JP2018534610A - ライン走査イメージングにおけるリアルタイム合焦 - Google Patents

Abstract

顕微鏡スライド上の試料のデジタル画像を取得するためのシステム。実施形態では、システムは、試料を支持するように構成されたステージ、ステージに直交である単一光軸を有する対物レンズ、撮像センサ、および合焦センサを備える。システムは、さらに対物レンズに光学的に結合され、対物レンズの光軸に対応する視野を受け入れ、視野の少なくとも１つの第１の部分を撮像センサに、および視野の少なくとも１つの第２の部分を合焦センサに同時に提供するように構成された少なくとも１つの第１のビームスプリッタを備える。合焦センサは複数の異なる焦点距離で画像（複数可）を同時に取得してよい、および／またはそれぞれが複数の異なる焦点距離で取得されたピクセルを含む、１対の鏡像化された画像を同時に取得してよい。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年９月２４日に出願され、「Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｉｎ Ｌｉｎｅ Ｓｃａｎ Ｉｍａｇｉｎｇ」と題する米国仮特許出願第６２／２３２，２２９号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

本願は、２０１４年１０月３１日に出願された米国特許出願第１４／３９８，４４３号に関連し、該特許出願は、２０１３年３月１３日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３１０４５号、および２０１２年５月２日に出願された米国仮特許出願第６１／６４１，７８８号の優先権を主張し、これらすべての全体が参照により本明細書に援用される。

発明の分野
本発明は概してデジタル病理学に関し、より具体的には、ライン走査イメージングでリアルタイム合焦を実行するための独立した多重線形センサ装置に関する。

顕微鏡撮像システムにおける大部分の自動焦点方法は、２つのカテゴリ、つまりスライド位置を検知するためのレーザーベースの干渉計、および画像内容分析に分けることができる。レーザーベースの干渉計方法では、スライド表面からのレザービームの反射を測定することはスライド位置またはカバースリップ位置の全体のフォーカス情報だけしか提供できない。それは高さが大きく変動する組織試料に対して合焦精度に欠ける。さらに、画像内容分析方法は異なる焦点深度での複数の画像取得を必要とし、最良の焦点を決定するために画像を比較するためのアルゴリズムを使用する。しかしながら、異なる焦点深度で複数の画像を取得することは、合焦と撮像との間に時間遅延を生じさせることがある。したがって、必要とされるのは、上述の従来の方法に見られるこれらの重大な問題を克服するシステムおよび方法である。

実施形態では、試料のデジタル画像を取得するために試料を走査するためのシステムが開示される。システムは、試料を支持するように構成されたステージと、ステージに直交する単一の光軸を有する対物レンズと、撮像センサと、合焦センサと、対物レンズに光学的に結合され、対物レンズの光軸に対応する視野を受け入れ、視野の少なくとも１つの第１の部分を撮像センサに、および視野の少なくとも１つの第２の部分を合焦センサに同時に提供するように構成された少なくとも１つの第１のビームスプリッタとを備えてよい。

合焦センサは光路に沿った視野の第２の部分を受け入れてよく、合焦センサは光路に対して斜めに傾けられ、これにより視野の第２の部分は異なる焦点距離を表すピクセルを含む画像として合焦センサによって取得される。さらに、合焦センサは複数の領域を含んでよく、合焦センサの各領域は別個の光路に沿った視野の第２の部分を受け入れ、合焦センサは別個の光路のそれぞれに対して斜めに傾けられ、それによって視野の第２の部分は、合焦センサの他の領域におけるものとは異なる焦点距離で合焦センサの各領域によって取得される。

代わりに、合焦センサは複数の領域を含んでよく、合焦センサの各領域は別個の光路に沿った視野の第２の部分を受け入れ、合焦センサは別個の光路のそれぞれに対して直交し、別個の光路のそれぞれは異なる焦点距離を有し、これにより視野の第２の部分は、合焦センサの他の領域におけるものとは異なる焦点距離で合焦センサの各領域によって取得される。

代わりに、合焦センサは第１の部分および第２の部分を含んでよく、合焦センサの第１の部分は、第１の光路に沿った視野の第２の部分を受け入れ、第１の光路に対して第１の角度で傾けられ、合焦センサの第２の部分は、第１の光路とは別個である第２の光路に沿った視野の第２の部分を受け入れ、第２の光路に対して、第１の角度と逆である第２の角度で傾けられる。

代わりに、合焦センサは第１の領域および第２の領域を含んでよく、第１の領域は第１の光路に沿った視野の第２の部分を受け入れ、第２の領域は第２の光路に沿った視野の鏡像化された第２の部分を受け入れ、合焦センサは第１の光路および第２の光路のそれぞれに対して斜めに傾けられる。

代わりに、傾斜センサを非傾斜センサで置換し、ウェッジプリズムを非傾斜センサの前に設置することができる。傾斜角は負の値、ゼロ値、または正の値であり得る。

代わりに、合焦センサはセンサの部分であってよく、ウェッジ光学系をその前に有してセンサ軸に沿ったセンサのこの合焦部分を範囲とする焦点変動を生じさせる。一方、センサの他の部分は撮像センサとして機能する。

さらに、システムは、走査される試料のそれぞれの部分について合焦センサから試料の部分の合焦画像を取得し、合焦センサの複数の位置のそれぞれについて合焦センサのその位置に対応する合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、コントラスト測度のピークを決定し、合焦センサ上の１つの同焦点の点でコントラスト測度にピークを与える対物レンズの位置を決定するように構成されるプロセッサを含んでよい。

別の実施形態では、自動リアルタイム合焦のための方法が開示される。方法は、走査される試料のそれぞれの部分について、試料の部分が撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または検知された後に、合焦センサから試料の部分の合焦画像の一部分を取得するためにスライドスキャナでプロセッサを使用することを含んでよく、合焦センサによって検知される視野の一部分は、撮像センサによって検知される視野の一部分から偏位され、これにより走査方向では、合焦センサは視野の一部分を、撮像センサが視野のその同じ部分を検知する前に、検知するのと同時に、または検知した後に検知し、合焦センサ上の１つの点は撮像センサと同一焦点であり、合焦センサに複数の位置のそれぞれについて、合焦センサのその位置に対応する合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、コントラスト測度のピークを決定し、合焦センサでの同一焦点の点でコントラスト測度にピークを与える対物レンズの位置を決定し、決定された位置に対物レンズを移動し、対物レンズが決定された位置にある間に撮像センサから試料の部分の画像を取得するためにスライドスキャナのプロセッサを使用することを含んでよい。

別の実施形態では、命令が記憶されている非一時的のコンピュータ可読媒体が開示される。プロセッサによる実行時、命令は、プロセッサに、走査される試料のそれぞれの部分について、試料の部分が撮像センサによって取得される前に、取得されるのと同時に、または取得された後に、合焦センサから試料の部分の合焦画像を取得させ、合焦センサによって検知される視野の一部分は、撮像センサによって検知される視野の一部分から偏位され、これにより走査方向で、合焦センサは視野の一部分を、撮像センサが視野のその同じ部分を検知する前に、検知するのと同時に、または検知した後に検知し、上の１つのポイントは撮像センサと同一焦点であり、合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、合焦センサのその位置に対応する合焦画像の領域のコントラスト測度を計算させ、コントラスト測度のピークを決定させ、合焦センサ上の同焦点の点でコントラスト測度のピークを与える対物レンズの位置を決定させ、対物レンズを決定された位置に移動させ、対物レンズが決定された位置にある間に撮像センサから試料の部分の画像を取得させる。

別の実施態様では、合焦画像からのコントラスト測度とメイン画像からのコントラスト測度の関係（例えば、差異または割合）が定義され、この関係のピークが決定され、それによって同焦点の点に対する対物レンズの位置を決定する。

開示される実施形態の他の特長および利点は、以下の発明を実施するための形態および添付の図面から当業者に容易に明らかになるであろう。

実施形態の構造および動作は、以下の発明を実施するための形態および添付図面を検討することから理解されるであろう。図面では類似の参照番号は類似する部分を指す。

一実施形態に係る、走査システムの側面構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る、照明の半径および円形の光学視野に関して合焦センサおよび撮像センサの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る撮像センサの上面構成例を示すブロック図である。 本発明による傾斜合焦センサの上面構成例を示すブロック図である。 実施形態に従って、センサの半分が通常の画像を生じさせるために使用され、他の半分が、画像全体で多様な焦点深度を有する画像を生じさせるために使用されるセンサの例を示すブロック図である。 一実施形態に従って、傾斜合焦センサの上面構成例を示すブロック図である。 実施形態に従って、合焦センサと撮像センサとの間の相互動作の例を示す時間チャート図である。 実施形態に従って、集束光学系を有する傾斜合焦センサの例を示すブロック図である。 実施形態に従って、集束光学系を有する傾斜していない合焦センサの例を示すブロック図である。 実施形態に従って、集束光学系を有する傾斜していない合焦センサの例を示すブロック図である。 実施形態に従って、集束光学系を有する傾斜していない合焦センサの例を示すブロック図である。 実施形態に従って、ピーク発見アルゴリズムからの例の結果を示す図である。 実施形態に従って、傾斜合焦センサと撮像センサの焦点関係を示す図である。 実施形態に従って、傾斜合焦センサおよび撮像センサのコントラスト関数の関係を示す図である。 実施形態に従って、傾斜合焦センサおよび撮像センサのコントラスト関数の関係を示す図である。 実施形態に従って、傾斜合焦センサおよび撮像センサのコントラスト関数の関係を示す図である。 実施形態に従って、２つの傾斜ラインセンサを備える傾斜合焦センサの例を示す図である。 一実施形態に従って、逆転された画像を取得するための集束光学系を有する傾斜合焦センサの例を示すブロック図である。 一実施形態に従って、逆転された画像を取得するための集束光学系を有する傾斜合焦センサの例を示すブロック図である。 実施形態に従って、合焦センサによって取得される２つの画像の焦点距離の指向性を示す図である。 実施形態に従って、合焦センサによって取得される２つの逆転画像のコントラスト関数を示す図である。 実施形態に係るリアルタイム合焦プロセスの流れ図である。 実施形態に従って、顕微鏡スライドスキャナの例を示すブロック図である。 一実施形態に係る代替の顕微鏡スライドスキャナの例を示すブロック図である。 実施形態に係る線形センサアレイの例を示すブロック図である。 本明細書に説明される多様な実施形態に関連して使用され得る、例の有線または無線の、プロセッサによって有効にされた装置を示すブロック図である。

ある特定の実施形態は、画像内容分析に基づいており、正確なリアルタイムオートフォーカスのために線映像法および線焦点法を利用する。一実施形態では、ライン走査の帰線プロセスの間にフルストライプ合焦（ｆｕｌｌ ｓｔｒｉｐｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）が実行される。代替の実施形態では、合焦は画像走査中に実行される。両方の実施形態とも画像走査における時間遅延を排除し、それによってデジタル画像走査プロセス全体を加速する。さらに、ある特定の実施形態は複数の線形検出器または他の構成要素を使用し、ライン走査イメージングでリアルタイム（つまり、瞬時のまたはほぼ瞬時の）合焦を提供する。この説明を読んだ後、多様な代替の実施形態をどのようにして実施し、それらの実施形態を代替用途においてどのようにして使用するのかが当業者には明らかになる。しかし、本明細書では多様な実施形態が記載されるが、これらの実施形態は制限ではなくほんの一例として提示されることが理解される。したがって、多様な実施形態の本発明を実施するための形態は、添付の特許請求の範囲に記載された本願の範囲または広がりを制限するものと解釈されるべきではない。

実施形態では、試料（例えば、ガラス顕微鏡スライド上に準備された組織試料）のために１つ以上の焦点が決定される。例えば、マクロ焦点または複数の焦点が試料のために決定されてよい。具体的には、試料上の１つ以上の位置が決定されてよい。これらの位置のそれぞれについて、試料は（例えば、電動式ステージによって）Ｘ軸およびＹ軸に沿って移動され、これにより試料上のその位置は対物レンズの下に位置する。代替の実施形態では、対物レンズはＸ軸およびＹ軸に沿って移動されてよい、または対物レンズと試料の両方ともＸ軸およびＹ軸に沿って移動されてよく、これにより対物レンズは試料の各位置の上方に位置する。いずれの場合でも、位置ごとに、その位置での試料の領域の画像は、対物レンズが複数の焦点高さを通して、Ｚ軸に沿って（つまり、Ｘ軸とＹ軸の両方に直交して）移動されるにつれ、試料がＸ軸およびＹ軸で静止している間に、対物レンズと光学的に結合された合焦センサを介して複数の焦点高さで取得されてよい。ソフトウェアが、位置の複数の焦点高さで取得される画像に基づいて、位置ごとに最良の焦点高さを計算するために使用されてよい。リアルタイム合焦機構は次いで、試料全体を走査している間に、フィードバックループを介して、対応する位置での計算された最良の焦点高さで対物レンズを制約してよい。用語「焦点高さ」または「Ｚ高さ」は試料に対する対物レンズの距離を説明するために通して使用されてよいが、この用語が、開示されている実施形態を試料上方に配置された対物レンズに制限するのではなく、代わりに、互いに対するその向きとは関係なく対物レンズと試料の平面との間の距離を表す任意の距離を包括することを理解されたい。

図１は、一実施形態に係る走査システム１１の側面構成例を示すブロック図である。示されている実施形態では、走査システム１１は、電動式ステージ（図示せず）上に設置され、照明システム（図示せず）によって照明されて、走査方向６５に移動される試料１２０（例えば、ガラス顕微鏡スライド上で準備された組織試料）を含む。対物レンズ１３０は、試料１２０で訓練される光学視野（ＦＯＶ）２５０を有し、スライド上の標本を通過し、スライド上の標本に反射し、スライド上の標本から発光する、またはそれ以外の場合対物レンズ１３０を通過する照明システムからの光に光路を与える。

図１は、空間内の撮像センサ２０と合焦センサ３０との間の相対位置を示す。光は対物レンズ１３０を通ってビームスプリッタ１４０まで光路上を移動し、該ビームスプリッタは光の一部がレンズ１６０を通過し、撮像センサ２０まで到達することを可能にする。図１に示されるように、光はレンズ１６０と撮像センサ２０の間で（例えば９０°で）ミラー１５０によって曲げられてよい。撮像センサ２０は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）またはライン相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）素子であってよい。

さらに、光の一部はビームスプリッタ１４０からレンズ１６５を通って合焦センサ３０に移動する。図１に示されるように、この光は対物レンズ１３０とレンズ１６５との間で（例えば、９０°で）ビームスプリッタ１４０によって曲げられてよい。また、合焦センサ３０は、例えばライン電荷結合素子（ＣＣＤ）またはラインＣＭＯＳ素子であってもよい。

実施形態では、撮像センサ２０まで移動する光、および合焦センサ３０まで移動する光は、それぞれ対物レンズ１３０からの完全な光学視野２５０を表す。システムの構成に基づいて、試料１２０の走査方向６５は、論理走査方向６０が、対物レンズ１３０の光学視野２５０にそれぞれの合焦センサ３０および撮像センサ２０を通過させるように、撮像センサ２０および合焦センサ３０に対して論理的に配向される。

図２は、実施形態に従って、円形照明半径２４０を有する光学視野２５０に関する合焦センサ３０および撮像センサ２０の構成例を示すブロック図である。示されている実施形態では、合焦センサ３０の配置は、撮像センサ２０および論理走査方向６０に対して示されている。この場合、走査方向６０は、ステージまたは標本（例えば、組織試料）が空間内でセンサ３０およびセンサ２０に対して移動している方向を指す。示されているように、撮像センサ２０は対物レンズ１３０の光学視野２５０の中心に置かれる。一方、合焦センサ３０は対物レンズ１３０の光学視野２５０の中心から偏位される。合焦センサ３０が対物レンズ１３０の光学視野２５０の中心から偏位される方向は、論理走査方向６０の反対である。この設置は撮像センサ２０の前方で合焦センサ３０を論理的に配向し、これによりスライド上の標本が走査されるにつれ、合焦センサ３０は、撮像センサ２０がその同じ画像データを検知する前に、検知するのと同時に、または検知した後に画像データを検知する。したがって、試料１２０の所与の部分（例えば、線）は最初に合焦センサ３０に到達し、その後２番目に撮像センサ２０に到達する。

撮像センサ２０および合焦センサ３０が、例えばビームスプリッタを使用し、同じ平面上に投影されるとき、合焦センサ３０は、論理走査方向６０の観点から一次撮像センサ２０の前方の場所で光学視野２５０の、半径Ｒを有する照明円の中にある。したがって、組織試料の断面のビューが合焦センサ３０を通過するとき、焦点データが取り込まれ得、対物レンズ１３０の焦点高さが、組織試料の同じ断面のビューが撮像センサ２０を通過する時点の前に、通過する時点と同時に、または通過する時点の後に、１つ以上の所定のアルゴリズムに基づいて計算できる。焦点データおよび対物レンズ１３０の計算された焦点高さは、組織試料の同じ断面図が対物レンズ１３０を介して撮像センサ２０によって検知される前に、（例えばコントローラによって）試料１２０からの対物レンズ１３０の高さを制御するために使用できる。このようにして、撮像センサ２０は、対物レンズ１３０が計算された焦点高さにある間に組織試料の断面のビューを検知する。

円形の照明半径２４０は、好ましくは合焦センサ３０と撮像センサ２０の両方を範囲とする光学視野２５０を照明する。半径２４０は、試料１２０の視野および焦点光路Ｍ_合焦の光学倍率の関数である。関数は、以下のように表現することができる。
２Ｒ＝ＦＯＶ×Ｍ_合焦

例えば、Ｍ_合焦＝２０およびＦＯＶ＝１．２５ｍｍ（例えば、Ｌｅｉｃａ ＰｌａｎＡｐｏ ２０ｘ対物レンズ）の場合、Ｒ＝１２．５ｍｍである。撮像センサ２０は、最良の画像品質のために光学視野２５０の中央に投影される。一方、合焦センサ３０は撮像センサ２０から距離ｈだけ、光学視野２５０の中心に対して偏位される。合焦センサ３０の距離ｈ、半径Ｒ、および長さＬには以下の関係がある。

ｈ≦平方根（Ｒ^２−（Ｌ／２）^２）
例えば、センサ長＝２０．４８ｍｍおよびＲ＝１２．５ｍｍの場合、ｈ≦７．２ｍｍである。ｈ＞０のとき、試料１２０の任意の所与の領域は、最初に合焦センサ３０によって、２番目に撮像センサ２０によって検知されるのに対して、ｈ＜０であるとき、試料１２０の所与の領域は、最初に撮像センサ２０によって、２番目に合焦センサ３０によって検知されることを理解されたい。ｈ＝０である場合、ステージがスライド走査方向６５に沿って移動する際、試料１２０の所与の領域は撮像センサ２０および合焦センサ３０によって同時に検知される。実施形態では、試料１２０の同じ領域の複数の線画像の平均がその領域の線画像として使用されてよい。

複数のカメララインを取り込むため、焦点高さ計算のため、および対物レンズ１３０を正しい焦点高さに移動するための合焦センサ３０の利用可能時間ｔは、合焦センサ３０と撮像センサ２０との間の距離ｈ、倍率Ｍ_合焦、および走査速度ｖの関数である。
ｖ×ｔ＝ｈ／Ｍ_合焦

例えば、４．６ｍｍ／秒の走査速度の場合、利用可能な最大時間は、Ｍ_合焦＝２０およびｈ＝７．２２ｍｍの場合、約７８．３ミリ秒である。焦点計算に利用可能な、合焦センサ３０によって取り込まれるカメララインの最大数は以下のとおりである。
Ｎ＝ｔ×κ、ただしκは合焦センサ３０のライン速度である。

例えば、１８．７ｋＨｚのカメラライン速度の場合、Ｎ_最大＝１，４６４ラインであり、対物レンズ１３０は同じ高さに留まる。それ以外の場合、対物レンズ１３０が次の焦点高さに移動できるようにするためにＮ＜Ｎ_最大である。

高レベルでは、試料１２０（例えば、組織試料）はＸ方向で対物レンズ１３０の下を通過する。試料１２０の一部分が照明されて、試料１２０の一部分のＺ方向での（つまり、試料１２０のＸ−Ｙ平面に垂直に）照明されている光学視野２５０を生じさせる。照明されている光学視野２５０は、例えばビームスプリッタ１４０を使用し、合焦センサ３０と撮像センサ２０の両方に光学的に結合される対物レンズ１３０を通過する。合焦センサ３０および撮像センサ２０は配置され、合焦センサ３０は、撮像センサ２０が同じ領域またはラインを受け入れる前に、受け入れるのと同時に、または受け入れた後に光学視野２５０の領域またはラインを受け入れるようになる。言い換えると、合焦センサ３０が画像データの第１のラインを受け入れている際、撮像センサ２０は同時に、前に合焦センサ３０によって受け入れられ、画像データの第１のラインから試料上距離ｈ／Ｍ_合焦である画像データの第２のラインを受け入れている。合焦センサ３０が画像データの第１のラインを受け入れた後に撮像センサ２０が画像データの第１のラインを受け入れるには期間Δｔを要し、Δｔは試料１２０が論理走査方向６０で距離ｈ／Ｍ_合焦だけ移動するのに要する時間を表す。

期間Δｔの間、走査システム１０のプロセッサは画像データの第１のラインのＺ方向で最適焦点高さを計算し、撮像センサ２０が画像データの第１のラインを受け入れる前、受け入れたとき、または受け入れた後に対物レンズ１３０を計算された最適焦点距離に調整する。

実施形態では、合焦センサ３０は撮像センサ２０とは別個であり、光学撮像経路に垂直な方向に対して角度θで傾けられる。したがって、画像データのラインごとに、合焦センサ３０は複数のＺ高さ値で画像データのピクセルを同時に受け入れる。プロセッサは、次いで画像データのラインの中で最良の焦点を有する（例えば、画像データのラインの中の他のピクセルに対して最高のコントラストを有する）ピクセル（複数可）を決定してよい。最適Ｚ高さ値が決定された後、プロセッサまたは他のコントローラは、撮像センサ２０が画像データの同じラインを受け入れる前に、受け入れるのと同時に、または受け入れた後に、対物レンズ１３０をＺ方向で決定された最適Ｚ高さ値に移動してよい。

上述のように、合焦センサ３０は、対物レンズ１３０からの光が複数のＺ高さ値で合焦センサ３０によって検知されるように光学視野内で傾けられてよい。図３Ａは、一実施形態に係る、撮像光路２１０に関する撮像センサ２０の上面構成例を示すブロック図である。図３Ｂは、一実施形態に係る、合焦光路２００に関する、傾けられた合焦センサ３０の例の上面構成を示すブロック図である。図３Ｂで分かるように、合焦センサ３０は、合焦光路２００に垂直な方向に関して角度θで傾けられている。図３Ｃは、センサの半分がメイン画像を取得するために使用され、センサの他の半分が合焦画像を取得するために使用されるセンサの例を示すブロック図である。

したがって、傾斜合焦センサ３０に投影され、傾斜合焦センサ３０により画像データのラインとして取得される画像は可変の鮮鋭さまたはコントラストを有する。画像データのこのラインは、傾斜合焦センサ３０の特定の領域またはピクセル場所でその最高の焦点（例えば、最大の鮮鋭さまたはコントラスト）を有する。傾斜合焦センサ３０の各領域またはピクセル場所は、対物レンズ１３０のＺ高さに直接的にマッピングされる、またはそれ以外の場合相互に関連付けられ、これにより対物レンズ１３０のＺ高さは傾斜合焦センサ３０の特定のピクセル場所から決定されてよい。したがって、いったん最高の焦点（例えば、最高のコントラスト）のピクセル場所が決定されると、最高の焦点を提供する対物レンズ１３０のＺ高さは、最高の焦点のそのピクセル場所にマッピングされる対物レンズ１３０のＺ高さを識別することによって決定されてよい。したがって、フィードバックループが構築されてよい。このフィードバックループによって、試料１２０の所与の領域について、対物レンズ１３０の位置は、撮像センサ２０が試料１２０の同じ領域を検知する前に、検知するときに、または検知した後にその領域の最高の焦点を有する傾斜合焦センサ３０上の位置につねに対応するように（例えば、対物レンズ１３０の高さを増加または減少させることによって）自動的に制御されてよく、これにより撮像センサ２０によって撮像されている試料１２０の領域はつねに利用可能な最高の焦点になる。

図４は、一実施形態に従って傾斜合焦センサ３０の例を示すブロック図である。示されている実施形態では、傾斜合焦センサ３０は組織試料（約２０μｍ）上の合焦範囲（ｚ）の中に複数のセンサピクセル２１８を含む。図４に示されるように、傾斜合焦センサ３０は、Ｚ方向の合焦範囲（ｚ）全体が、光学系によってＹ方向の傾斜合焦センサ３０のセンサピクセル２１８のアレイ全体に移送される場所に配置されてよい。各センサピクセル２１８の場所は、対物レンズ１３０のＺ高さに直接的に相互に関連付けられる、またはマッピングされる。図４に示されるように、投影合焦範囲（ｄ）を横切る各破線、ｐ_１， ｐ_２， …ｐ_ｉ…ｐ_ｎは異なる焦点値を表し、対物レンズ１３０の異なる焦点高さに対応する。試料の所与の領域の最高焦点を有するｐ_ｉは、試料１２０のその領域について対物レンズ１３０の最適焦点高さを決定するために走査システム１１によって使用できる。

傾斜合焦センサ３０の投影合焦範囲（ｄ）と試料１２０上の合焦範囲（ｚ）の関係は、ｄ＝ｚ×Ｍ_合焦 ^２で表され、Ｍ_合焦は合焦経路の光学倍数である。例えば、ｚ＝２０μｍおよびＭ_合焦＝２０の場合、ｄ＝８ｍｍである。

線形アレイセンサである傾斜合焦センサ３０によって投影合焦範囲（ｄ）全体を範囲とするために、傾斜角θはｓｉｎθ＝ｄ／Ｌという関係に従わなければならず、この式ではＬは合焦センサ３０の長さである。ｄ＝８ｍｍおよびＬ＝２０．４８ｍｍを使用すると、θ＝２３．０°である。θおよびＬは、傾斜合焦センサ３０が合焦範囲（ｚ）全体を範囲とする限り変化できる。

合焦解像度、つまりＺ軸に沿った焦点高さ動きΔｚの最小ステップはセンサピクセルサイズ、ｅ＝最小（ΔＬ）の関数である。上記の公式から、Δｚ＝ｅ×ｚ／Ｌが誘導される。例えば、ｅ＝１０μｍ、Ｌ＝２０．４８ｍｍ、およびｚ＝２０μｍである場合、Δｚ＝０．００９７μｍ＜１０ｎｍである。

実施形態では、傾斜合焦センサ３０によって試料１２０から取得される走査線（例えば、１次元画像データ）が分析される。性能指数（ＦＯＭ）（例えば、データのコントラスト）が定められてよい。センサアレイ上の最大ＦＯＭのピクセル２１８の（対物レンズ１３０の焦点高さ値に対応する）場所を見つけることができる。このようにして、最大ＦＯＭのピクセル２１８の場所に対応する対物レンズ１３０の焦点高さが、その走査線について決定できる。

ピクセルｉの傾斜合焦センサ３０上の場所Ｌ_ｉと対物レンズ１３０の焦点高さＺ_ｉの関係は、以下の通り表されてよい。つまり、Ｌ_ｉ ＝ Ｚ_ｉ×Ｍ_合焦 ^２／ｓｉｎθである。

焦点距離がＬ_１からＬ_２への平均によって決定される場合、上述の傾斜合焦センサ３０からのデータの分析に従って、対物レンズ１３０の焦点高さは、Ｚ_１からＺ_２に、Ｚ_２＝ Ｚ_１＋（Ｌ_２−Ｌ_１）×ｓｉｎθ／Ｍ_合焦 ^２に基づいて移動される必要がある。

合焦センサ３０および撮像センサ２０のＹ軸での視野（ＦＯＶ）は異なる場合があるが、両方のセンサの中心は好ましくはＹ軸に沿って互いに位置合わせされる。

図５は、実施形態に従って、走査中の合焦センサ３０と撮像センサ２０との間の例の相互動作を示すタイムチャート図である。具体的には、撮像センサ２０および合焦センサ３０を使用する走査のタイミングが示される。時間ｔ_０で、対物レンズ１３０の焦点高さは、合焦センサ３０の視野内にある組織切片Ｘ_１上のＺ_０にある。合焦センサ３０は、組織切片Ｘ_１に対応する合焦データを受け取る。焦点高さＺ_１は、合焦データを使用し、組織切片Ｘ_１の最適焦点高さであると判断され、一部の実施形態では合焦アルゴリズムと関連付けられる。最適焦点高さは次いで、例えば制御ループを使用し、対物レンズ１３０を高さＺ_１に移動するためにＺポジショナに送られる。時間ｔ_１で、組織切片Ｘ_１は、撮像センサ２０の視野の中に移動される。正しい焦点高さで、撮像センサ２０は組織切片Ｘ_１の最適に合焦した画像を検知する。同じ時間ｔ_１で、合焦センサ３０は組織切片Ｘ_２から合焦データを取り込み、合焦データは最適焦点高さＺ_２を決定するために使用される。該最適焦点高さは、次いで組織切片Ｘ_２が時間ｔ_２で撮像センサ２０の視野の中に移行するときにまたは移行した後にＺポジショナに送られる。係るプロセスは、組織試料全体が走査されるまで続行され得る。

一般的に、時間ｔ_ｎで、組織切片Ｘ_ｎ＋１が合焦センサ３０の視野内にあり、組織切片Ｘ_ｎは撮像センサ２０の視野内にあり、対物レンズ１３０はＺ_ｎの焦点高さにある。さらにｔ_ｎ＋１の前、時点、または後に、組織切片Ｘ_ｎ＋１の最適焦点高さが決定され、対物レンズ１３０の焦点高さがＺ_ｎ＋１に調整される。時間ｔ_０で、合焦センサ３０は組織切片Ｘ_１を検知し、組織切片Ｘ_１について焦点高さをＺ_１として決定する。時間ｔ_１で、組織切片Ｘ_１は撮像センサ２０の下で移動し、対物レンズ１３０は焦点高さＺ_１に移動する。一方、合焦センサ３０は組織切片Ｘ_２を検知し、組織切片Ｘ_２について焦点高さをＺ_２として決定する。時間ｔ_ｎで、組織切片Ｘ_ｎは撮像センサ２０の下で移動し、対物レンズ１３０は焦点高さＺ_ｎ に移動する。一方、合焦センサ３０は組織切片Ｘ_ｎ＋１を検知し、組織切片Ｘ_ｎ＋１について焦点高さをＺ_ｎ＋１として決定する。走査線が合焦センサ３０によって取得され、走査線の最適焦点高さが決定され、同じ走査線が撮像センサ２０によって取得される前に、取得されるのと同時に、または取得された後に決定される限り、Ｘ_ｎ−１およびＸ_ｎは必ずしも画像データの連続ラインまたは隣接ラインを表さない。言い換えると、合焦センサ３０および撮像センサ２０は、合焦センサ３０の視野と撮像センサ２０の視野との間に１つ以上の走査線が存在する、つまり、合焦センサ３０と撮像センサ２０との間のその距離ｈがデータの１つ以上の走査線を含むように配置されてよい。例えば、距離ｈが５本の走査線を含む場合、組織切片Ｘ_６は、組織切片Ｘ_１が撮像センサ２０の視野内にあるのと同時に、合焦センサ３０の視野内にあるだろう。この場合、対物レンズ１３０の焦点高さは、組織切片Ｘ_５が撮像センサ２０によって検知された後であるが、組織切片Ｘ_６が撮像センサ２０によって検知される前、検知されるのと同時に、または検知された後に計算された最適焦点高さに調整されるだろう。有利なことに、対物レンズ１３０の焦点高さは、組織試料の緩やかな勾配に近似するＸ_１とＸ_６との間の焦点高さに漸進的変化があるように組織切片Ｘ_１とＸ_６の間で円滑に制御されてよい。

図６は、一実施形態に従って、１つ以上のビームスプリッタおよび１つ以上のプリズムミラーを活用する傾斜合焦センサ３０を示す。ビームスプリッタ（複数可）およびミラー（複数可）は、傾斜合焦センサ３０上の同じ視野の複数の画像を作り出すために使用され、複数の画像のそれぞれは異なる焦点距離にあり、それによって合焦センサ３０が（対物レンズ１３０の異なる焦点高さに対応する）試料１２０の同じ領域の複数の画像を同時に検知できるようにする。合焦センサ３０は単一の大型のラインセンサであってよい、または（例えば、長手方向軸に沿った行に配置された）複数のラインセンサを含んでよい。

具体的には、図６は、（分けられたチャネルである必要はないが、別々の赤チャネル、青チャネル、および緑チャネルとして示される）光ビーム６０５を、それぞれが異なる焦点距離を有する複数の光路６１０Ａ〜６１０Ｃを通して単一の傾斜ラインセンサ３０の上に誘導するためにビームスプリッタ６２０Ａおよび６２０Ｂ、ならびにプリズムミラー６３０を活用する傾斜合焦センサ３０を示す。光ビーム６０５が対物レンズ１３０から視野を伝達することを理解されたい。示されるように、光路は、最高の焦点距離から最低の焦点距離への順に６１０Ａ、６１０Ｂ、および６１０Ｃである。しかしながら、各光路は、傾斜ラインセンサ３０の傾きのため、単一の焦点距離でよりむしろ一連の焦点距離で傾斜ラインセンサ３０に到達することを理解されたい。言い換えると、各光路で傾斜ラインセンサ３０によって取得される画像は、画像の第１の側から画像の第２の反対側に増加する焦点距離で取得されたピクセルを含む。示される例では、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０Ａに入射し、第１の焦点距離で傾斜合焦センサ３０の第１の領域に進む光路６１０Ａ、およびビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路に分割される。ビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路は、第２の焦点距離で傾斜合焦センサ３０の第２の領域に進む光路６１０Ｂ、および第３の距離で傾斜合焦センサ３０の第３の領域の上にミラー６３０から反射される光路６１０Ｃに分割される。第１の焦点距離、第２の焦点距離、および第３の焦点距離、ならびに第１の領域、第２の領域、および第３の領域のそれぞれは互いと異なる。このようにして、単一の傾斜合焦センサ３０は複数の異なる焦点距離（例えば、示されている例では３つ）で光ビーム６０５を同時に検知する。異なる焦点距離を有するより少ないまたはより多い光路６１０（例えば、それぞれが傾斜合焦センサ３０に関して異なる焦点距離を有する２つの光路または４つ以上の光路）を作り出すためにより少ないまたはより多いビームスプリッタ６２０および／またはミラー６３０が使用されてよいことを理解されたい。

図６に示される実施形態に関して、最良の焦点は上述と同じ方法で、決定され、対物レンズ１３０の高さに相互に関連付けられてよい。異なる焦点距離の複数の画像からの冗長な情報は、焦点結果により高い確実性を与え得る。

図７Ａおよび図７Ｂは、傾斜合焦センサの代替形態を示す。具体的には、図７Ａおよび図７Ｂは、いくつかの実施形態に従って、傾斜合焦センサと同じ結果を達成するために、１つ以上のビームスプリッタおよび１つ以上のプリズムミラーを活用する非傾斜合焦センサ３０を示す。ビームスプリッタ（複数可）およびミラー（複数可）は、合焦センサ３０上の同じ視野の複数の画像を作り出すために使用され、複数の画像のそれぞれは異なる焦点距離にあり、それによって合焦センサ３０が（対物レンズ１３０の異なる焦点高さに対応する）試料１２０の同じ領域の複数の画像を同時に検知できるようにする。合焦センサ３０は単一の大型のラインセンサであってよい、または長手方向軸に沿った行に配置された複数のラインセンサを含んでよい。

図７Ａは、（分けられたチャネルである必要はないが、別々の赤チャネル、青チャネル、および緑チャネルとして示される）光ビーム６０５を、それぞれが異なる焦点距離を有する複数の光路６１０Ａ〜６１０Ｃを通して単一のラインセンサ３０の上に誘導するためにビームスプリッタ６２０Ａおよび６２０Ｂ、ならびにプリズムミラー６３０Ａおよび６３０Ｂを活用する非傾斜合焦センサ３０を示す。光ビーム６０５が対物レンズ１３０から視野を伝達することを理解されたい。示されるように、光路は、最高の焦点距離から最低の焦点距離への順に６１０Ａ、６１０Ｂ、および６１０Ｃである。示される例では、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０Ａに入射し、ミラー６３０Ａからガラスブロック６４０Ａを通って第１の焦点距離で合焦センサ３０の上に反射される光路６１０Ｂ、およびビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路に分割される。ビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路は、第２の焦点距離で（例えば、合焦センサ３０の第１の領域に隣接する）合焦センサ３０の第２の領域の上に渡る光路６１０Ａ、およびミラー６３０Ｂからガラスブロック６４０Ｂを通って第３の焦点距離で（例えば、合焦センサ３０の第２の領域に隣接する）合焦センサ３０の第３の領域の上に反射される光路６１０Ｃに分割される。第１の焦点距離、第２の焦点距離、および第３の焦点距離、ならびに第１の領域、第２の領域、および第３の領域のそれぞれは互いと異なる。このようにして、合焦センサ３０は複数の異なる焦点距離（例えば、示されている例では３つ）で光ビーム６０５を同時に検知する。異なる焦点距離を有するより少ないまたはより多い光路６１０（例えば、それぞれが合焦センサ３０に関して異なる焦点距離を有する２つの光路または４つ以上の光路）を作り出すためにより少ないまたはより多いビームスプリッタ６２０、ミラー６３０、ガラスブロック６４０、および／または合焦センサ３０の領域が使用されてよいことを理解されたい。

図７Ｂは、（分けられたチャネルである必要はないが、別々の赤チャネル、青チャネル、および緑チャネルとして示される）光ビーム６０５を、それぞれが異なる焦点距離を有する複数の光路６１０Ａ〜６１０Ｃを通して複数のラインセンサ３０Ａ〜３０Ｃのそれぞれのラインセンサ上に誘導するためにビームスプリッタ６２０Ａおよび６２０Ｂ、ならびにプリズムミラー６３０Ａおよび６３０Ｂを活用する非傾斜合焦センサ３０を示す。示されるように、光路は、最高の焦点距離から最低の焦点距離への順に６１０Ａ、６１０Ｂ、および６１０Ｃである。示される例では、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０Ａに入射し、ミラー６３０Ａからガラスブロック６４０Ａを通って第１の焦点距離で合焦センサ３０の第１の領域の上に反射される光路６１０Ａ、およびビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路に分割される。ビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路は、第２の焦点距離で合焦センサ３０の第２の領域の上に渡る光路６１０Ａ、および第３の距離で合焦センサ３０の第３の領域の上にミラー６３０Ｂからおよびガラスブロック６４０Ｂを通して反射される光路６１０Ｃに分割される。合焦センサ３０の第１の焦点距離、第２の焦点距離、および第３の焦点距離、ならびに第１の領域、第２の領域、および第３の領域のそれぞれは互いと異なる。このようにして、合焦センサ３０は複数の異なるそれぞれの焦点距離（例えば、示されている例では３つ）で光ビーム６０５を同時に検知する。異なる焦点距離を有するより少ないまたはより多い光路６１０（例えば、それぞれが異なる傾斜合焦センサ３０に関して異なる焦点距離を有する２つの光路または４つ以上の光路）を作り出すためにより少ないまたはより多いビームスプリッタ６２０、ミラー６３０、ガラスブロック６４０、および／または合焦センサ３０の領域が使用されてよいことを理解されたい。

図６、図７Ａ、および図７Ｂに示される実施形態では、ビームスプリッタおよびミラーは、光路で撮像レンズの後ろに配置される。代わりに、鏡筒レンズがビームスプリット光学系の後ろに配置されてよい。この代替の実施形態では、同じ視野を有する個々の画像の場所は、焦点距離およびレンズの位置によって定められる。

図７Ｃは、実施形態に従って、ビームスプリット光学系が鏡筒レンズの前に配置される代替の非傾斜合焦センサ３０を示す。具体的には、非傾斜合焦センサ３０は、光ビーム６０５を、それぞれが異なる焦点距離を有する複数の光路６１０Ａ〜６１０Ｄを通して単一のラインセンサ３０の上に誘導するためにビームスプリッタ６２０Ａ、６２０Ｂ、および６２０Ｃ、ならびにプリズムミラー６３０を活用する。示されるように、光路は、最高の焦点距離から最低の焦点距離への順に６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ、および６１０Ｄである。示される例では、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０Ａに入射し、第１の焦点距離で合焦センサ３０の第１の領域の上にレンズ６５０Ａによって集束される光路６１０Ａ、およびビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路に分割される。ビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路は、第２の焦点距離で合焦センサ３０の第２の領域にレンズ６５０Ｂによって集束される光路６１０Ｂ、およびビームスプリッタ６２０Ｃに進む光路に分割される。ビームスプリッタ６２０Ｂに進む光路は、第３の焦点距離で合焦センサ３０の第３の領域の上にレンズ６５０Ｃによって集束される光路６１０Ｃ、およびミラー６３０から反射され、第４の焦点距離で傾斜合焦センサ３０の第４の領域の上にレンズ６５０Ｄによって集束される光路に分割される。第１の焦点距離、第２の焦点距離、第３の焦点距離、および第４の焦点距離ならびに第１の領域、第２の領域、第３の領域、および第４の領域のそれぞれは互いと異なる。このようにして、（例えば、単一のラインセンサまたは複数のラインセンサを備える）合焦センサ３０は、複数の異なる焦点距離（例えば、示されている例では４つ）で光ビーム６０５を同時に検知する。異なる焦点距離を有するより少ないまたはより多い光路６１０（例えば、それぞれが合焦センサ３０に関して異なる焦点距離を有する２つの光路または５つ以上の光路）を作り出すためにより少ないまたはより多いビームスプリッタ６２０、ミラー６３０、および／または合焦センサ３０の領域が使用されてよいことを理解されたい。

上述の実施形態では、試料１２０の所与の領域は複数の異なる焦点距離で合焦センサ３０の異なる領域によって同時に取得され、異なる焦点距離で複数の画像を生じさせる。次いで、アルゴリズムが、Ｚ軸に沿って対物レンズ１３０の焦点高さに相互に関連付けることができる最良の焦点距離を決定するためにこの複数の画像に適用できる。

（例えば、上述のような）光学系を位置合わせすることによって、合焦センサ３０の異なる領域によって取得される複数の画像は、フォーカスバッファから多様な焦点スポットに相互に関連またはマッピングできる。フォーカスバッファは焦点について、対物レンズ１３０がＺ軸に沿って移動する間（つまり、対物レンズ１３０の焦点高さが変化するにつれ）連続的に取得された画像データから計算されたコントラスト測度を含んでよい。例えば、複数の画像によって表される焦点高さごとのコントラストの測度（例えば、平均されたコントラスト）が、図８の点によって例に示されるように描画されてよい。最良の焦点（つまり、フォーカスバッファのコントラスト測度のピーク）は、図８の曲線によって例に示されるように、点に最も良く適合する曲線のピークを識別するために、ピーク発見アルゴリズム（例えば、適合、山登り）を使用することによって決定できる。曲線のピークは最良のコントラスト測度を表し、最良の焦点を提供する特定の焦点高さにマッピングする。

図９Ａは、実施形態に従って傾斜合焦センサ３０と撮像センサ２０の間の焦点関係を示す。具体的には、実施形態では、傾斜合焦センサ３０の点Ｐは撮像センサ２０と同焦点である。したがって、傾斜合焦センサ３０を使用し、試料１２０の領域を検知するとき、対物レンズ１３０の試料１２０からの適切な焦点高さは、最良の焦点を有するピクセル（複数可）を合焦センサ３０の点Ｐに位置決めする対物レンズ１３０の焦点高さとして決定されてよい。決定された焦点高さは、撮像センサ２０を使用し、同じ領域を検知するとき、対物レンズ１３０に対して使用されてよいものである。

図９Ｂ〜図９Ｄは、傾斜合焦センサ３０および撮像センサ２０の焦点関数を示す。焦点関数は、傾斜合焦センサ３０および撮像センサ２０によって検知される画像の中のコントラストの関数であってよい。例えば、Ｃ_Ｉは撮像センサ２０のコントラスト関数を表し、Ｃ_Ｔは傾斜合焦センサ３０のコントラスト関数を表す。このようにして、Ｃ_Ｉ（ｘ）は撮像センサ２０のアレイに沿った位置ｘでの画像ピクセルのコントラスト測度を返し、Ｃ_Ｔ（ｘ）は傾斜合焦センサ３０のアレイに沿った位置ｘでの画像ピクセルのコントラスト測度を返す。両方の例で、コントラスト測度はｘでのコントラスト値の二乗平均平方根であってよい。Ｃ_Ｄは、Ｃ_ＴとＣ_Ｉとの間の差異を表す（例えば、Ｃ_Ｔ−Ｃ_Ｉ）。したがって、Ｃ_Ｄ（ｘ）は、撮像センサ２０および傾斜合焦センサ３０のアレイに沿った位置ｘでのＣ_ＴとＣ_Ｉの間の差異を表す（例えば、Ｃ_Ｔ（ｘ）−Ｃ_Ｉ（ｘ））。Ｃ_Ｄ（ｘ）は、組織に依存する空間変動を削除する。２つの画像のコントラスト関数の比率は、組織に依存する空間変動（例えば、Ｃ_Ｔ（ｘ）／Ｃ_Ｉ（ｘ））を削除するために使用することもできる。さらに、閾値を、背景雑音からの影響を排除するために定義できる。

図９Ｂは、撮像センサ２０の位置の関数としてコントラスト測度を表すコントラスト関数Ｃ_Ｉ ^２を表す。同様に、図９Ｃは、傾斜合焦センサ３０の位置の関数としてコントラスト測度を表すコントラスト関数Ｃ_Ｔ ^２を表す。図９Ｄは、傾斜合焦センサ３０のコントラスト関数の、撮像センサ２０のコントラスト関数に対する比率を示す（つまり、Ｃ_Ｔ ^２／Ｃ_Ｉ ^２）。

傾斜合焦センサ３０および撮像センサ２０が両方とも試料１２０の同じ領域を検知するとき、最良の焦点は、Ｃ_ＴのＣ_Ｉに対する比率（例えば、Ｃ_Ｔ／Ｃ_Ｉ）が１．０である、両方のセンサ３０および２０の位置ｘとなる。傾斜合焦センサ３０の所定の点Ｐは、撮像センサ２０と同焦点である。この点Ｐは、システム較正の間に決定されてよい。

実施形態では、性能指数（ＦＯＭ）関数が、傾斜合焦センサ３０によって取得されるデータに基づいて試料１２０の領域の最良の焦点を決定するために使用されてよい。具体的には、Ｃ_Ｔ関数のピークが決定されてよい。このＣ_Ｔピークは、傾斜合焦センサ３０の位置ｘに対応し、対物レンズ１３０のＺ範囲内の焦点高さに相互に関連付けられる。したがって、Ｃ_Ｔピークが傾斜合焦センサ３０上の同焦点の点Ｐから離れている（つまり、Ｃ_Ｔ（Ｐ）がピーク値を表さない）とき、試料１２０に直交する軸（つまり、Ｚ軸）に沿ってリアルタイムで対物レンズ１３０を移動するためにコマンドが起動される。つまり、Ｃ_ＴのピークがＰにあるまで（つまり、Ｃ_Ｔ（Ｐ）がＣ_Ｔのピーク値になるまで）。言い換えると、焦点ぼけは傾斜合焦センサ３０上の同焦点の点Ｐから離れたＣ_Ｔのピーク値のシフトによって特徴付けられ、オートフォーカスは、Ｃ_Ｔのピーク値が傾斜合焦センサ３０上の同焦点の点ＰになるまでＺ軸に沿って対物レンズ１３０を移動するフィードバックループを介して達成できる。

実施形態では、撮像センサ２０によって取得される視野の画像が、合焦センサ３０（例えば、傾斜合焦センサ３０）によって取得される同じ視野の画像に、それらの比率、差異、または他の計算を使用して比較される。

実施形態では、合焦センサ３０は、画像のピクセルによって表される焦点距離に関して逆転される、同じ視野の２つの画像を取得するように設計された単一ラインセンサまたは二重ラインセンサを備えてよい。例えば、２つの画像の内の一方は、取り込まれた視野の第１の側（例えば、左側）で最低の焦点距離を表すピクセルを、および第１の側の反対である取り込まれた視野の第２の側（例えば、右側）で最高の焦点距離を表すピクセルを有し、一方２つの画像の第２の画像は取り込まれた視野の第１の側（例えば、左側）での最高の焦点距離を表すピクセルを、および取り込まれた視野の第２の側（例えば、右側）での最低の焦点距離を表すピクセルを有する。最高の焦点距離および最低の焦点距離が両方の画像にとって同じである場合、次いで各画像の中心のピクセルの線は２つの画像の間で同焦点となり、中心から各画像の取り込まれた視野の側面端縁（例えば左端縁および右端縁）に発するピクセルの対応する線も２つの画像の間で同焦点となるが、反対の方向となる。例えば、左および右を使用して、画像の端縁を任意に画定すると、すべての距離Ｄに対して、第１の画像で表される視野の中心から左端までの距離Ｄである第１の画像のピクセルの垂直線は、第２の画像の視野の中心から右端までの距離Ｄである第２の画像のピクセルの垂直線と同焦点となる。第１の画像と第２の画像との間で視野が反転または鏡像化される場合には、両方の画像とも、画像の同じ側であるが、画像によって表される視野の対向する側にその最高の焦点距離および最低の焦点距離を有することを理解されたい。

図１０は、実施形態に従って、２つの合焦センサ３０Ａおよび３０Ｂを使用し、逆転された焦点距離を有する２つの画像を形成するための光学系を示す。合焦センサ３０Ａの傾きは、論理Ｚ軸（つまり、焦点軸）の回りで合焦センサ３０Ｂの傾きに関して逆転される。光は対物レンズ１３０を通過後、光は（例えばビームスプリッタまたはプリズムミラーによって直角に）曲げられてよいので、図１０の論理Ｚ軸は必ずしも対物レンズ１３０の物理Ｚ軸と同じではないことを理解されたい。本実施形態では、光路６１０Ａおよび６１０Ｂは合焦センサ３０Ａおよび３０Ｂに同じ光学視野を提供するが、合焦センサ３０Ａおよび３０Ｂはその傾きに関して逆転されるので、２つの画像のピクセルの焦点距離は逆転される。これは、それぞれが異なる試料焦点高さを表すＺ_１、Ｚ_２、および_３とラベルが付けられる一連の３つの矢印によって示される。したがって、Ｚ_１ ^ａおよびＺ_１ ^ｂ はともに第１の焦点高さを表し、Ｚ_２ ^ａおよびＺ_２ ^ｂはともに第２の焦点高さを表し、Ｚ_３ ^ａおよびＺ_３ ^ｂはともに第３の焦点高さを表し、第１の焦点高さ、第２の焦点高さ、および第３の焦点高さのそれぞれは互いと異なる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、２つの異なる実施形態に従って、傾斜合焦センサ３０で２つの鏡像を形成するための光学部品を示す。示される実施形態では、１つ以上の光学部品が、傾斜合焦センサ３０の第１の領域に視野を、および傾斜合焦センサ３０の第２の領域に逆転された視野を形成するために使用されてよい。傾斜合焦センサ３０が、単一のラインセンサまたは複数の隣接するラインセンサであってよいことを理解されたい。

図１１Ａは、第１の実施形態に従って、傾斜合焦センサ３０に２つの鏡像を形成するための光学部品を示す。示されるように、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０に入射し、第１の画像が合焦センサ３０の第１の領域３０Ａから取得されるように、合焦センサ３０の第１の領域３０Ａの上にミラー６３０から反射される光路６１０Ａ、およびダブプリズム６６０を通過する光路６１０Ｂに分割される。ダブプリズム６６０は、合焦センサ３０の第２の領域３０Ｂにミラーイメージが形成され、これにより第２の画像が合焦センサ３０の第２の領域３０Ｂから取得されるように、光ビーム６０５を逆転する。言い換えると、光路６１０Ａは、視野を合焦センサ３０の第１の領域３０Ａに、および鏡像化された視野を合焦センサ３０の第２の領域３０Ｂに提供する。したがって、第２の画像は、論理Ｚ軸の回りの第１の画像の鏡像である。傾斜角（θ）は傾斜合焦センサ３０の第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂの両方で同じであるので、第１の画像および第２の画像に示される視野は、それらが取得された焦点距離の方向（例えば、最高から最低へ）に関して逆転される。

図１１Ｂは、第２の実施形態に従って、傾斜合焦センサ３０で２つの鏡像を形成するための光学部品を示す。示されるように、光ビーム６０５はビームスプリッタ６２０に入射し、ミラー６３０Ａ（例えば、平板）から傾斜合焦センサ３０の第１の領域３０Ａに反射される光路６１０Ａ、および光路６１０Ｂに分割される。光路６１０Ｂは、ミラー６３０Ｂの２つの表面からビームスプリッタ６２０に戻して反射され、該ビームスプリッタで光は傾斜合焦センサ３０の第２の領域３０Ｂに反射される。光路６１０Ｂを移動する光ビーム６０５は、それが、傾斜合焦センサ３０の第１の領域３０Ａの光路６１０Ａに形成された画像の鏡像である画像を、傾斜合焦センサ３０の第２の領域３０Ｂ上に生じさせるように逆転される。傾斜角（θ）は、傾斜合焦センサ３０の第１の領域３０Ａと第２の領域３０Ｂの両方で同じであるので、第１の画像および第２の画像に示される視野は、それらが取得される焦点距離の方向（例えば、最高から最低へ）に関して逆転される。

図１２Ａは、実施形態に従って、図１０、図１１Ａ、および図１１Ｂに示される実施形態で合焦センサ３０の領域３０Ａおよび３０Ｂによって取得される２つの画像の焦点距離の方向性を示す。差異、比率、または別の計算を使用するこれらの２つの画像の比較は、合焦センサ３０の最良の焦点を達成するＺ軸上の焦点高さに対物レンズ１３０を設置するために必要とされる移動の量および移動の方向を提供し得る。実施形態では、合焦センサ３０の領域（複数可）のそれぞれ（つまり、独自の別々の光路６１０に対応する各領域）の中心または同焦点の点は、互いに、ならびに撮像センサ２０と同焦点である。したがって、試料１２０の所与の領域の最良の焦点を決定することは、対物レンズ１３０の焦点高さを識別し、これにより合焦センサ３０によって取得される２つの画像の最良の焦点が、画像を取得した合焦センサ３０のそれぞれの領域の中心または同焦点の点にあることを含む。合焦センサ３０の領域の最良の焦点がこのようにして中心に置かれるまたは同焦点であるとき、両方の領域の中心または同焦点の点に対応する対物レンズ１３０の焦点高さは、（例えばシステム較正の間に決定された、合焦センサ３０の両方の領域の中心と、または同焦点の点と同焦点である）撮像センサ２０が試料１２０の所与の領域の最良の焦点にある焦点高さでもある。

図１２Ｂは、合焦センサ３０の領域３０Ａおよび３０Ｂによって取得される２つの逆転された画像の焦点関数を示す。鏡像化された画像が（例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂの領域３０Ｂによって）取得される実施形態では、鏡像化された画像は、２つの逆転された画像に関して実行される操作の前にソフトウェアまたは他の手段によって反転される。鏡像化された画像のこの反転の結果、２つの画像は内容に関して互いの鏡像ではなくなる。言い換えると、２つの画像は、同じ向きの同じ視野を表す。しかしながら、画像によって表される視野の向きは同じであるが、その焦点距離の方向は逆転されている。例えば、この反転プロセスの後、画像の第１の画像の一方の側の内容は、焦点距離Ｚ_１で取得されていることとなるが、画像の第２の画像の同じ側の同じ内容は焦点距離Ｚ_３で取得されていることとなり、第１の画像の他方の側の内容は焦点距離Ｚ_３で取得されていることとなるが、第２の画像の同じ側の内容はＺ_１で取得されていることとなる。画像の中心はともにＺ_２で取得されていることとなる。

焦点関数は、逆転された画像の中のコントラストの関数であってよい。関数は、逆転された画像の一方を取得する合焦センサ３０の各領域（例えば、領域３０Ａおよび３０Ｂ）に沿った所与の位置ｘのコントラスト測度を返してよい（例えば、位置ｘでのコントラスト値の二乗平均平方根）。例えば、Ｃ^ｂは、逆転された画像を取得した合焦センサ３０の領域３０Ｂのコントラスト測度を表し、Ｃ^ａは、逆転されていない画像を取得した合焦センサ３０の領域３０Ａのコントラスト測度を表す。Ｃ_２ ^ａおよびＣ_２ ^ｂは逆転画像の中央部分のコントラスト測度を表し、Ｃ_１ ^ａおよびＣ_１ ^ｂは逆転画像の一方の側の対応する部分のコントラスト測度を表し、Ｃ_３ ^ａおよびＣ_３ ^ｂは逆転画像の他方の側の対応する部分のコントラスト測度を表す。

比率アルゴリズムが使用される場合、Ｃ_２ ^ａ／Ｃ_２ ^ｂは、両方の画像の最良の焦点が、合焦センサ３０のその対応する領域（例えば、領域３０Ａおよび３０Ｂ）の中心に置かれると、合焦センサ３０の視野全体にわたって１．０に近くなる。Ｃ_１ ^ａ／Ｃ_１ ^ｂの最小値（つまり、Ｃ_１ ^ａ／Ｃ_１ ^ｂ ＜ １．０）が同焦点の点Ｐの左側にあるとき、コマンドは、Ｃ_１ ^ａ／Ｃ_１ ^ｂの最小値が同焦点の点Ｐに向かって移動するような方向でＺ軸に沿って対物レンズ１３０を移動するためにフィードバックループで送信されてよい。Ｃ_３ ^ａ／Ｃ_３ ^ｂの最大値（つまり、Ｃ_３ ^ａ／Ｃ_３ ^ｂ ＞ １．０）が同焦点の点Ｐの左側にあるとき、コマンドは、Ｃ_３ ^ａ／Ｃ_３ ^ｂの最大値が同焦点の点Ｐに向かって移動するような方向でＺ軸に沿って対物レンズ１３０を移動するためにフィードバックループで送信されてよい。同じアルゴリズムが、同焦点の点Ｐに対して中心に置かれた比率データの他方の半分（つまり、曲線の右側）に適用されてよい。データの第２の集合は、視野の半分が組織データもしくは役に立たないデータを含む場合に、または単に成功率を上げるために冗長性のために使用できる。

合焦センサの複数の領域を使用するとして本明細書に説明される実施形態（例えば、図６〜図７Ｃ、図１１Ａ、および図１１ｂに示される実施形態）のいずれでも、合焦センサ３０は複数の領域を含む単一の合焦センサ、またはそれぞれが複数の領域の１つから成る複数の合焦センサであってよい。さらに、複数の合焦センサが合焦センサ３０の領域として使用される実施形態では、複数の合焦センサのそれぞれは、特定の設計に応じて、互いと同じ平面または互いと異なる平面に配置されてよい。

図１３は、実施形態に係るリアルタイム合焦のための方法を示す。最初に、較正ステップ１３０２が実行されてよい。較正ステップ１３０２は（傾斜合焦センサを活用する実施形態では）傾斜合焦センサ３０で同焦点の点Ｐ（例えば、撮像センサ２０と同焦点）を見つけること、撮像センサ２０からの画像の照明プロファイルを決定すること、および／または合焦センサ３０からの画像の照明プロファイルを決定することを含んでよい。較正ステップ１３０２は特定のシステム１１に対して一度だけ実行されてよい、または再較正が必要もしくは所望される場合はシステム１１に対して定期的に実行されてよいことを理解されたい。

リアルタイム合焦プロセスはステップ１３０４で始まってよく、そこでは１つ以上、および好ましくは複数の３つ以上の焦点がフォーカスバッファ方法を使用し、取得される。各焦点はＸ位置、Ｙ位置、およびＺ位置を含んでよく、Ｘ位置およびＹ位置は試料１２０の平面内の位置を表し、Ｚ位置は対物レンズ１３０の焦点高さを表す。実施形態では、各焦点は、試料１２０上のＸ−Ｙ位置上に対物レンズ１３０を配置し、対物レンズ１３０をその高さ範囲の一方の端からその高さ範囲の他方の端にスイープして、Ｘ−Ｙ位置で最良の焦点（例えば、コントラスト関数のピーク）を提供する焦点高さを決定することによって得られる。

ステップ１３０６で、ステップ１３０４で得られた焦点を使用し、基準面が作成される。基準面がわずか３つの焦点から作成できることを理解されたい。３つより多い焦点があるとき、平坦な基準面に関して外れ値である焦点は破棄されてよい。それ以外の場合、すべての焦点は基準面に適合するために使用されてよい。代わりに、基準面の代わりに、あらゆる複数の焦点から焦点面が作成されてよい。基準面または焦点面を作成するための異なる実施形態は、２０００年５月３日に出願され、２００４年３月２３日に出願された米国特許第６，７１１，２８３号として発行された米国特許出願第０９／５６３，４３７号、および２００４年４月１６日に出願され、２００９年４月１４日に米国特許第７，５１８，６５２号として発行された米国特許出願第１０／８２７，２０７号に記載され、その両方の全体が参照により本明細祖に援用される。

ステップ１３０８で、対物レンズ１３０が、走査されるＸ−Ｙ位置の関数として基準面によって画定されるＺ位置に移動される。

ステップ１３１０で、合焦画像が合焦センサ３０から取得される。同様に、ステップ１３２０で、メイン画像が撮像センサ２０から取得される。

ステップ１３１２で、ステップ１３１０で取得された合焦画像の照明は、周知の照明補正技術を使用し、補正される。同様に、ステップ１３２２で、ステップ１３２０で取得されたメイン画像の照明は、周知の照明補正技術を使用し、補正される。合焦画像の照明補正は、較正ステップ１３０２で決定された合焦センサ３０の照明プロファイルに基づいてよく、メイン画像の照明補正は較正ステップ１３０２で決定された撮像センサ２０の照明プロファイルに基づいてよい。

ステップ１３１４で、照明補正された合焦画像の絶対勾配が計算される。同様に、ステップ１３２４で、照明補正されたメイン画像の絶対勾配が計算される。

ステップ１３１６で、ステップ１３１４で計算された合焦画像勾配の行が平均化される。同様に、ステップ１３２６で、ステップ１３２４で計算されたメイン画像勾配の行が平均化される。

ステップ１３１８で、低域通過フィルタが合焦画像勾配に適用される。同様に、ステップ１３２８で、低域通過フィルタがメイン画像勾配に適用される。

ステップ１３３０で、メイン画像の背景領域（つまり、組織がない組織の領域）が、メイン画像の組織領域（つまり、組織を有する画像の領域）未満であるかどうかが判断される。メイン画像で背景領域が組織領域よりも大きい場合（つまり、ステップ１３３０で「Ｎｏ」）、プロセスはステップ１３０８に戻ってよい。それ以外の場合、背景領域がメイン画像の組織領域未満である場合（つまり、ステップ１３３０で「Ｙｅｓ」）、プロセスはステップ１３３２に進んでよい。

ステップ１３３２で、比率（複数可）が合焦画像勾配とメイン画像勾配との間で計算される。例えば、合焦画像勾配はメイン画像勾配で除算されてよい。

ステップ１３３４で、ピークが、最小のエラーで、ステップ１３３２で計算された比率（複数可）に適合される。例えば、最良適合曲線が比率（複数可）について見つけられ得る。

ステップ１３３６で、ステップ１３３４の適合のピークが決定される。例えば、最良適合曲線がステップ１３３４の比率（複数可）について見つけられる実施形態では、最良適合曲線のピークはステップ１３３６で識別されてよい。

ステップ１３３８で、ステップ１３３６で識別されたピークが同焦点の点Ｐではない場合、対物レンズ１３０は、例えば本明細書の他の部分で説明されるように、フィードバックループを使用し、ピークが同焦点の点Ｐになるまで移動される。

ステップ１３４０で、走査が完了したかどうかが判断される。走査が完了していない場合（つまり、ステップ１３４０で「Ｎｏ」）、プロセスはステップ１３１０および１３２０に戻る。それ以外の場合、操作が完了している場合（つまり、ステップ１３４０で「Ｙｅｓ」）、プロセスは終了する。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、実施形態に係る顕微鏡スライドスキャナの例を示すブロック図であり、図１４Ｃは実施形態に係る線形センサアレイの例を示すブロック図である。これらの３つの図は、以下により詳細に説明される。しかしながら、これらの３つの図は最初に、概要を示すために組み合わせて説明される。以下の記載がスライドスキャナ装置の一例にすぎないこと、および代替のスライドスキャナ装置も利用できることに留意されたい。図１４Ａおよび図１４Ｂは、開示されるセンサ構成と併せて使用できる顕微鏡スライドスキャナの例を示す。図１４Ｃは、開示されるセンサ（撮像センサ２０または合焦センサ３０）としての任意の組合せで使用できる線形センサの例を示す。

例えば、撮像センサ２０および合焦センサ３０は、一次撮像センサ２０としてライン走査カメラ１８を使用し、上述のように配置されてよい。一実施形態では、ライン走査カメラ１８は、合焦センサ３０と撮像センサ２０の両方を含んでよい。撮像センサ２０および合焦センサ３０は、顕微鏡対物レンズ１３０ならびに／または集束光学系３４および２９０を通して試料１２０から画像情報を受信できる。合焦センサ３０用の集束光学系２９０は、図６〜図８に示される多様なビームスプリッタ６２０、ミラー６３０、およびガラスブロック６４０を含んでよい。撮像センサ２０および合焦センサ３０は、データプロセッサ２１に情報を提供できる、および／またはデータプロセッサ２１から情報を受け取ることができる。データプロセッサ２１は、メモリ３６およびデータストレージ３８と通信で接続される。データプロセッサ２１は、１つ以上のコンピュータ４４に少なくとも１つのネットワーク４２によって接続されてよい通信ポートにさらに接続されてよく、該コンピュータ４４は同様にディスプレイモニタ（複数可）４６に接続されてよい。

また、データプロセッサ２１は、スライドスキャナ１１の電動ステージ１４を制御するステージコントローラ２２に通信で接続され、命令を提供してもよい。電動ステージ１４は試料１２０を支持し、Ｘ−Ｙ平面の１つ以上の方向で移動する。一実施形態では、電動ステージ１４はＺ軸に沿って移動してもよい。また、データプロセッサ２１は、電動ポジショナ２４（例えば、圧電ポジショナ）を制御する電動コントローラ２６に通信で接続され、命令を提供してもよい。電動ポジショナ２４は、Ｚ軸で対物レンズ１３０を移動するように構成される。また、スライドスキャナ１１は、上方または下方のどちらかから試料１２０を照明するために、光源３１および／または照明光学系３２も含む。

図１４Ａは、実施形態に係る、光学顕微鏡システム１０の実施形態のブロック図である。システム１０の中心は、標本または試料１２０を走査し、デジタル化するために役立つ顕微鏡スライドスキャナ１１である。試料１２０は、光学顕微鏡法によって調べることができるものであれば何であってもよい。例えば、試料１２０は、光学顕微鏡法によって調べることができる顕微鏡スライドまたは他の試料タイプを含んでよい。顕微鏡スライドは、組織および細胞、染色体、ＤＮＡ、タンパク質、血液、骨髄、尿、細菌、ビーズ、生検材料、または任意の他の種類の生物学的材料、または、死んでいるもしくは生きている、染色されているもしくは染色されていない、標識されているもしくは標識されていない物質を含む標本の観察基材としてよく使用される。試料１２０はまた、マイクロアレイとして一般に知られているありとあらゆる試料を含む、任意の種類のスライドまたは他の基材上に配置されるｃＤＮＡ、ＲＮＡまたはタンパク質などの任意の種類のＤＮＡまたはＤＮＡ関連材料のアレイであり得る。試料１２０は、マイクロタイタープレート、例えば、９６ウェルプレートであり得る。試料１２０の他の例は、集積回路基板、電気泳動レコード、ペトリ皿、フィルム、半導体材料、法医学材料、または機械加工部品を含む。

スキャナ１１は、電動ステージ１４、顕微鏡対物レンズ１３０、ライン走査カメラ１８、およびデータプロセッサ２１を含む。試料１２０は、走査のために電動ステージ１４に配置される。電動ステージ１４はステージコントローラ２２に接続され、ステージコントローラは、次いでデータプロセッサ２１に接続される。データプロセッサ２１は、ステージコントローラ２２を介して電動ステージ１４上の試料１２０の位置を決定する。実施形態では、電動ステージ１４は、試料１２０の平面にある少なくとも２つの軸（ｘ／ｙ）で試料１２０を移動する。また、光学ｚ軸に沿った試料１２０の微細移動が、例えば焦点制御等のスキャナ１１の特定の用途に必要とされ得る。Ｚ軸移動は、例えばＰｏｌｙｔｅｃ ＰＩのＰＩＦＯＣまたはＰｉｅｚｏｓｙｓｔｅｍ ＪｅｎａのＭＩＰＯＳ３等の圧電ポジショナ２４で達成されてよい。圧電ポジショナ２４は顕微鏡対物レンズ１３０に直接的に取り付けられ、圧電コントローラ２６を介してデータプロセッサ２１に接続され、それによって誘導される。焦点の租調整を提供する手段も必要とされる場合があり、電動ステージ１４の一部または手動焦点粗動装置としてＺ軸移動によって提供できる（図示せず）。

一実施形態では、電動ステージ１４は、円滑な動きおよび優れた直線ならびに平坦性精度を提供するために、ボールベアリング線形通路を有する高精度位置決めテーブルを含む。例えば、電動ステージ１４は、一方が他方の上に積み重ねられた２つのＤａｅｄａｌ型１０６００４テーブルを含むことがあるだろう。ボールベアリング以外の方式に基づいた積み重ね式単軸ステージ、中心で開き、試料の下方からの透過照明に特に適した単軸もしくは多軸位置決めステージ、または複数の試料を支持できるより大型のステージを含む、他のタイプの電動ステージ１４もスキャナ１１に適している。一実施形態では、電動ステージ１４は、それぞれが２つのミリメートル主ネジおよびＮｅｍａ−２３ステッピングモータに結合された２つの積み重ね式単軸位置決めテーブルを含む。毎秒２５回転の最大主ねじ速度で、電動ステージ１４上の試料１２０の最大速度は毎秒５０ミリメートルである。例えば５ミリメートル等のより大きい直径を有する主ねじを選択すると、最大速度を毎秒１００ミリメートルを超えて増加できる。電動ステージ１４は、システムに多大な費用を加える不利な点を有する機械的な位置エンコーダまたは光学的な位置エンコーダを装備する場合がある。結果的に、係る実施形態は位置エンコーダを含まない。しかしながら、ステッピングモータの代わりにサーボモータを使用するならば、適切な制御のためには位置フィードバックを使用しなくてはならないだろう。

データプロセッサ２１からの位置コマンドは、ステージコントローラ２２のモータ電流または電圧コマンドに変換される。一実施形態では、ステージコントローラ２２は、２軸サーボ／ステッピングモータコントローラ（Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ ６Ｋ２）および２つの４アンペアマイクロステッピング装置（Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ ＯＥＭＺＬ４）を含む。マイクロステッピングは、相対的に大きい単一１．８度のモータステップよりもはるかに小さい増分でステッピングモータに命令するための手段を提供する。例えば、１００のマイクロステップで、試料１２０は０．１マイクロメートルほど小さいステップで移動するように命令できる。実施形態では、２５，０００のマイクロステップが使用される。より小さいステップサイズも可能である。電動ステージ１４およびステージコントローラ２２の最適な選択は、試料１２０の性質、試料デジタル化に所望される時間、および結果として生じる試料１２０のデジタル画像の所望される解像度を含む多くの要因に依存することを理解されたい。

顕微鏡対物レンズ１３０は、一般的に入手可能な任意の顕微鏡対物レンズであり得る。当業者は、どの対物レンズを使用するのかの選択が特定の状況に依存することを認識するであろう。実施形態では、顕微鏡対物レンズ１３０は無限遠補正型タイプである。

試料１２０は、光源３１および照明光学系３２を含む照明システム２８によって照明される。実施形態では、光源３１は、光出力を最大にする凹面反射鏡および熱を抑制するＫＧ−１フィルタを含む可変強度のハロゲン光源を含む。しかしながら、光源３１はまた、任意のタイプのアークランプ、レーザ、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、または他の光源であることもある。実施形態では、照明光学系３２は、光軸に直交する２つの共役面を有する標準ケーラー照明システムを含む。照明光学系３２は、Ｌｅｉｃａ、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ、Ｎｉｋｏｎ、またはＯｌｙｍｐｕｓ等の企業によって販売される大部分の市販の複合顕微鏡に見られる明視野照明光学系を代表する。共役面の１セットは、（ｉ）光源３１によって照明されるし視界虹彩絞り（ｆｉｅｌｄ ｉｒｉｓ ａｐｅｒｔｕｒｅ）、（ｉｉ）試料１２０の焦点面により画定された対物面、および（ｉｉｉ）ライン走査カメラ１８の光応答素子を含む平面を含む。第２の共役面は（ｉ）光源３１の一部である電球のフィラメント、（ｉｉ）照明光学系３２の一部である集光器光学系のすぐ前に位置する集光器虹彩の絞り、および（ｉｉｉ）顕微鏡対物レンズ１３０の後焦点面を含む。一実施形態では、試料１２０は透過モードで照明および撮像され、ライン走査カメラ１８が、試料１２０によって伝達される光エネルギーまたは逆に試料１２０によって吸収される光エネルギーを感知する。

スキャナ１１は、試料１２０から反射される光エネルギーを検出するのに等しく適切であり、その場合、光源３１、照明光学系３２、および顕微鏡対物レンズ１３０は反射撮像との互換性に基づいて選択されなければならない。したがって、考えられる実施形態は、試料１２０の上方に配置される光ファイババンドルによる照明を含んでよい。他の可能性は、モノクロメータによってスペクトル的に調整される励起を含む。顕微鏡対物レンズ１３０が位相差顕微鏡法と互換性があるように選択される場合、照明光学系３２の一部である集光器光学系への少なくとも１つの位相ストップの組み込みにより、スキャナ１１を位相差顕微鏡法で使用できるようになる。当業者にとって、微分干渉コントラスト顕微鏡法および共焦点顕微鏡法等の他のタイプの顕微鏡法に必要とされる修正は容易に明らかになるはずである。全体的に見ると、スキャナ１１は、適切であるが周知の修正により、任意の周知の光学顕微鏡モードでの顕微鏡試料の調査に適している。

顕微鏡対物レンズ１３０とライン走査カメラ１８との間には、顕微鏡対物レンズ１３０によって取り込まれた光信号をライン走査カメラ１８の光応答素子（例えば、撮像センサ２０）の上に集束するライン走査カメラ集束光学系３４が位置する。近代の無限遠補正型顕微鏡では、顕微鏡対物レンズと接眼レンズ光学系との間、または顕微鏡対物レンズと外部撮像口との間の集束光学系は、顕微鏡の視検筒の一部である鏡筒レンズとして知られる光学系を含む。多くの場合、鏡筒レンズは、コマ収差または非点収差の挿入を防ぐために複数の光学系から成る。従来の有限鏡筒光学系から無限遠補正型光学系への相対的に最近の変更の動機の１つは、試料１２０〜の光エネルギーが平行である物理空間を拡大すること、つまりこの光エネルギーの焦点が無限遠であることであった。この場合、ダイクロイックミラーまたはフィルタ等の付属品要素が、光路倍率を変更せずにまたは望ましくない光学アーチファクトを導入することなく無限空間の中に挿入できる。

無限遠補正型顕微鏡対物レンズは、通常、無限遠記号を刻まれている。無限遠補正型顕微鏡の対物レンズの倍率は、対物レンズの焦点距離で除算された鏡筒レンズの焦点距離の商によって与えられる。例えば、９ミリメートルの焦点距離を有する対物レンズが使用される場合、１８０ミリメートルの焦点距離を有する鏡筒レンズは２０倍の倍率となる。異なる顕微鏡製造メーカによって製造される対物レンズに互換性がないことの理由の１つは、鏡筒レンズの焦点距離の標準化が行われていないためである。例えば、１８０ミリメートルの鏡筒レンズの焦点距離を使用する企業であるＯｌｙｍｐｕｓの２０倍の対物レンズは、２００ミリメートルの異なる鏡筒長焦点距離に基づくＮｉｋｏｎ顕微鏡では２０倍の倍率を提供しない。代わりに、２０倍が彫り込まれ、９ミリメートルの焦点距離を有する係るＯｌｙｍｐｕｓ対物レンズの有効倍率は、２００ミリメートルの鏡筒レンズ焦点距離を対物レンズの９ミリメートルの焦点距離で除算することにより得られる２２．２倍となる。従来の顕微鏡で鏡筒レンズを変更することは、顕微鏡を分解しないでは実際に不可能である。鏡筒レンズは顕微鏡の重大な固定部品の一部である。対物レンズと異なる製造メーカにより製造される対物レンズとの間の非互換性に寄与する別の要因は、接眼レンズ光学系、つまり標本がそれを通して観察される双眼鏡筒の設計である。光学補正の大部分は顕微鏡対物レンズの中に盛り込まれているが、大部分の顕微鏡利用者は、最良の視覚画像を達成するためにはある製造メーカの双眼鏡筒光学系を同じ製造メーカの顕微鏡対物レンズに一致させることになんらかの利点があると固く信じ続けている。

ライン走査カメラ集束光学系３４は、機械的鏡筒の内部に取り付けられた鏡筒レンズ光学系を含む。スキャナ１１は、実施形態において、従来の目視観察用の双眼鏡筒または接眼レンズを欠いているので、対物レンズと双眼鏡筒との潜在的な非互換性の従来の顕微鏡が被ってきた問題はただちに排除される。当業者は同様に、顕微鏡の接眼レンズとディスプレイモニタ上のデジタル画像との間の同焦点も、いかなる接眼レンズも有さないおかげで排除されることを理解する。また、スキャナ１１は、実際には試料１２０の物理的な境界によってだけ制限される視野を提供することによって、従来の顕微鏡の視野制限も克服するので、スキャナ１１によって提供されるようなオールデジタル撮像顕微鏡における倍率の重要性は制限される。試料１２０の一部分がデジタル化されると、試料の１２０の画像に、その倍率を上げるために、電子ズームとしても知られる電子拡大を適用することは容易である。画像の倍率を電子的に上げることは、画像を表示するために使用されるモニタでのその画像のサイズを大きくする効果を有する。多すぎる電子ズームが適用されると、ディスプレイモニタは拡大が像の部分だけしか表示できなくなる。しかしながら、最初にデジタル化された元の光信号に存在しなかった情報を表示するために電子拡大を使用することは不可能である。スキャナ１１の対物レンズの１つは、実施形態において、高品質のデジタル画像を提供するためであるので、顕微鏡の接眼レンズを通した目視観察の代わりに、スキャナ１１によって取得される画像の内容は可能な限り多くの画像詳細を含む必要がある。解像度という用語は、通常、係る画像詳細を説明するために使用され、回折限界という用語は、波長で制限された光信号で入手可能な最大空間の詳細を説明するために使用される。スキャナ１１は、周知のナイキストサンプリング基準に従って、ライン走査カメラ１８等の光検知カメラの個々のピクセル要素のサイズに、および顕微鏡対物レンズ１３０の開口数の両方に適合される鏡筒焦点距離の選択により、回折限界のデジタルイメージングを提供する。倍率ではなく、開口数が顕微鏡対物レンズの解像度制限属性であることは周知である。

例が、ライン走査カメラ集束光学系３４の一部である鏡筒レンズ焦点距離の最適選択を示す一助となろう。再び、上述の９ミリメートルの焦点長を有する２０倍の顕微鏡対物レンズ１３０を考慮し、この対物レンズが０．５０の開口数を有すると仮定する。集光器からの感知できるほどの劣化はないと仮定すると、５００ナノメートルの波長でのこの対物レンズの回折限界の解像力は、周知のアッベ関係を使用して得られる約０．６マイクロメートルである。さらに、実施形態では複数の１４マイクロメートル平方ピクセルを有するライン走査カメラ１８が、試料１２０の一部分を検出するために使用されると仮定する。サンプリング理論に従って、少なくとも２つのセンサピクセルが最小解像可能空間特徴を包むことが必要である。この場合、鏡筒レンズは、２つの１４マイクロメートルのピクセルに相当する２８マイクロメートルを、最小解像可能特徴寸法である０．６マイクロメートルで除算することによって得られる４６．７の倍率を達成するために選択されなければならない。したがって、最適鏡筒レンズ光学焦点距離は、４６．７を９で乗算することによって得られる約４２０ミリメートルである。したがって、４２０ミリメートルの焦点距離を有する鏡筒レンズ光学系を有するライン走査集束光学系３４は、同じ２０倍の対物レンズを使用し、顕微鏡下で標本を見ることによって観察されるだろうものと同様な、考えられる最良の空間解像度を有する画像を取得できる。繰り返すと、スキャナ１１は、回折限界のデジタル画像を取得するためにより高い倍率の光学構成（上記の例では約４７倍）で従来の２０倍の顕微鏡対物レンズ１３０を活用する。例えば０．７５等、より高い開口数を有する従来の２０倍の倍率の対物レンズ１３０が使用された場合、回折限界撮像に必要とされる鏡筒レンズ光学倍率は、６８倍の全体的な光学倍率に相当する約６１５ミリメートルだろう。同様に、２０倍の対物レンズの開口数が０．３にすぎないならば、最適鏡筒レンズ光学系倍率は、約２５２ミリメートルの鏡筒レンズ焦点距離に相当する約２８倍にすぎないだろう。ライン走査カメラ集束光学系３４は、最適デジタルイメージングのために必要に応じて交換できるスキャナ１１のモジュール式要素であってよい。回折限界のデジタルイメージングの優位点は、倍率の増加に伴う信号輝度の減少が適切に設計された照明システム２８の輝度を増加させることによって容易に補償される、例えば明視野顕微鏡法等の用途で特に重要である。

原則的に、スキャナ１１についてすぐ上で説明された回折限界のイメージングを達成するように鏡筒レンズ倍率を効果的に増加させるために、外部倍率増加光学系を従来の顕微鏡ベースのデジタルイメージングシステムに取り付けることが可能である。しかしながら、結果として生じる視野の減少は多くの場合受け入れがたく、この手法を実現困難にする。さらに、顕微鏡の多くの利用者は、通常これらの技術を自身で効果的に利用するのに十分なほど回折限界撮像の詳細について理解していない。実際には、デジタルカメラは、視野の大きさを、接眼レンズを通して見ることができるものにより類似して拡大しようとするために、倍率減少光学カプラを有する顕微鏡ポートに取り付けられる。目標が回折限界のデジタル画像を得ることである場合、縮小光学系を加える標準的技法は間違った方向の措置である。

従来の顕微鏡では、異なる解像度および倍率で標本を見るためには、通常、異なる倍率の対物レンズが使用される。標準的な顕微鏡は、５つの対物レンズを保持する対物レンズ台を有する。スキャナ１１等のオールデジタルイメージングシステムでは、所望の最高の空間解像度に相当する開口数を有する１つの顕微鏡対物レンズ１３０だけが必要とされる。したがって、実施形態では、スキャナ１１は、１つの顕微鏡対物レンズ１３０だけから成る。いったん回折限界のデジタル画像が今解像度で取り込まれると、任意の所望の削減された解像度および倍率で画像を提示することは、標準デジタル画像処理技法を使用し、容易である。

スキャナ１１の一実施形態は、各ピクセルが１４マイクロメートルｘ１４マイクロメートルの寸法を有する、線形アレイで配置された１０２４のピクセル（画素）を有するＤａｌｓａ ＳＰＡＲＫライン走査カメラ１８に基づいている。また、カメラの一部としてパッケージ化されていても、撮像電子モジュールにカスタム集積化されていても、任意の他のタイプの線形アレイを使用することができる。一実施形態の線形アレイは、８ビットの量子化を効果的に提供するが、より高いレベルまたは低いレベルの量子化を提供する他のアレイも使用されてよい。３チャネル赤−緑−青（ＲＧＢ）色情報または時間遅延積分（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）（ＴＤＩ）に基づいた代替アレイも使用され得る。ＴＤＩアレイは、標本の以前に撮像された領域からの強度データを合計して、積分ステージ数の平方根に比例する信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を増加させることによって、出力信号の実質的に良好なＳＮＲを提供する。ＴＤＩアレイは、線形アレイの複数のステージを含み得る。ＴＤＩアレイは、２４、３２、４８、６４、９６、またはさらに多いステージで利用可能である。スキャナ１１は、また、５１２ピクセルのフォーマット、１０２４ピクセルのフォーマット、および４０９６ピクセルものピクセルのフォーマットを含むさまざまなフォーマットで製造された線形アレイをサポートする。照明システム２８およびライン走査カメラ集束光学系３４に対する適切であるが、周知の修正が、より大きいアレイに対応するために必要とされる場合がある。さまざまなピクセルサイズを有する線形アレイも、スキャナシステム１１で使用できる。任意のタイプのライン走査カメラ１８を選択するための顕著な要件は、高品質の画像を得るために、試料１２０が試料１２０のデジタル化の間ライン走査カメラ１８に関して動いており、先行技術で既知の従来の撮像傾斜手法の静的要件を克服することである。

ライン走査カメラ１８の出力信号はデータプロセッサ２１に接続される。実施形態では、データプロセッサ２１は、撮像基板またはフレームグラバ等の少なくとも１つの信号デジタル化電子基板をサポートするために補助電子機器（例えば、マザーボード）を有する中央演算処理装置を含む。実施形態では、撮像基板は、ＥＰＩＸ ＰＩＸＣＩＤ２４ ＰＣＩバス撮像基板である。しかしながら、ＥＰＩＸ基板の代わりに使用できるだろうさまざまな製造メーカの多くの他のタイプの撮像基板またはフレームグラバがある。代替の実施形態は、撮像基板を完全に回避し、データストレージ３８（例えば、ハードディスク）に直接的にデータを記憶するために、Ｆｉｒｅｗｉｒｅとしても知られているＩＥＥＥ１３９４等のインタフェースを使用するライン走査カメラであるだろう。

また、データプロセッサ２１は、データの短期の記憶のためにランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等のメモリ３６に、および長期のデータ記憶のためにハードドライブ等のデータストレージ３８にも接続される。さらに、データプロセッサ２１は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネット等のネットワーク４２に接続される通信ポート４０に接続される。メモリ３６およびデータストレージ３８も互いに接続される。データプロセッサ２１は、ライン走査カメラ１８およびステージコントローラ２２等のスキャナ１１の重大な要素を制御するために、またはさまざまな画像処理機能、画像分析機能、もしくはネットワーキングのために、ソフトウェアの形態のコンピュータプログラムを実行することもできる。データプロセッサ２１は、例えばＷｉｎｄｏｗｓ、Ｌｉｎｕｘ、ＯＳ／２、Ｍａｃ ＯＳ、およびＵｎｉｘ等のオペレーティングシステムを含む任意のオペレーティングシステムに基づき得る。実施形態では、データプロセッサ２１は、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴオペレーティングシステムに基づいて動作する。

データプロセッサ２１、メモリ３６、データストレージ３８、および通信ポート４０は、それぞれ従来のコンピュータで見られる要素である。一例は、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩＩ ５００ ＭＨｚプロセッサおよび最大で７５６メガバイト（ＭＢ）までのＲＡＭを特徴とするＤｅｌｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ＸＰＳ Ｔ５００等のパーソナルコンピュータだろう。実施形態では、データプロセッサ２１、メモリ３６、データストレージ３８、および通信ポート４０を含むコンピュータ要素はすべてスキャナ１１にとって内部であり、これによりスキャナ１１のシステム１０の他の要素への唯一の接続は、通信ポート４０を介するものである。スキャナ１１の代替の実施形態では、コンピュータ要素は、コンピュータ要素とスキャナ１１との間の対応する接続によりスキャナ１１に対して外部となるだろう。

実施形態では、スキャナ１１は光学顕微鏡法、デジタルイメージング、電動試料配置、コンピューティング、およびネットワークベースの通信を単一エンクロージャのユニットに統合する。スキャナ１１を、データ入力および出力の一次手段として通信ポート４０を有する単一エンクロージャユニットとしてパッケージ化する主要な優位点は、複雑度の削減および信頼性の増加である。顕微鏡、光源、電動ステージ、カメラ、およびコンピュータが通常異なるベンダによって提供され、多大な統合および保守を必要とする従来の顕微鏡ベースの撮像システムと際立って対照的に、スキャナ１１の多様な要素はともに機能するように最適化される。

通信ポート４０は、ネットワーク４２を含むシステム１０の他の要素との高速通信のための手段を提供する。通信ポート４０のための１つの通信プロトコルは、伝送制御およびインターネットワーキングのためのＴＣＰ／ＩＰプロトコルとともに、イーサネット等の衝突検出型搬送波検知多重アクセスプロトコルである。スキャナ１１は、ブロードバンド、ベースバンド、同軸ケーブル、ツイストペア、光ファイバ、ＤＳＬ、または無線を含む任意のタイプの伝送媒体と連動することを目的とする。

一実施形態では、スキャナ１１の制御およびスキャナ１１によって取り込まれた画像データの確認は、ネットワーク４２に接続されるコンピュータ４４で実行される。実施形態では、コンピュータ４４は、オペレータに画像情報を提供するためにディスプレイモニタ４６に接続される。複数のコンピュータ４４が、ネットワーク４２に接続されてよい。実施形態では、コンピュータ４４は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（商標）のＩｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（商標）のＣｈｒｏｍｅ（商標）、Ａｐｐｌｅ（商標）のＳａｆａｒｉ（商標）等のネットワークブラウザを使用し、スキャナ１１と通信する。画像は、大部分の商用のブラウザにすでに内蔵されている標準的な画像解凍方法と互換性のある画像フォーマットである、ＪＰＥＧ等の一般的な圧縮フォーマットでスキャナ１１に記憶される。他の標準的なまたは非標準的な、不可逆または可逆の画像圧縮フォーマットも機能する。一実施形態では、スキャナ１１は、スキャナ１１からコンピュータ４４に送信されるウェブページに基づいたオペレータインタフェースを提供するウェブサーバである。画像データの動的確認のためには、スキャナ１１の実施形態は、コンピュータ４４に接続されるディスプレイモニタ４６での確認のために、例えばＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（商標）のＭｅｄｉａ−Ｐｌａｙｅｒ（商標）、Ａｐｐｌｅ（商標）のＱｕｉｃｋｔｉｍｅ（商標）、またはＲｅａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（商標）のＲｅａｌＰｌａｙｅｒ（商標）等の標準的な複数フレームブラウザに互換性のあるソフトウェアを使用し、画像データの複数のフレームを再生することに基づいている。実施形態では、コンピュータ４４のブラウザは、伝送制御のためのＴＣＰとともにハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）を使用する。

スキャナ１１がコンピュータ４４または複数のコンピュータと通信でき得る多くの異なる手段およびプロトコルがあり、将来にあるだろう。一実施形態は標準的な手段およびプロトコルに基づいているが、アプレットとして知られる１つまたは複数のカスタマイズされたソフトウェアモジュールを開発する手法が等しく実現可能であり、スキャナ１１の選択された将来の用途に望ましくあり得る。さらに、コンピュータ４４が、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の任意の特定のタイプである、またはＤｅｌｌ（商標）等の任意の特定の企業によって製造される旨の制約はない。標準化された通信ポート４０の利点の１つは、共通のネットワークベースのソフトウェアを操作する任意のタイプのコンピュータ４４がスキャナ１１と通信できる点である。

所望される場合、スキャナ１１に多少の修正を加えて、スペクトル的に解像された画像を得ることが可能である。スペクトル的に解像された画像は、スペクトル情報があらゆる画像ピクセルで測定される画像である。スペクトル的に解像された画像は、スキャナ１１のライン走査カメラ１８を光学スリットおよびイメージングスペクトログラフで置換することによって得られるだろう。イメージングスペクトログラフは、プリズムまたは回折格子を使用して光学スリットで合焦される光信号を検出器の行のそれぞれに沿って分散させることによって、画像ピクセルの列のために波長特有の強度データを取り込むために２次元ＣＣＤ検出器を使用する。

図１４Ｂは、実施形態に係る光学顕微鏡システム１０の第２の実施形態のブロック図である。このシステム１０で、スキャナ１１は、図１４Ａに示される実施形態よりも複雑且つ高価である。示されているスキャナ１１の追加の属性のすべては、任意の代替の実施形態が正しく機能するために存在する必要はない。図１４Ｂは、スキャナ１１の中に組み込むことができる追加の特徴および機能の妥当な例を提供することを目的とする。

図１４Ｂの代替の実施形態は、図１４Ａの実施形態よりもはるかに大きいレベルの自動化を提供する。照明システム２８の自動化のより完成したレベルは、データプロセッサ２１と、照明システム２８の光源３１と照明光学系３２の両方との間の接続によって達成される。光源３１への接続は、光源３１の輝度を制御するために、開ループ式または閉ループ式で電圧または電流を制御してよい。光源３１がハロゲン電球であってよいことを思い出すこと。データプロセッサ２１と照明光学系３２との間の接続は、視界虹彩絞りおよび集光器虹彩の閉ループ制御を提供して、最適なケーラー照明が維持されることを確実にするための手段を提供し得る。

スキャナ１１を蛍光撮像のために使用するには、光源３１、照明光学系３２、および顕微鏡対物レンズ１３０に対する容易に認識される修正が必要になる。また、図１４Ｂの実施形態は、励起フィルタ、ダイクロイックフィルタ、およびバリアフィルタを含む蛍光フィルタキューブ５０も提供する。蛍光フィルタキューブ５０は、顕微鏡対物レンズ１３０とライン走査カメラ集束光学系３４との間に存在する無限遠補正型ビーム経路に配置される。蛍光撮像のための実施形態は、市場で入手可能なさまざまな蛍光染料またはナノ結晶に適切なスペクトル励起を与えるために照明光学系３２の中にフィルタホイールまたは同調フィルタを追加することを含み得る。

撮像経路の中に少なくとも１つのビームスプリッタ５２を追加すると、光信号を少なくとも２つの経路に分割できる。一次経路は、上述のように、ライン走査カメラ集束光学系３４を介して、（撮像センサ２０を含んでよい）ライン走査カメラ１８による回折限界撮像を可能にする。第２の経路は、面走査カメラ５６による撮像のために面走査カメラ集束光学系５４を介して提供される。これらの２つの集束光学系の適切な選択が異なるピクセルサイズを有する２つのカメラセンサによる回折限界撮像を確実にできることは容易に明らかになるであろう。面走査カメラ５６は、簡略なカラービデオカメラ、高性能冷却ＣＣＤカメラ、または可変積分時間高速フレームカメラを含む、現在入手可能である多くのタイプの内の１つであり得る。面走査カメラ５６は、スキャナ１１に従来の撮像システムを提供する。面走査カメラ５６はデータプロセッサ２１に接続される。例えばライン走査カメラ１８および面走査カメラ５６等の２つのカメラが使用される場合、両方のカメラタイプは単一の二重目的撮像基板、２つの異なる撮像基板、またはその場合一方のまたは両方の撮像基板は必要とされない場合があるＩＥＥＥ１３９４Ｆｉｒｅｗｉｒｅインタフェースのどちらかを使用し、データプロセッサに接続され得る。撮像センサをデータプロセッサ２１にインタフェースする他の関連する方法も利用可能である。

スキャナ１１のコンピュータ４４への一次インタフェースはネットワーク４２を介するが、例えばネットワーク４２の故障の例がある場合があり、スキャナ１１をディスプレイモニタ５８等のローカル出力装置に接続できる、ならびにスキャナ１１のデータプロセッサ２１に直接的に接続されるキーボードおよびマウス５９等のローカル入力装置を提供できることが有益である。この例では、適切なドライバソフトウェアおよびハードウェアも提供されなければならないだろう。

また、図１４Ｂに示される第２の代替の実施形態は、はるかに大きいレベルの自動撮像性能を提供する。スキャナ１１の撮像の自動化の強化は、周知のオートフォーカスの方法を使用し、圧電ポジショナ２４、圧電コントローラ２６、およびデータプロセッサ２１を含む焦点制御ループを閉じることによって達成できる。また、第２の実施形態は、いくつかの対物レンズに対応するために電動対物レンズ台６２を提供する。電動対物レンズ台６２は、対物レンズ台コントローラ６４を通してデータプロセッサ２１に接続され、データプロセッサ２１によって誘導される。

組み込まれ得るスキャナ１１の他の特徴および機能がある。例えば、試料１２０のＸ−Ｙ平面で実質的に静止している顕微鏡対物レンズ１３０に対して試料１２０を走査するプロセスは、静止試料１２０に対する顕微鏡対物レンズ１３０の走査（つまり、Ｘ−Ｙ平面で顕微鏡対物レンズ１３０を移動すること）を含むように修正できるだろう。試料１２０を走査すること、または顕微鏡対物レンズ１３０を走査すること、または試料１２０と顕微鏡対物レンズ１３０の両方を同時に走査することは、上述のように、試料１２０の同じ大きい連続デジタル画像を提供できるスキャナ１１の考えられる実施形態である。

また、スキャナ１１は、多くのタイプの顕微鏡ベースの分析を自動化するための汎用プラットフォームも提供する。照明システム２８は、レーザ励起を用いて試料１２０の走査を可能にするために、従来のハロゲンランプまたはアークランプからレーザーベースの照明しステムに修正できるだろう。ライン走査カメラ１８または面走査カメラ５６に加えてまたは代わりに、光電子増倍管または他の非撮像検出器を含む修正が、レーザエネルギーの試料１２０との相互作用から生じる光信号を検出する手段を提供するために使用できるだろう。

ここで図１４Ｃを参照すると、ライン走査カメラの視野２５０は、線形アレイ７４に直線的に配置される多数の個々のピクセル要素７２によって撮像される、図１４Ａの試料１２０の領域を含む。実施形態の線形アレイ７４は、ピクセル要素７２のそれぞれが１４マイクロメートル平方である、１０２４の個々のピクセル要素７２を含む。実施形態では、線形アレイ７４の物理的な寸法は１４．３４ミリメートル×１４マイクロメートルである。スキャナ１１の動作の説明のために、試料１２０とライン走査カメラ１８との間の倍率が１０であると仮定すると、ライン走査カメラの視野２５０は、１．４３ミリメートル×１．４マイクロメートルに等しい寸法を有する試料１２０の領域に対応する。各ピクセル要素７２は、約１．４マイクロメートル×１．４マイクロメートルの面積を撮像する。

スキャナ１１の一実施形態では、走査およびデジタル化は画像ストリップ間で交互になる移動の方向で実行される。このタイプの双方向走査は、一方向走査、つまり画像ストリップごとに同じ移動方向を必要とする走査およびデジタル化の方法よりもより迅速なデジタル化プロセスを提供する。

通常、（例えば、撮像センサ２０を含む）ライン走査カメラ１８および合焦センサ３０の機能が、走査および合焦が双方向で行うことができるのか、それとも一方向で行うことができるのかを決定する。一方向システムは、多くの場合、例えば図１４Ｃに示される、３チャネルカラーアレイ８６またはマルチチャネルＴＤＩアレイ８８等の複数の線形アレイ７４を含む。カラーアレイ８６は、カラー画像を得るために必要とされるＲＧＢ輝度を検出する。カラー情報を得るための代替の実施形態は、広帯域光信号を３色チャネルに分割するためにプリズムを使用する。ＴＤＩアレイ８８は、高速データレートを維持しつつ、およびデジタル画像データの信号対雑音比の多大な損失なく、ライン走査カメラ１８の効果的な積分時間を増加する手段を提供するために、スキャナ１１の代替の実施形態で使用できるだろう。

図１５は、本明細書に説明される多様な実施形態に関連して使用され得る有線システムまたは無線システム例１５００を示すブロック図である。例えば、システム１５００は、上述の機構、プロセス、方法、または機能の１つ以上としてまたは上述の機構、プロセス、方法、または機能の１つ以上と併せて使用され得、例えばデータプロセッサ２１等のスライドスキャナ１１の構成要素を表し得る。システム１５００は、有線通信または無線通信できる、任意のプロセッサにより有効にされたデバイスであり得る。当業者にとって明らかになるように、他のコンピュータシステムおよび／またはアーキテクチャも使用され得る。

システム１５００は、好ましくはプロセッサ１５１０等の１つ以上のプロセッサを含む。例えば、データ入出力を管理するための補助プロセッサ、浮動小数点演算を実行するための補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの高速実行に適したアーキテクチャを有する専用プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）、メイン処理装置に従属するスレーブプロセッサ（例えば、バックエンドプロセッサ）、デュアルプロセッサシステムもしくはマルチプロセッサシステム用の追加のマイクロプロセッサもしくはコントローラ、またはコプロセッサ等の追加のプロセッサが提供されてよい。係る補助プロセッサは別々のプロセッサであってよい、またはプロセッサ１５１０と統合されてよい。システム１５００と使用されてよいプロセッサの例は、すべてがカリフォルニア、サンタクララのＩｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できる、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、Ｃｏｒｅ ｉ７（登録商標）プロセッサ、およびＸｅｏｎ（登録商標）プロセッサを含むが、これに限定されるものではない。

プロセッサ１５１０は、好ましくは通信バス１５０５に接続される。通信バス１５０５は、ストレージとシステム１５００の他の周辺構成要素との間での情報の転送を容易にするためのデータチャネルを含んでよい。通信バス１５０５は、データバス、アドレスバス、および制御バス（図示せず）を含んで、プロセッサ１５１０との通信のために使用される一連の信号をさらに提供してよい。通信バス１５０５は、例えば業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）、拡張業界標準アーキテクチャ（ＥＩＳＡ）、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）ローカルバス、またはＩＥＥＥ４８８汎用インタフェースバス（ＧＰＩＢ）、ＩＥＥＥ６９６／Ｓ−１００等を含む電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）により普及されている規格と準拠するバスアーキテクチャ等の標準または非標準のバスアーキテクチャを含んでよい。

システム１５００は、好ましくはメインメモリ１５１５を含み二次メモリ１５２０も含んでよい。メインメモリ１５１５は、上述の機能および／またはモジュールの１つ以上等、プロセッサ１５１０で実行中のプログラムに命令およびデータのストレージを提供する。メモリに記憶され、プロセッサ１５１０によって実行されるプログラムは、Ｃ／Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、Ｐｅｒｌ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＮＥＴ等を含むが、これに限定されるものではない任意の適切な言語に従って作成および／またはコンパイルされてよいことを理解されたい。メインメモリ１５１５は、通常、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）およびスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等の半導体ベースのメモリである。他の半導体ベースのメモリタイプは、例えばシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ランバス ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＤＲＡＭ）、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ）等を含み、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。

二次メモリ１５２０は、任意選択で内部メモリ１５２５および／または取り外し可能なメディア１５３０を含んでよい。取り外し可能なメディア１５３０は、任意の周知の様式で読み出される、および／または書き込まれる。取り外し可能なメディア１５３０は、例えば磁気テープドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、他の光ドライブ、フラッシュメモリドライブ等であってよい。

取り外し可能な記憶媒体１５３０は、コンピュータ実行可能コード（つまり、ソフトウェア）および／またはデータを記憶している非一時的コンピュータ可読媒体である。取り外し可能な記憶媒体１５３０に記憶されたコンピュータソフトウェアまたはデータは、プロセッサ１５１０による実行のためにシステムに読み込まれる。

代替の実施形態では、二次メモリ１５２０は、コンピュータプログラムまたは他のデータもしくは命令をシステム１５００にロードできるようにするための他の類似の手段を含んでよい。係る手段は、例えば外部記憶媒体１５４５および通信インタフェース１５４０（例えば、通信ポート４０）を含んでよく、それらはソフトウェアおよびデータを外部記憶媒体１５４５からシステム１５００に転送できるようにする。外部記憶媒体１５４５の例は、外部ハードディスクドライブ、外部光学式ドライブ、外部光磁気ドライブ等を含んでよい。二次メモリ１５２０の他の例は、例えば、プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭに類似するブロック指向（ｂｌｏｃｋ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ）メモリ）を含んでよい。

上述のように、システム１５００は通信インタフェース１５４０を含んでよい。通信インタフェース１５４０は、ソフトウェアおよびデータをシステム１５００と外部デバイス（例えば、プリンタ）、ネットワーク、または他の情報ソースとの間で転送できるようにする。例えば、コンピュータソフトウェアまたは実行可能コードは、通信インタフェース１５４０を介してネットワークサーバからシステム１５００に転送されてよい。通信インタフェース１５４０の例は、内蔵ネットワークアダプタ、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）、ＰＣメモリカード国際協会（ＰＣＭＣＩＡ）ネットワークカード、カードバスネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ネットワークアダプタ、モデム、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）、無線データカード、通信ポート、赤外線インタフェース、ＩＥＥＥ１３９４ファイアワイヤ、またはネットワークもしくは別のコンピューティングデバイスとシステム５５０をインタフェースできる任意の他の装置を含む。通信インタフェース１５４０は、好ましくは例えばイーサネットＩＥＥＥ８０２規格、ファイバーチャネル、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、非同期デジタル加入者回線（ＡＤＳＬ）、フレームリレー、非同期転送モード（ＡＴＭ）、サービス総合デジタル網（ＩＳＤＮ）、パーソナル通信サービス（ＰＣＳ）、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、シリアルラインインターネットプロトコル／ポイントツーポイントプロトコル（ＳＬＩＰ／ＰＰＰ）等の業界公布プロトコル規格を実装するが、カスタマイズされたまたは非標準のインタフェースプロトコルを実装してもよい。

通信インタフェース１５４０を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、概して電気通信信号１５５５の形態である。これらの信号１５５５は、通信チャネル１５５０を介して通信インタフェース１５４０に提供されてよい。実施形態では、通信チャネル１５５０は、有線ネットワークもしくは無線ネットワーク、または任意のさまざまな他の通信リンクであってよい。通信チャネル１５５０は信号１５５５を搬送し、いくつか例を挙げるとワイヤもしくはケーブル、光ファイバ、従来の電話回線、セルラー電話リンク、無線データ通信リンク、無線周波数（「ＲＦ」）リンク、または赤外線リンクを含む、さまざまな有線通信手段または無線通信手段を使用し、実装できる。

コンピュータ実行可能コード（つまり、コンピュータプログラムまたはソフトウェア）は、メインメモリ１５１５および／または二次メモリ１５２０に記憶される。また、コンピュータプログラムは通信インタフェース１５４０を介して受信し、メインメモリ１５１５および／または二次メモリ１５２０に記憶することもできる。係るコンピュータプログラムは、実行時、システム１５００が、本明細書の他の箇所で説明されるように、開示される実施形態の多様な機能を実行できるようにする。

本記載では、「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、コンピュータ実行可能コード（例えば、ソフトウェアおよびコンピュータプログラム）をシステム１５００に提供するために使用される任意の非一時的のコンピュータ可読記憶媒体を指すために使用される。係る媒体の例は、メインメモリ１５１５、（内部メモリ１５２５、取り外し可能なメディア１５３０、および外部記憶媒体１５４５を含む）二次メモリ１５２０、ならびに（ネットワーク情報サーバまたは他のネットワーク装置を含む）通信インタフェース１５４０と通信で結合された任意の周辺装置を含む。これらの非一時的のコンピュータ可読媒体は、実行可能コード、プログラミング命令、およびソフトウェアをシステム１５００に提供するための手段である。

ソフトウェアを使用し、実装される実施形態では、ソフトウェアはコンピュータ可読媒体に記憶され、取り外し可能なメディア１５３０、Ｉ／Ｏインタフェース１５３５、または通信インタフェース１５４０を経由してシステム１５００にロードされてよい。係る実施形態では、ソフトウェアは、電気通信信号１５５５の形態でシステム１５００にロードされる。ソフトウェアは、プロセッサ１５１０による実行時、好ましくはプロセッサ１５１０に、本明細書の他の箇所に記載される特長および機能を実行させる。

一実施形態では、Ｉ／Ｏインタフェース１５３５は、システム１５００の１つ以上の構成要素と１つ以上の入力装置および／または出力装置との間のインタフェースを提供する。入力装置の例は、キーボード、タッチスクリーン、または他のタッチセンサ式の装置、生体認証検知装置、コンピュータマウス、トラックボール、ペンベースのポインティングデバイス等を含むが、これに限定されるものではない。出力装置の例は、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プリンタ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦＤ）、表面電界ディスプレイ（ＳＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）等を含むが、これに限定されるものではない。

また、システム１５００は、音声ネットワークおよび／またはデータネットワーク上の無線通信を容易にする任意選択の無線通信構成要素も含む。無線通信構成要素は、アンテナシステム１５７０、無線システム１５６５、およびベースバンドシステム１５６０を含む。システム１５００では、無線周波数（ＲＦ）信号が、無線システム１５６５の管理下でアンテナシステム１５７０によって無線で送信および受信される。

一実施形態では、アンテナシステム１５７０は、アンテナシステム１５７０に送信信号経路および受信信号経路を提供するために切り替え機能を実行する１つ以上のアンテナおよび１つ以上のマルチプレクサ（図示せず）を含んでよい。受信経路では、受信されたＲＦ信号はマルチプレクサから、受信されたＲＦ信号を増幅し、増幅された信号を無線システム１５６５に送信する低雑音増幅器（図示せず）に結合できる。

代替の実施形態では、無線システム１５６５は、多様な周波数を介して通信するように構成される１つ以上の無線を含んでよい。実施形態では、無線システム１５６５は、復調器（図示せず）および変調器（図示せず）を１つの集積回路（ＩＣ）に結合する。復調器および変調器は別の構成要素であることもできる。入信経路では、復調器はＲＦ搬送波信号を切り捨て、ベースバンド受信音声信号を残し、これが無線システム１５６５からベースバンドシステム１５６０に送信される。

受信信号が音声信号を含む場合、ベースバンドシステム１５６０は信号を復号し、信号をアナログ信号に変換する。次いで、信号は増幅され、スピーカに送信される。また、ベースバンドシステム１５６０は、マイクからアナログ音声信号を受信する。これらのアナログ音声信号はデジタル信号に変換され、ベースバンドシステム１５６０によって符号化される。また、ベースバンドシステム１５６０は伝送のためにデジタル信号をコーディングし、無線システム１５６５の変調器部分に送られるベースバンド送信音声信号を生成する。変調器は、ベースバンド送信音声信号をＲＦ搬送波信号と混合し、アンテナシステム１５７０に送られ、電力増幅器（図示なし）を通過してよいＲＦ送信信号を生成する。電力増幅器はＲＦ送信信号を増幅し、該信号を、該信号が伝送のためにアンテナポートに切り替えられるアンテナシステム１５７０に送る。

また、ベースバンドシステム１５６０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）であってよいプロセッサ１５１０と通信で結合される。プロセッサ１５１０は、データストレージ領域１５１５および１５２０にアクセスできる。プロセッサ１５１０は、好ましくは、メインメモリ１５１５または二次メモリ１５２０に記憶できる命令（つまり、コンピュータプログラムまたはソフトウェア）を実行するように構成される。また、コンピュータプログラムはベースバンドプロセッサ１５６０から受信され、メインメモリ１５１０もしくは二次メモリ１５２０に記憶する、または受信時に実行することができる。係るコンピュータプログラムは、実行時、システム１５００が、開示される実施形態の多様な機能を実行できるようにする。例えば、データストレージ領域１５１５または１５２０は、多様なソフトウェアモジュールを含んでよい。

当業者は、上述の図および本明細書に開示される実施形態に関連して記載される多様な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、および方法ステップが多くの場合、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装できることを理解する。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に説明するために、多様な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の観点から一般的に上で記載された。係る機能がハードウェアとして実装されるのか、それともソフトウェアとして実装されるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者は、記載された機能を特定のアプリケーションごとにさまざまな方法で実装できるが、係る実装の決定は、本発明の範囲から逸脱するものと解釈されるべきではない。さらに、モジュール、ブロック、回路、またはステップ内の機能のグループ分けは、記載を容易にするためのものである。特定の機能またはステップは、本発明から逸脱することなく、あるモジュール、ブロックまたは回路から別のモジュール、ブロックまたは回路に移動させることができる。

本明細書に記載されるソフトウェア構成要素のいずれも、さまざまな形態をとり得る。例えば、構成要素はスタンドアロンのソフトウェアパッケージであり得、またはより大きなソフトウェア製品に「ツール」として組み込まれたソフトウェアパッケージであり得る。構成要素は、例えばウェブサイトなどのネットワークから、スタンドアロン製品として、または既存のソフトウェアアプリケーションにインストールするためのアドインパッケージとしてダウンロードし得る。構成要素はまた、クライアント／サーバソフトウェアアプリケーションとして、ウェブ対応ソフトウェアアプリケーションとして、および／またはモバイルアプリケーションとして利用し得る。

開示される実施形態の上の記載は、いずれの当業者も本願の主題を作成または使用できるようにするために提供される。これらの実施形態に対するさまざまな修正形態は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書に記載された一般的な原理は、本願の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができるであろう。したがって、本明細書で提示する記載および図面は、現在好ましい実施形態を表し、したがって、本願によって広く企図されている主題を表すことを理解されたい。本願の範囲は、当業者に明らかになり得る他の実施形態を完全に包含し、したがって、本願の範囲は限定されないことをさらに理解されたい。

Claims (66)

1. 試料を走査して、前記試料のデジタル画像を取得するためのシステムであって、
   試料を支持するように構成されたステージと、
   前記ステージに直交する単一の光軸を有する対物レンズと、
   撮像センサと、
   合焦センサと、
   前記対物レンズに光学的に結合され、前記対物レンズの前記光軸に対応する視野を受け入れ、前記視野の少なくとも１つの第１の部分を前記撮像センサに、および前記視野の少なくとも１つの第２の部分を前記合焦センサに同時に提供するように構成された少なくとも１つの第１のビームスプリッタと、
   を備えるシステム。
2. 前記視野の前記第１の部分は、前記視野の第１の領域であり、
   前記視野の前記第２の部分は、前記視野の前記第１の領域から偏位される前記視野の第２の領域である、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の領域は、前記視野の中心領域である、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記視野の前記第２の領域は、走査方向で前記視野の前記第１の領域に先行する、
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記視野の前記第２の領域は、走査方向で、前記視野の前記第１の領域に続く、
   請求項３に記載のシステム。
6. 前記視野の前記第１の部分は、前記視野の第２の部分と同じである、
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記試料は、組織試料であり、前記ステージは、前記組織試料を支持する基材を支持するように構成される、
   請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
8. 前記基材は、スライドである、
   請求項７に記載のシステム。
9. 前記ステージは、前記対物レンズの前記光軸に対して前記試料を移動させる電動ステージである、
   請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
10. 前記合焦センサは、光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記光路に対して斜めに傾けられ、これにより前記視野の前記第２の部分は、異なる焦点距離を表すピクセルを含む画像として前記合焦センサによって取得される、
    請求項１から９のいずれかに記載のシステム。
11. 前記合焦センサ上の少なくとも１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項１０に記載のシステム。
12. 前記合焦センサは、複数の領域を備え、前記合焦センサの各領域が別個の光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記別個のそれぞれ光路に対して斜めに傾けられ、これにより前記視野の前記第２の部分は、前記合焦センサの他の領域におけるものとは異なる焦点距離で、合焦センサの各領域によって取得される、
    請求項１から１１のいずれかに記載のシステム。
13. 前記複数の領域の１つでの少なくとも１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも１つの第１のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視界の前記第２の部分を前記別個の光路に伝達する少なくとも１つの第２のビームスプリッタを備える、
    請求項１２または１３のいずれかに記載のシステム。
15. 前記少なくとも１つの第２のビームスプリッタは、複数の第２のビームスプリッタを備え、前記複数の第２のビームスプリッタのそれぞれは、前記合焦センサから同距離に配置される、
    請求項１４に記載のシステム。
16. 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の１つに反射する少なくとも１つのミラーをさらに備える、
    請求項１４または１５のいずれかに記載のシステム。
17. 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の１つに反射する少なくとも１つのミラーをさらに備え、前記少なくとも１つのミラーは、前記合焦センサから、前記複数の第２のビームスプリッタと同距離に配置される、
    請求項１５に記載のシステム。
18. 前記合焦センサのすべての領域は、単一のラインセンサの中にある、
    請求項１２から１７のいずれかに記載のシステム。
19. 前記合焦センサの各領域は、別個のラインセンサを備える、
    請求項１２から１７のいずれかに記載のシステム。
20. 前記合焦センサは、複数の領域を備え、前記合焦センサの各領域は、別個の光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記別個の光路のそれぞれに対して直交し、前記別個の光路のそれぞれは、異なる焦点距離を有し、これにより前記視野の前記第２の部分は、前記合焦センサの前記他の領域におけるものとは異なる焦点距離で、合焦センサの各領域によって取得される、
    請求項１から９のいずれかに記載のシステム。
21. 前記複数の領域の１つでの少なくとも１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項２０に記載のシステム。
22. 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも１つの第１のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視界の前記第２の部分を前記別個の光路に伝達する少なくとも１つの第２のビームスプリッタを備える、
    請求項２０または２１のいずれかに記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つの第２のビームスプリッタは、複数の第２のビームスプリッタを備え、前記複数の第２のビームスプリッタのそれぞれは、前記合焦センサから、前記他の複数の第２のビームスプリッタのそれぞれとは異なる距離に配置される、
    請求項２２に記載のシステム。
24. 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の１つに反射する少なくとも１つのミラーをさらに備える、
    請求項２２または２３のいずれかに記載のシステム。
25. 前記少なくとも１つのミラーは、複数のミラーを備え、前記複数のミラーのそれぞれは、前記合焦センサから、前記他の複数のミラーのそれぞれとは異なる距離に配置される、
    請求項２４に記載のシステム。
26. 前記集束光学系は、複数のガラスブロックをさらに備え、前記複数のガラスブロックのそれぞれは、前記複数のミラーの１つと前記合焦センサの前記複数の領域の１つとの間に配置される、
    請求項２５に記載のシステム。
27. 前記集束光学系は、少なくとも２つの鏡筒レンズをさらに備え、少なくとも２つの鏡筒レンズのそれぞれは、少なくとも１つの第２のビームスプリッタと前記合焦センサの前記複数の領域の１つとの間の前記別個の光路の異なる光路に配置され、前記１つの領域の上に前記分割されたビームを集束する、
    請求項２０から２６のいずれかに記載のシステム。
28. 前記合焦センサのすべての領域は、単一のラインセンサの中にある、
    請求項２０から２７のいずれかに記載のシステム。
29. 前記合焦センサの各領域は、別個のラインセンサを備える、
    請求項２０から２７のいずれかに記載のシステム。
30. 前記別個のラインセンサの少なくとも１つは、前記別個のラインセンサの少なくとも１つの他のラインセンサとは別個の平面内にある、
    請求項２９に記載のシステム。
31. 前記合焦センサは、第１の部分および第２の部分を備え、前記合焦センサの前記第１の部分は、第１の光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記第１の光路に対して第１の角度で傾けられ、前記合焦センサの前記第２の部分は、前記第１の光路とは別個である第２の光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記第２の光路に対して前記第１の角度の逆である第２の角度で傾けられる、
    請求項１から９のいずれかに記載のシステム。
32. 前記合焦センサの前記第１の部分と前記合焦センサの前記第２の部分との両方の上の少なくとも１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項３１に記載のシステム。
33. 前記合焦センサの前記第１の部分は、第１の画像を取得し、前記合焦センサの前記第２の部分は、第２の画像を取得し、前記第１の画像は、前記第１の画像の第１の側から前記第１の画像の第２の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記第２の画像は、前記第２の画像の前記第１の側から前記第２の画像の前記第２の側への方向で増加する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
    請求項３１または３２のいずれかに記載のシステム。
34. 前記合焦センサは、第１の領域および第２の領域を備え、前記第１の領域は、第１の光路に沿った前記視野の前記第２の部分を受け入れ、前記第２の領域は、第２の光路に沿った前記視野の鏡像化された第２の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記第１の光路および前記第２の光路のそれぞれに対して斜めに傾けられる、
    請求項１から９のいずれかに記載のシステム。
35. 前記合焦センサの前記第１の領域と前記合焦センサの前記第２の領域との両方の上の少なくとも１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項３４に記載のシステム。
36. 前記視野の前記第２の部分は、焦点距離で前記合焦センサの前記第１の領域によって受け入れられ、前記視野の前記鏡像化された第２の部分は、前記同じ焦点距離で前記合焦センサの前記第２の領域によって受け入れられる、
    請求項３４または３５のいずれかに記載のシステム。
37. 前記合焦センサの前記第１の領域は、前記視野の前記第２の部分の第１の画像を取得し、前記合焦センサの前記第２の領域は、前記視野の前記鏡像化された第２の部分の第２の画像を取得し、前記第１の画像は、前記第１の画像の第１の側から前記第１の画像の第２の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記第２の画像は、前記第１の画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
    請求項３４から３６のいずれかに記載のシステム。
38. 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも１つの第１のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視野の前記第２の部分を前記第１の光路および前記第２の光路に伝達する少なくとも１つの第２のビームスプリッタを備える、
    請求項３４から３７のいずれかに記載のシステム。
39. 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記第１の光路および前記第２の光路の１つに反射する少なくとも１つのミラーをさらに備える、
    請求項３８に記載のシステム。
40. 前記集束光学系は、前記少なくとも１つの第１のビームスプリッタと前記合焦センサの前記第２の領域との間の前記第２の光路に、前記視野の前記第２の部分を反転させて、前記視野の前記鏡像化された第２の部分を形成するダブプリズムをさらに備える、
    請求項３８または３９のいずれかに記載のシステム。
41. 前記少なくとも１つのミラーは、第１のミラーおよび第２のミラーを備え、前記第２の光路は、前記第１のミラーから前記第２のミラーへの反射、前記第２のミラーから前記少なくとも１つの第２のビームスプリッタに戻る反射、および、前記少なくとも１つの第２のビームスプリッタから前記合焦センサの前記第２の領域への経路を含み、これにより前記視野の前記第２の部分は、反転されて、前記視野の前記鏡像化された第２の部分を形成する、
    請求項３８または３９のいずれかに記載のシステム。
42. 前記合焦センサ上の１つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
    請求項１から４１のいずれかに記載のシステム。
43. 前記１つの同焦点の点は、前記合焦センサの中心にある、
    請求項４２に記載のシステム。
44. 走査される前記試料のそれぞれの部分について、
    前記合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得し、
    前記撮像センサから前記試料の前記部分のメイン画像を取得し、
    前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、
    前記撮像センサの複数の位置のそれぞれについて、前記撮像センサ上のその位置に対応する前記メイン画像の領域のコントラスト測度を計算し、
    前記合焦画像と前記メイン画像の関係を決定し、
    前記関係のピーク決定し、
    前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記合焦センサと前記撮像センサとの間の同焦点の点と、の間の距離に基づいて目標表面を更新し、
    次の目標表面に移動する前記対物レンズの位置を決定する、
    ように構成されたプロセッサをさらに備える、
    請求項４２または４３のいずれかに記載のシステム。
45. 前記プロセッサは、
    前記対物レンズを前記決定された位置に移動し、
    走査される前記試料の次の位置のために新しい合焦画像およびメイン画像を取得する
    ようにさらに構成される、
    請求項４４に記載のシステム。
46. 前記プロセッサは、走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記合焦画像と前記メイン画像の関係を決定するようにさらに構成される、
    請求項４５に記載のシステム。
47. 前記合焦画像と前記メイン画像との関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記メイン画像のコントラスト測度との比率を含む、
    請求項４６に記載のシステム。
48. 前記合焦画像と前記メイン画像との前記関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記メイン画像のコントラスト測度との差異を含む、
    請求項４６に記載のシステム。
49. 前記関係のピークを決定することは、
    前記関係の最良適合曲線を計算することと、
    前記最良適合曲線のピークを決定することと、
    を含む、
    請求項４４から４８のいずれかに記載のシステム。
50. 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれは、前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することは、前記決定されたピークに対応する前記合焦センサの位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
    請求項４４から４９のいずれかに記載のシステム。
51. 前記関係の前記ピークを提供する前記対物レンズの位置を決定することは、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
    請求項４４から４９のいずれかに記載のシステム。
52. 前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向は、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像との関係に基づいており、前記合焦画像は、前記第１の画像の第１の側から前記第１の画像の第２の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像は、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
    請求項５１に記載のシステム。
53. 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
    請求項５２に記載のシステム。
54. 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との前記関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との差異を含む、
    請求項５２に記載のシステム。
55. 自動リアルタイム合焦方法であって、前記方法は、走査される試料のそれぞれの部分について、プロセッサを使用して、
    前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるときに、または、検知された後に、
    合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得し、前記合焦センサによって検知される視野の部分が前記撮像センサによって検知される前記視界の部分から偏位され、これにより走査方向で、前記合焦センサが前記視界の部分を、前記撮像センサが前記視野のその同じ部分を検知する前に、検知すると同時に、または、検知した後に検知し、前記合焦センサの１つの点が前記撮像センサと同焦点であり、
    前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、
    前記合焦画像と前記撮像センサによって取得された前記試料の前記部分のメイン画像の関係を決定し、
    前記関係のピーク決定し、
    前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記同焦点の点との間の距離に基づいて目標表面を更新し、
    次の目標表面に移動する前記対物レンズの位置を決定し、
    前記対物レンズが前記決定された位置にある間に、前記撮像センサから前記試料の前記部分の画像を取得する、
    ことを含む方法。
56. 前記関係のピークを決定することが、
    前記関係の最良適合曲線を計算することと、
    前記最良適合曲線のピークを決定することと、
    を含む、
    請求項５５に記載の方法。
57. 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれが前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することが、前記決定されたピークに対応する前記更新された目標表面の位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
    請求項５５または５６のいずれかに記載の方法。
58. 前記関係の前記ピークを提供する前記対物レンズの位置を決定することが、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
    請求項５５から５７のいずれかに記載の方法。
59. 走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、前記合焦画像を取得するのと同時に前記合焦画像の鏡像を取得することをさらに含み、前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向が、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像の関係に基づいており、前記合焦画像が、前記第１の画像の第１の側から前記第１の画像の第２の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像が、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
    請求項５８に記載の方法。
60. 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
    請求項５９に記載の方法。
61. 命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、プロセッサによる実行時に、前記プロセッサに、走査される試料のそれぞれの部分について、
    前記試料の前記部分が撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、
    合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得させ、前記合焦センサによって検知される視野の部分が前記撮像センサによって検知される前記視界の部分から偏位され、 これにより走査方向で、前記合焦センサが前記視界の部分を、前記撮像センサが前記視野のその同じ部分を検知する前に、検知すると同時に、または、検知した後に検知し、前記合焦センサの１つの点が前記撮像センサと同焦点であり、
    前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算させ、
    前記合焦画像と前記撮像センサによって取得された前記試料の前記部分のメイン画像の関係を決定させ、
    前記関係のピークを決定させ、
    前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記同焦点の点との間の距離に基づいて目標表面を更新させ、
    次の目標表面に移動する対物レンズの位置を決定させ、
    前記対物レンズを前記決定された位置に移動させ、
    前記対物レンズが前記決定された位置にある間に、前記撮像センサから前記試料の前記部分の画像を取得させる、
    非一時的コンピュータ可読媒体。
62. 前記関係のピークを決定することが、
    前記関係の最良適合曲線を計算することと、
    前記最良適合曲線のピークを決定することと、
    を含む、
    請求項６１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
63. 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれが前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することが、前記決定されたピークに対応する前記更新された目標表面の位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
    請求項６１または６２のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
64. 前記対物レンズの位置を決定することが、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
    請求項６１から６３のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
65. 前記命令がさらに、前記プロセッサに、走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、前記合焦画像を取得するのと同時に前記合焦画像の鏡像を取得させ、前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向が、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像の関係に基づいており、前記合焦画像が、前記第１の画像の第１の側から前記第１の画像の第２の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像が、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
    請求項６４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
66. 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
    請求項６５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。