聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜的制作方法
专利名称：聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜，适用于例如对组织切片进行观察的情况。
背景技术：
在病理诊断中，组织切片被固定到载玻片上，通过染色工艺和密封工艺制作标本。 通常，在标本的存储周期变长的情况下，由于生物样本的劣化和颜色失效，显微镜对标本的能见度劣化。然而存在在制作标本的场所(例如，医院)以外的场所进行对标本的微观检验的情况，通常通过邮寄来递送标本，这会花费一定时间。鉴于这样的情况，提出了将生物样本保存为图像数据的装置(例如，见专利文献 1)。在该装置中，采用了基于成像图像的对比度来聚焦到生物样本上的聚焦技术。[引用列表][专利文献]PTLl 日本专利申请公开第2009-1753 号
发明内容
[技术问题]生物样本具有厚度。因此，在以上聚焦技术中，需要在生物样本的深度方向上以预定的步长移动焦点从而基于成像图像的对比度搜索最优焦点位置作为焦点的处理。例如，当标本上生物样本的厚度为10mm，将光会聚在生物样本上的光学透镜的景深为Imm时，需要从大约50个成像图像中搜索最优聚焦位置的处理。直到聚焦需要相当长的时间，并且获得生物样本作为图像数据的效率显著降低。鉴于上述情况，期望提供能够改善获取对象图像的效率的聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜。[解决方案]为了解决该问题，根据本发明，提供了一种聚焦装置，包括成像装置，配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，获取装置，用于从成像装置中获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，以及判定装置，用于基于每个像素的距离判定应调节焦距的位置和位置的数量。根据本发明还提供了一种聚焦方法，包括以下步骤在从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，该成像装置配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在该获取步骤中获取的每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。根据本发明还提供了一种聚焦程序，用于使得计算机执行以下步骤，在从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，该成像装置配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在该获取步骤中获取的每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。根据本发明还提供了一种显微镜，包括半反射镜，将从物镜入射的光划分为透射光和反射光；第一成像装置，用于对形成在该物镜上并投射在该半反射镜的透射侧和反射侧之一上的对象图像进行成像；场镜，用于向后中继投射在该半反射镜的该透射侧和该反射侧中另一个上的对象图像；开口，以对为单位设置在该场镜的后面，并具有景深大于该物镜的景深的尺寸；分离透镜，分别设置在该开口的后面，用于在该场镜中继到的预定图像形成面上形成相衬图像；第二成像装置，配置有作为成像面的预定图像形成面；判定装置，用于从该第二成像装置获取像素单元中该相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，并基于每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。[发明的有益效果]每个像素的相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离对应于表示成像区域 (出现在物镜的成像表面上的区域)的不规则性的信息。在本发明中，由于通过开口使分离透镜的景深大于物镜的景深，所以在从相衬图像聚焦之前可识别对象(subject)的详细的不规则性。此外，在聚焦之前并且通过一次成像可识别对象的详细不规则性。因此，在本发明中，考虑到与物镜的景深对应的对象的不规则性和区域，可适当地判定在物镜的成像面上出现的整个对象变得清晰的聚焦位置及其数量。因此，与在组织切片的深度方向以预定的步长移动焦点并基于成像图像的对比度搜索焦点位置的成像方法相比，可根据成像区域中的对象高速而无损耗地判定焦点位置。 因此，可实现能够提高获得对象图像的效率的聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜。
图1是示出显微镜的构造的示意图。图2是示出组织切片的对象图像和相衬图像的图片。图3是示出组织切片的不规则性的示意图。图4是示出相衬图像的一个图像和其他图像之间的每个像素的视差的示意图。图5A是在说明平面部分和倾斜部分的焦点位置的判定时使用的示意图。图5B是在说明平面部分和倾斜部分的焦点位置的判定时使用的示意图。图6是在说明根据物镜的景深判定焦点位置时使用的示意图。图7是示出聚焦位置判定过程的流程图。图8是在说明景深变化的实例时使用的示意图。图9是在说明划分另一实施方式的成像区域的实例时所使用的示意图。
具体实施例方式下文将说明用于执行本发明的实施方式。同时，将按照下列顺序进行说明。<1.实施方式〉(1-1.显微镜的构造)
(1-2.聚焦装置的构造)(1-3.聚焦位置判定过程)(1-4.效果等)<2.另一实施方式〉<1.实施方式〉(1-1.生物样本图像获取装置的构造)图1示出了根据本发明一实施方式的显微镜1。显微镜1具有板形的镜台11，在该镜台上设置有标本(pr印aration)PRT。通过使用预定的固定方法将诸如血液的结缔组织或上皮组织或这两者的组织切片固定在载玻片SG上并将其密封来获得标本PRT，适当地对组织切片进行染色。染色的示例不仅包括由HE(伊红)染色、姬姆萨染色、巴氏染色等为代表的被称为一般染色的染色， 还包括诸如FISH(荧光原位杂交)、免疫酶技术的被称为特殊染色的染色。镜台驱动机构12被设置在镜台11中。镜台驱动机构12被配置为在平行于镜台面的方向(X-Y轴方向)以及与镜台面正交的方向(Z轴方向)上驱动镜台11。通常，在固定位置捕获标本PRT的捕获单元(未示出)设置在布置有标本PRT侧的镜台面上(下文中， 也称为标本布置面)。光源13设置在与镜台11的标本布置面相对的侧上。光源13被配置为能够通过切换将光用于照射进行普通染色的组织切片(下文中，也简称为明视场照射光)和将光用于照射进行特殊染色的组织切片(下文中，也称为暗视场照射光)。然而，也可能只应用明视场照射光和暗视场照射光之一。光轴与标本布置面的标准位置的法线重合的聚光透镜14 设置在光源13和镜台11之间。光轴与标本布置面的标准位置的法线重合的物镜15设置在镜台11的标本布置面侧上。通过透镜切换机构或手动地从具有不同放大倍率的多个物镜中选择物镜15。其成像面是物镜15的主图像形成面的成像装置16设置在物镜15的后面。作为显微镜1的控制系统，镜台驱动控制器21、照明控制器22和成像控制器23通过数据通信路径分别连接至镜台驱动机构12、光源13和成像装置16。控制系统是包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、作为CPU的工作存储器的随机存取存储器(RAM)、算术运算电路等的计算机。镜台驱动控制器21驱动控制镜台驱动机构12在镜台面方向(X-Y轴方向)移动 (扫描)镜台11，使得标本PRT的组织切片被分配到聚光透镜14会聚光的光会聚部。此外，镜台驱动控制器21驱动器控制机构12在与镜台面方向正交的方向上(Z轴方向(即，组织切片的深度方向))移动(扫描)镜台11，使得分配到光会聚部的组织切片的部分对准物镜15焦点。照明控制器22设置光源13中与应获得亮视场的模式(下文中，也简称为亮视场模式)或应获得暗视场的模式(下文中，也称为暗视场)对应的参数，并应用来自光源13 的照射光。例如，该参数为照射光的强度、光源类型的选择等。同时，通常，在亮视场模式下照射光是可见光。另一方面，在暗视场模式下照射光是包括激发用在特定染色中的荧光标记的波长的光。此外，荧光标记的背景适合于暗视场模式。
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当应用来自光源13的照射光时，照射光被聚光透镜14聚集在镜台11的标本设置面上的标准位置上。标本PRT的组织切片的聚光透镜14会聚光的光会聚部的图像以放大的方式形成在物镜15的图像形成面上，放大的图像通过物镜15在成像装置16的成像面上形成为对象图像(subject image)。成像控制器23设置成像装置16内与亮视场模式或暗视场模式对应的参数，并获得在成像装置16的成像面上形成的对象图像。例如，参数为曝光的开始时间和结束时间寸。此外，存在控制器(下文中，也称为集成控制器)30作为显微镜1的控制系统来控制整个显微镜1，该控制器30通过数据通信路径被连接到镜台驱动控制器21、照明控制器 22和成像控制器23。集成控制器30是包括CPU、ROM、RAM、运算电路、存储介质等的计算机。集成控制器30等待明视场模式或暗视场模式的开始指令，当接收到开始指令时， 其向镜台驱动控制器21、照明控制器22和成像控制器23提供应当以与开始指令对应的模式开始控制的指令。此外，每次标本PRT的组织切片被分配在镜台驱动控制器21中时，集成控制器30 将通过成像装置16获得的组织切片部分的放大图像的数据存储在存储介质中。然后，集成控制器30等待显示指令，当接收到显示指令时，从存储介质读取与显示指令指定的放大图像对应的数据，并将其提供至显示指令的源。以这种方式，显微镜1被配置为将标本PRT的组织切片存储为显微镜检查状态的图像，从而与保存标本PRT本身的情况相比可保存关于组织切片的信息很长时间而没有固定、染色等状态的劣化。(1-2.聚焦装置的构造)除了该构造，显微镜1设置有聚焦装置40。如图1所示，聚焦装置40包括半反射镜41、场镜42、孔眼掩模43、分离透镜44A和44B、成像装置45和成像条件判定处理器46。半反射镜41设置在物镜15和成像装置16之间，使得其光轴与镜台面的标准位置的法线重合，并将从物镜15入射的光划分为透射光和反射光。场镜42向后(预定图像形成面)中继投射在例如半反射镜41的反射侧上的物镜 15的对象图像。由半反射镜41反射的对象光(subject light)通过场镜42会聚，从而抑制场周围的亮度降低。孔眼掩模43设置在场镜42的后面，并且在与场镜42的光轴正交的平面上关于光轴对称的位置上具有一对开口 43A和43B。开口 43A和43B的尺寸被调节为使得分离透镜 44A和44B的景深是大于物镜15的景深。孔眼掩模43通过开口 43A和4 对从场镜42入射的对象光束进行划分。划分的光束在对象光束的图像形成面上相互交叉，图像形成面上的光束的位置关系来回变化。分离透镜44A和44B分离设置在一对开口 43A和43B的后面。移动(shift)分离透镜44A和44B以在场镜42中继到的预定图像形成面上形成由相应的开口 43A和4 划分的划分光束的图像并形成一对对象图像(下文中，也成为相衬图像)。同时，当分离透镜44A和44B引起场镜42的渐晕(vignetting)时，损耗部分划分光束。因此，分离透镜44A和44B设置在接近于场镜42的中心侧以不引起渐晕。成像装置45不是线传感器，而是其成像面为由场镜42中继的对象图像的预定图像形成面的区域传感器。本文中，图2示出了由设置在物镜15的主图像形成面上的成像装置16所成像的亮视场图像和由设置在物镜15的预定图像形成面上的成像装置45所成像的相衬图像的图片。从图2可以理解，在成像装置16的成像面(主图像形成面)上形成的亮视场图像在成像装置45的成像面(预定图像形成面)上形成为分离透镜44A和44B的相衬图像。成像条件判定处理器46是包括用于CPU的R0M、RAM、运算电路等的计算机，其中， ROM存储用于判定成像条件的程序(下文中，也称为成像条件判定程序)。当集成控制器30提供应判定成像条件的指令时，成像条件判定处理器46根据成像条件判定程序用作图1所示的视差获取单元51和聚焦位置判定单元52。视差获取单元51在相衬图像的应当是标准的一个图像(下文中，也称为标准图像)中顺序选择每个像素作为感兴趣对象的像素(下文中，也称为感兴趣像素)。此外，视差获取单元51在每次选择感兴趣像素时，从相衬图像的(应当被称为) 另一个图像中检测与感兴趣像素对应的像素(下文中，称为相对像素)，以获得感兴趣像素和相对像素之间的距离。该距离对应于该视差。同时，采用通过归一化关联方法例如从应被称为相衬图像的另一个图像中检索具有最接近在感兴趣点周围的感兴趣块的像素值的块并将该块的中心设定为相应点的方法作为检测相应点的方法。以这种方式，视差获取单元51被配置为获得像素单元中标准图像和参考图像之间的距离(视差)。关系是物镜15的焦点位置越向前，使得距离(视差)越小，另一方面，焦点位置越向后，距离(视差)越大。因此，标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离与表示标本PRT的组织切片的成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域)AR的不规则性的信息对应，如图3所示。在此，在图4中将图2所示的组织切片的相衬图像中标准图像的每个像素的位置和该像素与参考图像的相对像素之间的距离之间的关系示为曲线。图4的示图的亮部表示前侧，暗部表示后侧。由图4应理解，投射在物镜15的图像形成面上的组织切片部分的不规则性被反映，并且组织切片部分的端部变得明显。聚焦位置判定单元52基于标准图像的每个像素的位置和该像素与参考图像的相对像素之间的距离判定物镜15应聚焦的位置(下文中，也称为聚焦位置)。具体地，在具有像素和参考像素之间的距离小于阈值的差(差距)的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心被设定为聚焦位置。也就是说，在成像区域(出现在物镜15 的图像形成面上的区域)中具有高密度和小不规则性的部分变为聚焦位置。焦点位置通过集成控制器30提供至镜台控制器21，物镜15的焦点相对于焦点位置的移动量(下文中，简称为离焦量)通过镜台控制器21来计算，然后移动镜台11。如上所述，分离透镜44A和44B的景深被调节为大于物镜15的景深。因此，与在用于成像的成像装置16的成像面(主图像形成面)上形成的组织切片图像的不规则性相比，用于判定成像条件的成像装置45的成像面(预定图像形成面)上形成的组织切片图像的不规则性表示地更详细。因此，聚焦位置判定单元52可通过使用成像装置45的图像(相衬图像)以与使用成像装置16的图像的情况相比更详细地将出现在物镜15的图像形成面上的整个对象图像(组织切片图像)变清晰的位置判定为聚焦位置。然而，存在例如图5所示的在载玻片和盖玻片之间以扭曲的状态密封组织切片的情况。在这种情况下，当成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域AR)是相对平坦的部分时(图5A)，成像区域的整个对象图像(出现在物镜15的图像形成面上的组织切片的部分图像)在由聚焦位置判定单元52判定的聚焦位置变得清晰。然而，当成像区域为倾斜的部分(图5B)时，在成像区域的对象图像的深度方向上的宽度(下文中，也称为成像深度)大于物镜15的景深。因此，即使当物镜15的焦点移到由聚焦位置判定单元52所判定的聚焦位置时，在成像区域中的对象图像的部分丢失或散焦ο因此，聚焦位置判定单元52被配置为在标准图像的每个像素与参考像素的相对像素之间的距离中的最大值和最小值之间的差大于为该差设置的阈值时判定成像区域的多个焦点位置，如图6所示。具体地，成像区域被划分成落入物镜15的景深内的多个层(下文中，也称为成像层)，在图像层中具有高密度和小不规则性的部分被判定为聚焦位置。同时，与为物镜15等的孔径开口设定的开口量(也就是说，景深)对应的值被设置为阈值。(1-3.聚焦位置判定过程)接下来，参照图7所示的流程图描述成像条件判定处理器46中的聚焦位置判定过程。在提供应判定成像条件的指令时，成像条件判定处理器46开始判定聚焦位置的过程，进入第一步骤SPl以从成像装置45获得投射在物镜15的图像形成面上的对象(组织切片)的相衬图像，然后进入第二步骤。成像条件判定处理器46在第二步骤SP2中获得标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离(视差)，然后进入第三步骤SP3。成像条件判定处理器46在第三步骤SP3中获得标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离的最大值与最小值之间的差，并进入第四步骤SP4以将在第三步骤 SP3中获得的差与阈值进行比较。在本文中，在第三步骤SP3中获得的差不小于阈值的情况下，成像条件判定处理器的46判定成像区域中对象图像的成像深度大于物镜15的景深，然后进入第五步骤SP5。 成像条件判定处理器46在第五步骤SP5中将成像区域划分为落入物镜15的景深内的多层 (成像层)，然后进入第六步骤SP6。另一方面，在第三步骤SP3中获得的差小于阈值的情况下，成像条件判定处理器 46判定成像区域中对象图像的成像深度小于物镜15景深，然后进入第六步骤SP6而不进入第五步骤SP5。成像条件判定处理器46在第六步骤SP6中将具有高密度和低不规则性的部分判定为成像区域或通过划分成像区域获得的每层成像层中的聚焦位置，以完成聚焦位置判定过程。以这种方式，成像条件的判定处理器46被配置为确定成像区域的一个或多个聚
焦位置。(1-4.效果等)
在上面的构造中，聚焦装置40，从开口 43A和4 通过分别设置在开口 43A和43B 后的分离透镜44A和44B在成像装置45的成像面上形成相衬图像(参照图1)，其中，开口 43A和4 具有使分离透镜44A和44B的景深大于物镜15的景深的尺寸。然后，聚焦装置40获得像素单元中作为相衬图像之一的标准图像与作为相衬图像的另一图像的参考图像之间的距离(参照图4)并基于每个像素的该距离判定应调节的聚焦的位置及其数量(参照图7)。如上所述，标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离对应于表示成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域)AR的不规则性的信息(图3)。由于通过聚焦装置40中的开口使分离透镜44A和44B的景深被设定为大于物镜15的景深，所以在从相衬图像聚焦之前可识别对象的详细不规则性。此外，通过一个成像可识别对象的详细不规则性。因此，在聚焦装置40中，考虑到与物镜15的景深对应的对象的不规则性和区域， 可适当地判定在物镜15的图像形成面上出现的整个对象变得清晰的聚焦位置及其数量。因此，与在组织切片的深度方向以预定的步长移动焦点并基于成像图像的对比度搜索焦点位置的成像方法相比，可根据成像区域中的对象高速而无损耗地判定焦点位置。由于荧光标记的荧光周期被限定为暗视场模式中的某一周期，从提高获取组织切片图像的效率的观点看，可根据成像区域的对象高速无损耗地判定聚焦位置的事实尤其有用。根据上面的构造，它变得可根据成像区域的对象高速无损耗地判定聚焦位置，从而实现能够提高获得组织切片图像的效率的聚焦装置40。<2.另一实施方式〉在以上实施方式中，组织切片被用作生物样本。然而，生物样本不限于该实施方式。例如，细胞、染色体等可用作生物样本。在以上实施方式中使用两个分离透镜44A和44B。然而，分离透镜44的数量不限于该实施方式。可通过使一对分离透镜44A和44B为一个单元(组)使用多个分离透镜 44。同时，在这种情况下，需要将与每组分离透镜44对应的开口设置在孔眼掩模43上。在以上实施方式中，在具有像素和参考像素之间的距离小于阈值的差(差距)的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心被判定为应当调节聚焦的位置。然而，判定应调节聚焦的位置的方法不限于该实施方式。例如，其可为标准图像的每个像素和参考图像的参考像素之间的距离的平均值的像素。当存在多个像素时，可取它们的重心。除此之外，可应用在透镜15的图像形成面上出现的整个图像(组织切片图像)变得清晰的位置的判定方法。在以上实施方式中，物镜15的焦点相对于焦点位置移动量(离焦量)由显微镜1 的镜台控制器21计算。然而，也可将聚焦装置40中的聚焦位置判定单元52作为计算离焦量的位置来代替该实施方式。虽然在以上实施方式中物镜15的景深是固定的，但其是可变的。在可变的情况下，在以上第五步骤SP5中的处理可改变为另一处理。具体地，判定标准图像的每个像素和参考图像的参考像素之间的距离(视差)中最大值和最小值之间的差是否小于与物镜15允许的最大景深对应的值且不小于与为物镜15实际设定的景深对应的值。如果在本文中获得肯定结果，则成像条件判定处理器46将物镜15的孔径(未示出)开口放大预定量，以使得物镜15的景深更大，如图8所示。此时，成像条件判定处理器 46根据放大的量将成像装置16的曝光时间设定得更长，然后进入第六步骤SP6。另一方面， 如果获得否定结果，则过程不放大物镜15的孔径而进入第六步骤SP6。同时，在标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离(视差)中最大值和最小值之间的差不小于与物镜15允许的最大景深对应的值的模式下，可执行以上第五步骤SP5中的处理。以这种方式，可更详细地判定相对于成像区域整个对象图像(出现在物镜15的成像表面上的组织切片的图像)变得清晰的一个或多个聚焦位置。在以上实施方式中，在标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离 (视差)的最大值和最小值之间的差不小于阈值时，成像区域被划分为落入物镜15的景深范围内的多层(成像层)。然而，划分模式不限于该实施方式。例如，如图9所示，除组织切片损坏部分以外的成像区域在深度方向上可划分为成像层。以这种方式，去除了在损坏部分聚焦成像的处理，从而可进一步提高获得对象图像的效率。虽然在以上实施方式中相差图像是通过分离透镜44A和44B形成的，但形成方法不必局限于该实施方式，可采用其它已知方法。本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，均应包含在所附权利要求或其等同物的范围之内。[参考标号列表]
1显微镜
11镜台
12镜台驱动机构
13光源
14聚光透镜
15物镜
16，45成像装置
21镜台驱动控制器
22照明控制器
23成像控制器
30集成控制器
40聚焦装置
41半反射镜
42场镜
43孔眼掩模
43A，43B 开口
44A，44B分离透镜
46成像条件判定处理器
51视差获取单元52成像条件判定单元PRT 标本
权利要求
1.一种聚焦装置，包括成像装置，配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像；获取装置，用于从所述成像装置中获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离；以及判定装置，用于基于每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
2.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，在所述每个像素的所述距离的最大值和最小值之间的差不小于基于所述物镜的景深设定的值的情况下，所述判定装置将成像区域划分为落入所述物镜的景深范围内的多个层，并判定在每层中应被调节聚焦的位置。
3.根据权利要求2所述的聚焦装置，其中，所述判定装置将除对象被损坏部分以外的成像区域在深度方向上划分为落入所述物镜的景深内的多个层。
4.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，所述相衬图像为生物样本部分的相衬图像。
5.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，所述判定装置将距离的差小于阈值的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心设置为应被调节聚焦的位置。
6.根据权利要求2所述的聚焦装置，其中，在所述每个像素的所述距离的所述最大值和所述最小值之间的所述差不小于基于所述物镜的景深而设置的值的情况下，所述判定装置放大所述物镜的景深，并根据放大的量设定配置有作为成像面的所述主图像形成面的另一成像装置的曝光时间。
7.一种聚焦方法，包括以下步骤从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，所述成像装置配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在所述获取步骤中获取的每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
8.一种聚焦程序，用于使得计算机执行以下步骤从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，所述成像装置配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在所述获取步骤中获取的每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
9.一种显微镜，包括半反射镜，将从物镜入射的光划分为透射光和反射光；第一成像装置，用于对形成在所述物镜上并投射在所述半反射镜的透射侧和反射侧之一上的对象图像进行成像；场镜，用于向后中继投射在所述半反射镜的所述透射侧和所述反射侧中另一个上的对象图像；开口，成对地设置在所述场镜的后面，并具有景深大于所述物镜的景深的尺寸； 分离透镜，分别设置在所述开口的后面，用于在所述场镜中继到的预定图像形成面上形成相衬图像；第二成像装置，配置有作为成像面的预定图像形成面；以及判定装置，用于从所述第二成像装置获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，并基于每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数
全文摘要
一种聚焦装置，从开口43A和43B通过分别设置在开口43A和43B后的分离透镜44A和44B在成像装置45的成像面上形成相衬图像，其中，开口43A和43B具有使分离透镜44A和44B的景深大于物镜15的景深的尺寸。然后，聚焦装置40获得像素单元中作为相衬图像之一的标准图像和作为相衬图像的另一图像的参考图像之间的距离并基于每个像素的距离判定应调节的聚焦的位置及其数量。
文档编号G02B7/34GK102597842SQ201080046730
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月23日
发明者山本隆司, 木原信宏 申请人:索尼公司
技术领域：
本发明涉及聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜，适用于例如对组织切片进行观察的情况。
背景技术：
在病理诊断中，组织切片被固定到载玻片上，通过染色工艺和密封工艺制作标本。 通常，在标本的存储周期变长的情况下，由于生物样本的劣化和颜色失效，显微镜对标本的能见度劣化。然而存在在制作标本的场所(例如，医院)以外的场所进行对标本的微观检验的情况，通常通过邮寄来递送标本，这会花费一定时间。鉴于这样的情况，提出了将生物样本保存为图像数据的装置(例如，见专利文献 1)。在该装置中，采用了基于成像图像的对比度来聚焦到生物样本上的聚焦技术。[引用列表][专利文献]PTLl 日本专利申请公开第2009-1753 号
发明内容
[技术问题]生物样本具有厚度。因此，在以上聚焦技术中，需要在生物样本的深度方向上以预定的步长移动焦点从而基于成像图像的对比度搜索最优焦点位置作为焦点的处理。例如，当标本上生物样本的厚度为10mm，将光会聚在生物样本上的光学透镜的景深为Imm时，需要从大约50个成像图像中搜索最优聚焦位置的处理。直到聚焦需要相当长的时间，并且获得生物样本作为图像数据的效率显著降低。鉴于上述情况，期望提供能够改善获取对象图像的效率的聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜。[解决方案]为了解决该问题，根据本发明，提供了一种聚焦装置，包括成像装置，配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，获取装置，用于从成像装置中获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，以及判定装置，用于基于每个像素的距离判定应调节焦距的位置和位置的数量。根据本发明还提供了一种聚焦方法，包括以下步骤在从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，该成像装置配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在该获取步骤中获取的每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。根据本发明还提供了一种聚焦程序，用于使得计算机执行以下步骤，在从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，该成像装置配置有作为成像面的与物镜的主图像形成面预定分离的预定图像形成面，该预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在该获取步骤中获取的每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。根据本发明还提供了一种显微镜，包括半反射镜，将从物镜入射的光划分为透射光和反射光；第一成像装置，用于对形成在该物镜上并投射在该半反射镜的透射侧和反射侧之一上的对象图像进行成像；场镜，用于向后中继投射在该半反射镜的该透射侧和该反射侧中另一个上的对象图像；开口，以对为单位设置在该场镜的后面，并具有景深大于该物镜的景深的尺寸；分离透镜，分别设置在该开口的后面，用于在该场镜中继到的预定图像形成面上形成相衬图像；第二成像装置，配置有作为成像面的预定图像形成面；判定装置，用于从该第二成像装置获取像素单元中该相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，并基于每个像素的该距离判定应被调节聚焦的位置和该位置的数量。[发明的有益效果]每个像素的相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离对应于表示成像区域 (出现在物镜的成像表面上的区域)的不规则性的信息。在本发明中，由于通过开口使分离透镜的景深大于物镜的景深，所以在从相衬图像聚焦之前可识别对象(subject)的详细的不规则性。此外，在聚焦之前并且通过一次成像可识别对象的详细不规则性。因此，在本发明中，考虑到与物镜的景深对应的对象的不规则性和区域，可适当地判定在物镜的成像面上出现的整个对象变得清晰的聚焦位置及其数量。因此，与在组织切片的深度方向以预定的步长移动焦点并基于成像图像的对比度搜索焦点位置的成像方法相比，可根据成像区域中的对象高速而无损耗地判定焦点位置。 因此，可实现能够提高获得对象图像的效率的聚焦装置、聚焦方法、聚焦程序和显微镜。
图1是示出显微镜的构造的示意图。图2是示出组织切片的对象图像和相衬图像的图片。图3是示出组织切片的不规则性的示意图。图4是示出相衬图像的一个图像和其他图像之间的每个像素的视差的示意图。图5A是在说明平面部分和倾斜部分的焦点位置的判定时使用的示意图。图5B是在说明平面部分和倾斜部分的焦点位置的判定时使用的示意图。图6是在说明根据物镜的景深判定焦点位置时使用的示意图。图7是示出聚焦位置判定过程的流程图。图8是在说明景深变化的实例时使用的示意图。图9是在说明划分另一实施方式的成像区域的实例时所使用的示意图。
具体实施例方式下文将说明用于执行本发明的实施方式。同时，将按照下列顺序进行说明。<1.实施方式〉(1-1.显微镜的构造)
(1-2.聚焦装置的构造)(1-3.聚焦位置判定过程)(1-4.效果等)<2.另一实施方式〉<1.实施方式〉(1-1.生物样本图像获取装置的构造)图1示出了根据本发明一实施方式的显微镜1。显微镜1具有板形的镜台11，在该镜台上设置有标本(pr印aration)PRT。通过使用预定的固定方法将诸如血液的结缔组织或上皮组织或这两者的组织切片固定在载玻片SG上并将其密封来获得标本PRT，适当地对组织切片进行染色。染色的示例不仅包括由HE(伊红)染色、姬姆萨染色、巴氏染色等为代表的被称为一般染色的染色， 还包括诸如FISH(荧光原位杂交)、免疫酶技术的被称为特殊染色的染色。镜台驱动机构12被设置在镜台11中。镜台驱动机构12被配置为在平行于镜台面的方向(X-Y轴方向)以及与镜台面正交的方向(Z轴方向)上驱动镜台11。通常，在固定位置捕获标本PRT的捕获单元(未示出)设置在布置有标本PRT侧的镜台面上(下文中， 也称为标本布置面)。光源13设置在与镜台11的标本布置面相对的侧上。光源13被配置为能够通过切换将光用于照射进行普通染色的组织切片(下文中，也简称为明视场照射光)和将光用于照射进行特殊染色的组织切片(下文中，也称为暗视场照射光)。然而，也可能只应用明视场照射光和暗视场照射光之一。光轴与标本布置面的标准位置的法线重合的聚光透镜14 设置在光源13和镜台11之间。光轴与标本布置面的标准位置的法线重合的物镜15设置在镜台11的标本布置面侧上。通过透镜切换机构或手动地从具有不同放大倍率的多个物镜中选择物镜15。其成像面是物镜15的主图像形成面的成像装置16设置在物镜15的后面。作为显微镜1的控制系统，镜台驱动控制器21、照明控制器22和成像控制器23通过数据通信路径分别连接至镜台驱动机构12、光源13和成像装置16。控制系统是包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、作为CPU的工作存储器的随机存取存储器(RAM)、算术运算电路等的计算机。镜台驱动控制器21驱动控制镜台驱动机构12在镜台面方向(X-Y轴方向)移动 (扫描)镜台11，使得标本PRT的组织切片被分配到聚光透镜14会聚光的光会聚部。此外，镜台驱动控制器21驱动器控制机构12在与镜台面方向正交的方向上(Z轴方向(即，组织切片的深度方向))移动(扫描)镜台11，使得分配到光会聚部的组织切片的部分对准物镜15焦点。照明控制器22设置光源13中与应获得亮视场的模式(下文中，也简称为亮视场模式)或应获得暗视场的模式(下文中，也称为暗视场)对应的参数，并应用来自光源13 的照射光。例如，该参数为照射光的强度、光源类型的选择等。同时，通常，在亮视场模式下照射光是可见光。另一方面，在暗视场模式下照射光是包括激发用在特定染色中的荧光标记的波长的光。此外，荧光标记的背景适合于暗视场模式。
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当应用来自光源13的照射光时，照射光被聚光透镜14聚集在镜台11的标本设置面上的标准位置上。标本PRT的组织切片的聚光透镜14会聚光的光会聚部的图像以放大的方式形成在物镜15的图像形成面上，放大的图像通过物镜15在成像装置16的成像面上形成为对象图像(subject image)。成像控制器23设置成像装置16内与亮视场模式或暗视场模式对应的参数，并获得在成像装置16的成像面上形成的对象图像。例如，参数为曝光的开始时间和结束时间寸。此外，存在控制器(下文中，也称为集成控制器)30作为显微镜1的控制系统来控制整个显微镜1，该控制器30通过数据通信路径被连接到镜台驱动控制器21、照明控制器 22和成像控制器23。集成控制器30是包括CPU、ROM、RAM、运算电路、存储介质等的计算机。集成控制器30等待明视场模式或暗视场模式的开始指令，当接收到开始指令时， 其向镜台驱动控制器21、照明控制器22和成像控制器23提供应当以与开始指令对应的模式开始控制的指令。此外，每次标本PRT的组织切片被分配在镜台驱动控制器21中时，集成控制器30 将通过成像装置16获得的组织切片部分的放大图像的数据存储在存储介质中。然后，集成控制器30等待显示指令，当接收到显示指令时，从存储介质读取与显示指令指定的放大图像对应的数据，并将其提供至显示指令的源。以这种方式，显微镜1被配置为将标本PRT的组织切片存储为显微镜检查状态的图像，从而与保存标本PRT本身的情况相比可保存关于组织切片的信息很长时间而没有固定、染色等状态的劣化。(1-2.聚焦装置的构造)除了该构造，显微镜1设置有聚焦装置40。如图1所示，聚焦装置40包括半反射镜41、场镜42、孔眼掩模43、分离透镜44A和44B、成像装置45和成像条件判定处理器46。半反射镜41设置在物镜15和成像装置16之间，使得其光轴与镜台面的标准位置的法线重合，并将从物镜15入射的光划分为透射光和反射光。场镜42向后(预定图像形成面)中继投射在例如半反射镜41的反射侧上的物镜 15的对象图像。由半反射镜41反射的对象光(subject light)通过场镜42会聚，从而抑制场周围的亮度降低。孔眼掩模43设置在场镜42的后面，并且在与场镜42的光轴正交的平面上关于光轴对称的位置上具有一对开口 43A和43B。开口 43A和43B的尺寸被调节为使得分离透镜 44A和44B的景深是大于物镜15的景深。孔眼掩模43通过开口 43A和4 对从场镜42入射的对象光束进行划分。划分的光束在对象光束的图像形成面上相互交叉，图像形成面上的光束的位置关系来回变化。分离透镜44A和44B分离设置在一对开口 43A和43B的后面。移动(shift)分离透镜44A和44B以在场镜42中继到的预定图像形成面上形成由相应的开口 43A和4 划分的划分光束的图像并形成一对对象图像(下文中，也成为相衬图像)。同时，当分离透镜44A和44B引起场镜42的渐晕(vignetting)时，损耗部分划分光束。因此，分离透镜44A和44B设置在接近于场镜42的中心侧以不引起渐晕。成像装置45不是线传感器，而是其成像面为由场镜42中继的对象图像的预定图像形成面的区域传感器。本文中，图2示出了由设置在物镜15的主图像形成面上的成像装置16所成像的亮视场图像和由设置在物镜15的预定图像形成面上的成像装置45所成像的相衬图像的图片。从图2可以理解，在成像装置16的成像面(主图像形成面)上形成的亮视场图像在成像装置45的成像面(预定图像形成面)上形成为分离透镜44A和44B的相衬图像。成像条件判定处理器46是包括用于CPU的R0M、RAM、运算电路等的计算机，其中， ROM存储用于判定成像条件的程序(下文中，也称为成像条件判定程序)。当集成控制器30提供应判定成像条件的指令时，成像条件判定处理器46根据成像条件判定程序用作图1所示的视差获取单元51和聚焦位置判定单元52。视差获取单元51在相衬图像的应当是标准的一个图像(下文中，也称为标准图像)中顺序选择每个像素作为感兴趣对象的像素(下文中，也称为感兴趣像素)。此外，视差获取单元51在每次选择感兴趣像素时，从相衬图像的(应当被称为) 另一个图像中检测与感兴趣像素对应的像素(下文中，称为相对像素)，以获得感兴趣像素和相对像素之间的距离。该距离对应于该视差。同时，采用通过归一化关联方法例如从应被称为相衬图像的另一个图像中检索具有最接近在感兴趣点周围的感兴趣块的像素值的块并将该块的中心设定为相应点的方法作为检测相应点的方法。以这种方式，视差获取单元51被配置为获得像素单元中标准图像和参考图像之间的距离(视差)。关系是物镜15的焦点位置越向前，使得距离(视差)越小，另一方面，焦点位置越向后，距离(视差)越大。因此，标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离与表示标本PRT的组织切片的成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域)AR的不规则性的信息对应，如图3所示。在此，在图4中将图2所示的组织切片的相衬图像中标准图像的每个像素的位置和该像素与参考图像的相对像素之间的距离之间的关系示为曲线。图4的示图的亮部表示前侧，暗部表示后侧。由图4应理解，投射在物镜15的图像形成面上的组织切片部分的不规则性被反映，并且组织切片部分的端部变得明显。聚焦位置判定单元52基于标准图像的每个像素的位置和该像素与参考图像的相对像素之间的距离判定物镜15应聚焦的位置(下文中，也称为聚焦位置)。具体地，在具有像素和参考像素之间的距离小于阈值的差(差距)的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心被设定为聚焦位置。也就是说，在成像区域(出现在物镜15 的图像形成面上的区域)中具有高密度和小不规则性的部分变为聚焦位置。焦点位置通过集成控制器30提供至镜台控制器21，物镜15的焦点相对于焦点位置的移动量(下文中，简称为离焦量)通过镜台控制器21来计算，然后移动镜台11。如上所述，分离透镜44A和44B的景深被调节为大于物镜15的景深。因此，与在用于成像的成像装置16的成像面(主图像形成面)上形成的组织切片图像的不规则性相比，用于判定成像条件的成像装置45的成像面(预定图像形成面)上形成的组织切片图像的不规则性表示地更详细。因此，聚焦位置判定单元52可通过使用成像装置45的图像(相衬图像)以与使用成像装置16的图像的情况相比更详细地将出现在物镜15的图像形成面上的整个对象图像(组织切片图像)变清晰的位置判定为聚焦位置。然而，存在例如图5所示的在载玻片和盖玻片之间以扭曲的状态密封组织切片的情况。在这种情况下，当成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域AR)是相对平坦的部分时(图5A)，成像区域的整个对象图像(出现在物镜15的图像形成面上的组织切片的部分图像)在由聚焦位置判定单元52判定的聚焦位置变得清晰。然而，当成像区域为倾斜的部分(图5B)时，在成像区域的对象图像的深度方向上的宽度(下文中，也称为成像深度)大于物镜15的景深。因此，即使当物镜15的焦点移到由聚焦位置判定单元52所判定的聚焦位置时，在成像区域中的对象图像的部分丢失或散焦ο因此，聚焦位置判定单元52被配置为在标准图像的每个像素与参考像素的相对像素之间的距离中的最大值和最小值之间的差大于为该差设置的阈值时判定成像区域的多个焦点位置，如图6所示。具体地，成像区域被划分成落入物镜15的景深内的多个层(下文中，也称为成像层)，在图像层中具有高密度和小不规则性的部分被判定为聚焦位置。同时，与为物镜15等的孔径开口设定的开口量(也就是说，景深)对应的值被设置为阈值。(1-3.聚焦位置判定过程)接下来，参照图7所示的流程图描述成像条件判定处理器46中的聚焦位置判定过程。在提供应判定成像条件的指令时，成像条件判定处理器46开始判定聚焦位置的过程，进入第一步骤SPl以从成像装置45获得投射在物镜15的图像形成面上的对象(组织切片)的相衬图像，然后进入第二步骤。成像条件判定处理器46在第二步骤SP2中获得标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离(视差)，然后进入第三步骤SP3。成像条件判定处理器46在第三步骤SP3中获得标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离的最大值与最小值之间的差，并进入第四步骤SP4以将在第三步骤 SP3中获得的差与阈值进行比较。在本文中，在第三步骤SP3中获得的差不小于阈值的情况下，成像条件判定处理器的46判定成像区域中对象图像的成像深度大于物镜15的景深，然后进入第五步骤SP5。 成像条件判定处理器46在第五步骤SP5中将成像区域划分为落入物镜15的景深内的多层 (成像层)，然后进入第六步骤SP6。另一方面，在第三步骤SP3中获得的差小于阈值的情况下，成像条件判定处理器 46判定成像区域中对象图像的成像深度小于物镜15景深，然后进入第六步骤SP6而不进入第五步骤SP5。成像条件判定处理器46在第六步骤SP6中将具有高密度和低不规则性的部分判定为成像区域或通过划分成像区域获得的每层成像层中的聚焦位置，以完成聚焦位置判定过程。以这种方式，成像条件的判定处理器46被配置为确定成像区域的一个或多个聚
焦位置。(1-4.效果等)
在上面的构造中，聚焦装置40，从开口 43A和4 通过分别设置在开口 43A和43B 后的分离透镜44A和44B在成像装置45的成像面上形成相衬图像(参照图1)，其中，开口 43A和4 具有使分离透镜44A和44B的景深大于物镜15的景深的尺寸。然后，聚焦装置40获得像素单元中作为相衬图像之一的标准图像与作为相衬图像的另一图像的参考图像之间的距离(参照图4)并基于每个像素的该距离判定应调节的聚焦的位置及其数量(参照图7)。如上所述，标准图像的每个像素与参考图像的相对像素之间的距离对应于表示成像区域(出现在物镜15的图像形成面上的区域)AR的不规则性的信息(图3)。由于通过聚焦装置40中的开口使分离透镜44A和44B的景深被设定为大于物镜15的景深，所以在从相衬图像聚焦之前可识别对象的详细不规则性。此外，通过一个成像可识别对象的详细不规则性。因此，在聚焦装置40中，考虑到与物镜15的景深对应的对象的不规则性和区域， 可适当地判定在物镜15的图像形成面上出现的整个对象变得清晰的聚焦位置及其数量。因此，与在组织切片的深度方向以预定的步长移动焦点并基于成像图像的对比度搜索焦点位置的成像方法相比，可根据成像区域中的对象高速而无损耗地判定焦点位置。由于荧光标记的荧光周期被限定为暗视场模式中的某一周期，从提高获取组织切片图像的效率的观点看，可根据成像区域的对象高速无损耗地判定聚焦位置的事实尤其有用。根据上面的构造，它变得可根据成像区域的对象高速无损耗地判定聚焦位置，从而实现能够提高获得组织切片图像的效率的聚焦装置40。<2.另一实施方式〉在以上实施方式中，组织切片被用作生物样本。然而，生物样本不限于该实施方式。例如，细胞、染色体等可用作生物样本。在以上实施方式中使用两个分离透镜44A和44B。然而，分离透镜44的数量不限于该实施方式。可通过使一对分离透镜44A和44B为一个单元(组)使用多个分离透镜 44。同时，在这种情况下，需要将与每组分离透镜44对应的开口设置在孔眼掩模43上。在以上实施方式中，在具有像素和参考像素之间的距离小于阈值的差(差距)的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心被判定为应当调节聚焦的位置。然而，判定应调节聚焦的位置的方法不限于该实施方式。例如，其可为标准图像的每个像素和参考图像的参考像素之间的距离的平均值的像素。当存在多个像素时，可取它们的重心。除此之外，可应用在透镜15的图像形成面上出现的整个图像(组织切片图像)变得清晰的位置的判定方法。在以上实施方式中，物镜15的焦点相对于焦点位置移动量(离焦量)由显微镜1 的镜台控制器21计算。然而，也可将聚焦装置40中的聚焦位置判定单元52作为计算离焦量的位置来代替该实施方式。虽然在以上实施方式中物镜15的景深是固定的，但其是可变的。在可变的情况下，在以上第五步骤SP5中的处理可改变为另一处理。具体地，判定标准图像的每个像素和参考图像的参考像素之间的距离(视差)中最大值和最小值之间的差是否小于与物镜15允许的最大景深对应的值且不小于与为物镜15实际设定的景深对应的值。如果在本文中获得肯定结果，则成像条件判定处理器46将物镜15的孔径(未示出)开口放大预定量，以使得物镜15的景深更大，如图8所示。此时，成像条件判定处理器 46根据放大的量将成像装置16的曝光时间设定得更长，然后进入第六步骤SP6。另一方面， 如果获得否定结果，则过程不放大物镜15的孔径而进入第六步骤SP6。同时，在标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离(视差)中最大值和最小值之间的差不小于与物镜15允许的最大景深对应的值的模式下，可执行以上第五步骤SP5中的处理。以这种方式，可更详细地判定相对于成像区域整个对象图像(出现在物镜15的成像表面上的组织切片的图像)变得清晰的一个或多个聚焦位置。在以上实施方式中，在标准图像的每个像素和参考图像的相对像素之间的距离 (视差)的最大值和最小值之间的差不小于阈值时，成像区域被划分为落入物镜15的景深范围内的多层(成像层)。然而，划分模式不限于该实施方式。例如，如图9所示，除组织切片损坏部分以外的成像区域在深度方向上可划分为成像层。以这种方式，去除了在损坏部分聚焦成像的处理，从而可进一步提高获得对象图像的效率。虽然在以上实施方式中相差图像是通过分离透镜44A和44B形成的，但形成方法不必局限于该实施方式，可采用其它已知方法。本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，均应包含在所附权利要求或其等同物的范围之内。[参考标号列表]
1显微镜
11镜台
12镜台驱动机构
13光源
14聚光透镜
15物镜
16，45成像装置
21镜台驱动控制器
22照明控制器
23成像控制器
30集成控制器
40聚焦装置
41半反射镜
42场镜
43孔眼掩模
43A，43B 开口
44A，44B分离透镜
46成像条件判定处理器
51视差获取单元52成像条件判定单元PRT 标本
权利要求
1.一种聚焦装置，包括成像装置，配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像；获取装置，用于从所述成像装置中获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离；以及判定装置，用于基于每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
2.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，在所述每个像素的所述距离的最大值和最小值之间的差不小于基于所述物镜的景深设定的值的情况下，所述判定装置将成像区域划分为落入所述物镜的景深范围内的多个层，并判定在每层中应被调节聚焦的位置。
3.根据权利要求2所述的聚焦装置，其中，所述判定装置将除对象被损坏部分以外的成像区域在深度方向上划分为落入所述物镜的景深内的多个层。
4.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，所述相衬图像为生物样本部分的相衬图像。
5.根据权利要求1所述的聚焦装置，其中，所述判定装置将距离的差小于阈值的像素彼此相邻的区域中的最大区域的重心设置为应被调节聚焦的位置。
6.根据权利要求2所述的聚焦装置，其中，在所述每个像素的所述距离的所述最大值和所述最小值之间的所述差不小于基于所述物镜的景深而设置的值的情况下，所述判定装置放大所述物镜的景深，并根据放大的量设定配置有作为成像面的所述主图像形成面的另一成像装置的曝光时间。
7.一种聚焦方法，包括以下步骤从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，所述成像装置配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在所述获取步骤中获取的每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
8.一种聚焦程序，用于使得计算机执行以下步骤从成像装置中获取像素单元中相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，所述成像装置配置有作为成像面的被预定为与物镜的主图像形成面分离的预定图像形成面，所述预定图像形成面上形成有在主图像形成面上形成的图像的相衬图像，以及基于在所述获取步骤中获取的每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数量。
9.一种显微镜，包括半反射镜，将从物镜入射的光划分为透射光和反射光；第一成像装置，用于对形成在所述物镜上并投射在所述半反射镜的透射侧和反射侧之一上的对象图像进行成像；场镜，用于向后中继投射在所述半反射镜的所述透射侧和所述反射侧中另一个上的对象图像；开口，成对地设置在所述场镜的后面，并具有景深大于所述物镜的景深的尺寸； 分离透镜，分别设置在所述开口的后面，用于在所述场镜中继到的预定图像形成面上形成相衬图像；第二成像装置，配置有作为成像面的预定图像形成面；以及判定装置，用于从所述第二成像装置获取像素单元中所述相衬图像的一个图像与另一图像之间的距离，并基于每个像素的所述距离判定应被调节聚焦的位置和所述位置的数
全文摘要
一种聚焦装置，从开口43A和43B通过分别设置在开口43A和43B后的分离透镜44A和44B在成像装置45的成像面上形成相衬图像，其中，开口43A和43B具有使分离透镜44A和44B的景深大于物镜15的景深的尺寸。然后，聚焦装置40获得像素单元中作为相衬图像之一的标准图像和作为相衬图像的另一图像的参考图像之间的距离并基于每个像素的距离判定应调节的聚焦的位置及其数量。
文档编号G02B7/34GK102597842SQ201080046730
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月23日
发明者山本隆司, 木原信宏 申请人:索尼公司
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