、オルソ幾何補正を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
試料の画像を形成するためのイメージングシステムであって、
前記試料を照明するための照明源と、
前記試料からの画像を観察するための画像観察サブシステムと、
複数の液晶パネル及び複数の複屈折素子であって、前記試料からの前記画像が、前記画像観察サブシステムに達する前に通過するように、前記試料と前記画像観察サブシステムとの間に配置される、複数の液晶パネル及び複数の複屈折素子と、
前記画像の偏光状態を変更するために前記液晶パネルの１以上の位相遅延状態を変更するデバイスと、
前記液晶パネルの前記位相遅延状態を変更するために前記デバイスを修正するコントローラと、
前記画像の２つ以上から複合画像を形成するために前記画像観察サブシステムに結合された画像プロセッササブシステムであって、前記画像は、約１５画像／秒〜１００画像／秒の範囲内のレートで所定の焦点距離に形成される、画像プロセッササブシステムと
を備えるイメージングシステム。
【請求項２４】
前記画像観察サブシステムは、電子スチルカメラ又は電子モーションカメラを備える、請求項２３記載のイメージングシステム。
【請求項２５】
関連する観察システムの積分時間より速いレートで種々の焦点距離で一連の画像を形成して、複数の焦点深度において前記一連の画像から観察可能な複合画像を形成するイメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学イメージングシステム及び試料のイメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡は、特に細胞生物学、細胞学、及び病理学の分野で研究及び診断用ツールとして広く使用されている。顕微鏡の使用は、イメージング剤、試薬、若しくは薬物で処理されない又は処理される培養細胞若しくは組織を検出するため、且つ正常な個体又は疾患のある個体から収集された組織試料を検出するためによく知られている。例えば、癌研究において、顕微鏡分析は、癌の進行に起因する遺伝子変異を検出し定量化するのを助ける。デジタル顕微鏡が、細胞形態、特異遺伝子の発現（例えば、遺伝子増幅、遺伝子欠損、遺伝子突然変異）、及びコード化たんぱく質の発現を検査するために使用される。組織マイクロアレイにおける個々の細胞又は全ての組織切片の顕微鏡分析は、広く知られている。
【０００３】
顕微鏡は、細胞レベル又は細胞以下のレベルでの迅速な調査のために日常的に使用されているが、客観性及び再現性に関連して従来の顕微鏡に対して制限が存在する。２次元（２Ｄ）画像を形成するシステムが開発されてきたが、これらのシステムは、従来のイメージング技法により焦点深度の制限があるために、試料の全体的な表現を提供しないことが多い。複数の焦点面で複数の画像を取得し、画像の最良の合焦部分を選択し組み合わせることによって、拡大した焦点深度をシミュレートする複合画像を形成するシステムもまた開発されてきた。しかし、複合画像を、迅速に、特にリアルタイムに生成するというこうしたシステムの能力は、デジタル画像を取得する前に、イメージングシステムの焦点位置を迅速にシフトさせる必要性があるために制限される。十分に合焦された画像を迅速に生成する能力は、大量の画像を後処理して、見えるように複合画像にする必要性によってさらに制限される。目下入手可能なデジタルイメージングシステム及びデバイスは、通常、カメラ、圧電対物レンズ、圧電ステージ、電動ステージ、及び直線対物レンズタレットを含む。しかし、これらのシステムはいずれも、迅速な画像取得及び生成が可能でない。
【０００４】
顕微鏡を、焦点品質及び再現性が高い自動イメージング対策と組み合わせる、試料の視覚分析用の改良型デバイスが望ましい。静的な高分解能オブジェクト再捕捉のためのみならず、連続モーションの高分解能観察のために使用可能な、対象の試料についての全体の厚さにわたって完全な合焦顕微鏡画像を得るために、イメージングシステムを迅速に合焦させるためのイメージングシステム及び方法についての必要性が存在する。こうしたイメージングシステム及び方法は、望ましくは、費用効果的であり、比較的簡単な機器要件を有し、種々の拡大に容易に適合可能であるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２００７／１５９７０１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、試料画像のリアルタイムで迅速な形成が可能な方法及びイメージングシステムに関する。
【０００７】
試料の画像を形成するための本発明のイメージングシステムの一実施形態は、試料を照明するための照明源と、試料から形成される画像を観察するための画像観察サブシステムと、１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子であって、試料の画像が、画像観察サブシステムに達する前に調節可能な光学波長板及び複屈折素子通過するように、試料と画像観察サブシステムとの間に配置される、１以上の調節可能な光学波長板及び１以上の複屈折素子と、調節可能な光学波長板の１以上の位相遅延状態を変更し、画像の１以上の偏光状態の変化をもたらすデバイスと、調節可能な光学波長板の位相遅延状態を変更するためにデバイスを修正するコントローラとを備える。
【０００８】
イメージングシステムによって試料をイメージングするための本発明の方法の一例は、試料を照明するステップと、イメージングシステムを通して試料からの画像を送る(direct)ことであって、イメージングシステムは、１以上のＬＣＰ、１以上の複屈折素子、画像の焦点距離を修正するためにＬＣＰの１以上の位相遅延状態を修正するコントローラ、及び画像観察サブシステムを備える、送るステップと、試料の複数の画像を形成するステップと、画像観察サブシステムで画像を観察するステップとを含む。
【０００９】
試料の画像を形成するためのイメージングシステムの別の実施形態は、試料を照明するための照明源と、試料からの画像を観察するための画像観察サブシステムと、複数のＬＣＰ及び複数の複屈折素子であって、試料からの画像が、画像観察サブシステムに達する前にＬＣＰ及び複屈折素子を通過するように、試料と画像観察サブシステムとの間に配置される、複数のＬＣＰ及び複数の複屈折素子と、画像の偏光状態を変更するためにＬＣＰの位相遅延状態を変更するデバイスと、ＬＣＰの位相遅延状態を変更するためにデバイスを修正するコントローラと、画像の２つ以上から複合画像を形成するために画像観察サブシステムに結合された画像プロセッササブシステムであって、画像は、約１５画像／秒〜１００画像／秒の範囲内のレートで所定の焦点距離に形成される、画像プロセッササブシステムとを備える。
【００１０】
イメージングシステムの一実施形態は、関連する観察システムの積分時間より速いレートで種々の焦点距離で一連の画像を形成して、複数の焦点深度において一連の画像から観察可能な複合画像を形成する。
【００１１】
本発明のこれらのまた他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明が添付図面を参照して読まれるとよりよく理解されるであろう。図面では、同じ記号は図面全体を通して同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のイメージングシステムを使用する、試料の連続したリアルタイムイメージングのための方法の例のフロー図である。
【図２】本発明のイメージングシステムの実施形態の概略図である。
【図３】本発明のイメージングシステムを使用する、種々の焦点面において複数の画像を形成するための方法の例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
イメージングシステムの実施形態のうちの１つの実施形態又は複数の実施形態により、短時間に試料の複数の画像が生成される。イメージングシステムの使用は、高速度で取り込まれる画像の品質を高め、ユーザがリアルタイム画像を観察することを可能にする。
【００１４】
特許請求される本発明の主題をより明確かつ簡潔に述べ指摘するために、以下の定義が、以下の説明及び添付特許請求の範囲で使用される特定の用語について提供される。本明細書全体を通して、特定の用語の使用は、非限定的な例として考慮すべきである。
【００１５】
単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が別途明確に指示しない限り複数の指示対象を含む。明細書及び特許請求の範囲を通して本明細書で使用される近似言語は、任意の定量的表現であって、定量的表現が関連する基本機能の変化をもたらすことなく許容可能に変化しうる、任意の定量的表現を修正するために適用されることができる。相応して、「約(about)」などの用語によって修正される値は、指定される厳密な値に限定されない。いくつかの事例では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。必要である場合、範囲が提供されており、これらの範囲はその範囲の間の全ての部分範囲を包含する。
【００１６】
本明細書で使用するとき、「複屈折素子(birefringent element)」は、その光路長が光の偏光の配向に依存し、幾何形状に応じて複屈折窓又はレンズと呼ぶことができる。
【００１７】
試料の画像を形成するためのイメージングシステムは、試料を照明するための照明源、試料から形成される画像を観察するための画像観察サブシステム、１以上の調節可能な光学波長板、及び１以上の複屈折素子を備える。イメージングシステムの実施形態は、図２に概略的に示される。この実施形態では、調節可能な光学波長板は、１以上のＬＣＰ、１以上の複屈折素子、ＬＣＰの１以上の位相遅延状態を変更するデバイス、及びＬＣＰの位相遅延を変更するためにデバイスを修正するように構成されているコントローラを備える。
【００１８】
イメージングシステムは、照明源及び画像観察サブシステムをさらに備える。一実施形態では、画像観察サブシステムは、試料の画像を取り込む。取り込まれた画像は、反射された画像又は透過された画像とすることができる。１以上の実施形態では、イメージングシステムは、画像観察サブシステムに結合される画像プロセッササブシステムをさらに備える。
【００１９】
照明源は、試料を照明し、反射光又は透過光或いは両方を、イメージングシステムを通して送って、画像を形成する。照明源は、概して、試料を支持するプラットフォームの下に位置する。いくつかの実施形態では、照明源は、複数の波長で光を放出する。照明源は、少なくとも２つの波長範囲内で出力光を調整することが可能な波長チューナを備えることができる。例えば、波長領域は、赤色光成分及び青色光成分を含むことができる。光は、種々の方法で提供され制御されることができる。一実施形態では、イメージングシステムは、光の品質及び強度を管理するためのダイアフラム及びフィルタを有する、コンデンサと呼ばれる光学デバイスを通して集光される制御可能な光源を有する。一実施形態では、１以上のＬＣＰは、照明源から発生する光のための波長チューナとして機能する光学波長板として構成されてもよい。試料からの反射光又は透過光は、１以上の画像として、ＬＣＰ及び複屈折素子を備えるイメージングシステムを通過する。
【００２０】
ＬＣＰ及び複屈折素子は、組み合わせて可変焦点レンズとして役立つ。可変焦点レンズの焦点は、ＬＣＰの位相遅延状態の２つ以上の配向になるように切り換えることによって個々に調整可能である。液晶の整列角度は、ＬＣＰの電圧を変更することによる印加電界の変化と共に変化する。例えば、２つの特定の制御電圧状態の場合、結晶は、異なる屈折率を提供する別個の配向で整列する。ＬＣＰの電圧の変化は、位相遅延の変化をもたらす。したがって、画像は、ＬＣＰ媒体を通って伝播し、画像の偏光配向の変化をもたらす。
【００２１】
ＬＣＰの位相遅延を変化させるデバイスは電圧源である。電圧源は、ＬＣＰの位相遅延状態を修正するために電界に可変電圧を印加する。電圧源の非限定的な例は、電池、ＬＥＤ、ツェナーダイオード、ポテンショメータ、及びキャパシタを含む。電圧源は、ＬＣＰに印加するために、電圧源によって生成される電界の電圧を増減するコントローラによって調節可能である。
【００２２】
コントロ−ラは、電界を修正し、ＬＣＰの偏光作用を変更するように構成される。ＬＣＰの１以上の位相遅延状態を変えることによって、コントローラは、画像形成システムの異なる焦点特性を達成するために、複屈折素子（複数可）の異なる軸の間で又は異なる軸に沿って画像形成光線を伝達することを容易にする。コントローラは、画像の焦点距離を増減するように構成することができる。コントローラは、ＬＣＰの液晶切換えを指示するように電圧源を制御する。画像の偏光の変化は、複屈折素子と連携したＬＣＰの液晶の切換えに起因する。
【００２３】
複屈折素子は、偏光に応じて光路を変更できる。複屈折素子は、複屈折窓、複屈折レンズ、複屈折プリズム、又はビームスプリッタから選択することができる。例えば、複屈折レンズ又はビーム分割プリズムは、焦点位置のかなりの変化を達成することができる。複屈折素子は、平面偏光画像を形成することが可能である。
【００２４】
一連の離散的な平面偏光画像は、約２画像／秒〜２００画像／秒の範囲内のレートで生成される。しかし、より高いレートもまた、イメージングシステムの用途に応じて実施することができる。特定の実施形態では、一連の離散的な平面偏光画像は、約１５画像／秒〜１００画像／秒の範囲内のレートで生成される。一実施形態では、イメージングシステムは、関連する観察システムの積分時間より速いレートで種々の焦点距離で一連の画像を形成して、複数の焦点深度において一連の画像から観察可能な複合画像を形成する。
【００２５】
一連の画像は、ＬＣＰ及び複屈折素子を通過した後に生成される。イメージングシステムにおいて、ＬＣＰ及び複屈折素子は、試料から生成される画像が、画像観察サブシステムに達する前に、ＬＣＰ及び複屈折素子を通過するように、試料と画像観察サブシステムとの間に配置される。この実施形態では、ＬＣＰ及び複屈折素子は、画像の光路長を変更するために、システムの光学軸に沿って配置される。光学軸は、全体的に光の伝播経路に沿って存在する。システムの光学軸は、ＬＣＰ及び複屈折素子と共に、試料及び画像観察サブシステムを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、ＬＣＰは、第１のＬＣＰ及び第２のＬＣＰを備え、複屈折素子は第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子を備え、第１のＬＣＰ、第２のＬＣＰ、第１の複屈折素子、及び第２の複屈折素子は、試料と画像観察サブシステムとの間に配設される。第１のＬＣＰは試料と第１の複屈折素子との間に配設され、第１の複屈折素子は第１のＬＣＰと第２の複屈折素子との間に配設され、第２の複屈折素子は第１の複屈折素子と第２のＬＣＰとの間に配設され、第２のＬＣＰは第２の複屈折素子と画像観察サブシステムとの間に配設される。１以上の実施形態では、第１のＬＣＰは、入射画像を受信し、第２のＬＣＰは、第１のＬＣＰ、第１の複屈折素子、及び第２の複屈折素子を通して処理された画像を受信する。一実施形態では、第１の複屈折素子は、第１のＬＣＰを通して処理された画像を受信し、第２の複屈折素子は、第１のＬＣＰ及び第１の複屈折素子を通して処理された画像を受信する。
【００２７】
イメージングシステムは、光学軸に沿って配設された１以上の偏光子をさらに備える。一実施形態では、偏光子は、第１の偏光子、第２の偏光子、及び第３の偏光子を備える。第１のＬＣＰ、第２のＬＣＰ、第１の複屈折素子、第２の複屈折素子、第１の偏光子、第２の偏光子、及び第３の偏光子は、試料と画像観察サブシステムとの間に配設される。いくつかの実施形態では、第１の偏光子は試料と第１のＬＣＰとの間に配設され、第２の偏光子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子との間に配設され、第３の偏光子は第２のＬＣＰと画像観察サブシステムとの間に配設される。イメージングシステムを通過する画像の焦点距離の変化は、ＬＣＰの位相遅延状態及び偏光子の偏光状態の変化に起因する。
【００２８】
一実施形態では、第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子は、光学軸に対して９０°の角度で配置される。偏光子はそれぞれ、光学軸に関して回転する偏光軸を備える。１以上の偏光子について、偏光軸は、ＬＣＰの速い軸又はシステム内に存在する他の偏光子の偏光軸に対して、約９０°で、約４５°で、又は任意の他の角度で光学軸に関して回転する。一実施形態では、第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子の１以上は、ＬＣＰの速い軸又はシステム内に存在する他の偏光子の偏光軸に対して約９０°未満の角度で光学軸に関して配置される。別の実施形態では、第１の偏光子、第２の偏光子、又は第３の偏光子の１以上は、ＬＣＰの速い軸又はシステム内に存在する他の偏光子の偏光軸に対して約４５°未満の角度で光学軸に関して配置される。本明細書で述べる「他の偏光子(other polarizer)」は、例えば、第２の偏光子及び第３の偏光子を指し、第１の偏光子は、ＬＣＰの速い軸又はシステム内に存在する第２の偏光子及び第３の偏光子の偏光軸に対して約９０°の角度で光学軸に関して配置される。
【００２９】
平面偏光画像は、画像観察サブシステムによって観察又は取り込むことができる。画像は、人間の目によって直接観察可能であり、写真乾板上でイメージング可能であり、又はデジタル的に取込み可能である。画像観察サブシステムは、一実施形態では、画像取込みサブシステムである。例えば、画像取込みサブシステムは、試料（被検体）の画像を取り込み、取り込まれた画像データを、時間又は空間パラメータに基づいて生成するカメラ、又は同様のデバイスから構成されてもよい。画像取込みサブシステムは、限定はしないが、さらなるレンズ、ミラー、光フィルタ、アパーチャ、照明デバイス、及び電子構成要素などの、光学システムにおいて通常見出されるさらなる構成要素を備えることができる。
【００３０】
一実施形態では、画像観察サブシステムは画像取込みサブシステムであるが、画像取込みサブシステムの非限定的な例は、スチルカメラ又は電子モーションカメラである。カメラは、生物学的試料などの対象のターゲットに焦点を合わせられる電荷結合素子カメラ（ＣＣＤカメラ）又は相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラを含むことができる。画像は、コンピュータスクリーン上で示すことができ、一方、カメラは、コンピュータと通信状態にある。一実施形態では、カラーＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラを使用して、試料をイメージングすることができ、試料の３つのグレーレベル画像が同時に取り込まれる。一実施形態では、イメージング段階は、試料の実質的にリアルタイムの（例えば、１画像当たり約４０ミリ秒）処理を使用する、マルチスペクトルイメージングを含むことができる。リアルタイム処理又は表示のために、ＲＧＢカメラの場合、ＲＧＢの異なるチャネルを通した画像取得が、並列に実施され、ＲＧＢカラー入力値を、関係するカラーのそれぞれの所定の濃度及び／又は透過度にマッピングするルックアップテーブル（ＬＵＴ）が生成可能である。一実施形態では、画像取込み又は画像観察サブシステムは、ビデオＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラであり、画像は、概して、参照として空白フィールドを、また、画像として黒フィールドを使用して均衡をとられ正規化され、シェーディングの変動を補正される。
【００３１】
１以上の実施形態では、画像処理サブシステムは、複合画像を形成するために、複数の焦点距離で形成された一連の離散的な画像を処理するように構成される。画像処理サブシステムは、画像観察サブシステムに動作可能に結合されうる。デジタル画像は、画像合成によって幾何学的モデル又は数学公式から計算されることができる。一実施形態では、画像処理サブシステムは、フォーカス又はデフォーカスアルゴリズムによって試料の構造的特徴の深度を部分的に計算し、構造的特徴の計算された深度から試料の２Ｄ画像を形成することが可能である。画像を取り込んだ後、データは、画像処理サブシステムに転送されて、画像が処理され、３次元（３Ｄ）深度情報が得られる又は生成可能である。３Ｄ深度情報は、さらに処理されて、構造的特徴の計算された深度からの２Ｄタイプ画像及び高分解能複合画像が生成可能である。一実施形態では、画像歪又は動き補正をシミュレートすることによって画像を処理するためのアルゴリズムが使用される。
【００３２】
一実施形態では、イメージングシステムは、固定光路長及び焦点を有するレンズなどの１以上のイメージング素子を備えることができる。ＬＣＰ及び複屈折素子は、画像の光路長を変更するために、試料とイメージング素子との間に配置されてもよい。
【００３３】
イメージングシステムは、観察される試料を支持するプラットフォームを、オブジェクト又は試料の下に備えることができる。プラットフォームの中央には、標本を照明するために光がそこを通過する穴がある。試料は、プラットフォームによって直接支持されても、又は、プラットフォームによって支持されるスライド又は組織マイクロアレイなどの、使い捨ての及び／又は可搬型のキャリア上に搭載されてもよい。
【００３４】
照明源、ＬＣＰ、複屈折素子、ＬＣＰの位相遅延状態を変更するデバイス、画像の偏光状態を変更するためＬＣＰの位相遅延状態を変更するためにデバイスを修正するコントローラ、画像観察サブシステム、及び画像プロセッサのうちの１以上は全て、顕微鏡或いは大型の又はより複雑なイメージングシステムに統合可能である。顕微鏡は、手動顕微鏡、デジタル顕微鏡、自動焦点顕微鏡、及び／又はリアルタイム顕微鏡とすることができる。
【００３５】
イメージングシステムは、生物学的標本を含む試料をイメージングするために使用されうる。生物学的試料又は標本は、限定はしないが、細胞、組織切片などの生物学的組織、組織試料、生検、何らかの細胞学的調製後の組織インプリント、生物学的被検体、器官、又は寄生虫から収集された皮膚又は組織グラフトを含む、生物学的被検体から得られる試料を指す。
【００３６】
本発明のイメージングシステムを使用して、試料をイメージングするための本発明の方法の例は、一般に、試料を照明するステップ、イメージングシステムを通して試料からの画像を送るステップ、画像の焦点距離を修正するためにＬＣＰのうちの１つのＬＣＰ又は複数のＬＣＰの、１以上の位相遅延状態を修正するステップ、及び試料の複数の平面偏光画像を形成するステップを含む。
【００３７】
いくつかの例では、方法は、平面偏光された画像を位置合わせするステップであって、それにより、複数の位置合わせされた平面偏光画像を形成する、位置合わせされた平面偏光画像を組み合わせて複合画像を形成するステップをさらに含む。平面偏光された画像を位置合わせするステップは、オルソ幾何補正を含むことができる。オルソ幾何補正は、画像の中心投影を直交画像に変換し、それにより、傾斜及び／又は環境作用によって生じる歪を除去する。
【００３８】
一例では、大量の画像の被写界深度をデジタル的に拡大する（「拡大焦点(extended focus)」と呼ばれることがある）ことによって、合焦した画像が部分的に組合されることができる。試料の位置を変更することなく、一連の迅速な焦点シフトが得られる。焦点距離を迅速に切り換えることによって、ユーザ又は自動化システムは、試料内の特定の深度を迅速にかつ繰返して決定することができ、また、リアルタイムムービーと同様の一連の離散的画像を形成することができる。一実施形態では、一連の１００個の離散的画像が、焦点距離を迅速に切り換えることによって１秒で生成されうる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、カメラシステムは、画像を取り込むために使用されることができる。複合画像は、（例えば、合焦している）各画像の１以上の部分を組み合わせる畳込みベースの方法を使用して取り込まれた画像から生成されることができる。例えば、異なる焦点距離における同じフィールドの２つ以上の連続するフレームは、組合されて又は融合されて、画像の各ピクセルに最大コントラストを有する最終的な複合画像を形成することができる。
【００４０】
連続するリアルタイムの試料の観察１０を含む方法の例が、図１に示される。単一の複合画像を形成する前に、４つの異なる画像が、１２、１４、１６、及び１８などの４つの異なる条件下で取り込まれる。例１２では、第１のＬＣＰが「オン(on)」であり、第２のＬＣＰが「オフ(off)」であるとき、第１のＬＣＰは、第１のＬＣＰを通過する画像の偏光状態を変更し、画像は、画像の光学特性の変化を受けることなく第２のＬＣＰをさらに通過する。例１４では、第１のＬＣＰが「オフ」であり、第２のＬＣＰが「オン」である。画像は、画像の偏光状態を変更することなく第１のＬＣＰを通過し、第２のＬＣＰは、画像の偏光状態を変更する。例１６では、第１及び第２のＬＣＰは共に「オン」であり、ＬＣＰは、第１及び第２のＬＣＰを通過する画像の偏光状態を変更する。例１８では、第１及び第２のＬＣＰは共に「オフ」である。画像は、画像の偏光状態を変更することなくイメージングシステムを通過する。
【００４１】
ＬＣＰを通過する画像は、画像観察サブシステムによって観察又は取り込まれる。例１２の画像は取り込まれた画像２０（図１）であり、例１４の画像は取り込まれた画像２２であり、例１６の画像は取り込まれた画像２４であり、例１８の画像は取り込まれた画像２６である。動作時、ＬＣＰ及び複屈折素子を備える電気光学構成要素は、ＬＣＰの偏光状態を迅速に切り換えることが可能であり、画像が逐次取り込まれるときに焦点距離が迅速に変更されることをもたらす。したがって、２０、２２、２４、及び２６などの一連の平面偏光画像は、種々の焦点距離で、この例では、約１５画像／秒以上のレートで撮影される。これらのイメージング段階は、同時に複数の深度の合焦画像としてリアルタイムにオペレータによって直接観察されうる。一連の画像はまた、順次に取り込まれ、画像のムービーとして観察されうる。
【００４２】
取り込まれた画像２０、２２、２４、及び２６は、画像プロセッサによってさらに処理されうる。画像プロセッサは、種々の画像処理段階を実行するように構成されうる。例えば、プロセッサは、画像オルソ幾何補正２８を実行する。画像オルソ幾何補正２８は、画像の中心投影を画像の正確な直角の投影に変換して、動き又は環境条件によって生じる歪を除去する。画像プロセッサはまた、画像区分化又は焦点決定３０を実行することができる。例えば、一連の離散的画像（例えば、２０、２２、２４、および２６）は、種々の焦点距離で撮影される。画像プロセッサは、その後、取り込まれた画像の最良の又は選択された部分を組み合わせる畳込みベースの方法を使用して、段階３２にて、単一の複合画像又は複数の複合画像を形成することができる。デジタルエンハンスメントはまた、合焦領域のコントラストを改善するために畳込み及び／又は背景減算方法を含むことができる。
【００４３】
本発明のイメージングシステムの実施形態が図２に示される。この例では、被検体（または試料）４０は、イメージングシステムの一端に設置される。照明源４２は、光を試料に向かって送り、試料４０を照明する。試料の画像は、複数の焦点面４４で取り込まれることができる。顕微鏡は対物レンズ組立体４６を備える。照明のために、光は、所望の範囲の波長又は周波数のフィルタを通過し、そして試料４０を通過し、そして対物レンズ４６に至る。反射又は透過光（画像）線４８及び５０は、被検体から送られ、合焦チューブ５２を通過する。画像は、その後、偏光子５４、５６、及び５８、ＬＣＰ６０及び６２、並びに複屈折素子６４及び６６を通過して、光学画像６８を生成する。偏光子、ＬＣＰ、及び複屈折素子は、試料４０とこの例では接眼レンズ７０によって規定される光学軸に沿って整列する。画像は、画像観察デバイス７２によって取り込まれる。システムは、対物レンズ４６及び合焦チューブ５２と一直線に並ぶ。
【００４４】
図３は、切換えフローメカニズムを示す。この例では、試料の反射（または透過）画像は、光学軸に対して、また同様に、他の偏光子の偏光軸に対して９０°で配置される第１の偏光子５４を通過する。画像は、変更なしですなわちその元の垂直偏光状態で第１のＬＣＰユニット６０を通過する。別の実施形態では、第１のＬＣＰユニット６１は、光を回転させ、光を水平偏光させる。光が第１のＬＣＰを通過して第１の複屈折素子６４に達した後、垂直偏光した光を基準にして、水平偏光した光の場合に屈折率の差が存在する場合がある。屈折率の差は、画像の焦点距離のシフトをもたらす。画像は、その後、第１の偏光子５４及び第３の偏光子５８の偏光軸に対して４５°で光学軸に関して配向する第２の偏光子５６を通過し、各偏光から同じ量の光の透過を可能にする。その後、光は、第２の複屈折素子６６を通過し、光は、垂直偏光状態で第２の複屈折素子６６を通過する。別の実施形態では、第２の複屈折素子６７は、光を回転させ、光を水平偏光させる。第２の複屈折素子を通して処理された光は、その後、第２のＬＣＰ６２及び第３の偏光子５８を通過する。それぞれの場合に、画像観察サブシステムが、２０、２２、２４、及び２６として画像を取り込む。
【００４５】
生物学的イメージングのために、イメージングシステムは、ＬＣＰ、複屈折素子、及び偏光子、並びに対物レンズ４６及び合焦チューブ５２を備える光学システムと一直線に並ぶことができる。動作時、光学システムは、画像の焦点面を迅速に切り換え、画像は、同時に複数の深度の合焦画像としてイメージングシステムから直接観察することができる。画像はまた、一連の画像として取り込まれ、ムービーとして観察することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１２、１４、１６、１８  異なる条件
２０、２２、２４，２６  取り込まれた画像
４０  被検体
４２  照明源
４４  複数の焦点面
４６  対物レンズ
４８、５０  反射又は透過光線
５２  合焦チューブ
５４、５６、５８  偏光子
６０、６１、６２  ＬＣＰ
６４、６６、６７  複屈折素子
６８  光学画像
７０  接眼レンズ
７２  画像観察デバイス
【図１】
2013538369.tif 000003
【図２】
2013538369.tif 000004
【図３】
2013538369.tif 000005
【国際調査報告】
2013538369.tif 000006
2013538369.tif 000007
2013538369.tif 000008
2013538369.tif 000009
2013538369.tif 000010