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特許6074429フォーカスおよびイメージングシステムならびにエラー信号を使用する技術
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6074429
(24)【登録日】2017年1月13日
(45)【発行日】2017年2月1日
(54)【発明の名称】フォーカスおよびイメージングシステムならびにエラー信号を使用する技術
(51)【国際特許分類】
G02B 7/36 20060101AFI20170123BHJP
G02B 7/28 20060101ALI20170123BHJP
G02B 21/00 20060101ALI20170123BHJP
【ＦＩ】
G02B7/36
G02B7/28 J
G02B21/00
【請求項の数】13
【全頁数】35
(21)【出願番号】特願2014-528924(P2014-528924)
(86)(22)【出願日】2012年8月21日
(65)【公表番号】特表2014-529102(P2014-529102A)
(43)【公表日】2014年10月30日
(86)【国際出願番号】EP2012066265
(87)【国際公開番号】WO2013034429
(87)【国際公開日】20130314
【審査請求日】2014年8月6日
(31)【優先権主張番号】61/532,709
(32)【優先日】2011年9月9日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507179346
【氏名又は名称】ベンタナ メディカル システムズ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100075270
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100101373
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(72)【発明者】
【氏名】ロニー，グレゴリー・シー
(72)【発明者】
【氏名】スターク，グレン
【審査官】
小倉 宏之
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００３−２９５０６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／０４９６０８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開昭６１−２３９７８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０８６５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０３−０５２４５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ７／３６
Ｇ０２Ｂ ７／２８
Ｇ０２Ｂ ２１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
標本のフォーカス画像を取得するための装置であって、
前記標本の検査のために配置される対物レンズと、
前記対物レンズに連結されるスローフォーカスステージと、を有し、前記スローフォーカスステージは、前記対物レンズの動きを制御し、
前記装置はさらに、ディザレンズを含むディザフォーカスステージを有し、前記ディザフォーカスステージは前記ディザレンズを動かし、
前記装置はさらに、前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供するフォーカスセンサと、
メトリックおよび前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために前記フォーカス情報を使用する、少なくとも１つの電気素子と、を有し、前記少なくとも１つの電気素子は、前記第１フォーカス位置を決定するために前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理する、エラー信号素子を含み、前記少なくとも１つの電気素子は、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために、前記スローフォーカスステージに位置情報を伝達し、
前記装置はさらに、前記対物レンズが前記第１フォーカス位置に移動した後に、前記標本の画像を取得する、イメージセンサを有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用する、エラー信号関数により決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、前記コントラストエラー信号関数がゼロになるところで決定され、
前記イメージセンサは、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するように構成され、前記標本の第１列は、第１方向にスキャンされ、前記フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、装置。
前記標本の検査のために配置される対物レンズと、
前記対物レンズに連結されるスローフォーカスステージと、を有し、前記スローフォーカスステージは、前記対物レンズの動きを制御し、
前記装置はさらに、ディザレンズを含むディザフォーカスステージを有し、前記ディザフォーカスステージは前記ディザレンズを動かし、
前記装置はさらに、前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供するフォーカスセンサと、
メトリックおよび前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために前記フォーカス情報を使用する、少なくとも１つの電気素子と、を有し、前記少なくとも１つの電気素子は、前記第１フォーカス位置を決定するために前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理する、エラー信号素子を含み、前記少なくとも１つの電気素子は、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために、前記スローフォーカスステージに位置情報を伝達し、
前記装置はさらに、前記対物レンズが前記第１フォーカス位置に移動した後に、前記標本の画像を取得する、イメージセンサを有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用する、エラー信号関数により決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、前記コントラストエラー信号関数がゼロになるところで決定され、
前記イメージセンサは、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するように構成され、前記標本の第１列は、第１方向にスキャンされ、前記フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記コントラストエラー信号関数は、前記ディザレンズの運動が中心決めされる場所で、鮮鋭度応答カーブ上の少なくとも１つの位置の各々に計算される鮮鋭度波形の少なくとも３つのポイントに基づいて決定される、装置。
【請求項3】
請求項２に記載の装置であって、前記コントラストエラー信号（ＣＥＳ）は、
ＣＥＳ＝（ａ−ｃ）／ｂ
の式で表され、ここで、ａは鮮鋭度波形の谷部であり、ｂは鮮鋭度波形の頂部であり、ｃは鮮鋭度波形の次の谷部である、装置。
ＣＥＳ＝（ａ−ｃ）／ｂ
の式で表され、ここで、ａは鮮鋭度波形の谷部であり、ｂは鮮鋭度波形の頂部であり、ｃは鮮鋭度波形の次の谷部である、装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
ＸＹ移動ステージを有し、前記標本は前記ＸＹ移動ステージ上に配置され、（ｉ）前記ＸＹ移動ステージの運動を制御する少なくとも１つの電気部品、および、（ｉｉ）前記ＸＹ移動ステージは、前記ディザレンズの運動にフェーズロックされるとの特徴の少なくとも１つが提供される、装置。
ＸＹ移動ステージを有し、前記標本は前記ＸＹ移動ステージ上に配置され、（ｉ）前記ＸＹ移動ステージの運動を制御する少なくとも１つの電気部品、および、（ｉｉ）前記ＸＹ移動ステージは、前記ディザレンズの運動にフェーズロックされるとの特徴の少なくとも１つが提供される、装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記ディザフォーカスステージは、前記ディザレンズを並進運動で運動させる、ボイスコイル駆動の屈曲部アセンブリを含む、装置。
【請求項6】
請求項１に記載の装置であって、前記ディザレンズは、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で運動し、前記少なくとも１つの電気部品は、１秒当たり６０回のフォーカス計算を実行するために、前記フォーカス情報を使用する、装置。
【請求項7】
請求項１に記載の装置であって、前記ディザフォーカスステージは、双方向に動作するように設定され、前記フォーカスセンサは、共振周波数における前記ディザレンズの運動のシヌソイド波形の上昇部分および下降部分の両方でフォーカス情報を生成する、装置。
【請求項8】
請求項１に記載の装置であって、前記メトリックは、コントラスト情報、鮮鋭度情報、および彩度情報の少なくとも１つを含む、装置。
【請求項9】
請求項１に記載の装置であって、さらに、前記第２列のフォーカスデータを使用して、前記第１列がスキャンされる前記第１方向の反対の方向に前記第２列をスキャンする、装置。
【請求項10】
請求項９に記載の装置であって、前記第２列のフォーカスデータは予め決定され、前記対物レンズは、前記第１列のフォーカスデータが前記第２列のフォーカスデータと異なるときに、前記対物レンズは第２フォーカス位置に移動させられる、装置。
【請求項11】
標本のフォーカス画像を取得する方法であって、
前記標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御するステップと、
ディザレンズの運動を制御するステップと、
前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供するステップと、
メトリックを決定し、前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するためにフォーカス情報を使用するステップと、を有し、前記第１フォーカス位置を決定するステップは、前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含み、
前記方法はさらに、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために使用される位置情報を送るステップ、を有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数にしたがって決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、前記コントラストエラー信号関数がゼロになるとことで決定され、
前記方法はさらに、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するようにイメージセンサを使用するステップを有し、前記標本の第１列は、前記イメージセンサにより第１方向にスキャンされ、フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、方法。
前記標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御するステップと、
ディザレンズの運動を制御するステップと、
前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供するステップと、
メトリックを決定し、前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するためにフォーカス情報を使用するステップと、を有し、前記第１フォーカス位置を決定するステップは、前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含み、
前記方法はさらに、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために使用される位置情報を送るステップ、を有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数にしたがって決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、前記コントラストエラー信号関数がゼロになるとことで決定され、
前記方法はさらに、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するようにイメージセンサを使用するステップを有し、前記標本の第１列は、前記イメージセンサにより第１方向にスキャンされ、フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、方法。
【請求項12】
標本のフォーカス画像を取得するためのソフトウェアが記憶された、不揮発性のコンピュータ可読媒体であって、前記ソフトウェアは、
前記標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御する実行可能なコードと、
ディザレンズの運動を制御する実行可能なコードと、
前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供する実行可能なコードと、
メトリックを決定し、前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために、前記フォーカス情報を使用する実行可能なコードと、を有し、前記第１フォーカス位置を決定することは、前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含み、
前記ソフトウェアはさらに、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために使用される位置情報を送る実行可能なコードを有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数により決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、コントラストエラー信号関数がゼロになるところで決定され、
前記ソフトウェアはさらに、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するようにイメージセンサを使用する実行可能なコードを有し、前記標本の第１列は、前記イメージセンサにより第１方向にスキャンされ、フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、不揮発性のコンピュータ可読媒体。
前記標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御する実行可能なコードと、
ディザレンズの運動を制御する実行可能なコードと、
前記ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供する実行可能なコードと、
メトリックを決定し、前記メトリックにしたがって前記対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために、前記フォーカス情報を使用する実行可能なコードと、を有し、前記第１フォーカス位置を決定することは、前記メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含み、
前記ソフトウェアはさらに、前記対物レンズを前記第１フォーカス位置に移動させるために使用される位置情報を送る実行可能なコードを有し、
前記エラー信号情報は、前記ディザレンズの運動による前記メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数により決定され、前記エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数であり、前記第１フォーカス位置は、コントラストエラー信号関数がゼロになるところで決定され、
前記ソフトウェアはさらに、前記標本を曲がりくねってスキャンする間に、列ごとに前記標本の画像を取得するようにイメージセンサを使用する実行可能なコードを有し、前記標本の第１列は、前記イメージセンサにより第１方向にスキャンされ、フォーカスセンサの視野は、第２列のフォーカスデータが生成されるように、前記第１列に隣接する第２列に整合する、不揮発性のコンピュータ可読媒体。
【請求項13】
請求項１２に記載の不揮発性のコンピュータ可読媒体であって、前記コントラストエラー信号関数は、前記ディザレンズの運動が中心化されるところで、鮮鋭度応答カーブ上の少なくとも１つの位置の各々に計算される鮮鋭度波形の少なくとも３つのポイントに基づいて決定される、不揮発性のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、イメージングの分野に関し、より具体的には画像を取得するためのシステムおよび技術に関する。
【背景技術】
【0002】
病気を示す細胞構造の変化の分子イメージング同定は、医薬科学のよりよい理解にとって重要である。顕微鏡応用は、微生物学（たとえばグラム染色など）植物組織の培養、動物細胞の培養（たとえば位相コントラスト顕微鏡など）、分子生物学、免疫学（たとえばＥＬＩＳＡなど）、細胞生物学（免疫蛍光法、染色体解析など）、共焦点顕微鏡、コマ撮りおよび生体細胞イメージング、シリーズおよび３次元イメージングに応用できる。
【0003】
細胞内で生じる多くの秘密の解明されていない多くを備え、蛍光マーカーを用いて転写および翻訳レベルの変化が検出できる、共焦点顕微鏡において進歩があった。共焦点アプローチの進歩は、標本を通じて連続的に高解像度の個別の光学領域を画像化する能力から得られている。しかし、比較的に低コストで病理学上の組織の正確な分析を提供する、病理学上の組織の画像のディジタル処理のためのシステムおよび方法に対するニーズが依然としてある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
短時間で観察するために高解像度のディジタル画像を得ることがディジタル病理学の望ましい目的である。現在の手動の方法で、病理医は、顕微鏡の接眼レンズを通してスライドを観察し、細胞の特徴の観察による視診を可能にし、または、染色された細胞と染色されていない細胞をカウントすることを可能にする。ディジタル画像が収集され、高解像度モニターで観察でき、後の使用のために共有化または保管される自動化された方法が望まれる。ディジタル化プロセスをハイスループットで効率的に達成し、高解像度および高画質を達成することは利益がある。
【0005】
従来のバーチャル顕微鏡システムにおいて、イメージング技術は、多くの画像上に優位に焦点外となりえる個別の画像を生成することがある。従来のイメージングシステムは、カメラで取得される各個別のスナップショットの単一の焦点距離に制限され、これらの「視野」のそれぞれは、スキャンされる対象標本が単一の表面を備えないときに、焦点外の領域を備える。バーチャル顕微鏡において採用される高倍率レベルにおいて、不均一表面を備える標本は非常にまれである。
【0006】
従来のシステムは、焦点外画像の高比率に対処するために、予備フォーカス技術を使用し、これは、２ステッププロセスに基づいている。この２ステップは、１）第１パスにおいて、組織区域のトップにおかれる２次元グリッド上に配置されるｎ個の画像フレームにより分離されるポイントのアレイにおけるベストフォーカスを決定し、；２）もう１つのパスにおいて、各焦点を移動させ、画像フレームを取得する。これらのベストフォーカスポイントの間のポイントにおいて、焦点は挿入される。この２ステッププロセスは、焦点外画像を減らすまたは無くすことができ、このプロセスは、タイル状の画像の取得のスピードを優位に低下させる。
【0007】
したがって、従来のイメージングシステムに内在する優位な問題を克服し、効率的に焦点のあった高品質な画像をハイスループットで提供するシステムを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書で説明されるシステムによれば、標本のフォーカスされた画像を取得するための装置は、標本の検査のために配置される対物レンズを含む。スローフォーカスステージを対物レンズに連結させることができ、スローフォーカスステージは対物レンズの動きを制御する。ディザレンズおよびディザフォーカスステージを含むディザフォーカスステージは、ディザレンズを動かすことができる。フォーカスセンサは、ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供することができる。少なくとも１つの電気部品は、メトリックおよびメトリックにより対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために、フォーカス情報を使用することができる。少なくとも１つの電気部品は、第１フォーカス位置を決定するために、メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理するエラー信号部品を含むことができる。少なくとも１つの電気部品は、対物レンズを第１フォーカス位置に移動させるために、スローフォーカスステージに位置情報を送ることができる。画像センサは、対物レンズが第１フォーカス位置に移動した後に、標本の画像を取得することができる。エラー信号情報は、ディザレンズの移動によりメトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数により決定することができる。エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数とすることができ、第１フォーカス位置は、コントラストエラー信号関数がゼロになるところに決定することができる。コントラストエラー信号関数は、ディザレンズの動きが中心決めされる鮮鋭度の応答カーブの少なくとも１つの位置のそれぞれに計算される、波形の鮮鋭度の少なくとも３つのポイントに基づいて決定することができる。コントラストエラー信号（contrast error signal, CES）は、CES=(a-c)/bの式で表すことができ、ここでａは鮮鋭度波形のトラフであり、bは鮮鋭度波形のピークであり、cは鮮鋭度波形の次のトラフである。ＸＹ移動ステージを提供することができ、この上に標本が配置され、少なくとも１つの電気部品がＸＹ移動ステージの運動を制御することができ、および／またはＸＹ移動ステージは、ディザレンズの移動にフェーズロックすることができる。ディザフォーカスステージは、ディザレンズを並進運動で移動させる、ボイスコイル駆動の屈曲アセンブリ（flexured assembly）を含むことができる。ディザレンズは、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で運動することができ、少なくとも１つの電気部品は、１秒当たり少なくも６０回のフォーカス計算を実行するために、フォーカス情報を使用する。フォーカスセンサおよびディザフォーカスステージは、双方向に動作するように設定することができ、フォーカスセンサは、共振周波数におけるディザレンズの運動のシヌソイド波形の上下部分の両方でフォーカス情報を生成することができる。メトリックは、コントラスト情報、鮮鋭度情報、彩度情報の少なくとも１つを含むことができる。
【0009】
本明細書で説明されるシステムによれば、標本のフォーカスされた画像を取得するための方法が提供される。本方法は、標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御することを含む。ディザレンズの運動は制御されるようにすることができる。フォーカス情報は、ディザレンズを介して伝播される光により提供することができる。フォーカス情報は、メトリックを決定するために、また、メトリックにしたがって対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために使用することができる。第１フォーカス位置の決定は、メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含む。位置情報は、対物レンズを第１フォーカス位置に移動させるために使用するように送ることができる。エラー信号情報は、ディザレンズの運動により、メトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用して、エラー信号関数にしたがって形成することができる。エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数とすることができ、また、第１フォーカス位置は、コントラストエラー信号関数がゼロになるように決定することができる。コントラストエラー信号関数は、ディザレンズの運動が中心決めされる鮮鋭度応答値カーブでの少なくとも１つの位置のそれぞれが計算される、鮮鋭度波形の少なくとも３つのポイントに基づいて決定することができる。コントラストエラー信号（ＣＥＳ）は、CES=(a-c)/bの式で表すことができ、ここでａは鮮鋭度波形のトラフであり、bは鮮鋭度波形のピークであり、cは鮮鋭度波形の次のトラフである。第１フォーカス位置は、ベストフォーカス位置として決定することができ、また、本方法は、さらに、対物レンズがベストフォーカス位置に移動した後に、標本の画像を取得することを含むことができる。ディザレンズは、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で移動することができ、１秒当たりに少なくとも６０回のフォーカス計算を達成することができる。メトリックは、鮮鋭度情報、コントラスト情報、彩度情報の少なくとも１つを含むことができる。
【0010】
本明細書で説明されるシステムによれば、不揮発性のコンピュータ可読媒体は、標本のフォーカスされた情報を取得するためのソフトウェアを記憶する。このソフトウェアは、標本の検査のために配置される対物レンズの運動を制御する実行可能なコードを含むことができる。実行可能なコードは、ディザレンズの運動を制御するように提供することができる。実行可能なコードは、ディザレンズを介して伝播される光にしたがってフォーカス情報を提供するようにすることができる。実行可能なコードは、メトリックおよびメトリックにしたがって対物レンズの第１フォーカス位置を決定するために使用するようにすることができる。第１フォーカス位置の決定は、メトリックに基づいて生成されるエラー信号情報を処理することを含むことができる。実行可能なコードは、対物レンズを第１フォーカス位置に移動させるために使用される位置情報を送るようにすることができる。エラー信号情報は、ディザレンズの運動にしたがってメトリックに基づいて生成される波形のポイントを使用するエラー信号関数により決定することができる。エラー信号関数は、コントラストエラー信号関数とすることができ、第１フォーカス位置は、コントラストエラー信号関数がゼロになるところで決定することができる。コントラストエラー信号関数は、ディザレンズの運動が中心決めされる鮮鋭度応答値カーブ上の少なくとも１つの位置のそれぞれについて計算される、鮮鋭度波形の少なくとも３つのポイントに基づいて決定することができる。コントラストエラー信号（ＣＥＳ）は、CES=(a-c)/bの式で表すことができ、ここでａは鮮鋭度波形のトラフであり、bは鮮鋭度波形のピークであり、cは鮮鋭度波形の次のトラフである。
【0011】
以下において、添付図面を参照しながら本明細書で説明されるシステムの実施形態がより詳細に説明される。添付図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本明細書で説明されるシステムの様々な実施形態による、ディジタル病理学サンプルスキャニングおよびイメージングに関連付けられる様々な要素装置を含み得る、スキャニング顕微鏡および／または他のスキャニング装置のイメージングシステムの概略図である。
【図2】本明細書で説明されるシステムの実施形態による、フォーカスシステムを含むイメージング装置を示す概略図である。
【図3A】コントロールシステムの実施形態の概略図であり、コントロールシステムは適切な電子機器を含むことができることを示す図である。
【図3B】コントロールシステムの実施形態の概略図であり、コントロールシステムは適切な電子機器を含むことができることを示す図である。
【図4】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、ディザフォーカスステージをより詳細に示す概略図である。
【図5A】本明細書で説明されるシステムによる、フォーカス動作の反復を示す概略図である。
【図5B】本明細書で説明されるシステムによる、フォーカス動作の反復を示す概略図である。
【図5C】本明細書で説明されるシステムによる、フォーカス動作の反復を示す概略図である。
【図5D】本明細書で説明されるシステムによる、フォーカス動作の反復を示す概略図である。
【図5E】本明細書で説明されるシステムによる、フォーカス動作の反復を示す概略図である。
【図6A】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、ディザフォーカス光学系の命令波形および鮮鋭度の決定を示すプロットの概略図である。
【図6B】ディザレンズのサイン波運動の計算された鮮鋭度（Ｚｓ）値のプロットを示す概略図である。
【図7A】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス決定および標本（組織）の調整を示す概略図である。
【図7B】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス決定および標本（組織）の調整を示す概略図である。
【図8】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス処理およびイメージングに関連する、イメージフレームおよびフォーカスフレームを備えるカメラウィンドウを示す概略図である。
【図9】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、ディザフォーカス光学系により取得された複数のポイントにおける、鮮鋭度カーブおよびコントラストエラー信号を含む鮮鋭度プロファイルの例を示す概略図である。
【図10】スローフォーカスステージを制御するために制御信号を生成するためのコントラスト関数の使用を示す関数制御ループブロックダイアグラムを示す図である。
【図11】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス処理およびイメージングに関連して、領域に分割されるフォーカスフレームを示す概略図である。
【図12A】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、時間ポイントにおいて取得され得る異なる鮮鋭度値を示す図である。
【図12B】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、時間ポイントにおいて取得され得る異なる鮮鋭度値を示す図である。
【図13】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、検査における標本のスキャン中のオンザフライフォーカス処理を示すフローダイアグラムである。
【図14】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、スローフォーカスステージにおける処理を示すフローダイアグラムである。
【図15】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、画像取得処理を示すフローダイアグラムである。
【図16】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス処理のための代替構成を示す概略図である。
【図17】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス処理の代替構成を示す概略図である。
【図18】本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、スライド上の組織のモザイク画像を取得するための処理を示すフローダイアグラムである。
【図19】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、ＸＹステージの精密ステージ（たとえばＹステージ部分）の実施例を示す概略図である。
【図20A】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、精密ステージの移動ステージブロックのより詳細な図である。
【図20B】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、精密ステージの移動ステージブロックのより詳細な図である。
【図21】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、Ｙステージ、Ｘステージ、およびベースプレートを含む本稿で議論される精密ステージの特徴による、ＸＹ合成ステージ全体の実施例を示す図である。
【図22】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明アセンブリを使用するスライドを照明するための、照明システムを示す概略図である。
【図23】本明細書で説明されるシステムに関して使用することができる、ＬＥＤ照明アセンブリのための一実施形態をより詳細に示す概略図である。
【図24】本明細書で説明されるシステムの一実施形態に関して使用することができる、ＬＥＤ照明アセンブリの具体的な実施例を示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１は、本明細書で説明されるシステムの様々な実施形態による、ディジタル病理学サンプルスキャニングおよびイメージングに関して使用される様々な要素を含み得る、スキャニング顕微鏡および／または他のスキャニング装置のイメージングシステム５の概略図である。イメージングシステム５は、本明細書の他の箇所でさらに議論される実施形態によるフォーカスシステム１０を備えるイメージング装置を含むことができる。さらに、様々な実施形態において、イメージングシステム５は、イメージングまたは他の適切な操作に関して使用される他のシステムを含むことができ、スライドステージシステム２０、スライドキャッチシステム３０、および照明システム４０、他の要素システム５０の１つ以上を含み、これらは本稿でさらに詳細に説明される。Loneyらによる「Imaging System and Techniques」という表題の国際公開ＷＯ２０１１／０４９６０８号を参照すると、イメージングおよび他の適切な操作、特に顕微鏡イメージングに使用することができる様々な要素システムおよび技術の例が説明されている。この文献は、参照により本明細書に組み込まれる。また、ここで説明されるシステムは、Dietzらによる「Digital Microscope Slide Scanning System and Methods」との表題の米国特許出願公開第２００８／０２４０６１３号明細書に説明されているように、顕微鏡スライドスキャニング機器の構造および技術、画像取得、スティッチング（stiching）および拡大に関して使用することができ、実質的な正確さの損失なく拡大して画像を再構成し、再構成された画像を表示および保存することに関する特徴を含んでいる。かかる文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【0014】
図２は、光学スキャニング顕微鏡および／または他の適切なイメージングシステムのイメージング装置１００を示す概略図であり、本明細書で説明されるシステムの一実施形態による、スライド上に配置された組織サンプル１０１および／または他の物体のフォーカス画像を取得するためのフォーカスシステムの要素を含む。本明細書で説明されるフォーカスシステムは、スナップショットが取得されるときに、各スナップショットのベストフォーカスを決定し、「オンザフライフォーカシング」と言及されることがある。本明細書で提供される装置および技術は、病理学スライド内の領域のディジタル画像を形成するために必要とされる時間を優位に減少させる。本明細書で説明されるシステムは、従来のシステムの２ステップアプローチを統合し、予備フォーカスに必要とされる時間を実質的に取り除く。本明細書で説明されるシステムは、スナップショット取得するためのオンザフライ処理を用いて顕微鏡スライド上の標本のディジタル画像を形成することを提供し、本システムでは、すべてのスナップショットを取得するための総時間は、スナップショットを取得する前に各スナップショットのための焦点を予備決定するステップを使用する方法により必要とされる時間よりも短い。
【0015】
イメージング装置１００は、電荷結合素子（ＣＣＤ）および／または相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサのようなイメージングセンサ１１０を含むことができ、これはディジタル病理学画像を取得するカメラ１１１の一部である。イメージングセンサ１１０は、チューブレンズ１１２、ビームスプリッタ１１４、およびコンデンサ１１６、光源１１８および／または他の適切な光学部品１１９を含む他の要素を介して顕微鏡対物レンズから伝播された光を受け取る。顕微鏡対物レンズ１２０は、無限に補正され得る。一実施形態において、ビームスプリッタ１１４は、光ビーム源の約７０％を画像センサ１１０に向け、約３０％の残りの部分をディザフォーカスステージ１５０およびフォーカスセンサ１６０の経路に沿って向けるように設けることができる。画像取得される組織サンプル１０１は、ＸＹ移動ステージ１３０上に配置することができ、これは、Ｘ方向およびＹ方向に移動することができ、本明細書でさらに説明されるように制御することができる。スローフォーカシングステージ１４０は、画像センサ１１０で取得される組織１０１の画像にフォーカスするために、顕微鏡対物レンズ１２０の運動をＺ方向に制御することができる。スローフォーカスステージ１４０は、モーターおよび／または顕微鏡対物レンズ１２０を移動させるための他の好適な装置を含むことができる。ディザフォーカスステージ１５０およびフォーカスセンサ１６０は、本明細書で説明されるシステムによる、オンフライフォーカシングの精細なフォーカス制御を提供するために使用される。様々な実施形態において、フォーカスセンサ１６０は、ＣＣＤセンサおよび／またはＣＭＯＳセンサとすることができる。
【0016】
ディザフォーカスステージ１５０およびフォーカスセンサ１６０は、鮮鋭度値および／または他のメトリックにしたがって、オンザフライフォーカシングを提供し、鮮鋭度値および／または他のメトリックは、スナップショットが取得されるときに各画像のスナップショットのためのベストフォーカスを得るために、イメージングプロセスの間に迅速に計算される。本明細書でより詳細に議論されるように、ディザフォーカスステージ１５０は、顕微鏡対物レンズ１２０のよりスローな運動に実行できる運動周波数に独立に且つこれを超えて、たとえばシヌソイド運動で、所定の周波数で運動することができる。ディザフォーカスステージ１５０の運動範囲にわたって組織の観察のためにフォーカス情報に関して、フォーカスセンサ１６０により複数の測定が行われる。フォーカス電子機器および制御システム１７０は、フォーカスセンサ１６０、ディザフォーカスステージ１５０、マスタークロックを制御するために電子機器、スローフォーカスステージ１４０（Ｚ方向）、Ｘ−Ｙ移動ステージ１３０、本稿の技術によるシステムの実施形態の他の部品を制御するための電子機器を含むことができる。フォーカス電子機器および制御システム１７０は、ディザフォーカスステージ１５０およびフォーカスセンサ１６０からの情報を用いて鮮鋭度の計算を実行するために使用することができる。鮮鋭度値は、ディザ運動により画定されるシヌソイドカーブの少なくとも一部にわたって計算されるようにすることができる。フォーカス電子機器および制御システム１７０は、組織のベストフォーカス画像のための位置を決定するため、また、イメージングプロセス中にベストフォーカス画像を取得するために、顕微鏡対物レンズ１２０を所望の位置に移動させるように（図示のようにＺ軸に沿って）スローフォーカスステージ１４０に命令するために、この情報を使用することができる。また、制御システム１７０は、ＸＹ移動ステージ１３０のスピード、たとえばステージ１３０のＹ方向における移動スピード、を制御するために、この情報を使用することができる。一実施形態において、鮮鋭度値は、隣接するピクセルのコントラスト値の差を計算し、二乗し、これらを合計して１つのスコアを計算することで計算することができる。鮮鋭度値を決定する様々なアルゴリズムが本明細書でさらに議論される。
【0017】
本明細書で説明されるシステムによる様々な実施形態において、また、本明細書で議論される部品によれば、顕微鏡スライド上の標本のディジタル画像を形成するための装置は、無限に補正される顕微鏡対物レンズ、ビームスプリッタ、カメラフォーカスレンズ、高解像度カメラ、センサフォーカスレンズグループ、ディザフォーカスステージ、フォーカスセンサ、コース（スロー）フォーカスステージ、フォーカス電子機器を含むことができる。この装置は、スナップショットを取得する前に全てのスナップショットの焦点を予め決定する必要なく、対物レンズの焦点を合わせてカメラを介して各スナップショットを取得することを可能にすることができ、全てのスナップショットを取得するための総時間は、スナップショットを取得する前に各スナップショットの焦点を予め決定するステップを必要とするシステムに必要とされる時間よりも短い。このシステムは、コンピュータ制御を含むことができ、ｉ）第１フォーカスポイントまたはいくつかのフォーカスポイントを決定すること、ここではプレスキャンという、アンカーまたは限定組織ポイント、粗フォーカスステージをｚ範囲の全体にわたって移動させて鮮鋭度値を監視することにより、組織上に名目フォーカス平面を設定し、ｉｉ）関心領域の角部からスタートするためにｘ方向およびｙ方向で組織を位置決めし、ｉｉｉ）移動させるためにディザ精細フォーカスステージを設定し、ディザフォーカスステージはマスタークロックに同期され、マスタークロックはｘｙステージの速度を制御し、ｉｖ）ステージをフレームから隣接するフレームへ移動するように命令し、および／または、ｖ）画像センサ上のフレームを取得し、パルス光を生成するために光源をトリガするようにトリガ信号を生成する。
【0018】
さらに、他の実施形態によれば、本稿で説明されるシステムは、顕微鏡スライド上に配置された標本のディジタル画像を形成するための、コンピュータに実装可能な方法を提供することができる。この方法は、標本の少なくとも一部を含む顕微鏡スライドの領域を備えるスキャン領域を決定することを含むことができる。スキャン領域は、複数のスナップショットに分割することができる。スナップショットは、顕微鏡対物レンズおよびカメラを使用して取得することができ、スナップショットを取得する前に全てのスナップショットのフォーカスポイントを予め決定する必要なく、対物レンズおよび顕微鏡の焦点合わせをし、カメラで各スナップショットを取得することができる。全てのスナップショットを取得するための総時間は、スナップショットを取得する前に各スナップショットのフォーカスポイントを予め決定するステップを必要とする方法により必要とされる時間よりも短い。
【0019】
図３Ａは、フォーカス電子機器および制御システム１７０の実施形態の概略図であり、フォーカス電子機器１６１、マスタークロック１６３、およびステージ制御電子機器１６５を含む。図３Ｂは、電子機器１６１の実施形態の概略図である。図示の実施形態において、フォーカス電子機器１６１は、適切な電子機器を含むことができ、適当な速さのＡ／Ｄ変換器１７１、および、マイクロプロセッサ１７３を備えるフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）１７２、を含むことができ、マイクロプロセッサ１７３は、鮮鋭度の計算および／または本明細書でさらに議論される他の処理を実行するために使用することができる。Ａ／Ｄ変換器１７１は、ＦＰＧＡ１７２およびマイクロプロセッサ１７３に連結され、また、鮮鋭度情報を出力するために使用されるフォーカスセンサ１６０から情報を受け取ることができる。符号１７０に含まれるマスタークロックは、フォーカス電子機器１６１、ステージ制御電子機器１６５、およびシステムの他の部品にマスタークロック信号を供給することができる。ステージ制御電子機器１６５は、スローフォーカスステージ１４０、Ｘ−Ｙ移動ステージ１３０、ディザフォーカスステージ１５０、および／または、他の制御信号および情報を制御するために使用される制御信号を生成することができ、これらは本明細書でさらに議論される。ＦＰＧＡ１７２は、フォーカスセンサ１６０にクロック信号および他の情報を供給することができる。研究室での測定は、６４０×３２ピクセルフレームの鮮鋭度計算は１８マイクロ秒でできることを示し、本稿で説明されるシステムの好適な操作に十分な速さである。一実施形態において、フォーカスセンサ１６０は、本稿でさらに議論されるように、６４０×３２ストリップのウィンドウを備える単色ＣＣＤカメラを含むことができる。スキャニング顕微鏡は、１Ｄまたは２Ｄアレイのピクセルを取得することができ、本稿で議論されるように、コントラスト情報、および／または強度情報をＲＧＢまたはいくつかの他の色空間で含む。システムは、たとえば２５ｍｍ×５０ｍｍのガラススライド上で、大きな領域にわたってベストフォーカスポイントを見つける。多くの市販のシステムは、２０倍、０．７５ＮＡの顕微鏡対物レンズにより生成される領域をＣＣＤアレイでサンプル取得する。対物レンズおよびコンデンサの０．７５のＮＡ、５００ｎｍの波長が与えられると、光学系の横方向の分解能は約０．５ミクロンとなる。この分解能素子をナイキスト周波数でサンプリングするために、物体におけるピクセルサイズは約０．２５ミクロンである。３０ｆｐｓで動作し、７．４ミクロンのピクセルサイズを備える４Ｍピクセルカメラ（たとえばDalsa Falcon 4M30/60）では、物体からイメージングカメラまでの拡大率は、７．４／０．２５＝３０倍となる。本稿で説明されるシステムは、望ましくは、フォーカス寸法における組織の空間変動が物体におけるフレームサイズよりも十分に小さい場合に使用される。実際的に、フォーカスの変動は、より大きな距離にわたって生じ、また、多くのフォーカス調整は傾きを補正するためになされる。これらの傾きは、概ね、物体におけるフレーム寸法につき０．５−１ミクロンの範囲である。
【0020】
現在のスキャニングシステム（たとえば、BioImagene iScan Coreo system）で結果を得るための時間は、２０×１５ｍｍ×１５ｍｍの視野での予備スキャンおよびスキャンで約３．５分であり、１５ｍｍ×１５ｍｍの視野の４０×スキャンで約１５分である。１５ｍｍ×１５ｍｍの視野は、２６パスで３５フレームを繰り返すことでスキャンされる。スキャンは、１秒の往復時間で単一方向になされ得る。本明細書で説明されるシステムによる技術を用いるスキャンの時間は、名目フォーカス平面を見つけるのに約５秒かかり、１パスあたり１．１７秒（２５パス）かかり、全体で５＋２５×（１．１７＋１）＝５９．２５秒（約１分）である。これは従来のアプローチに対して相当な時間節約である。本稿で説明される他のシステムの実施形態は、フォーカス時間をより早くすることができるが、連続スキャンに対する運動のぼけを避けるための短い照射時間に必要とされる光量に制限となり得る。以下でさらに詳細に議論されるＬＥＤ光とすることができる、高ピーク照射を可能とする光源１１８をパルス化またはストロボ化することでこの問題を軽減できる。一実施形態において、光源１１８のパルス化は、フォーカス電子機器および制御システム１７０により制御することができる。さらに、システムの双方向の運転は、２０スキャンに対して約２５秒の戻り時間を除去でき、３５秒のスキャン時間とすることができる。
【0021】
フォーカス電子機器および制御システム１７０に関して使用される部品は、より一般的に、本稿で説明される技術の実施形態に関する様々な異なる機能を実行するために用いられる電気部品として言及されることがあることに注意されたい。
【0022】
図４は、本稿で説明されるシステムの実施形態による、ディザフォーカスステージ１５０をより詳細に示す概略図である。ディザフォーカスステージ１５０は、ディザフォーカスレンズ１５１を含むことができ、ボイスコイルアクチュエータのようなこれは１つ以上のアクチュエータ１５２ａ、ｂにより動かすことができ、また、剛体ステージ１５３内に取り付けることができる。一実施形態において、レンズは、市販の５０ｍｍの焦点距離を備える色消しレンズとすることができ、たとえばEdmund Scientific, NT32-323とすることができる。代替的に、ディザフォーカスレンズ１５１は、プラスチックから非球面に形成することができ、レンズの重量が減少（極低質量）するように形状付けられる。屈曲構造部１５４は、剛体ハウジング１５３に取り付けられるようにすることができ、また、剛体グラウンドポイントに取り付けられ、ディザフォーカスレンズ１５１の、たとえば約６００−１０００ミクロンの小さな距離で並進運動のみが可能になるようにすることができる。一実施形態において、屈曲構造部１５４は、曲げ方向において、約０．０１０インチの厚さの適切なステンレス鋼シートから構成することができ、４バーリンケージを形成する。屈曲部１５４は、多くのサイクルにわたり動作させるために、疲労限界から遠い使用応力で、好適なスプリング鋼から形成できる。
【0023】
ディザフォーカスレンズ１５１および屈曲部１５４の移動質量は、６０Ｈｚ以上または第１機械共振よりも大きな周波数を提供するように設計することができる。移動質量は、制御システム１７０（図２参照）にフィードバックを提供するために、容量センサまたは渦電流センサのような、好適なバンド幅（たとえば１ｋＨｚ以上）の位置センサ１５５で監視することができる。たとえば、KLA Tencor’s ADE部門は、この用途に好適な、１ｋＨｚバンド幅、１ｍｍ測定範囲、７７ナノメートル分解能で、５ｍｍ ２８０５プローブの容量センサを製造している。要素１７０に機能的に含まれるもののような、ディザフォーカスおよび制御システムは、ディザフォーカスレンズ１５１の拡大率を予め規定されたフォーカス範囲に維持することができる。ディザフォーカスおよび制御システムは、周知のゲイン制御されるオシレータ回路に依存することができる。共振で動作するとき、ディザフォーカスレンズ１５１は低電流で駆動でき、ボイスコイル巻き部において低いパワーを消費する。たとえば、BEI Kimco LAO8-10（Winding A）アクチュエータを使用すると、平均電流は１８０ｍＡ未満となり得、消費パワーは０．１Ｗ未満となり得る。
【0024】
本明細書で説明される様々な実施形態に関して、ディザレンズの他のタイプの運動および他のタイプのアクチュエータ１５２ａ、ｂを使用することができることに注意されたい。たとえば、ピエゾ電気アクチュエータをアクチュエータ１５２ａ、ｂとして使用することができる。さらに、ディザレンズの運動は、顕微鏡対物レンズ１２０の運動からの独立を維持する、共振周波数以外での運動とすることができる。
【0025】
上述した容量センサおよび本稿の技術による実施形態に使用されるようなセンサ１５５は、ディザフォーカスレンズがどこに位置しているか（たとえば、サイン波またはレンズの運動に対応するサイクルに対して）についてフィードバックを提供することができる。
【0026】
本稿で説明されるように、フォーカスセンサを使用して得られるどの画像フレームがベスト鮮鋭度値を生成するかについて決定することができる。このフレームに関し、センサ１５５により示されるように、ディザフォーカスレンズの位置がサイン波の位置に対して決定することができる。センサ１５５により示される位置は、スローフォーカスステージ１４０のための適切な調整を決定するために、制御電子機器１７０により使用できる。たとえば、一実施形態において、顕微鏡対物レンズ１２０の運動は、スローフォーカスステージ１４０のスローステップモータにより制御することができる。センサ１５５により示される位置は、Ｚ方向におけるベストフォーカス位置に顕微鏡対物レンズ１２０を位置決めするために、対応する移動量（および対応する制御信号）を決定するために使用することができる。制御信号は、スローフォーカスステージ１４０のステップモータに伝達することができ、必要に応じて顕微鏡対物レンズ１２０をベストフォーカス位置に再位置決めすることができるようにする。
【0027】
図５Ａ−５Ｅは、本稿で説明されるシステムによるフォーカス動作の繰り返しを示す概略図である。これらの図は、画像センサ１１０、フォーカスセンサ１６０、ディザレンズ付きディザフォーカスステージ１５０、および顕微鏡対物レンズ１２０を示している。組織１０１は、ｙ軸に移動しているように示され、すなわちＸＹ移動ステージ１３０上に示されており、フォーカス動作が行われる。一例として、ディザフォーカスステージ１５０は、６０Ｈｚまたはそれ以上（たとえば８０Ｈｚ、１００Ｈｚ）の所望の周波数でディザレンズを移動させることができるが、他の実施形態において、本稿で説明されるシステムは、適用可能な状況によりより低い周波数（たとえば５０Ｈｚ）でディザレンズを移動させるようにすることもできる。ＸＹ移動ステージ１３０は、たとえばＹ方向において、あるフレームから隣接するフレームに移動するように命令されるようにすることができる。たとえば、ステージ１３０は、１３ｍｍ／秒の一定速度で移動するように命令することができ、これは、２０倍の対物レンズに関して約３０フレーム／秒の取得速度に対応する。ディザフォーカスステージ１５０およびＸＹ移動ステージ１３０は、フェーズロックすることができるので、ディザフォーカスステージ１５０およびセンサ１６０は、１秒当たり６０フォーカス計算をすることができ、または、双方向に機能して（サイン波の上および下への運動で読む）１秒あたり１２０フォーカスポイント、または１フレーム当たり４フォーカスポイントとすることができる。１７２８ピクセルのフレーム高さに関して、これは、４３１ピクセル毎のフォーカスポイント、または２０倍対物レンズで１０８ミクロンに相当する。ＸＹ移動ステージ１３０は移動しているので、場面の変動を最小に維持するために、フォーカスポイントは非常に短い時間期間、たとえば３３０μsec（またはそれ以下）で取得する必要がある。
【0028】
様々な実施形態において、本明細書でさらに議論されるように、このデータは記録され、次のフレームのフォーカス位置を推定するのに使用され、または、代替的に、推定は使用されずに直近のフォーカスポイントをアクティブフレームのフォーカスのために使用される。６０Ｈｚのディザ周波数および１秒当たり３０フレームのフレーム速度で、フォーカスポイントは、スナップされたフレームの中心から１／４未満の位置で取得される。一般に、組織の高さは、フレームの１／４ではこのフォーカスポイントが不正確になるほど大きく変化しない。
【0029】
名目フォーカス平面または参照平面１０１´を確立するために、組織上で第１フォーカスポイントを見つけることができる。たとえば、参照平面１０１´は、スローフォーカスステージ１４０を使用して、Ｚ範囲の全体、たとえは＋１／−１ｍｍにわたり、顕微鏡対物レンズ１２０を最初に移動させ、鮮鋭度値を監視することで決定することができる。参照平面１０１´が見つかったら、組織１０１は、関心領域の角部および／または他の特定の位置で開始するために、ＸおよびＹ方向に位置決めすることができ、ディザフォーカスステージ１５０は移動するようにセットされ、および／または図５で始まるディザフォーカスステージ１５０の他の運動が監視され続ける。
【0030】
ディザフォーカスステージ１５０は、制御システム１７０（図２参照）においてマスタークロックに同期させることができ、制御システム１７０はまた、ＸＹステージ１３０の速度を制御するのに使用することができる。たとえば、ディザフォーカスステージ１５０が６０Ｈｚで０．６ミリメートルｐ−ｖ（ピークから谷）のシヌソイド運動をする場合、シヌソイドのより線形な範囲を使用するために、３２％のデューティサイクルが想定され、２．７ミリ秒にわたるフォーカス範囲を通じて８ポイントが取得できる。図５Ｂ−５Ｄにおいて、ディザフォーカスステージ１５０は、ディザレンズをシヌソイド運動で移動させ、シヌソイドカーブの少なくとも一部に沿ってフォーカスサンプルが取得される。それゆえ、フォーカスサンプルは、３３０μ秒ごとに、または３ｋＨｚの速度で取得される。対物レンズとフォーカスセンサ１６０との間の５．５倍の拡大率で、０．６ｍｍ ｐ−ｖのディザレンズの運動は、対物レンズにおける２０ミクロン ｐ―ｖ運動に相当する。この情報は、スローフォーカスステージ１４０のスローステップモータに、最大の鮮鋭度値、すなわちベストフォーカスが計算される位置を伝達するために使用される。図５Ｅに示されるように、スローフォーカスステージ１４０は、画像センサ１１０が組織１０１の関心領域のベストフォーカス画像１１０´を取得する時間において、顕微鏡対物レンズ１２０をベストフォーカス位置に移動させる（運動範囲１２０´で示される）ように命令される。一実施形態において、たとえば制御システム１７０により画像センサ１１０がトリガされ、ディザレンズの運動のある回数のサイクルの後に画像がスナップショットされる。ＸＹ移動ステージ１３０は、次のフレームに移動し、ディザフォーカスステージ１５０のディザレンズサイクル運動が続き、図５Ａ−５Ｅのフォーカス動作が繰り返される。鮮鋭度値は、プロセスのボトルネックとならない速さで計算することができ、たとえば３ｋＨｚで計算することができる。
【0031】
図６Ａは、本稿で説明されるシステムの一実施形態による、ディザフォーカス光学系の命令波形および鮮鋭度決定を示すプロット２００の概略図である。一実施形態において、図５Ａ−５Ｅの例に関して議論される時間に基づく。
【0032】
T = 16.67 msec ／レンズが６０Ｈｚで共振する場合のディザレンズのシヌソイドの周期F = 300μm ／フォーカス値の正の範囲
N = 8 ／期間Ｅにおいて取得されるフォーカスポイントの数
Δt = 330μsec ／330μsecごとに取得されるフォーカスポイントサンプル
E = 2.67msec ／Ｎフォーカスポイントが取得される期間
Δf = 1.06μm フォーカス移動の中心において ／フォーカスカーブのステップサイズ
それゆえ、３２％のデューティサイクルにより、フォーカス処理を通じて８．８４μm（８×１．０６μm＝８．４８μm）がサンプル取得される。
【0033】
図６Ｂは、プロット２１０に示されるディザレンズのサイン波運動の一部の計算された鮮鋭度（Ｚｓ）値のプロット２１０を示す概略図である。各ポイントｉの関数としてサンプル取得された各フォーカス平面の位置（ｚ）は、式１により与えらえる。
【0034】
【数1】
【0035】
ＣＣＤカメラをウインドーイングすることは、本稿で説明されるシステムに好適な高フレームレートを提供し得る。たとえば、Ontario, CanadaにあるWaterlooのDalsa社は、Genie M640-1/3 640×480 Monochrome cameraを製造している。Genie M640-1/3は、６４０×３２のフレームサイズで３０００フレーム／秒で動作し得る。ＣＣＤアレイ上のピクセルサイズは７．４ミクロンである。物体とフォーカス平面との間における５．５倍において、１つのフォーカスピクセルは物体において約１．３ミクロンに相当する。フォーカスピクセル毎の約１６物体ピクセル（４×４）のいくらかの平均化が生じるが、良いフォーカス情報を得るために十分な高空間周波数コントラスト変化が保護される。一実施形態において、ベストフォーカス位置は、鮮鋭度計算プロット２１０のピーク値により決定することができる。追加的な実施形態において、本稿でさらに議論されるコントラストメトリックを含む、他のメトリックによりベストフォーカスを決定するために他のフォーカス計算および技術を使用できることに注意されたい。
【0036】
図７Ａおよび７Ｂは、本稿で説明されるシステムの一実施形態による、フォーカス決定および標本（組織）の調整を示す概略図である。図７Ａにおいて、図柄２５０は、本稿で議論されるＸＹ移動ステージ１３０の運動によるＹ軸に沿った標本の移動に関する概略イメージフレームにおける標本の図である。Ｙ軸およびＸ軸に沿った標本の移動（たとえばＸＹステージ１３０の運動による）に関する、標本上の１横断または１通過は、符号２５０に示されており、標本を横断する曲がりくねったパターンを示している。図示２５０´は、図示２５０の一部の拡大図である。図示２５０´の１つのフレームは、dtpを示し、これは標本の明確な組織ポイント（definite tissue point）またはアンカーポイントを示している。図示２５０´の例において、標本境界が示され、スキャン中に、本稿で説明されるシステムにより複数回のフォーカス計算が行われる。例として、フレーム２５１において、標本のイメージングに関して４回のフォーカス計算（フォーカス位置１、２、３、０＊として示される）が実行された後に、ベストフォーカス決定がなされるが、本稿で説明されるシステムに関してより多くのフォーカス計算が行われるようにしてもよい。図７Ｂは、検査される標本のＹ軸位置に対する顕微鏡対物レンズのＺ軸位置のプロットを示す概略図２６０を示す。図示の位置２６１は、本稿で説明されるシステムの一実施形態によるベストフォーカスを達成するための顕微鏡対物レンズ１２０の調整のために決定されたＺ軸に沿う位置を示す。
【0037】
本稿で説明されるシステムは、米国特許第７５７６３０７号明細書、第７５１８６４２号明細書に開示されているもののような従来のシステムに対して優位な効果を提供する。これらの文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、顕微鏡対物レンズの全体はシヌソイドまたは三角形のパターンでフォーカスを通じて移動される。本稿で提供されるシステムは有利であり、重く（特に他の対物レンズがタレットを介して追加される場合）、ディザ光学系を使用して説明される高い周波数で移動させることができない、顕微鏡対物レンズおよび付随するステージとの使用に好適である。本稿で説明されるディザレンズは、調整されるマス（たとえば、ガラスより軽量に形成される）を備えることができ、フォーカスセンサへのイメージング要求は、顕微鏡対物レンズに必要とされるものよりも小さい。フォーカスデータは、鮮鋭度を計算するときに場面の変化を最小にするために、本稿で説明されるように高レートで取得することができる。場面の変化を最小化することで、本稿で説明されるシステムは、システムがフォーカス内外へ移動し、組織が顕微鏡対物レンズの下で移動するときに、鮮鋭度メトリックにおける不連続性を小さくする。従来のシステムにおいて、そのような不連続性はベストフォーカス計算にノイズを与える。
【0038】
図８は、イメージセンサのイメージフレーム３０４およびフォーカスセンサのフォーカスフレーム３０６を含むカメラウィンドウ３０２を示す概略図である。フォーカスフレーム３０６およびイメージフレーム３０４の各々の視野が整列して示されている。イメージフレーム３０４は、イメージング中に取得されるフレームの列がカメラウィンドウ３０２に整合するように、ステージ１３０の移動方向に向けることができる。たとえばDalsa 4M30/60 CCDカメラ、2352x1728ピクセル、7.4ミクロン平方ピクセルを使用するイメージフレーム３０４の視野は、２１倍拡大チューブレンズを使用して０．８２３ｍｍ×０．６０４ｍｍである。イメージフレームの広い寸法（０．８２３ｍｍ）は、フォーカスフレーム３０６の長い寸法に垂直に向けることができる。フォーカスセンサ（たとえば、Dalsa Genie 640x480 ピクセル、7.4ミクロン平方ピクセル）のフォーカスフレーム３０６は、フォーカスレッグにおいて５倍の拡大を使用して物体において、１００ピクセル×３２０ピクセルまたは０．１４８ｍｍ×０．４７４ｍｍの矩形３０６´に窓をかけることができる。それゆえ、フォーカスフレーム３０６は、イメージフレーム３０４により観察される組織の大部分を観察することができる。これは、組織セクションがフレーム内で分離して配置されている場合にでもフォーカス操作における組織の取得の可能性を増加させる。フォーカスフレーム３０６により観察される組織の大きな領域は、ベストフォーカスを決定するときにノイズ低減、高感度を提供し、また、非組織領域と組織領域とを識別するのに有利に使用することができる。本稿で説明されるシステムの一実施形態によれば、１秒当たり６０のベストフォーカス決定をすることができ、各フォーカスセンサのサイクルで２０の鮮鋭度が計算され、６０Ｈｚのフォーカスディザで１秒当たり１２００の鮮鋭度計算を生じさせる。標本のイメージングに関してフォーカス計算（たとえば図７Ａおよび７Ｂに示され鵜フォーカス位置１、２、３、０＊）が実行される。ベストフォーカスイメージフレームは、イメージフレーム３０４´として示される。全ての関心領域を横断する曲がりくねったパターンを実行することで組織の範囲がカバーされる。
【0039】
鮮鋭度計算の例は式２（たとえば３２０×１００の領域に窓をかけるカメラの使用に基づく）に示される。行iに関して、次元nは１００まであり、列jに関して次元ｍは３２０／ｚまであり、ここでｚは、鮮鋭度か計算される領域の数であり、領域の鮮鋭度は式２で表される。
【0040】
【数2】
【0041】
ここでｋは、１から５までの整数である。この実施形態においてｚ＝１（１つの領域のみ）であるが、本稿でさらに議論される他の実施形態では、本稿で説明されるシステムに関して１つより多くの領域を用いることができる。また、他の鮮鋭度のメトリクスおよびアルゴリズムを、本稿で説明されるシステムに関して使用することができる。ＸＹ移動ステージ１３０がｙ軸に沿って移動するとき、システムはフォーカスフレーム内の現在の領域で鮮鋭度情報を取得し、この情報はベストフォーカス位置を決定するために使用される。
【0042】
図９は、フォーカス位置を通る移動から生成される鮮鋭度プロファイルの例を示す概略図であり、本稿で説明されるシステムの一実施形態による、鮮鋭度応答カーブ３６０、およびディザフォーカス光学系によりサンプル取得される複数のポイントにおける各鮮鋭度応答のコントラストエラー信号３７０を含む。プロット３６０は、ｘ軸におけるマイクロメータにおけるディザレンズの幅、およびｙ軸に沿う鮮鋭度単位を示す。図示のように、ディザレンズの運動は、代表的な位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいて中心決めすることができる。しかし、本稿で説明される計算は、鮮鋭度カーブの各ポイントに適用することができることに注意されたい。ディザレンズの運動が各位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいて中心決めされるとき、ディザレンズシヌソイドの半サイクルに関して、フォーカスセンサ１６０から生成される鮮鋭度応答値は、それぞれ波形プロット３６１−３６５に示される。
【0043】
本稿で議論されるように、ディザレンズは、６０Ｈｚで、ピーク−ピークで約３００ミクロンの振幅で振動するようにすることができる。これは、フォーカスセンサにより観察されるときに、組織において約＋／−５ミクロンのフォーカスの変化を生じさせる。ベストフォーカスは、各フォーカスフレームにおいて鮮鋭度を計算することでフォーカスセンサにより測定することができる。この計算は、カメラのＦＰＧＡで行うことができる。それゆえ、ディザレンズが６０Ｈｚで振動しているときに、ディザサイクルごとに２０の鮮鋭度メトリックが計算される（１秒あたり１２００の鮮鋭度を計算）。特性波形３６１−３６５は、ベストフォーカスに対する顕微鏡対物レンズの位置に依存して測定される。たとえば、ベストフォーカス（位置Ｃ）において、ディザレンズは鮮鋭度応答の両サイドをサンプル取得し、ディザ振動の周波数の２倍でサイン波（波形３６３）を生成する。サイン波トラフ（谷部）のポイント「ａ」、ピーク（頂部）のポイント「ｂ」、および次のトラフのポイント「ｃ」は、フォーカスを制御するために使用されるエラー信号を計算するために使用することができ、たとえば、イメージセンサ１１０が画像１１０´を取得する前に、スローフォーカスステージ１４０を、顕微鏡対物レンズ１２０をベストフォーカス位置に移動させるように制御することでフォーカスを制御する。ポイントａ、ｂ、ｃは波形３６１−３６５からの鮮鋭度値であり、コントラストエラー信号３７０を計算するために鮮鋭度応答カーブ３６０上に示されるディザレンズの各中心決めされたポイント（たとえばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）に関して得られる。
【0044】
一実施形態において、コントラストエラー信号（Contrast Error Signal, ＣＥＳ）３７０は、式３に示されるように計算されるエラー関数とすることができる。ＣＥＳ＝（ａ−ｃ）／ｂ 式３
フォーカスはずれの位置において、たとえば位置Ａ（波形３６１参照）において、ＣＥＳは負になり、位置Ｂ（波形３６２参照）において負の値はより縮小するように移動する。位置Ｃにおいて（波形３６３参照、波形３６３から得られるポイントａ、ｂ、ｃから）ＣＥＳはゼロになり、システムが位置Ｄ、Ｅ（波形３６４、波形３６５参照）を通ってフォーカスから離れて移動すると、正の値に増加する。ＣＥＳがゼロになるポイント（位置Ｃ）は、フォーカスモーターに関してベストフォーカスであることを示す。このＣＥＳエラー関数は、本稿でさらに議論されるように、スローフォーカスモーターを制御するためにフィードバックループに使用することができる。＋／−５ミクロンの「ロック範囲」の外側の領域は、ディザ周波数に等しい特性周波数を備える。フォーカス外へのさらなる移動は、波形の振幅を漸進的に小さくする。コントラストが一定の領域または組織が無い領域において、波形の振幅は非常に小さくなり、または、変動のない一定の信号を提供する。波形の振幅に閾値を設定することで、組織が視界にあるのかないのかを決定することができる。
【0045】
図１０は、機能的な制御ループブロックダイアグラム４００を示し、スローフォーカスステージ１４０を制御するための制御信号を生成するコントラストエラー信号の使用を示している。Ｕｄは、フォーカス制御ループに対する外乱と考えることができ、また、たとえば、スライドの傾きまたは組織の表面高さの変化を示すものとすることができる。機能ブロック４０２は、鮮鋭度ベクトル情報の生成を示し、これは、フォーカスセンサ１６０により生成され、また、フォーカス電子機器および制御システム１７０に連絡される。機能ブロック４０４は、ディザレンズがフォーカスをサンプリングしているポイントにおけるコントラスト数（たとえば、式３によるもののようなコントラストエラー信号の値）の生成を示す。このコントラスト数は、ベストフォーカスが予め確立された場所で最初のステップにおいて生成される、セットポイントまたは参照値（Ｒｅｆ）と比較される。
【0046】
偏差（proportional, Ｐ）、積分（integrating, Ｉ）、微分（differentiating, Ｄ）（ＰＩＤ）機能ブロック４０６は、スローフォーカスモーターを補正するために、対応する既知の制御理論技術を使用し、スローフォーカスモーターは（機能ブロック４０８において）、場面をフォーカス状態に維持し、最適な安定性を提供し、外乱（フォーカスの突然の変化など）に応答するように機能する。適切な制御ループ応答に基づいて、システムは、イメージデータの列を取得しながら動的にフォーカスすることができる。一実施形態は、移動量の最小値または閾値にしたがって顕微鏡対物レンズ１２０の位置を調整することができることに注意されたい。したがって、そのような実施形態は、閾値よりも小さい調整をすることを避けることができる。
【0047】
代替的に、他の実施形態において、本システムは、上述のアプローチを用いてフォーカスデータを取得し、列のベストフォーカス位置を記憶するために、Ｙステージ／スライドをＹ方向に移動させることができる。これは、ディザフォーカスアプローチにより非常に迅速に行うことができる。本システムは、このフォーカスデータを用いて列のイメージングを繰り返すことができる。次の列は、同様の方法でスキャンされる。列スキャニングは、関心領域が取得されるまで継続される。
【0048】
代替的に、他の実施形態において、データの第１列は、まばらな予備スキャンデータにより生成されるベストフォーカス表面を更新するために使用することができる。たとえば、関心領域は、まがりくねったパターンでスキャンされ、第１列をイメージングし、上述のディザレンズの方法により生成されるベストフォーカスデータを記憶し、このフォーカスデータを使用してベストフォーカス表面を再計算し、第２列をイメージングする、等を関心領域がスキャンされるまで行われる。
【0049】
代替的に、他の実施形態において、フォーカスセンサは、視野が完全に隣接する列に入るように整合させることができる。関心領域は、曲がりくねったパターンでスキャンされる。スキャンされたデータの第１列（列１）は、隣接する第２列（列２）のために単純にベストフォーカスデータを記憶する。戻り経路上で、ベストフォーカスデータを使用して列２がイメージングされ、列３のベストフォーカスデータが記憶され、関心領域の全体がスキャンされるまでこれを繰り返す。
【0050】
本稿で説明される方法は、非常に速いスキャニングを提供し、組織をベストフォーカスに維持するためのフォーカス情報を提供する。図１１は、カメラウィンドウ４５２の概略図であり、本稿で説明されるシステムの他の実施形態によるフォーカスプロセスに関して複数の領域に分割されるフォーカスウィンドウ４５６を示している。図示の実施形態において、フォーカスフレーム４５６は８個の領域に分割されるが、本稿で説明されるシステムに関して、８個より少ないまたは多い領域を使用してもよい。領域の第１サブセットはスナップショットｎ内に、領域の第２サブセットはスナップショットｎ＋１内にすることができる。たとえば、領域２、３、４、５は、時間ｔ１においてスナップ撮りされるイメージフレーム４５４内にある。領域６、７は、ＸＹ移動ステージ１３０が図の下から上に移動するときにスナップ撮りされる次のイメージフレーム内に完全に入るようにし、および／または、領域０、１は、ステージ１３０が図の上から下へ移動するときにスナップ撮りされる次のイメージフレーム内に完全に入るようにすることができる。フォーカス位置０、１、２、３は、位置０＊における次のスナップ撮りされるフレームのためにベストフォーカス位置を外挿するために使用することができる。たとえば、関心領域の全てを曲がりくねったパターンで横断するように実行することで、組織の適用範囲を確立することができる。イメージフレーム４０６の広い方の寸法は、フォーカスフレーム４５６の長い方の寸法に垂直になるように向けることができ、組織のセクションにわたって横断する列の数を最小化することができる。様々な実施形態において、フォーカスセンサのフォーカスフレーム４５６は、イメージセンサのイメージフレーム４０４よりも様々な範囲でより長くすることができ、複数の領域を含む先取りフォーカス技術とともに有利に使用することができ、これは本稿でさらに議論される。複数の領域を使用して単一のフォーカスポイントの鮮鋭度メトリックを計算するとき、鮮鋭度メトリックは、各領域について決定して結合させることができ、たとえば、単一のポイントと考えらえる全ての領域の鮮鋭度メトリックを合計することにより決定することができる。ベストフォーカスイメージはフレーム４５４´内に示される。
【0051】
スキャニングプロセスの間、本システムが白空間（組織無し）から黒空間（組織）へ遷移しているかどうかを決定することは有利となり得る。ＸＹ移動ステージ１３０がｙ軸に沿って移動しているとき、システムは、フォーカス振動４０２内の領域０−７の全ての鮮鋭度情報を取得する。ステージ１３０が移動しているときに、組織セクションの高さがどのように変化しているかを知ることが望ましい。領域６、７において鮮鋭度を計算することにより、この遷移が生じているかどうかを予測することが可能である。列をスキャンしながら、領域６、７が鮮鋭度の増加を示す場合、ＸＹ移動ステージ１３０は、組織の境界上でより緊密な間隔でフォーカスポイントを形成するようにスピードを落とすように命令することができる。一方、高鮮鋭度から低鮮鋭度へ移動が検出される場合、スキャナの視野が白空間に入っていることを決定することができ、組織境界上でより緊密な間隔でフォーカスポイントを形成するために、ステージ１３０のスピードを落とすことが望まれる。これらの遷移が生じていない領域において、ステージ１３０は、スライドスキャンの全体のスループットを高めるために、より速い一定のスピードで移動させるように命令することができる。鮮鋭度計算は、式２に関して議論したように行うことができ、この実施形態において、６４０ｘ３２ストリップのウィンドウのカメラを使用することに基づくことができる。たとえば、行ｉ、大きさｎは、３２までとすることができ、列ｊ、大きさｍは６４０／ｚまでとすることができ、ここでｚは、領域の数である（たとえば８個の領域、領域０−７など）。この方法は、有利に組織を迅速にスキャンすることを可能にし得る。本稿で説明されるシステムによれば、スナップショットは、フォーカスデータが収集されるときに取得することができる。さらに、全てのフォーカスデータは、第１スキャンにおいて収集および記憶することができ、スナップショットは、後続のスキャンの間にベストフォーカスで取得することができる。一実施形態は、フォーカスの変化を検出するために鮮鋭度値に関して本稿で説明されたのと類似の手法でコントラスト関数値を使用することができ、組織を含む領域または白空間へ出入りする遷移を決定する。
【0052】
他の実施形態において、フォーカスセンサ１６０としてカラーカメラを使用することができ、および、鮮鋭度コントラストメトリックに代替的におよび／または追加的に、彩度メトリックを決定することができる。この実施形態によれば、たとえば、６４０×４８０Genie cameraのDalsa color versionをフォーカスセンサ１６０として好適に使用することができる。彩度メトリックは、照射された白色に類似の輝度に関する色彩性として説明することができる。数式（式４Ａおよび式４Ｂ）において、彩度（Ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色測定値の線形結合とすることができる。
【0053】
ＣＢ＝-37.797×Ｒ-74.203×Ｇ＋112×Ｂ 式４ＡＣＲ＝112×Ｒ-93.786×Ｇ-18.214×Ｂ 式４Ｂ
Ｒ＝Ｇ＝Ｂの場合、ＣＢ＝ＣＲ＝０である。総彩度を表す値Ｃは、ＣＢおよびＣＲに基づいて決定することができる（たとえば、ＣＢおよびＣＲを合計することにより）。
【0054】
ＸＹ移動ステージ１３０がｙ軸に沿って移動しているとき、フォーカスセンサ１６０は、明視野顕微鏡におけるように、カラー情報（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を取得することができる。ＲＧＢカラー情報は、コントラスト技術と同様に、システムが白空間（組織無し）から色彩空間（組織）へ遷移しているかどうかを決定するのに使用することができる。一実施形態において、白空間から色彩空間への遷移に関する情報は、フォーカスフレームの処理にしたがって行うことができ、イメージフレームの視野と実質的に同程度の視野を備え、図示３００に関して議論される１つの領域のみを使用する。
【0055】
他の実施形態において、本稿で説明するシステムに関して先読み処理技術を使用することができる。たとえば領域６および領域７において彩度を計算することで、白空間（組織無し）と色彩空間（組織）との間の遷移が生じようとしているかを予測することができる。たとえば、ほとんど彩度が検出されない場合、Ｃ＝０であり、組織境界が近づいていないことを認識することができる。しかし、フォーカス列をスキャンしているとき、領域６および領域７が彩度の増加を示す場合、組織境界上でより緊密な間隔でフォーカスポイントを形成するために、ステージ１３０に速度を落とすように命令することができる。一方、高彩度から低彩度への移動が検出される場合、スキャナが白空間に入ろうとしていることが決定され、組織境界上でより緊密なフォーカスポイントを形成するために、ステージ１３０の速度を落とすことが望まれる。これらの遷移が生じない場所において、ステージ１３０は、スライドスキャニングの全体のスループットを増加させるために、より速い一定のスピードで動くように命令することができる。
【0056】
視野または近づいているフレームが組織のあるスライド領域に入ろうとしているまたは出ようとしているときを決定するために、鮮鋭度値、コントラスト比、および／または彩度値の使用に関して、処理の変形をすることができる。たとえば、白空間から組織のある領域に入るとき、Ｙ方向の運動を減少させ、取得されるフォーカスポイントの数を増加させることができる。白空間または組織の間の領域を見ているとき、Ｙ方向の運動を増加させ、組織を含む領域に移動するまで、より少ない決定されるフォーカスポイントを検出するようにすることができる（たとえば、彩度および／または鮮鋭度値の増加などにより）。本稿で議論される実施形態は、先読み技術とともに使用するように構成することができ、および／または、先読み処理の使用をせずにたった１つの領域とともに使用するように構成することができることに注意されたい。たとえば、より広い矩形フォーカスフレームは、たった１つの領域を使用するフォーカス処理に好適となりえ、イメージフレームを超えて延びることができるより長いストリップ状のフォーカスフレームは、先読みフォーカス処理技術との使用により好適となり得る。
【0058】
図１２Ａは、本稿で説明される、現在、フォーカス状態であり補正が必要ではない状態におけるシステムのプロット図４７０を示している。最上部のプロット４７１は、ミクロンを秒による時間でプロットしており、ディザレンズ運動のサイン波サイクルの半分に対応するカーブとしてディザレンズの位置を示す（たとえば、ピークからピークの１サイクルまたは周期の半分）。プロット４７２は、ディザサイン波運動の線形領域にわたるサンプリングクロックを示し、ここで１のクロック値でサンプリングが生じる。プロット４７３は、フォーカスを通って線形運動（ｚ方向）により全てのポイントがサンプル取得されたかのように得られる鮮鋭度値のセットを使用して、鮮鋭度メトリックから計算される鮮鋭度値（任意の単位）を示す。プロット４７４は、ディザサイン波運動の線形領域にわたってサンプル取得される鮮鋭度カーブを示す。ベストフォーカスｚ位置は、サンプル取得された鮮鋭度データから挿入される。この場合において、本システムがフォーカス状態にあり補正が必要とされず、すなわちピーク鮮鋭度は、ゼロ位置における示されるディザレンズ位置に対応し、この付近で鮮鋭度応答が計算されている（たとえば、図９の位置Ｃの波形３６３を参照）。
【0059】
図１２Ｂは、本稿で説明される、フォーカス状態になく、補正が必要な状態であるシステムのプロット図を示す。最上部のプロット４８１は、ミクロンを時間秒でプロットしており、ディザレンズ運動のサイン波サイクルの半分に対応するカーブとしてディザレンズ位置を示している（たとえば、ピークからピークの１サイクルまたは周期の半分）。プロット４８２は、ディザサイン波運動の線形領域にわたるサンプリングクロックを示し、ここで１のクロック値でサンプリングが生じる。プロット４８３は、フォーカスを通って線形運動（ｚ方向）により全てのポイントがサンプル取得されたかのように得られる鮮鋭度値のセットを使用して、鮮鋭度メトリックから計算される鮮鋭度値（任意の単位）を示す。プロット４８４は、ディザサイン波運動の線形領域にわたってサンプル取得される鮮鋭度カーブを示す。ベストフォーカスｚ位置は、サンプル取得された鮮鋭度データから挿入される。この場合において、システムは本稿で議論される技術によるフォーカス補正を必要とし、すなわち、ピーク鮮鋭度がディザレンズ位置から約−１ミクロンのところで見つかる（たとえば、図９の位置Ｂの波形３６２を参照）。本稿で議論されるように、エラー補正信号を本稿の技術により決定することができ、補正情報をスローフォーカスモーターに場面をフォーカス状態に維持するように供給することができる。
【0060】
図１３は、本稿で説明されるシステムの一実施形態による検査のもとで、標本のスキャン中のオンザフライフォーカス処理を示す、フローダイアグラム５００である。ステップ５０２において、検査される標本のために、名目フォーカス平面または参照平面が決定される。ステップ５０２の後、処理はステップ５０４に進み、本稿で説明されるシステムによれば、ここで、ディザレンズは、特定の共振周波数で動作するようにセットされる。ステップ５０４の後、処理はステップ５０６に進み、ここで、ＸＹ移動ステージは、特定のスピードで移動するように命令される。ステップ５０４およびステップ５０６の順番は、ここで議論される処理の他のステップと同様に、本稿で説明されるシステムに応じて適切に修正することができることに注意されたい。ステップ５０６の後、処理はステップ５０８に進み、ここで、本稿で説明されるシステムによるディザレンズの運動に関して、検査される標本に対するフォーカスポイントにおける鮮鋭度計算が行われる。鮮鋭度計算は、コントラスト、彩度、および／または、本稿でさらに議論されるような他の適切な測定値の利用を含むことができる。
【0061】
ステップ５０８の後、処理はステップ５１０に進み、ここで、本稿で説明されるシステムによる、画像を取得するためのイメージセンサに関して使用される顕微鏡対物レンズのベストフォーカス位置合わせのために、鮮鋭度計算およびコントラストエラー信号（contrast error signal, ＣＥＳ）関数のような計算されたエラー信号情報に基づいてベストフォーカス位置が決定される。ステップ５１０の後、処理はステップ５１２に進み、ここで、ベストフォーカス位置に関する制御信号が、顕微鏡対物レンズの位置（Ｚ軸）を制御するスローフォーカスステージに送られる。ステップ５１２は、対物レンズの下の標本部分の画像を取得するために、カメラにトリガ信号を送ることを含むことができる。トリガ信号は、たとえば、（たとえばディザレンズ運動に関する）特定のサイクル数の後にイメージセンサによる画像の取得を生じさせる制御信号とすることができる。ステップ５１２の後、処理はテストステップ５１４に進み、ここで、スキャンの下で標本を保持するＸＹ移動ステージのスピードを調整すべきかどうかが決定される。一実施形態において、この決定は、フォーカスされた視野の鮮鋭度および／または他の情報を使用して、先読み処理技術により行うことができ、これは本稿でさらに詳細に議論される。他の実施形態において、この決定は、先読み処理を使用せずに１つの領域の１つの鮮鋭度および／または他の情報の使用にのみ基づいて行うことができる。テストステップ５１４において、ＸＹステージのスピードが調整されるべきと決定されたら、処理はステップ５１６に進み、ここで、ＸＹ移動ステージのスピードが調整される。ステップ５１６の後、処理はステップ５０８に戻る。テストステップ５１４において、ＸＹ移動ステージのスピードの調整を行わないことが決定されると、処理はテストステップ５１８に進み、ここで、フォーカス処理を続けるかどうかが決定される。処理が続けられるならば、処理はステップ５０８に戻る。一方、処理が続けられない場合（たとえば、現在の標本のスキャンが完了した場合）、フォーカス処理は終了し、処理が完了する。
【0062】
図１４は、本稿で説明されるシステムの一実施形態による、スローフォーカスステージにおける処理を示すフローダイアグラム５３０である。ステップ５３２において、顕微鏡対物レンズの位置を（たとえばＺ軸に沿って）制御するスローフォーカスステージは、標本を検査する顕微鏡対物レンズの位置を調整するための情報を備える制御信号を受け取る。ステップ５３２の後、処理はステップ５３４に進み、ここで、スローフォーカスステージは、本稿で説明されるシステムによる顕微鏡対物レンズの位置を調整する。ステップ５３４の後、処理は待ちステップ５３６に進み、ここで、スローフォーカスステージはさらなる制御信号を受け取るのを待つ。ステップ５３６の後、処理はステップ５３２に戻る。
【0063】
図１５は、本稿で説明されるシステムの一実施形態による画像取得処理を示すフローダイアグラムである。ステップ５５２において、カメラのイメージセンサは、顕微鏡検査のもとで標本の画像を取得する処理を開始するトリガ信号および／または他の命令を受け取る。様々な実施形態において、トリガ信号は、制御システムから受け取ることができ、制御システムは、本稿で説明されるシステムによるフォーカス処理に用いられるディザレンズの運動サイクルの一定数の後に、イメージセンサの画像取得処理を開始するように制御する。代替的に、トリガ信号は、ＸＹ移動ステージ上の位置センサに基づいて提供することができる。一実施形態において、位置センサは、Renishaw Linear Encoder Model No.T1000-10Aとすることができる。ステップ５５２の後、処理はステップ５５４に進み、ここで、イメージセンサは画像を取得する。本稿で詳細に議論されるように、イメージセンサにより取得された画像は、本稿で説明されるシステムによるフォーカスシステムの動作に関してフォーカスされている。取得された画像は、本稿で参照される他の技術に関連して互いに結び付けることができる。ステップ５５４の後、処理はステップ５５６に進み、ここで、イメージセンサは次のトリガ信号の受信を待つ。ステップ５５６の後、処置はステップ５５２に戻る。
【0064】
図１６は、本稿で説明されるシステムの一実施形態によるフォーカス処理の代替構成を示す概略図６００である。ウィンドウかけされたフォーカスセンサはフレーム視野（ＦＯＶ）６０２を備え、ＦＯＶ６０４は傾斜しており、または、イメージセンサのＦＯＶ６０４の幅に実質的に等しい帯で斜めにスキャンするように他のように位置決めされる。本稿で説明されるように、ウィンドウは進行方向に対して傾斜するようにすることができる。たとえば、傾斜したフォーカスセンサのフレームＦＯＶ６０２は、４５°回転させるようにすることができ、物体（組織）において、０．９４×０．７０７の有効幅を備える。イメージセンサのフレームＦＯＶ６０４は、０．５８８ｍｍの有効幅を備え、それゆえ、組織を保持するＸＹ移動ステージが対物レンズの下で移動するとき、傾斜するフォーカスセンサのフレーム６０２は、イメージセンサにより観察される帯のエッジを見る。視野において、傾斜するフォーカスセンサの複数のフレームば、時間０、１、２、３における中間位置で、イメージセンサのフレームＦＯＶ６０３上で重ねられるように示される。フォーカスポイントは、フォーカ列における隣接するフレームの中心の間の３つの位置において取得することができる。フォーカス位置０、１、２、３は、位置０＊における次のスナップされるフレームのためにベストフォーカス位置を外挿するために用いられる。この方法のスキャン時間は、本稿の他の箇所で説明された方法と類似する。傾斜フォーカスセンサのフレーム６０２がより短い先読みを備え、この場合、０．７０７×（０．９４−０．４３２）／２＝０．１８ｍｍまたは傾斜フォーカスセンサは、取得される次のフレーム内に４２％侵入し、イメージセンサのフレームＦＯＶ６０４に対して傾斜する傾斜フォーカスセンサのフレームＦＯＶ６０２は、スキャンする帯のエッジ上の組織を見て、ある場合は有利となりえる、エッジのフォーカス情報を提供する。
【0065】
図１７は、本稿で説明されるシステムの他の一実施形態によるフォーカス処理の代替構成を示す概略図６５０である。図示６５０のように、傾斜フォーカスセンサのフレームＦＯＶ６５３およびイメージセンサのフレームＦＯＶ６５４が示されている。傾斜フォーカスセンサのフレームＦＯＶ６５２は、組織にわたる前方経路上でフォーカス情報を取得するために使用することができる。前方経路のフォーカスデータを使用してフォーカスステージを調整し、一方で、後方経路において、イメージセンサは、フレームをスナップ取得する。前述の方法における中間位置０、１、２、３をスキップして、全てのイメージフレームにおけるフォーカスデータを取得したい場合、ＸＹ移動ステージは、高速のフォーカスポイント取得の前方経路において４倍のスピードで移動することができる。たとえば、２０倍で１５ｍｍ×１５ｍｍでは、列のデータは３５フレームである。フォーカスデータは１秒あたり１２０ポイント取得されるので、前方経路は、０．３秒（３５フレーム／１秒当たり１２０フォーカスポイント）で実行できる。この例の列の数は２６であり、それゆえ、フォーカスポイントは、２６×０．３または７．６秒で行うことができる。３０ｆｐｓにおける画像取得は約３２秒である。したがって、総スキャン時間のフォーカス部分は２０％だけであり、これは効率的である。さらに、フォーカスが１フレームごとにスキップすることが可能である場合、スキャン時間のフォーカス部分は実質的にさらに小さくなる。
【0066】
他の実施形態において、フォーカスセンサの位置および向きに関する上述した実施形態は、本稿で説明されるシステムにおいて、先読み処理を使用することなく１つだけの領域に関して使用することができることに注意されたい。したがって、フォーカスフレームは、イメージフレームを越えては延びず、また、概略図６００、６５０におけるものよりも広くおよび／または大きくすることができ、また、図示３００のフォーカスフレームのようなサイズにすることもできる。他の実施形態において、フォーカス領域は、隣接する列のデータをサンプル取得して追加的な先読み情報を含む追加的なフォーカス情報を提供するために、視野の中で他の位置および他の向きに位置決めすることができ、これらは本稿で説明されるシステムに関して使用することができる。
【0067】
スライドを移動させるＸＹ移動ステージは、後方工程上で生成されるものに対して、前方工程上で生成されるベストフォーカスポイントを繰り返すことができる。２０倍で０．７５ＮＡ、０９．ミクロンのフォーカス深さの対物レンズにおいて、約０．１ミクロンで繰り返すことが望ましい。ステージは、０．１ミクロンの前方／後方の反復性に適合するように構築され、したがって、この要求は、本稿でさらに議論するように技術的に実行可能である。
【0068】
一実施形態において、本稿で説明されるシステムにより検査されるガラススライド上の組織または少量の物質は、スライドの全体をカバーすることができ、または、約２５ｍｍ×５０ｍｍの領域をカバーすることができる。分解能は対物レンズの開口数（ＮＡ）、スライドへのカップリング媒体、コンデンサのＮＡ、および光の波長に依存する。たとえば、６０倍で０．９ＮＡの顕微鏡対物レンズ、プランアポクロマート（Plan apochromat, Plan APO）、空気中で緑の光（５３２ｎｍ）において、顕微鏡の横方向解像度は、約０．２ｕｍであり、０．５ｕｍのフォーカス深さである。
【0069】
本稿で説明されるシステムの動作に関して、ディジタル画像は、関心領域上を、ラインスキャナセンサまたはＣＣＤを介して、限定された視野を移動させ、限定された視野またはフレームまたはタイルをザイクを作成するように互いに結合させることで取得することができる。観察者が画像の全体を観察するときに、視認できる結合部、または、フォーカスまたは明度の変動がない繋ぎ目のないモザイクとなるようにすることが望まれる。
【0070】
図１８は、本稿で説明されるシステムの一実施形態による、スライド上の組織のモザイク画像を取得する処理を示すフローダイアグラムである。ステップ７０２において、スライドのサムネイル画像を取得することができる。サムネイル画像は、１倍または２倍の拡大率のオーダーで低解像度とすることができる。スライドラベルにバーコードが存在する場合、バーコードは解読され、このステップにおいてスライドイメージに添付される。ステップ７０２の後、処理はステップ７０４に進み、ここで、標準的な画像処理ツールを用いてスライド上で組織が発見される。スキャン領域を与えられる関心領域へと狭くするために、組織を境界付けることができる。ステップ７０４の後、処理はステップ７０６に進み、ここで、組織の平面に対してＸＹ座標系を付与することができる。ステップ７０６の後、処理はステップ７０８に進み、ここで、組織の規則的なＸＹ間隔で、１つ以上のフォーカスポイントが生成され、本稿で議論した１つ以上のオンフライフォーカス技術のようなフォーカス技術を用いてベストフォーカスが決定される。ステップ７０８の後、処理はステップ７１０に進み、ここで、望ましいフォーカスポイントの座標および／または他の適切な情報が保存され、また、アンカーポイントとして参照される。フレームがアンカーポイントの間に位置する場合、フォーカスポイントを外挿することができることに注意されたい。
【0071】
ステップ７１０の後、処理はステップ７１２に進み、ここで、顕微鏡対物レンズは、本稿で議論される技術によりベストフォーカス位置に位置決めされる。ステップ７１２の後、処理はステップ７１４に進み、ここで画像が収集される。ステップ７１４の後、処理はテストステップ７１６に進み、ここで、関心領域の全体がスキャンされ画像取得されたかどうかが決定される。まだであったら、処理はステップ７１８に進み、ここでＸＹステージは、本稿で議論される技術により、組織をＸ方向および／またはＹ方向に移動させる。ステップ７１８の後、処理はステップ７０８に戻る。テストステップ７１６において、関心領域の全体がスキャンされ、画像取得されたことを決定されると、処理はステップ７２０に進み、ここで収集された画像フレームは互いに結び付けられ、または他の方法で結合され、本稿で説明されたシステムおよび本稿で議論される技術（たとえば、米国特許出願第２００８／０２４０６１３号などを参照）を用いて、モザイク画像を形成する。ステップ７２０の後、処理は完了する。１つまたはそれ以上のモザイク画像を取得するために、本稿で説明されるシステムに他の適切な手順を採用することもできることに注意されたい。
【0072】
本稿で説明されるシステムの有利な動作に関して、ｚ位置の再現性は、対物レンズのフォーカス深さの端数まで再現できるようにすることができる。フォーカスモーターによるｚ位置の戻るときの小さなエラーは、タイルシステム（２Ｄ ＣＣＤまたはＣＭＯＳ）およびラインスキャンシステムの隣接列で容易に観察できる。上述した６０倍での分解能に関し、１５０ナノメートルまたはそれ以下のオーダーでのｚピーク再現性が望ましく、そのような再現性は、４倍、２０倍、および／または４０倍の対物レンズなどの他の対物レンズにも好適である。
【0073】
本稿で説明されるさらなるシステムによれば、本稿で説明されるディジタル病理学イメージングの特徴および技術に使用できる病理学顕微鏡用途のために、ＸＹステージを含むスライドステージシステムの様々な実施形態が提供され、たとえば、オンザフライフォーカス技術に関して本稿で議論したＸＹ移動ステージ１３０のように機能するものを含む。一実施形態によれば、本稿でさらに詳細に議論されるように、ＸＹステージは、剛性ベースブロックを含むことができる。ベースブロックは、盛り上がったボス上に支持される、ガラスの平坦なブロックを含むことができ、また、盛り上がったボス上に支持される、三角形の断面を備えるガラスの第２ブロックを含むことができる。
【0074】
図１９は、本稿で説明されるシステムの一実施形態に使用することができるＸＹステージの精密ステージ８００（たとえばＹステージ部分）の実施形態を示す概略図である。たとえば、精密ステージ８００は、２５ｍｍ×５０ｍｍの領域にわたって、１５０ナノメートルまたはそれ以下のオーダーでｚピークの再現性を達成することができる。本稿でさらに議論されるように、精密ステージ８００は、本稿で議論される特徴および技術とともに使用することができ、たとえば、オンザフライフォーカス技術に関して議論したＸＹ移動ステージ１３０の機能を含むことができる。精密ステージ８００は、剛性ベースブロック８１０を含むことができ、ガラスの平坦なブロック８１２が盛り上がったボス上に支持される。これらのボスの間隔は、精密ステージ８００の重量により、単純な支持部上のガラスブロックの沈降が最小化されるようにされる。三角形の断面を備えるガラス８１４の第２ブロックは、盛り上がったボス上に支持される。ガラスブロック８１２、８１４は、ガラスブロックを曲げない半剛性エポキシによりベースブロック８１０に接着式に結合することができる。ガラスブロック８１２、８１４はまっすぐなものとすることができ、また、５００ｎｍの光の１つまたは２つの波長分に研磨される。Zerodur（登録商標）のような低熱膨張の材料を、ガラスブロック８１２、８１４の材料として採用することができる。他の適切なガラスのタイプを本稿で説明されるシステムに使用することもできる。カットアウト部８１６は、顕微鏡コンデンサからの光がスライド上の組織を照らすことを可能にする。
【0075】
２つのガラスブロック８１２、８１４は、滑らかなまっすぐなレールとして、または移動ステージブロック８２０のガイドの道として使用することができる。移動ステージブロック８２０は、硬質プラスチックの球形に形成されたボタン（たとえば５つのボタン）を含むことができ、これは位置８２１ａ−ｅに示されるようにガラスブロックに接触する。これらのプラスチックボタンは球形であり、接触表面は、プラスチックの弾性係数により決定される非常に小さな領域＜＜０．５ｍｍに制限されるようにすることができる。たとえば、ＰＴＦＥ、または、英国のGGB Bearing Technology社からの他の熱可塑性プラスチックおよび他の潤滑添加剤を使用することができ、また、約３ｍｍ直径の接触ボタンの形状に型入れすることができる。一実施形態において、プラスチックボタンと磨きガラスとの間の摩擦係数はできるだけ小さくなるようにすべきであるが、装置のメンテナンスを節約するために液体潤滑材の使用は避けることが望ましい。一実施形態において、０．１から０．１５の間の摩擦係数は、乾燥使用で容易に達成することができる。
【0076】
図２０Ａ、２０Ｂは、本稿で説明されるシステムの一実施形態に使用できる移動ステージブロック８２０のより詳細な図であり、位置８２１ａ−ｅにおいてガラスブロック８１０、８１２に接触する球形上ボタン８２２ａ−ｅを示している。ボタンは、駆動方向（Ｙ）以外のすべての方向に剛性となる位置に配置することができる。たとえば、２つのプラスチックボタンは、互いに向かい合い、三角形状のガラスブロック８１４の側部に接触し、一方のプラスチックボタン８２２ａは平坦なガラスブロック８１２に接触するように位置決めされる。移動ステージブロック８２０は、１つまたはそれ以上の穴８２４を含むことができ、軽量化し、および、プラスチック支持ボタン８２２ａ−ｅの位置により形成される三角形の中心に重心がくるように形状つける。このようにして、三角形８２８の角部におけるプラスチックボタン８２２ａ−ｅの各々は、ステージ８００の運動中のあらゆるときに等しい重量を備えるようにすることができる。
【0077】
精密ステージ８００において、スライドは、スライドネスト８３２におけるバネ付勢アーム８３０を介してクランプされる。スライド８０１は、ネスト８３２内に手動で配置することができ、および／または補助的な機構によりロボット式にネスト８３２内に配置することができる。剛性のカンチレバーアーム８４０は、小径屈曲ロッド８４２の端部を支持および固くクランプし、ロッド８４２は高疲労強度鋼で形成することができる。一例において、この直径は０．７ｍｍとすることができる。ロッド屈曲部８４２の他方の端部は、移動ステージ８２０上の重心位置８２６に取り付けることができる。カンチレバーアーム８４０は、ベアリングブロック８５０に取り付けることができ、ベアリングブロックは硬質化鋼レール８５２上の再循環ベアリング設計を介して移動することができる。リードスクリューアセンブリ８５４は、ステッパモーター８５６により回転させることができる。上述した要素の好適な部品は、日本のＴＨＫ社などいくつかの会社から入手可能である。リードスクリューアセンブリ８５４は、レール８５２上でベアリングブロック８５０を駆動し、これはロッド屈曲部８４２を介して移動ステージブロック８２０を押し、引きする。
【0078】
ロッド屈曲部８４２の曲げ剛性は、６０００ｘより大きく、プラスチックパッド上の移動ステージブロック８２０の剛性よりも小さい（ｚ方向における移動ステージの平面に直交する力に対抗する剛性である）。これは、ベアリングノイズにより生成されるベアリングブロック８５０／カンチレバーアーム８４０の上下運動からステージブロック８２０を効率的に分離する。
【0079】
本稿で説明される精密ステージ８００の設計における注意深い質量バランスおよび配置への注意は、小さな揺れ運動を生成し得る、移動ステージブロック８２０のモーメントを最小化する。さらに、移動ステージブロック８２０は磨きガラス上を移動するので、移動ステージブロック８２０は、１５０ナノメートルピークより小さいｚ位置再現性を備え、これは６０倍の拡大でのスキャンに十分である。６０倍の条件は、もっとも厳しく、２０倍および４０倍の高ＮＡ対物レンズのようなより低い倍率は、６０倍の条件で得られる性能に類似の好適な性能を示す。
【0080】
図２１は、本稿で議論される精密ステージによるＸＹ複合ステージ９００の全体の実施例を示し、これは、Ｙステージ９２０、Ｘステージ９４０、およびベースプレート９６０を含み、これは本稿で説明されるシステムの実施形態に使用することができる。この場合、Ｙステージ９２０のベースブロックは、Ｘ方向の移動ステージであるＸステージ９４０になる。Ｘステージ９４０のベースブロックは、地上に固定することができるベースプレート９６０である。本稿で説明されるシステムによれば、ＸＹ複合ステージ９００は、Ｚ方向において１５０ナノメートルのオーダーの再現性を提供し、Ｘ方向およびＹ方向において１−２ミクロン（またはそれ以下）のオーダーの再現性を提供する。本稿で説明されるシステムによれば、ステージが英国のGloucestershireのRenishawにより製造されるもののようなテープスケールを介してフィードバック位置を含む場合、サブミクロンの正確さを達成可能である。
【0081】
本稿で説明されるシステムによるステージ設計は、本稿で説明されるシステムによるＸＹステージが、非球形ボールベアリングまたは非円筒形クロスローラーベアリングによる再現性エラーを受けないという点で、球形ベアリングに支持される移動ステージよりも優れたものとすることができる。さらに、再循環ベアリング設計において、異なるサイズのボールの新しいボール要素は、繰り返し不可の運動を生じさせることがある。本稿で説明される実施形態のさらなる利点は、ステージのコストである。ガラス要素は、標準的なラップ仕上げおよび磨き技術を使用し、過度に高価ではない。ベアリングブロックおよびリードスクリューアセンブリは、ロッド屈曲部が移動ステージをベアリングブロックから脱連結させるという点で特別に高品質である必要はない。
【0082】
本稿で説明されるさらなるシステムによれば、本稿で説明されるシステムの様々な技術および特徴に適用できる顕微鏡の実施形態に、照明システムを使用することができる。顕微鏡は、明視野顕微鏡にケーラー照明を広く使用できることが知られている。ケーラー照明の主な特徴は、開口数および照明領域の両方が調整可能なアイリスを介して制御可能であることであり、様々な倍率、視野、および開口数で顕微鏡対物レンズの広い範囲に調整できる。ケーラー照明は、望ましい結果を生じさせるが、空間を優位に消費する多数の部品を必要とすることがある。したがって、本稿で説明されるシステムの様々な実施形態は、顕微鏡応用の有利に照明のための特徴および技術を提供し、公知のケーラー照明システムのいくつかの欠点を避け、ケーラー照明の有利な点を維持する。
【0083】
図２２は、本稿で説明されるシステムの実施形態に使用することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明アセンブリ１００２を使用するスライド１００１を照明するための照明システム１０００を示す概略図である。本稿で説明されるシステムに、他の適切な照明システムを使用することもできることに注意されたい。ＬＥＤ照明アセンブリ１００２は、本稿でさらに議論されるように、複数の実施形態による様々な特徴を備えるようにすることができる。ＬＥＤ照明アセンブリ１００２からの光は、ミラー１００４および／または他の適切な光学部品を介してコンデンサ１００６に伝播する。コンデンサ１００６は、本稿でさらに議論されるように、ＸＹステージ１００８の必要とされる任意の動作距離に対応するために、適切な動作距離（たとえば少なくとも２８ｍｍ）を備えるコンデンサとすることができる。一実施形態において、コンデンサは、２８ｍｍの動作距離を備えるMotic社により製造されるコンデンサSG03.0701とすることができる。コンデンサ１００６は、スライド１００２上の標本を照射する光の開口数（円錐角度）を制御する調整可能なアイリス絞りを含むことができる。スライド１００１は、顕微鏡の対物レンズ１０１０の下でＸＹステージ１００８上に配置することができる。ＬＥＤ照明アセンブリ１００２は、スライド１００１上の標本のスキャンおよびイメージングに使用することができ、たとえば、本稿で説明されるシステムの特徴および技術による、ダイナミックフォーカスのためのＸＹステージの運動に関する操作を含む。
【0084】
ＬＥＤ照明アセンブリ１００２は、高輝度白色ＬＥＤのようなＬＥＤ１０２０を含むことができ、また、集光素子として使用できるレンズ１０２２、スライド１００１上の照明領域を制御することができる調整可能なアイリス視野絞り１０２４を含むことができる。ＬＥＤ１０２０の発光表面は、レンズ１０２２により、コンデンサ１００６の入口瞳上１００６ａに写像することができる。入口瞳１００６ａは、コンデンサ１００６のＮＡ調整絞り１００６ｂとともに配置することができる。レンズ１０２２は、ＬＥＤ１０２０の出力光の大部分を集光し、ＬＥＤ１０２０の像を、コンデンサ１００６のＮＡ調整絞り１００６ｂ上に適切な拡大率でフォーカスするように選択でき、ＬＥＤ１００２の像は、コンデンサ１００６のＮＡ調整絞り１００６ｂの開口部を満たす。
【0085】
コンデンサ１００６は、ＮＡ調整絞り１００６ｂとともにＬＥＤ１０２０の光をスライド１００１上にフォーカスするために使用することができる。スライド１００１上の照明領域は、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２に設けられる視野絞り１０２４により制御することができる。視野絞り、および／またはコンデンサ１００６と視野絞り１０２４との間の空間は、ＬＥＤ１０２０からの光をスライド１００１の平面上に写像するために調整することができ、視野絞り１０２４は、照明されるスライド１００１の領域を制御することができる。
【0086】
イメージセンサは、スライドを収容するＹステージが移動しているときにフレームを取得するので、短時間で高輝度化を可能にするために、ＬＥＤ１０２０をパルス状にオン、オフすることができる（たとえばストロボ化される）。たとえば、約１３ｍｍ／ｓｅｃで移動しているＹステージに関し、０．５ピクセルより小さいぼけを維持するために、ＬＥＤ１０２０は、１０ミリ秒にパルス化することができる。ＬＥＤ光パルスは、本稿でさらに議論されるフォーカスシステムおよび技術による、ディザレンズ共振周波数にロックされるマスタークロックによりトリガされるようにすることができる。
【0087】
図２３は、本稿で説明されるシステムの実施形態に使用することができる、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２´の実施形態の詳細な側面図を示す概略図であり、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２に関して説明された特徴に対応する。ＬＥＤ１０３０、レンズ１０３２、および視野絞り１０３４の実装および構成は、他の構造的な支持部および調整可能な部品１０３６に関して示されている。
【0088】
図２４は、本稿で説明されるシステムの実施形態に使用でき、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２に関して議論したものと類似の特徴および機能を備える、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２´´の具体的な実装の分解図を示す概略図である。アダプタ１０５１、マウント１０５２、クランプ１０５３、およびマウント１０５４は、ＬＥＤ１０５５を、レンズ１０６２に対して固定的に位置決めされるように、ＬＥＤ照明アセンブリ１００２´´内にしっかりと固定し位置を与えるために使用することができる。ＬＥＤ照明アセンブリ１００２´´を固定取り付けするために、さらに、適切なネジおよびワッシャ部品１０５６−１０６１を使用することができる。様々な実施形態において、ＬＥＤ１０５５は、Lexeonにより製造される、４５００ルーメンの光学出力、７００００時間の寿命を備える高輝度白色ＬＥＤ、および／または好適なＬＥＤである、Luminus, PhatLitght White LED CM-360 Seriesとすることができる。レンズ１０６２は、MG 9P6mm, 12mm OD（外径）レンズとすることができる。チューブレンズ素子１０６３、アパーチャ１０６４、スタックチューブレンズ素子および保持リング１０６７は、レンズ１０６２を調整可能な視野絞り素子１０６５に対して位置決めおよび取り付けるために使用することができる。調整可能な視野絞り素子１０６５は、Thor LabsによるRing-Activated Iris Diaphragm, pat number SM1D12Dとすることができる。スタックチューブレンズ１０６６は、Thor LabsによるP3LGスタックチューブレンズとすることができる。チューブレンズ１０６３は、Thor LabsによるP50DまたはP5LGチューブレンズとすることができる。ＬＥＤ照明アセンブリ１００２´´の素子をさらに固定取り付けするのに適切であれば、他のワッシャ１０６８およびネジ部品１０６９を使用することができる。
【0089】
本稿で議論される様々な実施形態は、本稿で説明されるシステムにおいて適切な組み合わせで組み合わせることがでる。さらに、いくつかの例において、フローチャート、フローダイアグラム、および／またはフロー処理のステップの順番は適切な場合は修正することができる。さらに、本稿で説明されるシステムの様々な側面は、ソフトウェア、ハードウェア、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、および／または、説明された特徴を備え且つ説明された機能を実行する、他のコンピュータに実装されたモジュールまたは装置を用いて実装することができる。本稿で説明されるシステムのソフトウェア実装は、不揮発性のコンピュータで読み取り可能な媒体に記憶された実行可能な、また、１つまたはそれ以上のプロセッサにより実行されるコードを含むことができる。不揮発性のコンピュータで読み取り可能な媒体は、コンピュータのハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，フラッシュドライブ、および／またはたとえばＵＳＢインターフェースを備える他のドライブのような携帯コンピュータ記憶媒体、および／または、他の任意の適切な記憶媒体またはプロセッサにより実行される実行可能なコードが記憶されコンピュータメモリなどを含むことができる。本稿で説明されるシステムは、任意の適切なオペレーティングシステムとともに使用することができる。
【0090】
本発明の他の実施形態は、本明細書を熟慮し、または本稿で議論される発明を実施化することで当業者に明らかになるであろう。本明細書および実施例は単なる例示であることを意図しており、本発明の範囲及び趣旨は添付の特許請求の範囲に示される。