(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体（２）を照明するための複数の照射角（４）を設定するために制御可能な照明装置（１１，１２；１２１）と、
前記複数の照射角（４）について前記被写体（２）の複数の画像（４１−４３）を取り込むように構成されたイメージセンサ（１５；１２３）を備える検出器と、
前記イメージセンサ（１５；１２３）に接続され、前記複数の画像を処理するための電子評価装置（２０；１２４−１２６）と、
を含み、
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、少なくともいくつかの前記複数の画像（４１−４３）に画像補正（４４−４６）を適用し、
前記画像補正（４４−４６）は、変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）を含み、
前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）は、前記各々の画像（４１−４３）を記録する際に使用される前記照射角に依存し、前記画像補正（４４−４６）後に前記複数の画像を合成するように構成される画像記録装置であって、
前記イメージセンサ（１５；１２３）は、複数のカラーチャネルを備え、
前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）は、各々の画像を記録する際のそれぞれのカラーチャネルおよび前記照射角（４）に依存し、
カラーチャネルに対する前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）は、前記カラーチャネルの焦点位置（５４，５６）と更なるカラーチャネルの更なる焦点位置（５４，５６）との間の距離（６６，６７）に依存し、さらに、前記カラーチャネルに対する前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）の方向は、前記照射角（４）に依存する画像記録装置。
【請求項２】
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、前記処理により軸上色収差を補正するように構成される請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項３】
前記距離（６６，６７）および／または前記焦点位置（５４，５６）は、前記画像記録装置の記憶媒体（２１）に不揮発的に記憶される請求項１または請求項２に記載の画像記録装置。
【請求項４】
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、非点収差を補正するように構成される請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項５】
１つの照射角（４）で取り込まれる画像（４１−４３）に適用される前記変位（１１０）は、非点収差の軸とイメージング光学装置の光軸（５）とにより規定される平面に関して、前記照射角（４）で入射する光線（９０）の位置に依存する請求項４に記載の画像記録装置。
【請求項６】
１つの照射角（４）で取り込まれる画像に適用される前記変位（１１０）は、第１の非点収差の軸と光軸（５）とにより規定される第１の平面と第２の非点収差の軸と光軸（５）とにより規定される第２の平面に関して、前記照射角で入射する前記光線（９０）の位置に依存する請求項５に記載の画像記録装置。
【請求項７】
第１の座標軸に沿った前記変位の成分は、前記第１の平面に前記照射角で入射する前記光線（９０）の射影（９３）に依存し、
前記第１の座標軸に直交する第２の座標軸に沿った前記変位の成分は、前記第２の平面に前記照射角で入射する前記光線（９０）の射影（９８）に依存する、
請求項６に記載の画像記録装置。
【請求項８】
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、像面湾曲を補正するように構成される請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項９】
前記変位（１１０）は、フィールドポイントに依存する請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項１０】
前記複数の照射角（４）についての前記変位は、前記画像記録装置の記憶媒体（２１）に不揮発的にそれぞれ記憶される請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項１１】
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、結果画像（４７）を計算するために画像補正（４４−４６）後に前記複数の画像を加算するように構成される請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項１２】
前記電子評価装置（２０；１２４−１２６）は、前記検出器が更なる照射角について更なる画像（４２，４３）を取り込む際に、１つの照射角（４）で取り込まれた画像（４１）に前記画像補正を適用するように構成される請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項１３】
前記画像記録装置（１）は、顕微鏡システムである請求項１から３のいずれかに記載の画像記録装置。
【請求項１４】
被写体（２）が複数の照射角（４）で照明される際に、複数の画像（４１−４３）の取り込みと、
前記複数の画像（４１−４３）を処理すること、
を含み、
前記処理は、前記複数の画像（４１−４３）のうちの少なくともいくつかに画像補正を適用し、
前記画像補正は、それぞれの前記画像（４１−４３）を記録する際に、前記照射角に依存する変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）を含み、前記画像補正（４４−４６）の適用後に前記複数の画像を合成する画像記録方法であって、
前記複数の画像の取り込みは、複数のカラーチャネルを含むイメージセンサ（１５；１２３）を使用する画像の取り込みを含み、
前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）は、それぞれの前記カラーチャネルとそれぞれの前記変位を記録する際の前記照射角（４）に依存し、
カラーチャネルについての前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）は、前記カラーチャネルの焦点位置（５４，５６）と更なるカラーチャネルの更なる焦点位置（５４，５６）との間の距離（６６，６７）に依存、さらに、前記カラーチャネルに対する前記変位（Ｔ１，Ｔ２；７５−７８；１１０）の方向は、前記照射角（４）に依存する画像記録方法。
【請求項１５】
１つの照射角（４）で取り込まれる画像（４１−４３）に適用される前記変位（１１０）は、非点収差の軸とイメージング光学装置の光軸（５）とにより規定される平面に関して、前記照射角（４）で入射する光線（９０）の位置に依存する、更なる非点収差の補正を含む請求項１４に記載の画像記録方法。
【請求項１６】
１つの照射角（４）で取り込まれる画像に適用される前記変位（１１０）は、第１の非点収差の軸と光軸（５）とにより規定される第１の平面と第２の非点収差の軸と光軸（５）とにより規定される第２の平面に関して、前記照射角で入射する前記光線（９０）の位置に依存する、更なる非点収差の補正を含む請求項１５に記載の画像記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の例示的な実施形態は、画像を記録するための装置および方法に関する。特に、例示的な実施形態は、光学収差の計算による補正を容易にする装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の光学系は、画像の品質に関して、より厳しい要件を満たす必要がある。この目的のために、高精度かつ高品質の光学装置を使用することがある。あるいは、後続の処理（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ  ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）と組み合わせて、より費用対効果の高い光学装置を使用することがある。
【０００３】
より高品質の光学装置を使用して、高品質の画像を生成することができる。しかし、コスト面での不利な点に加えて、設置スペースが大きくなり、重量も大きくなることがある。さらに、多数のレンズが系の反射感度（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）を増加させ、および／または透過率を減少させることがある。これは、例えば高価な専門用途の分野において、多くの用途について不利になることがある。
【０００４】
より安価な光学装置を後続の処理と組み合わせる装置および方法は、更なるデジタルの処理にデコンボリューション法（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を含むことができる。そのような方法は、大きな計算量と結びついている。特に、例えば顕微鏡システム（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｓｙｓｔｅｍ）において、記録された標本領域をリアルタイムで表示するために画像の高速計算が望まれる場合、不利であることが分かる。変調伝達関数（ＭＴＦ）のコントラストが低く、および／または画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が良好ではない場合、デコンボリューション法を使用しても再構成可能でないか、または特定の追加の仮定の下でのみ再構成可能であると判断される特定の空間周波数につながることがある。例として、収差のためにＭＴＦがゼロのときの空間周波数領域の場合がある。例として、このようにＭＴＦがゼロとなるのは、非点収差またはデフォーカスによる場合がある。軸上色収差（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ）は、デコンボリューション法により容易には補償できないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被写体を画像化するための改良技術が必要とされている。特に、費用対効果の高いイメージング光学装置の使用を可能にし、デコンボリューション法と比較して更なるデジタル処理における計算上の複雑さを低減することができる装置および方法が必要とされている。特に、軸上色収差および／または非点収差が補正可能な装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、被写体が複数の照射角で照明され、各々の場合に画像が記録される装置および方法が明示される。複数の画像は、計算により更に処理される。この処理では、複数の画像の少なくとも一部に変位を適用することができ、前記変位は照射角に依存する。変位を用いて、画像領域は空間内で変位することができる。変位の適用後、画像を合計し（ｓｕｍｍｅｄ）または異なる方法で更に処理することができる。
【０００７】
変位は、色収差を補正するために、異なるカラーチャネルについて異なることができる。変位は、例えば非点収差の補正の範囲内で像面において局所的に変化する影響を考慮するために、フィールドポイントに依存（ｆｉｅｌｄ−ｐｏｉｎｔ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）することができる。
【０００８】
実施形態による装置および方法では、画像補正は、各々の点広がり関数（ＰＳＦ）によるデコンボリューションを必要とする画像を用いない、計算的に効率的な方法で実行することができる。ＭＴＦｓがゼロであることに関係する従来からの問題は、複数の照射角の照明および画像の計算処理における照射角を考慮することにより低減することができる。情報損失は、複数の照射角で取り込まれた画像を合成（ｃｏｍｂｉｎｅ）することにより低減することができる。合成は、修正および加算（ａｄｄｉｔｉｏｎ）のような操作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）により実行することができ、計算的に効率的な方法で行われ、リアルタイムという条件を満たすことができる。
【０００９】
一実施形態による画像記録装置は、被写体を照明するための複数の照射角を設定するために制御可能な照明装置を備える。画像記録装置は、複数の照射角について複数の被写体の画像を取り込むように構成されたイメージセンサを含む検出器を備える。画像記録装置は、イメージセンサに結合され、複数の画像を処理する電子評価装置を備える。電子評価装置は複数の画像に対して画像補正を適用するように構成され、前記画像補正は変位を含み、前記変位は各々の画像を記録する際に使用される照射角に依存する。電子評価装置は、画像補正後、複数の画像を合成するように構成される。
【００１０】
電子評価装置は、処理により色収差を補正するように構成することができる。
【００１１】
電子評価装置は、処理により軸上色収差を補正するように構成することができる。
【００１２】
電子評価装置は、画像の異なるカラーチャネルを互いに相対的に局所的に変位させるように構成することができ、変位は、画像を記録する際の照射角に依存する。
【００１３】
イメージセンサは、複数のカラーチャネルを含むことができる。変位は、各々の画像を記録する際の各々のカラーチャネルおよび照射角に依存することができる。
【００１４】
カラーチャネルの座標空間で使用される変位は、カラーチャネルの焦点位置と更なるカラーチャネルの更なる焦点位置との間の距離に依存することができる。このように、カラーチャネル間のデフォーカスを考慮することができ、それに結びついている被写体のエッジ（ｏｂｊｅｃｔ  ｅｄｇｅ）の幾何学的な不鮮明さを低減することができる。
【００１５】
少なくとも２つのカラーチャネルの焦点位置間の距離は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。あるいは、またはさらに、カラーチャネルの焦点位置は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。電子評価装置は、計算によりカラーチャネルについて照射角に依存する変位を確認するように構成することができる。
【００１６】
検出器は、異なるカラーチャネルについて焦点位置間の距離よりも大きい検出器の被写界深度を有することができる。
【００１７】
あるいは、またはさらに、電子評価装置は、非点収差を補正するように構成することができる。非点収差を補正するために、変位は、非点収差の１つ以上の面に対する照射角に依存することができる。変位は、光学要素（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の第１の焦点距離に割り当てられた経線と光軸とにより形成される第１の平面との関係で被写体が照明される照射角に依存することができる。変位は、第１の平面とは異なり、第２の焦点距離に割り当てられた更なる経線と光軸とにより形成された第２の平面との関係で被写体が照明される照射角に依存することができる。
【００１８】
この変位は、イメージング光学装置の異なる平面についての焦点位置の距離に依存することができる。
【００１９】
電子評価装置は、各々の照射角に応じて、２つの直交する方向に沿った像面内の変位の成分を決定するように構成することができる。
【００２０】
１つの照射角における画像取り込みに適用される変位は、非点収差軸とイメージング光学装置とにより規定される平面に関係して、照射角で入射する光線の位置に依存することができる。
【００２１】
１つの照射角で取り込まれた画像に適用される変位は、第１の非点収差軸と光軸とにより規定される平面および第２の非点収差軸と光軸とにより規定される第２の平面に関係して、照射角で入射する光線の位置に依存する。
【００２２】
第１の座標軸に沿った変位の成分は、照射角で入射する光線の第１の平面への射影に依存することができる。
【００２３】
第１の座標軸に直交する第２の座標軸に沿った変位の更なる成分は、照射角で入射する光線の第２の平面への射影に依存することができる。
【００２４】
検出器は、非点収差の異なる平面に対する焦点位置の間の距離よりも大きい検出器の被写界深度を有することができる。
【００２５】
あるいは、またはさらに、電子評価装置は、像面湾曲を補正するように構成することができる。
【００２６】
検出器は、軸上色収差、非点収差および像面湾曲の組合せにより生じるデフォーカスよりも大きい検出器の被写界深度を有することができる。
【００２７】
電子評価装置により適用される変位は、フィールドポイントに依存しないことができる。同様の変位は、画像または像面内の画像のカラーチャネルを変位するために、画像またはカラーチャネルの各々の画素に適用することができる。
【００２８】
電子評価装置により適用される変位は、フィールドポイントに依存することができる。結果として、例えば像面湾曲または非点収差により生じる歪みを補正することができる。
【００２９】
複数の照射角について、変位は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に各々記憶することができる。あるいは、またはさらに、異なるカラーチャネルまたは異なる非点収差の平面に対するデフォーカスについての情報は、画像評価装置が変位を算出する画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。
【００３０】
画像または画像のカラーチャネルの変位は、整数画素間隔の変位の丸めを含むことができる。
【００３１】
画像または画像のカラーチャネルの変位は、変位がイメージセンサの整数画素間隔に等しくない場合、複数の画素値間の補間を含むことができる。
【００３２】
電子評価装置は、結果画像を計算するために、画像補正後に複数の画像を加算（ａｄｄ）するように構成することができる。
【００３３】
電子評価装置は、画像補正後、フーリエタイコグラフィーについて複数の画像を使用するように構成することができる。電子評価装置は、被写体の位相および振幅分布を計算するように構成することができる。電子評価装置は、画像補正により補正された複数の画像から座標空間における被写体のスペクトルを再構成し、フーリエ変換により被写体の位相および振幅分布を決定するように構成することができる。電子評価装置は、画像補正後の複数の画像から被写体の位相コントラスト画像を計算するように構成することができる。
【００３４】
電子評価装置は、焦点位置を自動的に決定するためおよび／または位相コントラスト法のために画像補正後に複数の画像を使用するように構成することができる。
【００３５】
電子評価装置は、１つの照射角について取り込まれた画像に画像補正を適用するように構成され、検出器は更なる照射角について更なる画像を取り込むように構成することができる。画像補正と、異なる照射角での更なる画像の記録とを並列化することにより、結果画像の提供までに必要な時間を更に短縮することができる。
【００３６】
画像記録装置は、顕微鏡システムでもよい。画像は、伝送装置（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で取り込まれてもよい。画像は、反射装置（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で取り込まれてもよい。
【００３７】
一実施形態による画像記録方法は、被写体が複数の照射角で照明される際に複数の画像を取り込むことを含む。前記方法は、複数の画像を処理することを含む。ここで、画像補正は複数の画像の少なくともいくつかに適用され、画像補正は各々の画像を記録する際の照射角に依存する変位を含む。複数の画像は、画像補正の適用後に合成される。
【００３８】
一実施形態によれば、前記方法は画像記録装置により自動的に実行することができる。
【００３９】
前記方法では、処理により色収差を補正することができる。
【００４０】
前記方法では、処理により軸上色収差を補正することができる。
【００４１】
画像の異なるカラーチャネルは、画像を記録する際の照射角に応じた変位により、互いに対して変位することができる。
【００４２】
画像を取り込むためのイメージセンサは、複数のカラーチャネルを備えることができる。変位は、各々の画像を記録する際の各々のカラーチャネルおよび照射角に依存することができる。
【００４３】
カラーチャネルの変位は、カラーチャネルの焦点位置と、更なるカラーチャネルの更なる焦点位置との間の距離に依存することができる。
【００４４】
少なくとも２つのカラーチャネルの焦点位置間の距離は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。あるいは、またはさらに、カラーチャネルの焦点位置は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。カラーチャネルについての照射角に依存する変位は、焦点位置に関する情報から計算により確認することができる。
【００４５】
あるいは、またはさらに、非点収差は、処理により補正することができる。非点収差を補正するために、変位は、非点収差の１つ以上の面に対する照射角に依存することができる。
【００４６】
前記変位は、イメージング光学装置の異なる平面に対する焦点位置の距離に依存することができる。
【００４７】
前記方法において、照射角に応じて、２つの直交方向に沿った像面内の変位の成分を各々決定することができる。
【００４８】
前記方法において、１つの照射角で取り込まれた画像に適用される変位は、非点収差軸とイメージング光学装置の光軸とにより規定される平面に関係して、照射角で入射する光線の位置に依存することができる。
【００４９】
前記方法において、１つの照射角で取り込まれた画像に適用される変位は、第１の非点収差軸および光軸により規定される第１の平面、ならびに第２の非点収差軸および光軸により規定される第２の平面に関係して、照射角で入射する光線の位置に依存することができる。
【００５０】
前記方法において、第１の座標軸に沿った変位の成分は、照射角で入射する光線の第１の平面への射影に依存することができる。
【００５１】
前記方法において、第１の座標軸に直行する第２の座標軸に沿った変位の更なる成分は、照射角で入射する光線の第２の平面への射影に依存することができる。
【００５２】
あるいは、またはさらに、前記方法は、像面湾曲を補正することができる。
【００５３】
画像補正のために適用される変位は、フィールドポイントに依存しないことができる。同じ変位は、像面内における画像または画像のカラーチャネルを変位させるため、画像または画像のカラーチャネルの各々の画素に適用することができる。
【００５４】
画像補正のために適用される変位は、フィールドポイントに依存することができる。結果として、例えば像面湾曲または非点収差により生じる歪みを補正することもできる。
【００５５】
複数の照射角について、変位は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に各々記憶され、画像補正のため検索される。あるいは、またはさらに、異なるカラーチャネルまたは非点収差の異なる平面に対するデフォーカスの情報は、電子評価装置が変位を計算する画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。
【００５６】
前記方法において、画像または画像のカラーチャネルの変位は、変位を整数画素間隔に丸めを含むことができる。
【００５７】
前記方法において、画像または画像のカラーチャネルの変位は、変位がイメージセンサの整数画素間隔に等しくない場合、複数の画素値間の補間を含むことができる。
【００５８】
前記方法は、結果画像を計算するために、画像補正後に複数の画像を加算することを含むことができる。
【００５９】
前記方法は、画像補正後の複数の画像を使用するフーリエタイコグラフィーを含むことができる。前記方法は、被写体の位相および振幅分布の計算を含むことができる。前記方法は、画像補正により補正された画像から座標空間内の被写体のスペクトルを再構成し、被写体の位相および振幅分布をフーリエ変換により決定することを含むことができる。
【００６０】
前記方法は、位相コントラスト法（ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ）についての焦点位置の自動決定および／または補正画像の使用を含むことができる。
【００６１】
前記方法において、画像補正は、検出器は同時に更なる照射角について更なる画像を取り込む間に、１つの照射角について取り込まれた画像に適用することができる。異なる照射角での異なる画像の画像補正および記録を並列化することにより、結果画像の提供に必要な時間を更に短縮することができる。
【００６２】
前記方法は、顕微鏡システムにより自動的に実施することができる。画像は、伝送装置で取り込まれてもよい。画像は、反射装置で取り込まれてもよい。
【発明の効果】
【００６３】
実施形態による装置および方法により、費用対効果の高い光学装置を使用することができるようになる。記録画像を、迅速に、解像度を維持しつつ、アーティファクトを低減する方法で処理することができる。軸上色収差または非点収差のフィールドポイントに依存する補正ができる。
【００６４】
上記で説明した特徴および以下に説明する特徴は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、明示的に設定された対応する組み合わせだけでなく、更なる組合せまたは単独で使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
本発明の上述した特性、特徴および利点およびそれらが達成される方法は、図面と関係してより詳細に説明される実施形態についての以下の説明と関係して、より明確になり、より明確に理解される。
【図１】一実施形態による画像記録装置の概略図である。
【図２】一実施形態による方法のフローチャートである。
【図３】実施形態による装置および方法における複数の画像の処理の説明図である。
【図４】軸上色収差の補正のための実施形態による画像記録装置および方法の適用の説明図である。
【図５】実施例による画像記録装置および方法により補正された色収差による点広がり関数の説明図である。
【図６】カラーチャネルの画素に対する軸上色収差の補正に適用される変位を確認する説明図である。
【図７】カラーチャネルの画素に対する軸上色収差の補正に適用される変位を確認する説明図である。
【図８】画像記録装置の場合の軸上色収差の補正のための異なるカラーチャネルの画素の変位場と、１つの照射角の実施形態による方法の説明図である。
【図９】画像記録装置の場合の軸上色収差の補正のための異なるカラーチャネルの画素の変位場と、更なる照射角の実施形態による方法の説明図である。
【図１０】一実施形態による軸上色収差の補正のための方法のフローチャートである。
【図１１】非点収差の補正のための実施形態による画像記録装置および方法の適用の説明図である。
【図１２】非点収差の補正の一実施形態による方法のフローチャートである。
【図１３】実施形態による画像記録装置および方法におけるフィールドポイントに依存する変位場の説明図である。
【図１４】一実施形態による画像記録装置のブロック図である。
【図１５】画像または画像のカラーチャネルに対する変位に適用するさまざまな方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明は、図面を参照し好ましい実施形態に基づいて、以下により詳細に説明される。図面において、同一の参照符号は、同一または類似の要素を示す。図面は、本発明のさまざまな実施形態の概略図である。図面に描かれた要素は、必ずしも実際のスケールどおりに描かれているわけではない。むしろ、図に描かれた異なる要素は、その機能および目的が当業者に理解されるように再現される。
【００６７】
図面に示されているように、機能ユニット（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｕｎｉｔｓ）と要素との間の接続および結合は、間接的な接続または結合として実施することができる。接続または結合は、有線または無線の方式で実施することができる。
【００６８】
以下では、被写体の照明のデフォーカスにより生じる光学収差を計算により補正する方法について説明する。ここで、光学収差の「補正（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）」および光学収差を「補正すること（ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ）」は、生成された結果画像の質が改善することができる方法を意味すると理解され、少なくともいくつかの光学収差、例えば軸上色収差および／または非点収差を低減することができる。
【００６９】
以下においてより詳細に説明するように、本発明の実施形態においては、被写体の複数の画像が順に記録される。被写体を照明するための照射角は、複数の画像を記録するために、さまざまな値に設定される。画像補正は、画像の全部または一部に適用される。画像補正は、像面内における画素の変位を含むことができる。デフォーカスに起因する像面内における不鮮明さ、例えば色収差または非点収差により生じる前記不鮮明さは、変位により低減することができる。
【００７０】
画像補正は、更なる画像または更なるカラーチャネルに関係する画像またはカラーチャネルの変位を含むことができる。画像補正は、画像全体または各々の画像領域のみに関連してもよい。画像補正は、更なる画像の全画素に関係する１つの画像の全画素の変位を含むことができ、変位は画像を記録する際の照射角に依存する。変位は、像面内において局所的に一定または可変であってもよい。画像補正は、同じ画像の更なるカラーチャネルの画素に関係する画像の１つのカラーチャネルの画素の変位を含み、変位は画像を記録する際の照射角に依存する。
【００７１】
計算による画像補正を含む取り込み画像の処理は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶されたデータに基づくことができる。データは、各々の照射角について各々の場合に適用される変位を含むことができる。あるいは、またはさらに、データは、電子評価装置が適用する変位を確認する情報を含むことができる。
【００７２】
画像記録装置のオペレーション中に計算による画像補正のために使用されるデータは、あらかじめ計算により求められ、記憶媒体に記憶することができる。あるいは、またはさらに、データは、基準被写体を用いて画像記録装置の校正測定により生成され、不揮発的に記憶することができる。
【００７３】
画像補正後の複数の画像を合成することにより、電子評価装置は、複数の画像からの情報を含む結果画像を自動的に生成することができる。結果画像は、点広がり関数（ＰＳＦ）を用いてデコンボリューションを要する画像を使用せずに、画像の変位および総和（ｓｕｍｍａｔｉｏｎ）を含むように生成することができる。
【００７４】
図１は、１つの実施形態による画像記録装置１の概略図である。画像記録装置１は、実施形態に係る方法を自動的に実行するように構成することができる。画像記録装置１は、顕微鏡システムであってもよいし、制御可能な照明装置と、以下で更に詳細に説明する、イメージセンサを有するカメラと補正画像のための電子評価装置を備えてもよい。
【００７５】
画像記録装置１は、光源１１を有する照明装置を備える。既知の方法で、集光レンズ１２は、光源１１により放射された光を結像する被写体２に偏向させることができる。照明装置は、複数の異なる照射角４で光が被写体２を照明するように構成されている。例として、光源１１は、この目的のために、個別に作動可能な複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有するＬＥＤ装置（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を備えることができる。ＬＥＤ装置は、ＬＥＤリング装置であってもよい。あるいは、異なる照射角を与えるために、従来の光源が拡大されて結像する中間像面（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｉｍａｇｅ  ｐｌａｎｅ）に制御可能な要素を配置してもよい。制御可能な要素は、可動ピンホール、マイクロミラー装置（ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）、液晶マトリクスまたは空間光変調器を含むことができる。
【００７６】
照明装置は、光軸５に含まれる照射角４の絶対値を変更できるように構成することができる。照明装置は、被写体を照射角４で照明する光線３の方向も、光軸５の周りを極方向（ｐｏｌａｒ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に移動できるように構成することができる。
【００７７】
画像記録装置１の検出器１４は、各々の場合に、被写体２が照明される複数の照射角のそれぞれについて、被写体２の少なくとも１つの画像を取り込む。例として、検出器１４のイメージセンサ１５は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、またはＴＤＩ（ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）ＣＣＤセンサとして構成されてもよい。例えば、概略的に描かれているだけの顕微鏡対物レンズ１３のようなイメージング光学装置（ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｕｎｉｔ）は、イメージセンサ１５で被写体２の拡大画像を生成することができる。
【００７８】
画像記録装置１は、電子評価装置２０を備える。電子評価装置は、複数の照射角に対する被写体２の複数の取り込み画像を更に処理する。電子評価装置２０は、複数の画像の一部または全部に画像補正を適用する。図２−図１５を参照してより詳細に説明するように、各々の場合の画像補正は、画像を記録する際の照射角に依存する変位を含む。画像補正のための変位は、像面内の照明装置の軸上色収差または中間像面により生じる像面内の横方向のオフセットを減少させることができる。この目的のために、複数の波長について生じるデフォーカスに応じて像面内の変位を設定することができる。異なるカラーチャネルの画素は、補正画像を生成するために、異なる変位ベクトルにより像面内において変位させることができる。あるいは、またはさらに、像面内の変位は、照明装置の非点収差により生じる像面内の横方向のオフセットを減少させることができる。この目的のために、像面内における変位は、非点収差の異なる平面について生じる焦点位置間の距離に応じて設定することができる。
【００７９】
画像記録装置１は、補正情報２１を含む記憶媒体を備える。電子評価装置２０は、記憶媒体に結合されているか、または記憶媒体を備えることができる。電子評価装置２０は、記憶媒体内の補正情報に応じて、各々の照射角についてそれぞれに適用される画像補正を確認することができる。
【００８０】
複数の照射角のうちの１つにそれぞれ割り当てられた補正画像は、異なる方法で合成することができる。例として、画像は、画像補正後に加算（ａｄｄｅｄ）することができる。被写体２の振幅および位相情報の再構成のために、画像は、フーリエタイコグラフィーアルゴリズムに使用することができる。補正画像は、焦点位置を確認するために、または他の方法で画像記録装置１を自動的に設定するために使用されてもよい。相当する処理は、電子評価装置２０により自動的に実行されてもよい。
【００８１】
電子評価装置２０は、画像の画素または画像のカラーチャネルに変位を適用して画像補正を実施することができるので、処理は、リアルタイムで行うことができる。画像記録装置１は、光学評価装置２０がオペレーション中に生成した結果画像を出力できる光学出力装置を有するユーザインタフェースを備えることができる。計算の観点から複雑な点広がり関数による各々の画像のデコンボリューションは、もはや必須ではない。複数の照射角で照明する場合に取り込まれた画像からの合成情報により、一方の照射角に対するＭＴＦがゼロである被写体２の座標空間周波数に関する情報を得ることもできる。
【００８２】
実施形態による画像記録装置の機能は、図２−図１５を参照してより詳細に説明される。
【００８３】
図２は、一実施形態による方法３０のフローチャートである。前記方法は、画像記録装置１により自動的に実行することができる。
【００８４】
ステップ３１において、被写体は第１の照射角で照明される。例として、照明装置は、被写体が第１の照射角で照明されるように電子評価装置２０により作動することができる。イメージセンサ１５は、第１の画像を取り込む。
【００８５】
ステップ３２において、被写体は、第１の照射角とは異なる第２の照射角で照明される。この目的のために、照明装置は、それに応じて作動することができる。イメージセンサ１５は、第２の画像を取り込む。
【００８６】
異なる照射角および画像記録で、被写体を順に照明することを繰り返すことができる。
【００８７】
ステップ３３において、被写体はＮ番目の照射角で照明され、ここでＮは整数であり、Ｎ＞１である。この目的のために、照明装置はそれに応じて作動することができる。イメージセンサ１５は、Ｎ番目の画像を取り込む。
【００８８】
ステップ３４において、Ｎ個の画像全てまたはＮ個の画像の少なくとも一部に画像補正が適用される。画像補正は像面内の画素の変位を含み、前記変位は異なる画像について異なることができる。変位は、イメージセンサの異なるチャネルについて異なることができる。画像補正は、更なる画像の取り込みと時間的に重複して適用することができる。例として、第１の補正画像は、第１の画像の画像補正により確認され、一方でそれと同時に、ステップ３２または３３において、次の画像記録が行われる。
【００８９】
ステップ３５において、被写体照明の異なる照射角について取り込まれた画像は、計算により合成されてもよい。この目的のために、画像は加算することができる。より複雑な処理をすることができる。例として、被写体２の位相情報は複数の画像から計算により決定されてもよい。
【００９０】
図３は、画像記録装置１の動作モードをより詳細に説明するための模式図である。
【００９１】
被写体を第１の照射角で照明する際に、第１の画像４１が取り込まれる。被写体を第２の照射角で照明する際に、第２の画像４２が取り込まれる。被写体を第３の照射角で照明する際に、第３の画像４３が取り込まれる。
【００９２】
電子評価装置２０は、第１の補正画像４４を生成するために、変換Ｔ１により第１の画像４１を変位させる。変換Ｔ１は、像面内の全画素の変位を含むことができる。変位は、図４−図１０に基づいて以下により詳細に説明されるように、第１の画像４１の異なるカラーチャネルについて異なることができる。
【００９３】
電子評価装置２０は、第３の補正画像４６を生成するために、変換Ｔ３により第３の画像４３を変位させる。変換Ｔ３は、像面内の全画素の変位を含むことができる。第３の画像４３に適用される変位は、第１の画像４１に適用される変位とは異なることができる。変位は、図４−図１０に基づいて以下でより詳細に説明するように、第１の画像４１の異なるカラーチャネルについて異なることができる。
【００９４】
第２の画像４２はまた、第２の補正画像４５を生成するために画像補正を受けることができる。
【００９５】
補正画像４４−４６は、互いに合成されてもよい。例として、結果画像４７は、補正画像４４−４６を加算することにより確認することができる。加算は、補正画像４４−４６の平均化について使用することができる。
【００９６】
あるいは、またはさらに、結像した被写体に関する位相および／または振幅情報もまた、補正画像４４−４６から確認することができる。被写体へのオートフォーカス（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を行うことができる。この目的のために、例えば異なる照射角について決定される視差から、検出器１４の焦点面に関係する被写体の距離およびその位置を確認することができる。
【００９７】
図４−図１０を参照してより詳細に説明するように、例えば検出器系の色収差または被写体照明により生じる軸上色収差は、実施形態による画像記録装置および方法により補正することができる。
【００９８】
軸上色収差の補正のために、電子評価装置２０は、互いに異なるカラーチャネルの画素を局所的に変位させるように構成することができる。像面内の変位の少なくとも１つの方向は、照明方向に依存することができる。画像補正の範囲内で、全てのカラーチャネルの画素を局所的に変位させる必要はない。例として、系のフォーカスは、カラーチャネルの１つに対応する波長の光についての焦点位置がｚ平面として設定されるように実行することができる。更なる１つまたは複数のカラーチャネルの焦点位置は、軸上色収差の場合、このｚ平面に関係してデフォーカスにより変位する。中間像面またはイメージセンサの平面内のデフォーカスにより、例えば被写体のエッジ（ｏｂｊｅｃｔ  ｅｄｇｅ）におけるアーティファクトという、横方向の不鮮明さを生じることがある。
【００９９】
例として、異なるカラーチャネルは、ＲＧＢセンサのＲ、Ｇ、Ｂチャネルであってもよい。他の構成を使用してもよい。例として、規定された波長または規定された波長範囲に２つ、３つまたは３つ以上のカラーチャネルを有するイメージセンサを専門用途に使用することができる。イメージセンサは、異なる波長で感度が高い画素の配列を備えることができる。各々のカラーチャネルは、異なるカラーチャネルの波長範囲が互いに異なる波長範囲で感度を有することができる。さまざまなカラーチャネルを取り込むために、複数のイメージセンサを使用することもできる。例えば、半導体ベースのイメージセンサのバンドギャップのようなイメージセンサの半導体領域のフィルターまたは固有の特性は、カラーチャネルの波長を設定することに使用することができる。カラーチャネルの感度が良く、カラーチャネルに特有の波長または波長範囲の光について生じる焦点位置は、ここでは、カラーチャネルの焦点位置と略称する。例として、カラーチャネルの焦点位置は、対応するカラーチャネルの感度範囲の重心波長について生じる焦点位置であってもよい。
【０１００】
電子評価装置は、軸上色収差を補正するために、異なるカラーチャネルの焦点位置間の距離に関する情報を使用する。この情報は、画像記録装置１の計算により確かめることができる。光学系をシミュレートするための既知の方法をこの目的のために使用することができる。あるいは、またはさらに、異なる光の波長および／または距離に対する焦点位置を測定することができる。基準被写体は、焦点位置に関する情報、または少なくとも測定による異なるカラーチャネルの２つの焦点位置間の距離を確認するために使用することができる。この情報は、顕微鏡システムの記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。
【０１０１】
焦点位置および／またはその距離に関する情報は、被写体を結像する前に確認される。画像記録装置に格納された焦点位置および／またはその距離に関する情報は、その後に多数の被写体を画像化するために使用することができる。距離に関する焦点位置および／または情報を、少なくとも各々のカラーチャネルの検出スペクトルの重心について確認することができる。例えば、対応するカラーチャネルの感度が最大である波長のような代替的な波長を使用することができる。
【０１０２】
光学特性のシミュレートおよび／または校正により照射角に依存する変位を計算により確認することに代えて、または加えて、変位は異なるカラーチャネルまたは異なる画像を相互に登録すること（ｒｅｇｉｓｔｅｒｉｎｇ）により確認することもできる。この目的のために、既知のさまざまな登録方法を使用することができる。例として、登録を実行し、変位を確認するために、ＳＳＩＭ（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）インデックスを使用することができる。
【０１０３】
軸上色収差の補正のために、複数の照射角で被写体が取り込まれた複数の画像の各々について、以下の手順を実行することができる：画像の各々のカラーチャネルが、異なる波長に割り当てられる。例として、カラーチャネルは、検出スペクトルの異なる重心を有することができる。それに応じて、各々のカラーチャネルには、それぞれの波長について生じる焦点位置を割り当てることができる。
【０１０４】
１つのカラーチャネルの焦点位置と更なるカラーチャネルの焦点位置との間の距離に応じて、光軸と交差する局所的な変位が確認される。変位は、照射角における照明と結びついているｚデフォーカスから生じる。照明方向に応じて、変異は像面内において異なる方向を有することができる。変位の方向は、カラーチャネルが、更なるカラーチャネルに対して、焦点内または焦点外に変位しているか否かに依存することができる。例として、ＲＧＢイメージセンサの３つのカラーチャネルのうちの２つのカラーチャネルの変位は、カラーチャネルの１つが更なるカラーチャネルに対して焦点内に変位を有する場合、反対方向に現れることがあり、それについてイメージセンサの平面上でフォーカスが行われ、他の１つのカラーチャネルが更なるカラーチャネルに対して焦点外に変位を有し、それについてイメージセンサの平面上でフォーカスが行われる。
【０１０５】
画像の１つまたは複数のカラーチャネル、すなわち１つまたは複数の画像チャネルが、確認された変位に応じて変位する。このようにして、デフォーカスにより生じるカラーチャネル間の横方向のオフセットを補償することができる。この目的のために、対応するカラーチャネルの全画素は、計算処理の範囲内で更なるカラーチャネルの画素に対して局所的に変位することができる。全ての画像チャネルを変位することは、必須ではない。例として、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの画像チャネルが存在してもよい。画像記録システムの光学装置は、カラーチャネルの１つがイメージセンサの平面上に正確にフォーカスするように自動的に設定することができる。その際、軸上色収差の補正のために、他の２つのカラーチャネルのみをこのカラーチャネルに関係して変位することができる。
【０１０６】
各々の画像について合計ｍ個のカラーチャネルが存在する場合、ｍ−１のカラーチャネルが軸上色収差の補正中に変位することができる。ここで、変位は異なるカラーチャネルについて異なることがあり、各々の場合に、対応するカラーチャネルのｚデフォーカスに依存することがある。デフォーカスが照明に及ぼす影響は、軸上色収差の補正により補正することができる。
【０１０７】
複数の画像は、画像補正後に更に処理することができる。例として、結果画像を生成するために、複数の画像を合計（ｓｕｍｍｅｄ）することができる。
【０１０８】
図４および図５は、軸上色収差の補正に使用される変数を示している。色収差は、第１の波長５１の光については、第１の焦点位置５２に、第２の波長５３の光についてはそれとは異なる第２の焦点位置５４に、第３の波長５５の光については、それとは異なる第３の焦点位置５６に生じる。焦点位置５２、５４、５６は、画像記録装置１を被写体の結像に使用する前に、計算により測定または確認することができる。例として、焦点位置は、イメージセンサの近傍の焦点位置であってもよいし、中間像面であってもよい。
【０１０９】
第１の焦点位置５２が生じる第１の波長は、イメージセンサ１５の第１のカラーチャネルの検出帯域の重心波長であってもよい。あるいは、第１の波長は、第１のカラーチャネルの検出帯域の異なる特性波長、例えば感度が最大である波長であってもよい。第２の焦点位置５４が生じる第２の波長は、イメージセンサ１５の第２のカラーチャネルの検出帯域の重心波長であってもよい。あるいは、第２の波長は、第２のカラーチャネルの検出帯域の異なる特性波長、例えば感度が最大である波長であってもよい。第３の焦点位置５６が生じる第３の波長は、イメージセンサ１５の第３のカラーチャネルの検出帯域の重心波長であってもよい。あるいは、第３の波長は、第３のカラーチャネルの検出帯域の異なる特性波長、例えば感度が最大である波長であってもよい。
【０１１０】
図５は、照明装置の軸上色収差による異なる波長についての点広がり関数を示している。第１の波長の光についての点広がり関数６１は、ｚ平面６０における最小直径を有する。例として、ｚ平面６０は、イメージセンサの平面または系の中間像面であってもよい。第２の波長の光についての点広がり関数６３は、平面６２における最小直径を有する。すなわち、平面６０、６２の間の距離に対応するｚデフォーカス６６が存在する。第３の波長の光についての点広がり関数６５は、平面６４における最小直径を有する。すなわち、面６０、６４間の距離に対応するｚデフォーカス６７が存在する。
【０１１１】
異なる照射角で照明する際に、ｚデフォーカス６６、６７は、互いに対して異なるカラーチャネルを横方向に変位する。光学収差は、像面内の１つ以上のカラーチャネルのデータを更なるカラーチャネルのデータに対して変位させることにより低減することができる。
【０１１２】
検出器１４は、検出器の被写界深度がｚデフォーカス６６、６７よりも大きくなるように構成されている。そして、軸上色収差を効率良く低減させるために、以下に詳述する画像補正を行うことができる。
【０１１３】
0006580673.tif 000002
【０１１４】
角度θｘは、ｘｚ平面における照射角を示している。例として、角度θｘは、照射角でｘｚ平面に入射する光線の射影から決定することができる。角度θｘは、照射角におけるｘｚ平面に入射する光線の射影と光軸を規定するｚ軸との間の角度を規定することができる。角度θｙは、ｙｚ平面における照射角を示す。例として、角度θｙは、照射角でｙｚ平面に入射する光線の射影から決定することができる。角度θｙは、照射角でｙｚ平面に入射する光線の射影と光軸を規定するｚ軸との間の角度を規定することができる。
【０１１５】
イメージセンサが２つ以上のカラーチャネルを有する場合、第１のカラーチャネルおよび第３のカラーチャネルに特徴的な波長の焦点位置は、光軸に垂直である平面の異なる側に配置されてもよく、第２のカラーチャネルに特徴的な波長の焦点が光軸に垂直である平面に配置される。この場合、第２のカラーチャネルに特徴的な波長の焦点位置がｚ＝０の平面を規定しイメージセンサ上にフォーカスするように、画像記録装置を設定することができる。各々の場合において、第１のカラーチャネルの画素および第３のカラーチャネルの画素は、イメージセンサのｘｙ平面内の第２のカラーチャネルの画素に対して変位することができる。そのような場合、図４および図５の例示的な方法で示されるように、デフォーカスΔｚｊは、第１のカラーチャネル（ｊ＝１）および第３のカラーチャネル（ｊ＝３）について異なる符号を有する。第１のカラーチャネルで取り込まれた画像と第３のカラーチャネルで取り込まれた画像は、軸上色収差を補正するために反対方向に変位されてもよい。各々の場合の変位の方向は、角度θｘとθｙにより規定される照射方向に依存する。第１のカラーチャネルのデフォーカスの絶対値と第３のカラーチャネルのデフォーカスの絶対値とが異なる場合には、変位の絶対値は異なってもよい。この場合、変位の絶対値は、各々のカラーチャネルのデフォーカスに比例して設定することができる。
【０１１６】
図８は、第１の照射角についての画像の１つのカラーチャネルの画素に適用される変位場７５を概略的に示している。全画素は、ｘ方向およびｙ方向に同じ変位により移動されてもよい。異なる変位場７６は、電子評価装置により、同じ画像の異なるカラーチャネルの画素に適用されてもよい。更なるカラーチャネルのデフォーカスがゼロに等しい場合、更なるカラーチャネルの画素は変位しなくてもよい。変位場７５および他の変位場７６は、１８０°回転された方向の変位を規定することができる。特に、これは、ある波長に対する色収差が焦点内の方式（ｉｎｔｒａ−ｆｏｃａｌ  ｆａｓｈｉｏｎ）で変位した中間像を生じ、他の波長に対する色収差が焦点外の方式（ｅｘｔｒａ−ｆｏｃａｌ  ｆａｓｈｉｏｎ）で変位した中間像を生じる場合でもよい。
【０１１７】
図９は、画像が異なる照射角で照明されて記録される場合に適用される変位場７７、７８を概略的に示している。照射角により変位が変化する。変位の方向および絶対値は、異なる照射角について異なってもよい。
【０１１８】
図８および図９は、イメージセンサの平面内で一定である変位場、すなわち、照射角に依存する同じベクトルによりカラーチャネルの全画素の変位を規定する変位場を概略的に示しているが、変位も空間内で変化してもよい。例として、非点収差または像面湾曲は、画像の画素または画像のカラーチャネルに適用される変換を規定する空間的に変化する変位場により補正することもできる。
【０１１９】
図１０は、軸上色収差を補正するための方法８０のフローチャートである。前記方法は、電子評価装置２０により自動的に実行することができる。検出器は、ｍ個のカラーチャネルを有することができる。画像記録装置は、カラーチャネルの１つについてデフォーカスが存在しないように設定することができる。
【０１２０】
ステップ８１において、デフォーカスが０でない少なくともｍ−１個のカラーチャネルの各々のデータが変位するオフセットを確立（ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）することができる。前記オフセットは、画像を記録する際の照射角に依存しない。例として、オフセットは、式（１）および（２）にしたがって規定することができる。
【０１２１】
軸上色収差および変位から生じるオフセットは、計算により軸上色収差を再補正するが、それは異なる方法で確認することができる。１つの構成では、異なるカラーチャネルに割り当てられた波長の焦点位置に関する情報は、画像記録装置の記憶媒体に不揮発的に記憶することができる。そして、電子評価装置は、変位を計算することができる。更なる構成においては、変位自体を特性場（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ）に基づいてあらかじめ記憶することができる。電子評価装置が、あらかじめ確認された色収差に関する情報を使用して画像補正を行う構成としては、多数の更なる構成が可能である。例として、複数のカラーチャネルおよび複数の照射角についての補正画像の画素に対して、記録画像の画素がどのように変換されるかを規定する線形変換を不揮発的に記憶することができる。
【０１２２】
ステップ８２において、複数のカラーチャネルを変位することができる。例として、Ｒ、ＧおよびＢの画像チャネルのうちの２つを、これらの画像チャネルの１つに対して移動することができる。ここで、例えばＲ画像チャネルの全画素をＧ画像チャネルの画素に対して、ｘ方向およびｙ方向に同数の画素だけ変位することができる。Ｂ画像チャネルの全画素を、Ｇ画像チャネルの画素に対してｘ方向およびｙ方向に同数の画素だけ変位することができる。Ｒ画像チャネルおよびＢ画像チャネルの変位は、方向および／または絶対値について異なることがある。変位は、画像のエッジ（ｉｍａｇｅ  ｅｄｇｅ）上の画素を除いて、像面内で変位された画像チャネルからの画素が、変位していない画像チャネルの画素と一致して再配置されるように実行することができる。この目的のために、例えば図１５に基づいて更に詳細に説明するように、丸めおよび／または補間を実行することができる。
【０１２３】
ステップ８３において、照射方向について得られた補正画像を確認することができる。
【０１２４】
Ｎ個の異なる照射角について取り込まれたＮ個の画像の各々について、ステップ８１−８３を実行することができ、Ｎ＞２、特に、Ｎ＞＞２が適用されてもよい。
【０１２５】
ステップ８４において、画像補正後にＮ個の画像を合成することができる。画像は、合計（ｓｕｍｍｅｄ）されてもよい。座標空間またはフーリエ空間における振幅および／または位相情報画像を確認することができる。
【０１２６】
図１１−図１３に基づいてより詳細に説明するように、実施例による画像記録装置および方法は、軸上色収差の補正の代わりに、またはそれに加えて、例えば非点収差の補正のような、他の光学収差を補正するために使用することもできる。
【０１２７】
図１１は、一実施形態による画像記録装置の部分図を示し、例えば照明装置のように概略的にのみ示された光学装置は、非点収差を有する。第１の経線９１は、非点収差の第１の平面内に広がっている。非点収差の第１の平面は、第１の焦点位置９２を規定することができる。第２の経線９６は、非点収差の第２の平面内に広がっている。非点収差の第２の平面は、第２の焦点位置９７を規定することができる。第１の平面は、最小焦点距離が生じる平面であってもよい。第２の平面は、最大焦点距離が現生じる平面であってもよい。
【０１２８】
１つ以上の焦点位置９２、９７は、ｚ＝０の平面に対して変位することができ、焦点は、検出器により結像される（ｉｍａｇｅｄ  ｉｎ  ｆｏｃｕｓ）。焦点位置＋９２、９７は、光軸に沿ってｚデフォーカス１０６、１０７を有することができる。ｚデフォーカスは、フィールドポイントに依存して変化することができる。
【０１２９】
被写体が照射角で照明される際に、光は、各々設定された照射角により方向が固定された光線９０に沿って入射してもよい。非点収差を補正するために、非点収差の平面に射影が存在してもよい。これらの平面は、光学要素の経線と光軸との各々より規定され、異なる経線が異なる焦点面に割り当てられる。照射角で第１の平面に入射する光線９０の射影９３は、光軸５との角度９４を含む。角度９４は、角度θａと表すこともできる。入射角で第２の平面に入射する光線９０の射影９８は、光軸５との角度９９を含む。角度９９は、角度θｂと表すこともできる。非点収差の第１の平面により規定される平面は、イメージセンサのｘ軸またはｙ軸と一致する必要はない。しかし、既知のイメージセンサの平面内の座標変換により、座標軸は、例えば非点収差の第１の平面とイメージセンサの平面との交線がｘ軸に対応し、第１の平面の像面の非点収差は、ｙ軸に対応するように規定されてもよい。
【０１３０】
非点収差を補正するために、画像の画素は、更なる画像の画素に対する変位により変位することができる。変位は、照射角に依存することができる。変位は、非点収差の複数の平面について生じるｚデフォーカス１０６、１０７に依存することができる。
【０１３１】
0006580673.tif 000003
【０１３２】
0006580673.tif 000004
【０１３３】
全てのカラーチャネルの同じ画素に対し同じ変位を適用することができる。色収差も補正される場合、図３−図１０を参照して説明したように、異なるカラーチャネルについて変位が異なってもよい。
【０１３４】
非点収差のフィールドポイント依存性は、画素のフィールドポイント依存変位により考慮することができる。画素値がイメージセンサの平面内で変位されることによる変位ベクトル場は、イメージセンサの平面内で可変である。
【０１３５】
図１２は、方法１００のフローチャートである。方法１００は、画像記録装置１により自動的に実行することができる。
【０１３６】
ステップ１０１において、非点収差の補正のために照射角で照明された場合に取り込まれた画像の画素に適用される変位が確認される。
【０１３７】
図１１を参照して説明したように、変位を確認するために、照射角は、非点収差により規定される平面に射影することができる。画像に適用される変位は、検出器が照射角の射影との組み合わせで非点収差に関連する平面にフォーカスする平面からの非点収差系の最小焦点距離と最大焦点距離の焦点位置の距離から、確認することができる。
【０１３８】
画像補正に必要な情報は、画像記録装置内でさまざまな方法で不揮発的に記憶することができる。適用される変位は、照射角に依存する特性場として記憶されてもよい。非点収差を有する光学系の焦点距離に関する情報は、非点収差の面の位置に関する情報と組み合わせて記憶することができる。電子評価装置は、画像補正中に画像の画素がどのように変位されるかを確立するために、この情報を更に計算により処理することができる。複数の照射角の各々の線形変換を記憶することもでき、前記線形変換は、照射角で記録された画像の画素が、補正画像の画素にどのように変換されるかを規定する。
【０１３９】
ステップ１０１は、Ｎ個の異なる照射角で照明され取り込まれたＮ個の画像の各々について実行することができる。
【０１４０】
ステップ１０２において、各々の場合に確認された変位が画像に適用される。変位は、画像のエッジ上の画素を除いて、像面内で変位された画像からの画素がイメージセンサの画素と一致して再配置されるように実行することができる。この目的のために、例えば、図１５に基づいて更に詳細に説明するように、丸めおよび／または補間を実行することができる。ステップ１０２は、Ｎ個の画像の各々について、照射角に割り当てられた画像補正が非点収差の補正のために行われるように実行することができる。
【０１４１】
ステップ１０３において、画像補正後にＮ個の画像を合成することができる。画像は、合計（ｓｕｍｍｅｄ）されてもよい。座標空間またはフーリエ空間における振幅および／または位相情報画像を確認することができる。
【０１４２】
図１３は、例えば非点収差を伴う光学系における異なる焦点距離の影響を補正するために、画像の画素を像面内で変位することによる変位場１１０を示している。
【０１４３】
変位場１１０は、画像の平面内で空間的に依存するように変化する変位を規定することができる。変位ベクトルの方向および／または絶対値は、局所的に可変でもよい。その結果、非点収差により生じる空間依存的に変化する歪みを補正することもできる。
【０１４４】
図１−図１３を参照して、軸上色収差の補正および非点収差の補正を行うことができる画像記録装置および方法を例示的な方法で説明したが、本明細書に記載の方法は、また、例えば像面湾曲の補正のような他の収差の補正に使用することもできる。
【０１４５】
図１４は、一実施形態による画像記録装置のブロック図１２０である。画像記録装置は、自動的な軸上色収差の補正および／または非点収差の補正のために構成することができる。
【０１４６】
画像記録装置は、制御可能な照明装置１２１を備える。被写体は、照明装置１２１により複数の異なる照射角で順に照明することができる。照明コントローラ１２２は、順に設定された照射角を制御することができる。照明装置１２１は、ＬＥＤ装置を備えることができる。照明装置１２１は、例えば、可動ピンホール、マイクロミラー装置、液晶マトリクスまたは空間光変調器のような、制御可能な光学素子を中間像面に備えることができる。
【０１４７】
イメージセンサ１２３は、被写体が照明される照射角の各々について少なくとも１つの画像を取り込む。画像は、複数のカラーチャネルの情報を含むことができる。イメージセンサ１２３は、少なくとも１つのＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップを備えることができる。
【０１４８】
画像補正モジュール１２４は、画像補正を実施することができる。画像補正は、画像記録中に使用される照射角に依存することができる。画像補正は、画像の１つ、いくつか、または全てのカラーチャネルにおける画素の変位を含むことができる。変位は、全ての変位した画素について同じでもよく、または画像平面内で局所的に可変でもよい。
【０１４９】
補正情報を伴う記憶媒体１２５は、画像補正モジュール１２４により使用される情報をさまざまな形態で記憶することができる。補正情報は、非点収差の異なる波長および／または異なる平面に対する焦点位置に関する情報を含むことができ、そこから適用される変位が画像補正モジュール１２４により計算される。補正情報は、異なる照射角に対する変位を指定することができる。補正情報は、例えばイメージングマトリクス（ｉｍａｇｉｎｇ  ｍａｔｒｉｘ）のように、画像補正中に元の画像を補正画像の画素に変換する線形変換を規定することができる。
【０１５０】
画像補正モジュール１２４は、専門用途の回路、コントローラ、マイクロコントローラ、プロセッサまたはマイクロプロセッサとして構成することができる。画像補正モジュール１２４は、補正画像を自動的に計算する１つの構造ユニット（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｕｎｉｔ）におけるイメージセンサ１２３と組み合わせることができる。その結果、画像補正をハードウェアにおいて符号化することができる。
【０１５１】
画像記録装置は、画像記録装置自体の測定により、補正情報が確認されるように構成することができる。画像記録装置は、補正情報を自動的に確認する校正モジュール１２８を備えることができる。この目的のために、複数の既知の基準被写体の記録を行い、被写体を再構成するためにどのように画像補正する必要があるかを決定するために計算により更に処理することができる。
【０１５２】
画像記録装置は、Ｎ個の補正された画像を合成することができる画像合成モジュール１２６を備えることができる。画像補正後に確認された画像は、結果画像を決定するために、他の方法で合計（ｓｕｍｍｅｄ）されるか、または更に処理することができる。
【０１５３】
画像記録装置は、更なるユニットを備えることができる。例として、オートフォーカスを設定するためのユニットが存在してもよい。オートフォーカスを設定するためのユニットは、異なる照射角について生じる視差を入力変数として使用することができる。
【０１５４】
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【０１５５】
式（１）−（６）により求められる変位は、必ずしも整数画素による変位を規定するものではないので、一貫した画素座標系が異なる画像および／または異なるカラーチャネルについて使用されることを確実にするために、丸め処理または補間処理を実行することができる。
【０１５６】
0006580673.tif 000006
【０１５７】
異なる画素値間の補間を行うこともできる。ここで、例えば画像補正中に変位した画像を確認するために、４つの画素値、または４つ以上の画素値を補間することができる。
【０１５８】
図１５は、画像補正中の画素の変位を示している。イメージセンサは、画素１３０の配列を有する。例えば、式（１）−（６）により確認される変位ベクトル１３６は、２つの座標方向１３７、１３８において変位ベクトル１３６の成分が画素距離の整数倍でないような変位ベクトル１３６の成分であってもよい。例として、丸め処理が適用されると、画素１３１を画素１３２に変位してもよい。補間の間に、画素１３２−１３５の画素値は、補正画像内の画素１３１の画素値を確認するために線形補間（ｌｉｎｅａｒｌｙ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｄ）されてもよい。
【０１５９】
図面を参照して実施形態を説明したが、更なる実施形態では改良を実現することができる。本実施形態に係る画像記録装置は、特に顕微鏡システムであってもよいが、記載された方法は、他の画像形成システムにおいても使用することができる。上述の軸上色収差の補正および／または非点収差の補正の方法を使用することができるが、他の光学収差も、あるいは、またはさらに、補正することができる。補正画像は、複数の異なる方法で互いに合成することができる。例として、補正画像は、フーリエタイコグラフィーに使用されてもよいし、結果画像を確認するために加算されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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