專利名稱：顯微鏡、圖像獲取裝置和圖像獲取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡、圖像獲取裝置和圖像獲取系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在病理學(xué)領(lǐng)域中，如下圖像獲取系統(tǒng)吸引了關(guān)注，該圖像獲取系統(tǒng)通過使用顯微鏡(數(shù)字顯微鏡)來捕捉載片(slide)的圖像以獲取數(shù)字圖像(虛擬載片圖像)，并且在顯示單元上以高分辨率顯示數(shù)字圖像。要求顯微鏡迅速地以高分辨率捕捉載片的圖像。為了滿足這個(gè)要求，有必要一次以高分辨率捕捉載片上盡可能寬的區(qū)域的圖像。PTLl討論了利用寬視場(chǎng)、高分辨率的物鏡并且將圖像傳感器組布置在物鏡的視場(chǎng)中的顯微鏡。PTL2討論了如下顯微鏡，為了高效率地獲取高分辨率數(shù)字圖像，該顯微鏡作為初步測(cè)量以低分辨率捕捉載片的圖像，然后以高分辨率僅針對(duì)載片上存在樣本(生物樣本)的存在區(qū)域捕捉載片的圖像。PTL3討論了如下顯微鏡，該顯微鏡在捕捉包括多個(gè)生物樣本的載片的圖像時(shí)改變物鏡對(duì)于每個(gè)生物樣本的焦點(diǎn)。引文列表專利文獻(xiàn)PTLl日本專利申請(qǐng)公開N0.2009-003016PTL2日本專利申請(qǐng)公開N0.2007-310231
PTL3日本專利申請(qǐng)公開N0.2007-233098

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題提高物鏡的分辨率減小了物鏡的焦深。通過膠合載玻片和蓋玻片將樣本密封在載玻片與蓋玻片之間可改變樣本和蓋玻片的形狀。如果樣本變形并且它的表面起伏，則樣本的一部分不能裝入物鏡的焦深中，從而使得不能獲取幾乎不模糊的優(yōu)選圖像。問題的解決方案本發(fā)明涉及一種顯微鏡，該顯微鏡即使在使用寬視場(chǎng)、高分辨率的物鏡時(shí)也能夠獲取幾乎不模糊的優(yōu)選數(shù)字圖像。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于捕捉對(duì)象的圖像的顯微鏡，包括:照明器件，被配置為照明對(duì)象；光學(xué)系統(tǒng)，被配置為形成所述對(duì)象的圖像；以及成像器件，用于捕捉所述對(duì)象的圖像，其中，所述成像器件包括多個(gè)成像單元，以及其中，所述成像單元中的每一個(gè)包括圖像傳感器和用于移動(dòng)所述圖像傳感器的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果可提供一種能夠獲取幾乎不模糊的優(yōu)選數(shù)字圖像的顯微鏡。從以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和方面將變
得清楚。


合并在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例、特征和方面，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1示出圖像獲取系統(tǒng)100。圖2A是示出測(cè)試對(duì)象30的俯視圖。圖2B是示出測(cè)試對(duì)象30的截面圖。圖3示出物鏡40。圖4A是示出成像器件50的俯視圖。圖4B是示出成像器件50的截面圖。圖5示出測(cè)量裝置2。圖6示出測(cè)試對(duì)象30上的透射光T和反射光R。圖7示出測(cè)試對(duì)象30存在的存在區(qū)域E。圖8A是示出Shack-Hartmann波前傳感器902的截面圖(當(dāng)入射光具有平面波前W時(shí))。圖8B是示出Shack-Hartmann波前傳感器902的截面圖(當(dāng)入射光具有畸變波前W時(shí))。圖9A是示出檢測(cè)器陣列922的俯視圖(當(dāng)入射光具有平面波前W時(shí))。圖9B是示出檢測(cè)器陣列922的俯視圖(當(dāng)入射光具有畸變波前W時(shí))。圖10示出作為測(cè)量裝置2的變型的測(cè)量裝置2a。圖11是示出對(duì)焦(in-focus)曲面的示意圖。圖12A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線。圖12B是示出圖像傳感器組555的俯視圖。圖13A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線和圖像傳感器501a至501d的成像表面。圖13B是示出成像器件50的截面圖。圖13C示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線和圖像傳感器501a至501d的成像表面。圖13D是示出成像器件50的截面圖。圖14示出作為成像器件50的變型的成像器件50a。圖15是示出圖像獲取裝置的操作的流程圖。圖16A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線和圖像傳感器501a至501d的成像表面。圖16B是示出成像器件50的截面圖。圖16C是示出作為成像器件50的變型的成像器件50b的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例、特征和方面。根據(jù)本發(fā)明的一方面的圖像獲取裝置包括多個(gè)圖像傳感器和多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且被配置為使得每個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)每個(gè)圖像傳感器。以下將具體描述每個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)每個(gè)圖像傳感器的配置。移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)(在下述情況下，通常為三個(gè))與一個(gè)圖像傳感器連接。所述一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)改變一個(gè)圖像傳感器的位置和/或傾角。作為最典型的情況，一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)與所有圖像傳感器連接，使得能夠獨(dú)立地控制每個(gè)圖像傳感器的位置和/或傾角。以下將參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例。在每個(gè)圖中，相同的元件用相同的標(biāo)號(hào)表示，并將省略重復(fù)解釋。圖1示出圖像獲取系統(tǒng)100。以下將參照?qǐng)D1描述根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取系統(tǒng)100。圖像獲取系統(tǒng)100捕捉測(cè)試對(duì)象(載片)的圖像并顯示該圖像。圖像獲取系統(tǒng)100包括顯微鏡(數(shù)字顯微鏡)1、測(cè)量裝置2、控制裝置3和顯示裝置4，顯微鏡I用于捕捉載片30的圖像，測(cè)量裝置2用于對(duì)載片30執(zhí)行初步測(cè)量，控制裝置3用于控制顯微鏡I和測(cè)量裝置2以創(chuàng)建數(shù)字圖像，顯示裝置4用于顯示數(shù)字圖像。圖像獲取系統(tǒng)100首先經(jīng)由測(cè)量裝置2對(duì)載片30執(zhí)行初步測(cè)量，然后經(jīng)由顯微鏡I捕捉載片30的圖像。顯微鏡1、測(cè)量裝置2和控制裝置3構(gòu)成用于獲取載片30的數(shù)字圖像的圖像獲取裝置。以下將描述顯微鏡I。顯微鏡I包括照明器件10、物鏡40、成像器件50、成像器件載物臺(tái)(stage) 60和載片載物臺(tái)20，照明器件10用于照明載片30，物鏡40用于形成載片30的圖像，成像器件50用于捕捉載片30的圖像，成像器件載物臺(tái)60用于保持成像器件50，載片載物臺(tái)20用于保持和移動(dòng)載片30。照明器件10包括光源單元和用于將來自光源單元的光引向載片30的光學(xué)系統(tǒng)。光源單元可以是白光光源或者能夠選擇R、G和B波長光的光源。在本示例性實(shí)施例中，使用能夠選擇R、G和B光的發(fā)光二極管(LED)光源。光學(xué)系統(tǒng)包括準(zhǔn)直器和Kohler照明系統(tǒng)，準(zhǔn)直器用于將來自光源單元的發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光，Kohler照明系統(tǒng)用于引導(dǎo)該平行光并將Kohler照明施加于載片30。光學(xué)系統(tǒng)可包括光學(xué)濾光器。照明器件10優(yōu)選地被配置為使得對(duì)于載片30能夠在普通照明與環(huán)形照明之間切換。載片載物臺(tái)20包括用于保持載片30的保持構(gòu)件(未示出)、用于在X方向和Y方向上移動(dòng)保持構(gòu)件的XY載物臺(tái)22、以及用于在Z方向上移動(dòng)保持構(gòu)件的Z載物臺(tái)24。Z方向是物鏡40的光軸方向。X方向和Y方向是垂直于光軸方向的方向。XY載物臺(tái)22和Z載物臺(tái)24均設(shè)有開口，來自照明器件10的光通過該開口。載片載物臺(tái)20可在顯微鏡I與測(cè)量裝置2之間往復(fù)移動(dòng)。圖2A是示出測(cè)試對(duì)象30的俯視圖。圖2B是示出測(cè)試對(duì)象30的截面圖。如圖2A和圖2B所示，載片玻片(制備標(biāo)本)30 (測(cè)試對(duì)象的例子)包括蓋玻片301、樣本302和載玻片 303。放置在載玻片303上的樣本302 (生物樣本，比如組織切片)用蓋玻片301和粘合齊Li (未不出)密封。記錄管理載片30 (樣本302)所需的信息(比如,載玻片303的標(biāo)識(shí)號(hào)和蓋玻片301的厚度)的標(biāo)簽(條形碼)333可被粘貼到載玻片303上。盡管在本示例性實(shí)施例中載片30被示為經(jīng)受圖像獲取的測(cè)試對(duì)象的例子，但是可使用其他對(duì)象作為測(cè)試對(duì)象。圖3示出物鏡40。物鏡40是用于以預(yù)定倍率放大載片30的圖像并且在成像器件50的成像表面上形成圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)。具體地講，如圖3所示，物鏡40包括透鏡和反射鏡，并且被配置為使放置在物面A上的對(duì)象的圖像聚焦到像面B上。在本示例性實(shí)施例中，物鏡40被設(shè)置為使得載片30與成像器件50的成像表面光學(xué)共軛。對(duì)象相當(dāng)于載片30，像面B相當(dāng)于成像器件50的成像表面。物鏡40的物面?zhèn)鹊臄?shù)值孔徑NA優(yōu)選為0.7或更大。物鏡40優(yōu)選被配置為使得載片的至少IOmm xlOmm方形區(qū)域可優(yōu)選地被一次成像到像面上。圖4A是示出成像器件50的俯視圖。如圖4A所示，成像器件50包括圖像傳感器組555，圖像傳感器組555由(以矩陣形式)二維布置在物鏡40的視場(chǎng)F內(nèi)的多個(gè)圖像傳感器501組成。圖像傳感器501被配置為同時(shí)捕捉載片30的多個(gè)不同部分的圖像。圖像傳感器501可以是電荷耦合器件(CXD)傳感器或金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件傳感器。安裝在成像器件50上的圖像傳感器501的數(shù)量根據(jù)物鏡40的視場(chǎng)F的面積被適當(dāng)?shù)卮_定。圖像傳感器501的布置也根據(jù)物鏡40的視場(chǎng)F的形狀以及圖像傳感器501的形狀和配置被適當(dāng)?shù)卮_定。在本示例性實(shí)施例中，為了使解釋更易于理解，圖像傳感器組555包括布置在X方向和Y方向上的5x4CM0S器件傳感器。就一般的成像器件50而言，因?yàn)閳D像傳感器501的成像表面周圍的基板表面，所以沒有間隙地布置圖像傳感器501是不可能的。所以，通過成像器件50的單次圖像捕捉而獲取的圖像包括與圖像傳感器501之間的間隙對(duì)應(yīng)的丟失部分。因此，根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置在移動(dòng)載片載物臺(tái)20(S卩，改變載片30與圖像傳感器組555之間的相對(duì)位置)以填充圖像傳感器501之間的間隙的同時(shí)多次捕捉圖像，從而獲取樣本302的圖像，所述圖像沒有丟失部分。以更高速度執(zhí)行該操作使得能夠在更短的圖像捕捉時(shí)間內(nèi)捕捉更寬區(qū)域的圖像。因?yàn)槌上衿骷?0被設(shè)置在成像器件載物臺(tái)60上，所以可移動(dòng)成像器件載物臺(tái)60來代替移動(dòng)載片載物臺(tái)20，以改變載片30與圖像傳感器組555之間的相對(duì)位置。成像器件50還包括由多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的移動(dòng)單元。每個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)每個(gè)圖像傳感器501的成像表面。以下將參照?qǐng)D4B來具體描述圖像傳感器501。圖4B是沿著圖4A的B-B線截取的截面圖。如圖4B所示，圖像傳感器501設(shè)有基板502、電路503、保持構(gòu)件504、連接構(gòu)件505和移動(dòng)構(gòu)件(汽缸)506，從而形成成像單元500。移動(dòng)構(gòu)件506被設(shè)置在頂板560上。連接構(gòu)件505和移動(dòng)構(gòu)件506構(gòu)成移動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖像傳感器501設(shè)有三個(gè)連接構(gòu)件505和三個(gè)移動(dòng)構(gòu)件506。(圖4B示出三個(gè)連接構(gòu)件505中的兩個(gè)和三個(gè)移動(dòng)構(gòu)件506中的兩個(gè))。連接構(gòu)件505被固定到保持構(gòu)件504，并且可以以與移動(dòng)構(gòu)件506的連接部分為中心旋轉(zhuǎn)。所以，移動(dòng)機(jī)構(gòu)被配置為改變圖像傳感器501的成像表面的Z方向位置和傾角這二者。成像器件載物臺(tái)60可在X方向、Y方向和Z方向中的每個(gè)方向上移動(dòng)，并且被配置為調(diào)整圖像傳感器組555的位置。成像器件載物臺(tái)60可在X軸、Y軸和Z軸中的每個(gè)軸上旋轉(zhuǎn)，并且被配置為調(diào)整圖像傳感器組555的傾角和旋轉(zhuǎn)。以下將描述測(cè)量裝置2。如圖1所示，測(cè)量裝置2包括用于照明載片30的照明單元70、用于測(cè)量載片30的樣本存在的區(qū)域(存在區(qū)域)的存在區(qū)域測(cè)量單元80、以及用于測(cè)量載片30的表面形狀的表面形狀測(cè)量單元90。圖5示出測(cè)量裝置2。如圖5所示，照明單元70包括光源701、聚光透鏡702、針孔板703、準(zhǔn)直透鏡704、孔徑710、偏振分束器705、四分之一波長板706和光圈711。來自光源701的光通過聚光透鏡702會(huì)聚到針孔板703的針孔上。來自針孔的光(球面波)通過準(zhǔn)直透鏡704成形為平行光(平面波)。平行光通過光圈710,被偏振分束器705反射,通過四分之一波長板706和光圈711，并入射到載片30。光源可以是LED光源或半導(dǎo)體激光器器件。針孔板703被配置為發(fā)射可被認(rèn)為是理想球面波的球面波。來自照明單元70的平行光被配置為至少照明蓋玻片301的整個(gè)區(qū)域。圖6示出測(cè)量對(duì)象30上的透射光T和反射光R。如圖6所示，入射到載片30的蓋玻片301的入射光I (平面波)被分離為通過載片30的透射光T和被蓋玻片301的表面反射的反射光R。反射光R的波前W與蓋玻片301的表面上的起伏對(duì)應(yīng)地畸變。在本示例性實(shí)施例中，透射光T入射到存在區(qū)域測(cè)量單元80，反射光R通過光圈711和四分之一波長板706，通過偏振分束器705，并入射到表面形狀測(cè)量單元90。如圖5所示，存在區(qū)域測(cè)量單元80包括濾光器801和照相機(jī)803。濾光器801是調(diào)整入射到照相機(jī)803的光量的ND濾光器。照相機(jī)803 (例如，CXD照相機(jī))被配置為捕捉蓋玻片301的至少整個(gè)區(qū)域的圖像。使用激光器作為光源701可引起斑點(diǎn)。在這樣的情況下，優(yōu)選的是，將隨機(jī)相位板802設(shè)置在透射光T的光路中并且通過使用移動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)移動(dòng)(例如，旋轉(zhuǎn))隨機(jī)相位板 802。入射到照相機(jī)803的光中通過樣本302的光量小于未通過樣本302的光量。所以，可通過使用通過了蓋玻片301、樣本302和載玻片303的光與通過了蓋玻片301和載玻片303的光之間的對(duì)比差異來獲得載片30的樣本302的存在區(qū)域。例如，照相機(jī)803捕捉的圖像信息被輸入到控制裝置3，并且控制裝置3執(zhí)行用于將具有等于或小于預(yù)定閾值L的亮度的區(qū)域辨識(shí)為樣本302的存在區(qū)域的操作。圖7示出測(cè)試對(duì)象30存在的存在區(qū)域E。如圖7所示，當(dāng)將存在區(qū)域E定義為矩形區(qū)域時(shí)，可通過計(jì)算坐標(biāo)值X1、X2、Yl和Y2來確定樣本302存在的存在區(qū)域E。如圖5所示，表面形狀測(cè)量單元90包括可變光學(xué)系統(tǒng)901和波前傳感器902，波前傳感器902用于測(cè)量入射光的波前?？勺児鈱W(xué)系統(tǒng)901被配置為使得載片30與波前傳感器902光學(xué)共軛，并且被配置為改變成像倍率。盡管在本示例性實(shí)施例中Shack-Hartmann波前傳感器被用作波前傳感器902，但是干涉儀(例如，剪切干涉儀)可代替Shack-Hartmann波前傳感器被用于檢測(cè)反射光R的波
N /.刖。能夠一次檢測(cè)蓋玻片301的表面的波前傳感器的使用使得能夠快速且準(zhǔn)確地測(cè)量蓋玻片301的表面形狀。因?yàn)楸砻嫘螤顪y(cè)量單元90通過使用來自蓋玻片301的表面的反射光R來測(cè)量蓋玻片301的表面形狀，所以測(cè)量結(jié)果受樣本302和載玻片303的影響程度比通過使用透射光T測(cè)量表面形狀的情況下的影響程度小。所以，如圖5所示那樣設(shè)置的表面形狀測(cè)量單元90使得能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量蓋玻片301的表面形狀。圖8A和圖8B示出Shack-Hartmann波前傳感器902。如圖8A和圖8B所示，Shack-Hartmann波前傳感器902包括透鏡陣列912和檢測(cè)器陣列922，透鏡陣列912由多個(gè)二維布置的透鏡組成，檢測(cè)器陣列922由多個(gè)二維布置的檢測(cè)器組成。透鏡陣列912的透鏡分離入射光(反射光R)的波前，并將多段分離光會(huì)聚到檢測(cè)器陣列922的各個(gè)檢測(cè)器上。以下將參照?qǐng)D8A至圖9B來描述通過使用Shack-Hartmann波前傳感器902測(cè)量表面形狀的方法。圖9A和圖9B是Shack-Hartmann波前傳感器902的檢測(cè)器陣列922的俯視圖。白色圓圈指示每個(gè)檢測(cè)器的中心，黑色圓圈指示每個(gè)檢測(cè)器的會(huì)聚位置。當(dāng)入射光具有如圖8A所示的平面波前W時(shí)，如圖9A所示，每段分離光正好會(huì)聚到每個(gè)檢測(cè)器的中心上(每個(gè)透鏡的光軸上)。然而，當(dāng)入射光具有如圖8B所示的畸變波前W時(shí)，如圖9B所示，根據(jù)每段分離光的傾角，入射光的會(huì)聚位置偏離每個(gè)檢測(cè)器的中心?？刂蒲b置3基于會(huì)聚位置的偏移量的測(cè)量值來計(jì)算入射光的波前形狀，并從計(jì)算的波前形狀獲得蓋玻片301的表面形狀。在本示例性實(shí)施例中，透射光T被存在區(qū)域測(cè)量單元80使用，反射光R被表面形狀測(cè)量單元90使用。然而，如圖10所示，存在區(qū)域測(cè)量單元80和表面形狀測(cè)量單元90的位置可交換。這意味著，反射光R被存在區(qū)域測(cè)量單元80使用，透射光T被表面形狀測(cè)量單元90使用。當(dāng)由于蓋玻片301的起伏表面形狀而導(dǎo)致的波前起伏比由于樣本302和載玻片303而導(dǎo)致的波前起伏大到一定程度時(shí)，這種配置是有效的。因?yàn)榇┩篙d片30的透射光T的光量通常大于被載片30反射的反射光R的光量，所以當(dāng)波前傳感器902具有低靈敏度時(shí)，這種配置是有效的。圖10示出作為測(cè)量裝置2的變型的測(cè)量裝置2a。就測(cè)量裝置2和測(cè)量裝置2a這二者而言，透射光T和反射光R中的一個(gè)被存在區(qū)域測(cè)量單元80使用，另一個(gè)被表面形狀測(cè)量單元90使用，并且照明單元70在存在區(qū)域測(cè)量單元80與表面形狀測(cè)量單元90之間共享。這使得能夠縮小測(cè)量裝置的大小，并且同時(shí)測(cè)量存在區(qū)域和表面形狀，從而縮短測(cè)量時(shí)間。以下將描述控制裝置3?？刂蒲b置3包括計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器和硬盤。控制裝置3控制顯微鏡I捕捉載片30的圖像，并對(duì)顯微鏡I捕捉的載片30的圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以創(chuàng)建數(shù)字圖像。具體地講，控制裝置3調(diào)整在X方向和Y方向上移動(dòng)載片載物臺(tái)20的同時(shí)捕捉的多個(gè)圖像的位置，然后拼接這些圖像以創(chuàng)建樣本302的沒有間隙的圖像。根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置針對(duì)來自光源單元的R光、G光和B光中的每一個(gè)捕捉樣本302的圖像。所以，控制裝置3組合這些圖像的數(shù)據(jù)以創(chuàng)建樣本302的彩色圖像?？刂蒲b置3控制顯微鏡I和測(cè)量裝置2，以使得顯微鏡I基于測(cè)量裝置2對(duì)載片30的初步測(cè)量的結(jié)果來捕捉載片30的圖像。具體地講，控制裝置3基于通過使用測(cè)量裝置2而獲得的樣本302的存在區(qū)域來確定將被顯微鏡I捕捉的成像區(qū)域，然后，顯微鏡I僅捕捉成像區(qū)域的圖像。這使得能夠僅捕捉病理診斷所需的區(qū)域的圖像。作為結(jié)果，可減少載片30的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的量以使得更容易處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。通常，成像區(qū)域被確定為使得它變?yōu)榈扔诖嬖趨^(qū)域?？刂蒲b置3還基于通過使用測(cè)量裝置2而獲得的蓋玻片301的表面形狀和物鏡40的倍率來計(jì)算樣本302的圖像的對(duì)焦平面(對(duì)焦曲面)。圖11是示出計(jì)算的對(duì)焦平面的示意圖。當(dāng)蓋玻片301的表面起伏時(shí)，樣本302的對(duì)焦平面也起伏而形成曲面。在這種情況下，如果在圖像傳感器組555的成像表面被布置在相同的單個(gè)平面上的狀態(tài)下捕捉樣本302的圖像，則某成像表面與對(duì)焦平面(對(duì)焦位置)分離，并且不能裝入物鏡40的焦深中。作為結(jié)果，樣本302的投射到所述某成像表面上的圖像部分變?yōu)槲磳?duì)焦，所以圖像獲取裝置將獲取具有模糊部分的數(shù)字圖像。就根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置而言，基于測(cè)量裝置2測(cè)量的表面形狀，移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)圖像傳感器組555中具有與對(duì)焦平面分離的成像表面的圖像傳感器，以使這些圖像傳感器的成像表面接近對(duì)焦平面。在本說明書中，“移動(dòng)”意指改變位置和/或傾角。在上述狀態(tài)下，根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置獲取樣本302的圖像以獲取幾乎不模糊的優(yōu)選數(shù)字圖像。以下將參照?qǐng)D12A至圖13D來具體描述圖像傳感器。圖12A和圖12B示出沿著Yi軸布置的圖像傳感器。圖12A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線。圖12B是示出圖像傳感器組555的俯視圖。圖13A至圖13D示出用于移動(dòng)圖像傳感器的方法。圖13A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線和圖像傳感器501a至501d的成像表面。圖13B是示出成像器件50的截面圖。圖13C示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲線和圖像傳感器501a至501d的成像表面。圖13D是示出成像器件50的截面圖。如圖12A所示，樣本302的圖像的對(duì)焦曲面在包括Yi軸和Zi軸的截面上形成曲線。如圖12B所示，四個(gè)圖像傳感器501a至501d沿著Yi軸布置。當(dāng)圖像傳感器組555的成像表面被布置在Yi軸上時(shí)，圖像傳感器501b的成像表面將與對(duì)焦曲線分離ΛΖ。當(dāng)ΛΖ大并且成像表面超過焦深時(shí)，相關(guān)部分處的圖像變?yōu)槲磳?duì)焦。為了解決這個(gè)問題，如圖13A和圖13B所示，移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)圖像傳感器501a至501d中的三個(gè)圖像傳感器501a、501b和501d，即，改變它們的位置和/或傾角以使得圖像傳感器501a至501d的成像表面幾乎與對(duì)焦曲線一致。例如，圖13B示出在Z方向位置和Z方向傾角這二者上改變圖像傳感器501a和501d、并且僅在Z方向位置上改變圖像傳感器501b的狀態(tài)。因?yàn)閳D像傳感器501c的成像表面從初始狀態(tài)裝入焦深中，所以移動(dòng)機(jī)構(gòu)無需移動(dòng)圖像傳感器501c。參照?qǐng)D13A，對(duì)焦曲線上的實(shí)線指示圖像傳感器501a至501d的成像表面(這也適用于圖13C)。以下將參照?qǐng)D16A至圖16C來描述對(duì)焦曲面傾斜的情況。在本說明書中，對(duì)焦曲面傾斜的情況是指當(dāng)對(duì)焦曲面逼近于平坦平面時(shí)該平坦平面不平行于包括X軸和Y軸的平面的情況。首先，以下將描述對(duì)焦曲面在包括Yi軸和Zi軸的截面上的曲線不平行于Yi軸的情況。圖16A對(duì)應(yīng)于圖13A。圖16B對(duì)應(yīng)于圖13B。圖16C是示出作為成像器件50的變型的成像器件50b的截面圖。
圖16A示出樣本302的圖像的對(duì)焦曲面傾斜傾角k的情況。在這種情況下，為了使圖像傳感器501a至501d的成像表面接近于對(duì)焦曲面，有必要如圖16B所示那樣通過長行程(stroke)移動(dòng)圖像傳感器501a至50Id。然而，可能難以創(chuàng)建用于通過長行程移動(dòng)圖像傳感器501a至501d的移動(dòng)機(jī)構(gòu)506a至506d。在這種情況下，如圖16C所示，移動(dòng)機(jī)構(gòu)可被分成兩組，即，第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)506a至506d)和第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600a和1600b)。第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)506a至506d)可對(duì)應(yīng)于對(duì)焦曲面的曲面成分，第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600a和1600b)可對(duì)應(yīng)于對(duì)焦曲面的傾角。移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600a由連接構(gòu)件1605a和移動(dòng)構(gòu)件(汽缸)1606a組成，并且被設(shè)置在頂板1660上(這也適用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600b)。第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600a和1600b)移動(dòng)圖像傳感器組(圖像傳感器501a至501d)和第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)506a至506d)以調(diào)整它們的傾角。當(dāng)通過改變載片30的表面形狀的傾角來使對(duì)焦曲面的傾角k最小時(shí)，載片載物臺(tái)20的Z載物臺(tái)24可被配置為不僅在Z方向上移動(dòng)而且還在θχ方向和0y方向上移動(dòng)，并且代替第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組，可通過Z載物臺(tái)24來改變載片30的傾角。代替載片載物臺(tái)20，可通過成像器件載物臺(tái)60來改變成像器件50的傾角。以下將考慮傾角k的定義。盡管在圖16A中通過截面圖來考慮傾角k，但是因?yàn)閳D像傳感器501是二維布置的，所以有必要在兩個(gè)方向(X方向和Y方向)上考慮最佳傾角。因此，有必要在圖像傳感器501a至501d相對(duì)于以圖12B中的圖像傳感器組555的中心為中心的X軸和Y軸傾斜的假定下計(jì)算圖像傳感器501a至501d的傾角。所以，通過使用最小二乘法將每個(gè)圖像傳感器的Z方向位置擬合到線性函數(shù)以獲得傾角k，并且與傾角k的差異可被辨識(shí)為曲面。在計(jì)算了傾角k和曲面之后，優(yōu)選的是將來自控制裝置3的移動(dòng)指令值發(fā)送到圖16C中的第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)506a至506d)和第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組(移動(dòng)機(jī)構(gòu)1600a和1600b)。通過類似地將上述成像表面移動(dòng)控制應(yīng)用于圖像傳感器組555的其他16個(gè)圖像傳感器，圖像傳感器組555的所有成像表面變?yōu)閹缀跖c樣本302的圖像的對(duì)焦曲線一致，并且圖像傳感器組555的所有成像表面都能裝入焦深中。通過在這種狀態(tài)下捕捉樣本302的圖像，根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置可獲取沒有模糊的優(yōu)選對(duì)焦數(shù)字圖像。當(dāng)在X方向和Y方向上移動(dòng)載片載物臺(tái)20 (或者成像器件載物臺(tái)60)并且再次捕捉樣本302的圖像以填充圖像傳感器501之間的間隙時(shí)，圖像傳感器501a至501d的成像表面將由于載片載物臺(tái)20的移動(dòng)而與對(duì)焦曲線分離。如圖13C和圖13D所示，移動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)載片載物臺(tái)20 (或者成像器件載物臺(tái)60)在X方向和Y方向上的移動(dòng)而再次移動(dòng)圖像傳感器501，以使得圖像傳感器501的成像表面接近于樣本302的圖像的對(duì)焦平面。當(dāng)焦深沒那么淺時(shí)，移動(dòng)機(jī)構(gòu)無需被配置為改變圖像傳感器501的位置和傾角這二者，而是如圖14所示，可被配置為僅改變圖像傳感器501的位置。圖14示出作為成像器件50的變型的成像器件50a。因?yàn)槿缟纤龀上駞^(qū)域是預(yù)定的，所以優(yōu)選的是僅移動(dòng)圖像傳感器組555中存在于成像區(qū)域內(nèi)的圖像傳感器。顯示裝置4 (例如，IXD顯示器)用于顯示操作圖像獲取裝置100所需的操作畫面，或者顯示由控制裝置3創(chuàng)建的樣本302的數(shù)字圖像。以下將參照?qǐng)D15所示的流程圖來描述根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取裝置100的處理。在步驟SlO中，從載片盒取出載片30，然后將載片30放置在載片載物臺(tái)20上。然后，保持載片30的載片載物臺(tái)20移動(dòng)到測(cè)量裝置2。在步驟S20中，測(cè)量裝置2同時(shí)測(cè)量載片30上的樣本302存在的存在區(qū)域(成像區(qū)域)和載片30的表面形狀。測(cè)量結(jié)果被存儲(chǔ)在控制裝置3的存儲(chǔ)單元中。在步驟S30中，載片載物臺(tái)20從測(cè)量裝置2移動(dòng)到顯微鏡I。圖像獲取裝置100基于存儲(chǔ)在控制裝置3的存儲(chǔ)單元中的表面形狀和物鏡40的倍率來計(jì)算樣本302的對(duì)焦曲面。在步驟S40中，成像器件50的移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)圖像傳感器501的成像表面，以使得圖像傳感器501的成像表面變?yōu)榕c所計(jì)算的對(duì)焦曲面一致。盡管圖15示出載片載物臺(tái)20在步驟S30中移動(dòng)并且移動(dòng)機(jī)構(gòu)在步驟S40中移動(dòng)圖像傳感器501，但是步驟S30和S40中的處理可同時(shí)或者按相反次序執(zhí)行。在步驟S50至S70中，在圖像傳感器501的成像表面與對(duì)焦曲面一致的狀態(tài)下，圖像傳感器組555獲取樣本302的圖像。具體地講，在步驟S50中，在載片30被來自照明器件10的R (紅色)光照明時(shí)，圖像傳感器組555獲取樣本302的R (紅色)圖像。在步驟S60中，圖像獲取裝置100選擇G (綠色)光作為將從照明器件10發(fā)射的光，并且在載片30被G光照明時(shí)，圖像傳感器組555獲取樣本302的G (綠色)圖像。在步驟S70中，圖像獲取裝置100選擇B (藍(lán)色)光作為將從照明器件10發(fā)射的光，并且在載片30被B光照明時(shí)，圖像傳感器組555獲取樣本302的B (藍(lán)色)圖像。因?yàn)槲镧R40的色差的影響或者蓋玻片301的形狀或厚度的影響，樣本302的由R光、G光和B光導(dǎo)致的對(duì)焦曲面可能彼此不同。在這種情況下，可預(yù)先基于存儲(chǔ)在控制裝置3的存儲(chǔ)單元中的表面形狀來計(jì)算樣本302的由R光、G光和B光導(dǎo)致的對(duì)焦曲面。如果圖像傳感器501的成像表面不能裝入焦深中，則可能優(yōu)選的是，在獲取G圖像之前和/或在獲取B圖像之前，通過使用各個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)來改變圖像傳感器501的位置或姿勢(shì)，以使得成像表面接近于對(duì)焦曲面并裝入焦深中。在這種情況下，可通過使用成像器件載物臺(tái)60來改變圖像傳感器501的位置或姿勢(shì)。在步驟S80中，確定對(duì)于成像區(qū)域的所有部分是否完成圖像捕捉。當(dāng)樣本302在以矩陣形式布置的圖像傳感器501之間的間隙處的圖像還未被獲取(S卩，圖像捕捉對(duì)于成像區(qū)域的所有部分未完成(在步驟S80中為否))時(shí)，那么，在步驟S90中，圖像獲取裝置100在X方向和Y方向上移動(dòng)載片載物臺(tái)20，以改變載片30與成像器件50之間的相對(duì)位置。然后，所述處理返回到步驟S40。在步驟S40中，移動(dòng)機(jī)構(gòu)再次移動(dòng)圖像傳感器501的成像表面。在步驟S50至S70中，圖像傳感器組555再次獲取載片30的R圖像、G圖像和B圖像，從而獲取樣本302在圖像傳感器501之間的間隙處的圖像。另一方面，如果對(duì)于成像區(qū)域的所有部分完成圖像捕捉(在步驟S80中為是)，則所述處理結(jié)束。盡管在本示例性實(shí)施例中圖像獲取裝置100通過移動(dòng)載片載物臺(tái)20來改變載片30與成像器件50之間的相對(duì)位置，但是可移動(dòng)成像器件載物臺(tái)60來代替載片載物臺(tái)20，或者可移動(dòng)載片載物臺(tái)20和成像器件載物臺(tái)60這二者。當(dāng)圖像獲取裝置100多次(例如，三次)重復(fù)在X方向和Y方向上移動(dòng)載片載物臺(tái)20的步驟S90、移動(dòng)圖像傳感器501的成像表面的步驟S40以及獲取R圖像、G圖像和B圖像的步驟S50至S70時(shí)，對(duì)于成像區(qū)域的所有部分完成圖像捕捉。根據(jù)本示例性實(shí)施例的圖像獲取系統(tǒng)100通過使用測(cè)量裝置2對(duì)載片30的表面形狀執(zhí)行初步測(cè)量，然后基于測(cè)量結(jié)果通過使用顯微鏡I來捕捉載片30的圖像，從而獲取并顯示幾乎不模糊的優(yōu)選數(shù)字圖像。盡管已具體描述了本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此，并且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以以不同方式修改本發(fā)明。例如，盡管在上述示例性實(shí)施例中每個(gè)圖像傳感器設(shè)有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是移動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置不限于此。每兩個(gè)或更多個(gè)圖像傳感器501可設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且可對(duì)每兩個(gè)或更多個(gè)圖像傳感器501調(diào)整位置和/或傾角。盡管在上述示例性實(shí)施例中每個(gè)圖像傳感器設(shè)有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是當(dāng)物鏡40的焦深沒那么淺時(shí)，或者當(dāng)蓋玻片301不大程度地起伏時(shí)，每個(gè)圖像傳感器不需要設(shè)有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)。在這種情況下，優(yōu)選的是通過使用成像器件載物臺(tái)60—次調(diào)整圖像傳感器組555的Z方向位置或傾角，并且還優(yōu)選的是在物鏡40的光路中提供用于改變像差的光學(xué)元件并且移動(dòng)該光學(xué)元件。圖像獲取裝置100基于測(cè)量裝置2測(cè)量的存在區(qū)域和表面形狀通過使用顯微鏡I來捕捉載片300的圖像。然而，當(dāng)存在區(qū)域和表面形狀已知時(shí)，圖像獲取裝置100不需要設(shè)有測(cè)量裝置2。例如，關(guān)于存在區(qū)域和表面形狀的信息可被優(yōu)選地記錄在載片30上的標(biāo)簽333上。在這種情況下，在顯微鏡I上提供用于讀取標(biāo)簽333的裝置并基于所讀取的信息通過使用顯微鏡I來捕捉載片300的圖像使得能夠僅用顯微鏡I獲取幾乎不模糊的優(yōu)選數(shù)字圖像。盡管在上述示例性實(shí)施例中使用由多個(gè)二維布置的圖像傳感器組成的圖像傳感器組555，但是圖像傳感器組555的配置不限于此。圖像傳感器組555可由多個(gè)一維或三維布置的圖像傳感器組成。盡管在上述示例性實(shí)施例中使用二維圖像傳感器，但是圖像傳感器的類型不限于此?？墒褂靡痪S圖像傳感器(線傳感器)。盡管在上述示例性實(shí)施例中多個(gè)圖像傳感器被布置在相同的單個(gè)基板(頂板)上，但是圖像傳感器的布置不限于此。多個(gè)圖像傳感器可被布置在多個(gè)基板上，只要載片300的多個(gè)不同部分的圖像可被同時(shí)捕捉即可。本說明書或附圖中描述的技術(shù)要素可單獨(dú)地或者組合地表現(xiàn)出技術(shù)實(shí)用性，并且組合不限于如提交的權(quán)利要求中描述的那些組合。本說明書或附圖中所示的技術(shù)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的，并且僅實(shí)現(xiàn)這些目的中的一個(gè)目的具有技術(shù)實(shí)用性。盡管已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是要理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)遵循最寬泛的解釋以便包含所有的修改方式、等同結(jié)構(gòu)和功能。本申請(qǐng)要求于2010年10月29日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2010-243802、于2010年10月29日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2010-243803和于2011年9月I日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2011-190375的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用合并于此。
權(quán)利要求
1.一種用于捕捉對(duì)象的圖像的顯微鏡，包括: 照明器件，被配置為照明所述對(duì)象； 光學(xué)系統(tǒng)，被配置為形成所述對(duì)象的圖像；以及 成像器件，用于捕捉所述對(duì)象的圖像， 其中，所述成像器件包括多個(gè)成像單元，以及 其中，所述成像單元中的每一個(gè)包括圖像傳感器和用于移動(dòng)所述圖像傳感器的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)所述圖像傳感器，以使得所述圖像傳感器的成像表面接近于所述對(duì)象的圖像的對(duì)焦平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯微鏡，其中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述對(duì)象的表面形狀來移動(dòng)所述圖像傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任 何一個(gè)所述的顯微鏡，還包括: 載物臺(tái)，被配置為保持和移動(dòng)所述對(duì)象， 其中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述載物臺(tái)在垂直于所述光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向上的移動(dòng)來移動(dòng)所述圖像傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一個(gè)所述的顯微鏡，其中，所述成像器件包括第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組和第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組，所述第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)組包括多個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組用于移動(dòng)所述成像單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯微鏡，其中，所述第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)組根據(jù)所述對(duì)象的圖像的對(duì)焦曲面的傾角來移動(dòng)所述成像單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一個(gè)所述的顯微鏡，還包括: 載物臺(tái)，被配置為保持和移動(dòng)所述對(duì)象， 其中，所述載物臺(tái)根據(jù)所述對(duì)象的圖像的對(duì)焦曲面的傾角來移動(dòng)所述對(duì)象。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一個(gè)所述的顯微鏡，其中，多個(gè)圖像傳感器被配置為捕捉所述對(duì)象的多個(gè)不同部分的圖像。
9.一種用于獲取對(duì)象的圖像的圖像獲取裝置，所述圖像獲取裝置包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一個(gè)所述的顯微鏡；以及 測(cè)量裝置，用于測(cè)量所述對(duì)象的表面形狀， 其中，所述顯微鏡的移動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述測(cè)量裝置測(cè)量的表面形狀來移動(dòng)圖像傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像獲取裝置，其中，所述測(cè)量裝置測(cè)量所述對(duì)象的樣本存在的存在區(qū)域，以及 其中，所述顯微鏡根據(jù)所述測(cè)量裝置測(cè)量的表面形狀和存在區(qū)域來移動(dòng)圖像傳感器以捕捉所述存在區(qū)域的圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像獲取裝置，其中，所述測(cè)量裝置包括表面形狀測(cè)量單元和存在區(qū)域測(cè)量單元，所述表面形狀測(cè)量單元用于通過使用被所述對(duì)象反射的光來測(cè)量所述表面形狀，所述存在區(qū)域測(cè)量單元用于通過使用通過所述對(duì)象的光來測(cè)量所述存在區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像獲取裝置，其中，所述測(cè)量裝置包括: 照明器件，用于用光照明所述對(duì)象；表面形狀測(cè)量單元，用于通過使用穿透所述對(duì)象的光和被所述對(duì)象反射的光中的一個(gè)來測(cè)量所述表面形狀；以及 存在區(qū)域測(cè)量單元，用于通過使用穿透所述對(duì)象的光和被所述對(duì)象反射的光中的另一個(gè)來測(cè)量所述存在區(qū)域。
13.一種圖像獲取系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任何一個(gè)所述的圖像獲取裝置；以及 顯示裝置，被配置為顯示由所述 圖像獲取裝置獲取的對(duì)象的圖像。
全文摘要
顯微鏡1包括用于照明對(duì)象30的照明器件10、用于形成對(duì)象30的圖像的光學(xué)系統(tǒng)40、以及用于捕捉對(duì)象30的圖像的成像器件50。成像器件50包括多個(gè)成像單元。每個(gè)成像單元包括圖像傳感器和用于移動(dòng)該圖像傳感器的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)G02B21/36GK103180769SQ201180051439
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者辻俊彥, 藤井宏文, 望月駿 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社