特許 7190034 高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム

(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】

(24)【登録日】2022-12-06

(45)【発行日】2022-12-14

(54)【発明の名称】高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/36 20060101AFI20221207BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20221207BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20221207BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

G02B21/36

G01N21/17 620

H04N5/225 600

H04N5/225 100

H04N5/232 290

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021523973

(86)(22)【出願日】2019-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-01

(86)【国際出願番号】 CN2019098367

(87)【国際公開番号】W WO2020088014

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-06-10

(31)【優先権主張番号】201811296073.4

(32)【優先日】2018-11-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】521182700

【氏名又は名称】華中科技大学蘇州脳空間信息研究院

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＳＴ－ＳＵＺＨＯＵ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＦＯＲ ＢＲＡＩＮＳＭＡＴＩＣＳ

【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃ， Ｎｏ． ３８８ Ｒｕｏｓｈｕｉ Ｒｏａｄ， Ｓｕｚｈｏｕ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５１２５， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】駱 清銘

(72)【発明者】

【氏名】袁 菁

(72)【発明者】

【氏名】鍾 秋園

(72)【発明者】

【氏名】金 鋭

(72)【発明者】

【氏名】▲ぐん▼ 輝

【審査官】殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０９４２９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００４－５１５７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１２０６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２５５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１６６１１５９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０００－５０６６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０９３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】Vincent Poher ET AL，"Improved sectioning in a slit scanning confocal microscope"，OPTICS LETTERS，2008年08月15日，Vol. 33, No. 16，pages 1813-1815

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２１／００ － ２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムであって、ビーム変調モジュールと、イメージングモジュールと、切除モジュールと、復調モジュールとを含み、
前記ビーム変調モジュールは、ビームを、対物レンズの焦点面に焦点を合わせ、対物レンズの焦点ぼけ面で発散することができる変調ビームに変調するために使用され、
前記イメージングモジュールは、カメラを使用して、変調ビームの照明下での同一のサンプルの少なくとも１つの表層の少なくとも１つのサンプルストリップを異なる画素でイメージングし、複数のサンプル画像を形成するために使用され、前記変調ビームは、異なる行画素の配置方向において異なる変調強度を有し、イメージング時に、前記異なる行画素の前記配置方向に沿ってサンプルストライプが移動し、これにより前記異なる行の各行の画素が、前記配置方向に沿って複数のストライプ画像ブロックを順次形成し、前記異なる行の各行の画素により形成された前記複数のストライプ画像ブロックは、同一のサンプルの前記複数のサンプル画像のうちの対応する一つのサンプル画像をスプライスするために使用され、
前記切除モジュールは、サンプルのイメージングされた表層を切除するために使用され、
前記復調モジュールは、一つの表層の一つのサンプルストリップのサンプル画像を復調して光トモグラフィ画像を形成し、各表層の各サンプルストリップの光トモグラフィ画像を再構成して三次元画像を形成するために使用され、複数のサンプル画像を形成することを特徴とする高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項2】

前記イメージングモジュールでは、形成されたサンプルストリップのサンプル画像の計算式は次のとおりであり、
I(i)=Iⁱⁿf(i)+I^out
Ｉ(ｉ)は、第ｉ画素で形成されたサンプル画像であり、f(i)は、サンプル画像Ｉ(ｉ)に対応する変調強度であり、Iⁱⁿは、サンプル画像の焦点面画像であり、I^outはサンプル画像の焦点ぼけ面画像であり、
前記復調モジュールでは、復調式は、
Iⁱⁿ=c×|βI₁－αI₂|
であり、
α、βは正の整数であり、ｃは０より大きい定数であり、Ｉ_１はα行の画素で取得されたサンプル画像の累積合計であり、Ｉ_２はβ行の画素で取得されたサンプル画像の累積合計であり、β×（α行の画素でのサンプル画像に対応する変調強度の累積値）は、α×（β行の画素でのサンプル画像に対応する変調強度の累積値）とは異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項3】

前記イメージングモジュールは、ビーム変調モジュールとサンプルを駆動して、互いに垂直な３つの方向に相対的に移動させるための駆動ユニットと、サンプルストリップの長さ方向に沿って連続的なイメージングを行うイメージングユニットとを含み、前記サンプルストリップの長さ方向は、ビーム変調モジュールとサンプルのうちの１つの相対的な移動方向と同じである、ことを特徴とする請求項２に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項4】

前記イメージングモジュールにおけるカメラのイメージング領域はＮ行の画素であり、Ｎ≧２であり、サンプルのイメージング平面に平行な平面上に互いに垂直なＸ方向とＹ方向である２つの方向を形成し、前記変調ビームは、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ次の特性を持ち、前記変調ビームは、前記Ｎ行の画素でＸ方向に沿って異なる変調強度を有し、前記変調ビームは、前記Ｎ行の画素の各行の画素でＹ方向に沿って同じ変調強度を有し、前記画素は行画素であり、前記サンプル画像はストライプ画像である、ことを特徴とする請求項３に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項5】

【請求項6】

【請求項7】

前記イメージングモジュールによるイメージングの単一フレームの露光時間は、ビーム変調モジュールとサンプルがサンプルストリップの長さ方向に沿って１つの行の画素を相対的に移動する時間と同じであり、前記Ｎ行の画素の分布方向及び幅は、それぞれ、変調ビームの分布方向及び幅と同じであり、互いに物体画像共役関係にある、ことを特徴とする請求項６に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項8】

前記ビーム変調モジュールは、線状を呈する線状ビームに照明光線を整形するための整形光路と、線状ビームを線状照明変調ビームに変調するための変調光路とを含む、ことを特徴とする請求項７に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項9】

前記整形光路は、照明光線の伝送方向に沿って順次配置されたレーザ光源と、第１レンズと、第２レンズと、柱レンズとを含み、前記変調光路は、線状ビームの発散光線を平行光線に変調するための第３レンズと、線状ビームの入射方向を変調するダイクロイックミラーと、入射方向を変調した線状ビームと同軸に配置された対物レンズとを含む、ことを特徴とする請求項８に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【請求項10】

前記駆動ユニットは、サンプルを駆動して、互いに垂直な３つの方向に移動させるための平行移動ステージであり、前記平行移動ステージは、前記対物レンズのダイクロイックミラーから離れた側に位置し、前記変調ビームの光軸に垂直であり、前記切除モジュールは、振動スライスカッタ、ダイヤモンドカッタ、及び硬質合金カッタのうちの１つ又は複数を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、イメージング技術に関し、特に、高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

光学イメージング技術の分野において、従来の広域顕微鏡の焦点ぼけのバックグラウンド干渉により、焦点面の鮮明な画像を取得することができない。一般に、組織を薄いスライスに切断することで、バックグラウンド干渉が回避される。光学スライスとも呼ばれる光トモグラフィは、光学イメージング方法により、組織切片と類似のイメージング効果を実現する。共焦点顕微鏡イメージング技術は、カメラの前にピンホール（ｐｉｎｈｏｌｅ）を配置して、焦点ぼけのバックグラウンド干渉をブロックし、焦点面からの有効な信号のみを通過させることによって、光トモグラフィの効果を実現する。多光子励起顕微鏡イメージング技術は、非線形効果を利用して、理想的な光トモグラフィの効果を実現するために、サンプルの蛍光信号を励起するのに十分なエネルギーが焦点にある。しかしながら、これらの２つの光トモグラフィ技術はいずれもポイントバイポイント走査のイメージング方式を採用し、広域イメージング方式と比較して、イメージングスループットに明らかな欠点がある。

【0003】

構造化照明顕微鏡イメージング技術は、広域照明に高周波周期性パターン変調を重ね合わせて、焦点面信号の変調を実現する。一方、このような高周波変調の急速な減衰により焦点ぼけ信号が抑制され、光トモグラフィが実現される。このプロセスの実現には、少なくとも３つの異なる変調位相の元の画像が必要となる。構造化照明顕微鏡イメージングの再構成アルゴリズムによって、焦点面信号が復調され、光トモグラフィ画像が得られる。同様に光トモグラフィ機能を有する共焦点と多光子励起顕微鏡イメージング技術とを比較して、構造化照明顕微鏡イメージングは、広域イメージング方式を使用するため、高いイメージングスループットと高速の利点を有する。大きなサイズのサンプルをイメージングする必要があるとき、構造化照明顕微鏡イメージング技術では、通常、イメージングの視野を拡大するためにモザイクスプライス方式を使用する。これにより、大きなサイズのサンプルのイメージングにかかる時間のほとんどは、モザイクとモザイクとの間のサンプルの移動に費やされ、全体的なイメージング速度が制限される。過度のモザイクスプライスを回避するために、中国特許出願第２０１３１０１３１７１８．Ｘ号は、ラインスキャンストライプイメージングを使用してイメージング速度を向上させ、構造化照明を使用してバックグラウンド干渉を抑制し、大きなサイズのサンプルの光トモグラフィ画像を迅速に取得する構造化光高速走査イメージング方法を開示した。しかしながら、この方法では、構造化照明顕微鏡イメージングのアルゴリズム再構成に必要な元のデータを取得するために、サンプルのイメージング領域を三回往復スキャンする必要がある。それにより、イメージング速度が犠牲になるとともに、このイメージング方法は、照明光フィールドの変調を達成するためにストライプイメージングシステムでビーム変調部品を使用する必要があるため、システムの複雑さを増やす。同時に、従来の構造化照明顕微鏡イメージング方法を使用するため、イメージングの品質は、変調パターンのコントラストに大きく依存する。また、既存のイメージング方式では、三次元イメージングができないため、簡単かつ効率的な高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムの開発が必要となる。

【発明の概要】

【0004】

本開示の目的は、上記の技術的欠点を克服し、従来技術における三次元イメージングの速度が遅いという技術的問題を解決するための、高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムを提出することである。

【0005】

上記の技術的目的を達成するために、本開示の技術的解決策は、ビーム変調モジュールと、イメージングモジュールと、切除モジュールと、復調モジュールとを含む高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムを提供する。
前記ビーム変調モジュールは、ビームを、対物レンズの焦点面に焦点を合わせ、対物レンズの焦点ぼけ面で発散することができる変調ビームに変調するために使用され、前記変調ビームは、対物レンズの焦点面で完全に同じでない変調強度を有する。
前記イメージングモジュールは、変調ビームの照明下でのサンプルの少なくとも１つの表層の少なくとも１つのサンプルストリップを異なる画素でイメージングするために使用される。
前記切除モジュールは、サンプルのイメージングされた表層を切除するために使用される。
前記復調モジュールは、一つの表層の一つのサンプルストリップのサンプル画像を復調して光トモグラフィ画像を形成し、各表層の各サンプルストリップの光トモグラフィ画像を再構成して三次元画像を形成するために使用される。

【0006】

従来技術と比較して、本開示は、サンプルを分割して少なくとも１つの表層を形成し、少なくとも１つの表層を分割して少なくとも１つのサンプルストリップを形成することによって、各サンプルストリップに対するイメージングによりサンプル全体に対するイメージングを実現することができ、マルチレベルイメージングが不可能な場合、イメージングされた部分を切除モジュールで切断して、サンプルの任意の層のイメージングを実現することができ、イメージング速度が速く、効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムの光学構造の模式図である。

【図2】本開示の高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステムの接続ブロック図である。

【図3】本開示のサンプルイメージングの模式図である。

【図4】本開示の実施例１の光トモグラフィ画像の再構成原理図である。

【図5】本開示の実施例２の光トモグラフィ画像の再構成原理図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の目的、技術的手段及び利点をさらに明らかにするために、以下は図面及び実施例を参照しながら、本開示をさらに詳細に説明する。ここで述べた具体的な実施例は本開示の解釈のために用いられ、本開示を限定するためのものではないことを理解するべきである。

【0009】

図１、図２、図３に示すように、本開示は、ビーム変調モジュール１１と、イメージングモジュール１２と、切除モジュール１３と、復調モジュール１４とを含む高スループット光トモグラフィ三次元イメージングシステム１０を提供する。

【0010】

前記ビーム変調モジュール１１は、ビームを、対物レンズ１７の焦点面に焦点を合わせ、対物レンズ１１７の焦点ぼけ面で発散することができる変調ビーム１１ｂに変調するために使用される。前記変調ビーム１１ｂは、対物レンズ１１７の焦点面で完全に同じではない変調強度を有する。前記ビーム変調モジュール１１は、線状を呈する線状ビーム１１ａに照明光線を整形するための整形光路と、線状ビーム１１ａを線状照明変調ビーム１１ｂに変調するための変調光路とを含む。

【0011】

ビーム変調モジュール１１は、光線方向に沿って順次配置されたレーザ光源１１１、第１レンズ１１２、第２レンズ１１３、柱レンズ１１４、第３レンズ１１５、ダイクロイックミラー１１６及び対物レンズ１１７から構成され得る。レーザ光源１１１、第１レンズ１１２、第２レンズ１１３、及び柱レンズ１１４は、整形光路を形成する。第３レンズ１１５、ダイクロイックミラー１１６、及び対物レンズ１１７は、変調光路を形成する。光線を整形するとき、レーザ光源１１１から照明光線が放出され、第１レンズ１１２及び第２レンズ１１３によって順次処理された後、ビーム拡張にされる。ビーム拡張後のビームは、柱レンズ１１４で変調されて、線状を呈する線状ビーム１１ａを形成する。この線状ビーム１１ａは、発散光線であるため、第３レンズ１１５によって変調されて平行光線の線状ビーム１１ａを形成し、ダイクロイックミラー１１６によってその入射方向が変調された後に、対物レンズ１１７に進入して、対物レンズ１１７の焦点面に焦点を合わせ、且つ対物レンズ１１７の焦点ぼけ面で発散する線状照明変調ビーム１１ｂを形成する。後続のイメージングを容易にするために、変調ビーム１１ｂの光軸は、照明光線及び反射されていない線状ビーム１１ａの光軸に垂直に配置される。即ち、第１レンズ１１２、第２レンズ１１３、柱レンズ１１４、第３レンズ１１５は同軸に配置され、第１レンズ１１２、第２レンズ１１３、柱レンズ１１４、第３レンズ１１５の中軸線は、対物レンズ１１７の中軸線に垂直に配置される。また、ダイクロイックミラー１１６と変調ビーム１１ｂの光軸との間の角は４５°である。これは、ダイクロイックミラー１１６によって反射された線状ビーム１１ａの幅が変化しないことを保証することができる。

【0012】

本実施例では、まず、照明光線は、線状を呈する線状ビーム１１ａに整形され、次に、線状ビーム１１ａは、線状照明され得る変調ビーム１１ｂに変調される。本実施例は、対物レンズ１１７の焦点面に焦点を合わせることができるとともに、対物レンズ１１７の焦点ぼけ面で発散することができる変調ビーム１１ｂによって、サンプル３０を線状に照明する。これは、サンプル３０が蛍光を励起するのを容易にするので、後続のイメージングを容易にする。

【0013】

具体的には、上記の変調ビーム１１ｂは、対物レンズの焦点面で、完全に同じではない変調強度によって、例えば、ガウス変調、正弦変調、三角変調などの完全に同じではない変調強度を有する波形によって変調される。本実施例の照明ビームはガウスビームを採用するので、本実施例で形成される変調ビーム１１ｂはガウス変調である。本実施例はまた、必要に応じて、完全に同じではない変調強度を有する他の波形を採用して変調を行うこともできる。

【0014】

イメージングモジュール１２は、変調ビーム１１ｂの照明下でのサンプル２０の少なくとも１つの表層の少なくとも１つのサンプルストリップを異なる画素でイメージングするために使用される。それは、駆動ユニット１２１、イメージングユニット１２２、画像ブロック取得ユニット１２３、及びスプライスユニット１２４を含む。駆動ユニット１２１は、ビーム変調モジュール１１とサンプル２０を駆動して、互いに垂直な３つの方向に相対的に移動させるために使用される。イメージングユニット１２２は、サンプルストリップの長さ方向に沿って連続的なイメージングを行うために使用される。前記サンプルストリップの長さ方向は、ビーム変調モジュール１１とサンプル２０のうちの１つの相対的な移動方向と同じである。

【0015】

上記のビーム変調モジュール１１と協力するために、本実施例の駆動ユニット１２１は、三次元電動平行移動ステージを採用することができる。サンプル２０は、この三次元電動平行移動ステージ上に配置することができる。三次元電動平行移動ステージは、サンプル２０を駆動して、水平面で横方向、縦方向に移動させることができるとともに、サンプル２０を駆動して垂直面で上下移動させることができるので、ビーム変調モジュール１１とサンプル２０を駆動して、互いに垂直な３つの方向に相対的に移動させることができる。本実施例の駆動ユニット１２１は、サンプル２０を駆動して３つの垂直な方向に移動させることに限定されず、ビーム変調モジュール１１を駆動して３つの垂直な方向に移動させることもできることを理解されたい。

【0016】

具体的な配置では、三次元電動平行移動ステージは、対物レンズ１１７の真下に配置され、三次元電動平行移動ステージの上面は水平状態にあり、対物レンズ１１７の中軸線は、三次元電動平行移動ステージの上面に垂直である。

【0017】

イメージングユニット１２２は、イメージング光路によって構成され、対物レンズ１１７の真上に位置する発射フィルター１２２ａ、シリンダレンズ１２２ｂ及びイメージングカメラ１２２ｃによって構成される。変調ビーム１１ｂの作用下で励起されたサンプル２０によって放出された蛍光は、対物レンズ１１７、ダイクロイックミラー１１６、発射フィルター１２２ａ及びシリンダレンズ１２２ｂを順次通過し、イメージングカメラ１２２ｃによって検出されイメージングされる。本実施例のイメージングカメラ１２２ｃは、サブアレイ（Ｓｕｂ－ａｒｒａｙ）又はＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ、関心領域）機能を有するエリアアレイＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）又はエリアアレイＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補型金属酸化膜半導体）カメラであるが、面モード機能を有するリニアアレイＣＣＤ又はリニアアレイＣＭＯＳカメラを採用してもよい。後続の光トモグラフィ画像の再構成を容易にするために、本実施例のイメージングカメラ１２２ｃのイメージング領域は、Ｎ行の画素、Ｎ≧２であり、イメージングカメラ１２２ｃのイメージング方向及びイメージング領域の幅は、それぞれ、線状照明変調ビーム１１ｂの方向及び幅と同じである。

【0018】

イメージングを容易にするために、本実施例のサンプル２０は、矩形のブロック状にすることができるため、三次元イメージングの場合、サンプル２０は、サンプル本体と、サンプル本体をカバーしている固体媒体とにより構成するように設定され得る。固体媒体は一般的に寒天、パラフィン、又は樹脂である。サンプル２０は分割されて、上から下に順次均一に配置された複数の表層、即ち、第１表層、第２表層、第３表層などを形成することができる。各表層は、縦方向に沿って均一に分割されて、複数のサンプルストリップ、即ち、第１サンプルストリップ、第２サンプルストリップ、第３サンプルストリップなどを形成することができる。サンプルストリップの幅は、イメージングカメラ１２２ｃのＮ行の画素の幅と同じになるように設定することができる。

【0019】

図３に示すように、イメージングの場合、サンプルは８つの表層に設定され、各表層は４つのサンプルストリップを形成するように分割される。駆動ユニット１２１は、サンプル２０を駆動して、横方向に連続的に等速で移動させると、イメージングカメラ１２２ｃは、第１表層２１の第１サンプルストリップ２１１をイメージングする。第１サンプル２１１のイメージングが完了した後、サンプル２０は横方向に沿って戻る。第２表層２２の第１サンプルストリップ２２１をイメージングすることができる。その後、第３表層２３の第１サンプルストリップ２３１、第４表層２４の第１サンプルストリップ２４１を順次イメージングすることができる。イメージングカメラ１２２ｃは、垂直方向に限られた数のイメージングの層を有するので、設定された数のイメージング層に達すると、例えば、第４表層２４の第１サンプルストリップ２４１のイメージングが完了した後、サンプル２０を駆動して、縦方向に沿って１つのサンプルストリップの幅で移動させ、第１表層２１の第２サンプルストリップ２１２、第２表層２２の第２サンプルストリップ２２２、第３表層２３の第２サンプルストリップ２３２、第４表層２４の第２サンプルストリップ２４２をイメージングすることができる。次に、上記の方式で、第１表層２１～第４表層２４の他のサンプルストリップをイメージングする。イメージングが完了した後、切除モジュール１３によってイメージングされた第１表層２１～第４表層２４を切除することができる。切除後、サンプル２０を駆動して、４つの表層の厚さの距離で移動させ、次に、第５表層～第８表層のイメージングを続ける。

【0020】

各サンプルストリップのイメージングプロセスでは、異なる画素で形成されたサンプル画像の計算式は次のとおりである。

イメージングカメラ１２２ｃのＮ行の画素は、サンプルストリップの移動方向と同じ横方向に沿って配置される。それにより、サンプル２０のサンプルストリップは、異なる画素でイメージングされやすくなる。１つのサンプルストリップをイメージングする場合、イメージングカメラ１２２ｃの単一フレームの露光時間は、サンプル２０が１行の画素を移動する時間と同じである。１フレームの画像における任意の１行の画素に対応する画像が１つのストライプ画像ブロックとして設定される場合、複数フレームの画像における任意の１行の画素に対応する複数のストライプ画像ブロックは、このサンプル２０の各部分の順次連続的なイメージングである。この連続的なイメージングをスプライスしてストライプ画像を形成することができる。Ｎ行の画素は、Ｎ個のストライプ画像を形成することができる。図４（ａ）に示すように、前記サンプル２０のイメージング平面に平行な平面上に互いに垂直なＸ方向とＹ方向である２つの方向を形成し、前記変調ビーム１１ｂは、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ次の特性を持ち、前記変調ビーム１１ｂは、前記Ｎ行の画素でＸ方向に沿って完全に同じではない変調強度を有し、前記変調ビーム１１ｂは、前記Ｎ行の画素の各行の画素でＹ方向に沿って同じ変調強度を有する。具体的には、Ｘ方向は横方向であり、Ｙ方向は縦方向である。また、Ｎ行の画素の分布方向及び幅は、それぞれ、線状照明変調ビーム１１ｂの分布方向及び幅と同じであり、互いに物体画像共役関係にある。それにより、イメージング領域は、線状照明変調ビーム１１ｂに対応することが容易になる。本実施例の画素は行画素であり、サンプル画像はストライプ画像である。

【0021】

図４（ａ）に示すように、イメージングの場合、サンプル２０は、イメージング画素の配置方向に沿って移動する。イメージングの単一フレームの露光時間は、サンプル２０が１行の画素を移動する時間と同じであるため、各行の画素がサンプル２０の長さ方向に沿って複数のストライプ画像ブロックを順次形成する。前記複数のストライプ画像ブロックは、サンプル２０に対する連続的なイメージングである。

【0022】

本実施例の画像ブロック取得ユニット１２３は、時系列で得られた１つのサンプルストリップの各フレームの画像における第ｉ行の画素のストライプ画像ブロックを取得するために使用される。ストライプ画像ブロックの計算式は次のとおりである。

【0023】

なお、上記のストライプ画像は、１行の画素に対応する複数のストライプ画像をシフトしスプライスして形成される。それは、上述したストライプ画像である。即ち、Ｎ行の画素をそれぞれスプライスしてＮ個のストライプ画像を形成することができる。

【0024】

前記復調モジュール１４は、一つの表層の一つのサンプルストリップのストライプ画像を復調して光トモグラフィ画像を形成し、各表層の各サンプルストリップの光トモグラフィ画像を再構成して三次元画像を形成するために使用される。

【0025】

前記復調モジュール１４は、画像累積ユニット１４１と、復調ユニット１４２と、トモグラフィユニット１４３とを含む。前記画像累積ユニット１４１は、１つのサンプルストリップの少なくとも１行の画素のストライプ画像を累積して第１ストライプ画像を形成し、このサンプルストリップの少なくとも１行の画素のストライプ画像を累積して第２ストライプ画像を形成するために使用される。前記復調ユニット１４２は、第１ストライプ画像と第２ストライプ画像を光トモグラフィ画像に復調するために使用される。前記トモグラフィユニット１４３は、複数のサンプルストリップの光トモグラフィ画像を再構成して三次元画像を形成するために使用される。

【0026】

上記のＮ個のストライプ画像を取得する場合、そのうちの１つ、２つ又は複数のストライプ画像を任意に選択して累積し、第１ストライプ画像を形成し、次に同じ方式で累積して第２ストライプ画像を取得することができる。上記の復調アルゴリズムにより取得されて光トモグラフィ画像がゼロになるのを防止するために、本実施例では、α個の画素でのストライプ画像に対応する変調強度の累積値が、β個の画素でのストライプ画像に対応する変調強度の累積値とは異なるように設定することができる

【0027】

累積後、復調ユニット１４２によって、次の復調アルゴリズムに従って、対応するサンプルストリップの焦点面画像、即ち、光トモグラフィ画像を取得することができる。前記復調ユニット１４２で採用される復調アルゴリズムの復調式は、
Iⁱⁿ=c×|βI₁－αI₂|
である。
α、βは正の整数であり、ｃは０より大きい定数であり、Ｉ_１はα個の画素で取得されたストライプ画像の累積合計であり、Ｉ_２はβ個の画素で取得されたサンプル画像の累積合計である。α個の画素でのサンプル画像に対応する変調強度の累積値が、β個の画素でのサンプル画像に対応する変調強度の累積値とは異なる。

【0028】

【0029】

本実施例のストライプ画像の取得プロセスの説明を容易にするために、説明は、次に実施例に従って行われる。

【0030】

＜実施例１＞
図４（ａ）に示すように、サンプルがＮ行の画素の配置方向に沿って移動すると、時間ｔ_１～時間ｔ_{Ｎ＋Ｍ－１}の間にＮ＋Ｍ－１フレームの画像（Ｍは、完全なストライプ画像に対応するストライプ画像ブロックの数であり、この実施例では、Ｎは８であり、Ｍは９である）を取得することができる。Ｎ＋Ｍ－１フレームの画像における各行の画素は、１つのストライプ画像ブロックに対応する。例えば、第１フレームの画像の第１行の画素のストライプ画像ブロックI_１（１）、第２フレームの画像の第１行の画素のストライプ画像ブロックI_２（１）、第Ｎフレームの画像の第１行の画素のストライプ画像ブロックI_Ｎ（１）、及び第Ｎ＋Ｍ－１フレームの画像の第１行の画素のストライプ画像ブロックI_{(Ｎ＋Ｍ-１)}（１）を取得することができる。上記のストライプ画像ブロックI_１（１）、ストライプ画像ブロックI_２（１）からストライプ画像ブロックI_{(Ｎ＋Ｍ-１)}（１）を順次スプライスして、ストライプ画像を形成することができる。対応する第２行の画素～第Ｎ行の画素をスプライスして、対応するストライプ画像を形成することができる。

【0031】

【0032】

＜実施例２＞

【0033】

上記の復調アルゴリズムによって、各サンプルストリップの光トモグラフィ画像を順次取得することができる。トモグラフィユニット１４３は、すべての光トモグラフィ画像をスプライスして、立体三次元画像を形成することができる。

【0034】

なお、サンプル２０の縦方向の幅が、イメージングカメラ１２２ｃのＮ行の画素のイメージング領域の幅よりも小さい場合、各表層に１つのサンプルストリップのみがあり、サンプル２０は、イメージング中に縦方向に移動する必要がない。サンプル２０の縦方向の幅が、イメージングカメラ１２２ｃのＮ行の画素のイメージング領域の幅よりも小さく、その厚さが、イメージングカメラ１２２ｃがイメージングできる深さよりも小さい場合、例えば、表層が２つだけある場合、サンプル２０は、横方向のみに往復移動すればよく、切除モジュール１３によって表層切除を行う必要がない。サンプル２０の幅が、イメージングカメラ１２２ｃのＮ行の画素イメージング領域の幅よりも小さく、その厚さが、設定された１つの表層の厚さよりも小さい場合、このサンプル２０を１回のみスキャンしてイメージングすればよい。それは、二次元イメージングと見なすことができる。以上のことから、本実施例では、複数の二次元画像を重ね合わせて三次元画像を形成することがわかる。

【0035】

上述した本開示の具体的な実施形態は、本開示の保護範囲に対する制限を構成するものではない。本開示の技術的概念に従って行われた他の対応する変更及び修正は、本開示の特許請求の範囲の保護範囲に含まれるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】