(57)【要約】  光源、画素を有する画像センサ、および試料ステージを有する顕微鏡装置内の画像センサの視野にわたる光の強度を変更するための方法であって、光源からの光は、光路に沿って、試料ステージに、次いで、画像センサに進行し、本方法は、光源と画像センサとの間の光路内にプログラム可能な空間光変調器ｐＳＬＭを介在させることであって、ｐＳＬＭが、複数の画素を有する、介在させることと、別の方法であれば画像センサにおいて生じうる未変更の照明環境と異なる画像センサの視野において、変更した照明環境を生成ために、ｐＳＬＭの複数の画素のうちの１つ以上の画素を通過する光の強度を変調することとを含む。特に、口径食に対処することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡装置の光源からの光の口径食を補正するために、前記顕微鏡装置内の画像センサの視野にわたる光の強度を修正するための方法であって、前記顕微鏡装置が、画素を有する画像センサと、試料ステージと、を含み、前記光源からの光が、光路に沿って、前記試料ステージに、次いで、前記画像センサに進行し、前記方法が、
前記光源と前記画像センサとの間の前記光路内にプログラム可能な空間光変調器ｐＳＬＭを介在させるステップであって、前記ｐＳＬＭが複数の画素を有する、介在させるステップと、
別の方法であれば前記画像センサにおいて生じうる光の口径食の影響を低減する、変更した照明環境を前記画像センサの前記視野に生成するために、前記ｐＳＬＭの前記複数の画素のうちの１つ以上の画素を通過する前記光の強度を変調するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記ｐＳＬＭが、液晶ディスプレイ、液晶オンシリコン、デジタルマイクロミラーデバイス、および懸濁粒子デバイスからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更した照明環境が、光の強度の均一性を有し、前記視野にわたる光の強度が、前記視野にわたる平均強度の±５％以内である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
変調する前記ステップにおける前記１つ以上の画素を通過する前記光の強度が、プロセッサからの入力によって制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光の強度を変調する前記ステップにおいて、前記プロセッサが、前記１つ以上の画素への電気信号によって前記ｐＳＬＭの前記１つ以上の画素を通過する前記光の強度を制御する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
変調する前記ステップの前に、前記方法が、
前記顕微鏡装置の基準照明環境を評価するステップをさらに含み、評価する前記ステップが、
前記画像センサの前記視野内に基準試料を配置することと、
前記ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定することであって、各セグメントが、１つ以上の画素を有する、画定することと、
電力レベルＰ1で前記光源によって前記基準試料を照明することと、
各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ1で前記ｐＳＬＭの各セグメントを通って前記画像センサに到達する前記光の強度を別個に測定することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にする前記ステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断する前記セグメントが、前記ｐＳＬＭによって許容される最低強度で光を透過する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定する前記ステップにおいて画定された前記セグメントが、環状セグメントと、中央セグメントと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ｐＳＬＭを通過する前記光の強度を変調する前記ステップが、
強度ＩＳminを有する、前記基準照明環境の最低強度、ここではＳminによって前記セグメントを識別することと、
電力レベルＰ1でＩＳminよりも大きい前記ｐＳＬＭの前記セグメントの前記画素の各々を通過する前記光の強度を、ＩＳminにより近づくように低減することと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｐＳＬＭを通過する前記光の強度を変調する前記ステップが、
強度ＩＳminを有する、前記基準照明環境の最低強度、ここではＳminによって前記セグメントを識別することと、
各セグメントが別個に光を透過し、一方で、前記残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ1でＩＳminよりも大きい前記ｐＳＬＭの前記セグメントを通して前記画像センサに到達する前記光の強度を別個に低減することと、そのようなセグメントごとに、前記セグメントがＩＳmin以下の強度を呈するまで、第１の増分値で、前記ｐＳＬＭの吸収を段階的に増加させることと、を含み、前記強度がＩＳmin未満に減少した場合、前記方法が、前記第１の増分値未満である第２の増分値でそのセグメントでの前記ｐＳＬＭの吸収を段階的に減少させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記光の強度を別個に低減する前記ステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断する前記残りのセグメントが、前記ｐＳＬＭによって許容される最低強度の光を透過する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｐＳＬＭを通過する前記光の強度を変調する前記ステップが、
前記基準照明環境内の最大の光の強度、ここではＩＴmaxを識別することと、
強度ＩＳminを有する、前記基準照明環境の最低強度、ここではＳminによって前記セグメントを識別することと、
前記Ｓminの強度を監視し、一方で、前記光源の前記電力を電力レベルＰ２まで増加させることであって、前記Ｓminの強度をＩＴmaxまで上昇させる、増加させることと、
電力レベルＰ2でＩＴmaxよりも大きい前記ｐＳＬＭの前記セグメントの前記画素の各々を通過する前記光の強度を、電力レベルＰ2でＩＴmaxにより近づくように低減することと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記ｐＳＬＭを通過する前記光の強度を変調する前記ステップが、
前記基準照明環境内の光の最大強度、ここではＩＴmaxを識別することと、
強度ＩＳminを有する、前記基準照明環境の最低強度、ここではＳminによって前記セグメントを識別することと、
前記Ｓminの強度を監視し、一方で、前記光源の前記電力を電力レベルＰ２まで増加させることであって、前記Ｓminの強度をＩＴmaxまで上昇させる、増加させることと、
各セグメントが別個に光を透過し、一方で、前記残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ2でＩＴmaxよりも大きい前記ｐＳＬＭの前記セグメントを通って前記画像センサに到達する前記光の強度を別個に低減することと、そのようなセグメントごとに、前記セグメントがＩＴmax以下の強度を呈するまで、第１の増分値で、前記ｐＳＬＭの吸収を段階的に増加させることと、を含み、前記強度がＩＴmax未満に減少した場合、前記方法が、前記第１の増分値未満である第２の増分値でそのセグメントでの前記ｐＳＬＭの吸収を段階的に減少させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記光の強度を別個に低減する前記ステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断する前記残りのセグメントが、前記ｐＳＬＭによって許容される最低強度の光を透過する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基準試料が、反射率に基づいて、実質的に均一な背景を提供する基準材料であり、反射率が、前記画像センサの視野全体にわたって５％を超えて変動しない、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記基準試料は、均一な背景を提示せず、前記顕微鏡が、反射率に基づいて、焦点を外し、前記基準試料を不明瞭にして、実質的に均一な背景を提供し、反射率が、前記画像センサの視野全体にわたって５％を超えて変動しない、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
基準照明環境を評価する前記ステップの前に、整列ステップをさらに含み、前記整列ステップが、
ａ．アクティブ領域を画定するステップであって、
ｉ．前記ｐＳＬＭの各画素を連続的に起動させて、光を透過し、一方で、他の全ての画素が光の少なくとも一部分を遮断することと、
ｉｉ．連続的に起動した画素ごとに前記画像センサによって画像を取り込むことと、
ｉｉｉ．前記ｐＳＬＭの各画素と、それらのアクティブ化に影響を及ぼされる前記画像センサの画素とを関連付けることと、を含む、アクティブ領域を画定するステップ、
ｂ．中央整列ステップであって、
ｉ．前記ｐＳＬＭの中央を包含している複数の画素をアクティブ化することと、
ｉｉ．ステップｂ．のｉ．の前記アクティブ化した複数の画素について前記画像センサによって画像を取り込むことと、
ｉｉｉ．ステップｂ．のｉｉ．の１つ当たりの前記画像センサの前記影響を及ぼされた領域と、前記画像センサの前記中央とを比較することと、前記影響を及ぼされた領域が前記画像センサの中央にない場合に、
ｉｖ．前記ｐＳＬＭをセンタリング方向に移動することと、を含む、中央整列ステップ、
ｃ．画素整列ステップであって、
ｉ．前記ｐＳＬＭ画素のｘ方向およびｙ方向が前記画像センサのｘ方向およびｙ方向とそれぞれ整列されるように前記ｐＳＬＭを回転させることを含む、画素整列ステップ、ならびに
ｄ．これらのステップの組み合わせ、から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
光源、画素を有する画像センサ、および試料ステージを有する顕微鏡装置の画像センサの視野にわたる前記光の強度を変更するための方法であって、前記光源からの光が、光路に沿って、前記試料ステージに、次いで、前記画像センサに進行し、前記方法が、
前記光源と前記画像センサとの間の前記光路内にプログラム可能な空間光変調器ｐＳＬＭを介在させるステップであって、前記ｐＳＬＭが複数の画素を有する、介在させるステップと、
別の方法であれば前記画像センサにおいて生じうる未変更の照明環境と異なる、変更した照明環境を前記画像センサの前記視野に生成するために、前記ｐＳＬＭの前記複数の画素のうちの１つ以上の画素を通過する前記光の強度を変調するステップと、を含む、方法。
【請求項１９】
光の強度を変調する前記ステップにおいて、プロセッサが、前記１つ以上の画素への電気信号によって前記ｐＳＬＭの前記１つ以上の画素を通過する前記光の強度を制御する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
変調する前記ステップの前に、前記方法が、
前記顕微鏡装置の基準照明環境を評価するステップをさらに含み、評価する前記ステップが、
前記画像センサの前記視野内に基準試料を配置することと、
前記ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定することであって、各セグメントが、１つ以上の画素を有する、画定することと、
電力レベルＰ1で前記光源によって前記基準試料を照明することと、
各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ1で前記ｐＳＬＭの各セグメントを通って前記画像センサに到達する前記光の強度を別個に測定することと、を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、顕微鏡検査に関し、より具体的には、顕微鏡撮像における照明の口径食を低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡検査において明瞭な画像を取得するためには、均一な照明野を有することが極めて重要である。しかしながら、一般に知られているように、照明野は、試料の中央の近くでより明るく照明される場合があり、光の強度は、照明野の外周に向かって半径方向に減弱する。口径食として知られているこの照明の変化は、野内で取得した試料画像を分析する際に問題点を示す。
【０００３】
残念なことに、口径食の問題は、ほぼ全ての顕微鏡に影響を及ぼす。口径食は、多くの場合、照明および撮像光学経路内の光学要素および口径が有限幅であることによって生じるシャドーイング効果に起因する。また、レンズの各セット内の収差にも影響を受ける。典型的には、口径食のこれらの原因の全てが一緒に組み合わさって、画像平面にわたって無視できない背景強度の変動を生じさせる。
【０００４】
照明源の後に、かつ試料の前にディフューザを提供することによって口径食を補正するための試みがなされてきた。このディフューザは、とりわけ、すりガラス、フレネルレンズ、またはフライアイレンズであり得る。照明源を変更する代わりに、口径食を補正するための代替方法は、口径食を被っている照明によって生成された画像にアルゴリズムを適用し、画像を人工的に補正して、口径食に対処する。この方法は、口径食を被っている照明の下で撮影した画像を変更することを含むが、口径食自体を補正するものではない。どちらの事例においても、口径食をもたらす照明変動の全ての影響を排除することは困難である。
【０００５】
当技術分野では、撮像平面における顕微鏡の視野全体にわたる照明光のより一貫した強度を提供する装置および方法に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
第１の形態において、本発明は、顕微鏡装置の光源からの光の口径食を補正するために、顕微鏡装置内の画像センサの視野にわたる光の強度を修正するための方法を提供し、顕微鏡装置は、画素を有する画像センサと、試料ステージと、を含み、光源からの光は、光路に沿って、試料ステージに、次いで、画像センサに進行し、本方法は、光源と画像センサとの間の光路内にプログラム可能な空間光変調器ｐＳＬＭを介在させるステップであって、ｐＳＬＭが複数の画素を有する、介在させるステップと、ｐＳＬＭの複数の画素のうちの１つ以上の画素を通過する光の強度を変調して、別の方法であれば画像センサにおいて生じうる光の口径食の影響を低減する、変更した照明環境を画像センサの視野に生成するステップと、を含む。
【０００７】
第２の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、ｐＳＬＭは、液晶ディスプレイ、液晶オンシリコン、デジタルマイクロミラーデバイス、および懸濁粒子デバイスからなる群から選択される。
【０００８】
第３の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、変更した照明環境は、光の強度の均一性を有し、視野にわたる光の強度は、視野にわたる平均強度の±５％以内である。
【０００９】
第４の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、変調する当該ステップにおいて１つ以上の画素を通過する光の強度は、プロセッサからの入力によって制御される。
【００１０】
第５の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、光の強度を変調する当該ステップにおいて、プロセッサは、１つ以上の画素への電気信号によって、ｐＳＬＭの１つ以上の画素を通過する光の強度を制御する。
【００１１】
第６の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、変調する当該ステップの前に、本方法は、顕微鏡装置の基準照明環境を評価するステップをさらに含み、評価する当該ステップは、画像センサの視野内に基準試料を配置することと、ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定することであって、各セグメントが、１つ以上の画素を有する、画定することと、電力レベルＰ１で光源によって基準試料を照明することと、各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ１でｐＳＬＭの各セグメントを通って画像センサに到達する光の強度を別個に測定することと、を含む。
【００１２】
第７の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にする当該ステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断するセグメントは、ｐＳＬＭによって許容される最低強度で光を透過する。
【００１３】
第８の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定する当該ステップにおいて画定されたセグメントは、環状セグメントと、中央セグメントと、を含む。
【００１４】
第９の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、ｐＳＬＭを通過する光の強度を変調する当該ステップは、強度ＩＳminを有する、基準照明環境の最低強度、本明細書ではＳminによってセグメントを識別することと、電力レベルＰ１でＩＳminよりも大きいｐＳＬＭのセグメントの画素の各々を通過する光の強度を、ＩＳminにより近づくように低減することと、を含む。
【００１５】
第１０の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、ｐＳＬＭを通過する光の強度を変調する当該ステップは、強度ＩＳminを有する、最低強度の基準照明環境、本明細書ではＳminによってセグメントを識別することと、各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ１でＩＳminよりも大きいｐＳＬＭのセグメントを通して画像センサに到達する光の強度を別個に低減することと、そのようなセグメントごとに、セグメントがＩＳmin以下の強度を呈するまで、第１の増分値で、ｐＳＬＭの吸収を段階的に増加させることと、を含み、強度がＩＳmin未満に減少した場合、本方法は、第１の増分値未満である第２の増分値でそのセグメントでのｐＳＬＭの吸収を段階的に減少させることをさらに含む。
【００１６】
第１１の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、光の強度を別個に低減する当該ステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断する残りのセグメントは、ｐＳＬＭによって許容される最低強度の光を透過する。
【００１７】
第１２の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、ｐＳＬＭを通過する光の強度を変調する当該ステップは、基準照明環境における最大の光の強度、ここではＩＴmaxを識別することと、強度ＩＳminを有する、最低強度の基準照明環境、本明細書ではＳminによってセグメントを識別することと、Ｓminの強度を監視し、一方で、光源の電力を電力レベルＰ２まで増加させることであって、Ｓminの強度をＩＴmaxまで上昇させる、増加させることと、電力レベルＰ２でＩＴmaxよりも大きいｐＳＬＭのセグメントの画素の各々を通過する光の強度を、電力レベルＰ２でＩＴmaxにより近づくように低減することと、を含む。
【００１８】
第１３の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、当該のｐＳＬＭを通過する光の強度を変調するステップは、基準照明環境内の光の最大強度、ここではＩＴmaxを識別することと、強度ＩＳminを有する、基準照明環境の最低強度、本明細書ではＳminによってセグメントを識別することと、Ｓminの強度を監視し、一方で、光源の電力を電力レベルＰ２まで増加させることであって、Ｓminの強度をＩＴmaxまで上昇させる、増加させることと、各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ２でＩＴmaxよりも大きいｐＳＬＭのセグメントを通って画像センサに到達する光の強度を別個に低減することと、そのようなセグメントごとに、セグメントがＩＴmax以下の強度を呈するまで、第１の増分値で、ｐＳＬＭの吸収を段階的に増加させることと、を含み、強度がＩＴmax未満に減少した場合、本方法は、第１の増分値未満である第２の増分値でそのセグメントでのｐＳＬＭの吸収を段階的に減少させることをさらに含む。
【００１９】
第１４の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、当該の光の強度を別個に低減するステップにおいて、光の少なくとも一部分を遮断する残りのセグメントは、ｐＳＬＭによって許容される最低強度の光を透過する。
【００２０】
第１５の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、基準試料は、反射率に基づいて、実質的に均一な背景を提供する基準材料であり、反射率は、画像センサの視野全体にわたって５％を超えて変動しない。
【００２１】
第１６の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、基準試料は、均一な背景を提示せず、顕微鏡は、反射率に基づいて、焦点を外し、基準試料を不明瞭にして、実質的に均一な背景を提供し、反射力は、画像センサの視野全体にわたって５％を超えて変動しない。
【００２２】
第１７の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、基準照明環境を評価する当該ステップの前に、整列ステップをさらに含み、当該整列ステップは、
ａ．アクティブ領域を画定するステップであって、
ｉ．ｐＳＬＭの各画素を連続的に起動させて、光を透過し、一方で、他の全ての画素が光の少なくとも一部分を遮断することと、
ｉｉ．連続的に起動した画素ごとに画像センサによって画像を取り込むことと、
ｉｉｉ．ｐＳＬＭの各画素と、それらのアクティブ化に影響を及ぼされる画像センサの画素とを関連付けることと、を含む、アクティブ領域を画定するステップと、
ｂ．中央整列ステップであって、
ｉ．ｐＳＬＭの中央を包含している複数の画素をアクティブ化することと、
ｉｉ．ステップｂ．のｉ．のアクティブ化した複数の画素について画像センサによって画像を取り込むことと、
ｉｉｉ．ステップｂ．のｉｉ．の１つ当たりの画像センサの影響を及ぼされた領域と、画像センサの中央とを比較することと、影響を及ぼされた領域が画像センサの中央にない場合に、
ｉｖ．ｐＳＬＭをセンタリング方向に移動することと、を含む、中央整列ステップと、
ｃ．画素整列ステップであって、
ｉ．ｐＳＬＭ画素のｘ方向およびｙ方向が画像センサのｘ方向およびｙ方向とそれぞれ整列されるようにｐＳＬＭを回転させることを含む、画素整列ステップと、
ｄ．これらのステップの組み合わせと、を含む。
【００２３】
第１８の形態において、本発明は、光源、画素を有する画像センサ、および試料ステージを有する顕微鏡装置の画像センサの視野にわたる光の強度を変更するための方法であって、光源からの光は、光路に沿って、試料ステージに、次いで、画像センサに進行し、本方法は、光源と画像センサとの間の光路内にプログラム可能な空間光変調器ｐＳＬＭを介在させるステップであって、ｐＳＬＭが複数の画素を有する、介在させるステップと、ｐＳＬＭの複数の画素のうちの１つ以上の画素を通過する光の強度を変調して、別の方法であれば画像センサにおいて生じうる未変更の照明環境と異なる、変更した照明環境を画像センサの視野に生成するステップと、を含む。
【００２４】
第１９の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、当該の光の強度を変調するステップにおいて、プロセッサは、１つ以上の画素への電気信号によって、ｐＳＬＭの１つ以上の画素を通過する光の強度を制御する。
【００２５】
第２０の形態において、本発明は、先行する形態のいずれかの方法を提供し、当該の変調するステップの前に、本方法は、顕微鏡装置の基準照明環境を評価するステップをさらに含み、当該の評価するステップは、画像センサの視野内に基準試料を配置することと、ｐＳＬＭの複数のセグメントを画定することであって、各セグメントが、１つ以上の画素を有する、画定することと、電力レベルＰ１で光源によって基準試料を照明することと、各セグメントが別個に光を透過し、一方で、残りのセグメントが光の少なくとも一部分を遮断することを可能にすることによって、電力レベルＰ１でｐＳＬＭの各セグメントを通って画像センサに到達する光の強度を別個に測定することと、を含む。  
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による、顕微鏡装置の一般的な概略図である。
【図２】プログラム可能な空間光変調器（ｐＳＬＭ）の一部分の一般的な概略図である。
【図３Ａ】顕微鏡の試料平面において経験し得る、半径方向に口径食された光を示す一般的な概略図である。
【図３Ｂ】顕微鏡の試料平面において経験し得る、軸外に口径食された光を示す一般的な概略図である。
【図３Ｃ】ｐＳＬＭの使用を介して、図３Ａの半径方向の口径食パターンの所望の反転の作成を示す一般的な概略図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの反転させた口径食パターンを有するｐＳＬＭを使用して、図３Ａの口径食パターンを生成した光を変調したときに、試料平面に結果として生じる照明野を示す図である。
【図４Ａ】全ての画素がアクティブ化されているｎ個の離散矩形セグメント（Ｓ1、Ｓ2、・・・、Ｓn）に分割したｐＳＬＭの図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【図４Ｃ】セグメントＳ1がアクティブ化され、全ての他のセグメントが非アクティブ化されたことを示すｐＳＬＭである。
【図４Ｄ】図４Ｃに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【図４Ｅ】セグメントＳ1がアクティブ化され、全ての他のセグメントが非アクティブ化されたことを示すｐＳＬＭである。
【図４Ｆ】図４Ｅに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【図５Ａ】全ての画素がアクティブ化されているｎ個の離散環状セグメント（Ａ1、Ａ2、・・・、Ａn）に分割したｐＳＬＭの図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【図５Ｃ】セグメントＡ1がアクティブ化され、全ての他のセグメントが非アクティブ化されたことを示すｐＳＬＭである。
【図５Ｄ】図５Ｃに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【図５Ｅ】セグメントＡ3がアクティブ化され、全ての他のセグメントが非アクティブ化されたことを示すｐＳＬＭである。
【図５Ｆ】図５Ｅに示されるｐＳＬＭの状況下で画像センサによって取り込まれた画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
典型的な顕微鏡システムを図１に示し、参照番号１０で表す。顕微鏡システム１０は、試料を撮像する光学システム１２と、光学システム１２の光学部品および撮像構成要素によって画定された視野にわたる光の強度を自動的に調整するための口径食補正システム１４と、を含む。この特定のシステム１０は、光学システム１２として、改良された反射光顕微鏡を用いているが、本明細書で開示される概念は、限定されることなく、透過光顕微鏡、倒立顕微鏡、およびステレオ顕微鏡を含む、全ての種類の顕微鏡に容易に当てはまることに留意されたい。また、照明野が視野とも称され得ること、および実際には、撮像される試料がその場の中にあることにも留意されたい。
【００２８】
光学システム１２は、対物レンズ１８の下に、試料８を担持する試料ステージ１６を含む。光学システム１２は、照明源２０と、視野内に保持されている試料８を照明するように照明源２０の光を方向付けるための垂直照明器３６と、をさらに含む。光学システム１２はまた、調整可能なＦ絞り４２と、開口絞り４０（Ａ絞り）も含む。画像センサ２６は、対物レンズ１８を通して透過される試料の画像を受信する。画像センサ２６は、口径食補正システム１４の一部とみなすことができる。いくつかの形態において、この画像センサは、カメラ２７の一部として提供され得る。口径食補正システム１４はまた、プロセッサ２８と、プログラム可能な空間光変調器３０（本明細書ではｐＳＬＭともいう）と、を含み、プロセッサ２８は、（参照番号３８で表されるように）画像センサ２６とｐＳＬＭ３０の間で通信して、画像センサ２６によって提供される画像情報を処理し、ｐＳＬＭ３０を使用して照明環境を変更する。
【００２９】
顕微鏡システムの光学経路または光学縦列は、図１の経路３３および３５で例示することができる。経路３５は、試料を照明する照明ビームの経路であり、この形態において、光は、光路３５内に斜めの線で示されているが、参照番号が付されていないプリズムによって、反射光顕微鏡において知られているように再方向付けされる。透過光顕微鏡などの他の顕微鏡は、そのような鏡を必要としない。経路３３は、反射光顕微鏡の場合のように、試料平面において試料によって反射されるか、または透過光顕微鏡の場合のように、試料平面において試料を通して透過されるか、のいずれかである、照明ビームの経路である。経路３３および３５によって表される各照明経路は、それ自体の照明環境を提供する。照明環境は、照明の領域にわたる光の強度の分布として理解されたい。照明環境の根本的な供給源は、照明源であるが、これは、様々な光学構成要素および本発明によるｐＳＬＭによって影響を及ぼされる場合がある。照明環境は、画像センサ２６によって撮影される画像に影響を及ぼし、試料ステージにおいて所望の試料を撮像するために必要なデータを記録する画像センサであるので、この照明環境は、最も重要である画像センサにおける照明環境である。したがって、ｐＳＬＭは、照明源２０と画像センサ２６との間の任意の位置に位置付けることができる。照明源と試料平面の試料との間−すなわち経路３５内−に位置付けられたｐＳＬＭは、試料（したがって画像センサ）に送達される照明環境を変更する役割を果たし、一方で、試料と画像センサとの間−すなわち経路３３内−に位置付けられたｐＳＬＭは、試料から画像センサへと進む照明環境を変更する役割を果たす。いずれの場合も、照明環境の望ましくない態様（例えば、口径食）を補正することができるか、または所望の照明環境を導入することができるか、のいずれかである。上述のように、顕微鏡の未変更の照明環境は、典型的に、様々な原因によって生じる口径食および他の照明むらに起因して、均一でない。いくつかの形態において、ｐＳＬＭは、光の強度を均一にして口径食に対処するために使用されるが、他の場合においては、意図的に不均一な照明環境を作成するために使用することができる。
【００３０】
ビーム３４は、ｐＳＬＭ３０による減衰前の照明源２０からの光の光学経路を表す。ビーム３２は、ｐＳＬＭ３０による減衰後の光の光学経路を表す。いくつかの形態では、プロセッサ２８および適切なハードウェアを用いて、試料ステージ１６、照明源２０、カメラ２７、および本明細書で指定されていない他の顕微鏡構成要素を制御することができる。
【００３１】
図１において、説明の便宜上、ｐＳＬＭ３０は、照明源２０と垂直照明器３６の本体との間で外部的に示されている。代替的に、（代替の３０ａで表されるように）照明源２０と画像センサ２６との間の任意の位置に位置付けられ得ること、および最も効果的には、照明源２０と試料Ｓとの間に位置付けられることが認識されるであろう。別の例として、ｐＳＬＭ３０は、Ａ絞り４０の位置において垂直照明器３６内に配置され得る。
【００３２】
プログラム可能な空間光変調器（ｐＳＬＭ）は、ある空間パターンの入射光を変調するトランスデューサであり、変調は、電気入力または光入力に基づいている。入射光は、その位相、強度、偏光または方向において変調することができ、光変調は、様々な電気光学効果または磁気光学効果を呈する様々な材料によって、および表面の変形によって光を変調する材料によって達成することができる。本発明では、プログラム可能な空間光変調器を通して光の強度を変調することによって口径食を補正することに重点を置いており、「プログラム可能である」という用語は、ｐＳＬＭにわたる異なる位置においてｐＳＬＭを通過する光の強度を変化させるために、ｐＳＬＭが電気入力または光入力によって影響を及ぼされ得ることを意味する。ｐＳＬＭへの入力は、画像センサ２６によって取得され、プロセッサ２８によって処理された口径食情報に基づいており、入力は、視野においてより均一な照明が実現されるように口径食に対処する役割を果たす。プロセッサ２８は、大まかには、単数であることを指すが、複数のプロセッサを包含することも同様に認識されるべきである。プロセッサ２８は、ケーブルまたは無線通信などの他の適切な手段を介して画像センサ２６および空間光変調器と通信することができ、全てのそのような通信は、一般に、参照番号３８で表される。キーボード、タッチスクリーンモニタ、または他の標準的な手段などの（一般に参照番号３９で表されるような）操作者入力ユニットは、操作者が所望の制御およびデータを入力することを可能にするために利用可能である。
【００３３】
ｐＳＬＭの例としては、透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、および懸濁粒子デバイス（ＳＰＤ）が挙げられる。全てが、典型的に矩形のアレイ内の、多数の固有の空間位置（すなわち、画素）において、光の振幅および／または位相を変調する能力を有する。ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、およびＤＭＤなどのいくつかのｐＳＬＭにおいて、各画素は、プロセッサ２８などの接続されたプロセッサを介してデジタル的にアドレス指定することができる。ＳＰＤなどの他のｐＳＬＭにおいて、デバイスは、複数の画素としてではなく単一のユニットとしてプログラムされる。
【００３４】
知られているように、ｐＳＬＭは、大きさが様々である。ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、およびＤＭＤなどのｐＳＬＭの物理的寸法は、１平方ｃｍ〜約１０平方ｃｍであり得る。ｐＳＬＭの画素数ｋは、２，０００〜２，０００，０００以上の間で様々であり得る。本発明では、数多くの異なる構成を使用することができるので、これらのサイズは、限定するものとみなすべきではない。ＳＰＤ型のｐＳＬＭは、数平方メートルもの大きさになり得るが、１つのプログラム可能な要素のみを有する。
【００３５】
ここで使用されるｐＳＬＭは、複数の個々にアドレス指定可能な画素または画素群を含み、これは、各画素または画素群が、場合により、プロセッサ２８からの信号入力に影響を及ぼされて、その画素／画素群の位置を通過する光の強度を変化させ得ることを意味する。個々の画素強度は、変数または二進数のいずれかであり得る。変数の場合は、画素を通して透過される光の強度を、完全な遮断と、完全な透過との間で変動させることができることを意味する。二進数の場合は、画素を通して透過される光が、完全な透過か、または完全な遮断のいずれかであり、それ以外の場合、これらの両極端の間で強度を変動させる能力を伴わない。ｐＳＬＭの画素および画素群をアドレス指定して、それらの光の透過を変動させる能力は、試料ステージおよび画像センサの視野に向かって送信された光ビームの断面にわたって照明環境を変化させることを可能にし、したがって、口径食は、口径食に起因して減光を被っている空間位置により高い強度の光を送達することによって、または口径食に起因してより高い強度である空間位置を減光することによって、修正することができる。
【００３６】
いくつかの形態では、ｐＳＬＭ３０は、各画素を通過する光の局所的な振幅（すなわち、強度）を変化させる振幅変調器として用いられる。図２に示されるように、ｐＳＬＭ３０の平面の直前で、画素位置ｘiにおける照明源２０からの光３４は、Ｌ（ｘi）によって表される強度を有する。下でさらに開示した後により明らかになるであろうが、必要に応じて、プロセッサを用いて、電気入力を通して画素ｘiなどの様々な画素でのｐＳＬＭの吸収度を操作して、ｔ（ｘi）によって表される、結果として生じる強度を提供する。振幅変調モードにおいて、プロセッサ２８は、画素ｘiにおいてｐＳＰＭを通過する光の強度が係数ｇ（ｘi）だけ減衰されるように、位置ｘiの画素に値を割り当てる。ｇ（ｘi）の値は、プロセッサ２８によって制御される。ｇ（ｘi）＝０の非アクティブ化状態である場合、最小量の光が画素ｘiを通して透過される。ｇ（ｘi）＝１のアクティブ化状態である場合、最大量の光が画素ｘiを通して透過される。ｐＳＬＭｓの特性に精通している人であれば、ｇ（ｘi）＝０において、いくらかの光が画素ｘiを通して透過される場合があり、また、ｇ（ｘi）＝１において、いくらかの光が画素ｘiにおいて減衰される場合があることは周知である。これらの違いは、本発明の適用には重要でない。「アクティブ化」という用語の今後の使用は、画素の完全なアクティブ化を指し、「非アクティブ化」は、画素の完全な非アクティブ化を指す。
【００３７】
本方法において、ｐＳＬＭによる任意の変更前の照明環境は、視野内に基準試料を配置し、光源２０を介して基準試料を照明し、そして、画像センサ２６によってその１つ以上の画像Ｔを撮影して、環境にわたる光の強度に関する画像データを取得することによって評価される。いくつかの形態において、照明源の電力レベルＰは、最初に、光源の能力の中央値である強度で試料を照明するように設定される。他の形態において、強度は、光源から利用可能な強度の範囲を表す複数のレベルに設定される。他の形態において、強度は、本発明に従って口径食を補正した後に試料を撮像する際に用いられる強度を再現するように設定される。
【００３８】
基準試料は、反射率の標準的測定によって決定される、均一な反射背景を呈する基準材料とすることができる。いくつかの形態において、背景は、反射率が試料の視野全体にわたって５％以上変動しない、好ましくは２％未満である場合に、均一であるとみなすことができる。
【００３９】
いくつかの場合では、均一な反射背景を伴わない実際の試料が使用され得る。そのような事例において、表面むらおよび顕微鏡的な異物などが不均一な画像を作成し得るが、焦点外れは、そうしたむら／異物を不明瞭にし、本方法に好適なより均一な画像を作成する役割を果たすことができる。
【００４０】
いずれの場合−均一な反射背景を有する基準材料への光入射を伴う場合、または均一な背景を有する非合焦試料への光入射を伴う場合−においても、図３Ａで例示されるように、口径食は明らかになるであろう。いくつかの事例において、照明は、図３Ｂに示されるように中央を外れる場合があり、顕微鏡を調整して、図３Ａに示されるように、照明を中央にすることができる。これは、口径食の減光効果が視野の中央から半径方向の線に沿って外向きに段階的に増加するとみなす、という仮定に基づく技法を用いるときに最も有用である。特に、この仮定は、光源照明が中央にあるときの一般的な傾向に従うものであるが、照明野は、レンズまたは照明源から生じる、明るい点および他のむらを有する可能性がある。したがって、本明細書の特定の形態は、仮定された半径方向減光パターンに基づいていない。口径食の生じた１つまたは複数の画像から取得したデータは、プロセッサ２８によって処理して、ｐＳＬＭを制御し、また、そのデータを使用してプロセッサが口径食の補正を継続して、図３ｄに示されるように、より均一に近い光の強度である画像を作成する。この光の強度の均一性は、しばしば、均一または平坦な照明野と称される。いくつかの形態において、均一な画像は、画像のあらゆる画素が、画像の平均画素強度の±２０％以内（２０％を含む）である場合の画像である。他の形態において、均一な画像は、画像のあらゆる画素が、画像の平均画素強度の±１０％以内（１０％を含む）である場合の画像である。他の形態において、均一な画像は、画像のあらゆる画素が、画像の平均画素強度の±５％以内（５％を含む）である場合の画像である。さらに他の形態において、画素強度は、画像の平均画素強度の±２％以内（２％を含む）である。図３の画像強度は、口径食の影響を例示するために誇張されている。実際には、強度差の程度は、より微妙である。ｐＳＬＭはまた、一部の撮像の実施または適用に要求または必要とされ得るような、意図的に不均一な画像を生成するために用いることもできることを認識されたい。これは上記に対して既に回避されており、したがって、本発明は、より一般的には、視野にわたる光の強度（照明環境）を変更するための方法および装置を提供するが、特に口径食に対処するための変更が、この例示的な開示の重点である。
【００４１】
本方法において、プロセッサ２８によるｐＳＬＭ３０への適切な入力を用いて、口径食の影響に対処し、視野に（すなわち、視野で保持される試料に）より均一な強度を有する照明野を提供する。これは、視野での必要以上に高い強度の領域に対応する位置においてｐＳＬＭを通って進行する光の強度を減少させること、または視野での必要以上に低い強度の領域に対応する位置においてｐＳＬＭを通って進行する光の強度を増加させること、またはこれらの技法の組み合わせを用いることを伴う。
【００４２】
いくつかの形態では、口径食の減光効果は、図３Ａに示されるように、視野の中央から半径方向の線に沿って外向きに段階的に増加するものと仮定される。ｐＳＬＭは、試料の中央における光をある程度制限し、中央から同心円に沿って外向きにこの制限を少なくすることによって、口径食に対処するようにプログラムされる。ｐＳＬＭは、光を制限して、少なくとも図３Ａの反転または負のパターンに近似させ、図３Ｃのように現れるように機能する。結果として生じる口径食を低減させた視野の照明を図３Ｃに表す。口径食パターンは、多数の技法を通して推定し、補償することができる。図３Ａの口径食のパターンは、典型的なものであり、限定するものではないことに留意されたい。不均一な照明は、任意の方向から、または多数の方向から生じ得る。本発明の形態は、全ての種類の不均一な照明を修正することができる。
【００４３】
本発明の好ましい第１のステップは、ｐＳＬＭを画像センサ２６と整列させることである。１つの方法は、ｐＳＬＭ３０のアクティブ領域を決定することである。アクティブ領域は、画像センサ２６において直接撮像される、光が通過するｐＳＬＭの領域である。効果的であるためには、システム内に配置された実際のｐＳＬＭを、照明源のビームよりも小さくするべきではないことを認識することができる。しかし、ｐＳＬＭが照明ビームより大きくても問題はない。したがって、必ずしもｐＳＬＭの全ての画素が、画像センサ２６によって取り込まれる画像に影響を及ぼすとは限らない。このステップは必須ではないが、特定の形態における本発明の適用を容易にする。アクティブ領域を決定することは、システムの光学経路内のｐＳＬＭの正確なセンタリング、およびシステムの既知の光学特性に基づくことができる。例えば、アクティブ領域は、システムの光学構成要素が既知であり、かつｐＳＬＭがシステムの共役焦点平面の１つに集中している場合に計算することができる。
【００４４】
しかしながら、本発明は、ｐＳＬＭを共役平面内に配置することを必要とせず、実験的にアクティブ領域を決定することが必要であり得る。実験的にアクティブ領域を決定するには、先に説明したように、顕微鏡を試料に、好ましくは基準試料に合焦させる。最初に、ｐＳＬＭの各画素ｘiを非アクティブ化する。次いで、各画素ｘiを連続的にアクティブ化する。各画素をアクティブ化したときに、画像を取り込む。画素ｘi+1をアクティブ化する前に、画素ｘiを非アクティブ化する。ｐＳＬＭのアクティブ領域の外にある画素をアクティブ化することは、取り込まれた画像にいかなる影響も及ぼさず、一方で、ｐＳＬＭのアクティブ領域内の画素をアクティブ化することは、取り込まれた画像を変化させる。ｐＳＬＭの単一の画素のアクティブ化は、（ａ）光の拡散、または（ｂ）ｐＳＬＭの画素が画像センサの画素よりも大きいこと、または（ｃ）画像センサの画素がｐＳＬＭの画素と整列していないこと、または（ｄ）一群の画素が、ｐＳＬＭ上でアクティブ化され、したがって、画像センサ上の複数の画素を変更すること、によって、複数の画像センサ画素の強度の変化をもたらすことができる。全てのｐＳＬＭの画素が、連続的にアクティブ化および非アクティブ化され、画素のアクティブ化ごとに画像が取り込まれたときに、ｐＳＬＭの画素を画像センサ画素にマッピングすることができる。マッピングとは、各ｐＳＬＭ画素ｘiが、所与のｐＳＬＭ画素のアクティブ化に応じて影響を及ぼされる１つ以上の画像センサ画素ｙiと関係づけられることを意味する。より正確には、ｐＳＬＭの各画素は、選択的にアクティブ化されると、画像センサ２６の一組の画素を照明する。これらの一組の画素は、重複する画素を有し得るが、各組は、特定のｐＳＬＭ画素にマッピングする。
【００４５】
アクティブ画素を画定する際の上記ステップは、複数群の画素をアクティブ化し、一方で、残りの画素を非アクティブ化することによって実施することができる。複数群の画素は、（本発明は、本明細書に示される群化の形状に限定されないが）図４および図５に関して開示されるセグメントに類似する。
【００４６】
ｐＳＬＭを整列させるための別の方法は、ｐＳＬＭの最も中央の画素が画像センサの最も中央の画素にマッピングされるようにｐＳＬＭを調整することである。この方法は、プログラム的にｐＳＬＭ画素を画像センサ画素にマッピングするのではなく、ｐＳＬＭをＸ／Ｙ平面内で画像センサ平面に平行に物理的に移動させて、センタリングを達成する。この方法は、ｐＳＬＭの位置をＸおよびＹ方向に移動させることができるようにｐＳＬＭが搭載されることが必要である。この概念の例は、一般に、図１のｐＳＬＭ３０と相互作用して示されるｘ／ｙ移動ステージ４３によって表される。ｐＳＬＭをセンタリングするには、ｐＳＬＭの中央の一組のｐＳＬＭ画素をアクティブ化し、一方で、ｐＳＬＭの全ての他の画素を非アクティブ化する。一組のアクティブ化されたｐＳＬＭ画素は、ｐＳＬＭで中央に、または中央近くに位置付けられる。正確な中央画素は存在しないが、センタリングを目的とする場合、いくつかの形態では、ｐＳＬＭの中央画素が中央から±１画像外れることが許容可能であることを認識されたい。いくつかの応用例において、ｐＳＬＭの中央画素は、中央から±２画像、他の応用例では±５画素、他のものでは±１０画素、さらに他の応用例では±１５画素外れる場合があり、さらに他の応用例では、中央画素は、中央から±２０画素以上も外れる場合がある。センタリングするために必要な近さは、ｐＳＬＭ画素の総数に依存する。少ない数の画素、例えば５００個未満の画素を有するｐＳＬＭ内の単一の画素は、ｐＳＬＭの総領域に対して、より大きいｐＳＬＭ、例えば２メガ画素である場合の単一の画素よりもはるかに大きい領域を表す。また、少ない数の画素を有するｐＳＬＭｓは、一般に、より多い数の画素を有するｐＳＬＭｓよりも大きい画素を有する。したがって、より少ない総数を有するｐＳＬＭ内の単一の画素は、アクティブ化されたときに、多数の画素を有するｐＳＬＭよりも多くの光を透過する。したがって、より多い数の画素を有するｐＳＬＭｓが、より大きい一組の「センタリング」画素をアクティブ化することが必要であり得る。一組のアクティブ化された画素は、中央画素の周りに正方形パターンまたは円形パターンで均等に離間することができる。一組の画素の数は、単一の画素とすることができる。他の事例において、一組は、２〜５画素とすることができる。他の事例において、一組の画素の数は、５〜１０画素とすることができ、他の事例において、一組の画素の数は、１０〜１００画素とすることができる。一組の総画素数は、画像センサがｐＳＬＭを通して透過された光によって完全に飽和するほど多くすることはできない。「飽和する」とは、８ビットの画像センサの全ての画素が、例えば、０を超える、いくつかの事例では５０〜１５０の、および他の事例では２００超２５６未満の強度値を有する。センタリングする一組のｐＳＬＭ画素がアクティブ化されると、画像が取り込まれ、領域の照明領域が画像センサの中央と比較される。照明領域がセンタリングされていない場合は、照明領域がセンタリングされるまで、ｐＳＬＭを画像センサに平行なＸ方向および／またはＹ方向に移動させる。
【００４７】
別の整列方法は、ｐＳＬＭが画像センサに平行な平面内を回転することができるようにｐＳＬＭを搭載することである。この方法において、単一または複数の隣接する列であるｐＳＬＭの一組の画素は、列が、ｐＳＬＭの中央画素を、または中央画素の近くを通過するようにアクティブ化される。アクティブ化された列に加えて、単一または複数の隣接する行は、行が、ｐＳＬＭの中央画素を、またはその近くを通過するようにアクティブ化される。アクティブ化された列および行の隣接する画素の数および中央に対する近さは、先に説明した整列方法において説明したものと同じ状態に従う。行および列がアクティブ化したときに、画像を取り込む。ｐＳＬＭの直交投影は、センサ上の直交画像を照明する。この投影は、画像センサの画素行および列に平行である場合もあり、またはそうでない場合もある。投影が平行でない場合、投影が画像センサの行および列に平行になるまでｐＳＬＭを回転させる。回転は、図１の４４で表されるような適切な駆動によって達成することができる。
【００４８】
ｐＳＬＭの画像センサに対するマッピングおよび整列の他の方法を使用することができ、また、上述した３つの方法を組み合わせて使用することができることを認識することができる。本発明は、マッピングおよび整列を必要としないが、マッピングおよび整列は、本発明の適用を容易にすることをさらに認識することができる。本方法は、以下でより十分に展開される。
【００４９】
本発明の方法を実施するために、ｐＳＬＭは、別個に制御可能なセグメントＳnに離散化される。いくつかの形態において、セグメントは、１つの画素のみを含み、したがって、セグメントの数は、画素の数に等しい。他の形態において、セグメントの数ｎは、一般に、（画像センサ（例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）およびＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を４つの象限に分けることなどによって）４個よりも多い。他の形態において、セグメントの数は、９個よりも多く、他の形態では１６個よりも多く、他の形態では２５個よりも多く、他の形態では３６個よりも多い。さらに他の形態において、セグメントの数は、４００個未満であり、他の形態では２２５個未満であり、他の形態では１００個未満である。典型的に、セグメントの数は、１６〜２５個であり得、例外的な結果を提供し得る。他の形態では、２６〜１００個のセグメントが用いられる。
【００５０】
セグメントの数ｎが多くなるほど、本発明が口径食の影響を低減するのにより効果的である。各セグメントＳnは、ｊ個の画素から成る。いくつかの形態において、セグメント内の画素の数は、２個よりも多くかつ０．２５ｋ個未満であり、ｋは、画像センサ２６のアクティブ領域内の総画素数である。ｐＳＬＭの各セグメントは、一組の画素ＰＳnから成る。１６個のセグメントＳnを有し、ｎ＝１〜１６である、ｐＳＬＭの例を図４Ａに示す。この例示のために、セグメントは、正方形として示されているが、他の事例では、異なるジオメトリを有し得る。
【００５１】
例示および簡潔にするために、ｐＳＬＭのアクティブ領域を画定するために、最初に説明した整列方法を使用する。したがって、ｐＳＬＭの非アクティブ領域は、図４ＡにおいてＱと記された×印の画素によって示される。この形態の第１のステップは、ｐＳＬＭを通してより望ましい照明環境を実装することができるように、顕微鏡装置の基準照明環境を評価することである。本開示は、より均一な照明環境を作成して、上で説明および例示したように口径食の影響に対処することに重点を置いているが、不均一な環境も同様に、本発明に従ってｐＳＬＭによって実装され得る。基準照明環境を評価するためには、照明をＰ1の一定の電力に設定し、図４Ｂのように全てのセグメントをアクティブ化して画像Ｔを取り込む。当業者に知られている方法によって、画像Ｔの最大強度および最小強度を決定することができ、ここでは、それぞれ、ＩＴmaxおよびＩＴminと称する。
【００５２】
Ｐ1を一定に保つことで、ｐＳＬＭの全ての画素が非アクティブ化される。次いで、各セグメントを連続的にアクティブ化および非アクティブ化して、各セグメントのアクティブ化時に画像を取り込む。Ｓ1およびＳ2をアクティブ化する、最初の２つのアクティブ化シーケンスにおいて取り込んだ画像の例を図４Ｄおよび図４Ｆに示す。この形態において、非アクティブ化されたセグメントは、黒で、すなわち、光が完全に遮断されている状態で示されているが、いくつかのｐＳＬＭｓの特性のため、その所与のセグメントの完全な非アクティブ時であっても、いくつかの光がセグメントを通して透過され得ることが認識されるであろう。これは、本発明の動作に影響を及ぼさない。いくつかの形態において、非アクティブ化されたセグメントは、光の少なくとも一部分を遮断し、他の形態において、ｐＳＬＭによって許容される最低強度で光を透過する。アクティブ化されたセグメントの平均強度値は、各セグメントのアクティブ化に応じて計算および記録され、値は、本明細書で、Ｉ（ＰＳ1）、Ｉ（ＰＳ2）、・・・、Ｉ（ＰＳn）で表される。本発明の目的は、異なるセグメントでの強度を評価し、各セグメントＰＳnの画素を通過する光の強度を（必要な場合に）変更することによって平坦な照明野を作成し、よって、この平坦な照明野の平均強度を指定された目標強度Ｃにすることである。
【００５３】
Ｃを取得するためには、ＰＳnの画素ごとに減衰係数ｆnを決定しなければならない。この係数を使用して、ｇ（ＰＳn）＝ｆnとなるように、一組の画素ＰＳnごとに、減衰値ｇ（ｘ）を設定する。係数ｆnは、次式によって決定される：
ｆn＝（Ｉ（ＰＳn）−Ｃ）／Ｉ（ＰＳn）  （１）：式中、
ｆn＝セグメントの減衰係数Ｓn
Ｃ＝平坦な照明野の目標強度、
Ｉ（ＰＳn）＝セグメントｎの非減衰強度値、である。
【００５４】
平坦な照明野を取得するためのこの形態の１つの方法は、照明の電力を変化させることおよびｐＳＬＭをプログラムすることの組み合わせによって達成される。基準照明環境の評価によれば、ＩＴmaxは、既知である。代替的に、ＩＴmaxは、上で開示したセグメント化手順の間に、最高強度の光を提供する画素セグメントを識別することによって決定することができる。この形態において、照明電力は、最低強度Ｓminを呈するセグメントの画像強度がＩＴmaxに等しくなるように、Ｐ2まで増加される。Ｐ2を決定するためには、セグメントＳminをアクティブ化し、一方で、ｐＳＬＭの全ての他の画素を非アクティブ化する。Ｓminがアクティブ化されている間に、照明電力レベルをＩ（ＰＳmin）＝ＩＴmaxまで段階的に増加させる。各増分電力レベルで画像を取り込み、強度を測定する。Ｉ（ＰＳmin）＝ＩＴmaxであったときには、照明電力レベルをＰ2に設定する。この形態において、平坦な照明野は、減衰係数ｆnを各セグメントの各画素に適用することによって取得され、よって、適用されたときに、結果として生じる画像は、電力レベルＰ2において一定の値、Ｃ＝ＩＴmaxである。
【００５５】
ｆnを決定するためには、最初に、全てのｐＳＬＭセグメントを非アクティブ化する。第１のセグメントＳ1をアクティブ化し、画像を取り込む。電力レベルＰ2は、最低強度セグメントの強度がＳmin＝ＩＴmaxとなるように設定されているので、全ての他のセグメントは、アクティブ化されたときに、ＩＴmaxよりも大きい強度を有する。したがって、Ｓmin以外の全てのセグメントを減衰させて、ＩＴmaxに等しい画像強度を達成することができる。の例では、Ｃ＝ＩＴmaxである。ＩＴmaxの強度を達成するために必要とされる各セグメントの係数ｆnを計算するためには、ＩＴmaxを式（１）のＣに代入する：
ｆn＝（Ｉ（ＰＳn）−ＩＴmax）／Ｉ（ＰＳn）  （２）：式中、
ｆn＝セグメントの減衰係数Ｓn
Ｉ（ＰＳn）＝電力レベルＰ2でのセグメントｎの非減衰強度値、である。
【００５６】
補正した照明野は、ｐＳＬＭの各セグメントの各画素を調整することによって取得される：
ｇ（ｐ1Ｓ1）＝ｆ1；ｇ（ｐ2Ｓ1）＝ｆ1；…；ｇ（ｐjＳ1）＝ｆ1
ｇ（ｐ1Ｓ2）＝ｆ2；ｇ（ｐ2Ｓ2）＝ｆ2；…；ｇ（ｐjＳ2）＝ｆ2
ｇ（ｐ1Ｓn）＝ｆn；ｇ（ｐ2Ｓn）＝ｆn；…；ｇ（ｐjＳn）＝ｆn
【００５７】
セグメントの各画素への吸収値の割り当ては、ｇ（ＰＳn）＝ｆnで表され、式中、ＰＳnは、セグメントＳnに収容されている画素の各々である。各セグメントは、異なる数の画素を収容することができるが、ここでの例示のために、全てのセグメントは、等しい数の画素を有することに留意されたい。減衰が必要でない画素セグメント、すなわち、既に所望の目標強度Ｃで透過しているセグメントにおいて、ｇ（ｘ）は、１であり、よって、それらのセグメントの画素は、（ｐＳＬＭ自体の特性としての任意の固有の減衰結果以外に）いかなる減衰も伴わずに透過し、減衰が必要である画素セグメント、すなわち、所望の目標強度Ｃを超えて透過しているセグメントにおいて、ｇ（ｘ）は、０〜１未満に設定され、したがって、ある割合の強度のみを透過するように設定される。プロセッサ２８を用いて、電気入力を通して、所与のセグメントの画素でのｐＳＬＭの吸収度を操作する。
【００５８】
口径食の許容可能な改善が達成されるまで、（図４Ｃ〜４Ｅに従って）セグメント化ステップを繰り返して、減衰係数を決定し、適用することが必要であり得る。いくつかの形態において、許容可能な改善は、操作者の主観的な判定に基づいているが、いくつかの形態では、許容可能な改善は、「均一な画像」に関する上記の開示に従って、平均画素強度に基づいて均一な画像を提供することに基づいている。
【００５９】
係数ｆnを計算するのではなく、実験的にｇ（ＰＳ1）を決定することも可能である。上述のように、照明電力は、最低強度Ｓminを呈するセグメントの画像強度がＩＴmaxに等しくなるまで、Ｐ2まで増加される。セグメントＳ1の画素をアクティブ化し、一方で、ｐＳＬＭの全ての他の画素を非アクティブ化する。セグメントＳ1内の一組の画素の吸収係数ｇ（ＰＳ1）を段階的に増加させ、ＩＳ1＝ＩＴmaxの強度になるまで、各段階的増加時に画像を取り込む。例えば、ｇ（ＰＳ1）＝０で開始して、ｇ（ＰＳ１）を、ＩＳ1≧ＩＴmaxになるまで、０．１ずつ段階的に増加させることができる。ＩＳ1＞ＩＴmaxである場合は、ＩＳ1＝ＩＴmaxになるまで、ｇ（ＰＳ1）を０．０１（比較的小さい増分）だけ段階的に減少させる。この手順は、次いで、ｎ個全てのセグメントを評価し、全てのセグメントの強度がＩＳn＝ＩＴmaxになるまで、セグメントＳnごとに繰り返す。
【００６０】
平坦な照明野を取得するための、この形態の別の方法は、元々の照明電力レベルＰ1を保ち、ｐＳＬＭのセグメントが等しくなるようにプログラムすることである。この方法では、全てのセグメントを、最小強度ＩＳminを有するセグメントに減衰させることを必要とする。この例では、次いで、全てのセグメントが≧ＩＳminの強度を有する。この形態において、平坦な照明野は、減衰係数ｆnを各セグメントの各画素に適用することによって取得され、よって、適用されたときに、結果として生じる画像は、電力レベルＰ1において一定の値、Ｃ＝ＩＳminである。
【００６１】
Ｐ1でのｆnを決定するためには、最初に、全てのｐＳＬＭセグメントを非アクティブ化する。第１のセグメントＳ1をアクティブ化し、画像を取り込む。全ての強度がＩＳmin以上であることが分かる。したがって、Ｓminにあるセグメント以外の全てのセグメントを減衰させて、ＩＳminに等しい画像強度を達成することができる。式（１）に従ってＣ＝ＩＳminの強度を達成するために必要とされる各セグメントの係数は、以下の通りである：
ｆn＝（Ｉ（ＰＳn）−ＩＳmin）／Ｉ（ＰＳn）  （３）
【００６２】
上述のように、セグメントの各画素に対する吸収値は、ｇ（ＰＳn）＝ｆnで表され、式中、ＰＳnは、セグメントＳn内に収容されている画素の各々である。
【００６３】
上述のように、係数ｆnはまた、実験的に決定することもできる。
【００６４】
本発明の別の形態は、特に、図４Ａのような半径方向の口径食を呈する口径食を修正する。図５Ａは、中心セクション（Ａ1）および離散環状部（Ａ2〜Ａn）を有するこの口径食を示す。中心セクションおよび環状セクションは、集合的に、環状セクションＡ1〜Ａnの一部と称されるが、中心セクションは、環状でない。中心セクションＡ1は、画素で測定することができる半径を有する。いくつかの形態において、中心セクションの半径は、２画素以上であり、他の形態では５画素以上であり、他の形態では１０画素以上であり、他の形態では２５画素以上であり、他の形態では５０画素以上である。各環は、画素で測定することができる内径ｒｉおよび外径ｒｏを有する。環の幅ｗは、（ｒｏ−ｒｉ）である。いくつかの形態において、環の数は、２つ以上である、他の形態では５個以上、他の形態では１０個以上、他の形態では２５個以上、および他の形態では５０個以上である。いくつかの形態において、環の幅ｗは、２画素以上であり、他の形態では５画素以上であり、他の形態では１０画素以上であり、他の形態では２５画素以上であり、他の形態では５０画素以上であり得る。最適には、環の数は、ｐＳＬＭ内の画素ｋの数および環の幅ｗの関数とみなすことができる。例えば、ｐＳＬＭがｋ個の画素を有し、１０個の環が選択された場合、各環は、ｋ／１０の幅である。正確な環の数および環の幅は、本発明の一般的概念に影響を及ぼさない。また、各環の幅が異なり得ること−例えば、環Ａ２がＡ３よりも大きい幅を有すること−があり得るが、この例示のために、ｗは、全ての環について同じであることにも留意されたい。先の形態のように、係数ｆnは、記載されているものを含む、数々の方法で測定することができる。図５Ａ〜５Ｆにおいて、本方法を視覚的に認識するのを補助するために完全な円が示されているが、透過した光が、光を透過している画素に従って画素化されることが認識されるであろう。
【００６５】
上述の方法は、包括的に、０〜１の連続可変の吸収値ｇ（ｘ）を有するｐＳＬＭｓを使用することに留意されたい。いくつかのｐＳＬＭｓは、ｇ（ｘ）＝０またはｇ（ｘ）＝１であるように二進数であることに留意された。これらの事例において、セグメントの画素は、セグメントの画素密度が吸収係数ｆに等しく設定されるように、ｇ（ｘ）＝０またはｇ（ｘ）＝１に選択的に設定される。セグメントの画素密度は、次式の通りである。
Ｄn＝Ｋn／Ｒn  （４）：式中、
Ｄn＝ｎ番目のｐＳＬＭセグメントの画素密度
Ｋn＝ｎ番目のｐＳＬＭセグメントのアクティブ化された画素（すなわち、ｇ（ｘ）＝１）の数
Ｒn＝ｎ番目のｐＳＬＭセグメントの総画素数、である。
上で決定したように、Ｄn＝ｆnであることに留意されたい。いくつかの形態において、アクティブ化された画素は、好ましくはセグメントを通して等しく分配されたパターンを形成する。
【００６６】
これらの記載されている形態は、本発明の応用例を例示するが、それらの方法は、限定するものとみなされるべきではない。セグメントは、任意のサイズまたは形状とすることができ、他の数学的、統計的、および実験的な手段を使用して、平坦な照明野の所望の効果を達成することができる。
【００６７】
上述したものに照らして、本発明は、構造的および機能的にいくつかの方法で改善される、顕微鏡撮像の口径食を低減するための装置および方法を提供することによって、当該技術を大きく進歩させることを理解されたい。本発明の特定の形態を本明細書で詳細に開示したが、本明細書の本発明に対する変形例が当業者によって容易に認識されるので、本発明は、当該形態に、または当該形態によって限定されるものではないことを理解されたい。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から認識されるものとする。
用語：
ｄ  画像センサの画素数
ｙi  画像センサのｉ番目の画素
ｋ  ｐＳＬＭ内の画素数
ｘi  ｐＳＬＭアレイの中でｉ番目の画素、１≦ｉ≦ｋ
Ｉ  ｐＳＬＭまたは画像センサの画素、セグメント、または全アレイの強度
Ｌ（ｘi）  ｐＳＬＭアレイのｉ番目の画素に進入する前の光度
ｇ（ｘi）  ｐＳＬＭアレイのｉ番目の画素の減衰値、ｇ（ｘi）は実数であり、よって、０≦ｇ（ｘ）≦１である
ｔ（ｘi）  ｐＳＬＭアレイのｉ番目の画素を通して透過される光度
ｎ  ｐＳＬＭの離散セグメントの数
Ｓn  ｐＳＬＭのｎ番目のセグメント、１＜ｎ＜ｐＳＬＭ内の画素数
ｐjＳn  セグメントＳｎのj番目の画素
ＰＳn  セグメントＳnを形成する一組の画素
Ｉ（ＰＳn）  ｐＳＬＭのｎ番目のセグメントを形成する画素の平均強度、強度は、ｐＳＬＭの減衰前に画像センサで測定される
ｇ（ＰＳn）  ｐＳＬＭのセグメントＳn内に収容されている画素の各々に適用される吸収値
Ｐ  照明源の電力レベル
Ｃ  平坦な照明野を表す、取り込まれた画像の目標強度値
ｆn  ｎ番目のセグメント内の画素の吸収値、よって、ｆn×ＩＰＳn＝Ｃ
Ｔ  画像センサによって取り込まれた画像
ＩＴmax  画像Ｔの最大強度
Ｓmin  最低強度を呈するｐＳＬＭセグメント
ＩＳmin  セグメントＳminの最小強度、
ｇ（ＰＳn）は、ｎ番目のｐＳＬＭセグメントの減衰値である
Ａn  ｐＳＬＭのｎ番目の環状セグメント
Ｄn  ｎ番目のｐＳＬＭセグメントの画素密度
Ｋn  ｎ番目のｐＳＬＭセグメントのアクティブ化された画素の数
Ｒn  ｎ番目のｐＳＬＭセグメントの総画素数
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図４Ｃ−４Ｄ】
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【図４Ｅ−４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【国際調査報告】
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