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▶ ライカ バイオシステムズ イメージング インコーポレイテッドの特許一覧
(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】6211063
(24)【登録日】2017年9月22日
(45)【発行日】2017年10月11日
(54)【発明の名称】ライン走査イメージングにおけるリアルタイムフォーカシング
(51)【国際特許分類】
G02B 7/28 20060101AFI20171002BHJP
G02B 21/00 20060101ALI20171002BHJP
G02B 7/36 20060101ALI20171002BHJP
【ＦＩ】
G02B7/28 J
G02B21/00
G02B7/36
【請求項の数】16
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2015-510265(P2015-510265)
(86)(22)【出願日】2013年3月13日
(65)【公表番号】特表2015-523587(P2015-523587A)
(43)【公表日】2015年8月13日
(86)【国際出願番号】US2013031045
(87)【国際公開番号】WO2013165576
(87)【国際公開日】20131107
【審査請求日】2016年3月10日
(31)【優先権主張番号】61/641,788
(32)【優先日】2012年5月2日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】314007201
【氏名又は名称】ライカ バイオシステムズ イメージング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100116872
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 和子
(72)【発明者】
【氏名】ゾウ ユンルー
(72)【発明者】
【氏名】クランドル グレッグ ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】オルソン アレン
【審査官】
井亀 諭
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−３２７８９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００５／１１４２８７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２００５／００８９２０８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ７／２８
Ｇ０２Ｂ ７／３６
Ｇ０２Ｂ ２１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スライドのデジタル画像を捕えるシステムであって、
単一の光軸を有する対物レンズ、
前記対物レンズを制御するモータ駆動ポジショナ、
サンプルを支持するように構成されるステージ、
少なくとも１つのイメージング・ラインセンサ、
少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサ、
前記対物レンズに光学的に連結して、前記対物レンズを通して前記サンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を受け取り、そして、前記１つ以上の画像の第１の部分を前記フォーカシング・ラインセンサに、かつ、前記１つ以上の画像の第２の部分を前記イメージング・ラインセンサに同時に提供するように構成される少なくとも１つのビームスプリッタ、および、
前記１つ以上の画像の各部分が前記少なくとも１つのイメージング・ラインセンサによって受け取られる前に前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサによって受け取られるように、前記ステージおよび前記対物レンズの１つ以上を制御する少なくとも１つのプロセッサ、
を含み、
光学視野に関して、第１の部分は、前記１つ以上の画像の第２の部分から次式
のような距離ｈだけ中心を外れていて、ここで、Ｒは前記光学視野の半径、Ｌは前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサの長さであり、および、
ｈは次式
を満たし、ここで、ｖは前記サンプルの走査速度、ｔは、前記第１の部分からの焦点高さを算出して、前記算出した焦点高さまで前記対物レンズを動かすために十分な時間、そしてＭは前記第１の部分の倍率である、
システム。
単一の光軸を有する対物レンズ、
前記対物レンズを制御するモータ駆動ポジショナ、
サンプルを支持するように構成されるステージ、
少なくとも１つのイメージング・ラインセンサ、
少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサ、
前記対物レンズに光学的に連結して、前記対物レンズを通して前記サンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を受け取り、そして、前記１つ以上の画像の第１の部分を前記フォーカシング・ラインセンサに、かつ、前記１つ以上の画像の第２の部分を前記イメージング・ラインセンサに同時に提供するように構成される少なくとも１つのビームスプリッタ、および、
前記１つ以上の画像の各部分が前記少なくとも１つのイメージング・ラインセンサによって受け取られる前に前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサによって受け取られるように、前記ステージおよび前記対物レンズの１つ以上を制御する少なくとも１つのプロセッサ、
を含み、
光学視野に関して、第１の部分は、前記１つ以上の画像の第２の部分から次式
【数1】
ｈは次式
【数2】
システム。
【請求項2】
前記画像の前記第２の部分は、前記光学視野の中心部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の部分は、走査方向に関して前記中心部の位置より前の位置にある、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記ステージは、モータ駆動ステージであり、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記モータ駆動ステージを制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記少なくとも１つのプロセッサは、さらに、
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサから前記１つ以上の画像の捕えられた第１の部分を受け取り、
前記１つ以上の画像の前記捕えられた第１の部分のための焦点高さを決定して、および、
前記１つ以上の画像の前記第１の部分が前記イメージング・ラインセンサによって捕えられる前に前記対物レンズを前記焦点高さに移動させる、
請求項１に記載のシステム。
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサから前記１つ以上の画像の捕えられた第１の部分を受け取り、
前記１つ以上の画像の前記捕えられた第１の部分のための焦点高さを決定して、および、
前記１つ以上の画像の前記第１の部分が前記イメージング・ラインセンサによって捕えられる前に前記対物レンズを前記焦点高さに移動させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサの回転軸は、前記単一の光軸に対して垂直である、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、前記光軸に関してある角度に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサの中心は、Ｙ軸に沿って前記少なくとも１つのイメージング・ラインセンサの中心に整列配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、ラインセンサアレイおよびマイクロレンズアレイを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項10】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、リニア検出器アレイおよび前記リニア検出器アレイに取り付けられる楔プリズムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、２つ以上のフォーカシング・センサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記少なくとも１つのプロセッサは、さらに、前記１つ以上の画像の隣接する部分を前記サンプルの前記少なくとも一部の単一のデジタル画像に整列配置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項13】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、前記イメージング・ラインセンサの長さよりも長いかまたは短い長さを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサは、前記イメージング・ラインセンサのピクセルセンサの数よりも多いかまたは少ないピクセルセンサの数を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項15】
スライドのデジタル画像を捕える方法であって、
単一の光軸を有する対物レンズによって、ステージに支持されるサンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を得るステップ、
前記対物レンズに光学的に連結する少なくとも１つのビームスプリッタによって、前記１つ以上の画像の第１の部分を少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサに、かつ、前記１つ以上の画像の第２の部分を少なくとも１つのイメージング・ラインセンサに同時に提供するステップであって、
光学視野に関して、第１の部分は、前記１つ以上の画像の第２の部分から次式
のような距離ｈだけ中心を外れていて、ここで、Ｒは前記光学視野の半径、Ｌは前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサの長さであり、および、
ｈは次式
を満たし、ここで、ｖは前記サンプルの走査速度、ｔは、前記第１の部分からの焦点高さを算出して、前記算出した焦点高さまで前記対物レンズを動かすために十分な時間、そしてＭは前記第１の部分の倍率である、ステップ、および、
少なくとも１つのプロセッサによって、前記１つ以上の画像の各部分が前記少なくとも１つのイメージング・ラインセンサによって受け取られる前に前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサによって受け取られるように、前記ステージおよび前記対物レンズの１つ以上を制御するステップ、
を含む、方法。
単一の光軸を有する対物レンズによって、ステージに支持されるサンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を得るステップ、
前記対物レンズに光学的に連結する少なくとも１つのビームスプリッタによって、前記１つ以上の画像の第１の部分を少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサに、かつ、前記１つ以上の画像の第２の部分を少なくとも１つのイメージング・ラインセンサに同時に提供するステップであって、
光学視野に関して、第１の部分は、前記１つ以上の画像の第２の部分から次式
【数1】
ｈは次式
【数2】
少なくとも１つのプロセッサによって、前記１つ以上の画像の各部分が前記少なくとも１つのイメージング・ラインセンサによって受け取られる前に前記少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサによって受け取られるように、前記ステージおよび前記対物レンズの１つ以上を制御するステップ、
を含む、方法。
【請求項16】
前記方法は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステムを動作するのに適する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［背景］本願は、２０１２年５月２日に出願された米国仮特許出願番号第６１／６４１，７８８号の優先権の利益を請求し、その開示は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【0002】
［技術分野］本発明は、一般にデジタル病理学に関し、特にライン走査イメージングにおけるリアルタイムフォーカシングを実行するための複数の独立したリニアセンサ装置に関する。
【背景技術】
【0003】
顕微鏡的イメージング・システムにおける大部分のオートフォーカス法は、スライドの位置を検出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の２つのカテゴリに分けることができる。画像内容分析法は、異なる焦点深度での複数の画像の獲得を必要として、最善の焦点を決定するために画像を比較するアルゴリズムを使用する。複数の画像を獲得することは、フォーカシングとイメージングとの間に時間遅延を引き起こすかもしれない。スライド面を離れてレーザービームの反射を測定することは、スライドまたはカバー・スリップ位置のグローバルな焦点情報だけを提供することができる。それは、大きい高さ変化を有する組織に対してフォーカシング精度を欠いている。
【0004】
したがって、上述のような従来システムで見つかるこれらの重大な課題を解決するシステムおよび方法は、必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態において、本発明は、画像内容分析（例えば、組織の発見およびマクロ・フォーカス）に基づく。そして、走査の間、時間遅延を導入するフォーカシングのための複数の画像を得なければならないことなしに、正確なリアルタイム・オートフォーカスのためのラインイメージングおよびラインフォーカシングの利点を得る。一実施形態において、ライン走査の後戻りプロセスの間、完全なストライプフォーカシングは、実行される。代わりの実施形態では、フォーカシングは、画像走査の間、実行される。両方の実施形態は、画像走査における時間遅延を除去する。したがって、全てのデジタル画像走査プロセスの速度を上げる。
【0006】
一実施形態において、スライドのデジタル画像を捕えるシステムは、開示される。このシステムは、単一の光軸を有する対物レンズ、対物レンズを制御するモータ駆動ポジショナ、サンプルを支持するように構成されるステージ、少なくとも１つのイメージング・ラインセンサ、少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサ、対物レンズに光学的に連結して、対物レンズを通してサンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を受け取り、そして、１つ以上の画像の第１の部分をフォーカシング・ラインセンサに、かつ、１つ以上の画像の第２の部分をイメージング・ラインセンサに同時に提供するように構成される少なくとも１つのビームスプリッタ、および、１つ以上の画像の各部分が少なくとも１つのイメージング・ラインセンサによって受け取られる前に少なくとも１つのフォーカシング・ラインセンサによって受け取られるように、ステージおよび対物レンズの１つ以上を制御する少なくとも１つのプロセッサ、を含む。
【0007】
さらなる実施形態において、スライドのデジタル画像を捕える方法は、開示される。この方法は、単一の光軸を有する対物レンズによって、ステージに支持されるサンプルの少なくとも一部の１つ以上の画像を得るステップ、対物レンズに光学的に連結する少なくとも１つのビームスプリッタによって、１つ以上の画像の第１の部分を少なくとも１つのフォーカシング・センサに、かつ、１つ以上の画像の第２の部分を少なくとも１つのイメージング・センサに同時に提供するステップ、および、少なくとも１つのプロセッサによって、１つ以上の画像の各部分が少なくとも１つのイメージング・センサによって受け取られる前に少なくとも１つのフォーカシング・センサによって受け取られるように、ステージおよび対物レンズの１つ以上を制御するステップ、を含む。
【0008】
付加的な実施形態において、スライドのデジタル画像を捕えるシステムは、開示される。このシステムは、対物レンズ、サンプルを支持するように構成されるステージ、リニアアレイおよび楔プリズムを含み、リニアアレイは、対物レンズを介して光路を受け取るように構成される、少なくとも１つのイメージング・ラインセンサ、少なくとも１つのプロセッサであって、後戻り工程の間、楔プリズムを光路内に動かし入れることによって、そして走査工程の間、楔プリズムを光路から動かし出すことによって楔プリズムを制御し、サンプルの少なくとも一部の後戻り工程からデジタル画像データを受け取り、デジタル画像データに基づいて焦点高さを決定し、そして、サンプルの少なくとも一部の走査工程の前に焦点高さに対して対物レンズの高さを調整する、少なくとも１つのプロセッサ、を含む。
【0009】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を再調査した後に、当業者にとってより直ちに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の構造および作用は、以下の詳細な説明および同様の部分に同様の参照番号が付された添付の図面の再調査から理解されるであろう。【発明を実施するための形態】
【0011】
本明細書において開示される特定の実施形態は、複数のリニア検出器または他のコンポーネントを用いてライン走査イメージングにおけるリアルタイム（すなわち、瞬間的またはほとんど瞬間的な）フォーカシングを提供する。この説明を読んだ後に、さまざまな代わりの実施形態および代わりの用途において本発明をどのように実施するべきかは、当業者にとって明らかになるであろう。しかしながら、本発明のさまざまな実施形態が本明細書において記載されるにもかかわらず、これらの実施形態が例としてのみ示されて、これに制限されないものと理解される。このように、さまざまな代わりの実施形態のこの詳細な説明は、添付の請求項に記載したように本発明の範囲または大きさを制限するものと解釈されてはならない。
【0012】
図１は、一実施形態による走査システム１０の一例の側面図構成を示すブロック図である。図示の実施形態において、走査システム１０は、モータ駆動ステージ（図示せず）上に配置されて、照射系（図示せず）によって照らされて、走査方向６５において移動する組織スライド１２０を含む。対物レンズ１３０は、スライド１２０上に仕込まれる光学視野を有して、スライド上の標本を通過するか、またはスライド上の標本で反射するか、またはスライド上の標本から蛍光を発するか、さもなければ対物レンズ１３０を通過する照射系からの光のための光路を提供する。光は、光の一部がレンズ１６０を通過してイメージング・センサ２０に至ることを許容するビームスプリッタ１４０のほうへ光路上を進行する。図示の実施形態に示すように、光は、ミラー１５０によって任意に曲げられてもよい。イメージング・センサ２０は、例えば、ライン電荷結合デバイス（ＣＣＤ）でもよい。
【0013】
その他の光は、ビームスプリッタ１４０からレンズ１６５を通ってフォーカシング・センサ３０まで進行する。フォーカシング・センサ３０は、例えば、ライン電荷結合デバイス（ＣＣＤ）でもよい。イメージング・センサ２０およびフォーカシング・センサ３０に進む光は、対物レンズ１３０からの完全な光学視野を好ましくは表す。システムの構成に基づいて、論理的走査方向６０が対物レンズ１３０の光学視野をそれぞれのイメージング・センサ２０およびフォーカシング・センサ２０に引き渡させるように、スライド１２０の走査方向６５は、イメージング・センサ２０およびフォーカシング・センサ３０に関して論理的に方向づけられる。
【0014】
図示の実施形態に示すように、イメージング・センサ２０は、対物レンズ１３０の光学視野の範囲内の中央に置かれる。その一方で、フォーカシング・センサ３０は、対物レンズ１３０の光学視野の中心から離れてシフトされる。フォーカシング・センサ３０が対物レンズ１３０の光学視野の中心から離れてシフトされる方向は、論理的走査方向６０で逆である。この配置は、スライド上の標本が走査されるにつれて、イメージング・センサ２０が画像データを「見る」前にフォーカシング・センサ３０がその同じ画像データを「見る」ように、イメージング・センサ２０の前方においてフォーカシング・センサ３０を論理的に正しい位置に置く。最後に、対物レンズからの光が複数のＺ値でフォーカシング・センサ３０によって検出されるように、フォーカシング・センサ３０は、光学視野の範囲内で傾けられる。
【0015】
図２は、一実施形態による円形の照明の半径４０および光学視野５０に関してフォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０の一例の構成を示すブロック図である。図示の実施形態において、フォーカシング・センサ３０の位置決めは、イメージング・センサ２０および論理的走査方向６０に関して示される。走査方向６０は、この場合、ステージまたは標本（例えば、組織サンプル）がスペースにおいてセンサ２０および３０に関して移動している方向に関連する。図示するように、サンプルは、最初にフォーカシング・センサ３０に到達して、２番目にイメージング・センサ２０に到達する。イメージング・センサ２０およびフォーカシング・センサ３０が使用する同じ平面（例えばビームスプリッタ）上に予測されるときに、フォーカシング・センサ３０は、論理的走査方向６０に関して主要なイメージング・センサ２０の前方に位置する光学視野５０の（半径Ｒを有する）照明の円の範囲内にある。したがって、組織サンプルの一部がフォーカシング・センサ３０を通過するときに、焦点データは、捕えられることができて、焦点高さは、１つ以上の所定のアルゴリズムに基づいて算出されることができる。焦点データおよび焦点高さは、組織サンプルの同じ一部が同じ対物レンズを介して主要なイメージング・センサ２０によって検出される前に、対物レンズの高さと組織サンプルとの間の距離を（例えば、コントローラによって）制御するために使うことができる。
【0016】
円形の照明半径４０は、フォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０の両方をカバーする光学視野（ＦＯＶ）５０を好ましくは照らす。半径Ｒは、オブジェクトまたはサンプル上のＦＯＶおよびフォーカシング光パスＭｆｏｃｕｓｉｎｇの光学倍率の関数である。関数は、次式で表されることができる。２Ｒ＝ＦＯＶ＊Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ
【0017】
Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ＝２０、ＦＯＶ＝１．３２５ｍｍ（例えば、オリンパスＰｌａｎＡｐｏ ２０ｘ対物レンズ）については、Ｒ＝１３．２５ｍｍである。イメージング・センサ２０は、最善の画質のための光学視野５０の中央において予測される。その一方で、フォーカシング・センサ３０は、イメージング・センサ２０から距離ｈだけ光学視野５０に関して中心を外れて位置する。距離ｈ、半径Ｒ、およびフォーカシング・センサ３０長さＬの間には、次式の関係がある。ｈ≦平方根（Ｒ２−（Ｌ／２）２）
センサ長＝２０．４８ｍｍ、Ｒ＝１３．２５ｍｍについては、ｈ＜８．４ｍｍである。
【0018】
複数のカメラのラインを捕えるフォーカシング・センサ３０のための、焦点高さ算出のための、そして対物レンズを正しいＺ値高さに動かすための利用可能時間ｔは、フォーカシング・センサ３０とイメージング・センサ２０との間の距離ｈ、倍率Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ、および走査速度ｖの関数である。ｖ＊ｔ＝ｈ／Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ
【0019】
走査速度４．６ｍｍ／ｓ、Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ＝２０、ｈ＝８．４ｍｍについては、最大利用可能時間は、約９１．４ｍｓである。焦点の算出に利用可能なフォーカシング・センサ３０によって捕えられるカメラのラインの最大数は、次式で表される。Ｎ＝ｔ＊κ
ここで、κはフォーカシング・センサ３０のライン速度である。
【0020】
カメラのライン速度１８．７ｋＨｚ、Ｎｍａｘ＝１．７０９については、対物レンズは同じ高さにとどまる。さもなければ、Ｎ＜Ｎｍａｘによって、対物レンズを次へ焦点高さに移動させることができる。
【0021】
高いレベルで、組織サンプルは、Ｘ方向において対物レンズの下を通過する。組織サンプルの一部は、サンプルの一部のＺ方向において照らされた像を作成するために照射される。照らされた像は、例えばビームスプリッタを用いてフォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０の両方に光学的に連結される対物レンズを通過する。フォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０は、イメージング・センサ２０が像の一部またはラインを受け取る前にフォーカシング・センサ３０が同じ一部またはラインを受け取るように配置される。換言すれば、フォーカシング・センサ３０が画像データの第１のラインを受け取っているときに、イメージング・センサ２０は、フォーカシング・センサ３０によって前もって受け取られた、そして画像データの第１のラインからサンプル上の距離ｈ／Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇにある画像データの第２のラインを同時に受け取っている。フォーカシング・センサ３０が画像データの第１のラインを受け取った後、イメージング・センサ２０が画像データの第１のラインを受け取ることは、時間間隔Δｔを必要とする。ここで、Δｔは、サンプルを走査方向において距離ｈ／Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ移動するのにかかる時間を表す。
【0022】
その時間間隔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のラインのためのＺ方向における最適な焦点高さを算出して、対物レンズを算出した最適な焦点高さに合わせる。例えば、実施形態において、フォーカシング・センサ３０は、イメージング・センサ２０から分離されて、光イメージング・パスと直角をなす方向に関して角度θで傾けられる。したがって、フォーカシング・センサ３０は、複数のＺ値で画像データの画素を受け取る。プロセッサは、次いで、どのＺ高さ値が最善の焦点を有する（例えば、他の画素に関して最も高いコントラストを有する）画像データの画素に対応するかを決定してもよい。最適な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、イメージング・センサが画像データの第１のラインを受け取る前にまたは同時に、対物レンズをＺ方向において決定された最適なＺ高さ値まで動かしてもよい。
【0023】
図３Ａは、一実施形態によるイメージング光パス２１０に関してイメージング・センサ２０の一例の上面図構成を示すブロック図である。同様に、図３Ｂは、一実施形態によるフォーカシング光パス２００に関してフォーカシング・センサ３０の一例の上面図構成を示すブロック図である。図３Ｂで分かるように、フォーカシング・センサ３０は、フォーカシング光パス２００と直角をなす方向に関して角度θで傾けられる。
【0024】
図４は、一実施形態による一例のフォーカシング・センサ３０を示すブロック図である。図示の実施形態では、組織サンプル（例えば、２０μｍ）上のフォーカシング・レンジ（ｚ）の範囲内において、フォーカシング・センサ３０は、複数のセンサ画素２１８を含み、そして、示すように、Ｚ方向の全てのフォーカシング・レンジ（ｚ）が光学部品によってＹ方向（Ｘ方向に対して直交する、すなわち走査方向）の全てのフォーカシング・センサ３０アレイに転送される位置に置かれてもよい。センサ画素２１８の位置は、焦点での対物レンズのＺ位置と直接相関する。図４に示すように、フォーカシング・レンジ（ｄ）を横切って予測される各破線ｐ１、ｐ２、…ｐｉ…ｐｎは、異なる焦点値を表して、対物レンズの焦点高さ（すなわち、Ｚ高さ）に対応する。サンプルの所与の部分のための最適な焦点を有するｐは、サンプルのその部分にとって最適な焦点高さを決定するために走査システムによって用いられることができる。
【0025】
フォーカシング・センサ３０上の予測されるフォーカシング・レンジ（ｄ）と標本オブジェクト上のフォーカシング・レンジ（ｚ）との関係は、次式で表される。ｄ＝ｚ＊Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ２
ここで、Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇはフォーカシング・パスの光学倍率である。
例えば、ｚ＝２０μｍ、Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ＝２０である場合、ｄ＝８ｍｍである。
【0026】
リニアアレイセンサである傾けられたフォーカシング・センサ３０によって全ての予測されるフォーカシング・レンジ（ｄ）をカバーするために、傾斜角θは、次式の関係でなければならない。ｓｉｎθ＝ｄ／Ｌ
ここで、Ｌはセンサ３０の長さである。
【0027】
ｄ＝８ｍｍ、Ｌ＝２０．４８ｍｍを使用すると、θ＝２３．０°である。傾けられたセンサ３０が全てのフォーカシング・レンジ（ｚ）をカバーする限り、θおよびＬは変化することができる。
【0028】
フォーカシング解像度または対物レンズの高さ運動Δｚの最小ステップは、センサ画素サイズの関数（ｅ＝ｍｉｎｉｍｕｍ（ΔＬ））である。上記式に由来する。Δｚ＝ｅ＊ｚ／Ｌ
【0029】
例えば、ｅ＝１０μｍ、Ｌ＝２０．４８ｍｍ、ｚ＝２０μｍである場合、Δｚ＝０．００９７μｍ＜１０ｎｍである。
【0030】
実施形態において、フォーカシング・センサ３０からの一サイズのデータは、分析される。性能指数（ＦＯＭ）（例えば、データのコントラスト）は、定められてよい。センサアレイ上の最大ＦＯＭの画素２１８位置（Ｚ値）は、見つけられることができる。このようにして、対物レンズの焦点位置（Ｚ値）は、サンプル上のその走査ラインのために決定されることができる。
【0031】
対物レンズの高さＺｉと焦点位置のフォーカシング・センサ上の焦点位置Ｌｉとの間の関係は、次式で表される。Ｌｉ＝Ｚｉ＊Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ２／ｓｉｎθ
【0032】
焦点高さがＬ１からＬ２までの平均によって決定される場合、上記のフォーカシング・センサ３０からのデータの分析によれば、対物レンズの高さは、Ｚ１からＺ２まで次式に基づいて移動されることを必要とする。Ｚ２＝Ζ１＋（Ｌ２−Ｌ１）＊ｓｉｎθ／Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ２
【0033】
フォーカシング・センサ３０およびひセンサ２０のＹ軸の視野（ＦＯＶ）は異なることができるけれども、両方のセンサの中心は、Ｙ軸に沿って各々好ましくは整列配置される。
【0034】
図５は、一実施形態による、走査中のフォーカシング・センサ３０とイメージング・センサ２０との間の一例の相互作用を示すタイムチャートである。図示の実施形態では、イメージング・センサ３０およびフォーカシング・センサ２０を用いる走査のタイミングは、示される。時間ｔ０で、対物レンズのＺ位置は、組織切片Ｘ１上の高さＺ０にある。そしてそれは、フォーカシング・センサ３０の視野内にある。フォーカシング・センサ３０は、組織切片Ｘ１に対応するフォーカシング・データを受け取る。焦点高さＺ１は、いくらかの実施形態ではフォーカシング・アルゴリズムに関連する、フォーカシング・データを用いて組織切片Ｘ１のための最適な焦点高さであると決定される。最適な焦点高さは、次いで、例えば制御ループを用いて対物レンズを高さＺ１まで移動するためにＺポジショナに供給される。ｔ１で、組織切片Ｘ１は、イメージング・センサ２０の視野に持ち込まれる。正しい焦点高さについては、イメージング・センサ２０は、サンプルの最適に焦点を結ぶ画像を検出する。同じ時間ｔ１で、フォーカシング・センサ３０は、組織切片Ｘ２からフォーカシング・データを捕らえる。そしてそのフォーカシング・データは、組織切片Ｘ２が時間ｔ２でイメージング・センサ２０の視野に移る前にまたはそのときにＺポジショナに供給される最適な焦点高さＺ２を決定するために用いられる。この種のプロセスは、全ての組織サンプルが走査されるまで続くことができる。
【0035】
一般に時間ｔｎで、組織切片Ｘｎ＋１は、フォーカシング・センサの視野内にあり、組織切片Ｘｎは、イメージング・センサ３０の視野内にあり、そして対物レンズは、ＺｎのＺ高さにある。さらに、時間ｔｎ＋１の前にまたはそのときに、組織切片Ｘｎ＋１のための最適な焦点高さは、決定されて、対物レンズのＺ高さは、Ｚｎ＋１に調整される。図２を考慮すると、時間ｔ０で、フォーカシング・センサ３０は、組織切片Ｘ１を「見て」、組織切片Ｘ１のためのＺ１として焦点高さを決定する。時間ｔ１で、フォーカシング・センサ３０は、組織切片Ｘ２を「見て」、組織切片Ｘ２のためのＺ２として焦点高さを決定すると共に、組織切片Ｘ１は、イメージング・センサ２０の下へ移動して、対物レンズは、高さＺ１へ移動する。時間ｔｎで、フォーカシング・センサ３０は、組織切片Ｘｎ＋１を「見て」、組織切片Ｘｎ＋１のためのＺｎ＋１として焦点高さを決定すると共に、組織切片Ｘｎは、イメージング・センサ２０の下へ移動して、対物レンズは、高さＺｎへ移動する。走査ラインがフォーカシング・センサ３０によって得られる限り、そして、同じ走査ラインがイメージング・センサ２０によって得られる前に走査ラインのための最適な焦点高さが決定されてセットされる限り、Ｘｎ−１およびＸｎが画像データの連続的なまたは隣接するラインを必ずしも表すわけではないと、当業者は理解しなければならない。換言すれば、フォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０は、１つ以上の走査ラインがフォーカシング・センサ３０の視野とイメージング・センサ２０の視野との間に存在するように、すなわち、フォーカシング・センサ３０とイメージング・センサ２０との間の距離ｈがデータの１つ以上の走査ラインを含むように、配置されてもよい。例えば、距離ｈが５本の走査ラインを含む場合、組織切片Ｘ１がイメージング・センサ２０の視野内にあると同時に、組織切片Ｘ６はフォーカシング・センサ３０の視野内にある。この場合、対物レンズの焦点高さは、組織切片Ｘ５がイメージング・センサ２０によって検出された後で、しかし組織切片Ｘ６がイメージング・センサ２０によって検出される前に、算出された最適な焦点高さに調整される。都合のよいことに、対物レンズの焦点高さは、組織サンプルの段階的な斜面に近いＸ１とＸ６との間の焦点高さにおいてインクリメントの変化があるように、組織切片Ｘ１とＸ６との間で円滑に制御されてもよい。
【0036】
図６は、一実施形態によるプリズム２７０を有する一例の傾けないフォーカシング・センサ３０を示すブロック図である。図示の実施形態では、図６は、傾けられたフォーカシング・ラインセンサ３０に代わる例を示す。フォーカシング・センサ３０を傾ける代わりに、フォーカシング・センサ３０に取り付けられる楔プリズム２７０は、類似のフォーカシング機能を実行するために用いることができる。あるいは、楔プリズム２７０および傾けられたフォーカシング・センサ３０の組み合わせは、使用されることができる。アルゴリズムおよび手順は、この種の別の実施形態と同じままでもよい。さらに、センサ間に充分な間隔を有する２つの平行なリニアセンサアレイが単一の視野内に組み込まれることができる場合、楔プリズム２７０は、フォーカシングのためのフォーカシング・センサ３０上に取り付けられることができて、イメージング・センサ２０は、サンプルから画像データを検出するために用いられることができる。
【0037】
図７Ａおよび図７Ｂは、一実施形態による可動プリズムを有する一例の二重のイメージングおよびフォーカシング・センサを示すブロック図である。都合のよいことに、この実施形態では、同じ物理センサが、フォーカシング・センサ３０およびイメージング・センサ２０の両方に用いることができる。図７Ａに示すように、楔プリズム２７０が定位置にあるときに、センサは、フォーカシング・センサ３０の機能を実行する。楔プリズム２７０がセンサの少なくとも一部の視野の範囲内に位置するときに、楔プリズム２７０は、定位置にある。対応して、楔プリズム２７０が定位置にないときに、センサは、イメージング・センサ２０の機能を実行する。楔プリズム２７０の全部がセンサの視野の範囲内にないときに、楔プリズム２７０は、定位置にない。
【0038】
この種の実施形態は、図９に関して記載される動きのような走査運動に関連して使われることができる。それにより、走査システムは、対物レンズの下でのサンプルの第１のパスの間、焦点を結ぶ。次いで、走査システムは、対物レンズの下でのサンプルの第２のパスの間、画像を得る。第１のパスの間、楔プリズム２７０は定位置にある。そして、第２のパスの間、楔プリズム２７０は定位置にない。
【0039】
図８は、一実施形態による走査システムの一例のマルチフォーカシング・センサ構成を示すブロック図である。図示の実施形態では、走査システムは、少なくとも２つのフォーカシング・センサ３０および３５を使用する。図示の実施形態では、第２のフォーカシング・センサ３５は、第１のフォーカシング・センサ３０と同様に反対方向に傾けられるリニアセンサアレイを含んでもよい。２つのフォーカシング・センサ３０および３５から得られるデータを分析して、イメージング・センサが標本を通過するときに対物レンズのためのより正確な最適な焦点高さを算出することを走査システムに許容する第１のフォーカシング・センサ３０と同じフォーカシング機能を、第２のフォーカシング・センサ３５は、実行することができる。例えば、走査システムは、平均算出または補整のために二重のフォーカシング・センサ３０および３５のデータを使用してもよい。第１のフォーカシング・センサ３０および主要なイメージング・センサ２０と組み合わされるときに、第２のフォーカシング・センサ３５は、走査システムの第３のリニアセンサアレイでもよい。
【0040】
図１０は、一実施形態によるマイクロレンズアレイを有する一例のフォーカシング・センサ３０を示すブロック図である。図示の実施形態では、（傾けたかまたは傾けない）リニアマイクロレンズアレイ２５０は、同一の組織切片の複数のマイクロ画像を有するために、傾けられたフォーカシング・センサ３０（例えば、リニアセンサアレイ）のＦＯＶにおいて配置される。この実施形態は、ＦＯＶの範囲内の部分的な組織と関連した可能性のある曖昧さを回避するために用いることができる。そしてそれは、先に記載した実施形態および方法から生じる場合がある。一実施形態において、マイクロレンズアレイ２５０が傾けられるかまたは傾けられないかどうか、マイクロレンズアレイ２５０の最小寸法は、フォーカシング・センサ３０上に至る光路の横断面をカバーすることである。マイクロレンズアレイ２５０のエレメントの数は、Ｚ解像度および総フォーカシング・レンジによって決定される。例えば、０．５μｍの解像度が２０μｍのフォーカシング・レンジ以上必要とされる場合、レンズエレメントの数は４０である。
【0041】
一実施形態において、視野レンズ２６０は、走査システムの口径食効果を減らすために用いて、システム倍率に影響を与えない。マイクロレンズ２５０の実施形態において、最善の焦点を決定する方法は、上記の性能指数テクニックとは異なってもよい。例えば、走査システムは、例えば０．５μｍの深さインクリメントを有する４０のマイクロレンズ画像の中の平均コントラストを比較してもよい。画像において最も高いコントラストの中心位置は、見つかる。そして、対物レンズの高さは、次いで、上記のように同じ公式（Ｌｉ＝Ｚｉ＊Ｍｆｏｃｕｓｉｎｇ２／ｓｉｎθ）に基づいて決定される。
【0042】
図１１は、一実施形態によるマイクロレンズアレイ２５０およびプリズム２７０を有する一例の傾けないフォーカシング・センサを示すブロック図である。図示の実施形態では、マイクロレンズアレイ２５０は、フォーカシング機能を実行するためにフォーカシング・センサ３０（例えば、ラインセンサ）の前方で楔プリズム２７０と統合される。
【0043】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、一実施形態による一例の顕微鏡スライドスキャナを示すブロック図であり、図１２Ｃは、一実施形態による一例のリニアセンサアレイを示すブロック図である。これらの３つの図は、以下でさらに詳細に記載される。しかしながら、それらは、概要を提供するために最初に組み合わせて記載される。以下の説明がスライドスキャナ装置のちょうど実施例であり、そして、代わりのスライドスキャナ装置が使用されることもできる点に留意する必要がある。図１２Ａおよび図１２Ｂは、開示されたセンサ配列に関連して用いられることができる実施例の顕微鏡スライドスキャナを示す。図１２Ｃは、実施例のリニアセンサを示す。そしてそれは、開示されたセンサ（イメージング・センサまたはフォーカシング・センサ）としていかなる組み合わせでも使われることができる。
【0044】
例えば、イメージング・センサおよびフォーカシング・センサは、主要な画像センサとしてのライン走査カメラ１８、およびビームスプリッタ１４０と組み合わされるフォーカシング・センサとしてのフォーカシング・センサ２０を用いて、上記のように、（例えば、ビームスプリッタと関連して）配置されてもよい。一実施形態において、ライン走査カメラ１８は、フォーカシング・センサおよび主要なイメージング・センサの両方を含んでもよい。イメージング・センサおよびフォーカシング・センサは、顕微鏡対物レンズ１６および／またはフォーカシング・オプティクス３４および２９０を通ってサンプル１２から画像情報を受け取ることができる。さらに、それらは、データプロセッサ２１に情報を提供することができて、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およびデータ記憶部３８に通信で接続している。データプロセッサ２１は、通信ポートに対してさらに通信で接続されてもよい。そしてそれは、少なくとも１つのネットワーク４２によって１つ以上のコンピュータ４４に接続されてもよい。そしてそれは、表示モニタ４６に接続されてもよい。
【0045】
データプロセッサ２１は、通信で接続されてもよくて、命令をステージ・コントローラ２２に提供してもよい。そしてそれは、スライドスキャナ１１のモータ駆動ステージ１４を制御する。モータ駆動ステージ１４は、サンプル１２を支持して、Ｘ−Ｙ平面の１つ以上の方向に移動する。一実施形態において、モータ駆動ステージ１４は、Ｚ平面において移動してもよい。データプロセッサ２１は、通信で接続されてもよくて、命令をモータ駆動コントローラ２６に提供してもよい。そしてそれは、モータ駆動ポジショナ２４（例えば、圧電ポジショナ）を制御する。モータ駆動ポジショナ２４は、対物レンズ１６をＺ方向に動かすように構成される。スライドスキャナ１１は、サンプル１２を上からまたは下から照らすために光源３１および／または照明光学系３２も含む。
【0046】
ここで図１２Ａに戻ると、本発明による光学顕微鏡法システム１０の実施形態のブロック図は、示される。システム１０の核心は、標本またはサンプル１２を走査してデジタル化するのに役立つ顕微鏡スライドスキャナ１１である。サンプル１２は、光学顕微鏡法によってデータを送ってよい何であることもできる。例えば、サンプル１２は、光学顕微鏡法によってデータを送ってよい顕微鏡スライドまたは他のタイプのサンプルでもよい。組織およびセル、染色体、ＤＮＡ、タンパク質、血液、骨髄、尿、細菌、ビード、生検材料、または他のタイプの任意の生物学的材料または生体物質（死んでいるかまたは生きている、汚れているかまたは汚れのない、ラベルをつけられるかまたはラベルのない）を含む標本のためのビューイング基板として、顕微鏡スライドは、多用される。サンプル１２は、マイクロアレイとして一般に知られるいかなるそしてすべてのサンプルも含む、任意のタイプのスライドまたは他の基板上に置かれる任意のタイプのＤＮＡまたは、ｃＤＮＡまたはＲＮＡまたはタンパク質などのＤＮＡ関連材料の任意の配列でもよい。サンプル１２は、マイクロタイタープレート（例えば９６穴プレート）でもよい。サンプル１２の他の実施例は、集積回路基板、電気泳動記録、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。
【0047】
スキャナ１１は、モータ駆動ステージ１４、顕微鏡対物レンズ１６、ライン走査カメラ１８、およびデータプロセッサ２１を含む。サンプル１２は、走査のためのモータ駆動ステージ１４上に置かれる。モータ駆動ステージ１４は、ステージ・コントローラ２２に接続していて、そしてそれは、データプロセッサ２１に接続している。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、モータ駆動ステージ１４上のサンプル１２の位置を決定する。一実施形態において、モータ駆動ステージ１４は、サンプル１２の平面内にある少なくとも２つの軸（ｘ／ｙ）においてサンプル１２を移動させる。光学ｚ軸に沿ったサンプル１２の微細な移動は、スキャナ１１の一定の応用のために（例えば、焦点制御のために）必要でもよい。Ｚ軸移動は、圧電ポジショナ２４（例えばＰｏｌｙｔｅｃ ＰＩからのＰＩＦＯＣまたはＰｉｅｚｏｓｙｓｔｅｍ ＪｅｎａからのＭＩＰＯＳ ３）を用いて好ましくは達成される。圧電ポジショナ２４は、顕微鏡対物レンズ１６に直接取り付けられて、圧電コントローラ２６を介して、データプロセッサ２１に接続されてデータプロセッサ２１によって指示される。粗い焦点調整を提供する手段は、必要でもよくて、モータ駆動ステージ１４の一部としてのｚ軸移動によってまたは手動のラックアンドピニオン粗い焦点調整（図示せず）によって提供されることができる。
【0048】
一実施形態において、モータ駆動ステージ１４は、円滑な動きおよび優れた直線および平坦度精度を提供するために、ボールベアリングリニア方法を用いる高精度位置決めテーブルを含む。例えば、モータ駆動ステージ１４は、上下に積み重ねられた２つのＤａｅｄａｌ ｍｏｄｅｌ １０６００４を含むことができる。他のタイプのモータ駆動ステージ１４は、ボールベアリング以外の方法に基づく積み重ねられた単一軸のステージ、中心において開いていて、サンプルの下からの透照に特に適する単一軸または複数軸の位置決めステージ、または複数のサンプルを支持することができるより大きいステージ、を含むスキャナ１１にも適している。一実施形態において、モータ駆動ステージ１４は、各々２ミリメートルのリードスクリューおよびＮｅｍａ−２３ステッピングモータに結合される２つの積み重ねられた単一軸の位置決めテーブルを含む。毎秒２５回転の最大リードスクリュー速度で、モータ駆動ステージ１４上のサンプル１２の最高速度は、毎秒５０ミリメートルである。より大きい直径（例えば５ミリメートル）を有するリードスクリューの選択は、最高速度を毎秒１００ミリメートル以上に増やすことができる。モータ駆動ステージ１４は、システムに重要な出費を追加する不利点を有する機械的または光学的位置エンコーダを備えることができる。したがって、この種の実施形態は、位置エンコーダを含まない。しかしながら、１つが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場合、１つは適切なコントロールのための位置フィードバックを使用しなければならないだろう。
【0049】
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においてモータ電流または電圧コマンドに変換される。一実施形態において、ステージ・コントローラ２２は、２軸サーボ／ステップモータコントローラ（Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ ６Ｋ２）および２つの４アンプ・マイクロステッピング・ドライブ（Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ ＯＥＭＺＬ４）を含む。マイクロステッピングは、比較的大きい１回に１．８°のモータステップよりも非常に小さいインクリメントのステップモータを命令するための手段を提供する。例えば、１００マイクロステップで、サンプル１２は、０．１マイクロメートルと同程度小さいステップで移動するように命令されることができる。２５，０００マイクロステップが、本発明の一実施形態において使われる。より小さいステップサイズも、可能である。モータ駆動ステージ１４およびステージ・コントローラ２２の最適選択が、サンプル１２の性質、サンプルのデジタル化のための所望の時間、およびサンプル１２の結果として生じるデジタル画像の所望の解像度を含む多くの要因に依存することは、明らかでなければならない。
【0050】
顕微鏡対物レンズ１６は、一般に利用可能ないかなる顕微鏡対物レンズであることもできる。当業者は、どの対物レンズを使用するかの選択が特定の状況に依存することを理解するであろう。本発明の一実施形態では、顕微鏡対物レンズ１６は、無限修正タイプである。
【0051】
サンプル１２は、光源３１および照明光学系３２を含む照明系２８によって照らされる。一実施形態の光源３１は、光出力を最大にするために凹面反射鏡を有する可変強度ハロゲン光源、および熱を抑制するためにＫＧ−１フィルタを含む。しかしながら、光源３１は、他のタイプのいかなるアーク灯、レーザー、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）または他の光源でもありえる。一実施形態の照明光学系３２は、光軸に対して直交する２つの共役平面を有する標準ケラー照射系を含む。照明光学系３２は、会社（例えばカール・ツァィス、ニコン、オリンパス、またはライカ）によって販売される大部分の市販の複合顕微鏡において見つけることができる明視野照明オプティクスを代表する。１セットの共役平面は、（ｉ）光源３１によって照らされるフィールド虹彩開口、（ｉｉ）サンプル１２の焦点面によって定義されるオブジェクト平面、および（ｉｉｉ）ライン走査カメラ１８の光に反応する要素を含む平面、を含む。第２の共役平面は、（ｉ）光源３１の一部であるバルブのフィラメント、（ｉｉ）照明光学系３２の一部であるコンデンサオプティクスの直前に座るコンデンサ虹彩の開口、および（ｉｉｉ）顕微鏡対物レンズ１６の後焦点面、を含む。一実施形態において、サンプル１２は、サンプル１２によって送られる光エネルギー、逆にいえばサンプル１２によって吸収される光エネルギーをライン走査カメラ１８で検出している伝送モードにおいて照らされて、像を作られる。
【0052】
本発明のスキャナ１１は、サンプル１２から反射される光エネルギーを検出するために等しく適切である。その場合には、光源３１、照明光学系３２、および顕微鏡対物レンズ１６は、反射イメージングをともなう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、１つの可能な実施形態は、サンプル１２より上に配置される光ファイバーバンドルを通る照明でもよい。他の可能性は、モノクロメータによってスペクトルに条件づけられる励起を含む。顕微鏡対物レンズ１６が位相−コントラスト顕微鏡法と互換性を持つように選択される場合、照明光学系３２の一部であるコンデンサオプティクスの少なくとも１つの位相停止の取り込みは、位相コントラスト顕微鏡法のために用いられるスキャナ１１を有効にする。当業者にとって、微分干渉コントラストおよび共焦顕微鏡法のような他のタイプの顕微鏡法のために必要とする修正は、直ちに明らかでなければならない。全体として、適切なしかし周知の修正については、光学顕微鏡法のいかなる周知のモードにおける顕微鏡サンプルのデータ送出のためにも、スキャナ１１は、適切である。
【0053】
顕微鏡対物レンズ１６とライン走査カメラ１８との間には、顕微鏡対物レンズ１６によって捕えられた光学信号をライン走査カメラ１８の光に反応する要素上に焦束するライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４が配置される。現代の無限修正顕微鏡において、顕微鏡対物レンズと接眼オプティクスとの間の、または顕微鏡対物レンズと外部のイメージング・ポートとの間のフォーカシング・オプティクスは、顕微鏡の観察チューブの一部であるチューブレンズとして知られる光学エレメントから成る。しばしば、チューブレンズは、コマ収差または非点収差の導入を防止するために、複数の光学エレメントから成る。従来の有限筒長オプティクスから無限修正オプティクスへの比較的最近の変化のための動機付けの１つは、サンプル１２からの光エネルギーが平行である物理空間を増加させることであった。それは、この光エネルギーの焦点が無限であることを意味する。この場合、ダイクロイックミラーまたはフィルタのようなアクセサリエレメントは、光路倍率を変えることなく、または望ましくない光学人工品を導入することなく、無限スペース内に挿入されることができる。
【0054】
無限修正顕微鏡対物レンズは、概して、無限マークを刻まれる。無限修正顕微鏡対物レンズの倍率は、チューブレンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った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用いられる場合、１８０ミリメートルの焦点距離を有するチューブレンズは、２０ｘの倍率に結果としてなる。異なる顕微鏡メーカーによって製造される対物レンズが互換性を持たない理由の１つは、チューブレンズの焦点距離の標準化の不足のためである。例えば、オリンパス（１８０ミリメートルのチューブレンズの焦点距離を使用する会社）からの２０ｘ対物レンズは、２００ミリメートルの異なるチューブ長さ焦点距離に基づくニコン顕微鏡の２０ｘ倍率を提供しない。その代わりに、２０ｘと刻まれて、９ミリメートルの焦点距離を有するこの種のオリンパス対物レンズの有効な倍率は、２００ミリメートルのチューブレンズの焦点距離を９ミリメートルの対物レンズの焦点距離で割って得られる２２．２ｘである。従来の顕微鏡上のチューブレンズを変えることは、顕微鏡を分解せずには事実上不可能である。チューブレンズは、顕微鏡の重要な固定エレメントの一部である。異なるメーカーによって製造される対物レンズと顕微鏡との間の不適合性に対する他の寄与因子は、接眼レンズ光学部品（標本が観察される両眼光学部品）の設計である。大部分の光学的補正が顕微鏡対物レンズにおいて設計されるとはいえ、大部分の顕微鏡ユーザは、最善の視覚画像を達成するために１つのメーカーの両眼光学部品をその同じメーカーの顕微鏡対物レンズとマッチングさせる際に若干の利点があると確信したままである。
【0055】
ライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４は、機械的筒の内側に載置されるチューブレンズ光学部品を含む。一実施形態において、スキャナ１１が従来の光学観察のための両眼光学部品または接眼レンズを欠いているので、対物レンズと両眼光学部品との間の潜在的不適合性の従来の顕微鏡が受ける課題は、直ちに除去される。顕微鏡の接眼レンズと表示モニタ上のデジタル画像との間に同焦点を達成する課題も、いかなる接眼レンズも有しないせいで除去されると、当業者は、同様に理解する。サンプル１２の物理境界だけによって実際に制限される視野を提供することによりスキャナ１１は従来の顕微鏡の視野制限も克服するので、例えば、現在のスキャナ１１によって提供されるオール・デジタルイメージング顕微鏡の倍率の重要性は、制限される。一旦サンプル１２の一部がデジタル化されると、その倍率を上昇させるためにサンプル１２の画像に（時々電気ズームとして知られる）電子倍率を適用することは容易である。画像の倍率を電子的に上昇させることは、画像を表示するために用いるモニタ上のその画像のサイズを増加させる効果を有する。過大な電子ズームが適用される場合、表示モニタは、拡大画像の部分だけを示すことが可能である。しかしながら、そもそもデジタル化された最初の光学信号に存在しなかった表示情報に対して電子倍率を使用することは、不可能である。スキャナ１１の目的の１つが高品質デジタル画像を提供することにあるので、顕微鏡の接眼レンズを通した光学観察の代わりに、スキャナ１１によって得られる画像の内容ができるだけ多くの画像の詳細を含むことは、重要である。解像度という用語は、この種の画像の詳細を記載するために概して用いられる。そして、回折限界という用語は、光学信号において利用可能な波長の限られた最大空間の詳細を記載するために用いられる。周知のナイキスト・サンプリング基準にしたがい、ライン走査カメラ１８のような光検知カメラの個々の画素エレメントのサイズに、そして顕微鏡対物レンズ１６の開口数の両方にマッチするチューブレンズの焦点距離の選択によって、スキャナ１１は、回折限界のデジタルイメージングを提供する開口数（倍率でない）が顕微鏡対物レンズ１６の解像度限界属性であることは、周知である。
【0056】
一実施形態は、ライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４の一部であるチューブレンズの焦点距離の最適選択を示すのを助ける。前述された９ミリメートルの焦点距離を有する２０ｘ顕微鏡対物レンズ１６を再び考慮して、この対物レンズが０．５０の開口数を有すると仮定する。コンデンサからの明らかな劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が無いと仮定して、５００ナノメートルの波長におけるこの対物レンズの回折限界の解像力は、周知のアッビ関係を用いて得られるほぼ０．６マイクロメートルである。一実施形態において、１４マイクロメートルの正方形の複数の画素を有するライン走査カメラ１８がサンプル１２の一部を検出するために用いられるとさらに仮定する。サンプリング理論にしたがって、少なくとも２つのセンサ画素が最も小さい解像可能な空間特徴の範囲を定める（ｓｕｂｔｅｎｄ）ことは、必要である。この場合、チューブレンズは、２つの１４マイクロメートルの画素に対応する２８マイクロメートルを、最も小さい解像可能な特徴寸法である０．６マイクロメートルで分割することによって得られる倍率４６．７を達成するように選択されなければならない。したがって、最適チューブレンズ光学部品の焦点距離は、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チューブレンズ光学部品を有するライン走査フォーカシング・オプティクス３４は、同じ２０ｘ対物レンズを用いる顕微鏡の下で標本を見ることによって観察されるのと類似している、最高の可能な空間的分解能を有する画像を得ることができる。繰り返すと、回折限界のデジタル画像を得るために、スキャナ１１は、より高い倍率光学構成（この実施形態では約４７ｘ）において従来の２０ｘ顕微鏡対物レンズ１６を利用する。より高い開口数を有する従来の２０ｘ倍率対物レンズ１６（すなわち０．７５）が用いられる場合、回折限界イメージングのための必要なチューブレンズ光学部品の倍率は、６８ｘの全体の光学倍率に対応する約６１５ミリメートルであるだろう。同様に、２０ｘ対物レンズの開口数がわずか０．３である場合、最適チューブレンズ光学部品の倍率は、ほぼ２５２ミリメートルのチューブレンズ光学部品の焦点距離に対応する約２８ｘであるだけだろう。ライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４は、スキャナ１１のモジュラエレメントであり、最適デジタルイメージングのために必要に応じて交換されることができる。回折限界デジタルイメージングの利点は、アプリケーション（例えば明視野顕微鏡法）のために特に重要である。そこでは、適切に設計された照射系２８の強度を増加させることによって、倍率の増加を伴う信号明るさの減少は、直ちに補償される。
【0057】
原則として、現在のスキャナ１１のためのちょうど今記載された回折限界イメージングを達成するようにチューブレンズの倍率を効果的に上昇させるために従来の顕微鏡ベースのデジタル・イメージング・システムに外部の倍率増加光学部品を取り付けることは、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、しばしば容認できず、そして、このアプローチを非実用的にする。さらに、顕微鏡の多くのユーザは、彼ら自身でこれらの技術を効果的に利用するために回折限界イメージングの詳細について、概して十分に理解していない。実際には、接眼レンズを通して見られることができるより類似した何かに対する視野のサイズを増やすことを試みるために、デジタルカメラは、倍率減少オプティカルカップラを有する顕微鏡ポートに取り付けられる。目的が回折限界デジタル画像を得ることである場合、倍率減少を加える標準慣行は、間違った方向のステップである。
【0058】
従来の顕微鏡において、異なる出力対物レンズは、異なる解像度および倍率で標本を見るために概して用いられる。標準顕微鏡は、５つの対物レンズを保持する筒先を有する。現在のスキャナ１１のようなすべてデジタル・イメージング・システムにおいて、所望の最も高い空間的分解能に対応する開口数を有するただ１つの顕微鏡対物レンズ１６が必要である。スキャナ１１の一実施形態は、ただ１つの顕微鏡対物レンズ１６を提供する。一旦回折限界デジタル画像がこの解像度で捕えられると、いかなる所望の減じた解像度および倍率での現在のイメージ情報に対しても、標準デジタル画像処理技術を使用することは、容易である。
【0059】
スキャナ１１の一実施形態は、１４×１４マイクロメートルのサイズを有する各画素を用いる、リニアアレイに配置される１０２４ピクセル（画素）を有するＤａｌｓａ ＳＰＡＲＫライン走査カメラ１８に基づく。カメラの一部としてパックされるかまたはイメージング電子モジュールにカスタム集積されるかいずれにせよ、他のタイプのいかなるリニアアレイもまた、使用されることができる。一実施形態のリニアアレイは、８ビットの量子化を効果的に提供する。しかし、より高いかまたはより低いレベルの量子化を提供する他のアレイも、使用されることができる。３−チャネルの赤／緑／青（ＲＧＢ）カラー情報または時間遅延統合化（ＴＤＩ）に基づく交互の配列が、使用されてもよい。ＴＤＩ配列は、先に撮像された標本の領域からの強度データを合計することによって、出力信号における実質的により良好なＳＮ比（ＳＮＲ）を提供する。そして、統合化ステージ数の平方根に比例しているＳＮＲの増加をもたらす。ＴＤＩ配列は、リニアアレイの複数のステージを含むことができる。ＴＤＩ配列は、２４、３２、４８、６４、９６、またはより多くのステージで利用できる。スキャナ１１はまた、５１２画素を有するいくつか、１０２４画素を有するいくつか、または４０９６もの画素を有するその他を含むさまざまなフォーマットにおいて製造されるリニアアレイもサポートする。照射系２８およびライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４に対する適切であるがしかし周知の修正は、より大きい配列に適応することを必要としてもよい。さまざまな画素サイズを有するリニアアレイが、スキャナ１１において使用されることもできる。任意のタイプのライン走査カメラ１８の選択の顕著な要件は、従来技術において公知の従来のイメージング・タイル・アプローチの静止要件を克服する、高品質画像を得るためにサンプル１２のデジタル化の間、サンプル１２がライン走査カメラ１８に関して動いていることができるということである。
【0060】
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。一実施形態においてデータプロセッサ２１は、少なくとも１つの信号デジタル化エレクトロニクス・ボード（例えばイメージング・ボードまたはフレームグラバ）をサポートするために、補助的エレクトロニクス（例えばマザーボード）を有する中央演算処理装置を含む。本実施形態において、イメージング・ボードは、ＥＰＩＸ ＰＩＸＣＩＤ２４ ＰＣＩバス・イメージング・ボードである。しかしながら、ＥＰＩＸボードの代わりに使用することができるさまざまなメーカーからの多くの他のタイプのイメージング・ボードまたはフレームグラバがある。別の実施形態は、イメージング・ボードを完全に回避して、データをデータ記憶部３８（例えばハードディスク）に直接記憶するために、ＩＥＥＥ １３９４（別名Ｆｉｒｅｗｉｒｅ）のようなインタフェースを使用するライン走査カメラでありえる。
【0061】
データプロセッサ２１はまた、短期データ記憶部のためのメモリ３６（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））に、そして、長期データ記憶部のためのデータ記憶部３８（例えばハードディスク）に接続している。さらに、データプロセッサ２１は、ネットワーク４２（例えば、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、またはグローバルインターネット）に接続している通信ポート４０に接続している。メモリ３６およびデータ記憶部３８は、互いにも接続している。データプロセッサ２１は、スキャナ１１の重要なエレメント（例えばライン走査カメラ１８およびステージ・コントローラ２２）を制御するために、または、さまざまな画像処理機能、画像解析機能、またはネットワークのための、ソフトウェアの形のコンピュータプログラムを実行することも可能である。データプロセッサ２１は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、ＯＳ／２、Ｍａｃ ＯＳ、およびＵｎｉｘ（登録商標）等のオペレーティングシステムを含む、いかなるオペレーティングシステムにも基づくことができる。一実施形態において、データプロセッサ２１は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＮＴオペレーティングシステムに基づいて動作する。
【0062】
データプロセッサ２１、メモリ３６、データ記憶部３８、および通信ポート４０は、各々従来のコンピュータにおいて見つけられうるエレメントである。一例は、パーソナル・コンピュータ（例えば、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標） ＩＩＩ ５００ＭＨｚのプロセッサおよび最高７５６メガバイト（ＭＢ）のＲＡＭを特徴とするＤｅｌｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ＸＰＳ Ｔ５００）である。一実施形態において、データプロセッサ２１、メモリ３６、データ記憶部３８、および通信ポート４０を含むコンピュータエレメントは、全てスキャナ１１に内臓される。その結果、システム１０の他のエレメントに対するスキャナ１１の唯一の接続は、通信ポート４０である。スキャナ１１の別の実施形態において、コンピュータエレメントは、コンピュータエレメントとスキャナ１１との間の対応する接続を有するスキャナ１１に対して外部にある。
【0063】
本発明の一実施形態において、スキャナ１１は、光学顕微鏡法、デジタルイメージング、モータ駆動サンプル位置決め、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、単一のエンクロージャ・ユニット内に集積する。スキャナ１１をデータ入力および出力の検出部としての通信ポート４０と単一のエンクロージャ・ユニットとしてパッケージングする大きな利点は、複雑さの減少および信頼性の増加である。スキャナ１１のさまざまなエレメントは、顕微鏡、光源、モータ駆動ステージ、カメラ、およびコンピュータが異なるベンダーによって概して提供されて、実質的な統合化および保守を必要とする従来の顕微鏡ベースのイメージング・システムと鋭い対照において、一致協力するために最適化される。
【0064】
通信ポート４０は、ネットワーク４２を含むシステム１０の他のエレメントとの迅速な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プロトコルと共に、イーサネット（登録商標）のようなキャリア検知マルチアクセス衝突検出プロトコルである。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によって動くことを意図する。
【0065】
一実施形態において、スキャナ１１の制御およびスキャナ１１によって捕えられる画像データの再調査は、ネットワーク４２に接続しているコンピュータ４４上で実行される。一実施形態において、コンピュータ４４は、イメージ情報をオペレータに提供するために、表示モニタ４６に接続している。複数のコンピュータ４４が、ネットワーク４２に接続していてもよい。一実施形態において、コンピュータ４４は、ネットワーク・ブラウザ（例えば、マイクロソフトからのＩｎｔｅｒｎｅｔ ＥｘｐｌｏｒｅｒまたはＡＯＬからのＮｅｔｓｃａｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ）を用いて、スキャナ１１と通信する。画像は、大部分の市販ブラウザにすでに組み込まれる標準画像復元方法と互換性のある画像フォーマットであるＪＰＥＧのような一般の圧縮フォーマットにおいてスキャナ１１上に保存される。他の標準のまたは規格外の、不可逆のまたは可逆の画像圧縮フォーマットも動く。一実施形態において、スキャナ１１は、スキャナ１１からコンピュータ４４に送られるウェブ・ページに基づくオペレータ・インタフェースを提供するウェブ・サーバである。画像データの動的な再調査のために、スキャナ１１の一実施形態は、標準マルチフレーム・ブラウザ互換ソフトウェア・パッケージ（例えば、マイクロソフトからのメディア・プレーヤー、アップル・コンピュータからＱｕｉｃｋｔｉｍｅまたはＲｅａｌ ＮｅｔｗｏｒｋｓからのＲｅａｌＰｌａｙｅｒ）を用いて、コンピュータ４４に接続している表示モニタ４６上の再調査のための画像データの複数のフレームを再生することに基づく。一実施形態において、コンピュータ４４上のブラウザは、伝送制御のためのＴＣＰと共に、ハイパーテキスト伝送プロトコル（ｈｔｔｐ）を使用する。
【0066】
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することができる多くの異なる手段およびプロトコルがあり、そして将来においてある。一実施形態が標準の手段およびプロトコルに基づくとはいえ、アプレットとして知られる１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アプローチは、等しく可能であり、そして、スキャナ１１の選択された将来の応用にとって望ましくてもよい。さらに、そのコンピュータ４４は、いかなる特定のタイプ（例えば、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ））のものでも、またはいかなる特定の会社（例えばデル）によって製造されるものでも、制約がない。標準化された通信ポート４０の利点の１つは、共通ネットワーク・ブラウザ・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と通信することができるということである。
【0067】
人がそれを望む場合、スキャナ１１に対するいくらかの修正を用いて、スペクトル的に分解された画像を得ることは、可能である。スペクトル的に分解された画像は、スペクトル情報があらゆる画像の画素で測定される画像である。スペクトル的に分解された画像は、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分光写真器と交換することによって得ることができる。検出器の列の各々に沿って光学スリット上に焦点を結ぶ光学信号を分散させるためにプリズムまたは格子を用いることによって画像ピクセルの列のための波長に特有の強度データを捕えるために、イメージング分光写真器は、２次元のＣＣＤ検出器を使用する。
【0068】
図１２Ｂにここで戻って、本発明による光学顕微鏡法システム１０の第２実施形態のブロック図は、示される。このシステム１０において、スキャナ１１は、図１２Ａに示す実施形態よりも複雑でかつ高価である。図示されるスキャナ１１の付加的な属性の全ては、正しく機能するために任意の別の実施形態のために存在する必要はない。図２は、追加的特徴の合理的な例およびスキャナ１１に組み込まれることができる能力を提供することを意図する。
【0069】
図１２Ｂの別の実施形態は、図１２Ａの実施形態よりも非常に大きなレベルの自動化を提供する。照射系２８のより完全なレベルの自動化は、データプロセッサ２１と照射系２８の両方の光源３１および照明光学系３２との間の接続によって達成される。光源３１の強度を制御するために、光源３１への接続は、開ループまたは閉ループの様式で電圧または電流を制御してもよい。一実施形態において、光源３１がハロゲンランプであることを思い出させる。データプロセッサ２１と照明光学系３２との間の接続は、最適ケ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するために、視野虹彩開口およびコンデンサ虹彩の閉ループ制御を提供することができる。
【0070】
蛍光イメージングのためのスキャナ１１の使用は、光源３１、照明光学系３２、および顕微鏡対物レンズ１６に対する容易に認識される修正を必要とする。図１２Ｂの第２実施形態は、励起フィルタ、二色性フィルタ、およびバリアフィルタを含む蛍光フィルタ立方体５０も提供する。蛍光フィルタ立方体５０は、顕微鏡対物レンズ１６とライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４との間に存在する無限修正ビーム経路に置かれる。市場で利用可能なさまざまな蛍光色素またはナノ結晶のための適切なスペクトル励起を提供するために、蛍光イメージングのための一実施形態は、照明光学系３２へのフィルタホイールまたはチューナブルフィルタの追加を含むことができる。
【0071】
イメージング・パスへの少なくとも１つのビームスプリッタ５２の追加によって、光学信号は、少なくとも２つのパスに分割されることができる。主要なパスは、ライン走査カメラ１８によって回折限界イメージングを可能にするために、前述したように、ライン走査カメラフォーカシング・オプティクス３４を介してある。第２のパスは、エリア走査カメラ５６によるイメージングのためのエリア走査カメラフォーカシング・オプティクス５４を介して提供される。これらの２つのフォーカシング・オプティクスの適切な選択が異なる画素サイズを有する２つのカメラ・センサによって回折限界イメージングを確実にすることができることは、直ちに明らかでなければならない。エリア走査カメラ５６は、単純なカラービデオカメラ、高性能の冷却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、現在利用可能な多くのタイプのうちの１つであることができる。エリア走査カメラ５６は、従来のイメージング・システム構成をスキャナ１１に提供する。エリア走査カメラ５６は、データプロセッサ２１に接続している。２台のカメラ（例えば、ライン走査カメラ１８およびエリア走査カメラ５６）が使用される場合、両方のタイプのカメラは、単一の二重目的のイメージング・ボード、２つの異なるイメージング・ボード、またはＩＥＥＥ１３９４ Ｆｉｒｅｗｉｒｅインタフェース（この場合、一方または両方のイメージング・ボードは、必要なくてもよい。）のいずれかを用いて、データプロセッサに接続していることができる。データプロセッサ２１に対するインタフェーシング・イメージング・センサの他の関連した方法も、利用可能である。
【0072】
コンピュータ４４に対するスキャナ１１の主要なインタフェースがネットワーク４２を介してあるとはいえ、例えばネットワーク４２の故障があるかもしれない。その場合、スキャナ１１を表示モニタ５８のようなローカル出力装置に直接接続することが可能で、そして、スキャナ１１のデータプロセッサ２１に直接接続されるキーボードおよびマウス６０のようなローカル入力装置を提供することが可能であることは、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は、同様に提供されなければならない。
【0073】
図１２Ｂに示す第２の実施形態は、非常に大きなレベルの自動化されたイメージング性能も提供する。スキャナ１１のイメージングの強化された自動化は、圧電ポジショナ２４、圧電コントローラ２６、およびオートフォーカスの周知の方法を用いるデータプロセッサ２１を含む焦点制御ループを閉じることによって達成されることができる。第２実施形態は、いくつかの対物レンズに適応するためにモータ駆動ノーズ部品６２も提供する。モータ駆動ノーズ部品６２は、ノーズ部品コントローラ６４を通してデータプロセッサ２１に接続していて、それによって指示される。
【0074】
組み込まれることができるスキャナ１１の他の特徴および能力がある。例えば、サンプル１２のｘ／ｙ平面において実質的に静止している顕微鏡対物レンズ１６に関してサンプル１２を走査するプロセスは、静止サンプル１２に関して顕微鏡対物レンズ１６の走査を含むために修正されることができる。サンプル１２を走査すること、または顕微鏡対物レンズ１６を走査すること、またはサンプル１２および顕微鏡対物レンズ１６の両方を同時に走査することは、前述したように、サンプル１２の同じ大きな連続したデジタル画像を提供することができるスキャナ１１の可能な実施形態である。
【0075】
スキャナ１１は、多くのタイプの顕微鏡ベースの分析法を自動化するための汎用プラットホームも提供する。レーザー励起を用いてサンプル１２の走査を可能にするために、照射系２８は、従来のハロゲンランプまたはアーク灯からレーザー・ベースの照明系に修正されることができる。レーザーエネルギーのサンプル１２との相互作用から生じる光学信号を検出する手段を提供するために、ライン走査カメラ１８またはエリア走査カメラ５６に加えてまたはその代わりに、光電子増倍管または他の非イメージング検出器の取り込みを含む修正は、用いることができる。
【0076】
図１２Ｃにここで戻って、ライン走査カメラ視野７０は、図１２Ｃに示すようにリニアアレイ７４にリニア様式で配置される多数の個々の画素エレメント７２によって撮像される図１２Ａのサンプル１２の領域を含む。１４マイクロメートルの四角い画素エレメント７２の各々については、一実施形態のリニアアレイ７４は、１０２４の個々の画素エレメント７２を含む。一実施形態のリニアアレイ７４の物理的サイズは、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の動作の議論のために、サンプル１２とライン走査カメラ１８との間の倍率が１０倍であると仮定すると、ライン走査カメラ視野７０は、１．４３ミリメートル×１．４マイクロメートルに等しいサイズを有するサンプル１２の領域に対応する。各画素エレメント７２は、約１．４マイクロメートル×１．４マイクロメートルの領域を撮像する。
【0077】
スキャナ１１の一実施形態において、走査およびデジタル化は、画像ストリップの間を行き来する移動方向８４において実行される。この種の双方向走査は、一方向性走査、各画像ストリップのための同じ移動方向８４を必要とする走査およびデジタル化の方法よりも迅速なデジタル化プロセスを提供する。
【0078】
ライン走査カメラ１８およびフォーカシング・センサ３０の能力は、走査およびフォーカシングが２方向でできるかまたは１方向でできるかどうかで概して決定する。１方向システムは、複数のリニアアレイ７４（例えば図１２Ｃに示す３つのチャネル・カラーアレイ８６またはマルチチャネルＴＤＩアレイ８８）をしばしば含む。カラーアレイ８６は、カラー画像を得るために必要なＲＧＢ強度を検出する。カラー情報を得るための別の実施形態は、広帯域光学信号を３つのカラーチャネルに分割するためにプリズムを使用する。速いデータレートを維持しながら、そしてデジタル画像データのＳＮ比の重要な損失なしに、ライン走査カメラ１８の有効な積分時間を増加させる手段を提供するために、ＴＤＩアレイ８８は、スキャナ１１の別の実施形態において使われることができる。
【0079】
図１３は、本明細書において記載されるさまざまな実施形態に関連して用いられてもよい有線のまたは無線のプロセッサ使用可能装置５５０を示すブロック図である。例えば、システム５５０は、前述したように、ライン走査システムとして、またはそれと併せて用いられてもよい。例えば、システム５５０は、ライン走査システムのさまざまなエレメントを制御するために用いることができる。システム５５０は、従来のパーソナル・コンピュータ、コンピュータ・サーバ、パーソナルデジタルアシスタント、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、または有線のもしくは無線のデータ通信ができる他のいかなるプロセッサ対応装置であることもできる。当業者に明らかなように、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が使用されてもよい。
【0080】
システム５５０は、１つ以上のプロセッサ（例えばプロセッサ５６０）を好ましくは含む。追加のプロセッサ（例えば、入／出力を管理する補助プロセッサ、浮動小数点数値演算を実行する補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの速い実行に適しているアーキテクチャを有する特定目的マイクロプロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ）、メイン処理システムに対するスレーブプロセッサ従属部（例えばバックエンドプロセッサ）、デュアルまたはマルチプロセッサ・システム用の追加マイクロプロセッサまたはコントローラ、またはコプロセッサ）は、提供されてもよい。この種の補助プロセッサは、独立したプロセッサでもよく、またはプロセッサ５６０と統合されてもよい。
【0081】
プロセッサ５６０は、通信バス５５５に好ましくは接続している。通信バス５５５は、記憶部とシステム５５０の他の周辺コンポーネントとの間に情報伝達を容易にするためのデータチャネルを含んでもよい。通信バス５５５は、データバス、アドレスバス、およびコントロールバス（図示せず）を含むプロセッサ５６０との通信のために使用する１組の信号をさらに提供してもよい。通信バス５５５は、任意の標準のまたは非標準のバス・アーキテクチャ（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」）、ピーシーアイ（「ＰＣＩ」）ローカルバス、または、ＩＥＥＥ ４８８汎用インタフェースバス（「ＧＰＩＢ」）、ＩＥＥＥ ６９６／Ｓ−１００等を含む米国電気電子技術者協会（「ＩＥＥＥ」）によって普及される標準）を含んでもよい。
【0082】
システム５５０は、主記憶装置５６５を好ましくは含み、補助記憶装置５７０を含んでもよい。主記憶装置５６５は、プロセッサ５６０上で実行するプログラムのための命令およびデータの記憶部を提供する。主記憶装置５６５は、概して半導体ベースのメモリ（例えばダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＤＲＡＭ」）および／またはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＳＲＡＭ」））である。他の半導体ベースのタイプのメモリは、例えば、リード・オンリ・メモリ（「ＲＯＭ」）を含む、シンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＳＤＲＡＭ」）、ラムバス・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（登録商標）」）等を含む。
【0083】
補助記憶装置５７０は、内部メモリ５７５および／または取り外し可能媒体５８０（例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、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」）ドライブ等）を任意に含んでもよい。取り外し可能媒体５８０は、周知の方法で読まれておよび／または書かれる。取外し可能な記憶媒体５８０は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード等でもよい。
【0084】
取外し可能な記憶媒体５８０は、その上に記憶されたコンピュータで実行可能なコード（すなわち、ソフトウェア）および／またはデータを有する非一時的コンピュータ可読媒体である。取外し可能な記憶媒体５８０に記憶されるコンピュータソフトウェアまたはデータは、プロセッサ５６０によって実行のためのシステム５５０に読み込まれる。
【0085】
代わりの実施形態において、補助記憶装置５７０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がシステム５５０へロードされることができるための他の類似手段を含んでもよい。この種の手段は、例えば、外部記憶媒体５９５およびインタフェース５７０を含んでもよい。外部記憶媒体５９５の例は、外部ハードディスクドライブまたは外部オプティカルドライブ、またはそして外部光磁気ドライブを含んでもよい。
【0086】
補助記憶装置５７０の他の例は、半導体ベースのメモリ（例えば、プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭと類似のブロック指向メモリ））を含んでもよい。ソフトウェアおよびデータが外部媒体５９５からシステム５５０へ移されることができる他のいかなる取外し可能な記憶媒体５８０および通信インタフェース５９０も含まれる。
【0087】
システム５５０は、通信インタフェース５９０を含んでもよい。通信インタフェース５９０によって、ソフトウェアおよびデータは、システム５５０と外部デバイス（例えばプリンタ）、ネットワーク、または情報源との間で移されることができる。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５９０を介して、ネットワークサーバからシステム５５０へ移されてもよい。通信インタフェース５９０の例は、ちょうど少し例を挙げれば、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、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、赤外線インタフェースおよびＩＥＥＥ １３９４ Ｆｉｒｅｗｉｒｅを含む。
【0088】
通信インタフェース５９０は、業界普及プロトコル標準（例えば、イーサネット（登録商標）ＩＥＥＥ ８０２標準、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」）、デジタル総合サービス網（「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」）、シリアル回線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」）、その他）を好ましくは実装する。しかし、同様に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。
【0089】
通信インタフェース５９０を介して移されるソフトウェアおよびデータは、通常、電気通信信号６０５の形である。これらの信号６０５は、通信回線６００を介して通信インタフェース５９０に好ましくは提供される。一実施形態において、通信回線６００は、有線のまたは無線のネットワーク、あるいはさまざまな任意の他の通信リンクでもよい。通信回線６００は、信号６０５を運び、そして、ちょうど少し例を挙げれば、ワイヤまたはケーブル、光ファイバ、従来の電話線、携帯電話リンク、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のまたは無線の通信手段を用いて実施することができる。
【0090】
コンピュータで実行可能なコード（すなわち、コンピュータプログラムまたはソフトウェア）は、主記憶装置５６５および／または補助記憶装置５７０に記憶される。コンピュータプログラムは、通信インタフェース５９０を介して受信されることもできて、主記憶装置５６５および／または補助記憶装置５７０に記憶されることもできる。実行されるときに、この種のコンピュータプログラムは、前述したように本発明のさまざまな機能をシステム５５０に実行させることを可能にする。
【0091】
この記載において、コンピュータで実行可能なコード（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５５０に提供するために用いるいかなる非一時的コンピュータ可読の記憶媒体も指すために、「コンピュータ可読媒体」という用語を用いる。これらの媒体の例は、主記憶装置５６５、補助記憶装置５７０（内部メモリ５７５、取り外し可能媒体５８０、および外部記憶媒体５９５を含む）、および通信インタフェース５９０（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）と通信でつながるいかなる周辺機器も含む。これらの非一時的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５５０に提供するための手段である。
【0092】
ソフトウェアを用いて実施される実施形態において、ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体に記憶されてよくて、取り外し可能媒体５８０、入／出力インタフェース５８５、または通信インタフェース５９０を経由してシステム５５０へとロードされてよい。このような実施形態では、ソフトウェアは、電気通信信号６０５の形でシステム５５０へとロードされる。プロセッサ５６０によって実行されるときに、ソフトウェアは、本明細書において前述した本発明の特徴および機能をプロセッサ５６０に好ましくは実行させる。
【0093】
システム５５０は、音声を通して、そしてデータネットワークを通して無線通信を容易にする任意の無線通信コンポーネントも含む。無線通信コンポーネントは、アンテナシステム６１０、無線システム６１５およびベースバンドシステム６２０を含む。システム５５０において、無線周波数（「ＲＦ」）信号は、無線システム６１５の管理下でアンテナシステム６１０によって空中を通して送信および受信される。
【0094】
一実施形態において、アンテナシステム６１０は、１つ以上のアンテナおよび、アンテナシステム６１０に送信信号経路および受信信号経路を提供するためにスイッチング機能を実行する１つ以上のマルチプレクサ（図示せず）を含んでもよい。受信経路において、受信されたＲＦ信号は、マルチプレクサから、受信されたＲＦ信号を増幅して増幅信号を無線システム６１５に送る低雑音増幅器（図示せず）まで、つながれることができる。
【0095】
代わりの実施形態では、無線システム６１５は、さまざまな周波数を通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もよい。一実施形態において、無線システム６１５は、デモジュレータ（図示せず）およびモジュレータ（図示せず）を１つの集積回路（「ＩＣ」）に組み込んでもよい。デモジュレータおよびモジュレータは、別々のコンポーネントでもありえる。入力経路において、デモジュレータは、ベースバンド受信オーディオ信号を残してＲＦ搬送波信号をはぎ取る。そしてそれは、無線システム６１５からベースバンドシステム６２０まで送られる。
【0096】
受信信号が音声情報を含む場合、ベースバンドシステム６２０は、信号をデコードして、それをアナログ信号に変換する。次いで、その信号は、増幅されて、スピーカに送られる。ベースバンドシステム６２０は、マイクロホンからアナログオーディオ信号も受け取る。これらのアナログオーディオ信号は、デジタル信号に変換されて、ベースバンドシステム６２０によってコード化される。ベースバンドシステム６２０はまた、伝送のためのデジタル信号を符号化して、無線システム６１５のモジュレータ部分に送られるベースバンドの送信オーディオ信号を生成する。モジュレータは、ベースバンドの送信オーディオ信号を、アンテナシステムに送られてパワーアンプ（図示せず）を通過してもよいＲＦ送信信号を生成するＲＦ搬送波信号とミックスする。パワーアンプは、ＲＦ送信信号を増幅して、それを、信号が伝送のためのアンテナ・ポートに切り替えられるアンテナシステム６１０に送る。
【0097】
ベースバンドシステム６２０はまた、プロセッサ５６０と通信でつながる。中央演算処理装置５６０は、データ記憶領域５６５および５７０に対するアクセスを有する。中央演算処理装置５６０は、メモリ５６５または補助記憶装置５７０に記憶されることができる命令（すなわち、コンピュータプログラムまたはソフトウェア）を実行するように好ましくは構成される。コンピュータプログラムは、ベースバンドプロセッサ６１０から受け取られることもできて、データ記憶領域５６５にまたは補助記憶装置５７０に保存されることもできて、またはレシートに実行されることもできる。実行されるときに、この種のコンピュータプログラムは、前述したように本発明のさまざまな機能をシステム５５０に実行させる。例えば、データ記憶領域５６５は、前述したさまざまなソフトウェア・モジュール（図示せず）を含んでもよい。
【0098】
さまざまな実施形態は、例えば、コンポーネント（例えば特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡｓ」））を用いるハードウェアにおいて主に実施してもよい。本明細書に記載された機能を実行することができるハードウェア状態機械の実現は、当業者にとっても明らかである。さまざまな実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを用いて実施してもよい。
【0099】
さらに、上記した各図および本明細書において開示される実施形態に関連して記載されるさまざまな図示の論理ブロック、モジュール、回路、および方法ステップが電子ハードウェア、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しばしば実施されうることを、当業者は、認める。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明らかに例示するために、さまざまな例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、それらの機能性に関して一般に上記された。この種の機能性が特定の用途および設計に依存するハードウェアとして実施されるかまたはソフトウェアとして実施されるかいずれにせよ、制約は、システム全体に負わされる。当業者は、各特定用途のためのさまざまな方法において、記載された機能性を実施することができる。しかし、この種の実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されてはならない。加えて、モジュール、ブロック、回路またはステップの範囲内の機能のグループ化は、説明の容易さのためにある。特定機能またはステップは、本発明を逸脱しない範囲で１つのモジュール、ブロックまたは回路から他へ移動されることができる。
【0100】
さらに、本明細書において開示される実施形態に関連して記載されているさまざまな例示する論理ブロック、モジュールおよび方法は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは他のプログラマブルロジックデバイス、独立したゲートまたはトランジスタロジック、独立したハードウェアコンポーネント、または本明細書に記載された機能を実行するように設計されるそれらの任意の組み合わせを用いて実施または実行されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでありえる。しかし代わりに、そのプロセッサは、いかなるプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラまたは、状態機械でありえる。プロセッサは、コンピューティング装置の組み合わせ（例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと協同する１つ以上のマイクロプロセッサ、またはこの種の他の任意の構成）として実施されることもできる。
【0101】
加えて、本明細書において開示される実施形態と併せて記載される方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェア・モジュールにおいて、または２つの組み合わせにおいて、直接具体化されることができる。ソフトウェア・モジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはネットワーク記憶媒体を含むその他の形態の記憶媒体内にあることができる。典型的な記憶媒体は、記憶媒体から情報を読み出すことができて、記憶媒体に情報を書き込むことができるプロセッサに結びつけられることができる。代わりに、記憶媒体は、プロセッサに統合されることができる。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内にあることもできる。
【0102】
開示された実施形態の上記説明は、いかなる当業者も本発明を作るかまたは使用することができ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は、当業者にとって直ちに明らかである。そして、本明細書に記載された一般原則は、本発明の精神または範囲を逸脱しない範囲で他の実施形態に適用されることができる。したがって、本明細書において描写される説明および図面が本発明の好ましい実施形態を表して、したがって、本発明によって概して考察される内容を表すことを理解すべきである。本発明の範囲が当業者にとって明らかになってもよい他の実施形態を完全に含むこと、そして、本発明の範囲がそれに応じて制限されないことがさらに理解される。