JP4887464B2 - 生体試料を撮像するように構成された撮像機器の焦点位置を決定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本願は、２００８年３月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／０３８，５７２号明細書に開示される本質的主題の利益を享受し、それを参照により援用する。

本発明は、概して生体試料の撮像に関し、特に、生体試料の画像の焦点調節に関する。

生体試料の表面にわたり複数の画像を取得する自動顕微鏡検査システムは、一般に、撮像される各フィールドについて撮像システムの焦点を再調節する必要がある。焦点の再調節が必要となるのは、有効拡大率においてかかるシステムに求められる焦点精度が１μｍほどの小ささであり得るとともに、試料ホルダの機械公差をそうした寸法に抑えることが事実上不可能なためである。「Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｆｏｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃ Ｆｌｕｉｄ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ」と題される米国特許第６，７２３，２９０号明細書に開示されるものなどの分析チャンバ内に静止状態で存在する小さい生体試料であっても、それを完全に撮像するには、１００枚の個別の画像を取り込み、適当な時間内にその作業を行うことが必要となり、各画像フィールドの焦点を可能な限り速く再調節することが必要となる。

従来の自動的な焦点調節手法は、典型的には画像それ自体の特性を用いて適切な焦点を得るか、又は干渉計などの、画像捕捉機器とは独立した、対物レンズと対象物との間の設定距離を計測及び維持するための機器を使用し得る。第１の場合には、典型的には画像捕捉機器により数回の画像捕捉サイクルをとって最良の焦点位置を計算する必要がある。この複数回の画像処理には時間がかかり、従って望ましいものではない。第２の場合には、典型的には独立した機器により撮像システムの複雑性が増し、大幅にコスト増となる。対照的に本発明は、一貫して正確な高速の焦点調節を確実に行うための安価な手段を提供し、これは様々な撮像システム構成において使用することができるもので、且つ撮像システムそれ自体のみに依存するものである。

本発明に従えば、撮像機器の焦点を調節するための方法及び装置が提供され、この撮像機器は、生体試料であって、屈折率を有する試料を撮像するように構成される。

本発明のある態様に従えば、撮像機器の焦点を調節するための方法が提供され、この方法は、１）レンズレットを生体試料のフィールド内に配置するステップであって、このレンズレットが高さを有し、且つ試料の屈折率とは異なる屈折率を有する、ステップと；２）撮像機器及び試料の一方又は双方が比較的位置調整自在であるため、撮像機器の焦点位置をレンズレットの高さに沿って動かすことができ；３）複数のレンズレットを含む試料の少なくとも一部分を、１つ又は複数の所定波長の透過を用いて撮像するステップと；４）それらの波長における試料の平均光透過強度を決定するステップと；５）それらの波長における各レンズレットの領域の平均光透過強度を決定するステップと；６）試料の平均光透過強度とレンズレットの領域の平均光透過強度とを用いて、撮像機器の焦点位置を決定するステップとを含む。

本発明の別の態様に従えば、生体試料を撮像するための装置が提供される。この装置は、チャンバと、複数のレンズレットと、フィールド照明器と、解像装置と、位置決め装置と、プログラム可能分析器とを含む。チャンバは、第１のパネルと第２のパネルとの間に形成され、これらのパネルは透明である。チャンバは、試料を静止状態に保つように機能する。複数のレンズレットはチャンバ内に配置される。各レンズレットは高さと屈折率とを有し、この屈折率は、試料の屈折率とは異なる。フィールド照明器は、少なくとも試料のフィールドを選択的に照明するように機能する。解像装置は、試料のフィールド及びレンズレットを通過する光の像を電子データ形式に集めるように機能する。位置決め装置は、レンズレットを含むチャンバと、フィールド照明器と、解像装置とのうちの１つ又は複数の相対位置を選択的に変更することにより、レンズレットの高さに沿って装置の焦点位置を選択的に変更するように機能する。プログラム可能分析器は、フィールド照明器及び解像装置と協働することにより、１つ又は複数の所定波長の透過を用いて少なくとも試料のフィールドと複数のレンズレットとを撮像するように構成される。分析器は、さらに、１）それらの波長における試料フィールドの代表的な光透過強度を決定し；２）それらの波長におけるレンズレットの少なくとも１つの領域の代表的な光透過強度を決定し；及び３）試料フィールドの代表的な光透過強度とレンズレットの領域の代表的な光透過強度とを用いて、装置の焦点位置を決定するように構成される。

本方法及び装置は、現在利用可能な生体試料の撮像及び分析技術と比べて数多くの利点を提供する。例えば、本発明は、一貫して正確な生体試料の高速の焦点調節を確実に行うための安価な手段を提供し、これは様々な撮像システム構成において使用することができるもので、且つ撮像システムそれ自体のみに依存するものである。本発明はまた、典型的には、撮像システムが完全に露光された状態にあるか否かを単一の画像から決定することもでき、完全に露光された状態ではない場合、本発明は、多くの場合に、試料画像の焦点を完全に合わせるために必要な正確な移動量を決定することもできる。本発明はまた、実際の露光又は画像光度に影響を受けない撮像方法及び装置も提供し、従ってよりロバストな方法及び装置も提供する。

本方法及びそれに関連する利点が、添付の図面を含め、以下に提供される詳細な説明を考慮することでさらに容易に明らかとなるであろう。

本方法で使用し得る分析機器の図式的な概略図である。 分析チャンバの実施形態の図式的な平面図である。 分析チャンバの図式的な断面図である。 分析チャンバの実施形態の図式的な平面図である。 図４に示される容器のチャンバ内に入れられた生体体液試料の図式的な拡大図である。 レンズレット光透過パターンのグラフ図である。 レンズレット光透過パターンのグラフ図であり、パターンの区分を示す。 本発明に係る方法のステップを提供するブロック図である。

ここで図１〜５を参照すると、本発明は、分析機器の焦点を調節するための方法及び装置を提供し、この機器は、生体試料を撮像するように機能する。この分析機器は、以下「撮像機器」と称する。本発明を用いて、液体試料、組織試料、スメア等を含む様々な異なる生体試料タイプを分析するように機能する撮像機器の焦点を調節することができる。本発明は特に、限定はされないが、液状の生体試料；例えば抗凝固処理された全血の実質的に無希釈の試料を分析するように機能する撮像機器の焦点調節に有用である。用語「実質的に無希釈の」は、本明細書で使用されるとき、全く希釈されていないか、又は意図的に希釈されたわけではないが、分析のためにそこに何らかの試薬；例えば、抗凝固薬、着色剤等が添加されている試料を指す。

生体試料、例えば全血の画像の特性は非常に変わりやすいため、撮像機器の焦点が合っているかどうかを決定することのできる、単一の画像に適用可能な単一の測定基準はない。この問題を解消するため、既存の撮像機器は、典型的には反復的な焦点調節プロセスを利用し、これは、試料に対する最良の焦点位置を決定するために複数枚の画像（少なくとも２枚、多くの場合にはその数倍以上）を必要とする；例えば、機器は、最も高いコントラスト、又は最もシャープなエッジなどを提供する焦点深度を探し求める。対照的に本発明は、撮像システムが完全に露光された状態にあるか否かを単一の画像から決定することができ、完全に露光された状態ではない場合、本発明は、多くの場合に、試料画像の焦点を完全に合わせるために必要な正確な移動量を決定することができる。

本発明のある態様に従えば、本方法は、１）レンズレット１０を生体試料１１のフィールドに対して位置決めするステップであって、撮像機器１２及び試料１１の一方又は双方が比較的位置調整自在であるため、撮像機器１２の焦点位置をレンズレット１０の高さ１４に沿って動かすことができる、ステップと；２）複数のレンズレット１０を含む生体試料１１の少なくとも一部分を、１つ又は複数の所定波長の透過を用いて撮像するステップと；３）それらの波長における試料１１の平均光透過強度を決定するステップと；４）その波長におけるレンズレット１０の領域の平均光透過強度を決定するステップと；５）試料１１の平均光透過強度とレンズレット１０の領域の平均光透過強度とを用いて、撮像機器１２の焦点位置を決定するステップとを含む。

レンズレット１０は、高さ１４と、屈折率と、規則的な形状と、固有の光透過パターンとを有する。レンズレット１０の高さ１４は、焦点位置が調整されるときに従う軸；例えば、典型的には撮像機器１２の「Ｚ」軸と称される軸と平行である。レンズレット１０の屈折率は、試料１１の屈折率とは異なる。レンズレット１０の各々は同じ規則的な形状を有し、この形状は、典型的には対称（例えば、球形）である。

レンズレット１０の固有の光透過パターンは、当該のレンズレット１０の屈折率を含むいくつかの要因に従い変わる。レンズレット１０は、試料１１を通じて伝わる光を曲げて結像光路から逸らすように働き、それによりレンズレット１０の少なくともある部分が背景より暗く見えるようになる。レンズレット１０の各部分を通じて伝わる光の相対的な強度（すなわち、「光透過強度」）もまた、レンズレット１０の形状及び撮像機器１２の焦点位置に従い変わる。全てのレンズレット１０が、規則的で、且つ好ましくは対称的な形状を有する場合、レンズレット１０の幾何形状に関連する光透過強度のばらつきは実質的に排除することができ、相対的な光透過強度と焦点位置との間の関係を用いて、撮像機器１２の正確な焦点位置を決定することができる。

レンズレット１０についての固有の光透過パターンは再現性があって、同じタイプのレンズレット１０間で一貫しており、基準として示すことができる。光透過パターンは、複数の異なる光の波長のうちの１つ又は複数を用いて生じさせることができ、但し、そうした光の波長は、レンズレット１０により認め得るほどには吸収されないものとする。光透過パターンは、レンズレット１０の高さ１４に沿った焦点位置の関数としての、レンズレット１０を通じた相対的な光透過強度として表すことができる。用語「相対的な」は、レンズレット１０の異なる領域の、互いに比べたときの（例えば、中心領域と、それに対する外側領域）、及びレンズレット１０を配置するための試料１１の平均光透過強度と比べたときの光透過強度を表すために用いられる。図６及び図７は、固有の光透過パターンのグラフ図の例を示す。このグラフ図はパターンの一例であり、本発明はそれに限定されるものではない。パターンは、相対的な光透過率曲線を表す数式の形式をとってもよく、又はデータテーブル等の形式であってもよい。

許容可能なタイプのレンズレット１０の例は、試料１１と均質混合され得る球形ビーズである。以下に詳述されるとおり、高分子材料で作製された球形ビーズが、検査光の透過し得る薄い分析チャンバ１７を用いて配置された生体体液試料１１（例えば、実質的に無希釈の抗凝固処理された全血）と混合されるとき、レンズレット１０として十分な機能を果たす。かかる球体はポリスチレン製であってもよく、例えばＴｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｏｆ Ｆｒｅｍｏｎｔ、米国Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから、カタログ番号４２０４Ａ、直径４ミクロン（４μｍ）で市販されている。レンズレット１０は、球形状にも、又はいかなる特定の材料若しくはサイズにも限定されず、但し、そこを通じて本焦点調節プロセスに十分な量の光を透過させることができるものとする。

撮像機器１２は、対物レンズ１８と、チャンバ保持機器２０と、試料照明器２２と、解像装置２４と、プログラム可能分析器２６とを含む。対物レンズ１８及びチャンバ保持機器２０の一方又は双方は、互いに近付いたり離れたりするように動くことができ、それによって相対的な焦点位置が変化する。試料照明器２２は、試料１１に１つ又は複数の所定波長の光を透過させることにより試料１１を照明するように位置決めされる。チャンバ１７を通じて伝わる光が解像装置２４によって捕捉され、処理されて画像となる。画像は、画像内に捕捉された光透過強度をユニット毎ベースで決定することが可能な形で生成される。用語「ユニット毎ベース」は、試料１１の画像を解像することのできる増分単位を意味する；例えば、「画素」は、一般に、特定の撮像システムにおいて個々に処理することができる画像の最小要素として定義される。しかしながら、本方法はいかなる特定の撮像機器１２による使用にも限定されない。代替的実施形態において、撮像機器１２は、機器１２に関連するチャンバを含むことができ、これは使い捨てとは逆に複数回使用することが意図されるもので、チャンバ保持機器によって撮像機器１２内に配置される独立したチャンバである。

図１は、本方法での使用向けに構成することのできる生体試料撮像機器１２の例を示し、この機器１２は、試料照明器２２と、解像装置２４と、プログラム可能分析器２６とを含む。試料照明器２２は光源を含み、この光源は、試料１１によっても、又は被験試料１１を静止状態に保つチャンバ１７内に配置されたレンズレット１０によっても、認め得るほどには吸収されない１つ又は複数の波長に従う光を選択的に発生する。撮像機器１２は、典型的には光を操作（例えば、拡大、フィルタリング等）するための光学素子を含む。試料照明器２２は、試料１１を透過する所定波長に従う（又は波長のスペクトルであって、後に所定波長に限定されるスペクトルに従う）光を発生する。レンズレット１０及び試料１１の光透過強度は、例えば、チャンバ１７の片側に光源を位置決めし、チャンバ１７を通じて光を送り込み、その後解像装置２４を使用してその光を捕捉することにより計測される。許容可能な解像装置２４の一例は、試料１１を通過する光の像を電子データ形式に変換する電荷結合素子（ＣＣＤ）型画像センサである。相補型金属酸化膜半導体（「ＣＭＯＳ」）型画像センサは、使用することのできる画像センサの別の例である。本発明は、これらの例のいずれにも限定されない。プログラム可能分析器２６は中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含み、試料照明器２２及び解像装置２４に接続される。ＣＰＵは、本方法の実施に必要な機能を選択的に実行するように構成される（例えば、プログラムされる）。プログラム可能分析器２６の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせを用いて実装され得ることに留意しなければならない。当業者であれば、必要以上に実験を行うことなく、本明細書に記載される機能を実行させるように処理装置をプログラムすることができるであろう。全体として参照により本明細書に援用される、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃ Ｆｌｕｉｄｓ」と題される２００５年３月１５日に発行された米国特許第６，８６６，８２３号明細書が、かかる撮像機器１２を開示している。

分析機器内で使用され得る分析チャンバ１７は、互いに離間された第１のパネル２８と第２のパネル３０とにより画定される。パネル２８、３０は双方とも十分に透明なため、以下に記載される焦点調節方法を含め、試料１１の分析の実施に十分な量の所定波長に従う光を、それらのパネルに透過させることが可能である。本方法は、前記特性を有する様々な異なる分析チャンバタイプを利用することができ、従っていかなる特定のタイプの分析チャンバ１７にも限定されない。

許容可能なチャンバ１７の例が図２及び図３に示され、このチャンバ１７は、第１のパネル２８と、第２のパネル３０と、パネル２８、３０の間に配置された少なくとも３つのセパレータ３２とを含む。セパレータ３２は、パネル２８、３０を互いに離間させる。パネル間に延在するセパレータ３２の寸法は、本明細書ではセパレータ３２の高さ３４と称される。セパレータ３２の高さ３４は、典型的には互いに正確に等しいわけではないが（例えば、製造公差）、同様の分析装置に使用される間隔保持手段についての商業的に許容可能な公差の範囲内である。球形ビーズは許容可能なセパレータ３２の例である。許容可能な分析チャンバ１７のこの例は、米国特許出願公開第２００７／０２４３１１７号明細書、米国特許出願公開第２００７／００８７４４２号明細書、並びに２００８年４月２日に出願された米国仮特許出願第６１／０４１，７８３号明細書；及び２００８年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／１１０，３４１号明細書（これらは全て、全体として参照により本明細書に援用される）にさらに詳細に記載されている。

いくつかの実施形態において、セパレータ３２とレンズレット１０とは同じものである；すなわち、球形ビーズはチャンバ１７のパネルを分離させるのに適したサイズを有し、且つそれらをレンズレット１０として許容可能なものとする光学特性を有する。用途によっては、セパレータ３２及びレンズレット１０の双方として働く球形ビーズを有することが有利であり得る。これらの実施形態において球体はセパレータとして働く（例えば、内表面と接触しているか、又は内表面にごく近接している）ため、球体とパネルのいずれかの内表面との間にいかなる認め得る量の試料１１の材料も入り込む可能性は低い。認め得るほどの試料１１の材料が一切ないことで、試料材料が球体の任意の光透過分析を妨害する可能性は低下し、又は排除される。しかしながら、セパレータ３２又はレンズレット１０のいずれかが他方として機能することは、必須ではない；例えば、セパレータ３２はレンズレット１０とは独立して、それらと共に使用することができる。

許容可能なチャンバ１７の別の例は、図４に示されるとおりの使い捨て容器に配置される。チャンバ１７は、第１のパネルと第２のパネルとの間に形成される。第１のパネル及び第２のパネルの双方とも透明なため、チャンバ１７に光を通過させることが可能である。このチャンバ１７の実施形態は、米国特許第６，７２３，２９０号明細書にさらに詳細に記載されており、この特許は、全体として参照により本明細書に援用される。

図２〜４に示される分析チャンバ１７は、本方法における使用に適したチャンバを表す。いずれの場合にも、チャンバ１７は、典型的には約０．２〜１．０μｌの試料１１を保持するサイズであるが、チャンバ１７はいかなる特定の容積容量にも限定されず、容量は分析用途に合わせて変更することができる。これらのチャンバ１７は、試料１１を静止状態でチャンバ１７内に保持するように機能する。用語「静止状態」は、試料１１が分析用チャンバ１７の中に入れられ、分析中、意図的に動かされることがないことを表すために用いられる。血液試中に存在する運動の程度では、それは主に血液試料の有形の構成成分のブラウン運動によるもので、そうした運動によってこの発明の機器が使用不能になることはない。しかしながら、本方法はこれらの特定のチャンバ１７の実施形態に限定されるものではない。

以下は、本方法に係る撮像機器１２の焦点調節を説明する例である。図８は、本発明の方法の態様に係るブロック図を提供する。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではない。

生体体液（例えば、実質的に無希釈の抗凝固処理された全血）の試料１１がチャンバ１７内に入れられる。複数のレンズレット１０が、分析の所要時間にわたり最良の焦点が求められる試料１１内の点から一定の距離に保たれるようにして、試料１１に対して位置決めされる。レンズレット１０の数は用途に応じて異なり得るが、本方法の正確な実行を満足する数のレンズレット１０が各視野にあるような十分なもの（例えば、統計的に許容可能な平均光透過強度値を計算するのに十分な多さのレンズレット１０の数等）でなければならない。レンズレット１０は、ランダムに、又はあるパターンで分散させ得る。上記の、及び図２〜図５に示されるチャンバ１７の場合のように、試料１１それ自体の中に密接して配置されるものを含め、レンズレット１０が試料１１の焦点面内に配置される場合、本方法は促進される。しかしながら、本方法では、レンズレット１０を試料焦点面内に配置することは必須ではない。レンズレット１０の焦点面は、試料１１の焦点面とずれていてもよい；例えば、レンズレット１０の焦点面と試料１１の焦点面とは、各々が異なる波長を用いて照明される場合には異なり得る。２つの焦点面はまた、レンズレット１０が試料の対象部分と物理的に同一平面上にない場合には、ずれていることもある。焦点面がずれている場合、レンズレット１０の焦点調整距離が決定されると、それが、既知の、又は特定可能なレンズレット１０と試料１１との間の焦点面のオフセット量に加算され、適切な焦点位置が求められる。

レンズレット１０及び試料１１は、レンズレット１０によっても、又は試料１１によっても、認め得るほどには吸収されない１つ又は複数の波長で照明される。例として、約６２０ｎｍ以上の波長で生じる光は、実質的に無希釈の全血の試料１１によっても、又はポリスチレンからなる４ミクロン（４μｍ）の球形レンズレット１０によっても、認め得るほどには吸収されない。別の分析には他の波長の光を用いることができ、本発明はいかなる特定の波長の使用にも限定されない。光透過強度の画像は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラなどのデジタル解像装置２４を用いて捕捉される。試料１１の光透過強度は、撮像された試料１１についてユニット毎ベースで決定され、試料１１の平均光透過強度値が決定される。試料１１の全範囲について光透過強度値を決定することは必須ではないが、そうすることで、典型的には試料のより完全な分析が提供され、それに伴い精度が増すため、好ましい。デジタル画像は、従来の画像処理手法を用いて分析され、レンズレット１０の位置が特定される。レンズレット１０は、画像内で暗色の物体として見える。撮像機器１２の焦点面が最初にどこに位置するかにより、レンズレット１０の中心が、レンズレット１０の他の部分と比べて明るく見えることもある。図５は、円形に見える球形レンズレット１０を示し、中心領域の色がより明るくなっている。

画像分析を促進するため、画像は分割されてもよく、次に、相対的な平均光透過値が所定のカットオフ値（例えば、０．９０）を下回る物体のみが分析用に選択される。例えば、図７は、異なる領域特性（例えば、オフピーク低、目標範囲、オフピーク高）を有する種々の強度象限を定義するように分割した固有の光透過強度パターンを示す。また、代替的及び／又は追加的なカットオフ基準；例えばレンズレット１０のおよその面積に一致する面積を用いて、必要な分析量を低減することもできる。こうしたカットオフ値を試行錯誤により選択することで、分析の精度及び速度を向上させることができる。次に、選択された物体をまとめてさらに分析し、物体上の特定の点における光透過強度値を決定する。この物体は、レンズレット１０である。上記に指摘されるとおり、光透過強度は、画像内のユニット毎ベースで（例えば、画素毎ベースで）決定される。結果的に、レンズレット１０の画像は、レンズレット１０のサイズと撮像機器１２の拡大倍率とに応じたある数の画素によって表される（例えば、０．５μｍ毎画素の拡大率を用いて撮像された直径４ミクロン（４μｍ）の球形レンズレット１０は、約８画素に相当する直径を有し得る）。各点における光透過値の平均値を求める。レンズレット１０が物理的に均一であることと、強度値を平均化することとにより、強度値の信頼性が高まる。

撮像機器１２の既存の焦点位置は、レンズレット１０の所定の固有光透過パターンと、レンズレット１０の画像内の少なくとも１つの領域の平均光透過強度値と、試料１１の平均光透過強度値とを用いて決定することが可能である。

レンズレット１０の所定の固有光透過強度パターンは、再現性があり、所与のタイプのレンズレット１０について一貫している。撮像機器１２に格納されるパターンは、レンズレット１０の種々の領域の、互いに比べたときの、及び試料１１の平均光透過強度と比べたときの相対的な光透過強度値に従い変わる。例えば、図６及び図７に示されるパターンは、直径４ミクロン（４μｍ）のレンズレットについてのパターンのグラフ図である。各グラフの縦軸は、試料１１の平均光透過強度に対するレンズレット１０内の対象領域の平均強度である。各グラフの横軸は、相対的な焦点位置である。

図６及び図７に示される固有の光透過強度パターンは、強度値が高いレンズレット領域の平均値を示す第１のデータ線３６と、強度値が低いレンズレット領域の平均値を示す第２のデータ線３８と、レンズレット１０の全ての領域の平均強度値を示す第３のデータ線４０と、レンズレット１０に隣接するが、その外側にある領域の平均値を示す第４のデータ線４２と、レンズレットの中心領域の平均強度値を示す第５のデータ線４４とを含み、これらの線は全て、焦点位置の関数として示される。これらのデータ線の互いに対する位置は、レンズレットの再現性のある一貫した特性である。これらのデータ線は相対的な光透過強度（例えば、互いに比べたときのもの、及び試料１１の平均強度と比べたときのもの）の関数として作成されるため、本方法は、実際の露光又は画像光度の影響を受けず、分析に利用することのできる十分な信号さえあれば動作可能である。

レンズレットの中心における光透過強度値については特に注記され、これは、最大値から最小値まで周期的に変化する；すなわち「Ｓ」型のプロットとなる。球形レンズレット１０の中心領域についての最大値から最小値に至る強度値は、レンズレットの直径２つ分に相当する焦点距離の範囲内に現れる；例えば、直径４ミクロン（４μｍ）のレンズレットについて、ピークバレー強度の幅は約８ミクロン（８μｍ）である。この曲線は高度な再現性を有し、曲線の中央における相対的な光透過強度が、最適な焦点位置の目標値として用いられる。中心領域についての「Ｓ」字型曲線の中央が目標値として用いられるのは、それが曲線のうち比較的線形で傾きが一定の部分として存在することから、望ましい焦点位置感度をもたらすためである。レンズレット１０の中心領域について収集されたデータはまた、他の領域と比べて高度の信頼性も有する。図６及び図７に示されるパターンでは、中心領域についての「Ｓ」字型曲線の中央は、Ｙ軸上の約０．７５の値；すなわち、中心領域の平均光透過強度値が、相対的に見て試料１１の平均光透過強度値の約４分の３（０．７５）となる位置に一致する。「Ｓ」字曲線の中央と関係付けられる（すなわち、０．７５の交点における）焦点位置の値が、撮像機器１２のレンズレット１０に対する望ましい焦点を提供するように決定された目標焦点位置を表す。

撮像機器１２の既存の焦点位置の決定は、固有のパターン内の曲線（例えば、中心領域の曲線等）の上に、試料１１についての平均強度値に対するレンズレット１０内の少なくとも１つの領域の平均強度値（例えばｙ軸の値）を位置付け、対応する既存の焦点位置の値（すなわち、ｘ軸の値）を求めることによって行われる。既存の焦点位置と目標焦点位置（すなわち、最適な焦点の位置）との間のオフセット量が、撮像機器１２を目標焦点位置に至らせるために必要な調整に相当する。

レンズレットの固有のパターンの特定の部分においては、曲線は、ｙ軸から延在する横線と２つ以上の点で交わり得る。かかる場合、２つ以上の既存の焦点位置が相対強度値と関係付けられ得る。正しい既存の焦点位置を決定するため、固有のパターンからの別のデータ点が決定される。このデータは、既存の画像又は後続の画像から収集することができる。例えば、レンズレット１０上の高値の領域からの平均強度値を平均試料強度値で除算したもの（例えば、ｙ軸の値）を、パターン内の高値の曲線上にプロットすることができる。高値の曲線上の位置が決定されると、それと関係付けられる既存の焦点位置の値をｘ軸から決定することができる。高値の曲線からの既存の焦点位置の値は、中心領域の曲線から決定された焦点位置の１つと一致し、従って焦点位置の１つが正しい既存の焦点位置であることが確認される。必要であれば、同じプロセスをパターン内の別の曲線に対して実施して、さらなる確証データを得ることができる。既存の焦点位置が確認されると、既存の焦点位置と目標焦点位置との間のオフセット量を決定することができ、このオフセット量は、撮像機器１２を目標焦点位置に至らせるために必要な調整に相当する。

正しい既存の焦点位置（従って、最適な焦点までのオフセット量）は、固有のパターン内にプロットされている曲線のいずれを用いても決定できることに留意しなければならない。しかしながら、上述したとおり、中心領域の曲線が、感度及び信頼性に関して利点を提供する。結果的に、既存の焦点位置を確立するために用いるデータ点の少なくとも１つについて中心領域の曲線を使用することにより、プロセスの精度が高まる。

場合によっては、固有のパターンについて決定された相対強度値は、ｙ軸上の複数の焦点位置と関係付けることのできる曲線部分（例えば、実質的に水平なセグメント）と一致し得る。そうした場合には、上記の方法が実行され、可能な既存の焦点位置の１つが選択される。次に、この方法が新しい画像で繰り返され、必要であれば焦点位置に対する調整が行われる。

分析機器の撮像部分の元の焦点位置が大きく離れているために、当該の位置から決定された強度値により得られるデータが、当該のレンズレットの固有のパターンから外れている場合、初めに分析機器の撮像部分を、コントラストの最大化などの従来の手法によって焦点の近傍まで動かしてもよい。

本発明は、その詳細な実施形態に関して図示及び説明されているが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な形態及び詳細の変更が行われ得ることを理解するであろう。例えば、レンズレット１０に固有の光透過強度パターンは、上記の詳細な説明の部分においてはグラフ形式で説明されている。このパターンはグラフ表現に限定されず、相対的な光透過率曲線を示す数式の形式をとることもでき、又はデータテーブル等の形式であってもよい。別の例として、上記に詳述される実施形態は、独立したチャンバ１７内に入れられる生体試料１１に関して本発明を考察している。代替的実施形態において、撮像機器１２は、試料操作ハードウェアを組み込み得る。別の例として、固有の光透過パターンは、平均光透過値として示される。代替的実施形態において、有用な情報は、単一のレンズレット１０からのデータを用いて、又は平均値以外の統計情報により入手してもよい。

特許請求の範囲は以下のとおりである。

Claims (29)

1. 生体試料であって、屈折率を有する試料を撮像するように構成された撮像機器の焦点位置を決定するための方法であって、
   レンズレットを生体試料のフィールドに対して、前記レンズレットの位置が前記試料に対して実質的に固定されるように配置するステップであって、それらのレンズレットが高さを有し、且つ前記試料の屈折率とは異なる屈折率を有する、ステップと、
   前記撮像機器及び前記レンズレットの一方又は双方が比較的位置調整自在であるため、前記撮像機器の焦点位置を前記レンズレットの高さに沿って動かすことができ、
   少なくとも前記試料の前記フィールド及び複数のレンズレットを、１つ又は複数の所定波長の透過を用いて撮像するステップと、
   前記波長における前記試料フィールドの代表的な光透過強度を決定するステップと、
   前記波長における前記レンズレットの少なくとも１つの領域の代表的な光透過強度を決定するステップと、
   前記試料フィールドの前記代表的な光透過強度と前記レンズレットの前記領域の前記代表的な光透過強度とを用いて、前記撮像機器の焦点位置を決定するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記焦点位置を決定するステップが、前記レンズレットに固有の光透過強度パターンを用いることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、グラフで表現される、請求項２に記載の方法。
4. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、数式で表現される、請求項２に記載の方法。
5. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、ルックアップテーブル内に置かれる、請求項２に記載の方法。
6. 前記試料フィールドの前記代表的な光透過強度が平均光透過強度であり、前記レンズレットの少なくとも１つの領域の前記代表的な光透過強度が、前記レンズレットの少なくとも１つの領域の平均光透過強度である、請求項２に記載の方法。
7. 前記レンズレットが、前記生体試料の前記フィールド内に配置される、請求項６に記載の方法。
8. 前記レンズレットが、前記試料内に配置される、請求項７に記載の方法。
9. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、前記撮像機器の前記レンズレットに対する焦点位置の関数としての、前記試料の光透過強度値に対する前記レンズレットの少なくとも１つの領域の光透過強度値を表す、請求項２に記載の方法。
10. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、前記撮像機器の前記レンズレットに対する焦点位置の関数としての、前記試料の平均光透過強度値に対する前記レンズレットの少なくとも１つの領域の平均光透過強度値を表す、請求項２に記載の方法。
11. 前記撮像機器の前記決定された焦点位置と前記撮像機器の目標焦点位置との間のオフセット量を決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
12. 前記レンズレットが全て実質的に同じ形状である、請求項２に記載の方法。
13. 前記レンズレットが球形である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記レンズレットの少なくとも１つの領域が、前記レンズレットの中心領域である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記レンズレットの中心領域の前記決定された光透過強度を用いて目標焦点位置を決定するステップと、
    前記撮像機器の前記決定された焦点位置と前記撮像機器の前記目標焦点位置との間のオフセット量を決定するステップと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記レンズレットの少なくとも１つの領域の代表的な光透過強度を決定するステップが、前記波長における前記レンズレットの第１の領域と前記レンズレットの第２の領域との代表的な光透過強度を決定することを含み、
    前記撮像機器の焦点位置を決定するステップが、前記試料フィールドの前記代表的な光透過強度と前記レンズレットの前記第１の領域及び前記レンズレットの前記第２の領域の前記代表的な光透過強度とを用いる、請求項２に記載の方法。
17. 前記撮像するステップが、前記試料及び前記レンズレットのいずれによっても実質的に吸収されない１つ又は複数の所定波長を用いて実施される、請求項２に記載の方法。
18. 前記撮像するステップにおいて、前記フィールドの実質的に全体が撮像され、前記試料フィールドの前記代表的な光透過強度が、前記波長における前記試料の実質的に全体の光透過強度の平均値である、請求項２に記載の方法。
19. 前記レンズレットと前記試料とが同じ焦点面に配置される、請求項２に記載の方法。
20. 前記レンズレットが第１の焦点面にあり、且つ前記試料が、前記第１の焦点面とは異なる第２の焦点面にあり、前記第１の焦点面と第２の焦点面との間のオフセット量を決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
21. 生体試料であって、屈折率を有する試料を撮像するための装置であって、
    第１のパネルと第２のパネルとの間に形成されるチャンバであって、それらのパネルが透明であり、前記チャンバが前記試料を静止状態に保つように機能する、チャンバと、
    前記チャンバ内に配置される複数のレンズレットであって、高さと、前記試料の屈折率とは異なる屈折率とを有するレンズレットと、
    少なくとも前記試料のフィールドと前記レンズレットとを選択的に照明するためのフィールド照明器と、
    前記試料の前記フィールド及び前記レンズレットを通過する光の像を電子データ形式に集めるための解像装置と、
    前記レンズレットを含む前記チャンバと、前記フィールド照明器と、前記解像装置との１つ又は複数の相対位置を選択的に変更することにより、前記レンズレットの高さに沿って前記装置の焦点位置を選択的に変更するように機能する位置決め装置と、
    前記フィールド照明器及び前記解像装置と協働することにより、１つ又は複数の所定波長の透過を用いて少なくとも前記試料のフィールド及び前記レンズレットの複数を撮像し、及び前記波長における前記試料フィールドの代表的な光透過強度を決定し、及び前記波長における前記レンズレットの少なくとも１つの領域の代表的な光透過強度を決定し、及び前記試料フィールドの前記代表的な光透過強度と前記レンズレットの前記領域の前記代表的な光透過強度とを用いて、前記装置の焦点位置を決定するように構成されたプログラム可能分析器と、
    を含む、装置。
22. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが、前記プログラム可能分析器に格納される、請求項２１に記載の装置。
23. 前記レンズレットに固有の光透過強度パターンが数式として格納される、請求項２２に記載の装置。
24. 前記レンズレットが全て実質的に同じ形状である、請求項２１に記載の装置。
25. 前記レンズレットが球形である、請求項２４に記載の装置。
26. 前記第１のパネルが内表面を有し、且つ前記第２のパネルが内表面を有し、前記レンズレットの実質的に全てが双方の内表面に接触する、請求項２４に記載の装置。
27. 前記フィールド照明器が、前記試料及び前記レンズレットを、前記試料及び前記レンズレットのいずれによっても実質的に吸収されない１つ又は複数の波長に従い照明するように機能する、請求項２１に記載の装置。
28. 前記レンズレットと前記試料とが同じ焦点面に配置される、請求項２１に記載の装置。
29. 生体試料であって、屈折率を有する試料を静止状態に保つためのチャンバであって、
    第１のパネルと、
    第２のパネルと、
    前記チャンバ内に配置される複数のレンズレットであって、高さと、前記試料の屈折率とは異なる屈折率とを有するレンズレットと、
    を含み、第１及び第２のパネルは透明である、チャンバ。